KR20130087813A - 엔진 연소 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 엔진 연소 제어방법은, 크랭크 각도별 엔진 내부의 열발생량을 산출하는 제1 단계; 산출된 열발생량을 참조하여 연소전반점과 연소후반점을 검출하는 제2 단계; 상기 연소전반점과 연소후반점 중 적어도 하나가 정상범위의 크랭크 각도구간을 이탈하였는지를 판단하는 제3 단계; 상기 연소전반점이 정상범위의 크랭크 각도구간을 이탈하였을 때 연소전반점을 정상범위의 크랭크 각도구간 이내로 이동시키는 제4 단계; 상기 연소후반점이 정상범위의 크랭크 각도구간을 이탈하였는지를 판단하여 상기 연소후반점이 정상범위의 크랭크 각도구간을 이탈하였을 때, 연소속도를 조절하여 상기 연소후반점을 정상범위의 크랭크 각도구간 이내로 이동시키는 제5 단계;를 포함한다. 본 발명에 의한 엔진 연소 제어방법을 이용하면, 엔진 내부의 열발생량을 산출함으로써 보다 정확하게 연소상태를 판단할 수 있으며, 착화시점뿐만 아니라 연소전반점 및 연소후반점까지 조절함으로써 보다 효과적으로 엔진을 제어할 수 있다는 장점이 있다.

Description

엔진 연소 제어방법 {METHOD FOR CONTROLLING COMBUSTION PROCESSES IN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 엔진의 연소를 제어하는 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 엔진 내부에서 발생되는 열량을 측정하여 엔진연소의 착화시기뿐만 아니라 엔진 연소가 본격적으로 이루어지는 구간까지 산출하고, 연소시작점과 연소속도를 모두 제어함으로써 엔진의 효율을 향상시킬 수 있도록 구성되는 엔진 연소 제어방법에 관한 것이다.
내연기관, 예를 들어 자동차의 엔진은 실린더 및 실린더 내에서 왕복 직선운동하는 피스톤을 포함하여 구성되며, 실린더 내에서 연료가 착화 및 연소되면, 도시일(indicated work)이 생성되게 된다. 그리고 도시일은 피스톤에 연결된 크랭크축을 통하여 각 구동부로 전달됨으로써 자동차가 구동될 수 있게 된다.
이때, 실린더 내에서 발생되는 도시일은 실린더 내부로 공급된 연료가 언제부터 연소되기 시작하는지에 따라 발생량이 달라진다. 착화시기는 일반적으로 연소 시 발생하는 총 열 발생량의 1%에 해당하는 열량이 발생하는 시점으로 정의되는데, 이러한 착화시기는 엔진회전속도, 엔진 부하, 연료 분사 시점, 공연비 등의 엔진의 운전조건에 의하여 결정된다. 그리고 착화시기에 따라 엔진 성능이 다음과 같이 변화하게 된다.
피스톤이 상사점(TDC : Top Dead Center)에 도달하는 시점보다 너무 이른 시기에 착화되는 경우, 연소에 의해 연소실 내부에서 발생되는 압력이 상사점을 향해 올라가는 피스톤의 이동을 방해하게 된다. 따라서 엔진의 연소 효율이 저하되며, 엔진 작동 소음이 크게 발생되고, 연소 최고 온도가 증가하여 NOX 배출량이 증가하게 된다. 반대로, 피스톤이 상사점에 도달하는 시점보다 늦은 시기에 착화가 되는 경우, 연소에 의해 발생되는 도시일이 피스톤을 이동시키는데 사용되는 효율이 낮아지고, 연소가 완료되기 전에 배기밸브가 열리게 되므로 다량의 미연소된 하이드로카본(HC : HydroCarbon)이 배출되어 공기 오염이 심해진다는 단점이 있다.
