KR102199901B1

KR102199901B1 - 엔진의 흡기계의 압력 센서 감지 방법

Info

Publication number: KR102199901B1
Application number: KR1020170010234A
Authority: KR
Inventors: 원민규
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2017-01-23
Filing date: 2017-01-23
Publication date: 2021-01-08
Also published as: KR20180086608A

Abstract

본 발명은 엔진의 흡기계의 압력 센서를 이용하여 압력을 감지하는 방법으로서, 제1 시간 주기로 상기 압력 센서를 이용하여 흡기계의 압력을 샘플링하고, 흡기계 압력이 기준값 미만인지 여부를 판단하여, 흡기계 압력이 기준값 미만인 경우, 상기 엔진의 회전 속도에 따라 가변하는 세그먼트 단위로, 샘플링 된 압력의 평균값을 구하고, 흡기계 압력이 기준값 이상인 경우에는 고정된 시간 주기로, 샘플링된 압력의 평균값을 구하여, 계산된 평균값을 이용하여 압력값을 매 세그먼트에 따라 흡기계의 압력값으로 업데이트 하도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

엔진의 흡기계의 압력 센서 감지 방법{METHOD FOR DETECTING PRESSURE SENSOR IN INTAKE SYSTEM OF ENGINE}

본 발명은 엔진의 흡기계 압력 센서 감지 방법에 관한 발명으로서, 보다 상세하게는 압력 센서를 이용하여 엔진의 흡기계 내부의 압력을 감지한 결과인 신호를 처리하는 주기를 이원화하여 엔진의 흡기계의 압력을 감지하는 방법에 관한 발명이다.

차량의 정상적인 엔진 작동을 위해서는 공연비를 정확하게 제어하는 것이 중요하다. 정확한 공연비의 제어가 불가능하여 연료소비가 많아지고 불규칙한 연료분사로 쇼크가 발생하여 운전성이 나빠지고 특히 배기가스 발생을 증가시켜 환경을 오염시키게 된다. 따라서, 엔진의 흡기계를 통해 도입되는 흡입공기량을 정확하게 측정하는 것이 무엇보다 중요하다.

특허문헌 1에서 개시되어 있는 바와 같이, 흡기계로부터 도입되는 흡입 공기량을 측정하기 위해서, 흡기계에 설치되는 압력 센서를 사용하고 있다.

통상적으로,　흡기계 압력 센서는 MAP 센서(Manifolf Absolute Pressure Sensor)를 사용하고 있는데, MAP 센서는 반도체식 압력 센서의 한 종류로서, 엔진의 크랭크 축이 회전하면서 피스톤이 상사점에서 하사점으로 내려갈때, 공기가 유입되는 입구가 스로틀 밸브로 막혀있기 때문에 흡기 다기관 내부에는 진공 상태가 되며 그 크기를 전기적인 신호로서 ECU에 전달하는 역할을 한다.

이러한 MAP 센서의 시그널을 통해, 실린더에 공급되고 있는 공기량을 계산할 수 있어, 공기량에 맞는 이론 공연비에 따른 연료량을 분사한 후 산소 센서 시그널을 이용하여 현재의 공연비를 추정하고여 추가로 연료를 가감하는 제어를 실시하게 된다.

특허문헌 1: 대한민국 등록특허공보 제10-0219207호 (1999.9.1)

엔진의 실린더 기통별 동작 특성에 의해, 도 2에서도 도시된 바와 같이, 흡기계 압력이 변동하는 오실레이션 현상이 발생하게 된다. 따라서, 이러한 압력 오실레이션 현상을 필터링하여 반영하기 위하여 세그먼트 동기화 기준으로 측정된 압력값에 대한 계산을 수행하도록 설계된다.

즉, ECU(Electronic Control Unit)이 압력 센서로부터 압력 데이터를 샘플링하는 주기는 일정 시간을 기준으로 하는 시간 동기화 기준으로 설정되지만, 실제 압력은 도 1에서 도시된 바와 같이, 샘플링된 데이터를 매 세그먼트마다 평균 연산하여 세그먼트 단위로 업데이트를 하게 된다.

이와 관련된 종래의 기술이 도 3에서 도시되어 있다. 도 3에서 도시된 바와 같이, 압력 센서는 기본적으로 ECU에 의해 제어되어 흡기계의 압력을 측정한다. 그리고, 측정 결과인 센서가 제공하는 데이터는 제1 시간 동기화 단위 주기(예컨대, 1ms)로 샘플링된다(S10). 단계 S20에서와 같이 이 값은 그대로 공연비 제어에 사용될 수 있으나, 센서 노이즈를 필터링 하기 위해 압력 데이터를 평균 계산하여 사용하게 된다. 한편, 흡기 매니폴드의 경우의 경우 실린더별 작동의 영향을 받기 때문에 이때의 제2 동기화 단위를 세그먼트 단위로 사용하게 된다(S30). 즉, 제1 동기화 단위로 샘플링된 압력값들의 평균을 매 세그먼트 동기화 시점마다 계산하여 업데이트하도록 설계된다(S40).

