KR101180800B1

KR101180800B1 - 커먼레일 연료분사 시스템의 인젝터 연료누출 진단 방법

Info

Publication number: KR101180800B1
Application number: KR1020060125254A
Authority: KR
Inventors: 이재연
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2006-12-11
Filing date: 2006-12-11
Publication date: 2012-09-10
Also published as: KR20080053553A

Abstract

본 발명은 디젤 엔진에 장착되는 커먼레일 연료분사 시스템의 인젝터 연료누출 진단 방법에 관한 것으로서, 인젝터 연료누출의 진단 주기가 도래한 경우에 주행 후 IG Off(엔진 정지) 순간 고압펌프 내 인렛 미터링 밸브 및 레귤레이터 밸브와 인젝터 내 컨트롤 밸브를 소정 시간 동안 모두 닫아주고, 레일 압력 센서의 신호를 토대로 레일 압 변화량(강하량)을 모니터링하여 상기 시간 동안에 레일 압의 초기값 대비 일정 수준 이상의 레일 압 강하가 발생하는 경우에 연료누출로 판정하도록 구성됨으로써, 정확하고 신속한 인젝터 연료누출의 진단이 가능해지는 인젝터 연료누출 진단 방법에 관한 것이다.

디젤 엔진, 인젝터, 커먼레일, 연료누출, 진단. 레일 압 변화량

Description

커먼레일 연료분사 시스템의 인젝터 연료누출 진단 방법 {Method for diagnosing injector fuel leakage of common rail fuel injection system}

도 1은 통상의 커먼레일 연료분사 시스템을 도시한 개략도,

도 2는 커먼레일 연료분사 시스템에서 사용되는 인젝터의 내부구성을 도시한 개략도,

도 3은 본 발명에 따른 인젝터 연료누출 진단 방법을 나타내는 순서도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 연료탱크 3 : 고압펌프

4 : 커먼레일 5 : ECU

6 : 레일 압력 센서 7 : 레귤레이터 밸브

8 : 인렛 미터링 밸브 10 : 인젝터

11 : 컨트롤 밸브

본 발명은 디젤 엔진에 장착되는 커먼레일 연료분사 시스템의 인젝터 연료누출 진단 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인젝터 연료누출의 진단 주기가 도래한 경우에 주행 후 IG Off(엔진 정지) 순간 고압펌프 내 인렛 미터링 밸브 및 레귤레이터 밸브와 인젝터 내 컨트롤 밸브를 소정 시간 동안 모두 닫아주고, 레일 압력 센서의 신호를 토대로 레일 압 변화량(강하량)을 모니터링하여 상기 시간 동안에 레일 압의 초기값 대비 일정 수준 이상의 레일 압 강하가 발생하는 경우에 연료누출로 판정하도록 구성됨으로써, 정확하고 신속한 인젝터 연료누출의 진단이 가능해지는 인젝터 연료누출 진단 방법에 관한 것이다.

주지된 바와 같이, 커먼레일(common rail) 연료분사 시스템은 연료탱크의 연료를 고압펌프에 의해 펌핑하여 커먼레일이라 불리우는 고압 유지 분배파이프에 충전시켜 두고, ECU에 의해 상기 커먼레일에 연결된 각 연소실용의 인젝터가 작동되면서 커먼레일로부터 해당 연소실로 고압의 연료분사가 이루어질 수 있도록 구성된 연료분사 시스템이며, 디젤 엔진에 장착된다.

첨부한 도 1은 통상의 커먼레일 연료분사 시스템을 도시한 개략도이고, 도 2는 커먼레일 연료분사 시스템에서 사용되는 인젝터의 내부구성을 도시한 개략도로서, 이를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

우선, 고압의 연료가 충전되는 커먼레일(4)이 구비되고, 이 커먼레일(4)에는 연소실 수에 따라 복수개의 연소실용 인젝터(10)가 연결된다.

상기 커먼레일(4)은 엔진 운전시에 연료탱크(1)로부터 고압펌프(High Pressure Pump, HP Pump)(3)에 의해 펌핑된 연료가 고압상태로 충전되며, 각 인젝 터(10)가 오픈될 경우 커먼레일(4)에 고압상태로 충전된 연료가 상기 인젝터(10)를 통해 해당 연소실 내로 고압 분사되게 된다.

