KR101756722B1 - 효과적인 휴지기통 진입 제어가 가능한 차량용 cda 엔진의 제어방법 및 그 장치 - Google Patents

효과적인 휴지기통 진입 제어가 가능한 차량용 cda 엔진의 제어방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면은 효과적인 휴지기통 진입 제어가 가능한 차량용 CDA(Cylinder-Deactivation) 엔진의 제어방법 및 그 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 휴지기통으로 운전되는 실린더의 군 중에서 하나의 실린더에 신기가스를 주입시키고 다른 하나의 실린더에는 배기가스를 주입시켜 휴지기통 전환 제어를 수행하는 차량용 CDA 엔진의 제어방법 및 그 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 휴지기통으로 운전되는 실린더의 군 중에서 하나의 실린더에 신기가스를 주입시키고 다른 하나의 실린더에는 배기가스를 주입시켜 휴지기통 전환 제어를 수행함으로써 연비절감과 충격흡수를 동시에 달성할 수 있다.

Description

효과적인 휴지기통 진입 제어가 가능한 차량용 CDA 엔진의 제어방법 및 그 장치{Control Device and Method for Cylinder-Deactivation Engine}
본 발명의 일 측면은 효과적인 휴지기통 진입 제어가 가능한 차량용 CDA(Cylinder-Deactivation) 엔진의 제어방법 및 그 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 휴지기통으로 운전되는 실린더의 군 중에서 하나의 실린더에 신기가스를 주입시키고 다른 하나의 실린더에는 배기가스를 주입시켜 휴지기통 전환 제어를 수행하는 차량용 CDA 엔진의 제어방법 및 그 장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
최근 원유 가격 상승으로 인한 고효율 연비 차량 선호에 따른 요구 또는 배기 가스의 과다 배출로 인한 환경 문제에 따른 요구 등에 의해 CDA(Cylinder -Deactivation) 엔진 즉 가변기통 엔진이 개발되고 있다.
CDA 엔진은, 제동 시나 주행 시에 전체 실린더 중에 일부 실린더를 휴지(休止)시키는 엔진을 말하는 것으로, 휴지된 실린더 측에서는 연료 공급 및 흡/배기 밸브의 작동이 정지하게 된다.
이러한 CDA 엔진은 휴지된 연소실에 연료 분사가 이루어지지 않아 연료 소비량이 줄어들고, 휴지되어 있는 실린더에서는 마찰에 의한 동력손실이 발생하지 않으므로 상당한 수준의 연비 이득을 얻을 수 있게 된다.
종래의 CDA 엔진은 특정 실린더만을 휴지기통으로 운전하는 구조인데, 장시간 동안 CDA 모드로 작동하게 되면 작동 중인 기통과 휴지 상태의 기통 사이에 온도 차가 발생하게 되는 쿨-다운 현상이 생기고. 그로 인한 보어의 변형, 점화플러그 파울링 현상 등으로 인하여 엔진의 내구성이 저하되는 문제가 생긴다.
쿨-다운 현상을 방지하기 위하여 CDA 모드로 연속 운전하는 것을 일정시간으로 제한하여 그 시간을 초과할 경우 CDA 운전을 금지하는 로직이 개발되고 있으나, 이 경우 연비 이득을 얻기 어렵다.
따라서 CDA 모드로 연속 운전이 가능하여 연비 향상을 이루면서도 쿨-다운 현상을 방지할 수 있는 CDA 엔진의 제어 로직 및 제어 장치의 연구 개발이 필요한 실정이다.
한편, 정상 운전상태에서 휴지기통 운전상태로 진입시에 신기가스 또는 배기 가스를 이용해 휴지기통 진입을 제어하는 기술이 있다. 신기가스를 휴지기통에 주입시킬 경우 배기가스 대비 압력과 온도가 낮아 휴지기통 전환시에 진동 및 소음을 줄여 준다. 하지만 배기가스 대비 압력과 온도가 낮기 때문에 연비 측면에서는 불리한 문제가 있다.
또한, 배기가스를 주입시킬 경우 고온, 고압의 가스를 이용하여 휴지기통 실린더의 기계적 마찰력을 줄여 주므로 연료 절감 효과를 나타내지만, 압력과 온도가 높아 휴지기통 전환시 진동, 소음, 충격이 발생하는 문제가 있다.
이에 본 발명에 따른 실시예는, 전술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 휴지기통으로 운전되는 실린더의 군 중에서 하나의 실린더에 신기가스를 주입시키고 다른 하나의 실린더에는 배기가스를 주입시켜 휴지기통 전환 제어를 수행함으로써 연비절감과 충격흡수를 동시에 달성할 수 있는 차량용 CDA 엔진의 제어방법 및 그 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 CDA 모드로 연속 운전이 가능하여 연비 향상을 이루면서도 쿨-다운 현상을 방지할 수 있는 CDA 엔진을 제공함에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
위에 제기된 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 측면은, 복수의 제1실린더로 구성된 제1뱅크와 복수의 제2실린더로 구성된 제2뱅크로 구성되는 차량용 CDA 엔진의 제어방법에 있어서,
운전자의 요구토크를 검출하는 요구토크 검출단계; 상기 운전자의 요구토크를 분석하여 CDA 작동조건을 충족하는지를 판정하는 작동조건 판정단계; 상기 CDA 작동조건이 충족된 경우, 상기 제1뱅크를 휴지뱅크로 선택하여 휴지 제어하는 제1제어단계; 및
상기 CDA 작동조건이 충족된 경우, 상기 제2뱅크를 휴지뱅크로 선택하여 휴지 제어하는 제2제어단계;를 포함하는 차량용 CDA 엔진의 제어방법을 제공할 수 있다.