이와 같이 HC 배출량과 NOX 배출량은 엔진의 연소 특성에 따라 다르게 나타나므로, 최근 들어서는 엔진의 연소를 적절하게 제어하는 기술의 중요성이 점차적으로 부각되고 있다. 이때, 엔진의 연소를 제어하기 위해서는 엔진의 연소 특성을 정확하게 알아내는 것이 필수적으로 요구되는데, 종래에는 단순히 엔진의 내부압력만으로 연소 특성을 유추하였으므로 엔진의 연소 특성을 정확하게 산출하는데 어려움이 있다는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 실린더 내부의 열발생량을 산출함으로써 보다 정확하게 연소상태를 판단할 수 있으며, 착화시점뿐만 아니라 연소전반점 및 연소후반점까지 조절함으로써 보다 효과적으로 엔진을 제어할 수 있는 엔진 연소 제어방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 엔진 연소 제어방법은, 크랭크 각도별 엔진 내부의 열발생량을 산출하는 제1 단계; 산출된 열발생량을 참조하여 연소전반점과 연소후반점을 검출하는 제2 단계; 상기 연소전반점과 연소후반점 중 적어도 하나가 정상범위의 크랭크 각도구간을 이탈하였는지를 판단하는 제3 단계; 상기 연소전반점이 정상범위의 크랭크 각도구간을 이탈하였을 때 연소전반점을 정상범위의 크랭크 각도구간 이내로 이동시키는 제4 단계; 상기 연소후반점이 정상범위의 크랭크 각도구간을 이탈하였는지를 판단하여 상기 연소후반점이 정상범위의 크랭크 각도구간을 이탈하였을 때, 연소속도를 조절하여 상기 연소후반점을 정상범위의 크랭크 각도구간 이내로 이동시키는 제5 단계;를 포함한다.
상기 제2 단계는, 연료 연소속도가 일정 비율 이상으로 상승되는 시점을 상기 연소전반점으로 선정하고, 연료 연소속도가 일정 비율 이상으로 감소되는 시점을 상기 연소후반점으로 선정하도록 구성된다.
상기 제2 단계는, 실린더 내의 연료 연소율이 10%가 되는 시점을 상기 연소전반점으로 선정하고, 실린더 내의 연료 연소율이 90%가 되는 시점을 상기 연소후반점으로 선정하도록 구성된다.
상기 제2 단계는, 실린더 내의 열발생률이 제1 기준치(H1)에 이르는 시점을 연소전반점으로 선정하고, 실린더 내의 열발생률이 제2 기준치(H2)에 이르는 시점을 연소후반점으로 선정하도록 구성된다.
상기 제4 단계는, 연료분사시기를 조절하여 연소전반점을 정상범위의 크랭크 각도구간 이내로 이동시키도록 구성된다.
상기 제5 단계는, 레일압력과 EGR률과 부스트압력 중 하나 이상을 조절하여 연소후반점을 정상범위의 크랭크 각도구간 이내로 이동시키도록 구성된다.
본 발명에 의한 엔진 연소 제어방법은, 크랭크 각도별 엔진 내부의 열발생량을 산출하는 제1 단계; 산출된 열발생량을 참조하여 연소후반점을 검출하는 제2 단계; 상기 연소후반점이 정상범위의 크랭크 각도구간을 이탈하였는지를 판단하는 제3 단계; 상기 연소후반점이 정상범위의 크랭크 각도구간을 이탈하였을 때, 연소속도를 조절하여 상기 연소후반점을 정상범위의 크랭크 각도구간 이내로 이동시키는 제4 단계;를 포함한다.
상기 제2 단계는, 연소속도가 일정 비율 이상으로 감소되는 시점을 상기 연소후반점으로 선정하도록 구성된다.
상기 제2 단계는, 실린더 내의 연료 연소율이 90%가 되는 시점을 상기 연소후반점으로 선정하도록 구성된다.
상기 제2 단계는, 실린더 내의 열발생률이 기준치(H2)에 이르는 시점을 연소후반점으로 선정하도록 구성된다.
상기 제4 단계는, 연료레일압력과 EGR률과 부스트압력 중 하나 이상을 조절하여 연소후반점을 정상범위의 크랭크 각도구간 이내로 이동시키도록 구성된다.
본 발명에 의한 엔진 연소 제어방법을 이용하면, 엔진 내부의 열발생량을 산출함으로써 보다 정확하게 연소상태를 산출할 수 있으며, 착화시점뿐만 아니라 연소전반점 및 연소후반점까지 조절함으로써 보다 효과적으로 엔진을 제어할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 엔진의 정상 연소 시 크랭크 각도별 열발생량을 도시하는 그래프이다.
