KR101134746B1

KR101134746B1 - 커먼레일 디젤엔진의 공회전 제어방법

Info

Publication number: KR101134746B1
Application number: KR1020050073669A
Authority: KR
Inventors: 채승진
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2005-08-11
Filing date: 2005-08-11
Publication date: 2012-04-13
Also published as: KR20070019146A

Abstract

본 발명은 커먼레일 디젤엔진의 공회전 제어방법에 관한 것으로서, 공회전 제어조건인지 판단하는 과정과; 상기 공회전 제어조건이면, 배기가스 모델링 값(Tx)과 외기온 보상상수(Tc)를 곱하는 연산을 수행하여 배기가스 모델링 온도를 산출하는 과정과; 상기 배기가스 모델링 온도가 소정의 공회전 제어 실시 온도와 비교하는 과정과; 비교결과 상기 배기가스 모델링 온도가 상기 공회전 제어 실시 온도 미만이면 공회전 알피엠 제어를 실시하여 설정된 공회전 알피엠만큼 상승시켜서 배기가스 온도를 점차 상승시키는 과정과; 상기 공회전 알피엠이 설정된 값으로 상승하면 엔진부하에 따른 공회전 알피엠 제어로 복원하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 공회전 경과시간과 배기온도 기준에 따른 온도변화에 대한 공회전제어가 효과적으로 실시될 수 있도록 함으로써 대기오염을 방지하고 배기계통에 연료생성물을 포함하는 수증기의 응축현상을 방지하여 백연 에미션 발생을 근본적으로 제거할 수 있게 된다.

공회전 제어, 백연 에미션

Description

커먼레일 디젤엔진의 공회전 제어방법{Method for controlling vacant rotation of common rail diesel engine}

도 1은 일반적인 커먼레일 디젤엔진의 제어블록도,

도 2는 본 발명에 따른 커먼레일 디젤엔진의 제어블록도,

도 3은 도 2의 외기온 센서의 배기온 온도 그래프,

도 4는 외기온에 따른 보상상수 테이블,

도 5는 본 발명에 따른 커먼레일 디젤엔진의 제어순서도,

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 연료펌프 3 : 인젝터

5 : 엔진제어유닛 6 : 이그니션 스위치

7 : 엔진 RPM 센서 8 : 가속페달 센서

9 : 기어 포지션 센서 10 : 냉각 수온 센서

11 : 흡기온 센서 12 : 외기온 센서

본 발명은 커먼레일 디젤엔진의 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 백연 에미션 발생을 방지하는 커먼레일 디젤엔진의 공회전 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 디젤엔진의 배출가스 특성은 가솔린엔진의 그것과는 달리 불완전 연소시 분진배출물, 즉 그을음이 발생되고 있으며, 이러한 입자성 배출물질을 획기적으로 개선한 것이 커먼레일 직분사식 디젤엔진이다.

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

도 1은 일반적인 커먼레일 직분사식 디젤엔진의 제어구성도로서, 연료탱크내의 연료가 고압 연료펌프(101)에 의해 펌핑(pumping)되어 커먼레일(102)로 공급되고 커먼레일(102)의 일정한 압력을 보유한 채 공급되어있던 연료는 연료 인젝터(103)를 통해 연소실로 분사 할 수 있도록 구성되어있다. 그리고 상기 고압 연료펌프(101)는 캠축에 의해 구동되면서 연료 펌핑작용을 하게 되며, 상기 커먼레일(102)내의 압력은 압력센서(미도시)로 감지되고, 엔진 회전수와 부하에 따라 고압 연료펌프(101)의 출구부에 배치되어 있는 압력조절밸브를 엔진제어유닛(ECU)에서 제어하여 엔진회전시 항상 연료를 고압으로 압축하지 않고 설정된 값으로 제어하게 된다.

엔진제어유닛(ECU)의 입력단에 엔진회전수센서(107), 엑셀페달 포지션센서 (108), 기어 포지션 센서(109), 냉각수온센서(110), 흡기온센서(111) 등 각 센서가 연결되어 이로부터 엔진의 주행상태를 감시하고 출력단에 고속 솔레노이드인 인젝터로부터 엔진주행상태에 따른 적합한 연료분사가 이루어진다.

상기와 같은 커먼레일 디젤엔진에 있어서 공회전 제어를 실시함에 있어서, 종래에는 시동에 의한 이그니션키(Ignition Key)가 온(On) 상태로 인식되면 엔진이 공회전 상태인가, 시동유지 버튼이 온 상태인가, 가속페달 포지션센서의 신호가 오프(Off)상태인가, 브레이크 신호가 오프상태인가, 기어가 중립상태인가를 순차적으로 판단하게 된다.

상기 순차적인 판단단계에서 모든 조건을 만족하는 경우에는 현재의 공회전 상태가 설정시간 이상 유지되고 있는가를 판단하여 조건을 만족하는 경우에는 목표공회전을 위한 연료분사제어를 실시하여 설정된 엔진의 목표공회전수로 공회전 운전이 이루어질 수 있도록 하고 있다.

