KR101655770B1 - 냉간 시동 시 연료 분사 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉간 시동 시 연료 분사 방법에 관한 것으로서, 분사 밸브가 흡기 포트 영역의 냉간 시동 환경에서 형성된 흡기 포트나 연소실 표면의 낮은 온도를 차폐하기 위하여 연료를 1차 분사하는 단계; 1차 분사된 연료가 액막 상태로 흡기 포트 영역의 벽을 감싸는 단계; 기 설정된 시간이 지난 후 연소실 영역으로 공급하기 위한 연료를 2차 분사하는 단계; 흡기 밸브가 열리고, 2차 분사한 연료가 실린더 안으로 공급되는 단계; 점화 플러그를 통하여 상기 연료와 공기 혼합물을 점화하는 단계; 를 포함하는 냉간 시동 시 연료 분사 방법에 관한 것이다.

Description

냉간 시동 시 연료 분사 방법 {Method of fuel injection during cold start}

본 발명은 포트 연료 분사 방식 엔진에서의 냉간 시동 시 연료 분사 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 냉간 시동 환경에서 형성된 흡기 포트의 낮은 온도를 차폐하기 위하여 연료 분사 장치로 연료를 1차 분사하는 단계; 1차 분사된 연료가 액막 상태로 흡기 포트 영역의 벽을 감싸는 단계; 기 설정된 시간이 지난 후 연소실 영역으로 공급될 연료를 2차 분사하는 단계; 흡기 밸브가 열리고, 2차 분사한 연료가 실린더 안으로 공급되는 단계; 점화 플러그를 통하여 상기 연료와 공기 혼합물을 점화하는 단계; 를 포함하는 냉간 시동 시 연료 분사 방법에 관한 것이다.

포트 연료 분사(Port Fuel Injection, PFI) 방식 또는 포트 분사 방식으로 칭하여지는 연료분사 방식을 채택한 엔진은 다양한 기후 조건을 갖는 각국에서, 다양한 연료(가솔린, 에탄올, 혼합연료 등)를 이용하고 있는데, 그 해당 연료의 연소 특성과 각국의 기후(특히 외기 온도)에 따라 시동성능에 차이가 발생된다. 특히, 기온이 매우 낮은 나라에서는 연료에 따라 그 특성은 다르지만, 대체적으로 시동 시 연료의 연소가 잘 일어나지 않아 시동 성능이 악화되는 '냉간시동 시 시동' 의 문제가 중요한 기술적 과제였으며, 때문에 냉간 시동성을 향상시키기 위한 많은 기술들이 개발되어 왔다.

종래의 단일 분사(Single Point Injection, SPI) 방식 엔진의 경우, 인젝터(injector)는 흡기 매니폴드가 분기되기 이전의 한 곳에 설치되며, 냉간 시동 시 연료의 온도보다 엔진 실린더와 흡기 매니폴드의 기온이 낮아서 발생하는 열 손실 현상이, 분사된 연료가 차가워진 흡기 매니폴드 벽면에 상대적으로 오랜 시간 체류하게 되므로 상대적으로 크게 발생하게 되고, 때문에 연료의 연소성능은 더욱 떨어지고 시동성능에 악영향을 주는 단점이 있다.

또한 종래의 다중 분사(Multi Point Injectio, MPI) 방식 엔진의 경우에는 엔진의 실린더 개수만큼의 인젝터가 각각의 흡기 매니폴드에 설치되며 각 실린더의 행정별로 연료 분사가 이루어지므로 단일 분사 방식 엔진의 경우보다는 열 손실에 의한 냉 시동성 문제가 덜하기는 하나, 매우 낮은 온도의 시동 환경에서는 차가워진 흡기 매니폴드와 연소실 벽면으로 인해 시동에 여전히 어려운 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 개발된 종래의 가열방식 인젝터 시스템(heated injector system)의 경우, 일반 시스템보다 연료의 온도는 높게 하여 냉간 시동성을 보완할 수 있지만, 높은 온도의 연료를 종래의 단일 분사 방식 엔진 시스템에 그대로 사용하게 되면 열 손실 현상이 여전히 발생하게 되어, 가열된 연료의 열에너지를 충분히 활용하지 못하게 되는 문제점이 있다.

