KR100305822B1 - Fuel injection method for direct injection gasoline engine - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A fuel injection method is provided to optimize a gasoline engine directly injecting fuel into a cylinder by controlling fuel injection timing without changing the shape of a piston and a combustion chamber. CONSTITUTION: A fuel injection method for a gasoline engine directly injecting fuel into a cylinder includes the steps of: determining a fuel injection amount and fuel injection timing according to operating information(S1,S2,S3); injecting first fuel into the cylinder by opening an injector for a predetermined time when the position of maximum speed of swirl passes the injector(S4); and injecting second fuel into the cylinder by opening the injector for a predetermined time after the position of maximum speed of swirl passes the injector(S5).

Description

직접 분사 가솔린 엔진의 연료 분사 방법Fuel injection method of direct injection gasoline engine

본 발명은 직접분사 가솔린 엔진에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료 분사를 실린더 내에 직접 분사하는 가솔린 엔진의 연로 분사 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a direct injection gasoline engine, and more particularly to a fuel injection method of a gasoline engine injecting fuel injection directly into the cylinder.

날로 심화되고 있는 지구 환경 문제로 유해 배출 가스가 적고, 연비가 좋은 자동차에 대한 요구가 점증되고 있다. 다양한 저연비 기술 중에서 비교적 적은 코스트로 큰 연비효과를 거둘 수 있는 것으로 평가되고 있는 희박연소 엔진 탑재 차량이 일본의 자동차 메이커를 중심으로 시판되고 있고, 최근에는 보다 더 적극적인 연비 저감 또는 냉시동시 배기가스 대책 기술로써 가솔린 연료를 실린더 내에 직접 분사하는 엔진 탑재 차량이 상용화되기에 이르렀다.Increasingly, due to the global environmental problems, there is a growing demand for automobiles with less harmful emissions and better fuel economy. Vehicles equipped with lean-burn engines, which are estimated to be able to achieve great fuel efficiency at a relatively low cost among various low fuel consumption technologies, are being marketed mainly by Japanese car makers, and recently, more aggressive fuel economy reduction or exhaust gas countermeasure technology during cold start As a result, engine-mounted vehicles that directly inject gasoline fuel into cylinders have become commercially available.

직접분사 가솔린 엔진은 분사된 연료의 벽류를 억제하고, 짧은 기간 내에 공기와의 혼합과 기화가 적정하게 이루어지도록 하기 위한 유동 및 분무 제어의 최적화가 무엇보다도 중요하다.Direct injection gasoline engines are of paramount importance for optimization of flow and spray control to suppress wall flow of injected fuel and to ensure proper mixing and vaporization with air within a short period of time.

이와 같은 종래의 직접분사 가솔린 엔진을 첨부된 도 5와 도 6을 참조하여 간략히 설명하면 다음과 같다.The conventional direct injection gasoline engine is briefly described with reference to FIGS. 5 and 6 as follows.

운행정보에 따라 결정된 연료 분사시기가 되면 인젝터(1)를 통해 일정한 각도(a)로 도 6에서와 같은 연료 분사시간(t) 동안 연료를 분사하고, 점화 플러그(2)에 의한 점화 시기까지 분사된 연료를 증발시켜 흡입 공기와 혼합시켜 적층화한 후, 혼합기가 연소되도록 하여 엔진을 구동한다.When the fuel injection timing determined according to the operation information is reached, the fuel is injected for the fuel injection time t as shown in FIG. 6 at a predetermined angle (a) through the injector 1, and the fuel is injected until the ignition timing by the spark plug 2. The evaporated fuel is evaporated, mixed with intake air, and laminated, and then the engine is driven by allowing the mixer to burn.

이러한 직접분사 가솔린 엔진은 엔진의 포트 형상 및 피스톤 볼(bowl)의 형상, 연료 분사시의 속도 분포에 따라 큰 영향을 받기 때문에 피스톤 볼의 형상 및 연소실 형상의 최적화가 필수적이다.Since the direct injection gasoline engine is greatly influenced by the shape of the port of the engine, the shape of the piston bowl, and the velocity distribution during fuel injection, optimization of the shape of the piston ball and the shape of the combustion chamber is essential.

