KR100302426B1 - 내연기관의연료시스템진단방법및시스템 - Google Patents

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Abstract

직접 분사식 가솔린 엔진과 같은 내연 기관의 연료 시스템용 진단 시스템은 피드백 연료 압력 제어에서 목표 연료 압력에 대한 연료 압력 센서에 의해 검출된 실제 연료 압력의 압력 편차를 모니터링하고, 이에 의해 연료 시스템의 비정상을 검출한다. 압력 편차가 정상 범위를 계속해서 벗어날 때에는, 진단 제어기는 화학량론적 균질 연소 모드의 엔진 작동을 명령하고, 화학량론적 균질 연소 모드에서의 엔진 작동 중에 화학량론적 피드백 공연 제어의 피드백 보정량을 모니터링한다. 제어기는 공연비의 피드백 보정량이 상한값 또는 하한값에 고정되면 비정상이 연료 압력 센서에 기인하는 것으로 판정한다.

Description

내연 기관의 연료 시스템 진단 방법 및 시스템 {DIAGNOSIS FOR FUEL SYSTEM OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연 기관에 관한 것으로, 특히 직접 분사식 엔진이나 희박 연소 엔진 등의 엔진용 피드백 연료 압력 제어 시스템에 대한 진단 시스템 또는 방법에 관한 것이다.
최근에, 가솔린 엔진과 같은 불꽃 점화 기관에서 실린더 내에 직접 연료를 분사하는 기술은 부분 부하 영역에서 층상 급기 연소를 선택적으로 사용함으로써 연료 효율을 향상시키기 위해 한창 개발 중이다. 흡기 포트 내로 가솔린을 분사하는 형식의 종래의 엔진에서, 공연 혼합물은 연소실로 공급된다. 이에 비해, 직접분사식 엔진은 연료의 공급(거리/속도) 지연에 따라 과도 운전 특성의 악화와 배기 특성의 악화를 방지할 수 있다.
직접 분사 엔진의 종래의 일 예에는 효율적인 연료 분무를 위해 연료 압력을 증가시키는 고압 연료 펌프와, 연료 압력을 엔진 작동 상태에 따라서 결정되는 목표 연료 압력으로 피드백 제어하는 데 사용되는 연료 압력 센서가 구비된다(이것은 일본 실용신안 등록 공개 평5-69374호, 1996년 9월에 발행된 신 모델 매뉴얼인 "도요다 코로나 프레미오(TOYODA CORONA PREMIO)"의 1 내지 59 페이지, 또는 일본 특허 공개 평5-321783호에 개재되어 있음).
본 발명의 목적은 내연 기관용 연료 시스템에 대한 정확한 진단을 할 수 있게 하는 진단 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
특히, 본 발명에 따른 진단 방법 및 시스템은 종래의 진단 시스템에서 연료 압력 센서 및 연료 펌프용 구동 솔레노이드의 단선이나 회로 단락과 같은 결정적인 고장을 통상적으로 검출하는 것 외에 여러 가지 이상을 검출하도록 구성되어 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 시스템을 도시하는 개략도.
도2는 도1의 엔진 시스템에서 제어 유닛에 의해 실행되는 피드백 연료 압력 제어 루틴의 순서도.
도3은 도1의 제어 유닛에 의해 실행되는 진단 루틴의 순서도.
도4는 도1의 엔진 시스템에서 연료 압력 센서의 특성을 도시하는 선도.
도5는 도1의 엔진 시스템에서 고압 레귤레이터의 기본 특성을 도시하는 선도.
도6은 본 발명의 실시예에 따른 엔진 시스템의 실용적인 일예를 도시하는 개략도.
도7은 도1에 도시된 제어 유닛에 의해 형성된 진단 제어 시스템을 도시하는 블록 선도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 내연 기관
2 : 연료 분사기
3 : 연소실
10 : 저압 연료 펌프
13 : 저압 레귤레이터
14 : 고압 연료 펌프
15 : 고압 연료 통로
16 : 고압 레귤레이터
17 : 제어 유닛
18 : 크랭크 각도 센서
19 : 공기 유량계
20 : 연료 압력 센서
21 : 공연비 센서
본 발명에 의하면, 내연 기관용 연료 시스템의 이상을 검출하는 진단 제어 방법 또는 시스템(또는 장치)은,
실제 연료 압력을 검출하는 구성 요소와,
목표 연료 압력에 대한 연료 압력 센서에 의해 검출된 실제 연료 압력의 압력 편차를 감소시키기 위하여 피드백 연료 압력 제어를 실행하는 압력 제어 요소와,
실제 연료 압력을 모니터링 함으로써 연료 시스템의 비정상을 검출하는 비정상 검출 요소와,
비정상이 검출되면 화학량론적 균질 급기 연소 모드와 같은 농후 연소 모드에서 피드백 공연비 제어를 실행하는 농후 연소 모드 실행 요소와,
농후 연소 모드의 엔진 작동 중에 피드백 공연 제어의 실행을 모니터링 함으로써 비정상이 연료 압력 센서의 프로세스에 기인하는지의 여부를 판정하는 진단 요소를 포함한다.
