KR101278781B1 - 선형 산소센서를 이용한 퍼지가스 분배성 확인 및 보정 방법 - Google Patents

선형 산소센서를 이용한 퍼지가스 분배성 확인 및 보정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선형 산소센서를 이용한 퍼지가스 분배성 확인 및 보정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료탱크로부터 증발된 가스를 캐니스터로 포집하여 캐니스터 퍼지 밸브를 통해 흡기계로 공급하는 증발가스 제어 및 공연비 제어를 통해, 신속하고 정확한 공연비 제어가 이루어질 수 있다.
특히, 본 발명은 공연비의 목표값과 실측값의 차이를 확인하고, 엔진운전 영역별(기통별) 지연시간 및 시상수값을 적용하여 퍼지 밸브를 통해 공급되는 증발가스의 분배성을 확인하고 보정함으로써, 신속하고 정확한 공연비 제어가 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명은 각 엔진기통별로 목표공연비에 도달하도록 함으로써, 혼합기 연소의 안정성을 확보하고 엔진의 내구성 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
더불어, 배기가스의 오염물질을 정화하기 위한 삼원 촉매 전환장치의 성능을 최적으로 유지함으로써, 배기가스의 오염물질을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
따라서, 친환경 기반의 엔진 제조 및 차량 제조 분야에서 제품의 경쟁력 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Description

선형 산소센서를 이용한 퍼지가스 분배성 확인 및 보정 방법{Canister purge gas distribution check and adjustment using linear oxygen sensor}
본 발명은 선형 산소센서를 이용한 퍼지가스 분배성 확인 및 보정 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료탱크로부터 증발된 가스를 캐니스터로 포집하여 캐니스터 퍼지 밸브를 통해 흡기계로 공급하는 증발가스 제어 및 공연비 제어를 확인하고 보정하기 위한 한 것이다.
특히, 본 발명은 공연비의 목표값과 실측값의 차이를 확인하고, 엔진운전 영역별(기통별) 지연시간 및 시상수값을 적용하여 퍼지 밸브를 통해 공급되는 증발가스의 분배성을 확인하고 보정함으로써, 신속하고 정확한 공연비 제어가 이루어질 수 있는 선형 산소센서를 이용한 퍼지가스 분배성 확인 및 보정 방법에 관한 것이다.
현대인의 필수품으로 자리잡은 자동차는 생활 전반에 걸쳐 편리함을 제공하고 생활권의 확대를 이룰 수 있으나, 배기가스에 의한 환경오염이라는 문제를 가지고 있는바, 환경보호를 위하여 사회적 및 정치적인 다양한 방법으로 자동차 배기가스를 규제하고 있다.
이로 인하여 차량에 탑재되는 엔진/연료 시스템의 설계에 있어서, 엔진의 성능과 더불어 엔진에서 연소되어 배출되는 배기가스를 분석하여 대기오염물질을 최소화하는 방법 등에 관계된 측면이 중요한 관점으로 대두되었다.
이러한 방법 중 하나로 삼원 촉매 전환장치를 이용한 방법이 있다.
삼원 촉매 전환장치는 엔진으로부터 배출되는 대기오염물질을 정화시키는 기능을 수행하는 것으로, 삼원 촉매 전환장치를 이용할 경우, 엔진 성능과 연료 경제성 측면은 거의 최적한 상태로 유지하면서 공해 배출물을 저감시킬 수 있다.
한편, 삼원 촉매 전환장치는 혼합기의 공연비가 이론공연비(목표공연비)로 거의 정확하게 유지되는 경우에만 그 성능을 효과적으로 발휘할 수 있기 때문에, 엔진으로 공급되는 혼합기의 공연비를 신속하고 정확하게 보정하는 것이 무엇보다 중요하게 되었다.
이러한 공연비의 보정은 기화기를 통해 이루어질 수 있으나, 기화기의 개선만으로 공연비를 이론 공연비로 정확하게 맞춘다는 것은 거의 불가능하기 때문에, 배기가스의 산소농도를 측정할 수 있는 산소센서를 이용한 공연비의 측정을 통해 전자제어에 의하여 세밀하게 제어하는 것이 필요하게 되었다.
예를 들어, 가솔린과 같은 연료는 공기를 소정 비율로 혼합한 혼합기의 형태로 사용되는바, 일정한 연료를 완전연소하기 위한 공기의 비율을 이론공연비라고 한다.
이러한 이론공연비에 근접한 혼합기를 엔진의 연소실에 공급하기 위해서는 연소후의 배기가스의 산소농도를 측정하고, 검출된 산소농도를 분석하여 혼합기의 산소비율을 보정하게 된다.
