KR100427293B1 - 디젤 엔진의 연료 제어방법 - Google Patents

Abstract

커먼 레일 디젤 엔진에 있어서, 급가속 및 킥 다운 변속시 변속반 변경에 의한 엔진 RPM이 변화되는 순간에 연료 증가분에 대한 제어가 이루어지도록 함으로써, 흡입 공기량이 적은 상태에서 연료의 과잉 공급으로 인한 스모크 발생을 최소화할 목적으로;

가속페달 변화량에 따라 급가속 및 킥 다운 변속으로 판단되면, 연료 분사량을 현재의 상태로 유지한 상태에서 셋 타임동안 지연시킨 후, 목표 연료 분사량을 현재의 가속페달 개도량에 따른 연료 분사량으로 산출하고, 실제 연료 분사량은 상기 현 상태 유지를 위한 연료 분사량에 엔진 RPM과 차속에 따른 보정값을 더한 값으로 산출하여 상기 실제 연료 분사량이 목표 연료 분사량에 도달할 때까지 연료 제어가 이루어지는 디젤 엔진의 연료 제어방법을 제공한다.

Description

디젤 엔진의 연료 제어방법{METHOD OF CONTROLLING FUEL FOR DIESEL ENGINE}

본 발명은 디젤 엔진에 있어서의 연료 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 급가속 및 킥 다운 변속시의 연료제어가 효과적으로 이루어져 스모크 발생을 최소화할 수 있도록 한 디젤 엔진의 연료 제어방법에 관한 것이다.

주지하다시피, 디젤차량의 가장 큰 당면한 문제점은 주행중 발생되는 스모크(매연)이며, 이는 대기오염의 주범으로 지적되어 배기규제가 엄격하게 적용되고 있다.

또한, 시각적으로 뿜어 나오는 검은 매연은 일반인들로 하여금, 저급차량, 환경을 오염시키는 차량으로 인식되어 상품성에 큰 악영향을 주기 때문에, 각 자동차 생산 메이커에서는 여러 가지 새로운 방법을 동원하여 매연을 줄이는데 총력을 기울이고 있다.

그 일례로서, 승용디젤 차량의 경우에는 기존 디젤 엔진에 비하여 획기적으로 매연 배출을 저감시켜 호평받고 있는 최첨단 시스템인 커먼 레일(Common Rail)방식의 엔진을 적용하고 있으나, 이 엔진의 경우 매연을 전혀 배출하지 않는 것이 아니라 특정 조건에서는 필연적으로 매연이 나올 수 밖에 없다.

그 특정 조건이라 함은 정지 중 급발진와 자동 변속기 차량의 경우에는 킥 다운 시프트시로서, 이 경우에는 전자 제어를 하는데도 불구하고 현재의 제어방법으로서는 상기 두 조건에서 나오는 매연을 줄일 수가 없으며, 현재 제어방법에서 매연을 줄이기 위해서는 필연적으로 연료량을 줄여 가속성능을 악화시키는 방향으로 제어할 수 밖에 없는데, 이는 가속성능과 매연이라는 상반되는 요인들을 적정한 수준에서 양립시킬 수 없다는 문제점을 내포하고 있음을 의미한다.

보다 구체적으로 살펴보면, 급가속라고 함은 차량의 정지중 가속페달을 완전히 밟거나 혹은 50%이상으로 밟아 가속할 경우를 의미하게 된다.

상기와 같은 급가속의 경우에는 도 4에서와 같이, D단 정지상태에서 악셀페달(APS)을 100% 밟았을 때 연료 분사량은 APS와 동기하여 급격히 증량되는 것을 알 수 있으며, 이것이 발진 가속시 매연이 나올 수 밖에 없는 이유가 된다.

즉, 도4의 점선에서와 같이 운전자는 급가속을 위해 악셀페달을 밟고, ECU(엔진 제어유닛)는 이에 동기하여 빨리 많은 연료량을 엔진 연소실로 분사시키지만 정작 연소에 필요한 공기량은 들어오지 않기 때문에 필연적으로 매연이 나올 수 밖에 없는 것이다.

그리고 킥 다운 변속은 정속주행 중 운전자가 급가속을 원하여, 악셀 페달을 정속 위치에서 급격히 밟았을 경우인데, 이 경우에는 추가적인 동력을 얻기 위해 TCU(트랜스밋션 제어유닛) 신호에 따라 변속단이 4단 → 3단, 4단(3단)→2단으로 변경이 변경되는 과정에서 도 5에서와 같이, 악셀페달이 100%로 변경되는 순간, 연료량이 증대되었음에도 불구하고 공기량이 줄어들었다가 증가되는 것을 볼 수 있다.

이때, 스모크가 크게 발생되는데, 이는 들어오는 공기량은 일정한 상태에서 연료량만 늘어나는 결과가 되기 때문이다.

