KR100950144B1 - 연료 분사 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 커먼 레일 시스템(Common Rail System)을 이용한 엔진에 있어서 시동시의 응답성을 향상시킴과 함께, 복수의 엔진이 구동되는 구성에 있어서 엔진 전체에서의 진동 저감을 행하는 것을 과제로 하고, 엔진(20)의 복수개 기통(氣筒)에 연료 분사를 제어하는 연료 분사 제어 방법에 있어서, 엔진 정지 조작 인식 수단(17)과, 특정 기통 인식 수단(16)과, 연료 분사 제어 수단(15)을 가지는 연료 분사 제어 장치에 의해, 이 연료 분사 제어 수단(15)에 있어서 엔진 정지 조작 인식 수단(17)에 의한 엔진 정지 조작의 인식 후, 특정 기통 인식 수단(16)에 의해 인식되는 특정 기통으로의 연료 분사 후에 연료 분사를 정지한다. 그리고, 특정한 엔진의 연료 분사에 대하여 다른 엔진의 연료 분사에 위상차를 마련하여 연료 분사 제어를 행한다.

Description

연료 분사 제어 방법{FUEL INJECTION CONTROL METHOD}
본 발명은 엔진의 연료 분사 제어 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게 엔진의 연료 분사 제어에 의한 시동성 향상 및 진동 저감의 기술에 관한 것이다
최근, 전자 제어에 의해 치밀한 연료 분사 제어를 행하기 위하여 커먼 레일시스템(Common Rail System; CRS)이 채용되게 되었다. CRS는 인젝터(injector)의 전자(電磁) 밸브 제어에 의해 연료 분사 타이밍 및 연료 분사량을 엔진 회전수, 부하 조건에 따라 제어가능하다. 그리고, CRS를 탑재한 엔진의 시동 제어는 특정 크랭크(TDC) 신호와 폭발 공정을 나타내는 신호에 의해 분사 개시 기통(氣筒)을 결정하고 있다. 이것은 저크식(jerk type)과 같이 기계적으로 연료 분사 기통이 결정되는 것과는 달리, 전기 신호 입력에 의해 연료 분사를 개시할 기통을 판별하고 있다.
이와 같이, 전기적으로 연료 분사 기통을 판별하는 것의 주요한 점은 제1번 기통의 TDC와 제1번 기통의 폭발 공정을 나타내는 신호가 입력되었을 때 제1번 기통에 분사를 개시하는 것으로, 시동은 반드시 제1번 기통에 있어서의 연료 분사로 행해진다. 그 밖의 예로, 각 기통의 폭발 공정 신호에 의해 판별 시간을 단축시키는 방식이 있다.
또한, 엔진 기통의 분사 순서가 미리 정해져 있는 내연기관용 전자 제어식 분사 장치에 엔진 회전수 센서, 기통 판별 센서, 기통 판별부를 마련하는 것이 알려져 있다(특허 문헌 1). 엔진 회전수 센서는 엔진의 720도 크랭크각의 회전으로 크랭크각 360도 떨어진 곳에 위치하는 2개의 결치(缺齒) 펄스와 복수의 펄스로 이루어지는 회전수 펄스 신호를 발생시키고, 기통 판별 센서는 720도 크랭크각의 회전으로 1 펄스를 발생시키며, 이 펄스가 2개의 결치 펄스의 어느 하나와 동시에 발생된다. 그리고, 기통 판별부는 결치 펄스 신호 발생시에 기통 판별 펄스 신호의 유무에 따라 연료를 분사해야 할 엔진 기통을 판정한다.
특허 문헌 1: 일본 특허 공개 평6-93917호 공보
[발명이 해결하고자 하는 과제]
1개의 기통을 시동 개시 기통으로 하여 이 기통에만 센서를 부착하고 시동의 연료 분사를 개시하는 것에서는, 엔진 정지에 의한 시동 개시 기통의 위치가 키 오프에 따라 매회 다르다. 이 때문에, 크랭크가 최대 2 회전하지 않으면 시동 개시 기통이 연료 분사 개시 위치에 도달하지 않는 경우가 있어, 시동시의 응답성이 기계식에 비해 낮아지는 경우가 있다.
그리고, 각 기통의 폭발 공정 신호에 의해 판별 시간을 단축시켜 엔진 시동시의 시간을 단축하는 것에서는, 센서 개수의 증가나 홀 소자 등의 고가의 센서가 필요하다. 또한, 센서의 증가에 따른 전기적 고장의 가능성이 증가한다.
또한, 특허 문헌 1에 기재된 기술에도 마찬가지의 문제가 있다.
또한, CRS를 탑재한 엔진을 복수개 구동시키는 구성에 있어서는, 각 엔진의 시동까지의 시간이 각각 서로 다를 가능성이 크며, 시동시의 엔진 크랭크 위상차의 상태에 따라서는 엔진 진동을 서로 강하게 하는 경우가 있다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
엔진 정지시에 연료 분사를 개시하는 기통 위치를 제어함으로써, 연료 분사를 개시하는 기통의 특정이 용이해진다. 그리고, 엔진 시동시에 있어서의 기통 특정을 위한 동작이 생략가능해져 엔진 시동에 걸리는 시간을 단축할 수 있어, 시동시에 필요한 연료량도 저감할 수 있다.
