KR100399179B1 - 엔진의 연료분사방법 및 이를 위한 크랭크앵글 검출부 - Google Patents

Abstract

본 발명은 4기통엔진에 있어서 시동초기 기통별 분사를 위한 엔진의 연료분사방법 및 크랭크앵글 검출부에 관한 것으로, 종래에는 시동초기 엔진의 시동성 향상을 위해 동시분사를 수행하고 있는데, 이에 의하여 오염물질이 방출되는 문제점이 있었으며, 이는 크랭크앵글 검출에 따른 시동초기 기통의 신속한 판별이 곤란했기 때문이었다.

이에 본 발명은 예시도면 도 3 및 도 4 에서와 같이, 캠축의 구간분할이 소거부보다 적어도 1행정 전의 위치를 기준으로 하게 캠축(3)을 2구간으로 구분하고 이 구간을 타겟휠의 소거부(2)가 구분하는 2구간으로 다시 분할하여, 시동직후 상기 4구간에서 결정되어지는 해당기통에 분사가 수행되도록 한 것이다.

한편, 캠축의 구간분할인 돌출구간(10)과 감쇄구간(12)의 시점인 변환부(14)(16)의 검출시 엔진 제어부의 비휘발성메모리부에 저장된 크랭크앵글값으로부터 계산된 값과 변환부에 의한 값을 비교하여 이 비교치의 허용값인 오차범위의 포함여부를 판단하여 이로부터 독립분사와 그룹분사로 구분되어진 분사가 시동직후 수행되도록 한 것이다.

Description

엔진의 연료분사방법 및 이를 위한 크랭크앵글 검출부{Fuel Injection Method and Crank-Angle Sensing Unit for Engine}

본 발명은 엔진의 연로분사방법 및 크랭크앵글 검출부에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 4기통 엔진에 있어서 시동초기 행정에 따른 구간별로 기통의 판별을 가능케 하여 시동초기 이 기통에 적합한 분사수행을 가능하게 하는 엔진의 분사방법 및 크랭크 앵글 검출부에 관한 것이다.

일반적으로 가솔린엔진은 피스톤의 4행정에 대하여 크랭크축의 2회전이 이루어지는 4사이클 엔진이 주류를 이루고 있으며, 4기통 엔진의 크랭크암은 한평면상에 양단이 180도 각도를 가진 2방향으로 되어 있다.

이에 의해 4기통 엔진에서 1번기통과 4번기통이 상사점에 있을때, 2번기통과 3번기통이 하사점에 있게 된다.

따라서, 점화순서는 1-3-4-2의 기통순으로 이루어짐이 보통이며, 예시도면 도 1 에 멀티포인트 인젝션에서 각 기통의 점화순서에 연동되는 4기통 엔진의 작동행정이 도시되어 있다.

수직축은 각 기통순서에 따른 압축행정시의 상사점(TDC:Top Dead of Center)을 나타내며, 수평축은 상단으로부터 크랭크앵글센서로부터의 송출신호(CRK), 캠포지션센서로부터의 송출신호(CAM), 각 기통순서에 따른 분사시점을 나타내고 있다.

여기서, 크랭크앵글센서는 전자픽업 방식으로 도 2 a 에 도시된 바와 같이 치차형 자성체인 타켓휠(1)이 회전되어질 때, 자속의 크기변화에 의한 신호를 송출하게 되며, 타겟휠은 크랭크축과 동일축에 결합된 것이다.

상기 타겟휠(1)의 회전에 따른 주파수 형성에 의해 엔진회전수와 더불어 크랭크앵글의 검출이 이루어지며, 치차의 삭제된 부분이 제어의 기준신호송출부인 소거부(2)로서 1번기통 상사점에 못미치게 근접한 위치의 각도로 설정되어 있다.

이에 의해 송출되는 신호는 파형의 진행중 급격하게 하강된 소거부(2)를 형성하게 되는 것이며, 소거부(2)만을 간략화 한 것이 도 1 에 도시된 송출신호(CRK)인 것이다.

한편, 전기된 바와 같이 크랭크축에서 1,4번기통은 동일하게 배열되어 있으므로 크랭크앵글센서의 송출신호는 1,4번기통의 상사점을 동시에 검출하게된다.

즉, 1번기통의 상사점은 동시에 4번기통의 상사점이고, 이때 1번기통 상사점이 압축행정이라면, 4번기통은 배기행정시의 상사점이며, 4번기통 상사점이 압축행정이라면, 1번기통은 배기행정시의 상사점이 된다.

