KR101806361B1 - 연료압력 모니터링을 통한 인젝터 유량 보정방법 - Google Patents

Abstract

개시되는 인젝터 유량 보정방법은, 임의로 선택된 복수의 인젝터를 포함하는 특정 연료분사 시스템에 대해, 연료분사시 하강 압력값을 분사된 연료량으로 나누어 계산하는 평균화된 하나의 연료 시스템 상수를 실험적으로 결정하는 단계;와, 실제 차량에 적용된 상기 특정 연료분사 시스템에 대해 상기 결정된 연료 시스템 상수를 적용하여, 각 인젝터에 대해 분사시의 하강 압력값을 측정하여 분사기간 동안의 평균 분사율을 계산하는 단계; 및 상기 각 인젝터 별로 계산된 평균 분사율을 사전에 결정된 정상 분사율과 비교하고, 상기 정상 분사율에 대한 차분값에 따라 상기 각 인젝터에 대한 인젝터 열림시간을 보정하는 단계;를 포함한다.

Description

연료압력 모니터링을 통한 인젝터 유량 보정방법{Correction method of injection fuel quantity through fuel pressure monitoring}

본 발명은 다기통 내연기관에 장착되는 각 인젝터의 분사 유량을 균일하게 보정하는 방법에 관한 것으로서, 임의로 선택된 복수의 인젝터를 포함하는 특정 연료분사 시스템에 대해 각 인젝터의 연료분사시 하강 압력값을 분사된 연료량으로 나누어 계산하는 평균화된 하나의 연료 시스템 상수를 실험적으로 결정하고 이를 이용하여 실제 차량에 적용하여 인젝터의 유량을 보정하는 방법에 관한 것이다.

다기통 엔진의 실린더마다 장착되는 인젝터에서 분사되는 연료유량은 생산공정을 잘 관리하더라도 제작 편차가 발생하는 것을 피할 수는 없다. 인젝터에 발생하는 제작 편차로 인해 동일한 시간 동안 노즐이 열려있어도 분사되는 유량에는 편차가 발생하게 된다.

실린더별 연료 분사량의 편차가 크면 엔진의 소음과 진동에 악영향을 미치게 되고, 실린더별 공연비 제어가 불량하게 됨으로써 배기가스 후처리에도 문제를 일으킬 수 있다. 따라서, 종래부터 실린더별 연료 분사량의 불균일 문제를 해결하고자 하는 시도는 지속적으로 개발되어 왔다.

이러한 종래기술 중에는, 연료 레일에 설치된 연료 압력 센서로 각 실린더에 대한 연료 분사시의 압력 강하를 측정하고, 이 측정된 값이 기준치에 못 미치면(압력강하가 작으면) 연료 분사량이 기준에 미달한 것으로 판단하여 인젝터의 니들이 닫히는 시점을 늦추고, 반대의 경우에는 시점을 앞으로 당기는 제어를 통해 실린더별로 인젝터의 연료 분사량을 보정하였다.

그러나, 니들의 닫힘 시간을 가변시키더라도 인젝터의 제조 편차(인젝터 분사홀의 차이, 니들의 마찰력 등)에 대한 부분까지 세밀하게 보정되지는 않는다. 이는 인젝터의 제조 편차에 의해 연료분사를 시작하여 종료할 때까지의 연료분사량의 시간 변화율(순간 연료분사량의 파형)이 달라질 수 있고, 압력강하량은 동일하다고 하더라도 이 연료분사량의 시간 변화율이 다르면 분사 시간 동안의 총 분사량에 차이가 생길 수 있기 때문이다.

결국, 종래기술과 같이 측정된 압력 강하량 하나만을 고려하여 니들이 닫히는 시점을 조절한다고 하더라도 연료분사량을 보정하는 데에는 한계가 있다.