한편, 산소센서를 이용한 공연비 제어 보상방법에 있어서, 주로 사용되는 것이 학습에 의한 데이터축적에 기초하여 보상하는 방법이 적용되고 있다.
그러나, 학습제어방식의 공연비 보상방법은, 충분한 데이터의 축적이 이루어지지 않거나, 학습되지 않은 상황에 대해서는 신속하고 정확한 공연비 제어가 이루어지지 못하는 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 연료탱크로부터 증발된 가스를 캐니스터로 포집하여 흡기계로 공급하는 증발가스 제어 및 공연비 제어를 수행함에 있어, 공연비의 목표값과 실측값의 차이를 확인하여, 정확한 공연비 제어가 이루어질 수 있는 선형 산소센서를 이용한 퍼지가스 분배성 확인 및 보정 방법을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 엔진운전 영역별(기통별) 지연시간 및 시상수값을 적용하여 공급되는 증발가스(혼합기)의 분배성을 확인하고 보정함으로써, 보다 정확한 공연비 제어가 이루어질 수 있는 선형 산소센서를 이용한 퍼지가스 분배성 확인 및 보정 방법을 제공하는데 목적이 있다.
특히, 본 발명은 선형 산소센서에 의해 측정된 정보를 기초로 엔진운전 영역별 지연시간 및 시상수값을 역산하여, 보다 신속하고 정확한 공연비 제어가 이루어질 수 있는 선형 산소센서를 이용한 퍼지가스 분배성 확인 및 보정 방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 선형 산소센서를 이용한 퍼지가스 분배성 확인 및 보정 방법은, a) 현재의 배기가스의 공연비를 측정하여, 공연비 목표값과 실측값의 차이에 해당하는 연산값을 확인하고, 상기 연산값을 설정값과 비교하는 단계; b) 상기 연산값이 설정값보다 큰 경우, 엔진운전 영역별 지연시간 및 시상수값을 확인하여 비정상적인 공연비를 갖는 엔진기통을 확인하는 단계; 및 c) 상기 확인결과, 비정상적인 공연비를 갖는 엔진기통의 보정량을 산출하고, 목표공연비에 대응하도록 보정하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 단계 b)는, b-1) 현재 동작중인 엔진기통을 확인하는 단계; b-2) 엔진운전 영역별 지연시간 및 시상수값을 확인하는 단계; 및 b-3) 상기 확인된 현재 동작중인 엔진기통을 기준으로 상기 확인된 엔진운전 영역별 지연시간 및 시상수값을 적용하여, 비정상적인 공연비를 갖는 엔진기통을 확인하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 단계 b-1)은, 크랭크 및 캠 센서의 신호를 확인하여 현재 동작중인 엔진기통을 확인할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 단계 c)는, 해당 엔진으로 공급되는 연료가스의 전체 공급량에 대하여, 어느 하나의 엔진기통으로 연료가스의 공급량이 보정량만큼 증가되면, 해당 보정량을 균등하게 배분하여 나머지 엔진기통들로 공급되는 연료가스의 공급량을 동일하게 감소시키고, 어느 하나의 엔진기통으로 연료가스의 공급랑이 보정량만큼 감소되면, 해당 보정량을 균등하게 배분하여 나머지 엔진기통들로 공급되는 연료가스의 공급량을 동일하게 증가시키도록 보정할 수 있다.
일 실시예에서, 선형 산소센서를 이용한 퍼지가스 분배성 확인 및 보정 방법은, 상기 단계 a) 이전에, 해당 차량에 탑재되는 엔진에 대하여 엔진운전 영역별 지연시간 및 시상수값을 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 엔진운전 영역별 지연시간 및 시상수값을 산출하는 단계는, 지연시간 및 시상수값을 측정하기 위한 엔진운전 영역을 선택하는 단계; 상기 측정을 위한 공연비 제어를 수행하여 공연비 목표값을 변경하는 단계; 해당 엔진운전 영역에서 공연비 실측값을 측정하여, 상기 공연비 목표값과 비교하는 단계; 및 상기 비교결과를 분석하여, 해당 엔진운전 영역에서의 지연시간 및 시상수값을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 엔진운전 영역별 지연시간 및 시상수값을 산출하는 단계는, 상기 산출된 지연시간 및 시상수값을 해당 엔진기통과 매칭하여 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이를 이용하여, 상기 단계 b-3)는, 상기 매칭하여 저장된 데이터에 기초하여 산출된 지연시간 및 시상수값에 해당하는 엔진기통을 확인할 수 있다.
