KR101603756B1 - 디젤엔진의 후분사 연소 검출시스템 및 그 방법 - Google Patents

디젤엔진의 후분사 연소 검출시스템 및 그 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101603756B1
KR101603756B1 KR1020140047355A KR20140047355A KR101603756B1 KR 101603756 B1 KR101603756 B1 KR 101603756B1 KR 1020140047355 A KR1020140047355 A KR 1020140047355A KR 20140047355 A KR20140047355 A KR 20140047355A KR 101603756 B1 KR101603756 B1 KR 101603756B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
post
heat generation
injection
combustion
crank angle
Prior art date
Application number
KR1020140047355A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150122813A (ko
Inventor
선우명호
이현준
Original Assignee
한양대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한양대학교 산학협력단 filed Critical 한양대학교 산학협력단
Priority to KR1020140047355A priority Critical patent/KR101603756B1/ko
Publication of KR20150122813A publication Critical patent/KR20150122813A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101603756B1 publication Critical patent/KR101603756B1/ko

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D45/00Electrical control not provided for in groups F02D41/00 - F02D43/00
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N11/00Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30Controlling fuel injection
    • F02D41/38Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/40Controlling fuel injection of the high pressure type with means for controlling injection timing or duration
    • F02D41/402Multiple injections
    • F02D41/405Multiple injections with post injections
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D35/00Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
    • F02D35/02Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
    • F02D35/023Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions by determining the cylinder pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D35/00Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
    • F02D35/02Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
    • F02D35/028Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions by determining the combustion timing or phasing
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40Engine management systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

본 발명에 의한 디젤엔진의 후분사 연소 검출시스템은 연료 주분사 후 후분사가 실시되는 연소과정 동안 크랭크각도에 따른 연소실 내 열발생량을 후분사 시기별로 복수 회 검출하는 열발생량 검출부 및, 상기 복수의 검출된 열발생량 데이터를 정규화 열발생량으로 정규화하는 정규화부를 포함하며, 상기 정규화 열발생량은 상기 후분사에 의한 연소 상태 검출을 위해 상기 후분사 시기별로 각각의 후분사 이후 열발생량인 것을 특징으로 한다.

Description

디젤엔진의 후분사 연소 검출시스템 및 그 방법{system for analyzing confusion by post injection and the method for the same}
본 발명은 디젤엔진의 후분사 연소 검출시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 후분사 시기별로 후분사 이후 연소상태만을 검출하여 후분사 시기 등을 제어하기 위한 디젤엔진의 후분사 연소 검출시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
디젤엔진의 연료분사와 관련하여 디젤엔진차량의 배기시스템에 장착된 후처리장치 중 하나인 미립자 포착 필터인 DPF재생 등을 위해 엔진 구동을 위한 연료분사(이하, '주분사'라 함) 이후 추가적인 연료분사(이하, '후분사'라 함)를 실시하는 방안이 많이 대두되고 있다.
대한민국 특허출원번호 10-2007-0107864호는 'DPF 탑재 디젤엔진'에 관한 발명으로서, DPF 재생을 위한 활성화 온도까지 배기온도를 상승시키기 위해 ATDC가 지난 시점에 포스트(post) 인젝션을 통해 후분사를 하는 발명이 기술되어 있다.
이러한 주분사 및 후분사로 인한 연소상태는 엔진속도, 부하 및 기타 운전조건, 주분사와의 상관관계 등에 따라 복잡 다양하게 변화하며, 특히 연료분사시기 및 분사량은 DPF 재생을 위한 배기온도 등에 주는 영향이 크다.
대한민국 특허출원번호 10-2007-0079253호는 '엔진의 착화시기 검출방법'에는 관한 발명으로서, 연소압력에 따른 열발생량을 검출하여 연료분사에 의한 연소상태를 검출하는 발명이 기술되어 있다.
