KR102100235B1 - 레일 내 공기 유입을 최소화하기 위한 물 분사 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레일 내 공기 유입을 최소화하기 위한 물 분사 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 본 발명은 일 실시예로 물 탱크, 상기 물 탱크 내의 물을 펌핑시키는 물 펌프와 상기 물 펌프에 의해 펌핑된 물을 엔진의 흡입계로 분사하는 인젝터 및 물 펌프에 의해 펌핑된 물을 인젝터로 공급하는 물 분사 레일을 구비하여, 엔진 내에 물을 분사할 수 있는 시스템에 있어서, 상기 물 펌프에서 토출되는 물의 압력을 측정하는 물 펌프 압력 센서; 상기 물 분사 레일 내의 압력을 측정하는 레일 압력 센서; 및 상기 물 펌프 압력 센서 또는 레일 압력 센서에서 측정된 압력을 토대로 물 펌프의 공회전 여부를 판단하고, 상기 인젝터의 물 분사 시간을 조절하여 물 분사 레일 내의 공기를 배출시키는 제어부;를 포함하는 물 분사 시스템을 제공함으로써, 물 펌프의 공회전에 의해 물 분사 레일 내로 공기가 유입되는 것을 최소화할 수 있다.

Description

레일 내 공기 유입을 최소화하기 위한 물 분사 시스템 및 그 제어 방법{A Water injection system to minimize air inflow into rail and its control method}

본 발명은 물 분사 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 물 탱크 내의 물 부족으로 인해 물 펌프가 공회전함에 따라 물 분사 레일 내에 공기가 유입되는 것을 최소화할 수 있는 물 분사 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

노킹은 점화에 의해 화염이 전파되기 전에 미연소 혼합가스가 자체 발화를 일으켜 압력과 온도가 급격하게 상승하면서 연소실 벽을 작은 해머로 빠르게 두드리는 것과 같은 소리를 발생시키는 현상을 의미하며, 노킹이 발생하면 내연 기관의 출력이 급격히 저하되거나, 배기밸브나 피스톤이 고장나거나, 피스톤과 실린더가 녹아 붙는 등의 문제가 발생하게 되므로, 노킹을 제어하기 위한 다양한 방법들이 제안되고 있다.

종래에는 노크 센서를 이용하여 노킹 여부 및 노킹 강도를 판단하고, 노킹 강도에 따라서 점화 시기를 지각시켜 노킹을 제어하려는 방안이 제안되었으나, 노크 센서를 이용하여 점화 시기를 지각시키는 방식은 엔진의 토크 및 출력 감소를 수반한다는 문제가 있었고, 현재는 토크 저하를 방지하면서 노킹을 제어하기 위해 공기 보조 분사 시스템, 연료 분사량 증대(Fuel enrichment)를 적용한 EGR 시스템, 물 분사 시스템 등의 노킹 제어 방안들이 제안되고 있는 실정이다.

상기 방안들 중 연비와 에미션(Emission)에 영향을 주지 않고서도 노킹 제어를 효과적으로 할 수 있는 방안이 바로 물 분사 시스템(Water injection system)이며, 구체적으로 물 분사 시스템은 실린더 안에 고압의 물을 분사함으로써, 엔진의 열을 낮춰 노킹 발생을 방지하고, 과급 압력과 성능을 높일 수 있는 시스템을 의미한다.

이와 같은 물 분사 시스템에서는 도 1에 도시된 바와 같이 엔진(40)의 양 측에 흡기계(41)와 배기계(42)가 연결되며, 흡기계(41) 측에는 흡기계(41) 내로 물을 분사하여 엔진(40)의 연소실(43) 내로 물을 투입시킬 수 있는 인젝터(30)가 배치된다. 이 때, 상기 인젝터(30)는 물 공급 레일(50)을 따라 물 탱크(10)와 연결되며, 물 탱크(10) 내부에는 물 펌프(20)가 배치되어, 물 탱크(10) 내부의 물을 펌핑시켜 물 공급 레일(50)로 토출시킬 수 있고, 인젝터(30)에서는 물 분사 시기를 조절하여 엔진(40)의 연소실(43) 내부에 물을 분사할 수 있다.

