KR100435698B1 - 연료 분사 제어 방법 및 그 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료 분사장치에 관한 것으로서, 본 발명에 의한 연료 분사 제어시스템은
복수개의 인젝터가 연결되는 연료 레일;
연료를 압축하여 상기 연료 레일로 공급하는 연료 펌프;
상기 연료 펌프와 상기 연료 레일 사이에 배치되는 체크밸브;
상기 연료 펌프의 출력부로부터 상기 연료 펌프의 입력부로 바이패스되는 연료통로에 설치되며, 상기 연료통로를 선택적으로 개방 또는 폐쇄하는 연료 콘트롤 밸브; 및
상기 연료 레일 내부의 연료압력이 최적 연료압력이 되도록 연료 분사시기, 연료 분사량 및 상기 연료 콘트롤 밸브의 지연시간에 관한 데이터에 기초하여 상기 연료 콘트롤 밸브의 개방 또는 폐쇄를 선택적으로 제어하는 콘트롤러
를 포함한다.

Description

연료 분사 제어 방법 및 그 시스템{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING FUEL INJECTION}
본 발명은 연료 분사압력 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고압 펌프의 출력단 압력을 제어하여 엔진의 불필요한 동력손실을 줄이기위한 연료 분사압력 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 압축착화 방식의 엔진에는 연료의 분사압력을 제어하기 위한 시스템이 구비되어 있다.
도3에 나타난 바와 같이, 종래기술에 의한 연료 분사 제어 시스템은 복수개의 인젝터(105)가 연결되어 있는 연료 레일(103), 연료펌프의 연료를 고압으로 압축하여 연료레일(103)로 압송하는 고압펌프(101), 연료 레일(103) 내의 연료의 압력을 검출하기 위한 연료압력센서(109) 및 연료 레일(13)의 일측에 설치되어 연료압력을 제어하기 위한 압력 콘트롤 밸브(17)를 포함한다.
연료압력센서(109)로부터 검출되는 연료 레일(103) 내의 연료압력을 입력받은 전자제어유닛(ECU, 미도시)은 입력받은 연료압력이 기설정된 압력에 도달하게 되면 압력 콘트롤 밸브(107)로 연료 레일 내의 연료의 일부를 고압펌프(101) 측으로 리턴시키라는 연료 리턴 신호를 발생한다.
연료 리턴 신호를 입력받은 압력 콘트롤 밸브(107)가 연료 레일(103) 내의 연료의 일부를 고압펌프(101)로 리턴시킴으로써, 인젝터(105)를 통하여 공급되는 연료의 압력이 조절되게 된다.
상기와 같은 압력 콘트롤 밸브(107)를 사용하는 연료 분사압력 제어 시스템은 인젝터(105)로 분사되는 연료의 양에 관계없이 고압펌프(101)가 계속하여 연료를 고압으로 압송하고, 압력 콘트롤 밸브(107)가 압송된 연료의 일부를 리턴시키는 순환을 반복하게 되므로, 고압펌프(101)의 출력단에는 항상 높은 부하가 걸리게 된다. 그 결과, 고압펌프(101)의 구동으로 인한 엔진 동력 손실이 크게 증가하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 연료레일로 고압의 연료를 공급하는 연료펌프의 출력단 압력을 운전상황에 맞게 제어하여, 연료펌프의 불필요한 구동에 따른 엔진 동력 손실과 연비 악화방지를 실현하는 분사압력 조절용 연료 분사 제어 시스템 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 연료 분사 제어 시스템의 구성도이다.
도2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 연료 분사 제어방법을 보여주는 순서도이다.
도3은 종래기술에 의한 연료 분사 제어 시스템의 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 엔진회전수센서 20 : 엔진부하센서
30 : 전자제어유닛 40 : 연료레일
42 : 압력센서 52 : 연료펌프
54 : 연료콘트롤밸브 56 : 체크밸브
본 발명의 바람직한 실시예에 의한 연료 분사 제어 시스템은
복수개의 인젝터가 연결되는 연료 레일;
연료를 압축하여 상기 연료 레일로 공급하는 연료 펌프;
상기 연료 펌프와 상기 연료 레일 사이에 배치되는 체크밸브;
상기 연료 펌프의 출력부로부터 상기 연료 펌프의 입력부로 바이패스되는 연료통로에 설치되며, 상기 연료통로를 선택적으로 개방 또는 폐쇄하는 연료 콘트롤 밸브; 및
상기 연료 레일 내부의 연료압력이 최적 연료압력이 되도록 연료 분사시기, 연료 분사량 및 상기 연료 콘트롤 밸브의 지연시간에 관한 데이터에 기초하여 상기 연료 콘트롤 밸브의 개방 또는 폐쇄를 선택적으로 제어하는 콘트롤러
를 포함한다.
