KR100471208B1 - 자동차의 연료 증발가스 제어방법 - Google Patents

Abstract

급가속시 흡기 매니폴드 압력의 변동에 의한 증발가스 유입량의 차이 및 연료량 피드백 게인과 연료 분사량 감량 팩터에 의하여 발생하는 공연비의 희박화를 방지하고, 운전성 악화를 개선할 목적으로:

증발가스 퍼지 컨트롤 제어과정에서, 산소센서에 의한 연료량 피드백 게인과 스로틀 포지션 센서의 신호에 의한 연료 분사량 감량 팩터와, 단위 시간당 스로틀 밸브 개도 변화량을 계산하는 제1 단계와; 연료 증발가스가 농후한 상태에서 운전자의 가속 의지가 있는지를 판단하는 제2 단계와; 상기 제2 단계를 만족하면, 연료량 피드백 게인과 스로틀 개도량 변화량을 초기화하여 일정시간 공연비 피드백 제어를 중지시킨 상태에서 급감속 의지가 있는지를 판단하는 제3 단계와; 상기 제3 단계에서 급감속이 이루어지지 않는다고 판단되면, 설정 시간후 상기 연료량 피드백 게인과 연료 분사량 감량 팩터에 의한 연료 분사량 제어를 실시하는 제4 단계와; 상기 제3 단계에서 급감속 의지가 있다고 판단되면 정상적인 연료량 피드백 게인과 연료 분사량 감량 팩터에 의한 연료 분사량 제어가 이루어지는 제5 단계를 포함하여 이루어지는 자동차의 증발가스 제어방법을 제공한다.

Description

자동차의 연료 증발가스 제어방법{METHOD OF CONTROLLING FUEL EVAPORATION GAS FOR VEHICLES}

본 발명은 자동차의 연료 증발가스 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 급가속시 흡기 매니폴드 압력의 변동에 의한 증발가스 유입량의 차이 및 연료량 피드백 게인과 연료 분사량 감량 팩터에 의하여 발생하는 공연비의 희박화를 방지하고, 운전성 악화를 개선할 수 있도록 한 자동차의 연료 증발가스 제어방법에 관한 것이다.

예컨대, 자동차의 연료계통에는 연료탱크에 저장되어 있는 연료의 유동 및 내부 온도에 따라 증발되면서 발생되는 증발가스가 대기로 방출되어 대기를 오염시키는 것을 방지하기 위하여 증발가스를 포집하였다가 이를 엔진의 흡입계통으로 유입시켜 재연소시킬 수 있도록 한 연료 증발가스 제어시스템을 구성하고 있다.

그리고 상기 포집된 연료 증발가스는 차량의 운전 상태에 따라 전자 제어유닛에서 연료 증발가스 제어시스템에 적용되는 퍼지 컨트롤 솔레노이드 밸브를 제어함에 따라 흡입계통으로 유입될 수 있도록 구성되어 있다.

보다 구체적으로는 도 1에서와 같이, 연료탱크(2)에서 발생되어 캐니스터(4)에 포집된 증발가스는 엔진(6)의 운전중 흡기계통의 부압을 이용하여 흡기 매니폴드(8)로 흡입되며, 이의 흡입량은 엔진제어유닛(ECU)에 의해 제어되는 퍼지 컨트롤 밸브(10)에 의하여 제어된다.

그리고 증발가스는 공기 및 연료 성분을 모두 포함하고 있기 때문에 공기량 계측센서(12)에 의하여 정확한 연료 분사량을 계산할 수 없기 때문에 이론 공연비로 엔진을 운전하기 위해서는 흡입되는 증발가스 중의 연료성분에 대하여 산소센서에 의한 공연비 피드백 게인(Feedback Gain)에 의해 그 양을 추정하고, 인젝터를 통한 연료 분사시 이의 양을 제외한 상태에서 분사하고 있다.

즉, 도 5에서와 같이, 냉각수온이 일정 온도 이상이 되면, 엔진 제어유닛에서는 엔진 회전수 및 부하에 기초하여 미리 설정된 듀티 맵을 통해 퍼지 컨트롤 밸브(10)의 듀티 제어를 실시하고 있는 상태에서, 산소센서 신호를 기초로 한 연료량 피드백 게인(FG)을 검출하고(S300), 이의 피드백 게인이 기준값 1.0에서 벗어나는 정도를 파악하여 연료량 중 증발가스에 의한 연료량 감소 팩터(Kprg)를 계산한 후(S310), 상기 피드백 게인(FG)을 연료 분사량에 반영하고(S320), 연료량 감소 팩터(Kprg)를 연료 분사량(S330)에 반영하여 연료 인젝터를 제어하게 되는 것이다.

