KR20160072893A - 이종연료 시스템 엔진의 연료량 보정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이종연료 시스템 엔진의 연료량 보정 장치 및 방법에 관한 것으로, 적어도 하나 이상의 구동 조건을 반영하여 각 구동 조건에 따라 인젝터 온도를 모델링하여 분사 연료량의 증감을 위한 인자를 출력하는 온도 모델링부, 전환할 연료에 대한 분사 연료량을 연료 분사시간으로 변환하기 위한 인자를 출력하는 연료량/분사시간 변환부, 상기 전환할 연료에 대한 분사 연료량 정보를 입력받고, 상기 연료의 분사 연료량 정보에 상기 온도 모델링부에서 출력된 분사 연료량 증감 인자를 곱셈 연산하여 최종 분사 연료량을 출력하는 분사 연료량 보정부, 및 상기 분사 연료량 보정부에서 출력된 최종 분사 연료량에 상기 연료량/분사시간 변환부로부터 입력받은 연료량/분사시간 인자를 곱셈 연산하여 최종 연료 분사시간 정보를 출력하는 연료 분사시간 보정부를 포함한다.

Description

이종연료 시스템 엔진의 연료량 보정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CALIBRATING FUEL AMOUNT OF A BI-FUEL SYSTEM ENGINE}
본 발명은 이종연료 시스템 엔진의 연료량 보정 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실린더 내 직접 연료 분사와 흡기 다기관 내 연료 분사 방식을 함께 사용하는 이종 연료 시스템 엔진에 있어서, 흡기 다기관 내 연료 분사 방식으로부터 실린더 내 직접 연료 분사 방식으로 전환을 수행할 때 연료량을 자동으로 보정할 수 있도록 하는 이종연료 시스템 엔진의 연료량 보정 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 실린더 내 직접 연료 분사와 흡기 다기관 내 연료 분사 방식을 함께 사용하는 이종 연료 시스템 엔진에 있어서, 상기 흡기 다기관 내 연료 분사 방식으로부터 상기 실린더 내 직접 연료 분사 방식으로 전환을 수행하는 과정에서 실린더 내 직접 연료 분사 인젝터는 연료 전환이 이루어지기 전까지 작동하지 않으므로 인젝터 구동 시와 비교할 때 연소 작용에 의한 열에너지를 더 많이 받은 상태에 있다.
상기와 같은 상태에서 만약 연료 전환을 수행할 경우, 상기 가열된 인젝터에 의하여 계산된 분사 연료량과 실제 분사 연료량 간에 차이가 발생하게 된다.
상기와 같은 분사 연료량의 차이에 따라 연료 전환 시 안정적인 공연비(공기중량/연료중량) 제어를 수행하기까지 상당한 시간이 소요되는 문제점이 있다.
더구나 상기와 같은 연료 전환 구간에서는 엔진이 안정된 공연비 보다 일정 수준 희박 연소가 이루어지는 상태가 되고, 그에 따라 엔진의 일시적인 안정성 저하로 인하여 운전자가 엔진에서의 연료 전환을 인지할 수 있는 가능성이 있다. 즉, 운전자가 차량 엔진의 이상 상태를 인식하여 차량의 안정성이 떨어지는 느낌을 받을 수 있는 문제점이 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 10-2013-0052289호(2013.05.22.공개, 이중연료 차량의 연료 전환장치 및 이를 이용한 연료 제어방법)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 실린더 내 직접 연료 분사와 흡기 다기관 내 연료 분사 방식을 함께 사용하는 이종 연료 시스템 엔진에 있어서, 흡기 다기관 내 연료 분사 방식으로부터 실린더 내 직접 연료 분사 방식으로 전환을 수행할 때 연료량을 자동으로 보정할 수 있도록 하는 이종연료 시스템 엔진의 연료량 보정 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 흡기 다기관 내 연료분사 방식에서 실린더 내 직접 연료 분사 방식으로 전환할 때, 가열된 인젝터에 의해 목표 연료량과 실제 분사된 연료량의 차이를 보정할 수 있도록 하는 이종연료 시스템 엔진의 연료량 보정 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명은 흡기 다기관 내 연료분사 방식에서 실린더 내 직접 연료 분사 방식으로 전환할 때, 미리 설정된 테이블에 기초하여 연료량을 보정하되 다양한 구동 조건에서 인젝터의 온도를 모델링하여 상기 테이블에 반영할 수 있도록 하는 이종연료 시스템 엔진의 연료량 보정 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 이종연료 시스템 엔진의 연료량 보정 장치는, 적어도 하나 이상의 구동 조건을 반영하여 각 구동 조건에 따라 인젝터 온도를 모델링하여 분사 연료량의 증감을 위한 인자를 출력하는 온도 모델링부; 전환할 연료에 대한 분사 연료량을 연료 분사시간으로 변환하기 