KR20160078730A - 인젝터 구동 제어방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 최초 연료공급 이전에 인젝터 특성에 따른 편차를 학습 및 보정하여 배기 악화를 방지하도록 한 인젝터 구동 제어방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명은, 차량의 최초시동 또는 최초이그니션온시, 연료 공급을 차단하는 차단단계; 인젝터를 소정시간 동안 구동하는 구동단계; 및 인젝터 특성에 따른 인젝터 개방시간이 기준개방시간을 추종하도록 인젝터 개방시간을 학습하는 학습제어단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

Description

인젝터 구동 제어방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING INJECTOR DRIVE}
본 발명은 최초 연료공급 이전에 인젝터 특성에 따른 편차를 학습 및 보정하여 배기 악화를 방지하도록 한 인젝터 구동 제어방법 및 장치에 관한 것이다.
차량의 연료제어장치는 모든 운전조건 하에서 엔진에 필요한 혼합기를 가장 연소하기 쉬운 상태로 공급하는 장치로서, 엔진의 성능, 특히 출력이나 경제성을 크게 좌우하는 중요한 부분이다.
이러한, 차량의 연료제어장치는 연료탱크, 연료펌프, 연료필터, 연료분배레일 어셈블리, 연료압력조절기, 인젝터, 각종 센서 및 전자제어유닛 등을 포함하여 구성된다.
이 중, 인젝터는 전자제어장치(Electonic Control Unit, 이하 'ECU'라 함)의 동작지시에 따라 소정의 압력으로 공급된 연료를 엔진의 연소실로 분사하는 장치이다.
이러한, 인젝터 내부에는 ECU에서 보내오는 신호에 의해 연료를 분사하도록 하는 솔레노이드밸브가 내장된다. 즉, ECU에서 보내오는 신호에 따라 솔레노이드밸브를 이루는 코일에 전류가 흐르면, 코일에 자력이 생성되면서 아마추어와 함께 니들밸브가 흡인되고, 이에 인젝터가 개방되면서 엔진의 연소실에 연료가 분사되는 것이다.
특히, ECU 내부에 인젝터 OPEN/CLOSE 구간을 학습할 수 있는 구동 반도체가 ECU에 내장될 필요성이 있다.
한편, 상기와 같은 연료 시스템에서 소량 분사 시 인젝터의 편차에 의한 연료 분사량 편차가 발생하게 되고 이러한 편차에 의해 PN등 오염물질 증대가 발생 한다.
이 때문에 PN등 대기오면 규제가 증가 될수록 인젝터 편차에 대한 보정이 필요하게 된다. 특히 새로운 배기 가스 규제인 유로(Euro) 6+의 시행을 앞두고 있어, 선진 자동차 업체는 해당 법규 대응이 가능한 기술 개발에 집중하고 있다.
유로(Euro) 6+ 배기 가스 규제의 핵심은 미세먼지 배출 수에 대한 강화된 규격이 적용되는 것으로, 미세먼지 배출 수를 줄이기 위한 핵심 기술은 다중 분사(Multi injection)이다.
이 다중 분사는 한번에 많은 양의 연료를 엔진에 주입하는 것과는 달리 연료 주입 시간을 여러 번 나누어 적은 양의 연료를 엔진에 주입하는 방식이다. 이는 일시에 많은 양의 연료를 주입하는 것에 대비하여 미세 먼지 배출 개수를 줄일 수 있는 장점이 있다.
이러한 다중 분사 방식의 핵심 기술은 짧은 시간에 기존대비 적은 양의 연료를 정확하게 엔진에 주입하는 것으로 연료를 주입하는 인젝터의 정밀 제어가 반드시 필요하다.
도 1은 일반적인 인젝터의 연료 분사량과 분사시간과의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 1을 참조하면, 일반적인 인젝터의 경우 연료 분사 시간이 줄어들수록 연료 분사량과 분사 시간과의 연관성이 비선형 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.
