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KR101807044B1 - Cda 장치 및 물 펌프가 장착된 엔진 및 이를 제어하는 방법 - Google Patents

Cda 장치 및 물 펌프가 장착된 엔진 및 이를 제어하는 방법 Download PDF

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KR101807044B1
KR101807044B1 KR1020160132410A KR20160132410A KR101807044B1 KR 101807044 B1 KR101807044 B1 KR 101807044B1 KR 1020160132410 A KR1020160132410 A KR 1020160132410A KR 20160132410 A KR20160132410 A KR 20160132410A KR 101807044 B1 KR101807044 B1 KR 101807044B1
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South Korea
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cda
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water pump
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신기욱
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현대자동차 주식회사
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Abstract

본 발명은 CDA 장치 및 물 펌프가 장착된 엔진 및 그 제어 방법 에 관한 것으로, 그 제어 방법은 복수 개의 센서가 차량 운전 정보를 검출 하고 해당 신호를 출력하는 단계; 제어기가 상기 출력된 차량 운전 정보를 바탕으로, 현재 차량 운전 상태가 CDA 운전 영역에 해당하는지 판단하는 단계; 현재 차량 운전 상태가 CDA 운전 영역에 해당하는 경우, 상기 제어기가 일부 기통의 CDA 장치를 작동 시키는 단계; 상기 제어기가 CDA 장치가 작동하지 않는 기통의 노킹 발생 점화 시기(DBL; Detonation Border Line)가 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각 (MBT; Minimum spark advance for Best Torque) 보다 선행하는지 판단하는 단계; 및 상기 노킹 발생 점화 시기(DBL)가 상기 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각(MBT) 보다 선행하는 경우, 상기 제어기가 현재 작동 중인 기통에 물을 분사하도록 해당 물 분사 노즐을 작동시키는 단계;를 포함한다.

Description

CDA 장치 및 물 펌프가 장착된 엔진 및 이를 제어하는 방법{ENGINE PROVIDED WITH CDA APPARATUS AND WATER PUMP AND CONTROL METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 CDA 장치 및 물 펌프가 장착된 엔진 및 이를 제어하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 CDA 작동 영역을 확대하여 연비를 개선할 수 있는 CDA 장치 및 물 펌프가 장착된 엔진 및 이를 제어하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 CDA(Cylinder Deactivation) 장치가 구비된 엔진은 저속 저부하 영역에서 상기 CDA 장치를 작동시켜 일부 기통을 휴지(deactivated) 시킨다.
상기 엔진이 CDA 모드로 작동하게 되면, 휴지된 기통의 토크를 보상하기 위해 연소 기통은 고부하로 작동하게 된다.
고부하 운전영역에서는 최소 점화 진각 (MBT; Minimum spark advance for Best Torque) 보다 노킹 발생 점화 시기(DBL; Detonation Border Line)가 먼저 발생할 수 있다.
즉 노킹(knocking)으로 인해 작동 중인 기통의 점화 진각(advanced)이 제한되며, 따라서, CDA 모드의 운전 영역이 제한되는 문제가 있다.
본 발명은, CDA 장치가 장착된 엔진의 CDA 모드 작동시, 연소 기통에 물을 분사하여 CDA 작동 영역을 확장할 수 있는 CDA 장치 및 물 펌프가 장착된 엔진 및 이를 제어하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 CDA 장치 및 물 펌프가 장착된 엔진의 제어 방법은 복수 개의 센서가 차량 운전 정보를 검출 하고 해당 신호를 출력하는 단계; 제어기가 상기 출력된 차량 운전 정보를 바탕으로, 현재 차량 운전 상태가 CDA 운전 영역에 해당하는지 판단하는 단계; 현재 차량 운전 상태가 CDA 운전 영역에 해당하는 경우, 상기 제어기가 일부 기통의 CDA 장치를 작동 시키는 단계; 상기 제어기가 CDA 장치가 작동하지 않는 기통의 노킹 발생 점화 시기(DBL; Detonation Border Line)가 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각 (MBT; Minimum spark advance for Best Torque) 보다 선행하는지 판단하는 단계; 및 상기 노킹 발생 점화 시기(DBL)가 상기 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각(MBT) 보다 선행하는 경우, 상기 제어기가 현재 작동 중인 기통에 물을 분사하도록 해당 물 분사 노즐을 작동시키는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 물 펌프가 작동되는 경우, 상기 제어기는 미리 설정된 물 분사에 따른 점화 맵을 적용하여 현재 작동 중인 기통의 점화 시기를 제어할 수 있다.
상기 노킹 발생 점화 시기(DBL)가 상기 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각(MBT) 보다 선행하지 않는 경우, 상기 제어기가 미리 설정된 기본 점화 맵을 적용하여 현재 작동 중인 기통의 점화 시기를 제어할 수 있다.
상기 물 분사에 따른 점화 맵은 상기 기본 점화 맵 보다 진각된 것일 수 있다.
