KR20190079208A - Gdi 인젝터 정적유량 편차 보정 방법 및 그 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 GDI 엔진의 기통 간 연료분사량 편차를 보정하기 위한 GDI 인젝터 정적유량 편차 보정 방법 및 그 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따른 GDI 인젝터 정적유량 편차 보정 방법은 연료 압축식으로부터 기통별 목표 압력강하량을 산출하는, 목표 압력강하량 산출 단계; 연료 압력센서에 의해 기통별 감지된 압력강하량과 상기 목표 압력강하량 산출 단계에서 산출된 기통별 목표 압력강하량으로부터 기통별 상대 압력 강하량을 산출하는, 상대 압력강하량 산출 단계; 상기 상대 압력강하량 산출 단계에서 산출된 기통별 상대 압력강하량을 전기통 평균과 비교하여 기통별 분사 보정팩터를 1차 조정하는, 분사 보정팩터 제1 조정 단계; 및 상기 분사 보정팩터 제1 조정 단계에서 1차 조정된 분사 보정팩터의 전기통 평균을 1과 비교하여 기통별 분사 보정팩터를 2차 조정하는, 분사 보정팩터 제2 조정 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 따른 GDI 인젝터 정적유량 편차 시스템은 EMS 상에서 인젝터 정적유량 편차 학습 조건 판단부, 연료 압력강하량 감지부, 및 인젝터 정적유량 편차 학습부를 포함하는 인젝터 정적유량 편차 보정 제어부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

GDI 인젝터 정적유량 편차 보정 방법 및 그 시스템{Method for Correcting Deviation of Static Flow Rate in GDI Injector and System Thereof}
본 발명은 GDI 인젝터 정적유량 편차 보정 방법 및 그 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 GDI 엔진의 기통 간 연료분사량 편차를 보정하기 위한 GDI 인젝터 정적유량 편차 보정 방법 및 그 시스템에 관한 것이다.
GDI(Gasoline Direct Injection) 기술은 가솔린 엔진의 연비 향상을 위해 널리 사용되고 있으나, 입자상 물질이 많이 생성되는 직분사 방식의 특성상 PM (Particle Mass) 및 PN(Particle Number)에 대한 규제가 디젤 엔진과 동등한 수준으로 이루어지고 있다.
이러한 규제에 대응하기 위해, GDI 엔진에는 GPF(Gasoline Particle Filters), 저압 EGR(Low-Pressure Exhaust Gas Recirculation), 고압(350bar) 분사시스템 등을 적용하고 있으며, 입자상 물질의 형성 메커니즘을 고려한 인젝터 하드웨어 개발 및 연료 분사제어 개발이 이루어지고 있다.
하지만, 이러한 대응 노력에도 불구하고, 최근 인젝터 제조 편차 및 코킹(Coking)/에이징(Aging)에 의한 기통 간 공연비 편차로 인해 PN이 증가하는 현상이 확인되고 있어, 이에 대한 대책이 요구되고 있다.
US 9,470,172 B2(2016.10.18)
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 기통 간 상대적인 보정이 이루어지도록 분사 보정팩터를 조정하여 GDI 엔진의 기통 간 연료분사량 편차를 보정하는 GDI 인젝터 정적유량 편차 보정 방법 및 시스템을 제공하는데 있다.
위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 GDI 인젝터 정적유량 편차 보정 방법은 연료 압축식으로부터 기통별 목표 압력강하량을 산출하는, 목표 압력강하량 산출 단계; 연료 압력센서에 의해 기통별 감지된 압력강하량과 상기 목표 압력강하량 산출 단계에서 산출된 기통별 목표 압력강하량으로부터 기통별 상대 압력 강하량을 산출하는, 상대 압력강하량 산출 단계; 상기 상대 압력강하량 산출 단계에서 산출된 기통별 상대 압력강하량을 전기통 평균과 비교하여 기통별 분사 보정팩터를 1차 조정하는, 분사 보정팩터 제1 조정 단계; 및 상기 분사 보정팩터 제1 조정 단계에서 1차 조정된 분사 보정팩터의 전기통 평균을 1과 비교하여 기통별 분사 보정팩터를 2차 조정하는, 분사 보정팩터 제2 조정 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 GDI 인젝터 정적유량 편차 시스템은 EMS 상에서 인젝터 정적유량 편차 학습 조건 판단부, 연료 압력강하량 감지부, 및 인젝터 정적유량 편차 학습부를 포함하는 인젝터 정적유량 보정 제어부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 GDI 인젝터 정적유량 편차 보정 방법 및 시스템은 기통별로 연료분사량를 보정하기 위해 사용되는 기통별 분사 보정팩터를 상대 압력강하량의 전기통 평균에 의한 기통 간 상대적인 값으로 1차 조정하고, 다시 전기통 평균이 1이 되도록 2차 조정함으로써, 기통 간 상대적인 연료분사량의 정확한 보정이 가능하도록 하고, 이에 따라 기통 별 분사량 편차를 최소화하여 연소 안정성 및 PN 저감에 기여한다.
