KR101160015B1 - 내연기관 엔진의 배기가스 온도 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연기관 엔진의 배기가스 온도 제어 방법에 관한 것으로서, 배기가스 온도에 영향을 미치는 인자를 측정하고, 해당 인자에 따른 배기가스 온도 데이터를 매핑시켜서 배기온도 모델링 테이블을 설정하는 제1단계; 온도 센서를 이용하여 배기가스 온도를 측정하는 제2단계; 인자 값을 측정하고, 배기온도 모델링 테이블에서 해당 인자 값에 대응되는 배기가스 온도 데이트를 검색하는 제3단계; 상기 온도 센서를 이용하여 측정된 배기가스 온도와 상기 배기온도 모델링 테이블에서 검색된 배기가스 온도 데이터를 비교하여 두 값의 차가 허용 오차 범위 내에 있는지 판단하는 제4단계; 제4단계에서 상기 두 값의 차가 허용 오차 범위 내인 경우, 온도 센서가 정상적으로 동작하는 것으로 판단하고, 온도 센서에 의해 실측된 온도를 연료량 제어를 위한 기준 온도로 설정하는 제5단계; 상기 배기온도 모델링 테이블의 배기온도 데이터를 상기 측정된 배기온도 데이터를 이용하여 업데이트 하는 제6단계;를 포함한다.

Description

내연기관 엔진의 배기가스 온도 제어 방법{Method for controlling of exhaust temperature in internal combustion engine}

본 발명은 내연기관 엔진의 배기가스 온도 제어 방법에 관한 것으로서, 특히 배기가스 온도 모델링 데이터를 이용한 연소량의 피드백 제어를 통한 연비향상 방법에 관한 것이다.

대부분의 가솔린 및 디젤 엔진은 배기가스 정화를 위해 백금류의 금속으로 이루어진 촉매를 사용하고 있다. 그러나 상기와 같은 촉매를 사용할 경우 가혹한 운전조건에서 배기가스 온도와 촉매 내에서의 화학반응이 발생할 수 있으며, 화학반응에 의해 발생하는 온도가 약 950℃가 넘을 경우 촉매 내부 손상이 일어나 정화효율이 떨어지고 심각한 경우에는 배기계의 압력을 크게 높여 엔진의 출력저하 및 손상을 가져올 수 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 엔진이 가혹한 운전 조건 상태에 놓이게 될 경우 연료량을 더 많이 분사함으로써 공연비를 과농(Rich) 상태로 하여 배기가스 온도를 낮추는 방법이 사용되고 있다.

그러나 연료 분사 제어는 개루프 제어로서 사전에 정해진 연료량을 계속해서 분사하기 때문에, 이를 조절하는 것이 불가능하여 연료를 과다하게 분사할 경우 연비가 상승하는 문제점이 발생한다.

또한, 배기온도 센서가 고장 또는 비정상적인 동작을 할 경우 정확한 배기가스 온도 제어가 불가능한 문제점이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 배기가스 온도 센서의 고장이나 오류가 발생하더라도 배기온도 모델링 데이터를 이용하여 연소량을 조절함으로써 비교적 정확한 배기가스 온도 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 온도 제어 방법은, 배기가스 온도에 영향을 미치는 인자를 측정하고, 해당 인자에 따른 배기가스 온도 데이터를 매핑시켜서 배기온도 모델링 테이블을 설정하는 제1단계; 온도 센서를 이용하여 배기가스 온도를 측정하는 제2단계; 인자 값을 측정하고, 배기온도 모델링 테이블에서 해당 인자 값에 대응되는 배기가스 온도 데이트를 검색하는 제3단계; 상기 온도 센서를 이용하여 측정된 배기가스 온도와 상기 배기온도 모델링 테이블에서 검색된 배기가스 온도 데이터를 비교하여 두 값의 차가 허용 오차 범위 내에 있는지 판단하는 제4단계; 제4단계에서 상기 두 값의 차가 허용 오차 범위 내인 경우, 온도 센서가 정상적으로 동작하는 것으로 판단하고, 온도 센서에 의해 실측된 온도를 연료량 제어를 위한 기준 온도로 설정하는 제5단계; 상기 배기온도 모델링 테이블의 배기온도 데이터를 상기 측정된 배기온도 데이터를 이용하여 업데이트 하는 제6단계;를 포함한다.