상기 노킹 발생 점화 시기와 상기 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각은 실험에 의해 미리 설정되며, 상기 제어기가 미리 설정된 상기 노킹 발생 점화 시기와 상기 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각을 비교하여 상기 노킹 발생 점화 시기가 상기 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각 보다 선행하는지 여부를 판단할 수 있다.
상기 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각은 실험에 의해 미리 설정되며, 상기 제어기가 노킹 센서의 출력 신호와 상기 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각을 비교하여 상기 노킹 발생 점화 시기가 상기 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각 보다 선행하는지 여부를 판단할 수 있다.
현재 차량 운전 상태가 CDA 운전 영역에 해당하는 경우, 상기 제어기는 퍼지 밸브를 차단하고, 목표 토크를 계산할 수 있다.
현재 차량 운전 상태가 CDA 운전 영역에 해당하는 경우, 상기 제어기는 휴지할 기통수 및 상기 목표 토크에 따라 엔진으로 유입되는 공기량과 점화시기를 제어할 수 있다.
상기 제어기는 상기 계산된 목표 토크가 유지될 수 있는지를 판단하고, 상기 계산된 목표 토크가 유지되지 못하는 경우, 엔진으로 유입되는 상기 공기량과 상기 점화시기를 추가로 제어할 수 있다.
상기 제어기는 상기 목표 토크가 유지 가능한 것으로 판단되는 경우, 현재 연소 기통을 기준으로 휴지시킬 기통을 선정하고, 상기 제어기는 선정된 기통 순서대로 상기 CDA 장치를 휴지 시키고, 연료 분사 및 점화를 차단할 수 있다.
상기 엔진은 밸브 타이밍 장치를 더 포함하고, 현재 차량 운전 상태가 CDA 운전 영역에 해당하는 경우, 상기 제어기는 퍼지 밸브를 차단하고 상기 밸브 타이밍 장치의 작동각을 고정한 후 목표 토크를 계산할 수 있다.
현재 차량 운전 상태가 CDA 운전 영역에 해당하는 경우, 상기 제어기는 휴지할 기통수 및 상기 목표 토크에 따라 엔진으로 유입되는 공기량과 점화시기를 제어하고, 상기 밸브 타이밍 장치의 작동을 제어할 수 있다.
상기 제어기는 상기 목표 토크가 유지 가능한 것으로 판단되는 경우, 현재 연소 기통을 기준으로 휴지시킬 기통을 선정하고, 상기 제어기는 선정된 기통 순서대로 상기 CDA 장치를 휴지 시키고, 연료 분사 및 점화를 차단할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 CDA 장치 및 물 펌프가 장착된 엔진은 공기 유량 센서, 크랭크 앵글 센서, 차속 센서, 가속 페달 센서, 오일온 센서를 포함하는 차량 운전 정보 센서들; 최소 점화 진각 (MBT; Minimum spark advance for Best Torque) 맵, 물 분사에 따른 점화 맵 및 기본 점화 맵이 저장된 메모리; 적어도 일부 기통의 밸브를 휴지(deactivated)하도록 구비된 CDA(cylinder deactivation) 장치; 적어도 일부 기통에 물을 분사하도록 구비된 물 분사부; 각 기통의 점화를 위해 장착된 점화 플러그; 각 기통에 연료를 분사하기 위해 장착된 인젝터; 쓰로틀 밸브; 퍼지 밸브; 및 제어기;를 포함하되, 상기 제어기는 상기 차량 운전 상태 정보 센서의 출력 신호에 따라 현재 차량 운전 상태가 CDA 운전 영역에 해당하는지 판단하고, 현재 차량 운전 상태가 CDA 운전 영역에 해당하는 경우, 상기 제어기는 상기 퍼지 밸브를 차단하고, 목표 토크를 계산하고, 휴지할 기통수 및 상기 목표 토크에 따라 엔진으로 유입되는 공기량과 점화시기를 제어하고, 상기 제어기가 상기 CDA 장치를 작동 시키고, 상기 제어기가 상기 CDA 장치가 작동하지 않는 기통의 노킹 발생 점화 시기(DBL; Detonation Border Line)가 저장된 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각 보다 선행하는지 판단하고, 상기 제어기가 상기 노킹 발생 점화 시기가 상기 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각 보다 선행하는 경우, 현재 작동 중인 기통에 물을 분사하도록 상기 물 분사부의 작동을 제어하고, 상기 물 분사에 따른 점화 맵을 적용하여 현재 작동 중인 기통의 점화 플러그의 작동을 제어할 수 있다.
상기 노킹 발생 점화 시기(DBL)가 상기 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각(MBT) 보다 선행하지 않는 경우, 상기 제어기가 상기 기본 점화 맵을 적용하여 상기 점화 플러그의 작동을 제어할 수 있다.
