KR102202718B1

KR102202718B1 - 물분사 시스템의 제어방법 및 장치

Info

Publication number: KR102202718B1
Application number: KR1020190101279A
Authority: KR
Inventors: 김영재; 이진노
Original assignee: 주식회사 현대케피코
Priority date: 2019-08-19
Filing date: 2019-08-19
Publication date: 2021-01-13

Abstract

엔진의 연소실 내부에 물을 분사하는 물분사 시스템을 제어하는 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 물분사 시스템의 제어방법은, 키 오프(Key Off)와 동시에 물분사 인젝터가 클로즈된 상태에서 물분사 펌프를 역회전 제어하여 물분사 레일의 압력을 하강시키는 펌프 역회전 제어단계, 특정 시점에 상기 물분사 인젝터를 개방하여 물분사 레일에 잔류하는 물을 물탱크 측으로 회수하는 물 회수단계, 물분사 레일의 압력 정보를 바탕으로 물 회수과정에서 상기 물분사 인젝터가 개방된 동안 물분사 레일로 유입되는 공기량을 계산하고 계산된 유입 공기량을 메모리에 기준값으로 저장하는 기준값 설정단계, 키 온(Key On)과 동시에 물분사 인젝터가 클로즈된 상태에서 물분사 펌프를 정회전 제어하여 물분사 레일의 압력을 상승시키는 펌프 정회전 제어단계, 물분사 인젝터를 개방하여 물분사 레일 내에 잔류하는 공기를 물분사 레일 밖으로 배출시키는 공기 배출단계 및 물분사 레일의 압력정보를 바탕으로 물분사 인젝터 밖으로 배출되는 배출 공기량을 계산하고, 계산된 배출 공기량을 상기 기준값과 비교하여 공기 배출 완료여부를 판단하는 판단단계를 포함하는 것을 요지로 한다.

Description

물분사 시스템의 제어방법 및 장치{Control Method and Apparatus of Water Injection system}

본 발명은 연소실에 물을 분사하는 물분사 시스템의 제어방법 및 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 키 오프 시 물분사 레일에 채워진 물을 회수하고, 물분사 레일의 물을 회수하는 과정에서 물분사 레일로 유입된 공기를 키 온과 함께 강제 배출시키는 프로세스를 갖는 물분사 시스템의 제어방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 노킹(Knocking)은 점화에 의해 화염이 전파되기 전에 미연소 혼합가스가 자연발화를 일으켜 압력과 온도가 급격하게 상승하면서 나타나는 현상을 의미한다. 노킹은 내연 기관의 출력 저하나 배기밸브나 피스톤이 고장, 피스톤과 실린더가 녹아 붙는 등의 치명적인 문제의 원인이 되므로 이를 반드시 제어할 필요가 있다.

노킹을 제어하는 기술에는 여러 가지 방식이 있다. 그 중 대표적인 것이 점화 시기 제어를 통한 노킹 제어 기술이다. 이는 노크 센서를 이용하여 노킹 여부 및 노킹 강도를 판단하고, 노킹 강도에 따라 점화 시기를 지각시킴으로써 노킹을 제어하는 기술이다. 그러나 이 방식은 엔진의 토크 및 출력 감소를 수반하는 문제가 있다.

토크 저하를 방지하면서도 효과적인 노킹 제어를 위한 대안 기술로서, 공기 보조 분사 시스템, 연료 분사량 증대(Fuel enrichment)를 적용한 EGR 시스템, 물 분사 시스템 등이 제안된 바 있다. 이 중에서 연비와 에미션(Emission)에 영향을 주지 않으면서 노킹 제어를 효과적으로 할 수 있는 방안이 바로 물분사 시스템(Water injection system)이다.

물분사 시스템은 필요에 따라 엔진의 연소실 안에 고압의 물(Water)을 미립자 형태로 분사함으로써 연소 후 배출되는 배출 배기가스 및 흡기 온도를 조절하고, 엔진의 연소실 내부의 연소 특성을 향상시켜 노킹(knocking) 등의 불안정한 작동을 방지하며, 과급 압력을 높여 출력 성능을 높일 수 있는 시스템을 의미한다.

도 1은 물분사 시스템을 개략 도시한 개념도이다.

도 1을 참조하면, 물분사 시스템은 물분사 인젝터(30)를 포함한다. 물분사 인젝터(30)는 엔진(40)의 양 측으로 배치되는 흡기계(41)와 배기계(42) 중 흡기계(41)에 설치되며, 물분사 레일(50)을 통해 물탱크(10)와 연결된다. 물탱크(10)의 내부에는 물분사 펌프(20)가 배치됨으로써, 물탱크(10) 내부에 채워진 물을 흡입하여 상기 물분사 레일(50)을 향하여 일정 압력으로 토출한다.

물분사 인젝터(30)와 물분사 펌프(10)는 제어부 통제에 따라 개방 및 구동되며, 제어부는 차량 각부에 설치된 센서들이 제공하는 센싱정보를 바탕으로 상기 연소실(43)에 대한 물분사 타이밍을 결정한다. 그리고 그 결정된 타이밍에 물분사 인젝터(30)와 물분사 펌프(10)를 작동시켜 엔진 운전 조건에 맞는 최적의 분사 타이밍에 연소실(43)의 내부에 물이 분사될 수 있도록 제어한다.

미설명 도면부호 100은 상기 물분사 레일(50)에 장착되어 레일 내 압력을 검출하는 레일압력센서를 가리킨다.

한편, 외기 온도가 낮은 동절기의 경우 물분사 레일(50)에 물이 채워져 있는 상태로 물분사 시스템 작동 없이 일정시간 이상 방치될 경우, 결빙으로 인한 동파사고가 발생할 수 있다. 그럼에도 불구하고 종래 물분사 시스템에는 이러한 문제(겨울철 동파사고)를 방지할 수 있는 기술이 부재하여 이에 대한 개선이 매우 시급한 실정이다.

한국공개특허 제10-2017-0056195호(2017.05.23 공개)

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 물분사 펌프와 물분사 인젝터를 제어하여 키 오프(Key Off) 시 물분사 레일의 물을 회수함으로써 동절기 결빙으로 인한 물분사 레일의 동파사고를 방지할 수 있는 물분사 시스템의 제어방법 및 장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 키 오프(Key Off) 시 물을 회수하는 과정에서 물분사 레일에 유입된 공기를 키 온(Key On)과 함께 배출하여 공연비 오류 및 노킹, 그로 인한 출력저하 및 엔진 손상을 방지할 수 있는 물분사 시스템의 제어방법 및 장치를 제공하고자 하는 것이다.

과제의 해결 수단으로서 본 발명의 일 측면에 따른 바람직한 일 실시 예에 따르면,

엔진의 연소실 내부에 물을 분사하는 물분사 시스템을 제어하는 방법으로서,

A) 키 오프(Key Off)와 동시에 물분사 인젝터가 클로즈된 상태에서 물분사 펌프를 역회전 제어하여 물분사 레일의 압력을 하강시키는 펌프 역회전 제어단계;

B) 특정 시점에 상기 물분사 인젝터를 개방하여 물분사 레일에 잔류하는 물을 물탱크 측으로 회수하는 물 회수단계;

C) 물분사 레일의 압력 정보를 바탕으로 물 회수과정에서 상기 물분사 인젝터가 개방된 동안 물분사 레일로 유입되는 공기량을 계산하고 계산된 유입 공기량을 메모리에 기준값으로 저장하는 기준값 설정단계;

D) 키 온(Key On)과 동시에 물분사 인젝터가 클로즈된 상태에서 물분사 펌프를 정회전 제어하여 물분사 레일의 압력을 상승시키는 펌프 정회전 제어단계;

E) 물분사 인젝터를 개방하여 물분사 레일 내에 잔류하는 공기를 물분사 레일 밖으로 배출시키는 공기 배출단계; 및

F) 물분사 레일의 압력정보를 바탕으로 물분사 인젝터 밖으로 배출되는 배출 공기량을 계산하고, 계산된 배출 공기량을 상기 기준값과 비교하여 공기 배출 완료여부를 판단하는 판단단계;를 포함하는 물분사 시스템의 제어방법을 제공한다.

