KR20190023104A - 자동차의 분사 시스템에서 유체의 분사된 체적을 결정하는 방법 및 장치 - Google Patents

자동차의 분사 시스템에서 유체의 분사된 체적을 결정하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 유체가 라인 시스템을 통해 분사 요소로 전달되는, 자동차의 분사 시스템에 의해 수행되는 분사 공정에서 유체의 분사된 체적을 결정하는 방법으로서, 제1 압력 센서의 출력 신호를 사용하여, 상기 분사 공정에 의해 야기된 압력 구배의 최대값의 발생 시간을 결정하는 단계; 상기 분사 공정에 의해 야기된 상기 압력 구배의 최대값의 발생 시간과 상기 분사 공정의 시작 시간 사이의 시간차를 형성하는 단계; 형성된 시간차를 사용하여 상기 라인 시스템에서 상기 유체의 전파 속력을 결정하는 단계; 상기 전파 속력을 사용하여 상기 라인 시스템의 강성을 결정하는 단계; 및 상기 라인 시스템의 결정된 강성을 사용하여 상기 유체의 분사된 체적을 결정하는 단계를 포함하는, 상기 유체의 분사된 체적을 결정하는 방법에 관한 것이다.

Description

자동차의 분사 시스템에서 유체의 분사된 체적을 결정하는 방법 및 장치
본 발명은 자동차의 분사 시스템에서 유체의 분사된 체적을 결정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
자동차에서 목표 연료 분사 체적을 결정하기 위한 중요한 파라미터는 요청된 토크이다. 이 요청된 토크는 운전자의 요청에 달려 있고, 가속 페달의 순간 위치에 관한 정보를 포함하는 신호를 출력하는 센서에 의해 결정된다. 목표 연료 분사 체적을 결정하기 위한 더 중요한 파라미터는 예를 들어, 순간 회전 속력, 순간 속도, 순간 엔진 부하 및 순간 엔진 온도이다. 목표 연료 분사 체적의 결정은 전술한 파라미터 및 다른 파라미터에 관한 정보를 공급받는 제어 유닛에 의해 수행된다.
자동차의 동작 동안 분사 공정의 범위 내에서 실제로 분사된 연료 체적에 관한 정보를 얻는 것이 중요하다.
SCR 촉매 변환기 시스템 및 MPI 분사 시스템(다점 분사 시스템)이라고 하는 것에서 분사 공정의 범위 내에서 실제로 분사된 연료 체적에 관한 정보를 얻는 것이 중요하다.
본 발명의 목적은 자동차의 분사 시스템에서 유체의 분사된 체적을 결정하기 위한 개선된 방법 및 개선된 장치를 제시하는 것이다.
이러한 문제점은 청구항 1에 주어진 특징을 갖는 방법에 의해 해결된다. 본 발명의 유리한 실시예 및 개선은 종속 청구항에 제시된다. 청구항 11의 주제는 자동차의 분사 시스템에서 유체의 분사된 체적을 결정하기 위한 장치이다.
유체가 라인 시스템(line system)을 통해 분사 요소로 전달되는, 자동차의 분사 시스템에서 유체의 분사된 체적을 결정하는 본 발명에 따른 방법은, 제1 압력 센서의 출력 신호를 사용하여 분사 공정에 의해 야기된 압력 구배(pressure gradient)의 최대값의 발생 시간을 결정하는 단계; 상기 분사 공정에 의해 야기된 상기 압력 구배의 최대값의 발생 시간과 상기 분사 공정의 시작 시간 사이의 시간차를 형성하는 단계; 형성된 시간차를 사용하여 상기 라인 시스템 내 유체의 전파 속력을 결정하는 단계; 상기 전파 속력을 사용하여 상기 라인 시스템의 강성(rigidity)을 결정하는 단계; 및 상기 라인 시스템의 결정된 강성을 사용하여 상기 유체의 분사된 체적을 결정하는 단계를 포함한다.
상기 방법은 유리하게는, 예를 들어, 동작 동안 상기 시스템 내 온도 변화 또는 공기 함량의 변화로 인해 변하는 라인 시스템의 전체적인 강성을 분사된 유체 체적을 결정하는 동안에 고려하는 것을 보장한다. 그 결과, 분사 시스템의 동작 동안, 제어 유닛은 목표 분사 체적에 대한 새로운 값을 후속적으로 결정하는 동안 라인 시스템의 순간적인 전체 강성을 고려할 수 있다. 이것은 온보드(on-board) 진단에 기초하여 자동차의 순간 동작 조건에, 예를 들어, 순간적인 운전자의 요청에 유체의 목표 분사 체적을 더 잘 적응할 수 있게 한다.
