KR19980076110A - 직분식 가솔린 엔진의 연료분사 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직분식 가솔린 엔진의 연료분사 시스템에 관한 것으로, 특히 엔진의 운전조건에 따라 공통레일의 연료압력을 조절하여 최적의 연료 분사압을 실현함과 동시에 시동시에 바로 연료를 연소실로 공급하여 시동성을 개선할 수 있는 직분식 가솔린 엔진의 연료분사 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 연료펌프를 통하여 공급된 연료가 공통레일로부터 다수의 인젝터를 통하여 엔진의 연소실로 연료가 직접 분사되는 직분식 가솔린 엔진의 연료분사 시스템에 있어서, 상기 연료펌프와 공통레일 사이에 연료펌프로부터 공급된 연료가 역류하는 것을 차단하기 위한 체크밸브와, 상기 공통레일과 연료탱크 사이에 구비되어 외부제어에 따라 공통레일의 과다연료를 연료탱크로 바이패스시키기 위한 전자식 바이패스 밸브와, 상기 공통레일의 내부 연료의 압력을 검출하기 위한 압력센서와, RPM과 공기 흡입량을 포함하는 운전조건에 따라 결정된 분사압 맵 데이터와 상기 공통레일 내부의 연료압력을 비교하여 내부의 연료압력이 맵 데이터 보다 더클 경우에 상기 바이패스 밸브를 개방시켜 인젝터를 통하여 연소실로 분사되는 연료의 분사압을 제어하기 위한 제어수단으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

직분식 가솔린 엔진의 연료분사 시스템

본 발명은 직분식 가솔린 엔진의 연료분사 시스템에 관한 것으로, 특히 엔진의 운전조건에 따라 공통레일의 연료압력을 조절하여 최적의 연료 분사압을 실현함과 동시에 시동시에 바로 연료를 연소실로 공급하여 시동성을 개선할 수 있는 직분식 가솔린 엔진의 연료분사 시스템에 관한 것이다.

종래의 차량용 가솔린 엔진의 연료분사는 통상적으로 전자 제어식 시스템을 채용하고 있으며, 흡기 매니폴드에 분사하는 형식이 주로 사용되고 있다. 이러한 연료분사의 근본 원리는 연료계통에 항상 일정한 압력을 가해 두었다가 솔레노이드 밸브(즉, 인젝터)를 열어주어 흡기 매니폴드 내에 연료를 분출시키는 구조를 갖고 있다.

이러한 전자식 연료분사의 제어는 각종 주행상태에서 기관의 출력성능 향상과 연비 향상 및 공해 가스 저감 등을 실현하기 위한 것으로, 이를 위해 엔진의 냉각수 온도, 흡입공기의 온도, 흡기 매니폴드의 압력과 대기 압력, 차속, 스로틀 개도량, 크랭크 각 신호 등을 각종 센서를 사용하여 검출한후 이에 기초하여 마이크로 컴퓨터에서 에어콘 릴레이, 연료펌프 릴레이, 인젝터, 점화코일, ISC 밸브 등을 제어하고 있다.

상기한 컴퓨터에 의한 제어를 크게 나누면 분사시기 제어와 분사량 제어로 나눈다. 먼저 분사시기 제어는 점화코일의 점화신호를 사용하며, 분사량 제어는 점화코일의 점화신호와 흡입 공기량 신호에 의한 기본 분사시간을 만듬과 동시에 각 센서로부터의 검출신호에 의해 분사시간의 보정을 행하여 인젝터를 작동시키는 최종적인 분사시간을 정하고 있다.

한편 연소실로 연료를 직접분사하는 직접분사(direct injection) 방식은 회전이 늦은 대형의 디젤엔진에 주로 이용되고 있으나 현재는 고속 디젤엔진에도 많이 이용되고 있다.

또한 최근에는 가솔린 엔진에도 이러한 직접분사방식이 채택되어 열효율의 개선을 도모하고 있다.

이러한 종래의 직분식 가솔린 엔진의 연료분사 시스템을 도 1을 참고하여 간단하게 살펴본다.

도시된 바와같이 종래의 연료분사 시스템에서는 엔진(15)의 실린더 헤드에 설치된 예를들어 4개의 인젝터(1A-1D)가 연결되어 있는 공통레일(3)에 연료탱크(5)로부터 저압펌프(7), 연료필터(9), 및 고압펌프(11)를 통하여 연료가 공급되고, 공통레일(3)과 연료탱크(5) 사이에 바이패스 밸브(13)가 연결된 구조를 갖고 있다.