여기서 상기 물분사 인젝터를 개방하는 특정 시점은, 상기 물분사 레일의 압력이 설정압력에 도달하는 시점일 수 있다.

바람직하게는, 상기 물분사 레일의 압력이 설정압력 미만이면, 물분사 인젝터의 개방을 지연시키고 물분사 펌프를 계속해서 역회전 제어할 수 있다.

또한, 상기 물분사 인젝터가 개방되어 있는 동안 물분사 레일로 유입되는 공기량은, 상기 물분사 인젝터가 개방되기 직전 물분사 레일의 압력과 대기압 간 차이(ΔP) 및 설정된 물분사 인젝터의 단면적 정보로부터 계산될 수 있다.

그리고, 상기 공기 배출과정에서 물분사 인젝터 밖으로 배출되는 배출 공기량은, 상기 물분사 인젝터가 개방되기 직전의 물분사 레일의 압력과 대기압 간 차이(ΔP) 및 설정된 물분사 인젝터의 단면적 정보로부터 계산될 수 있다.

또한, 상기 F) 단계에서는 계산된 배출 공기량이 상기 기준값에 도달하면 공기 배출이 완료된 것으로 판단할 수 있다.

바람직하게 상기 F) 단계에서는, F-1) 계산된 배출 공기량이 상기 기준값에 도달했는지 판단하고, F-2) 배출 공기량이 상기 기준값에 도달하면, 각속도 센서의 출력 정보를 바탕으로 엔진 러프니스(Roughness)를 체크하며, F-3) 엔진 러프니스가 설정 임계값 이하이면 공기 배출이 완료된 것으로 판단할 수 있다.

여기서, 상기 F-1) 단계에서는 계산된 배출 공기량이 상기 기준값에 못 미치면 물분사 인젝터에 구동 펄스(Drive Pulse)를 추가 인가하여 개방하고, 상기 F-2) 단계에서는 엔진 러프니스가 임계값을 초과하면 물분사 인젝터에 구동 펄스(Drive Pulse)를 추가 인가하여 개방할 수 있다.

과제의 해결 수단으로서 본 발명의 일 측면에 따른 바람직한 다른 실시 예에 따르면,

B) 역회전 구동되는 물분사 펌프의 구동시간이 설정시간에 도달하면 상기 물분사 인젝터를 개방하여 물분사 레일에 잔류하는 물을 물탱크 측으로 회수하는 물 회수단계;

C) 키 온(Key On)과 동시에 물분사 인젝터가 클로즈된 상태에서 물분사 펌프를 정회전 제어하여 물분사 레일의 압력을 상승시키는 펌프 정회전 제어단계;

D) 정회전 구동되는 물분사 펌프의 구동시간이 설정시간에 도달하면 상기 물분사 인젝터를 개방하여 물분사 레일 내에 잔류하는 공기를 물분사 레일 밖으로 배출시키는 공기 배출단계; 및

E) 각속도 센서의 출력 정보를 바탕으로 엔진 러프니스(Roughness)를 체크하여 공기 배출 완료여부를 판단하는 판단단계;를 포함하는 물분사 시스템의 제어방법을 제공한다.

여기서 상기 E) 단계에서는, 엔진 러프니스가 설정 임계값 이하이면 공기 배출이 완료된 것으로 판단할 수 있다.

또한, 상기 E) 단계에서 엔진 러프니스가 설정 임계값을 초과하면 물분사 인젝터에 구동 펄스(Drive Pulse)를 추가 인가하여 개방할 수 있다.

과제의 해결 수단으로서 본 발명의 일 측면에 따른 바람직한 또 다른 실시 예에 따르면

B) 물분사 레일의 압력이 설정압력에 도달하면 상기 물분사 인젝터를 개방하여 물분사 레일에 잔류하는 물을 물탱크 측으로 회수하는 물 회수단계;

D) 물분사 레일의 압력이 설정압력에 도달하면 상기 물분사 인젝터를 개방하여 물분사 레일 내에 잔류하는 공기를 물분사 레일 밖으로 배출시키는 공기 배출단계; 및

과제의 해결 수단으로서 본 발명의 다른 측면에 따르면,

엔진의 연소실 내부에 물을 분사하는 물분사 시스템을 제어하는 장치로서,

물분사 레일의 압력을 검출하는 레일압력센서;

엔진의 시동을 위한 키(Key)의 온(On)/오프(Off) 상태를 검출하는 시동 감지부;

상기 레일압력센서와 시동 감지부의 검출정보를 바탕으로 물분사 펌프의 정방향 또는 역방향 회전과 물분사 인젝터의 개방시기를 제어하는 제어부;를 포함하는 물분사 시스템의 제어장치를 제공한다.

바람직한 일 실시 예로서 상기 제어부는, 키 오프(Key Off) 신호가 검출되면, 물분사 인젝터가 클로즈된 상태에서 물분사 펌프를 역회전 제어하여 물분사 레일의 압력을 하강시키고, 특정 시점에 상기 물분사 인젝터를 개방하며, 레일압력센서의 검출정보를 바탕으로 상기 물분사 인젝터가 개방된 동안 물분사 레일로 유입되는 공기량을 계산하고 계산된 유입 공기량을 메모리에 기준값으로 저장하고, 키 온(Key On) 신호가 검출되면, 물분사 인젝터가 클로즈된 상태에서 물분사 펌프를 정회전 제어하여 물분사 레일의 압력을 상승시킨 후 물분사 인젝터를 개방하며, 레일압력센서의 검출정보를 바탕으로 상기 물분사 인젝터 밖으로 배출되는 배출 공기량을 계산하고, 계산된 배출 공기량을 상기 기준값과 비교하여 공기 배출 완료여부를 판단할 수 있다.

여기서 상기 물분사 인젝터를 개방하는 특정 시점은, 물분사 인젝터가 클로즈된 상태에서 상기 레일압력센서를 통해 검출되는 물분사 레일의 압력이 설정압력에 도달하는 시점으로 특정될 수 있다.

또한 상기 제어부는, 레일압력센서를 통해 검출되는 상기 물분사 레일의 압력이 설정압력 미만이면, 물분사 인젝터의 개방을 지연시키고 물분사 펌프를 계속해서 역회전 제어할 수 있다.

또한 상기 제어부는, 상기 물분사 인젝터가 개방되기 직전 레일압력센서의 검출값과 대기압 간 차이(ΔP) 및 설정된 물분사 인젝터의 단면적 정보를 이용하여, 물분사 인젝터가 개방되어 있는 동안 물분사 레일로 유입되는 유입 공기량을 계산할 수 있다.

또한 상기 제어부는, 상기 물분사 인젝터가 개방되기 직전의 레일압력센서의 검출값과 대기압 간 차이(ΔP) 및 설정된 물분사 인젝터의 단면적 정보를 이용하여, 공기 배출과정에서 물분사 인젝터 밖으로 배출되는 배출 공기량을 계산할 수 있다.

또한 상기 제어부는, 계산된 배출 공기량이 상기 기준값에 도달하면 공기 배출이 완료된 것으로 판단할 수 있다.

또한 상기 제어부는, 계산된 배출 공기량이 상기 기준값에 도달하면, 각속도 센서의 출력 정보를 바탕으로 엔진 러프니스(Roughness)를 체크하고, 엔진 러프니스가 설정 임계값 이하이면 공기 배출이 완료된 것으로 판단할 수 있다.

또한 상기 제어부는, 계산된 배출 공기량이 상기 기준값에 못 미치면 물분사 인젝터에 구동 펄스(Drive Pulse)를 추가 인가하여 개방하고, 엔진 러프니스가 임계값을 초과하면 물분사 인젝터에 구동 펄스(Drive Pulse)를 추가 인가하여 개방시키는 제어를 실행할 수 있다.

바람직한 다른 실시 예로서 상기 제어부는, 키 오프(Key Off) 신호가 검출되면, 물분사 인젝터가 클로즈된 상태에서 물분사 펌프를 역회전 제어하여 물분사 레일의 압력을 하강시키고, 물분사 펌프의 역회전 구동시간이 설정시간에 도달하면 상기 물분사 인젝터를 개방하며, 키 온(Key On) 신호가 검출되면, 물분사 인젝터가 클로즈된 상태에서 물분사 펌프를 정회전 제어하여 물분사 레일의 압력을 상승시키고, 물분사 펌프의 정회전 구동시간이 설정시간에 도달하면 상기 물분사 인젝터를 개방하며, 각속도 센서의 출력 정보를 바탕으로 엔진 러프니스(Roughness)를 체크하여 공기 배출 완료여부를 판단할 수 있다.

