KR100476198B1 - 디젤 커먼 레일 분사 시스템의 후분사 연료량 제어방법 - Google Patents

디젤 커먼 레일 분사 시스템의 후분사 연료량 제어방법 Download PDF

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Abstract

디젤 커먼 레일 분사 시스템에서 정화 시스템(촉매장치)의 활성화 및 재생을 위한 후분사 연료량의 산출 및 분사 유지시간의 제어를 위한 것이다.
본 발명은 시동 온 상태에서 현재의 엔진 속도와 현재 엔진의 연료량으로부터 기본 배출가스의 질량을 산출하는 과정과, 상기 산출된 기본 배출가스 질량에 냉각수온 및 대기압에 따른 경험값(가중치 펙터)을 곱 연산하여 현재 배출되고 있는 배출가스의 질량을 추정하는 과정과, 상기 추정된 배출가스의 질량에 엔진 속도 및 현재 엔진 연료량에 대한 배출가스 단위 질량당 필요 연료량을 곱 연산하여 후 분사 기본 연료량을 결정하는 과정과, 냉각수온, 흡입 공기량, 촉매온도의 변수에 따른 요구 보정값을 곱 연산하여 최종적인 후분사 요구량을 결정하는 과정 및 상기 결정된 후분사량에 따라 솔레노이드 밸브의 지속시간을 계산하여 연료분사를 제어하는 과정을 포함한다.

Description

디젤 커먼 레일 분사 시스템의 후분사 연료량 제어방법{METHOD FOR CONTROLLING POST INJECTION OF COMMON RAIL INJECTION SYSTEM IN DIESEL VEHICLE}
본 발명은 디젤 커먼 레일 분사 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 정화 시스템(촉매장치)의 활성화 및 재생을 위한 후분사 연료량의 산출 및 분사 유지시간의 제어를 위한 디젤 커먼 레일 분사 시스템의 후분사량 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 디젤 엔진은 연료의 경제성이 가솔린 기관에 비해 매우 우수하여 다양한 분야에 응용되어 사용되고 있으며, 현재에서 RV 차량 및 승용차에 탑재되어 그 활용범위가 급격히 확대되고 있다.
디젤 엔진을 승용차에 적용하기 위해서는 소형화와 고속화가 수반되어야 하나, 소형화되고 고속으로 운전될수록 연료와 공기가 혼합되는 시간과 공간이 감소하게 되어 유동장과 분무장의 최적화에 많은 어려움이 수반된다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 전자화와 고압화 기술을 연료 분사계에 적용시켜 연료의 미립화와 분사의 적절한 시기 및 분사량의 제어가 이루어지는 커먼 레일 분사 시스템이 제공되고 있다.
커먼 레일 분사 시스템은 기존의 캠 구동 방식에 의한 저압 분사에 비하여 고압 분사를 제공하며, 분사시기의 조정이 정밀하게 제어되어 연비를 향상시키고 배기가스를 안정화시킨다.
상기 커먼 레일 분사 시스템의 분사 방식은 파일롯 분사(Pilot Injection)와 주분사(Main Injection) 및 후분사(Post Injection)로 이루어지는데, 파일롯 분사는 주분사가 이루어지기 전에 연료를 분사하여 주분사 연료의 연소가 잘 이루어지도록 하며 직접 분사에 따른 소음 발생의 억제와 배출가스의 저감 및 연소 안정화를 도모하고, 주분사는 엔진의 실질적인 출력을 발생시키기 위한 것으로 엔진 토오크, 엔진 회전수, 냉각수온, 흡기온도, 대기압 등의 조건에 따라 분사량이 결정된다.
또한, 후분사는 주분사에 후행하는 분사로서, 팽창행정 또는 배기행정 중인 ATDC 200°까지의 기간 동안에 산출된 연료량을 배기가스측에 분사하는 것이다.
이 후분사는 파일롯 분사나 주분사와는 다르게 분사된 연료가 실린더내에서 연소되는 대신에 배기가스 잔류열에 의해 증발되어 EGR 시스템을 통해 연소실로 재순환되어 파일롯 분사의 역할을 수행시키며, 가솔린 엔진에 비하여 디젤 엔진은 배출가스의 온도가 낮아 정화시스템(촉매장치)내 촉매의 저온 활성화에 한계가 있는 정화시스템(촉매장치)내 촉매의 활성화를 유도시켜 질소산화물(NOx) 및 탄화수소(HC) 계열의 배출가스 발생을 억제하여 준다.
