KR102274101B1 - 흡기 맥동 보정 방법 및 보정 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 엔진의 흡기계에서 발생하는 흡기 맥동을 보정하는 방법 및 장치에 관한 발명이다. 본 발명에서는 엔진의 실린더 내부의 체적 및 내부 압력과 밸브 닫힘 시점 및 배기 가스 온도를 기준으로 실린더의 기본 공기 충전량 또는 충전량 변환 계수를 계산하는 단계; 흡기 밸브의 개폐 동작 및 엔진 RPM에 따른 맥동의 기본 파형으로부터 흡기량 보정을 위한 기본 맥동 보상 계수를 산출하는 단계; 밸브오버랩의 발생, 밸브 기구의 작동 여부, 흡기계 형상 변환 등에 의해 맥동의 기본 파형의 변형 시에 기본 맥동 보상 계수를 보정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

흡기 맥동 보정 방법 및 보정 장치{APPARATUS AND METHOD FOR CORRECTION OF INTAKE PULSATION}
본 발명은 차량의 엔진의 흡기 맥동 보정 방법 및 보정 장치에 관한 발명으로서, 보다 상세하게는 흡기 맥동에 영향을 미치는 인자들을 고려하여, 차량의 엔진의 흡기계에서 발생하는 흡기 맥동을 보상하는 방법 및 장치에 관한 발명이다.
차량의 엔진의 흡입 공기량을 정확히 계산하는 것은 엔진의 성능 및 연비를 좋게 하는데 필수적인 요소이다. 또한 배출가스의 성분을 결정할 수 있는 중요한 요소이기도 하다. 특히, 가솔린 엔진에서는 엔진의 흡입 공기량을 기준으로 이론 공연비 제어가 이루어지도록 연료를 분사하게 되므로, 엔진의 흡입 공기량을 정확히 계산하는 것이 중요하게 된다. 만약, 엔진의 흡입 공기량을 실제 값보다 크게 계산하게 되면, 그에 해당하는 연료가 많이 분사되어 연비의 악화 및 유해 가스(CO, HC) 배출 문제가 발생하게 된다. 또한 반대로 엔진의 흡입 공기량을 실제값 보다 작게 계산하게 되면, 그에 해당하는 연료가 상대적으로 적게 분사되게 되어, 엔진의 출력 성능이 악화되고, 유해 가스(NOx) 배출 문제가 발생한다.
한편, 엔진의 흡기 공기량을 정확하게 계산하기 위해서는 흡기 라인에서 발생되는 흡기 맥동 현상을 정확하게 보상해야 한다.
도 3은 엔진의 실린더(40), 밸브(20,30) 등으로 이루어지는 흡기계의 구조를 나타내는 도면이다. 흡입 공기는 스로틀 밸브(10)를 통과하여 서지 탱크에 포집되고, 흡입 밸브(20)가 열려 있는 동안 실린더(40) 내부로 들어오게 된다. 이때, 흡입 공기의 유량은 MAP 센서로 측정되는 서지 탱크의 압력과 배기 압력으로 부터 계산된 실린더 내부 압력을 이용하여 계산된다. 실린더(40) 내부로 유입된 공기는 피스톤(50)의 하강에 따라 실린더(40) 내부 공간에 충진되고, 착화되어 연소된 후 배기 밸브(30)를 통해 배기계로 배출되게 된다.
공기는 계속 같은 속도로 흐르려 하는 성질(관성) 때문에 흡기 밸브(20)가 개폐할 때마다 그곳에 공기 밀도가 높은 부분과 낮은 부분이 형성된다. 따라서, 흡기 밸브(20)의 개폐시 흡기관 내에는 밀도가 높은 부분과 낮은 부분이 연속하는 맥동류의 파장이 형성되게 된다.
이렇게 흡기관 내에 공기의 맥동류가 발생하면, 흡기계의 압력 진동이 발생하게 된다. 따라서, 공기 압력 변화에 따른 공기 유량 센서를 사용하여 흡기량을 제어하는 경우, 압력 진동에 따라 공기 유량 센서가 오작동하는 경우가 발생하게 되어, 흡기량 검출이 부정확하게 되는 문제가 발생하게 된다.
따라서, 종래 기술에서는 특허문헌 1에서 개시되어 있는 바와 같이, 흡기 맥동을 감쇠하기 위한 시스템이나 제어 방법등을 제시하고 있다.
특허문헌 1: 대한민국 공개특허공보 제1998-0049076호(1998.9.15.) 특허문헌 2: 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0063819호(2013. 6. 17)
종래 기술에서는 단순히 맥동에 영향을 주는 흡기 밸브(20)의 개방 개폐 시점에 천착하여, 해당 시점을 기준으로 흡기 밸브(20)의 개방에 따른 맥동 발생을 보상하거나, 맥동을 억제하려 하고 있었다.
그런데, 흡기 밸브(20)의 개방 동작에 의해 발생되는 맥동은, 흡기계에 구비된 밸브류의 구조에 의해 달라질 수 있다. 예컨대, 흡기 밸브(20)와 더불어 도 3에서 도시된 VIS(Variable Intake System) 또는 VCM(Variable Charge Motion)이 적용되는 경우, 후술하는 바와 같이 흡기 밸브(20)의 개방으로 인한 맥동의 진폭이 달라지게 된다. 따라서, 흡기계에 구비된 VIS 또는 VCM의 작동 여부에 따라 맥동의 파형이 달라지게 되므로, 이를 적절히 보정하지 않으면, 흡기량을 보상하기 위한 제어가 부정확하게 될 우려가 있다.
