KR102105423B1 - An air-fuel ration correction device for an engine and a vehicle including the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 자동차 엔진의 공연비 보정 장치 및 이를 포함하는 자동차에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연비 향상을 위해 엔진의 공연비를 보정할 수 있는 보정 장치 및 자동차에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for correcting an air-fuel ratio of an automobile engine and a vehicle including the same, and more particularly, to a correction apparatus and a vehicle capable of correcting an air-fuel ratio of an engine to improve fuel efficiency.
일반적으로 자동차는 휘발유, 경유, 및 압축천연가스(compressed natural gas; CNG)를 연료로 사용한다. 특히 압축천연가스를 연료로 사용하면 오염 물질의 배출이 적고 연료비고 저렴하여 경제성이 뛰어난 장점이 있다.In general, automobiles use gasoline, diesel, and compressed natural gas (CNG) as fuel. In particular, the use of compressed natural gas as a fuel has the advantage of excellent economic efficiency due to low emission of fuel and low cost of pollutants.
다만, CNG를 연료로 하는 자동차는 영업용 택시 또는 버스와 같은 특수 목적 차량으로 주로 이용되며, 전체 자동차 생산 대수에 대해 차지하는 대수의 비중이 작은 편이다. 이에, CNG를 연료로 하는 자동차는 기존의 상용 휘발유 자동차를개조하는 방식으로 제조되는 것이 일반적이다.However, automobiles using CNG as fuel are mainly used as special purpose vehicles such as commercial taxis or buses, and the proportion of the automobiles in total is small. Accordingly, a vehicle using CNG as a fuel is generally manufactured by retrofitting an existing commercial gasoline vehicle.
한편, 자동차는 연료와 혼합되는 공기의 양, 즉, 공기 대 연료비(공연비)를 제어하여 최소의 연료 소모로 최대의 엔진 출력을 발생시킬 수 있도록 설계된다.Meanwhile, the vehicle is designed to generate the maximum engine power with minimum fuel consumption by controlling the amount of air mixed with fuel, that is, the air-to-fuel ratio (air-fuel ratio).
휘발유 자동차의 이론적인 최적 공연비는 14.7:1로 알려져 있다. 상용의 휘발유 자동차는 그 공연비가 이러한 최적 공연비에 상응하도록 제어된다.The theoretical optimal air-fuel ratio for gasoline cars is known to be 14.7: 1. Commercial gasoline vehicles are controlled such that their air-fuel ratios correspond to these optimum air-fuel ratios.
도 1은 일반적인 상용 휘발유 자동차의 전자제어식 공연비 조절 시스템을 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram showing an electronically controlled air-fuel ratio control system of a typical commercial gasoline vehicle.
도 1을 참조하면, 상용 휘발유 자동차의 전자제어식 공연비 조절 시스템은 엔진제어부(10)(Engine control unit, "ECU(10)"), 연료공급부(12), 엔진(14) 및 산소센서16)를 포함한다.Referring to FIG. 1, an electronically controlled air-fuel ratio control system for a commercial gasoline vehicle includes an engine control unit (“ECU (10)”), a fuel supply unit (12), an engine (14), and an oxygen sensor (16). Includes.
산소센서(16)는 엔진(14)의 배기 가스의 산소 농도를 측정하며, 측정된 산소 농도에 상응하는 람다 값을 산소측정신호(OS) 엔진제어부(10)로 전달한다. 람다 값은 공연비가 이론적 최적 공연비인 14.7:1일 때 1인 값을 가진다. 연료의 비율이 상대적으로 더 높아질 수록 람다 값은 1 보다 작아 지며 반대로 연료의 비율이 상대적으로 더 낮아질수록 람다 값은 1 보다 커진다.The
ECU(10)는 수신된 산소측정신호(OS)에 따라 엔진에 적용되는 공연비를 조절한다. The
구체적으로, ECU(10)는 수신된 산소측정신호(OS)에 상응하는 연료제어신호(FCS)를 연료 공급부로 전달한다. 연료공급부(12)는 수신된 연료제어신호(FCS)에 따라 엔진으로 공급되는 연료 및 공기의 공연비를 조절한다.Specifically, the
가령, 산소센서(16)에서 측정된 람다 값이 1보다 작을 경우, ECU(10)는 엔진에 공급되는 연료의 양을 감소시키는 연료제어신호(FCS)를 연료공급부(12)에 전달한다. 또한, 산소센서(16)에서 측정된 람다 값이 1 보다 큰 경우, ECU(10)는 엔진에 공급되는 공연비를 증가시키는 연료제어신호(FCS)를 연료공급부(12)에 전달한다.For example, when the lambda value measured by the
도 2는 CNG를 연료로 사용하도록 제조된 자동차의 전자제어식 공연비 조절 시스템을 나타내는 블록도이다.2 is a block diagram showing an electronically controlled air-fuel ratio control system for a vehicle manufactured to use CNG as fuel.