상기와 같이 정화시스템의 활성화를 위한 후분사의 경우 별도의 분사장치(인젝터)를 장착하거나 SCR에서 사용하는 우레아(Urea) 분사를 이용하며, 엔진 동작 상태 및 촉매 온도에 따라 분사량이 결정되는데, 우레아 분사를 위한 SCR을 적용하는 경우 장착에 따른 고가의 비용 부담이 증가되고, 별도의 분사장치 장착에 따른 복잡성으로 현실적으로 적용에 많은 문제점을 갖고 있으며, 정화한 후분사량의 결정이 제어되지 않아 연비 악화 및 배출가스의 다량 배출로 배기가스 규제를 만족시키지 못하는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 디젤 커먼 레일 분사 시스템에서 엔진 상태에 따라 배출 가스량을 추정하여 후분사 기본 요구 연료량을 산출한 다음 촉매의 활성화에 따라 연료량을 보정하여 최적의 후분사 연료량을 산출하여 후분사 지속시간을 제어하도록 함으로써 안정된 촉매 활성화 및 재생으로 배출가스를 안정화시키도록 한 것이다.
또한, 본 발명은 기본적인 연료 분사장치를 통한 후분사의 수행으로 시스템의 단순화와 원가 절감을 도모하도록 한 것이다.
상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 시동 온 상태에서 현재의 엔진 속도와 현재 엔진의 연료량으로부터 기본 배출가스의 질량을 산출하는 과정과; 상기 산출된 기본 배출가스 질량에 냉각수온 및 대기압에 따른 경험값(가중치 펙터)을 곱 연산하여 현재 배출되고 있는 배출가스의 질량을 추정하는 과정과; 상기 추정된 배출가스의 질량에 엔진 속도 및 현재 엔진 연료량에 대한 배출가스 단위 질량당 필요 연료량을 곱 연산하여 후 분사 기본 연료량을 결정하는 과정과; 냉각수온, 흡입 공기량, 촉매온도의 변수에 따른 요구 보정값을 곱 연산하여 최종적인 후분사 요구량을 결정하는 과정 및; 상기 결정된 후분사량에 따라 솔레노이드 밸브의 지속시간을 계산하여 연료분사를 제어하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 커먼 레일 분사 시스템의 후분사량 제어방법을 제공한다.
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이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 디젤 커먼 레일 분사 시스템의 후분사량 제어장치는, 압력 검출부(10)와 엔진 회전수 검출부(20), 냉각수온 검출부(30), 대기압 검출부(40), 촉매온도 검출부(50), 흡입 공기량 검출부(60), 제어부(70) 및 인젝터(80)로 이루어지는데, 압력 검출부(10)는 피에조 압전 소자로 이루어지며 커먼 레일내의 압력을 검출하여 제어부(70)측에 연료량 분사시기 조정을 위한 정보로 제공한다.
엔진 회전수 검출부(20)는 크랭크 위치 센서로서 마그네틱 픽업 센서로 이루어지며, 크랭크 샤프트의 회전수를 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(70)측에 제공한다.
냉각수온 검출부(30)는 냉각수온 센서로, 엔진 및 라디에이터를 순환하는 냉각수의 온도를 검출하여 제어부(70)측에 수온에 따른 연료량 증감 보정을 위한 정보로 제공한다.
대기압 검출부(40)는 대기압 센서로 흡기 매니폴더 입구측에 설치되어, 흡기 매니폴더 입구의 기압 정보로부터 운행되는 지역의 대기압을 검출하여 제어부(70)측에 연료량 보정을 위한 정보로 제공한다.
촉매온도 검출부(50)는 촉매의 전단에 설치되는 온도센서로, 배출가스에 의해 활성화되는 촉매장치의 온도를 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(70)측에 제공한다.흡입 공기량 검출부(60)는 흡입 공기량 센서로, 연료량 산출을 위하여 흡기 매니폴더로 유입되는 공기량을 측정하여 그에 대한 정보를 제어부(70)측에 제공한다.