다만, 물 분사 시스템의 경우에도 물 탱크(10) 내에 물이 부족하여 물 펌프(20)가 펌핑시킬 물이 없어 공회전하는 상황이 종종 발생하였고, 물 펌프(20)가 공회전하게 되면 물 공급 레일(50) 내에 물이 아닌 공기가 유입되게 되고, 물 공급 레일(50) 내의 물이 양이 부족하여 연소실(43) 내에 물을 원활하게 분사할 수 없다는 문제점이 있었다.

이와 같이, 물 탱크(10) 내의 물이 부족하여 물 펌프(20)가 공회전하게 되면, 엔진 내부에서 발생하는 노킹을 효과적으로 제어할 수 없음에도 현재까지 제안된 물 분사 시스템만으로는 물 펌프(20)의 공회전을 감지하고, 물 공급 레일(50) 내에 물이 아닌 공기가 유입되는 것을 방지할 수 없어, 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있는 개선된 물 분사 시스템이 요구되는 실정이다.

한국등록특허공보(제10-0680536호) “배기응축방식의 물-수증기 병용분사 시스템을 이용한 가솔린 엔진의 노킹 제어장치 및 그 제어방법 ”

본 발명은 물 탱크 내의 물 부족으로 인해 물 펌프가 공회전하게 될 때, 물 펌프의 공회전에 의해 물 분사 레일 내에 공기가 유입되는 것을 방지하여, 엔진 내에 분사되는 물의 양을 정밀하게 제어할 수 있는 물 분사 시스템 및 그 제어 방법을 제공함으로써, 상기와 같은 종래의 물 분사 시스템이 갖는 문제점을 해결하고자 한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 일 실시예로 물 탱크, 상기 물 탱크 내의 물을 펌핑시키는 물 펌프와 상기 물 펌프에 의해 펌핑된 물을 엔진의 흡입계로 분사하는 인젝터 및 물 펌프에 의해 펌핑된 물을 인젝터로 공급하는 물 분사 레일을 구비하여, 엔진 내에 물을 분사할 수 있는 시스템에 있어서, 상기 물 펌프에서 토출되는 물의 압력을 측정하는 물 펌프 압력 센서; 상기 물 분사 레일 내의 압력을 측정하는 레일 압력 센서; 및 상기 물 펌프 압력 센서 또는 레일 압력 센서에서 측정된 압력을 토대로 물 펌프의 공회전 여부를 판단하고, 상기 인젝터의 물 분사 시간을 조절하여 물 분사 레일 내의 공기를 배출시키는 제어부;를 포함하는 물 분사 시스템을 제공한다.

여기서, 상기 제어부는 상기 인젝터에서 공기만 배출될 수 있도록, 상기 인젝터의 물 분사 시간을 최소 분사 시간으로 조절하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어부는 상기 물 펌프 압력 센서에서 측정된 물의 압력이 목표 압력보다 낮고, 기 설정된 시간이 경과한 후에 상기 물 펌프 압력 센서에서 다시 측정된 물의 압력이 목표 압력보다 낮은 경우, 상기 물 펌프가 공회전하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 제어부는 상기 물 펌프가 공회전하는 것으로 판단되고, 상기 레일 압력 센서에서 측정된 물 분사 레일 내의 압력이 기 설정된 임계 압력보다 작은 경우에는, 상기 인젝터의 물 분사를 중단시키고,

상기 물 펌프가 공회전하는 것으로 판단되고, 상기 레일 압력 센서에서 측정된 물 분사 레일 내의 압력이 기 설정된 임계 압력 이상인 경우에는 상기 인젝터의 물 분사 시간을 조절하여 물 분사 레일 내의 공기를 배출시키는 것을 특징으로 한다.

이 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 물 분사 시스템은 상기 물 펌프 압력 센서 또는 레일 압력 센서의 고장 여부를 판단하는 고장 판단부;를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 고장 판단부에서 물 펌프 압력 센서 또는 레일 압력 센서가 고장인 것으로 판단되면, 인젝터의 물 분사를 중단시키는 것을 특징으로 한다.

아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 물 분사 시스템은 물 펌프가 공회전하는 것으로 판단되는 경우, 운전자에게 물 탱크의 물 부족을 알리는 알림부;를 더 포함할 수도 있다.