여기서 상기 제1제어단계와 상기 제2제어단계는 서로 교대로 수행될 수 있다. 제1제어단계와 제2제어단계는 서로 교대로 수행됨으로써 특정 실린더만 반복적으로 CDA 작동하지 않게 되어 엔진 내구성이 향상될 수 있다.
상기 제1제어단계와 상기 제2제어단계 사이에 상기 제1뱅크와 상기 제2뱅크가 모두 정상 연소되는 정상연소단계를 포함할 수 있다. 제1제어단계와 제2제어단계가 상호 전환되는 사이에 정상연소단계를 거침으로써 제1뱅크와 제2뱅크 상호간에 CDA 작동이 전환될 때 발생하는 충격을 완화할 수 있고 승차감을 향상시킬 수 있다.
상기 제1뱅크 또는 상기 제2뱅크는 상기 CDA 엔진의 점화 순서(Firing Order)에 기초하여 결정될 수 있다. 따라서 제1뱅크 또는 제2뱅크가 휴지 제어되더라도 활성상태에 있는 나머지 실린더들이 기 설정된 CDA 엔진의 점화 순서(Firing Order)를 유지할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면은 복수의 제1실린더와 복수의 제2실린더로 구성되는 차량용 CDA 엔진의 제어장치에 있어서,
운전자의 요구토크를 검출하는 운전자요구토크검출부; 상기 복수의 제1실린더로 구성되는 제1뱅크; 상기 복수의 제2실린더로 구성되는 제2뱅크; 및
상기 운전자의 요구토크를 분석하여 CDA 작동조건을 만족하면 상기 제1뱅크와 상기 제2뱅크 중 하나를 휴지뱅크로 선택하여, 휴지 제어하고, 상기 제1뱅크가 정상 연소로 복귀한 뒤에는 상기 운전자의 요구토크를 분석하여 상기 CDA 작동조건을 만족하면 상기 제1뱅크와 상기 제2뱅크 중 다른 하나를 휴지뱅크로 선택하여 휴지 제어하는 제어부;를 포함하는 차량용 CDA 엔진의 제어장치를 제공할 수 있다.
상기 복수의 제1실린더와 상기 복수의 제2실린더의 개수는 동일한 것일 수 있다. 이 경우 실린더의 휴지 제어 전환이 균형적으로 동일한 개수의 실린더에 대하여 실행되므로 엔진 구동에 있어서 밸런스를 유지하여 진동 소음을 줄일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의한 차량용 CDA 엔진의 제어장치는 휴지 제어를 위해서 유압을 제공하는 제1 및 제2액추에이터를 포함할 수 있다. 이 경우 상기 복수의 제1실린더는 상기 제1액추에이터를 공동으로 사용하고, 상기 복수의 제2실린더는 상기 제2액추에이터를 공동으로 사용하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는 상기 제1뱅크를 휴지 제어한 뒤에 상기 제2뱅크가 휴지 제어되기 전에 제1뱅크와 제2뱅크가 모두 정상 연소되는 정상연소과정을 거치도록 제어할 수 있다. 제1뱅크와 제2뱅크 상호간에 CDA 작동이 전환될 때 발생하는 충격을 완화할 수 있고 승차감을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면은, 운전자의 요구토크를 검출하는 요구토크 검출단계; 상기 운전자의 요구토크를 분석하여 CDA 작동조건을 충족하는지를 판정하는 작동조건 판정단계;
상기 CDA 작동조건이 충족된 경우, 휴지뱅크를 구성하는 복수의 실린더 중 하나에 신기가스를 트랩시키고, 다른 하나에 배기가스를 트랩시키는 에어트랩단계; 및 상기 휴지뱅크를 휴지 제어하는 휴지제어단계;를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서 상기 휴지제어단계는 상기 휴지뱅크와 연결된 액추에이터의 작동시간을 제어하는 것을 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 액추에이터의 작동시점은 상기 복수의 실린더 중 하나의 흡기밸브가 폐쇄된 후부터 다른 하나의 배기밸브가 개방되기 전까지의 구간 내에 있도록 설정될 수 있다. 한편, 액추에이터의 작동시점은 상기 배기가스가 트랩되는 시점을 기준으로 설정될 수 있다.
실시예에 따라서 상기 에어트랩단계는 상기 신기가스를 트랩시킨 뒤에 상기 배기가스를 트랩시키도록 수행될 수 있으며, 상기 복수의 실린더 중 상기 신기가스가 트랩되는 실린더는 점화 순서에 의해 처음 휴지 제어되는 실린더일 수 있다.
상기 에어트랩단계에서 상기 신기가스와 상기 배기가스는 상기 복수의 실린더가 행정 사이클을 순환하면서 실린더에 자연스럽게 트랩될 수 있다.
여기서 신기가스가 트랩된다는 것은 행정 사이클에 의하여 실린더의 흡기밸브가 개방되어 신기가 실린더 내부로 유입된 뒤에 다시 흡기밸브가 폐쇄되는 것을 의미할 수 있으며, 배기가스가 트랩된다는 것은 행정 사이클에 의하여 실린더 배기밸브가 폐쇄되어 실린더 내부에 배기가스가 머무는 상태를 의미할 수 있다.
