KR101684509B1 - 입자상물질 저감을 위한 연료분사 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 입자상물질 저감을 위한 연료분사 제어방법에 의하면, 인젝터에서 연소실로 연료를 분사하는 단계, 운행조건에 따라서 상기 인젝터의 연료분사를 차단하는 차단조건이 만족되는지 판단하는 단계, 상기 차단조건이 만족되면, 상기 인젝터의 연료분사를 차단하는 연료차단을 수행하는 단계, 및 상기 연료차단을 수행하는 동안에, 상기 인젝터에서 연료분사를 재개하는 재분사조건이 만족되는지 판단하는 단계, 상기 재분사조건이 만족되면, 상기 인젝터에서 연소실로 다시 연료를 분사하는 단계를 포함하고, 상기 인젝터에서 연소실로 다시 연료를 재분사할 때, 연료를 다단으로 분사하는 분할분사를 수행할 수 있다.

Description

입자상물질 저감을 위한 연료분사 제어방법{FUEL INJECTION CONTROL METHOD FOR REDUCING PARTICULATE MATERIAL}
본 발명은 인젝터에서 연소실로 연료를 직접분사하되, 차량의 운행조건에 따라서 엔진이 회전하는 상태에서 연료분사를 차단하고, 재가속시 다시 연료를 분사하는 입자상물질 저감을 위한 연료분사 제어방법에 관한 것이다.
최근 연비와 환경 문제를 해결하고자, 다운사이징 기술, 특히 가솔린 엔진 분야에서는 GDI(gasoline direct injection) 엔진과 T-GDI (turbo gasoline direct injection) 엔진의 다운사이징 기술 연구가 활발히 진행 중이다.
특히, 실린더 내로 가솔린 연료를 직접 분사하는 가솔린 직분사(GDI) 엔진이 연구되고 있고, 이러한 가솔린 직분사 엔진은 희박한 공연비로 작동되어 연료소모가 적다. 또한, 흡입효율이 향상되어 출력은 높다.
가솔린 직분사 엔진은 통상적인 가솔린 엔진보다 높은 압축비를 구현할 수 있고, 출력을 극대화 할 수 있다. 이러한 가솔린 직분사 엔진에서는 가솔린이 고압으로 실린더 내로 직접적으로 분사되며, 이러한 고압 분사를 위한 연료 펌프가 필요하다.
이러한, 가솔린 직분사 엔진에서 입자상물질(particular material)이 발생되고, 급가속 등의 운전조건에서 미세먼지가 급격히 발생될 수 있으며, 특히, 감속 중 연료가 인젝터에서 분사되지 않는 연료차단 상태가 지속되고, 연소실 및 피스톤의 온도가 급격히 저하된다.
이와 같이, 연소실 및 피스톤의 온도가 저하된 상태에서 재가속시, 인젝터에서 다량으로 분사되는 연료가 피스톤 또는 연소실 내벽에 부착되는 젖음(wetting)현상이 발생될 수 있다.
따라서, 연료의 젖음(wetting) 현상에 의해서 연료/오일의 입자상물질이 다량으로 발생되고, 외부로 배출되어 환경을 오염시키고 차량의 상품성을 저하시키는 요인이 있다.
본 발명의 목적은 가솔린 직분사 엔진에서 재가속시 발생되는 배기가스에 포함되는 입자상물질을 저감시켜서, 환경오염을 줄이고 차량의 상품성을 향상시키는 입자상물질 저감을 위한 연료분사 제어방법을 제공하는 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 입자상물질 저감을 위한 연료분사 제어방법에 의하면, 인젝터에서 연소실로 연료를 분사하는 단계, 운행조건에 따라서 상기 인젝터의 연료분사를 차단하는 차단조건이 만족되는지 판단하는 단계, 상기 차단조건이 만족되면, 상기 인젝터의 연료분사를 차단하는 연료차단을 수행하는 단계, 및 상기 연료차단을 수행하는 동안에, 상기 인젝터에서 연료분사를 재개하는 재분사조건이 만족되는지 판단하는 단계, 상기 재분사조건이 만족되면, 상기 인젝터에서 연소실로 다시 연료를 분사하는 단계를 포함하고, 상기 인젝터에서 연소실로 다시 연료를 재분사할 때, 연료를 다단으로 분사하는 분할분사를 수행할 수 있다.
상기 분할분사의 지속시간은 상기 인젝터의 상기 연료차단 지속시간 및 재분사 연료분사량에 의해서 설정될 수 있다.
상기 인젝터에서 분사된 연료를 점화하기 위해서 스파크가 플러그에 의해서 형성될 수 있다.
상기 인젝터는 연소실로 연료를 직접분사하는 직접분사타입일 수 있다.
상기 차단조건은 가속페달의 누름신호, 및 상기 엔진의 회전수에 의해서 결정될 수 있다.
상기 재분사조건은 가속페달의 누름신호, 및 상기 엔진의 회전수에 의해서 결정될 수 있다.
