KR20130017956A - 디젤 차량의 아이들 스로틀 밸브 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스로틀 밸브 제어 방법에 관한 것으로, 주행중 아이들 스로틀 진입 조건을 만족하는지 판단하는 제1단계; 상기 제1단계를 만족하면 목표 공기량 맵을 이용하여 스로틀 밸브를 제어함과 동시에 EGR 맵을 이용하여 EGR 밸브를 제어하는 제2단계; 상기 제2단계 수행 중 아이들 스로틀 해제 조건을 만족하는지 판단하는 제3단계; 상기 제3단계에서 아이들 스로틀 해제 조건을 만족하면 EGR 맵 복귀 조건을 만족하는지 판단하는 제4단계; 를 포함하는 디젤 차량의 아이들 스로틀 밸브 제어 방법을 제공하여, EGR률을 사용자가 원하는 양만큼 사용할 수 있는 자유도가 추가됨으로써, 기존 conventional 방식 대비 연비, 배기가스, 소음의 최적화를 위한 자유도가 향상시킬 수 있다. 또한, EGR 율을 기어 변속(gear shift) 혹은 오버 런(over run) 조건에서 원래 값으로 복귀시킴으로 인해 스로틀 밸브 및 EGR 밸브 천이시 발생하는 발진시 울컥거림 방지 및 발진 소음 개선에 효과가 있다.

Description

디젤 차량의 아이들 스로틀 밸브 제어 방법{CONTROL METHOD FOR IDLE THROTTLE VALVE OF DIESEL VEHICLE}
본 발명은 디젤 차량의 아이들 스로틀 밸브 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아이들 진입시 스로틀 밸브와 EGR 밸브를 목표 공기량 맵과 EGR 맵에 따라 제어함으로써 발진시 울컥거림을 방지하고 발진 소음을 개선할 수 있는 스로틀 밸브 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 디젤 엔진은 가솔린 엔진에 비하여 큰 소음과 진동을 유발하여 보다 정숙하고 조용한 차량을 원하는 소비자의 요구에 부응하지 못하고 있어 디젤 차량의 상품성을 악화시키는 주요 원인이 되고 있다. 디젤 엔진은 가솔린 엔진에 비하여 높은 연비와 실용영역에서 높은 토크를 구현하며, 상대적으로 싼 유류비 등의 장점이 있는 반면, 높은 압축비 및 최대 폭발압력이 커서 큰 소음 및 진동을 유발한다. 디젤 엔진의 소음 진동을 개선하기 위해서는 연소 중 발생하는 폭발 압력의 크기와 연소압력 상승 기울기, 엔진의 구조강도 및 강성, 차량의 전달계 등을 종합적으로 고려하여야 하는데, 이 중 원가 및 중량의 증가 없이 소음 진동의 가진원인인 연소압력을 제어하는 방법이 가장 효과적인 것으로 제시되었다.
국내공개특허 제2007-036231호에는 디젤 엔진 아이들시 스로틀 밸브 차단 조건에 해당하는지 판단하여 쓰로틀 밸브가 100% 오픈되고 EGR 밸브가 온(on) 상태를 유지하는 디젤차량의 스로틀 밸브 제어방법에 관한 것으로, 가속페달 및 차속이 0인지 판단하고 전기부하 오프조건을 만족하는지 판단하여 만족할 경우 스로틀 밸브의 개도량을 설정치만큼 차단하는 것을 특징으로 하는 디젤차량의 스로틀 밸브 제어방법이 개시되어 있는데, 이는 목표 공기량 맵이 없어 쓰로틀 밸브 개도율을 제어하는 듀티를 오픈 루프(OPEN LOOP)로 제어함으로 인해 차량 편차 대응에 불리하다는 문제가 있었다.