따라서, 크랭크앵글센서로는 1,4번 기통의 상사점 중에서 기준이 되는 압축행정시의 1번기통 상사점을 제어부(미도시)가 판별하기 곤란하며, 이를 판별하기 위해 캠포지션센서의 신호가 병용되어 크랭크앵글값의 검출부를 이루고 있다.

밸브계를 작동시키는 캠축은 크랭크축의 반회전이며, 여기에 장착된 캠포지션센서는 예시도면 도 2b 와 같은 구조로, 신호의 검출원리는 크랭크앵글센서와 동일하다.

캠축(3)의 돌출부(4)는 크랭크앵글센서 타켓휠의 치차삭제 부분인 소거부를 포함하는 위치, 즉 1번기통의 상사점에 근접한 위치에 형성된 것이며, 이에 의한 송출신호(CAM)가 도 1 에 도시된 것이다.

따라서, 캠포지션센서로부터의 송출신호에 의해 1번기통의 압축행정이 판별된 후, 크랭크앵글센서의 정밀한 신호에 의해 1-3-4-2의 기통순으로 전자제어분사가 수행되는 것이다.

한편, 전자제어로 수행되는 멀티포인트 인젝션 시스템에 있어서 분사시기의제어는 크게 독립분사, 그룹분사, 동시분사의 3가지 방식으로 구분되며, 독립분사는 각 기통별로 수행되는 분사이고, 그룹분사는 2개의 기통을 한조로 이루어지는 분사이며, 동시분사는 기통별 행정에 무관하게 모든기통에 동시에 분사하는 것을 말한다.

여기서, 동시분사는 도시된 바와 같이 시동초기에 수행되어지는 것으로, 이는 제어부가 센서로부터의 신호가 입력되기 전까지, 즉 1번기통의 신호가 입력되기 전까지 시동위치의 기통을 판별할 수 없음과 더불어, 1번기통의 판별 후 연료분사제어가 이루어지면 시동시간이 길어지기 때문이다.

수직축의 기통 상사점 사이에 중첩된 가로축 사이의 절단되어진 가로축은 흡기밸브의 개방시간을 나타내며, 도시된 바와 같이 시동이 발생하고 미소시간 후 동시분사가 수행되며, 다음으로 1번기통의 판별된 다음 1번기통의 흡기밸브가 개방되기 전에 독립분사가 수행되고, 그 이후로는 1-3-4-2의 순서에 따라 분사가 수행되는 것이다.

결과적으로, 시동초기에는 행정에 무관하게 모든기통에 동시분사를 수행하고 1번기통의 판별후에 독립분사를 수행시켜 시동성을 좋게 하고 있는 것이다.

그러나, 시동초기 상술된 동시분사에 의하여 오염물질이 방출되는 문제점이 있었다.

즉, 초기시동시 엔진이 웜-업되지 않은 상태에서는 배기가스 정화장치인 촉매의 활성화 온도가 형성되어 있지 않으므로, 배기가스가 충분히 정화되지 않은 상태로 배출되는데, 여기에 시동초기 동시분사에 의하여 미연소가스의 대기방출이 가중되었던 것이다.

도 1 로부터 좀더 상세히 설명하면, 도시된 시동위치에서의 분사는 흡기매니폴드에서의 분사도달 시간등을 고려할때, 흡기행정의 전단계인 팽창행정의 후반부 또는 배기행정의 전반부에 분사됨이 바람직한데, 이때의 해당기통은 4번기통이나 2번기통이다.

한편, 1번기통이 판별되기 전 1,3번기통은 흡입행정이 완료되었거나 흡입행정의 시작점이므로, 분사된 연료가 기통내에 완전히 흡입되어 있지 않고 흡기매니폴드에 잔여되어 진다.

이 후 1번기통이 판별되면 독립분사가 수행되어지는데, 1,3 기통은 전단계에서 분사된 곳에 다시 중첩되어 분사되고 이것이 기통내에 흡입되어지면 너무 농후한 혼합기가 형성되어지는 것이다.

이러한 이유로, 시동초기 배기가스의 방출이 과도해지는 것이며, 이는 종래에 있어서는 시동초기에 각 행정에 따른 기통의 판별이 곤란했기 때문이다.

이에 본 발명은 상기 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 시동초기 행정에 따른 구간별로 기통의 판별을 가능케 하여 시동초기 이 기통에 적합한 분사수행을 가능하게 하는 4기통엔진의 분사방법 및 크랭크앵글 검출부를 제공함에 그 목적이 있는 것이다.