이와 같이, 세그먼트 동기화 기준으로 계산을 수행하게 될 경우, 압력 오실레이션의 영향을 받지 않을 수 있다는 장점은 있으나, 세그먼트는 엔진의 회전 속도(RPM)에 의해 가변되기 때문에, 엔진 속도가 매우 낮을 경우, 세그먼트 분해능이 낮아지게 되고, 나아가 도 2에서 도시된 바와 같이, 엔진이 정지되어 있는 경우에는 압력값을 업데이트 할 수 없게 된다.

그런데, 엔진이 정지되어 있는 동안 압력 센서의 값을 사용할 수 없다면, 압력 센서값을 사용하여 연산되는 타 부분의 제어 로직의 활용도가 크게 감소되게 된다. 한편, 엔진의 시동 초기에는 도 2에서 도시된 바와 같이, 흡기 매니폴드의 압력값의 변동 폭이 매우 크고 엔진의 속도가 낮기 때문에 압력 오실레이션의 주기도 커지므로 그 값을 평균하여 사용하기에는 무리가 있을 수 있다.

본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 엔진 정지시 그리고 시동 초기 시의 압력 센서 데이터의 계산 주기를 최적화하여 압력을 검출할 수 있는, 엔진의 흡기계의 압력 센서 감지 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명은 엔진의 흡기계의 압력 센서를 이용하여 압력을 감지하는 방법에 있어서, 제1 시간 주기로 상기 압력 센서를 이용하여 흡기계의 압력을 샘플링하는 단계; 흡기계 압력이 기준값 미만인지 여부를 판단하는 단계; 흡기계 압력이 기준값 미만인 경우, 상기 엔진의 회전 속도에 따라 가변하는 세그먼트 단위로, 샘플링 된 압력의 평균값을 구하는 단계; 계산된 평균값을 이용하여 압력값을 매 세그먼트에 따라 흡기계의 압력값으로 업데이트 하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 흡기계 압력값이 기준값 이상인 경우, 고정된 시간 주기인, 상기 제1 시간 주기보다 큰 제2 시간 주기로 상기 샘플링된 압력의 평균값을 구하는 단계; 및 상기 계산된 평균값을 이용하여 압력값을 매 제2 시간 주기에 따라, 흡기계의 압력으로 업데이트 하는 단계;를 구비한다.

바람직하게는, 상기 흡기계 압력값이 기준값 이상인 경우, 제1 시간 주기로 샘플링된 압력값을, 매 제2 시간 주기에 따라 흡기계의 압력으로 업데이트 한다.

바람직하게는, 상기 업데이트된 압력값을 이용하여 공연비 제어를 실시하는 단계를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 세그먼트의 주기는 상기 엔진의 회전 속도가 증가할수록 감소되도록 설정된다.

바람직하게는, 상기 기준값은 엔진이 정지된 상태에서의 흡기계 내부의 압력값 또는 엔진의 소정 속도 미만인 경우의 흡기계 내부의 압력값을 나타낸다.

본 발명에 의하면, 엔진이 정지해 있는 동안에도 흡기계에 구비된 압력 센서로부터 측정된 압력 데이터 값의 연산 처리가 가능하게 된다.

종래의 세그먼트 동기화 기준의 연산으로는 엔진의 시동 초기에 엔진 회전수가 낮기 때문에 세그먼트 주기가 길어지게 되는데 반해, 본 발명에 의하면, 엔진 시동 초기에도 짧은 주기로 압력 데이타 연산 결과를 업데이트 할 수 있어, 해당 위치의 압력 상태를 보다 정확하게 연산할 수 있다.

도 1은 시간 동기화와 세그먼트 기준 동기화 시의 동기화 주기를 도시한 도면이다.
도 2는 소정의 샘플링 주기로 측정된 흡기계 압력값 및 이 샘플링된 흡기계 압력값을 종래 기술에 의해 연산 처리한 결과를 도시한 그래프
도 3은 종래기술에 따른 흡기계 압력 센서의 샘플링 및 압력 데이터 처리 방법을 도시한 순서도.
도 4는 본 발명에 따른 흡기계 압력 센서의 샘플링 및 압력 데이터 처리 방법을 도시한 순서도.
도 5는 소정의 샘플링 주기로 측정된 흡기계 압력값 및 이 샘플링된 흡기계 압력값을 본 발명에 의해 연산 처리한 결과를 도시한 그래프

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 구체적으로 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 흡기계 압력 센서의 샘플링 및 압력 데이터 처리 방법을 도시한 순서도이다.

