KR101780365B1 - 최소 분사량을 고려한 인젝터 제어 방법 - Google Patents

최소 분사량을 고려한 인젝터 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면은 최소 분사량을 고려한 인젝터 제어 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 멀티 인젝션을 수행시 멀티 인젝션 중에서 어느 하나의 인젝터의 인젝션량이 인젝터의 최소 분사량보다 작은 경우 고장으로 진단하여 이를 해소하는 인젝터의 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 예컨대 인젝터를 피드백 제어함에 있어서, 요구 연료량이 인젝터의 최소 연료량보다 적은 경우 고장으로 진단하여 피드백 제어를 멈추고 고장을 해소하기 위하여 모든 분할 분사의 요구 연료량이 인젝터의 최소 분사량보다 커지도록 분할 분사의 비율 또는 횟수를 조절하거나, 비율의 조절로 고장의 해소가 불가능한 경우 분할 분사를 중단하고 싱글 인젝션 모드로 전환하는 인젝터의 제어가 가능하다.

Description

최소 분사량을 고려한 인젝터 제어 방법{Injector Control Method Considering Minimum Injection Quantity}
본 발명의 일 측면은 최소 분사량을 고려한 인젝터 제어 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 멀티 인젝션을 수행시 멀티 인젝션 중에서 어느 하나의 인젝터의 인젝션량이 인젝터의 최소 분사량보다 작은 경우 고장으로 진단하여 이를 해소하는 인젝터의 제어 방법에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
엔진의 구동시 일반적으로 인젝터의 최소 분사 연료량보다 적은 연료를 요구 연료량으로 셋팅할 경우는 없으나, 분할 분사가 수행될 경우 분할 분사량 맵핑 실수 등에 의해 분할 분사 중 1회 분사량이 인젝터 최소 분사 연료량보다 적어질 수 있다.
이런 상황에서 계속해서 인젝터의 피드백 제어를 수행할 경우 분사량이 더 이상 작아질 수 없는 상황에서 요구 연료량과 분사량의 차이는 유지되고, 그 차이가 적산되어 I-제어기의 와인드업(wind-up)이 발생할 수 있다.
이에 본 발명에 따른 일 측면은, 예컨대, 인젝터를 피드백 제어함에 있어서, 요구 연료량이 인젝터의 최소 연료량보다 적은 경우 고장으로 진단하여 피드백 제어를 멈추고 고장을 해소하기 위하여 모든 분할 분사의 요구 연료량이 인젝터의 최소 분사량보다 커지도록 분할 분사의 비율 또는 횟수를 조절하거나, 비율의 조절로 고장의 해소가 불가능한 경우 분할 분사를 중단하고 싱글 인젝션 모드로 전환하는 인젝터의 제어 방법을 제공한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
위에 제기된 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면은 인젝터에 대하여 분할 분사를 명령하는 구동 신호를 인가하는 인가단계; 상기 구동 신호에 대응하는 요구 연료량과 상기 인젝터의 최소 분사량을 비교하는 비교단계; 및
상기 요구 연료량이 상기 최소 분사량보다 적은 경우 고장으로 진단하는 고장 진단단계;를 포함하는 인젝터의 최소 분사량을 고려한 인젝터 제어 방법을 제공할 수 있다.
실시예에 따라서 상기 비교단계에서 상기 구동 신호는 제1 인젝션과 제2 인젝션을 명령하는 것이고, 상기 요구 연료량은 상기 제1 인젝션에 대응하는 제1 요구 연료량과 상기 제2 인젝션에 대응하는 제2 요구 연료량을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서 상기 고장 진단단계에서는 상기 제1 요구 연료량과 상기 제2 요구 연료량 중에서 어느 하나가 상기 최소 분사량보다 적은 경우 고장으로 진단할 수 있다.
상기 고장 진단단계 이후에 상기 고장을 해소하기 위하여, 상기 요구 연료량을 상기 최소 분사량으로 제한하는 제1 방법, 상기 분할 분사의 비율을 변경하는 제2 방법, 상기 분할 분사의 횟수를 줄이는 제3 방법 또는 싱글 분사 모드로 전환하는 제4 방법 중 하나 이상의 방법을 수행할 수 있다.
한편, 실시예에 따라서 상기 고장 진단단계에서 고장으로 진단된 경우, 상기 제1 벙법을 최우선으로 수행할 수 있다.
또한, 실시예에 따라서 상기 제3 방법 또는 제4 방법은 상기 제2 방법으로는 상기 고장이 해소되지 않는 경우에 수행할 수 있다.
상기 최소 분사량에 관한 정보는 상기 인젝터의 오프닝 듀레이션의 학습에 의하여 얻어지는 것일 수 있다. 여기서 상기 오프닝 듀레이션의 학습은 상기 인젝터에 대하여 구동 신호를 인가하고, 그 출력 전압에 대한 시간 프로파일을 평가하여 이루어질 수 있다.