본 발명의 실시예들은 디젤 차량의 아이들 소음 및 진동을 개선하기 위해 최대 연소 압력 및 압력 상승 기울기를 저감시키는 것에 관한 것으로 쓰로틀 밸브 제어를 통해 이를 구현하는 모델 기반 공기량 제어시 디젤 차량의 아이들 스로틀 밸브를 제어하는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 주행중 아이들 스로틀 진입 조건을 만족하는지 판단하는 제1단계; 상기 제1단계를 만족하면 목표 공기량 맵을 이용하여 스로틀 밸브를 제어함과 동시에 EGR 맵을 이용하여 EGR 밸브를 제어하는 제2단계; 상기 제2단계 수행 중 아이들 스로틀 해제 조건을 만족하는지 판단하는 제3단계; 상기 제3단계에서 아이들 스로틀 해제 조건을 만족하면 EGR 맵 복귀 조건을 만족하는지 판단하는 제4단계; 를 포함하는 디젤 차량의 아이들 스로틀 밸브 제어 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 상기 진입 조건은 아이들 여부를 판단하는 단계, 환경 조건을 판단하는 단계, 및 기능 개선 조건을 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 상기 아이들 여부의 판단은 차속, 엔진 회전수, 악셀 페달에 의해 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 상기 아이들 여부의 판단은, 차속이 0이하이고, 엔진 회전수가 기설정치보다 작고, 악셀 페달이 0이하인 경우에는 아이들로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 상기 환경 조건 판단 단계는 외기 온도, 냉각수온, 인터쿨러 후단의 온도에 의해 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 상기 환경 조건 판단 단계는 외기 온도가 기설정된 최대값과 최소값 사이에 있고, 냉각수온이 풀 웜 업(full warm up) 조건에서의 온도보다 높고, 인터쿨러 후단의 온도가 기설정된 최대값과 최소값 사이에 있는 경우에 아이들로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 상기 기능 개선 조건 판단은 기어단수, 브레이크 신호 및 터빈 회전수에 따라 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 상기 기능 개선 조건은 기어단수가 N단 또는 P단이고, 브레이크가 작동하고, 터빈 회전수가 기설정된 최대값과 최소값 사이에 있는 경우에 기능이 개선되는 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 상기 스로틀 밸브와 EGR 밸브의 제어는 기설정된 목표 공기량과 EGR률에 따라 스로틀 밸브의 개도율과 EGR 밸브의 개도율에 의해 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 상기 EGR 맵 복귀 조건은 오버런 또는 기어 변속 조건인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 상기 스로틀 밸브 제어시 연료 분사 변수를 소음에 영향을 미치는 조절 인자로서 분사변수맵을 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 EGR Ratio 를 사용자가 원하는 양만큼 사용할 수 있는 자유도가 추가됨으로써, 연비, 배기가스, 소음의 최적화를 위한 자유도가 향상될 수 있다.
또한, EGR 율을 기어 변속(gear shift) 혹은 오버 런(over run) 조건에서 원래 값으로 복귀시킴으로 인해 스로틀 밸브 및 EGR 밸브 천이시 발생하는 발진시 울컥거림 방지 및 발진 소음 개선에 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 모델링 기반으로 공기량을 제어하는 R/S엔진이 탑재된 EMS 상에서 스로틀 밸브 제어를 가능하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 아이들시 스로틀 밸브의 제어 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 아이들시 스로틀 밸브로의 진입 조건을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 아이들시 소음 개선 효과를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스로틀 밸브 제어 전후 연소실 압력을 측정한 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 위주로 설명한다.
이러한 실시예는 본 발명에 따른 일실시예로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현할 수 있으므로, 본 발명의 권리범위는 이하에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 아이들시 스로틀 밸브의 제어 흐름도인데, 본 발명의 실시예에 따른 모델 기반 공기량 제어시 디젤 차량의 아이들 스로틀 밸브를 제어하는 방법은 주행 중 아이들 스로틀 진입 조건을 만족하는지를 판단하고, 상기 진입 조건을 만족하면 스로틀 밸브와 EGR 밸브를 목표 공기량 맵과 EGR 맵을 사용하여 제어를 하고, 제어 도중에 아이들 스로틀 해제 조건을 만족하면 곧 바로 EGR 밸브를 제어하는 것이 아니라 EGR 맵 복귀 조건을 만족하는지를 판단하고 EGR 맵 복귀 조건을 만족한 후에 EGR 밸브를 제어함으로써 초기 발진시 스로틀 밸브와 EGR 밸브 개도 변경으로 인한 차량의 울컥거림을 방지하고 EGR 사용 제한에 따른 초기 발진 소음을 개선할 수 있는 방법이다.