그런데, 후분사 시기, 후분사량 등에 따라 주분사의 연소상태는 물론 DPF 재생효율 및 수명, 연비, 출력토크, 배기 배출물 생성 등이 크게 영향을 받는다. 따라서, 후분사 시기, 후분사량 등을 정밀하게 제어하는 것이 중요하며 이를 위해서는 노이즈, 편차 및 왜곡 현상 등을 제거하여 후분사에 의한 연소 상태를 정확하게 검출하는 것이 매우 필요한 문제점이 있다. 아울러, 궁극적으로 후분사 시기 등의 정밀 제어가 중요하므로 후분사 연소 상태 검출은 물론 이로부터 후분사 시기 등을 효과적이면서 용이하게 검출하기 위한 방안이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 후분사 연소 상태를 검출함에 있어 노이즈, 편차 및 왜곡 현상 등을 제거하여 검출의 정확성에 대해 신뢰할 수 있으며, 정확한 후분사 연소 상태 및 후분사 시기 등을 효과적이고 용이하게 검출하기 위한 디젤엔진의 후분사 연소 검출시스템 및 그 방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 디젤엔진의 후분사 연소 검출시스템은 연료 주분사 후 후분사가 실시되는 연소과정 동안 크랭크각도에 따른 연소실 내 열발생량을 후분사 시기별로 복수 회 검출하는 열발생량 검출부 및, 상기 복수의 검출된 열발생량 데이터를 정규화 열발생량으로 정규화하는 정규화부를 포함하며; 상기 정규화 열발생량은 상기 후분사 시기별로 각각의 후분사 이후 연소구간의 열발생량을 정규화한 것을 특징으로 한다.
상기 열발생량 검출부는 열발생률 검출부에 의해 검출되는 크랭크각도에 따른 열발생률을 적분하여 상기 열발생량을 검출하는 것을 특징으로 한다.
연소 압력센서를 통해 연소실 내 크랭크각도에 따른 연소 압력을 측정하는 연소압력 측정부를 더 포함하며, 상기 열발생률 검출부는 상기 크랭크각도에 따른 연소압력으로부터 상기 열발생률을 검출하는 것을 특징으로 한다.
상기 열발생량 검출부는 연소과정 전 구간의 열발생량을 검출하는 것을 특징으로 한다.
상기 후분사 시기별 후분사 연소 상태 변화를 분석하기 위한 기준이 되는 정규화 열발생량은 0.25 ~ 0.35인 것을 특징으로 한다.
상기 분석 기준이 되는 정규화 열발생량은 시행착오방법으로 상기 후분사 시기별 정규화 열발생량과 후분사 이후 최대 열발생률 발생 시점 크랭크각도 간 상관관계 회귀분석에 의해 설정하는 것을 특징으로 한다.
상기 정규화부에 의해 검출된 후분사 시기별 크랭크각도에 따른 정규화 열발생량(Normalized HR) 데이터로부터, 디젤엔진차량의 배기시스템에 장착된 후처리장치 중 하나인 DPF 필터의 재생을 위한 최적의 후분사 시기를 분석하는 연소상태 분석부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 디젤엔진의 후분사 연소 검출방법은 연료 주분사 후 후분사가 실시되는 연소과정 동안 연소압력을 검출하여 크랭크각도에 따른 연소실 내 열발생률을 후분사 시기별로 복수 회 검출하는 단계; 상기 검출된 열발생률을 적분하여 크랭크각도에 따른 열발생량을 검출하는 단계; 상기 후분사에 의한 연소 상태 검출을 위해 상기 후분사 시기별로 각각의 후분사 이후 크랭크각도에 따른 열발생량을 정규화하여 후분사 연소구간의 정규화 열발생량을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 후분사 연소구간의 정규화 열발생량 0.25~0.35를 기준으로 후분사 시기별 최대 열발생률 시기를 검출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 디젤엔진의 후분사 연소 검출시스템 및 그 방법은 연료 주분사 후 후분사가 실시되는 연소과정 동안 크랭크각도에 따른 연소실 내 열발생량을 후분사 시기별로 복수 회 검출하는 열발생량 검출부 및, 상기 복수의 검출된 열발생량 데이터를 정규화 열발생량으로 정규화하는 정규화부를 포함하며, 상기 정규화 열발생량은 상기 후분사에 의한 연소 상태 검출을 위해 상기 후분사 시기별로 각각의 후분사 이후 열발생량인 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의한 디젤엔진의 후분사 연소 검출시스템 및 그 방법을 이용하면, 후분사 이후 연소상태를 보다 정확하게 검출할 수 있으며, 나아가 후분사 이후 연소상태 검출을 위한 정규화 열발생량을 설정하여 효과적으로 용이하게 후분사 시기를 제어할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디젤엔진의 후분사 연소 검출시스템의 블록도이다.