위에 제기된 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 측면은 인젝터에 구동 신호를 인가하고, 그 출력 신호를 센싱하며, 상기 센싱된 출력 신호에 기초하여 상기 인젝터에 입력될 구동 신호를 결정하는 피드백 제어를 통한 인젝터의 제어 방법에 있어서,
인젝터에 대하여 복수의 연료 분사를 명령하는 구동 신호를 인가하는 구동신호 인가단계; 상기 복수의 연료 분사에 각각 대응하는 복수의 요구 연료량 각각과 상기 인젝터의 최소 분사량을 비교하는 비교단계; 상기 복수의 요구 연료량 중에서 적어도 하나가 상기 인젝터의 최소 분사량보다 적은지 판단하는 판단단계; 및
상기 복수의 요구 연료량 중에서 어느 하나가 상기 최소 분사량보다 적은 경우 고장으로 진단하는 고장 진단단계;를 포함하는 인젝터 제어 방법을 제공할 수 있다.
상기 고장 진단단계 이후에 상기 고장을 해소하기 위하여, 상기 복수의 요구 연료량 중에서 상기 최소 분사량보다 적은 요구 연료량에 대응하는 연료 분사에 대하여 인젝터의 피드백 제어를 중지할 수 있다.
상기 고장 진단단계 이후에 상기 고장을 해소하기 위하여, 상기 피드백 제어가 상기 중지된 경우, 상기 최소 분사량보다 적은 요구 연료량에 대응하는 구동 신호를 상기 최소 분사량으로 제한하는 제1 방법, 상기 복수의 연료 분사의 분할 비율을 변경하는 제2 방법, 상기 복수의 연료 분사의 횟수를 줄이는 제3 방법 또는 싱글 분사 모드로 전환하는 제4 방법 중 하나 이상의 방법을 수행할 수 있다.
실시예에 따라서 상기 제1 방법을 수행한 뒤에, 상기 제2 방법을 수행하고, 상기 제2 방법의 수행이 불가능한 경우에 상기 제3 방법 또는 상기 제4 방법을 수행할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 예컨대 인젝터를 피드백 제어함에 있어서, 요구 연료량이 인젝터의 최소 연료량보다 적은 경우 고장으로 진단하여 피드백 제어를 멈추고 고장을 해소하기 위하여 모든 분할 분사의 요구 연료량이 인젝터의 최소 분사량보다 커지도록 분할 분사의 비율 또는 횟수를 조절하거나, 비율의 조절로 고장의 해소가 불가능한 경우 분할 분사를 중단하고 싱글 인젝션 모드로 전환하는 인젝터의 제어가 가능하다.
이외에도, 본 발명의 효과는 실시예에 따라서 우수한 범용성을 가지는 등 다양한 효과를 가지며, 그러한 효과에 대해서는 후술하는 실시예의 설명 부분에서 명확하게 확인될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인젝터 제어 방법을 나타낸다.
도 2는 인젝터가 분사하는 연료량과 인젝터가 전기적으로 작동하는 작동 시간과의 관계를 나타낸다.
도 3(a)은 인젝터에 대한 통상적인 전류 작동 프로파일을 개략적으로 나타낸다. 도 3(b)는 인젝터의 분사 출구가 개방되는 시점과 폐쇄되는 시점을 나타낸다.
도 4는 발라스틱 구간에서 기통 별로 설치되는 각각의 인젝터의 분사 출구의 열림량의 편차를 도식화한 것이다.
도 5는 기통 별로 설치되는 각각의 인젝터에 대하여 오프닝 듀레이션의 학습을 수행하고, 학습 결과를 이용한 미세 정밀 제어로 도 4에서 나타난 편차가 보상된 모습을 나타낸다.
도 6(a)는 오프닝 듀레이션 학습에 의하여 얻어진 오프닝 듀레이션과 구동 신호와의 관계를 나타낸다.
도 6(b)은 연료량과 오프닝 듀레이션과의 관계를 나타낸다.
도 7은 제1 인젝션과 제2 인젝션을 명령하는 구동 신호를 나타낸다.
도 8은 구동 신호를 인가하여 오프닝 듀레이션을 학습하는 과정을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인젝터의 제어 방법을 나타낸다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다.
각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인젝터 제어 방법을 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인젝터의 최소 분사량을 고려한 인젝터 제어 방법은 인젝터에 대하여 분할 분사를 명령하는 구동 신호를 인가하는 인가단계(S100); 상기 구동 신호에 대응하는 요구 연료량과 상기 인젝터의 최소 분사량을 비교하는 비교단계(S110); 및
상기 요구 연료량이 상기 최소 분사량보다 적은 경우 고장으로 진단하는 고장 진단단계(S120);를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 인젝터의 제어 방법은 예컨대 인젝터를 피드백 제어함에 있어서 적용될 수 있다. 즉 인젝터에 입력 신호를 인가하고 인젝터로부터 출력되는 출력 신호를 센싱하여 기준 입력과 비교함으로써 보정치를 산출하고 제어기가 보정치를 기초로 입력 신호를 수정하여 인젝터로 다시 입력하는 제어 방식에 대하여 적용될 수 있다.
