KR20080041216A

KR20080041216A - 액체 펌프 제어 시스템

Info

Publication number: KR20080041216A
Application number: KR1020087004273A
Authority: KR
Inventors: 에릭 그랜트; 라이언 맥클리어리; 론 베하르; 데이비드 힐; 스콧 맥클리어리; 사우린 메타
Original assignee: 이너지 오토모티브 시스템즈 리서치 (소시에떼 아노님)
Priority date: 2005-08-22
Filing date: 2006-08-21
Publication date: 2008-05-09
Also published as: EP1757793A1; EP1920148A1; US20090187327A1; EP1920148B1; WO2007023142A1; CN101243251A; JP2009504991A

Abstract

연료 또는 첨가제 펌프 제어 시스템은, 통신 수단 (13) 을 통해 엔진 제어 유닛 (ECU (1)) 과 통신하는 연료 또는 첨가제 시스템 제어 유닛 (FSCU (6)) 을 포함한다. FSCU 는 소망하는 연료 또는 첨가제 압력을 계산하기 위해 ECU 로부터의 데이터를 이용하는 수단, 소망하는 연료 또는 첨가제 압력 (9) 을 실제 연료 또는 첨가제 압력과 비교하는 수단 (10), 및 연료 또는 첨가제 펌프 제어 신호를 생성하는 수단을 포함한다.

ECU, FSCU, 펌프 제어 시스템

Description

액체 펌프 제어 시스템{LIQUID PUMP CONTROL SYSTEM}

본 출원은 여기서 참조로서 포함되고, 2005 년 12 월 16 일에 출원된 미국 가특허 출원 제 60/751343 호에 대해 우선권을 주장한다.

본 발명은 액체 펌프 제어 시스템에 관한 것이다.

현재의 연료 시스템은 엔진에 일정한 연료 압력을 제공하기 위해 기계적인 압력 조절기를 이용하여, 차량이 운행중에 최대 출력에서 연료 펌프를 동작시킨다. 연료 펌프를 최대 전력에서 동작시키는 것은 차량의 전기 시스템상의 드로잉을 증가시키는 만큼 낭비적이고, 그 결과, 더 낮은 연료 경제성을 유발한다. 또한, 현재의 전달 연료 압력이 일정하기 때문에, 모든 엔진 조건에서 최상의 성능을 제공하기 위해 더 큰 주입기가 엔진에 요구된다. 현재 이용된 기계적 압력 조절기 또한 시스템에 추가 비용을 부가한다.

"가변 압력 회송된 연료 레일 연료 펌프 제어 시스템 (variable pressure deadheaded fuel rail fuel pump control system)" 이 미국 특허 제 5,355,859 호로부터 공지된다. 이 시스템은 연료 펌프로의 전력을 변화함으로써 가변 압력 시스템을 특정한다. 인가되는 전력량은, 소망하는 연료 레일 압력을 결정하고 획득하기 위해 스로틀 (throttle) 위치, 매니폴드 절대 압력, 엔진 속력, 및 연료 레일 압력을 취하는 ECU (엔진 제어 유닛) 에 의해 지배된다.

이러한 중앙 제어는 필요한 배선 수를 증가시키고, ECU 의 프로세싱 능력을 오버로드하여 신뢰성을 저하시킨다.

본 발명은 연료 시스템의 제어를, 완전히 상이한 제어 유닛, 즉, FSCU (연료 시스템 제어 유닛) 로 분리하는 것이 목적이다.

또한, 연료 펌프에 대한 유한 가변 (예를 들어, 2 또는 3 의 속력) 속력 제어 시스템을 갖는 다른 시스템이 공지된다. 이 다른 시스템은 연료 펌프의 전력 드로잉을 감소시키고 압력 조절기에 대한 필요를 제거하는 것을 목적으로 하지만, 전용 제어 유닛으로 펌프의 전력 출력을 지속적으로 지배하지는 않는다.

출원인의 발명은 펌프 출력의 지속적으로 변하는 제어를 취급하고 연료 펌프가 생성할 수 있는 임의의 연료 압력을 타겟팅할 수 있다.

ECU 로부터 연료 시스템의 제어를 세그멘팅하고, ECU 상의 로드를 감소시킴으로써 신뢰성이 증가된다.