그러나, 이와 같은 최적화를 위한 피스톤 및 연소실 형상 변경에는 많은 시간과 비용이 요구된다.However, changing the piston and combustion chamber geometry for this optimization requires a lot of time and money.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 그 목적은 피스톤 및 연소실의 형상 변경에 의하지 않고 연료 분사시기 조정을 통해 직접분사 가솔린 엔진을 최적화할 수 있는 연료 분사 방법을 제공하는 데 있다.The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a fuel injection method that can optimize the direct injection gasoline engine by adjusting the fuel injection timing without changing the shape of the piston and the combustion chamber.

도 1은 본 발명에 따른 일 실시예인 직접분사 가솔린 엔진의 연료 분사 방법을 설명하기 위한 연료 분사장치를 개략적으로 도시한 블록 구성도이고,1 is a block diagram schematically illustrating a fuel injector for explaining a fuel injection method of a direct injection gasoline engine according to an embodiment of the present invention;

도 2는 본 발명에 따른 일 실시예인 직접분사 가솔린 엔진의 연료 분사 방법을 개략적으로 도시한 동작 순서도이고,2 is an operation flowchart schematically showing a fuel injection method of an embodiment of a direct injection gasoline engine according to the present invention;

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 직접분사 가솔린 엔진의 연료 분사 방법에 의해 실제 연료 분사되는 상태를 도시한 동작 상태도이고,3 is an operating state diagram showing a state in which the actual fuel injection by the fuel injection method of the direct injection gasoline engine according to an embodiment of the present invention,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 직접분사 가솔린 엔진의 연료 분사 방법에서 인젝터를 구동하는 시기를 도시한 신호 파형도이고,4 is a signal waveform diagram illustrating a timing of driving an injector in a fuel injection method of a direct injection gasoline engine according to an embodiment of the present invention;

도 5는 일반적인 직접분사 가솔린 엔진의 실린더를 개략적으로 도시한 단면도이고,5 is a cross-sectional view schematically showing a cylinder of a general direct injection gasoline engine,

도 6은 종래의 방법에 따라 인젝터를 구동시키는 시기를 도시한 신호 파형도이다.Fig. 6 is a signal waveform diagram showing timing of driving an injector according to the conventional method.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 각종 운행정보에 따라 연료 분사량과 연료 분사 시기를 결정하는 단계와; 상기 단계에서 결정된 연료 분사 시기가 되면 인젝터를 일정 시간동안 개폐하여 적정량의 연료를 실린더 내로 1차 연료 분사하는 단계와; 상기 단계 이후 일정 시간이 경과하면 인젝터를 일정 시간동안 개폐하여 적정량의 연료를 실린더 내로 2차 연료 분사하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of determining the fuel injection amount and the fuel injection timing in accordance with various operation information; When the fuel injection timing determined in the step is reached, opening and closing the injector for a predetermined time to inject the appropriate amount of fuel into the cylinder; After a predetermined time has elapsed after the step, the injector is opened and closed for a predetermined time, characterized in that the step of injecting the appropriate amount of fuel into the cylinder secondary fuel.

상기 본 발명에서, 상기 1차 연료 분사 시기는 피스톤 볼에 의해 발생되는 스월의 최고 속도 위치가 인젝터를 지나는 시점으로 하는 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable that the first fuel injection timing is a time when the maximum speed position of the swirl generated by the piston ball passes the injector.

상기 본 발명에서, 상기 2차 연료 분사 시기는 피스톤 볼에 의해 발생되는 스월의 최고 속도 위치가 인젝터를 지난 후의 시점으로 하는 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable that the secondary fuel injection timing is a time point after the maximum speed position of the swirl generated by the piston ball passes the injector.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 다른 바람직한 일 실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, another preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 직접분사 가솔린 엔진의 연료 분사장치는 운행정보 검출부(10)와 ECU(20), 인젝터(30)로 이루어진다.As can be seen in Figure 1 the fuel injection device of the direct injection gasoline engine according to the present invention comprises a driving information detection unit 10, ECU 20, injector 30.

