KR20160070031A - 엔진 내에서 연료의 분사를 제어하는 시스템 및 방법 - Google Patents

엔진 내에서 연료의 분사를 제어하는 시스템 및 방법 Download PDF

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야신 마르셀 프리츠
디노 마티아스 임호프
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제네럴 일렉트릭 컴퍼니
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Abstract

엔진 내에서 연료의 분사를 제어하는 시스템이 개시되어 있다. 엔진은 실린더와, 실린더 내에 제1 연료를 분사하는 제1 연료 인젝터를 포함한다. 시스템은 제1 연료 인젝터에 또는 근접하게 배치되고, 제1 연료의 분사의 시작과 분사의 종료 중 적어도 하나를 나타내는 전기 신호를 발생시키도록 구성되는 센서를 포함한다. 시스템은 전기 신호를 기초로 하여 제1 연료 인젝터에 의해 분사될 제1 연료의 질량 및 분사의 시작 중 적어도 하나를 조절하도록 구성되는 컨트롤러를 더 포함한다. 엔진 내에서 연료의 분사를 제어하는 시스템을 채용하는 이중 연료 엔진이 또한 개시되어 있다. 더욱이, 연료의 분사를 제어하기 위한 방법 및 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체가 또한 개시되어 있다.

Description

엔진 내에서 연료의 분사를 제어하는 시스템 및 방법{SYSTEM FOR CONTROLLING INJECTION OF FUEL IN ENGINE}
본 발명의 실시예는 전반적으로 엔진에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명의 실시예는 엔진 내에서 연료의 분사를 제어하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
연료 비용의 감소 및 연료 융통성의 증대는 왕복 엔진의 개발에 있어서 목적들 중 몇몇이다. 그러한 목적을 처리하기 위해 이중 연료 엔진이 개발되었다. 이중 연료 엔진은 또한 단일 연료 디젤 엔진에 비해 이중 연료 연소 모드에서 배출물의 감소라는 이점을 제공할 수 있다. 통상, 이중 연료 엔진은 2개의 연료, 즉 제1 연료와 제2 연료에 의해 작동될 수 있다. 일례로, 제1 연료는 디젤, 바이오디젤, 중유(HFO; heavy fuel oil), 또는 이들의 조합과 같은 액체 연료를 포함할 수 있다. 제2 연료는 에탄올, 천연 가스, 바이오 가스, 액화 석유 가스, 수소, 생가스(raw gas), 수반 가스(associated gas), 스틸 가스(steel gas), 또는 이들의 조합과 같은 가스상 연료를 포함할 수 있다.
이중 연료 엔진의 이중 연료 연소 모드에서, 액체 연료(예컨대, 제1 연료)는 가스상 연료(예컨대, 제2 연료)를 점화시키는 데에 사용된다. 가스상 연료의 더 낮은 연료 비용 또는 가스상 연료의 연소 중에 더 낮은 배출물의 이점은, 이중 연료 연소 모드에서 전반적인 열/에너지 방출에 대해 가스상 연료의 연소가 기여하는 것이 증가함에 따라 증가될 수 있다. 가스상 연료의 에너지 부분의 최대화는 최소량의 제1 연료를 분사하는 능력을 필요로 한다. 더욱이, 양호한 연소 안정성 및 원하는 사이클 대 사이클 변동 목표를 달성하면서, 제2 연료의 점화를 위해 분사되는 제1 연료를 정확하게 계량하는 것이 인젝터의 수명에 걸쳐 도전 과제가 되고 있다. 이중 연료 작동에서 뿐만 아니라 순수 제1 연료 작동에서 제1 연료의 분사를 위해 단일의 인젝터만이 사용되는 경우에 특히 그러하다.
따라서, 엔진 내에서 연료의 분사를 제어하는 개선된 시스템 및 방법에 대한 요구가 계속되고 있다.
본 발명의 일 실시예는 엔진 내에서 연료의 분사를 제어하는 시스템에 관한 것이다. 엔진은 실린더와, 실린더 내에 제1 연료를 분사하는 제1 연료 인젝터를 포함한다. 시스템은 제1 연료 인젝터에 또는 근접하게 배치되고, 제1 연료의 분사의 시작과 분사의 종료 중 적어도 하나를 나타내는 전기 신호를 발생시키도록 구성되는 센서를 포함한다. 시스템은 전기 신호를 기초로 하여 제1 연료 인젝터에 의해 분사될 제1 연료의 질량 및 분사의 시작 중 적어도 하나를 조절하도록 구성되는 컨트롤러를 더 포함한다.
본 발명의 다른 실시예는 이중 연료 엔진에 관한 것이다. 이중 연료 엔진은 실린더, 제1 연료 인젝터, 노크 센서, 및 컨트롤러를 포함한다. 제1 연료 인젝터는 실린더의 실린더 헤드 내에 장착되고 제1 연료를 실린더 내에 분사하도록 구성된다. 노크 센서는 제1 연료 인젝터에 또는 근접하게 배치된다. 노크 센서는 제1 연료의 분사의 시작과 분사의 종료 중 적어도 하나를 나타내는 전기 신호를 발생시키도록 구성된다. 컨트롤러는 제1 연료 인젝터와 노크 센서에 연결되고, 컨트롤러는 전기 신호 및 제1 연료 인젝터와 관련된 하나 이상의 미리 정해진 특성을 기초로 하여 제1 연료 인젝터에 의해 분사될 제1 연료의 질량 및 분사의 시작 중 적어도 하나를 조절하도록 구성된다.
본 발명의 다른 실시예는 이중 연료 엔진 내에서 제1 연료의 분사를 제어하는 방법에 관한 것이다. 방법은 제1 연료를 제1 연료 인젝터를 통해 이중 연료 엔진의 실린더 내로 분사하는 단계를 포함한다. 방법은 제1 연료 인젝터에 또는 근접하게 배치되는 센서에 의해 전기 신호를 발생시키는 단계를 더 포함하고, 전기 신호는 제1 연료의 분사의 시작과 분사의 종료를 나타낸다. 더욱이, 방법은 전기 신호 및 제1 연료 인젝터와 관련된 하나 이상의 교정 파라미터를 기초로 하여 분사될 제1 연료의 질량과 분사의 시작 중 적어도 하나를 조절하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예는 비일시적 컴퓨터 판독 매체에 관한 것이다. 비일시적 컴퓨터 판독 매체는, 엔진의 실린더 내로 연료 인젝터를 통해 연료의 분사를 인에이블하고; 연료 인젝터에 또는 근접하게 배치되는 센서로부터, 연료의 분사의 시작과 분사의 종료 중 적어도 하나를 나타내는 전기 신호를 수신하며; 그리고 전기 신호 및 제1 연료 인젝터와 관련된 하나 이상의 교정 파라미터를 기초로 하여 분사될 연료의 질량 및 분사의 시작 중 적어도 하나를 조절하는 방법을 수행하도록 실행 가능한 코드를 저장한다.
본 발명의 이들 및 기타 특징, 양태, 및 이점은 동일한 부호가 도면 전반에 걸쳐서 동일한 부품을 나타내는 첨부 도면을 참조하여 아래의 상세한 설명을 읽으면 보다 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 엔진 내에서 연료의 분사를 제어하기 위한 시스템을 갖는 엔진의 블럭도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 엔진 내에서 연료의 분사를 제어하기 위한 예시적인 방법의 흐름도를 도시한다.
본 개시는 도면 및 본 명세서에 기술된 상세한 설명을 참조하여 가장 잘 이해될 수 있다. 다양한 실시예가 도면을 참조하여 아래에서 설명된다. 그러나, 당업자라면 이들 도면과 관련하여 본 명세서에 제공된 상세한 설명은 시스템이 설명된 실시예 너머까지 미치기 때문에 그저 설명을 위한 것이라는 점을 쉽게 이해할 것이다.
