KR102212567B1

KR102212567B1 - 연료소모최소화 방식 가변 저압연료펌프 제어 방법 및 연료 공급 시스템

Info

Publication number: KR102212567B1
Application number: KR1020190138255A
Authority: KR
Inventors: 김용식
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사; 만도헬라일렉트로닉스(주)
Priority date: 2019-11-01
Filing date: 2019-11-01
Publication date: 2021-02-08

Abstract

본 발명은 연료소모최소화 방식 가변 저압연료펌프 제어 방법 및 연료 공급 시스템이 개시된다. 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 연료소모최소화 방식 가변 저압연료펌프 제어 방법 및 연료 공급 시스템은 피드 포워드(Feed Forward) 연료 제어 구동에 따른 저압연료펌프의 연료소모량 확인 단계, 연료 압력에 따른 목표 연료 압력을 확인하는 단계, 연료 소모량 및 목표 연료 압력에 따른 모터 구동 베이스 듀티(Base Duty) 결정 단계를 를 포함하여 구성된다.

Description

연료소모최소화 방식 가변 저압연료펌프 제어 방법 및 연료 공급 시스템 {VARIABLE LOW PRESSURE FUEL PUMP CONTROL METHOD AND FUEL SUPPLY SYSTEM FOR MINIMIZING FUEL CONSUMPTION}

본 발명은 가변 저압연료펌프 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료소모량을 제어변수로 적용한 가변 저압연료펌프 제어가 구현되는 연료소모최소화 방식 가변 저압연료펌프 제어 방법 및 연료 공급 시스템에 관한 것이다.

가솔린 직접 분사 엔진과 같이 연소실에 고압으로 연료를 분사하여야 하는 연료 공급시스템은 연비 효과 최적점과 연료 공급 안정성의 조화가 매우 중요하다.

일례로 상기 연비 효과 최적점은 연비 개선을 위해 연료소모량을 최소화하여야 하고, 상기 연료 공급 안정성은 엔진 부조 및 시동 꺼짐의 방지를 위해 연료 공급량을 높게 가져가야 한다. 그러므로 상기 연비 효과 최적점과 상기 연료 공급 안정성의 조화는 서로 상충되고, 이 둘간의 조화는 기술적으로 어려움을 갖는 문제이다.

이로 인하여 상기 연료 공급시스템은 연료 공급 안정성에 우위를 둘 수밖에 없다.

이러한 이유는 상기 연료 공급시스템은 약 30-200bar의 연료분사압력을 생성하는 고압연료펌프에 약 3-6bar의 연료송출압력을 생성하는 저압연료펌프로 이루어져 있고, 상기 저압연료펌프의 저압라인은 연료의 포화증기압과 연관된 공동(cavity) 또는 기포의 발생 위험성을 항상 내재하고 있기 때문이다.

그러므로 상기 연료 공급시스템은 연료 공급 안정성을 위해 저압연료펌프에 대한 상향목표압력방식 제어를 적용한다. 상기 상향목표압력방식 제어는 순간적인 연료 소모 과다로 인한 저압라인 압력의 포화증기압 이하로 압력 저하되는 현상, 연료 온도 보정 불충분으로 인한 포화증기압 변화 현상, 연료 휘발 정도 및 알코올 함유 정도에 따른 연료 성상 미반영으로 인한 공동(cavity) 발생 또는 상기 기포 발생의 원인 해소에 기여한다.

따라서 상기 연료 공급시스템이 상향목표압력방식으로 저압연료펌프를 제어함으로써 가솔린 직접 분사 엔진은 엔진 부조 및 시동 꺼짐 유발 가능성 없이 운전될 수 있다.

그러나, 상기 상향목표압력방식의 저압연료펌프 제어는 도 6과 같이 압력과 온도의 연료 포화증기압선도에서 연료 액상 유지가 가능한 포화증기압의 이상 최적점 대비 높은 상향 마진(high margin)을 갖는 최종매핑점을 적용함으로써 연료소모량이 크고, 이로 인해 연비가 저하되는 문제가 있다.