상기 인젝터는 가솔린을 분사할 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 입자상물질 저감을 위한 연료분사 제어방법은, 차량의 운행조건에 따라서 엔진이 회전하는 동안에 인젝터의 연료차단(fuel cut)이 수행되고, 이 인젝터의 연료재분사시 연료를 다단으로 분할하여 분할분사를 수행함으로써, 배기가스에 포함된 입자상물질의 수(PN: particulate number)를 효과적으로 저감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 입자상물질 저감을 위한 연료분사 제어시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명과 관련된 입자상물질 저감을 위한 연료분사 제어방법을 보여주는 그래프이다.
도 3은 본 발명과 관련된 입자상물질 저감을 위한 연료분사 제어시스템의 개략적인 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 입자상물질 저감을 위한 연료분사 제어시스템의 개략적인 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 입자상물질 저감을 위한 연료분사 제어방법을 보여주는 플로우차트이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 입자상물질 저감을 위한 연료분사 제어시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 연료분사 제어시스템은 인젝터(100), 플러그(110), 스로틀밸브(120), 및 제어부(130)를 포함한다.
본 발명의 실시예에서, 엔진 및 차량을 구성하는 모든 부품 및 장치에 대해서는 이미 공지된 기술을 참조하며, 본 발명을 설명하기 위한 구성에 대해서만 설명한다.
상기 인젝터(100)는 가솔린을 연소실 내로 직접 분사하도록 엔진에 배치되고, 상기 플러그(110)는 상기 연소실에 분사된 연료에 불꽃을 점화시켜 연소실에서 공기와 혼합된 연료가스의 폭발을 유도한다.
상기 스로틀밸브(120)는 개폐율에 따라서 외기를 연소실로 공급하는 기능을 수행하고, 상기 제어부(130)는 운행조건에 따라서 상기 인젝터(100), 상기 플러그(110), 및 상기 스로틀밸브(120)를 제어하여 엔진에서 설정된 회전수 및 회전력을 생성한다.
본 발명의 실시예에서, 운전자는 가속페달(미도시) 및 브레이크페달(미도시)을 작동시키고, 가속페달이 작동되는 동안에는 상기 인젝터(100)에서 연료를 분사하여 엔진에서는 회전력을 발생시키고, 가속페달이 작동되지 않더라도, 상기 엔진의 회전수가 설정된 아이들 회전속도를 유지하도록 연료를 분사한다.
상기 제어부(130)는 가속페달이 작동되지 않고, 엔진이 설정회전수 이상으로 회전하는 것으로 판단되면, 상기 인젝터(100)의 연료분사를 중단하는 연료차단(fuel cut) 상태를 유지한다.
그리고, 상기 제어부(130)는 상기 가속페달이 다시 작동되는 것으로 판단되면, 상기 인젝터(100)에서 설정된 양의 연료를 다시 분사한다.
한편, 상기 인젝터(100)에서 연료가 분사되지 않고, 상기 엔진이 설정된 속도로 회전하면, 연소실의 온도가 급격히 저하되고, 피스톤의 온도도 급격히 떨어진다.
상기 인젝터(100)에서 연료를 다시 분사하게 되면, 분사된 연료가 피스톤 또는 연소실 표면에 부착되는 젖음(wetting) 현상이 발생하고, 이상 연소와 함께 배기가스에 입자상물질이 급격히 증가할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는, 상기 인젝터(100)의 연료차단 이후에 연료 재분사시, 연료를 다단으로 분사하여 이상 연소를 감소시키고, 배기가스에 포함된 입자상물질의 양을 줄일 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제어부(130)는 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 마이크로 프로세서로 구현될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 후술하는 본 발명의 실시예에 따른 방법을 수행하기 위한 일련의 명령을 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명과 관련된 입자상물질 저감을 위한 연료분사 제어방법을 보여주는 그래프이다.
도 2를 참조하면, 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 차량의 속도(velocity)와 입자상물질의 수(particulate number: PN)를 각각 나타낸다.
가속페달의 작동이 중단되고, 연료차단(fuel cut) 상태가 유지되며, 차량의 속도를 서서히 줄어든다. 그리고, 상기 가속페달이 다시 작동되고, 연료가 재분사되며, 차량의 속도를 다시 증가하게 된다.
아울러, 연료 재분사시, 배기가스에 포함된 입자상 물질의 수(PN; particulate number)도 급격히 증가한다.
도 3은 본 발명과 관련된 입자상물질 저감을 위한 연료분사 제어시스템의 개략적인 구성도이다.
도 3을 참조하면, 실린더의 상부 중심부에 플러그(110)가 배치되고, 상부 일측에 인젝터(100)가 배치되고, 실린더 하부에 피스톤(300)이 배치된다.
상기 피스톤(300)의 상부에 연소실이 형성되고, 상기 인젝터(100)는 상기 연소실의 중심부로 연료를 분사하도록 배치되고, 상기 플러그(110)는 분사된 연료와 공기의 혼합가스에 불꽃을 점화하여 연소를 발생시킨다.