명세서 및 청구범위에 걸쳐서 사용된 근사적 표현은 관련된 기본 기능의 변화를 초래하는 일 없이 허용 가능하게 변동될 수 있는 임의의 정량적 표현을 수정하도록 적용될 수 있다. 따라서, "약"과 "실질적으로" 등의 용어 또는 용어들에 의해 수정된 값은 특정된 정확한 값으로 제한되어서는 안된다. 여기서 그리고 명세서 및 청구범위에 걸쳐서, 범위 한계는 결합 및/또는 상호 교환될 수 있고, 그러한 범위는 식별되며 별도의 표시가 없으면 그 안에 속하는 모든 하위 범위를 포함한다.
아래의 명세서 및 청구범위에서, 단일 형태는 문맥에서 명확하게 달리 지적하지 않는다면 복수 지시 대상을 포함한다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "또는"이라는 표현은 문맥에서 명확하게 달리 지적하지 않는다면, 독점적으로 해석되지 않고 존재하는 참조된 구성요소들 중 적어도 하나를 가리키고, 참조된 구성요소들의 조합이 존재할 수 있는 경우를 포함한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "~할 수 있다"와 "~될 수 있다"라는 표현은 소정 환경 세트 내의 발생 가능성; 특성, 특징 또는 기능의 소유; 및/또는 취득한 단어와 관련된 능력, 역량, 또는 가능성 중 하나 이상을 나타냄으로써 다른 단어를 취득하는 것을 가리킨다. 따라서, "~할 수 있다" 및 "~될 수 있다"의 사용은, 어떤 상황에서는, 수정된 표현이 때때로 적절하거나, 가능하거나, 또는 적합하지 않을 수 있다는 것을 고려하면서, 수정된 표현이 지적된 능력, 기능, 또는 용도에 명백하게 적절하거나, 가능하거나, 또는 적합하다는 것을 가리킨다.
아래의 용어는, 달리 지적하지 않는다면, 아래의 의미를 갖는 것으로 이해된다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 "엔진"이라는 용어는 에너지의 한 형태(예컨대, 화학 에너지)를 기계적 에너지로 변환시켜 운동을 생성하는 기계를 가리킬 수 있다. 엔진의 다양한 예로는, 제한하지 않지만, 내연 엔진 및 외연 엔진을 포함한다. 본 발명의 다양한 실시예는 이중 연료 엔진 등의 내연 엔진의 예로 예시되었지만, 실시예는 본 명세서의 범위를 제한하는 일 없이 다른 타입의 엔진에 적용될 수 있다. 이중 연료 엔진은 2개의 연료, 즉 제1 연료와 제2 연료로 작동될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 "흡기 포트(intake port)"라는 용어는, 외기가 엔진의 실린더 내로 진입하게 하는 흡기 통로의 일부분을 가리킬 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 "흡기 매니폴드"라는 용어는 엔진의 복수 개의(예컨대, 일렬의) 실린더의 흡기 포트에 외기를 공급하는 흡기 통로의 일부분을 가리킬 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 "공통 매니폴드"라는 용어는 복수 개의 흡기 매니폴드에 외기를 공급하는 흡기 통로의 일부분을 가리킬 수 있다. 예컨대, 2열의 실린더를 갖는 V 시리즈 엔진의 경우에, 공통 매니폴드는 2열의 실린더들 모두의 흡기 매니폴드에 외기를 공급하는 흡기 통로의 일부분을 가리킬 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 "크랭크 각도"라는 용어는 크랭크샤프트의 각도 위치를 가리킬 수 있다. 크랭크 각도는 소정의 실린더 내에서 피스톤의 상사점(TDC; top-dead-center) 전에 크랭크샤프트의 회전도로 표현될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 "분사 이벤트" 또는 "분사"라는 용어는 연료를 분사하는 싱글 인스턴스(single instance)를 가리킬 수 있다. 분사 이벤트는 분사의 시작과 분사의 종료에 의해 특징화될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 "분사의 시작"이라는 용어는 연료가 실린더 내로 분사되는 것을 시작하는 이벤트를 가리킬 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 "분사의 종료"라는 용어는 연료 분사가 실린더 내로 분사되는 것을 중단하는 이벤트를 가리킬 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 "분사된 질량"이라는 용어는 1회 분사 이벤트에서 실린더 내로 분사된 연료의 질량을 가리킬 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 "분사율"이라는 용어는 단위 시간 당 분사되는 연료의 체적을 가리킬 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 분사율은 mm3/sec 또는 mm3/분사 이벤트의 관점에서 측정될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 "노크" 또는 "노킹 이벤트"라는 용어는 실린더 내에서 연료의 비정상 연소로 인해 유발되는 이벤트를 가리킬 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 "전기 신호"라는 용어는 전압 또는 전류 신호 중 하나 이상을 가리킬 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 "트리거 신호 기간"이라는 용어는 연료 인젝터에 인가된 트리거 신호가 연료의 분사를 유발하도록 액티브(예컨대, 액티브 로우 또는 액티브 하이)되는 기간을 가리킬 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 "트리거 신호의 시작 시간"이라는 용어는 트리거 신호가 연료 인젝터에 인가되는 시간을 가리킬 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 트리거 신호의 시작 시간은 소정의 실린더 내에서 피스톤의 TDC 위치 전에 크랭크샤프트의 회전도로 표현될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 "트리거 신호"라는 용어는 전압 신호, 또는 전류 신호 중 임의의 신호를 가리킬 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 트리거 신호는 아날로그 형태 또는 디지털 형태로 있을 수 있다. 트리거 신호는 또한 전류 펄스 또는 전압 펄스 등의 펄스 형태로 있을 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 트리거 신호는 코드 형태로 있을 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 연료 인젝터(예컨대, 제1 연료 인젝터)에 대한 "턴 다운 비율(turn-down ratio)"이라는 용어는 연료 인젝터의 정격 분사량과 분사 이벤트에서 연료 인젝터에 의해 분사되는 연료의 양 사이의 관계를 가리킬 수 있다. 예컨대, 연료 인젝터에 대해 100의 턴 다운 비율은, 연료 인젝터가 연료 인젝터의 정격 분사량의 1%를 분사할 수 있다는 것을 나타낼 수 있다. 유사하게, 연료 인젝터에 대해 200의 턴 다운 비율은 연료 인젝터가 연료 인젝터의 정격 분사량의 0.5%를 분사할 수 있다는 것을 나타낼 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 "하이 턴 다운 모드(high turn-down mode)"라는 용어는 연료 인젝터가 더 높은 턴 다운 비율로 작동할 때에 제1 연료 인젝터 등의 연료 인젝터의 작동 모드를 가리킬 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 "대체율"이라는 용어는 특별한 분사 이벤트에 대응하는 연소 이벤트에서 제2 연료에 의해 제공되는 에너지의 양과 제1 연료에 의해 제공되는 에너지의 양의 비율을 가리킬 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 "탄도 진로(ballistic regime)"라는 용어는, 연료 인젝터의 니들이 폐쇄 위치로부터 완전 개방 위치를 향해 이동하지만, 완전 이동 위치에 도달할 수 없고, 이에 따라 완전 개방 위치에 도달하기 전에 폐쇄 위치로 복귀할 때에 연료 인젝터의 작동을 가리킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 엔진(100) 내에서 연료의 분사를 제어하는 시스템(101)을 갖는 엔진(100)의 블럭도를 도시한다. 도 1의 실시예에서, 엔진(100)은 예시 목적을 위해 이중 연료 엔진으로서 도시되어 있다. 이해되는 바와 같이, 본 발명의 실시예는 제한하지 않지만 단일 연료 엔진 및/또는 다중 연료 엔진과 같이 다른 타입의 엔진에 적용 가능할 수 있다.