도 2은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디젤엔진의 후분사 연소 상태를 검출하기 위한 과정 순서도이다.
도 3는 본 발명의 일 실시 예에 따른 후분사 시기별 크랭크각도(Crank angle, ATDC)에 따른 열발생률(ROHR)을 도시한 그래프이다.
도 4은 도 3에 도시된 그래프를 적분하여 도출한 후분사 시기별 크랭크각도에 따른 열발생량(HR)을 도시한 그래프이다.
도 5는 도 4에서 후분사 시기별로 후분사 이후 열발생량만을 도출한 그래프이다.
도 6는 도 5에 도시된 그래프를 정규화하여 도출한 후분사 연소구간의 정규화 열발생량(Normalized HR) 그래프이다.
도 7은 도 6와의 비교 그래프로서, 도 4에 도시된 크랭크각도에 따른 열발생량를 연소 전 구간에 대하여 정규화하여 도출한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 후분사 연소구간의 열발생량(HR)과 본 발명의 비교대상인 연소 전 구간에서의 열발생량(HR')을 도시한 그래프이다.
도 9은 본 발명의 일 실시 예에 따른 후분사 시기별 정규화 열발생량 0.3일 때 크랭크각도에 따른 후분사 이후 최대 열발생률 발생 시기와의 상관관계 그래프이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다 다만 본 발명을 설명함에 있어서 이미 공지된 기능, 혹은 구성에 대한 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디젤엔진의 후분사 연소 검출시스템의 블록도이고, 도 2은 본 발명의 일 실시 예에 따른 디젤엔진의 후분사 연소 상태를 검출하기 위한 과정 순서도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 디젤엔진의 후분사 연소 검출시스템은 컴퓨터 시스템으로서, 디젤엔진의 연소실 내에서 연료 주분사 후 후분사가 실시되는 연소과정 동안 크랭크각도에 따른 연소실 내 열발생량을 후분사 시기별로 복수 회 검출하는 열발생량 검출부(30) 및, 상기 복수의 검출된 열발생량 데이터를 정규화 열발생량으로 정규화하는 정규화부(40)를 포함한다.
먼저, 상기 크랭크각도에 따른 열발생량(HR)은 크랭크각도를 기준으로 연소순간마다 디젤엔진의 연소실 내에서 발생되는 열량의 적분값으로서, 상기 열발생량 검출부(30)는 연소과정 동안 열발생률 검출부(20)에 의해 검출되는 크랭크각도에 따른 열발생률(ROHR)를 기 설정된 수학적 알고리즘 등에 의해 적분하여 상기 크랭크각도에 따른 열발생량(HR)를 산출토록 이루어진 컴퓨터 시스템의 일부이다.
상기 크랭크각도에 따른 열발생률(ROHR)은 연소실 내 연소압력과 발생열의 열역학적 상관관계 등의 연산처리에 의해 획득되는 데이터로서, 상기 열발생률 검출부(20)는 연소압력 측정부(10)에 측정되는 연소압력 데이터를 크랭크각도에 따른 열발생률(ROHR) 데이터로 변환토록 이루어진 컴퓨터 시스템의 일부이다.
상기 연소압력 측정부(10)는 연소과정 동안 연소실에 장착된 압력센서 등을 통해 직접 측정된 연소압력을 크랭크각도에 따라 검출하여 그 검출 결과를 컴퓨터 시스템적으로 상기 열발생률 검출부(20)로 전송토록 이루어진다.
