KR100860342B1 - 커먼레일 디젤엔진의 연료분사 제어장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 커먼레일 디젤엔진의 연료분사 제어장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명은 입력되는 엔진회전수 연료레일압력 연료량을 바탕으로 파이롯분사와 메인분사의 연료량 및 분사시기를 결정하는 단계, 상기 파이롯분사 직후 제1 및 제2 압력센서를 통해 측정된 델타압력파, 즉 커먼레일의 입구측과 출구측 압력파의 차가 설정치 보다 작으면 파이롯분사 연료량을 보정하는 단계, 상기 보정된 파이롯분사의 연료량에 따라 메인분사 연료량을 보정하는 단계, 상기 보정된 메인분사 연료량으로 메인분사를 수행하는 단계를 포함한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 파이롯분사 직후 발생되는 연료레일의 입구측과 출구측에서 발생되는 압력파를 제1 및 제2 압력센서에 의해 예측한 후, 상기 압력파를 통해 파이롯분사를 보정하고 다시 보정된 파이롯분사를 통해 메인분사를 보정함으로써, 메인분사 연료량을 보다 정밀한 제어할 수 있어 성능향상 및 소음을 크게 감소시킬 수 있으며, 더불어 배기의 효율성을 크게 개선할 수 있는 효과가 있다.

커먼레일, 디젤엔진, 연료분사, 파이롯분사, 메인분사

Description

커먼레일 디젤엔진의 연료분사 제어장치 및 방법{FUEL INJECTION CONTROL DEVICE AND METHOD IN A COMMON RAIL DIESELENGINE}

본 발명은 커먼레일 디젤엔진의 연료분사 제어장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 커먼레일 디젤엔진의 연료압력에 따라 정밀한 연료분사가 가능한 커먼레일 디젤엔진의 연료분사 제어장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 디젤엔진의 배출가스는 가솔린엔진과는 달리 불완전 연소시 분진배출물, 즉 그을음이 발생되고 있으며, 이러한 입자성 배출물질의 발생을 방지하기 위해 개발된 것이 커먼레일 디젤엔진이다.

상기한 커먼레일 디젤엔진은 고압의 연료를 실린더에 직접분사하여 연소효율을 획기적으로 개선한 것으로, 이를 위해 고압의 연료공급계를 위시하여 엔진주행 상황에 맞추어 분사상태를 제어하는 전자제어시스템과 고압펌프에 의한 고압의 연료를 유지시키기 위한 커먼레일이 필수적이다.

도 1은 통상적인 커먼레일 디젤엔진을 나타낸 도면이다.

종래의 커먼레일 디젤엔진은 도 1에 도시된 바와 같이, 연료탱크(10)와, 상기 연료탱크(10) 내의 연료를 펌핑하는 고압펌프(20)와, 상기 고압펌프(20)에 의해 펌핑되는 연료가 공급되는 커먼레일(30)과, 상기 커먼레일(30)에 공급된 연료를 디젤엔진(미도시)의 분사실에 분사하는 인젝터(40)를 포함한다.

그리고 상기 커먼레일(30) 내의 압력은 연료압력센서(31)를 통해 감지되고, 상기 고압펌프(20)는 출구부에 설치되는 압력조절밸브(21)를 통해 연료 공급량이 조절되며, 상기 연료압력센서(31) 압력조절밸브(21) 및 인젝터(40)는 엔진제어유닛(ECU:50)에 의해 제어된다.

즉, 엔진제어유닛(ECU:50)은 커먼레일(30)의 압력, 엔진회전수 및 부하에 따라 압력조절밸브(21)를 제어하여 엔진회전시 항상 연료를 고압으로 압축하지 않고 설정된 값으로 제어하게 된다.

또한, 커먼레일 디젤엔진은 파이롯분사(pilot injection)와 메인분사(main injection)로 나누어서 연료를 연소실에 분사하는데, 원하는 연료량을 분사하기 위해 엔진회전수와 연료레일압력 및 연료량에 따라 각각의 분사시기를 결정한다.

