KR101646122B1 - 연비 개선 방법 및 이를 수행하는 차량용 제어장치 - Google Patents

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Abstract

연비 개선 방법 및 이를 수행하는 차량용 제어장치에 관한 것이다.
차량용 제어장치는, 복수의 운전모드 별로, 엔진 응답성을 최적화하는 연료분사계 및 흡배기계의 제어정책을 저장하는 저장부, 촉매온도를 획득하는 촉매온도 획득부, 엔진 회전속도 및 연료소비량을 토대로 엔진의 운전영역을 판정하는 운전영역 판정부, 상기 촉매온도, 상기 운전영역 및 현재 시간을 토대로 상기 복수의 운전모드 중 어느 하나를 현재의 운전모드로 판정하는 운전모드 판정부, 그리고 상기 현재의 운전모드에 대응하는 제어정책을 상기 저장부로부터 읽어오고, 상기 현재의 운전모드에 대응하는 제어정책을 토대로 상기 연료분사계 및 상기 흡배기계를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

연비 개선 방법 및 이를 수행하는 차량용 제어장치{METHOD AND CONTROL APPARATUS FOR IMPROVEMENT OF FUEL RATIO IN VEHICLE}
본 발명은 연비 개선 방법 및 이를 수행하는 차량용 제어장치에 관한 것이다.
차량의 배기가스(Exhaust gas) 중 유해물질(emission)에 대한 각국의 환경 규제가 점차 강화되고 추세이다. 이에 따라, 차량에는 배기가스 규제에 따라 배기가스에 포함된 NOx, CO, THC 등의 유해물질을 제거시키는 다양한 형태의 촉매장치가 장착된다.
배기가스 규제를 만족시키기 위해서는, 배기가스 후처리장치를 구성하는 촉매들이 보다 신속히 활성화되어 정화작용을 원활히 수행할 수 있어야 한다. 촉매가 활성화 온도에 신속히 도달하도록 하기 위해, 분사시기 지연, 후 분사 등 연료분사계를 제어하거나, EGR(Exhaust Gas Recirculation) 량 제어 등 흡배기계를 제어하는 방법이 사용된다.
그러나, 과도한 분사시기 지연이나 후 분사의 경우 엔진(engine)의 동력 발생에 무관하게 소모되는 연료량이 증가하여 연비를 저하시키는 원인이 될 수 있으며, 과도한 EGR 량 조절은 펌핑 손실의 증가 및 공기량 부족에 의한 매연 등 각종 부작용을 수반할 수 있다.
한편, 종래에는 배기가스 규제를 만족시키기 위해 가혹한 운전조건 즉, 고속 주행과 가감속이 잦은 운전조건을 기준으로 엔진의 응답성을 획일적으로 설계하였다. 그러나, 엔진 응답성을 획일적으로 설계하는 경우, 비교적 정속 주행과 급가속을 자제하는 운전 상황에서 연비를 악화시키는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명의 실시 예를 통해 해결하려는 과제는, 배기가스 규제를 만족시키면서, 연비를 최소화하는 것이 가능한 연비 개선 방법 및 이를 수행하는 차량용 제어장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 제어장치는, 복수의 운전모드 별로, 엔진 응답성을 최적화하는 연료분사계 및 흡배기계의 제어정책을 저장하는 저장부, 촉매온도를 획득하는 촉매온도 획득부, 엔진 회전속도 및 연료소비량을 토대로 엔진의 운전영역을 판정하는 운전영역 판정부, 상기 촉매온도, 상기 운전영역 및 현재 시간을 토대로 상기 복수의 운전모드 중 어느 하나를 현재의 운전모드로 판정하는 운전모드 판정부, 그리고 상기 현재의 운전모드에 대응하는 제어정책을 상기 저장부로부터 읽어오고, 상기 현재의 운전모드에 대응하는 제어정책을 토대로 상기 연료분사계 및 상기 흡배기계를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 제어장치의 연비 개선 방법은, 촉매온도를 획득하는 단계, 엔진 회전속도 및 연료소비량을 토대로 엔진의 운전영역을 판정하는 단계, 상기 촉매온도, 상기 운전영역 및 현재 시간을 토대로, 복수의 운전모드 중 어느 하나를 현재의 운전모드로 판정하는 단계, 그리고 복수의 운전모드 별로 엔진의 응답성을 최적화하도록 설정된 연료분사계 및 흡배기계의 제어정책 중, 상기 현재의 운전모드에 대응하는 제어정책을 토대로, 상기 연료분사계 및 상기 흡배기계를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따르면, 운전자의 운전특성에 따라서 엔진 응답성을 최적화 시킴으로써, 배기가스 규제를 만족시키면서 연비를 개선하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 제어장치를 도시한 구조도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 제어장치의 촉매온도에 따른 판정치 산출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 제어장치의 엔진의 운전영역에 따른 판정치 산출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 제어장치에서 운전모드를 판정하는 제어로직의 일 예를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 제어장치에서 기어비 단계를 판정하는 제어로직의 일 예를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 제어장치의 연비 개선 방법을 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 필요한 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 연비 개선 방법 및 이를 수행하는 차량용 제어장치에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 제어장치를 도시한 구조도이다. 도 2는 촉매온도에 따른 판정치 산출 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 엔진의 운전영역에 따른 판정치 산출 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 제어장치에서 운전모드를 판정하는 제어로직의 일 예를 도시한 것이다. 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 제어장치에서 기어비 단계를 판정하는 제어로직의 일 예를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 차량용 제어장치(10)는 촉매온도 획득부(110), 운전영역 판정부(120), 운전모드 판정부(130), 저장부(140), 제어부(150) 등을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 구성요소들은 필수적인 것은 아니어서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 제어장치(10)는 그 보다 더 많거나 적은 구성요소를 포함하도록 구현될 수도 있다.
