KR100335920B1

KR100335920B1 - 직접 분사 가솔린 엔진의 연료 압력 설정 방법

Info

Publication number: KR100335920B1
Application number: KR1019990063712A
Authority: KR
Inventors: 박용정
Original assignee: 이계안; 현대자동차주식회사
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 1999-12-28
Publication date: 2002-05-10
Also published as: US6349698B2; DE10063618A1; DE10063618B4; US20010006055A1; JP2001207892A; KR20010071100A

Abstract

본 발명은 가변 밸브 타이밍 제어 방법의 적용시에 발생하는 연소실내 유효 압축비의 변화를 고려하여 인젝터를 통한 연료 분사량이 적정하게 이루어질 수 있도록 하는 직접 분사 가솔린 엔진의 연료 압력 설정 방법을 제공하기 위한 목적으로,

성층모드 연료 압력값(Ps)을 설정하는 제1단계와, 균질모드 연료 압력값(Ph)을 설정하는 제2단계와, 연료 압력값을 선택하는 제3단계와, 최종 연료 압력값(P)을 설정하는 제4단계로 이루어지는 직접 분사 가솔린 엔진의 연료 압력 설정 방법에 있어서, 상기 제1단계에서 성층모드의 연료 압력값 설정은, 연료량과 엔진의 회전수를 검출하는 제11단계와; 상기 제11단계에서 검출한 연료량과 엔진의 회전수로부터 최초의 성층모드 연료 압력값을 설정하는 제12단계와; 흡기 밸브의 가변 밀폐 구간에 대한 연소실내 유효 압력을 일정 간격으로 검출하여 그 변화비로부터 웨이팅 인자를 연산하는 제13단계와; 상기 제13단계에서 구한 웨이팅 인자를 상기 최초의 성층모드 연료 압력값에 곱셈 보정하여 수정된 성층모드 연료 압력값을 구해서 상기 제3단계로 전달하는 제14단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 직접 분사 가솔린 엔진의 연료 압력 설정 방법을 제공한다.

Description

직접 분사 가솔린 엔진의 연료 압력 설정 방법{A FUEL PRESSURE SETTING METHOD OF GDI ENGINES}

본 발명은 직접 분사 가솔린 엔진의 연료 압력 설정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가변 밸브 타이밍 제어 방법의 적용시에 발생하는 연소실내 유효 압축비의 변화를 고려하여 연료 압력을 보정함으로써 인젝터를 통한 연료 분사량이 적정하게 이루어지며, 연속 가변 밸브 타이밍 제어 효과를 극대화시킬 수 있는 직접 분사 가솔린 엔진의 연료 압력 설정 방법에 관한 것이다.

날로 심화되고 있는 지구 환경 문제로 유해 배출 가스가 적고, 연비가 좋은 자동차에 대한 요구가 증가되고 있는바, 다양한 저연비 기술 중에서 비교적 적은 코스트로 큰 연비 효과를 거둘 수 있는 것으로 평가되고 있는 희박 연소 엔진 탑재 차량이 현재 시판되고 있으며, 최근에는 보다 더 적극적인 연비 저감 또는 냉시동시 배기가스 대책 기술로써 가솔린 연료를 실린더 내에 직접 분사하는 방식의 엔진 이 개발되고 있다.

이와 같은 직접 분사 가솔린 엔진은 짧은 시간내에 공기와 연료의 혼합이 적정하게 이루어지도록 하는 유동, 분무 제어와 더불어 고압의 연료를 흡배기 밸브의 개폐시기에 맞추어 적절한 압력값으로 설정하여 분사해주는 것이 특히 중요하다.

일반적인 직접 분사식 가솔린 엔진은, 도 4에 도시한 바와 같이, 연소실내로 직접 연료를 분사하기 위해서는 약 120bar의 고압이 요구되는 바, 약 3bar정도의 연료탱크(112)내에 저장된 연료는 고압 연료 펌프(114)에 의하여 120bar정도로 증압된 후에 연료 파이프(116)를 통하여 연료 레일(118)로 공급되며, 이 고압의 연료는 인젝터(120)의 노즐을 통해 연소실(122)로 분사되게 된다.

