KR100444032B1 - 인젝터 유량 인식 시스템 및 이를 이용한 유량 인식 방법 - Google Patents

인젝터 유량 인식 시스템 및 이를 이용한 유량 인식 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인젝터 유량 인식 시스템 및 이를 이용한 유량 인식 방법이다.
본 발명에 따르면, 센서부는 액셀 페달의 위치 신호, 냉각 수온, 엔진 회전수, 클러치 작동 신호, 차속 신호를 포함하는 각종 센서 신호를 검출하고, 엔진 제어부는 각종 센서 신호를 근거로 인젝터 맵을 선택하여 공통 레일의 압력 제어를 위한 신호와, 연료 분사 시기나, 양, 압력 등을 제어하는 인젝션 전류를 출력하며, 고압펌프부는 압력 제어 신호를 근거로 공통 레일에 소정의 분사압을 부여하며, 공통 레일부는 소정의 연료 압력 조절기를 이용하여 고압 연료를 일정한 압력으로 저장하며, 저장된 연료를 인젝터에 공급한다.
그 결과, 인젝터 맵이 차량의 운전시마다 일정 조건만 만족하면 계속적으로 체크되어 인젝터와 인젝터 맵이 최적의 상태로 매칭되도록 함으로써 차량 제작사의 ECU 매핑 의도대로 엔진 운전을 할 수 있다.

Description

인젝터 유량 인식 시스템 및 이를 이용한 유량 인식 방법{System and method for recogniting a fuel quantity of an injector}
본 발명은 인젝터 유량 인식 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공통 레일 인젝션 시스템이 적용되는 디젤 차량에서 인젝터의 양산 편차에 의한 인젝터간 유량 편차에 의해 발생되는 연소실간 성능 편차를 줄이기 위한 인젝터 유량 인식 장치 및 이를 이용한 유량 인식 방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차용 엔진은 공기를 공급받아 이에 상응하는 연료를 혼합하여 폭발시킴으로써 동력을 발생시키는 장치이다. 이중 디젤 엔진은 공급된 공기에 적절한 타이밍에 목표하는 연료를 분사시킴으로써 출력을 조절하고 있다.
따라서, 적절한 양의 연료가 공급되는 것도 중요하며, 이에 더하여 연료가 분사될 때 빨리 기화시켜 연소가 원활히 이루어지도록 하는 것이 매연 감소에 매우 중요한 요소로 작용하게 된다.
그런데, 대기 오염의 주 요인으로서 자동차의 매연이 지목되고 있고, 이에 따라 각 자동차 메이커에서는 매연을 줄이기 위한 노력을 다각도로 경주하고 있는바, 디젤 엔진의 매연을 줄이기 위하여는 연료 분사시 기화를 촉진하도록 다각도로 연구하고 있다.
이에 따라 종래 기술에 의하면 연료의 기화를 촉진하기 위하여 분사되는 연료의 액적의 크기를 줄이거나, 온도를 높이는 방법이 있으나, 주로 고압 분사에 의하여 액적의 크기를 줄이는 방향으로 시도되어 왔다.
즉, 액적의 크기를 줄이기 위해서는, 주로 연료 분사 압력을 높이는 고압 분사 방식이 사용되고 있으며, 이를 위해서는 연료 펌프에서 공급되는 압력을 고압으로 형성할 수 있도록 펌프를 개선한 분산형 펌프(Distributor type pump), 펌프와 인젝터를 일체화시킨 유닛 인젝터(EUI : Electronic Unit Injector), 고압 펌프에서 발생시킨 높은 연료 압력을 실린더마다 공유할 수 있도록 레일(Rail)을 설치한 공통 레일 인젝션 시스템(Common Rail Injection System)을 이용하는 방법이 사용되고 있다.
