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KR102276496B1 - 전동식 슈퍼차져 시스템의 공기량 추정 방법 - Google Patents

전동식 슈퍼차져 시스템의 공기량 추정 방법 Download PDF

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KR102276496B1
KR102276496B1 KR1020200176545A KR20200176545A KR102276496B1 KR 102276496 B1 KR102276496 B1 KR 102276496B1 KR 1020200176545 A KR1020200176545 A KR 1020200176545A KR 20200176545 A KR20200176545 A KR 20200176545A KR 102276496 B1 KR102276496 B1 KR 102276496B1
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South Korea
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electric supercharger
air
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area
air amount
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KR1020200176545A
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임종석
박한용
김도완
Original Assignee
비테스코 테크놀로지스 게엠베하
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Publication date
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Abstract

전동식 슈퍼차져 시스템의 공기량 추정 방법이 개시된다. 본 발명의 전동식 슈퍼차져 시스템의 공기량 추정 방법은 엔진운전영역을 쓰로틀링 영역과 과급 영역으로 구분하는 웨이팅 팩터를 검출하는 단계; 상기 쓰로틀링 영역과 상기 과급 영역에서의 공기량을 각각 추정하는 단계; 및 상기 웨이팅 팩터 및 상기 엔진운전영역별로 추정된 공기량을 이용하여 흡기 매니폴드 공기량을 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전동식 슈퍼차져 시스템의 공기량 추정 방법{AIR VOLUME ESTIMATION METHOD BASED ON ELECTRIC SUPERCHARGER SYSTEM}
본 발명은 전동식 슈퍼차져 시스템의 공기량 추정 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전동식 슈퍼차져가 쓰로틀 밸브 하류에 위치한 엔진시스템에서 엔진운전영역을 쓰로틀링 영역과 과급 영역으로 구분하여 공기량을 추정하는, 전동식 슈퍼차져 시스템의 공기량 추정 방법에 관한 것이다.
전동식 슈퍼차져를 적용한 엔진시스템은 엔진의 쓰로틀 밸브 상류에 적용되어 터보랙을 저감하고 출력 및 연비를 개선(다운사이징)할 목적으로 사용된다.
엔진시스템에 있어서, 전동식 슈퍼차져만을 적용하여 과급시스템을 구성하는 경우, 배기유로에 터빈을 포함하는 터보차져시스템 대비 연비 및 유해배기가스 저감 효과를 얻을 수 있다.
또한, 배기 재순환(EGR;Exhaust Gas Recirculation) 장치를 적용한 엔진시스템에서 과급장치를 쓰로틀 밸브 상류에 적용하는 경우, 과급 영역(흡기매니폴드 압력>대기압)에서 EGR 가스 공급을 위해서는, EGR 공급부가 과급장치의 상류에 위치하는 것이 일반적이다. 이 경우, 과급 영역에서도 EGR 공급을 통해 노킹저감, 연비개선의 장점을 얻을 수 있다.
종래의 엔진시스템에 공급되는 공기량추정(모델링) 및 제어를 위해, 쓰로틀밸브에 대한 Saint Venant Equation이 일반적으로 사용된다. Saint Venant Equation을 적용하기 위해서는 쓰로틀 밸브의 상류와 흡기매니폴드의 압력비가 1 미만(0.95 이하)라는 전제조건이 만족되어야 하며, 과급장치가 쓰로틀 밸브 상류에 적용된 시스템의 경우에는 상기의 조건(흡기매니폴드 압력<쓰로틀밸브 상류 압력)이 만족되어 공기량 제어 및 모델링을 위해 사용이 가능하다.
한편, 종래의 EGR 공급부가 과급장치의 상류에 위치하고 과급장치가 쓰로틀밸브의 상류에 위치하는 시스템의 경우, EGR 공급부와 실린더입구 사이의 긴 유로로 인해 EGR 공급에 시간지연이 발생하며, 엔진운전영역의 과도구간에서 EGR 공급에 대한 목적값과 실제 EGR 공급값의 오차가 발생하여 EGR 적용을 통한 연비개선율이 저하되는 문제가 발생한다.
반면, 과급장치가 쓰로틀밸브의 하류에 위치하고 EGR 공급부가 쓰로틀밸브 하류 및 과급장치 상류에 위치하는 시스템의 경우, EGR 공급부와 실린더입구 사이의 유로가 짧으므로 EGR 공급에 시간지연을 최소화할 수 있으며, 쓰로틀밸브 제어를 통해 EGR 공급유량을 보다 증대시킬 수 있다.
한편, 과급장치가 쓰로틀밸브의 하류에는 시스템의 경우에는 과급장치가 작동하는 운전영역에서 쓰로틀 밸브의 상류와 하류의 압력비가 1 미만(0.95 이하)의 전제조건이 만족되지 않으므로 종래와 같이 Saint Venant Equation을 적용하여 공기량 제어 및 모델링을 위해 사용하는 것에 문제가 발생한다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 10-1382767호(2014.04.01)의 '슈퍼차저 적용 엔진의 공기 공급량 제어 장치 및 방법'에 개시되어 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 전동식 슈퍼차져가 쓰로틀 밸브 하류에 위치한 엔진시스템에서 엔진운전영역을 쓰로틀링 영역과 과급영역으로 구분하고, 쓰로틀링 영역에서는 Saint Venant Equation을 기반으로, 과급영역에서는 과급시 구동되는 전동식 슈퍼차져의 실제회전수, 압력 및 온도값을 기반으로 공급되는 공기량제어 및 모델링을 수행하는, 전동식 슈퍼차져 시스템의 공기량 추정 방법에 제공하는데 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 전동식 슈퍼차져 시스템의 공기량 추정 방법은 엔진운전영역을 쓰로틀링 영역과 과급 영역으로 구분하는 웨이팅 팩터를 검출하는 단계; 상기 쓰로틀링 영역과 상기 과급 영역에서의 공기량을 각각 추정하는 단계; 및 상기 웨이팅 팩터 및 상기 엔진운전영역별로 추정된 공기량을 이용하여 흡기 매니폴드 공기량을 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 웨이팅 팩터는 쓰로틀 밸브 상류의 압력과 흡기 매니폴드의 압력비를 기준으로 상기 엔진운전영역을 쓰로틀링 영역과 과급 영역으로 구분하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 쓰로틀링 영역과 상기 과급 영역에서의 공기량을 각각 추정하는 단계는, 상기 쓰로틀링 영역에서는 쓰로틀 밸브에 대한 Saint Venant Equation을 기반으로 공기량을 추정하는 단계; 및 상기 과급 영역에서는 전동식 슈퍼차져의 동작 정보를 상기 전동식 슈퍼차져의 컴프레서 맵에 적용하여 공기량을 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 쓰로틀 밸브에 대한 Saint Venant Equation을 기반으로 공기량을 추정하는 단계는, 쓰로틀 밸브 상류 온도, 쓰로틀 밸브 상부 압력, 쓰로틀 밸브 하류 압력, 현재 쓰로틀 밸브 열림량에 대한 유효단면적 중 적어도 하나를 Saint Venant Equation에 적용하여 상기 쓰로틀링 영역에서의 공기량을 계산하는 단계; 및 EGR 밸브 상류 온도, EGR 밸브 상류 압력, EGR 밸브 하류 압력, 및 현재 EGR 밸브 열림량에 대한 유효단면적을 Saint Venant Equation에 적용하여 EGR 공기량을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 현재 쓰로틀 밸브 열림량에 대한 유효단면적은, 상기 쓰로틀링 영역에서의 공기량 학습 제어에 따라 변경되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 전동식 슈퍼차져의 동작 정보를 상기 전동식 슈퍼차져의 컴프레서 맵에 적용하여 공기량을 추정하는 단계는, 상기 전동식 슈퍼차져의 동작 정보를 상기 전동식 슈퍼차져의 컴프레서 맵에 적용하여 상기 전동식 슈퍼차져를 흐르는 공기의 체적 흐름을 도출하고, 