여기서 인젝터로부터 출력 신호로써 출력되는 신호는 예컨대 공연비를 조절하기 위한 신호일 수 있으며, 또는 인젝터의 오프닝 듀레이션을 학습하기 위한 출력 전압일 수 있다. 다만 본 발명에서 피드백 제어라 함은 언급한 제어에 한정되는 것은 아니며, 피드백 제어가 수행 가능한 모든 목적의 제어에 대하여 적용될 수 있다.
이하, 인젝터에 오프닝 듀레이션을 학습하기 위하여 분할 분사를 수행하는 경우를 예로 들어 설명한다.
도 2는 인젝터가 연소실로 분사하는 연료량(m)과 인젝터가 전기적으로 작동하는 작동 시간(Ti)과의 관계를 나타낸다. 도 2에서 X축은 마이크로세컨드(μs) 단위로 표시되고, Y축은 밀리그램(mg) 단위로 표시된다. 또한, 도 2에서 표시된 프로파일들은 복수개로서, 이는 복수의 인젝터의 연료량(m)과 작동 시간(Ti)과의 관계 프로파일들을 나타내고 있다.
여기서 인젝터가 연소실로 분사하는 연료량(m)은 인젝터가 전기적으로 작동하는 작동 시간(Ti)의 함수로서 도시될 수 있다.
도 2를 참조하면, 이러한 직접 분사 방식을 채용한 제어 시스템에 있어서 인젝터가 분사하는 연료량(m)은 인젝터가 전기적으로 작동하는 작동 시간(Ti)에 따라서 각각 다른 양상을 보이는 구간으로 나눌 수 있으며, 이러한 구간은 일반적으로 발라스틱 구간(A, Ballistic), 트랜지언트 구간(B, Transient) 및 넌발라스틱 구간(C, Non-Ballistic)으로 명명될 수 있다.
발라스틱 구간(A)은 작동 시간(Ti)이 조금만 변하더라도 연료량(m)이 급격하게 증가하는 구간을 의미할 수 있다. 트랜지언트 구간(B)은 작동 시간(Ti)이 많이 변해도 연료량(m)의 변화가 크지 않은 구간을 의미할 수 있다. 발라스틱 구간(A)과 트랜지언트 구간(B)은 비선형 구간이다. 한편, 넌발라스틱 구간(C)은 선형 구간으로서 작동 시간(Ti)과 연료량(m)이 선형적 관계에 있는 구간을 의미할 수 있다. 도 2에서의 비선형 구간에서는 복수의 인젝터들의 관계 프로파일들은 일치하지 않지만, 선형 구간에서는 대체로 일치한다.
한편, 인젝터가 전기적으로 작동하는 작동 시간(Ti)은 제어기에 의하여 인젝터에 인가되는 구동 신호(Ti) 또는 인젝터를 구동시키기 위해서 인젝터로 전기적 신호가 인가되는 구동 시간(Ti)과 대응할 수 있다. 여기서 구동 신호(Ti)는 예컨대 PWM 제어 신호의 형태로 인젝터에 입력되는 것일 수 있다. 따라서 이하, 본 명세서에서는 인젝터가 전기적으로 작동하는 작동 시간(Ti)을 인젝터에 인가되는 구동 신호(Ti)로서 기술한다.
도 3(a)은 인젝터에 대한 통상적인 전류 작동 프로파일을 개략적으로 나타낸다. 도 3(b)는 인젝터의 분사 출구가 개방되는 시점과 폐쇄되는 시점을 나타낸다. 도 3(a)에서 X축은 시간(t)을 나타내고 Y축은 전류(I) 또는 전압(V)의 세기를 나타낸다. 여기서 굵은 선은 전류(I)에 대한 시간 프로파일을 나타내고, 얇은 선은 전압(V)에 대한 시간 프로파일을 나타낸다.
도 3(b)는 인젝터의 밸브가 리프트(Lift)되어 미케니컬(Mechanical)하게 딜레이(Delay)되면서 분사 출구가 개방되는 시점(P)과 밸브(120)가 안착되어 분사 출구가 폐쇄되는 시점(Q)을 나타낸다. 도 3(b)는 밸브(120)가 개방 시점(P)에서 급속히 가속되어 개방되고, 개방 상태를 유지하다가, 폐쇄 시점(Q)에서 폐쇄되는 것을 나타낸다.
개방 시점(P)은 전류(I)에 대한 시간 프로파일의 전류 최대치(I_peak)에 조금 못미치는 위치와 대응하고, 폐쇄 시점(Q)은 전압(V)에 대한 시간 프로파일의 변곡점(I_point)의 위치와 대응한다.
인젝터의 개방 시점(P) 또는 폐쇄 시점(Q)을 제어하는 제어부는 인젝터로 제어 신호를 전송하여 인젝터의 분사 출구를 개방 또는 폐쇄한다.
