KR20210115720A - 액티브 퍼지 시스템의 공기량 연산 방법 - Google Patents

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KR20210115720A
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오영규
박금진
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 액티브 퍼지 시스템의 공기량 연산 방법에 관한 것으로, 컨트롤유닛이 아이들 상태로 엔진이 작동하는지 확인한 후 아이들 상태에서 부분부하로 엔진의 상태가 변환될 때, 실화가 발생되는 것이 방지되고, 배출가스가 과도하게 배출되는 것을 방지할 수 있는, 액티브 퍼지 시스템의 공기량 연산 방법을 제공한다.

Description

액티브 퍼지 시스템의 공기량 연산 방법{METHOD TO CALCULATE AIR VOLUME IN ACTIVE PURGE SYSTEM}
본 발명은 액티브 퍼지 시스템의 공기량 연산 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 아이들 상태에서 부분부하 상태로 엔진의 작동 상태가 변경될 때, 증발가스가 퍼지되거나, CVVD(continuously varable valve duration)가 작동되더라도, 실화가 방지되는 액티브 퍼지 시스템의 공기량 연산 방법에 관한 것이다.
연료가 연소실에서 화학적으로 완전히 연소될 수 있도록 하는, 흡기와 연료의 비율을 이론 공연비라고 한다. 연소실에서 이론 공연비를 충족하는 연소가 발생될 수 있도록, 흡기의 양을 측정하고, 흡기의 양에 따라 연료를 공급하게 된다.
도 1에는 스로틀밸브와 연소실 사이에 MAP센서가 구비된 엔진이 간략히 도시되었다. 도 1에 도시된 바와 같이 MAP 센서에서 측정된 흡기량에 맞춰 연료가 분사된다. 이때, 스로틀밸브를 통과한 공기가 연소실에 도달한 것으로 가정된다.
도 2에는 EGR이 구비된 엔진이 간략히 도시되었다. 엔진에 EGR이 적용될 경우에는, 에어필터와 스로틀밸브 사이에 구비된 HFM 센서를 통해서 흡기량이 계산되거나, 스로틀밸브와 연소실 사이에 구비된 MAP 센서를 통해서 흡기량이 계산될 수 있다. 이 경우에도, 스로틀밸브를 통과한 공기가 연소실에 도달한 것으로 가정된다.
그러나, 엔진이 아이들 상태에서 부분부하 상태로 변경되거나, 부분부하 상태에서 아이들 상태로 변경될 때에는, 엔진의 회전수 및 흡배기 밸브의 여닫힘 타이밍 변화에 따라서, 스로틀밸브를 통과한 공기가 연소실에 일정하게 도달하지 못한다.
이러한 경우, HFM 센서 또는 MAP 센서를 통해서 계산된 흡기량에 맞춰 연료를 분사하게 되면, 람다값(실제공연비/이론공연비)이 1 보다 작거나(농후), 1보다 큰 상태(희박)가 되고, 실화가 발생될 여지가 있다.
일반적으로, 실화 방지를 위해서 계산된 흡기량에 따라 람다값이 0.7 내지 0.9가 되도록 연료가 분사되고 있다.
한편, 케니스터에는 증발가스가 포집된다. 증발가스 규제에 따라서, 적절히 증발가스가 처리되어야 한다. 하이브리드 자동차 또는 플러그인 하이브리드 자동차의 경우, 시동 전후에 증발가스를 처리함으로써, 주행 중 엔진 부하를 최소화하고, 모터 구동 구간을 증대시켜 에너지 효율을 높이려는 시도가 있다.
그리고, 흡기밸브 및 배기밸브의 열림 유지 시간을 조절할 수 있는 CVVD가 연비 향상을 위해서, 하이브리드 자동차 또는 플러그인 하이브리드 자동차에 적용되는 추세이다.
그러나, 증발가스 처리 시에는 연소실에 증발가스가 도달하게 되므로, 람다값이 감소된다. CVVD 작동에 따라서, 연소실에 도달하는 흡기의 양이 감소되거나 증대되며, 연소실에 잔존하게 되는 배기의 양도 감소되거나 증대될 수 있다.
