KR102518658B1 - 차량의 시동성능 향상 제어 방법 및 이를 포함하는 차량 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량의 시동성능 향상 제어 방법 및 이를 포함하는 차량이 개시된다. 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 차량의 시동성능 향상 제어 방법 및 이를 포함하는 차량은 엔진 시동시에 EPM 드라이버(Engine Position Management Driver)에서 엔진의 동기화를 수행하여 싱크 테스크(Sync. Task)를 설정하고 연료 분사 및 점화를 수행하도록 구성된다.

Description

차량의 시동성능 향상 제어 방법 및 이를 포함하는 차량 {IGNITION PERFORMANCE INCREASING METHOD OF AUTOMOBILE AND AUTOMOBILE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 차량의 시동성능 향상 제어 방법 및 이를 포함하는 차량에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진 동기화 후에 싱크 테스크를 신속하게 활성화시켜서 즉시 분사와 점화를 수행하는 차량의 시동성능 향상 제어 방법 및 이를 포함하는 차량에 관한 것이다.
내연기관을 장착한 자동차의 경우, 차량의 주행 조건 등에 따라 연료의 분사 시점 및 점화시점을 조절하도록 하고 있다. 특히, 다기통 엔진의 경우, 출력 저하나 불완전 연소로 인한 유해가스 발생을 억제하기 위해서 각 기통별로 연료의 분사 시점 및 점화 시점을 정확하게 동기화할 필요가 있다.
이러한 엔진의 동기화를 수행하기 위해 각 기통별로 정확한 크랭크 축의 회전 위치를 검출하기 위해 크랭크 샤프트 포지션 센서와 캠 센서를 활용하고 있다. 즉, 엔진의 동기화를 수행하기 위해서는 무엇보다 각 기통별로 정확한 크랭크 축의 회전 위치를 검출해 낼 필요가 있다.
크랭크 샤프트 포지션 센서는 크랭크 샤프트의 동기 회전체에 형성된 요철 형상의 투스(tooth)를 감지하여 크랭크 샤프트의 회전 각도 및 회전수를 검출하고, 이를 일정한 펄스 형태의 크랭크 신호로 출력한다. 캠 센서는 흡배기용 캠 샤프트의 동기 회전체에 형성된 각도 식별용 돌기를 인식하여 캠 샤프트의 위치를 검지하고, 폴링 에지(Falling Edge)와 라이징 에지(Rising Edge) 시점을 검지하여, 이를 일정한 펄스 파형의 캠 신호로서 출력한다. 제어 장치(ECU)에서는 상기한 크랭크 신호로부터 각 기통에서의 피스톤의 위치를 파악할 수 있으며, 캠 신호를 이용하여 각 기통에서의 피스톤이 어떤 행정에 있는 지를 파악할 수 있다. 이를 이용하여 제어 장치에서는 각 기통 별 연료의 분사 시점 및 점화 시점을 조절할 수 있다.
엔진 시동을 하게 되면 EPM 드라이버(Engine Position Management Driver)에서 동기화를 시작한다. 동기화란 실제 엔진의 크랭크, 캠(Cam) 형상을 보고 각도로 변환하는 것을 말한다. 즉, CKP(Crankshaft Position) 센서, 캠 센서로부터 입력되는 시그널을 처리하여 현재 엔진이 어느 위치에 있는지 판정할 수 있을 때 동기화가 이루어졌다고 할 수 있다. 동기화가 발생하게 되면 EPM 드라이버는 특정 위치(예, 0도, 180도, 360도, 540도)에서 싱크 테스크(Sync. Task)를 설정하게 된다. 싱크 테스크에서 분사와 점화에 대한 계산들이 이루어지게 되고, 그 값을 연료, 점화 드라이버로 전달하여 엔진에 연료분사와 점화를 발생시킨다. 즉, 연료분사와 점화는 싱크 테스크가 활성화된 다음에 발생할 수 있다. 싱크 테스크는 동기화 시점과 관계없이 항상 지정된 위치에서만 발생하게 되고, 동기화가 발생한 시점에서 지나지 않은 가장 가까운 곳에서 최초 싱크 테스크가 발생한다. 예를 들어 엔진 동기화가 발생한 시점이 10도라면 지나지 않는 가장 가까운 싱크 테스크 위치는 180도이므로 최초 싱크 테스크는 180도에서 발생하게 된다.