또한, 엔진 시동시에 있어서의 시동 타이밍을 제어하여 복수개의 엔진 구동에 있어서의 엔진 간의 진동을 상쇄시킴으로써, 전체의 엔진 진동을 저감시킴다.
즉, 본 발명에 있어서, 엔진의 복수개의 기통에 연료 분사를 제어하는 연료 분사 제어 방법에 있어서, 엔진 정지 조작 인식 수단과, 특정 기통 인식 수단과, 연료 분사 제어 수단을 가지는 연료 분사 제어 장치에 의해, 이 연료 분사 제어 수단에 있어서 엔진 정지 조작 인식 수단에 의한 엔진 정지 조작의 인식 후, 특정 기통 인식 수단에 의해 인식되는 특정 기통으로의 연료 분사 후에 연료 분사를 정지한다.
한편, 엔진 정지 조작 인식 수단은 키 스위치나 센서 등에 의해 구성할 수 있으며, 특정 기통 인식 수단으로서는 크랭크 센서나 캠 센서, 특정 기통에 장착되는 실린더 센서, 또는 엔진 컨트롤 유닛 내의 기억부와 센서의 조립 등에 의해 구성할 수 있다. 연료 분사 제어 수단으로서는 인젝터에 접속된 엔진 컨트롤 유닛 등을 이용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 엔진 정지 조작 인식 수단에 의한 엔진 정지 조작의 인식 후에 일정 시간 크랭크 신호를 인식하고, 마지막으로 연료가 분사된 최종 분사 기통을 특정하는 정보를 기억하고, 엔진 시동시에 이 정보에 의해 특정되는 기통의 적어도 1 공정 후의 기통을 특정하여, 이 기통으로부터 연료 분사를 개시한다.
본 발명에 있어서, 마지막으로 연료가 분사된 최종 분사 기통과, 엔진 정지시에 연료 분사 타이밍의 이후로 되어 있는 엔진 정지 기통의 차이를 인식하고, 엔진 정지 기통이 엔진 시동시에 연료 분사를 개시하는 특정 기통의 적어도 1 공정 전의 폭발 공정이 되지 않는 경우에, 이 엔진 정지 기통이 1 공정 전의 폭발 기통이 되도록 최종 분사 기통을 결정한다.
본 발명에 있어서, 마지막으로 연료가 분사된 최종 분사 기통과, 엔진 정지시에 연료 분사 타이밍의 이후로 되어 있는 엔진 정지 기통의 차이에 일정한 경향이 보이지 않는 경우, 또는 최종 분사 기통과 엔진 정지 기통의 차이를 인식시키지 않는 경우에, 기정 값을 마지막으로 연료가 분사된 최종 분사 기통과 엔진 정지시에 연료 분사 타이밍의 이후로 되어 있는 엔진 정지 기통의 차이로 하여 최종 분사 기통을 결정한다.
본 발명에 있어서, 고유의 크랭크축을 가지는 엔진을 복수개 구동시키는 구성에 있어서, 임의의 엔진을 기준 엔진으로 하고, 이 기준 엔진에 있어서의 연료 분사 개시에 대하여 다른 엔진의 연료 분사와의 사이에 위상차를 마련하여 연료 분사 제어를 행한다.
한편, 복수의 엔진에서 균등하게 위상차를 발생시켜 진동을 저감시킬 수 있다. 그리고, 복수개 중 2개의 엔진 사이에서 진동을 저감시키는 위상차를 설정하고, 엔진이 홀수개인 경우에는 3개의 엔진에서 위상차를 균등하게 발생시켜 진동을 저감시킬 수 있다.
본 발명에 있어서, 몇 개의 엔진 진동에 의한 합성 진동이 저감되도록 연료 분사 개시에 위상차를 마련한다.
본 발명에 있어서, 엔진 간의 분사 시기 위상차를 임의의 엔진 온도를 검출하는 수단 또는 시동 개시부터의 시간 설정 또는 진동을 검지하는 수단에 의해 결정한다.
본 발명에 있어서, 복수의 엔진의 크랭크 각도 신호를 1개의 연료 분사 제어 수단으로 송신하고, 이 연료 분사 제어 수단에 의해 복수개 엔진의 크랭크 신호의 상대 관계를 인식한다.
[발명의 효과]
이와 같은 연료 분사 제어 방법을 이용함으로써, 시동시에 있어서의 복잡한 CRS 제어나 비용이 드는 기구를 추가하지 않고 간단히 적은 수의 센서를 이용하여 엔진 시동시의 응답성을 향상시킬 수 있다.
또한, 복수의 엔진을 구동하는 구성에 있어서, 엔진의 2차 진동을 대폭 저감하는 것이 가능해진다.
도 1은 커먼 레일을 가지는 연료 분사 제어 기구를 나타내는 모식도이다.
도 2a 내지 도 2c는 각각 엔진 정지시의 제어 구성을 나타내는 모식도이다.
도 3은 컨트롤러에 인식되는 신호 상태를 나타내는 모식도이다.
도 4는 엔진 정지시의 연료 분사 제어를 나타내는 흐름도이다.
도 5는 제2 실시예에 있어서의 컨트롤러의 제어 구성을 나타내는 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 엔진과 컨트롤러의 접속 구성을 나타내는 모식도이다.
도 7은 크랭크축 신호에 의한 위상차 제어의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 8은 아이들 회전수의 제어 구성을 나타내는 도면이다.