대한민국 공개특허출원 제 10-2013-0060616 호

본 발명의 일 실시 예는 상기 종래 기술의 문제점을 극복하기 위하여 연료소모량을 제어변수로 적용하여 서로 상충되는 연비 효과 최적점과 연료 공급 안정성에 대한 최적 조화가 이루어지고, 나아가 연비 효과 최적점을 위한 연료소모량이 최소화된 상태에서 공동(cavity) 발생 또는 기포 발생도 방지함으로써 연료 공급 안정성을 확보할 수 있는 연료소모최소화 방식 가변 저압연료펌프 제어 방법 및 연료 공급 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면,

피드 포워드(Feed Forward) 연료 제어 구동에 따른 저압연료펌프의 연료소모량 확인 단계, 연료 압력에 따른 목표 연료 압력을 확인하는 단계, 연료 소모량 및 목표 연료 압력에 따른 모터 구동 베이스 듀티(Base Duty) 결정 단계를 포함할 수 있다.

상기 모터 구동 베이스 듀티 결정 단계는, 배터리 전압값에 따른 모터 구동 베이스 듀티 보정량을 결정하고, 모터 구동 베이스 듀티 보정량을 이용하여 모터 구동 베이스 듀티를 보정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 연료 소모량 확인 단계와 목표 연료 압력 확인 단계는 CAN(Controller Area Network) 통신에 의해 확인될 수 있다.

상기 모터 구동 베이스 듀티 결정 단계는 피드 포워드 콘트롤러가 수신된 분사 연료 유량 신호에 맞춰 설정된 연료소모량을 확인하여 모터 구동 베이스 듀티 값을 생성하여 이루어질 수 있다.

상기 목표 연료 압력 확인 단계는 연료온도 모델 기준으로 확인될 수 있다.

상기 가변 저압 연료 펌프 제어 방법은, 실제 연료 압력을 측정하는 실제 연료 압력 측정 단계, 모터 구동 보정을 위한 보정 듀티 결정 단계, 상기 모터 구동 베이스 듀티 및 상기 보정 듀티에 의해 모터 구동 듀티를 구하는 모터 구동 듀티 계산 단계, 출력 보정에 의해 모터 구동 최종 듀티를 구하는 최종 구동 듀티 결정 단계, 및 출력 보정에 의한 모터 구동 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 실제 연료 압력 측정 단계는 압력센서에 의해 측정될 수 있다.

상기 보정 듀티 결정 단계는 목표 연료 압력에서 실제 연료 측정 압력을 제한 압력이 0보다 큰 경우에, 보정량 D1=gain1×(목표압-실측압)에 의해 구해질 수 있다.

상기 보정 듀티 결정 단계는 목표 연료 압력에서 실제 연료 측정 압력을 제한 압력이 0보다 작은 경우에, 보정량 D2=gain2×(목표압-실측압)에 의해 구해질 수 있다.

상기 모터 구동 듀티는 하기 식(1)에 의해 구해질 수 있다.

Duty(n)=Duty(n-1)+보정량 …(1)

상기 최종 구동 듀티는 하기 식(2)에 의해 구해질 수 있다.

FDuty=Duty(n)+DeadTime보정 …(2)

본 발명의 다른 측면에 따르면, ECU(Electronic Control Unit); 상기 ECU로부터 목표 연료 압력을 전달받는 연료펌프 ECU; 연료소모량을 피드 포워드 제어변수로 고려하여 저압으로 연료를 송출하는 저압연료펌프; 상기 저압연료펌프의 송출압력을 검출하는 압력센서; 상기 저압연료펌프로부터 연료 유량을 받고 고압으로 연료를 송출하는 고압연료펌프 및 상기 고압연료펌프로부터 연료를 전달받아 분사하는 인젝터를 포함하고, 상기 연료펌프 ECU는 ECU로부터 분사 연료 유량 신호를 수신하는 피드 포워드 콘트롤러; ECU로부터 목표 연료 압력을 수신하는 PI(Proportional & Integral) 콘트롤러 및 목표 연료 압력과 연료 소모량을 이용하여 모터 구동 베이스 듀티를 결정하고, 결정된 모터 구동 베이스 듀티와 모터 구동을 위한 보정 듀티로부터 모터의 최종 구동 듀티를 결정하여 펄스 폭 t를 가지는 신호를 저압연료펌프로 송신하는 피드 포워드 보상기를 포함할 수 있다.