여기서 상기 제어부는, 엔진 러프니스가 설정 임계값 이하이면 공기 배출이 완료된 것으로 판단할 수 있다.

또한 상기 제어부는, 엔진 러프니스가 설정 임계값을 초과하면 물분사 인젝터에 구동 펄스(Drive Pulse)를 추가 인가하여 개방할 수 있다.

바람직한 또 다른 실시 예로서 상기 제어부는, 키 오프(Key Off) 신호가 검출되면, 물분사 인젝터가 클로즈된 상태에서 물분사 펌프를 역회전 제어하여 물분사 레일의 압력을 하강시키고, 물분사 레일의 압력이 설정압력에 도달하면 상기 물분사 인젝터를 개방하며, 키 온(Key On) 신호가 검출되면, 물분사 인젝터가 클로즈된 상태에서 물분사 펌프를 정회전 제어하여 물분사 레일의 압력을 상승시키고, 물분사 레일의 압력이 설정압력에 도달하면 상기 물분사 인젝터를 개방하며, 각속도 센서의 출력 정보를 바탕으로 엔진 러프니스(Roughness)를 체크하여 공기 배출 완료여부를 판단할 수 있다.

이 경우 상기 제어부는, 엔진 러프니스가 설정 임계값 이하이면 공기 배출이 완료된 것으로 판단할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 물분사 시스템의 제어방법 및 장치에 의하면, 키 오프(Key Off) 시 물분사 펌프를 역회전 제어하여 인젝터 일측과 타측의 압력 차이를 발생시키고, 그 압력 차이를 이용하여 물분사 레일 내에 물을 물탱크 측으로 회수함으로써, 동절기 물분사 레일의 결빙 및 그로인한 물분사 레일의 동파사고를 확실하게 예방할 수 있다.

또한 본 발명은, 키 오프(Key Off) 시 물분사 레일의 결빙 방지를 위해 물을 회수하는 과정에서 물분사 레일에 유입된 공기를 키 온(Key On)과 동시에 물분사 펌프를 정회전 제어하여 물분사 레일 밖으로 배출시키도록 구성됨으로써, 물분사가 제대로 구현되지 않음에 따른 공연비 오류 및 노킹, 그로 인한 출력저하 및 엔진 손상을 명확하게 방지할 수 있다.

더욱이, 키 오프(Key Off) 시 물을 회수하는 과정에서 물분사 레일로 유입된 공기량과 키 온(Key On) 시 배출되는 공기량을 비교하거나, 물분사 펌프의 정방향 및 역방향 구동시간, 물분사 레일의 압력정보 등을 이용하는 방식으로 공기가 빠진 것을 확인하고, 엔진 러프니스를 체크하여 공기가 다 빠졌는지를 추가적으로 확인함으로써 정상적인 물분사 제어를 가능하게 할 수 있다.

도 1은 물분사 시스템을 개략 도시한 개념도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 물분사 시스템 제어장치의 구성을 개략 도시한 블록 구성도.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 물분사 시스템 제어방법에 관한 순서도.
도 4는 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따른 물분사 시스템 제어방법에 관한 순서도.
도 5는 본 발명의 바람직한 또 다른 실시 예에 따른 물분사 시스템 제어방법에 관한 순서도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명을 설명함에 있어 이하 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

또한, 본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

더하여, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일도면 참조부호를 부여하기로 하며 동일 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 물분사 시스템 제어장치의 구성을 개략 도시한 블록 구성도로서, 이를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 제어장치부터 개략적으로 살펴보기로 하되, 설명의 편의를 위해 전술한 도 1을 함께 참조하면서 도 1에 도시된 구성은 해당 참조번호를 언급하여 설명하기로 한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 물분사 시스템의 제어장치는, 물분사 레일의 압력을 검출하는 레일압력센서(100)와, 엔진의 시동을 위한 키(Key)의 온(On)/오프(Off) 상태를 감지하는 시동 감지부(200)를 포함한다. 또한 상기 레일압력센서(100)와 시동 감지부(200)의 검출정보를 바탕으로 물분사 펌프(20)의 정/역방향 회전과 물분사 인젝터(30)의 개방시기를 제어하는 제어부를 구비한다.

물분사 인젝터(30)는 엔진(40)의 양 측으로 배치되는 흡기계(41)와 배기계(42) 중 흡기계(41)에 설치되며, 물분사 레일(50)을 통해 물탱크(10)와 연결된다. 물탱크(10)의 내부에는 상기 물분사 펌프(20)가 배치되며, 물분사 펌프(20)는 상기 물탱크(10) 내부에 채워진 물을 흡입하여 상기 물분사 레일(50)을 향하여 일정 압력으로 토출한다.

물분사 인젝터(30)와 물분사 펌프(10)는 상기 제어부(300) 통제에 따라 개방 및 구동된다. 제어부(300)는 차량 각부에 설치된 센서들이 제공하는 센싱정보를 바탕으로 연소실(43)에 대한 물분사 타이밍을 결정하고, 그 결정된 타이밍에 물분사 펌프(10)를 작동시키고 물분사 인젝터(30)를 개방하여 엔진 운전 조건에 맞는 최적의 분사 타이밍에 연소실(43)에 물이 분사될 수 있도록 제어한다.

앞서 언급했듯이, 동절기에 물분사 레일(50)에 물이 채워져 있는 상태로 시스템 작동 없이 일정시간 이상 방치되면, 결빙으로 인한 동파사고가 발생할 수 있다. 이에 본 발명에 적용된 상기 제어부(300)는 시동 오프 시 시동 감지부(200)의 출력정보(Key Off 신호)를 바탕으로 물분사 레일에 채워진 물을 물탱크 측으로 회수하여 물분사 레일(50)을 비움으로써 결빙을 방지하는 제어를 수행한다.

시동 오프 시 제어부에 의해 수행되는 물분사 레일에 대한 결빙방지 제어에 대해 좀 더 구체적으로 살펴보기로 한다.

시동 오프와 동시에 시동 감지부(200)가 이를 감지하여 시동 오프에 관한 신호(이하, 'Key Off 신호'라 한다)를 생성하고 상기 제어부(300)에 전달한다. 제어부(300)는 시동 감지부(200)로부터 Key Off 신호가 입력되면 우선, 물분사 펌프(20)를 역회전 제어하여 물분사 레일(50)의 압력을 상승시킨다. 이때 물분사 레일(50)을 통해 물분사 펌프(20)에 연결된 상기 물분사 인젝터(30)는 닫힘(이하, '클로즈'라 한다) 상태에 있다.

참고로, 물분사 인젝터(30)는 솔레노이드 방식의 전자 제어방식일 수 있으며, 제어부(300)가 출력하는 구동 펄드(Drive Pulse)에 의해 일정 압력으로 압축된 물분사 레일(50) 상의 물이 연소실로 공급되는 것을 허용하도록 개방 작동되는 구성일 수 있다. 다시 말해, 물분사 인젝터(30)는 구동 펄스가 인가된 시점에서부터 그 신호가 인가되는 시간 동안 연소실을 향한 물분사를 허용하도록 작동될 수 있다.

물분사 인젝터(30)가 클로즈된 상태에서 물분사 펌프(20)가 역방향으로 구동되면, 물분사 펌프(20)와 인젝터 사이의 물분사 레일(50)의 압력이 하강하며, 물분사 레일(50)의 압력이 소정 압력에 도달하는 특정 시점에 제어부(300)는 상기 물분사 인젝터(30)에 구동 펄스를 인가한다. 즉 물분사 레일(50)의 압력이 소정 압력에 도달하면 제어부(300)는 구동 신호를 인가하여 물분사 인젝터(30)를 개방시킨다.