도 2를 참조하면, CNG를 연료로 사용하는 자동차는 도 1에 도시된 바와 같은 상용 휘발유 자동차의 연료공급계통을 개조하는 방식으로 제조될 수 있다.Referring to FIG. 2, a vehicle using CNG as a fuel may be manufactured by converting a fuel supply system of a commercial gasoline vehicle as shown in FIG. 1.
구체적으로 연료공급부(22)는 휘발유가 아닌 CNG를 연료로 공급받아 엔진에 직접 분사하거나 또는 공기와 CNG를 혼합한 혼합기를 엔진에 공급한다.Specifically, the
아울러, CNG의 양, 즉, 공연비를 조절하기 위한 보조 엔진제어부 또는CNG 엔진제어부(CNG ECU)(20)가 추가 장착된다.In addition, an auxiliary engine control unit or a CNG engine control unit (CNG ECU) 20 for adjusting the amount of CNG, that is, air-fuel ratio, is additionally mounted.
CNG ECU(20)는 ECU(10)에서 연료공급부(22)로 전달되는 연료제어신호(FCS)를 수신하여, CNG에 상응하도록 변경된 수정 연료제어신호(FCS')를 연료공급부(22)에 전달한다.The CNG ECU 20 receives the fuel control signal FCS transmitted from the
연료공급부(22)는 수정 연료제어신호(FCS')에 상응하는 양으로 엔진에 공급되는 연료, 즉, CNG의 양을 조절한다.The
ECU(10)는 산소센서(16)에서 측정된 람다 값이 1이 되도록 연료제어신호(FCS)의 크기를 증감시킬 수 있다. CNG ECU(20)는 연료제어신호(FCS)에 상응하여 수정 연료제어신호(FCS')의 크기를 증감시키며, 이에 따라 연료 공급부에서 공급되는 연료, 즉, CNG는 산소센서(16)에서 측정된 람다 값이 1이될 때까지 증감될 것이다.The
즉, 도 2에 도시된 바와 같은 CNG 자동차의 전자제어식 공연비 조절 시스템은 람다 값이 1이될 때까지 전체 연료 공급 계통을 피드백하는 것이다. 그러나, 람다 값이 1이라는 것은 전적으로 휘발유 엔진의 이론 공연비를 기준으로 산정된 것이다. CNG를 연료로 사용할 때의 이론 공연비는 휘발유의 이론 공연비인14.7:1과 다르다. 도 2에 도시된 바와 같은 시스템에서, CNG를 연료로 사용하는 엔진이 최적의 이론 공연비를 가질 때, 산소센서(16)로 측정되는 람다 값은 대략 1.05의 값을 갖는 것으로 알려져 있다.That is, the CNG vehicle's electronically controlled air-fuel ratio control system as shown in FIG. 2 feeds back the entire fuel supply system until the lambda value is 1. However, the lambda value of 1 is calculated solely based on the theoretical air-fuel ratio of the gasoline engine. The theoretical air / fuel ratio when using CNG as fuel is different from the gas / fuel stoichiometry ratio of 14.7: 1. In the system as shown in FIG. 2, when the engine using CNG as a fuel has an optimal theoretical air-fuel ratio, the lambda value measured by the
이에, CNG를 연료로 사용하는 자동차는 최적 공연비를 갖도록, 즉, 람다 값이 1.05가 되도록 제어되는 것이 아니라, 그 보다 연료 비율이 큰 공연비를 갖도록, 즉, 람다 값이 1이 되도록 제어된다.Accordingly, a vehicle using CNG as a fuel is controlled to have an optimum air-fuel ratio, that is, a lambda value of 1.05, and a fuel ratio having a larger fuel ratio, that is, a lambda value of 1.
따라서, 자동차의 연비 성능이 감소됨은 물론 불완전연소로 인한 대기 오염 등의 문제가 발생될 수 있다.Accordingly, the fuel efficiency of the vehicle is reduced, and problems such as air pollution due to incomplete combustion may occur.
이에, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 연비 성능이 개선된 압축천연가스 자동차를 제공하는 것이다.Accordingly, a problem to be solved by the present invention is to provide a compressed natural gas vehicle with improved fuel efficiency.
