KR20190006746A - 인젝터 닫힘 시간 학습 방법 - Google Patents

인젝터 닫힘 시간 학습 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내연 기관의 각 기통별로, 연료 압력 및 인젝터의 분사 시간과 밸브 닫힘 시간과의 관계를 규정하는 인젝터의 구동 특성을 보상하여, 기통 간 인젝터의 닫힘 시간의 편차를 보정하기 위한 인젝터 닫힘 시간의 학습 방법에 관한 것이다.
본 발명에서는, 전체 요구 연료 분사량을, 학습 목표가 되는 인젝터 분사 시간(t[i])에 대응되는 학습 연료 분사량과 전체 요구 연료 분사량에서 학습 연료 분사량을 제외한 나머지 연료 분사량으로 분할하여 각각의 연료 분사량만큼 다단계로 분사하고, 학습 연료 분사 시의 인젝터의 닫힘 시간을 측정함으로써 인젝터 닫힘 시간에 대한 학습을 실시하고, 인젝터 닫힘 시간의 학습 시에, 목표 토크와 엔진 회전수에 의해 결정되는 목표 연료 압력(PSET)을, 인젝터 닫힘 시간 학습 시의 학습 목표가 되는 연료 압력(p[j])이 되도록 변경하여 연료 압력 제어를 실시하도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

인젝터 닫힘 시간 학습 방법{METHOD OF LEARNING CLOSING TIME OF INJECTOR}
본 발명은 인젝터의 닫힘 시간 학습 방법에 관한 것으로서, 특히, 내연 기관의 각 기통별 인젝터의 분사 시간과 밸브 닫힘 시간과의 관계를 규정하는 인젝터의 구동 특성을 보상하여, 기통 간 인젝터 닫힘 시간의 편차를 보정하기 위한 인젝터 닫힘 시간 학습 방법에 관한 것이다.
자동차 엔진에 연료를 공급할 때에, 공급 연료량은 제어부(ECU)에 의해 결정되고, 결정된 요구 연료량만큼 인젝터에 의해 엔진 내부로 분사함으로써 엔진 내부로 연료가 공급된다.
인젝터는 통상적으로 솔레노이드 벨브로 구성되며 각 기통별로 구비되어 제어부으로부터 연료 분사 신호를 받아 소정 분사 시간 동안 연료를 분사함으로써, 요구 연료량 만큼 엔진 내부로 연료를 공급한다.
특허문헌 1에서도 되어 있는 바와 같이, 인젝터는 그 종류나 회사별로 고유의 인젝터 구동 특성 차이가 존재한다. 구체적으로는, 도 2(a)에서 도시된 바와 같이, 연료압 대비 요구 연료량에 따른 인젝터 닫힘 요구 시간은, 인젝터의 종류나 회사별로 특정한 선형 관계에 있다. 또한 도 2(b)에서 도시된 바와 같이, 인젝터 닫힘 요구 시간과 이에 대응하는 분사 명령 시간도, 인젝터의 종류나 회사별로 특정한 대응 관계에 있다. 일반적으로 이러한 특성 정보는 차량의 제조 시에 제어부 내부의 메모리에 저장되어, 요구 연료량 만큼 각 기통 내부에 연료를 공급하기 위해 사용된다.
그런데, 동일 인젝터의 경우에도 제조 공차나, 제어부에서 인젝터를 작동하는 출력단의 공차 및 그에 따른 작동 전류 프로파일의 차이로 인해 인젝터 구동 특성이 달라질 수 있다. 특히, 기통 별로 인젝터 닫힘 시간과 관련된 인젝터 구동 특성의 편차를 보상하지 않는 경우에는, 각 기통별로 인젝터간의 닫힘 시간의 편차가 발생하여 동일 분사 시간에 근거한 분사 명령에도 불구하고, 각 기통별로 상이한 연료량이 공급되게 된다. 즉, 기통간 동일 유량 제어가 어렵게 된다.
한편, 상기한 기통 별 분사 명령 시간과 인젝터 닫힘 시간의 편차를 보정하기 위해서는, 각 기통 별로 분사 명령에 대응한 실제 인젝터 닫힘 시간을 측정하여 이를 학습함으로써, 도 2(b)에서 도시된 인젝터 구동 특성 커브와 같은, 기존에 저장된 인젝터 구동 특성에 관한 데이터를 수정할 필요가 있다.
이러한 학습 방법에서는 엔진 구동 시에 연료가 분사된 임의의 분사 시간에 대하여 인젝터 닫힘 시간의 실제 측정값을 피드백 받은 후에 이러한 측정 데이터값을 기반으로 보간(interpolation)하여 얻어진 특성 커브를 이용하여 기존의 인젝터 구동 특성을 보상하게 된다.
이와 같이, 종래 기술에서는 몇 개의 대표적인 학습 운전점을 이용하여 보간을 통해 보상해야 하는데, 일반적으로 실운전점은 학습 운전점과 상이하다. 따라서, 종래 기술에 의하면 정확한 인젝터 구동 특성의 보상이 이루어지기 어렵다.
특허문헌 1: 공개특허공보 제2015-0114078호(2015.10.12)
이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 발명자들은, 목표 연료 분사량을, 학습 목표가 되는 인젝터 분사 시간에 대응되는 연료 분사량과 이를 제외한 나머지 분사량으로 분할하여 분사하도록 함으로써, 목표 연료 분사량이 학습 목표가 되는 인젝터 분사 시간에 대응되지 않는 경우에도, 인젝터 닫힘 시간의 학습을 실시할 수 있는 인젝터 정밀 제어 로직을 개발하였다.
본 발명자가 개발한 인젝터 정밀 제어 로직에 따르면, 예컨대, 첫번째 분사에서는 학습 목표가 되는 인젝터 분사 시간에 대응되는 연료량 만큼 연료를 분사하고, 그 이후의 나머지 분사에서는, 총 분사량이 목표 연료 분사량과 같아지는 연료량만큼 연료량을 분사한다.
