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KR101566741B1 - 후분사 시기를 보정하는 방법 - Google Patents

후분사 시기를 보정하는 방법 Download PDF

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KR101566741B1
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 후분사 시기를 보정하는 방법은 실린더 안으로 흡입된 공기를 이용하여 연소를 수행하기 위해서 주분사를 수행하는 단계, 환원제의 양을 제어하거나 배기가스의 온도를 변화시키기 위해서 상기 주분사 이후에 후분사를 수행하는 단계, 엔진의 운행조건에 따라서 상기 후분사의 제1분사시기를 결정하는 단계, 상기 후분사의 연소효율에 따라서 상기 제1분사시기를 진각 또는 지각시키는 단계, 및 보정된 상기 제1분사시기에 상기 후분사를 수행하는 단계를 수행할 수 있다.

Description

후분사 시기를 보정하는 방법{METHOD FOR COMPENSATING POST INJECTIION TIMING}
본 발명은 정화 시스템(촉매장치)이 활성화되는 시간을 줄이고 및 질소산화물을 저감시키는 LNT에 환원제를 효율적으로 공급하기 위해서 후분사 시기를 보정하는 방법에 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 확대되고 있다.
디젤 엔진을 승용차에 적용하기 위해서는 소형화와 고속화가 수반되어야 하나, 소형화되고 고속으로 운전될수록 연료와 공기가 혼합되는 시간과 공간이 감소하게 되어 최적화에 많은 어려움이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 전자화와 고압화 기술을 연료 분사계에 적용시켜 연료미립화, 분사시기 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), 주분사(Main Injection), 및 후분사(Post Injection)를 포함한다.
상기 파일롯 분사는 주분사가 이루어지기 전에 연료를 분사하여 주분사 연료의 연소가 잘 이루어지도록 하며 직접 분사에 따른 소음 발생의 억제와 배출가스의 저감 및 연소 안정화를 도모하다.
상기 주분사는 엔진의 실질적인 출력을 발생시키기 위한 것으로 엔진 토오크, 엔진 회전수, 냉각수온, 흡기온도, 대기압 등의 조건에 따라 분사량이 결정된다.
또한, 상기 후분사는 주분사에 후행하는 분사로서, 팽창행정 또는 배기행정 중인 ATDC 200도 까지의 기간 동안에 산출된 연료량을 배기가스 측에 분사하는 것이다.
상기 후분사는 파일롯 분사나 주분사와 다르게 배기가스 잔류열에 의해 증발되어 EGR 시스템을 통해 연소실로 재순환되어 파일롯 분사의 역할을 수행한다.
그리고, 정화시스템(촉매장치)내 촉매의 활성화를 유도시켜 질소산화물(NOx) 및 탄화수소(HC) 계열의 배출가스 발생을 억제한다.
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 결정된다.
다만, 정확한 후분사 타이밍과 분사량이 결정되지 않아 연료 소모가 늘어나고, 배출가스의 품질이 나빠지면, 배기가스 규제를 만족시키지 못할 수 있다.
본 발명의 목적은 주분사를 수행하고, 상기 주분사 이후에 후분사를 실행하는 시기를 운행상태에 따라서 보정함으로써 배기가스의 품질을 향상시키고, 질소산화물을 효과적으로 저감시키는 후분사 시기를 보정하는 방법을 제공하는 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 후분사 시기를 보정하는 방법은 실린더 안으로 흡입된 공기를 이용하여 연소를 수행하기 위해서 주분사를 수행하는 단계, 환원제의 양을 제어하거나 배기가스의 온도를 변화시키기 위해서 상기 주분사 이후에 후분사를 수행하는 단계, 엔진의 운행조건에 따라서 상기 후분사의 제1분사시기를 결정하는 단계, 상기 후분사의 연소효율에 따라서 상기 제1분사시기를 진각 또는 지각시키는 단계, 및 보정된 상기 제1분사시기에 상기 후분사를 수행하는 단계를 수행할 수 있다.
상기 후분사는 질소산화물을 저감시키는 환원제의 양을 늘리거나, 배기가스의 온도를 높이기 위해서 수행될 수 있다.
상기 운행조건은 엔진의 회전수와 상기 후분사의 연료분사량일 수 있다.
상기 후분사의 연소효율은 후분사연료량과 열발생량으로 연산할 수 있다.
상기 후분사연료량은 운행조건에 따라서 미리 설정되는 맵테이블에서 선택될 수 있다.
상기 열발생량은 압력센서에 의해서 감지되는 압력변화에 의해서 연산될 수 있다.
상기 운행조건은 냉각수의 온도일 수 있다.
상기 후분사는 주분사 이후에 실행되는 제1후분사, 및 상기 제1후분사 이후에 실행되는 제2후분사를 포함할 수 있다.
상기 후분사의 열효율이 설정수치보다 높은 것으로 판단되면, 상기 후분사의 상기 제1분사시기를 지각시킬 수 있다.
상기 후분사의 열효율이 설정수치보다 낮은 것으로 판단되면, 상기 후분사의 상기 제1분사시기를 진각시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 후분사 시기를 보정하는 방법을 수행하는 엔진 시스템은 실린더의 연소실 안으로 연료를 분사하도록 배치되는 인젝터, 및 제1항에 따른 후분사 시기를 보정하는 방법을 수행하는 제어부를 포함할 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 후분사 시기를 보정하는 방법에서, 후분사의 연소효율에 따라서 후분사의 분사시기를 보정함으로써 보다 배기가스의 품질을 향상시킬 수 있고, 환원제를 안정적으로 공급함으로써 질소산화물을 효과적으로 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 후분사 시기를 보정하는 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 후분사 시기를 보정하는 방법을 보여주는 플로우차트이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 후분사 시기를 보정하는 방법에서 열발생량을 보여주는 그래프이다.