상기 연료 레일 내부의 연료압력은 상기 연료 레일의 일측에 설치된 연료압력센서에 의해 검출되어 상기 콘트롤러로 입력되는 것이 바람직하며, 상기 최적 연료압력은 엔진회전수 및 엔진부하에 기초하여 상기 콘트롤러에 의해 산출되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 의한 연료 분사 제어방법은
연료를 압축하는 연료펌프, 상기 연료펌프의 출력부와 입력부를 연통하는 연료통로 상에 설치되며 상기 연료통로를 선택적으로 온/오프 시켜 연료 분사압력을 조절하는 연료압 콘트롤 밸브를 포함하는 연료 분사시스템을 이용하는 연료 분사 제어방법에 있어서,
엔진 작동 조건을 모니터링하는 단계;
상기 모니터링된 엔진 작동 조건을 이용하여 최적 연료 분사압력을 결정하는 단계;
연료 레일 내부의 연료압력이 상기 최적 연료 분사압력이 되도록 연료 분사시기, 연료 분사량 및 연료압 콘트롤 밸브의 지연시간을 고려하여 상기 연료압 콘트롤 밸브의 온/오프 시기 및 온/오프 지속시간을 결정하는 단계; 및
상기 결정된 온/오프 시기 및 온/오프 지속시간에 따라 상기 콘트롤 밸브를 선택적으로 온/오프 시키는 단계
를 포함한다.
상기 엔진 작동 조건은 엔진회전수 및 엔진부하 중 어느 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하며, 상기 연료레일 내부의 연료압력은 상기 연료레일의 일측에 설치된 연료압력센서에 의해 검출되는 것이 바람직하다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료 분사 압력 제어 시스템 및 그 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료 분사 압력 제어 시스템을 개략적으로 도시한 블럭도이다.
본 발명에 따른 연료 분사 압력 제어 시스템은 엔진회전수를 검출하기 위한 엔진 회전수 센서(10)와 엔진부하를 검출하기 위한 엔진부하센서(20)를 포함한다.
연료 분사 압력을 제어하는 전자제어유닛(이하, ECU(30)라 한다)은 엔진회전수센서(10)와 엔진부하센서(20)에서 검출된 엔진회전수와 엔진부하를 이용하여 최적 연료압력을 산출한다.
이때, 엔진부하센서(20)는 엔진으로 유입되는 공기량을 검출하는 공기 유량 센서(air flow sensor), 또는 흡입다기관 내의 압력을 검출하는 흡입다기관 압력센서(intake manifold pressure sensor)가 될 수 있다.
고압연료펌프(52)는 연료탱크(71)로부터 공급되는 연료를 고압으로 압축하여 연료레일(40)로 공급한다.
한편, 고압연료펌프(52)에서 압축된 연료의 일부를 고압연료펌프(52)의 출력단에서 입력단으로 바이패스 시키는 통로에 연료 콘트롤 밸브(54)가 설치되는데, 상기 연료 콘트롤 밸브(54)는 온/오프 솔레노이드 밸브가 바람직하다. 연료 콘트롤 밸브(54)는 ECU(30)의 제어신호에 따라 온 또는 오프 상태로 작동하게 된다.
연료 콘트롤 밸브(54)가 온(개방)되면, 고압연료펌프(52)의 연료의 일부가 입력단으로 바이패스 되므로, 고압연료펌프(52)에서 출력되는 연료의 압력이 결과적으로 낮아지게 되어 고압연료펌프(52)를 구동하는데 소요되는 에너지가 감소되게 된다. 반면에, 연료 콘트롤 밸브(54)가 오프(폐쇄)되면, 고압연료펌프(52)의 연료가 모두 연료레일(40)로 공급되게 된다.
즉, 연료 콘트롤 밸브(54)는 고압펌프(52)에서 압축된 연료가 체크밸브(56)를 거쳐 연료레일(40)에 공급되기 전에 고압펌프(52)의 출력단에서 제어될 수 있도록 한다.
연료 레일(40)에는 연료 레일(40) 내부의 연료를 엔진 실린더로 공급하기 위한 복수개의 인젝터(60)가 연결된다. 도1에는 4개의 인젝터(60)가 도시되어 있으나, 반드시 여기에 한정되지는 아니한다.
한편, 연료 레일(40)의 일측에는 연료 레일(40) 내부의 연료압력을 검출하기 위한 압력센서(42)가 장착되며, 압력센서(42)에 의해 검출된 연료압력은 ECU(30)로 입력된다.
