KR20050045915A - 내연기관용 연료분사제어장치 및 연료분사제어방법 - Google Patents

내연기관용 연료분사제어장치 및 연료분사제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 내연기관은 실린더내분사밸브 및 흡기구분사밸브를 포함한다. ECU는 상기 기관의 운전상태에 대응하는 연료분사모드로 상기 연료분사밸브들을 제어한다. 적어도 연료가 실린더내분사밸브로부터 분사되는 소정의 운전영역에 기관운전상태가 있는 동안에 연소상태의 악화가 검출되면, 상기 ECU는 상기 실린더에 공급되는 전체 연료량에 대한 상기 실린더내분사밸브로부터 분사되는 연료량의 비율이 감소되도록 상기 연료분사모드를 전환시킨다. 그 결과, 연료가압공급시스템에서 발생되는 소음을 억제시키면서도 기관연소상태가 악화되는 것을 방지한다.

Description

내연기관용 연료분사제어장치 및 연료분사제어방법{FUEL INJECTION CONTROL APPARATUS AND FUEL INJECTION CONTROL METHOD FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 연료를 실린더 내에 분사하기 위한 제1연료분사밸브 및 연료를 흡기통로 내에 분사하기 위한 제2연료분사밸브를 포함하는 내연기관에서의 연료분사 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
일본 특개평 특허 공보 제 5-231221호에는, 연료를 실린더 내에 분사하기 위한 실린더내분사밸브(in-cylinder injection valve) 및 연료를 흡기구를 향해 분사하기 위한 흡기구분사밸브를 구비하고, 필요에 따라 각각의 분사밸브의 연료분사모드를 전환하는 내연기관이 개시되어 있다. 이러한 2가지 타입의 연료분사밸브를 구비한 내연기관에서, 상기 실린더내분사밸브로부터 분사되는 연료의 압력, 즉 상기 실린더내분사밸브에 공급되는 연료의 압력은 상기 흡기구분사밸브로부터 분사되는 연료의 압력보다 높게 설정된다. 그 이유는 상기 실린더내분사밸브가 실린더 내의 높은 압력에 대해 연료를 분사할 필요가 있기 때문이며, 연료는 바람직한 연소상태를 유지하도록 적절하게 미립화(atomize)되어야 하기 때문이다.
고도로 가압된 연료를 실린더내분사밸브에 공급하기 위한 연료가압공급시스템에서, 연료탱크로부터 흡입된 연료는 고압펌프에 의해 고압으로 가압된다. 가압된 연료는 송달관(delivery pipe)으로 공급된 다음, 상기 송달관에 연결된 실린더내분사밸브로 공급된다. 상기 연료가압공급시스템에서는, 고도로 가압된 연료의 공급으로 인하여 기계적인 소음이 발생한다. 예를 들어, 고압연료펌프에서의 밸브 소음, 또는 스필밸브(spill valve)내의 밸브시트(valve seat)를 때리는(hitting) 밸브몸체의 소음 및 실린더내분사밸브에서의 유사한 소음이 발생한다. 이러한 연료가압공급시스템에서 발생된 소음은, 특히 엔진이 공전(idle) 상태이거나 또는 저부하로 운전되는 경우에 운전자에게 불쾌감을 준다.
실린더내분사밸브로부터 분사되는 연료의 연소 속도는 일반적으로 흡기구분사밸브로부터 분사되는 연료의 연소 속도보다 빠르다. 따라서, 상기 연료가압공급시스템에서 발생된 기계적인 소음 이외에, 상기 연소 속도의 증가로 인한 연소 소음이 문제가 된다.
연료가압공급시스템에서 발생된 소음 및 연소 속도로 인한 소음을 억제하기 위한 방법으로는, 예컨대 실린더내분사밸브에 공급된 연료의 압력을 낮추는 방법을 들 수 있다. 이러한 연료 압력을 낮추는 제어는 스필밸브의 밸브 소음 및 실린더내분사밸브의 밸브 소음을 억제시킨다. 또한, 이러한 제어는 실린더내분사밸브로부터 분사되는 연료의 압력을 낮추기 때문에, 연소 속도가 저하되고, 이에 따라 연소 소음이 억제된다. 일본 특개평 특허 공보 제 2000-249020호에는 이러한 연료 압력을 낮추기 위한 제어가 개시되어 있다.
연소 소음을 억제하기 위한 다른 방법으로는, 일본 특개평 특허 공보 제 1-313672호에 개시된 연소 속도가 감소되도록 연료의 점화 시기를 늦추는 방법과, 일본 특개평 특허 공보 제 11-93731호에 개시된 연료를 사이클 당 여러 번 실린더 내에 분사하는 방법을 들 수 있다.
