KR102665489B1 - 고농도 퍼지 시 연소 불량 기통에 대한 연료 분사량 보정 방법 및 시스템 - Google Patents

고농도 퍼지 시 연소 불량 기통에 대한 연료 분사량 보정 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

고농도 퍼지 시 연소 불량 기통에 대한 연료 분사량 보정 방법 및 시스템을 개시한다. 본 발명에 따른 고농도 퍼지 시 연소 불량 기통에 대한 연료 분사량 보정 방법은, (a) 시동 직전 차량의 상태가 고농도 퍼지 실행 조건에 부합하는지 판단하는 단계와, (b) 시동 직전 차량의 상태가 상기 고농도 퍼지 실행 조건에 부합하면, 시동 직후 퍼지 제어를 활성화하고 퍼지 제어에 따른 배기가스의 상태로부터 엔진 러프니스 모니터링이 필요한지 판단하는 단계와, (c) 엔진 러프니스 모니터링이 필요하다고 판단되면, 엔진 각 기통의 엔진 러프니스를 검출하는 단계와, (d) 검출된 엔진 각 기통의 엔진 러프니스를 정해진 시간 주기로 평균하여 전체 기통의 엔진 러프니스 평균값을 계산하는 단계와, (e) 도출된 엔진 러프니스 평균값과 각 기통의 엔진 러프니스를 비교하여 연소 불량 기통을 판별하는 단계와, (f) 연소 불량으로 판정된 연소 불량 기통에 분사되는 연료량을 설정 감소분만큼 감소시키는 단계와, (g) 연료량 감소 후 상기 연소 불량 기통의 엔진 러프니스를 다시 검출하고 상기 엔진 러프니스 평균값과 다시 한번 비교하여 해당 기통(연소 불량 기통)의 정상 연소 여부를 판단하는 단계 및 (h) 연소 불량 기통이 정상 연소로 판정되면, 상기 (f) 단계에서 감소시킨 연료 감소량을 학습값으로 저장하는 단계를 포함하는 것을 요지로 한다.

Description

고농도 퍼지 시 연소 불량 기통에 대한 연료 분사량 보정 방법 및 시스템{Fuel injection amount correction method and system for defective combustion cylinders during high concentration purge}
본 발명은 캐니스터에 포집된 연료증발가스를 엔진에 공급하는 퍼지 제어 시 연소 불량 기통에 대한 연료 분사량 보정 방법 및 시스템에 관한 것으로, 특히 고온 환경에 차량을 오래 방치한 뒤 시동을 켰을 때 실행되는 퍼지 제어 시 농도가 높은 연료증발가스의 분배성 편차로 인한 엔진 연소 불량을 해소할 수 있는 고농도 퍼지 시 연소 불량 기통에 대한 연료 분사량 보정 방법 및 시스템에 관한 것이다.
연료 탱크나 기화기 내의 가솔린 연료가 증발하여 대기 중에 방출되는 가스를 연료증발가스(Fuel evaporation gas)라 한다. 이러한 연료증발가스는 연료의 탄화수소와 같은 성질을 조성하며, 자동차로부터 배출되는 모든 탄화수소량의 15%를 차지하고 있다. 따라서 엔진이 정지하고 있을 때 이를 포집하여 재연소시키도록 의무화하고 있다.
엔진이 정지하고 있을 때 연료 탱크에서 발생한 연료증발가스를 흡수, 저장하는 부품이 캐니스터(Canister)이다. 캐니스터는 흡착력이 강한 을 그 내부에 내장한 구성일 수 있으며, 이와 같은 캐니스터에 포집된 연료증발가스는 엔진 구동 시 필요에 따라 수행되는 퍼지 제어를 통해 엔진에 공급되어 연소 처리가 이루어진다.
그러나 퍼지 제어에 의해 연료증발가스(이하, '퍼지가스'라 함)를 엔진에 공급함에 있어, 퍼지가스가 각 기통에 고르게 분배되지 못하는 분배의 불균형, 즉 분배 편차가 발생될 수 있다. 이는 흡기 모듈(Intake module)의 형상 불량이나 품질 편차에 기인한 것으로, 이처럼 퍼지가스의 분배 불균형이 발생하면 엔진 연소성이 나빠질 수 있다.
특히 고온 환경에 오랜 시간 동안 차량이 노출된 상태로 방치되어 퍼지가스의 농도가 높아진 상태에서, 퍼지가스의 분배 불균형으로 고농도의 퍼지가스가 특정 기통에 집중되면, 해당 기통의 연료가 농후(Rich)해져 엔진 러프니스(Engine roughness)가 악화되고 전체적인 연소성이 나빠짐으로써, 결국 엔진의 출력, 성능, 연비 등 전체적인 엔진 퍼포먼스가 저하되는 문제가 있다.