아울러, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 대기 오염이 저감된 압축천연가스 자동차를 제공하는 것이다.In addition, another problem to be solved by the present invention is to provide a compressed natural gas vehicle with reduced air pollution.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 양태에 따른 자동차는 엔진; 보정된 산소측정신호를 기초로 엔진제어신호를 생성하는 제1 엔진제어부; 상기 엔진제어부의 엔진제어신호를 기초로 보정된 엔진제어신호를 생성하는 제2 엔진제어부; 상기 보정된 엔진제어신호에 따라 상기 엔진에 공급되는 연료의 공연비를 조절하는 연료공급부; 상기 배기로부터 공연비의 람다 값에 상응하는 산소측정신호를 생성하는 산소센서; 및 상기 산소측정신호를 미리결정된 오프셋 값만큼 보정하는 공연비 보정장치를 포함한다.In order to solve the above problems, an automobile according to an aspect of the present invention includes an engine; A first engine control unit generating an engine control signal based on the corrected oxygen measurement signal; A second engine control unit generating a corrected engine control signal based on the engine control signal of the engine control unit; A fuel supply unit that adjusts an air-fuel ratio of fuel supplied to the engine according to the corrected engine control signal; An oxygen sensor generating an oxygen measurement signal corresponding to the lambda value of the air-fuel ratio from the exhaust; And an air-fuel ratio correction device that corrects the oxygen measurement signal by a predetermined offset value.
또한, 상기 산소센서는 광대역 산소센서로 구성되고, 상기 공연비 보정장치는 상기 ECU로부터 상기 산소센서의 펌핑셀에 공급되는 펌핑전류를 증가 또는 감소시키도록 회로 연결되는 전류원을 포함한다.In addition, the oxygen sensor is composed of a broadband oxygen sensor, the air-fuel ratio correction device includes a current source connected to the circuit to increase or decrease the pumping current supplied to the pumping cell of the oxygen sensor from the ECU.
또한, 상기 ECU는 두 개의 펌핑전류라인을 통해 상기 펌핑셀에 연결되고, 상기 전류원은 상기 두 개의 펌핑전류라인 사이에 전기적으로 연결된다.In addition, the ECU is connected to the pumping cell through two pumping current lines, and the current source is electrically connected between the two pumping current lines.
또한, 상기 전류원은 일정한 크기의 전류를 발생시키는 소자이다.In addition, the current source is a device that generates a current of a constant size.
또한, 상기 두 개의 펌핑전류라인 중 하나 이상에 연결되는 트림 저항을 더 포함한다.In addition, it further includes a trim resistor connected to at least one of the two pumping current lines.
한편, 상기 배기의 람다 값과 상기 광대역 산소센서의 확산셀 내의 기체의 람다 값은 상이한 값을 갖는다.Meanwhile, the lambda value of the exhaust and the lambda value of the gas in the diffusion cell of the broadband oxygen sensor have different values.
한편, 상기 연료는 압축천연가스이고, 보정된 산소측정신호는 배기의 람다 값이 1.04 내지 1.06일 때 상기 엔진제어부가 공연비를 유지하게 하는 신호이다.Meanwhile, the fuel is a compressed natural gas, and the corrected oxygen measurement signal is a signal that allows the engine control unit to maintain an air-fuel ratio when the lambda value of the exhaust is 1.04 to 1.06.
또한, 상기 공연비 보정장치는, 상기 엔진제어부의 단자에 체결되는 제1 단자, 상기 산소센서의 단자에 체결되는 제2 단자 및 산소센서로부터 상기 엔진제어부로 전달되는 산소측정신호를 보정하는 보정부를 포함한다.In addition, the air-fuel ratio correction device includes a first terminal fastened to the terminal of the engine control unit, a second terminal fastened to the terminal of the oxygen sensor, and a correction unit for correcting an oxygen measurement signal transmitted from the oxygen sensor to the engine control unit. do.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 양태에 따른 공연비 보정장치는, 자동차의 엔진제어부(ECU) 및 산소 센서에 전기적으로 연결가능하고, 상기 산소센서에 측정되어 전달되는 산소측정신호를 미리결정된 오프셋 값만큼 보정하여 보정된 산소측정신호를 상기 엔진제어부에 전달하도록 구성된다.In order to solve the above problems, the air-fuel ratio correction device according to an aspect of the present invention is electrically connectable to an engine control unit (ECU) of an automobile and an oxygen sensor, and an oxygen measurement signal measured and transmitted to the oxygen sensor is previously transmitted. It is configured to correct the determined offset value and transmit the corrected oxygen measurement signal to the engine control unit.
도 1은 일반적인 상용 휘발유 자동차의 전자제어식 공연비 조절 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 CNG를 연료로 사용하도록 제조된 자동차의 전자제어식 공연비 조절 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축천연가스 자동차의 전자제어식 공연비 조절시스템을 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공연비 보정장치의 장착 상태를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공연비 보정장치가 ECU와 산소센서 사이에 전기 회로적으로 연결된 모습을 도시하는 개략도이다.
도 6은 배기의 람다 값이 목표 값과 다를 때 본 발명의 일 실시예에 따른 공연비 보정장치의 작용을 예시적으로 나타내는 회로도이다.
도 7은 CNG 연료가 이론적 최적 공연비를 가질 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 공연비 보정장치의 작용을 예시적으로 나타내는 회로도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공연비 보정장치를 예시적으로 나타내는 회로도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 공연비 보정장치를 예시적으로 나타내는 회로도이다.1 is a block diagram showing an electronically controlled air-fuel ratio control system of a typical commercial gasoline vehicle.
