KR101567159B1 - 기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 장치 및 방법 - Google Patents

기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디젤 연료와 가솔린 연료를 이용하는 혼합연소 엔진에서 부하 영역에 따라 혼합연소 엔진의 운전을 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
특히, 본 발명에서는 디젤과 가솔린의 이중 연료를 이용한 혼합연소 엔진에서, 저부하 영역에서의 연소 안정성을 확보하고, 혼합연소 영역을 저부하 영역으로 확장함으로써 연비를 개선할 수 있는 혼합연소 엔진의 운전 제어 방법을 제공하는 것에 특징이 있다.
이를 위해 본 발명에서는 저부하 영역에서 일부 기통을 휴지시킴으로써, 휴지되지 않은 기통의 운전 조건을 상대적인 고부하 영역으로 변경시킴으로써 저부하 영역까지 혼합연소 제어 영역을 확대할 수 있도록 구성된다.

Description

기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 장치 및 방법 {System for controlling complex combustion engine using cylinder deactivation and Method for the same}
본 발명은 기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디젤 연료와 가솔린 연료를 이용하는 혼합연소 엔진에서 부하 영역에 따라 혼합연소 엔진의 운전을 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
오늘날 두 가지 타입의 엔진이 광범하게 사용되고 있으며, 그 중 하나는 불꽃 점화(Spark Ignition, SI) 방식의 가솔린 엔진이고, 다른 하나는 압축 착화(Compression Ignition, CI) 방식의 디젤 엔진이다.
이 중 불꽃 점화 방식의 엔진은 스로틀바디 또는 흡기 매니폴드에 연료를 분사하여 흡기 행정시 공기와 함께 연소실로 흡입하여 연소시키는 간접 분사 방식과, 엔진의 성능 향상 및 연비 향상, 배기가스 저감을 위해 연료를 연소실에 직접 분사하여 연소시키는 직접 분사 방식(Gasoline Direct Injection, GDI)으로 구분할 수 있다.
간접 분사 방식의 예로, 포트 분사(Port Fuel Injection, PFI) 방식의 경우, 흡기 매니폴드의 흡기포트에 분사된 연료와 공기로 구성된 가연 혼합기가 연소실로 유입된 뒤 균일한 혼합기 상태에서 점화플러그에 의해 점화 및 연소되는 예혼합 연소 방식을 취하고 있다.
또한 직접 분사 방식의 경우, 디젤의 압축 착화 방식과 유사하게 가솔린 연료를 연소실에 직접 분사하며, 따라서 간접 분사 방식보다 희박상태에서의 연소가 가능하고, 엔진의 성능 및 연비, 배기가스 측면에서 보다 유리한 이점을 갖는다.
통상 불꽃 점화 방식의 가솔린 엔진은 압축비(Compression Ratio, CR)가 높을수록 노킹(knocking)이 발생할 위험이 커지기 때문에 압축비를 높이는데 한계가 있고, 압축 착화 방식의 엔진과 비교할 때 열효율 및 연비가 열등하다는 단점이 있다.
점점 엄격해지는 CO2 규제와 높은 연비를 원하는 고객의 요구를 만족시키기 위해 가솔린 엔진에서 압축비를 높일 필요가 있지만, 압축비를 높일 때 발생하는 노킹을 방지하는 기술이 필요하다.
고압축비 가솔린 엔진에서 노킹을 억제하기 위해 배기가스 재순환(Exhaust Gas Recirculation, EGR) 장치를 적용하면 노킹 억제와 펌핑 손실 저감 등의 효과를 얻을 수 있지만, 기존의 점화플러그로는 착화가 잘 되지 않거나 질소산화물 배출이 증가하는 단점이 있다.
한편, 디젤 엔진의 연소 특성은 디젤 연료의 자착화 성질을 이용한 압축 착화 방식을 적용하는 점에 있고, 연소실 내 공기를 고압 및 고온 상태로 만들어주기 위해 높은 압축비를 이용하므로 가솔린 엔진에 비해 열효율과 연비가 우수한 특성이 있다.