특히, 상기한 공통 레일 인젝션 시스템은 고압 펌프, 레일, 인젝터들로 구성된다. 동작시, 엔진 속도와 가속도 페달에 따라 요구 연료량이 정해지면 실제로 분사되는 연료량은 공통 레일 압력에서 인젝터 맵에 의해 솔레노이드 밸브 자화 시간을 계산하여 자화 시간만큼 노즐의 니들이 들려있게 함으로써 요구되는 연료량이 분사된다. 여기서, 인젝터 맵은 각각의 공통 레일 압력에서 요구 분사량에 대해 실분사량이 일치하도록 솔레노이드 자화시간을 정의한 맵이다.
따라서 인젝터 맵이 정확해야만 요구 분사량과 실 분사량이 일치하는데, 실제로는 인젝터 양산시 인젝터마다 인젝터 유량특성이 다르기 때문에 동일 공통 레일 압력과 자화 시간에서도 인젝터마다 실 분사량이 달라지게 된다.
즉, 정확한 인젝터 맵을 만들기 위해서는 각각의 인젝터 유량 특성에 맞는 인젝터 맵이 존재하여야 함을 의미하는데, 실제로 그렇게 하는 것은 현실적으로 불가능하기 때문에 통상 평균 유량 특성을 갖는 인젝터를 골라 인젝터 맵을 작성하고 있다.
현재 공통 레일 인젝션 시스템에서는 공통 레일 압력(연료 분사압)과 자화 시간에 따른 실 분사 연료량의 관계를 평균 유량 인젝터에서 측정하여 맵으로 만든 후, 양산 편차내의 유량 특성을 갖는 모든 인젝터에 동일 맵을 사용하고 있다.
그러나 인젝터간 편차는 최고 압력, 최고분사기간에서 ±1.8mm3/str의 차이가 생길 수 있으며, 이러한 차이는 역으로 동일 실제 연료량(또는 동일 토크)시 ECU상의 요구연료량이 3.6mm3/str 차이가 생기며, 이 정도의 차이는 다른 기본 분사 인자맵(분사타이밍, 연료압, EGR 등)이 요구연료량과 엔진 스피드의 함수로 되어 있기 때문에, 동일 차량 조건에서 기본 분사인자들, 예를 들어, 분사시기, 연료분사압, EGR 등이 크게 달라지게 되는 원인이 된다.
즉, 차량이 동일한 조건의 차속이나 엔진 토크를 낸다고 하더라도 엔진의 ECU에서는 서로 다른 연료량이 분사되는 것으로 인식하여 분사시기나 연료압, EGR 등이 틀리게 되며, 차량의 유해 배기가스 배출량 또는 배출 특성이 달라지게 된다.
이러한 이유로 양산 개발시에는 인젝터 유량의 최대 편차를 고려하여 성능 및 유해 배기 가스 배출량을 맞추도록 노력한다.
최근에는 이러한 인젝터간 유량 편차 문제를 해결하기 위해 인젝터 자체에 인젝터 유량 특성을 나타내는 바코드를 심음으로써 ECU가 이를 인식하여 몇개의 인젝터 맵에서 선택하도록 하는 기술이 적용되고 있다.
그러나 바코드 인식 시스템을 적용하고 있는 않은 보쉬 인젝터의 양산 편차 수준으로 관리되고 있다. 현재까지는 바코드 인식 시스템이 비용측면에서 많은 단점이 있다.
이에 본 발명의 기술과 과제는 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 공통 레일 인젝션 시스템이 적용되는 디젤 차량에서 인젝터의 양산 편차로 인한 인젝터간 유량 편차에 대하여 최적의 맵 값을 매칭시켜 연소실간 성능 편차를 줄여 최적의 엔진 출력을 제공하도록 한 것이다.또한 본 발명의 다른 목적은 상기한 인젝터 유량 인식 시스템을 이용한 유량 인식 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 인젝터 유량 인식 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 인젝터 유량 인식 시스템을 이용한 유량 인식 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 ; 센서부 110 : 페달 위치 검출부
120 : 냉각 수온 검출부 130 : 엔진 회전수 검출부
140 : 클러치 스위치 150 : 레일 압력 검출부
160 : 차속 검출부 200 : 엔진 제어부
300 : 고압펌프부 400 : 인젝터부
410 : 공통 레일 420 : 압력 센서
430 : 인젝터
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 인젝터 유량 인식 시스템은,
액셀 페달의 위치 신호, 냉각 수온, 엔진 회전수, 클러치 작동 신호, 차속 신호를 포함하는 각종 센서 신호를 검출하는 센서부;
상기 센서부로부터 제공되는 각종 센서 신호를 근거로 인젝터 맵을 선택하여 공통 레일의 압력 제어를 위한 신호와, 연료 분사 시기, 양, 압력을 산출하여 인젝션의 구동을 제어하는 엔진 제어부;소정의 연료 압력 조절기를 이용하여 고압 연료를 일정한 압력으로 저장하며, 저장된 연료를 상기 인젝터에 공급하는 공통 레일부;상기 압력 제어 신호에 의해 구동되어 공통 레일부에 소정의 압력으로 연료를 공급하는 고압펌프부 및;
연료를 분사하는 하나 이상의 인젝터를 포함한다.
