KR102484937B1 - 차량의 캐니스터 퍼지 제어 방법 - Google Patents

차량의 캐니스터 퍼지 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량의 캐니스터 퍼지 제어 방법에 관한 것으로서, 액티브 퍼지 시스템을 탑재한 차량에서 부품 수를 줄일 수 있는 캐니스터 퍼지 제어 방법을 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 액티브 퍼지 작동 시 PCSV를 개방한 뒤 후단 압력센서의 측정값 대신 인테이크 압력센서의 측정값을 이용하여 액티브 퍼지 작동을 수행하는 차량의 캐니스터 퍼지 제어 방법이 개시된다.

Description

차량의 캐니스터 퍼지 제어 방법{METHOD FOR CANISTER PURGE CONTROL OF VEHICLE}
본 발명은 차량의 캐니스터 퍼지 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 액티브 퍼지 시스템(active purge system)을 탑재한 차량에서 부품 수를 줄일 수 있는 캐니스터 퍼지 제어 방법에 관한 것이다.
알려진 바와 같이 차량의 연료탱크에서는 연료가 증발한 가스, 즉 탄화수소(HC) 등의 연료성분을 포함하는 연료증발가스가 발생한다.
따라서, 연료탱크에서 발생한 연료증발가스로 인하여 대기가 오염되는 것을 방지하기 위해 차량에는 연료탱크로부터 연료증발가스를 포집하여 저장해두는 캐니스터(canister)가 설치된다.
캐니스터는 케이스 내부에 연료탱크에서 이동한 연료증발가스를 흡착할 수 있는 흡착성 물질을 충전하여 구성되는 것으로, 흡착성 물질로는 활성탄(activated carbon)이 널리 사용되고 있다.
상기 활성탄은 캐니스터의 케이스 내부로 유입된 연료증발가스 중 연료성분인 탄화수소(HC) 등을 흡착하는 기능을 한다.
이러한 캐니스터는 엔진이 정지(stop)된 상태에서 연료증발가스를 흡착성 물질에 흡착시키고, 엔진이 구동(run)될 경우에는 흡착성 물질에 흡착된 연료증발가스를 외부(대기)에서 흡입되는 공기의 압력에 의해 탈착시켜 그 탈착된 가스가 공기와 함께 엔진 흡기계로 공급되도록 한다.
캐니스터에서 포집된 연료증발가스를 엔진으로 흡입하는 작동을 퍼지(purge) 작동이라 하고, 캐니스터에서 엔진으로 흡입되는 가스를 퍼지 가스라 하며, 이 퍼지 가스는 캐니스터의 흡착성 물질로부터 탈착된 탄화수소 등 연료성분과 공기가 혼합된 가스라 할 수 있다.
또한, 캐니스터의 퍼지 포트와 엔진 흡기계 사이를 연결하는 퍼지 라인에는 퍼지 작동을 제어하기 위한 퍼지 컨트롤 솔레노이드 밸브(Purge Control Solenoid Valve, 이하 'PCSV'라 칭함)가 설치된다.
상기 PCSV는 엔진 구동 중 퍼지 작동시 개방되는 밸브로서, 연료탱크에서 발생한 연료증발가스를 캐니스터에 포집하였다가, 개방된 상태의 PCSV를 통해 엔진 흡기계로 퍼지하여 엔진에서 연소시키게 된다.
상기 PCSV는 제어부, 예컨대 엔진 제어기(Engine Control Unit, ECU)에 의해 제어되는 밸브로서, 연료증발가스 제어를 위해 차량 운전 상태에 따라 PCSV를 개폐하거나(퍼지 작동을 온/오프함), PCSV의 개도량을 조절하는 제어가 수행된다.
일반적인 캐니스터의 구성에 대해 좀더 설명하면, 캐니스터는 흡착성 물질(예, 활성탄)이 채워지는 케이스를 포함하고, 이 케이스에는 엔진 흡기계와 연결되어 연료증발가스를 엔진측으로 보내는 퍼지 포트, 연료탱크와 연결되어 연료증발가스가 유입되는 로딩 포트, 에어필터(즉 캐니스터 필터)와 연결되어 대기 중의 공기가 흡입되는 대기 포트가 형성된다.
그리고, 케이스의 내부공간 중 대기 포트가 위치되는 공간과, 퍼지 포트 및 로딩 포트가 위치되는 공간을 구획하는 격벽이 케이스의 내부공간에 형성되고, 연료탱크로부터 로딩 포트를 통해 유입된 연료증발가스를 상기 격벽에 의해 구획된 내부공간으로 통과시키면서 연료성분인 탄화수소가 흡착성 물질에 흡착되도록 한다.
또한, 엔진 구동 중 제어부에 의해 PCSV가 개방되어 엔진 흡기계로부터 퍼지 포트를 통해 캐니스터의 내부공간에 흡입 압력, 즉 엔진 부압이 작용하게 되면, 에어필터 및 대기 포트를 통해서는 공기가 흡입되고, 퍼지 포트를 통해서는 공기에 의해 흡착성 물질로부터 탈착된 가스가 배출되어 엔진으로 흡입된다.
이와 같이 대기 중의 공기가 캐니스터에 흡입되도록 하고 흡입된 공기에 의해 탄화수소 등의 연료성분이 캐니스터 내 흡착성 물질로부터 탈착된 후 엔진으로 흡입되도록 하는 퍼지 작동을 위해서는, 엔진 부압이 퍼지 라인 및 퍼지 포트를 통해 캐니스터에 작용되도록 해야 한다.