이를 위한 본 발명은 캠축의 구간분할이 소거부보다 적어도 1행정 전의 위치를 기준으로 하도록 캠축을 2구간으로 구분하고 이 구간내에 타겟휠의 소거부가 구분하는 2구간으로 다시 분할하여, 시동직후 상기 4구간에서 결정되어지는 해당기통에 분사가 수행되도록 한 것이다.

여기서, 분할된 캠축의 구간검출을 위해 캠축에 타겟휠의 소거부를 포함하는 돌출부와 감쇄부를 형성하여 캠축의 1회전시 급격한 변환부를 갖는 돌출구간과 감쇄구간의 파형이 형성되도록 한 것이다.

도 1 은 종래 문제점을 설명하기 위한 작동행정의 연료분사 설명도,

도 2 a 는 크랭크앵글센서의 설명도,

도 2 b 는 종래 캠포지션센서의 설명도,

도 3 은 본 발명에 따른 작동행정의 연료분사 설명도,

도 4 는 본 발명에 따른 크랭크앵글 검출부의 설명도이다.

- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -

2 - 소거부, 3 - 캠축,

10 - 돌출구간, 12 - 감쇠구간,

14,16 - 변환부, 18 - 돌출부,

20 - 감쇄부, 22 - 단턱,

이하 첨부된 예시도면과 함께 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

예시도면 도 3 은 본 발명에 따른 분사방법을 나타낸 각 기통의 점화순서에 연동되는 4기통 엔진의 작동행정의 설명도이다. 도면을 참조하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.1번기통 압축행정 전의 신호인 타겟휠 소거부(2)의 검출신호보다 적어도 1행정 전방에, 캠축의 1회전을 절반하여 상기 소거부를 포함하는 돌출구간(10)과 감쇄구간(12)으로 양분하여 캠축의 1회전을 4구간으로 구분함 더불어, 제어부에 비휘발성메모부리부를 마련하여 시동정지 후 크랭축의 회전정지시 크랭크앵글값을 저장한다.

엔진의 시동과 동시에 상기 저장된 크랭크앵글값으로부터 크랭크앵글값을 계산하면서, 상기 돌출구간(10) 또는 감쇄구간(12)의 변환부(14)(16)가 검출되면 이 변환부(14)(16)를 시점으로 하는 해당 구간의 후반부에 결정되어진 해당기통으로 두개 기통 1조의 그룹 분사나 한개 기통의 독립 분사를 수행하도록 한다.

시동과 동시에 상기 저장된 크랭크앵글값으로부터 크랭크앵글값을 계산하면서, 상기 소거부(2)가 검출되면 상기 계산된 크랭크앵글값을 이 소거부(2)에 따라 결정된 크랭크앵글값으로 전환하면서 이 소거부(2)가 위치된 돌출구간(10) 또는 감쇄구간(12)으로부터 결정지어진 기준기통인 1번기통 또는 4번기통으로부터 독립분사를 수행하도록 한다.

여기서, 상기 변환부(14)(16) 검출에 따른 그룹분사 또는 독립분사는 제어부에 크랭크축 회전정지시 외부 조건에 의한 공회전에 따른 오차범위를 설정하고 상기 계산된 크랭크앵글값과 변화부에 대응되는 크랭크앵글값을 비교하여, 이 비교치가 오차범위에 포함되면 상기 변환부(14)(16)를 시점으로 하는 해당구간의 해당기통에 독립분사를 수행하고, 상기 비교치가 오차범위에 포함되지 않으면 해당기통과 더불어 그 후에 위치되는 기통까지 그룹분사를 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 예시도면 도 3 에서와 같이, 크랭크축의 2회전을 4구간으로 구분하여 엔진 기통의 행정이 구분되게 캠포지션센서 신호검출부인 캠축(3)의 외주부에 탄턱(22)으로 구분되어진 돌출부(18)와 감쇄부(20)가 형성됨과 더불어, 이 돌출부(18)와 감쇄부(20)는 캠포지션센서의 신호검출부 타겟휠의 소거부(2)에 의해 각각 구분되게 상기 돌출부(18)와 감쇄부(20)가 이루는 구간내에 소거부(2)가 위치되게 형성되어진 차량 엔진의 크랭크앵글 검출부이다.

상술된 바와 같이 본 발명은 캠축(3)의 1회전을 2구간으로 구분하고 이 구간을 소거부(2)가 구분하는 구간으로 다시 분할하여, 시동직후 상기 4구간에서 해당기통을 신속히 판별하여 분사가 수행되게 하는 방법을 제공한다.