2 is a block diagram showing an electronically controlled air-fuel ratio control system for a vehicle manufactured to use CNG as fuel.
3 is a block diagram showing an electronically controlled air-fuel ratio control system for a compressed natural gas vehicle according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a block diagram schematically showing the mounting state of the air-fuel ratio correction device according to an embodiment of the present invention.
5 is a schematic diagram showing a state in which an air-fuel ratio correction device according to an embodiment of the present invention is electrically connected between an ECU and an oxygen sensor.
6 is a circuit diagram exemplarily showing the operation of the air-fuel ratio correcting apparatus according to an embodiment of the present invention when the lambda value of the exhaust is different from the target value.
7 is a circuit diagram exemplarily showing the operation of the air-fuel ratio correcting apparatus according to an embodiment of the present invention when the CNG fuel has a theoretical optimal air-fuel ratio.
8 is a circuit diagram exemplarily showing an air-fuel ratio correcting apparatus according to another embodiment of the present invention.
9 is a circuit diagram exemplarily showing an air-fuel ratio correcting apparatus according to another embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 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.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail through exemplary drawings. It should be noted that in adding reference numerals to the components of each drawing, the same components have the same reference numerals as possible even though they are displayed on different drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that detailed descriptions of related well-known structures or functions may obscure the subject matter of the present invention, detailed descriptions thereof will be omitted.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축천연가스 자동차의 전자제어식 공연비 조절시스템을 나타내는 블록도이다.3 is a block diagram showing an electronically controlled air-fuel ratio control system for a compressed natural gas vehicle according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압축천연가스 자동차는 제1 엔진제어부(10)(ENGINE CONTROL UNIT, "ECU"), 제2 엔진제어부(20)(CNG ECU)(20), 연료공급부(22), 엔진(14), 산소센서(16) 및 공연비 보정장치(30)를 포함한다.3, the compressed natural gas vehicle according to an embodiment of the present invention includes a first engine control unit 10 (ENGINE CONTROL UNIT, "ECU"), a second engine control unit 20 (CNG ECU) 20 , A
즉, 본 발명의 일 실시예는 도 2에 도시된 압축천연가스 자동차에 공연비 보정장치(30)가 추가된 점에서 차이가 있다.That is, an embodiment of the present invention differs in that the air-fuel
이하에서, 앞서 도 1 및 도 2를 참조하여 이미 설명한 구성요소들에 대한 중복적인 설명은 생략된다.Hereinafter, redundant descriptions of the components already described with reference to FIGS. 1 and 2 will be omitted.
공연비 보정장치(30)는 ECU(10)와 산소센서(16) 사이에서 ECU(10)와 산소센서(16)에 전기적으로 연결된다. 공연비 보정장치(30)는 산소센서(16)에서 측정되어 전달되는 산소측정신호(OS)를 보정하고 보정된 산소측정신호(OS')를 ECU(10)에 전달한다.The air-fuel
산소측정신호(OS)는 산소의 농도 또는 람다 값에 대응될 수 있는 전기적 신호, 예를 들어, 전류 또는 전압신호일 수 있다. 마찬가지로 보정된 산소측정신호(OS') 역시 전류 또는 전압신호 형태의 전기적 신호일 수 있다.The oxygen measurement signal OS may be an electrical signal that can correspond to an oxygen concentration or a lambda value, for example, a current or voltage signal. Similarly, the corrected oxygen measurement signal OS 'may also be an electrical signal in the form of a current or voltage signal.
