KR20130045991A - Ｇｄｉ엔진의 연료 공급 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가급적 저압펌프가 소모하는 에너지를 작게 하여 차량의 연비향상에 기여할 수 있도록 하면서도, 엔진의 부하 변동이 큰 상황에서도 발진 지연감이나 Hesitaion, Stumble 등과 같은 운전성 불량의 문제가 발생하지 않고 원활한 차량의 운전성을 확보하여 차량의 상품성을 향상시킬 수 있도록 한다.

Description

ＧＤＩ엔진의 연료 공급 제어방법{FUEL SUPPLY CONTROL METHOD FOR GASOLINE DIRECT INJECTION ENGINE}

본 발명은 ＧＤＩ엔진의 연료 공급 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진의 부하 변동이 상대적으로 큰 조건에서도 원활한 연료의 공급이 가능하도록 하는 기술에 관한 것이다.

GDI(gasoline direct injection) 엔진의 연료공급 시스템은 크게 고압 시스템과 저압 시스템으로 이루어지며, 고압 시스템은 고압조절 밸브, 고압펌프, 압력센서, 인젝터 등으로 구성되어, 저압 시스템에서 공급 받은 연료를 더욱 고압으로 압축하여 인젝터에서 분사할 수 있도록 하며, 저압 시스템은 저압펌프, 연료펌프제어기, 연료압력센서 등으로 구성되어 상기 고압시스템으로 비교적 저압의 연료를 펌핑한다.

참고로, 상기 저압펌프는 BLDC(Brushless Direct Current)모터로 구동되도록 하여 연료의 압력과 유량을 상기 연료펌프제어기가 제어할 수 있도록 구성할 수 있다.

도 1은 종래에 상기 연료펌프 제어기가 엔진 ECU(ENGINE CONTROL UNIT)로부터의 정보와 연료압력센서로부터의 측정연료압을 입력 받는 것을 설명한 것으로서, 엔진의 ECU로부터 목표연료압력의 요청 신호를 받으면, 연료펌프제어기는 연료압력센서로 연료의 압력을 측정하면서 피이드백 제어하여 상기 ECU로부터의 목표연료압력을 추종하도록 한다.

보다 상세하게는, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 연료펌프제어기가 ECU로부터 목표연료압력을 제공 받고 연료압력센서로 측정한 실측연료압력을 입력 받아(S500), 우선 연료의 압력을 상기 목표연료압에 추종하도록 피이드백 제어하기 위한 저압펌프의 BLDC모터의 제어 듀티값을 결정하여 그에 따라 상기 BLDC모터를 구동함으로써, 도 3의 1번 과정과 같이 상기 목표연료압에 도달하도록 하고(S502), 이후의 제어 루프에서는 엔진에서 요구되는 연료의 유량 증가부분에 대하여서도 연료의 압력이 일정하게 유지되도록 도 3의 2번 과정과 같이 모터의 제어 듀티값을 증가시키도록 제어하게 된다(S504).

그런데, 상기한 바와 같은 제어방법은 엔진에서 소모되는 연료의 유량 변화를 상기 저압펌프의 압력 강하를 통해 감지하여 제어하는 방식으로, 엔진에서 대량의 연료가 필요한 시점과 이를 저압펌프 토출측의 압력 강하를 통해 감지한 후 저압펌프의 출력을 증가시켜서 대응하게 되므로 시간 지연이 존재하게 된다.

따라서, 상기한 바와 같은 제어방식은 엔진의 부하 변동을 실시간으로 반영하지 못하고, 부하 변동이 큰 차량의 발진 조건 등의 경우에 발진 지연감이나 Hesitation, Stumble 현상 등과 같은 운전성 문제를 유발할 수 있다.

참고로, Hesitation은 가속페달 조작량이 급격히 증가했을 때, 엔진 회전수가 추종하지 못하고 일정 상태에 머물러 있다가 이후에 증가하게 되는 현상이며, Stumble은 가속페달 조작량이 급격히 증가했을 때, 엔진 회전수가 일정 수준 떨어졌다가 상승하게 되는 현상을 의미한다.

상기의 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 가급적 저압펌프가 소모하는 에너지를 작게 하여 차량의 연비향상에 기여할 수 있도록 하면서도, 엔진의 부하 변동이 큰 상황에서도 발진 지연감이나 Hesitaion, Stumble 등과 같은 운전성 불량의 문제가 발생하지 않고 원활한 차량의 운전성을 확보하여 차량의 상품성을 향상시킬 수 있도록 한 ＧＤＩ엔진의 연료 공급 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 ＧＤＩ엔진의 연료 공급 제어방법은

ECU로부터 저압펌프에서 펌핑해야 할 목표연료압력과 엔진의 연료소모량을 입력 받는 데이터입력단계와;

상기 입력 받은 연료소모량이 엔진의 급격한 부하변동을 의미하는 소정의 기준값 이상인지를 판단하는 기준판단단계와;

