KR20090010463A - 키 오프시 진동 저감 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차의 키 오프시 미리 설정된 실린더에서 최종 유효 폭발이 일어나도록 하여 진동을 저감시키는 키 오프시 진동 저감 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
본 발명은, 키 오프시 진동 저감 시스템은 실린더의 점화 순서가 저장되어 있으며 현재 폭발이 일어난 실린더와 엔진의 현재 상태를 검출하는 엔진 모듈; 상기 엔진 모듈에 저장된 실린더 점화 순서에 따라 분사를 수행하는 분사 모듈; 그리고 상기 엔진의 현재 상태를 기초로 엔진의 작동을 제어하는 엔진제어 모듈;을 포함하되, 상기 엔진제어 모듈은 키 오프 후에 설정된 조건을 만족할 때까지 엔진이 계속 작동하도록 제어할 수 있다.
이그니션 키(ignition key), 스로틀 액츄에이터(throttle actuator)

Description

키 오프시 진동 저감 시스템 및 그 방법{VIBRATION REDUCING SYSTEM IN KEY-OFF AND METHOD THEREOF}
본 발명은 키 오프시 진동 저감 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자동차의 키 오프시 미리 설정된 실린더에서 최종 유효 폭발이 일어나도록 하여 진동을 저감시키는 키 오프시 진동 저감 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 내연기관은 키 오프(key off)시 진동이 발생하는데, 특히 디젤 엔진은 공기 압축비가 매우 높고 연소 폭발력이 매우 크기 때문에 키 오프시 매우 큰 진동이 발생된다. 이러한 진동은 운전자로 하여금 불쾌감을 유발하여 상품성에 악영향을 준다.
키 오프시 엔진의 진동을 저감하는 효율적인 방법 중 하나는 엔진을 가능한한 빨리 정지시키는 것이다. 엔진을 가능한한 빨리 정지시키기 위하여 연료의 분사를 정지시키는 것과 함께 키 오프시 스로틀 밸브를 닫아 피스톤 내부를 진공상태로 만들어서 피스톤의 상하운동을 정지시키는 방법이 일반적으로 사용되고 있다.
상기와 같이 키 오프시 엔진의 진동을 저감하기 위하여 대부분의 디젤엔진에 서는 스로틀 액츄에이터(throttle actuator)를 사용하고 있다. 이러한 스로틀 액츄에이터는 부압식과 전자식 두가지가 있다.
부압식 스로틀 액츄에이터는 베큠소스(vacuum source), 베큠 모듈레이터(vacuum modulator), 그리고 다이어프램(diaphragm)을 구비하고 있으며, 전자식 스로틀 액츄에이터는 DC 모터가 구비되어 있다.
그러나, 상기 스로틀 액츄에이터는 가격이 비싸고, 키 오프시 엔진의 진동을 저감하는 역할 외에는 다른 역할로 사용되지 못하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 스로틀 액츄에이터를 사용하지 않고 키 오프시 엔진의 진동을 저감하는 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 키 오프시 진동 저감 시스템은 실린더의 점화 순서가 저장되어 있으며 현재 폭발이 일어난 실린더와 엔진의 현재 상태를 검출하는 엔진 모듈; 상기 엔진 모듈에 저장된 실린더 점화 순서에 따라 분사를 수행하는 분사 모듈; 그리고 상기 엔진의 현재 상태를 기초로 엔진의 작동을 제어하는 엔진제어 모듈;을 포함하되, 상기 엔진제어 모듈은 키 오프 후에 설정된 조건을 만족할 때까지 엔진이 계속 작동하도록 제어할 수 있다.
상기 설정된 조건은 미리 설정된 실린더에서 폭발이 일어난 경우 만족되는 것으로 할 수 있다.
상기 미리 설정된 실린더는 플라이 휠에 가장 가까운 실린더인 것으로 할 수 있다.
상기 엔진 모듈은 크랭크 축의 위상각을 검출하는 크랭크 검출부 및 캠 축의 위상각을 검출하는 캠 검출부를 포함할 수 있다.
