KR100204156B1 - 린 번 엔진에서의 연료 분사 시기 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 린 번 엔진의 희박 연소 구간에서의 운전시 엔진 구동에 따른 연료 분사량 산출시 연료 분사 지속 시간이 ECU에 기설정된 일정값 이상으로 변하지 않으면 연료 분사 시기의 변화가 이루어지지 않도록 하므로서 엔진의 구동성이 안정되도록 하면서 최적의 운전 조건을 유지할 수 있도록 하는 린 번 엔진에서의 연료 분사 시기 제어 방법에 대한 것으로서, 이를 위해 본 발명은 엔진이 구동 중 운전 조건이 희박 연소 구간인지를 판단하는 단계와(S1); 전 단계에서의 연료 분사 지속 시간(Told)을 체크하는 단계와(S2); 현 단계에서의 연료 분사 지속 시간(Tnew)을 체크하는 단계와(S3); 상기 단계에서 체크한 연료 분사 지속 시간 변화량(ΔT)을 산출하는 단계와(S4); 산출된 연료 분사 지속 시간 변화량의 절대값(|ΔT|)이 기설정된 기준값(Tres)보다 큰지를 판단하는 단계와(S5); 상기의 단계에서 변화량 절대값(|ΔT|)이 기준값(Tres)보다 크면 전 단계에서 추종하는 매핑된 연료 분사 지속 시간에서의 연료 분사 종료 시점을 기준으로 연료 분사 지속 시간(Tnew)동안 연료가 분사되도록 하는 단계와(S6); 상기의 단계에서 변화량 절대값(|ΔT|)이 기준값(Tres)보다 작으면 전 단계에서 추종하는 매핑된 연료 분사 지속 시간에서의 연료 분사 개시 시점을 기준으로 연료 분사 지속 시간(Tnew)동안 연료가 분사되도록 하는 단계(S7)로서 제어되도록 하는 것이 특징이다.

Description

린 번 엔진에서의 연료 분사 시기 제어 방법

본 발명은 린 번 엔진(Lean Burn Engine)에서 지나친 연료 분사 시기가 변하게 되는 것을 방지하여 엔진을 보다 안정되게 제어되도록 하는 연료 분사 시기 제어 방법에 대한 것이다.

현재 사용중인 대부분의 엔진에서의 연료 분사 시기는 전자 제어 장치(Eletronic Control Unit, 이하 ECU로 약칭함)에 기설정한 매핑값에 의해서 엔진 회전수와 분사 지속 시간 및 흡기 밸브 오픈(Intake Valve Open, 이하 IVO로 약칭함) 시점을 기준으로 크랭크 포지션 센서로부터 체크되는 일정 시간 동안 분사되도록 하는 것이 일반적이다.

이러한 엔진 제어를 위한 기준 신호를 출력하는 상기의 크랭크 포지션 센서는 센서 휠에 일정한 간격으로 60개의 돌기를 형성하여 상기의 돌기 중 한 개의 돌기를 회전하는 동안 소요되는 시간에 의해서 엔진 회전수를 측정하고, 이렇게 소요되는 시간은 한 개의 돌기를 회전할 때마다 1씩 증가되는 카운터의 측정 횟수에 의해서 산출된다.

따라서 상기 크랭크 포지션 센서에 의해서 측정된 엔진 회전수에 따라 설정되는 연료 분사 및 점화 시기는 엔진 회전수에 대한 크랭크 축의 각도를 시간으로 환산하여 제어하게 되는 것인바 이때 센서 휠에 형성된 60개의 돌기 중 2개는 제거되도록 하여 점화와 분사를 위한 참조점으로 설정하고, 특히 단순히 크랭크 포지션 센서만으로는 각 실린더의 위치를 알 수가 없으므로 이를 위해 캠축에는 캠축 1회전에 1회씩 신호를 출력하면서 1번 실린더를 체크할 수 있도록 하는 홀 센서가 장착된다.

한편 상기와 같은 일반 엔진과는 달리 린 번 엔진은 희박한 공연비로서 운전 되는 것이므로 특히 분사 종료 시점이 희박 공연비 한계(Lean Misfire Limit)에 대단히 큰 영향을 미치게 된다.

따라서 린 번 엔진에서의 연료 분사 시기는 모든 엔진 회전수와 분사 지속시간에 대하여 일정한 시점(IVO 전)에서 분사가 종료되도록 하고 있다.

