KR100948991B1 - 디젤엔진의 예열 플러그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 엔진 제어 유닛에 의해 결정된 냉 시동 상태(cold start phase)의 끝에서 구해지고 그리고 초기 값보다 더 작은, 목표 값과 초기 값과의 사이에서 예열 플러그에 적용된 실효 전기전압을 변경하여 디젤 엔진에 있는 예열 플러그를 제어하는 방법에 관한 것으로서, 전압차와 같이, 냉 시동 상태에서 예열 플러그에 적용된 실효 전압이 목표 값보다 더 높은 값으로 있는 전압에서의 증가는, 최대 값에서 제로까지 단계적으로 감소되는 것이다. 본 발명은, 엔진의 사전 선택된 회전수에 이를 때까지 경과된 시간으로 판단되는, 사전 결정된 기간 또는 시간을 초과하는 엔진의 냉 시동 상태에서 증가하는 실효 전기전압(effective electric voltage)을 제공하는 것이다.

냉-시동 상태, 냉-운전 상태, 실효 전압, 예열 플러그, 엔진 회전수.

Description

디젤엔진의 예열 플러그 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING HEATER PLUG IN DIESEL ENGINES}

본 발명은 청구범위 제1항의 전제부에 명시된 특징을 가진 예열 플러그 제어 방법에 관한 것이다.

이러한 종류의 방법은 DE-Z MTZ 자동차기술 정기간행물 61(2000), 10에 공개된(pp. 668-675) 제목 "디젤 차량용 전자식 점화 시스템 ISS"에서 공지되어진 것이다. 도1은 공지된 방법으로 실시되는 예열 플러그 제어유닛(1)의 블록 다이어그램을 도시한 도면이다. 상기 제어유닛은 집적 디지털-대-아날로그 컨버터를 가진 마이크로프로세서(2)와, 동일한 수의 예열 플러그(4)를 온/오프 절환하는 다수의 MOSFET 파워 반도체(3), 엔진 제어 유닛(6)과의 연결을 확립시키는 전기적 인터페이스(5) 및 마이크로프로세서(2)와 인터페이스(5)용 내부 전압 공급기(7)를 포함한다. 내부 파워 공급기(7)는 차량의 "터미널(15)"에 의해 차량 밧데리에 연결된다.

마이크로프로세서(2)는 파워 반도체(3)를 제어하고, 상태 정보를 읽고 그리고 전기적 인터페이스(5)를 통해서 엔진 제어 유닛(6)과 통신한다. 엔진 제어 유닛(6)과 마이크로프로세서(2)사이에 통신을 하는데 필요한 신호는 인터페이스(5)에 의해 조절된다. 전압 공급기(7)는 마이크로프로세서(2)와 인터페이스(5)를 위한 안정적인 전압을 공급한다.

예열 플러그는, 적어도 엔진이 작동온도에 도달되어져 있을 때에는, 일반적으로 1000℃ 정도에 일정한 온도(정상-상태 온도)를 유지하여야 한다. 정상-상태 온도(steady-state temperature)를 유지하기 위해서, 현대 예열 플러그가 차량의 전기 시스템에 의해 제공된 전(full) 전압을 필요로 한다기 보다는, 전형적으로 5 내지 6볼트의 전압을 필요로 한다. 파워 반도체(3)는 펄스폭 변조법으로 마이크로프로세서(2)로 상기 목적에 적합하게 제어되고, 상기 펄스폭 변조법은, 차량의 "터미널(30)"을 경유하여 파워 반도체(3)에 공급되는 차량의 전기 시스템에 의해 제공된 전압이, 평균 시간으로 필요한 전압을 예열 플러그에 적용되게 변조한다.

디젤 엔진이 냉각(cold) 상태에서 시동이 걸리게 되면, 제어 유닛(1)이 예를 들어 11볼트의 보다 높은 가열 전압을 예열 플러그(1)에 공급하여, 예열 플러그가 빠르게, 정상-상태 온도와 동일한 온도에 이르게 될 것이고 또는 -바람직하게- 상기 온도 위로 10℃ 정도의 온도에 이르게 될 것이다.