최근 전 세계적으로 지구 온난화 현상을 비롯하여 이례적인 기후 변화가 나타남에 따라 선진국을 중심으로 모든 산업분야에 환경규제가 적용되고 있으며, 자동차 산업에서의 규제는 특히 더욱 엄격해지고 있다.
이에 부응하여 압축 착화 방식의 엔진은 연료가 희박한 영역에서 연소되어 미연탄화수소(Unburned Hydrocarbon, UHC) 및 CO2의 배출량이 적은 장점을 가지므로 많은 연구가 이루어지고 있으나, 불균질 공연(air-fuel) 혼합물로 인한 질소산화물(NOx) 및 입자상물질(Particulate matter, PM)의 배출량이 많다는 단점이 있고, 정책 규제에 부합하는 NOx 및 PM 배출 저감을 위해 DPF(Diesel Particulate Filter) 및 De-NOx 장치 등의 고가 후처리 장치가 요구된다.
이를 극복하기 위해 연소실 내 혼합기를 균일하게 분포하게 하여 PM 생성영역으로 알려진 연료가 농후한 영역을 없애고 급격한 열 발생을 줄이는 균일 예혼합 압축 착화(Homogeneous Charge Compression Ignition, HCCI) 연소 방식에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
HCCI 방식은 가솔린 엔진에 비해 압축 착화 및 희박 연소를 통한 연비 향상의 이점을 가지며, 디젤 엔진에 비해 예혼합 연소에 의한 PM/NOx 동시 저감의 이점을 가진다.
하지만 HCCI 방식은 착화 및 연소 제어의 어려움과 과도한 압력 상승, 연소 소음, 낮은 출력의 문제점을 가지며, 특히 협소한 운전 영역(엔진의 저속 및 저부하 운전 영역에서만 사용이 가능한 제한이 있음)을 해결하는 것이 실용화를 위한 과제로 알려져 있다.
따라서, 기존 HCCI 연소 방식이 가지는 문제점을 회피하기 위해 디젤과 가솔린 연료를 동시에 연소시키는 혼합 연소 방식이 연구되고 있다.
디젤-가솔린 혼합 연소 방식으로는, 예혼합에 의한 노킹을 억제하면서 착화 지연 기간을 길게 하여 착화시점을 TDC 근처에서 제어하기 위해, 흡기 행정 중 옥탄가가 높은 가솔린 연료를 예혼합하여 연소실에 균일한 혼합기를 조성하고, 압축 행정 중 높은 세탄가를 가진 착화 제어용 디젤 연료를 연소실 내 직접 분사하여 착화시킴으로써 균일한 혼합기를 연소시키는 방법이 있다.
이러한 디젤-가솔린 혼합 연소 방식은 기존 HCCI 방식에 비해 고 EGR 조건에서도 가솔린 연료의 착화성 확보가 가능하고, 자발화된 디젤이 가솔린 연소를 위한 점화원으로 작용하므로 점이 아닌 체적 연소가 가능하여 일반 가솔린 엔진 대비 연소 효율 및 연비가 개선될 수 있다.
또한 일반 디젤 엔진과 비교하여 배기가스 배출물을 저감할 수 있는 이점을 가지며, 가격 상승의 요인이 되는 고가의 후처리 장치가 삭제될 수 있다.
그러나, 혼합 연소 엔진은 디젤 압축 착화가 이루어질 수 있는 조건에서만 혼합 연소가 가능하므로 디젤 엔진보다 낮지만 가솔린 엔진보다는 높은 압축비로 운전되어야 하고, 실린더의 압축비가 디젤 압축 착화가 확보되는 경계 조건 이상으로 고정 설계되어 있다.
따라서, 혼합 연소 엔진의 경우, 저부하 운전 영역에서는 저압축비, 고 EGR 조건으로 인해 착화성 확보 측면에 있어서 기존 디젤 엔진에 비해 불리함이 있고, 고부하 운전 영역에서는 기존 가솔린 엔진에 비해 고압축비에 의한 노킹 발생 위험이 높아지는 단점이 있다.
