KR102430585B1 - 차량용 연료 분사 제어방법 - Google Patents

차량용 연료 분사 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량의 주행상태를 반영하여 연료와 함께 CO2를 연소실에 선택적으로 분사하여 NOx 저감효과를 구현하는 기술에 관한 것으로, 본 발명에서는, 차량의 주행시, 엔진부하 및 엔진회전수의 관계로 차량의 운전영역을 판단하고; 차량의 운전영역이 배기가스의 저감이 요구되는 배기가스저감영역에 속하는 것으로 판단시, CO2와 연료를 분사하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 연료 분사 제어방법이 소개된다.

Description

차량용 연료 분사 제어방법{FUEL INJECTION CONTROL METHOD FOR VEHICLES}
본 발명은 차량의 부하 및 온도 등의 운전조건을 반영하여 연료와 함께 CO2를 선택적으로 분사하여 NOx 저감효과를 구현하는 차량용 연료 분사 제어방법에 관한 것이다.
내연기관의 NOx 저감 연소법으로는 EGR, Emulsion 연료, 물분사, 배기가스 내 CO2 포집분사 등이 제안된바 있다.
이 중 CO2분사 연소기술은 불연성 열용량이 큰 CO2를 연료와 함께 연소실에 분사함으로써, 연소 지연에 의해 NOx 저감효과를 쉽게 달성할 수 있는 장점이 있다.
다만, 현재에는 CO2분사 연소기술에 대한 성숙도 부족의 이유로 EGR시스템이 주로 사용되고 있는 실정에 있지만, EGR시스템은 EGR가스에 함유된 Soot 등의 오염물질을 제거해야 하는 등 엔진 신뢰성에 부정적인 영향이 있어, CO2분사 연소기술의 적용을 위한 기술의 개발이 요구되고 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-1995-0001178 A
본 발명은 차량의 주행상태를 반영하여 연료와 함께 CO2를 연소실에 선택적으로 분사하여 NOx 저감효과를 구현하도록 한 차량용 연료 분사 제어방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 컨트롤러가 차량의 주행시, 엔진부하 및 엔진회전수의 관계로 차량의 운전영역을 판단하는 운전영역 판단단계; 컨트롤러가 차량의 운전영역이 배기가스의 저감이 요구되는 배기가스저감영역에 속하는 것으로 판단시, CO2와 연료를 분사하도록 제어하는 혼합분사단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 배기가스저감영역은 저부하영역 및 중부하영역일 수 있다.
상기 차량의 운전영역 판단 결과, 차량의 운전영역이 고부하영역에 속하는 것으로 판단시, CO2 분사를 제한하고 연료만을 분사하도록 제어하는 단독분사단계;를 더 포함할 수 있다.
차량의 주행시, 엔진의 냉각수온을 측정하는 냉각수온측정단계;를 더 포함하고, 상기 혼합분사단계에서는, 상기 냉각수온이 일정온도 초과인 경우, CO2와 연료를 분사하도록 제어할 수 있다.
상기 혼합분사단계 이 후에, 시동 오프시 일정시간 동안 CO2 분사를 제한하고 연료를 분사하도록 제어할 수 있다.
상기 일정시간은 인젝터 내에 잔존하는 CO2가 퍼지되는 시간일 수 있다.
상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, EM 저감영역인 부분부하영역에서 연료와 CO2를 연소실 내에 함께 분사하여 연소하도록 제어함으로써, Pmax 및 연소가스온도를 낮추어 NOx저감 효과를 구현하는 효과가 있다.
더욱이, EGR 대신에 CO2분사 연소기술이 적용됨으로써, EGR시스템의 제거가 가능하여 차량의 원가를 절감하고, 또한 EGR 작동에 따른 연소시기 지연 개선으로 연비를 개선함은 물론 EGR 적용에 따른 엔진 신뢰성 문제를 개선하는 효과도 있다.
도 1은 본 발명에 적용 가능한 연료 분사 시스템을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 적용 가능한 인젝터의 구조를 예시하여 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 저,중부하 및 고부하영역을 예시하여 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 연료 분사 제어 흐름을 순차적으로 도시한 플로우차트.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1과 도 2를 참조하여 본 발명에 적용 가능한 연료 분사 시스템에 대해 간단하게 설명하면, 연료가 저장되는 연료탱크(1)가 마련되고, 상기 연료탱크(1)에 인젝션펌프(3)가 연결되어 상기 인젝션펌프(3)로부터 커먼레일(5) 및 인젝터(13)에 연료를 고압 송출할 수 있게 구성된다.
그리고, CO2가 저장되는 CO2탱크(7)가 마련되고, 상기 CO2탱크(7)에 CO2펌프(9)가 연결되어 상기 CO2펌프(9)를 통해 인젝터(13)에 CO2를 고압 송출할 수 있게 구성된다.
이때에, 상기 CO2펌프(9)와 인젝터(13) 사이에는 CO2의 유량을 조절할 수 있는 밸브(11)가 설치될 수 있다.