실시예에 따라서 상기 차량용 CDA 엔진은 복수의 실린더로 구성되는 제1뱅크와 제2뱅크를 포함하고, 상기 휴지뱅크는 상기 제1뱅크와 상기 제2뱅크 중에서 선택된 것일 수 있다.
또한, 본 발명이 또 다른 측면은, 복수의 실린더로 구성되는 제1뱅크와 제2뱅크를 포함하는 차량용 CDA 엔진의 제어방법에 있어서,
운전자의 요구토크를 검출하는 요구토크 검출단계; 상기 운전자의 요구토크를 분석하여 CDA 작동조건을 충족하는지를 판정하는 작동조건 판정단계;
상기 CDA 작동조건이 충족된 경우, 상기 제1뱅크와 상기 제2뱅크 중 하나를 휴지뱅크로 선택하고, 상기 선택된 휴지뱅크를 구성하는 복수의 실린더 중 하나에 신기가스를 트랩시키고, 다른 하나에 배기가스를 트랩시키는 에어트랩단계; 및 상기 선택된 휴지뱅크를 휴지 제어하는 휴지제어단계;를 포함하여 구성될 수 있다.
그리고, 본 발명이 또 다른 측면은, 운전자의 요구토크를 검출하는 운전자요구토크검출부; 및 상기 운전자의 요구토크를 분석하여 CDA 작동조건을 만족하면 휴지뱅크를 구성하는 복수의 실린더 중 하나에 신기가스를 트랩시키고, 다른 하나에 배기가스를 트랩시키는 제어부; 및 상기 휴지뱅크와 연결되어 상기 휴지뱅크를 휴지 제어하는 액추에이터;를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서 상기 제어부는, 상기 신기가스와 상기 배기가스를 트랩시키기 위하여, 상기 휴지뱅크를 휴지 제어하는 액추에이터의 작동 시간을 제어하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 액추에이터의 작동시점은 상기 복수의 실린더 중 하나의 흡기밸브가 폐쇄된 후부터 다른 하나의 배기밸브가 개방되기 전까지의 구간 내에 있도록 설정될 수 있으며, 상기 액추에이터의 작동시점은 상기 배기가스가 트랩되는 시점을 기준으로 설정될 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 측면은, 전술한 CDA 엔진의 제어장치를 포함하는 CDA 엔진을 제공할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 휴지기통으로 운전되는 실린더의 군 중에서 하나의 실린더에 신기가스를 주입시키고 다른 하나의 실린더에는 배기가스를 주입시켜 휴지기통 전환 제어를 수행함으로써 연비절감과 충격흡수를 동시에 달성할 수 있다.
또한, 장시간 CDA 모드로 운전시에도 연비 이득을 확보하면서도 쿨-다운 현상을 방지하여 엔진 내구성을 확보할 수 있는 효과를 제공한다.
이외에도, 본 발명의 효과는 실시예에 따라서 우수한 내구성을 가지는 등 다양한 효과를 가지며, 그러한 효과에 대해서는 후술하는 실시예의 설명 부분에서 명확하게 확인될 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 일 실시예를 예시하는 것이며, 전술된 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 CDA 엔진의 제어방법을 나타내는 블럭도이다.
도 2는 휴지상태로 제어되는 운전 패턴을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 CDA 엔진의 제어방법을 나타내는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 CDA 엔진의 제어장치를 나타내는 블럭도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 CDA 엔진의 제어장치를 나타내는 구성도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 CDA 엔진의 제어방법을 나타낸다.
도 7은 도 2(a)의 패턴 1로 휴지 제어되는 휴지기통을 가지는 4기통 CDA 엔진에서 실린더 각각의 흡기밸브와 배기밸브가 개방 또는 폐쇄되는 타이밍을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 CDA 엔진의 제어방법을 나타내는 순서도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량용 CDA 엔진의 제어방법을 나타내는 블럭도이다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다.
각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 CDA 엔진의 제어방법을 나타내는 블럭도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 CDA 엔진의 제어방법은 운전자의 요구토크를 검출하는 요구토크 검출단계(S100); 상기 운전저의 요구토크를 분석하여 CDA 작동조건을 충족하는지를 판정하는 작동조건 판정단계(S110); 상기 CDA 작동조건이 충족된 경우, 상기 제1뱅크를 휴지뱅크로 선택하여 휴지 제어하는 제1제어단계(S120); 및
상기 CDA 작동조건이 충족된 경우, 상기 제2뱅크를 휴지뱅크로 선택하여 휴지 제어하는 제2제어단계(S140);를 포함하여 구성될 수 있다.
본 실시예에서 차량용 CDA 엔진은 제동 시나 주행 시에 전체 실린더 중에 일부 실린더를 휴지(休止)시키는 엔진을 포함할 수 있다. 휴지된 실린더 측에서는 연료 공급 및 흡/배기 밸브의 작동이 정지할 수 있다.
본 실시예에서 차량용 CDA 엔진의 실린더는 제1뱅크와 제2뱅크로 구성될 수 있다. 제1뱅크는 복수의 제1실린더로 구성된 실린더 집단을 의미할 수 있다. 제2뱅크는 복수의 제2실린더로 구성된 실린더 집단을 의미할 수 있다. 복수의 제1실린더는 함께 활성상태 또는 휴지상태가 되는 특정 실린더의 집단을 의미할 수 있으며, 복수의 제2실린더 역시 함께 활성상태 또는 휴지상태가 되는 실린더 집단을 의미할 수 있다.