그러나, 상기와 같이 결정된 연료레일압력은 도 2에 도시된 바와 같이, 실분사시의 연료압력이 아닌 엔진제어유닛(ECU:50)의 연산기준점에서 설정된 값으로, 실제로 분사되는 연료량은 파일롯분사에 의해 발생되는 연료압력파로 인하여 연료량의 차이를 가져오게 되는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 공개특허공보 제2005-69292호 "커먼레일 디젤엔진의 연료분사 제어방법"이 개시된 바 있다.

상기한 커먼레일 디젤엔진의 연료분사 제어방법은 엔진회전수 연료레일압력 연료량을 바탕으로 파이롯분사와 메인분사의 연료량 및 분사시기를 결정하는 단계와, 상기 파이롯분사 시기와 메인분사시기의 차이가 설정치 보다 작으면 파일롯분사 수행후 압력변동량을 측정하는 단계와, 상기 압력변동량에 따라 메인분사 연료량을 보정하는 단계와, 상기 보정된 메인분사 연료량으로 메인분사를 하는 단계를 포함한다.

즉, 상기 파이롯분사에 의해 발생되는 압력파(연료레일압력의 변화)를 예측하고, 이 압력파에 의한 연료량 변동분을 보정하여 메인분사량을 좀더 정밀하게 제어함으로써, 실제로 분사되는 연료량의 편차를 크게 감소시킬 수 있다.

그러나 상기한 커먼레일 디젤엔진의 연료분사 제어방법은 상기 파일롯분사 수행후 커먼레일의 입구측과 출구측에는 서로 다른 연료레일압력을 가지기 때문에 하나의 압력센서만으로는 정확한 커먼레일의 연료압력파를 감지할 수 없으며, 이에 따라 연료량의 차이를 가져오게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 커먼레일의 입구측과 출구측에 압력센서를 각각 설치함으로써 파일롯분사 수행후 입구측 및 출구측의 연료레일압력 변화량에 따라 연료분사량을 조절하여 보다 정밀한 연료분사가 가능한 커먼레일 디젤엔진의 연료분사 제어장치 및 방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 커먼레일 디젤엔진의 연료분사 제어장치는, 연료탱크, 상기 연료탱크 내의 연료를 펌핑하는 고압펌프, 상기 고압펌프에 의해 펌핑되는 연료가 공급되는 커먼레일, 상기 커먼레일에 공급된 연료를 디젤엔진의 분사실에 분사하는 인젝터, 상기 인젝터의 분사량 및 시기를 제어하는 엔진제어유닛(ECU)을 포함하며, 상기 커먼레일의 입구측과 출구측에는 입구 및 출구의 연료압력을 측정하는 제1 및 제2 압력센서가 각각 설치되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 구성을 가지는 커먼레일 디젤엔진의 연료분사 제어방법은, 입력되는 엔진회전수 연료레일압력 연료량을 바탕으로 파이롯분사와 메인분사의 연료량 및 분사시기를 결정하는 단계, 상기 파이롯분사 직후 제1 및 제2 압력센서를 통해 측정된 델타압력파, 즉 커먼레일의 입구측과 출구측 압력파의 차가 설정치 보다 작으면 파이롯분사 연료량을 보정하는 단계, 상기 보정된 파이롯분사의 연료량에 따라 메인분사 연료량을 보정하는 단계, 상기 보정된 메인분사 연료량으로 메인분사를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 설정치는 파이롯분사 수행 후 커먼레일의 입구측 압력파와 출구측 압력파의 차이로 메인분사 보정에 영향을 미치는 최소각도인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 파이롯분사량 보정 단계는 미리 설정되어 있는 엔진회전수에 상기 델타압력파와 파일롯 분사량을 적용하여 파일롯분사량을 보정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 메인분사 보정 단계는 엔진회전수에 파이롯 분사 보정값, 엔진회전수, 델파압력파, 메인분사량을 적용하여 메인분사량을 보정하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 파이롯분사 직후 발생되는 연료레일의 입구측과 출구측에서 발생되는 압력파를 제1 및 제2 압력센서에 의해 예 측한 후, 상기 압력파를 통해 파이롯분사를 보정하고 다시 보정된 파이롯분사를 통해 메인분사를 보정함으로써, 메인분사 연료량을 보다 정밀한 제어할 수 있어 성능향상 및 소음을 크게 감소시킬 수 있으며, 더불어 배기의 효율성을 크게 개선할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도 3 내지 도 5를 참조하여 상세히 설명하는 한편, 종래기술에서 전술한 구성과 동일한 기능을 가지는 구성부호에 대해서는 동일한 구성부호를 사용하며, 중복되는 설명은 생략한다.