즉, 하이브리드 자동차 또는 플러그인 하이브리드 자동차의 엔진의 작동 상태가 아이들 상태에서 부분부하 상태로 변경될 때, 증발가스가 처리되거나 CVVD가 작동하는 경우, 실화 방지를 위해서 연료를 많이 분사하던 일반적인 방법으로는 실화를 방지할 수 없을 뿐만 아니라, 배출가스를 더 많이 발생시킬 여지도 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1251090호(2013.03.29.)
이에 상기와 같은 점을 감안해 발명된 본 발명의 목적은, 아이들 상태에서 부분부하 상태로 엔진의 작동 상태가 변경될 때, 증발가스가 퍼지되거나, CVVD(continuously varable valve duration)가 작동되더라도, 실화가 방지되는 액티브 퍼지 시스템의 공기량 연산 방법을 제공하는 것이다.
위와 같은 목적을 달성하기 위해서 제공된 본 발명의 일실시예의 액티브 퍼지 시스템의 공기량 연산 방법은, 컨트롤유닛에 의해, 아이들 상태에서 엔진이 작동하는지 확인하는 단계와, 컨트롤유닛에 의해, 흡기 파이프에 구비된 센서로부터 획득된 신호에 따라 연소실에 도달하는 공기량이 연산되는 단계와, 컨트롤유닛에 의해, 케니스터에 포집된 증발가스가 흡기 파이프로 유입되는지 확인되는 단계와, 증발가스가 흡기 파이프로 유입된 것으로 판단되는 경우, 컨트롤유닛에 의해, 흡기 파이프에 유입된 증발가스의 양이 추정되고, 추정된 증발가스의 양에 따라 연산된 공기량이 산술적으로 1차 보정되는 단계와, 컨트롤유닛에 의해, CVVD(continuously varable valve duration) 작동으로 인해, 흡기밸브 열림 유지 시간이 변동됐는지 확인되는 단계와, 컨트롤유닛에 의해, CVVD의 작동 듀티가 미리 준비된 수식, 테이블 또는, 맵에 대입돼 보정변수가 도출되고, 보정변수에 따라 1차 보정된 공기량이 산술적으로 2차 보정되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 컨트롤유닛은, 엔진이 아이들 상태로 작동하는지 확인하는 단계에서, 엔진의 냉각수 온도가 적정치 이상인지 확인하고, 엔진이 아이들 상태가 아니거나, 냉각수 온도가 적정치 미만이면, 증발가스 퍼지 처리 또는 CVVD 작동을 금지할 수 있다.
또한, 센서는, 에어필터와 스로틀밸브 사이에 위치되는 HFM 센서(hot-film air mass flow sensor) 또는, 스로틀밸브와 연소실 사이에 위치되는 MAP 센서(manifold absolute pressure sensor)를 포함할 수 있다.
또한, 케니스터는 퍼지라인을 통해 흡기 파이프와 연결되고, 퍼지라인에는 퍼지컨트롤밸브가 구비되고, 퍼지컨트롤밸브와 퍼지라인 사이에 퍼지펌프가 구비되고, 케니스터와 퍼지펌프 사이에 제1 압력센서가 구비되고, 퍼지펌프와 퍼지컨트롤밸브 사이에 제2 압력센서가 구비되며, 컨트롤유닛은, 퍼지펌프의 작동 듀티로부터 증발가스의 양을 추정할 수 있다.
또한, 컨트롤유닛은, 퍼지펌프의 회전수, 퍼지컨트롤밸브의 개폐 타이밍, 퍼지컨트롤밸브의 개도량, 제1 압력센서에서 발생된 신호, 및 제2 압력센서에서 발생된 신호로부터 증발가스의 양을 추정할 수 있다.
또한, 1차 보정 또는 2차 보정된 공기량에 따라 엔진이 작동되고, 엔진에서 배출되는 배기가스에 포함된 산소량에 따라, 공기량을 연산하거나 보정하기 위해 컨트롤유닛에 저장된 수식, 테이블 또는, 맵이 학습 보정될 수 있다.