도 9는 엔진 온도에 의한 위상차 제어의 구성을 나타내는 도면이다.
도 10은 진동과 위상차의 관계를 나타내는 도면이다.
[부호의 설명]
11…커먼 레일
12…인젝터
13…연료 펌프
14…연료 탱크
15…컨트롤러
16…엔진 회전수 센서
17…키 스위치
본 발명은 엔진 정지시에 마지막 폭발 행정 종료 기통을 인식함으로써, 엔진 시동시의 연료 분사 기통을 특정하여 시동성을 향상시킨다. 또한, 시동 타이밍을 제어하여 복수의 엔진 구동에 있어서의 진동 저감을 실현하는 것이다.
실시예 1
이어서, 제1 실시예에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1은, 커먼 레일을 가지는 연료 분사 제어 기구를 나타내는 모식도이다.
제1 실시예에 있어서, 연료 분사 제어 기구는 주로 연료 펌프(13), 커먼 레일(11), 인젝터(12), 컨트롤러(15), 엔진 회전 센서(16), 키 스위치(17)로 구성된다. 이 연료 분사 제어 기구에 의해 연료를 커먼 레일(11)에서 축압하고, 엔진 각 기통으로의 연료 분사 제어를 행한다.
연료 펌프(13)는, 필터를 통하여 연료 탱크(14)로부터 연료를 커먼 레일(11)로 압송한다. 커먼 레일(11)은 연료를 고압으로 축적하여 인젝터(12)에 고압의 연료를 공급하는 것이며, 커먼 레일(11)에는 복수의 인젝터(12)가 접속된다.
인젝터(12)에 의해 엔진 기통 내로 연료가 분사된다. 인젝터(12)는 컨트롤러(15)에 의해 전자적으로 제어되고, 엔진 회전에 대한 연료 분사 타이밍이 조절된다.
컨트롤러(15)에는 엔진 회전 센서(16)와 키 스위치(17) 등이 접속되어 있다. 컨트롤러(15)는, 엔진 회전 센서(16)에 의해 엔진의 회전 상태 및 특정 실린더에 있어서의 피스톤의 상사점(上死点) 상태를 인식가능하게 되어 있다. 엔진 회전 센서(16)는, 엔진의 크랭크 축에 동기하여 회전하는 톱니바퀴 근방에 배치되는 픽업 센서에 의해 구성할 수 있다. 그리고, 톱니바퀴에 있어서 특정 기통에 있어서의 상사점 상당부를 절결함으로써, 엔진 회전 센서(16)에서 엔진 회전 상태 및 특정 기 통에 있어서의 피스톤의 상사점 상태를 인식할 수 있다.
컨트롤러(15)는, 키 스위치(17)의 ON/OFF 상태를 인식가능하게 되어 있으며, 키 스위치(17)의 ON에서 OFF로의 조작에 의해 조종자의 엔진 정지 조작을 인식가능하게 하고 있다.
이어서, 엔진 정지시의 제어에 대하여 설명한다. 엔진 정지시의 제어는 특정 실린더에서 엔진을 정지시켜 연료를 분사하는 시동 개시 기통의 판별을 용이하게 하여, 엔진 시동을 용이하게 한다.
도 2는, 엔진 정지시의 제어 구성을 나타내는 모식도이다. 도 2에 나타내는 구성에 있어서는, 엔진(20)에 4개의 실린더(21·22·23·24)가 배치되어 있다. 실린더 내에는 피스톤이 배치되고, 인젝터(12)가 장착되어 있다. 4개의 실린더는 각각 흡입·압축·폭발·배기의 공정을 반복하며, 연료 분사는 압축 공정에서 행해진다. 한편, 도 2에 있어서, 도 2a, 도 2b, 도 2c로 엔진(20)의 경시적 변화를 나타낸다.
본 실시예에 있어서, 특정 실린더에 있어서의 연료 분사로부터 엔진을 시동하는 것으로, 엔진을 특정 실린더 전에 연료가 분사되는 실린더에서 정지시킨다. 도 2a 내지 도 2c에 있어서, 엔진 시동시에 연료 분사를 개시하는 특정 실린더를 실린더(23)로 하고 있다.
컨트롤러(15)에는, 인젝터(12), 엔진 회전 센서(16), 도시하지 않은 키 스위치(17)가 접속되어 있다. 그리고, 컨트롤러(15)에는 정보를 기억하는 기억부가 마련되어 있으며, 이 기억부에 특정 실린더로서 실린더(23)가 기억되어 있다. 컨트롤 러(15)에 있어서 특정 실린더는 실린더(23)에 장착된 인젝터로서 인식되고 있으며, 엔진 회전 센서(16)의 입력 값(혹은 입력 파형)에 따라 실린더(23)에 장착된 인젝터(12)로의 연료 분사 제어를 행한다.
엔진은 키 스위치(17)가 ON 상태에 있는 동안은 엔진의 운전을 유지하도록 제어되고, 키 스위치(17)가 OFF 상태가 되면 엔진 정지의 제어가 행해진다. 엔진 정지의 제어에 있어서, 엔진(20)의 특정 실린더인 실린더(23)의 압축 공정 전 또는 연료 분사 전까지 엔진(20)이 구동된다. 이에 의해, 엔진 시동시에 첫 연료 분사를 실린더(23)에 대하여 행할 수 있다. 즉, 엔진 정지 제어에 의해 실린더(23)를 시동 분사 기통으로 한다.