그리고, 상기 정규화부(40)는 기 설정된 수학적 알고리즘 등에 의해 후분사 시기별로 상기 크랭크각도에 따른 열발생량(HR)를 최대 열발생량(Qpost.max)를 기준으로 정규화 처리토록 이루어진다. 특히, 상기 정규화부(40)는 후분사 시기별로 각각의 후분사 이후 연소구간의 열발생량만을 대상으로 연산처리토록 설정된 것을 특징으로 한다.
상기 정규화부(40)에 의해 검출된 후분사 시기별 크랭크각도에 따른 정규화 열발생량(Normalized HR) 데이터는 컴퓨터 시스템적으로 연소상태의 비교, 분석 등이 이루어질 수 있도록 연소상태 분석부(50)로 전송될 수 있다.
상기 연소상태 분석부(50)는 디젤엔진차량의 배기시스템에 장착된 후처리장치 중 하나인 DPF 필터의 재생을 위한 최적의 후분사 시기 분석을 목적으로 알고리즘이 이루어질 수 있다.
상기한 시스템에 의한 후분사 연소 상태를 검출하는 과정은 디젤엔진의 연소과정이 개시하여 먼저, 압력센서 등에 의해 크랭크각도에 따른 연소실 내 연소압력을 측정하고(S10), 측정된 연소압력으로부터 크랭크각도에 따른 연소실 내 열발생률(ROHR)을 검출하며(S20), 검출된 열발생률을 대략 연소구간에 대하여 적분함으로써 크랭크각도에 따른 열발생량(HR)을 검출하며(S30), 검출된 열발생량(HR)을 정규화 열발생량(Normalized HR)으로 정규화하는 순서로 이루어진다(S40). 이러한 검출 과정은 후분사가 실시되는 크랭크각도, 즉 후분사 시기별로 후분사에 의한 연소 상태를 검출하기 위해, 후분사 시기만을 변수로 설정하고 이외 주분사 시기 및 연료량, 연소사이클, rpm, 제동평균유효압력(BMEP), 후분사 연료량 등의 운전조건을 동일하게 설정하여 연소과정을 복수 회 반복 실시한다. 나아가, 소정의 정규화 열발생량을 기준값으로 설정하여 후분사 시기별 후분사 이후 연소상태를 비교 분석함으로써 후분사 시기 등을 검출 제어할 수 있다(S50).
이하, 상기한 검출시스템을 각 단계별로 보다 구체적으로 설명한다.
먼저, 분사 시기별 크랭크각도에 따른 열발생률(ROHR) 검출단계를 도 3를 참고하여 설명하면 다음과 같다.
도 3는 디젤엔진의 주분사 후 후분사가 실시되는 연소과정에 있어서, 후분사 시기별 크랭크각도(Crank angle, ATDC)에 따른 열발생률(ROHR)을 도시한 그래프이다.
도 3에 도시된 바와 같이 크랭크각도에 따른 열발생률(ROHR)을 검출하는 방안 중 하나로는 연소실 내 연소압력을 이용할 수 있다. 연소실에 압력센서 등을 장착함으로써 이 압력센서 등으로부터 크랭크각도에 따른 연소압력을 검출하고, 압력과 열량의 열역학적 상관관계에 따라 크랭크각도에 따른 열발생률(ROHR)을 연산하여 검출할 수 있다. 특히, 후분사는 주분사의 연소과정 중간에 2차적으로 연료분사가 되는 과정으로서, 실질적으로 후분사 이후 연소상태가 주분사에 의한 연소상태에 따라 달라지는바, 후분사 이후 연소상태를 보다 정확하게 검출하기 위해 연소 전 구간을 대상으로 열발생률을 검출하는 것을 특징으로 한다. 즉, 크랭크각도 '0deg(°)'를 전후로 1차적으로 엔진의 연소실로 주분사에 의한 연료가 유입되면, 분사된 연료가 고압으로 압축된 분위기 속에서 압축 착화,연소되면서 열을 발생시킴을 알 수 있다. 이때 주분사에 의한 연료의 폭발적인 연소로 인해 연소실 내 열발생률(ROHR)이 급격하게 상승되어 크랭크각도 '10°' 전후에서 정점(1nd)에 도달하였다가 주분사에 의한 연료가 대부분 연소됨에 따라 열발생률(ROHR)의 증가추세가 서서히 감소한다.