예를 들어 CDA 4기통 엔진에 있어서 함께 활성상태 또는 휴지상태가 되는 두 개의 실린더는 모두 제1실린더가 될 수 있으며, 이 복수의 제1실린더는 제1뱅크를 구성할 수 있다. 또한, 두 개의 제1실린더를 제외한 나머지 두 개의 실린더는 제2실린더가 될 수 있으며, 이 복수의 제2실린더는 제2뱅크를 구성할 수 있다.
요구토크 검출단계(S100)는 운전자의 요구토크를 검출하는 과정을 포함할 수 있다. 운전자의 요구토크는 일반적으로 운전자가 가속페달을 밟는 정도에 따라서 검출될 수 있다. 실시예에 따라서 운전자의 요구토크는 가속페달의 변위 정보 또는 스로틀 밸브의 개도량 정보에 근거하여 산출될 수 있다.
작동조건 판정단계(S110)는 요구토크 검출단계(S100)에서 검출된 운전자의 요구토크를 분석하여 CDA 작동조건을 충족하는지를 판정하는 과정을 포함할 수 있다. 여기서 CDA 작동조건은 실시예에 따라서 해당 차량의 엔진 외부조건에 대하여 해당 엔진이 낼 수 있는 최대토크보다 검출된 운전자의 요구토크가 작고, 이 요구토크를 발생시키기 위해서 일부 기통을 휴지상태로 제어하여도 충분한 경우에 충족하였다고 판정할 수 있다. 여기서 해당 차량의 엔진 외부조건은 예컨대, 차량이 오르막길을 오르거나 에어컨이 가동되는 등의 차량의 엔진에 부하가 걸리는 조건을 포함할 수 있다. 이러한 엔진 외부조건은 차량에 설치된 다양한 센서에 의하여 검출될 수 있다.
실시예적으로 엔진 외부조건, 최대토크, 요구토크의 관계는 패턴 별로 소프트웨어적으로 맵핑되어 ECU 등 제어기에 저장될 수 있다.
제1제어단계(S120)는 작동조건 판정단계(S110)에서 CDA 작동조건이 충족되었다고 판정된 경우 제1뱅크를 휴지뱅크로 선택하여 휴지 제어하는 과정을 포함할 수 있다.
또한, 제2제어단계(S140)는 작동조건 판정단계(S110)에서 CDA 작동조건이 충족되었다고 판정된 경우 제2뱅크를 휴지뱅크로 선택하여 휴지 제어하는 과정을 포함할 수 있다.
제1제어단계(S120)와 상기 제2제어단계(S140)는 서로 교대로 수행될 수 있다. 즉, 제1제어단계(S120), 제2제어단계(S140), 제1제어단계(S120), 제2제어단계(S140)의 순서로 차례로 수행될 수 있다. 종래기술에 의하면 CDA 엔진 제어에 있어서 휴지상태로 제어되는 기통은 이미 정해져 있으므로 해당 기통만 휴지상태와 활성상태를 반복하도록 제어되었는데 이러한 엔진제어에 의할 경우 연소의 불균형으로 인하여 진동 소음이 발생하며, 실린더의 보어가 변형되고, 점화플러그의 파울링(Fouling) 현상이 생기는 등 엔진 내구성에 문제가 되었다.
그러나 본 실시예에서는 제1제어단계(S120)와 제2제어단계(S140)를 교대로 수행함에 의하여 전술한 문제를 해소할 수 있다.
본 실시예에 의하면 예를 들어 CDA 작동조건이 충족된 경우 CDA 작동이 수행되어 활성상태에 있던 제1뱅크가 휴지상태로 제어되고, CDA 작동해제조건이 충족된 경우 CDA 작동이 해제되어 제1뱅크가 다시 활성상태로 제어되며,
그 이후 다시 CDA 작동조건이 충족되어 CDA 작동이 수행되는 경우에는 제2뱅크가 휴지상태로 제어되고, CDA 작동해제조건이 충족되어 CDA 작동이 해제되는 경우 제2뱅크가 활성상태로 재전환 되도록 제어될 수 있다. 즉, CDA 작동조건이 충족될 때마다 제1뱅크와 제2뱅크에 대하여 교대로 CDA 작동이 수행될 수 있다.
실시예에 따라서 제1제어단계(S120)와 제2제어단계(S140) 사이에 제1뱅크와 제2뱅크가 모두 정상 연소되는 정상연소단계(S130)를 포함할 수 있다. 예를 들어 1차로 CDA 작동이 수행되어 활성상태에 있던 제1뱅크가 휴지상태로 제어되었다가 다시 활성상태로 전환된 경우 다시 2차로 CDA 작동이 수행되어 제2뱅크가 휴지상태로 제어되기 전에 제1뱅크와 제2뱅크가 모두 활성상태로 제어되어 모든 실린더가 정상 연소되는 과정을 포함할 수 있다.
이 과정은 CDA 작동이 장기간 수행되는 과정에서 임시적으로 수행될 수 있다. 이 과정이 제1제어단계(S120)와 제2제어단계(S140) 사이에서 수행됨으로써 제1뱅크와 제2뱅크 상호간에 CDA 작동이 전환될 때 발생하는 충격을 완화할 수 있고 승차감을 향상시킬 수 있다.
