KR20080103071A - 내연기관의 연료 분사 제어 장치 및 연료 분사 방법 - Google Patents

내연기관의 연료 분사 제어 장치 및 연료 분사 방법 Download PDF

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Abstract

내연기관의 연료 분사 제어 장치에는 연소 챔버 내로 연료를 직접 분사하는 연료 분사 밸브 및 제어기가 제공된다. 내연기관이 냉간 시동되면 (즉, 단계 S10에서 YES), 압축 행정시에는 제 1 연료 분사가 실행되고 분사된 연료는 스파크 점화되며, 팽창 행정시에는 제 2 연료 분사가 실행된다. 제어기는 배기 방출에 따라, 적어도 팽창 행정시에 이용되는 연료 분사율로서, 제 1 연료 분사율과 제 1 연료 분사율보다 낮은 제 2 연료 분사율 중 하나를 선택한다. 제 2 연료 분사율은 제 2 연료 분사의 연료 분사율로 선택되고, 분사 시작 시기는 통상의 분사 시작 시기 (즉, 기준 연료 압력이 사용되는 경우) 와 비교하여 진각된다 (단계 S11 ~ S16). 결과적으로, 스모크, NOx, 및 HC 가 동시에 감소되어, 방출이 개선된다.

Description

내연기관의 연료 분사 제어 장치 및 연료 분사 방법{FUEL INJECTION CONTROL APPARATUS AND FUEL INJECTION CONTROL METHOD OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연기관의 연료 분사 제어 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 미립자 물질 (스모크), 질소산화물 (NOx), 및 탄화수소 (HC) 를 동시에 저감시켜, 방출을 개선할 수 있는, 내연기관의 연료 분사 제어 장치 및 연료 분사 제어 방법에 관한 것이다.
예컨대, 일본 특허 출원 공보 No. JP-A-2002-295277 및 일본 특허 출원 공보 No. JP-A-10-122015 에는 연소 챔버로 직접 연료를 분사하는 연료 분사 밸브가 구비된 내연기관의 연료 분사 제어 장치가 기재되어 있다. 이러한 제어 장치는,내연기관이 냉간 시동되면, 압축 행정시에는 제 1 연료 분사를 실행하고 분사된 연료를 스파크 점화하며, 팽창 행정시에는 제 2 연료 분사를 실행하여 촉매의 온도를 증가시키는 것을 목적으로 한다.
그러나, 이러한 기술로는, 도 11 에 도시된 바와 같이 분사 시기가 진각되면, 배기 밸브 개방 전의 기간이 길어지게 되어, 불연소된 연료의 양이 감소되어 HC 가 줄어들게 된다. 반면, 실린더의 온도는 높아서 연소가 급격하게 일어나게 된다. 연소 온도의 증가에 따라, NOx의 양도 증가한다. 더욱이, 연료가 충분히 공기와 혼합되지 않고 연소되는 경우, 스모크의 양이 증가한다. 도 11 은 제 2 분사의 시작 시기와 방출 사이의 관계를 나타내는 개념도이다.
반면, 분사 시기가 지각되면, 배기 밸브 개방 전의 기간이 짧아져, 불연소된 연료가 방출되고, HC의 양이 증가하게 된다. 더욱이, 실린더의 온도는 낮아져 연소가 느리게 실행된다. 그 결과, 연소 온도는 떨어져 NOx 의 양이 감소한다. 더욱이, 연료 및 공기의 혼합물은 연소를 개선하고 스모크의 양을 감소시킨다.
따라서, 팽창 행정시 제 2 분사 시기를 진각하면, HC는 감소하지만 스모크 및 NOx 는 증가하며, 분사 시기를 지각하면, 스모크와 NOx 의 양은 줄어들지만 HC 의 양은 증가한다. 즉, 스모크, NOx 및 HC 는 동시에 감소될 수 없다. 따라서, 내연기관의 연료 분사 제어 장치는 스모크, NOx 및 HC 를 동시에 감소시켜 방출을 개선하는 것이 요구되었다.