위한 인자를 출력하는 연료량/분사시간 변환부; 상기 전환할 연료에 대한 분사 연료량 정보를 입력받고, 상기 연료의 분사 연료량 정보 및 상기 온도 모델링부에서 출력된 분사 연료량 증감 인자에 근거하여 최종 분사 연료량을 출력하는 분사 연료량 보정부; 및 상기 분사 연료량 보정부에서 출력된 최종 분사 연료량에 상기 연료량/분사시간 변환부로부터 입력받은 연료량/분사시간 인자를 적용하여 최종 연료 분사시간 정보를 출력하는 연료 분사시간 보정부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 구동 조건은, 엔진 속도, 엔진 부하, 목표 람다, 배기 유량, 점화 효율, 및 냉각 수온 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 온도 모델링부는, 엔진 속도 정보와 엔진 부하 정보를 모델링하여 제1 모델링값을 출력하는 제1 모델링값 연산부; 목표 람다 정보와 배기 유량 정보를 모델링하여 제2 모델링값을 출력하는 제2 모델링값 연산부; 점화 효율 정보와 배기 유량 정보를 모델링하여 제3 모델링값을 출력하는 제3 모델링값 연산부; 엔진 속도 정보와 냉각 수온 정보를 모델링하여 제4 모델링값을 출력하는 제4 모델링값 연산부; 상기 제1 모델링값과 상기 제2 모델링값을 곱셈 연산하는 제1 곱셈부; 상기 제1 곱셈부의 연산 결과값과 상기 제3 모델링값을 곱셉 연산하여 출력하는 제2 곱셈부; 상기 제2 곱셈부의 연산 결과값 및 상기 제4 모델링값 중 하나를 미리 설정된 조건에 따라 선택적으로 출력하는 스위칭부; 및 상기 스위칭부에서 출력된 모델링 온도에 기초하여 제5 모델링값을 출력하는 제5 모델링값 연산부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 스위칭부는, 퓨얼 컷 오프(Fuel Cut Off) 시에는 상기 제4 모델링값을 모델링 온도로서 출력하고, 퓨얼 컷 오프가 아닌 경우에는 상기 제2 곱셈부의 연산 결과값을 모델링 온도로서 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제5 모델링값은, 분사 연료량의 증가 또는 감소를 위한 보정 인자인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 연료량/분사시간 변환부는, 상기 분사 연료량에 대응하는 연료 분사시간으로 변환하기 위하여 미리 설정된 맵(Map)이나 미리 설정된 산술식을 이용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 이종연료 시스템 엔진의 연료량 보정 방법은, 이종 연료 시스템 엔진에서 포트분사식 가스 연료를 직분사식 연료로 전환할 경우, 제어부가 직분사식 연료를 분사하는 인젝터의 분사 시간을 검출하는 단계; 상기 제어부가 포트분사식 가스 연료를 분사하는 인젝터의 미사용 시간이 미리 설정된 제1 기준치 이상인지 판단하는 단계; 상기 포트분사식 가스 연료를 분사하는 인젝터의 미사용 시간이 미리 설정된 제1 기준치 이상이면, 상기 제어부가 직분사식 연료를 분사하는 인젝터의 분사 연료량에 따른 분사시간을 보정하는 단계; 상기 직분사식 연료를 분사하는 인젝터의 분사 연료량에 따른 분사시간에 대한 보정이 완료되면, 상기 제어부가 상기 직분사식 연료의 최종 연료 분사시간을 검출하는 단계; 상기 제어부가 상기 직분사식 연료의 연료 분사시간의 보정 전과 후의 람다 값의 차이가 미리 설정된 제2 기준치 이상인지 판단하는 단계; 및 상기 직분사식 연료의 연료 분사시간의 보정 전과 후의 람다 값의 차이가 미리 설정된 제2 기준치 이상이면, 상기 제어부가 상기 직분사식 연료의 보정된 분사 연료량에 따른 분사시간을 학습하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 직분사식 연료를 분사하는 인젝터의 분사 연료량에 따른 분사시간을 보정하는 단계에서, 온도 모델링부가 적어도 하나 이상의 구동 조건을 반영하여 각 구동 조건에 따라 인젝터 온도를 모델링하여 분사 연료량의 증감을 위한 인자를 출력하는 단계; 연료량/분사시간 변환부가 전환할 연료에 대한 분사 연료량을 연료 분사시간으로 변환하기 위한 인자를 출력하는 단계; 분사 연료량 보정부가 상기 전환할 연료에 대한 분사 연료량 정보를 입력받고, 상기 연료의 분사 연료량 정보 및 상기 온도 모델링부에서 출력된 분사 연료량 증감 인자에 근거하여 최종 분사 연료량을 출력하는 단계; 및 연료 분사시간 보정부가 상기 분사 연료량 보정부에서 출력된 최종 분사 연료량에 상기 연료량/분사시간 변환부로부터 입력받은 연료량/분사시간 인자를 적용하여 최종 연료 분사시간 정보를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 구동 조건은, 엔진 속도, 엔진 부하, 목표 람다, 배기 