KR20180064855A - 인젝터의 최소분사시간 설정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인젝터의 최소분사시간 설정방법에 관한 것으로, 분사압력별로 최소분사시간을 산출하고, 산출된 분사압력별 최소분사시간을 토대로 분사압력에 따라 최소분사시간을 다르게 설정함으로써 분사압력별로 최소분사시간을 적용하여 고압에서의 최소분사시간을 앞당김으로써 인젝터의 성능을 최대로 발휘시킬 수 있고, 분할분사를 확대적용하여 연료와 공기 혼합률을 극대화하고 벽류현상을 최소화하여 미세매연입자를 줄일 수 있게 된다.

Description

인젝터의 최소분사시간 설정방법{ METHOD FOR ESTABLISHING MINIMAL INJECTION TIME OF INJECTOR }

본 발명은 인젝터의 최소분사시간 설정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 GDI 엔진의 인젝터에서 변동압력하의 최소분사시간을 설정하는 인젝터의 최소분사시간 설정방법에 관한 것이다.

일반적으로, GDI(가솔린 직분사 시스템) 엔진은 흡기 포트에 연료를 분사하는 PFI(포트 분사 시스템) 엔진과는 달리 연료를 연소실 내에 직접 분사하는 방식으로 통상 흡입행정 또는 압축행정 중에 연료 분사가 이루어지므로, 연료가 흡기포트 내에 분사되어 미리 혼합된 상태로 실린더에 흡입되는 PFI 엔진보다 상대적으로 짧은 시간 내에 연료를 분사하고 혼합기를 잘 형성시켜 주어야 하기 때문에 고압의 연료 분사 시스템이 필요하다.

GDI 엔진은 PFI 엔진 대비 연비 및 엔진 출력이 향상된다는 장점이 있지만 인젝터 팁 주위의 연료 퇴적물 또는 가속 시 연료 증분에 의한 연소실 내의 벽류현상(Wall-Wetting) 등으로 인해 미세매연입자수(PN,Particle Number)가 증가된다는 단점이 있다. 이러한 PN의 저감 기술 중 하나가 인젠터 분할 분사이다.

인젝터 분할분사를 통하여 연료와 공기 혼합률을 극대화하고 벽류현상을 최소화하여 미세매연입자수(Particle Number)를 줄일 수 있게 되는데, 이러한 이유로 분할 분사가 확대 적용되고 있으며, 혼합률을 극대화하고 최소 분사시간을 더욱더 앞당기기 위해 고압 인젝터가 개발되고 있다.

인젝터의 최소 분사시간은 고압으로 갈수록 그 시간이 짧아지게 되는데, 이는 고압으로 연료를 분사할수록 동일 시간에 더 많은 연료를 분사할 수 있기 때문이다.

그러나, 고압 인젝터 시스템의 경우 운전 영역에 따라 연료분사압력이 달라지게 되는데, 종래에는 하나의 상수값으로 최소 분사시간을 제한하고 있어 고압의 운전 영역에서 연료 분사시간을 단축시키는데 한계가 있었다.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이 다른 압력하에서의 실화를 피하기 위해 가장 낮은 압력 기준으로 최소분사시간을 하나의 상수값으로 정하게 되면, 낮은 압력 기준으로 정해진 최소 분사시간에 분사시간이 제한됨으로써 고압 영역에서의 연료 분사시간을 줄일 수 없게 되어 정밀 제어를 하는 데 한계가 있었다.

도 1은 50 ~ 250bar에서의 분사압력별 분사시간과 연료량의 관계를 나타낸 그래프로, 모든 분사압력하에서 실화를 피할 수 있는 최소분사시간은 50bar의 최소분사기간인 0.3[ms]를 사용해야 한다.