상기 체적 흐름을 토대로 과급 영역에서의 공기량을 계산하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 전동식 슈퍼차져의 동작 정보는 상기 전동식 슈퍼차져의 상류 온도, 상기 전동식 슈퍼차져의 상류 압력, 상기 전동식 슈퍼차져의 하류 압력, 상기 전동식 슈퍼차져의 현재 회전수 값 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 전동식 슈퍼차져의 현재 회전수 값과 상기 전동식 슈퍼차져의 상류 압력은 공기량 학습 제어에 따라 변경되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 전동식 슈퍼차져 시스템의 공기량 추정 방법은 엔진운전영역을 쓰로틀링 영역과 과급 영역으로 구분하는 웨이팅 팩터를 검출하는 단계; 상기 쓰로틀링 영역과 상기 과급 영역에서의 공기량을 각각 추정하는 단계; 및 상기 웨이팅 팩터 및 상기 엔진운전영역별로 추정된 공기량을 토대로 측정된 흡기 매니폴드 공기량과 실제 흡기 매니폴드 공기량의 오차를 학습 제어하여 상기 쓰로틀링 영역과 상기 과급 영역에서의 공기량을 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 웨이팅 팩터는 쓰로틀 밸브 상류의 압력과 흡기 매니폴드의 압력비를 기준으로 상기 엔진운전영역을 쓰로틀링 영역과 과급 영역으로 구분하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 쓰로틀링 영역과 상기 과급 영역에서의 공기량을 각각 추정하는 단계는, 상기 쓰로틀링 영역에서는 쓰로틀 밸브에 대한 Saint Venant Equation을 기반으로 공기량을 추정하는 단계; 및 상기 과급 영역에서는 전동식 슈퍼차져의 동작 정보를 상기 전동식 슈퍼차져의 컴프레서 맵에 적용하여 공기량을 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 쓰로틀 밸브에 대한 Saint Venant Equation을 기반으로 공기량을 추정하는 단계는, 쓰로틀 밸브 상류 온도, 쓰로틀 밸브 상부 압력, 쓰로틀 밸브 하류 압력, 현재 쓰로틀 밸브 열림량에 대한 유효단면적 중 적어도 하나를 Saint Venant Equation에 적용하여 상기 쓰로틀링 영역에서의 공기량을 계산하는 단계; 및 EGR 밸브 상류 온도, EGR 밸브 상류 압력, EGR 밸브 하류 압력, 및 현재 EGR 밸브 열림량에 대한 유효단면적을 Saint Venant Equation에 적용하여 EGR 공기량을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 전동식 슈퍼차져의 동작 정보를 상기 전동식 슈퍼차져의 컴프레서 맵에 적용하여 공기량을 추정하는 단계는, 상기 전동식 슈퍼차져의 동작 정보를 상기 전동식 슈퍼차져의 컴프레서 맵에 적용하여 상기 전동식 슈퍼차져를 흐르는 공기의 체적 흐름을 도출하고, 상기 체적 흐름을 토대로 과급 영역에서의 공기량을 계산하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 전동식 슈퍼차져의 동작 정보는 상기 전동식 슈퍼차져의 상류 온도, 상기 전동식 슈퍼차져의 상류 압력, 상기 전동식 슈퍼차져의 하류 압력, 상기 전동식 슈퍼차져의 현재 회전수 값 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 쓰로틀링 영역과 상기 과급 영역에서의 공기량을 보정하는 단계는, 추정된 흡기 매니폴드 공기량을 흡기 매니폴드 압력 모델값으로 변환하고, 상기 흡기 매니폴드 압력 모델값과 실제 측정된 흡기 매니폴드 압력과의 오차를 토대로 쓰로틀 밸브의 유효단면적 보정값을 생성하여 상기 쓰로틀링 영역에서의 공기량 추정에 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 쓰로틀링 영역과 상기 과급 영역에서의 공기량을 보정하는 단계는, 상기 추정된 흡기 매니폴드 공기량을 흡기 매니폴드 압력모델값으로 변환하고, 상기 흡기 매니폴드 압력모델값과 실제 흡기 매니폴드 압력과의 오차를 토대로 상기 전동식 슈퍼차져의 회전수 보정값을 계산하여 상기 과급 영역에서의 공기량 추정에 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 쓰로틀링 영역과 상기 과급 영역에서의 공기량을 보정하는 단계는, 상기 추정된 흡기 매니폴드 공기량을 흡기 매니폴드 압력모델값으로 변환하고, 상기 흡기 매니폴드 압력모델값과 실제 흡기 매니폴드 압력과의 오차를 토대로 상기 전동식 슈퍼차져의 상류 압력 보정값을 계산하여 상기 과급 영역에서의 공기량 추정에 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 쓰로틀링 영역과 상기 과급 영역에서의 공기량을 보정하는 단계는, 엔진운전조건이 스테디한 상태에서의 누적 오차를 유효단면적 보정을 위한 엔진운전영역별 학습값이나 전동식 슈퍼차져의 회전수 보정을 위한 엔진운전영역별 학습값, 또는 전동식 슈퍼차져의 상류 압력 보정을 위한 엔진운전영역별 학습값에 저장하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 보정된 상기 쓰로틀링 영역에서의 공기량과 상기 과급 영역에서의 공기량을 이용하여 흡기 매니폴드 공기량을 추정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 전동식 슈퍼차져 시스템의 공기량 추정 방법은 Saint Venant Equation 만을 이용한 기존 방법 대비 쓰로틀 밸브 하류에 EGR 및 전동식 슈퍼차져 시스템이 적용된 경우에도 엔진시스템의 공기량 추정 및 제어가 가능하며, 공기유량센서 적용없이도 동작이 가능하므로 시스템 비용 절감이 가능하다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 슈퍼차져 시스템의 공기량 추정 장치가 적용된 과급 및 EGR 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 슈퍼차져 시스템의 공기량 추정 장치의 블럭 구성도이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 쓰로틀링 영역과 과급 영역의 페이딩을 위한 웨이팅 팩터를 나타낸 도면이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 슈퍼차져의 컴프레서 맵을 나타낸 도면이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기량 추정 모듈의 블럭 구성도이다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 학습 제어 모듈의 블럭 구성도이다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기량 추정 방법의 순서도이다.
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 쓰로틀링 영역에서의 공기량 학습 제어 방법의 순서도이다.
도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 과급 영역에서의 공기량 학습 제어 방법의 일 예를 도시한 순서도이다.
도 10 은 본 발명의 일 실시예에 따른 과급 영역에서의 공기량 학습 제어 방법의 다른 예를 도시한 순서도이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 슈퍼차져 시스템의 공기량 추정 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 이용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 슈퍼차져 시스템의 공기량 추정 장치가 적용된 과급 및 EGR 시스템을 나타낸 도면이고, 도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 슈퍼차져 시스템의 공기량 추정 장치의 블럭 구성도이며, 도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 쓰로틀링 영역과 과급 영역의 페이딩을 위한 웨이팅 팩터를 나타낸 도면이며, 도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 슈퍼차져의 컴프레서 맵을 나타낸 도면이며, 도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기량 추정 모듈의 블럭 구성도이며, 도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 학습 제어 모듈의 블럭 구성도이다.
