KR101509815B1 - 연소 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연소 제어 방법에 관한 것으로, 엔진의 출력 범위에 따라 파이로트 분사 시기 또는 파이로트 연료 분사량을 제어하여 IMEP 변동 계수를 기준 변동 계수이하로 유지시키거나, 주 분사시기를 제어하여 연소 압력이 기준 연소 압력 범위에 포함되도록 하여, 엔진의 연소 상태를 안정되게 유지시킬 수 있으므로 배기가스 배출량을 감소시키고 신뢰성을 증가시킬 수 있다.

엔진, 연소 압력, IMEP, 파이로트 분사시기, 파이로트 분사량

Description

연소 제어 방법{COMBUSTION CONTROL METHOD}

본 발명은 연소 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 엔진의 연소 압력에 따라 주 분사 또는 파일로트 분사를 제어하여 엔진의 연소 상태를 안정적이게 유지시킬 수 있는 연소 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 엔진의 제어를 위해서는, 기준 값을 산출하게 되는데 기준 값으로는 엔진의 연소 압력을 일정한 계산을 통해 열 발생률에 따른 크랭크의 앵글의 위치나, 노이즈 등을 산출하는 방식이 이용되고 있다.

여기서 열 발생률에 따른 크랭크 앵글의 위치를 계산하는 과정은 연소 압력을 열역학 공식을 통해 미분방정식의 해를 구하여, 열 발생률을 계산하고 이를 다시 적분하여 전체 열 발생량의 퍼센트(%)의 위치를 기준 값으로 사용한다.

또한 노이즈 산출 과정은 푸리에 방정식에 기초하여 연소 압력을 주파수 대역별 크기로 분해하여, 각 주파수와 실제 가청 및 소음 기준 등의 가중치를 감안하여 기준 값으로 산출할 수 있다.

이와 같이 기준 값을 산출할 때 열 발생량 및 노이즈 산출과정은 상당히 복잡한데 비해서 상대적으로 둔감함 배기가스 순환(exhaust-gas recirculation: EGR) 을 제어 변수로 이용하여, 제어 시간이 지연될 수 있다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 파이로트 분사를 제어하여 IMEP 변동 계수를 기준 변동 계수이하로 유지시켜서 엔진 연소의 악화를 방지하고, 배기가스 배출량을 감소시킬 수 있는 연소 제어 방법을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 정격 출력 범위의 연소 압력의 경우에는 주 분사시기를 제어하여 기준 압력 범위에 포함되도록 제어하여 엔진의 내구성 및 신뢰성을 확보할 수 있는 연소 제어 방법을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 연소 제어 방법은 압력센서를 통해 엔진의 연소 압력 측정하는 연소 압력 측정 단계와, 상기 연소 압력이 엔진의 정격 출력 압력 범위에 포함되는지 여부를 엔진 제어기에서 확인하는 정격 출력 범위 확인 단계와, 상기 연소 압력이 엔진의 정격 출력 압력 범위에 포함되지 않으면, 상기 엔진 제어기에서 상기 연소 압력을 통해 IMEP 변동 계수를 산출하는 IMEP 변동 계수 산출 단계와, 상기 IMEP 변동 계수가 기준 변동 계수 이상인지 여부를 엔진 제어기에서 확인하는 IMEP 변동 계수 확인 단계 및 상기 IMEP 변동 계수가 기준 변동 계수를 초과하면, 파이로트 분사를 제어하는 파이로트 분사 제어 단계를 포함할 수 있다.

상기 파이로트 분사 제어 단계에서는 상기 IMEP 변동 계수가 상기 기준 변동 계수와 동일해지도록 파이로트 분사 시기 및 파이로트 연료 분사량 중 적어도 어느 하나를 제어할 수 있다.

상기 IMEP 변동 계수는 상기 압력 센서에서 측정된 연소 압력 변화에 따른 P-V 선도를 통해서 IMEP 변동 값을 산출하고, 일정시간 동안의 IMEP 변동 값의 평균인 IMEP 평균값을 산출하고, 상기 IMEP 변동 값을 상기 IMEP 평균값으로 나누어서 산출할 수 있다.

