KR100360800B1 - 자동차의 연료 소모량을 이용한 인젝터 맵의 적용방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 자동차의 연료 소모량을 이용한 인젝터 맵의 적용방법은, 인젝터 맵이 식재된 전자제어수단과 인젝터가 장착된 차량에서 시동키가 온되면, 상기 전자제어수단이 연료 레벨 센서의 검출신호를 인가받아 제1 연료준위를 검출하는 단계와; 상기 검출된 제1 연료준위가 설정된 임계준위를 초과하는 경우, 상기 전자제어수단은 엔진 운전중 분사 연료량을 적산하고, 시동키가 오프되면 상기 분사 연료량의 적산량이 설정된 임계 적산량을 초과하는지 여부를 판단하는 단계와; 상기 적산 연료량이 상기 임계 적산량을 초과하는 경우, 상기 전자제어수단은 제2 연료준위를 검출하여 실제 소모 연료량을 산출하고, 상기 산출된 실제 소모 연료량과 상기 연료 적산량을 비교한 결과에 따라 인젝터 맵을 적용하는 단계를 포함하여 이루어져, 차량의 운전시마다 매칭이 최적의 인젝터 맵 매칭이 가능하며 배출 가스량을 저감시킬 수 있다.

Description

자동차의 연료 소모량을 이용한 인젝터 맵의 적용방법 {METHOD FOR APPLYING INJECTOR MAP BY USING CONSUMED FUEL QUANTITY FOR A VEHICLE}

본 발명은 자동차의 연료 소모량을 이용한 인젝터 맵의 적용방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공통 레일 시스템(Common Rail System)이 장착된 전자제어 디젤엔진의 연료 소모량을 계측하여 인젝터(Injector)와 인젝터 맵(Injector Map)을 최적 결합시키기 위한 자동차의 연료 소모량을 이용한 인젝터 맵의 적용방법에 관한 것이다.

일반적으로 공통 레일 시스템이 장착된 전자제어 디젤엔진에서 인젝터는 ECU(Electronic Control Unit)의 제어신호에 따른 연료량을 분사한다.

상기 인젝터의 연료 분사량을 제어하는 ECU는, 차량내 감지수단에 의해 검출되는 엔진 회전수와 가속페달의 답입량에 근거한 연료량과 상기 연료량의 분사를 위한 연료압에 따라 인젝터의 연료 분사량을 제어하기 위한 인젝터 맵을 포함한다.

도1에는 이러한 ECU의 인젝터 맵의 작동 관계도가 도시되어 있다.

도1에 따르면, 보쉬사의 공통 레일 시스템(Common Rail System)의 경우, 엔진 회전수와 가속페달의 답입량에 따라 연료량과 연료압이 결정된다. 그러면, ECU에서는 인젝터 맵(10)에 의해 인젝터의 솔레노이드 밸브(Solenoid Valve)의 자화기간(Energizing Time)이 결정되고, 상기 결정된 자화기간에 해당하는 시간만큼 노즐의 니들이 들려 있게 됨으로써, 요구되는 연료량이 분사된다.

그리고 인젝터 맵(10)은 파일럿 분사와 메인 분사의 두 가지가 존재하는데, 일반적인 작동원리는 도1에 도시된 바와 같다.

상기 인젝터 맵(10)은 실제 분사량을 모사하는 맵이며, 분사기간을 직접적으로 제어하지는 않는다. 인젝터 맵(10)이 분사기간을 직접 제어하지 않는 이유는 가솔린 엔진의 경우와는 달리 디젤엔진의 연료압이 항상 동일하지 않기 때문에 엔진의 운전 조건에 따른 각종 보상은 연료량을 통해서만 가능하기 때문이다.

그래서 인젝터 맵(10)은 인젝터의 연료압과 분사량에 대해 분사기간을 정하는 맵으로 인젝터의 양산시 평균유량을 나타내는 인젝터를 선정하여 상기 선정된 인젝터에 근거하여 인젝터 맵을 작성한다.

이처럼 공통 레일 시스템에서는 연료압과 분사기간에 따른 연료량을 평균 유량 인젝터에서 측정하여 맵을 작성한 후, 동일한 유량 특성을 가지는 인젝터를 사용하는 엔진에서는 모두 동일한 인젝터 맵을 적용하도록 한다.

그런데, 인젝터의 제작 방식이나 구성요소의 변경시 공칭유량은 동일하더라도 실제 유량 특성에는 차이가 있으므로, 이러한 경우에는 인젝터 맵도 변경하여야 한다.