도 1은 본 발명에 따른 GDI 인젝터 정적유량 편차 보정 방법을 단계별로 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명에 따른 GDI 인젝터 정적유량 편차 보정 시스템의 구성도이다.
아래에서는 본 발명에 따른 GDI 인젝터 정적유량 편차 보정 방법 및 시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 GDI 인젝터 정적유량 편차 보정 방법을 단계별로 도시한 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 GDI 인젝터 정적유량 편차 보정 방법은, 연료 압축식으로부터 기통별 목표 압력강하량을 산출하는, 목표 압력강하량 산출 단계(S10); 연료 압력센서에 의해 기통별 감지된 압력강하량과 상기 목표 압력강하량 산출 단계에서 산출된 기통별 목표 압력강하량으로부터 기통별 상대 압력 강하량을 산출하는, 상대 압력강하량 산출 단계(S20); 상기 상대 압력강하량 산출 단계에서 산출된 기통별 상대 압력강하량을 전기통 평균과 비교하여 기통별 분사 보정팩터를 1차 조정하는, 분사 보정팩터 제1 조정 단계(S30); 및 상기 분사 보정팩터 제1 조정 단계에서 1차 조정된 분사 보정팩터의 전기통 평균을 1과 비교하여 기통별 분사 보정팩터를 2차 조정하는, 분사 보정팩터 제2 조정 단계(S40);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 목표 압력강하량 산출 단계(S10)에서는 대상 기통의 인덱스(i)를 갱신하고, 아래 식 1로 표현되는 연료 압축식(fuel compressibility equation)에 의해 얻어지는 연료분사량 당 압력강하량에 목표 연료분사량을 곱하여 기통별 목표 압력강하량(
Figure pat00001
)을 산출한다.
Figure pat00002
(식 1)
여기서 p, T, ρ, BS는 각각 연료레일 압력, 연료온도, 연료밀도, 연료의 단열체적탄성계수(adiabatic bulk modulus)이며, V는 연료레일 및 인젝터 내의 연료체적이다.
상기 상대 압력강하량 산출 단계(S20)에서는 아래 식 2와 같이 기통별 감지된 압력강하량(
Figure pat00003
)을 상기 목표 압력강하량 산출 단계에서 산출된 기통별 목표 압력강하량(
Figure pat00004
)으로 나눈 값으로 정의되는 기통별 상대 압력강하량(ri)을 산출한다. 여기서, 기통별 감지된 압력강하량(
Figure pat00005
)은 연료 압력센서로부터 얻어지는 유효 측정값이다.
Figure pat00006
(식 2)
상기 분사 보정팩터 제1 조정 단계(S30)에서는 아래 식 3과 같이 상기 상대 압력강하량 산출 단계(S20)에서 산출된 기통별 상대 압력강하량(ri)을 전기통 평균과 비교하여 기통별 분사 보정팩터(ki)를 1차 조정한다.
Figure pat00007
(식 3)
여기서 n은 엔진 기통수이며, γ는 게인 값으로서 과도 응답 댐핑 특성과 수렴성을 고려해 적절히 튜닝될 수 있는 값이다.
상기 분사 보정팩터 제2 조정 단계(S40)에서는 아래 식 4와 같이 상기 분사 보정팩터 제1 조정 단계(S30)에서 1차 조정된 분사 보정팩터(ki)의 전기통 평균을 1과 비교하여 기통별 분사 보정팩터(kj)를 2차 조정한다.
Figure pat00008
(식 4)
여기서 n은 엔진 기통수이며, α는 게인 값으로서 과도 응답 댐핑 특성과 수렴성을 고려해 적절히 튜닝될 수 있는 값이다.
이와 같이, 본 발명에 따른 GDI 인젝터 정적유량 편차 보정 방법은 기통별로 연료분사량를 보정하기 위해 사용되는 기통별 분사 보정팩터를 상대 압력강하량의 전기통 평균에 의한 기통 간 상대적인 값으로 1차 조정하고, 다시 전기통 평균이 1이 되도록 2차 조정함으로써, 기통 간 상대적인 연료분사량 보정이 가능하도록 한다.