먼저, 아이들 진입 조건을 판단해야 하는데, 이는 아이들 상태를 체크하여 아이들 여부를 판단하는 아이들 여부 판단부(100)와, 환경 조건을 판단하는 환경 조건 판단부(200) 및 기능성 개선을 위한 기능 개선 조건 판단부(300)로 나누어 판단한다. 상기 판단부에서 아이들 진입 조건을 만족하면 스로틀 밸브 스위치(400)를 작동시킨다.
상기 아이들 여부 판단부(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 차속, 엔진 회전수, 악셀 페달 등에 의해 판단되는데, 차속이 0이거나, 엔진 회전수가 기설정치 이하이거나, 악셀 페달이 0%인 경우에 아이들 상태로 판단된다. 상기에서 기설정치는 엔진 상태에 따른 아이들 회전수를 의미한다.
상기 환경 조건 판단부(200)는 외기 온도, 냉각수온, 인터쿨러 후단의 온도 등을 체크하여 판단하는데, 상기 외기 온도는 기설정된 최대값과 최소값의 사이에 있어야 하고, 인터쿨러 후단 온도 역시 기설정된 최소값과 최대값의 사이에 있어야 하며, 냉각수온은 풀 웜업(full warm up) 조건에서의 온도보다 높아야 한다.
또한, 기능 개선 조건 판단부(300)는 기어단수, 브레이크 작동 여부, 터빈 회전수에 기초하여 판단하는데, 기어단이 N단 또는 P단이거나, 브레이크가 작동하고 있거나, 터빈 회전수가 기설정된 최소값과 최대값의 사이에 있는 경우에는 기능 개선이 가능한 것으로 판단한다. 즉, 이에 의하면 스로틀 밸브 제어 진입 및 해제 구간에서 발생하는 발진성을 지연시키거나 갑작스런 밸브 개도 변화에 따른 부작용을 제거할 수 있다.
상기의 진입 조건을 만족하면 스로틀 밸브 제어가 시작된다. 이때, 설정된 목표 공기량과 EGR률을 바탕으로 스로틀 밸브의 개도와 EGR 밸브 개도를 추종하도록 한다.
상기와 같이 아이들 진입 조건을 만족하여 스로틀 밸브를 제어하는 도중 아이들 스로틀 해제 조건을 만족한다면 아이들 스로틀 제어를 해제하고 원래의 목표 공기량으로 복귀한다. 상기 해제 조건은 아이들 상태가 해제되는 것으로 차속이 발생되거나 페달을 밟는 경우 등을 말한다.
상기 해제 조건을 만족하거나 운전자가 가속의지를 나타낼 때, 즉 브레이크 페달 오프(off) 또는 악셀 페달을 밟는 경우 스로틀 밸브는 즉시 열린다. 그러나, 스로틀 밸브 제어시 닫혀 있던 EGR 밸브가 역시 열리게 된다면 순간적으로 공기량을 제어할 수 없는 영역이 생기고 발진시 운전성 측면에서 울컥거림이 발생할 수 있다. 따라서, 이를 방지하기 위하여 스로틀 밸브는 즉시 열리지만 EGR 밸브는 닫힘 상태를 유지하고, EGR 맵 복귀 조건을 만족하는지를 판단한다. 상기 복귀 조건은 오버 런(over run) 또는 기어 변속(gear shift)인 경우를 의미한다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 작동과정에 대하여 설명한다.
먼저, 스로틀 밸브와 EGR 밸브를 제어하기 위하여 엔진의 각종 정보를 수집하여 모델링 계산값을 산출한다. 상기 정보는 엔진 회전수, 공기량, 흡입 공기 온도, 부스트 압력, 스로틀 밸브 개도량, EGR 밸브 개도량 등을 포함한다.
상기 모델링 계산값은 스로틀 밸브의 개도량과 EGR 밸브 개도량이다.
상기 스로틀 밸브의 개도량과 EGR 밸브 개도량은 각각 목표 공기량 맵과 EGR 맵에 의해 제어되는데, 이들 맵은 사용자가 임의로 결정할 수 있으며, 상기 EGR 맵을 변경함으로써 EGR 밸브 개도량을 제한할 수도 있다.
