KR102406117B1 - 연료 분사 제어 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 연료 분사 장치는 스로틀 밸브를 통해 흡기 매니폴드로 유입되는 신기량, 배기 가스 재순환 장치(40)를 통해 공급되는 재순환 가스량, 캐니스터 퍼지 장치를 통해 공급되는 연료 증기량, 실린더로 공급되는 가스량, 흡기 매니폴드 내부 압력, 흡기 매니폴드 내부 온도, 재순환 가스의 압력, 및 재순환 가스의 온도를 포함하는 운전 정보를 감지하는 운전 정보 감지부; 상기 실린더로 연료를 분사하는 인젝터; 및 상기 운전 정보로부터 다음 흡입 행정 때 상기 실린더로 공급되는 가스량을 계산하고, 계산된 가스량으로부터 다음 흡입 행정 때 상기 인젝터에 의해 분사되는 연료량이 목표 공연비가 되도록 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.

Description

연료 분사 제어 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING FUEL INJECTION}
본 발명은 연료 분사 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실린더로 공급되는 가스량의 변화를 예측하여 연료량을 제어하는 연료 분사 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 가솔린 엔진은 이론 공연비를 기초로 연료량이 결정된다. 연료량이 이론 공연비에 근접할수록 실린더 내부에서 완전 연소가 이루어질 수 있고, 배기 가스를 정화하는 촉매의 정화 효율이 향상된다.
연료량이 이론 공연비가 되도록 제어하기 위해서는 실린더로 공급되는 정확한 공기량을 예측하는 것이 중요하다.
또한, 최근에는 엔진의 펌핑 손실(pumping loss)를 감소시키기 위해 흡기 밸브의 닫힘 시기를 하사점 이후로 지각시키는 LIVC(late intake valve closing) 제어가 사용된다.
그러나 종래 기술에 의하면, 흡입 행정 중에 실린더로 유입된 공기가 압축 행정 중에 흡기 매니폴드로 역류하는 것을 고려하지 못하기 때문에, 실린더 내부로 공급되는 정확한 공기량을 계산하지 못하고, 이로 인해, 이론 공연비에 따른 정확한 연료량을 계산하지 못하는 문제가 발생하였다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 실린더로 분사되는 연료량을 정확히 계산하기 위해 실린더로 공급되는 가스량을 정확히 계산할 수 있는 연료 분사 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 연료 분사 장치는 스로틀 밸브를 통해 흡기 매니폴드로 유입되는 신기량, 배기 가스 재순환 장치(40)를 통해 공급되는 재순환 가스량, 캐니스터 퍼지 장치를 통해 공급되는 연료 증기량, 실린더로 공급되는 가스량, 흡기 매니폴드 내부 압력, 흡기 매니폴드 내부 온도, 재순환 가스의 압력, 및 재순환 가스의 온도를 포함하는 운전 정보를 감지하는 운전 정보 감지부; 상기 실린더로 연료를 분사하는 인젝터; 및 상기 운전 정보로부터 다음 흡입 행정 때 상기 실린더로 공급되는 가스량을 계산하고, 계산된 가스량으로부터 다음 흡입 행정 때 상기 인젝터에 의해 분사되는 연료량이 목표 공연비가 되도록 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 이전 압축 행정 때 상기 흡기 매니폴드로 역류하는 가스량, 현재 압축 행정 때 상기 흡기 매니폴드로 역류하는 가스량, 및 현재 흡입 행정 때 상기 실린더로 공급되는 가스량을 기초로 다음 흡입 행정 때 상기 실린더로 분사되는 연료량을 계산할 수 있다.
상기 제어부는 상기 흡기 매니폴드를 통과하는 공기량의 변화와 재순환 가스량의 변화로부터 상기 흡기 매니폴드 내부의 압력을 계산하고, 상기 흡기 매니폴드 내부의 압력으로부터 다음 흡입 행정 때 상기 실린더로 공급되는 가스량을 계산할 수 있다.
상기 흡기 매니폴드 내부의 압력에 따라 상기 실린더로 공급되는 가스량은 실험에 의해 결정될 수 있다.
상기 흡기 매니폴드 내부의 압력과 재순환 가스의 압력은 현재 흡입 행정 때의 흡기 매니폴드 내부의 압력, 재순환 가스의 압력, 흡기 매니폴드 내부의 압력 변화, 및 재순환 가스의 압력 변화, 이전 흡입 행정 때의 흡기 매니폴드 내부의 압력 변화, 및 재순환 가스의 압력 변화로부터 계산될 수 있다.