또한, 상기 방법은 상기 두 값의 차가 허용 오차 범위를 초과하는 경우, 배기온도 센서가 비정상적으로 동작하는 것으로 판단하고, 상기 배기온도 모델링 테이블에서 검색된 배기가스 온도 데이터를 연료량 제어를 위한 기준 온도로 설정하는 제7단계;를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 방법에 있어서, 상기 기준 온도가 설정된 임계값을 초과하는지 판단하는 제8단계; 및 상기 판단 결과 상기 설정된 임계값을 초과하는 경우 연료량을 증가 또는 감소하도록 조절하는 제9단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 방법에 있어서, 상기 허용 오차 범위는 50℃ 내지 150℃에서 설정되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 방법에 있어서 연료량을 조절하는 단계는, 상기 측정된 배기온도가 상기 임계값을 초과하는 경우 연료량을 증가하고, 상기 측정된 배기온도가 상기 임계값 이내인 경우 연료량을 감소하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 방법에 있어서, 상기 임계값은 800℃ 내지 950℃에서 설정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 배기온도 모델을 이용할 경우 엔진의 원가 상승 없이 연비를 상승시킬 수 있으며, 온도 센서가 장착될 경우에도 배기온도 모델이 학습할 충분한 시간만 확보된다면 온도 센서에 오류가 발생하더라도 정확도가 높은 배기온도 모델을 활용하여 배기온도 제어가 가능하여 연비를 상승시킬 수 있는 효과가 발생한다.

도 1은 본 발명에 따른 배기가스 온도 제어 과정을 순차적으로 도시한 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.

종래 배기가스 온도를 제어하기 위한 방법으로는 엔진의 구성품에 솔레노이드 및 레버 등을 추가로 구성하여 제어하는 방법이 있으나 이는 엔진의 원가상승의 문제점이 있다. 또한, 배기가스 온도를 엔진 및 차량 개발시 열전달 이론을 계산하여 모델링함으로써, 엔진이 가혹한 운전조건 영역에서 운전되면 모델 온도에 기반하여 사전에 정해진 영역에서 정해진 연료량을 더 분사하도록 할 수 있지만 모델 온도는 엔진이 촉매가 손상될 수 있는 가혹 조건에 도달하였는지 판단하는데만 활용되며, 연료 분사 제어는 개루프 제어로서 사전에 정해진 연료량을 계속해서 분사하기 때문에, 이를 조절하는 것이 불가능하여 연료를 과다하게 분사할 경우 연비가 상승된다.

본 발명에서는 엔진의 배기계에 온도 센서를 장착한 경우 온도 센서의 고장이나 오류가 발생하더라도 배기온도 모델링 데이터를 이용하여 연소량을 조절할 수 있는 제어 방법을 제안한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배기온도 제어 과정을 순차적으로 도시한 순서도이다.

우선, 배기가스 온도에 영향을 미칠 수 있는 각종 인자(factor)들을 측정하고, 그에 따른 실제 배기가스 온도를 측정하여 배기온도 모델링 테이블을 설정하여 메모리 등에 저장한다(S10).

여기서, 배기가스 온도에 영향을 미치는 인자에는 RPM(revolutions per minute), 공기량, 점화시기, 그리고 공연비 등이 포함될 수 있다.

예를 들어, RPM 또는 공기량 등의 인자와 함께 배기가스 온도를 측정한 후, 해당 인자와 배기가스 온도가 대응되도록 배기온도 모델링 테이블을 설정한다.

이후, 차량 운행 과정에서 배기가스 측정을 위한 온도 센서를 통해 배기계의 배기온도를 측정하고, 배기온도와 관련된 인자들의 데이터도 측정한다(S12).

그리고 메모리 등에 저장된 배기온도 모델링 테이블에서, 상기 측정된 인자들에 대응하는 배기가스 온도를 검색한다(S14). 예를 들면, RPM 이나 공연비 등의 측정값을 이용하여 해당 인자에 대응하는 배기온도 모델링 값이 검색될 수 있다.

상기 온도 센서를 통해 측정된 배기온도 데이터와, 상기 배기온도 모델링 테이블에서 검색된 배기온도 모델링 값을 비교한다(S16).

이때, 두 값의 차가 허용 오차 범위 내에 있는지 판단한다(S18).