공연비 보정장치(30)는 산소측정신호(OS)를 미리설정된 오프셋 값만큼 쉬프트하여 ECU(10)로 전달할 수 있다. The air-fuel
예를 들어, 엔진에 공급되는 압축천연가스가 최적 공연비를 가질 때 산소센서(16)에서 측정된 람다 값이 1.05라고 가정한다면, 미리설정된 오프셋 값은 람다 값이 1.05일 때의 산소측정신호(OS)와 람다 값이 1 일 때의 산소측정신호(OS)의 신호 세기의 차이일 수 있다.For example, assuming that the lambda value measured by the
즉, 산소센서(16)에서 측정된 람다 값이 1.05일 때, 1.05인 람다 값에 상응하는 산소측정신호(OS)가 공연비 보정장치(30)에 전달될 것이다. 공연비 보정장치(30)는 람다 값이 1에 대응되도록 산소측정신호(OS)를 미리설정된 오프셋 값만큼 쉬프팅 또는 보정하여 보정된 산소측정신호(OS')를 ECU(10)에 전달할 것이다.That is, when the lambda value measured by the
ECU(10)는 람다 값이 초기 설정된 람다 값에 도달한 것으로 판단할 것이며, 연료공급부(22)가 현재의 공연비를 유지하도록 제어할 수 있다.The
따라서, 본 발명에 따르면, 상용 휘발유 자동차의 전자식 공연비 조정 방식을 CNG 연료 공급방식으로 개조한 경우에, 간단한 부품 추가만으로도 기존 ECU(10) 및 산소센서(16) 등이 CNG의 이론적 최적 공연비에 맞게 피드백 제어하도록 할 수 있다.Accordingly, according to the present invention, when the electronic air-fuel ratio adjustment method of a commercial gasoline vehicle is converted to a CNG fuel supply method, the existing
이로써, CNG 자동차는 최적 공연비로 작동되도록 제어될 수 있고 그 연비가 향상됨은 물론 대기 오염을 저감시킬 수 있다.Thereby, the CNG vehicle can be controlled to operate at an optimum air-fuel ratio, and its fuel efficiency is improved, and air pollution can be reduced.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공연비 보정장치(30)의 장착 상태를 개략적으로 나타낸 블록도이다.4 is a block diagram schematically showing a mounting state of the air-fuel
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공연비 보정장치(30)는 제1 단자(320), 보정부(310) 및 제2 단자(330)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, the air-fuel
ECU(10) 및 산소센서(16)는 차량 내 적절한 위치에 장착되며 장착 후 각자의 단자들을 서로 연결함으로써 전기신호적으로 연결된다.The
예를 들어, ECU(10)는 케이블로 연결된 센서측 단자를 가지고, 마찬가지로 산소센서(16)는 케이블로 연결된 ECU(10)측 단자를 가질 수 있다.For example, the
상용의 휘발유 차량에서 ECU(10)의 센서측 단자(101) 및 산소센서(16)의 ECU측 단자(161)는 서로 체결되어 산소센서(16)의 산소측정신호(OS)가 ECU(10)로 전달될 것이다.In a commercial gasoline vehicle, the
본 발명의 일 실시예에 따른 공연비 보정장치(30)는 단지 ECU(10) 와 산소센서(16) 사이에서 ECU(10)의 단자 및 산소센서(16)의 단자 각각에 제1 단자(320) 및 제2 단자(330)를 체결하는 방식으로 설치될 수 있다.The air-fuel
즉, 공연비 보정장치(30)의 제1 단자(320)를 ECU(10)의 센서측 단자(101)에 체결하고 공연비 보정장치(30)의 제2 단자(330)를 산소센서(16)의 ECU(10)측 단자에 체결함으로써 간편하게 설치될 수 있다.That is, the
보정부(310)는 산소센서(16)로부터 ECU(10)로 전달되는 산소측정신호(OS)를 보정하여 보정된 산소측정신호(OS')를 ECU(10)로 전달할 수 있다.The
이어, 도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 공연비 보정장치(30)의 보정 방식을 상세히 설명한다.Next, a correction method of the air-fuel
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공연비 보정장치(30)가 ECU(10)와 산소센서(16) 사이에 전기 회로적으로 연결된 모습을 도시하는 개략도이다.5 is a schematic diagram showing a state in which the air-fuel
도 5를 참조하면, 산소센서(16)는 지르코늄을 이용하여 제조되는 광대역 산소센서(16)로 예시되었다.Referring to FIG. 5, the
산소센서(16)는 두 개의 기준전극(163) 및 그 사이에 배치된 네른스트셀(162)을 포함한다. 네른스트셀(162)은 내부에 배기의 일부가 확산된 확산 셀과 외기의 산소 농도차에 상응하는 전압 신호를 생성한다.The
일반적으로 확산 셀 내의 기체의 분포가 람다 값 1에 상응할 때, 즉, 휘발유를 연료로 사용했다면 이론 공연비에 가까운 공연비를 가질 때, 네른스트셀(162) 양단의 전극에는 0.45V(450mV)의 전압차가 발생된다. 이 전압차는 제1 라인(L1) 및 제2 라인(L2)을 통해 ECU(10)로 전달될 수 있고, ECU(10)는 제1 및 제2 라인(L2) 사이의 전압 차를 판독할 수 있다.Generally, when the distribution of gas in the diffusion cell corresponds to a lambda value of 1, that is, when gasoline is used as fuel, when the gas has an air-fuel ratio close to the theoretical air-fuel ratio, a voltage of 0.45 V (450 mV) is applied to the electrodes across the