촉매온도 획득부(110)는 온도센서를 통해 촉매온도를 획득할 수 있다.
예를 들어, 촉매온도 획득부(110)는 촉매장치(미도시)에 배치되는 온도센서를 통해 촉매온도를 획득할 수 있다.
촉매는, 엔진(engine)에서 발생하는 배기가스(Exhaust gas)로부터 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO), 질소산화물(NOx) 등의 유해물질을 정화 처리하기 위해 사용된다. 촉매는, 일루미나를 베이스로 하여 백금, 팔라듐, 로듐 등을 포함하는 귀금속을 담지하여, 탄화수소 및 일산화탄소의 산화반응과, 질소산화물의 환원반응을 동시에 발생시키는 역할을 한다.
한편, 촉매는 그 온도가 높을수록 정화 능력이 높아지는 특성을 가진다. 촉매가 활성화 온도에 도달하지 않은 상태에서는 유해물질의 정화 능력이 떨어져 유해물질을 산화 및 환원시키지 못하고 대기로 배출하게 되므로 에미션(Emission)을 악화시킬 수 있다.
따라서, 에미션을 악화시키지 않으면서 엔진의 응답성을 최적화하기 위해서는, 촉매 온도에 따라서 엔진의 응답성을 적절하게 설계할 필요가 있다.
이에 따라, 후술하는 운전모드 판정부(130)는, 엔진의 응답성 매핑을 위해 운전모드를 판정하는 과정에서, 촉매온도를 판정 파라미터로 사용할 수 있다. (촉매온도를 운전모드 판별을 위한 파라미터로 사용하는 부분에 있어, 전후 관계(예를 들어, 촉매온도를 운전모드 판단의 파라미터로 사용하는 이유, 촉매온도와 엔진의 응답성 간의 관계 등)에 대한 설명을 추가 부탁 드립니다.)
운전영역 판정부(120)는 현재 엔진 회전속도(rpm)(또는 차속)와 연료소비량을 토대로 엔진의 운전영역을 판정할 수 있다.
도 3을 참조하면, 엔진의 운전영역은 엔진 회전속도(또는 차속)와 연료소비량 간의 대응관계에 따라서 복수의 운전영역(3a, 3b, 3c, 3d)으로 구분될 수 있다.
따라서, 운전영역 판정부(120)는 현재 엔진 회전속도(또는 차속)와 연료소비량을 토대로 복수의 운전영역(3a, 3b, 3c, 3d) 중 현재 엔진의 운전영역을 판정할 수 있다.
엔진은, 주행 속도, 가감속 특성 등 운전자의 운전 특성에 따라서 그 운전영역이 상이하며, 운전영역에 따라서 엔진 응답성 또한 달라진다.
이에 따라, 후술하는 운전모드 판정부(130)는, 엔진의 응답성 매핑을 위해 운전모드를 판정하는 과정에서, 엔진의 운전영역을 판정 파라미터로 사용할 수 있다. (운전영역을 운전모드 판별을 위한 파라미터로 사용하는 부분에 있어, 전후 관계(예를 들어, 운전영역을 운전모드 판단의 파라미터로 사용하는 이유, 운전영역과 에미션, 운전영역과 엔진의 응답성 간의 관계 등)에 대한 설명을 추가 부탁 드립니다.)
