KR101220343B1

KR101220343B1 - 디젤 차량의 공연비 제한 보정장치 및 방법

Info

Publication number: KR101220343B1
Application number: KR1020060024533A
Authority: KR
Inventors: 전종익
Original assignee: 기아자동차주식회사
Priority date: 2006-03-16
Filing date: 2006-03-16
Publication date: 2013-01-09
Also published as: KR20070094205A

Abstract

디젤 차량에서 흡기 매니폴더 호스의 빠짐으로 인하여 림프 홈 모드에 진입되는 경우 현재 엔진 RPM에 따른 공연비 펙터값을 적용하여 토크 제한 제어가 이루어지도록 하는 것으로,

차량의 상태를 모니터링하여 흡기 매니폴더 호스의 리크 혹은 빠짐이 검출되면 림프 홈 모드로 진입하는 과정과, 현재의 엔진 RPM을 검출하여 토크 제한 PI 이득값을 추출하고, 현재 엔진 RPM에 매칭되는 목표 공연비값을 추출하는 과정과, 목표 공연비와 실제 공연비를 비교하여 공연비의 편차값을 추출하는 과정과, 공연비의 편차값에 토크 제한 PI 이득값을 적용하여 토크 제한 공연비에 대하여 PI 보정을 수행하는 과정과, 배기가스에 포함된 산소 농도를 피드백 검출하여 공연비의 희박 혹은 농후 상태를 판정하는 과정과, 공연비의 희박 혹은 농후의 상태에 따라 림프 제어를 적용하여 토크 제한 연료량의 분사 제어를 수행하는 과정을 포함한다.

따라서, 엔진의 운전 조건에 부합되는 연료량의 분사 제어로 블랙 스모크의 발생과 그을음의 발생이 최소화되어 에미션을 안정화시키고, 입자 정화장치의 내구성을 향상시키는 효과가 있다.

디젤 엔진, 림프 홈 모드, 토크 제한 제어, 입자 정화장치

Description

디젤 차량의 공연비 제한 보정장치 및 방법{AIR FUEL RATIO LIMITATION COMPENSATION SYSTEM OF DIESEL VEHICLE AND METHOD}

도 1은 본 발명에 따른 디젤 차량에서 공연비 제한 보정장치에 대한 일 실시예의 개략적인 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 디젤 차량에서 공연비 제한 보정을 수행하는 일 실시예의 흐름도.

도 3은 종래의 디젤 차량에서 흡기 매니폴더 호스의 리크에 의한 그을음 포집 관계를 도시한 도면.

도 4는 종래의 디젤 차량에서 흡기 매니폴더 호스의 리크에 의한 림프 홈 모드에서 토크 제한을 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 엔진 30 : 터보 차저

50 : 촉매장치 51 : 산소센서

100 : CPF 200 : 제어부

본 발명은 디젤 차량의 엔진 제어에 관한 것으로, 더 상세하게는 흡기 매니폴더 호스(Hose)의 빠짐으로 인하여 림프 홈 모드에 진입되는 경우 현재 엔진 RPM에 따른 공연비 펙터값을 적용하여 토크 제한 제어가 이루어지도록 하는 디젤 차량에서 공연비 제한 보정장치 및 방법에 관한 것이다.

통상적으로 차량에는 장착되어 있는 불특정 임의의 장치에서 고장 혹은 에러가 발생하는 경우 엔진 제어수단은 연료량을 제한하여 관련 장치를 보호하고 사용자로 하여금 정비를 받기 위한 최소한의 운전이 가능하도록 하는 림프 홈 모드(Limp Home Mode)의 기능이 적용되어 있다.

현재의 차량에 적용되고 있는 림프 홈 모드에서는 토크 제한을 주어 연료량의 제한 제어가 수행되도록 하고 있는데, 통상적으로 2000RPM 이하에서 토크를 200Nm으로 제한하고 있으며, 이를 연료량으로 환산할 경우 대략 30 ~ 35㎎/cyc 정도가 된다.

디젤 차량에 적용되는 엔진은 뛰어난 연비, 출력 등에도 불구하고, 디젤 엔진의 특성상 공기 과잉율이 큰 상태에서 연소가 이루어지기 때문에 배출가스 중에는 가솔린 엔진과는 달리 일산화탄소(CO)나 탄화수소(HC)의 배출량이 적은 반면 질소산화물(이하, "NOx" 라 한다.)과 입자성 물질(PM)이 상당히 많이 배출되는 단점이 있다.