한국공개특허 제10-2021-0009618호(공개일 2021.01.27) 한국공개특허 제10-2021-0006629호(공개일 2021.01.19)
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 고온 환경에 오랜 시간 동안 차량을 방치함에 따라 퍼지가스의 농도가 높아진 상태에서, 퍼지가스의 분배 불균형으로 고농도의 퍼지가스가 특정 기통에 집중됨에 따른 엔진 연소성 악화 및 그로 인한 성능, 출력, 연비 저하 등의 문제를 개선할 수 있는 고농도 퍼지 시 연소 불량 기통에 대한 연료 분사량 보정 방법 및 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
과제의 해결 수단으로서 본 발명의 일 측면에 따르면,
(a) 시동 직전 차량의 상태가 고농도 퍼지 실행 조건에 부합하는지 판단하는 단계;
(b) 시동 직전 차량의 상태가 상기 고농도 퍼지 실행 조건에 부합하면, 시동 직후 퍼지 제어를 활성화하고 퍼지 제어에 따른 배기가스의 상태로부터 엔진 러프니스 모니터링이 필요한지 판단하는 단계;
(c) 상기 (b) 단계에서 엔진 러프니스 모니터링이 필요하다고 판단되면, 엔진 각 기통의 엔진 러프니스를 검출하는 단계;
(d) 검출된 엔진 각 기통의 엔진 러프니스를 정해진 시간 주기로 평균하여 전체 기통의 엔진 러프니스 평균값을 계산하는 단계;
(e) 상기 (d) 단계에서 도출된 엔진 러프니스 평균값과 각 기통의 엔진 러프니스를 비교하여 연소 불량 기통을 판별하는 단계;
(f) 연소 불량으로 판정된 연소 불량 기통에 분사되는 연료량을 설정 감소분만큼 감소시키는 단계;
(g) 상기 (f) 단계에 의한 연료량 감소 후 상기 연소 불량 기통의 엔진 러프니스를 다시 검출하고 상기 엔진 러프니스 평균값과 다시 한번 비교하여 해당 기통의 정상 연소 여부를 판단하는 단계; 및
(h) 상기 (g) 단계에서 해당 기통이 정상 연소로 판정되면, 상기 (f) 단계에서 감소시킨 연료 감소량을 학습값으로 저장하는 단계;를 포함하는 고농도 퍼지 시 연소 불량 기통에 대한 연료 분사량 보정 방법을 제공한다.
여기서, 상기 (a) 단계에서는 시동 오프 상태로 차량이 제1 시간 이상 방치되고, 외기온이 제1 온도 이상이면, 상기 고농도 퍼지 실행 조건에 부합하는 것으로 판단할 수 있다.
그리고 상기 (b) 단계에서는, 퍼지 제어에 따른 배기가스 내 산소의 농도가 제1 설정값 이하이면 엔진 러프니스 모니터링이 필요하다고 판단할 수 있다.
또한 상기 (e) 단계에서는, 엔진 러프니스가 상기 엔진 러프니스 평균값에 설정 허용값을 더한 값 이상인 기통을 연소 불량 기통으로 판정할 수 있다.
또한 상기 (g) 단계에서는, 상기 연소 불량 기통에 대한 연료량 감소 후 검출되는 해당 기통의 엔진 러프니스가 상기 엔진 러프니스 평균값에 설정 허용값을 더한 값보다 작으면 정상 연소로 판단할 수 있다.
또한 상기 연소 불량 기통에 대한 연료량 감소 후 검출되는 해당 기통의 엔진 러프니스가 여전히 상기 엔진 러프니스 평균값에 설정 허용값을 더한 값 이상이면, 직전 (f) 단계로 되돌아가 해당 기통에 분사되는 연료량을 상기 설정 감소분만큼 더 감소시키도록 설정될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 연료 분사량 보정 방법은 또한,
(i) 상기 (h) 단계에서의 학습값을 고농도 퍼지 제어가 실행되는 동안 해당 기통의 연료 분사 제어에 반영하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
과제의 해결 수단으로서 본 발명의 다른 측면에 따르면,
차량이 시동 오프된 시간을 기록하는 타이머;
외기 온도를 검출하는 외기온 센서;
엔진 배기라인에 설치되어 배기가스 중 산소 농도를 검출하는 산소 센서; 및
엔진의 각 기통에 공급되는 연료의 양을 제어하고, 고농도 퍼지 시 연소 불량 기통을 판별하여 연소 불량으로 판별된 기통에 대한 연료 분사량을 보정하는 제어기;를 포함하며,
상기 제어기는,
시동 직전 상기 타이머 및 외기온 센서로부터 수신된 정보를 분석하여 고농도 퍼지 실행 조건에 부합되면 시동 직후 퍼지 제어를 활성화하고,
퍼지 제어 활성화 후 상기 산소 센서로부터 수신된 정보를 분석하여 연소 불량 기통 판별이 필요한 상황이라고 판단되면, 엔진 각 기통의 엔진 러프니스 및 전체 기통의 엔진 러프니스 평균값을 이용하여 연소 불량 기통을 판별해내고, 연소 불량으로 판별된 기통에 분사되는 연료량을 설정 감소분만큼 감소시키는 것을 특징으로 하는 고농도 퍼지 시 연소 불량 기통에 대한 연료 분사량 보정 시스템을 제공한다.
여기서 상기 제어기는, 시동 직전 상기 타이머 및 외기온 센서로부터 수신된 정보를 분석하여 차량의 상태가 고농도 퍼지 실행 조건에 부합하는지 판단하는 퍼지 실행 조건 판단부와, 상기 실행 조건 판단부가 시동 직전 차량의 상태가 고농도 퍼지 실행 조건에 부합하는 것으로 판단하면, 시동 직후 활성화되는 퍼지 제어에 따른 배기가스의 상태로부터 연소 불량 기통 판별이 필요한 상황인지 판단하는 상황 판단부와, 상기 상황 판단부가 연소 불량 기통 판별이 필요하다고 판단하면, 정해진 시간 동안 엔진 각 기통의 엔진 러프니스를 검출하고, 검출된 엔진 각 기통의 엔진 러프니스를 평균하여 전체 기통의 엔진 러프니스 평균값을 계산하는 러프니스 도출부와, 상기 러프니스 도출부가 도출한 엔진 러프니스 평균값과 각 기통의 엔진 러프니스를 비교하여 연소 불량 기통을 판별하는 연소 불량 기통 판별부와, 상기 연소 불량 기통 판별부에서 연소 불량으로 판정된 연소 불량 기통에 분사되는 연료량을 설정 감소분만큼 감소시키는 연료량 제어부를 포함하여 구성될 수 있다.