유량, 점화 효율, 및 냉각 수온 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 온도 모델링부가 적어도 하나 이상의 구동 조건을 반영하여 각 구동 조건에 따라 인젝터 온도를 모델링하여 분사 연료량의 증감을 위한 인자를 출력하는 단계는, 제1 모델링값 연산부가 엔진 속도 정보와 엔진 부하 정보를 모델링하여 제1 모델링값을 출력하는 단계; 제2 모델링값 연산부가 목표 람다 정보와 배기 유량 정보를 모델링하여 제2 모델링값을 출력하는 단계; 제3 모델링값 연산부가 점화 효율 정보와 배기 유량 정보를 모델링하여 제3 모델링값을 출력하는 단계; 제4 모델링값 연산부가 엔진 속도 정보와 냉각 수온 정보를 모델링하여 제4 모델링값을 출력하는 단계; 제1 곱셈부가 상기 제1 모델링값과 상기 제2 모델링값을 곱셈 연산하는 단계; 제2 곱셈부가 상기 제1 곱셈부의 연산 결과값과 상기 제3 모델링값을 곱셉 연산하여 출력하는 단계; 스위칭부가 상기 제2 곱셈부의 연산 결과값 및 상기 제4 모델링값 중 하나를 미리 설정된 조건에 따라 선택적으로 출력하는 단계; 및 제5 모델링값 연산부가 상기 스위칭부에서 출력된 모델링 온도에 기초하여 제5 모델링값을 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 스위칭부는, 퓨얼 컷 오프(Fuel Cut Off) 시에는 상기 제4 모델링값을 모델링 온도로서 출력하고, 퓨얼 컷 오프가 아닌 경우에는 상기 제2 곱셈부의 연산 결과값을 모델링 온도로서 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제5 모델링값은, 분사 연료량의 증가 또는 감소를 위한 보정 인자인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 실린더 내 직접 연료 분사와 흡기 다기관 내 연료 분사 방식을 함께 사용하는 이종 연료 시스템 엔진에 있어서, 흡기 다기관 내 연료 분사 방식으로부터 실린더 내 직접 연료 분사 방식으로 전환을 수행할 때 연료량을 자동으로 보정할 수 있도록 한다. 또한 본 발명은 이종 연료 시스템 엔진에 있어서, 연료 전화 시 인젝터의 가열된 온도 값을 모델링화 하고 그에 따른 연료 분사 보정을 로직으로 반영하여 연료 전환에도 일정한 공연비를 유지할 수 있도록 함으로써, 엔진 자체의 제어 안정성을 향상시키고, 직접 분사 인젝터의 내구 수명을 연장시킬 수 있도록 하며, 또한 운전자가 느끼는 차량 안정성에 대한 감성 품질을 향상시킬 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종연료 시스템 엔진의 연료량 보정 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도.
도 2는 상기 도 1에 있어서, 온도 모델링 연산식에 포함된 각 인자들의 상태와 관계를 그래프로 나타내 보인 예시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종연료 시스템 엔진의 연료량을 보정한 후 학습하는 방법을 설명하기 위한 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 이종연료 시스템 엔진의 연료량 보정 장치 및 방법의 일 실시예를 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종연료 시스템 엔진의 연료량 보정 장치의 개략적인 구성을 보인 예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 이종연료 시스템 엔진의 연료량 보정 장치는, 온도 모델링부(100), 연료량/분사시간 변환부(200), 분사연료량 보정부(300), 및 연료분사시간 보정부(400)를 포함한다.
상기 온도 모델링부(110)는 다양한 구동 조건(예 : 엔진 속도, 엔진 부하, 목표 람다, 배기 유량, 점화 효율, 냉각 수온 등)을 반영하여 각 구동 조건에 따라 인젝터 온도를 모델링하여 분사 연료량의 증감을 위한 인자를 출력한다.
참고로 상기 온도 모델링은 정적 상태에서 온도 모델링, 엔진의 각종 상태량에 따른 모델링값 보정, 온도 변화에 따른 동적 상태에 대한 모델링의 세가지로 구성되어 있다.
우선 상기 정적 상태는 엔진이 일정한 영역에서 안정된 상태에서의 온도 값을 나타낸다. 이 때의 안정된 상태란 엔진의 영역의 지표가 되는 엔진의 속도, 부하(혹은 연료량)가 일정한 한 영역에 일정 시간 이상 있고, 그로 인하여 에너지 평형이 이루어진 상태를 말한다. 이때의 엔진에 영향을 줄 수 있는 냉각 수온, 점화시기, 공연비 등의 각종 인자 또한 일정한 기준치에 고정된 상태이다. 또한 이때의 엔진의 각 포인트(예 : 엔진 속도, 부하, 또는 연료량)별로 온도를 측정하고 하나의 테이블 또는 맵으로 그 값을 입력한다.
