KR20040057443A

KR20040057443A - 디젤 차량의 엔진 제어장치 및 방법

Info

Publication number: KR20040057443A
Application number: KR1020020084190A
Authority: KR
Inventors: 박재범
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2004-07-02

Abstract

가변형 터보 차저(Variable Geometry Turbo-charger)를 장착한 커먼 레일 탑재 디젤 엔진에서 운전자의 급가속 의지가 판단되는 경우 터보 레그(Turbo Lag)를 줄여 발진 가속 및 응답성을 향상시키도록 한 것으로,

엔진 회전수의 검출로부터 연료량을 산출하고, 그에 따른 목표 부스트 압력을 산출하는 과정과, 상기 산출된 목표 부스트 압력과 검출되는 현재의 부스트 압력을 비교하여 차이값이 존재하는지를 판단하는 과정과, 상기에서 차이값이 존재하는 것으로 판단되면 목표 부스트 압력에서 현재의 부스트 압력을 차 연산한 값이 설정된 기준값 이상이고, 운전자의 급가속 의지가 검출되는지를 판단하는 과정과, 상기에서 차 연산값이 기준값 이상이 아니거나 운전자의 급가속 의지가 검출되지 않으면 맵 테이블로부터 검출되는 분사시기, 분사압력, 연료량 및 베인 위치를 적용하는 과정과, 상기에서 차 연산값이 기준값 이상이고, 운전자의 급가속 의지가 검출되면 가속 페달의 변위에 따른 급가속 정도에 따라 베인 위치 변경과 분사시기, 분사압력 및 연료량 보정 제어하는 과정을 포함한다.

Description

디젤 차량의 엔진 제어장치 및 방법{ENGINE CONTROLLING SYSTEM OF DIESEL VEHICLE AND METHOD THEREOF}

커먼 레일(Common Rail)을 탑재한 디젤 엔진에 관한 것으로, 더 상세하게는 가변형 터보 차저(Variable Geometry Turbo-charger)를 장착한 커먼 레일 탑재 디젤 엔진에서 운전자의 급가속 의지가 판단되는 경우 터보 레그(Turbo Lag)를 줄여 발진 가속 및 응답성을 향상시키도록 한 디젤 차량에서 엔진 제어장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 디젤 엔진은 가솔린 엔진과 달리 노킹(Knocking)이 발생하지 않아서, 출력 증대의 방법으로 터보 차저(Turbo Charger)를 사용하고 있다.

터보 차저는 엔진 폭발시 발생하는 배기가스의 배기압력과 열에너지로 터빈을 회전시켜 동일 회전축상의 임펠러를 회전시킴으로써, 에어 클리너를 통해 유입되는 공기를 엔진의 연소실속으로 밀어 넣어 주어 흡기 과급을 통해 공기 충진율을 높이게 되며, 이에 따라 엔진의 출력 향상 및 배기가스 저감을 도모하는 장치이다.

이러한 터보 차저를 탑재하여 사용하게 되면 동일 배기량의 엔진에서 공기량을 증대시켜 수십 % 이상의 출력을 증대시킬 수 있으나, 터보 차저의 특성이 배출가스 에너지가 많지 않은 저속, 저부하의 운전 영역에서는 자연 흡기식 엔진의 공기량과 비교하여 많은 양의 공기를 연소실로 불어넣지 못하는 단점, 즉 터보 레그를 발생시킨다.

따라서, 이러한 단점을 개선하기 위하여 가변형 터보 차저가 개발되어 적용되고 있는데, 이는 원하는 부스트 압력(Boost Pressure)을 맞추기 위하여 모든 엔진 회전수 및 부하에 따른 목표 부스트 압력을 설정, 이 목표 부스트 압력을 맞추기 위하여 터보 차저에 장착된 베인의 각도 조절을 통해 터빈으로 유입되는 배기가스의 유로 면적을 가변시켜 터빈에 가해지는 배기가스의 에너지를 변화시킴으로서, 기존의 WGT(Waste Gate Turbo Charger) 대비 고(高)출력화 하고, 동시에 저속에서 토크를 증대시킬 수 있도록 고안된 시스템이다.

상기에서 터빈으로 유입되는 배기가스의 유로 면적을 제어하는 데에는 베인(Vane)등의 회전기구가 이용되며, 회전기구로서의 터빈 특성은 터빈 회전속도로 나타내어 지며, 회전 속도는 엔진에서 터빈으로 유입되는 배기 에너지에 의해 결정되어 진다.