위와 같이 제공되는 본 발명의 일실시예의 액티브 퍼지 시스템의 공기량 연산 방법에 따르면, 컨트롤유닛이 흡기 파이프에 구비된 센서를 통해서 획득된 신호에 따라 연소실에 도달하는 공기량을 연산한 뒤, 증발가스 처리 시에 연소실에 도달하는 증발가스의 양을 추정하고, 추정된 증발가스의 양에 따라 연산된 공기량을 1차 보정하며, CVVD 작동시에는 CVVD의 작동 정도에 따라 1차 보정된 공기량을 2차 보정한다.
따라서, 아이들 상태에서 부분부하로 엔진의 상태가 변환될 때, 증발가스가 처리되거나, CVVD가 작동되더라도, 연소실에 도달한 공기량 추정값을 적절히 보정할 수 있고, 이론 공연비에 근접한 연소가 발생될 수 있도록 람다값을 조절할 수 있다. 결과적으로, 아이들 상태에서 부분부하로 엔진의 상태가 변환될 때, 실화가 발생되는 것이 방지되고, 배출가스가 과도하게 배출되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 MAP센서가 구비된 엔진의 예시도이다.
도 2는 EGR이 적용된 엔진의 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예의 액티브 퍼지 시스템의 공기량 연산 방법을 보여주는 절차도이다.
도 4는 도 3의 액티브 퍼지 시스템의 공기량 연산 방법이 적용되는 시스템을 보여주는 예시도이다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 일시시예의 액티브 퍼지 시스템의 공기량 연산 방법을 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예의 액티브 퍼지 시스템의 공기량 연산 방법은, 컨트롤유닛(100)에 의해, 아이들 상태에서 엔진(200)이 작동하는지 확인하는 단계(S100)와, 컨트롤유닛(100)에 의해, 흡기 파이프(300)에 구비된 센서로부터 획득된 신호에 따라 연소실(210)에 도달하는 공기량이 연산되는 단계(S200)와, 컨트롤유닛(100)에 의해, 케니스터(500)에 포집된 증발가스가 흡기 파이프(300)로 유입되는지 확인되는 단계(S300)와, 증발가스가 흡기 파이프(300)로 유입된 것으로 판단되는 경우, 컨트롤유닛(100)에 의해, 흡기 파이프(300)에 유입된 증발가스의 양이 추정되고, 추정된 증발가스의 양에 따라 연산된 공기량이 산술적으로 1차 보정되는 단계(S400)와, 컨트롤유닛(100)에 의해, CVVD(400; continuously varable valve duration) 작동으로 인해, 흡기밸브 열림 유지 시간이 변동됐는지 확인되는 단계(S500)와, 컨트롤유닛(100)에 의해, CVVD(400)의 작동 듀티가 미리 준비된 수식, 테이블 또는, 맵에 대입돼 보정변수가 도출되고, 보정변수에 따라 1차 보정된 공기량이 산술적으로 2차 보정되는 단계(S600)를 포함한다.
아이들은 엔진(200)이 지속적으로 최저회전수로 작동하는 것을 지칭하며, 부분부하는 엔진(200)이 발생 가능한 최대토크 보다 작은 토크를 발생시키는 상태를 지칭한다. 엔진(200)의 토크는 변속기에서 실시간으로 측정된다.
바람직하게는, 컨트롤유닛(100)은, 엔진(200)이 아이들 상태로 작동하는지 확인하는 단계(S100)에서, 엔진(200)의 냉각수 온도가 적정치 이상인지를 확인한다. 컨트롤유닛(100)은 엔진(200)이 아이들 상태가 아니거나, 냉각수 온도가 적정치 미만이면, 증발가스 퍼지 처리 또는 CVVD(400) 작동을 금지한다. 이때, 적정치는 섭씨 50도이다. 컨트롤유닛(100)은 냉각수온도가 적정치 미만이면 냉간 상태로 판단한다. 냉간 상태에서는 연소 특성, 발생되는 배기가스 등이 온간 상태에서와는 다르므로, 냉간 상태에서 증발가스가 퍼지 처리 되거나, CVVD(400)가 작동되는 것이 금지된다.