또한 연료탱크(1) 내에 저장된 연료는 필터(2)를 통해 고압펌프(3)로 펌핑된 뒤 커먼레일(4)로 공급되는데, 이때 커먼레일(4)에 고압상태의 연료가 충전될 수 있도록 고압펌프(3)는 연료를 압축하여 공급하는 역할을 하게 된다.

그리고, ECU(5)는 커먼레일(4)에 구비된 레일 압력 센서(6)로부터 커먼레일(4) 내 연료의 압력상태를 나타내는 신호를 입력받아, 이를 토대로 고압펌프 유닛 내의 레귤레이터 밸브(7)(Regulator Valve)의 개폐를 제어하여 커먼레일(4) 내 연료의 압력상태를 피드백 제어하게 된다.

또한 ECU(5)는 미리 정해진 인젝터 구동 펄스(drive pulse) 대 연료분사량의 관계로부터 인젝터(10)에 공급되는 전기신호의 타이밍(timing) 및 듀레이션(duration)을 제어하여, 즉 인젝터(10) 내 컨트롤 밸브(Control Valve)(도 2에서 도면부호 11임)를 적기에 개폐함으로써 연료분사 시기 및 분사량을 조절하게 된다.

상기 고압펌프 유닛 내의 인렛 미터링 밸브(Inlet Metering Valve)(8)는 분사연료량의 요구값에 비해 과도한 연료량이 고압펌프(3) 내로 유입되지 않게 함으로써 펌프의 불필요한 일을 방지하도록 하기 위해 설치된다.

한편, 주행시간 누적에 의해 엔진이 노화되거나 또는 인젝터(10) 내 금속성 불순물이 유입되는 경우에는 주로 인젝터(10)의 노즐 니들(13)과 노즐 바디(14) 사이, 컨트롤 밸브(11)와 밸브 바디(12) 사이의 접촉면 부위에 마모가 생겨 노즐 구멍을 통해 제어되지 않은 연료가 연소실 내로 분사되게 된다.

이와 같이 제어되지 않은 연료가 인젝터(10)를 통해 해당 연소실 내로 분사되는 인젝터 연료누출(injector fuel leakage) 현상이 발생하면 시간이 경과함에 따라 커먼레일(4)의 압력은 떨어지게 된다.

현재, 인젝터의 구동 중에 MDP(Minimum Drive Pulse) 학습에 의한 보정값이 음(negative)의 부호를 가지며, 그 절대값이 클 경우 인젝터에 연료누출이 있는 것으로 판별하고 있다.

이는 연료누출량만큼 연료량을 보상하기 위해 인젝터 별로 구동 펄스의 네거티브 보정을 하기 때문이나, 이러한 보정은 전체 연료량의 보정을 위한 것으로 미제어 연료분사에 대한 방지나 보정은 불가하며, 현재 보정값이 -150㎲ 이하이면 학습을 더 이상 진행하지 않고 인젝터 이상(fault) 모드로 들어간다.

그러나, 단지 학습 불량에 의한 결과로 인젝터가 정상인 경우이거나 또는 반대로 이미 연료누출이 상당히 진행된 인젝터가 발생할 수 있어 정확도/신속도 측면에서 개선이 요구된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 인젝터 연료누출의 진단 주기가 도래한 경우에 주행 후 IG Off(엔진 정지) 순간 고압펌프 내 인렛 미터링 밸브 및 레귤레이터 밸브와 인젝터 내 컨트롤 밸브를 소정 시간 동안 모두 닫아주고, 레일 압력 센서의 신호를 토대로 레일 압 변화량(강하량)을 모니터링하여 상기 시간 동안에 레일 압의 초기값 대비 일정 수준 이상의 레 일 압 강하가 발생하는 경우에 연료누출로 판정하도록 구성됨으로써, 정확하고 신속한 인젝터 연료누출의 진단이 가능해지는 인젝터 연료누출 진단 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, (a) 운전자가 엔진 정지를 위해 시동키를 오프(IG Off) 조작하는 경우 시동 오프 입력에 따라 ECU가 인젝터 연료누출의 진단 주기가 도래했는지 여부를 판단하는 단계와; (b) 상기 ECU가 미리 설정된 시간 동안 고압펌프 내 인렛 미터링 밸브 및 레귤레이터 밸브와 인젝터 내 컨트롤 밸브를 모두 닫아주고, 상기 설정 시간 경과 후 레일 압력 센서의 신호로부터 레일 압 강하가 소정량을 초과하여 발생한 것으로 판단되면 인젝터 연료누출로 판정하는 단계;를 포함하는 커먼레일 연료분사 시스템의 인젝터 연료누출 진단 방법을 제공한다.