운전모드 판정부(130)는 촉매온도, 현재 엔진의 운전영역, 그리고 현재 시간을 토대로 차량의 운전모드를 판정할 수 있다.
운전모드 판정부(130)는 운전모드를 판정하기 위해, 촉매온도 획득부(110)를 통해 획득한 촉매온도를 토대로, 촉매온도에 따른 판정치를 획득할 수 있다. (후술하는 가중치와의 구별을 위해, 가중치에서 판정치로 명칭 변경함)
도 2를 참조하면, 차량의 엔진 회전속도와 촉매온도 간의 대응관계에 따라서 복수의 촉매온도 영역(2a, 2b, 2c, 2d)이 구분되며, 각 촉매온도 영역(2a, 2b, 2c, 2d)에는 서로 다른 판정치가 대응될 수 있다.
따라서, 운전모드 판정부(130)는 현재 촉매온도가 복수의 촉매온도 영역(2a, 2b, 2c, 2d) 중 어느 영역에 포함되는지를 판단하고, 현재 촉매온도가 어느 영역에 포함되는지에 따라서 촉매온도에 따른 판정치를 획득할 수 있다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 이웃하는 두 개의 촉매온도 영역이 서로 중첩하는 경우, 중첩된 영역(2ab, 2bc, 2cd)의 판정치는 이웃하는 두 개의 촉매온도 영역에 대응하는 판정치의 평균값이 사용될 수 있다.
예를 들어, 엔진 회전속도가 800rpm인 상태에서 촉매온도가 300˚C인 경우, 현재 촉매온도는 촉매온도 영역1(2a)과 촉매온도 영역2(2b) 간의 중첩 영역(2ab)에 포함된다. 이에 따라, 운전모드 판정부(130)는 촉매온도 영역1(2a)과 촉매온도 영역2(2b)에 대응되어 있는 판정치의 평균값을 현재 촉매온도에 따른 판정치로 획득한다.
운전모드 판정부(130)는 운전모드를 판정하기 위해 엔진의 운전영역에 따른 판정치를 획득할 수 있다.
도 3을 참조하면, 차량의 엔진 회전속도(또는 차속)와 연료소비량 간의 대응관계에 따라서 복수의 운전영역(3a, 3b, 3c, 3d)이 구분되며, 각 운전영역(3a, 3b, 3c, 3d)에는 서로 다른 판정치가 대응될 수 있다.
운전모드 판정부(130)는 운전영역 판정부(120)에 의해 엔진이 복수의 운전영역(3a, 3b, 3c, 3d) 중 어느 영역에서 운전 중인지 판정되면, 대응하는 판정치를 현재 엔진의 운전영역에 따른 판정치로 획득할 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 이웃하는 두 개의 운전영역이 서로 중첩하는 경우, 중첩된 영역(3ab, 3bc, 3cd)의 가중치로 이웃하는 두 개의 운전영역에 대응하는 판정치의 평균값이 사용될 수 있다.
예를 들어, 현재 엔진 회전속도가 900rpm인 상태에서 연료소비량이 5kg/hr인 경우, 엔진의 운전영역은 운전영역1(3a)과 운전영역2(3b) 간의 중첩 영역(3ab)에 포함된다. 이에 따라, 운전모드 판정부(130)는 운전영역1(3a)과 운전영역2(3b에 대응되어 있는 판정치의 평균값을 현재 엔진의 운전영역에 해당하는 판정치로 획득한다.
운전모드 판정부(130)는 운전모드를 판정하기 위해 현재 시간에 따른 판정치를 획득할 수 있다.
도로 특성 및 교통 흐름은 운전 시간대에 따라서 달라질 수 있다. 또한, 운전자의 운전 특성은 도로 특성 및 교통 흐름에 따라서 달라질 수 있다. 예를 들어, 출퇴근 시간대의 경우 교통량이 많아 교통 흐름이 원활하지 않으므로, 운전자는 주로 낮은 속도로 운전하며, 도로 정체에 따른 가감속 상황이 많이 발생할 수 있다.
이러한, 운전 특성은 엔진의 응답 특성에 영향을 미치므로, 운전모드 판정부(130)는 연료분사계(20) 및 흡배기계(30)의 제어정책을 결정하기 위해 운전모드를 판정하는 과정에서, 현재 시간을 판정 파라미터로 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 도로 특성, 교통 흐름 등의 시간에 따른 통계치를 토대로 복수의 시간영역이 구분되며, 각 시간 영역 별로 서로 다른 판정치가 대응될 수 있다.