캠축의 구간 분할은 소거부(2)보다 적어도 1행정 전의 위치를 기준으로 하며, 도시된 바와 같이 1기통을 기준으로 할때, 돌출구간의 시작점은 흡입행정임을 알 수 있다.

전기된 바와 같이 캠축(3)의 1회전은 크랭크축의 2회전 즉, 엔진의 1싸이클을 이루므로, 캠축(3)의 1회전이 절반되어지고 그 구간내부에 크랭크축의 1회전에 따른 소거부(2)가 위치되어지면, 어느 하나의 구간내에 1번기통의 소거부(2)가 위치되고, 다른 하나의 구간내에 4번기통의 소거부(2)가 위치되어짐을 의미한다.

이에 의해 본 발명에서는 구간의 변환부(14)(16)가 검출하는 2가지 종류의 신호와 각 소거부(2)가 검출하는 2개의 신호에 의해 구분되어지는 4구간에서 기통의 판별이 수행되어진다.

4구간을 판별할 수 있음이라 함은 어느 기통의 흡입,압축,팽창,배기의 4구간을 판별할 수 있음을 의미하고 이에 의해 시동직후 해당 기통으로 분사가 수행될 수 있는 것이다.

이것은 캠포지션센서로부터의 신호 입력 후 독립분사가 시작되는 종래의 것과 비교할 때 본 발명은 캠포지션센서의 신호와 타겟휠의 신호를 연동시켜 이에 의해 구분되는 4구역에서의 기통판별이라는 큰 차이를 보이게 되는 것이며, 시동이 발생하고 미소시간 후 동시분사가 수행되는 종래의 것과 비교할 때 분사시작 시점에서도 별다른 차이가 없는 것이다.

이러한 4구간에 따른 본 발명의 분사를 구분하여 설명하면, 먼저 A, B, C, D는 시동시작점을 나타내고, 1번기통의 소거부(2)가 돌출구간(10)내에 위치되어진 것을 나타낸다.

A점에서 시동이 시작되면 시작점이 감쇄구간(12)에 위치되어져 있고, 곧이어 돌출구간으로의 변환부(14)가 검출된다.

여기서, 변환부(14)를 검출하기 전까지 제어부는 크랭크앵글을 판단하기 위해 시동정지 후 저장된 크랭크앵글값을 불러와 타겟휠의 회전에 따른 크랭크앵글값을 계산한다.

상기 저장된 크랭크앵글값은 비휘발성메모리부에 저장된 값으로, 시동정지후 크랭크축이 완전정지되기 까지 지연시간을 두고 크랭크축이 완전정지된 다음 저장된 값이다.

이를 위해 엔진의 제어부에는 지연시간동안 크랭크앵글값을 검출하기 위한 전원공급의 타이머를 설치하여야 할 것이다.

상기 변환부(14)의 검출에 의해 돌출구간(10)의 시작이 판단되며, 변환부(14)도 크랭크앵글에 대응되므로, 제어부는 설정된 오차범위(미도시)와 계산된 값을 비교하여 독립분사 또는 그룹분사를 수행한다.

여기서, 제어부에 오차범위가 설정되어야 함은 차량의 정지후에도 외부조건에 의해 크랭크축이 회전되는 경우가 있으며, 이에 의해 상기 지연시간 후 저장된 크랭크앵글값이 달라지기 때문이다.

따라서, 실험적으로 정하여진 소정의 오차범위를 제어부에 설정하여 상기 계산된 크랭크앵글값과 변환부(14)로부터의 크랭크앵글값을 비교한 다음 이것의 포함여부를 판단한 것이다.

상기 비교치가 오차범위에 포함되어 있다면, 상기 돌출구간에 의해 결정지어진 해당기통으로 독립분사가 수행된다.

돌출구간(10)에는 도시된 바와 같이 3번기통과 4번기통의 흡입행정이 결정되어 있음을 알 수 있고, 시동직후 분사는 분사도달거리를 고려하여 흡입행정 전단계인 팽창행정의 후반부 또는 배기행정의 전반부에 분사됨이 바람직하다.

따라서, 변환부(14)의 검출시 4번기통에 연료가 분사됨이 바람직함을 알 수 있으며, 변환부(14)검출과 더불어 4번기통의 독립분사가 수행되는 것이다.

한편, 상기 비교치가 오차범위에 포함되어 있지 않으면, 이것은 크랭크축이 어떤 이유로 공회전 되었다는 것을 의미하므로, 상기 4번기통과 더불어 그 후에 연속되어 분사가 수행될 2번기통까지 그룹분사를 수행하는 것이며, 2번기통 까지의 분사에 의한 4,2 그룹분사표시가 점선의 폐구간 영역으로 도시되어 있다.

