KR100482584B1 - 엔진용 흡입 에어 덕트 개폐 제어장치 및 방법 - Google Patents

엔진용 흡입 에어 덕트 개폐 제어장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 듀티 제어가 가능한 2계통 흡입 에어 덕트용 액추에이터를 구성하여 기존의 흡기 시스템에서 2차 공기 흡입구의 개폐에 사용한 단순한 온/오프(ON/OFF) 방식의 액추에이터의 단점을 극복할 수 있는 엔진용 흡입 에어 덕트 개폐 제어장치 및 방법에 관한 것으로, 1차 공기 흡입구와 2차 공기 흡입구를 갖는 2계통 흡입 에어 덕트와; 상기 2계통 흡입 에어 덕트에서 2차 공기 흡입구의 내측에 장착되어 전달되는 구동력에 연동되어 2차 공기 흡입구로 유입되는 공기의 흐름을 단속하는 개폐 차단막과; 상기 엔진의 흡기 통로에 연결되어 유입되는 흡기의 절대 압력을 검출하는 맵(MAP) 센서와; 상기 엔진의 전부하 운전 조건에서 상기 맵(MAP) 센서를 통해 입력되는 흡기 절대 압력에 따라 상기 개폐 차단막의 개폐를 단계적으로 조절하도록 듀티 제어신호를 발생하는 제어부와; 상기 제어부로부터 공급되는 듀티 제어신호의 입력에 따라 구동되어 개폐 차단막을 개폐시키는 액추에이터를 포함하여 구성한다.

Description

엔진용 흡입 에어 덕트 개폐 제어장치 및 방법{INTAKE AIR DUCT OPEN AND SHUT CONTROL DEVICE OF ENGINE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 엔진용 흡입 에어 덕트에 관한 것으로서, 특히 엔진용 흡입 에어 덕트 개폐 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
통상적으로, 차량의 엔진에 적용되는 흡입 에어 덕트(Intake Air Duct)는 흡기 효율(Volumetric Efficiency)을 결정짓는 중요한 요소 중의 하나로 엔진 성능에 큰 영향을 미친다.
흡입 에어 덕트가 너무 좁으면 엔진에 공급되는 공기의 절대량이 부족하게 되어 성능 저하 요인이 되고, 너무 넓으면 벽면 면적이 넓어져 공급되는 공기량 대비 공기저항이 증가하고 공기 유속이 감소하는 단점이 발생한다.
따라서, 이러한 두 요인을 절충하는 최적의 흡기 시스템을 개발하는 것은 엔진 개발 과정의 중요한 부분이다.
도 1을 참조하여 종래 기술에 따라 엔진에 적용되는 2계통 흡입 에어 덕트(100)를 설명한다.
도 1은 2계통 흡입 에어 덕트(100)의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 엔진 회전수가 저속에서는 1차 공기 흡입구를 통해서만 공기를 공급하다가 고속에서는 부족한 공기량을 2차 공기 흡입구를 개방함으로써 보충하게 된다.
2차 공기 흡입구의 개폐를 통하여 저속에서는 흡입 공기의 유속 저하와 공기 저항 증가를 방지하고 고속에서는 충분한 공기량을 공급함으로써 고출력 엔진의 흡기 시스템을 구성한다.
종래 기술에 따른 2계통 흡입 에어 덕트(100)는 2차 공기 흡입구의 개폐가 단지 온/오프(ON/OFF) 형태로만 이루어져 중속 영역에서 엔진 성능이 급격한 변화를 보인다.
도 1을 참조하면, 개폐 차단막(102)은 제어부(110)(ECU)의 솔레노이드 밸브(120) 구동에 연동되는 액추에이터(130)에 연결되어 엔진 회전수의 중속 영역에서 열려 2차 공기 흡입구의 공기 유로를 개방한다.
상기한 바와 같이 개폐 차단막(102)은 온/오프(ON/OFF) 방식으로 작동하기 때문에 개폐 차단막(102)이 열리기 직전에는 흡기 절대 압력(MAP)이 크게 감소하여 공기 흡입 효율을 저하시키고 엔진의 펌핑 손실을 증가시켜 엔진 성능의 저하를 초래한다.