상기 피드 포워드 보상기는, 목표 연료 압력과 연료 소모량을 이용하여 결정된 모터 구동 베이스를, 배터리 전압값을 이용한 보정량에 의해 보정할 수 있다.

본 발명의 하나의 실시 예에 따르면, 가변 저압연료펌프 제어 방법은 연료소모량을 제어변수로 적용하여 연료소모량을 최소화하도록 제어함으로써 연비를 향상시키고 연료 공급 안정성을 확보하는 효과를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 모터 구동을 위한 베이스 듀티를 결정할 때에, 연료소모량과 함께 목표 연료 압력을 고려함으로써, 저압 라인 압력이 토출 유량에 미치는 영향을 반영할 수 있다. 이를 통해, 보다 정확한 연료 토출 유량 제어가 가능하게 된다.

배터리 전압값을 이용하여 모터 구동을 위한 베이스 듀티를 보상함으로써, 배터리 전압이 연료 토출 유량에 미치는 영향을 가변 저압 연료 펌프 제어에 반영할 수 있다. 이를 통해, 보다 정확한 연료 토출 유량 제어가 가능하게 된다.

또한 본 발명은 연료소모량 최소화로 연비 효과 최적점이 확보된 상태에서 공동(cavity) 발생 또는 기포 발생의 원인 해소로 연료 공급 안정성을 확보함으로써 가솔린 직접 분사 엔진의 연료 공급시스템이 갖던 연비 효과 최적점과 연료 공급 안정성 간 상충 문제 해소와 함께 최적 조화를 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 연료소모최소화 방식 가변 저압연료펌프 제어 방법의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 가변 저압연료펌프 제어를 연료소모최소화 방식으로 구현하는 연료 공급 시스템 모식도이다.
도 3은 연료소모최소화 방식 가변 저압연료펌프 제어 시 연료 공급 시스템의 동작 예이다.
도 4는 연료 공급 시스템을 구성하는 저압연료펌프의 연료소모량에 대한 압력과 부피 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 저압 라인 압력 및 배터리 전압이 토출 유량에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.
도 6은 연료 공급 시스템을 구성하는 연료온도모델의 목표연료압력 결정에 적용된 포화 증기압 선도를 나타내는 도면이다.

이하 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지는 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다.

그리고 여기서의 "연결"이란 일 부재와 타 부재의 직접적인 연결, 간접적인 연결을 포함하며, 접착, 부착, 체결, 접합, 결합 등 모든 물리적인 연결을 의미할 수 있다.

또한 '제1, 제2' 등과 같은 표현은 복수의 구성들을 구분하기 위한 용도로만 사용된 표현으로써, 구성들 사이의 순서나 기타 특징들을 한정하지 않는다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다.

도 1을 참조하면, 연료소모최소화 방식 가변 저압연료펌프 제어 방법은 피드 포워드(Feed Forward) 연료소모량 제어 엔진 구동에 따른 저압연료펌프 설정 제어 단계(S10~S40), 연료 압력에 따른 저압연료펌프 보정 제어 단계(S50~S100), 연료공급제어(S110)로 수행된다.

특히 상기 저압연료펌프 설정 제어 단계(S10~S40)에선 연료소모량을 피드 포워드 제어변수로 고려함으로써 공동(cavity) 발생 또는 기포 발생이 없는 연료 공급 안정성 확보 상태에서 연비 효과 최적점을 위한 연료소모량 최소화가 가능하다.

그 결과 상기 연료소모최소화 방식 가변 저압연료펌프 제어 방법은 기존의 문제점이던 연비 효과 최적점과 연료 공급 안정성의 상충이 없는 최적 조화로 연료 공급시스템 제어가 이루어질 수 있다.

도 2를 참조하면, 연료 공급 시스템은 ECU(Electronic Control Unit)(110), 연료펌프 ECU(Electronic Control Unit)(120), 저압연료펌프(130), 압력센서(140), 고압연료펌프(150) 및 인젝터(160)를 포함한다.

일례로 상기 ECU(110)는 목표 연료 압력(연료온도 모델 기준), 연료 소모량 및 배터리 전압 제공을 수행하고, 고장 코드 관리 및 경고등을 운영하고, 상기 ECU(110)는 목표연압(상대압)을 연료펌프 ECU(120)로 전달한다.

