KR101349522B1

KR101349522B1 - 폐루프 제어 연료분사방법

Info

Publication number: KR101349522B1
Application number: KR1020120066208A
Authority: KR
Inventors: 최창렬
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2012-06-20
Filing date: 2012-06-20
Publication date: 2014-01-09
Also published as: US20130340716A1; KR20130142728A; CN103511101A

Abstract

본 발명의 폐루프 제어 연료분사방법은 엔진이 웜업(Warm Up)된 상태에서 파일럿(Pilot)의 해당 연료량이 분사된 후 연소압 센서의 연소압 신호로 부터 열발생율(HRR, Heat Release Rate)이 계산되어 분사량과 분사시기를 취득하고, 이를 명령치에 따르도록 분사량 및 분사시기를 조절함으로써, 단순히 연소압 선도를 이용할 때 발생되던 폐루프 보정(Closed Loop Calibration)의 부정확과 EM(Emission)규제 초과에 대한 위험성이 미리 정의된 안정된 조건을 통해 모두 해소되는 특징을 갖는다.

Description

폐루프 제어 연료분사방법{Close Loop Control Fuel Injection Method}

본 발명은 연료분사시스템에 관한 것으로, 특히 미리 정의된 안정된 조건으로부터 열발생율(HRR, Heat Release Rate)과 분사시기 및 분사량을 측정함으로써 단순히 연소압 선도를 이용할 때 발생되던 EM(Emission)규제 초과에 대한 위험성을 해소한 폐루프 제어 연료분사방법에 관한 것이다.

일반적으로 인젝터가 연료분사를 직접 분사방식으로 연소실에 직접 분사하면, 연료분사시점이 포트 분사방식과 달리 흡기밸브의 거동에 상관없이 다양하게 정해질 수 있다.

통상, 인젝터의 연료분사시점 제어에 대한 정확성과 효율성은 내연 기관의 강화된 연비 및 배기 규제를 충족하기 위해 반드시 필요한 요소이고, 이를 위해 인젝터는 오픈루프(Open Loop)방식의 연료분사시점제어에서 폐루프(Closed Loop)방식의 연료분사시점제어를 적용해야 한다.

인젝터에서 폐루프(Closed Loop)방식의 연료분사시점제어가 이루어지면, 인젝터는 연료분사 후 엔진 회전수가 고려되어 연료분사 시점을 다시 조정함으로써 연비 및 배기 규제 강화에 적절히 대응할 수 있게 된다.

그러나, 이러한 폐루프(Closed Loop)방식에서는 연료분사시점의 재조정이 다양한 차량 조건에 맞춰 최적 조건을 선정됨이 요구되지만, 최적 연소 조건은 대기온과 대기압 및 냉각수온도와 엔진 오일 온도에 따라 각각 달라질 수밖에 없다.

그러므로, 폐루프(Closed Loop)방식에서 이루어지는 연료분사시점의 재조정은 다양한 차량 조건에 맞춰진 모든 최적 조건이 선정되는데 한계를 가질 수밖에 없다.

특히, 디젤 엔진에서 NVH의 가장 중요한 요인은 파일럿(Pilot)분사의 정확한 제어에 있으므로, 만약 파일럿(Pilot)분사가 정확하지 않다면 점화지연 제어도 정확하지 않아 메인(Main)분사의 연소 제어 불안정을 가져와 NVH와 EM(Emission)이 악화될 수밖에 없다.

일본특허공개2004-100559(2004년4월2일)

상기 특허문헌은 인젝터의 폐루프(Closed Loop)방식에서 이루어지는 연료분사시점제어가 각 기통의 연소압을 이용함으로써 강화된 내연 기관의 연비 및 배기 규제에 대응하는 기술의 예를 나타낸다.

이를 위해, 상기 특허문헌은 엔진의 각 기통에 연소압 센서를 장착하고, 연소압 센서에서 검출된 정보를 연소압 센서 압력 선도와 매칭시켜줌으로써 현재의 연소상태가 판정되며, 이를 이용하여 분사 명령 신호를 조절하여 인젝터의 메인(Main)분사량 및 분사시기가 조절됨으로써 최적의 연소 상태로 유지하여 준다.