한편, 흡기 밸브(20)와 배기 밸브(30)가 모두 열려있는 상태인 밸브 오버랩 시에는 배기 압력이 흡기 압력보다 일반적으로 높기 때문에, 배기 밸브(30)를 통과한 배기 가스가 다시 흡기 밸브(20) 쪽으로 역류하는 현상이 발생한다. 따라서, 밸브 오버랩 시에도 배기 가스의 배기 맥동에 의해 흡기 맥동의 파형에 변형이 발생하게 된다.
한편, 밸브 듀레이션을 변경하기 위한 기구로서, 밸브가 엔진 회전수에 따라 다른 리프트로 동작하도록 구현되는 가변 밸브 리프트(Variable Valve Lift, VVL) 기술이 개발되어 있다. 가변 밸브 리프트를 이용하여 흡기 밸브(20) 또는 배기 밸브(30)의 밸브 리프트를 가변하면, 도 5B에서 도시된 바와 같이, 제어대상이 되는 밸브 밸브 프로파일이 변형되게 된다. 도 5B에서 x축은 밸브의 작동각이고 y축은 밸브 리프트량을 나타낸다. 도 5b에서 나타난 바와 같이 밸브 리프트량을 증가시키면 그에 따라 열림 시점이 진각되고, 닫힘 시점이 지각되어 전체적인 밸브 프로파일이 변경되게 된다.
또한, 상기와 같이 밸브 듀레이션이 가변될 때에 동시에 밸브 리프트가 변화하게 된다는 가변 밸브 리프트 기구의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 특허문헌 2에서 개시된 바와 같은 가변 밸브 듀레이션 기구(Continuously Variable Valve Dulation appratus; CVVD)가 있다. 가변 밸브 듀레이션 기구의 경우 도 5a에서 도시되는 바와 같이 밸브 리프트의 변화없이 밸브 듀레이션을 효과적으로 가변할 수 있다.
도 5a에서 나타난 예에서는, 가변 밸브 듀레이션 기구를 이용하여, 밸브 리프트량을 그대로 유지하면서,밸브의 열림 시점을 고정하고, 밸브 닫힘 시점을 지각시켜, 밸브 듀레이션을 변경하고 있다. 이 경우에도, 도 5b에서 나타난 바와 같이, 밸브 프로파일이 변경되게 된다.
이와 같이 가변 밸브 리프트 기구나 가변 밸브 듀레이션 기구를 적용하게 되면, 흡기 맥동에 영향을 주는 밸브의 거동 및 밸브 오버랩의 경향이 변경되므로, 맥동 파형에 영향을 미치게 된다.
이와 같이, 흡기계 밸브 기구의 작동 여부나 밸브 오버랩 발생 여부는 흡기 맥동에 다양한 영향을 미치고 있으나, 종래 기술에서는 흡기 맥동을 고려한 흡기량 보상 시에 이러한 영향을 고려하고 있지 않다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 흡기계 밸브 기구의 작동 여부 또는 밸브 오버랩으로 인한 흡기 맥동의 파형 변경 시에 이를 반영함으로써, 정확한 흡기량 제어를 행할 수 있는 제어 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 흡기 맥동 보정 방법은, 엔진의 흡기계에 장착된 센서의 측정값을 기준으로 실린더의 기본 공기 충전량 또는 충전량 변환 계수를 계산하는 단계; 흡기 밸브의 개폐 동작 및 엔진 RPM에 따른 맥동의 기본 파형으로부터 흡기량 보정을 위한 기본 맥동 보상 계수를 산출하는 단계; 맥동의 기본 파형의 변형 시에 기본 맥동 보상 계수를 보정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 기본 맥동 보상 계수를 보정하는 단계에서는, 밸브 오버랩 발생 여부를 판단하는 단계; 밸브 오버랩 발생 시, 밸브 오버랩량에 근거하여 상기 기본 맥동 보상 계수를 보정하는 단계;를 포함한다.
바람직하게는, 상기 기본 맥동 보상 계수를 보정하는 단계에서는, 흡기계에 장착된 VIS(Variable Induction System) 밸브 작동 여부를 판단하는 단계; VIS 밸브 작동 여부에 근거하여 상기 기본 맥동 보상 계수를 보정하는 단계;를 포함한다.
바람직하게는, 상기 기본 맥동 보상 계수를 보정하는 단계에서는, 흡기계에 장착된 VCM(Variable Charge Motion) 밸브의 작동 여부를 판단하는 단계; VCM 밸브 작동 여부에 근거하여 상기 기본 맥동 보상 계수를 보정하는 단계;를 포함한다
바람직하게는, 상기 기본 맥동 보상 계수를 보정하는 단계에서는, 가변 밸브 리프트(Variable Valve Lift) 기구에 의한 밸브 리프트 제어 실시 여부를 판단하는 단계; 가변 밸브 리프트 기구에 의한 밸브 리프트 제어시, 밸브 리프트 제어량에 따라 기본 맥동 보상 계수를 보정하는 단계;를 포함한다.
