KR20090079925A

KR20090079925A - 파일럿 분사 제어 방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR20090079925A
Application number: KR1020097009507A
Authority: KR
Inventors: 오사무 모리; 가주히코 호시노
Original assignee: 봇슈 가부시키가이샤
Priority date: 2006-11-11
Filing date: 2007-11-06
Publication date: 2009-07-22
Also published as: WO2008059730A1; EP2083160B1; EP2083160A1; US20100139614A1; CN101535621A; CN101535621B; JP2008121546A; EP2083160A4; JP4538442B2; US8448625B2

Abstract

본 발명은 엔진의 과도 응답시에 있어서의 파일럿 분사의 단수 변화를 회피하고, 운전 필링, 주행 필링의 향상을 도모한다.

파일럿 분사를 시작할 때, 그 바로 최근에 있어서의 연료 분사량(Q)이 상한치(Qmax)를 넘고 있는지의 여부가 판정되고(S100), 상한치(Qmax)를 넘고 있다고 판정된 경우에는 파일럿 분사 단수가 소정치에 고정되는(S102) 한편, 연료 분사량(Q)이 상한치(Qmax)를 넘지 않는다고 판정된 경우에는 연료 분사량(Q)이 하한치(Qmin)를 하회하고 있는지의 여부가 판정되고(S104), 연료 분사량(Q)이 하한치(Qmin)를 하회하고 있다고 판정된 경우에는 파일럿 분사 단수의 고정 제어가 해제되고, 맵에 기초하여 파일럿 분사 단수가 결정되는 맵 제어가 개시되도록 되어 있다(S106).

엔진, 과도 응답, 파일럿 분사, 연료 분사량, 파일럿 분사 단수

Description

파일럿 분사 제어 방법 및 그 장치{Pilot jet control method and device therefor}

본 발명은 디젤 내연 기관의 파일럿 분사 제어에 관한 것으로, 특히, 엔진 회전수의 과도 응답시에 있어서의 토크 변동의 억제 등을 도모한 것에 관한 것이다.

종래, 디젤 내연 기관에 있어서, 연소를 온화하게 하고, 연소시의 엔진 진동의 저감을 도모하기 위해서, 파일럿 분사를 다단으로 행하는 것은 잘 알려져 있는 기술이다. 또한, 이러한 파일럿 다단 분사는 저온시에 있어서의 실화(失火) 방지나, 연비 개선에도 유효하여 널리 사용되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 등 참조).

그런데, 통상, 파일럿 다단 분사 제어는 연료 분사량과 엔진 회전수를 파라미터로 하여 파일럿 분사의 단수(段數)를 결정하기 위해서 맵을 외기온 등의 외부 환경에 따라서 복수 준비해 두고, 파일럿 분사시의 외부 환경에 따라서 어느 하나의 맵을 선택하는 동시에, 그 때의 연료 분사량과 엔진 회전수로부터 파일럿 다단 분사의 단수를 결정하고, 파일럿 분사를 하는 방법이 있다.

그러나, 이러한 소위 맵 제어에 있어서는 예를 들면, 액셀이 급격하게 밟혔 을 때 등에 발생하는 엔진 회전수의 과도 응답시에 있어서 파일럿 분사의 단수가 변화하면, 엔진 진동이나 토크 변동이 발생한다는 결점이 있다. 이러한 결점은 종래부터 알려져 있는 점이기는 하지만, 오로지 연소시의 엔진 진동의 저감이나, 저온시에 있어서의 실화 방지 등에 중점을 둔 파일럿 다단 분사 제어 기술이 많고, 상술한 결점을 충분히 고려한 파일럿 다단 분사 제어 기술이 소망되고 있다.