따라서, 운전모드 판정부(130)는 현재 시간이 어느 시간영역에 포함되는지에 따라서 시간에 따른 판정치를 획득할 수 있다.
운전모드 판정부(130)는 전술한 바와 같이, 촉매온도, 엔진의 운전영역 및 현재 시간에 따른 판정치가 획득되면, 이들을 합산하여 합산값을 산출한다. 또한, 기 설정된 시간(예를 들어, 5분) 동안 판정치 합산값을 누적 합산한 후 평균값을 산출하고, 판정치 합산값의 평균값을 현재 운전모드 판정치로 산출한다.
한편, 운전모드 판정부(130)는 운전모드 판정의 신뢰성을 향상시키기 위해, 학습제어를 통해 최종 운전모드 판정치를 획득할 수 있다.
즉, 운전모드 판정부(130)는, 전술한 바와 같이 산출한 현재 운전모드 판정치가 산출되면, 현재 운전모드 판정치와, 직전 운전모드 판정치 및 평균 운전모드 판정치에 각각 서로 다른 가중치를 적용하고, 가중치가 적용된 운전모드 판정치들을 합산하여 최종 운전모드 판정치를 획득할 수 있다.
직전 운전모드 판정치는, 현재 운전모드 판정치 이전에 획득한 운전모드 판정치들 중 가장 최근에 획득한 운전모드 판정치를 나타내며, 운전시간이 기 설정된 시간 이상(예를 들어, 1시간 이상)인 경우에 한해서 직전 운전모드 판정치로 선택될 수 있다. 평균 운전모드 판정치는, 어제까지의 운전모드 판정치의 평균값으로서, 어제까지의 운전모드 판정치를 누적 합산한 후 평균값을 산출하여 획득될 수 있다.
운전모드 판정부(130)는 최종 운전모드 판정치가 획득되면, 이를 토대로 복수의 운전모드(예를 들어, 국도모드, 도심모드, 고속도로모드) 중 어느 하나를 현재 운전모드로 판정한다.
도 4를 예로 들면, 운전모드 판정부(130)는 최종 운전모드 판정치와 도심 기준값을 비교하여, 국도모드 및 도심모드 중 어느 하나를 선택한다. 즉, 최종 운전모드 판정치가 도심 기준값보다 작으면 도심모드를 선택하고, 최종 운전모드 판정치가 도심 기준값 이상이면 국도모드를 선택한다. 이후, 운전모드 판정부(130)는 국도모드 및 도심모드 중 어느 하나가 선택되면, 선택된 모드와 고속도록 모드 중 하나를 최종 운전모드 판정치와 고속 기준값의 비교 결과에 따라서 최종 운전모드로 선택한다. 즉, 최종 운전모드 판정치가 고속 기준값보다 크면 고속도로 모드를 운전모드로 선택하고, 최종 운전모드 판정치가 고속 기준값 이하이면 국도모드 및 도심모드 중에서 선택된 모드를 운전모드로 선택한다.
저장부(140)는 차량용 제어장치(10)에서 처리되는 데이터들을 저장한다.
저장부(140)는 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 촉매영역(2a, 2b, 2c, 2d)을 구분하기 위한 영역정보(예를 들어, 각 촉매영역의 엔진 회전속도 범위 및 촉매온도 범위)와, 각 촉매영역에 대응하는 판정치를 저장할 수 있다. 또한, 저장부(140)는 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 운전영역(3a, 3b, 3c, 3d)을 구분하기 위한 영역정보(예를 들어, 각 운전영역의 엔진 회전속도(또는 차속) 범위 및 연료소비량 범위)와, 각 운전영역에 대응하는 판정치를 저장할 수 있다. 또한, 저장부(140)는 각 시간영역을 구분하기 위한 정보와, 각 시간영역에 대응하는 판정치를 저장할 수도 있다.
저장부(140)는 복수의 운전모드 별로 연료분사계(20) 및 흡배기계(30)의 제어정책을 구분하여 저장할 수도 있다.
각 운전모드의 연료분사계(20) 및 흡배기계(30)의 제어정책은, 각 운전모드에서의 촉매온도, 엔진의 운전영역 등을 고려하여, 에미션을 만족시키는 범위에서, 엔진의 응답성을 최적화하여 연비를 개선하는 방향으로 설계될 수 있다. 각 운전모드의 연료분사계(20) 및 흡배기계(30)의 제어정책은, 테스트, 시뮬레이션 등의 과정을 통해 미리 설정될 수 있다.