그러나, 차량 연비 향상을 위해 엔진 퍼지 작동 횟수를 축소하는 추세이고, 특히 CVVL(Continuously Variable Valve Lift) 엔진이나 HEV/PHEV 엔진의 경우 엔진 부압 영역의 감소로 인해 퍼지 작동 횟수가 축소될 수밖에 없다.
또한, 터보차저가 탑재된 차량의 경우 흡기 매니폴드 등 엔진 흡기계의 부압이 상대적으로 낮으므로 캐니스터 퍼지 작동에 어려움이 있다.
따라서, 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 액티브 퍼지 시스템(Active Purge System)이 알려져 있으며, 이는 일반 엔진 차량을 포함하여 엔진 흡기계의 부압만으로 캐니스터 퍼지 성능 및 효율을 달성하기 어려운 차량, 예를 들어 친환경 차량인 하이브리드 차량(HEV/HEV)이나 터보차저 차량에 유용하다.
액티브 퍼지 시스템은 캐니스터의 퍼지 포트와 엔진 흡기계 사이를 연결하는 관로(퍼지 라인)에 펌프(Active Purge Pump, APP)를 설치하고 상기 펌프에 의해 캐니스터로부터 퍼지 가스가 흡입된 후 엔진으로 송출되도록 한 시스템이다.
이러한 액티브 퍼지 시스템에서는 펌프 전단 및 후단의 관로에 센서들이 설치되는데, 제어부가 상기 센서들의 측정값을 기초로 펌프 구동을 능동적으로 제어하며, 이로써 엔진 흡기계의 부압이 충분하지 않은 조건에서도 캐니스터의 퍼지 작동이 원활히 이루어질 수 있다.
그러나, 액티브 퍼지 시스템을 적용할 경우, 상기 펌프 외에도, 연료증발가스 제어를 위해, 펌프 전단과 후단의 관로에 압력센서와 같은 다수의 센서들이 추가로 설치되어야 하므로, 차량의 장치 비용이 증가하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 액티브 퍼지 시스템을 탑재한 차량에서 센서의 수를 줄일 수 있는 차량의 캐니스터 퍼지 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 액티브 퍼지 시스템을 탑재한 차량의 캐니스터 퍼지 제어 방법에 있어서, 엔진 구동 중 캐니스터 퍼지 작동을 위해 제어부가 캐니스터와 엔진 흡기계 사이의 퍼지 라인에 설치된 퍼지 컨트롤 솔레노이드 밸브를 개방하는 단계; 제어부가 퍼지 라인에 설치된 액티브 퍼지 시스템의 액티브 퍼지 펌프를 온 시켜 구동하는 단계; 제어부가 액티브 퍼지 펌프 전단의 퍼지 라인에 설치된 전단 압력센서의 퍼지 가스 압력 측정값과, 상기 퍼지 라인이 연결되어 있는 엔진 흡기계측에 설치된 인테이크 압력센서의 측정값을 확인하는 단계; 제어부가 상기 두 압력센서의 측정값 사이의 차이값을 이용하여 목표 퍼지 유량을 결정하는 단계; 및 제어부가 상기 결정된 목표 퍼지 유량에 해당하는 작동속도로 상기 액티브 퍼지 펌프의 구동을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 캐니스터 퍼지 제어 방법을 제공한다.
이로써, 본 발명에 따른 차량의 캐니스터 퍼지 제어 방법에 의하면, 캐니스터와 엔진 흡기계 사이를 연결하고 있는 퍼지 라인에서 액티브 퍼지 펌프 후단에 설치되었던 후단 압력센서가 삭제된 액티브 퍼지 시스템이 구성되어 이용될 수 있고, 이와 같이 후단 압력센서가 삭제되더라도 차량에 기 설치된 인테이크 압력센서의 측정값을 이용하여 액티브 퍼지 작동 및 그 제어가 수행될 수 있게 된다.
결국, 액티브 퍼지 시스템에서 후단 압력센서가 삭제됨에 따라 센서 수 축소가 가능해지고, 센서 수 축소에 따라 차량의 장치 비용 및 원가 절감을 도모할 수 있게 된다.
도 1은 공지의 액티브 퍼지 시스템을 예시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 퍼지 제어 방법이 적용될 수 있는 액티브 퍼지 시스템 및 차량의 구성을 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 퍼지 제어 과정을 수행하는 액티브 퍼지 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 퍼지 제어 과정을 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 퍼지 제어 과정에서 펌프 운전점 선도를 예시한 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 차량의 연료탱크에서 발생한 연료증발가스를 처리하기 위한 액티브 퍼지 시스템의 퍼지 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액티브 퍼지 시스템을 탑재한 차량에서 펌프(APP) 후단의 압력센서가 삭제될 수 있도록 하여 시스템 전체의 센서 수를 줄일 수 있고, 센서 수 축소에 따라 차량의 장치 비용 및 원가 절감에 기여할 수 있는 캐니스터 퍼지 제어 방법에 관한 것이다.
이와 같은 본 발명의 캐니스터 퍼지 제어 방법은 액티브 퍼지 시스템을 탑재한 차량에 유용하게 적용 가능하다.