특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 제2003-269229호

발명이 해결하고자 하는 과제

본 발명은 상기 실상을 감안하여 이루어진 것으로, 엔진의 과도 응답시에 있어서의 파일럿 분사의 단수 변화를 회피하고, 운전 필링, 주행 필링의 향상을 더욱 도모할 수 있는 파일럿 분사 제어 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명의 제 1 형태에 따르면, 연료 분사 밸브에 의한 연료의 메인 분사에 앞서서 행하여지는 파일럿 분사의 실행을 제어하는 파일럿 분사 제어 방법으로서, 연료 분사량이 소정의 상한치를 넘은 경우에는 미리 정해진 단수로 파일럿 다단 분사를 하는 한편, 연료 분사량이 소정의 하한치를 하회하는 경우에는 엔진 회전수와 연료 분사량으로부터 파일럿 분사의 단수를 정하는 소정의 맵에 의해서 구해지는 단수로 파일럿 다단 분사를 행하도록 구성되어 이루어지는 파일럿 분사 제어 방법이 제공된다.

본 발명의 제 2 형태에 따르면, 복수의 연료 분사 밸브를 갖는 동시에, 상기 연료 분사 밸브의 동작을 제어하는 전자 제어 유닛을 갖고, 상기 연료 분사 밸브에 의한 연료의 메인 분사 및 파일럿 분사를 가능하게 구성되어 이루어지는 연료 분사 제어 장치로서,

상기 전자 제어 유닛은,

외부로부터 엔진 회전수와 엔진 냉각수의 수온이 입력되는 한편,

상기 연료 분사 밸브에 의한 파일럿 분사시에, 그 직전까지의 연료 분사량이 소정의 상한치를 넘고 있는지의 여부를 판정하고, 연료 분사량이 소정의 상한치를 넘고 있다고 판정된 경우에는 미리 정해진 단수로 파일럿 다단 분사를 하는 한편, 연료 분사량이 소정의 상한치를 넘지 않는다고 판정된 경우에는 연료 분사량이 소정의 하한치를 하회하는지 여부를 판정하고, 연료 분사량이 소정의 하한치를 하회한다고 판정된 경우에는 엔진 회전수와 연료 분사량으로부터 파일럿 분사의 단수를 정하는 미리 기억된 소정의 맵에 의해서 파일럿 분사의 단수를 결정하고, 상기 결정된 단수로 파일럿 다단 분사를 행하도록 구성되어 이루어지는 연료 분사 제어 장치가 제공된다.

발명의 효과

본 발명에 의하면, 엔진 회전수가 과도적으로 변화한 경우에, 파일럿 분사의 단수의 전환이 발생하기 쉬운 영역에서의 파일럿 분사의 단수의 전환을 회피할 수 있기 때문에, 부주의한 파일럿 분사 단수의 전환에 기인하는 엔진의 진동 발생이나 토크 변동을 억압할 수 있고, 운전 필링의 향상을 도모할 수 있는 효과를 나타내는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 있어서의 연료 분사 제어 장치의 구성예를 도시하는 구성도.

도 2는 도 1에 도시된 연료 분사 제어 장치에 있어서의 전자 유닛에 의해서 실행되는 파일럿 분사 제어 처리의 순서를 나타내는 서브루틴 플로차트.

도 3은 엔진 회전수와 연료 분사량으로부터 파일럿 분사 단수를 결정하는 맵의 일례를 설명하는 설명도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1: 디젤 엔진 2-1 내지 2-n: 연료 분사 밸브

3: 코몬 레일 4: 고압 펌프

5: 피드 펌프 6: 연료 탱크

11: 전자 제어 유닛

이하, 본 발명의 실시 형태에 관해서, 도 1 내지 도 3을 참조하면서 설명한다.

또, 이하에 설명하는 부재, 배치 등은 본 발명을 한정하지 않으며, 본 발명의 취지의 범위 내에서 다양하게 개변할 수 있다.

먼저, 본 발명의 실시 형태에 있어서의 파일럿 분사 제어 방법이 적용되는 연료 분사 제어 장치의 구성예에 관해서, 도 1을 참조하면서 설명한다.

본 발명의 실시 형태에 있어서의 연료 분사 제어 장치는 특히, 코몬 레일식 연료 분사 제어 장치가 구성된 것이다.