위와 같이 인젝터에 히터를 일체화시키거나, 연료 공급 관로에 히터를 감아 연료 온도를 높여 무화를 촉진시키는 방법 이외에도 냉간 시동 시에는 상온 시동 시보다 연료량을 많이 투입시키거나, 냉 시동성이 좋은 연료로 연소를 개시시킨 후, 일반 연료로 전환시키는 기술 등이 개발되었으나, 냉 시동 환경에서 차가워진 엔진 부품들로 인해 발생되는 열 손실을 원천적으로 제거하는 기술은 개발되지 못한 실정이다.

한국공개특허 제 2005-0069275호

본 발명은, 포트 분사 방식 엔진에서의 냉간 시동 시 열 손실이 일어나는 흡기 포트 영역 및 연소실 영역에서의 열 손실을 줄일 수 있게 하는 기술을 구현하는 것을 해결 과제로 한다.

즉, 엔진의 각 실린더 직전 흡기매니폴드 영역의 차가운 매니폴드 벽면 온도를 차폐시키기 위해 연료를 1차 분사하여 분사된 연료가 액막 상태로 흡기 포트 영역의 벽을 감싸도록 하며, 기 설정된 시간이 지난 후 연소실 영역으로 공급될 연료를 2차 분사하여 흡기 포트 영역 및 연소실 영역에서의 열 손실을 줄일 수 있도록 한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 기술적 과제가 포함될 수 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 냉간 시동 시 연료 분사 방법은, 포트 연료 분사 방식의 엔진에 있어서 냉간 시동 시 연료 분사 방법에 관한 것으로서, (a) 냉간 시동 환경에서 형성된 흡기 포트나 실린더 벽면의 낮은 온도를 차폐하기 위하여 연료 분사 장치로 흡기 포트 영역에 연료를 1차 분사하는 단계; (b) 1차 분사된 연료가 액막 상태로 흡기 포트 영역의 벽을 감싸는 단계; (c) 기 설정된 시간이 지난 후 연소실 영역으로 공급하기 위한 연료를 2차 분사하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 냉간 시동 시 연료 분사 방법에 있어서, 흡기 포트 영역은 흡기 매니폴드 내 측면, 흡기밸브 상단면으로 둘러싸인 영역인 것을 특징으로 하고, 연소실 영역은, 실린더 내부에서, 피스톤이 상하로 동작하면서 형성하는 공간과 실린더 헤드 하부면으로 둘러싸인 것을 특징으로 하고, 내연 기관은 복수의 실린더를 포함하는 4행정 기관인 것을 특징으로 할 수 있다.

아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉간 시동 시 연료 분사 방법은, 연소실 영역으로 공급될 연료를 2차 분사하는 단계에 있어서, 배기 행정에서의 피스톤이 하사점에서 상사점으로 이동되는 경우, 피스톤이 전체 행정의 1/2 지점부터 3/4 지점의 사이에 위치하는 시점에서 연료의 2차 분사를 개시하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 냉간 시동 시 연료 분사 방법은, 연소실 영역으로 공급될 연료를 2차 분사하는 단계에 있어서, 배기 행정에서의 피스톤이 하사점에서 상사점으로 이동되는 경우, 피스톤이 전체 행정의 1/4 지점부터 1/2 지점의 사이에 위치하는 시점에서 연료의 2차 분사를 개시하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 냉간 시동 시 연료 분사 방법은, 복수의 실린더에 설치된 복수개의 분사 장치에 의해 냉간 시동 환경에서 형성된 흡기 포트나 연소실 표면의 낮은 온도를 차폐하기 위하여 동시에 연료가 1차 분사되거나, 복수의 실린더 각각에서 흡기 밸브가 각기 닫힌 직후, 연료가 1차 분사되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉간 시동 시 연료 분사 방법은, (d) 흡기 밸브가 열리고, 2차 분사된 연료가 실린더 안으로 공급되는 단계; (e) 점화 플러그에 의해 상기 연료와 공기 혼합물을 점화하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉간 시동 시 연료 분사 방법은, 시동이 정상적으로 진행되어 엔진이 동작하면, 1차 분사 없이 2차 분사만으로 내연 기관을 작동시키는 것을 특징으로 할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉간 시동 시 연료 분사 방법은, 이를 실행시키기 위한 제어 로직이 탑재된 컨트롤러로 구현될 수 있다.

