KR100427327B1 - 공연비 피드백 제어 개시 판정방법 - Google Patents

Abstract

공연비 피드백 제어 개시 판정방법이 개시된다. 개시된 공연비 피드백 제어 개시 판정방법은, (a) 산소센서 및 TPS 출력 전압을 체크하는 단계와; (b) 15초 이후, 산소센서의 출력 전압이 0.45V를 횡절했는지를 판단하는 단계와; (c) 상기 단계 (b)에서 상기 산소센서가 0.45V를 횡절한 경우, 상기 산소센서를 활성을 판정하는 단계와; (d) 상기 산소센서의 출력 전압이 0.45V 이상인지를 판단하는 단계와; (e) 상기 단계 (d)에서 상기 산소센서의 출력 전압이 0.45V 이상인 경우, 연료량 농후를 판정하는 단계와; (f) 연료량 피드백 제어로 연료량을 감량하는 단계와; (g) 엔진의 오프(off) 여부를 판단하여, 상기 엔진이 오프되었을 경우에는 플로를 종료하는 단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 안정성이 향상되고 에미션(emission) 및 연비가 악화되지 않는 이점이 있다.

Description

공연비 피드백 제어 개시 판정방법{METHOD OF CHECKING START OF AIR AND FUEL RATIO FEEDBACK CONTROL}

본 발명은 공연비(air and fuel ratio) 피드백(feedback)제어 개시 판정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 아이들(idle) 안정성이 향상되고 에미션(emission) 및 연비가 악화되지 않도록 개선된 공연비 피드백 제어 개시 판정방법에 관한 것이다.

연료량(A/F) 피드백은 배기관(exhaust manifold)에 장착되어 있는 산소센서(O2 sensor)가 배기가스 중의 산소량을 검출하여, 연료량 희박(lean) 및 농후(rich) 판정을 수행한다.

이러한 피드백 모드 진입을 위해서는 농후/희박을 판정하는데 결정적인 산소센서의 활성화가 이루어져야 한다. 산소센서의 활성화란 산소의 량을 정확하게 검출할 수 있는 상태, 즉 산소센서가 충분히 가열되었음을 말한다. 보통 350℃ 이상에서 활성화가 이루어진다.

한편, 로직(logic)에서 산소센서의 온도를 측정할 수 없기 때문에 현재의 로직에서 활성화 판정 조건은 다음과 같다.

엔진 시동 후, 15초(시동 후 산소센서 활성화 판정 금지시간)를 경과한 후, 산소센서가 0.45V를 횡절하는 경우 활성 판정하여, 연료량 피드백 제어를 시작한다.

그리고 로직에서 피드백 개시 조건은 다음과 같이 제한하고 있다.

산소센서 활성, 수온 소정치 이상, 충진효율이 소정치 이상, TPS(Throttle Position Sensor) 개도 소정치 이하, 시동 후 일정시간(냉각수온별2-D Map) 경과 후, θ-Ne(AFS; Air Flow Sensor 고장 판정 시 2D 맵(map)(TPS별)에 의한 RPM 제어) 모드 이외, 점화계 정상시, OBD-Ⅱ 모니터링(monitoring)에 의해 피드백 강제 금지 이외 등이 있다.

그런데, 상기와 같은 종래의 기술은, 핫(Hot) 재시동 후, 아이들중 연료량 피드백 제어가 불가능하여, 엑셀 페달(accel pedal) 조작할 때까지 연료량 피드백이 금지된다.

통상 콜드(cold)(냉각수온 20~30℃, 외기온 20~30℃)에서 소킹(soaking)후, 시동시에는 산소센서가 활성화되지 않아, 산소 농도를 검출할 수 있는 상태가 아니므로 0.45V 이하로 고정된 후, 배기가스 및 산소 센서 가열기에 의해 가열되기 시작하면서 산소센서를 검출하여 0.45V를 횡절하여 ECU에서 활성 판정하여 연료량 피드백을 시작한다.

주행 후 짧은 시간(산소센서가 충분히 식기전) 소킹후, 시동시에는 산소센서가 활성화되어 있는 상태이므로, 초기 시동 연료량에 의해 농후 판정(산소센서 출력 0.45V 이상)한다.