도 4a, 4b, 및 4c는 본 발명의 실시예에 따른 후분사 시기를 보정하는 방법을 수행하기 위한 데이터를 보여주는 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 후분사 시기를 보정하는 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 후분사 시기를 보정하는 시스템은 실린더(100), 인젝터(105), 압력센서(110), 및 제어부(115)를 포함한다.
상기 실린더(100)는 연소실을 형성하고, 상기 인젝터(105)는 상기 실린더(100) 안으로 연료를 분사하도록 배치되고, 상기 압력센서(110)는 상기 실린더(100) 내부의 압력을 감지하도록 배치된다.
상기 제어부(115)는 운행조건에 따라서 맵에 저장된 데이터에 따라서 상기 인젝터(105)를 제어하여 설정된 양의 연료가 상기 실린더(100) 내부로 분사되도록 한다.
상기 인젝터(105)가 실행하는 분사는 주분사, 상기 주분사 전에 분사하는 파일럿분사, 및 상기 주분사 이후에 분사하는 후분사를 포함한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 실린더(100) 안에서 연소된 배기가스가 배출되는 배기라인(미도시)에는 질소산화물정화촉매(미도시)가 배치되고, 상기 질소산화물정화촉매는 환원제가 희박한 상태에서 질소산화물을 흡장하고, 환원제가 농후한 상태에서 질소산화물을 환원하여 제거한다.
상기 인젝터는 후분사를 통해서 배기가스에 환원제의 양을 제어하여, 배기가스를 농후한 환원제상태로 제어한다. 그리고, 상기 실린더(100)에서 연소된 배기가스는 배기라인의 질소산화물정화촉매(LNT: Lean Nox Trap)를 거쳐 질소산화물이 제거되고 외부로 배출된다.
상기 제어부(115)는 질소산화물센서(미도시)를 통해서 상기 질소산화물정화촉매의 재생을 결정하고, 재생이 결정되면 상기 인젝터(105)를 제어하여 설정된 시점에 후분사를 수행한다.
상기 후분사를 수행할 때, 후분사의 연료량과 분사시기는 운행조건에 따라서 미리 설정된다. 따라서, 상기 제어부(115)는 운행조건에 따라서 미리 저장된 저장데이터에서 후분사를 위한 연료분사량과 분사시기를 선택한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 후분사의 연료량과 분사시기는 엔진의 회전수 및 분사량맵에 의해서 미리 설정된다. 그리고, 상기 후분사의 연소효율에 의해서 후분사의 분사시기가 지각 또는 진각되어 보정된다.
상기 후분사의 연소효율은 후분사연료량과 열발생량에 의해서 결정되는데, 상기 후분사연료량은 미리 설정된 값이고, 상기 열발생량은 상기 압력센서(110)에 의해서 감지되는 압력변화와 미리 설정되는 연소실의 부피변화에 의해서 연산될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 후분사 시기를 보정하는 방법을 보여주는 플로우차트이다.
도 2를 참조하면, S200에서 상기 제어부(115)는 상기 인젝터(105)가 주분사를 수행하도록 하고, S210에서 상기 제어부(115)는 상기 인젝터(105)가 후분사를 수행하도록 한다.
상기 인젝터(105)가 후분사를 수행하는 조건은 질소산화물정화촉매의 재생조건을 포함할 수 있고, 상기 질소산화물정화촉매로 유입되는 배기가스의 온도를 높이는 조건을 포함할 수 있다.
S220에서 상기 제어부(115)는 상기 인젝터(105)의 주분사 및 후분사의 시기를 운행조건에 따라서 선택 또는 결정한다. 여기서, 상기 운행조건은 연소효율, 회전수, 냉각수온, 흡기온도, 흡기량, 가속페달의 작동양, 요구토크 등을 포함할 수 있다.
S230에서 상기 제어부(115)는 상기 운행조건에 따라서 후분사시기를 연산/선택하고, S240에서 상기 후분사의 분사시기를 보정한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 후분사 시기를 보정하는 방법에서 열발생량을 보여주는 그래프이다.
도 3을 참조하면, 가로축은 크랭크샤프트(미도시)의 회전각을 의미하고, 세로축은 열발생량을 나타낸다.
상기 열발생량은 수식에서 표현된 바와 같이, 실린더의 압력(P), 압력변화(dv/dt), 및 부피(V) 등에 의해서 연산되며, 압력 및 압력변화는 압력센서(110)에 의해서 감지되고, 부피는 맵데이터 또는 회전각으로부터 연산될 수 있다. 아울러, 발명자님은 Q, θ, r의 의미에 대해서 알려주십시요.
본 발명의 실시예에서, 상기 제어부(115)는 미리 설정되는 후분사 연료량 및 상기열발생량에 의해서 상기 후분사의 연소효율이 연산되고, 상기 연소효율에 따라서 상기 후분사의 분사시기가 보정된다.
도 4a, 4b, 및 4c는 본 발명의 실시예에 따른 후분사 시기를 보정하는 방법을 수행하기 위한 데이터를 보여주는 그래프이다.
도 4a를 참조하면, 가로축은 기준분사시기를 기준으로 후분사의 분사시기를 나타내고, 세로축은 연비를 나타낸다.
도시한 바와 같이, 상기 후분사의 분사시기를 기준분사시기에서 진각 또는 지각시킴에 따라서 연비가 변하는 것을 확인할 수 있다.
도 4b를 참조하면, 가로축은 기준분사시기를 기준으로 후분사의 분사시기를 나타내고, 세로축은 스모크의 양을 나타낸다.
도시한 바와 같이, 상기 후분사의 분사시기를 기준분사시기에서 진각 또는 지각시킴에 따라서 스모크(입자상물질)의 양이 변하는 것을 확인할 수 있다.
도 4c를 참조하면, 가로축은 기준분사시기를 기준으로 후분사의 분사시기를 나타내고, 세로축은 환원제의 양을 나타낸다.
도시한 바와 같이, 상기 후분사의 분사시기를 기준분사시기에서 진각 또는 진각시킴에 따라서 환원제의 양이 변하는 것을 확인할 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
100: 실린더 105: 인젝터
110: 압력센서 115: 제어부

