KR102406500B1 - 엔진 제어 방법 - Google Patents

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KR102406500B1 KR1020160169583A KR20160169583A KR102406500B1 KR 102406500 B1 KR102406500 B1 KR 102406500B1 KR 1020160169583 A KR1020160169583 A KR 1020160169583A KR 20160169583 A KR20160169583 A KR 20160169583A KR 102406500 B1 KR102406500 B1 KR 102406500B1
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Abstract

본 발명은 엔진 제어 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 엔진 제어 방법은 엔진이 최대 토크로 운전 중인지를 확인하는 단계, 및 상기 엔진이 최대 토크로 운전 중이면, 상기 엔진이 최대 토크로 운전하는 운전 지속 시간 또는 질소산화물의 누적 배출량에 따라 엔진 토크를 제어하는 단계를 포함한다.

Description

엔진 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING ENGINE}
본 발명은 질소산화물(NOx)의 배출을 억제하기 위하여 엔진 토크를 제어하는 엔진 제어 방법에 관한 것이다.
최근에는 환경 문제가 대두되면서 차량으로부터 배출되는 질소산화물(NOx)과 같은 오염물질의 배출 저감을 위하여 실도로주행 규제(Real Driving Emissions, RDE)의 도입이 검토되고 있다.
RDE 도입 시, 장등판과 같은 도로조건에서 엔진 최대토크(전부하 모드)로 주행을 지속하는 경우, 질소산화물(NOx)의 과다 배출로 규제를 만족하기 어렵게 된다. 따라서, RDE의 도입에 대응하기 위하여 질소산화물의 배출을 저감시키기 위한 연구가 지속되어야 한다.
KR 1020070059377 A KR 100208840 B1
본 발명은 질소산화물(NOx)의 배출을 억제하기 위하여 엔진 토크를 제어하는 엔진 제어 방법을 제공하고자 한다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 제어 방법은, 엔진이 최대 토크로 운전 중인지를 확인하는 단계, 및 상기 엔진이 최대 토크로 운전 중이면, 상기 엔진이 최대 토크로 운전하는 운전 지속 시간 또는 질소산화물의 누적 배출량에 따라 엔진 토크를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 엔진이 최대 토크로 운전 중인지를 확인하는 단계에서, 엔진 RPM(Revolution Per Minute) 센서를 통해 획득한 엔진 회전수와 메모리에 저장된 룩업테이블로부터 검출한 가속 페달 위치에 따른 연료분사량에 근거하여 엔진 토크를 연산하는 것을 특징으로 한다.
상기 엔진 토크를 제어하는 단계는, 상기 질소산화물의 누적 배출량이 임계치를 초과하는지를 확인하는 단계, 상기 질소산화물의 누적 배출량이 임계치 이하이면, 상기 운전 지속 시간이 임계 시간을 초과하는지를 확인하는 단계, 및 상기 운전 지속 시간이 임계 시간을 초과하는 경우, 상기 엔진 토크를 조정하는 것을 특징으로 한다.
상기 질소산화물의 누적 배출량이 임계치를 초과하는지를 확인하는 단계에서, 메모리에 지저장된 수학 모델을 이용하여 질소산화물 배출량을 연산하고, 연산된 질소산화물 배출량을 이용하여 상기 질소산화물의 누적 배출량을 계산하는 것을 특징으로 한다.
상기 질소산화물의 누적 배출량이 임계치를 초과하는지를 확인하는 단계에서, 상기 엔진에 탑재된 센서를 통해 질소산화물의 배출량을 측정하고, 측정된 질소산화물 배출량을 이용하여 상기 질소산화물의 누적 배출량을 계산하는 것을 특징으로 한다.
상기 질소산화물의 누적 배출량이 임계치를 초과하는지를 확인하는 단계에서, 상기 질소산화물의 누적 배출량이 임계치를 초과하면, 상기 엔진 토크를 조정하는 것을 특징으로 한다.
상기 엔진 토크를 제어하는 단계는, 상기 엔진의 최대 토크를 기결정된 비율로 정해진 시간 동안 감소시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 엔진의 전부하 운전이 일정 시간 이상 유지되는 경우 엔진의 최대 토크를 하향 제어하므로, 질소산화물(NOx)의 배출을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 제어 장치를 도시한 블록구성도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 엔진 제어 장치를 도시한 블록구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 제어 방법을 도시한 흐름도.
도 4a는 본 발명에 따른 전부하 토크와 배기가스 재순환률의 관계를 도시한 그래프.
도 4b는 본 발명에 따른 전부하 토크와 질소산화물 배출량의 관계를 도시한 그래프.
