KR20120047695A

KR20120047695A - Ｃｖｖｌ기구 탑재 엔진간 밸브리프트 편차 보상방법

Info

Publication number: KR20120047695A
Application number: KR1020100109400A
Authority: KR
Inventors: 이준석
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2010-11-04
Filing date: 2010-11-04
Publication date: 2012-05-14
Also published as: US20120116646A1; DE102011052224A1; CN102465769A; DE102011052224B4; CN102465769B; KR101209742B1; US8857409B2

Abstract

본 발명은 기준 공기유량을 계측하는 MAF센서와, 흡기 매니폴드내의 압력 계측을 위한 MAP센서에 의해 밸브리프트 편차를 보상하는 제어방법에 있어서, 밸브리프트 편차 학습을 위한 학습조건을 만족하는지 확인하는 단계; 상기 확인단계 후 MAP 센서에 의해 측정된 값(MAP_MES)과 모델링된 서지탱크의 압력(MAP_MDL)을 비교하는 단계; 상기 MAP_MES값과 MAP_MDL값이 다른 경우에는 밸브리프트를 학습하는 단계; 상기 학습단계 후 기본 밸브리프트 특성에 상기 학습된 밸브리프트 학습량을 보상하여 최종 밸브리프트를 연산하는 단계;를 포함하는 CVVL 기구 탑재 엔진간 밸브리프트 편차 보상방법을 제공하여,
밸브리프트의 편차 학습 값에 의하여 여러 형태의 밸브리프트의 편차 대응이 가능하고, 엔진간 밸브리프트 학습을 통한 흡입 공기 유량의 편차를 최소화하여 동일한 엔진 특성을 확보할 수 있고, CVVL 기구의 엔진의 품질을 향상시킬 수 있다.

Description

ＣＶＶＬ기구 탑재 엔진간 밸브리프트 편차 보상방법{VALVELIFT DEVITION COMPENSATING METHOD FOR CVVL MOUNTED ENGINES}

본 발명은 CVVL 기구 탑재 엔진간 밸브리프트의 편차를 보상하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 MAP센서에 의해 측정된 압력과 모델링된 MAP값을 동일하도록 밸브리프트를 학습한 후 학습량을 보상하여 밸브리프트 편차를 보상하는 방법에 관한 것이다.

종래의 CVVL(Continuous Variable Valve Lift) 기구가 탑재된 엔진에서의 실린더로의 흡입 공기유량의 검출 방식은 MAF 센서(100)에 의해 측정되어 왔다.(도 2 참조) 이는 밸브오버랩(Valve Overlap) 등의 여러 가지 요인에 의해 흡입 공기유량의 변화율이 달라지기 때문에 보정을 해야 한다.

그러나, 상기의 보정에도 불구하고 실제 공기유량과 실린더로 흡입되는 공기유량은 여러가지 요인에 의해 달라질 수 있고, 이는 엔진간 밸브리프트의 편차를 발생시키는 요인이 될 수 있다.

이와 같은 CVVL 기구 탑재 엔진의 밸브리프트의 편차 발생 유형은 도 1에 도시되어 있다. 도 1에서는 밸브리프트에 따른 MAF의 양을 그래프로서 나타낸 것이다. 밸브리프트는 직접측정하는 것이 아니라 컨트롤샤프트의 각도에 의해 간접적으로 측정하는 방법을 취하는데, 도 1의 A는 컨트롤샤프트의 각도 편차에 의한 영향을 나타낸 것이고, 도 1의 B는 밸브리프트 편차에 의한 영향을 나타낸 것이고, 도 1의 C는 컨트롤샤프트의 각도 편차와 밸브리프트의 편차의 동시 발생에 기인하는 복합적 요인에 의한 영향을 나타낸 것이다. 상기의 3종류의 편차는 독립적으로 발생할 수도 있지만 동시에 발생할 수도 있다.