상기 문제의 관점에서, 본 발명은 스모크, NOx 및 HC 를 동시에 감소시켜 방출을 개선하는 내연기관의 연료 분사 제어 장치 및 연료 분사 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 제 1 양태는, 연소 챔버 내로 연료를 직접 분사하는 연료 분사 밸브, 및 내연기관이 냉간 시동되면, 압축 행정시에는 제 1 연료 분사를 실행하고 분사된 연료를 스파크 점화하며, 팽창 행정시에는 제 2 연료 분사를 실행하는 제어기를 포함하는 내연기관의 연료 분사 제어 장치에 관한 것이다. 제어기는 배기 방출에 따라, 적어도 팽창 행정시에 이용되는 연료 분사율로서, 제 1 연료 분사율 (예컨대 기준 분사율) 과 제 1 연료 분사율보다 낮은 제 2 연료 분사율 중 하나를 선택하고, 선택된 연료 분사율로 연료 분사 밸브를 통해 연료를 분사한다.
따라서, 이 제 1 양태에 따라, 팽창 행정시 연료 분사율은 배기 방출에 따라 설정된다. 더 상세하게는, 연료 분사율은 기준 연료 분사 (예컨대, 제 1 연료 분사율) 로부터 제 2 연료 분사율로 줄어들며, 제 2 연료 분사율은 분사 양이 동일한 경우에도 적은 NOx 및 스모크가 발생하도록 급격한 연소를 억제한다. 따라서, 분사 시기는 진각될 수 있어, 배기 밸브가 개방될 때까지 더 긴 시간을 확보하므로, 그 시간 동안 불연소 HC의 연소를 촉진한다. 그 결과, NOx 및 스모크, 그리고 HC의 양은 감소할 수 있다.
또한, 제 1 양태에서, 선택된 연료 분사율은 연료 분사 밸브의 연료 압력을 조정하여 실현될 수 있다.
따라서, 예컨대, 연료 압력을 줄이는 것은 제 2 연료 분사시 분사되는 연료의 연소를 늦추는 분사율을 저감시키고, 스모크 및 NOx 를 줄인다. 더욱이, 분사 시기를 진각시키는 것은 배기 밸브 개방시까지 시간을 증가시켜, 불연소 HC 가 연소될 시간을 부여한다.
또한, 제 1 양태에서, 연료 분사 밸브는 연료 분사 밸브의 리프트양 (lift amount) 이 가변적으로 제어될 수 있는 구조일 수 있으며, 제어기는 리프트양을 조정하여 팽창 행정시 사용되는 연료 분사율을 실현할 수 있다.
따라서, 예컨대 압축 행정시 제 1 분사에서 기준 밸브 리프트를 이용하여 얻어지는 기준 분사율로 분사되는 연료에 의해 연료의 원자화는 역효과를 받지 않으므로, 그 연료의 점화에 의해 요구되는 토크가 확보될 수 있다. 또한, 제 2 분사의 연료가 확산 연소될 수 있는 실린더 내 온도가 형성된다. 팽창 행정시 제 2 분사에서 작은 밸브 리프트에 의해 얻어진 낮은 분사율로 연료를 분사하는 것은 연소를 늦추어, 스모크 및 NOx 를 적게 발생시킨다. 더욱이, 기준 밸브 리프트가 사용되는 시작 시기에 비교하여 분사의 시작 시기를 진각시켜 발생되는 HC 의 양을 감소시킨다. 즉, 토크에 역효과를 미치고 토크 변동을 나쁘게 하는 것을 회피하면서, 양호한 방출을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 제 2 양태는 연소 챔버 내로 연료를 직접 분사하는 연료 분사 밸브, 및 내연기관이 냉간 시동되면, 압축 행정시에는 제 1 연료 분사를 실행하고 분사된 연료를 스파크 점화하며, 팽창 행정시에는 제 2 연료 분사를 실행하는 제어기를 포함하는, 내연기관의 연료 분사 제어 장치에 관한 것이다. 제어기는 연료의 옥탄가를 판정하고, 옥탄가에 따라, 팽창 행정시에 이용되는 연료 분사 시기로서, 제 1 연료 분사 시기 및 제 1 연료 분사 시기보다 늦은 제 2 연료 분사 시기 중 하나를 선택하고, 선택된 연료 분사 시기로 연료 분사 밸브를 통해 연료를 분사한다.
