KR20150025424A - 복합 분사 엔진의 고장 대응 방법 - Google Patents

복합 분사 엔진의 고장 대응 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복합 분사 엔진의 고장 대응 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 특히 흡기포트분사부와 직접분사부 중 어느 하나에 고장이 발생했을 경우에도 엔진을 안전하게 작동시킬 수 있는 복합 분사 엔진의 고장 대응 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 복합 분사 엔진의 고장 대응 시스템은, 엔진의 흡기포트를 통해 연료를 분사하는 흡기포트분사부와; 상기 흡기포트분사부의 고장여부를 검출하는 제1검출부와; 엔진의 실린더 내부에 직접 연료를 분사하는 직접분사부와; 상기 직접분사부의 고장여부를 검출하는 제2검출부와; 미리 설정된 작동조건에 따라 상기 흡기포트분사부와 직접분사부의 작동여부를 제어하는 제어부를 포함하여 이루어지되, 상기 제어부는, 상기 흡기포트분사부의 작동조건하에서 상기 제1검출부에 의해 상기 흡기포트분사부가 고장났다고 판단되면 상기 직접분사부로 전환하여 작동시키고, 상기 직접분사부의 작동조건하에서 상기 제2검출부에 의해 상기 직접분사부가 고장났다고 판단되면 상기 흡기포트분사부로 전환하여 작동시키는 것을 특징으로 한다.

Description

복합 분사 엔진의 고장 대응 시스템 및 방법 { Fail safe system and method of complex injection engine }
본 발명은 복합 분사 엔진의 고장 대응 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 특히 흡기포트분사부와 직접분사부 중 어느 하나에 고장이 발생했을 경우에도 엔진을 안전하게 작동시킬 수 있는 복합 분사 엔진의 고장 대응 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량 엔진의 연료 분사 방식은 포트분사 방식과 직접분사 방식으로 크게 나눌 수 있는데, 디젤 엔진의 경우에는 실린더 내부에 연료를 직접 분사하는 직접 분사 방식이 이용되고 가솔린 엔진의 경우에는 흡기 포트에 연료를 분사하여 공기와 혼합된 혼합기가 실린더 내부로 공급되는 포트 분사 방식이 전통적으로 이용되었다.
그러나 근래에는 연비 및 출력 향상과 공해 방지 등의 목적으로 가솔린 엔진의 경우에도 실린더 내부에 직접 연료를 분사하는 직접 분사 방식의 GDI 엔진(Gasoline Direct Injection Engine)이 주목받아 개발되고 있다.
이러한 GDI 엔진은 부분 부하시에는 압축 행정 말기에 연료를 분사하여 점화 플러그 주위의 공연비를 농후하게 하는 성층연소로 초희박 공연비(25∼40:1)에서도 쉽게 점화가 가능하도록 되어 있으며, 고부하시에는 흡입 행정 초기에 연료를 분사하여 이론 공연비(14.7:1) 연료에 의한 흡입공기 냉각으로 충진 효율을 향상시킬 수 있다.
또한 GDI 엔진은 실린더 안으로 연료를 직접 분사하므로 흡기포트 벽에 연료가 흡착되는 월 웨팅(wall wetting)현상도 줄일 수 있다.
이와 같은 장점에도 불구하도 GDI 엔진은 흡입 행정 구간 중에 실린더 내부로 연료가 분사되기 때문에 실린더 내부에 형성되는 혼합기의 분포에 있어서 기존의 포트 분사 방식 엔진에 비하여 혼합기 분포의 균질화 성능이 떨어지는 문제가 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 최근에는 가솔린 엔진에 대해 직접 분사 방식과 포트 분사 방식을 병용하는 방식의 엔진이 개발되고 있다.
도 1은 종래기술에 따른 복합 분사 엔진의 구조를 간략하게 도시한 구조도이다.
직접 분사 방식과 포트 분사 방식이 병용된 형태의 실린더는 도 1에 도시된 바와 같이, 실린더(10) 상부 측에 흡기포트(12)와 배기포트(11)가 형성되고, 실린더(10) 내부에 직접 연료를 분사하는 직접 분사 인젝터(20)와 흡기포트(12) 내부에 연료를 분사하는 흡기 포트 인젝터(20')가 구비되며, 각각의 인젝터(20,20')는 제어부(미도시)를 통해 연료 분사량 및 분사 시기 등이 각각 별도로 제어된다.