상기와 같은 해결수단에 의해, 본 발명은 공연비의 목표값과 실측값의 차이를 확인하여 공연비를 보정함으로써, 실제 공연비를 목표공연비에 매우 근접하도록 제어할 수 있는 장점이 있다.
특히, 엔진운전 영역별 지연시간 및 시상수값을 역산하여 혼합기의 분배성을 확인하고, 비정상적인 공연비를 갖는 엔진기통을 확인하여 보정함으로써, 해당 엔진기통을 확인 및 공연비 보정을 수행함으로써, 각 엔진기통별 공연비 제어가 가능해지는 장점이 있다.
이러한 본 발명의 장점은, 배기가스의 오염물질을 정화하기 위한 삼원 촉매 전환장치의 성능을 최적으로 유지할 수 있어, 배기가스의 오염물질을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 각각의 엔진기통의 공연비를 목표공연비에 도달하도록 함으로써, 혼합기 연소의 안정성을 확보하고 엔진의 내구성 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
따라서, 친환경 기반의 엔진 제조 및 차량 제조 분야에서 제품의 경쟁력 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 선형 산소센서를 이용한 퍼지가스 분배성 확인 및 보정 방법의 일 실시예를 설명하는 흐름도이다.
도 2는 도 1의 단계 'S100'에서 'S230'을 위한 지연시간 및 시상수값을 산출하는 방법의 일 실시예를 설명하는 순서도이다.
도 3 및 도 4는 도 2를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 선형 산소센서를 이용한 퍼지가스 분배성 확인 및 보정 방법에 대한 예는 다양하게 적용할 수 있으며, 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 가장 바람직한 실시예에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 선형 산소센서를 이용한 퍼지가스 분배성 확인 및 보정 방법의 일 실시예를 설명하는 흐름도이다.
도 1을 참조하면, 해당 차량에 탑재되는 엔진에 대하여 엔진운전 영역별 지연시간 및 시상수값을 산출할 수 있다(단계 S10). 일 실시예에서, 산출된 엔진운전 영역별 지연시간 및 시상수값은 엔진의 동작을 제어하는 ECU에 저장될 수 있고, 이하에서 비정상적인 공연비를 갖는 엔진기통을 확인하는 과정에서 호출되어 사용될 수 있다. 엔진운전 영역별 지연시간 및 시상수값을 산출하는 방법은 하기에서 보다 상세히 설명하기로 한다.
주행 등의 목적을 위해, 엔진이 동작하면 현재의 배기가스의 공연비를 측정하여, 공연비 목표값과 실측값의 차이에 해당하는 연산값을 확인하고, 연산값과 설정값을 비교한다(단계 S100). 여기서, 공연비 연산값은 목표공연비를 도달하기 위하여 엔진계통의 전자장치를 제어하기 위한 제어값을 포함한다.
예를 들어, 설정값은 공연비 제어가 요구되는 공연비 목표값과 실측값 차의 최소값을 포함할 수 있다. 여기서, 설정값 해당 차량 및 엔진의 성능과 더불어 당업자의 요구에 따라 다양한 값으로 변경될 수 있음은 당연하다.
연산값이 설정값보다 큰 경우, 엔진운전 영역별 지연시간 및 시상수값을 확인하여 비정상적인 공연비를 갖는 엔진기통을 확인한다(단계 S200).
일 실시예에서, 공연비를 제어하는 공연비제어모듈(예를 들어, ECU)은, 크랭크 및 캠 센서의 신호를 확인하여(단계 S210), 현재 동작중인 엔진기통을 확인할 수 있다(단계 S220).
예를 들어, 공연비제어모듈은 크랭크 및 캠 센서의 신호를 분석하여 각 엔진기통별 크랭크 및 캠의 위치를 확인하면 현재 배기행정인 엔진기통을 확인할 수 있다.
이후, 공연비제어모듈은 엔진운전 영역별 지연시간 및 시상수값을 확인할 수 있고(단계 S230), 확인된 현재 동작중인 엔진기통을 기준으로 확인된 엔진운전 영역별 지연시간 및 시상수값을 적용하여, 비정상적인 공연비를 갖는 엔진기통을 확인할 수 있다(단계 S240).
예를 들어, 공연비제어모듈은 도 3에 나타난 바와 같이, 4개의 엔진기통(111 내지 114)으로 구성된 엔진에서, 각 엔진기통은 4행정(흡기, 압축, 폭발, 배기)을 기본으로 동작되고, 4개의 엔진기통(111 내지 114)이 4행정에 대하여 순차적으로 동작할 경우, 1번 엔진기통이 흡기행정에서 압축행정으로 동작하면 2번 엔진기통이 배기행정에서 흡기행정으로 동작할 수 있고, 1번 엔진기통이 압축행정에서 폭발행정으로 동작하면 2번 엔진기통은 압축행정으로, 3번 엔진기통은 흡기행정으로 동작할 수 있다.