기계적 조절기에 대한 필요를 제거하고, 레일 압력 타겟팅 계산과 펌프 제어를, 온-보드-진단 (OBD; on-board-diagnostics) 및 벤팅 (venting) 기능성을 수행할 동일한 유닛으로 결합함으로써 비용이 감소된다.

통합의 용이함은 거의 드롭-인 (drop-in) 타입의 시스템으로 개선된다.

이 시스템의 모듈성 및 융통성은 차량의 ECU 로부터 분리되고 특정 로드 센서가 이용가능하다. 이것은, 본 발명의 시스템이 다수의 플랫폼 및 OEM (original equipment manufacturer) 들을 통해 다수의 상이한 차량으로 거의 턴키 방식 (turnkey) 으로 통합되게 한다.

배출 가스에 함유된 NO_X 의 선택적 촉매 저감법 (SCR; Selective Catalytic Reduction) 을 위해 엔진의 배출 가스에 주입되도록 의도되는 첨가제를 첨가하는 경우, 배출 가스로의 그 미터링 (metering) 이 일반적으로 제어기 뿐만 아니라 펌프를 이용하기 때문에, 유사한 문제가 고려될 수도 있다. 이러한 첨가제는, 예를 들어, (통상적으로 수용액인) 요소 (urea) 와 같은 암모니아 전구체일 수도 있다. 이러한 제어를 ECU 로부터 언커플링하는 것은 또한 차량 기능에 융통성 및 신뢰성을 부가한다. 펌프 속력을 요구된 압력에 적응하게 하는 것은 시스템의 경제성을 증가시킨다.

따라서, 본 발명은 연료 또는 첨가제 시스템 제어 유닛 (FSCU) 에 통합되고, 통신 수단을 통해 엔진 제어 유닛 (ECU) 과 통신하는 연료 또는 첨가제 펌프 제어 시스템에 관한 것이며, FSCU 는 소망하는 연료 또는 첨가제 압력을 계산하기 위해 ECU 로부터의 데이터를 이용하는 수단, 소망하는 연료 또는 첨가제 압력을 실제 연료 또는 첨가제 압력과 비교하는 수단, 및 연료 또는 첨가제 펌프 제어 신호를 생성하는 수단을 포함한다.

본 발명에 따르면, 연료 또는 첨가제 펌프 제어 시스템은 연료 또는 첨가제 시스템 제어 유닛 (FSCU) 에 통합된다. FSCU 는 연료 또는 첨가제 시스템의 동작 조건 및 기능 파라미터를 관리할 수 있다.

FSCU 는 통상적으로,

· 연료 시스템의 기능을 제어하기 위한 수단을 갖고,

· 적어도 하나의 연료 및 첨가제 시스템 컴포넌트에 신호를 전송하거나 그 컴포넌트로부터 신호를 수신하기 위해 상기 적어도 하나의 연료 및 첨가제 시스템 컴포넌트에 접속되고,

· FSCU 및/또는 ECU 에 신호를 전송하는 적어도 하나의 센서에 접속되고,

· ECU 와 전기적으로 및 양방향으로 통신하도록 구성된다.

FSCU 는 ECU 로부터 연료 및 첨가제 시스템의 제어를 인계받은, ECU 와는 상이한 독립형 제어기이며, 즉, ECU 는 더 이상 연료 시스템을 직접 제어하지 않는다. 또한, FSCU 는 임의의 연료 시스템 실패를 ECU 에 표시하기 위해 ECU 와 통신한다.

일반적으로, 연료 시스템은, 연료 탱크, 및 다른 컴포넌트들 중에서, (연료 탱크로부터 연료를 드로잉하고, 연료 탱크 벽의 개구부를 통해 연료 탱크로부터의 연료를 배출하는) 연료 펌프, (연료 탱크로 도입되거나 연료 탱크로부터 배출되는 임의의 공기 또는 연료 증기가 이동하는) 연료 증기 여과기, (연료 증기 여과기와 연통하는) 하나 또는 다수의 증기 또는 롤 오버 밸브, 또는 임의의 다른 연료 시스템 컴포넌트를 통합한다. 일반적으로, 첨가제 시스템은 또한 펌프를 포함하고, 여과기 뿐만 아니라 하나 이상의 벤팅 밸브를 포함할 수도 있다.