센서는, 에어필터와 스로틀밸브 사이에 위치되는 HFM 센서(310; hot-film air mass flow sensor) 또는, 스로틀밸브와 연소실(210) 사이에 위치되는 MAP 센서(320; manifold absolute pressure sensor)를 포함한다. 컨트롤유닛(100)은, HFM 센서(310) 및 MAP 센서(320)로부터 동시에 신호를 수신한다. 컨트롤유닛(100)은, 캠회전각, 크랭크축 회전각, 연료 분사압 등을 자동차에 구비된 여러 센서들을 통해서 수신된 신호로부터 도출한다.
컨트롤유닛(100)은, 흡기 파이프(300)로 케니스터(500)에 포집된 증발가스가 유입되는지 확인하는 단계(S300)에서 증발가스가 흡기 파이프(300)로 유입되지 않는 것으로 확인되면, CVVD(400; continuously varable valve duration) 작동에 의해 흡기밸브 열림 유지 시간이 변동됐는지 확인하는 단계(S500)를 수행한다.
그리고, 컨트롤유닛(100)은, CVVD(400; continuously varable valve duration) 작동에 의해 흡기밸브 열림 유지 시간이 변동됐는지 확인하는 단계(S500)에서, CVVD(400)가 비작동이면, 엔진(200)이 아이들 상태에서 부분부하 상태로 변경되지 않는 것으로 판단한다.
한편, 본 발명의 일실시예의 액티브 퍼지 시스템의 공기량 연산 방법은, 도 4에 도시된 바와 같은 시스템에 적용된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 케니스터(500)는 퍼지라인(600)을 통해 흡기 파이프(300)와 연결된다. 퍼지라인(600)에는 퍼지컨트롤밸브(610)가 구비된다. 퍼지컨트롤밸브(610)와 퍼지라인(600) 사이에 퍼지펌프(620)가 구비된다. 케니스터(500)와 퍼지펌프(620) 사이에 제1 압력센서(630)가 구비된다. 퍼지펌프(620)와 퍼지컨트롤밸브(610) 사이에 제2 압력센서(640)가 구비된다.
컨트롤유닛(100)이 흡기 파이프(300)에 유입된 증발가스의 양을 추정하고, 추정된 증발가스의 양에 따라 연산된 공기량을 1차 보정하는 단계(S400)에서, 컨트롤유닛(100)은, 퍼지펌프(620)의 작동 듀티로부터 증발가스의 양을 추정한다. 컨트롤유닛(100)은, 퍼지펌프(620)의 작동 듀티 외에도, 퍼지펌프(620)의 회전수, 퍼지컨트롤밸브(610)의 개폐 타이밍, 퍼지컨트롤밸브(610)의 개도량, 제1 압력센서(630)에서 발생된 신호, 및 제2 압력센서(640)에서 발생된 신호로부터 증발가스의 양을 추정할 수 있다.
퍼지펌프(620)에 의해서 퍼지펌프(620)와 퍼지컨트롤밸브(610) 사이에 증발가스가 압축된다. 퍼지컨트롤밸브(610)의 개폐 타이밍 및 개도량 조절을 통해서 압축된 증발가스를 흡기 파이프(300)에 주입할 수 있다. 증발가스의 압축 정도 및 퍼지컨트롤밸브(610)의 작동을 제어함으로써 흡기 파이프(300)에 주입되는 증발가스의 양을 조절할 수 있다.
퍼지펌프(620)의 듀티 또는 회전수, 제1 압력센서(630) 및 제2 압력센서(640)에서 측정된 압력의 차에 따라서, 증발가스의 농도, 밀도 등을 연산할 수 있다. 증발가스 농도 또는 밀도로부터 증발가스에 포함된 탄화수소의 농도, 밀도, 양 등을 추정할 수 있고, 증발가스에 포함된 공기의 농도, 밀도, 양 등을 추정할 수 있다.