하지만, 상기 특허문헌은 상사점(Top Dead Crank)이후 최대 연소압으로 부터 (Main)분사시기와 분사량을 계산한 다음, 이를 근거로 최적 조건의 분사시기와 분사량으로 조정함으로써 이에 대한 계산이 복잡하면서도 계산의 오차가 클 수밖에 없다.

이로 인해 차량 과도(Transient)상태에서의 폐루프(Closed Loop)분사 제어가 어려워 EM 규제를 초과할 우려가 높다.

특히, 상기 특허문헌과 같이 분사시기와 분사량을 제어하는 것은 부정확한 연소압 선도를 이용할 경우, 의도하는 인젝터의 양산 편차와 노후(Aging)편차등에 대한 폐루프 보정(Closed Loop Calibration)이 정확할 수 없다.

이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 엔진이 웜업(Warm Up)된 상태에서 파일럿(Pilot)의 해당 연료량이 분사된 후 연소압 센서의 연소압 신호로 부터 열발생율(HRR, Heat Release Rate)이 계산되어 분사량과 분사시기를 취득하고, 이를 명령치에 따르도록 분사량 및 분사시기를 조절함으로써, 단순히 연소압 선도를 이용할 때 발생되던 폐루프 보정(Closed Loop Calibration)의 부정확과 EM(Emission)규제 초과에 대한 위험성이 미리 정의된 안정된 조건을 통해 모두 해소될 수 있는 폐루프 제어 연료분사방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 폐루프 제어 연료분사방법은 파일럿(Pilot)분사와 메인분사로 구분된 인젝터 연료분사가 폐루프제어되기 위해, 엔진이 웜업(Warm Up)상태이고, 연료컷(Fuel Cut)상태로 판단되면; 상기 연료분사중 파일럿분사에 해당되는 연료량이 분사되고, 레일압(Rail Press)을 다단으로 구획한 상태에서 연소압 센서에서 검출된 연소압 신호로 연소압선도와 함께 HRR(Heat Release Rate)가 계산된 후, 상기 HRR로부터 취득된 HRR높이(H)와 분사량과 분사시기가 목표값과 비교된 다음, 상기 목표값에 따르도록 상기 HRR높이(H)와 상기 분사량 및 상기 분사시기가 증감되도록 제어되고; 상기 메인분사가 상기 파일럿분사 조건의 해제로 이루어지면, 레일압(Rail Press)을 다단으로 구획한 상태에서 연소압 센서에서 검출된 연소압 신호로 연소압선도와 함께 HRR(Heat Release Rate)가 계산된 후, 상기 HRR로부터 취득된 HRR높이(H)와 분사량과 분사시기가 목표값과 비교된 다음, 상기 목표값에 따르도록 상기 HRR높이(H)와 상기 분사량 및 상기 분사시기가 증감되도록 제어되는 것을 특징으로 한다.

상기 웜업(Warm Up)상태는 엔진 냉각수의 온도가 90도 이고, 상기 연료컷(Fuel Cut)은 타력 주행시이며, 대기 온도는 표준 조건인 25'C이고, 대기 압력은 표준 조건인 1기압으로 설정된다.

상기 레일압은 300bar, 600bar, 900bar,1200bar, 1600bar 및 최대 레일압으로 구분된다.