하지만, 연료 압력이 저하되어 연료가압공급시스템에서의 소음 및 연소 소음이 감소된다면, 연료가 불충분하게 미립화될 것이고, 연료 보급(penetration)이 감소될 것이다. 따라서, 공기-연료 혼합물을 형성하는 것이 저하되기 쉽다. 그 결과, 연소상태가 악화될 수 있다. 연료가 실린더내분사밸브로부터 분사될 때의 연소상태는, 연료가 흡기구분사밸브로부터 분사될 때의 연소상태보다 더욱 방해받기 쉽다. 따라서, 상술된 바와 같이 연료의 점화 시기를 늦추고 연료를 사이클 당 여러 번 분사하는 것 또한 연소를 악화시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 연료를 실린더 내에 분사하기 위한 연료분사밸브 및 연료를 흡기통로 내에 분사하기 위한 연료분사밸브를 포함하는 내연기관에서의 연소상태의 저하를 막는데 용이한 연료분사제어장치 및 연료분사제어방법을 제공하는 것이다.
상기 목적 및 기타 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 목적에 따르면, 내연기관용 연료분사제어장치가 제공된다. 상기 기관은 연료를 상기 기관의 실린더 내에 분사하기 위한 제1연료분사밸브 및 상기 실린더에 연결된 흡기통로 내에 연료를 분사하기 위한 제2연료분사밸브를 구비한다. 상기 장치는 제어수단, 검출수단 및 전환수단을 포함한다. 상기 제어수단은 상기 기관의 운전 상태에 대응하는 연료분사모드로 상기 연료분사밸브들을 제어한다. 상기 검출수단은 실린더 내의 연소상태를 검출한다. 적어도 연료가 상기 제1연료분사밸브로부터 분사되는 소정의 운전 영역에 상기 기관운전상태가 있는 동안에 검출수단에 의해 연소상태의 악화가 검출되면, 상기 전환수단은 상기 실린더에 공급된 전체 연료량에 대한 상기 제1연료분사밸브로부터 분사되는 연료량의 비율이 감소되도록 연료분사모드를 전환시킨다.
본 발명은 또한 내연기관용 연료분사제어방법도 제공한다. 상기 기관은 연료를 내연기관의 실린더 내에 분사하기 위한 제1연료분사밸브 및 상기 실린더에 연결된 흡기통로 내에 연료를 분사하기 위한 제2연료분사밸브를 구비한다. 상기 방법은: 상기 기관의 운전상태에 대응하는 연료분사모드로 상기 연료분사밸브들을 제어하는 단계; 상기 실린더 내의 연소상태를 검출하는 단계; 및 적어도 연료가 상기 제1연료분사밸브로부터 분사되는 소정의 운전 영역에 기관운전상태가 있는 동안에 연소상태의 악화가 검출되는 경우, 상기 실린더에 공급된 전체 연료량에 대한 상기 제1연료분사밸브로부터 분사되는 연료량의 비율을 감소시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 형태들과 장점들은 본 발명의 원리들을 예시의 방법을 통해 도시하는 첨부도면과 연계하여 아래의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명은, 그 목적 및 장점들과 더불어, 첨부도면들과 함께 아래의 바람직한 실시예들의 상세한 설명을 참조하여 가장 잘 이해할 수 있다.
이하, 본 발명의 제1실시예를 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 연료분사제어장치는 4-사이클 실린더 분사 내연기관(11)에 적용된다. 상기 기관(11)은 실린더(12) 내에 수용된 피스톤(13)을 포함한다. 상기 피스톤(13)은 커넥팅 로드(connecting rod; 15)를 거쳐 크랭크샤프트(crankshaft; 14)에 연결되는데, 이는 상기 기관(11)용 출력 샤프트이다. 상기 커넥팅 로드(15)는 상기 피스톤(13)의 왕복운동을 상기 크랭크샤프트(14)의 회전운동으로 변환시킨다.
연소챔버(16)는 피스톤(13) 위쪽의 실린더(12)에 한정된다. 상기 기관(11)은 제1연료분사밸브를 포함하는데, 이는 실린더내분사밸브(17)이다. 상기 실린더내분사밸브(17)는 연료를 연소챔버(16) 내로 직접 분사시킨다. 상기 실린더내분사밸브(17)는 고압연료관에 연결되는데, 이는 송달관(18)이다. 상기 송달관(18)은 고도로 가압된 연료를 실린더내분사밸브(17)로 공급한다. 연료는 연료탱크(도시되지 않음)로부터 흡입된 다음, 공급펌프(19)인 고압연료펌프로 보내진다. 상기 공급펌프(19)는 연료를 가압시키고 그것을 송달관(18)으로 공급한다. 실린더내분사밸브(17)의 연료분사압력은 송달관(18) 내의 연료압력을 토대로 설정된다. 실린더내분사밸브(17)가 개방구동되면, 연료는 연소챔버(16) 내로 분사된다.
상기 기관(11)은 상기 연소챔버(16)에서 생성된 공기-연료 혼합물을 점화시키는 점화플러그(21)를 포함한다. 점화플러그(21)에 의해 공기-연료 혼합물을 점화시키는 시기는 상기 점화플러그(21) 위쪽에 제공된 점화기(22)에 의해 조정된다. 상기 피스톤(13)의 상단면은 실린더내분사밸브(17)로부터 분사되는 연료와의 층상(stratified) 공기-연료 혼합물의 생성에 적합하도록 성형되어, 상기 공기-연료 혼합물이 점화 시기에 점화플러그(21) 부근에 도달하도록 허용한다.