이러한 진단 제어 방법 또는 시스템은 연료 압력 제어 시스템과 공연비 제어 시스템 모두에서의 거동을 모니터링 함으로써 연료 시스템의 이상을 정확하게 검출할 수 있으므로, 이 진단 제어 시스템은 비정상 상태에 대비하여 주행 성능을 용이하게 보호할 수 있으며, 또한 수리에 필요한 시간을 감소시킬 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진 시스템을 도시한다. 엔진 시스템은 주 구성 요소로서 내연 기관(1)과, 그 외 다른 구성 요소를 포함한다. 이러한 예에서, 엔진(1)은 차량의 원동기로서 사용된다.
도1에 도시된 바와 같이, 엔진(1)은, 각각의 실린더에, 연소실(3) 내로 직접 연료를 분사하는 전자식 연료 분사기(2)와, 흡기 밸브(5)를 갖춘 적어도 하나의 흡기 포트(4)와, 점화 플러그(6)와, 배기 밸브(7)를 갖춘 적어도 하나의 배기 포트 (8)를 구비한다.
이러한 예에서, 엔진(1)은 직접 분사식의 불꽃 점화 내연 기관이다. 연료분사기(2)는 흡기 포트(4)와 흡기 밸브(5)를 통해서 연소실(3) 내로 유입된 새로운 흡입 공기에 연료를 분사함으로써 공연 혼합물을 발생시키고, 점화 플러그(6)는 전기 불꽃에 의해 공연 혼합물을 점화시킨다. 배기 가스는 연소실(3)로부터 배기 포트(8)와 배기 밸브(7)를 통해서 이송되어, 촉매 컨버터와 머플러를 통해서 외부로 배출된다.
본 실시예에서, 엔진(1)의 연소 모드는 층상 급기 연소 모드와 균질 급기 연소 모드 사이에서 전환된다. 층상 연소 모드에서, 분사기(2)는 층상 연소 혼합물을 점화 플러그(6)의 주위에 가깝게 발생시키기 위해서 압축 행정 중에 연료를 분사시킨다. 균질 연소 모드에서, 연료는 균질한 공연 혼합물을 발생시키기 위해서 흡기 행정 중에 분사된다. 이 엔진 시스템은 하나 이상의 엔진 작동 상태에 따라서 연소 모드를 층상 연소 모드와 균질 연소 모드 사이에서 전환시킨다.
저압 연료 펌프(또는 제1 연료 펌프)(10)는 연료 탱크(9)로부터 연료를 토출시켜, 저압 연료 통로 내에서 이 저압 연료 통로를 제1 펌프(10)로부터 필터(12)로 연장된 상류부(11A)와 필터(12)로부터 고압 연료 펌프(14)로 연장된 하류부(11B)로 분리하는 위치에 배치된 연료 필터(12)를 통해서 고압 연료 펌프(또는 제2 연료 펌프)(14)로 연료를 비교적 저압으로 공급한다. 저압 레귤레이터(13)는 하류부(11B)로부터 분기되어 연료 탱크(9)까지 연장된 연료 통로 내에 배치된다. 저압 레귤레이터(13)에 의해서, 고압 연료 펌프(14)로 공급되는 연료의 압력은 소정의 일정한 저압으로 유지된다.
본 실시예의 고압 연료 펌프(14)는 엔진(1)의 크랭크 축이나 캠 축에 의해직접 구동되거나 기어 또는 벨트를 통해서 구동된다. 고압 연료 펌프(14)는 저압 펌프(10)로부터 연료 통로부의 하류부(11B)를 통해서 저압 연료를 수용하여, 이 연료의 압력을 고압으로 증가시킨다. 고압 레귤레이터(16)는 고압 펌프(14)로부터 고압 연료 통로(15) 내로 배출되는 연료의 압력을 제어하여, 연료 분사기(2)로 공급되는 연료의 압력을 제어하는 연료 압력 제어 시스템의 제어 요소로서 기능한다. 본 실시예에서, 고압 레귤레이터(16)는 고압 펌프(14)와 단일 유닛으로 결합되어 있다. 고압 연료 통로(15)는 연료를 제어된 압력으로 각각의 연료 분사기(2)에 공급한다. 이러한 예의 고압 레귤레이터(16)는 듀티 솔레노이드를 갖는다. 이 연료 시스템은 듀티 인자 제어 시스템의 방식으로 듀티 솔레노이드의 듀티 비를 제어함으로써 분사기(2)로 공급되는 연료의 압력을 목표 연료 압력으로 제어할 수 있다.
제어 유닛(17)은 하나 이상의 엔진 작동 상태에 따라서 결정된 제어 펄스 폭을 갖는 펄스 신호를 보냄으로써 각각의 분사기(2)를 제어한다. 펄스 신호에 응답하여, 각각의 분사기(2)는 연료 분사 시기에 목표 연료 압력으로 제어된 연료를 대응 연소실(3) 내로 분사한다. 본 실시예의 제어 유닛(17)은 주 구성 요소로서 마이크로 컴퓨터를 포함한다.