도 2a와 도 2b 사이에서 키 스위치(17)가 ON에서 OFF가 되면, 컨트롤러(15)는 엔진 정지시에 실린더(23)의 1 공정 전의 폭발 기통이 실린더(21)가 되도록 연료 분사 제어를 행한다.
도 2a 내지 도 2c에 나타내는 엔진(20)에 있어서, 폭발 기통은 23·24·22·21·23의 순서가 된다. 실린더(21)를 엔진 정지시의 폭발 기통(최종 분사 기통)으로 함으로써, 실린더(21) 다음에 폭발 공정이 되는 실린더(23)가 시동 분사 기통이 된다.
컨트롤러(15)는 도 2b에 나타내는 바와 같이, 키 스위치(17)가 OFF가 된 후에도 실린더(21)에 대하여 연료 분사를 행하고, 실린더(23)가 시동 분사 기통이 되도록 엔진을 제어한다. 한편, 연료 분사량은 실린더(23)가 폭발 공정의 적어도 1 공정 전 상태(압축 공정 혹은 흡입 공정)가 되도록 컨트롤러(15)에서 조절된다. 또 한, 엔진 회전 속도 등을 판단하여 엔진의 관성 등에 의해 실린더(21)에 있어서의 연료 분사가 불필요한 경우에는 연료 분사는 행해지지 않는다.
즉, 키 스위치(17)가 OFF가 된 이후에도 컨트롤러(15)에 의한 엔진 제어가 행해지고, 엔진 시동에 대비하여 실린더(23)가 시동 분사 기통이 되도록 한다.
이에 의해, 연료 분사를 개시하는 실린더를 미리 알 수 있음과 함께, 엔진 시동에 걸리는 시간을 단축하는 구성으로 되어 있다.
도 3은, 컨트롤러에 인식되는 신호 상태를 나타내는 모식도이다.
컨트롤러(15)에는 각 실린더의 사점(死点) 위치를 나타내는 신호(41)와 키 스위치(17)의 ON/OFF 상태를 나타내는 신호(42)가 입력되고, 각 인젝션을 제어하는 신호(43)가 출력된다. 도 3에 있어서는, 실린더(24)로의 연료 분사가 행해진 후에 키 스위치(17)가 ON에서 OFF로 절환되어 있다. 이 상황에 있어서 컨트롤러(15)는 실린더(23)를 특정 실린더(시동 분사 기통)로서 인식하고 있으며, 실린더(23)의 폭발 공정보다 이전에 엔진을 정지시키기 위하여 실린더(22·23)에 대하여 연료를 분사한다.
즉, 키 스위치(17)가 OFF가 된 후에 연료 분사에 의해 특정 실린더를 시동 분사 기통으로 한다.
이에 의해, 엔진 시동시에 있어서 실린더(23)를 폭발 공정의 1 공정 전으로 할 수 있어, 엔진 시동시의 응답성을 향상시킬 수 있다.
도 4는, 엔진 정지시의 연료 분사 제어를 나타내는 흐름도이다.
컨트롤러(15)의 연료 분사 제어에 대하여, 도 4의 흐름도를 참조하면서 설명 한다.
먼저, 처리(31)에서 특정 실린더의 설정이 행해진다. 도 3에 나타내는 예에서는 실린더(23)가 특정 실린더로 설정된다. 이후에, 판별(32)에서 키 스위치(17)의 ON/OFF가 인식된다. 키 스위치(17)가 ON인 경우에 판별(32)을 반복하고, 키 스위치(17)가 OFF가 되면 판별(33)에서 연료 분사 공정에 있는 실린더의 다음에 연료 분사 공정이 되는 실린더의 판별을 행한다. 다음의 실린더가 특정 기통이 아닌 경우에는 처리(34)에서 연료 분사 위치에 있는 실린더로의 연료를 분사한다. 그리고, 다음의 실린더가 특정 기통인 경우에는 연료 분사를 행하지 않고 종료한다.
이에 의해, 특정 실린더가 다음에 폭발 공정이 되는 상태로 엔진을 정지시킬 수 있다. 그리고, 엔진의 시동에 걸리는 시간을 짧게 할 수 있다.
실시예 2
이어서, 연료 분사 제어의 제2 실시예에 대하여 설명한다.
도 5는, 제2 실시예에 있어서의 컨트롤러의 제어 구성을 나타내는 도면이다.
제2 실시예에서는, 키 스위치(17)가 OFF가 된 후에 엔진 정지 기통이 된 실린더를 인식하고, 엔진 정지 기통의 다음에 폭발 공정이 되는 실린더를 시동 분사 기통으로 한다. 그리고, 엔진 시동시에 시동 분사 기통으로부터 연료 분사를 개시한다.
폭발 기통은 23·24·22·21의 순서로 되어 있다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 실린더(24)로의 연료 분사 후에 키 실린더(17)가 OFF가 되어 엔진이 정지한 경우에는 실린더(24)의 다음에 폭발 공정이 되는 실린더(22)가 시동 분사 기통으로서 컨트롤러(15)에 인식되고, 이 정보가 보관된다. 컨트롤러(15)는 연료를 분사하는 실린더를 인식하고 있으며, 컨트롤러에서는 연료 분사마다 연료를 분사한 실린더의 정보를 보관하고 있다. 연료 분사 후에 일정 시간 실린더의 상사점으로의 이동에 의해 검출되는 신호(TDC)가 검출되지 않는 경우에, 컨트롤러(15)가 엔진의 정지를 인식하고, 보관되어 있는 최종 기통의 다음에 연료를 분사하는 실린더(24)를 시동 분사 기통으로서 인식 보관하고, 엔진 시동시에 실린더(24)로부터 연료를 분사한다. 이에 의해, 시동시에 걸리는 시간을 단축할 수 있다.