이때 상기 퍼지 실행 조건 판단부는, 상기 타이머에 기록된 시동 오프 시간 제1 시간 이상이고, 상기 외기온 센서가 검출한 외기온이 제1 온도 이상이면, 상기 고농도 퍼지 실행 조건에 부합하는 것으로 판단할 수 있다.
그리고 상기 상황 판단부는, 퍼지 제어 활성화 후 상기 산소 센서가 검출한 배기가스 내 산소의 농도가 제1 설정값 이하이면 연소 불량 기통 판별이 필요한 상황이라고 판단할 수 있다.
그리고 상기 연소 불량 기통 판별부는, 엔진 러프니스가 상기 엔진 러프니스 평균값에 설정 허용값을 더한 값 이상인 기통을 연소 불량 기통으로 판정할 수 있다.
또한 상기 연소 불량 기통 판별부는, 상기 연료량 제어부에 의한 연료량 감소 후 검출되는 상기 연소 불량 기통의 엔진 러프니스를 상기 엔진 러프니스 평균값과 다시 비교하여 해당 기통의 정상 연소 여부를 다시 판단할 수 있으며, 이 경우 연료량 감소 후 검출되는 상기 연소 불량 기통의 엔진 러프니스가 상기 엔진 러프니스 평균값에 설정 허용값을 더한 값보다 작으면 정상 연소로 판단할 수 있고, 이와는 달리 상기 연소 불량 기통의 엔진 러프니스가 여전히 상기 엔진 러프니스 평균값에 설정 허용값을 더한 값 이상이면, 상기 연소 불량 기통 판별부는 관련 정보를 연료량 제어부에 전달하고, 관련 정보를 수신한 상기 연료량 제어부는 해당 기통에 분사되는 연료량을 상기 설정 감소분만큼 더 감소시킬 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 고농도 퍼지 시 연소 불량 기통에 대한 연료 분사량 보정 시스템은 또한, 연료량 감소 후 연소 불량 기통의 연소 상태가 정상 연소로 돌아오면, 상기 연료량 제어부가 감소시킨 연료 감소량을 학습값으로 저장하는 학습값 저장부;를 더 포함할 수 있다.
이때 상기 학습값 저장부에 저장된 학습값을 상기 연료량 제어부가 고농도 퍼지 제어가 실행되는 동안 해당 기통의 연료 분사 제어에 반영할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 연소 불량 기통에 대한 연료 분사량 보정을 통해 고온 환경에 오랜 시간 동안 차량을 방치함에 따라 퍼지가스의 농도가 높아진 상태에서 고농도의 퍼지가스가 특정 기통에 집중됨에 따른 엔진 연소성 악화 및 그로 인한 성능, 출력, 연비 저하 등의 문제를 개선할 수 있으며, 기통별 정밀한 인젝션 제어로 배출가스량 감소 효과도 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고농도 퍼지 시 연소 불량 기통에 대한 연료 분사량 보정 시스템이 적용된 차량의 퍼지가스 공급계통 및 배기계통을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 고농도 퍼지 시 연소 불량 기통에 대한 연료 분사량 보정 방법을 구현하기 위한 제어 순서도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다.
본 발명을 설명함에 있어 이하 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
더하여, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일도면 참조부호를 부여하기로 하며 동일 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 가솔린 엔진 차량에 적용되는 기술로서, 고온 환경에 오랜 시간 동안 차량을 방치함에 따라 퍼지가스의 농도가 높아진 상태에서 차량 시동과 함께 수행되는 퍼지 제어 시, 퍼지가스의 분배 불균형으로 고농도의 퍼지가스가 특정 기통에 집중됨에 따른 엔진 연소성 악화 및 그로 인한 엔진의 출력, 성능, 연비 저하 등을 해당 기통에 대한 연료 분사량 보정을 통해 개선하고자 한 것이다.
도 1을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 고농도 퍼지 시 연소 불량 기통에 대한 연료 분사량 보정 시스템부터 살펴보기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고농도 퍼지 시 연소 불량 기통에 대한 연료 분사량 보정 시스템이 적용된 차량의 퍼지가스 공급계통 및 배기계통을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 고농도 퍼지 시 연소 불량 기통에 대한 연료 분사량 보정 시스템(1)은, 차량이 시동 오프된 시간을 기록하는 타이머(10) 및 외기 온도를 검출하는 외기온 센서(12)를 포함한다. 외기온 센서(12)와 타이머(10)는 시동이 꺼진 상태에서 캐니스터(Canister, 30)에 포집되는 퍼지가스의 농도 예측에 필요한 정보(시동이 꺼진 상태로 고온 환경에 방치된 시간)를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 고농도 퍼지 시 연소 불량 기통에 대한 연료 분사량 보정 시스템(1)은 또한, 엔진 배기라인에 설치되어 배기가스 중 산소 농도를 검출하는 산소 센서(16)와, 엔진(60)의 각 기통에 공급되는 연료의 양을 제어하고 고농도 퍼지 시 연소 불량 기통을 판별하여 연소 불량으로 판별된 기통에 대한 연료 분사량을 보정하는 제어기(14)를 포함한다.
본 발명의 실시 예에서 상기 제어기(14)는, 시동 직전 상기 타이머(10) 및 외기온 센서(12)로부터 수신된 정보를 분석하여 고농도 퍼지 실행 조건에 부합되는 경우 시동 직후 퍼지 제어를 활성화할 수 있다. 또한 퍼지 제어 활성화 후 상기 산소 센서(16)로부터 수신된 정보를 분석하여 연소 불량 기통 판별이 필요한 상황인지를 판단할 수 있다.
