KR20200051143A - 차량의 엔진 제어 방법 - Google Patents

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신현욱
이상무
윤승석
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 터보차저의 터빈 전단의 배기가스 온도를 정상적으로 확보할 수 있는지 컨트롤러가 판단하는 온도확보판단단계와; 상기 터빈 전단의 배기가스 온도를 정상적으로 확보할 수 있는 경우, 상기 컨트롤러가 터빈 전단의 배기가스 온도, 엔진 운전모드, 엔진속도, 및 대기압에 따른 기본보정토크의 맵으로부터, 현재 상태에 따른 기본보정토크를 구하는 기본산출단계와; 상기 터빈 전단의 배기가스 온도를 정상적으로 확보할 수 있는 경우, 상기 컨트롤러는 상기 기본보정토크를 바탕으로 최종보정토크를 결정하고, 엔진의 전부하 토크에서 상기 최종보정토크를 차감한 값으로 엔진토크를 제어하는 엔진제어단계를 포함하여 구성된다.

Description

차량의 엔진 제어 방법{ENGINE CONTROL METHOD FOR VEHICLE}
본 발명은 차량의 엔진 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진의 전부하 토크를 제어하는 기술에 관한 것이다.
엔진의 전부하 토크란 운전자가 가속페달을 최대로 조작한 상태에서 엔진이 발생시키는 토크를 의미하며, 통상 엔진속도, 대기압 등에 따라 변화한다.
상기와 같은 전부하 토크는 엔진을 구성하는 하드웨어의 내구성 확보 및 각종 법규 충족을 위하여 적절한 수준으로 제한되어야 할 필요가 있다.
상기 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 1020110058965 A
본 발명은 엔진의 운전모드와 배기가스 온도 등을 고려하여 보다 적절한 엔진 토크 제어가 이루어질 수 있도록 함으로써, 각종 법규를 충족시키고 엔진 하드웨어의 내구성 확보가 가능하도록 하면서도, 엔진의 출력을 가급적 최대로 발휘할 수 있도록 한 차량의 엔진 제어 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량의 엔진 제어 방법은,
터보차저의 터빈 전단의 배기가스 온도를 정상적으로 확보할 수 있는지 컨트롤러가 판단하는 온도확보판단단계와;
상기 터빈 전단의 배기가스 온도를 정상적으로 확보할 수 있는 경우, 상기 컨트롤러가 터빈 전단의 배기가스 온도, 엔진 운전모드, 엔진속도, 및 대기압에 따른 기본보정토크의 맵으로부터, 현재 상태에 따른 기본보정토크를 구하는 기본산출단계와;
상기 터빈 전단의 배기가스 온도를 정상적으로 확보할 수 있는 경우, 상기 컨트롤러는 상기 기본보정토크를 바탕으로 최종보정토크를 결정하고, 엔진의 전부하 토크에서 상기 최종보정토크를 차감한 값으로 엔진토크를 제어하는 엔진제어단계;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 터빈 전단의 배기가스 온도를 정상적으로 확보할 수 있는 경우, 상기 컨트롤러가 상기 터빈 전단의 배기가스 온도와 미리 설정된 소정의 한계온도의 차이와, 엔진속도에 따라 결정되는 PI(Proportional Integral) 피드백 제어량인 추가보정토크를 구하는 추가산출단계를 더 포함하고,
상기 최종보정토크는 상기 추가산출단계에서 산출된 추가보정토크를 상기 기본보정토크에 합산하여 결정할 수 있다.
상기 기본보정토크에 추가보정토크를 합산한 결과를 소정의 제1기준토크범위 이내로 제한하여 상기 최종보정토크로 결정하도록 하는 제1범위제한단계를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 추가산출단계는 상기 터빈 전단의 배기가스 온도와 상기 한계온도의 차이가 소정의 기준온도범위에 속하는 경우에만 수행하도록 구성될 수 있다.
상기 터빈 전단의 배기가스 온도를 정상적으로 확보할 수 없는 경우, 상기 컨트롤러가 엔진 운전모드, 엔진속도, 및 대기압에 따른 임시보정토크의 맵으로부터, 현재 상태에 따른 임시보정토크를 구하는 비상산출단계와;
상기 터빈 전단의 배기가스 온도를 정상적으로 확보할 수 없는 경우, 상기 컨트롤러는 상기 임시보정토크를 소정의 제2기준토크범위 이내로 제한하여 상기 최종보정토크를 결정하도록 하는 제2범위제한단계를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 기본산출단계의 상기 기본보정토크를 구하는 맵에서, 상기 엔진 운전모드는 DePM, DeNOx, DeSOx 및 이들 모드 이외의 일반적인 운전상황인 Normal을 포함하도록 구성될 수 있다.
