KR20150069931A

KR20150069931A - Mpi엔진의 시동 제어장치 및 방법

Info

Publication number: KR20150069931A
Application number: KR1020130156672A
Authority: KR
Inventors: 구본창
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2013-12-16
Filing date: 2013-12-16
Publication date: 2015-06-24

Abstract

본 발명은 MPI엔진이 아이들 정지 후 재시동이 요구될 때 시동 시간 단축과 시동 소음의 개선을 제공하는 기술이 개시된다.
본 발명은 운전정보가 아이들 정지 조건을 만족하는지 판정하는 과정; 아이들 정지 조건을 만족하면 크랭크축의 각도를 검출하여 TDC에 근접하는 실린더를 판별하는 과정; TDC에 근접 실린더의 흡입행정에서 흡기포트에 연료분사를 실행하고, 압축행정에서 아이들 정지를 실행하는 과정; 아이들 정지상태에서 재시동 조건을 만족하는지 판정하는 과정; 재시동 조건이 만족되면 흡기포트에 연료가 분사된 TDC에 근접하는 실린더의 압축행정에서 불꽃점화를 제어하여 재시동을 실행하는 과정을 포함한다.

Description

MPI엔진의 시동 제어장치 및 방법{STARTING CONTROL SYSTEM FOR MULTI POINT INJECTION ENGINE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 MPI(Multi Point Injection)엔진의 시동 제어장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 MPI엔진이 아이들 정지 후 재시동이 요구될 때 시동 시간 단축과 시동 소음의 개선이 제공될 수 있도록 하는 MPI엔진의 시동 제어장치 및 방법에 관한 것이다.

차량에 대한 끊임없는 연비 향상의 요구와 각 나라별 배출가스 규제의 강화에 따라 친환경 차량에 대한 요구가 증가하고 있으며, 이에 대한 현실적인 대안으로 ISG장치의 장착이 확대되고 있는 추세이다.

ISG장치는 차량의 차속, 엔진회전속도, 냉각수 온도, 가속페달의 팁인/팁 아웃, 브레이크 페달의 온/오프 등의 정보를 입력받아 차량이 정지되고, 엔진이 일정시간 이상 아이들(공회전) 상태를 유지하는 경우 엔진을 정지시켜(Idle Stop) 연비 향상이 제공될 수 있도록 한다.

그리고, 엔진이 아이들 정지된 상태에서 운전자의 발진의지 혹은 차량의 상태가 엔진 재시동 조건을 만족하면 엔진을 재시동시켜 운행이 가능하도록 한다.

상기 ISG장치는 소형 일부의 차종에만 적용되고 있으나 점차 적용 폭이 확대되고 있으며, 기본기능으로 탑재되도록 추진되고 있다.

즉, ISG장치는 운행 중 신호대기 등으로 인해 정차하여 엔진이 아이들 상태를 유지하면 아이들 정지를 실행하고, 가속페달의 작동 등 운전자의 출발 의지가 검출되면 엔진을 재시동시켜 실제 연비모드에서 대략 5 ~ 15% 정도의 연비 개선 효과를 제공할 수 있다.

통상적으로 차량에는 동급 엔진에 비하여 높은 출력과 연비를 제공하기 위해 GDI엔진 혹은 진동과 소음이 적고, 내구성이 우수한 MPI엔진 중 어느 하나가 장착된다.

상기 GDI엔진은 실린더 내에 직접 연료를 분사하는 방식으로 흡입행정에서 연료의 분사가 필요 없는 시스템으로 엔진이 아이들 정지된 상태에서 재시동이 실행될 때 TDC(Top Dead Center)에 근접하는 실린더를 판별한 후 해당 실린더의 압축행정에서 연료를 분사하여도 시동성에 문제가 발생되지 않는다.

그러나, MPI엔진은 실린더 내에 직접 연료를 분사하는 것이 아니라 흡기포트에 연료를 분사방식으로 흡입행정 중에 연료를 분사하여 공기와 연료의 혼합기를 형성한 다음 실린더에 공급하여 연소하는 방식이다.

상기 MPI엔진은 시동 오프시 흡입행정이 진행되는 실린더의 흡기포트에 연료 분사가 완료되어야 재시동이 가능하다.