상기 연료펌프 ECU(120)는 펌프구동을 연료소모량에 따라 수행하고, 연료 압력 피드백 제어, 압력센서(140)의 실측 압력(절대압)을 수신하여 실측 압력 상대압 변환, 실시간 고장진단 및 결과 송부를 수행하며, 상기 연료펌프 ECU(120)는 현재연압(상대압)/고장진단을 ECU(110)로 전달한다.

상기 저압연료펌프(130)는 연료펌프 ECU(120)로 제어되고, 연료소모량을 피드 포워드 제어변수로 고려하여 연료 송출(송출압: 3.5~6.0bar)을 한다.

상기 압력센서(140)는 저압연료펌프(130)의 송출압력을 검출하고, 연료펌프 ECU(120)로 전달한다.

상기 고압연료펌프(150)는 저압연료펌프(130)의 연료 유량을 받고, 연료 송출(송출압: 30~200bar)을 한다.

상기 인젝터(160)는 고압연료펌프(150)에서 나오는 연료를 엔진의 연소실로 분사한다.

이하 본 발명의 연료소모최소화 방식 가변 저압연료펌프 제어 방법을 도 3 내지 도 6을 참조로 상세히 설명한다. 이 경우 제어 주체는 ECU(110)와 연계된 연료펌프 ECU(120)이고, 제어대상은 저압연료펌프(130)이다. 또한 상기 연료 소모량 확인, 목표 연료 압력 확인, 배터리 전압값 확인 및 실제 연료 압력 측정은 CAN(Controller Area Network) 통신에 의해 수행되는 것이 바람직하다. 상기 CAN 통신은 차량 내에서 호스트 컴퓨터 없이 마이크로 콘트롤러나 장치들이 서로 통신하기 위해 설계된 표준 통신 규격이다.

연료펌프 ECU(120)는 저압연료펌프 설정 제어 단계(S10~S60)를 S10의 엔진 구동 확인 단계, S20의 연료 소모량을 확인 단계, S30의 목표 연료 압력 확인 단계, S40의 베이스 듀티(Base Duty) 결정 단계, S50의 베이스 듀티 보정량 결정 단계, S60의 모터 구동 베이스 듀티(Base Duty) 결정 단계로 수행한다.

도 3을 참조하면, 상기 연료펌프 ECU(120)는 피드 포워드 콘트롤러(122), PI(Proportional & Integral) 콘트롤러(124) 및 피드 포워드 보상기(126)를 구성요소로 포함하여 연료소모최소화 방식 가변 저압연료펌프 제어 로직을 구현하고, 상기 피드 포워드 콘트롤러(122), 상기 PI 콘트롤러(124) 및 상기 피드 포워드 보상기(126)는 하드웨어와 함께 소프트웨어로 구성된다.

구체적으로 상기 연료 소모량확인단계(S20)는 피드 포워드 콘트롤러(122)가 ECU(110)로부터 분사 연료 유량 신호를 수신하여 이루어진다. 그리고, 상기 목표 연료 압력 확인 단계(S30)에서는 PI 콘트롤러(124)가 ECU(110)로부터 목표 연료 압력을 수신하고, 목표 연료 압력의 P(Proportional) 듀티 값 및 I(Integral) 듀티 값을 생성한다.

상기 모터 구동 베이스 듀티(Base Duty) 결정 단계(S40)에서는 피드 포워드 콘트롤러(122)가 수신된 분사 연료 유량 신호에 맞춰 설정된 연료소모량 및 목표 연료 압력을 확인하고, 이를 이용하여, 연료소모량에 대한 저압연료펌프(130)의 모터구동 듀티 값을 생성하여 이루어진다. 이 경우 연료소모량 기반 모터구동 듀티 값은 모터 구동 베이스 듀티(Base Duty)로 정의된다.

도 4를 참조하면, 하기 식과 같이 연료 소모량(연료 공급량)을 기준으로 저압연료펌프의 토출량을 제어하여 압력차가 발생하는 것을 방지함으로써 연비를 향상시킬 수 있다.

dp/dt=K/V·dV/dt=K/V·(q_in-q_out)

50여기서 p는 압력, V는 부피, q_in은 펌프 토출량, q_out은 연료 소모량, K는 상수이다.

