KR100456838B1 - Method for fuel injection controlling in internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
터보 차저가 부착된 내연기관에서 과급압 조정기구의 이상으로 희박연소 영역으로 진입할 시 연료 공급을 차단시켜 과급압이 허용 상한을 초과하지 않도록 하며, 배기가스의 온도가 상승되는 것을 방지하도록 하는 것이다.When the internal combustion engine with a turbocharger enters the lean burn area due to the abnormality of the boost pressure adjusting mechanism, the fuel supply is cut off so that the boost pressure does not exceed the upper limit and the temperature of the exhaust gas is prevented from rising. .
본 발명은 검출되는 과급압(Pb)이 설정된 기준값 이상인지를 판단하는 과정과, 검출되는 과급압(Pb)이 기준값 이상이면 터보 차저의 고장으로 판단하여 엔진 상태에 따른 연료 분사량을 연산하여 연료 분사를 조정하는 과정과, 연료 분사 조정이 진행되는 상태에서 공연비가 설정된 기준값 이상인지를 판단하는 과정 및, 공연비가 기준값 이상이면 희박연소 영역의 진입으로 판단하여 일정시간 동안 연료 분사를 차단하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention is a process of determining whether the detected boost pressure (Pb) is greater than or equal to the set reference value, and if the detected boost pressure (Pb) is greater than or equal to the reference value, it is determined that the turbocharger is malfunctioning, and the fuel injection amount according to the engine state is calculated to inject fuel And adjusting the fuel injection ratio, determining whether the air-fuel ratio is equal to or greater than a predetermined reference value while the fuel injection adjustment is in progress, and blocking the fuel injection for a predetermined time by determining that the air-fuel ratio is equal to or greater than the reference value. Characterized in that.
Description
본 발명은 내연기관에 관한 것으로, 더 상세하게는 터보 차저가 부착된 내연기관의 연료 분사량 제어에서 과급압 조정기구의 이상으로 희박연소 영역으로 진입할 시 연료 공급을 차단시켜 과급압이 허용 상한을 초과하지 않도록 하며, 배기가스의 온도가 상승되는 것을 방지하도록 하는 내연기관의 연료 분사 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to an internal combustion engine, and more particularly, in the fuel injection amount control of an internal combustion engine equipped with a turbocharger, when the fuel supply amount enters the lean burn region beyond the boosting pressure regulating mechanism, the supercharged pressure is cut off. It does not exceed, and relates to a fuel injection control method of the internal combustion engine to prevent the temperature of the exhaust gas rises.
일반적으로 터보 차저가 장착되어 있는 내연기관은 과급압을 제어하기 위한 웨스트 게이트 밸브를 구비하고 있다. 즉, 터보차저의 터빈을 우회하는 바이패스 통로에 웨스트 게이트 밸브를 장착하여 과급압이 과대하게 되었을 때 웨스트 게이트 밸브를 개방시켜 압력을 피함으로써 과급압이 허용값 이하로 제어되도록 하고, 내장된 가변식 베인에 의하여 과급압을 제어하는 전자제어식 가변 노즐형 터보 차저의 경우 베인의 개폐 동작을 실시하는 액추에이터를 제어함으로써 과급압을 허용값 이하로 제어하고 있다.In general, an internal combustion engine equipped with a turbocharger includes a west gate valve for controlling the boost pressure. In other words, by installing the west gate valve in the bypass passage bypassing the turbine of the turbocharger, when the boost pressure becomes excessive, the west gate valve is opened to avoid the pressure so that the boost pressure can be controlled to below the allowable value. In the case of the electronically controlled variable nozzle type turbocharger which controls the boost pressure by a type vane, the boost pressure is controlled to a tolerance or less by controlling the actuator which opens and closes the vane.
그러나, 웨스트 게이트 밸브나 액추에이터가 고착 등에 의하여 고장이 발생하는 경우 과급압이 허용 상한을 넘어 과대하게 공급되어 기관을 손상시키게 되므로 안전장치로 과급압이 허용 상한을 넘는 경우 흡기를 대기중으로 배출함으로써 과급압을 저하시키는 릴리즈 밸브를 구비한 내연기관이 제시되고 있다.However, if the failure occurs due to the seizure of the west gate valve or the actuator, the boost pressure is excessively supplied beyond the allowable limit and damages the engine.If the boost pressure is exceeded by the safety device, the intake air is discharged into the atmosphere. Internal combustion engines having release valves for reducing pressure have been proposed.
그러나, 릴리즈 밸브의 경우 웨스트 게이트 밸브의 고장시에만 작동하는 안정장치이고, 고가의 부품이므로 내연기관의 제조 원가를 상승시키는 결과를 초래하게 되어 소비자의 부담으로 전가되는 문제점이 발생한다.However, in the case of the release valve is a stabilizer that operates only when the failure of the west gate valve, and expensive components, resulting in a rise in the manufacturing cost of the internal combustion engine is a problem that is passed on to the consumer burden.
