KR20030050770A - 디젤 엔진의 연료량 보정 제어방법 - Google Patents

Abstract

고속 운전 영역에서 진동 가속계에 의한 파일럿 연료량 보정값을 이용하여 메인 연료량 보정이 이루어지도록 함으로써, 배기가스 저감과 배기계의 내구성을 향상시킬 목적으로;

학습할 실린더에만 레일 압력을 상승시켜 파일럿 연료를 공급하면서 연소반응에 의한 진동에 따라 파일럿 연료량을 제어하는 과정에서, 현재의 운전 조건이 고속 고부하 영역인 경우에는 상기 파일럿 연료량을 근거로 메인 분사량을 산출하여, 그 값에 따라 인젝터의 제어하는 디젤 엔진의 연료량 보정 제어방법을 제공한다.

Description

디젤 엔진의 연료량 보정 제어방법{METHOD OF CONTROLLING AMOUNT OF FUEL CORRECTION FOR DIESEL ENGINE}

본 발명은 커먼 레일 디젤 엔진에 있어서, 연료계통에 있어서의 파일럿 연료량 보정 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고속 운전 영역에서 진동 가속계에 의한 파일럿 연료량 보정값을 이용하여 메인 연료량 보정이 이루어지도록 함으로써, 배기가스 저감과 배기계의 내구성을 향상시킬 수 있도록 한 디젤 엔진의 연료량 보정 제어방법에 관한 것이다.

예컨대, 지금까지 사용되던 디젤 연료 분사장치는 분사압력을 얻기 위하여 캠 구동장치를 사용했으며, 그 원리는 분사압력이 속도 증가와 함께 증가하고 이에 따라 분사 연료량이 증가하는 방식이었다.

그러나 본 발명이 관계하는 커먼 레일(Common Rail) 방식은 분사압력의 발생과 분사과정이 완전히 별개로 이루어짐으로써, 엔진 설계시 연료의 압력발생과 분사를 분리해서 생각할 수 있기 때문에 연소와 분사과정 설계를 자유롭게 할 수 있다는 장점을 갖게 된다.

즉, 엔진 맵을 이용하여 엔진 운전조건에 따라 연료 압력과 분사시기를 조정할 수 있기 때문에 엔진의 회전속도가 낮을 때도 고압 분사가 가능하게 되어 완전 연소를 추구할 수 있음은 물론 배기와 소음을 최소화함은 물론 연비를 크게 향상시킬 수 있게 된다.

이러한 커먼 레일 디젤 엔진에 있어서는, 엔진 블록의 중앙에 진동 가속계를 부착하고, 이의 진동 가속계에서 발생하는 신호를 매 시간 마다 학습하여 파일럿 연료량을 인젝터 상태에 맞게 조정하도록 되어 있다.

상기와 같은 파일럿 연료량 학습방법을 보다 구체적으로 살펴보면, 도 3에서와 같이, 우선 최초 모든 실린더에 대한 진동 가속계의 학습값을 "0"으로 한 후(S300), 엔진이 충분히 난기된(70℃ 이상) 상태에서 차량이 일정 속도(대략 60KM/H) 이상을 유지하여 학습할 조건이 충족되면(S310), 모든 실린더의 파일럿 연료량 공급을 차단한다(S320).

그리고 레일 압력을 평소보다 높게 상승시킨 후, 학습할 실린더에만 파일럿 연료를 공급하기 위한 신호를 ECU에서 연료 인젝터로 송출하는데, 이때 송출신호 (drive pulse)의 길이에 따라 파일럿 연료량 제어가 이루어지게 된다 (S330).

상기 송출신호에 있어서 최초에는 인젝터에서 파일럿 연료가 분사되지 않을 정도의 미세한 값으로 시작하여 진동신호가 검출될때까지 약간씩 송출신호의 길이를 증대시켜 파일럿 연료량을 증가시키도록 한다(S360).