입자성 물질(PM)의 배출에 대하여 연소 제어를 통해 많은 저감이 이루어지고 있으나, 입자성 물질(PM)과 Nox는 서로 상반되는 관계가 있어 Nox를 줄이면 입자성 물질(PM)이 증가하고, 입자성 물질(PM)을 줄이면 반대로 Nox가 증가하게 되어 양자 를 동시에 저감 제어하는데 있어 다소간의 곤란한 상황이 발생된다.

특히, 최근들어 입자성 물질(PM)은 대기를 오염시키는 가장 중요한 주원인으로 각종 매체에서 보도되고, 인체에 많은 해를 미친다.

따라서, 디젤 차량에는 이러한 입자성 물질을 제거하기 위하여 배기 시스템에 후처리 장치를 장착하고 있다.

후처리 장치는 산화촉매(Oxidation Catalyst)와 입자 정화장치(CPF ; Diesel Catalyzed Particulate Filter)로 적용되고 있는데, 산화촉매는 백금(Pt), 파라듐(Pd) 등의 촉매효과로 배기중의 산소를 이용하여 탄화수소, 일산화탄소를 제거하는 기능을 한다.

그리고, 입자 정화장치(CPF)는 산화촉매의 후단부에 장착되며, 엔진에서 배출되는 입자성 물질(PM)을 필터내에 물리적으로 포집한 후 후분사 제어(Post Injection)로 배기가스 온도를 일정온도 이상으로 승온시켜 필터에 포집된 입자성 물질을 태워 재생하고(Regeneration) 다시 입자성 물질(PM)을 포집하는 동작을 반복함으로써, 그을음(Soot)의 배출을 저감시키는 기능을 한다.

상기한 입자 정화장치(CPF)가 장착되는 디젤 차량이 도 3에 도시된 바와 같이 실제 부스트 압이 현재의 운전 조건에 따라 결정되는 목표 부스트압을 추종하는 정상적인 주행을 수행하는 도중에 "A" 시점에서 흡기 매니폴더 호스가 빠질 경우 실제 부스트 압이 급격하게 다운되므로, 엔진 제어수단에서는 흡기 시스템의 이상으로 진단하게 된다.

따라서, 엔진 제어수단은 림프 홈 모드로 진입하여 첨부된 도 4에 도시된 바 와 같이 200Nm을 기준으로 연료량이 30 - 35mg 이상을 초과하지 못하도록 하는 토크 제한 제어를 수행하게 된다.

그러나, 실질적으로 흡기 매니폴더의 호스가 빠지는 경우에 토크 제한 제어되어 30 - 35mg으로 분사되는 연료는 실제 공기가 과급 되지 않는 조건에서는 매우 농후(Rich)한 상태이며, 공기량도 실제값으로 인식하지 못하므로 스모크 제한이 무의미하게 된다.

즉 HFM에서 인식하는 공기량은 실제 흡입되는 공기량을 오인식하게 된다.

현재 스모크 제한 연료량은 스모크 미발생 공연비로 제한하고 있으며, 실측된 공기량과 엔진 RPM에 의해 운전조건에서의 제한 연료량이 계산되어 진다.

흡기 매니폴더의 호스가 빠질 경우 엔진 제어수단은 공기량을 오버 리딩(Over-Reading)하게 되며, 이 공기량 기준으로 계산된 제한 연료량은 실제 제한 해야 하는 값보다 큰 값을 갖게 된다.

따라서, 주행 조건에 따라서 과급이 없는 상태에서 과농한 상태의 연료가 분사되어 엄청난 양의 스모크와 그을음이 배출되게 된다.

급격하게 배출되는 그을음은 입자 정화장치(CPF)에 도 3의 "B"와 같이 과포집되며, 이에 따라 엔진의 보호를 위해서 후 분사 제어를 통해 강제 재생이 시작되게 된다.

이때 입자 정화장치(CPF)에는 한계 온도인 700℃를 초과하여 재생이 중지되고 중지조건에서 스로틀 플랩(Throttle Flap)을 개방한다.