따라서, 제 2 양태에 따라, 노크가 발생하는 경우 옥탄가가 측정되고 또는 습득되고, 제 2 분사의 분사 시기가 다음번 엔진 냉각 시동시 방출을 개선하도록 판정된 옥탄가에 따라 변화한다. 예컨대, 높은 옥탄가 연료가 사용되면, 제 2 분사의 분사 시기는 낮은 옥탄가를 갖는 연료가 사용되는 경우와 비교하여 지각될 수 있어, 스모크, NOx 및 HC 의 발생을 최소화한다. 따라서, 양호한 방출이 실현될 수 있다. 즉, 연료의 옥탄가에 따라 제 2 분사의 분사 시기를 변화시켜, 양호한 방출이 얻어질 수 있다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징 및 장점은 동일한 부호가 동일한 구성요소를 나타내는 첨부된 도면을 참조하여 다음의 바람직한 실시예로부터 명백해질 것이다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제어 방법의 흐름도이다.
도 2 는 엔진의 구조를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 3 은 스프레이-가이드 구조를 갖는 엔진의 단면도이다.
도 4 는 파라미터로서 분사율 및 분사량을 갖는 제 2 분사의 시작 시기와 방출 사이의 관계를 나타내는 개념도이다.
도 5 는 연료 압축과 분사율 사이의 관계를 나타내는 맵이다.
도 6 은 리프트양과 분사율 사이의 관계를 나타내는 맵이다.
도 7 은 기준 연료 압력에서의 분사와 점화의 개념을 나타내는 시간 차트이다.
도 8 은 낮은 연료 압력에서의 분사와 점화의 개념을 나타내는 시간 차트이다.
도 9 은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 분사 및 점화의 개념을 나타내는 시간 차트이다.
도 10 은 제 3 실시예에 따른 제 2 분사의 시작 시기와 방출 사이의 관계를 나타내는 개념도이다.
도 11 은 제 2 분사의 시작 시기와 방출 사이의 관계를 나타내는 개념도이다.
이하, 본 발명의 내연기관의 연료 분사 제어 장치의 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명된다.
본 발명의 제 1 실시예가 적용될 수 있는 엔진의 개략적인 구조가, 우선 도 2 를 참조로 설명된다. 여기서, 도 2 는 피스톤의 상부면에 제공된 캐비티에 의해 공기와 연료의 혼합물을 형성하는 월-가이드 (wall-guide) 라 불리는 구조를 갖는 엔진의 구조를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2 에 도시된 바와 같이, 엔진 (10) 은 직접 분사형 4 사이클 가솔린 엔진이며, 연료 스프레이 (23a) 는 연료 분사 밸브 (23) 로부터 연소 챔버 (10a) 내로 직접 분사된다.
즉, 엔진 (10) 의 연소 챔버 (10a) 는 실린더 보어 (11), 실린더 헤드 (13), 및 실린더 보어 (11) 내측에서 상하로 움직일 수 있도록 배치된 피스톤 (12) 으로 형성된다. 또한, 성층 연소를 이루기 위해, 오목한 캐비티 (12a) 가 피스톤 (12) 의 상부면의 흡기측의 일부에 형성된다.
또한, 공기-연료 혼합물을 점화하기 위한 스파크 플러그 (14) 가 연소 챔버 (10a) 의 실질적으로 상부 중앙에 배치된다. 또한, 흡기 밸브 (16) 가 연소 챔버 (10a) 내로 개방되는 흡기 포트 (15) 에 제공되며, 배기 밸브 (20) 가 연소 챔 버 (10a) 내로도 개방되는 배기 포트 (18) 에 제공된다. 이러한 밸브 (16 및 20) 는 가변 밸브 시기 메커니즘에 의해 개폐 조절된다.
또한, 도시되어 있지는 않지만, 배기 가스 내의 스모크, NOx, 및 HC 등을 정화하기 위한 촉매 장치가 엔진 (10) 의 배기 통로에 제공된다.
밸브 (16 및 20), 스파크 플러그 (14) 및 연료 분사 밸브 (23) 등과 같은 각 구성 요소는 전기 제어 유닛 (ECU; 도시되지 않음) 에 의해 제어된다.
본 발명이 적용되는 대상으로서, 월-가이드 구조를 갖는 엔진 (10) 이 도 2 에 도시되어 있으며, 엔진은 이에 한정되지 않는다.