산소 센서(16)로부터 수신된 정보를 분석하여 연소 불량 기통 판별이 필요한 상황인 경우 상기 제어기(14)는, 엔진 각 기통의 엔진 러프니스 및 전체 기통의 엔진 러프니스 평균값을 이용하여 연소 불량 기통을 판별해낼 수 있으며, 연소 불량으로 판별된 기통에 분사되는 연료량을 설정 감소분만큼 감소시킴으로써 연소 불량을 해소할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 적용되는 상기 제어기(14)는 위와 같은 일련의 제어 또는 판단(고농도 퍼지 실행 조건 부합 시 퍼지 제어 활성화, 산소 센서(16) 정보로부터 연소 불량 기통 판별 필요 여부 판단, 엔진 러프니스 활용 연소 불량 기통 판별, 연속 불량 기통의 연료량 감소 등)을 정해진 시퀀스에 따라 순서대로 처리할 수 있도록 프로그래밍된 복수의 프로세서를 포함할 수 있다.
제어기(14)에 포함된 복수의 프로세서에는, 고농도 퍼지 실행 조건 성립 여부 판단을 위한 퍼지 실행 조건 판단부(140)와 연소 불량 기통 판별이 필요한 상황인지를 판단하기 위한 상황 판단부(142)가 포함될 수 있다. 또한 엔진 러프니스를 도출하는 러프니스 도출부(144)와 엔진 러프니스를 기반으로 연소 불량 기통을 판별하는 연소 불량 기통 판별부(146), 그리고 연료량 제어부(148) 및 학습값 저장부(149)가 포함될 수 있다.
퍼지 실행 조건 판단부(140)는 시동 직전 상기 타이머(10) 및 외기온 센서(12)로부터 수신된 정보를 분석하여 차량의 상태가 고농도 퍼지 실행 조건에 부합하는지 판단할 수 있다. 퍼지 실행 조건 판단부(140)는 바람직하게, 상기 타이머(10)에 기록된 시동 오프 시간 제1 시간 이상이고, 상기 외기온 센서(12)가 검출한 외기온이 제1 온도 이상이면, 상기 고농도 퍼지 실행 조건에 부합하는 것으로 판단할 수 있다.
예를 들어, 제1 시간이 8시간이고 제1 온도가 30도로 설정되어 있는 경우 상기 퍼지 실행 조건 판단부(140)는, 8시간 이상 30도 이상의 고온 환경에 차량이 시동이 꺼진 상태로 노출되면 현재 차량의 상태가 상기 고농도 퍼지 실행 조건에 부합하는 것으로 판단할 수 있다. 물론, 위에서 언급된 수치(8시간, 30도)는 어디까지나 예시적인 수치일 뿐, 해당 수치로 한정됨을 의미하는 것은 아니다.
상황 판단부(142)는 상기 실행 조건 판단부(140)의 판단 결과에 따라 후속 처리를 진행한다. 상환 판단부는 구체적으로, 상기 실행 조건 판단부(140)가 시동 직전 차량의 상태가 고농도 퍼지 실행 조건에 부합하는 것으로 판단하면, 시동 직후 활성화되는 퍼지 제어에 따른 배기가스의 상태로부터 연소 불량 기통 판별이 필요한 상황인지 판단할 수 있다.
상황 판단부(142)는 바람직하게, 실행 조건 판단부(140)가 시동 직전 차량의 상태가 고농도 퍼지 실행 조건에 부합하는 경우 시동 직후 활성화되는 퍼지 제어에 따라, 엔진에서 연소되어 배기라인을 통해 배출되는 배기가스 내 산소의 농도, 즉 상기 산소 센서(16)가 검출한 배기가스 내 산소의 농도가 제1 설정값 이하이면 연소 불량 기통 판별이 필요한 상황이라고 판단할 수 있다.
상황 판단부(142)가 연소 불량 기통 판별이 필요하다고 판단하면, 즉 퍼지 제어 후 배기라인을 통해 배출되는 배기가스 내 산소의 농도가 제1 설정값 이하이면, 상기 러프니스 도출부(144)가 실시간으로 엔진 각 기통에 대해 엔진 러프니스(Engine roughness)를 검출하고, 검출된 엔진 각 기통의 엔진 러프니스를 정해진 시간 주기로 평균하여 전체 기통의 엔진 러프니스 평균값을 계산하게 된다.
여기서, 제1 설정값은 사전 시뮬레이션 또는 실험을 도출된 실험값으로 설계 과정에서 입력되는 값이고, 엔진 러프니스는 기통별 폭발 행정에서 크랭크각 센서(Crank angle sensor)가 출력하는 신호를 일련의 과정으로 처리함으로써 검출 가능한 바, 이러한 기통별 엔진 러프니스를 검출하는 과정 또는 방법은 이미 공지된 기술이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
연소 불량 기통 판별부(146)는 상기 러프니스 도출부(144)가 도출한 엔진 러프니스 평균값과 각 기통의 엔진 러프니스를 비교하여 연소 불량 기통을 판별할 수 있다. 연소 불량 기통 판별부(146)는 바람직하게, 복수의 기통 중 엔진 러프니스가 상기 엔진 러프니스 평균값에 설정 허용값을 더한 값(엔진 러프니스 평균값 + 설정 허용값) 이상인 기통을 연소 불량 기통으로 판정할 수 있다.
이와는 달리, 각 기통의 엔진 러프니스가 상기 엔진 러프니스 평균값에 설정 허용값을 더한 값(엔진 러프니스 평균값 + 설정 허용값) 미만이면, 모든 기통의 연소가 정상적으로 이루어지는 것이므로 상기 연소 불량 기통 판별부(146)는 연소 불량 기통이 없다고 판단할 수 있다.