상기 노킹 발생 점화 시기는 실험에 의해 미리 설정되어 상기 메모리에 저장되며, 상기 제어기가 상기 노킹 발생 점화 시기와 상기 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각을 비교하여 상기 노킹 발생 점화 시기가 상기 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각 보다 선행하는지 여부를 판단할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 CDA 장치 및 물 펌프가 장착된 엔진은 노킹 센서를 더 포함하며, 상기 제어기가 상기 노킹 센서의 출력 신호와 상기 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각을 비교하여 상기 노킹 발생 점화 시기가 상기 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각 보다 선행하는지 여부를 판단할 수 있다.
상기 엔진은 밸브 타이밍 장치를 더 포함하고, 현재 차량 운전 상태가 CDA 운전 영역에 해당하는 경우, 상기 제어기는 상기 밸브 타이밍 장치의 작동각을 고정한 후 목표 토크를 계산할 수 있다.
상기 물 분사부는 해당 기통에 직접 물을 분사하도록 구비된 노즐을 포함할 수 있다.
상기 물 분사부는 흡기 매니폴드에 장착된 노즐을 포함할 수 있다.
상기 물 분사부는 쓰로틀 밸브 하부에 장착된 노즐을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 CDA 장치 및 물 펌프가 장착된 엔진 및 이를 제어하는 방법에 의하면, 엔진의 CDA 모드 작동시, 연소 기통에 물을 분사하여 CDA 작동 영역을 확장할 수 있고, 따라서 엔진의 연비가 향상될 수 있다.
도1은 본 발명의 실시예에 의한 CDA 장치 및 물 펌프가 장착된 엔진의 블록도이다.
도2는 본 발명의 실시예에 의한 CDA 장치 및 물 펌프가 장착된 엔진을 도시한 도면이다.
도3은 본 발명의 실시예에 의한 CDA 장치 및 물 펌프가 장착된 엔진의 제어 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도4는 은 본 발명의 실시예에 의한 CDA 장치 및 물 펌프가 장착된 엔진의 토크를 나타낸 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다
명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 바로 위에 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도1은 본 발명의 실시예에 의한 CDA 장치 및 물 펌프가 장착된 엔진의 블록도이고, 도2는 본 발명의 실시예에 의한 CDA 장치 및 물 펌프가 장착된 엔진을 도시한 도면이다.
도1 및 도2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 엔진(1)은 공기량 센서(MAP; manifold absolute pressure sensor; 11), 크랭크 앵글 센서(12), 차속 센서(13), 가속 페달 센서(14), 오일온 센서(15)를 포함하는 차량 운전 정보 센서들(10), 최소 점화 진각 (MBT; Minimum spark advance for Best Torque) 맵, 물 분사에 따른 점화 맵 및 기본 점화 맵, 물 분사 맵이 저장된 메모리(30), 적어도 일부 기통의 밸브를 휴지(deactivated)하도록 구비된 CDA(cylinder deactivation) 장치(40), 적어도 일부 기통에 물을 분사하도록 구비된 물 분사부(60), 각 기통의 점화를 위해 장착된 점화 플러그(44), 각 기통에 연료를 분사하기 위해 장착된 인젝터(46), 쓰로틀 밸브(48), 퍼지 밸브(50) 및 제어기(20)를 포함한다.
상기 크랭크 앵글 센서(12)는 크랭크 축의 회전을 감지하여 해당 신호를 출력한다.
상기 차속 센서(13)는 차량의 현재 속도를 검출하여 해당 신호를 출력한다.
상기 가속 페달 센서(14)는 운전자에 의해 작동되는 가속 페달의 회전 각을 측정하여 해당 신호를 출력한다.
상기 오일온 센서(15)는 엔진 오일의 온도를 측정하여 해당 신호를 출력한다.
상기 차량 운전 정보 센서들(10)은 노킹(knocking)을 측정하여 해당 신호를 출력하는 노킹 센서(16)를 더 포함할 수 있다.
상기 최소 점화 진각 (MBT; Minimum spark advance for Best Torque)은 최적의 토크를 얻을 수 있는 최소한의 점화 진각으로 실험을 통해 이를 얻을 수 있고, 상기 메모리(30)에 맵으로 저장될 수 있다.
상기 물 분사부(60)는 물 펌프(62), 분사되는 물의 이물질을 제거하는 필터(64), 해당 기통으로 분사되는 물을 저장하는 리저버(66), 상기 물 펌프(62)의 작동 신호를 출력하는 PWM 제어기(68), 압력 센서(70), 상기 리저버(66) 내 물의 수위를 측정하는 레벨 센서(72), 물 공급관(74), 상기 물 공급관(74)과 연결되어 상기 제어기(20)의 제어에 의해 해당 기통 내로 물을 분사하는 물 분사 노즐(76)을 포함하며, 상기 압력 센서(70)는 상기 물 펌프(62)의 작동 압력 또는 상기 물 공급관(74)의 수압을 측정하여 해당 신호를 출력한다.
도2에서, 설명의 편의를 위하여 상기 엔진(1)은 4개 기통(#1 ~ #4)을 포함하는 엔진으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 실시예에 의한 엔진은 복수 개의 기통을 포함하는 엔진을 모두 포함한다.
