KR101765590B1 - 엔진 제어 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 엔진 제어 장치는 엔진의 연소실 내부 연소 압력을 측정하는 연소 압력 센서; 상기 연소실로 연료를 분사시키는 인젝터; 상기 연소 압력 센서로부터 측정된 연소 압력을 연소음 지수로 변환하고, 상기 연소음 지수를 이용하여 상기 인젝터를 통해 분사되는 주 분사 시기, 분사 압력, 및 파일럿 연료량을 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 엔진 제어 장치 및 방법에 의하면, 연소 압력으로부터 변환된 연소음 지수를 이용하여 주 분사 시기, 분사 압력, 및 파일럿 분사량을 제어함으로써, 연소실의 연소 안정성을 확보할 수 있다.

Description

엔진 제어 장치 및 방법 {APPARAGUS FOR CONTROLLING ENGINE AND METHDO THEREOF}
본 발명은 엔진 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연소음 지수를 이용하여 엔진의 진동과 소음을 개선할 수 있는 엔진 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 엔진의 연소실에서 발생하는 연소가 정상적으로 이루어지도록 연소 압력 센서를 이용하여 주분사 시기를 제어하는 방법이 사용되고 있다.
또한, 엔진에서 발생하는 진동 및 소음을 줄이기 위해서 파일럿 분사가 도입된다.
파일럿 분사는 인젝터에서 연소를 위해서 주분사를 실시하기 전에 설정된 시점에 설정된 양의 연료를 미리 분사함으로써 연소실의 온도를 상승시키고 연료와 공기의 혼합을 개선한다. 파일럿 분사는 적어도 1회 분사되며, 운전 조건에 따라 다중으로 분사될 수 있다.
이러한 파일럿 분사를 통해 착화 지연을 줄이고 연소 압력의 상승률을 낮출 수 있다. 그리고 연소 압력의 상승률이 낮아짐에 따라 연소음을 줄이는 효과를 달성할 수 있다.
그러나, 연료를 분사하는 인젝터의 사용 기간이 늘어남에 따라 여러 가지 원인에 의해 주 부사량 또는 파일럿 분사량이 늘어나거나 줄어드는 현상이 발생한다. 이러한 문제로 인해 연소실의 연소 압력이 변화하고, 이로 인해 연소실의 진동과 소음이 증가하는 문제가 발생한다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 연소실의 진동과 소음을 줄이고 연소 안정성을 확보할 수 있는 엔진 제어 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 엔진 제어 장치는 엔진의 연소실 내부 연소 압력을 측정하는 연소 압력 센서; 상기 연소실로 연료를 분사시키는 인젝터; 상기 연소 압력 센서로부터 측정된 연소 압력을 연소음 지수로 변환하고, 상기 연소음 지수를 이용하여 상기 인젝터를 통해 분사되는 주 분사 시기, 분사 압력, 및 파일럿 연료량을 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 연소 압력 센서로부터 측정되는 연소 압력을 FFT 변환을 통해 연소음 지수를 계산할 수 있다.
상기 제어부는 계산된 연소음 지수와 목표 연소음 지수의 차이가 설정값 보다 크면, 이상 연소가 발생한 것으로 판단하고, 주 분사 시기, 분사 압력, 및 파일럿 연료량을 제어할 수 있다.
상기 목표 연소음 지수는 엔진 회전수, 상기 연소실로 분사되는 연료량, 변속단, 외부 온도, 및 냉각수 온도에 따라 실험에 의해 결정될 수 있다.
주 분사 시기, 분사 압력, 및 파일럿 연료량을 제어한 이후 계산된 연소음 지수와 목표 연소음 지수의 차이가 설정값 보다 크면, 상기 제어부는 연료의 주유 시점으로부터 상기 인젝터 또는 주유된 연료에 문제가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
상기 제어부는 연료의 주유 시점과 현재 시간의 차이가 설정 시간 이내이면 주유된 연료에 문제가 발생한 것으로 판단하고, 연료의 주유 시점과 현재 시간의 차이가 설정 시간보다 크면, 상기 인젝터에 문제가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 엔진 제어 방법은 엔진의 연소실 내부의 연소 압력을 측정하는 단계; 상기 연소 압력을 연소음 지수로 변환하는 단계; 상기 연소음 지수와 목표 연소음 지수를 비교하는 단계; 상기 연소음 지수와 목표 연소음 지수의 차이가 설정값보다 큰지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 연소음 지수와 목표 연소음 지수의 차이가 설정값 보다 크면, 주 분사 시기, 분사 압력, 및 파일럿 연료량을 제어하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 연소음 지수는 상기 연소 압력을 FFT 변환하여 계산될 수 있다.
