KR20010043173A - 엔진을 위한 연료 분사 방법 - Google Patents

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Abstract

특히, 차량의 엔진(10)을 위한 연료 분사 방법 및 장치에서 제1 분사는 하나의 흡입 단계에서 달성된다. 엔진(10)의 작동 특성 변수로부터 엔진(10)의 노킹 사면을 나타내는 노킹 경향 신호가 결정된다. 노킹 경향 신호가 소정의 임계값 이상으로 상승되면 적어도 제2 분사가 달성된다.

Description

엔진을 위한 연료 분사 방법 {FUEL INJECTION METHOD FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
엔진에서 연료 소비를 감소시키고 토크를 상승시키기 위해 높은 압축율을 얻고자 한다. 그러나, 압축율의 상승은 공기 연료 혼합기의 제어하기 어려운 자기 발화 발생의 위험을 상승시킨다. 그 결과로 노킹(knocking) 연소가 발생된다. 노킹은, 회전수는 낮고 부하가 높을 때 발생하는 가속 노킹(노킹을 들을 수 있음)과, 회전수는 높고 부하가 높을 때 나타나는 고회전수 노킹(들을 수 없음)의 두 가지 유형으로 구분된다. 고회전수 노킹은 엔진에서 특히 위험하다.
노킹 연소는 통상의 압력 흐름을 방해하는 압력차를 발생시킨다.
끊임 없는 노킹은 엔진에 치명적인 손상(실린더 헤드 개스킷 파손, 베어링 파손, 피스톤에의 구멍)을 발생시키고, 점화 플러그에 손상을 입힌다.
노킹 한계(knock limit)는 무엇보다도 엔진 유형 및 연료에 따른다. 휘발유의 안티 노크 지수(anti-knock index)는 옥탄가(OZ)로 표시된다. 옥탄가가 높을수록 연료는 노킹에 대한 저항이 크다.
연소실로부터 발생되는 진동은 노킹 센서에 의해 파악된다. 노킹 센서의 출력 신호는 엔진의 제어 장치에 전송된다. 제어 장치는 노킹 신호를 평가하여 노킹 연소가 인식되면 이에 적절한 조치를 발생시킨다. 또한, 점화 시점은 통상 노킹 한계가 다시 하강할 때까지 "지연" 조절된다.
본 발명은 작동 한계에서 "노킹" 연소에 의한 토크 감소 없이 가능하도록 엔진 작동 방법을 개선하는 것이다.
본 발명의 목적은 청구항 제1항의 특징부에 의해 해결된다.
본 발명은 특히, 차량 엔진을 위한 연료 분사 방법에 관한 것이다.
도1은 제어 장치를 구비한 엔진을 개략적으로 도시하는 블록 선도이다.
도2는 엔진 작동의 특성 영역을 도시하는 그래프이다.
본 발명의 특별한 장점은 엔진의 최대 발생 토크의 상승을 달성하는 것이다. 또한, 노킹 한계를 상승시키는 것이다. 즉, 엔진이 노킹에 대해 더 높은 저항성을 갖도록 하는 것이다.
다른 장점은 점화각 지연 조정에 의한 노킹 제어에 비해 이중 분사에 의한 노킹 제어가 토크 감소를 적게 발생시키는 것이다. 엔진을 최적의 작동점으로 작동시키기 위해 노킹 제어는 이중 분사와 점화각 조정 또는 이 두 방법의 복합적인 조정을 통해 가능하다.
본 발명의 다른 장점은 종속 청구항과 관련되는 이하의 실시예에서 설명된다.
도1에 도시된 바와 같이, 직접 분사식 엔진(10)에서 대기 공기는 흡기관(19)에 의해 흡입 밸브(20)를 통해 실린더(38) 내 연소실(21) 또는 실린더(38)로 공급된다. 스로틀 밸브(22)를 통해 연소실(21)로 공급된 대기 공기는 제어된다. 공기량 측정기(23)는 엔진(10)으로 유입되는 대기 공기를 측정한다.
분사 밸브(24) 및 점화 플러그(45)는 실린더 헤드(25)에 배치된다. 연료는 고압 펌프(26)에 의해 작동압을 가지며, 연료 라인(27)과 분사 밸브(24)를 통해 연소실(21)로 분사된다. 분사된 연료는 점화 플러그(45)에 의해 점화된다. 점화된 연료가 팽창됨에 의해 피스톤(44)은 작동된다. 또한, 연소실(21)은 연료가 연소될 때 발생되는 배기 가스를 방출하기 위해 배기 밸브(28)를 가진다.
노킹 센서(37) 및/또는 이온 전류 센서(37)는 실린더(38)에 배치된다. 연소시에 발생되는 진동은 노킹 센서(37)에 의해 측정된다. 연소 중에 발생되는 이온은 이온 전류 측정 센서(37)에 의해 측정된다. 노킹 센서 및/또는 이온 전류 센서(37)의 신호를 평가하여 엔진의 연소 작동이 측정될 수 있고, 특히, "노킹" 연소가 결정될 수 있다.
람다 프로브(29)는 배기관(30) 내에 배치된다. 배기관(30) 내의 람다 프로브(29)에 의해 배기 가스 내의 산소 함유량이 측정될 수 있고, 이로써 혼합기 내의 공연비가 결정될 수 있다. 촉매 컨버터(46)는 CO, CO2내의 NO와 HC, H2O 및 N2와 같은 유해한 배기 가스 성분을 정화하는 과제를 가진다.
AGR-라인(31)은 배기관(30)을 흡기관(19)에 연결시킨다. 배기관 내의 더 높은 압력을 기초로 배기 가스의 일부가 배기관(30)으로부터 흡기관(19)로 안내된다. AGR-라인(31) 내의 배기 가스 유동은 AGR-밸브(32)에 의해 제어될 수 있다.