도 4에서 도시된 바와 같이, ECU(Electronic Control Unit)은 엔진의 흡기계에 설치된 압력 센서로부터 흡기계의 압력을 측정한 결과인 신호를 일정한 시간 주기(제1 시간 주기, 예컨대 1ms)로 샘플링한다(S100). 압력 센서는 흡기 매니폴드의 압력 변화를 전기적 신호(예컨대 0~5V의 전압 신호)변화시켜 ECU에 전달한다. ECU는 전달받은 전기적 신호를 기초로 흡입 공기량을 결정하기 위해, 해당 신호를 일정한 주기로 샘플링한다.

한편, ECU는 흡기계 압력 센서로부터 측정된 흡기계(흡기 매니폴드)의 압력이 기준값 미만인지 여부를 판단한다. 흡기 매니폴드 내부의 압력은 엔진의 회전수가 낮을수록 낮아지고 엔진의 회전수가 높아지면 높아지기 때문에, 엔진의 정지 중에는 현재 해당 자동차가 위치한 지역의 대기압을 나타내며, 엔진 시동 직후의 아이들 상태에서는 낮은 부압을 나타내게 된다. 따라서, 도 2 및 도 5에서 도시된 바와 같이, 엔진 정지 시 흡기 매니폴드 내부의 압력은 소정값 이상을 유지하고 있으며, 엔진의 시동 후 시간이 경과함에 따라 흡기 매니폴드 내부의 압력은 감소하다가 다시 일정한 값을 유지하게 된다. 도 2 및 도 5에서 도시된 바와 같이, 흡기 매니폴드의 내부의 소정의 압력값 이상의 영역에서는 흡기 매니폴드의 압력값의 변동이 매우 크고, 또한 이 영역에서의 엔진의 회전 속도는 낮다.

따라서, ECU는 ECU는 흡기계 압력 센서로부터 측정된 흡기계(흡기 매니폴드)의 압력이 기준값 미만인 경우에는, 흡기 매니폴드의 압력값의 변동이 크기 않기 때문에, 압력 오실레이션 현상을 필터링 하기 위하여, 세그먼트 동기화 기준으로 흡기계 압력값의 평균을 계산하고 업데이트 한다(S130). 즉, 세그먼트 동기화 주기마다, 샘플링 된 각 압력 데이터들의 평균값을 계산하여, 그 값을 흡기계 압력값으로서 업데이트한다.

흡기계 압력 센서로부터 측정된 흡기계(흡기 매니폴드)의 압력이 기준값 미만인 경우에는, 엔진의 회전 속도가 일정 정도 증가된 이후이기 때문에, 세그먼트 기준으로 압력값을 업데이트 하는 경우에도, 세그먼트 분해능이 낮아지는 문제점이 없다. 또한, 세그먼트 기준으로 압력값을 업데이트 함으로써, 압력 오실레이션이나, 외부 교란 인자의 영향을 받지 않고 압력을 검출할 수 있는 장점이 있다.

여기서 세그먼트의 주기는 엔진의 회전 속도에 따라 가변하는 값이다. 바람직하게는 아래 식 1에서 나타나 있는 것과 같이, 세그먼트 주기는 엔진의 회전 속도와 반비례 관계에 있게 된다. 즉, 엔진의 회전수가 커질수록 세그먼트의 주기는 짧아지고, 엔진의 회전수가 작아질수록 세그먼트 주기는 길어진다(도 1 참조).

[식 1]

...(1)

T: 세그먼트 주기(s), α: 기준 상수 V: 엔진 회전속도(RPM) n: 엔진 기통수

ECU는 흡기계 압력 센서로부터 측정된 흡기계의 압력이 기준값 이상인 경우에는, 세그먼트가 동기화에 의하지 않고 시간 동기화에 의해 흡기계 압력값을 업데이트 한다. 즉, 엔진의 회전 속도에 따라 가변하는 세그먼트 주기 마다 흡기계 압력값을 업데이트 하지 않고, 고정된 시간 주기(제2 시간 주기, 예컨대 10ms)마다 압력 데이터의 평균을 계산하여 업데이트 한다(S120).

앞서 설명한 바와 같이, 흡기계 압력 센서로부터 측정된 흡기계의 압력이 기준값 이상인 경우인 구간은, 엔진이 정지하였거나 또는 엔진 시동 초기에서의 흡기계의 압력값이다. 따라서, 해당 구간에서 엔진의 회전 속도에 따라 가변하는 세그먼트 기준으로 압력값을 업데이트 하는 경우에는 엔진의 회전 속도가 너무 낮아 세그먼트의 분해능이 크게 저하되는 문제가 있으며, 특히 엔진이 정지한 구간에서는 압력값을 업데이트할 수 없어, 해당 압력값을 참조하는 다른 제어 시스템을 활용할 수 없는 문제가 있다(도 2 참조). 따라서, 해당 구간에서는 세그먼트가 아닌 시간을 기준으로 동기화하도록 한 것이다.