한국등록특허 제10-0412722호 (2003.12.31 공고)

본 발명은 위와 같은 종래기술의 한계를 극복하기 위한 것으로서, 연료분사시의 압력강하량과 총 연료분사량의 상관관계를 이용하여 인젝터별로 정밀한 유량보정을 수행할 수 있는 새로운 방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 인젝터 유량 보정방법은, 임의로 선택된 복수의 인젝터를 포함하는 특정 연료분사 시스템에 대해, 연료분사시 하강 압력값을 분사된 연료량으로 나누어 계산하는 평균화된 하나의 연료 시스템 상수를 실험적으로 결정하는 단계;와, 실제 차량에 적용된 상기 특정 연료분사 시스템에 대해 상기 결정된 연료 시스템 상수를 적용하여, 각 인젝터에 대해 분사시의 하강 압력값을 측정하여 분사기간 동안의 평균 분사율을 계산하는 단계; 및 상기 각 인젝터 별로 계산된 평균 분사율을 사전에 결정된 정상 분사율과 비교하고, 상기 정상 분사율에 대한 차분값에 따라 상기 각 인젝터에 대한 인젝터 열림시간을 보정하는 단계;를 포함한다.

여기서, 상기 각 인젝터에 대한 평균 분사율은 상기 인젝터의 분사시 하강 압력값을 상기 연료 시스템 상수로 나누어 구해진 연료 분사량을 인젝터 열림 기간으로 다시 나누어 구한다.

그리고, 상기 각 인젝터에 대한 인젝터 열림시간의 보정은 사전에 매핑된 인젝터 열림시간 동안의 각 인젝터의 연료 분사량이 상기 정상 분사율로 계산되는 연료 분사량에 대응하도록 상기 각 인젝터의 닫힘 시점을 당기거나 지연시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 사전에 매핑된 각 인젝터 열림시간에 대해 상기 보정값을 인젝터 별로 각각 적용하고, 이를 기억해놓는 것이 바람직할 수 있다.

본 발명에 따른 인젝터 유량 보정방법은 단순히 연료 분사시의 압력 강하량을 서로 비교하여 인젝터의 닫힘 시점을 조절하는 것에서 더 나아가, 특정 연료분사 시스템에 있어 연료 분사시의 압력 강하량과 실제 연료 분사량의 상관 관계를 대표하는 연료 시스템 상수를 실험적으로 결정하고 이를 실제 차량의 해당 연료분사 시스템에 적용함으로써 높은 정밀도로 각 인젝터의 유량을 보정한다는 향상된 효과를 가진다.

도 1은 내연기관용 연료분사 시스템을 간략히 도시한 도면.
도 2는 인젝터의 연료 분사시 압력 강하 형상을 도시한 도면.
도 3은 인젝터의 분사 유량을 보정하는 개념을 설명하는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 인젝터 유량 보정방법의 일련의 단계를 도시한 도면.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 실시형태를 설명함에 있어서 당업자라면 자명하게 이해할 수 있는 공지의 구성에 대한 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않도록 생략될 것이다. 또한 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 부여할 것이며, 도면을 참조할 때에는 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등이 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있음을 고려하여야 한다.

그리고, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 개재되면서 간접적으로 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고도 이해되어야 할 것이다.

도 1은 내연기관용 연료분사 시스템(10)을 간략히 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 연료분사 시스템(10)은 연료 펌프(200)로 가압 공급된 연료가 연료공급 레일(100) 내부의 밀폐된 공간 안에 일정한 압력을 유지하면서 저장되어 있는데, 도 2에 도시된 것처럼 각 인젝터(110)가 분사를 개시하면 연료분사 시간 동안 연료 압력이 계속 떨어지게 된다. 그리고, 인젝터(110)의 니들이 닫혀 연료 분사가 끝나면 연료공급 레일(100) 안의 압력은 다시 원상태로 복구되며, 다음 인젝터(110)가 연료분사를 시작하면 동일한 현상이 발생한다.

도 1은 4기통 내연기관을 예로 한 것인데, 4 사이클 내연기관이라면 크랭크 축이 2 회전하는 동안 4 차례의 압력 강하 현상이 맥동처럼 발생할 것이다. 연료공급 레일(100) 안에서 발생하는 인젝터(110)의 연료분사 시의 압력 강하 현상은 연료공급 레일(100)에 설치된 연료압 센서(120)으로 측정할 수 있다.

