KR102610736B1 - 연료 및 물 분사시스템 및 그 제어방법 - Google Patents
연료 및 물 분사시스템 및 그 제어방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102610736B1 KR102610736B1 KR1020180131651A KR20180131651A KR102610736B1 KR 102610736 B1 KR102610736 B1 KR 102610736B1 KR 1020180131651 A KR1020180131651 A KR 1020180131651A KR 20180131651 A KR20180131651 A KR 20180131651A KR 102610736 B1 KR102610736 B1 KR 102610736B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- fuel
- water
- injector
- injection
- solenoid
- Prior art date
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 268
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 205
- 239000007924 injection Substances 0.000 title claims abstract description 200
- 238000002347 injection Methods 0.000 title claims abstract description 200
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 12
- 239000008400 supply water Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 9
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 4
- 238000010926 purge Methods 0.000 claims description 2
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 12
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 1
- 238000013517 stratification Methods 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B47/00—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines
- F02B47/02—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines the substances being water or steam
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
- F02M25/022—Adding fuel and water emulsion, water or steam
- F02M25/0227—Control aspects; Arrangement of sensors; Diagnostics; Actuators
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
- F02M25/022—Adding fuel and water emulsion, water or steam
- F02M25/0221—Details of the water supply system, e.g. pumps or arrangement of valves
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
- F02M25/022—Adding fuel and water emulsion, water or steam
- F02M25/0221—Details of the water supply system, e.g. pumps or arrangement of valves
- F02M25/0225—Water atomisers or mixers, e.g. using ultrasonic waves
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
- F02M25/022—Adding fuel and water emulsion, water or steam
- F02M25/0228—Adding fuel and water emulsion
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M43/00—Fuel-injection apparatus operating simultaneously on two or more fuels, or on a liquid fuel and another liquid, e.g. the other liquid being an anti-knock additive
- F02M43/04—Injectors peculiar thereto
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
- F02C3/20—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
- F02C3/30—Adding water, steam or other fluids for influencing combustion, e.g. to obtain cleaner exhaust gases
Abstract
개시된 연료 및 물 분사시스템은, 솔레노이드 코일에 의해 상하 이동하는 니들, 상기 니들의 상하 이동에 의해 개폐되는 노즐공, 상기 노즐공과 소통하는 압력챔버를 가진 인젝터; 인젝터의 압력챔버에 연료를 공급하도록 구성된 연료펌프; 인젝터의 압력챔버에 물을 공급하도록 구성된 워터펌프; 상기 워터펌프 및 상기 인젝터를 연결하는 물 공급도관에 배치된 솔레노이드 개폐밸브; 상기 연료펌프 및 상기 인젝터를 제어하도록 구성된 ECU; 및 상기 워터펌프 및 상기 솔레노이드 개폐밸브를 제어하도록 구성된 워터 서플라이 컨트롤러;를 포함하고, 상기 워터 서플라이 컨트롤러는 엔진의 운전조건에 따라 솔레노이드 개폐밸브를 선택적으로 개방하도록 제어함으로써 상기 인젝터는 상기 ECU로부터 전송되는 분사신호에 따라 연료만을 분사하는 연료분사모드와, 연료 및 물을 함께 분사하는 연료 및 물 분사모드를 선택적으로 실행하도록 구성된다.
Description
본 발명은 연료 및 물 분사시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진의 운전조건에 따라 연료만을 분사하는 연료 분사모드와, 연료 및 물을 함께 분사하는 연료 및 물 분사모드가 선택적으로 실행됨으로써 NOx 배출물을 저감하고 연소성능을 개선할 수 있는 연료 및 물 분사시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
차량 내연기관의 연소 시에 내연기관의 연소열을 낮춤으로써 질소산화물(NOx) 등과 같은 배출물을 억제하고, 공기와 연료의 혼합을 강화하여 연비를 향상시키기 위한 다양한 기술이 연구개발되고 있다.
이러한 연소열 및 질소산화물 등을 저감하고, 연비를 향상시키기 위한 대표적인 기술로는 EGR 시스템(Exhaust Gas Recirculation system), 워터 인젝션시스템(water injection system), Emulsion 연료, CO2 포집분사기술등이 연구개발되고 있다.
이러한 EGR시스템은 엔진의 배기계에서 흡기계 측으로 EGR가스를 순환시키기 위한 EGR도관과, EGR가스의 온도를 냉각시키는 EGR 쿨러와, EGR가스의 유량을 조절하기 위한 EGR밸브 등이 필수적으로 구비되어야 함에 따라 협소한 엔진룸의 설치 공간을 많이 차지할 뿐만 아니라 조립비용 등이 상승하는 단점이 있었다.
또한, EGR시스템은 차량의 일부 운전영역에서만 작동함에 따라 엔진의 RPM에 대해 종속적으로 작동함에 따라 EGR가스의 사용범위가 매우 제한적이다. 예컨대, 엔진의 저RPM영역 및 고RPM영역에서는 EGR시스템의 작동이 원활하게 이루어지지 못하는 단점이 있었다.
워터 인젝션시스템은 물을 흡기 또는 연료-공기 혼합물(fuel-air mixture)에 분사하거나 엔진의 연소실 측에 직접적으로 분사함으로써 연소실의 온도를 낮춤으로써 질소산화물, 하이드로카본 등을 억제하고, 공기와 연료의 혼합비를 줄여 연비를 향상시킬 수 있다.
최근에는, 연료 및 물을 하나의 인젝터에 공급하고, 하나의 인젝터가 연료 및 물을 엔진의 연소실에 함께 분사하는 연료 및 물 분사시스템이 연구개발되고 있다.
하지만, 종래의 연료 및 물 분사시스템은 인젝터에 잔류하는 물과 연료의 혼합물이 인젝터에 연결된 리턴유로를 통해 연료탱크로 수거(순환)될 수 있고, 이로 인해 운전시간의 경과에 따라 물과 연료의 혼합물이 연료탱크 내에서 점차 증가할 수 있다. 이에 따라, 전부하 운전조건 등과 같이 연료만의 분사가 요구되는 경우에도 연료와 함께 물이 분사될 수 있으므로 그 연소효율이 낮아질 수 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다
본 발명은 상기와 같은 점을 고려하여 안출한 것으로, 운전 조건에 맞춰 연료만을 분사하거나 연료 및 물을 함께 분사함으로써 NOx를 저감하고 연소성능을 개선할 수 있는 연료 및 물 분사시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료 및 물 분사시스템은,
솔레노이드 코일에 의해 상하 이동하는 니들, 상기 니들의 상하 이동에 의해 개폐되는 노즐공, 상기 노즐공과 소통하는 압력챔버를 가진 인젝터;
인젝터의 압력챔버에 연료를 공급하도록 구성된 연료펌프;
인젝터의 압력챔버에 물을 공급하도록 구성된 워터펌프;
상기 워터펌프 및 상기 인젝터의 압력챔버를 연결하는 물 공급도관에 배치된 솔레노이드 개폐밸브;
상기 연료펌프 및 상기 인젝터를 제어하도록 구성된 ECU; 및
상기 워터펌프 및 상기 솔레노이드 개폐밸브를 제어하도록 구성된 워터 서플라이 컨트롤러;를 포함하고,
상기 워터 서플라이 컨트롤러가 엔진의 운전조건에 따라 솔레노이드 개폐밸브가 선택적으로 개폐되도록 제어함으로써 상기 인젝터가 연료만을 분사하는 연료분사모드와, 상기 인젝터가 연료 및 물을 함께 분사하는 연료 및 물 분사모드 중에서 어느 한 모드가 선택적으로 실행될 수 있다.