이에 전 운전 영역에 걸쳐 상기한 문제점이 개선될 수 있도록 저/중부하 엔진 운전 영역을 대상으로 기존의 가솔린 엔진보다 높은 압축비에서, 그리고 기존의 디젤 엔진에서보다는 낮은 압축비에서 혼합연소를 적용하는 것이 필요하게 되었다.
또한 통상의 가솔린 엔진에서 활용하고 있는 압축비를 적용한 가솔린 연소를 저부하 및 고부하 대상으로 활용할 수 있는 복합 연소 모드 시스템 고안이 필요하고, 이를 위하여 가변 압축비 개념을 활용할 필요성이 있다.
다만, 이 경우 혼합연소가 적용되고 있는 영역뿐만 아니라 가솔린 연소가 일어나는 영역에서도 착화안정성을 확보할 필요가 있고, 고부하 영역에서 가솔린 연소에 의한 노킹 발생을 억제할 필요가 있다.
특히, 저부하 영역의 경우, 혼합연소 대신 가솔린 연소 제어를 수행하는 경우를 고려하더라도 엔진의 연소 안정성이 문제된다.
따라서, 저부하 영역에서의 연소 안정성을 갖는 혼합연소 엔진이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서는 가솔린연소 제어 중 저부하영역에서의 연소 안정성을 확보하고, 혼합연소 제어 구간을 확장시킬 수 있는 기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 방법을 제공하고자 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는 기준부하 이하의 저부하 영역인지 여부를 판단하는 단계; 기준부하 이하의 저부하 영역으로 판단된 경우, 혼합연소 엔진의 다수의 기통 중 일부 기통을 휴지시키는 단계; 휴지되지 않은 기통에 대한 혼합연소 제어를 수행하는 단계;를 포함하는 기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 방법을 제공한다.
또한, 상기 기준부하 이하의 저부하 영역인지 여부를 판단하는 단계에서는 혼합연소 엔진의 BMEP 값을 검출하여, 검출된 BMEP값이 기준치 이하인 경우를 기준 부하 이하의 저부하 영역으로 판단하는 것을 특징으로 하는 기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 방법을 제공한다.
또한, 상기 기준부하 이하의 저부하 영역인지를 판단하는 단계에서, 기준부하 이하의 저부하 영역으로 판단된 경우, 가솔린 연소 제어로 혼합연소 엔진을 운전하는 단계; 및 기통휴지 작동 여부를 판단하는 단계;를 더 포함하며, 상기 기통휴지 작동 여부를 판단하는 단계에서 기통휴지 작동으로 판단된 경우에만 일부 기통을 휴지시키는 단계 및 휴지되지 않은 기통에 대한 혼합연소 제어를 수행하는 단계를 더 수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 방법을 제공한다.
또한, 상기 기통휴지 작동 여부를 판단하는 단계에서 기통휴지 미작동으로 판단된 경우, 기준부하 이하의 저부하 영역인지를 판단하는 단계로 회귀하는 것을 특징으로 하는 기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 방법을 제공한다.
또한, 상기 기통휴지 작동 여부를 판단하는 단계에서는 혼합연소 엔진의 BMEP 값이 소정 시간 동안 기준 부하 이하의 저부하 영역으로 유지되는 경우 기통휴지 작동되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 방법을 제공한다.
또한, 상기 기준부하 이하의 저부하 영역인지를 판단하는 단계에서 기준부하는 2bar인 것을 특징으로 하는 기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 방법을 제공한다.
또한, 기통휴지 작동 시에는 상기 혼합연소 엔진의 전체 기통 중 절반의 기통을 휴지시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 방법을 제공한다.
또한, 상기 혼합연소 엔진은 4기통 엔진으로 구성되며, 기통휴지 작동 시에는 4개의 기통 중 2, 3번 기통만을 휴지시키는 것을 특징으로 하는 기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 방법을 제공한다.