이와 같이, 목표 연료 분사량이 학습 목표가 되는 인젝터 분사 시간에 대응되지 않는 경우에도, 연료량을 분할하여 다단계 분사를 실시하고, 학습 목표가 되는 인젝터 분사 시간에 대응되는 학습 분사 시에 인젝터 닫힘 시간을 측정하여, 학습을 실시할 수 있게 된다.
통상 인젝터 닫힘 시간은 각 기통에 대하여 미리 정해진 인젝터 분사 시간(t[i]) 및 연료 압력 (p[j])에 따르는 학습 그리드(grid)의 값으로서 저장된다. 그런데, 인젝터 정밀 제어 로직에 따르면, 학습 목표가 되는 연료 압력(p[j])과, 인젝터 분사 시간(t[i])으로 이루어지는 인젝터 닫힘 시간의 학습 그리드(grid) 중 인젝터 분사 시간(t[i])에 대해서는 고정하여 학습을 실시할 수 있으나, 연료 압력에 대해서는 학습 목표가 되는 학습 그리드의 연료 압력(p[j])이 아닌 현재의 운전 조건에 따른 연료 압력값에서 학습을 실시하게 된다.
도 3에서는 이러한 경우의 인젝터 닫힘 시간의 학습치 변동을 도시하고 있다. 인젝터 분사 시간(t[i])이 고정되고 나면, 학습 그리드의 연료 압력(p[j])이 아닌 현재의 운전 조건에 따른 연료 압력값에서 학습이 실시되게 되는데, 현재의 연료 압력값이 학습 그리드의 연료 압력(p[j])으로부터 일정 정도의 학습 경계 내에 있는 값이라 하더라도, 도 3에서 도시되는 것과 같이 학습시 연료 압력의 편차가 발생하여, 동일한 인젝터 분사 시간(t[i])에 대한 인젝터 닫힘 시간의 학습값 사이에도 편차가 발생하게 된다.
따라서, 해당 학습 그리드에서의 연료 압력(p[j]) 값과, 실제 학습이 이루어질 때의 운전 조건에 따른 연료 압력값의 차이가 큰 경우에는 부정확한 학습값이 업데이트 되는 문제가 발생할 수 있다. 실제로, 인젝터 개별 단품에 따라 연료 압력에 따른 닫힘 시간이 매우 불규칙하고 비선형적 특성을 갖기도 하여 학습의 정확도가 현저히 떨어지는 문제가 발생하게 된다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 인젝터 닫힘 시간의 학습 시의 학습 정확도를 향상시킬 수 있는 인젝터 닫힘 시간의 학습 방법을 제공하는 데 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 내연 기관의 각 기통별로, 연료 압력 및 인젝터의 분사 시간과 밸브 닫힘 시간과의 관계를 규정하는 인젝터의 구동 특성을 보상하여, 기통 간 인젝터의 닫힘 시간의 편차를 보정하기 위한 인젝터 닫힘 시간의 학습 방법으로서, 전체 요구 연료 분사량을, 학습 목표가 되는 인젝터 분사 시간(t[i])에 대응되는 학습 연료 분사량과 전체 요구 연료 분사량에서 학습 연료 분사량을 제외한 나머지 연료 분사량으로 분할하여 각각의 연료 분사량만큼 다단계로 분사하고, 학습 연료 분사 시의 인젝터의 닫힘 시간을 측정함으로써 인젝터 닫힘 시간에 대한 학습을 실시하고, 인젝터 닫힘 시간의 학습 시에, 목표 토크와 엔진 회전수에 의해 결정되는 목표 연료 압력(PSET)을, 인젝터 닫힘 시간 학습 시의 학습 목표가 되는 연료 압력(p[j])이 되도록 변경하여 연료 압력 제어를 실시하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 현재의 연료 압력(p)을 측정하고, 상기 학습 목표 연료 압력과 상기 측정된 현재의 연료 압력(p)의 차이가 제1 기준값 이하인 경우에, 목표 연료 압력(PSET)을, 인젝터 닫힘 시간 학습 시의 학습 목표가 되는 연료 압력(p[j])이 되도록 변경한다.
바람직하게는 상기 학습 목표 연료 압력과 상기 측정된 현재의 연료 압력(p)의 차이가 제1 기준값 이하인 것과 더불어, 목표 토크와 엔진 회전수에 의해 결정되는 목표 연료 압력(PSET)과 상기 측정된 현재의 연료 압력(p)의 차이가 제2 기준값 이하인 경우에 목표 연료 압력(PSET)을, 인젝터 닫힘 시간 학습 시의 학습 목표가 되는 연료 압력(p[j])이 되도록 변경하도록 한다.
바람직하게는 상기 요구 분사량과, 학습 목표 연료 압력(p[j]) 및 학습 목표가 되는 인젝터 분사 시간(t[i])에 대응되는 학습 연료 분사량(F(t[i], p[j]))의 차이가 제3 기준값 미만인 경우에는 인젝터 닫힘 시간 학습 단계로 진입하지 않거나, 학습이 중단되도록 한다.
바람직하게는 목표 토크와 엔진 회전수에 의해 결정되는 목표 연료 압력(PSET)을, 인젝터 닫힘 시간 학습 시의 학습 목표가 되는 연료 압력(p[j])이 되도록 변경하여 연료 압력 제어를 실시한 후, 목표 연료 압력(PSET)과 현재 측정된 연료 압력(p)의 차가 제4 기준값 미만일 경우에 상기 연료의 분할 분사 및 학습 연료 분사 시의 인젝터의 닫힘 시간 학습을 실시하도록 한다.
