KR19980037062A - 디젤엔진차량의 분사량 및 분사시기 제어시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분사노즐; 상기 분사노즐에 고압의 연료를 공급하고, 분사량제어를 하는 가버너전자액츄에이터와 컨트롤슬리브위치센서 및 분사시기제어를 하는 타이밍 컨트롤밸브와 타이머위치센서를 가지고 있고, 또한 엔진회전수 감지를 위한 엔진회전수센서를 내장하고 있는 연료분사펌프; 차량 및 엔진운전조건의 정보를 센싱하는 복수개의 센서; 차량 및 엔진운전조건의 정보를 알려주는 복수개의 스위치; 및 상기 연료분사파이프의 센서들과 상기 복수개의 센서들과 상기 복수개의 스위치의 정보로부터 최적의 분사시기와 분사량을 결정하여 상기 연료분사펌프를 제어하는 ECU를 포함하는 디젤엔진차량의 분사량 및 분사시기 제어시스템을 제공하여 연료분사의 최적분사량과 최적분사시기를 결정하여 저소음화, 주행성능개선, 배출가스 저감 등을 실현할 수 있는 잇점이 있다.

Description

디젤엔진차량의 분사량 및 분사시기 제어시스템

본 발명은 디젤엔진차량의 분사량 및 분사시기 제어시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 각종 센서와 스위치에서 입력된 차량의 운전정보를 컨트롤유닛(control unit)의 중앙처리장치를 통해 비교연산처리하여 최적의 분사량 및 분사시기로 제어, 저소음화, 주행성 개선, 배출가스 저감 등의 효과를 얻을 수 있는 디젤엔진차량의 분사량 및 분사시기 제어시스템에 관한 것이다.

디젤엔진은 가솔린기관 보다 열효율이 높고 연료소비량이 작은 장점이 있으나, 운전중 진동소음이 크고 연료공급장치의 정밀한 조정이 필요하다는 단점이 있다.

즉, 연소실은 분사된 연료와 공기가 잘 혼합될 수 있는 구조이어야 하고, 연료분사시기와 연료분사량의 조정이 정밀하게 이루어져야 한다.

디젤엔진의 분사펌프는 분사펌프에서 분사노즐로 연료를 공급하는 독립식 분사펌프와, 분배기를 통하여 연료를 분사노즐에 공급하는 분배식 분사펌프와, 이들을 결합한 형식으로 조정밸브와 축압기를 더욱 포함하는 공동식 분사펌프 등이 있다.

그러나 상기 설명한 방식의 분사펌프는 모두 기계식 분사펌프로서, 이러한 시스템에서는 기계적으로 가능한 분사량조절을 행하고 있다. 즉, 엔진의 회전수와 부하 조건에 따라서만 연료분사펌프의 분사량과 분사시기가 결정되기 때문에 연료분사시기와 연료분사량의 조정이 정밀하게 요구되는 디젤엔진에서 보다 정밀한 제어가 불가능하다는 문제가 있다.

따라서 저소음화, 주행성 개선, 배출가스 저감 등을 위하여 디젤엔진에서도 가솔린엔진과 같이 전자제어에 의한 연료분사시기 및 연료분사량조절이 필요하게 되어 이에 대한 연구와 실용화가 진행되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 요구에 부응하기 위하여 안출된 것으로 본 발명의 목적은 최적의 분사량과 분사시기를 제어할 수 있는 디젤엔진차량의 분사량 및 분사시기 제어시스템을 제공하여 디젤엔진의 저소음화와 배출가스 저감 등을 실현할 수 있도록 하는 것이다.

도1은 본 발명에 따른 디젤엔진차량의 분사량 및 분사시기 제어시스템의 일실시예를 도시한 구성도이다.

도2는 도1의 시스템에 의한 제어시스템의 블록도로서,

(a)는 분사량제어를 도시하는 블록도이고,

(b)는 분사시기제어를 도시하는 블록도이다.