상기 압력챔버의 압력이 설정된 분사압력 보다 낮아질 때, 상기 워터 서플라이 컨트롤러는 물을 상기 압력챔버에 공급하도록 구성될 수 있다.
상기 ECU는 설정된 제1듀티사이클에 따라 상기 솔레노이드 코일을 구동시키도록 구성되고, 상기 워터 서플라이 컨트롤러는 제2듀티사이클을 따라 상기 솔레노이드 개폐밸브를 구동시키도록 구성될 수 있다.
상기 워터 서플라이 컨트롤러는 상기 솔레노이드 코일의 턴오프 시간동안에 상기 솔레노이드 개폐밸브를 턴온하도록 구성될 수 있다.
상기 제1듀티사이클의 펄스폭은 상기 제2듀티사이클의 펄스폭 보다 크게 형성될 수 있다.
상기 인젝터에 의한 한 분사사이클은 제1분사구간, 제2분사구간, 제3분사구간을 포함하고, 제1분사구간은 연료분사율이 증가하는 구간이고, 제2분사구간은 일정한 피크 연료분사율이 유지되는 구간이며, 제3분사구간은 연료분사율이 감소하는 구간이고,
상기 연료 및 물 분사모드가 실행될 때, 상기 워터 서플라이 컨트롤러는 한 분사사이클의 제3분사구간 동안에 상기 솔레노이드 개폐밸브를 개방하도록 구성됨으로써 한 분사사이클의 제3분사구간 동안에 물이 상기 압력챔버에 공급되고, 상기 ECU는 설정된 제1듀티사이클을 따라 상기 인젝터의 솔레노이드 코일을 구동시키도록 구성됨으로써 다음 분사사이클의 제1분사구간 및 제2분사구간 동안에 상기 압력챔버에 공급된 물이 상기 압력챔버에 공급되는 연료와 함께 상기 인젝터의 노즐공을 통해 분사될 수 있다.
물이 상기 압력챔버로부터 상기 워터펌프 측으로 역류함을 방지하는 체크밸브를 더 포함하고, 상기 체크밸브는 상기 압력챔버 및 상기 워터펌프 사이에 배치될 수 있다.
상기 압력챔버는 연료입구 및 워터입구를 가지며, 상기 체크밸브는 상기 워터입구와 면하는 부분에 장착될 수 있다.
본 발명의 다른 측면은 솔레노이드 코일에 의해 상하 이동하는 니들, 상기 니들의 상하 이동에 의해 개폐되는 노즐공, 상기 노즐공과 소통하는 압력챔버를 가진 인젝터; 상기 인젝터의 압력챔버에 연료를 공급하도록 구성된 연료펌프; 상기 인젝터의 압력챔버에 물을 공급하도록 구성된 워터펌프; 상기 워터펌프 및 상기 인젝터를 연결하는 물 공급도관에 배치된 솔레노이드 개폐밸브; 상기 연료펌프 및 상기 인젝터를 제어하도록 구성된 ECU, 및 상기 워터펌프 및 상기 솔레노이드 개폐밸브를 제어하도록 구성된 워터 서플라이 컨트롤러를 포함한 연료 및 물 분사시스템의 제어방법으로,
엔진 속도가 제1설정속도 이하이거나 엔진 부하가 제1설정부하 이하이면, 제1듀티사이클에 따라 인젝터의 솔레노이드 코일을 구동시키고, 워터펌프를 턴온함과 더불어 솔레노이드 개폐밸브를 제2듀티사이클에 따라 구동시킴으로써 인젝터가 연료 및 물을 함께 분사하는 연료 및 물 분사모드가 실행되고,
엔진 속도가 제1설정속도를 초과하면서 엔진 부하가 제1설정부하를 초과하면, 제1듀티사이클에 따라 인젝터의 솔레노이드 코일을 구동시키고, 워터펌프를 턴오프함과 더불어 솔레노이드 개폐밸브를 폐쇄함으로써 인젝터가 연료만을 분사하는 연료분사모드가 실행될 수 있다.
냉각수온도가 설정온도 이상이면 제1듀티사이클에 따라 인젝터의 솔레노이드 코일을 구동시키고, 워터펌프를 턴온함과 더불어 솔레노이드 개폐밸브를 제2듀티사이클에 따라 구동시킴으로써 상기 연료 및 물 분사모드가 실행될 수 있다.
냉각수의 온도가 설정온도 미만이면 제1듀티사이클에 따라 인젝터의 솔레노이드 코일을 구동시키고, 워터펌프를 턴오프함과 더불어 솔레노이드 개폐밸브를 폐쇄함으로써 상기 연료분사모드가 실행될 수 있다.
엔진이 정지되면 워터펌프를 턴오프함과 더불어 솔레노이드 개폐밸브를 폐쇄하고, 상기 인젝터의 솔레노이드 코일을 일정한 듀티사이클을 따라 구동시킴으로써 상기 인젝터를 퍼지할 수 있다.
본 발명에 의하면, 운전 조건에 맞춰 연료만을 분사하거나 연료 및 물을 함께 분사함으로써 NOx를 저감하고 연소성능을 개선할 수 있다.
본 발명에 의하면, 체크밸브가 압력챔버의 워터입구와 면하는 부분에 장착됨으로써 물이 압력챔버로부터 워터펌프 또는 인젝터의 리턴통로로 역류됨을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 및 물 분사시스템을 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료 및 물 분사시스템의 인젝터를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2의 화살표 S 부분을 확대한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료 및 물 분사시스템이 연료 및 물 분사모드로 실행될 때, 연료분사전압, 연료분사율, 압력챔버의 압력, 물 공급전압, 물 공급율의 상관관계를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료 및 물 분사시스템에서 연료분사율 및 한 분사사이클의 분사시작에 의해 물 공급율을 결정하는 로직을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 연료 및 물 분사시스템의 제어방법을 도시한 순서도이다.
도 7은 도 6의 연료 및 물 분사시스템에 의한 연료분사모드의 특성과 연료 및 물 분사모드의 특성을 예시한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료 및 물 분사시스템의 인젝터를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2의 화살표 S 부분을 확대한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료 및 물 분사시스템이 연료 및 물 분사모드로 실행될 때, 연료분사전압, 연료분사율, 압력챔버의 압력, 물 공급전압, 물 공급율의 상관관계를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료 및 물 분사시스템에서 연료분사율 및 한 분사사이클의 분사시작에 의해 물 공급율을 결정하는 로직을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 연료 및 물 분사시스템의 제어방법을 도시한 순서도이다.
도 7은 도 6의 연료 및 물 분사시스템에 의한 연료분사모드의 특성과 연료 및 물 분사모드의 특성을 예시한 그래프이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료 및 물 분사시스템(1)은, 엔진(5)에 장착된 인젝터(10)와, 인젝터(10)로 연료를 공급하는 연료펌프(21)와, 인젝터(10)에 물을 공급하도록 구성된 워터펌프(31)를 포함할 수 있다.