즉, 본 발명의 캐니스터 퍼지 제어 방법은 액티브 퍼지 시스템을 탑재한 일반 엔진 차량에 적용 가능한 것은 물론, 특히 액티브 퍼지 시스템을 탑재하고 있으면서 엔진이 오프되는 EV(Electric Vehicle) 모드로 인해 일반 엔진 차량에 비해 엔진 부압 영역이 감소되는 하이브리드 차량(HEV/PHEV), 또는 액티브 퍼지 시스템을 탑재하고 있으면서 일반 엔진 차량에 비해 엔진 부압이 부족한 터보차저 차량에 적용할 경우 유용하다.
먼저, 본 발명의 이해를 돕기 위해 공지의 액티브 퍼지 시스템에 대하여 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 차량에 설치된 공지의 액티브 퍼지 시스템을 예시한 구성도로서, 터보차저 차량에 적용된 액티브 퍼지 시스템(30)의 구성을 보여주고 있으며, 연료가 저장되는 연료탱크(11), 및 연료탱크(11)에 저장된 연료를 펌핑하여 엔진(미도시됨)으로 공급하는 연료펌프 모듈(12)이 도시되어 있다.
공지된 바와 같이, 차량의 연료공급장치는 도시된 연료탱크(11) 및 연료펌프 모듈(12)에 더하여, 엔진으로 공급되는 연료 중 이물질을 제거하는 미도시된 연료필터, 연료탱크(11)와 엔진 사이에 연결되어 연료가 이송되는 미도시된 연료라인 등을 더 포함한다.
또한, 연소를 위해 엔진으로 공기가 흡입되는 엔진 흡기계(engine intake system)(20)와, 엔진에서 배출되는 배기가스의 압력을 이용하여 엔진으로 공기를 과급하는 터보차저(23)가 구비된다.
엔진 흡기계(20)는 엔진 에어필터(engine air filter)(21), 스로틀 바디(throttle body)(26), 흡기 파이프(intake pipe)(27), 흡기 매니폴드(intake manifold)(28)를 포함하고, 이러한 엔진 흡기계에 대해서는 잘 알려져 있는 공지 구성이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 흡기 과급을 위한 터보차저(23)는 동축상에 일체로 연결된 터빈(미도시됨)과 컴프레서(24)를 포함하고, 이때 터빈은 엔진의 배기가스가 배출되는 엔진 배기계에, 컴프레서(24)는 엔진에 공기를 공급하기 위한 엔진 흡기계(20)에 각각 배치된다.
결국, 엔진에서 배출되는 배기가스에 의해 미도시된 터보차저(23)의 터빈이 회전되면, 터빈과 동축상에 일체로 연결된 컴프레서(24)가 회전되면서 공기를 흡입 및 압축하고, 컴프레서(24)에 의해 압축된 고온ㆍ고압의 공기가 인터쿨러(25)를 통과하면서 냉각된 뒤, 스로틀 바디(26) 및 흡기 파이프(27), 흡기 매니폴드(28)를 거쳐 엔진으로 공급된다.
그리고, 연료탱크(11) 내에서 발생한 연료증발가스를 처리 및 제어하기 위한 시스템이 구비되며, 이러한 연료증발가스 처리 시스템은 연료탱크(11) 내에서 발생한 연료증발가스를 흡착하여 포집하는 캐니스터(34), 캐니스터(34)에 흡입되는 공기 중 이물질을 제거하는 캐니스터 필터(canister filter)(31), 캐니스터 필터(31)와 캐니스터(34) 사이의 관로(33)를 개폐하는 캐니스터 벤트 밸브(canister vent valve)(32), 그리고 캐니스터(34)와 엔진 흡기계(20) 사이의 관로(퍼지 라인)(36)를 개폐하거나 관로(36)의 개도량을 조절하는 퍼지 컨트롤 솔레노이드 밸브(Purge Control Solenoid Valve, 이하 'PCSV'라 칭함)(38)를 포함한다.
상기 캐니스터(34) 및 캐니스터 필터(31), 캐니스터 벤트 밸브(32)는 잘 알려진 공지 구성인바, 간단히 설명하면, 캐니스터(34)는 엔진이 정지(stop)된 상태에서 연료증발가스를 흡착성 물질에 흡착시키고, 엔진 구동(run) 시에는 흡착성 물질에 흡착된 연료증발가스를 외부(대기)에서 흡입되는 공기의 압력에 의해 탈착시켜 그 탈착된 가스가 공기와 함께 엔진 흡기계로 공급되도록 한다.
이를 위해, 캐니스터(34)는 흡착성 물질(예, 활성탄)이 채워지는 케이스를 포함하고, 이 케이스에는 엔진 흡기계(20)와 연결되어 연료증발가스를 엔진측으로 보내는 퍼지 포트(35a), 연료탱크(11)와 연결되어 연료증발가스가 유입되는 로딩 포트(35b), 캐니스터 필터(31) 및 캐니스터 벤트 밸브(32) 측과 연결되어 대기 중 공기가 흡입되는 대기 포트(35c)가 형성된다.