상기 파일럿분사와 상기 메인분사가 모두 수행되면, 상기 인젝터 연료분사의 폐루프제어가 재실행될 때 직전의 값으로 이용되도록 상기 HRR높이(H)와 분사량과 분사시기에 대한 각각의 값이 저장되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 폐루프 제어 연료분사방법은 엔진의 웜업(Warm Up)상태와 연료컷(Fuel Cut)상태로 파일럿분사와 메인분사로 구분된 인젝터 연료분사의 폐루프 제어 조건이 판단되는 조건인식단계; 상기 폐루프 제어 조건이 만족되면, 상기 파일럿분사에 해당되는 연료량이 분사된 후 다단으로 구획된 레일압1에 대해 연소압 센서의 연소압 신호로부터 연소압선도가 계산되고, 상기 연소압 신호로 부터 HRR(Heat Release Rate)선도가 도출되며, 이로부터 HRR높이1(H)과 분사량1 및 분사시기1이 계산되는 파일럿제어준비단계; 동일한 조건에서, 상기 레일압1과 상기 HRR높이1(H) 및 상기 분사량1과 상기 분사시기1의 증감값인 레일압2와 HRR높이2 및 분사량2와 분사시기2가 계산되고, 이들 값을 엔진회전수(RPM)와 엔진부하(Load)에 따른 기준값(ref)과 비교하는 파일럿제어판단단계; 상기 HRR높이2와 상기 분사량2 및 상기 분사시기2가 상기 기준값(ref)에 일치되도록 증감하여 보정됨으로써 목표값이 정해지고, 상기 목표값에 따라 폐루프제어가 수행되는 파일럿제어실행단계; 상기 파일럿분사 폐루프제어가 실행될 때 체크되는 레일압이 설정된 최대 레일압을 초과하면, 상기 파일럿분사가 중지되고, 메인분사 폐루프제어가 실행되는 분사전환단계; 상기 메인분사 폐루프제어가 실행되면, 상기 메인분사에 해당되는 연료량이 분사된 후 다단으로 구획된 새로운 레일압1에 대해 연소압 센서의 연소압 신호로부터 연소압선도가 계산되고, 상기 연소압 신호로 부터 HRR(Heat Release Rate)선도가 도출되며, 이로부터 새로운 HRR높이1(H)과 새로운 분사량1 및 새로운 분사시기1이 계산되는 메인제어준비단계; 동일한 조건에서, 상기 새로운 레일압1과 상기 새로운 HRR높이1(H) 및 상기 새로운 분사량1과 상기 새로운 분사시기1의 증감값인 또 다른 새로운 레일압2와 또 다른 새로운 HRR높이2 및 또 다른 새로운 분사량2와 또 다른 새로운 분사시기2가 계산되고, 이들 값을 엔진회전수(RPM)와 엔진부하(Load)에 따른 또 다른 새로운 기준값(ref)과 비교하는 메인제어판단단계; 상기 또 다른 새로운 HRR높이2와 상기 또 다른 새로운 분사량2 및 상기 또 다른 새로운 분사시기2가 상기 또 다른 새로운 기준값(ref)에 일치되도록 증감하여 보정됨으로써 목표값이 정해지고, 상기 목표값에 따라 폐루프제어가 수행되는 메인제어실행단계; 가 포함되어 실행되는 것을 특징으로 한다.

상기 분사전환단계후에는 ET(Energizing Time) > 500μs 조건이 성립되는지가 판단되고, 상기 조건 성립시 상기 메인분사 폐루프제어로 전환되는 분사전환확립단계가 더 수행되고; 상기 파일럿분사와 상기 메인분사가 모두 수행되면, 작용되았던 HRR높이(H)와 분사량과 분사시기에 대한 각각의 값이 저장되고, 상기 인젝터 연료분사의 폐루프제어가 재실행될 때 상기 저장된 값들이 직전의 값으로 이용되는 폐루프제어대기단계가 더 수행된다.

상기 분사전환확립단계를 통해 상기 메인분사 폐루프제어시 적용되는 메인 분사량이 결정되고, 상기 메인 분사량은 보간법(Interpolation)으로 상기 파일럿 분사시기와 상기 ET가 큰 구간 사이가 설정된 후 상기 HRR선도를 적분하여 계산된다.

이러한 본 발명은 미리 정의된 안정된 조건으로부터 열발생율(HRR, Heat Release Rate)과 분사시기 및 분사량을 측정하고, 이로부터 폐루프(Closed Loop)분사 제어가 수행됨으로써 폐루프 보정(Closed Loop Calibration)의 정확성이 크게 높아지고 특히 EM(Emission)규제 초과에 대한 위험성도 해소되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 열발생율(HRR, Heat Release Rate)선도를 이용한 폐루프(Closed Loop)의 연료분사시점 조정이 수행됨으로써, 계산이 복잡하고 계산 오차가 큰 연소압 선도를 이용할 때 발생되던 제반 문제들이 모두 해소되고, 특히 차량 과도(Transient)상태에서의 폐루프(Closed Loop)분사 제어의 어려움에 따른 EM규제 초과의 위험성이 해소되는 효과도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 폐루프 제어방식으로 구동되는 연료분사시스템의 구성이며, 도 2는 본 발명에 적용되는 각 기통 연소압 센서를 통해 얻어진 연소압 선도와 연소압 신호로 부터 도출된 HRR(Heat Release Rate)선도의 연소시작시점 관계도이고, 도 3은 도 2의 HRR(Heat Release Rate)선도로부터 폐루프 제어방식에 적용되는 분사시기와 분사량 및 명령신호시작점등이 조정되는 관계도이며, 도 4a,b는 본 발명에 따른 폐루프 분사전과 분사 후 인젝터간 연료분사량의 편차선도이고, 도 5a,b는 본 발명에 따른 연료분사시스템을 폐루프 제어방식으로 제어하는 알고리즘이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 실시예에 적용되는 폐루프제어(Closed Loop)가 수행되는 엔진시스템으로서, 도시된 바와 같이 엔진시스템은 가속페달(2)의 조작에 따른 엔진(3)의 회전수(RPM)와, 인젝터(6)의 연료분사량 검출신호와, 각 실린더기통(4)에 설치된 연소압센서(5)의 검출신호가 ECU(1)로 전송되도록 구성된다.

