KR20060014187A - 엔진의 연료 분사량 및 분사시기 조정 시스템과 그 조정방법 - Google Patents

엔진의 연료 분사량 및 분사시기 조정 시스템과 그 조정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 크랭크축과 캠축을 연결하는 체인의 늘어짐에 따라 변형되는 체인 텐셔너를 구비한 차량 엔진의 연료 분사량 및 분사시기 조정 시스템과 그 조정방법에 관한 것이다. 본 차량 엔진의 분사량 및 분사시기 조정 시스템은, 상기 체인 텐셔너에 장착되어 변위량을 감지하는 갭 센서와, 상기 체인 텐셔너 변위량에 따른 타이밍 변경량 데이터 맵과, 밸브 타이밍 변화에 따른 연료 분사시기 및 연료량 데이터 맵이 저장되는 메모리와, 상기 타이밍 변경량 데이터 맵에 기초하여 상기 갭 센서에서 감지된 텐셔너 변위량에 대한 타이밍 변경량을 산출하고, 상기 산출된 타이밍 변경량과 상기 연료 분사시기 및 연료량 데이터 맵에 기초하여 인젝터의 연료 분사량 및 분사시기를 조정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 체인이 늘어지는 양을 감지하여 이를 밸브 타이밍 변경량으로 환산하여 인젝터의 연료 분사량 및 분사시기를 적절하게 조절할 수 있게 된다.
밸브 타이밍, 변위, 연료 분사량, 조정