상기 흡기 매니폴드 내부의 압력은
Figure 112016122894243-pat00001
의 수학식을 통해 계산되고, 여기서,
Figure 112016122894243-pat00002
은 흡기 매니폴드 내부의 압력,
Figure 112016122894243-pat00003
은 재순환 가스의 압력,
Figure 112016122894243-pat00004
은 흡기 매니폴드 내부의 압력 변화, 및
Figure 112016122894243-pat00005
은 재순환 가스의 압력 변화일 수 있다.
다음 흡입 행정 때 상기 실린더로 분사되는 연료량은 현재 흡입 행정 때 상기 실린더로 공급되는 가스량, 현재 압축 행정 때 상기 흡기 매니폴드로 역류하는 가스량, 이전 압축 행정 때 상기 흡기 매니폴드로 역류하는 가스량, 및 목표 공연비로부터 계산될 수 있다.
다음 흡입 행정 때 상기 실린더로 분사되는 연료량은
Figure 112016122894243-pat00006
의 수학식을 통해 계산되고, 여기서,
Figure 112016122894243-pat00007
은 현재 흡입 행정 때 상기 실린더로 공급되는 가스량,
Figure 112016122894243-pat00008
은 현재 압축 행정 때 상기 흡기 매니폴드로 역류하는 가스량,
Figure 112016122894243-pat00009
은 이전 압축 행정 때 상기 흡기 매니폴드로 역류하는 가스량, 및 AFR은 이론 공연비일 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 연료 분사 제어 장치는 이전 흡입 행정과 현재 흡입 행정 때 흡기 매니폴드를 통과하는 가스량의 변화를 계산하는 단계; 상기 흡기 매니폴드를 통과하는 공기량의 변화를 기초로 흡기 매니폴드 내부의 압력을 계산하는 단계; 상기 흡기 매니폴드 내부의 압력을 기초로 다음 흡입 행정 때 실린더로 공급되는 가스량을 계산하는 단계; 상기 실린더로 공급되는 가스량을 기초로 이론 공연비가 되도록 실린더로 분사되는 연료량을 계산하는 단계; 및 흡입 행정 때 상기 계산된 연료량을 분사하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 흡기 매니폴드 내부의 압력에 따라 상기 실린더로 공급되는 가스량은 실험에 의해 결정될 수 있다.
상기 흡기 매니폴드 내부의 압력과 재순환 가스의 압력은 현재 흡입 행정 때의 흡기 매니폴드 내부의 압력, 재순환 가스의 압력, 흡기 매니폴드 내부의 압력 변화, 및 재순환 가스의 압력 변화, 이전 흡입 행정 때의 흡기 매니폴드 내부의 압력 변화, 및 재순환 가스의 압력 변화로부터 계산될 수 있다.
상기 흡기 매니폴드 내부의 압력은
Figure 112016122894243-pat00010
의 수학식을 통해 계산되고, 여기서,
Figure 112016122894243-pat00011
은 흡기 매니폴드 내부의 압력,
Figure 112016122894243-pat00012
은 재순환 가스의 압력,
Figure 112016122894243-pat00013
은 흡기 매니폴드 내부의 압력 변화, 및
Figure 112016122894243-pat00014
은 재순환 가스의 압력 변화일 수 있다.
이전 압축 행정 때 상기 흡기 매니폴드로 역류하는 가스량, 현재 압축 행정 때 상기 흡기 매니폴드로 역류하는 가스량, 및 현재 흡입 행정 때 상기 실린더로 공급되는 가스량을 기초로 다음 흡입 행정 때 상기 실린더로 분사되는 연료량을 계산할 수 있다.