본 발명의 다른 유리한 특징은 도면에 기초하여 하기 예시적인 설명으로부터 드러날 것이다.
도 1은 자동차의 분사 시스템에서 유체의 분사된 체적을 결정하기 위한 장치의 블록도;
도 2는 분사 공정의 시작 후 도 1에 도시된 라인의 시작 영역에서의 압력 프로파일을 도시하는 다이어그램;
도 3은 분사 공정의 시작 후 도 1에 도시된 라인의 종단 영역에서의 압력 프로파일을 도시하는 다이어그램;
도 4는, 본 발명에 따른 방법에서 및 시뮬레이션에 기초한 방법에서 가요성 라인(flexible line)이 존재할 때 및 강철 라인(steel line)이 존재할 때 유체 내 공기의 비율의 함수로서 결정된 분사 연료 체적을 도시하는 다이어그램; 및
도 5는 가요성 라인이 존재할 때 및 강철 라인이 존재할 때 유체 내 공기의 비율의 함수로서 강성을 도시하는 다이어그램.
도 1은 자동차의 분사 시스템에서 유체의 분사된 체적을 결정하기 위한 장치의 블록도이다. 이 분사 시스템은, 예를 들어, 유체 공급원(fluid source) 역할을 하는 공급 펌프로부터 유체 싱크(fluid sink) 역할을 하는 분사 밸브로 라인 시스템을 통해 우레아(urea) 용액을 공급하는 SCR 촉매 컨버터 분사 시스템이고, 이 분사 시스템에 의해 우레아 용액이 동작 동안 자동차의 배기 가스 트레인에 분사된다.
도시된 장치는 공급 펌프(2)에 의해 이용 가능하게 된 우레아 용액을 분사 밸브(3)로 공급하는 라인(1)을 라인 시스템으로서 갖는다. 공급 펌프(2)는 제어 유닛(4)에 의해 제어 신호(s1)에 의해 작동되고, 분사 밸브(3)는 제어 신호(s2)에 의해 작동된다.
라인(1)의 라인의 종단 영역에는 라인의 종단 영역 내 압력을 측정하기 위해 제공된 압력 센서(S1)가 제공되고, 이 압력 센서는 관련된 센서 신호(p1)를 제어 유닛(4)에 공급한다. 라인의 시작 영역에는 라인의 시작 영역 내 압력을 측정하기 위해 제공된 다른 압력 센서(S2)가 제공되고, 이 다른 압력 센서는 관련된 센서 신호(p2)를 제어 유닛(4)에 공급한다.
제어 유닛(4)은, 유체 소스(2)를 위한 전술된 제어 신호(s1) 및 유체 싱크(3)를 위한 제어 신호(s2)를 결정하고, 메모리에 저장된 작업 프로그램, 라인의 시작과 라인의 종단에서의 압력에 관한 전술된 정보를 사용하여, 차량의 다른 파라미터에 관한 정보로부터, 및 저장된 특성 데이터를 사용하여 분사 공정의 범위 내에서 분사된 유체 체적(Vinj)을 결정하도록 설계된다.
분사 공정의 범위 내에서 분사되는 유체 체적의 결정은 제어 유닛(4)에 의해 다음과 같이 수행된다:
제1 단계(ST1)에서, 압력 센서(S1)에 의해 결정된 압력 신호(p1)를 사용하여 분사 공정의 시작 시간(t1)이 획득된다. 이에 대한 대안으로서, 이 시간(t1)은 또한 전체 분사 공정을 제어하도록 설계된 제어 유닛(4)에 의해 이용 가능하게 될 수 있다.
이후, 제2 단계(ST2)에서, 압력 센서(S2)에 의해 결정된 압력 신호(p2)를 사용하여 분사 공정에 의해 야기된 압력 구배의 최대값의 발생 시간이 결정된다. 이를 위해, 제어 유닛(4)은 시간적으로 연속하는 압력 신호(p2)들의 차이 신호를 형성하고, 이들 차이 신호의 최대값을 결정하고, 이 최대 차이 신호의 발생 시간(t2)을 결정하며, 여기서 시간(t2)은 라인(1)의 입구 영역에서의 최대 압력 구배에 대응한다.
이후, 단계(ST3)에서 시간차(Δt)가 다음 관계에 따라 결정된다:
Δt = t2 - t1.
이 시간차는 분사 공정에 의해 야기된 압력 구배의 최대값의 발생 시간(t2)과 분사 공정의 시작 시간(t1) 사이의 시간차이다.