다음 상기 모델링값 보정은 상기 언급한 정적 상태에서 엔진 제어의 변수들의 값에 따른 온도 변화 상태에 대한 보정을 실시해 주는 것을 말한다.
마지막으로 상기 동적 상태에 대한 모델링은 상기 엔진 상태량의 변화에 따른 천이 구간에서의 온도값의 변화를 모델링하는 것이다. 예를 들면 모델링값 보정 시의 인자를 엔진속도 1000rpm과 1500rpm의 포인트에서만 그 변화량 값을 보정 인자 값으로 모델링 해주었다면, 이 사이의 천이 구간에 대한 온도 값의 변화량에 대한 값의 계산 수행을 통해 보정을 하는 것이다. 즉, 측정값의 그리드를 무한하게 늘리지 못하기 때문에 천이 구간의 값의 모델링을 통해서 보정을 수행하여 정확도를 향상시키는 것이다. 이때 열 전달량을 기반으로 상기 동적 상태에 대한 모델링을 연산하는 것이 기본이다.
참고로 상기 모델링을 위한 연산식은 아래의 수학식과 같이 표시할 수 있고, 이에 포함된 각 인자들의 상태는 도 2에 도시된 바와 같은 그래프로 나타낼 수 있다.
Figure pat00001
여기서,
Figure pat00002
는 모델링된 인젝터 온도(injector temperature modeled),
Figure pat00003
는 안정한 상태의 인젝터 근처의 배기 온도(exhaust temperature steady state nearby injector),
Figure pat00004
는 배기가스의 열 손실(heat loss of exhaust gas),
Figure pat00005
는 배기가스에서 인젝터로의 열 게인(heat gain from exhaust gas to injector),
Figure pat00006
는 배기가스 유량(exhaust gas mass flow),
Figure pat00007
는 배기가스의 열용량(heat capacity of exhaust gas),
Figure pat00008
는 정상상태의 온도, 델타 온도(steady state temp. delta temp.),
Figure pat00009
는 인젝터의 질량(mass of injector),
Figure pat00010
는 인젝터의 열용량(heat capacity of injector)을 나타낸다.
여기서 인젝터의 온도는 인젝터 밸브시트 부근의 온도를 의미하며, 이때의 단일 물질로 간주한다.
상기 온도 모델링부(100)는 제1 모델링값 연산부(110), 제2 모델링값 연산부(120), 제3 모델링값 연산부(130), 제4 모델링값 연산부(140), 제5 모델링값 연산부(150), 제1 곱셈부(160), 제2 곱셈부(170), 및 스위칭부(180)를 포함한다.
상기 제1 모델링값 연산부(110)는 엔진 속도 정보와 엔진 부하 정보를 모델링하여 제1 모델링값을 출력한다.
참고로 상기 엔진 속도는 안정한(Steady) 상태에서의 엔진 배기 온도 또는 연소실 온도를 측정하는 기준에 해당하는 정보로서, 상기 안정한 상태란 엔진의 웜업(warm-up)이 완료된 상태에서 공연비(Lambda, 람다)가 1로 제어되는 안정적인 상태를 의미한다. 이러한 운전 조건에서 엔진 속도는 단위 시간당 기관의 사이클(cycle) 횟수를 나타내는 지표이고, 상기 엔진 부하는 흡입 공기량의 정도를 나타낸다(또는 연료량을 엔진 부하 대신 적용할 수도 있다). 즉, 엔진의 작동 영역 별로 배기 온도 또는 연소실 온도에 대응하는 값이다.
상기 제2 모델링값 연산부(120)는 목표 람다 정보와 배기 유량 정보를 모델링하여 제2 모델링값을 출력한다.
참고로 상기 목표 람다와 관련해서 이론적으로는 엔진의 이상적인 연소를 위해서는 공연비에 맞추어서 연료를 분사하면 된다. 하지만, 출력, 3원 촉매 효율을 고려하여 분사 연료량 조절(Lean-rich 반복 제어), 높은 배기 가스 온도로 인한 엔진 부품의 손상의 가능성이 있는 경우 농후하게 연료를 분사하는 등 다양한 상황을 고려하여 목표 람다값은 변화한다. 연료량이 상대적으로 농후 또는 희박한 정도는 연소 온도에도 영향을 준다. 연료량이 상대적으로 희박한 경우에 연소 온도값이 높다.
상기 제3 모델링값 연산부(130)는 점화 효율 정보와 배기 유량 정보를 모델링하여 제3 모델링값을 출력한다.
