KR20120063298A

KR20120063298A - 가솔린 직접 분사 엔진의 연료 공급 시스템 및 연료 공급 방법

Info

Publication number: KR20120063298A
Application number: KR1020100124413A
Authority: KR
Inventors: 장석형
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2010-12-07
Filing date: 2010-12-07
Publication date: 2012-06-15

Abstract

본 발명은 가솔린 직접 분사 엔진의 연료 공급 시스템 및 연료 공급 방법에 관한 것으로 저압펌프와, 상기 저압펌프로부터 연료를 송출받아 연료를 압축하는 고압펌프와, 상기 저압펌프와 고압펌프를 연결하는 저압펌프 라인과, 상기 고압펌프와 연결되어 고압의 연료를 연소실 내부로 직접 분사하는 인젝터를 포함하는 가솔린 직접 분사 엔진의 연료 공급 시스템에 있어서, 상기 고압펌프와 상기 인젝터 사이에 바이패스 밸브; 상기 바이패스 밸브와 연결되고 상기 저압펌프 라인에 연결되는 바이패스 라인; 을 더 포함하는 가솔린 직접 분사 엔진의 연료 공급 시스템을 제공하여,
감속 운전영역 또는 급가속 직후 목표 연료 압력이 하강하는 동안 현재 연료 압력을 목표 연료 압력에 근접하도록 제어함으로써 정밀한 공연비 제어가 가능해져 유해 배출가스 발생을 억제할 수 있고, 감속 중 분사 최소 시간에 구속되지 않도록 하기 위해 인젝터 용량을 과소하게 선정하지 않아도 됨으로써 설계 자유도를 높을 수 있는 효과가 있다.

Description

가솔린 직접 분사 엔진의 연료 공급 시스템 및 연료 공급 방법{FUEL SUPPLY SYSTEM FOR GASOLIN DIRECT INJECTION AND METHOD THEREOF}

본 발명은 가솔린 직접 분사 엔진의 연료 공급 시스템 및 연료 공급 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 고압펌프의 출구측에 바이패스 밸브를 설치하고, 상기 바이패스 밸브와 연결되는 바이패스 라인을 설치하여 연료를 공급하는 시스템 및 이에 의해 연료를 공급하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 GDI(gasoline direct injection) 엔진의 연료공급 시스템은 크게 저압 시스템과 고압 시스템으로 나누어진다. 저압 시스템은 저압펌프(10)와 연료펌프 릴레이(30)로 구성되며, 저압펌프(10)는 연료탱크 내부에 위치하여 연료를 고압펌프(50)까지 송출한다. 고압 시스템은 고압조절밸브(51), 고압펌프(50), 압력센서(60), 인젝터(70)로 구성되어 있다.

상기 고압펌프(50)는 엔진의 캠축 등과 연결되어 있으며, 저압 시스템에서 공급 받은 연료를 압축하여 필요한 압력까지 상승시킨다. 인젝터(70)는 고압의 연료를 연소실 내부로 직접 분사한다.

상기 저압 시스템은 운전자가 엔진을 시동하는 순간 ECU(40)는 연료펌프 릴레이(30)를 작동시켜 저압펌프(10)를 구동시키고 탱크 내부의 연료는 고압펌프(50)로 송출된다. 저압펌프(10)는 엔진이 회전하는 있는 동안에는 상시 구동되고 있으며, 연료압력 레귤레이터에 의해 약 4~5bar의 압력을 유지하고 있다. 저압펌프(10)의 연료 송출량은 엔진의 최고 출력 운전 조건에 만족하도록 설계되어 있다.

이에 반하여 고압 시스템은 캠 축 등에 의해 구동되는 고압펌프(50)는 고압 조절밸브(51)의 개폐시기를 조절하여 운전조건에 따라 연료 압력을 약30~150bar로 상승시킨다. ECU(40)는 압력센서(60)로 연료 압력을 측정하고 고압조절밸브(51)의 닫힘 시기를 조절함으로써 고압펌프(50) 내부 챔버에 잔류하는 연료의 양을 변화시켜 고압 시스템에 필요한 연료 압력을 형성시킬 수 있다.

가솔린 직접 분사 엔진에서는 고부하 조건에서 운전 중 고압의 목표 연료 압력 하강시 실측 연료 압력이 빠르게 하강하지 못해 과도한 연료압력 때문에 분사되는 연료량이 과다하여 순간적으로 농후한 혼합기가 형성됨으로써 유해 배출가스 발생량이 증가한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 고압밸브의 출구측에 바이패스 밸브를 설치하고, 상기 바이패스 밸브와 연결되고 저압밸브 라인과 연결되는 바이패스 라인을 설치함으로써 갑작스런 목표 연료 압력의 하강시 과다한 연료의 분사를 방지할 수 있도록 하는 연료 공급 시스템 및 연료 공급 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예는 저압펌프와, 상기 저압펌프로부터 연료를 송출받아 연료를 압축하는 고압펌프와, 상기 저압펌프와 고압펌프를 연결하는 저압펌프 라인과, 상기 고압펌프와 연결되어 고압의 연료를 연소실 내부로 직접 분사하는 인젝터를 포함하는 가솔린 직접 분사 엔진의 연료 공급 시스템에 있어서, 상기 고압펌프와 상기 인젝터 사이에 바이패스 밸브; 상기 바이패스 밸브와 연결되고 상기 저압펌프 라인에 연결되는 바이패스 라인; 을 더 포함하는 가솔린 직접 분사 엔진의 연료 공급 시스템을 제공한다.