바람직하게는 상기 학습 연료 분사 시의 인젝터의 닫힘 시간 학습이 완료되면, 학습 연료 분사 시의 학습 목표가 되는 인젝터 분사 시간(t[i]) 및 학습 목표 연료 압력(p[j])에 대응되는 인젝터 닫힘 시간의 학습값을 업데이트하도록 한다.
바람직하게는 상기 학습 목표가 되는 인젝터 분사 시간(t[i]) 이외에, 학습 목표 연료 압력(p[j])에 대응되고, 다음 학습 목표가 되는 인젝터 분사 시간이 존재하는지 여부를 판단하는 단계 및 추가 학습이 필요한 상기 인젝터 분사 시간이 존재하는 것으로 판단되는 경우, 다음 학습 목표가 되는 인젝터 분사 시간(t[i+1])을 새로이 설정하고, 설정된 새로운 인젝터 분사 시간(t[i+1])에 근거하여, 연료의 분할 분사 및 학습 연료 분사 시의 인젝터의 닫힘 시간 학습을 실시하도록 한다.
바람직하게는 추가 학습이 필요한 상기 인젝터 분사 시간이 존재하지 않는 것으로 판단되는 경우, 목표 연료 압력(PSET)이 상기 목표 토크와 상기 엔진 회전수에 의해 결정되도록 목표 연료 압력(PSET)을 변경하도록 한다.
바람직하게는 상기 연료의 분할 분사 및 학습 연료 분사 시의 인젝터의 닫힘 시간 학습은, 기존의 인젝터의 구동 특성으로부터, 설정된 상기 학습 목표가 되는 인젝터 분사 시간(t[i])에 대응하는 닫힘 시간을 산출하는 단계; 설정된 학습 목표가 되는 인젝터 분사 시간(t[i])에 대응되는 학습 연료 분사량만큼 연료를 분사하는 학습 분사 단계와, 전체 요구 연료 분사량에 대응되는 목표 닫힘 시간으로부터 상기 산출된 닫힘 시간을 제외한 연료량에 상응하는 닫힘 시간만큼 연료를 분사하는 단계, 학습 분사 시의 인젝터의 닫힘 시간을 측정하는 단계; 다단계 연료 분사 단계 및 상기 인젝터 닫힘 시간 측정을 통해 상기 학습 분사 시간에 대응되는 실제 인젝터 닫힘 시간을 학습하는 단계; 소정의 학습 완료 조건을 만족하는 경우에, 해당 인젝터 닫힘 시간에 대한 학습을 종료하고, 학습 결과를 반영하여 상기 인젝터의 구동 특성을 보상하는 단계를 포함하여 이루어진다.
바람직하게는 상기 닫힘 시간을 산출하는 단계는, 산출된 닫힘 시간에 대응되는 분사량이, 전체 요구 연료 분사량 대비 소정 비율을 초과한다고 판단되는 경우에는 학습을 중단하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는 상기 다단계 연료 분사 단계는, 다단계 연료 분사를 통해 점화 시기를 지연시켜 배기 가스의 온도를 상승시킴로써, 배기 가스 처리용 촉매를 가열하는 촉매 가열 모드에 진입하였는지 여부를 판정하는 단계; 다단계 연료 분사를 통한 촉매 가열 모드에 진입한 것으로 판단되는 경우에는, 촉매 가열 모드 시의 다단계 분사 중 어느 하나의 단계에서의 분사 시간을 상기 설정된 학습 목표가 되는 인젝터 분사 시간(t[i])에 대응하는 연료 분사 시간이 되도록 한다.
바람직하게는 엔진의 시동 완료 및 목표 연료압에 도달 여부에 따라 인젝터의 닫힘 시간 학습 모드의 진입 여부를 판정하고, 그 판정 결과에 따라 상기 학습 방법을 실행한다.
바람직하게는 반복하여 측정된 상기 인젝터 닫힘 시간의 측정 결과가 일정 범위 내로 수렴하는지 여부를 판정하는 단계; 및 복수회 측정된 상기 인젝터 닫힘 시간의 측정 결과가 일정 범위 내로 수렴하는 경우에, 상기 일정 범위 내로 수렴하는 인젝터 닫힘 시간의 측정 회수가 제1 설정값을 초과하면, 목표로 한 인젝터 분사 시간(t[i])에 관한 상기 학습 완료 조건을 만족하는 것으로 판정하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는 복수회 상기 측정된 인젝터 닫힘 시간의 측정 결과가 일정 범위 내로 수렴하지 않는 경우에는, 학습 분사의 시도 회수가 제2 설정값을 초과하였는지 여부를 판정하는 단계; 학습 분사의 시도 회수가 제2 설정값을 초과한 경우에는, 학습 목표가 되는 인젝터 분사 시간(t[i])의 학습을 실패한 것으로 판정하여 해당 인젝터 분사 시간(t[i])의 학습을 종료하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 인젝터 닫힘 시간 학습 방법에 의하면, 학습 목표가 되는 인젝터 분사 시간 동안, 실제 분사를 실시함으로써 학습이 필요한 실제 인젝터 분사 시간과 닫힘 시간과의 특성 관계를 얻을 수 있는 것과 더불어, 학습 시의 목표 연료 압력이 학습 목표가 되는 연료 압력이 되도록 조정함으로써, 인젝터 닫힘 시간 편차 보정을 위한 학습의 정확도를 향상시킬 수 있다.
그리고 이를 통해, 기통별 닫힘 시간 편차 보정 성능을 향상 시킬 수 있으며 또한, 기통 간 연료량 편차 보정 성능도 향상되게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 인젝터 닫힘 시간 학습 방법이 적용될 수 있는 인젝터 정밀 제어 로직을 개략적으로 도시한 순서도.
도 2는 인젝터 구동 특성을 나타내는 그래프.
