KR20070055276A - Feedback combustion control method using piezo injector - Google Patents
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Abstract
피에조 인젝터를 이용한 피드백 연소 제어방법이 개시된다. 개시된 피에조 인젝터를 이용한 피드백 연소 제어방법은, 엔진의 연소실 내의 압력변화는 피에조 인젝터의 노즐부 니들에 전달되고, 상기 피에조 인젝터의 피에조 엑츄에이터에 작용하여 전위차를 발생시키며, 상기 엔진의 ECU에서 상기 전위차를 감지하고, 상기 피에조 인젝터의 연료 분사시기에 대한 피드백 제어를 하는 것을 그 특징으로 한다. Disclosed is a feedback combustion control method using a piezo injector. In the feedback combustion control method using the disclosed piezo injector, the pressure change in the combustion chamber of the engine is transmitted to the nozzle portion needle of the piezo injector, and acts on the piezo actuator of the piezo injector to generate a potential difference, and the potential difference is generated by the ECU of the engine. It is characterized in that the feedback control for the fuel injection timing of the piezo injector.
본 발명에 따르면, 연료 분사시기에 대한 정확한 감지가 가능하여 엔진 연소 맵핑에 있어서 연료 분사시기의 정확한 피드백 제어를 구현할 수 있다. 따라서 최적의 연료 분사시기를 제어할 수 있다고, 피에조 엑츄에이터에 의한 연소 피드백 제어를 통하여 배출가스를 대폭적으로 저감시킬 수 있어 배기가스 규제에 대응할 수 있는 이점이 있다.According to the present invention, it is possible to accurately detect the fuel injection timing to implement accurate feedback control of the fuel injection timing in the engine combustion mapping. Therefore, it is possible to control the optimum fuel injection timing, it is possible to significantly reduce the exhaust gas through the combustion feedback control by the piezo actuator, there is an advantage that can respond to the exhaust gas regulation.
피에조 인젝터, 피드백 연소 제어, 연소실, ECU Piezo injector, feedback combustion control, combustion chamber, ECU
Description
도 1은 일반적인 피에조 인젝터의 구성을 나타내 보인 단면도.1 is a cross-sectional view showing the configuration of a general piezo injector.
도 2는 종래의 기술에 따른 피드백 연소 제어방법을 개략적으로 나타내 보인 제어 블록도.Figure 2 is a control block diagram schematically showing a feedback combustion control method according to the prior art.
도 3은 본 발명에 따른 피에조 인젝터를 이용한 피드백 연소 제어방법을 개략적으로 나타낸 블록 제어도.Figure 3 is a block control diagram schematically showing a feedback combustion control method using a piezo injector according to the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 제어방법에 적용된 피에조 인젝터의 단면도.4 is a cross-sectional view of a piezo injector applied to a control method according to the present invention.
도 5는 피에조 인젝터의 피에조 엑츄에이터의 특성을 나타내 보인 그래프.5 is a graph showing the characteristics of the piezo actuator of the piezo injector.
도 6 및 도 7은 연료 무분사 시 연소실 내의 압력과, 크랭크샤프트 각도에 대한 전위차를 각각 나타내 보인 그래프.6 and 7 are graphs showing the pressure difference in the combustion chamber and the potential difference with respect to the crankshaft angle when the fuel is not injected.
도 8 및 도 9는 연료 분사 시 연소실 내의 압력과, 크랭크샤프트 각도에 대한 전위차를 각각 나타내 보인 그래프.8 and 9 are graphs each showing a pressure difference in a combustion chamber and a potential difference with respect to the crankshaft angle during fuel injection.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
30. 피에조 인젝터30. Piezo Injector
31. 피에조 엑츄에이터31.Piezo Actuator
32. 노즐부32. Nozzle
33. 컨트롤 밸브33. Control valve
34. 고압 공급부34. High pressure supply
35. 커넥터35. Connector
40. ECU40. ECU
52. 연소실52. Combustion chamber
본 발명은 피에조 인젝터를 이용한 피드백 연소 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료 분사시기의 정확한 감지가 가능하게 하기 위한 피에조 인젝터를 이용한 피드백 연소 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a feedback combustion control method using a piezo injector, and more particularly, to a feedback combustion control method using a piezo injector for enabling accurate detection of fuel injection timing.