다음 흡입 행정 때 상기 실린더로 분사되는 연료량은 현재 흡입 행정 때 상기 실린더로 공급되는 가스량, 현재 압축 행정 때 상기 흡기 매니폴드로 역류하는 가스량, 이전 압축 행정 때 상기 흡기 매니폴드로 역류하는 가스량, 및 목표 공연비로부터 계산될 수 있다,
다음 흡입 행정 때 상기 실린더로 분사되는 연료량은
Figure 112016122894243-pat00015
의 수학식을 통해 계산되고, 여기서,
Figure 112016122894243-pat00016
은 현재 흡입 행정 때 상기 실린더로 공급되는 가스량,
Figure 112016122894243-pat00017
은 현재 압축 행정 때 상기 흡기 매니폴드로 역류하는 가스량,
Figure 112016122894243-pat00018
은 이전 압축 행정 때 상기 흡기 매니폴드로 역류하는 가스량, 및 AFR은 이론 공연비일 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의한 연료 분사 장치 및 방법에 의하면, 이전 흡입 행정과 현재 흡입 행정 때 실린더로 공급되는 공기량과 이전 압축 행정 때 흡기 매니폴드로 역류한 공기량으로부터 다음 흡입 행정 때 분사되는 연료량이 이론 공연비(또는, 목표 공연비)와 일치하도록 정확하게 계산할 수 있다.
또한, 실린더로 분사되는 연료량이 이론 공연비(또는, 목표 공연비)와 일치하도록 제어할 수 있기 때문에, 배기 가스 처리 장치의 촉매에 의한 정화 효율이 향상될 수 있다.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 분사 제어 장치가 적용되는 엔진 시스템을 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료 분사 제어 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료량을 계산하는 과정을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 연료 분사 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 의한 연료 분사 제어 장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 분사 제어 장치가 적용되는 엔진 시스템을 도시한 개념도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료 분사 제어 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 연료 분사 제어 장치가 적용되는 엔진은 연료의 연소에 의해 동력을 발생시키는 복수의 실린더(10), 상기 복수의 실린더(10)로 공급되는 공기를 분배하는 흡기 매니폴드(20), 상기 실린더(10)에서 배출되는 배기 가스의 일부를 상기 실린더(10)로 재공급하는 배기 가스 재순환 장치(40), 상기 실린더(10)로 연료를 분사하는 인젝터(16), 및 상기 실린더(10)로 공급되는 가스량을 조절하는 스로틀 밸브(22)를 포함할 수 있다.
상기 엔진은 연료 증기 퍼지 장치(또는, 캐니스터 퍼지 장치(30))를 더 포함할 수 있다. 상기 연료 증기 퍼지 장치는 연료 탱크에서 발생한 연료 증기를 퍼지 라인을 통해 상기 실린더(10)로 공급한다. 상기 연료 증기 퍼지 장치의 구체적인 구성은 본 발명의 기술 분야에 속하는 통상의 기술자에게 이미 알려진 기술로 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
상기 엔진은 가변 밸브 장치(50)(VVA: variable valve apparatus)를 더 포함할 수 있다. 상기 가변 밸브 타이밍 장치는 흡기 밸브(12) 또는 배기 밸브(14)의 개폐 타이밍 또는 듀레이션(duration)을 조절하는 가변 밸브 타이밍 장치 또는 가변 밸브 듀레이션 장치를 포함할 수 있다. 상기 가변 밸브 타이밍 장치의 구체적인 구성은 본 발명의 기술 분야에 속하는 통상의 기술자에게 이미 알려진 기술로 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
상기 가변 밸브 장치(50)를 통해 IVC 타이밍(intake valve closing timing)을 하사점 이후로 지각시키는 LIVC(late intake valve closing)을 구현할 수 있고, 이를 통해 펌핑 손실을 감소시킬 수 있다.
상기 배기 가스 재순환 장치(40)는 배기 라인에서 분기하여 흡기 매니폴드(20)로 합류하는 재순환 라인(42), 및 상기 재순환 라인(42)에 설치되고 재순환 가스량을 조절하는 재순환 밸브(44)를 포함할 수 있다.
상기 배기 가스 재순환 장치(40), 상기 인젝터(16), 상기 스로틀 밸브(22)의 동작은 제어부(90)의 제어 신호에 의해 이루어진다. 이때, 상기 제어부(90)는 운전 정보 감지부(80)로부터 감지된 운전 정보에 따라 상기 배기 가스 재순환 장치(40), 상기 인젝터(16), 상기 스로틀 밸브(22)의 동작을 제어한다.
이를 위해, 상기 제어부(90)는 설정된 프로그램에 의하여 작동하는 하나 이상의 프로세서로 구비될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 연료 분사 제어 방법의 각 단계를 수행하도록 되어 있다.
