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KR102703066B1 - 브레이크 부스터 유입 유량을 반영한 공연비 제어 방법 - Google Patents

브레이크 부스터 유입 유량을 반영한 공연비 제어 방법 Download PDF

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KR102703066B1
KR102703066B1 KR1020190016168A KR20190016168A KR102703066B1 KR 102703066 B1 KR102703066 B1 KR 102703066B1 KR 1020190016168 A KR1020190016168 A KR 1020190016168A KR 20190016168 A KR20190016168 A KR 20190016168A KR 102703066 B1 KR102703066 B1 KR 102703066B1
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Abstract

본 발명은 브레이크 부스터 유입 유량을 반영한 공연비 제어 방법에 관한 것으로서, 흡기 매니폴드의 실측 압력과, 흡기 매니폴드의 모델 압력 사이에 편차가 발생하고, 그 편차가 브레이크 작동에 의해 발생한 편차인 것으로 판단되는 경우, 브레이크 부스터로부터 흡기 매니폴드로 유입되는 유량을 반영하여, 흡입 공기량을 보정하고, 보정된 흡입 공기량에 근거하여 공연비 제어를 실시하도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

브레이크 부스터 유입 유량을 반영한 공연비 제어 방법{AIR-FUEL RATIO CONTROL METHOD REFLECTING AIR FLOW FROM BRAKE BOOSTER}
본 발명은 브레이크 부스터 유입 유량을 반영한 공연비 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 브레이크 부스터로부터 흡기 매니폴드로 유입되는 공기의 유량을 반영한 공연비 제어 방법에 관한 것이다.
공연비는 각 사이클마다 엔진의 연소실 안으로 전달되는 공기와 연료의 비를 나타내는 것으로서, 공연비 값은 엔진의 적합한 작동을 보장하기 위해 특정 한계 내로 유지되어야 한다. 이를 위해서는 흡기 매니폴드로 유입되는 공기량을 정확히 계산하는 것이 중요하다.
종래에는 특허문헌 1에서 개시된 바와 같이, 흡기 매니폴드로 유입되는 공기량을 모델링하기 위하여, 도 1에서 도시된 MAP 센서(3)(manifold absolute pressure sensor)로 흡기 매니폴드의 서지 탱크의 절대압(PS)을 측정하고 이를 공기량으로 환산하는 방식을 사용하였다.
그런데, 배기가스로 인한 환경 오염 문제에 대응하기 위하여, EGR 쿨러(11) 및 EGR 밸브(12)로 이루어지는 배기가스 재순환(Exhaust Gas Recirculation, EGR) 장치가 차량에 적용되면서, 흡기 매니폴드(13)로 유입되는 EGR 가스의 존재로 인해, MAP 센서(3)만으로 공기량을 모델링하는 경우, 공기량 모델의 정확성이 떨어지게 되었다. 따라서, 공기량 모델의 정확성을 개선하기 위하여, 스로틀 밸브(2)의 전단에, 공기량을 직접 측정하는 에어 플로우(Mass Air Flow, MAF) 센서(1)를 설치하고, 이 MAF 센서(1)를 이용하여 엔진으로 유입되는 신기 성분의 유량을 직접 측정하고 이를 공기량 연산에 사용하게 되었다.
특허문헌 1: 대한민국 등록특허 제10-0203093호(1999.06.15.)
한편, 도 1에서 도시된 바와 같이, 운전자가 차량의 브레이크 페달(5)을 밟아 브레이크를 작동시킬 때에 마스터 실린더의 힘을 배력시키기 위해 브레이크 부스터(4)가 차량에 구비된다. 그리고, 마스터 실린더의 힘을 배력시키기 위해, 브레이크 부스터(4)는 부압이 형성된 흡기 매니폴드(13)에 연결되어 흡기 매니폴드의 부압을 이용하도록 하고 있다.
이로 인해, 운전자가 브레이크 페달(5)을 밟아 브레이크를 작동시키는 경우, 브레이크 부스터(4)로부터 흡기 매니폴드(13) 내부로 일정량의 신기 성분이 유입되게 된다. 따라서, 운전자가 브레이크를 반복하여 인가하는 가혹 모드에서는 다량의 신기 성분이 흡기 매니폴드(13) 내부로 유입되게 된다.
그런데, 전술한 바와 같이, MAF 센서(1)의 장착 위치는 스로틀 밸브(2)의 전단이므로, 흡기 매니폴드(13)로 유입되는 공기를 반영하기 어렵다. 따라서, 브레이크가 반복 인가되어 브레이크 부스터(4)로부터 다량의 신기 성분이 흡기 매니폴드(13)로 유입되는 경우에도 MAF 센서(1)에서는 인지할 수 없고, 따라서, 실제 공기량과 MAF 센서(1)의 측정값으로부터 모델링된 공기량 모델의 편차가 커지게 된다. 그 결과 정확한 공연비 제어가 이루어지지 못해 실화 현상이 발생될 우려가 있다.