따라서, 급격히 증가한 신기(O2)량으로 인해 입자 정화장치(CPF) 내부에서는 포집된 그을음이 한꺼번에 연소되면서 내부온도가 1200℃ 이상으로 상승하게 되므로, 결국 입자 정화장치(CPF)의 내부 한계 온도를 초과하게 되며, 이에 따라 입자 정화장치(CPF)는 용해되어 소손되는 문제점이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 디젤 차량에서 흡기 매니폴더의 호스가 빠짐에 의해 림프 홈 모드로 진입하는 경우 현재의 엔진 RPM에 매칭되는 목표 공연비로 엔진 토크의 제한 제어를 수행하도록 함으로써, 그을음의 발생을 방지하여 입자 정화장치의 파손이 발생되지 않도록 한 것이다.

또한, 현재의 엔진 RPM에 매칭되는 목표 공연비로 엔진 토크의 제한 제어를 수행함에 있어 흡입 공기량이 상대적으로 많은 고 RPM의 영역에서는 저 RPM 영역 보다 희박하게 제어하고, 흡입 공기량이 상대적으로 적은 저 RPM의 영역에서는 적은 공연비에 의해 발진이 불가능한 것을 방지하기 위하여 고 RPM 대비 약간 농후하게 제어한다.

또한, 본 발명은 공연비의 변화에 따른 토크 제한 변동으로 인하여 급작스런 엔진 토크의 변동이 발생되는 것을 방지하기 위하여 희박 혹은 농후에 따른 연소 상태에 따라서 림프 기능을 더 포함하여 안정된 토크 제한 제어가 이루어지도록 한 것이다.

또한, 공연비의 PI(비례적분) 제어를 통한 보정으로 일정 공연비 이하(과 농후)로 떨어져 발생하는 스모크를 억제하고, 제한 공연비 대비 실 공연비가 희박할 경우에는 비례적분 보정을 금지하도록 한 것이다.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 차량의 상태를 모니터링하여 흡기 매니폴더 호스의 리크 혹은 빠짐이 검출되면 림프 홈 모드로 진입하는 과정과; 현재의 엔진 RPM을 검출하여 토크 제한 PI 이득값을 추출하고, 현재 엔진 RPM에 매칭되는 목표 공연비값을 추출하는 과정과; 목표 공연비와 실제 공연비를 비교하여 공연비의 편차값을 추출하는 과정과; 공연비의 편차값에 토크 제한 PI 이득값을 적용하여 토크 제한 공연비에 대하여 PI 보정을 수행하는 과정과; 배기가스에 포함된 산소 농도를 피드백 검출하여 공연비의 희박 혹은 농후 상태를 판정하는 과정과; 상기 공연비의 희박 혹은 농후의 상태에 따라 림프 제어를 적용하여 토크 제한 연료량의 분사 제어를 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 차량의 공연비 제한 보정방법을 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이 디젤 차량은 엔진(10)에서 연소된 배기가스를 배출시키는 배기 매니폴더의 소정 위치에 터보 차저(30)의 임펠라(31)가 장착되어, 배기가스의 에너지로 흡기 다기관에 장착되는 터빈을 작동시켜 흡입공기가 과급되어 엔진(10)에 공급되도록 한다.

상기 임펠라(31)의 후단부에는 백금(Pt), 파라듐(Pd) 등의 촉매로 이루어지는 산화촉매(50)가 장착되어, 배기가스중에 포함되어 있는 산소를 이용한 산화작용 으로 탄화수소, 일산화탄소를 제거한다.

상기 산화촉매(50)에는 산소센서(51)가 장착되어 배기가스중에 포함되어 있는 산소의 농도를 검출하여 연소가 희박 공연비로 수행되는지 혹은 과농 공연비로 수행되는지를 판단할 수 있도록 한다.

상기 산화촉매(50)의 후단부에는 엔진(10)에서 배출되는 입자성 물질(PM)을 필터로 포집한 후 특정의 운전 조건에서 포집된 입자성 물질(PM)을 태워 재생하는 입자 정화장치(CPF ; 100)가 장착된다.

제어부(200)는 주행중 차량에서 발생되는 이상 상태를 모니터링하여, 흡기 매니폴더 호스의 빠짐이 검출되는 경우 림프 홈 모드로 진입한 다음 현재 엔진 RPM에 매칭되는 목표 공연비로 토크 제한 제어를 수행하여, 불필요한 과농한 연료량의 공급으로 인한 그을음의 발생을 방지한다.