본 발명은 또 다른 실시예로 엔진 내에 물을 분사하는 물 분사 시스템을 제어하는 방법에 있어서, 물 탱크 내의 물이 물 펌프에 의해 펌핑되어, 물 펌프에서 토출되는 물의 압력을 측정하는 제1 압력 측정 단계; 상기 제1 압력 측정 단계에서 측정된 물의 압력이 목표 압력보다 작은 경우, 기 설정된 시간이 경과한 후, 물 펌프에서 토출되는 물의 압력을 다시 측정하는 제2 압력 측정 단계; 상기 제2 압력 비교 단계에서 측정된 물의 압력과 목표 압력을 비교하여, 측정된 물의 압력이 목표 압력보다 작은 경우 물 펌프가 공회전하는 것으로 판단하는 공회전 판단 단계; 및 상기 공회전 판단 단계에서 판단된 물 펌프의 공회전 여부를 토대로 인젝터의 물 분사 시간을 조절하는 인젝터 제어 단계;를 포함하는 물 분사 시스템 제어 방법을 제공한다.

이 때, 본 발명의 물 분사 시스템 제어 방법은 상기 제1 또는 제2 압력 측정 단계에 앞서, 물 펌프에서 토출되는 물의 압력을 측정하는 물 펌프 압력 센서 또는 물 분사 레일 내의 압력을 측정하는 레일 압력 센서의 고장 여부를 판단하는 센서 고장 판단 단계;를 더 포함할 수 있다.

이 때, 상기 센서 고장 판단 단계에서 물 펌프 압력 센서 또는 레일 압력 센서가 고장난 것으로 판단되면, 인젝터의 물 분사 중단시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 공회전 판단 단계에서 물 펌프가 공회전하지 않는 것으로 판단되면, 인젝터에서 공기만 배출될 수 있도록 인젝터의 물 분사 시간을 최소 분사 시간으로 조절하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 본 발명의 물 분사 시스템 제어 방법은 상기 공회전 판단 단계에서 물 펌프가 공회전하는 것으로 판단되면, 물 분사 레일 내의 압력과 기 설정된 임계 압력을 비교하는 레일 압력 비교 단계;를 더 포함할 수 있다.

특히, 상기 인젝터 제어 단계는 상기 레일 압력 비교 단계에서 물 분사 레일 내의 압력이 기 설정된 임계 압력 이상으로 판단되는 경우, 인젝터에서 공기만 배출될 수 있도록 인젝터의 물 분사 시간을 최소 분사 시간으로 조절하는 것을 특징으로 한다.

반대로, 상기 인젝터 제어 단계는 상기 레일 압력 비교 단계에서 물 분사 레일 내의 압력이 기 설정된 임계 압력보다 작은 것으로 판단되는 경우, 인젝터의 물 분사 중단시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 물 분사 시스템 제어 방법은 상기 공회전 판단 단계에서 물 펌프가 공회전하는 것으로 판단되면, 운전자에게 물 탱크 내의 물이 부족하다는 것을 알리는 알림 단계;를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 물 탱크 내의 물 부족으로 인해 물 펌프가 공회전하는지 여부를 확인하고, 물 펌프가 공회전하는 것으로 확인되면 물 분사 레일 내의 압력과 임계 압력을 비교하여, 물 분사 레일 내의 압력이 임계 압력 이상이면 인젝터의 물 분사 시간을 최소 분사 시간으로 제어하여 물 분사 레일 내의 공기를 외부로 빼낼 수 있고, 반대로 물 분사 레일 내의 압력이 임계 압력보다 작으면 인젝터의 구동을 중단시켜 물 분사 레일 내에 공기가 유입되는 것을 방지할 수 있다.

이로써, 본 발명은 엔진 내에 분사되는 물의 양을 보다 정밀하게 조절할 수 있게 되어, 결과적으로 엔진의 노킹을 보다 정밀하게 제어할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 물 분사 시스템의 구성 요소를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 물 분사 시스템의 구동 과정을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 물 분사 시스템 제어 방법의 순서도이다.
도 4는 압력 센서 고장 여부를 확인하는 단계와 물 분사 레일 내의 압력과 임계 압력을 비교하는 단계가 추가된 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 물 분사 시스템 제어 방법의 순서도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 물 분사 시스템 제어 방법의 제어 과정을 도시한 흐름도이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대해 상세한 설명은 생략한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다. 또한, 본 명세서 전체에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치한다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.