제어 신호에 의하여 인젝터의 솔레노이드 코일(160)에 흐르는 전류(I)가 전류 최대치(I_peak)에 도달될 때까지 부스트 전압(V_boost)이 인가되면 전류(I)의 급격한 상승의 결과로서 인젝터의 분사 출구가 가속되는 방식으로 개방된다.
인젝터의 전기적 작동의 시작 시점은 부스트 전압(V_boost)이 인가되어 전류 최대치(I_peak)에 도달되는 과정에서 결정되며, 이 전기적 작동의 시작 시점이 인젝터의 분사 출구의 개방 시점(P)이 될 수 있다.
분사 출구의 개방 시점(P)은 인젝터에 전기적 신호가 입력되어 니들이 급격히 가속화되어 리프트되는 시점이므로 기통 별로 설치된 각각의 인젝터가 모두 동일 또는 유사하다. 따라서 본 명세서에서는 인젝터의 분사 출구의 개방 시점(P)에 대해서는 언급하지 않는다. 그러나 언급하지 않는다고 하더라도, 분사 출구의 개방 시점(P)이 달라지는 경우에 대하여 권리범위가 배제되는 것은 아니다.
한편, 스위칭 오프에 의하여 인젝터의 솔레노이드 코일(160)에 흐르는 전류를 차단하면, 무전류 상태의 솔레노이드 코일(160)에는 자기-유도 전압(V)이 형성되고 이 자기-유도 전압(V)은 솔레노이드 코일(160)을 통과하는 전류 흐름을 야기하며, 이 전류 흐름은 자기장을 감소시키면서 다시 자기-유도 전압(V)을 생성한다. 자기-유도 전압(V)은 도 3(a)에서 네가티브(Negative) 전압(V)으로 표현되며 시간이 지나면서 0 볼트(V)로 수렴한다. 자기력의 감소 이후 인젝터의 분사 출구는 리턴 스프링의 탄성력, 연료 압력 등에 의하여 유발되는 회복력에 의하여 폐쇄된다.
스위칭 오프에 의하여 자기-유도 전압(V)이 0 볼트(V)로 수렴하는 과정에서 전압(V)에 대한 시간 프로파일에는 변곡점(I_point)이 형성될 수 있으며, 이 변곡점(I_point)이 형성되는 시점이 인젝터의 분사 출구의 폐쇄 시점(Q)이 될 수 있다.
오프닝 듀레이션(Opening Duration)은 인젝터가 개방되어 있는 동안의 시간에 해당되며, 연료가 분사되는 동안의 시간 구간을 의미할 수 있으며, 인젝터의 개방 시점(P)과 폐쇄 시점(Q) 간의 시간 구간으로 정의될 수 있다.
기통 별로 설치되는 인젝터 모두의 개방 시점(P)은 동일 또는 유사하고, 폐쇄 시점(Q)만 달라지므로 구동 신호(Ti)에 대응하는 폐쇄 시점(Q)의 학습은 오프닝 듀레이션의 학습이 될 수 있다.
도 4는 발라스틱 구간에서 기통 별로 설치되는 각각의 인젝터의 분사 출구의 열림량의 편차를 도식화한 것이다. 도 4의 X축은 마이크로세컨드(μs) 단위로 표시되는 시간(t)축을 나타내고, Y축은 마이크로미터(μm) 단위로 표시되는 인젝터의 니들의 리프트(Lift) 양을 나타낸다.
도 5는 기통 별로 설치되는 각각의 인젝터에 대하여 오프닝 듀레이션의 학습을 수행하고, 학습 결과를 이용한 미세 정밀 제어로 도 4에서 나타난 편차가 보상된 모습을 나타낸다.
발라스틱 구간(A)에서는 분사 출구의 개방 시점(P)은 동일하여도 폐쇄 시점(Q)은 제각각이어서 인젝터에 동일한 구동 신호(Ti)를 인가하였는데도 불구하고 어떤 인젝터는 풀 리프트(Full-Lift)에 도달하지만, 어떤 인젝터는 풀 리프트에 도달하지 못하는 상태가 된다. 즉 동일한 구동 신호(Ti)가 인가되더라도 각각의 기통에 설치된 인젝터의 오프닝 듀레이션(Opening Duration)이 모두 다르다. 이러한 오프팅 듀레이션의 차이는 연소실로 분사되는 연료량의 차이를 가져오므로 인젝션의 정확한 제어가 어렵다.
기통 별로 설치된 각각의 인젝터의 종류는 동일한 구동 신호(Ti)를 인가시 각각의 인젝터가 분사하는 연료량(m)의 크기에 따라서 미니멈(Minimum) 인젝터, 노미널(Norminal) 인젝터, 맥시멈(Maximum) 인젝터로 나눌 수 있으며, 여기서 노미널 인젝터를 기준 인젝터로 선정하여 기준 인젝터에 대한 구동 신호(Ti)와 오프닝 듀레이션의 관계를 확정하여 맵핑하고, 기준 인젝터의 오프닝 듀레이션과 동일한 오프닝 듀레이션이 출력되도록 다른 인젝터의 구동 신호(Ti)를 각각 확정함으로써 모든 인젝터의 오프닝 듀레이션이 동일하게 출력되도록 할 수 있다.