따라서, 종래의 MPI엔진은 아이들 정지 상태에서 재시동이 실행될 때 연료분사 제어 및 점화시기 제어를 위한 실린더의 판별이 늦어져 시동시간의 지연이 발생되고, 시동지연 시간은 운전자에게 불안감을 제공하는 문제점을 발생시킨다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하고자 개발된 것으로, 그 목적은 MPI엔진이 아이들 정지 상태에서 재시동이 실행될 때 시동 시간의 단축과 시동 소음의 개선을 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예에 따르는 특징은 전반적인 운행정보를 검출하는 운전정보검출부; 엔진 재시동에서 엔진 크랭킹을 실행하는 ISG장치; 흡입행정이 진행되는 실린더의 흡기포트에 연료를 분사하는 연료분사장치; 압축행정이 실행되는 실린더에 불꽃점화를 제공하는 점화장치; 운전정보에 따라 아이들 정지 및 재시동을 제어하는 제어부를 포함하고,

상기 제어부는 아이들 정지 조건이 만족되면 TDC에 근접하는 실린더를 판별하여 흡입행정에서 흡기포트에 연료분사를 실행하고, 압축행정에서 아이들 정지를 실행하며, 엔진 재시동 조건이 만족되면 상기 흡기포트에 연료분사가 실행된 TDC에 근접하는 실린더의 압축행정에서 불꽃점화를 제어하여 엔진 재시동을 실행시키는 MPI엔진의 시동 제어장치가 제공된다.

상기 운전정보검출부는 엔진RPM을 검출하는 엔진RPM검출부; 주행 차속을 검출하는 차속검출부; 가속페달의 팁 인/팁 아웃을 검출하는 가속페달검출부; 브레이크 페달의 작동 온/오프를 검출하는 브레이크검출부; 크랭크 축의 각도 변화를 검출하는 크랭크 각 검출부; 배터리의 충전상태를 검출하는 배터리검출부; 냉각수의 온도를 검출하는 냉각수온검출부를 포함할 수 있다.

상기 제어부는 브레이크 페달이 작동 온이고, 차속이 검출되지 않는 정지 상태이며, 엔진RPM이 아이들 상태이고, 냉각수의 온도가 충분한 웜업이 이루어진 상태이며, 가속페달이 팁 아웃 상태이며, 배터리의 충전상태가 기준전압 이상인 조건을 모두 만족할 때 아이들 정지 진입조건으로 판정할 수 있다.

상기 제어부는 브레이크 페달의 오프와 동시 가속페달의 팁 인으로 출발 의지가 검출되는 경우, 배터리의 충전상태가 설정된 기준 전압 이하로 떨어지는 경우, 차속 변화가 기준속도 이상 경우 중 어느 하나 이상을 만족할 때 재시동 조건으로 판정할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르는 특징은 운전정보가 아이들 정지 조건을 만족하는지 판정하는 과정; 아이들 정지 조건을 만족하면 크랭크축의 각도를 검출하여 TDC에 근접하는 실린더를 판별하는 과정; 상기 판별된 TDC에 근접 실린더의 흡입행정에서 흡기포트에 연료분사를 실행하고, 압축행정에서 아이들 정지를 실행하는 과정; 아이들 정지상태에서 재시동 조건을 만족하는지 판정하는 과정; 재시동 조건이 만족되면 상기 흡기포트에 연료가 분사된 TDC에 근접하는 실린더의 압축행정에서 불꽃점화를 제어하여 재시동을 실행하는 과정을 포함하는 MPI엔진의 시동 제어방법이 제공된다.

상기 아이들 정지 조건은 브레이크 페달 작동 온, 정지 상태, 아이들 상태, 가속페달 팁 아웃, 웜업 완료, 배터리 충전상태 기준전압 이상인 조건을 모두를 만족하는 것으로 설정될 수 있다.

상기 재시동 조건은 팁 인에 따른 출발 의지가 검출되는 경우, 배터리 충전상태가 기준 전압 이하인 경우, 차속 변화가 기준속도 이상 경우 중 어느 하나 이상을 만족하는 것으로 설정될 수 있다.

