KR100999638B1 - 차량의 엔진 제어장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 촉매에 부과된 누적 열부하량을 고려한 농후(Rich) 운전영역의 조정으로 촉매의 고온 노출을 억제하고, 연비 향상을 제공하는 것이다.

본 발명은 시동 온 상태에서 촉매 온도를 측정하고, 일정시간 간격으로 촉매의 순간 열부하량을 계산하는 과정; 계산된 순간 열부하량을 합산하여 누적 열부하량을 계산하고, 누적 열부하량과 설정된 관리목표 열부하량을 비교하는 과정; 비교 결과 촉매에 누적된 열부하량이 관리목표 열부하량을 초과하면 농후 운전영역을 확대 조정하고, 촉매에 누적된 열부하량이 관리목표 열부하량 미만이면 농후 운전영역을 축소 조정하는 과정을 포함한다.

촉매, 열부하량, 농후 운전영역, 에미션, 연비

Description

차량의 엔진 제어장치 및 방법{ENGINE CONTROL SYSTEM OF VEHICLE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 차량의 엔진 제어장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 더 상세하게는 촉매에 부과된 누적 열부하량을 고려한 농후(Rich) 운전영역의 조정으로 촉매의 고온 노출을 방지하고, 연비 향상을 제공하는 차량의 엔진 제어장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 차량에는 북미 배기가스 규제 및 유로의 배기가스 규제에 따라 배기가스에 포함된 NOx, CO, THC 등의 유해물질을 제거시키는 다양한 형태의 촉매장치가 장착된다.

그러나, 촉매가 그 성능을 잃게 되면 배기가스에 포함된 유해물질을 산화 및 환원시키지 못하고 대기로 배출하게 되므로, 에미션을 악화시키게 된다.

촉매가 성능을 잃게 되는 주된 원인은 고온 노출에 의하여 와시코트 및 활성 귀금속이 소결되거나 상이 변하기 때문이다.

따라서, 차량의 개발시에 촉매가 고온에 과도하게 노출되는 것을 방지하기 위하여 차량의 특징과 운전상의 특징을 감안하여 여러 가지 안전장치를 마련한다.

촉매에 노출되는 온도는 배기계의 설계, 엔진과 촉매의 거리, 차량의 중량과 엔진의 출력, 구체적인 엔진 매핑 특성 등의 차량 특징과 주행 속도, 가감속 특성 등의 운전자 특성에 의해 좌우된다.

운전자의 특성은 상대적으로 고속 주행이 많고 가감속이 잦은 운전자가 있는 반면에 정속주행을 유지하고 급가속을 자제하는 운전자도 있다.

종래의 기술에서는 촉매가 고온에 노출되는 것을 방지하지 위하여 다양한 운전자 특성에 대한 운전자의 산포를 고려하여 운전 분포상 가혹한 운전조건 즉, 고속주행이 많고 가감속이 잦은 운전자의 조건을 기준으로 엔진을 매핑하였다.

촉매의 고온 노출을 방지하기 위한 매핑특성 중 가장 일반적인 방법은 다음과 같다.

엔진 RPM이 높고 흡입 공기량이 많은 고부하 조건에서는 엔진의 온도가 매우 높은 상태를 유지하므로, 엔진 매핑 엔지니어는 촉매에 노출되어서는 않되는 최대 온도 경계치를 설정하고 이보다 높은 온도로 상승할 엔진조건에서는 공기량 대비 연료량의 비율을 농후하게 제어되도록 설정하여 엔진의 온도를 떨어뜨린다.

예를 들어, 촉매에 노출되지 않도록 하는 최대 온도 경계치를 895℃로 설정하는 경우 이보다 높은 온도로 상승하게 하지 않기 위하여 공기량 대비 연료량의 비율(λ)을 1.0 이하, 즉 연료를 농후하게 분사시켜 엔진의 온도가 설정된 온도 이상으로 상승되는 것을 방지한다.

그러나, 이러한 농후한 공연비 운전은 연료의 과다한 사용으로 촉매의 온도를 낮추는 것으로 고속연비의 측면에서 매우 불리한 운전조건이나, 촉매의 보호를 위하여 불가피하게 사용되고 있는 단점이 있다.

그리고, 엔진 매핑이 전체 차량에 대하여 획일적으로 적용되므로, 비교적 정속주행과 급가속을 자제하는 운전의 특성이 적용되는 차량에서도 동일한 보호로직이 작동되어 과도하게 촉매 보호를 위한 농후 운전이 실행되므로 연비를 악화시키는 문제점이 발생한다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 촉매에 부과된 누적 열부하량을 고려한 농후 운전영역의 조정으로 촉매의 고온 노출을 억제하고, 연비 향상을 제공하는 차량의 엔진 제어장치 및 방법에 관한 것이다.

