KR20010059313A - 차량의 엔진 점화시기 제어 방법 - Google Patents

차량의 엔진 점화시기 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 엔진의 운전 조건에 맞게 점화시기를 최적화 하여 엔진 연비를 개선하도록 한 차량의 엔진 점화시기 제어 방법에 관한 것으로,
본 발명은 엔진의 각 실린더를 구별하는 단계와; 상기 단계에서 구별된 각 실린더에서 크랭크각 상사점전 90도/50도에서 엔진의 압축 모터링 압력을 측정하는 단계와; 상기 크랭크각 상사점후 10도에서 엔진의 팽창 모터링 압력을 측정하는 단계와; 상기 크랭크각 상사점후 10 도/ 90 도에서 실연소시 압력을 측정하는 단계와; 상기 크랭크각 상사점후 10 도/ 90 도에서 압력비를 계산하는 단계와; 상기 단계에서 계산된 압력비로 통상 압력비를 계산하는 단계와; 상기 단계에서 계산된 압력비와 임의로 설정된 목표 압력비를 비교하는 단계와; 상기 단계에서 계산된 압력비가 설정된 목표 압력비에 따라 점화시기를 제어하는 단계로 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

차량의 엔진 점화시기 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING AN ENGINE IGNITION TIMMING OF VEHICLE}
본 발명은 차량의 엔진 점화시기 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진의 운전 조건에 맞게 점화시기를 최적화 하여 엔진 연비를 개선하도록 한 차량의 엔진 점화시기 제어 방법에 관한 것이다.
종래 차량의 엔진 제어 장치는 도 1 에 도시한 바와 같이, 엔진(10)과; 상기 엔진(10)의 내부 각 실린더(11)에 압력을 감지하는 압력센서(12)와; 상기 엔진(10)의 회전수를 감지하는 크랭크 각 센서(13)와; 상기 압력센서(12)와 크랭크각 센서(13)에서 감지된 신호를 기 설정된 프로그램에 의하여 엔진을 제어하는 엔진제어장치(14)로 구성하게 된다.
이와 같이 구성된 종래의 엔진 제어 장치는 현재 많은 업계에서 연구 진행중이며, 특히 실린더(11)의 압력센서(12)를 이용함에 있어서 점화시기 최적화를 통한 엔진 연비 개선은 중요한 관점으로 연구 개발되고 있는 실정이다.
현재 많이 제안되고 있는 방법으로 첫째 실시간으로 엔진 연소실 압력을 측정하여 연소실 최고 압력이 나타나는 크랭크 각도를 보통은 상사점후 15도 근방으로 조절한다.
이것은 이론적으로 엔진이 최소 브레이크 토오크 일 경우 최고 압력의 위치는 엔진의 운전 조건/엔진의 종류에 무관하게 거의 일정하다는 사실로 부터 가능해진다.
둘째, 실시간으로 엔진 연소실 압력을 측정하고 압력 데이터로 부터 연소가 50% 진행된 지점(크랭크각)을 찾고, 이점을 보통은 상사점후 7- 8도 로 조절한다.
이것은 이론적으로 엔진이 최소 브레이크 토오크 일 경우 최고 압력의 위치는 엔진의 운전 조건/엔진의 종류에 무관하게 거의 일정하다는 사실로부터 가능해진다.
그러므로 상기 이론적 배경을 살펴 보면, 엔진이 운전중일 경우 크랭크각에 따른 연소실내의 연소 압력은 도 2 에 도시한 바와 같이 압축 과정중에는 폴리트로픽 압축 과정에 의하여 모터링 압력으로 연소실 안의 혼합기의 압력이 결정되고 연소가 진행되면서 연소시 압력으로 연소실내의 혼합기의 압력이 결정된다.