상기 운전 정보 감지부(80)에 의해 감지되는 운전 정보는 스로틀 밸브(22)를 통해 흡기 매니폴드(20)로 유입되는 신기량, 배기 가스 재순환 장치(40)를 통해 흡기 매니폴드(20)로 공급되는 재순환 가스량, 캐니스터 퍼지 장치(30)를 통해 흡기 매니폴드(20)로 공급되는 공기량, 흡기 매니폴드(20)에서 실린더(10)로 공급되는 가스량, 흡기 매니폴드(20) 내부 압력, 흡기 매니폴드(20) 내부 온도, 재순환 가스의 압력, 및 재순환 가스의 온도를 포함할 수 있다.
이를 위해, 상기 운전 정보 감지부(80)는 유량 감지 센서(hot film mass air flow sensor: HFM sensor), 압력 센서(manifold absolute pressure sensor: MAP sensor)를 포함할 수 있다.
예를 들면, 실린더(10)로 공급되는 가스량은 흡기 매니폴드(20) 내부의 압력과 스로틀 밸브(22)와 재순환 밸브(42)의 개도량으로부터 감지될 수 있다.
실린더(10)에서 역류되는 가스량은 특정 행정에서 흡기 매니폴드(20)로 유입되는 가스량(예를 들면, 외부에서 유입되는 신기량과 재순환 가스량의 합)과 다음 행정에서 흡기 매니폴드(20)로 유입되는 가스량(예를 들면, 외부에서 유입되는 신기량과 재순환 가스량의 합)으로부터 실린더(10)에서 역류하는 가스량을 측정할 수 있다.
상기 운전 정보 감지부(80)에 의해 감지되는 운전 정보는 상기 제어부(90)로 전송된다.
상기 흡기 매니폴드(20)를 통과하는 가스량의 변화는 질량 보존의 법칙을 이용하여 계산될 수 있다. 즉, 상기 제어부(90)는 상기 흡기 매니폴드(20)를 통과하는 가스량의 변화를 아래의 수학식 1을 통해 계산할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112016122894243-pat00019
여기서,
Figure 112016122894243-pat00020
은 스로틀 밸브를 통해 흡기 매니폴드로 유입되는 신기량,
Figure 112016122894243-pat00021
은 배기 가스 재순환 장치를 통해 흡기 매니폴드로 유입되는 재순환 가스량,
Figure 112016122894243-pat00022
은 연료 증기 퍼지 장치를 통해 흡기 매니폴드로 유입되는 공기량, 및
Figure 112016122894243-pat00023
은 흡기 매니폴드에서 실린더로 공급되는 가스량이다.
상기 수학식 1을 이상 기체 상태 방정식(ideal gas equation)에 대입하면, 수학식 1은 아래의 수학식 2로 치환된다.
[수학식 2]
Figure 112016122894243-pat00024
여기서,
Figure 112016122894243-pat00025
은 신기의 기체 상수,
Figure 112016122894243-pat00026
은 흡기 매니폴드 내부의 온도, 및
Figure 112016122894243-pat00027
은 흡기 매니폴드의 내부 부피이다.
상기 흡기 매니폴드(20)를 통과하는 재순환 가스량의 변화는 질량 보존의 법칙을 이용하여 계산될 수 있다. 즉, 상기 제어부(90)는 상기 흡기 매니폴드(20)를 통과하는 재순환 가스량의 변화를 아래의 수학식 3을 통해 계산할 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112016122894243-pat00028
여기서,
Figure 112016122894243-pat00029
은 배기 가스 재순환 장치(40)를 통해 흡기 매니폴드로 유입되는 재순환 가스량, 및
Figure 112016122894243-pat00030
은 흡기 매니폴드를 통해 실린더로 공급되는 재순환 가스량이다.
상기 수학식 3을 이상 기체 상태 방정식에 대입하면, 수학식 3은 아래의 수학식 4로 치환된다.
[수학식 4]
Figure 112016122894243-pat00031
여기서,
Figure 112016122894243-pat00032
은 재순환 가스의 기체 상수,
Figure 112016122894243-pat00033
은 흡기 매니폴드 내부의 온도, 및
Figure 112016122894243-pat00034
은 흡기 매니폴드의 내부 부피이다.