도면에는 상기 물 분사 노즐(76)이 제1, 4 기통(#1, #4)에 물을 분사하도록 장착된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정된 것은 아니고, 일부 기통 또는 모든 기통에 물을 분사하도록 장착될 수 있다.
즉, 상기 물 분사부(60)는 흡기 매니폴드에 장착된 노즐(76a)을 포함할 수 있으며, 상기 노즐(76a)은 각 기통과 연결된 러너(runner)에 구비되어 해당 기통에 물을 분사할 수도 있다.
또한, 상기 물 분사부(60)는 상기 쓰로틀 밸브(48) 하부에 장착된 노즐(76b)을 포함할 수 있으며, 상기 노즐(76b)는 각 기통에 유입되는 공기에 혼합되어 전체 기통에 물이 유입될 수도 있다.
상기 CDA 장치(40)는 일부 기통의 작동을 휴지(deactivated) 시키도록 일부 기통에 장착될 수도 있고, 모든 기통에 장착되어 교대로 일부 기통을 휴지 시킬 수도 있다.
상기 제어기(20)는 상기 차량 운전 정보 센서들(10)로부터 해당 신호를 전달받고, 상기 메모리(30)에 저장된 각종 제어 맵 등을 이용하여 상기 CDA 장치(40), 상기 물 분사부(60), 상기 점화 플러그(44), 상기 인젝터(46), 상기 쓰로틀 밸브(48), 상기 퍼지 밸브(50) 등의 작동을 제어한다.
상기 제어기(20)는 상기 차량 운전 정보 센서들(10)의 출력 신호와 상기 메모리(30)에 저장된 물 분사 맵에 따라 상기 PWM 제어기(68)의 작동을 제어하면, 상기 PWM 제어기(68)의 제어를 통해 상기 물 펌프(62)의 모터 속도가 조절된다.
상기 제어기(20)는 상기 압력 센서(70)의 신호를 피드 백(feedback) 제어하여 상기 물 공급관(74) 내의 수압을 일정 수준으로 유지할 수 있다.
도3은 본 발명의 실시예에 의한 CDA 장치 및 물 펌프가 장착된 엔진의 제어 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도1 내지 도3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 엔진(1)의 제어 방법은 상기 복수 개의 센서가 차량 운전 정보를 검출 하고 해당 신호를 출력하는 단계(S10), 상기 제어기(20)가 상기 출력된 차량 운전 정보를 바탕으로, 현재 차량 운전 상태가 CDA 운전 영역에 해당하는지 판단하는 단계(S20), 현재 차량 운전 상태가 CDA 운전 영역에 해당하는 경우, 상기 제어기(20)가 일부 기통의 CDA 장치(40)를 작동 시키는 단계, 상기 제어기(20)가 CDA 장치가 작동하지 않는 기통의 노킹 발생 점화 시기(DBL; Detonation Border Line)가 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각 (MBT; Minimum spark advance for Best Torque) 보다 선행하는지 판단하는 단계(S140) 및 상기 노킹 발생 점화 시기(DBL)가 상기 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각(MBT) 보다 선행하는 경우, 상기 제어기(20)가 현재 작동 중인 기통에 물을 분사하도록 상기 물 펌프(62)를 작동시키고(S150), 해당 물 분사 노즐을 작동시키는 단계(S160)를 포함할 수 있다.
상기 물 펌프(62)가 작동되는 경우, 상기 제어기(20)는 미리 설정된 물 분사에 따른 점화 맵을 적용하여 현재 작동 중인 기통의 점화 시기를 제어할 수 있다(S170).
상기 노킹 발생 점화 시기(DBL)가 상기 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각(MBT) 보다 선행하지 않는 경우, 현재 폭발 행정 기통에 연료를 분사하고(S180), 상기 제어기(20)가 미리 설정된 기본 점화 맵을 적용하여 현재 작동 중인 기통의 점화 시기를 제어할 수 있다(S190).
현재 차량 운전 상태가 CDA 운전 영역에 해당하지 않는 경우, 상기 제어기(20)는 정상 조건, 즉 non-CDA 모드로 상기 엔진(1)의 작동을 제어한다(S30).
현재 차량 운전 상태가 CDA 운전 영역에 해당하는 경우, 상기 제어기(20)는 상기 퍼지 밸브(50)를 차단하고, 목표 토크를 계산할 수 있다.(S40)
상기 퍼지 밸브(50)가 작동하는 경우, 기통으로 유입되는 연료의 양이 변화하기 때문에 상기 퍼지 밸브(50)를 차단하고, 목표 토크를 계산한다.
현재 차량 운전 상태가 CDA 운전 영역에 해당하는 경우, 상기 제어기(20)는 휴지할 기통수 및 상기 목표 토크에 따라 엔진으로 유입되는 공기량과 점화시기를 제어할 수 있다.