예컨대, 도 3 에 도시된 바와 같이, 본 발명은 또한, 스파크 플러그 (14) 가 연료 분사 밸브 (23) 부근에 배치되고 이러한 연료 분사 밸브 (23) 에 의해 형성된 공기-연료 혼합물이 점화되는 스프레이-가이드 (spray-guide) 라 불리는 구조를 갖는 엔진 (10) 에 적용될 수 있다. 도 3 은 스프레이-가이드 구조를 갖는 엔진의 단면도이다.
또한, 도시되어 있지는 않지만, 본 발명은 또한 공기 유동에 의해 공기-연료 혼합물이 스파크 플러그 근처로 인도되고 점화되는 다른 구조를 갖는 엔진에 적용될 수도 있다.
다음으로, 도 1 을 참조하여 제어 방법이 설명된다. 도 1 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 제어 방법의 흐름도이다. 다음 제어는 상기된 ECU (내연 기관의 연료 분사 제어 장치로서 기능함) 에 의해 실행된다.
우선, 촉매가 워밍업되어야 하는지가 판정된다 (단계 S10). 촉매가 워밍 업 되어야한다고 판정되면, 촉매 워밍업시 아이들링 (idling) 을 위해 필요한 요구되는 토크 (T) 와, 촉매를 워밍업하기 위해 필요한 요구되는 배기 온도 (E) 가 산출되며 판정된다 (단계 S11).
요구되는 토크 (T) 및 요구되는 배기 온도 (E) 는, 예컨대 엔진이 시동된 후 경과 시간, 엔진 냉각수의 온도, 엔진의 온도, 발전기와 같은 보조 장치의 전기적 부하 및 동력 조타 장치 등의 부하를 포괄적으로 고려하여 산출된다.
반면, 촉매가 워밍업되는 것이 필요 없다고 판정되면 (즉, 단계 S10 에서 NO), 단계 S10 는 촉매가 워밍업될 필요가 있다고 판정될 때까지 반복된다.
다음으로, 제 1 (도면에서 "제 1"로 기재) 및 제 2 (도면에서 "제 2"로 기재) 연료 분사의 연료 분사량 (분사 기간) 및 분사 시기가 임시판정된다 (단계 S12).
즉, 제 1 분사의 파라미터는 맵 (도시되지 않음) 을 이용하여 예컨대, 단계 S11 에서 판정된 요구되는 토크 (T) 로부터 임시판정될 수 있다.
또한, 제 2 분사의 파라미터를 위한, 상기된 요구되는 배기 온도 (E) 가 기준 연료 압력에서 확정될 수 있고, 방출량 (즉, 발생된 스모크, NOx, 및 HC의 양) 을 최소화하는 분사 시기가 도 4 에 도시된 맵을 이용하여 임시판정될 수 있다.
여기서, 도 4 는 파라미터로서 분사율과 분사량을 갖는 제 2 분사의 시작 시기와 방출 사이의 관계를 나타내는 개념도이다. 도면에서, 파선은 기준 연료 압력이 사용되는 경우를 나타내며, 실선은 낮은 연료 압력이 사용되는 경우를 나타내며, 이점 쇄선은 방출 목표치를 나타낸다. 또한, 점화 시기는 TDC 전 제 1 점화 후인 것으로 도시되어 있다. 배기 밸브 (20) 의 개방 시기 (Tevo) 가 도면에 도시되어 있다.
다음으로, 방출량 (제 1 분사와 제 2 분사의 총량) 이 단계 S12 에서 임시판정된 값을 토대로 산출된다 (단계 S13). 방출량의 산출된 값이 목표치에 도달하는지가 판정된다 (단계 S14).
방출량의 산출된 값이 목표치에 도달하면 (즉, 단계 S14 에서 YES), 단계 S12 에서 임시판정되는 분사 시기 및 분사 기간 등이 확정되고 (단계 S17), 제어가 종료된다.
반면, 방출량의 산출된 값이 목표치에 도달하지 못하면 (즉, 단계 S14에서 NO), 단계 S12 에서 임시판정되는 분사 시기와 분사 기간을 수정할 필요가 있다. 따라서, 도 4 에 도시된 바와 같이, 제 2 분사의 분사율 (즉, 단위 시간당 연료량) 이 저감되어, 단계 S12 에서 임시설정된 기준 연료 압력에서 제 2 분사에 기여되는 분사량 (참조 부호 "a") 이 등가의 분사량을 갖는 방출 목표치 (이점 쇄선) 아래로 떨어진다 (참조 부호 "b").