도 2는 연소전반점과 연소후반점이 정상범위를 벗어날 때의 열발생량 그래프이다.
도 3은 엔진 연소 제어장치의 블록도이고, 도 4는 본 발명에 의한 엔진 연소 제어방법의 순서도이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명에 의한 엔진 연소 제어방법에 따라 엔진 연소를 제어하는 과정을 도시하는 열발생량 그래프이다.
도 9는 연소후반점이 정상범위를 벗어날 때의 열발생량 그래프이다.
도 10은 본 발명에 의한 엔진 연소 제어방법 제2 실시예의 순서도이다.
도 1은 엔진의 정상 연소 시 크랭크 각도별 열발생량을 도시하는 그래프이고, 도 2는 연소전반점과 연소후반점이 정상범위를 벗어날 때의 열발생량 그래프이다.
엔진의 실린더 내부로 연료가 유입된 후 착화되면, 상기 연료가 연소되면서 열을 발생시키게 된다. 이때 실린더 내부의 열발생량은 도 1에 도시된 바와 같이 연소 초기에는 서서히 증가하다가 일정 시기를 지나 연소가 본격적으로 진행되기 시작하였을 때 급격히 증가하고, 실린더 내부의 연료가 대부분 연소된 이후에는 열발생량 증가추세가 서서히 감소하는 구간을 갖게 된다. 열발생량이 급격히 증가한다는 것은 연료 연소가 활발하게 진행된다는 것을 뜻하는바, 열발생량이 급격히 증가되는 구간에서 피스톤을 이동시키는 힘의 대부분이 발생된다고 볼 수 있다.
이때 연료 연소가 본격적으로 이루어짐으로 인해 열발생량이 급격히 증가되는 구간의 시작점(이하 '연소전반점(F)'이라 약칭함)이 너무 빨리 나타나면 피스톤이 상사점까지 올라가기 이전에 피스톤을 하강시키는 힘이 발생되어, 엔진의 동력발생 효율이 저하될 뿐만 아니라 엔진 작동 소음이 크게 발생되고, NOX 배출량이 증가하게 된다. 반대로 상기 연소전반점(F)이 너무 늦게 나타나면 피스톤에 연소압력을 가하는 시간이 짧아져 출력이 작아진다는 문제점이 있다. 또한, 연소가 본격적으로 이루어짐으로 인해 열발생량이 급격하게 증가되는 구간의 종료점(이하 '연소후반점(L)'이라 약칭함)이 너무 빨리 나타나면 피스톤에 연소압력을 가하는 시간이 짧아져 엔진 출력이 작아질 수 있고, 상기 연소후반점(L)이 너무 늦게 나타나면 연소가 완전히 종료되기 이전에 배기밸브가 열려지므로 연소압력의 일부가 피스톤을 밀어 올리는데 사용되지 아니하고 배기밸브를 통해 그대로 배출되는 경우가 발생될 수 있다는 문제가 있다.
따라서 상기 연소전반점(F)과 연소후반점(L)은 각각 크랭크축이 적정 각도만큼 회전되었을 때 발현되도록 즉, 본격적인 연료 연소의 시작과 종료가 크랭크축이 적정 각도만큼 회전되었을 때 나타날 수 있도록 구성됨이 바람직하다. 예를 들어, 피스톤이 기준치 이상의 압력을 받기 시작해야 하는 적정 크랭크각을 'CA1'이라 하고 피스톤이 기준치 이상의 압력을 받는 것이 종료되어야 하는 적정 크랭크각을 'CA2'라 하면, 도 1에 도시된 바와 같이 크랭크각이 'CA1'이 되었을 때 연소전반점(F)이 나타나고 크랭크각이 'CA2'가 되었을 때 연소후반점(L)이 나타나야 한다.