한국등록특허공보 제10-0412722호

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 인젝터의 최소분사시간 설정방법이 가지는 문제점들을 개선하기 위해 창출된 것으로, 분사압력별로 최소분사시간을 적용하여 고압에서의 최소분사시간을 앞당김으로써 인젝터의 성능을 최대로 발휘시킬 수 있는 인젝터의 최소분사시간 설정방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 인젝터의 최소분사시간 설정방법은, 분사압력별로 최소분사시간을 산출하는 단계, 및 상기 분사압력별 최소분사시간 산출단계에서 산출된 분사압력별 최소분사시간을 토대로 분사압력에 따라 최소분사시간을 다르게 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인젝터의 최소분사시간 설정방법에 있어서, 상기 최소분사시간 산출단계에서는 실화발생여부에 따라 최소분사시간을 결정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인젝터의 최소분사시간 설정방법에 있어서, 상기 최소분사시간 산출단계에서는 분사압력과 분사시간을 설정하여 연료를 분사한 후 실화발생여부를 확인하고, 실화가 발생하지 않은 경우 분사시간을 낮추어 재설정하며, 실화가 발생하는 경우 실화발생직전에 설정된 분사시간을 최소분사시간으로 결정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인젝터의 최소분사시간 설정방법에 있어서, 상기 최소분사시간 산출단계에서는 분사압력값을 변동시켜가며 각 분사압력별 최소분사시간을 산출하여 테이블에 저장하고, 상기 최소분사시간 설정단계에서는 상기 테이블에 저장된 분사압력별 최소분사시간으로 최소분사시간을 설정할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 인젝터의 최소분사시간 설정방법에 의하면, 분사압력별로 최소분사시간을 적용하여 고압에서의 최소분사시간을 앞당김으로써 인젝터의 성능을 최대로 발휘시킬 수 있고, 분할분사를 확대적용하여 연료와 공기 혼합률을 극대화하고 벽류현상을 최소화하여 미세매연입자를 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 인젝터의 분사압력별 분사시간-연료량을 나타낸 그래프,
도 2는 도 1에 도시된 그래프에 따라 분사압력별 최소분사시간을 나타낸 그래프,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인젝터의 최소분사시간 설정방법을 나타낸 분해사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인젝터의 최소분사시간 설정방법은, 분사압력별로 최소분사시간을 산출하는 단계, 및 분사압력별 최소분사시간 산출단계에서 산출된 분사압력별 최소분사시간을 토대로 분사압력에 따라 최소분사시간을 다르게 설정하는 단계를 포함한다.

최소분사시간 산출단계에서는 실화발생여부에 따라 최소분사시간을 결정한다. 최소분사시간 산출단계에서는 먼저, 특정 분사압력을 설정하고(S10)초기 분사시간을 설정한다(S20). S20단계에서 특정의 분사압력과 초기 분사시간이 설정되면 연료를 분사시킨다(S30).

S30단계에서 연료를 분사하여 점화 내지 폭발행정을 하는 과정에서 실화발생여부를 확인한다(S40). S40단계에서 실화가 발생하지 않는 경우 기 설정된 분사시간만큼 낮추어 초기 분사시간을 대체하고 분사시간을 재설정한다(S52). 가령, 도 1에 도시된 바와 같이 초기 분사시간이 0.390ms 일때 실화가 발생하지 않으면 기 설정된 분사시간인 0.01ms만큼 낮춘 0.380ms로 분사시간을 재설정하고 연료를 분사시킨다. 재설정 후 연료를 분사해도 계속해서 실화가 발생하지 않으면 다시 기 설정된 분사시간인 0.01ms만큼 분사시간을 낮추어 0.370ms로 재설정한다. 실화가 발생할 할 때까지 분사시간을 기 설정된 값만큼씩 낮추어 가며 재설정하는 과정을 반복한다. 실화가 발생하지 않은 영역은 공기량이 최소 신기 충진량 이하로 내려가지 않아 실화가 발생하지 않은 것으로 간주할 수 있다.

실화가 발생하는 경우 실화발생직전에 설정된 분사시간을 최소분사시간으로 결정한다(S51). 최소 분사시간은 정상적인 점화가 이루어져 실화가 발생하지 않는 영역까지로 제한하는 것이다.