그리고 시동 연료량은 로직에 의해 시동 안정화 후 감량 제어를 수행하며, 엔진이 충분히 식기 전이므로 실제 연료량이 희박한 포인트(point)가 발생한다. 만약 시동 후, 소정 시간(산소센서 활성 판정 금지시간) 내에 농후한 산소량을 검출하고 있던 산소센서의 출력이 상기한 바와 같이 0.45V를 미리 횡절하는 경우 연료량 피드백 진입은 더 이상 불가능하게 된다.

도 1에는 핫(Hot) 재시동 후, 연료량 피드백이 되지 않는 실제 측정 그래프가 도시되어 있고, 도 2는 동일 차량, 동일 조건에서 핫 재시동 후 연료량 피드백 모드 진입 불가 실제 측정된 그래프가 도시되어 있다.

또한 상기한 바와 같이, 재시동시 피드백이 되지 않는 경우 배기가스(에미션)의 증가 현상으로 나타날 수 있다. 통상 배기가스 시험 모드에서 핫(Hot) 재시동 후 아이들 주행의 모드가 지역별로 모두 포함되어 있으므로, 아이들 제어시 피드백 제어 불가는 연료량 제어를 하지 않고 기본 연료 분사를 하므로 배기가스의 증가는 불가피하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 아이들안정성이 향상되고 에미션 및 연비 악화가 되지 않도록 한 공연비 피드백 제어 개시 판정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1 및 도 2는 핫(Hot) 재시동 후, 연료량 피드백이 되지 않는 실제 측정 그래프.

도 3은 본 발명에 따른 공연비 피드백 제어 개시 판정방법을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 플로차트.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 공연비 피드백 제어 개시 판정방법은, (a) 산소센서 및 TPS 출력 전압을 체크하는 단계와; (b) 15초 이후, 산소센서의 출력 전압이 0.45V를 횡절했는지를 판단하는 단계와; (c) 상기 단계 (b)에서 상기 산소센서가 0.45V를 횡절한 경우, 상기 산소센서를 활성을 판정하는 단계와; (d) 상기 산소센서의 출력 전압이 0.45V 이상인지를 판단하는 단계와; (e) 상기 단계 (d)에서 상기 산소센서의 출력 전압이 0.45V 이상인 경우, 연료량 농후를 판정하는 단계와; (f) 연료량 피드백 제어로 연료량을 감량하는 단계와; (g) 엔진의 오프(off) 여부를 판단하여, 상기 엔진이 오프되었을 경우에는 플로를 종료하는 단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 3에는 본 발명에 따른 공연비 피드백 제어 개시 판정방법을 순차적으로 나타낸 개략적인 플로차트가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 공연비 피드백 제어 개시 판정방법은, 우선, 산소센서 및 TPS 출력 전압을 체크한다.(단계 110,120)

이어서, 15초 이후, 산소센서의 출력 전압이 0.45V를 횡절했는지를 판단한다.(단계 130)

상기 단계 130에서 상기 산소센서가 0.45V를 횡절한 경우, 산소센서의 활성을 판정한다.(단계 140)

그리고 상기 산소센서의 출력 전압이 0.45V이상인지를 판단한다.(단계 150)

상기 단계 150에서 산소센서의 출력 전압이 0.45V이상인 경우, 연료량 농후(rich)를 판정한다.(단계 160)

연료량 피드백 제어로 연료량을 감량한다.(단계 170)

엔진의 오프(off) 여부를 판단하여, 엔진이 오프되었을 경우에는 플로(flow)를 종료한다.(단계 180)

상기 단계 130에서 산소센서가 0.45V를 횡절하지 않은 경우, ΔTPS(쓰로틀 밸브 개도 변화율)가 0.8V 이상 상태가 1회 이상 검출되었는지를 판단한다.(단계 210) 상기 단계 210에서 ΔTPS가 0.8V 이상 상태가 1회 이상 검출되지 않은 경우, 상기 단계 140을 수행한다.