종래에는 내연기관을 탑재한 차량의 개발 방향을 연비 향상 및 배출가스의 저감을 목적으로 진행하면서 내연기관 자체의 개선보다는 보기류 부하 저감을 통한 차량 시스템의 효율 개선에 초점이 맞춰져 있었다. 이를 위해서 CVVL기구 탑재 엔진은 스로틀 개도에 의한 서지탱크의 압력을 밸브 리프트에 의한 흡입 공기유량을 2개의 로드센서 즉, MAF(Mass Air Flow), MAP(Manifold Absolute Pressure) 센서를 기준으로 제어하였다.

그러나, 밸브리프트에 의하여 흡입 공기유량을 정밀하게 제어하기 위해서는 기본적으로 엔진 단체의 실린더 및 엔진간의 공기유량의 편차를 최소화할 수 있도록 CVVL시스템의 하드웨어 측면에서의 공차관리가 필요하며, 추가적으로 허용 공차 내에서 양산되는 엔진간 발생할 수 있는 편차에 대한 보상 로직(Logic)이 요구되는 실정이었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 엔진간 밸브리프트의 편차 보상을 위하여 CVVL 시스템에서 적용하고 있는 MAF센서, MAP센서를 이용하여 MAF에 의해 측정된 공기유량을 기준으로 MAP_MDL과 MAP_MES 차이에 의한 엔진간 밸브리프트의 편차를 학습하여 편차를 보상하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 실시예는 기준 공기유량을 계측하는 MAF센서와, 흡기 매니폴드내의 압력 계측을 위한 MAP센서에 의해 밸브리프트 편차를 보상하는 제어방법에 있어서, 밸브리프트 편차 학습을 위한 학습조건을 만족하는지 확인하는 단계; 상기 확인단계 후 MAP 센서에 의해 측정된 값(MAP_MES)과 모델링된 서지탱크의 압력(MAP_MDL)을 비교하는 단계; 상기 MAP_MES값과 MAP_MDL값이 다른 경우에는 밸브리프트를 학습하는 단계; 상기 학습단계 후 기본 밸브리프트 특성에 상기 학습된 밸브리프트 학습량을 보상하여 최종 밸브리프트를 연산하는 단계; 를 포함하는 CVVL 기구 탑재 엔진간 밸브리프트 편차 보상방법을 제공한다.

본 발명에 따른 실시예의 학습조건은 MAF센서가 정상일 것, 엔진스피드가 정상상태일 것, 흡기 공기유량에 대한 스로틀 피드백 제어를 하지 않은 상태인 것을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 실시예의 밸브리프트를 학습하는 단계는, 체적효율식에 의해 MAP_MDL을 연산하는 단계와, MAP_MDL값을 MAP_MES값에 추종하도록 피드백제어하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 실시예의 체적효율식은, MAF_CYL = MAP*(EFF_VOL_SLOP)-(EFF_VOL_OFS)일 수 있다. 단, 상기 식에서 MAF_CYL는 실린더 내로 흡입되는 공기유랑, MAP는 서지탱크에서 측정된 압력, EFF_VOL_SLOP는 기울기, EFF_VOL_OFS는 절편을 의미한다.

본 발명에 따른 실시예의 피드백제어는 MAP_MES값이 MAP_MDL값보다 작은 경우에는 밸브리프트를 증가시키고, MAP_MES값이 MAP_MDL값보다 큰 경우에는 밸브리프트를 감소시키는 방향으로 변경하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 실시예의 밸브리프트 학습은 밸브리프트와 컨트롤샤프트의 관계에 대한 테이블에 따라 수행될 수 있다.

