KR20160046250A - 연소압 센서를 이용한 엔진 제어 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연소압 센서에 의해 측정된 연소압 신호를 이용하여 엔진 기통별 평균유효압력(IMEP: indicated mean effective pressure) 편차 및 사이클별 IMEP 편차를 축소하여 아이들 안전성을 향상시킬 수 있도록 한 연소압 센서를 이용한 엔진 제어 방법 및 시스템에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명의 실시예에 따른 엔진 제어 방법은, 연소압 센서가 장착된 엔진을 제어하는 방법에 있어서, 상기 연소압 센서에서 출력되는 연소압 신호를 획득하는 단계; 상기 획득된 연소압 신호에 대응하는 연소압을 토대로 기통별 평균유효압력(IMEP; indicated mean effective pressue) 편차 및 사이클별 IMEP 편차를 산출하는 단계; 상기 산출된 기통별 IMEP 편차와 사이클별 IMEP 편차의 차이값을 토대로 주분사 시기를 설정하는 단계; 상기 결정된 주분사 시기에 따라 연료를 분사하여 엔진을 구동하는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

연소압 센서를 이용한 엔진 제어 방법 및 시스템 {METHOD AND SYSTEM FOR CONTROLLING ENGINE USING COMBUSTION PRESSURE SENSOR}
본 발명은 연소압 센서를 이용한 엔진 제어 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는 연소압 센서에 의해 측정된 연소압 신호를 이용하여 엔진 기통별 평균유효압력(IMEP: indicated mean effective pressure) 편차 및 사이클별 IMEP 편차를 축소하여 아이들 안전성을 향상시킬 수 있도록 한 연소압 센서를 이용한 엔진 제어 방법 및 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 운전자가 엔진을 시동하기 위해 시동 키를 조작하면, 시동모터가 엔진을 회전시켜 연소실 내 연료와 공기의 혼합기가 폭발하도록 하여 엔진이 시동되게 한다. 엔진이 시동되어 일정 회전수 이상(예: 800rpm)이 되면, 엔진제어장치(ECU; engine control unit)는 엔진이 정상적으로 시동되었다고 판단하고 엔진을 아이들 조건 또는 아이들 영역에서 제어한다. 엔진제어장치는 아이들 영역에서 엔진의 회전수를 설정된 목표 엔진회전수로 유지하기 위하여 분사되는 연료량을 제어한다.
기존의 엔진 제어 시스템 및 방법은 엔진을 제어하기 위해, 상온 상태에서는 엔진 제어 파라미터, 예들 들면 EGR(exhaust-gas recirculation) 파라미터, 부스트 파라미터, 인젝션 파라미터 등을 최적값으로 입력받고; 저온 조건에서는 엔진 시동 결과를 분석하여 최적값을 개발자가 찾아가는 과정을 반복하는 형태였다.
따라서, 기존의 엔진 제어 시스템 및 방법에서는, 온도 및 대기압 조건별 시험 회수가 증가하는 문제점 및 개발 기간 등이 과도하게 소요되는 문제가 있었다.
더불어서, 기존의 엔진 제어 시스템 및 방법에 따르면, 엔진 시스템의 하드웨어 열화에 따른 시동성 및 아이들 안정성이 악화될 때, 이와 관련된 연소 상태를 모니터링할 수 있는 수단이 없다.
즉, 기존의 엔진 제어 시스템 및 방법은 아이들 영역에서 아이들 회전수를 유지하기 위해서 분사 연료량을 제어하기 때문에 IMEP 제어가 어렵다.
더불어서, 기존의 엔진 제어 시스템 및 방법에서는 50%의 연소 시점을 나타내는 MFB50(mass fraction burned 50%)의 제어의 목표값이 대기온, 대기압, 냉각수온의 영향을 고려하여 설정하게 되는데, 엔진 하드웨어 열화, 환경 조건 등의 차이로 인해 보정된 MFB50 목표값으로 제어가 정상적으로 수행되어도 아이들 안정성 개선이 어려운 현상들이 발생할 수 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
등록특허공보 제10-0325154호(2002.02.06.) 일본공개특허공보 특개2010-127172 (2010.06.10.)