아울러, 상기 인젝터(100)의 연료 분사 동작은 피스톤(300)의 상사점(TDC: top dead center)과 하사점(BDC: bottom dead center) 사이에 설정된 구간에서 수행되는데, 연료차단 이후에 연료 재분사시 연료분사시점을 지각(injection delay)시켜 입자상 물질을 줄일 수 있다.
한편, 연료차단 이후에 연료 재분사시, 연료분사시점을 지각시키는 경우에, 연소의 안정성이 저하되고, 연료소모가 늘어날 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 입자상물질 저감을 위한 연료분사 제어시스템의 개략적인 구성도이다.
도 4를 참조하면, 상기 인젝터(100)의 연료 분사 동작은 피스톤의 상사점(TDC: top dead center)과 하사점(BDC: bottom dead center) 사이에 설정된 구간에서 수행되는데, 연료차단 이후에 연료 재분사시 연료를 다단으로 분사하여 연소실 및 피스톤의 연료 젖음(wetting)현상을 줄여서 입자상 물질을 줄일 수 있다.
아울러, 도 4의 왼쪽도면에 기재된 바와 같이, 연료차단 이전에는 연료를 정상모드로 분사하면, 1회 분사시 다단으로 분사하지 않고, 연속적으로 분사한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 입자상물질 저감을 위한 연료분사 제어방법을 보여주는 플로우차트이다.
도 5를 참조하면, S600에서 제어가 시작되고, S610에서 상기 인젝터(100)에서 연료가 분사되어 엔진이 가동된다.
S620에서 상기 인젝터(100)의 연료차단 조건이 만족되는지 판단된다. 상기 연료차단(연료차단) 조건은 가속페달의 작동상태 및 엔진의 회전수에 의해서 판단될 수 있다. 예를 들어, 가속페달은 작동되지 않고, 엔진의 회전수가 설정수치 이상인 상태에서 연료차단 조건이 만족될 수 있다.
S625에서 상기 인젝터(100)의 연료차단이 수행되고, S630에서는 상기 인젝터(100)의 연료재분사 조건이 만족되는지 판단된다. 여기서, 연료차단 시간이 누적되어 저장된다.
S630에서 상기 인젝터(100)의 연료재분사 조건이 만족되는 것으로 판단되면, S640에서 상기 인젝터(100)에서는 연료 1회분사시, 연료를 짧은 시간 간격을 두고 다단으로 분할하여 분사한다.
본 발명의 실시예에서, S640에서 상기 인젝터(100)가 분할분사를 수행할 때, 분할분사의 지속시간은 연료차단이 지속된 중단시간과 재분사시 연료분사량에 의해서 미리 설정되어 그 효과를 더욱 증대시킬 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분 야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
100: 인젝터 110: 플러그
120: 스로틀밸브 130: 제어부
300: 피스톤

Claims (7)

  1. 인젝터에서 연소실로 연료를 정상모드로 분사하는 단계;
    운행조건에 따라서 상기 인젝터의 연료분사를 차단하는 차단조건이 만족되는지 판단하는 단계;
    상기 차단조건이 만족되면, 상기 인젝터의 연료분사를 차단하는 연료차단을 수행하는 단계; 및
    상기 연료차단을 수행하는 동안에, 상기 인젝터에서 연료분사를 재개하는 재분사조건이 만족되는지 판단하는 단계;
    상기 재분사조건이 만족되면, 상기 인젝터에서 연소실로 다시 연료를 분사하는 단계; 를 포함하고,
    상기 인젝터에서 연소실로 다시 연료를 재분사할 때, 연료를 다단으로 분사하는 분할분사를 수행하고,
    상기 분할분사의 지속시간은 상기 연료차단의 지속시간 또는 재분사시 연료분사량에 의해서 설정되고,
    상기 정상모드에서 연료가 1회 분사될 때 연료를 다중분사하지 않고, 연속적으로 분사하는 것을 특징으로 하는 입자상물질 저감을 위한 연료분사 제어방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 인젝터에서 분사된 연료를 점화하기 위해서 스파크가 플러그에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는 입자상물질 저감을 위한 연료분사 제어방법.
  4. 제1항에서,
    상기 인젝터는 연소실로 연료를 직접분사하는 직접분사타입인 것을 특징으로 하는 입자상물질 저감을 위한 연료분사 제어방법.
  5. 제1항에서,
    상기 차단조건은
    가속페달의 누름신호, 및 엔진의 회전수에 의해서 결정되는 것을 특징으로 하는 입자상물질 저감을 위한 연료분사 제어방법.
  6. 제1항에서,
    상기 재분사조건은
    가속페달의 누름신호, 및 엔진의 회전수에 의해서 결정되는 것을 특징으로 하는 입자상물질 저감을 위한 연료분사 제어방법.
  7. 제1항에서,
    상기 인젝터는 가솔린을 분사하는 것을 특징으로 하는 입자상물질 저감을 위한 연료분사 제어방법.
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