도 3은 인젝터 닫힘 시간의 학습 그리드 및 이 때의 닫힘 시간의 학습치의 편차를 도시한 그래프
도 4는 본 발명에 따른 인젝터 닫힘 시간 학습 방법의 적용 시의 인젝터 닫힘 시간의 학습 그리드 및 이때의 닫힘 시간의 학습치의 편차를 도시한 그래프
도 5는 본 발명에 따른 인젝터 닫힘 시간 학습 방법을 도시한 순서도.
도 6은 본 발명에 따른 인젝터 닫힘 시간 학습 방법에서의 연료량 분할 분사 및 그 때의 인젝터 닫힘 시간의 학습 밥법을 도시한 순서도.
도 1은 본 발명자 개발한 인젝터 닫힘 시간 학습 방법이 적용될 수 있는 인젝터 정밀 제어 로직을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 1의 도시 내용에 따르면, 먼저 차량에 설치된 제어부는 엔진의 연소 시 필요한 요구 연료량을 설정한다(S10). 그리고 제어부는, 예컨대 도 3(a)에서 도시된 바와 같이, 제어부 내의 비휘발성 메모리에 저장된, 각 기통별 요구 연료량에 따른 연료압 대비 인젝터 닫힘 요구 시간의 선형 관계 데이터를 이용하여, 요구 연료량에 대한 인젝터 닫힘 요구 시간을 계산한다(S20). 여기서 인젝터 닫힘 시간이란 제어부으로부터 인젝터로 닫힘 신호를 송신함으로써 인젝터 닫힘 명령을 내린 직후부터 인젝터가 완전히 닫히는데 걸리는 시간을 의미한다.
다음으로, 제어부는 예컨대 도 3(b)에서 도시된 인젝터 구동 특성 커브와 같이, 제어부 내의 비휘발성 메모리에 저장된, 인젝터 요구 분사 시간에 따른 연료압 대비 닫힘 시간의 관계 데이터를 이용하여, 요구 연료량의 분사를 위해 계산된 인젝터 닫힘 요구 시간에 대응되는 연료 분사 시간을 계산한다(S30).
그리고, 제어부는 계산된 연료 분사 시간에 근거하여, 각 기통별 인젝터로 하여금 연료를 분사하도록 제어한다(S40).
한편, 각 기통별로 동일 인젝터의 경우에도 제조 공차나, 제어부에서 인젝터를 작동하는 출력단의 공차 및 그에 따른 작동 전류 프로파일의 차이로 인해 인젝터 구동 특성이 달라질 수 있다. 그 결과 각 기통 별 인젝터의 분사 시간과 닫힘 시간과의 관계에 편차가 발생할 수 있다.
이를 보상하기 위하여, 인젝터의 정밀 제어 로직에서는 각 기통별로 인젝터의 실제 닫힘 시간을 측정(S50)하여, 분사 시간과 각 기통별 인젝터의 실제 닫힘 시간과의 관계를 학습한다(S60). 이 학습 결과에 기초하여, 각 기통별로 인젝터의 분사 시간과 닫힘 시간과의 관계를 규정하는 인젝터 구동 특성 커브를 보상함으로써, 각 기통별 인젝터의 닫힘 시간의 편차를 해소할 수 있다(S70).
도 5는 본 발명에 따른 인젝터 닫힘 시간 학습 방법을 도시한 순서도이다. 이하에서는 도 5의 도시 내용을 참조하여 본 발명에 따른 인젝터 닫힘 시간 학습 방법의 실시예를 구체적으로 설명한다.
먼저, 차량의 ECU(Electronic Control Unit)와 같은 제어부는 현재의 연료 압력(p)을 측정한다(S100). 바람직하게는 연료 압력(p)의 측정은, 제어부와 연결된 소전류 프로브를 이용하여 연료 펌프를 흐르는 전류량을 측정함으로써 행해질 수 있다.
다음으로 제어부는, 요구 토크와 엔진의 회전수(RPM)로 이루어지는 운전 조건에 따라 바람직한 연료 압력값을 설정하여 이를 목표 연료 압력(PSET)으로 한다(S110). 이와 더불어 제어부는 측정된 현재의 연료 압력(p)으로부터 학습 그리드 (t[i], p[j])중 학습 목표가 되는 연료 압력(p[j])을 설정한다(S120). 이를 위해서는 예컨대, 현재의 연료 압력(p)으로부터 일정한 상·하한값의 범위 내에 속하는 값을 학습 목표가 되는 연료 압력(p[j])으로 설정할 수 있다.
다음으로 제어부는, 설정된 학습 목표가 되는 연료 압력(p[j])에 대응되는 인젝터 분사 시간(t[i])에 관한 학습 그리드의 학습이 이미 완료되었는지 여부를 판단한다(S130). 설정된 학습 목표가 되는 연료 압력(p[j])에 대응되는 인젝터 분사 시간(t[i]) 중 학습이 미완료된 학습 그리드가 존재하는 경우, 제어부는 후술하는 바와 같이 해당 인젝터 분사 시간(t[i])에 대한 학습을 개시하게 된다. 만약, 설정된 학습 목표가 되는 연료 압력(p[j])에 대응되는 인젝터 분사 시간(t[i]) 중 학습이 미완료된 학습 그리드가 존재하지 않는 경우, 제어부는 인젝터 닫힘 시간에 대한 학습을 개시하지 않고, 운전 조건에 따라 설정된 목표 연료 압력(PSET)에 기초하여 연료 압력 제어를 하게 된다(S250).
인젝터 닫힘 시간에 대한 학습을 개시하게 되면, 제어부는 현재 측정된 연료 압력(p)을 기초로 학습을 위한 연료 압력 진입 조건을 만족하고 있는지 여부를 판단한다(S140). 이를 위해 제어부는 학습 목표가 되는 연료 압력(p[j])과 현재 측정된 연료 압력(p)의 차이(|p[j]-p|)가 미리 설정된 제1 기준값 이하인지 여부를 판단한다. 보다 바람직하게는 이와 더불어 제어부는 운전 조건에 의해 결정되는 목표 연료 압력(PSET)과 측정된 현재의 연료 압력(p)의 차이(|PSET --p|)가 제2 기준값 이하인지 여부를 판단하여 상기한 조건을 만족하는 경우, 목표 연료 압력(PSET)을, 인젝터 닫힘 시간 학습 시의 학습 목표가 되는 연료 압력(p[j])이 되도록 변경(S160)한다.