엔진(5)에는 흡기도관(6) 및 배기도관(7)이 연결될 수 있고, 흡기도관(6)에는 터보차저의 압축기(8a) 및 인터쿨러(8c)가 배치될 수 있으며, 배기도관(7)에는 터보차저의 터빈(8b)이 배치될 수 있다. 배기도관(7)과 흡기도관(6) 사이에는 EGR도관(9a)이 연결될 수 있고, EGR도관(9a)에는 EGR쿨러(9b) 및 EGR밸브(9c)가 설치될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, EGR도관(9a), EGR쿨러(9b) 및 EGR밸브(9c)가 생략될 수도 있다.
인젝터(10)는 인젝터 바디(11)와, 인젝터 바디(11)에 장착된 솔레노이드 코일(12)과, 솔레노이드 코일(12)의 전자기력에 의해 이동가능한 아마추어(13)와, 아마추어(13)의 하부에 형성된 컨트롤 챔버(14, control chamber)와, 컨트롤 챔버(14)의 연료압력 변화에 의해 개방위치 및 폐쇄위치 사이로 이동하는 니들(15, needle)을 포함한다.
인젝터 바디(11)는 노즐공(11a, nozzle orifice)을 가질 수 있고, 노즐공(11a)은 인젝터 바디(11)의 하단에 형성될 수 있다. 노즐공(11a)은 니들(15)의 상하 이동에 의해 개폐될 수 있다. 니들(15)의 상단에는 컨트롤 로드(16, control rod)가 연결될 수 있으며, 아마추어(13)가 상하 이동함에 따라 컨트롤 챔버(14)의 연료압력이 변화하고, 컨트롤 챔버(14)의 연료압력 변화에 따라 컨트롤 로드(16)는 상하로 이동할 수 있다. 컨트롤 로드(16) 및 니들(15)은 상하로 함께 이동할 수 있고, 니들(15)은 노즐공(11a)을 폐쇄하는 페쇄위치 및 노즐공(11a)을 개방하는 개방위치 사이로 이동할 수 있다.
인젝터 바디(11)는 연료공급포트(17, fuel supply port), 연료공급포트(17)와 소통하는 연료통로(41, fuel passage), 워터공급포트(18, water supply port), 워터공급포트(18)와 소통하는 워터통로(51, water passaage), 연료통로(41) 및 워터통로(51)와 소통하는 압력챔버(61, pressure chamber)를 가질 수 있다.
연료공급포트(17)는 커먼레일(23)와 소통하고, 이에 연료공급포트(17)는 커먼레일(23)로부터 공급된 고압 연료를 수용한다. 연료통로(41)는 연료공급포트(17) 및 압력챔버(61)를 소통시키고, 이에 고압 연료가 연료통로(41)를 통해 연료공급포트(17)로부터 압력챔버(61)로 공급될 수 있다. 연료통로(41)로부터 분기된 분기통로(41a)는 연료공급포트(17) 및 컨트롤챔버(14)를 소통시키고, 이에 고압 연료가 분기통로(41a)를 통해 연료공급포트(17)로부터 컨트롤 챔버(14)로 공급될 수 있다.
워터공급포트(18)는 워터펌프(31)와 소통하고, 이에 워터공급포트(18)는 워터 펌프(31)에 의해 공급된 물을 수용한다. 워터통로(51)는 워터공급포트(18) 및 압력챔버(61)를 소통시키고, 이에 물이 워터통로(51)를 통해 워터공급포트(18)로부터 압력챔버(61)로 공급될 수 있다.
압력챔버(61)는 인젝터 바디(11)의 하부에 형성되고, 압력챔버(61)는 노즐공(11a)과 소통할 수 있다. 압력챔버(61)는 연료통로(41)가 연결된 연료입구(61a) 및 워터통로(51)가 연결된 워터입구(61b)를 가질 수 있다. 연료가 연료입구(61a)를 통해 압력챔버(61) 내로 유입될 수 있고, 물은 워터입구(61b)를 통해 압력챔버(61) 내로 유입될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 물이 압력챔버(61)로부터 워터펌프(31) 또는 인젝터(10)의 리턴통로(65)로 역류함을 방지하는 체크밸브(63)를 더 포함할 수 있다. 체크밸브(63)는 압력챔버(61)의 워터입구(61b)와 면하는 부분에 장착될 수 있고, 이에 압력챔버(61)로부터 워터통로(51) 측으로 물이 역류함을 방지할 수 있다. 예컨대, 압력챔버(61)의 워터입구(61b)와 면하는 워터통로(51)의 단부에는 체크밸브(63)가 장착되는 장착공간이 형성될 수 있다. 이와 같이, 체크밸브(63)가 압력챔버(61)의 워터입구(61b)와 면하는 부분에 장착됨으로써 물이 압력챔버(61)로부터 워터펌프(31) 또는 인젝터(10)의 리턴통로(65)로 역류됨을 효과적으로 방지할 수 있다.
니들(15)이 압력챔버(61)에서 상하로(upwardly and downwardly) 이동함으로써 니들(15)은 노즐공(11a)을 개방하는 개방위치 및 노즐공(11a)을 폐쇄하는 폐쇄위치로 이동할 수 있다. 니들(15)의 둘레에는 스프링(15a)이 배치될 수 있고, 스프링(15a)은 니들(15)을 하부로 밀어내도록 구성될 수 있다(the spring 18a configured to urge downwardly the needle 15).
솔레노이드 코일(12)은 코일 보빈(12a)에 의해 인젝터 바디(11)의 상단에 장착될 수 있다. 코일 보빈(12a)의 중공부에는 아마추어(13)를 하부방향으로 밀어내는(urge downwardly) 스프링(13b)이 배치될 수 있다. 아마추어(13)는 솔레노이드 코일(12)의 하부에 인접하게 배치될 수 있고, 스프링(13b)의 하단이 아마추어(13)의 상면과 접촉함으로써 아마추어(13)는 스프링(13b)의 스프링력에 의해 하향으로 이동할 수 있다.
밸브블록(14c)이 인젝터 바디(11) 내에 장착될 수 있고, 밸브블록(14c)은 솔레노이드 코일(12)로부터 하부방향으로 이격될 수 있다(downwardly spaced from solenoid coil).
컨트롤 챔버(14)는 밸브블록(14c) 및 컨트롤 로드(16)에 의해 한정될 수 있고, 고압 연료가 분기통로(41a)를 통해 컨트롤 챔버(14)로 유입됨으로써 컨트롤 챔버(14)는 고압 연료로 채워진다. 컨트롤 챔버(14)와 솔레노이드 코일(12) 사이에는 드레인 챔버(14b)가 배치될 수 있고, 드레인 챔버(14b)는 밸브블록(14c) 및 인젝터 바디(11)의 캐비티에 의해 한정될 수 있다.
밸브블록(14c)은 컨트롤 챔버(14) 및 드레인 챔버(14b)를 소통시키는 통로(14d)를 가질 수 있고, 아마추어(13)의 하단에는 볼밸브(13a)가 형성될 수 있으며, 아마추어(13)의 이동에 의해 볼밸브(13a)가 밸브블록(14c)의 통로(14d)를 개폐할 수 있다.