산소센서(16)는 또한 두 개의 펌핑전극(165) 및 그 사이에 배치된 펌핑셀(164)을 포함한다. 펌핑셀(164)은 그 내부를 관통하는 관통기공(166)을 포함하고, 관통기공(166)을 통해 확산셀(168)은 배기와 연통된다.The
펌핑전극(165)에 전압이 인가되면 또는 펌핑셀(164)을 통해 전류가 흐르면 전류의 방향 및 크기에 상응하여 배기의 일부가 확산셀(168) 내부로 유입되거나 확산셀(168) 내부의 기체가 배기로 유출될 수 있다.When a voltage is applied to the
아울러 배기는 관통기공(166)을 확산셀(168) 내부로 지속적으로 확산되려는 경향을 가질 수 있다.In addition, the exhaust may have a tendency to continuously diffuse through-
ECU(10)는 확산셀(168) 내부의 람다 값이 1이 되도록, 즉, 네른스트셀(162) 양단 전압이 450mV를 갖도록 펌핑셀(164)에 흐르는 전류를 피드백 제어할 수 있다.The
가령, 배기에 포함된 산소 농도가 낮은 경우, 즉, 연료가 농후(rich)한 상태일 때, 농후한 배기는 확산셀(168) 내부로 확산될 것이다. 농후한 배기의 확산에 따라 확산 셀 내부의 기체의 람다 값이 1 보다 작아 질 때, 네른스트셀(162) 양단의 전압은 450mV 보다 크거나 작아 질 것이다. 이 경우, ECU(10)는 펌핑셀(164)에 흐르는 전류를 조절하여 배기의 일산화탄소 및 이산화탄소 등을 환원하여 확산셀(168) 내부로 유입시키며, 이로써 확산셀(168) 내부의 람다 값은 1의 값을 갖도록 피드백 제어될 수 있다.For example, when the oxygen concentration included in the exhaust is low, that is, when the fuel is rich, the rich exhaust will diffuse into the
구체적으로, ECU(10)는 두 개의 펌핑전류라인, 즉, 제3 라인(L3) 및 제4 라인(L4)을 통해 두 개의 펌핑전극에 연결될 수 있고, ECU(10), 제3 라인(L3), 펌핑전극, 펌핑셀(164) 및 제4 라인(L4)으로 이루어진 폐루프를 흐르는 전류의 크기 또는 펌핑전극 양단의 전압의 크기를 조절할 수 있다.Specifically, the
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 공연비 보정장치(30)는 전류원(310)의 형태로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 공연비 보정장치(30)는 제3 라인(L3)에 연결되는 제1 노드 및 제4 라인(L4)에 연결되는 제2 노드 및 제1 노드 및 제2 노드에 연결된 전류원(310)을 포함할 수 있다. 즉, 전류원(310)은 제3 라인(L3) 및 제4 라인(L4) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다.In addition, the air-fuel
본 발명에 따르면, 공연비 보정장치(30)에 의해 ECU(10)로 유입되어 유출되는 전류의 크기와 펌핑셀(164)로 유입되어 유출되는 전류의 크기가 달라질 수 있다.According to the present invention, the size of the current flowing into and out of the
전류원(310)은 일정한 전류를 흐르도록 설계된 상용의 소자로 구성될 수 있고, 그 구조나 형태는 제한되지 않는다.The
ECU(10)는 펌핑전류를 발생시키는 전류발생소자를 포함하고, 이 전류발생소자는 측정된 네른스트셀(162) 사이의 전압에 상응하는 특정한 전류값을 생성하는 소자로 이루어질 수 있다.The
따라서, 펌핑셀(164)로 유입되는 전류는 ECU(10)로부터 제공되는 펌핑전류와 전류원(310)으로부터 제공되는 전류는 산술적으로 합해져 펌핑셀(164)로 전달된다. 즉, 펌핑셀(164)로 제공되는 전류는 전류원(310)에서 생성된 일정한 전류만큼 오프셋되어 전달될 수 있다.Accordingly, the current flowing into the pumping
도 6은 배기의 람다 값이 목표 값과 다를 때 본 발명의 일 실시예에 따른 공연비 보정장치(30)의 작용을 예시적으로 나타내는 회로도이다.6 is a circuit diagram exemplarily showing the operation of the air-fuel
도 6을 참조하면, 예를 들어, 확산셀(168) 내 기체의 람다 값이 1에 대응되지 않을 때, ECU(10)는 확산셀(168) 내 기체의 람다 값이 1이 되도록 펌핑 셀에 상응하는 전류를 인가시킬 것이다. 도시된 예와 같이, 이 때, ECU(10)가 인가하는 전류가 1mA라고 가정한다면, 1mA의 전류가 전류원(310)의 작용에 의해 ECU(10) 및 전류원(310)이 형성하는 폐루프를 순환할 것이며, 이에 따라, 확산 셀에는 어떠한 전류도 인가되지 않을 것이다.Referring to FIG. 6, for example, when the lambda value of the gas in the
즉, 이 경우, 배기는 그대로 확산셀(168) 내로 확산될 것이므로, 배기의 람다 값과 확산셀(168) 내의 람다 값은 동일하거나 거의 유사할 것이다.That is, in this case, since the exhaust will be diffused into the
아울러, 이때 ECU(10)는 확산셀(168) 내의 람다 값이 1이 아니므로, 엔진으로 공급되는 연료의 비율을 증가 또는 감소시킨다.In addition, since the lambda value in the
이에 상응하여 배기의 람다 값 및 확산셀(168) 내부 기체의 람다 값은 증가 또는 감소할 것이고, ECU(10)는 확산셀(168) 내부 기체의 람다 값에 맞추어 연료의 비율을 증가 또는 감소시킬 것이다.Correspondingly, the lambda value of the exhaust and the lambda value of the gas inside the