참고로 상기 점화 효율은 최대 토크(MBT)를 발휘하는 점화시기의 값을 100이라고 했을 때, 점화시기의 변동에 따른 토크값(점화시기 지각의 경우 토크값은 최대 값과 비교하였을 때 감소)을 비율로 나타낸 것을 의미한다.
상기 점화시기 변동에 따라 인젝터 노즐이 노출되어 있는 연소실 내의 온도와의 관계를 정리하면, 우선 점화시기가 빠른 경우, 연소 가스의 실린더 내 체류시간이 길어져 열손실이 증대되고, 연소 가스의 최고 온도가 높아진다. 이는 연소 가스가 직접 분사용 인젝터에 전달하는 열량이 커질 수 있는 인자에 해당된다. 그리고 점화시기가 너무 늦은 경우, 연소실내의 유동이 감소하므로 화염 전파 속도가 둔화되고, 연소가 완만하여 팽창행정까지 어진다. 이 경우 후연(後燃)의 증가로 배기 온도가 높아진다. 즉, 점화시기의 변동에 따라 연소 상태의 차이가 있고 이것은 기준 상태와 대비 인젝터 온도에 영향을 주는 인자에 해당한다.
참고로 상기 배기 유량은 배기 밸브 단에서의 유량으로 연소 후 배기가스 배출 정도를 나타낸다. 상기 배기 유량은 온도 변화의 특성을 고려한 파라미터로서 온도 모델링 시 사용된다.
상기 제4 모델링값 연산부(140)는 엔진 속도 정보와 냉각 수온 정보를 모델링하여 제4 모델링값을 출력한다.
참고로 상기 냉각 수온은 엔진이 완전하게 웜업(warm-up) 되지 않은 경우에는 연소 과정에 의한 열량이 엔진 블록으로 전달되는 양이 완전히 웜업된 경우 대비 더 많다. 특히 냉각 수온은 퓨얼 컷 오프(Fuel cut off) 시 연소가 일어나지 않을 경우의 온도 모델링 시 고려 인자로 사용된다.
상기 제1 곱셈부(160)는 상기 제1 모델링값과 상기 제2 모델링값을 곱셈 연산하고, 상기 제2 곱셈부(170)는 상기 제1 곱셈부(160)의 연산 결과값과 상기 제3 모델링값을 곱셉 연산하여 출력한다.
상기 스위칭부(180)는 상기 제2 곱셈부(170)의 연산 결과값 및 상기 제4 모델링값 중 하나(즉, 모델링 온도)를 선택적으로 출력한다. 즉, 퓨얼 컷 오프(Fuel Cut Off) 시에는 상기 제4 모델링값을 모델링 온도로서 출력하고, 퓨얼 컷 오프(Fuel Cut Off)가 아닌 경우에는 상기 제2 곱셈부(170)의 연산 결과값을 모델링 온도로서 출력한다.
상기 제5 모델링값 연산부(150)는 상기 스위칭부(180)에서 출력된 모델링 온도에 기초하여 제5 모델링값(즉, 분사 연료량의 증가/감소 인자)을 출력한다. 가령 현재 모델링 온도가 낮을 경우에는 분사 연료량을 증가시킬 수 있는 인자를 출력할 수 있고, 반대로 현재 모델링 온도가 높을 경우에는 분사 연료량을 감소시킬 수 있는 인자를 출력할 수 있다.
상기 연료량/분사시간 변환부(200)는 연료량을 연료 분사시간으로 변환하기 위한 인자를 출력한다. 상기 연료량을 연료 분사시간으로 변환하기 위하여 미리 설정된 맵(Map)이나 미리 설정된 산술식을 이용할 수 있다. 가령 분사량이 증가할 경우 연료 분사시간을 감소시킬 수 있는 인자를 출력할 수 있고, 반대로 분사량이 감소할 경우 연료 분사시간을 증가시킬 수 있는 인자를 출력할 수 있다.
상기 분사 연료량 보정부(300)는 연료2(예 : 직분사식 연료)에 대한 분사 연료량 정보를 입력받고, 상기 연료2의 분사 연료량 정보에 상기 제5 모델링값 연산부(150)에서 출력된 분사 연료량 증감 인자를 곱셈 연산하여 최종 분사 연료량을 출력한다. 참고로 연료1은 포트분사식 가스 연료에 해당된다.
상기 연료 분사시간 보정부(400)는 상기 분사 연료량 보정부(300)에서 출력된 최종 분사 연료량에 상기 연료량/분사시간 변환부(200)로부터 입력받은 연료량/분사시간 인자를 곱셈 연산하여 최종 연료 분사시간 정보를 출력한다. 즉, 최종 보정된 분사 연료량과 그 분사 연료량에 대응하는 연료 분사시간 정보가 최종 출력된다.
