KR102045155B1 - 바이 퓨얼 차량의 공기량 제어 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 바이 퓨얼 차량의 공기량 제어 장치 및 방법을 개시한다. 본 발명에 따르면, (a) 연료 전환 시 연료의 전환 이전과 동일한 출력을 내기 위한 공기량을 산출하는 단계; (b) 상기 산출된 공기량과 현재 공기량의 차이를 통해 진각 또는 지각 보정치를 산출하는 단계; (c) 상기 산출된 보정치에 따라 센싱된 원 캠 신호를 미리 설정된 타이밍만큼 변조한 변조 신호를 생성하는 단계; (d) 상기 변조 신호를 이용하여 상기 원 캠 신호를 진각 또는 지각시키는 단계를 포함하는 바이 퓨얼 차량의 공기량 제어 방법이 제공된다.

Description

바이 퓨얼 차량의 공기량 제어 방법 및 장치{Method and Apparatus for Controlling Air Quantity of a Bi-Fuel Vehicle}
본 발명은 바이 퓨얼 차량의 공기량 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
바이 퓨얼 엔진은 하나의 자동차에 두가지 연료를 사용하는 엔진으로, 자동차로 운전을 하면서 주행하는 도로 상황에 따라 제1 연료 또는 제2 연료를 선택적으로 사용하여 운전하도록 할 수 있다. 바이 퓨얼 엔진은 고출력의 제1 연료와 저출력의 제2 연료를 선택적으로 사용하며, 두 가지 연료를 사용할 수 있어 연비가 좋으며 둘 중 하나의 연료만 있어도 주행할 수 있어 연료 공급 효율이 높은 장점이 있다.
그러나, 바이 퓨얼 엔진에서 고출력의 제1 연료를 일정 시간 이상 사용한 후 제2 연료로 전환 시, 연소에 필요한 공기량이 부족하거나 과량이 경우가 발생할 수 있다.
따라서, 연료 전환 시, CVVT 제어를 통해 연소에 필요한 공기량을 적절히 조절할 필요가 있다.
한국등록공보 제10-1816037호
상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 차량의 캠 신호를 검출하여 바이 퓨얼 차량의 연소 효율을 높일 수 있는 바이 퓨얼 차량의 공기량 제어 방법 및 장치를 제안하고자 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 바이 퓨얼 차량의 공기량 제어 방법으로서, (a) 연료 전환 시 연료의 전환 이전과 동일한 출력을 내기 위한 공기량을 산출하는 단계; (b) 상기 산출된 공기량과 현재 공기량의 차이를 통해 진각 또는 지각 보정치를 산출하는 단계; (c) 상기 산출된 보정치에 따라 센싱된 원 캠 신호를 미리 설정된 타이밍만큼 변조한 변조 신호를 생성하는 단계; (d) 상기 변조 신호를 이용하여 상기 원 캠 신호를 진각 또는 지각시키는 단계를 포함하는 바이 퓨얼 차량의 공기량 제어 방법이 제공된다.
상기 (c) 단계는 상기 원 캠 신호를 진각시키기 위해, 상기 센싱된 원 캠 신호를 미리 설정된 타이밍만큼 지각시킨 변조 신호를 생성할 수 있다.
상기 (c) 단계는 상기 원 캠 신호를 지각시키기 위해, 상기 센싱된 원 캠 신호를 미리 설정된 타이밍만큼 진각시킨 변조 신호를 생성할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 바이 퓨얼 차량의 공기량 제어 장치로서, 프로세서; 및 상기 프로세서에 연결된 메모리를 포함하되, 상기 메모리는, 연료 전환 시 연료의 전환 여부를 판단하고, 상기 연료의 전환 이전과 동일한 출력을 내기 위한 공기량을 산출하고, 상기 산출된 공기량과 현재 공기량의 차이를 통해 진각 또는 지각 보정치를 산출하고, 상기 산출된 보정치에 따라 센싱된 원 캠 신호를 미리 설정된 타이밍만큼 변조한 변조 신호를 생성하며, 상기 변조 신호를 이용하여 상기 원 캠 신호를 진각 또는 지각시키도록 상기 프로세서에 의해 실행 가능한 프로그램 명령어들을 저장하는 바이 퓨얼 차량의 공기량 제어 장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 센싱된 원 캠 신호를 변조하여 연료 전환 시 공기량을 효율적으로 조절할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 일반적인 바이 퓨얼 차량의 내연 기관 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 검출된 캠 신호 및 이를 진각 또는 지각시킨 상태를 도시한 도면이다.