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 허용 오차 범위는 대략 50℃ 내지 150℃ 사이에서 설정되는 것이 바람직하다. 50℃ 미만으로 한정하면 오차 범위가 너무 좁아서 정상적으로 동작하는 센서도 비정상 동작으로 오인할 염려가 있고, 반대로 150℃를 초과하면 오차 범위가 너무 넓아서 비정상적으로 동작하는 센서도 정상 동작으로 오인할 염려가 있다.

상기 두 값의 차가 허용 오차 범위 내인 경우, 온도 센서가 정상적으로 동작하는 것으로 판단하고, 온도 센서에 의해 측정된 배기가스 온도 값을 연료량 제어를 위한 기준 온도로 설정한다(S20). 또한 상기 모델링 테이블의 배기온도 데이터를 상기 측정된 배기온도 데이터를 이용하여 업데이트 한다.

여기서, 모델링 테이블의 배기온도 업데이트 방법에는 다양한 방법이 적용될 수 있다. 예를 들어, 모델링 테이블의 배기온도 값을 온도 센서에 의해 실측된 배기온도 데이터로 갱신하거나, 또는 인자들이 동일한 값을 가지는 환경에서 수 회에 걸쳐 실측된 배기온도 데이터를 평균 합산하여 갱신하도록 설정될 수도 있다.

그리고 상기 두 값의 차가 허용 오차 범위를 초과하는 경우, 배기온도 센서가 고장이거나 비정상적으로 동작하는 것으로 판단하고, 상기 모델링 테이블에서 검색된 배기온도 데이터를 연료량 제어를 위한 기준 온도로 설정한다(S22).

즉, 배기온도 센서에 의해 실측된 배기가스 온도 값이 배기온도 모델링 테이블과 비교하여 허용 오차 범위 내에 있을 경우에는, 배기온도 센서가 정상 동작하는 것으로 판단하고, 실측된 배기가스 온도 값을 이용하여 배기온도 모델링 테이블을 업데이트 하며, 또한 실측된 배기가스 온도 값을 연료 분사 제어를 위한 기준 온도로 설정하게 된다.

반대로, 배기온도 센서에 의해 실측된 배기가스 온도 값이 배기온도 모델링 테이블과 비교하여 허용 오차 범위 밖에 있을 경우에는, 배기온도 센서가 비정상 동작하는 것으로 판단하고, 배기온도 모델링 테이블의 배기가스 온도 데이터를 연료 분사 제어를 위한 기준 온도로 설정하게 된다.

이러한 연료 분사 제어는 다음과 같이 수행된다.

온도 센서가 정상으로 판단된 경우의 실측된 배기가스 온도 값, 또는 온도 센서가 비정상으로 판단된 경우의 배기온도 모델링 테이블의 배기가스 온도 데이터 중 어느 하나를 기준 온도로 설정하고, 상기 설정된 기준 온도가 기 설정된 임계값을 초과하는지 판단한다(S24).

여기서 설정된 임계값은 본 발명의 일실시예에 따르면, 대략 800℃ 내지 950℃ 사이에서 어느 하나의 값으로 설정될 수 있다. 상기 800℃ 미만은 배기온도가 과열되지 않은 상태이고, 임계값을 950℃를 초과하여 설정하면 배기온도가 과열됐음에도 불구하고 과열되지 않은 것으로 인식할 염려가 있다.

S111 단계에서 판단 결과, 기준 온도가 상기 설정된 임계값 이내인 경우는 Lambda=1 제어를 수행한다(S26). Lambda=1 제어란 이론공연비 14.7 : 1로 차량을 전자제어하는 것을 의미한다.

그러나 S111 단계에서 판단 결과, 기준 온도가 상기 설정된 임계값을 초과하는 경우에는 연료량을 증감 제어하여 이론 공연비에 도달하도록 제어한다(S28).

본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 S141 단계는, 배기온도가 임계값을 초과하는 경우 연료량을 증가시켜 배기가스 온도를 낮추도록 공연비를 과농(rich) 상태로 한 후, 배기온도를 재측정하여 상기 설정된 임계값을 초과하는지 다시 판단하고, 배기온도가 설정된 임계값을 초과하는 경우는 다시 연료량을 증가시키고, 배기온도가 설정된 임계값을 초과하지 않는 경우는 연료량을 감소시켜 공연비를 희박(lean) 상태로 한다.