이에 따라 제어부(미도시)(예 : 엔진 제어부)는 상기 최종 보정된 분사 연료량과 그 분사 연료량에 대응하는 연료 분사시간 정보에 기초하여 연료를 분사한다. 한편 본 실시예에서는 상기 구성수단(100 ~ 400)을 각기 별도의 구성수단으로서 설명하였으나, 다른 실시예에서는 상기 제어부(미도시)(예 : 엔진 제어부)에서 상기 구성수단(100 ~ 400)의 기능을 통합하여 실시할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종연료 시스템 엔진의 연료량을 보정한 후 학습하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 실린더 내 직접 연료 분사와 흡기 다기관 내 연료 분사 방식을 함께 사용하는 이종 연료 시스템 엔진에 있어서, 흡기 다기관 내 연료 분사 방식으로부터 실린더 내 직접 연료 분사 방식으로 전환을 수행할 경우, 제어부(미도시)는 직분사식 연료(연료2)를 분사하는 인젝터(제2 인젝터)의 분사 시간을 검출한다(S101).
그리고 상기 제어부는 포트분사식 가스 연료(연료1)를 분사하는 인젝터(제1 인젝터)의 미사용 시간이 미리 설정된 일정 수준 이상(즉, 미리 설정된 제1 기준치)인지 판단한다(S102). 즉, 연료1을 분사하는 제1 인젝터가 연료2를 분사하는 제2 인젝터로 전환되었는지 검출한다.
상기 판단(S102) 결과에 따라, 상기 포트분사식 가스 연료(연료1)를 분사하는 인젝터(제1 인젝터)의 미사용 시간이 미리 설정된 일정 수준 이상이면(S102의 예), 상기 제어부는 직분사식 연료(연료2)를 분사하는 인젝터(제2 인젝터)의 분사시간(즉, 분사 연료량에 따른 분사시간)을 보정한다(S103). 상기 분사 연료량의 구체적인 보정 방법은, 상기 도 1을 참조로 설명한 바와 같다.
상기 인젝터(제2 인젝터)의 분사시간(즉, 분사량에 따른 분사시간)에 대한 보정이 완료되면, 상기 제어부는 상기 직분사식 연료(연료2)의 최종 연료 분사시간을 검출한다(S104).
그리고 상기 제어부는 상기 직분사식 연료(연료2)의 연료 분사시간의 보정 전과 후의 람다 값(공연비)의 차이가 미리 설정된 일정 수준(즉, 미리 설정된 제2 기준치) 이상인지 판단한다(S105).
즉, 상기 연료 분사시간의 보정을 통해 람다 값(공연비)이 개선되었는지를 판단하는 것이다.
상기 판단(S105) 결과에 따라, 상기 직분사식 연료(연료2)의 연료 분사시간의 보정 전과 후의 람다 값(공연비)의 차이가 미리 설정된 일정 수준(즉, 미리 설정된 제2 기준치) 이상이면(S105의 예), 상기 제어부는 상기 직분사식 연료(연료2)의 보정치(최종 연료 분사시간, 즉, 분사 연료량에 따른 분사시간)를 학습한다(S106).
상술한 바와 같이 이종 연료 시스템 엔진에서의 연료 전환에 따른 연료량 보정의 필요성은 계산된 연료 분사 시간 대비 실제 분사 연료 질량의 차이에 기인한 것이다. 즉, 직분사 인젝터의 열화에 따른 연료 밀도의 저하와 같은 영향에 기인한 것이다. 따라서 산술적으로 계산되는 분사 연료량 자체는 이론적인 공연비에 적합하도록 계산이 되고 있으나, 실제 구현되는 과정에 차이가 발생하게 되는 것이다.
따라서 본 실시예는 목표 분사량 시간을 늘려줌으로써 목표 분사 연료량을 공연비에 맞게 분사하는 효과를 실현하는 특징이 있다. 즉, 계산된 분사 연료량이 연료 분사 시간으로 변환되는 과정에서 인젝터의 온도에 따른 보정치를 곱해주어 연료 전환 시 공연비에 맞는 연료량이 분사되게 하는 것이다.
한편 상기 도면에서는 구체적으로 설명하지 않았지만, 본 실시예에서는 연료 전환 시 인젝터 온도에 의한 연료 분사 시간 조정을 위해서 목표값을 설정한다.
상기 목표값은 모델링된 인젝터 온도값에 따른 연료 분사 시간에 대한 보정 수치에 해당한다. 즉, 인젝터 온도에 대한 실측 실험값에 기반한 연료 분사 보정 수치를 설정한다.
상기 보정 수치는 우선 엔진 속도와 엔진 부하에 따라 인젝터 부근의 온도 값을 가지는 기본 맵(Map) 데이터를 기반으로 한다. 그리고 상기 보정 수치는 다양한 인자들에 의하여 필터링을 거치게 되는데, 상기 필터링 값은 앞서 언급한 기본 맵(Map)에 팩터(factor)가 곱해져서 계산된다.