그리고 상기 ΔTPS가 0.8V 이상 상태가 1회 이상 검출된 경우, 기존에 맵핑(Mapping)된 기본 연료량에 의해 오픈 루프(open loop)에 의한 연료량을 제어한다.(단계 220) 여기서, 오픈 루프에 의한 기본 연료량은, 에어 플로 센서(AFS) 흡입 공기량에 적절히 매칭된 연료량에, 보정계수(RPM, EV)를 이용 피드백 이외에서도 λ(Lambda)=1(차량간 편차 다소 있음) 근처에 도달하도록 매칭(matching)한 기본 연료량이다. 아이들은 로드(load)(%) 및 연료 소요량이 적은 영역이고, 완벽한 맵핑이 어렵고, 이론 공연비와 실제 5~10% 차이가 난다.

그리고 상기 단계 150에서 산소센서의 출력 전압이 0.45V 이상이 아닌 경우,연료량 희박(lean)을 판정한다.(단계 310)

이어서, 연료량 피드백 제어로 연료량을 증량한다.(단계 320)

엔진의 오프(off) 여부를 판단하여, 엔진이 오프되었을 경우에는 플로를 종료한다.(단계 330)

또한 상기 단계 170 또는 320에서 연료량 피드백 개시 조건은, 1)산소센서 활성, 2)산소센서 활성 판정 금지시간(15초) 이후에도 불활성 판정(0.45V 미횡절)할 경우, 3)수온 소정치 이상, 4)충진효율이 소정치 이상, 5)TPS 개도 소정치 이하, 6)시동후 일정시간(냉각수온별2-D 맵(map)) 경과 후, 7)θ-Ne(에어 플로 센서(AFS; Air Flow Sensor) 고장 판정 시 2D 맵(TPS별)에 의한 RPM 제어) 모드 이외, 8)점화계 정상시, 9)OBD-ll 모니터링에 의해 피드백 강제 금지 이외를 포함한다.

상기 연료량 피드백 개시 조건들을 만족할 경우, 수행되는 연료량 피드백 제어 방정식은 아래의 수학식으로 이루어진다.

[수학식]

여기서,

{ T}_{B } =기본(basic) 연료량,

{ K}_{LRN } =공연비(air and fuel ratio) 학습치,

{ K}_{ FB} =1± { K}_{P} +{ K}_{I} (연료량 피드백 보정 계수),

상기에서, { K}_{P} =비례계수, { K}_{I} =적분계수

{K}_{MTCH }=공연비 매칭 보정 계수,

{ K}_{AFND }=저수온시 N-R-D 변화시 공연비 보정계수,

퍼지 에어(purge air) 초기 유입시 공연비 희박(lean)화 보정계수,

{ K}_{ AS}=시동직 후, 중량 보정계수,

= 가속 및 감속 연료량 보정계수.

상기 단계 180에서 엔진이 오프되지 않은 경우, 상기 단계 110부터 재 수행토록 한다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 공연비 피드백 제어 개시 판정방법은, 배기관(exhaust manifold)에 장착되어 있는 산소센서가 배기가스 중의 산소량을 검출하여 연료량 희박(lean) 및 농후(rich) 판정을 수행한다.

이러한 피드백 모드 진입을 위해서는, 농후 및 희박을 판정하는데 결정적인 산소센서의 활성화가 이루어져야 한다. 활성화란 산소의 량을 정확하게 검출할 수 있는 상태, 즉 산소센서가 충분히 가열되었음을 말한다. 보통 350C 이상에서 활성화가 이루어진다.

또한 종래의 방법에서 산소센서의 온도를 측정할 수 없기 때문에 본 발명에서 활성화 판정 조건은 다음과 같다.

엔진 시동 후 15초(XO2CRK;시동후 산소센서 활성화 판정 금지시간) 경과 후, 산소센서가0.45V를 횡절하는 경우 활성 판정하여, 연료량 피드백(A/F feedback) 제어를 시작한다.

그리고 종래 기술에서 문제를 제기했던 피드백 진입 문제를 해결하기 위해 활성 판정 조건(XO2CRK : 시동후 산소센서 활성화 판정 금지 시간)을 15초 이내로 조정하면 피드백 진입에는 문제가 없지만, 또 다른 중요한 문제가 발생한다.

만약 10초로 조정했을 경우 문제 발생 경우는 다음과 같다.