따라서, 본 발명이 해결하려는 과제는, 디젤 엔진의 기통내 장착된 연소압 센서에 의해 측정된 연소압 신호를 이용하여 엔진 기통별 IMEP 편차 및 사이클별 IMEP 편차를 축소하여 아이들 안전성을 향상시킬 수 있도록 한 연소압 센서를 이용한 엔진 제어 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에서 IMEP는, 널리 공지된 내용으로, 엔진의 피스톤에 소요되는 계산상의 평균압력에서 1사이클의 일(작업)을 행정 용적(피스톤의 면적과 움직인 거리를 곱한 것)으로 나눈 것으로 정의한다. 이 IMEP는 연소에 의해 발생되는 힘(토크)를 나타내며, 엔진의 연소 효율을 판단하는 기준의 하나이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 연소압 센서를 이용한 엔진 제어 방법은, 상기 연소압 센서에서 출력되는 연소압 신호를 획득하는 단계; 상기 획득된 연소압 신호에 대응하는 연소압을 토대로 기통별 평균유효압력(IMEP; indicated mean effective pressue) 편차 및 사이클별 IMEP 편차를 산출하는 단계; 상기 산출된 기통별 IMEP 편차와 사이클별 IMEP 편차의 차이값을 토대로 주분사 시기를 설정하는 단계; 상기 설정된 주분사 시기에 따라 연료를 분사하여 엔진을 구동하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 기통별 IMEP 편차와 사이클별 IMEP 편차의 차이값을 설정된 IMEP 편차 기준값과 비교하는 단계; 상기 기통별 IMEP 편차와 사이클별 IMEP 편차의 차이값이 상기 설정된 기준값 보다 크면 목표 점화시기를 설정값 만큼 진각시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 목표 점화시기를 설정값 만큼 진각시키는 단계는, MFB50(mass fraction burned 50%) 제어 목표값을 진각하는 과정을 포함할 수 있다.
상기 MFB50 제어 목표값을 추종하기 위하여 주분사 시기가 갱신될 수 있다.
상기 기통별 및 사이클별 IMEP 편차 각각은 아래 공식에 따라 산출될 수 있다.
IMEP 편차(IMEP_COV) = (표준편차 IMEP)/(평균 IMEP)
COV: coefficient of variation
그리고, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 연소압 센서를 이용한 엔진 제어 시스템은, 냉각수온을 감지하는 냉각수 센서; 대기압을 감지하는 대기압 센서; 대기온도를 감지하는 대기온 센서; 및 상기 연소압 센서, 냉각수 센서, 대기압 센서, 및 대기온 센서로부터 신호를 입력받아 상기 엔진을 제어하는 엔진 제어기를 포함하되, 상기 엔진 제어기는 본 발명의 실시예에 따른 엔진 제어 방법을 수행하기 위한 설정된 프로그램에 의해 동작할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 기통내 장착된 연소압 센서에 의해 측정된 연소압 신호를 이용하여 엔진 기통별 IMEP 편차 및 사이클별 IMEP 편차를 축소하여 이를 통해 엔진을 구동 제어함으로써 아이들 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연소압 센서를 이용한 엔진 제어 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연소압 센서를 이용한 엔진 제어 방법의 흐름도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연소압 센서를 이용한 엔진 제어 방법 및 시스템의 작용을 설명하기 위한 그래프들이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연소압 센서를 이용한 엔진 제어 시스템을 도시한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 엔진 제어 시스템은, 연소압 센서가 장착된 디젤 엔진의 아이들 안정성을 향상시키기 위한 엔진 제어 시스템이다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 엔진 제어 시스템은: 연소압 센서(20)와; 엔진(10)의 냉각수 온도를 감지하는 냉각수 센서(110); 대기압을 감지하는 대기압 센서(120); 대기온도를 감지하는 대기온 센서(130); 상기 연소압 센서, 냉각수 센서, 대기압 센서, 및 대기온 센서로부터 신호를 입력받아 상기 엔진을 제어하는 엔진 제어기(100)를 포함한다.
상기 냉각수 센서(110), 대기압 센서(120), 및 대기온 센서(130)는 엔진 제어시 환경 보정을 위해 요구되는 신호를 출력하는 센서들이지만, 본 발명의 보호범위가 반드시 이들 센서들에 한정된 것으로 이해되어서는 안된다. 상기 센서들에 포함되지 않는 센서이더라도 실질적인 엔진 제어시 환경 보정을 위해 요구되는 신호를 출력하는 센서들이라면 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있다.