도 2는 본 실시예에 적용되는 HRR(Heat Release Rate)선도와 각 기통 연소압 센서를 통해 얻어진 연소압 선도로부터 연소시작시점을 나타낸 관계로서, 도시된 바와 같이 연소시작시점(목표 분사시기)가 연소압 선도로부터 취득하기 어려운데 반해 연소압 신호로 부터 도출된 HRR(Heat Release Rate)선도로부터는 쉽고 정확하며 간단하게 구해짐을 알 수 있다.

한편, 도 3은 본 실시예의 폐루프 제어방식에 적용되는 분사시기와 분사량 및 명령신호시작점등이 HRR(Heat Release Rate)선도로부터 얻어지는 관계를 나타낸다.

일례로, 분사시기 조정은 HRR의 시작점으로부터 현재 분사시기를 취득하고, 이어 HRR높이(H)와 HRR밑변(L)에 비례하고 동시에 발열량(q)에 반비례하는 분사량 관계식(도 3의 식(1)로 표현)으로부터 분사량을 계산한 후, 계산된 분사량을 현재분사량과 비교해 그 차이에 대해 목표 분사량과 비교한 다음, 현재 분사량이 목표 분사량이 되도록 명령신호 구간(Duration)을 조정함으로써 결정된다. 이는, 도3에서 명령신호 구간(Duration)이 명령신호 시작시기로부터 진행되는 특성을 이용하여 명령신호 시작시기가 목표분사시기에 더 근접되도록 하면, 명령신호 구간(Duration)도 그 만큼 목표분사시기로 더 근접될 수 있음에 기인된다.

또한, 분사량 조정은 HRR높이(H)를 측정한 다음, 측정된 HRR높이(H)와 목표HRR높이(H)를 서로 비교하여 차이가 있는지 판단한 후, 차이가 있을 경우 그 만큼 에 대한 레일압(Rail Press)의 증감으로 HRR높이(H)를 조정함으로써 결정된다. 즉, HRR높이(H)의 증감은 레일압(Rail Press)의 증감으로 이루어진다. 이러한 관계는 레일압의 변화가 분사량과 분사시기 및 HRR높이(H)에 대한 증감폭이 계산되는 도5a의 S22로부터 알 수 있고, 이는 이후 상세 설명된다.

이러한 분사량 조정을 수행함으로써 인젝터 노즐 분사공(hole)의 초기 양산 편차와 인젝터 노즐의 노화(Aging)에 따른노즐 분사공(hole)의 직경변화가 보정될 수 있으며, 이는 도 4a의 분사량의 편차조정전과 도 4b의 분사량의 편차조정 후의 결과로부터 알 수 있다.

한편, 도 5a,b는 본 실시예에 따른 연료분사시스템을 폐루프 제어방식으로 제어하는 알고리즘을 나타낸다.

도 5a와 같이, 알고리즘은 실행조건이 먼저 판단되고, 조건 만족시 파일럿 분사량 폐루프 제어(A, Pilot Injection Close Loop Control)와 메인 분사량 폐루프 제어(B, Main Injection Close Loop Control)가 순차적으로 구현되는 폐루프 제어(Closed Loop Control)를 실행하며, 파일럿 분사량 폐루프 제어(A)와 메인 분사량 폐루프 제어(B)가 완료된 후에는 전체영역에 대한 분사량 요구맵으로 업데이트되는 단계로 구현된다.