한편, 이 경우 모델링된 공기량과 달리 실제 공기량이 커지므로, 엔진(6)의 연소실 내부는 희박한 연소 상태가 된다. 이 때, 엔진(6) 후단의 배기계에 설치된 람다 센서(7)로부터의 배기가스의 람다 측정값을 기초로, 람다 제어기(8)는 피드백 제어(람다 제어)를 실시하여 연료량을 증대시켜 실화를 방지하게 된다. 따라서, 브레이크 부스터(4)로부터 유입되는 공기량이 작은 경우 람다 제어에 의해 어느 정도 보상할 수 있다. 그러나, 브레이크 부스터(4)로부터 다량의 신기 성분이 유입되어 공연비 값이 소정의 한계값(예컨대, 1.5)을 초과한 희박 연소 상태가 되면, 람다 제어기(8)에 의한 피드백 제어는 중단되게 되는바, 람다 제어에 의한 실화 방지도 어렵게 된다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 브레이크 부스터(4)로부터 흡기 매니폴드(13)로 유입되는 신기 성분을, 공연비 제어에 반영하여 제어의 정확도를 향상시킬 수 있는 공연비 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 공연비 제어 방법은, 차량의 흡기 매니폴드의 절대압을 측정하는 MAP 센서(manifold absolute pressure sensor)에 의해 측정된 흡기 매니폴드의 실측 압력과, 에어 플로우 센서의 측정값을 이용한 흡기 매니폴드의 모델 압력과의 소정 크기 이상의 편차 발생 여부를 판단하는 단계; 실측 압력과 모델 압력 사이에 편차 발생 시에, 편차가 브레이크 작동에 따라 발생한 편차인지 여부를 판정하는 단계; 편차가 브레이크 작동에 의해 발생한 편차인 것으로 판단되는 경우, 브레이크 부스터로부터 흡기 매니폴드로 유입되는 유량을 반영하여, 흡입 공기량을 보정하는 단계; 및 보정된 흡입 공기량에 근거하여 실린더 흡입 공기량을 연산하는 단계; 연산된 실린더 흡입 공기량에 근거하여 공연비 제어를 실시하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 흡입 공기량을 보정하는 단계에서는, 브레이크 유입유량 맵을 이용하여 흡입 공기량을 보정한다. 보다 구체적으로는 실측 압력과 모델 압력 사이의 압력 편차를 입력값으로 하고, 브레이크 부스터에 의한 유입 공기량을 출력값으로 하는 맵을 이용하여, 브레이크 부스터에 의한 유입 공기량을 산출하고, 산출된 브레이크 부스터에 의한 유입 공기량을 이용하여, 에어 플로우 센서에 의해 측정된 유입 공기량을 보정한다.
한편, 편차가 브레이크 작동에 따라 발생한 편차가 아닌 것으로 판정되는 경우, 에어 플로우 센서의 측정 결과를 신뢰하여, 유입 공기량 보정을 실시하지 않는다. 즉, 브레이크 부스터에 의한 유입 공기량을 0으로 한다.
또는, 흡입 공기량을 보정하는 단계에서는 흡기 매니폴드 보정 압력값을 산출하여 흡입 공기량을 보정할 수도 있다. 구체적으로는 편차량에 정상 상태에서의 유효 압력 편차를 뺀 값을 압력 보정량으로 산출하고, 에어 플로우 센서의 측정값을 이용한 흡기 매니폴드의 모델 압력에 상기 압력 보정량을 합산하여, 흡기 매니폴드 모델 압력을 보정하는 한편, 실린더 흡입 공기량을 연산하는 단계에서는, 보정된 흡기 매니폴드의 모델 압력을 이용하여 실린더 흡입 공기량을 연산한다.
한편, 이 경우에도, 편차가 브레이크 작동에 따라 발생한 편차가 아닌 것으로 판정되면, 에어 플로우 센서의 측정 결과를 신뢰하여, 유입 공기량 보정을 실시하지 않는다. 즉, 상기 압력 보정량을 0으로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 공연비 제어 방법은, 흡기 매니폴드의 절대압을 측정하는 MAP 센서에 의해 측정된 흡기 매니폴드의 실측 압력과, 에어 플로우 센서의 측정값을 이용한 흡기 매니폴드의 모델 압력과의 소정 크기 이상의 편차 발생 여부를 판단하는 단계; 실측 압력과 모델 압력 사이에 편차 발생 시에, 편차가 브레이크 작동에 따라 발생한 편차인지 여부를 판정하는 단계; 편차가 브레이크 작동에 의해 발생한 편차인 것으로 판단되는 경우, MAP 센서에 의해 측정된 흡기 매니폴드의 실측 압력을 이용하여 실린더 흡입 공기량을 연산하는 단계; 연산된 실린더 흡입 공기량에 근거하여 공연비 제어를 실시하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 편차가 브레이크 작동에 따라 발생한 편차가 아닌 것으로 판정되는 경우, 흡기 매니폴드의 실측 압력이 아닌, 에어 플로우 센서의 측정값을 이용한 흡기 매니폴드의 모델 압력을 이용하여, 실린더 흡입 공기량을 연산하고, 연산된 실린더 흡입 공기량에 근거하여 공연비 제어를 실시한다.
바람직하게는, 흡입 공기량을 보정하는 단계에서는, 브레이크 부스터의 기본 용량과 반복 횟수를 이용하여 흡입 공기량을 보정할 수 있다. 보다 구체적으로는, 브레이크 부스터의 기본 용량과 브레이크 반복 횟수를 입력값으로 하고, 브레이크 부스터에 의한 유입 공기량을 출력값으로 하는 맵을 이용하여, 브레이크 부스터에 의한 유입 공기량을 산출하고, 산출된 브레이크 부스터에 의한 유입 공기량을 이용하여, 에어 플로우 센서에 의해 측정된 유입 공기량을 보정한다.