그리고, 케이스의 내부공간 중 대기 포트(35c)가 위치하는 공간과, 퍼지 포트(35a) 및 로딩 포트(35b)가 위치하는 공간을 구획하는 격벽(미도시됨)이 케이스의 내부공간에 형성되고, 연료탱크(11)로부터 로딩 포트(35b)를 통해 유입된 연료증발가스를 격벽에 의해 구획된 내부공간으로 통과시키면서 연료성분인 탄화수소가 흡착성 물질에 흡착되도록 한다.
상기 PCSV(38)는 제어부(50), 예컨대 엔진 제어기(Engine Control Unit, ECU)에 의해 제어되는 밸브로서, 연료증발가스 제어를 위해 차량 운전 상태에 따라 PCSV(38)를 개폐하거나(퍼지 작동을 온/오프함), PCSV(38)의 개도량을 조절하는 제어가 수행된다.
또한, 엔진 구동 중 제어부(50)에 의해 PCSV(38)가 개방되어 엔진 흡기계(20)로부터 퍼지 포트(35a)를 통해 캐니스터(34)의 내부공간에 흡입 압력, 즉 엔진 부압이 작용하게 되면, 캐니스터 필터(31) 및 대기 포트(35c)를 통해서는 공기가 흡입되고, 퍼지 포트(35a)를 통해서는 공기에 의해 흡착성 물질로부터 탈착된 가스가 배출되어 엔진으로 유입된다.
통상의 터보차저 차량에서는 캐니스터(34)의 퍼지 포트(35a)가 관로(퍼지 라인)(36)를 통해 엔진 흡기계(20) 중 터보차저의 컴프레서(24) 전단 위치로 연결된다.
이때, 도 1에 예시된 바와 같이, 캐니스터(34)의 퍼지 포트(35a)에 연결된 퍼지 라인(36)이 컴프레서(24) 전단의 관로(22), 즉 엔진 에어필터(21)와 터보차저(23)의 컴프레서(24) 사이를 연결하는 관로(22)에 연결되고, 이 퍼지 라인(36)에 PCSV(38)가 배치되는 구성으로 되어 있다.
즉, PCSV(38)와 컴프레서(24) 전단의 관로(22) 사이에 퍼지 라인(36)이 연결되어, 캐니스터(34)에서 탈착된 연료성분을 포함하는 연료증발가스와 공기가 상기 컴프레서(24) 전단의 관로(22)로 흡입되도록 되어 있는 것이다.
이때, PCSV(38)가 스로틀 바디(26) 후단의 흡기 파이프(27)나 흡기 매니폴드(28)에도 별도 관로(미도시)를 통해 추가로 연결될 수 있다.
도 1에서 미설명부호 39는 흡입 공기의 압력을 검출하는 인테이크 압력센서를 나타낸다.
한편, 터보차저 차량에서는 연료증발가스 처리 시스템으로서 액티브 퍼지 시스템(30)이 적용될 수 있다.
액티브 퍼지 시스템(30)은, 캐니스터(34)와 캐니스터 필터(31), 캐니스터 벤트 밸브(32)에 더하여, 캐니스터(34)의 퍼지 포트(35a)와 엔진 흡기계(20) 사이를 연결하는 관로(퍼지 라인)(36)에 액티브 퍼지 펌프(Active Purge Pump, APP)(37)를 설치하여, 캐니스터(34)로부터 탈착된 연료증발가스와 공기의 혼합 가스인 퍼지 가스가 상기 액티브 퍼지 펌프(37)에 의해 흡입된 후 엔진으로 송출되도록 한 시스템이다.
이러한 액티브 퍼지 시스템(30)에서는 펌프 전단 및 후단의 관로(36)에 센서들을 설치하고, 제어부(50)가 센서들의 측정값 및 차량에서 수집된 차량 운전 상태 정보를 기초로 펌프 구동을 능동적으로 제어하게 된다.
여기서, 센서들로는, 액티브 퍼지 펌프(37)를 기준으로 펌프 전후단의 압력차(차압)를 측정하는 압력센서(42,43)와, 액티브 퍼지 펌프(37)에 의해 캐니스터(34)로부터 흡입되는 퍼지 가스의 온도를 측정하는 온도센서(41)가 설치될 수 있다.
또한, 액티브 퍼지 시스템(30)에서 압력센서로는, 액티브 퍼지 펌프(37) 전단의 압력을 측정하기 위한 전단 압력센서(42)와, 액티브 퍼지 펌프(37) 후단의 압력을 측정하기 위한 후단 압력센서(43)가 설치된다.
상기 전단 압력센서(42)와 온도센서(41)는 캐니스터(34)와 엔진 흡기계(20) 사이의 관로인 퍼지 라인(36)에서 캐니스터(34)와 액티브 퍼지 펌프(37) 사이의 위치에 설치되고, 상기 후단 압력센서(43)는 퍼지 라인(36)에서 액티브 퍼지 펌프(37)와 PCSV(38) 사이의 위치에 설치된다.
이때, 전단 압력센서(42)는 액티브 퍼지 펌프(37)를 기준으로 펌프 전단의 관로(퍼지 라인) 내 퍼지 가스의 압력을 측정하고, 온도센서(41)는 펌프 전단의 관로 내 퍼지 가스의 온도를 측정하며, 후단 압력센서(43)는 펌프 후단의 관로 내 퍼지 가스의 압력을 측정하게 된다.