Description

엔진의 연료 분사량 및 분사시기 조정 시스템과 그 조정방법{system for adjusting injecting quantity and injecting timing of fuel in engine and method therefor}
도 1은 본 발명에 따른 엔진의 연료 분사량 조정 시스템의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 체인 변위량에 따른 타이밍 변경량 데이터 맵,
도 3은 본 발명에 따른 체인 텐셔너의 구조도,
도 4는 밸브 타이밍의 변경으로 인한 리프트 변이 그래프,
도 5a 내지 도 5d는 밸프 개폐 타이밍에 관련된 요소와의 상관 그래프,
도 6은 본 발명에 따른 엔진의 연료 분사량 및 분사시기 조정 순서도,
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
1 : 체인 텐셔너 변위 감지센서 2 : ECU
3 : 메모리 4 : 인젝터
5 : 터보챠저 10 : 타이밍 변경량 데이터 맵
20 : 체인 텐셔너
본 발명은 엔진에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 크랭크축과 캠축을 연결하는 체인의 늘어짐으로 인한 밸브 타이밍 변위량에 대해 연료 분사량 및 분사시기를 조정하는 엔진의 연료 분사량 및 분사시기 조정 시스템과 그 조정 방법에 관한 것이다.
엔진의 일반적인 구조는 피스톤(Piston), 커넥팅 로드(Connecting rod), 캠(cam), 크랭크 축(Crank shaft)의 기구로 구성되어 있으며, 진 원통으로 된 실린더 안에서 피스톤의 기밀을 유지하면서 직선 왕복운동을 하여 그 왕복운동을 커넥팅 로드를 통해 크랭크 축의 회전운동으로 변환시킨다.
체인기구는 엔진의 크랭크축과 캠축을 연결하여 구동할 수 있도록 하는 장치로서 부시체인과 롤러체인을 주로 엔진에 많이 사용하고 있다. 체인 구동의 경우 엔진이 노화됨에 따라 부시나 롤러의 마모로 인해 유격이 커지고 이는 체인의 늘어짐 량으로 나타나 크랭크샤프트와 캠샤프트 위상각 연관 관계를 변경시키게 된다.
그런데, 종래에는 체인의 여러 가지 변형량과 체인관련 부품의 공차로 인해 설계자의 최초 의도 대비하여 체인 조립시 공차에 의한 오차 및 체인의 늘어짐에 의한 변형을 엔진작동에 반영할 수 없다. 이는 엔진이 운전되는 시간이 경과함에 따라 즉, 체인이 늘어짐에 따라 밸브 타이밍이 설계값 대비 변경되는 문제가 있다. 일반적으로 체인으로 구동되는 타이밍 시스템의 경우 조립공차와 늘어짐 량을 고려하여 설계값을 보정하는데 이는 운전초기와 엔진이 노화된 후에 성능 및 배기가스 성분에 미소한 변화를 일으키게 되어 추후에 강화되는 배기규제 대응시 문제가 될 수 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 체인이 늘어지는 양을 감지하여 이를 밸브 타이밍 변경량으로 환산하여 인젝터의 연료 분사량 및 분사시기를 적절하게 조절할 수 있는 엔진의 연료 분사량 및 분사시기 조정 시스템과 그 조정 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 크랭크축과 캠축을 연결하는 체인의 늘어짐에 따라 변형되는 체인 텐셔너를 구비한 차량 엔진의 연료 분사량 및 분사시기 조정 시스템에 있어서, 상기 체인 텐셔너에 장착되어 변위량을 감지하는 갭 센서와, 상기 체인 텐셔너 변위량에 따른 타이밍 변경량 데이터 맵과, 밸브 타이밍 변화에 따른 연료 분사시기 및 연료량 데이터 맵이 저장되는 메모리와, 상기 타이밍 변경량 데이터 맵에 기초하여 상기 갭 센서에서 감지된 텐셔너 변위량에 대한 타이밍 변경량을 산출하고, 상기 산출된 타이밍 변경량과 상기 연료 분사시기 및 연료량 데이터 맵에 기초하여 인젝터의 연료 분사량 및 분사시기를 조정하는 제어부를 포함하는 것에 의해 달성된다.
상기 연료 분사시기 및 연료량 데이터 맵은 과잉 에어율(excess air coefficient), 연비, 체적 효율(Volumetric Efficiency), 잔여 가스 압축도, 잔여 가스 함유량과 같은 차속 연비 관련 요소에 대한 밸브 타이밍 변경량에 기초하여 구성된 것이 바람직하다.
상기 제어부는 상기 조정된 밸브 타이밍에 따라 공기흡입양이 조절되도록 터보챠져 부스트값을 변경하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 다른 견지에 따르면, 상기 목적은, 크랭크축과 캠축을 연결하는 체인의 늘어짐에 따라 변형되는 체인 텐셔너를 구비한 차량 엔진의 연료 분사량 및 분사시기 조정 방법에 있어서, 상기 체인 텐셔너의 변위량을 감지하는 과정과; 미리 저장된 타이밍 변경량 데이터 맵에 기초하여 상기 감지한 체인 텐셔너 변위량을 타이밍 변경량으로 변환하는 과정과; 미리 저장된 상기 연료 분사시기 및 연료량 데이터 맵에 기초하여 상기 타이밍 변경량에 대해 연료 분사량 및 분사시기를 조정하는 과정을 포함하는 것에 의해서도 달성된다.
이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 엔진의 연료 분사량 조정 시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 체인 변위량에 따른 타이밍 변경량 데이터 맵이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 체인 텐셔너(미도시)에 장착되어 변위량을 감지하는 텐셔너 변위 감지센서인 갭 센서(1)와, 갭 센서(1)에서 감지된 변위에 대하여 체인 늘어짐량을 계산하고 계산된 값을 기준으로 도 2에 도시된 바와 같은 타이밍 변경량 데이터 맵(10)에 기초하여 타이밍 변경량을 감지하여, 타이밍 변경량에 대해 인젝터(4)의 연료 분사량 및 분사시기를 조정하고 공기흡입을 조절하는 터보챠저(5)의 부스트값을 조정하는 ECU(2)로 구성된다.
도 3은 본 발명에 따른 체인 텐셔너의 구조도이다. 체인 텐셔너(20)는 도 3에 도시된 바와 같이, 외주부(21)와 내부 피스톤, 고압실내 스프링 체크밸브(23) 등으로 구성된다. 본 발명에 따라 텐셔너 외주부(21)에 갭 센서(gap sensor)(1)를 장착하여, 기준위치에 대한 텐셔너의 변위량을 감지하여, 텐셔너 변위 기준값(K)에 대한 변위값(dk)을 측정한다.
ECU(2)는 체인 텐셔너(20)의 변위값을 이용하여 타이밍 변경량 데이터 맵(10)에서 밸브 타이밍 변경량을 산출한다.
도 4는 밸브 타이밍의 변경으로 인한 리프트 변이 그래프이다. 밸브 타이밍이 변경되면 도 4의 그래프에 도시된 바와 같이, 밸브의 열림시기와 닫힘 시기 및 최대 리프트 지점이 변경된다. 이에 대한 밸브 열림 및 닫힘 타이밍에 영향을 주는 성능요소와의 상관관계는 도 5a 내지 도 5d에 도시된 바와 같다.
도 5a 내지 도 5d는 밸프 개폐 타이밍에 관련된 요소와의 상관 그래프이다. 흡/배기 밸브 타이밍의 변경은 도 5a 내지 도 5d에서 알 수 있듯이 에어 과잉율(excess air coefficient), 연비(BSFC), 체적 효율(Volumetric Efficiency), 잔여 가스 압축율(Residual-Gas Compression), 잔여 가스 함유량(Residual-Gas Content)에 영향을 받는다.
따라서, 설계자는 성능개발과정에서 도 5a 내지 도 5d의 데이터를 기본으로 하여, 연료량 및 분사시기 보정시 취출되는 최적상태를 조사하여 연료 분사시기 및 연료량 데이터 맵을 미리 구성하여 ECU(2)내부의 메모리(미도시)에 저장하여 둔다. 그리고, ECU(2)가 연료량 조정시 이 연료 분사시기 및 연료량 데이터 맵의 값에 기 초하도록 한다. 여기서, 엔진마다 특성이 다르므로 연료 분사시기 및 연료량 데이터 맵의 일정한 값의 구체적인 제시는 생략한다.
밸브 타이밍이 지연되면, 미연소 연료의 배기 방출 연소로 인해 배기가스 온도가 증대되고 스모크가 많아지므로, 이를 보정하기 위해 연료량을 줄이고 분사시기를 당기는 조정이 필요하다.
따라서, ECU(2)는 텐셔너(20)의 변위값을 이용하여 밸브 타이밍 변경량을 산출하고, 밸브 타이밍 변경량과 상술한 연료 분사시기 및 연료량 데이터 맵에 기초하여 분사할 연료량 및 분사시기를 제어한다.
도 6은 본 발명에 따른 엔진 시스템의 연료량 및 분사시기 조정 순서도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, S1단계에서 ECU(2)는 에어 과잉율(excess air coefficient), 연비, 체적 효율(Volumetric Efficiency), 잔여 가스 압축율(Residual-Gas Compression), 잔여 가스 함유량(Residual-Gas Content)과 같은 차속 연비 관련 데이터를 해당 센서(미도시)를 통해 감지한다. S2단계에서 ECU(2)는 밸브 타이밍 변화에 따른 연료 분사시기 및 연료량 데이터 맵을 작성한다. S3단계에서 ECU(2)는 체인 텐셔너(20)에 장착된 갭 센서(1)에 의해 체인 텐셔너(20)의 변위량을 감지한다. S4단계에서 체인 텐셔너의 변위량이 있는 경우 S5단계에서 ECU(2)는 타이밍 변경량 데이터 맵(10)에 기초하여 체인 텐셔너(20)의 변경값에 따른 밸브 타이밍 변화량을 계산한다. S6단계에서 ECU(2)는 감지한 밸브 타이밍 변화량과 밸브 타이밍 변화에 따른 연료 분사시기 및 연료량 데이터 맵에 기초하여, 인젝터(4)를 제어하여 연료량 및 분사시기를 변경한다. 이와 동시에 터보 차져 부스 트 값을 변경한다.
이러한 구성에 의하여, 체인의 늘어짐에 의해 체인 텐셔너에서 변위가 발생하면 밸브 타이밍이 변경되므로, 체인 텐셔너의 변위량을 감지하여 밸브 타이밍 변화량을 계산하고, 연료 분사시기 및 연료량 맵에 기초하여 밸브 타이밍 변화량에 따라 연료량 및 분사시기를 변경함으로써, 적절한 연료량 및 분사시기로 인젝터를 제어할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 체인이 늘어지는 양을 감지하여 이를 밸브 타이밍 변경량으로 환산하여 인젝터의 연료 분사량 및 분사시기를 적절하게 조절할 수 있게 된다.