도 2는 휴지상태로 제어되는 운전 패턴을 나타낸다. 도 2는 CDA 엔진이 4기통인 경우를 나타낸다. 도 2(a)는 2번, 3번 실린더(12,13)가 휴지상태로 제어되는 경우를 나타내고, 도 2(b)는 1번, 4번 실린더(11,14)가 휴지상태로 제어되는 경우를 나타낸다.
실시예에 따라서 제1뱅크 또는 제2뱅크는 CDA 엔진의 점화 순서(Firing Order)에 기초하여 결정될 수 있다. 엔진 제작자는 엔진이 제조된 경우에 테스트를 통하여 가장 진동 소음이 적게 발생하는 경우로 점화 순서를 결정할 수 있다.
본 실시예는 1번, 2번, 3번, 4번 실린더(11,12,13,14)의 순서로 배열하고 있지만, 점화 순서는 1번, 3번, 4번 2번 실린더(11,13,14,12)의 순서로 결정된 경우를 나타낸다. 이 점화 순서에 기초하여 제작자는 2번, 3번 실린더(12,13)를 제1뱅크로 결정하고, 1번, 4번 실린더(11,14)를 제2뱅크로 결정함으로써 제1뱅크를 휴지상태로 제어하고, 제2뱅크를 휴지상태로 제어하더라도 균형적, 순차적으로 기 결정된 점화 순서를 유지하면서 정상 연소가 일어나도록 CDA 엔진을 제작할 수 있다.
구체적으로 도 2(a)를 참조하면 2번, 3번 실린더(12,13)로 구성되는 제1뱅크가 휴지상태로 제어된 경우에는 1번, 4번 실린더(11,14)가 순차적으로 점화되고, 도 2(b)를 참조하면 1번, 4번 실린더(11,14)로 구성되는 제2뱅크가 휴지상태로 제어된 경우에는 3번, 2번 실린더(13,12)가 순차적으로 점화되어 결국 1번, 3번, 4번 2번 실린더(11,13,14,12)의 순서로 점화 순서가 유지된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 CDA 엔진의 제어방법을 나타내는 순서도이다.
CDA 엔진이 4기통인 경우를 예를 들어 설명한다. 4기통 엔진이 운전(S200)되는 상태에서 운전자의 요구토크(S210)를 획득하고, 이 운전자 요구토크(S210)에 기초하여 1차 CDA 작동조건이 충족되는지를 결정(S220)한 뒤에, 1차 CDA 작동조건이 충족되지 않은 경우는 엔진을 정상 운전(S300)시키고, 1차 CDA 작동조건이 충족된 경우에는 제1뱅크(2번, 3번 실린더)를 휴지상태로 제어한다(S230).
아울러, 4기통 엔진이 운전되는 상태에서 다시 운전자의 요구토크를 획득(S240)하고, 이 운전자 요구토크에 기초하여 CDA 작동해제조건이 충족되는지를 결정(S250)한 뒤에, 해제조건이 충족되지 않았으면 제1뱅크를 계속 휴지상태로 제어하고, 해제조건이 충족되었으면 제1뱅크와 제2뱅크가 모두 정상 연소되는 정상연소상태로 전환한다(S260).
한편, 4기통 엔진이 운전되는 상태에서 다시 운전자의 요구토크를 획득(S270)하고, 이 운전자 요구토크에 기초하여 2차 CDA 작동조건이 충족되는지를 결정(S280)한 뒤에, 2차 CDA 작동조건이 충족되지 않은 경우는 엔진을 정상 운전(S300)시키고, 2차 CDA 작동조건이 충족된 경우에는 제2뱅크(1번, 4번 실린더)를 휴지상태로 제어한다(S290).
전술한 제어방법에 의하여 휴지상태로 제어시 제1뱅크 휴지 제어와 제2뱅크 휴지 제어의 두 가지 패턴을 번갈아 사용하며 제어할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 CDA 엔진의 제어장치를 나타내는 블럭도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 CDA 엔진의 제어장치를 나타내는 구성도이다. 도 5는 CDA 엔진이 4기통인 경우를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 CDA 엔진의 제어장치(100)는 전술한 제어방법을 구현할 수 있도록 구성될 수 있다. 본 실시예에 따른 제어장치(100)는 복수의 제1실린더(12,13)와 복수의 제2실린더(11,14)로 구성되는 차량용 CDA 엔진에 적용될 수 있으며,
운전자의 요구토크를 검출하는 운전자요구토크검출부(110); 상기 복수의 제1실린더(12,13)로 구성되는 제1뱅크(140); 상기 복수의 제2실린더(11,14)로 구성되는 제2뱅크(160); 및
상기 운전자의 요구토크를 분석하여 CDA 작동조건을 만족하면 상기 제1뱅크(140)와 상기 제2뱅크(160) 중 하나를 휴지뱅크로 선택하여, 휴지 제어하고, 상기 제1뱅크(140)가 정상 연소로 복귀한 뒤에는 상기 운전자의 요구토크를 분석하여 상기 CDA 작동조건을 만족하면 상기 제1뱅크(140)와 상기 제2뱅크(160) 중 다른 하나를 휴지뱅크로 선택하여 휴지 제어하는 제어부(120);를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서 복수의 제1실린더(12,13)와 복수의 제2실린더(11,14)의 개수는 동일한 것일 수 있다. 제1뱅크(140)와 제2뱅크(160)가 동일한 개수의 실린더로 구성됨으로써 실린더의 휴지 제어 전환이 균형적으로 동일한 개수의 실린더에 대하여 실행되므로 엔진 구동에 있어서 밸런스를 유지하여 진동 소음을 줄일 수 있다.