상기 현재 폭발이 일어난 실린더는 상기 크랭크 축의 위상각과 상기 캠 축의 위상각으로부터 계산될 수 있다.
키 오프 후에 상기 설정된 조건을 만족함을 상기 엔진 모듈이 검출하면 상기 엔진제어 모듈은 엔진 정지 제어를 개시할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 키 오프시 진동 저감 방법은, 이그니션 키가 꺼졌는지 판단하는 단계; 만일 이그니션 키가 꺼졌으면, 현재 폭발이 일어난 실린더를 검출하는 단계; 상기 현재 폭발이 일어난 실린더가 미리 설정된 실린더인지 판단하는 단계; 그리고 상기 현재 폭발이 일어난 실린더가 미리 설정된 실린더이면, 엔진 정지 제어를 개시하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 미리 설정된 실린더는 플라이 휠에 가장 가까운 실린더일 수 있다.
상기 현재 폭발이 일어난 실린더는 크랭크 축의 위상각과 캠 축의 위상각으로부터 계산될 수 있다.
상기 현재 폭발이 일어난 실린더가 미리 설정된 실린더가 아니면, 엔진이 계속 작동하도록 제어할 수 있다.
본 발명에 따르면, 키 오프시 미리 설정된 실린더에서 최종 폭발이 일어난 후 엔진을 정지시키므로 차체 및 파워 트레인의 진동을 저감시킬 수 있다.
또한, 고가의 스로틀 액츄에이터를 사용하지 않으므로 차량의 가격을 낮출 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 키 오프시 진동 저감 시스템이 적용되는 엔진의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 키 오프시 진동 저감 시스템이 적용되는 엔진(10)은 실린더(95), 흡기 통로(15), 배기 통로(20), 엔진 제어 유닛(engine control unit; ECU)(60), 그리고 밸브 타이밍 조절 유닛(120)을 포함한다.
실린더(95)는 실린더 헤드와 실린더 블록을 포함하고, 상기 실린더(95)의 내부에는 피스톤(100), 크랭크 축(105)가 장착되어 있다. 상기 피스톤(100)은 연료의 폭발력에 의하여 왕복운동을 하며 크랭크 축(105)를 회전시킨다.
상기 실린더(95)의 실린더 헤드에는 상기 흡기 통로(15)와 상기 배기 통로(20)가 연결되어 있으며, 상기 흡기 통로(15)와 상기 배기 통로(20)는 각각 흡기 밸브(25)와 배기 밸브(30)에 의해 개통 또는 차단된다.
또한, 상기 흡기 밸브(25)와 상기 배기 밸브(30)는 각각 흡기 밸브용 캠(35) 및 배기 밸브용 캠(40)에 의해 구동된다. 상기 흡기 밸브용 캠(35)과 배기 밸브용 캠(40)은 밸브 타이밍 조절 유닛(120)에 각각 연결되어 그 작동이 조절된다.
상기 흡기 통로(15)에는 서지 탱크(125)가 설치되고 상기 서지 탱크(125)의 전측에는 스로틀 밸브(110)가 설치되어 있다. 상기 배기 통로(20)에는 촉매 컨버터(catalytic converter)가 설치되어 배기가스에 포함된 유해물질을 거른다.
상기 실린더(95)에는 점화 코일(45)에 의하여 점화 동작을 수행하는 점화 플러그(50)가 장착된다.
상기 실린더 블록에는 냉각수가 흐르는 냉각수 통로가 설치된다.
또한, 상기 크랭크 축(105)에는 크랭크 위치 검출부(55)가 장착되어 있다. 상기 크랭크 위치 검출부(55)는 크랭크 축의 위상각을 검출하여 그에 대한 신호를 상기 엔진 제어 유닛(60)에 전달한다.
또한, 상기 흡기 캠(35)과 배기 캠(40)의 작동을 조절하는 캠축에는 캠 위치 검출부(130)가 장착되어 있다. 상기 캠 위치 검출부(130)는 캠 축의 위상각을 검출하여 그에 대한 신호를 상기 엔진 제어 유닛(60)에 전달한다.