Claims (11)

  1. 실린더 안으로 흡입된 공기를 이용하여 연소를 수행하기 위해서 주분사를 수행하는 단계;
    환원제의 양을 제어하거나 배기가스의 온도를 변화시키기 위해서 상기 주분사 이후에 후분사를 수행하는 단계;
    엔진의 운행조건에 따라서 상기 후분사의 제1분사시기를 결정하는 단계;
    상기 후분사의 연소효율에 따라서 상기 제1분사시기를 진각 또는 지각시키는 단계; 및
    보정된 상기 제1분사시기에 상기 후분사를 수행하는 단계; 를 수행하고,
    상기 후분사의 연소효율은 후분사연료량과 열발생량으로 연산하는 것을 특징으로 하는 후분사 시기를 보정하는 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 후분사는 질소산화물을 저감시키는 환원제의 양을 늘리거나, 배기가스의 온도를 높이기 위해서 수행되는 것을 특징으로 하는 후분사 시기를 보정하는 방법.
  3. 제1항에서,
    상기 운행조건은 엔진의 회전수와 상기 후분사의 연료분사량인 것을 특징으로 하는 후분사 시기를 보정하는 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에서,
    상기 후분사연료량은 운행조건에 따라서 미리 설정되는 맵테이블에서 선택되는 것을 특징으로 하는 후분사 시기를 보정하는 방법.
  6. 제1항에서,
    상기 열발생량은 압력센서에 의해서 감지되는 압력변화에 의해서 연산되는 것을 특징으로 하는 후분사 시기를 보정하는 방법.
  7. 제1항에서,
    상기 운행조건은 냉각수의 온도인 것을 특징으로 하는 후분사 시기를 보정하는 방법.
  8. 제1항에서,
    상기 후분사는
    주분사 이후에 실행되는 제1후분사; 및
    상기 제1후분사 이후에 실행되는 제2후분사를 포함하는 것을 특징으로 하는 후분사 시기를 보정하는 방법.
  9. 제1항에서,
    상기 후분사의 열효율이 설정수치보다 높은 것으로 판단되면, 상기 후분사의 상기 제1분사시기를 지각시키는 것을 특징으로 하는 후분사 시기를 보정하는 방법.
  10. 제1항에서,
    상기 후분사의 열효율이 설정수치보다 낮은 것으로 판단되면, 상기 후분사의 상기 제1분사시기를 진각시키는 것을 특징으로 하는 후분사 시기를 보정하는 방법.
  11. 실린더의 연소실 안으로 연료를 분사하도록 배치되는 인젝터; 및
    제1항에 따른 후분사 시기를 보정하는 방법을 수행하는 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 후분사 시기를 보정하는 방법을 수행하는 엔진 시스템.
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