삭제
제어부(70)는 상기 검출되는 각 정보를 분석하여 연료량을 산출하여 분사시기를 조정하며, 정화시스템(촉매장치)의 활성화 및 재생을 위해 엔진 상태에 따라 배출가스량을 추정하고, 이 추정된 값에 냉각수온 및 대기압을 감안하여 후분사의 기본 요구 연료량을 추정하며, 이 추정된 값에 촉매 활성화에 필요한 연료량을 보정값으로 추가하여 후분사 요구 연료량을 산출한 후 커먼 레일내의 연료 압력을 감안하여 후분사 지속시간을 결정 인젝터(80)의 구동시간을 제어한다.
인젝터(80)는 상기 제어부(70)에서 인가되는 제어신호에 따라 설정된 시간 동안 개폐되어 파일롯 분사와 주분사 및 후분사 시에 각각의 연소실에 산출된 연료량의 분사를 수행한다.
전술한 바와 같은 기능을 포함하는 본 발명에 따른 디젤 커먼 레일 분사 시스템에서 파일롯 분사와 주분사에 대한 동작은 통상적인 동작과 동일내지 유사하므로, 이에 대한 동작 설명은 생략하고, 후분사량 제어를 수행하는 동작에 대하여 도 2와 함께 설명하면 다음과 같다.커먼 레일 분사 시스템을 갖는 디젤 차량에서 제어부(70)에 검출되는 커먼 레일내의 압력, 엔진 속도, 냉각수의 온도, 대기압, 흡입 공기량 등의 엔진 상태정보에 따라 최적의 상태로 주분사가 이루어지고 있는 상태에서 정화시스템(촉매장치)의 활성화 또는 재생을 위하여 제어부(70)는 현재 조건에서의 커먼 레일내 압력, 엔진 속도, 냉각수의 온도, 대기압, 흡입 공기량 등의 엔진 상태정보를 검출한다(S101).
삭제
이후, 제어부(70)는 설정된 알고리즘을 통해 검출되는 현재의 엔진 속도와 현재의 엔진 조건에서의 연료량을 엔진대상 시험을 통해 설정한 2차원 맵테이블을 통해 분석하여 기본 배출가스 질량을 추출하고(S102), 이 추출된 기본 배출가스 질량에 냉각수의 온도와 대기압에 따른 보정치를 감안한 연산으로 배출가스의 추정 질량을 결정한다(S103).
상기와 같이 배출가스의 추정 질량이 결정되면 현재의 엔진 속도와 현재의 엔진 조건에서의 연료량을 엔진대상 시험을 통해 설정한 2차원 맵테이블을 통해 배출가스 단위 질량당 필요한 연료량을 추출한 다음 상기에서 결정된 배출가스 추정질량과 연산하여 후분사시의 기본 요구 연료량을 결정한다(S104).
상기와 같이 후분사시의 기본 요구 연료량이 결정되면 촉매 센서로부터 촉매의 온도가 검출되는지를 판단한다(S105).
상기 S105에서 촉매 센서가 장착되어 있어 온도의 검출이 있는 경우 검출되는 촉매 온도를 설정된 테이블을 통해 분석하여 촉매 온도에 따른 보정을 수행하고(S107), 촉매 온도 센서가 장착되어 있지 않아 촉매 온도가 검출되지 않는 경우 엔진 속도, 연료량 등의 엔진 상태에 따라 정화시스템(촉매장치)내의 촉매온도를 계산하여 가정된 촉매온도를 검출한 다음(S106) 가정된 촉매 온도에 따라 보정한다(S107).
상기에서 촉매 온도에 따른 보정이 적용되면 이 값에 현재의 흡입 공기량에 대한 보정치를 추가하여(S108) 실질적인 후분사 요구량을 추출한다(S109).
