KR101604023B1 - 직분사 및 포트분사 시스템의 연료분사 제어방법 - Google Patents

직분사 및 포트분사 시스템의 연료분사 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 직분사 및 포트분사 시스템의 연료분사 제어방법에 관한 것으로서, 특히 직분사와 포트분사를 함께 수행하는 시스템에서 입자상 물질의 발생을 저감시킬 수 있는 직분사 및 포트분사 시스템의 연료분사 제어방법에 관한 것이다.
본 발명의 직분사 및 포트분사 시스템의 연료분사 제어방법은, 엔진에 공급되는 연료를 직분사인젝터와 포트분사인젝터를 통해 미리 설정된 연료분사비율로 분사하는 직분사 및 포트분사 시스템의 연료분사 제어방법에 있어서, 직분사인젝터와 포트분사인젝터를 통해 동시에 연료를 함께 분사하는 직분사 및 포트분사모드에서, 직분사의 연료분사시간 또는 포트분사의 연료분사시간 중 어느 하나 이상이 미리 설정된 임계치 이하이면, 직분사의 연료분사시간 및 포트분사의 연료분사시간이 미리 설정된 임계치를 초과하도록 직분사와 포트분사의 상기 연료분사비율을 변경하는 것을 특징으로 한다.

Description

직분사 및 포트분사 시스템의 연료분사 제어방법 { FUEL INJECTION CONTROL METHOD FOR GASOLINE DIRECT INJECTION AND PORT FUEL INJECTION ENGINE SYSTEM }
본 발명은 직분사 및 포트분사 시스템의 연료분사 제어방법에 관한 것으로서, 특히 직분사와 포트분사를 함께 수행하는 시스템에서 입자상 물질의 발생을 저감시킬 수 있는 직분사 및 포트분사 시스템의 연료분사 제어방법에 관한 것이다.
직분사 엔진은 실린더 내부로 연료를 분사함으로써, 연료의 잠열로 인한 노킹 저감, 충진 효율 증대, 이에 따른 출력 증가 및 연비개선 등의 많은 장점이 있다.
그러나, 연료를 실린더 내부에 직접 분사하기 때문에, 냉간 및 발진 등의 운전영역에서 해당 분사 연료가 실린더 내부 벽면 및 흡배기 밸브에 묻는 액면효과로 인하여 포트분사시스템보다 많은 입자상 물질(PM, PN)이 발생하게 된다.
이에 유로6부터는 배기가스 규제에 입자상 물질을 규제할 예정이며, 현 양산시스템에서는 이 규제를 맞추기에 역부족인 상황이다.
따라서, 직분사시스템과 포트분사시스템이 같이 적용된 직분사 및 포트분사 시스템이 선행개발되어 진행중이다.
공연비를 위한 연료를 직분사 및 포트분사 시스템을 이용하여 분사할 경우, 연료량이 일정 비율로 직분사와 포트분사로 나뉘어 분사되게 되는데, 직분사 또는 포트분사 중 어느 한쪽의 비율이 너무 낮으면 설계 사양에 규정된 최소 연료 분사 시간(임계치)을 충족하게 못하게 된다.
따라서 이 경우에는 농후 또는 희박하게 연료를 분사할 수 없어 비제어 요인이 되고, 이로 인해 입자상 물질 증가를 초래하게 된다.
또한, 변속 또는 클러치의 인가 등에 의한 부하 변동 영역에 대하여 그 해당 영역이 짧은 시간 동안 자주 변경됨에 따라, 분사모드가 짧은 시간동안 자주 바뀌어야 하는바, 안정적인 시스템을 기대하기가 어렵다.