S10은 엔진이 구동된 후 폐루프 제어(Closed Loop Control)를 실행하기 위한 조건을 체크하는 실행조건판단과정으로서, 이는 안정된 조건에서 목표치가 항상 일관성 있게 비교되기 위함이다.

이때 체크되는 조건은 엔진의 웜업(Warm Up)과 연료컷(Fuel Cut)으로서, 상기 웜업(Warm Up)은 엔진 냉각수 온도 90도 이상이고, 연료컷(Fuel Cut)은 감속 혹은 비탈길 하향주행등과 같은 타력 주행시 이며, 대기 온도와 대기 압력은 표준 조건인 25'C와 1기압으로 가정된다.

S10의 체크 결과 조건이 모두 성립되면, 이어 폐루프제어가 실행되고, 상기 폐루프제어는 S20내지 S24에 따른 파일럿 분사량 폐루프 제어(A, Pilot Injection Close Loop Control)가 먼저 수행된 후, 이어 S30과 S31에 따른 메인 분사량 폐루프 제어(B, Main Injection Close Loop Control)가 수행된다.

이하, 파일럿 분사량 폐루프 제어(A, Pilot Injection Close Loop Control)는 PICLC(A)로 칭하고, 메인 분사량 폐루프 제어(B, Main Injection Close Loop Control)는 MICLC(B)로 칭한다.

S20은 PICLC(A)가 시작되는 단계로서, 이 과정에서 1.5mg/st의 파일럿연료량이 분사된 후 연소압 센서로부터 검출된 정보로 연소압선도가 계산되고, 연소압 신호로 부터 도출된 HRR(Heat Release Rate)선도가 산출된다.

상기 연소압선도는 다양한 레일압(Rail Press)에 맞춰 따라 계산되며, 일례로 레일압은 300bar과, 600bar, 900bar,1200bar, 1600bar 및 최대 레일압과 같이 6단계 레일압으로 구분되고, 이들 각각의 레일압에 대해 연소압선도가 계산된다.

상기 6단계 레일압은 레일압1로 칭한다.

S21은 HRR높이(H)와 분사량 및 분사시기가 파일럿 조건에 맞춰 계산되는 과정으로서, 이는 상기 6단계 레일압에 대해 각각 계산된다.

상기 파일럿조건중 분사시기는 6단계 레일압에 대해 파일럿의 분사시기 설정치가 전체 ET(Energizing Time)분사시기에 적용되는데, 이는 분사시기가 초기 연료량과 관련되므로 파일럿(Pilot)의 점화지연이 메인(Main)의 점화지연에도 적용함에 기인된다.

상기 파일럿조건중 레일압은 6단계 레일압에 대해 파일럿의 레일압설정치가 전체 ET(Energizing Time)레일압에 적용되는데, 이는 인젝터 노즐 분사공(Hole)의 코킹(Coking)과 같은 노화(Aging)에 관련한 폐루프제어이므로 전체 확장 적용함에 기인된다.

상기 파일럿조건중 분사량은 6단계 레일압에 대해 파일럿의 설정치가 전체 ET에 비례하게 적용되며, 일례로 파일럿연료량의 설정치가 1.5mg/st에서 1.75mg/st(10% 상승)로 전환될 경우 전체연료량도 50mg/st에서 55mg/st(10% 상승)로 전환된다.

하지만, 6단계 레일압에 대해 파일럿연료량이 업데이트되는 경우, ET는 메인(Main)연료량 비율이 큰 차량 주행 구간(ET>500us)에서 보조적으로 계산된 연료량이 적용되어야 한다. 이를 위해, 파일럿과 ET가 큰 구간 사이의 설정값은 보간법(Interpolation)으로 설정되고, 메인(Main)연료량은 연소압 신호로 부터 도출된 HRR선도를 적분한 값으로 계산한다. 상기와 같이 메인(Main)연료량의 업데이트가 완료됨으로써 전체 구간에 대한 폐루프 업데이트가 완료된다.

이로부터 분사량1 및 분사시기1이 계산되고, HRR높이1(H)는 HRR선도를 통해 센싱됨으로써 취득된다. 이러한 과정에서는 체크직전에 검출된 최종 레일압(Rail Press)과 분사량(Energizing time) 및 분사시기도 고려될 수 있다.