도3은 도1의 시스템에 의한 제어체계를 도시한 블록도이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 분사노즐; 상기 분사노즐에 고압의 연료를 공급하고, 분사량제어를 하는 가버너전자액츄에이터와 컨트롤슬리브위치센서 및 분사시기제어를 하는 타이밍 컨트롤밸브와 타이머위치센서를 가지고 있고, 또한 엔진회전수 감지를 위한 엔진회전수센서를 내장하고 있는 연료분사펌프; 차량 및 엔진운전조건의 정보를 센싱하는 복수개의 센서; 차량 및 엔진운전조건의 정보를 알려주는 복수개의 스위치; 및 상기 연료분사펌프의 센서들과 상기 복수개의 센서들과 상기 복수개의 스위치의 정보로부터 최적의 분사시기와 분사량을 결정하여 상기 연료분사펌프를 제어하는 ECU를 포함하는 디젤엔진차량의 분사량 및 분사시기 제어시스템을 제공한다.

상기의 각종 센서는 공기온도센서(air temperature sensor), 차속센서, 엔진수온센서, 엔진회전수센서, 공기압력센서, 악셀레이터개도센서 등을 포함하고 있고, 상기 각종 스위치는 에어컨스위치, 중립스위치 등을 포함하고 있는 것이 본 발명의 다른 특징이다.

상기 연료분사펌프에는 연료분사펌프간의 분사량 편차조정을 위한 조정저항이 내장되어 있는 것이 본 발명의 또 다른 특징이다.

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 디젤엔진차량의 분사량 및 분사시기 제어시스템의 일실시예를 도시한 구성도로서, 실린더(10)의 연소실(10a)에는 분사노즐(12)이 장착되어 있고, 상기 분사노즐(12)에 연료를 공급하는 연료분사펌프(20)는 분사량제어를 하는 가버너전자액츄에이터(21)와 컨트롤슬리브위치센서(22) 및 분사시기제어를 하는 타이밍 컨트롤밸브(23)와 타이머위치센서(24)를 가지고 있고, 엔진회전수 감지를 위한 엔진회전수센서(25)를 내장하고 있으며, 연료분사펌프(20)간의 분사량 편차 조정을 위한 보정저항(26)을 내장하고 있음이 도시되고 있다.

상기 엔진회전수센서(25)는 변속기의 상단부쪽에 설치되어 있고, 상기 엔진회전수센서(25)와 보정저항(26), 컨트롤슬리브위치센서(22) 및 타이머피스톤센서(24)의 정보는 ECU로 전달된다.

한편, 상기 ECU는 상기 센서들로부터의 정보 이외에도 각종의 차량과 엔진운전조건에 대한 정보를 다양한 센서와 스위치로부터 전달받아 상기 연료분사펌프(20)를 제어하는 바, 센서들에는 연소실(10a)로 흡입되는 흡입공기의 온도를 감지하는 공기온도센서(30)와, 차속을 감지하는 차속센서(32)와, 엔진냉각수의 온도를 감지하는 엔진냉각수온센서(34)와, 터보차져작동에 따른 흡입공기압력을 감지하는 공기압력센서(36)와, 운전자에 의한 가속페달의 조작량을 감지하는 악셀포지션센서(38) 등이 있다. 또한 ECU에 정보가 입력되는 센서이외의 신호들로서는 스타트스위치(40)의 신호, 이그니션스위치(42)의 점화신호, 아이들스위치(44)의 신호, 엔진경고등(46)의 신호 등이 있다.

이제 상기와 같은 구성을 가진 본 실시예에 의한 시스템이 구체적으로 연료분사량을 제어하는 것을 도시한 도2(가)를 참조하여 작용을 설명한다.

연료분사량을 제어하기 위하여 필요한 정보를 공급하는 센서와 스위치는 엔진회전수센서와, 악셀포지션센서와, 엔진시동성과 난기성능을 최적화하기 위하여 엔진냉각수에 따라 연료분사량 및 분사시기를 제어하기 위한 엔진냉각온센서와, 에어컨스위치와, 중립스위치와, 공기온도센서 즉 흡기온센서와, 부스트센서 즉 공기압력센서와, 연료온도센서와, 컨트롤슬리브위치센서와, 고지대 등에 대응하기 위한 대기압센서, 배터리전압 등이 있다.

