KR20160010671A - 냉간 시동시 연료 전분사 제어 장치 및 방법 - Google Patents

냉간 시동시 연료 전분사 제어 장치 및 방법 Download PDF

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KR20160010671A
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김백수
이재호
임동훈
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현대오트론 주식회사
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Abstract

본 발명은 냉간 시동시 인젝터의 연료 전분사를 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 냉간 시동시 연료 전분사 제어 장치는 차량의 시동 시도시, 냉간 시동인지를 판단하는 냉간 시동 판단부, 냉간 시동인 경우, 연료 전분사가 가능한지를 판단하여 인젝터의 연료 전분사를 제어하는 제1 제어부 및 연료가 전분사된 이후 소정의 시간 이내에 연료 전분사가 시도되면, 인젝터의 연료 전분사를 제한하는 제2 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 냉간 시동시 인젝터의 연료 전분사를 제어함에 있어서, 연료가 전분사된 이후 일정 시간 이내에 다시 연료의 전분사가 시도되면 인젝터의 연료 전분사를 제한함으로써, 불필요한 연료 소모를 줄이고 연료 누적에 따른 시동성 저하를 방지할 수 있는 장점이 있다.

Description

냉간 시동시 연료 전분사 제어 장치 및 방법{FUEL PRE-INJECTION CONTROL APPARATUS AT COLD START AND METHOD THEREOF}
본 발명은 냉간 시동시 인젝터의 연료 전분사를 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 자동차 산업분야에서는 친환경성 및 연비 향상을 위하여 디젤 엔진 차량, 바이오 에너지인 에탄올 연료를 이용하는 차량이 개발되고 있다.
그러나 디젤 연료, 에탄올 연료는 발화점, 인화점이 높아 낮은 온도에서의 시동, 즉 냉간 시동에 취약한 문제점이 존재한다.
이러한 문제점을 개선하기 위하여 디젤 차량, 에탄올 차량에는 냉간 시동시에도 시동을 걸 수 있도록 보완하기 위한 냉시동 시스템이 탑재되며, 이러한 냉시동 시스템에는 연료 히팅을 통해 시동성을 향상시키는 히팅 인젝션 시스템, 미리 연료를 분사하는 전분사를 통해 시동성을 향상시키는 프리 인젝션 시스템이 있다.
한편, 전분사를 통한 프리 인젝션 시스템의 경우, 냉간 시동시 시동이 걸리지 않으면 사용자에 의해 반복적인 전분사가 이루어질 수 있다. 이 경우, 연료가 과다하게 흡기 밸브에 누적되어 불필요한 연료가 소모되고 연료 누적에 따른 시동성 저하의 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명은 냉간 시동시 인젝터의 연료 전분사를 제어함에 있어서, 연료가 전분사된 이후 일정 시간 이내에 다시 연료의 전분사가 시도되면 인젝터의 연료 전분사를 제한함으로써, 불필요한 연료 소모를 줄이고 연료 누적에 따른 시동성 저하를 방지하는 냉간 시동시 연료 전분사 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 냉간 시동시 연료 전분사 제어 장치는 차량의 시동 시도시, 냉간 시동인지를 판단하는 냉간 시동 판단부, 냉간 시동인 경우, 연료 전분사가 가능한지를 판단하여 인젝터의 연료 전분사를 제어하는 제1 제어부 및 연료가 전분사된 이후 소정의 시간 이내에 연료 전분사가 시도되면, 인젝터의 연료 전분사를 제한하는 제2 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 냉간 시동시 연료 전분사 제어 방법은 차량의 시동 시도시, 냉간 시동인지를 판단하는 냉간 시동 판단 단계, 냉간 시동인 경우, 연료 전분사가 가능한지를 판단하여 인젝터의 연료 전분사를 제어하는 제1 제어 단계 및 연료가 전분사된 이후 소정의 시간 이내에 연료 전분사가 시도되면, 인젝터의 연료 전분사를 제한하는 제2 제어 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 냉간 시동시 인젝터의 연료 전분사를 제어함에 있어서, 연료가 전분사된 이후 일정 시간 이내에 다시 연료의 전분사가 시도되면 인젝터의 연료 전분사를 제한함으로써, 불필요한 연료 소모를 줄이고 연료 누적에 따른 시동성 저하를 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉간 시동시 연료 전분사 제어 장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉간 시동의 판단을 설명하기 위한 테이블.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제2 연료 전분사의 제한을 설명하기 위한 테이블.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 냉간 시동시 연료 전분사 제어 방법의 순서도.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉간 시동시 연료 전분사 제어 장치의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 연료 전분사 제어 장치는 차량의 시동이 시도되면 냉간 시동인지를 판단하는 냉간 시동 판단부(102), 냉간 시동인 경우, 인젝터(110)에 의한 연료 전분사가 가능한지를 판단하고, 인젝터의 연료 전분사를 제어하는 제1 제어부(104) 및 제1 제어부(104)의 제어에 따라 연료가 전분사된 이후 소정의 시간 이내에 연료 전분사가 시도되면, 인젝터의 연료 전분사를 제한하는 제2 제어부(106)를 포함한다.