이러한 분사율은 연료 분사 밸브 (23) 의 연료 압력을 감소시켜, 기준 연료 압력으로부터 소정의 양을 저감시킬 수 있으므로, 낮은 연료 압력이 된다. 도 5 는 연료 압력과 분사율 사이의 관계를 나타내는 맵이다.
일정한 리프트양을 갖는 연료 분사 밸브 (23) 로부터의 연료 압력이 제 1 및 제 2 분사와 동일하여, 단계 S15 가 실행되면, 제 1 분사율도 동시에 저감된다.
제 2 분사의 분사율은 또한, 연료 분사 밸브 (23) 의 리프트양을 감소시켜 기준 리프트양으로부터 소정의 양을 저감시킬 수 있으므로, 예컨대 도 6 에 도시된 바와 같이, 낮은 리프트양이 된다 (이후의 제 2 실시예 참조).
이 경우, 제 2 분사를 위한 연료 분사 밸브 (23) 의 리프트양은 제 1 분사를 위한 리프트양으로부터 개별적으로 제어될 수 있다. 따라서, 제 2 분사를 위한 연료 분사 밸브 (23) 의 리프트양은 제 1 분사를 위한 분사율에 영향을 미치지 않으므로, 후술되는 단계 S16 에서 제 1 분사의 분사 시기 및 분사 기간은 재설정될 필요가 없다. 도 6 은 리프트양과 분사율 사이의 관계를 나타내는 맵이다.
계속해서, 분사율은 단계 S15 에서 연료 압력을 줄여 저감되어, 분사 시기와 분사 기간이 재설정되고, 판정치가 산출된다 (단계 S16). 즉, 제 1 분사를 위해, 분사 기간은 연료 압력에서 저감에 의해 실현되는 분사율의 저감을 형성하기 위해 연장되며, 분사 시작 시기는 분사 기간의 연장에 따라 진각된다.
예컨대, 도 7 과 비교하여 도 8 에 도시된 바와 같이, 기준 연료 압력에서 제 1 분사의 시작 시기 (T1n; 도 7 참조) 가 소정의 낮은 연료 압력에서 시작 시기 (T1; 도 8 참조) 로 진각되고, 기준 연료 압력이 사용되는 경우 T1n ~ T1ne 로 도시된 분사 기간은 소정의 낮은 연료 압력이 사용되는 경우 T1 ~ T1ne 로 도시되는 분사 기간으로 연장된다.
도 7 은 기준 연료 압력 및 점화에서 분사 개념을 나타내는 시간 차트이며, 도 8 은 낮은 연료 압력 및 점화에서 분사 개념을 나타내는 시간 차트이다. 이러한 도면에서, 피스톤 (12) 의 압축 행정시 상사점은 TDC 로 표시된다. 또한, 제 1 분사는 "1st Inj"로 표시되며, 제 2 분사는 "2st Inj"로 표시되고, 이 모두는 도면에서 검은 부분으로 도시된다.
더욱이, 이러한 검은 부분의 면적은 분사량을 나타내며, 수평축은 분사 시간, 수직축은 분사율을 나타낸다. 또한, 큰 스모크의 양이 생성되는 영역은 음영 (즉, 사선) 으로 도시된 초과의 스모크 영역으로 나타내며, 배기 밸브 (20) 가 개방하는 시기는 Tevo 로 표시된다.
더욱이, 기준 연료 압력에서 제 1 분사의 시작 시기는 T1n 으로 표시되며, 제 1 분사의 종료 시기는 T1ne로 표시되고, 제 2 분사의 시작 시기는 T2n 으로 표시되며, 제 2 점화의 종료 시기는 T2ne 로 표시된다. 또한, 낮은 연료 압력에서 제 1 분사의 시작 시기는 T1n 으로 표시되며, 그 제 1 분사의 종료 시기는 T1ne (기준 연료 압력과 동일) 로 표시되며, 제 2 분사의 시작 시기는 T2 로 표시되고, 그 제 2 분사의 종료 시간은 T2ne (기준 연료 압력과 동일) 로 표시된다.