또한 상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 인젝터 유량 인식 방법은,
페달 위치가 제로이고, 냉각 수온 및 엔진 회전수가 기설정된 범위 내에 존재하고, 클러치 스위치가 온 또는 중립 상태이며, 안정 시간을 경과한 경우에는 아이들 거버닝을 중지하는 단계;
기준 분사압으로 공통 레일 압력 제어를 명령하고, 기준 연료량을 분사토록 인젝터에 명령하는 단계;
현재의 엔진 회전수를 측정하여 평균하는 단계;
상기 평균한 측정 엔진 회전수를 근거로 인젝터 맵을 선택하는 단계; 및
레일 압력 및 아이들 거버닝으로 복귀하는 단계를 포함하여 이루어진다.
이러한 인젝터 유량 인식 시스템 및 이를 이용한 유량 인식 방법에 의하면, 인젝터간 유량 편차를 줄임으로써 인젝터간 유량 편차에 의해 발생하는 엔진간 성능 편차를 줄일 수 있어 엔진의 성능을 향상시킬 수 있다.
그러면, 통상의 지식을 지닌 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 실시예에 관해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 인젝터 유량 인식 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 인젝터 유량 인식 시스템은 센서부(100), 엔진 제어부(200), 고압펌프부(300) 및 인젝터부(400)로 이루어지고, 공통 레일 인젝션 시스템에 채용되는 것이 바람직하다.
센서부(100)는 페달 위치 검출부(110), 냉각 수온 검출부(120), 엔진 회전수 검출부(130), 클러치 스위치(140), 레일 압력 검출부(150), 차속 검출부(160)로 이루어져, 액셀 페달의 위치 신호, 냉각 수온, 엔진 회전수, 클러치 작동 신호, 레일의 압력 신호, 차속 신호 등의 각종 센서 신호를 검출하여 엔진 제어부(200)에 제공한다.
엔진 제어부(200)는 센서부(100)로부터 제공되는 각종 센서 신호를 근거로 인젝터맵을 선택하여 공통 레일의 압력 제어를 위한 신호를 고압 펌프부(300)에 출력하고, 연료 분사 시기나, 양, 압력 등을 제어하는 인젝션 전류를 인젝터부(400)에 출력한다.
고압 펌프부(300)는 엔진 제어부(200)로부터 제공되는 압력 제어 신호를 근거로 공통 레일에 소정 압력으로 연료를 공급하여 분사압을 형성한다. 이때 형성되는 분사압은 고압으로 4밸브의 디젤 엔진에 적용되는 직접 분사 방식을 채용하는 공통 레일 인젝션 시스템의 경우에는 1300bar인 것이 바람직하다.
인젝터부(400)는 고압 연료를 연료 압력 조절기를 이용하여 일정한 압력으로 저장하며, 저장된 연료를 인젝터에 공급하는 공통 레일(410)과 상기 공통 레일(410)의 압력을 감지하는 압력 센서(420) 및 복수의 인젝터(430)들로 이루어져, 엔진 제어부(200)로부터 제공되는 인젝션 전류와 고압 펌프부(300)로부터 제공되는 분사압을 근거로 연료를 분사한다.