보다 바람직하게는 목표 연료 압력(PSET)을, 인젝터 닫힘 시간 학습 시의 학습 목표가 되는 연료 압력(p[j])으로 변경하기 전 또는 변경 후에, 제어부는 학습 시에 분할 분사를 통해 전체 요구 분사량을 만족할 수 있는지 여부를 판단한다. 이를 위해서 제어부는 전체 요구 분사량에서, 학습을 위해 설정된 연료 압력(p[j]) 및 인젝터 분사 시간(t[i]))에 대응되고 분할 분사되는 학습 분사량을 뺀 값이 미리 정해진 제3 기준값 미만인지 여부를 판단한다. 여기서 제3 기준값은, 학습을 위해 첫번째로 학습 분사를 실시한 다음, 분사된 학습 분사량과의 총합이 전체 요구 분사량을 만족시키도록 학습 분사를 제외한 나머지 유량의 연료를 분사 시에, 안정적인 분사를 위해 필요한 일정 수준의 분사량을 의미한다. 인젝터의 특성 및 요구 분사량의 크기에 따라 필요한 제3 기준값의 크기는 달라질 수 있다.
만약 전체 요구 분사량에서 학습 분사량을 뺀 값이 미리 정해진 제3 기준값 미만인 경우에는 학습을 위한 분할 분사를 통해 요구 연료량을 맞추기 위한 마진이 부족한 것으로 판단하고, 안정적인 연료 분사를 위해, 제어부는 인젝터 닫힘 시간의 학습을 개시하지 않거나, 진행 중인 학습을 중단하게 된다.
한편, 상술한 연료 압력 진입 조건과 요구 연료량 조건을 만족하는 경우, 제어부는 목표 연료 압력(PSET)을, 인젝터 닫힘 시간 학습 시의 학습 목표가 되는 연료 압력(p[j])으로 변경(S160)하여, 목표 연료 압력(PSET)을 맞추도록 연료 압력에 대한 제어를 실시한다(S170). 바람직하게는 이러한 연료 압력 제어는 압력 펌프를 제어함으로써 행해질 수 있다.
다음으로 제어부는, 이러한 연료 압력의 제어에 따라 연료 압력이 안정화 되었는지 여부를 판단(S180)한다. 이를 위해서는, 목표 연료 압력(PSET)과 현재 측정된 연료 압력(p)의 차(|PSET-p|)를 미리 정해진 제4 기준값과 대비하고, 목표 연료 압력(PSET)과 현재 측정된 연료 압력(p)의 차가 제4 기준값 미만인 경우에는 인젝터 닫힘 시간의 학습을 실시할 수 있을 정도로 연료 압력이 안정화된 것으로 판단한다.
연료 압력이 안정화 된 것으로 판단되는 경우, 제어부는 전체 요구 연료 분사량을, 학습 목표가 되는 인젝터 분사 시간(t[i])에 대응되는 학습 연료 분사량과 상기 전체 요구 연료 분사량에서 상기 학습 연료 분사량을 제외한 나머지 연료 분사량으로 분할하여 각각의 연료 분사량만큼 다단계로 분사하고, 학습 연료 분사 시의 인젝터의 닫힘 시간을 측정함으로써 인젝터 닫힘 시간에 대한 학습을 실시한다(S190). 학습을 위한 연료의 분할 분사 및 그 때의 인젝터 닫힘 시간의 학습 방법에 대해서는 도 6을 참조하여 이 후에 별도로 구체적으로 설명한다.
제어부는 상기한 학습 과정을 통해, 학습 목표가 되는 학습 그리드(t[i], p[j])에 대해 학습이 완료되었는 지 여부를 판단(S200)하고, 학습이 완료된 것으로 판단되는 경우, 학습 그리드(t[i], p[j])에 대응되는 인젝터 닫힘 시간의 학습값을 업데이트(S210)하여 저장 장치에 저장한다.
다음으로 제어부는 학습 그리드(t[i], p[j]) 중 학습 목표가 되는 인젝터 분사 시간(t[i]) 이외에, 현재의 학습 목표 연료 압력(p[j])에 대응되고, 다음 학습 목표가 되는 인젝터 분사 시간이 존재하는지 여부를 판단한다(S220). 학습 목표 연료 압력(p[j])에 대해 학습이 필요한 다른 인젝터 분사 시간(t[i+1])이 존재하는 경우, 제어부는 종전의 학습 대상 목표 인젝터 분사 시간(t[i])을 해당 학습이 필요한 인젝터 분사 시간(t[i+1])으로 변경한다(S230). 그리고, 변경된 인젝터 분사 시간(t[i+1]) 및 종전의 학습 목표 연료 압력(p[j])에 대응되는 학습 그리드(t[i+1], p[j])에 대해, 연료의 분할 분사 및 인젝터 닫힘 시간의 학습(S190)을 실시한다.
한편, 학습 목표 연료 압력(p[j])에 대해 학습이 필요한 다른 인젝터 분사 시간이 존재하지 않는 것으로 판단되는 경우, 목표 연료 압력(PSET)이 현재의 목표 토크와 엔진 회전수 등 운전 조건에 의해 결정되도록 목표 연료 압력(PSET)을 다시 변경(S240)하고, 변경된 목표 연료 압력(PSET)에 기초하여 연료 압력의 제어를 하게 된다(S250).