이렇게 연료 분사량과 분사 시간과의 연관성이 비선형적으로 나타나는 경우 정확한 연료량을 예측하거나 제어하기가 어렵다. 이에 따라, 이러한 비선형 특성을 보상할 수 있는 기술 개발이 반드시 필요하다.
이를 해결하기 위한 방안으로, 인젝터의 구동시 편차 보정 기능을 수행하여 인젝터 간의 특성 변화를 파악함으로써, 이 후 편차 보상에 대한 대응 속도를 향상시켜 비선형 특성을 보상하도록 할 수 있다.
여기서, 인젝터 간 특성으로 인한 편차를 확인하는 방법으로는 전압 또는 전류신호와 같은 인자를 활용할 수 있고, 이 같은 인자를 시스템별로 인젝터 간 특성 편차 보정을 위해 사용할 수 있다.
그러나, 위와 같은 인젝터 제어방식은 연료가 분사되는 일반적인 연료 분사과정에서 실시 가능한 제어방식으로, 차량의 양산 후에 인젝터를 최초 작동할 때에는, 인젝터의 종류나 생산회사별로 고유의 특성 차이가 존재하여 인젝터들의 작동 간에 편차가 발생하게 된다.
즉, 인젝터를 최초에 작동시에는 인젝터의 개별적인 특성 즉, 인젝터 제품 산포, 니들밸브의 동적 거동 편차, 인젝터 구동 편차, 연료 압력 및 온도 편차 등 다양한 원인에 따라 전기적 구동신호와 인젝터 개폐 작동 간에 편차가 발생하게 된다.
따라서, 이는 솔레노이드밸브의 밸브 리프트량의 편차로 이어지게 되고, 이에 상기한 리프트량의 편차를 고려하지 않고 분사가 이루어지는 경우, 분사량 오차가 발생됨으로써, PM(입자상물질) 및 PN(입자상물질 개수)이 증대되어, 배기가 악화되는 문제가 발생하게 된다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2005-0080591 A
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 인젝터에 최초 연료공급 이전에 인젝터 구동을 통해 인젝터 간의 편차를 학습 및 보정하여 배기 악화를 방지하도록 한 인젝터 구동 제어방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 인젝터 구동 제어방법은, 차량의 최초시동 또는 최초이그니션온시, 연료 공급을 차단하는 차단단계; 인젝터를 소정시간 동안 구동하는 구동단계; 및 인젝터 특성에 따른 인젝터 개방시간이 기준개방시간을 추종하도록 인젝터 개방시간을 학습하는 학습제어단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 차단단계 이전에, 차량의 시동 또는 이그니션온 작동이 최초시동 또는 최초이그니션온 작동인지 판단하는 판단단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 판단단계에서 차량의 시동 또는 이그니션온 작동이 최초가 아닌 것으로 판단시, 연료를 공급하여 시동 또는 이그니션온 작동되도록 제어할 수 있다.
상기 구동단계에서는, 인젝터 구동시간을 달리하여 인젝터를 복수 횟수 구동할 수 있다.
상기 학습제어단계는, 인젝터 구동시간 동안의 인젝터가 개방되는 개방시간을 입력받는 입력단계; 동일한 구동시간을 기준으로, 인젝터 개방시간과 설정된 기준개방시간의 차이를 산출하는 산출단계; 및 산출된 차이값을 인젝터 개방시간에 포함하여 인젝터 개방시간을 보정하는 보정단계;를 포함할 수 있다.
상기 학습제어단계 이 후에, 연료를 공급하여 시동 또는 이그니션온 작동되도록 제어할 수 있다.
본 발명의 인젝터 구동 학습장치는, 차량의 최초시동 또는 최초이그니션온시, 연료 공급을 차단하고, 인젝터를 소정시간 동안 구동하며, 인젝터 특성에 따른 인젝터 개방시간이 기준개방시간을 추종하도록 인젝터 개방시간을 학습하도록 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 차량 제작 이 후에 첫 시동 또는 첫 이그니션온시, 인젝터 개방시간을 학습하여 인젝터 특성에 대한 편차를 보정하도록 함으로써, 연료 분사량 오차로 인해 발생되는 PM 및 PN의 증대를 방지하는 효과가 있고, 특히 연료 분사가 포함되지 않은, 순수한 인젝터의 작동 구간에서 인젝터 구동을 학습하는 것은 물론, 동일 조건에서 인젝터를 여러 번 작동하여 학습을 실시하게 되는바, 학습의 신뢰성을 더욱 향상시키는 효과도 있다.