상기 연소챔버(16)는 흡기통로(23) 및 배기통로(24)에 연결된다. 상기 연소챔버(16)와 흡기통로(23)간의 결합(joint)은 흡기구(23a)를 형성한다. 흡기구분사밸브(25)인 제2연료분사밸브는 상기 흡기통로(23)에 노출되도록 제공된다. 상기 흡기구분사밸브(25)는 상기 흡기구(23a)를 향해 연료를 분사한다. 상기 흡기구분사밸브(25)는 연료공급기구(도시되지 않음)를 통해 고도로 가압된 연료를 받아들인다. 상기 공급된 연료의 압력은 소정의 값으로 조정된다. 상기 흡기구분사밸브(25)가 개방구동되면, 연료가 상기 흡기구(23a)를 향해 분사된다. 상기 제2연료분사밸브는 상기 흡기구(23a) 부근에 제공된 흡기구분사밸브(25)에 제한되는 것이 아니라, 상기 흡기통로(23) 내의 서지탱크(surge tank)에 제공될 수도 있다.
상기 연료분사장치는 점화플러그(21) 및 점화기(22)를 제어하는 전자제어유닛(ECU)(30) 및 상기 ECU(30)에 의해 실행되는 제어에 사용되는 다양한 센서들을 포함한다. 상기 ECU(30)는 지배적인 구성요소로서 마이크로컴퓨터로 구성되고, 중앙처리장치(CPU), ROM(read only memory) 및 RAM(random access memory)를 포함한다.
본 실시예에서는, 상기 기관(11)의 운전 상태를 검출하기 위한 센서로서, 회전속도센서(31) 및 페달센서(pedal sensor; 32)가 제공된다. 상기 회전속도센서(31)는 단위시간 당 크랭크샤프트(14)의 회전수, 또는 기관 속도를 검출하고, 상기 페달센서(32)는 가속페달(도시되지 않음)의 감압량(depression amount)을 검출한다. 상기 회전속도센서(31)는 또한 상기 기관(11)의 연소상태를 검출하는 센서로서의 기능도 한다. 본 실시예에서, 회전속도센서(31) 및 ECU(30)는 검출수단을 형성한다. 연료압력센서(33)는 송달관(18) 내에 위치하여 상기 송달관(18) 내의 연료압력을 검출하게 된다. 이러한 센서(31 내지 33)들의 검출 신호들은 상기 ECU(30)로 전송된다.
회전속도센서(31) 및 페달센서(32)로부터의 검출 신호들을 토대로, 상기 ECU(30)는 기관운전상태를 검출하고, 상기 검출된 기관운전상태에 따라 연료분사모드를 결정한다. 그 후, 상기 ECU(30)는 상기 결정된 연료분사모드에 따라 연료분사시기 및 연료분사량을 설정한다. 상기 설정된 연료분사시기 및 연료분사량에 따라, 상기 ECU(30)는 실린더내분사밸브(17) 및 흡기구분사밸브(25) 중 적어도 하나가 연료를 분사하도록 한다. 상기 연료분사량은 연료분사압력 및 연료분사주기를 토대로 결정된다.
상기 연료압력센서(33)로부터의 검출 신호를 토대로, 상기 ECU(30)는 송달관(18) 내의 연료 압력을 제어한다. 특별히, 상기 ECU(30)는 주어진 모든 시점에서의 기관운전상태를 토대로 상기 송달관(18) 내의 연료 압력의 목표값을 계산하고, 상기 목표 연료 압력을 실제로 검출되는 송달관(18) 내의 연료 압력과 비교한다. 그런 다음, 상기 비교 결과를 토대로, 상기 ECU(30)는 공급펌프(19)에 의해 공급된 연료량을 조정하여, 송달관(18) 내의 연료 압력이 목표 압력값을 구하도록 한다. 이러한 방식으로 공급된 연료량을 조정함으로써, 송달관(18) 내의 연료 압력, 다시 말해 실린더내분사밸브(17)의 연료분사압력이 상기 기관운전상태에 대응하도록 한다.
상기 목표연료압력값은 사전에 상기 기관의 주어진 운전 상태에 각각 적합한 압력값들로 얻어진다. 기관회전속도 및 연료분사량과의 목표연료압력의 관계를 정의하는 함수 데이터가 도 2에 도시된 맵으로서 ECU(30) 내의 ROM에 저장된다. 상기 목표연료압력값을 결정하면, 상기 ECU(30)는 도 2의 맵을 참조한다.
이하, 본 실시예의 내연기관(11)의 운전 상태와 소음영역간의 관계를 도 2를 참조하여 설명한다.