도 1 을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 슈퍼차져 시스템의 공기량 추정 장치가 적용된 과급 및 EGR 시스템에 있어서, 전동식 슈퍼차져(50)와 EGR 공급부(40)는 쓰로틀 밸브(30)의 하류에 위치하고, EGR 공급부(40)는 전동식 슈퍼차져(50)와 쓰로틀 밸브(30) 사이에 위치한다.
EGR 공급부(40)가 쓰로틀 밸브(30)와 전동식 슈퍼차져(50) 사이에 위치하는 경우, EGR 공급부(40)의 압력은 과급되기 전의 압력으로 유지되므로 과급 영역에서도 원활한 EGR 공급이 가능하며, EGR 공급부(40)와 엔진(90)의 실린더 입구 사이의 유로를 최소화할 수 있는 장점을 갖는다.
참고로, 도 1 에서, 미설명 부호 20은 에어 크리너이고, 10은 흡기관이며, 41은 EGR 쿨러이며, 42는 EGR 밸브이며, 60은 흡기 매니폴드이며, 70은 인터쿨러이며, 80은 배기 매니폴드이다. 이들 각각의 동작은 기존의 것과 동일하므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다.
한편, 전동식 슈퍼차져 시스템의 공기량 추정 장치가 적용된 과급 및 EGR 시스템은, 전동식 슈퍼차져(50)가 쓰로틀 밸브(30)의 하류와 흡기 매니폴드(60) 사이에 위치하여 과급하기 때문에 쓰로틀 밸브 상류와 흡기 매니폴드(60)의 압력비가 '1' 이상이 된다. 즉, 흡기 매니폴드 압력이 쓰로틀 밸브 상류 압력보다 크다. 따라서, 전동식 슈퍼차져(50)가 쓰로틀 밸브(30)의 하류와 흡기 매니폴드(60) 사이에 위치하는 경우에는, 과급 영역에서 Saint Venant Equation으로 공기량 제어 및 모델링을 적용하는 것은 적절하지 않다.
또한, 공기 유량 센서를 사용하여 과급 영역에서 공기량 제어 및 모델링을 적용할 수 있으나, 공기유량센서의 장착위치(일반적으로 흡기필터 후단)와 실린더 입구부 사이의 긴 유로로 인해 시간지연을 고려하여야 하며 시스템 비용이 증가하는 문제점이 있다.
이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 슈퍼차져 시스템의 공기량 추정 장치는 전동식 슈퍼차져(50)가 쓰로틀 밸브 하류에 위치한 엔진시스템에서, 엔진운전영역이 쓰로틀링 영역에서는 Saint Venant Equation을 기반으로 공기량 제어 및 모델링을 수행하고, 과급 영역에서는 과급시 구동되는 전동식 슈퍼차져(50)의 동작정보, 예를 들어 실제회전수, 압력 및 온도값을 기반으로 공급되는 공기량 제어 및 모델링을 수행한다.
도 2 를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 슈퍼차져 시스템의 공기량 추정 장치는 공기량 추정 모듈(100) 및 학습 제어 모듈(200)을 포함한다.
먼저, 공기량 추정 모듈(100)은 엔진운전영역에서 쓰로틀링 영역과 과급 영역을 구분하기 위한 웨이팅 팩터(Weighting Factor)를 정의한다.
도 3 을 참조하면, 웨이팅 팩터는 쓰로틀 밸브 상류의 압력과 흡기 매니폴드(60)의 압력비를 기준으로 엔진운전영역을 쓰로틀링 영역과 과급영역을 구분하기 위해 설정될 수 있다.
웨이팅 팩터는 쓰로틀링 영역과 과급 영역의 구분 및 추정된 공기량의 과도구간에 대한 페이딩(Fading)을 위해 사용된다.
이어, 공기량 추정 모듈(100)은 쓰로틀링 영역에서는 쓰로틀 밸브(30)에 대한 Saint Venant Equation을 기반으로 흡기 매니폴드 공기량을 추정하며, 과급 영역에서는 전동식 슈퍼차져(50)의 실제회전수, 압력 및 온도 값을 도 4 에 도시된 전동식 슈퍼차져(50)의 컴프레서 맵에 적용하여 흡기 매니폴드 공기량을 추정한다.
도 5 를 참조하면, 공기량 추정 모듈(100)은 웨이팅 팩터 검출부(110), 제1 공기량 추정부(120), 제2 공기량 추정부(130), 및 제3 공기량 추정부(140)를 포함한다.
웨이팅 팩터 검출부(110)는 쓰로틀링 영역과 과급 영역 과도구간을 위한 웨이팅 팩터를 검출한다.
제1 공기량 추정부(120)는 쓰로틀링 영역에서의 공기량, 및 EGR 공기량을 추정한다.
제1 공기량 추정부(120)는 쓰로틀 밸브 상류 온도, 쓰로틀 밸브 상부 압력, 쓰로틀 밸브 하류 압력, 현재 쓰로틀 밸브 열림량에 대한 유효단면적을 Saint Venant Equation에 적용하여 상기한 쓰로틀링 영역에서의 공기량을 실시간으로 계산한다.
또한, 제1 공기량 추정부(120)는 EGR 밸브 상류 온도, EGR 밸브 상류 압력, EGR 밸브 하류 압력, 및 현재 EGR 밸브 열림량에 대한 유효단면적을 Saint Venant Equation에 적용하여 상기한 EGR 공기량을 실시간으로 계산한다.
제2 공기량 추정부(130)는 과급 영역에서의 공기량을 추정한다.
제2 공기량 추정부(130)는 전동식 슈퍼차져(50)의 상류 온도, 전동식 슈퍼차져(50)의 상류 압력, 전동식 슈퍼차져(50)의 하류 압력, 전동식 슈퍼차져(50)의 현재 회전수 값을 전동식 슈퍼차져(50)의 컴프레서 맵에 적용하여 현재 전동식 슈퍼차져(50)를 흐르는 체적 흐름(Volume Flow)을 도출하고, 이를 토대로 과급 영역에서의 공기량을 계산한다.
제3 공기량 추정부(140)는 웨이팅 팩터 검출부(110)에 의해 검출된 웨이팅 팩터, 제1 공기량 추정부(120)에 의해 계산된 쓰로틀링 영역에서의 공기량과 EGR 공기량, 및 제2 공기량 추정부(130)에 의해 계산된 과급 영역에서의 공기량을 이용하여 흡기 매니폴드 공기량을 계산한다.
학습 제어 모듈(200)은 공기량 추정 모듈(100)에서 발생될 수 있는 오차를 보정하기 위해 추가적인 공기량 학습 제어를 수행한다.
학습 제어 모듈(200)은 흡기 매니폴드(60)의 압력센서(미도시) 또는 에어 크리너(20) 후단의 공기유량 측정센서(미도시)에 의해 측정된 유량 혹은 흡기매니폴드 실린더 입구부 압력 센서에 의해 측정된 압력의 오차를 입력받아 비례제어를 수행한다.