상기 목표 연소음 지수는 엔진 회전수, 상기 연소실로 분사되는 연료량, 변속단, 외부 온도, 및 냉각수 온도에 따라 실험에 의해 결정될 수 있다.
주 분사 시기, 분사 압력, 및 파일럿 연료량을 제어하는 단계 이후에, 상기 연소음 지수와 목표 연소음 지수를 비교하는 단계; 연료의 주유 시점을 판단하는 단계; 및 상기 연소음 지수와 목표 연소음 지수의 차이가 설정값 보다 크면, 연료의 주유 시점으로부터 상기 인젝터 또는 연료의 이상 여부를 판단하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
연료의 주유 시점과 현재 시간의 차이가 설정 시간 이내이면 주유된 연료에 문제가 발생한 것으로 판단하고, 연료의 주유 시점과 현재 시간의 차이가 설정 시간보다 크면, 상기 인젝터에 문제가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의한 엔진 제어 장치 및 방법에 의하면, 연소 압력으로부터 변환된 연소음 지수를 이용하여 주 분사 시기, 분사 압력, 및 파일럿 분사량을 제어함으로써, 연소실의 연소 안정성을 확보할 수 있다.
또한, 연소음 지수를 이용하여 주 분사 시기, 분사 압력, 및 파일럿 분사량를 제어하였음에도 불구하고 연소음 지수가 목표 범위 이내를 만족하지 않으면, 주유된 연료 또는 인젝터에 문제가 발생하였음을 판단할 수 있다.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 엔진 제어 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연소 압력과 연소음 지수와의 관계를 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 엔진 제어 방법을 도시한 순서도이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 의한 엔진 제어 장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 엔진 제어 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 엔진 제어 장치는 연료의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 연소실(12)을 포함하는 엔진(10), 상기 엔진(10)의 연소실(12) 내부 연소 압력을 측정하는 연소 압력 센서(20), 상기 연소실(12)로 연료를 분사시키는 인젝터(30), 및 상기 연소 압력 센서(20)로부터 측정된 연소 압력으로부터 연소음 지수로 변환하고 상기 연소음 지수를 이용하여 상기 인젝터(30)를 통해 분사되는 주 분사 시기, 분사 압력, 및 파일럿 연료량을 제어하는 제어부(50)를 포함한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 엔진 제어 장치는 엔진 회전수, 변속단, 외부 온도, 냉각수 온도, 연료의 주유 시점을 포함하는 운전 정보를 감지하는 운전 정보 감지부(40)를 더 포함할 수 있다. 상기 운전 정보 감지부(40)에서 감지된 운전 정보는 상기 제어부(50)로 제공된다.
상기 인젝터(30)는 상기 엔진(10)의 연소실(12) 내부로 설정된 시기에 설정된 양의 연료를 분사한다. 상기 인젝터(30)를 통해 분사되는 연료는 크게 주분사와 파일럿 분사로 구분될 수 있다.
일반적으로, 주분사는 엔진 토크에 큰 영향을 미치고, 파일럿 분사는 연소음에 큰 영향을 미친다. 그러나 연소음이 주분사에 의해 영향을 받기도 하고, 엔진 토크가 파일럿 분사에 의해 영향을 받기도 한다.
상기 연소 압력 센서(20)는 상기 연소실(12) 내부의 실제 연소 압력을 측정하고, 측정된 연소 압력은 상기 제어부(50)로 제공된다.
상기 제어부(50)는 설정된 프로그램에 의하여 작동하는 하나 이상의 프로세서로 구비될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 본 발명의 실시예에 따른 엔진 제어 방법의 각 단계를 수행하도록 되어 있다.
상기 제어부(50)는 상기 연소 압력 센서(20)에서 측정된 실제 연소 압력을 미리 정해진 프로세스를 통해 연소음 지수(combustion noise index: CNI)로 변환한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(50)는 측정된 실제 연소 압력(연소 압력 프로파일)을 FFT(fast fourier transform) 신호 처리를 통해 1/3 옥타브 밴드를 갖는 연소실(12) 압력 레벨(cylinder pressure level)로 변환한다.
그리고 상기 제어부(50)는 1/3 옥타브 밴드에서 특정 주파수의 레벨을 산출하여 연소음 지수를 계산한다. 예를 들면, 특정 주파수는 1, 1.25, 1.6, 2, 2.5, 3.15 kHz 일 수 있고, 상기 특정 주파수에서의 연소실(12) 압력 레벨을 다음과 같은 수학식을 통해 연소음 지수를 계산할 수 있다.