이는 도 2의 성능 곡선에 잘 표현되어 있다.
도 2는 2계통 흡입 에어 덕트(100)를 채용한 엔진의 성능을 보여주며, 엔진 회전수에 대한 토크와 흡기 절대 압력(MAP ; Manifold Absolute Pressure)의 변화를 알 수 있다.
개폐 차단막(102)이 열린 직후에는 흡기 절대 압력(MAP)이 급격히 증가하여 엔진 토크의 급격한 증가가 발생하므로 엔진 제어에 더 많은 노력이 필요하게 된다.
본 발명의 목적은 듀티 제어가 가능한 2계통 흡입 에어 덕트용 액추에이터를 구성하여 기존의 흡기 시스템에서 2차 공기 흡입구의 개폐에 사용한 단순한 온/오프(ON/OFF) 방식의 액추에이터의 단점을 극복할 수 있는 엔진용 흡입 에어 덕트 개폐 제어장치 및 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 엔진용 흡입 에어 덕트 개폐 제어장치에 있어서, 1차 공기 흡입구와 2차 공기 흡입구를 갖는 2계통 흡입 에어 덕트와; 상기 2계통 흡입 에어 덕트에서 2차 공기 흡입구의 내측에 장착되어 전달되는 구동력에 연동되어 2차 공기 흡입구로 유입되는 공기의 흐름을 단속하는 개폐 차단막과; 상기 엔진의 흡기 통로에 연결되어 유입되는 흡기의 절대 압력을 검출하는 맵(MAP) 센서와; 상기 엔진의 전부하 운전 조건에서 상기 맵(MAP) 센서를 통해 입력되는 흡기 절대 압력에 따라 상기 개폐 차단막의 개폐를 단계적으로 조절하도록 듀티 제어신호를 발생하는 제어부와; 상기 제어부로부터 공급되는 듀티 제어신호의 입력에 따라 구동되어 개폐 차단막을 개폐시키는 액추에이터를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 엔진용 흡입 에어 덕트 개폐 제어방법에 있어서, 상기 엔진의 흡기 통로에 유입되는 흡기의 절대 압력을 검출하여 설정압력(P1, P2) 사이의 범위에 해당하는 가를 비교하는 단계와; 상기 비교된 흡기 절대 압력이 설정압력(P1, P2) 사이의 범위에 해당되면 개폐 차단막의 개방시간 비율을 계산하는 단계와; 상기 계산된 개방시간 비율을 기초하여 듀티 전압을 계산하는 단계와; 상기 계산된 듀티 전압을 상기 액추에이터로 공급하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명 및 첨부 도면과 같은 많은 특정 상세들이 본 발명의 보다 전반적인 이해를 제공하기 위해 나타나 있으나, 이들 특정 상세들은 본 발명의 설명을 위해 예시한 것으로 본 발명이 그들에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 그리고 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 엔진용 흡입 에어 덕트 개폐 제어장치의 구성을 설명한다.
본 발명의 실시예는 엔진용 흡입 에어 덕트 개폐 제어장치에 있어서, 1차 공기 흡입구와 2차 공기 흡입구를 갖는 2계통 흡입 에어 덕트(300)와, 개폐 차단막(302), 맵(MAP) 센서(310), 제어부(320), 액추에이터(330)를 포함하여 구성한다.
개폐 차단막(302)은 2계통 흡입 에어 덕트(300)에서 2차 공기 흡입구의 내측에 장착되어 전달되는 구동력에 연동되어 2차 공기 흡입구로 유입되는 공기의 흐름을 단속한다.
맵(MAP) 센서(310)는 엔진의 흡기 통로에 연결되어 유입되는 흡기의 절대 압력을 검출하고, 해당되는 신호를 제어부(320)로 공급한다.
제어부(320)는 엔진의 전부하 운전 조건에서 맵(MAP) 센서(310)를 통해 입력되는 흡기 절대 압력에 따라 개폐 차단막(302)의 개폐를 단계적으로 조절하도록 듀티 제어신호를 발생한다.