본 발명에 따른 실시예는 저압펌프와, 상기 저압펌프로부터 연료를 송출받아 연료를 압축하는 고압펌프와, 상기 저압펌프와 고압펌프를 연결하는 저압펌프 라인과, 상기 고압펌프와 연결되어 고압의 연료를 연소실 내부로 직접 분사하는 인젝터와 상기 고압펌프와 상기 인젝터 사이에 형성된 바이패스 밸브와, 상기 바이패스 밸브와 연결되고 상기 저압펌프 라인에 연결되는 바이패스 라인을 더 포함하는 가솔린 직접 분사 엔진의 연료 공급 시스템의 연료 공급 방법에 있어서, 주행 중 현재 연료 압력과 목표 연료 압력을 비교하는 단계; 현재 연료 압력이 목표 연료 압력보다 큰 경우에는 바이패스 밸브가 작동하여 현재 연료 압력을 목표 연료 압력에 추종하도록 연료를 공급하는 가솔린 직접 분사 엔진의 연료 공급 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 실시예의 현재 연료 압력은 고압조절밸브의 개폐시기에 의해 조절되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 실시예의 목표 연료 압력은 엔진 회전수와 엔진의 부하에 따라 설정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 실시예의 바이패스 밸브는 현재 연료 압력과 목표 연료 압력의 차이에 따라 작동 듀티를 다르게 하고, 상기 작동 듀티는 현재 연료 압력과 목표 연료 압력의 차이가 클수록 크게 하여 목표 압력에 도달하도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 실시예는 목표 연료 압력이 상승하는 운전 조건에서는 고압조절밸브의 닫힘 시점을 빠르게 하여 연료 압력을 상승시키는 것을 특징으로 한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 감속 운전영역 또는 급가속 직후 목표 연료 압력이 하강하는 동안 현재 연료 압력을 목표 연료 압력에 근접하도록 제어함으로써 정밀한 공연비 제어가 가능해져 유해 배출가스 발생을 억제할 수 있고, 감속 중 분사 최소 시간에 구속되지 않도록 하기 위해 인젝터 용량을 과소하게 선정하지 않아도 됨으로써 설계 자유도를 높을 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 가솔린 직접 분사 엔진의 엔진 공급 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 연료 공급 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예의 연료 공급 방법의 흐름도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다.

이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명에 따른 실시예는 고압의 연료를 저압측으로 바이패스시켜 고압 목표 연료 압력이 하강할 때 빠르게 연료 압력을 추종할 수 있도록 별도의 바이패스 밸브(90) 및 바이패스 라인(80)을 장착한 시스템 및 이를 이용한 연료 공급 방법에 관한 것이다.

이를 위해서 주행 중 목표 연료 압력이 하강하면 고압조절밸브(51)에 의해 목표 연료 압력을 추종시시키되, 목표 연료 압력이 급격하게 하강할 때에는 바이패스 밸브(90)를 작동시켜 빠르게 연료 압력을 추종하도록 한다. 이를 위해서 본 발명에 따른 실시예에서는 바이패스 밸브(90)와 연결되고 저압펌프 라인(15)에 연결되는 바이패스 라인(80)이 형성되어 있다.

ECU(70)에는 엔진 회전수와 엔진의 부하에 따른 목표 연료 압력이 설정되어 있고, 해당 운전 조건에서 ECU(70)는 고압조절밸브(51)의 닫힘 시기를 조절하여 고압펌프(50) 내부 챔버에 남아 있는 연료의 양을 조절함으로써 고압시스템 측의 압력을 생성할 수 있다.

이 때, 목표 연료 압력이 상승하는 운전조건에서는 고압조절밸브(51)의 닫힘 시점을 빠르게 하여 많은 양의 연료를 연료레일로 송출함으로써 연료 압력을 상승시킬 수 있다.

이에 반해, 목표 연료 압력이 하강하는 경우에는 인젝터(70)에서 분사되는 연료보다 작은 양의 연료를 고압펌프(50)에서 송출하도록 고압조절밸브(51)의 닫힘 시점을 늦춰서 연료 압력을 하강시킬 수 있다. 목표 연료 압력이 급격하게 하강하여 고압조절밸브(51)를 완전히 개방한 상태에서는 연료레일로 공급되는 연료 없이 인젝터(70)에서 소모되는 연료만으로 고압시스템 측의 압력이 목표에 추종한다.