도 1의 엔진(100)은 2개의 연료, 즉 제1 연료와 제2 연료로 작동될 수 있다. 제1 연료는 액체 연료일 수 있다. 제1 연료의 예는, 제한하지 않지만, 디젤, 바이오디젤, 바이오 액화 연료(BTL; biomass to liquid), 가스 액화 연료(GTL; gas to liquid), 중유(HFO), 경질 사이클 오일(light cycle oil), 가솔린, 선박 디젤유, 경유, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 제2 연료는 가스상 연료일 수 있다. 제2 연료의 예는, 제한하지 않지만, 에탄올, 천연 가스, 바이오 가스, 액화 석유 가스, 수소, 생가스(raw gas), 스틸 가스(steel gas), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 본 명세서에서의 설명을 위해, 제2 연료로서 사용되는 가스상 연료는 제1 연료로서 사용되는 액체 연료보다 비교적 저렴하다고 가정한다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 엔진(100)은 전체 연소에 대한 제2 연료의 큰 공헌의 이점을 위하도록 하이 턴 다운 작동 모드로 작동될 수 있다. 예컨대, 하이 턴 다운 작동 모드에서는, 매 분사 이벤트에, 분사되는 제1 연료의 질량이 분사되는 제2 연료의 질량에 비해 실질적으로 낮다. 보다 구체적으로, 일례에서, 엔진(100)은 100 이상의 턴 다운 비율을 달성하도록 작동될 수 있다.
더욱이, 노후화 및/또는 마모로 인한 소정의 연료 인젝터의 열화는 분사되는 대응한 연료의 양에서 편차를 유발할 수 있다. 특히, 탄도 진로에서, 노후화 및/또는 마모는 원하는 엔진 성능을 유지하기 위한 보정을 필요로 하는 편차를 유발할 수 있다. 또한, 실린더들 간에 인젝터 차이는 각 실린더에 대해 상이한 보정을 요할 수 있다(주: 이는 새로운 엔진에서도 그러할 수 있다).
이와 관련하여, 본 발명의 몇몇 실시예는 분사되는 제1 연료 등의 연료의 분사의 질량 및/또는 시작을 동적으로 조절하는 것에 의해 하이 턴 다운 비율을 달성하는 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 엔진(100)은 본 발명의 일 실시예에 따른, 제1 연료의 분사를 조절하도록 구성된 시스템(101)(점선 구역을 이용하여 도시됨)을 구비할 수 있다. 시스템(101)은 컨트롤러(102)와, 이 컨트롤러(102)에 작동적으로 연결되는 센서(154)를 포함할 수 있다. 엔진(100)은 컨트롤러(102)에 의해 적어도 부분적으로 제어될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 컨트롤러(102)는 마이크로프로세서, 입력/출력 포트, 및 전자 메모리 등의 저장 매체를 포함할 수 있다. 마이크로프로세서의 다양한 예는, 제한하지 않지만, 감소 명령어 세트 연산(RISC; reduced instruction set computing) 아키텍쳐 타입의 마이크로프로세서 또는 복잡 명령어 세트 연산(CISC; complex instruction set computing) 아키텍쳐 타입의 마이크로프로세서를 포함한다. 또한, 마이크로프로세서는 단심형 또는 다심형으로 이루어질 수 있다. 저장 매체는 후술되는 방법 뿐만 아니라 구체적으로 언급되지 않았지만 예상되는 다른 변형예를 수행하기 위해 마이크로프로세서에 의해 실행될 수 있는 컴퓨터 판독 가능한 명령어를 저장할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 컨트롤러(102)는 인쇄 회로 기판(PCB; printed circuit board; 104) 상에 실장될 수 있다.
엔진(100)은 하나 이상의 실신더를 포함할 수 있다. 간결성을 위해, 단하나의 실린더(106)만이 이후에 설명된다. 실린더(106)는 내부에 위치 설정된 피스톤(108)을 포함한다. 피스톤(108)은, 이 피스톤(108)의 왕복 운동이 크랭크샤프트(110)의 회전 운동으로 전환되도록 크랭크샤프트(110)에 연결될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 엔진(100)은 4행정 엔진일 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 엔진(100)은 2행정 엔진일 수 있다.
엔진(100)의 실린더(106)와 같은 각 실린더는 흡기 밸브(112)와, 이 흡기 밸브(112)에 연결된 액츄에이터(114)를 더 포함할 수 있다. 더욱이, 엔진(100)의 실린더(106)와 같은 각 실린더는 또한 배기 밸브(116)와, 이 배기 밸브(116)에 연결되는 액츄에이터(118)를 포함할 수 있다. 도 1의 실시예에서, 실린더(106)는 실린더(106)의 상부 구역에 배치되는 하나의 흡기 밸브(112)와 하나의 배기 밸브(116)를 포함하는 상태로 도시되어 있다. 본 발명의 몇몇 다른 실시예에서, 엔진(100)의 각 실린더는 실린더의 상부 구역에 배치되는 2개 이상의 흡기 밸브와 2개 이상의 배기 밸브를 포함할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 액츄에이터(114, 118)는 예컨대 전기 밸브 구동형 또는 캠 구동형 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 흡기 밸브(112)와 배기 밸브(116)의 개방 및 폐쇄는 동시에 또는 가변형 흡기 캠 타이밍, 가변형 배기 캠 타이밍, 이중 독립 가변형 캠 타이밍, 또는 고정형 캠 타이밍 중 임의의 타이밍을 기초로 하여 제어될 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 엔진(100)은 제1 연료를 실린더(106)에 분사하기 위한 제1 연료 분사 시스템(122)을 더 포함할 수 있다. 제1 연료 분사 시스템(122)은 제1 연료 탱크(도시 생략), 제1 연료 펌프(124), 및 제1 연료 축적기(126)를 포함할 수 있다. 제1 연료 펌프(124)는 제1 연료 탱크로부터 받아들인 제1 연료의 압력을 증가시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 컨트롤러(102)는 제1 연료 펌프(124)를 제어하여 제1 연료의 원하는 압력을 유지/생성하도록 구성될 수 있다. 제1 연료 펌프(124)는 제1 연료 축적기(126)에 유동적으로 연결될 수 있다. 제1 연료 펌프(124)는 압축된 제1 연료를 제1 연료 축적기(126)에 공급한다. 제1 연료 축적기(126)는 압축된 제1 연료를 유지하도록 구성될 수 있다.
제1 연료 축적기(126)는 (각 실린더의) 제1 연료 인젝터(128)에 유동적으로 연결된다. 제1 연료 축적기(126)와 제1 연료 인젝터(128) 간에 연료 커플링은 참조 번호 129로 나타낸다. 본 발명의 몇몇 실시예에 있어서, 실린더(106)를 비롯한 각 실린더 내에서, 제1 연료 인젝터(128)가 도 1에 도시된 바와 같이 상부 위치에(즉, 실린더 헤드에) 배치될 수 있다. 컨트롤러(102)는 제1 연료 인젝터(128)에 연결된다. 본 발명의 일 실시예에서, 컨트롤러(102)는 제1 연료 인젝터(128)에 인가되는 트리거 신호의 기간 및 시작 신호를 결정하도록 구성될 수 있다. 이어서, 컨트롤러(102)는 트리거 신호를 제1 연료 인젝터(128)에 전달하여 제1 연료의 분사 시작을 개시할 수 있다. 컨트롤러(102)로부터 수신된 트리거 신호에 기초하여, 제1 연료 인젝터(128)는 제1 연료 축적기(126)로부터 원하는 질량의 제1 연료를 흡인하고 흡인된 제1 연료를 실린더(106)의 연소 챔버(130) 내로 분사한다. 분사된 제1 연료의 질량은 트리거 신호의 기간에 비례한다.
본 발명의 특정한 실시예에서, 제1 연료 인젝터(128)는 실린더(106) 내로의 분사를 위해 제1 연료를 보유하는 통합형 축적기를 갖는 공통 레일 인젝터 타입으로 될 수 있다. 통합형 축적기는 다시 압력 하에 제1 연료를 운반하는 고압 라인(예컨대, 공통 레일)에 유동적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 엔진(100)은 하이 턴 다운 모드에서 작동하도록 구성될 수 있다. 하이 턴 다운 모드에서, 컨트롤러(102)는, 제1 연료 인젝터(128)가 제1 연료 인젝터(128)의 주어진 턴 다운 비율에서 원하는 대체율을 기초로 하여 감소된 제1 연료의 질량을 분사하도록 트리거 신호를 보정하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 제1 연료 분사 시스템(122)은 또한 압력 센서(132)를 포함할 수 있다. 압력 센서(132)는 제1 연료 축적기(126) 내에 배치될 수 있다. 압력 센서(132)는 제1 연료 축적기(126) 내에서 제1 연료의 순간 압력을 나타내는 제1 전기 신호를 발생시킬 수 있다. 이어서, 압력 센서(132)는 제1 전기 신호를 컨트롤러(102)로 전송할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 제1 연료 분사 시스템(122)은 또한 온도 센서(도시 생략)를 포함할 수 있다. 온도 센서는 제1 연료 분사 시스템(122) 내에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 온도 센서는 제1 연료 탱크 또는 제1 연료 축적기(126) 내에 배치될 수 있다. 온도 센서는 제1 연료의 순간 온도를 나타내는 신호를 발생시키고 그 신호를 컨트롤러(102)에 전송할 수 있다.