후속 단계(ST4)에서, 라인 시스템에서 유체의 전파 속력(c시스템)은 제시된 시간차(Δt)를 사용하여 다음 관계에 따라 결정된다:
c시스템 = ℓ/Δt,
여기서 ℓ은 라인(1)의 길이이다.
이후, 필요하다면, 단계(ST5)에서, 고유 진동수(natural frequency)(f시스템)가 다음의 관계에 따라 결정된다:
f시스템 = c시스템/2·ℓ.
후속 단계(ST6)에서, 라인 시스템의 강성은 다음과 같이 결정된다:
E시스템 = c시스템 2·ρ,
여기서 ρ는 유체의 밀도이다. 유체의 이러한 밀도는 다수의 전파 속력 각각에 대해 관련된 밀도 값을 저장하는 메모리로부터 얻어진다.
이후, 단계(ST7)에서, 분사 공정에 의해 야기된 압력 강하(ΔP)는 다음과 같이 결정된다:
Δp = p1 - p3,
여기서 p3은 라인의 시작 영역에서 및 분사 공정에 의해 야기된 압력 진동의 감쇠(decay) 후에 압력 센서(S2)에 의해 결정된 압력이다. 분사 공정에 의해 야기된 압력 진동의 이러한 감쇠는 분사 공정이 시작하고 나서 짧은 시간 경과 후에 이미 발생하였으므로, 그 결과 시스템의 동작 동안 분사 체적의 결정이 후속 분사 공정을 시작하기 오래 전에 수행되었을 수 있다. 그리하여, 목표 분사 체적으로부터 결정된 분사 체적이 벗어난 편차에 신속히 반응할 수 있어서, 후속하는 분사 공정 동안 목표 분사 체적으로부터 실제 분사 체적이 벗어나는 편차가 신속히 감소될 수 있다.
단계(ST8)에서, 분사 공정에 의해 야기되고 결정될 분사 체적에 대응하는 유체의 체적 감소가 이 압력 강하(Δp)로부터 다음 관계에 따라 결정된다:
Vinj = ΔV시스템 =(V총·Δp)/E시스템,
여기서 V총은 라인 시스템의 총 체적이다.
유체의 분사된 질량(minj)은 최종적으로 단계(ST9)에서 다음 관계에 의해 결정된다:
minj = Vinj·ρ.
상기 수식에 의해 기술된 방법은 분사 공정의 범위 내에서 분사된 유체 체적(Vinj)을 라인의 시작과 종단에서 측정된 압력 신호, 분사 공정의 시작에 대한 지식, 및 유체의 밀도를 사용하여 결정할 수 있고, 여기서 측정된 압력 값은 분사 공정의 시작 시간과 분사 공정에 의해 야기된 압력 구배의 최대값의 발생 시간 사이의 시간차를 형성하는데 사용된다. 형성된 시간차는 라인 시스템에서 유체의 전파 속력을 결정하는 데 사용된다. 라인 시스템의 강성은 라인 시스템에서 유체의 전파 속력을 사용하여 결정된다. 유체의 분사된 체적은 최종적으로 라인 시스템의 결정된 강성을 사용하여 결정될 수 있다. 또한, 유체의 분사된 질량은 유체의 밀도를 사용하여 유체의 분사된 체적으로부터 결정될 수 있다.
이러한 과정에 의해, 유리하게는, 분사 시스템의 동작 동안, 특히 라인 시스템의 온도 변동 및 또한 공기 함량의 변화로 인해 변하는 라인 시스템의 강성이 분사된 유체 체적의 결정 동안에 고려되고, 후속 분사 공정을 위한 제어 신호의 생성을 위해 고려될 수 있는 것이 보장된다. 분사된 유체 체적의 결정은 매우 짧은 시간에 수행될 수 있는데, 그 이유는 이 결정에 필요한 모든 정보가 분사 공정에 의해 야기된 압력 진동의 감쇠 후에는 이미 이용 가능하기 때문이다. 후속 분사 공정과의 시간 간격은 이 과정 동안 아무런 역할을 하지 않는다. 분사된 유체 체적의 결정은 분사 공정에 의해 야기된 제시된 압력 진동이 감쇠되자마자 단일 분사 공정 동안 수행될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 라인의 시작 영역에서의 압력 프로파일을 예시하는 다이어그램을 도시한다. 이 다이어그램에서, 압력(p2)은 바(bar) 단위로 상측에 도시되고, 시간은 초 단위로 우측에 도시된다.
도 3은 도 1에 도시된 라인의 종단 영역에서의 압력 프로파일을 예시하는 다이어그램을 도시한다. 이 다이어그램에서 압력(p1)은 바 단위로 상측에 도시되고 시간은 초 단위로 우측에 도시된다.