학습 제어 모듈(200)의 출력값은 쓰로틀링 영역의 경우, 공기량 추정 모듈(100)이 쓰로틀링 영역에서 공기량 추정을 위해 사용하는 Saint Venant Equation에 입력되는 유효 단면적에 적용되고, 과급영역의 경우 공기량 추정 모듈(100)이 과급 영역에서 공기량 추정을 위해 사용하는 전동식 슈퍼차져(50)의 회전수 또는 전동식 슈퍼차져(50)의 상류 압력에 적용될 수 있다.
또한, 학습 제어 모듈(200)의 출력값 중 엔진운전조건이 스테디(Steady)한 상태에서의 누적 오차(Integral Term)는, 쓰로틀링 영역의 경우 유효단면적 보정을 위한 엔진운전영역별 학습맵(엔진회전수, 엔진부하)에 사용되고, 과급영역의 경우는 전동식 슈퍼차져(50)의 회전수 보정을 위한 엔진운전영역별 학습맵(엔진회전수, 엔진부하) 또는 전동식 슈퍼차져의 상류 압력 보정을 위한 엔진운전영역별 학습맵(엔진회전수, 엔진부하)에 저장 후 각각의 엔진운전영역에서 구동시 학습제어기 출력값의 보정을 위해 사용된다.
도 6 을 참조하면, 학습 제어 모듈(200)은 제1 학습 제어부(210), 제2 학습 제어부(220), 및 제3 학습 제어부(230)를 포함한다.
제1 학습 제어부(210)는 쓰로틀링 영역에서의 공기량 학습제어를 수행한다.
제1 학습 제어부(210)는 상기한 바와 같이 추정된 흡기 매니폴드 공기량과 실제 흡기 매니폴드 공기량의 오차를 학습 제어하기 위해, 추정된 흡기 매니폴드 공기량(MFL_IM)을 흡기 매니폴드 압력 모델값으로 변환한다.
이어, 제1 학습 제어부(210)는 흡기 매니폴드 압력 모델값과 측정된 흡기매니폴드 압력과의 오차를 토대로 쓰로틀 밸브(30)의 유효단면적 보정값(AR_THR_COR)을 출력한다.
쓰로틀 밸브의 유효단면적 보정값은 제1 공기량 추정부(120)에 입력되는 쓰로틀 밸브 열림량에 대한 유효단면적에 합산된다. 이를 통해 제1 공기량 추정부(120)에 의해 추정된 쓰로틀링 영역에서의 공기량 추정 오차가 감소되고 쓰로틀링 영역에서의 공기량 추정 오차가 지속적으로 학습 제어될 수 있다.
한편, 제1 학습 제어부(210)는 엔진운전조건이 스테디(Steady)한 상태에서의 누적 오차(Integral Term)를 유효단면적 보정을 위한 엔진운전영역별(엔진회전수, 엔진부하) 학습값에 저장한다. 저장된 엔진운전조건이 스테디(Steady)한 상태에서의 누적 오차는 각각의 엔진운전영역에서 구동시 제1 학습 제어부(210)의 출력값 보정을 위해 사용될 수 있다.
제2 학습 제어부(220)는 과급 영역에서의 공기량 학습 제어를 수행한다.
제2 학습 제어부(220)는 상기한 바와 같이 정의된 흡기매니폴드 압력 모델값과 측정값의 오차를 토대로 전동식 슈퍼차져(50)의 회전수 보정값을 출력한다.
전동식 슈퍼차져(50)의 회전수 보정값은 상기한 제2 공기량 추정부(130)에 입력되는 전동식 슈퍼차져(50)의 현재 회전수 값에 합산된다.
이를 통해 제2 공기량 추정부(130)에 의해 추정된 과급 영역에서의 공기량 추정 오차가 감소되고 과급 영역에서의 공기량 추정 오차가 지속적으로 학습 제어될 수 있다.
한편, 제2 학습 제어부(220)는 엔진운전조건이 스테디한 상태에서의 누적 오차를 전동식 슈퍼차져(50)의 회전수 보정을 위한 엔진운전영역별(엔진회전수, 엔진부하) 학습 값에 저장한다.
저장된 엔진운전조건이 스테디한 상태에서의 누적 오차는 각각의 엔진운전영역에서 구동시 제2 학습 제어부(220)의 출력값 보정을 위해 사용될 수 있다.
상기한 흡기 매니폴드 압력 측정값은 공기유량센서의 측정값으로 대체되고, 흡기매니폴드 압력 모델값과 측정값과의 오차값은 공기량값으로 대체될 수 있다.
다른 실시예로, 제2 학습 제어부(220)는 흡기매니폴드 압력 모델값과 측정값과의 오차를 토대로 전동식 슈퍼차져(50)의 상류 압력 보정값을 출력할 수 있다. 전동식 슈퍼차져(50)의 상류 압력 보정값은 상기한 제2 공기량 추정부(130)에 입력되는 전동식 슈퍼차져(50)의 상류 압력에 합산된다.
이를 통해 제2 공기량 추정부(130)에 의해 추정된 과급 영역에서의 공기량 추정 오차가 감소되고 과급 영역에서의 공기량 추정 오차가 지속적으로 학습 제어될 수 있다.
이때, 제2 학습 제어부(220)는 엔진운전조건이 스테디한 상태에서의 누적 오차를 전동식 슈퍼차져(50)의 상류 압력값 보정을 위한 엔진운전영역별(엔진회전수, 엔진부하) 학습 값에 저장한다. 저장된 엔진운전조건이 스테디한 상태에서의 누적 오차는 각각의 엔진운전영역에서 구동 시 제2 학습 제어부(220)의 출력값 보정을 위해 사용된다.
제3 학습 제어부(230)는 쓰로틀링 영역과 과급 영역에서의 공기량 학습제어가 적용된 값을 이용하여 흡기 매니폴드 공기량을 추정한다.
이하 본 발명의 일 실시에 따른 전동식 슈퍼차져 시스템의 공기량 추정 방법을 도 7 내지 도 10 을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기량 추정 방법의 순서도이다.
도 7 을 참조하면, 웨이팅 팩터 검출부(110)는 웨이팅 팩터(FAC_PRS_AR_THR_CTL)를 검출한다(S110).
이 경우, 웨이팅 팩터는 쓰로틀 밸브 상류의 압력(PRS_UP_THR)과 전동식 슈퍼차져 하류의 인터쿨러 압력 손실을 고려한 흡기 매니폴드 압력(PRS_DOWN_EL_SCHA)의 비(PQ_IM_UP_THR)로 정의될 수 있다.
또한, 웨이팅 팩터 검출부(110)는 Saint Venant Equation에서의 Psi function을 기준으로 Psi 값이 0보다 큰 영역(PQ_IM_UP_THR < 1)에서 쓰로틀링 영역에서 과급영역으로 전이(Transition)가 시작되는 압력비(PQ_THR_THD)를 결정하고, Transition 구간의 Window(PQ_THR_THD_WIN)를 정의한다.
이어, 웨이팅 팩터 검출부(110)는 Transition 구간의 Window(PQ_THR_THD_WIN)를 통해 쓰로틀링 영역과 과급 영역을 구분하는 웨이팅 팩터(FAC_PRS_AR_THR_CTL)를 산출한다. 웨이팅 팩터를 산출하는 과정은 다음의 수학식과 같다.
Figure 112020136872328-pat00001
제1 공기량 추정부(120)는 쓰로틀링 영역에서의 공기량(MFL_THR)과 EGR 공기량 추정한다(MFL_EGR)(S20).