본 출원에서, “포함하다.” 또는 “가지다.” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

먼저, 도 1 내지 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 물 분사 시스템에 대하여 살펴보도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 물 분사 시스템의 구성 요소를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 물 분사 시스템의 구동 과정을 도시한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 물 분사 시스템은 물 탱크(10), 상기 물 탱크(10) 내의 물을 펌핑시키는 물 펌프(20)와 상기 물 펌프(20)에 의해 펌핑된 물을 엔진(40)의 흡입계(41)로 분사하는 인젝터(30) 및 물 펌프(20)에 의해 펌핑된 물을 인젝터(30)로 공급하는 물 분사 레일(50)을 구비하여, 엔진(40) 내에 구체적으로는, 엔진(40)의 연소실(43) 내에 물을 분사할 수 있는 시스템에 관한 것으로,

본 발명의 물 분사 시스템은 상기 물 펌프(20)에서 토출되는 물의 압력을 측정하는 물 펌프 압력 센서(100)와 상기 물 분사 레일(50) 내의 압력을 측정하는 레일 압력 센서(200) 및 상기 물 펌프 압력 센서(100) 또는 레일 압력 센서(200)에서 측정된 압력을 토대로 물 탱크(10) 내부의 물 부족에 의해 물 펌프(20)가 공회전하는지 여부를 판단하고, 판단된 물 펌프(20)의 공회전 여부를 토대로 상기 인젝터(30)의 물 분사 시간을 조절하여 물 분사 레일(50) 내의 공기를 배출시킬 수 있는 제어부(300)를 포함하는 것이 특징이다.

본 발명은 상기와 같은 구성을 통해 물 탱크(10) 내의 물 부족으로 인해 물 펌프(20)가 공회전하는지 여부를 판단하고, 물 펌프(20)가 공회전하는 것으로 판단되는 경우, 인젝터(30)를 통한 물 분사를 중단시켜 물 분사 레일(50) 내에 공기가 유입되는 것을 최소화할 수 있다는 점에서 종래의 물 분사 시스템과 차별성을 가지며, 이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 물 분사 시스템의 구성 요소들에 대하여 구체적으로 살펴보겠다.

먼저, 물 펌프 압력 센서(100)와 레일 압력 센서(200)는 물 펌프(20)의 공회전 여부 판단에 기반이 되는 정보를 감지하는 압력 센서로, 물 펌프 압력 센서(100)는 물 탱크(10) 내의 물이 물 펌프(20)에 의해 펌핑되어, 물 펌프(20) 외부 즉, 물 분사 레일(50)로 토출되는 압력을 측정하고, 레일 압력 센서(200)는 물 펌프(20)로부터 공급되는 물에 의해 변화하는 물 분사 레일(50) 내의 압력을 측정한다.

물 펌프 압력 센서(100)와 레일 압력 센서(200)에서 측정된 압력 정보는 제어부(300)로 송신되며, 제어부(300)에서는 물 펌프 압력 센서(100)와 레일 압력 센서(200)에서 수신 받은 상기 정보를 토대로 물 펌프(20)의 공회전 여부 판단할 수 있는데, 제어부(300)의 제어 과정에 대한 구체적인 설명은 후술한다.

이 때, 상기 물 펌프 압력 센서(100)와 레일 압력 센서(200)는 기계식 압력 센서 또는 박막 센서, 피에조저항 센서 등과 같은 전기식 압력 센서일 수 있으나, 물 펌프(20)에서 토출되는 물의 압력과 물 분사 레일(50) 내의 압력을 측정할 수만 있다면 다른 종류의 센서를 사용하더라도 무관하다.

다음으로, 제어부(300)는 본 발명의 물 분사 시스템의 핵심적인 구성 요소로서, 앞서 언급한 바와 같이 물 펌프(20)의 공회전 여부 판단하고, 물 펌프(20)의 공회전 여부 판단 결과에 따라 인젝터(30)를 제어하여 물 분사 레일(50) 내에 공기가 유입되는 것을 최소화하는 역할을 한다.