그리고, 주분사에 의한 열발생률(ROHR)의 증가추세가 감소되는 중에 2차적으로 엔진의 연소실로 후분사에 의한 연료가 유입되어 연소되면서 연소실 내 열발생률(ROHR)이 다시 급격하게 상승되었다가 서서히 감소되면서 연소과정이 종료된다. 이때, 후분사 시기에 따라 후분사 이후 2차적으로 열발생률(ROHR)이 최대가 되는 크랭크각도인 2차 최정점(2nd) 시기가 달라짐을 볼 수 있다. 또한, 후분사 분사량은 제어하고자 하는 DPF 재생온도 등에 따라 결정되지만 후분사 시기에 상관없이 그 분사량은 일정하게 공급되는데, 후분사 시기에 따라 후분사 이후 최대 열발생률(ROHR)은 물론 전반적으로 열발생률(ROHR)에 차이가 생김을 알 수 있다. 도 3는 후분사 시기가 각각 'ATDC 25,30,35,40,45,50,55'로 설정된 예이다.
다음, 후분사 시기별 크랭크각도에 따른 열발생량(HR)을 도출하는 단계를 도 4 및 도 5를 참고하여 설명하면 다음과 같다.
도 4은 도 3에 도시된 후분사 시기별 크랭크각도에 따른 열발생률(ROHR)을 적분하여 도출한 후분사 시기별 크랭크각도에 따른 열발생량(HR)을 도시한 그래프이고, 도 5는 도 4에 도시된 그래프에서 후분사 시기별로 후분사 이후 열발생량만을 도출한 그래프이다.
크랭크각도에 따른 열발생량(HR)은 노이즈 및 편차 등을 제거하기 위한 과정으로서, 다음과 같은 [수학식 1]로부터 도출될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112014037644014-pat00001
여기서, Qpost는 크랭크각도에 따른 열발생량이고, Q는 열발생률, θ는 크랭크각도이다.
특히, 본 발명은 크랭크각도에 따른 연소 전 구간에서 후분사 이전 연소구간을 제외하고 후분사 이후 연소구간만을 대상으로 검출 데이터를 필터링(filtering)하는 과정을 포함한다. 즉, 본 발명은 데이터 필터링을 위해 상술한 [수학식 1]을 다음와 같은 [수학식 2]로 변형 적용함으로써 후분사 연소구간의 열발생량을 도출하게 된다.
[수학식 2]
HR :
Figure 112014037644014-pat00002
여기서, Qpost는 크랭크각도에 따른 열발생량이고, Q는 열발생률, θ는 크랭크각도, CApost는 후분사 시점 크랭크각도이다.
따라서, 주분사 시기 등 동일한 실질적인 운전조건 모델 하에서 후분사 연소상태를 검출하되, 후분사 시기가 달라짐에 따라 후분사 시기별로 후분사 이후 연소구간의 시작점, 즉 후분사 이후 연소구간이 달라짐에 착안하여 변수인 후분사 시기별 후분사 이후 연소구간만을 필터링함으로써 후분사 시기별 후분사 이후 연소구간의 연소상태만을 보다 정확하게 검출할 수 있다. 또한, 정규화 단계 전에 미리 데이터를 필터링함으로써 후술할 본 발명에 따른 정규화 열발생량(Normalized HR)(이하, '후분사 연소구간 정규화 열발생량'이라 함) 도출에 불필요한 데이터를 제거할 수 있어 보다 신속하고 정확하게 후분사 연소구간 정규화 열발생량(Normalized HR)을 도출할 수 있게 된다.