일본공개특허 2011-026969 일본공개특허 2012-202209
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 직분사 및 포트분사 시스템에서 인젝터의 분사시간이 임계치 이하가 되지 않도록 하여 안정적인 공연비 제어를 지속적으로 할 수 있고 입자상 물질의 발생을 저감시킬 수 있으며, 변속시 발생할 수 있는 운전영역의 빠른 변경에 따른 연료분사모드의 변화를 최소화하여 연료분사모드의 잦은 변경을 막을 수 있는 직분사 및 포트분사 시스템의 연료분사 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 직분사 및 포트분사 시스템의 연료분사 제어방법은, 엔진에 공급되는 연료를 직분사인젝터와 포트분사인젝터를 통해 미리 설정된 연료분사비율로 분사하는 직분사 및 포트분사 시스템의 연료분사 제어방법에 있어서, 직분사인젝터와 포트분사인젝터를 통해 동시에 연료를 함께 분사하는 직분사 및 포트분사모드에서, 직분사의 연료분사시간 또는 포트분사의 연료분사시간 중 어느 하나 이상이 미리 설정된 임계치 이하이면, 직분사의 연료분사시간 및 포트분사의 연료분사시간이 미리 설정된 임계치를 초과하도록 직분사와 포트분사의 상기 연료분사비율을 변경하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 엔진 운전 영역에 따라 직분사 및 포트분사의 연료분사비율을 정하는 분사비율결정단계와; 상기 연료분사비율에 따라 미리 설정된 기준값에 의해 직분사만 수행하는 직분사모드, 포트분사만 수행하는 포트분사모드, 직분사 및 포트분사를 함께 수행하는 직분사 및 포트분사모드 중 어느 하나를 채택하는 분사모드채택단계와; 각 모드에 따라 직분사인젝터를 통해 분사하는 제1연료량 및 제1연료분사시간과, 상기 포트분사인젝터를 통해 분사하는 제2연료량 및 제2연료분사시간을 각각 산출하는 산출단계와; 상기 직분사 및 포트분사모드인지 여부를 판단하는 분사모드판단단계와; 상기 직분사 및 포트분사모드인 경우, 산출된 상기 제1연료분사시간이 미리 설정된 제1임계치를 초과하는지 및 상기 제2연료분사시간이 미리 설정된 제2임계치를 초과하는지 여부를 판단하는 임계치판단단계와; 상기 제1연료분사시간 및 제2연료분사시간이 각각 상기 제1임계치와 제2임계치를 초과하면, 상기 직분사인젝터 및 포트분사인젝터를 각각 구동하여 연료를 분사하는 분사단계와; 상기 제1연료분사시간이 상기 제1임계치 이하 또는 상기 제2연료분사시간이 상기 제2임계치 이하이면, 상기 제1연료분사시간 및 제2연료분사시간이 각각 상기 제1임계치 및 제2임계치를 초과하도록 미리 설정된 보정맵에 따라 직분사 및 포트분사의 연료분사비율을 보정하는 보정단계를 포함하여 이루어지되, 상기 보정단계에 의해 상기 연료분사비율이 보정되면, 상기 산출단계를 다시 수행하도록 한다.
상기 분사비율결정단계에서는 미리 설정된 분사모드연산맵에 의해 연료분사비율을 정하되, 상기 분사모드연산맵은 엔진회전수 및 엔진부하의 조건에 따라 산출된다.
또한, 본 발명은, 클러치의 인가 또는 변속기의 변속여부에 따라 일정시간 동안 상기 연료분사비율의 변화정도를 필터링한 후 미리 설정된 최종시간의 연료분사비율을 상기 분사모드채택단계에 입력되는 상기 연료분사비율로 변경하는 연료분사비율변경단계를 더 포함하여 이루어지되, 상기 연료분사비율변경단계에서는, 클러치 인가 또는 변속기의 변속시의 최종시간(t1)이 상기 클러치 미인가 및 변속기의 미변속시의 최종시간(t2)보다 길어, 클러치 인가 또는 변속기의 변속시에 상기 분사모드채택단계에 입력되는 상기 연료분사비율의 잦은 변화를 방지하도록 한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 직분사 및 포트분사 시스템의 연료분사 제어방법에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
직분사 및 포트분사 시스템에서 인젝터의 연료분사시간이 미리 설정된 임계치 이하가 되지 않도록 하여 안정적인 공연비 제어를 지속적으로 할 수 있고 그에 따라 입자상 물질의 발생을 저감시킬 수 있다.
또한, 변속시 발생할 수 있는 운전영역의 빠른 변경에 따른 연료분사모드의 변화를 최소화하여 연료분사모드의 잦은 변경을 막을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 직분사 및 포트분사 시스템의 연료분사 제어방법의 순서도,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 직분사 및 포트분사 시스템의 연료분사 제어방법의 순서도,
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 직분사 및 포트분사 시스템의 연료분사 제어방법의 순서도이다.