상기 연료소모량이 상기 기준값 이상인 경우에는 상기 입력 받은 목표연료압력과 연료소모량을 충족시킬 수 있도록 저압펌프를 구동하는 모터의 듀티를 결정하고 그에 따라 모터를 구동하는 긴급대응단계;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 가급적 저압펌프가 소모하는 에너지를 작게 하여 차량의 연비향상에 기여할 수 있도록 하면서도, 엔진의 부하 변동이 큰 상황에서도 발진 지연감이나 Hesitaion, Stumble 등과 같은 운전성 불량의 문제가 발생하지 않고 원활한 차량의 운전성을 확보하여 차량의 상품성을 향상시킬 수 있도록 한다.

도 1은 종래에 연료펌프 제어기가 엔진 ECU로부터의 정보와 연료압력센서로부터의 측정연료압을 입력 받는 것을 도시한 도면,
도 2는 종래의 연료펌프제어기가 저압펌프를 제어하는 방식을 설명한 순서도,
도 3은 도 2와 같은 제어방법에 의해 변화하는 압력과 유량 및 저압펌프 구동 모터의 듀티를 도시한 그래프,
도 4는 본 발명에 따른 ＧＤＩ엔진의 연료 공급 제어방법을 구현하기 위한 연료펌프제어기의 입력데이터를 설명한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 ＧＤＩ엔진의 연료 공급 제어방법을 도시한 순서도,
도 6은 도 5의 제어방법에 의해 변화하는 압력과 유량 및 저압펌프 구동 모터의 듀티를 도시한 그래프이다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명 실시예의 ＧＤＩ엔진의 연료 공급 제어방법은 ECU로부터 저압펌프에서 펌핑해야 할 목표연료압력과 엔진의 연료소모량을 입력 받는 데이터입력단계(S10)와; 상기 입력 받은 연료소모량이 엔진의 급격한 부하변동을 의미하는 소정의 기준값 이상인지를 판단하는 기준판단단계(S20)와; 상기 연료소모량이 상기 기준값 이상인 경우에는 상기 입력 받은 목표연료압력과 연료소모량을 충족시킬 수 있도록 저압펌프를 구동하는 모터의 듀티를 결정하고 그에 따라 모터를 구동하는 긴급대응단계(S30)를 포함하여 구성된다.

즉, 종래와는 달리 연료펌프제어기는 엔진 ECU로부터 목표연료압 뿐만 아니라 현재의 연료소모량에 대한 데이터를 입력 받고, 그 연료소모량이 엔진의 급격한 부하변동을 의미하는 수준 이상이 되면, 저압펌프를 구동하는 모터의 듀티를 그 연료소모량 및 목표연료압에 따라 급격히 증가시키도록 함으로써, 엔진의 부하 증가에 대하여 보다 신속한 응답성으로 저압펌프의 출력을 향상시켜서 엔진의 안정된 작동성을 확보하고 차량의 원활한 운전성능을 확보할 수 있도록 하는 것이다.

상기 연료소모량에 대한 데이터는 어차피 엔진 ECU가 계기판에 연료소모량을 표시하기 위해 CAN 등의 매체로 데이터를 주기적으로 송신하므로, 이를 연료펌프제어기가 받아서 사용하면 되며, 상기 모터는 듀티 제어를 통해 연료의 압력과 유량을 제어하기 용이하도록 BLDC모터를 사용하는 것이 바람직할 것이다.

또한, 상기 연료펌프제어기에는 엔진 ECU로부터 요청될 수 있는 목표연료압력 및 연료소모량에 따른 저압펌프 구동을 위한 모터의 듀티값이 미리 맵 등으로 저장되어 있는 것이 바람직할 것이다.

여기서, 상기 데이터입력단계(S10)와 기준판단단계(S20) 및 긴급대응단계(S30)는 연료펌프제어기의 제어 사이클에 따라 반복적으로 루프를 돌면서 수행되는데, 참고로 도 5에서는 발명의 개념을 명확하게 표시하는 데에 초점을 두고 루프의 표시는 생략하였다.

상기 데이터입력단계(S10)에서는 연료압력센서에 의해 저압펌프 토출측의 연료압력을 측정한 실측연료압력도 입력 받고, 반복되는 다음 제어루프에서는 상기 긴급대응단계(S30) 이후 상기 목표연료압력과 상기 실측연료압력을 이용하여 상기 목표연료압력을 추종하도록 피이드백 제어하는 연료압피이드백제어단계(S40)를 수행한다.

즉, 일단 엔진의 부하가 급격히 증가하여 신속한 대응이 필요한 상황임이 상기 기준판단단계(S20)에 의해 판단되면, 그에 따라 상기 목표연료압과 연료소모량에 따라 모터의 듀티를 결정하고 그에 따라 모터를 구동하도록 한 후, 다음 제어 사이클이 도래하면, 종래와 마찬가지로 ECU로부터 요청된 목표연료압력을 추종하도록 저압펌프의 구동을 피이드백 제어하여 목표로 하는 최종적인 상태에 이르도록 하는 것이다.