여기서, 인젝터가 분사를 개시하면 연료분사 시간 동안 연료 압력이 계속 떨어지는 한편 압력 강하량과 연료 분사량이 상당한 정도로 비례한다는 현상을 이용하여, 실제 차량에 적용된 연료분사 시스템의 인젝터 별로 발생하는 유량 편차를 좀더 정확하게 보정하는 본 발명을 개발하였다.

본 발명에 따른 인젝터 유량 보정방법의 전체적인 흐름은 도 4에 도시되어 있다.

먼저 인젝터 유량을 보정하고자 하는 연료분사 시스템을 특정하고, 특정된 연료분사 시스템에 장착되는 인젝터를 임의로 복수 개를 선택한다. 선정된 인젝터는 연료분사시의 하강 압력값과 분사된 연료량을 실측하는 실험에 사용되는 샘플이다.

인젝터를 임의로 선정하기 때문에, 선택된 인젝터들은 인젝터 분사홀에 차이가 있거나 니들의 마찰력이 다른 등 인젝터의 제조과정 중에 피할 수 없이 발생하는 여러 편차를 포함하고 있다. 따라서, 인젝터 샘플을 정규분포를 얻을 수 있을 정도의 충분한 개수로 하여 모집단으로 만들면 특정된 연료분사 시스템에 대한 하나의 대표적인 상수를 얻을 수 있다. 본 발명에서는 이 상수를 '연료 시스템 상수'라 부르기로 한다.

연료 시스템 상수는 각 인젝터에 대해 연료분사시의 하강 압력값을 측정하고, 이 하강 압력값(최대 하강값)을 분사된 연료량으로 나누어 계산하는 평균화된 하나의 상수이다. 연료 시스템 상수는 연료분사 시스템에 따라 달라지는 것이 일반적이며, 실험으로 정해진 연료 시스템 상수는 해당 연료분사 시스템에 대한 고유 상수로 취급될 수 있다.

반복적인 실험을 통해 해당 연료분사 시스템에 대한 연료 시스템 상수가 결정되면, 이 연료 시스템 상수를 실제 차량에 장착된 해당 연료분사 시스템에서의 인젝터 유량 보정에 활용할 수 있다.

실제 차량에 적용된 상기 특정 연료분사 시스템에 대해 사전에 결정된 연료 시스템 상수를 적용하면, 각 인젝터에 대해 분사시의 하강 압력값을 측정함으로써 분사기간 동안의 평균 분사율을 계산할 수 있다.

즉, 연료 시스템 상수는 '연료분사시의 하강 압력값/분사된 연료량'으로 계산된 것이므로, 분사된 연료량은 '연료분사시의 하강 압력값/연료 시스템 상수'으로 역산될 수 있다. 그러므로, 분사된 연료량을 인젝터의 니들이 열려 있는 시간, 즉 인젝터 열림기간으로 나누면 분사기간 동안의 평균 분사율을 계산할 수 있다.

다음으로, 각 인젝터에 대해 분사기간 동안의 평균 분사율이 계산되면, 이를 사전에 결정된 정상 분사율과 비교함으로써 각 인젝터의 유량이 정상(표준) 제품에 비해 얼마나 높은지 또는 낮은지를 판단할 수 있다. 여기서, 정상(표준) 제품의 평균 분사율은 '정상 분사율'이라 부를 수 있으며, 이 정상 분사율은 설계된 사양에 대한 시뮬레이션으로 얻어지는 분사율이나, 또는 연료 시스템 상수를 구하는 과정에서 다수의 인젝터에 대해 얻어지는 평균 분사율에 의해 결정될 수 있다.

각 인젝터 별로 계산된 평균 분사율을 사전에 결정된 정상 분사율과 비교하면 정상 분사율에 대한 각 인젝터의 분사율의 차분값이 얻어진다. 차분값이 (+) 값이면 정상 제품에 비해 유량이 과다한 것이고, (-) 값이면 반대로 유량이 적은 것이다.