S22는 레일압1에서 증감된 레일압2(레일압1 + dP)가 고려된 조건에서 분사량1에서 증감된 분사량2(분사량1 + dq) 및 분사시기1에서 증감된 분사시기2(분사시기1 + dt)가 계산되는 과정으로서, 이를 통해 분사량과 분사시기 및 HRR높이(H)에 대한 증감폭이 계산된다.

이로부터 분사량2 및 분사시기2가 계산되고, HRR높이2(H)가 계산된다.

S23은 HRR높이2(H)와 분사량2 및 분사시기2가 엔진회전수(RPM)와 엔진부하(Load)에 따른 기준값(ref)과 일치하는지를 판단하는 과정으로서, 이로부터 HRR높이(H)가 HRR높이 기준값(ref)과 일치되도록 보정되고, 분사량이 분사량기준값(ref)과 일치되도록 보정되며, 분사시기가 분사시기 기준값(ref)과 일치되도록 보정되는 과정이 반복 수행됨으로써 PICLC(A)가 목표값에 일치되도록 구현된다.

이러한 보정은 기준값(ref)과 대비하여 작은 값이면 증가시키고 반면 큰 값이면 감소시키는 방식을 적용한다.

S24는 PICLC(A)의 구현이 지속되어야 하는지 여부가 판단되는 과정으로서, 이를 위해 레일압(Rail Press)이 최대 레일압을 초과하였는지가 체크된된다.

S24의 체크결과, 레일압이 최대 레일압을 초과하지 않은 경우 S20으로 피드백됨으로써 PICLC(A)가 지속되는 반면, 레일압이 최대 레일압을 초과한 경우 S30으로 넘어감으로써 MICLC(B)가 구현된다.

상기 MICLC(B)은 메인 분사량 폐루프 제어(B, Main Injection Close Loop Control)를 의미한다.

도 5b를 참조하면, S30은 MICLC(B)로 진입되기 전 MICLC(B)의 실행조건이 충족되었는지 여부가 다시 체크되는 과정으로서, 이를 위해 레일압(Rail Press)이 300bar과, 600bar, 900bar,1200bar, 1600bar 및 최대 레일압과 같이 6단계 레일압으로 구분되고, ET(Energizing Time)는 ET > 500μs 조건이 적용된다.

여기서, ET > 500μs 조건이 판단되는 것은 전체 ET에서 메인(Main)연료량의 ET비율이 ET>500μs 에서 커짐으로써 보조적으로 계산된 연료량이 적용되어야 함에 기인된다.

S31은 ET>500μs 조건이 만족되어 MICLC(B)가 실행되는 과정으로서, 상기 MICLC(B)는 300bar레일압과, 600bar레일압, 900bar레일압, 1200bar레일압, 1600bar레일압 및 최대 레일압에 대해 각각 적용되어 실행되며, 이러한 MICLC(B)의 실행과정은 S20내지 S23에 기술된 PICLC(A)의 실행과정과 동일한 방법이 적용된다.

S40은 분사량 요구맵 업데이트 단계로서, 이는 모든 레일압(300bar/600bar/900bar/1200bar/1600bar/최대 레일압)에 각각 적용되어 실행되었던 PICLC(A)와 이에 이어진 MICLC(B)의 실행에 적용되었던 각각의 값들인 분사량과 분사시기 및 HRR높이(H)가 저장됨으로써, 저장된 분사량과 분사시기 및 HRR높이(H)가 재실행될 경우 직전의 값으로 이용될 수 있다.

S50은 엔진회전수(RPM)가 체크됨으로써 엔진정지여부가 판단되고, 엔진회전수(RPM)가 0으로 체크될 경우 차량 주행이 정지된 경우이므로 페루프제어는 중단된다.

반면, 엔진회전수(RPM)가 0으로 체크되지 않을 경우 S10으로 피드백되어 폐루프 제어가 처음부터 다시 반복되어진다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 폐루프 제어 연료분사방법은 엔진이 웜업(Warm Up)된 상태에서 파일럿(Pilot)의 해당 연료량이 분사된 후 연소압 센서의 연소압 신호로 부터 열발생율(HRR, Heat Release Rate)이 계산되어 분사량과 분사시기를 취득하고, 이를 명령치에 따르도록 분사량 및 분사시기를 조절함으로써, 단순히 연소압 선도를 이용할 때 발생되던 폐루프 보정(Closed Loop Calibration)의 부정확과 EM(Emission)규제 초과에 대한 위험성이 미리 정의된 안정된 조건을 통해 모두 해소될 수 있다.