이에 따라 송출신호(Drive Pulse)가 파일럿 연료를 분사시킬 수 있을만큼 충분히 큰 값을 가지면 파일럿 연료가 분사되어 실린더내에서 연소반응이 이루어지며 이때 연소에 의한 진동이 발생되고 진동 가속계는 이를 감지하게 된다(S340).

ECU는 검출된 진동값을 기준값의 절대값과 비교하여(S350) 진동값이 기준값의 절대값보다 크거나 같다고 판단되면 그때 송출한 송출신호의 길이를 기억하게 된다(S370).

상기와 같은 과정을 실린더마다 반복함으로써, 각각의 인젝터가 최소한의 파일럿 연료량을 분사할 수 있는 송출신호의 길이를 얻을 수 있으며(이를 MDP라 한다. : Minimum Drive Pulse), 이를 ECU에 기록하고, 향후 이 데이터에 의하여 파일럿 연료량을 정밀하게 제어할 수 있도록 한다.

이와 같이 파일럿 연료량 제어에 있어서 중요한 것은 모든 연료 인젝터에 대하여 초기의 MDP 값을 알아야 한다는 것이며, 이를 위하여 모든 인젝터는 조립 완료 즉시 단품시험을 통하여 MDP값을 측정하고 이를 인젝터에 타각한다

상기와 같은 파일럿 연료량은 매우 미소하나, 그 변화량에 의하여 소음 및 스모크 발생이 크게 악화되는 경향이 있으며, 인젝터는 사용시간이 경과함에 따라 열화되어 초기 상태와는 다른 성격을 가지기 때문에 진동 가속계를 장착하고 이에따른 학습을 진행하면 엔진의 노후화에 따라 심해지는 스모크 발생량 및 소음을 저감할 수 있다.

그러나 상기에서와 같은 학습을 통해 파일럿 보정이 이루어지는 경우에는 파일럿 보정과정에서 메인 분사량은 보정이 이루어지지 않음으로써, 일정한 분사량을 유지할 수 없게 된다.

특히, 고속 고부하 운전 영역에서는 메인 분사량이 증가하는 경향을 보이고 있으나, 이의 증가량 만큼 보정이 이루어지지 않으면 계속적으로 분사량이 증가되면서 스모크 발생은 물론 배기계의 열화로 인한 고장의 원인이 되어 신뢰성에 지대한 악영향을 미친다는 문제점을 내포하고 있다.

따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 고속 운전 영역에서 진동 가속계에 의한 파일럿 연료량 보정값을 이용하여 메인 연료량 보정이 이루어지도록 함으로써, 배기가스 저감과 배기계의 내구성을 향상시킬 수 있도록 한 디젤 엔진의 연료량 보정 제어방법을 제공함에 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 시스템의 블록도.

도 2는 본 발명에 의한 제어방법의 작동 흐름도.

도 3은 종래 제어 방법의 작동 흐름도이다.

이를 실현하기 위하여 본 발명은, 모든 실린더에 대한 진동 가속계의 학습값을 "0"으로 한 상태에서 학습 조건이 충족되면, 모든 실린더의 파일럿 연료량 공급을 차단하는 제1 단계와;

상기 제1 단계 실시후 학습할 실린더의 레일 압력을 상승시켜 파일럿 연료를 공급하면서 연소반응에 의한 진동이 진동 가속계 통한 진동을 감지하는 제2 단계와;

상기 제2 단계에서 감지된 진동이 없으면, 연소 반응이 없는 것으로 판단하여 진동이 감지될 때까지 파일럿 연료량을 증대시키고, 진동이 감지되면, 이의 감지된 진동값이 기준값 보다 큰가를 판단하는 제3 단계와;

상기 제3 단계에서 감지된 진동이 크다고 판단되면 진동이 없어질 때까지 파일럿 연료량을 감소시키고, 작다고 판단되면 파일럿 연료량을 증대시키는 제4 단계와;

상기 제4 단계 실시후, 현재의 운전 조건이 고속 고부하 영역인가를 판단하여 고속 고부하 운전영역이라고 판단되면 상기 파일럿 연료량을 근거로 메인 분사량을 산출하여, 그 값에 따라 인젝터의 제어를 실시하는 제5 단계를 포함하여 이루어지는 디젤 엔진의 연료량 보정 제어방법을 제공한다.