수학식 2와 수학식 4를 통해, 흡기 매니폴드 내부의 압력 변화를 예측할 수 있다. 즉, 상기 흡기 매니폴드 내부의 압력과 재순환 가스의 압력은 현재 흡입 행정 때의 흡기 매니폴드 내부의 압력, 재순환 가스의 압력, 흡기 매니폴드 내부의 압력 변화, 및 재순환 가스의 압력 변화, 이전 흡입 행정 때의 흡기 매니폴드 내부의 압력 변화, 및 재순환 가스의 압력 변화로부터 계산될 수 있다.
수학식 2와 수학식 4의 미분 방정식을 연립하여 정리하면, 아래의 수학식 5와 같다.
[수학식 5]
Figure 112016122894243-pat00035
여기서,
Figure 112016122894243-pat00036
은 다음 흡입 행정 때 흡기 매니폴드 내부의 압력,
Figure 112016122894243-pat00037
은 다음 흡입 행정 때 재순환 가스의 압력,
Figure 112016122894243-pat00038
은 현재 흡입 행정 때 흡기 매니폴드 내부의 압력,
Figure 112016122894243-pat00039
은 현재 흡입 행정 때 재순환 가스의 압력,
Figure 112016122894243-pat00040
은 이전 흡입 행정 때 흡기 매니폴드 내부의 압력 변화,
Figure 112016122894243-pat00041
은 이전 흡입 행정 때 재순환 가스의 압력 변화,
Figure 112016122894243-pat00042
은 현재 흡입 행정 때 흡기 매니폴드 내부의 압력 변화, 및
Figure 112016122894243-pat00043
은 현재 흡입 행정 때 재순환 가스의 압력 변화이다.
위의 수학식 5와 같이 표현된 연립 미분 방정식을 풀면, 다음 흡입 행정 때 흡기 매니폴드(20) 내부의 압력과 다음 흡입 행정 때 재순환 가스의 압력을 계산할 수 있다.
상기 제어부(90)는 흡기 매니폴드(20) 내부의 압력으로부터 다음 흡입 행정 때 상기 실린더(10)로 공급되는 가스량을 계산할 수 있다. 흡기 매니폴드(20) 내부의 압력에 따라 실린더(10)로 공급되는 가스량은 선형적으로 비례하지 않는다. 따라서, 흡입 행정 때 흡기 매니폴드(20) 내부의 압력에 따른 실린더(10)로 공급되는 공기량은 실험에 의해 계산될 수 있고, 맵 데이터 형식으로 상기 제어부(90)에 저장될 수 있다.
상기 제어부(90)는 다음 흡입 행정 때 실린더(10)로 공급되는 가스량으로부터 다음 흡입 행정 때 실린더(10)로 분사되는 연료량을 계산한다. 이때, 상기 제어부(90)는 이론 공연비(또는, 목표 공연비)와 일치하도록 연료량을 계산한다. 다음 흡입 행정 때 실린더(10)로 분사되는 연료량은 아래의 수학식 6으로부터 계산될 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112016122894243-pat00044
여기서,
Figure 112016122894243-pat00045
은 현재 흡입 행정 때 상기 실린더로 공급되는 가스량,
Figure 112016122894243-pat00046
은 현재 압축 행정 때 상기 흡기 매니폴드로 역류하는 가스량,
Figure 112016122894243-pat00047
은 이전 압축 행정 때 상기 흡기 매니폴드로 역류하는 가스량, 및 AFR(air fuel ratio)은 이론 공연비(또는, 목표 공연비)이다.
위의 수학식 6에서, 엔진의 운전 상태(엔진 토크 및 엔진 속도)가 정상 상태인 경우에는, 현재 압축 행정 때 상기 흡기 매니폴드(20)로 역류하는 가스량(
Figure 112016122894243-pat00048
)과 이전 압축 행정 때 상기 흡기 매니폴드(20)로 역류하는 가스량(
Figure 112016122894243-pat00049
)이 동일하다.
따라서, 다음 흡입 행정 때 실린더(10)로 분사되는 연료량은 아래의 수학식 7과 같이 계산된다.
[수학식 7]
Figure 112016122894243-pat00050
하지만, 엔진의 운전 상태가 과도 상태인 경우에는, 현재 압축 행정 때 상기 흡기 매니폴드(20)로 역류하는 가스량(
Figure 112016122894243-pat00051
)과 이전 압축 행정 때 상기 흡기 매니폴드(20)로 역류하는 가스량(
Figure 112016122894243-pat00052
)이 다르기 때문에, 위의 수학식 6을 통해 다음 흡입 행정 때 실린더(10)로 분사되는 연료량이 계산된다.