고도로 가압된 연료를 실린더내분사밸브(17)로 공급하기 위한 연료가압시스템에서, 연료의 가압 및 공급 작업들은 기계적인 소음, 예컨대 공급펌프(19) 내의 스필밸브의 밸브시트와 접촉하는 밸브몸체의 소음 및 실린더내분사밸브(17)에서의 유사한 소음 등을 발생시킨다. 보통, 송달관(18) 내의 연료 압력이 높을 수록, 소음이 보다 증가한다.
상기 기관운전상태가 고회전속도 및 고부하영역에 있으면, 송달관(18) 내의 연료 압력은 가장 높은 목표연료압력값(PFH)(예컨대, 10 MPa 내지 12 MPa)이 되도록 조정된다. 상기 기관운전상태가 저회전속도 및 저부하영역에 있으면, 송달관(18) 내의 연료 압력은 보다 낮은 목표연료압력값(PFL)(예컨대, 4 MPa)이 되도록 조정된다. 따라서, 연료가압공급시스템에서 발생된 소음은, 기관운전상태가 저회전속도 및 저부하영역에 있을 때보다 기관운전상태가 고회전속도 및 고부하영역에 있을 때가 상대적으로 크다. 하지만, 기관 운전 속도가 고회전속도 및 고부하영역에 있을 때에는, 기관(11)의 연소 소음 및 도로 소음이 상기 연료가압공급시스템에서 발생된 소음을 덮어버린다. 따라서, 연료가압시스템의 소음은 운전자에게 불쾌감을 거의 주지 않는다. 다른 한편으로, 기관운전상태가 저회전속도 및 저부하영역에 있을 때에는, 기관(11)의 연소 소음 및 도로 소음이 작다. 따라서, 연료가압시스템의 소음이 운전자에게 불쾌감을 주기 쉽다. 따라서, 연료가압공급시스템에서 발생된 소음은, 기관운전상태가 저회전속도 및 저부하영역에 있는 영역에서, 특히 기관(11)이 공전 상태에 있을 때에 문제가 된다.
이러한 이유로, 공전영역은 본 실시예에서 소음영역으로 설정된다. 기관운전상태가 소음영역에 있을 때의 목표연료압력값은 값 PFI(예컨대, 2 MPa)인데, 이는 저회전속도 및 저부하영역에 있는 기관운전상태에 대한 값 PFL 보다 낮다. 따라서, 기관운전상태가 도 2의 빗금친 영역에 있는 경우, ECU(30)는 송달관(18) 내의 연료 압력을 목표연료압력값 PFI로 낮춘다.
연료 압력이 이러한 방식으로 제어되면, 연료 스프레이의 미립화 및 연료 스프레이의 보급이 악화될 수 있다. 이는 기관(11)의 연소상태를 저하시킬 수 있다. 따라서, ECU(30)는 회전속도센서(31)로부터의 검출 신호들을 토대로 기관연소상태를 모니터링한다. 상기 기관연소상태가 악화된 것을 검출하였거나 또는 악화가 예측되면, 상기 ECU(30)는 전체 연료분사량에 대한 실린더내분사밸브(17)으로부터 분사되는 연료량의 비율을 낮춘다.
도 3은 본 실시예에 따른 연료분사제어의 절차를 보여주는 플로우차트이다. 도 3에 도시된 제어 수순은 상기 ECU(30)에 의해 실행되는데, 이는 ECU(30)의 ROM에 저장된 프로그램에 따라 연료분사모드를 전환시키는 전환수단으로서의 기능을 한다.
상기 수순에 들어가면, 단계 S110에서 상기 ECU(30)는 실린더 내에 연료가 분사되어야 하는 영역, 또는 실린더내분사영역에 기관운전상태가 있는지의 여부를 판정한다. 상기 기관운전상태가 실린더내분사영역에 있다고 판정하면, 상기 ECU(30)는 단계 S111로 진행된다. 단계 S111에서, 상기 ECU(30)는 상기 기관운전상태가 소음영역에 있는지의 여부를 판정한다. 특별히, ECU(30)는 기관이 공전 상태에 있는지의 여부를 판정한다.
단계 S111에서 상기 기관운전상태가 소음영역에 있다고 판정되면, ECU(30)는 단계 S112로 진행된다. 단계 S112에서, ECU(30)는 연료가압공급시스템에서 발생된 소음에 대한 조치로서 연료압력저하제어를 실시한다. 특별히, 상기 ECU(30)는 송달관(18) 내의 연료압력을 목표연료압력값 PFI로 낮춘다.
후속 단계 S113에서, ECU(30)는 연료 연소상태가 회전속도센서(31)로부터의 검출 신호를 토대로 악화되었는지의 여부를 판정한다. 상기 연소상태가 악화되었다고 판정되면, 상기 ECU(30)는 전체 연료분사량에 대한 실린더내분사밸브(17)으로부터 분사되는 연료량의 비율을 감소시킴으로써, 실린더내분사밸브(17)로부터의 연료 분사를 억제시키는데, 이는 연료압력저하제어에 영향을 받기 쉽다.