바람직하게는, 흡입 공기량을 보정하는 단계에서는, 흡기 매니폴드의 실측 압력의 시간 당 변화량을 이용하여 흡입 공기량을 보정할 수 있다. 보다 구체적으로는, MAP 센서에 의해 측정된 흡기 매니폴드의 실측 압력의 시간 당 변화량을 입력값으로 하고, 브레이크 부스터에 의한 유입 공기량을 출력값으로 하는 맵을 이용하여, 브레이크 부스터에 의한 유입 공기량을 산출하고, 산출된 브레이크 부스터에 의한 유입 공기량을 이용하여, 에어 플로우 센서에 의해 측정된 유입 공기량을 보정한다.
한편, 보정된 흡입 공기량이 지나치게 많아 람다 제어 한계를 초과하게 되면 람다 제어가 불가능한 문제가 발생하게 된다. 따라서, 이러한 문제를 미연에 방지하도록, 편차가 브레이크 작동에 의해 발생한 편차인 것으로 판단되는 경우, 브레이크 부스터로부터 흡기 매니폴드로 유입되는 유량을 반영하여, 흡입 공기량이 아닌 목표 분사 연료량을 보정하고, 보정된 목표 분사 연료량에 근거하여 공연비 제어를 실시할 수도 있다.
또한, 차량이 공연비가 소정 범위 내에 있는 것을 활성화 조건으로 하여, 람다 센서의 측정값을 바탕으로, 공연비를 피드백 제어하는 람다 제어기를 구비하는 경우, 브레이크 부스터 유입 유량을 고려한 공연비 제어 단계에서는, 공연비가 소정 범위를 벗어난 희박 조건인 경우에도, 람다 센서의 측정값을 바탕으로 공연비를 피드백 제어하도록 하여 람다 제어가 불가능한 문제를 해결할 수도 있다.
그리고, 바람직하게는, 실측 압력과 모델 압력 사이에 편차 발생 시에, 차량이 정지 상태에 있고, 엔진이 아이들 상태에 있으며, 브레이크 페달 센서에 의해 브레이크가 작동 중인 것으로 판단되는 경우, 편차가 브레이크 작동에 따라 발생한 편차인 것으로 판단한다.
상기한 본 발명에 따르면, 브레이크 부스터로부터 유입되는 공기량을 반영하여 엔진의 연소실로 유입되는 공기량을 정확하게 연산할 수 있어, 안정적인 공연비 제어를 실시할 수 있다.
바람직하게는, 흡입 공기량 보정 가능 조건을 만족하는 지 여부를 판단하는 단계를 더 포함하고, 흡입 공기량 보정 가능 조건을 만족하였을 때에, 흡입 공기량을 보정하도록 한다. 그리고, 바람직하게는, 엔진의 냉각수온이 미리 정해진 일정 범위 내에 있고, 시동 이후 일정시간동안 MAP 센서 및 에어 플로우 센서가 정상 작동하고 있는 경우에, 흡입 공기량 보정 가능 조건을 만족하였다고 판정한다.
상기한 본 발명에 따르면, 차량의 운전 상태가, 브레이크 부스터로부터 흡기 매니폴드로 유입되는 공기량을 공연비 제어에 적용하기에 적합한 상태가 아닌 경우에는 흡기 공기량 보정이 실시시되지 않도록 하여, 안정적인 공연비 제어가 가능하게 할 수 있다.
또한, 브레이크 부스터 유입 유량에 따른 공연비 제어 문제는 차량이 정차 상태에 있고, 아이들 상태에 있는 경우에 문제가 되는 바, 바람직하게는 엔진의 아이들 상태 및 정차 상태에 있는 지 여부를 확인하는 단계를 더 포함하고, 엔진이 아이들 상태 및 정차 상태에 있는 것으로 판단되는 경우, 브레이크 부스터 유입 유량을 반영한 공연비 제어를 실시하도록 한다.
본 발명에 따른 공연비 제어 방법에 따르면, 브레이크 부스터로부터 유입되는 공기량을 반영하여 엔진의 연소실로 유입되는 공기량을 정확하게 연산할 수 있어, 안정적인 연소를 보장할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 공연비 제어 방법에 따르면, 공연비 제어 실패에 따른 실화의 발생을 억제할 수 있어, 실화 발생으로 인한 배출 가스 발생 문제를 감소시킬 수 있다.