커먼레일 디젤엔진의 경우, 시동후 장시간 공회전 제어 방치시 연소생성물을 포함하는 수증기가 배기계통을 통과하는 과정에서 온도저하로 응축되면서 촉매 등 배기계통에 다량으로 침착이 이루어지게 된다. 그리고, 상기와 같은 상태에서 차량의 출발 또는 무부하 가속을 행하는 경우 배기가스 온도가 110℃ 부근까지 상승하게 되어 촉매 및 소음기 등에 침착 되어있던 연소 생성물이 연소되면서 수증기성 백연 에미션(White Smoke Emission)이 발생하게 된다.

그런데, 백연 에미션은 대기오염뿐만 아니라 촉매에 응축되는 배기가스 성분이 배기관을 부식시켜 기능을 저하시키고 차량실내에 유해가스가 유입되는 것은 물 론 출발 및 무부하 가속시 가시적으로 백연이 발생되는 문제점을 가지고 있다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 공회전 경과시간과 배기온도 기준에 따른 온도변화에 대한 별도의 제어사양이 필요하다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 공회전 경과시간과 배기온도 기준에 따른 온도변화에 대한 공회전 제어가 효과적으로 실시되도록 함으로써 대기오염을 방지하고 배기계통에 연료생성물을 포함하는 수증기의 응축현상을 방지하여 백연 에미션 발생을 방지하는 커먼레일 디젤엔진의 공회전 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 커먼레일 디젤엔진의 공회전 제어방법에 있어서, 공회전 제어조건인지 판단하는 과정과; 상기 공회전 제어조건이면, 배기가스 모델링 값(Tx)과 외기온 보상상수(Tc)를 곱하는 연산을 수행하여 배기가스 모델링 온도를 산출하는 과정과; 상기 배기가스 모델링 온도가 소정의 공회전 제어 실시 온도와 비교하는 과정과; 비교결과 상기 배기가스 모델링 온도가 상기 공회전 제어 실시 온도 미만이면 공회전 알피엠 제어를 실시하여 설정된 공회전 알피엠만큼 상승시켜서 배기가스 온도를 점차 상승시키는 과정과; 상기 공회전 알피엠이 설정된 값으로 상승하면 엔진부하에 따른 공회전 알피엠 제어로 복원하는 과정을 포함하는 것에 의해 달성된다.

이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 커먼레일 디젤엔진의 제어블록도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에서는 이그니션 스위치(6), 엔진 RPM 센서(7), 가속페달 센서(8), 기어 포지션 센서(9), 냉각 수온 센서(10), 흡기온 센서(11), 외기온 센서(12)의 감지신호를 입력받아 엔진제어유닛(5)이 연료펌프(1) 및 인젝터(3)를 제어한다.

배기계통에 수증기의 응축현상을 방지하기 위해서는 배기계통의 배기가스 온도의 정확한 예측 데이터가 필요하다. 이 데이터는 최초 시동시의 흡기온도와 공회전 경과시간(Ti)에 따른 배기가스온도 모델링(Modeling)을 이용한다. 이 배기가스온도 모델링은 일반주행 후 공회전 방치 시작이후 시간에 따른 배기온 온도의 감쇠정도를 구한 상태방정식(

)으로서 각 계수 a, b, c 의 값은 실험을 통하여 구한다. 예를 들면 a=3.8095, b=-108.095, c=800으로 설정하고, X(공회전 방치시간)의 가능한 사용변수는 0 ～ 10까지이다.

배기가스 온도 모델링 상태 방정식에 근거한 배기온 그래프는 도 3과 같이 나타낼 수 있으며, 도 4의 테이블은 외기온 센서(12)로부터 측정되어진 값으로서 배기가스온도 모델링의 보상상수를 적용하는 요소이다. 즉, 외기온에 따른 보상상수를 설정하여 외기온 20℃를 기준으로 외기온이 낮을수록 공회전 경과시간이 보다 단축되어 120℃ 에 이를 수 있다는 결과를 얻게된다.

Tex = Tx * Tc(연산 수행식)

Tex : 연산수행 후 배기가스 모델링 온도

Tx : 공회전 경과시간에 따른 배기가스 모델링온도(상태방정식에 근거한 온도)

Tc : 외기온에 따른 보상상수(도 3의 테이블 참조)

연산 수행 후 배기가스 모델링 온도(Tex)가 120℃ 보다 작으면 공회전 RPM 제어를 실시하여 임의의 설정된 시간이 경과될 때까지 설정된 RPM만큼 상승시켜서 설정시간동안 배기가스 온도를 점차 상승시킨다. 또한, 외기온 20℃ 기준으로 공회전 방치 10분이 경과시는 무조건 배기온 온도가 공회전 제어를 하기 위한 온도에 도달한 것으로 판정하여 제어를 실시한다. 배기온이 상승되면 다시 제어는 엔진부하에 따른 공회전 RPM 제어로 복원한다.

