KR100992665B1 - 인젝터 에이징에 따른 연료량 보정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 인젝터 에이징(aging)에 대한 연료량 보정 방법은 기준 인젝터를 이용하여 공회전(IDLE) 상태에서 레일(rail)압의 단계적 변화에 따른 분사별 연료량을 측정하여 저장하는 제1단계와, 엔진 구동 후, 공회전(IDLE) 상태에서 학습 조건이 만족되면 레일(rail)압의 단계적 변화에 따른 실제 인젝터의 분사별 연료량 및 분사 횟수를 측정하는 제2단계와, 상기 기준 인젝터로부터 측정된 총 분사 연료량과 실제 인젝터로부터 측정된 총 분사 연료량의 차이를 상기 분사 횟수로 나눈 연료 보정값을 산출하는 제3단계 및 상기 산출된 연료 보정값을 이용하여 펄스 보정값을 연산하고, 연산된 펄스 보정값을 엔진제어유닛(Engine Control Unit:ECU)에 업데이트하는 제4단계를 포함한다. 따라서, 공회전(IDLE) 토크(torque)에 해당하는 연료량을 이용하여 편차를 보정하므로, 파일럿 연료량과 같은 소량의 연료량을 정밀하게 제어할 수 있고, 사용시간이 경과한 인젝터에서도 기준 인젝터와 비슷한 연료량 분사가 가능한 효과가 있다. 또한, 공회전(IDLE) 컨트롤러를 사용할 수 있기 때문에 진동 가속계 제거가 가능하므로 원가 절감의 효과도 있다.
파일럿 연료량, 보정, 공회전(IDLE), 펄스 송출시간(pulse duration)

Description

인젝터 에이징에 따른 연료량 보정 방법{Method for correcting fuel injection quantity for injector aging}
본 발명은 인젝터 에이징에 따른 연료량 보정 방법에 관한 것으로, 보다 특히 기준 인젝터로부터 계산된 연료량과 노화된 인젝터로부터 측정된 연료량의 차이를 이용하여 연료량 편차를 보정하는 방법에 관한 것이다.
근래의 자동차 엔진은 연료를 공급할 때, 엔진의 각종 센서로부터 데이터를 입력받아, 상기 데이터를 바탕으로 제어유닛(ECU)이 연료의 공급량을 결정하고, 상기 결정된 양의 연료 공급은 연료를 분사하는 인젝터(injector)에서 수행하게 된다.
연료분사장치의 한 예로서 커먼 레일 시스템(common rail system)은 고압펌프에서 연료를 레일로 공급하게 되고, 제어유닛(ECU)에서 레일의 압력을 압력센서로부터 받아 레일(rail)의 압력을 제어하게 되며, 연료분사신호를 보내 연료를 분사하게끔 되어 있는데, 이 커먼 레일 시스템에서는 엔진 블록의 중앙에 진동 계(Accelerometer)를 부착하고, 여기서 발생하는 신호를 매시간 마다 학습하여 파일럿(pilot) 연료량을 인젝터(injector) 상태에 맞게 조정하도록 되어 있다.
즉, 상기와 같은 파일럿 연료량 학습 방법을 보다 구체적으로 살펴보면, 엔진이 충분히 난기(70℃)되고, 차량이 일정속도(약 60Km/h) 이상을 유지하여 학습할 조건이 충족되면 모든 실린더의 파일럿 연료량 공급을 차단한다. 그리고, 레일 압력을 평소보다 높게 상승시킨 후, 학습할 실린더에만 파일럿 연료를 공급하기 위한 신호를 엔진 제어 장치에서 인젝터로 송출하는데, 이 때 송출신호(drive pulse)는 ㎲로 파일럿 연료량 제어가 이루어지게 된다.
이는 전자제어식 인젝터에 있어서, 연료량의 결정인 인젝터에 얼마만한 시간동안 전류가 공급되었는가에 따라 제어 밸브의 작동시간이 결정되고, 제어밸브의 작동시간동안 연료가 분사되기 때문이다.
상기 송출신호에 의해 연료가 분사되고 이에 따라 연소반응이 개시되면, 연소반응에 의한 진동이 진동 가속계에 전달된다. 만일 진동이 감지되지 않는 경우, 연소 반응이 없는 것으로 판단하여 진동이 감지될 때까지 송출신호의 길이를 증가시킨다. 또한 최초에 인가된 송출신호에 의하여 너무 심한 진동이 감지될 경우에는 과도한 파일럿 연료량이 공급된 것으로 판단하여 진동이 없어질 때까지 송출신호의 길이를 감소시킨다.
상기와 같은 과정을 실린더마다 반복함으로써, 각각의 인젝터가 최소한의 파일럿 연료량을 분사할 수 있는 송출신호를 얻을 수 있으며(이를 MDP라 한다:Minimum Drive Pulse), 이를 엔진 제어 장치에 기록하고, 향후 이 데이터에 의 하여 파일럿 연료량을 정밀하게 제어할 수 있도록 한다.