그러나 상기에서와 같은 제어방법에 있어서는 연료량이 흡입 공기량과는 상관없이 악셀페달 개도에 따라 비례해서 움직이기 때문인데, 이때의 엔진 RPM 거동은 훨씬 응답성이 늦는 것은 물론이도, 중요한 것은 엔진 RPM이 바로 상승하지 않는다는 것이다.

이에 따라 스모크 발생은 필연적으로 발생되며, 이러한 스모크를 줄이기 위해서 현재로서는 악셀 페달 개도에 해당되었던 연료량 자체를 줄이는 방법뿐인데, 이 경우에는 오히려 가속감에 많은 문제를 야기시킨다는 문제점을 내포하고 있다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 운전성과 가속감에 영향력을 최소화하면서 스모크를 저감시킬 수 있도록 한 디젤 엔진의 연료 제어방법을 제공함에 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 시스템의 블록도.

도 2는 본 발명에 의한 제어방법의 작동 흐름도.

도 3은 본 발명에 의한 제어 패턴도.

도 4는 정지 상태에서 급 출발시의 작동 패턴도.

도 5는 정속 주행중 가속페달을 100%로 밟았을 때의 작동 패턴도이다.

이를 실현하기 위하여 본 발명은, 가속페달 변화량에 따라 급가속 및 킥 다운 변속으로 판단되면, 연료 분사량을 현재의 상태로 유지한 상태에서 셋 타임동안 지연시킨 후, 목표 연료 분사량을 현재의 가속페달 개도량에 따른 연료 분사량으로 산출하고, 실제 연료 분사량은 상기 현 상태 유지를 위한 연료 분사량에 엔진 RPM과 차속에 따른 보정값을 더한 값으로 산출하여 상기 실제 연료 분사량이 목표 연료 분사량에 도달할 때까지 연료 제어가 이루어지는 디젤 엔진의 연료 제어방법을 제공한다.

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

도 1은 본 발명을 운용하기 위한 시스템의 블록도로서, 검출수단은 엔진 회전수를 검출하는 엔진 RPM센서(2), 차속을 검출하는 차속센서(4), 엔진의 냉각수온을 검출하는 냉각수온 센서(6), 가속페달의 밟힘 정도를 검출하는 가속페달 포지션 센서(8)를 포함하여 이루어진다.

상기 검출수단은 상기 이외의 센서들에 한정되는 것은 아니며, 도면에서는 본 발명의 설명에 필요한 부분에 대해서만 도시하고 있음을 전제한다.

그리고 상기 검출수단들로부터 검출된 각종신호는 ECU(엔진제어유닛)에서 미리 입력되어 있는 데이터와 비교 연산되어 연료계통(10)을 제어하게 되며, 상기 연료계통의 제어라고 함은 인젝터를 제어하는 것을 의미한다.

상기와 같은 시스템에 의해 운용되는 본 발명의 제어방법을 살펴보면, 도 2에서와 같이, 우선, 상기 각 센서들로부터 엔진 RPM, 차속, 냉각수온, APS(가속페달 개도량), 현재의 연료 분사량을 검출하게 된다(S100).

그리고 상기 S100 단계에서 검출된 신호에 따라 가속페달의 변화량 (Delta_APS)을 산출하며(S110), 이의 가속페달 변화량(Delta_APS)는 현재의 가속페달 포지션{APS(i)}에서 이전 가속페달 포지션{APS(i-1)}을 뺀 값으로 산출된다.

또한, 이전 연료 분사량{Old_Fuel_INJ = f(APS(i-1), RPM(i-1)}과 현재 연료 분사량{New_Fuel_INJ = f(APS(i), RPM(i)}을 가속 페달의 포지션과 엔진 RPM에 따라 각각 산출한 후(S120), 상기 S110 단계에서 산출된 가속페달의 변화량 (Delta_APS)이 기준값 보다 큰가를 판단하여(S130), 급가속 또는 킥 다운 변속상태인가를 판단하게 된다.

상기 S130 단계에서 가속페달의 변화량(Delta_APS)이 기준값 보다 작다고 판단되면, S100 단계로 리턴하고, 크다고 판단되면 급가속 또는 킥 다운 변속을 의미하므로 이때에는 현재의 연료 분사량{Keep_Fuel_INJ(i)}을 이전 연료 분사량{Old_Fuel_INJ(i-1)}으로 유지토록 제어하면서(S140) 시간을 카운트 시작하여(S150) 셋타임(Set_Time) 이상이 될 때까지 현 상태를 유지하게 된다(S160).

상기 S150 단계와 S160 단계는 급가속 및 킥 다운 플래그가 발생된 순간으로부터 셋 타임동안 연료의 증가를 지연시키기 위한 것이며, 상기 셋타임을 엔진 RPM과 차속, 그리고 변속단에 따라 미리 설정된 시간이다.

