KR100432034B1 - 커먼 레일 연료 분사 장치에서의 멀티 파일롯 분사 제어방법 - Google Patents

커먼 레일 연료 분사 장치에서의 멀티 파일롯 분사 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 커먼 레일 연료 분사 장치에서의 멀티 파일롯 분사 제어 방법에 관한 것으로, 후처리가 작동됨과 더불어 전자제어유니트로부터 요청이 있었는가에 따라 미리 설정되어 있는 다수의 파일롯 분사 작동 범위 곡선중에서 하나를 선택하는 단계와, 상기와 같이 선택된 파일롯 분사 작동 범위 곡선을 이용하여 파일롯 분사 작동 범위를 결정하는 단계와, 상기 파일롯 분사 작동 범위에 따라 미리 설정되어 있는 다수의 파일롯 선택 곡선중에서 하나를 선택하는 단계와, 상기와 같이 선택된 파일롯 선택 곡선을 이용하여 파일롯 선택 변수값을 결정하는 단계 및, 상기와 같이 결정된 파일롯 선택 변수값에 따라 각 파일롯 분사에 대한 우선 순위를 결정하여 분사하는 단계를 포함하여 구성되어, 파일롯 분사횟수가 2회 이상인 멀티 파일롯 분사시에 엔진의 운전 상태에 따라 우선 순위를 부여하여 분사함에 따라 파일롯 분사를 보다 최적화시켜서 엔진의 소음 및 진동을 최소화할 수 있고, 배출가스도 감소시킬 수 있다.

Description

커먼 레일 연료 분사 장치에서의 멀티 파일롯 분사 제어 방법 {Multi-pilot injection control method in a common rail injection system}
본 발명은 커먼 레일 연료 분사 장치에서의 멀티 파일롯 분사 제어 방법에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 파일롯 분사횟수가 2회 이상인 멀티 파일롯 분사시에 엔진의 운전 상태에 따라 우선 순위를 부여하여 분사하는 멀티 파일롯 분사 제어 방법에 관한 것이다.
현재까지 사용되고 있는 디젤연료 분사장치는 분사 압력을 얻기 위해서 캠구동 장치를 사용했으며 그 원리는 분사압력이 속도증가와 함께 증가하고 이에 따라 분사 연료량이 증가하는 방식이었다. 이러한 장치는 분사압력이 매우 낮은 경우에만 실제로 사용할 수 있었다.
이러한 캠구동 방식과 달리 승용차나 상용차에 이용되고 있는 커먼 레일 분사 장치에서는 분사압력의 발생과 분사과정이 완전히 별개로 이루어진다. 이렇게 압력발생과 분사를 분리하기 위해서는 고압을 유지할 수 있는 고압 어큐뮬레이터나 레일이 필요하게 된다. 이 시스템에서는 종래의 노즐 홀더에 솔레노이드가 부착된 노즐이 장착되고, 고압은 레디얼 피스톤 펌프에 의해 생성되는데, 일정한 범위내에서는 엔진 회전수와는 독립하여 자유롭게 회전속도를 조정할 수 있다.
커먼 레일 시스템의 장점은 엔진 설계시 연료의 압력발생과 분사를 분리해서 생각할 수 있기 때문에 연소와 분사과정 설계를 자유롭게 할 수 있다. 즉, 엔진 맴을 이용하여 엔진 운전 조건에 따라 연료 압력과 분사시기를 조정할 수 있기 때문에 엔진의 회전속도가 낮을 때도 고압분사가 가능해져서 완전 연소를 추구할 수 있다. 또한 파일럿 분사하면 배기가스와 소음을 더욱 저감할 수 있으며, 연료 분사 곡선은 유압제어로 노즐 니들에 의해 조절되므로 분사종료시까지 신속하게 조절 가능하다. 결국 커먼 레일 시스템으로 인해 디젤엔진은 획기적으로 배기가스를 저감하고, 연비를 향상시키는 것이 가능해졌다고 볼 수 있다.