컨트롤유닛(100)에는, 퍼지펌프(620)의 듀티, 회전수, 퍼지컨트롤밸브(610)의 개폐 타이밍, 개도량, 제1 압력센서(630) 및 제2 압력센서(640)를 통해서 측정된 압력의 차 등을 변수로 증발가스에 포함되는 탄화수소 또는 공기의 농도, 밀도, 양을 연산하는 수학식, 그래프, 테이블 등이 저장된다.
도 4에 도시된 바와 같이, CVVD(400)는 캠 샤프트에 장착된다. CVVD(400)는 캠 샤프트의 회전각에 따라 흡기 밸브 또는 배기 밸브가 열리거나 닫히는 동작이 수행되는 것을 제어한다.
컨트롤유닛(100)이 CVVD(400: continuously varable valve duration) 작동에 의해 흡기밸브 열림 유지 시간이 변동됐는지 확인하는 단계(S500)에서, 컨트롤 유닛은, CVVD(400)의 작동을 확인한다.
CVVD(400)의 작동은 CVVD(400)에서 컨트롤유닛(100)으로 송신된 신호 또는, 컨트롤유닛(100)에서 CVVD(400)로 송신한 작동을 수행하라는 명령 신호에 의해 확인된다. 컨트롤유닛(100)은 엔진(200) 및 변속기에 구비된 센서로부터 신호를 수신하고, 엔진(200) 회전수가 증대되고, 토크가 증대되는 지를 확인한다.
컨트롤유닛(100)은, CVVD(400)가 작동하였으면, CVVD(400)의 작동 듀티를 미리 준비된 수식, 테이블 또는, 맵에 대입해 보정변수를 도출하고, 보정변수에 따라 1차 보정된 공기량이 산술적으로 2차 보정되는 단계(S600)를 수행한다.
CVVD(400)의 작동 듀티는 CVVD(400) 작동을 위해 인가된 전압의 크기 변화, 전력의 크기 변화, 전류의 크기 변화 등을 의미한다. CVVD(400)의 작동 듀티는 미리 준비된 변환 수식에 대입되거나, 변환 그래프, 변환 테이블 등에 대입되고, 공기량 보정변수로 환산된다. 예를 들어, 공기량 보정변수는, CVVD(400)의 작동 듀티에 0.001이 곱해진 값일 수 있다.
한편, 공기량에 따라 연료가 공급되고, 엔진(200)이 작동된다. 컨트롤유닛(100)은, 엔진(200)에서 배출되는 배기가스에 포함된 산소량을, 배기 파이프에 구비된 람다센서(220)로부터 수신된 신호에 따라 지속적으로 도출한다. 컨트롤유닛(100)은, 도출된 산소량에 따라, 희박 연소 또는 농후 연소가 발생하였는지를 판단한다. 그리고, 컨트롤유닛(100)은, 설정된 목표에 따라, 연소가 농후 또는 희박하게 발생될 수 있도록, 공기량을 연산하거나 보정하기 위해, 컨트롤유닛(100)에 연산 또는 변환 모델로써 저장된 수식, 테이블 또는, 맵을 학습 보정한다.
위와 같이 제공되는 본 발명의 일실시예의 액티브 퍼지 시스템의 공기량 연산 방법에 따르면, 컨트롤유닛(100)이 흡기 파이프(300)에 구비된 센서를 통해서 획득된 신호에 따라 연소실(210)에 도달하는 공기량을 연산한 뒤, 증발가스 처리 시에 연소실(210)에 도달하는 증발가스의 양을 추정하고, 추정된 증발가스의 양에 따라 공기량을 1차 보정하며, CVVD(400) 작동시에는 CVVD(400)의 작동 정도에 따라 공기량을 2차 보정한다.
따라서, 아이들 상태에서 부분부하로 엔진(200)의 상태가 변환될 때, 증발가스가 처리되거나, CVVD(400)가 작동되더라도, 연산된 공기량을 적절히 보정할 수 있고, 이론 공연비에 근접한 연소가 발생될 수 있도록 람다값을 조절할 수 있다. 결과적으로, 아이들 상태에서 부분부하로 엔진(200)의 상태가 변환될 때, 실화가 발생되는 것이 방지되고, 배출가스가 과도하게 배출되는 것을 방지할 수 있다.