상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명의 특징에 따른 차량의 엔진 제어장치는,

엔진;

산화 및 환원작용으로 배기가스를 정화시키는 촉매;

촉매의 하류에 장착되어 촉매의 온도를 검출하는 온도센서를 포함하며,

촉매에 누적된 열부하량을 계산한 다음 관리목표 열부하량과 비교하여 농후 운전영역을 조정하는 제어부를 포함한다.

또한, 본 발명의 다른 특징에 따른 차량의 엔진 제어방법은,

(a) 시동 온 상태에서 촉매 온도를 측정하고, 일정시간 간격으로 촉매의 순 간 열부하량을 계산하는 과정;

(b) 상기 (a)에서 계산된 순간 열부하량을 합산하여 누적 열부하량을 계산하고, 누적 열부하량과 설정된 관리목표 열부하량을 비교하는 과정;

(c) 상기 (b)의 비교 결과 촉매에 누적된 열부하량이 관리목표 열부하량을 초과하면 배기온도를 낮추기 위해 농후 운전영역을 확대 조정하는 과정;

(d) 상기 (b)의 비교 결과 촉매에 누적된 열부하량이 관리목표 열부하량 미만이면 농후 운전영역을 축소 조정하여 연비 향상을 제공하는 과정을 포함한다.

전술한 구성에 의하여 본 발명은 촉매의 온도가 낮게 유지되는 비교적 안정적인 운전 차량에 대하여는 연비 향상의 효과가 제공되고, 고속주행 등에 의하여 촉매의 노출온도가 높은 차량에 대해서는 보다 적극적으로 촉매를 보호하여 배기계의 내구성이 안정적으로 확보되는 효과가 기대된다.

또한, 차량 개발시에 일반적인 운전자들의 평균적 운전패턴 보다 가혹하게 운전하는 조건을 중심으로 배기계와 촉매를 설계하는 기존의 문제점을 해결하여 배기계에 적용되는 촉매 비용을 절감하는 효과가 기대된다.

그리고, 차량 개발시에 배기계의 설계원가와 고속연비를 동시에 고려하여 배기계의 설계가 제공되는 효과를 기대할 수 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상 세히 설명한다.

본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 엔진 제어장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명은 엔진(100)과 크랭크 각 센서(110), ETC(120), 인젝터(130), 점화 플러그(140), 촉매(200), 온도센서(210) 및 제어부(300)를 포함한다.

크랭크 각 센서(110)는 엔진(100)의 회전에 따른 톤 휠의 펄스를 검출하여 기통 판별을 위한 크랭크 축의 위치 정보를 제어부(300)에 제공한다.

ETC(120)는 도시되지 않은 가속페달센서에서 검출되는 가속페달의 변위에 따라 제어부(300)에서 인가되는 제어신호에 의해 동작되어 스로틀 밸브의 개도량, 즉 엔진(100)에 흡입되는 공기량을 조정한다.

인젝터(130)는 제어부(300)에서 인가되는 제어신호에 의해 동작되어 차속과 냉각수온 및 공기량으로 결정되는 연료량을 연소실에 분사시킨다.

점화 플러그(140)는 실린더의 압축 행정 상사점에서 제어부(300)의 제어를 받는 점화장치에 의해 불꽃 방전을 일으켜 혼합기의 연소를 제공한다.

촉매(200)는 배기 매니폴더의 소정 위치에 장착되어 엔진(100)에서 배출되는 배기가스에 포함된 NOx, HC, CO 등의 유해한 물질을 산화 및 환원을 통해 정화시켜 에미션을 안정되게 한다.

온도센서(210)는 촉매(200)의 하류측에 설치되어 촉매(200)의 온도를 검출한 다음 그에 대한 정보를 제어부(300)에 인가한다.

제어부(300)는 엔진(100)의 시동이 온을 유지하는 상태에서 온도센서(210)로부터 촉매(200)의 온도를 검출하고, 촉매(200)에 누적되는 열부하량을 계산하여 누적된 열부하량이 관리목표 열부하량(기준값)을 초과하면 촉매(100)를 적극적으로 보호하여 비활성화를 막기 위하여 농후 운전영역을 확대한다.

따라서, 배기가스의 온도는 낮추어 촉매(200)의 고온 노출을 억제시킨다.