냉 시동(cold start)에 이어, 엔진은 한 동안 작동 온도에서의 엔진 공회전 속도보다 높은 공회전 속도에 의해 특징지어지는 소위 냉-운전 상태(cold-running phase)에서 작동한다. 냉-운전 상태에 있는 동안에는, 예를 들어 펄스-폭 변조의 결과로 발생한 평균 시간으로 적용된 전압인, 예열 플러그에 적용된 실효 전압(effective voltage)이, 예를 들어 11볼트("초기 전압")의 개시 가열 전압에서, 예를 들어, 6볼트 전압으로 단계적으로 낮아지고, 엔진 작동온도에서 예를 들어 1000℃의 예열 플러그의 정상-상태 온도가 (상기 전압의 "목표 값") 유지된다. 내장형 전기 시스템의 임의적인 전압변화는 펄스-폭 변조를 하는 중에 시간 안(on-time)에 변화하여 보정될 수 있다.

예열 플러그는 엔진 속도와 엔진 로드 또는 엔진 토오크에 따라 다른 정도로 냉각된다. 계속하여 작동온도에 엔진과 같이 일정하게 예열 플러그의 온도를 지키기 위해서는, 예열 플러그에 가해진 전력을 가변 상태로 조정한다. 이러한 일은 평균 시간으로 예열 플러그(4)에 적용된 전압 목표 값을 증가하거나 낮추어 엔진 제어 유닛(6)에서 수신된 신호에 따라 행해진다.

평균 시간으로 예열 플러그(4)에 적용된 전압은, 마이크로프로세서(2)에 저장된 실험 값에 기본하여 사전에 정해진 시간 간격 동안 냉-운전 상태에서 단계적으로 낮아지게 된다. 냉-운전 상태에서 실효 전압이 증가되는 시간 간격은 최대로는 냉-운전 상태만큼 길지만 바람직하게는 냉-운전 상태보다는 짧다.

냉-운전 상태 동안에 관측되는 시동 온도보다 낮은 온도로의 예열 플러그(4)의 온도 강하는 연소 공정에 장애를 주고, 그 결과, 특히, 높은 엔진 노이즈와 엔진의 배기가스에서 불연소 또는 불완전 연소된 연료 비율의 증가를 나타내는, 점화 실패 및 속도 변화가 일어나게 한다.

본 발명의 목적은 상기 단점을 감소시키는 것이다.

본 발명의 목적은 청구범위 제1항에서 정의된 특징을 가진 방법에 의해 달성된다. 본 발명의 부가적인 특징적 기술내용은 첨부 청구범위의 종속항에 기재된 기술내용이다.

전압이 증가되는 고정된 시간 간격을 정의하는 대신에, 엔진이 소정의 회전수에 도달될 때까지 소요되는 시간으로 본 발명에 따른 필요한 시간 간격이 정의된다. 냉-운전 상태 동안의 전압 증가가 제어되는 회전수를 목표치로서 사전에 정의함으로써, 전압 증가의 시간 간격은 엔진의 부하에 의존하여 다양한 엔진 부하에 최적화된 지속 시간을 자동적으로 갖게 된다. 엔진의 일정하고 원활한 운전 상태는 낮은 엔진 속도에서보다 냉-시동 직후에 차량이 출발할 때 일어나는 것과 같이 더 높은 속도에서 더 빨리 달성된다. 차량이 정지하고 있을 동안 엔진이 냉-시동 상태를 지나도록 되었을 때, 냉 시동 직후에 운전이 시작되는 경우와 비교하여 더 긴 시간 간격이 필요하게 되고 본 발명에 따라 전압이 증가된 시간은 자동적으로 연장된다. 바람직하게는 엔진의 소정의 회전수는 냉 시동 시에 측정된 엔진 온도의 함수로 선택되고, 유용하게는 선택된 회전수는 엔진이 냉 시동 시에 더 차가울수록 더 높아진다. 유용하게는 엔진 회전수와 냉 시동 시에 측정된 엔진 온도의 상호 의존성은 선형 함수로 정의된다.

