KR101846706B1 - 흡기행정을 이용한 mpi 연료 분사재개 방법 및 차량 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 흡기행정을 이용한 MPI 연료 분사재개 방법은 타행주행 조건에 따른 Fuel Cut-Off에 이어진 Fuel Cut-In 재개가 제어기에 의해 판정되면, 흡기행정의 분사 어보션 각(Injection Abortion Angle)이 지나지 않은 시점에서 첫 번째 연료 분사가 즉시 실시되는 SOI 즉시 분사가 수행됨으로써 빠른 토크 발생으로 엔진 RPM 드롭(drop)을 최소화하고, 특히 Fuel Cut-In 엔진 회전수를 보다 낮게 설정함으로써 조정(Calibration)상 유리하면서 연비 개선도 이루어지는 특징을 갖는다.

Description

흡기행정을 이용한 MPI 연료 분사재개 방법 및 차량{Method for Multi Port Injection Refueling using Intake Stroke and Vehicle thereof}
본 발명은 MPI 연료 분사재개 방법에 관한 것으로, 특히 타행주행 조건에 따른 Fuel Cut-Off 후 Fuel Cut-In 시 SOI(Start Of Injection) 즉시 분사로 첫 번째 연료 분사가 이루어지는 MPI 연료 분사재개 방법 및 차량에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 MPI 시스템(Multi Port Injection System)은 엔진의 각 기통별로 설치된 인젝터로 연료를 분사하는 전자제어 분사장치의 예이다. 이러한 전자제어 분사장치는 SPI 시스템(Single Port Injection System), PFI 시스템(Port Fuel Injection System)을 포함한다.
구체적으로 상기 MPI 시스템의 MPI 연료분사 제어방식은 연료 컷(Fuel Cut)을 고려함으로써 연료분사가 차단되는 Fuel Cut-Off 후 연료분사가 재개되는 Fuel Cut-In에 따른 연료분사재개(Refueling Port Fuel Injection)방식으로 수행된다.
이를 위해 상기 MPI 연료분사 제어방식은 배기행정 영역으로 계산한 연료 분사각을 기반으로 한 분사 EOI(End Of Injection) 명령각으로 연료분사가 재개되므로 배기분사 연료재개방식으로 정의된다.
국내 공개특허공보 10-2013-0059749(2013년06월07일)
하지만, 상기 EOI 명령각 분사재개방식은 연료 분사각이 배기행정 영역으로 계산됨으로써 Fuel Cut-OFF 후 Fuel Cut-in시 연료분사개시가 Fuel Cut-in 재개 판정 계산 이후 캠축의 연소 TDC(Ignition TDC(Top Dead Center))를 기준으로 할 때 1기통 또는 2기통 늦게 수행될 수 있다.
그 결과 Fuel Cut-In시 엔진의 RPM 드롭(Revolution Per Minute Drop)이 발생할 수 있고, 이러한 문제현상을 방지하고자 Fuel Cut-in 엔진회전수를 더 높게 설정해야 함으로 연비측면에서 실제적인 손실로 진행 될 수밖에 없다.
이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 타행주행 조건 이후 분사재개가 이루어지는 Fuel Cut-In 재개 판정 시점에 캠축의 어보션 각(Abortion Angle)이 지나지 않은 기통 중 가장 빠른 기통부터 흡기행정에서 SOI 즉시 분사로 첫 번째 연료 분사된 후 EOI 명력각 분사로 전환되도록 제어되고, 특히 첫 번째 흡기분사로 인한 빠른 토크 발생으로 엔진 RPM 드롭(drop)을 최소화함으로써 조정(Calibration)상 유리하도록 Fuel Cut-in 엔진회전수를 보다 낮게 설정하여 연비 개선도 이루어지는 흡기행정을 이용한 MPI 연료 분사재개 방법 및 차량의 제공에 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 흡기행정을 이용한 MPI 연료 분사재개 방법은 (A) 타행주행에 따른 Fuel Cut-Off에 이어진 Fuel Cut-In에 의한 분사 재개가 제어기에 의해 판단되는 단계, (B) 상기 분사 재개의 판정시점에서 기통에 대한 상기 분사 어보션 각의 적용이 이루어지고, 상기 분사 어보션 각이 지나지 않은 기통 들이 판정기통으로 설정되는 단계, (C) 상기 판정기통의 분사 EOI 명령각이 판단되는 단계, (D) 상기 분사 EOI 명령각이 지난 경우 상기 판정기통에서 상기 첫 번째 연료 분사가 실시되는 단계, (E) 상기 분사 EOI 명령각이 지나지 않은 경우 상기 첫 번째 연료 분사가 EOI 명력각 분사로 실시되는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로서, 상기 판정기통은 가장 빠른 압축 TDC(Top Dead Center)를 갖는 기통으로 구분된다.