이러한 구조에 따라 직접 분사 방식의 장점뿐만 아니라 포트 분사 방식의 장점을 모두 취할 수 있기 때문에, 연료와 공기의 혼합에 충분한 혼합 시간이 확보되어 혼합기 분포의 균질화 성능이 개선됨으로써 출력 및 연비가 개선되는 효과가 있다.
이러한 종래의 복합 분사 엔진에서는, 미리 설정된 조건에 따라 흡기포트분사방식과 직접분사방식을 각각 별도로 사용하거나 2가지를 한꺼번에 혼용하여 사용하고 있다.
즉, 미리 설정된 조건에 따라 흡기포트분사방식만을 사용할 조건에서는 직접분사방식은 사용하지 않고 흡기포트분사방식만 사용하며, 미리 설정된 조건에 따라 직접분사방식만을 사용할 조건에서는 흡기포트분사방식은 사용하지 않고 직접분사방식만 사용하며, 미리 설정된 조건에 따라 흡기포트분사방식과 직접분사방식을 함께 사용할 조건에서는 2가지 방식을 함께 사용한다.
그러나, 이러한 종래기술들은, 예를 들어 흡기포트분사방식을 사용하여야 할 조건에서 흡기포트인젝터가 고장난 경우에, 이를 대체하여 연료를 분사하는 시스템이 구비되지 못하여 엔진 성능을 제한하는 방법을 택하여야 했다.
대한민국 등록특허공보 제10-0898207호
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 흡기포트분사부와 직접분사부 중 어느 하나에 고장이 발생한 경우에는 현재의 분사방식에 관계없이 정상인 다른 분사방식으로 전환하여 엔진이 구동되도록 할 수 있는 복합 분사 엔진의 고장 대응 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 복합 분사 엔진의 고장 대응 시스템은, 엔진의 흡기포트를 통해 연료를 분사하는 흡기포트분사부와; 상기 흡기포트분사부의 고장여부를 검출하는 제1검출부와; 엔진의 실린더 내부에 직접 연료를 분사하는 직접분사부와; 상기 직접분사부의 고장여부를 검출하는 제2검출부와; 미리 설정된 작동조건에 따라 상기 흡기포트분사부와 직접분사부의 작동여부를 제어하는 제어부를 포함하여 이루어지되, 상기 제어부는, 상기 흡기포트분사부의 작동조건하에서 상기 제1검출부에 의해 상기 흡기포트분사부가 고장났다고 판단되면 상기 직접분사부로 전환하여 작동시키고, 상기 직접분사부의 작동조건하에서 상기 제2검출부에 의해 상기 직접분사부가 고장났다고 판단되면 상기 흡기포트분사부로 전환하여 작동시키는 것을 특징으로 한다.
전환되어 작동되는 상기 직접분사부와 흡기포트분사부는 엔진의 전 운전영역에서 미리 설정된 조건에 따라 단독으로 구동된다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 복합 분사 엔진의 고장 대응 방법은, 엔진의 흡기포트를 통해 연료를 분사하는 흡기포트분사부와, 엔진의 실린더 내부에 직접 연료를 분사하는 직접분사부를, 미리 설정된 작동조건에 따라 정상 작동시키는 정상작동단계와; 상기 흡기포트분사부의 작동시 상기 흡기포트분사부의 고장여부를 판단하는 제1-1진단단계와; 상기 제1-1진단단계에서 상기 흡기포트분사부가 고장났다고 판단되었을 때 상기 직접분사부로 전환하여 작동시키는 제1전환작동단계와; 상기 제1전환작동단계에 의해 전환되어 작동되는 상기 직접분사부의 고장여부를 판단하는 제1-2진단단계와; 상기 직접분사부의 작동시 상기 직접분사부의 고장여부를 판단하는 제2-1진단단계와; 상기 제2-1진단단계에서 상기 직접분사부가 고장났다고 판단되었을 때 상기 흡기포트분사부로 전환하여 작동시키는 제2전환작동단계와; 상기 제2전환작동단계에 의해 전환되어 작동되는 상기 흡기포트분사부의 고장여부를 판단하는 제2-2진단단계를 포함하여 이루어지되, 상기 제1-1진단단계와 상기 제2-1진단단계에서는 고장이 없다고 판단되면 미리 설정된 작동조건에 따라 상기 흡기포트분사부와 직접분사부가 정상 작동되도록 상기 정상작동단계로 이동하고, 상기 제1-2진단단계와 상기 제2-2진단단계에서 고장이 났다고 판단되면 엔진회전수와 엔진부하를 제한시키는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 복합 분사 엔진의 고장 대응 시스템 및 방법에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
흡기포트분사부 또는 직접분사부 중 어느 하나에 고장이 발생하더라도 정상인 다른 분사부로 대체 전환되어 작동되도록 함으로써, 고장여부에 관계없이 거의 동일한 성능을 발휘하도록 할 수 있다.