이런 제어를 통해서 촉매 및 소음기 등에 침착 되어있던 연소 생성물이 연소되면서 수증기성 백연 에미션 발생을 사전에 방지할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 커먼레일 디젤엔진의 제어순서도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, S1단계에서 엔진제어유닛(ECU)은 이그니션 스위치가 '온'상태인지 판단한다. 이그니션 스위치가 '온'상태이면 S2단계에서 엔진이 공회전 상태인지 판단한다. 엔진이 공회전 상태이면, S3단계에서 엔진제어유닛(ECU)은 가속페달 신호가 '오프'인지 판단한다. 가속페달이 오프 상태이면 S4단계에서 기어가 중립 상태인지 판단한다. 기어가 중립 상태이면 S5단계에서 엔진 냉각수 온도가 '80℃'를 초과하는지 판단한다. 엔진 냉각수 온도가 '80℃'를 초과하면, S6단계에서 흡기온 온도가 -10℃이상이고 5℃이하에 속하는지 판단한다. 판단결과 흡기온 온도가 -10℃이상이 고 5℃이하이면 S7단계에서 공회전 경과시간을 카운팅한다. S8단계에서 배기가스 모델링 값(Tx)과 외기온 보상상수(Tc)를 곱하는 곱셈 연산을 수행하여 새로운 배기가스 모델링 온도(Tex)를 구한다. S9단계에서 연산수행 후 값(Tex)이 '120℃'미만인지 비교한다. 비교결과 그 값이 '120℃'미만이면 S10단계에서 공회전 RPM 제어를 실시한다. S11단계에서 상승된 공회전 RPM으로 유지한다. S12단계에서 설정된 공회전 유지 시간이 경과하는지 판단하여, 설정된 공회전 유지 시간이 경과하면 S13단계에서 엔진부하에 따른 공회전 RPM 제어를 복원한다.

이러한 구성에 의하여, 외기온 온도를 보상하여 배기가스를 저감시킬 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 공회전 경과시간과 배기온도 기준에 따른 온도변화에 대한 공회전제어가 효과적으로 실시될 수 있도록 함으로써 대기오염을 방지하고 배기계통에 연료생성물을 포함하는 수증기의 응축현상을 방지하여 백연 에미션 발생을 근본적으로 제거할 수 있게 된다.

Claims

커먼레일 디젤엔진의 공회전 제어방법에 있어서,

공회전 제어조건인지 판단하는 과정과;

상기 공회전 제어조건이면, 배기가스 모델링 값(Tx)과 외기온 보상상수(Tc)를 곱하는 연산을 수행하여 배기가스 모델링 온도를 산출하는 과정과;

상기 배기가스 모델링 온도가 소정의 공회전 제어 실시 온도와 비교하는 과정과;

비교결과 상기 배기가스 모델링 온도가 상기 공회전 제어 실시 온도 미만이면 공회전 알피엠 제어를 실시하여 설정된 공회전 알피엠만큼 상승시켜서 배기가스 온도를 점차 상승시키는 과정과;

상기 공회전 알피엠이 설정된 값으로 상승하면 엔진부하에 따른 공회전 알피엠 제어로 복원하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 커먼레일 디젤엔진의 공회전 제어방법.
제1항에 있어서, 상기 공회전 제어조건인지 판단하는 과정은,

이그니션 스위치가 '온'상태를 판단하는 과정과;

엔진이 공회전 상태인지 판단하는 과정과;

가속페달 신호가 '오프'상태인지 판단하는 과정과;

기어가 '중립' 상태인지 판단하는 과정과;

엔진 냉각수 온도가 '80℃'를 초과하는지 판단하는 과정과;

흡기온 온도가 -10℃이상이고 5℃이하에 속하는지 판단하는 과정 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 커먼레일 디젤엔진의 공회전 제어방법.
제1항에 있어서, 상기 상승된 공회전 알피엠으로 설정된 시간동안 유지하는 과정과;

상기 외기온 센서의 온도가 20℃이고, 상기 공회전 유지시간이 설정된 시간이 경과되면 무조건 배기온 온도가 공회전 제어를 하기 위한 온도에 도달한 것으로 판정하여 엔진부하에 따른 공회전 제어로 복원하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 커먼레일 디젤엔진의 공회전 제어방법.
제1항에 있어서, 상기 소정의 공회전 제어 실시 온도는 110℃~130℃ 범위내의 값인 것을 특징으로 하는 커먼레일 디젤엔진의 공회전 제어방법.
제1항에 있어서, 상기 배기가스 모델링 값(Tx)은 일반주행 후 공회전 방치 시작이후 시간에 따른 배기온 온도의 감쇠정도를 나타내는 2차 방정식(
)에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 커먼레일 디젤엔진의 공회전 제어방법.