실시예에 따라서 휴지 제어를 위해서 유압을 제공하는 제1 및 제2액추에이터(130,150)를 포함할 수 있다. 복수의 제1실린더(12,13)는 상기 제1액추에이터(130)를 공동으로 사용하고, 복수의 제2실린더(11,14)는 상기 제2액추에이터(150)를 공동으로 사용하도록 구성될 수 있다. 제1 또는 제2액추에이터(130,150)는 실시예에 따라서 솔레노이드 밸브일 수 있다.
본 실시예에서는 2번, 3번 실린더(12,13)가 하나의 제1액추에이터(130)와 연결되고, 1번, 4번 실린더(11,14)가 하나의 제2액추에이터(150)와 연결되는 구성이다. 이 구조에 의하여 제1액추에이터(130)는 2번, 3번 실린더(12,13)를 동시에 휴지 제어할 수 있고, 제2액추에이터(150)는 1번, 4번 실린더(11,14)를 동시에 휴지 제어할 수 있다. 즉, 각 패턴에 대하여 한 개씩 액추에이터를 설치하여 부품 수 감소를 통하여 엔진 제작비용을 저감할 수 있다.
여기서 제어부(120)는 제1뱅크(140)를 휴지 제어한 뒤에 제2뱅크(160)가 휴지 제어되기 전에 제1뱅크(140)와 제2뱅크(160)가 모두 정상 연소되는 정상연소과정을 거치도록 제어할 수 있다. 제1뱅크(140)와 제2뱅크(160)는 번갈아 휴지 제어되는데 제1뱅크(140)에서 제2뱅크(160)로 또는 제2뱅크(160)에서 제1뱅크(140)로 전환되는 과정에서 임시로 정상연소과정을 거침으로써 제1뱅크(140)와 제2뱅크(160) 상호간에 CDA 작동이 전환될 때 발생하는 충격을 완화할 수 있고 승차감을 향상시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 CDA 엔진의 제어방법을 나타내는 블럭도이다.
본 실시예에 따른 차량용 CDA 엔진의 제어방법은 운전자의 요구토크를 검출하는 요구토크 검출단계(S310); 상기 운전자의 요구토크를 분석하여 CDA 작동조건을 충족하는지를 판정하는 작동조건 판정단계(S320);
상기 CDA 작동조건이 충족된 경우, 휴지뱅크를 구성하는 복수의 실린더 중 하나에 신기가스를 트랩시키고, 다른 하나에 배기가스를 트랩시키는 에어트랩단계(S330); 및 상기 신기가스 및 상기 배기가스가 트랩된 상기 휴지뱅크를 휴지 제어하는 휴지제어단계(S340);포함하여 구성될 수 있다.
상기 에어트랩단계(S330)에서 상기 신기가스와 상기 배기가스는 상기 복수의 실린더가 행정 사이클을 순환하면서 실린더에 자연스럽게 트랩될 수 있다.
여기서 신기가스가 트랩된다는 것은 행정 사이클에 의하여 실린더의 흡기밸브가 개방되어 신기가 실린더 내부로 유입된 뒤에 다시 흡기밸브가 폐쇄되는 것을 의미할 수 있으며, 배기가스가 트랩된다는 것은 행정 사이클에 의하여 실린더 배기밸브가 폐쇄되어 실린더 내부에 배기가스가 머무는 상태를 의미할 수 있다.
본 실시예에 따른 차량용 CDA 엔진의 제어방법을 구현하기 위한 하드웨어적 구성은 전술한 패턴 1, 패턴 2 등으로 패턴이 전환되는 CDA 엔진의 제어장치뿐만 아니라 패턴이 고정된 CDA 엔진의 제어장치도 포함될 수 있다. 예컨대, 전술한 예에서 2번, 3번 실린더(12,13)가 하나의 제1액추에이터(130)와 연결되고, 1번, 4번 실린더(11,14)에는 액추에이터가 연결되지 않는 단일 패턴의 CDA 엔진에 적용되는 것일 수 있다.
상기 휴지제어단계(S340)는 상기 휴지뱅크와 연결된 액추에이터의 작동시간을 제어하는 것일 수 있다. 여기서 액추에이터는 전술한 바와 같이 솔레노이드 구조의 오일 컨트롤 밸브(OCV)를 의미할 수 있으며, 전술한 예에서 제1액추에이터(130) 또는 제2액추에이터(150)와 대응하는 것일 수 있다. 액추에이터는 휴지뱅크를 구성하는 복수의 실린더와 유압 라인으로 연결되는 구조일 수 있으며, 휴지뱅크로 유압을 공급하여 휴지뱅크를 구성하는 실린더가 휴지되도록 제어할 수 있다.
실시예에 따라서 상기 액추에이터의 상기 작동시간은 상기 복수의 실린더 중 하나의 흡기밸브의 폐쇄 후부터 다른 하나의 배기밸브의 개방 전까지로 설정될 수 있으며, 상기 액추에이터의 작동시점은 상기 배기가스가 트랩되는 시점을 기준으로 설정될 수 있다.