또한, 대체 전환되는 분사부는 단독으로 전체 엔진 운전영역을 구동할 수 있도록 되어 있기 때문에, 어느 하나의 분사부에 문제가 발생하더라도 엔진은 안전하게 구동될 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 복합 분사 엔진의 구조를 간략하게 도시한 구조도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 복합 분사 엔진의 고장 대응 시스템의 구성도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 복합 분사 엔진의 고장 대응 방법의 순서도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 복합 분사 엔진의 고장 대응 시스템의 구성도이다.
본 발명의 복합 분사 엔진의 고장 대응 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이, 흡기포트분사부(110)와, 제1검출부(120)와, 직접분사부(130)와, 제2검출부(140)와, 제어부(150)를 포함하여 이루어진다.
상기 흡기포트분사부(110)는 엔진의 흡기포트를 통해 연료를 분사하는 구성이다.
상기 제1검출부(120)는 센서 등으로 이루어져 상기 흡기포트분사부(110)의 고장여부를 검출한다.
상기 직접분사부(130)는 엔진의 실린더 내부에 직접 연료를 분사하는 구성이다.
상기 제2검출부(140)는 센서 등으로 이루어져 상기 직접분사부(130)의 고장여부를 검출한다.
상기 제어부(150)는 미리 설정된 작동조건에 따라 상기 흡기포트분사부(110)와 직접분사부(130)의 작동여부를 제어한다.
즉, 상기 제어부(150)는 미리 설정된 작동조건에 따라 상기 흡기포트분사부(110)만을 작동시키거나 상기 직접분사부(130)만을 작동시키거나 상기 흡기포트분사부(110)와 직접분사부(130)를 동시에 작동시키도록 제어한다.
이러한 상기 제어부(150)는, 상기 흡기포트분사부(110)의 작동조건하에서 상기 제1검출부(120)에 의해 상기 흡기포트분사부(110)가 고장났다고 판단되면 연료분사방식을 상기 직접분사부(130)로 전환하여 작동시킨다.
그리고, 상기 제어부(150)는, 상기 직접분사부(130)의 작동조건하에서 상기 제2검출부(140)에 의해 상기 직접분사부(130)가 고장났다고 판단되면 연료분사방식을 상기 흡기포트분사부(110)로 전환하여 작동시킨다.
위와 같은 상기 제어부(150)의 작동에 의해 상기 흡기포트분사부(110)와 직접분사부(130) 중 어느 하나에 고장이 발생한 경우에, 현재의 분사방식에 관계없이 정상인 다른 분사방식으로 전환하여 엔진이 구동되도록 할 수 있어, 상기 흡기포트분사부(110)와 직접분사부(130) 중 어느 하나의 고장여부와 관계없이 엔진의 성능을 유지할 수 있다.
이때, 전환되어 작동되는 상기 직접분사부(130)와 흡기포트분사부(110)는 엔진의 전 운전영역에서 미리 설정된 조건에 따라 단독으로 구동되도록 되어 있기 때문에, 어느 하나의 분사부(110,130)에 문제가 발생하더라도 엔진은 안전하게 구동될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 복합 분사 엔진의 고장 대응 방법의 순서도이다.