보통의 가솔린 엔진의 연소는 점화시기 이후로 35-90 크랭크각 이내에서 모든 연소 과정을 끝이 나므로 상사점 이후의 연소실 압력은 연소에 의한 압력의 상승은 더 이상 없고 그 이후의 연소실 압력은 모터링과 마찬가지로 즉 모터링 압력과 절대값이 같다는 것이 아니고 압력의 변동을 지배하는 인자, 연소실 체적의 변화가 같다는 의미로 폴리트로필 팽창 과정을 진행한다고 할 수 있다.
따라서 연소에 의한 연소실 압력의 증가는 상사점 90 후 까지로 가정을 해도 충분하다.
상기 모터링 압력은 상기 도 3 에 도시한 바와 같이 순수하게 연소실 체적의 변화에 의해서 결정이 된다.
따라서 압축 과정 중 크랭크각으로 2 포인트(크랭크각으로 상사점전 50 도에서의 연소실 압력(PC 50)과, 상사점전 90 도에서의 연소실 압력(PC 90))에서 압력을 측정하면 전체 모터링 압력의 형태가 정의가 될 수 있고, 마찬가지로 팽창 과정 중에서의 모터링 압력도 압축 과정 중에 측정한 모터링 압력과 같다고 가정해도 거의 일치한다.
상기 2 포인트의 모터링 압력을 이용하여 임의의 크랭크 각에서 모터링 압력을 구하는 관련식은
Pmot(φ) = PC 90 / V (φ)n-------- 1
N = log(PC 90/PC 50) / log (VC 50/VC 90) ----- 2
여기서 Pmot = 모터링 압력, (φ) = 임의의 크랭크 각
N = 폴리트로픽 지수, VC 50/VC 90 = 크랭크각 50/90에서 연소실 체적,
엔진에서 점화시기가 변화하면, 도 4 에 도시한 바와 같이 엔진의 연료 소모율이 변화하며 최소 브레이크 토오크 점화시기일 경우 최적의 연비를 나타낸다.
따라서 엔진을 가능한 한 최소 브레이크 토오크에서 운전이 되도록 해야 한다.
현재는 엔진을 개발하는 과정에서 점화시기는 미리 엔진의 각각의 운전 조건(엔진 회전수/ 스로틀 각도)에 대응하는 값으로 정의가 되어 엔진 제어장치에 저장이 되어 있다.
그러나 같은 엔진이라도 엔진간 편차/같은 엔진에서 실린더간/같은 엔진에서 엔진의 노후화 정도에 따라서 이러한 최소 브레이크 토오크 점화시기는 달라진다.
그래서 엔진에 상관 없이 언제나 최적의 점화시기를 찾는 장치 및 방법이 필요한 실정이다.
그러나 상기 종래의 방법은 엔진의 최적 연비 점화시기를 찾기 위하여 엔진 제어장치(14)에 부담이 너무 크다는 것이다.
즉 실시간으로 엔진 실린더 별로 크랭크각에 따라서 매번 엔진 연소실 압력을 측정하고 계산을 수행해야 하기 때문에 엔진 제어장치에서 측정량과 계산량이 너무 많아진다.
그러므로 상기 엔진 제어장치의 측정 및 계산 부하를 최소화 할 수 있으면서 각각 엔진의 운전 조건에 맞는 최적화 된 점화시기가 요구되고 있는 실정이다.
따라서 본 발명의 목적은 엔진에 상관없이 연소실 압력을 통하여 언제나 점화시기를 최적화 하여 최적의 엔진 연비를 얻을 수 있는 점화시기 제어 방법을 제공하고자 하는데 있다.
도 1은 본 발명에 이용되는 엔진 점화시기 제어 장치의 블록도.
도 2는 본 발명에 이용되는 크랭크각에 따른 연소실 압력 분포 그래프.
도 3은 본 발명에 이용되는 크랭크각에 따른 연소실 모니터링 압력 그래프.
도 4는 본 발명에 이용되는 점화시기에 따른 연료 소모율 그래프.
도 5는 본 발명 차량의 엔진 점화시기 제어 방법에 대한 플로우챠트.