제어 유닛(17)에 필요한 입력 정보는 입력부에 의해 수집된다. 입력부는 엔진 및 차량의 여러 가지 작동 상태를 검출하거나 운전자의 명령을 수용함으로써 입력 정보를 수집하는 입력 장치를 포함한다. 입력부로부터, 제어 유닛(17)은 여러 가지 제어 작동을 위한 정보를 수신한다. 도1에 도시된 예에서, 입력부는 엔진(1)의 크랭크 각도 검출용 크랭크 각도 센서(18)와, 흡기량 검출용 공기 유량계(또는공기 유량 센서)(19)와, 연료 압력 센서(20)와, 실제 공연비를 결정하기 위해 배출 가스의 산소 함유량을 검출하는 배기 다기관의 하류 측에 배치된 공연비 센서(또는 산소 센서)(21)를 포함한다. 크랭크 각도 센서(18)는 연료 분사를 제어하기 위하여 엔진 속도를 검출하는 데 사용된다. 또한, 크랭크 각도 센서(18)는 고압 연료 펌프(14)의 회전 속도를 검출하는 데에도 사용된다. 연료 압력 센서(20)는 고압 펌프(14)로부터 분사기(2)로 연장된 고압 연료 통로(15) 내의 연료 압력을 검출한다. 이들 센서에 의해 발생된 신호는 제어 유닛(17)으로 전달된다.
입력 정보에 따라서, 제어 유닛(17)은 각각의 분사기(2)로 보내는 연료 분사 펄스 신호의 펄스 폭을 제어함으로써 연료 분사량을 제어하고, 또한 연료 분사 시기도 제어한다.
또한, 제어 유닛(17)은 도3에 도시된 바와 같이 연료 압력도 제어한다.
도2는 피드백 연료 압력 제어 루틴을 도시한다.
단계 S1에서, 제어 유닛(17)은 엔진 속도(Ne)와 엔진 부하를 나타내는 연료 분사량(TI)과 같은 엔진 작동 변수에 따라서 목표 연료 압력(tFP)을 산출한다.
단계 S2에서, 제어 유닛(17)은 연료 압력 센서(20)에 의해 검출된 실제 연료 압력(FP)을 판독한다.
단계 S3에서, 제어 유닛(17)은 목표 연료 압력(tFP)에 대한 실제 연료 압력 (FP)의 압력 편차(△P)를 결정하고, 또한 이 압력 편차로부터, PID 제어 법칙과 같은 소정의 제어 법칙(또는 제어 작동)에 따라서 피드백 압력 제어량을 산출한다.
단계 S4에서, 제어 유닛(17)은 피드백 연료 압력 제어량을 나타내는 연료 압력 제어 신호를 발생시키고, 이 연료 압력 제어 신호를 고압 연료 펌프(14)의 고압 레귤레이터(16) 내의 듀티 솔레노이드로 보낸다. 그래서, 배출 연료량은 피드백 압력 제어량에 따라서 제어된다. 본 실시예에서, 피드백 연료 압력 제어 시스템은 적어도 제어 유닛(17), 연료 압력 센서(20) 및 고압 레귤레이터(16)에 의해서 형성된다.
도3은 연료 시스템의 이상 상태를 검출하는 진단 루틴을 도시한다.
단계 S11에서, 제어 유닛(17)은 목표 연료 압력(tFP)에 대한 연료 압력 센서(20)에 의해 검출된 실제 연료 압력(FP)의 압력 편차(△P)가 소정의 압력 편차값(△Pa)과 같거나 이보다 더 큰 지의 여부를 판정한다.
압력 편차가 소정의 편차값(△Pa)과 같거나 이보다 더 크면, 제어 유닛(17)은 단계 S11로부터 단계 S12로 진행시킨다. 단계 S12에서, 제어 유닛은 압력 편차가 소정의 편차값(△Pa)과 같거나 이보다 더 큰 상태가 소정의 시간 길이(Tb)와 같거나 이보다 더 긴 지속 시간 동안 계속되는지의 여부를 판정한다.
이렇게 압력 편차가 과도한 상태가 소정 시간 길이(Tb)와 같거나 이보다 더 길게 지속되면, 제어 유닛(17)은 연료 시스템에 이상이 있음을 판정하고 단계 S12로부터 단계 S13으로 진행시킨다.
단계 S13에서, 제어 유닛(17)은 공연비가 공연비 센서(16)에 의해 검출된 공연비에 따라서 이론 공연비로 피드백 제어되도록 하는 화학량론적 균질 연소 모드의 엔진 작동을 명령한다. 그러므로, 엔진(1)은 화학량론적 균질 연소 모드에서 작동된다. 예를 들어, 단계 S13 전에 엔진이 층상 연소 모드에서 작동된다면, 제어 유닛(17)은 단계 S13에서 연소 모드를 층상 연소 모드로부터 화학량론적 균질 연소 모드로 강제적으로 전환시킨다. 이러한 실시예에 따른 제어 시스템은 하기한 바와 같이 비정상 상태를 찾아내기 위하여, 또한 안정된 주행 성능을 유지시키기 위하여 화학량론적 균질 연소 모드를 실행한다. 층상 급기 연소는 연료 시스템의 비정상에 의해 쉽게 영향을 받지만, 균질 연소는 보다 안정된 연소를 제공할 수 있다.
단계 S14에서, 제어 유닛(17)은 화학량론적 균질 연소 모드에서 피드백 공연비 제어의 피드백 보정량(α)을 결정한다. 피드백 공연비 보정량(α)은 I 제어 법칙 또는 PI 제어 법칙과 같은 소정의 제어 법칙(또는 제어 작동)에 따라서 결정된다.
단계 S15에서, 제어 유닛(17)은 피드백 공연비 보정량(α)이 이론 공연비에 해당하는 기준값(100%)의 어느 한 쪽에서 상한값(예를 들어, 125%) 또는 하한값(예를 들어, 75%)에서 벗어나지 않은 상태인지의 여부를 판정한다.