예컨대 배기 유량과 목표 람다 값에 따른 온도 변화율, 점화 시기 조정에 따른 연소 온도 차이를 반영한 인자, 냉각 수온과 엔진 속도에 따른 온도 변환 인자를 곱해 준다. 이러한 인자들로 보정을 거쳐 직분사 연료 인젝터의 온도를 모델링한다. 상기 모델링한 인젝터 온도는 이 온도에 따른 연료의 가열에 의한 밀도 저감을 고려한 분사 연료량 보정인자를 모델링 한 값의 입력값으로 사용된다. 그리고 상기 보정인자가 계산된 연료량 값에 곱해지고, 연료 분사 시간으로 변환 시 반영이 된다.
이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100 : 온도 모델링부 110 : 제1 모델링값 연산부
120 : 제2 모델링값 연산부 130 : 제3 모델링값 연산부
140 : 제4 모델링값 연산부 150 : 제5 모델링값 연산부
160 : 제1 곱셈부 170 : 제2 곱셈부
180 : 스위칭부 200 : 연료량/분사시간 변환부
300 : 분사연료량 보정부 400 : 연료분사시간 보정부

Claims (12)

  1. 적어도 하나 이상의 구동 조건을 반영하여 각 구동 조건에 따라 인젝터 온도를 모델링하여 분사 연료량의 증감을 위한 인자를 출력하는 온도 모델링부;
    전환할 연료에 대한 분사 연료량을 연료 분사시간으로 변환하기 위한 인자를 출력하는 연료량/분사시간 변환부;
    상기 전환할 연료에 대한 분사 연료량 정보를 입력받고, 상기 연료의 분사 연료량 정보 및 상기 온도 모델링부에서 출력된 분사 연료량 증감 인자에 근거하여 최종 분사 연료량을 출력하는 분사 연료량 보정부; 및
    상기 분사 연료량 보정부에서 출력된 최종 분사 연료량에 상기 연료량/분사시간 변환부로부터 입력받은 연료량/분사시간 인자를 적용하여 최종 연료 분사시간 정보를 출력하는 연료 분사시간 보정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이종연료 시스템 엔진의 연료량 보정 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 구동 조건은,
    엔진 속도, 엔진 부하, 목표 람다, 배기 유량, 점화 효율, 및 냉각 수온 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 이종연료 시스템 엔진의 연료량 보정 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 온도 모델링부는,
    엔진 속도 정보와 엔진 부하 정보를 모델링하여 제1 모델링값을 출력하는 제1 모델링값 연산부;
    목표 람다 정보와 배기 유량 정보를 모델링하여 제2 모델링값을 출력하는 제2 모델링값 연산부;
    점화 효율 정보와 배기 유량 정보를 모델링하여 제3 모델링값을 출력하는 제3 모델링값 연산부;
    엔진 속도 정보와 냉각 수온 정보를 모델링하여 제4 모델링값을 출력하는 제4 모델링값 연산부;
    상기 제1 모델링값과 상기 제2 모델링값을 곱셈 연산하는 제1 곱셈부;
    상기 제1 곱셈부의 연산 결과값과 상기 제3 모델링값을 곱셉 연산하여 출력하는 제2 곱셈부;
    상기 제2 곱셈부의 연산 결과값 및 상기 제4 모델링값 중 하나를 미리 설정된 조건에 따라 선택적으로 출력하는 스위칭부; 및
    상기 스위칭부에서 출력된 모델링 온도에 기초하여 제5 모델링값을 출력하는 제5 모델링값 연산부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이종연료 시스템 엔진의 연료량 보정 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 스위칭부는,
    퓨얼 컷 오프(Fuel Cut Off) 시에는 상기 제4 모델링값을 모델링 온도로서 출력하고, 퓨얼 컷 오프가 아닌 경우에는 상기 제2 곱셈부의 연산 결과값을 모델링 온도로서 출력하는 것을 특징으로 하는 이종연료 시스템 엔진의 연료량 보정 장치.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 제5 모델링값은,
    분사 연료량의 증가 또는 감소를 위한 보정 인자인 것을 특징으로 하는 이종연료 시스템 엔진의 연료량 보정 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 연료량/분사시간 변환부는,
    상기 분사 연료량에 대응하는 연료 분사시간으로 변환하기 위하여 미리 설정된 맵(Map)이나 미리 설정된 산술식을 이용하는 것을 특징으로 하는 이종연료 시스템 엔진의 연료량 보정 장치.