본 발명에 따른 실시예의 EFF_VOL_SLOP는 밸브리프트가 커질수록 큰 값을 가지고, 밸브리프트가 작을수록 작은 값을 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 실시예는 학습조건을 만족하지 못하거나, MAP_MES값과 MAP_MDL값이 동일한 경우에는 밸브리프트를 기존의 밸브리프트로 하는 것을 특징으로 한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 밸브리프트의 편차 학습 값에 의하여 여러 형태의 밸브리프트의 편차 대응이 가능하고, 엔진간 밸브리프트 학습을 통한 흡입 공기 유량의 편차를 최소화하여 동일한 엔진 특성을 확보할 수 있고, CVVL 기구의 엔진간 양산 편차를 보상하여 품질 강건성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, CVVL 기구의 하드웨어 편차의 변화에 대응 가능한 효과가 있다.

도 1은 CVVL 기구 탑재 엔진의 밸브리프트의 편차 발생 유형의 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 CVVL 기구 탑재 엔진의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실린더로 흡입되는 공기의 흐름을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 체적효율식의 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 밸브리프트의 편차 학습과정을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 밸브리프트의 편차 보상 제어방법의 순서도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 CVVL 기구 탑재 엔진의 개략도로서, 본 발명에서의 MAF 센서(100), MAP 센서(200)의 장착 위치 및 CVVL 시스템의 개략도를 나타낸 것이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실린더로 흡입되는 공기의 흐름을 나타낸 것이다.

본 발명은 엔진간 밸브리프트의 편차를 학습에 의해 보상함으로써 엔진간 동일 특성을 갖도록 하는 편차 보상 제어방법에 관한 것인데, 이는 먼저 흡기 시스템에 장착된 MAF 센서(100)에 의해 흡입 공기유량을 측정하고, 서지탱크(250)의 상부에 장착된 MAP 센서(200)에 의해 흡기 매니폴드의 압력을 측정한 후, 이들 값을 피드백제어함으로써 달성된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 실린더로 흡입되는 공기의 흐름을 나타낸 것인데, 정상상태에서 A 영역의 MAF 센서(100)에서 계측된 공기유량을 기준으로 B 영역의 스로틀(150)을 지나는 공기유량과 C 영역의 실린더로 흡입되는 공기유량에 대한 피드백제어가 가능하다.

이 때, 상기 B 영역에서는 스로틀식(Throttle equation)에 의하여 스로틀(150)의 상류의 압력 및 개도를 피드백 제어하며, C 영역에서는 체적효율식(Volumetric efficiency equation)에 의하여 모델링된 서지탱크(Surge tank)의 압력(이하 "MAP_MDL"이라 함)과 MAP 센서에 의해 측정된 값(이하 "MAP_MES"라 함)과의 관계를 이용하여 밸브리프트의 피드백 제어 및 학습이 가능하다.

상기의 과정 중 본 발명에서는 특히 MAF 센서(100)를 기준으로 하여 상기 체적효율식에 의해 MAP_MDL과 MAP_MES의 차이를 이용하여 보상하는 방법에 관한 것이다.

먼저, 본 발명에 따른 편차 학습조건을 만족하는지를 판단해야 한다.(S510)

상기 편차 학습조건은 MAF센서가 정상적으로 작동할 것, 엔진 스피드가 정상 상태(steady state)일 것, MAF가 정상 상태(steady state)일 것, 냉각수 온도 조건이 설정 값 이내일 것, 흡기 온도 조건이 설정 값 이내일 것, 시동 후 설정 값 이상 경과할 것, 흡입 공기유량에 대한 스로틀 피드백(Throttle Feedback)제어를 하지 않고 있을 것, 엔진간 밸브리프트의 편차가 흡입 공기유량에 많은 영향을 주는 영역을 설정할 것이다.

상기의 엔진간 밸브리프트의 편차가 흡입 공기유량에 많은 영향을 주는 영역을 설정하는 이유는 주행을 많이 하는 영역에서 학습하도록 하기 위함이다.

또한, 스로틀 피드백 제어를 하지 않아야 하는 이유는 후술하는 MAP_MDL과 MAP_MES의 차이를 피드백보정하는 것과 동시에 별도로 스로틀 피드백 제어함으로써 발생되는 혼란을 방지하기 위함이다. 즉, 동일한 공기량 컨트롤을 두 군데서 하게 되어 기준점이 달라질 수 있으므로 밸브리프트에 대해서만 학습을 하도록 하는 것이다.