시동 중에는 요구 연료량이 아이들(idle) 상태의 수배정도까지 농후해야 하며, 이러한 시동직후의 농후 연료량은 감량 제어에 의해 일정시간 테일링(tailing)하여 연료량을 줄인다. 시동 후 10초에는 시동시 사용되었던 연료량이 감량되고 있는 중이다.

이때 산소센서가 활성 판정하여 농후함을 판정하고, 피드백 제어로 연료량을 감량할 경우, 독립적인 시동 연료량 감량이 끝났을 경우 문제가 발생한다.

실제 아이들 연료량에 그 직전의 피드백 감량 학습치가 적용되어 연료량 제어를 하므로, 희박한 상태가 되어 질소산화물 에미션(NoX EM) 증가 또는 심한 경우 시동이 꺼질 우려도 있다. 또한 시동 직후 테일링 로직에 의해 감량하고 있을 때, 피드백 제어가 감량을 가속시켜 시동성에 악영향을 미친다. 따라서 산소센서 활성화 판정 조건은 그대로 두되, 개시 조건을 상기한 바와 같이 변경 대응시 문제점의 개선이 가능하다.

특히 조건 중에서, 산소센서 활성 판정 금지시간(XO2CRK; 15초) 이후에도 불활성 판정(0.45V 미횡절) 할 경우 다음과 같이 구분한다.

첫째, 시동 15초(XO2CRK) 이후 ΔTPS(쓰로틀 밸브 개도 변화율)가 소정치(XTPSFB;0.8V) 이상 유지상태가 1회(XTIME1) 미만 즉 한번도 없는 경우 피드백을 개시한다.

둘째, 시동 15초(XO2CRK) 이후 ΔTPS가 소정치(XTHSD;0.8V) 이상 유지상태가 1회(XTIME1) 이상인 경우 피드백을 개시하지 않고, 피드백계 모니터링 모드로 진입한다.

상기한 내용의 이해는 종래 기술의 문제점(핫(Hot) 재시동시 연료량 피드백 진입 불가)에 대한 정확한 이해를 요한다. 즉, 핫 재시동은 통상 운전자가 주행을 하다가, 잠시 차량을 주차한 후, 재시동할 때를 말하며, 시동 모드에서 농후한 시동 연료량이 모두 소모되고, 정상 아이들 상태로 복귀시 보통은 공연비에 가까운 희박 연소가 된다.

다시 말하면, 핫 재시동시는 산소센서가 어느 정도 활성화되어 있는 상태이기 때문에, 시동중의 농후한 연소로 출력값은 0.45V 이상으로 유지되고 있다. 그후 시동 모드 완료 직후 0.45V 이상 유지하고 있던 산소센서 출력값이 산소센서 활성 판정시간(15초) 이내에서 시동 모드 연료량 제어가 종료된다. 이때 산소센서가 0.45V 이하로 떨어진 후, 피드백 개시(활성판정) 불가한 상태로 유지된다. 즉 활성 판정 금지시간(15초) 이후 0.45V를 횡절하지 못해 불활성 판정되어, 더 이상 피드백을 할 수 없는 상태이다.

상시 조건에서 ΔTPS 조건을 이용하여 조건 변경 한 이유는 다음과 같다.

상기한 바와 의해 15초 이후에 산소센서가 희박 판정을 하고 있는 경우, 쓰로틀 개도를 변화시키면(또는 운전자가 엑셀 페달을 밟으면), 엔진 운전 영역의 변화로 연료량 제어의 변화와 함께 공연비는 농후한 상태로 반전 할 수 있게 된다.

따라서 상기한 조건 중 첫째의 것은 활성 판정 불가한 이유로 무조건 피드백을 금지시키는 로직적 약점을 보완하고, 둘째의 것은 산소센서의 불활성 판정을 재확인할 수 있도록 한 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 공연비 피드백 제어 개시 판정방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.

종래 기술에서 산소센서의 활성 오판정의 문제를 해결하므로, 연료량 제어 문제점을 보완하고, 실제 피드백이 되지 않을 경우, 아이들 연료량 제어가 기본 맵에 의해 분사되므로 안정성이 악화되는 문제점을 억제한다. 따라서 핫(Hot) 재시동시 연료량 피드백 진입 불가 문제가 해결되고, 아이들 안정성이 향상된다.

