KR102262582B1 - 차량의 엔진 제어 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

차량의 엔진 제어 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 기술은 차량의 엔진 제어 장치를 개시한다. 본 기술에 따른 차량의 엔진 제어 장치는 엔진 정지시 포스트 분사를 수행하여 플라이휠링기어의 정지 위치를 제어하여 엔진 시동시 스타터 모터와 플라이휠링기어가 치합되는 위치가 플라이휠링기어의 전체 원주면에 균등하게 분포되도록 한다.

Description

차량의 엔진 제어 장치 및 그 제어 방법{FLYWHEEL RING GEAR CONTROL SYSTEM OF VEHICLE AND CONROL METHOD OF THE SAME}
본 발명은 차량의 엔진 제어 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진 시동시 스타터 모터와 플라이휠링기어의 치합 위치가 플라이휠링기어의 전체 원주면에 균등하게 분포되도록 플라이휠링기어의 정지 위치를 제어하는 엔진 제어 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
최근 출시되는 차량에는 연비 향상와 배기가스 저감 등을 위하여 ISG(Idle Stop and Go) 시스템이 적용된 엔진이 탑재되고 있다.
ISG 시스템은 엔진의 아이들 상태가 설정된 시간 이상 유지되는 경우 등과 같이 정해진 조건에서 엔진 시동을 자동으로 오프시키고(Idle Stop), 이후 운전자가 가속페달을 밟으면 엔진 시동을 다시 온시켜(Go) 정상적인 주행이 가능하도록 하는 엔진제어 시스템을 말한다.
이러한 ISG 시스템에서도 스타터 모터와 플라이휠링기어를 이용한 엔진 시동 매커니즘이 적용되고 있다.
종래의 스타터 모터에 의한 엔진 시동 메커니즘을 보면, 시동시에 스타터 모터의 피니언은 플라이휠링기어와 이격된 상태로부터, 회전하면서 플라이휠링기어를 향해 직선 이동하여 서로 치합된 후 동력을 전달하는데 치합되는 과정에서 피니언과 플라이휠링기어의 충돌 및 마찰에 의한 마모가 발생하게 된다.
일반적으로, 엔진이 정지할 때 플라이휠링기어의 정지 위치는 엔진 내부의 피스톤과 베어링 등의 마찰에 의해 운동에너지가 0이 되는 위치가 되며, 이 위치는 인라인 4기통 엔진의 경우 2개 위치, 6기통 엔진의 경우 3개 위치로 결정된다.
따라서, 엔진 시동시 스타터 모터의 피니언과 플라이휠링기어가 치합되면서 접촉되는 위치도 그 2개 또는 3개 위치로 한정되어 해당 위치에서만 집중적으로 마모가 발생하게 된다.
더욱이, ISG 엔진과 같이 시동 횟수가 많은 경우에는 잦은 치합으로 인해 플라이휠링기어의 부분적인 마모가 더욱 빨리 진행되는 문제가 있다.
본 발명은 엔진 정지시 포스트 분사를 통해 플라이휠링기어의 정지 위치를 제어하여 엔진 시동시 스타터 모터의 피니언과 플라이휠링기어가 치합되는 위치가 플라이휠링기어의 전체 원주면에 균등하게 분포되도록 함으로써 플라이휠링기어의 내구 수명을 증가시킬 수 있는 차량의 엔진 제어 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 엔진 제어 장치는 크랭크샤프트의 회전 각도를 센싱하고 그 회전 각도를 알려주는 센싱 신호를 출력하는 크랭크 포지션 센서; 엔진의 실린더에 연료를 분사하는 연료분사장치; 및 상기 크랭크 포지션 센서로부터의 센싱 신호에 근거하여, 엔진 정지시 상기 연료분사장치가 포스트(Post) 분사를 수행하도록 제어하여 상기 크랭크샤프트의 회전 각도를 변화시키는 ECU를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 엔진 제어 방법은 엔진 정지시, 크랭크샤프트의 현재의 회전 각도를 구하는 단계; 직전의 엔진 정지시의 크랭크샤프트의 최종 회전 각도와 상기 현재의 회전 각도를 비교하여 포스트 분사를 위한 회전 각도를 계산하는 단계; 및 상기 계산된 회전 각도에 대응되는 연료량에 대한 정보를 연료분사장치에 전송하여 상기 포스트 분사가 발생되도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 플라이휠링기어의 내구 수명을 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 엔진 제어 장치의 구성을 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 엔진 제어 방법을 설명하기 위한 순서도.