설명의 편의를 위해, LIVC(late intake valve closing)과 같이 흡기 밸브(12)의 닫힘 시점이 하사점 이후 지각되는 경우를 예로 들어 설명하도록 한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료량을 계산하는 과정을 설명하기 위한 개념도이다. 도 3은 엔진의 흡입 행정을 도시한 것이고, 도 4은 엔진의 압축 행정을 도시한 것이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 현재 흡입 행정 중에 실린더(10) 내부로 공급되는 가스량(
Figure 112016122894243-pat00053
)에는 이전 압축 행정 중에 흡기 매니폴드(20)로 역류한 연료(
Figure 112016122894243-pat00054
)가 포함되어 실린더(10)로 유입된다.
이전 흡입 행정 때 이론 공연비(또는, 목표 공연비)가 14.6이라고 가정하면, 이전 압축 행정 중에 흡기 매니폴드(20)로 역류한 연료량(
Figure 112016122894243-pat00055
)은 이전 압축 행정 중에 흡기 매니폴드(20)로 역류한 가스량(
Figure 112016122894243-pat00056
)의 1/14.6이다.
그리고 현재 흡입 행정 때 이론 공연비(또는, 목표 공연비)가 14.6이라고 가정하면, 현재 흡입 행정 때 실린더(10)로 분사되는 연료량(
Figure 112016122894243-pat00057
) 중에서 현재 압축 행정 때 흡기 매니폴드(20)로 역류하는 연료량(
Figure 112016122894243-pat00058
)은 현재 흡입 행정 때 실린더(10) 내부로 공급되는 가스량(
Figure 112016122894243-pat00059
)의 1/14.6이다.
따라서, 이전 압축 행정과 현재 압축 행정 때 흡기 매니폴드(20)로 역류하는 가스량의 차이를 고려한 수학식 6을 통해 다음 흡입 행정 때 실린더(10)로 분사되는 연료량이 정확히 계산될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 연료 분사 제어 방법에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 연료 분사 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5를 참조하면, 상기 제어부(90)는 운전 정보 감지부(80)에서 감지된 운전 정보를 기초로 이전 흡입 행정과 현재 흡입 행정 때 흡기 매니폴드(20)를 통과하는 가스량의 변화를 계산한다(S10). 상기 가스는 외부에서 흡기 매니폴드(20)로 유입되는 신기, 배기 가스 재순환 장치(40)를 통해 흡기 매니폴드(20)로 유입되는 재순환 가스, 캐니스터 퍼지 장치(30)를 통해 흡기 매니폴드(20)로 유입되는 연료 증기, 및 상기 흡기 매니폴드(20)에서 실린더(10)로 배출되는 가스를 포함할 수 있다. 이때, 흡기 매니폴드(20)를 통과하는 가스량은, 상기 수학식 1 및 수학식 3과 같이, 흡기 매니폴드(20)로 유입되는 가스량과 흡기 매니폴드(20)에서 배출되는 가스량의 관계로부터 계산될 수 있다.
상기 제어부(90)는 흡기 매니폴드(20)를 통과하는 가스량의 변화를 기초로 흡기 매니폴드(20) 내부의 압력을 계산한다(S20). 이때, 흡기 매니폴드(20) 내부의 압력 변화와 재순환 가스의 압력 변화는, 상기 수학식 2와 수학식 4의 미분 방정식을 연립하여 정리한 수학식 5를 통해 계산될 수 있고, 상기 수학식 5를 통해 흡입 행정 때 흡기 매니폴드(20) 내부의 압력과 재순환 가스의 압력을 계산할 수 있다.
상기 제어부(90)는 흡기 매니폴드(20)의 압력으로부터 이전 흡입 행정과 현재 흡입 행정 때 실린더(10)로 공급되는 가스량을 계산한다(S30). 이때, 흡입 행정 때 실린더(10)로 공급되는 가스량은 흡기 매니폴드(20) 내부의 압력에 따라 결정되는데, 흡입 행정 때 흡기 매니폴드(20) 내부의 압력에 따른 실린더(10)로 공급되는 가스량은 실험에 의해 계산될 수 있고, 맵 데이터 형식으로 상기 제어부(90)에 저장될 수 있다.