엔진(100)은 제2 연료를 분사하기 위한 제2 연료 분사 시스템(134)을 더 포함할 수 있다. 제2 연료 분사 시스템(134)은 또한 제2 연료 탱크(도시 생략), 제2 연료 펌프(도시 생략), 및 제2 연료 축적기(도시 생략)를 포함할 수 있다. 제2 연료 축적기는 제2 연료 인젝터(133)에 유동적으로 연결될 수 있다. 제2 연료 축적기와 제2 연료 인젝터(133) 간에 유체 커플링은 참조 번호 135로 나타낸다. 제2 연료를 분사하기 위하여, 제2 연료 인젝터(133)는, 본 명세서의 범위를 제한하는 일 없이, 실린더, 흡기 포트, 흡기 매니폴드(도시 생략), 공통 매니폴드(도시 생략), 터보차저의 고압측(후술됨), 또는 터보차저의 저압측(후술됨) 중 어떠한 곳 내에 배치될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 제2 연료 인젝터(133)는 흡기 포트, 흡기 매니폴드, 공통 매니폴드, 터보차저의 고압측, 또는 터보차저의 저압측 중 어떠한 곳 내에 배치되고, 제2 연료 인젝터(133)는 가스 혼합기를 포함할 수 있다.
엔진(100)은 또한 엔진(100)의 외측으로부터의 공기를 여과하는 공기 필터(도시 생략)로부터 외기를 받아들이는 흡기 포트(136)를 포함할 수 있다. 흡기 포트(136)는 실린더(106) 내에서의 연소에 일조하도록 흡기를 공급한다. 실린더(106)에 대한 흡기의 공급은 흡기 밸브(112)에 의해 제어된다. 흡기 밸브(112)의 개방 및 폐쇄는 액츄에이터(114)를 통해 컨트롤러(102)에 의해 제어될 수 있다.
더욱이, 엔진(100)은 실린더(106)의 연소 챔버(130)로부터 연소 잔류물(예컨대, 배기 가스)을 받아들이는 배기 포트(138)를 포함할 수 있다. 실린더(106)로부터 배기 가스의 공급은 배기 밸브(116)에 의해 제어된다. 배기 밸브(116)의 개방 및 폐쇄는 액츄에이터(118)를 통해 컨트롤러(102)에 의해 제어될 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 엔진(100)은 또한 터보차저(140)를 포함한다. 터보차저(140)는 흡기 포트(136), 흡기 매니폴드, 또는 공통 매니폴드 중 어떠한 곳에 연결될 수 있다. 도 1의 실시예는 흡기 포트(136)에 연결된 터보차저(140)를 도시한다. 터보차저(140)는 터빈(142)과 압축기(144)를 포함할 수 있다. 예컨대, 도 1은 흡기 포트(136) 내에 배치된 압축기(144)와, 배기 포트9138)를 따라 배치된 터빈(142)을 포함하는 터보차저(140)를 갖는 엔진(100)을 도시한다. 터빈(142)은 배기 가스의 유동에 의해 작동된다. 압축기(144)는 샤프트(247)를 통해 터빈(142)에 의해 적어도 부분적으로 동력을 받을 수 있다. 터보차저(140)는 흡기 포트(136) 내로 흡인된 외기의 공기 충전을 증가시킴으로써 파워 출력 및/또는 엔진 작동 효율을 증대시키도록 연소 중에 더 큰 충전밀도를 제공한다. 압축기(144)의 하류측에 있는 흡기 포트(136)의 부분은 터보차저(140)의 고압측으로서 지칭될 수 있다. 유사하게, 압축기(144)의 상류측에 있는 흡기 포트(136)의 부분은 터보차저(140)의 고압측으로서 지칭될 수 있다. 도 1에 설명된 실시에가 단일 압축기와 단일 터빈을 포함하는 터보차저(140)를 도시하고 있지만, 본 발명의 다른 실시예에서, 터보차저(140)는 또한 다수의 터빈과 압축기 단들 또는 다수의 단단 터빈 및 압축기를 포함할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 몇몇 실시예에서, 엔진(100)은 배기 가스 재순환(EGR) 시스템(146)을 포함할 수 있다. EGR 시스템(146)은 배기 가스의 일부분을 터빈(142)의 상류측에 있는 배기 포트(138)로부터 터보차저(140)의 압축기(144)의 하류측에 있는 흡기 포트(136)로 경로 설정하도록 구성된다. EGR 시스템(146)은 배기 가스가 흡기 포트(136)로 재순환될 수 있는 EGR 통로(148)를 포함한다. EGR 시스템(146)은 또한 배기 포트(138)로부터 흡기 포트(136)로 재순환되는 배기 가스의 양을 제어하기 위한 EGR 밸브(150)를 포함할 수 있다. 배기 가스를 흡기 포트(136)를 통해 실린더(106)로 도입시킴으로써, 연소에 이용 가능한 흡입 산소의 양이 감소되고, 이에 의해 연소 화염 온도를 감소시키고 NOx의 형성을 감소시킨다. EGR 밸브(150)는 예컨대 컨트롤러(102)에 의해 제어되는 온/오프 밸브일 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, EGR 시스템(146)은 흡기 포트(136)에 진입하기 전에 배기 가스의 온도를 감소시키기 위한 EGR 쿨러(152)를 더 포함할 수 있다. 도 1의 예시적인 실시예에 도시된 바와 같이, EGR 시스템(146)은 고압 EGR 시스템이다. 본 발명의 다른 실시예에서, 엔진(100)은 추가적으로 또는 대안적으로 저압 EGR 시스템을 포함할 수 있다. 저압 EGR 시스템은 배기 가스를 터빈(142)의 하류측으로부터 압축기(144)의 상류측으로 경로 설정하도록 구성될 수 있다.
제1 연료의 분사 제어에 일조하기 위하여, 시스템(101)은 센서(154)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, 센서(154)는 도 1에 도시된 바와 같이 제1 연료 인젝터(128) 상에 배치될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 센서(154)는 제1 연료 인젝터(128)에 근접하게 배치될 수 있다. 센서(154)의 예는, 제한하지 않지만, 음향 센서, 가속도 센서, 압전 센서, 또는 마이크로폰을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 노크 센서(knock sensor)가 센서(154)로서 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 센서(154)는 제1 연료의 분사의 시작과 분사의 종료 중 적어도 하나를 나타내는 제2 전기 신호를 발생시키도록 구성될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 센서 전기 신호는 또한 노킹 이벤트를 나타낼 수 있다. 센서(154)는 제1 연료의 매 분사 이벤트마다 제2 전기 신호를 발생시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 센서(154)는 또한 제1 연료 인젝터(128)의 헬스/상태를 나타내는 제3 전기 신호를 발생시킬 수 있다. 센서(154)는 또한 제2 및/또는 제3 전기 신호를 컨트롤러(102)에 전송하도록 구성된다.
컨트롤러(102)는 유선 매체(도 1에 도시된 바와 같이) 또는 무선 매체를 통해 센서(154)에 연결될 수 있다. 컨트롤러(102)는 센서(154)로부터 제2 전기 신호 및/또는 제3 전기 신호를 수신하도록 구성된다. 컨트롤러(102)는 제2 및/또는 제3 전기 신호의 주파수 도메인 분석(예컨대, 푸리에 분석) 등의 분석을 수행하도록 구성될 수 있다. 제3 전기 신호의 분석은 상태에 기초한 유지 보수 또는 온보드 진단에 일조한다.