도 3은 플라이휠링기어의 전체 원주면을 일정 구간 단위로 균등하게 구분한 모습을 보여주는 도면.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 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 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 엔진 제어 장치의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 1의 엔진 제어 장치는 크랭크 포지션 센서(CPS : Crank Position Sensor)(10), ECU(Electric Countrol Unit)(20) 및 연료분사장치(30)를 포함할 수 있다.
크랭크 포지션 센서(10)는 크랭크샤프트(CrankShaft)의 위치를 측정함으로써 크랭크샤프트의 회전 각도를 센싱하고 그 센싱된 회전 각도에 대한 정보를 알리는 센싱 신호를 ECU(20)에 출력한다. 특히, 본 실시 예에서 크랭크 포지션 센서(10)는 엔진 정지시 크랭크샤프트의 회전 각도를 센싱하여 그 센싱된 값을 ECU(20)에 전송한다. 크랭크 포지션 센서(10)가 크랭크샤프트의 회전 각도를 센싱하는 방법은 종래와 동일한 방법이 사용될 수 있다.
ECU(20)는 크랭크 포지션 센서(10)로부터 수신된 센싱 신호를 통해 엔진 정지시 크랭크샤프트의 회전 각도(CA : Crankshaft Angle)를 인지하고, 그 엔진 정지시의 회전 각도에 따라 연료분사장치(30)의 포스트 분사를 제어하여, 엔진이 정지되는 순서에 따라 해당 엔진 정지시의 크랭크샤프트의 최종 회전 각도가 기 설정된 각도만큼씩 순차적으로 변화되도록 한다. 즉, ECU(20)는 플라이휠링기어의 전체 원주면이 균등하게 정지 위치(엔진 시동시 스타터 모터와 치합되는 위치)가 되도록 엔진 정지시점에 크랭크 포지션 센서(10)로부터의 센싱 신호에 근거하여 크랭크샤프트의 회전 각도를 변화시키기 위한 포스트 분사가 이루어지도록 연료분사장치(30)를 제어한다. 예컨대, ECU(20)는 최초 엔진 정지시에 크랭크 포지션 센서(10)에서 센싱된 크랭크샤프트의 회전 각도를 기준 각도(CA=0°)로 정하고, 이후 엔진 정지시 마다 크랭크샤프트의 최종적인 회전 각도가 30°씩 증가하도록 연료분사장치(30)가 포스트 분사를 수행하도록 제어한다. 이때, 포스트 분사시 분사되는 연료량은 직전의 엔진 정지시 포스트 분사에 의해 최종적으로 회전된 크랭크샤프트의 회전 각도(최종 회전 각도)와 현재의 엔진 정지시 크랭크 포지션 센서(10)로부터의 센싱 신호에 따라 검출된 크랭크샤프트의 회전 각도의 차이에 근거하여 결정될 수 있다. 이러한 ECU(20)의 동작은 보다 상세하게 후술된다.
연료분사장치(30)는 ECU(20)의 제어에 따라 인젝터로 엔진의 실린더에 연료를 분사하여 실린던 내에서 연소가 일어나도록 함으로써 크랭크샤프트를 회전시킨다. 특히, 연료분사장치(30)는 ECU(20)의 제어에 따라 엔진 정지시점에 추가적으로 연료를 분사하는 포스트 분사를 수행한다.
메모리(40)는 포스트 분사에 의해 크랭크샤프트가 회전한 최종 회전 각도에 대한 정보(예컨대, 포스트 분사 횟수)를 저장한다. 또한, 메모리(40)는 회전 각도별로 포스트 분사를 위해 필요한 연료량을 맵핑 테이블 형태로 저장할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 엔진 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이며, 도 3은 플라이휠링기어의 전체 원주면을 일정 구간 단위로 균등하게 구분한 모습을 보여주는 도면이다.