본 발명은, 기존의 냉 시동 시 분사 제어 방식과 대비하여 볼 때, 흡기 포트 영역 및 연소실 영역에서의 열 손실을 감소시킬 수 있으며, 종래의 기술에 비하여 연소실 내 분무 연료의 체류시간을 증대시킬 수 있어 연료의 무화가 보다 촉진되어 연소 효율을 높일 수 있다.

또한, 기존 기술 대비 원활한 시동 성능을 제공하여 운전자의 운전 의도에 대한 차량 응답 속도를 향상시킬 수 있으며, 냉간 시동 시 시동 실패가 반복되면 불완전 연소된 배기 가스로 인해 환경 오염이 유발될 수 있으나, 본 발명을 통하여 시동 성공률을 높임으로써 배기가스에 의한 대기오염 정도를 감소시키며, 크랭킹 모터 동작에 따른 배터리 소모량을 줄일 수 있다.

더욱이, 관련 주변 장치를 별도로 제작하거나 추가적인 부품을 결합하지 않고도, 본 발명의 연료 분사 방법을 구현하기 위한 제어로직을 기존의 컨트롤러에 탑재하면 되므로, 시스템 원가 및 적용 측면에서 이점을 가질 수 있다.

도 1은 종래의 포트 분사 방식 엔진에서의 작동 사이클 개념도이다.
도 2는 종래의 가열방식 인젝터 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 냉간 시동 시 연료 분사 방법이 적용될 수 있는 실린더의 구조를 나타내는 예시도이다.
도 4는 본 발명의 냉간 시동 시 연료 분사 과정을 나타내는 예시도이다.
도 5는 본 발명의 냉간 시동 시 연료 분사 방법을 각 행정과의 관계로 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명의 냉간 시동 시 연료 분사 방법에 따른 제1실시예를 각 실린더별로 나타낸 예시도이다.
도 7은 본 발명의 냉간 시동 시 연료 분사 방법에 따른 제2실시예를 각 실린더별로 나타낸 예시도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 '냉간 시동 시 연료 분사 방법'을 상세하게 설명한다. 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 통상의 기술자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.

한편, 이하에서 표현되는 각 구성부는 본 발명을 구현하기 위한 예일 뿐이다. 따라서, 본 발명의 다른 구현에서는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다른 구성부가 사용될 수 있다. 또한, 각 구성부는 순전히 하드웨어 또는 소프트웨어의 구성만으로 구현될 수도 있지만, 동일 기능을 수행하는 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 구성들의 조합으로 구현될 수도 있다. 또한, 하나의 하드웨어 또는 소프트웨어에 의해 둘 이상의 구성부들이 함께 구현될 수도 있다.

또한, 어떤 구성요소들을 '포함'한다는 표현은, '개방형'의 표현으로서 해당 구성요소들이 존재하는 것을 단순히 지칭할 뿐이며, 추가적인 구성요소들을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.

도 1은 종래의 포트 분사 방식 엔진에서의 작동 사이클을 보여주는 개념도로서, 상온 온도 조건에서 각 실린더에서의 연료 분사가 연소 행정 후반부에 개시되어 배기행정이 거의 끝나가는 시점까지 지속되는 것을 보여주고 있다.

이러한 종래의 포트 분사 방식에서는 냉간 시동 시 연료의 온도보다 흡기 포트 영역 및 연소실 영역의 내부 표면 온도가 낮아서 발생하는 열 손실 현상이 야기될 수 있으며, 이로 인해 연료의 연소성능이 더욱 떨어지고, 시동성능에 악영향을 주는 단점이 있다.