예를 들어, 제어부(320)는 엔진의 전부하 운전 조건에서 맵(MAP) 센서(310)로부터 입력된 흡기 절대 압력값이 개폐 차단막(302)을 개폐하는 설정 압력(P1, P2) 영역에 해당하면 액추에이터(330)로 개폐 차단막(302)을 개폐하는 듀티 제어신호를 공급한다.
만약, 제어부(320)는 맵(MAP) 센서(310)로부터 입력된 흡기 절대 압력이 설정 압력(P1, P2) 사이의 범위에서 벗어나면 액추에이터(330)로 공급되는 듀티 제어신호를 차단한다.
여기서, 제어부(320)는 맵(MAP) 센서(310)로부터 입력된 흡기 절대 압력과 설정 압력(P1, P2) 사이의 비율에 따라 전체 시간에서 개폐 차단부의 개방시간 비율을 결정하고, 이 비율에 따른 듀티 제어신호를 액추에이터(330)로 공급한다.
액추에이터(330)는 제어부(320)로부터 공급되는 듀티 제어신호의 입력에 따라 구동되어 개폐 차단막(302)을 개폐시킨다.
액추에이터(330)는 스텝 모터(332), 와이어(334)를 포함하여 구성한다.
스텝 모터(332)는 제어부(320)로부터 공급되는 듀티 제어신호의 입력에 따라 설정된 방향으로 회전한다.
예를 들어, 스텝 모터(332)는 도 3에 도시된 바와 같이 하는 시계 반대방향으로 회전하거나, 시계방향으로 회전한다.
만약, 스텝 모터(332)가 시계 반대방향으로 회전하면 개폐 차단막(302)은 닫힘 상태를 유지하게 되며, 스텝 모터(332)가 시계방향으로 회전하면 개폐 차단막(302)은 열림 상태를 유지하게 된다.
와이어(334)는 스텝 모터(332)의 회전부(모터 축)에 일단이 결합되어 와인딩되며, 타단이 개폐 차단막(302)에 결합되어 스텝 모터(332)와 개폐 차단막(302)을 상호 연결하여 스텝 모터(332)의 구동에 따라 개폐 차단막(302)을 개폐시킨다.
상기와 같은 구성으로 본 발명의 실시예는 엔진의 전부하 운전 조건에서 흡기 절대 압력에 따라 개폐 차단막(302)의 개폐를 유연하게 조절함으로써 토크 곡선 상의 딥 포인트(Deep Point)를 제거한다.
종래 기술에서는 흡기 절대 압력이 크게 떨어진 후에 개폐 차단막을 개방함으로써 토크의 딥 포인트를 피할 수 없었지만, 본 발명의 실시예에서는 딥 포인트가 발생하기 전에 개폐 차단막(302)을 일부분 개방하여 공기 흡입량을 증가시켜 줌으로써 딥 포인트를 제거할 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 엔진용 흡입 에어 덕트 개폐 제어방법을 설명한다.
도 4를 참조하면, 제어부(320)는 (S410)에서 엔진의 전부하 운전 조건상태를 검출한다.
여기서, 엔진의 전부하 운전 조건상태는 가속 페달의 답입상태 또는 스로틀 밸브의 개도상태를 검출하여 판단할 수 있다.
전술한 (S410)에서 전부하 운전 조건이면 제어부(320)는 (S420)으로 진행하여 맵(MAP) 센서(310)로부터 입력되는 신호를 분석하여 엔진의 흡기 통로에 유입되는 흡기의 절대 압력을 검출하고, 검출된 흡기 절대 압력이 설정압력(P1, P2) 사이의 범위에 해당하는 가를 비교한다.
만약, 비교된 흡기 절대 압력이 설정압력(P1, P2) 사이의 범위에 해당되면 제어부(320)는 (S430)으로 진행하여 개폐 차단막(302)의 개방 시간 비율을 계산한다.