도 1은 엔진의 흡기계 및 배기계를 대략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 공연비 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 다른 바람직한 일 실시예에 따른 공연비 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 다른 바람직한 일 실시예에 따른 공연비 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도 5는 본 발명예와 비교예에서의 엔진 회전수, MAP 센서에 의한 실측 압력과 MAF 센서에 의한 모델 압력의 편차 및 실화 러프니스를 대비한 결과를 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 2는, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 공연비 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도 2에서 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 공연비 제어 방법을 수행할 때에는 먼저 흡입 공기량 보정 가능 요건이 만족되었는지 여부를 판단(S10)하는 것이 바람직하다. 흡입 공기량 보정 가능 요건은, 브레이크 부스터(4)로부터 흡기 매니폴드(13)로 유입되는 공기량을 공연비 제어에 적용하기에 적합한 엔진의 운전 상태인지 여부를 판단하기 위한 요건이다. 예컨대, 엔진이 냉간 상태이거나 또는 본 발명에 따른 제어 방법을 수행하기 위해 필요한 MAP 센서(3)나 MAF 센서(1) 센서의 동작 상태에 이상이 발생한 경우에는 본 발명에 따른 제어 방법을 실시하기에 부적합하다. 따라서, 바람직하게는, 엔진의 냉각수온이 미리 정해진 일정 범위 내에 있고, 시동 이후 일정시간동안 MAP 센서(3) 및 MAF 센서(1)가 정상 작동하고 있는 경우에 흡입 공기량 보정 가능 요건이 만족된다고 판정한다.
흡입 공기량 보정 가능 요건이 만족된 것으로 판단되는 경우, 차량에 구비된 엔진 제어기(ECU)는 MAP 센서(3)로 하여금 흡기 매니폴드(13)의 서지 탱크 내 절대 압력(실측 압력)을 측정(S11)하도록 하는 한편, MAF 센서(1)로부터 측정된 흡입 공기량을 근거로 흡기 매니폴드(13) 내의 모델 압력을 산출(S12)한다.
흡기 매니폴드(13) 내의 모델 압력은 측정된 흡입 공기량을 미리 정해진 맵에 입력하여 산출될 수 있다. 예컨대, 기체 상태 방정식에 의하면, 흡기 매니폴드(13) 내의 서지 탱크의 압력(Ps)와 흡입 공기량(G)는 다음의 식(1)과 같은 관계를 갖는다.
Figure 112019014703087-pat00001
...식(1)
식(1)에서, R은 기체 상수, T는 흡기 매니폴드 내 온도, η는 엔진 부하와 맵에 의해 ECU에 기억되어 있는 흡입 공기의 체적 효율, VC는 실린더 용적, Ne는 엔진 회전 속도이다.
상기한 관계를 이용하여, MAF 센서(1)로부터 측정된 흡입 공기량으로부터 흡기 매니폴드(13) 내의 모델 압력을 산출해 낼 수 있다.
흡기 매니폴드(13) 내의 실측 압력과 모델 압력이 도출되면, ECU는 흡기 매니폴드(13) 내의 실측 압력과 모델 압력 사이에 소정 크기 이상의 편차가 발생하였는지 여부를 판단한다(S13). 브레이크 부스터(4)의 작동과 같은 외란이 존재하지 않는 정상 상태에서도 흡기 매니폴드(13) 내의 실측 압력과 모델 압력 사이에는 소정의 압력 편차가 존재한다. 그러나, 도 5의 그래프의 왼쪽 부분에서도 도시된 바와 같이, 브레이크 부스터(4)가 작동되어 흡기 매니폴드(13) 내에 공기가 유입되면, 이러한 공기의 유입을 감지할 수 없는 MAF 센서(1)에 근거한 모델 압력과, 실측 압력 사이에는 정상 상태의 압력 편차보다 큰 값의 압력 편차가 발생하게 된다.
ECU는, 흡기 매니폴드(13) 내의 실측 압력과 모델 압력 사이에 미리 정해진 소정 크기 이상의 편차가 발생한 것으로 판단되는 경우, 이러한 편차가 브레이크 동작에 의한 것인지 여부를 판정한다(S13). 예컨대, ECU는 실측 압력과 모델 압력 사이에 소정 크기 이상의 편차 발생 시에, 차량이 정지 상태에 있고, 엔진이 아이들 상태에 있으며, 브레이크 페달 센서에 의해 브레이크가 작동 중인 것으로 판단되는 경우, 상기 편차가 브레이크 작동에 따라 발생한 편차인 것으로 판정한다.
ECU는 실측 압력과 모델 압력 사이의 편차가 브레이크 동작에 의한 것으로 판단되는 경우, 미리 정해진 브레이크 유입유량 맵을 이용하여 브레이크 부스터(4)로부터 흡기 매니폴드(13)로 유입되는 브레이크 유입유량을 산출한다(S15). 브레이크 유입유량 맵은 미리 행해진 학습을 통해 얻어진, 실측 압력과 모델 압력 사이의 압력 편차와, 브레이크 부스터로부터 흡기 매니폴드로 유입되는 공기량의 관계에 관한 맵이다. ECU에 저장된 상기 맵에, 실측 압력과 모델 압력 사이의 압력 편차를 입력값으로 입력하면, 브레이크 부스터에 의한 유입 공기량 값을 얻을 수 있다.
브레이크 부스터에 의한 유입 공기량 값이 얻어지면, ECU는 얻어진 브레이크 유입유량으로 MAF 센서(1)에 의해 측정된 흡입 공기량을 보정한다(S16). 즉, MAF 센서(1)에 의해 측정된 흡입 공기량에 브레이크 유입유량을 더하여 산출된 값을 보정된 흡입 공기량으로 한다.
한편, 실측 압력과 모델 압력 사이의 편차가 브레이크 동작에 의한 것으로 판단되지 않는 경우, ECU는 MAF 센서(1)에 의한 흡기 매니폴드의 모델 압력 결과를 신뢰하여, 상기한 보정을 실시하지 않는다. 따라서, 이 경우에는 브레이크 유입유량을 0으로 설정한다(S19).