본 명세서에 기재된 "포함하다", "구성하다", "가지다" 등의 용어는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 해당 구성요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 본 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, "일", "하나" 및 "그" 등의 관사는 본 발명을 기술하는 문맥에 있어서 본 명세서에 달리 지시되거나 문맥에 의해 분명하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 제어 장치를 도시한 블록구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 엔진 제어 장치는 엔진 RPM(Revolution Per Minute) 센서(110), 가속페달 위치 센서(Accelerator Position Sensor, APS)(120), 메모리(140), 엔진(150) 및 처리기(160)를 포함한다.
엔진 RPM 센서(110)는 엔진 회전수(RPM)를 검출하여 전기 신호를 출력하는 엔진 회전속도 센서(engine speed sensor)이다. 다시 말해서, 엔진 RPM 센서(110)는 1분 동안 크랭크샤프트가 회전한 회전수를 측정한다.
가속 페달 위치 센서(120)는 운전자가 가속 페달을 밟는 정도를 전기적인 신호로 출력한다. 다시 말해서, 가속 페달 위치 센서(120)는 운전자 조작에 따른 가속 페달의 위치를 감지(측정)한다.
메모리(140)는 가속 페달 위치에 따른 연료분사량이 정의된 룩업테이블(lookup table)을 저장한다. 메모리(140)는 NOx 배출량을 연산하기 위한 수학 모델을 저장할 수도 있다. 수학 모델은 사전에 실험 데이터를 모델링하여 도출한 모델이다.
메모리(140)는 처리기(160)의 동작을 위한 프로그램을 저장할 수 있다. 메모리(140)는 플래시 메모리(flash memory), 하드디스크(hard disk), SD 카드(Secure Digital Card), 램(Random Access Memory, RAM), 롬(Read Only Memory, ROM), 및 웹 스토리지(web storage) 등의 저장매체 중 어느 하나 이상의 저장매체로 구현될 수 있다.
엔진(150)는 실린더 내부에서 연료와 공기를 혼합하고 이를 점화하여 폭발적으로 연소시켜 피스톤을 왕복운동 시킴으로써 동력을 얻는 내연기관이다. 엔진(150)는 경유 또는 중유를 연료로 사용하는 디젤 엔진으로 구현될 수 있다.
처리기(160)는 가속 페달 위치 센서(120)로부터 출력되는 가속 페달 위치 정보에 따라 엔진(150)의 구동토크(엔진 토크)를 제어한다. 처리기(160)는 연료 인젝터(fuel injector)(미도시)를 제어하여 엔진(150)의 실린더로 공급되는 연료분사량을 조절하므로 엔진 토크를 제어한다.
처리기(160)는 엔진 토크 및 질소산화물(NOx)의 배출량을 모니터링한다. 처리기(160)는 엔진(150)이 최대 토크(전부하 모드)로 운전(작동) 중인지를 확인한다. 처리기(160)는 엔진 회전수(RPM)와 연료분사량에 근거하여 엔진 토크를 연산한다. 이때, 처리기(160)는 엔진 RPM 센서(110)로부터 엔진 회전수를 전달받는다. 처리기(160)는 메모리(140)에 저장된 룩업테이블을 참조하여 가속 페달 위치 센서(120)에 의해 측정된 가속 페달 위치에 따른 연료분사량을 확인한다.
처리기(160)는 엔진(150)이 전부하 모드로 운전 중이면 타이머(미도시)를 동작시켜 전부하 모드로의 운전 지속 시간을 측정한다. 처리기(160)는 운전 지속 시간이 임계 시간(허용 가능한 최대 시간)을 초과하면 엔진 토크를 조정한다.
처리기(160)는 메모리(140)에 저장된 수학 모델을 이용하여 NOx 배출량을 연산한다. 그리고, 처리기(160)는 엔진(150)이 전부하 모드로 동작 시 연산된 NOx 배출량을 이용하여 NOx 누적 배출량을 계산한다. 처리기(160)는 계산된 NOx 누적 배출량이 임계치(허용 가능한 최대 누적량)를 초과하는 경우 엔진 토크를 조정한다.
처리기(160)는 엔진(150)의 최대 토크(전부하 모드)를 일정 비율(X%)만큼 정해진 시간(Y초) 동안 서서히 감소시킨다. 처리기(160)는 엔진(150)이 전부하 모드로 동작할 때의 엔진 토크를 감소시킨다.
이러한 처리기(160)는 마이크로 프로세서(microprocessor) 또는 MCU(Micro Controller Unit)로 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 엔진 제어 장치를 도시한 블록구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 엔진 제어 장치는 엔진 RPM 센서(110), 가속페달 위치 센서(120), NOx 센서(130), 메모리(140), 엔진(150) 및 처리기(160)를 포함한다.