그러나, 상기와 같은 커먼 레일 분사 시스템에서 적용되는 파일럿 분사 방식은, 한 사이클마다 파일롯 분사횟수가 1회로만 한정되어 있을 뿐으로 소음 및 진동을 효과적으로 저감시키가 어려운 문제점이 있었다.
이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 파일롯 분사횟수가 2회 이상인 멀티 파일롯 분사시에 엔진의 운전 상태에 따라 우선 순위를 부여하여 분사함에 따라 파일롯 분사를 보다 최적화시켜서 엔진의 소음 및 진동을 최소화할 수 있고, 배출가스도 감소시킬 수 있는 커먼 레일 연료 분사 장치에서의 멀티 파일롯 분사 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 커먼 레일 연료 분사 장치에서의 멀티 파일롯 분사 제어방법은, 후처리가 작동됨과 더불어 전자제어유니트로부터 요청이 있었는가에 따라 미리 설정되어 있는 다수의 파일롯 분사 작동 범위 곡선중에서 하나를 선택하는 단계와, 상기와 같이 선택된 파일롯 분사 작동 범위 곡선을 이용하여 파일롯 분사 작동 범위를 결정하는 단계와, 상기 파일롯 분사 작동 범위에 따라 미리 설정되어 있는 다수의 파일롯 선택 곡선중에서 하나를 선택하는 단계와, 상기와 같이 선택된 파일롯 선택 곡선을 이용하여 파일롯 선택 변수값을 결정하는 단계 및, 상기와 같이 결정된 파일롯 선택 변수값에 따라 각 파일롯 분사에 대한 우선 순위를 결정하여 분사하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 멀티 파일롯 분사 제어 방법을 수행하는 커먼 레일 연료 분사 장치의 개략적인 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 멀티 파일롯 분사 제어 방법을 설명하기 위한 순서도,
도 3은 본 발명에 따른 멀티 파일롯 분사 타이밍도,
도 4는 본 발명의 1실시예에 따른 파일롯 분사 작동 범위 곡선을 설명하기 위한 테이블,
도 5는 본 발명의 1실시예에 따른 파일롯 선택 곡선을 설명하기 위한 테이블,
도 6은 본 발명의 1실시예에 따른 파일롯 분사 선택을 설명하기 위한 테이블이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11 : 전자제어유니트 12 : 고압펌프
13 : 연료공급조절밸브 14 : 커먼레일
15 : 인젝터 16 : 인젝터코일
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 멀티 파일롯 분사 제어 방법을 수행하는 커먼 레일 연료 분사 장치의 개략적인 구성도로서, 전자제어유니트(11)와, 고압펌프(12), 연료공급조절밸브(13), 커먼레일(14), 인젝터(15), 인젝터코일(16) 및, 각종 센서류(21-27)를 포함하여 구성되어 있다.
상기 고압펌프(12)는 엔진의 회전력을 이용한 펌프로 디젤연료를 최고 1,350bar 까지 압축하여 상기 커먼레일(14)로 공급하도록 되어 있고, 상기 연료공급조절밸브(13)는 상기 고압펌프(12)내에 내장되어 있는 것으로, 상기 전자제어유니트(11)의 제어에 따라 고압펌프(12)의 고압실로 보내주는 연료량을 통제하여 엔진에 필요한 연료량을 제어한다.
상기 커몬레일(14)은 상기 고압펌프(12)에서 공급된 고압의 연료를 저장하였다가 각각의 연소실에 동일한 연료압으로 연료를 보내주는 것으로, 역류방지를 위한 첵밸브 및 고압 센서가 부착되어 있고, 레일 안의 연료압력은 전자석식 압력 조절밸브에 의해 조정되고, 연료압력은 항상 압력센서에 의해 모니터링되고 연속적으로 엔진에서 요구하는 조건에 따라 조절된다.