다음으로, 상기 데이터 필터링 과정을 통해 도출된 열발생량(HR)을 정규화하는 과정을 도 6 및 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 6는 도 5에 도시된 데이터 필터링에 따른 후분사 시기별 후분사 연소구간의 열발생량(HR)으로부터 도출된 후분사 연소구간의 정규화 열발생량(Normalized HR)이다. 즉, 정규화 과정은 다음의 [수학식 3]과 같이 후분사 시기별로 후분사 연소구간의 열발생량 중 최대 열발생량에 대비 각 크랭크각도에 따른 열발생량을 산출함으로써 후분사 시기별 크랭크각도에 따른 정규화 열발생량 그래프를 도출하게 된다.
[수학식 3]
Figure 112014037644014-pat00003
여기서, Qpost는 후분사 시기별 후분사 이후 연소구간에서의 열발생량이고, Qpost,max는 후분사 시기별 후분사 이후 연소구간에서의 최대 열발생량이다.
따라서, 도 6에 도시된 후분사 연소구간 정규화 열발생량은 도 5에 도시된 후분사 연소구간 열발생량과 비교하여 후분사 시기별 왜곡 현상없이 상응하는 열발생량 양상이 도출될 수 있다.
이러한 데이터 필터링에 의한 특징으로 인한 왜곡현상방지 작용효과는 도 6와 도 7을 비교함으로써 자명하게 나타낼 수 있다. 즉, 도 7은 본 발명과의 비교 그래프로서 도 4에 도시된 크랭크각도에 따른 열발생량(HR)를 본 발명과 달리 데이터 필터링 과정없이 주분사 이후 연소 전 구간을 정규화하여 도출한 것으로서, 후분사 이후 연소구간에서 도 4에 도시된 열발생량과 현격하게 상이한 양상으로 도출되었다. 이로부터 본 발명은 데이터 필터링 과정에 의해 데이터 왜곡현상을 방지함으로써 후분사 연소상태를 보다 정확하게 도출할 수 있는 발명임을 보여줄 수 있다. 즉, 도 8은 본 발명인 후분사 연소구간의 열발생량(HR)과 본 발명의 비교대상인 연소 전 구간에서의 열발생량(HR')을 도시한 그래프이다. 본 발명은 후분사 시기별로 후분사 이후 연소구간만을 대상으로 후분사 시기별 후분사 이후 연소상태를 검출함으로써 동일 조건 하에서 후분사된 연료가 연소되는 정도를 추정하여 비교, 분석할 수 있다. 반면, 연소 전 구간의 열발생량(HR')을 정규화할 경우 후분사 이전 연료의 연소상태가 영향을 미쳐 데이터 왜곡현상이 발생되게 된다.
따라서, 본 발명에 따라 검출된 후분사 연소구간의 정규화 열발생량 데이터를 이용하여 후분사 이후 연료의 연소 정도 분포를 통해 후분사 이후 연소상태를 정확하게 검출하고 후분사 시기별로 비교 분석함으로써 후분사 시기를 제어하는데 이용할 수 있다.