특별히, 실린더내분사밸브(17) 및 흡기구분사밸브(25) 양자 모두가 연료를 분사하는 경우, ECU(30)는 연소상태가 개선될 때까지 실린더내분사밸브(17)로부터 분사되는 연료량의 비율을 감소시키는 한편, 흡기구분사밸브(25)로부터 분사되는 연료량의 비율은 증가시킨다. 이와는 대조적으로, 단지 실린더내분사밸브(17)만이 연료를 분사하는 경우에는, 상기 ECU(30)는 연소상태가 개선될 때까지 실린더내분사밸브(17)로부터 분사되는 연료량의 비율을 감소시키는 한편, 흡기구분사밸브(25)로부터의 연료 분사를 시작한다.
다른 한편으로, 연소상태가 단계 S113에서 악화되지 않았다고 판정되면, 상기 ECU(30)는 전체 연료분사량에 대한 실린더내분사밸브(17)로부터 분사되는 연료량의 비율을 유지하면서, 즉 연료분사모드를 변경하지 않고 상기 기관(11)을 계속 운전시킨다. 이 경우, 바람직한 기관연소상태가 유지된다.
상기 실시예는 다음과 같은 장점들을 제공한다.
(1) 기관운전상태가 실린더내분사영역에 있으면, 연료가압공급시스템에서 발생된 소음에 대한 조치로서 연료압력저하제어가 실시된다. 이 때, 연소상태가 연료 압력의 감소로 인하여 악화된다면, 전체 연료분사량에 대한 실린더내분사밸브(17)로부터 분사되는 연료량의 비율이 감소된다. 그 결과, 연료가압공급시스템에서 발생된 소음을 억제하면서 기관연소상태가 악화되는 것을 막는다.
(2) 기관운전상태가 실린더내분사영역에 있는 경우, 연료가압공급시스템에서 발생된 소음에 대한 조치로서 연료압력저하제어의 실시로 인하여 연소 모드가 악화되지 않는다면, 전체 연료분사량에 대한 실린더내분사밸브(17)로부터 분사되는 연료량의 비율이 유지된다. 즉, 이 경우, 상기 기관(11)의 운전이 연료분사모드의 변경없이 계속된다. 따라서, 연료가압공급시스템에서 발생된 소음을 억제하면서 바람직한 연소 상태가 유지된다.
(3) 송달관(18) 내의 연료 압력은, 연료압력을 결정하기 위한 맵(도 2)을 토대로 기관운전상태에 대응하는 목표연료압력값이 되도록 제어된다. 따라서, 기관운전상태가 저회전속도 및 저부하영역에 있는 경우, 상기 연료가압공급시스템에서 발생된 소음은 상기 기관운전상태가 고회전속도 및 고부하영역에 있을 때보다 더 큰 정도로 억제된다. 이러한 소음은 특히 기관이 공전 상태에 있을 때에 운전자에게 불쾌감을 준다. 따라서, 공전영역에서는, 연료 압력이 더 낮춰져 연소 상태가 악화되기 쉽다. 본 실시예에서는, 공전영역에서의 전체 연료분사량에 대한 실린더내분사밸브(17)로부터 분사되는 연료량의 비율이 감소되기 때문에, 공전영역에서의 소음에 대한 적절한 조치를 취하면서도 연소 상태가 악화되는 것을 막는다.
이하, 본 발명의 제2실시예를 도 4를 참조하여 설명한다. 제1실시예의 대응하는 구성요소들과 유사하거나 동일한 구성요소에는 유사하거나 동일한 참조부호들이 주어지며, 상세한 설명들은 생략한다.
본 실시예에서, 기관운전상태가 실린더내연료분사에 대한 영역에 있고, 연소 소음이 문제가 되면, 연소 소음에 대한 조치로서 연소 속도가 저하된다. 본 실시예는, 연소 속도 저하를 위한 제어 시에, 연료분사모드가 전환되어 전체 연료분사량에 대한 실린더내분사밸브(17)로부터 분사되는 연료량의 비율이 감소됨으로써, 연소속도저하제어로 인하여 연소 상태가 악화되는 것을 방지하게 되는 것을 특징으로 한다.
기관운전상태가 실린더내분사영역에 있을 때의 연소 소음은, 회전속도 및 기관부하가 증가함에 따라 증가한다. 따라서, 본 실시예에서는, 고회전속도 및 고부하영역이 연소소음영역으로 설정된다. 기관운전상태가 연소소음영역에 있는 경우에는, 연소속도저하제어가 실시된다. 특별히, ECU(30)는 점화플러그(21)가 연료를 점화시키는 시기를 지연시키거나 또는 실린더내분사밸브(17)가 연료를 사이클 당 여러 번 분사하도록 함으로써 연소 속도를 저하시킨다. 이러한 연소속도저하제어는 상기 제1실시예에 기술된 바와 같이 송달관(18) 내의 연료 압력을 저하시킴으로써 수행될 수 있다.