보다 상세히 설명하면, ECU는 엔진회전수센서로부터 엔진회전수를 검출하고 악셀포지션센서로부터 엔진부하량을 검출하고 상기 정보로부터 기본분사량을 결정한다. 한편, 엔진회전수의 변화에 따라 가감속댐핑이 이루어지도록한다. 즉, 갑작스런 회전수변화에 대응하여 분사량의 급격한 변화로 인한 충격을 완화하기 위함이다.

상기 엔진회전수센서와 악셀포지션센서의 정보를 포함하여 상기 열거한 여타 센서들의 정보로부터 분사량을 보정하기 위한 비교연산처리가 이루어진다. 즉, ECU내의 기억장치 즉 ROM에 기억되어 있는 특성데이터 및 보정데이터가 중앙처리장치(CPU)내에 연결되어 이들의 제어데이터와 입력부의 정보신호에 의해 비교연산처리가 이루어지고 이들 보정량과 상기 기본 분사량을 연산하여 최종분사량이 결정되어 이 처리결과가 출력된다.

이 처리결과는 구동신호로 변환되어 연료분사펌프의 가버너전자액츄에이터를 구동하여 분사량을 제어하게 된다.

한편, 도2(나)는 본 실시예에 의해 분사시기제어를 도시하는 블록도이다.

연료분사시기 제어를 위하여 필요한 정보를 제공하는 센서에는 엔진회전수센서와, 공기온도센서 즉 흡기온센서와, 엔진냉각수온센서와, 연료분사펌프내의 타이머피스톤센서 등이 있고, 목표분사량에 대한 정보와 함께 상기 센서의 정보는 ECU로 입력된다.

보다 상세히 설명하면, ECU는 엔진회전수센서로부터 엔진회전수를 검출하여 목표분사량에 따라 기본 분사시기를 결정하게 되고, 상기 흡기온센서와 엔진냉각수온센서 및 타이머피스톤센서로부터의 정보와 대기압센서의 정보를 통하여 기억장치에 기억된 특성데이터 및 보정데이터와 비교연산하여 분사시기 보정을 위한 보정량을 결정하게 되고 이 보정량과 상기 기본 분사시기를 역시 특성데이터 등과 비교연산하여 최종분사시기를 결정하여 연료분사펌프의 타이머컨트롤밸브를 구동하여 연료분사시기를 제어한다.

도3은 도1에 도시한 본 실시예에 따른 제어시스템의 제어체계를 도시한 블록도로서, 블록도의 중앙에 위치한 제어부인 컨트롤 유니트 즉 ECU를 기준으로 제어체계를 설명한다.

ECU의 좌측은 입력신호를 표시한 것으로 상단에서 참조부호 100으로 지칭된 부분은 연료분사펌프측에서 입력되는 상황을 나타내고 있다. 즉, 엔진회전수센서와, 컨트롤슬리브위치센서와, 보정저항과 타이머포지션센서의 신호가 ECU로 입력되고 있음을 도시하고 있다.

또한 참조부호 101로 지칭된 부분은 차량측에서 입력되는 상황을 나타내고 있는 것으로, 엔진냉각수온센서와,흡기온센서 등 각종 센서류와, 에어컨스위치와 중립스위치 등 각종 스위치로부터의 신호가 ECU에 입력되고 배터리의 전압이 ECU에 인가되고 있음을 도시하고 있다.

즉, ECU는 연료분사펌프측의 입력상황과 차량측의 입력상황을 기초로하여 각종 특성데이터와 비교연산하여 출력신호를 발하게 되는 것이다.

도면에서 ECU의 우측은 출력신호를 도시하고 있는 것으로, 상단에 위치한 것은 인젝션펌프측의 작동기구 즉 가버너전자액츄에이터와 타이밍컨트롤밸브로 ECU의 제어신호가 출력되고 있음을 도시하고 있다. 가버너전자액츄에이터는 연료분사량을 제어하고 타이밍컨트롤밸브는 분사시기를 제어한다.