도 3 내지 도 5는 본 실시예에 따른 캠 신호의 변조 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 실시예에 따른 바이 퓨얼 차량의 공기량 제어 장치의 블록도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
바이 퓨얼(Bi-fuel) 자동차는 하이브리드 자동차와 달리 하나의 자동차에서 두가지 연료를 함께 사용하는 방식이다. 예를 들어 CNG(Compressed Natural Gas) 또는 LPG(Liquiefied petroleum gas) 와 같은 가스와 가솔린을 연료로 사용할 경우, 도심 주행시에는 가솔린을 주된 연료로 사용하며 고속 주행시는 가스를 주된 연료로 사용할 수 있도록 운전자가 주행 상황에 따라서 연료 및 엔진 선택이 가능하다. 이와 같이 바이 퓨얼 자동차는 운전자가 주행 상황에 따른 연료 선택을 통해서 연료 효율을 높이고자 하는 신개념의 친환경 자동차이다.
일반적으로, 바이 퓨얼 차량에 사용되는 연료는 가스와 가솔린을 사용하며, 상호 장단점을 보완하기 위해 가스와 가솔린을 겸용으로 사용하고 있다.
도 1은 일반적인 바이 퓨얼 차량의 내연 기관 구조를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 바이 퓨얼 차량의 내연 기관은 바이 퓨얼 차량의 엔진 제어 장치(ECU, 100), 엔진(102), 액체 연료 탱크(104) 및 가스 연료 탱크(106)를 포함한다.
바이 퓨얼 차량의 엔진 제어 장치(100)는 액체 연료 탱크(104) 또는 가스 연료 탱크(106)에 저장된 연료가 엔진(102)에 공급되도록 제어한다.
엔진(102)은 액체 연료 탱크(104) 또는 가스 연료 탱크(106)에 저장된 연료를 공급받아 동작한다. 엔진(102)은 액체 연료 인젝터(108), 가스 연료 인젝터(110) 및 점화 플러그(112)를 포함한다. 액체 연료 인젝터(108)는 액체 연료 탱크(104)로부터 액체 연료를 공급받아 이를 엔진에 분사한다. 가스 연료 인젝터(110)는 가스 연료 탱크(106)로부터 가스 연료를 공급받아 이를 엔진에 분사한다. 점화 플러그(112)는 엔진(102) 내부에 스파크를 발생시켜 엔진(102) 내부에 있는 연료가 연소되도록 동작한다.
액체 연료 탱크(104)는 액체 연료가 저장된다. 액체 연료는 가솔린 또는 디젤 연료를 포함한다.
기체 연료 탱크(106)는 기체 연료가 저장된다. 기체 연료는 LPG(Liquefied Petroleum Gas, 액화 석유 가스) 또는 CNG(Compressed Natural Gas, 압축 천연 가스)를 포함한다.
또한, 내연 기관의 엔진(102)의 흡기 포트 및 배기 포트에는 각 포트를 개폐시키는 밸브(120)가 제공되고, 밸브(120)의 개폐는 캠(122)의 회전에 의해 이루어진다.
또한, 본 실시예에 따른 엔진에는 CVVT(연속 가변 밸브 타이밍) 시스템이 적용된다.