도 1은 일반적인 인젝터의 연료 분사량과 분사시간과의 관계를 나타낸 그래프.
도 2는 본 발명에 의한 인젝터 구동 제어방법의 제어 흐름을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명에 의한 인젝터 구동 학습장치의 학습 방식을 설명하기 위한 도면.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 차량용 인젝터 구동 제어방법은, 차단단계(S20)와, 구동단계(S30) 및 학습제어단계(S40)를 포함하여 구성될 수 있다.
다만, 본 발명의 특징적 기술구성에 대해 설명하기에 앞서, 인젝터의 최초 작동 이 후에, 인젝터로 연료가 공급되는 일반적인 주행상황 및 이그니션온 상황에서 인젝터 특성에 따라 편차를 보정하여 인젝터를 제어하는 방식에 대해 예시하여 살펴보기로 한다.
예를 들어, 인젝터 특성에 따라 편차를 보정하기 위한 시스템으로, 마이크로 컨트롤 유닛(MCU; Micro Control Unit)과, 구동 반도체 및 인젝터를 포함하여 구성할 수 있다.
이 경우, 마이크로 컨트롤 유닛은 구동 반도체로부터 인터페이스 신호를 입력받고, 인젝터의 동작을 제어하기 위한 제어 펄스를 생성할 수 있다.
그리고, 구동 반도체는 마이크로 컨트롤 유닛으로부터 인가되는 제어 펄스에 따라 인젝터의 분사 타이밍을 보상하여 구동 제어신호를 출력할 수 있다. 또한, 구동 반도체는 인젝터의 구동 특성을 나타내는 신호를 검출하여 연산 처리하고 인젝터의 분사 타이밍 편차 보상시 이를 반영할 수 있다. 다만, 인젝터의 구동 특성을 나타내는 신호를 검출 및 연산 처리하는 작업이 구동 반도체가 아닌 마이크로 컨트롤 유닛에서 이루어지도록 제어할 수도 있다.
이러한, 마이크로 컨트롤 유닛 및 구동 반도체는, 국내 특허 출원번호 10-2013-0130128호 및 국내 특허 출원번호 10-2014-0037761호에 개시되어 있는 마이크로 컨트롤 유닛 또는 구동 반도체일 수 있고, 이 외에 인젝터의 분사 타이밍을 조절하기 위해 사용되는 또 다른 마이크로 컨트롤 유닛 및/또는 구동 반도체가 사용될 수도 있을 것이다.
예컨대, 하기에서 후술하는 제어부는, 상기한 마이크로 컨트롤 유닛과 구동 반도체를 포함하는 통합제어기의 구성일 수 있고, 경우에 따라서는 마이크로 컨트롤 유닛 또는 구동 반도체에 포함되거나, 또는 제어부가 이를 포함하여 구성될 수도 있다.
이 같은 구성에 따르면, 구동 반도체는 인젝터의 구동시 매번 인젝터의 특성을 검출한 후 다음 분사 동작시 검출된 정보를 바탕으로 하여 직접 인젝터의 연료 분사 시간을 조절할 수 있다.
그리고, 인젝터는 구동 반도체로부터 인가되는 구동 제어신호에 따라 분사 타이밍이 보상된 상태에서 연료를 분사하고, 인젝터는 구동 특성을 나타내는 신호를 구동 반도체로 출력할 수 있다. 이때에, 인젝터의 구동 특성을 나타내는 신호는 인젝터의 분사시 소모되는 전압 또는 전류일 수 있고, 경우에 따라 전압 또는 전류 신호 중 하나를 선택하여 인젝터 구동 특성을 검출하기 위해 사용할 수 있다.
