KR20110036449A - 엔진의 기통별 공연비 제어장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산소센서에서 검출되는 희박/농후의 배기가스 공연비를 이용하여 각 기통별 공연비 분배성의 차이를 분석 및 학습하고, 학습값을 적용한 각 기통별 인젝터 유량의 강제 조절로 기통별 공연비 분배성의 차이를 최소화시켜 촉매의 정화성능을 향상시키도록 하는 엔진의 기통별 공연비 제어방법이다.

본 발명은 시동 온 상태에서 검출되는 운전정보가 기통별 공연비 분배성 학습조건을 만족하는지 판단하는 과정, 학습조건을 만족하면 #1번 기통의 공연비 농도를 A% 증대 제어하고, 나머지 기통은 이론 공연비 제어를 실행하는 과정, 배기가스의 희박/농후를 분석하여 공연비의 변화가 검출되었는지 판정하는 과정, 배기가스의 공연비 변화가 검출되었으면 기통별 공연비 분배값을 학습 저장하고, #1번 기통을 이론 공연비로 제어하는 과정, 다음 순위의 기통(#2번 기통 ~ #N번 기통) 각각에 대하여 순차적으로 전술한 과정을 반복하여 전체 기통에 대한 공연비 분배성을 분석하고 학습하는 과정, 상기한 절차를 설정횟수 반복하고, 학습된 각 기통별 공연비 학습값를 적용하여 기통별 공연비 차이를 보정하는 과정을 포함한다.

공연비 차이 보정, 공연비 분배성, 촉매 성능, 기통별 학습

Description

엔진의 기통별 공연비 제어장치 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING AIR FUEL RATIO OF EACH CYLINDER FOR ENGINE}

본 발명은 엔진의 공연비 제어장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산소센서를 이용하여 각 기통별 공연비 분배성의 차이를 분석 및 학습하고, 학습값을 적용한 각 기통별 인젝터 유량의 강제 조절로 기통별 공연비 분배성의 차이를 최소화시켜 촉매의 정화성능을 향상시키도록 하는 엔진의 기통별 공연비 제어장치 및 방법에 관한 것이다.

통상적으로, 엔진을 개발하는 과정에서 강화되는 배기가스 규제에 대응하기 위하여 촉매장치의 성능을 최대한으로 유지하여야 하며, 촉매장치의 성능이 최대로 발휘되는 공연비를 윈도우(Window)라고 한다.

그러나, 엔진을 구성하는 인젝터, 연료펌프, 흡기계 부품 등에 공차가 존재하고, 엔진의 노후화에 따라 공연비의 편차가 발생되므로 이를 보상하여 배기가스의 공연비 상태를 이론 공연비인 14.7 : 1의 수준으로 유지하여야 한다.

이론 공연비의 제어를 위해 산소센서가 이용되고 있으며, 산소센서에서 읽은 이론 공연비의 조건은 각 기통의 평균치를 나타내고 있음으로 어느 기통에서 희 박(Lean)/농후(Rich)한 상태로 분배되는지를 알 수 없다.

실험을 통해 측정한 결과 이론 공연비에서 1개의 기통이 3% 희박측으로 벗어날 경우 NOx 에미션은 0.016에서 0.145로 증대됨이 확인되었다.

인젝터의 일반적인 유량편차인 3%에서도 이와 같은 현상이 발생할 수 있음으로 극악 조건에서는 NOx 에미션이 과도하게 배출되어 배기가스 규제에 대응하지 못하는 문제점을 발생시킨다.

이와 같이 종래의 엔진에서는 산소센서의 정보에 따라 전 기통에 대해서는 이론 공연비의 제어가 가능하나, 인젝터의 편차나 흡기계의 분배 문제 등과 같이 기통별 공연비 분배성에 차이가 있는 경우에 대해서는 기통 개별적으로 공연비를 제어하지 못하여 배기가스 규제에 대응하지 못하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 산소센서를 이용하여 각 기통별로 공연비의 희박/농후 정도를 판단하고, 이에 따라 기통별 공연비 분배성의 차이를 분석 학습하며, 학습값을 적용하여 각 기통별 인젝터의 유량을 강제 조정함으로서 배기가스의 공연비 상태를 이론 공연비로 유도시켜 촉매의 정화성능을 향상시키도록 하는 것이다.

