KR20100023582A

KR20100023582A - 가변 형상 터보차저 솔레노이드 밸브 제어 방법

Info

Publication number: KR20100023582A
Application number: KR1020080082433A
Authority: KR
Inventors: 한상동
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2008-08-22
Filing date: 2008-08-22
Publication date: 2010-03-04
Also published as: KR100980958B1

Abstract

본 발명은 VGT 솔레노이드 밸브 제어 방법에 관한 것으로서, EGR 온/오프 동작 유무에 따라 보상 듀티값을 달리 적용하여 출력한다. 본 발명은 목표 부스트압을 형성하기 위한 피드백 제어를 수행하는 폐 루프 영역이고, 현재 주행 상태가 정속 구간이고, 목표 부스트압과 현재의 실제 부스트압과의 차이가 미리 설정한 부스트압 편차 범위 내에 있는지를 판단하는 제1과정과, 상기 폐 루프 영역 및 정속 구간 및 한 부스트압 편차 범위 내의 모든 조건이 충족된 경우에는, VGT 솔레노이드 밸브의 현재 듀티값을 파악하며, RPM 및 연료량에 따른 각각의 솔레노이드 밸브의 듀티값으로 미리 설정한 선제어 맵(pre-control map)에서 현재의 연료량 및 RPM에 해당하는 설정 듀티값을 추출하는 제2과정과, 상기 현재 듀티값과 설정 듀티값의 차이값을 산출한 후, EGR의 온/오프 작동 유무에 따라 상기 차이값을 각각 EGR 온 보상 듀티값, EGR 오프 보상 듀티값으로서 저장하는 제3과정과, PID 듀티값 및 선제어 맵의 설정 듀티값에 추가적으로 EGR의 온/오프 여부에 따라 상기 EGR 온 보상 듀티값, EGR 오프 보상 듀티값을 각각 더하여 최종 제어값으로 출력하는 제4과정을 포함한다.

차량, VGT, 디젤, EGR, RPM, 연료량, 솔레노이드

Description

가변 형상 터보차저 솔레노이드 밸브 제어 방법{Method for controlling VGT solenoid valve}

본 발명은 VGT 솔레노이드 밸브 제어 방법에 관한 것이다.

차량에 대한 가속감, 출력 등에 대한 소비자들의 요구가 증대됨에 따라서 배기가스의 고온, 고압의 에너지를 이용하여 터빈(Turbine)을 구동함으로써 동일축상의 컴프레서(compressor)가 고속으로 회전하여 흡입공기를 압축시켜 엔진실린더로 과급하는 장치로 터보챠저가 사용되고 있고, 종류로는 크게 WGT(Waste Gate Turbo Charger)와 VGT (Variable Geometry Turbo Charger)로 나뉘다.

현재 디젤 차량에서는 고출력 및 저공해 및 저속토크 향상을 위해서 주로 VGT(가변 형상 터보차저)가 널리 적용되고 있다. VGT는 터빈으로 유입되는 배기가스의 통과면적을 가변적으로 운용하여 기존의 WGT에 비하여 고토크/고출력화를 도모함과 동시에 저속 토크 마진을 얻을 수 있다.

도 1은 VGT의 작동상태를 나타낸 것으로서, 저속영역에서는 높은 부스트압을 얻기 위해서 터빈으로 들어가는 베인(vane)을 좁혀 배출가스 에너지를 최대한 이용해서 원하는 부스트압을 형성하도록 하고, 고속영역에서는 저속영역대비 배기 에너 지가 충분하므로, 베인(vane)을 조정해서 불필요한 배압을 줄이고 목표 부스트압을 형성하도록 제어한다.

현재 VGT차량은 배기측의 터빈측 베인(vane)의 각을 제어해서 필요한 부스트압을 형성한다. 베인(vane)의 제어는 크게 진공(vaccum)을 이용한 솔레노이드 밸브 타입과 DC모터 타입으로 구분된다. 대부분의 디젤차량은 원가 측면에서 유리한 솔레노이드 밸브 타입을 채택하고 있다.

VGT 솔레노이드 밸브 제어는 크게 개루프(open loop) 영역과 폐 루프(closed loop) 영역으로 나뉜다. 저속영역 및 저부하 영역에서는 빠른 응답성을 위해서 개 루프(open loop) 영역으로서 동작하고, 그 이외의 영역에서는 폐 루프(closed loop) 영역으로서 동작한다.

도 2는 상기 폐 루프(closed loop) 영역에서의 VGT 솔레노이드 밸브 제어 모습을 도시한 그림으로서, VGT 솔레노이드 밸브 제어는 PID제어를 이용한다. 상기 PID 제어(proportional integral derivative control)는 제어 변수와 기준 입력 사이의 오차에 근거하여 계통의 출력이 기준 전압을 유지하도록 하는 피드백 제어의 일종으로, 비례(Proportional) 제어와 비례 적분(Proportional-Integral) 제어, 비례 미분(Proportional-Derivative) 제어를 조합하여 이루어진다.

즉, 미리 설정된 선제어 맵(pre-control map)에 있는 설정 듀티값에 목표대비 실제 부스트압차를 이용해서 PID 제어를 통한 PID 듀티값을 더하여 최종 제어 값을 산출한다. 여기서, 선제어 맵(pre-control map)은 빠른 응답성 및 VGT 제어를 용이하게 하기 위해서 사용된다.

그런데, 현재의 로직구조는 차량부품편차 즉, VGT 편차, 솔레노이드 편차에 대한 보상이 전혀 없다. 그리고, EGR 작동 유무에 따라서 부스트압이 변하지만 이에 대한 구분이 없어서 EGR 온/오프 작동 유무에 따른 제어 인자도 필요하다. 따라서, 대표차종에서 설정된 선제어 맵(pre-control map)은 다른 차량에서는 다른 부스트압을 형성할 수도 있고, 이로 인하여 오버 부스트(over boost) 및 언더 부스트(under boost)가 발생할 수 있는 문제가 있다.

본 발명은 기존의 VGT 제어 로직에 EGR 온/오프 작동 유무에 따라 학습된 값을 추가하여, 기존의 오버 부스트 및 언더 부스트되는 현상을 방지하고 빠른 응답 성을 얻어 가속감을 향상시키도록 한다.

본 발명은 목표 부스트압을 형성하기 위한 피드백 제어를 수행하는 폐 루프 영역이고, 현재 주행 상태가 정속 구간이고, 목표 부스트압과 현재의 실제 부스트압과의 차이가 미리 설정한 부스트압 편차 범위 내에 있는지를 판단하는 제1과정과, 상기 폐 루프 영역 및 정속 구간 및 한 부스트압 편차 범위 내의 모든 조건이 충족된 경우에는, VGT 솔레노이드 밸브의 현재 듀티값을 파악하며, RPM 및 연료량에 따른 각각의 솔레노이드 밸브의 듀티값으로 미리 설정한 선제어 맵(pre-control map)에서 현재의 연료량 및 RPM에 해당하는 설정 듀티값을 추출하는 제2과정과, 상기 현재 듀티값과 설정 듀티값의 차이값을 산출한 후, EGR의 온/오프 작동 유무에 따라 상기 차이값을 각각 EGR 온 보상 듀티값, EGR 오프 보상 듀티값으로서 저장하는 제3과정과, PID 듀티값 및 선제어 맵의 설정 듀티값에 추가적으로 EGR의 온/오프 여부에 따라 상기 EGR 온 보상 듀티값, EGR 오프 보상 듀티값을 각각 더하여 최종 제어값으로 출력하는 제4과정을 포함한다.

상기 폐 루프 영역은 주행 중 사용되는 연료량이 미리 설정된 연료량 임계치 이상 사용되는 경우임을 특징으로 하며, 상기 정속 구간은 RPM, 연료량, 연료량 변동치가 미리 설정된 각각의 범위 내에 있는 경우임을 특징으로 한다.

상기 정속구간은, RPM이 1500rpm ~ 2500rpm 내에 있어야 하며, 연료량이 15mg ~ 35mg/str 내에 있어야 하며, 초당 변화하는 연료량 변동치가 0mg/str ~ 3mg/str 내에 있는 경우임을 특징으로 한다.

상기 제4과정은, PID 듀티값 및 상기 선제어 맵의 설정 듀티값에 EGR의 온인 경우에는 추가적으로 EGR 온 보상 듀티값을 더하여 최종 제어값으로 출력하고, 반대로, EGR 오프인 경우에는 PID 듀티값 및 선제어 맵의 제어값에 추가적으로 EGR 오프 보상 듀티값을 더하여 최종 제어값으로 출력함을 특징으로 한다.

본 발명은 EGR 온/오프 작동 유무에 따라 학습된 값을 이용하여, 오버 부스트 및 언더 부스트되는 현상을 방지하고 빠른 응답성을 얻어 가속감을 향상시키는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 하기에서 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 폐 루프 영역에서 보상 듀티값을 이용한 VGT 솔레노이드 밸브 제어 모습을 도시한 그림이다.

일반적으로 저속영역 및 저부하 영역은 빠른 응답성을 위해서 개 루프(open loop) 영역으로서 동작하고, 그 이외의 영역은 폐 루프(closed loop) 영역으로서 동작한다.

즉, 개 루프(open loop) 영역에서의 동작은 목표 부스트압에 상관없이 미리 설정된 선제어 맵(pre-control map)에 있는 값을 사용하는 것을 말하며, 폐 루 프(closed loop) 영역에서의 동작은 선제어 맵(pre-control map)의 설정 듀티값에 목표 부스트압을 형성하도록 설정된 PID 듀티값을 더함으로써 최종 제어값으로 출력하는 것을 말한다.

본 발명의 실시 예는 선제어 맵을 이용하여 목표 부스트압을 형성하도록 피드백되는 폐 루프 영역에서, PID 듀티값 및 선제어 맵의 설정 듀티값에 추가적으로 배기가스 재순환 장치인 EGR(Exhaust Gas Recirculation)의 온/오프 여부에 따른 보상 듀티값을 더하여 최종 제어값으로 출력하는 특징을 가진다.

상기 EGR은 배기가스 중의 질소산화물을 저감하는 배기가스 재순환 장치로서 배기가스의 일부를 흡기 계통에 되돌려 혼합기가 연소할 때 최고 온도를 낮게 하여 NOx의 생성량을 적게 한다. 흡기다기관으로 되돌려지는 배기 가스량의 조절은 스로틀 밸브 부근의 부압이나 배기 다기관 내의 배기 압력에 따라 제어되는 EGR 밸브의 온/오프 동작에 의하여 행해진다

한편, 상기에서 EGR(Exhaust Gas Recirculation)의 온/오프 여부에 따른 보상 듀티값은 차량에 따른 부품 편차를 보상할 수 있는 값들이 차량 주행 중에 학습되어 저장된 학습값으로서, 이렇게 차량 주행 중에 학습되어 저장된 보상값은, 선제어 맵을 이용하여 목표 부스트압을 형성하도록 피드백되는 폐 루프 영역에서 사용된다.

폐 루프 영역에서 목표 부스트압을 형성하는데 보상 듀티값을 이용하기 위해서는 정확한 보상 듀티값이 학습 산출되어야 하는데, 이를 위하여 차량의 정속 구간 중에서 EGR 온/오프를 구분해서 목표 부스트압을 형성하기 위한 보상 듀티값이 학습 산출된다. EGR 온/오프 각각의 보상 듀티값의 학습 산출 및 이러한 보상 듀티값이 목표 부스트압에 이루도록 적용되는 과정을 도 4의 플로차트와 함께 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 폐 루프 영역에서 보상 듀티값을 이용한 VGT 솔레노이드 밸브 제어 모습을 도시한 그림이다.

목표 부스트압을 형성하기 위한 피드백 제어를 수행하는 폐 루프 영역(S41)이고, 현재 주행 상태가 정속 구간(S42,S43,S44)이고, 목표 부스트압과 현재의 실제 부스트압과의 차이가 미리 설정한 부스트압 편차 범위 내(S45)에 있는지를 판단한다. 정확한 보상 듀티값을 추출하기 위해 현재의 주행 조건이 원하는 범위 내에 있는지를 판단하는 것이다.

우선, 목표 부스트압을 형성하기 위한 피드백 제어를 수행하기 위한 폐 루프 영역인가 판단(S41)하는 과정을 가진다. 빠른 응답성을 얻기 위한 저속 부하의 개 루프(open loop) 영역과는 달리 고속 부하를 갖는 폐 루프(clolsed loop) 영역에 대한 판단은, 주행 중 사용되는 연료량이 연료량 임계치 이상 사용될 경우 폐 루프 영역으로 판단한다.

주행 중의 연료량이 연료량 임계치 이상으로서 폐 루프 영역으로 판단된 경우에는, 현재의 주행이 정속 구간에 있는지를 판단(S42,S43,S44)한다. 정속구간은 RPM, 연료량, 연료량 변동치가 미리 설정된 각각의 범위 내에 있는지를 판단하는 것으로서, 그 이유는 가속 및 감속 구간 중에 발생할 수 있는 오차를 배제하기 위 함이다.

정속 구간에 있는지 판단하기 위해서는, RPM이 정속 RPM 범위 내(S42)에 있어야 하고, 연료량이 정속 연료량 범위 내(S43)에 있어야 하고, 초당 변화하는 연료량 변동치가 정속 연료량 변동치 범위 내(S44)에 있어야 하는 모든 조건을 만족하여야 한다.

예를 들어, 현재의 RPM은 정속 RPM 범위 내인 1500rpm ~ 2500rpm 내에 있어야 하며, 현재의 연료량은 정속 연료량 범위 내인 15mg ~ 35mg/str 내에 있어야 하며, 초당 변화하는 연료량 변동치는 정속 연료량 변동치 범위 내인 0mg/str ~ 3mg/str 내에 있어야 한다.

상기와 같이 RPM, 연료량, 연료량 변동치가 각각 정속 구간의 조건을 모두 충족시킬 경우에는, 목표 부스트압과 실제 출력되는 실제 부스트압의 차이가 미리 설정된 부스트압 편차 범위 이내에 있는지를 판단(S45)한다.

목표 부스트압과 실제 출력되는 실제 부스트압의 차이가 미리 설정된 부스트압 편차 범위 이내에 있을 경우에는, 상기 모든 조건이 만족된 현재 상태에서의 VGT 솔레노이드 밸브의 듀티값인 현재 듀티값을 파악(S46)한다.

그리고, RPM 및 연료량에 따른 각각의 솔레노이드 밸브의 듀티값으로서 미리 설정한 선제어 맵(pre-control map)에서, 현재의 RPM 및 연료량을 대입하여 미리 설정되어 있는 설정 듀티값을 추출(S47)한다.

그 후, 현재 듀티값과 설정 듀티값의 차이값을 산출(S48)한 후, EGR의 온/오프 작동 유무에 따라서 각기 저장한다. 즉, 현재의 EGR이 온(ON)인지 오프(OFF)인 지 판단(S49)하여 EGR 온(ON)일 경우에는 산출한 차이값을 EGR 온 보상 듀티값으로서 저장(S50)하며, EGR 오프(OFF)일 경우에는 산출한 차이값을 EGR 오프 보상 듀티값으로서 저장(S51)한다. 이때, EGR의 온/오프 작동 유무의 판단은, 예컨대, EGR 듀티가 5% 이하인 경우에는 EGR 오프로 판단하고 그 이상인 경우에는 EGR 온으로 판단한다.

그 후, EGR의 온/오프 작동 유무에 따라 상기 차이값을 각각 EGR 온 보상 듀티값, EGR 오프 보상 듀티값으로서 저장한 상태에서, 폐 루프 영역에서의 VGT 솔레노이드 제어 로직에 상기 EGR 온 보상 듀티값 또는 EGR 오프 보상 듀티값으로서 추가하여 최종 제어값으로 출력(S52)한다.

이는 PID 듀티값 및 선제어 맵의 설정 듀티값에 추가적으로 EGR의 온/오프 여부에 따라 EGR 온 보상 듀티값, EGR 오프 보상 듀티값을 더하여 최종 제어값으로서 출력함을 의미한다.

즉, 도 3에 도시한 바와 같이 PID 듀티값 및 선제어 맵의 설정 듀티값에 EGR의 온인 경우에는 추가적으로 EGR 온 보상 듀티값을 더하여 최종 제어값으로 출력하고, 반대로, EGR 오프인 경우에는 PID 듀티값 및 선제어 맵의 설정 듀티값에 추가적으로 EGR 오프 보상 듀티값을 더하여 최종 제어값으로 출력한다.

상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 본 발명의 특허 범위는 상기 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위뿐 아니라 균등 범위에도 미침은 자명할 것이다.

도 1은 VGT의 작동상태를 나타낸 그림이다.

도 2는 폐 루프(closed loop) 영역에서의 VGT 솔레노이드 밸브 제어 모습을 도시한 그림이다.

Claims

목표 부스트압을 형성하기 위한 피드백 제어를 수행하는 폐 루프 영역이고, 현재 주행 상태가 정속 구간이고, 목표 부스트압과 현재의 실제 부스트압과의 차이가 미리 설정한 부스트압 편차 범위 내에 있는지를 판단하는 제1과정;

상기 폐 루프 영역 및 정속 구간 및 한 부스트압 편차 범위 내의 모든 조건이 충족된 경우에는, VGT 솔레노이드 밸브의 현재 듀티값을 파악하며, RPM 및 연료량에 따른 각각의 솔레노이드 밸브의 듀티값으로 미리 설정한 선제어 맵(pre-control map)에서 현재의 연료량 및 RPM에 해당하는 설정 듀티값을 추출하는 제2과정;

상기 현재 듀티값과 설정 듀티값의 차이값을 산출한 후, EGR의 온/오프 작동 유무에 따라 상기 차이값을 각각 EGR 온 보상 듀티값, EGR 오프 보상 듀티값으로서 저장하는 제3과정;

PID 듀티값 및 선제어 맵의 설정 듀티값에 추가적으로 EGR의 온/오프 여부에 따라 상기 EGR 온 보상 듀티값, EGR 오프 보상 듀티값을 각각 더하여 최종 제어값으로 출력하는 제4과정

을 포함하는 VGT 솔레노이드 밸브 제어 방법.
제1항에 있어서, 상기 폐 루프 영역은 주행 중 사용되는 연료량이 미리 설정된 연료량 임계치 이상 사용되는 경우임을 특징으로 하는 VGT 솔레노이드 밸브 제 어 방법.
제1항에 있어서, 상기 정속 구간은 RPM, 연료량, 연료량 변동치가 미리 설정된 각각의 범위 내에 있는 경우임을 특징으로 하는 VGT 솔레노이드 밸브 제어 방법.
제3항에 있어서, 상기 정속구간은, RPM이 1500rpm ~ 2500rpm 내에 있어야 하며, 연료량이 15mg ~ 35mg/str 내에 있어야 하며, 초당 변화하는 연료량 변동치가 0mg/str ~ 3mg/str 내에 있는 경우임을 특징으로 하는 VGT 솔레노이드 밸브 제어 방법.
제1항에 있어서, 제4과정은, PID 듀티값 및 상기 선제어 맵의 설정 듀티값에 EGR의 온인 경우에는 추가적으로 EGR 온 보상 듀티값을 더하여 최종 제어값으로 출력하고, 반대로, EGR 오프인 경우에는 PID 듀티값 및 선제어 맵의 제어값에 추가적으로 EGR 오프 보상 듀티값을 더하여 최종 제어값으로 출력하는 VGT 솔레노이드 밸브 제어 방법.