상기와 같이 진동 가속계에 의한 파일럿 연료량 제어에 있어서 중요한 것은 모든 연료 인젝터에 대하여 초기의 MDP 값을 알아야 한다는 것이며, 이를 위하여 모든 인젝터는 조립 완료 즉시 단품시험을 통하여 MDP값을 측정하고 이를 인젝터에 타각한다.
상기에서 최초의 학습은 초기 MDP 값에서 송출신호를 감소시키거나 증가시키는 방향으로 학습을 진행한 이후, 최종 학습값이 각각의 인젝터에 대한 MDP 값이며, 이 값을 기준으로 송출신호를 증가시키거나 감소시킨다.
그러나, 상기와 같은 파일럿 연료량은 매우 미소하나, 그 변화량에 의하여 소음 및 스모크 발생이 크게 악화되는 경향이 있으며, 또한 인젝터는 사용 시간이 경과함에 따라 열화되어 초기 상태와는 다른 성격을 가지기 때문에 진동 가속계를 장착하고 이에 따른 학습을 진행하면 엔진의 노후화에 따라 심해지는 스모크 발생량 및 소음을 저감할 수 있으나, 연료가 분사되는 인젝터는 동일한 송출신호를 가하여도 생산편차에 의하여 미소하게 연료 분사량이 차이가 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 파일럿 연료량(pilot fuel quantity)과 같은 소량의 연료량을 정밀하게 제어할 수 있는 연료량 편차 보정 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 인젝터 에이징(aging)에 대한 연료량 보정 방법은 기준 인젝터를 이용하여 공회전(IDLE) 상태에서 레일(rail)압의 단계적 변화에 따른 분사별 연료량을 측정하여 저장하는 제1단계와, 엔진 구동 후, 공회전(IDLE) 상태에서 학습 조건이 만족되면 레일(rail)압의 단계적 변화에 따른 실제 인젝터의 분사별 연료량 및 분사 횟수를 측정하는 제2단계와, 상기 기준 인젝터로부터 측정된 총 분사 연료량과 실제 인젝터로부터 측정된 총 분사 연료량의 차이를 상기 분사 횟수로 나눈 연료 보정값을 산출하는 제3단계 및 상기 산출된 연료 보정값을 이용하여 펄스 보정값을 연산하고, 연산된 펄스 보정값을 엔진제어유닛(Engine Control Unit:ECU)에 업데이트하는 제4단계를 포함한다.
이때, 기준 인젝터에 적용되는 레일(rail)압의 단계적 변화와 실제 인젝터에 적용되는 레일(rail)압의 단계적 변화는 동일하고, 상기 분사별 연료량은 예비분사(pilot injection) 연료량, 주분사(main injection) 연료량, 사후분사(post injection) 연료량 등을 포함한다.
또한, 상기 제4단계에서 상기 펄스 보정값은 상기 실제 인젝터로부터 측정된 분사별 연료량 및 상기 연료 보정값에 의해 보정된 분사별 연료량을 각각 해당하는 송출시간(pulse duration)으로 환산하고, 실제 인젝터의 분사별 연료량에 대한 송출시간과 보정된 분사별 연료량에 대한 송출시간의 차이를 합산하여 이를 분사 횟수로 나눈 평균값이다.
본 발명은 공회전(IDLE) 토크(torque)에 해당하는 연료량을 이용하여 편차를 보정하므로, 파일럿 연료량과 같은 소량의 연료량을 정밀하게 제어할 수 있고, 사용시간이 경과한 인젝터에서도 기준 인젝터와 비슷한 연료량 분사가 가능한 효과가 있다. 또한, 공회전(IDLE) 컨트롤러를 사용할 수 있기 때문에 진동 가속계 제거가 가능하므로 원가 절감의 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 인젝터 에이징(aging)에 대한 연료량 보정 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1에 도시한 동작을 실행하기 전에, 우선 기준 인젝터를 이용하여 공회전(IDLE) 조건에서 레일(rail)압의 단계적 변화에 따라 총 분사되는 연료량 및 분사별 연료량 즉, 예비분사(pilot injection) 연료량, 주 분사(main injection) 연료량 및 사후분사(post injection) 연료량 등을 미리 측정한 기준값이 세팅되어 있 는 것이 바람직하다.
이후, 도 1에 도시된 바와 같이 차량의 엔진이 구동되고(S101), 공회전(IDLE) 조건에서 일정한 학습 조건이 만족되는지를 판단한 후(S103), 학습 조건을 만족한다면(예, 냉각수온 90℃) 보정 대상 인젝터에 대하여 레일(rail)압의 단계적 변화에 따라 총 분사되는 연료량 및 분사별 연료량과 분사 횟수를 측정한다(S105). 이때, 기준 인젝터에 적용되는 레일(rail)압의 단계적 변화와 보정 대상 인젝터에 적용되는 레일(rail)압의 단계적 변화는 동일한 것이 바람직하다. 또한, 상기 분사 횟수를 측정하는 것은 사용시간이 경과된 인젝터의 경우 각 분사별 연료량에서 드리프트(drift)가 발생하므로, 분사별 연료량을 보정하기 위해서는 정확한 분사 횟수가 필요하기 때문이다.