상기 연소압 센서(10)는 엔진(10)의 기통에 장착되어 기통내 연소압을 측정한다. 연소압 센서(20)는 설계적인 측면 및 비용경제적인 측면을 고려하여 엔진(10)의 각 기통에 장착되거나 또는 선별적으로 몇 개 기통에만 장착될 수 있다.
본 발명의 실시예에 적용되는 연소압 센서는 당업자에게 공지되어 있으므로 연소압 센서의 구성 및 작용 등에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 엔진 제어기(100)는 설정된 프로그램에 의해 동작하는 하나 이상의 마이크로프로세서 및/또는 마이크로프로세서를 포함하는 하드웨어로서, 상기 설정된 프로그램은 후술할 본 발명의 실시예에 따른 연소압 센서를 이용한 엔진 제어 방법을 수행하기 위한 일련의 명령으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에서 상기 엔진 제어기(100)는 기존의 엔진제어장치에 포함되거나 또는 기존의 엔진제어장치를 포함할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 연소압 센서를 이용한 엔진 제어 방법을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연소압 센서를 이용한 엔진 제어 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 엔진 제어기(100)는 엔진(10)의 시동이 걸려서 아이들 영역에 진입했는지를 판단한다(S110).
엔진(10)의 시동이 걸려 아이들 영역에 진입하기까지의 과정은 당업자에게 잘 알려져 있는 내용으로, 그 과정을 도 3의 그래프에 나타내 보였다.
엔진(10)이 아이들 영역에서 구동되고 있으면, 엔진 제어기(100)는 연소압 센서(20)에서 출력되는 연소압 신호를 획득한다(S120).
엔진 제어기(100)가 상기 연소압 신호를 획득할 때, 냉각수 센서(110), 대기압 센서(120), 및 대기온 센서(130) 등으로부터도 해당 신호를 획득할 수 있다는 것은 당업자에게 자명할 것이다.
상기 연소압 신호를 획득하면, 엔진 제어기(100)는 상기 획득된 연소압 신호에 대응하는 연소압을 토대로 기통별, 사이클별 평균유효압력(IMEP)을 산출하고; 상기 산출된 기통별, 사이클별 IMEP를 토대로 기통별, 사이클별 IMEP 편차(IMEP_COV_act1)(IMEP_COV_act1), 및 기통별, 사이클별 설정 표준편차(IMEP_COV_ref1)(IMEP_COV_ref1)를 산출한다(S130).
상기 기통별, 사이클별 IMEP 편차는 각각 아래 공식에 따라 산출될 수 있다.
IMEP 편차(IMEP_COV) = (표준편차 IMEP)/(평균 IMEP)
COV: coefficient of variation
상기 공식을 적용하기 위해 엔진 제어기(100)가 상기 연소압을 토대로 표준편차 IMEP 및 평균 IMEP를 산출할 수 있다는 것은 당업자에게 자명할 것이다.
상기 기통별, 사이클별 설정 표준편차(IMEP_COV_ref1)(IMEP_COV_ref1)는 아래와 같은 설정된 계산식에 의해 산출되거나 또는 시뮬레이션 및 실험 등을 통해 획득할 수 있다.
Figure pat00001
Figure pat00002
Q: 연소열, θ: 크랭크각, k: 계수, V: 실린더용적, P: 연소압
도 4는 IMEP를 산출하는 공식과 연관되는 그래프이다.
상기와 같이 기통별/사이클별 IMEP 편차(IMEP_COV_act1)(IMEP_COV_act1), 및 기통별/사이클별 표준편차(IMEP_COV_ref1)(IMEP_COV_ref1)가 산출되었으면, 엔진 제어기(100)는 상기 산출된 기통별 IMEP 편차의 차이값과 사이클별 IMEP 편차의 차이값을 토대로 주분사 시기를 결정하여 설정한다(S140).
상기 기통별 IMEP 편차의 차이값(IMEP_COV_Dvt1)과 사이클별 IMEP 편차의 차이값(IMEP_COV_Dvt1)은 아래 공식에 의해 구할 수 있다.