냉간 시동 판단부(102)는 차량의 시동 시도시, 냉간 시동인지를 판단하는 기능을 수행한다. 사용자는 차량 시동키가 삽입된 키-온(KEY-ON) 상태에서, 차량의 시동 스타트 버튼을 누르거나, 시동키를 회전시켜 차량의 시동을 시도한다. 냉간 시동 판단부(102)는 키-온 상태 및 크랭크 모터의 구동 신호에 기초하여 시동이 시도되는 것을 감지할 수 있다.
냉간 시동 판단부(102)는 차량의 시동이 시도되면, 저온 환경에서의 냉간 시동인지를 판단한다. 보다 상세하게는, 냉간 시동 판단부(102)는 차량의 외기 온도, 엔진의 냉각수 온도를 이용하여 냉간 시동인지를 판단할 수 있다.
냉간 시동 판단부(102)는 엔진의 냉각수 온도를 미리 설정된 기준 냉각수 온도와 비교하여, 냉각수 온도가 기준 냉각수 온도보다 낮으면 냉간 시동이라고 판단할 수 있다. 엔진의 냉각수 온도에 관한 정보는 차량의 전자 제어 유닛(ECU)으로부터 수신될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 냉간 시동 판단부(102)는 차량의 시동이 꺼진 시점에 따라 냉간 시동인지를 판단할 수 있다. 차량의 외기 온도가 일정 온도 이하인 경우에도, 차량의 시동이 꺼진 직후에는 엔진 기관의 온도가 높아 차량의 시동시 연료를 전분사할 필요가 없다. 이러한 경우에는 냉간 시동을 위한 연료 전분사 제어를 필요로 하지 않으므로, 냉간 시동이 아니라고 판단할 수 있다. 구체적으로, 냉간 시동 판단부(102)는 차량의 시동이 꺼진 시점부터 차량의 시동이 시도되는 시점까지의 시간을 측정하고, 측정된 시간이 미리 설정된 기준 시간보다 길면 냉간 시동이라고 판단할 수 있다.
예를 들어 차량의 외기 온도가 영하 5도인 환경에서, 차량의 시동이 꺼진 후 엔진의 열기가 식는데 소요되는 시간이 10분이라고 가정한다. 시동이 꺼진 후 10분 이내에 사용자에 의해 차량의 시동이 다시 시도되는 경우에는 엔진 기관에 열기가 남아 있기 때문에, 냉간 시동을 위한 연료 전분사를 필요로 하지 않는다. 따라서, 시동이 꺼진 시점부터 사용자에 의해 차량의 시동이 시도되는 시점까지의 시간이 미리 설정된 기준 시간보다 긴 경우에만 냉간 시동이라고 판단할 수 있다.