따라서, 현재 배기행정으로 동작중인 엔진기통이 3번 엔진기통(113)이며, 지연시간(DT) 및 시상수값(TC)의 합이 엔진기통의 2행정에 대응하는 시간으로 확인될 경우, 비정상적인 공연비를 갖는 엔진기통을 1번 엔진기통(111)으로 판단할 수 있다. 다시 말해, 현재 동작중인 엔진기통에 대하여 지연시간(DT) 및 시상수값(TC)을 역산하여 비정상적인 공연비를 갖는 엔진기통을 찾을 수 있다.
확인결과, 공연비제어모듈은 비정상적인 공연비를 갖는 엔진기통의 보정량을 산출하고, 목표공연비에 대응하도록 보정할 수 있다(단계 S300). 일 실시예에서, 목표공연비에 대응하도록 보정하는 방법은, 캐니스터에서 포집된 연료가스를 인젝터를 통해 해당 엔진기통에 공급함에 있어, 해당 엔진기통의 공급량을 보정하고, 해당 보정량에 대응하는 양을 나머지 엔진기통에 균등분배하여 보정할 수 있다. 예를 들어, 해당 엔진기통에 대한 보정량이 엔진전체에 공급되는 연료가스에 대비하여 12%를 증가시키는 경우, 나머지 3개의 엔진기통에 대해서는 3%를 감소시키도록 보정을 할 수 있다.
도 2는 도 1의 단계 'S100'에서 'S230'을 위한 지연시간 및 시상수값을 산출하는 방법의 일 실시예를 설명하는 순서도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 단계 'S230'에서 적용되는 지연시간 및 시상수값은 미리 산출되어 저장될 수 있다.
지연시간 및 시상수값을 산출하는 모듈(예를 들어, ECU; 이하, 산출모듈이라함)은, 지연시간 및 시상수값을 측정하기 위한 엔진운전 영역을 선택할 수 있다(단계 S111).
예를 들어, 엔진운전 영역은 각 엔진기통의 배기행정을 기준으로 구분될 수 있다.
산출모듈은, 특정 엔진기통의 지연시간 및 시상수값을 측정하기 위하여, 해당 엔진기통의 공연비 제어를 수행하여(단계 S112) 공연비 목표값을 변경할 수 있다(단계 S113).
그리고, 산출모듈은 해당 엔진운전 영역에서 공연비 실측값을 측정하여(단계 S114) 공연비 목표값과 비교하며(단계 S115), 비교결과를 분석하여 해당 엔진운전 영역에서의 지연시간 및 시상수값을 산출할 수 있다.
다시 말해, 산출모듈은 도 3에 나타난 바와 같이 특정 엔진기통(111)의 공연비를 제어(도 4의 'T1' 시점)하고 선형 산소센서를 이용하여 공연비가 변경되는 시점(도 4의 'T2' 시점)을 측정하면, 도 4에 나타난 바와 같이 해당 엔진기통의 지연시간(DT)을 측정할 수 있고, 공연비가 변경되기 시작한 이후 측정된 공연비가 목표공연비(도 4의 'T-AFR', 공연비 변경값)에 도달하는 시간(도 4의 'T3' 시점)을 측정하면, 도 4에 나타난 바와 같이 시상수값(TC)을 산출할 수 있다. 여기서 도 4 의 수직축은 공연비를 나타낸다.
산출모듈은 해당 엔진기통의 지연시간 및 시상수값에 대한 산출이 완료되면, 다른 엔진기통에 대한 측정여부를 확인할 수 있고(단계 S117), 다른 엔진기통에 대한 측정이 필요한 경우 단계 'S111' 내지 단계 'S116'를 반복할 수 있다.
산출모듈은 각 엔진기통별 지연시간 및 시상수값의 산출이 모두 완료되면, 산출된 지연시간 및 시상수값을 해당 엔진기통과 매칭하여 저장할 수 있다(단계 S118).
일 실시예에서, 공연비제어모듈 산출모듈에 의해 매칭하여 저장된 데이터에 기초하여 산출된 지연시간 및 시상수값에 해당하는 엔진기통을 확인할 수 있다.