다시 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면, 모든 인젝터의 오프닝 듀레이션이 동일하게 출력되도록 하기 위하여 모든 인젝터에 대하여 오프닝 듀레이션을 학습할 필요가 있다. 오프닝 듀레이션의 학습은 모든 인젝터에 대하여 기 설정된 다양한 구동 신호(Ti)를 인가하고 스위칭 오프시 자기-유도에 의하여 생성되는 출력 전압(V)을 수신한 뒤에, 출력 전압(V)의 시간 프로파일을 분석하여 변곡점(I_point)을 파악하고, 이 변곡점(I_point)에 기초하여 분사 출구의 폐쇄 시점(Q) 또는 오프닝 듀레이션을 결정하는 방법으로 이루어질 수 있다.
이렇게 각각의 인젝터에 대하여 오프닝 듀레이션을 학습하여 모든 인젝터에 대하여 구동 신호(Ti)와 오프닝 듀레이션 간에 관계를 확정하여 맵핑(후술할 도 6(a)를 참조)하고, 기준 인젝터의 오프닝 듀레이션과 동일 또는 유사한 오프닝 듀레이션이 출력되도록 기준 인젝터 이외의 인젝터의 구동 신호(Ti)를 확정함으로써 모든 인젝터의 오프닝 듀레이션을 일치시킬 수 있는 것이다.
도 6(a)는 오프닝 듀레이션 학습에 의하여 얻어진 오프닝 듀레이션과 구동 신호와의 관계를 나타낸다. 도 6(a)의 프로파일은 기 설정된 복수의 학습 포인트에 대응하는 구동 신호(Ti)를 인젝터에 인가하고 그 출력 전압(V)의 시간 프로파일 상에서 변곡점(I_point)을 찾아서 인젝터의 폐쇄 시점(Q) 즉 오프닝 듀레이션을 결정하고 이를 맵핑한 것을 나타낸다.
도 6(a)는 오프닝 듀레이션과 구동 신호(Ti)와의 관계가 발라스틱 구간(A, Ballistic), 트랜지언트 구간(B, Transient) 및 넌발라스틱 구간(C, Non-Ballistic)으로 구별되어, 연료량(m)과 구동 신호(Ti)와의 관계와 매우 유사함을 나타내는데, 이렇게 유사한 이유는 후술할 도 6(b)에 의하여 설명된다.
도 6(b)은 연료량과 오프닝 듀레이션과의 관계를 나타낸다.
한편, 전술한 바와 같이 오프닝 듀레이션(Opening Duration)은 연료 분사 시간이므로 연소실로 분사되는 연료량(m)에 직접적으로 영향을 미친다. 따라서 인젝터가 분사하는 연료량(m)은 오프닝 듀레이션과의 관계에서 약간의 오프셋(Off-set)은 있을 수 있겠지만, 선형적인 관계일 수 밖에 없다. 따라서 연료량(m)과 오프닝 듀레이션과의 관계를 맵핑(도 6(b)를 참조)하고 전술한 오프닝 듀레이션과 구동 신호(Ti)의 관계를 맵핑(도 6(a)를 참조)함으로써, 제어기는 운전자가 요구하는 요구 연료량에 대응하는 구동 신호(Ti)를 선택해서 출력할 수 있다.
도 7은 제1 인젝션과 제2 인젝션을 명령하는 구동 신호를 나타낸다.
도 7(a)는 운전자의 요구 연료량과 대응하는 구동 신호(Ti)를 나타내고, 도 7(b)는 제1 구동신호(Ti_1)와 제2 구동신호(Ti_2)로 분할되어 표시된 구동 신호(Ti)를 나타낸다. 도 7(a)의 구동 신호(Ti)와 도 7(b)의 구동 신호(Ti)는 동일한 요구 연료량을 나타낸다. 도 7(b)에서 제1 구동신호(Ti_1)는 제1 인젝션을 수행하도록 명령하는 것이고, 제2 구동신호(Ti_2)는 제2 인젝션을 수행하도록 명령하는 것이다.
마찬가지로, 도 7(c)는 운전자의 요구 연료량과 대응하는 구동 신호(Ti)를 나타내고, 도 7(d)는 제1-1 구동신호(Ti_1_1)와 제1-2 구동신호(Ti_1_2)와 제2 구동신호(Ti_2)로 분할되어 표시된 구동 신호(Ti)를 나타낸다. 도 7(c)의 구동 신호(Ti)와 도 7(d)의 구동 신호(Ti)는 동일한 요구 연료량을 나타낸다. 도 7(d)에서 제1-1 구동신호(Ti_1_1)와 제1-2 구동신호(Ti_1_2)는 제1 인젝션을 수행하도록 명령하는 것이고, 제2 구동신호(Ti_2)는 제2 인젝션을 수행하도록 명령하는 것이다.