실시예 2에서는, 마지막으로 대응하는 TDC 신호를 수신한 실린더를 최종 기통으로 인식하고, 엔진 시동시에는 최종 기통의 다음에 연료를 분사하는 실린더로부터 연료 분사를 개시한다. 이와 같이, 마지막으로 TDC 신호를 인식한 실린더의 다음의 실린더를 시동 분사 기통으로서 컨트롤러(15)에서 기억함으로써 엔진 시동을 원활하게 행할 수 있다. 또한, 시동 분사 기통은 마지막으로 TDC 신호를 인식한 실린더의 적어도 1 공정 전 상태(압축 공정 또는 흡입 공정)의 실린더로 해도 무방하다.
즉, 키 스위치(17)의 OFF 이후에 임의로 설정되는 컨트롤러(15)의 작동 기간에 최종 기통을 인식하고, 최종 기통으로부터 시동 분사 기통을 산출한다. 이에 의해, 엔진 시동시의 시간을 단축한다.
그 밖에, 키 스위치(17)의 OFF 이후에 관성 등에 의해 엔진이 수 공정 진행되는 것을 고려하는 것도 가능하다. 컨트롤러(15)에 있어서, 키 스위치(17)의 OFF 직전에 인식되는 실린더와, 엔진이 완전히 정지 상태에서 폭발 공정을 종료한 최종 기통을 인식한 후에 산출된 시동 분사 기통의 위상차를 연료 분사 순서의 차이로서 컨트롤러(15)에 통계적으로 기억시킨다.
예를 들어, 실린더(23)가 폭발 공정을 종료한 후에 키 스위치(17)가 OFF된 경우, 실린더(24)의 시동 분사 기통의 가능성을 5%, 실린더(22)의 그것을 85%, 실린더(21)의 그것을 10%로 가정하면, 키 OFF 직전에 인식된 실린더(23)보다 2 공정 전으로 실린더(22)를 설정하면 많은 경우에 엔진의 시동 시간을 단축할 수 있다.
이와 같이, 빈도가 높은 차이를 OFF 직전 실린더에서 시동 분사 기통까지의 차이로 하고, 이 차이로부터 키 스위치(17)의 OFF 직전의 실린더를 인식함으로써 시동 분사 기통을 산출할 수 있다.
이와 같이, 키 스위치(17)의 OFF 직전 실린더와 시동 분사 기통의 관계를 컨트롤러(15)에서 학습시킴으로써, 컨트롤러(15)에 있어서의 초기의 학습 과정을 종료한 후에 키 스위치 OFF 이후의 컨트롤러(15)의 작동 기간을 짧게, 또는 없앨 수 있다.
즉, 컨트롤러(15)에 의해 키 스위치(17)의 OFF 직전의 실린더를 인식함으로써 최종 기통이 산출되고, 이 최종 기통으로부터 시동 분사 기통을 산출하는 것이 가능해져 키 스위치(17)의 OFF 이후의 컨트롤러(15)의 작동 시간을 짧게 할 수 있다.
또한, 컨트롤러(15)에 있어서, 키 스위치 OFF 직전의 실린더와 시동 분사 기통의 차이를 미리 설정 값으로 기억시켜 두고, 이 설정 값에 의해 키 스위치 OFF 직전의 실린더로부터 시동 분사 기통을 산출할 수 있다.
컨트롤러(15)에는 미리 각 실린더의 OFF 직전의 실린더와 이 경우의 시동 분사 기통까지의 차이가 기억되어 있다. 컨트롤러(15)에 있어서는, 연료를 분사하는 실린더가 인식되어 있고, 키 스위치(17)가 ON에서 OFF가 된 경우에 컨트롤러(15)에서 직전에 연료를 분사한 실린더에 대응하는 ‘차이’의 값으로부터 시동 분사 기통이 산출된다. 이에 의해, 엔진 제어를 간단한 구성으로 할 수 있다.
실시예 3
이어서, 제3 실시예에 대하여 설명한다.
제3 실시예에서는, 엔진의 실린더에서 시동 분사 기통이 되는 특정 실린더를 미리 결정하여 특정 실린더가 시동 분사 기통이 되도록 키 스위치(17) OFF 이후에 행하는 연료 분사 제어 방법과, 키 스위치 OFF 직전의 실린더로부터 학습 값 또는 기정의 ‘차이’를 이용해 시동 분사 기통을 산출하여 엔진을 시동하는 연료 분사 제어 방법의 2개의 제어를 이용한다. 그리고, 이들 연료 분사 제어 방법을 상황에 따라 선택한다.
일방의 연료 분사 제어 방법에 의해 엔진 시동이 효과적이지 않은 경우, 타방의 연료 분사 제어를 선택한다.