이와 같이 본 발명은 포트 분사를 실행하는 MPI엔진이 아이들 정지 상태에서 재시동이 실행될 때 시동시간을 단축시킴으로써, 시동 지연감을 개선시키고 소음 발생을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 MPI엔진의 시동 제어장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 MPI엔진의 시동 제어절차를 도시한 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 부여한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성은 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 MPI엔진의 시동 제어장치를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명은 운전정보검출부(100)와 제어부(200), 연료분사장치(300), 점화장치(400) 및 ISG장치(500)를 포함한다.

운전정보검출부(100)는 MPI엔진이 탑재된 차량의 운행에 따른 엔진RPM, 차속, 가속페달의 팁인/팁 아웃, 브레이크 페달의 온/오프, 크랭크축의 각도 등을 포함하는 전반적인 운전정보를 검출하여 전기적 신호로 제어부(200)에 제공한다.

상기 운전정보검출부(100)는 엔진RPM을 검출하는 엔진RPM검출부(101), 변속기의 출력축 회전수로부터 주행 차속을 검출하는 차속검출부(102), 운전자에 의해 작동되는 가속페달의 팁인/팁 아웃을 검출하는 가속페달검출부(103), 브레이크 페달의 작동 온/오프를 검출하는 브레이크검출부(104), 크랭크 축의 각도 변화를 검출하는 크랭크 각 검출부(105)를 포함한다.

상기 운전정보검출부(100)에는 상기한 구성 이외에 배터리의 충전상태(SOC)를 검출하는 배터리검출부, 엔진을 순환하는 냉각수의 온도를 검출하는 냉각수온 검출부, 시프트 레버로 선택되는 변속단을 검출하는 변속단검출부 등이 더 포함될 수 있다.

제어부(200)는 상기 운전정보검출부(100)에서 제공되는 정보에 따라 연료분사와 불꽃 점화 및 크랭킹을 제어하여 아이들 정지 혹은 엔진 재시동을 실행한다.

상기 제어부(200)는 상기 운전정보검출부(100)에서 제공되는 정보를 분석하여 아이들 정지 조건을 만족하면 크랭크 각도를 검출하여 TDC에 근접하는 실린더를 판별한다.

상기 아이들 정지 조건은 브레이크 페달이 작동 온이고, 차속이 검출되지 않는 정지 상태이며, 엔진RPM이 아이들 상태이고, 냉각수의 온도가 충분한 웜업이 이루어진 상태이며, 가속페달이 팁 아웃을 유지하는 조건을 모두 만족할 때 아이들 정지 진입조건으로 판정할 수 있다.

상기 제어부(200)는 아이들 정지 조건에서 TDC에 근접하는 실린더가 판별되면 판별된 실린더의 흡입행정에서 해당 실린더의 흡기포트에 연료분사를 실행한다.

상기 제어부(200)는 TDC에 근접하는 실린더의 흡입행정에서 해당 실린더의 흡기포트에 연료분사가 실행되면 해당 실린더의 압축행정에서 엔진을 정지시켜 아이들 정지를 실행한다.

상기 제어부(200)는 아이들 정지 상태에서 상기 운전정보검출부(100)에서 제공되는 정보를 분석하여 재시동 조건을 만족하면 ISG장치(500)를 통해 엔진 크랭킹을 실행하고, 상기 흡입행정에서 흡기포트에 연료를 분사시킨 TDC에 근접하는 실린더의 압축행정에서 불꽃 점화를 제공하여 엔진 재시동을 실행시킨다.

상기 재시동 조건은 브레이크 페달의 오프와 동시 가속페달의 팁 인으로 출발 의지가 검출되는 경우, 배터리의 충전상태(SOC)가 설정된 기준 전압 이하로 떨어지는 경우, 차속 변화가 기준속도 이상 경우 중 어느 하나 이상을 만족할 때 재시동 조건으로 판정할 수 있다.

상기 제어부(200)는 상기한 절차로 엔진을 재시동하는 상태에서 엔진회전수를 검출하여 설정된 기준회전수, 예를 들어 350RPM 내지 500RPM을 초과하면 시동 완료로 판정하여 시동 제어를 해제한다.

연료분사장치(300)는 MPI엔진을 구성하는 실린더의 흡기포트에 각각 장착되는 인젝터로, 상기 제어부(200)의 제어에 따라 흡입행정이 진행되는 실린더에 산출된 연료량을 분사한다.