연소 불량 기통 판별부(146)는 또한, 후술하는 연료량 제어부(148)에 의해 수행되는 연소 불량 기통에 대한 연료량 감소 제어 직후 상기 러프니스 도출부(144)에 의해 검출되는 상기 해당 기통(연료량 감소 제어 전 연소 불량으로 판정된 기통)의 엔진 러프니스를 제공 받아 상기 엔진 러프니스 평균값과 다시 비교하여 해당 기통이 정상 연소로 돌아 왔는지를 다시 판단할 수 있다.
예를 들어, 1번 기통(cy1)이 1차 판정에서 연소 불량 기통으로 판정되면, 이후 후술하는 연료량 제어부(148)가 1번 기통에 분사되는 연료량을 설정 감소분만큼 감소시키는 제어를 수행하게 되는데, 이러한 연료량 감소 제어 이후 러프니스 도출부(144)를 통해 검출되는 1번 기통의 엔진 러프니스를 엔진 러프니스 평균값과 다시 비교하여 1번 기통이 정상 연소로 돌아 왔는지 판단을 하는 것이다.
이처럼 연소 불량 기통에 대한 연료량 감소 제어 후 검출되는 해당 기통의 엔진 러프니스를 이용하여 상기 연소 불량 기통 판별부(146)가 연소 불량 여부를 다시 한번 판단함에 있어서는, 앞선 1차 판단과 동일한 방법으로 판단을 할 수 있다.
즉 연료량 보정 후 해당 기통의 엔진 러프니스가 상기 평균값에 설정 허용값을 더한 값보다 크면, 여전히 해당 기통의 연소 상태가 불량한 것으로 판정을 하고, 연료량 보정 후 해당 기통의 엔진 러프니스가 상기 평균값에 설정 허용값을 더한 값보다 작으면 해당 기통의 연소 상태가 정상 연소로 돌아온 것으로 판단할 수 있다.
연료량 제어부(148)는 앞서 언급했듯이, 연소 불량으로 판정된 연소 불량 기통에 분사되는 연료량을 조절할 수 있다. 바람직하게는, 상기 연소 불량 기통 판별부(146)가 연소 불량으로 판정한 연소 불량 기통에 분사되는 연료량을 미리 설정된 설정 감소분만큼 감소시킬 수 있다. 예컨대, 설정 감소분이 0.2%이면, 연소 불량 기통에 분사되는 연료량을 목표 연료량대비 0.2% 감소시킬 수 있다.
연료량 제어부(148)에 의한 위와 같은 연료량 보정 후 해당 기통의 엔진 러프니스가 상기 평균값에 설정 허용값을 더한 값 이상이면, 여전히 해당 기통은 연소 상태가 불량한 것으로 상기 연소 불량 기통 판별부(146)가 판정을 하여 관련 정보를 연료량 제어부(148)에 전달하며, 이 경우 연료량 제어부(148)는 해당 기통에 분사되는 연료량을 상기 설정 감소분만큼 더 감소시킬 수 있다.
예컨대, 설정 감소분이 앞서 예로든 0.2%이면, 연료량 제어부(148)는 해당 기통(연소 상태가 불량 기통)에 분사되는 연료의 양을 추가로 0.2% 더 감소시키는 것이며, 추가로 0.2%의 연료를 더 감소시키는 제어에도 불구하고 해당 기통이 여전히 연소 상태가 불량하면, 앞서 설명한 동일한 과정을 반복하여 연소 상태가 정상 범주에 속할 때까지 0.2%씩 연료량을 계속해서 감소시키게 되는 것이다.
위와 같은 연료량 제어부(148)에 의한 연료량 감소 후 연소 불량 기통의 연소 상태가 정상 연소로 돌아오면, 상기 연료량 제어부(148)가 감소시킨 연료 감소량을 상기 학습값 저장부(149)가 학습값으로 저장하며, 학습값 저장부(149)에 저장된 상기 학습값을 연료량 제어부(148)가 고농도 퍼지 제어가 실행되는 동안 해당 기통의 연료 분사 제어에 반영하여 연료 분사량을 조절할 수 있다.
도 1에서 미설명 도면부호 20은 연료 탱크이며, 40은 엔진(60)에 대한 퍼지가스의 공급을 단속하는 전자식 퍼지 밸브를 가리킨다. 그리고 50은 목표한 양과 타이밍에 엔진 각 기통에 연료를 분사하는 인젝터를 가리킨다.
이하, 전술한 고농도 퍼지 시 연소 불량 기통에 대한 연료 분사량 보정 시스템에 의해 수행되는 고농도 퍼지 시 연소 불량 기통에 대한 연료 분사량 보정 과정을 도 2의 제어 순서도를 참조하여 살펴보기로 한다. 설명의 편의를 위해 전술한 도 1에 도시된 구성은 해당 참조번호를 언급하여 설명하기로 한다.
도 2를 참조하면, 제어기(14)는 시동 직전 차량의 상태가 고농도 퍼지 실행 조건에 부합하는지 먼저 판단한다(S100). 제어기(14)는 전술한 타이머(10) 및 외기온 센서(12) 정보를 이용하여 조건 부합 여부를 판단할 수 있다. 바람직하게는, 시동 오프 상태로 차량이 제1 시간 이상 방치되고, 외기온이 제1 온도 이상이면, 상기 고농도 퍼지 실행 조건에 부합하는 것으로 판단할 수 있다.