이러한 냉간 시동성의 문제점을 보완하기 위해 도 2와 같은 가열방식 인젝터 시스템(heated injector system)이 개발되었으며, 이 시스템은 일반 시스템보다 연료의 온도는 높게 하여 냉간 시동성을 보완할 수 있지만, 높은 온도의 연료를 종래의 단일 분사 방식에 그대로 적용하는 경우 여전히 열 손실 현상이 유발되어, 가열된 연료를 충분히 활용할 수 없다는 문제점이 있다.

따라서, 종래의 분사 방식이나 가열 방식 인젝터를 사용하는 방식만으로는 냉간 시동의 문제점을 충분히 해소할 수 없다는 문제점이 있다.

도 3은 본 발명의 냉간 시동 시 연료 분사 방법이 적용될 수 있는 실린더의 구조를 나타내는 예시도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉간 시동 시 연료 분사 방법이 적용될 수 있는 엔진은, 분사 밸브(100), 흡기 포트 영역(101), 흡기 매니폴드(102), 점화 플러그(110), 흡기 밸브(111), 배기 밸브(112), 피스톤(120), 연소실 영역(130)을 포함한다.

본 발명의 연료 분사 방법이 적용되는 내연 기관 중에서도 4행정 기관의 경우, 연료와 공기를 실린더 안으로 받아들이는 흡기 행정, 실린더 안의 연료와 공기의 혼합물이 피스톤에 의해 압축되는 압축 행정, 연료와 공기의 혼합물이 점화 플러그에 의해 점화되어 급격한 발열반응을 일으키며 이 때 발생하는 팽창으로 기관을 움직이는 힘을 얻는 폭발 행정, 반응이 완료된 기체를 기관 밖으로 내보내는 배기 행정으로 이루어진다.

흡기 행정에서는, 피스톤이 상사점(Top Dead Center, TDC)에서 하사점(Bottom Dead Center, BDC)으로 하강하며, 실린더의 내부 압력이 낮아지면서 공기가 흡기 매니폴드로 밀려들어가고, 연료와 공기가 혼합되어 혼합기가 된다. 이후, 혼합기는 흡기 밸브를 거쳐 실린더 내부로 들어가게 되며, 크랭크축이 돌면서 실린더 안에 혼합기가 채워진다.

압축 행정에서는, 흡기밸브 및 배기밸브가 모두 닫힌 상태에서, 피스톤이 하사점(BDC)에서 상사점(TDC)으로 상승하면서 혼합기를 압축한다. 이때 크랭크축이 1회전하게 되며, 엔진의 회전속도가 빠를수록 압축비율이 상승하게 된다.

폭발 행정에서는, 실린더 내부의 혼합기가 연소되면서 생성된 연소 가스의 압력으로 피스톤을 밀어 내리면서 피스톤이 하강하고, 이 과정에서 동력이 발생하게 된다. 가솔린 엔진에서는 점화 플러그를 통한 스파크 점화로 연소하게 된다.

배기 행정에서는, 배기 밸브가 열리면서 피스톤이 상사점(TDC)으로 상승하고, 연소 가스를 밀어 올려서 실린더 밖으로 배출시킨다. 크랭크축은 총 2회전을 하게 된다.

종래 엔진의 냉 시동성을 개선하기 위해, 냉 시동 조건에서는 정상적인 시동조건에서의 연료 분사 시기보다 분사 시기를 늦추어, 피스톤이 상사점 위치에 보다 가까워진 시점에서 연료 분사를 수행함으로써, 차가워진 연소실 내벽면으로 인하여 연료가 열을 빼앗기게 되는 체류 시간을 가능한 짧게 하여 냉 시동성을 개선하는 방안을 고려해 볼 수 있다.

즉, 상온 조건에서의 정상 시동 시 폭발행정 후반부부터 배기행정의 중반부까지 행해지던 연료분사를 지각(retardation)시켜 배기행정의 후반부부터 흡기행정의 초반부까지에 이루어지게 함으로써 연료의 흡기 매니폴드 및 연소실 내 체류 시간을 단축시키게 되면 연소실 영역에서의 열 손실 개선효과는 일부 기대할 수 있게 된다.