또한, 제1실시예에서와 같이, 상기 ECU(30)는 회전속도센서(31)로부터의 검출 신호를 토대로 연소 상태를 모니터링한다. 연소상태가 악화되었다고 판정되거나 또는 검출 신호를 토대로 악화가 예측되는 경우, 상기 ECU(30)는 전체 연료분사량에 대한 실린더내분사밸브(17)로부터 분사되는 연료량의 비율을 감소시킨다.
도 4는 본 실시예에 따른 연료분사제어의 절차를 보여주는 플로우차트이다. 제1실시예에서와 같이, 도 4에 도시된 제어 수순은 상기 ECU(30)의 ROM에 저장된 프로그램에 따라 ECU(30)에 의해 실시된다.
상기 수순에 들어가면, ECU(30)는 단계 S210에서 기관운전상태가 실린더내분사영역에 있는지의 여부를 판정한다. 상기 기관운전상태가 실린더내분사영역에 있다고 판정되면, 상기 ECU(30)는 단계 S211로 진행된다. 단계 S211에서, ECU(30)는 기관운전상태가 연소소음영역에 있는지의 여부를 판정한다. 특별히, 상기 ECU(30)는 기관운전상태가 고회전속도 및 고부하영역에 있는지의 여부를 판정한다.
단계 S211에서 기관운전상태가 연소소음영역에 있다고 판정되면, ECU(30)는 단계 S212로 진행된다. 단계 S212에서, ECU(30)는 연소 소음에 대한 조치로서 연소속도저하제어를 실시한다. 특별히, 상기 ECU(30)는 연료의 점화 시기를 지연시켜 연소 속도를 저하시킨다.
후속 단계 S213에서, ECU(30)는 연료연소상태가 회전속도센서(31)로부터의 검출 신호를 토대로 악화되었는지의 여부를 판정한다. 연소 상태가 악화되었다고 판정되면, ECU(30)는 전체 연료분사량에 대한 실린더내분사밸브(17)로부터 분사되는 연료량의 비율을 감소시켜, 실린더내분사밸브(17)로부터의 연료 분사를 억제시키게 되는데, 이는 연소저하제어에 영향을 받기 쉽다.
특별히, 실린더내분사밸브(17) 및 흡기구분사밸브(25) 양자 모두가 연료를 분사하는 경우, ECU(30)는 연소 상태가 개선될 때까지 실린더내분사밸브(17)로부터 분사되는 연료량의 비율을 감소시키는 한편, 흡기구분사밸브(25)로부터 분사되는 연료량의 비율은 증가시킨다. 이와는 대조적으로, 단지 실린더내분사밸브(17)만이 연료를 분사하는 경우에는, 상기 ECU(30)는 연소상태가 개선될 때까지 실린더내분사밸브(17)로부터 분사되는 연료량의 비율을 감소시키는 한편, 흡기구분사밸브(25)로부터의 연료 분사를 시작한다.
다른 한편으로, 연소상태가 단계 S213에서 악화되지 않았다고 판정되면, 상기 ECU(30)는 전체 연료분사량에 대한 실린더내분사밸브(17)로부터 분사되는 연료량의 비율을 유지하면서, 즉 연료분사모드를 변경하지 않고 상기 기관(11)을 계속 운전시킨다. 이 경우, 바람직한 연소 상태가 유지된다.
상기 실시예는 다음과 같은 장점들을 제공한다.
(1) 기관운전상태가 실린더내분사영역에 있으면, 연소 소음에 대한 조치로서 연소속도저하제어가 실시된다. 이 때, 연소상태가 연소 속도의 감소로 인하여 악화된다면, 전체 연료분사량에 대한 실린더내분사밸브(17)로부터 분사되는 연료량의 비율이 감소된다. 그 결과, 연소 소음을 억제하면서 기관연소상태가 악화되는 것을 막는다.
(2) 기관운전상태가 실린더내분사영역에 있는 경우, 연소 소음에 대한 조치로서 연소속도저하제어의 실시로 인하여 연소 모드가 악화되지 않는다면, 전체 연료분사량에 대한 실린더내분사밸브(17)로부터 분사되는 연료량의 비율이 유지된다. 즉, 이 경우, 상기 기관(11)의 운전이 연료분사모드의 변경없이 계속된다. 따라서, 연소 소음을 억제하면서 바람직한 연소 상태가 유지된다.
(3) 만일 기관운전상태가 고회전속도 및 고부하영역에 있는 동안에 연소속도저하제어가 실시되고, 연소 상태가 상기 제어로 인하여 악화된다면, 전체 연료분사량에 대한 실린더내분사밸브(17)로부터 분사되는 연료량의 비율이 감소된다. 따라서, 기관운전상태가 고회전속도 및 고부하영역에 있는 경우, 연소 소음에 대한 적절한 조치를 취하면서 연소 상태가 악화되는 것을 막게 된다.
상기 예시된 실시예들은 다음과 같이 수정될 수 있다.
연소 상태의 악화를 검출하기 위한 센서는 회전속도센서(31)로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 연소챔버(16) 내의 연소 압력을 검출하기 위한 연소압력센서가 사용될 수도 있다. 이러한 연소압력센서를 구비한 구성예는 연소 상태의 검출 정확성을 향상시킨다.