100: 컨트롤유닛 200: 엔진
210: 연소실 300: 흡기 파이프
310: HFM 센서 320: MAP 센서
400: CVVD 500: 케니스터
600: 퍼지라인 610: 퍼지컨트롤밸브
620: 퍼지펌프 630: 제1 압력센서
640: 제2 압력센서

Claims (6)

  1. 컨트롤유닛에 의해, 아이들 상태에서 엔진이 작동하는지 확인하는 단계;
    상기 컨트롤유닛에 의해, 흡기 파이프에 구비된 센서로부터 획득된 신호에 따라 연소실에 도달하는 공기량이 연산되는 단계;
    상기 컨트롤유닛에 의해, 케니스터에 포집된 증발가스가 상기 흡기 파이프로 유입되는지 확인되는 단계;
    증발가스가 상기 흡기 파이프로 유입된 것으로 판단되는 경우, 상기 컨트롤유닛에 의해, 상기 흡기 파이프에 유입된 상기 증발가스의 양이 추정되고, 추정된 상기 증발가스의 양에 따라 연산된 상기 공기량이 산술적으로 1차 보정되는 단계;
    상기 컨트롤유닛에 의해, CVVD(continuously varable valve duration) 작동으로 인해, 흡기밸브 열림 유지 시간이 변동됐는지 확인되는 단계; 및
    상기 컨트롤유닛에 의해, CVVD의 작동 듀티가 미리 준비된 수식, 테이블 또는, 맵에 대입돼 보정변수가 도출되고, 상기 보정변수에 따라 1차 보정된 상기 공기량이 산술적으로 2차 보정되는 단계를 포함하는 액티브 퍼지 시스템의 공기량 연산 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤유닛은,
    상기 엔진이 아이들 상태에서 작동하는지 확인하는 단계에서,
    상기 엔진의 냉각수 온도가 적정치 이상인지 여부를 더 확인하고,
    상기 엔진이 아이들 상태가 아니거나, 상기 냉각수 온도가 적정치 미만이면, 증발가스 퍼지 처리 또는 CVVD 작동을 금지하는 액티브 퍼지 시스템의 공기량 연산 방법
  3. 제1항에 있어서,
    상기 센서는,
    에어필터와 스로틀밸브 사이에 위치되는 HFM 센서(hot-film air mass flow sensor) 또는, 상기 스로틀밸브와 상기 연소실 사이에 위치되는 MAP 센서(manifold absolute pressure sensor)를 포함하는 액티브 퍼지 시스템의 공기량 연산 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 케니스터는 퍼지라인을 통해 상기 흡기 파이프와 연결되고,
    상기 퍼지라인에는 퍼지컨트롤밸브가 구비되고,
    상기 퍼지컨트롤밸브와 상기 퍼지라인 사이에 퍼지펌프가 구비되고,
    상기 케니스터와 상기 퍼지펌프 사이에 제1 압력센서가 구비되고,
    상기 퍼지펌프와 상기 퍼지컨트롤밸브 사이에 제2 압력센서가 구비되며,
    상기 컨트롤유닛은, 상기 퍼지펌프의 작동 듀티로부터 상기 증발가스의 양을 추정하는 액티브 퍼지 시스템의 공기량 연산 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 컨트롤유닛은,
    상기 퍼지펌프의 회전수, 상기 퍼지컨트롤밸브의 개폐 타이밍, 상기 퍼지컨트롤밸브의 개도량, 상기 제1 압력센서에서 발생된 신호, 및 상기 제2 압력센서에서 발생된 신호로부터 상기 증발가스의 양을 추정하는 액티브 퍼지 시스템의 공기량 연산 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    1차 보정 또는 2차 보정된 상기 공기량에 따라 상기 엔진이 작동되고,
    상기 엔진에서 배출되는 배기가스에 포함된 산소량에 따라, 상기 공기량을 연산하거나 보정하기 위해 상기 컨트롤유닛에 저장된 수식, 테이블 또는, 맵이 학습 보정되는 액티브 퍼지 시스템의 공기량 연산 방법.
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