또한, 웨스트 게이트 밸브나 액추에이터의 고장시 과급압 방지를 위해 연료 분사량을 통상시 보다 감소시킴으로써 엔진 토오크를 저감시키는데, 이를 가솔린 엔진에 적용하는 경우 연료 분사량의 감량으로 인하여 배기가스의 온도가 과다하게 상승되어 배기 매니폴더 및 연소실의 내구성을 저하시키는 문제점이 발생한다.In addition, the engine torque is reduced by reducing the fuel injection amount more than usual to prevent the boost pressure in the event of a failure of the west gate valve or the actuator, and when applied to a gasoline engine, the exhaust gas temperature is excessively increased due to the reduction of the fuel injection amount. This causes a problem of deteriorating the durability of the exhaust manifold and the combustion chamber.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 터보 차저가 부착된 내연기관에서 과급압 조정기구의 이상이 발생하는 경우 과급압에 따라 연료 분사량을 조정하여 과급압이 허용 상한을 초과하지 않도록 하며, 과급압에 따른 연료 분사량의 조정시 공연비의 검출을 통해 배기가스의 온도가 기준온도 이상으로 상승할 시 연료 공급을 차단시켜 배기가스의 온도 상승으로 인한 배기 매니폴더 및 연소실의 내구성이 저하되는 것을 방지하도록 한 것이다.The present invention has been invented to solve the above problems, the object of which is the upper limit of the supercharge pressure by adjusting the fuel injection amount according to the boost pressure when an abnormality of the boost pressure adjusting mechanism occurs in the internal combustion engine with a turbocharger The fuel supply is shut off when the temperature of the exhaust gas rises above the reference temperature by detecting the air-fuel ratio when adjusting the fuel injection amount according to the boost pressure, and the exhaust manifold and combustion chamber It is to prevent the durability from deteriorating.
도 1은 본 발명에 따른 내연기관의 연료 분사 제어장치 구성도.1 is a block diagram of a fuel injection control device of an internal combustion engine according to the present invention;
도 2는 본 발명에 따라 내연기관에서 연료 분사 제어를 수행하는 일 실시예의 흐름도.2 is a flow diagram of one embodiment for performing fuel injection control in an internal combustion engine in accordance with the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 내연기관의 연료 분사 제어장치에서 과급압 조정기구의 고장시 적용되는 연료 분사량의 맵 선도.3 is a map diagram of a fuel injection amount applied at the time of failure of the boost pressure adjusting mechanism in the fuel injection control apparatus of the internal combustion engine according to the present invention;
도 4는 본 발명에 따른 내연기관의 연료 분사 제어장치에서 통상적인 과급압 조정시 적용되는 연료 분사량의 맵 선도.4 is a map diagram of a fuel injection amount applied in the normal boost pressure adjustment in the fuel injection control apparatus of the internal combustion engine according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 내연기관의 연료 분사 제어장치에서 과급압 제어를 도시한 도면.5 is a diagram illustrating boost pressure control in a fuel injection control apparatus of an internal combustion engine according to the present invention;
상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 검출되는 과급압(Pb)이 설정된 기준값 이상인지를 판단하는 과정과, 검출되는 과급압(Pb)이 기준값 이상이면 터보 차저의 고장으로 판단하여 엔진 상태에 따른 연료 분사량을 연산하여 연료 분사를 조정하는 과정과, 연료 분사 조정이 진행되는 상태에서 공연비가 설정된 기준값 이상인지를 판단하는 과정 및, 공연비가 기준값 이상이면 희박연소 영역의 진입으로 판단하여 일정시간 동안 연료 분사를 차단하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object is a process of determining whether the detected boost pressure (Pb) is greater than or equal to the set reference value, and if the detected boost pressure (Pb) is equal to or greater than the reference value, it is determined that the turbocharger is faulty, A process of adjusting fuel injection by calculating a fuel injection amount, determining whether an air-fuel ratio is equal to or greater than a set reference value while the fuel injection adjustment is in progress, and if the air-fuel ratio is higher than the reference value, judging as entering the lean burn area for a predetermined time. It characterized in that it comprises a process of blocking the fuel injection.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 내연기관의 연료 분사 제어장치는 내장된 가변식 베인에 의하여 과급량을 제어하는 터보 차저 본체(10)와, 베인 개폐 동작을 구동하여 주는 액추에이터(20)와, 액추에이터(20)에 부압을 공급하는 플랜지 콘트롤 모듈레이터 밸브(이하, 'PCM 밸브' 라 한다.)(30)와, 상기 액추에이터(20)의 동작원이 되는 부압을 생성시키는 진공펌프(40)와, 과급압(Pb)을 검출하는 과급압 검출부(50)와, 엔진의 회전 속도(Ne)를 검출하는 회전수 검출부(60)와, 공연비(A/F)를 검출하는 공연비 검출부(70)와, 각각의 검출부로부터 검출되는 엔진의 운전 상태와 이상적인 과급 특성을 비교한 다음 PCM 밸브(30)의 제어를 통해 운전 상태에 따른 최적의 과급 상태가 되도록 터보 차저 본체(10)의 베인 개폐 각도를 조정하고, 터보 차저의 제어에 대응하여 연료분사장치(100)의 연료 분사량의 증감 제어와 배기가스의 온도에 따라 연료 분사 차단 제어를 수행하는 제어부(80)와, 도시되지 않은 운전석이 클러스터에 포함되어 터보 차저의 이상 여부를 운전자에게 지시하여 주는 표시부(90) 및 제어부(80)의 제어신호에 따라 연료 분사량의 증량과 감량 및 연료 분사 차단을 수행하는 연료분사장치(100)로 이루어진다.As can be seen in Figure 1 the fuel injection control device of the internal combustion engine according to the present invention is a turbocharger main body 10 for controlling the supercharge amount by a built-in variable vane, and the actuator 20 for driving the vane opening and closing operation ), A flange control modulator valve (hereinafter referred to as a 'PCM valve') 30 for supplying a negative pressure to the actuator 20, and a vacuum pump 40 for generating a negative pressure which is an operation source of the actuator 20. ), The boost pressure detector 50 for detecting the boost pressure Pb, the rotation speed detector 60 for detecting the rotational speed Ne of the engine, and the air-fuel ratio detector 70 for detecting the air-fuel ratio A / F. ), And the vane opening and closing angle of the turbocharger main body 10 so as to obtain the optimum supercharging state according to the driving state through the control of the PCM valve 30 after comparing the operating state of the engine detected from each detection unit with the ideal supercharging characteristic. And adjust the control of the turbocharger The controller 80 includes a control unit 80 for controlling the increase and decrease of the fuel injection amount of the fuel injection device 100 and the fuel injection blocking control according to the temperature of the exhaust gas, and a driver's seat (not shown) included in the cluster to determine whether the turbocharger is abnormal. The fuel injection device 100 is configured to increase and decrease fuel injection amount and block fuel injection according to the display unit 90 and the control signal of the control unit 80.
상기한 구성을 갖는 본 발명에서 액추에이터 또는 PCM 밸브의 고착시 과급압에 따른 연료 분사량 제어 및 배기가스 온도에 따른 연료 분사 차단에 대한 제어 동작은 다음과 같다.In the present invention having the above-described configuration, the control operation for controlling the fuel injection amount according to the boost pressure and the fuel injection blocking according to the exhaust gas temperature when the actuator or the PCM valve is fixed are as follows.
엔진의 시동이 온을 유지하는 상태에서 제어부(80)는 엔진의 각 검출수단의 정보를 판독하여 그에 따른 피드백 제어를 수행하는데, 과급압 검출부(50)에서 검출되는 과급압(Pb)의 정보가 허용 상한값 이하로 설정되는 기준값(Po) 이상인지를 판단한다(S101)(S102).The controller 80 reads the information of the respective detection means of the engine and performs feedback control according to the state in which the engine is started on. The information of the boost pressure Pb detected by the boost pressure detection unit 50 is It is determined whether the reference value Po, which is set below the allowable upper limit value or more, is determined (S101) (S102).
상기에서 검출되는 과급압(Pb)이 기준값(Po) 이하인 것으로 판단되면 터보차저가 정상적으로 동작되고 있는 상태이므로 과급압 검출부(50)로부터 판독되는 현재의 과급압(Pb)과 회전수 검출부(60)로부터 판독되는 엔진 회전수(Ne)에 따라 도 4와 같이 설정되는 맵 테이블로부터 연료 분사량(Tp)을 연산하여 연료 분사장치(100)를 통해 연료 분사량을 조정하는 통상의 제어를 수행한다(S110).If it is determined that the boost pressure Pb detected above is equal to or less than the reference value Po, the turbocharger is in a normal operation state, and thus the current boost pressure Pb and the rotation speed detection unit 60 read out from the boost pressure detection unit 50. Normal control is performed to calculate the fuel injection amount Tp from the map table set as shown in FIG. 4 according to the engine speed Ne read from FIG. 4 to adjust the fuel injection amount through the fuel injector 100 (S110). .
상기 S102에서 검출되는 과급압(Pb)이 기준값(Po) 이상인 것으로 판단되면 제어부(80)는 터보 차저의 이상이 발생한 것으로 판단하여 회전수 검출부(60)로부터 판독되는 현재의 엔진 회전수(Ne)에 따라 도 3과 같이 설정된 맵 테이블로부터 연료 분사량(Tp)을 연산한 다음(S103), 연료분사장치(100)를 통해 연산된 연료 분사량(Tp)이 연소실에 분사되도록 제어한다(S104).If it is determined that the boost pressure Pb detected in S102 is equal to or greater than the reference value Po, the controller 80 determines that an abnormality in the turbocharger has occurred, and thus the current engine speed Ne read from the rotation speed detection unit 60. 3, the fuel injection amount Tp is calculated from the map table set as shown in FIG. 3 (S103), and the fuel injection amount Tp calculated by the fuel injection device 100 is controlled to be injected into the combustion chamber (S104).
상기 도 3과 같이 설정되는 맵 테이블 역시 과급압(Pb)이 허용 상한값 이하가 되도록 설정되며, 통상시의 연료 분사량 보다 작게 되도록 하여 출력 토오크가 감소되도록 설정한다.The map table set as shown in FIG. 3 is also set such that the boost pressure Pb is equal to or lower than the allowable upper limit value, and is set to be smaller than the normal fuel injection amount so as to reduce the output torque.
상기와 같이 현재의 엔진 회전수(Ne)에 따라 연산된 값으로 연료 분사량(Tp)이 조정되는 상태에서 공연비 검출부(70)로부터 공연비(A/F)를 검출하여 기준값 이상인지를 판단한다(S106).As described above, the air-fuel ratio detection unit 70 detects the air-fuel ratio A / F while the fuel injection amount Tp is adjusted to a value calculated according to the current engine speed Ne, and determines whether or not the reference value is higher than the reference value (S106). ).
상기에서 검출되는 공연비(A/F)가 설정된 기준값 이하의 상태를 유지하는 것으로 판단되면 상기 S104로 리턴하여 엔진 회전수(Ne)에 따라 연산된 분사 연료량(Tp)이 연소실에 유입되도록 하고, 검출되는 공연비(A/F)가 설정된 기준값 이상인 것으로 판단되면 연료 분사량(Tp)의 감소 제어에 의해 엔진이 희박 연소의 영역으로 진입하여 배기가스의 온도가 상승되는 것으로 판단하여 순간적으로 연료분사를 차단시킨다(S107).If it is determined that the air-fuel ratio A / F detected above is maintained below the set reference value, the flow returns to S104 to allow the injection fuel amount Tp calculated according to the engine speed Ne to flow into the combustion chamber. If it is determined that the air-fuel ratio A / F is equal to or greater than the set reference value, the engine enters the region of the lean combustion by controlling the reduction of the fuel injection amount Tp, and determines that the temperature of the exhaust gas is raised, thereby temporarily shutting off the fuel injection. (S107).
상기와 같이 연료 분사를 차단시켜 배기가스의 온도가 상승되는 것으로 억제시킨 상태에서 설정된 일정시간이 경과되면 상기 S101로 리턴하여 상기한 과정을 반복적으로 수행한다(S108).When the predetermined time elapses while the fuel injection is blocked and the temperature of the exhaust gas is suppressed to be raised as described above, the process returns to S101 and the above process is repeatedly performed (S108).
상기에서 터보 차저가 고장으로 판단되어 과급압(Pb) 제어가 불가능하게 되는 경우 연료 분사량 감소를 통한 과급압(Pb)의 제어는 도 5에서 알 수 있는 바와 같이 과급압(Pb)이 허용 상한값(Pc)을 초과하지 않도록 한다.In the case where the turbocharger is determined to be faulty and the supercharge pressure Pb is impossible to control, the control of the boost pressure Pb through the reduction of the fuel injection amount is shown in FIG. 5. Do not exceed Pc).
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 웨스트 게이트 밸브의 고장시 과급압 방지를 위한 연료 분사량 제어에서 과급압이 허용 상한값을 초과하는 것을 방지하며, 과급압 방지를 위한 연료 분사량의 감소 제어로 공연비가 일정 공연비 이상으로 상승하여 희박 연소의 영역으로 진입할 시 순간적으로 연료 분사를 차단시켜 배기가스의 온도가 상승하는 것을 억제함으로써 배기 매니폴더 및 연소실의 내구성을 향상시킨다.As described above, the present invention prevents the boost pressure from exceeding an upper limit in the fuel injection amount control for preventing the boost pressure in the event of a failure of the west gate valve, and the air-fuel ratio is controlled by reducing the fuel injection amount for preventing the boost pressure. When rising to the above, the fuel injection is temporarily blocked when entering the region of lean combustion to suppress the rise of the temperature of the exhaust gas, thereby improving durability of the exhaust manifold and the combustion chamber.
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