개방시간비율=(P1-흡기절대압력)/(P1-P2)*100
이어서, 제어부(320)는 (S440)으로 진행하여 계산된 개방 시간 비율을 기초하여 듀티 전압을 계산한다.
듀티전압=(상수)*(개방시간비율)
그리고, 제어부(320)는 (S450)으로 진행하여 계산된 듀티 전압을 액추에이터(330)로 공급한다.
즉, 맵(MAP) 센서(310)로부터 입력된 흡기 절대 압력값이 개폐 차단막(302)을 개폐하는 영역에 있는 경우 개폐 차단막(302)의 개폐를 제어하는 듀티 제어가 시작된다.
여기서, 개폐 차단막(302)을 개폐하는 영역은 흡기 절대 압력이 도 5에 도시된 제1 설정 압력(P1)과 제2 설정 압력(P2)의 사이에 위치한 영역을 말한다.
참고적으로, 개폐 차단막(302)을 제어하는 방식은 아이들 스피드 액추에이터(ISA ; Idle Speed Actuator)를 제어하는 방식과 마찬가지로 개폐 차단막(302)을 열고 있는 시간과 닫고 있는 시간의 비율을 제어하는 방식으로 한다.
이어서, 제어부(320)는 (S460)으로 진행하여 맵(MAP) 센서(310)로부터 입력되는 신호를 분석하여 엔진의 흡기 통로에 유입되는 흡기의 절대 압력을 재검출하고, 재검출된 흡기 절대 압력이 설정압력(P1, P2) 사이의 범위에 해당하는 가를 비교한다.
만약, 비교된 흡기 절대 압력이 설정압력(P1, P2) 사이의 범위에서 벗어나면 제어부(320)는 액추에이터(330)로 공급되는 듀티 제어신호를 차단한다.
즉, 제어부(320)는 흡기 절대 압력과 제1, 제2 설정 압력(P1, P2) 사이의 비율에 따라 전체 시간에서 개폐 차단막(302)의 개방 시간 비율을 결정하고, 결정된 개방 시간 비율에 따라 액추에이터(330)로 공급되는 듀티 전압을 결정한다.
그리고, 흡기 절대 압력이 제1 설정 압력(P1)과 제2 설정 압력(P2) 사이의 범위에서 벗어나면 액추에이터(330)로 공급되는 듀티 전압을 차단하여 듀티 제어를 종료한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 2계통 흡입 에어 덕트(300)를 채용한 엔진의 엔진 회전수에 대한 토크와 흡기 절대 압력(MAP)의 변화를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예는 기존 방식과 같이 흡기 절대 압력(MAP)의 급격한 감소와 변화를 제거할 수 있고, 결과적으로 엔진의 펌핑 손실 증가와 흡기 효율 감소를 피할 수 있다.
엔진 회전속도에 따라 흡기 절대 압력(MAP)과 토크를 부드럽게 변화시켜 엔진의 성능 향상을 꾀하고 엔진 제어에 유리하다.
이러한 2계통 에어 덕트(300)는 일반 엔진보다는 고출력 차량에 사용되는 엔진에 매우 유효하다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 엔진용 흡입 에어 덕트 개폐 제어장치 및 방법은 기존 방식의 2계통 흡입 에어 덕트에 비하여 개폐 차단막 개방 시점에서 부드러운 흡기 절대 압력(MAP)의 변화를 유도할 수 있어 엔진 흡기 효율과 토크를 증가시킬 수 있어 고출력용 엔진의 흡입 에어 덕트에 적용 가능한 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 엔진용 흡입 에어 덕트 개폐 제어장치의 구성을 도시한 도면.
도 2는 종래 기술에 따른 2계통 흡입 에어 덕트를 채용한 엔진의 엔진 회전수에 대한 토크와 흡기 절대 압력(MAP)의 변화를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 엔진용 흡입 에어 덕트 개폐 제어장치의 구성을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 엔진용 흡입 에어 덕트 개폐 제어방법을 도시한 흐름도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 2계통 흡입 에어 덕트를 채용한 엔진의 엔진 회전수에 대한 토크와 흡기 절대 압력(MAP)의 변화를 도시한 도면.