아마추어(13)의 볼밸브(13a)가 밸브블록(14c)의 통로(14d)를 개폐함에 따라 컨트롤 챔버(14)의 연료압력(fuel pressure in the control chamber)이 변화할 수 있으며, 이러한 컨트롤 챔버(14)의 연료압력이 변화함에 따라 컨트롤 로드(16) 및 니들(15)이 상하로 함께 이동할 수 있다.
아마추어(13)의 상향 이동에 의해 아마추어(13)의 볼밸브(13a)가 밸브블록(14c)의 통로(14d)를 개방하면 컨트롤 챔버(14)로부터 고압연료가 통로(14d)를 통해 드레인 챔버(14b)로 배출될 수 있고, 이에 컨트롤 챔버(14)의 연료압력이 감소할 수 있고, 컨트롤 로드(16) 및 니들(15)은 상부로 이동할 수 있다. 아마추어(13)의 하향 이동에 의해 아마추어(13)의 볼밸브(13a)가 밸브블록(14c)의 통로(14d)를 폐쇄하면 고압연료가 컨트롤 챔버(14)의 내로 채워지고, 이에 컨트롤 챔버(14)의 연료압력이 증가할 수 있고, 컨트롤 로드(16) 및 니들(15)은 하부로 이동할 수 있다. 이와 같이, 컨트롤 챔버(14)의 연료압력이 변화함에 따라 컨트롤 로드(16) 및 니들(15)에 가해지는 힘의 불균형이 발생할 수 있고, 이를 통해 컨트롤 로드(16) 및 니들(15)이 상하로 이동함으로써 니들(15)이 노즐공(11a)을 개폐할 수 있다.
인젝터 바디(11)의 상단에는 리턴통로(65)가 형성될 수 있고, 리턴통로(65)는 드레인챔버(14b)와 소통할 수 있으며, 리턴통로(65)는 리턴파이프(66)를 통해 커먼레일(23) 및 연료탱크(22)에 연결될 수 있다. 이에, 아마추어(13)가 상승함에 따라 드레인챔버(14b) 내의 고압 연료는 리턴통로(65) 및 리턴도관(66)을 통해 연료탱크(22)로 리턴될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 중간 챔버(19, middle chamber)가 인젝터 바디(11)의 중간부에 길게 연장될 수 있다. 중간 챔버(19)는 니들(15) 및 컨트롤 챔버(14) 사이에 위치할 수 있고, 컨트롤 로드(16)는 중간 챔버(19)에서 상하로 이동할 수 있다. 중간챔버(19)는 연결통로(19a)를 통해 드레인챔버(14b)와 소통할 수 있고, 이에 드레인챔버(14b)의 고압연료가 연결통로(19a)를 통해 중간챔버(19)로 공급될 수 있다. 이와 같이, 중간챔버(19)에 수용된 고압연료가 니들(15)의 상측에 위치함에 따라 중간챔버(19)의 고압연료가 니들(15)과 보어 사이의 미세한 틈새를 통해 물 및/또는 연료가 상승함이 차단할 수 있다. 이를 통해 물 및/또는 연료가 인젝터 바디(11)의 리턴통로(65) 측으로 역류됨이 확실하게 차단될 수 있다.
연료펌프(21)는 연료탱크(22)로부터 흡입한 연료를 고압으로 가압하여 커먼레일(23)로 공급하도록 구성될 수 있다. 커먼레일(23)은 비교적 고압인 목표 레일압력을 유지하도록 연료를 축압함으로써 커먼레일(23)은 연료공급도관(25)을 통해 고압연료를 인젝터(10)로 공급하도록 구성될 수 있다.
ECU(70, Electronic Control Unit or Engine Control Unit)는 엔진(5), 인젝터(10), 연료펌프(21), 커먼레일(23)을 제어하도록 구성된다. ECU(70)는 다양한 센서, 엔진(5), 인젝터(10), 커먼레일(23)와 접속하는 입력부들 및 출력부들, 메모리 등을 포함할 수 있다.
ECU(70)는 적절한 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 퍼스널 컴퓨터 등을 포함할 수 있고, 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 퍼스널 컴퓨터 등은 메모리에 저장된 데이터 및 제어프로그램 등을 실행할 수 있는 중앙처리유닛을 가진 다.(The ECU 70 may comprise any suitable microprocessor, microcontroller, personal computer, etc., which has central processing unit capable of executing a control program and data stored in a memory.)
워터펌프(31)는 워터탱크(32)로부터 물을 흡입하여 인젝터(10)에 공급하도록 구성될 수 있다. 물 공급도관(35)이 워터펌프(31) 및 인젝터(10)의 워터공급포트(18)를 연결할 수 있고, 물 공급도관(35)에는 솔레노이드 개폐밸브(33, solenoid shut-off valve)가 설치될 수 있다.
워터 서플라이 컨트롤러(80, water supply controller)는 워터펌프(31) 및 개폐밸브(33)를 제어함으로써 물 공급율 및 물의 공급시간 등을 조절할 수 있다. 워터 서플라이 컨트롤러(80)는 ECU(70)와 협동하도록 구성될 수 있다.
워터 서플라이 컨트롤러(80)가 엔진의 운전조건에 따라 솔레노이드 개폐밸브(33)의 개방을 선택적으로 제어할 수 있고, 이를 통해 연료 분사모드와, 연료 및 물 분사모드가 선택적으로 실행될 수 있다. 연료 분사모드에서는 인젝터(10)는 연료만을 미리 결정된 분사압력으로 분사하도록 작동할 수 있고, 연료 및 물 분사모드에서 인젝터(10)는 미리 결정된 분사압력으로 연료 및 물을 함께 분사하도록 작동할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전부하 운전조건 또는 그에 근접한 운전조건 등과 같이 물의 분사가 요구되지 않는 운전조건에서 워터 서플라이 컨트롤러(80)는 솔레노이드 개폐밸브(33)가 폐쇄되도록 솔레노이드 개폐밸브(33)를 제어함으로써 인젝터(10)는 EUC(70)의 분사신호에 따라 연료만을 분사할 수 있고(연료 분사모드), 물의 분사가 요구되는 부분부하 운전조건에서 워터 서플라이 컨트롤러(80)는 솔레노이드 개폐밸브(33)가 일정주기로 개방되도록 솔레노이드 개폐밸브(33)를 제어함으로써 인젝터(10)는 ECU(70)의 분사신호에 따라 연료 및 물을 함께 분사할 수 있다(연료 및 물 분사모드). ECU(70)는 연료 분사모드, 연료 및 물 분사모드에 상관없이 제1듀티사이클을 따라 솔레노이드 코일(12)을 구동시키도록 제어할 수 있다.
워터 서플라이 컨트롤러(80)는 다양한 센서, 워터펌프(31) 및 솔레노이드 개폐밸브(33)와 접속하는 입력부들 및 출력부들, 메모리 등을 포함할 수 있다. 워터 서플라이 컨트롤러(80)는 메모리에 저장된 데이터 및 제어프로그램 등을 실행할 수 있는 중앙처리유닛을 가진 적절한 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 퍼스널 컴퓨터 등을 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 워터 서플라이 컨트롤러(80)는 독립형(a stand alone device)일 수 있다. 대안적으로, 워터 서플라이 컨트롤러(80)는 ECU(70)에 내장될 수 있다(embedded in).
도 4는 연료 및 물 분사시스템(1)이 연료 및 물 분사모드로 작동할 때, 연료분사전압, 연료분사율, 압력챔버의 압력, 물 공급전압, 물 공급율의 상관관계를 나타낸 그래프이다.