실시예에 따라서 상기 에어트랩단계(S330)는 상기 신기가스를 먼저 트랩시킨 뒤에 상기 배기가스를 트랩시키도록 구성될 수 있다. 휴지뱅크를 구성하는 복수의 실린더 중 상기 신기가스가 트랩되는 실린더는 점화 순서에 따라 처음 휴지 제어되는 실린더일 수 있고, 배기가스가 트랩되는 실린더는 점화 순서에 따라 그 다음 순서로 휴지 제어되는 실린더일 수 있다. 예컨대 전술한 4 기통 엔진에서 신기가스가 트랩되는 실린더와 배기가스가 트랩되는 실린더는 각각 3번 실린더와 2번 실린더를 의미할 수 있다.
상기 에어트랩단계(S330)에서 상기 신기가스와 상기 배기가스는 상기 복수의 실린더가 행정 사이클을 순환하면서 자연스럽게 트랩되도록 구성될 수 있다.
실시예에 따라서 CDA 엔진의 휴지기통 운전이 패턴 1, 패턴 2 등으로 패턴 전환되는 경우에도 적용될 수 있다. 구체적으로 상기 차량용 CDA 엔진이 복수의 실린더로 구성되는 제1뱅크와 제2뱅크를 포함하는 경우에는 상기 휴지뱅크는 상기 제1뱅크와 상기 제2뱅크 중에서 선택되어 적용될 수 있다.
본 실시예에 따른 차량용 CDA 엔진의 제어방법을 더욱 구체적으로 설명한다.
도 7은 도 2(a)의 패턴으로 휴지 제어되는 휴지기통을 가지는 4기통 CDA 엔진에서 실린더 각각의 흡기밸브와 배기밸브가 개방 또는 폐쇄되는 타이밍을 나타낸다.
도 7의 차량용 CDA 엔진의 점화 순서는 전술한 바와 같이 1번, 3번, 4번, 2번 실린더의 순서로 진행되고, 휴지기통을 구성하는 실린더는 2번, 3번 실린더로서, 이 2번, 3번 실린더가 액추에이터와 연결되어 휴지 제어된다.
도 7을 살펴보면 1번 실린더는 180도 내지 540도의 크랭크 각 부근에서 배기밸브와 흡기밸브가 차례로 개방 상태로 유지되고, 휴지기통으로서 신기가스가 트랩되는 3번 실린더는 1번 실린더 보다 지각되어 배기밸브와 흡기밸브가 차례로 개방 상태로 유지되며, 4번 실린더는 3번 실린더 보다 지각되어 배기밸브와 흡기밸브가 차례로 개방 상태로 유지된다. 그리고 휴지기통으로서 배기가스가 트랩되는 2번 실린더는 4번 실린더의 흡기밸브가 개방 상태로 유지되는 구간 보다 지각되어 배기밸브와 흡기밸브가 차례로 폐쇄 상태로 진행된다.
휴지기통을 휴지 제어하는 액추에이터(솔레노이드 밸브)의 작동시점은 2번 실린더에 배기가스가 트랩되는 시점을 기준으로 설정될 수 있으며, 액추에이터의 작동시간은 3번 실린더의 흡기밸브가 개방되었다가 폐쇄된 직후 시점부터 2번 실린더의 배기밸브가 개방되기 직전 시점까지로 설정될 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 CDA 엔진의 제어방법을 나타내는 순서도이다.
CDA 엔진이 4기통인 경우를 예를 들어 설명한다. 4기통 엔진이 운전(S400)되는 상태에서 운전자의 요구토크(S410)를 획득하고, 이 운전자 요구토크(S410)에 기초하여 CDA 작동조건이 충족되는지를 결정(S420)한 뒤에, CDA 작동조건이 충족되지 않은 경우는 엔진을 정상 운전(S430)시키고, CDA 작동조건이 충족된 경우에는 휴지뱅크를 구성하는 3번 실린더에 신기가스를 주입시키고, 2번 실린더에는 배기가스를 주입시킨다(S440). 그 후 2번 실린더의 휴지 시기에 맞추어 액추에이터를 작동시켜 휴지 제어한다(S450).
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량용 CDA 엔진의 제어방법을 나타내는 블럭도이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량용 CDA 엔진의 제어방법은 복수의 실린더로 구성되는 제1뱅크와 제2뱅크를 포함하는 차량용 CDA 엔진의 제어방법에 있어서,
운전자의 요구토크를 검출하는 요구토크 검출단계(S500); 상기 운전자의 요구토크를 분석하여 CDA 작동조건을 충족하는지를 판정하는 작동조건 판정단계(S510);
상기 CDA 작동조건이 충족된 경우, 상기 제1뱅크와 상기 제2뱅크 중 하나를 휴지뱅크로 선택하고, 상기 선택된 휴지뱅크를 구성하는 복수의 실린더 중 하나에 신기가스를 트랩시키고, 다른 하나에 배기가스를 트랩시키는 에어트랩단계(S520); 및 상기 선택된 휴지뱅크를 휴지 제어하는 휴지제어단계(S530);를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 CDA 엔진의 제어장치는 운전자의 요구토크를 검출하는 운전자요구토크검출부; 상기 운전자의 요구토크를 분석하여 CDA 작동조건을 만족하면 휴지뱅크를 구성하는 복수의 실린더 중 하나에 신기가스를 트랩시키고, 다른 하나에 배기가스를 트랩시키는 제어부; 및 상기 휴지뱅크와 연결되어 상기 휴지뱅크를 휴지 제어하는 액추에이터;를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서 상기 제어부는, 상기 신기가스와 상기 배기가스를 트랩시키기 위하여, 상기 액추에이터의 작동시간을 제어할 수 있다. 실시예에 따라서는 상기 액추에이터의 작동시점은 상기 복수의 실린더 중 하나의 흡기밸브가 폐쇄된 후부터 다른 하나의 배기밸브가 개방되기 전까지의 구간 내에 있도록 설정될 수 있다. 또한, 상기 액추에이터의 작동시점은 상기 배기가스가 트랩되는 시점을 기준으로 설정될 수 있다.