물분사 레일(50)의 압력이 하강한 상태에서 제어부(300) 통제로 물분사 인젝터(30)가 개방되면, 물분사 인젝터(30) 일측(연소실 측)과 타측(물분사 레일(50)과 연결된 측)의 압력 차이 때문에 물분사 레일(50)에 채워져 있던 물은 순간 물분사 펌프(20) 측으로 빠른 속도로 빨려 들어가 물탱크(10) 측으로 회수되며, 이에 따라 물분사 레일(50)에 잔류하던 물이 제거됨으로써 결빙을 방지할 수 있게 되는 것이다.

제어부(300)가 물분사 펌프(20)에 대한 역회전 제어를 종료하고 물분사 인젝터(30)를 개방시키는 상기 특정 시점은, 물분사 인젝터(30)가 클로즈된 상태에서 레일압력센서(100)를 통해 검출되는 물분사 레일(50)의 압력이 설정압력에 도달하는 시점으로서, 이때 설정 임계값은 대기압보다 낮은 수준의 압력으로서 물분사 레일(50)의 길이에 따라 달라질 수 있으나, 바람직하게는 0.5 ~ 0.7bar일 수 있다.

제어부(300) 통제로 물분사 인젝터(30)가 개방되는 순간, 물분사 인젝터(30) 일측과 타측의 압력 차이로 물분사 레일(50) 내에 채워져 있던 물이 물탱크(10) 측으로 빠져나가는 힘에 의해 물분사 레일(50) 내에 순간 진공압이 형성되며, 이로 인한 물분사 레일(50) 내부와 외부 사이의 압력 차이로 물분사 레일(50) 내부로 공기가 유입됨으로써 물이 있던 자리를 채우게 된다.

제어부(300)는 이 과정에서 물분사 레일(50) 내부로 유입되는 공기량을 계산한다. 바람직하게는, 레일압력센서(100)의 검출정보를 바탕으로 물분사 인젝터(30)가 개방된 동안 물분사 레일(50)로 유입되는 공기량을 계산한다. 그리고 계산된 값을 EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory), FM(Flash Memory), 하드 디스크 드라이브 등과 같은 비휘발성 메모리(400)에 기준값으로 저장한다.

물분사 인젝터(30)가 개방된 동안 물분사 레일(50)로 유입되는 공기량은, 물분사 인젝터(30)가 개방되기 직전의 레일압력센서(100)의 검출값과 대기압 간 차이(ΔP)와 설정된 물분사 인젝터(30)의 단면적(A) 정보를 이용하여 어렵지 않게 계산될 수 있다. 참고로, 단면적(A)은 정해진 상수값이고, 상기 검출값은 물분사 인젝터(30)가 개방되는 시점의 물분사 레일(50)의 압력이므로 전술한 설정 임계값이 된다.

따라서 베르누이 방정식을 이용하면 상기 ΔP에 상응하는 속도(V) 값을 구할 수 있고, 구해진 속도(V)와 물분사 인젝터(30)의 단면적(A) 정보를 이용하면, 물분사 인젝터(30)가 개방된 동안 물분사 레일(50)로 유입되는 유입 공기량(Q=AV)을 도출해낼 수 있는 것이며, 제어부(300)에는 이처럼 ΔP와 단면적(A) 정보로부터 유입 공기량을 계산하는 일련의 프로세스를 갖는 제어로직이 포함될 수 있다.

레일압력센서(100)를 통해 검출되는 상기 물분사 레일(50)의 압력이 상기 설정 임계값 미만일 경우 제어부(300)는, 물분사 인젝터(30)의 개방을 지연시키고 물분사 레일(50)의 압력이 설정압력에 도달할 때까지 물분사 펌프(20)를 계속해서 역회전 제어할 수 있다.

한편, 물분사 모드(Water injection mode)에서는 연소실에 분사되는 물의 양만큼 흡입 공기량이 줄게 된다. 이에 따라 사전 모델링 되어 메모리(400)와 같은 기록장치에 저장된 흡입 공기량 정보를 바탕으로 물분사 제어에 따라 줄어드는 흡입 공기량에 상응하는 만큼 연료량을 감소시키는 조절을 통해 공연비를 일정 수준(이론 공연비 수준)으로 맞추게 된다.

다시 말해 물분사 모드로 전환되어 물분사가 시작되면, 물분사 상황에 맞춰 사전 모델링 된 흡입 공기량 정보를 기반으로 연료량을 조절함으로써 공연비를 일정 수준으로 맞추게 되는데, 결빙 방지 제어를 위해 물분사 레일(50) 내 물을 회수하는 과정에서 물분사 레일(50)에 공기가 유입된 상태로 방치되면, 이후 물분사 모드로 전환 시 물분사가 정상적으로 이루어지지 않게 된다.

물분사가 정상적으로 이루어지지 않으면, 연소실에 공급되는 실제 공기량과 이론 공기량에 차이가 발생하여 결국 공연비가 틀어지게 된다. 좀 더 구체적으로는, 물분사 모드에서 물이 정상적으로 공급되지 않으면, 그만큼 많은 공기가 연소실로 공급되는 반면, 물분사 모드에 맞춰 연료량은 줄게 되므로 희박 연소(Lean burn) 상태가 되어 출력이 떨어지게 된다.

이에 본 발명에 적용된 상기 제어부(300)는, 시동 오프 시 시동 감지부(200)의 출력정보(Key Off 신호)를 바탕으로 물분사 레일(50)에 채워진 물을 물탱크(10) 측으로 회수하여 물분사 레일(50)을 비우는 전술한 결빙 방지 제어를 수행하는 한편, 시동 온 시 시동 감지부(200)의 출력정보(Key On)를 바탕으로 물분사 레일(50)에 채워진 공기를 레일 밖으로 강제 배기시키는 공기 빼기 제어를 수행한다.

시동 온 시 제어부에 의해 수행되는 물분사 레일에 대한 공기 빼기 제어에 대해 좀 더 구체적으로 살펴보기로 한다.

시동 온과 동시에 시동 감지부(200)가 이를 감지하여 시동 온에 관한 신호(이하, 'Key On 신호'라 한다)를 생성하고 상기 제어부(300)에 전달한다. 제어부(300)는 시동 감지부(200)로부터 Key On 신호가 입력되면 우선, 물분사 펌프(20)를 정회전 제어하여 물분사 레일(50)의 압력을 상승시킨다. 이때 물분사 레일(50)을 통해 물분사 펌프(20)에 연결된 상기 물분사 인젝터(30)는 클로즈 상태에 있다.

물분사 인젝터(30)가 클로즈된 상태에서 물분사 펌프(20)가 정방향으로 구동되면, 물분사 펌프(20)와 인젝터 사이의 물분사 레일(50)의 압력이 상승하며, 물분사 레일(50)의 압력이 소정 압력에 도달하는 순간 제어부(300)는 상기 물분사 인젝터(30)에 구동 펄스를 인가한다. 즉 물분사 레일(50)의 압력이 소정 압력에 도달하면 제어부(300)는 구동 신호를 인가하여 물분사 인젝터(30)를 개방시킨다.

물분사 레일(50)의 압력이 상승한 상태에서 물분사 인젝터(30)가 개방되면, 물분사 인젝터(30) 일측(연소실 측)과 타측(물분사 레일(50)과 연결된 측)의 압력 차이 때문에 물분사 레일(50) 내 공기는 순간 연소실 측으로 빠른 속도로 배출되며, 이에 따라 시동 직전 물분사 레일(50)에 잔류하던 공기가 제거됨으로써 이후 물분사 모드에서 연소실에 대한 물분사가 정상적으로 구현될 수 있다.

제어부(300)는 이 과정에서 물분사 레일(50) 밖으로 배출되는 공기량을 계산한다. 배출 공기량은 전술한 유입 공기량 계산과 동일한 방법으로 계산될 수 있다. 즉 물분사 인젝터(30)가 개방되기 직전의 레일압력센서(100)의 검출값과 대기압 간 차이(ΔP) 및 설정된 물분사 인젝터(30)의 단면적 정보를 이용하여, 공기 배출과정에서 물분사 인젝터(30) 밖으로 배출되는 배출 공기량을 계산할 수 있다.