이하, 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명이 관계하는 커먼 레일 디젤 엔진의 연료계통은 연료탱크내의 연료가 고압 연료펌프에 의해 펌핑되어 커먼 레일로 공급되면, 이에 연통되어진 연료 인젝터를 엔진 회전수와 부하에 따라 엔진제어유닛(ECU)에서 제어하여 연소실로 분사할 수 있도록 구성되는 것으로, 이러한 커먼 레일 디젤 엔진과 연료계통은 이미 공지되어 있는 바, 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명을 운용하기 위한 시스템의 블록도로서, 검출수단은 연료 레일을 흐르는 연료압을 검출하는 레일 압력센서(2)와, 엔진 회전수를 검출하는 엔진 RPM센서(4), 가속페달의 밟힘 정도를 검출하는 가속페달 포지션 센서(6), 엔진의 실린더 블록에 배치되어 각 실린더에서의 연소과정에서 발생되는 진동을 검출하는 진동 가속계(8)를 포함하여 이루어진다.

상기 검출수단은 상기 이외의 센서들에 한정되는 것은 아니며, 도면에서는 본 발명의 설명에 필요한 부분에 대해서만 도시하고 있음을 전제한다.

그리고 상기 검출수단들로부터 검출된 각종신호는 ECU(엔진제어유닛)에서 미리 입력되어 있는 데이터와 비교 연산되어 연료계통(10)을 제어하게 되며, 상기 연료계통의 제어라고 함은 인젝터를 제어하는 것을 의미한다.

상기와 같은 시스템에 의해 운용되는 본 발명의 제어방법을 살펴보면, 도 2에서와 같이, 우선 최초 모든 실린더에 대한 진동 가속계의 학습값을 "0"으로 한 후(S100), 엔진이 충분히 난기된(70℃ 이상) 상태에서 차량이 일정 속도(대략 60KM/H) 이상을 유지하여 학습할 조건이 충족되면(S110), 모든 실린더의 파일럿 연료량 공급을 차단한다(S120).

그리고 학습할 실린더의 레일 압력을 상승시킨 후, 파일럿 연료를 공급하기 위한 신호를 ECU에서 연료 인젝터로 송출하는데, 이때 송출신호(drive pulse)의 시간에 따라 인젝터의 제어되면서 연료량 제어가 이루어지게 된다(S130).

상기 송출 신호에 의해 연료가 분사되고 연소반응이 개시되면, 연소반응에 의한 진동이 진동 가속계에 전달되며, 이때의 진동을 감지하여(S140), 이의 진동이 "0"인가를 판단하게 된다(S150).

상기에서 만일 진동이 감지되지 않는 경우, 연소 반응이 없는 것으로 판단하여 진동이 감지될 때까지 송출 신호를 증대시켜 파일럿 연료량(Pilot_Q)을 증대시킨다(S160).

또한, 진동이 감지되면, 이의 감지된 진동값이 기준값 보다 큰가를 판단하여(S170), 크다고 판단되면 과도한 파일럿 연료량이 공급된 것으로 판단하여 진동이 없어질 때까지 송출신호를 감소시켜 파일럿 연료량(Pilot_Q)을 감소시키고(S180), 아니면 송출신호를 증대시켜 파일럿 연료량(Pilot_Q)을 증대시킨다(S190).