예를 들어, 상기 CDA 장치(40)가 일부 기통에만 장착되어 있고, 일부 기통만 휴지 될 수 있는 경우에는, 상기 휴지할 기통수는 미리 정해질 수 있고, 상기 CDA 장치(40)가 모든 기통에 장착되어 있고, 상기 목표 토크에 따라 일부 기통의 휴지가 필요한 것으로 상기 제어기(20)가 판단한 경우, 휴지할 기통을 선정할 수 있다.(S70)
상기 목표 토크는 CDA 모드로 진입하거나 해제가 되더라도 거의 변화가 없어야만 운전자는 CDA 전환 과정 중에 모드 변화에 따른 충격을 느끼지 않게 된다.
그런데 CDA 모드에서 기통 휴지가 발생하므로, 동일한 토크를 발생하기 위해서는 실제 연소 기통으로 유입되는 공기량이 증대되어야 한다.
예를 들어, 8기통 모드에서 4기통 모드로 동일한 토크를 발생시키려면, 4기통 모드의 실제 연소 기통에서는 8기통 모드의 2배에 해당하는 토크를 발생해야 총 엔진 발생 토크가 유지되고, 4기통 엔진의 경우네는 CDA 장치의 작동으로 2개 기통이 운전되는 경우, 연소되는 2개 기통의 토크 합은 일반 모드 작동 시의 4개 기통의 토크 합과 같아야 한다.
그러나, 공기량은 급격하게 변화시킬 수 있는 물리량이 아니기 때문에 실제 CDA 기구를 전환 시키기 전에 미리 공기량을 증대/확보해 주는 것이 필요하며, 공기량 증대에 따라 목표 토크 유지를 위해 점화시기는 지각된다.(S50)
현재 계산된 목표 토크는 고정되어, 상기 엔진(1)의 작동 모드가 CDA 모드로 전환된 후에도 토크가 유지될 수 있도록 목표 토크가 된다.
상기 제어기(20)는 상기 계산된 목표 토크가 유지될 수 있는지를 판단하고(S60), 상기 계산된 목표 토크가 유지되지 못하는 경우, 상기 엔진(1)으로 유입되는 상기 공기량과 상기 점화시기를 추가로 제어할 수 있다. 즉, 상기 유입되는 공기량을 증대시키고, 상기 점화 시기를 추가적으로 지각 시킬 수 있다.
상기 공기량 및 상기 점화시기 제어는 상기 제어기(20)가 상기 쓰로틀 밸브(48) 및 상기 점화 플러그(44)의 작동각 및 작동 시기를 제어하여 공기량을 확보하고, 점화시기를 지각 시킬 수 있다.
상기 제어기(20)는 상기 목표 토크가 유지 가능한 것으로 판단되는 경우, 현재 연소 기통을 기준으로 휴지시킬 기통을 선정하고(S70), 상기 제어기(20)는 선정된 기통 순서대로 상기 CDA 장치(40)를 휴지 시키고(S80), 연료 분사 및 점화를 차단할 수 있다.(S90)
예를 들어, 휴지할 기통 수가 가변되는 경우에는 현재 연소 기통과 휴지할 기통 수를 고려하여 휴지할 기통을 선정하고, 물리적으로 미리 선정된 휴지 기통이 있는 경우에는 미리 설정된 순서대로 휴지할 기통의 상기 CDA 장치(40)를 휴지 시키고, 연료 분사 및 점화를 차단할 수 있다.
상기 엔진(1)은 밸브 타이밍 장치(52)를 더 포함하고, 현재 차량 운전 상태가 CDA 운전 영역에 해당하는 경우, 상기 제어기(20)는 상기 퍼지 밸브(50)를 차단하고 상기 밸브 타이밍 장치(52)의 작동각을 고정한 후 목표 토크를 계산할 수 있다(S40).
즉, 상기 밸브 타이밍 장치(52)의 작동각을 고정하여 현재 토크의 변화를 억제한 후, 상기 목표 토크를 계산하여 상기 엔진(1)의 작동 모드 변화에도 토크 변화를 최소화 할 수 있다.
상기 엔진(1)은 밸브 타이밍 장치(52)를 더 포함하는 경우, 현재 차량 운전 상태가 CDA 운전 영역에 해당하는 경우, 상기 제어기(20)는 휴지할 기통수 및 상기 목표 토크에 따라 엔진으로 유입되는 공기량과 점화시기를 제어하고, 상기 밸브 타이밍 장치(52)의 작동을 제어할 수 있다(S50).
앞서 설명한 바와 같이, 공기량은 급격하게 변화시킬 수 있는 물리량이 아니기 때문에 실제 CDA 기구를 전환 시키기 전에 미리 공기량을 증대/확보해 주는 것이 필요하며, 공기량 증대에 따라 목표 토크 유지를 위해 점화시기는 지각되고, 상기 밸브 타이밍 장치(52)의 작동도 제어 된다.
여기서, 상기 밸브 타이밍 장치(52)는 밸브 타이밍을 변화 또는 연속적으로 변화 시킬 수 있는 모든 종류의 타이밍 장치를 의미한다.