그리고, 상기 인젝터(13)는 엔진의 실린더 내에 결합되어 연소실 내부에 연료와 CO2를 동시에 고압 분사하도록 구성되고, 상기 연료와 CO2를 엔진의 운전조건에 맞게 연소실 내에 분사 제어하도록 컨트롤러(C)가 마련된다.
한편, 본 발명의 차량용 연료 분사 제어방법은, 운전영역 판단단계 및 혼합분사단계를 포함하여 구성이 될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명을 구체적으로 살펴보면, 운전영역 판단단계에서는, 컨트롤러(C)가 차량의 주행시, 엔진부하 및 엔진회전수의 관계로 차량의 운전영역을 판단할 수 있다.
혼합분사단계에서는, 컨트롤러(C)가 차량의 운전영역이 배기가스의 저감이 요구되는 배기가스저감영역에 속하는 것으로 판단시, CO2와 연료를 함께 분사하도록 제어할 수 있다. 여기서, 상기 배기가스저감영역은 저부하영역 및 중부하영역일 수 있다.
예컨대, BMEP(제동평균유효압력)에 의해 엔진부하를 판단할 수 있는 것으로, 엔진부하가 10bar이고, 엔진회전수가 1500rpm인 경우, 차량의 운전영역이 저,중부하영역에 속하는 것으로 판단하여, 인젝터(13)를 통해 연소실 내부에 CO2와 연료를 함께 분사하도록 제어할 수 있다.
반면, 상기 운전영역 판단단계의 판단 결과, 차량의 운전영역이 고부하영역에 속하는 것으로 판단시, CO2와 연료 중에서 연료만을 분사하도록 제어하는 단독분사단계를 포함하여 구성이 될 수 있다.
즉, 차량의 운전영역이 고부하영역에 속하는 것으로 판단된 경우, 인젝터(13)를 통해 연소실 내부에 CO2의 분사를 제한하고 연료만을 분사하도록 제어할 수 있다.
상기한 구성에 따라, 본 발명은 고부하/전부하영역에서는 연료만 분사하여 연소/운전하도록 제어하는 반면, 특히 EM 저감영역인 부분부하영역에서는 연료와 CO2를 연소실 내에 함께 분사하여 연소하도록 제어함으로써, Pmax 및 가스온도가 낮아지게 되는바, NOx저감 효과를 구현하게 된다.
또한, EGR 대신에 CO2를 연소실에 직접 분사하는 CO2분사 연소기술이 적용됨으로써, EGR시스템의 제거가 가능하여 차량의 원가를 절감하게 되고, 또한 EGR 작동에 따른 연소시기 지연 개선으로 연비를 개선함은 물론 EGR 적용에 따른 엔진 신뢰성 문제를 개선 가능할 수 있다.
더불어, 본 발명은 차량의 주행시, 엔진의 냉각수온을 측정하는 냉각수온측정단계를 더 포함할 수 있다.
이에, 상기 혼합분사단계에서는, 상기 냉각수온이 일정온도 초과인 경우, CO2와 연료를 분사하도록 제어할 수 있다.
즉, 연소가스의 온도가 높아지는 운전상황의 경우, CO2를 연소실에 분사함으로써, 연소를 지연시켜 NOx 저감효과를 구현할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 상기 혼합분사단계 이 후에, 시동 오프시 일정시간 동안 연료만을 분사하도록 제어할 수 있다.
이때에, 상기 일정시간은 인젝터(13) 내에 잔존하는 CO2가 퍼지되는 시간으로 설정될 수 있다.
즉, CO2와 연료를 함께 분사하면서 차량을 주행하다가 차량의 시동을 급하게 정지하는 경우, 인젝터(13) 내부에 CO2가 잔존할 수 있게 된다. 이 경우, 다음 시동시 인젝터(13)에 남겨진 CO2가 연소실 내에 분사되면, 차량의 시동성을 떨어뜨릴 수 있는 문제가 있는바, 차량의 시동을 정지하는 경우, 일정 시간 연료를 공급하여 인젝터(13) 내부의 CO2를 제거하게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 연료 분사 제어 흐름을 예시하여 나타낸 것이다.
첨부된 도면을 참조하여 설명하면, 차량의 운전 중 엔진부하와 엔진회전수 및 냉각수온을 검출한다(S10).
그리고, 상기 엔진부하와 엔진회전수의 관계로서 현재 차량의 운전영역을 판단하고(S20), 판단 결과 차량의 운전영역이 저,중부하영역에 속하는 경우, 냉각수온이 일정 온도(예컨대 55℃) 초과인지 판단한다(S30).
S30단계의 판단 결과, 냉각수온 조건을 만족하는 경우, CO2와 연료를 인젝터(13)에 함께 공급하여 연소실 내에서 분사 및 연소되도록 제어하게 된다(S40).
반면, S20단계의 판단 결과 차량의 운전영역이 고부하영역에 속하거나, S30단계의 판단 결과 냉각수온이 일정 온도 이하인 경우에는, CO2의 공급을 제한하고, 연료만을 연소실 내에 분사하여 연소되도록 제어하게 된다(S50).
그리고, S40단계 이 후에 차량의 시동 오프시, 일정 시간 동안 CO2의 공급을 제한하고, 연료만을 연소실 내에 분사하여 인젝터(13) 내에 잔존하는 CO2를 퍼지하도록 제어한다(S60).
상술한 바와 같이, 본 발명은 EM 저감영역인 부분부하영역에서 연료와 CO2를 연소실 내에 함께 분사하여 연소하도록 제어함으로써, Pmax 및 연소가스온도를 낮추어 NOx저감 효과를 구현하게 된다.
더욱이, EGR 대신에 CO2분사 연소기술이 적용됨으로써, EGR시스템의 제거가 가능하여 차량의 원가를 절감하고, 또한 EGR 작동에 따른 연소시기 지연 개선으로 연비를 개선함은 물론 EGR 적용에 따른 엔진 신뢰성 문제를 개선할 수 있다.
한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
1 : 연료탱크 3 : 인젝션펌프
5 : 커먼레일 7 : CO2탱크
9 : CO2펌프 11 : 밸브
13 : 인젝터 C : 컨트롤러