제1 제어부(104)는 냉간 시동 판단부(102)의 판단 결과 냉간 시동으로 판단되는 경우에는, 연료 전분사가 가능한지를 판단하여 인젝터의 연료 전분사를 제어하는 기능을 수행한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 인젝터(110)는 엔진과 연료 탱크를 연결하는 연료라인에 설치될 수 있고, 실시예에 따라 주분사 인젝터 및 전분사를 위한 보조 분사 인젝터로 구성될 수 있다. 주분사 인젝터 및 보조 분사 인젝터로 구성되는 경우, 정상 시동시에는 주분사 인젝터를 통해 연료를 분사하고 냉간 시동시에는 선택적으로 주분사 인젝터를 정지시키고 보조 분사 인젝터에서 연료가 분사되도록 제어할 수 있다. 이와 같이, 제1 제어부(104)는 냉간 시동인 경우 인젝터(110)를 제어하여 연료를 미리 분사시키며, 그로 인하여 각종 밸브 및 흡기 기관이 웰 웨팅(WELL-WETTING)되어 시동성이 향상될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 제1 제어부(104)는 연료 농도 정보, 배터리 전압 정보 및 연료 압력 정보 중 적어도 하나의 정보를 미리 설정된 각각의 기준값과 비교하여 연료 전분사가 가능한지를 판단할 수 있다. 제1 제어부(104)는 차량의 전자 제어 유닛(ECU)으로부터 연료 농도 정보, 배터리 전압 정보 및 연료 압력 정보를 수신할 수 있으며, 이를 미리 설정된 기준 연료 농도값, 기준 배터리 전압값, 기준 연료 압력값과 비교하여 연료 전분사가 가능한지를 판단할 수 있다.
차량이 바이오 연료를 사용하는 차량인 경우, 에탄올과 휘발유의 혼합 비율에 따라 명명될 수 있다. 예를 들어, E-85의 표기는 전체의 85%가 에탄올, 15%가 휘발유로 구성된다는 것을 의미한다. 제1 제어부(104)는 연료 중 에탄올 또는 휘발유의 비율에 따라 연료 전분사가 가능한지를 판단할 수 있다.
또한, 제1 제어부(104)는 배터리의 전압이 낮아 연료의 전분사를 수행하기 어려운 경우, 연료 전분사가 가능하지 않다고 판단할 수 있다. 제1 제어부(104)는 배터리 전압이 기준 배터리 전압 이상인 경우에만 연료 전분사를 수행할 수 있다.
제1 제어부(104)는 연료 탱크 또는 연료 라인의 압력이 연료를 전분사하기 위한 압력 이상인지를 판단할 수 있으며, 연료 탱크 또는 연료 라인의 연료 압력이 기준 연료 압력값보다 낮은 경우에는 연료 전분사가 가능하지 않다고 판단할 수 있다.
이와 같이, 제1 제어부(104)는 연료 농도 정보, 배터리 전압 정보 및 연료 압력 정보를 이용하여 연료 전분사가 가능한지를 판단하고, 판단 결과 연료 전분사가 가능한 경우에는 인젝터(110)를 제어하여 연료를 전분사할 수 있다.
제1 제어부(104)의 제어에 따라 인젝터를 통해 연료가 전분사되었으나, 시동에 실패하는 경우가 발생할 수 있다. 이 경우, 사용자의 조작에 따라 재차 시동이 시도되어 반복적으로 연료가 전분사되면 엔진 기관에는 연료가 누적되며, 불필요한 연료가 소모되고 연료 누적에 따른 시동성 저하의 문제점이 발생할 수 있다.
제2 제어부(106)는 연료가 전분사된 이후 소정의 시간 이내에 연료 전분사가 시도되면, 인젝터의 연료 전분사를 제한하는 기능을 수행한다.
구체적으로, 차량의 제1 시동 시도에 따라 인젝터를 통해 연료가 전분사된 이후에 시동에 실패하여 제2 시동이 시도되는 경우, 제2 제어부(106)는 제1 시동 시도에 따른 제1 연료 전분사 시점으로부터 제2 시동이 시도된 시점까지의 시간을 측정하고, 측정된 시간을 미리 설정된 전분사 제한 시간과 비교하여 측정된 시간이 전분사 제한 시간보다 짧으면 제2 시동 시도에 따른 연료 전분사를 제한할 수 있다. 그로 인하여, 제1 연료 전분사 시점으로부터 일정 시간 이내에 반복적으로 연료 전분사가 수행되는 것을 방지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉간 시동의 판단을 설명하기 위한 테이블이다. 도 2를 참조하면, 외기 온도가 일정 온도 이하인 경우, 냉간 시동 판단부(102)는 시동이 오프된 시점으로부터 다시 시동이 시도되는 시점까지의 시간을 측정할 수 있다.
냉간 시동 판단부(102)는 측정 시간이 기준 설정 시간보다 긴 경우(202), 냉간 시동이라고 판단할 수 있으며, 측정 시간이 기준 설정 시간보다 짧은 경우(204), 냉간 시동이 아니라고 판단할 수 있다.