이 코몬 레일식 연료 분사 제어 장치는 디젤 엔진(1)의 기통으로 연료를 분사 공급하는 복수의 연료 분사 밸브(2-1 내지 2-n)와, 연료 분사 밸브(2-1 내지 2-n)로 공급하는 고압 연료를 축적하는 코몬 레일(3)과, 코몬 레일(3)로 고압 연료를 압송하는 고압 펌프(4)와, 연료 탱크(6)로부터 고압 펌프(4)로 연료를 공급하는 피드 펌프(5)와, 후술하는 파일럿 분사 제어 등을 실행하는 전자제어 유닛(11)으로 대별되어 구성된 것으로 되어 있다. 이러한 구성 자체는 종래부터 잘 알려져 있는 이러한 종류의 연료 분사 제어 장치의 기본적인 구성과 동일한 것이다.

이러한 구성에 있어서, 연료 탱크(6)의 연료는 피드 펌프(5)에서 고압 펌프(4)로 퍼 올려지고, 퍼 올려진 연료는 고압 펌프(4)에 의해서 코몬 레일(3)로 고압 연료로서 압송되도록 되어 있다. 또, 도시는 생략하고 있지만 코몬 레일(3)의 잉여 연료는 연료 탱크(6)로 되돌려지도록 배관이 설치되어 있다.

연료 분사 밸브(2-1 내지 2-n)는 디젤 엔진(1)의 기통마다 설치되어 있고, 각각 코몬 레일(3)로부터 고압 연료의 공급을 받아, 전자 제어 유닛(11)에 의한 분사 제어에 의해서, 파일럿 분사나 메인 분사를 하도록 되어 있다.

전자 제어 유닛(11)은 예를 들면, 공지·주지의 구성을 갖고 이루어지는 마이크로 컴퓨터(도시하지 않음)를 중심으로, RAM이나 ROM 등의 기억 소자(도시하지 않음)를 갖는 동시에, 연료 분사 밸브(2-1 내지 2-n)를 구동하기 위한 구동회로(도시하지 않음)를 주된 구성 요소로서 구성된 것으로 되어 있다.

이러한 전자 제어 유닛(11)에는 엔진 회전수를 검출하는 회전 센서(12), 액 셀 개방도를 검출하는 액셀 개방도 센서(13), 외기온도를 검출하는 외기온 센서(14), 디젤 엔진(1)의 냉각수의 온도를 검출하는 수온 센서(15) 등의 각종 센서의 검출 신호가, 엔진 동작 제어나 분사 제어에 제공하기 위해서 입력되도록 되어 있다.

도 2에는 이러한 전자제어 유닛(11)에 의해서 실행되는 파일럿 분사 제어 처리의 순서를 나타내는 서브루틴 플로차트가 도시되어 있고, 이하, 동도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 있어서의 파일럿 분사 제어 처리에 관해서 설명한다.

최초에, 본 발명의 실시 형태에 있어서의 파일럿 분사 제어 처리의 개략을 기술하면, 이 파일럿 분사 제어는 파일럿 분사의 단수를 소정치에 고정하는 제어와, 미리 설정, 기억되어 있는 맵을 사용하여 엔진 회전수와 연료 분사량으로부터 파일럿 분사의 단수를 결정하는 말하자면 맵 제어를 소정의 조건에 따라서 구별지어 사용하도록 하고, 파일럿 다단 분사를 행하도록 한 것이다.

이하, 도 2를 참조하면서, 구체적으로 설명한다.

우선, 전자제어 유닛(11)에 의한 처리가 개시되면 파일럿 분사를 할 때, 그 직전까지의 연료 분사량(Q)이 미리 정해진 상한치(Qmax)를 넘고 있는지의 여부가 판정된다(도 2의 스텝 S100 참조). 또, 도 2에 있어서는 이 처리를 편의적으로, 「분사량 상한 체크」라고 표기하고 있다.

전자 제어 유닛(11)에 있어서는 도 2에 도시된 서브루틴 처리에 대하여 메인 루틴이 되는 연료 분사 밸브(2-1 내지 2-n)에서의 연료 분사 제어를 위한 소정의 프로그램이 실행되도록 되어 있고, 그 프로그램에 실행에 있어서, 연료 분사량이 파악되도록 되어 있기 때문에, 스텝 S100에 있어서의 연료 분사량은 그 데이터를 유용하도록 하면 좋다.