이후, 배기온도를 재측정하여 상기 설정된 임계값을 초과하는지 다시 판단하여, 초과시는 상기 연료량 조절단계로 피드백할 수 있다.

이와 같이 배기온도 모델을 이용함으로써, 센서 오류가 발생하더라도 보다 정확한 연료량 증감 제어가 가능하다. 또한, 연료량 증감 제어는 피드백 과정을 통해서 연료 분사 시간을 조정하여 연료량을 과농 또는 희박하게 분사함으로써, 배기온도가 필요 이상으로 너무 낮게, 즉 과도한 연료분사가 되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 배기가스 온도 데이터가 저장된 배기온도 데이터 테이블은 상기 배기온도 모델의 학습을 반복 수행하여 실제 값에 근접하도록 주기적인 업데이트를 수행하며, 상기 학습 데이터는 주행이 종료되더라도 삭제되지 않도록 하여 온도센서의 고장 판정에 사용되도록 할 수도 있다.

여기까지 설명된 본 발명에 따른 방법은 소프트웨어, 하드웨어, 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 방법은 저장 매체(예를 들어, 이동 단말기 내부 메모리, 플래쉬 메모리, 하드 디스크, 기타 등등)에 저장될 수 있고, 프로세서(예를 들어, 이동 단말기 내부 마이크로 프로세서)에 의해서 실행될 수 있는 소프트웨어 프로그램 내에 코드들 또는 명령어들로 구현될 수 있다.

이상, 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (7)

1. 배기가스 온도에 영향을 미치는 인자를 측정하고, 해당 인자에 따른 배기가스 온도 데이터를 매핑시켜서 배기온도 모델링 테이블을 설정하는 제1단계;
   온도 센서를 이용하여 배기가스 온도를 측정하는 제2단계;
   인자 값을 측정하고, 배기온도 모델링 테이블에서 해당 인자 값에 대응되는 배기가스 온도 데이트를 검색하는 제3단계;
   상기 온도 센서를 이용하여 측정된 배기가스 온도와 상기 배기온도 모델링 테이블에서 검색된 배기가스 온도 데이터를 비교하여 두 값의 차가 허용 오차 범위 내에 있는지 판단하는 제4단계;
   제4단계에서 상기 두 값의 차가 허용 오차 범위 내인 경우, 온도 센서가 정상적으로 동작하는 것으로 판단하고, 온도 센서에 의해 실측된 온도를 연료량 제어를 위한 기준 온도로 설정하는 제5단계;
   상기 배기온도 모델링 테이블의 배기온도 데이터를 상기 측정된 배기온도 데이터를 이용하여 업데이트 하는 제6단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관 엔진의 배기가스 온도 제어 방법.
2. 제1항에 있어서,
   제4단계에서 상기 두 값의 차가 허용 오차 범위를 초과하는 경우, 배기온도 센서가 비정상적으로 동작하는 것으로 판단하고, 상기 배기온도 모델링 테이블에서 검색된 배기가스 온도 데이터를 연료량 제어를 위한 기준 온도로 설정하는 제7단계;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관 엔진의 배기가스 온도 제어 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 기준 온도가 설정된 임계값을 초과하는지 판단하는 제8단계; 및
   상기 판단 결과 상기 설정된 임계값을 초과하는 경우 연료량을 증가 또는 감소하도록 조절하는 제9단계;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관 엔진의 배기가스 온도 제어 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 배기온도 모델링 테이블의 인자에는, RPM(revolutions per minute), 공기량, 점화시기, 공연비 중 적어도 하나가 포함되는 것을 특징으로 하는 내연기관 엔진의 배기가스 온도 제어 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 허용 오차 범위는 50℃ 내지 150℃에서 설정되는 것을 특징으로 하는 내연기관 엔진의 배기가스 온도 제어 방법.
6. 제3항에 있어서, 상기 연료량을 조절하는 제9단계는,
   상기 기준 온도가 상기 임계값을 초과하는 경우 연료량을 증가하고, 상기 기준 온도가 상기 임계값 이내인 경우 연료량을 감소하는 것을 특징으로 하는 내연기관 엔진의 배기가스 온도 제어 방법.
7. 제3항에 있어서,
   상기 임계값은 800℃ 내지 950℃에서 설정되는 것을 특징으로 하는 내연기관 엔진의 배기가스 온도 제어 방법.

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