구체적으로 CAN 통신을 이용하여 연료 소모량 정보를 ECU(110)로부터 연료펌프 ECU(120)에 전달하여 저압연료펌프의 토출량을 제어할 수 있다.

한편, 도 5에서는 저압 라인 압력값 및 배터리 전압값을 변화시키면서 그에 따른 연료 토출 유량을 측정한 결과를 도시하고 있다. 도 5에서 도시된 바와 같이, 저압 라인 압력이 높을수록 동일 듀티에서의 토출 유량은 감소하게 되고, 저압 라인 압력이 낮을수록 동일 듀티에서 토출 유량은 증가하게 된다. 즉, 연료 소모량 이외에 저압 라인 압력이 토출 유량에 영향을 미치게 된다. 따라서, 저압 라인 압력이 토출 압력에 미치는 영향을 반영할 수 있도록, 모터 구동 베이스 듀티를 결정할 때에는 연료 소모량과 목표 연료 압력을 모두 고려하여 결정하는 것이 바람직하다. 이를 위해 도 5에서 도시된 시험 결과 등을 이용하여, 연료 소모량 및 목표 연료 압력과 토출 유량과의 관계를 규정하는 맵을 구성하고, 상기 맵은 연료 펌프 ECU(120)의 저장 장치에 저장된다. 그리고, 저장된 맵을 이용하여, 단계 S20 및 단계 S30에서 확인된 연료 소모량 및 목표 연료 압력으로부터 모터 구동 베이스 듀티(B_duty)를 결정한다.

한편, 도 5에서 도시된 바와 같이, 차량의 배터리 전압이 높을수록 동일 듀티에 있어서 토출 유량이 증가하고 배터리 전압이 낮을수록 동일 듀티에 있어서 토출 유량이 감소하게 된다. 따라서, 보다 정확한 토출 유량 제어를 위해서는, 모터 구동 베이스 듀티를 결정할 때에 현재의 배터리 전압값을 고려하는 것이 더욱 바람직하다. 따라서, 바람직하게는 단계 S50에서는 배터리 전압값을 이용하여 모터 구동 베이스 듀티를 보상한다. 여기서, 배터리 전압값은 도시되지 않은 전압 센서 등을 이용하여 측정되고, 측정된 전압값은 ECU(110)에 전달되고, 다시 CAN 통신을 통해 연료 펌프 ECU(120)에 전달될 수 있다.

보다 구체적으로는, 도 5에서 도시된 시험 결과 등을 이용하여, 현재의 차량의 배터리 전압값과 모터 구동 베이스 듀티 보정량과의 관계를 규정하는 맵을 구성하고, 상기 맵은 연료 펌프 ECU(120)의 저장 장치에 저장된다. 그리고, 저장된 맵을 이용하여, 배터리 전압값으로부터 모터 구동 베이스 듀티 보정량(Cor_VB)을 결정한다(S50).

단계 S50에서 모터 구동 베이스 듀티 보정량(Cor_VB)이 결정되면, Duty(n)=B_Duty×Cor_VB의 식을 이용하여, 단계 S40에서 결정된 모터 구동 베이스 듀티(B_duty)를 단계 S50에서 결정된 모터 구동 베이스 듀티 보정량(Cor_VB)으로 보정한다(S60). 이를 통해 보정된 모터 구동 베이스 듀티(Duty(n))가 결정된다. 따라서, 단계 S50의 보정이 실행된 경우, 이후 단계는 단계 S60에서 보정된 모터 구동 베이스 듀티(Duty(n))를 이용하여 진행된다. 이에 추가하여, 연료 공급 안정성을 확보하면서 연비를 향상시키도록 연료 온도 센서 또는 연료온도 모델을 적용하면 연료의 온도별 액상 연료 상태가 유지 가능한 최저 압력을 설정할 수 있다. 상기 연료온도 모델은 액체 상태 유지 최소 압력 라인이다.

연료온도 모델 적용을 위해서 저압 라인 압력을 포화 증기압 이상으로 유지시켜 액상 연료 상태가 유지 가능하도록 할 수 있다. 상기 저압 라인 압력은 파이프 라인 압력으로서 포화 증기압 이상 압력으로 액상 유지 최저 압력으로 유지한다.