Figure 112015087341250-pat00001
또한, 상기 제어부(50)는 상기 운전 정보 감지부(40)에서 감지된 엔진 회전수, 상기 연소실(12)로 분사되는 연료량, 변속단, 외부 온도, 및, 냉각수 온도로부터 목표 연소음 지수를 결정한다. 즉, 상기 목표 연소음 지수는 엔진 회전수, 상기 연소실(12)로 분사되는 연료량, 변속단, 외부 온도, 및, 냉각수 온도에 따라 실험에 의해 결정될 수 있다.
상기 제어부(50)는 계산된 연소음 지수와 목표 연소음 지수를 비교하여, 계산된 연소음 지수와 목표 연소음 지수의 차이가 설정값(예를 들면, 7dB) 보다 크면, 상기 연소실(12)에서 이상 연소가 발생한 것으로 판단할 수 있다. 그리고 상기 제어부(50)는 연소실(12)로 분사되는 주 분사 시기, 분사 압력, 및 파일럿 연료량을 제어하여, 이상 연소를 억제하는 제어를 수행한다. 여기서, 상기 설정값은 엔진(10)을 개발할 때, 실험에 의해 설정될 수 있다.
상기 제어부(50)는 주 분사 시기, 분사 압력, 및 파일럿 연료량을 제어한 이후에, 상기 계산된 연소음 지수와 목표 연소음 지수를 다시 비교한다. 만약, 상기 계산된 연소음 지수와 목표 연소음 지수의 차이가 상기 설정값 보다 크면, 상기 제어부(50)는 주 분사 시기, 분사 압력, 및 파일럿 연료량에 의해 연소음이 억제되지 않고 다른 원인에 의해 연소음이 기준값에 비해 증가된 것이라고 판단할 수 있다.
즉, 상기 제어부(50)는 연료의 주유 시점으로부터, 상기 인젝터(30) 또는 주유된 연료에 문제가 있는 것으로 판단할 수 있다. 따라서, 상기 제어부(50)는 연료의 주유 시점이 설정 시간 이내이면, 주유된 연료에 문제가 발생한 것으로 판단하고, 연료의 주유 시점이 설정 시간 이상이면, 상기 인젝터(30)에 문제가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
그리고, 상기 제어부(50)는 운전자에게 클러스터 등을 통해 인젝터(30) 또는 주유된 연료에 문제가 발생하였음을 표시할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 의한 엔진 제어 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 엔진 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 연소 압력 센서(20)는 연소실(12) 내부의 연소 압력을 측정한다(S10). 측정된 연소 압력은 상기 제어부(50)로 제공된다.
상기 제어부(50)는 측정된 연소 압력으로부터 연소음 지수(CNI)를 계산한다(S20). 연소음 지수를 계산하는 구체적인 방법은 앞에서 설명한 바와 같으며, 자세한 설명은 생략하도록 한다.
상기 제어부(50)는 계산된 연소음 지수와 목표 연소음 지수를 비교한다(S30).
만약, 계산된 연소음 지수와 목표 연소음 지수의 차이가 설정값 보다 크면, 상기 제어부(50)는 이상 연소가 발생한 것으로 판단하고, 주 분사 시기, 분사 압력, 및 파일럿 연료량을 제어한다(S40).
그리고 상기 제어부(50)는 주 분사 시기, 분사 압력, 및 파일럿 연료량을 제어한 이후에, 다시 상기 연소음 지수와 목표 연소음 지수를 비교한다(S50). 상기 S50 단계는 주 분사 시기, 분사 압력, 및 파일럿 연료량의 제어를 통해 이상 연소가 억제되었는지 여부를 판단하는 것이다.
만약, 상기 연소음 지수와 목표 연소음 지수의 차이가 설정값 보다 크면, 주 분사 시기, 분사 압력, 및 파일럿 연료량의 제어를 통해 이상 연소가 억제되지 않은 것으로 판단한다. 즉, 상기 제어부(50)는 단순한 분사 시기 조절, 연료량 조절, 분사 압력 조절 등을 통해서는 이상 연소를 억제할 수 없는 것으로 판단하고, 차량에 주유된 연료의 이상 여부 또는 인젝터(30)의 노후화 등을 통한 고장 여부를 판단하게 된다.
이를 위해, 상기 제어부(50)는 현재 시간과 차량에 주유된 연료의 주유 시점을 측정하고, 현재 시간과 연료의 주유 시점의 차이가 설정 시간보다 큰지 여부를 판단한다(S60).
만약, 연료의 주유 시점과 현재 시간의 차이가 설정 시간 이내이면(즉, 연료를 주유한 시점이 짧은 경우), 상기 제어부(50)는 차량에 주유된 연료에 문제가 발생한 것으로 판단한다(S70).