상기 제어기(20)는 상기 목표 토크가 유지 가능한 것으로 판단되는 경우, 현재 연소 기통을 기준으로 휴지시킬 기통을 선정하고(S70), 상기 제어기(20)는 선정된 기통 순서대로 상기 CDA 장치를 휴지 시키고(S80), 연료 분사 및 점화를 차단할 수 있다(S90).
상기 제어기(20)는 점화 순서대로 상기 CDA 장치(40)에 휴지 신호를 출력하고(S100), 상기 제어기(20)가 상기 인젝터(46) 및 상기 점화 플러그(44)를 제어하여 상기 휴지 기통의 연료 및 점화를 차단한다(S110).
예를 들어, 상기 제어기(20)가 도2의 제2, 3번 기통(#2, 3)의 CDA 장치(40)에 휴지 신호를 출력하고, 상기 인젝터(46) 및 상기 점화 플러그(44)의 작동을 중지 시킨다.
그리고, 상기 제어기(20)는 상기 공기 유량 센서(11)의 출력 신호를 통해 유입되는 공기 유량 변화를 측정하고(S120), CDA 작동 모드 전환이 완료 되었는지를 판단한다(S130).
즉, 유입되는 공기 유량 또는 공기 압력의 변화가 일정 범위 내에 있으면, 상기 제어기(20)는 CDA 작동 모드 전환이 완료된 것으로 판단한다.
상기 CDA 작동 모드 전환이 완료된 경우, 상기 제어기(20)는 현재 차량 운전 정보 신호에 따라 상기 노킹 발생 점화 시기와 상기 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각을 비교한다(S140).
상기 물 분사에 따른 점화 맵은 상기 기본 점화 맵 보다 진각된 것일 수 있다.
즉, 상기 물 분사를 하는 경우, 노킹 발생을 억제할 수 있어 상기 물 분사에 따른 점화 맵은 상기 기본 점화 맵 보다 진각된 것일 수 있다.
상기 노킹 발생 점화 시기는 실험에 의해 미리 설정되며, 상기 제어기(20)가 미리 설정된 상기 노킹 발생 점화 시기와 상기 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각을 비교하여 상기 노킹 발생 점화 시기가 상기 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각 보다 선행하는지 여부를 판단할 수 있다.
즉, 현재 차량 운전 정보에 따른 노킹 발생 점화 시기 정보를 상기 메모리(30)로부터 입수하여 상기 제어기(20)가 상기 노킹 발생 점화 시기가 상기 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각 보다 선행하는지 여부를 판단할 수 있다.
상기 노킹 발생 점화 시기가 상기 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각 보다 선행하는지 여부는 지각된 상기 점화 시기를 진각 시킬 때, 상기 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각 보다 상기 노킹 발생 점화 시기가 먼저 발생한다는 의미이다.
상기 차량 운전 정보 센서들(10)은 노킹 발생 여부를 감지하여 해당 신호를 출력하는 노킹 센서(16)를 더 포함할 수 있고, 상기 제어기(20)가 상기 노킹 센서(16)의 출력 신호와 상기 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각을 비교하여 상기 노킹 발생 점화 시기가 상기 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각 보다 선행하는지 여부를 판단할 수 있다. 즉, 상기 노킹 센서(16)의 출력 신호가 상기 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각 보다 먼저 발생하면, 상기 제어부(20)가 상기 노킹 발생 점화 시기가 상기 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각 보다 선행하는 것으로 판단할 수 있다.
상기 제어기(20)가 상기 노킹 발생 점화 시기가 상기 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각 보다 선행하는 경우, 현재 작동 중인 기통에 물을 분사하도록 상기 물 분사부(60)의 작동을 제어하고, 상기 물 분사에 따른 점화 맵을 적용하여 현재 작동 중인 기통의 점화 플러그(44)의 작동을 제어 할 수 있다. 따라서, 노킹 발생을 억제하며 CDA 모드 운전 영역을 보다 확장할 수 있다.
도4는 은 본 발명의 실시예에 의한 CDA 장치 및 물 펌프가 장착된 엔진의 토크를 나타낸 그래프이다.
앞서 설명한 바와 같이, CDA 운전 모드에서 노킹 발생으로 CDA 작동 모드의 운전 영역이 제한되었으나(A 영역 참조), CDA 운전 모드에서 노킹 발생시 또는 노킹이 발생할 것으로 예상되는 경우, 물을 분사하여 노킹을 억제하고 점화 시기를 진각 시킬 수 있어 CDA 작동 모드의 운전 영역을 확장(B 영역 참조)할 수 있다.
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 범위의 모든 변경을 포함한다.