도 6을 참조하면, 순간연료소모에 의한 연료의 기포 발생을 방지하기 위해 마진을 적용하는 그래프가 도시되어 있다.

포화 증기압 선도는 기체가 액체 상태를 유지하기 위한 최소 압력으로서 동일 연료의 온도가 다른 A, B의 포화 증기압 선도가 도시되어 있다. 여기서 X축 T는 절대 온도, Y축 P는 압력을 나타낸다.

종래에는 연료의 기포 발생을 방지하기 위해 액체 상태 연료의 이상 최적점에 비해 높은 상향 마진을 갖는 최종매핑점을 적용하여 순간연료소모에 의해 기체 상태가 되는 것을 방지하고 액체 상태를 유지하도록 하여 연료소모량이 커서 연비가 저하되는 문제가 있었다.

그러나, 본 발명에 따른 가변 저압연료펌프 제어 방법은 연료소모량을 제어변수로 적용하여 연료소모량을 최소화하도록 제어함으로써 연비를 향상시키고 연료 공급 안정성을 확보하는 효과를 제공할 수 있다.

여기서 모터 구동 베이스 듀티는 기본 모터 구동 듀티이고, 연료온도모델은 액체 상태 유지 최소 압력 라인으로 연료 소모량에 따른 연료 소모를 최소화하기 위함이다.

상기 연료 소모량, 목표 연료 압력은 최종매핑점, 이상매핑점, 목표압력마진을 이용하여 확인한다. 여기서 최종매핑점은 연료가 유체 상태에서 기체 상태로 되는 것을 방지하는 압력 보정이고, 이상매핑점은 연료가 유체 상태를 유지하는 최저 압력이며, 목표압력 마진은 연료가 유체 상태에서 기체 상태로 되는 것을 방지하는 압력 편차이다.

구체적으로 상기 피드 포워드 보상기(126)는 연료소모량의 듀티 값과 목표 연료 압력의 PI 듀티 값의 합산 값을 입력 받고, 보상값을 적용하여 최종 구동 듀티를 결정하고 펄스 폭 t를 가지는 신호를 저압연료펌프(130)로 보내준다.

이어 연료펌프 ECU(120)는 저압연료펌프 보정 제어 단계(S70~S120)를 S70의 실제 연료 압력 측정 단계, S80의 보정 듀티 결정 단계, S90의 목표 연료 압력에서 실제 연료 측정 압력을 제한 압력이 0보다 큰 경우에, 보정 듀티 결정 단계, S81의 목표 연료 압력에서 실제 연료 측정 압력을 제한 압력이 0보다 작은 경우에, 보정 듀티 결정 단계, S100의 모터 구동 듀티 계산 단계, S110의 최종 구동 듀티 결정 단계, S120의 모터 구동 단계로 수행한다.

구체적으로, 상기 실제 연료 압력 측정 단계(S70)는 연료펌프 ECU(120)에서 목표 연료 압력을 확인 후에 압력센서(140)에 의해 저압 연료 펌프의 실제 연료 압력을 측정한다(S70). 실제 연료 압력을 측정하여 구한 실제 연료 측정 압력(Actual Fuel Real Pressure)은 대기압(절대압) 기준 연료 측정 압력으로서 실측압이라고도 하며, 연료펌프 콘트롤러(120)에서 실제 연료 측정 압력을 상대압 기준으로 변환하여 ECU(110)에 송신함과 아울러 고장 진단을 하게 된다.

다음으로 상기 보정 듀티 결정 단계(S80)는 모터 구동을 위한 구동 듀티를 계산하는데, 목표 연료 압력에서 실제 연료 측정 압력을 제한 압력으로 보정 듀티를 결정하되, 상기 보정 듀티는 모터 구동을 위한 보정 듀티로서 모터 이외의 보정 요소를 제외한 보정 듀티이며, 목표 연료 압력에서 실제 연료 측정 압력을 제한 압력이 0보다 큰 경우에, 보정 듀티 결정 단계(S90)에서 보정량 D1=gain1×(목표압-실측압)에 의해 구한다. 여기서, gain1은 제 1 보정 상수이다.