도 1을 참조하면, 분사되는 연료량은 동일 분사압력하에서 분사시간에 비례하여 달라지게 되는데, 분사압력이 50bar인 경우 분사시간이 0.385ms일 때 10,000mg 정도의 연료가 분사되고, 이때 실화가 발생하지 않게 된다. 분사시간이 0.290ms일때 3,000mg 정도의 연료가 분사되는데 이때 비로소 실화가 발생하게 된다. 0.290ms에서 실화가 발생하였으므로 실화가 발생하지 않은 직전인 0.30ms를 최소분사시간으로 결정한다. 이와 같이 최소 분사시간은 실화가 나지 않는 영역까지 분사시간을 앞당겨 실험적으로 정하게 된다.

최소분사시간 산출단계에서는 분사압력값을 변동시켜가며 각 분사압력별 최소분사시간을 산출하여 테이블에 저장한다. 가령, 도 1에 도시된 바와 같이 분사압력이 50, 100, 150, 200, 230, 250bar일 때 각각 상기 최소분사시간 산출단계를 수행하여 최소분사시간을 산출한다. 분사압력이 100bar인 경우 최소분사시간은 0.295ms이고, 150bar인 경우 0.29ms, 200bar인 경우 0.285ms, 230bar인 경우 0.28ms, 250bar인 경우 0.275ms이다.

아래의 [표 1]은 분사압력별 최소분사시간을 나타낸 것으로 도 2는 이를 그래프로 나타낸 것이다.

압력(bar)	50	100	150	200	230	250
분사시간(ms)	0.3	0.295	0.29	0.285	0.28	0.275

도 1 내지 도 2를 참조하면 분사압력이 50bar일 때 최소분사시간은 0.3ms이고 250bar일 때 0.275ms으로, 고압영역으로 갈수록 최소분사시간이 짧아지게 되는데, 이는 고압으로 연료를 분사할수록 동일 시간에 더 많은 연료를 분사할 수 있기 때문이다.

이와 같이 분사압력별로 달라지는 최소분사시간을 테이블로 엔진제어유닛(ECU)에 저장하였다가 각 분사압력조건하에서 불러내어 최소분사시간을 다르게 설정할 수 있게 된다. 즉 최소분사시간 설정단계에서 엔진제어유닛은 상기 테이블에 저장된 분사압력별 최소분사시간을 토대로 분사압력에 따라 최소분사시간을 다르게 설정한다. 엔진제어유닛은 분사압력이 변동될 때마다 각 분사압력별로 최소분사시간을 변동시킴으로써 저유량 구간에서도 인젝터의 고압분사성능을 최대로 발휘시킬 수 있게 된다.

상기 최소분사시간 산출단계에서는 실화여부를 판단하기 위해서는 가스분석기를 통해 배기가스로부터 CO, HC, NOx를 측정하여 분석하는 통상의 기술을 통해 실화여부를 판단하고, 실험적으로 얻어진 최소분사시간을 엔진제어유닛의 테이블에 저장한다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명은 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

Claims (4)

1. 분사압력별로 최소분사시간을 산출하는 단계; 및
   상기 분사압력별 최소분사시간 산출단계에서 산출된 분사압력별 최소분사시간을 토대로 분사압력에 따라 최소분사시간을 다르게 설정하는 단계;
   를 포함하는 인젝터의 최소분사시간 설정방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 분사압력별 최소분사시간 산출단계에서는,
   실화발생여부에 따라 최소분사시간을 결정하는 것을 특징으로 하는 인젝터의 최소분사시간 설정방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 분사압력별 최소분사시간 산출단계에서는,
   분사압력과 분사시간을 설정하여 연료를 분사한 후 실화발생여부를 확인하고, 실화가 발생하지 않은 경우 분사시간을 낮추어 재설정하며, 실화가 발생하는 경우 실화발생직전에 설정된 분사시간을 최소분사시간으로 결정하는 것을 특징으로 하는 인젝터의 최소분사시간 설정방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 분사압력별 최소분사시간 산출단계에서는,
   분사압력값을 변동시켜가며 각 분사압력별 최소분사시간을 산출하여 테이블에 저장하고,
   상기 최소분사시간 설정단계에서는,
   상기 테이블에 저장된 분사압력별 최소분사시간으로 최소분사시간을 설정하는 것을 특징으로 하는 인젝터의 최소분사시간 설정방법.

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