그러나 이와 같이 연료의 분사 시기만을 지각 시킴으로서 연료의 연소실 내 체류 시간을 단축시키게 되면 연소실 영역에서의 열 손실 개선효과는 일부 기대할 수 있으나, 분사시기 지각이 과도하여 상사점에 매우 가까운 시점에서 연료가 유입되게 되면 연료가 충분히 무화될 수 있는 시간이 확보되지 않아 결과적으로 연료의 연소 효율에는 부정적인 결과를 초래한다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명에서는 연료의 분사단계를 2단계로 나누어 도 4에 나타낸 바와 같이 1단계로 냉간 시동 환경에서 형성된 흡기포트 벽면의 낮은 온도를 차폐하기 위하여 연료를 1차 분사하고, 1차 분사된 연료가 흡기포트 벽면에 액막을 형성하도록 함으로써 흡기포트 영역에서의 열 손실을 개선한다.

2단계로는 앞서도 언급한 바와 같이 연료의 분사시기를 상온 시동 시보다 지각시키되 1단계의 처리가 없는 경우보다는 분사시기 지각량을 작게 하여 설정된 시간이 지난 후 연소실 영역으로 공급될 연료를 2차 분사시킨다.

즉, 1차 분사는 흡기포트 영역에서의 열 손실을 개선하기 위하여 흡기포트 표면에 연료 유막을 형성하는 전처리 분사(pre-injection)라 할 수 있으며, 2차 분사는 연소실 영역에서의 열 손실을 개선하기 위하여 분사시기를 지연시키되 연소를 위한 연료의 분사이므로 주분사(main-injection)라 할 수 있다.

이를 분사 방법으로서 다시 표현하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉간 시동 시 연료 분사 방법은, (a) 분사 밸브가 흡기 포트 영역의 냉간 시동 환경에서 형성된 흡기 포트나 연소실 표면의 낮은 온도를 차폐하기 위하여 연료를 1차 분사하는 단계; (b) 1차 분사된 연료가 액막 상태로 흡기 포트 영역의 벽을 감싸는 단계; (c) 기 설정된 시간이 지난 후 연소실 영역으로 공급하기 위한 연료를 2차 분사하는 단계; (d) 흡기 밸브가 열리고, 2차 분사한 연료가 실린더 안으로 공급되는 단계; (e) 점화 플러그를 통하여 상기 연료와 공기 혼합물을 점화하는 단계; 를 포함하는 것이다.

이 때, 냉간 시동이 정상적으로 진행되어 엔진이 동작하면, 행정의 반복 구동에서 1차 분사 없이 2차 분사(주분사)만으로 내연 기관을 작동시켜 차량이 정상적으로 가동될 수 있으며, 연소실과 흡기 매니폴드가 충분히 가열된 상태에서는 분사시기의 지각없이 정상적인 분사만을 행하면 된다.

또한, 본 발명은 냉간 시동 시 연료 분사 방법의 각 단계들이 실행되도록 구성되는 제어로직이 탑재된 컨트롤러로 구현될 수 있으며, 컨트롤러로 구성된 제어 장치로도 구현될 수 있다.

본 발명의 실시예에 대하여 좀더 상술하면, 엔진의 시동 시 연소에 사용될 연료를 분사하는 2차 분사(main injection or effective injection)의 이전에, 냉간 시동 환경에서 형성된 흡기 포트나 연소실 표면의 낮은 온도를 차폐하기 위하여 1차 분사(pre-injection)를 먼저 실시한다. 1차 분사된 연료는 액막 형태로 흡기 포트 영역의 벽을 감싸게 되며(wall-wetting), 상대적으로 높은 온도의 연료로 코팅된 흡기 포트 영역의 벽은 낮은 온도에서 벗어나게 된다. 바람직하게는 본 발명의 연료 분사 방법은 가열 방식 인젝터에 의하여 고온화된 연료인 경우에는 고온 연료에 의한 코팅 효과가 보다 증대된다.

흡기 포트 영역은, 연료 분사 장치인 인젝터와 실린더 사이의 좁은 공간인 흡기 통로(101)뿐만 아니라 흡기 매니폴드(102)까지 포함될 수도 있으며, 차량 외부의 기온이나 습도 등 주위 환경에 따라서, 흡기 포트 영역으로 1차 분사되는 연료는 흡기 매니폴드만을 액막으로 감쌀 수도 있고 흡기 밸브까지 액막 형태로 감쌀 수도 있다.