도 6은 본 발명에 따른 인젝터 닫힘 시간 학습 방법에서의 연료량 분할 분사 및 그 때의 인젝터 닫힘 시간의 학습 밥법을 도시한 순서도이다.
연료량을 분할하여 다단계로 분사하는 한편, 인젝터 닫힘 시간의 학습을 주행하기 위하여 제어부는, 차량의 시동이 완료되어 목표 연료압에 도달하였는지 여부를 기준으로 인젝터 닫힘 시간 학습 모드로 진입할 것인지 여부를 판단할 수 있다(S300). 연료압이 변동되는 시동 과정에서는 정확한 인젝터 구동 특성을 판단하기 어렵다. 따라서, 시동이 완료되어 연료압이 소정 범위로 안정된 것을 조건으로 하여 인젝터 닫힘 시간 학습 모드로 진입(S310)하도록 한다.
인젝터 닫힘 시간 학습 모드로 진입한 다음에는, 제어부는 학습 목표가 되는 인젝터 분사 시간(t[i])을 설정(S310)한다. 학습 목표는, 인젝터 닫힘 시간의 편차를 감소시키기 위해 학습이 필요한 인젝터 분사 시간(t[i])으로서, 정밀 제어가 필요한 저유량 구간에서의 인젝터 닫힘 시간 학습 필요성이 높다.
학습 목표가 되는 인젝터 분사 시간(t[i])을 설정한 다음에는, 기존에 비휘발성 메모리에 저장된, 각 기통별 인젝터의 분사 시간과 닫힘 시간과의 관계를 규정하는 인젝터의 구동 특성 데이터로부터 설정된 인젝터 분사 시간에 대응되는 닫힘 시간을 산출한다(S330).
산출된 닫힘 시간에 대응되는 분사량이 요구되는 전체 분사량 대비 소정 비율을 초과하는 것으로 판단되는 경우, 후술하는 학습 모드를 진행하는 것과 동시에 효율적인 연소를 실시할 수 없기 때문에 학습을 중단한다(S340). 즉, 후술하는 바와 같이, 본 발명에 따른 학습 방법에서는 인젝터 닫힘 시간을 학습하기 위한 학습 연소 모드를 별도로 포함하고 있기 때문에, 연소 시에 요구되는 전체 분사량이 학습 목표 분사 시간과 대비하여 충분하지 않는 경우에는, 인젝터 닫힘 시간을 학습하기 위해 학습 분사량이 전체 요구 분사량 대비 지나치게 많은 비율을 차지하게 된다. 이 경우, 인젝터 닫힘 시간의 학습과 정상 연소를 동시에 진행하기 어려우므로 학습을 중단하는 것이다.
학습 목표가 되는 인젝터 분사 시간(t[i])에 대응되는 닫힘 시간이 산출되고, 설정한 연료 분사 시간만큼 연료를 분사하는 학습 분사 단계와, 엔진 구동을 위해 요구되는 전체 요구 분사량에 대응되는 목표 닫힘 시간으로부터 상기 산출 닫힘 시간을 제외한 연료량에 상응하는 닫힘 시간만큼 연료를 분사하는 단계로 이루어지는 다단계 연료 분사를 각 기통별로 실시한다(S360).
즉, 학습을 수행하기 위해, 제어부는 인젝터를 통한 연료 분사 모드를 다단계 분사 모드로 전환한 다음, 설정한 연료 분사 시간만큼 연료를 분사하는 학습 분사 단계를 위 다단계 분사 모드 중 한 단계로서 설정한다. 전체 요구 분사량 중 위 학습 분사에 소요되는 분사량을 제외한 나머지 분사량에 대해서는 다단계 분사 모드 중 위 학습 분사 단계를 제외한 나머지 단계에서 분사하도록 제어한다.
이를 통해, 학습 목표가 되는 특정 인젝터 분사 시간(t[i])만큼의 연료 분사를 실시할 수 있게 된다.
한편, 촉매 장치의 활성화를 위하여, 인젝터를 통해 연료를 다단계로 분사함으로써 점화시기를 지연시켜, 배기가스 처리용 촉매를 활성화 온도까지 급속 가열하는 경우가 있다. 연료 분사 모드가 이러한 촉매 히팅 모드 하에 있는 것으로 판단되는 경우(S350)에는, 촉매 히팅을 위한 다단계 분사 모드 중 어느 하나의 분사 단계를, 위에서 설정한 연료 분사 시간만큼 연료를 분사하는 학습 분사 단계로 설정하도록 한다(S420).
이를 통해, 촉매 히팅 모드를 위한 다단계 연료 분사 모드를 실행하면서 동시에 특정 분사 시간만큼의 학습 분사를 실시할 수 있게 된다.
제어부는, 인젝터에 의한 다단계 연료 분사 중 학습 분사 모드 시의 실제 인젝터의 닫힘 시간을 측정한다(S370). 제어부는, 인젝터의 닫힘 시간을 측정하기 위하여 인젝터의 구동 전압의 변화를 측정한다. 보다 구체적으로는 인젝터의 양단 노드에 연결되는 전압 센서를 이용하여 인젝터 구동 시 소모되는 전압을 센싱한다. 그리고 센싱된 구동 전압의 기울기 변화가 (+)에서 0 또는 (-)로 변화되는 시점을 인젝터 닫힘 시점으로 판단하고, 각 기통별로 인젝터 닫힘 명령을 내린 시점으로부터 인젝터의 닫힘 시점까지 소요된 시간을 실제 인젝터 닫힘 시간으로서 측정한다.
이를 통해 본 발명에서는 각 기통별로 학습 목표로 하는 실제의 인젝터 분사 시간과 닫힘 시간과의 관계에 관한 데이터를 습득할 수 있다.
그리고 학습을 수행하기 위하여, 상기한 다단계 분사 및 다단계 분사 중 학습 분사 시의 실제 인젝터 닫힘 시간의 측정을 반복 수행함으로써 학습 목표인 인젝터 분사 시간과 닫힘 시간과의 신뢰성 있는 결과를 도출해 낸다.