상기 시스템의 연료공급체계는 바이패스 밸브(13)가 기계식 스프링의 장력에 의해 조절되어 공통레일(3)의 연료압력이 일정압력 이상으로 상승하면 밸브(13)가 오픈되어 압력이 설정압력 이하로 될때까지 연료를 연료탱크(5)로 리턴시킨다.

따라서 상기한 종래의 연료공급체계는 공통레일이 일정한 압력으로 조절되는 방식이므로 운전조건에 연동한 연료분사압을 조절할 수 없는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 엔진의 운전조건에 따라 공통레일의 연료압력을 조절하여 최적의 연료 분사압을 실현함과 동시에 시동시에 바로 연료를 연소실로 공급하여 시동성을 개선할 수 있는 직분식 가솔린 엔진의 연료분사 시스템을 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 직분식 가솔린 엔진의 연료분사 시스템에 대한 개략 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 직분식 가솔린 엔진의 연료분사 시스템에 대한 개략 구성도,

도 3은 도 2에 도시된 연료분사 시스템의 제어 흐름도이다.

( 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

21A-21D ; 인젝터23 ; 공통레일

25 ; 연료탱크27 ; 저압 연료펌프

29 ; 연료 필터31 ; 고압 연료필터

33 ; 전자식 바이패스 밸브35 ; 엔진

37 ; ECU39 ; 체크밸브

41 ; 저압 바이패스 밸브43 ; 압력센서

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 연료펌프를 통하여 공급된 연료가 공통레일로부터 다수의 인젝터를 통하여 엔진의 연소실로 연료가 직접 분사되는 직분식 가솔린 엔진의 연료분사 시스템에 있어서, 상기 연료펌프와 공통레일 사이에 연료펌프로부터 공급된 연료가 역류하는 것을 차단하기 위한 체크밸브와, 상기 공통레일과 연료탱크 사이에 구비되어 외부제어에 따라 공통레일의 과다연료를 연료탱크로 바이패스시키기 위한 전자식 바이패스 밸브와, 상기 공통레일의 내부 연료의 압력을 검출하기 위한 압력센서와, RPM과 공기 흡입량을 포함하는 운전조건에 따라 결정된 분사압 맵 데이터와 상기 공통레일 내부의 연료압력을 비교하여 내부의 연료압력이 맵 데이터 보다 더클 경우에 상기 바이패스 밸브를 개방시켜 인젝터를 통하여 연소실로 분사되는 연료의 분사압을 제어하기 위한 제어수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 직분식 가솔린 엔진의 연료분사 시스템을 제공한다.

상기한 바와같이 본 발명에서는 ECU가 운전조건, 예를들어 RPM, 공기 흡입량 등에 따라 결정되는 분사압과 검출된 공통레일의 연료압력을 비교하여 비교결과에 따라 공통레일과 연료탱크 사이에 연결된 바이패스 밸브를 제어하므로 엔진의 운전조건에 연동한 최적의 연료 분사압을 실현하여 엔진의 성능향상을 도모할 수 있고 또한 공통레일에도 항상 일정량의 연료를 저장하고 있게 되어 시동초기에 시동성 향상을 기할 수 있다.

(실시예)

이하에 상기한 본 발명을 바람직한 실시예가 도시된 첨부도면을 참고하여 더욱 상세하게 설명한다.

첨부된 도 2는 본 발명에 따른 직분식 가솔린 엔진의 연료분사 시스템에 대한 개략 구성도, 도 3은 도 2에 도시된 연료분사 시스템의 제어 흐름도이다.

먼저 도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 직분식 가솔린 엔진의 연료분사 시스템에서는 엔진(35)의 실린더 헤드에 설치된 예를들어 4개의 인젝터(21A-21D)가 연결되어 있는 공통레일(23)에 연료탱크(25)로부터 저압펌프(27), 연료필터(29), 및 고압펌프(31)를 통하여 연료가 공급되고, 공통레일(23)과 연료탱크(25) 사이에 바이패스 밸브(33)가 연결된 구조는 도 1에 도시된 구성과 유사하다.

본 발명에서는 여기에 부가하여 연료분사 시스템 제어용 ECU(Electronic Control Unit)(37)의 입력에 공통레일(23)의 내부압력을 검출하기 위한 압력센서(43)가 연결되어 있고, 상기 바이패스 밸브(33)는 ECU(37)의 제어신호에 따라 개폐작동되는 전자식 밸브로 이루어진다.