상기와 같은 과정을 반복함으로써, 각각의 인젝터가 최소한의 파일럿 연료량 (Pilot_Q)을 분사할 수 있는 송출신호를 얻을 수 있으며, 이를 ECU에 기록하고, 향후 이 데이터에 의하여 파일럿 연료량을 정밀하게 제어할 수 있게 되는 것이다.

상기 S180 단계와 S190 단계에서 연료 보상이 이루어진 상태에서 ECU에서는 엔진 RPM과 레일압, 그리고 메인 연료량을 검출하여 현재의 운전 조건이 고속 고부하 영역인가를 판단하여(S200), 현재 운전 영역이 고속 고부하 운전영역이라고 판단되면 상기 파일럿 연료량(Pilot_Q)을 근거로 다시 메인 분사량(Mian Q)를 산출하여(S210), 그 값에 따라 인젝터의 제어를 실시하게 된다(S220).

그리고 상기 S200 단계에서 고속 운전 영역이 아니라고 하면, 파일럿 연료량에 따라 인젝터를 제어하고 종료하게 된다.

상기에서 고속 고부하 운전 영역이라고 판단하는 데에는 엔진 종류에 따른 여러 가지 요소가 있겠으나, 그 일예로서는 엔진 RPM이 2500 RPM, 레일압이 1300bar, 메인 분사량이 25mg/str 이상일 때를 고속 고부하 운전 영역이라고 판단할 수 있다.

그리고 메인 분사량을 산출함에 있어서는 파일럿 연료량 보정과 같이 학습된 값을 100% 적용하면 너무 많은 값으로 보정되므로 엔진 RPM과 연료량 지시값에 따라 적당한 비율(약 50% ~ 70%)로 보정하는 것이 바람직하다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 커먼 레일 디젤 엔진에 있어서, 고속 운전 영역에서 진동 가속계에 의한 파일럿 연료량 보정값에 의하여 연료를 제어함과 동시에 상기 파일럿 연료량 보정값을 이용하여 메인 연료량 보정이 이루어지도록 함으로써, 배기가스 저감과 배기계의 내구성을 향상시킬 수 있는 발명인 것이다.

Claims (3)

1. 모든 실린더에 대한 진동 가속계의 학습값을 "0"으로 한 상태에서 학습 조건이 충족되면, 모든 실린더의 파일럿 연료량 공급을 차단하는 제1 단계와;

   상기 제1 단계 실시후 학습할 실린더의 레일 압력을 상승시켜 파일럿 연료를 공급하면서 연소반응에 의한 진동이 진동 가속계 통한 진동을 감지하는 제2 단계와;

   상기 제2 단계에서 감지된 진동이 없으면, 연소 반응이 없는 것으로 판단하여 진동이 감지될 때까지 파일럿 연료량을 증대시키고, 진동이 감지되면, 이의 감지된 진동값이 기준값 보다 큰가를 판단하는 제3 단계와;

   상기 제3 단계에서 감지된 진동이 크다고 판단되면 진동이 없어질 때까지 파일럿 연료량을 감소시키고, 작다고 판단되면 파일럿 연료량을 증대시키는 제4 단계와;

   상기 제4 단계 실시후, 현재의 운전 조건이 고속 고부하 영역인가를 판단하여 고속 고부하 운전영역이라고 판단되면 상기 파일럿 연료량을 근거로 메인 분사량을 산출하여, 그 값에 따라 인젝터의 제어를 실시하는 제5 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 디젤 엔진의 연료량 보정 제어방법.
2. 제1항에 있어서, 제5 단계에서의 고속 운전 영역 판단은 엔진 RPM, 레일압, 메인 분사량에 의하여 결정됨을 특징으로 하는 디젤 엔진의 연료량 보정 제어방법.
3. 제1항에 있어서, 제5 단계에서의 메인 분사량은 제4 단계에서 산출된 파일럿 연료량과 100% 미만의 기준값에 의하여 산출됨을 특징으로 하는 디젤 엔진의 연료량 보정 제어방법.