본 실시 예에서는 예시적으로 플라이휠링기어의 전체 원주면(전체 톱니들)을 도 3에서와 같이 12개의 구간들(① ~ ⑫)로 구분한 후 플라이휠링기어의 정지 위치(엔진 정지 후 다시 엔진 시동시 스타터 모터와 치합되는 위치)가 12개의 구간들(① ∼ ⑫)에 순차적으로 그리고 반복적으로(① 구간 → ② 구간 → ③ 구간 → … → ⑫ 구간 → ① 구간 → ② 구간 → … ) 할당되도록 한다.
이를 위해, 먼저 ECU(20)는 크랭크 포지션 센서(10)로부터 수신되는 센싱 신호를 이용하여 최초 엔진 정지시의 크랭크샤프트의 회전 각도(CA)를 인지하고, 그 위치를 기준 각도(CA=0°)로 설정한다(단계 210).
CA=0°일 때, 플라이휠링기어의 정지 위치는 도 3에서 ① 구간에 해당할 수 있다. 즉, 본 실시 예에서는, CA=0°일 때, 스타터 모터와 치합되는 위치에 플라이휠링기어의 ① 구간이 위치하는 경우를 가정한다.
다음에, ECU(20)는 연료분사장치(30)가 인젝터를 통해 일정량의 연료를 분사하도록 제어하는 포스트 분사 제어신호를 연료분사장치(30)에 출력하여 크랭크샤프트가 30°만큼 회전(CA=30°)하도록 한다(단계 220).
즉, 플라이휠링기어를 12개의 구간으로 구분하였으므로, ECU(20)는 연료분사장치(30)의 포스트 분사에 의해 엔진 정지 시점에서 크랭크샤프트가 30°만큼 회전(CA=30°)하도록 함으로써 플라이휠링기어도 30°만큼 회전시켜 플라이휠링기어의 정지 위치가 ① 구간에서 ② 구간으로 변화되도록 제어한다. 이때는 최초의 포스트 분사에 의한 회전이므로 30°만큼만 회전시키게 된다.
이를 위해, ECU(20)는 크랭크샤프트를 30°만큼 회전시킬 수 있는 연료 분사량에 대한 정보를 포스트 분사 제어신호에 포함시켜 연료분사장치(30)에 출력한다. 포스트 분사 제어신호를 수신한 연료분사장치(30)는 해당 량의 연료를 실린더 내로 분사시켜 해당 실린더의 피스톤을 움직이게 함으로써 크랭크샤프트를 엔진 정지 시점(CA=0°)으로부터 30°만큼 강제적으로 더 회전시킨다.
이때, 포스트 분사는 차량 엔진의 전체 실린더들(4개 또는 6개)에서 모두 발생하도록 할 수도 있으며, 또는 일부(예컨대, 1개)의 실린더에서만 선택적으로 발생하도록 할 수도 있다. 또한, 포스트 분사를 위해 필요한 연료량은 회전 각도별로 필요한 연료량이 맵핑 테이블 형태로 메모리(40)에 미리 저장될 수 있다. 그러한 경우, ECU(20)는 회전시켜야 할 각도가 얼마인지에 따라 해당 각도에 대응되는 연료량을 메모리(40)의 맵핑 테이블에서 검색하여 알아낸 후 해당 정보를 포스트 분사 제어신호에 포함시켜 연료분사장치(30)에 출력할 수 있다.
플라이휠링기어의 정지 위치가 ② 구간으로 이동됨으로써, 다시 엔진이 시동될 때 스타터 모터와 플라이휠링기어가 치합되는 위치는 ② 구간이 된다.
ECU(20)는 포스트 분사를 통해 크랭크샤프트가 회전한 최종 회전 각도(CA=30°)에 대한 정보를 메모리(40)에 저장한다. 예컨대, 1회의 포스트 분사 마다 크랭크샤프트의 최종 회전 각도가 30°씩 변화하므로, ECU(20)는 포스트 분사 횟수를 카운팅하고 그 카운트 값을 메모리(40)에 저장할 수 있다.