따라서, 저속/저유량의 구간에서는 베인 간의 유로를 좁혀 배기가스의 속도를 증가시켜 에너지 변환이 최대치가 될 수 있도록 하고, 배기 가스의 유량이 증가하는 고속/고유량의 구간에서는 베인 간의 유로를 넓게 하여 목표 출력이 유지될 수 있도록 제어되어 진다.

즉, 현재의 엔진 회전수와 분사되는 연료량에 따라 목표하는 부스트 압력을 설정된 맵 테이블로부터 계산하고, 계산된 목표 부스트 압력을 맞추기 위하여 현재 부스트 압력과의 차이로부터 가변형 터보 차저의 베인 위치를 PI 거버너로 조정하여 준다.

이때, 엔진의 분사시기, 분사압력 및 연료량은 엔진 회전수에 따른 맵으로 설정되어 있으므로, 이 값을 적용하여 엔진의 분사시기, 분사압력 및 연료량을 제어한다.

상기한 바와 같은 가변형 터보 차저를 적용한 디젤 엔진의 경우 WGT 터보 차저를 적용한 디젤 엔진에 비해 초기 발생되는 부스트 압력을 증대시킬 수 있어 발진 가속성을 개선시킬 수 있으나, 터보 차저의 베인을 제외한 엔진 성능 결정의 다른 변수들인 분사시기, 분사압력 및 연료량은 고정된 맵 값으로 결정되어 신속한 부스트 압력을 형성시키는 데에는 한계점을 갖는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 가변형 터보 차저를 장착된 커먼 레일 탑재방식의 디젤 엔진에서 응답성의 향상을 위하여 평상시에는 분사시기, 분사압력 및 연료량을 설정된 맵을 적용하여 제어하고, 운전자가 가속을 위해 페달을 일정 이상 밟고 있으며 현재의 부스트 압력과 목표 부스트 압력간에 일정 이상의 차이가 발생하면 설정된 맵으로부터 추출되는 값에 일정량을 가,감한 분사시기, 분사압력 및 연료량 조정을 적용하도록 한 것이다.

즉, 급가속의 요구로 판단되면 맵에 설정된 분사시기 보다 지각시킴으로써 배기로 나가는 에너지의 양을 증가시켜 부스트 압력을 빠르게 증가시켜 지각에 의해 줄어든 엔진 토크를 보상하기 위한 연료량 증가를 동시에 실시하고, 분사압력을 감소시켜 분사기간을 길게 함으로써, 배기 에너지를 증가시켜 목표 부스트 압력의 도달 시간을 단축하고, 발진 가속 응답성을 향상시키도록 한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 디젤 차량의 엔진 제어장치에 대한 구성 블록도.

도 2는 본 발명에 따른 디젤 차량에서 엔진 제어 수행에 대한 일 실시예의 흐름도.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 가변형 터보 차저가 장착되는 디젤 차량에 있어서, 현재의 엔진 회전수를 검출하는 엔진 회전수 검출부와; 흡입 공기량과 엔진 회전수 및 각종 보정 펙터가 감안되어 산출된 연료의 분사압력을 검출하는 분사압력 검출부와; 터빈에 의해 인테이크 매니폴더로 과급되는 부스트 압력을 검출하는 부스트 압력 검출부와; 가속 페달의 개도 변위를 검출하는 가속페달 검출부와; 운전자의 급가속 의지가 검출되고, 현재의 부스트 압력과 목표 부스트 압력간에 차이가 일정 이상이면 맵으로부터 추출되는 값에 일정량을 가,감한 분사시기, 분사압력 및 연료량 보정값을 적용하고 베인의 위치를 결정 제어하는 제어부를 포함한다.