Claims (4)

  1. 크랭크축과 캠축을 연결하는 체인의 늘어짐에 따라 변형되는 체인 텐셔너를 구비한 차량 엔진의 연료 분사량 및 분사시기 조정 시스템에 있어서,
    상기 체인 텐셔너에 장착되어 변위량을 감지하는 갭 센서와,
    상기 체인 텐셔너 변위량에 따른 타이밍 변경량 데이터 맵과, 밸브 타이밍 변화에 따른 연료 분사시기 및 연료량 데이터 맵이 저장되는 메모리와,
    상기 타이밍 변경량 데이터 맵에 기초하여 상기 갭 센서에서 감지된 텐셔너 변위량에 대한 타이밍 변경량을 산출하고, 상기 산출된 타이밍 변경량과 상기 연료 분사시기 및 연료량 데이터 맵에 기초하여 인젝터의 연료 분사량 및 분사시기를 조정하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 엔진의 연료 분사량 및 분사시기 조정 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연료 분사시기 및 연료량 데이터 맵은 에어 과잉율(excess air coefficient), 연비, 체적 효율(Volumetric Efficiency), 잔여 가스 압축도, 잔여 가스 함유량과 같은 차속 연비 관련 요소에 대한 밸브 타이밍 변경량에 기초하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량 엔진의 연료 분사량 조정 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 조정된 밸브 타이밍에 따라 터보챠져 부스트값을 변경하는 것을 특징으로 하는 차량 엔진의 연료 분사량 및 분사시기 조정 시스템.
  4. 크랭크축과 캠축을 연결하는 체인의 늘어짐에 따라 변형되는 체인 텐셔너를 구비한 차량 엔진의 연료 분사량 및 분사시기 조정 방법에 있어서,
    상기 체인 텐셔너의 변위량을 감지하는 과정과;
    미리 저장된 타이밍 변경량 데이터 맵에 기초하여 상기 감지한 체인 텐셔너 변위량을 타이밍 변경량으로 변환하는 과정과;
    미리 저장된 상기 연료 분사시기 및 연료량 데이터 맵에 기초하여 상기 타이밍 변경량에 대해 연료 분사량 및 분사시기를 조정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 엔진 시스템의 연료 분사량 및 분사시기 조정 방법.
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