이와 달리, 목표 연료 압력에서 실제 연료 측정 압력을 제한 압력이 0보다 작은 경우에, 보정 듀티 결정 단계(S81)에서 보정량 D2=gain2×(목표압-실측압)에 의해 구한다(S81). 여기서, gain2는 제 2 보정 상수이다.

모터 구동 듀티 계산 단계(S100)는 구해진 보정량 및 단계 S60에서 결정된 모터 구동 베이스 듀티를 이용하여 모터 구동 듀티를 구하게 되고, 모터 구동 듀티는 다음 식과 같이 Duty(n)=Duty(n-1)+보정량에 의해 구해지게 된다.

계속해서 최종 구동 듀티 결정 단계(S110)는 모터 구동을 위한 최종 구동 듀티를 결정하여 모터 구동 단계(S120)에서 모터를 구동한다. 상기 최종 구동 듀티는 다음과 같이 FDuty=Duty(n)+DeadTime보정으로 구하게 된다.

여기서 데드타임(Dead Time)은 입력이 변화하고 나서 출력의 변화가 인지될 때까지의 경과 시간을 의미하고, 데드타임보정은 입력이 변화하고 나서 출력의 변화가 인지될 때까지의 경과 시간 보정을 의미한다. 이러한 데드타임보정을 통해 지연 없이 정확한 제어가 가능하다.

이후 연료펌프 ECU(120)는 연료공급제어(S130)를 수행한다. 상기 연료공급제어는 저압연료펌프(130)가 저압으로 고압연료펌프(150)에 연료를 송출하고, 고압연료펌프(150)에 의해 고압으로 송출되어 인젝터(160)에서 연료가 분사되는 연료공급제어를 수행하게 된다(S130).

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 여러 가지 실시 가능한 예 중에서 당 업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시 예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 제시된 실시 예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시 예가 가능함을 밝혀둔다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. 또한 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어가 정의된 것으로서, 통상적이거나 사전적인 의미로만 한정해서 해석되어서는 아니되어야 한다. 더불어, 상술하는 과정에서 기술된 구성의 순서는 반드시 시계열적인 순서대로 수행될 필요는 없으며, 각 구성 및 단계의 수행 순서가 바뀌어도 본 발명의 요지를 충족한다면 이러한 과정은 본 발명의 권리범위에 속할 수 있음은 물론이다.

110: ECU(Electronic Control Unit)
120: 연료펌프 ECU(Electronic Control Unit)
122: 피드 포워드 콘트롤러
124: PI(Proportional & Integral) 콘트롤러
126: 피드 포워드 보상기 130: 저압연료펌프
140: 압력센서 150: 고압연료펌프
160: 인젝터