바람직한 실시예로서, 상기 SOI 즉시 분사는 상기 첫 번째 연료 분사 후 EOI 명력각 분사로 전환되고, 상기 EOI 명력각 분사는 배기행정 영역에서 상기 분사 재개를 실시한다.
바람직한 실시예로서, 상기 타행 주행의 엔진 아이들(Idle) 시 엔진과 수동변속기를 단락(Dis-engaged)시키는 클러치 페달 조작이 이루어지면, 토크 필터링에 의한 부분기통 분사재개가 전기통 분사재개로 전환된다.
그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량은 다수의 기통으로 이루어져 MPI 연료분사 제어가 적용된 엔진; Fuel Cut-In 재개 판정 시점에서 적용된 상기 기통별 분사 어보션 각(Injection Abortion Angle)이 지나지 않은 분사 가능한 가장 빠른 기통부터 흡기행정에서 즉시 연료 분사되는 흡기분사로 첫 번째 연료분사를 수행하고, 이어지는 연료분사를 배기분사로 수행하는 제어기;가 포함된 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로서, 상기 제어기는 엔진 ECU(Electronic Control Unit) 또는 HCU(Hybrid Control Unit)이다.
바람직한 실시예로서, 상기 엔진은 타행 주행 중 엔진 아이들(Idle) 상태에서 특정 엔진회전수 이하인 조건 시 클러치 페달조작으로 수동변속기(Manual Transmission)와 단락(Dis-engaged)되면, 토크 필터링에 의한 부분기통 분사재개가 전기통 분사재개로 전환된다.
이러한 본 발명의 MPI 연료 분사재개 방법은 흡기행정을 이용한 SOI 즉시 분사로 첫 번째 연료 분사된 후 EOI 명력각 분사로 전환되는 흡/배기 혼합 연료분사재개방식으로 구현됨으로써 다음과 같은 장점 및 효과를 구현한다.
첫째, 캠축의 어보션 각(Abortion Angle)을 이용함으로써 Fuel Cut-In 에 따른 연료분사재개의 전략이 새로운 방식으로 확장된다. 둘째, 캠축의 어보션 각(Abortion Angle)이 지나지 않은 기통 중 분사 가능한 가장 빠른 기통부터 즉시 분사 가능토록 제어함으로써 첫 번째 SOI 즉시 분사로 엔진 토크 발생을 빠르게 할 수 있다. 셋째, 빠른 엔진 토크 발생으로 RPM 드롭(drop)을 최소화함으로써 조정(Calibration)상 유리하도록 Fuel Cut-in 엔진회전수를 보다 낮게 설정할 수 있다. 넷째, 보다 낮은 엔진회전수에서 Fuel Cut-In 재개가 이루어지도록 제어 가능하므로 연비개선효과를 가질 수 있다. 다섯째, 타행주행 조건 이후 분사재개 시 흡기분사로 Refueling 재개하여 엔진토크생성이 배기행정방식 대비 1-2 Segment먼저 빨라져 Idle상태에서 RPM drop을 최소화하여 시동 꺼짐(Engine stall)의 위험을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 흡기행정을 이용한 MPI 연료 분사재개 방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 흡기행정을 이용한 MPI 연료 분사재개에 적용된 타이밍 차트(Timing Chart)의 예이며, 도 3은 본 발명에 따른 흡기행정을 이용한 MPI 연료 분사재개를 구현하는 차량의 예이고, 도 4는 본 발명에 따른 3기통 MPI 타입 엔진이 흡기행정에서 MPI 연료 분사재개가 이루어지는 흡기분사 상태이며, 도 5는 본 발명에 따른 흡기분사로 구현된 3기통 MPI 타입 엔진의 각 기통별 압력선도이고, 도 6은 본 발명에 따른 흡기분사로 구현된 3기통 MPI 타입 엔진의 동작 선도이다.