한편, 저장부(140)는 각 운전모드에 대해, 정속 주행 상태와 과도기(transient) 상태에서의 연료분사계(20) 및 흡배기계(30)의 제어정책을 구분하여 저장할 수 있다.
연료분사계(20)의 제어정책은, 차량의 연료분사와 관련된 제어정보를 포함할 수 있다.
정속 주행 상태에서의 연료분사계(20)의 제어정보는, 연료분사장치(미도시)의 연료분사시기, 커먼레일(common rail)의 압력 등을 포함할 수 있다.
연료는 공급 라인을 따라 경유하는 과정에서 압력을 유지하기 위해, 커먼레일에 고압상태로 충진되며, 커먼레일에 연결된 분배로를 통하여 복수의 연료분사장치로 공급되어, 엔진의 연소실로 분사될 수 있다. 이 과정에서, 커먼레일의 압력과 연료분사장치의 분사시기는, 엔진의 응답성을 결정하며, 촉매온도에 영향을 미쳐 유해물질 배출량을 결정하는 파라미터로 사용될 수 있다.
흡배기계(30)의 제어정책은 차량의 흡배기와 관련된 제어정보를 포함할 수 있다.
정속 주행 상태에서의 흡배기계(30)의 제어정보는, 터보차저(turbo charger)의 과급량, 배기가스 재순환(Exhaust Gas Recirculation)량 등을 포함할 수 있다.
터보차저는 배기가스의 압력으로 흡기를 압축하여 흡기 라인을 통해 엔진으로 과급하는 장치이고, EGR 시스템은 배기가스를 흡기 라인을 통해 엔진으로 공급하는 장치로서, 터보차저의 과급량과 EGR 시스템의 EGR량은 엔진의 응답성을 결정하며, 촉매온도에 영향을 미쳐 유해물질 배출량을 결정하는 파라미터로 사용될 수 있다.
과도기 상태에서의 연료분사계(20) 및 흡배기계(30)의 제어정보는, 동일한 운전모드이더라도 기어비에 따라서 서로 다르게 설정될 수 있다. 즉, 각 운전모드 별로 기어비에 따른 연료분사계(20) 및 흡배기계(30)의 제어정보가 설정될 수 있다.
예를 들어, 기어비는 낮은단, 중간단 및 높은단의 세 단계로 구분되며, 각 운전모드 별로 각 기어비 단계에서의 연료분사계(20) 및 흡배기계(30)의 제어정보가 설정될 수 있다.
과도기 상태에서의 연료분사계(20) 제어정보는, 기어비에 따른 매연 한계 연료량(smoke fuel limit)을 포함할 수 있다.
매연 한계 연료량은, 공급되는 흡입 공기량의 부족에 의한 불완전 연소를 막기 위해 흡기 압력에 따라 설정된 최대 연료량을 나타내며, 매연 한계 연료량에 따라서 목표 연료 분사량에 도달하는 시간이 조절될 수 있다. 즉, 매연 한계 연료량에 의해, 연료 분사속도가 조절되어 목표 연료 분사량에 도달하는 시간이 제어될 수 있다.
한편, 과도기 상태에서 매연 한계 연료량은, 기어비가 낮을수록 연료분사속도가 증가하여 목표 연료분사량에 도달하는 시점이 빨라지되도록 설정되고, 기어비가 높을수록 연료 분사속도가 낮아져 목표 연료분사량에 도달하는 시점이 늦어지도록 설정될 수 있다.
과도기 상태에서의 흡배기계 제어정보는, 기어비에 따른 EGR 량을 포함할 수 있다. 즉, 과도기 상태에서의 흡배기계 제어정보는, 기어비에 따라서 EGR 량을 어떻게 조절할 것인지를 나타낸다. 과도기 상태에서, EGR 량은 기어비가 증가할수록 작아지도록 설정될 수 있다.
제어부(150)는, 운전모드 판정부(130)에 의해 판정된 운전모드에 대응하는 연료분사계(20) 및 흡배기계(30)의 제어정책을 저장부(140)로부터 읽어온다.
제어부(150)는 차량이 현재 정속 주행 상태이면, 현재 운전모드에 대응하는 제어정책 중 정속 주행 상태에 대응하는 제어정책을 저장부(140)로부터 읽어온다.
반면에, 제어부(150)는 차량이 현재 가감속 등 과도기 상태이면, 현재 운전모드에 대응하는 제어정책 중 과도기 상태에 대응하는 제어정책을 저장부(140)로부터 읽어온다.