제2 전기 신호의 분석에 기초하여, 컨트롤러(102)는 제1 연료 인젝터(128)에 의해 분사되는 제1 연료의 분사의 시작 및 분사의 종료 중 적어도 하나에 대응하는 크랭크 각도를 결정하도록 구성될 수 있다. 더욱이, 컨트롤러(102)는 제1 연료의 분사의 시작과 분사의 종료에 대응하는 크랭크 각도를 기초로 하여 제1 연료의 분사된 질량을 결정하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러(102)는 또한 분사된 제1 연료의 질량을 결정하도록 제1 연료의 순간 압력(예컨대, 제1 전기 신호를 기초로 하여 결정된), 밀도, 및 온도 등의 하나 이상의 작동 파라미터의 값을 고려할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 순간 압력에 관한 정보는 또한 제1 연료 인젝터(128)의 개방 및 폐쇄 시간을 검출하도록 컨트롤러(102)에 의해 사용될 수 있다.
몇몇의 경우에, 제1 연료 인젝터(128)의 노후화 및/또는 마모로 인해 제1 연료 인젝터(128)에 인가되는 트리거 신호의 시작 시간과 제1 연료의 분사의 시작 사이의 딜레이에 편차가 있을 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서, 컨트롤러(102)는 또한 제1 연료 인젝터(128)에 인가되는 트리거 신호의 시작 시간과 제1 연료의 분사의 시작 사이의 딜레이를 결정하도록 구성될 수 있다.
게다가, 본 발명의 몇몇 실시예에서, 트레이닝 단계(대안적으로 교정 단계로 지칭됨) 중에, 컨트롤러(102)는 컨트롤러(102)와 관련된 메모리(도시 생략)에 교정 파라미터에 대응하는 정보를 저장함으로써 교정 파라미터를 갖도록 구성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 교정 파라미터 중 하나 이상은 제1 연료 인젝터(128)의 구성요소 시험 및/또는 설계 특정 특성을 기초로 하여 결정될 수 있고, 여기서 구성요소 시험은 제1 연료 인젝터(128)를 엔진(100)에 설치하기 전에 수행된다. 본 발명의 다른 실시예에서, 교정 파라미터 중 하나 이상은 엔진 시험 절차 중에 결정될 수 있다. 교정 파라미터는 제1 연료 인젝터(128) 등의 연료 인젝터의 하나 이상의 인젝터 특성 및/또는 각각의 실린더[예컨대, 실린더(106)]에 대한 센서[예컨대, 센서(154)]의 신호 특성에 관한 정보를 포함할 수 있다. 하나 이상의 인젝터 특성이 단일 인젝터에 특정되기 때문에, 각 실린더 내의 각 인젝터에 대해 개별적인 제어 교정이 용이해질 수 있다. 인젝터 시험(예컨대, 구성요소 시험)에서 또는 트레이닝 단계에서 결정되는 하나 이상의 인젝터 특성의 예는, 제한하지 않지만, 특정한 조건 동안에 분사된 질량, 특정한 조건 동안에 분사율, 특정한 조건에서 트리거 신호의 주어진 시작에 대한 분사의 시작, 트리거 신호의 시작과 트리거 신호의 지속 기간에 종속하여 제1 연료 인젝터(128)에 의해 분사된 제1 연료의 분사의 종료, 트리거 신호의 지속 기간에 종속한 분사의 지속 기간, 대응하는 특정한 조건, 제1 연료 인젝터(128)에 인가되는 트리거 신호의 시작 시간과 제1 연료의 분사의 시작 사이에 딜레이, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 더욱이, 교정 파라미터는 제1 연료의 작동 파라미터와 관련하여 정해질 수 있다.
일 실시예에서, 교정 파라미터의 값은 메모리에 하나 이상의 룩업 테이블의 형태로 제1 연료의 작동 파라미터와 관련하여 저장될 수 있다. 더욱이, 본 발명의 몇몇 실시예에서, 컨트롤러(102)는 하나 이상의 모델(예컨대, 수학적 모델) 또는 하나 이상의 전달 함수를 갖도록 구성될 수 있다. 전달 함수의 모델은 교정 파라미터 중 하나 이상과 작동 파라미터 사이의 관계를 나타낼 수 있다. 컨트롤러가 미리 구성된 단계 및/또는 교정 단계 후에, 컨트롤러(102)는 교정 파라미터 중 하나 이상과 작동 파라미터의 상이한 값을 기초로 하여 하나 이상의 룩업 테이블, 모델, 또는 전달 함수 중 저어도 하나를 포함할 수 있다.
트레이닝/교정 단계가 완료된 후에 엔진(100)의 작동에서, 분사 이벤트를 개시하기 위하여, 컨트롤러(102)는 트리거 신호를 제1 연료 인젝터(128)에 인가하도록 구성될 수 있다. 분사 이벤트 동안에, 센서(154)는 제1 연료의 분사의 시작과 분사의 종료를 나타내는 제2 전기 신호를 발생시킬 수 있다. 컨트롤러(102)는 센서(154)로부터 전기 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 제2 전기 신호에 응답하여, 컨트롤러(102)는 제2 전기 신호를 기초로 하여 제1 연료 인젝터(128)에 의해 분사될 제1 연료의 질량 및 분사의 시작 중 적어도 하나를 조절하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러(102)가 제1 연료의 질량 및/또는 분사의 시작을 어떻게 조절하는 지에 관한 상세는 아래의 설명에서 논의된다.
컨트롤러(102)는 제2 전기 신호를 처리하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러(102)는 제2 전기 신호의 처리를 기초로 하여 제1 연료 인젝터(128)에 의해 분사되는 제1 연료의 분사의 시작과 분사의 종료 중 적어도 하나에 대응하는 크랭크 각도를 결정할 수 있다. 게다가, 컨트롤러(102)는 또한 분사 이벤트 동안에 제1 연료의 작동 파라미터의 대응하는 값을 결정할 수 있다. 더욱이, 컨트롤러(102)는 작동 파라미터 중 하나 이상 및 제1 연료의 분사의 시작과 분사의 종료에 대응하는 크랭크 각도를 기초로 하여 제1 연료의 분사되는 질량을 결정하도록 구성될 수 있다. 더욱이, 본 발명의 일 실시예에서, 컨트롤러(102)는 또한 제1 연료 인젝터(128)에 인가되는 트리거 신호의 시작 시간과 제1 연료의 분사의 시작 사이에 딜레이를 결정하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 컨트롤러(102)는 제1 연료 인젝터(128)에 의해 운반되는 제1 연료의 질량에 있어서의 임의의 편차를 보상하기 위해 제1 보정 인자를 결정하도록 구성될 수 있다. 제1 보정 인자는 제1 연료의 다음 분사 이벤트에서 제1 연료 인젝터(128)에 인가될 트리거 신호의 지속 기간에 이루어질 수정을 나타낼 수 있다.
본 발명의 다른 실시에에서, 컨트롤러(102)는 제1 연료 인젝터(128)에 의해 운반되는 제1 연료의 질량에 있어서의 임의의 편차를 보상하기 위해 제2 보정 인자를 결정하도록 구성될 수 있다. 제2 보정 인자는 제1 연료의 다음 분사 이벤트에서 분사될 제1 연료가 있을 때에 요구되는 수정을 나타낼 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 보정 인자는 제1 연료 축적기(126) 및/또는 공통 레일(공통 레일 인젝터 타입의 경우에) 내에 제1 연료의 압력이 수정될 크기를 나타낼 수 있다. 일 실시예에서, 제2 보정 인자는 압력 하에 제1 연료를 보유 또는 운반하는 하나 이상의 구성요소 내에 제1 연료의 압력이 수정될 크기를 나타낼 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 컨트롤러(102)는 제1 연료의 분사의 시작 시간에 있어서 임의의 편차를 보상하기 위해 제3 보정 인자를 결정하도록 구성될 수 있다. 제3 보정 인자는 제1 연료의 다음 분사 이벤트에서 제1 연료 인젝터(128)에 인가될 트리거 신호의 시작 시간 동안에 요구되는 딜레이 또는 전진의 크기를 나타낼 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 컨트롤러(102)는 제1, 제2 및 제3 보정 인자들 모두를 결정하도록 구성될 수 있다. 이후에, 제1, 제2, 및 제3 보정 인자는 또한 총괄하여 보정 인자로 지칭된다.