예를들어 연료 분사 종료 시점을 IVO 전 100°라고 했을 때 통상 3000rpm에서 크랭크 샤프트는 초당 50회전을 하게 되므로 1회전하는데는 20ms 소요되며, 따라서 만일 연료 분사 지속 시간이 4ms라고 할 때 회전 각도는 72°가 된다. 한편 상기에서 연료 분사 종료 시점이 IVO 전 100°로서 설정시켰으므로 3000rpm에서 연료가 분사되기 시작하는 시점은 결국 IVO 전 100°＋ 72°＝ 172°이다.

이러한 산출방식에 의해서 엔진 회전수와 연료 분사 지속 시간에 따른 연료 분사 개시 시점은 도 3에서와 같은 방법으로 설정되면서 이를 ECU에 저장되도록 하고 있다.

그러나 실제 분사 시기의 결정은 크랭크 포지션 센서의 휠에 형성된 돌기에 의해서 산출되는바 상기와 같은 센서 휠의 돌기 하나당 크랭크 작은 6°단위로 측정된다. 따라서 6°단위로 조정되는 3000rpm에서의 6°에 해당하는 연료 분사 지속 시간은 약 0.333ms에 상당하므로 도 4에서 보는 바와같이 4ms에 해당하는 연료 분사 개시 시점인 172°와 바로 다음 단계의 매핑값인 4.33ms에 해당하는 연료 분사 개시 시점인 178°사이에서는 연료 분사 지속 시간이 연료 분사 개시 시점을 4ms에서의 172°로 고정시킨 상태에서 길어진 만큼을 연료 분사 종료 시점이 단축되도록 하는 방식에 의해 연료 분사 시기를 결정하고 있다.

즉 연료 분사 지속 시간이 4.3ms일 때 산출되는 연료 분사 개시 시점은 77.4°＋ 100°＝ 177.4°이나 실제 분사 시기 결정은 6°를 기준으로 변하게 되므로 연료 분사 개시 시점은 연료 분사 지속 시간이 4ms일 때의 값인 172°로 제어하면서 대신 연료 분사 지속 시간인 177.4°를 유지하면서 연료 분사 종료 시점을 5.4° 만큼 단축시켜 최종 연료 분사 종료 시점이 100°－ 5.4°＝ 94.6°로서 제어되도록 한다.

그리고 다시 매핑값으로 설정된 6°단위의 분사 시기 결정 변화값인 4.33ms로 연료 분사 지속 시간이 결정되면 연료 분사 종료 시점은 100°를 유지하면서 연료 분사 개시 시점을 178°로 앞당겨 제어되도록 한다.

따라서 만일 엔진이 4.3ms와 4.4ms의 연료 분사 지속 시간 조건을 계속적으로 왕래하는 운전을 하게 되는 경우 연료 분사 시기 결정때마다 연료의 분사 시점과 종료 시점이 6°만큼씩의 심한 변동을 가져오게 되므로 엔진 구동이 대단히 불안정해지면서 그로인한 엔진 부조를 초래하게 되는 문제가 발생된다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 보완시키기 위해 창출한 것으로서 이를 위해 본 발명은 린 번 엔진의 희박 연소 구간에서의 운전시 엔진 구동에 따른 연료 분사량 산출시 연료 분사 지속 시간이 ECU에 기설정된 일정값 이상으로 변하지 않으면 연료 분사 시기의 변화가 이루어지지 않도록 하므로서 엔진의 구동성이 안정되도록 하면서 최적의 운전 조건을 유지할 수 있도록 하는 린 번 엔진에서의 연료 분사 시기 제어 방법을 제공코자 하는 데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성시키기 위하여 본 발명은

엔진이 구동 중 운전 조건이 희박 연소 구간인지를 판단하는 단계와;

전 단계에서의 연료 분사 지속 시간을 체크하는 단계와;

현 단계에서의 연료 분사 지속 시간을 체크하는 단계와;

상기 단계에서 체크한 연료 분사 지속 시간 변화량을 산출하는 단계와;

산출된 연료 분사 지속 시간 변화량의 절대값이 기설정된 기준값보다 큰지를 판단하는 단계와;

상기의 단계에서 변화량 절대값이 기준값보다 크면 전 단계에서 추종하는 매핑된 연료 분사 지속 시간에서의 연료 분사 종료 시점을 기준으로 연료 분사 지속 시간 동안 연료가 분사되도록 하는 단계와;

상기의 단계에서 변화량 절대값이 기준값보다 작으면 전 단계에서 추종하는 매핑된 연료 분사 지속 시간에서의 연료 분사 개시 시점을 기준으로 연료 분사 지속 시간 동안 연료가 분사되도록 하는 단계로서 제어되도록 하는 것이 특징이다.