만약, 상기 학습조건을 만족하지 못하면 최종 밸브리프트는 기존의 밸브리프트와 동일한 값을 갖도록 한다.(S550) 이 때는 학습을 하지 않는 편이 낫기 때문이다. 상기 기존의 밸브리프트는 기본 밸브리프트에 이전에 학습했던 학습량을 보상한 값이다.

상기 학습조건을 모두 만족하면 MAP_MES과 MAP_MDL값을 비교한다.(S520) 밸브리프트 편차에 의하여 모델링된 공기유량과 측정 공기유량간 편차가 발생되는데, 그 결과는 MAP_MDL과 MAP_MES간의 차이로 발생한다.

만약, 상기 MAP_MES값과 MAP_MDL값이 같은 경우에는 밸브리프트는 별도로 학습을 할 필요가 없으므로 기존의 밸브리프트대로 작동되도록 하면 된다.(S550)

그러나, 상기 MAP_MES값이 MAP_MDL값과 다른 경우에는 밸브리프트를 학습하여야 한다.(S530) 학습하는 과정은 MAP_MES값이 MAP_MDL값보다 작은 경우에는 밸브리프트를 증가시키는 방향으로 학습하고, 이와는 반대로 MAP_MES값이 MAP_MDL값보다 큰 경우에는 밸브리프트를 감소시키는 방향으로 학습함으로써 피드백 제어에 의해 MAP_MDL값이 MAP_MES값에 추종되도록 한다.

이는, 밸브리프트가 작을수록 후술하는 체적효율식의 기울기가 작아지고, 이와는 반대로 밸브리프트가 클수록 체적효율식의 기울기가 커지기 때문이다.

상기와 같이 학습을 한 후에는 최종 밸브리프트를 기본 밸브리프트 특성에 상기 학습된 밸브리프트 학습량을 보상하여 최종 밸브리프트를 산정하게 된다.(S540)

그러나, MAP_MDL값과 MAP_MES값이 동일하다면 학습을 할 필요가 없으므로 최종 밸브리프트를 기존의 밸브리프트와 동일하게 하면 된다.(S550)

상기의 학습과정은 체적효율식(Volumetric Efficiency Equation)식을 바탕으로 행해진다. 체적효율이란 실제 실린더 내로 흡입되는 공기유량과 표준 대기상태의 밀도를 갖는 공기의 실린더 행정에 해당하는 흡입 공기유량(Volume Flow Rate)과의 비율이다.

상기의 체적효율식은 다음과 같다.

MAF_CYL = MAP*(EFF_VOL_SLOP)-(EFF_VOL_OFS) ---------------(1)

상기 (1)식에서, MAF_CYL은 실린더 내로 흡입되는 공기유량을 의미하고, MAP는 서지탱크에서 측정된 압력을 의미한다.

EFF_VOL_SLOPE는 기울기를 의미하는데 밸브리프트가 클수록 기울기는 크고, 밸브리프트가 작을수록 기울기도 작다.

EFF_VOL_OFS는 절편을 의미하고, 상기 체적효율식은 서지탱크의 압력(MAP)과 실린더 내로 유입되는 공기유량(MAF_CYL)의 1차 함수의 선형적 관계를 기울기와 절편으로 단순화시킨 것이다.

상기의 체적효율식에 대한 그래프가 도 4에 도시되어 있다. 실선은 모델링된 체적효율선이고, 점선은 실제의 체적효율선이다. 도 4를 살펴보면 동일한 MAF값에 대응하는 MAP값이 서로 다르다는 것을 알 수 있는데, 본 발명에서는 MAP_MDL을 조절하여 MAP_MES값과 동일하게 하는 것이다. 도 4에 예시된 바에 의하면 밸브리프트를 감소시키면 기울기가 작아져 MAP_MDL값을 MAP_MES값과 동일하게 될 것이다.