또한, 본 발명은 엔진 회전수의 검출로부터 연료량을 산출하고, 그에 따른 목표 부스트 압력을 산출하는 과정과; 상기 산출된 목표 부스트 압력과 검출되는 현재의 부스트 압력을 비교하여 차이값이 존재하는지를 판단하는 과정과; 상기에서 차이값이 존재하는 것으로 판단되면 목표 부스트 압력에서 현재의 부스트 압력을차 연산한 값이 설정된 기준값 이상이고, 운전자의 급가속 의지가 검출되는지를 판단하는 과정과; 상기에서 차 연산값이 기준값 이상이 아니거나 운전자의 급가속 의지가 검출되지 않으면 맵 테이블로부터 검출되는 분사시기, 분사압력, 연료량 및 베인 위치를 적용하는 과정과; 상기에서 차 연산값이 기준값 이상이고, 운전자의 급가속 의지가 검출되면 가속 페달의 변위에 따른 급가속 정도에 따라 베인 위치 변경과 분사시기, 분사압력 및 연료량 보정 제어하는 과정을 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 디젤 차량의 엔진 제어장치는, 엔진 회전수 검출부(10)와, 분사압력 검출부(20), 부스트 압력 검출부(30), 가속 페달 검출부(40) 및 제어부(50)로 이루어지는데, 엔진 회전수 검출부(10)는 크랭크 샤프트의 회전수 검출을 통해 현재의 엔진 회전수를 검출하여 그에 대한 정보를 출력한다.

분사압력 검출부(20)는 흡입 공기량과 엔진 회전수 및 각종 보정 펙터가 감안되어 산출된 다음 각각의 연소실에 분사되는 연료량의 분사압력을 검출하여 그에 대한 정보를 출력한다.

부스트 압력 검출부(30)는 터빈에 의해 인테이크 매니폴더(Intake Manifold)로 과급되는 부스트 압력을 검출하여 그에 대한 정보를 출력한다.

가속페달 검출부(40)는 운전자에 의해 구동되는 가속 페달의 개도 변위를 검출하여 그에 대한 정보를 출력한다.

제어부(50)는 평상시의 운행 조건에서는 엔진 회전수에 따른 분사시기, 분사압력 및 연료량을 설정된 맵을 적용하여 제어하고, 운전자가 가속을 위해 페달을 일정 이상 밟고 있으며 현재의 부스트 압력과 목표 부스트 압력간에 일정 이상의 차이가 발생하면 설정된 맵으로부터 추출되는 값에 일정량을 가,감한 분사시기, 분사압력 및 연료량 보정값을 적용하며, 베인의 위치 결정을 통해 신속한 응답성이 제공될 수 있는 제어가 수행되도록 한다.

전술한 바와 같은 기능을 포함하는 본 발명의 구성을 적용하여 엔진 제어를 수행하는 동작에 대하여 설명하면 다음과 같다.

가변형 터보 차저를 장착하고, 커먼 레일을 탑재한 디젤 차량에서, 엔진의 시동이 온을 유지하게 되면 제어부(50)는 현재의 엔진 회전수와 흡입 공기량으로부터 연료량을 산출하고(S101), 산출된 연료량에 대한 목표 부스트 압력을 계산한다(S102).

이후, 인테이크 매니폴더로 과급되는 현재의 부스트 압력과 상기 연료량에 따라 산출된 목표 부스트 압력을 비교하여(S103), 그 차이가 있는지의 여부를 판단한다(S104).

상기에서 현재의 부스트 압력과 연료량에 따라 산출되는 목표 부스트 압력간에 차이가 검출되지 않으면, 현재의 베인 위치를 유지하는 상태에서 맵 테이블에 설정된 분사시기와 분사 압력을 적용하여 현재의 제어 조건을 유지한다(S109).

그러나, 상기 S104의 판단에서 현재의 부스트 압력과 목표 부스트 압력간에 차이가 검출되면 상기 연료량으로부터 산출되는 목표 부스트 압력에서 현재의 부스트 압력을 차 연산하여(S105), 그 결과값이 설정된 기준값 이상을 유지하고 가속 페달 검출부(40)에서 검출되는 가속 페달의 개도 변위가 설정값 이상으로 검출되는지를 판단한다(S106).

상기에서 목표 부스트 압력에서 현재의 부스트 압력을 차 연산한 결과값이 설정된 기준값 이하를 유지하거나 가속 페달의 변위가 설정값 이하를 유지하는 경우 베인 위치 변경없이 맵 테이블로부터 검출되는 분사시기 및 분사압력으로 현재의 엔진 상태를 유지한다(S108).