또한, 상기 기통휴지시에는 휴지시키고자 하는 기통에 대한 연료 분사를 차단하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 방법을 제공한다.
한편, 본 발명에서는 혼합연소 엔진 내에 구비되는 다수의 기통들; 상기 다수의 기통들의 BMEP 값을 검출하는 검출부; 상기 검출부로부터 검출된 BMEP 값을 전송받으며, 전송받은 BMEP 값을 기준치와 비교하여 기준부하 이하의 저부하 영역인지 여부를 판단하고, 저부하 영역으로 판단된 경우, 상기 다수의 기통들 중 일부 기통을 휴지시키도록 제어하는 제어부;를 포함하는 기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 장치를 제공한다.
또한, 상기 제어부는 기준부하 이하의 저부하 영역으로 판단된 경우, 우선적으로 혼합연소 엔진을 가솔린 연소 제어로 운전하고, 기통휴지 작동 조건을 충족한 경우에만 일부 기통을 휴지시키는 한편, 휴지되지 않은 기통에 대한 혼합연소 제어를 수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 장치를 제공한다.
또한, 상기 제어부에서는 혼합연소 엔진의 BMEP 값이 소정 시간 동안 기준 부하 이하의 저부하 영역으로 유지되는 경우에만 기통휴지 작동되도록 기통휴지 작동 조건이 설정되는 것을 특징으로 하는 기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 장치를 제공한다.
또한, 상기 제어부에서 저부하영역인지 여부를 판단하는 상기 기준치는 2bar인 것을 특징으로 하는 기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 장치를 제공한다.
또한, 상기 제어부는 기통휴지 작동 시에는 상기 혼합연소 엔진의 전체 기통 중 절반의 기통을 휴지시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 장치를 제공한다.
또한, 상기 다수의 기통은 4개의 기통으로 구성되며, 상기 제어부는 기통휴지 작동 시에는 4개의 기통 중 2, 3번 기통만을 휴지시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 장치를 제공한다.
또한, 상기 제어부는 기통휴지시에는 휴지시키고자 하는 기통에 대한 연료 분사를 차단하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 장치
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 장치 및 방법에서는 혼합연소 엔진의 저부하 영역에서 일부 기통을 휴지시킴으로써, 연소가 이루어지는 기통을 상대적인 고부하 영역에서 운전시킬 수 있으므로 엔진의 연소 안정성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 장치 및 방법에서는 통상 가솔린 연소로 운전 제어되던 저부하 영역을 혼합 연소가 이루어지도록 유도함으로써 혼합연소 구간을 확장할 수 있어, 연비를 개선할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명과 관련된 혼합연소 시 엔진 제어 영역을 개략적으로 도시한 것이고,
도 2는 본 발명에 따른 기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 방법을 개략적으로 도시한 것이고,
도 3은 도 2에서의 기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 방법을 수행하기 위한 장치의 개략적인 구성을 도시한 것이다.
본 발명은 혼합연소 엔진의 운전 제어 방법에 관한 것으로, 특히, 디젤과 가솔린의 이중 연료를 이용한 혼합연소 엔진에서, 저부하 영역에서의 연소 안정성을 확보하고, 혼합연소 영역을 저부하 영역으로 확장함으로써 연비를 개선할 수 있는 혼합연소 엔진의 운전 제어 방법을 제공하는 것에 특징이 있다.
이를 위해 본 발명에서는 저부하 영역에서 일부 기통을 휴지시킴으로써, 휴지되지 않은 기통의 운전 조건을 상대적인 고부하 영역으로 변경시킴으로써 저부하 영역까지 혼합연소 제어 영역을 확대할 수 있도록 구성된다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 장치 및 방법을 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명과 관련된 혼합연소 엔진의 연소 제어 영역을 개략적으로 도시하고 있는 것으로, 엔진 속도 및 BMEP(Brake mean effective pressure)에 관한 부하 영역에서의 각 연소 영역을 도시하고 있다.