한편, 도 2를 참조하여, 본 발명의 특징적 기술구성에 대해 구체적으로 살펴보면, 먼저 차단단계(S20)에서는, 차량의 최초시동 또는 최초이그니션(IG)온시, 연료 공급을 차단한다.
이에, 상기 차단단계(S20) 이전에, 차량의 시동 또는 이그니션온 작동이 최초시동이거나, 최초이그니션온 작동인지 판단하는 판단단계(S10)를 더 포함할 수 있다.
즉, 차량의 제작 후에, 차량을 최초로 시동하거나 최초로 이그니션온 작동을 실시하는 것으로 판단한 경우, 연료펌프의 릴레이 작동을 오프시켜 연료라인 및 인젝터에 연료가 공급되는 것을 차단하게 된다.
여기서, 차량의 시동 또는 이그니션온 작동의 최초 여부는, 제어부(1)를 통해 판단할 수 있다.
다만, 상기 판단단계(S10)에서 차량의 시동 또는 이그니션온 작동이 최초가 아닌 것으로 판단하는 경우, 연료를 공급하여 시동 또는 이그니션온 작동되도록 제어할 수 있다.
예컨대, 연료펌프의 릴레이 작동을 온시켜 연료라인 및 인젝터(3)에 연료가 공급되도록 함으로써, 운전자의 의도에 상응하는 차량의 시동 및 이그니션온 작동이 정상적으로 이루어질 수 있도록 한다.
계속해서, 상기 판단단계(S10)에서 최초시동 또는 최초이그니션온 작동으로 판단하여 연료 공급을 차단시, 구동단계(S30)를 통해 인젝터(3)를 소정시간 동안 구동하게 된다.
예컨대, 상기 구동단계(S30)에서는, 인젝터(3) 구동패턴을 달리하여 인젝터(3)를 복수 횟수 구동할 수 있다.
즉, 차량의 주행 상태에 따라 엔진은 아이들, 저부하, 중부하, 고부하 상태로 구동할 수 있으며, 이에 연소실에 분사되는 연료량 역시 차량의 주행 상태에 따라 적절하게 제어하여 분사되는데, 이 경우 인젝터의 개방 작동을 위해 솔레노이드밸브에 전류를 인가하는 인젝터 구동시간이 상이한바, 차량의 여러 가지 주행상황이 반영된 다양한 인젝터 구동패턴으로 인젝터를 구동하게 되는 것이다.
이어서, 학습제어단계(S40)에서는, 상기한 인젝터(3) 특성에 따른 인젝터 개방시간이 기준개방시간을 추종하도록 인젝터 개방시간을 학습한다.
구체적으로, 상기 학습제어단계(S40)는, 다시 입력단계(S41)와, 산출단계(S42) 및 보정단계(S43)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 입력단계(S41)에서는, 인젝터 구동시간 동안의 인젝터(3)가 개방되는 개방시간을 입력받는다.
예컨대, 도 3을 참조하면, 솔레노이드밸브에 전기적 신호(전류)를 인가 또는 해제하면, 인젝터(3)가 개폐 구동되는데, 이때에 인젝터의 거동에 따라 유도전압이 발생함으로써, 발생된 유도전압신호를 제어부(1)에 송부하게 되고, 이에 제어부(1)에서는 상기한 유도전압신호의 변화에 따라 인젝터의 개방시간을 측정할 수 있다.
이어서, 산출단계(S42)에서는, 동일한 구동시간을 기준으로, 인젝터 개방시간과 설정된 기준개방시간의 차이를 산출한다.
이 후, 보정단계(S43)에서는, 상기 산출단계(S42)에서 차이값 발생시, 산출된 차이값을 인젝터 개방시간에 포함하여 인젝터 개방시간을 보정할 수 있다.
예를 들어, 소정의 인젝터 구동시간 동안에서의 기준개방시간이 40ms로 설정되어 있는 것으로 가정시, 동일한 인젝터 구동시간 동안에서 실제 인젝터 개방시간이 30ms로 측정되는 경우, 이들의 차이값인 10ms만큼의 시간이 현재 인젝터의 개방시간에 반영되도록 인젝터 개방시간을 피드백 제어하는 것이다.