Claims

가변 저압 연료 펌프에서 토출되는 연료를 고압 연료 펌프에 의해 승압해 인젝터로 공급하는 연료 공급 시스템을 위한 가변 저압 연료 펌프 제어 방법에 있어서,
피드 포워드(Feed Forward) 연료 제어 구동에 따른 저압연료펌프의 연료소모량 확인 단계,
연료 압력에 따른 목표 연료 압력을 확인하는 단계,
상기 연료 소모량 및 상기 목표 연료 압력에 따른 모터 구동 베이스 듀티(Base Duty) 결정 단계,
를 포함하고,
상기 모터 구동 베이스 듀티 결정 단계에서는, 피드 포워드 콘트롤러에 수신된 분사 연료 유량 신호에 맞춰 설정된 연료소모량을 확인하여 모터 구동 베이스 듀티 값을 생성하는 것을 특징으로 하는 가변 저압 연료 펌프 제어 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 모터 구동 베이스 듀티 결정 단계는,
배터리 전압값에 따른 모터 구동 베이스 듀티 보정량을 결정하고, 상기 모터 구동 베이스 듀티 보정량을 이용하여 상기 모터 구동 베이스 듀티를 보정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징을 하는 가변 저압 연료 펌프 제어 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 연료 소모량 확인 단계와 목표 연료 압력 확인 단계는 CAN(Controller Area Network) 통신에 의해 확인되는 것을 특징으로 하는 가변 저압 연료 펌프 제어 방법.
삭제
제 1 항 또는 제2항 에 있어서,
상기 목표 연료 압력 확인 단계는 연료온도 모델 기준으로 확인되는 것을 특징으로 하는 가변 저압 연료 펌프 제어 방법.
제 1 항 또는 제2항 에 있어서,
상기 가변 저압 연료 펌프 제어 방법은,,
실제 연료 압력을 측정하는 실제 연료 압력 측정 단계,
모터 구동 보정을 위한 보정 듀티 결정 단계,
상기 모터 구동 베이스 듀티 및 상기 보정 듀티에 의해 모터 구동 듀티를 구하는 모터 구동 듀티 계산 단계,
출력 보정에 의해 모터 구동 최종 듀티를 구하는 최종 구동 듀티 결정 단계, 및
출력 보정에 의한 모터 구동 단계,
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 저압 연료 펌프 제어 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 실제 연료 압력 측정 단계는 압력센서에 의해 측정되는 것을 특징으로 하는 가변 저압 연료 펌프 제어 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 보정 듀티 결정 단계는 목표 연료 압력에서 실제 연료 측정 압력을 제한 압력이 0보다 큰 경우에, 보정량 D1=gain1×(목표압-실측압)에 의해 구하는 것을 특징으로 하는 가변 저압 연료 펌프 제어 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 보정 듀티 결정 단계는 목표 연료 압력에서 실제 연료 측정 압력을 제한 압력이 0보다 작은 경우에, 보정량 D2=gain2×(목표압-실측압)에 의해 구하는 것을 특징으로 하는 가변 저압 연료 펌프 제어 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 모터 구동 듀티는 하기 식 (1)에 의해 구해지는 것을 특징으로 하는 가변 저압 연료 펌프 제어 방법.
Duty(n)=Duty(n-1)+보정량 …(1)
단, 보정량은, 모터 구동을 위한 보정 듀티로서 목표 연료 압력 및 실제 연료 측정 압력에 의해 결정되는 값.
제 6 항에 있어서,
상기 최종 구동 듀티는 하기 식 (2)에 의해 구해지는 것을 특징으로 하는 가변 저압 연료 펌프 제어 방법.
FDuty=Duty(n)+DeadTime보정 …(2)
단, DeadTime보정은 입력이 변화하고 나서 출력의 변화가 인지될 때까지의 경과 시간 보정을 위한 값.
가변 저압 연료 펌프에서 토출되는 연료를 고압 연료 펌프에 의해 승압해 인젝터로 공급하는 연료 공급 시스템에 있어서,
ECU(Electronic Control Unit);
상기 ECU로부터 목표 연료 압력을 전달받는 연료펌프 ECU;
연료소모량을 피드 포워드 제어변수로 고려하여 저압으로 연료를 송출하는 저압연료펌프;
상기 저압연료펌프의 송출압력을 검출하는 압력센서;
상기 저압연료펌프로부터 연료 유량을 받고 고압으로 연료를 송출하는 고압연료펌프; 및
상기 고압연료펌프로부터 연료를 전달받아 분사하는 인젝터;
를 포함하고,
상기 연료펌프 ECU는,
ECU로부터 분사 연료 유량 신호를 수신하는 피드 포워드 콘트롤러;
ECU로부터 목표 연료 압력을 수신하는 PI(Proportional & Integral) 콘트롤러; 및
상기 목표 연료 압력과 상기 연료 소모량을 이용하여 모터 구동 베이스 듀티를 결정하고, 결정된 상기 모터 구동 베이스 듀티와 모터 구동을 위한 보정 듀티로부터 모터의 최종 구동 듀티를 결정하여 펄스 폭 t를 가지는 신호를 저압연료펌프로 송신하는 피드 포워드 보상기;
를 포함하고,
모터 구동 베이스 듀티 값은, 상기 피드 포워드 콘트롤러에 수신된 분사 연료 유량 신호에 맞춰 설정된 연료소모량을 확인하여 생성되는 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
제 12 항에 있어서,
상기 피드 포워드 보상기는,
상기 목표 연료 압력과 상기 연료 소모량을 이용하여 결정된 모터 구동 베이스를, 배터리 전압값을 이용한 보정량에 의해 보정하는, 연료 공급 시스템.