얻어진 브레이크 유입유량으로 MAF 센서(1)에 의해 측정된 흡입 공기량을 보정한 후, ECU는 보정된 유입 공기량을 이용하여 실린더 흡입 공기량을 연산한다(S17). 구체적으로는 보정된 흡입 공기량에 근거하여 흡기 매니폴드의 모델 압력값을 산출하고, 산출된 모델 압력을 이용하여 실린더에 유입되는 공기량을 산출한다. 실린더에 유입되는 공기량은 예컨대 다음과 같은 식(2)에 의해 결정될 수 있다.
GCYL=a×PMODEL+b...(2)
식(2)에서, GCYL는 실린더 유입 공기량, PMODEL은 보정된 흡기 매니폴드의 모델 압력, a, b는 흡기 매니폴드의 온도, 흡/배기 밸브의 열림 및 닫힘 시점, 엔진의 회전 속도에 따라 정해지는 변수로서 반복 시험에 의해 결정된다.
실린더 흡입 공기량이 연산되면, ECU는 연산된 실린더 흡입 공기량에 근거하여 적정 공연비를 만족하도록, 연료 노즐 등을 제어하여 연료량을 조절하는 공연비 제어를 실시한다(S18).
도 3은, 본 발명의 다른 바람직한 일 실시예에 따른 공연비 제어 방법을 도시한 순서도이다. 도 3에서 도시된 실시예는, 흡기 매니폴드(13) 내의 실측 압력과 모델 압력 사이에 소정 크기 이상의 편차가 브레이크 동작에 의해 발생된 것으로 판정되는 경우, 이를 공연비 제어에 반영하기 위한 구체적인 방법에 있어서 도 2에서 도시된 실시예와 일부 상이하다.
따라서, 도 3에서 도시된 단계 S21, S22, S23, S24, S25는 각각 도 2에서 도시된 단계 S10, S11, S12, S13, S14와 실질적으로 동일하다. 따라서, 이에 대한 중복된 설명은 생략하도록 한다.
단계 S25에서 흡기 매니폴드(13) 내의 실측 압력과 모델 압력 사이에 소정 크기 이상의 편차가 브레이크 동작에 의해 발생된 것으로 판정되는 경우, ECU는 MAF 센서(1)를 이용하여 산출된 흡기 매니폴드(13)의 모델 압력을 보정하기 위한 보정 압력값을 산출한다(S26). 전술한 바와 같이, 브레이크 부스터(4)의 작동과 같은 외란이 존재하지 않는 정상 상태에서도 흡기 매니폴드(13) 내의 실측 압력과 모델 압력 사이에는 소정의 압력 편차가 존재한다. 따라서, 실측 압력과 정상 상태의 모델 압력의 편차는 브레이크 부스터(4)로부터 유입된 공기에 의한 압력 증가량이라고 볼 수 있다. 이를 이용하여 실측 압력과 모델 압력 사이의 압력 편차량에 정상 상태에서의 유효 압력 편차를 뺀 값을 압력 보정값으로 산출할 수 있다.
압력 보정값이 산출되면 ECU는 이 압력 보정값을 이용하여 흡기 매니폴드의모델 압력값을 보정한다(S27). 구체적으로는 MAF 센서(1)에 의해 측정된 흡입 공기량에 근거하여 산출된 흡기 매니폴드(13)의 모델 압력값에, 산출된 압력 보정값을 더한 값을 보정된 모델 압력값으로 한다.
한편, 실측 압력과 모델 압력 사이의 편차가 브레이크 동작에 의한 것으로 판단되지 않는 경우, ECU는 MAF 센서(1)에 의한 흡기 매니폴드의 모델 압력 결과를 신뢰하여, 상기한 모델 압력값의 보정을 실시하지 않는다. 따라서, 이 경우에는 압력 보정값 0으로 설정한다(S30).
보정된 흡기 매니폴드의 모델 압력값이 산출되면, ECU는 보정된 모델 압력을 이용하여 실린더에 유입되는 공기량을 산출한다(S28). 실린더에 유입되는 공기량은 전술한 식(2)를 이용하여 산출될 수 있다.
그리고, 실린더 흡입 공기량이 연산되면, ECU는 연산된 실린더 흡입 공기량에 근거하여 적정 공연비를 만족하도록, 연료 노즐등을 제어하여 연료량을 조절하는 공연비 제어를 실시한다(S29).
도 4는, 본 발명의 다른 바람직한 일 실시예에 따른 공연비 제어 방법을 도시한 순서도이다. 도 4에서 도시된 실시예는, 흡기 매니폴드(13) 내의 실측 압력과 모델 압력 사이에 소정 크기 이상의 편차가 브레이크 동작에 의해 발생된 것으로 판정되는 경우, 이를 공연비 제어에 반영하기 위한 구체적인 방법에 있어서 도 2 및 도 3에서 도시된 실시예와 일부 상이하다.
따라서, 도 4에서 도시된 단계 S31, S32, S33, S34, S35는 각각 도 1에서 도시된 단계 S10, S11, S12, S13, S14와 실질적으로 동일하다. 따라서, 이에 대한 중복된 설명은 생략하도록 한다.