엔진 RPM 센서(110)는 엔진 회전수(RPM)를 검출하여 전기 신호를 출력하는 엔진 회전속도 센서(engine speed sensor)이다. 다시 말해서, 엔진 RPM 센서(110)는 1분 동안 크랭크샤프트가 회전한 회전수를 측정한다.
가속 페달 위치 센서(120)는 운전자가 가속 페달을 밟는 정도를 전기적인 신호로 출력한다. 다시 말해서, 가속 페달 위치 센서(120)는 운전자 조작에 따른 가속 페달의 위치를 감지(측정)한다.
NOx 센서(130)는 엔진(150)에서 연료를 연소하는 과정에서 발생하는 질소산화물(NOx)의 배출량을 측정한다. 이러한 NOx 센서(130)는 엔진(150)에 탑재된다.
메모리(140)는 가속 페달 위치에 따른 연료분사량이 정의된 룩업테이블(lookup table)을 저장한다. 메모리(140)는 처리기(160)의 동작을 위한 프로그램을 저장할 수 있고, 처리기(160)의 입/출력 데이터를 저장할 수도 있다.
메모리(140)는 플래시 메모리(flash memory), 하드디스크(hard disk), SD 카드(Secure Digital Card), 램(Random Access Memory, RAM), 롬(Read Only Memory, ROM), 및 웹 스토리지(web storage) 등의 저장매체 중 어느 하나 이상의 저장매체로 구현될 수 있다.
엔진(150)는 실린더 내부에서 연료와 공기를 혼합하고 이를 점화하여 폭발적으로 연소시켜 피스톤을 왕복운동 시킴으로써 동력을 얻는 내연기관이다. 엔진(150)는 경유 또는 중유를 연료로 사용하는 디젤 엔진으로 구현될 수 있다.
처리기(160)는 가속 페달 위치 센서(120)로부터 출력되는 가속 페달 위치 정보에 따라 엔진(150)의 구동토크를 제어한다. 처리기(160)는 연료 인젝터(fuel injector)를 제어하여 엔진(150)의 실린더로 공급되는 연료분사량을 조절하여 엔진 토크(구동토크)를 제어한다.
처리기(160)는 엔진 토크를 모니터링한다. 여기서, 처리기(160)는 엔진(150)이 최대 토크(전부하 모드)로 운전(작동) 중인지를 확인한다. 처리기(160)는 엔진 RPM 센서(110)로부터 획득한 엔진 회전수와 메모리(140)에 저장된 룩업테이블을 통해 획득한 연료분사량에 근거하여 엔진 토크를 연산한다. 이때, 처리기(160)는 메모리(140)에 저장된 룩업테이블을 참조하여 가속 페달 위치 센서(120)에 의해 측정된 가속 페달 위치에 따른 연료분사량을 확인한다.
처리기(160)는 엔진(150)이 전부하 모드(최대 토크)로 운전 시 타이머(미도시)를 동작시켜 엔진(150)이 전부하 모드로 동작하는 지속 시간(운전 지속 시간)을 측정한다. 처리기(160)는 운전 지속 시간이 임계 시간을 초과하면 엔진 토크를 조정한다.
처리기(160)는 NOx 센서(130)를 통해 NOx 배출량을 모니터링한다. 처리기(160)는 엔진(150)이 전부하 모드로 동작 시 NOx 누적 배출량을 계산한다. 처리기(160)는 계산된 NOx 누적 배출량이 임계치를 초과하는 경우 엔진 토크를 조정한다.
처리기(160)는 엔진(150)의 최대 토크를 일정 비율(X%)만큼 정해진 시간(Y초) 동안 서서히 감소시킨다. 다시 말해서, 처리기(160)는 엔진(150)이 전부하 모드로 동작할 때의 엔진 토크(전부하 토크)를 감소시킨다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 제어 방법을 도시한 흐름도이다
먼저, 엔진(150)이 작동하는 상태에서(S110), 처리기(160)는 엔진(150)이 최대 토크로 운전 중인지를 확인한다(S120). 다시 말해서, 처리기(160)는 엔진(150)이 전부하 모드로 동작 중인지를 확인한다. 처리기(160)는 엔진 RPM 센서(110)로부터 획득한 엔진 회전수와 메모리(140)에 저장된 룩업테이블로부터 검출한 연료분사량에 근거하여 엔진 토크를 연산한다. 처리기(160)는 메모리(140)에 저장된 룩업테이블을 참조하여 가속 페달 위치 센서(120)에 의해 측정된 가속 페달 위치에 따른 연료분사량을 확인한다.