공기는 상기 흡기 통로(15)로 유입된 후 연료와 섞여 실린더(95)로 공급된다. 따라서, 상기 흡기 통로(15)에는 흡기 압력 검출부(70), 흡기 온도 검출 부(80), 에어 플로우 미터(air flow meter)(75), 스로틀 개도 검출부(115) 및 연료 분사 밸브(90)가 장착되어 있다.
흡기 압력 검출부(70)는 흡기 압력을 검출하여 그에 대한 신호를 상기 엔진 제어 유닛(60)에 전달한다.
흡기 온도 검출부(80)는 흡기 온도를 검출하여 그에 대한 신호를 상기 엔진 제어 유닛(60)에 전달한다.
에어 플로우 미터(75)는 흡입되는 공기량을 검출하여 그에 대한 신호를 상기 엔진 제어 유닛(60)에 전달한다.
스로틀 개도 검출부(115)는 가속페달의 작동 정도에 의해 동작되는 스로틀 밸브의 개도 변화를 검출하여 그에 대한 신호를 상기 엔진 제어 유닛(60)에 전달한다.
연료 분사 밸브(90)는 상기 엔진 제어 유닛(60)에 의해 연료 분사량을 조절한다.
배기 통로(20)에는 배기 압력 검출부(85)가 장착되어 있다. 연소된 혼합기는 상기 배기 통로(20)를 통해 외부로 배출된다.
배기 압력 검출부(85)는 배기 압력을 검출하여 그에 대한 신호를 상기 엔진 제어 유닛(60)에 전달한다.
엔진 제어 유닛(60)은 설정된 프로그램에 의해 동작하는 하나 이상의 프로세서로 구현될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 본 발명의 실시예에 따른 키 오프시 진동 저감 방법의 각 단계를 수행하도록 프로그래밍된 것일 수 있다.
엔진 제어 유닛(60)은 상기 크랭크 위치 검출부(55), 상기 흡기 압력 검출부(70), 상기 흡기 온도 검출부(80), 상기 에어 플로우 미터(75), 상기 스로틀 개도 검출부(115) 및 상기 배기 압력 검출부(70)에 전기적으로 연결되어 크랭크 축의 위상각, 흡기 압력, 흡기 온도, 흡입되는 공기량, 스로틀 개도 및 배기 압력에 대한 신호를 각각 전달받는다.
또한, 상기 엔진 제어 유닛(60)은 상기 스로틀 밸브(110)에 연결되어 스로틀 밸브 개도를 조절하고, 상기 연료 분사 밸브(90)에 연결되어 연료 분사량을 조절한다.
또한, 상기 엔진 제어 유닛(60)은 상기 밸브 타이밍 조절 유닛(120)에 연결되어 흡기 밸브(25) 및 배기 밸브(30)의 개폐 타이밍을 조절한다. 즉, 상기 엔진 제어 유닛(60)은 엔진 회전수, 흡기 압력, 부하조건에 대응하는 밸브 타이밍 및 잔류 가스비에 대응하는 밸브 타이밍을 계산하여 흡기 밸브 및 배기 밸브의 개폐를 조절한다.
도 2는 도 1의 엔진에서 실린더의 배치를 도시한 개략도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1,2,3,4실린더들(95a, 95b, 95c, 95d)은 엔진의 전면으로부터 플라이 휠(135)이 설치된 엔진의 후면까지 제1실린더(95a), 제2실린더(95b), 제3실린더(95c), 그리고 제4실린더(95d)의 순서로 배치되어 있다. 여기에서는 4기통 엔진을 도시하였으나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않고 6기통, 8기통 등 다양한 엔진에 적용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 키 오프시 진동 저감 시스템의 블록도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 키 오프시 진동 저감 시스템은 엔진 모듈(200), 분사 모듈(300), 엔진제어 모듈(400)을 포함한다.
엔진 모듈(200)은 현재 폭발이 일어난 실린더(95)와 엔진(10)의 현재 상태를 검출한다. 또한, 엔진 모듈(200)에는 실린더의 점화 순서가 저장되어 있으며, 이 점화 순서에 따라 상기 분사 모듈(300)을 조절한다. 상기 점화 순서의 일 예로, 제1실린더(95a), 제3실린더(95c), 제4실린더(95d), 그리고 제2실린더(95b)의 순서로 점화가 진행될 수 있다. 이러한 점화 순서는 당업자가 바람직하다고 판단되는 점화 순서로 할 수 있다.