바람직하게는, 상기 기본 맥동 보상 계수를 보정하는 단계에서는, 연속 가변 밸브 듀레이션 기구(Continuously Variable Valve Dulation, CVVD)에 의한 밸브 듀레이션 제어 실시 여부를 판단하는 단계; 연속 가변 밸브 듀레이션 기구에 의한 밸브 듀레이션 제어 시, 밸브 프로파일의 변형량에 따라 기본 맥동 보상 계수를 보정하는 단계;를 포함한다.
바람직하게는 상기 밸브 프로파일의 변형량에 따라 기본 맥동 보상 계수의 보정 시에, 연속 가변 밸브 듀레이션 기구에 의해 제어되는 흡기 또는 배기 밸브의 최대 열림 시점(MOP) 및 밸브 닫힘 시점에 근거하여 결정되는 밸브 프로파일을 이용하여, 기본 맥동 보상 계수를 보정하도록 한다.
바람직하게는 상기 밸브 프로파일의 변형량에 따라 기본 맥동 보상 계수의 보정 시에, 연속 가변 밸브 듀레이션 기구에 의해 제어되는 흡기 또는 배기 밸브의 최대 열림 시점(MOP) 및 밸브 열림 시점에 근거하여 결정되는 밸브 프로파일을 이용하여, 기본 맥동 보상 계수를 보정하도록 한다.
바람직하게는 상기 밸브 프로파일의 변형량에 따라 기본 맥동 보상 계수의 보정 시에, 연속 가변 밸브 듀레이션 기구에 의해 제어되는 흡기 또는 배기 밸브의 열림 시점 및 닫힘 시점에 근거하여 결정되는 밸브 프로파일을 이용하여, 기본 맥동 보상 계수를 보정하도록 한다.
바람직하게는 상기 밸브 프로파일의 변형량에 따라 기본 맥동 보상 계수의 보정 시에, 연속 가변 밸브 듀레이션 기구에 의해 제어되는 흡기 또는 배기 밸브의 밸브 듀레이션 및 최대 열림 시점에 근거하여 결정되는 밸브 프로파일을 이용하여, 기본 맥동 보상 계수를 보정하도록 한다.
바람직하게는 상기 밸브 프로파일의 변형량에 따라 기본 맥동 보상 계수의 보정 시에, 연속 가변 밸브 듀레이션 기구에 의해 제어되는 흡기 또는 배기 밸브의 밸브 듀레이션의 함수로 결정되는 밸브 프로파일을 이용하여, 기본 맥동 보상 계수를 보정하도록 한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 맥동 보정 방법에서는, 상기 보정된 기본 맥동 보상 계수를 이용하여 상기 실린더의 기본 공기 충전량 또는 충전량 변환 계수를 보상하고, 보상된 기본 공기 충전량 또는 충전량 변환 계수를 만족할 수 있도록 흡기계를 제어하는 단계를 더 포함한다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 맥동 보정 장치에서는, 엔진의 흡기계에 장착된 센서의 측정값을 기준으로 실린더의 기본 공기 충전량 또는 충전량 변환 계수를 계산하는 기본 공기 충전량 계산부, 흡기 밸브의 개폐 동작 및 엔진 RPM에 따른 맥동의 기본 파형으로부터 흡기량 보정을 위한 기본 맥동 보상 계수를 계산하는 기본 맥동 보상 계수 계산부, 맥동의 기본 파형의 변형 시에 기본 맥동 보상 계수를 보정하는 기본 맥동 보정부; 및 기본 맥동 보상 계수를 이용하여 기본 공기 충전량 또는 충전량 변환 계수를 보상하고, 보상된 기본 공기 충전량 또는 충전량 변환 계수가 만족되도록 흡기계의 흡기량을 제어하는 흡기량 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 기본 맥동 보정부는 밸브 오버랩 발생 시, 밸브 오버랩량에 근거하여 상기 기본 맥동 보상 계수를 보정하도록 한다.
바람직하게는, 상기 기본 맥동 보정부는 흡기계에 장착된 VIS 밸브 작동 여부에 따라 기본 맥동 보상 계수를 보정하도록 한다..
바람직하게는, 상기 기본 맥동 보정부는 흡기계에 장착된 VCM 밸브 작동 여부에 따라 기본 맥동 보상 계수를 보정하도록 한다.
바람직하게는, 상기 기본 맥동 보정부는, 가변 밸브 리프트 기구에 의한 밸브 리프트 제어 실행 시, 밸브 리프트 제어량에 따라 기본 맥동 보상 계수를 보정하도록 한다..
바람직하게는, 연속 가변 밸브 듀레이션 기구에 의한 밸브 듀레이션 제어 시, 밸브 프로파일의 변형량에 따라 기본 맥동 보상 계수를 보정하도록 한다.
본 발명에 따른 제어 방법 및 장치에 의하면, 흡기계 밸브 기구의 작동 여부 또는 밸브 오버랩으로 인한 흡기 맥동의 파형 변경 시에 이를 적절히 반영하여 흡기량에 대한 맥동의 영향을 정확하게 보상할 수 있어, 필요로 하는 정확한 양의 공기를 엔진에 공급할 수 있게 된다.