그러나 상기와 같은 제어과정에 있어서는, 연료 분사량 감소 팩터(Kprg)가 배기가스의 공연비를 판단 한 후에 변경 학습이 이루어지고, 학습치 특성상 급격한 변동이 되지 않고 서서히 변동되도록 필터링 처리함으로써, 운전 조건의 급격한 변화에 의한 공연비 변동시 신속한 연료량 보상이 이루어지지 않게 된다.

이에 따라 엔진의 운전조건(엔진 회전수, 부하상태에 따른 흡기 매니폴드의 부압상태)에 따라 퍼지 컨트롤 밸브를 통한 증발가스량은 수시로 변동되기 때문에 이미 계산된 연료량 감소 팩터가 변화된 운전 조건에는 맞지 경우가 발생된다는 문제점이 있다.

또한, 감속후 가속, 정지 아이들 상태에서 흡기 매니폴드의 부압 거동이 큰 조건에서 작아지는 조건으로 천이되는 경우인데, 이 경우에는 증발가스가 용이하게 유입될 조건에서 적은 량으로 유입되는 상태가 된다.

이에 따라 만일 감속전 상태에서 연료 분사량 팩터가 1.0이하로 학습되어 있고, 농후한 증발가스의 영향으로 피드백 게인도 1.0 이하의 상태라면 가속 조건이 되어 부압이 작아지고 증발가스의 유입이 줄어들어 공연비가 희박해지는 영향이 중첩되어 최종 공연비는 도4의 (B)에서와 같이 극도로 희박지면서 운전성 악화 및 유해 배기가스의 증가(특히 NOx)를 피할 수 없게 된다.

그리고 공연비가 과도하게 희박해지는 경우에는 엔진이 정지되어 안전성에 치명적인 결과를 초래한다는 문제점을 내포하고 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 급가속시 흡기 매니폴드 압력의 변동에 의한 증발가스 유입량의 차이 및 연료량 피드백 게인과 연료 분사량 감량 팩터에 의하여 발생하는 공연비의 희박화를 방지하고, 운전성 악화를 개선할 수 있도록 한 자동차의 연료 증발가스 제어방법을 제공함에 있다.

이를 실현하기 위하여 본 발명은, 엔진 회전수와 부하 조건에 따른 퍼지 컨트롤 밸브의 제어과정에서, 산소센서에 의한 연료량 피드백 게인과 스로틀 포지션 센서의 신호에 의한 연료 분사량 감량 팩터와, 스로틀 포지션 센서의 신호를 단위 시간당 스로틀 밸브 개도 변화량을 계산하는 제1 단계와;

연료 증발가스가 농후한 상태에서 운전자의 가속 의지가 있는지를 판단하는 제2 단계와;

상기 제2 단계를 만족하면, 연료량 피드백 게인과 스로틀 개도량 변화량을 초기화하여 일정시간 공연비 피드백 제어를 중지시킨 상태에서 급감속 의지가 있는지를 판단하는 제3 단계와;

상기 제3 단계에서 급감속이 이루어지지 않는다고 판단되면, 설정 시간후 상기 연료량 피드백 게인과 연료 분사량 감량 팩터에 의한 연료 분사량 제어를 실시하는 제4 단계와;

상기 제3 단계에서 급감속 의지가 있으면, 정상적인 연료량 피드백 게인과 연료 분사량 감량 팩터에 의한 연료 분사량 제어가 이루어지는 제5 단계를 포함하여 이루어지는 자동차의 증발가스 제어방법을 제공한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명은 운용하기 위한 제어시스템의 구성도로서, 검출수단으로부터 엔진의 운전상태가 전기적인 신호로 입력되면 트랜스밋션 제어유닛(TCU)에서는 이를 신호를 미리 입력된 데이터와 비교 연산하여 연료 증발가스 제어시스템의 퍼지 솔레노이드 밸브(10)와 연료계통(14)을 제어하게 되는 것이다.

상기에서 검출수단은 엔진의 냉각수 온도를 검출하는 냉각수온 센서(16)와, 회전수를 검출하는 엔진 rpm 센서(18)와, 차속을 검출하는 차속센서(20)와, 스로틀 개도각을 검출하는 스로틀 개도각 센서(22)와, 배기가스의 산소농도를 검출하는 산소센서(24)등을 포함하여 이루어지며, 상기에서 연료계통(14)이라고 함은 연료 인젝터를 의미한다.

그리고 상기에서 설명하고 있는 검출수단은 이에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명을 설명하는데 필요한 최소한의 것을 설명한 것이다.

이러한 시스템을 이용하는 본 발명의 제어방법은 도 3에서와 같이 이루어진다.