상기 엔진 모듈(200)은 크랭크 위치 검출부(55)와 캠 위치 검출부(130)를 포함하고 있으며, 크랭크 축(105)의 위상각과 캠 축의 위상각으로부터 현재 폭발이 일어난 실린더(95)를 계산하고 이에 대한 신호를 상기 엔진제어 모듈(400)에 전달한다. 현재 폭발이 일어난 실린더(95)를 계산하는 방법은 당업자에게 자명하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
분사 모듈(300)은 상기 엔진 모듈(200)에 저장된 실린더 점화 순서에 따라 혼합기의 분사를 수행한다.
엔진제어 모듈(400)은 엔진(10)의 현재 상태를 기초로 엔진(10)의 작동을 제어한다. 즉, 연료 분사를 제어하는 인젝터 및 연료레일밸브, 공기의 흡입을 제어하는 스로틀 밸브(110), 그리고 배기 가스를 처리하는 촉매 컨버터 및 배기가스 저감장치(catalyzed particulate filter; CPF)의 작동을 제어한다.
또한, 엔진제어 모듈(400)은 이그니션 키(ignition key)가 켜지는 것을 검출 하여 연료분사를 개시하고 스로틀 밸브(110)를 열며 연료레일밸브를 열게 된다. 이와 반대로 엔진제어 모듈(400)은 이그니션 키(ignition key)가 꺼지는 것을 검출하여 연료분사를 종료하고 스로틀 밸브(110)를 닫으며 연료레일밸브를 닫게 된다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 키 오프시 진동 저감 방법을 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 키 오프시 진동 저감 방법의 흐름도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 엔진제어 모듈(400)은 이그니션 키가 꺼졌는지를 판단한다(S210). 만일 이그니션 키가 꺼지지 않았으면 엔진제어 모듈(400)은 엔진(10)이 계속하여 작동하도록 제어한다.
만일 이그니션 키가 꺼졌다면, 엔진 모듈(200)은 현재 폭발이 일어난 실린더(95)를 검출하게 된다(S220). 앞에서 언급한 바와 같이, 현재 폭발이 일어난 실린더(95)는 크랭크 축의 위상각과 캠 축의 위상각으로부터 계산된다.
그 후, 엔진 모듈(200)은 현재 폭발이 일어난 실린더(95)가 미리 설정된 실린더(95d)인가를 판단한다(S230).
상기 미리 설정된 실린더(95d)는 복수번의 실험에 의하여 정하여 진다. 이러한 실린더(95d)의 설정 과정에 대하여 간략히 설명한다.
도 5는 키 오프시 차체와 파워 트레인의 진동을 도시한 그래프이고, 도 6은 최종 폭발이 일어나는 실린더에 따른 차체 및 파워 트레인의 진동 산포를 도시한 그래프이다.
도 5A 및 도 5B에 도시된 바와 같이, 스로틀 액츄에이터를 사용하지 않은 경 우 키 오프시 차체의 진동 및 파워 트레인의 진동은 다양한 값을 가짐을 알 수 있다. 이러한 다양한 값의 진동 중 몇몇 값은 목표 차체 진동값(1.4㎨)을 만족하는 값이 있다. 다수의 실험으로부터 이러한 차체의 진동 및 파워 트레인의 진동은 키 오프시 최종적으로 폭발이 일어난 실린더와 관계가 있음을 알 수 있었다.
도 6A 및 도 6B에 도시된 바와 같이, 키 오프시 제4실린더(95d), 즉, 플라이 휠에 가장 가까운 실린더에서 최종적으로 폭발이 일어난 경우 파워 트레인의 진동 및 차체의 진동이 목표 진동값보다 작음을 알 수 있다. 따라서, 제4실린더(95d)에서 최종 폭발이 일어나도록 제어하면 진동을 저감할 수 있음을 알 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, S230 단계에서 현재 폭발이 일어난 실린더가 미리 설정된 실린더가 아니면, 상기 엔진제어 유닛(400)은 엔진(10)이 계속하여 작동하도록 제어한다(S240). 만일 S230 단계에서 현재 폭발이 일어난 실린더가 미리 설정된 실린더(95d)이면, 엔진 모듈(200)은 이에 대한 신호를 상기 엔진제어 모듈(400)에 출력하고, 엔진제어 모듈(400)은 엔진(10)을 정지시킨다(S250).