따라서, 각 엔진운전 영역에서의 지연시간 및 시상수값을 미리 측정하여 저장하면, 이후 매칭된 데이터를 이용하여 비정상적인 공연비를 갖는 엔진기통을 신속하게 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명에 의한 선형 산소센서를 이용한 퍼지가스 분배성 확인 및 보정 방법에 대하여 설명하였다. 이러한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지는 것이므로, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (8)

  1. 삭제
  2. a) 현재의 배기가스의 공연비를 측정하여, 공연비 목표값과 실측값의 차이에 해당하는 연산값을 확인하고, 상기 연산값과 설정값을 비교하는 단계;
    b) 상기 연산값이 설정값보다 큰 경우, 엔진운전 영역별 지연시간 및 시상수값을 확인하여 비정상적인 공연비를 갖는 엔진기통을 확인하는 단계; 및
    c) 상기 확인결과, 비정상적인 공연비를 갖는 엔진기통의 보정량을 산출하고, 목표공연비에 대응하도록 보정하는 단계를 포함하되,
    상기 단계 b)는,
    b-1) 현재 동작중인 엔진기통을 확인하는 단계;
    b-2) 엔진운전 영역별 지연시간 및 시상수값을 확인하는 단계; 및
    b-3) 상기 확인된 현재 동작중인 엔진기통을 기준으로 상기 확인된 엔진운전 영역별 지연시간 및 시상수값을 적용하여, 비정상적인 공연비를 갖는 엔진기통을 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 산소센서를 이용한 퍼지가스 분배성 확인 및 보정 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 단계 b-1)은,
    크랭크 및 캠 센서의 신호를 확인하여 현재 동작중인 엔진기통을 확인하는 것을 특징으로 하는 선형 산소센서를 이용한 퍼지가스 분배성 확인 및 보정 방법.
  4. a) 현재의 배기가스의 공연비를 측정하여, 공연비 목표값과 실측값의 차이에 해당하는 연산값을 확인하고, 상기 연산값과 설정값을 비교하는 단계;
    b) 상기 연산값이 설정값보다 큰 경우, 엔진운전 영역별 지연시간 및 시상수값을 확인하여 비정상적인 공연비를 갖는 엔진기통을 확인하는 단계; 및
    c) 상기 확인결과, 비정상적인 공연비를 갖는 엔진기통의 보정량을 산출하고, 목표공연비에 대응하도록 보정하는 단계를 포함하되,
    상기 단계 c)는,
    해당 엔진으로 공급되는 연료가스의 전체 공급량에 대하여,
    어느 하나의 엔진기통으로 연료가스의 공급량이 보정량만큼 증가되면, 해당 보정량을 균등하게 배분하여 나머지 엔진기통들로 공급되는 연료가스의 공급량을 동일하게 감소시키고,
    어느 하나의 엔진기통으로 연료가스의 공급랑이 보정량만큼 감소되면, 해당 보정량을 균등하게 배분하여 나머지 엔진기통들로 공급되는 연료가스의 공급량을 동일하게 증가시키도록 보정하는 것을 특징으로 하는 선형 산소센서를 이용한 퍼지가스 분배성 확인 및 보정 방법.
  5. 제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선형 산소센서를 이용한 퍼지가스 분배성 확인 및 보정 방법은,
    상기 단계 a) 이전에,
    해당 차량에 탑재되는 엔진에 대하여 엔진운전 영역별 지연시간 및 시상수값을 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 산소센서를 이용한 퍼지가스 분배성 확인 및 보정 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 엔진운전 영역별 지연시간 및 시상수값을 산출하는 단계는,
    지연시간 및 시상수값을 측정하기 위한 엔진운전 영역을 선택하는 단계;
    상기 측정을 위한 공연비 제어를 수행하여 공연비 목표값을 변경하는 단계;
    해당 엔진운전 영역에서 공연비 실측값을 측정하여, 상기 공연비 목표값과 비교하는 단계; 및
    상기 비교결과를 분석하여, 해당 엔진운전 영역에서의 지연시간 및 시상수값을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 산소센서를 이용한 퍼지가스 분배성 확인 및 보정 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 엔진운전 영역별 지연시간 및 시상수값을 산출하는 단계는,
    상기 산출된 지연시간 및 시상수값을 해당 엔진기통과 매칭하여 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 산소센서를 이용한 퍼지가스 분배성 확인 및 보정 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 단계 b-3)는,
    상기 매칭하여 저장된 데이터에 기초하여 산출된 지연시간 및 시상수값에 해당하는 엔진기통을 확인하는 것을 특징으로 하는 선형 산소센서를 이용한 퍼지가스 분배성 확인 및 보정 방법.
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