일반적으로 엔진은 상기 언급한 바와 같이 크랭크각이 적정 각도가 되었을 때 연소전반점(F) 및 연소후반점(L)이 나타나도록 설계되지만, 실제 엔진 운전 과정에서는 여러 가지 이유로 점화시기가 변경되어 연소과정이 전체적으로 앞으로 당겨지거나 뒤로 늦춰지는 현상이 발생될 수 있다. 연소과정이 전체적으로 앞으로 당겨지거나 뒤로 늦춰진다는 것은 연소그래프가 크랭크각 축방향을 따라(도 1에서는 좌우측 방향) 평행이동을 하게 된다는 것이므로, 연소전반점(F) 및 연소후반점(L) 역시 앞으로 당겨지거나 뒤로 늦춰지게 된다.
또한, 연료레일의 압력, 배기가스재순환율(이하 'EGR율'이라 약칭함), 부스트압력 등이 변경되면 연소속도가 변경되므로, 도 2에 도시된 바와 같이 연소그래프의 기울기가 변경되고, 이에 따라 연소전반점(F) 및 연소후반점(L)이 'CA1' 및 'CA2'를 벗어나게 된다.
본 발명은 상기 언급한 바와 같이 연소전반점(F) 및 연소후반점(L)이 적정 크랭크각(CA1 및 CA2)을 벗어난 시기에 나타나는 경우, 연소시기 및 연소속도를 조절함으로써 연소전반점(F) 및 연소후반점(L)을 적정 크랭크각(CA1 및 CA2)에서 의 발현 시기를 조절한다는 점에 가장 큰 특징이 있다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 엔진 연소 제어방법의 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 엔진 연소 제어장치의 블록도이고, 도 4는 본 발명에 의한 엔진 연소 제어방법의 순서도이며, 도 5 내지 도 8은 본 발명에 의한 엔진 연소 제어방법에 따라 엔진 연소를 제어하는 과정을 도시하는 열발생량 그래프이다.
본 발명에 의한 엔진 연소 제어방법은, 엔진(20)의 실린더 내부 압력만으로 연소상태를 예측하는 것이 아니라, 실린더 내부 압력과 비열비, 실린더의 총체적, 실린더체적 변화율 등을 이용하여 열발생량을 계산한 후 상기 열발생량을 근거로 연소특성을 감지하는바, 보다 정확하게 연소전반점(F) 및 연소후반점(L)을 산출할 수 있다는 점에 특징이 있다. 또한 본원발명은, 연소전반점(F) 및 연소후반점(L)이 항상 적정 크랭크각에서 나타날 수 있도록, 연소전반점(F) 및 연소후반점(L)을 실시간으로 산출해 가면서 연료분사시기 및 연소속도를 반복적으로 제어한다는 점에 또 다른 특징이 있다. 이와 같은 제어가 가능하도록 하기 위해서는, 도 3에 도시된 바와 같이 엔진(20)의 실린더 내부 열발생량을 측정하기 위한 열발생량 측정부(11)와, 열발생량을 근거로 연소특성을 산출하는 연소특성 감지부(12)와, 연료분사시기 및 연료연소속도를 제어하는 연료분사시기 제어부(13) 및 연소속도 제어부(14)를 구비하는 엔진 연소 제어장치(10)가 필수적으로 요구된다.
본 발명에 의한 엔진 연소 제어방법을 이용하여 엔진 연소를 제어하는 과정은 다음과 같다. 먼저 열발생량 측정부(11)가 크랭크각도에 따른 실린더 내부의 열발생량을 산출하여(S11) 도 5에 도시된 열발생량 그래프가 생성되면, 연소특성 감지부(12)는 연소량이 급격하게 상승되는 시점(연소전반점(F)) 및 연소량이 급격하게 감소되는 시점(연소후반점(L))이 어느 크랭크각도에 해당되는지 등을 검출한다(S12).