구체적으로는 학습 분사를 반복적으로 수행함으로써 얻어지는 인젝터 닫힘 시간의 실제 측정값이 소정의 값 또는 범위로 수렴하는지 여부를 판단한다(S380). 인젝터 닫힘 시간의 실제 측정값이 소정의 값으로 일정하게 수렴하는 경우에, 위 일정하게 수렴하고 있는 인젝터 닫힘 시간의 측정 회수가, 미리 정해진 제1 설정값을 초과하는지 여부를 판단한다(S390). 소정 값 또는 범위로 일정하게 수렴하고 있는 인젝터 닫힘 시간의 측정 회수가 제1 설정값을 초과한 경우에는, 학습 목표인 인젝터 분사 시간(t[i])과 닫힘 시간과의 신뢰성있는 관계가 도출되어 학습이 완료된 것으로 판단하고, 학습 결과를 통해 도출된 인젝터 분사 시간(t[i])과 닫힘 시간과의 관계를 각 기통별 인젝터 구동 특성 커브에 적용하여 보상한다(S400).
만약 학습 분사를 반복적으로 수행함으로써 얻어지는 인젝터 닫힘 시간의 실제 측정값이 소정의 값 또는 범위로 수렴하지 않는 경우에는, 학습 모드의 분사 회수를 카운트 하고 학습 모드 분사 회수가 미리 정해진 제2 설정값을 초과하는 지 여부를 판단한다(S430). 학습 모드의 분사 회수가 제2 설정값을 초과한 경우에는 학습 목표가 되는 인젝터 닫힘 시간의 학습에 실패한 것으로 판정하여 더 이상의 학습을 진행하지 않고 해당 인젝터 닫힘 시간의 학습을 종료하게 된다.
상기한 본 발명에 따른 인젝터 닫힘 시간 학습 방법에 따르면, 인젝터를 이용한 연료 분사 시에, 학습 목표가 되는 인젝터 분사 시간과 대응되는 학습 분사 모드를 포함한 다단계 분사를 수행하고, 학습 분사 시의 인젝터의 실제 닫힘 시간을 측정함으로써, 목표로 하는 기통별 특정 인젝터 닫힘 시간과 관련된 정확한 인젝터 구동 특성에 관한 데이터를 획득할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 이러한 연료의 분할 분사 및 인젝터 닫힘 시간의 학습 시에 목표 연료 압력을 학습 대상이 되는 학습 그리드의 연료 압력이 되도록 하고 있다. 그 결과 도 4에서 도시된 바와 같이, 연료 압력의 변화에 따른 인젝터 닫힘 시간의 학습치 변동 없이 학습을 실시할 수 있게 되어, 인젝터 닫힘 시간 편차 보정을 위한 학습의 정확도를 더욱 향상시킬 수 있고, 기통간의 연료량 편차 보정도 비약적으로 향상시킬 수 있다.

Claims (14)

  1. 내연 기관의 각 기통별로, 연료 압력 및 인젝터의 분사 시간과 밸브 닫힘 시간과의 관계를 규정하는 인젝터의 구동 특성을 보상하여, 기통 간 인젝터의 닫힘 시간의 편차를 보정하기 위한 인젝터 닫힘 시간의 학습 방법으로서,
    전체 요구 연료 분사량을, 학습 목표가 되는 인젝터 분사 시간(t[i])에 대응되는 학습 연료 분사량과 상기 전체 요구 연료 분사량에서 상기 학습 연료 분사량을 제외한 나머지 연료 분사량으로 분할하여 각각의 연료 분사량만큼 다단계로 분사하고, 학습 연료 분사 시의 인젝터의 닫힘 시간을 측정함으로써 인젝터 닫힘 시간에 대한 학습을 실시하고,
    상기 인젝터 닫힘 시간의 학습 시에, 목표 토크와 엔진 회전수에 의해 결정되는 목표 연료 압력(PSET)을, 인젝터 닫힘 시간 학습 시의 학습 목표가 되는 연료 압력(p[j])이 되도록 변경하여 연료 압력 제어를 실시하는 것을 특징으로 하는 인젝터 닫힘 시간의 학습 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    현재의 연료 압력(p)을 측정하고, 상기 학습 목표 연료 압력과 상기 측정된 현재의 연료 압력(p)의 차이가 제1 기준값 이하인 경우에, 목표 연료 압력(PSET)을, 인젝터 닫힘 시간 학습 시의 학습 목표가 되는 연료 압력(p[j])이 되도록 변경하는 것을 특징으로 하는 인젝터 닫힘 시간의 학습 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 학습 목표 연료 압력과 상기 측정된 현재의 연료 압력(p)의 차이가 제1 기준값 이하인 것과 더불어
    목표 토크와 엔진 회전수에 의해 결정되는 목표 연료 압력(PSET)과 상기 측정된 현재의 연료 압력(p)의 차이가 제2 기준값 이하인 경우에 목표 연료 압력(PSET)을, 인젝터 닫힘 시간 학습 시의 학습 목표가 되는 연료 압력(p[j])이 되도록 변경하는 것을 특징으로 하는 인젝터 닫힘 시간의 학습 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 요구 분사량과, 상기 학습 목표 연료 압력(p[j]) 및 상기 학습 목표가 되는 인젝터 분사 시간(t[i])에 대응되는 학습 연료 분사량(F(t[i], p[j]))의 차이가 제3 기준값 미만인 경우에는 상기 인젝터 닫힘 시간 학습 단계로 진입하지 않거나, 학습이 중단되도록 하는 것을 특징으로 하는 인젝터 닫힘 시간의 학습 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    목표 토크와 엔진 회전수에 의해 결정되는 목표 연료 압력(PSET)을, 인젝터 닫힘 시간 학습 시의 학습 목표가 되는 연료 압력(p[j])이 되도록 변경하여 연료 압력 제어를 실시한 후,