이와 같이 종래에는 엔진동기화 시점과 상관없이 지정된 위치에서만 싱크 테스크가 활성화되기 때문에 크랭킹(Cranking) 초반 구간에서 분사, 점화 계산을 하지 않는 구간이 존재한다. 즉, 예를 들어 동기화 시점이 10도라면 가장 가까운 싱크 테스크 지점인 180도가 되기 전까지 170도 동안 작동하지 않고 크랭킹만 하게 된다. 스타터 모터의 크랭킹 RPM이 평균 300 RPM이면 170도에 해당되는 시간은 90ms가 되고, 엔진 동기화 후 90ms 동안 작동을 하지 않는 문제가 있다.
대한민국 공개특허출원 제 10-2014-0127561 호
본 발명의 일 실시 예는 상기 종래 기술의 문제점을 극복하기 위하여 엔진 동기화 후에 싱크 테스크를 신속하게 활성화시켜서 즉시 분사와 점화를 수행하여 엔진 시동성을 향상시킬 수 있는 차량의 시동성능 향상 제어 방법 및 이를 포함하는 차량을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 엔진의 크랭크축 회전 위치를 검출하는 크랭크 포지션 센서 신호 입력 단계, 엔진 각도 틱(Tick)을 생성하는 엔진 각도 틱 생성 단계, 크랭크 샤프트의 위치 및 캠 위치를 확정하여 엔진의 동기화를 실시하는 엔진 동기화 획득 단계, 지정된 위치의 싱크 테스크 설정 단계, 및 연료 분사 및 점화를 수행하는 연료 분사 및 점화 단계를 포함할 수 있다.
상기 엔진 각도 틱(Tick) 생성 단계 전에 크랭크 포지션 센서 신호 진단을 수행할 수 있다.
상기 엔진 각도 틱은 틱 당 크랭크축 회전각일 수 있다.
상기 엔진 동기화 획득 단계 전에 갭 지점을 통과하였는지를 판단할 수 있다.
상기 갭 지점을 통과하지 않은 경우에 캠 패턴을 인식하였는지를 판단할 수 있다.
상기 싱크 테스크 설정 단계는 지나지 않은 가까운 싱크 테스크와 현재 앵글을 비교할 수 있다.
상기 싱크 테스크와 현재 앵글을 비교하여 1Tooth 이상인 경우에 현재 앵글 + 1Tooth 인 지점에 최초 싱크 테스크를 설정할 수 있다.
상기 싱크 테스크와 현재 앵글을 비교하여 1Tooth 이내인 경우에 가장 가까운 싱크 테스크 위치에 최초 싱크 테스크를 설정할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 차량의 시동성능 향상 제어 방법을 포함하는 차량을 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시 예에 따르면, 차량의 시동성능 향상 제어 방법 및 이를 포함하는 차량은 엔진 동기화 후에 싱크 테스크를 신속하게 활성화시켜서 즉시 분사와 점화를 수행함으로써 시동 시간을 단축하여 엔진 시동성을 향상시키는 효과를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 차량의 시동성능 향상 제어 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 차량의 시동성능 향상 제어 시스템의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 차량의 시동성능 향상 제어 방법에 따른 시동 과정을 나타내는 모식도이다.
도 4는 종래의 시동 과정을 나타내는 모식도이다.
이하 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지는 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다.
그리고 여기서의 "연결"이란 일 부재와 타 부재의 직접적인 연결, 간접적인 연결을 포함하며, 접착, 부착, 체결, 접합, 결합 등 모든 물리적인 연결을 의미할 수 있다.
또한 '제1, 제2' 등과 같은 표현은 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용된 표현으로써, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 차량의 시동성능 향상 제어 방법의 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 차량의 시동성능 향상 제어 시스템의 모식도이다.
도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 엔진 시동시에 EPM 드라이버에서 엔진의 동기화를 수행하여 싱크 테스크를 설정하고 연료 분사 및 점화를 수행하게 된다.
ECU는 EPM, 인젝트 ASW, 점화코일 ASW, 인젝트 드라이버, 점화코일 드라이버를 포함하여 구성되어 있되, 여기서 EPM은 하드웨어 노이즈 처리부(11), 소프트웨어 인터럽트 처리부(12), 엔진위치 처리부(13), 엔진동기화 처리부(14), 엔진각도 계산부(15) 및 엔진회전수 계산부(16)를 포함하여 구성되어 있으며, 크랭크 센서(1)로부터 크랭크 정보, 캠 센서(2)로부터 캠 정보를 입력 받고, 이를 바탕으로 EPM 드라이버가 엔진 위치, 동기화, 엔진각도, 엔진회전수 등을 계산한다. CKP, 캠 정보를 이용하여 EPM에서 엔진 동기화가 이루어지면 엔진 위치를 정확하게 알 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 차량의 시동성능 향상 제어 방법은 크랭크 포지션 센서 신호 입력 단계(S1), 엔진 각도 틱(Tick) 생성 단계(S4), 엔진 동기화 획득 단계(S8), 싱크 테스크 설정 단계(S9), 및 연료 분사 및 점화 단계(S14)를 포함하여 구성된다.