따라서, 본 발명에 의하면, 과도한 연료 공급을 억제할 수 있어 연비를 개선할 수 있으며, 실제 필요로 하는 연료량보다 소량의 연료가 공급되는 것을 억제할 수 있어 엔진 출력의 저하를 막을 수 있고, 유해한 배출 가스의 발생을 억제할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 흡기 맥동 보정 장치의 구성을 나타내는 블럭도,
도 2s는 본 발명에 따른 흡기 맥동 보정 방법을 나타내는 순서도,
도 3은 차량의 엔진의 흡기계의 구성을 개략적으로 나타내는 도면,
도 4a는 흡기 밸브 구동 시의 흡기 맥동 현상 발생을 설명하는 도면,
도 4b는 밸브 오버랩 발생 시의 흡기 맥동의 변화를 설명하는 도면,
도 4c는 VCM 밸브 구동 시의 흡기 맥동의 변화를 설명하는 도면,
도 5a는 가변 밸브 리프트 기구를 이용하여 밸브 리프트를 변경하였을 때, 밸브 프로파일의 변화를 나타내는 도면,
도 5b는 가변 밸브 듀레이션 기구를 이용하여 밸브 듀레이션을 변경하였을 때, 밸브 프로파일의 변화를 나타내는 도면,
도 6a는 비교예에서의 엔진 회전수에 따른, 계산 공기량과 실측 공기량의 비율의 변화를 나타내는 도면,
도 6b는 본원 실시예에서의 엔진 회전수에 따른, 계산 공기량과 실측 공기량의 비율의 변화를 나타내는 도면,
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 맥동 보정 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.
바람직한 일 실시예에 따른 맥동 보정 장치는, 기본 공기 충전량 계산부, 기본 맥동 보상 계수 계산부, 기본 맥동 보정부 및 흡기량 제어부를 포함한다.
기본 공기 충전량 계산부에서는 엔진의 흡기계에 장착된 센서의 측정값을 기준으로 실린더의 기본 공기 충전량 또는 충전량 변환 계수를 계산한다. 보다 구체적으로는 흡기 밸브(20)의 닫힘 시점에서 피스톤(50)의 하강에 따른 실린더(40) 내부의 연소실의 용적, 흡기계를 통해 공급되는 흡기 유량 및 압력 등을 센서로 측정하여 흡기 시의 실린더(40) 내부의 연소실로의 공기의 충전량을 계산하거나, 충전량으로 변환될 수 있는 소정의 계수를 결정한다.
기본 맥동 보상 계수 계산부에서는 흡기 밸브(20)의 개방에 따라 발생되는 맥동의 기본 파형을 결정하고, 해당 맥동의 기본 파형의 진폭에 근거하여, 기본 공기 충전량 계산부에서 계산된 충전량 또는 충전량 계수를 보정하기 위한 기본 맥동 보상 계수를 결정한다.
도 4a에서도 도시되어 있는 바와 같이, 계속 같은 속도로 흐르려 하는 공기의 관성 때문에 흡기 밸브(20)가 개폐할 때마다, 흡기에는 공기 밀도가 높은 부분과 낮은 부분이 반복되는 맥동류가 형성된다. 그리고 흡기 밸브는 엔진의 RPM에 따라 2회전 별로 1회씩 구동하게 되므로, 흡기 밸브의 거동에 의해 맥동의 기본 파형이 형성된다. 맥동의 기본 파형 중 맥동의 주기는 엔진의 RPM에 의해 결정되고, 기본 파형의 맥동의 진폭은 배기의 압력과 흡기 매니폴드 사이의 차이에 의해 결정된다. 흡기 매니폴드는 예컨대 도 4a에서 도시된 MAP 센서로 층정되는 흡입 공기량으로부터 추정될 수 있다. 또는 흡기 매니폴드 내에 직접 압력 센서를 구비하여 측정할 수도 있다. 또한 맥동의 기본 파형은 엔진 RPM에 따라, 흡기 밸브의 사양, 흡기 매니 폴드의 길이 등에 의해 미리 정해진 값을 이용하여도 된다.
이렇게 맥동의 기본 파형이 결정되면, 결정된 맥동의 진폭에 따라, 정확한 흡기량 보정을 위해 기본 맥동 보상 계수를 결정할 수 있다. 기본 맥동 보상 계수는 맥동의 진폭에 따라 그 크기가 달라지게 되며, 후술하는 바와 같이, 흡기량 제어부에서는, 기본 맥동 보상 개수에 의해 충전량 또는 충전량 계수를 보정하고, 보정된 충전량 또는 충전량 계수를 근거로 흡기량을 제어한다.
기본 맥동 보정부에서는 맥동의 기본 파형의 변형 시에 파형 변형이 반영될 수 있도록, 기본 맥동 보상 계수를 보정한다.
도 4b는 맥동의 기본 파형의 변형이 발생할 수 있는 일 예로서 밸브 오버랩이 발생하는 경우를 도시하고 있다.
밸브 오버랩은 흡기 밸브와 배기 밸브가 모두 열려 있는 상태로서, 밸브 오버랩시에는 흡기 포트를 통해 공급되는 신기 성분이 곧바로 배기 포트로 전달되는 스캐빈징 상태가 발생한다. 이러한 스캐빈징 상태하에서는 소기 효율이 증가하여 연소실 내 잔류 가스량이 감소되기 때문에, 연료의 충진 효율이 증대되고 토크가 향상되는 효과가 있어, 자주 이용되고 있다.
