실린더 압력을 이용한 CRDI 디젤 엔진의 IMEP 추정 및 제어

Abstract

최근 자동차 시장의 주요 이슈는 연비 개선, 운전성 향상과 유해배출가스 저감이다. 이 중에서 차량의 운전성은 운전자가 주행 중에 직접 느끼는 부분이기 때문에 차량의 선호도 및 판매량에 결정적인 영향을 미친다. 차량의 운전성 향상을 위해서 엔진의 소음 및 진동 발생을 최소화 하여야 한다. 주행 중에 발생하는 엔진의 소음이나 진동에는 다양한 원인이 있는데 그 중 하나가 도시평균유효압력 (IMEP)의 변동이다. IMEP는 엔진이 일을 할 수 있는 능력을 나타내는데, 생산 공차와 외란 등에 의해 각 실린더 별로 차이가 나고 사이클 사이에도 변동한다. 이러한 변동은 엔진이 노후해질수록 심해져 차량의 운전성에 악영향을 미친다. 이 연구는 IMEP의 실린더 별 변동을 감소시켜 차량 운전성을 향상시키기 위한 노력의 일환으로, 간단하면서도 정확하고 실용적인 실린더 압력 변수를 이용하여 IMEP를 추정하였다. IMEP의 이론적 계산은 엔진의 한 사이클 내에 처리하기에는 계산량이 많고 복잡하여 다기통 엔진의 경우 실린더 별 IMEP 값을 실시간으로 구할 수 없다. 그래서 이 연구에서는 두 개의 압력 변수, 60 º ATDC와 60 º BTDC의 연소 압력 차 (DPdeg)와 연소 압력과 모터링 압력의 차가 10 bar가 되는 크랭크 각 (CADP10)을 이용하여 실시간으로 IMEP를 추정하는 방법을 개발하였고, 이를 이용하여 커먼-레일 직분사 (CRDI) 디젤 엔진의 실린더 별 IMEP의 변동을 감소시키는 제어를 수행하여 엔진의 소음 및 진동이 감소하는 것을 확인하였다.; Important issues in the current automotive market are fuel efficiency, drivability, and emissions since customers of primary car markets, such as those in Europe, the U.S., and Japan, require economic, enjoyable to drive, and eco-friendly vehicles. Among these requirements, vehicle drivability is the most sensible issue that pertains to the driver’s experience, which is gained while driving. In order to improve vehicle drivability, sources of noise and vibration, such as the indicated mean effective pressure (IMEP) variation, have to be removed. IMEP is an engine’s ability to do work and varies cylinder-by-cylinder and cycle-by-cycle even though engine operating condition has not changed. These variations, which are caused by production tolerance, external disturbances, aging, and malfunctions, result in not only poor vehicle drivability but also increased fuel consumption and high emissions. For this reason, in an effort to remove IMEP variation, an estimation method for IMEP is developed and verified. IMEP is the most accurate indicator of an engine performance. However, the calculation load is too great for use in real-time with a commercial engine management system (EMS). Instead, pressure variables, which can estimate the magnitude and variation of IMEP in real-time, are researched. Chosen pressure variables are the cylinder pressure difference between at 60 º ATDC and 60 º BTDC (DPdeg) and the crank angle at a 10-bar difference pressure (CADP10). Using these pressure variables, an IMEP estimation method was developed. The estimation performances of the proposed IMEP estimation method are tested using a common-rail direct injection (CRDI) diesel engine. Finally, cylinder-by-cylinder IMEP variation is reduced by a linear controller, which uses the products of the developed IMEP estimation method.