상기의 목적을 실현하기 위하여 본 발명은 엔진의 각 실린더를 구별하는 단계와; 상기 단계에서 구별된 각 실린더에서 크랭크각 상사점전 90도/50도에서 엔진의 압축 모터링 압력을 측정하는 단계와; 상기 크랭크각 상사점후 10도에서 엔진의 팽창 모터링 압력을 측정하는 단계와; 상기 크랭크각 상사점후 10 도/ 90 도에서 실연소시 압력을 측정하는 단계와; 상기 크랭크각 상사점후 10 도/ 90 도에서 압력비를 계산하는 단계와; 상기 단계에서 계산된 압력비로 통상 압력비를 계산하는 단계와; 상기 단계에서 계산된 압력비와 임의로 설정된 목표 압력비를 비교하는 단계와; 상기 단계에서 계산된 압력비가 설정된 목표 압력비에 따라 점화시기를 제어하는 단계로 이루어짐을 특징으로 한다.
그러므로 본 발명에 의하면, 실린더의 압력을 4 가지만 측정하여 엔진의 점화시기를 제어함으로써, 엔진의 운전 조건에 상관없이 언제나 최적의 점화시기에 의한 연비를 개선할 수 있게 된다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부되는 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5 는 본 발명 차량의 엔진 점화시기 제어 방법에 대한 플로우챠트로서, 엔진의 각 실린더를 구별하는 단계(500)와; 상기 단계(500)에서 구별된 각 실린더에서 크랭크각 상사점전 90도 와 50도에서 각각의 엔진 압축 모터링 압력(PC 90/PC 50)을 측정하는 단계(501)와; 상기 각 실린더의 크랭크각 상사점후 10도에서 엔진의 팽창 모터링 압력(Pe10)을 측정하는 단계(502)와; 상기 각 실린더의 크랭크각 상사점후 10 도 와 90 도에서 각각의 엔진 실연소시 압력(Pic 10)(Pic 90)을 측정하는 단계(503)와; 상기 각 실린더의 크랭크각 상사점후 10 도 와 90 도에서 엔진 실연소시 압력(Pic)/팽창 모터링 압력(Pe)으로 각각의 압력비(PR 10)(PR 90)를 계산하는 단계(504)와; 상기 단계(504)에서 계산된 압력비에 대하여 크랭크각 상사점후 10도에 대한 통상 압력비(PRF)를 계산하는 단계(505)와; 상기 단계(505)에서 계산된 통상 압력비와 목표 압력비를 비교 판단하는 단계(506)와; 상기 단계(506)에서 판단된 통상 압력비(PRF)가 목표 압력비 보다 크면 점화시기를 1 도 지각 제어하는 단계(507)와; 상기 단계(506)에서 판단된 통상 압력비(PRF)가 목표 압력비 보다 작으면 점화시기를 1 도 진각 제어하는 단계(508)로 이루어지게 된다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은 엔진에 시동을 걸어 준 상태에서, 엔진 제어장치(14)에서는 엔진(10)의 각 실린더(11)를 압력센서(12)로 구별하게 된다(단계500).
상기 각 실린더(11)를 구별한 상태에서 엔진 제어장치(14)에서는 압력센서(12)를 통해서 각 실린더(11)의 크랭크각 상사점전 90도 와 50도에 대하여 각각의 엔진 압축 모터링 압력(PC 90/ PC 50)을 각각 측정된다(단계501).
이어서 상기 엔진 제어장치(14)에서는 각 실린더에 압력센서(12)를 통해서 크랭크각 상사점후 90도에서 엔진의 팽창 모터링 압력(Pe90)은 엔진 압축 모터링 압력(PC 90)과 같다고 설정한 상태에서 크랭크각 상사점후 10도에 대하여
Pmot(φ) = PC 90 / V (φ)n-------- 1
N = log(PC 90/PC 50) / log (VC 50/VC 90) ----- 2
상기 1, 2 식으로 엔진 압축 모터링 압력(Pe 10)을 측정하게 된다(단계502).