그러나, 상기에서 목표 부스트 압력에서 현재의 부스트 압력을 차 연산한 결과값이 설정된 기준값 이상을 유지하고, 가속 페달의 개도 변위가 설정값 이상을 유지하는 운전자의 급가속 의지로 판단되면 베인 위치를 변경하고, 상기 맵 테이블로부터 산출되는 분사시기와 분사압력 및 연료량값에 가속 조건에 대한 보정값을 더 포함시켜 연료량과 분사시기 및 분사압력을 조정 제어한다(S107).

즉, 운전자의 급가속 요구로 판단되면 제어부(50)는 분사시기를 맵 테이블에 설정된 분사시가 보다 지각시킴으로써 배기로 나가는 에너지의 양을 증가시켜 부스트 압력을 빠르게 증가되도록 하여 지각에 의해 줄어든 엔진 토크를 보상하기 위한 연료량 증가를 동시에 실시한다.

동시에 분사압력을 감소시켜 분사기간을 길게 함으로써, 배기 에너지를 증가시켜 목표 부스트 압력의 도달 시간을 단축하고, 발진 가속 응답성을 향상시킨다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 가변형 터보 차저가 장착되는 디젤 차량에서 급가속 요구에 따른 연료량 보정과 분사시기 및 분사압력의 보정으로 동력 성능을 향상시키고, 발진 응답성을 향상시켜 차량의 신뢰성을 제공한다.

또한, 이를 통한 엔진의 소형화를 제공하여, 차량의 중량 감소와 이에 따른 연비향상을 제공한다.

Claims

가변형 터보 차저가 장착되는 디젤 차량에 있어서,

현재의 엔진 회전수를 검출하는 엔진 회전수 검출부와;

흡입 공기량과 엔진 회전수 및 각종 보정 펙터가 감안되어 산출된 연료의 분사압력을 검출하는 분사압력 검출부와;

터빈에 의해 인테이크 매니폴더로 과급되는 부스트 압력을 검출하는 부스트 압력 검출부와;

가속 페달의 개도 변위를 검출하는 가속페달 검출부와;

운전자의 급가속 의지가 검출되고, 현재의 부스트 압력과 목표 부스트 압력간에 차이가 일정 이상이면 맵으로부터 추출되는 값에 일정량을 가,감한 분사시기, 분사압력 및 연료량 보정값을 적용하고 베인의 위치를 결정 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 차량의 엔진 제어장치.
제1항에 있어서,

상기 제어부는 평상시의 운행 조건에서는 엔진 회전수에 따른 분사시기, 분사압력, 연료량 및 베인 위치를 설정된 맵을 적용하여 제어하는 것을 특징으로 하는 디젤 차량의 엔진 제어장치.
엔진 회전수의 검출로부터 연료량을 산출하고, 그에 따른 목표 부스트 압력을 산출하는 과정과;

상기 산출된 목표 부스트 압력과 검출되는 현재의 부스트 압력을 비교하여 차이값이 존재하는지를 판단하는 과정과;

상기에서 차이값이 존재하는 것으로 판단되면 목표 부스트 압력에서 현재의 부스트 압력을 차 연산한 값이 설정된 기준값 이상이고, 운전자의 급가속 의지가 검출되는지를 판단하는 과정과;

상기에서 차 연산값이 기준값 이상이 아니거나 운전자의 급가속 의지가 검출되지 않으면 맵 테이블로부터 검출되는 분사시기, 분사압력, 연료량 및 베인 위치를 적용하는 과정과;

상기에서 차 연산값이 기준값 이상이고, 운전자의 급가속 의지가 검출되면 가속 페달의 변위에 따른 급가속 정도에 따라 베인 위치 변경과 분사시기, 분사압력 및 연료량 보정 제어하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 차량의 엔진 제어방법.
제3항에 있어서,

상기에서 연료량에 따라 산출되는 목표 부스트 압력과 현재 부스트 압력간의 차이가 존재하지 않으면 맵 테이블로부터 산출되는 연료량, 분사시기, 분사압력을 적용하여 현재의 제어 조건을 유지하는 것을 특징으로 하는 디젤 차량의 엔진 제어방법.
제3항에 있어서,

상기에서 운전자의 급가속 의지가 판단되는 경우 분사시기를 맵 테이블에 설정된 분사시가 보다 지각시켜 부스트 압력을 빠르게 증가시키고, 연료량을 증가시키며, 분사압력을 감소시켜 분사기간을 길게 제어하는 것을 특징으로 하는 디젤 차량의 엔진 제어방법.