피드백 보정량(α)이 상한값 또는 하한값과 동일하면, 제어 유닛(17)은 단계 S16으로 진행시키고, 압력 센서(20)에 이상이 있음을 판정한다. 연료 압력 센서 (20)에 의해 발생된 센서 신호가 비정상이면, 비정상 센서 신호로부터 산출된 연료 분사량은 정확하지 않으므로, 제어 시스템은 연료 분사량을 적절하게 제어할 수 없게 된다. 그러므로, 제어 시스템은 오차를 보정하는 방향으로 피드백 보정량(α)을 증가시키거나 감소시킨다. 그 결과, 피드백 보정량(α)은 상한값 또는 하한값을 벗어나지 않거나 상한값 또는 하한값과 동일하게 지속적으로 유지된다.
피드백 보정량(α)이 상한값 또는 하한값을 벗어나지 않고 중간값의 양 쪽에서 변동하면, 제어 유닛(17)은 연료 압력 센서(20)가 정상이고, 또한 피드백 공연 제어가 정상임을 판정하여, 비정상이 고압 레귤레이터(16)의 이상 또는 배선 하네스의 접촉 불량 또는 어떤 다른 원인에 기인하는지를 판정하기 위해 단계 S15로부터 단계 S17로 진행시킨다.
연료 압력 제어 시스템의 비정상은 공연비 제어 시스템의 제어 실행에 영향을 미친다. 이러한 관계를 검사함으로써, 이 제어 시스템은, 화학량론적 피드백 공연비 제어가 여전히 허용 범위 내에 있다면, 연료 압력 센서가 여전히 적절하게 기능하고 있는 것으로 추정한다.
이러한 엔진 시스템은, 비정상 상태가 연료 시스템에서 검출되면, 연소 모드를 층상 급기 연소 모드, 균질 희박 연소 모드 또는 어떤 다른 희박 연소 모드로부터 화학량론적 균질 연소 모드로 전환시킴으로써 연소의 안정성을 유지시킬 수 있다. 더욱이, 제어 시스템은 화학량론적 균질 모드에서 피드백 공연비 보정량을 모니터링 함으로써 연료 압력 센서(20)의 이상과 연료 압력 센서(20)와 무관한 이상을 구별할 수 있다. 그러므로, 이 시스템은 수리에 필요한 시간을 감소시킬 수 있다.
실제 연료 압력(FP)이 목표 연료 압력(tFP)에 부합하는지의 여부를 결정하는 데 사용되는 소정의 편차값(△Pa)은 목표 연료 압력(tFP)에 따라서 변동될 수 있다. 목표 연료 압력이 높으면, 목표 연료 압력에 대한 실제 연료 압력의 압력차 (또는 압력 편차)는 증가되는 경향이 있다. 그러므로, 소정의 편차값(△Pa)은 목표 연료 압력이 높으면 증가되고, 소정의 편차값(△Pa)은 목표 연료 압력이 낮으면 감소된다. 이러한 방식으로 소정의 편차값(△Pa)을 조절함으로써, 제어 시스템은 연료 압력이 목표 압력까지 이르게 되었는지의 여부를 정확하게 검출할 수 있다.
도3에 도시된 단계 S15에서의 진단 검사 대신에, 압력 편차(△P)(=tFP-FP)의 플러스 부호 또는 마이너스 부호 및 피드백 보정량(α)과 기준값(1)의 편차(α-1)의 플러스 부호 또는 마이너스 부호의 조합을 검사함으로써 진단 동작을 실행할 수 있다. 이 경우에, 제어 시스템은 피드백 연료 압력 제어를 실행하지만, 제어 시스템은 검출된 연료 압력에 의거하여 기본 연료 분사량(Tp)을 보정(수정)하지 않는다.
연료 압력 센서(20)가 비정상이고, 검출된 값이 상한값 또는 하한값을 벗어나지 않으면, 압력 편차(△P)(=tFP-FP)는 마이너스 또는 플러스 값으로 지속적으로 유지되고, 이렇게 잘못 검출된 연료 압력에 의거한 피드백 연료 압력 제어는 실제 연료 압력의 감소 또는 증가를 야기한다. 실제 연료 압력의 감소 또는 증가에 응답하여, 피드백 공연 보정량(α)은 연료 분사량의 변동을 억제하기 위하여 증가되거나 감소되고, 편차(α-1)는 플러스 또는 마이너스 값이 된다. 그러므로, 제어 유닛(17)은, 압력 편차(tFP-FP)가 마이너스 값이고 편차(α-1)가 플러스 값일 때, 연료 압력 센서(20)의 검출값을 상한값에 고정시키는 비정상 상태가 존재함을 판정한다. 편차(tFP-FP)가 플러스 값이고 편차(α-1)가 마이너스 값일 때, 제어 유닛(17)은 연료 압력 센서(20)의 검출값을 하한값에 고정시키는 비정상 상태가 발생되었음을 판정한다.
한편, 고압 레귤레이터(16)에 대한 제어 듀티(DUTY)가 개방 밸브 측에 고정되면, 실제 연료 압력(FP)은 목표 연료 압력(tFP) 이하로 감소되고, 편차(tFP-FP)는 플러스 값이 된다. 이러한 실제 연료 압력(FP)의 감소에 응답하여, 기본 연료 분사량(Tp)은 감소되고, 피드백 공연비 보정량(α)은 증가되고, 편차(α-1)는 플러스 값이 된다.