본 발명은 엔진의 운전모드와 배기가스 온도 등을 고려하여 보다 적절한 엔진 토크 제어가 이루어질 수 있도록 함으로써, 각종 법규를 충족시키고 엔진 하드웨어의 내구성 확보가 가능하도록 하면서도, 엔진의 출력을 가급적 최대로 발휘할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 엔진의 구성을 예시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 차량의 엔진 제어 방법의 실시예를 도시한 순서도이다.
도 1을 참조하면, 엔진(E)의 배기매니폴드에서 배출되는 배기가스는 터보차저의 터빈(TB)을 구동한 후 촉매 등과 같은 후처리장치(RF)를 통해 대기중으로 배출되고, 상기 터빈(TB)의 회전력으로 구동되는 컴프레서(CP)는 에어클리너(AC)를 통해 흡입되는 공기를 압축하여 인터쿨러(IC)에서 냉각시킨 후 엔진의 흡기매니폴드를 통해 엔진(E)으로 공급되도록 되어 있다.
상기 터보차저의 터빈(TB)으로 유입되는 배기가스의 온도, 즉 터보차저의 터빈 전단의 배기가스 온도(Tt)는 온도센서(TM)에 의해 측정되어 컨트롤러(CLR)에 제공되며, 상기 컨트롤러(CLR)는 이를 바탕으로 엔진(E)을 제어할 수 있도록 구성되어 있다.
한편, 상기와 같이 터빈(TB) 전단의 배기가스 온도(Tt)를 측정하기 위한 온도센서(TM)가 별도로 구비되지 않은 경우에, 상기 컨트롤러(CLR)는 엔진의 연료분사량, 엔진속도, 대기압, 냉각수온 등의 정보에 의해 상기 배기가스 온도를 추정할 수 있도록 미리 구비된 온도모델 등에 의해, 상기 터빈 전단의 배기가스 온도(Tt)를 획득할 수도 있을 것이다.
또한, 상기 컨트롤러(CLR)는 엔진속도와 대기압 등에 대해서도 별도로 해당 물리량을 측정하는 센서 등을 통하여 신호를 입력 받을 수 있도록 구성될 수 있으며, APS(Acceleration Position Sensor)를 통해 운전자의 가속페달 조작량에 대한 정보를 입력 받을 수 있고, 인젝터를 통한 연료분사를 제어하여 엔진의 토크를 조절할 수 있도록 구성된다.
도 2를 참조하면, 본 발명 실시예는, 터보차저의 터빈 전단의 배기가스 온도를 정상적으로 확보할 수 있는지 컨트롤러(CLR)가 판단하는 온도확보판단단계(S10)와; 상기 터빈 전단의 배기가스 온도(Tt)를 정상적으로 확보할 수 있는 경우, 상기 컨트롤러(CLR)가 터빈 전단의 배기가스 온도, 엔진 운전모드, 엔진속도, 및 대기압에 따른 기본보정토크의 맵으로부터, 현재 상태에 따른 기본보정토크를 구하는 기본산출단계(S20)와; 상기 터빈 전단의 배기가스 온도(Tt)를 정상적으로 확보할 수 있는 경우, 상기 컨트롤러(CLR)는 상기 기본보정토크를 바탕으로 최종보정토크를 결정하고, 엔진의 전부하 토크에서 상기 최종보정토크를 차감한 값으로 엔진토크를 제어하는 엔진제어단계(S50)를 포함하여 구성된다.
즉, 본 발명은 운전자가 가속페달을 최대로 조작하여 차량의 엔진이 전부하 상태인 것을 전제로 하고, 상기 컨트롤러(CLR)가 온도센서 또는 온도모델에 의해서 터빈 전단의 배기가스 온도(Tt)를 정상적으로 확보할 수 있는 상태라고 판단하면, 현재의 터빈 전단의 배기가스온도(Tt), 엔진 운전모드, 엔진속도 및 대기압에 따라 상기 기본보정토크의 맵으로부터 기본보정토크를 구하고, 이를 바탕으로 최종보정토크를 결정하여, 현재 상태의 엔진 전부하 토크에서 상기 최종보정토크 만큼을 저감시킨 값으로 엔진토크를 제어하도록 한 것이다.
예컨대, 현재 엔진속도가 1700RPM이고, 이 상태의 엔진 전부하 토크가 30kgf·m이며, 상기와 같은 방법으로 결정된 최종보정토크가 3kgf·m이면, 상기 엔진의 최대 토크는, 30 - 3 = 27kgf·m로서, 상기 컨트롤러(CLR)는 엔진토크를 27kgf·m로 제어하는 것이다.
상기 기본산출단계(S20)의 상기 기본보정토크를 구하는 맵에서, 상기 엔진 운전모드는 DePM, DeNOx, DeSOx 및 이들 모드 이외의 일반적인 운전상황인 Normal을 포함하여 구성된다.