승용 차량의 디젤엔진용 차세대 연료 분사 시스템으로 적용되고 있는 피에조 인젝터가 채용된 커먼레일 시스템의 연소 제어는 오픈 루프(open loop) 방식으로 제어하고 있다.The combustion control of the common rail system employing a piezo injector, which is used as a next-generation fuel injection system for a diesel engine of a passenger vehicle, is controlled in an open loop manner.
도 1에 도시된 바와 같이, 피에조 인젝터(10)는 피에조 세라믹 소자의 압전효과를 이용한 것으로, 고압의 전위차에 의해 변형이 발생하여 피에조 인젝터(10)의 노즐부 니들(12)의 운동을 제어함으로서 연료를 분사한다.As shown in FIG. 1, the
즉, 엔진의 운전 조건에 따른 연료분사는 도 2에 도시된 바와 같이 엔진회전센서(22)의 신호에 의해 동기화 하여 ECU(21)에서 분사시기를 제어한다.That is, fuel injection according to the operating conditions of the engine is controlled by the
그리고 커먼레일 시스템의 피에조 인젝터(10)는 피에조 소자 타입의 엑츄에 이터(11)를 적용함으로서 응답성이 매우 높아져 디젤엔진의 성능 향상 및 배출가스 저감에 매우 중요한 역할을 할 수 있게 되었다.In addition, the
그러나, 이러한 기술 개발의 장점에도 불구하고 디젤엔진의 연소 제어, 특히 연료량 분사시기의 제어는, 상기 ECU(21)에서 엔진회전센서(22)의 신호를 이용하여 구현되는 오픈 루프 방식으로 실제 연소실(23) 내의 압력 조건에 따라 최적의 분사시기를 제어할 수 없다.However, despite the advantages of this technology development, the combustion control of the diesel engine, in particular, the control of fuel injection timing, is carried out using the actual combustion chamber (open loop method) implemented using the signal of the
그리고 이러한 분사시기 제어 방식은, 상기 엔진회전센서(22) 및 타겟 휠(target wheel)의 공차 등 하드웨어의 편차로 발생되는 오차를 피할 수 없게 된다. 이는 디젤 연소에 있어서 매우 중요한 연료 분사시기의 제어 정밀도가 낮아짐을 의미하여 향후 엄격해지는 배기가스 규제 대응하는데 한계가 있다.In addition, the injection timing control method is inevitable in the error caused by the deviation of the hardware, such as the tolerance of the
또한 엔진의 실린더 블록에 가속도 센서(G-sensor)를 설치하여 연소실(23) 내의 조건을 측정하여 연료량 분사시기를 클로즈 루프(closed loop) 피드백 제어가 가능하지만, 추가적인 센서의 설치에 따른 가격 상승과, 가속도 센서 신호의 부정확성으로 보다 정밀한 제어가 요구되고 있다.In addition, an acceleration sensor (G-sensor) is installed on the cylinder block of the engine to measure the condition in the
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 최적의 연료 분사시기에 대한 제어가 가능하고, 배기가스 규제에 대한 대응이 가능하도록 한 피에조 인젝터를 이용한 피드백 연소 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and provides a feedback combustion control method using a piezo injector capable of controlling the optimum fuel injection timing and enabling the response to the exhaust gas regulation. There is this.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 피에조 인젝터를 이용한 피드 백 연소 제어방법은, 엔진의 연소실 내의 압력변화는 피에조 인젝터의 노즐부 니들에 전달되고, 상기 피에조 인젝터의 피에조 엑츄에이터에 작용하여 전위차를 발생시키며, 상기 엔진의 ECU에서 상기 전위차를 감지하고, 상기 피에조 인젝터의 연료 분사시기에 대한 피드백 제어를 하는 것을 그 특징으로 한다.In the feedback combustion control method using the piezo injector of the present invention for achieving the above object, the pressure change in the combustion chamber of the engine is transmitted to the nozzle portion needle of the piezo injector, acting on the piezo actuator of the piezo injector to change the potential difference And detecting the potential difference in the ECU of the engine and performing feedback control on the fuel injection timing of the piezo injector.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3에는 본 발명에 따른 피에조 인젝터를 이용한 피드백 연소 제어방법의 구성을 개략적으로 나타낸 블록 제어도가 도시되어 있고, 도 4에는 본 발명에 따른 제어방법에 적용된 피에조 인젝터의 사시도가 도시되어 있다.3 is a block control diagram schematically showing a configuration of a feedback combustion control method using a piezo injector according to the present invention, and FIG. 4 is a perspective view of a piezo injector applied to the control method according to the present invention.