양호하게, 엔진 온도는 전체 냉-운전 상태 동안에 일정하게 있을 것이다. 양호하게, 상기 온도는 엔진 냉각제에서 측정된다.

바람직하게는, 엔진의 냉-운전 상태 동안 실효 전압은 소정의 시간 간격 동안 추가적인 크기만큼 증가된다. 엔진의 시동 시에 측정된 엔진 온도에 의존하여 실험적으로 결정되고 시간에 따라 변하는 특성으로부터 상기 추가적인 크기가 얻어진다. 상기 특성은 냉-운전 상태의 과정에서 실효 전압 증가의 상기 추가적인 크기를 정의한다. 또한 상기 추가적인 크기만큼의 실효 전압의 증가는 냉-운전 상태 과정에서의 실효 전압과 냉-운전 상태의 종료 시에 실효 전압 사이의 차이를 감소시키거나 소멸시키도록 상기 특성이 형성된다. 선택된 디젤 엔진에 관한 특성은 실험적으로 얻어질 수 있고 다른 엔진 시동 온도에 대하여는 다른 특성이 기록될 수 있다. 기록된 특성의 수는 냉-시동 상태 동안 예열 플러그 온도의 불변성에 관하여 달성되도록 요구된 정확도에 의존할 것이다. 현재 주로 관심 사항인 엔진 시동 온도가 섭씨 -40도에서 섭씨 +30도까지의 온도 범위에서, 섭씨 5도에서 섭씨 10도 간격으로 특성을 측정하면 충분할 것이다. 상기 특성의 온도 간격을 더 줄이더라도 추가적인 중요한 개선은 없을 것이다.

본 발명은 다음과 같은 이점을 제공한다.

엔진의 연소 동작과 공회전 동작이 안정적으로 된다. 공회전 동작이 균일할 수록, 증가된 공회전 속도에서의 냉-운전 상태는 감소될 수 있다. 불연소 또는 불완전 연소 연료 성분의 방출이 감소된다. 엔진에 의해 생성된 노이즈의 감소로, 디젤 엔진의 냉 시동 동작이, 특히 혹한기 환경에서 향상된다.

냉-운전 상태에서 실효 전압의 증가를 상승시키는 추가적인 크기는, 냉-운전 상태를 개시하는 지점에서 작아지고, 그 후 상승하여, 최대값을 지나가서, 최근에 냉-운전 상태의 끝에서, 양호하게는 냉-운전 상태가 끝나기 전에 이미 없어지게 선택되는 것이다.

이러한 방식으로 냉-운전 상태에서 일정한 예열 플러그 온도를 달성할 수가 있다.

도1은 공지된 방법으로 실시되는 예열 플러그 제어유닛(1)의 블록 다이어그램을 도시한 도면이다.

도2는 본 발명에 따르는 방법이 도1에 따르는 배열 회로에서 실시될 수 있게 하는데 사용되는 소프트웨어의 흐름도이다.

도2는 본 발명에 따르는 방법이 도1에 따르는 배열 회로에서 실시될 수 있게 하는데 사용되는 소프트웨어의 흐름도이다. 상기 소프트웨어는 마이크로프로세서(2)의 메모리에 로드 된다.