상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명의 특징에 따른 엔진의 기통별 공연비 제어장치는,

차량의 제반적인 운전정보를 검출하는 운전정보검출부; 기통별로 농도를 순차적으로 증대 제어하여 공연비의 희박/농후를 판단하여 기통별 공연비 분배성의 차이를 학습하고, 학습값으로 각 기통별 인젝터의 유량을 강제 조정하여 배기가스의 공연비를 이론 공연비로 유도시켜 촉매의 정화성능을 향상시키는 제어부; 상기 제어부에서 학습되는 각 기통별 공연비 차이의 학습값이 저장되는 메모리부; 상기 제어부의 제어에 따라 노즐의 개폐시간 및 개폐량이 조정되어 결정된 연료량을 대응되는 각각의 기통에 분사하는 인젝터를 포함한다.

또한, 본 발명의 특징에 따른 엔진의 기통별 공연비 제어방법은,

시동 온 상태에서 검출되는 운전정보가 기통별 공연비 분배성 학습조건을 만족하는지 판단하는 과정; 학습조건을 만족하면 #1번 기통의 공연비 농도를 A% 증대 제어하고, 나머지 기통은 이론 공연비 제어를 실행하는 과정; 배기가스의 희박/농후를 분석하여 공연비의 변화가 검출되었는지 판정하는 과정; 배기가스의 공연비 변화가 검출되었으면 기통별 공연비 분배값을 학습 저장하고, #1번 기통을 이론 공연비로 제어하는 과정; 다음 순위의 기통(#2번 기통 ~ #N번 기통) 각각에 대하여 순차적으로 전술한 과정을 반복하여 전체 기통에 대한 공연비 분배성을 분석하고 학습하는 과정; 상기한 절차를 설정횟수 반복하고, 학습된 각 기통별 공연비 학습값를 적용하여 기통별 공연비 차이를 보정하는 과정을 포함한다.

전술한 구성에 의하여 본 발명은 각 기통별 공연비 분배성의 편차를 최소화하여 이론 공연비에 근접하도록 유도함으로써, 배기 규제를 만족시키는 촉매 성능 을 제공하는 효과를 기대할 수 있다.

아래에서는 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 기통별 공연비 제어장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명은 운전정보검출부(100), 제어부(200), 메모리부(300), 인젝터(400)를 포함한다.

운전정보검출부(100)는 차량의 다양한 위치에 설치되어 있는 각각의 센서로, 엔진이 시동 온을 유지하는 상태에서 제반적인 운전정보를 검출하여 제어부(200)에 제공한다.

상기 운전정보검출부(100)는 가속페달의 작동에 연동하여 흡입 공기량을 조정하는 스로틀 밸브의 개도율을 검출하는 스로틀 검출부(101)와 변속기의 출력축 회전수로부터 주행 차속을 검출하는 차속검출부(102), 변속레버로 선택되는 변속단을 검출하는 변속단 검출부(103), 촉매의 전방에 설치되어 엔진에서 배출되는 배기가스 공연비의 희박/농후를 검출하는 제1산소센서(104), 촉매의 후방에 설치되어 촉매를 통해 정화된 배기가스 공연비의 희박/농후를 검출하는 제2산소센서(105)를 포함한다.

제어부(200)는 아이들 상태에서 학습조건을 만족하면 #1번 기통의 공연비 농도를 설정량인 A%, 예를 들어 0.5% 증대 제어하여 #1번 기통의 인젝터를 통해 증대된 농도의 연료량을 분사하고, 제1,2산소센서(104)(105)의 신호를 분석하여 이론 공연비에서 어느 정도 벗어나는지를 분석하여 기통별 공연비 차이를 학습하며, 이러한 과정을 모든 기통에 대한 실행한다.

상기 제어부(200)는 #1번 기통에 대하여 공연비의 농도를 A% 증대 제어를 실행하여 학습을 완료하면, 이론 공연비로 제어하고 다음 기통(#2기통 ~ #4기통)에 대하여 공연비 농도의 증대 제어를 순차적으로 실행하며, 이러한 과정을 반복하여 전체 기통에 대하여 기통별 공연비 차이를 학습한다.