이때, 연소전반점(F)과 연소후반점(L)을 선정하는 방법으로는, 연소속도가 기준치 이상으로 급상승 또는 급하강하는 시점을 찾는 방법이 가장 정확하지만, 각각의 크랭크 각도별로 연소속도를 측정하고 비교하기 위해서는 여러 종류의 측정장비가 필요하고 많은 시간이 소요된다는 어려움이 있다. 따라서 연소전반점(F)과 연소후반점(L)을 선정하는 단계는, 연료 연소가 어느 정도 진행되었는지에 따라 연소전반점(F)과 연소후반점(L)을 선정하도록 즉, 실린더 내의 연료 연소율이 10%가 되는 시점을 상기 연소전반점(F)으로 선정하고, 실린더 내의 연료 연소율이 90%가 되는 시점을 상기 연소후반점(L)으로 선정하도록 구성될 수 있다. 이와 같이 연료 연소속도를 일일이 측정하는 것이 아니라 단순히 연료 연소율만으로 연소전반점(F)과 연소후반점(L)을 선정하는 방법을 이용하면, 연소전반점(F)과 연소후반점(L)의 정확도는 약간 떨어질 수 있으나 연소전반점(F)과 연소후반점(L)을 선정하는 과정이 매우 간략하다는 장점이 있다.
이외에도, 본 실시예에서 언급하고 있는 바와 같이 실린더 내의 열발생률이 제1 기준치(H1)에 이르는 시점을 연소전반점(F)으로 선정하고, 실린더 내의 열발생률이 제2 기준치(H2)에 이르는 시점을 연소후반점(L)으로 선정하도록 구성될 수도 있다. 이와 같이 실린더 내의 열발생률로 연소전반점(F)과 연소후반점(L)을 선정하는 경우, 실린더 내의 온도를 측정하는 조작만으로 연소전반점(F)과 경소후반점을 선정할 수 있으므로, 연소전반점(F) 및 연소후반점(L)을 가장 간편하게 선정할 수 있다는 장점이 있다.
연소전반점(F) 및 연소후반점(L) 선정이 완료되면, 연소전반점(F)과 연소후반점(L) 중 적어도 하나가 정상범위의 크랭크 각도구간을 이탈하였는지를 판단한다(S13). 종래에는 실린더 내부의 압력만으로 착화시점이나 연소속도 등 연소특성을 예측하였으나, 실린더 내부의 압력은 연료의 연소에 의해서만 변화되는 것이 아니라 다른 조건에 의해서도 변화될 수 있으므로, 실린더 내부의 압력만으로는 연료의 연소 특성을 정확하게 판단할 수 없다. 이에 비해 본원발명은 실린더 내부압력 뿐만 아니라 비열비, 크랭크 각도에 따른 실린더체적 등을 모두 고려하여 열발생량을 계산하고, 상기 열발생량 변화를 기준으로 연소특성을 산출하는바, 착화 및 소화가 언제 이루어지는지, 본격적인 연료 연소가 언제 시작되고 종료되는지 등을 보다 정확하게 판단할 수 있다는 장점이 있다.
도 6에 도시된 바와 같이 연소전반점(F)이 정상범위의 크랭크 각도구간을 이탈한 경우에는 연소전반점(F)이 정상범위의 크랭크 각도구간 이내로 들어오도록 연소 패턴에 변화를 주어야 하는데, 연소 패턴에 변화를 주는 대표적인 방법으로는 연소 시기를 변화시키는 방법과, 연소 속도를 변화시키는 방법이 있다. 이때 연소 속도를 변화시키게 되면 착화점을 기준으로 열발생량 그래프의 기울기가 변화되는데, 착화점을 기준으로 열발생량 그래프의 기울기가 변화되는 경우 착화점과의 거리가 먼 연소후반점(L)은 비교적 이동 거리가 크지만, 착화점과의 거리가 가까운 연소전반점(F)은 이동 거리가 매우 작으므로, 연소 속도를 변화시켜 연소전반점(F)의 위치를 변경시키는 방법은 비효율적인 방법이라 할 수 있다. 물론, 연소전반점(F)이 정상범위의 크랭크 각도구간 이내로 들어올 때까지 연소 속도를 변경시킬 수도 있지만, 이와 같은 경우 연소후반점(L)의 위치가 과도하게 변경될 뿐만 아니라, 연소후반점(L)을 정상범위의 크랭크 각도구간에 재위치시킬 방법이 없다는 문제가 발생된다.