또한, 제 2 분사의 파라미터는 상기된 도 4 의 방출 맵을 토대로 판정된다. 즉, 도 4, 도 7 및 도 8 에 도시된 바와 같이, 요구되는 배기 온도 (E) 는 단계 S15 에서 설정된 낮은 압력으로 확정되고, 기준 연료 압력에서 제 2 분사의 시작 시기 (T2n; 도 7 참조) 는 소정의 낮은 압력 온도에서 시작 시기 (T2; 도 8 참조) 로 진각되며, 기준 연료 압력이 사용되는 경우 T2n ~ T2ne 로 도시된 분사 기간은 소정의 낮은 연료 압력이 사용되는 경우 T2 ~ T2ne 로 도시된 분사 기간으로 연장되어 방출 (즉, 발생되는 스모크, NOx, 및 HC의 양) 을 최소화한다 (단계 S16).
상기된 바와 같이, 제 1 실시예에 따른 내연기관의 연료 분사 제어 장치로,연료 압력을 줄이고 분사량을 저감시켜 얻어지는 제 2 연료 분사시 분사되는 연료 의 연소를 느리게 하여 스모크 및 NOx 의 양이 줄어든다. 동시에, 분사 시작 시기가 기준 시작 시기 (즉, 기준 연료 압력이 사용되는 경우) 보다 앞서게 되도록, 분사의 시작 시기를 앞당겨 발생되는 HC 의 양을 줄인다.
도 9 는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 분사 및 점화의 개념을 나타내는 시간 흐름도이다. 다음 설명에서, 이미 설명된 부재와 같거나 대응하는 부재는 동일한 참조 부호로 나타내며, 그 상세한 설명은 생략되거나 간소화된다.
제 1 실시예의 구조와 제어 방법으로, 제 2 분사 연료 압력이 저감되면, 제 1 연료 압력 또한 연료 분사 밸브 (23) 의 구조에 의해 저감된다. 따라서, 토크에 역효과를 미칠 수 있고 토크 변동을 나쁘게 할 수 있으며, 이들은 제 1 분사와 스파크 시기에 크게 좌우되는, 연료 스프레이 (23a) 의 원자화는 억제된다. 따라서 제 2 실시예는 제 2 분사의 분사율만을 감소시켜 토크 등에 역효과를 미치는 것이 회피한다.
즉, 제 2 실시예는, 니들 (도시되지 않음) 의 리프트양이 변화될 수 있는 연료 분사 밸브를 이용한다. 따라서, 도 9 에 도시된 바와 같이, 압축 행정시 제 1 분사에서 분사된 연료는 기준 밸브 리프트로 얻어지는 기준 분사율로 분사되고 점화되는 반면, 제 2 분사의 분사율은 팽창 행정시 제 2 분사에서만 밸브 리프트를 감소시켜 감소된다.
다른 구조 및 제어 작동은 실질적으로 제 1 실시예와 동일하므로, 그 상세한 설명은 생략한다. 그러나, 제 2 분사시 연료 분사 밸브 (23) 의 리프트양은 제 1 분사시 리프트양으로부터 개별적으로 제어될 수 있으므로, 제 1 분사의 분사 율에 영향을 미치지 않는다. 따라서, 상기된 도 1 의 흐름도의 단계 S16 (즉, 연료 압력을 감소시켜 제 2 분사의 분사율을 제어함) 에서, 제 1 실시예에서와 같이 제 1 분사의 분사 시기와 분사 기간을 재설정할 필요가 없다.
그 결과로서, 연료의 원자화는 압축 행정시 제 1 분사에서 기준 밸브 리프트에 의해 얻어지는 기준 분사율로 분사되는 연료에 의한 역효과가 없으므로, 요구되는 토크가 그 연료의 점화에 의해 확보될 수 있다. 또한, 실린더 내부 온도는 제 2 분사의 연료가 확산 연소 될 수 있는 온도에 도달된다.
팽창 행정시 제 2 분사의 작은 밸브 리프트에 의해 얻어진 낮은 분사율로 연료를 분사하는 것은 연소를 늦추어, 스모크와 NOx 가 더 작게 생성된다. 더욱이, 통상의 시작 시기 (즉, 기준 밸브 리프트가 사용되는 경우) 보다 빠르게 분사의 시작 시기를 앞당겨, 생성되는 HC의 양을 감소시킨다.