상기에서 실질적인 후분사 요구량이 산출되면 커먼 레일의 압력을 감안하여 이에 대한 지속시간을 결정한 다음(S110) 인젝터(80)의 구동 제어를 통해 산출된 후분사량을 각 연소실의 팽창행정 또는 배기행정에 분사하여 준다(S111).상기한 설명에 대하여 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.현재의 엔진 속도와 현재의 엔진 연료량에 따라 '1' 지점에서 현재 상태에서 배출되고 있는 기본 배출가스의 질량이 계산되고, 이 값에 냉각수온에 따른 경험값(0 ~ 1의 가중치 펙터)이 '2'지점에서 곱 연산되고, '3'지점에서 대기압에 따른 경험값(0 ~ 1의 가중치 펙터)를 곱연산되어 현재 배출되고 있는 배기가스의 질량이 추정된다.현재 배출가스 질량에 입자상 물질 정화장치나 DeNox 촉매 등의 재생을 위해 배기온도를 높이기 위한 배출가스 단위 질량당 필요한 연료량을 엔진 속도 및 현재 엔진 연료량에서 경험식 2차 테이블 값에서 산출하여 '4'지점에서 상기 추정된 배기가스 질량에 곱하여 현재 필요한 후분사 기본 연료량을 산출한다.상기 산출된 후분사 기본 연료량은 촉매온도 및 흡입 공기량에 따라 필요한 연료량이 변동될 수 있으므로, 이에 대한 조정을 위해 촉매온도(센서 또는 모델값 선택) 및 흡입 공기량에 따른 1차원 테이블 값을 통해 추출되는 요구량 보정값을 적용하여 최종적인 후분사 요구량이 계산된다.연료량은 솔레노이드 밸브 제어의 지속시간으로 제어되므로 레일 압력에 따른 2차원 테이블에서 최종적으로 지속시간을 계산하여 후 분사를 제어하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 커먼 레일 분사 시스템을 갖는 디젤 엔진에서 정화 시스템(촉매장치)의 활성화 또는 재생을 위한 후분사량의 결정이 하드웨어의 추기없이 간단한 제어로직으로 처리되어 시스템의 신뢰성이 제공되고, 별도의 분사장치 없이 후분사가 수행됨으로써 생산원가가 절감된다.
도 1은 본 발명에 따른 디젤 커먼 레일 분사 시스템의 후분사 연료량 제어장치에 대한 구성 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 디젤 커먼 레일 분사 시스템에서 후분사 연료량 제어수행에 대한 흐름도.도 3은 본 발명에 따른 디젤 커먼 레일 분사 시스템에서 후분사 연료량 제어에 대한 계통 흐름도.

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 시동 온 상태에서 현재의 엔진 속도와 현재 엔진의 연료량으로부터 기본 배출가스의 질량을 산출하는 과정과;
    상기 산출된 기본 배출가스 질량에 냉각수온 및 대기압에 따른 경험값(가중치 펙터)을 곱 연산하여 현재 배출되고 있는 배출가스의 질량을 추정하는 과정과;
    상기 추정된 배출가스의 질량에 엔진 속도 및 현재 엔진 연료량에 대한 배출가스 단위 질량당 필요 연료량을 곱 연산하여 후 분사 기본 연료량을 결정하는 과정과;
    냉각수온, 흡입 공기량, 촉매온도의 변수에 따른 요구 보정값을 곱 연산하여 최종적인 후분사 요구량을 결정하는 과정 및;
    상기 결정된 후분사량에 따라 솔레노이드 밸브의 지속시간을 계산하여 연료분사를 제어하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 커먼 레일 분사 시스템의 후분사량 제어방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제3항에 있어서,
    상기 후분사 요구량 결정에서 냉각수온의 보정이 적용되지 않는 경우 엔진 상태에 따른 촉매 온도를 계산하여 촉매 온도에 따른 보정을 적용하는 것을 특징으로 하는 디젤 커먼 레일 분사 시스템의 후분사량 제어방법.
  7. 제3항에 있어서,
    상기에서 후분사 지속시간은 결정된 후분사 요구량에 커먼 레일내의 압력을 감안하여 결정하는 것을 특징으로 하는 디젤 커먼 레일 분사 시스템의 후분사량 제어방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 촉매 온도에 따른 보정은 촉매 진단 온도 센서가 장착되는 경우 온도 센서값을 설정된 테이블을 통해 분석하여 보정을 수행하는 것을 특징으로 하는 디젤 커먼 레일 분사 시스템의 후분사량 제어방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 촉매 온도에 따른 보정은 촉매 진단 온도 센서가 없는 경우 엔진 속도, 연료량에서 환산한 가정된 촉매 온도를 이용하여 보정하는 것을 특징으로 하는 디젤 커먼 레일 분사 시스템의 후분사량 제어방법.
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