도면을 각각 참조하면, 본 발명에 따른 피에조 인젝터를 이용한 피드백 연소 제어방법은, 우선, 엔진의 연소실(52) 내의 압력변화는 피에조 인젝터(30)의 노즐부(32)의 니들에 전달된다. 그리고 상기 피에조 인젝터(30)의 피에조 엑츄에이터(31)에 작용하여 전위차를 발생시키며, 엔진의 ECU(40)에서 상기 전위차를 감지하게 되어 피에조 인젝터(30)의 연료 분사시기에 대한 피드백 제어를 한다.Referring to the drawings, the feedback combustion control method using the piezo injector according to the present invention, first, the pressure change in the
한편, 도 4에서 설명되지 않은 참조부호 33은 컨트롤 밸브, 34는 고압 공급부, 35는 커넥터를 각각 나타내 보인 것이다.Meanwhile,
그리고 도 5는 상기 피에조 인젝터(30)의 피에조 엑츄에이터(31)의 특성을 나타내 보인 그래프이다.5 is a graph showing the characteristics of the
이를 보다 구체적으로 설명한다.This will be described in more detail.
승용 차량용 디젤엔진의 차세대 연료분사 시스템인 피에조 인젝터(30)가 채 용된 커먼레일 시스템의 연료 분사시기의 클로즈 루프(closed loop) 피드백 제어에 관한 것으로, 피에조 엑츄에이터(31)의 전압-변위의 양방향 특성을 이용하여 연료 분사 후, 연소실(52)의 압력에 따른 피에조 인젝터(30)의 피에조 엑츄에이터(31)에 작용하는 힘에 의해 발생하는 피에조 소자의 전위차를 감지하여 연료 분사시기를 피드백 제어한다.A closed loop feedback control of the fuel injection timing of a common rail system employing a
한편, 엔진의 각 운전 조건에 따른 최적의 연소를 위해서는 연소실(52) 내의 조건을 ECU(40)로 피드백 하여 분사시기를 적절하게 가변 제어하는 방식이 요구된다.On the other hand, in order to optimize combustion according to each operating condition of the engine, a method of variably controlling the injection timing by feeding back the conditions in the
전술한 바와 같이 현재 엔진의 연소실 내로 연료 분사에 의해 폭발이 발생하고, 이에 대한 연소실 압력을 측정하여 엔진 ECU에서 제어하는 방식은 엔진 실린더 블록에 가속도 센서(G-센서)를 장착하여 진동 수준을 평가하는 방법이 일반적으로 사용되고 있다. 그러나 이러한 방법은 가속도 센서의 추가 장착에 따른 비용 증가 및 정확도에 있어서도 신뢰성이 높지 않다.As described above, the explosion is caused by the fuel injection into the combustion chamber of the current engine, and the method of measuring the combustion chamber pressure and controlling it in the engine ECU evaluates the vibration level by attaching an acceleration sensor (G-sensor) to the engine cylinder block. The method is generally used. However, this method is also not reliable in terms of the increased cost and accuracy of the additional mounting of the acceleration sensor.
최근 승용 차량용 디젤엔진의 연료 분사 시스템으로 커먼레일 방식이 전반적으로 적용되고 있으며, 연료 분사량, 분사시기의 정확도가 한층 발전된 피에조 인젝터가 개발되어 양산되고 있다.Recently, the common rail system has been generally applied as a fuel injection system for a diesel engine for a passenger vehicle, and a piezo injector having improved fuel injection amount and injection timing has been developed and mass produced.