상기 인젝터(15)는 고압의 연료를 연소실로 분사시켜주는 역할을 하는 것으로 인젝터 코일(16)이 전자제어유니트(11)의 제어에 의해 동작하여 상기 인젝터(15)의 니들밸브를 개폐시키도록 되어 있다.
상기 전자제어유니트(11)는 각종 센서들(21-27)의 감지신호를 받아 상기 고압연료펌프(12)와 연료공급조절밸브(13) 및 인젝터코일(16)등을 작동시켜서, 연료 분사량, 분사시기, 분사율등을 제어하도록 되어 있다.
상기와 같이 구성된 장치에서 수행되는 본 발명에 따른 멀티 파일롯 분사 제어 방법을 도 2 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3에 도시된 바와 같이, 연료 분사횟수는, 1사이클당 3회의 파일롯 분사와 1회의 주분사 및 2회의 후분사로 이루어진다.
파일롯 분사3은 엔진의 형상이나 압축 시작에 따른 필요가 발생시 선택되며, 파일롯 분사2는 항상 파일롯 분사1과 연계되어 엔진 소음을 저감시킬 목적으로 사용되고, 파일롯 분사1은 엔진 소음을 저감시킬 목적으로 사용된다. 또한, 주분사는 엔진의 출력 토크를 발생시킬 목적으로 사용되며, 후분사2는 후처리중 DPF, Nox 촉매 활성화 또는 재생을 목적으로 사용되며, 후분사1은 후처리중 산화 촉매를 활성화시킬 목적으로 사용된다.
본 발명에서는 상기와 같이 3회의 파일롯 분사에 대한 우선 순위를 부여하게 된다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 단계(S1)에서는 후처리가 작동됨과 더불어 전자제어유니트로부터 요청이 있었는가를 판단하여, 후처리가 작동됨과 더불어 전자제어유니트로부터 요청이 있으면 단계(S2)를 수행하고, 후처리가 작동되지 않거나 전자제어유니트로부터 요청이 없으면 단계(S3)를 수행한다.
상기 단계(S2)에서는 미리 설정되어 있는 2개의 파일롯 분사 작동 범위 곡선1, 2중에서 파일롯 분사 작동 범위 곡선1을 선택하고, 상기 단계(S3)에서는 미리 설정되어 있는 2개의 파일롯 분사 작동 범위 곡선1, 2중에서 파일롯 분사 작동 범위 곡선2를 선택한다.
이어서, 단계(S4)에서는, 상기와 같이 선택된 파일롯 분사 작동 범위 곡선1 또는 2를 이용하여 흡기온도 및 냉각수온에 따른 파일롯 분사 작동 범위를 결정한다.
이어서, 단계(S5)에서는 상기와 같이 결정된 파일롯 작동 범위가 "1"인지를 판단하여 "1"이 아니면 단계(S6)를 수행하고, "1"이면 단계(S9)를 수행한다. 또한, 단계(S6)에서는 상기와 같이 결정된 파일롯 작동 범위가 "2"인지를 판단하여 "2"가 아니면 단계(S7)를 수행하고, "2"이면 단계(S10)를 수행한다. 또, 단계(S7)에서는 상기와 같이 결정된 파일롯 작동 범위가 "3"인지를 판단하여 "3"이 아니면 단계(S8)를 수행하고, "3"이면 단계(S11)를 수행한다. 그리고, 단계(S8)에서는 상기와 같이 결정된 파일롯 작동 범위가 "4"인지를 판단하여 "4"가 아니면 단계(S13)를 수행하고, "4"이면 단계(S12)를 수행한다.