그런데, 밸브 오버랩 시에는 배기 압력이 흡기 압력보다 일반적으로 높기 때문에, 도 4b에서 도시된 바와 같이, 배기 밸브(30)를 통과한 배기 가스가 다시 흡기 밸브(20) 쪽으로 역류하는 현상이 발생되게 된다. 따라서, 배기의 맥동 파형이 흡기 맥동 파형에 영향을 주게 되어 기본 파형이 변형되게 된다.
밸브 오버랩시의 기본 파형의 진폭에 영향을 미치는 정도는, 밸브 오버랩량의 크기에 따라 달라진다. 여기서 밸브 오버랩량은 밸브 오버랩 시에 흡기 밸브(20)의 밸브 프로파일과 배기 밸브(30)의 밸브 프로파일이 서로 겹쳐지는 면적량을 의미한다. 따라서, 기본 맥동 보정부에서는 밸브 오버랩량의 크기에 따라 일정 비율로 기본 맥동 보상 계수를 보정한다.
밸브 오버랩의 발생 이외에도, 흡기계 밸브 기구의 작동 여부에 따라서도 맥동의 기본 파형이 변형된다. 예컨대, VCM 밸브 또는 VIS 밸브의 작동 여부에 따라 맥동이 기본 파형이 변형될 수 있으므로, 이 경우에도 기본 맥동 보정부에서는 VCM 밸브 또는 VIS 밸브의 작동 여부에 따라 본 맥동 보상 계수를 보정한다.
가변 흡입 다기관(Variable Induction System)은 엔진의 회전과 부하 상태에 따라 공기 흡입 통로를 자동적으로 조절하여 저속에서 고속에 이르기까지 모든 운전 영역에서 엔진 출력을 높여주는 장치이다.
예컨대, 고속, 고부하 상태에서는 도 3에서 도시된 VIS 밸브(60)를 이용하여 상대적으로 길이가 긴 제1 러너(80A)로 향하는 유로를 닫고, 상대적으로 길이가 짧은 제2 러너(80B)로 향하는 유로를 개방하여, 흡기계의 길이를 짧게 함으로써, 엔진 출력을 향상시킬 수 있다 반대로 저속 저부하 상태에서는 VIS 밸브(60)를 이용하여 제2 러너(80B)로 향하는 유로를 달고, 제1 러너(80A)로 향하는 유로를 개방함으로써 흡기계의 길이를 길게하여 엔진 출력을 향상시킬 수 있다.
이와 같이, VIS 밸브(60)가 구동하게 되면, 흡기계의 길이가 변화되게 되므로, 기본 맥동의 형상이 변경되게 된다. 따라서, 기본 맥동 보정부에서는 VIS 밸브(60)의 동작 여부 및 그에 따른 흡기계의 길이 변화에 따라 일정 비율로 기본 맥동 보상 계수를 보정한다.
한편 VCM(Variable Charge Motion) 밸브(70)는 도 4c에서도 도시되어 있는 바와 같이, 인테이크 매니폴드 끝 부분에 장착되어 엔진 조건에 따라 개폐된다.
예컨대, VCM 밸브(70)의 오픈(open)시에는 흡입공기가 그대로 실린더로 흡입되나, 클로즈(close)시에는 흡입공기에 텀블을 발생시켜 연소실에서 분사되는 연료와 빠르게 혼합기를 발생시키면서 연비 향상과 연료의 완전연소를 통해 배기가스 저감을 이루고 있다.
이와 같이, VCM 밸브(70)가 구동되면, 흡입 공기의 유동에 변화가 발생한다. 그 결과, 흡기의 기본 맥동의 형상이 변경되게 된다. 따라서, 기본 맥동 보정부에서는 VCM 밸브(70)의 동작 여부에 따라 미리 정해진 맵을 통해 기본 맥동 보상 계수를 보정한다.
한편, 전술한 바와 같이, 가변 밸브 리프트 기구를 이용하여 밸브 리프트를 제어할 경우, 도 5b에서 도시된 바와 같이 밸브 프로파일이 변경되게 되므로, 기본 맥동의 파형이 변경되게 된다. 이때의 기본 맥동의 파형의 변형 정도는 밸브 리프트의 변화량에 따른 함수로 결정되게 된다.
따라서 기본 맥동 보정부에서는 가변 밸브 리프트 기구가 적용되는 경우, 가변 밸브 리프트에 의한 밸브 리프트의 변형량에 따라 미리 정해진 맵을 통해 기본 맥동 보상 계수를 보정한다.
또한, 전술한 바와 같이, 가변 밸브 듀레이션 기구를 이용하여 밸브 듀레이션을 변경하는 경우 도 5a에서 도시된 바와 같이, 밸브 프로파일이 변경되게 되므로, 기본 맥동의 파형이 변경되게 된다. 또한 밸브 프로파일이 변경되면 변경되는 밸브의 유효 개방 면적이 달라지게 된다. 이때의 기본 맥동의 파형의 변형 정도는 밸브 프로파일의 변형 정도(즉, 밸브의 유효 개방 면적의 변화)에 따른 함수로 결정되게 된다.