본 발명은, 엔진에 공급되는 연료를 직분사인젝터와 포트분사인젝터를 통해 미리 설정된 연료분사비율로 분사하는 직분사 및 포트분사 시스템의 연료분사 제어방법에 있어서, 직분사인젝터와 포트분사인젝터를 통해 동시에 연료를 함께 분사하는 직분사 및 포트분사모드에서, 직분사의 연료분사시간 또는 포트분사의 연료분사시간 중 어느 하나 이상이 미리 설정된 임계치 이하이면, 직분사의 연료분사시간 및 포트분사의 연료분사시간이 미리 설정된 임계치를 초과하도록 직분사와 포트분사의 상기 연료분사비율을 변경하는 것을 주요특징으로 한다.
이를 위해 본 발명은 구체적으로 도 1에 도시된 바와 같이, 분사비율결정단계(S10)와, 분사모드채택단계(S30)와, 산출단계(S40)와, 분사모드판단단계(S50)와, 임계치판단단계(S60)와, 분사단계(S70)와, 보정단계(S80)를 포함하여 이루어진다.
상기 분사비율결정단계(S10)는 엔진 운전 영역에 따라 직분사 및 포트분사의 연료분사비율을 정하는 단계이다.
즉, 상기 분사비율결정단계(S10)에서는 엔진의 운전 영역에 따라 미리 설정된 분사모드연산맵에 의해, 직분사에 따른 연료분사비율과 포트분사에 따른 연료분사비율을 정한다.
이때, 상기 분사모드연산맵은 다양한 실험 등을 통해 엔진회전수 및 엔진부하의 조건에 따라 미리 산출되어 있다.
구체적으로 상기 분사모드연산맵을 살펴보면, 엔진부하량이 작거나 엔진회전수가 높으면 직분사의 비율을 100%, 포트분사의 비율을 0%로 한다.
그리고, 엔진부하량이 크고 엔진회전수가 작으면 직분사의 비율을 0%, 포트분사의 비율을 100%로 한다.
그 외의 구간에서는 직분사와 포트분사가 함께 분사되는 비율로 상기 연료분사비율이 정해져 있다.
위와 같은 상기 분사모드연산맵은 위에서 설명한 것이 절대적이지 않고, 다양한 실험을 통해 변경될 수 있다.
상기 분사모드채택단계(S30)는, 상기 연료분사비율에 따라 미리 설정된 기준값에 의해 직분사만 수행하는 직분사모드, 포트분사만 수행하는 포트분사모드, 직분사 및 포트분사를 함께 수행하는 직분사 및 포트분사모드 중 어느 하나를 채택한다.
예를 들어, 상기 연료분사비율에서 직분사의 비율이 30%이하이면 포트분사모드를 채택하고, 직분사의 비율이 80%이상이면 직분사모드를 채택하며, 직분사의 비율이 30~80%이면 직분사 및 포트분사모드를 채택한다.
상기 산출단계(S40)는 각 모드에 따라 직분사인젝터를 통해 분사하는 제1연료량 및 제1연료분사시간과, 상기 포트분사인젝터를 통해 분사하는 제2연료량 및 제2연료분사시간을 각각 산출하는 단계이다.
상기 분사모드채택단계(S30)에서 직분사모드를 채택한 경우에는 상기 포트분사인젝터를 통해 분사하는 제2연료량 및 제2연료분사시간은 '0'이 되고, 포트분사모드를 채택한 경우에는 상기 직분사인젝터를 통해 분사하는 제1연료량 및 제1연료시간은 '0'이 된다.
그리고, 상기 분사모드채택단계(S30)에서 상기 직분사 및 포트분사모드를 채택한 경우에는, 상기 제1연료량 및 제1연료분사시간, 제2연료량 및 제2연료분사시간이 모두 산출되게 된다.
상기 분사모드판단단계(S50)는 상기 분사모드채택단계(S30)에서 채택한 분사모드가 상기 직분사 및 포트분사모드인지 여부를 판단하는 경우이다.
상기 분사모드판단단계(S50)에서 상기 직분사 및 포트분사모드라 아니라고 판단하는 경우 즉 상기 직분사모드 또는 포트분사모드인 경우에는, 상기 분사단계(S70)로 이동하여 그에 따른 인젝터를 통해 연료를 분사하면 된다.
그리고, 상기 분사모드판단단계(S50)에서 상기 직분사 및 포트분사모드라고 판단한 경우에는, 상기 임계치판단단계(S60)를 수행한다.