도시된 예시적인 실시예에서, 각 경우 초기 상태로 7바의 레벨을 갖는 압력이 라인의 시작 영역과 라인의 종단 영역에 모두 존재한다.
이 초기 상태를 시작점으로 취하면, 제어 유닛(4)이 분사 밸브를 개방하는 제어 신호(s2)를 라인의 종단에 연결된 분사 밸브(3)에 출력하는 것에 의해 분사 공정이 제어 유닛(4)에 의해 트리거링된다.
그 결과, 라인(1)의 종단 영역에서 압력 강하가 발생하고, 이 압력 강하는 라인의 종단 영역에 위치된 압력 센서(S1)의 출력 신호에 기초하여 검출된다. 도 3에 도시된 바와 같은 압력 프로파일은 라인의 종단 영역에서 발생한다. 분사 공정의 시작 시간(t1)은 출력 상태(7)로부터 진행하여 압력 강하가 시작되자마자 발생된다.
라인(1)의 시작 영역에서 분사 공정의 시작에 반응하여 발생하는 압력 프로파일이 도 2에 도시되어 있다. 이 압력 프로파일의 연속적인 압력 값은 서로 비교되어, 분사 공정에 의해 야기된 압력 구배의 최대값의 발생 시간(t2)이 결정된다. 이 시간(t2)은 도 2에서 특징지워진다.
제어 유닛(4)은 분사 공정에 의해 야기된 압력 구배의 최대값의 발생 시간(t2)과 분사 공정의 시작 시간(t1) 사이의 시간차(Δt)를 형성한다.
Δt = t2 - t1.
이어서, 제어 유닛(4)은 제시된 시간차(Δt)를 사용하여 라인(1)에서의 연료의 전파 속력을 결정한다. 다음 관계가 적용된다:
c시스템 = ℓ파이프/Δt.
ℓ파이프는 여기서 라인(1)의 길이이다.
다음 단계에서 전파 속력은 시스템의 고유 진동수를 계산하는 데 사용된다. 이것은 다음 관계를 통해 수행된다:
f시스템 = c시스템/2·ℓ파이프.
또한, 제시된 전파 속력은 라인(1)의 강성을 결정하는 데 사용된다. 이것은 다음 관계에 의해 수행된다:
E시스템 = c시스템 2·ρ.
ρ는 여기서 연료의 밀도이다.
이어서, 라인의 시작 영역에서 분사 공정에 의해 야기된 압력차가 결정된다.
이것은, 압력 센서(S2)에 의해 압력(p3)을 측정하고 나서 압력 값(p1 및 p3)들 사이의 차이를 형성함으로써, 분사 공정에 의해 야기된 압력 진동의 감쇠 후에, 아직 후속 분사 공정의 시작 전에 이루어진다:
Δp = p1 - p3.
제시된 압력차(Δp) 및 결정된 강성(E시스템)은 분사 공정에 의해 야기되고 결정될 분사 체적에 대응하는 체적 감소를 결정하는데 사용된다:
Vinj = ΔV시스템 =(V총·Δp)/E시스템.
이러한 방식으로 결정된 분사 체적과 연료의 밀도는 최종적으로 분사된 연료 질량을 결정하는데 사용된다:
minj = Vinj·ρ.
다음 도 4 및 도 5는 각 경우에 시스템의 공기 함량(LG)의 함수로서, 분사 공정 동안 강성 라인의 특성과 대비한 가요성 라인의 다양한 특성을 보여준다. 가요성 라인은 강성이 비교적 낮은 라인인 것으로 이해된다. 강성의 라인은 강성이 높은 라인, 예를 들어, 강철 라인인 것으로 이해된다.
도 4는 본 발명에 따른 방법 및 시뮬레이션 동안, 가요성 라인이 존재할 때 및 강철 라인이 존재할 때 결정된 분사된 연료 체적(Vinj)을 예시하는 다이어그램을 도시한다. 이와 관련하여, 가요성 라인이 존재할 때 결정된 분사된 체적이 도 4a에 도시되어 있으며, 강철 라인이 존재할 때 분사된 체적이 도 4b에 도시되어 있으며, 여기서 유체 내 공기 함량(LG)은 각 경우에 우측에 도시된다. 실선은 여기서 시뮬레이션에 의해 분사된 유체 체적에 대해 결정된 값을 각각 나타내고, 일점쇄선은 본 발명에 따른 방법에 의해 결정된 값을 나타낸다.