그리고 상기 S160 단계에서 설정시간이 이상이 되면, 현재 가속페달의 개도에 따른 연료의 목표량{Target_F_INJ(i)}를 현재의 연료 분사량{New_Fuel_INJ(i)}을 연산하고(S190), 실제 연료 분사량(Real_F_INJ)을 상기 S140 단계의 현재 연료 분사량{Keep_Fuel_INJ(i)} + 보정값(Increment)으로 산출 제어하면서(S180), 이의 실제 연료 분사량(Real_F_INJ)이 목표 연료량{Target_F_INJ(i)} 보다 작은가를 판단하게 된다(S190).

상기에서 보정값이라고 함은 현재의 엔진 RPM 및 차속에 따른 설정값을 의미하며, 상기 S190 단계에서 실제 연료 분사량(Real_F_INJ)이 목표 연료량 {Target_F_INJ(i)} 보다 작으면, 상기 S170 단계로 리턴하여 상기 실제 연료 분사량이 목표 분사량까지 도달할 때까지 반복적으로 실시하며, 이과정에서 실제 연료 분사량이 목표 분사량과 같아지거나 크면 종료한다.

즉, 상기와 같은 제어방법을 가시적으로 살펴보면, 도 3에서와 같이, 우선 가속페달의 변화량으로 급가속 또는 킥다운 변속인가를 판단하여, 급가속 또는 킥 다운 변속이라고 판단되면 TCU의 신호에 따라 변속단이 바뀔 때 엔진 회전수가 연동되는 시점으로부터 연료 증량분이 추가로 분사되도록 한 것이다.

보다 구체적으로는, 가속페달과 직접 연동된 연료량을 다른 신호를 이용 잠시 지연(Delay_time(rpm, 차속)시키는 것은 아무리 운전자가 급가속을 위해 가속페달을 100% 밟았다고 하더라도 엔진의 하드웨어가 응답하기 위해서는 어느 정도 시간이 필요하며, 흡입 공기량이 충분치 않음에도 불구하고 많은 연료량으로 인해 스모크가 다량 발생하는 것이므로 연료량 증량에 따른 엔진 RPM 상승 보다는 TCU에 의해 변속기의 변속단이 변경되면 자연적으로 엔진 RPM이 증가되므로 이때 연료량을 증대시키면 스모크를 저감시킬 수 있게 되는 것이다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 커먼 레일 디젤 엔진에 있어서, 급가속 및 킥 다운 변속시 변속반 변경에 의한 엔진 RPM이 변화되는 순간에 연료 증가분에 대한 제어가 이루어지도록 함으로써, 흡입 공기량이 적은 상태에서 연료의 과잉 공급으로 인한 스모크 발생을 최소화할 수 있는 발명인 것이다.

Claims (4)

1. 가속페달 변화량에 따라 급가속 및 킥 다운 변속으로 판단되면, 연료 분사량을 현재의 상태로 유지한 상태에서 셋 타임동안 지연시킨 후, 목표 연료 분사량을 현재의 가속페달 개도량에 따른 연료 분사량으로 산출하고, 실제 연료 분사량은 상기 현 상태 유지를 위한 연료 분사량에 엔진 RPM과 차속에 따른 보정값을 더한 값으로 산출하여 상기 실제 연료 분사량이 목표 연료 분사량에 도달할 때까지 연료 제어가 이루어지도록 함을 특징으로 하는 디젤 엔진의 연료 제어방법.
2. 각 센서들로부터 엔진 RPM, 차속, 냉각수온, APS, 연료 분사량을 검출하는 제1 단계와;

   상기 제1 단계에서 검출된 가속페달의 신호에 따라 가속페달의 변화량을 산출하여 급 감속 및 킥 다운 변속 여부를 판단하는 제2 단계와;

   상기 제2 단계에서 급감속 및 킥 다운 변속상태라고 판단되면, 현재의 연료량 상태를 유지하면서 시간을 카운트 시작하여 셋 타임이 이상인가를 판단하는 제3 단계와;

   상기 제3 단계에서 셋 타임 이상이 되면, 현재 가속페달의 개도에 따른 목표 연료량을 연산하고, 실제 연료 분사량이 목표 연료량에 도달할 때까지 연료량을 증가시켜 제어하는 제4단계로 이루어짐을 특징으로 하는 디젤 엔진의 연료 제어방법.
3. 제2항에 있어서, 제2 단계와 제3 단계 사이에서 가속페달 개도각과 엔진 RPM에 따른 이전의 연료량과 현재의 연료량을 산출하여, 상기 이전의 연료량을 제3단계에서의 현재 연료량으로 적용함을 특징으로 하는 디젤 엔진의 연료 제어방법.
4. 제2항에 있어서, 제4단계에서의 실제 연료 분사량은 제3 단계의 현재 연료 분사량과 현재 엔진의 RPM과 차속에 따른 보정값의 합으로 산출됨을 특징으로 하는 디젤 엔진의 연료 제어방법.