상기 체적효율식은 정상상태(Steady State)로 구동되는 엔진의 실린더로 유입되는 공기유량(MAF_CYL)과 서지탱크내의 압력(MAP_MES)의 선형 특성을 이용하여 고정된 밸브오버랩에 대한 MAP_MES에 따른 실린더 내의 흡입 공기유량(MAF_CYL)을 계산하여 EFF_VOL_SLOPE(Volumetric Efficiency Slope)와 EFF_VOL_OFS(Volumetric Efficiency Offset)을 결정한다. 이 때, 정상상태에서는 MAF 센서에 의해 측정된 공기유량(110), 스로틀을 통과하는 공기유량(120) 및 실린더 내로 유입되는 공기유량(130)의 크기는 동일하다.

상기에서, EFF_VOL_SLOP와 EFF_VOL_OFS은 기본적으로 엔진 스피드, 흡/배기캠의 위치, 밸브오버랩(Valve overlap) 및 환경 조건 등에 의해 결정된다. 그러나, CVVL 엔진에서는 EFF_VOL_SLOP 과 EFF_VOL_OFS의 결정인자로 밸브리프트가 추가된다.

밸브리프트를 증가시키면 밸브와 밸브시트(Valve seat) 간의 면적 및 캠의 열림 기간의 증가에 의하여 흡입 공기유량은 증가하고, 이와는 반대로 밸브리프트를 감소시키면, 공기유량은 감소하는 경향을 보인다. 이러한 특성을 이용하여, 각 밸브리프트에 대한 EFF_VOL_SLOP 및 EFF_VOL_OFS에 의하여 모델 공기유량(MAF_CYL)이 연산되며, MAF 센서(100)에서 계측된 공기유량에 의하여 피드백 제어된다.

상기의 피드백 제어는 컨트롤샤프트와 밸브리프트의 관계를 테이블화한 밸브리프트 테이블을 변경함으로써 행하여지는데, 상기 밸브리프트 테이블은 컨트롤샤프트의 각도에 따라 밸브리프트 양정을 변화시킴으로써 얻어진 테이블을 의미한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 밸브리프트의 편차 학습과정을 나타낸 그래프인데, MAP_MDL값과 MAP_MES값이 달라 학습 로직이 작동되어 밸브리프트 학습량을 보상함에 따라 MAP_MDL값과 MAP_MES값이 동일해져 학습을 완료하는 것을 나타낸 것이다. 이 때, 밸브리프트는 일정 수준을 유지하였고, 상기 학습 후에는 MAF값에 의해 피드백 제어를 수행하였다.

밸브리프트 테이블의 변경 방향성은 상기에서 설명한 바와 같이, MAP_MES값과 MAP_MDL값을 비교하여 MAP_MDL이 MAP_MES값을 추종하도록 변경함으로써 학습한다. 상기 학습 후에는 최종의 밸브리프트를 기본 밸브리프트에 상기 학습된 밸브리프트 학습량을 보상함으로써 연산한다.(S540)

이와 같이, 체적효율의 차이 발생시에는 밸브리프트 학습 완료 후, MAP_MDL=MAP_MES를 만족하도록 MAP_MDL을 MAP_MES에 피드백 보정하여 엔진 간 밸브리프트의 편차를 학습한다.

상기와 같이, 본 발명에 따른 실시예는 MAP_MDL과 MAP_MES의 차이에 대한 흡입 공기유량의 차이를 연산하고, 흡입 공기유량의 차이가 0이 되도록 즉, MAP_MDL=MAP_MES 조건을 만족하도록 밸브리프트 편차를 제어기를 통해서 연산한다.

상기 연산된 밸브리프트 편차 학습을 밸브리프트 테이블에 적용하여 최종 공기유량 편차를 보상한다.