B점에서 시동이 시작되면 시작점이 돌출구간(10)에 위치되어져 있고, 곧이어 타겟휠의 소거부(2)가 검출된다.

전기된 바와 같이 1번기통의 소거부(2)가 돌출구간(10)내에 위치되게 결정되어 있으므로, 1번기통의 소거부(2) 신호에 따라 종래의 독립분사와 마찬가지의 분사가 수행되며, 배기행정 후반부의 2번기통에 독립분사가 수행되는 것이다.

한편, 상기 소거부(2)는 타겟휠에 따른 정밀한 크랭크앵글값이므로, 이 소거부(2)가 검출됨과 동시에 상기 계산된 크랭크앵글값은 이 소거부(2)의 검출값으로 대치되어야 함이 바람직하며, 상기 소거부(2)가 검출되면 이 소거부(2)를 시작점으로 종래와 마찬가지의 분사가 수행되는 것이다.

C점은 상기 돌출구간(10)에서 소거부를 지난 곳에 시동이 시작되고 있는데, 시동직후 돌출구간에서 감쇄구간(12)로의 변환부(16)가 검출되고, 이 변환부(16)가 시작되는 감쇄구간(12)은 1번기통의 흡입행정이 후반부에 결정되어 있어 1번기통의독립분사가 수행되는 것이 바람직하고, 이것은 상기된 A 시동점과 마찬가지여서 계산된 크랭크앵글값과 변환부(16)에 의한 크랭크앵글값을 비교하여 1번기통의 독립분사 또는 1,3번기통의 그룹분사가 수행된다.

D점에서의 시동은 감쇄구간(12)에서의 시작으로 시동직후 소거부(2)가 검출되며, 감쇄구간(12)에서의 소거부(2)는 4번기통의 소거부이다.

이에 의해 4번기통을 기준으로 하는 3번기통의 독립분사가 B점에서의 시동과 마찬가지로 수행되어지며, 본 발명에서는 결과적으로 시동직후 크랭크앵글이 어떤 위치에 있더라도 상기 4구간에 따라 각 구간에 적합한 각 기통이 선별되어 독립분사가 수행되는 것이다.

상술된 바와 같이 본 발명에 따르면, 캠축의 구간을 분할하고 이 구간내에 타겟휠의 소거부가 포함되도록 하여 구간분할에 따른 변환부와 소거부가 구분하는 4구간에서 분사시기가 결정되는 해당기통이 판별되어, 시동초기 이 기통에 독립분사가 수행됨으로써, 시동초기에 배기가스의 배출이 억제되는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 엔진 캠축의 1회전을 절반하여 타켓휠 소거부(2)를 포함하는 돌출구간(10)과 감쇄구간(12)으로 구분하여 캠축의 1회전을 4구간으로 구분하고, 상기 돌출구간(10) 또는 감쇄구간(12)의 변환부(14)(16)가 검출되면 해당기통으로 두개기통 1조의 그룹분사나 한개기통의 독립분사를 수행하는 엔진의 연료분사방법에 있어서,

   상기 변환부(14)(16) 검출에 따른 그룹분사 또는 독립분사는 제어부에 크랭크축 회전정지시 외부 조건에 의한 공회전에 따른 오차범위를 설정하고 상기 계산된 크랭크앵글값과 변화부에 대응되는 크랭크앵글값을 비교하여, 이 비교치가 오차범위에 포함되면 상기 변환부(14)(16)를 시점으로 하는 해당구간의 해당기통에 독립분사를 수행하고, 상기 비교치가 오차범위에 포함되지 않으면 해당기통과 더불어 그 후에 위치되는 기통까지 그룹분사를 수행하는 것을 특징으로 하는 엔진의 연료분사방법.
2. 삭제
3. 크랭크축의 2회전을 4구간으로 구분하여 엔진 기통의 행정이 구분되게 캠포지션센서 신호검출부인 캠축(3)의 외주부에 탄턱(22)으로 구분되어진 돌출부(18)와 감쇄부(20)가 형성됨과 더불어, 이 돌출부(18)와 감쇄부(20)는 캠포지션센서의 신호검출부 타겟휠의 소거부(2)에 의해 각각 구분되게 상기 돌출부(18)와 감쇄부(20)가 이루는 구간내에 소거부(2)가 위치되게 형성되어진 차량 엔진의 크랭크앵글 검출부.