상기의 학습은 에러율을 최소화하기 위하여 일정 횟수, 예를 들어 최소 3회 반복한다.

상기 제어부(200)는 상기와 같이 전체 기통에 대하여 공연비 농도를 A% 증대 제어하여 기통별 공연비 차이를 학습하는 과정에서 제1,2산소센서(104)(105)에서 검출되는 전압을 분석하여 배기가스 공연비에 변동이 발생되었는지 판정하며, 공연비 변동이 발생되었으면 기통별 공연비의 분배성이 정상적으로 이루어지고 있는 것으로 판정한다.

그러나, 상기한 바와 같이 기통별 농도 증대 제어가 진행되었으나 배기가스의 공연비 변동이 발생하지 않은 상태이면 기통별 공연비의 분배성이 희박하게 진 행되는 것으로 판정하여 전술한 바와 같은 동일한 방법으로 B%, 예를 들어 0.1%씩 추가로 증대하는 정밀 제어를 반복하여 각 기통별 공연비의 차이를 정밀하게 학습하며, 학습값을 메모리부(300)에 저장하여 각 기통별 공연비 제어에 적용한다.

또한, 상기 제어부(200)는 각 기통별 공연비 차이의 학습이 완료되면 이 값을 적용하여 인젝터의 유량을 강제로 저정함으로써, 촉매의 정화성능을 향상시켜 배기가스 규제를 만족하도록 한다.

메모리부(300)는 상기 제어부(200)에서 학습되는 각 기통별 공연비 차이 제어를 위한 학습값이 저장되어 각 기통별 공연비 제어에 활용될 수 있도록 한다.

인젝터(400)는 엔진의 기통에 대응되어 설치되며, 상기 제어부(200)의 제어에 따라 노즐의 개폐시간 및 개폐량이 조정되어 결정된 연료량을 대응되는 각각의 기통에 분사한다.

전술한 바와 같은 기능이 포함되는 본 발명의 동작은 다음과 같이 실행된다.

본 발명이 적용되는 차량의 엔진이 시동 온을 유지하는 상태에서(S101) 제어부(200)는 차량의 다양한 위치에 설치되는 다수개의 센서로 구성되는 운전정보검출부(100)로부터 제반적인 운전정보를 검출하여(S102), 기통별 공연비 차이 학습조건을 만족하는지 판단한다(S103).

상기 운전정보검출부(100)로부터 검출하는 운전정보는 가속페달의 작동에 따라 연동하는 스로틀 밸브의 개도율, 변속기 출력축의 회전수인 주행 차속, 변속레버로 선택되는 변속단, 촉매의 전방에 설치된 제1산소센서(104)의 전압, 촉매의 후방에 설치된 제2산소센서(105)의 전압 등을 포함한다.

또한, 상기 기통별 공연비 차이 학습조건은 엔진 시동 후 일정시간, 예를 들어 300초가 경과한 상태이고, 가속페달이 팁 아웃(Tip Out)되어 있는 상태로 스로틀 밸브가 닫혀 있는 상태이며, 차량이 정차중인 상태이고, 변속단이 P 혹은 N 레인지에 위치되어 엔진에 부하가 걸리지 않는 상태의 조건을 만족하는 경우이다.

상기 S103의 판단에서 기통별 공연비 차이 학습조건을 만족하면 아이들 상태의 이론 공연비 제어를 유지한다(S104).

이후, #1번 기통의 농도를 현재 제어되는 이론 공연비에서 A%, 예를 들어 0.5% 증대 제어하여 제1인젝터를 통해 #1번 기통에 분사한다(S105).

이때, 나머지 기통들, 4기통 엔진인 경우 #2번 기통 내지 #4번 기통, 6기통 엔진인 경우 #2번 기통 내지 #6번 기통에 대해서는 정상적인 이론 공연비의 연료량 분사를 유지한다.