먼저, 퍼지 제어를 위하여 엔진 회전수와 부하 조건에 대해 미리 설정된 듀티로 퍼지 컨트롤 밸브(10)가 제어되는 과정에서, 산소센서(24)에 의한 연료량 피드백 게인(FG)과 스로틀 포지션 센서(22)로부터의 제어신호가 엔진 제어유닛(ECU)으로 입력되면(S100), 엔진 제어유닛(ECU)에서는 상기 연료량 피드백 게인(FG)로부터 연료 분사량을 줄이기 위해 사용되는 연료 분사량 감량 팩터(Kprg)를 계산한다 (S110).

그리고 스로틀 포지션 센서(22)로부터 입력되는 신호를 단위 시간당의 스로틀 밸브의 개도 변화량(ΔTPS)으로 계산한 후(S120), 증발가스의 농후 상태를 검출하기 위하여 상기 S100 단계와 S110 단계에서 산출된 연료량 피드백 게인(FG)과 연료 분사량 감량 팩터(Kprg)를 판단하게 된다.

물론, 이때에는 연료량 피드백 게인(FG)과 연료 분사량 감량 팩터(Kprg)가 이를 판단할 수 있도록 설정된 연료량 피드백 게인 임계치(FGth)와 연료 분사량 감량 팩터 임계치(Kth) 보다 작은가를 판단하게 된다(S130).

상기 S130 단계의 연료량 피드백 게인 임계치(FGth)와 연료 분사량 감량 팩터 임계치(Kth)는 공연비 희박화와 운전성에 악영향을 미치는 정도로 설정되며, 이 임계치 내에서는 작동이 이루어지지 않도록 하여 불필요한 제어가 이루어지지 않도록 한다.

상기 S130 단계의 조건을 만족하면, 상기 S120 단계에서 계산된 스로틀 밸브의 개도 변화량(ΔTPS)이 임계치(Tth) 이상인가를 판단하는데(S140), 이는 운전자가 급격히 가속할 의지가 있는지를 판단하기 위한 것으로서, 단위 시간당의 스로틀 밸브 개도 변화량(ΔTPS)가 임계치(DTth)를 초과하면 운전자가 급가속 의지가 있는 것으로 판단하게 되는 것이다.

그리고 상기 S140 단계에서의 조건을 만족하여 운전자의 가속의지가 있다고 판단되면, 기존에 계산된 연료량 피드백 게인(FG)과 연료 분사량 감량 팩터(Kprg)를 무시하고 기준값 1.0 으로 초기화한 후(S150), 공연비 피드백 제어의 시간을 계산하면서(S160) 일정시간 중지시킨다.

이는 가속의 순간에 연료 분사량이 증가되어 공연비의 희박화를 방지하기 위한 것이다.

상기와 같은 S150, S160 단계를 진행하는 동안에 운전자가 가속페달을 놓아 스로틀 밸브 개도 변화량이 "-"(스로틀 밸브가 닫히는 방향)측으로 변화되는 경우에는 이의 변화량이 임계치(DTNth)를 초과하지 않는가를 판단하여(S170) 초과하지 않으면, 공연비 피드 제어 중지와 학습치 초기화 단계가 유지되도록 하고, 이의 유지과정에서 유지시간이 설정시간(Tth) 이상 지속되고 있는가를 판단하여(S180), 설정시간 이상 지속된 후에는 상기 피드백 게인(FG)을 연료 분사량에 반영하고(S190), 연료량 감소 팩터(Kprg)를 연료 분사량(S200)에 반영하여 연료 인젝터를 제어하게 되는 것이다.

상기에서 설정시간(Tth)은 공연비 희박화에 의한 운전성 문제의 개선 여부와 피드백 제어 중지에 따른 유해 배기가스의 증가가 최소화되도록 시험을 통해 결정된다.

그리고 상기 S130 과 S140 단계에서 조건을 만족하지 못하는 경우에는 S190 단계로 진입하며, 상기 S180 단계를 만족하지 못할 때에는 상기 S150 단계로 리턴되어 S180 조건이 만족될 때까지 실행하고, 상기 S170 단계에서 조건을 만족하지 못하는 경우에는 연료량 피드백 게인(FG)을 검출하여(S171), 이의 연료량 피드백 게인(FG)에 의한 연료 분사량 감량 팩터(Kprg)를 계산한 후(S172), 상기 S190 단계로 진입한다.

이와 같은 제어는 도 4의 (A)에서와 같이, 스로틀 밸브 개도 변화량(ΔTPS)가 임계치 이상일 때에는 일정시간(Dth) 동안 공연비 피드백 제어가 중지됨으로써, 공연비의 희박화를 방지하여 도 4의 (B)에서 보인 종래에 비하여 매우 안정된 공연비 제어가 이루어짐으로써, 운전성 악화를 방지하게 되는 것이다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 농후한 증발가스 유입중 가속시 공연비 희박화를 방지할 수 있으며, 공연비 희박화에 따른 운전성 악화(가속감 불량, 엔진 정지등)와 유해 배기가스 증가를 방지할 수 있으며, 운전성 향상과 배기가스 저감에 의한 상품성 향상 및 안전성을 향상시킬 수 있는 발명인 것이다.