이 때, 연소실내의 운전 조건은 성층 모드(stratified mode)과 균질 모드(homogeneous mode)로 나누어지며, 각 조건에 따라 연료의 압력을 압력 센서(124)로부터 검출한 후에, 압력 콘트롤 밸브(126)로서 작동 연압을 50~120bar까지 가변시켜주게 된다. 이러한 연료 압력의 가변은 성층모드에서는 연료의 집중을 막기 위해서는 연료 압력을 낮추어야 하기 때문이며, 균질모드에서는 연료의 분산을 막기 위해서는 연료 압력을 높여야 하기 때문이다.

상기 압력 콘트롤 밸브(126)에서 각각의 운전 조건에 따라 연료 압력을 제어하는 방법은 종래에는 도 5에 도시한 바와 같이, 먼저, 연료량(Fuel mass; 132)과 엔진의 회전수(rpm; 134)에 의하여 성층모드 연료 압력값(Ps)을 설정하는 단계(S101)와, 공기량(air; 136)과 엔진의 회전수(rpm; 134)에 의하여 균질모드 연료 압력값(Ph)을 설정하는 단계(S102)와, 모드 스위치(138)를 통해 입력되는 모드가 성층모드(128)인지 균질모드(130)인지에 따라 연료 압력값을 선택하는 단계(S103)와, 이 연료 압력값을 시정수 저역 통과 필터(time contstant lowpass; 140)와 대역 통과 필터(142)에 의하여 필터링한 후에 최종 연료 압력값(P)을 설정하는 단계(S104)로 이루어진다. 이와 같이 설정된 연료 압력값은 압력 콘트롤 밸브와 함께 설치되어 현재 연료 압력값을 감지하는 압력 센서에 의해 피드백 제어되게 된다.

그런데 상기와 같은 직접 분사 가솔린 엔진에 있어서는 밸브 타이밍이나 밸브의 리프트량 등을 운전 상태에 따라 연속적으로 변화시키는 연속 가변 밸브 타이밍 (CVVT; Continuous Variable Valve Timing)제어 방법이 채택되고 있는데, 특히, 성층모드에서는 압축 행정에서 분사가 되는데 이 때는 흡기 밸브 타이밍이 가변되므로 연소실내의 유효 압축비도 함께 변화한다.

상기의 경우, 성층모드(stratified mode)에서는 단순히 연료량(fuel mass)과 엔진의 회전수(rpm)에 의해서만 연료 압력을 결정하고 있으며 상기 연소실내 유효 압축비의 변화에 대한 고려는 전혀 없으므로 인젝터에 의한 적정한 양의 연료 분사가 이루어지지 않게 된다. 이와 같은 연료 분사량의 변동은 결국 배기가스 배출의 증대와 운전성의 불량을 초래하게 된다.

따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 직접 분사 가솔린 엔진에 있어서 가변 밸브 타이밍 제어 방법의 적용시에 발생하는 연소실내 유효 압축비의 변화를 고려하여 인젝터를 통한 연료 분사량이 적정하게 이루어질 수 있도록 하는 직접 분사 가솔린 엔진의 연료 압력 설정 방법을 제공함에 있다.

도 1은 본 발명에 의한 연료 압력 설정 방법의 구성도,

도 2는 본 발명에 의한 연료 압력 설정 방법의 순서도,

도 3은 가변 밸브 타이밍 제어 방법에 의한 밸브 타이밍 선도,

도 4는 일반적인 직접 분사 가솔린 엔진의 연료 공급 구성도,

도 5는 종래 기술에 의한 연료 압력 설정 방법의 구성도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

12 : 연료 유량 센서 14 : RPM센서

16 : 공기 유량 센서 18 : 모드 스위치

20 : 시정수 저역 통과 필터 22 : 대역 통과 필터

24 : 전자제어유닛

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 가변 흡기 밸브 밀폐 구간의 연소실내 유효 압축비의 변화량을 산출한 뒤, 이 변화값을 성층모드 연료 압력값에 곱셈 보정함으로써 수정된 연료 압력값에 의하여 연료 분사가 이루어질 수 있도록 연료 압력 설정 방법을 개선한 것에 그 특징이 있다.