본 발명은 실시예에 따라서는 전술한 비교단계(S110)에서 상기 구동 신호는 제1 인젝션과 제2 인젝션을 명령하는 것이고, 상기 요구 연료량은 상기 제1 인젝션에 대응하는 제1 요구 연료량과 상기 제2 인젝션에 대응하는 제2 요구 연료량을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서 상기 고장 진단단계(S120)에서는 상기 제1 요구 연료량과 상기 제2 요구 연료량 중에서 어느 하나가 상기 최소 분사량보다 적은 경우 고장으로 진단할 수 있다.
여기서 최소 분사량은 인젝터가 분사할 수 있는 최소 연료량을 의미할 수 있으며, 이는 기계적으로 정해지는 값일 수 있다. 최소 분사량은 후술하는 바와 같이 인젝터의 오프닝 듀레이션의 학습에 의하여 파악될 수 있다.
인젝터를 제어하는 제어기는 엑셀 포지션 센서(APS) 등을 통하여 운전자로부터 요구 연료량을 전달받고 이에 대응하는 구동 신호를 출력하여 인젝터를 구동하게 되는데, 예컨대 차량이 운행 중에 있는 경우 등에는 인젝터에 구동 신호를 인가하고 그 출력 신호를 센싱하여 인젝터의 폐쇄 시점 즉 오프닝 듀레이션을 학습함에 있어서, 운전자의 요구 연료량을 충족하면서 인젝터의 오프닝 듀레이션을 학습해야 한다.
따라서 이 경우 구동 신호는 인젝션을 복수회 수행하도록 명령하는 것일 수 있으며, 복수회 수행된 인젝션 중에서 적어도 하나의 인젝션은 폐쇄 시점 학습을 위한 제1 인젝션으로 설정되고, 복수회 수행된 인젝션 중에서과 나머지 인젝션은 운전자의 요구 연료량을 맞추기 위한 제2 인젝션으로 설정될 수 있다. 즉 구동 신호는 제1 인젝션과 제2 인젝션을 수행하도록 명령하는 것일 수 있다.
구동 신호는 운전자의 요구 연료량을 충족시켜야 하므로 제1 인젝션에서 분사되는 연료량인 제1 연료량과 제2 인젝션에서 분사되는 연료량인 제2 연료량의 합은 운전자의 요구 연료량과 같은 것이 바람직하다.
도 8은 구동 신호를 인가하여 오프닝 듀레이션을 학습하는 과정을 나타낸다. 도 8은 도 6(a)의 구동 신호와 오프닝 듀레이션과의 관계를 나타내는 프로파일에 학습 포인트를 표시해 놓은 것이다.
우선, 구동 신호(Ti)와 오프닝 듀레이션의 관계를 학습은 복수의 학습 포인트를 설정할 수 있다. 학습 포인트는 구동 신호(Ti)를 의미할 수 있다. 구동 신호(Ti)는 인젝터가 전기적으로 작동하는 작동 시간(Ti)과 대응되므로 복수의 학습 포인트를 설정한다는 것은 다양한 시간 간격의 구동 신호(Ti)를 인가하는 것과 같은 의미일 수 있다.
비선형 구간인 발라스틱 구간(A) 또는 트랜지언트 구간(B) 또는 선형 구간인 넌발라스틱 구간(C) 중 임의의 포인트를 학습시작 포인트(a)로 설정할 수 있으며, 해당 학습시작 포인트(a)에서 구동 신호(Ti)를 인가하기 시작해서 구동 신호(Ti)의 시간 간격을 점차로 줄여가면서 학습 포인트(b), 학습 포인트(c), 학습 포인트(d), 학습 포인트(e)의 순서로 오프닝 듀레이션이 디텍트(Detect)되지 않거나 탄착군이 형성되지 않는 포인트까지 내려가면서 학습을 진행할 수 있다. 여기서 오프닝 듀레이션이 디텍트(Detect)되지 않는다는 것은 출력 전압(V)의 시간 프로파일에서 변곡점(I_point)이 검출되지 않는 경우를 의미할 수 있다.
오프닝 듀레이션이 디텍트(Detect)되는 최소 시간 간격의 학습 포인트에서 인가된 구동 신호(Ti)가 인젝터의 최소 분사량에 대응하는 구동 신호(Ti_min)로서 맵핑될 수 있으며, 이렇게 학습하여 인젝터의 최소 분사량을 확인할 수 있다.
상기 고장 진단단계(S120) 이후에 상기 고장을 해소하기 위하여, 상기 요구 연료량을 상기 최소 분사량으로 제한하는 제1 방법, 상기 분할 분사의 비율을 변경하는 제2 방법, 상기 분할 분사의 횟수를 줄이는 제3 방법 또는 싱글 분사 모드로 전환하는 제4 방법 중 하나 이상의 방법을 수행할 수 있다.