상기 정격 출력 범위 확인 단계에서, 상기 연소 압력이 엔진의 정격 출력 압력 범위에 포함된다면, 상기 연소 압력이 기준 연료 압력 범위에 포함되는지 여부를 확인하는 연소 압력 확인 단계 및 상기 연소 압력이 기준 연료 압력 범위에 포함되지 않으면, 주 분사시기를 제어하는 주 분사시기 제어 단계를 실행할 수 있다.

본 발명에 의한 연소 제어 방법은 파이로트 분사를 제어하여 IMEP 변동 계수를 기준 변동 계수이하로 유지시켜서 엔진 연소의 악화를 방지하고, 배기가스 배출량을 감소시킬 수 있게 된다.

또한 본 발명에 의한 연소 제어 방법은 정격 출력 범위의 연소 압력의 경우에는 주 분사시기를 제어하여 기준 압력 범위에 포함되도록 제어하여 엔진의 내구성 및 신뢰성을 확보할 수 있게 된다.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 연소 제어 방법을 도시한 순서도가 도시되어 있다.

도 1에서 도시된 바와 같이 연소 제어 방법은 연소 압력 측정 단계(S1), 정격 출력 범위 확인 단계(S2), IMEP 변동 계수 산출 단계(S3), IMEP 변동 계수 확인 단계(S4), 파이로트 분사 제어 단계(S5), 연소 압력 확인 단계(S6), 주 분사시기 제어 단계(S7)를 포함한다.

우선 연소 압력 측정 단계(S1)에서는 엔진에 장착된 압력 센서를 통해 측정된 엔진의 연소 압력을 측정한다. 이러한 연소 압력은 엔진과 전기적으로 연결된, 엔진제어기로 전송되고, 상기 엔진 제어기는 압력 센서를 통해 측정된 연소 압력을 통해 체적에 따른 P-V 선도를 작성한다.

그리고 엔진 제어기는 상기 연소 압력 측정 단계(S1)에서 측정된 연소 압력이 정격 출력 범위에 포함되는지 여부를 확인하는 정격 출력 범위 확인 단계(S2)가 실행된다. 여기서, 상기 정격 출력 범위는 엔진의 정격 출력이 상한치가 되고, 일정 하한치를 설정하여 엔진의 출력이 최대 출력을 내는 범위로 설정한다.

그리고 정격 출력 범위 확인 단계(S2)에서 연소 압력이 정격 출력 범위에 포 함되면, 연소 압력이 엔진 제어기에 저장되어 있는 기준 연소 압력을 초과하는지 여부를 확인하기 위한 연소 압력 확인 단계(S6)가 실행된다.

그리고 정격 출력 범위 확인 단계(S2)에서 연소 압력이 정격 출력 범위에 포함되지 않으면, 엔진은 시동되거나 최대 출력이 아닌 일반 동작하는 것으로 판단하고, 지시(指示) 평균 유효 압력(Indicated mean effective pressure: 이하 "IMEP")에 따른 파이로트(pilot) 분사 제어를 위한 IMEP 변동 계수 산출 단계(S3)를 실행한다.

우선 IMEP 변동 계수 산출 단계(S3)에서는 상기 압력 센서를 통해 측정된 연소 압력에 따라 엔진 제어기에서 산출된 P-V 선도를 통해 IMEP를 산출한다. 그리고 상기 엔진 제어기는 메모리에 일정 시간 동안 산출된 IMEP를 저장하고 이의 평균값인 IMEP 평균값을 산출한다. 또한 상기 엔진 제어기는 평균 IMEP에서 현재 산출된 IMEP를 뺀 IMEP 변화량을 산출한다. 그리고 엔진 제어기는 IMEP 변화량을 평균 IMEP 나눈 IMEP 변동 계수를 산출한다.