컨트롤러(102)는 교정 단계에서 결정된 교정 파라미터, 센서(154)에 의해 발생된 제2 전기 신호, 및/또는 분사 이벤트 동안에 결정된 제1 연료의 작동 파라미터를 기초로 하여 보정 인자를 결정할 수 있다. 보다 구체적으로, 교정 파라미터 및 결정된 작동 파라미터의 값에 추가하여, 제1 연료의 분사의 시작, 분사의 종료, 분사된 질량, 및/또는 분사율의 결정된 값, 제2 전기 신호로부터 비롯되는, 제1 연료 인젝터(128)에 인가되는 트리거 신호의 시작 시간과 제1 연료의 분사의 시작 사이에 딜레이와 같은 정보가 보정 인자를 결정하도록 컨트롤러(102)에 의해 사용될 수 있다. 컨트롤러(102)는 미리 정해진 값(예컨대, 교정 단계에서 결정된 교정 파라미터의 값)을 센서(154; 예컨대, 노킹 센서)로부터의 제2 전기 신호에 기초하여 결정된/검출된 값과 비교하여 보정 인자를 계산할 수 있다. 예컨대, 전류/트리거 신호의 종료와 분사의 실제 종료 사이에 저장된 딜레이 시간과 측정된 딜레이 시간의 차이가 다음 분사 이벤트에 적용될 대응하는 보정 인자를 초래할 수 있다.
컨트롤러(102)는 보정 인자 중 하나 이상을 기초로 하여 제1 연료의 질량 및/또는 분사의 시작을 조절하도록 구성된다. 본 발명의 일 실시예에서, 컨트롤러(102)는 제1 연료 인젝터(128)에 인가되는 트리거 신호의 지속 기간과 연료 축적기(126) 내에서 제1 연료의 압력 중 적어도 하나를 수정함으로써, 다음 분사 이벤트에서 분사될 제1 연료의 질량을 조절하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 컨트롤러(102)는 제1 연료 인젝터(128)에 인가될 트리거 신호의 시작 시간을 수정함으로써 제1 연료의 분사의 시작을 조절하도록 구성될 수 있다. 따라서, 트리거 신호의 지속 기간, 트리거 신호의 시작 시간, 및 제1 연료의 압력 중 적어도 하나를 순응적으로 수정함으로써, 제1 연료 인젝터(128)의 성능은 제1 연료 인젝터(128)가 엔진(100) 내에 새로 설치되었을 때의 성능과 유사하게 유지될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 엔진(100) 등의 엔진 내에서 연료의 분사를 제어하는 방법의 흐름도(200)를 도시한다. 흐름도(200)는 도 1과 관련하여 설명된다. 이미 언급한 바와 같이, 엔진(100)은 제1 연료 등의 연료의 분사를 제어하는 데에 일조하는 시스템(101)을 갖도록 구성된다. 교정 단계에서, 시스템(101) 내의 컨트롤러(102)는 교정 파라미터들 중 하나 이상, 데이터 베이스(예컨대, 룩업 테이블), 모델, 또는 전달 함수를 갖도록 구성될 수 있다.
방법은 제1 연료의 분사 이벤트를 개시하도록 단계(202)에서 제1 연료 인젝터(128)에 트리거 신호를 인가함으로써 시작할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 트리거 신호의 지속 기간과 시작 시간은 컨트롤러(102)에 의해 결정될 수 있다. 인가된 트리거 신호를 기초로 하여, 제1 연료는 단계(204)에서 엔진(100)의 실린더(106) 내로 분사될 수 있다. 제1 연료는 제1 연료 인젝터(128)에 의해 분사될 수 있다.
제1 연료의 분사의 시작과 분사의 종료를 나타내는 제2 전기 신호 등의 전기 신호가 단계(206)에서 나타낸 바와 같이 발생된다. 본 발명의 일 실시예에서, 제2 전기 신호는 분사 이벤트를 위해 센서(154) 등의 센서에 의해 발생될 수 있다. 그 후에, 제2 전기 신호는 단계(208)에서 컨트롤러(102)에 의해 수신될 수 있다.
단계(210)에서, 제1 연료의 분사의 시작과 분사의 종료 중 적어도 하나에 대응하는 크랭크 각도가 결정될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 크랭크 각도는 제2 전기 신호를 기초로 하여 컨트롤러(102)에 의해 결정될 수 있다.
더욱이, 제1 연료의 하나 이상의 작동 파라미터가 또한 단계(212)에서 결정될 수 있다. 제1 연료의 작동 파라미터는 제1 연료의 종류, 밀도, 순간 압력, 순간 온도를 포함할 수 있다. 여기에 사용된 "종류"라는 용어는 제1 연료의 정체를 가리킬 수 있다. 예컨대, 사용된 제1 연료가 디젤이면, 제1 연료의 종류는 디젤이다. 일 실시예에서, 제1 연료의 종류와 밀도는 미리 정해질 수 있다. 대안적으로, 컨트롤러(102)는 제1 연료 분사 시스템(122) 내에 배치된 적절한 센서(도시 생략)와 함께 제1 연료의 종류와 밀도를 결정하도록 구성될 수 있다. 또한, 제1 연료의 순간 압력은 압력 센서(132)로부터 수신된 제1 전기 신호를 기초로 하여 컨트롤러(102)에 의해 결정될 수 있다. 더욱이, 제1 연료의 온도는 제1 연료 분사 시스템(122) 내에 배치되는 온도 센서로부터 수신된 신호를 기초로 하여 컨트롤러(102)에 의해 결정될 수 있다.
단계(214)에서, 제1 연료 인젝터(128)에 의해 분사되는 분사된 제1 연료의 질량이 단계(210)에서 결정된 크랭크 각도 및 단계(212)에서 결정된 작동 파라미터의 값을 기초로 하여 결정될 수 있다. 또한, 단계(216)에서, 제1 연료 인젝터(128)에 인가되는 트리거 신호의 시작 시간과 제1 연료의 분사의 시작 사이에 딜레이가 결정될 수 있다. 제1 연료 인젝터(128)에 인가되는 트리거 신호의 시작 시간과 제1 연료의 분사의 시작 사이에 딜레이는 단계(202)에서 제1 연료 인젝터(128)에 인가된 트리거 신호의 시작 시간과 단계(210)에서 결정된 제1 연료의 분사의 시작에 대응하는 크랭크 각도를 기초로 하여 컨트롤러(102)에 의해 결정될 수 있다. 예컨대, 컨트롤러(102)는 트리거 신호가 제1 연료 인젝터(128)에 인가되는 크랭크 각도와 제1 연료의 분사의 시작에 대응하는 크랭크 각도 사이의 비교를 수행하여 딜레이를 결정할 수 있다. 단계(214, 216)은 도 2의 예시적인 방법에서 병렬 수행되는 것으로 도시되어 있지만, 단계(214, 216)는 또한 본 명세서의 범위를 제한하는 일 없이 상이한 순서로 수행될 수 있다.
단계(218)에서, 하나 이상의 보정 인자가 결정될 수 있다. 일 실시예에서, 보정 인자는 교정 단계에서 결정된 교정 파라미터, (단계 206에서) 센서(154)에 의해 발생된 제2 전기 신호, 및/또는 분사 이벤트를 위한 제1 연료의 (단계 212에서 결정된) 작동 파라미터 중 하나 이상을 기초로 하여 컨트롤러(102)에 의해 결정될 수 있다. 보다 구체적으로, 교정 파라미터 및 작동 파라미터의 결정된 값에 추가하여, 제1 연료의 분사의 시작, 분사의 종료, 분사된 질량, 및/또는 분사율의 결정된 값, 제2 전기 신호로부터 비롯되는, 제1 연료 인젝터(128)에 인가되는 트리거 신호의 시작 시간과 제1 연료의 분사의 시작 사이에 딜레이와 같은 정보가 보정 인자를 결정하도록 컨트롤러(102)에 의해 사용될 수 있다. 컨트롤러(102)는 미리 정해진 값(예컨대, 교정 단계에서 결정된 교정 파라미터의 값)을 센서(154; 예컨대, 노킹 센서)로부터의 제2 전기 신호에 기초하여 결정된/검출된 값과 비교하여 보정 인자를 계산할 수 있다. 비제한적인 예에서, 3개의 보정 인자, 제1, 제2 및 제3 보정 인자가 컨트롤러(102)에 의해 결정될 수 있다.