ECU(30)는 산출된 최적 연료압력과 상기 압력센서(42)에서 검출되어 입력된 현재 연료압력을 비교한 후, 현재 연료압력이 상기 최적 연료압력이 되도록 연료 콘트롤 밸브(54)를 제어한다.
이때, ECU(30)는 연료 분사시기, 연료 분사량 및 연료 콘트롤 밸브(54)의 지연시간에 대한 정보를 이용하여 현재 연료압력이 최적 연료압력이 되도록 연료 콘트롤 밸브(54)를 제어한다.
연료 분사시기 및 연료 분사량에 따라서 연료레일(40) 내의 연료압력이 변동될 것이므로, 이를 고려하여 연료압력을 제어하는 것이다.
또한, 연료 콘트롤 밸브(54)의 지연시간을 고려하여 보다 정확한 연료압력 제어를 수행할 수 있게 된다.
ECU(30)가 연료 분사시기, 연료 분사량 및 연료 콘트롤 밸브의 지연시간에 대한 정보를 이용하여 연료 콘트롤 밸브(54)의 온/오프 시기 및 온/오프 지속시간을 결정하여, 이에 해당하는 신호를 연료 콘트롤 밸브(54)로 전송하여 연료 콘트롤 밸브(54)의 온/오프를 제어함으로써 연료압력을 제어하게 되는 것이다.
연료 콘트롤 밸브(54)의 온/오프 작동에 따라 고압펌프(52)에서 체크밸브(56)으로 공급되는 연료에 의하여 체크밸브(56)의 개폐 양정이 변하게 된다. 체크밸브(56)의 양정변화에 따라 고압펌프(52)의 출력단 연료압력이 변하게 된다.
즉, 연료 콘트롤 밸브(54)가 오픈되면 체크밸브(56)의 양정이 작아지고, 고압펌프(52) 출력단의 연료압력이 낮아지게 된다. 반대로, 연료 콘트롤 밸브(54)가 클로즈 되면 체크밸브(56)의 양정이 커지고, 고압펌프(52) 출력단의 연료압력이 커지게 된다.
상기와 같은 연료 분사 압력 조절 시스템에 의해 수행되는 연료 분사 압력 제어방법을 도2를 참고로 하여 설명한다.
먼저, ECU(30)는 엔진회전수센서(10)로부터 입력된 엔진회전수와 엔진부하센서(20)로부터 입력된 엔진부하를 이용하여 최적 연료압력을 결정한다(S310 및 S315).
바람직하게는, 상기 ECU(30)는 내부에 저장된 맵(map)을 이용하여 현재의 엔진회전수와 엔진부하에서의 최적 연료압력을 결정하게 된다.
그리고 나서, ECU(30)는 압력센서(42)에 의해 검출되어 입력된 연료레일(40) 내부의 현재 연료압력을 입력받는다(S320).
현재의 연료압력이 최적 연료압력에 접근되도록 연료 콘트롤 밸브(54) 제어량을 산출한다. 즉, 연료 콘트롤 밸브의 온/오프 시기 및 온/오프 지속시간을 산출한다.
이때, 연료 분사시기, 연료 분사량 및 연료 콘트롤 밸브의 지연시간을 고려하여 연료 콘트롤 밸브(54)의 온/오프 시기 및 온/오프 지속시간을 결정하고, 그에 해당하는 신호를 생성하여 상기 연료 콘트롤 밸브(54)로 전송하여, 연료 콘트롤 밸브를 제어한다(S325 및 S330).
연료 콘트롤 밸브(54)가 ECU(30)에서 산출된 온/오프 시기 및 온/오프 지속시간에 의해 제어됨으로써, 연료압력에 제어된다.
ECU(30)가 연료압력을 낮추어야 한다고 판단한 경우에는, 연료 콘트롤 밸브(54)를 오픈(온) 상태로 제어한다.
연료 콘트롤 밸브(54)가 오픈 됨에 따라 체크밸브(56)의 양정이 작아지면서, 고압펌프(52) 출력단의 연료압력이 낮아진다.
반면, ECU(30)가 연료 분사압을 높여야 한다고 판단한 경우에는, 연료 콘트롤 밸브(54)를 클로즈(오프) 상태로 제어한다.
연료 콘트롤 밸브(54)가 클로즈 됨에 따라 체크밸브(56)의 양정이 커지면서, 고압펌프(52) 출력단의 연료압력이 커지게 된다.
한편, 시동초기에는 상기 고압연료펌프(52)가 연료레일(40)로 연료를 공급하기 위한 충분한 압력을 생성하지 못하므로, 상기 연료 콘트롤 밸브(54)를 완전히 클로즈하여 연료탱크(71)에 일체로 형성된 저압펌프(73)에 의해 연료레일(40)로 연료가 공급되도록 한다.