즉, 고압 펌프부(400)에서 형성된 분사압을 근거로 공통 레일에서는 1300bar의 압력으로 연료를 축압하고 있다가, 각 실린더의 인젝터(430)를 통해 연료를 분사하는데, 이때 연료 분사 시기나, 양, 압력 등은 연료 제어부(200)에서 출력되는 인젝션 전류에 근거한다.
또한, 복수의 인젝터(430)는 엔진 제어부(200)에 의해 제어되며 공통 레일로부터 공급받은 고압의 연료를 최적 시기에 균일 압력으로 분사한다.
도 2는 본 발명에 따른 인젝터 유량 인식 시스템을 이용한 유량 인식 방법을설명하기 위한 흐름도이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 먼저, 이그니션의 온에 따라 액셀 페달 위치 검출부(110)로부터 제공되는 신호를 근거로 페달 위치가 '0'(제로)인지의 여부를 체크하여(단계 S110), 엑셀 페달 위치가 '0'이 아닌 경우에는 단계 S110으로 피드백한다.
단계 S110에서 액셀 페달 위치가 '0'인 경우에는 냉각 수온 검출부(120)로부터 제공되는 현재의 냉각 수온이 기설정된 제1 기준 온도와 제2 기준 온도와의 영역에 위치하는 지의 여부를 체크한다(단계 S115). 즉, 엔진이 충분히 워밍업되었음을 판별하기 위해 냉각수온이 써모스탯(thermostat) 개구 온도에 상당하는 온도 범위에 있어야 한다. 이때의 기설정되는 온도 범위는 대략 섭씨 85 내지 90도인 것이 바람직하다.
단계 S115에서 냉각 수온이 제1 기준 온도와 제2 기준 온도와의 영역에 위치하지 않는 경우에는 단계 S110으로 피드백하고, 냉각 수온이 제1 기준 온도와 제2 기준 온도와의 영역에 위치하는 경우에는 엔진 회전수 검출부(130)에 의해 검출된 엔진 RPM이 (기준 RPM-a) 내지 (기준 RPM+a)의 범위 내에 존재하는 지의 여부를 체크한다(단계 S120). 예를 들어, 엔진 RPM은 아이들 속도±50RPM 이내에 존재하는 것이 바람직하다.
단계 S120에서 엔진 RPM이 (기준 RPM-50) 내지 (기준 RPM+50)의 범위 내에 존재하지 않는 경우에는 단계 S110으로 피드백하고, 엔진 RPM이 (기준 RPM-50) 내지 (기준 RPM+50)의 범위 내에 존재하는 경우에는 클러치 스위치(140)가 온(ON) 상태이거나 중립(Neutral) 상태인지의 여부를 체크한다(단계 S125).
즉, 클러치가 작동되었거나 기어가 중립 상태에 있어야 한다. 여기서, 클러치 작동은 클러치 스위치에 의해 판단하며, 중립 상태의 판단은 수동 변속(M/T)의 경우 엔진 속도와 차속의 비로 판별하며, 자동 변속(A/T)의 경우 TCU로부터 제공되는 신호를 근거로 판별한다.
단계 S125에서 클러치 스위치가 오프이거나 중립 상태가 아닌 경우에는 단계 S115로 피드백하고, 클러치 스위치가 온이거나 중립 상태인 경우에는 엔진이 충분히 안정될 수 있도록 기설정된 일정의 안정 시간을 경과했는지의 여부를 체크하여(단계 S130), 안정 시간을 미경과한 경우에는 단계 S110으로 피드백한다.
이상에서 설명한 단계 S110 내지 단계 S130은 엔진에 장착된 인젝터의 유량 특성을 엔진 제어부(ECU)(200)가 검사하기 위한 조건으로, 상기한 조건을 만족하는 운전 영역에 있는 경우에만 엔진 제어부가 유량 검사를 수행한다.
단계 S130에서 안정 시간을 경과한 경우에는 아이들 거버닝(Idle governing)을 중지시킨다(단계 S135).
이어 연료 분사압을 기준 분사압으로 제어되도록 명령하고, 기매핑된 기준 연료량을 분사시키도록 인젝터에 명령한다(단계 S140). 즉, 기준 자화 시간으로 인젝터, 보다 상세히는 인젝터내에 구비되는 솔레노이드를 자화시킨다.