상기된 바와 같이, 제 2 실시예에 따른 내연기관의 연료 분사 제어 장치는 토크에 역효과가 미치는 것과 토크 변동을 나쁘게 하는 것을 회피하면서, 양호한 방출을 얻을 수 있다.
도 10 은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 제 2 분사 시작 시기와 방출 사이의 관계를 나타내는 개념도이다. 예컨대, 도면은 높은 옥탄가를 갖는 높은 옥탄 가솔린과 정상 옥탄가를 갖는 정규 가솔린을 취하며, 옥탄가에 따라 어떻게 제 2 분사의 분사 시기 (즉, 최적점) 가 변하는지의 개념을 나타낸다. 제 3 실시예에서 마찬가지로, 본 발명은 예컨대 제 1 실시예의 도 2 또는 도 3 에 도시된 구조를 갖는 엔진 (10) 에 적용될 수 있다.
상기된 팽창 행정시 제 2 분사에서 분사되는 연료 스프레이 (23a) 는 실린더 내의 열로부터 자동점화되고, 연소된다. 연료의 옥탄가 높을수록 점화 지연 기간이 길어지는 것 (분사 시작으로부터 자동점화까지의 기간이 더 길어지는 것을 의미함) 은 일반적으로 알려져 있다. 즉, 옥탄가가 높을수록 점화시 연소하는 연료를 더 많이 연소시켜, 연소가 빨라진다. 따라서, 분사의 시작 시기가 동일한 경우, 더 많은 스모크 및 NOx 가 생성된다.
따라서, 제 3 실시예에서, 엔진 (10) 이 높은 부하 하에서 낮은 속도로 작동하면 노크 센서 등에 의해 노크가 검출되고, 노크가 발생하면 옥탄가가 ECU (옥탄가 판정 수단; 도시되지 않음) 에 의해 측정되거나 습득된다. 그리고, 다음번에, 엔진 (10) 이 낮은 온도로 시동되면, 제 2 분사의 분사 시기는 옥탄가에 따라 변하여 방출을 개선한다.
예컨대, 도 10 에 도시된 바와 같이, 높은 옥탄 가솔린 (옥탄가가 높은 연료) 이 사용되는 경우, 제 2 분사의 분사 시기는 높은 옥탄 가솔린보다 낮은 옥탄가를 갖는 정상 가솔린 (즉, 온탄가가 낮은 연료) 이 사용되는 경우와 비교하여 지각되고, 정상 가솔린을 위한 최적점 (RP) 은 높은 옥탄 가솔린을 위한 최적점 (HP) 으로 설정되어 스모크, NOx, 및 HC 를 최소화한다.
상기된 바와 같이, 제 3 실시예에 따른 내연기관의 연료 분사 제어 장치는 연료의 옥탄가에 따라 제 2 분사의 분사 시기를 변화시켜 양호한 방출을 이룰 수 있다.
상기된 바와 같이, 본 발명에 따른 내연기관의 연료 분사 제어 장치는 직접 분사형 4 사이클 가솔린 엔진에서 유용하며, 특히 발생되는 스모크, NOx, 및 HC를 동시에 줄여 방출을 개선하는 것을 목표로 하는 엔진에 적합하다.