그리고 상기 엔진 제어장치(14)에서는 상기 각 실린더에서 크랭크각 상사점후 10 도 와 90 도에 대하여 상기 식으로 각각의 엔진 실연소시 압력(Pic 10)(Pic 90)을 측정한다(단계503).
상기 각 실린더에서 크랭크각 상사점후 10 도 와 90 도에 대하여 각각의 압력비(PR 10)(PR 90)을 계산하게 되는데, 상기 PR(i) = 엔진 실연소시 압력(Pic(i)) / 팽창 모터링 압력(Pe(i))으로 각각의 압력비(PR 10)(PR 90)를 계산하게 된다(단계504).
그리고 상기 엔진 제어장치(14)에서는 크랭크각 상사점후 10도에 대하여 통상 압력비(PRF)를 계산하게 되는데, 이때 통상 압력비(PRF)는 압력비(PR 10)/ 압력비(PR 90)으로 계산한다(단계505).
상기와 같이 통상 압력비(PRF)에서 계산된 통상 압력비(PRF10)와 목표 압력비 (TPRF 10)를 비교하게 되는데, 이때 상기 통상 압력비(PRF10)와 목표 압력비(TPRF 10)와 일치하는가를 판단하게 된다(단계506).
따라서 상기 계산된 통상 압력비(PRF 10)가 목표 압력비(TPRF 10)와 일치하지 않을 경우 즉 상기 통상 압력비(PRF 10)가 목표 압력비(TPRF 10)보다 크면 점화시기를 1 도 지각 제어하게 된다(단계507).
그러나 상기 계산된 통상 압력비(PRF 10)가 목표 압력비(TPRF 10)보다 작으면 점화시기를 1 도 진각 제어하게 된다(단계508).
반면에 계산된 통상 압력비(PRF 10)가 목표 압력비(TPRF 10)와 일치하게 되면 다시 실린더를 판별하면서 엔진을 운전하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 연소실 압력에 대하여 압축 모터링 압력, 팽창 모터링 압력, 실연소시 압력, 압력비, 통상 압력비만을 측정하여 정확하게 엔진의 최적 연비로 점화시기를 제어할 수 있도록 함으로써, 엔진 제어장치의 측정 및 계산 부하가 줄어들게 되며, 또한 엔진의 운전 조건에 상관없이 언제나 최적 연비를 얻을 수 있게 되는 효과를 제공하게 되는 것이다.

Claims (3)

  1. 엔진의 각 실린더를 구별하는 단계와; 상기 단계에서 구별된 각 실린더에서 크랭크각 상사점전 90도/50도에서 엔진의 압축 모터링 압력을 측정하는 단계와; 상기 크랭크각 상사점후 10도에서 엔진의 팽창 모터링 압력을 측정하는 단계와; 상기 크랭크각 상사점후 10 도/ 90 도에서 실연소시 압력을 측정하는 단계와; 상기 크랭크각 상사점후 10 도/ 90 도에서 압력비를 계산하는 단계와; 상기 단계에서 계산된 압력비로 통상 압력비를 계산하는 단계와; 상기 단계에서 계산된 압력비와 임의로 설정된 목표 압력비를 비교하는 단계와; 상기 단계에서 계산된 압력비가 설정된 목표 압력비에 따라 점화시기를 제어하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 차량의 엔진 점화시기 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 계산된 통상 압력비가 목표 압력비와 일치하지 않을 경우 상기 통상 압력비가 목표 압력비보다 크면 점화시기를 1 도 지각 제어하도록 한 것을 특징으로 하는 차량의 엔진 점화시기 제어 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 계산된 통상 압력비가 목표 압력비 보다 작으면 점화시기를 1 도 진각 제어하도록 한 것을 특징으로 하는 차량의 엔진 점화시기 제어 방법.
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