도 1은 본 발명에 따른 연료 분사 시기 제어 흐름도

도 2는 본 발명에 따른 연료 분사 시기 변화도

도 3은 종래의 연료 분사 시기 제어 매핑선도

도 4는 종래의 연료 분사 시기 변화도

이를 첨부한 실시예 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 도 1은 본 발명에 따른 제어 흐름을 도시한 것으로서, 본 발명은 린 번 엔진을 운전 중 특히 운전 조건이 희박 연소 구간에서 수행하게 되는 연료 분사 시기 제어 방법이다.

즉 린 번 엔진을 운전 중에 운전 조건이 희박 연소 구간으로 판단되면(S1),우선 전 단계에서의 연료 분사 지속 시간(Told)을 체크하는(S2) 동시에 현 단계에서의 연료 분사 지속 시간(Tnew)을 체크한다(S3).

이렇게 체크한 현 단계에서의 연료 분사 지속 시간(Tnew)에서 전 단계에서의 연료 분사 지속 시간(Told)을 뺀 연료 분사 지속 시간의 변화량(ΔT)을 산출하여(S4) 산출된 연료 분사 지속 시간의 변화량(ΔT)에 대한 절대값이 ECU내에 기설정된 기준값(Tres)보다 큰지를 비교 판단한다(S5).

이때 연료 분사 지속 시간의 변화량 절대값(|ΔT|)이 기준값(Tres)보다 크다고 판단되면 전 단계에서 추종하는 매핑된 연료 분사 지속 시간에서의 연료 분사 종료 시점을 기준으로 현 단계의 연료 분사 지속 시간(Tnew)동안 연료가 분사되도록 하며(S6), 만일 연료 분사 지속 시간의 변화량 절대값(|ΔT|)이 기준값(Tres)보다 작다고 판단되면 전 단계에서 추종하는 매핑된 연료 분사 지속 시간에서의 연료 분사 개시 시점을 기준으로 하여 현 단계의 연료 분사 지속 시간(Tnew)동안 연료가 분사될 수 있도록 한다(S7).

이렇게 해서 제어되는 연료 분사 시기 제어는 다시 최초의 운전 조건 판단 단계로 리턴되면서 동일한 희박 연소 구간에서는 계속 상기에서의 과정으로 제어되도록 한다.

한편 상기와 같은 연료 분사 지속 시간의 변화량(ΔT)에 대한 ECU에서의 기설정 기준값(Tres)은 0.5ms로서 설정되도록 하는 것이 가장 바람직하다.

이와 같은 제어방법으로 인한 연료 분사 변화 상태를 도 2의 실시예를 보면서 설명해보기로 한다.

즉 3000rpm에서의 연료 분사 지속 시간이 4ms일 때 연료 분사 종료 시점을 기준으로 매핑된 연료 분사 개시 시점은 172°인바 통상 연료 분사 시기는 6°를 단위로 연료 분사 개시 시점이 변하게 되므로 연료 분사 지속 시간이 4.33ms가 되어서야 연료 분사 개시 시점이 178°가 된다.

또한 178°에서 동일한 연료 분사 종료 시점을 기준으로 하는 매핑값인 205°로 연료 분사 개시 시점이 이동하게 되는 경우 이때의 연료 분사 지속 시간은 5.83ms가 된다.

따라서 연료 분사 지속 시간의 변화량(ΔT)에 대한 기준값(Tres)이 0.5ms라고 할 때 이렇게 엔진이 구동 중 연료 분사 지속 시간이 4ms에서 4.33ms로 변하게 되면 연료 분사 지속 시간의 변화량은 즉 4.33ms-4ms=0.33ms이므로 변화량 절대값(|0.33|)은 ECU에 기설정된 기준값(0.5ms)보다 작게 판단되므로 이때에는 전 단계인 4ms가 추종하는 매핑된 연료 분사 지속 시간은 그대로 4ms이므로 이같은 4ms에서의 연료 분사 개시 시점을 기준으로 하여 연료를 분사하던 것과 같이 동일한 연료 분사 개시 시점에서 현 단계의 연료 분사 지속 시간(4.33ms) 동안 연료가 분사되도록 하므로서 결국 연료 분사 종료 시점이 단축되도록 한다.