참고로, 상기 DePM은 DPF(Diesel Particulate Filter)에 축적된 PM(Particulate Matter)을 제거하여 DPF를 재생하기 위한 모드를 의미하며, 상기 DeNOx는 LNT(Lean NOx Trap) 등과 같은 질소산화물 흡장촉매에 흡장된 질소산화물을 환원시켜서 촉매를 재생시키기 위한 모드를 의미하고, DeSOx는 촉매에 축적된 황산화물을 제거하기 위한 모드를 의미한다.
상기한 바와 같은 각 운전모드는 상기 기본보정토크를 구하기 위한 맵에 미리 다수의 실험 및 해석을 통해 설계적으로 반영되어 있어서, 결과적으로 본 발명은 엔진의 각 운전모드 및 터빈 전단의 배기가스 온도의 높낮이에 대응하여, 엔진의 내구성을 저하시키지 않고 법규를 충족시키면서 최적의 엔진 토크 제어가 가능하게 되는 것이다.
또한, 본 발명은 상기 터빈 전단의 배기가스 온도(Tt)를 정상적으로 확보할 수 있는 경우, 상기 컨트롤러(CLR)가 상기 터빈 전단의 배기가스 온도와 미리 설정된 소정의 한계온도의 차이와, 엔진속도에 따라 결정되는 PI(Proportional Integral) 피드백 제어량인 추가보정토크를 구하는 추가산출단계(S30)를 더 포함하고, 상기 최종보정토크는 상기 추가산출단계(S30)에서 산출된 추가보정토크를 상기 기본보정토크에 합산하여 결정하도록 구성될 수 있다.
이는 상기 터빈 전단의 배기가스 온도가 상기 한계온도에 수렴하도록 제어하되, 오버슈트(OVERSHOOT)나 언더슈트(UNDERSOOT)가 발생하지 않도록 하면서도 가급적 신속하게 상기 한계온도에 수렴하도록 함으로써, 엔진이 가급적 최대의 출력을 발휘하면서도 안정된 운전성을 확보할 수 있도록 하기 위한 것이다.
여기서, 상기 한계온도는 엔진의 하드웨어적 한계 또는 법규에 의한 한계로서 미리 정해진 값이다.
또한, 상기 PI 피드백 제어량은 예컨대, 엔진속도에 따른 적분게인을 상기 터빈 전단의 배기가스온도와 한계온도의 차이에 곱하여 적분피드백량을 산출하고, 상기 터빈 전단의 배기가스온도와 한계온도의 차이에 따른 비례게인을 상기 터빈 전단의 배기가스온도와 한계온도의 차이에 곱한 값에 다시 엔진속도에 따른 비례게인을 곱하여 비례비드백량을 산출한 후, 상기 적분피드백량과 비례피드백량을 합산하여 구할 수 있다.
본 실시예는 상기 기본보정토크에 추가보정토크를 합산한 결과를 소정의 제1기준토크범위 이내로 제한하여 상기 최종보정토크로 결정하도록 하는 제1범위제한단계(S40)를 더 포함하여 구성된다.
이는 상기 기본보정토크와 추가보정토크를 합산한 값이 지나치게 크거나 지나치게 작아서 과도한 보정이 이루어지는 것을 방지하기 위한 것이다.
따라서, 상기 제1기준토크범위는 이러한 과도한 보정을 방지할 수 있는 수준으로 실험 및 해석에 의해 해당 차종에 따라 설계적으로 결정되는 것이 바람직하다.
예컨대, 상기 제1기준토크범위는 -5kgf·m 내지 +5kgf·m로 설정될 수 있을 것이며, 이때 상기 기본보정토크와 추가보정토크를 합산한 결과가 7kgf·m인 경우에는 상기 최종보정토크는 5kgf·m로 제한되는 것이다.
한편, 상기 추가산출단계(S30)는 상기 터빈 전단의 배기가스 온도와 상기 한계온도의 차이가 소정의 기준온도범위에 속하는 경우에만 수행하도록 구성될 수도 있다.
즉, 예컨대, 상기 기준온도범위를 5℃이상으로 설정해둔 경우, 상기 터빈 전단의 배기가스 온도와 한계온도의 차이가 10℃이면 상기 추가산출단계(S30)를 수행하고, 4℃이면 상기 추가산출단계(S30)를 수행하지 않도록 하는 것이다.
한편, 상기 터빈 전단의 배기가스 온도를 정상적으로 확보할 수 없는 경우, 본 발명은 상기 컨트롤러(CLR)가 엔진 운전모드, 엔진속도, 및 대기압에 따른 임시보정토크의 맵으로부터, 현재 상태에 따른 임시보정토크를 구하는 비상산출단계(S60)와; 상기 컨트롤러(CLR)가 상기 임시보정토크를 소정의 제2기준토크범위 이내로 제한하여 상기 최종보정토크를 결정하도록 하는 제2범위제한단계(S70)를 포함하여 구성된다.