상기 각종 정보에 의해 아이들 진입 조건인지를 판단하는데, 만약 엔진 회전수가 기설정된 아이들 회전수보다 작다면 아이들 상태로 판단하여 스로틀 밸브 스위치(400)가 작동하고, 이에 의해 EGR 맵, 목표 공기량, 스로틀 밸브 최대/최소 개도율이 새로운 맵으로 스위칭되어 스로틀 밸브를 제어를 한다. 이때는 스로틀 밸브를 닫게 된다.
상기 EGR 맵은 스로틀 밸브 제어를 할 때 사용할 EGR량을 결정하게 되는데, 만약 사용자가 EGR량을 전체 공기량 중에서 최대 20%를 사용하겠다고 정의하면 EGR 사용량이 20%인 범위내에서 목표 공기량을 맞추도록 EGR 밸브 개도율의 한계값이 결정된다. 이에 의하여 사용자가 EGR 사용량의 한계를 자유롭게 결정할 수 있게 되며 스로틀 밸브 제어시 연비, EM, 소음의 최적화를 위한 맵핑시 조절 인자로 추가할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 스로틀 밸브 제어가 진행될 때는 소음 개선 효과를 극대화하기 위하여 EGR을 사용하지 않던 것을 연비, 배기가스 측면에서 최적화를 위하여 EGR을 부분적으로 사용하였다.
목표 공기량 및 스로틀 밸브 개도율의 최대/최소값은 스로틀 밸브 제어가 해제되면 원래의 값으로 복귀한다. 그러나, EGR률은 스로틀 밸브 제어가 해제되더라도 초기 발진시의 값을 유지한다.
이후, 스로틀 밸브 해제 조건이 만족되거나 운전자가 가속의지를 보여 페달을 밟는 등의 경우에는 스로틀 밸브는 즉시 풀 오픈(full open)되어 주행에 필요한 공기량을 제공한다. 그러나, EGR 밸브는 닫힌 상태를 유지하는데, 이에 의해 초기 발진시 울컥거리는 현상을 방지할 수 있다.
이후, 오버 런 상태가 되어 EGR 맵 복귀 조건을 만족한다면 EGR 밸브가 열리게 된다. 상기 EGR 맵 복귀 조건에 따라 EGR 밸브가 작동하게 되면 이후의 주행에서 EGR 밸브가 계속하여 작동하게 된다. 상기 EGR 맵 복귀 조건은 스로틀 밸브 제어 해제 조건이 만족되어 운전자가 차량을 가속하고자 할 때 스로틀 밸브와 EGR 밸브의 제어 복귀 시점을 달리하여 스로틀 밸브와 EGR 밸브가 동시에 작동할 때 발생할 수 있는 초기 발진시 울컥거림을 방지하고, EGR 밸브 제어 방식을 EGR 밸브만으로 공기량을 제어하는 방식으로 안전하게 복귀하도록 유도하기 위한 것이다.
즉, 아이들 상태에서 스로틀 밸브를 제어하여 스로틀이 일정량 닫혀 있는 상태에서 브레이크 페달을 오프하고 악셀 페달을 밟아 운전자가 가속의지를 나타낼 때 스로틀 밸브는 즉시 열리나, EGR 밸브가 일정한 시간 간격을 두고 열리게 된다.
상기에서 EGR 해제 조건을 만족하지 않는다면 아이들 스로틀 제어 상태를 계속 유지한다.
또한, 본 발명의 실시예는 스로틀 밸브 제어시 분사 변수 맵을 보정하여 스로틀 밸브 제어를 최적화하는데, 주분사시기, 파일럿 연료량, 파일럿 분사간격, 레일 압력 등의 연료 분사 변수를 연비, 배기가스, 소음의 최적화에 영향을 미치는 조절 인자로 하는 보정맵을 제공할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 아이들시 소음 개선 효과를 나타내는 그래프인데, 도 3의 (a)는 N단에서의 소음 개선 효과를 나타낸 것이고, 도 3의 (b)는 D단에서의 소음 개선 효과를 나타낸 것이다.
도 3의 "A" 및 "B"에서 알 수 있듯이, N단에서는 4dB, D단에서는 6dB 정도가 개선되었음을 알 수 있다.