즉, 제1 공기량 추정부(120)는 쓰로틀 밸브 상류 온도(TIG_THR), 쓰로틀 밸브 상류 압력(PRS_UP_THR), 쓰로틀 밸브 하류 압력(PRS_UP_EL_SCHA), 및 현재 쓰로틀 밸브(30) 열림량에 대한 유효단면적(AR_THR)을 Saint Venant Equation에 적용하여, 쓰로틀링 영역에서의 공기량(MFL_THR)을 실시간으로 계산한다. 쓰로틀링 영역에서의 공기량(MFL_THR)을 추정하는 과정은 다음의 수학식과 같다.
Figure 112020136872328-pat00002
여기서, 쓰로틀 밸브 상류 온도(TIG_THR), 쓰로틀 밸브 상류 압력(PRS_UP_THR), 및 쓰로틀 밸브 하류 압력(PRS_UP_EL_SCHA)은 모델링 또는 측정을 통해 얻을 수 있다.
현재 쓰로틀 밸브 열림량에 대한 유효단면적(AR_THR)은 실험치를 통해 얻을 수 있다.
특히, 쓰로틀 밸브 열림량에 대한 유효단면적(AR_THR)은 제1 학습 제어부(210)로부터 입력된 쓰로틀밸브의 유효단면적 보정값이 지속적으로 합산되어 갱신될 수 있으며, 이를 통해 쓰로틀링 영역에서의 공기량 추정 오차가 감소될 수 있다. EGR 공기량을 추정하는 과정은 다음의 수학식과 같다.
Figure 112020136872328-pat00003
또한, 제1 공기량 추정부(120)는 EGR 밸브 상류 온도(TEMP_UP_EGRV), EGR 밸브 상류 압력(PRS_UP_EGRV), EGR 밸브 하류 압력(PRS_UP_EL_SCHA), 및 현재 EGR 밸브 열림량에 대한 유효단면적(AR_EGRV)을 Saint Venant Equation에 적용하여, EGR 공기량을 실시간으로 계산된다.
EGR 밸브 상류 온도(TEMP_UP_EGRV), EGR 밸브 상류 압력(PRS_UP_EGRV) 및 EGR 밸브 하류 압력(PRS_UP_EL_SCHA)은 모델링 또는 측정을 통해 얻을 수 있으며, 현재 EGR 밸브 열림량에 대한 유효단면적(AR_EGRV)에 대한 유효단면적 특성치는 실험을 통해 얻을 수 있다.
제2 공기량 추정부(130)는 과급영역에서의 공기량(MFL_EL_SCHA)을 추정한다(S130).
제2 공기량 추정부(130)는 전동식 슈퍼차져(50)의 상류 온도(TIG_EL_SCHA), 전동식 슈퍼차져(50)의 상부 압력(PRS_UP_EL_SCHA), 전동식 슈퍼차져(50)의 하류 압력(PRS_DOWN_EL_SCHA), 및 전동식 슈퍼차져(50)의 현재 회전수 값(N_EL_SCHA)을 도 4 의 전동식 슈퍼차져(50)의 컴프레서 맵에 적용하여 현재 전동식 슈퍼차져(50)를 흐르는 공기의 Volume Flow(VFL_EL_SCHA)를 산출한다.
이어, 제2 공기량 추정부(130)는 전동식 슈퍼차져(50)의 상류 온도 및 압력값을 통해 현재 전동식 슈퍼차져(50)를 흐르는 공기의 Volume Flow(VFL_EL_SCHA)를 과급영역에서의 공기량(MFL_EL_SCHA)으로 변환한다.
과급영역에서의 공기량(MFL_EL_SCHA)을 추정하는 과정은 아래의 수학식과 같다.
Figure 112020136872328-pat00004
마지막으로, 제3 공기량 추정부(140)는 흡기매니폴드 공기량(MFL_IM)을 추정한다(S140).
제3 공기량 추정부(140)는 쓰로틀링 영역에서의 공기량과 과급영역에서의 공기량을 이용하여 흡기매니폴드 공기량(MFL_IM)을 계산한다. 흡기매니폴드 공기량(MFL_IM)을 계산하는 과정은 아래의 수학식과 같다.
Figure 112020136872328-pat00005
도 8 은 본 발명의 일 실시예에 따른 쓰로틀링 영역에서의 공기량 학습 제어 방법의 순서도이다.
도 8 을 참조하면, 제1 학습 제어부(210)는 쓰로틀링영역에서의 공기량을 학습 제어한다.
제1 학습 제어부(210)는 상기한 바와 같이 추정된 흡기 매니폴드 공기량(MFL_IM)과 실제 흡기매니폴드 공기량의 오차를 학습 제어하기 위해 추정된 흡기매니폴드 공기량(MFL_IM)을 흡기매니폴드 압력모델값(PRS_IM)으로 변환한다.
이어, 제1 학습 제어부(210)는 흡기 매니폴드 압력모델값(PRS_IM)과 실제 흡기 매니폴드 압력(PRS_IM_MES)과의 오차(PRS_IM_DIF)를 산출한다.
제1 학습 제어부(210)는 흡기 매니폴드 압력모델값(PRS_IM)과 실제 흡기 매니폴드 압력(PRS_IM_MES)과의 오차(PRS_IM_DIF)를 입력받아 쓰로틀 밸브(30)의 유효단면적 보정값(AR_THR_COR)을 출력하는 것으로서, 쓰로틀링 영역에서의 공기량 추정 오차를 학습 제어한다.
이 경우, 제1 학습 제어부(210)는 흡기 매니폴드 압력모델값(PRS_IM)과 실제 흡기 매니폴드 압력(PRS_IM_MES)과의 오차(PRS_IM_DIF), P-게인, 및 웨이팅 팩터를 이용하여 쓰로틀링 밸브의 유효단면적 보정값(P)(AR_THR_COR_P)을 계산한다(S202,S206). 여기서, P-게인은 엔진회전수, 및 쓰로틀 밸브 상류 압력에 대한 전동식 슈퍼차져 상류 압력의 압력비(PQ_THR, PRS_UP_EL_SCHA/PRS_UP_THR) 중 적어도 하나로 설정될 수 있다.
또한, 제1 학습 제어부(210)는 흡기 매니폴드 압력모델값(PRS_IM)과 실제 흡기 매니폴드 압력(PRS_IM_MES)과의 오차(PRS_IM_DIF), I-게인, 및 웨이팅 팩터를 이용하여 쓰로틀링 밸브의 유효단면적 보정값(I)(AR_THR_COR_I)을 계산한다(S204,S206). I-게인은 엔진회전수, 이전 스텝의 쓰로틀링 밸브의 유효단면적 보정값(I)(AR_THR_COR_I), 및 쓰로틀 밸브 상류 압력에 대한 전동식 슈퍼차져 상류 압력의 압력비(PQ_THR,PRS_UP_EL_SCHA/PRS_UP_THR) 중 적어도 하나로 설정될 수 있다.
참고로 본 실시예에서는 PI 제어를 예시로 설명하였으나, 본 발명의 기술적 범위는 이에 한정되는 것은 아니다.
이어, 제1 학습 제어부(210)는 상기한 바와 같이 계산된 쓰로틀링 밸브의 유효단면적 보정값(P)(AR_THR_COR_P) 및 쓰로틀링 밸브의 유효단면적 보정값(I)(AR_THR_COR_I)을 이용하여 쓰로틀링 밸브의 유효 단면적 보정값(AR_THR_COR)을 계산하고, 계산된 쓰로틀링 밸브의 유효 단면적 보정값(AR_THR_COR)을 제1 공기량 추정부(120)에 전달한다.