처리기(160)는 엔진(150)이 최대 토크로 운전 중이면, NOx 누적 배출량이 임계치를 초과하는지를 확인한다(S130). 이때, 처리기(160)는 메모리(140)에 기저장된 수학 모델을 이용하여 NOx 배출량을 연산(모니터링)한다. 처리기(160)는 연산된 NOx 배출량을 이용하여 NOx 누적 배출량을 계산한다.
처리기(160)는 NOx 누적 배출량이 임계치 이하이면 최대 토크로 엔진(150)을 운전한 지속 시간(운전 지속 시간)이 임계 시간을 초과하는지를 확인한다(S140).
처리기(160)는 운전 지속 시간이 임계 시간을 초과하면 엔진 토크를 조정한다(S150). 처리기(160)는 엔진(150)이 최대 토크로 임계 시간 경과 시까지 동작(구동)하는 경우, 엔진(150)의 최대 토크를 기결정된 비율 만큼 정해진 시간 동안 감소시킨다.
한편, S130에서 NOx 누적 배출량이 임계치를 초과하면 엔진 토크를 조정한다(S150). 처리기(160)는 엔진(150)이 최대 토크로 임계 시간 경과 시까지 동작하는 경우, 엔진(150)의 최대 토크(전부하 토크)를 기결정된 비율 만큼 정해진 시간 동안 감소시킨다.
한편, S120에서 엔진이 최대 토크로 운전 중이 아니면, 처리기(160)는 NOx 누적 배출량 및 운전 지속 시간을 초기화한다(S160). 다시 말해서, 처리기(160)는 메모리(140)에 저장된 NOx 누적 배출량 및 운전 지속 시간을 리셋(reset)한다.
도 4a는 본 발명에 따른 전부하 토크와 배기가스 재순환률의 관계를 도시한 그래프이고, 도 4b는 본 발명에 따른 전부하 토크와 질소산화물 배출량의 관계를 도시한 그래프이다.
도 4a를 참조하면, 기존 차량의 디젤 엔진이 전부하 모드로 동작할 때, 배기가스 재순환(Exhaust Gas Recirculation, EGR)률은 1~5% 수준이다. 그러나, 본 발명에 따라 엔진(150)이 전부하 모드로 동작할 때의 최대 토크(전부하 토크)를 10% 감소시키면, EGR률이 1~5%에서 3~15%로 증가된다.
도 4b를 참조하면, 본 발명에서와 같이 엔진(150)의 전부하 토크를 10% 감소시키면 NOx 배출량을 50% 이상 저감시킬 수 있다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다.
110: 엔진 RPM 센서
120: 가속 페달 위치 센서
130: NOx 센서
140: 메모리
150: 엔진
160: 처리기

Claims (7)

  1. 엔진이 최대 토크로 운전 중인지를 확인하는 단계,
    상기 엔진이 최대 토크로 운전 중이면, 질소산화물의 누적 배출량이 임계치를 초과하는지를 확인하는 단계,
    상기 질소산화물의 누적 배출량이 임계치 이하이면, 상기 엔진이 최대 토크로 운전하는 운전 지속 시간이 임계 시간을 초과하는지를 확인하는 단계, 및
    상기 운전 지속 시간이 임계 시간을 초과하는 경우, 엔진 토크를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 엔진이 최대 토크로 운전 중인지를 확인하는 단계에서,
    엔진 RPM(Revolution Per Minute) 센서를 통해 획득한 엔진 회전수와 메모리에 저장된 룩업테이블로부터 검출한 가속 페달 위치에 따른 연료분사량에 근거하여 엔진 토크를 연산하는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 방법.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서,
    상기 질소산화물의 누적 배출량이 임계치를 초과하는지를 확인하는 단계에서,
    메모리에 기저장된 수학 모델을 이용하여 질소산화물 배출량을 연산하고, 연산된 질소산화물 배출량을 이용하여 상기 질소산화물의 누적 배출량을 계산하는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 질소산화물의 누적 배출량이 임계치를 초과하는지를 확인하는 단계에서,
    상기 엔진에 탑재된 센서를 통해 질소산화물의 배출량을 측정하고, 측정된 질소산화물 배출량을 이용하여 상기 질소산화물의 누적 배출량을 계산하는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 질소산화물의 누적 배출량이 임계치를 초과하는지를 확인하는 단계에서,
    상기 질소산화물의 누적 배출량이 임계치를 초과하면, 상기 엔진 토크를 조정하는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 엔진 토크를 제어하는 단계는,
    상기 엔진의 최대 토크를 기결정된 비율로 정해진 시간 동안 감소시키는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 방법.
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