이로써 제어부(50)는 센서들의 측정값과 차량 운전 상태 정보에 기초하여 목표 퍼지 유량을 결정하고, 상기 결정된 목표 퍼지 유량에 기초하여 액티브 퍼지 펌프(37)의 작동속도를 결정한 뒤, 상기 결정된 작동속도로 구동되도록 액티브 퍼지 펌프(37)를 제어한다.
이를 통해 제어부(50)는 퍼지 유량을 목표값(즉 목표 퍼지 유량)이 되도록 제어할 수 있게 된다.
그밖에 제어부(50)는 연료 리크(leak) 진단 과정 및 퍼지 유량 모니터링 등의 과정을 기본적으로 수행하며, 이 과정들에 대해서는 제어부(50)가 수행하는 공지의 과정이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이상으로 액티브 퍼지 시스템 및 차량에 대해 설명하였는바, 액티브 퍼지 시스템을 적용할 경우, 액티브 퍼지 펌프 외에도 압력센서가 복수로 설치되어야 하므로 차량의 장치 비용이 증가하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명에서는 센서 수를 줄일 수 있는 기술을 제시하며, 특히 캐니스터(34)와 엔진 흡기계(20) 사이의 관로, 즉 퍼지 라인(36)에서 액티브 퍼지 펌프(37)의 후단에 위치되는 후단 압력센서(43)를 삭제할 수 있는 기술을 제시한다.
도 2는 압력센서가 삭제된 액티브 퍼지 시스템을 예시한 것으로, 액티브 퍼지 펌프(37)의 후단에 위치되던 종래의 후단 압력센서(도 1에서 도면부호 43임)가 삭제됨을 알 수 있다.
이와 같이 후단 압력센서가 삭제되면, 액티브 퍼지 시스템의 부품 수가 축소되면서 차량의 장치 비용 및 원가 절감을 도모할 수 있게 된다.
다만, 이러한 시스템에서는 액티브 퍼지 펌프의 전단 압력과 후단 압력을 이용하여 목표 퍼지 유량을 결정하던 종래의 제어 방법을 적용할 수 없으며, 따라서 후단 압력센서를 이용하지 않고도 연료증발가스의 처리를 수행할 수 있는 퍼지 제어 방법이 요구된다.
이를 위해, 후단 압력센서를 삭제하고 그 대신, 본 발명에 따른 캐니스터 퍼지 제어 방법에서는 엔진 흡기계(20)에 이미 설치되어 있는 인테이크 압력센서(39)의 측정값을 이용한다.
통상의 차량에서 흡입 공기의 압력을 측정하는 인테이크 압력센서(39)는 엔진 흡기계(20) 중 흡기 매니폴드(28)에 설치될 수 있고, 터보차저 차량에서는 도 2에서 볼 수 있듯이 엔진 에어필터(21)와 터보차저(23)의 컴프레서(24) 사이를 연결하는 관로(22)에 설치될 수 있다.
이와 같이 인테이크 압력센서(39)가 설치되는 흡기 매니폴드(28)나 컴프레서 전단의 관로(22)는 캐니스터 퍼지 라인(36)이 연결되는 부위가 되는 것으로서, 본 발명에서는 액티브 퍼지 작동 시 PCSV(38)를 풀 오픈(full open, 全開) 상태로 개방한 뒤 인테이크 압력센서(39)에 의해 측정되는 압력 측정값을 이용하여 목표 퍼지 유량을 결정한다.
즉, 후단 압력센서의 측정값을 이용하는 것 대신에, 후단 압력센서를 삭제하고 인테이크 압력센서(39)의 측정값을 이용하는 것이며, 전단 압력센서(42)의 측정값과 후단 압력센서의 측정값 사이의 차이값을 이용하는 것 대신, 전단 압력센서(42)의 측정값과 인테이크 압력센서(39)의 측정값 사이의 차이값을, 펌프 전후단 압력차(차압)로서 이용하는 것이다.
다만, 목표 퍼지 유량을 결정하기 위한 변수 정보 중 하나인 펌프 전후단 압력차로서 전단 압력센서(42)의 측정값과 인테이크 압력센서(39)의 측정값 사이의 차이값을 이용함에 있어서, PCSV(38)는 전술한 바와 같이 풀 오픈(full open) 상태를 유지하도록 제어해야 한다.
요컨대, 본 발명에서는 PCSV(38)의 풀 오픈 상태에서 측정된 인테이크 압력센서(39)의 측정값과 전단 압력센서(42)의 측정값 사이의 차이값이 펌프 전후단 압력차가 되는 것이며, 전단 압력센서(42)의 측정값과 인테이크 압력센서(39)의 측정값 사이의 차이값으로부터 목표로 하는 액티브 퍼지 펌프(37)의 퍼지 유량, 즉 목표 퍼지 유량을 결정하게 된다.
여기서, 액티브 퍼지 시스템(30)에서 목표 퍼지 유량과 펌프 전후단 압력차의 관계를 살펴보면, 목표 퍼지 유량과 펌프 전후단 압력차(퍼지 가스의 압력차) 사이의 관계는 아래의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
ΔP ∝ ρ×(2πrf)2
여기서, ΔP는 펌프 전후단 압력차(펌프 전후단 가스 차압)로서, 펌프 전단 관로 내 퍼지 가스의 압력과 펌프 후단 관로 내 퍼지 가스의 압력의 차이를 나타낸다.