도 1은 일반적인 증발가스 제어시스템의 구성도.

도 2는 본 발명에 적용되는 시스템의 블록도.

도 3은 본 발명에 의한 제어방법의 작동 흐름도.

도 4 (A)(B)는 본 발명 및 종래 기술의 설명을 위한 그래프 선도.

도 5는 종래 제어방법의 작동 흐름도이다.

Claims (4)

1. 엔진 회전수와 부하 조건에 따른 퍼지 컨트롤 밸브의 제어과정에서, 산소센서의 신호를 근거로 한 연료량 피드백 게인에 의해 연료 분사량 감량 팩터를 계산하고, 스로틀 포지션 센서의 신호로 단위 시간당 스로틀 밸브 개도 변화량을 계산하는 제1 단계와;

   연료 증발가스가 농후한 상태에서 운전자의 가속 의지가 있는지를 판단하는 제2 단계와;

   상기 제2 단계를 만족하면, 연료량 피드백 게인과 스로틀 개도량 변화량을 초기화하여 일정시간 공연비 피드백 제어를 중지시킨 상태에서 급감속 의지가 있는지를 판단하는 제3 단계와;

   상기 제3 단계에서 급감속이 이루어지지 않는다고 판단되면, 설정 시간후 상기 연료량 피드백 게인과 연료 분사량 감량 팩터에 의한 연료 분사량 제어를 실시하는 제4 단계와;

   상기 제3 단계에서 급감속 의지가 있으면, 정상적인 연료량 피드백 게인과 연료 분사량 감량 팩터에 의한 연료 분사량 제어가 이루어지는 제5 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 자동차의 증발가스 제어방법.
2. 제1항에 있어서, 제2 단계에서는 제1 단계에서 산출된 연료량 피드백 게인과 연료 분사량 감량 팩터를 임계치와 비교 판단하여 증발가스의 농후 상태를 판단하고, 운전자의 가속 의지는 상기 제1 단계에서 계산된 스로틀 밸브의 개도 변화량을 임계치와 비교 판단함을 특징으로 하는 자동차의 증발가스 제어방법.
3. 제1항에 있어서, 제3 단계에서의 급감속 의지는 스로틀 밸브가 단위 시간당 닫히는 방향으로의 변화량이 임계치 이상인가로 판단함을 특징으로 하는 자동차의 증발가스 제어방법.
4. 엔진 회전수와 부하 조건에 따른 퍼지 컨트롤 밸브의 제어과정에서 산소센서에 의한 연료량 피드백 게인과 스로틀 포지션 센서로 신호가 입력되면, 상기 연료량 피드백 게인에 의한 연료 분사량 감량 팩터를 계산하는 제1 단계와;

   상기 제1 단계에서 입력되는 스로틀 포지션 센서의 신호를 단위 시간당 스로틀 밸브 개도 변화량을 계산하는 제2 단계와;

   증발가스가 농후한 상태를 인식할 수 있도록 상기 제1 단계에서 산출된 연료량 피드백 게인과 연료 분사량 감량 팩터를 임계치로 비교 판단하는 제3 단계와;

   상기 제3 단계에서 증발가스가 농후한 상태로 판단되면 상기 제2 단계에서 계산된 스로틀 밸브의 개도 변화량이 임계치 이상인가를 판단하는 제4단계와;

   상기 제4 단계에서 스로틀 밸브 개도 변화량이 임계치 이상이라고 판단되면, 상기 제1단계에서 계산된 연료량 피드백 게인와 연료 분사량 감량 팩터를 기준값 1.0 으로 초기화한 후 피드백 제어를 설정시간 동안 중지시키는 제5 단계와;

   상기 제 5단계의 제어과정중 스로틀 밸브가 단위사간당 닫히는 방향으로의 변화량이 임계치 이하로 변화하면, 상기 제5 단계의 제어가 설정시간 동안 유지되었는가를 판단하는 제6 단계와;

   상기 제6 단계의 조건을 만족하면, 상기 피드백 게인과 연료량 감소 팩터를 연료 분사량에 반영하여 연료 제어를 실시하는 제7 단계와;

   상기 제6 단계에서 스로틀 밸브가 단위시간당 닫히는 방향으로의 변화량이 임계치 이상으로 변화하면, 피드백 게인을 검출하여 연료량 감소 팩터를 계산하여 상기 제7 단계로 진입하는 제8 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 자동차의 증발가스 제어방법.