따라서 연소전반점(F)이 적정 크랭크각(CA1)에서 발현되도록 하고자 하는 경우에는, 연료분사시기 제어부(13)가 연료분사시기를 변경시킴으로써 연소과정이 전체적으로 앞으로 당겨지거나 뒤로 미루어지도록 함이 바람직하다. 이와 같이 연소과정이 전체적으로 앞으로 당겨지거나 뒤로 미루어지면, 착화점, 연소전반점(F), 연소후반점(L) 등이 모두 앞으로 당겨지거나 뒤로 미루어지게 되므로 즉, 도 7에 도시된 바와 같이 열발생량 그래프가 좌우로 평행 이동을 하게 되므로, 연소전반점(F)을 적정 크랭크각(CA1)에 위치시킬 수 있게 된다(S14). 이때, 연소전반점(F)이 적정 크랭크각(CA1) 범위에 포함되는지를 판단하여(S15), 연소전반점(F)이 적정 크랭크각(CA1) 범위에 포함되지 않는 경우 연료분사시기 제어부(13)가 연료분사시기를 변경시키는 과정(S14)을 반복하고, 연소전반점(F)이 적정 크랭크각(CA1) 범위에 포함되면 다음 단계로 넘어간다.
도 6에 도시된 바와 같이 연소전반점(F)이 크랭크각 CA1의 우측에 있고 연소후반점(L)이 크랭크각 CA2의 좌측에 있는 상태에서 연소과정을 전제적으로 앞으로 당기게 되면, 도 7에 도시된 바와 같이 연소전반점(F)은 크랭크각 CA1에 위치될 수 있지만 연소후반점(L)은 크랭크각 CA2로부터 더 멀어지는바, 연소후반점(L)을 크랭크각 CA2에 위치시키기 위한 단계가 추가적으로 이루어져야 한다.
즉, 본 발명에 의한 엔진 연소 제어방법은, 연소전반점(F)이 적정 크랭크각(CA1)에 위치된 이후, 연소속도 제어부(14)가 실린더 내 연료의 연소속도를 조절하여 연소후반점(L)을 적정 크랭크각(CA2) 범위에 포함시키는 과정(S16)을 포함한다. 예를 들어 도 7에 도시된 바와 같이 열발생량이 H2에 이르는 시점 즉, 연소후반점(L)이 CA2보다 현저히 앞쪽에 위치하는 경우, 연료의 연소속도를 감소시켜 연소그래프의 기울기를 낮춤으로써 도 8에 도시된 바와 같이 연소후반점(L)을 CA2에 일치시키는 과정을 거치도록 한다. 이때, 연소속도를 조절하는 방법으로는, 연료레일압력을 조절하는 방법과 EGR률을 조절하는 방법과 부스트압력을 조절하는 방법 등이 있는데, 본 발명에 의한 엔진 연소 제어방법은 연료레일압력과 EGR률과 부스트압력 중 어느 하나만을 조절하도록 구성될 수도 있고, 둘 이상의 요소를 복합적으로 조절하도록 구성될 수도 있다. 연료레일압력과 EGR률과 부스트압력 등을 조절하여 연소속도를 제어하는 기술은, 본원발명이 해당하는 기술분야에서 이미 상용화되어 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
한편, 도 8에 도시된 바와 같이 연소속도를 감소시키면, 연소후반점(L)의 위치뿐만 아니라 연소전반점(F)의 위치 또한 변경될 수 있다. 연소전반점(F)의 위치 변경량은 연소후반점(L)의 위치 변경량에 비해 극히 미미하므로 연소속도를 변경시키더라도 연소전반점(F)은 적정 크랭크각(CA1) 범위에 포함된 상태를 유지할 수 있지만, 경우에 따라 연소속도를 조절하는 과정에서 연소전반점(F)이 적정 크랭크각(CA1) 범위를 벗어나는 경우가 발생될 수도 있다. 이와 같이 연소속도를 조절하는 과정에서 연소전반점(F)이 적정 크랭크각(CA1) 범위를 벗어나는 경우에는, 연료분사시기를 조절하여 연소전반점(F)을 제어하는 단계(S14)로 되돌아갈 수 있다.