    목표 연료 압력(PSET)과 현재 측정된 연료 압력(p)의 차가 제4 기준값 미만일 경우에 상기 연료의 분할 분사 및 학습 연료 분사 시의 인젝터의 닫힘 시간 학습을 실시하도록 하는 것을 특징으로 하는 인젝터 닫힘 시간의 학습 방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 학습 연료 분사 시의 인젝터의 닫힘 시간 학습이 완료되면, 상기 학습 연료 분사 시의 학습 목표가 되는 인젝터 분사 시간(t[i]) 및 학습 목표 연료 압력(p[j])에 대응되는 인젝터 닫힘 시간의 학습값을 업데이트 하는 것을 특징으로 하는 인젝터 닫힘 시간의 학습 방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 학습 목표가 되는 인젝터 분사 시간(t[i]) 이외에, 상기 학습 목표 연료 압력(p[j])에 대응되고, 다음 학습 목표가 되는 인젝터 분사 시간이 존재하는지 여부를 판단하는 단계 및
    추가 학습이 필요한 상기 인젝터 분사 시간이이 존재하는 것으로 판단되는 경우, 다음 학습 목표가 되는 인젝터 분사 시간(t[i+1])을 새로이 설정하고, 상기 설정된 새로운 인젝터 분사 시간(t[i+1])에 근거하여, 상기 연료의 분할 분사 및 학습 연료 분사 시의 인젝터의 닫힘 시간 학습을 실시하도록 하는 것을 특징으로 하는 인젝터 닫힘 시간의 학습 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    추가 학습이 필요한 상기 인젝터 분사 시간이 존재하지 않는 것으로 판단되는 경우, 목표 연료 압력(PSET)이 상기 목표 토크와 상기 엔진 회전수에 의해 결정되도록 목표 연료 압력(PSET)을 변경하는 것을 특징으로 하는 인젝터 닫힘 시간의 학습 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 연료의 분할 분사 및 학습 연료 분사 시의 인젝터의 닫힘 시간 학습은,
    기존의 인젝터의 구동 특성으로부터, 설정된 상기 학습 목표가 되는 인젝터 분사 시간(t[i])에 대응하는 닫힘 시간을 산출하는 단계;
    설정된 상기 학습 목표가 되는 인젝터 분사 시간(t[i])에 대응되는 상기 학습 연료 분사량만큼 연료를 분사하는 학습 분사 단계와, 상기 전체 요구 연료 분사량에 대응되는 목표 닫힘 시간으로부터 상기 산출된 닫힘 시간을 제외한 연료량에 상응하는 닫힘 시간만큼 연료를 분사하는 단계로 이루어지는 다단계 연료 분사 단계;
    상기 학습 분사 시의 인젝터의 닫힘 시간을 측정하는 단계;
    상기 다단계 연료 분사 단계 및 상기 인젝터 닫힘 시간 측정을 통해 상기 학습 분사 시간에 대응되는 실제 인젝터 닫힘 시간을 학습하는 단계;
    소정의 학습 완료 조건을 만족하는 경우에, 해당 인젝터 닫힘 시간에 대한 학습을 종료하고, 학습 결과를 반영하여 상기 인젝터의 구동 특성을 보상하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 인젝터 닫힘 시간의 학습 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 닫힘 시간을 산출하는 단계는,
    상기 산출된 닫힘 시간에 대응되는 분사량이, 상기 전체 요구 연료 분사량 대비 소정 비율을 초과한다고 판단되는 경우에는 학습을 중단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인젝터 닫힘 시간 학습 방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 다단계 연료 분사 단계는,
    다단계 연료 분사를 통해 점화 시기를 지연시켜 배기 가스의 온도를 상승시킴로써, 배기 가스 처리용 촉매를 가열하는 촉매 가열 모드에 진입하였는지 여부를 판정하는 단계;
    다단계 연료 분사를 통한 촉매 가열 모드에 진입한 것으로 판단되는 경우에는, 상기 촉매 가열 모드 시의 다단계 분사 중 어느 하나의 단계에서의 분사 시간을 상기 설정된 학습 목표가 되는 인젝터 분사 시간(t[i])에 대응하는 연료 분사 시간이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 인젝터 닫힘 시간 학습 방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    엔진의 시동 완료 및 목표 연료압에 도달 여부에 따라 인젝터의 닫힘 시간 학습 모드의 진입 여부를 판정하고, 그 판정 결과에 따라 상기 학습 방법을 실행하는 것을 특징으로 하는 인젝터 닫힘 시간 학습 방법.
  13. 청구항 9에 있어서,
    반복하여 측정된 상기 인젝터 닫힘 시간의 측정 결과가 일정 범위 내로 수렴하는지 여부를 판정하는 단계; 및
    복수회 측정된 상기 인젝터 닫힘 시간의 측정 결과가 일정 범위 내로 수렴하는 경우에, 상기 일정 범위 내로 수렴하는 인젝터 닫힘 시간의 측정 회수가 제1 설정값을 초과하면, 목표로 한 인젝터 분사 시간(t[i])에 관한 상기 학습 완료 조건을 만족하는 것으로 판정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인젝터 닫힘 시간 학습 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    복수회 상기 측정된 인젝터 닫힘 시간의 측정 결과가 일정 범위 내로 수렴하지 않는 경우에는, 상기 학습 분사의 시도 회수가 제2 설정값을 초과하였는지 여부를 판정하는 단계;
    상기 학습 분사의 시도 회수가 제2 설정값을 초과한 경우에는, 학습 목표가 되는 인젝터 분사 시간(t[i])의 학습을 실패한 것으로 판정하여 해당 인젝터 분사 시간(t[i])의 학습을 종료하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인젝터 닫힘 시간 학습 방법.
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