Claims (8)

  1. 엔진용 흡입 에어 덕트 개폐 제어장치에 있어서,
    1차 공기 흡입구와 2차 공기 흡입구를 갖는 2계통 흡입 에어 덕트와;
    상기 2계통 흡입 에어 덕트에서 2차 공기 흡입구의 내측에 장착되어 전달되는 구동력에 연동되어 2차 공기 흡입구로 유입되는 공기의 흐름을 단속하는 개폐 차단막과;
    상기 엔진의 흡기 통로에 연결되어 유입되는 흡기의 절대 압력을 검출하는 맵(MAP) 센서와;
    상기 엔진의 전부하 운전 조건에서 상기 맵(MAP) 센서를 통해 입력되는 흡기 절대 압력에 따라 상기 개폐 차단막의 개폐를 단계적으로 조절하도록 듀티 제어신호를 발생하는 제어부와;
    상기 제어부로부터 공급되는 듀티 제어신호의 입력에 따라 구동되어 개폐 차단막을 개폐시키는 액추에이터를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 엔진용 흡입 에어 덕트 개폐 제어장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 액추에이터는
    상기 제어부로부터 공급되는 듀티 제어신호의 입력에 따라 설정된 방향으로 회전하는 스텝 모터와;
    상기 스텝 모터의 회전부에 일단이 결합되어 와인딩되며, 타단이 상기 개폐 차단막에 결합되어 상기 스텝 모터와 개폐 차단막을 상호 연결하여 상기 스텝 모터의 구동에 따라 상기 개폐 차단막을 개폐시키는 와이어를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는 엔진용 흡입 에어 덕트 개폐 제어장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 엔진의 전부하 운전 조건에서 상기 맵(MAP) 센서로부터 입력된 흡기 절대 압력값이 개폐 차단막을 개폐하는 설정 압력(P1, P2) 영역에 해당하면 상기 액추에이터로 개폐 차단막을 개폐하는 듀티 제어신호를 공급하는 것을 특징으로 하는 엔진용 흡입 에어 덕트 개폐 제어장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어부는 상기 맵(MAP) 센서로부터 입력된 흡기 절대 압력과 설정 압력(P1, P2) 사이의 비율에 따라 전체 시간에서 개폐 차단부의 개방시간 비율을 결정하고, 이 비율에 따른 듀티 제어신호를 상기 액추에이터로 공급하는 것을 특징으로 하는 엔진용 흡입 에어 덕트 개폐 제어장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제어부는 상기 맵(MAP) 센서로부터 입력된 흡기 절대 압력이 설정 압력(P1, P2) 사이의 범위에서 벗어나면 상기 액추에이터로 공급되는 듀티 제어신호를 차단하는 것을 특징으로 하는 엔진용 흡입 에어 덕트 개폐 제어장치.
  6. 제1항의 구성을 갖는 엔진용 흡입 에어 덕트 개폐 제어방법에 있어서,
    상기 엔진의 흡기 통로에 유입되는 흡기의 절대 압력을 검출하여 설정압력(P1, P2) 사이의 범위에 해당하는 가를 비교하는 단계와;
    상기 비교된 흡기 절대 압력이 설정압력(P1, P2) 사이의 범위에 해당되면 개폐 차단막의 개방시간 비율을 계산하는 단계와;
    상기 계산된 개방시간 비율을 기초하여 듀티 전압을 계산하는 단계와;
    상기 계산된 듀티 전압을 상기 액추에이터로 공급하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 엔진용 흡입 에어 덕트 개폐 제어방법.
  7. 제6항에 있어서, 흡기의 절대 압력을 검출하여 설정압력과 비교하는 단계는 상기 엔진의 전부하 운전 조건에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 엔진용 흡입 에어 덕트 개폐 제어방법.
  8. 제6항에 있어서, 흡기 절대 압력이 설정 압력(P1, P2) 사이의 범위에서 벗어나면 상기 액추에이터로 공급되는 듀티 제어신호를 차단하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 엔진용 흡입 에어 덕트 개폐 제어방법.
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