도 4에 도시된 프로파일을 보면, 특히 다음 사항, 즉
- 결정된 분사된 유체 체적은 서로 다르다는 것,
- 결정된 분사된 유체 체적은 동일한 윤곽을 갖지만 강철 라인이 존재할 때는 서로 오프셋된다는 것, 및
- 결정된 분사된 유체 체적은 가요성 라인이 존재할 때는 상이한 프로파일을 갖고, 프로파일은 증가하는 공기 함량(LG)에서 시뮬레이션이 수행될 때는 본질적으로 지수적으로 상승하고, 본 발명에 따른 방법이 사용될 때는 본질적으로 지수적으로 상승하지만 현저한 점프를 갖는다는 것이 명백하다.
도 5는 가요성 라인이 존재할 때(도 5a) 및 강철 라인이 존재할 때(도 5b) 유체 내 공기의 비율의 함수로서 강성을 예시하는 다이어그램을 도시한다. 이러한 다이어그램으로부터, 가요성 라인 시스템이 존재할 때 라인 시스템의 강성에 대한 공기 함량의 영향은 강성의 라인 시스템이 존재할 때와는 달라서, 분사된 유체 체적이 서로 다르다는 것을 또한 알 수 있다.
1: 라인
2: 공급 펌프
3: 분사 밸브
4: 제어 유닛
S1: 압력 센서
S2: 압력 센서
s1: 제어 신호
s2: 제어 신호
p1: 센서 신호, 압력 값
p2: 센서 신호, 압력 값

Claims (11)

  1. 유체가 라인 시스템을 통해 분사 요소로 전달되는, 자동차의 분사 시스템에 의해 수행되는 분사 공정에서 유체의 분사된 체적을 결정하는 방법으로서,
    - 제1 압력 센서(S2)의 출력 신호(p2)를 사용하여, 상기 분사 공정에 의해 야기된 압력 구배의 최대값의 발생 시간(t2)을 결정하는 단계;
    - 상기 분사 공정에 의해 야기된 상기 압력 구배의 최대값의 발생 시각(t2)과 상기 분사 공정의 시작 시각(t1) 사이의 시간차(Δt)를 형성하는 단계;
    - 상기 형성된 시간차(Δt)를 사용하여 상기 라인 시스템 내 유체의 전파 속력(c)을 결정하는 단계;
    - 상기 전파 속력(c)을 사용하여 상기 라인 시스템의 강성(E시스템)을 결정하는 단계; 및
    - 상기 라인 시스템의 결정된 강성(E시스템)을 사용하여 상기 유체의 분사된 체적(Vinj)을 결정하는 단계를 포함하는, 유체의 분사된 체적을 결정하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 분사 공정의 시작 시간(t1)은 제어 유닛(4)에 의해 미리 한정된 것을 특징으로 하는 유체의 분사된 체적을 결정하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분사 공정의 시작 시간(t1)은 제2 압력 센서(S1)의 출력 신호를 사용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 유체의 분사된 체적을 결정하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분사된 연료 질량(minj)은 분사된 유체 체적(Vinj) 및 유체의 밀도(ρ)를 사용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 유체의 분사된 체적을 결정하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 라인 시스템에서 유체의 전파 속력(C)은 다음 관계식에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 유체의 분사된 체적을 결정하는 방법:
    c = ℓ/Δt
    식 중, c는 상기 전파 속력이고, ℓ은 상기 라인 시스템의 길이이고, Δt는 상기 분사 공정의 시작 시간과 상기 분사 공정에 의해 야기된 상기 압력 구배의 최대값의 발생 시간 사이의 시간차이다.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 라인 시스템의 고유 진동수(f시스템)는 상기 전파 속력(c) 및 상기 라인 시스템의 길이(ℓ)로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 유체의 분사된 체적을 결정하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 라인 시스템의 강성(E시스템)은 상기 유체의 전파 속력(c) 및 밀도(ρ)로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 유체의 분사된 체적을 결정하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 유체의 밀도(ρ)는 메모리로부터 얻어지는 것을 특징으로 하는 유체의 분사된 체적을 결정하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분사 공정에 의해 야기되는 압력차(Δp)가 결정되는 것을 특징으로 하는 유체의 분사된 체적을 결정하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 유체의 분사된 체적(Vinj)은 다음 관계식에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 유체의 분사된 체적을 결정하는 방법:
    Vinj =(V총·Δp)/E시스템
    식 중, V총은 상기 라인 시스템의 총 체적이다.
  11. 유체가 라인 시스템을 통해 분사 요소로 전달되는, 자동차의 분사 시스템에 의해 수행되는 분사 공정에서 유체의 분사된 체적을 결정하기 위한 장치로서, 상기 장치는 제1항의 방법을 수행하도록 설계된 제어 유닛(4)을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체의 분사된 체적을 결정하기 위한 장치.
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