상기 현재의 엔진 RPM에 매칭되는 목표 공연비로 엔진 토크의 제한 제어를 수행함에 있어 흡입 공기량이 상대적으로 많은 고 RPM의 영역에서는 저 RPM 영역 보다 희박하게 제어하고, 흡입 공기량이 상대적으로 적은 저 RPM의 영역에서는 적은 공연비에 의해 발진이 불가능한 것을 방지하기 위하여 고 RPM 대비 약간 농후하게 제어한다.

또한, 공연비의 변화에 따른 토크 제한 변동으로 인하여 급작스런 엔진 토크의 변동이 발생되는 것을 방지하기 위하여 희박 혹은 농후에 따른 연소 상태에 따라서 림프 기능을 더 포함하여 안정된 토크 제한 제어가 이루어지도록 한다.

또한, 공연비의 PI(비례적분) 제어를 통한 보정으로 일정 공연비 이하(과 농 후)로 떨어져 발생하는 스모크를 억제하고, 제한 공연비 대비 실 공연비가 희박할 경우에는 비례적분 보정을 금지한다.

공연비를 적용한 토크 제한 맵은 일 예를 들어 하기의 표 1과 같이 현재 엔진 RPM에 매칭되는 목표 공연비로 설정된다.

엔진 RPM	1000	1500	2000	2500	3000	3500
목표 공연비	1.1	1.2	1.3	1.3	1.4	1.4

전술한 바와 같은 기능을 포함하여 구성되는 본 발명에 따른 디젤 차량에서 흡기 매니폴더 호스의 빠짐에 따른 림프 홈 모드의 제어시 공연비의 적용을 통한 토크 제한 제어의 동작에 대하여 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

입자 정화장치(CPF ; 100)가 장착된 디젤 차량이 주행을 유지하게 되면 제어부(200)는 차량에 장착되는 각 센서의 정보를 판독 분석하여(S101) 흡기 이상, 바람직하게는 흡기 매니폴더 호스의 빠짐이 검출되는지를 판단한다(S102).

상기 S102의 판단에서 흡기 매니폴더 호스의 빠짐이 검출되면 차량의 정비를 위한 최소한의 주행을 유지시키기 위하여 림프 홈 모드로 진입하여(S103), 현재의 엔진 RPM을 검출한다(S104).

상기 S104에서 현재의 엔진 RPM이 검출되면 토크 제한 제어를 위한 PI(비례적분) 이득값을 설정하고(S105), 상기한 표 1과 같이 설정된 맵 테이블로부터 현재의 엔진 RPM에 매칭되는 목표 공연비값을 추출한다(S106).

상기 추출되는 목표 공연비값은 흡입 공기량이 상대적으로 많은 고 RPM의 영역인 경우 저 RPM의 영역보다 희박한 공연비로 설정하고, 흡입 공기량이 상대적으로 적은 저 RPM 영역인 경우 너무 희박한 공연비로 설정하는 경우 발진이 불가능하게 되므로, 고 RPM 대비 약간 농후한 공연비로 결정한다.

이후, 추출된 목표 공연비값과 실제 공연비값을 비교하여(S107) 공연비의 편차값을 추출한다(S108).

상기 S108에서 추출되는 공연비 편차값에 설정된 PI 이득값을 적용하여 PI 보정값을 결정한 다음 이 값을 적용한 연료량의 분사로 토크 제한 제어를 수행한다(S109).

상기와 같이 현재 엔진 회전수에 매칭되는 목표 공연비에 PI 보정을 적용하여 엔진 토크 제한 제어를 수행하는 상태에서 산소센서(51)로부터 피드백 검출되는 공연비가 희박 혹은 농후한 상태를 유지하는지를 판단한다(S110).

이후, 공연비의 판단된 결과에 따라 토크 제한 연료량을 림프 제어하여 공연비 변화에 따른 토크 제한의 변동으로 급작스런 엔진 토크 변동이 발생되는 것으로 방지한다(S111).

상기한 절차에 따라 흡기 매니폴더 호스의 빠짐에 따른 림프 홈 모드에서의 최종적인 토크 제한 연료량을 결정하여 분사 제어함으로써, 과다한 그을음의 발생이 방지되며, 이에 따른 입자 정화장치의 빈번한 재생 동작이 방지되어 입자 정화장치의 내구성이 향상된다(S112).