즉, 이 경우는 온도센서에 이상이 있거나 하여, 상기 컨트롤러(CLR)가 터빈 전단의 배기가스 온도를 정상적으로 확보할 수 없다고 판단한 경우로서, 상기 임시보정토크의 맵을 이용하여 임시보정토크를 구하여 이를 기반으로 상기 최종보정토크를 산출하도록 한 것이다.
여기서, 상기 제2기준토크범위는 상기 제1기준토크범위와 실질적으로는 동일하게 설정될 수도 있어서, 이 경우에는 상기 제2범위제한단계(S70)는 상기 제1범위제한단계(S40)와 실질적으로 동일하게 되지만, 다른 값으로 별도로 설정될 수도 있을 것이다.
물론, 상기 제2기준토크범위도 그 취지는 과도한 보정을 방지하고자 하는 것이므로, 그 취지에 맞게 미리 실험 및 해석에 의해 설계적으로 결정되는 것이 바람직할 것이지만, 아무래도 온도센서 등에 이상이 있는 경우이므로, 보다 안정된 제어를 위해 상기 제1기준토크범위보다 좁은 범위로 설정하는 것도 바람직할 것이다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
E; 엔진
TB; 터빈
RF; 후처리장치
CP; 컴프레서
AC; 에어클리너
IC; 인터쿨러
Tt; 온도
TM; 온도센서
CLR; 컨트롤러
S10; 온도확보판단단계
S20; 기본산출단계
S30; 추가산출단계
S40; 제1범위제한단계
S50; 엔진제어단계
S60; 비상산출단계
S70; 제2범위제한단계

Claims (6)

  1. 터보차저의 터빈 전단의 배기가스 온도를 정상적으로 확보할 수 있는지 컨트롤러가 판단하는 온도확보판단단계와;
    상기 터빈 전단의 배기가스 온도를 정상적으로 확보할 수 있는 경우, 상기 컨트롤러가 터빈 전단의 배기가스 온도, 엔진 운전모드, 엔진속도, 및 대기압에 따른 기본보정토크의 맵으로부터, 현재 상태에 따른 기본보정토크를 구하는 기본산출단계와;
    상기 터빈 전단의 배기가스 온도를 정상적으로 확보할 수 있는 경우, 상기 컨트롤러는 상기 기본보정토크를 바탕으로 최종보정토크를 결정하고, 엔진의 전부하 토크에서 상기 최종보정토크를 차감한 값으로 엔진토크를 제어하는 엔진제어단계;
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 엔진 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 터빈 전단의 배기가스 온도를 정상적으로 확보할 수 있는 경우, 상기 컨트롤러가 상기 터빈 전단의 배기가스 온도와 미리 설정된 소정의 한계온도의 차이와, 엔진속도에 따라 결정되는 PI 피드백 제어량인 추가보정토크를 구하는 추가산출단계를 더 포함하고,
    상기 최종보정토크는 상기 추가산출단계에서 산출된 추가보정토크를 상기 기본보정토크에 합산하여 결정하는 것
    을 특징으로 하는 차량의 엔진 제어 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 기본보정토크에 추가보정토크를 합산한 결과를 소정의 제1기준토크범위 이내로 제한하여 상기 최종보정토크로 결정하도록 하는 제1범위제한단계를 더 포함하여 구성된 것
    을 특징으로 하는 차량의 엔진 제어 방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 추가산출단계는 상기 터빈 전단의 배기가스 온도와 상기 한계온도의 차이가 소정의 기준온도범위에 속하는 경우에만 수행하도록 구성된 것
    을 특징으로 하는 차량의 엔진 제어 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 터빈 전단의 배기가스 온도를 정상적으로 확보할 수 없는 경우, 상기 컨트롤러가 엔진 운전모드, 엔진속도, 및 대기압에 따른 임시보정토크의 맵으로부터, 현재 상태에 따른 임시보정토크를 구하는 비상산출단계와;
    상기 터빈 전단의 배기가스 온도를 정상적으로 확보할 수 없는 경우, 상기 컨트롤러는 상기 임시보정토크를 소정의 제2기준토크범위 이내로 제한하여 상기 최종보정토크를 결정하도록 하는 제2범위제한단계;
    를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 엔진 제어 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 기본산출단계의 상기 기본보정토크를 구하는 맵에서, 상기 엔진 운전모드는 DePM, DeNOx, DeSOx 및 이들 모드 이외의 일반적인 운전상황인 Normal을 포함하는 것
    을 특징으로 하는 차량의 엔진 제어 방법.
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