단계 S35에서 흡기 매니폴드(13) 내의 실측 압력과 모델 압력 사이에 소정 크기 이상의 편차가 브레이크 동작에 의해 발생된 것으로 판정되는 경우, MAF 센서(1)의 측정 결과를 신뢰하기 어려운바, ECU는 MAF 센서(1)를 이용한 흡기 매니폴드의 모델 압력이 아닌 MAP 센서(3)에 의해 실제 측정된 압력(실측 압력)을 이용하여 실린더 흡입 공기량을 산출한다(S36). 예컨대, 식(2)에서 보정된 모델 압력을 실측 압력으로 대체한 다음의 식(3)에 의해 실린더 흡입 공기량이 산출될 수 있다.
GCYL=a×PACT+b...(3)
식(2)에서, GCYL는 실린더 유입 공기량, PACT는 흡기 매니폴드의 실측 압력, a, b는 흡기 매니폴드의 온도, 흡/배기 밸브의 열림 및 닫힘 시점, 엔진의 회전 속도에 따라 정해지는 변수로서 반복 시험에 의해 결정된다.
한편, 실측 압력과 모델 압력 사이의 편차가 브레이크 동작에 의한 것으로 판단되지 않는 경우, ECU는 MAF 센서(1)에 의한 흡기 매니폴드의 모델 압력 결과를 신뢰하여, 흡기 매니폴드의 모델 압력 결과를 바탕으로 실린더 흡입 공기량을 연산한다(S38).
실린더 흡입 공기량이 연산되면, ECU는 연산된 실린더 흡입 공기량에 근거하여 적정 공연비를 만족하도록, 연료 노즐등을 제어하여 연료량을 조절하는 공연비 제어를 실시한다(S37).
도 5에서는, 도 1에 따른 실시예에 의해 공연비 제어를 실시한 경우(발명예)와, 브레이크 부스터 유입유량을 반영하지 않은 종래의 경우(비교예)를 대비한 결과를 도시하고 있다.
도 5의 비교예에서 도시된 바와 같이, 종래에는 브레이크 부스터 유입유량을 전혀 고려하고 있지 않았다. 따라서, 브레이크 부스터 유입유량에 의해 흡기 매니폴드(13) 내의 모델 압력과 실측 압력의 차이가 큼에도 불구하고, 브레이크 부스터 유입유량을 반영한 공연비 제어를 실시하지 않은 결과, 브레이크 작동 시에 엔진의 운전 상태(회전수)는 불안정하게 되고, 실화 가능성(실화 러프니스)이 현저히 높아지게 된다.
이와 달리, 본 발명예에 따르면, 브레이크 부스터 유입유량을 모델링을 통해 산출하고, 이를 공연비 제어 반영함으로써, 흡기 매니폴드(13) 내의 모델 압력과 실측 압력의 차이를 감소시킬 수 있었다. 또한 본 발명예에 따르면, 실린더 흡입 공기량을 정확히 산출할 수 있어, 엔진의 운전 상태가 안정적으로 되고, 실화 가능성도 낮아지게 되었다.
이상에서는 도 2 내지 도 5를 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시예로 한정되지 않는다.
예컨대, 흡기 매니폴드(13) 내의 실측 압력과 모델 압력 사이에 소정 크기 이상의 편차가 브레이크 동작에 의해 발생된 것으로 판정되는 경우, 이를 공연비 제어에 반영하기 위해, 실제 브레이크 부스터 유입유량을 모델링할 수도 있다. 이를 위해서는, 수차례 학습을 통해 ECU에 미리 저장된, 브레이크 부스터의 기본 용량과 브레이크 반복 횟수를 입력값으로 하고, 브레이크 부스터에 의한 유입 공기량을 출력값으로 하는 맵을 이용할 수 있다. 이 경우, 브레이크 부스터의 기본 용량은 미리 결정된 값이므로, 브레이크 반복 횟수를 측정하여 이를 입력하면 실제 브레이크 부스터 유입유량을 산출해 낼 수 있다. 브레이크 부스터에 의한 실제 유입 공기량이 산출되면, 이 실제 유입 공기량과 MAF 센서(1)에 의해 측정된 유입 공기량을 합하여 보정된 유입 공기량으로 할 수 있다. 그리고, 이 보정된 유입 공기량을 이용하여 도 2의 단계17에서 실린더 흡입 공기량을 연산하는 것이 가능하게 된다.
한편, 수차례 브레이크 페달을 밟아 브레이크를 동작시키는 경우, 브레이크 부스터(4)로부터 유입되는 공기량이 급격히 증가하고, 그에 따라 MAP 센서(3)에 의해 측정된 흡기 매니폴드의 실측 압력이 급격하게 변화하게 된다. 따라서, 이를 이용하여 브레이크 부스터(4)에 의한 유입 공기량을 산출하는 것도 가능하다. 구체적으로는, 수차례 학습을 통해 ECU에 미리 저장된, MAP 센서(3)에 의해 측정된 흡기 매니폴드의 실측 압력의 시간 당 변화량을 입력값으로 하고, 브레이크 부스터에 의한 유입 공기량을 출력값으로 하는 맵을 이용하여, 브레이크 부스터(4)에 의한 유입 공기량을 산출할 수도 있다.