보정 인자의 결정에 이어서, 후속 분사 이벤트에서, 제1 연료의 질량과 분사의 시작 중 적어도 하나가 하나의 보정 인자 또는 보정 인자들을 기초로 하여 단계(220)에서 조절된다. 본 발명의 일 실시예에서, 제1 보정 인자를 기초로 하여, 제1 연료 인젝터(128)에 인가될 트리거 신호의 지속 기간이 컨트롤러(102)에 의해 수정되어 다음 분사 이벤트에서 분사될 제1 연료의 질량을 조절할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 제2 보정 인자를 기초로 하여, 제1 연료 축적기(126) 내에 제1 연료의 압력이 컨트롤러(102)에 의해 수정되어 다음 분사 이벤트에서 분사될 제1 연료의 질량을 조절할 수 있다. 예컨대, 컨트롤러(102)는 제1 연료 축적기(126) 내에 제1 연료의 압력을 수정하도록 제1 연료 펌프(124)에 인가되는 신호 또는 명령어를 수정할 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 제3 보정 인자를 기초로 하여, 제1 연료 인젝터(128)에 인가될 트리거 신호의 시작 시간이 컨트롤러(102)에 의해 딜레이되거나 전진되어 다음 분사 이벤트를 위해 제1 연료의 분사의 시작을 조절할 수 있다.
전술한 단계들 및/또는 시스템 요소들 중 임의의 것은 적절하게 교체, 재배열, 또는 제거될 수 있고, 추가의 단계 및/또는 시스템 요소가 특정한 용례의 요구에 따라 삽입될 수 있으며, 전술한 실시예의 시스템은 광범위한 적절한 프로세스 및 시스템 요소들을 이용하여 실시될 수 있고 임의의 특별한 컴퓨터 하드웨어, 소프트웨어, 미들웨어, 펌웨어, 마이크로코드 등으로 제한되지 않는다.
더욱이, 전술한 예, 입증, 및 컨트롤러(102)에 의해 수행될 수 있는 것과 같은 방법 단계는 범용 또는 특수 목적 컴퓨터와 같은 프로세서 기반 시스템에서의 적절한 코드에 의해 실시될 수 있다. 시스템 및 방법의 상이한 실시는 본 명세서에 설명된 단계들 모두 또는 일부를 상이한 순서로, 병행하여, 또는 실질적으로 동시에 수행할 수 있다. 더욱이, 제한하지 않지만 C++ 또는 자바를 비롯한 다양한 프로그래밍 언어로 함수가 실시될 수 있다. 그러한 코드는 데이터 저장소 칩, 로컬 또는 리모트 하드 디스크, 광 디스크(즉, CD 또는 DVD), 메모리 또는 저장된 코드를 실행하도록 프로세서 기반 시스템에 의해 엑세스될 수 있는 다른 매체와 같은 하나 이상의 실감(tangible) 또는 비일시적 컴퓨터 판독 매체에 저장되거나 저장을 위해 적응될 수 있다. 심감 매체는 종이 또는 명령어가 인쇄되는 다른 적절한 매체를 포함할 수 있다. 예컨대, 명령어는 종이 또는 다른 매체의 광학적 스캐닝을 통해 전자적으로 캡쳐된 다음, 필요하다면 적절한 방식으로 순응되거나, 해석되거나 또는 달리 처리된 후에, 데이터 저장소 또는 메모리에 저장될 수 있다.
비일시적 컴퓨터 판독 매체는, 엔진(100)의 실린더(103) 내로 제1 연료 인젝터(128)를 통해 연료(예컨대, 제1 연료)의 분사를 인에이블하고; 제1 연료 인젝터(128)에 또는 근접하게 배치되는 센서(154)로부터 연료의 분사의 시작과 분사의 종료 중 적어도 하나를 나타내는 제2 전기 신호 등의 전기 신호를 수신하며, 제1 연료 인젝터(128)와 관련된 하나 이상의 교정 파라미터 및 전기 신호를 기초로 하여 분사될 연료의 질량 및/또는 분사의 시작을 조절하는 방법을 수행하도록 실행 가능한 코드를 저장한다.
본 발명의 몇몇 실시예에 따르면, 설명된 시스템 및 기법은 비용을 전체적으로 감소시킬 수 있다. 이는 부분적으로 연료 분사의 적응적 제어로 인해 달성될 수 있다. 그러한 제1 연료의 분사의 제어는 연료 인젝터의 노후화 및/또는 마모의 영향을 적어도 부분적으로 보상함으로써 분사 이벤트에서 분사될 연료의 원하는 질량을 달성할 수 있다.
본 발명은 몇몇의 특정한 실시예의 관점에서 설명되었다. 실시예는 예시만을 위해 의도된 것이고, 어떠한 방식으로든 제한되는 것으로 해석되어서는 안된다. 따라서, 해당 실시예에 본 발명의 범위 및 첨부된 청구범위 내에 있는 수정이 이루어질 수 있다는 것을 이해해야 한다.
상기 개시된 그리고 다른 특징 및 기능의 변경, 또는 그 대안이 결합되어 많은 다른 상이한 시스템 또는 용례를 만들 수 있다. 다양한 예상치않은 변형, 수정, 변경 또는 개선이 나중에 당업자에 의해 이루어질 수 있고 또한 아래의 청구범위에 의해 포함되도록 의도된다.

Claims (23)

  1. 엔진 내에서 연료의 분사를 제어하는 시스템으로서, 엔진은 실린더와, 상기 실린더 내에 제1 연료를 분사하는 제1 연료 인젝터를 구비하며, 상기 시스템은,
    상기 제1 연료 인젝터에 또는 근접하게 배치되고, 제1 연료의 분사의 시작과 분사의 종료 중 적어도 하나를 나타내는 전기 신호를 발생시키도록 구성되는 센서; 및
    상기 전기 신호를 기초로 하여 제1 연료 인젝터에 의해 분사될 제1 연료의 질량 및 분사의 시작 중 적어도 하나를 조절하도록 구성되는 컨트롤러
    를 포함하는 것인 엔진 내에서 연료의 분사를 제어하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 연료는 디젤, 바이오디젤, 바이오 액화 연료(BTL; biomass to liquid), 가스 액화 연료(GTL; gas to liquid), 중유, 경질 사이클 오일(light cycle oil), 가솔린, 선박 디젤유, 경유, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 엔진 내에서 연료의 분사를 제어하는 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 엔진은 제2 연료를 실린더, 흡기 포트, 흡기 매니폴드, 공통 매니폴드, 터보차저의 고압측, 또는 터보차저의 저압측에 분사하는 제2 연료 인젝터를 포함하는 이중 연료 엔진인 것인 엔진 내에서 연료의 분사를 제어하는 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 센서는 음향 센서, 가속도 센서, 또는 압전 센서 중 적어도 하나를 포함하는 것인 엔진 내에서 연료의 분사를 제어하는 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 센서는 노크 센서(knock sensor)인 것인 엔진 내에서 연료의 분사를 제어하는 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는 또한 상기 전기 신호를 기초로 하여, 제1 연료 인젝터에 의해 분사되는 제1 연료의 분사의 시작과 분사의 종료 중 적어도 하나에 대응하는 크랭크 각도를 결정하도록 구성되는 것인 엔진 내에서 연료의 분사를 제어하는 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 컨트롤러는 또한 제1 연료의 하나 이상의 작동 파라미터를 결정하도록 구성되고, 상기 하나 이상의 작동 파라미터는 제1 연료의 종류, 제1 연료의 압력, 제1 연료의 온도, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 엔진 내에서 연료의 분사를 제어하는 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 컨트롤러는 또한 결정된 크랭크 각도 및 제1 연료의 하나 이상의 작동 파라미터를 기초로 하여 제1 연료의 분사되는 질량을 결정하도록 구성되는 것인 엔진 내에서 연료의 분사를 제어하는 시스템.