한편, 제1 학습 제어부(210)는 엔진운전조건이 스테디한 상태에서의 누적 오차를 유효단면적 보정을 위한 엔진운전영역별(엔진회전수, 엔진부하) 학습 값(AR_THR_AD_COR)에 저장하고 이전 스텝의 쓰로틀링 밸브의 유효단면적 보정값(I)(AR_THR_COR_I)을 0으로 초기화한다(S212). 각각의 엔진운전영역에서 구동시 제1 학습 제어부(210)의 출력값 보정을 위해 사용된다.
한편, 제1 공기량 추정부(120)는 상기한 바와 같이 쓰로틀링 영역에서의 공기량을 추정한다. 이 경우, 제1 공기량 추정부(120)는 제1 학습 제어부(210)로부터 전달받은 쓰로틀링 밸브의 유효 단면적 보정값(AR_THR_COR) 및 엔진운전영역별(엔진회전수, 엔진부하) 학습 값(AR_THR_AD_COR)을 쓰로틀 밸브 열림량에 대한 유효단면적에 합산하여 쓰로틀링 영역에서의 공기량을 계산한다(S208,S210).
쓰로틀링 밸브의 유효 단면적 보정값(AR_THR_COR), 및 쓰로틀링 영역에서의 공기량 추정 과정은 아래의 수학식과 같다.
Figure 112020136872328-pat00006
도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 과급 영역에서의 공기량 학습 제어 방법의 일 예를 도시한 순서도이다.
도 9 를 참조하면, 제2 학습 제어부(220)는 과급영역에서의 공기량을 학습 제어한다.
제2 학습 제어부(220)는 상기와 정의된 흡기매니폴드 압력모델값과 측정값과의 오차(PRS_IM_DIF)를 입력값을 계산한다. 즉, 제2 학습 제어부(220)는 추정된 흡기 매니폴드 공기량(MFL_IM)과 실제 흡기매니폴드 공기량의 오차를 학습 제어하기 위해 추정된 흡기매니폴드 공기량(MFL_IM)을 흡기매니폴드 압력모델값(PRS_IM)으로 변환한다.
제2 학습 제어부(220)는 흡기 매니폴드 압력모델값(PRS_IM)과 실제 흡기 매니폴드 압력(PRS_IM_MES)과의 오차(PRS_IM_DIF)를 산출한다.
이어 제2 학습 제어부(220)는 흡기 매니폴드 압력모델값(PRS_IM)과 실제 흡기 매니폴드 압력(PRS_IM_MES)과의 오차(PRS_IM_DIF)를 입력받아 전동식 슈퍼차져(50)의 회전수 보정값(N_EL_SCHA_COR)을 출력하는 학습 제어를 수행하여 과급 영역에서의 공기량 오차를 학습 제어한다.
이 경우, 제2 학습 제어부(220)는 흡기 매니폴드 압력모델값(PRS_IM)과 실제 흡기 매니폴드 압력(PRS_IM_MES)과의 오차(PRS_IM_DIF), P-게인, 및 웨이팅 팩터를 이용하여 전동식 슈퍼차져(50)의 회전수 보정값(P)(N_EL_SCHA_COR_P)을 계산한다(S222,S226). 여기서, P-게인은 엔진회전수, 및 전동식 슈펴차져의 상류 압력에 대한 전동식 슈퍼차져 하류 압력의 압력비(PQ_EL_SCHA, PRS_DOWN_EL_SCHA/PRS_UP_EL_SCHA) 중 적어도 하나로 설정될 수 있다.
또한, 제2 학습 제어부(220)는 흡기 매니폴드 압력모델값(PRS_IM)과 실제 흡기 매니폴드 압력(PRS_IM_MES)과의 오차(PRS_IM_DIF), I-게인, 및 웨이팅 팩터를 이용하여 전동식 슈퍼차져(50)의 회전수 보정값(I)(N_EL_SCHA_COR_I)을 계산한다(S224,S226). 여기서, I-게인은 엔진회전수, 이전 스텝에서의 전동식 슈퍼차져(50)의 회전수 보정값(I)(N_EL_SCHA_COR_I), 및 전동식 슈펴차져의 상류 압력에 대한 전동식 슈퍼차져 하류 압력의 압력비(PQ_EL_SCHA, PRS_DOWN_EL_SCHA/PRS_UP_EL_SCHA) 중 적어도 하나로 설정될 수 있다.
이어, 제2 학습 제어부(220)는 상기한 바와 같이 계산된 전동식 슈퍼차져(50)의 회전수 보정값(P)(N_EL_SCHA_COR_P) 및 전동식 슈퍼차져(50)의 회전수 보정값(I)(N_EL_SCHA_COR_I)을 이용하여 전동식 슈퍼차져(50)의 회전수 보정값(N_EL_SCHA_COR)을 계산하고, 계산된 전동식 슈퍼차져(50)의 회전수 보정값(N_EL_SCHA_COR)을 제2 공기량 추정부(130)에 전달한다.
또한, 제2 학습 제어부(220)는 엔진운전조건이 스테디한 상태에서의 누적 오차를 전동식 슈퍼차져(50)의 회전수 보정을 위한 엔진운전영역별(엔진회전수, 엔진부하) 학습 값(N_EL_SCHA_AD_COR)에 저장하고 이전 스텝에서의 전동식 슈퍼차져(50)의 회전수 보정값(I)(N_EL_SCHA_COR_I)을 0으로 초기화한다(S232).
한편, 제2 공기량 추정부(130)는 상기한 바와 같이 과급 영역에서의 공기량을 추정한다. 이 경우, 제2 공기량 추정부(130)는 전동식 슈퍼차져(50)의 현재 회전수 값에 제2 학습 제어부(220)로부터 전달받은 전동식 슈퍼차져(50)의 회전수 보정값(N_EL_SCHA_COR) 및 엔진운전영역별(엔진회전수, 엔진부하) 학습 값(N_EL_SCHA_AD_COR)을 합산하여 과급 영역에서의 공기량을 추정할 수 있다(S228,S230).
전동식 슈퍼차져(50)의 회전수 보정값(N_EL_SCHA_COR), 및 과급 영역에서의 공기량 추정 과정은 아래의 수학식과 같다.
Figure 112020136872328-pat00007
도 10 은 본 발명의 일 실시예에 따른 과급 영역에서의 공기량 학습 제어 방법의 다른 예를 도시한 순서도이다.
제2 학습 제어부(220)는 상기와 정의된 흡기매니폴드 압력모델값과 측정값과의 오차(PRS_IM_DIF)를 입력값으로 하는 학습 제어를 수행한다. 즉, 제2 학습 제어부(220)는 추정된 흡기 매니폴드 공기량(MFL_IM)과 실제 흡기매니폴드 공기량(PRS_IM_MES)의 오차를 학습 제어하기 위해 추정된 흡기매니폴드 공기량(MFL_IM)을 흡기매니폴드 압력모델값(PRS_IM)으로 변환한다.
제2 학습 제어부(220)는 흡기 매니폴드 압력모델값(PRS_IM)과 실제 흡기 매니폴드 압력(PRS_IM_MES)과의 오차(PRS_IM_DIF)를 산출한다.