그리고 엔진 제어기는 산출된 IMEP 변동 계수가 엔진 제어기에 저장되어 있는 기준 변동 계수를 초과하는지 여부를 확인하기 위해서 IMEP 변동 계수 확인 단계(S4)가 실행된다.

즉, IMEP 변동 계수 확인 단계(S4)에서는 엔진이 연소 악화로 불안정해 지는 것을 방지하기 위한 값인 기준 변동 계수를 IMEP 변동 계수가 초과하는지 여부를 확인한다. 이러한 IMEP 변동 계수는 차량의 연료 상태 및 연료 품질에 따라 엔진에서의 연소 변화로 인해 상이해 진다. 그리고 IMEP 변동 계수가 클수록 엔진의 연소 성은 악화되고, 엔진의 동작 상태는 불안정하게 되고, 0에 가까울수록 엔진의 동작 상태는 안정된다. 그러므로 기준 변동 계수는 엔진이 안정적으로 동작하는 최대치로 설정한다.

이러한 IMEP 변동 계수 확인 단계(S4)에서 IMEP 변동 계수가 기준 변동 계수이하일 경우에는 엔진이 안정적으로 동작하는 것으로 판단하고, 연소 제어를 위해서 연소 압력 측정 단계(S1)부터 재실행한다.

그리고 IMEP 변동 계수 확인 단계(S4)에서 IMEP 변동 계수가 기준 변동 계수를 초과할 경우에는 엔진이 불안정하게 동작하여 연소가 용이하지 않아 배기 가스 량도 증가할 수 있으므로 엔진의 동작을 안정적으로 제어하기 위해서 파이로트 분사 제어 단계(S5)를 실행한다.

이러한 파이로트 분사 제어 단계(S5)에서는 엔진에 주 연료 분사 이전에 연료가 분사되는 파이로트 분사를 제어한다. 즉, 파이로트 분사 제어 단계(S5)에서는 상기 IMEP 변동 계수가 기준 변동 계수 이하가 되도록 파이로트 분사 시기 및 파이로트 연료 분사량 중 적어도 어느 하나를 제어한다. 예를 들어, 파이로트 분사시기를 증가시키거나, 파이로트 연료 분사량을 증가시키게 되면 IMEP 변화량이 감소하게 되어, IMEP 변동 계수 역시 감소하게 된다. 그러므로 엔진 제어기는 파이로트 분사를 제어하여, IMEP 변동 계수를 기준 변동 계수이하로 유지시킬 수 있으므로 엔진의 연소 안정성을 증가시킬 수 있다.

그리고 엔진의 연소 압력이 정격 출력 범위에 포함될 경우에 실행되는 연소 압력 확인 단계(S6)에서는 연소 압력이 기준 압력 범위에 포함되는지 여부를 확인 한다. 즉, 연소 압력 확인 단계(S6)에서는 연소 압력이 엔진의 출력에 따른 기준 압력 범위의 최대 기준 압력 미만이고, 최소 기준 압력을 초과하는 범위에 포함되는지 여부를 확인한다. 이러한 기준 압력 범위는 엔진이 안정적으로 동작할 수 있는 범위로, 최대 기준 압력은 엔진의 출력에 따라 엔진이 정상 동작할 수 있는 최대 압력으로 설정할 수 있으며, 최소 기준 압력은 엔진의 출력에 따라 엔진이 정상 동작할 수 있는 최소 압력으로 설정할 수 있다.

이러한 연소 압력 확인 단계(S6)에서 연소 압력이 기준 압력 범위에 포함되면, 엔진이 안정적으로 동작하는 것으로 판단하고, 연소 제어를 위해서 연소 압력 측정 단계(S1)부터 재실행한다.

그리고 연소 압력 확인 단계(S6)에서 연소 압력이 기준 압력 범위에 포함되지 않는다면, 엔진이 불안정하게 동작하는 것으로 엔진의 동작을 안정적으로 제어하기 위해서 주 분사시기 제어 단계(S7)를 실행한다.