마이크로프로세서(2)는 예열 플러그(4)에 적용된 실효 전압의 증가(11)를 연산한다. 상기 증가(11)는 3개 기여부(contribution)로 구성된다. 제1기여부는 마이크로프로세서에 보관된 전압 증가 매트릭스(12)에서 이끌어 낸다. 상기 전압 증가 매트릭스는, 엔진속도에 따르고 그리고 임의적인 경우에는 시간 단위 당 분사되는 연료량에도 따르며, 예열 플러그(4)를 구동하는 실효 전압을 판단할 수 있는 엔진 특성 맵으로 구성된다. 상기 데이터-엔진속도와 분사 연료량(도2에서 도면번호 '13'부분)은 입력 데이터로서 인터페이스(5)를 통해 엔진 제어 유닛(6)에 의해 마이크로프로세서(2)로 전송된다.

제2기여부(14)는 엔진의 측정된 시동 온도('10'부분을 참고)에 따르는 전압 증가 매트릭스(12)에서 이끌어낸 량으로 보정된 량을 나타낸다. 상기 기여부는 엔진 시동 온도의 함수로서, 마이크로프로세서(2)에 저장된 특성으로부터 이끌어 낼 수 있다. 엔진의 시동 온도는 냉각제 서모미터에서 직접적으로 또는 엔진 제어 유닛(6)을 통해 간접적으로 인터페이스(5)를 경유하여 마이크로프로세서(2)에 입력값으로 적용될 수 있다.

상기 증가(11)의 제3기여부는 실험적으로 구해진 특성에서 추론되어, 마이크로프로세서(2)에 저장된다(도면번호 '16'부분). 끝으로, 다른 엔진 시동 온도용으로 실험적으로 구해진 복수개의 특성이 마이크로프로세서(2)에 저장된다. 이러한 특성들은 냉 시동 상태 과정에서 변화하는 실효 전압의 증가(11)에 기여부를 포함하고, 도면번호 '17'부분인, 시간 기본(time basis)은 시간 자체가 아니고 엔진이 시동된 시간으로 완성되어진 전진 회전수(progressive number of revolutions)라 할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의해 제공된 실효 전압의 증가에 대한 기여부는 엔진의 사전 선택된 회전수에 도달되어져 있으면 변경된다.

Claims (10)

1. 예열 플러그에 인가된 실효 전압을 초기값 및 상기 초기값보다 작고 엔진 제어 유닛에 의해 결정되는 냉 시동 상태의 종료 시에 얻어지는 목표값 사이로 변화시킴으로써 디젤 엔진에서 예열 플러그를 제어하는 방법에 있어서,

   상기 실효 전압의 증가는 최대값에서 0으로 단계적으로 감소되고,

   엔진이 사전 선택된 회전수에 도달될 때까지 경과한 시간에 의해 결정되는 소정의 시간 간격에 걸쳐 상기 실효 전압은 엔진의 냉 시동 상태에서 증가되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 회전수는 사전 결정되어 고정되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 엔진의 사전 선택된 회전수(preselected number of revolutions)는 냉 시동 시에 측정된 엔진 온도의 함수로서 사전 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제3항에 있어서, 냉 시동 시에 엔진이 더 차가울수록 사전 선택된 회전수가 더 커지도록 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제3항에 있어서, 상기 엔진온도는 냉각제에서 측정되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   엔진의 냉-운전 상태 동안 실효 전압은 실험적으로 얻어지는 특성으로부터 도출되고 시간에 따라 변하는 추가적인 크기만큼 상승되고,

   상기 특성은 엔진의 시작 시에 측정되는 엔진 온도의 함수인 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 추가적인 크기는 냉-운전 상태의 시작 시에는 작도록 선택되고, 그 다음 증가하며, 최대값을 통과하고 늦어도 냉-운전 상태의 종료 시에 소멸되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 실효 전압의 증가는, 엔진온도 및 엔진속도 또는 단위 시간 당 분사되는 연료 량의 함수 및, 엔진 로드 또는 엔진 토오크의 함수로서, 엔진 제어 유닛에서 수신된 신호를 제어하여 조정되는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 삭제
10. 제4항에 있어서, 상기 엔진온도는 냉각제에서 측정되는 것을 특징으로 하는 방법.

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