운행정보 검출부(10)는 차량 운행중 엔진 실린더로 흡입되는 공기량을 검출하여 그에 따른 소정의 신호를 출력하는 흡기량 검출부(11)와, 차량 운행중의 엔진 회전수를 검출하여 그에 따른 소정의 신호를 출력하는 엔진 회전수 검출부(12)와, 차량 운행중의 부하를 검출하여 그에 따른 소정의 신호를 출력하는 부하 검출부(13)와, 차량 운행중의 크랭크 각을 검출하여 그에 따른 소정의 신호를 출력하는 크랭크 각 센서(14) 등으로 이루어지며, 차량 운행중의 각종 운행정보를 검출하여 그에 따른 소정의 신호를 출력한다.The driving information detection unit 10 detects the amount of air sucked into the engine cylinder while the vehicle is running and outputs a predetermined signal accordingly, and detects the engine speed while the vehicle is running and outputs a predetermined signal accordingly. An engine rotation speed detection unit 12, a load detection unit 13 for detecting a load while driving the vehicle and outputting a predetermined signal, and a crank angle sensor for detecting a crank angle while driving the vehicle and outputting a predetermined signal accordingly. (14) and the like, and detects various driving information while driving the vehicle and outputs a predetermined signal accordingly.

ECU(20)는 운행정보 검출부(10)의 신호를 분석하여 연료 분사량을 결정하고, 연료 분사시기 등을 결정하여 엔진을 제어하기 위한 소정의 제어신호를 출력한다.The ECU 20 analyzes the signal of the driving information detector 10 to determine the fuel injection amount, determines the fuel injection time, and outputs a predetermined control signal for controlling the engine.

인젝터(30)는 ECU(20)의 제어신호에 따라 동작하여 엔진 실린더 내로 개폐된 시간 동안 일정량의 연료를 분사한다.The injector 30 operates in accordance with the control signal of the ECU 20 to inject a certain amount of fuel during the opening and closing time into the engine cylinder.

이와 같이 구성된 연료 분사장치를 참조하여 본 발명에 따른 일 실시예인 직접분사 가솔린 엔진의 연료 분사 방법을 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The fuel injection method of the direct injection gasoline engine according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

차량의 운행중 운행정보 검출부(10)의 흡기량 검출부(11)와 엔진 회전수 검출부(12), 부하 검출부(13), 크랭크 각 센서(14)에서 각각 흡입 공기량과 엔진 회전수, 차량에 걸리는 부하, 크랭크 각을 검출하여 그에 따른 소정의 신호를 출력하면(S1), ECU(20)는 검출된 흡입 공기량과 엔진 회전수, 부하 등의 운행정보에 따라 연료 분사량을 결정하고(S2), 검출된 크랭크 각에 따라 연료 분사시기를 결정한다(S3).Intake air amount, engine speed, load on the vehicle, respectively, by the intake air amount detection unit 11, the engine speed detection unit 12, the load detection unit 13, and the crank angle sensor 14 of the driving information detection unit 10 while the vehicle is running, When the crank angle is detected and a predetermined signal is output (S1), the ECU 20 determines the fuel injection amount according to the detected intake air amount, the engine speed, and the operation information such as the load (S2), and the detected crank The fuel injection timing is determined according to the angle (S3).

이후, 결정된 연료 분사시기가 되면 ECU(20)는 도 4에서와 같이 인젝터(30)를 1차 연료 분사시간(t1) 동안 개폐하여 적정량의 연료가 실린더 내에 분사되도록 한다(S4).Then, when the determined fuel injection timing is reached, the ECU 20 opens and closes the injector 30 for the first fuel injection time t1 as shown in FIG. 4 so that an appropriate amount of fuel is injected into the cylinder (S4).

그러면, 실린더 내에 1차 분사된 연료는 도 3a에서와 같이 피스톤 볼(PB)의 형상에 의해 와류되는 흡입 공기에 의해 실린더 내에서 혼합된다.Then, the fuel injected primarily into the cylinder is mixed in the cylinder by intake air vortexed by the shape of the piston ball PB as in FIG. 3A.

이때, 1차 연료 분사시기는 피스톤 볼(PB)의 형상에 의해 혼합기가 스월링(swirling)되는 최고 속도의 위치가 인젝터(30) 부위에 있을 때 연료 분사가 되도록 세팅된다.At this time, the primary fuel injection timing is set to be fuel injection when the position of the highest speed at which the mixer is swirled by the shape of the piston ball PB is in the injector 30.