보다 구체적으로는 연료량(Fuel mass)과 엔진의 회전수(rpm)에 의하여 성층모드 연료 압력값(Ps)을 설정하는 제1단계와, 공기량과 엔진의 회전수(rpm)에 의하여 균질모드 연료 압력값(Ph)을 설정하는 제2단계와, 모드 스위치를 통해 입력되는 모드가 성층모드인지 균질모드인지에 따라 연료 압력값을 선택하는 제3단계와, 이 연료 압력값을 시정수 저역 통과 필터와 대역 통과 필터에 의하여 필터링한 후에최종 연료 압력값(P)을 설정하는 제4단계로 이루어지는 직접 분사 가솔린 엔진의 연료 압력 설정 방법에 있어서,

상기 제1단계에서 성층모드의 연료 압력값 설정은, 연료량과 엔진의 회전수를 검출하는 제11단계와; 상기 제11단계에서 검출한 연료량과 엔진의 회전수로부터 최초의 성층모드 연료 압력값을 설정하는 제12단계와; 흡기 밸브의 가변 밀폐 구간에 대한 연소실내 유효 압력을 일정 간격으로 검출하여 그 변화비로부터 웨이팅 인자(weighting factor)를 연산하는 제13단계와; 상기 제13단계에서 구한 웨이팅 인자(weighting factor)를 상기 최초의 성층모드 연료 압력값에 곱셈 보정하여 수정된 성층모드 연료 압력값을 구해서 상기 제3단계로 전달하는 제14단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 직접 분사 가솔린 엔진의 연료 압력 설정 방법을 제공한다.

이하, 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 의한 연료 압력 설정 방법의 구성도와 순서도로서, 이의 연료 압력 설정 방법은 연료량(Fuel mass)과 엔진의 회전수(rpm)에 의하여 성층모드 연료 압력값(Ps)을 설정하는 제1단계(S10)와, 공기량과 엔진의 회전수(rpm)에 의하여 균질모드 연료 압력값(Ph)을 설정하는 제2단계(S20)와, 모드 스위치(18)를 통해 입력되는 모드가 성층모드인지 균질모드인지에 따라 연료 압력값을 선택하는 제3단계(S30)와, 이 연료 압력값을 시정수 저역 통과 필터(20)와 대역 통과 필터(22)에 의하여 필터링한 후에 최종 연료 압력값(P)을 설정하는 제4단계(S40,S50,S60)로 이루어진다.

여기서 연료 압력값의 설정을 위한 연산은 차량의 전자제어유닛(24)에서 이루어지며, 연료량은 연료 레일 등에 설치된 연료 유량 센서(12)를 통해서 검출하고, 엔진의 회전수는 엔진의 플라이 휘일 등에 장착된 RPM센서(14)로부터 검출하며, 공기량은 흡기 계통에 설치된 공기 유량 센서(16)를 통해서 검출한다.

이에 따라 연료량과 엔진의 회전수를 검출하여(S11), 성층모드 연료 압력값(Ps)을 설정하고(S12), 또한 공기량과 엔진의 회전수를 검출하여(S21), 균질모드 연료 압력값(Ph)을 설정하게 되며(S22), 여기서 운전 모드가 성층모드인지 균질모드인지에 따라(S31) 성층모드 연료 압력값과 균질모드 연료 압력값 중에서 연료 압력값을 선택하게 되며(S30), 선택한 연료 압력값 중에서 노이즈성 고주파를 제거하기 위하여 시정수 저역 통과 필터(20)에 의하여 저주파수 영역만 필터링하고(S40), 또한 대역 통과 필터(22)에 의하여 연료 압력값의 최고값과 최저값 사이만을 필터링한 후에(S50), 최종 연료 압력값을 설정하게 된다.(S60)

이러한 연료 압력 설정 방법에 있어서, 본 발명은 성층모드 연료 압력값(Ps)에 웨이팅 인자(W)를 곱셈 보정하여 수정된 성층모드 연료 압력값(Ps')을 재설정한 후에, 상기 모드 스위치(18)를 통한 선택 단계로 진행시켜주도록 한 것이다.

이를 위하여, 먼저 연료량과 엔진의 회전수로부터 최초의 성층모드 연료 압력값을 설정한다.(S11,S12) 여기서 연료 압력값의 설정 관련식은 이미 공지된 것이며, 다양한 방법으로 설정 가능하므로 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.