상기한 설명에서는 흡기 매니폴더 호스의 빠짐에 따른 림프 홈 모드에서 목표 공연비를 적용한 토크 제한 제어에 대하여 설명하였으나, 흡기 매니폴더 호스의 리크(Leak)로 인한 림프 홈 모드에서도 동일하게 적용됨은 자명한 바, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

또한, 입자 정화장치가 장착되지 않는 디젤 차량인 경우 상기한 바와 같이 엔진 RPM에 매칭되는 공연비의 적용으로 엔진 토크를 제한 제어하는 경우 블랙 스모크의 발생이 방지된다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 흡기 매니폴더 호스의 빠짐 혹은 리크로 인한 림프 홈 모드에서 엔진 RPM에 매칭되는 공연비를 적용한 토크 제한 제어로, 신기량을 안정되게 유지시켜 그을음의 발생을 최소화하여 입자 정화장치의 내구성을 향상시키는 효과를 제공한다.

또한 디젤 차량의 운행에서 블랙 스모크의 발생을 방지하여 에미션의 안정화를 제공하는 효과가 있다.

Claims

차량의 이상 검출시 림프 홈 모드로 진입하여 토크 제한 제어를 수행하는 제어수단과; 엔진에서 배출되는 입자성 물질(PM)을 포집하는 입자 정화장치가 장착되는 디젤 차량에 있어서,

상기 제어수단은 흡기 매니폴더 호스의 빠짐 검출에 따라 림프 홈 모드로 진입하면 현재 엔진 RPM에 매칭되는 목표 공연비로 토크 제한 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 디젤 차량의 공연비 제한 보정장치.
제1항에 있어서,

상기 제어수단은 현재의 엔진 RPM에 매칭되는 목표 공연비로 엔진 토크의 제한 제어를 수행함에 있어 흡입 공기량이 상대적으로 많은 고 RPM의 영역에서는 저 RPM 영역 보다 희박하게 제어하고, 흡입 공기량이 상대적으로 적은 저 RPM의 영역에서는 적은 공연비에 의해 발진이 불가능한 것을 방지하기 위하여 고 RPM 대비 농후하게 제어하는 것을 특징으로 하는 디젤 차량의 공연비 제한 보정장치.
제1항에 있어서,

상기 제어수단은 현재 엔진 RPM에 매칭되는 공연비로 엔진 토크이 제한 제어를 수행하는 과정에서 희박 혹은 농후에 따른 연소 상태에 따라서 림프 기능을 더 포함하여 토크 제한 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 디젤 차량의 공연비 제한 보정장치.
제1항에 있어서,

상기 제어수단은 공연비의 PI(비례적분) 제어를 통한 보정으로 일정 공연비 이하(과 농후)로 떨어져 발생하는 스모크를 억제하고, 토크 제한 공연비 대비 실 공연비가 희박할 경우에는 비례적분 보정을 금지하는 것을 특징으로 하는 디젤 차량의 공연비 제한 보정장치.
차량의 상태를 모니터링하여 흡기 매니폴더 호스의 리크 혹은 빠짐이 검출되면 림프 홈 모드로 진입하는 과정과;

현재의 엔진 RPM을 검출하여 토크 제한 PI 이득값을 추출하고, 현재 엔진 RPM에 매칭되는 목표 공연비값을 추출하는 과정과;

목표 공연비와 실제 공연비를 비교하여 공연비의 편차값을 추출하는 과정과;

공연비의 편차값에 토크 제한 PI 이득값을 적용하여 토크 제한 공연비에 대하여 PI 보정을 수행하는 과정과;

배기가스에 포함된 산소 농도를 피드백 검출하여 공연비의 희박 혹은 농후 상태를 판정하는 과정과;

상기 공연비의 희박 혹은 농후의 상태에 따라 림프 제어를 적용하여 토크 제한 연료량의 분사 제어를 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 차량의 공연비 제한 보정방법.
제5항에 있어서,

상기 현재 엔진 RPM에 매칭되는 목표 공연비는 흡입 공기량이 상대적으로 많은 고 RPM의 영역에서는 저 RPM 영역 보다 희박하게 제어하고, 흡입 공기량이 상대적으로 적은 저 RPM의 영역에서는 적은 공연비에 의해 발진이 불가능한 것을 방지하기 위하여 고 RPM 대비 농후하게 결정하는 것을 특징으로 하는 디젤 차량의 공연비 제한 보정방법.
제5항에 있어서,

상기 공연비에 PI 보정을 적용하는 경우 토크 제한 공연비 대비 실 공연비가 희박할 경우에는 PI 보정을 금지하는 것을 특징으로 하는 디젤 차량의 공연비 제한 보정방법.