연소후반점(L) 조절이 완료되면, 연소후반점(L)이 적정 크랭크각(CA2) 범위에 포함되는지를 판단하여(S17), 연소후반점(L)이 적정 크랭크각(CA2) 범위에 포함되지 않는 경우 연소속도 제어부(14)가 연소속도를 변경시키는 과정(S16)을 반복하고, 연소후반점(L)이 적정 크랭크각(CA2) 범위에 포함되면 엔진운전 종료신호가 인가되었는지를 판단하는 단계(S18)로 넘어간다. 이때 엔진운전 종료신호가 인가되었으면 모든 과정을 종료하고, 엔진운전 종료신호가 인가되지 아니하였으면 최초 열발생량 측정단계(S11)로 되돌아간다.
도 9는 연소후반점(L)이 정상범위를 벗어날 때의 열발생량 그래프이고, 도 10은 본 발명에 의한 엔진 연소 제어방법 제2 실시예의 순서도이다.
일반적으로 연소환경이 변화되더라도 연료가 연소되기 시작하는 시점에는 큰 차이가 없으므로, 도 9에 도시된 바와 같이 연소전반점(F)은 적정 크랭크각(CA1) 범위를 크게 벗어나지 않지만, 연소 속도 등에 따라 연소후반점(L)은 적정 크랭크각(CA2) 범위를 크게 벗어나는 경우가 빈번하다. 이와 같이 연소전반점(F)은 적정 크랭크각(CA1) 범위를 벗어나지 아니하고 연소후반점(L)은 적정 크랭크각(CA2) 범위를 벗어나는 경우만을 고려하여, 본 발명에 의한 엔진 연소 제어방법은 도 10에 도시된 바와 같이 크랭크 각도별 엔진 내부의 열발생량을 산출하는 단계(S21)와, 산출된 열발생량을 참조하여 연소후반점(L)을 검출하는 단계(S22)와, 연소후반점(L)이 정상범위의 크랭크 각도구간을 이탈하였는지를 판단하는 단계(S23)와, 연소후반점(L)이 정상범위의 크랭크 각도구간을 이탈하였을 때 연소속도를 조절하여 연소후반점(L)을 정상범위의 크랭크 각도구간 이내로 이동시키는 단계(S24)로 구성될 수 있다. 연소속도를 조절하여 연소후반점(L)을 이동시키는 단계(S24)가 종료된 이후, 연소후반점(L)이 정상범위의 크랭크 각도구간에 속하는지를 판단하여(S25), 연소후반점(L)이 정상범위의 크랭크 각도구간에 속하면 다음단계로 넘어가고, 연소후반점(L)이 정상범위의 크랭크 각도구간에 속하지 아니하면 연소속도를 제어하는 단계(S24)로 되돌아간다. 또한, 연소후반점(L)이 정상범위의 크랭크 각도구간에 속하는 경우, 엔진운전 종료신호 인가 여부에 따라 모든 과정이 종료되거나 열 발생량 측정단계(S21)로 돌아간다.
즉, 본 발명에 의한 엔진 연소 제어방법은, 도 4 내지 도 8을 참조하여 설명하였던 실시예에서 연소전반점(F) 선정 및 변경 과정을 생략하고, 연소후반점(L)만을 선정 및 변경하도록 구성될 수 있다. 이와 같이 연소전반점(F)은 고려치 아니하고 연소후반점(L)만을 고려하여 엔진 연소를 제어하는 경우, 연소전반점(F)이 정상범위의 크랭크 각도구간을 벗어날 때에는 엔진 연소를 최적으로 제어할 수는 없지만, 연소전반점(F)이 크게 변경되지 아니할 때에는 매우 단순하고 간편하게 엔진 연소를 제어할 수 있다는 장점이 있다.