이러한 피드백 과정은 확산셀(168) 내의 기체의 람다 값이 1이 될 때까지 수행될 것이다.This feedback process will be performed until the lambda value of the gas in the
도 7은 CNG 연료가 이론적 최적 공연비를 가질 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 공연비 보정장치(30)의 작용을 예시적으로 나타내는 회로도이다.7 is a circuit diagram exemplarily showing the operation of the air-fuel
도 7을 참조하면, 확산셀(168) 내의 람다 값이 1에 도달한다면, ECU(10)는 공연비가 휘발유 차량의 이론적 최적 공연비에 도달한 것으로 간주할 것이다.Referring to FIG. 7, if the lambda value in the
이에, ECU(10)는 펌핑셀(164)의 펌핑을 중단시키는 전기 신호, 예를 들어, 0mA의 전류를 펌핑셀(164)에 제공하려 할 것이다.Accordingly, the
아울러, 현재의 공연비를 유지하려는 작용, 즉, 연료의 비율을 현재 상태로 유지하려는 작용을 수행할 것이다.In addition, an operation to maintain the current air-fuel ratio, that is, an operation to maintain the ratio of fuel to the current state will be performed.
그럼에도 불구하고, 본 발명의 일 실시예에 따른 공연비 보정장치(30)의 전류원(310)은 미리결정된 오프셋 값에 상응하는 전류, 예를 들어, 1mA를 펌핑셀(164)에 제공할 수 있다.Nevertheless, the
이로써, 전류원(310)과 펌핑셀(164)이 형성하는 폐루프 상에는 미리 결정된 오프셋 값에 상응하는 전류가 흐르게 되며 펌핑셀(164)은 배기의 일산화탄소 및 이산화탄소를 환원하여 산소를 확산셀(168) 내부로 펌핑할 것이다.Accordingly, a current corresponding to a predetermined offset value flows on the closed loop formed by the
도 7에 도시된 상태가 평행 상태(equilibrium state)라고 가정하면, 즉, 확산셀(168) 내부 기체와 배기의 농도 차이에 따른 확산력과 펌핑셀(164)이 작용하는 펌핑력이 평형을 이룰 것이다.Assuming that the state shown in FIG. 7 is an equilibrium state, that is, the diffusion force according to the difference between the concentration of the gas and the exhaust inside the
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 공연비 보정장치(30)에 의해, 배기의 람다 값이 목표값, 예를 들어, CNG의 최적 공연비 상응하는 람다 값인1.05에 도달할 때, 배기의 람다 값과 확산셀(168) 내의 람다 값은 미리 결정된 오프셋 값, 예를 들어, 0.05를 유지할 수 있다.Accordingly, when the air-fuel
즉, 기존의 ECU(10) 및 산소센서(16)가 확산셀(168) 내의 람다 값이 1일 때 최적의 공연비를 갖도록 세팅된 상태에서, 공연비 보정장치(30)는 확산셀(168) 및 배기 사이의 람다 값이 미리결정된 값만큼 오프셋 되도록 펌핑 셀에 편향(BIASING) 전류를 제공한다.That is, when the existing
따라서, 본 발명에 따르면, 상용 휘발유 차량을 기준으로 세팅된 산소센서(16) 및 ECU(10) 의 설정 변경 없이, 간편하게 공연비 보정 장치를 추가함으로써, ECU(10)가 도달하려고 하는 목표 람다 값을 사용 연료에 맞추어 보정할 수 있는 장점이 있다.Therefore, according to the present invention, by adding the air-fuel ratio correction device without changing the settings of the
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공연비 보정장치(30)를 예시적으로 나타내는 회로도이다.8 is a circuit diagram exemplarily showing an air-fuel
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 공연비 보정장치(30)를 예시적으로 나타내는 회로도이다.9 is a circuit diagram exemplarily showing an air-fuel
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예들에 따른 공연비 보정장치(30)는 트림 저항을 더 포함할 수 있다.8 and 9, the air-fuel
트림 저항(320, 322)은 ECU(10) 및 전류원(310)이 형성하는 폐루프(도 8의 실시예), 전류원(310)과 펌핑셀이 형성하는 폐루프(도 9의 실시예) 및 전술한 두 폐루프 모두에 추가될 수 있다.The
트림 저항(320, 322)은 펌핑셀(164)의 고유 특성(유효 저항) 공차를 보상하거나 공차의 영향을 줄이기 위해 설치될 수 있다.The
앞서 설명한 실시예들에서, 본 발명에 따른 공연비 보정 장치 및 이를 포함하는 자동차는 휘발유 자동차의 전자제어식 공연비 제어 시스템을 압축천연가스 자동차에 적용한 것을 전제로 설명되었다.In the above-described embodiments, the air-fuel ratio correction device according to the present invention and a vehicle including the same have been described on the premise that the electronically controlled air-fuel ratio control system of a gasoline vehicle is applied to a compressed natural gas vehicle.