제어 듀티(DUTY)가 폐쇄 밸브 측에 고정되면, 실제 연료 압력(FP)은 목표 연료 압력(tFP) 이상으로 증가되고, 편차(tFP-FP)는 마이너스 값이 된다. 이러한 실제 연료 압력(FP)의 증가에 응답하여, 기본 연료 분사량(Tp)은 증가되고, 피드백 공연비 보정량(α)은 감소되고, 편차(α-1)는 마이너스 값이 된다.
그러므로, 제어 시스템은 편차(tFP-FP)가 플러스 값이고 편차(α-1)가 플러스 값일 때에도 고압 레귤레이터(16)를 개방 측에 고정시키는 비정상 상태에 있음을 판정한다. 편차(tFP-FP)와 편차(α-1)가 모두 마이너스 값이면, 제어 시스템은 고압 레귤레이터(16)를 폐쇄 측에 고정시키는 비정상 상태에 있음을 판정한다.
도시된 예의 연료 압력 센서(20)는 도4에 도시된 특성에 따른 전압 신호를 발생시킨다. 고압 레귤레이터(16)는 도5에 도시된 솔레노이드 여자 구동 신호의 듀티 비(%)에 따라서, 제어 연료 압력을 변경시킨다.
도6은, 보다 실용적인 예로서, 도1에 도시된 시스템과 거의 같은 엔진 시스템을 도시한다. 도6의 엔진 시스템은 도1의 엔진 시스템에 도시된 바와 같이, 연료 탱크(F/TANK)와, 전기 모터에 의해 구동되는 공급 펌프(또는 저압 연료 펌프)와, 엔진의 캠 축에 의해 구동되는 고압 연료 펌프와, 제어 유닛으로부터 받은 연료 압력 제어 신호에 응답하여 연료 압력을 제어하는 고압 레귤레이터와, 적어도 하나의 연료 분사기(F/INJ)와, 적어도 하나의 점화 플러그를 포함한다. 크랭크 각도 센서는 각 유닛 크랭크 각도의 신호인 POS 신호를 발생시키는 유닛과, 소정의 크랭크 각도의 각각의 각도 변위의 신호인 REF 신호를 발생시키는 유닛을 가진다. 또한, 도6은 연료 분사기를 구동시키는 분사기 구동 유닛(INJ D/U)과, 차량 운전자에 의해 작동되는 액셀레이터 페달(A/PEDAL)과, 액셀레이터 페달의 누름 정도를 검출하는 액셀레이터 위치 센서와, 흡기량을 제어하는 전자 제어 스로틀 밸브와, 공기 정화기(A/CLNR)와, 공기 유량계(AFM)와, O2센서를 도시한다. 제어 유닛은 도1의 제어 유닛(17)과 같은 방식으로 도2 및 도3의 제어 및 진단 루틴을 실행한다.
도1 (또는 도6)의 엔진 시스템은 도7에 도시된 제어 시스템으로서 간주될 수 있다.
압력 측정부(101)는 엔진용 연료 분사기로 공급되는 실제 연료 압력(FP)을 측정하는 입력부이다. 압력 측정부(101)는 단계 S2에 해당된다. 압력 측정부(101)는 연료 압력 센서(20)를 포함한다.
압력 제어부(102)는 목표 연료 압력(tFP)에 대한 검출된 (또는 측정된) 실제 연료 압력(FP)의 압력 편차를 감소시키기 위해 피드백 연료 압력 제어 신호를 발생시킨다. 압력 제어부(102)는 단계 S3에 해당된다. 압력 제어부(102)는 엔진 작동 상태 센서로부터 입력 정보를 수신함으로써 하나 이상의 엔진 작동 상태에 따라서 목표 연료 압력을 산출하는 제1 보조부와, 압력 측정부(101)로부터 실제 압력 신호를 수용하고 제1 보조부로부터 목표 연료 압력 신호를 수신함으로써 목표 연료 압력에 대한 검출된 실제 연료 압력의 압력 편차를 산출하는 제2 보조부와, 제2 보조부에 의해 산출된 압력 편차에 따라서 피드백 연료 압력 제어 신호를 발생시키는 제3 보조부를 포함한다. 제1 보조부는 단계 S1에 해당되고, 제2 및 제3 보조부는 단계 S3에 해당된다.
비정상 검출부(103)는 실제 연료 압력이 목표 연료 압력까지 이르게 되는 상태를 모니터링함으로써 엔진의 연료 시스템의 비정상을 검출한다. 비정상 검출부(103)는 단계 S11 및 S12에 해당된다.
농후 연소 모드 실행부(104)는, 비정상이 검출되고 또한 엔진이 농후 연소 모드에서 작동되지 않으면, 연소를 화학량론적 균질 연소 모드와 같은 농후 연소 모드로 전환시키는 기능을 한다. 농후 모드 실행부(104)는, 비정상 모드가 검출되면, 화학량론적 균질 급기 연소 모드의 화학량론적 피드백 공연비 제어를 실행시키는 것이 바람직하다. 농후 모드 실행부(104)는 단계 S13에 해당된다.
진단부(105)는 화학량론적 균질 연소 모드에서 화학량론적 피드백 공연 제어의 제어 거동을 나타내는 공연비의 편차와 같은 변수를 모니터링함으로써, 비정상이 압력 측정부(101)에 기인하는지의 여부를 판정한다. 진단부(105)는 단계 S15 내지 S17에 해당된다.