아울러, 상기와 같이 도출된 후분사 연소구간의 정규화 열발생량(Normalized HR), 즉 후분사 이후 연료의 연소 정도와 후분사 이후 최대 열발생률 시기와의 상관관계를 시행착오법에 의해 회귀분석한 결과, 후분사 연소구간의 정규화 열발생량(Normalized HR)의 0.25 ~0.35 범위 내 크랭크각도와 후분사 이후 열발생률이 최대인 크랭크각도가 상호 대응됨을 볼 수 있다. 즉, 도 9은 운전조건 별로 후분사 시기별 정규화 열발생량이 0.3(MFBP30)일 때 크랭크각도와 후분사 이후 최대 열발생율 시기 즉, 후분사 이후 최대 열발생률 발생 시점 크랭크각도(Location of HR 2nd peak) 간 상관관계에 따른 회귀직선 그래프이다. 도 9을 참조하면, 회귀분석법의 R2(R square, 회귀식의 설명력)가 대략 0.96으로서 1에 상당히 가까움을 알 수 있으며 이로부터 정규화 열발생량이 0.3일 때의 시기와 후분사 이후 최대 열발생율 시기가 매우 강한 선형 상관관계임을 알 수 있다. 이로부터 소정의 정규화 열발생량(즉, 0.25~0.35 정규화 열발생량)을 기준값으로 설정하여 후분사 이후 최대 열발생률 시기, 후분사 시기와 최대 열발생률 시기 간 편차 등을 비교 분석함으로써 용이하고 효과적으로 후분사 시기 등을 제어할 수 있게 된다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다
ROHR: 열발생률
HR: 열발생량
Normalized HR: 정규화 열발생량
10: 연소압력 측정부
20: 열발생률 검출부
30: 열발생량 검출부
40: 정규화 처리부
50: 연소상태 분석부

Claims (9)

  1. 연료 주분사 후 후분사가 실시되는 연소과정 동안 크랭크각도에 따른 연소실 내 열발생량을 후분사 시기별로 복수 회 검출하며, 후분사 이후 연소 상태를 검출하기 위해 연소과정 전 구간의 열발생량을 검출하되, 열발생률 검출부에 의해 검출되는 상기 크랭크각도에 따른 열발생률을 적분하여 상기 열발생량을 검출하는 열발생량 검출부;
    상기 복수의 검출된 열발생량 데이터를 정규화 열발생량으로 정규화하여, 상기 후분사 시기별로 각각의 후분사 이후 연소구간의 열발생량을 정규화하는 정규화부; 및
    상기 정규화부에 의해 검출된 후분사 시기별 크랭크각도에 따른 정규화 열발생량(Normalized HR)의 데이터로부터, 디젤엔진차량의 배기시스템에 장착된 후처리장치 중 하나인 DPF 필터의 재생을 위한 최적의 후분사 시기를 분석하는 연소상태 분석부;
    를 포함하고,
    상기 크랭크각도에 따른 연소 전 구간에서 후분사 이전 연소구간을 제외하고 후분사 이후 연소구간만을 대상으로 검출된 데이터를 필터링하되,
    상기 후분사 연소구간의 정규화 열발생량 내의 크랭크 각도와 상기 후분사 이후 열발생률이 최대인 크랭크각도가 상호 대응되도록 상기 후분사 시기별 연소 상태를 분석하기 위한 기준이 되는 정규화 열발생량은 0.25~0.35이고,
    상기 분석 기준이 되는 정규화 열발생량은 시행착오방법으로 상기 후분사 시기별 정규화 열발생량과 후분사 이후 최대 열발생률 발생 시점 크랭크각도 간 상관관계 회귀분석에 의해 설정하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 후분사 연소 검출시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    연소 압력센서를 통해 연소실 내 크랭크각도에 따른 연소 압력을 측정하는 연소압력 측정부를 더 포함하며,
    상기 열발생률 검출부는 상기 크랭크각도에 따른 연소압력으로부터 상기 열발생률을 검출하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 후분사 연소 검출시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 연료 주분사 후 후분사가 실시되는 연소과정 동안 크랭크각도에 따른 연소실 내 열발생량을 후분사 시기별로 복수회 검출하는 단계;
    상기 후분사 이후 연소 상태를 검출하기 위해 연소과정 전 구간의 열발생량을 검출하는 단계;
    검출된 열발생률을 적분하여 크랭크각도에 따른 열발생률을 검출하는 단계;
    상기 복수의 검출된 열발생량 데이터를 정규화 열발생량으로 정규화하여, 상기 후분사 시기별로 각각의 후분사 이후 연소구간의 열발생량을 정규화하는 단계;
    상기 정규화하는 단계에 의해 검출된 후분사 시기별 크랭크각도에 따른 정규화 열발생량 데이터로부터, 디젤엔진차량의 배기시스템에 장착된 후처리 장치 중 하나인 DPF 필터의 재생을 위한 최적의 후분사 시기를 분석하는 단계; 및
    상기 크랭크각도에 따른 연소 전 구간에서 후분사 이전 연소구간을 제외하고 후분사 이후 연소구간만을 대상으로 검출된 데이터를 필터링하는 단계;
    를 포함하되,
    상기 후분사 연소구간의 정규화 열발생량 내의 크랭크 각도와 상기 후분사 이후 열발생률이 최대인 크랭크각도가 상호 대응되도록 상기 후분사 연소구간의 정규화 열발생량 0.25~0.35를 기준으로 후분사 시기별 최대 열발생률 시기를 검출하는 단계; 를 더 포함하고,
    상기 분석 기준이 되는 정규화 열발생량은 시행착오방법으로 상기 후분사 시기별 정규화 열발생량과 후분사 이후 최대 열발생률 발생 시점 크랭크각도 간 상관관계 회귀분석에 의해 설정하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 후분사 연소 검출방법.