이때, 엔진회전수가 기설정된 회전수 미만이면 시동초기인 것으로 판단할 수 있는데, 일예로는 상기 기설정된 엔진회전수는 50rpm이 될 수 있다.
엔진 시동초기인 것으로 판단되면, 상기 연료 콘트롤 밸브(54)를 기설정된 시간동안 완전히 클로즈하여 저압펌프(73)에 의해 연료가 연료레일(40)로 공급되도록 한다.
본 발명에 의한 연료 분사 압력 제어 시스템은 연료 콘트롤 밸브와 체크밸브를 구비하고, 이 연료 콘트롤 밸브를 전자제어유닛이 엔진의 운전조건에 따라 오픈 또는 클로즈 상태로 제어하여 연료 펌프의 연료 압력을 조절함으로써, 고압펌프가 항상 일정한 연료를 펌핑하고 상기 압축된 연료의 일부를 바이패스 시키는 종래 기술과는 달리, 연료펌프에서 연료가 필요 이상으로 압축되는 것을 미리 방지함으로써 연료펌프 구동에 따른 엔진의 동력 손실 및 연비 악화를 방지할 수 있게 된다.

Claims (9)

  1. 복수개의 인젝터가 연결되는 연료레일;
    연료를 압축하여 상기 연료레일로 공급하는 고압연료펌프;
    상기 고압연료펌프와 상기 연료레일 사이에 배치되며, 연료가 상기 고압연료펌프로부터 상기 연료레일로 흐르게 하는 체크밸브;
    상기 고압연료펌프의 출력부로부터 상기 고압연료펌프의 입력부로 바이패스되는 연료통로에 설치되며, 상기 연료통로를 선택적으로 개방 또는 폐쇄하는 연료압 콘트롤 밸브; 및
    상기 연료레일 내부의 연료압력이 현재 엔진작동조건에서 최적 연료압력이 되도록 연료 분사시기, 연료 분사량 및 상기 연료압 콘트롤 밸브의 지연시간에 관한 데이터에 기초하여 상기 연료압 콘트롤 밸브를 제어하는 콘트롤러
    를 포함하는 연료 분사 제어 시스템.
  2. 제1항에서, 상기 연료레일 내부의 연료압력은 상기 연료레일의 일측에 설치된 연료압력센서에 의해 검출되어 상기 콘트롤러로 입력되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 제어 시스템.
  3. 제1항에서, 상기 최적 연료압력은 엔진회전수와 엔진부하에 기초하여 상기 콘트롤러에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 제어 시스템.
  4. 연료를 압축하는 연료펌프, 상기 연료펌프의 출력부와 입력부를 연통하는 연료통로 상에 설치되며 상기 연료통로를 선택적으로 온/오프 시켜 연료 분사압력을 조절하는 연료압 콘트롤 밸브 및 상기 연료압 콘트롤 밸브를 제어하여 연료압을 제어하는 제어부를 포함하는 연료 분사시스템을 이용하는 연료 분사 제어방법에 있어서,
    엔진 작동조건 변수를 모니터링하는 단계;
    상기 모니터링된 엔진 작동조건 변수를 기초로 최적 연료 분사압력을 결정하는 단계;
    연료 레일 내부의 연료압력이 상기 최적 연료 분사압력에 근접하도록 상기 연료압 콘트롤 밸브의 온/오프 시기 및 온/오프 지속시간을 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 온/오프 시기 및 온/오프 지속시간에 따라 상기 콘트롤 밸브를 온/오프 시키는 단계
    를 포함하는 연료 분사압 제어방법.
  5. 제4항에서, 상기 연료 콘트롤 밸브의 온/오프 시기 및 온/오프 지속시간은 연료 분사시기, 연료 분사량 및 연료압 콘트롤 밸브의 지연시간을 기초로 하여 결정되는 것을 특징으로 하는 연료 분사압 제어방법.
  6. 제4항에서, 상기 엔진 작동 조건은 엔진회전수와 엔진부하를 포함하는 것을특징으로 하는 연료 분사압 제어방법.
  7. 제4항에서, 상기 연료레일 내부의 연료압력은 상기 연료레일의 일측에 설치된 연료압력센서에 의해 검출되는 것을 특징으로 하는 연료 분사압 제어방법.
  8. 제4항에서,
    엔진 시동초기인지를 판단하는 단계; 및
    엔진 시동초기인 것으로 판단되는 경우에, 연료압 콘트롤 밸브를 기설정된 시간동안 오프 상태로 유지하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 분사압 제어방법.
  9. 제8항에서,
    엔진 시동초기 여부 판단은 엔진 회전수에 기초하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료 분사압 제어방법.
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