제어 시스템은 도7에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 하기의 부분을 더 포함한다.
출력부 또는 출력 장치(106)는 진단부(105)로부터 진단 결과를 수신한다. 출력부(106)는 진단부(105)의 진단 결과에 대하여 가시적 또는 가청적 경고 메시지를 발생시키는 경고 표시기 또는 경고 장치의 형태이다. 선택적으로, 또는 경고 장치에 부가하여, 출력부(106)는 엔진이나 차량의 작동 상태를 진단부(105)에 의해 결정된 비정상 상태로 조절하도록 엔진이나 차량을 제어하는 다른 하나의 엔진이나 차량 제어 시스템 또는 자동 안전 시스템을 형성하는 하나 이상의 구성 요소를 포함한다. 또는, 출력부(106)는 진단부(105)로부터 공급된 진단 결과에 대한 정보를 저장하는 기억 장치를 포함한다.
작동부(108)는 연료 압력 제어부(102)로부터 공급된 연료 압력 제어 신호에 응답하여 연료 압력을 변경시키거나 조절한다. 도1의 예에서, 작동부(108)는 적어도 고압 연료 레귤레이터(16)를 포함한다. 작동부(108)는 단계 S4에 해당된다. 예를 들어, 작동부(108)는 고압 레귤레이터(16)를 포함하거나, 또는 고압 레귤레이터(16)의 듀티 솔레노이드만을 포함하거나, 또는 고압 펌프와 레귤레이터(14, 16)의 결합체를 포함한다.
입력부(110)는 하나 이상의 엔진 작동 센서를 포함하며, 예를 들어 엔진 부하 및 엔진 속도를 나타내는 엔진 작동 변수를 결정하기 위하여 하나 이상의 엔진 작동 상태에 대한 입력 정보를 수집한다. 입력부(110)는 하나 이상의 크랭크 각도 센서, 액셀레이터 위치 센서 및 공기 유량 센서를 포함한다.
연소 제어부(112)는 입력부(110)와 연료 압력 측정부(101)에 의해 수집된 입력 정보에 따라서 엔진의 연소를 제어하기 위한 것이다. 예를 들어, 연소 제어부 (112)는 엔진 작동 변수에 따라서 목표 공연비 (또는 목표 등가비)를 변경시킴으로써 엔진의 연소 모드를 제1 연소 모드와 화학량론적 균질 연소 모드 사이에서 전환시킨다. 제1 연소 모드는 층상 급기 연소 모드이거나 균질 희박 연소 모드 또는 어떤 다른 희박 연소 모드이다. 특히, 제어부(112)는 엔진으로 공급되거나 또는 엔진 내에 발생된 공연 혼합물의 공연비를 피드백 제어하는 람다(lambda) 제어기로서 기능한다.
작동부(114)는, 예를 들어 연료 분사량, 흡기량 및 분사 시기를 변경함으로써 공연비를 변경시키고, 연소를 층상 급기 연소 모드와 같은 제1 연소 모드와 균질 급기 연소 모드와 같은 제2 연소 모드의 사이에서 전환시키는 하나 이상의 액츄에이터를 포함한다.
실제 연료 압력이 목표 연료 압력까지 이르지 않으면, 본 발명에 따른 제7도의 제어 시스템은 비정상 상태가 연료 압력 센서 또는 연료 압력 제어 시스템 내에 발생한 것으로 판정하고, 엔진 연소 모드를 피드백 공연비 제어가 농후 공연비 수준으로 실행되는 화학량론적 균질 급기 연소 모드와 같은 농후 연소 모드로 전환시킨다. 연소 모드를 층상 급기 연소 모드나 균질 희박 연소 모드와 같은 희박 연소 모드로부터 화학량론적 균질 모드와 같은 농후 연소 모드로 전환시킴으로써, 제어 시스템은 비정상에 대하여 안정된 연소를 보호할 수 있다.
화학량론적 균질 모드와 같은 농후 모드에서의 엔진 작동 중에 화학량론적 비율과 같은 목표 농후 공연비에 대한 검출된 실제 공연비의 편차가 크면, 제어 시스템은 연료 압력 센서에 이상이 있음을 판정한다. 연료 압력 센서의 신호의 비정상은 연료 분사량의 산출을 부적당하게 하므로, 공연비의 편차를 증가시킨다. 한편, 공연비의 편차가 영이면, 제어 시스템은 연료 압력 제어 시스템에 이상이 있음을 판정한다.
본 발명은, 압축 행정 시에 층상 연소 모드 분사에 보다 높은 연료 압력이 필요하고 연료 압력의 피드백 제어가 연료 압력을 엔진 작동 상태에 따라서 변동되는 목표 연료 압력으로 조절하는 데 중요한, 실린더 내 직접 분사 엔진에 적용되면 유리하다. 그러나, 본 발명은 실린더 내 직접 분사 엔진에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명은 예를 들어 희박 연소 엔진에도 적용할 수 있다.
본 발명은 일본 특허 출원 평9-232007호를 기초로 한 것이다. 1997년 8월 27일에 출원된 일본 특허 출원 평 9-232007호의 전체 내용은 본 명세서에 참고로 포함하고 있다.