특히, 도 1에서는 혼합연소 엔진의 운전영역별 연소 모드를 보여주고 있는 바, 본건 출원인이 현재 연구중인 혼합연소 엔진의 경우, 일반적으로 엔진의 중간 부하(middle load) 영역에서는 가솔린 및 디젤 혼합연소 모드로, 저부하(low load) 및 고부하(high load) 영역에서는 가솔린 인젝션에 의한 가솔린 연소 모드로 엔진이 운전된다.
즉, 도 1의 그래프 상측의 고부하 영역(대략 BMEP 12 ~ 13bar 이상의 영역) 및 저부하 영역(대략 BMEP 2bar 이하의 영역)에서는 가솔린 연소 모드로 엔진이 운전되는 한편, 그 사이의 중간 부하 영역(대략 BMEP 2 ~ 12 또는 13 bar의 영역)에서는 가솔린 및 디젤의 혼합연소 모드로 운전되게 된다. 도 1에서 중앙의 박스 내에 표시된 비율은 전제 연료 중 디젤 분율을 나타내고 있는 것이다.
따라서, 엔진 운전점(엔진 스피드 및 연료량 등)이 변하는 과도(Transient) 운전 구간에서는 혼합연소 모드 또는 가솔린 SI(Spark Ignition;스파크 점화) 연소 모드로의 전환이 요구되며, 필요에 따라 과도 운전 구간을 병행 운영할 수 있다.
한편, 본 발명에서는 저부하 영역에서의 연소 안정성을 제공하기 위하여 가솔린 연소 제어 영역으로 운행되던 2bar 이하의 저부하 영역을 기통 휴지를 이용하여 혼합연소 제어 영역으로 변경시키는 것에 기술적 특징이 있다.
이를 위해 본 발명에서는 기통휴지 작동 여부를 판정하고, 기통휴지 작동으로 판정된 경우에는 일부 기통, 바람직하게는 전체 기통 중 절반의 기통을 휴지시킴으로써, 휴지되지 않은 나머지 기통(절반의 기통을 휴지시킨 경우에는 나머지 절반의 기통)을 상대적 고부하 영역에서 운전하도록 제어하게 된다.
예를 들어, 4기통 엔진의 예를 고려하면, 4개의 기통 중 1,4번 기통만을 작동시키고 나머지 2, 3번 기통은 휴지시키도록 구성할 수 있으며, 이 경우 ECU(Engine Control Unit)과 같은 제어기로부터 2, 3번 기통의 연료 분사를 차단시켜 2, 3기통을 휴지시키게 된다. 한편, 연료 분사를 차단시키는 방법 이외에 점화 플러그를 동작시키지 않는 방식 또한 병행될 수 있다.
따라서, 연소 중인 1, 4번 기통은 4기통 전체가 운전되는 경우에 비하여 상대적으로 고부하의 운전 조건이 형성되는 바, 2bar 이하의 저부하 영역에서의 연소 안정성 문제가 해소될 수 있으며, 이를 통해 2bar 이하의 저부하 영역을 고부하 영역으로 천이시킬 수 있게 되어, 혼합연소 제어를 수행할 수 있게 된다.
이와 관련, 기통 휴지의 순서 및 휴지되는 기통은 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위에서, 기통 수 및 기통 배치와 관련된 엔진 구조에 따라 적절히 변경될 수 있으며, 이러한 설계 변경을 통하더라도 기통 휴지로 인한 저부하 영역에서의 연소 안정성 확보 및 저부하 영역으로의 혼합연소 영역의 확대와 같은 동일한 효과를 얻을 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 방법의 바람직한 일구현예를 도시하고 있는 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 방법에서는 기준 부하(대략 2bar 정도) 이하의 저부하 영역에서의 엔진 제어 로직을 제시한다. 이러한 저부하 영역에서의 엔진 제어 로직에서는 앞서 설명한 바와 같이 기통을 휴지시켜 저부하 영역에서의 혼합연소 제어를 구현하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 저부하 영역에서의 기통휴지를 이용한 혼합연소 제어를 수행하기 이전에, 기통휴지(CDA) 작동 여부를 판단하는 단계를 포함하도록 구성할 수 있으며, 이러한 단계를 통해 기통휴지가 가능한 것으로 판단된 경우에만 혼합연소 제어를 수행하도록 구성할 수 있다.