한편, 과도기 상태에서의 제어정책은, 기어비 별로 서로 다르다. 예를 들어, 기어비는 낮은단, 중간단 및 높은단의 세 단계로 구분되며, 각 단계 별로 서로 다른 제어정책이 설정될 수 있다.
따라서, 제어부(150)는 현재 기어비가 어느 단계에 포함되는지를 판단하고, 현재 기어비가 포함되는 단계에 대응하는 제어정책을 저장부(140)로부터 읽어온다.
도 5는 제어부(150)가 기어비 단계를 판정하는 제어로직의 일 예를 도시한 것이다. 도 5를 참조하면, 제어부(150)는 기 설정된 저단 기준값 및 고단 기준값을 토대로 현재 기어비가 어느 단계에 포함되는지를 판단한다. 우선, 제어부(150)는 현재 기어비와 저단 기준값을 비교하여, 중간단 및 낮은단 중 어느 하나를 선택한다. 즉, 기어비가 저단 기준값보다 작으면 낮은단을 선택하고, 기어비가 저단 기준값 이상이면 중간단을 선택한다. 이후, 제어부(150)는 낮은단 및 중간단 중에서 선택된 단계와 높은단 중 하나를 기어비와 고단 기준값의 비교 결과에 따라서 최종 기어비 단계로 선택한다. 즉, 기어비가 고단 기준값보다 크면 높은단을 최종 기어비 단계로 선택하고, 기어비가 고단 기준값 이하이면 중간단 및 낮은단 중에서 선택된 단계를 최종 기어비 단계로 선택한다.
전술한 바와 같이, 제어부(150)는 저장부(140)로부터 제어정책을 획득하면, 이를 토대로 연료분사계(20) 및 흡배기계(30)를 제어하여, 차량의 배기가스 배출과 엔진의 응답성을 제어할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 제어장치의 연비 개선 방법을 도시한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 제어장치(10)는 촉매온도, 엔진의 운전영역 및 현재시간을 토대로 현재의 운전모드 판정치를 산출한다(S100).
상기 S100 단계에서, 차량용 제어장치(10)는 촉매온도 획득부(110)를 통해 촉매온도를 획득하며, 현재 촉매온도가 기 설정된 복수의 촉매영역(도 2의 도면부호 2a, 2b, 2c, 2d 참조) 중 어느 영역에 포함되는지를 판정한다. 그리고 판정 결과에 따라서 촉매온도에 따른 판정치를 산출한다.
또한, 상기 S100 단계에서, 차량용 제어장치(10)는 운전영역 판정부(120)를 통해 기 설정된 복수의 운전영역(도 3의 도면부호 3a, 3b, 3c, 3d 참조) 중 어느 운전영역에 포함되는지를 판정한다. 그리고, 판정결과에 따라서 엔진의 운전영역에 따른 판정치를 산출한다.
또한, 상기 S100 단계에서, 차량용 제어장치(10)는 현지 시간이 기 설정된 복수의 시간영역 중 어느 영역에 포함되는지를 판정하고, 판정 결과에 따라서 시간에 따른 판정치를 산출한다.
또한, 상기 S100 단계에서, 차량용 제어장치(10)는 촉매온도, 운전영역 및 시간에 따른 판정치가 각각 산출되면, 이들을 합산하여 현재의 운전모드 판정치를 산출한다.
상기 S100 단계를 통해 현재 운전모드 판정치가 산출되면, 차량용 제어장치(10)는 현재 운전모드 판정치와, 직전 운전모드 판정치 및 평균 운전모드 판정치에 각각 서로 다른 가중치를 적용하고, 가중치가 적용된 운전모드 판정치들을 합산하여 최종 운전모드 판정치를 획득한다(S110).
상기 S110 단계에서, 직전 운전모드 판정치는, 가장 최근에 주행 시 획득한 운전모드 판정치를 나타내며, 평균 운전모드 판정치는, 어제까지의 운전모드 판정치의 평균값으로서, 어제까지의 운전모드 판정치를 누적 합산한 후 평균값을 산출하여 획득될 수 있다.
상기 S110 단계에서, 차량용 제어장치(10)는 현재 운전모드 판정치와, 직전 운전모드 판정치 및 평균 운전모드 판정치에 최근에 산출된 판정치일수록 더 큰 가중치를 적용할 수 있다. 즉, 현재 운전모드 판정치에 가장 큰 가중치를 적용하고, 평균 운전모드 판정치에 가장 작은 가중치를 적용할 수 있다.