상술한 바와 같이, 연속 가변 밸브 듀레이션 기구에 의한 밸브 제어 시의 밸브 프로파일은 밸브 듀레이션의 변화에 의해 결정되게 된다.
따라서, 바람직하게는, 연속 가변 밸브 듀레이션 기구에 의한 밸브 제어 시의 밸브 프로파일은 연속 가변 밸브 듀레이션 기구에 의해 제어되는 밸브의 최대 열림 시점 및 밸브 닫힘 시점을 구하여 그에 관한 미리 정해진 함수로서 밸브 프로파일을 구할 수 있다.
또한, 다른 바람직한 예에서는, 연속 가변 밸브 듀레이션 기구에 의해 제어되는 밸브의 최대 열림 시점 및 밸브 열림 시점을 구하여 그에 관한 미리 정해진 함수로서 밸브 프로파일을 구할 수도 있다.
또한, 다른 바람직한 예에서는, 연속 가변 밸브 듀레이션 기구에 의해 제어되는 밸브의 열림 시점 및 닫힘 시점을 구하여 그에 관한 미리 정해진 함수로서 밸브 프로파일을 구할 수도 있다.
또는 연속 가변 밸브 듀레이션 기구에 의해 제어되는 밸브의 밸브 듀레이션 및 최대 열림 시점을 구하여 그로부터 밸브 프로파일을 구할 수도 있다.
또는 밸브 프로파일은 연속 가변 밸브 듀레이션 기구에 의해 제어되는 밸브의 밸브 듀레이션 단독의 함수로서 규정되고, 밸브 듀레이션 값을 구하여 그로부터, 밸브 프로파일을 구할 수도 있다.
흡기량 제어부에서는, 기본 맥동 보정부에 의해 최종적으로 보정된 기본 맥동 보상 계수를 이용하여 기본 공기 충전량 계산부에서 계산된 기본 공기 충전량 또는 충전량 변환 계수를 보상한다. 그리고 보상된 기본 공기 충전량 또는 충전량 변환 계수가 만족되도록 스로틀 밸브(10) 등을 제어하여, 흡입 공기량을 조절한다.
이를 통해, 흡기 맥동에 의한 흡입 공기량 검출 센서의 오동작을 막고 정확한 흡입 공기량의 공급이 가능하도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 맥동 보정 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2에서 도시된 바와 같이, 기본 공기 충전량 계산부에서는, 도 1을 참조하여 앞서 설명한 바와 같이, 엔진의 흡기계에 장착된 센서의 측정값을 기준으로 실린더의 기본 공기 충전량 또는 충전량 변환 계수를 계산한다(S10).
다음으로, 기본 맥동 보상 계수 계산부에서는 도 1을 참조하여 앞서 설명한 바와 같이, 흡기 밸브의 개폐 동작 및 엔진 RPM에 따른 맥동의 기본 파형으로부터 흡기량 보정을 위한 기본 맥동 보상 계수를 산출한다.
다음으로, 기본 맥동 보정부에서는 밸브 오버랩 발생시 이를 반영하여 기본 맥동 보상 계수를 보정하기 위해, 우선 밸브 오버랩이 발생하였는지 여부를 판단한다(S30). 밸브 오버랩은 배기 밸브(30)의 닫힘 시점 이전에 흡기 밸브(20)의 열림 시점이 존재하여 배기 밸브(30)와 흡기 밸브(20)가 모두 개방되어 있는 상태를 의미한다. 따라서, 배기 밸브(30)의 닫힘 시점 및 흡기 밸브(20)의 열림 시점으로부터 밸브 오버랩 발생 여부를 확인할 수 있다.
밸브 오버랩이 발생한 것으로 판단되면, 도 1을 참조하여 앞서 설명한 바와 같이, 밸브 오버랩량을 기초로 하여 기본 맥동 보상 계수 계산부에서 계산한 기본 맥동 보상 계수를 보정한다(S40).
밸브 오버랩이 발생하지 아니한 것으로 판단되는 경우, 또는 밸브 오버랩이 발생한 경우에 이에 대한 기본 맥동 보상 계수의 보정이 완료된 경우, 기본 맥동 보정부는 가변 밸브 듀레이션 기구(CVVD) 또는 가변 밸브 리프트 기구(VVL)의 제어여부를 판단하여 기본 맥동이 변경되는지 여부를 판단한다(S50).
가변 밸브 듀레이션 기구(CVVD)에 의해 밸브 듀레이션이 변경되어 있는 경우, 기본 맥동 보정부는, 밸브 듀레이션 변경에 따른 밸브 프로파일의 변형 정도를 계산하여, 이를 기초로 하여 전술한 바와 같이, 기본 맥동 보상 계수를 다시 보정한다(S60).
또한, 가변 밸브 리프트 기구(VVL)의 제어에 의해 밸브 리프트가 변경되어 있는 경우에도, 기본 맥동 보정부는, 밸브 리프트량의 변화량을 기초로 하여 전술한 바와 같이, 기본 맥동 보상 계수를 다시 보정한다(S60).
다음으로 기본 맥동 보정부에서는 VCM 밸브(60) 또는 VIS 밸브(70)의 작동 여부를 판단하여 기본 맥동이 변경되는지 여부를 판단한다(S70).