1: 엔진 10: 차량 운전 정보 센서들
11: 공기 유량 센서 12: 크랭크 앵글 센서
13: 차속 센서 14: 가속 페달 센서
15: 오일온 센서 16: 노킹 센서
20: 제어기 30: 메모리
40: CDA 장치 44: 점화 플러그
46: 인젝터 48: 쓰로틀 밸브
50: 퍼지 밸브 52: 밸브 타이밍 장치
60: 물 분사부 62: 물 펌프
64: 필터 66: 리저버
68: PWM 제어기 70: 압력 센서
72: 레벨 센서 74: 물 공급관
76: 물 분사 노즐

Claims (21)

  1. 복수 개의 센서가 차량 운전 정보를 검출 하고 해당 신호를 출력하는 단계;
    제어기가 상기 출력된 차량 운전 정보를 바탕으로, 현재 차량 운전 상태가 CDA 운전 영역에 해당하는지 판단하는 단계;
    현재 차량 운전 상태가 CDA 운전 영역에 해당하는 경우, 상기 제어기가 일부 기통의 CDA 장치를 작동 시키는 단계;
    상기 제어기가 CDA 장치가 작동하지 않는 기통의 노킹 발생 점화 시기(DBL; Detonation Border Line)가 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각 (MBT; Minimum spark advance for Best Torque) 보다 선행하는지 판단하는 단계; 및
    상기 노킹 발생 점화 시기(DBL)가 상기 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각(MBT) 보다 선행하는 경우, 상기 제어기가 현재 작동 중인 기통에 물을 분사하도록 해당 물 분사 노즐을 작동시키는 단계;
    를 포함하는 CDA 장치 및 물 펌프가 장착된 엔진의 제어 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 물 펌프가 작동되는 경우, 상기 제어기는 미리 설정된 물 분사에 따른 점화 맵을 적용하여 현재 작동 중인 기통의 점화 시기를 제어하는 CDA 장치 및 물 펌프가 장착된 엔진의 제어 방법.
  3. 제2항에서,
    상기 노킹 발생 점화 시기(DBL)가 상기 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각(MBT) 보다 선행하지 않는 경우, 상기 제어기가 미리 설정된 기본 점화 맵을 적용하여 현재 작동 중인 기통의 점화 시기를 제어하는 CDA 장치 및 물 펌프가 장착된 엔진의 제어 방법.
  4. 제3항에서,
    상기 물 분사에 따른 점화 맵은 상기 기본 점화 맵 보다 진각된 CDA 장치 및 물 펌프가 장착된 엔진의 제어 방법.
  5. 제1항에서,
    상기 노킹 발생 점화 시기와 상기 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각은 실험에 의해 미리 설정되며,
    상기 제어기가 미리 설정된 상기 노킹 발생 점화 시기와 상기 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각을 비교하여 상기 노킹 발생 점화 시기가 상기 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각 보다 선행하는지 여부를 판단하는 CDA 장치 및 물 펌프가 장착된 엔진의 제어 방법.
  6. 제1항에서,
    상기 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각은 실험에 의해 미리 설정되며,
    상기 제어기가 노킹 센서의 출력 신호와 상기 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각을 비교하여 상기 노킹 발생 점화 시기가 상기 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각 보다 선행하는지 여부를 판단하는 CDA 장치 및 물 펌프가 장착된 엔진의 제어 방법.
  7. 제1항에서,
    현재 차량 운전 상태가 CDA 운전 영역에 해당하는 경우, 상기 제어기는 퍼지 밸브를 차단하고, 목표 토크를 계산하는 것을 특징으로 하는 CDA 장치 및 물 펌프가 장착된 엔진의 제어 방법.
  8. 제7항에서,
    현재 차량 운전 상태가 CDA 운전 영역에 해당하는 경우, 상기 제어기는 휴지할 기통수 및 상기 목표 토크에 따라 엔진으로 유입되는 공기량과 점화시기를 제어하는 CDA 장치 및 물 펌프가 장착된 엔진의 제어 방법.
  9. 제8항에서,
    상기 제어기는 상기 계산된 목표 토크가 유지될 수 있는지를 판단하고, 상기 계산된 목표 토크가 유지되지 못하는 경우, 엔진으로 유입되는 상기 공기량과 상기 점화시기를 추가로 제어하는 CDA 장치 및 물 펌프가 장착된 엔진의 제어 방법.
  10. 제9항에서,
    상기 제어기는 상기 목표 토크가 유지 가능한 것으로 판단되는 경우, 현재 연소 기통을 기준으로 휴지시킬 기통을 선정하고,
    상기 제어기는 선정된 기통 순서대로 상기 CDA 장치를 휴지 시키고, 연료 분사 및 점화를 차단하는 CDA 장치 및 물 펌프가 장착된 엔진의 제어 방법.
  11. 제1항에서,
    상기 엔진은 밸브 타이밍 장치를 더 포함하고, 현재 차량 운전 상태가 CDA 운전 영역에 해당하는 경우, 상기 제어기는 퍼지 밸브를 차단하고 상기 밸브 타이밍 장치의 작동각을 고정한 후 목표 토크를 계산하는 것을 특징으로 하는 CDA 장치 및 물 펌프가 장착된 엔진의 제어 방법.