점화장치(400)는 제어부(200)의 제어에 따라 압축행정이 진행되는 실린더에 불꽃 점화를 제공한다.

ISG장치(500)는 상기 제어부(200)의 제어에 따라 전동기 및 발전기로 동작되며, 엔진 재시동 조건에서 전동기로 동작되어 엔진 시동을 위한 크랭킹을 제공하고, 배터리의 충전이 필요한 조건에서 발전기로 동작되어 배터리의 충전을 제공한다.

전술한 바와 같은 기능을 포함하는 본 발명의 동작은 다음과 같다.

본 발명이 적용되는 MPI엔진 장착되는 차량이 운행되면 제어부(200)는 엔진RPM, 주행 차속, 가속페달의 팁인/팁 아웃, 브레이크 페달의 온/오프, 배터리의 충전상태, 냉각수의 온도 등을 포함하는 운전정보를 검출하여(S101) 아이들 정지 조건을 만족하는지 판단한다(S102).

상기 아이들 정지 조건은 브레이크 페달이 작동 온이고, 차속이 검출되지 않는 정지 상태이며, 엔진RPM이 아이들 상태이고, 냉각수의 온도가 충분한 웜업이 이루어진 상태이며, 가속페달이 팁 아웃이고, 배터리의 충전상태(SOC)가 기준전압 이상인 조건을 모두 만족할 때 아이들 정지 진입조건으로 판정할 수 있다.

상기 제어부(200)는 상기 S102에서 아이들 정지 진입조건을 만족하면 크랭크 각도를 검출하여(S103) TDC에 근접하는 실린더를 판별한다(S104).

상기 제어부(200)는 상기 아이들 정지 조건에서 TDC에 근접하는 실린더가 판별되면 판별된 실린더의 흡입행정에서 해당 실린더의 흡기포트에 연료분사를 실행한다(S105).

상기 제어부(200)는 상기와 같이 TDC에 근접하는 실린더의 흡입행정에서 해당 실린더의 흡기포트에 연료분사가 실행되면 해당 실린더의 압축행정에서 엔진을 정지시켜 아이들 정지를 실행한다(S106).

이후, 상기 제어부(200)는 아이들 정지 상태에서 상기 운전정보검출부(100)에서 제공되는 정보를 분석하여 재시동 조건을 만족하는지 판단한다(S107).

상기 제어부(200)는 상기 S107에서 재시동 조건을 만족하면 ISG장치(500)를 통해 엔진의 크랭킹을 실행하고, 상기 흡입행정에서 흡기포트에 연료를 분사시킨 TDC에 근접하는 실린더의 압축행정에서 점화장치(400)를 통해 불꽃 점화를 제공하여(S108) 엔진 재시동을 실행시킨다(S109).

상기 제어부(200)는 상기한 절차로 엔진 재시동을 실행하는 상태에서 엔진RPM이 설정된 기준회전수, 예를 들어 350RPM 내지 500RPM을 초과하면 시동 완료로 판정하여 시동 제어를 해제한다.

상기한 본 발명을 MPI엔진에 적용하여 재시동 시간을 측정한 결과 아이들 정지 상태에서 재시동의 요구에 따라 시동비트가 온 되고 이에 따라 ISG장치(500)의 작동으로 크랭킹이 시작된 이후 시동 완료로 판정되는 아이들 회전수에 도달되기까지 상온을 기준으로 대략 0.83초가 소요되는 것으로 측정되었다.

이는 본 발명이 적용되지 않은 종래의 MPI엔진에서 대략적으로 0.98초 소요되던 재시동 시간에 비하여 대략 0.16초 재시동 시간을 단축시킴으로써, 시동 지연감을 개선하여 줄 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100 : 운전정보검출부 200 : 제어부
300 : 연료분사장치 400 : 점화장치
500 : ISG장치