이때, 연소후반점(L)을 선정하는 단계는, 연소속도가 일정 비율 이상으로 감소되는 시점을 상기 연소후반점(L)으로 선정하도록 구성될 수도 있고, 실린더 내의 연료 연소율이 90%가 되는 시점을 상기 연소후반점(L)으로 선정하도록 구성될 수도 있으며, 실린더 내의 열발생률이 기준치(H2)에 이르는 시점을 연소후반점(L)으로 선정하도록 구성될 수도 있다. 또한, 연소후반점(L)을 연료레일압력과 EGR률과 부스트압력 중 하나 이상을 조절하여 연소후반점(L)을 정상범위의 크랭크 각도구간 이내로 이동시키도록 구성된다. 이와 같이 연소후반점(L)을 선정하는 과정과, 연소후반점(L)을 이동시키는 과정은 도 4 내지 도 8을 참조한 실시예와 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
10 : 엔진 연소 제어장치 11 : 열발생량 측정부
12 : 연소특성 감지부 13 : 연료분사시기 제어부
14 : 연소속도 제어부 20 : 엔진

Claims (11)

  1. 크랭크 각도별 엔진 내부의 열발생량을 산출하는 제1 단계;
    산출된 열발생량을 참조하여 연소전반점과 연소후반점을 검출하는 제2 단계;
    상기 연소전반점과 연소후반점 중 적어도 하나가 정상범위의 크랭크 각도구간을 이탈하였는지를 판단하는 제3 단계;
    상기 연소전반점이 정상범위의 크랭크 각도구간을 이탈하였을 때 연소전반점을 정상범위의 크랭크 각도구간 이내로 이동시키는 제4 단계;
    상기 연소후반점이 정상범위의 크랭크 각도구간을 이탈하였는지를 판단하여 상기 연소후반점이 정상범위의 크랭크 각도구간을 이탈하였을 때, 연소속도를 조절하여 상기 연소후반점을 정상범위의 크랭크 각도구간 이내로 이동시키는 제5 단계;
    를 포함하는 엔진 연소 제어방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 단계는, 연료 연소속도가 일정 비율 이상으로 상승되는 시점을 상기 연소전반점으로 선정하고, 연료 연소속도가 일정 비율 이상으로 감소되는 시점을 상기 연소후반점으로 선정하도록 구성되는 엔진 연소 제어방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 단계는, 실린더 내의 연료 연소율이 10%가 되는 시점을 상기 연소전반점으로 선정하고, 실린더 내의 연료 연소율이 90%가 되는 시점을 상기 연소후반점으로 선정하도록 구성되는 엔진 연소 제어방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 단계는, 실린더 내의 열발생률이 제1 기준치(H1)에 이르는 시점을 연소전반점으로 선정하고, 실린더 내의 열발생률이 제2 기준치(H2)에 이르는 시점을 연소후반점으로 선정하도록 구성되는 엔진 연소 제어방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제4 단계는, 연료분사시기를 조절하여 연소전반점을 정상범위의 크랭크 각도구간 이내로 이동시키도록 구성되는 엔진 연소 제어방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제5 단계는, 레일압력과 EGR률과 부스트압력 중 하나 이상을 조절하여 연소후반점을 정상범위의 크랭크 각도구간 이내로 이동시키도록 구성되는 엔진 연소 제어방법.
  7. 크랭크 각도별 엔진 내부의 열발생량을 산출하는 제1 단계;
    산출된 열발생량을 참조하여 연소후반점을 검출하는 제2 단계;
    상기 연소후반점이 정상범위의 크랭크 각도구간을 이탈하였는지를 판단하는 제3 단계;
    상기 연소후반점이 정상범위의 크랭크 각도구간을 이탈하였을 때, 연소속도를 조절하여 상기 연소후반점을 정상범위의 크랭크 각도구간 이내로 이동시키는 제4 단계;
    를 포함하는 엔진 연소 제어방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 단계는, 연소속도가 일정 비율 이상으로 감소되는 시점을 상기 연소후반점으로 선정하도록 구성되는 엔진 연소 제어방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제2 단계는, 실린더 내의 연료 연소율이 90%가 되는 시점을 상기 연소후반점으로 선정하도록 구성되는 엔진 연소 제어방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제2 단계는, 실린더 내의 열발생률이 기준치(H2)에 이르는 시점을 연소후반점으로 선정하도록 구성되는 엔진 연소 제어방법.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제4 단계는, 연료레일압력과 EGR률과 부스트압력 중 하나 이상을 조절하여 연소후반점을 정상범위의 크랭크 각도구간 이내로 이동시키도록 구성되는 엔진 연소 제어방법.
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