또한 상기 연료공급라인에 있어서는 저압펌프(27)와 연료필터(29) 사이에 저압 바이패스 필터(41)가 구비되어 있고, 고압 연료펌프(31)와 공통레일(23) 사이에는 공통레일(23)로부터 고압 연료펌프(31)로 연료가 역류하는 것을 차단하기 위한 체크밸브(39)가 구비되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 직분식 가솔린 엔진의 연료분사 시스템의 작용을 도 이하에 상세하게 설명한다.

먼저 본 발명에 있어서는 ECU(37)에서 운전조건을 판단하고, 엔진(35)의 RPM과 공기 흡입량을 도시되지 않은 RPM 센서와 스로틀 센서를 통하여 읽어들인다(S1,S2).

상기 입력신호에 따라 ECU(37)의 분사압 결정맵(map)으로부터 연료분사압 맵 데이터를 구하고(S3), 이어서 압력센서(43)를 통하여 검출된 공통레일(23) 내부의 연료의 압력을 상기한 맵 데이터와 비교한다(S4).

상기 비교결과 만약 공통레일(23) 내부의 연료압이 맵 데이터의 분사압 보다 더큰경우에는 ECU(37)는 전자식 바이패스 밸브(33)를 개방시켜 공통레일(23)의 압력을 낮추면서 인젝터(21A-21D)를 통하여 연소실 내부로 연료를 분사하고, 상기와 반대로 공통레일(23) 내부의 연료압이 맵 데이터의 분사압 보다 더작은 경우에 ECU(37)는 전자식 바이패스 밸브(33)를 개방시키지 않고 공통레일(23)로부터 인젝터(21A-21D)를 통하여 연소실 내부로 연료를 분사한다(S5).

상기한 경우 본 발명에서는 체크밸브(39)가 공통레일(23)의 입력에 구비되어 연료의 역류를 차단하고 있고, 전자식 바이패스 밸브(33)가 ECU(37)의 제어에 의해 바이패스를 조절하고 있으므로 항상 공통레일(23)에 소정의 연료가 충전된 상태를 유지하고 있다가 엔진(35)에 시동이 걸리면 연소실로 바로 연료가 공급되어 시동성을 크게 개선할 수 있게 된다.

또한 저압 바이패스 밸브(41)는 저압 연료펌프(27)와 고압 연료펌프(31) 사이의 연료압력이 소정압 이상으로 올라가는 경우 이를 해제하기 위한 릴리프 밸브의 일종으로서 기능을 갖고 있으므로 연료라인에는 일정량의 연료가 채워져 있어 엔진의 기동시에 빠르게 응답할 수 있는 구조이다.

상기한 바와같이 본 발명에서는 ECU가 운전조건, 예를들어 RPM, 공기 흡입량 등에 따라 결정되는 분사압과 검출된 공통레일의 연료압력을 비교하여 비교결과에 따라 공통레일과 연료탱크 사이에 연결된 바이패스 밸브를 제어하므로 엔진의 운전조건에 연동한 최적의 연료 분사압을 실현하여 엔진의 성능향상을 도모할 수 있고 또한 공통레일에도 항상 일정량의 연료를 저장하고 있게 되어 시동초기에 시동성 향상을 기할 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (1)

1. 연료펌프를 통하여 공급된 연료가 공통레일로부터 다수의 인젝터를 통하여 엔진의 연소실로 연료가 직접 분사되는 직분식 가솔린 엔진의 연료분사 시스템에 있어서,

   상기 연료펌프와 공통레일 사이에 연료펌프로부터 공급된 연료가 역류하는 것을 차단하기 위한 체크밸브와,

   상기 공통레일과 연료탱크 사이에 구비되어 외부제어에 따라 공통레일의 과다연료를 연료탱크로 바이패스시키기 위한 전자식 바이패스 밸브와,

   상기 공통레일의 내부 연료의 압력을 검출하기 위한 압력센서와,

   RPM과 공기 흡입량을 포함하는 운전조건에 따라 결정된 분사압 맵 데이터와 상기 공통레일 내부의 연료압력을 비교하여 내부의 연료압력이 맵 데이터 보다 더클 경우에 상기 바이패스 밸브를 개방시켜 인젝터를 통하여 연소실로 분사되는 연료의 분사압을 제어하기 위한 제어수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 직분식 가솔린 엔진의 연료분사 시스템.