시동 직전 차량의 상태가 상기 고농도 퍼지 실행 조건(시동 오프 상태로 차량 제1 시간 이상 방치 및 외기온 제1 온도 이상 조건)에 부합하면, 제어기(14)는 시동 직후 퍼지 제어를 활성화하고 퍼지 제어에 따른 배기가스의 상태로부터 엔진 러프니스 모니터링이 필요한지 판단을 하게 된다(S200). 이 단계에서 제어기(14)는 산소 센서(16)의 센싱 정보를 활용하여 판단을 할 수 있다.
S200 단계에서 제어기(14)는 바람직하게, 시동 직후 활성화되는 퍼지 제어에 따른 배기가스 내 산소의 농도가 제1 설정값 이하이면 엔진 러프니스 모니터링이 필요하다고 판단할 수 있다. 여기서 제1 설정값은 앞서도 언급한 바와 같이, 사전 시뮬레이션 또는 실험을 도출된 실험값으로 설계 과정에서 입력되는 값일 수 있다.
S200 단계에서 엔진 러프니스 모니터링이 필요하다고 판단되면 제어기(14)는 후속 처리로서, 엔진 각 기통의 엔진 러프니스를 검출하고(S300), 이처럼 검출된 엔진 각 기통의 엔진 러프니스를 정해진 시간 주기로 평균하여 전체 기통의 엔진 러프니스 평균값을 계산한다(S400). 예컨대, 엔진 기통이 4기통인 경우, 기통별 엔진러프니스의 합을 4로 나눠 상기 평균값을 도출할 수 있다.
제어기(14)는 이후, 상기 S400 단계에서 도출된 엔진 러프니스 평균값과 각 기통의 엔진 러프니스를 비교하여 연소 불량 기통을 판별한다(S500). S500 단계에서 상기 제어기(14)는 구체적으로, 엔진 러프니스가 상기 엔진 러프니스 평균값에 설정 허용값을 더한 값 이상(엔진 러프니스 ≥ 엔진 러프니스 평균값 + 설정 허용값)인 기통을 연소 불량 기통으로 판정할 수 있다.
예를 들어, 엔진 기통이 4개인 4기통 엔진에서, 1번 기통(연소 순서상 첫 번째로 연소가 이루어지는 기통)의 엔진 러프니스가 전체 기통의 엔진 러프니스 평균값에 상기 설정 허용값을 더한 값 이상(1번 기통 엔진 러프니스 ≥ 엔진 러프니스 평균값 + 설정 허용값)이면, 상기 제어기(14)는 1번 기통을 연소 불량 기통으로 판정할 수 있다.
S500 단계에서 만약, 연소 불량 기통이 없는 것으로 판정(모든 기통의 엔진 러프니스가 엔진 러프니스 평균값 + 설정 허용값보다 작은 경우)되면, 퍼지 제어가 수행되는 동안은 상기 S300 단계 직전으로 돌아가 이후 과정을 반복하고, S500 단계에서 특정 기통이 연소 불량 기통으로 판정되면, 후속조치로서 연소 불량으로 판정된 해당 기통에 분사되는 연료량을 설정 감소분만큼 감소시킨다(S600).
예컨대, 설정 감소분이 0.2%이면, 연소 불량을 판정된 기통에 분사되는 연료량을 목표 연료량 대비 0.2% 감소시킬 수 있다.
연소 불량 기통에 대한 연료량 감소 제어 이후 제어기(14)는, 해당 기통(S500 단계에서 연소 불량으로 판정된 기통)의 엔진 러프니스를 검출하여 상기 엔진 러프니스 평균값과 다시 한번 비교함으로써 해당 기통의 정상 연소 여부를 판단한다(S700). 즉 연료량을 감소시키는 제어 직후 해당 기통의 엔진 러프니스를 엔진 러프니스 평균값과 다시 비교하여 연소 상태가 양호해졌는지 판단한다.
S700 단계에서 제어기(14)는, 상기 연소 불량 기통에 대한 연료량 감소 후 검출되는 해당 기통의 엔진 러프니스가 상기 엔진 러프니스 평균값에 설정 허용값을 더한 값보다 작으면, 즉 '엔진 러프니스(연료량 감소 보정이 이루어진 연소 불량 기통의 엔진 러프니스) < 엔진 러프니스 평균값 + 설정 허용값' 조건을 만족하면 정상 연소로 판단할 수 있다.
다시 말해, 처음 연소 불량 판정을 받은 기통의 엔진 러프니스가 엔진 러프니스 평균값 + 설정 허용값' 조건을 만족할 정도로 엔진 러프니스가 감소되면, 연료량 감소 제어를 통해 해당 기통의 연소 상태가 양호해진 것으로 보고 정상 연소로 판단할 수 있다.
이와는 달리, 상기 연소 불량 기통에 대한 연료량 감소 후 검출되는 해당 기통의 엔진 러프니스가 여전히 상기 엔진 러프니스 평균값에 설정 허용값을 더한 값 이상인 연소 불량 상태이면, 제어기(14)는 직전 S600 단계로 되돌아가 해당 기통에 분사되는 연료량을 상기 설정 감소분만큼 더욱 감소시킨다. 예컨대, 한번 더 해당 기통에 대한 연료 분사량을 목표 연료량 대비 0.2% 더 감소시킨다.
제어기(14)는 S500 단계에서 연소 불량으로 판정된 기통의 엔진 러프니스가 정상 범주(연소 불량으로 판정된 기통의 엔진 러프니스 < 엔진 러프니스 평균값 + 설정 허용값)로 들어올 때까지 상기 S600 단계와 S700 단계를 반복 수행하며, S700 단계에서 해당 기통이 정상 연소로 판정되면, 제어기(14)는 정상 연소로 판정된 시점까지의 연료 감소량을 지정된 메모리에 학습값으로 저장한다(S800).