  7. 이종 연료 시스템 엔진에서 포트분사식 가스 연료를 직분사식 연료로 전환할 경우, 제어부가 직분사식 연료를 분사하는 인젝터의 분사 시간을 검출하는 단계;
    상기 제어부가 포트분사식 가스 연료를 분사하는 인젝터의 미사용 시간이 미리 설정된 제1 기준치 이상인지 판단하는 단계;
    상기 포트분사식 가스 연료를 분사하는 인젝터의 미사용 시간이 미리 설정된 제1 기준치 이상이면, 상기 제어부가 직분사식 연료를 분사하는 인젝터의 분사 연료량에 따른 분사시간을 보정하는 단계;
    상기 직분사식 연료를 분사하는 인젝터의 분사 연료량에 따른 분사시간에 대한 보정이 완료되면, 상기 제어부가 상기 직분사식 연료의 최종 연료 분사시간을 검출하는 단계;
    상기 제어부가 상기 직분사식 연료의 연료 분사시간의 보정 전과 후의 람다 값의 차이가 미리 설정된 제2 기준치 이상인지 판단하는 단계; 및
    상기 직분사식 연료의 연료 분사시간의 보정 전과 후의 람다 값의 차이가 미리 설정된 제2 기준치 이상이면, 상기 제어부가 상기 직분사식 연료의 보정된 분사 연료량에 따른 분사시간을 학습하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이종연료 시스템 엔진의 연료량 보정 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 직분사식 연료를 분사하는 인젝터의 분사 연료량에 따른 분사시간을 보정하는 단계에서,
    온도 모델링부가 적어도 하나 이상의 구동 조건을 반영하여 각 구동 조건에 따라 인젝터 온도를 모델링하여 분사 연료량의 증감을 위한 인자를 출력하는 단계;
    연료량/분사시간 변환부가 전환할 연료에 대한 분사 연료량을 연료 분사시간으로 변환하기 위한 인자를 출력하는 단계;
    분사 연료량 보정부가 상기 전환할 연료에 대한 분사 연료량 정보를 입력받고, 상기 연료의 분사 연료량 정보 및 상기 온도 모델링부에서 출력된 분사 연료량 증감 인자에 근거하여 최종 분사 연료량을 출력하는 단계; 및
    연료 분사시간 보정부가 상기 분사 연료량 보정부에서 출력된 최종 분사 연료량에 상기 연료량/분사시간 변환부로부터 입력받은 연료량/분사시간 인자를 적용하여 최종 연료 분사시간 정보를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이종연료 시스템 엔진의 연료량 보정 방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 구동 조건은,
    엔진 속도, 엔진 부하, 목표 람다, 배기 유량, 점화 효율, 및 냉각 수온 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 이종연료 시스템 엔진의 연료량 보정 방법.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 온도 모델링부가 적어도 하나 이상의 구동 조건을 반영하여 각 구동 조건에 따라 인젝터 온도를 모델링하여 분사 연료량의 증감을 위한 인자를 출력하는 단계는,
    제1 모델링값 연산부가 엔진 속도 정보와 엔진 부하 정보를 모델링하여 제1 모델링값을 출력하는 단계;
    제2 모델링값 연산부가 목표 람다 정보와 배기 유량 정보를 모델링하여 제2 모델링값을 출력하는 단계;
    제3 모델링값 연산부가 점화 효율 정보와 배기 유량 정보를 모델링하여 제3 모델링값을 출력하는 단계;
    제4 모델링값 연산부가 엔진 속도 정보와 냉각 수온 정보를 모델링하여 제4 모델링값을 출력하는 단계;
    제1 곱셈부가 상기 제1 모델링값과 상기 제2 모델링값을 곱셈 연산하는 단계;
    제2 곱셈부가 상기 제1 곱셈부의 연산 결과값과 상기 제3 모델링값을 곱셉 연산하여 출력하는 단계;
    스위칭부가 상기 제2 곱셈부의 연산 결과값 및 상기 제4 모델링값 중 하나를 미리 설정된 조건에 따라 선택적으로 출력하는 단계; 및
    제5 모델링값 연산부가 상기 스위칭부에서 출력된 모델링 온도에 기초하여 제5 모델링값을 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이종연료 시스템 엔진의 연료량 보정 방법.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 스위칭부는,
    퓨얼 컷 오프(Fuel Cut Off) 시에는 상기 제4 모델링값을 모델링 온도로서 출력하고, 퓨얼 컷 오프가 아닌 경우에는 상기 제2 곱셈부의 연산 결과값을 모델링 온도로서 출력하는 것을 특징으로 하는 이종연료 시스템 엔진의 연료량 보정 방법.
  12. 제 10항에 있어서, 상기 제5 모델링값은,
    분사 연료량의 증가 또는 감소를 위한 보정 인자인 것을 특징으로 하는 이종연료 시스템 엔진의 연료량 보정 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20130052289A (ko) * 2011-11-11 2013-05-22 현대자동차주식회사 이중연료 차량의 연료 전환장치 및 이를 이용한 연료 제어방법

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