본 발명의 복합 분사 엔진의 고장 대응 방법은 도 3에 도시된 바와 같이, 정상작동단계(S10)와, 제1-1진단단계(S20)와, 제1전환작동단계(S30)와, 제1-2진단단계(S40)와, 제2-1진단단계(S50)와, 제2전환작동단계(S60)와, 제2-2진단단계(S70) 등을 포함하여 이루어진다.
상기 정상작동단계(S10)는, 엔진의 흡기포트를 통해 연료를 분사하는 상기 흡기포트분사부(110)와, 엔진의 실린더 내부에 직접 연료를 분사하는 상기 직접분사부(130)를, 미리 설정된 작동조건에 따라 정상 작동시키는 단계이다.
즉, 상기 정상작동단계(S10)는 미리 설정된 작동조건에 따라 상기 흡기포트분사부(110)를 작동시키거나, 상기 직접분사부(130)를 작동시키거나, 또는 두가지를 모두 작동시킨다.
도 3에서는 자동차의 상태가 흡기포트분사부(110) 작동조건을 만족하면 흡기포트분사부(110)를 작동시키고, 만족하지 못하면 직접분사부(130)를 작동하도록 도시되어 있다.
상기 제1-1진단단계(S20)는 상기 제1검출부(120)를 이용하여 상기 흡기포트분사부(110)의 작동시 상기 흡기포트분사부(110)의 고장여부를 판단한다.
상기 제1-1진단단계(S20)에서 상기 흡기포트분사부(110)가 고장이라고 판단되면 상기 제1전환작동단계(S30)로 이동하고, 고장이 아니라고 판단되면 상기 정상작동단계(S10)로 이동한다.
상기 제1전환작동단계(S30)는 상기 제1-1진단단계(S20)에서 상기 흡기포트분사부(110)가 고장났다고 판단되었을 때 연료분사방식과 관련하여 상기 흡기포트분사부(110)를 대신하여 상기 직접분사부(130)로 전환하여 작동시키는 단계이다.
상기 제1-2진단단계(S40)는 상기 제1전환작동단계(S30)에 의해 전환되어 작동되는 상기 직접분사부(130)의 고장여부를 판단하는 단계이다.
상기 제2-1진단단계(S50)는 상기 제2검출부(140)를 이용하여 상기 직접분사부(130)의 작동시 상기 직접분사부(130)의 고장여부를 판단한다.
상기 제2-1진단단계(S50)에서 상기 직접분사부(130)가 고장이라고 판단되면 상기 제2전환작동단계(S60)로 이동하고, 고장이 아니라고 판단되면 상기 정상작동단계(S10)로 이동한다.
상기 제2전환작동단계(S60)는 상기 제2-1진단단계(S50)에서 상기 직접분사부(130)가 고장났다고 판단되었을 때 연료분사방식과 관련하여 상기 직접분사부(130)를 대신하여 상기 흡기포트분사부(110)로 전환하여 작동시키는 단계이다.
상기 제2-2진단단계(S70)는 상기 제2전환작동단계(S60)에 의해 전환되어 작동되는 상기 흡기포트분사부(110)의 고장여부를 판단하는 단계이다.
그리고, 상기 제1-2진단단계(S40)와 상기 제2-2진단단계(S70)에서 전환된 분사부(110,130)마저 고장이 났다고 판단되면 엔진회전수와 엔진부하를 제한시킨다.
또한, 각 단계에서 상기 흡기포트분사부(110) 및/또는 상기 직접분사부(130)가 고장났다고 판단되는 경우에는 이를 사용자에게 알리도록 한다.
위와 같은 본 발명에 의해 상기 흡기포트분사부(110) 또는 직접분사부(130) 중 어느 하나에 고장이 발생하더라도 다른 분사부(110,130)로 대체 전환되어 작동되도록 함으로써, 고장여부에 관계없이 거의 동일한 성능을 발휘하도록 할 수 있다.
그리고, 대체되는 분사부(110,130)는 단독으로 전체 엔진 운전영역을 구동할 수 있도록 되어 있기 때문에, 어느 하나의 분사부(110,130)에 문제가 발생하더라도 엔진은 안전하게 구동될 수 있다.