또한, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스로틀 밸브 제어 전후의 연소실 압력을 측정한 결과를 나타낸 그래프인데, 도 4의 (a)는 개선 전, (b)는 개선 후의 N단의 경우를 도시한 것이고, 도 4의 (c)는 개선 전, (d)는 개선 후의 D단의 경우를 도시한 것이다. 도 4의 (b), (d)에서 알 수 있듯이 개선 전에 비하여 최대 압력과 압력 상승 기울기가 변화한 것을 알 수 있다.
N단의 경우에는 최대 압력이 46.2bar에서 33.0bar로 낮아졌으며, 압력 상승 기울기(dp/dθ)는 2.0에서 1.5로 낮아졌다. 또한, D단의 경우에는 최대 압력이 48.0bar에서 33.7bar로 낮아졌고, 압력상승 기울기는 2.1에서 1.4로 낮아졌다.
상기와 같이 본 발명의 실시예에 따르면 스로틀 밸브 제어를 통해 최대 연소 압력 및 압력 상승 기울기를 저감시킴으로써 디젤 차량의 아이들 소음 및 진동을 개선하였다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
100: 아이들 여부 판단부
200: 환경 조건 판단부
300: 기능 개선 조건 판단부
400: 스로틀 밸브 스위치

Claims (11)

  1. 주행중 아이들 스로틀 진입 조건을 만족하는지 판단하는 제1단계;
    상기 제1단계를 만족하면 목표 공기량 맵을 이용하여 스로틀 밸브를 제어함과 동시에 EGR 맵을 이용하여 EGR 밸브를 제어하는 제2단계;
    상기 제2단계 수행 중 아이들 스로틀 해제 조건을 만족하는지 판단하는 제3단계;
    상기 제3단계에서 아이들 스로틀 해제 조건을 만족하면 EGR 맵 복귀 조건을 만족하는지 판단하는 제4단계;
    를 포함하는 디젤 차량의 아이들 스로틀 밸브 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 진입 조건은 아이들 여부를 판단하는 단계, 환경 조건을 판단하는 단계, 및 기능 개선 조건을 판단하는 단계를 포함하는 디젤 차량의 아이들 스로틀 밸브 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 아이들 여부의 판단은 차속, 엔진 회전수, 악셀 페달에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 디젤 차량의 아이들 스로틀 밸브 제어 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 아이들 여부의 판단은, 차속이 0이하이고, 엔진 회전수가 기설정치보다 작고, 악셀 페달이 0이하인 경우에는 아이들로 판단하는 것을 특징으로 하는 디젤 차량의 아이들 스로틀 밸브 제어 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 환경 조건 판단 단계는 외기 온도, 냉각수온, 인터쿨러 후단의 온도에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 디젤 차량의 아이들 스로틀 밸브 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 환경 조건 판단 단계는 외기 온도가 기설정된 최대값과 최소값 사이에 있고, 냉각수온이 풀 웜 업(full warm up) 조건에서의 온도보다 높고, 인터쿨러 후단의 온도가 기설정된 최대값과 최소값 사이에 있는 경우에 아이들로 판단하는 것을 특징으로 하는 디젤 차량의 아이들 스로틀 밸브 제어 방법.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 기능 개선 조건 판단은 기어단수, 브레이크 신호 및 터빈 회전수에 따라 수행되는 것을 특징으로 하는 디젤 차량의 아이들 스로틀 밸브 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기능 개선 조건은 기어단수가 N단 또는 P단이고, 브레이크가 작동하고, 터빈 회전수가 기설정된 최대값과 최소값 사이에 있는 경우에 기능이 개선되는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 디젤 차량의 아이들 스로틀 밸브 제어 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 스로틀 밸브와 EGR 밸브의 제어는 기설정된 목표 공기량과 EGR률에 따라 스로틀 밸브의 개도율과 EGR 밸브의 개도율에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 디젤 차량의 아이들 스로틀 밸브 제어 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 EGR 맵 복귀 조건은 오버런 또는 기어 변속 조건인 것을 특징으로 하는 디젤 차량의 아이들 스로틀 밸브 제어 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 스로틀 밸브 제어시 연료 분사 변수를 소음에 영향을 미치는 조절 인자로서 분사변수맵을 보정하는 단계를 더 포함하는 디젤 차량의 아이들 스로틀 밸브 제어 방법.
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