이후, 상기 세팅된 기준 인젝터에서 측정된 총 분사 연료량과 상기 보정 대상 인젝터에서 측정된 총 분사 연료량의 차이를 계산하고, 이에 따른 연료 보정값을 산출한다(S107). 즉, 기준 인젝터에서 측정된 파일럿 연료량과 보정 대상 인젝터에서 측정된 파일럿 연료량은 동일하지만, 주 분사 연료량에서 차이가 발생한다. 이는 노화된 인젝터에 의해 발생하는 것이다. 따라서, 주 분사 연료량에서 차이가 발생하므로 총 연료 분사량 역시 차이가 발생한다.
그러므로, 보정 대상 인젝터에서 측정된 총 연료 분사량에서 기준 인젝터에서 측정된 총 연료 분사량을 뺀 후, 이를 보정 대상 인젝터에서 측정된 분사 횟수로 나누어 계산된 평균값인 연료 보정값을 산출하여 각 분사별로 동일하게 적용한다.
이에 따라, 상기 산출된 각 분사별 연료 보정값을 상기 보정 대상 인젝터의 각 분사별 연료량에서 빼면 총 분사되는 연료량은 기준 인젝터에서 측정된 총 분사 연료량과 동일하게 되고, 각 분사별로 보정된 연료량이 산출되는 것이다.
이후, 상기 산출된 분사별 보정된 연료량을 각각 송출시간(pulse duration)으로 환산한다(S109). 이때, 보정 대상 인젝터에서 측정된 분사별 연료량과 연료 보정값을 이용하여 보정된 분사별 연료량을 도 2에 도시한 연료량과 송출시간(pulse duration)관계를 참조하여 송출시간(pulse duration)으로 환산한다.
이후, 상기 측정된 분사별 연료량에 대응하는 송출시간과 보정된 분사별 연료량에 대응하는 송출시간의 차이를 연산하고, 각 분사별 송출시간을 합산한 후, 이를 총 분사 횟수로 나눈 값인 펄스 보정값을 산출한다(S109).
이때, 펄스 보정값이 과도한 보정 즉, 미리 설정된 한계 보정값과 비교하여(S111) 작은 경우에 한하여 엔진 제어 유닛(ECU)의 내부에 변수 값으로 업데이트한 후 인젝터를 제어하게 된다(S112).
따라서, 공회전(IDLE) 조건에서 레일(rail)압의 변화에 따른 각 분사별 연료량을 측정하여 기준값과 비교하여 보정함으로써 소량의 연료량을 정밀하게 제어할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따 라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 인젝터 에이징(aging)에 대한 연료량 보정 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 연료량과 펄스 송출시간(pulse duration)의 관계를 나타내는 그래프이다.

Claims (4)

  1. 기준 인젝터를 이용하여 공회전(IDLE) 상태에서 레일(rail)압의 단계적 변화에 따른 분사별 연료량을 측정하여 저장하는 제1단계;
    엔진 구동 후, 공회전(IDLE) 상태에서 학습 조건이 만족되면 레일(rail)압의 단계적 변화에 따른 실제 인젝터의 분사별 연료량 및 분사 횟수를 측정하는 제2단계;
    상기 기준 인젝터로부터 측정된 총 분사 연료량과 실제 인젝터로부터 측정된 총 분사 연료량의 차이를 상기 분사 횟수로 나눈 연료 보정값을 산출하는 제3단계;
    상기 산출된 연료 보정값을 이용하여 펄스 보정값을 연산하고, 연산된 펄스 보정값을 엔진제어유닛(Engine Control Unit:ECU)에 업데이트하는 제4단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 인젝터 에이징(aging)에 대한 연료량 보정 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    기준 인젝터에 적용되는 레일(rail)압의 단계적 변화와 실제 인젝터에 적용되는 레일(rail)압의 단계적 변화는 동일한 것을 특징으로 하는 인젝터 에이징(aging)에 대한 연료량 보정 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 분사별 연료량은 예비분사(pilot injection) 연료량, 주분사(main injection) 연료량, 사후분사(post injection) 연료량 등을 포함하는 것을 특징으로 하는 인젝터 에이징(aging)에 대한 연료량 보정 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제4단계에서
    상기 펄스 보정값은 상기 실제 인젝터로부터 측정된 분사별 연료량 및 상기 연료 보정값에 의해 보정된 분사별 연료량을 각각 해당하는 송출시간(pulse duration)으로 환산하고, 실제 인젝터의 분사별 연료량에 대한 송출시간과 보정된 분사별 연료량에 대한 송출시간의 차이를 합산하여 이를 분사 횟수로 나눈 평균값인 인젝터 에이징(aging)에 대한 연료량 보정 방법.
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