그리고 흡기 밸브의 가변 밀폐 구간에 대한 연소실내 유효 압력을 일정 간격으로 검출하여 그 변화비로부터 웨이팅 인자(W; Weighting Factor)를 구한다.(S13) 여기서, 가변 밸브 타이밍 제어 적용시 상기 흡기 밸브의 가변 밀폐 구간은 도 3의 밸브 타이밍 선도를 참조하면, 크랭크축의 회전각이 하사점(BDC; Bottom Dead Center)을 지나 40°~60°인 영역에서 이루어지며, 이 구간을 일정 간격, 예컨대 20개 구간으로 나누어서 각각의 각도에 대한 연소실내 유효 압력을 검출한 뒤에 유효 압력치의 변화값, 즉 기울기 값으로부터 웨이팅 인자(W)를 구한다.

상기 흡기 밸브의 가변 밀폐 구간 및 이 구간을 구획하는 개수는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니며, 가변 밸브 타이밍 제어의 방법에 있어서 단순한 밸브 제어 시기의 변환 및 보다 정확한 유효 압력치의 변화값을 구할 수 있는 단순한 구획 개수의 증감을 모두 포함한다.

이와 같이 구한 웨이팅 인자(W)를 상기 최초의 성층모드 연료 압력값(Ps)에 곱해주면 수정된 성층모드 연료 압력값(Ps')을 설정할 수 있으며, 이 수정된 성층모드 연료 압력값(Ps')을 상기 모드 스위치로 입력시켜주게 된다.

이에 따라 상기 모드 스위치에 성층모드가 입력되면, 상기 수정된 성층모드 연료 압력값(Ps')을 기초로 최종 연료 압력값(P)을 설정하면 된다. 물론, 상기 최종 연료 압력값(P)은 압력 콘트롤 밸브와 함께 설치되어 현재 연료 압력값을 감지하는 압력 센서에 의해 피드백 제어되게 된다.

상기한 바와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 직접 분사 가솔린 엔진의 연료 압력 설정 방법은 가변 밸브 타이밍 제어 방법의 적용시에 발생하는 연소실내 유효압축비의 변화를 고려하여 연료 압력을 보정함으로써 인젝터를 통한 연료 분사량이 적정하게 이루어질 수 있으며, 이에 따라 배기가스의 배출을 저감시키고 운전성을 향상시키며 연속 가변 밸브 타이밍 제어 효과의 극대화를 도모할 수 있다.

Claims

연료량(Fuel mass)과 엔진의 회전수(rpm)에 의하여 성층모드 연료 압력값(Ps)을 설정하는 제1단계(S10)와, 공기량과 엔진의 회전수(rpm)에 의하여 균질모드 연료 압력값(Ph)을 설정하는 제2단계(S20)와, 모드 스위치를 통해 입력되는 모드가 성층모드인지 균질모드인지에 따라 연료 압력값을 선택하는 제3단계(S30)와, 이 연료 압력값을 시정수 저역 통과 필터와 대역 통과 필터에 의하여 필터링한 후에 최종 연료 압력값(P)을 설정하는 제4단계(S40,S50,S60)로 이루어지는 직접 분사 가솔린 엔진의 연료 압력 설정 방법에 있어서,

상기 제1단계(S10)에서 성층모드의 연료 압력값 설정은,

연료량과 엔진의 회전수를 검출하는 제11단계(S11)와;

상기 제11단계에서 검출한 연료량과 엔진의 회전수로부터 최초의 성층모드 연료 압력값을 설정하는 제12단계(S12)와;

흡기 밸브의 가변 밀폐 구간에 대한 연소실내 유효 압력을 일정 간격으로 검출하여 그 변화비로부터 웨이팅 인자(weighting factor)를 연산하는 제13단계(S13)와;

상기 제13단계에서 구한 웨이팅 인자(weighting factor)를 상기 최초의 성층모드 연료 압력값에 곱셈 보정하여 수정된 성층모드 연료 압력값을 구해서 상기 제3단계로 전달하는 제14단계(S14);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 직접 분사 가솔린 엔진의 연료 압력 설정 방법.
청구항 1에 있어서,

상기 제13단계(S13)에서 웨이팅 인자를 구하기 위한 가변 흡기 밸브 밀폐 구간은 크랭크각이 밸브 타이밍 선도에서 하사점(BDC)을 지나 40°~60°구간인 것을 특징으로 하는 직접 분사 가솔린 엔진의 연료 압력 설정 방법.
청구항 1에 있어서,

상기 제13단계(S13)에서 웨이팅 인자를 구하기 위한 흡기 밸브의 가변 밀폐 구간의 간격은 20등분되는 것을 특징으로 하는 직접 분사 가솔린 엔진의 연료 압력 설정 방법.