또한, 여기에서, 연료 분사량(Q)의 상한치(Qmax)는 고정된 값이 아니라, 엔진 회전수나 엔진 냉각수의 수온 등, 미리 정해진 조건에 따라서, 소정의 연산식에 의해서 최적치가 순차 산출되는 것으로 되어 있으며, 말하자면 동적으로 결정되는 값으로 되어 있다.

스텝 S100에 있어서, 연료 분사량(Q)이 상한치(Qmax)를 넘고 있다고 판정된 경우(YES의 경우)에는 다음 기술하는 스텝 S102의 처리로 진행하는 한편, 연료 분사량(Q)은 상한치(Qmax)를 넘지 않는다고 판정된 경우(NO의 경우)에는 후술하는 스텝 S104의 처리로 진행하게 된다.

스텝 S102에 있어서는 파일럿 분사 단수의 고정 제어가 개시되게 된다. 즉, 전자제어 유닛(11)의 소정의 기억 영역에는 연료 분사량(Q)이 상한치(Qmax)를 넘은 경우에 있어서의 파일럿 다단 분사의 단수가 기억되어 있고, 그 이후, 그 단수로 연료 분사 밸브(2-1 내지 2-n)에 의한 파일럿 다분사가 행하여지게 된다.

이와 같이, 전자 제어 유닛(11)의 소정의 기억 영역에 기억된 상한치(Qmax)를 넘은 연료 분사량(Q)에 대한 파일럿 다단 분사의 단수와의 상관 관계는 테이블로서, 본 발명의 실시 형태에 있어서는 전자 제어 유닛(11)의 소정의 기억 영역에 기억된 것으로 되어 있다.

한편, 스텝 S104에 있어서는 연료 분사량(Q)이 하한치(Qmin)를 하회하고 있는지의 여부가 판정된다. 여기에서, 연료 분사량(Q)의 하한치(Qmin)는 동작의 안 정성 확보 등의 관점으로부터, 앞서의 상한치(Qmax)에 대한 소위 히스테리시스로서의 의의를 갖는 것이며, 그 구체적인 값은 개개의 차량에서의 동작의 안정성의 차이 등을 감안하여, 실험 결과나 시뮬레이션 결과 등에 기초하여 정해지는 것이 바람직하다.

스텝 S104에 있어서, 연료 분사량(Q)이 하한치(Qmin)를 하회하고 있다고 판정된 경우(YES의 경우)에는 앞서의 스텝 S102에서 기술한 파일럿 다단 분사의 단수 고정 제어가 해제되게 된다(도 2의 스텝 S106 참조).

즉, 이 이후, 파일럿 다단 분사의 단수는 전자제어 유닛(11)의 소정의 기억 영역에 기억된 맵에 기초하여 결정되게 된다.

도 3에는 본 발명의 실시 형태에 있어서의 파일럿 단수를 결정하기 위한 맵의 예가 도시되어 있고, 이하, 동도면에 관해서 설명한다.

도 3에 도시된 맵은 엔진 회전수와 연료 분사량으로부터 파일럿 분사 단수가 구해지는 것으로 되어 있고, 맵 중의 각각의 수치는 파일럿 분사의 단수이다. 이 맵에 있어서의 각각의 수치는 어디까지나 일례이고, 구체적인 값은 디젤 엔진(1)의 규모나 차체 규모 등을 고려하면서, 실화 방지 등의 관점으로부터, 각각 개개에 실험이나 시뮬레이션 등의 결과에 기초하여 적절한 값이 설정되어야 하는 것이다.

또한, 도 3에 있어서, 실선으로 나타낸 곡선은 앞서의 상한치(Qmax)의 변화예를 점선으로 나타낸 곡선은 앞서의 하한치(Qmin)의 변화예를 각각 나타내는 것이다.