상기 임계치판단단계(S60)는 산출된 상기 제1연료분사시간이 미리 설정된 제1임계치를 초과하는지 및 상기 제2연료분사시간이 미리 설정된 제2임계치를 초과하는지 여부를 판단하는 단계이다.
상기 제1임계치 및 제2임계치는 실험 등을 통해 미리 설정된 값으로써, 직분사인젝터와 포트분사인젝터가 설계치에 대응되는 연료량을 원활하게 분사하여 작동될 수 있는 최소의 값을 의미한다.
상기 임계치판단단계(S60)에서, 상기 제1연료분사시간 및 제2연료분사시간이 각각 상기 제1임계치와 제2임계치를 초과하였다고 판단하면 상기 분사단계(S70)로 이동하고, 상기 제1연료분사시간이 상기 제1임계치 이하 또는 상기 제2연료분사시간이 상기 제2임계치 이하라고 판단되면 상기 보정단계(S80)로 이동한다.
상기 분사단계(S70)는 상기 직분사인젝터 및/또는 포트분사인젝터를 각각 구동하여 연료를 분사한다.
이러한 상기 분사단계(S70)에서는 상기 분사모드판단단계(S50)에서 상기 직분사 및 포트분사모드라 아니라고 판단하는 경우 즉 상기 직분사모드 또는 포트분사모드인 경우에, 그에 따른 직분사인젝터 또는 포트분사인젝터를 통해 연료를 엔진에 분사한다.
그리고, 상기 임계치판단단계(S60)에서 상기 제1연료분사시간 및 제2연료분사시간이 각각 상기 제1임계치와 제2임계치를 모두 초과하였다고 판단하며, 상기 직분사인젝터와 포트분사인젝터를 통해 연료를 분사한다.
상기 보정단계(S80)는 상기 임계치판단단계(S60)에서 상기 제1연료분사시간이 상기 제1임계치 이하 또는 상기 제2연료분사시간이 상기 제2임계치 이하라고 판단될 경우 수행되는 단계이다.
이러한 상기 보정단계(S80)에서는 상기 제1연료분사시간 및 제2연료분사시간이 각각 상기 제1임계치 및 제2임계치를 초과하도록 미리 설정된 보정맵에 따라 상기 직분사 및 포트분사의 연료분사비율을 보정한다.
상기 보정단계(S80)에 의해 상기 연료분사비율이 보정되면, 상기 산출단계(S40)를 다시 수행한다.
한편, 본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이, 연료분사비율변경단계(S20)를 더 포함하여 이루어질 수도 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 직분사 및 포트분사 시스템의 연료분사 제어방법의 순서도이다.
도 2에 도시된 직분사 및 포트분사 시스템의 연료분사 제어방법은, 도 1에 도시된 순서도와 비교하여 상기 연료분사비율변경단계(S20)가 추가된 점에 차이가 있다.
상기 연료분사비율변경단계(S20)는 상기 분사모드결정단계와 상기 분사모드채택단계(S30) 사이에 배치된다.
상기 연료분사비율변경단계(S20)는 클러치의 인가 또는 변속기의 변속여부에 따라 일정시간 동안 상기 분사비율결정단계(S10)에서 정해진 상기 연료분사비율의 변화정도를 필터링한 후 미리 설정된 최종시간에서의 연료분사비율을 최종 연료분사비율로 변경하여 이를 상기 분사모드채택단계(S30)에 입력한다.
이러한 상기 연료분사비율변경단계(S20)에서는 엔진에 공급되는 공기유량 및 클러치의 인가(변속기의 변속)여부에 따라 저역필터의 시상수를 변경하여, 상기 연료분사비율을 변경하게 된다.
구체적으로, 상기 연료분사비율변경단계(S20)에서는, 클러치 인가 또는 변속기의 변속시에 적용되는 상기 최종시간(t1)이, 상기 클러치 미인가 및 변속기의 미변속시에 적용되는 최종시간(t2)보다 길어, 클러치 인가 또는 변속기의 변속시에 상기 분사모드채택단계(S30)에 입력되는 상기 연료분사비율의 잦은 변화를 방지하도록 한다.
즉, 변속 및 클러치 인가 등의 부하 변동 영역에 대해서 그 해당 영역이 변경됨에 따라 상기 연료분사비율이 짧은 시간에 크게 변화될 경우, 상기 분사모드채택단계(S30)에서 분사모드를 짧은 시간 안에 자주 변경하게 되어 안정적인 시스템을 기대하기 어려운 경우가 있다.