제1실시예에서, 소음에 대한 조치가 취해지는 영역은 기관의 공전영역으로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 기관운전상태가 저회전속도 및 저부하영역에 있는 경우에는, 연료 압력이 공전영역에 대해서도 동일한 목표연료압력값 PFI로 저하될 수 있어, 소음에 대한 조치를 취하게 된다. 이 경우, 기관연소상태는 연료 압력이 저하됨에 따라 악화되기 쉽다. 이러한 경우에, 실린더내분사밸브(17)로부터 분사되는 연료량의 비율은 연소 상태의 악화 정도에 따라 감소된다. 그 결과, 기관연소상태가 개선된다.
제1실시예에서, 만일 소음에 대한 조치로서 연료압력저하제어가 실시되고 있는 경우에 연소 상태가 악화된다면, 전체 연료분사량에 대한 실린더내분사밸브(17)로부터 분사되는 연료량의 비율이 감소된다. 하지만, 기관운전상태에 따라 연료 압력이 조정되고 있으면서 기관연소상태가 악화된다면, 실린더내분사밸브(17)로부터 분사되는 연료량의 비율은 연료압력저하제어에 관계 없이 저하될 수 있다.
제1실시예에서, 기관운전상태가 소음영역에 있는지의 여부는 도 2에 도시된 맵을 토대로 판정된다. 하지만, 도 1에 도시된 바와 같이, 연료가압공급시스템에서 발생된 소음을 검출하기 위한 소음센서(41)가 제공될 수도 있으며, ECU(30)는 소음센서(41)로부터의 검출 신호를 토대로 기준값을 능가하는 소음이 검출되는 경우에 기관운전상태가 소음영역에 있는지를 판정할 수 있다. 기관운전상태가 소음영역에 있는 경우, ECU(30)는 검출된 소음이 상기 기준값 밑으로 떨어질 때까지 연료 압력을 저하시킨다. 만일 연료 압력을 저하시키는 과정에서 연소 상태의 악화가 검출된다면, ECU(30)는 전체 연료분사량에 대한 실린더내분사밸브(17)로부터 분사되는 연료량의 비율을 저하시킨다. 이러한 구성예에 따르면, 소음에 대한 조치가 소정의 소음영역에서의 소음에 대해서 뿐만 아니라, 연료가압시스템에서 발생된 소음에 대해서도 취해진다. 또한, 소음에 대한 조치로 인한 연소 상태의 악화도 방지된다.
상기 연료가압공급시스템에서 발생된 소음을 검출하기 위한 센서는 소음센서(41)로 제한되는 것은 아니다. 고도로 가압된 연료의 이송으로 인하여 소음이 생성되는 부분들에서, 기계적인 진동이 발생한다. 예를 들어, 스필밸브의 작용을 수반하는 진동이 발생된다. 이러한 진동을 검출하기 위한 진동센서가 제공될 수 있으며, 소음은 상기 센서의 검출 신호를 토대로 검출될 수 있다.
연료압력저하제어가 실시되면, 도 2에 도시된 맵 및 소음센서(41)의 조합이 사용될 수도 있다.
제2실시예에서, 연소 소음에 대한 조치가 취해지는 영역은 상기 기관의 고회전속도 및 고부하영역으로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 기관운전상태가 저회전속도 및 저부하영역에 있는 경우에는, 연소 속도가 연소 소음에 대한 조치를 취하도록 저하될 수 있다.
제2실시예에서, 연소 소음은 소음센서(41)에 의해 검출될 수도 있다.
예시된 실시예들에는, 연료연소모드가 전환되는 2가지 경우가 기술되어 있다. 즉, 제1실시예에서는, 연료가압공급시스템에서 발생된 소음에 대한 조치로서 연료압력저하제어로 인하여 연소 상태가 악화되면, 연료분사모드가 전환되는 경우가 기술되어 있다. 제2실시예에서는, 연소 소음에 대한 조치로서 연소속도저하제어로 인하여 연소 상태가 악화되면, 연료분사모드가 전환되는 경우가 기술되어 있다. 하지만, 연료압력저하제어 및 연소속도저하제어 양자 모두가 실시되는 경우에는, 전체 연료분사량에 대한 실린더내분사밸브(17)로부터 분사되는 연료량의 비율이 감소될 수도 있다.
본 예시들과 실시예들은 예시적인 것으로서 제한적인 것이 아니며, 본 발명은 본 명세서에서 주어진 상세에 국한되는 것이 아니라, 첨부된 청구범위 및 그 균등론 범위 내에서 수정될 수 있다.
본 발명에 따르면, 연료를 실린더 내에 분사하기 위한 연료분사밸브 및 연료를 흡기통로 내에 분사하기 위한 연료분사밸브를 포함하는 내연기관에서의 연소상태의 저하를 막는데 용이한 연료분사제어장치 및 연료분사제어방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 내연기관용 연료분사제어장치를 예시하는 블록도;
도 2는 연료 압력을 결정하기 위한 맵을 보여주는 그래프;
도 3은 연료 분사를 제어하기 위한 절차를 보여주는 플로우차트; 및
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따라 연료 분사를 제어하기 위한 수순을 예시하는 플로우차트이다.