이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
도 1을 참조하면, 흡기행정을 이용한 MPI 연료 분사재개 방법의 주요 특징은 타행주행 조건 이후 분사재개가 이루어지는 Fuel Cut-In 재개 판정 시점(S20)에서 검출된 캠축의 분사 어보션 각(Injection Abortion Angle)이 지나지 않은 분사 가능한 가장 빠른 기통을 이용하고, 이를 SOI 즉시 분사로 흡기행정을 이용한 첫 번째 연료분사가 수행됨에 있다.
그러므로 상기 MPI 연료 분사재개 방법은 전 기통 연료 분사 재개가 아닌 부분 기통 연료분사 재개에서도 가장 빠른 흡기분사 가능 기통을 판정하여 부분 분사 재개를 위한 연료 컷 패턴 설정 제어에 반영된다. 특히, 타행 주행 중 엔진 아이들(Idle) 상태에서 특정 엔진회전수 이하인 조건 시 수동변속기(Manual Transmission) 장착 차량의 경우 클러치 페달을 밟아 엔진과 수동변속기의 단락(Dis-engaged) 상태가 판정되면, 토크 필터링에 의한 부분기통분사재개일 경우에도 부분기통분사가 아닌 전기통 분사재개로 전환된다.
따라서 상기 흡기행정을 이용한 MPI 연료 분사재개 방법은 어떠한 경우에서도 타행주행 조건의 Fuel Cut-Off에 따른 Fuel Cut-In 재개 판정 이후 가장 빨리 돌아오는 Ignition TDC의 기통부터 Refueling 분사 재개되도록 제어됨을 특징으로 한다.
도 2를 참조하면, MPI 연료 분사재개 제어를 위한 타이밍 차트(Timing Chart)는 흡입행정(또는 흡기행정), 압축행정, 팽창행정(또는 폭발행정), 배기행정의 사이클로 연소행정을 구분하고, 흡입행정(또는 흡기행정)에서 Refueling 판정 계산 시점으로 돌아오는 Ignition TDC 기통에 대한 연료분사시간계산 시점(Calc)이 지난 후 어보션각을 IAA 시점으로 한다. 그 결과 어보션 각(Abortion Angle)이 지나지 않은 시점의 흡입행정(또는 흡기행정)에서 Ti로 표시된 구간을 통해 첫 번째 연료 분사를 즉시 실시함으로써 배기분사(즉, EOI 명력각 분사적용방식)가 아닌 흡기분사(즉, SOI 측시 분사 적용방식)를 개시할 수 있게 된다.
이하 흡기행정을 이용한 MPI 연료 분사재개 방법을 도 3 내지 도 6을 참조로 상세히 설명한다. 여기서, 제어 주체는 타이밍차트 맵(10-1)과 연계된 제어기(10)이고, 제어 대상은 차량(1)의 엔진(1-1)에 MPI 연료분사 제어방식을 적용하는 MPI 시스템이다. 특히, 상기 차량(1)은 하이브리드 차량일 수 있다. 그리고 상기 엔진(1-1)은 기통 수량에 제한은 없으나 설명의 용이성을 위해 3기통 엔진을 적용한다. 또한, 상기 제어기(10)는 엔진 ECU(Electronic Control Unit) 또는 HCU(Hybrid Control Unit)일 수 있다.
S10은 제어기(10)에 의해 엔진(1-1)의 타행주행 조건에 따른 Fuel Cut-Off 진입이 이루어진 단계이다. 여기서 타행주행은 차량(1)의 내리막길 운전에서 운전자가 엑셀 페달을 밟지 않고 일정한 속도를 유지하여 연료를 절감하도록 엔진(1-1)이 제어되는 상태를 의미한다.
S20은 제어기(10)에 의해 Fuel Cut-Off 후 Fuel Cut-In 진입에 따른 분사재개가 판정되는 단계이다. 이 경우 제어기(10)는 분사재개판정에 분사재개판정시점(SOI)을 적용한다.