IMEP_COV_Dvt1 = IMEP_COV_act1 - IMEP_COV_ref1
IMEP_COV_Dvt2 = IMEP_COV_act2 - IMEP_COV_ref2
상기와 같이 기통별, 사이클별 IMEP 편차의 차이값(IMEP_COV_Dvt1)(IMEP_COV_Dvt2)이 산출되었으면, 엔진 제어기(100)는 상기 편차의 차이값이 설정값(예; 0) 보다 큰지 판단한다(S150).
상기 편차의 차이값이 설정값 보다 크면, 엔진 제어기(100)는 연소 상태가 불안정한 것으로 판단하여, 연소 안정성을 향상시키기 위하여 목표 점화시기, 즉 MFB50 제어 목표값을 정해진 크기만큼 진각으로 설정한다(S160).
본 발명의 실시예에서, 상기 편차의 차이값으로서 기통별, 사이클별 IMEP 편차의 차이값 모두가 상기 설정값 보다 큰 경우에 상기 목표 점화시기를 진각으로 설정하거나 또는 설계적인 측면을 고려하여 기통별, 사이클별 IMEP 편차의 차이값 중의 어느 하나라도 상기 설정값 보다 큰 경우에 상기 목표 점화시기를 진각으로 설정할 수 있다.
MFB50 제어 목표값이 정해진 값으로 진각 설정되었으면, 엔진 제어기(100)는 설정된 MFB50 제어 목표값을 추종하도록 주분사 시기를 갱신 제어하면서 엔진을 구동한다(S170)(S180).
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연소압 센서를 이용한 엔진 제어 방법의 작용을 도시적으로 나타낸 그래프이다.
한편, 상기 편차의 차이값이 설정값 보다 작으면, 기존의 엔진 제어 방법에 따라 엔진을 구동할 수 있다.
이로써, 본 발명의 실시예에 따르면, 기통내 장착된 연소압 센서에 의해 측정된 연소압 신호를 이용하여 엔진 기통별 IMEP 편차 및 사이클별 IMEP 편차를 축소하여 아이들 안전성을 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 엔진 20: 연소압 센서
100: 엔진 제어기 110: 냉각수 센서
120: 대기압 센서 130: 대기온 센서

Claims (6)

  1. 연소압 센서가 장착된 엔진을 제어하는 방법에 있어서,
    상기 연소압 센서에서 출력되는 연소압 신호를 획득하는 단계;
    상기 획득된 연소압 신호에 대응하는 연소압을 토대로 기통별 평균유효압력(IMEP; indicated mean effective pressue) 편차 및 사이클별 IMEP 편차를 산출하는 단계;
    상기 산출된 기통별 IMEP 편차와 사이클별 IMEP 편차의 차이값을 토대로 주분사 시기를 설정하는 단계;
    상기 설정된 주분사 시기에 따라 연료를 분사하여 엔진을 구동하는 단계;
    를 포함하는 엔진 제어 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 기통별 IMEP 편차와 사이클별 IMEP 편차의 차이값을 설정된 IMEP 편차 기준값과 비교하는 단계;
    상기 기통별 IMEP 편차와 사이클별 IMEP 편차의 차이값이 상기 설정된 기준값 보다 크면 목표 점화시기를 설정값 만큼 진각시키는 단계;
    를 포함하는 엔진 제어 방법.
  3. 제2항에서,
    상기 목표 점화시기를 설정값 만큼 진각시키는 단계는, MFB50(mass fraction burned 50%) 제어 목표값을 진각하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 방법.
  4. 제3항에서,
    상기 MFB50 제어 목표값을 추종하기 위하여 주분사 시기가 갱신되는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 방법.
  5. 제2항에서,
    상기 기통별 및 사이클별 IMEP 편차 각각은 아래 공식에 따라 산출되는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 방법.
    IMEP 편차(IMEP_COV) = (표준편차 IMEP)/(평균 IMEP)
    COV: coefficient of variation
  6. 연소압 센서가 장착된 엔진을 제어하는 시스템에 있어서,
    냉각수온을 감지하는 냉각수 센서;
    대기압을 감지하는 대기압 센서;
    대기온도를 감지하는 대기온 센서; 및
    상기 연소압 센서, 냉각수 센서, 대기압 센서, 및 대기온 센서로부터 신호를 입력받아 상기 엔진을 제어하는 엔진 제어기를 포함하되,
    상기 엔진 제어기는 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한 설정된 프로그램에 의해 동작하는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 시스템.
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