Claims (6)

  1. 컨트롤러가 차량의 주행시, 엔진부하 및 엔진회전수의 관계로 차량의 운전영역을 판단하는 운전영역 판단단계;
    컨트롤러가 차량의 운전영역이 배기가스의 저감이 요구되는 배기가스저감영역에 속하는 것으로 판단시, CO2와 연료를 분사하도록 제어하는 혼합분사단계;를 포함하고,
    상기 혼합분사단계 이 후에, 시동 오프시 일정시간 동안 CO2 분사를 제한하고 연료를 분사하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 연료 분사 제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 배기가스저감영역은 저부하영역 및 중부하영역인 것을 특징으로 하는 차량용 연료 분사 제어방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 차량의 운전영역 판단 결과, 차량의 운전영역이 고부하영역에 속하는 것으로 판단시, CO2 분사를 제한하고 연료를 분사하도록 제어하는 단독분사단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 연료 분사 제어방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    차량의 주행시, 엔진의 냉각수온을 측정하는 냉각수온측정단계;를 더 포함하고,
    상기 혼합분사단계에서는, 상기 냉각수온이 일정온도 초과인 경우, CO2와 연료를 분사하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 연료 분사 제어방법.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 일정시간은 인젝터 내에 잔존하는 CO2가 퍼지되는 시간인 것을 특징으로 하는 차량용 연료 분사 제어방법.
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