상기 S105와 같이 #1번 기통의 농도를 A% 증대 제어하는 상태에서 촉매의 전방에 설치되는 제1산소센서(104)에서 출력되는 전압과 촉매의 후방에 설치되는 제2산소센서(105)에서 출력되는 전압을 검출하여(S106) 공연비의 변화가 발생되었는지 판단한다(S107).

예를 들어, 제1산소센서(104)에서 출력되는 전압이 이론 공연비의 전압인 0.45V 이상이고, 제2산소센서(105)에서 출력되는 전압이 이론 공연비의 전압인 0.1V 이상으로 검출되는 경우 공연비의 변화가 발생한 것으로 판정한다.

상기 S107의 판단에서 공연비의 변화가 발생되지 않은 상태이면 기통별 공연비의 분배성이 희박하게 되어 있는 상태로 판정하고, #1번 기통의 농도를 B%씩, 예 를 들어 0.1% 증대 제어하여 점진적으로 공연비 편차를 줄여간다(S108).

상기 S107의 판단에서 공연비의 변화가 발생되었으면 기통별 공연비의 분배성이 양호한 것으로 판정하고(S109), 각 기통별 공연비 학습값을 메모리부(300)에 저장한다(S110).

상기와 같이 #1번 기통에 대한 농도 증대 제어를 통해 공연비 분배성이 양호한 상태로 판정되면 #1번 기통을 이론 공연비의 분사 제어로 환원하고(S111), 다음 기통들에 대하여 순차적으로 상기한 절차를 진행하여 각 기통별 공연비 분배성 분석을 실행한다(S112).

예를 들어, #1번 기통에 대한 농도 증대 제어를 통해 공연비 분배성 분석을 실행한 다음 #1번 기통을 이론 공연비의 분사 제어로 환원하고, #2번 기통을 농도 증대 제어하여 공연비 분배성 분석을 실행하여, 이러한 과정을 반복하여 전체 기통(#1번 기통 → #2번 기통 → # 3번 기통 → #4번 기통)에 대하여 공연비 분배성 분석을 실행한다(S113).

상기한 절차를 통해 전체 기통별 공연비 분배성 분석이 실행되면 실행횟수가 에러율을 최소화하기 위해 설정한 설정 횟수, 예를 들어 3회 반복되었는지 판단한다(S114).

상기 S114의 판단에서 설정횟수 반복되지 않았으면 상기 S105의 과정으로 리턴하여 전술한 절차를 반복하여 기통별 공연비 분배성 분석을 실행한다.

그러나, S114의 판단에서 설정횟수 반복되었으면 분석된 기통별 공연비 학습값을 메모리부(300)에 저장하고, 이를 적용하여 각 인젝터의 유량을 조정하여 각 기통별 공연비의 차이를 보정함으로써 배기규제를 만족시키는 촉매의 성능을 확보하여 준다(S115).

상기한 방법을 적용하여 각 기통별 공연비 분배성을 분석하여 차이를 보정한 실험결과 하기의 표 1과 같이 촉매의 성능, 즉 NOx 에미션이 현저하게 개선됨이 확인되었다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 기통별 공연비 제어장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 기통별 공연비 제어절차를 도시한 흐름도이다.

Claims (11)

1. 차량의 제반적인 운전정보를 검출하는 운전정보검출부;

   기통별로 농도를 순차적으로 증대 제어하여 공연비의 희박/농후를 판단하여 기통별 공연비 분배성의 차이를 학습하고, 학습값으로 각 기통별 인젝터의 유량을 강제 조정하여 배기가스의 공연비를 이론 공연비로 유도시켜 촉매의 정화성능을 향상시키는 제어부;

   상기 제어부에서 학습되는 각 기통별 공연비 차이의 학습값이 저장되는 메모리부;

   상기 제어부의 제어에 따라 노즐의 개폐시간 및 개폐량이 조정되어 결정된 연료량을 대응되는 각각의 기통에 분사하는 인젝터;

   를 포함하는 엔진의 기통별 공연비 제어장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 운전정보검출부는,

   스로틀 밸브의 개도율을 검출하는 스로틀 검출부;

   주행 차속을 검출하는 차속검출부;

   변속레버로 선택되는 변속단을 검출하는 변속단 검출부;