동도면을 참조하면서, 앞서의 스텝 S102에 대하여 재차 설명하면, 스텝 S102 의 실행은 연료 분사량(Q)이 상한치(Qmax)를 넘은 것이 전제이다. 즉, 도 3에 도시된 예로 기술하면, 연료 분사량(Q)이 연료 분사량(Q)의 상한치(Qmax)를 나타내는 실선의 곡선을 넘은 것이 전제이다. 그리고, 이 경우, 파일럿 분사의 단수는 「1」에 고정되게 된다. 도 3에 있어서는 부호 A가 붙여진 「1」의 수치가 스텝 S102의 실행에 의해서 행하여지는 고정 제어에 있어서의 파일럿 분사의 단수를 나타내고 있다.

따라서, 파일럿 분사 단수가, 맵만에 의해서 정해지는 종래 방식에 있어서는 예를 들면, 도 3을 예로 채용하면, 어떤 시점에서, 엔진 회전수가 Na, 연료 분사량이 Qa인 경우, 파일럿 분사 단수는 「2」가 선택되어, 실행되게 되지만, 그 사이에, 엔진 회전수가 Nb로 변화하면, 파일럿 분사 단수로서 「1」이 선택되고, 파일럿 분사 단수가 바뀌어져 버리게 된다. 그러나, 액셀(도시하지 않음)이 일시적으로 밟히는 것 등에 의해서 엔진 회전수가 과도적으로 증가하는 경우에 있어서는 파일럿 분사 단수의 변화는 바람직하지 않는 경우가 있지만, 종래 방식에 있어서는 그것을 회피할 수 없었다.

예를 들면, 도 3에 도시된 맵에 있어서, 파일럿 단수가 「2」와 「1」의 경계 부근에서 엔진 회전수가 과도적으로 변화하고, 그것에 따라, 파일럿 분사 단수가 도 3의 맵에 따라서 바뀌어진 경우, 일시적으로 디젤 엔진(1)의 진동 발생이나 토크 변동이 발생하여, 운전자에게 운전 필링이나 주행 필링의 저하를 상기시키는 경우가 있었다.

이것에 대하여, 본 발명의 실시 형태에 있어서는 상술한 예와 같은 파일럿 분사 단수의 전환이 발생하는 맵의 파일럿 분사 단수의 경계 부분에 있어서, 연료 분사량(Q)이 상한치(Qmax)를 넘는 경우에는 소정의 파일럿 분사 단수에 고정되기 때문에, 부주의한 파일럿 분사 단수의 변화가 회피되고, 안정된 파일럿 분사가 이루어지는 것으로 되어 있다.

또한, 스텝 S106이 실행되는 경우, 즉, 도 3에 도시된 예로 기술하면, 연료 분사량(Q)이 점선으로 나타낸 곡선을 하회한 상태, 바꾸어 말하면, 연료 분사량(Q)이 하한치(Qmin)를 하회하고 있는 상태에 있어서는 그 때마다의 엔진 회전수와 연료 분사량으로부터 도 3에 도시된 맵에 따라서 정해지는 단수로 파일럿 분사가 행하여지게 된다.

다시, 도 2의 설명으로 되돌아가면, 스텝 S104에 있어서, 연료 분사량(Q)이 하한치(Qmin)를 하회하고 있지 않다고 판정된 경우(NO의 경우), 즉, 바꾸어 말하면, 연료 분사량(Q)이 하한치(Qmin)를 넘고 있고, 또한, 상한치(Qmax)를 하회하고 있는 경우에는 바로 최근에 선택되어 단수로 파일럿 분사가 행하여지는 상태가 유지되게 된다.

즉, 이 서브루틴 처리는 도시되지 않는 메인 루틴에서 정해지는 소정의 주기로 반복 실행되는 것이지만, 바로 최근에 있어서의 이 서브루틴 처리의 실행시, 연료 분사량(Q)이 상한치(Qmax)를 넘고 있고, 다음 서브루틴 처리시에는 연료 분사량(Q)이 상한치(Qmax)를 하회하고, 또한, 하한치(Qmin)를 상회하고 있고, 스텝 S104에 있어서 NO라고 판정된 경우에는 고정 제어(도 2의 스텝 S102 참조)가 유지되게 된다.