크랭크 포지션 센서 신호 입력 단계(S1)와 상기 엔진 각도 틱(Tick) 생성 단계(S4) 전에 크랭크 포지션 센서 신호가 적합한지 판단(S2)하여 크랭크 포지션 센서 신호를 진단(S3)하게 된다. 상기 엔진 각도 틱은 틱 당 크랭크축 회전각일 수 있다.
하드웨어 노이즈 처리부(11)와 소프트웨어 인터럽트 처리부(12)에서 크랭크 포지션 센서 신호에 노이즈 성분이 있는지를 판단하고 노이즈 성분이 없으면 적합한 상태로 판정하고, 엔진각도 계산부(15)에서 엔진각도 틱 생성을 하게 된다(S4). 엔진각도 틱은 동기화 여부와 상관없이 다음 크랭크 포지션 투스가 오기 전까지 가상의 앵글을 만들어낸다.
이어서, 엔진 동기화가 획득되었는지를 판단(S5)하여 싱크 테스크를 설정하는데, 엔진 동기화 획득 단계(S8) 전에 갭 지점을 통과하였는지를 판단(S6)하여 상기 갭 지점을 통과하지 않은 경우에 캠 패턴을 인식하였는지를 판단하게 된다(S7). 여기서 캠 패턴은 캠 센서에 의해 생성되는 캠 신호로서 획득될 수 있다.
여기서, 엔진 동기화는 Missing Tooth나 캠 패턴을 가지고 EPM 드라이버에서 정확한 엔진 위치를 판단할 때이다.
이어서, 상기 싱크 테스크 설정 단계(S9)는 지나지 않은 가까운 싱크 테스크와 현재 앵글을 비교하고, 상기 싱크 테스크와 현재 앵글을 비교하여 1Tooth 이상인 경우에 현재 앵글 + 1Tooth 인 지점에 최초 싱크 테스크를 설정한다(S11). 1Tooth의 여유를 두는 이유는 동기화가 발생하자마자 수행되는 모듈이 있는데 이는 싱크 테스크가 설정되기 전에 완료되어야 하기 때문이며, 상기 싱크 테스크와 현재 앵글을 비교하여 1Tooth 이내인 경우에 가장 가까운 싱크 테스크 위치에 최초 싱크 테스크를 설정하게 된다(S10).
상기와 같은 과정들이 EPM에서 수행되어 인젝트 ASW, 점화코일 ASW, 인젝트 드라이버, 점화코일 드라이버를 작동하게 된다.
여기서, 인젝트 ASW는 분사각도 계산부(21), 분사시간 계산부(22), 및 분사모드 계산부(23)를 포함하여 구성되어 있고, 점화코일 ASW는 점화각도 계산부(31) 및 점화코일 충전시간 계산부(32)를 포함하여 구성되어 ECU에서 입력된 신호에 의해 산출된다.
싱크 테스크 설정 단계 후에 인젝트 ASW와 점화코일 ASW가 작동되고(S12), 상기 인젝트 ASW와 점화코일 ASW를 작동 후에 인젝트 드라이버와 점화코일 드라이버를 작동(S13)시켜서 인젝터와 점화코일을 작동시키게 된다(S14).
상기 인젝트 드라이버는 분사여부 결정부(101), 분사시간 설정부(102), 분사각도 설정부(103), 및 분사출력부(104)로 구성되어 있고, 점화코일 드라이버는 점화여부 결정부(201), 점화시간 설정부(202), 점화각도 설정부(203), 및 점화출력부(204)를 포함하여 구성되어 ECU에서 입력된 신호에 의해 산출된다.
여기서 설명하지 않은 구성요소들은 본원 발명의 요지를 흐릴 염려가 있어 설명하지 않았음을 본원 발명이 속하는 기술분야에 속하는 자라면 쉽게 이해할 수 있으며 설명되지 않은 구성이 불필요하거나 또는 도시된 구성들만을 포함하여야 함을 의미하는 것은 아니다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 차량의 시동성능 향상 제어 방법에 따른 시동 과정을 나타내는 모식도이고, 도 4는 종래의 시동 과정을 나타내는 모식도이다.