또한, ρ는 퍼지 가스의 밀도를 나타내고, r은 퍼지 가스가 흡입되는 관로(퍼지 라인)(36)의 반경(펌프 전단과 후단의 관로 반경은 동일함)을 나타내며, f는 펌프 속도를 나타낸다.
에너지 방정식으로부터 펌프가 일정 속도일 때 퍼지 가스의 압력차(ΔP)와 밀도(ρ)는 상기 수학식 1에서와 같이 비례 관계를 나타낸다.
또한, 캐니스터 퍼지 가스 중 연료증발가스의 농도(연료성분인 HC의 농도가 될 수 있음)가 높아짐에 따라 유체 밀도는 증가하고, 이에 비례하여 펌프 양단의 가스 차압, 즉 펌프 전후단 압력차(ΔP)가 증가한다.
따라서, 액티브 퍼지 시스템(30)에서 펌프 전후단 압력차와 연료증발가스의 농도 사이에는 특정한 상관 관계가 있으며, 결국 이러한 상관 관계를 이용하면 펌프 전후단 압력차로부터 연료증발가스의 농도가 결정될 수 있고, 나아가 연료증발가스의 농도를 이용하여 목표 퍼지 유량이 결정될 수 있다.
다만, 본 발명에서는 후단 압력센서를 삭제하고 삭제된 후단 압력센서 대신, PCSV(38)가 위치한 엔진 흡기계(20) 쪽의 압력센서, 즉 인테이크 압력센서(39)를 이용하여 압력차를 구하게 되며, 이러한 압력차를 펌프 전후단 압력차로서 이용하여 목표 퍼지 유량을 결정하게 된다.
이하에서는 본 발명에 따른 캐니스터 퍼지 제어 과정에 대해 좀더 구체적으로 설명하기로 하며, 도 3은 본 발명의 퍼지 제어 과정을 수행하는 액티브 퍼지 시스템의 구성을 도시한 블록도이고, 도 4는 본 발명에 따른 캐니스터 퍼지 제어 과정을 나타낸 순서도이다.
도 4의 제어 과정은 제어부(50)의 제어하에 수행되는 것으로, 먼저 제어부(50)는 엔진이 구동하는 상태(S1) 및 캐니스터 퍼지 인에이블(canister purge enable) 상태가 될 때(S2), PCSV(38) 밸브를 최대 개방 상태인 풀 오픈(full open) 상태가 되도록 제어한다(S3).
여기서, 엔진이 구동하는 상태는 하이브리드 차량인 경우 HEV 모드로 주행하는 상태를 의미할 수 있다.
또한, 캐니스터 퍼지 인에이블 상태는 캐니스터 퍼지 작동이 이루어지는 정해진 조건을 만족하는 상태를 의미하고, 이러한 캐니스터 퍼지 인에이블 조건은 통상의 액티브 퍼지 시스템에서와 차이가 없으므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.
이어 PCSV(38)를 풀 오픈 상태로 제어한 후에는 제어부(50)가 액티브 퍼지 펌프(37)를 온(On) 시키며(S4), 이때 액티브 퍼지 펌프(37)의 작동속도는 미리 설정된 초기 속도(V1)로 제어된다.
이와 같이 액티브 퍼지 펌프(37)가 초기 속도로 구동되는 동안, 전단 압력센서(42)와 인테이크 압력센서(39)에 의해 측정되는 압력값이 제어부(50)로 입력되고, 이러한 압력값과 더불어, 상기 제어부(50)는 차량에서 수집되는 차량 운전 상태 정보를 입력받게 된다.
또한, 제어부(50)는 두 압력센서의 측정값, 즉 전단 압력센서(42)에 의해 측정되는 압력값과 인테이크 압력센서(39)에 의해 측정되는 압력값을 확인하여(S5,S6), 두 압력값 사이의 차이값을 계산하고, 이 압력 차이값을 펌프 전후단 압력차 정보로 이용하게 된다.
즉, 제어부(50)는 펌프 전후단 압력차 정보로서 상기 압력 차이값에 기초하여 퍼지 라인(36)을 통과하는 퍼지 가스 중 연료증발가스의 농도를 결정하는데(S7), 이때 미리 입력 및 저장된 제1 설정 데이터를 이용하여 상기 압력 차이값에 해당하는 연료증발가스 농도를 결정하게 된다.
제어부(50)가 내부에 저장된 제1 설정 데이터를 이용하여 전단 압력센서(42)의 측정값과 인테이크 압력센서(39)의 측정값 사이의 압력 차이값으로부터 연료증발가스 농도를 결정하도록 되어 있는 것이다.
상기 제1 설정 데이터는 상기 압력 차이값과 연료증발가스 농도 사이의 상관 관계를 미리 정의한 데이터가 되는 것으로, 차량 개발 단계에서 선행 시험 및 평가 과정을 통해 취득된 데이터들을 기초로 구해지는 것이 될 수 있다.
이때, 선행 시험 및 평가 과정에서 취득된 데이터를 기초로 작성되거나 구해진 맵 또는 테이블, 선도, 수식(상관식, 관계식) 중에 하나가 될 수 있으며, 이러한 제1 설정 데이터가 실제 차량에서 제어부(50)에 미리 입력 및 저장된 상태로 상기 압력 차이값으로부터 그에 상응하는 연료증발가스 농도를 결정하는데 이용될 수 있다.