S30은 제어기(10)에 의해 판정시점에서 어보션 각을 지나지 않은 가장 빠른 압축 TDC(Top Dead Center)를 갖는 기통들이 판단되는 단계이고, S40은 제어기(10)에 의해 가장 빠른 TDC를 갖는 판정기통의 분사 EOI 명령각이 지났는지 판단되는 단계이다. 이 경우 상기 어보션 각은 연료분사각에 대해 설정된 값이므로 어보션 각을 지남은 어보션 각의 통과를 의미하고, 엔진의 각 기통에 대한 연료분사각 시점 후에 적용된다. 그러므로 제어기(10)는 분사 EOI 명령각이 지난 경우 SOI 즉시 분사로 전환하는 반면 분사 EOI 명령각이 지나지 않은 경우 EOI 명력각 분사로 전환한다.
S50은 제어기(10)에 의해 SOI 즉시분사로 분사재개가 이루어지는 단계이다. 이 경우 상기 SOI 즉시 분사는 흡기행정에서 계산한 연료 분사각에 기반된 분사재개방식이다. 그러므로 상기 SOI 즉시 분사는 어보션 각을 지나지 않은 가장 빠른 압축 TDC(Top Dead Center)를 가지면서 분사 EOI 명령각이 지난 기통에서 연료 분사가 이루어진다.
반면 S60은 제어기(10)에 의해 EOI 명력각 분사로 분사재개가 이루어지는 단계이다. 이 경우 상기 분사 EOI 명령각 분사는 분사 EOI 명령각의 설정에 맞춘 통상적인 연료분사 재개 방식으로서 배기행정 영역으로 계산된 연료 분사각에 기반된다.
한편, SOI 즉시 분사의 예를 도 4및 도 5를 통해 예시된다.
도 4를 참조하면, 제1,2,3 기통(CYL 1, CYL 2, CYL 3)을 갖는 엔진(1-1)에서 SOI 즉시 분사 시 분사 재게 기통 순서의 예를 알 수 있다. 일례로, Fuel Cut-In 시점에서 IAA의 범위 내 기통은 CYL 1,CYL 2, CYL 3이므로 연소기통은 CYL 1, CYL 2, CYL 3인 경우, 우선순위기통은 CYL 2 → CYL 3 → CYL 1의 순서에 의한 Refueling 분사 재개가 첫 번째로 이루어지는 흡기분사를 형성한다. 여기서, " → "은 진행 방향을 나타내는 화살표 기호이다.
도 5의 엔진(1-1)의 각 기통별 압력선도와 도 6의 엔진(1-1)의 동작 선도를 참조하면, CYL 2 → CYL 3 → CYL 1의 순서에 의한 흡기분사 실시로 엔진 토크 발생이 빨라짐으로써 엔진 RPM 드롭(drop)이 최소화됨을 알 수 있다.
이와 같이 타행주행 조건 후 Fuel Cut-In 시 분사재기의 판정시점에서 가장 빠른 TDC의 기통을 검출하여 SOI 즉시 분사가 구현되면, 수동변속기(Manual Transmission) 장착 차량의 타행주행 중 엔진 아이들(Idle) 시 특정 엔진 회전수 이하에서 클러치 페달을 밟아 엔진과 수동변속기(Manual Transmission)의 단락(Dis-engaged)이 판정될 때 토크 필터링에 의해 부분기통분사재개가 이루어지더라도 전기통 분사재개로 전환될 수 있다.
한편 도 2를 참조하면, 제어기(10)는 타행주행 후 Fuel Cut-In 재개에 의한 MPI 연료분사제어를 시작하면, 첫번째 연료 분사에 한해 즉시 분사 전략으로 어보션 각(Abortion Angle)이 지나지 않은 시점의 흡입행정(또는 흡기행정)에서 SOI 즉시 분사를 실시한 다음, 이어지는 두번째 및 그 이후 연료 분사를 분사 EOI 명령각에 기반하여 재개한다. 이 경우 상기 분사 EOI 명령각 분사는 배기행정에서 T로 표시된 구간에서 Refueling 분사 재개가 이루어짐을 나타낸다. 그러므로 위에서 기술한 MPI의 연료분사 제어방식은 흡배기 혼합 분사 연료재개방식으로 정의될 수 있다.