본 발명의 진단 제어 방법 또는 시스템에 의하면, 연료 압력 제어 시스템과 공연비 제어 시스템 모두에서의 거동을 모니터링함으로써 연료 시스템의 이상을 정확하게 검출할 수 있으므로, 비정상 상태에 대비하여 주행 성능을 용이하게 보호할 수 있으며, 또한 수리에 필요한 시간을 감소시키는 효과가 있다.

Claims (20)

  1. 연료 분사식 내연 기관용 연료 시스템의 이상을 검출하는 진단 제어 방법에 있어서,
    연료 압력 센서로 실제 연료 압력을 검출하는 압력 검출 단계와,
    목표 연료 압력에 대한 연료 압력 센서에 의해 검출된 실제 연료 압력의 압력 편차를 감소시키기 위하여 피드백 연료 압력 제어를 실행하는 압력 제어 단계와,
    실제 연료 압력을 모니터링함으로써 연료 시스템의 비정상을 검출하는 비정상 검출 단계와,
    비정상이 검출되면 소정의 농후 연소 모드에서 피드백 공연비 제어를 실행하는 농후 연소 모드 실행 단계와,
    농후 연소 모드에서 피드백 공연 제어의 실행을 모니터링함으로써 비정상이 연료 압력 센서에 기인하는지의 여부를 판정하는 진단 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 진단 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 소정의 농후 연소 모드는 화학량론적 균질 급기 연소 모드이고, 압력 검출 단계는 연료를 연료 펌프로부터 연료 분사기로 공급하는 연료 공급 통로 내의 실제 연료 압력을 검출함으로써 실행되고, 비정상 검출 단계는 검출된 연료 압력이 목표 연료 압력까지 이르게 되었는지의 여부를 검사하고 검출된 연료 압력이 목표 연료 압력까지 이르게 되지 않았으면 비정상이 존재하는 것으로 판정함으로써 실행되고, 진단 단계는 이론 공연비에 대한 실제 공연비의 공연비 편차에 따라서 연료 압력 센서의 이상과 연료 압력 센서와 무관한 이상을 구별함으로써 실행되는 것을 특징으로 하는 진단 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서, 비정상 검출 단계는 목표 연료 압력에 대한 실제 연료 압력의 압력 편차를 모니터링함으로써 실행되고, 진단 단계는 피드백 공연비 제어에서 발생되는 신호를 모니터링함으로써 실행되는 것을 특징으로 하는 진단 제어 방법.
  4. 제3항에 있어서, 농후 연소 모드는 화학량론적 균질 급기 연소 모드이고, 진단 단계는 농후 연소 모드의 목표 공연비에 대한 실제 공연비의 공연비 편차와 피드백 공연 제어의 피드백 보정량 중 어느 하나의 제어 변수를 모니터링함으로써 실행되는 것을 특징으로 하는 진단 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서, 농후 연소 모드 실행 단계는 비정상이 검출되면 엔진 작동을 희박 연소 모드로부터 화학량론적 균질 연소 모드로 강제적으로 전환시킴으로써 실행되는 것을 특징으로 하는 진단 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서, 희박 연소 모드는 층상 급기 연소 모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 진단 제어 방법.
  7. 제4항에 있어서, 비정상 검출 단계에서, 연료 시스템의 비정상을 나타내는 비정상 신호는, 목표 연료 압력에 대한 검출된 연료 압력의 압력 편차가 소정의 시간 길이와 같거나 이보다 더 긴 지속 시간 동안 소정의 정상 범위를 벗어날 때에 발생되는 것을 특징으로 하는 진단 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서, 비정상 검출 단계는 압력 편차가 정상 범위를 벗어났는지의 여부를 결정하기 위하여 압력 편차를 소정의 편차값과 비교하는 단계를 포함하고, 소정의 편차값은 목표 연료 압력에 따라서 변동되는 것을 특징으로 하는 진단 제어 방법.
  9. 제4항에 있어서, 진단 단계는, 공연비 제어의 피드백 보정량이 소정의 상한값 및 하한값 중 하나에 고정되면 연료 압력 센서의 이상을 나타내는 제1 경고 신호를 발생시키고, 그렇지 않으면 비정상이 연료 압력 센서에 기인하지 않는다는 것을 나타내는 제2 경고 신호를 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 진단 제어 방법.
  10. 제4항에 있어서, 진단 단계는, 압력 편차가 플러스 값인지의 여부를 결정하고, 소정의 기준값에 대한 피드백 보정량의 보정량 편차가 플러스 값인지의 여부를 결정하고, 압력 편차와 보정량 편차 중 하나가 마이너스 값이고 압력 편차와 보정량 편차 중 다른 하나가 플러스 값이면 제1 경고 신호를 발생시키고, 압력 편차와 보정량 편차가 모두 플러스 값이고 또한 압력 편차와 보정량 편차가 모두 마이너스 값이면 제2 경고 신호를 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 진단 제어 방법.