그러므로 실제로 2차원인 인젝터 맵상에서 메이커측이 요구하는 인젝터간 편차는 최고 압력과 최고 분사기간에서 ±2.5㎣/str로써, 최악의 경우를 가정하여 최고유량 인젝터와 최소유량 인젝터가 함께 사용되면 5㎣/str의 유량 차이는 10% 정도의 최고 출력 차이를 유발시키는 문제점이 있다.

또한, 배출가스 규제영역에 해당하는 실제의 차량 운전영역에서는 인젝터간 편차가 ±1.8㎣/str이므로 최고유량 인젝터와 최소유량 인젝터간에는 ±3.6㎣/str의 차이가 생긴다. 이러한 출력의 차이는 다른 기본 분사 인자맵(분사시기, 연료압, 배기가스 재순환량 등)의 연료량축의 눈금 1개의 차이(보통 2~2.5㎣/str)를 넘는 값이다.

그러므로 차속과 엔진 토크가 동일한 조건에서도 엔진의 ECU에서는 서로 다른 연료량이 분사되는 것으로 인식하여 분사시기나 연료압, 또는 배기가스 재순환량 등이 달라지게 된다.

이처럼 유량 특성이 다른 인젝터가 사용됨에도 불구하고 양산편차를 줄일 수 없어 최소치와 최대치에 대한 공차를 모두 고려한 ECU 맵핑을 수행하는 것은 엔진 개발 측면에서 상당한 부담이 될 수 있다. 그래서 엔진 출력 및 엔진 토크를 결정하고, 배출가스 규제를 적합하도록 하는 데 있어 어려움이 따르는 문제점이 있다.

더불어 종래의 인젝터 유량 편차를 줄일 경우에는 생산 단가의 급수적 증가를 회피할 수 없으며, 더구나 엔진의 경우에는 한 개의 인젝터만이 사용되는 것이 아니라 3개 이상의 인젝터가 사용되기 때문에 실제의 유량 특성은 혼합되어 나타나게 된다. 따라서 다수의 인젝터간의 조합을 고려한 인젝터 맵을 구성하여야 하는데, 이러한 인젝터 맵을 가지는 ECU를 양산라인에서 교체해가면서 조립하기가 용이하지 않은 문제점이 있다.

더구나 근본적으로 의장시 나타난 유량 특성이 실제로 운전되는 엔진상에서 나타나리라고 보기는 경험칙상 어려움이 따른다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 공통 레일 시스템이 장착된 전자제어 디젤엔진의 연료 소모량을 계측하여 인젝터와 인젝터 맵을 최적 결합시키기 위한 자동차의 연료 소모량을 이용한 인젝터 맵의 적용방법을 제공하는 데 있다.

도1은 ECU의 인젝터 맵의 작동 관계도.

도2는 본 발명의 실시예에 의한 자동차의 연료 소모량을 이용한 인젝터 맵의 적용방법의 순서도.

도3은 본 발명이 적용되는 ECU의 신호 처리 흐름도.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 자동차의 연료 소모량을 이용한 인젝터 맵의 적용방법은, 인젝터 맵이 식재된 전자제어수단과 인젝터가 장착된 차량에서 시동키가 온되면, 상기 전자제어수단이 연료 레벨 센서의 검출신호를 인가받아 제1 연료준위를 검출하는 단계와; 상기 검출된 제1 연료준위가 설정된 임계준위를 초과하는 경우, 상기 전자제어수단은 엔진 운전중 분사 연료량을 적산하고, 시동키가 오프되면 상기 분사 연료량의 적산량이 설정된 임계 적산량을 초과하는지 여부를 판단하는 단계와; 상기 적산 연료량이 상기 임계 적산량을 초과하는 경우, 상기전자제어수단은 제2 연료준위를 검출하여 실제 소모 연료량을 산출하고, 상기 산출된 실제 소모 연료량과 상기 연료 적산량을 비교한 결과에 따라 인젝터 맵을 적용하는 단계를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도2는 본 발명의 실시예에 의한 자동차의 연료 소모량을 이용한 인젝터 맵의 적용방법의 순서도이고, 도3은 본 발명이 적용되는 ECU의 신호 처리 흐름도이다.

도2에 따르면, 인젝터 맵이 식재된 전자제어수단과 인젝터가 장착된 차량에서 시동키가 온되면, 상기 전자제어수단은 차량내 차량 경사 센서의 신호를 인가받아 차량의 경사도를 산출하여 차량의 경사도가 설정된 임계경사영역내에 있는지 여부를 판단한다(ST21~ST23).