도 4에 도시된 바와 같은 피에조 인젝터(30)가 적용된 커먼레일 시스템은 향후 강화된 배기규제 및 엔진 출력 성능 향상에 있어 차세대 연료분사 시스템으로 부상하고 있다.The common rail system to which the
상기 피에조 인젝터(30)는 그 소자에 있어서 고압의 전압에 의해 변위가 발 생하는 특성을 이용하여 노즐부(32)의 움직임을 제어하는 방식이다.The
따라서 본 발명에 따른 제어방법은, 도 3에 도시된 바와 같이, 피에조 엑츄에이터(31)의 전압-변위의 양방향 특성을 이용한 것으로, 연료 분사 후 연소실(52)의 압력에 따른 피에조 인젝터(30)의 피에조 엑츄에이터(31)에 작용하는 힘에 의해 발생하는 피에조 소자의 전위차를 감지하여 연료 분사시기를 피드백 제어한다.Therefore, the control method according to the present invention, as shown in Figure 3, using the bi-directional characteristics of the voltage-displacement of the
연료 분사 후, 압축 착화에 의한 연소 폭발에 따른 연소실(52) 내의 압력변화를 피에조 소자의 전압-변위의 양방향 특성에 따른 신호 처리 방법은 다음과 같다.After the fuel injection, the signal processing method according to the bidirectional characteristic of the voltage-displacement of the piezoelectric element in the pressure change in the
상기 피에조 인젝터(30)의 연료 무분사 시의 도 6 및 도 7에 도시된 그래프와 같이, 피스톤의 상하 운동에 의한 실린더 연소실(52) 내의 압력변화를 보이며, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 피에조 인젝터(30)에서 미립화되어 분사된 연료분사 시 착화 폭발을 하여 실린더 내에는 급격한 압력상승을 하게 된다.As shown in the graphs of FIGS. 6 and 7 at the time of no fuel injection of the
이러한 연소실(52) 내의 압력변화는 피에조 인젝터(30)의 노즐부(32)의 니들에 전달되어 피에조 인젝터(30) 내부의 피에조 엑츄에이터(31)에 힘으로 작용하여 전위차를 발생시키며, 상기 ECU(40)에서 이 전위차를 감지함으로서 피에조 인젝터(30)의 연료 분사시기에 대한 피드백 제어를 하게 된다.The pressure change in the
상기 피에조 인젝터(30)에 분사된 연료의 연소 폭발로 발생하는 압력변화에 대하여 피에조 소자에 작용하는 전압의 일정한 값의 기준값(Threshold) 및 전위 변화의 기울기를 ECU(40)에서 감지함으로서 연료 분사시기의 정확한 감지가 가능하다.When the fuel injection timing is detected by the
따라서 엔진 연소 맵핑(mapping)에 있어서 연료 분사시기의 정확한 피드백 제어를 구현한다. Therefore, accurate feedback control of fuel injection timing is realized in engine combustion mapping.
본 발명에 따르면, 디젤엔진의 연소제어에 있어 가솔린엔진과 마찬가지로, 피에조 엑츄에이터(32)에 의한 연소 피드백 제어를 통하여 배출가스의 대폭적인 저감과 함께 내구 후에도 신뢰성 있는 제어가 가능하다.According to the present invention, in the combustion control of a diesel engine, similarly to a gasoline engine, the combustion feedback control by the
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 피에조 인젝터를 이용한 피드백 연소 제어방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.As described above, the feedback combustion control method using the piezo injector according to the present invention has the following effects.
연료 분사시기에 대한 정확한 감지가 가능하여 엔진 연소 맵핑에 있어서 연료 분사시기의 정확한 피드백 제어를 구현할 수 있다. 따라서 최적의 연료 분사시기를 제어할 수 있다.Accurate sensing of fuel injection timing enables accurate feedback control of fuel injection timing in engine combustion mapping. Therefore, the optimum fuel injection timing can be controlled.
그리고 피에조 엑츄에이터에 의한 연소 피드백 제어를 통하여 배출가스를 대폭적으로 저감시킬 수 있어 배기가스 규제에 대응할 수 있다.In addition, through the combustion feedback control by the piezo actuator, it is possible to significantly reduce the exhaust gas to cope with the exhaust gas regulation.
가속도 센서와 같은 센서를 설치할 필요가 없어 가격 상승을 초래하지 않으며, 정밀한 제어가 가능하다.There is no need to install a sensor such as an acceleration sensor, which does not cause a price increase and enables precise control.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent embodiments are possible. Therefore, the true scope of protection of the present invention should be defined only by the appended claims.
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