도 4를 참조하면, ECU(70)는 설정된 제1듀티사이클(도 4의 A 곡선 참조)에 따라 인젝터(10)의 솔레노이드 코일(12)을 구동시키도록 제어할 수 있다. 이에, 솔레노이드 코일(12)은 제1듀티사이클의 제1펄스폭(PW1) 동안 턴온될 수 있다. 일정한 연료 분사 전압(predetermined voltage for fuel injection)이 솔레노이드 코일(12)에 인가되면 인젝터(10)의 니들(15)이 상향으로 이동함으로써 노즐공(11a)을 개방할 수 있고, 이에 인젝터(10)의 압력챔버(61)에 공급되는 고압연료가 노즐공(11a)을 통해 분사될 수 있다. 도 4의 A 곡선과 같이 인젝터(10)의 솔레노이드 코일(12)이 일정 시간구간동안(i.e., t1 to t4)에 턴온되면(turned on), 도 4의 B 곡선과 같이 압력챔버(61)에 공급된 고압연료가 일정한 연료분사율(predetermined fuel injection rate)로 인젝터(10)의 압력챔버(61)로부터 노즐공(11a)을 통해 일정시간구간동안(i.e., t1 to t5)에 분사될 수 있다.
한 분사사이클(one injection cycle)은 제1분사구간(91), 제2분사구간(92), 제3분사구간(93)으로 이루어질 수 있다. 도 4의 B 곡선과 같이, 제1분사구간(91)은 연료분사율이 분사시작(SOI, Start Of Injection)으로부터 피크 연료분사율까지 서서히 증가하는 구간이고, 제2분사구간(92)은 연료분사율이 일정한 피크 연료분사율로 유지되는 구간이며, 제3분사구간(93)은 연료분사율이 분사종료(EOI, End Of Injection)까지 서서히 감소하는 구간이다. 도 4에는 분사사이클들이 연속된 것으로 도시되어 있지만, 분사사이클들 사이에는 일정한 분사간격(injection interval)이 있을 수 있고, 분사간격에는 예비분사(pre-injection), 후분사(post-injection) 등이 있을 수 있다.
도 4의 C 곡선과 같이 압력챔버(61)의 압력은 제1분사구간(91)(i.e., t1 to t2)에서 미리 결정된 제1압력까지 서서히 증가하고, 압력챔버(61)의 압력은 제2분사구간(92)(i.e., t2 to t4) 구간에서 상기 제1압력(first pressure) 보다 낮은 제2압력(second pressure)까지 서서히 감소하고 상기 제2압력으로 일정하게 유지되며, 압력챔버(61)의 압력은 제3분사구간(93)(i.e., t4 to t5) 구간에서 상기 제2압력으로 일정하게 유지된다. 제1압력은 분사압력에 대응할 수 있다. 예컨대, 제1압력은 분사압력과 동일하거나 유사할 수 있다.
도 4를 참조하면, 워터 서플라이 컨트롤러(80)는 설정된 제2듀티사이클(도 4의 D곡선 참조)에 따라 솔레노이드 개폐밸브(33)를 제어하도록 구성될 수 있다. 이에, 솔레노이드 개폐밸브(33)는 제2듀티사이클의 제2펄스폭(PW2) 동안에 턴온될 수 있다. 일정한 물 공급전압(predetermined voltage for water supply)이 솔레노이드 개폐밸브(33)에 일정시간구간(i.e., t0 to t1, t4 to t5) 동안에 인가되면 솔레노이드 개폐밸브(33)가 개방됨으로써 물탱크(32)에 저장된 물이 압력챔버(61)에 공급될 수 있다. 이를 구체적으로 설명하면, 도 4의 D 곡선과 같이 솔레노이드 개폐밸브(33)가 일정한 시간구간(i.e., t0 to t1, t4 to t5) 동안에 턴온되면, 도 4의 E 곡선과 같이 물이 인젝터(10)의 압력챔버(61)에 일정시간(i.e., t01 to t11, t41 to t51) 동안에 일정한 물 공급율(water supply flow rate)로 공급될 수 있다.
도 4에 나타난 바와 같이, 연료 분사시작타이밍(t1)과 물 공급시작타이밍(t4) 사이의 간격(T)은 솔레노이드 개폐밸브(33)의 턴오프시간(turn off period, t1 to t4)과 실질적으로 동일할 수 있다. 일 예에 따르면, 연료 분사시작타이밍(t1)과 물 공급시작타이밍(t4) 사이의 간격(T)은 솔레노이드 개폐밸브(33)의 턴오프시간과 동일하거나 미세하게 다를 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 워터 서플라이 컨트롤러(80)는 인젝터(10)의 압력챔버(61)의 압력이 미리 결정된 분사압력 보다 낮아질 때(i.e., t0 to t1, t4 to t5) 물을 인젝터(10)의 압력챔버(61)로 공급하도록 구성될 수 있다. 이에 의해, 워터펌프(31)는 연료펌프(21)에 비해 상대적으로 낮은 압력에 의해 물을 압력챔버(61)로 공급할 수 있으므로, 가격이 상대적으로 저렴한 워터펌프(31)의 사양을 적용할 수 있다.
도 4의 A곡선 및 D곡선을 참조하면, 워터 서플라이 컨트롤러(80)는 한 분사사이클의 제3분사구간(93)에서 솔레노이드 개폐밸브(33)를 턴온함으로써 워터펌프(31)의 작동에 의해 일정량의 물이 일정한 시간구간(i.e., t01 to t11 and t41 to t51)동안 압력챔버(61)에 공급될 수 있다. 즉, 워터 서플라이 컨트롤러(80)는 솔레노이드 코일(12)의 턴오프시간동안(i.e., t0 to t1, t4 to t5)에 솔레노이드 개폐밸브(33)를 턴온함(즉, 솔레노이드 개폐밸브(33)가 개방됨)으로써 물탱크(32)에 저장된 물이 워터펌프(31)의 작동에 의해 압력챔버(61)로 일정한 시간구간 동안에 공급될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 인젝터(10)의 솔레노이드 코일(12)의 턴온시간구간(i.e, t1 to t4)과 솔레노이드 개폐밸브(33)의 턴온시간구간(i.e, t4 to t5)이 연속됨으로써 한 분사사이클(one injection cycle)이 결정될 수 있다.
이와 같이, 한 분사사이클(one injection cycle)의 제3분사구간(93)(i.e., t4 to t5) 동안에 물이 압력챔버(61)에 공급됨으로써 압력챔버(61)에는 일정량의 물이 수용된다. 다음 분사사이클(next injection cycle)의 제1분사구간(91) 및 제2분사구간(92) 동안에 압력챔버(61)에 수용된 물은 ECU(70)의 분사신호에 따라 압력챔버(61) 내로 공급되는 연료와 함께 인젝터(10)의 노즐공(11a)을 통해 분사될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 한 분사사이클의 제3분사구간(93)동안에 물이 압력챔버(61)에 수용된 이후에, 다음 분사사이클의 제1분사구간 및 제2분사구간 동안에 압력챔버(61)에 공급되는 연료가 물과 함께 인젝터(10)의 노즐공(11a)을 통해 분사될 수 있다. 즉, 물의 공급, 연료 및 물의 분사가 한 분사사이클의 제3분사구간(93), 다음 분사사이클의 제1분사구간 및 제2분사구간을 따라 시계열적으로 진행됨으로써 물과 연료의 분사가 효율적으로 이루어질 수 있다. 예컨대, 한 분사사이클의 제3분사구간(93) 동안에 물이 압력챔버(61)에 공급되고, 다음 분사사이클의 제1분사구간 및 제2분사구간 동안에 압력챔버(61)에 수용된 물 위로 연료가 적층될 수 있다. 즉, 물과 연료의 성층화(적층화)가 압력챔버(61) 내에서 효과적으로 이루어질 수 있고, 이를 통해 물과 연료의 분사가 매우 효율적으로 진행될 수 있다.