이어 제2 학습 제어부(220)는 흡기 매니폴드 압력모델값(PRS_IM)과 실제 흡기 매니폴드 압력(PRS_IM_MES)과의 오차(PRS_IM_DIF)를 입력받아 전동식 슈퍼차져(50)의 상류 압력 보정값(PRS_UP_EL_SCHA_COR)을 출력하는 학습 제어를 수행하여 과급 영역에서의 공기량 오차를 학습 제어한다.
이 경우, 제2 학습 제어부(220)는 흡기 매니폴드 압력모델값(PRS_IM)과 실제 흡기 매니폴드 압력(PRS_IM_MES)과의 오차(PRS_IM_DIF), P-게인, 및 웨이팅 팩터를 이용하여 전동식 슈퍼차져(50)의 상류 압력 보정값(P)(PRS_UP_EL_SCHA_COR_P)을 계산한다(S242,S246). 여기서, P-게인은 엔진회전수, 및 전동식 슈펴차져의 상류 압력에 대한 전동식 슈퍼차져 하류 압력의 압력비(PQ_EL_SCHA, PRS_DOWN_EL_SCHA/PRS_UP_EL_SCHA) 중 적어도 하나로 설정될 수 있다.
또한, 제2 학습 제어부(220)는 흡기 매니폴드 압력모델값(PRS_IM)과 실제 흡기 매니폴드 압력(PRS_IM_MES)과의 오차(PRS_IM_DIF), I-게인, 및 웨이팅 팩터를 이용하여 전동식 슈퍼차져(50)의 상류 압력 보정값(I)(PRS_UP_EL_SCHA_COR_I)을 계산한다(S244,S246). 여기서, I-게인은 엔진회전수, 이전 스텝에서의 전동식 슈퍼차져(50)의 상류 압력 보정값(I)(PRS_UP_EL_SCHA_COR_I), 및 전동식 슈펴차져의 상류 압력에 대한 전동식 슈퍼차져 하류 압력의 압력비(PQ_EL_SCHA, PRS_DOWN_EL_SCHA/PRS_UP_EL_SCHA) 중 적어도 하나로 설정될 수 있다.
이어, 제2 학습 제어부(220)는 상기한 바와 같이 계산된 전동식 슈퍼차져(50)의 상류 압력 보정값(P)(PRS_UP_EL_SCHA_COR_P) 및 전동식 슈퍼차져(50)의 상류 압력 보정값(I)(PRS_UP_EL_SCHA_COR_I)을 이용하여 전동식 슈퍼차져(50)의 상류 압력 보정값(PRS_UP_EL_SCHA_COR)을 계산하고, 계산된 전동식 슈퍼차져(50)의 상류 압력 보정값(PRS_UP_EL_SCHA_COR)을 제2 공기량 추정부(130)에 전달한다.
또한, 제2 학습 제어부(220)는 엔진운전조건이 스테디한 상태에서의 누적 오차를 전동식 슈퍼차져(50)의 상류 압력 보정을 위한 엔진운전영역별(엔진회전수, 엔진부하) 학습 값(PRS_UP_EL_SCHA)에 저장하고 이전 스텝에서의 전동식 슈퍼차져(50)의 상류 압력 보정값(I)(PRS_UP_EL_SCHA_COR_I)을 0으로 초기화한다(S252).
한편, 제2 공기량 추정부(130)는 상기한 바와 같이 과급 영역에서의 공기량을 추정한다. 이 경우, 제2 공기량 추정부(130)는 전동식 슈퍼차져(50)의 상류 압력에 제2 학습 제어부(220)로부터 전달받은 전동식 슈퍼차져(50)의 상류 압력 보정값(PRS_UP_EL_SCHA_COR) 및 엔진운전영역별(엔진회전수, 엔진부하) 학습 값(PRS_UP_EL_SCHA_AD_COR)을 합산하여 과급 영역에서의 공기량을 추정할 수 있다(S248,S250).
Figure 112020136872328-pat00008
이에 따라, 제3 공기량 추정부(140)는 상기한 바와 같이 제1 공기량 추정부(120)로부터 전달받은 쓰로틀링 영역에서의 공기량(MFL_THR), EGR 공기량(MFL_EGR), 제2 공기량 추정부(130)로부터 전달받은 과급 영역에서의 공기량(MFL_EL_SCHA), 및 웨이팅 팩터(FAC_PRS_AR_THR_CTL)를 이용하여 학습 제어를 수행함으로써, 학습 제어 결과를 바탕으로 한 보정된 흡기 매니폴드 공기량(MFL_IM)을 추정할 수 있다.
흡기 매니폴드 공기량(MFL_IM)을 추정하는 과정은 아래의 수학식과 같다.
Figure 112020136872328-pat00009
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 슈퍼차져 시스템의 공기량 추정 방법은 Saint Venant Equation 만을 이용한 기존 방법 대비 쓰로틀 밸브 하류에 EGR 및 전동식 슈퍼차져 시스템이 적용된 경우에도 엔진시스템의 공기량 추정 및 제어가 가능하며, 공기유량센서 적용없이도 동작이 가능하므로 시스템 비용 절감이 가능하다.
본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.
10: 흡기관 20: 에어 크리너
30: 쓰로틀 밸브 40: EGR 공급부
50: 전동식 슈퍼차져 60: 흡기 매니폴드
70: 인터쿨러 80: 배기 매니폴드
90: 엔진 100: 공기량 추정 모듈
110: 웨이팅 팩터 검출부 120: 제1 공기량 추정부
130: 제2 공기량 추정부 140: 제3 공기량 추정부
200: 학습 제어 모듈 210: 제1 학습 제어부
220: 제2 학습 제어부 230: 제3 학습 제어부

Claims (18)

  1. 엔진운전영역을 쓰로틀링 영역과 과급 영역으로 구분하는 웨이팅 팩터를 검출하는 단계;
    상기 쓰로틀링 영역과 상기 과급 영역에서의 공기량을 각각 추정하는 단계; 및
    상기 웨이팅 팩터 및 상기 엔진운전영역별로 추정된 공기량을 이용하여 흡기 매니폴드 공기량을 추정하는 단계를 포함하고,
    상기 쓰로틀링 영역과 상기 과급 영역에서의 공기량을 각각 추정하는 단계는,
    상기 쓰로틀링 영역에서는 쓰로틀 밸브에 대한 Saint Venant Equation을 기반으로 공기량을 추정하는 단계; 및 상기 과급 영역에서는 전동식 슈퍼차져의 동작 정보를 상기 전동식 슈퍼차져의 컴프레서 맵에 적용하여 공기량을 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 슈퍼차져 시스템의 공기량 추정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이팅 팩터는
    쓰로틀 밸브 상류의 압력과 흡기 매니폴드의 압력비를 기준으로 상기 엔진운전영역을 쓰로틀링 영역과 과급 영역으로 구분하는 것을 특징으로 하는 전동식 슈퍼차져 시스템의 공기량 추정 방법.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 쓰로틀 밸브에 대한 Saint Venant Equation을 기반으로 공기량을 추정하는 단계는,
    쓰로틀 밸브 상류 온도, 쓰로틀 밸브 상부 압력, 쓰로틀 밸브 하류 압력, 현재 쓰로틀 밸브 열림량에 대한 유효단면적 중 적어도 하나를 Saint Venant Equation에 적용하여 상기 쓰로틀링 영역에서의 공기량을 계산하는 단계; 및
    EGR 밸브 상류 온도, EGR 밸브 상류 압력, EGR 밸브 하류 압력, 및 현재 EGR 밸브 열림량에 대한 유효단면적을 Saint Venant Equation에 적용하여 EGR 공기량을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 슈퍼차져 시스템의 공기량 추정 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 현재 쓰로틀 밸브 열림량에 대한 유효단면적은,
    상기 쓰로틀링 영역에서의 공기량 학습 제어에 따라 변경되는 것을 특징으로 하는 전동식 슈퍼차져 시스템의 공기량 추정 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 전동식 슈퍼차져의 동작 정보를 상기 전동식 슈퍼차져의 컴프레서 맵에 적용하여 공기량을 추정하는 단계는,
    상기 전동식 슈퍼차져의 동작 정보를 상기 전동식 슈퍼차져의 컴프레서 맵에 적용하여 상기 전동식 슈퍼차져를 흐르는 공기의 체적 흐름을 도출하고, 상기 체적 흐름을 토대로 과급 영역에서의 공기량을 계산하는 것을 특징으로 하는 전동식 슈퍼차져 시스템의 공기량 추정 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 전동식 슈퍼차져의 동작 정보는
    상기 전동식 슈퍼차져의 상류 온도, 상기 전동식 슈퍼차져의 상류 압력, 상기 전동식 슈퍼차져의 하류 압력, 상기 전동식 슈퍼차져의 현재 회전수 값 중 적어도 하나를 포함하고,
    상기 전동식 슈퍼차져의 현재 회전수 값과 상기 전동식 슈퍼차져의 상류 압력은 공기량 학습 제어에 따라 변경되는 것을 특징으로 하는 전동식 슈퍼차져 시스템의 공기량 추정 방법.