구체적으로, 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 방법의 바람직한 일구현예를 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 먼저 혼합연소 엔진이 기준 부하 이하의 저부하 영역에 진입하였는지 여부를 판단한다(S110). 바람직하게는 기준 부하 이하의 저부하 영역으로 진입하였는지 여부는 엔진의 BMEP를 검출하여 BMEP값이 기준치 이하인 경우를 기준 부하 이하의 저부하 영역으로 판단하게 된다.
여기서, 기준부하 이하의 저부하 영역으로 진입한 경우, 기통휴지가 가능한 엔진제어 영역으로 진입한 것으로 보아, 미리 설정된 제어 맵에 따라 일부 기통을 휴지시키고 휴지되지 않은 나머지 기통을 통해 혼합연소 제어를 수행하도록 구성할 수 있다.
다만, 저부하 영역에 진입한 경우, 즉각적으로 기통휴지 및 혼합연소 제어를 수행하는 것보다는 저부하 영역으로 진입하더라도 가솔린 연소 제어를 유지하는 과도 단계를 거친 다음, 소정의 조건을 만족하여 기통휴지가 적합하다고 판단되는 경우에 선택적으로 기통휴지 및 혼합연소 제어를 수행하는 것이 연소 안정성 및 엔진 내구성 등의 관점에서 더욱 바람직하다.
도 2의 구현예에서는 이와 같은 가솔린 연소 제어를 수행하는 과도 단계 이후에 기통휴지 작동 여부를 판단하는 단계를 거치도록 구성된 것이다.
즉, 도 2에서와 같이 기준부하 이하의 저부하 영역으로 판단된 경우, 가솔린 연소 제어를 수행하게 된다(S120).
저부하 영역에서의 가솔린 연소 제어가 수행되면, 기통휴지 작동 여부를 판단하는 단계를 거치게 된다(S130). 상기 단계에서는 기통휴지를 하는 것이 적합한지 여부를 판단하는 것으로, 기통휴지 여부를 판단하는 조건을 충족하는지 여부를 판단하게 된다.
예를 들어, BMEP 값을 지속적으로 모니터링하여, BMEP 값이 기준 부하 이하의 저부하 영역으로 소정 시간 이상 지속되는 경우에만 기통휴지 작동이 가능하도록 구성할 수 있다. 따라서, 현재 주행 상태 등으로 인하여 BMEP 값이 기준 부하를 넘나들며 변화가 심한 경우에는 연소 안정성 등을 고려하여 기통을 휴지시키지 않게 된다.
상기한 기통휴지 작동 판정 단계를 통해, 기통휴지 작동으로 판정된 경우에는 혼합연소 엔진의 일부 기통을 휴지시키고(S140), 휴지되지 않은 나머지 기통을 통해 혼합연소 제어를 수행하게 된다(S150).
반면, 기통휴지 작동 조건을 충족하지 못하는 경우에는 다시 저부하 영역인지를 판단하는 단계로 회귀하여, S110 내지 S130의 단계를 반복하게 된다.
그러므로, 본 발명에 따른 기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 방법에서는 동일 엔진 속도에서 상대적으로 높은 부하를 사용하게 되지만, 연비의 관점에서는 보다 효율적인 혼합연소 제어 구간을 활용할 수 있게 된다.