그러나 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명은 어떠한 하나의 연료를 임의의 다른 대체 연료를 사용하기 위해 개조할 수 있는 대부분의 응용에 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 천연가스뿐만 아니라 바이오메스 등 다른 대체 연료를 사용하는 것에도 그대로 적용할 수 있다.However, the present invention is not limited to this. The invention can be applied to most applications where any one fuel can be retrofitted to use any other alternative fuel. For example, the present invention can be applied to natural gas as well as other alternative fuels such as biomass.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical spirit of the present embodiment, and those skilled in the art to which this embodiment belongs may be able to make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present embodiment. Therefore, the present embodiments are not intended to limit the technical spirit of the present embodiment, but to explain, and the scope of the technical spirit of the present embodiment is not limited by these embodiments. The protection scope of the present embodiment should be interpreted by the claims below, and all technical spirits within the equivalent range should be interpreted as being included in the scope of the present embodiment.
Claims (9)
보정된 산소측정신호를 기초로 엔진제어신호를 생성하는 제1 엔진제어부;
상기 제1 엔진제어부의 엔진제어신호를 기초로 수정 엔진제어신호를 생성하는 제2 엔진제어부;
상기 수정 엔진제어신호에 따라 상기 엔진에 공급되는 연료의 공연비를 조절하는 연료공급부;
배기로부터 공연비의 람다 값에 상응하는 산소측정신호를 생성하는 산소센서; 및
상기 산소측정신호를 미리결정된 오프셋 값만큼 보정하는 공연비 보정장치를 포함하되,
상기 제1 엔진제어부는 상기 산소센서의 네른스트셀과 제1 라인 및 제2 라인으로 연결되며, 상기 산소센서의 펌핑셀과 제3 라인 및 제4 라인으로 연결되고,
상기 공연비 보정장치는,
상기 제1 엔진제어부의 센서측 단자에 체결되는 제1 단자,
상기 산소센서의 제1 엔진제어부측 단자에 체결되는 제2 단자 및
상기 제1 엔진제어부로부터 상기 산소센서의 펌핑셀에 공급되는 펌핑전류를 증가 또는 감소시키도록 일정한 크기의 전류를 발생시키는 전류원을 포함하고,
상기 전류원은 상기 제3 라인 및 상기 제4 라인의 사이에서 상기 제1 엔진제어부와 전기적으로 연결되
는 자동차.engine;
A first engine control unit generating an engine control signal based on the corrected oxygen measurement signal;
A second engine control unit generating a modified engine control signal based on the engine control signal of the first engine control unit;
A fuel supply unit configured to adjust an air-fuel ratio of fuel supplied to the engine according to the modified engine control signal;
An oxygen sensor generating an oxygen measurement signal corresponding to the lambda value of the air-fuel ratio from the exhaust; And
An air-fuel ratio correction device for correcting the oxygen measurement signal by a predetermined offset value,
The first engine control unit is connected to the Nernst cell of the oxygen sensor by a first line and a second line, and is connected by a pumping cell of the oxygen sensor by a third line and a fourth line,
The air-fuel ratio correction device,
A first terminal fastened to the sensor-side terminal of the first engine control unit,
A second terminal fastened to a terminal of the first engine control unit of the oxygen sensor, and
It includes a current source for generating a current of a constant size to increase or decrease the pumping current supplied to the pumping cell of the oxygen sensor from the first engine control unit,
The current source is electrically connected to the first engine control unit between the third line and the fourth line.
Car.
상기 산소센서는 광대역 산소센서로 구성되고,
상기 배기의 람다 값과 상기 광대역 산소센서의 확산셀 내의 기체의 람다 값은 상이한 값을 갖는 자동차.According to claim 1,
The oxygen sensor is composed of a broadband oxygen sensor,
A vehicle having a difference between the lambda value of the exhaust and the gas value of the gas in the diffusion cell of the broadband oxygen sensor.
상기 연료는 압축천연가스이고,
상기 보정된 산소측정신호는 배기의 람다 값이 1.04 내지 1.06일 때 상기 제1 엔진제어부가 공연비를 유지하게 하는 신호인 자동차.
According to claim 1,
The fuel is compressed natural gas,
The calibrated oxygen measurement signal is a vehicle that causes the first engine control unit to maintain an air-fuel ratio when the lambda value of the exhaust is 1.04 to 1.06.
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- 2018-11-29 KR KR1020180151342A patent/KR102105423B1/en active IP Right Grant
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