그러나, 본 발명에서는 상기 연료분사비율변경단계(S20)에서 클러치 인가 또는 변속기의 변속시에 시상수값을 크게 하여, 상기 분사모드결정단계에서 정해진 연료분사비율이 짧은 시간 내에 많이 변화되어도 그에 따라 곧바로 상기 분사모드채택단계(S30)를 수행하지 않고, 미리 설정된 최종시간(t1)에 도달해서 그때의 연료분사비율을 최종 연료분사비율로 결정한 후 이를 상기 분사모드채택단계(S30)에 입력하게 되는바, 잦은 분사모드의 변환을 방지할 수 있어 시스템을 안정적으로 작동시킬 수 있다.
그외 다른 사항은 도 1에서 설명한 내용과 동일한 바, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
본 발명인 직분사 및 포트분사 시스템의 연료분사 제어방법은 전술한 실시예에 국한하지 않고, 본 발명의 기술 사상이 허용되는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
S10 : 분사비율결정단계, S20 : 연료분사비율변경단계,
S30 : 분사모드채택단계, S40 : 산출단계,
S50 : 분사모드판단단계, S60 : 임계치판단단계,
S70 : 분사단계, S80 : 보정단계.

Claims (4)

  1. 엔진에 공급되는 연료를 직분사인젝터와 포트분사인젝터를 통해 미리 설정된 연료분사비율로 분사하는 직분사 및 포트분사 시스템의 연료분사 제어방법에 있어서,
    엔진회전수 및 엔진부하의 조건에 따라 산출된 분사모드연산맵을 이용하여 직분사 및 포드분사의 연료분사비율을 정하는 분사비율결정단계와;
    상기 연료분사비율에 따라 미리 설정된 기준값에 의해 직분사만 수행하는 직분사모드, 포트분사만 수행하는 포트분사모드, 직분사 및 포트분사를 함께 수행하는 직분사 및 포트분사모드 중 어느 하나를 채택하는 분사모드채택단계와;
    각 모드에 따라 직분사인젝터를 통해 분사하는 제1연료량 및 제1연료분사시간과, 상기 포트분사인젝터를 통해 분사하는 제2연료량 및 제2연료분사시간을 각각 산출하는 산출단계와;
    상기 직분사 및 포트분사모드인지 여부를 판단하는 분사모드판단단계와;
    상기 직분사 및 포트분사모드인 경우, 산출된 상기 제1연료분사시간이 미리 설정된 제1임계치를 초과하는지 및 상기 제2연료분사시간이 미리 설정된 제2임계치를 초과하는지 여부를 판단하는 임계치판단단계와;
    상기 제1연료분사시간 및 제2연료분사시간이 각각 상기 제1임계치와 제2임계치를 초과하면, 상기 직분사인젝터 및 포트분사인젝터를 각각 구동하여 연료를 분사하는 분사단계와;
    상기 제1연료분사시간이 상기 제1임계치 이하 또는 상기 제2연료분사시간이 상기 제2임계치 이하이면, 상기 제1연료분사시간 및 제2연료분사시간이 각각 상기 제1임계치 및 제2임계치를 초과하도록 미리 설정된 보정맵에 따라 직분사 및 포트분사의 연료분사비율을 보정하는 보정단계를 포함하여 이루어지되,
    상기 보정단계에 의해 상기 연료분사비율이 보정되면, 상기 산출단계를 다시 수행하는 것을 특징으로 하는 직분사 및 포트분사 시스템의 연료분사 제어방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항1에 있어서,
    클러치의 인가 또는 변속기의 변속여부에 따라 일정시간 동안 상기 연료분사비율의 변화정도를 필터링한 후 미리 설정된 최종시간에서의 연료분사비율을 상기 분사모드채택단계에 입력되는 상기 연료분사비율로 변경하는 연료분사비율변경단계를 더 포함하여 이루어지되,
    상기 연료분사비율변경단계에서는,
    클러치 인가 또는 변속기의 변속시에 적용되는 상기 최종시간(t1)이 상기 클러치 미인가 및 변속기의 미변속시에 적용되는 최종시간(t2)보다 길어, 클러치 인가 또는 변속기의 변속시에 상기 분사모드채택단계에 입력되는 상기 연료분사비율의 잦은 변화를 방지하는 것을 특징으로 하는 직분사 및 포트분사 시스템의 연료분사 제어방법.

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