   촉매의 전방에 설치되어 엔진에서 배출되는 배기가스의 희박/농후에 대한 공연비를 검출하는 제1산소센서;

   촉매의 후방에 설치되어 촉매를 통해 정화된 배기가스의 희박/농후에 대한 공연비를 검출하는 제2산소센서;

   를 포함하는 엔진의 기통별 공연비 제어장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제어부는 아이들 상태에서 #1번 기통부터 #N번 기통까지 순차적으로 공연비 농도를 증대 제어한 다음 제1,2산소센서의 희박/농후의 신호를 이용하여 이론 공연비에서 벗어나는 정도에 분석하고, 그에 따라 기통별 공연비 차이를 학습하는 것을 특징으로 하는 엔진의 기통별 공연비 제어장치.
4. 제2항에 있어서,

   상기 제어부는 어느 하나의 기통에 대하여 공연비의 농도를 증대 제어할 때 나머지 다른 기통에 대해서는 이론 공연비 제어를 유지하는 것을 특징으로 하는 엔진의 기통별 공연비 제어장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 제어부는 기통별로 순차적인 공연비의 농도를 증대 제어하여 학습하는 과정에서 배기가스의 공연비 변동이 검출되면 기통별 공연비 분배성이 정상인 것으로 판정하는 것을 특징으로 하는 엔진의 기통별 공연비 제어장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 제어부는 기통별로 공연비 농도를 증대 제어하여 학습하는 과정에서 배기가스의 공연비 변동이 검출되지 않으면 기통별 공연비 분배성이 희박하게 진행되는 것으로 판정하고, 공연비 농도를 B%씩 추가 증대하는 정밀 제어로 각 기통별 공연비의 차이를 정밀 학습하는 것을 특징으로 하는 엔진의 기통별 공연비 제어장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 제어부는 에러율을 감안하여 각 기통별 공연비 분배성의 학습을 설정 횟수 이상 반복하는 것을 특징으로 하는 엔진의 기통별 공연비 제어장치.
8. 시동 온 상태에서 검출되는 운전정보가 기통별 공연비 분배성 학습조건을 만족하는지 판단하는 과정;

   학습조건을 만족하면 #1번 기통의 공연비 농도를 A% 증대 제어하고, 나머지 기통은 이론 공연비 제어를 실행하는 과정;

   배기가스의 희박/농후를 분석하여 공연비의 변화가 검출되었는지 판정하는 과정;

   배기가스의 공연비 변화가 검출되었으면 기통별 공연비 분배값을 학습 저장하고, #1번 기통을 이론 공연비로 제어하는 과정;

   다음 순위의 기통(#2번 기통 ~ #N번 기통) 각각에 대하여 순차적으로 전술한 과정을 반복하여 전체 기통에 대한 공연비 분배성을 분석하고 학습하는 과정;

   상기한 절차를 설정횟수 반복하고, 학습된 각 기통별 공연비 학습값를 적용하여 기통별 공연비 차이를 보정하는 과정;

   을 포함하는 엔진의 기통별 공연비 제어방법.
9. 제8항에 있어서,

   상기 배기가스의 희박/농후의 분석에서 공연비의 변화가 검출되지 않으면 공연비 농도를 설정된 B%씩 증대하는 정밀 제어를 통해 기통별 공연비 분배성을 학습하는 것을 특징으로 하는 엔진의 기통별 공연비 제어방법.
10. 제8항에 있어서,

    상기 기통별 공연비 분배성 학습조건은, 엔진 시동 후 일정시간이 경과한 상태이고, 스로틀 밸브가 닫혀 있는 상태이며, 차량이 정차중인 상태이고, 변속단이 P 혹은 N 레인지에 위치된 조건을 모두 만족하는 것을 설정되는 엔진의 기통별 공연비 제어방법.
11. 제8항에 있어서,

    상기 배기가스의 희박/농후를 분석은 제1,2산소센서의 신호를 이용하여 배기가스 공연비가 이론 공연비에서 벗어나는 정도에 분석하고, 그에 따라 기통별 공연비 차이를 학습하는 것을 특징으로 하는 엔진의 기통별 공연비 제어방법.

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