그 아래 도시한 것은 차량측의 부가제어기구로 ECU의 제어신호가 출력되고 있음을 도시한 것으로 에어컨릴레이와, 예열플러그(glow plug), 경고등램프 등을 제어하고 있음을 알 수 있다. 즉, 급가속시에는 에어컨 릴레이를 차단하고, 예열플러그를 점화시킴으로써 급가속성능을 향상시킬 수 있게 되고 저온시동성 및 난기 시동성을 개선할 수 있게 된다. 또한 운전자가 인스트루먼트판넬에서 전자제어식 분사시스템의 고장여부를 알 수있게 한다.

본 시스템은 항상 목표치로 보정하는 기능이 있어, 정밀성과 응답성이 좋은 최적제어로 행함으로써 엔진성능을 향상시킬 수 있게 된다. 또한 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 엔진회전수 및 부하에 따른 최적의 분사량 및 분사시기제어로 인하여 엔진의 저소음화를 실현하고, 주행성을 개선할 수 있게 됨은 물론 배출가스를 저감할 수 있는 이점이 있다.

둘째, 차량감소시의 분사중의 댐핑제어를 통하여 충격(shock)을 최소화할 수 있다.

셋째, 연료온도에 따른 분사량 자동보정으로 연료온도가 높은 경우의 동력성능저하 방지를 할 수 있음은 물론 차량의 가속성능을 향상시킬 수 있다.

넷째, 흡입공기온도에 따른 연료분사량제어로 고온시의 매연저감이 가능하게 된다.

다섯째, 엔진 냉각수에 따른 연료분사량 및 분사시기의 최적제어로 엔진시동성 및 난기성능을 최적화할 수 있다.

여섯째, 엔진 시동시 냉각수온에 따라서 자동적으로 엔진회전수 및 분사시기가 제어되므로 기존 디젤차량에 있던 초우크가 필요없게 된다.

일곱째, 엔진예열시스템의 최적화로 저온 시동성 및 난기시동성이 개선된다.

여덜째, 각종 부하조건(에어컨부하, 파워스티어링 부하 등)하에서 최적의 공회전수제어를 통해 아이들링 안전성 향상시킬 수 있다.

아홉째, 대기압에 따른 연료분사량 및 분사시기제어로 고지대에서의 매연저감 및 엔진출력개선할 수 있다.

열째, 차량의 자기진단을 통하여 고장시 운전자에게 정보제공이 가능하여 서비스성이 향상된다.

그리고, 고장시 페일세이프를 적용하여 차량의 안전대책 도모할 수 있다.

Claims (4)

1. 분사노즐;

   상기 분사노즐에 고압의 연료를 공급하고, 분사량제어를 하는 가버너전자액츄에이터와 컨트롤슬리브위치센서(22) 및 분사시기제어를 하는 타이밍 컨트롤밸브와 타이머위치센서를 가지고 있고, 또한 엔진회전수 감지를 위한 엔진회전수센서를 내장하고 있는 연료분사펌프;

   차량 및 엔진운전조건의 정보를 센싱하는 복수개의 센서; 차량 및 엔진운전조건의 정보를 알려주는 복수개의 스위치; 및 상기 연료분사파이프의 센서들과 상기 복수개의 센서들과 상기 복수개의 스위치의 정보로부터 최적의 분사시기와 분사량을 결정하여 상기 연료분사펌프를 제어하는 ECU를 포함하는 디젤엔진차량의 분사량 및 분사시기 제어시스템.
2. 청구항1에 있어서, 상기의 각종 센서는 공기온도센서(air temperature sensor), 차속센서, 엔진수온센서, 엔진회전수센서, 공기압력센서, 악셀레이터개도센서를 포함하는 디젤엔진차량의 분사량 및 분사시기 제어시스템.
3. 청구항1에 있어서, 상기 각종 스위치는 에어컨스위치, 중립스위치 등을 포함하는 디젤엔진차량의 분사량 및 분사시기 제어시스템.
4. 청구항1에 있어서, 상기 연료분사펌프에는 연료분사펌프간의 분사량 편차조정을 위한 조정저항이 내장되어 있는 디젤엔진차량의 분사량 및 분사시기 제어시스템.