이와는 달리 연료 분사 지속 시간이 4ms에서 5.83ms로 변하게 되면 연료 분사 지속 시간의 변화량은 즉 5.83ms-4ms=1.83ms이므로 변화량 절대값(|1.83|)은 ECU에 기설정된 기준값(0.5ms) 보다 크다고 판단되므로 이때에도 전 단계인 4ms가추종하는 매핑된 연료 분사 지속 시간은 그대로 4ms이므로 이같은 4ms에서의 기설정된 연료 분사 종료 시점과 동일한 시점을 기준으로 현 단계의 연료 분사 지속 시간(5.83ms)동안 연료가 분사되도록 하므로서 결국 연료 분사 개시 시점이 이동되도록 한다.

한편 상기와 같이 전 단계의 연료 분사 지속 시간이 추종하는 매핑된 연료 분사 지속 시간을 기준으로 하는 이유는 반로 전 단계에서의 연료 분사 지속 시간이 ECU에 매핑된 값이 아닌 상태일 때 즉 전 단계에서의 연료 분사 지속 시간이 예를들어 4.3ms 또는 4.35ms일 때와 같이 매핑되어 있지 않은 값일 때는 4.3ms 또는 4.35ms가 추종하는 4ms 또는4.33ms에서와 같은 매핑된 연료 분사 지속 시간에서의 연료 분사 개시 및 종료 시점을 기준으로 제어되도록 하기 위한 것이며, 또한 연료 분사 지속 시간의 변화량(ΔT)을 절대값(|ΔT|)으로 하여 기준값(Tres)과를 비교하게 되는 이유는 상기와 같은 증속시와는 반대인 감속시에도 동일한 방법에 의해서 제어될 수 있도록 하기 위한 것이다.

따라서 엔진 구동력이 기준값(Tres)보다 크게 갑자기 증감될 때에는 연료 분사 시점이 변하면서 운전 상태에 따라 적절히 대응할 수가 있도록 하는 반면 구동력이 기준값(Tres)보다 작게 서서히 증감될 때에는 연료의 분사 시점 변화가 거의 발생되지 않으므로서 엔진 구동성을 대폭적으로 안정시킬 수가 있도록 한다.

그러므로 본 발명에 따른 제어방법에 의해 희박 공연비에서의 운전 중 급가감속이 아닌 완만한 운전 변화 조건에서는 연료의 분사 시기 조정을 수행시키지 않도록 하므로서 엔진 구동성을 안정되게 유지되도록 하는 동시에 운전성을 향상시키게 되는 유용한 효과가 있게 된다.

Claims (1)

1. 엔진이 구동 중 운전 조건이 희박 연소 구간인지를 판단하는 단계와(S1);

   전 단계에서의 연료 분사 지속 시간(Told)을 체크하는 단계와(S2);

   현 단계에서의 연료 분사 지속 시간(Tnew)을 체크하는 단계와(S3);

   상기 단계에서 체크한 연료 분사 지속 시간 변화량(ΔT)을 산출하는 단계와(S4);

   산출된 연료 분사 지속 시간 변화량의 절대값(|ΔT|)이 기설정된 기준값(Tres)보다 큰지를 판단하는 단계와(S5);

   상기의 단계에서 변화량 절대값(|ΔT|)이 기준값(Tres)보다 크면 전 단계에서 추종하는 매핑된 연료 분사 지속 시간에서의 연료 분사 종료 시점을 기준으로 연료 분사 지속 시간(Tnew) 동안 연료가 분사되도록 하는 단계와(S6);

   상기의 단계에서 변화량 절대값(|ΔT|)이 기준값(Tres)보다 작으면 전 단계에서 추종하는 매핑된 연료 분사 지속 시간에서의 연료 분사 개시 시점을 기준으로 연료 분사 지속 시간(Tnew) 동안 연료가 분사되도록 하는 단계(S7);

   로서 제어되도록 하는 것을 특징으로 하는 린 번 엔진에서의 연료 분사 시기 제어방법.

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