이후, 일정 시간이 딜레이 되어 크랭크 각의 변위가 기준값 이상이 되면(S5), ECU(20)는 도 4에서와 같이 다시 인젝터(30)를 2차 연료 분사시간(t2) 동안 개폐하여 일정량의 연료가 실린더 내에 분사되도록 한다(S6).Thereafter, when a predetermined time is delayed and the displacement of the crank angle becomes equal to or greater than the reference value (S5), the ECU 20 opens and closes the injector 30 again for the second fuel injection time t2 as shown in FIG. Is injected into the cylinder (S6).

그러면, 실린더 내에 2차 분사된 연료는 1차 분사된 연료의 혼합 조건과는 다른 조건에 의해 실린더 내에서 흡입 공기와 혼합되어 실린더 내에는 혼합기가 성층화를 이룬다.Then, the fuel injected second in the cylinder is mixed with the intake air in the cylinder under conditions different from the mixing conditions of the fuel injected first, so that the mixer stratifies in the cylinder.

이때, 2차 연료 분사시기는 피스톤 볼(PB)의 형상에 의해 혼합기가 스월링(swirling)되는 최고 속도의 위치가 인젝터(30)를 지난 후에 연료가 분사되도록 딜레이 시간을 세팅한다.In this case, the secondary fuel injection timing sets a delay time such that fuel is injected after the injector 30 has a maximum speed position at which the mixer is swirled by the shape of the piston ball PB.

이와 같이 실린더 내에 분사된 연료가 성층화된 후, 점화시기가 되면 ECU(20)는 점화 장치를 통해 점화 플러그에서 불꽃 방전이 발생되도록 하여 성층화된 혼합기를 연소함으로써 엔진의 구동력을 얻는다.In this way, after the fuel injected into the cylinder is stratified, when the ignition timing comes, the ECU 20 obtains the driving force of the engine by burning the stratified mixer by generating a spark discharge from the spark plug through the ignition device.

이와 같이 본 발명은 스월의 최고 속도 위치가 인젝터를 지나는 시점에서 일정 시간동안 1차 연료 분사를 하고, 스월의 최고 속도 위치가 인젝터를 지난 후 일정 시간 동안 2차 연료 분사를 함으로써 피스톤 및 연소실의 형상을 변경하지 않고도 연료의 성층화를 쉽게 이룰 수 있으며, 그에 따라 피스톤 및 연소실의 형상 변경에 따른 시간과 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 연료 분사 시간의 조정에 의해 분사되는 연료량을 절감할 수 있다.As described above, the present invention forms the piston and the combustion chamber by performing the first fuel injection for a predetermined time when the highest speed position of the swirl passes the injector, and performing the second fuel injection for a predetermined time after the highest speed position of the swirl passes the injector. The stratification of the fuel can be easily achieved without changing the fuel consumption, thereby reducing the time and cost of changing the shape of the piston and the combustion chamber as well as reducing the amount of fuel injected by adjusting the fuel injection time.

Claims (1)

직접분사 가솔린 엔진에 있어서, 각종 운행정보에 따라 연료 분사량과 연료 분사 시기를 결정하는 단계와;A direct injection gasoline engine, comprising: determining a fuel injection amount and a fuel injection time according to various driving information; 상기 단계에서 피스톤 볼에 의해 발생되는 스월의 최고 속도 위치가 인젝터를 지나는 시점으로 하여 연료 분사 시기가 결정되면, 인젝터를 일정 시간동안 개폐하여 적정량의 연료를 실린더 내로 1차 연료 분사하는 단계와;In the step, when the fuel injection timing is determined by the time when the maximum speed position of the swirl generated by the piston ball passes the injector, opening and closing the injector for a predetermined time to inject the appropriate amount of fuel into the cylinder; 상기 단계 이후, 상기 피스톤 볼에 의해 발생되는 스월의 최고 속도 위치가 인젝터를 지난 후의 시점까지의 일정 시간이 경과하면, 인젝터를 일정 시간동안 개폐하여 적정량의 연료를 실린더 내로 2차 연료 분사하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 직접분사 가솔린 엔진의 연료 분사 방법.After the step, if a predetermined time until the maximum speed position of the swirl generated by the piston ball passes the injector has elapsed, opening and closing the injector for a predetermined time to inject the appropriate amount of fuel into the cylinder secondary fuel A fuel injection method for a direct injection gasoline engine, characterized in that made.
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