  9. 제7항에 있어서, 상기 컨트롤러는 또한 상기 제1 연료의 질량 및 분사의 시작 중 적어도 하나를 조절하기 위한 하나 이상의 보정 인자를 결정하도록 구성되고, 상기 하나 이상의 보정 인자는 하나 이상의 교정 파라미터, 결정된 크랭크 각도, 제1 연료의 하나 이상의 작동 파라미터, 또는 이들의 조합을 기초로 하여 결정되는 것인 엔진 내에서 연료의 분사를 제어하는 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 하나 이상의 교정 파라미터는 제1 연료의 하나 이상의 작동 파라미터와 관련하여 정해지고, 하나 이상의 교정 파라미터는 상기 제1 연료 인젝터의 하나 이상의 인젝터 특성 및 상기 제1 연료의 하나 이상의 작동 파라미터와 관련한 센서의 신호 특성에 관한 정보를 포함하는 것인 엔진 내에서 연료의 분사를 제어하는 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 하나 이상의 인젝터 특성은 특정한 조건 동안에 분사된 질량, 특정한 조건 동안에 분사율, 특정한 조건에서 트리거 신호의 주어진 시작에 대한 분사의 시작, 트리거 신호의 시작과 트리거 신호의 지속 기간에 종속하여 제1 연료 인젝터에 의해 분사된 제1 연료의 분사의 종료, 트리거 신호의 지속 기간에 종속한 분사의 지속 기간, 제1 연료 인젝터에 인가되는 트리거 신호의 시작 시간과 제1 연료의 분사의 시작 사이에 딜레이, 또는 이들의 조합 중 적어도 하나를 포함하는 것인 엔진 내에서 연료의 분사를 제어하는 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 컨트롤러는 또한,
    제1 연료의 질량을 조절하기 위해 하나 이상의 보정 인자들 중 적어도 하나에 기초한 제1 연료 인젝터에 인가되는 트리거 신호의 지속 기간 - 제1 연료 인젝터에 의해 분사될 제1 연료의 질량은 트리거 신호의 지속 기간에 종속함 -;
    제1 연료의 분사의 시작을 조절하기 위해 하나 이상의 보정 인자들 중 적어도 하나에 기초한 트리거 신호의 시작 시간; 및
    제1 연료의 질량을 조절하기 위해 하나 이상의 보정 인자들 중 적어도 하나에 기초한 제1 연료의 압력
    중 적어도 하나를 수정하도록 구성되는 것인 엔진 내에서 연료의 분사를 제어하는 시스템.
  13. 제9항에 있어서, 상기 컨트롤러는 또한 하나 이상의 룩업 테이블, 하나 이상의 모델, 또는 하나 이상의 교정 파라미터와 하나 이상의 작동 파라미터의 값에 기초한 하나 이상의 전달 함수를 갖도록 구성되는 것인 엔진 내에서 연료의 분사를 제어하는 시스템.
  14. 이중 연료 엔진으로서,
    실린더;
    상기 실린더의 실린더 헤드 내에 장착되고 제1 연료를 상기 실린더 내에 분사하도록 구성되는 제1 연료 인젝터;
    상기 제1 연료 인젝터에 또는 근접하게 배치되고, 제1 연료의 분사의 시작과 분사의 종료 중 적어도 하나를 나타내는 전기 신호를 발생시키도록 구성되는 노크 센서; 및
    상기 제1 연료 인젝터와 노크 센서에 연결되는 컨트롤러
    를 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 전기 신호 및 상기 제1 연료 인젝터와 관련된 하나 이상의 미리 정해진 특성을 기초로 하여 제1 연료 인젝터에 의해 분사될 제1 연료의 질량 및 분사의 시작 중 적어도 하나를 조절하도록 구성되는 것인 이중 연료 엔진.
  15. 제14항에 있어서, 상기 전기 신호는 또한 노킹 이벤트를 나타내는 것인 이중 연료 엔진.
  16. 제14항에 있어서, 제2 연료를 실린더, 흡기 포트, 흡기 매니폴드, 공통 매니폴드, 터보차저의 고압측, 또는 터보차저의 저압측에 분사하는 제2 연료 인젝터를 더 포함하는 이중 연료 엔진.
  17. 이중 연료 엔진 내에서 제1 연료의 분사를 제어하는 방법으로서,
    상기 제1 연료를 제1 연료 인젝터를 통해 이중 연료 엔진의 실린더 내로 분사하는 단계;
    상기 제1 연료 인젝터에 또는 근접하게 배치되는 센서에 의해 전기 신호를 발생시키는 단계로서, 상기 전기 신호는 제1 연료의 분사의 시작과 분사의 종료를 나타내는 것인 단계; 및
    상기 전기 신호 및 제1 연료 인젝터와 관련된 하나 이상의 교정 파라미터를 기초로 하여 분사될 제1 연료의 질량과 분사의 시작 중 적어도 하나를 조절하는 단계
    를 포함하는 이중 연료 엔진 내에서 제1 연료의 분사를 제어하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 제1 연료 인젝터의 구성요소 시험과 엔진 시험 절차 중 적어도 하나의 동안에 하나 이상의 교정 파라미터 또는 센서의 신호 특성 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 더 포함하는 이중 연료 엔진 내에서 제1 연료의 분사를 제어하는 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 전기 신호를 기초로 하여, 상기 제1 연료의 분사의 시작과 분사의 종료 중 적어도 하나에 대응하는 크랭크 각도를 결정하는 단계를 더 포함하는 이중 연료 엔진 내에서 제1 연료의 분사를 제어하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 크랭크 각도를 기초로 하여, 트리거 신호의 시작과 분사의 시작 사이의 딜레이를 결정하는 단계를 더 포함하는 이중 연료 엔진 내에서 제1 연료의 분사를 제어하는 방법.
  21. 제19항에 있어서, 상기 크랭크 각도, 상기 하나 이상의 교정 파라미터, 또는 상기 제1 연료의 하나 이상의 작동 파라미터 중 적어도 하나를 기초로 하여 상기 제1 연료 인젝터에 의해 분사되는 제1 연료의 분사된 질량을 결정하는 단계를 더 포함하는 이중 연료 엔진 내에서 제1 연료의 분사를 제어하는 방법.
  22. 제20항에 있어서,
    하나 이상의 보정 인자를 결정하는 단계로서, 상기 하나 이상의 보정 인자는 하나 이상의 교정 파라미터, 상기 하나 이상의 작동 파라미터, 및 트리거 신호의 시작과 분사의 시작 사이의 딜레이 중 적어도 하나를 기초로 하여 결정되는 것인 단계; 및
    상기 하나 이상의 보정 인자를 기초로 하여 상기 제1 연료 인젝터에 인가될 압력, 트리거 신호의 지속 기간, 및 트리거 신호의 시작 중 적어도 하나를 수정하는 단계
    를 더 포함하는 이중 연료 엔진 내에서 제1 연료의 분사를 제어하는 방법.
  23. 비일시적 컴퓨터 판독 매체로서,
    엔진의 실린더 내로 연료 인젝터를 통해 연료의 분사를 인에이블하고;
    연료 인젝터에 또는 근접하게 배치되는 센서로부터, 연료의 분사의 시작과 분사의 종료 중 적어도 하나를 나타내는 전기 신호를 수신하며; 그리고
    상기 전기 신호 및 제1 연료 인젝터와 관련된 하나 이상의 교정 파라미터를 기초로 하여 분사될 연료의 질량 및 분사의 시작 중 적어도 하나를 조절하는 방법을 수행하도록 실행 가능한 코드를 저장하는 것인 비일시적 컴퓨터 판독 매체.
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