상기한 바와 같이, 도 2 내지 도 4의 실시예에서는 브레이크 부스터(4)에 의해 유입되는 공기량을 반영하여 실린더 흡입 공기량을 보정하여 공연비 제어하도록 하고 있다.
그런데, 브레이크 부스터(4)로부터 유입되는 공기량이 과다한 경우, 엔진의 연소 상태는 희박 연소 상태가 된다. 따라서, 경우에 따라서는 전술한 바와 같이 람다 제어가 불가능하게 되어, 실화 발생이 가능성이 현저히 높아지게 된다. 따라서, 실화 현상을 보다 적극적으로 방지하기 위한 측면에서, 브레이크 부스터로부터 흡기 매니폴드로 유입되는 유량을 반영하여, 실린더 흡입 공기량이 아닌 목표 분사 연료량을 보정할 수도 있다. 즉, 소정의 브레이크 부스터(4)로부터 유입되는 공기량을 반영하여 연료 분사량을 증량시키는 제어를 실시할 수 있다. 이 경우, 실린더 흡입 공기량을 증량시키고 그에 따라 분사 연료량을 증량시켜 공연비 제어하는 경우와 달리, 엔진이 소정 공연비를 초과하여 희박 상태에 있지 않게 되므로, 람다 제어가 불가능하게 되는 문제를 해소할 수 있다.
또는, 흡기 매니폴드(13) 내의 실측 압력과 모델 압력 사이에 소정 크기 이상의 편차가 브레이크 동작에 의해 발생된 것으로 판정되는 경우, ECU는 공연비가 람다 제어의 제한이 걸리는 소정 공연비 범위를 벗어난 희박 조건인 경우에도, 람다 센서의 측정값을 바탕으로 공연비를 강제 피드백 제어하도록 할 수 있다. 이를 통해, 실화 발생의 확률을 더욱 감소시키는 것이 가능하게 된다.
1: 에어플로우(MAF) 센서 2: 스로틀 밸브
3: MAP 센서 4: 브레이크 부스터
5: 브레이크 페달 6: 엔진
7: 람다 센서 8: 람다 제어기
9: 매니폴드 촉매 컨버터 10: 언더바디 촉매 컨버터
11: EGR 쿨러 12: EGR 밸브
13: 흡기 매니폴드

Claims (15)

  1. 차량의 흡기 매니폴드의 절대압을 측정하는 MAP 센서(manifold absolute pressure sensor)에 의해 측정된 흡기 매니폴드의 실측 압력과, 에어 플로우 센서의 측정값을 이용한 흡기 매니폴드의 모델 압력과의 소정 크기 이상의 편차 발생 여부를 판단하는 단계;
    실측 압력과 모델 압력 사이에 편차 발생 시에, 상기 편차가 브레이크 작동에 따라 발생한 편차인지 여부를 판정하는 단계;
    상기 편차가 브레이크 작동에 의해 발생한 편차인 것으로 판단되는 경우, 브레이크 부스터로부터 흡기 매니폴드로 유입되는 유량을 반영하여, 흡입 공기량을 보정하는 단계; 및
    보정된 흡입 공기량에 근거하여 실린더 흡입 공기량을 연산하는 단계;
    연산된 실린더 흡입 공기량에 근거하여 공연비 제어를 실시하는 단계;를 포함하고,
    상기 실측 압력과 상기 모델 압력 사이에 편차 발생 시에, 차량이 정지 상태에 있고, 엔진이 아이들 상태에 있으며, 브레이크 페달 센서에 의해 브레이크가 작동 중인 것으로 판단되는 경우, 상기 편차가 브레이크 작동에 따라 발생한 편차인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 브레이크 부스터 유입 유량을 반영한 공연비 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 흡입 공기량을 보정하는 단계에서는,
    실측 압력과 모델 압력 사이의 압력 편차를 입력값으로 하고, 브레이크 부스터에 의한 유입 공기량을 출력값으로 하는 맵을 이용하여, 브레이크 부스터에 의한 유입 공기량을 산출하고,
    산출된 브레이크 부스터에 의한 유입 공기량을 이용하여, 에어 플로우 센서에 의해 측정된 유입 공기량을 보정하는 것을 특징으로 하는 브레이크 부스터 유입 유량을 반영한 공연비 제어 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 편차가 브레이크 작동에 따라 발생한 편차가 아닌 것으로 판정되는 경우, 브레이크 부스터에 의한 유입 공기량을 0으로 하는 것을 특징으로 하는 브레이크 부스터 유입 유량을 반영한 공연비 제어 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 흡입 공기량을 보정하는 단계에서는,
    상기 편차량에 정상 상태에서의 유효 압력 편차를 뺀 값을 압력 보정량으로 산출하는 단계;
    에어 플로우 센서의 측정값을 이용한 흡기 매니폴드의 모델 압력에 상기 압력 보정량을 합산하여, 흡기 매니폴드 모델 압력을 보정하는 단계;를 포함하고,
    상기 실린더 흡입 공기량을 연산하는 단계에서는, 보정된 흡기 매니폴드의 모델 압력을 이용하여 실린더 흡입 공기량을 연산하는 것을 특징으로 하는 브레이크 부스터 유입 유량을 반영한 공연비 제어 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 편차가 브레이크 작동에 따라 발생한 편차가 아닌 것으로 판정되는 경우, 상기 압력 보정량을 0으로 하는 것을 특징으로 하는 브레이크 부스터 유입 유량을 반영한 공연비 제어 방법.