엔진 시동의 용이성은 셀 모터 회전 개시에서 엔진의 연소에 의한 구동 개시(회전 속도의 상승)까지의 시간을 인식함으로써 판단할 수 있다. 컨트롤러(15)에 미리 기준 시간을 기억시키고, 엔진 시동시에 시동에 걸리는 시간을 측정하여 기준 시간과 비교함으로써 시동의 용이성을 컨트롤러(15)에서 판별한다.
이는, 셀 모터의 기동 스위치인 키 스위치(17)와 엔진 회전 센서가 컨트롤 러(15)에 접속하고 있음으로써, 컨트롤러(15)에서 판단가능해져 있다.
먼저, 키 스위치 OFF 직전의 실린더로부터 측정값의 편차에 의해 학습 값이 정해지지 않은 경우나, 학습 값에 의한 시동 기통의 결정이 엔진 시동성에 효과적이지 않은 경우에는 특정 실린더가 시동 분사 기통이 되도록 키 스위치(17) OFF 이후에 행하는 연료 분사 제어 방법을 취한다. 또한, 특정 실린더가 시동 분사 기통이 되도록 키 스위치(17) OFF 이후에 행하는 연료 분사 제어 방법이 엔진 시동에 효율적이지 않은 경우에는 타방의 연료 분사 제어 방법을 이용한다.
이와 같이, 엔진 시동의 상황에 따라 제어 방법을 선택가능하게 하므로, 다양한 엔진에 대해 범용적으로 대응가능한 연료 분사 제어 방법을 제공할 수 있다.
실시예 4
상기 실시예에 나타낸 연료 분사 제어 방법은 엔진의 시동 제어를 행할 수 있는 것으로, 이것을 복수개 엔진의 시동에 적용하여 엔진 구동의 정숙성을 향상시킬 수 있다. 엔진 시동 제어에 의해 복수의 엔진을 구동할 때에, 엔진 시동의 타이밍을 제어하여 복수개의 엔진의 합성 진동을 작게 할 수 있다.
제4 실시예는, 복수의 엔진을 구동하는데 있어서 엔진 진동의 저감을 연료 분사 제어에 의해 행하는 것이다. 복수개 엔진의 구성예로서, 2개의 엔진(20a·20b)을 구동하는 2기 2축의 구성에 대하여 설명한다.
도 6a 및 도 6b는, 엔진과 컨트롤러의 접속 구성을 나타내는 모식도이다. 도 6a는 2개의 컨트롤러를 접속하는 구성을 나타내는 도면이다. 도 6b는 1개의 컨트롤러에 의해 2개의 엔진을 제어하는 구성을 나타내는 도면이다. 도 7은, 크랭크축 신 호에 의한 위상차 제어의 구성을 나타내는 모식도이다.
먼저, 도 6a를 이용하여 2개의 컨트롤러를 접속하는 구성에 대하여 설명한다. 엔진(20a·20b)에는 각각 컨트롤러(101·102)가 접속되어 있으며, 각각의 연료 분사를 제어가능하게 하고 있다. 또한, 컨트롤러(101)는 컨트롤러(102)에도 접속되어 컨트롤러(101)에 의해 컨트롤러(102)를 제어가능하게 하고 있다.
엔진 시동시의 연료 분사 제어에 있어서, 일방의 연료 분사 타이밍에 대하여 타방의 연료 분사 타이밍을 제어함으로써, 엔진(20a)과 엔진(20b)의 2차 진동을 상쇄시켜 2개의 엔진에 있어서의 전체의 진동을 저감시킬 수 있다.
컨트롤러(101)에는 엔진(20a·20b)의 크랭크 신호가 입력되고, 컨트롤러(101)에서 엔진(20a·20b) 간의 위상차를 인식가능하게 하고 있다.
컨트롤러(101)에서 엔진(20a)의 연료 분사를 개시함과 함께, 컨트롤러(102)에서 엔진(20a)의 연료 분사 타이밍을 인식하여, 컨트롤러(101)로부터 전달되는 2차 진동의 반파장 지연된 타이밍으로 엔진(20b)의 연료 분사를 개시한다. 이에 의해, 2개의 엔진 사이에서 2차 진동이 상쇄된다. 2기의 엔진에서 기통 수에 따른 등간격 폭발 위상차를 부여함으로써, 엔진 진동을 저감시킬 수 있다.
컨트롤러(101·102)에는 엔진(20a·20b)의 기통 수나 엔진 형상 등의 정보가 입력되고 보관된다. 이들 정보에 의해 엔진 진동이 저감되도록 엔진 간의 위상차를 산출하여 엔진(20a·20b)을 제어한다.
즉, 도 7에 나타내는 바와 같이, 2개의 엔진 사이에서 엔진 간의 진동 저감에 최적인 위상차 dθ를 산출하고, 이 위상차 dθ를 부여하여 엔진 진동의 저감을 도모한다. 예를 들어, 직렬 4기통 엔진의 경우에는 180°의 위상차를 부여함으로써, 상호의 진동을 상쇄시키는 구성으로 할 수 있다.
또한, 컨트롤러(101)에 의해 엔진(20a·20b)을 제어하는 것도 가능하다. 컨트롤러(101)에 의해 엔진(20a·20b)의 시동 타이밍을 조절함으로써, 1개의 컨트롤러에 의해 2개의 엔진 제어가 가능하며, 컨트롤러(102)를 예비 컨트롤러로 하여 엔진 제어의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
한편, 컨트롤러(101)에 엔진(20a·20b)의 크랭크 신호를 입력하는 것 외에, 컨트롤러(101)에서 엔진(20a·20b)의 위상차를 인식가능하면 되며, 엔진 간의 위상차를 인식하는 임의의 수단에 의해 엔진의 위상차를 제어할 수 있다.