도 5를 참조하여 보다 상술하면, 4행정 기관에서, 실린더는 압축행정(하사점 → 상사점), 폭발행정(상사점 →하사점), 배기행정(하사점 → 상사점), 흡기행정(상사점 → 하사점)을 반복하게 되며, 냉간 시동이 아닌 상온에서의 정상 시동 시에는, 분사(Main injection)는 폭발 행정 후반부에 시작되어, 배기 행정 중반부에 멈추게 된다.

그러나, 냉간 시동 시, 실린더 내부의 온도가 가장 높은 상사점(TDC) 부근에서, 일반적인 분사 시점보다 늦게 분사를 개시하는 것이 본 발명의 실시예1이 된다. 이 때, 피스톤이 배기 행정의 하사점에서 상사점으로 진행되는 경우, 전체 행정길이의 1/2 지점부터 3/4 지점의 사이에서 연료를 지연시켜 분사 개시하는 것이 열 손실 감소 효과를 가장 크게 만들 수 있다.

그러나, 연료 분사 시점을 너무 지연시키게 되면, 온도를 높게 할 수 있지만, 연료가 날아가서 입자화되는 무화 시간(atomization time)이 줄어들게 되어 충분한 무화시간을 보장할 수 없는 단점이 있으므로, 본 발명의 실시예2에서는 연료를 1차 분사시켜 흡기 매니폴드에서의 열 손실을 감소시키고, 이로 인해 흡기 매니폴드에 체류 중 연료의 열 손실이 감소될 것이므로 이 감소분만큼을 고려하여 연료의 주분사 시점을 진각시켜, 피스톤이 배기 행정의 하사점에서 상사점으로 진행되는 경우, 1/4 지점부터 1/2 지점의 사이에서 연료를 2차 분사(주분사)시키게 되면 열 손실도 줄이고 무화 시간을 늘려 연소 효율 증대를 도모할 수 있는 것이다.

이렇게 배기 행정 내에서 2차 분사 시점을 지연하도록 하는 지점은, 차량 외부의 기온이나 습도 등 주위 환경에 따라서, 실시예 1에서와 같이 가능한 흡기 행정 개시 직전에 분사함으로써 열 손실 감소 효과의 극대화를 선택하거나, 실시예 2에서와 같이 무화 시간을 충분히 확보함으로써 연소 확률을 증대시켜 시동 성공률을 높일 수도 있다.

또한, 1차 분사는 냉간 시동 시 1번 이루어지며, 그 이후 동력을 얻기 위한 연료 분사는 2차 분사와 행정의 반복을 통해 이루어질 수 있다. 이때, 1차 분사 시점은 도 6에 나타낸 것과 같이 복수의 실린더에 대해 동시에 일괄 분사될 수도 있고, 도 7에 나타낸 것과 같이 복수의 실린더별로 각각 흡기 밸브가 닫힌 직후에 1차 분사될 수도 있다.

도 6을 참조하면, 4행정 기관에서 각각의 실린더 0 내지 실린더 3에 설치된 모든 분사 밸브가 냉간 시동 환경에서 형성된 흡기 포트나 연소실 표면의 낮은 온도를 차폐하기 위하여 1차 분사가 먼저 실시되고, 1차 분사된 연료는 액막 형태로 흡기 포트 영역의 벽을 감싸고 흡기 포트 영역의 벽은 낮은 온도에서 벗어나게 된다.

기 설정된 시간이 지난 이후, 엔진이 정상적으로 작동을 시작하면, 도 5에 나타낸 바와 같이 각 실린더별로 배기 행정의 1/2 지점부터 3/4지점의 사이 또는 1/4 지점부터 1/2 지점의 사이에서 연료를 지연 분사하여 연소 확률 증대와 열 손실 감소 효과를 적절히 선택하여 냉간 시동을 진행할 수 있다.