Claims

전반적인 운행정보를 검출하는 운전정보검출부;
엔진 재시동에서 엔진 크랭킹을 실행하는 ISG장치;
흡입행정이 진행되는 실린더의 흡기포트에 연료를 분사하는 연료분사장치;
압축행정이 실행되는 실린더에 불꽃점화를 제공하는 점화장치;
운전정보에 따라 아이들 정지 및 재시동을 제어하는 제어부;
를 포함하고,
상기 제어부는 아이들 정지 조건이 만족되면 TDC에 근접하는 실린더를 판별하여 흡입행정에서 흡기포트에 연료분사를 실행하고, 압축행정에서 아이들 정지를 실행하며, 엔진 재시동 조건이 만족되면 상기 흡기포트에 연료분사가 실행된 TDC에 근접하는 실린더의 압축행정에서 불꽃점화를 제어하여 엔진 재시동을 실행시키는 MPI엔진의 시동 제어장치.
제1항에 있어서,
상기 운전정보검출부는 엔진RPM을 검출하는 엔진RPM검출부;
주행 차속을 검출하는 차속검출부;
가속페달의 팁 인/팁 아웃을 검출하는 가속페달검출부;
브레이크 페달의 작동 온/오프를 검출하는 브레이크검출부;
크랭크 축의 각도 변화를 검출하는 크랭크 각 검출부;
배터리의 충전상태를 검출하는 배터리검출부;
냉각수의 온도를 검출하는 냉각수온검출부;
를 포함하는 MPI엔진의 시동 제어장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 브레이크 페달이 작동 온이고, 차속이 검출되지 않는 정지 상태이며, 엔진RPM이 아이들 상태이고, 냉각수의 온도가 충분한 웜업이 이루어진 상태이며, 가속페달이 팁 아웃 상태이며, 배터리의 충전상태가 기준전압 이상인 조건을 모두 만족할 때 아이들 정지 진입조건으로 판정하는 MPI엔진의 시동 제어장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 브레이크 페달의 오프와 동시 가속페달의 팁 인으로 출발 의지가 검출되는 경우, 배터리의 충전상태가 설정된 기준 전압 이하로 떨어지는 경우, 차속 변화가 기준속도 이상 경우 중 어느 하나 이상을 만족할 때 재시동 조건으로 판정하는 MPI엔진의 시동 제어장치.
운전정보가 아이들 정지 조건을 만족하는지 판정하는 과정;
아이들 정지 조건을 만족하면 크랭크축의 각도를 검출하여 TDC에 근접하는 실린더를 판별하는 과정;
상기 판별된 TDC에 근접 실린더의 흡입행정에서 흡기포트에 연료분사를 실행하고, 압축행정에서 아이들 정지를 실행하는 과정;
아이들 정지상태에서 재시동 조건을 만족하는지 판정하는 과정;
재시동 조건이 만족되면 상기 흡기포트에 연료가 분사된 TDC에 근접하는 실린더의 압축행정에서 불꽃점화를 제어하여 재시동을 실행하는 과정;
을 포함하는 MPI엔진의 시동 제어방법.
제5항에 있어서,
상기 아이들 정지 조건은 브레이크 페달 작동 온, 정지 상태, 아이들 상태, 가속페달 팁 아웃, 웜업 완료, 배터리 충전상태 기준전압 이상인 조건을 모두를 만족하는 것으로 설정되는 MPI엔진의 시동 제어방법.
제5항에 있어서,
상기 재시동 조건은 팁 인에 따른 출발 의지가 검출되는 경우, 배터리 충전상태가 기준 전압 이하인 경우, 차속 변화가 기준속도 이상 경우 중 어느 하나 이상을 만족하는 것으로 설정하는 MPI엔진의 시동 제어방법.
차량의 운전정보를 검출하는 운전정보검출장치;
엔진 재시동시 엔진 크랭킹을 제공하는 ISG장치;
흡기행정이 진행되는 실린더의 흡기포트에 연료를 분사하는 연료분사장치;
압축행정이 진행되는 실린더에 불꽃점화를 제공하는 점화장치;
차량의 운전정보에 따라 아이들 정지 및 재시동 요구을 제어하는 제어장치;
를 포함하고,
상기 제어장치는 설정된 프로그램에 따라 동작되어 상기 제5항 내지 제7항 중 어느 하나의 방법으로 아이들 정지 및 재시동 제어를 실행하여 시동 시간 단축과 소음 진동을 해소를 제공하는 MPI엔진의 시동 제어장치.