도 6b의 구성에 있어서는, 컨트롤러(100)에 의해 엔진(20a·20b)의 제어를 행한다. 컨트롤러(100)에 엔진(20a·20b)의 크랭크 각도 신호가 입력되고, 2개의 엔진 간에 있어서의 엔진 회전의 위상차를 연료 분사 타이밍에 의해 제어할 수 있다.
이와 같이, 1개의 컨트롤러(100)에 복수의 엔진의 크랭크 각도 신호를 입력함으로써, 복수개 엔진 전체에서의 진동을 저감시킬 수 있다. 한편, 엔진(20a·20b)에는 각각에 컨트롤러(101·102)가 접속되어 있으며, 컨트롤러(100)가 파손된 경우나 일방의 엔진을 단독으로 구동할 때에는 각각의 엔진에 접속하는 컨트롤러를 이용할 수 있다.
이어서, 복수개 엔진의 위상 제어를 행하는 구성에 있어서의 아이들 회전수의 제어 구성에 대하여 설명한다.
도 8은, 아이들 회전수의 제어 구성을 나타내는 도면이다. 종축은 엔진 회전수를 나타내고, 횡축은 시간을 나타낸다.
상술한 컨트롤러(100 또는 101)는 복수의 엔진의 진동이 저감되도록 각 엔진 간의 위상차를 설정한 후에, 엔진의 아이들 회전수가 감소하도록 제어를 행한다. 먼저, 소정의 엔진 회전수에 있어서 진동이 저감되도록 위상차를 결정하고, 이후에 아이들 회전수가 저감되도록 엔진 제어를 행한다. 도 8에 있어서는, 엔진 회전수 R1에 있어서 시간 T1에 위상차를 결정한 후에, 서서히 아이들 회전수를 감소시켜 엔진 회전수 R2를 아이들 회전수로 한다.
예를 들어, 2기의 엔진을 제어하는 구성에 있어서 엔진 폭발 차수가 엔진 진동을 저감하도록 임의의 위상차로 설정되었을 때, 아이들 회전수를 감소 방향으로 작동시키는 제어를 행한다. 구체적으로, 2기 2축의 선박에 탑재되는 엔진 구성에 있어서, 시동시에 엔진 회전수 900rpm에서 2기의 엔진에 있어서의 진동이 저감되도록 위상차를 설정한 후에 엔진 회전수를 500rpm으로 한다.
이에 의해, 엔진 진동을 저감하기 위한 설정을 산출하기 쉽고, 아이들 회전을 저감함으로써 아이들시의 정숙성을 향상시킬 수 있어, 소비 연료를 저감할 수 있다.
이어서, 엔진 간의 위상차 결정에 엔진 회전수 센서와 다른 파라미터를 이용하여 엔진 분사 시기를 제어하는 구성에 대하여 설명한다.
먼저, 엔진의 온도를 인식하는 수단을 이용하여 위상차를 조절하는 구성에 대하여 설명한다. 엔진은 그 온도에 따라 특성이 변화한다. 특히, 엔진 오일은 온 도에 의해 그 점도가 변화하는 것이 알려져 있다. 여기서, 엔진 온도에 따라 엔진 간의 위상 제어를 함으로써, 보다 실제의 엔진 특성에 따른 엔진 진동의 저감을 행할 수 있다. 엔진 온도의 검출 수단으로서는 각 엔진에 장착된 온도 센서나 비접촉형 온도 센서를 이용할 수 있다.
도 9는, 엔진 온도에 따른 위상차 제어의 구성을 나타내는 도면이다. 종축은 위상차의 절댓값을 나타내고, 횡축은 엔진 온도를 나타낸다.
엔진 온도에 의한 위상차의 제어 구성의 예를 도 9를 참조하면서 설명한다. 엔진 간의 위상차는 온도 Tw1까지는 일정하고, 온도 Tw1에서 온도 Tw2까지 온도에 따라 감소하며, 온도 Tw2 이상은 일정하게 되어 있다. 이와 같이, 온도에 따라 엔진 간의 위상차를 제어함으로써, 실제의 엔진 특성에 가까운 상태로 엔진의 진동 저감을 실현할 수 있다.
또한, 엔진 간의 위상차 결정에 엔진 회전수 센서와 진동 검출 수단을 이용한 구성에 대하여 설명한다.
도 10은, 진동과 위상차의 관계를 나타내는 도면이다. 도 10에 있어서 종축은 진동량이고, 횡축은 위상차의 절댓값이다. 진동 검출 수단을 이용한 엔진 진동 저감 구성에 있어서, 진동 센서 등에 의해 진동량을 인식하여 엔진 간의 위상차를 조절하고 엔진 진동을 저감한다.
엔진을 제어하는 컨트롤러(101) 또는 컨트롤러(100)에 있어서는, 엔진 진동 저감을 위한 위상차의 초기값이 엔진 특성의 수치 정보로부터 산출된다. 그리고, 초기 설정의 위상차에 의해 엔진의 시동이 개시된다. 엔진 시동 후에는 진동 센서 에 의해 엔진의 실제의 진동을 인식하면서 위상차를 조절하여 실제로 가장 진동이 작아지는 위상차 α로 설정한다.