분사기간 동안의 총 분사유량은 '분사기간×평균 분사율'로 계산될 수 있으므로, 결국 각 인젝터 별로 계산된 평균 분사율과 정상 분사율 사이의 차분값이 계산되면 정상 제품에 의한 총 분사유량에 대응하도록 각 인젝터의 열림기간을 당기거나 늦추는 제어를 함으로써 인젝터 유량이 균일해지도록 보정하는 것이 가능해진다. 이러한 유량 보정의 제어 로직은 도 3에 개념적으로 도시되어 있다.

인젝터 열림기간을 보정하는 것은 인젝터 니들이 열리는 시점과 닫히는 시점 중의 어느 하나, 또는 둘 다를 당기거나 지연시키는 방식으로 이루어질 수 있다. 본 발명에서는 분사 개시시점을 바꾸는 것은 내연기관의 출력이나 배기가스에 큰 영향을 미칠 수 있기 때문에 인젝터의 닫힘 시점을 당기거나 지연시키는 방식으로 제어되도록 구성하고 있다.

이상의 각 인젝터에 대한 인젝터 열림시간의 보정에 관한 설명은 사전에 매핑된 모든 포인트에 적용되어, 사전에 매핑된 인젝터 열림시간 동안의 각 인젝터의 연료 분사량이 정상 분사율로 계산되는 연료 분사량에 대응하도록 각 인젝터의 닫힘 시점을 당기거나 지연시키게 된다.

나아가, 사전에 매핑된 각 인젝터 열림시간에 대해 계산된 보정값은 인젝터 별로 각각 적용되며, 나아가 각 보정값을 메모리에 저장하여 기억해놓는 것이 바람직하다. 이는 일단 각 인젝터 별로 계산된 보정값이 안정화되면 상당히 장시간 동안 동일한 보정값을 적용해도 유량 보정에 무리가 없으며, 빈번한 계산은 엔진제어 유니트의 리소스를 과도하게 소모시킬 수 있기 때문이다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예 및 실시형태가 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위는 청구항의 기재내용과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.

10: 연료분사 시스템 100: 연료공급 레일
110: 인젝터 120: 연료압 센서
200: 연료 펌프

Claims (4)

1. 임의로 선택된 복수의 인젝터를 포함하는 특정 연료분사 시스템에 대해, 연료분사시 하강 압력값을 분사된 연료량으로 나누어 계산하는 평균화된 하나의 연료 시스템 상수를 실험적으로 결정하는 단계;
   실제 차량에 적용된 상기 특정 연료분사 시스템에 대해 상기 결정된 연료 시스템 상수를 적용하여, 각 인젝터에 대해 분사시의 하강 압력값을 측정하여 분사기간 동안의 평균 분사율을 계산하는 단계; 및
   상기 각 인젝터 별로 계산된 평균 분사율을 사전에 결정된 정상 분사율과 비교하고, 상기 정상 분사율에 대한 차분값에 따라 상기 각 인젝터에 대한 인젝터 열림시간을 보정하는 단계;
   를 포함하는 인젝터 유량 보정방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 각 인젝터에 대한 평균 분사율은 상기 인젝터의 분사시 하강 압력값을 상기 연료 시스템 상수로 나누어 구해진 연료 분사량을 인젝터 열림 기간으로 다시 나누어 구하는 것을 특징으로 하는 인젝터 유량 보정방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 각 인젝터에 대한 인젝터 열림시간의 보정은 사전에 매핑된 인젝터 열림시간 동안의 각 인젝터의 연료 분사량이 상기 정상 분사율로 계산되는 연료 분사량에 대응하도록 상기 각 인젝터의 닫힘 시점을 당기거나 지연시키는 것을 특징으로 하는 인젝터 유량 보정방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 사전에 매핑된 각 인젝터 열림시간에 대해 상기 인젝터 열림시간의 보정값을 인젝터 별로 각각 적용하고, 이를 기억해놓는 것을 특징으로 하는 인젝터 유량 보정방법.
   

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