  6. 흡기 매니폴드의 절대압을 측정하는 MAP 센서에 의해 측정된 흡기 매니폴드의 실측 압력과, 에어 플로우 센서의 측정값을 이용한 흡기 매니폴드의 모델 압력과의 소정 크기 이상의 편차 발생 여부를 판단하는 단계;
    실측 압력과 모델 압력 사이에 편차 발생 시에, 상기 편차가 브레이크 작동에 따라 발생한 편차인지 여부를 판정하는 단계;
    상기 편차가 브레이크 작동에 의해 발생한 편차인 것으로 판단되는 경우, MAP 센서에 의해 측정된 흡기 매니폴드의 실측 압력을 이용하여 실린더 흡입 공기량을 연산하는 단계;
    연산된 실린더 흡입 공기량에 근거하여 공연비 제어를 실시하는 단계;를 포함하고,
    상기 실측 압력과 상기 모델 압력 사이에 편차 발생 시에, 차량이 정지 상태에 있고, 엔진이 아이들 상태에 있으며, 브레이크 페달 센서에 의해 브레이크가 작동 중인 것으로 판단되는 경우, 상기 편차가 브레이크 작동에 따라 발생한 편차인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 브레이크 부스터 유입 유량을 반영한 공연비 제어 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 편차가 브레이크 작동에 따라 발생한 편차가 아닌 것으로 판정되는 경우,
    에어 플로우 센서의 측정값을 이용한 흡기 매니폴드의 모델 압력을 이용하여, 실린더 흡입 공기량을 연산하고, 연산된 실린더 흡입 공기량에 근거하여 공연비 제어를 실시하는 것을 특징으로 하는 브레이크 부스터 유입 유량을 반영한 공연비 제어 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 흡입 공기량을 보정하는 단계에서는,
    브레이크 부스터의 기본 용량과 브레이크 반복 횟수를 입력값으로 하고, 브레이크 부스터에 의한 유입 공기량을 출력값으로 하는 맵을 이용하여, 브레이크 부스터에 의한 유입 공기량을 산출하고,
    산출된 브레이크 부스터에 의한 유입 공기량을 이용하여, 에어 플로우 센서에 의해 측정된 유입 공기량을 보정하는 것을 특징으로 하는 브레이크 부스터 유입 유량을 반영한 공연비 제어 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    흡입 공기량을 보정하는 단계에서는,
    MAP 센서에 의해 측정된 흡기 매니폴드의 실측 압력의 시간 당 변화량을 입력값으로 하고, 브레이크 부스터에 의한 유입 공기량을 출력값으로 하는 맵을 이용하여, 브레이크 부스터에 의한 유입 공기량을 산출하고,
    산출된 브레이크 부스터에 의한 유입 공기량을 이용하여, 에어 플로우 센서에 의해 측정된 유입 공기량을 보정하는 것을 특징으로 하는 브레이크 부스터 유입 유량을 반영한 공연비 제어 방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 편차가 브레이크 작동에 의해 발생한 편차인 것으로 판단되는 경우, 브레이크 부스터로부터 흡기 매니폴드로 유입되는 유량을 반영하여, 목표 분사 연료량을 보정하는 단계; 및
    상기 보정된 목표 분사 연료량에 근거하여 공연비 제어를 실시하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 브레이크 부스터 유입 유량을 반영한 공연비 제어 방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 차량은 공연비가 소정 범위 내에 있는 것을 활성화 조건으로 하여, 람다 센서의 측정값을 바탕으로, 공연비를 피드백 제어하는 람다 제어기를 구비하고,
    브레이크 부스터 유입 유량을 반영한 상기 공연비 제어 단계에서는, 공연비가 상기 소정 범위를 벗어난 희박 조건인 경우에도, 람다 센서의 측정값을 바탕으로 공연비를 피드백 제어하도록 하는 것을 특징으로 하는 브레이크 부스터 유입 유량을 반영한 공연비 제어 방법.
  12. 청구항 1 또는 청구항 6에 있어서,
    흡입 공기량 보정 가능 조건을 만족하는 지 여부를 판단하는 단계를 더 포함하고, 흡입 공기량 보정 가능 조건을 만족하였을 때에, 상기 흡입 공기량을 보정하는 것을 특징으로 하는 브레이크 부스터 유입 유량을 반영한 공연비 제어 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    엔진의 냉각수온이 미리 정해진 일정 범위 내에 있고, 시동 이후 일정시간동안 MAP 센서 및 에어 플로우 센서가 정상 작동하고 있는 경우에, 흡입 공기량 보정 가능 조건을 만족하였다고 판정하는 것을 특징으로 하는 브레이크 부스터 유입 유량을 반영한 공연비 제어 방법.
  14. 삭제
  15. 청구항 1 또는 청구항 6에 있어서,
    엔진의 아이들 상태 및 정차 상태에 있는 지 여부를 확인하는 단계를 더 포함하고,
    엔진이 아이들 상태 및 정차 상태에 있는 것으로 판단되는 경우, 브레이크 부스터 유입 유량을 반영한 상기 공연비 제어를 실시하는 것을 특징으로 하는 공연비 제어 방법.
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