위상차 α로의 조절은 초기 설정의 위상차보다 위상차를 증감시키고, 이에 의해 측정되는 엔진 진동수가 감소하는 방향으로 위상차를 조절한다. 예를 들어, 초기 설정이 위상차 α1로 설정되어 있는 경우에는 위상차가 증대되는 방향으로 위상차를 변화시켜, 위상차 변화 전과 위상차 변화 후의 진동을 비교한다. 그리고, 위상차 변화 후의 진동이 위상차 변화 전보다 커지면 위상차 변화 전의 위상차가 위상차 α로 기억된다. 그리고, 엔진 간의 위상차를 위상차 α로 하여 엔진 제어가 행해진다.
본 발명은 엔진의 연료 분사 제어 기술에 이용가능하고, 엔진의 연료 분사 제어에 의한 시동성 향상 및 진동 저감에 이용가능하다.

Claims (8)

  1. 엔진 정지 조작을 인식하는 엔진 정지 조작 인식 수단과, 연료 분사가 수행되는 기통을 특정하는 특정 기통 인식 수단과, 연료 분사 제어 수단을 가지는 연료 분사 제어 장치를 이용하여 엔진의 복수의 기통으로 연료 분사를 제어하는 연료 분사 제어 방법에 있어서,
    상기 연료 분사 제어 장치는 엔진 시동시에 최초로 연료를 분사하는 하나의 미리 결정된 기통을 시동 분사 기통으로 설정하고;
    상기 연료 분사 제어 장치는, 설정한 상기 시동 분사 기통을 기초로 적어도 1 공정 전의 기통을 엔진 정지 조작 인식 후에 최종의 연료 분사를 행하는 하나의 최종 분사 기통으로 설정하고;
    엔진 구동 중에 상기 엔진 정지 조작 인식 수단에 의해 엔진 정지 조작을 인식한 후, 분사 순서에 따라 기통으로 연료를 분사하고, 상기 특정 기통 인식 수단이 상기 최종 분사 기통으로 연료를 분사하는 것을 인식하면, 상기 연료 분사 제어 수단은 연료 분사를 정지하고;
    상기 연료 분사 제어 수단은 엔진 재시동시에 상기 시동 분사 기통에 최초로 연료를 분사하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연료 분사 제어 장치를 이용하여, 제1항에 따른 제1 연료 분사 제어 방법과 하기의 제2 연료 분사 제어 방법 중 하나를 선택하여 실행 가능하고,
    상기 제2 연료 분사 제어 방법에 있어서,
    상기 연료 분사 제어 장치는, 크랭크 신호를 인식하고, 상기 크랭크 신호의 인식을 기초로 엔진 구동 중에 상기 엔진 정지 조작 인식 수단에 의해 엔진의 정지 조작을 인식한 후, 마지막으로 상사점에 도달한 기통을 최종 기통으로서 기억하고, 이 기억을 기초로 상기 최종 기통의 적어도 1 공정 후에 연료를 분사할 기통을 시동 분사 기통으로서 특정하고,
    상기 연료 분사 제어 수단은, 엔진 재시동 시에 최초로 상기 시동 분사 기통으로 연료를 분사하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 분사 제어 방법에서, 상기 연료 분사 제어 장치는 엔진 정지 조작마다 상기 최종 기통을 기억하고, 이 최종 기통을 기초로 특정한 시동 분사 기통과의 위상차를 기억하고, 이 기억한 위상차를 통계하고, 이 통계로서 수집한 위상차 중에서 빈도가 높은 위상차를 엔진 정지 조작 인식 직전에 폭발 공정의 기통으로부터 시동 분사 기통까지의 설정 위상차로서 설정하고,
    상기 설정 위상차의 설정 후, 엔진 구동 중에 상기 엔진 정지 조작 인식 수단이 상기 엔진의 정지 조작을 인식하면, 그 직전에 폭발 공정인 기통을 그 특정 기통 인식 수단에서 인식하고, 인식한 기통과 설정한 상기 설정 위상차를 기초로 시동 분사 기통을 결정하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 제어 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 분사 제어 방법에서, 상기 통계로부터 설정한 설정 위상차에 대신하여 규정의 값을 그 설정 위상차로서 설정하고, 이에 따라 시동 분사 기통을 결정할 수 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 제어 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    고유의 크랭크축을 가지는 엔진을 복수개 구동시키는 구성에 있어서, 임의의 엔진을 기준 엔진으로 하고, 이 기준 엔진에 있어서의 연료 분사 개시에 대하여 다른 엔진의 연료 분사와의 사이에 위상차를 마련하여 연료 분사를 제어하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    몇 개의 엔진 진동에 의한 합성 진동이 저감되도록 연료 분사 개시에 위상차를 마련하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 제어 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    엔진 간의 분사 시기 위상차를, 임의의 엔진 온도를 검출하는 수단 또는 시동 개시부터의 시간 설정 또는 진동을 검지하는 수단에 의해 결정하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 제어 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    복수의 엔진의 크랭크 각도 신호를 1개의 연료 분사 제어 수단으로 송신하고, 이 연료 분사 제어 수단에 의해 복수개 엔진의 크랭크 신호의 상대 관계를 인식하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 제어 방법.
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