일반적으로 VVT의 타이밍 전환은 저속회전과 고속회전의 2단계이지만, 최근에는 연속 가변 밸브 타이밍(CVVT, Continuous Variable Valve Timing) 시스템이 일반화되고 있다. CVVT는 엔진 회전수와 액셀러레이터가 열린 정도, 스로틀 밸브 각도, 흡기 매니폴드 압력 및 흡입 연료량 등 에 따라 밸브의 개폐 타이밍을 연속적으로 바꿀 수 있는 시스템이다. 기본 구성은 캠 샤프트가 연결되어있는 내축 챔버와, 타이밍 시스템(체인, 벨트 등)과 연결되어 엔진으로부터 동력을 받는 외장 시스템, 현재의 타이밍을 측정할 수 있는 센서류, 그리고 조절 장치로 구성된다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 서로 다른 연료의 효율적인 연소를 위해 흡기/배기 캠의 상태에 대한 캠 신호를 진각 또는 지각시켜 CVVT를 간접적으로 제어하여 연소에 필요한 공기량을 조절한다.
공기량 조절을 위해서는 흡기 캠의 신호를 진각 또는 지각시켜야 하는데, 흡기 캠과 배기 캠을 오버랩 타이밍을 고려하여 흡기 캠의 신호를 진각 또는 지각시키는 경우 배기 캠도 소정 타이밍으로 진각 또는 지각된다.
도 2는 본 실시예에 따른 검출된 캠 신호 및 이를 진각 또는 지각시킨 상태를 도시한 도면이다.
본 실시예에 따른 엔진 제어 장치(100)는 연료가 가솔린에서 가스로 전환되는 경우, 동등한 출력을 내기 위해 연료가 전환되기 전후의 공기량이 같아지도록 보정치를 산출하고, 연료 전환 후의 공기량이 전환 전의 공기량과 같아지도록 캠 신호의 진각 또는 지각 타이밍을 산출한다.
도 3 내지 도 5는 본 실시예에 따른 캠 신호의 변조 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일반적인 상태에서 원 캠 신호(Original CAM 신호)와 변조 신호의 출력 태를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 센서에서 검출되는 원 캠 신호와 변조 신호의 타이밍은 같다.
도 4에 도시된 바와 같이, 연료의 전환에 따라 공기량을 늘리기 위해 캠을 진각시킬 필요가 있는 경우, 상응하는 타이밍만큼 원 캠 신호를 지각시킨 변조 신호를 생성한다.
엔진 제어 장치(100)에서는 지각된 캠 신호(변조 신호)를 확인하여 CVVT를 제어한다.
이때, 도 5에 도시된 바와 같이, 변조 신호의 지각 타이밍만큼 원 캠 신호는 진각된다.
본 실시예에 따르면, 공기량 제어 장치(100)는 연료의 전환 여부를 판단하고, 연료의 전환 이전과 동일한 출력을 내기 위한 공기량을 산출한다.
이렇게 산출된 공기량과 현재 공기량의 차이를 통해 진각 또는 지각 보정치를 산출한다.
공기량의 조절을 위해 산출된 진각 또는 지각 보정치에 따라 원 캠 신호를 변조한다. 이때, 원 캠 신호를 진각시킬 필요가 있는 경우에는 센서에서 검출된 캠 신호에서 미리 설정된 타이밍만큼 지각된 변조 신호를 생성하고, 엔진 제어 장치는 변조 신호를 확인하여 원 캠 신호를 진각시킨다.
반대로 원 캠 신호를 지각시킬 필요가 있는 경우에는 센서에서 검출된 캠 신호에서 미리 설정된 타이밍만큼 진각된 변조 신호를 생성하고, 엔진 제어 장치는 변조 신호를 확인하여 원 캠 신호를 지각시킨다.
본 실시예에 따르면, 원 캠 신호의 지각 또는 진각을 통해 바이 퓨얼 엔진에 필요한 공기량을 적절히 공급할 수 있게 된다.