이 경우, ECU는 미리 설정된 제2 시간 주기마다, 해당 주기동안 샘플링 된 각 압력 데이터들의 평균값을 계산하여, 그 값을 제2 시간 주기마다 흡기계 압력값으로서 업데이트한다.

바람직하게는, 제2 시간 주기는 제1 시간 주기보다 큰 값이다. 다만, 흡기계 압력 센서로부터 측정된 흡기계의 압력이 기준값 이상인 경우, 반드시 제1 시간 주기보다 큰 제2 시간 주기 마다 압력값을 업데이트할 필요는 없으며, 제1 시간 주기마다 샘플링된 압력 데이터를 그대로 해당 주기마다의 압력값을 업데이트 하여도 된다.

그리고, ECU는 단계 S120 또는 단계 S130에서 계산된 매 주기마다의 압력값을 이용하여 흡기계를 통해 공급되는 공기량을 계산한다(S140). 또한 계산된 공기값을 공연비(Fuel-Air ratio) 제어에 이용하여 엔진의 연소를 제어한다(S150).그리고, 바람직하게는 ECU는 위 측정된 흡기계의 압력값을 이용하여 엔진이 정지한 경우에도 흡기계에 설치된 다른 압력 센서(예컨대 부스트압 센서) 등의 이상 여부를 검진할 수 있으며, 흡기계의 압력 오실레이션이 영향을 미칠수 있는 제어 요소, 예컨대 압력 센서가 설치된 위치의 주변 부품등의 이상 여부를 점검할 수 있다.

도 5는 소정의 샘플링 주기로 측정된 흡기계 압력값 및 이 샘플링된 흡기계 압력값을 본 발명에 의해 연산 처리한 결과를 도시한 그래프이다. 종래 기술에 의한 도 2의 그래프와 대비하여, 엔진이 정지되어 있는 상태에서도 압력 데이터의 평균에 관한 연산이 정상적으로 수행되고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 2에서는 흡기계 내부의 압력이 기준값 이상인 구간에서, 엔진의 회전 속도가 낮아 세그먼트의 분해능이 떨어져 압력의 변동을 제대로 체크할 수 없는 것과 달리, 도 5의 도시 내용에 의하면, 엔진의 시동 초기의 흡기 매니폴드의 압력 변동을 검출해 낼 수 있어, 관련된 제어 요소에 대해 정확한 검진을 수행할 수 있다.

Claims

엔진의 흡기계의 압력 센서를 이용하여 압력을 감지하는 방법에 있어서,
제1 시간 주기로 상기 압력 센서를 이용하여 흡기계의 압력을 샘플링하는 단계;
흡기계 압력이 기준값 미만인지 여부를 판단하는 단계;
흡기계 압력이 기준값 미만인 경우, 상기 엔진의 회전 속도에 따라 가변하는 세그먼트 단위로, 샘플링 된 압력의 평균값을 구하고, 흡기계의 압력이 상기 기준값 이상인 경우, 소정의 시간 단위로, 샘플링 된 압력의 평균값을 구하는 단계;
상기 계산된 평균값을 이용하여 압력값을 매 세그먼트에 따라 흡기계의 압력값으로 업데이트 하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 엔진의 흡기계의 압력 센서 감지 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 흡기계 압력값이 기준값 이상인 경우,
고정된 시간 주기인, 상기 제1 시간 주기보다 큰 제2 시간 주기로 상기 샘플링된 압력의 평균값을 구하는 단계; 및
상기 계산된 평균값을 이용하여 압력값을 매 제2 시간 주기에 따라, 흡기계의 압력으로 업데이트 하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 엔진의 흡기계의 압력 센서 감지 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 흡기계 압력값이 기준값 이상인 경우,
상기 제1 시간 주기로 샘플링된 압력값을, 매 제2 시간 주기에 따라 흡기계의 압력으로 업데이트 하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 엔진의 흡기계의 압력 센서 감지 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 업데이트된 압력값을 이용하여 공연비 제어를 실시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진의 흡기계의 압력 센서 감지 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 세그먼트의 주기는 상기 엔진의 회전 속도가 증가할수록 감소되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 엔진의 흡기계의 압력 센서 감지 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 기준값은 엔진이 정지된 상태에서의 흡기계 내부의 압력값 또는 엔진의 소정 속도 미만인 경우의 흡기계 내부의 압력값을 나타내는 것인, 엔진의 흡기계의 압력 센서 감지 방법.