  11. 연료 분사식 내연 기관용 연료 시스템의 이상을 검출하는 진단 제어 시스템에 있어서,
    엔진의 실제 연료 압력을 검출하는 연료 압력 센서와,
    목표 연료 압력에 대한 연료 압력 센서에 의해 검출된 실제 연료 압력의 압력 편차를 감소시키기 위하여 피드백 연료 압력 제어를 실행하는 압력 제어부와,
    실제 연료 압력을 모니터링함으로써 연료 시스템의 비정상을 검출하는 비정상 검출부와,
    비정상이 검출되면 소정의 농후 연소 모드에서 피드백 공연비 제어를 실행하는 농후 연소 모드 실행부와,
    농후 연소 모드에서 피드백 공연 제어의 실행을 모니터링함으로써 비정상이 연료 압력 센서에 기인하는지의 여부를 판정하는 진단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 진단 제어 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 농후 연소 모드는 화학량론적 균질 급기 연소 모드이고, 비정상 검출부는 목표 연료 압력에 대한 실제 연료 압력의 압력 편차를 모니터링하여 목표 연료 압력에 대한 검출된 연료 압력의 압력 편차가 소정의 시간 길이와 같거나 이보다 더 긴 지속 시간 동안 소정의 정상 범위를 벗어날 때에는 연료 시스템의 비정상을 나타내는 비정상 신호를 발생시키고, 진단부는 이론 공연비에 대한 실제 공연비의 공연비 편차와 피드백 공연 제어의 피드백 보정량 중 어느 하나의 제어 변수를 모니터링하는 것을 특징으로 하는 진단 제어 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 진단부는, 공연비 제어의 피드백 보정량이 소정의 시간 길이와 같거나 이보다 더 긴 지속 시간 동안 소정의 정상 범위의 한 쪽을 벗어날 때에는 연료 압력 센서의 이상을 나타내는 제1 경고 신호를 발생시키고, 그렇지 않다면 비정상이 연료 압력 센서에 기인하지 않는다는 것을 나타내는 제2 경고 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 진단 제어 시스템.
  14. 제12항에 있어서, 농후 모드 실행부는 비정상이 검출되면 엔진 작동을 희박 연소 모드로부터 화학량론적 균질 연소 모드로 강제적으로 전환시키고, 진단 제어 시스템은 제1 및 제2 경고 신호를 수신하는 출력 장치를 더 포함하고, 출력 장치는 경고 표시기인 것을 특징으로 하는 진단 제어 시스템.
  15. 제12항에 있어서, 연료 압력 센서는, 고압 연료 펌프로부터 엔진의 연소실 내에 직접 연료를 분사시키는 연료 분사기로 연료를 가압하여 공급하는 연료 공급 통로 내의 연료 압력을 검출하도록 설치된 것을 특징으로 하는 진단 제어 시스템.
  16. 엔진 시스템에 있어서,
    내연 기관과,
    엔진으로 연료를 공급하는 연료 분사기와 그리고 연료 공급 회로를 통해서 연료 분사기로 연료를 가압하여 공급하는 연료 펌프를 구비하는 연료 시스템과,
    연료 공급 회로 내에서 검출된 실제 연료 압력을 나타내는 제1 입력 신호를 발생시키는 제1 입력 장치와,
    목표 연료 압력(tFP)에 대한 검출된 실제 연료 압력의 압력 편차를 감소시키기 위해 피드백 연료 압력 제어를 실행하고, 압력 편차를 모니터링함으로써 연료 시스템의 비정상을 검출하고, 비정상이 검출되면 피드백 공연비 제어를 실행하기 위해 엔진 내의 연소를 희박 연소 모드로부터 농후 연소 모드로 전환시키도록 명령하고, 농후 연소 모드에서 피드백 공연 제어의 피드백 보정량을 모니터링함으로써 비정상이 연료 압력 센서에 기인하는지의 여부를 판정하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    엔진의 작동 상태를 나타내는 제2 입력 신호를 발생시키는 제2 입력 장치와 엔진의 실제 공연비를 판정하는 제3 입력 장치를 더 포함하며,
    농후 연소 모드는 화학량론적 균질 연소 모드이고,
    제어기는, 연료 분사 시스템을 제어함으로써 엔진 작동 모드를 엔진 작동 상태에 따라서 제1 연소 모드와 화학량론적 균질 급기 연소 모드 사이에서 전환시키고, 엔진이 화학량론적 균질 모드에서 작동되면 이론 공연비에 대한 실제 공연비의 공연비 편차를 영으로 감소시키기 위하여 화학량론적 피드백 공연비 제어를 실행하도록 구성되고,
    제1 연소 모드는 층상 급기 연소 모드인 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 연료 시스템은, 엔진의 연소실 내에 직접 연료를 분사시키는 연료 분사기와, 엔진에 의해 고압으로 펌픈 구동되는 연료 펌프와, 제어기에 의해 발생된 압력 제어 신호에 응답하여 연료 분사기로 공급되는 연료의 압력을 조절하는 고압 레귤레이터와, 연료 탱크와, 연료 탱크로부터 고압 펌프로 연료를 공급하기 위하여 전기 모터에 의해 구동되는 저압 연료 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
  19. 제17항에 있어서,
    제1 및 제2 경고 신호를 수신하는 출력 장치를 더 포함하고,
    화학량론적 피드백 공연비 제어의 피드백 보정량이 소정의 시간 길이와 같거나 이보다 더 긴 지속 시간 동안 소정의 정상 범위의 한 쪽을 벗어날 때에는, 제어기가 연료 압력 센서의 이상을 나타내는 제1 경고 신호를 발생시키고,
    그렇지 않다면, 제어기가 비정상이 연료 압력 센서에 기인하지 않는다는 것을 나타내는 제2 경고 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
  20. 제19항에 있어서, 출력 장치는 제1 및 제2 경고 신호 중 어느 하나에 응답하여 인지 가능한 진단 메시지를 제공하는 경고 표시기를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템.
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