Claims (14)

  1. 연소 챔버 내로 연료를 직접 분사하는 연료 분사 밸브, 및
    내연기관이 냉간 시동되면, 압축 행정시에는 제 1 연료 분사를 실행하고 분사된 연료를 스파크 점화하며, 팽창 행정시에는 제 2 연료 분사를 실행하는 제어기를 포함하며,
    상기 제어기는 배기 방출에 따라, 적어도 팽창 행정시에 이용되는 연료 분사율로서, 제 1 연료 분사율과 제 1 연료 분사율보다 낮은 제 2 연료 분사율 중 하나를 선택하고, 선택된 연료 분사율로 연료 분사 밸브를 통해 연료를 분사하는, 내연기관의 연료 분사 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어기는 배기 방출이 목표치보다 작은 경우 제 1 연료 분사율을 선택하고, 배기 방출이 목표치 이상인 경우 제 2 연료 분사율을 선택하는, 내연기관의 연료 분사 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제어기는 선택된 연료 분사율을 토대로 연료 분사 시기와 연료 분사 기간을 설정하는, 내연기관의 연료 분사 제어 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제어기는 제 2 연료 분사의 시작 시기를 진각시키고, 제 1 연료 분사율로 연료가 분사되는 기간과 비교하여, 제 2 연료 분사율로 연 료가 분사되는 연료 분사 기간을 연장하는, 내연기관의 연료 분사 제어 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 연료 분사율로 일 분사시 분사되는 연료의 분사량과, 제 2 연료 분사율로 일 분사시 분사되는 연료의 분사량은 등가인, 내연기관의 연료 분사 제어 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제어기는 연료 분사 밸브의 연료 압력을 조정하여 선택된 연료 분사율을 실현하는, 내연기관의 연료 분사 제어 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제어기는 제 1 연료 분사율로 연료 분사시의 연료 분사 밸브의 연료 압력보다 낮은 연료 압력으로 연료 밸브의 연료 압력을 저감시켜 제 2 연료 분사율로 연료 분사를 실행하는, 내연기관의 연료 분사 제어 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 연료 분사 밸브는 가변적으로 제어되는 니들의 리프트양에 의해 연료 분사율을 조정하는 구조이며, 상기 제어기는 리프트양을 조정하여 선택된 연료 분사율을 실현하는, 내연기관의 연료 분사 제어 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제어기는 제 1 연료 분사율로 연료 분사시 연료 분사 밸브의 리프트양보다 작은 리프트양으로 연료 분사 밸브의 리프트양을 저감시켜 제 2 연료 분사율로 연료 분사를 실행하는, 내연기관의 연료 분사 제어 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제어기는 제 2 연료 분사율로서, 제 1 연료 분사의 연료 분사율보다 낮은 연료 분사율을 설정하는, 내연기관의 연료 분사 제어 장치.
  11. 연소 챔버 내로 연료를 직접 분사하는 연료 분사 밸브, 및
    내연기관이 냉간 시동되면, 압축 행정시에는 제 1 연료 분사를 실행하고 분사된 연료를 스파크 점화하며, 팽창 행정시에는 제 2 연료 분사를 실행하는 제어기를 포함하며,
    상기 제어기는 연료의 옥탄가를 판정하고, 옥탄가에 따라, 팽창 행정시에 이용되는 연료 분사 시기로서, 제 1 연료 분사 시기와 제 1 연료 분사 시기보다 늦은 제 2 연료 분사 시기 중 하나를 선택하고, 선택된 연료 분사 시기로 연료 분사 밸브를 통해 연료를 분사하는, 내연기관의 연료 분사 제어 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 제어기는 옥탄가가 높은 경우 제 2 연료 분사 시기를 선택하는, 내연기관의 연료 분사 제어 장치.
  13. 연소 챔버 내로 연료를 직접 분사하는 연료 분사 밸브가 제공된 내연기관의 연료 분사 제어 방법으로서,
    압축 행정시 제 1 연료 분사를 실행하고 분사된 연료를 스파크 점화하는 단계, 및
    팽창 행정시 제 2 연료 분사를 실행하고; 배기 방출에 따라, 적어도 팽창 행정시에 이용되는 연료 분사율로서, 제 1 연료 분사율과 제 1 연료 분사율보다 낮은 제 2 연료 분사율 중 하나를 선택하며; 또한 선택된 연료 분사율로 연료 분사 밸브를 통해 연료를 분사하는 단계를 포함하는, 내연기관의 연료 분사 제어 방법.
  14. 연소 챔버 내로 연료를 직접 분사하는 연료 분사 밸브가 제공된 내연기관의 연료 분사 제어 방법으로서,
    압축 행정시 제 1 연료 분사를 실행하고 분사된 연료를 스파크 점화하는 단계,
    연료의 옥탄가를 판정하는 단계,
    옥탄가에 따라, 팽창 행정시에 이용되는 연료 분사 시기로서, 제 1 연료 분사 시기와 제 1 연료 분사 시기보다 늦은 제 2 연료 분사 시기 중 하나를 선택하는 단계, 및
    팽창 행정시 선택된 연료 분사 시기로 연료 분사 밸브를 통해 연료 분사를 실행하는 단계를 포함하는, 내연기관의 연료 분사 제어 방법.
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