그리고 연료의 주유 시점과 현재 시간의 차이가 설정 시간보다 크면(즉, 연료를 주유한 시점이 오래된 경우), 상기 제어부(50)는 상기 인젝터(30)에 문제가 발생한 것으로 판단한다(S80).
마지막으로, 상기 제어부(50)는 차량에 주유된 연료 또는 인젝터(30)이 이상이 발생하였음을 표시하는 경고 메시지를 클러스터 등을 통해 운전자에게 표시함으로써, 운전자에게 주유된 연료 또는 인젝터(30)를 체크하도록 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 엔진 제어 장치 및 방법에 의하면, 연소음 지수를 이용하여 주 분사 시기, 분사 압력, 및 파일럿 연료량을 제어함으로써, 이상 연소를 억제할 수 있다.
또한, 주 분사 시기, 분사 압력, 및 파일럿 연료량의 제어를 통해서도 이상 연소가 억제되지 않는 경우, 인젝터(30) 또는 주유된 연료에 문제가 있는 것으로 판단하고, 이러한 상황을 운전자에게 표시함으로써, 운전자에게 차량에 문제가 발생하였음을 경고할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10: 엔진
12: 연소실
20: 연소 압력 센서
30: 인젝터
40: 운전 정보 감지부
50: 제어부

Claims (11)

  1. 엔진의 연소실 내부 연소 압력을 측정하는 연소 압력 센서;
    상기 연소실로 연료를 분사시키는 인젝터;
    상기 연소 압력 센서로부터 측정된 연소 압력을 연소음 지수로 변환하고, 상기 연소음 지수를 이용하여 상기 인젝터를 통해 분사되는 주 분사 시기, 분사 압력, 및 파일럿 연료량을 제어하는 제어부;
    를 포함하고,
    상기 제어부는 계산된 연소음 지수와 목표 연소음 지수의 차이가 설정값 보다 크면, 이상 연소가 발생한 것으로 판단하고, 주 분사 시기, 분사 압력, 및 파일럿 연료량을 제어하며,
    주 분사 시기, 분사 압력, 및 파일럿 연료량을 제어한 이후 계산된 연소음 지수와 목표 연소음 지수의 차이가 설정값 보다 크면, 연료의 주유 시점으로부터 상기 인젝터 또는 주유된 연료에 문제가 발생한 것으로 판단하는 엔진 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 연소 압력 센서로부터 측정되는 연소 압력을 FFT 변환을 통해 연소음 지수를 계산하는 엔진 제어 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 목표 연소음 지수는
    엔진 회전수, 상기 연소실로 분사되는 연료량, 변속단, 외부 온도, 및 냉각수 온도에 따라 실험에 의해 결정되는 엔진 제어 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    연료의 주유 시점과 현재 시간의 차이가 설정 시간 이내이면 주유된 연료에 문제가 발생한 것으로 판단하고, 연료의 주유 시점과 현재 시간의 차이가 설정 시간보다 크면, 상기 인젝터에 문제가 발생한 것으로 판단하는 엔진 제어 장치.
  7. 엔진의 연소실 내부의 연소 압력을 측정하는 단계;
    상기 연소 압력을 연소음 지수로 변환하는 단계;
    상기 연소음 지수와 목표 연소음 지수를 비교하는 단계;
    상기 연소음 지수와 목표 연소음 지수의 차이가 설정값보다 큰지 여부를 판단하는 단계;
    상기 연소음 지수와 목표 연소음 지수의 차이가 설정값 보다 크면, 주 분사 시기, 분사 압력, 및 파일럿 연료량을 제어하는 단계;
    주 분사 시기, 분사 압력, 및 파일럿 연료량을 제어하는 단계 이후에,
    상기 연소음 지수와 목표 연소음 지수를 비교하는 단계;
    연료의 주유 시점을 판단하는 단계; 및
    상기 연소음 지수와 목표 연소음 지수의 차이가 설정값 보다 크면, 연료의 주유 시점으로부터 인젝터 또는 연료의 이상 여부를 판단하는 단계;
    를 포함하는 엔진 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 연소음 지수는 상기 연소 압력을 FFT 변환하여 계산되는 엔진 제어 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 목표 연소음 지수는
    엔진 회전수, 상기 연소실로 분사되는 연료량, 변속단, 외부 온도, 및 냉각수 온도에 따라 실험에 의해 결정되는 엔진 제어 방법.
  10. 삭제
  11. 제7항에 있어서,
    연료의 주유 시점과 현재 시간의 차이가 설정 시간 이내이면 주유된 연료에 문제가 발생한 것으로 판단하고, 연료의 주유 시점과 현재 시간의 차이가 설정 시간보다 크면, 상기 인젝터에 문제가 발생한 것으로 판단하는 엔진 제어 방법.
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