차량용 제어장치(10)는 상기 S110 단계를 통해 최종 운전모드 판정치가 획득되면, 기 설정된 복수의 운전모드(예를 들어, 국도모드, 도심모드, 고속도로모드) 중 어느 하나를 현재 운전모드로 판정한다(S120).
또한, 차량용 제어장치(10)는 상기 S120 단계를 통해 판정한 운전모드에 대응하는 제어정책을 저장부(140)로부터 획득하고(S130), 이를 토대로 연료분사계(20) 및 흡배기계(30)를 제어한다(S140).
상기 S130 단계에서, 차량용 제어장치(10)는 차량이 현재 정속 주행 상태이면, 현재 운전모드에 대응하는 제어정책 중 정속 주행 상태에 대응하는 제어정책을 획득한다.
반면에, 상기 S130 단계에서, 차량용 제어장치(10)는 차량이 현재 가감속 등 과도기 상태이면, 현재 운전모드에 대응하는 제어정책 중 과도기 상태에 대응하는 제어정책을 획득한다. 과도기 상태에서의 제어정책은, 기어비 별로 서로 다른 제어정보를 포함하도록 설정된다.
전술한 바에 따르면, 차량용 제어장치는 촉매온도, 엔진의 운전영역, 시간 영역 등에 따라서 엔진 응답성이 서로 다른 복수의 운전모드를 구분하고, 운전모드 별로 연료분사계 및 흡배기계의 제어정책을 다르게 설계함으로써, 에미션을 만족하면서도 각 운전모드 별로 최적화된 엔진 성능을 구현할 수 있다. 또한, 기어비에 따라서 엔진 응답성이 달라지는 과도기 상태에서는 기어비에 따라서 연료분사계 및 흡배기계의 제어정책을 다르게 설계함으로써, 기어비 별로 최적화된 엔진 성능을 구현할 수 있다. 또한, 엔진 성능이 향상됨에 따라, 연비가 개선되는 효과가 있다.
본 발명의 실시 예에 의한 연비 개선 방법은 소프트웨어를 통해 실행될 수 있다. 소프트웨어로 실행될 때, 본 발명의 구성 수단들은 필요한 작업을 실행하는 코드 세그먼트들이다. 프로그램 또는 코드 세그먼트들은 프로세서 판독 기능 매체에 저장되거나 전송 매체 또는 통신망에서 반송파와 결합된 컴퓨터 데이터 신호에 의하여 전송될 수 있다.
컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 장치의 예로는, ROM, RAM, CD-ROM, DVD_ROM, DVD_RAM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있다. 또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 장치에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 용이하게 선택하여 대체할 수 있다. 또한 당업자는 본 명세서에서 설명된 구성요소 중 일부를 성능의 열화 없이 생략하거나 성능을 개선하기 위해 구성요소를 추가할 수 있다. 뿐만 아니라, 당업자는 공정 환경이나 장비에 따라 본 명세서에서 설명한 방법 단계의 순서를 변경할 수도 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시형태가 아니라 특허청구범위 및 그 균등물에 의해 결정되어야 한다.

Claims (15)

  1. 복수의 운전모드 별로, 엔진 응답성을 최적화하는 연료분사계 및 흡배기계의 제어정책을 저장하는 저장부,
    촉매온도를 획득하는 촉매온도 획득부,
    엔진 회전속도 및 연료소비량을 토대로 엔진의 운전영역을 판정하는 운전영역 판정부,
    상기 촉매온도, 상기 운전영역 및 현재 시간을 토대로 상기 복수의 운전모드 중 어느 하나를 현재의 운전모드로 판정하는 운전모드 판정부, 그리고
    상기 현재의 운전모드에 대응하는 제어정책을 상기 저장부로부터 읽어오고, 상기 현재의 운전모드에 대응하는 제어정책을 토대로 상기 연료분사계 및 상기 흡배기계를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 운전모드 판정부는, 상기 촉매온도에 따른 제1판정치, 상기 운전영역에 따른 제2판정치 및 상기 현재 시간에 따른 제3판정치를 합산하여 제1운전모드 판정치를 획득하며, 상기 제1운전모드 판정치를 토대로 상기 현재의 운전모드를 판정하는 차량용 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    각 제어정책은 정속 주행 상태에서의 상기 연료분사계 및 상기 흡배기계의 제1제어정보와, 과도기(transient) 상태에서의 상기 연료분사계 및 상기 흡배기계의 제2제어정보를 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 정속 주행 상태에서는 상기 제1제어정보를 토대로 상기 연료분사계 및 상기 흡배기계를 제어하고, 상기 과도기 상태에서는 상기 제2제어정보를 토대로 상기 연료분사계 및 상기 흡배기계를 제어하는 차량용 제어장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1제어정보는, 상기 연료분사계의 연료분사시기, 커먼레일(common rail)의 압력, 터보차저(turbo charger)의 과급량 또는 배기가스 재순환량을 포함하는 차량용 제어장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2제어정보는, 매연 한계 연료량(smoke fuel limit) 또는 배기가스 재순환량을 포함하며,
    상기 제2제어정보는 기어비에 따라 다른 차량용 제어장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 배기가스 재순환량은 기어비가 높을수록 작게 설정되는 차량용 제어장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 운전모드 판정부는, 상기 제1운전모드 판정치, 상기 제1운전모드 판정치를 획득하기 직전에 획득한 제2운전모드 판정치 및 평균 운전모드 판정치에 대응하는 제3운전모드 판정치 각각에 대해 서로 다른 가중치를 적용하고, 상기 가중치가 적용된 상기 제1, 제2 및 제3운전모드 판정치를 합산하여 최종 운전모드 판정치를 획득하며, 상기 최종 운전모드 판정치를 토대로 상기 복수의 운전모드 중 어느 하나를 상기 현재의 운전모드로 선택하는 차량용 제어장치.