바람직하게는, 상기 (a) 단계에서, 이전의 인젝터 연료누출 진단이 있은 이후에 차량의 주행거리가 미리 설정된 기준거리 이상인 경우 연료누출의 진단 주기가 도래한 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 (b) 단계에서, 상기 설정 시간 경과 후 레일 압력 센서의 신호로부터 레일 압 강하량이 초기값에 대한 설정비를 초과할 경우 인젝터 연료누출로 판정하는 것을 특징으로 한다.

또한 인젝터 연료누출로 판정하면 이후 시동 온(IG On) 시에 엔진 경고등을 점등시키고, 엔진 정지 모드로 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 인젝터 연료누출로 판정하면 고압펌프 정지상태에서 레귤레이터 밸브를 완전히 개방하여 레일 압을 0bar로 유지하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 커먼레일 연료분사 시스템의 인젝터 연료누출 진단 방법에 관한 것으로서, 레일 압력 센서를 통해 레일 내 연료압력 변화량(강하량)을 모니터링 함으로써 인젝터의 스테틱 연료누출(static fuel leakage)을 판별하는 진단 방법에 관한 것이다.

운전자가 운전 중에 엔진을 정지시키기 위해 시동키를 오프 조작(IG Off)하면 ECU는 제일 먼저 연료분사를 중지시키나, 그 사이에 분사된 연료의 연소 및 고압펌프를 포함한 엔진의 각 무빙 부품(moving parts)의 관성으로 인해 실제 엔진이 정지하기까지는 일정 시간의 지연이 있게 된다.

그리고, 엔진 운전 중에는 커먼레일 내 압력이 약 230bar 이상 형성되는데, 엔진 오프시에는 상기한 일련의 지연시간 동안에 인렛 미터링 밸브와 컨트롤 밸브를 닫고(인젝터 내 컨트롤 밸브는 노멀 클로즈(normal colse) 타입이므로 전류가 흐르지 않으면 닫힘), 레일 압력 센서의 신호로부터 레귤레이터 밸브를 피드백 제어하면, 커먼레일 내에는 약 150 ~ 200bar의 레일 압력을 형성할 수 있다.

그 순간 레귤레이터 밸브마저 닫으면, 정상 인젝터의 경우 인렛 미터링 밸브 의 출구로부터 인젝터의 노즐니들부 사이(도 2의 붉은 실선 부분)에 레일 압력이 일정하게 유지되는 반면, 만약 인젝터에 연료누출이 있게 되면 시간이 경과함에 따라 커먼레일 내 연료압력은 떨어지게 된다.

본 발명은 이러한 원리를 이용하는 것으로, 인젝터 연료누출의 진단 주기가 도래한 경우에서 주행 후 IG Off(엔진 정지) 순간 상기 3종류의 밸브, 즉 고압펌프 내 인렛 미터링 밸브 및 레귤레이터 밸브와 인젝터 내 컨트롤 밸브를 모두 닫아주고 커먼레일 연료분사 시스템에 구비되어 있는 레일 압력 센서를 통해 커먼레일 내 연료압력 변화량(강하량)을 모니터링함으로써 인젝터 스테틱 연료누출을 판별하도록 구성된다.

첨부한 도 3은 본 발명에 따른 인젝터 연료누출 진단 방법을 나타내는 순서도로서, 이를 참조하여 본 발명에 따른 연료누출 진단 과정에 대해 상세히 설명하기로 한다(각 구성요소에 대해서는 도 1을 참조).

우선, 주행 중(IG On) 상태에서는 레일 압력 센서(6)의 신호를 토대로 고압펌프(3) 내 레귤레이터 밸브(7)의 개도량을 제어하여, 레일 내 연료압력(이하, 레일 압이라 칭함)이 미리 설정된 정상 범위(대략, 아이들 레일 압 230bar에서 1600bar 사이) 이내가 되도록 조절된다.

이후, 운전자가 엔진 정지를 위해 시동키를 오프(IG Off) 조작, 즉 'ACC On' 위치로 조작하는 경우에 시동 오프 입력에 따라 ECU(5)가 인젝터 연료누출의 진단 주기가 도래했는지 여부를 판단하게 된다.

이때, ECU(5)는 가장 최근의 인젝터 연료누출 진단이 있은 이후에 차량이 미 리 설정된 기준거리 이상 주행했는지 여부를 판단하게 되며, 주행거리가 기준거리 이상인 경우에만 이후 과정인 연료누출 진단을 실시하게 된다.