그리고, 본 발명은 상기한 학습제어단계(S40) 이 후에, 연료를 공급하여 시동 또는 이그니션온 작동되도록 제어할 수 있다.
예컨대, 연료펌프의 릴레이 작동을 온시켜 연료라인 및 인젝터(3)에 연료가 공급되도록 함으로써, 운전자의 의도에 상응하는 차량의 시동 및 이그니션온 작동이 정상적으로 이루어질 수 있도록 한다.
한편, 본 발명의 차량용 인젝터 구동 제어장치는, 제어부(1)에서의 제어 작용에 의해 실시할 수 있다.
구체적으로 상기 제어부(1)는, 차량의 최초시동 또는 최초이그니션온시, 연료 공급을 차단하고, 인젝터(3)를 소정시간 동안 구동하며, 인젝터(3) 특성에 따른 인젝터 개방시간이 기준개방시간을 추종하도록 인젝터 개방시간을 학습하도록 제어할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 차량 제작 후에 엔진의 첫 시동 또는 최초 이그니션온시, 일정 시간(보통 1초 이내) 동안 연료의 분사 없이 인젝터(3)를 구동하여 인젝터 개방시간을 학습하도록 함으로써, 연료 분사량 오차로 인한 PM 및 PN의 증대를 방지하게 된다.
특히, 연료 분사가 포함되지 않은, 순수한 인젝터(3)의 작동 구간에서 인젝터(3) 구동을 학습함으로써, 학습의 신뢰성을 향상시키게 되고, 또한 동일 조건(연료 미 분사, 동일 온도)에서 인젝터(3)를 여러 번 작동하여 학습을 실시하게 되는바, 학습의 신뢰성을 더욱 향상시키게 되는 것이다.
한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
1 : 제어부 3 : 인젝터
S10 : 판단단계 S20 : 차단단계
S30 : 구동단계 S40 : 학습제어단계
S41 : 입력단계 S42 : 산출단계
S43 : 보정단계

Claims (7)

  1. 차량의 최초시동 또는 최초이그니션온시, 연료 공급을 차단하는 차단단계;
    인젝터를 소정시간 동안 구동하는 구동단계; 및
    인젝터 특성에 따른 인젝터 개방시간이 기준개방시간을 추종하도록 인젝터 개방시간을 학습하는 학습제어단계;를 포함하는 인젝터 구동 제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 차단단계 이전에, 차량의 시동 또는 이그니션온 작동이 최초시동 또는 최초이그니션온 작동인지 판단하는 판단단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 인젝터 구동 제어방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 판단단계에서 차량의 시동 또는 이그니션온 작동이 최초가 아닌 것으로 판단시, 연료를 공급하고 시동 또는 이그니션온 작동되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 인젝터 구동 제어방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동단계에서는,
    인젝터 구동패턴을 달리하여 인젝터를 복수 횟수 구동하는 것을 특징으로 하는 차량용 인젝터 구동 제어방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 학습제어단계는,
    인젝터 구동시간 동안의 인젝터가 개방되는 개방시간을 입력받는 입력단계;
    동일한 구동시간을 기준으로, 인젝터 개방시간과 설정된 기준개방시간의 차이를 산출하는 산출단계; 및
    차이값 발생시, 산출된 차이값을 인젝터 개방시간에 포함하여 인젝터 개방시간을 보정하는 보정단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 인젝터 구동 제어방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 학습제어단계 이 후에, 연료를 공급하고 시동 또는 이그니션온 작동되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 인젝터 구동 제어방법.
  7. 차량의 최초시동 또는 최초이그니션온시, 연료 공급을 차단하고, 인젝터를 소정시간 동안 구동하며, 인젝터 특성에 따른 인젝터 개방시간이 기준개방시간을 추종하도록 인젝터 개방시간을 학습하도록 제어하는 제어부;를 포함하는 차량용 인젝터 구동 제어장치.
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