여기서 제1 방법은 상기 고장 진단단계(S120)에서 고장으로 진단된 직후에 수행될 수 있다. 또한, 상기 제4 방법은 상기 제2 방법으로는 상기 고장이 해소되지 않는 경우에 수행할 수 있다.
즉, 인젝터를 피드백 제어함에 있어서, 요구 연료량이 인젝터의 최소 연료량보다 적은 경우 고장으로 진단하여 피드백 제어를 멈추고 고장을 해소하기 위하여 모든 분할 분사의 요구 연료량이 인젝터의 최소 분사량보다 커지도록 분할 분사의 비율 또는 횟수를 조절하거나, 비율의 조절로 고장의 해소가 불가능한 경우 분할 분사를 중단하고 싱글 인젝션 모드로 전환할 수 있다.
엔진에서는 실제 연료량이 최소 분사량보다 작게 나오더라도 최소 분사량으로 계속 분사를 하도록 세팅되어 있다.
싱글 인젝션만을 하면 최소 분사량보다 작게 나올 일이 없는데 분할 분사 즉, 두 번 분사하거나 세 번 분사하면 두세 번 중에 한 번에 대해서는 최소 분사량보다 요구 연료량이 작아질 수 있다. 그러한 경우(최소 분사량 > 요구 연료량)에는 요구 연료량보다 많이 분사가 되는 것이므로 이를 방지하기 위해서 즉, 요구연료량이 최소 분사량보다 큰 상태(요구 연료량 > 최소 분사량)가 되도록 하기 위해서
요구 연료량이 최소 분사량에 걸릴 경우에는 분할 분사의 비율을 조절해서 두 번이든 세 번이든 모든 인젝션이 최소 분사량보다 크게 분사하거나 아니면 그게 불가능할 경우에는 인젝션 회수를 줄여서 모든 인젝션이 최소 분사량보다 크게 나올 수 있도록 제어할 수 있다.
예컨대, 최소 분사량 = 3 일 때 분할 분사 비율이 제1 인젝션이 2이고 제2 인젝션이 8 이면(제1 인젝션 : 제2 인젝션 = 2:8) 제1 인젝션의 제1 요구 연료량은 최소 분사량보다 작아진다. 따라서 이 경우 분할 분사 비율을 제1 인젝션 : 제2 인젝션 = 4:6, 5:5 또는 6:4 가 되도록 조절함으로써 모든 인젝션이 최소 분사량보다 크게 나오도록 제어할 수 있다.
한편, 분사 비율 조절을 통하여 최소 분사량을 극복할 수 없는 경우에는 싱글 인젝션 모드로 전환할 수 있다.
예컨대 최소 분사량 = 7 일 때 두 번을 분사하는데 있어서 제1 인젝션 : 제2 인젝션 = 5:5 로 맞추어도 제1 및 제2 인젝션 모두 최소 분사량보다 적으므로 더블 인젝션으로 분사해서는 고장이 해소될 수 없다. 이 경우에는 분할 분사의 횟수를 줄이거나 싱글 모드로서 제1 인젝션과 제2 인젝션을 합쳐서 분사하도록 제어할 수 있다. 싱글 모드로 합치면 두 개의 인젝션을 합친 것은 5+5 = 10 이 되므로 최소 분사량보다 크게 되어 고장의 해소될 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인젝터의 제어 방법을 나타낸다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 인젝터 제어 방법은 인젝터에 구동 신호를 인가하고, 그 출력 신호를 센싱하며, 상기 센싱된 출력 신호에 기초하여 상기 인젝터에 입력될 구동 신호를 결정하는 피드백 제어를 통한 인젝터의 분사량 제어 방법에 있어서,
인젝터에 대하여 복수의 연료 분사를 명령하는 구동 신호를 인가하는 구동신호 인가단계(S200); 상기 복수의 연료 분사에 각각 대응하는 복수의 요구 연료량 각각과 상기 인젝터의 최소 분사량을 비교하는 비교단계(S210); 상기 복수의 요구 연료량 중에서 적어도 하나가 상기 인젝터의 최소 분사량보다 적은지 판단하는 판단단계(S220); 및
상기 복수의 요구 연료량 중에서 어느 하나가 상기 최소 분사량보다 적은 경우 고장으로 진단하는 고장 진단단계(S230);를 포함하여 구성될 수 있다.
실시예에 따라서 상기 고장 진단단계(S230) 이후에 상기 고장을 해소하기 위하여, 상기 복수의 요구 연료량 중에서 상기 최소 분사량보다 적은 요구 연료량에 대응하는 연료 분사에 대하여 인젝터의 피드백 제어를 중지할 수 있다.
또한, 실시예에 따라서 상기 고장 진단단계(S230) 이후에 상기 고장을 해소하기 위하여, 상기 피드백 제어가 상기 중지된 경우, 상기 최소 분사량보다 적은 요구 연료량에 대응하는 구동 신호를 상기 최소 분사량으로 제한하는 제1 방법, 상기 복수의 연료 분사의 분할 비율을 변경하는 제2 방법, 상기 복수의 연료 분사의 횟수를 줄이는 제3 방법 또는 싱글 분사 모드로 전환하는 제4 방법 중 하나 이상의 방법을 수행할 수 있다.