연료 탱크 또는 흡착 필터 용기(33)로부터 연료 탱크 환기 라인(34)이 흡기관(19)으로 안내되어, 추가의 연료가 흡기관(19) 및 연소실(21)로 공급될 수 있다. 연료 탱크환기 라인(34) 내의 연료 유동은 연료 탱크 환기 밸브(35)에 의해 제어될 수 있다.
엔진(10) 전체의 제어는 제어 장치(11)에 의해 달성된다. 또한, 제어 장치(11)는 변속기(16), 브레이크 시스템(17) 및/또는 임의의 다른 전자 시스템(18)을 제어할 수 있다. 다양한 센서 및 액츄에이터가 신호 및 제어 라인(36)을 통해 제어 장치(11)에 연결된다.
엔진(10)은 기본적으로 분사 시기, 점화 시점 및 실린더 충전에 의해 구별되는 다양한 작동 모드로 작동될 수 있다. 엔진의 작동 모드들은 제어 장치(11)에 의해 전환될 수 있다. 엔진의 기본 작동 모드는 균질 작동(HOM)과 층상 작동(SCH)이다.
균질 작동(HOM)에서, 연료는 피스톤 운동에 의해 발생되는 흡입 행정 중에 분사 밸브(24)로부터 연소실(21)로 분사된다. 동시에, 스로틀 밸브(22)를 통해 공기가 흡입된다. 흡입된 공기는 연료를 와류시켜 연소실 내에서 거의 골고루 또는 균질적으로 분배된다. 이어서, 공기 연료 혼합기는 점화 플러그(45)에 의해 점화될 수 있도록 압축된다. 점화된 연료 공기 혼합기는 팽창하여 피스톤(44)을 작동시킨다. 발생되는 토크는 균질 작동에서는 기본적으로 스로틀 밸브(22)의 위치에 따르고, 이는 기본적으로 실린더 내로의 새로운 연료 충전(RL)에 대해 비례적이다. 연소시에 높은 토크와 적은 유해 물질을 발생시키도록 공기 연료 혼합기는 가능한 람다 = 1 또는 람다 ＜ 1이 되도록 조정된다. 균질 작동은 엔진의 총 부하시에 바람직하게 설정되나, 엔진의 전체 작동 영역에서도 또한 설정될 수 있다.
층상 작동(SCH)에서 스로틀 밸브(22)는 넓게 개방되어, 엔진은 거의 최대 출력으로 작동된다. 연료는 압축 단계 중에 점화 시기에 점화 가능한 공기 연료 분무가 점화 플러그의 매우 가까운 주변에 분배되도록 분사된다. 혼합기 분무는 점화 플러그(45)에 의해 점화되고, 점화된 공기 연료 분무의 팽창에 의해 피스톤(44)은 작동된다. 발생된 토크는 층상 작동에서는 기본적으로 분사된 연료량에 따른다. 층상 작동은 엔진의 부분 부하 영역에서 설정될 수 있다.
도2에서 직접 분사식 엔진의 작동 특성 영역이 도시된다.
도2에서, 발생된 토크(M), 해당 엔진의 회전수(N), 엔진의 층상 작동이 설정되는 작동 영역(A) 및 엔진의 균질 작동이 설정되는 작동 영역(B)이 도시되고, 엔진(10)의 노킹한계를 통해 결정되는 특성 곡선(I)은 엔진의 작동 한계를 나타낸다.
제어 장치(11)에서 지속적으로 회전수(N)가 파악된다. 토크(M)는 균질 작동에서 실린더 충전(FL)을 기초로, 그리고 층상 작동에서는 분사된 연료량(RK)을 기초로 결정된다. 파악된 실린더 충전(RL), 회전수(N) 또는 분사된 연료량(RK) 및 회전수(N)를 기초로 노킹사면 신호가 결정된다. 노킹사면 신호는 임계값과 비교되어, 임계값을 초과하면 이중 분사가 실행된다.
이런 관계에 있어서, 이중 분사는 흡기 단계 중에 제1 분사가, 그리고 압축 단계 중에 제2 분사가 실행되는 것을 의미한다. 제2 분사는 연소실(21) 내에서 제1 분사를 기초로 존재하는 공기 연료 혼합기가 냉각되도록 영향을 미치며, 이를 통해 공기 연료 혼합기의 제어되지 않은 착화가 방지되는 것이다.
또한, 이중 분사를 통해, 노킹이 발생될 수 있는 작동 영역 내에서 엔진 작동 한계의 도달 이전에 엔진(10)의 노킹 한계가 상승되거나 또는 노킹 작동이 개선된다. 특히, 작동 한계 영역 내에서 목표 이중 분사의 실행시에 소정의 최대 토크는 5% 까지 상승된다.
제1 및 제2 분사에서 분사되는 연료량의 비율은 노킹사면 신호의 범위에 따르고, 그리고/또는 제어 장치(11)에 전송된 엔진 변수 특성 영역으로부터 결정된다. 엔진(10) 유형 및 작동 상태에 따라, 그리고 노킹 경향 신호(knocking tendency signal)의 범위에 따라 제1 및 제2 분사 비율은 30% 내지 70% 사이에서 변경된다. 제1 분사는 상사점 전 통상 330도에서, 그리고 제2 분사는 상사점 전 80도에서 달성된다.
본 발명에 따른 연료 분사 방법의 실시예에서 엔진(10) 각각의 실린더용 노킹사면 신호는 지속적으로 파악되고 평가된다. 이를 통해, 각각의 실린더에서 노킹 위험이 인식될 때, 이중 분사가 실행되는 것이 가능하다.
"노킹" 연소가 인식되면 점화각 지연 조정을 통한, 노킹 제어를 위한 추가의 이중 분사가 실행된다. 이로써, 개선된 제어 결과와, 연료 소비의 감소 및 토크의 상승을 제공하는 노킹조절의 점화각 조절 정도가 감소된다.