그에 따라, 외기 온도가 저온 환경인 경우라도 시동이 꺼진 시점부터 차량의 시동이 시도되는 시점까지의 시간에 따라 냉간 시동인지를 판단함으로써, 불필요한 연료 소모를 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 제2 연료 전분사의 제한을 설명하기 위한 테이블이다. 도 3을 참조하면, 제2 제어부(106)는 제1 시동 시도에 따른 제1 연료 전분사 시점(302)으로부터 제2 시동이 시도된 시점까지의 시간을 측정하고, 측정된 시간을 전분사 제한 시간과 비교하여 제2 시동이 시도된 시점이 전분사 제한 구간 내에 속하는 경우에는 제2 시동 시도에 따른 연료 전분사를 제한할 수 있다.
도 3에서, 제1 전분사가 이루어진 시점부터 전분사 제한 시간 이내의 전분사 제한 구간에 속하는 제2 시동 시도의 경우(304), 제2 제어부(106)는 제2 시동 시도(304)의 연료 전분사를 제한한다. 그로 인하여, 전분사 제한 구간 내의 제2 시동 시도에는 연료를 전분사하지 않고, 전분사 제한 시간이 지난 뒤의 제2 시동 시도에 따른 제2 전분사 시도의 경우에만 연료의 전분사를 허용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 냉간 시동시 연료 전분사 제어 방법의 순서도이다. 도 4를 참조하면, 먼저 차량이 키-온(KEY-ON) 상태에서 시동이 시도되는지 여부를 감지한다(S402). 시동이 시도되는지는 크랭크 모터의 구동 신호에 기초하여 판단할 수 있다.
키-온 상태 및 크랭크 모터의 구동 신호에 기초하여 판단한 결과, 차량의 시동이 시도되면, 엔진 냉각수 온도 또는 엔진 정지 시간에 기초하여 냉간 시동인지를 판단한다(S404). 여기서, 냉간 시동인지의 판단은 엔진 냉각수 온도가 미리 설정된 기준 온도(X)보다 낮거나 차량의 시동이 꺼진 시점부터 차량의 시동이 시도되는 시점까지의 시간인 엔진 정지 시간이 미리 설정된 기준 시간(Y)보다 낮은지를 판단하여 수행될 수 있다.
그 다음, 냉간 시동인 경우 연료 농도, 배터리 전압, 연료 압력 중 적어도 하나에 기초하여 연료 전분사가 가능한지를 판단한다(S406). 예를 들어, 연료 농도가 미리 설정된 범위(E-70 < 연료 농도 < E-85)에 속하는 경우, 배터리 전압이 미리 설정된 기준 배터리 전압값(B) 이상인 경우, 연료 압력이 미리 설정된 연료 압력값(C) 이상인 경우에만 연료 전분사가 가능하다고 판단할 수 있다.
그 다음, 전분사 제한 시간 내 전분사 시도인지를 판단한다(S408). 차량의 제1 시동 시도에 따라 인젝터를 통해 연료가 전분사된 이후에, 시동에 실패하여 제2 시동이 시도되는 경우, 제1 시동 시도에 따른 제1 연료 전분사 시점으로부터 제2 시동이 시도된 시점까지의 시간을 측정하고 측정된 시간을 미리 설정된 전분사 제한 시간과 비교하여 측정된 시간이 전분사 제한 시간보다 짧으면 제2 시동 시도에 따른 연료 전분사를 제한할 수 있다.
마지막으로, 제1 시동 시도에 따른 연료 전분사 시도이거나, 전분사 제한 시간이 지난 뒤의 제2 시동 시도에 따른 연료 전분사 시도인 경우에는 인젝터를 제어하여 연료를 전분사한다(S410).
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 냉간 시동시 인젝터의 연료 전분사를 제어함에 있어서, 연료가 전분사된 이후 일정 시간 이내에 다시 연료의 전분사가 시도되면 인젝터의 연료 전분사를 제한함으로써, 불필요한 연료 소모를 줄이고 연료 누적에 따른 시동성 저하를 방지할 수 있는 장점이 있다.