  8. 촉매온도를 획득하는 단계,
    엔진 회전속도 및 연료소비량을 토대로 엔진의 운전영역을 판정하는 단계,
    상기 촉매온도, 상기 운전영역 및 현재 시간을 토대로, 복수의 운전모드 중 어느 하나를 현재의 운전모드로 판정하는 단계, 그리고
    복수의 운전모드 별로 엔진의 응답성을 최적화하도록 설정된 연료분사계 및 흡배기계의 제어정책 중, 상기 현재의 운전모드에 대응하는 제어정책을 토대로, 상기 연료분사계 및 상기 흡배기계를 제어하는 단계를 포함하며,
    상기 판정하는 단계는,
    상기 촉매온도에 따른 제1판정치, 상기 운전영역에 따른 제2판정치 및 상기 현재 시간에 따른 제3판정치를 합산하여 제1운전모드 판정치를 획득하는 단계, 그리고
    상기 제1운전모드 판정치를 토대로 상기 현재의 운전모드를 판정하는 단계
    를 포함하는 차량용 제어장치의 연비 개선 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 운전모드 별로 설정된 제어정책은, 정속 주행 상태에서의 상기 연료분사계 및 상기 흡배기계의 제1제어정보와, 과도기(transient) 상태에서의 상기 연료분사계 및 상기 흡배기계의 제2제어정보를 포함하며,
    상기 제어하는 단계는,
    상기 정속 주행 상태이면, 상기 제1제어정보를 토대로 상기 연료분사계 및 상기 흡배기계를 제어하는 단계, 그리고
    상기 과도기 상태이면, 상기 제2제어정보를 토대로 상기 연료분사계 및 상기 흡배기계를 제어하는 단계를 포함하는 차량용 제어장치의 연비 개선 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1제어정보는, 상기 연료분사계의 연료분사시기, 커먼레일(common rail)의 압력, 터보차저(turbo charger)의 과급량 또는 배기가스 재순환량을 포함하는 차량용 제어장치의 연비 개선 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제2제어정보는, 매연 한계 연료량(smoke fuel limit) 또는 배기가스 재순환량을 포함하며,
    상기 제2제어정보는 기어비에 따라 다른 차량용 제어장치의 연비 개선 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 배기가스 재순환량은 기어비가 높을수록 작게 설정되는 차량용 제어장치의 연비 개선 방법.
  13. 삭제
  14. 제8항에 있어서,
    상기 제1운전모드 판정치를 토대로 상기 현재의 운전모드를 판정하는 단계는,
    상기 제1운전모드 판정치, 상기 제1운전모드 판정치를 획득하기 직전에 획득한 제2운전모드 판정치 및 평균 운전모드 판정치에 대응하는 제3운전모드 판정치 각각에 대해 서로 다른 가중치를 적용하는 단계,
    상기 가중치가 적용된 상기 제1, 제2 및 제3운전모드 판정치를 합산하여 최종 운전모드 판정치를 획득하는 단계, 그리고
    상기 최종 운전모드 판정치를 토대로 상기 복수의 운전모드 중 어느 하나를 상기 현재의 운전모드로 선택하는 단계
    를 포함하는 차량용 제어장치의 연비 개선 방법.
  15. 제8항, 제9항, 제10항, 제11항, 제12항 및 제14항 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위해 기록매체에 저장된 프로그램.
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