제1분사구간(91) 동안에 압력챔버(61)에 수용된 물은 체크밸브(63)에 의해 역류가 차단될 수 있다. 또한, 압력챔버(61)에 수용된 물은 제1분사구간(91) 및 제2분사부간(92) 동안에 공급되는 고압 연료의 압력에 의해 압력챔버(61)로부터 노즐공(11a)을 통해 연료와 함께 분사됨으로써 압력챔버(61) 내에 잔류하는 물이 인젝터 바디(11)의 보어 및 니들(15) 사이의 미세한 틈새를 통과하여 리턴통로(65)로 누설됨이 차단될 수 있다.
제1듀티사이클의 펄스폭(PW1)은 제2듀티사이클의 펄스폭(PW2) 보다 상대적으로 크게 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1듀티사이클의 펄스폭(PW1)과 제2듀티사이클의 펄스폭(PW2) 비율은 7:3 ~ 9:1의 범위일 수 있다. 보다 바람직하게는, 제1듀티사이클의 펄스폭(PW1)과 제2듀티사이클의 펄스폭(PW2) 비율은 7 : 3일 수 있다.
도 5는 연료분사율(Q1) 및 한 분사사이클의 분사시작(SOI)에 의해 물 공급율(Q2) 결정하는 로직을 도시한다.
도 5에 도시된 바와 같이, ECU(70)로부터 연료분사율(Q1) 및 분사시작(SOI)이 워터 서플라이 컨트롤러(80)의 메모리에 입력되면 워터 서플라이 컨트롤러(80)는 물 공급맵(85)에 기초로 물 공급율(Q2), 연료 분사시작타이밍(t1)과 물 공급시작타이밍(t4) 사이의 간격(T)을 결정할 수 있다. 물 공급맵(85)은 워터 서플라이 컨트롤러(80)의 메모리에 저장되고, 물 공급맵(85)은 한 분사사이클의 분사시작(SOI)에 따라 맵핑된 물 공급율(Q2), 연료 분사시작타이밍(t1)과 물 공급시작타이밍(t4) 사이의 간격(T)을 포함할 수 있으며, 물 공급맵(85)은 룩업테이블, 그래프 중에서 어느 한 유형일 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 연료 및 물 분사시스템의 제어방법을 도시한 순서도이다.
ECU(70)는 엔진의 구동 도중에 다양한 센서들로부터 엔진 속도(R), 엔진 부하(L), 냉각수 온도(CT) 등과 같은 다양한 정보를 수신한다(S1).
일 실시예에 따르면, 전부하 운전조건 또는 그에 근접한 운전조건 등과 같이 물의 분사가 요구되지 않는 운전조건에서 솔레노이드 개폐밸브(33)가 폐쇄되도록 워터 서플라이 컨트롤러(80)가 솔레노이드 개폐밸브(33)를 제어함으로써 인젝터(10)는 EUC(70)의 분사신호에 따라 연료만을 분사할 수 있고(연료분사모드), 물의 분사가 요구되는 부분부하 운전조건에서 워터 서플라이 컨트롤러(80)는 솔레노이드 개폐밸브(33)를 일정주기로 개방하도록 솔레노이드 개폐밸브(33)를 제어함으로써 인젝터(10)는 ECU(70)의 분사신호에 따라 연료 및 물을 함께 분사할 수 있다(연료 및 물 분사모드).
ECU(70)는 엔진 속도(R)가 제1설정속도(R1) 이하이거나 엔진 부하(L)가 제1설정부하(L1) 이하인지를 판단한다(S2). 제1설정속도는 물의 분사가 요구되는 엔진 속도의 상한 한계값일 수 있다. 예컨대, 제1설정속도는 1500 RPM일 수 있다. 제1설정부하는 물의 분사가 요구되는 엔진 부하의 상한 한계값일 수 있다. 예컨대, 제1설정부하는 10bar일 수 있다.
엔진 속도(R)가 제1설정속도(R1) 이하이거나 엔진 부하(L)가 제1설정부하(L1) 이하이면(R≤R1 or L≤L1), 워터 서플라이 컨트롤러(80)는 워터펌프(31)를 턴온함과 더불어 솔레노이드 개폐밸브(33)를 제2듀티사이클(도 4의 D 곡선 참조)에 따라 구동시키고, ECU(70)는 제1듀티사이클(도 4의 A 곡선 참조)에 따라 인젝터(10)의 솔레노이드 코일(12)을 구동시킨다. 이를 통해 인젝터(10)가 연료 및 물을 함께 분사하는 연료 및 물 분사모드(도 7 참조)가 실행된다(S3).
엔진 속도(R)가 제1설정속도(R1)를 초과하면서 엔진 부하(L)가 제1설정부하(L1)를 초과하면(R＞R1 and L＞L1), 워터 서플라이 컨트롤러(80)가 워터펌프(31)를 턴오프함과 더불어 솔레노이드 개폐밸브(33)를 폐쇄함으로써 워터탱크(32)에 저장된 물은 인젝터(10)로 공급되지 않고, ECU(70)는 제1듀티사이클(도 4의 A 곡선 참조)에 따라 인젝터(10)의 솔레노이드 코일(12)을 구동시킨다. 이를 통해 인젝터(10)가 ECU(70)의 분사신호에 따라 연료만을 분사하는 연료분사모드(도 7 참조)가 실행된다(S4).
그리고, ECU(70)는 냉각수온도(CT)가 설정온도(CT1) 이상인지(CT≥CT1)를 판단한다(S5). 설정온도(CT1)는 냉시동 등과 같이 물의 분사가 필요하지 않는 운전조건을 판단하기 위한 냉각수 온도의 하한 한계값일 수 있다. 예컨대, 설정온도(CT1)는 55℃일 수 있다.
냉각수의 온도(CT)가 설정온도(CT1) 이상이면(CT≥CT1)이면 워터 서플라이 컨트롤러(80)는 워터펌프(31)를 턴온함과 더불어 솔레노이드 개폐밸브(33)를 제2듀티사이클에 따라 구동시키고, ECU(70)는 제1듀티사이클에 따라 인젝터(10)의 솔레노이드 코일(12)을 구동시킨다. 이를 통해 인젝터(10)는 연료 및 물을 함께 분사하는 연료 및 물 분사모드(도 7 참조)가 실행된다(S6).