여기서, 연료증발가스 농도는 연료증발가스와 공기의 혼합 가스인 퍼지 가스 중 연료성분의 농도, 보다 구체적으로는 탄화수소(HC)의 농도로 정의될 수 있다.
이와 같이 제어부(50)에서 퍼지 가스 중 연료증발가스의 농도가 결정되면, 이후 제어부(50)는 상기 결정된 연료증발가스의 농도와 함께, 차량에서 실시간 수집되는 차량 운전 상태 정보에 기초하여 목표 퍼지 유량을 결정하게 된다(S8).
여기서, 목표 퍼지 유량은 목표로 하는 펌프 유량, 즉 액티브 퍼지 펌프(37)가 송출하는 목표 가스 유량을 의미한다.
또한, 상기 차량 운전 상태 정보는 차량에서 센서 등을 통해 실시간으로 수집되는 정보로서, 엔진 속도(RPM)를 포함할 수 있다.
또는 상기 엔진 속도에 더하여, 온도센서(41)에 의해 측정된 퍼지 가스의 온도, 차속, 액셀 개도(APS 값), 엔진 연료 분사량 등의 정보 중 적어도 하나 이상의 정보를 더 포함할 수도 있다.
그리고, 상기와 같이 연료증발가스의 농도와 차량 운전 상태 정보로부터 목표 퍼지 유량을 결정함에 있어서, 제어부(50)가 이들의 상관 관계를 정의한 맵이나 테이블, 선도, 수식 등의 제2 설정 데이터를 이용하도록 구비될 수 있다.
이때, 목표 퍼지 유량을 결정하기 위한 제2 설정 데이터 역시, 차량 개발 단계에서 선행 시험 및 평가 과정을 통해 취득된 데이터들을 기초로 미리 구해질 수 있는 것으로, 제어부(50)에 입력 및 저장된 뒤 목표 퍼지 유량을 결정하는데 사용된다.
이어 제어부(50)에서 목표 퍼지 유량이 결정되면, 목표 퍼지 유량으로부터 액티브 퍼지 펌프(37)의 작동속도를 결정하고(S9), 이어 제어부(50)가 액티브 퍼지 펌프(37)를 상기 결정된 작동속도로 구동되도록 제어하여 액티브 퍼지 작동이 이루어지도록 한다(S10).
이후 제어부(50)는 차량이 EV 모드로 주행해야 함을 확인한 경우(S11), 액티브 퍼지 펌프(37)를 오프(off)시키고(S12), PCSV(38)를 닫으며(S13), 엔진을 오프한다(S14).
예를 들어, 본 발명에서 차량이 하이브리드 차량(HEV/PHEV)이고, 상기 제어부(50)가 엔진 제어기(Engine Control Unit, ECU)인 경우, HEV 모드에서 EV 모드로의 전환을 위해 엔진 제어기(ECU)가 상위 제어기인 하이브리드 제어기(Hybrid Control Unit, HCU)의 제어 명령에 따라 엔진을 오프하는데, 이때 엔진 제어기가 액티브 퍼지 펌프(37)를 오프함과 더불어 PCSV(38)를 닫아주게 된다.
이와 같이 하여, 상기한 과정을 통해 후단 압력센서 대신 인테이크 압력센서(39)를 이용하여 캐니스터 퍼지 제어를 수행하는 것이 가능해진다.
도 5는 목표 퍼지 유량으로부터 액티브 퍼지 펌프(37)의 작동속도를 결정하는 방법을 설명하기 위한 것으로, 도시된 바와 같은 선도를 이용하여 목표 퍼지 유량에 해당하는 작동속도가 구해질 수 있다.
도 5의 선도에서 횡축(X축)은 목표 퍼지 유량을 나타내고, 종축(Y축)은 펌프 전후단 압력차(ΔP)를 나타낸다.
또한, 선 L1와 L2는 펌프 특성 곡선으로서, 선 L1은 펌프 속도 A rpm일 때의 펌프 특성 곡선이고, 선 L2는 펌프 속도 B rpm일 때의 펌프 특성 곡선이다(A<B, 예, A=30,000rpm, B=50,000rpm).
도 3의 선도에는 펌프 특성 곡선이 2개만 예시되었으나, 이는 설명을 위한 참고적인 예시일 뿐, 펌프 작동의 실제 가용 단수 별로 각 속도에 해당하는 펌프 특성 곡선이 설정되어 있게 된다.
또한, 선 L3는 시스템 특성 곡선으로서, 이 역시 선행 시험 및 평가 과정에서 구해져 사용되는 것으로, 이 시스템 특선 곡선과 각 속도별 펌프 특성 곡선의 교점이 속도별 펌프 동작시 운전점이 된다.
도 5의 선도가 이용됨에 있어서, 제어부(50)에서 목표 퍼지 유량이 구해지면, 목표 퍼지 유량에 해당하는 시스템 특선 곡선 위의 점으로부터 그 점에 해당하는 펌프 전후단 압력차 값이 도 5의 선도로부터 구해질 수 있다.
또한, 상기와 같이 펌프 전후단 압력차 값이 구해지면, 목표 퍼지 유량에 해당하는 펌프 전후단 압력차 값과 상기 교점들의 펌프 전후단 압력차 값을 비교한 후, 차이가 작은 근접된 펌프 특성 곡선의 속도로 펌프 작동속도가 구해질 수 있다.