또한, 상기 식 1에 따른 연료 압축식은 연료 온도 모델, 연료 물성치 등에 기인한 불확실성을 가지게 되는데, 본 발명은 기통 간 상대적인 값으로 분사 보정팩터를 산출함으로써 이와 같은 연료 압축식의 불확실성을 상쇄할 수 있도록 한다.
한편, 도 1에서 도면 부호 S25는 본 발명에 따른 GDI 인젝터 정적유량 편차 보정 방법이 실행될 수 있는 학습 조건을 판단하는 학습 조건 판단 단계이고, S50은 상기 분사 보정팩터 제2 조정 단계(S40)에서 최종적으로 조정된 분사 보정팩터를 이용해 연료분사량을 보정하는 연료분사량 보정 단계를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 GDI 인젝터 정적유량 편차 보정 시스템의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 GDI 인젝터 정적유량 편차 보정 시스템은 EMS(Engine Management System) 상에서 인젝터 정적유량 편차 학습 조건 판단부(11), 연료 압력강하량 감지부(12) 및, 인젝터 정적유량 편차 학습부(13)를 포함하는 인젝터 정적유량 편차 보정 제어부(1)로 구성될 수 있다.
상기 인젝터 정적유량 편차 학습 조건 판단부(11)는 본 발명에 따른 GDI 인젝터 정적유량 편차 보정 방법이 실행될 수 있는 조건, 즉 RPM, 연료온도 등이 적정 범위에 있는지를 판단하고, 그 정보를 연료 압력강하량 감지부 및 인젝터 정적유량 편차 학습부에 제공한다. RPM, 연료온도 등이 너무 낮거나 높으면 본 발명에 따른 GDI 인젝터 정적유량 편차 보정 방법에 사용되는 입력 변수들의 정확도가 담보되지 않으므로, 이러한 조건에서는 본 발명에 따른 GDI 인젝터 정적유량 편차 보정 방법이 수행되지 않도록 한다.
상기 연료 압력강하량 감지부(12)는 연료 압력센서(2)로부터의 신호를 처리하여 기통별 압력강하량을 감지하고, 기통별 감지된 압력강하량을 인젝터 정적유량 편차 학습부(13)로 보낸다.
상기 인젝터 정적유량 편차 학습부(13)는 상기 연료 압력강하량 감지부(12)로부터 받은 기통별 감지된 압력강하량을 연료 압축식을 이용하여 계산된 기통별 목표 압력강하량으로 나누어 상대 압력강하량을 산출하고, 산출된 상대 압력강하량의 전기통 평균에 의한 기통 간 상대적인 값으로 분사 보정팩터를 1차 조정한 후, 다시 전기통 평균이 1이 되도록 분사 보정팩터를 2차 조정함으로써, 인젝터 정적유량 편차를 학습한다.
한편, 도 2에서 도면 부호 3은 상기 인젝터 정적유량 편차 보정 제어부(1)의 상기 인젝터 정적유량 편차 학습부(13)로부터 기통별 분사 보정팩터를 받아 연료분사량을 보정하는 연료 제어부이다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 GDI 인젝터 정적유량 편차 보정 방법 및 시스템은 학습 정확도가 높고, 오버슛이나 언더슛이 없는 과도 응답 댐핑 특성과 빠른 수렴성을 가지며, 또한 람다 제어와 같은 다른 연료 학습 루틴에 미치는 영향을 최소화하면서 수행될 수 있는 장점이 있다. 나아가, 기통 별 분사량 편차를 최소화하여 연소 안정성 및 PN 저감에 기여한다.