제어부(300)는 이처럼 계산된 배출 공기량이 상기 기준값(공기 유입량)에 도달하면 공기 배출이 완료된 것으로 판단할 수 있다. 바람직하게는, 계산된 배출 공기량이 상기 기준값에 도달하면, 각속도 센서의 출력 정보를 바탕으로 엔진 러프니스(Roughness)를 체크해 희박 연소 발생 여부를 판단하고, 엔진 러프니스가 설정 임계값 이하이면 공기 배출이 완료된 것으로 판단한다.

만약, 계산된 배출 공기량이 메모리(400)에 기 저장된 상기 기준값(공기 유입량)에 미치지 못하면, 물분사 인젝터(30)에 구동 펄스(Drive Pulse)를 추가 인가하여 개방함으로써 추가적인 공기 빼기가 이루어질 수 있도록 하며, 이후 엔진 러프니스 체크과정에서도 그 값이 설정 임계값을 초과하면 공기 과유입에 따른 희박 연소로 판단해 물분사 인젝터(30)에 구동 펄스를 추가 인가할 수 있다.

이상에서는 Key Off 시 물분사 펌프(20) 역회전 제어에 따라 인젝터가 열려 있는 동안 유입된 유입 공기량과 Key On 시 물분사 펌프(20) 정회전 제어에 따라 인젝터를 통해 유출되는 배출 공기량을 계산하고, 계산된 두 공기량 값을 비교하여 공기가 모두 배출되었는지를 판단하는 방안을 하나의 실시 예로서 예를 들어 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, Key Off 시 물분사 레일(50)에 채워져 있는 물을 모두 회수하고, 그 과정에서 유입된 공기를 Key On 시 정확하게 모두 배출시킬 수 있는 물분사 펌프(20)의 정방향 및 역방향 구동시간이나 물분사 레일(50)의 압력 검출값을 반복된 실험 또는 가상 시뮬레이션을 통해 구해 정량화하고, 이를 온도 인자에 대해 데이터 형태로 저장한 해당 데이터를 활용하는 방안이 고려될 수 있다.

이에 대해 간단히 살펴보기로 한다.

물분사 펌프의 구동시간 정보를 이용하는 경우부터 살펴본다.

물분사 펌프(20)의 구동시간 정보를 이용하는 실시 예의 경우 제어부(300)는, 신호 검출부로부터 Key Off 신호가 전달된 시점에, 물분사 인젝터(30)가 클로즈된 상태에서 물분사 펌프(20)를 역회전 제어하여 물분사 레일(50)의 압력을 하강시킨다. 그리고 물분사 펌프(20)의 역회전 구동시간이 데이터 저장부 등에 외기 온도에 따라 다른 값으로 입력된 역회전 설정시간에 도달하는 순간 상기 물분사 인젝터(30)를 개방시킨다.

물분사 펌프(20)의 역회전 구동으로 물분사 레일(50)의 압력이 하강한 상태에서 제어부(300) 통제로 물분사 인젝터(30)가 개방되면, 물분사 인젝터(30) 일측과 타측의 압력 차이 때문에 물분사 레일(50)에 채워져 있던 물은 순간 물분사 펌프(20) 측으로 빠른 속도로 빨려 들어가 물탱크(10) 측으로 회수되며, 이에 따라 물분사 레일(50)에 잔류하던 물이 제거됨으로써 결빙이 방지될 수 있다.

제어부(300)는 또한, Key Off 상태에서 Key On 신호가 검출되면, 그 신호가 검출된 시점에 물분사 인젝터(30)가 클로즈된 상태에서 물분사 펌프(20)를 정회전 제어하여 물분사 레일(50)의 압력을 상승시킨다. 그리고 물분사 펌프(20)의 정회전 구동시간이 데이터 저장부 등에 외기 온도에 따라 다른 값으로 입력된 정회전 설정시간에 도달하면 상기 물분사 인젝터(30)를 개방시킨다.

물분사 레일(50)의 압력이 상승한 상태에서 제어부(300) 통제로 물분사 인젝터(30)가 개방되면, 물분사 인젝터(30) 일측과 타측의 압력 차이 때문에 물분사 레일(50) 내 공기는 순간 연소실 측으로 빠른 속도로 배출되며, 이에 따라 시동 직전 물분사 레일(50)에 잔류하던 공기가 제거됨으로써 이후 물분사 모드로 전환 시 연소실에 대한 물분사가 정상적으로 행해질 수 있다.

이 경우 역시, 각속도 센서의 출력 정보를 바탕으로 엔진 러프니스(Roughness)를 체크하여 공기 배출 완료여부를 판단할 수 있다. 바람직하게는, 엔진 러프니스가 설정 임계값 이하이면 공기 배출이 완료된 것으로 판단할 수 있다. 만약 엔진 러프니스가 설정 임계값을 초과하면, 전술한 실시 예와 마찬가지로 물분사 인젝터(30)에 구동 펄스를 추가 인가할 수 있다.

다음 물분사 레일에 대한 압력 검출 정보를 이용하는 경우에 대해 살펴본다.

물분사 레일(50)의 압력 정보를 이용하는 경우 제어부(300)는, 신호 검출부로부터 Key Off 신호가 전달된 시점에, 물분사 인젝터(30)가 클로즈된 상태에서 물분사 펌프(20)를 역회전 제어하여 물분사 레일(50)의 압력을 하강시키고, 물분사 펌프(20)의 역회전 제어에 따라 하강된 물분사 레일(50)의 압력이 개방 설정압력에 도달하면 상기 물분사 인젝터(30)를 개방시키도록 구성될 수 있다.

제어부(300)는 또한, Key Off 상태에서 Key On 신호가 검출되면, 물분사 인젝터(30)가 클로즈된 상태에서 물분사 펌프(20)를 정회전 제어하여 물분사 레일(50)의 압력을 상승시키고, 물분사 레일(50)의 압력이 다른 개방 설정압력에 도달하면 상기 물분사 인젝터(30)를 개방하며, 각속도 센서의 출력 정보를 바탕으로 엔진 러프니스(Roughness)를 체크하여 공기 배출 완료여부를 판단할 수 있다.

이때에도 제어부(300)는, 엔진 러프니스가 설정 임계값 이하이면 공기 배출이 완료된 것으로 판단할 수 있으며, 만약 엔진 러프니스가 설정 임계값을 초과하면 공기 과유입에 따른 희박 연소로 판단해 물분사 인젝터(30)에 구동 펄스를 추가 인가하여 물분사 인젝터(30)를 추가 개방시킴으로써 추가적인 공기 빼기가 실행될 수 있도록 구성될 수 있다.

이하에서는 전술한 물분사 시스템의 제어장치에 의해 수행되는 물분사 시스템에 대한 제어과정을 순서도를 참조하여 살펴보기로 한다. 설명의 편의를 위해 도 1에 도시된 구성은 해당 참조번호를 언급하여 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 물분사 시스템 제어방법에 관한 순서도로서, 설명의 편의를 위해 도 1 및 도 2에 도시된 구성은 해당 참조번호를 언급하여 설명하기로 한다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 물분사 시스템 제어방법은 크게, 펌프 역회전 제어단계(S100), 물 회수단계(S200), 기준값 설정단계(300), 펌프 정회전 제어단계(S400), 공기 배출단계(S500) 및 판단단계(S600)로 구성된다.

펌프 역회전 제어단계(S100)에서는 키 오프(Key Off)와 동시에 물분사 인젝터(30)가 클로즈된 상태에서 물분사 펌프(20)를 역회전시켜 물분사 레일(50)의 압력을 하강시키는 제어가 행해진다.

물 회수단계(S200)에서는 물분사 레일(50)의 압력이 소정 압력에 도달한 특정 시점에 물분사 펌프(20)에 대한 역회전 제어를 종료하고 물분사 인젝터(30)를 개방하여 물분사 레일(50)의 물이 물탱크(10) 측으로 회수될 수 있도록 한다.

물 회수단계(S200)에서 물분사 인젝터(30)를 개방하는 특정 시점은, 상기 물분사 레일(50)의 압력이 설정압력에 도달하는 시점으로서, 이때 설정 임계값은 대기압보다 낮은 수준의 압력, 바람직하게는 0.5 ~ 0.7bar일 수 있으며, 물분사 레일(50)의 압력이 설정압력 미만이면, 물분사 인젝터(30)의 개방을 지연시키고 물분사 펌프(20)를 계속해서 역회전 제어한다(S210).