전술한 바와 같이, VIS 밸브(60)가 구동하게 되면, 흡기계의 길이가 변화되게 되므로, 기본 맥동의 형상이 변경되게 된다. 따라서, 기본 맥동 보정부에서는 VIS 밸브(60)의 동작 여부 및 그에 따른 흡기계의 길이 변화에 따라 일정 비율로 기본 맥동 보상 계수를 다시 보정한다(S80).
전술한 바와 같이 VCM 밸브(70)가 구동되면, 흡입 공기의 유동에 변화가 발생한다. 그 결과, 흡기의 기본 맥동의 형상이 변경되게 된다. 따라서, 기본 맥동 보정부에서는 VCM 밸브(70)의 동작 여부에 따라 미리 정해진 맵을 통해 기본 맥동 보상 계수를 다시 보정한다(S80).
상기한 단계 S30 내지 단계 S80을 통해, 기본 맥동 보상 계수에 대한 최종 보상이 이루어지면, 흡기량 제어부에서는, 기본 맥동 보정부에 의해 최종적으로 보정된 기본 맥동 보상 계수를 이용하여 단계 S10에서 계산된 기본 공기 충전량 또는 충전량 변환 계수를 보상한다(S90).
그리고 보상된 기본 공기 충전량 또는 충전량 변환 계수가 만족되도록 스로틀 밸브(10) 등을 제어하여, 흡입 공기량을 조절한다(S100).
도 6a와 도 6b는 엔진의 회전수에 따른, 계산 공기량(실린더 충전량)과 실측 공기량의 비율을 나타내는 도면이다. 도 6a는 본 발명에 따른 맥동 보정 방법을 적용하지 않은 비교예의 결과를 나타낸 것이고, 도 6b는 본 발명에 따른 맥동 보정 방법을 적용한 실시예의 결과를 도시하고 있다.
본 발명에 따른 맥동 보정 방법을 적용하지 않아, 기본 맥동 파형 변경에 의한 영향을 고려하지 않고 실린더 충전량을 계산한 비교예의 경우, 계산 공기량/실측 공기량의 표준 편차가 대략 3.55% 였는데 반해, 본 발명에 따른 맥동 보정 방법을 적용하여 기본 맥동 파형 변경을 보정한 본원 실시예의 경우, 계산 공기량/실측 공기량의 표준 편차가 대략 1.71%로서 편차를 절반 가까이 감소시킬 수 있었다.
이와 같이, 본 발명에 따른 제어 방법 및 장치에 의하면, 흡기계 밸브 기구의 작동 여부 또는 밸브 오버랩으로 인한 흡기 맥동의 파형 변경 시에 이를 적절히 반영하여 흡기량에 대한 맥동의 영향을 정확하게 보상할 수 있어, 필요로 하는 정확한 양의 공기를 엔진에 공급할 수 있게 된다.
따라서, 본 발명에 의하면, 과도한 연료 공급을 억제할 수 있어 연비를 개선할 수 있으며, 실제 필요로 하는 연료량보다 소량의 연료가 공급되는 것을 억제할 수 있어 엔진 출력의 저하를 막을 수 있고, 유해한 배출 가스의 발생을 억제할 수 있는 효과가 있다.
10:스로틀 밸브 20: 흡기 밸브
30: 배기 밸브 40: 실린더
50: 피스톤 60 VCM 밸브
70: VIS 밸브 80A: 제1 러너
80B: 제2 러너 100: 가변 밸브 듀레이션 기구(CVVD)
110: 캠 샤프트 120: 캠부
130: 롤러 안내부 140: 제어 샤프트
150: 브라켓 200: 밸브

Claims (18)

  1. 엔진의 흡기계에 장착된 센서의 측정값을 기준으로 실린더의 기본 공기 충전량 또는 충전량 변환 계수를 계산하는 단계;
    흡기 밸브의 개폐 동작 및 엔진 RPM에 따른 맥동의 기본 파형으로부터 흡기량 보정을 위한 기본 맥동 보상 계수를 산출하는 단계;
    상기 맥동의 기본 파형의 변형 시에 상기 기본 맥동 보상 계수를 보정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기 맥동 보정 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기본 맥동 보상 계수를 보정하는 단계에서는,
    밸브 오버랩 발생 여부를 판단하는 단계;
    밸브 오버랩 발생 시, 밸브 오버랩량에 근거하여 상기 기본 맥동 보상 계수를 보정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기 맥동 보정 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 기본 맥동 보상 계수를 보정하는 단계에서는,
    흡기계에 장착된 VIS(Variable Induction System) 밸브 작동 여부를 판단하는 단계;
    상기 VIS 밸브 작동 여부에 근거하여 상기 기본 맥동 보상 계수를 보정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기 맥동 보정 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 기본 맥동 보상 계수를 보정하는 단계에서는,
    흡기계에 장착된 VCM(Variable Charge Motion) 밸브의 작동 여부를 판단하는 단계;
    상기 VCM 밸브 작동 여부에 근거하여 상기 기본 맥동 보상 계수를 보정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기 맥동 보정 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 기본 맥동 보상 계수를 보정하는 단계에서는,
    가변 밸브 리프트(Variable Valve Lift) 기구에 의한 밸브 리프트 제어 실시 여부를 판단하는 단계;
    가변 밸브 리프트 기구에 의한 밸브 리프트 제어시, 밸브 리프트 제어량에 따라 상기 기본 맥동 보상 계수를 보정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기 맥동 보정 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 기본 맥동 보상 계수를 보정하는 단계에서는,