1 : ECU(Engine Control Unit) 2 : 페달
3 : 엔진 4 : 실린더기통
5 : 연소압센서 6 : 인젝터

Claims

인젝터 연료분사가 파일럿(Pilot)분사와 메인분사로 구분되어 이루어지고;
엔진이 웜업(Warm Up)상태이고, 연료컷(Fuel Cut)상태로 판단되어 상기 인젝터 연료분사를 폐루프제어로 상기 파일럿(Pilot)분사를 수행하면, 상기 연료분사중 파일럿분사에 해당되는 연료량이 분사되고, 레일압(Rail Press)을 다단으로 구획한 상태에서 연소압 센서에서 검출된 연소압 신호로 연소압선도와 함께 HRR(Heat Release Rate)가 계산된 후, 상기 HRR로부터 취득된 HRR높이(H)와 HRR 분사량과 HRR 분사시기가 목표값과 비교된 다음, 상기 목표값에 따르도록 상기 HRR높이(H)와 상기 HRR 분사량 및 상기 HRR 분사시기가 증감되도록 제어되고;
상기 웜업(Warm Up)상태와 상기 연료컷(Fuel Cut)상태에 따른 상기 파일럿분사 조건의 해제가 이루어져 상기 인젝터 연료분사를 상기 메인분사가 수행하면, 레일압(Rail Press)을 다단으로 구획한 상태에서 연소압 센서에서 검출된 연소압 신호로 연소압선도와 함께 HRR(Heat Release Rate)가 계산된 후, 상기 HRR로부터 취득된 HRR높이(H)와 HRR 분사량과 HRR 분사시기가 목표값과 비교된 다음, 상기 목표값에 따르도록 상기 HRR높이(H)와 상기 HRR 분사량 및 상기 HRR 분사시기가 증감되도록 제어되는
것을 특징으로 하는 폐루프 제어 연료분사방법.
청구항 1에 있어서, 상기 파일럿분사와 상기 메인분사가 모두 수행되면, 상기 인젝터 연료분사의 폐루프제어가 재실행될 때 직전의 값으로 이용되도록 상기 파일럿분사에 적용된 HRR높이(H)와 HRR 분사량 및 HRR 분사시기에 대한 각각의 값이 저장되고, 상기 메인분사에 적용된 HRR높이(H)와 HRR 분사량 및 HRR 분사시기에 대한 각각의 값이 저장되는 것을 특징으로 하는 폐루프 제어 연료분사방법.
청구항 1에 있어서, 상기 웜업(Warm Up)상태는 엔진 냉각수의 온도가 90도 이고, 상기 연료컷(Fuel Cut)은 타력 주행시이며, 대기 온도는 표준 조건인 25'C이고, 대기 압력은 표준 조건인 1기압으로 설정되는 것을 특징으로 하는 폐루프 제어 연료분사방법.
청구항 1에 있어서, 상기 레일압은 300bar, 600bar, 900bar,1200bar, 1600bar 및 최대 레일압으로 구분되는 것을 특징으로 하는 폐루프 제어 연료분사방법.
엔진의 웜업(Warm Up)상태와 연료컷(Fuel Cut)상태로 파일럿분사와 메인분사로 구분된 인젝터 연료분사의 폐루프 제어 조건이 판단되는 조건인식단계와;
상기 폐루프 제어 조건이 만족되면, 상기 파일럿분사에 해당되는 연료량이 분사된 후 다단으로 구획된 레일압1에 대해 연소압 센서의 연소압 신호로부터 연소압선도가 계산되고, 상기 연소압 신호로 부터 HRR(Heat Release Rate)선도가 도출되며, 이로부터 HRR높이1(H)과 HRR 분사량1 및 HRR 분사시기1이 계산되는 파일럿제어준비단계;
동일한 조건에서, 상기 레일압1과 상기 HRR높이1(H) 및 상기 HRR 분사량1과 상기 HRR 분사시기1이 적용되어 발생된 연소압센서의 연소압 신호로부터 연소압선도가 다시 계산되고, 다시 계산된 연소압 신호로부터 HRR(Heat Release Rate)선도가 다시 도출되며, 이로부터 상기 HRR 분사량1과 상기 HRR 분사시기1의 증감값인 레일압2와 HRR높이2 및 HRR 분사량2와 HRR 분사시기2가 계산되고, 이들 값을 엔진회전수(RPM)와 엔진부하(Load)에 따른 기준값(ref)과 비교하는 파일럿제어판단단계;