기준값 설정단계(300)에서는 물분사 레일(50)의 압력 정보를 바탕으로 물 회수과정에서 상기 물분사 인젝터(30)가 개방된 동안 물분사 레일(50)로 유입되는 공기량을 계산하고, 계산된 유입 공기량을 메모리(400)에 기준값으로 저장하는 프로세스가 실행된다.

여기서 유입 공기량은, 앞서 언급했듯이 물분사 레일(50)의 압력과 대기압 간 차이(ΔP) 및 물분사 인젝터(30)의 단면적 정보를 이용하여 계산될 수 있다.

펌프 정회전 제어단계(S400)에서는 키 온(Key On)과 동시에 물분사 인젝터(30)가 클로즈된 상태에서 물분사 펌프(20)를 정회전시켜 물분사 레일(50)의 압력을 상승시키는 제어가 수행된다. 그리고 공기 배출단계(S500)에서는 물분사 레일(50)의 압력이 소정 압력까지 상승했을 때 물분사 인젝터(30)를 개방함으로써, 물분사 레일(50) 내에 잔류하는 공기가 물분사 레일(50) 밖으로 배출될 수 있도록 한다.

마지막으로, 판단단계(S600)에서는 물분사 레일(50)의 압력정보를 바탕으로 물분사 인젝터(30) 밖으로 배출되는 배출 공기량을 계산하고, 계산된 배출 공기량을 상기 기준값과 비교하여 공기 배출 완료여부를 판단하게 된다. 구체적으로는, 계산된 배출 공기량이 상기 기준값(메모리에 저장된 유입 공기량)에 도달했는지로부터 공기 배출 완료여부를 판단한다.

여기서 배출 공기량 역시, 앞서 언급한 바와 같이 물분사 인젝터(30)가 개방되기 직전 상승된 물분사 레일(50)의 압력과 대기압 간 차이(ΔP) 및 물분사 인젝터(30)의 단면적 정보로부터 계산될 수 있으며, 계산된 배출 공기량이 기준값에 도달했는지 판단결과, 배출 공기량이 기준값에 도달한 경우 엔진 러프니스(Roughness) 정보를 가지고 공기 배출완료 여부를 최종적으로 판단할 수 있다.

바람직하게는, 각속도 센서의 출력 정보를 바탕으로 엔진 러프니스(Roughness)를 체크해 희박 연소 발생 여부를 판단하고, 엔진 러프니스가 설정 임계값 이하이면 공기 배출이 완료된 것으로 최종 판단할 수 있다.

도 4는 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따른 물분사 시스템 제어방법에 관한 순서도이다.

도 4에 도시된 본 발명의 바람직한 다른 실시 예에 따른 시스템 제어방법은, 물분사 펌프(20)의 구동시간 정보를 이용하여 시스템을 제어하는 실시 예를 도시한 것으로, 펌프 역회전 제어단계(S100'), 물 회수단계(S200'), 펌프 정회전 제어단계(S300'), 공기 배출단계(S400') 및 판단단계(S500')를 포함한다.

펌프 역회전 제어단계(S100')에서는 키 오프(Key Off) 신호를 검출하고, 키 오프(Key Off) 신호가 검출되면, 신호가 검출된 시점에 물분사 인젝터(30)가 클로즈된 상태에서 물분사 펌프(20)를 역회전 제어하여 물분사 레일(50)의 압력을 하강시키는 제어가 행해진다.

물 회수단계(S200')에서는 역회전 구동되는 물분사 펌프(20)의 역회전 구동시간을 모니터링 하며, 역회전 구동시간이 데이터 저장부 등에 외기 온도에 따라 다른 값으로 입력된 역회전 설정시간에 도달하면 물분사 인젝터(30)를 개방시킴으로써 물분사 레일(50)에 잔류하는 물이 물탱크(10) 측으로 회수될 수 있도록 한다.

펌프 정회전 제어단계(S300')에서는 키 온(Key On) 신호를 검출하고, 키 온(Key On) 신호가 검출되며, 신호가 검출된 시점에 물분사 인젝터(30)가 클로즈된 상태에서 물분사 펌프(20)를 정회전 제어하여 물분사 레일(50)의 압력을 상승시키는 제어가 행해진다.

공기 배출단계(S400')에서는 정회전 구동되는 물분사 펌프(20)의 정회전 구동시간을 모니터링 하며, 정회전 구동시간이 데이터 저장부 등에 외기 온도에 따라 다른 값으로 입력된 정회전 설정시간에 도달하면 물분사 인젝터(30)를 개방시킴으로써 물분사 레일(50) 내에 잔류하는 공기가 물분사 레일(50) 밖으로 배출될 수 있도록 한다.

마지막으로, 판단단계(S500')에서는 각속도 센서의 출력 정보를 바탕으로 엔진 러프니스를 체크하여 공기 배출 완료여부를 판단하되, 엔진 러프니스가 설정 임계값 이하이면 공기 배출이 완료된 것으로 판단할 수 있다. 만약 엔진 러프니스가 설정 임계값을 초과하면 물분사 인젝터(30)에 구동 펄스를 추가 인가하여 물분사 인젝터(30)를 개방시킬 수 있다.

여기서, 물분사 인젝터(30) 개방시점 판단의 기준이 되는 물분사 펌프(20)의 정회전 구동에 관한 설정시간과 역회전 구동에 관한 설정시간은, 물분사 레일(50)의 길이가 특정됨을 전제로, 그 특정된 물분사 레일(50) 구간 안에 채워진 물을 모두 회수하고, 그 과정에서 유입된 공기를 정확하게 모두 배출시킬 수 있는 펌프(20) 구동시간을 외기 온도 별로 반복 실험 또는 가상 시뮬레이션을 통해 구해 정량화 한 값일 수 있다.

도 5는 본 발명의 바람직한 또 다른 실시 예에 따른 물분사 시스템 제어방법에 관한 순서도이다.

도 5에 도시된 본 발명의 바람직한 또 다른 실시 예에 따른 시스템 제어방법은, 레일압력센서(100)가 제공하는 물분사 레일(50)에 관한 압력 정보를 이용하여 시스템을 제어하는 실시 예를 도시한 것으로, 전술한 다른 실시 예와 마찬가지로, 펌프 역회전 제어단계(S100"), 물 회수단계(S200"), 펌프 정회전 제어단계(S300"), 공기 배출단계(S400") 및 판단단계(S500")를 포함한다.

물 회수단계(S200')에서는 물분사 펌프(20)의 역회전 구동에 따른 물분사 레일(50)의 압력을 모니터링 하며, 물분사 레일(50)의 압력이 데이터 저장부 등에 외기 온도에 따라 다른 값으로 입력된 설정압력에 도달하면 물분사 인젝터(30)를 개방시킴으로써 물분사 레일(50)에 잔류하는 물이 물탱크(10) 측으로 회수될 수 있도록 한다.

펌프 정회전 제어단계(S300")에서는 키 온(Key On) 신호를 검출하고, 키 온(Key On) 신호가 검출되며, 신호가 검출된 시점에 물분사 인젝터(30)가 클로즈된 상태에서 물분사 펌프(20)를 정회전 제어하여 물분사 레일(50)의 압력을 상승시키는 제어가 행해진다.

공기 배출단계(S400")에서는 물분사 펌프(20)의 정회전 구동에 따른 물분사 레일(50)의 압력을 모니터링 하며, 물분사 레일(50)의 압력이 데이터 저장부 등에 외기 온도에 따라 다른 값으로 입력된 다른 설정압력에 도달하면 물분사 인젝터(30)를 개방시킴으로써 물분사 레일(50) 내에 잔류하는 공기가 물분사 레일(50) 밖으로 배출될 수 있도록 한다.

마지막으로, 판단단계(S500")에서는 전술한 다른 실시 예와 마찬가지로, 각속도 센서의 출력 정보를 바탕으로 엔진 러프니스를 체크하여 공기 배출 완료여부를 판단하되, 엔진 러프니스가 설정 임계값 이하이면 공기 배출이 완료된 것으로 판단할 수 있다. 만약 엔진 러프니스가 설정 임계값을 초과하면 물분사 인젝터(30)에 구동 펄스를 추가 인가하여 물분사 인젝터(30)를 개방시킬 수 있다.