도 6은 본 실시예에 따른 바이 퓨얼 차량의 공기량 제어 장치의 블록도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 장치는 프로세서(600) 및 메모리(602)를 포함할 수 있다.
프로세서(600)는 컴퓨터 프로그램을 실행할 수 있는 CPU(central processing unit)나 그밖에 가상 머신 등을 포함할 수 있다.
메모리(602)는 고정식 하드 드라이브나 착탈식 저장 장치와 같은 불휘발성 저장 장치를 포함할 수 있다. 착탈식 저장 장치는 컴팩트 플래시 유닛, USB 메모리 스틱 등을 포함할 수 있다. 메모리(202)는 각종 랜덤 액세스 메모리와 같은 휘발성 메모리도 포함할 수 있다.
이와 같은 메모리(602)에는 프로세서(600)에 의해 실행 가능한 프로그램 명령어들이 저장된다.
바이 퓨얼 연소의 효율적인 제어를 위해, 본 실시예에 따른 메모리(602)에는 연료의 전환 여부를 판단하고, 연료의 전환 이전과 동일한 출력을 내기 위한 공기량을 산출하고, 산출된 공기량과 현재 공기량의 차이를 통해 진각 또는 지각 보정치를 산출하고, 산출된 보정치에 따라 센싱된 원 캠 신호를 미리 설정된 타이밍만큼 변조한 변조 신호를 생성하며, 변조 신호를 이용하여 상기 원 캠 신호를 진각 또는 지각시키도록 상기 프로세서에 의해 실행 가능한 프로그램 명령어들이 저장된다.
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (4)

  1. 바이 퓨얼 차량의 공기량 제어 방법으로서,
    (a) 연료의 전환 시 연료의 전환 이전과 동일한 출력을 내기 위한 공기량을 산출하는 단계;
    (b) 상기 산출된 공기량과 현재 공기량의 차이를 통해 진각 또는 지각 보정치를 산출하는 단계;
    (c) 상기 산출된 보정치에 따라 센싱된 원 캠 신호를 미리 설정된 타이밍만큼 변조한 변조 신호를 생성하는 단계;
    (d) 상기 변조 신호를 이용하여 상기 원 캠 신호를 진각 또는 지각시키는 단계를 포함하되,
    상기 (c) 단계는 상기 원 캠 신호를 진각시키기 위해, 상기 센싱된 원 캠 신호를 미리 설정된 타이밍만큼 지각시킨 변조 신호를 생성하는 바이 퓨얼 차량의 공기량 제어 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계는 상기 원 캠 신호를 지각시키기 위해, 상기 센싱된 원 캠 신호를 미리 설정된 타이밍만큼 진각시킨 변조 신호를 생성하는 바이 퓨얼 차량의 공기량 제어 방법.
  4. 바이 퓨얼 차량의 공기량 제어 장치로서,
    프로세서; 및
    상기 프로세서에 연결된 메모리를 포함하되,
    상기 메모리는,
    연료 전환 시 연료의 전환 이전과 동일한 출력을 내기 위한 공기량을 산출하고,
    상기 산출된 공기량과 현재 공기량의 차이를 통해 진각 또는 지각 보정치를 산출하고,
    상기 산출된 보정치에 따라 센싱된 원 캠 신호를 미리 설정된 타이밍만큼 변조한 변조 신호를 생성하며,
    상기 변조 신호를 이용하여 상기 원 캠 신호를 진각 또는 지각시키도록 상기 프로세서에 의해 실행 가능한 프로그램 명령어들을 저장하되,
    상기 프로그램 명령어들은, 상기 원 캠 신호를 진각시키기 위해, 상기 센싱된 원 캠 신호를 미리 설정된 타이밍만큼 지각시킨 변조 신호를 생성하는 바이 퓨얼 차량의 공기량 제어 장치.
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