냉각수의 온도(CT)가 설정온도(CT1) 미만(CT＜CT1)이면 워터 서플라이 컨트롤러(80)는 워터펌프(31)를 턴오프함과 더불어 솔레노이드 개폐밸브(33)를 폐쇄함으로써 워터탱크(32)에 저장된 물이 인젝터(10)로 공급됨을 차단하고, ECU(70)는 제1듀티사이클(도 4의 A 곡선 참조)에 따라 인젝터(10)의 솔레노이드 코일(12)을 구동시킨다. 이를 통해 인젝터(10)는 ECU(70)의 분사신호에 따라 연료만을 분사하는 연료분사모드(도 7 참조)가 실행된다(S7).
그리고, ECU(70)는 엔진이 정지되었는지를 판단한다(S7).
엔진이 정지되면 워터 서플라이 컨트롤러(80)는 워터펌프(31)를 턴오프함과 더불어 솔레노이드 개폐밸브(33)를 폐쇄함으로써 워터탱크(32)에 저장된 물이 인젝터(10)로 공급됨을 차단하고, ECU(70)는 인젝터(10)의 솔레노이드 코일(12)을 일정한 듀티사이클을 따라 구동시킴으로써 인젝터(10)를 퍼지한다(S8). 이를 통해 인젝터(10) 내에 잔류하는 연료 및 물이 배출될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 연료 및 물 분사시스템
10: 인젝터 11: 인젝터 바디
11a: 노즐공 12: 솔레노이드 코일
15: 니들 21: 연료펌프
22: 연료탱크 23: 커먼레일
31: 워터펌프 32: 워터탱크
33: 솔레노이드 개폐밸브
41: 연료통로 51: 워터통로
61: 압력챔버 63: 체크밸브
70: ECU 80: 워터 서플라이 컨트롤러
10: 인젝터 11: 인젝터 바디
11a: 노즐공 12: 솔레노이드 코일
15: 니들 21: 연료펌프
22: 연료탱크 23: 커먼레일
31: 워터펌프 32: 워터탱크
33: 솔레노이드 개폐밸브
41: 연료통로 51: 워터통로
61: 압력챔버 63: 체크밸브
70: ECU 80: 워터 서플라이 컨트롤러
Claims (12)
- 솔레노이드 코일에 의해 상하 이동하는 니들, 상기 니들의 상하 이동에 의해 개폐되는 노즐공, 상기 노즐공과 소통하는 압력챔버를 가진 인젝터;
인젝터의 압력챔버에 연료를 공급하도록 구성된 연료펌프;
인젝터의 압력챔버에 물을 공급하도록 구성된 워터펌프;
상기 워터펌프 및 상기 인젝터의 압력챔버를 연결하는 물 공급도관에 배치된 솔레노이드 개폐밸브;
상기 연료펌프 및 상기 인젝터를 제어하도록 구성된 ECU; 및
상기 워터펌프 및 상기 솔레노이드 개폐밸브를 제어하도록 구성된 워터 서플라이 컨트롤러;를 포함하고,
상기 워터 서플라이 컨트롤러가 엔진의 운전조건에 따라 솔레노이드 개폐밸브를 선택적으로 개방하도록 제어함으로써 상기 인젝터가 연료만을 분사하는 연료분사모드와, 상기 인젝터가 연료 및 물을 함께 분사하는 연료 및 물 분사모드 중에서 어느 한 모드가 선택적으로 실행되는 연료 및 물 분사시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 워터 서플라이 컨트롤러는, 상기 압력챔버의 압력이 설정된 분사압력 보다 낮아질 때, 물을 상기 압력챔버에 공급하도록 구성된 연료 및 물 분사시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 ECU는 설정된 제1듀티사이클에 따라 상기 솔레노이드 코일을 구동시키도록 구성되고,
상기 워터 서플라이 컨트롤러는 설정된 제2듀티사이클을 따라 상기 솔레노이드 개폐밸브를 구동시키도록 구성된 연료 및 물 분사시스템. - 청구항 3에 있어서,
상기 워터 서플라이 컨트롤러는 상기 솔레노이드 코일의 턴오프 시간동안에 상기 솔레노이드 개폐밸브를 턴온하도록 구성된 연료 및 물 분사시스템. - 청구항 3에 있어서,
상기 제1듀티사이클의 펄스폭은 상기 제2듀티사이클의 펄스폭 보다 크게 형성되는 연료 및 물 분사시스템. - 청구항 1에 있어서,
상기 인젝터에 의한 한 분사사이클은 제1분사구간, 제2분사구간, 제3분사구간을 포함하고, 제1분사구간은 연료분사율이 증가하는 구간이고, 제2분사구간은 일정한 피크 연료분사율이 유지되는 구간이며, 제3분사구간은 연료분사율이 감소하는 구간이고,
상기 연료 및 물 분사모드가 실행될 때, 상기 워터 서플라이 컨트롤러는 한 분사사이클의 제3분사구간 동안에 상기 솔레노이드 개폐밸브를 개방하도록 구성됨으로써 한 분사사이클의 제3분사구간 동안에 물이 상기 압력챔버에 공급되고, 상기 ECU는 설정된 제1듀티사이클을 따라 상기 인젝터의 솔레노이드 코일을 구동시키도록 구성됨으로써 다음 분사사이클의 제1분사구간 및 제2분사구간 동안에 상기 압력챔버에 공급된 물이 상기 압력챔버에 공급되는 연료와 함께 상기 인젝터의 노즐공을 통해 분사되는 연료 및 물 분사시스템. - 청구항 1에 있어서,
물이 상기 압력챔버로부터 상기 워터펌프 측으로 역류함을 방지하는 체크밸브를 더 포함하고,
상기 체크밸브는 상기 압력챔버 및 상기 워터펌프 사이에 배치되는 연료 및 물 분사시스템. - 청구항 7에 있어서,
상기 압력챔버는 연료입구 및 워터입구를 가지며,
상기 체크밸브는 상기 워터입구와 면하는 부분에 장착되는 연료 및 물 분사시스템. - 솔레노이드 코일에 의해 상하 이동하는 니들, 상기 니들의 상하 이동에 의해 개폐되는 노즐공, 상기 노즐공과 소통하는 압력챔버를 가진 인젝터; 상기 인젝터의 압력챔버에 연료를 공급하도록 구성된 연료펌프; 상기 인젝터의 압력챔버에 물을 공급하도록 구성된 워터펌프; 상기 워터펌프 및 상기 인젝터를 연결하는 물 공급도관에 배치된 솔레노이드 개폐밸브; 상기 연료펌프 및 상기 인젝터를 제어하도록 구성된 ECU, 및 상기 워터펌프 및 상기 솔레노이드 개폐밸브를 제어하도록 구성된 워터 서플라이 컨트롤러를 포함한 연료 및 물 분사시스템의 제어방법으로,
엔진 속도가 제1설정속도 이하이거나 엔진 부하가 제1설정부하 이하이면, 제1듀티사이클에 따라 인젝터의 솔레노이드 코일을 구동시키고, 워터펌프를 턴온함과 더불어 솔레노이드 개폐밸브를 제2듀티사이클에 따라 구동시킴으로써 인젝터가 연료 및 물을 함께 분사하는 연료 및 물 분사모드가 실행되고,
엔진 속도가 제1설정속도를 초과하면서 엔진 부하가 제1설정부하를 초과하면, 제1듀티사이클에 따라 인젝터의 솔레노이드 코일을 구동시키고, 워터펌프를 턴오프함과 더불어 솔레노이드 개폐밸브를 폐쇄함으로써 인젝터가 연료만을 분사하는 연료분사모드가 실행되는 연료 및 물 분사시스템의 제어방법. - 청구항 9에 있어서,
냉각수온도가 설정온도 이상이면 제1듀티사이클에 따라 인젝터의 솔레노이드 코일을 구동시키고, 워터펌프를 턴온함과 더불어 솔레노이드 개폐밸브를 제2듀티사이클에 따라 구동시킴으로써 상기 연료 및 물 분사모드가 실행되는 연료 및 물 분사시스템의 제어방법. - 청구항 9에 있어서,
냉각수의 온도가 설정온도 미만이면 제1듀티사이클에 따라 인젝터의 솔레노이드 코일을 구동시키고, 워터펌프를 턴오프함과 더불어 솔레노이드 개폐밸브를 폐쇄함으로써 상기 연료분사모드가 실행되는 연료 및 물 분사시스템의 제어방법. - 청구항 9에 있어서,
엔진이 정지되면 워터펌프를 턴오프함과 더불어 솔레노이드 개폐밸브를 폐쇄하고, 상기 인젝터의 솔레노이드 코일을 일정한 듀티사이클을 따라 구동시킴으로써 상기 인젝터를 퍼지하는 연료 및 물 분사시스템의 제어방법.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180131651A KR102610736B1 (ko) | 2018-10-31 | 2018-10-31 | 연료 및 물 분사시스템 및 그 제어방법 |
| US16/202,664 US10634045B1 (en) | 2018-10-31 | 2018-11-28 | Fuel and water injection system and method for controlling the same |
| DE102018220796.8A DE102018220796A1 (de) | 2018-10-31 | 2018-12-03 | Kraftstoff- und wassereinspritzsystem und verfahren zum steuern desselben |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180131651A KR102610736B1 (ko) | 2018-10-31 | 2018-10-31 | 연료 및 물 분사시스템 및 그 제어방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20200048956A KR20200048956A (ko) | 2020-05-08 |