이어 기준 분사압에서 기준 연료량이 분사되도록 하였을 때 엔진 RPM을 측정하고, 측정된 엔진 RPM을 평균한 후(단계 S145), 상기 엔진 RPM이 어느 범위에 속하는지 판별하여 엔진 RPM이 속하는 범위에 따라 인젝터 맵이 각기 다르게 선정되도록 한다(단계 S150).
이어 정상적인 연료 분사압 제어 및 아이들 거버닝으로 복귀한다(단계 S155 ).
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 인젝터 맵이 차량의 운전시마다 일정 조건만 만족하면 계속적으로 체크되어 인젝터와 인젝터 맵이 최적의 상태로 매칭되도록 함으로써 차량 제작사의 ECU 매핑 의도대로 엔진 운전을 할 수 있다.
또한 차량 제작사에서 고려한 유해 배기 가스양이 인젝터맵의 최적화로 미리 의도된 공차내에 항상 존재하게 됨으로써 인젝터 유량이 편중되어 배기 규제를 벗어나는 소수 차량을 없앨 수 있어, 요즘 문제가 되고 있는 판매 후 품질 문제로 인한 리콜을 방지할 수 있다.
또한 차량 제작사에서는 인젝터 제작사에서 보증하는 유량 편차를 인정하여 평균 유량치 인젝터만으로 시험할 수 있으므로 인젝터맵을 인젝터에 매칭하지 않는 경우 필수적으로 필요한 최악의 상황을 고려한 시험을 할 필요가 없게 된다.
또한 최적화된 맵핑을 포기하고 모든 상황에 적용되도록 ECU 데이터를 만들 필요가 없으므로 제품 제작 기간과 비용을 상당히 줄일 수 있으며 성능 편차를 줄여 최적의 성능을 구현할 수 있다.

Claims (3)

  1. 디젤 차량의 엔진에 있어서,
    연료를 분사하는 하나 이상의 인젝터;
    소정의 연료 압력 조절기를 이용하여 고압 연료를 일정한 압력으로 저장하며, 저장된 연료를 상기 인젝터에 공급하는 공통 레일부;
    액셀 페달의 위치 신호, 냉각 수온, 엔진 회전수, 클러치 작동 신호, 차속 신호를 포함하는 각종 센서 신호를 검출하는 센서부;
    상기 센서부로부터 제공되는 각종 센서 신호를 근거로 각 연소실별 인젝터에 대한 인젝터맵을 선택하여 공통 레일의 압력 제어를 위한 신호와, 연료 분사 시기, 양, 압력을 산출하며, 이를 기반으로 인젝션 제어신호를 출력하는 엔진 제어부;
    상기 압력 제어 신호를 근거로 공통 레일에 소정의 압력으로 연료를 압송시켜 분사압을 형성시키는 고압 펌프부;
    를 포함하는 인젝터 유량 인식 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 공통 레일부는,
    축압된 연료의 압력을 검출하여 상기 엔진 제어부에 제공하는 압력 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인젝터 유량 인식 시스템.
  3. 페달 위치가 제로이고, 냉각 수온 및 엔진 회전수가 기설정된 범위 내에 존재하고, 클러치 스위치가 온 또는 중립 상태이며, 안정 시간을 경과한 경우에는 아이들 거버닝을 중지하는 단계;
    기준 분사압으로 공통 레일 압력 제어를 명령하고, 기준 연료량을 분사토록 인젝터에 명령하는 단계;
    현재의 엔진 회전수를 측정하여 평균하는 단계;
    상기 평균한 측정 엔진 회전수를 근거로 인젝터 맵을 선택하는 단계; 및
    레일 압력 및 아이들 거버닝으로 복귀하는 단계
    를 포함하는 인젝터 유량 인식 방법.
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Citations (4)

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JPH08165944A (ja) * 1994-12-14 1996-06-25 Daihatsu Motor Co Ltd ガソリン機関の燃料噴射制御方法
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