이와 같이 목표 퍼지 유량으로부터 펌프 작동속도가 구해지는 예를 설명하였으나, 이는 예시적인 것으로, 본 발명이 이에 의해 한정되는 것은 아니다.
또한, 목표 퍼지 유량이 결정된 후 상기 결정된 목표 퍼지 유량으로부터 펌프 작동속도가 구해지는 과정은, 액티브 퍼지 시스템의 제어를 위해 이미 이용되고 있는 알려진 과정으로서, 그 밖의 공지된 방법이 이용될 수도 있다.
이와 같이 하여, 본 발명에 따른 캐니스터 퍼지 제어 방법에 의하면, 캐니스터와 엔진 흡기계 사이를 연결하고 있는 퍼지 라인에서 액티브 퍼지 펌프 후단에 설치되었던 후단 압력센서가 삭제된 액티브 퍼지 시스템이 구성되어 이용될 수 있고, 이와 같이 후단 압력센서가 삭제되더라도 차량에 기 설치된 인테이크 압력센서의 측정값을 이용하여 액티브 퍼지 작동 및 그 제어가 수행될 수 있게 된다.
결국, 액티브 퍼지 시스템에서 후단 압력센서가 삭제됨에 따라 센서 수 축소가 가능해지고, 센서 수 축소에 따라 차량의 장치 비용 및 원가 절감을 도모할 수 있게 된다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
11 : 연료탱크 12 : 연료펌프 모듈
20 : 엔진 흡기계 21 : 엔진 에어필터
22 : 관로 23 : 터보차저
24 : 컴프레서 25 : 인터쿨러
26 : 스로틀 바디 27 : 흡기 파이프
28 : 흡기 매니폴드 30 : 액티브 퍼지 시스템
31 : 캐니스터 필터 32 : 캐니스터 벤트 밸브
33 : 관로 34 : 캐니스터
35a : 퍼지 포트 35b : 로딩 포트
35c : 대기 포트 36 : 관로(퍼지 라인)
37 : 액티브 퍼지 펌프
38 : 퍼지 컨트롤 솔레노이드 밸브(PCSV)
39 : 인테이크 압력센서 41 : 온도센서
42 : 전단 압력센서 43 : 후단 압력센서
50 : 제어부

Claims (6)

  1. 액티브 퍼지 시스템을 탑재한 차량의 캐니스터 퍼지 제어 방법에 있어서, 엔진 구동 중 캐니스터 퍼지 작동을 위해 제어부가 캐니스터와 엔진 흡기계 사이의 퍼지 라인에 설치된 퍼지 컨트롤 솔레노이드 밸브를 개방하는 단계; 제어부가 퍼지 라인에 설치된 액티브 퍼지 시스템의 액티브 퍼지 펌프를 온 시켜 구동하는 단계; 제어부가 액티브 퍼지 펌프 전단의 퍼지 라인에 설치된 전단 압력센서의 퍼지 가스 압력 측정값과, 상기 퍼지 라인이 연결되어 있는 엔진 흡기계측에 설치된 인테이크 압력센서의 측정값을 확인하는 단계; 제어부가 상기 두 압력센서의 측정값 사이의 차이값을 이용하여 목표 퍼지 유량을 결정하는 단계; 및 제어부가 상기 결정된 목표 퍼지 유량에 해당하는 작동속도로 상기 액티브 퍼지 펌프의 구동을 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 퍼지 컨트롤 솔레노이드 밸브를 개방하는 단계에서, 상기 제어부는 퍼지 컨트롤 솔레노이드 밸브를 최대 개방 상태인 풀 오픈(full open) 상태가 되도록 제어하며,
    상기 인테이크 압력센서는, 터보차저의 컴프레서에 의해 공기가 흡입되는 통로이면서 상기 퍼지 라인이 연결되어 있는 관로에 설치되어 엔진으로 흡입되는 흡입 공기의 압력을 검출하도록 된 압력센서인 것을 특징으로 하는 차량의 캐니스터 퍼지 제어 방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 목표 퍼지 유량을 결정하는 단계는,
    상기 제어부가 미리 입력 및 저장된 제1 설정 데이터를 이용하여 상기 두 압력센서의 측정값 사이의 차이값에 해당하는 퍼지 가스 중 연료증발가스의 농도를 결정하는 단계; 및
    상기 제어부가 미리 입력 및 저장된 제2 설정 데이터를 이용하여 상기 결정된 연료증발가스의 농도와 차량에서 실시간 수집되는 차량 운전 상태 정보로부터 목표 퍼지 유량을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 캐니스터 퍼지 제어 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 차량 운전 상태 정보는 엔진 속도를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 캐니스터 퍼지 제어 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 차량 운전 상태 정보는 액티브 퍼지 시스템의 센서로서 상기 퍼지 라인에 설치된 온도센서에 의해 측정되는 퍼지 가스의 온도, 차속, 액셀 개도 및 엔진 연료 분사량 중 적어도 하나 이상의 정보를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 캐니스터 퍼지 제어 방법.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 차량 운전 상태 정보는 액티브 퍼지 시스템의 센서로서 상기 퍼지 라인에 설치된 온도센서에 의해 측정되는 퍼지 가스의 온도, 차속, 액셀 개도 및 엔진 연료 분사량 중 적어도 하나 이상의 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 캐니스터 퍼지 제어 방법.
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