본 명세서와 첨부된 도면에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 쉽게 설명하기 위한 목적으로 사용된 것일 뿐, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
1: 인젝터 정적유량 편차 보정 제어부
2: 연료 압력센서
3: 연료 제어부
11: 인젝터 정적유량 편차 학습 조건 판단부
12: 연료 압력강하량 감지부
13: 인젝터 정적유량 편차 학습부
S10: 목표 압력강하량 산출 단계
S20: 상대 압력강하량 산출 단계
S25: 학습 조건 판단 단계
S30: 분사 보정팩터 제1 조정 단계
S40: 분사 보정팩터 제2 조정 단계
S50: 연료분사량 보정 단계

Claims (10)

  1. 연료 압축식으로부터 기통별 목표 압력강하량을 산출하는, 목표 압력강하량 산출 단계;
    연료 압력센서에 의해 기통별 감지된 압력강하량과 상기 목표 압력강하량 산출 단계에서 산출된 기통별 목표 압력강하량으로부터 기통별 상대 압력 강하량을 산출하는, 상대 압력강하량 산출 단계;
    상기 상대 압력강하량 산출 단계에서 산출된 기통별 상대 압력강하량을 전기통 평균과 비교하여 기통별 분사 보정팩터를 1차 조정하는, 분사 보정팩터 제1 조정 단계; 및
    상기 분사 보정팩터 제1 조정 단계에서 1차 조정된 분사 보정팩터의 전기통 평균을 1과 비교하여 기통별 분사 보정팩터를 2차 조정하는, 분사 보정팩터 제2 조정 단계;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 GDI 인젝터 정적유량 편차 보정 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 목표 압력강하량 산출 단계에서는 연료 압축식에 의해 얻어지는 연료분사량 당 압력강하량에 목표 연료분사량을 곱하여 기통별 목표 압력강하량을 산출하는 것을 특징으로 하는 GDI 인젝터 정적유량 편차 보정 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 상대 압력강하량 산출 단계에서는 기통별 감지된 압력강하량을 상기 목표 압력강하량 산출 단계에서 산출된 기통별 목표 압력강하량으로 나눈 값으로 정의되는 기통별 상대 압력강하량을 산출하는 것을 특징으로 하는 GDI 인젝터 정적유량 편차 보정 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 분사 보정팩터 제1 조정 단계에서는 상기 상대 압력강하량 산출 단계에서 산출된 기통별 상대 압력강하량을 전기통 평균과 비교하여 기통별 분사 보정팩터를 1차 조정하는 것을 특징으로 하는 GDI 인젝터 정적유량 편차 보정 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 분사 보정팩터 제2 조정 단계에서는 상기 분사 보정팩터 제1 조정 단계에서 1차 조정된 분사 보정팩터의 전기통 평균을 1과 비교하여 기통별 분사 보정팩터를 2차 조정하는 것을 특징으로 하는 GDI 인젝터 정적유량 편차 보정 방법.
  6. 기통별로 연료분사량를 보정하기 위해 사용되는 기통별 분사 보정팩터를 아래 식으로 정의되는 상대 압력강하량(ri)의 전기통 평균에 의한 기통 간 상대적인 값으로 1차 조정하고, 다시 전기통 평균이 1이 되도록 2차 조정함으로써, 기통 간 상대적인 연료분사량 보정이 가능하도록 한 GDI 인젝터 정적유량 편차 보정 방법.
    Figure pat00009
    ,
    여기서
    Figure pat00010
    는 연료 압력센서에 의해 기통별 감지된 압력강하량이고,
    Figure pat00011
    는 연료 압축식으로부터 산출된 기통별 목표 압력강하량이다.
  7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 따른 GDI 인젝터 정적유량 편차 보정 방법을 구현하기 위한 시스템으로서,
    상기 시스템은 EMS 상에서 인젝터 정적유량 편차 학습 조건 판단부, 연료 압력강하량 감지부, 및 인젝터 정적유량 편차 학습부를 포함하는 인젝터 정적유량 편차 보정 제어부로 구성되는 것을 특징으로 하는 GDI 인젝터 정적유량 편차 보정 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 인젝터 정적유량 편차 학습 조건 판단부는 인젝터 정적유량 편차 학습이 가능한 조건을 판단하여, 그 정보를 상기 연료 압력강하량 감지부 및 인젝터 정적유량 편차 학습부에 제공하는 것을 특징으로 하는 GDI 인젝터 정적유량 편차 보정 시스템.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 연료 압력강하량 감지부는 연료 압력센서로부터의 신호를 처리하여 기통별 압력강하량을 감지하고, 기통별 감지된 압력강하량을 상기 인젝터 정적유량 편차 학습부로 보내는 것을 특징으로 하는 GDI 인젝터 정적유량 편차 보정 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 인젝터 정적유량 편차 학습부는 상기 연료 압력강하량 감지부로부터 받은 기통별 감지된 압력강하량을 연료 압축식을 이용하여 계산된 기통별 목표 압력강하량으로 나누어 상대 압력강하량을 산출하고,
    산출된 상대 압력강하량의 전기통 평균에 의한 기통 간 상대적인 값으로 분사 보정팩터를 1차 조정한 후, 다시 전기통 평균이 1이 되도록 분사 보정팩터를 2차 조정함으로써, 인젝터 정적유량 편차를 학습하는 것을 특징으로 하는 GDI 인젝터 정적유량 편차 보정 시스템.
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