본 발명의 커먼레일 디젤엔진의 연료분사 제어장치는 도 3에 도시된 바와 같이, 연료가 저장된 연료탱크(10)와, 상기 연료탱크(10)와 연결되어 연료탱크(10) 내에 저장된 연료를 펌핑하는 고압펌프(20)와, 상기 고압펌프(20)에 의해 펌핑되는 연료가 수용되는 커먼레일(30)과, 상기 커먼레일(30)에 공급된 연료를 디젤엔진(미도시)의 분사실에 분사하는 다수개의 인젝터(40)와, 상기 인젝터(40)의 분사량 및 시기를 제어하는 엔진제어유닛(ECU:50)을 포함한다.

여기서, 상기 커먼레일(30)의 입구측과 출구측에는 본 발명의 주요 기술적 구성인 제1 및 제2 압력센서(100)(200)가 각각 설치된다.

즉, 상기 제1 및 제2 압력센서(100)(200)는 커먼레일(30)의 입구와 출구의 연료압력을 각각 측정하기 위한 것으로, 이들에 의해 측정되는 연료압력의 차이값을 바탕으로 상기 인젝터(40)의 파이롯분사와 메인분사의 연료량을 조절함으로써, 보다 정밀한 연료분사가 가능하다.

상기와 같은 구성을 가지는 커먼레일 디젤엔진의 연료분사 제어방법을 첨부된 도 4 및 도 5를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 커먼레일 디젤엔진의 연료분사 제어방법은 도 4에 도시된 바와 같이, 엔진회전수 연료레일압력 및 연료량을 입력하는 단계(S10)와, 상기와 같이 입력이 완료되면 파이롯분사와 메인분사의 연료량 및 분사시기를 결정하는 단계(S20)와, 상기와 같이 결정이 완료되면 파이롯분사를 수행하는 단계(S30)와, 파이롯분사가 완료되면 커먼레일(30)의 연료압력을 측정한 후 설정치와 비교하는 단계(S40)와, 상기와 같이 비교한 결과가 설정치보다 크면 바로 메인분사를 수행하는 단계(S50) 또는 상기와 같이 비교한 결과가 설정치보다 작으면 파이롯분사의 연료량을 보정하는 단계(S60)와, 상기 파일롯분사 보정에 따라 메인분사의 연료량을 보정하는 단계(S70)와, 상기와 같이 보정된 메인분사를 수행하는 단계(S80)를 포함한다.

상기와 같은 커먼레일 디젤엔진의 연료분사 제어방법을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, S10 단계에서는 엔진제어유닛(50)을 통해 엔진회전수, 연료레일압력 및 연료량을 입력받으며, S20 단계에서는 이와 같이 입력된 엔진회전수, 연료레일압력 및 연료량을 바탕으로 파이롯분사와 메인분사의 연료량 및 분사시기를 결정한다.

여기서, 상기 엔진회전수는 엔진회전수센서를 통해 감지되고, 상기 연료레일압력은 커먼레일(30)의 입구측과 출구측에 각각 구비되는 제1 및 제2 압력센서(100)(200)를 통해 측정되는 값의 차(이하, '델타 압력파'라 한다)로 측정되며, 상기 파이롯분사와 메인분사의 연료량은 상기 S10 단계에서 입력된 연료량과 동일한 값을 가지고, 상기 값은 엔진제어유닛(50)에 의해 연산된다.

이후, 30 단계에서는 엔진제어유닛(50)이 상기 S20 단계에서 결정된 파이롯분사의 연료량 및 분사시기에 따라 파이롯분사를 수행한다.