| KR102610736B1 true KR102610736B1 (ko) | 2023-12-07 |
Family
ID=70325134
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020180131651A KR102610736B1 (ko) | 2018-10-31 | 2018-10-31 | 연료 및 물 분사시스템 및 그 제어방법 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10634045B1 (ko) |
| KR (1) | KR102610736B1 (ko) |
| DE (1) | DE102018220796A1 (ko) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115217699A (zh) * | 2022-03-02 | 2022-10-21 | 广州汽车集团股份有限公司 | 车辆、燃料喷射器及其控制方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6100290B2 (ja) | 2014-01-06 | 2017-03-22 | マン ディーゼル アンド ターボ フィリアル エーエフ マン ディーゼル アンド ターボ エスイー ティスクランド | 内燃エンジンを運転する方法、およびその方法によって運転される内燃エンジン |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58151333A (ja) * | 1982-02-27 | 1983-09-08 | Toda Kogyo Corp | 針状晶酸化鉄粒子粉末の製造法 |
| US5125366A (en) * | 1990-10-11 | 1992-06-30 | Hobbs Cletus L | Water introduction in internal combustion engines |
| US5174247A (en) * | 1992-01-22 | 1992-12-29 | Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha | Water injection diesel engine |
| US5875743A (en) * | 1997-07-28 | 1999-03-02 | Southwest Research Institute | Apparatus and method for reducing emissions in a dual combustion mode diesel engine |
| KR100428147B1 (ko) * | 2001-09-28 | 2004-04-28 | 현대자동차주식회사 | 디젤엔진의 연료분사 제어 장치 및 그 방법 |
| WO2006092887A1 (ja) | 2005-02-24 | 2006-09-08 | Komatsu Ltd. | ディーゼルエンジンの燃料噴射装置 |
| KR100626403B1 (ko) | 2005-12-09 | 2006-09-20 | 송정헌 | 내연기관용 물 분무시스템 |
| DE102016200237B4 (de) * | 2016-01-12 | 2022-01-20 | Ford Global Technologies, Llc | Direkteinspritzende aufgeladene Brennkraftmaschine mit Wassereinspritzung und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Brennkraftmaschine |
| KR102299493B1 (ko) * | 2017-04-04 | 2021-09-08 | 현대자동차주식회사 | 엔진 시스템 및 그의 운전방법 |
-
2018
- 2018-10-31 KR KR1020180131651A patent/KR102610736B1/ko active IP Right Grant
- 2018-11-28 US US16/202,664 patent/US10634045B1/en active Active
- 2018-12-03 DE DE102018220796.8A patent/DE102018220796A1/de active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6100290B2 (ja) | 2014-01-06 | 2017-03-22 | マン ディーゼル アンド ターボ フィリアル エーエフ マン ディーゼル アンド ターボ エスイー ティスクランド | 内燃エンジンを運転する方法、およびその方法によって運転される内燃エンジン |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20200048956A (ko) | 2020-05-08 |
| US10634045B1 (en) | 2020-04-28 |
| US20200131983A1 (en) | 2020-04-30 |
| DE102018220796A1 (de) | 2020-04-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7201145B2 (en) | Fuel supply apparatus for internal combustion engine | |
| US7219649B2 (en) | Engine system and method of operating same over multiple engine load ranges | |
| RU2419725C2 (ru) | Способ управления фазами газораспределения дизельного двигателя | |
| JP4308487B2 (ja) | 燃料噴射装置における燃料噴射方法 | |
| US9234478B2 (en) | Diesel engine for automobile, control device and control method | |
| US20120046854A1 (en) | Method and device for controlling diesel engine | |
| RU2641194C2 (ru) | Способ эксплуатации двигателя с охлаждаемой системой рециркуляции выхлопных газов | |
| KR20050039901A (ko) | 커먼 레일 시스템의 2중 제어장치 | |
| KR102610736B1 (ko) | 연료 및 물 분사시스템 및 그 제어방법 | |
| US20110251778A1 (en) | Fuel injection control apparatus | |
| US20090301431A1 (en) | Method of Controlling Common Rail Fuel Injection Device | |
| US20050235950A1 (en) | Air and fuel supply system for combustion engine | |
| JP3598775B2 (ja) | ディーゼルエンジンの制御装置 | |
| JP3890654B2 (ja) | 燃料噴射制御方法及び燃料噴射制御装置 | |
| JP3796146B2 (ja) | Ｄｍｅエンジンの燃料供給装置 | |
| JPH09144606A (ja) | 燃料及び水噴射エンジン | |
| KR20200119984A (ko) | 엔진과 그 제어방법 | |
| CN113339153B (zh) | 甲醇柴油双燃料高压直喷系统的控制方法和装置 | |
| KR102429503B1 (ko) | 엔진시스템 및 엔진 제어방법 | |
| KR20200058777A (ko) | 엔진의 배기 재순환 장치 및 그 제어방법 | |
| CN115992760B (zh) | 基于液压可变气门机构的可变排量控制方法和系统 | |
| JP2004245047A (ja) | ディーゼルエンジンの燃料噴射装置及び燃料噴射方法 | |
| KR101219877B1 (ko) | 디젤엔진용 하이브리드 연료분사 장치 | |
| WO2023162086A1 (ja) | 燃料噴射制御装置及び燃料噴射制御方法 | |
| JP3969156B2 (ja) | 内燃機関の燃料噴射制御装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right |