  9. 삭제
KR1020140047355A 2014-04-21 2014-04-21 디젤엔진의 후분사 연소 검출시스템 및 그 방법 KR101603756B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140047355A KR101603756B1 (ko) 2014-04-21 2014-04-21 디젤엔진의 후분사 연소 검출시스템 및 그 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140047355A KR101603756B1 (ko) 2014-04-21 2014-04-21 디젤엔진의 후분사 연소 검출시스템 및 그 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150122813A KR20150122813A (ko) 2015-11-03
KR101603756B1 true KR101603756B1 (ko) 2016-03-15

Family

ID=54598966

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140047355A KR101603756B1 (ko) 2014-04-21 2014-04-21 디젤엔진의 후분사 연소 검출시스템 및 그 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101603756B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110276255A1 (en) * 2010-05-07 2011-11-10 Gm Global Technology Operations, Inc. Method of multiple injection timing control

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101189486B1 (ko) * 2010-09-30 2012-10-12 한양대학교 산학협력단 엔진의 연소 위상 검출 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110276255A1 (en) * 2010-05-07 2011-11-10 Gm Global Technology Operations, Inc. Method of multiple injection timing control

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150122813A (ko) 2015-11-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8528521B2 (en) Method and device for closed-loop combustion control for an internal combustion engine
JP5773059B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP6312618B2 (ja) 内燃機関の制御装置及び異常燃焼検出方法
EP2949909B1 (en) Device for controlling internal combustion engine
JP6213525B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP5115661B2 (ja) 内燃機関の熱発生率推定装置
KR102103046B1 (ko) 내연 기관의 측정 및 추정된 내부 실린더 압력값에 기초하여 자기 점화를 검출하기 위한 방법 및 장치
KR102080959B1 (ko) 내연 기관의 측정된 및 추정된 내부 실린더 압력 값에 기초하여 자기 점화를 검출하기 위한 방법 및 장치
CN103256166B (zh) 内燃机的爆震控制装置
JP6182558B2 (ja) 内燃機関の燃焼ノッキングを認識するための方法
US9790854B2 (en) Device for controlling in-cylinder pressure sensor
JP5502176B2 (ja) 内燃機関の制御装置
US11268425B2 (en) Determination of an ash loading of a particulate filter for an internal combustion engine
JP2017002831A (ja) 内燃機関の異常検出装置
JP5278053B2 (ja) エンジンの制御装置
KR101603756B1 (ko) 디젤엔진의 후분사 연소 검출시스템 및 그 방법
JP3894442B2 (ja) 内燃機関制御装置
KR101795376B1 (ko) 선택적인 엔진 파라미터 분석을 수행하는 방법 및 장치
JP2010174706A (ja) 内燃機関の制御装置
JP6365158B2 (ja) 筒内圧検出装置
JP6225852B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP2015068188A (ja) 気筒休止状態判定装置
JP2013133801A (ja) 内燃機関の制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
E90F Notification of reason for final refusal
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee