KR100534724B1 - 커먼 레일 방식의 디젤 엔진에서 실린더별 연료량 제어방법 - Google Patents

Abstract

커먼 레일 시스템을 적용하고 있는 디젤 엔진에서 파일럿 분사 연료량 보정을 위한 학습값을 주 연료량 보정값으로 확장 적용하고, 그 적용비율을 각각의 인젝터 노후화에 따라 다르게 적용하여 기통별 연료량 편차를 배제시켜 엔진 출력의 안정성을 제공하도록 한 것으로,

파일럿 분사 연료량 학습값을 각 실린더별로 구분하여 설정하는 과정과, 엔진의 조건이 주분사 연료량 학습 조건을 만족하는지를 판단하는 과정과, 학습 조건을 만족하면 상기 각 실린더별 파일럿 분사 연료량 학습값이 설정된 제1범위에 포함되는지를 판단하는 과정과, 제1범위에 포함되는 실린더가 존재하면 해당 실린더에 대한 주분사 연료량 보정 비율을 해당 실린더에서 얻어진 파일럿 분사 연료량 학습값의 일정%로 적용하여 주분사 연료량을 산출하는 과정과, 제1범위에 포함되지 않는 실린더가 존재하면 해당 실린더의 파일럿 분사 연료량 학습값이 설정된 제2범위에 포함되는지를 판단하는 과정과, 제2범위에 포함되는 실린더가 존재하면 해당 실린더에 대한 주분사 연료량 보정 비율을 해당 실린더에서 얻어진 파일럿 분사 연료량 학습값의 일정%로 적용하여 주분사 연료량을 산출하는 과정과, 제2범위에 포함되지 않는 실린더가 존재하면 해당 실린더의 파일럿 분사 연료량 학습값이 설정된 제3범위에 포함되는지를 판단하는 과정과, 제3범위에 포함되는 실린더가 존재하면 해당 실린더에 대한 주분사 연료량 보정 비율을 해당 실린더에서 얻어진 파일럿 분사 연료량 학습값의 일정%로 적용하여 주분사 연료량을 산출하고, 제3범위를 초과하는 실린더가 존재하는 경우 해당 실린더의 인젝터가 노후된 것으로 판단하여 고장 메시지를 출력하는 과정을 포함한다.

Description

커먼 레일 방식의 디젤 엔진에서 실린더별 연료량 제어방법{CYLINDER INJECTION CONTROLING METHOD OF COMMON RAIL SYSTEM IN DIESEL ENGINE}

본 발명은 커먼 레일 시스템(Common Rail System)을 적용하고 있는 디젤 엔진에 관한 것으로, 더 상세하게는 파일럿 분사 연료량 보정을 위한 학습값을 주 연료량 보정값으로 확장 적용하고, 그 적용비율을 각각의 인젝터 노후화에 따라 다르게 적용하여 기통별 연료량 편차를 배제시켜 엔진 출력의 안정성을 제공하도록 한 커먼 레일 방식의 디젤 엔진에서 실린더별 연료량 제어방법에 관한 것이다.

현재 디젤 엔진의 경우 엔진의 정속성과 고출력성 및 연비의 절감의 목적으로 커먼 레일 시스템을 채택하고 있는데, 이 시스템에서는 엔진 블록의 중앙에 진동 감지장치(Accelerometer)를 장착하고, 여기서 발생하는 신호를 매시간 마다 검출 분석하여 파일럿(Pilot) 연료량을 각 실린더별 인젝터(Injector)상태에 맞게 조정하고 있다.디젤엔진에서 연료분사장치(인젝터)는 운용기간이 늘어남에 따라 마모등에 의하여 연료 분사량이 증가하는 경향이 나타나며, 이를 방지하면 차량의 운행거리가 많아질수록 분사량의 지속적인 증가로 인하여 스모크 악화 및 배기계 열화 등에 의한 내구성 악화를 초래하게 된다.따라서, 이것을 방지하기 위하여 일정한 조건에서 연료 분사량을 반복적으로 검출 분석(이하, "학습"이라 한다.)하고, 그 결과에서 얻어진 값(이하, "학습값" 이하 한다.)의 대소에 따라 연료 분사량 보정의 정도를 결정하고 있다.즉, 최초 설정된 연료 분사량이 다양한 운행 조건과 운용기간의 늘어남에 따라 변동하므로, 최적의 연료 분사량을 유지하기 위하여 학습값의 적용으로 보정하고 있다.종래의 커먼 레일 시스템을 적용하는 디젤 엔진에서 파일럿 연료량을 학습 제어하는 장치는 다음과 같다.도 1에서 알 수 있는 바와 같이 커먼 레일 시스템을 적용하는 디젤 엔진에서 파일럿 연료량 학습장치는 엔진 회전수를 검출하는 엔진 회전수 검출부(10)와, 커먼 레일내의 압력을 검출하는 레일압 검출부(20), 냉각수의 온도를 검출하는 수온 검출부(30), 현재의 주행 차속을 검출하는 차속 검출부(40), 시험 대상 실린더에 연료 분사시 연소 반응으로 발생되는 진동을 검출하는 진동 검출부(70)와, 상기의 각 검출부의 정보를 분석하여 엔진의 상태 조건이 파일럿 분사 연료량의 학습 조건을 만족하는지를 판단하며, 학습 조건을 만족하는 상태이면 각 실린더 별 파일럿 분사 연료량 학습을 수행한 다음 학습된 결과에 따라 보정값을 설정 제어하는 제어부(50) 및, 각 실린더에 산출된 연료량 분사를 수행하는 인젝터(60)를 포함하여 구성된다.

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전술한 바와 같은 기능을 포함하는 구성에서 파일럿 분사 연료량 학습에 대한 동작은 다음과 같다.

도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 모든 실린더 대한 진동 학습값이 '0(Zero)'로 설정되어 있는 상태에서(S101) 검출되는 차량의 상태정보 중에서 냉각수의 온도가 일정 온도, 예를들어 70℃ 이상으로 엔진이 충분히 난기되고, 차량이 일정 속도이상, 예를들어 60KM/H 이상을 유지하는 파일럿 분사 연료량 학습 조건을 만족하는지를 판단한다(S102).

상기의 판단에서 파일럿 분사 연료량 학습 조건을 만족하는 것으로 판단되면 제어부(50)는 모든 실린더의 파일럿 분사 연료량을 차단한 다음(S103), 커먼 레일내의 압력을 정상 압력보다 높은 압력의 상태로 상승시킨다(S104).

이후, 인젝터(60)의 구동을 통해 설정된 시간동안 학습할 실린더에만 파일럿 연료를 분사하며(S105), 파일럿 연료의 분사에 따른 연소 반응에 의한 진동을 엔진 블록의 중앙부에 설치되어 있는 진동 검출부(70)를 통해 감지한다(S106).

이때, 감지되는 진동값이 '0', 즉 진동이 감지되지 않는지를 판단하며(S107), 진동이 감지되지 않는 경우 파일럿 분사에 의한 연소 반응이 없는 것으로 판단하여 진동이 감지될 때까지 인젝터의 개방 시간을 증가시켜 파일럿 분사 연료량을 증가시킨 다음 상기 S105의 과정으로 리턴하여 전술한 과정을 반복한다(S108).

만약, S107의 판단에서 파일럿 분사에 의한 연소 반응으로 진동이 감지되면 감지되는 진동값이 설정된 기준값 이상인지를 판단하여(S109), 기준값 이상으로 너무 심한 진동이 감지될 경우에는 과도한 파일럿 분사 연료량이 공급된 것으로 판단하여 진동이 없어질 때까지 인젝터의 개방 시간을 감소시키고(S110), 파일럿 분사에 의한 연소 반응으로 감지되는 진동값이 기준값이 이하인 것으로 판단되면 적은 파일럿 분사 연료량이 공급된 것으로 판단하여 기준값에 만족하는 진동이 감지되기까지 인젝터의 개방 시간을 증가시켜 파일럿 분사 연료량을 증가시킨다(S111).

상기한 바와 과정의 반복으로 파일럿 분사에 의한 연소 반응 진동값이 설정된 기준값을 만족하는지를 판단하여(S112), 기준값을 만족하지 않으면 리턴되어 상기의 과정을 반복적으로 수행하고(S113), 진동값이 기준값을 만족하는 상태이면 해당 인젝터의 파일럿 분사 연료량 값으로 학습하여 설정함으로써 추후 이 학습값의 적용을 통한 보정으로 파일럿 분사 연료량을 정밀하게 제어한다(S114).

상기한 바와 같은 파일럿 분사 연료량의 학습 보정은 단지 파일럿 분사에만 적용하고 있으며, 주분사 연료량에 대해서는 엔진 회전수와 액셀 개도 및 레일 압력에 따라 제어하고 있다.

따라서, 각 실린더에 차량의 상태 조건에 따라 연산된 연료량을 분사시키는 인젝터의 경우 사용시간이 경과함에 따라 마모등에 의하여 연료 분사량이 증가하는 경향을 나타내는 것이 일반적이며, 이를 방치하면 차량운행거리가 많아질수록 분사량의 지속적인 증가로 인하여 스모크 악화 및 배기계 열화 등에 의한 내구성 악화를 초래하는 문제점이 발생한다.

이를 해결하기 위한 주분사 연료량 보정방법으로 인젝터의 사용기간을 고려하지 않고 학습값의 일정비율을 일률적으로 적용하고 있으나, 이의 경우 보정 비율을 너무 크게 한 경우, 초기에는 엔진출력이 목표값에 미달한 후 일정거리를 운행한 후 목표성능이 발생하거나, 반대로 그 비율을 너무 적게 하면 차량 노후화시 연료 분사량 증가 현상이 재발되어 주연료량 보정의 효과가 없어지게 되는 문제점이 발생한다.

따라서, 이에 대한 개선책으로 인젝터 사용기간이 고려된 주분사 연료량 보정 방법이 고안되어 적용되고 있는데, 이의 경우 엔진 운용시간에 관계없이 일정한 출력을 발휘할 수 있는 좋은 유용한 방법이나, 인젝터 마다 기계적 마모도가 미세하게 상이할 수 있고, 이에 따라 연료량 증가 패턴이 서로 상이할 가능성이 많다.

그러나, 인젝터 사용기간을 고려한 주분사 연료량 보정방법에서는 주분사 연료량 보정비율을 모든 실린더의 학습값을 산술 평균하여 산출하기 때문에 기통간에 편차가 발생되어, 안정적인 주분사 연료량 보정 제어가 수행되지 못한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 파일럿 분사 연료량 학습을 통하여 얻어진 보정값을 주분사 연료량 보정시에 확장 적용하고, 그 적용비율을 인젝터 마다 달리함으로써 인젝터 사용시간이 증가하면서 마모등에 의한 연료 분사량이 증가하는 것을 방지하고, 그 마모 정도가 인젝터 마다 상이함으로써 발생하는 실린더별 연료 분사량 편차가 발생하는 현상을 개선하여 엔진의 출력을 일정하게 유지하도록 한 것이다.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 디젤 엔진의 주분사 연료량 보정방법에 있어서,

파일럿 분사 연료량 학습값을 각 실린더별로 구분하여 설정하는 과정과; 엔진의 조건이 주분사 연료량 학습 조건을 만족하는지 판단하는 과정과; 학습 조건을 만족하면 상기 각 실린더별 파일럿 분사 연료량 학습값이 설정된 제1범위에 포함되는지를 판단하는 과정과; 상기에서 제1범위에 포함되는 실린더가 존재하면 해당 실린더에 대한 주분사 연료량 보정 비율을 해당 실린더에서 얻어진 파일럿 분사 연료량 학습값의 설정된 제1값(30%)을 적용하여 주분사 연료량을 산출하는 과정과; 상기에서 제1범위에 포함되지 않는 실린더가 존재하면 해당 실린더의 파일럿 분사 연료량 학습값이 설정된 제2범위에 포함되는지를 판단하는 과정과; 상기에서 제2범위에 포함되는 실린더가 존재하면 해당 실린더에 대한 주분사 연료량 보정 비율을 해당 실린더에서 얻어진 파일럿 분사 연료량 학습값의 설정된 제2값(60%)을 적용하여 주분사 연료량을 산출하는 과정과; 상기에서 제2범위에 포함되지 않는 실린더가 존재하면 해당 실린더의 파일럿 분사 연료량 학습값이 설정된 제3범위에 포함되는지를 판단하는 과정과; 상기에서 제3범위에 포함되는 실린더가 존재하면 해당 실린더에 대한 주분사 연료량 보정 비율을 해당 실린더에서 얻어진 파일럿 분사 연료량 학습값의 설정된 제3값(100%)을 적용하여 주분사 연료량을 산출하고, 제3범위를 초과하는 실린더가 존재하는 경우 해당 실린더의 인젝터가 노후된 것으로 판단하여 고장 메시지를 출력하는 과정을 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 커먼 레일 방식의 디젤 엔진에서 기통별 연료량 제어장치는 종래의 기술에서 설정한 도 1의 구성과 동일한 구성을 갖는바, 이에 대한 설명은 종래의 설명으로 대체하고, 파일럿 분사 연료량 학습 보정값을 주분사 연료량에 확장 적용하여 주분사 연료량을 보정하는 동작에 대하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 전술한 종래의 기술에서 설명한 파일럿 분사 연료량 보정을 위하여 실시한 학습값을 각각의 실린더마다 플래그 설정을 통해 구별하여 따로 저장한다.

여기서, 값Ａ는 1번 실린더에서 얻어진 학습값이라 하고, 값Ｂ는 2번 실린더에서 얻어진 학습값이라 하며, 값 C는 3번 실린더에서 얻어진 학습값이라 하고, 값Ｄ는 4번 실린더에서 얻어진 학습값이라 정의한다.

상기와 같이 파일럿 분사 연료량 보정 학습값을 실린더로 구분하여 별도로 저장한 상태에서, 엔진의 상태정보가 주분사 연료량 학습 조건, 즉 엔진 회전수가 설정된 일정 RPM, 예를들어 2500RPM 이하이고, 커먼 레일내의 압력이 설정된 일정 압력, 예를들어 1300Bar 이하를 만족하는지를 판단한다(S210).

상기에서 주분사 연료량 학습 조건은 만족하게 되면, 상기 저장한 각 실린더별 파일럿 분사 연료량 보정 학습값이 설정된 제1범위, 예를들어 0 ~ 30의 범위에 포함되어 있는지를 판단한다(S220).

상기에서 각 실린더별 파일럿 분사 연료량 보정 학습값이 설정된 제1범위에 포함되는 실린더가 존재하는 것으로 판단되면 해당 실린더에 대한 주분사 연료량 보정 비율을 해당 기통의 파일럿 분사 학습에서 얻어진 값의 일정한 %, 바람직하게는 30%로 결정하여(S230) 주분사 연료량을 산출한 다음 인젝터의 구동을 제어하여 산출된 주분사 연료량이 해당 실린더에 분사되도록 한다(S1000).

상기 S220의 판단에서 각 실린더별 파일럿 분사 연료량 보정 학습값이 설정 제1범위에 포함되지 않는 실린더가 존재하는 것으로 판단되면 상기 저장한 각 실린더별 파일럿 분사 연료량 보정 학습값이 설정된 제2범위, 예를들어 31 ~ 60의 범위에 포함되어 있는지를 판단한다(S240).

상기에서 각 실린더별 파일럿 분사 연료량 보정 학습값이 설정된 제2범위에 포함되는 실린더가 존재하는 것으로 판단되면 해당 실린더에 대한 주분사 연료량 보정 비율을 해당 기통의 파일럿 분사 학습에서 얻어진 값의 일정한 %, 바람직하게는 60%로 결정하여(S250) 주분사 연료량을 산출한 다음 인젝터의 구동을 제어하여 산출된 주분사 연료량이 해당 실린더에 분사되도록 한다(S1000).

그러나, 상기 S240의 판단에서 각 실린더별 파일럿 분사 연료량 보정 학습값이 설정 제2범위에 포함되지 않는 실린더가 존재하는 것으로 판단되면 상기 저장한 각 실린더별 파일럿 분사 연료량 보정 학습값이 설정된 제3범위, 예를들어 61 ~140의 범위에 포함되어 있는지를 판단한다(S260).

상기에서 각 실린더별 파일럿 분사 연료량 보정 학습값이 설정된 제3범위에 포함되는 실린더가 존재하는 것으로 판단되면 해당 실린더의 경우 사용기간이 매우 오래되어 노후된 것으로 판단하여 해당 실린더에 대한 주분사 연료량 보정 비율을 해당 기통의 파일럿 분사 학습에서 얻어진 값의 일정한 %, 바람직하게는 100%로 결정하여(S270) 주분사 연료량을 산출한 다음 인젝터의 구동을 제어하여 산출된 주분사 연료량이 해당 실린더에 분사되도록 한다(S1000).

상기에서 각 실린더별 파일럿 분사 연료량의 학습값 범위를 단순 수치인 0~30, 31~60, 61~140으로 구분한 것은 특별한 의미를 갖는 것이 아니라, 연료 보정량이 적음, 중간정도, 많음을 구분하기 위함이며 3등분할 때의 기준점을 잡기 위하여 단순한 수치값을 예로하여 30,60,140이라 정의하였다.즉, 학습값은 차량이 노후화됨에 따라 증가하므로, 신차 상태에서는 연료량을 조금만 보정하여도 엔진의 상태를 정상적으로 유지할 수 있는 반면에, 운행거리가 늘어나게 되면 연료량 보정을 보다 많이 하여야 엔진이 정상적인 상태를 유지할 수 있으므로, 각각의 경우에 대하여 보정비율은 학습값의 30%, 60%, 100%로 차등 적용하되 해당 기통에서 얻어진 학습값은 해당 기통의 연료량 보정에만 적용한다.

그러나, 상기 S260의 판단에서 제3범위를 초과하는 실린더가 존재하는 것으로 판단되면 해당 실린더의 경우는 인젝터의 손상으로 인하여 보정이 불가능한 것으로 판단하고 경고등을 점등하여 운전자가 인지하도록 한다(S2000).

이때, 고장판단 인젝터에 대한 번호는 자기 진단수단에 기억하여 향후 해당 인젝터만 교체하여 불필요한 작업을 방지할 수 있도록 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 파일럿 분사 연료량 보정 학습값을 주분사 연료량 보정 학습값으로 적용하고, 그 적용비율을 각각의 인젝터 마다 달리함으로써 인젝터 사용시간이 증가하면서 마모등에 의한 연료 분사량이 증가하는 것을 방지하고, 그 마모 정도가 인젝터 마다 상이함으로써 발생하는 실린더별 연료 분사량 편차가 발생하는 현상을 개선하여 엔진의 출력을 일정하게 유지한다.

도 1은 커먼 레일 방식의 디젤 엔진에서 파일럿 연료량 학습장치에 대한 개략적인 구성도.

도 2는 커먼 레일 방식의 디젤 엔진에서 파일럿 연료량 학습 과정을 나타낸 순서도.

도 3은 본 발명에 따른 커먼 레일 방식의 디젤 엔진에서 실린더별 연료량 제어를 위한 학습 과정을 나타낸 순서도.

Claims (8)

1. 디젤 엔진의 주분사 연료량 보정방법에 있어서,

   파일럿 분사 연료량 학습값을 각 실린더별로 구분하여 설정하는 과정과;

   엔진의 조건이 주분사 연료량 학습 조건을 만족하는지를 판단하는 과정과;

   학습 조건을 만족하면 상기 각 실린더별 파일럿 분사 연료량 학습값이 설정된 제1범위에 포함되는지를 판단하는 과정과;

   상기에서 제1범위에 포함되는 실린더가 존재하면 해당 실린더에 대한 주분사 연료량 보정 비율을 해당 실린더에서 얻어진 파일럿 분사 연료량 학습값의 설정된 제1값(30%)을 적용하여 주분사 연료량으로 산출하는 과정과;

   상기에서 제1범위에 포함되지 않는 실린더가 존재하면 해당 실린더의 파일럿 분사 연료량 학습값이 설정된 제2범위에 포함되는지를 판단하는 과정과;

   상기에서 제2범위에 포함되는 실린더가 존재하면 해당 실린더에 대한 주분사 연료량 보정 비율을 해당 실린더에서 얻어진 파일럿 분사 연료량 학습값의 설정된 제2값(60%)을 적용하여 주분사 연료량으로 산출하는 과정과;

   상기에서 제2범위에 포함되지 않는 실린더가 존재하면 해당 실린더의 파일럿 분사 연료량 학습값이 설정된 제3범위에 포함되는지를 판단하는 과정과;

   상기에서 제3범위에 포함되는 실린더가 존재하면 해당 실린더에 대한 주분사 연료량 보정 비율을 해당 실린더에서 얻어진 파일럿 분사 연료량 학습값의 설정된 제3값(100%)을 적용하여 주분사 연료량으로 산출하고, 제3범위를 초과하는 실린더가 존재하는 경우 해당 실린더의 인젝터가 노후된 것으로 판단하여 고장 메시지를 출력하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 커먼 레일 방식의 디젤 엔진에서 기통별 연료량 제어방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 주분사 연료량 학습조건은 엔진 회전수가 2500RPM 이하이고, 커먼 레일내의 압력이 1300Bar 이하의 조건을 만족하는 상태인 것을 특징으로 하는 커먼 레일 방식의 디젤 엔진에서 기통별 연료량 제어방법.
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