먼저 도 3을 참조하면, 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 차량의 시동성능 향상 제어 방법에 따른 시동 과정은 엔진 동기화가 이루어진 후 바로 싱크 테스크를 활성화할 때의 실제 점화 및 분사 위치 그리고 초폭 및 완폭을 나타낸 도면으로서, 엔진 동기화 후 바로 싱크 테스크를 활성화하여 바로 최초 분사가 나오도록 한다. 이렇게 되면 최초 점화기통이 종래기술 대비 1기통 선행된다. 즉, 초폭 위치가 1기통 선행되기 때문에 시동 시간이 4기통 기준 180도가 빨라진다.
도 4를 참조하면, 종래기술로서 엔진 동기화가 발생하게 된 이후 실제 점화 및 분사 위치 그리고 초폭 및 완폭에 대한 시점을 나타내는 도면으로서, 엔진 동기화 이후 지나지 않은 가장 가까운 싱크 위치(180도)에 최초 싱크 테스크를 활성화하고 곧 이어 최초 분사가 이루어졌다. 첫 분사 후 360도 후에 첫 점화가 이루어지면서 초폭이 발생하였다. 이 후 180도마다 점화가 발생하여 완폭이 이루어진다.
따라서, 본 발명에 따른 차량의 시동성능 향상 제어 방법 및 이를 포함하는 차량은 엔진 동기화 후에 싱크 테스크를 신속하게 활성화시켜서 즉시 분사와 점화를 수행함으로써 시동 시간을 단축하여 엔진 시동성을 향상시키는 효과를 제공할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 여러 가지 실시 가능한 예 중에서 당 업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시 예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 제시된 실시 예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시 예가 가능함을 밝혀둔다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. 또한 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어가 정의된 것으로서, 통상적이거나 사전적인 의미로만 한정해서 해석되어서는 아니되어야 한다. 더불어, 상술하는 과정에서 기술된 구성의 순서는 반드시 시계열적인 순서대로 수행될 필요는 없으며, 각 구성 및 단계의 수행 순서가 바뀌어도 본 발명의 요지를 충족한다면 이러한 과정은 본 발명의 권리범위에 속할 수 있음은 물론이다.
1: 크랭크 센서 2: 캠 센서
11: 하드웨어 노이즈 처리부 12: 소프트웨어 인터럽트 처리부
13: 엔진위치 처리부 14: 엔진동기화 처리부
15: 엔진각도 계산부 16: 엔진회전수 계산부
21: 분사각도 계산부 22: 분사시간 계산부
23: 분사모드 계산부 31: 점화각도 계산부
32: 점화코일 충전시간 계산부 101: 분사여부 결정부
102: 분사시간 설정부 103: 분사각도 설정부
104: 분사출력부 201: 점화여부 결정부
202: 점화시간 설정부 203: 점화각도 설정부
204: 점화출력부

Claims (9)

  1. 엔진의 크랭크축 회전 위치를 검출하는 크랭크 포지션 센서 신호 입력 단계,
    엔진 각도 틱(Tick)을 생성하는 엔진 각도 틱 생성 단계,
    크랭크 샤프트의 위치 및 캠 위치를 확정하여 엔진의 동기화를 실시하는 엔진 동기화 획득 단계,
    지정된 위치의 싱크 테스크 설정 단계, 및
    연료 분사 및 점화를 수행하는 연료 분사 및 점화 단계,를 포함하며,
    상기 싱크 테스크 설정 단계는 지나지 않은 가까운 싱크 테스크와 현재 앵글을 비교하는 것을 특징으로 하는 차량의 시동성능 향상 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔진 각도 틱 생성 단계 전에 크랭크 포지션 센서 신호 진단을 수행하는 것을 특징으로 하는 차량의 시동성능 향상 제어 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔진 각도 틱은 틱 당 크랭크축 회전각인 것을 특징으로 하는 차량의 시동성능 향상 제어 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔진 동기화 획득 단계 전에 갭 지점을 통과하였는지를 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 시동성능 향상 제어 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 갭 지점을 통과하지 않은 경우에 캠 패턴을 인식하였는지를 판단하는 것을 특징으로 하는 차량의 시동성능 향상 제어 방법.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 싱크 테스크와 현재 앵글을 비교하여 1Tooth 이상인 경우에 현재 앵글 + 1Tooth 인 지점에 최초 싱크 테스크를 설정하는 것을 특징으로 하는 차량의 시동성능 향상 제어 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 싱크 테스크와 현재 앵글을 비교하여 1Tooth 이내인 경우에 가장 가까운 싱크 테스크 위치에 최초 싱크 테스크를 설정하는 것을 특징으로 하는 차량의 시동성능 향상 제어 방법.
  9. 시동성능 향상 제어를 수행하는 차량에 있어서,
    상기 시동성능 향상 제어가 제 1 항에 따른 차량의 시동성능 향상 제어 방법으로 구현되는 차량.
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