상기 전자제어수단은 ECU로 구현하며, 이러한 ECU로 입출력되는 신호는 도3에 도시된 바와 같다.

도3에 따르면, ECU(20)는 차량내 각 감지수단의 검출신호를 인가받아, 엔진 작동 전구간에서 분사 유량을 적산하고 차량의 경사도를 확인하며, 연료통내의 소모 연료량을 산출하고 합당한 인젝터 맵을 변경하게 된다.

상기 감지수단에 의해 ECU(20)로 인가되는 신호는, 시동키의 온 신호와, 차량 경사 센서에 의해 검출되는 차량 경사 신호와, 연료 레벨 센서에 의해 검출되어 인가되는 연료준위 신호와, 연료 온도 센서에 의해 검출되어 인가되는 연료 온도 신호를 포함한다.

그리고 상기 단계 ST23에서 차량의 경사도가 상기 임계경사영역내에 있음이확인되는 경우, ECU(20)는 차량이 수평 상태에 있는 것으로 판정하여 연료 레벨 센서의 검출신호를 인가받아 연료통내의 현재 연료준위를 검출하게 된다. 이때의 연료준위를 제1 연료준위라 칭한다(ST24).

상기 제1 연료준위의 검출이 이루어지면, ECU(20)는 상기 제1 연료준위가 설정된 임계준위를 초과하는지 여부를 판단한다. 즉, ECU(20)는 연료 레벨 센서의 현재 위치에서 연료 부피가 계산될 수 있는 연료량인지를 판단한다. 이때 연료 부피는 연료준위에 따른 변수로 미리 지정되어 있어야 한다. 그래서 인젝터 맵 적용의 오차를 줄이기 위해 충분한 연료가 소모되어 상기 임계준위를 초과하는 경우에만 상기 인젝터 맵의 적용을 위한 이후의 단계를 수행하게 되며, 상기 제1 임계준위는 엔진이 오프될 때까지는 저장되어 있어야 한다(ST25).

더불어 상기 단계 ST25에서 제1 연료준위가 상기 임계준위를 초과됨이 확인되는 경우, ECU(20)는 연료 온도 센서의 검출신호를 인가받아 연료 분사량을 연료온도 보정하면서 분사되는 연료량을 적산한다. 이때의 연료량 적산은 ECU(20)가 인젝터로 지령한 연료 분사량을 누적 연산하여 이루어진다(ST26).

이어서, 시동키가 오프되면 ECU(20)는 운전후 검사를 수행한다. 이때 적산된 연료 분사량은 연료 적산량으로 확정된다(ST27).

상기 운전 후 검사가 수행되면, ECU(20)는 차량 경사 센서의 검출신호에 근거하여 차량의 평형도를 검출한다(ST28).

또한, ECU(20)는 상기 단계 ST28에서 검출된 차량의 평형도가 설정된 임계평형영역내에 있는지 여부를 판단한다(ST29)

상기 단계 ST29에서 차량의 평형도가 상기 임계평형영역내에 있음이 확인되면, ECU(20)는 상기 단계 ST27에서 확정된 연료 적산량이 설정된 임계 적산량을 초과하는지 여부를 판단한다. 바람직하게는 상기 임계 적산량은 연료 적산량의 오차를 무시할 수 있을 정도의 충분한 양이 되도록 설정한다(ST30).

상기 단계 ST30에서 연료 적산량이 상기 임계 적산량을 초과하는 경우, ECU(20)는 연료통내의 현재 연료준위를 검출한다. 이때 검출되는 연료준위를 제2 연료준위라 칭한다(ST31).

그리고 상기 단계 ST24에서 검출된 제1 연료준위와 상기 단계 ST31에서 검출된 제2 연료준위를 이용하여 실제 연료 소모량을 부피 단위로 산정한다. 그러면, ECU(20)는 상기 단계 ST27에서 확정된 연료 적산량과 상기 산정된 실제 연료 소모량을 비교하게 된다.

상기 연료 적산량과 실제 연료 소모량간의 비교는 측정 오차를 고려해 미리 설정된 판단 기준에 따라 엔진에 장착된 인젝터들의 평균 유량 특성이 계산된다. 상기 계산된 평균 유량 특성에 따라 등급별로 3단계로 합당한 인젝터 맵이 결정되어 차후의 운전시에 적용된다. 상기 3개의 단계를 편의상 최소/평균/최대라 칭할 수 있다(ST32).