FSCU 는, 엔진의 정규 동작 조건 및 과도적 동작 조건 동안 이러한 모든 컴포넌트들의 동작을 제어하고, 동작 파라미터에 대한 데이터를 수신하고, 컴포넌트가 기능하게 하는 정보를 전송한다. 종전에는 이러한 제어가 일반적으로 ECU 또는 컴포넌트 전용 전자 제어기 (예를 들어, 연료 펌프 관리를 위한 특정 제어기가 존재함) 에 의해 행해졌다. 연료 시스템을 제어하는 부담이 FSCU 로 스위칭된다. 본 발명에 따르면, 연료 및 첨가제 모두의 주입을 제어하는 오직 하나의 FSCU 가 존재할 수도 있음을 이해해야 한다. 다른 방법으로, 연료에 대한 특정한 FSCU 및 첨가제에 대한 개별 제어기 (또는 ASCU) 가 존재한다. 마지막으로, 본 발명은, 본 발명에 따른 제어기를 갖춘 연료 시스템 및 첨가제 시스템 중 하나에만 관련된다. 단순화를 유지하기 위해, 명세서의 나머지는 연료 양태에만 관련될 것이지만, 또한 첨가제 시스템을 (적용가능하고) 커버링함을 이해해야 한다.

바람직하게는, FSCU 는 연료 시스템에 통합된 센서에 전자 접속된다. 연료 시스템 센서들로는, 일반적으로 연료 레벨 센서, 온도 센서, 압력 센서, 탄화수소 증기 센서, 하나 또는 다수의 온-보드-진단 (OBD) 센서가 존재한다. 다른 타입의 센서가 이 리스트의 일부일 수 있다. 이들 센서들은, 센서가 FSCU 에 데이터를 송신하는 적절한 전기 배선에 의해 FSCU 에 접속된다.

FSCU 는 ECU 를 포함하는 복수의 차량 제어 시스템으로부터 한정된 수의 배선을 통해 정보를 수신할 수도 있고, 그 시스템에 정보를 전송할 수도 있다. FSCU 와 ECU 사이에서 교환되는 정보는, 예를 들어, (연료 레벨 센서로부터 리턴되는) 연료 탱크의 연료량, (얼마나 많은 연료가 주입되어야 하는지를 나타내는) 주입기 펄스폭, 여과기에 대한 퍼지 조건이 충족되는지 여부를 나타내는 신호 등을 포함한다.

또한, FSCU 는, 예를 들어, 시스템의 압력 손실 또는 액체 연료 누설에 의해 표시될 수도 있는 기상 벤팅 (vapour venting) 제어 시스템에서의 실패 또는 임의의 연료 시스템 컴포넌트 실패가 존재하는지 여부를 결정하는데 사용되는 OBD 센서로부터 신호를 수신할 수도 있다. 이들 실제 조건들은 연료 시스템으로부터 액체 연료 또는 탄화수소 증기의 배출을 유발할 수도 있다. 또한, OBD 센서는 연료 탱크의 진공 조건을 나타낼 수도 있다.

본 발명에 따라, FSCU 는 연료 펌프 제어기를 통합한다.

본 발명의 특정 실시형태에서, FSCU 는, 소망하는 연료 압력과 실제 연료 압력 사이의 차이를 연산하며, 이전의 연산으로부터의 정보와 함께 이 차이를 이용하여, 연료 펌프 제어 신호를 변경하기 위해 비례-미분-적분 (PID; proportional-derivative-integral) 파라미터를 계산하는 소프트웨어 기반 PID 변형 알고리즘을 갖는 제어기를 포함한다. 이 신호는 연료 펌프에 제공되는 전력을 제어한다. PID 알고리즘은 에러의 비례, 에러의 적분 (시간에 걸친 총 에러) 및 에러의 미분 (에러의 변화율) 을 취하고, 이들을 결합하여 에러를 제거하기 위해 출력값을 변형한다.

소망하는 연료 압력을 계산하는데 사용되는 데이터는 일반적으로 스로틀 위치, 엔진 로드, 엔진 냉각액 온도, 공기 충전 온도 및 차량 통신 버스 상의 임의의 기타 가용 신호를 포함한다. 스로틀 위치 및 엔진 로드의 입력은 사용되는 센서에 무관하게 추출되어, OEM 이 선택한 네트워크 버스를 통해 전송될 수도 있다. 그 후, 엔진 동작에서의 임의의 조절이 행해지도록 타겟 연료 압력 및 현재 연료 압력이 ECU 에 역전송될 것이다.