도 7을 참조하면, 4행정 기관에서 실린더 0 내지 실린더 3 각각으로 연료와 공기를 공급하는 흡기 포트의 흡기 밸브가 각기 닫힌 직후, 1차 분사를 통하여 액막 형태로 흡기 포트 영역의 벽을 감싸고 흡기 포트 영역의 벽은 낮은 온도에서 벗어나게 된다.

1차 분사가 있은 이후, 2차 분사가 배기 행정에서 시작되고 점화가 발생하며, 이후에는 액막을 형성하는 별도의 1차 분사 없이 2차 분사만으로 엔진을 작동하게 된다.

이 때, 도 6, 7에 나타난 1차 분사 및 2차 분사의 분사시점은, 기관의 작동상태(회전속도, 부하, 온도), 차량 외부의 기온이나 습도 등 주위 환경에 따라서, 각 실린더별로 적합하게 조정할 수 있으며, 실린더별로 분사 밸브를 선택적으로 분사 중단하거나 개별적으로 분사를 조절할 수도 있다.

100: 분사밸브
101: 흡기 통로
102: 흡기 매니폴드
110: 점화 플러그
111: 흡기 밸브
112: 배기 밸브
120: 피스톤
130: 연소실 영역

Claims (7)

1. 포트 분사 방식 엔진의 냉간 시동 시 연료 분사 방법에 있어서,
   (a) 냉간 시동 환경에서 형성된 흡기 포트나 연소실 표면의 낮은 온도를 차폐하기 위하여 연료 분사 장치로 연료를 1차 분사하는 단계;
   (b) 1차 분사된 연료가 액막 상태로 흡기 포트 영역의 벽을 감싸는 단계;
   (c) 기 설정된 시간이 지난 후 연소실 영역으로 공급될 연료를 2차 분사하는 단계;
   를 포함하되,
   상기 흡기 포트 영역은 흡기 매니폴드 내 측면, 흡기밸브 상단면으로 둘러싸인 영역인 것을 특징으로 하고, 상기 연소실 영역은 실린더 내부에서 피스톤이 상하로 동작하면서 형성하는 공간과 실린더 헤드 하부면으로 둘러싸인 것을 특징으로 하며,
   상기 2차 분사는 분사시기를 상온 시동 시보다 지각시키되, 상기 1차 분사가 없는 경우보다는 분사시기 지각량을 작게하는 것을 특징으로 하는 냉간 시동 시 연료 분사 방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 (c)단계는,
   배기 행정의 피스톤이 하사점에서 상사점으로 진행되는 경우, 전체 행정의 1/2 지점부터 3/4 지점의 사이에 위치하는 시점에서 연료의 2차 분사가 시작되는 것을 특징으로 하는 냉간 시동 시 연료 분사 방법.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 (c)단계는,
   배기 행정의 피스톤이 하사점에서 상사점으로 진행되는 경우, 전체 행정의 1/4 지점부터 1/2 지점의 사이에 위치하는 시점에서 연료의 2차 분사가 개시되는 것을 특징으로 하는 냉간 시동 시 연료 분사 방법.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 (a) 단계는,
   복수의 실린더에 설치된 모든 분사 밸브가 냉간 시동 환경에서 형성된 흡기 포트나 연소실 표면의 낮은 온도를 차폐하기 위하여 동시에 1차 분사를 실시하는 것을 특징으로 하는 냉간 시동 시 연료 분사 방법.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 (a) 단계는,
   복수의 실린더 각각으로 연료와 공기를 공급하는 흡기 포트의 흡기 밸브가 각기 닫힌 직후, 연료의 1차 분사가 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉간 시동 시 연료 분사 방법.
   
6. 제 1항에 있어서,
   (d) 흡기 밸브가 열리고, 2차 분사한 연료가 실린더 안으로 공급되는 단계;
   (e) 점화 플러그를 통하여 상기 연료와 공기 혼합물을 점화하는 단계;
   를 더 포함하는 냉간 시동 시 연료 분사 방법.
   
7. 제 6항에 있어서,
   시동이 정상적으로 진행되어 엔진이 동작하면, 1차 분사 없이 2차 분사만으로 내연 기관을 작동시키는 것을 특징으로 하는 냉간 시동 시 연료 분사 방법.
   

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