한편, 상기 기준판단단계(S20) 수행 결과, 상기 입력 받은 연료소모량이 상기 소정의 기준값 이하인 경우에는, 종래와 같이 상기 목표연료압력과 상기 실측연료압력을 이용하여 상기 목표연료압력을 추종하도록 피이드백 제어한다.

여기서, 상기 기준판단단계(S20)의 소정의 기준값은, 차량의 가속페달 조작량을 40% 이상의 범위로 급격히 증가시켰을 때 요구되는 엔진의 연료소모량으로 결정할 수 있을 것인 바, 엔진동력계 등을 통한 실험에 의해 결정될 수 있을 것이며, 예컨대 상기 소정의 기준값은 25 L/HR 등으로 설정될 수 있을 것이다.

참고로, 도 3과 도 6은 엔진의 부하가 급격히 증가하기 전과 증가한 후의 상태변화를 아이들 상태와 WOT(와이드 오픈 스로틀) 상태로 예시하고 있다. 즉, 아이들 상태에 있다가 사용자가 가속페달을 최대로 밟아 스로틀밸브가 완전히 개방된 경우를 예로 든 것이다.

도 6을 도 3과 비교하여 보면, 종래 기술의 경우에는 아이들 상태로부터 WOT상태로 이동하는 것이 압력이 먼저 상승한 후에 유량이 상승하여 원하는 압력과 유량의 연료공급상태를 형성하도록 하는 것에 비하여, 본 발명의 경우에는 아이들 상태로부터 WOT상태로 거의 직선적으로 상승할 수 있도록 모터의 듀티값을 상승시키고, 목표값의 근처에서 목표연료압력의 피이드백 제어에 의해 원하는 연료의 유량이 확보되는 바, 보다 신속하게 목표로 하는 연료의 공급상태를 형성하게 되어, 엔진 부하의 급격한 변동에도 신속한 응답성으로 연료를 원활하게 공급할 수 있어서, 엔진의 안정된 작동성과, 차량의 원활한 운전성을 확보하도록 한다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

S10; 데이터입력단계
S20; 기준판단단계
S30; 긴급대응단계
S40; 연료압피이드백제어단계

Claims (6)

1. ECU로부터 저압펌프에서 펌핑해야 할 목표연료압력과 엔진의 연료소모량을 입력 받는 데이터입력단계(S10)와;
   상기 입력 받은 연료소모량이 엔진의 급격한 부하변동을 의미하는 소정의 기준값 이상인지를 판단하는 기준판단단계(S20)와;
   상기 연료소모량이 상기 기준값 이상인 경우에는 상기 입력 받은 목표연료압력과 연료소모량을 충족시킬 수 있도록 저압펌프를 구동하는 모터의 듀티를 결정하고 그에 따라 모터를 구동하는 긴급대응단계(S30);
   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 ＧＤＩ엔진의 연료 공급 제어방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 데이터입력단계(S10)에서는 연료압력센서에 의해 저압펌프 토출측의 연료압력을 측정한 실측연료압력을 입력 받고;
   반복되는 다음 제어루프에서는 상기 긴급대응단계(S30) 이후 상기 목표연료압력과 상기 실측연료압력을 이용하여 상기 목표연료압력을 추종하도록 피이드백 제어하는 연료압피이드백제어단계(S40)를 수행하는 것
   을 특징으로 하는 ＧＤＩ엔진의 연료 공급 제어방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 데이터입력단계(S10)에서는 연료압력센서에 의해 저압펌프 토출측의 연료압력을 측정한 실측연료압력을 입력 받고;
   상기 기준판단단계(S20) 수행 결과, 상기 입력 받은 연료소모량이 상기 소정의 기준값 이하인 경우에는, 상기 목표연료압력과 상기 실측연료압력을 이용하여 상기 목표연료압력을 추종하도록 피이드백 제어하는 것
   을 특징으로 하는 ＧＤＩ엔진의 연료 공급 제어방법.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 연료소모량의 판단 기준인 상기 소정의 기준값은 25 L/HR 인 것
   을 특징으로 하는 ＧＤＩ엔진의 연료 공급 제어방법.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 기준판단단계(S20)의 소정의 기준값은, 차량의 가속페달 조작량을 40% 이상의 범위로 급격히 증가시켰을 때 요구되는 엔진의 연료소모량으로 결정되는 것
   을 특징으로 하는 ＧＤＩ엔진의 연료 공급 제어방법.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 데이터입력단계(S10)와 기준판단단계(S20) 및 긴급대응단계(S30)는 반복적으로 루프를 형성하면서 수행되는 것
   을 특징으로 하는 ＧＤＩ엔진의 연료 공급 제어방법.

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