상기 제어부(90)는 현재 흡입 행정 때 흡기 매니폴드(20)로 공급되는 가스량과 이전 압축 행정과 현재 압축 행정 때 흡기 매니폴드(20)로 역류한 가스량으로부터 다음 흡입 행정 때 실린더(10)로 분사되는 연료량을 계산한다(S40). 이때, 다음 흡입 행정 때 실린더(10)로 분사되는 연료량은 이론 공연비(또는, 목표 공연비)가 되도록 상기 수학식 6을 통해 계산될 수 있다.
상기 제어부(90)는 상기 계산된 연료량이 상기 인젝터(16)에 의해 상기 실린더로 분사되도록 제어한다(S50).
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 연료 분사 제어 장치 및 방법에 의하면, 이전 흡입 행정과 현재 흡입 행정 때 실린더(10)로 공급되는 공기량과 이전 압축 행정 때 흡기 매니폴드(20)로 역류한 공기량으로부터 다음 흡입 행정 때 분사되는 연료량이 이론 공연비(또는, 목표 공연비)와 일치하도록 정확하게 계산할 수 있다.
또한, 실린더(10)로 분사되는 연료량이 이론 공연비(또는, 목표 공연비)와 일치하도록 제어할 수 있기 때문에, 배기 가스 처리 장치의 촉매에 의한 정화 효율이 향상될 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10: 실린더
12: 흡기 밸브
14: 배기 밸브
16: 인젝터
20: 흡기 매니폴드
30: 캐니스터 퍼지 장치
40: 배기 가스 재순환 장치
50: 가변 밸브 장치
80: 운전 정보 감지부
90: 제어부

Claims (15)

  1. 스로틀 밸브를 통해 흡기 매니폴드로 유입되는 신기량, 배기 가스 재순환 장치를 통해 공급되는 재순환 가스량, 캐니스터 퍼지 장치를 통해 공급되는 연료 증기량, 실린더로 공급되는 가스량, 흡기 매니폴드 내부 압력, 흡기 매니폴드 내부 온도, 재순환 가스의 압력, 및 재순환 가스의 온도를 포함하는 운전 정보를 감지하는 운전 정보 감지부;
    상기 실린더로 연료를 분사하는 인젝터; 및
    상기 운전 정보로부터 다음 흡입 행정 때 상기 실린더로 공급되는 가스량을 계산하고, 계산된 가스량으로부터 다음 흡입 행정 때 상기 인젝터에 의해 분사되는 연료량이 목표 공연비가 되도록 제어하는 제어부;
    를 포함하고,
    상기 제어부는
    이전 압축 행정 때 상기 흡기 매니폴드로 역류하는 가스량, 현재 압축 행정 때 상기 흡기 매니폴드로 역류하는 가스량, 및 현재 흡입 행정 때 상기 실린더로 공급되는 가스량을 기초로 다음 흡입 행정 때 상기 실린더로 분사되는 연료량을 계산하는 연료 분사 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 흡기 매니폴드를 통과하는 공기량의 변화와 재순환 가스량의 변화로부터 상기 흡기 매니폴드 내부의 압력을 계산하고,
    상기 흡기 매니폴드 내부의 압력으로부터 다음 흡입 행정 때 상기 실린더로 공급되는 가스량을 계산하는 연료 분사 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 흡기 매니폴드 내부의 압력에 따라 상기 실린더로 공급되는 가스량은 실험에 의해 결정되는 연료 분사 제어 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 흡기 매니폴드 내부의 압력과 재순환 가스의 압력은
    현재 흡입 행정 때의 흡기 매니폴드 내부의 압력, 재순환 가스의 압력, 흡기 매니폴드 내부의 압력 변화, 및 재순환 가스의 압력 변화,
    이전 흡입 행정 때의 흡기 매니폴드 내부의 압력 변화, 및 재순환 가스의 압력 변화로부터 계산되는 연료 분사 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 흡기 매니폴드 내부의 압력은
    Figure 112016122894243-pat00060
    의 수학식을 통해 계산되고,
    여기서,
    Figure 112016122894243-pat00061
    은 흡기 매니폴드 내부의 압력,
    Figure 112016122894243-pat00062
    은 재순환 가스의 압력,
    Figure 112016122894243-pat00063
    은 흡기 매니폴드 내부의 압력 변화, 및
    Figure 112016122894243-pat00064
    은 재순환 가스의 압력 변화인 연료 분사 제어 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    다음 흡입 행정 때 상기 실린더로 분사되는 연료량은
    현재 흡입 행정 때 상기 실린더로 공급되는 가스량, 현재 압축 행정 때 상기 흡기 매니폴드로 역류하는 가스량, 이전 압축 행정 때 상기 흡기 매니폴드로 역류하는 가스량, 및 목표 공연비로부터 계산되는 연료 분사 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    다음 흡입 행정 때 상기 실린더로 분사되는 연료량은
    Figure 112016122894243-pat00065
    의 수학식을 통해 계산되고,
    여기서,
    Figure 112016122894243-pat00066
    은 현재 흡입 행정 때 상기 실린더로 공급되는 가스량,
    Figure 112016122894243-pat00067
    은 현재 압축 행정 때 상기 흡기 매니폴드로 역류하는 가스량,
    Figure 112016122894243-pat00068
    은 이전 압축 행정 때 상기 흡기 매니폴드로 역류하는 가스량, 및 AFR은 목표 공연비인 연료 분사 제어 장치.