엔진 시동 후 다시 엔진이 정지하게 되면(단계 230), ECU(20)는 다시 크랭크 포지션 센서(10)로부터 수신되는 센싱 신호를 이용하여 현재의 엔진 정지시의 크랭크샤프트의 회전 각도(현재의 회전 각도)를 인지한다(단계 240).
이때, 현재의 회전 각도는 최초 엔진 정지시의 기준 각도와 현재의 엔진 정지시 크랭크 포지션 센서(10)로부터 수신되는 센싱 신호를 이용하여 검출된 회전 각도의 차이각이 될 수 있다.
다음에, ECU(20)는 크랭크샤프트의 현재의 회전 각도와 메모리(40)에 저장된 직전의 엔진 정지시의 포스트 분사에 의한 크랭크샤프트의 최종 회전 각도를 비교하고, 그 결과에 따라 플라이휠링기어의 ③ 구간이 정지 위치가 되도록 연료분사장치(30)의 포스트 분사를 제어한다(단계 250).
이를 위해, ECU(20)는 직전의 엔진 정지시의 포스트 분사에 의한 크랭크샤프트의 최종 회전 각도와 현재의 엔진 정지시의 크랭크 포지션 센서(10)에 의해 센싱된 회전 각도를 비교하여, 크랭크샤프트를 얼마만큼 더 회전시켜야 현재 엔진 정지시의 최종 회전 각도가 직전 엔진 정지시의 최종 회전 각도 보다 30°만큼 더 회전한 각도가 되는지를 계산한다. 예컨대, 단계 S220에서 포스트 분사에 의한 크랭크샤프트의 최종 회전 각도는 30°이므로, 현재의 엔진 정지시 크랭크샤프트의 최종 회전 각도는 60°(30°+ 30°)가 되어야 한다. 그런데, 만약 현재의 엔진 정지시 크랭크 포지션 센서(10)에 의해 센싱된 크랭크샤프트의 회전 각도가 120°라면, 크랭크샤프트를 같은 방향으로 300°만큼 더 회전시켜야 한다.
ECU(20)는 요구되는 회전 각도가 계산되면, 그 계산된 회전 각도 만큼 크랭크샤프트를 회전시키기 위해 필요한 연료량을 메모리(40)에 저장된 맵핑 테이블을 검색하여 알아낸 후 해당 정보를 포스트 분사 제어신호에 포함시켜 연료분사장치(30)에 전송함으로써 포스트 분사를 제어한다.
즉, ECU(20)는 메모리(40)에 저장된 정보를 이용하여 직전의 엔진 정지시의 플라이휠링기어의 정지 위치가 ② 구간 이였음을 확인하고, 따라서 현재의 엔진 정지시에는 플라이휠링기어의 정지 위치가 ② 구간의 다음 구간인 ③ 구간이 되도록 하기 위해서는 크랭크샤프트를 몇 도 더 회전시켜야 하는지를 계산하여 그에 맞게 연료분사장치(30)의 포스트 분사를 제어한다.
상술한 단계 240 및 250에 의해 플라이휠링기어의 정지 위치가 ③ 구간이 됨으로써, 엔진이 다시 시동될 때 스타터 모터와 플라이휠링기어가 치합되는 위치는 ③ 구간이 된다. 즉, 플라이휠링기어의 정지 위치가 ② 구간에서 ③ 구간으로 변경됨으로써 엔진 시동시의 치합 위치도 ② 구간에서 ③ 구간으로 변경되었다.
이후 다시 엔진이 정지될 때마다, ECU(20)는 상술한 단계 240 및 250의 과정들을 반복 수행함으로써 플라이휠링기어의 정지 위치는 ③ 구간 → ④ 구간 → ⑤ 구간 → … → ⑫ 구간 → ① 구간 → ② 구간 → ③ 구간 → … 의 순서로 순차적으로 변경되며 그러한 변경도 반복적으로 이루어지게 된다. 이에 따라, 엔진 시동시 스타터 모터와 플라이휠링기어가 치합되는 위치도 플라이휠링기어의 정지 위치 변화와 동일한 순서로 반복적으로 변화된다.