예를 들어, 상기 설정 감소분이 0.2%로 설정된 상태에서 상기 S600 단계에서 첫 번째 연료량 감소 제어 후 S700 단계에서 해당 기통이 정상 연소로 판정되면, 연료량 감소분인 0.2%를 학습값을 저장하며, 첫 번째 연료량 감소 제어에도 해당 기통이 여전히 연소 불량이고 두 번째 연료량 감소 제어에 따라 비로소 해당 기통이 정상 연소로 전환되면 0.4%를 학습값으로 저장하는 것이다.
연료 감소량에 대한 위와 같은 학습(S800 단계)이 마무리되면 마지막으로, S800 단계에서 학습된 학습값을 고농도 퍼지 제어가 실행되는 동안 해당 기통의 연료 분사 제어에 반영하여 연료 분사량을 조절한다(S900).
이상에서 살펴본 본 발명의 실시 예에 따르면, 연소 불량 기통에 대한 연료 분사량 보정을 통해 고온 환경에 오랜 시간 동안 차량을 방치함에 따라 퍼지가스의 농도가 높아진 상태에서 고농도의 퍼지가스가 특정 기통에 집중됨에 따른 엔진 연소성 악화 및 그로 인한 성능, 출력, 연비 저하 등의 문제를 개선할 수 있으며, 기통별 정밀한 인젝션 제어로 배출가스량 감소 효과도 기대할 수 있다.
이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
1 : 연료 분사량 보정 시스템
10 : 타이머
12 : 외기온 센서
14 : 제어기
16 : 산소 센서
20 : 연료 탱크
30 : 캐니스터(Canister)
40 : 퍼지 밸브
50 : 인젝터
60 : 엔진
140 : 퍼지 실행 조건 판단부
142 : 상황 판단부
144 : 러프니스 도출부
146 : 연소 불량 기통 판별부
148 : 연료량 제어부
149 : 학습값 저장부

Claims (17)

  1. (a) 시동 직전 차량의 상태가 고농도 퍼지 실행 조건에 부합하는지 판단하는 단계;
    (b) 시동 직전 차량의 상태가 상기 고농도 퍼지 실행 조건에 부합하면, 시동 직후 퍼지 제어를 활성화하고 퍼지 제어에 따른 배기가스의 상태로부터 엔진 러프니스 모니터링이 필요한지 판단하는 단계;
    (c) 상기 (b) 단계에서 엔진 러프니스 모니터링이 필요하다고 판단되면, 엔진 각 기통의 엔진 러프니스를 검출하는 단계;
    (d) 검출된 엔진 각 기통의 엔진 러프니스를 정해진 시간 주기로 평균하여 전체 기통의 엔진 러프니스 평균값을 계산하는 단계;
    (e) 상기 (d) 단계에서 도출된 엔진 러프니스 평균값과 각 기통의 엔진 러프니스를 비교하여 연소 불량 기통을 판별하는 단계;
    (f) 연소 불량으로 판정된 연소 불량 기통에 분사되는 연료량을 설정 감소분만큼 감소시키는 단계;
    (g) 상기 (f) 단계에 의한 연료량 감소 후 상기 연소 불량 기통의 엔진 러프니스를 다시 검출하고 상기 엔진 러프니스 평균값과 다시 한번 비교하여 해당 기통의 정상 연소 여부를 판단하는 단계; 및
    (h) 상기 (g) 단계에서 해당 기통이 정상 연소로 판정되면, 상기 (f) 단계에서 감소시킨 연료 감소량을 학습값으로 저장하는 단계;를 포함하고,
    상기 (a) 단계에서는,
    차량이 시동 오프된 시간을 기록하는 타이머에 기록된 시동 오프 시간이 제1 시간 이상이고,
    외기 온도를 검출하는 외기온 센서가 검출한 외기온이 제1 온도 이상이면,
    상기 고농도 퍼지 실행 조건에 부합하는 것으로 판단하는 고농도 퍼지 시 연소 불량 기통에 대한 연료 분사량 보정 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서는,
    퍼지 제어에 따른 배기가스 내 산소의 농도가 제1 설정값 이하이면 엔진 러프니스 모니터링이 필요하다고 판단하는 것을 특징으로 하는 고농도 퍼지 시 연소 불량 기통에 대한 연료 분사량 보정 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 (e) 단계에서는,
    엔진 러프니스가 상기 엔진 러프니스 평균값에 설정 허용값을 더한 값 이상인 기통을 연소 불량 기통으로 판정하는 것을 특징으로 하는 고농도 퍼지 시 연소 불량 기통에 대한 연료 분사량 보정 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 (g) 단계에서는,
    상기 연소 불량 기통에 대한 연료량 감소 후 검출되는 해당 기통의 엔진 러프니스가 상기 엔진 러프니스 평균값에 설정 허용값을 더한 값보다 작으면 정상 연소로 판단하는 것을 특징으로 하는 고농도 퍼지 시 연소 불량 기통에 대한 연료 분사량 보정 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 연소 불량 기통에 대한 연료량 감소 후 검출되는 해당 기통의 엔진 러프니스가 여전히 상기 엔진 러프니스 평균값에 설정 허용값을 더한 값 이상이면, 직전 (f) 단계로 되돌아가 해당 기통에 분사되는 연료량을 상기 설정 감소분만큼 더 감소시키는 것을 특징으로 하는 고농도 퍼지 시 연소 불량 기통에 대한 연료 분사량 보정 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    (i) 상기 (h) 단계에서의 학습값을 고농도 퍼지 제어가 실행되는 동안 해당 기통의 연료 분사 제어에 반영하는 단계(S900);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고농도 퍼지 시 연소 불량 기통에 대한 연료 분사량 보정 방법.