한편, 본 발명에 의한 CDA 엔진의 실시예는 전술한 실시예의 차량용 CDA 엔진의 제어장치(100)를 포함할 수 있는 CDA 엔진이다. 전술한 실시예의 CDA 엔진 제어장치(100)를 적용할 수 있는 엔진이라면 어떠한 것이라도 무방하다. 이러한 CDA 엔진 자체는 종래에 많이 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 차량용 CDA 엔진의 제어장치
110: 운전자요구토크검출부
120: 제어부
130: 제1액추에이터
140: 제1뱅크
150: 제2액추에이터
160: 제2뱅크

Claims (13)

  1. 운전자의 요구토크를 검출하는 요구토크 검출단계;
    상기 운전자의 요구토크를 분석하여 CDA 작동조건을 충족하는지를 판정하는 작동조건 판정단계;
    상기 CDA 작동조건이 충족된 경우, 휴지뱅크를 구성하는 복수의 실린더 중 하나에 신기가스를 트랩시키고, 다른 하나에 배기가스를 트랩시키는 에어트랩단계; 및
    상기 신기가스 및 상기 배기가스가 트랩된 상기 휴지뱅크를 휴지 제어하는 휴지제어단계;
    를 포함하는 차량용 CDA 엔진의 제어방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 휴지제어단계는 상기 휴지뱅크와 연결된 액추에이터의 작동시간을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 CDA 엔진의 제어방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 액추에이터의 작동시점은 상기 복수의 실린더 중 하나의 흡기밸브가 폐쇄된 후부터 다른 하나의 배기밸브가 개방되기 전까지의 구간 내에 있는 것을 특징으로 하는 차량용 CDA 엔진의 제어방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 액추에이터의 작동시점은 상기 배기가스가 트랩되는 시점을 기준으로 설정되는 것을 특징으로 하는 차량용 CDA 엔진의 제어방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 에어트랩단계는 상기 신기가스를 먼저 트랩시킨 뒤에 상기 배기가스를 트랩시키는 것을 특징으로 하는 차량용 CDA 엔진의 제어방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 실린더 중 상기 신기가스가 트랩되는 실린더는 점화 순서에 따라 처음 휴지 제어되는 실린더인 것을 특징으로 하는 차량용 CDA 엔진의 제어방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 에어트랩단계에서 상기 신기가스와 상기 배기가스는 상기 복수의 실린더가 행정 사이클을 순환하면서 자연스럽게 트랩되는 것을 특징으로 하는 차량용 CDA 엔진의 제어방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 차량용 CDA 엔진은 복수의 실린더로 구성되는 제1뱅크와 제2뱅크를 포함하고,
    상기 휴지뱅크는 상기 제1뱅크와 상기 제2뱅크 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 차량용 CDA 엔진의 제어방법.
  9. 복수의 실린더로 구성되는 제1뱅크와 제2뱅크를 포함하는 차량용 CDA 엔진의 제어방법에 있어서,
    운전자의 요구토크를 검출하는 요구토크 검출단계;
    상기 운전자의 요구토크를 분석하여 CDA 작동조건을 충족하는지를 판정하는 작동조건 판정단계;
    상기 CDA 작동조건이 충족된 경우, 상기 제1뱅크와 상기 제2뱅크 중 하나를 휴지뱅크로 선택하고, 상기 선택된 휴지뱅크를 구성하는 복수의 실린더 중 하나에 신기가스를 트랩시키고, 다른 하나에 배기가스를 트랩시키는 에어트랩단계; 및
    상기 선택된 휴지뱅크를 휴지 제어하는 휴지제어단계;
    를 포함하는 차량용 CDA 엔진의 제어방법.
  10. 운전자의 요구토크를 검출하는 운전자요구토크검출부;
    상기 운전자의 요구토크를 분석하여 CDA 작동조건을 만족하면 휴지뱅크를 구성하는 복수의 실린더 중 하나에 신기가스를 트랩시키고, 다른 하나에 배기가스를 트랩시키는 제어부; 및
    상기 휴지뱅크와 연결되어 상기 휴지뱅크를 휴지 제어하는 액추에이터;
    를 포함하는 차량용 CDA 엔진의 제어장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 신기가스와 상기 배기가스를 트랩시키기 위하여, 상기 액추에이터의 작동시간을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 CDA 엔진의 제어장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 액추에이터의 작동시점은 상기 복수의 실린더 중 하나의 흡기밸브가 폐쇄된 후부터 다른 하나의 배기밸브가 개방되기 전까지의 구간 내에 있는 것을 특징으로 하는 차량용 CDA 엔진의 제어장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 액추에이터의 작동시점은 상기 배기가스가 트랩되는 시점을 기준으로 설정되는 것을 특징으로 하는 차량용 CDA 엔진의 제어장치.
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