전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 흡기행정을 이용한 MPI 연료 분사재개 방법은 타행주행 조건에 따른 Fuel Cut-Off에 이어진 Fuel Cut-In 재개가 제어기에 의해 판정되면, 흡기행정의 분사 어보션 각(Injection Abortion Angle)이 지나지 않은 시점에서 첫 번째 연료 분사가 즉시 실시되는 SOI 즉시 분사가 수행됨으로써 빠른 토크 발생으로 엔진 RPM 드롭(drop)을 최소화하고, 특히 Fuel Cut-In 엔진 회전수를 보다 낮게 설정함으로써 조정(Calibration)상 유리하면서 연비 개선도 이루어진다.
1 : 차량 1-1 : 엔진
10 : 제어기 10-1 : 타이밍차트 맵

Claims (12)

  1. 타행주행 후 분사재개가 제어기에 의해 판정되면, 흡기행정의 분사 어보션 각(Injection Abortion Angle)이 지나지 않은 시점에서 SOI(Start Of Injection) 즉시 분사로 첫 번째 연료 분사가 실시되고,
    상기 SOI 즉시 분사는, (A) 상기 타행주행에 따른 Fuel Cut-Off에 이어진 Fuel Cut-In에 의한 분사 재개가 판단되는 단계, (B) 상기 분사 재개의 판정시점에서 기통에 대한 상기 분사 어보션 각의 적용이 이루어지고, 상기 분사 어보션 각이 지나지 않은 기통 들이 판정기통으로 설정되는 단계, (C) 상기 판정기통의 분사 EOI(End Of Injection) 명령각이 판단되는 단계, (D) 상기 분사 EOI 명령각이 지난 경우 상기 판정기통에서 상기 첫 번째 연료 분사가 실시되는 단계
    로 이루어지는 것을 특징으로 하는 흡기행정을 이용한 MPI 연료 분사재개 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 분사 어보션 각은 엔진의 각 기통에 대한 연료분사각 시점 후에 적용되는 것을 특징으로 하는 흡기행정을 이용한 MPI 연료 분사재개 방법.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 판정기통은 가장 빠른 압축 TDC(Top Dead Center)를 갖는 기통으로 구분되는 것을 특징으로 하는 흡기행정을 이용한 MPI 연료 분사재개 방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 SOI 즉시 분사는 상기 첫 번째 연료 분사 후 EOI 명력각 분사로 전환되는 것을 특징으로 하는 흡기행정을 이용한 MPI 연료 분사재개 방법.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 SOI 즉시 분사는, (E) 상기 분사 EOI 명령각이 지나지 않은 경우 상기 첫 번째 연료 분사가 EOI 명력각 분사로 실시되는 단계
    가 더 포함된 것을 특징으로 하는 흡기행정을 이용한 MPI 연료 분사재개 방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 EOI 명력각 분사는 배기행정 영역에서 상기 분사 재개를 실시하는 것을 특징으로 하는 흡기행정을 이용한 MPI 연료 분사재개 방법.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 타행 주행의 엔진 아이들(Idle) 시 엔진과 수동변속기를 단락(Dis-engaged)시키는 클러치 페달 조작이 이루어지면, 토크 필터링에 의한 부분기통 분사재개가 전기통 분사재개로 전환되는 것을 특징으로 하는 흡기행정을 이용한 MPI 연료 분사재개 방법.
  9. 청구항 1과 청구항 2 및 청구항 4 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 의한 MPI 연료 분사재개 방법을 구현하는 타이밍 차트 맵;
    상기 타이밍 차트 맵으로 제어되는 다수의 기통을 갖춘 엔진;
    이 포함된 것을 특징으로 하는 차량.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 타이밍차트 맵은 엔진 ECU(Electronic Control Unit)와 연계된 것을 특징으로 하는 차량.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 타이밍차트 맵은 HCU(Hybrid Control Unit)와 연계된 것을 특징으로 하는 차량.
  12. 청구항 9에 있어서, 상기 엔진은 타행 주행 중 엔진 아이들(Idle) 상태에서 특정 엔진회전수 이하인 조건 시 클러치 페달조작으로 수동변속기(Manual Transmission)와 단락(Dis-engaged)되면, 토크 필터링에 의한 부분기통 분사재개가 전기통 분사재개로 전환되는 것을 특징으로 하는 차량.
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