Claims (14)

  1. 제1 분사가 흡입 행정에서 실행되는, 특히 차량의 엔진을 위한 연료 분사 방법에 있어서, 발생되는 노킹의 위험을 나타내는 노킹 경향 신호가 결정되는 단계와, 노킹 경향 신호가 소정의 임계값 이상으로 상승되면 적어도 제2 분사가 실행되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 방법.
  2. 제1항에 있어서, 제2 분사는 압축 행정에서 실행되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 현재 회전수에서 엔진(10)이 최대 토크 영역 내에 또는 노킹 위험 영역을 나타내는 특성 영역 내에서 작동될 때 적어도 제2 분사가 제공되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 노킹 센서(37) 및/또는 이온 센서(37)의 출력 신호가 노킹 경향 신호에 산입되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 방법.
  5. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 노킹 경향 신호가 엔진(10)의 작동 특성 변수로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 방법.
  6. 제4항에 있어서, 노킹 경향 신호가 실린더 충전 및/또는 분사된 연료량 및/또는 회전수로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 방법.
  7. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 노킹 연소가 인식되면 점화각 지연 설정을 통해 노킹 제어에 추가로 이중 분사가 실행되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 방법.
  8. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 분사 연료량의의 비율이 제1 또는 적어도 제2 분사에서 노킹 경향 신호 및/또는 엔진 변수 특성에 따라 하나의 특성 영역으로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 방법.
  9. 제8항에 있어서, 분사된 연료의 분배 인자는 제1 및 적어도 제2 분사 내에서 30 내지 70%에 달하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 방법.
  10. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 분사는 상사점 전 330도에서, 제2 분사는 상사점 전 80도에서 달성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 방법.
  11. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 직접 분사식 엔진에 사용되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 방법.
  12. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 제2 분사가 실린더 특성적으로 또는 실린더열 특성적으로 달성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 방법.
  13. 계산 장치, 특히 마이크로 프로세서에서 실행가능하며, 상기 항들 중 어느 한 항에 따른 방법을 실시하기에 적절한, 특히 자동차 엔진의 제어 장치를 위한 프로그램이 저장된 전기적 저장 매체, 특히 롬(ROM).
  14. 제1항 내지 제12항 중 적어도 어느 한 항에 따른 방법을 실시하기 위한 장치에 있어서, 발생되는 노킹의 위험을 나타내는 노킹 경향 신호를 형성하기 위한 수단이 제공되고, 노킹 경향 신호가 소정의 임계값 이상으로 상승되면 추가의 수단이 적어도 제2 분사를 실행하는 것을 특징으로 하는 장치.
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