    연속 가변 밸브 듀레이션 기구(Continuously Variable Valve Dulation, CVVD)에 의한 밸브 듀레이션 제어 실시 여부를 판단하는 단계;
    연속 가변 밸브 듀레이션 기구에 의한 밸브 듀레이션 제어 시, 밸브 프로파일의 변형량에 따라 상기 기본 맥동 보상 계수를 보정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기 맥동 보정 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 기본 맥동 보상 계수의 보정 시에,
    상기 연속 가변 밸브 듀레이션 기구에 의해 제어되는 흡기 또는 배기 밸브의 최대 열림 시점(MOP) 및 밸브 닫힘 시점에 근거하여 결정되는 밸브 프로파일을 이용하여, 상기 기본 맥동 보상 계수를 보정하는 것을 특징으로 하는 흡기 맥동 보정 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 기본 맥동 보상 계수의 보정 시에,
    상기 연속 가변 밸브 듀레이션 기구에 의해 제어되는 흡기 또는 배기 밸브의 최대 열림 시점(MOP) 및 밸브 열림 시점에 근거하여 결정되는 밸브 프로파일을 이용하여, 상기 기본 맥동 보상 계수를 보정하는 것을 특징으로 하는 흡기 맥동 보정 방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 기본 맥동 보상 계수의 보정 시에,
    상기 연속 가변 밸브 듀레이션 기구에 의해 제어되는 흡기 또는 배기 밸브의 열림 시점 및 닫힘 시점에 근거하여 결정되는 밸브 프로파일을 이용하여, 상기 기본 맥동 보상 계수를 보정하는 것을 특징으로 하는 흡기 맥동 보정 방법.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 기본 맥동 보상 계수의 보정 시에,
    상기 연속 가변 밸브 듀레이션 기구에 의해 제어되는 흡기 또는 배기 밸브의 밸브 듀레이션 및 최대 열림 시점에 근거하여 결정되는 밸브 프로파일을 이용하여, 상기 기본 맥동 보상 계수를 보정하는 것을 특징으로 하는 흡기 맥동 보정 방법.
  11. 청구항 6에 있어서,
    상기 기본 맥동 보상 계수의 보정 시에,
    상기 연속 가변 밸브 듀레이션 기구에 의해 제어되는 흡기 또는 배기 밸브의 밸브 듀레이션의 함수로 결정되는 밸브 프로파일을 이용하여, 상기 기본 맥동 보상 계수를 보정하는 것을 특징으로 하는 흡기 맥동 보정 방법.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 보정된 기본 맥동 보상 계수를 이용하여 상기 실린더의 기본 공기 충전량 또는 충전량 변환 계수를 보상하고, 보상된 기본 공기 충전량 또는 충전량 변환 계수를 만족할 수 있도록 흡기계를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기 맥동 보정 방법.
  13. 엔진의 흡기계에 장착된 센서의 측정값을 기준으로 실린더의 기본 공기 충전량 또는 충전량 변환 계수를 계산하는 기본 공기 충전량 계산부,
    흡기 밸브의 개폐 동작 및 엔진 RPM에 따른 맥동의 기본 파형으로부터 흡기량 보정을 위한 기본 맥동 보상 계수를 계산하는 기본 맥동 보상 계수 계산부,
    상기 맥동의 기본 파형의 변형 시에 상기 기본 맥동 보상 계수를 보정하는 기본 맥동 보정부; 및
    상기 기본 맥동 보상 계수를 이용하여 상기 기본 공기 충전량 또는 상기 충전량 변환 계수를 보상하고, 보상된 상기 기본 공기 충전량 또는 상기 충전량 변환 계수가 만족되도록 흡기계의 흡기량을 제어하는 흡기량 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기 맥동 보정 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 기본 맥동 보정부는 밸브 오버랩 발생 시, 밸브 오버랩량에 근거하여 상기 기본 맥동 보상 계수를 보정하는 것을 특징으로 하는 흡기 맥동 보정 장치.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 기본 맥동 보정부는 흡기계에 장착된 VIS 밸브 작동 여부에 따라 상기 기본 맥동 보상 계수를 보정하는 것을 특징으로 하는 흡기 맥동 보정 장치.
  16. 청구항 13에 있어서,
    상기 기본 맥동 보정부는 흡기계에 장착된 VCM 밸브 작동 여부에 따라 상기 기본 맥동 보상 계수를 보정하는 것을 특징으로 하는 흡기 맥동 보정 장치.
  17. 청구항 13에 있어서,
    상기 기본 맥동 보정부는, 가변 밸브 리프트 기구에 의한 밸브 리프트 제어 실행 시, 밸브 리프트 제어량에 따라 상기 기본 맥동 보상 계수를 보정하는 것을 특징으로 하는 흡기 맥동 보정 장치.
  18. 청구항 13에 있어서, 연속 가변 밸브 듀레이션 기구에 의한 밸브 듀레이션 제어 시, 밸브 프로파일의 변형량에 따라 상기 기본 맥동 보상 계수를 보정하는 것을 특징으로 하는 흡기 맥동 보정 장치.
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