  8. 엔진운전영역을 쓰로틀링 영역과 과급 영역으로 구분하는 웨이팅 팩터를 검출하는 단계;
    상기 쓰로틀링 영역과 상기 과급 영역에서의 공기량을 각각 추정하는 단계; 및
    상기 웨이팅 팩터 및 상기 엔진운전영역별로 추정된 공기량을 토대로 측정된 흡기 매니폴드 공기량과 실제 흡기 매니폴드 공기량의 오차를 학습 제어하여 상기 쓰로틀링 영역과 상기 과급 영역에서의 공기량을 보정하는 단계를 포함하고,
    상기 쓰로틀링 영역과 상기 과급 영역에서의 공기량을 각각 추정하는 단계는, 상기 쓰로틀링 영역에서는 쓰로틀 밸브에 대한 Saint Venant Equation을 기반으로 공기량을 추정하는 단계; 및 상기 과급 영역에서는 전동식 슈퍼차져의 동작 정보를 상기 전동식 슈퍼차져의 컴프레서 맵에 적용하여 공기량을 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 슈퍼차져 시스템의 공기량 추정 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 웨이팅 팩터는
    쓰로틀 밸브 상류의 압력과 흡기 매니폴드의 압력비를 기준으로 상기 엔진운전영역을 쓰로틀링 영역과 과급 영역으로 구분하는 것을 특징으로 하는 전동식 슈퍼차져 시스템의 공기량 추정 방법.
  10. 삭제
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 쓰로틀 밸브에 대한 Saint Venant Equation을 기반으로 공기량을 추정하는 단계는,
    쓰로틀 밸브 상류 온도, 쓰로틀 밸브 상부 압력, 쓰로틀 밸브 하류 압력, 현재 쓰로틀 밸브 열림량에 대한 유효단면적 중 적어도 하나를 Saint Venant Equation에 적용하여 상기 쓰로틀링 영역에서의 공기량을 계산하는 단계; 및
    EGR 밸브 상류 온도, EGR 밸브 상류 압력, EGR 밸브 하류 압력, 및 현재 EGR 밸브 열림량에 대한 유효단면적을 Saint Venant Equation에 적용하여 EGR 공기량을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 슈퍼차져 시스템의 공기량 추정 방법.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 전동식 슈퍼차져의 동작 정보를 상기 전동식 슈퍼차져의 컴프레서 맵에 적용하여 공기량을 추정하는 단계는,
    상기 전동식 슈퍼차져의 동작 정보를 상기 전동식 슈퍼차져의 컴프레서 맵에 적용하여 상기 전동식 슈퍼차져를 흐르는 공기의 체적 흐름을 도출하고, 상기 체적 흐름을 토대로 과급 영역에서의 공기량을 계산하는 것을 특징으로 하는 전동식 슈퍼차져 시스템의 공기량 추정 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 전동식 슈퍼차져의 동작 정보는
    상기 전동식 슈퍼차져의 상류 온도, 상기 전동식 슈퍼차져의 상류 압력, 상기 전동식 슈퍼차져의 하류 압력, 상기 전동식 슈퍼차져의 현재 회전수 값 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 슈퍼차져 시스템의 공기량 추정 방법.
  14. 제 8 항에 있어서, 상기 쓰로틀링 영역과 상기 과급 영역에서의 공기량을 보정하는 단계는,
    추정된 흡기 매니폴드 공기량을 흡기 매니폴드 압력 모델값으로 변환하고, 상기 흡기 매니폴드 압력 모델값과 실제 측정된 흡기 매니폴드 압력과의 오차를 토대로 쓰로틀 밸브의 유효단면적 보정값을 생성하여 상기 쓰로틀링 영역에서의 공기량 추정에 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 슈퍼차져 시스템의 공기량 추정 방법.
  15. 제 8 항에 있어서, 상기 쓰로틀링 영역과 상기 과급 영역에서의 공기량을 보정하는 단계는,
    상기 추정된 흡기 매니폴드 공기량을 흡기 매니폴드 압력모델값으로 변환하고, 상기 흡기 매니폴드 압력모델값과 실제 흡기 매니폴드 압력과의 오차를 토대로 상기 전동식 슈퍼차져의 회전수 보정값을 계산하여 상기 과급 영역에서의 공기량 추정에 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 슈퍼차져 시스템의 공기량 추정 방법.
  16. 제 8 항에 있어서, 상기 쓰로틀링 영역과 상기 과급 영역에서의 공기량을 보정하는 단계는,
    상기 추정된 흡기 매니폴드 공기량을 흡기 매니폴드 압력모델값으로 변환하고, 상기 흡기 매니폴드 압력모델값과 실제 흡기 매니폴드 압력과의 오차를 토대로 상기 전동식 슈퍼차져의 상류 압력 보정값을 계산하여 상기 과급 영역에서의 공기량 추정에 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 슈퍼차져 시스템의 공기량 추정 방법.
  17. 제 8 항에 있어서, 상기 쓰로틀링 영역과 상기 과급 영역에서의 공기량을 보정하는 단계는,
    엔진운전조건이 스테디한 상태에서의 누적 오차를 유효단면적 보정을 위한 엔진운전영역별 학습값이나 전동식 슈퍼차져의 회전수 보정을 위한 엔진운전영역별 학습값, 또는 전동식 슈퍼차져의 상류 압력 보정을 위한 엔진운전영역별 학습값에 저장하는 것을 특징으로 하는 전동식 슈퍼차져 시스템의 공기량 추정 방법.
  18. 제 8 항에 있어서, 보정된 상기 쓰로틀링 영역에서의 공기량과 상기 과급 영역에서의 공기량을 이용하여 흡기 매니폴드 공기량을 추정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동식 슈퍼차져 시스템의 공기량 추정 방법.
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