더 상세하게는, 제어기는 연료 펌프에 전력 전기 신호를 생성하기 위해 상기 펌프 제어 신호에 응답하는 전력 구동 수단을 구비한다.

본 발명의 일 실시형태에서, FSCU 는, 연료 주입기로의 연료 전달을 위해 ECU 로부터의 임의의 요청에 따라 생성되는 펄스폭 변조 전류를 이용하여 연료 펌프로의 전기 전력 인가를 제어한다. 그에 따라, 연료 펌프 출력 압력의 표시를 FSCU 에 제공하기 위해 연료 펌프 출구와 연통하는 적어도 하나의 아날로그 압력 센서가 존재한다.

또한, FSCU 는 연료 펌프를 제어하는 기능성 외에 다른 제어 기능성을 포함할 수도 있다.

제어 기능성은 온-보드 진단 및 벤팅을 포함할 수도 있다.

또한, FSCU 는 연료 시스템의 증기 관리를 제어할 수도 있다. 전술한 바와 같이, 연료 증기 여과기의 퍼지 (purge) 는 FSCU 의 제어하에 있을 수도 있다. 이 제어는, 그 여과기와 엔진 공기 흡입 시스템 사이의 연통을 허용하는 퍼지 제어 밸브 (예를 들어, 솔레노이드 엑추에이터로 구체화되는 쓰리웨이 스위칭 밸브) 를 통해 처리될 수 있다. 엑추에이터는 여과기와 공기 흡입 시스템을 접속시키기 위한 소정의 엔진 동작 조건 하에서 퍼지 제어 밸브를 개방하여, 여과기를 통한 퍼지 가스 흐름을 생성한다.

본 발명의 또 다른 특정 실시형태에 따르면, FSCU 는, 연료 시스템의 기상 벤팅을 제어하고, 첨가제 도즈 시스템을 제어하고, 캡리스 필 헤드 (capless fill head) 를 제어하기 위해, 특히 연료 탱크의 연료 보급 이벤트의 표시를 제공하기 위한 중계기 (예를 들어, 솔레노이드 중계기) 를 더 구비한다.

또한, FSCU 는 바람직하게는 차량 CAN 버스를 통해 ECU 와 통신하는 것이 바람직하며, 이것은, 이 통신 매체가 전자 버그에 덜 민감하기 때문이다. 이 멀티플렉스 버스를 통해, ECU 는, 연료 펌프를 인에이블시키고, 가변 속력 연료 펌프가 제공되는 경우 연료 펌프의 출력 압력을 제어하고, 차량 사고시에 연료 펌프를 디스에이블시키고, 증기 여과기의 퍼지를 제어하고, 주위 온도를 나타내고, 엔진 온도를 나타내고, OBD 센서와 같은 하나 이상의 센서로부터 정보를 요청하기 위해, FSCU 에 메시지를 전송한다.

FSCU 는, 예를 들어, 5V 의 전압을 갖는 저전력 마이크로프로세서인 것이 바람직하다. 이 타입의 마이크로프로세서는 바람직하게 다음의 배치: 128 킬로바이트의 ROM, 4 킬로바이트의 휘발성 메모리 및 2 킬로바이트의 비휘발성 메모리를 가질 수도 있다.

도 1 은 본 발명의 주제를 도시하지만, 그 범주를 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다.