이러한 주 분사시기 제어 단계(S7)에서는 연소 압력이 기준 연소 압력 범위에 포함되도록 엔진의 주 분사시기를 제어하여, 연소 압력이 기준 연소 압력 범위 이상 또는 이하가 되어 엔진이 불안정하게 동작하는 것을 방지할 수 있다.

이와 같은 본 발명은 연소 압력을 통해 산출된 IMEP의 변동 계수가 기준 변동 계수를 초과할 경우, 파이로트 분사를 제어하여 IMEP 변동 계수를 기준 변동 계수이하로 유지시켜서 엔진 연소가 악화되는 것을 방지하고 배기가스 배출량을 감소시킬 수 있다.

또한 본 발명은 냉시동과 같이 연료의 기화가 어려울 경우에 증가된 IMEP 변 동 계수를 기준 변동 계수 범위에 포함되도록 제어할 수 있으므로 엔진의 신뢰성을 증가시킬 수 있다.

또한 본 발명은 정격 출력 범위의 연소 압력의 경우에는 주 분사시기를 제어하여 기준 압력 범위에 포함되도록 제어하여 엔진의 내구성 및 신뢰성을 확보할 수 있다.

또한 본 발명은 주 분사 시기 또는 파이로트 분사를 제어 변수로 이용하므로, 배기가스 순환(exhaust-gas recirculation: EGR)을 제어 변수로 이용할 때 지연 되는 현상을 방지할 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 연소 제어 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 연소 제어 방법을 도시한 순서도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

S1; 연소 압력 측정 단계 S2; 정격 출력 범위 확인 단계

S3; IMEP 변동 계수 산출 단계 S4; IMEP 변동 계수 확인 단계

S7; 파이로트 분사 제어 단계 S6; 연소 압력 확인 단계

S7; 주 분사시기 제어 단계

Claims (4)

1. 압력센서를 통해 엔진의 연소 압력 측정하는 연소 압력 측정 단계;

   상기 연소 압력이 엔진의 정격 출력 압력 범위에 포함되는지 여부를 엔진 제어기에서 확인하는 정격 출력 범위 확인 단계;

   상기 정격 출력 범위 확인 단계에서, 상기 연소 압력이 상기 엔진의 정격 출력 압력 범위에 포함된다면, 상기 연소 압력이 기준 연료 압력 범위에 포함되는지 여부를 확인하는 연소 압력 확인 단계; 및

   상기 연소 압력이 상기 기준 연료 압력 범위에 포함되지 않으면, 주 분사시기를 제어하는 주 분사시기 제어 단계;를 포함하고,

   상기 연소 압력이 상기 엔진의 정격 출력 압력 범위에 포함되지 않으면, 상기 엔진 제어기에서 상기 연소 압력을 통해 IMEP 변동 계수를 산출하는 IMEP 변동 계수 산출 단계;

   상기 IMEP 변동 계수가 기준 변동 계수 이상인지 여부를 상기 엔진 제어기에서 확인하는 IMEP 변동 계수 확인 단계; 및

   상기 IMEP 변동 계수가 상기 기준 변동 계수를 초과하면, 파이로트 분사를 제어하는 파이로트 분사 제어 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 연소 제어 방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 파이로트 분사 제어 단계에서는

   상기 IMEP 변동 계수가 상기 기준 변동 계수와 동일해지도록 상기 파이로트 분사의 시기 및 상기 파이로트의 연료 분사량 중 적어도 어느 하나를 제어하는 것을 특징으로 하는 연소 제어 방법.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 IMEP 변동 계수는 상기 압력 센서에서 측정된 상기 연소 압력 변화에 따른 P-V 선도를 통해서 IMEP 변동 값을 산출하고, 일정시간 동안의 상기 IMEP 변동 값의 평균인 IMEP 평균값을 산출하고, 상기 IMEP 변동 값을 상기 IMEP 평균값으로 나누어서 산출한 것을 특징으로 하는 연소 제어 방법.
4. 삭제

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