상기 단계(S9)에서는 미리 설정되어 있는 5개의 파일롯 선택 곡선1-5중에서 파일롯 선택 곡선1을 선택하고, 이 곡선을 이용하여 엔진속도 및 연료량에 따른 파일롯 선택 변수값을 결정한다. 상기 단계(S10)에서는 미리 설정되어 있는 5개의 파일롯 선택 곡선1-5중에서 파일롯 선택 곡선2를 선택하고, 이 곡선을 이용하여 엔진속도 및 연료량에 따른 파일롯 선택 변수값을 결정한다. 상기 단계(S11)에서는 미리 설정되어 있는 5개의 파일롯 선택 곡선1-5중에서 파일롯 선택 곡선3을 선택하고, 이 곡선을 이용하여 엔진속도 및 연료량에 따른 파일롯 선택 변수값을 결정한다. 상기 단계(S12)에서는 미리 설정되어 있는 5개의 파일롯 선택 곡선1-5중에서 파일롯 선택 곡선4을 선택하고, 이 곡선을 이용하여 엔진속도 및 연료량에 따른 파일롯 선택 변수값을 결정한다. 상기 단계(S13)에서는 미리 설정되어 있는 5개의 파일롯 선택 곡선1-5중에서 파일롯 선택 곡선5를 선택하고, 이 곡선을 이용하여 엔진속도 및 연료량에 따른 파일롯 선택 변수값을 결정한다.
이어서, 단계(S14)에서는 상기와 같이 결정된 파일롯 선택 변수값에 따라 각 파일롯 분사에 대한 우선 순위를 결정하여 분사한다.
즉, 상기 단계(S1)에서 후처리가 작동됨과 더불어 전자제어유니트로부터 요청이 있는 것으로 판단되면 단계(S2)를 수행하여 도 4에 도시된 바와 같은 파일롯 분사 작동 범위 곡선1이 결정되고, 흡기온도가 10℃이고 냉각수온이 10도라면 "3"이라는 파일롯 분사 작동 범위가 결정된다.
상기와 같이 파일롯 분사 작동 범위가 "3"이면 단계(S11)를 수행하여 도 5에 도시된 바와 같은 파일롯 선택 곡선3이 결정되고, 엔진속도가 800rpm이고, 연료량이 40mm3이면 파일롯 선택 변수값은 "2"가 된다.
상기와 같이 파일롯 선택 변수값이 "2"로 설정되면 도 6에 도시된 바와 같이, 파일롯 분사1만이 선택되어 파일롯 분사가 수행된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 파일롯 분사횟수가 2회 이상인 멀티 파일롯 분사시에 엔진의 운전 상태에 따라 우선 순위를 부여하여 분사함에 따라 파일롯 분사를 보다 최적화시켜서 엔진의 소음 및 진동을 최소화할 수 있고, 배출가스도 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 후처리가 작동됨과 더불어 전자제어유니트로부터 요청이 있었는가에 따라 미리 설정되어 있는 다수의 파일롯 분사 작동 범위 곡선중에서 하나를 선택하는 단계와, 상기와 같이 선택된 파일롯 분사 작동 범위 곡선을 이용하여 파일롯 분사 작동 범위를 결정하는 단계와, 상기 파일롯 분사 작동 범위에 따라 미리 설정되어 있는 다수의 파일롯 선택 곡선중에서 하나를 선택하는 단계와, 상기와 같이 선택된 파일롯 선택 곡선을 이용하여 파일롯 선택 변수값을 결정하는 단계 및, 상기와 같이 결정된 파일롯 선택 변수값에 따라 각 파일롯 분사에 대한 우선 순위를 결정하여 분사하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 커먼 레일 연료 분사 장치에서의 멀티 파일롯 분사 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 파일롯 선택 변수값은, 3회의 파일롯 분사중에서 2회 이하의 파일롯을 선택하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 커먼 레일 연료 분사 장치에서의 멀티 파일롯 분사 제어 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 파일롯 분사 작동 번위를 결정하는 단계는, 흡기온도 및 냉각수온에 따라 파일롯 분사 작동 범위를 결정하는 것을 특징으로 하는 커먼 레일 연료 분사 장치에서의 멀티 피일롯 분사 제어 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 파일롯 선택 변수값을 결정하는 단계는, 엔진속도와 연료량에 따라 파일롯 선택 변수값을 결정하는 것을 특징으로 하는 커먼 레일 연료 분사 장치에서의 멀티 파일롯 분사 제어 방법.
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