따라서, 가솔린 제어 영역을 줄이고, 혼합연소 영역을 확장할 수 있어 연소 안정성을 확보할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 장치의 바람직한 일구현예를 도시한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 장치에서는 혼합연소 엔진(10) 내에 구비되는 다수의 기통들과, 상기 다수의 기통들의 BMEP 값을 검출하는 검출부(20) 및 상기 검출부(20)로부터 검출된 BMEP값으로부터 저부하 영역인지를 판단하여, 기통휴지 여부를 결정하고 기통을 휴지시키는 제어부(30)를 포함하여 이루어진다.
바람직하게는, 이러한 제어부(30)는 도 3에 도시된 바와 같이, 검출부(20)로부터 검출된 BMEP 값을 전송받으며, 전송받은 BMEP 값을 기준치와 비교하여 기준부하 이하의 저부하 영역인지 여부를 판단하게된다. 판단 결과, 저부하 영역으로 판단된 경우에는 제어부(30)가 다수의 기통들 중 일부 기통을 휴지시키게 된다.
이와 관련, 앞서 도 2에서 설명한 바와 같이, 제어부(30)에서는 저부하 영역으로 판단된 경우라 하더라도 소정의 기통휴지 작동 조건의 충족 여부에 따라 기통휴지 작동 여부를 결정하도록 구성할 수 있다.
이 경우, 상기 제어부(30)는 기준부하 이하의 저부하 영역으로 판단된 경우, 우선적으로 혼합연소 엔진(10)을 가솔린 연소 제어로 운전하도록 구성할 수 있다.
따라서, 상기 제어부(30)에서의 기통휴지 작동 조건 충족 여부 판단 결과에 따라, 기통휴지 작동 조건을 충족한 경우로 판단된 경우에만 기통휴지 작동을 수행하게 된다.
즉, 기통휴지 작동 조건 충족 시에는 제어부(30)는 전체 기통 중 일부 기통을 휴지시키게 되고, 휴지되지 않은 나머지 기통들의 경우 가솔린과 디젤의 혼합연소 제어를 수행하도록 구성된다.
여기서, 기통휴지 작동 조건은 연소 안정성 등을 고려하여 설정될 수 있으며, 바람직하게는 혼합연소 엔진의 BMEP 값이 소정 시간 동안 기준 부하 이하의 저부하 영역으로 유지되는 경우에만 기통휴지 작동되도록 설정된다.
또한, 기통휴지되는 대상은 혼합연소 엔진(10)의 전체 기통 중 절반의 기통이 될 수 있으며, 본 발명의 바람직한 구현예 따라 4개의 기통으로 구성된 혼합연소 엔진(10)의 경우, 4개의 기통 중 2, 3번 기통(12, 13)만을 선택적으로 휴지시키도록 구성될 수 있다. 따라서, 제어부에 의하여 기통휴지되지 않은 1, 4번 기통(11, 14)는 혼합연소 제어된다.
아울러, 기통휴지시, 상기 제어부(30)에서는 디젤 인젝터와 같은 연료 분사 장치(16)를 제어하여, 휴지시키고자 하는 기통에 대한 연료 분사를 차단하도록 제어함이 바람직하다. 또한, 상기 제어부(30)는 연료 분사 장치를 미동작시킴과 동시에 또는 별개로 점화 플러그(15)를 동작시키지 않도록 제어할 수도 있다.
따라서, 본 발명에 따른 기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 장치에서는 저부하 영역에서의 기통휴지를 통해 연소 안정성 및 혼합연소 구간을 확대할 수 있게 된다.
본 발명은 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 요소들에 대한 수정 및 변경의 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 필수적인 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 특별한 상황들이나 재료에 대하여 많은 변경이 이루어질 수 있다. 그러므로, 본 발명은 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명으로 제한되지 않으며, 첨부된 특허청구범위 내에서 모든 실시 예들을 포함할 것이다.