따라서 이러한 구간에서 소모되는 연료량이 매우 작을 경우 실제 연료 압력이 목표 연료 압력을 추종하지 못하는 현상이 발생한다.

다음은 일반적인 목표 연료 압력을 엔진 회전수와 엔진 부하의 관계에 따라 나타낸 표이다.

<표1> 일반적인 목표 연료 압력

상기 표1에 의하면 일반적인 목표 연료 압력은 엔진 회전수가 증가할수록, 엔진 부하가 클수록 증가하는 경향이 있음을 알 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 실시예의 연료 공급 흐름도인데, 먼저 목표 연료 압력과 현재 연료 압력을 입력(S10,S20)하고, 현재 연료 압력과 목표 연료 압력을 비교하여, 현재 연료 압력이 목표 연료 압력보다 높은 경우(S30)에는 바이패스 밸브(90)가 작동(S40)하여 고압 시스템의 연료를 저압시스템으로 리턴시킴으로써 현재 압력을 빠르게 하강시킬 수 있다.

바이패스 밸브(90)의 작동 듀티는 현재 연료 압력과 목표 연료 압력과의 차이에 의해 결정한다. 압력 차이가 클수록 밸브 작동 듀티를 크게 하여 빠르게 목표 압력에 도달하도록 한다.

하기 표2는 바이패스 밸브(90) 작동 듀티를 현재 압력과 현재 압력과 목표 압력과의 차이에 따른 관계를 나타낸 표이다.

<표2> 바이패스 밸브 작동 듀티

상기 표2를 살펴보면, 밸브 작동 듀티는 현재 연료 압력과 목표 연료 압력과의 차이가 클수록 커지는 것을 알 수 있다.

10: 저압펌프 15: 저압펌프 라인
20: 배터리 30: 연료펌프 릴레이
40: ECU 50: 고압펌프
51: 고압조절밸브 60: 압력센서
70: 인젝터 80: 바이패스 라인
90: 바이패스 밸브

Claims

저압펌프와, 상기 저압펌프로부터 연료를 송출받아 연료를 압축하는 고압펌프와, 상기 저압펌프와 고압펌프를 연결하는 저압펌프 라인과, 상기 고압펌프와 연결되어 고압의 연료를 연소실 내부로 직접 분사하는 인젝터를 포함하는 가솔린 직접 분사 엔진의 연료 공급 시스템에 있어서,
상기 고압펌프와 상기 인젝터 사이에 바이패스 밸브;
상기 바이패스 밸브와 연결되고 상기 저압펌프 라인에 연결되는 바이패스 라인;
을 더 포함하는 가솔린 직접 분사 엔진의 연료 공급 시스템.
저압펌프와, 상기 저압펌프로부터 연료를 송출받아 연료를 압축하는 고압펌프와, 상기 저압펌프와 고압펌프를 연결하는 저압펌프 라인과, 상기 고압펌프와 연결되어 고압의 연료를 연소실 내부로 직접 분사하는 인젝터와 상기 고압펌프와 상기 인젝터 사이에 형성된 바이패스 밸브와, 상기 바이패스 밸브와 연결되고 상기 저압펌프 라인에 연결되는 바이패스 라인을 더 포함하는 가솔린 직접 분사 엔진의 연료 공급 시스템의 연료 공급 방법에 있어서,
주행 중 현재 연료 압력과 목표 연료 압력을 비교하는 단계;
현재 연료 압력이 목표 연료 압력보다 큰 경우에는 바이패스 밸브가 작동하여 현재 연료 압력을 목표 연료 압력에 추종하도록 연료를 공급하는 가솔린 직접 분사 엔진의 연료 공급 방법.
제2항에 있어서,
상기 현재 연료 압력은 고압조절밸브의 개폐시기에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 가솔린 직접 분사 엔진의 연료 공급 방법.
제2항에 있어서,
상기 목표 연료 압력은 엔진 회전수와 엔진의 부하에 따라 설정되는 것을 특징으로 하는 가솔린 직접 분사 엔진의 연료 공급 방법.
제2항에 있어서,
상기 바이패스 밸브는 현재 연료 압력과 목표 연료 압력의 차이에 따라 작동 듀티를 다르게 하는 가솔린 직접 분사 엔진의 연료 공급 방법.
제5항에 있어서,
상기 작동 듀티는 현재 연료 압력과 목표 연료 압력의 차이가 클수록 크게 하여 목표 압력에 도달하도록 하는 가솔린 직접 분사 엔진의 연료 공급 방법.
제3항에 있어서,
상기 목표 연료 압력이 상승하는 운전 조건에서는 고압조절밸브의 닫힘 시점을 빠르게 하여 연료 압력을 상승시키는 가솔린 직접 분사 엔진의 연료 공급 방법.