  12. 제11항에서,
    현재 차량 운전 상태가 CDA 운전 영역에 해당하는 경우, 상기 제어기는 휴지할 기통수 및 상기 목표 토크에 따라 엔진으로 유입되는 공기량과 점화시기를 제어하고, 상기 밸브 타이밍 장치의 작동을 제어하는 CDA 장치 및 물 펌프가 장착된 엔진의 제어 방법.
  13. 제12항에서,
    상기 제어기는 상기 목표 토크가 유지 가능한 것으로 판단되는 경우, 현재 연소 기통을 기준으로 휴지시킬 기통을 선정하고,
    상기 제어기는 선정된 기통 순서대로 상기 CDA 장치를 휴지 시키고, 연료 분사 및 점화를 차단하는 CDA 장치 및 물 펌프가 장착된 엔진의 제어 방법.
  14. 공기 유량 센서, 크랭크 앵글 센서, 차속 센서, 가속 페달 센서, 오일온 센서를 포함하는 차량 운전 정보 센서들;
    최소 점화 진각 (MBT; Minimum spark advance for Best Torque) 맵, 물 분사에 따른 점화 맵 및 기본 점화 맵이 저장된 메모리;
    적어도 일부 기통의 밸브를 휴지(deactivated)하도록 구비된 CDA(cylinder deactivation) 장치;
    적어도 일부 기통에 물을 분사하도록 구비된 물 분사부;
    각 기통의 점화를 위해 장착된 점화 플러그;
    각 기통에 연료를 분사하기 위해 장착된 인젝터;
    쓰로틀 밸브;
    퍼지 밸브; 및
    제어기;
    를 포함하되,
    상기 제어기는 상기 차량 운전 상태 정보 센서의 출력 신호에 따라 현재 차량 운전 상태가 CDA 운전 영역에 해당하는지 판단하고,
    현재 차량 운전 상태가 CDA 운전 영역에 해당하는 경우, 상기 제어기는 상기 퍼지 밸브를 차단하고, 목표 토크를 계산하고, 휴지할 기통수 및 상기 목표 토크에 따라 엔진으로 유입되는 공기량과 점화시기를 제어하고,
    상기 제어기가 상기 CDA 장치를 작동 시키고,
    상기 제어기가 상기 CDA 장치가 작동하지 않는 기통의 노킹 발생 점화 시기(DBL; Detonation Border Line)가 저장된 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각 보다 선행하는지 판단하고,
    상기 제어기가 상기 노킹 발생 점화 시기가 상기 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각 보다 선행하는 경우, 현재 작동 중인 기통에 물을 분사하도록 상기 물 분사부의 작동을 제어하고, 상기 물 분사에 따른 점화 맵을 적용하여 현재 작동 중인 기통의 점화 플러그의 작동을 제어하는 CDA 장치 및 물 펌프가 장착된 엔진.
  15. 제14항에서,
    상기 노킹 발생 점화 시기(DBL)가 상기 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각(MBT) 보다 선행하지 않는 경우, 상기 제어기가 상기 기본 점화 맵을 적용하여 상기 점화 플러그의 작동을 제어하는 CDA 장치 및 물 펌프가 장착된 엔진.
  16. 제15항에서,
    상기 노킹 발생 점화 시기는 실험에 의해 미리 설정되어 상기 메모리에 저장되며,
    상기 제어기가 상기 노킹 발생 점화 시기와 상기 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각을 비교하여 상기 노킹 발생 점화 시기가 상기 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각 보다 선행하는지 여부를 판단하는 CDA 장치 및 물 펌프가 장착된 엔진.
  17. 제15항에서,
    상기 엔진은 노킹 센서를 더 포함하며,
    상기 제어기가 상기 노킹 센서의 출력 신호와 상기 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각을 비교하여 상기 노킹 발생 점화 시기가 상기 최대 토크 발생을 위한 최소 점화 진각 보다 선행하는지 여부를 판단하는 CDA 장치 및 물 펌프가 장착된 엔진.
  18. 제14항에서,
    상기 엔진은 밸브 타이밍 장치를 더 포함하고,
    현재 차량 운전 상태가 CDA 운전 영역에 해당하는 경우, 상기 제어기는 상기 밸브 타이밍 장치의 작동각을 고정한 후 목표 토크를 계산하는 CDA 장치 및 물 펌프가 장착된 엔진.
  19. 제14항에서,
    상기 물 분사부는 해당 기통에 직접 물을 분사하도록 구비된 노즐을 포함하는 CDA 장치 및 물 펌프가 장착된 엔진.
  20. 제14항에서,
    상기 물 분사부는 흡기 매니폴드에 장착된 노즐을 포함하는 CDA 장치 및 물 펌프가 장착된 엔진.
  21. 제14항에서,
    상기 물 분사부는 쓰로틀 밸브 하부에 장착된 노즐을 포함하는 CDA 장치 및 물 펌프가 장착된 엔진.
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