예를 들어, 현재 폭발이 일어난 실린더가 제2실린더(95b)라면, 엔진제어 모듈(400)은 계속하여 엔진(10)을 작동시킨다. 즉, 제1실린더(95a), 제3실린더(95c), 그리고 제4실린더(95d)에서 순차적으로 폭발이 일어나도록 제어한다. 그 후, 제4실린더(95d)에서 폭발이 일어나면, 엔진제어 모듈(400)은 엔진(10)을 정지시킨다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범 위의 모든 변경을 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 키 오프시 진동 저감 시스템이 적용되는 엔진의 구성도이다.
도 2는 도 1의 엔진에서 실린더의 배치를 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 키 오프시 진동 저감 시스템의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 키 오프시 진동 저감 방법의 흐름도이다.
도 5는 키 오프시 차체와 파워 트레인의 진동을 도시한 그래프이다.
도 6은 최종 폭발이 일어나는 실린더에 따른 차체 및 파워 트레인의 진동 산포를 도시한 그래프이다.

Claims (10)

  1. 실린더의 점화 순서가 저장되어 있으며 현재 폭발이 일어난 실린더와 엔진의현재 상태를 검출하는 엔진 모듈;
    상기 엔진 모듈에 저장된 실린더 점화 순서에 따라 분사를 수행하는 분사 모듈; 그리고
    상기 엔진의 현재 상태를 기초로 엔진의 작동을 제어하는 엔진제어 모듈;
    을 포함하되,
    상기 엔진제어 모듈은 키 오프 후에 설정된 조건을 만족할 때까지 엔진이 계속 작동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 키 오프시 진동 저감 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 설정된 조건은 미리 설정된 실린더에서 폭발이 일어난 경우 만족되는 것을 특징으로 하는 키 오프시 진동 저감 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 미리 설정된 실린더는 플라이 휠에 가장 가까운 실린더인 것을 특징으로 하는 키 오프시 진동 저감 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 엔진 모듈은 크랭크 축의 위상각을 검출하는 크랭크 위치 검출부 및 캠 축의 위상각을 검출하는 캠 위치 검출부를 포함하는 키 오프시 진동 저감 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 현재 폭발이 일어난 실린더는 상기 크랭크 축의 위상각과 상기 캠 축의 위상각으로부터 계산되는 것을 특징으로 하는 키 오프시 진동 저감 시스템.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    키 오프 후에 상기 설정된 조건을 만족함을 상기 엔진 모듈이 검출하면 상기 엔진제어 모듈은 엔진 정지 제어를 개시하는 것을 특징으로 하는 키 오프시 진동 저감 시스템.
  7. 이그니션 키가 꺼졌는지 판단하는 단계;
    만일 이그니션 키가 꺼졌으면, 현재 폭발이 일어난 실린더를 검출하는 단계;
    상기 현재 폭발이 일어난 실린더가 미리 설정된 실린더인지 판단하는 단계; 그리고
    상기 현재 폭발이 일어난 실린더가 미리 설정된 실린더이면, 엔진 정지 제어를 개시하는 단계;
    를 포함하는 키 오프시 진동 저감 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 미리 설정된 실린더는 플라이 휠에 가장 가까운 실린더인 것을 특징으로 하는 키 오프시 진동 저감 방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 현재 폭발이 일어난 실린더는 크랭크 축의 위상각과 캠 축의 위상각으로부터 계산되는 것을 특징으로 하는 키 오프시 진동 저감 방법.
  10. 제 7항 내지 제 9항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 현재 폭발이 일어난 실린더가 미리 설정된 실린더가 아니면, 엔진이 계속 작동하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 키 오프시 진동 저감 방법.
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