상술한 실시 예에서와 같이, 본 발명은 플라이휠링기어의 전체 원주면을 12개의 구간들로 균등하게 구분하고 플라이휠링기어의 정지 위치가 12개의 구간들에 순차적으로 할당되도록 하여 스타터 모터와 플라이휠링기어가 치합되는 위치도 그에 대응되게 12개의 구간에서 순차적으로 변화되도록 함으로써 종래에 플라이휠링기어의 정지 위치가 2개 위치 또는 3개 위치로 한정되는 경우에 비해 플라이휠링기어의 내구성을 현저하게 향상시킬 수 있다.
상술한 실시 예에서는 플라이휠링기어의 전체 원주면을 12개의 영역으로 구분한 경우에 대해 설명하였으나, 포스트 분사의 정밀도에 따라 보다 많은 구간들 또는 보다 적은 구간들로 세분화할 수 있음은 자명하다.
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 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 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 할 것이다.

Claims (11)

  1. 크랭크샤프트의 회전 각도를 센싱하고 그 회전 각도를 알려주는 센싱 신호를 출력하는 크랭크 포지션 센서;
    엔진의 실린더에 연료를 분사하는 연료분사장치;
    상기 크랭크 포지션 센서로부터의 센싱 신호에 근거하여, 엔진 정지시 상기 연료분사장치가 포스트(Post) 분사를 수행하도록 제어하여 상기 크랭크샤프트의 회전 각도를 변화시키는 ECU; 및
    포스트 분사에 의해 크랭크샤프트가 회전한 최종 회전 각도에 대한 정보 및 회전 각도별로 포스트 분사를 위해 필요한 연료량에 대한 정보를 저장하는 메모리;
    를 포함하는 차량의 엔진 제어 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 ECU는
    엔진이 정지되는 순서에 따라 해당 엔진 정지시의 상기 크랭크샤프트의 최종 회전 각도가 기 설정된 각도만큼씩 순차적으로 변화되도록 하는 것을 특징으로 하는 차량의 엔진 제어 장치.
  3. 제 1항에 있어서, ECU는
    직전의 엔진 정지시의 크랭크샤프트의 최종 회전 각도와 현재의 엔진 정지시 상기 크랭크 포지션 센서로부터의 센싱 신호에 의해 검출된 크랭크샤프트의 회전 각도의 차이에 근거하여 상기 포스트 분사를 위한 연료량을 계산하는 것을 특징으로 하는 차량의 엔진 제어 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서, 상기 ECU는
    포스트 분사 횟수를 카운트하고 그 카운트 값을 상기 메모리에 저장하는 것을 특징으로 하는 차량의 엔진 제어 장치.
  6. 엔진 정지시, 크랭크샤프트의 현재의 회전 각도를 구하는 단계;
    직전의 엔진 정지시의 크랭크샤프트의 최종 회전 각도와 상기 현재의 회전 각도를 비교하여 포스트 분사를 위한 회전 각도를 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 회전 각도에 대응되는 연료량에 대한 정보를 연료분사장치에 전송하여 상기 포스트 분사가 발생되도록 제어하는 단계를 포함하며,
    상기 연료량에 대한 정보는,
    회전 각도별로 포스트 분사를 위해 필요한 연료량이 미리 맵핑되어 저장되어 있는 것을 특징으로 하는 차량의 엔진 제어 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    최초 엔진 정지시의 상기 크랭크샤프트의 회전 각도를 검출하여 해당 회전 각도를 기준 각도로 정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 엔진 제어 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 현재의 회전 각도는
    상기 기준 각도와 현재의 엔진 정지시 크랭크 포지션 센서로부터 수신되는 센싱 신호를 통해 검출된 회전 각도의 차이각인 것을 특징으로 하는 차량의 엔진 제어 방법.
  9. 제 6항에 있어서, 상기 최종 회전 각도는
    상기 포스트 분사의 횟수를 카운트하여 알아내는 것을 특징으로 하는 차량의 엔진 제어 방법.
  10. 삭제
  11. 제 6항에 있어서, 상기 포스트 분사를 위한 회전 각도는
    엔진이 정지되는 순서에 따라 해당 엔진 정지시의 상기 크랭크샤프트의 최종 회전 각도가 기 설정된 각도만큼씩 순차적으로 변화되도록 하는 회전 각도인 것을 특징으로 하는 차량의 엔진 제어 방법.
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