그리고 아이들 연료량 제어(연료량 피드백 제어)는 에미션(EM) 및 연비에 직접적인 영향을 미칠 수 있으므로, 에미션 및 연비 악화를 방지 할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (7)

1. (a) 산소센서 및 TPS 출력 전압을 체크하는 단계와;

   (b) 15초 이후, 산소센서의 출력 전압이 0.45V를 횡절했는지를 판단하는 단계와;

   (c) 상기 단계 (b)에서 상기 산소센서가 0.45V를 횡절한 경우, 상기 산소센서를 활성을 판정하는 단계와;

   (d) 상기 산소센서의 출력 전압이 0.45V 이상인지를 판단하는 단계와;

   (e) 상기 단계 (d)에서 상기 산소센서의 출력 전압이 0.45V 이상인 경우, 연료량 농후를 판정하는 단계와;

   (f) 연료량 피드백 제어로 연료량을 감량하는 단계와;

   (g) 엔진의 오프(off) 여부를 판단하여, 상기 엔진이 오프되었을 경우에는 플로를 종료하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공연비 피드백 제어 개시 판정방법.
2. 제1항에 있어서,

   (h) 상기 단계 (b)에서 상기 산소센서가 0.45V를 횡절하지 않은 경우, ΔTPS(쓰로틀 밸브 개도 변화율)가 0.8V 이상 상태가 1회 이상 검출되었는지를 판단하는 단계와;

   (i) 상기 ΔTPS가 0.8V 이상 상태가 1회 이상 검출된 경우, 오픈 루프에 의한 연료량을 제어하는 단계;를 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 공연비 피드백 제어 개시 판정방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 단계 (h)에서, 상기 ΔTPS가 0.8V 이상 상태가 1회 이상 검출되지 않은 경우, 상기 단계 (c)를 수행하는 것을 특징으로 하는 공연비 피드백 제어 개시 판정방법.
4. 제1항에 있어서,

   (j) 상기 단계 (d)에서 상기 산소센서의 출력 전압이 0.45V 이상이 아닌 경우, 연료량 희박 판정하는 단계와;

   (k) 연료량 피드백 제어로 연료량을 증량하는 단계와;

   (l) 엔진의 오프(off) 여부를 판단하여, 상기 엔진이 오프되었을 경우에는 플로를 종료하는 단계;를 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 공연비 피드백 제어 개시 판정방법.
5. 제1항 또는 제4항에 있어서,

   상기 단계 (f) 또는 (k)에서 상기 연료량 피드백 개시 조건은, 산소센서 활성과, 상기 산소센서 활성 판정 금지시간(15초) 이후에도 불활성 판정(0.45V 미횡절)할 경우와, 수온 소정치 이상과, 충진효율이 소정치 이상과, TPS 개도 소정치이하와, 시동후 일정시간(냉각수온별2-D Map) 경과 후와, θ-Ne 모드 이외와, 점화계 정상시와, OBD-ll 모니터링에 의해 피드백 강제 금지 이외를 포함하여 된 것을 특징으로 하는 공연비 피드백 제어 개시 판정방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 연료량 피드백 개시 조건들을 만족할 경우, 수행되는 상기 연료량 피드백 제어 방정식은 아래의 수학식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공연비 피드백 제어 개시 판정방법.

   [수학식]

   여기서,

   { T}_{B } =기본(basic) 연료량,

   { K}_{LRN } =공연비(air and fuel ratio) 학습치,

   { K}_{ FB} =1± { K}_{P} +{ K}_{I} (연료량 피드백 보정 계수),

   상기에서, { K}_{P} =비례계수, { K}_{I} =적분계수

   {K}_{MTCH }=공연비 매칭 보정 계수,

   { K}_{AFND }=저수온시 N-R-D 변화시 공연비 보정계수,

   퍼지 에어(purge air) 초기 유입시 공연비 희박(lean)화 보정계수,

   { K}_{ AS}=시동직 후, 중량 보정계수,

   = 가속 및 감속 연료량 보정계수.
7. 제1항에 있어서,

   상기 단계 (g)에서 엔진이 오프되지 않은 경우, 상기 단계 (a)부터 재 수행토록 하는 것을 특징으로 하는 공연비 피드백 제어 개시 판정방법.