상기 HRR높이2와 상기 HRR 분사량2 및 상기 HRR 분사시기2가 상기 기준값(ref)에 일치되도록 증감하여 보정됨으로써 목표값이 정해지고, 상기 목표값에 따라 폐루프제어가 수행되는 파일럿제어실행단계;
상기 파일럿분사 폐루프제어가 실행될 때 체크되는 레일압이 설정된 최대 레일압을 초과하면, 상기 파일럿분사가 중지되고, 메인분사 폐루프제어가 실행되는 분사전환단계;
상기 메인분사 폐루프제어가 실행되면, 상기 메인분사에 해당되는 연료량이 분사된 후 다단으로 구획된 새로운 레일압1에 대해 연소압 센서의 연소압 신호로부터 연소압선도가 계산되고, 상기 연소압 신호로 부터 HRR(Heat Release Rate)선도가 도출되며, 이로부터 새로운 HRR높이1(H)과 새로운 HRR 분사량1 및 새로운 HRR 분사시기1이 계산되는 메인제어준비단계;
동일한 조건에서, 상기 새로운 레일압1과 상기 새로운 HRR높이1(H) 및 상기 새로운 HRR 분사량1과 상기 새로운 HRR 분사시기1의 증감값인 또 다른 새로운 레일압2와 또 다른 새로운 HRR높이2 및 또 다른 새로운 HRR 분사량2와 또 다른 새로운 HRR 분사시기2가 계산되고, 이들 값을 엔진회전수(RPM)와 엔진부하(Load)에 따른 또 다른 새로운 기준값(ref)과 비교하는 메인제어판단단계;
상기 또 다른 새로운 HRR높이2와 상기 또 다른 새로운 분사량2 및 상기 또 다른 새로운 분사시기2가 상기 또 다른 새로운 기준값(ref)에 일치되도록 증감하여 보정됨으로써 목표값이 정해지고, 상기 목표값에 따라 폐루프제어가 수행되는 메인제어실행단계;
가 포함되어 실행되는 것을 특징으로 하는 폐루프 제어 연료분사방법.
청구항 5에 있어서, 상기 웜업(Warm Up)상태는 엔진 냉각수의 온도가 90도 이고, 상기 연료컷(Fuel Cut)은 타력 주행시이며, 대기 온도는 표준 조건인 25'C이고, 대기 압력은 표준 조건인 1기압으로 설정되는 것을 특징으로 하는 폐루프 제어 연료분사방법.
청구항 5에 있어서, 상기 레일압은 300bar, 600bar, 900bar,1200bar, 1600bar 및 최대 레일압으로 구분되는 것을 특징으로 하는 폐루프 제어 연료분사방법.
청구항 5에 있어서, 상기 분사전환단계후에는 ET(Energizing Time) > 500μs 조건이 성립되는지가 판단되고, 상기 조건 성립시 상기 메인분사 폐루프제어로 전환되는 분사전환확립단계가 더 수행되고;
상기 파일럿분사와 상기 메인분사가 모두 수행되면, 상기 HRR높이(H)1와 상기 HRR 분사량1 및 상기 HRR 분사시기1이나 상기 HRR높이(H)2와 상기 HRR 분사량2 및 상기 HRR 분사시기2에 대한 각각의 값이 저장되고, 상기 인젝터 연료분사의 폐루프제어가 재실행될 때 상기 저장된 값들이 직전의 값으로 이용되는 폐루프제어대기단계가 더 수행되는 것을 특징으로 하는 폐루프 제어 연료분사방법.
청구항 8에 있어서, 상기 분사전환확립단계를 통해 상기 메인분사 폐루프제어시 적용되는 메인 분사량이 결정되고, 상기 메인 분사량은 보간법(Interpolation)으로 상기 파일럿 분사시기와 상기 ET가 큰 구간 사이가 설정된 후 상기 HRR선도를 적분하여 계산되는 것을 특징으로 하는 폐루프 제어 연료분사방법.