또한, 촉매(200)에 누적된 열부하량이 관리목표 열부하량(기준값) 미만이면 촉매의 고온 노출을 억제하기 위하여 농후 운전영역을 축소하여 연비 향상을 제공한다.

즉, 촉매(200)의 고온노출에 대한 경계치를 완화시켜 연비 개선을 강화시킨다.

전술한 바와 같은 기능을 포함하는 본 발명의 동작은 다음과 같다.

엔진(100)이 시동 온을 유지하고 있는 상태에서(S101) 제어부(300)는 온도센서(210)를 통해 촉매(200)의 온도를 측정한 다음(S102) 설정된 일정시간 간격, 바람직하게는 1초 간격으로 촉매(200)에 미치는 순간 열부하량을 계산(exp[R/T])한다(S103).

상기에서 R은 촉매 열화상수이고, T는 촉매온도이다.

상기와 같이 일정시간 간격으로 촉매(200)에 미치는 순간 열부하량을 계산한 다음 하기의 수학식 1을 적용하여 합산함으로써, 촉매(200)에 누적된 열부하량을 계산하고 이로부터 촉매(200)의 누적 열화정도를 계산한다(S104).

누적 열부하량 = ∑exp(R/T_i) × t_i

여기서, R : 촉매 열화지수이고, T_i : 촉매온도이며, t_i : 측정시간이다.

상기 S104에서 촉매(200)에 누적된 열부하량이 계산되면 누적된 열부하량과 설정된 관리목표 열부하량을 비교한다(S105).

상기 관리목표 열부하량은 예를 들어 도 3과 같이 차량의 내구 마일리지에 따라 맵 값으로 설정된다.

상기 S105의 비교에서 촉매(200)에 누적된 열부하량이 설정된 관리목표 열부하량(기준값)을 초과하면 촉매(200)를 적극적으로 보호하여 촉매(200)의 비활성화를 막기 위하여 농후 운전영역을 확대한다(S107).

즉, 촉매(200)의 고온노출을 억제하기 위하여 농후 운전영역을 확대한다.

또한, 상기 S105의 비교에서 촉매(200)에 누적된 열부하량이 설정된 관리목표 열부하량(기준값) 미만이면 촉매(200)의 고온 노출에 경계치를 완화하고, 연비 개선을 강화시키기 위하여 농후 운전영역을 축소한다(S106).

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 엔진 제어장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량에서 엔진 제어절차를 도시한 흐름도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량에서 내구 마일리지에 따른 촉매의 목표 열부하 관리 테이블이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 엔진 200 : 촉매

300 : 제어부

Claims (6)

1. 엔진;

   산화 및 환원작용으로 배기가스를 정화시키는 촉매;

   촉매의 하류에 장착되어 촉매의 온도를 검출하는 온도센서를 포함하며,

   촉매에 누적된 열부하량을 계산한 다음 관리목표 열부하량과 비교하여 농후 운전영역을 조정하는 제어부;

   를 더 포함하는 차량의 엔진 제어장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제어부는 촉매의 온도를 시간당 열부하량으로 계산하여 순간 열부하량을 계산하고, 이를 일정시간 동안 합산하여 누적 열부하량으로 산출하는 차량의 엔진 제어장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제어부는 촉매에 누적된 열부하량이 관리목표 열부하량을 초과하면 촉매의 고온 노출을 억제시키기 위해 농후 운전영역을 확대 조정하는 차량의 운전 제어장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 제어부는 촉매에 누적된 열부하량이 관리목표 열부하량 미만이면 연비 개선을 위해 농후 운전영역을 축소 조정하는 차량의 운전 제어장치.
5. (a) 시동 온 상태에서 촉매 온도를 측정하고, 일정시간 간격으로 촉매의 순간 열부하량을 계산하는 과정;

   (b) 상기 (a)에서 계산된 순간 열부하량을 합산하여 누적 열부하량을 계산하고, 누적 열부하량과 설정된 관리목표 열부하량을 비교하는 과정;

   (c) 상기 (b)의 비교 결과 촉매에 누적된 열부하량이 관리목표 열부하량을 초과하면 농후 운전영역을 확대 조정하는 과정;

   (d) 상기 (b)의 비교 결과 촉매에 누적된 열부하량이 관리목표 열부하량 미만이면 농후 운전영역을 축소 조정하는 과정;

   을 포함하는 차량의 운전 제어방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 관리목표 열부하량은 촉매의 내구 마일리지에 따라 맵 값으로 설정되는 차량의 운전 제어방법.

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