그런 다음, S40 단계는 제1 및 제2 압력센서(100)(200)를 통해 파이롯분사 직후 변동되는 연료레일압력인 델타압력파를 측정하고 이 측정값과 설정치를 비교하여 차이값이 설정치 이상이면 S50 단계를 수행하고, 차이값이 설정치보다 작으면 S60 단계를 수행한다.

이때, 상기 설정치는 파이롯분사 직후 커먼레일의 입구측 압력파와 출구측 압력파의 차이로 메인분사 보정에 영향을 미치는 최소각도이다.

상기 S50 단계에서는 엔진제어유닛(50)이 상기 S20 단계에서 결정된 메인분사의 연료량 및 분사시기에 따라 메인분사를 수행한다.

한편, S60 단계에서는 파이롯분사가 완료되면, 도 5에 도시된 바와 같이 엔진제어유닛(50)이 제1 및 제2 압력센서(100)(200)를 통해 측정되는 압력변동량 즉, 델타압력파를 통해 파이롯분사 연료량을 보정한다.

즉, 상기 파이롯분사 연료량 보정 단계(S60)는 S10 단계에서 결정된 엔진회전수에 상기 델타압력파와 파일롯분사 연료량을 적용하여 파일롯분사 연료량을 보 정한다.

이후, S70 단계에서는 보정된 파이롯분사 연료량 및 상기 S20 단계에서 결정된 메인분사 연료량에 따라 메인분사 연료량을 보정한다.

즉, 메인분사 연료량 보정 단계(S70)는 S10 단계에서 결정된 엔진회전수에 파이롯분사 보정값, 엔진회전수, 델파압력파, 메인분사량을 적용하여 메인분사 연료량을 보정한다.

그런 다음, S80 단계에서는 엔진제어유닛(50)이 상기와 같이 보정된 메인분사 연료량 및 S20 단계에서 결정된 메인분사 시기를 바탕으로 메인분사를 수행한다.

도 1은 종래에 따른 커먼레일 디젤엔진의 연료분사 제어장치를 대략적으로 나타낸 도면.

도 2는 종래의 커먼레일 디젤엔진의 연료분사 제어장치의 레일 압력변동을 나타낸 그래프.

도 3은 본 발명에 따른 커먼레일 디젤엔진의 연료분사 제어장치를 대략적으로 나타낸 도면.

도 4는 커먼레일 디젤엔진의 연료분사 제어방법을 나타낸 순서도.

도 5는 도 3에 도시된 제1 및 제2 압력센서를 통해 측정되는 레일 압력 변동을 나타낸 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 연료탱크 20 : 고압펌프

30 : 커먼레일 40 : 인젝터

50 : 엔진제어유닛 100 : 제1 압력센서

200 : 제2 압력센서

Claims (5)

1. 삭제
2. 입력되는 엔진회전수 연료레일압력 연료량을 바탕으로 파이롯분사와 메인분사의 연료량 및 분사시기를 결정하는 단계,

   상기 파이롯분사 직후 제1 및 제2 압력센서를 통해 측정된 델타압력파, 즉 커먼레일의 입구측과 출구측 압력파의 차가 설정치 보다 작으면 파이롯분사 연료량을 보정하는 단계,

   상기 보정된 파이롯분사의 연료량에 따라 메인분사 연료량을 보정하는 단계,

   상기 보정된 메인분사 연료량으로 메인분사를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 커먼레일 디젤엔진의 연료분사 제어방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 설정치는 파이롯분사 수행 후 커먼레일의 입구측 압력파와 출구측 압력파의 차이로 메인분사 보정에 영향을 미치는 최소각도인 것을 특징으로 하는 커먼레일 디젤엔진의 연료분사 제어방법.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 파이롯분사량 보정 단계는 미리 설정되어 있는 엔진회전수에 상기 델타압력파와 파일롯 분사량을 적용하여 파일롯분사량을 보정하는 것을 특징으로 하는 커먼레일 디젤엔진의 연료분사 제어방법.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 메인분사 보정 단계는 엔진회전수에 파이롯 분사 보정값, 엔진회전수, 델파압력파, 메인분사량을 적용하여 메인분사량을 보정하는 것을 특징으로 하는 커먼레일 디젤엔진의 연료분사 제어방법.

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