본 발명인 복합 분사 엔진의 고장 대응 시스템 및 방법은 전술한 실시예에 국한하지 않고, 본 발명의 기술 사상이 허용되는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
110 : 흡기포트분사부, 120 : 제1검출부, 130 : 직접분사부, 140 : 제2검출부, 150 : 제어부,
S10 : 정상작동단계, S20 : 제1-1진단단계, S30 : 제1전환작동단계, S40 : 제1-2진단단계, S50 : 제2-1진단단계, S60 : 제2전환작동단계, S70 : 제2-2진단단계.

Claims (3)

  1. 엔진의 흡기포트를 통해 연료를 분사하는 흡기포트분사부와;
    상기 흡기포트분사부의 고장여부를 검출하는 제1검출부와;
    엔진의 실린더 내부에 직접 연료를 분사하는 직접분사부와;
    상기 직접분사부의 고장여부를 검출하는 제2검출부와;
    미리 설정된 작동조건에 따라 상기 흡기포트분사부와 직접분사부의 작동여부를 제어하는 제어부를 포함하여 이루어지되,
    상기 제어부는,
    상기 흡기포트분사부의 작동조건하에서 상기 제1검출부에 의해 상기 흡기포트분사부가 고장났다고 판단되면 상기 직접분사부로 전환하여 작동시키고,
    상기 직접분사부의 작동조건하에서 상기 제2검출부에 의해 상기 직접분사부가 고장났다고 판단되면 상기 흡기포트분사부로 전환하여 작동시키는 것을 특징으로 하는 복합 분사 엔진의 고장 대응 시스템.
  2. 청구항1에 있어서,
    전환되어 작동되는 상기 직접분사부와 흡기포트분사부는 엔진의 전 운전영역에서 미리 설정된 조건에 따라 단독으로 구동되는 것을 특징으로 하는 복합 분사 엔진의 고장 대응 시스템.
  3. 엔진의 흡기포트를 통해 연료를 분사하는 흡기포트분사부와, 엔진의 실린더 내부에 직접 연료를 분사하는 직접분사부를, 미리 설정된 작동조건에 따라 정상 작동시키는 정상작동단계와;
    상기 흡기포트분사부의 작동시 상기 흡기포트분사부의 고장여부를 판단하는 제1-1진단단계와;
    상기 제1-1진단단계에서 상기 흡기포트분사부가 고장났다고 판단되었을 때 상기 직접분사부로 전환하여 작동시키는 제1전환작동단계와;
    상기 제1전환작동단계에 의해 전환되어 작동되는 상기 직접분사부의 고장여부를 판단하는 제1-2진단단계와;
    상기 직접분사부의 작동시 상기 직접분사부의 고장여부를 판단하는 제2-1진단단계와;
    상기 제2-1진단단계에서 상기 직접분사부가 고장났다고 판단되었을 때 상기 흡기포트분사부로 전환하여 작동시키는 제2전환작동단계와;
    상기 제2전환작동단계에 의해 전환되어 작동되는 상기 흡기포트분사부의 고장여부를 판단하는 제2-2진단단계를 포함하여 이루어지되,
    상기 제1-1진단단계와 상기 제2-1진단단계에서는 고장이 없다고 판단되면 미리 설정된 작동조건에 따라 상기 흡기포트분사부와 직접분사부가 정상 작동되도록 상기 정상작동단계로 이동하고,
    상기 제1-2진단단계와 상기 제2-2진단단계에서 고장이 났다고 판단되면 엔진회전수와 엔진부하를 제한시키는 것을 특징으로 하는 복합 분사 엔진의 고장 대응 방법.
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KR20130103171A KR20150025424A (ko) 2013-08-29 2013-08-29 복합 분사 엔진의 고장 대응 방법

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102012337B1 (ko) * 2018-02-13 2019-08-20 콘티넨탈 오토모티브 시스템 주식회사 내연 기관의 고장 진단 장치 및 방법
RU2717784C2 (ru) * 2015-06-29 2020-03-25 Форд Глобал Текнолоджиз, Ллк Способ управления двигателем с системой двойного впрыска топлива (варианты)
KR102165282B1 (ko) * 2019-06-03 2020-10-13 한국기계연구원 이중 분사 가스 엔진

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