또한, 실시예에 따라서 상기 제1 방법을 수행한 뒤에, 상기 제2 방법을 수행하고, 상기 제2 방법의 수행이 불가능한 경우에 상기 제3 방법 또는 상기 제4 방법을 수행할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
S100: 인가단계
S110: 비교단계
S120: 고장 진단단계

Claims (11)

  1. 인젝터에 대하여 분할 분사를 명령하는 구동 신호를 인가하는 인가단계;
    상기 구동 신호에 대응하는 요구 연료량과 상기 인젝터의 최소 분사량을 비교하는 비교단계; 및
    상기 요구 연료량이 상기 최소 분사량보다 적은 경우 고장으로 진단하는 고장 진단단계;
    를 포함하되,
    상기 고장 진단단계 이후에 상기 고장을 해소하기 위하여, 상기 요구 연료량을 상기 최소 분사량으로 제한하는 제1 방법, 상기 분할 분사의 비율을 변경하는 제2 방법, 상기 분할 분사의 횟수를 줄이는 제3 방법 또는 싱글 분사 모드로 전환하는 제4 방법 중 하나 이상의 방법을 수행하고,
    상기 제1 방법을 수행한 뒤에 상기 제2 방법을 수행하고, 상기 제2 방법으로는 상기 고장이 해소되지 않는 경우에 상기 제3 방법 또는 제4 방법을 수행하는 것을 특징으로 하는 인젝터의 최소 분사량을 고려한 인젝터 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비교단계에서 상기 구동 신호는 제1 인젝션과 제2 인젝션을 명령하는 것이고, 상기 요구 연료량은 상기 제1 인젝션에 대응하는 제1 요구 연료량과 상기 제2 인젝션에 대응하는 제2 요구 연료량을 포함하여 구성되며,
    상기 고장 진단단계에서는 상기 제1 요구 연료량과 상기 제2 요구 연료량 중에서 어느 하나가 상기 최소 분사량보다 적은 경우 고장으로 진단하는 것을 특징으로 하는 인젝터의 최소 분사량을 고려한 인젝터 제어 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 고장 진단단계에서 고장으로 진단된 경우, 상기 제1 방법을 최우선으로 수행하는 것을 특징으로 하는 인젝터의 최소 분사량을 고려한 인젝터 제어 방법.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 최소 분사량에 관한 정보는 상기 인젝터의 오프닝 듀레이션의 학습에 의하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 인젝터의 최소 분사량을 고려한 인젝터 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 오프닝 듀레이션의 학습은 상기 인젝터에 대하여 구동 신호를 인가하고, 그 출력 전압에 대한 시간 프로파일을 평가하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 인젝터의 최소 분사량을 고려한 인젝터 제어 방법.
  8. 인젝터에 구동 신호를 인가하고, 그 출력 신호를 센싱하며, 상기 센싱된 출력 신호에 기초하여 상기 인젝터에 입력될 구동 신호를 결정하는 피드백 제어를 통한 인젝터의 제어 방법에 있어서,
    인젝터에 대하여 복수의 연료 분사를 명령하는 구동 신호를 인가하는 구동신호 인가단계;
    상기 복수의 연료 분사에 각각 대응하는 복수의 요구 연료량 각각과 상기 인젝터의 최소 분사량을 비교하는 비교단계;
    상기 복수의 요구 연료량 중에서 적어도 하나가 상기 인젝터의 최소 분사량보다 적은지 판단하는 판단단계; 및
    상기 복수의 요구 연료량 중에서 어느 하나가 상기 최소 분사량보다 적은 경우 고장으로 진단하는 고장 진단단계;
    를 포함하되,
    상기 고장 진단단계 이후에 상기 고장을 해소하기 위하여, 상기 피드백 제어가 중지된 경우, 상기 최소 분사량보다 적은 요구 연료량에 대응하는 구동 신호를 상기 최소 분사량으로 제한하는 제1 방법, 상기 복수의 연료 분사의 분할 비율을 변경하는 제2 방법, 상기 복수의 연료 분사의 횟수를 줄이는 제3 방법 또는 싱글 분사 모드로 전환하는 제4 방법 중 하나 이상의 방법을 수행하고,
    상기 제1 방법을 수행한 뒤에 상기 제2 방법을 수행하고, 상기 제2 방법으로는 상기 고장이 해소되지 않는 경우에 상기 제3 방법 또는 상기 제4 방법을 수행하는 것을 특징으로 하는 인젝터 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 고장 진단단계 이후에 상기 고장을 해소하기 위하여, 상기 복수의 요구 연료량 중에서 상기 최소 분사량보다 적은 요구 연료량에 대응하는 연료 분사에 대하여 인젝터의 피드백 제어를 중지하는 것을 특징으로 하는 인젝터 제어 방법.



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