여기서, 물분사 인젝터(30) 개방시점 판단의 기준이 되는 물분사 펌프(20)의 정방향과 역방향 구동 시 각각에 대한 물분사 레일의 설정압력은, 물분사 레일(50)의 길이가 특정됨을 전제로, 그 특정된 물분사 레일(50) 구간 안에 채워진 물을 모두 회수하고, 그 과정에서 유입된 공기를 정확하게 모두 배출시킬 수 있는 레일 압력을 외기 온도 별로 반복 실험 또는 가상 시뮬레이션을 통해 구해 정량화 한 값일 수 있다.

이상에서 살펴본 본 발명의 실시 예에 따른 물분사 시스템의 제어방법 및 장치에 의하면, 키 오프(Key Off) 시 물분사 펌프를 역회전 제어하여 인젝터 일측과 타측의 압력 차이를 발생시키고, 그 압력 차이를 이용하여 물분사 레일 내에 물을 물탱크 측으로 회수함으로써, 동절기 물분사 레일의 결빙 및 그로인한 물분사 레일의 동파사고를 확실하게 예방할 수 있다.

이상에서 살펴본 본 발명의 실시 예에 따른 물분사 시스템의 제어방법 및 장치는, 동절기 물분사 레일의 결빙 및 그로 인한 동파사고를 예방하는 것이므로, 온도센서가 출력하는 외기 온도에 관한 정보를 바탕으로 일정 온도 이하에서만 전술한 일련의 제어가 수행되도록 시스템을 구성하면, 불필요한 시스템 구동을 방지할 수 있어 보다 효율적인 시스템 운영이 가능해진다.

상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10 : 물탱크
20 : 물분사 펌프
30 : 물분사 인젝터
40 : 엔진
41 : 흡기계
42 : 배기계
43 : 연소실
50 : 물문사 레일
100 : 레일압력센서
200 : 시동 감지부
300 : 제어부
400 : 메모리