전술한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

Claims (10)

  1. 차량의 냉간 시동시 인젝터의 연료 전분사를 제어하는 장치에 있어서,
    차량의 시동 시도시, 냉간 시동인지를 판단하는 냉간 시동 판단부;
    냉간 시동인 경우, 연료 전분사가 가능한지를 판단하여 인젝터의 연료 전분사를 제어하는 제1 제어부; 및
    연료가 전분사된 이후 소정의 시간 이내에 연료 전분사가 시도되면, 인젝터의 연료 전분사를 제한하는 제2 제어부
    를 포함하는 냉간 시동시 연료 전분사 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉간 시동 판단부는
    엔진의 냉각수 온도가 미리 설정된 기준 냉각수 온도보다 낮으면 냉간 시동이라고 판단하는
    냉간 시동시 연료 전분사 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 냉간 시동 판단부는
    상기 차량의 시동이 꺼진 시점부터 차량의 시동이 시도되는 시점까지의 시간을 측정하고, 상기 측정된 시간이 미리 설정된 기준 시간보다 길면 냉간 시동이라고 판단하는
    냉간 시동시 연료 전분사 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 제어부는
    연료 농도 정보, 배터리 전압 정보 및 연료 압력 정보 중 적어도 하나의 정보를 미리 설정된 각각의 기준값과 비교하여 연료 전분사가 가능한지를 판단하고, 판단 결과 연료 전분사가 가능하면, 인젝터를 제어하여 연료를 전분사하는
    냉간 시동시 연료 전분사 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    차량의 제1 시동 시도에 따라 인젝터를 통해 연료가 전분사된 이후에, 시동에 실패하여 제2 시동이 시도되는 경우,
    상기 제2 제어부는
    제1 시동 시도에 따른 제1 연료 전분사 시점으로부터 제2 시동이 시도된 시점까지의 시간을 측정하고, 상기 측정된 시간을 미리 설정된 전분사 제한 시간과 비교하여 상기 측정된 시간이 상기 전분사 제한 시간보다 짧으면 제2 시동 시도에 따른 연료 전분사를 제한하는
    냉간 시동시 연료 전분사 제어 장치.
  6. 차량의 냉간 시동시 인젝터의 연료 전분사를 제어하는 방법에 있어서,
    차량의 시동 시도시, 냉간 시동인지를 판단하는 냉간 시동 판단 단계;
    냉간 시동인 경우, 연료 전분사가 가능한지를 판단하여 인젝터의 연료 전분사를 제어하는 제1 제어 단계; 및
    연료가 전분사된 이후 소정의 시간 이내에 연료 전분사가 시도되면, 인젝터의 연료 전분사를 제한하는 제2 제어 단계
    를 포함하는 냉간 시동시 연료 전분사 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 냉간 시동 판단 단계는
    엔진의 냉각수 온도가 미리 설정된 기준 온도보다 낮으면 냉간 시동이라고 판단하는 단계
    를 포함하는 냉간 시동시 연료 전분사 제어 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 냉간 시동 판단 단계는
    상기 차량의 시동이 꺼진 시점부터 차량의 시동이 시도되는 시점까지의 시간을 측정하고, 상기 측정된 시간이 미리 설정된 기준 시간보다 길면 냉간 시동이라고 판단하는 단계
    를 포함하는 냉간 시동시 연료 전분사 제어 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제1 제어 단계는
    연료 농도 정보, 배터리 전압 정보 및 연료 압력 정보 중 적어도 하나의 정보를 미리 설정된 각각의 기준값과 비교하여 연료 전분사가 가능한지를 판단하는 단계; 및
    판단 결과 연료 전분사가 가능하면, 인젝터를 제어하여 연료를 전분사하는 단계
    를 포함하는 냉간 시동시 연료 전분사 제어 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    차량의 제1 시동 시도에 따라 인젝터를 통해 연료가 전분사된 이후에, 시동에 실패하여 제2 시동이 시도되는 경우,
    상기 제2 제어 단계는
    제1 시동 시도에 따른 제1 연료 전분사 시점으로부터 제2 시동이 시도된 시점까지의 시간을 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 시간을 미리 설정된 전분사 제한 시간과 비교하여 상기 측정된 시간이 상기 전분사 제한 시간보다 짧으면 제2 시동 시도에 따른 연료 전분사를 제한하는 단계
    를 포함하는 냉간 시동시 연료 전분사 제어 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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