한편, 예를 들면, 바로 최근에 있어서의 이 서브루틴 처리의 실행시, 연료 분사량(Q)이 하한치(Qmin)를 하회하고, 파일럿 단수의 고정 제어가 해제(도 2의 스텝 S106 참조)된 상태에 있고, 다음의 서브루틴 처리시에는 연료 분사량(Q)이 하한치(Qmin)를 하회하고 있지 않다고 판정(도 2의 스텝 S104 참조)된 경우에는 파일럿 단수의 고정 제어가 해제된 상태, 바꾸어 말하면, 맵에 기초하는 파일럿 단수의 제어가 행하여지는 상태로 유지되게 된다.

이와 같이, 연료 분사량이 소정 이하에 있어서는 맵에 기초하는 파일럿 단수의 제어를 함으로써, 예를 들면, 실화 등의 특정한 상태를 고려한 파일럿 분사 단수의 설정을 원하는 개소(특이점)에 할 수 있고, 고정 제어에서는 대처할 수 없는 특이점에서의 원활한 분사 제어가 실현되는 것으로 되어 있다.

또, 상술한 구성예에 있어서는 코몬 레일식 연료 분사 제어 장치에 있어서의 파일럿 분사 제어에 대하여 설명하였지만, 연료 분사 제어 장치의 구성은 코몬 레일식에 한정될 필요는 없고, 본 발명은 다른 구성의 연료 분사 제어 장치에도 마찬가지로 적용할 수 있는 것이다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 연료 분사 제어 장치는 부주의한 파일럿 분사 단수의 전환을 회피할 수 있고, 안정된 연료 분사 제어를 확보하는 것이 가능해지기 때문에, 특히, 파일럿 분사 기능을 구비한 연료 분사 제어 장치에 적합하다.

Claims

연료 분사 밸브에 의한 연료의 메인 분사에 앞서서 행하여지는 파일럿 분사의 실행을 제어하는 파일럿 분사 제어 방법에 있어서,

연료 분사량이 소정의 상한치를 넘은 경우에는 미리 정해진 단수로 파일럿 다단 분사를 하는 한편, 연료 분사량이 소정의 하한치를 하회하는 경우에는 엔진 회전수와 연료 분사량으로부터 파일럿 분사의 단수를 정하는 소정의 맵에 의해서 구해지는 단수로 파일럿 다단 분사를 하는 것을 특징으로 하는 파일럿 분사 제어 방법.
제 1 항에 있어서, 소정의 상한치는 적어도 엔진 회전수와 엔진 냉각수의 온도에 기초하여 순차 설정되는 것을 특징으로 하는 파일럿 분사 제어 방법.
복수의 연료 분사 밸브를 갖는 동시에, 상기 연료 분사 밸브의 동작을 제어하는 전자 제어 유닛을 갖고, 상기 연료 분사 밸브에 의한 연료의 메인 분사 및 파일럿 분사를 가능하게 구성되어 이루어지는 연료 분사 제어 장치에 있어서,

상기 전자 제어 유닛은,

외부로부터 엔진 회전수와 엔진 냉각수의 수온이 입력되는 한편,

상기 연료 분사 밸브에 의한 파일럿 분사시에, 그 직전까지의 연료 분사량이 소정의 상한치를 넘고 있는지의 여부를 판정하고, 연료 분사량이 소정의 상한치를 넘고 있다고 판정된 경우에는 미리 정해진 단수로 파일럿 다단 분사를 하는 한편, 연료 분사량이 소정의 상한치를 넘지 않는다고 판정된 경우에는 연료 분사량이 소정의 하한치를 하회하는지 여부를 판정하고, 연료 분사량이 소정의 하한치를 하회한다고 판정된 경우에는 엔진 회전수와 연료 분사량으로부터 파일럿 분사의 단수를 정하는 미리 기억된 소정의 맵에 의해서 파일럿 분사의 단수를 결정하고, 상기 결정된 단수로 파일럿 다단 분사를 행하도록 구성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 분사 제어 장치.
제 3 항에 있어서, 전자 제어 유닛은 소정의 상한치를 적어도 엔진 회전수와 엔진 냉각수의 온도에 기초하여 순차 설정하도록 구성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 분사 제어 장치.