ECU (엔진 제어 유닛; 1) 또는 다른 유사 디바이스는 차량 스로틀 위치 (2), (MAP (Mass Air Pressure), MAF (Mass Air Flow), RPM (Revolutions Per Minute), 또는 다른 로드 표시자를 통한) 로드 (3), ECT (Engine Coolant Temperature; 4), ACT (Air Charge Temperature; 5) 에 관한 정보를 수집한다. 그 후, ECU 는 하드 와이어 또는 다중 통신 버스 (CAN, LIN, ...; 13) 를 통해 FSCU (연료 시스템 제어 유닛) 에 이 정보를 통신한다. FSCU 는 연료 압력 (7) 과 함께 이 정보를 수신한다. 연료 압력은 또한 ECU 에 의해 옵션적으로 측정될 수도 있고 OEM 요구사항에 따라 다른 언급된 신호와 통신한다. 그 후, FSCU 는 로드 및 스로틀 입력 (8) 에 기초하여 소망하는 연료 압력을 계산한다. 그 후, 이러한 소망하는 연료 압력은 입력의 변화 속력, 및 (로드에 의해 표시된) 차량 출발의 유한 시간 간격내의 ACT 와 ECT 사이의 관계에 기초하여 변경될 수도 있다. 그 후, 완결된 소망하는 연료 압력 (9) 은 PID 변형된 알고리즘 (10) 으로 패스된다. PID 알고리즘은 에러량인, 소망하는 연료 압력과 실제 연료 압력 사이의 차이를 발견한다. 그 후, 연료 펌프 (15) 의 속력을 변화시킴으로써 에러를 감소시킬 노력하에 연료 펌프 출력 (14) 을 변경하기 위해 이전의 루프 반복으로부터의 정보와 함께 이러한 에러를 이용하여, PID 함수를 재계산한다. 연료 펌프 출력은 PWM 가변 듀티 사이클 신호 또는 또 다른 전기 전력 제어 방법을 이용하여 변화한다. 그 후, 결과적인 연료 압력은 피드백 (11) 으로서 ECU 로 되전송된다. 이러한 프로세스의 반복 사이에서, FSCU 는 또한 OBD 및 벤팅을 포함하는 다른 기능성 (12) 을 제어한다.

Claims

연료 또는 첨가제 시스템 제어 유닛 (FSCU; 6) 에 통합되고, 통신 수단 (13) 을 통해 엔진 제어 유닛 (ECU; 1) 과 통신하는 연료 또는 첨가제 펌프 제어 시스템으로서,

상기 FSCU (6) 는,

소망하는 연료 또는 첨가제 압력을 계산하기 위해 상기 ECU 로부터의 데이터를 이용하는 수단 (8);

상기 소망하는 연료 또는 첨가제 압력 (9) 을 실제 연료 또는 첨가제 압력 (7) 과 비교하는 수단 (10); 및

연료 또는 첨가제 펌프 제어 신호를 생성하는 수단을 포함하는, 제어 시스템
제 1 항에 있어서,

상기 FSCU (6) 는 제어기 (10) 를 포함하고,

상기 제어기 (10) 는,

상기 소망하는 연료 또는 첨가제 압력 (9) 과 상기 실제 연료 또는 첨가제 압력 (7) 사이의 차이를 연산하며, 이전의 연산으로부터의 정보와 함께 상기 차이를 이용하여, 상기 연료 또는 첨가제 펌프 제어 신호를 변경하기 위해 비례-미분-적분 (PID; proportional-derivative-integral) 파라미터를 계산하는 소프트웨어 기반 PID 변경된 알고리즘을 갖는, 제어 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 소망하는 연료 또는 첨가제 압력 (9) 을 계산하는데 이용된 데이터는, 스로틀 위치 (2), 엔진 로드 (3), 엔진 냉각액 온도 (4), 공기 충전 온도 (5), 및 차량 통신 버스상에서 이용가능한 임의의 다른 신호 중 적어도 하나를 포함하는, 제어 시스템.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

연료 또는 첨가제 펌프 (15) 로의 전력 전기 신호를 생성하기 위해 상기 펌프 제어 신호에 응답하는 전력 구동 수단을 포함하는, 제어 시스템.
제 4 항에 있어서,

상기 전력 전기 신호는 펄스폭 변조 (PWM; pulse-width modulation) 가변 듀티 사이클 신호 또는 가변 전압 신호를 이용하여 변경되는, 제어 시스템.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 FSCU (6) 는 연료 또는 첨가제 펌프 제어의 기능성 이외에 다른 제어 기능성 (12) 을 포함하는, 제어 시스템.
제 6 항에 있어서,

상기 다른 제어 기능성 (12) 은 온-보드-진단 (OBD; on-board-diagnostics) 및 벤팅 (venting) 을 포함하는, 제어 시스템.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

연료 또는 첨가제 증기 여과기의 퍼징 (purging) 이 상기 FSCU (6) 의 제어하에 있는, 제어 시스템.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 FSCU (6) 는, 연료 시스템의 기상 벤팅 (vapour venting) 출을 제어하거나, 첨가제 도즈 시스템을 제어하거나, 또는 캡리스 필 헤드를 제어하기 위해, 연료 탱크의 연료 보급 이벤트의 표시를 제공하기 위한 릴레이들 (relays) 을 또한 포함하는, 제어 시스템.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 FSCU (6) 는 CAN 버스를 통해 상기 ECU 와 통신하는, 제어 시스템.