  8. 차량이 시동 오프된 시간을 기록하는 타이머;
    외기 온도를 검출하는 외기온 센서;
    엔진 배기라인에 설치되어 배기가스 중 산소 농도를 검출하는 산소 센서; 및
    엔진의 각 기통에 공급되는 연료의 양을 제어하고, 고농도 퍼지 시 연소 불량 기통을 판별하여 연소 불량으로 판별된 기통에 대한 연료 분사량을 보정하는 제어기;를 포함하며,
    상기 제어기는,
    시동 직전 상기 타이머 및 외기온 센서로부터 수신된 정보를 분석하여 고농도 퍼지 실행 조건에 부합되면 시동 직후 퍼지 제어를 활성화하고,
    퍼지 제어 활성화 후 상기 산소 센서로부터 수신된 정보를 분석하여 연소 불량 기통 판별이 필요한 상황이라고 판단되면, 엔진 각 기통의 엔진 러프니스 및 전체 기통의 엔진 러프니스 평균값을 이용하여 연소 불량 기통을 판별해내고, 연소 불량으로 판별된 기통에 분사되는 연료량을 설정 감소분만큼 감소시키고,
    상기 제어기는,
    시동 직전 상기 타이머 및 외기온 센서로부터 수신된 정보를 분석하여 차량의 상태가 고농도 퍼지 실행 조건에 부합하는지 판단하는 퍼지 실행 조건 판단부;
    상기 실행 조건 판단부가 시동 직전 차량의 상태가 고농도 퍼지 실행 조건에 부합하는 것으로 판단하면, 시동 직후 활성화되는 퍼지 제어에 따른 배기가스의 상태로부터 연소 불량 기통 판별이 필요한 상황인지 판단하는 상황 판단부;
    상기 상황 판단부가 연소 불량 기통 판별이 필요하다고 판단하면, 정해진 시간 동안 엔진 각 기통의 엔진 러프니스를 검출하고, 검출된 엔진 각 기통의 엔진 러프니스를 평균하여 전체 기통의 엔진 러프니스 평균값을 계산하는 러프니스 도출부;
    상기 러프니스 도출부가 도출한 엔진 러프니스 평균값과 각 기통의 엔진 러프니스를 비교하여 연소 불량 기통을 판별하는 연소 불량 기통 판별부;
    상기 연소 불량 기통 판별부에서 연소 불량으로 판정된 연소 불량 기통에 분사되는 연료량을 설정 감소분만큼 감소시키는 연료량 제어부;를 포함하며,
    상기 퍼지 실행 조건 판단부는,
    상기 타이머에 기록된 시동 오프 시간이 제1 시간 이상이고,
    상기 외기온 센서가 검출한 외기온이 제1 온도 이상이면,
    상기 고농도 퍼지 실행 조건에 부합하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 고농도 퍼지 시 연소 불량 기통에 대한 연료 분사량 보정 시스템.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 상황 판단부는,
    퍼지 제어 활성화 후 상기 산소 센서가 검출한 배기가스 내 산소의 농도가 제1 설정값 이하이면 연소 불량 기통 판별이 필요한 상황이라고 판단하는 것을 특징으로 하는 고농도 퍼지 시 연소 불량 기통에 대한 연료 분사량 보정 시스템.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 연소 불량 기통 판별부는,
    엔진 러프니스가 상기 엔진 러프니스 평균값에 설정 허용값을 더한 값 이상인 기통을 연소 불량 기통으로 판정하는 것을 특징으로 하는 고농도 퍼지 시 연소 불량 기통에 대한 연료 분사량 보정 시스템..
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 연소 불량 기통 판별부는,
    상기 연료량 제어부에 의한 연료량 감소 후 검출되는 상기 연소 불량 기통의 엔진 러프니스를 상기 엔진 러프니스 평균값과 다시 비교하여 해당 기통의 정상 연소 여부를 다시 판단하는 것을 특징으로 하는 고농도 퍼지 시 연소 불량 기통에 대한 연료 분사량 보정 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 연소 불량 기통 판별부는,
    연료량 감소 후 검출되는 상기 연소 불량 기통의 엔진 러프니스가 상기 엔진 러프니스 평균값에 설정 허용값을 더한 값보다 작으면 정상 연소로 판단하는 것을 특징으로 하는 고농도 퍼지 시 연소 불량 기통에 대한 연료 분사량 보정 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 연소 불량 기통의 엔진 러프니스가 여전히 상기 엔진 러프니스 평균값에 설정 허용값을 더한 값 이상이면, 상기 연소 불량 기통 판별부는 관련 정보를 연료량 제어부에 전달하고, 관련 정보를 수신한 상기 연료량 제어부는 해당 기통에 분사되는 연료량을 상기 설정 감소분만큼 더 감소시키는 것을 특징으로 하는 고농도 퍼지 시 연소 불량 기통에 대한 연료 분사량 보정 시스템.
  16. 제 13 항에 있어서,
    연료량 감소 후 연소 불량 기통의 연소 상태가 정상 연소로 돌아오면, 상기 연료량 제어부가 감소시킨 연료 감소량을 학습값으로 저장하는 학습값 저장부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고농도 퍼지 시 연소 불량 기통에 대한 연료 분사량 보정 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 학습값 저장부에 저장된 학습값을 상기 연료량 제어부가 고농도 퍼지 제어가 실행되는 동안 해당 기통의 연료 분사 제어에 반영하는 것을 특징으로 하는 고농도 퍼지 시 연소 불량 기통에 대한 연료 분사량 보정 시스템.


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