이렇게 함으로써, 엔진간 밸브리프트의 편차를 보상하여 여러 형태의 밸브리프트의 편차에 대응할 수 있고, 엔진간 밸브리프트의 학습을 통해 흡입 공기유량의 편차를 최소화하여 동일한 엔진 특성을 갖도록 할 수 있는 것이다. 또한, CVVL 기구 탑재 엔진의 편차를 보상함으로써 CVVL 기구 탑재 엔진의 품질을 향상시킬 수 있다.

100: MAF 센서 110: MAF센서에서의 공기유량
120: 스로틀에서의 공기유량 130: 실린더내의 흡입 공기유량
150: 스로틀 200: MAP 센서
250: 서지탱크(Surge tank) 300: CVVL 기구
400: CVVL기구 탑재 엔진

Claims

기준 공기유량을 계측하는 MAF센서와, 흡기 매니폴드내의 압력 계측을 위한 MAP센서에 의해 밸브리프트 편차를 보상하는 제어방법에 있어서,
밸브리프트 편차 학습을 위한 학습조건을 만족하는지 확인하는 단계;
상기 확인단계 후 MAP 센서에 의해 측정된 값(MAP_MES)과 모델링된 서지탱크의 압력(MAP_MDL)을 비교하는 단계;
상기 MAP_MES값과 MAP_MDL값이 다른 경우에는 밸브리프트를 학습하는 단계;
상기 학습단계 후 기본 밸브리프트 특성에 상기 학습된 밸브리프트 학습량을 보상하여 최종 밸브리프트를 연산하는 단계;
를 포함하는 CVVL 기구 탑재 엔진간 밸브리프트 편차 보상방법.
제1항에 있어서,
상기 학습조건은 MAF센서가 정상일 것, 엔진스피드가 정상상태일 것, 흡기 공기유량에 대한 스로틀 피드백 제어를 하지 않은 상태인 것을 포함하는 CVVL 기구 탑재 엔진간 밸브리프트 편차 보상방법.
제1항에 있어서,
상기 밸브리프트를 학습하는 단계는,
체적효율식에 의해 MAP_MDL을 연산하는 단계와, MAP_MDL값을 MAP_MES값에 추종하도록 피드백제어하는 단계를 포함하는 CVVL 기구 탑재 엔진간 밸브리프트 편차 보상방법.
제3항에 있어서,
상기 체적효율식은,
MAF_CYL = MAP*(EFF_VOL_SLOP)(EFF_VOL_OFS)인 CVVL 기구 탑재 엔진간 밸브리프트 편차 보상방법.
단, 상기 식에서 MAF_CYL는 실린더 내로 흡입되는 공기유랑, MAP는 서지탱크에서 측정된 압력, EFF_VOL_SLOP는 기울기, EFF_VOL_OFS는 절편을 의미한다.
제3항에 있어서,
상기 피드백제어는 MAP_MES값이 MAP_MDL값보다 작은 경우에는 밸브리프트를 증가시키고, MAP_MES값이 MAP_MDL값보다 큰 경우에는 밸브리프트를 감소시키는 방향으로 변경하는 CVVL 기구 탑재 엔진간 밸브리프트 편차 보상방법.
제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 밸브리프트 학습은 밸브리프트와 컨트롤샤프트의 관계에 대한 테이블에 따라 수행되는 CVVL 기구 탑재 엔진간 밸브리프트 편차 보상방법.
제4항에 있어서,
상기 EFF_VOL_SLOP는 밸브리프트가 커질수록 큰 값을 가지고, 밸브리프트가 작을수록 작은 값을 가지는 CVVL 기구 탑재 엔진간 밸브리프트 편차 보상방법.
제1항에 있어서,
학습조건을 만족하지 못하거나, MAP_MES값과 MAP_MDL값이 동일한 경우에는 밸브리프트를 기존의 밸브리프트로 하는 CVVL 기구 탑재 엔진간 밸브리프트 편차 보상방법.