Claims (12)

  1. 내연기관용 연료분사제어장치에 있어서,
    상기 기관은 연료를 상기 기관의 실린더 내에 분사하기 위한 제1연료분사밸브 및 상기 실린더에 연결된 흡기통로 내에 연료를 분사하기 위한 제2연료분사밸브를 구비하며,
    상기 기관의 운전상태에 대응하는 연료분사모드로 상기 연료분사밸브들을 제어하는 제어수단;
    상기 실린더 내의 연소 상태를 검출하는 검출수단; 및
    적어도 연료가 상기 제1연료분사밸브로부터 분사되는 소정의 운전영역에 기관운전상태가 있는 동안에 상기 검출수단에 의하여 연소 상태의 악화가 검출되는 경우, 상기 실린더에 공급되는 전체 연료량에 대한 상기 제1연료분사밸브로부터 분사되는 연료량의 비율이 감소되도록 상기 연료분사모드를 전환시키는 전환수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료분사제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기관운전상태가 소정의 운전영역에 있는 경우, 연료는 상기 제1연료분사밸브 및 상기 제2연료분사밸브 양자 모두로부터 분사되고, 상기 검출수단에 의해 연소 상태의 악화가 검출되면, 상기 전환수단은 상기 제1연료분사밸브로부터 분사되는 연료량의 비율을 감소시키면서, 상기 제2연료분사밸브로부터 분사되는 연료량의 비율을 증가시키는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료분사제어장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기관운전상태가 소정의 운전영역에 있는 경우, 연료는 단지 상기 제1연료분사밸브로부터만 분사되고, 상기 검출수단에 의해 연소 상태의 악화가 검출되면, 상기 전환수단은 상기 제1연료분사밸브로부터 분사되는 연료량의 비율을 감소시키면서, 상기 제2연료분사밸브가 연료를 분사시키는 것을 시작하도록 하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료분사제어장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1연료분사밸브에 공급되는 연료의 압력이 저하되면, 상기 전환수단은 연소 상태의 검출을 토대로 연료분사모드를 전환시키는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료분사제어장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어수단은, 상기 기관운전상태가 공전영역에 있는 경우에 상기 제1연료분사밸브에 공급되는 연료의 압력을 저하시키는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료분사제어장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제어수단은, 상기 기관운전상태가 저회전속도 및 저부하영역에 있는 경우에 상기 제1연료분사밸브에 공급되는 연료의 압력을 저하시키는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료분사제어장치.
  7. 제4항에 있어서,
    연료를 가압하고 연료를 상기 제1연료분사밸브에 공급하는 시스템에서 발생되는 소음을 검출하기 위한 소음센서를 포함하고, 검출된 소음의 레벨이 소정의 기준값보다 높은 경우, 상기 제어수단은 상기 소음의 레벨이 상기 기준값보다 낮거나 같게 될 때까지, 상기 제1연료분사밸브에 공급되는 연료의 압력을 저하시키는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료분사제어장치.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실린더 내의 연소 속도가 저하되면, 상기 전환수단은 상기 연소 상태의 검출을 토대로 상기 연료분사모드를 전환시키는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료분사제어장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어수단은, 상기 기관운전상태가 고회전속도 및 고부하영역에 있는 경우에 상기 실린더 내의 연소 속도를 저하시키는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료분사제어장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 실린더 내의 연료의 연소 소음을 검출하기 위한 연소소음센서를 포함하고, 검출된 연소 소음의 레벨이 소정의 기준값보다 높으면, 상기 제어수단은 상기 연소 소음의 레벨이 상기 기준값보다 낮거나 같게 될 때까지, 상기 제1연료분사밸브에 공급되는 연료의 압력을 저하시키는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료분사제어장치.
  11. 제4항에 있어서,
    상기 실린더 내의 연소 속도가 저하되면, 상기 전환수단은 연소 상태의 검출을 토대로 상기 연료분사모드를 전환시키는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료분사제어장치.
  12. 내연기관용 연료분사제어방법에 있어서,
    상기 기관은 연료를 상기 기관의 실린더 내에 분사하기 위한 제1연료분사밸브 및 상기 실린더에 연결된 흡기통로 내에 연료를 분사하기 위한 제2연료분사밸브를 구비하며,
    상기 기관의 운전상태에 대응하는 연료분사모드로 상기 연료분사밸브들을 제어하는 단계;
    상기 실린더 내의 연소 상태를 검출하는 단계; 및
    적어도 연료가 상기 제1연료분사밸브로부터 분사되는 소정의 운전영역에 기관운전상태가 있는 동안에 연소 상태의 악화가 검출되는 경우, 상기 실린더에 공급되는 전체 연료량에 대한 상기 제1연료분사밸브로부터 분사되는 연료량의 비율을 감소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료분사제어방법.
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