우선, ECU(5)는 시동 오프(IG Off) 입력에 따른 엔진 정지상태, 즉 고압펌프 구동 정지 및 연료분사 정지상태가 되면, 레일 압력 센서(6)의 신호를 토대로 고압펌프(3) 내 레귤레이터 밸브(7)를 조절하여 시동 오프(IG Off) 순간의 아이들 레일 압 230bar로부터 상기 아이들 레일 압 미만의 미리 설정된 압력 범위, 예컨대 150 ~ 200bar 이내로 레일 압을 제어하게 된다.

이후, 미리 설정된 시간 동안, 예컨대 5초 동안 고압펌프(3) 내 인렛 미터링 밸브(8) 및 레귤레이터 밸브(7)와 인젝터(10) 내 컨트롤 밸브(11)를 모두 닫아주고, 5초 경과 후 레일 압력 센서(6)의 신호를 토대로 레일 압 강하량이 초기값에 대한 설정비, 예컨대 초기값의 10%를 초과하는지 여부를 판단하게 된다.

여기서, ECU(5)는 5초 경과 후의 레일 압 강하량이 초기값의 10%를 초과할 경우에 인젝터 연료누출로 최종 판정하게 되고, 다음 시동 온(IG On)시에 엔진 경고등을 점등시키게 된다.

또한 ECU(5)는 연료누출로 최종 판정한 경우에 고압펌프(구동 정지상태임) 내 레귤레이터 밸브(7)를 오픈하여 레일 압을 0bar로 조절하고, 일반 엔진정지 모드로 진입한 상태로 진단 로직을 최종 종료하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 커먼레일 연료분사 시스템의 연 료누출 진단 방법에 의하면, 인젝터 연료누출의 진단 주기가 도래한 경우에 주행 후 IG Off(엔진 정지) 순간 고압펌프 내 인렛 미터링 밸브 및 레귤레이터 밸브와 인젝터 내 컨트롤 밸브를 소정 시간 동안 모두 닫아주고, 레일 압력 센서의 신호를 토대로 레일 압 변화량(강하량)을 모니터링하여 상기 시간 동안에 레일 압의 초기값 대비 일정 수준 이상의 레일 압 강하가 발생하는 경우에 연료누출로 판정하도록 구성됨으로써, 정확하고 신속한 인젝터 연료누출의 진단이 가능해지는 효과가 있게 된다.

Claims

(a) 운전자가 엔진 정지를 위해 시동키를 오프(IG Off) 조작하는 경우 시동 오프 입력에 따라 ECU가 인젝터 연료누출의 진단 주기가 도래했는지 여부를 판단하는 단계와;

(b) 상기 ECU가 미리 설정된 시간 동안 고압펌프 내 인렛 미터링 밸브 및 레귤레이터 밸브와 인젝터 내 컨트롤 밸브를 모두 닫아주고, 상기 설정 시간 경과 후 레일 압력 센서의 신호로부터 레일 압 강하가 소정량을 초과하여 발생한 것으로 판단되면 인젝터 연료누출로 판정하는 단계;

를 포함하는 커먼레일 연료분사 시스템의 인젝터 연료누출 진단 방법.
청구항 1에 있어서,

상기 (a) 단계에서, 이전의 인젝터 연료누출 진단이 있은 이후에 차량의 주행거리가 미리 설정된 기준거리 이상인 경우 연료누출의 진단 주기가 도래한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 커먼레일 연료분사 시스템의 인젝터 연료누출 진단 방법.
청구항 1에 있어서,

상기 (b) 단계에서, 상기 설정 시간 경과 후 레일 압력 센서의 신호로부터 레일 압 강하량이 초기값에 대한 설정비를 초과할 경우 인젝터 연료누출로 판정하는 것을 특징으로 하는 커먼레일 연료분사 시스템의 인젝터 연료누출 진단 방법.
청구항 1에 있어서,

인젝터 연료누출로 판정하면 이후 시동 온(IG On) 시에 엔진 경고등을 점등시키고, 엔진 정지 모드로 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 커먼레일 연료분사 시스템의 인젝터 연료누출 진단 방법.
청구항 4에 있어서,

인젝터 연료누출로 판정하면 고압펌프 정지상태에서 레귤레이터 밸브를 완전히 개방하여 레일 압을 0bar로 유지하는 것을 특징으로 하는 커먼 레일 연료분사 시스템의 인젝터 연료누출 진단 방법.