10: 혼합연소 엔진
11: 1번 기통
12: 2번 기통
13: 3번 기통
14: 4번 기통
15: 점화 플러그
16: 연료 분사 장치
20: 검출부
30: 제어부

Claims (16)

  1. 부하 영역을 구분하고, 구분된 부하 영역에 따라 혼합 연소 운전 또는 가솔린 연소 운전을 선택적으로 실시하도록 구성되며, 기준 부하 이하의 저부하 영역에서는 가솔린 연소 운전으로 엔진을 제어하는 혼합연소 엔진의 운전 제어 방법에 있어서,
    기준부하 이하의 저부하 영역인지 여부를 판단하는 단계;
    기준부하 이하의 저부하 영역으로 판단된 경우, 혼합 연소 제어로 전환하지 않고, 가솔린 연소 제어를 유지하는 과도 단계;
    미리 설정된 시간 이상 저부하 영역을 유지하는 경우, 혼합연소 엔진의 다수의 기통 중 일부 기통을 휴지시키는 단계;
    휴지되지 않은 기통에 대하여 가솔린 연소 제어에서 혼합연소 제어로 전환하는 단계;
    를 포함하는 기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기준부하 이하의 저부하 영역인지 여부를 판단하는 단계에서는 혼합연소 엔진의 BMEP 값을 검출하여, 검출된 BMEP값이 기준치 이하인 경우를 기준 부하 이하의 저부하 영역으로 판단하는 것을 특징으로 하는 기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 기준부하 이하의 저부하 영역인지를 판단하는 단계에서 기준부하는 2bar인 것을 특징으로 하는 기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 방법.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    기통휴지 작동 시에는 상기 혼합연소 엔진의 전체 기통 중 절반의 기통을 휴지시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 방법.
  8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 혼합연소 엔진은 4기통 엔진으로 구성되며, 기통휴지 작동 시에는 4개의 기통 중 2, 3번 기통만을 휴지시키는 것을 특징으로 하는 기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 방법.
  9. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 기통휴지시에는 휴지시키고자 하는 기통에 대한 연료 분사를 차단하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 방법.
  10. 부하 영역을 구분하고, 구분된 부하 영역에 따라 혼합 연소 운전 또는 가솔린 연소 운전을 선택적으로 실시하도록 구성되며, 기준 부하 이하의 저부하 영역에서는 가솔린 연소 운전으로 엔진을 제어하는 혼합연소 엔진의 운전 제어 장치에 있어서,
    혼합연소 엔진 내에 구비되는 다수의 기통들;
    상기 다수의 기통들의 BMEP 값을 검출하는 검출부;
    상기 검출부로부터 검출된 BMEP 값을 전송받으며, 전송받은 BMEP 값을 기준치와 비교하여 기준부하 이하의 저부하 영역인지 여부를 판단하고, 저부하 영역으로 판단된 경우 기통 휴지 여부를 판단하여, 상기 다수의 기통들 중 일부 기통을 휴지시키도록 제어하는 제어부;를 포함하며,
    상기 제어부는 기준부하 이하의 저부하 영역으로 판단된 경우, 혼합 연소 제어로 전환하지 않고, 가솔린 연소 제어를 유지하고, 미리 설정된 시간 이상 저부하 영역을 유지하는 경우, 휴지되지 않은 기통에 대한 제어를 가솔린 연소 제어에서 혼합연소 제어로 전환하는 것을 특징으로 하는 기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 제어부에서 저부하영역인지 여부를 판단하는 상기 기준치는 2bar인 것을 특징으로 하는 기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 장치.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 제어부는 기통휴지 작동 시에는 상기 혼합연소 엔진의 전체 기통 중 절반의 기통을 휴지시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 장치.
  15. 청구항 10에 있어서,
    상기 다수의 기통은 4개의 기통으로 구성되며, 상기 제어부는 기통휴지 작동 시에는 4개의 기통 중 2, 3번 기통만을 휴지시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 장치.
  16. 청구항 10에 있어서,
    상기 제어부는 기통휴지시에는 휴지시키고자 하는 기통에 대한 연료 분사를 차단하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기통 휴지를 이용한 혼합연소 엔진의 운전 제어 장치.
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