바람직하게는 상기 등급별 3단계는 각 단계간에 2㎣/str 정도의 차이를 갖도록 설정한다. 이에 비해 더 세분된 등급을 적용하는 것은 측정 오차를 고려할 때 부적당한 것으로 보이며, 실차 적용시 3단계의 등급 이상의 정확도는 무시할만 하다.

한편, 상기 단계 ST23과, 단계 ST25와, 단계 ST29와, 단계 ST30중 어느 하나의 단계에서 해당 판단 조건이 성립되지 않거나 상기 단계 ST32가 수행된 후에는 메인루틴으로 복귀한다.

이상 설명한 본 발명의 자동차의 연료 소모량을 이용한 인젝터 맵의 적용방법에 따르면, 인젝터 맵은 차량의 운전시마다 일정 조건만 만족되면 계속적으로 검사되어 인젝터에 대한 매칭이 최적의 상태로 존재하게 됨으로써 차량 제작사의 ECU 맵핑시 기대한 바대로 엔진 운전이 이루어지게 되는 효과가 있다.

그리고 인젝터 맵의 최적화에 따라 차량 제작사에서 고려한 배출 가스량이 적정한 공차내에 항상 존재하므로 인젝터 유량이 편중되어 배기규제를 벗어나는 차량의 발생을 방지하고, 배출 가스량으로 인한 차량 리콜을 방지할 수 있는 효과가 있다.

더불어 인젝터 맵을 인젝터에 매칭하지 않는 종래기술에서는 최악의 상황을 고려한 시험이 필수적으로 수행되어야 하는 것과는 달리, 본 발명에 따르면, 차량 제작사에서는 인젝터 제조자측에서 보증하는 유량 편차를 인정하여 평균 유량치 인젝터만으로 시험할 수 있게 되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 모든 상황에 적응하는 ECU 데이터를 제작할 필요가 없으므로, 제품의 제작기간과 비용을 저감시키고 제품간 성능 편차를 줄여 제품의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위를 한정하는 것이 아니다.

Claims (4)

1. (a) 인젝터 맵이 식재된 전자제어수단과 인젝터가 장착된 차량에서 시동키가 온 되면, 상기 전자제어수단이 연료 레벨 센서의 검출신호를 인가받아 제1 연료준위를 검출하는 단계와;

   (b) 상기 검출된 제1 연료준위가 설정된 임계준위를 초과하는 경우, 상기 전자제어수단은 엔진 운전중 분사 연료량을 적산하고, 시동키가 오프되면 상기 분사 연료량의 적산량이 설정된 임계 적산량을 초과하는지 여부를 판단하는 단계와;

   (c) 상기 적산 연료량이 상기 임계 적산량을 초과하는 경우, 상기 전자제어수단은 제2 연료준위를 검출하여 실제 소모 연료량을 산출하고, 상기 산출된 실제 소모 연료량과 상기 연료 적산량을 비교한 결과에 따라 인젝터 맵을 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 연료 소모량을 이용한 인젝터 맵의 적용방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 단계 (a)에서,

   상기 전자제어수단은 시동키 온 후, 차량 경사 센서의 검출신호를 인가받아 차량의 경사도를 검출하고, 상기 검출된 차량 경사도가 설정된 임계경사영역내에 있는 경우에만 상기 제1 연료준위를 검출하는 것을 특징으로 하는 자동차의 연료 소모량을 이용한 인젝터 맵의 적용방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 단계 (b)에서,

   시동키가 오프된 경우, 상기 전자제어수단은 차량 경사 센서에 의해 검출되는 차량의 평형도가 설정된 임계평형영역내에 있는 경우에만 상기 분사 연료량의 적산량이 설정된 임계 적산량을 초과하는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 자동차의 연료 소모량을 이용한 인젝터 맵의 적용방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 단계 (c)는,

   상기 검출된 제1 연료준위에서 상기 검출된 제2 연료준위를 감하여 실제 연료 소모량을 부피 단위로 산정하는 단계와;

   상기 시동키 오프시 확정된 연료 적산량과 상기 산정된 실제 연료 소모량을 비교하며, 측정 오차를 고려해 미리 설정된 판단 기준에 따라 엔진에 장착된 인젝터들의 평균 유량 특성을 산출하는 단계와;

   상기 산출된 평균 유량 특성에 따라 부합되는 인젝터 맵을 설정된 등급별로 결정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동차의 연료 소모량을 이용한 인젝터 맵의 적용방법.