Claims

엔진의 연소실 내부에 물을 분사하는 물분사 시스템을 제어하는 방법으로서,
A) 키 오프(Key Off)와 동시에 물분사 인젝터가 클로즈된 상태에서 물분사 펌프를 역회전 제어하여 물분사 레일의 압력을 하강시키는 펌프 역회전 제어단계;
B) 특정 시점에 상기 물분사 인젝터를 개방하여 물분사 레일에 잔류하는 물을 물탱크 측으로 회수하는 물 회수단계;
C) 물분사 레일의 압력 정보를 바탕으로 물 회수과정에서 상기 물분사 인젝터가 개방된 동안 물분사 레일로 유입되는 공기량을 계산하고 계산된 유입 공기량을 메모리에 기준값으로 저장하는 기준값 설정단계;
D) 키 온(Key On)과 동시에 물분사 인젝터가 클로즈된 상태에서 물분사 펌프를 정회전 제어하여 물분사 레일의 압력을 상승시키는 펌프 정회전 제어단계;
E) 물분사 인젝터를 개방하여 물분사 레일 내에 잔류하는 공기를 물분사 레일 밖으로 배출시키는 공기 배출단계; 및
F) 물분사 레일의 압력정보를 바탕으로 물분사 인젝터 밖으로 배출되는 배출 공기량을 계산하고, 계산된 배출 공기량을 상기 기준값과 비교하여 공기 배출 완료여부를 판단하는 판단단계;를 포함하며,
상기 F) 단계에서는 계산된 배출 공기량이 상기 기준값에 도달했는지 판단하고, 배출 공기량이 상기 기준값에 도달하면, 각속도 센서의 출력 정보를 바탕으로 엔진 러프니스(Roughness)를 체크함으로써 공기 배출 완료여부를 판단하는 물분사 시스템의 제어방법.
제 1 항에 있어서,
상기 물분사 인젝터를 개방하는 특정 시점은,
상기 물분사 레일의 압력이 설정압력에 도달하는 시점인 물분사 시스템의 제어방법.
제 2 항에 있어서,
상기 물분사 레일의 압력이 설정압력 미만이면, 물분사 인젝터의 개방을 지연시키고 물분사 펌프를 계속해서 역회전 제어하는 물분사 시스템의 제어방법.
제 1 항에 있어서,
상기 물분사 인젝터가 개방되어 있는 동안 물분사 레일로 유입되는 공기량은,
상기 물분사 인젝터가 개방되기 직전 물분사 레일의 압력과 대기압 간 차이(ΔP) 및 설정된 물분사 인젝터의 단면적 정보로부터 계산되는 물분사 시스템의 제어방법.
제 1 항에 있어서,
상기 공기 배출과정에서 물분사 인젝터 밖으로 배출되는 배출 공기량은,
상기 물분사 인젝터가 개방되기 직전의 물분사 레일의 압력과 대기압 간 차이(ΔP) 및 설정된 물분사 인젝터의 단면적 정보로부터 계산되는 물분사 시스템의 제어방법.
제 1 항에 있어서,
상기 F) 단계에서는 계산된 배출 공기량이 상기 기준값에 도달하면 공기 배출이 완료된 것으로 판단하는 물분사 시스템의 제어방법.
제 1 항에 있어서,
상기 F) 단계에서는,
엔진 러프니스가 설정 임계값 이하이면 공기 배출이 완료된 것으로 판단하는 물분사 시스템의 제어방법.
제 1 항에 있어서,
계산된 배출 공기량이 상기 기준값에 못 미치면 물분사 인젝터에 구동 펄스(Drive Pulse)를 추가 인가하여 개방하고,
엔진 러프니스가 임계값을 초과하면 물분사 인젝터에 구동 펄스(Drive Pulse)를 추가 인가하여 개방하는 물분사 시스템의 제어방법.
엔진의 연소실 내부에 물을 분사하는 물분사 시스템을 제어하는 방법으로서,
A) 키 오프(Key Off)와 동시에 물분사 인젝터가 클로즈된 상태에서 물분사 펌프를 역회전 제어하여 물분사 레일의 압력을 하강시키는 펌프 역회전 제어단계;
B) 역회전 구동되는 물분사 펌프의 구동시간이 설정시간에 도달하면 상기 물분사 인젝터를 개방하여 물분사 레일에 잔류하는 물을 물탱크 측으로 회수하는 물 회수단계;
C) 키 온(Key On)과 동시에 물분사 인젝터가 클로즈된 상태에서 물분사 펌프를 정회전 제어하여 물분사 레일의 압력을 상승시키는 펌프 정회전 제어단계;
D) 정회전 구동되는 물분사 펌프의 구동시간이 설정시간에 도달하면 상기 물분사 인젝터를 개방하여 물분사 레일 내에 잔류하는 공기를 물분사 레일 밖으로 배출시키는 공기 배출단계; 및
E) 각속도 센서의 출력 정보를 바탕으로 엔진 러프니스(Roughness)를 체크하여 공기 배출 완료여부를 판단하는 판단단계;를 포함하는 물분사 시스템의 제어방법.
제 9 항에 있어서,
상기 E) 단계에서는,
엔진 러프니스가 설정 임계값 이하이면 공기 배출이 완료된 것으로 판단하는 물분사 시스템의 제어방법.
제 9 항에 있어서,
상기 E) 단계에서 엔진 러프니스가 설정 임계값을 초과하면 물분사 인젝터에 구동 펄스(Drive Pulse)를 추가 인가하여 개방하는 물분사 시스템의 제어방법.
엔진의 연소실 내부에 물을 분사하는 물분사 시스템을 제어하는 방법으로서,
A) 키 오프(Key Off)와 동시에 물분사 인젝터가 클로즈된 상태에서 물분사 펌프를 역회전 제어하여 물분사 레일의 압력을 하강시키는 펌프 역회전 제어단계;
B) 물분사 레일의 압력이 설정압력에 도달하면 상기 물분사 인젝터를 개방하여 물분사 레일에 잔류하는 물을 물탱크 측으로 회수하는 물 회수단계;
C) 키 온(Key On)과 동시에 물분사 인젝터가 클로즈된 상태에서 물분사 펌프를 정회전 제어하여 물분사 레일의 압력을 상승시키는 펌프 정회전 제어단계;
D) 물분사 레일의 압력이 설정압력에 도달하면 상기 물분사 인젝터를 개방하여 물분사 레일 내에 잔류하는 공기를 물분사 레일 밖으로 배출시키는 공기 배출단계; 및
E) 각속도 센서의 출력 정보를 바탕으로 엔진 러프니스(Roughness)를 체크하여 공기 배출 완료여부를 판단하는 판단단계;를 포함하는 물분사 시스템의 제어방법.
제 12 항에 있어서,
상기 E) 단계에서는,
엔진 러프니스가 설정 임계값 이하이면 공기 배출이 완료된 것으로 판단하는 물분사 시스템의 제어방법.
제 12 항에 있어서,
상기 E) 단계에서 엔진 러프니스가 설정 임계값을 초과하면 물분사 인젝터에 구동 펄스(Drive Pulse)를 추가 인가하여 개방하는 물분사 시스템의 제어방법.
엔진의 연소실 내부에 물을 분사하는 물분사 시스템을 제어하는 장치로서,
물분사 레일의 압력을 검출하는 레일압력센서;
엔진의 시동을 위한 키(Key)의 온(On)/오프(Off) 상태를 검출하는 시동 감지부;
상기 레일압력센서와 시동 감지부의 검출정보를 바탕으로 물분사 펌프의 정방향 또는 역방향 회전과 물분사 인젝터의 개방시기를 제어하는 제어부;를 포함하며,
상기 제어부는,
키 오프(Key Off) 신호가 검출되면, 물분사 인젝터가 클로즈된 상태에서 물분사 펌프를 역회전 제어하여 물분사 레일의 압력을 하강시키고, 특정 시점에 상기 물분사 인젝터를 개방하며,
레일압력센서의 검출정보를 바탕으로 상기 물분사 인젝터가 개방된 동안 물분사 레일로 유입되는 공기량을 계산하고 계산된 유입 공기량을 메모리에 기준값으로 저장하고,
키 온(Key On) 신호가 검출되면, 물분사 인젝터가 클로즈된 상태에서 물분사 펌프를 정회전 제어하여 물분사 레일의 압력을 상승시킨 후 물분사 인젝터를 개방하며,
레일압력센서의 검출정보를 바탕으로 상기 물분사 인젝터 밖으로 배출되는 배출 공기량을 계산하고, 계산된 배출 공기량을 상기 기준값과 비교하여 공기 배출 완료여부를 판단하되,
계산된 배출 공기량이 상기 기준값에 도달하면, 각속도 센서의 출력 정보를 바탕으로 엔진 러프니스(Roughness)를 체크함으로써 공기 배출 완료여부를 판단하는 물분사 시스템의 제어장치.
삭제
제 15 항에 있어서,
상기 물분사 인젝터를 개방하는 특정 시점은,
물분사 인젝터가 클로즈된 상태에서 상기 레일압력센서를 통해 검출되는 물분사 레일의 압력이 설정압력에 도달하는 시점인 물분사 시스템의 제어장치.
제 17 항에 있어서,
상기 제어부는,
레일압력센서를 통해 검출되는 상기 물분사 레일의 압력이 설정압력 미만이면, 물분사 인젝터의 개방을 지연시키고 물분사 펌프를 계속해서 역회전 제어하는 물분사 시스템의 제어장치.
제 15 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 물분사 인젝터가 개방되기 직전 레일압력센서의 검출값과 대기압 간 차이(ΔP) 및 설정된 물분사 인젝터의 단면적 정보를 이용하여, 물분사 인젝터가 개방되어 있는 동안 물분사 레일로 유입되는 유입 공기량을 계산하는 물분사 시스템의 제어장치.
제 15 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 물분사 인젝터가 개방되기 직전의 레일압력센서의 검출값과 대기압 간 차이(ΔP) 및 설정된 물분사 인젝터의 단면적 정보를 이용하여, 공기 배출과정에서 물분사 인젝터 밖으로 배출되는 배출 공기량을 계산하는 물분사 시스템의 제어장치.
제 15 항에 있어서,
상기 제어부는,
계산된 배출 공기량이 상기 기준값에 도달하면 공기 배출이 완료된 것으로 판단하는 물분사 시스템의 제어장치.
제 15 항에 있어서,
상기 제어부는,
엔진 러프니스가 설정 임계값 이하이면 공기 배출이 완료된 것으로 판단하는 물분사 시스템의 제어장치.
제 15 항에 있어서,
상기 제어부는,
계산된 배출 공기량이 상기 기준값에 못 미치면 물분사 인젝터에 구동 펄스(Drive Pulse)를 추가 인가하여 개방하고,
엔진 러프니스가 임계값을 초과하면 물분사 인젝터에 구동 펄스(Drive Pulse)를 추가 인가하여 개방하는 물분사 시스템의 제어장치.
엔진의 연소실 내부에 물을 분사하는 물분사 시스템을 제어하는 장치로서,
물분사 레일의 압력을 검출하는 레일압력센서;
엔진의 시동을 위한 키(Key)의 온(On)/오프(Off) 상태를 검출하는 시동 감지부;
상기 레일압력센서와 시동 감지부의 검출정보를 바탕으로 물분사 펌프의 정방향 또는 역방향 회전과 물분사 인젝터의 개방시기를 제어하는 제어부;를 포함하며,
상기 제어부는,
키 오프(Key Off) 신호가 검출되면, 물분사 인젝터가 클로즈된 상태에서 물분사 펌프를 역회전 제어하여 물분사 레일의 압력을 하강시키고, 물분사 펌프의 역회전 구동시간이 설정시간에 도달하면 상기 물분사 인젝터를 개방하며,
키 온(Key On) 신호가 검출되면, 물분사 인젝터가 클로즈된 상태에서 물분사 펌프를 정회전 제어하여 물분사 레일의 압력을 상승시키고, 물분사 펌프의 정회전 구동시간이 설정시간에 도달하면 상기 물분사 인젝터를 개방하며,
각속도 센서의 출력 정보를 바탕으로 엔진 러프니스(Roughness)를 체크하여 공기 배출 완료여부를 판단하는 물분사 시스템의 제어장치.
제 24 항에 있어서,
상기 제어부는,
엔진 러프니스가 설정 임계값 이하이면 공기 배출이 완료된 것으로 판단하는 물분사 시스템의 제어장치.
제 24 항에 있어서,
상기 제어부는,
엔진 러프니스가 설정 임계값을 초과하면 물분사 인젝터에 구동 펄스(Drive Pulse)를 추가 인가하여 개방하는 물분사 시스템의 제어장치.
엔진의 연소실 내부에 물을 분사하는 물분사 시스템을 제어하는 장치로서,
물분사 레일의 압력을 검출하는 레일압력센서;
엔진의 시동을 위한 키(Key)의 온(On)/오프(Off) 상태를 검출하는 시동 감지부;
상기 레일압력센서와 시동 감지부의 검출정보를 바탕으로 물분사 펌프의 정방향 또는 역방향 회전과 물분사 인젝터의 개방시기를 제어하는 제어부;를 포함하며,
상기 제어부는,
키 오프(Key Off) 신호가 검출되면, 물분사 인젝터가 클로즈된 상태에서 물분사 펌프를 역회전 제어하여 물분사 레일의 압력을 하강시키고, 물분사 레일의 압력이 설정압력에 도달하면 상기 물분사 인젝터를 개방하며,
키 온(Key On) 신호가 검출되면, 물분사 인젝터가 클로즈된 상태에서 물분사 펌프를 정회전 제어하여 물분사 레일의 압력을 상승시키고, 물분사 레일의 압력이 설정압력에 도달하면 상기 물분사 인젝터를 개방하며,
각속도 센서의 출력 정보를 바탕으로 엔진 러프니스(Roughness)를 체크하여 공기 배출 완료여부를 판단하는 물분사 시스템의 제어장치.
제 27 항에 있어서,
상기 제어부는,
엔진 러프니스가 설정 임계값 이하이면 공기 배출이 완료된 것으로 판단하는 물분사 시스템의 제어장치.
제 27 항에 있어서,
상기 제어부는,
엔진 러프니스가 설정 임계값을 초과하면 물분사 인젝터에 구동 펄스(Drive Pulse)를 추가 인가하여 개방하는 물분사 시스템의 제어장치.