  9. 이전 흡입 행정과 현재 흡입 행정 때 흡기 매니폴드를 통과하는 가스량의 변화를 계산하는 단계;
    상기 흡기 매니폴드를 통과하는 공기량의 변화를 기초로 흡기 매니폴드 내부의 압력을 계산하는 단계;
    상기 흡기 매니폴드 내부의 압력을 기초로 다음 흡입 행정 때 실린더로 공급되는 가스량을 계산하는 단계;
    상기 실린더로 공급되는 가스량을 기초로 목표 공연비가 되도록 실린더로 분사되는 연료량을 계산하는 단계; 및
    흡입 행정 때 상기 계산된 연료량을 분사하는 단계;
    를 포함하고,
    이전 압축 행정 때 상기 흡기 매니폴드로 역류하는 가스량, 현재 압축 행정 때 상기 흡기 매니폴드로 역류하는 가스량, 및 현재 흡입 행정 때 상기 실린더로 공급되는 가스량을 기초로 다음 흡입 행정 때 상기 실린더로 분사되는 연료량을 계산하는 연료 분사 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 흡기 매니폴드 내부의 압력에 따라 상기 실린더로 공급되는 가스량은 실험에 의해 결정되는 연료 분사 제어 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 흡기 매니폴드 내부의 압력과 재순환 가스의 압력은
    현재 흡입 행정 때의 흡기 매니폴드 내부의 압력, 재순환 가스의 압력, 흡기 매니폴드 내부의 압력 변화, 및 재순환 가스의 압력 변화,
    이전 흡입 행정 때의 흡기 매니폴드 내부의 압력 변화, 및 재순환 가스의 압력 변화로부터 계산되는 연료 분사 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 흡기 매니폴드 내부의 압력은
    Figure 112016122894243-pat00069
    의 수학식을 통해 계산되고,
    여기서,
    Figure 112016122894243-pat00070
    은 흡기 매니폴드 내부의 압력,
    Figure 112016122894243-pat00071
    은 재순환 가스의 압력,
    Figure 112016122894243-pat00072
    은 흡기 매니폴드 내부의 압력 변화, 및
    Figure 112016122894243-pat00073
    은 재순환 가스의 압력 변화인 연료 분사 제어 방법.
  13. 삭제
  14. 제9항에 있어서,
    다음 흡입 행정 때 상기 실린더로 분사되는 연료량은
    현재 흡입 행정 때 상기 실린더로 공급되는 가스량, 현재 압축 행정 때 상기 흡기 매니폴드로 역류하는 가스량, 이전 압축 행정 때 상기 흡기 매니폴드로 역류하는 가스량, 및 목표 공연비로부터 계산되는 연료 분사 제어 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    다음 흡입 행정 때 상기 실린더로 분사되는 연료량은
    Figure 112016122894243-pat00074
    의 수학식을 통해 계산되고,
    여기서,
    Figure 112016122894243-pat00075
    은 현재 흡입 행정 때 상기 실린더로 공급되는 가스량,
    Figure 112016122894243-pat00076
    은 현재 압축 행정 때 상기 흡기 매니폴드로 역류하는 가스량,
    Figure 112016122894243-pat00077
    은 이전 압축 행정 때 상기 흡기 매니폴드로 역류하는 가스량, 및 AFR은 목표 공연비인 연료 분사 제어 방법.
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