구체적으로, 제어부(300)가 물 펌프(20)의 공회전 여부를 판단하는 과정에 대해 살펴 보면, 상기 제어부(300)는 물 펌프 압력 센서(100)에서 측정된 물 펌프(20)에서 토출되는 물의 압력이 설정한 목표 압력보다 낮은 경우, 기 설정된 시간이 경과한 후에 다시 한 번 물 펌프 압력 센서(100)에서 측정된 물 펌프(20)에서 토출되는 물의 압력과 목표 압력을 비교한다.

상기 제어부(300)는 비교 결과를 토대로 ⅰ) 기 설정된 시간이 경과한 후에도 물 펌프 압력 센서(100)에서 측정된 물의 압력이 목표 압력보다 낮은 경우에는 물 탱크(100) 내의 물이 부족하여 물 펌프(20)가 공회전하는 것으로 판단하고, ⅱ) 반대로 기 설정된 시간이 경과한 후에 물 펌프 압력 센서(100)에서 측정된 물의 압력이 목표 압력 이상 즉, 목표 압력에 도달한 경우에는 물 탱크(10)의 출렁거림에 의해 일시적으로 물 펌프(20)의 공회전이 발생한 것으로 판단한다.

물 펌프(20)가 물 탱크(10) 내의 출렁거림에 의해 일시적으로 공회전한 것으로 판단되면, 상기 제어부(300)는 물 펌프(20)의 일시적인 공회전으로 인해 물 분사 레일(50) 내로 유입된 공기를 외부로 빼낼 수 있도록 인젝터(30)의 물 분사 시간을 최소 분사 시간으로 제어하여, 상기 인젝터(30)에서 물은 배출되지 않고 공기만 배출될 수 있도록 한다.

여기서, 물 펌프(20) 공회전 판단의 기초가 되는 목표 압력은 인젝터(30)를 통해 엔진(40) 내에 물을 분사하기 위한 대기 압력을 의미할 수 있으며, 자동차의 고속 주행 또는 고속 도로 주행 시에는 목표 압력에서 압력이 상승하여 인젝터(30)를 통한 물 분사가 이루어질 수 있다.

또한, 최소 분사 시간은 인젝터(30)에서 물이 빠져나가지 않고 공기만 빠져나갈 수 있는 물 분사 시간을 의미하며, 상기 최소 분사 시간은 제어부(300)에서 조절할 수 있는 인젝터(30)의 최소 개방 시간일 수도 있고, 실험을 통해 데이터화된 인젝터(30) 개방 시간일 수도 있다.

반대로, 물 펌프(20)가 물 탱크(10) 내의 물 부족으로 인해 공회전하면 물 분사 레일(50) 내의 압력이 하강하게 되어 인젝터(30)의 물 분사 시간이 증가할 수 밖에 없는데, 상기 제어부(300)는 물 펌프(20)의 공회전이 회전하는 것으로 판단되는 경우에 레일 압력 센서(200)에서 측정된 압력 값과 기 설정된 임계 압력을 비교하는 과정을 진행함으로써, 물 분사 레일(50) 내의 이상이 발생하였는지 여부를 확인할 수 있다.

구체적으로, 상기 제어부(300)는 ⅰ) 상기 물 펌프(20)가 공회전하는 것으로 판단되고, 상기 레일 압력 센서(200)에서 측정된 물 분사 레일(50) 내의 압력이 기 설정된 임계 압력보다 작은 경우, 물 펌프(20)가 공회전하는 것뿐만 아니라, 물 분사 레일(50) 내에 기계적인 결함이 발생하여 누수(Leakage)가 발생하거나, 인젝터(50)가 개방된 상태로 Stuck된 것으로 판단하여 상기 인젝터(30)의 물 분사를 중단시키고,

ⅱ) 반대로, 상기 물 펌프(20)가 공회전하는 것으로 판단되더라도, 상기 레일 압력 센서(200)에서 측정된 물 분사 레일(50) 내의 압력이 기 설정된 임계 압력 이상인 경우에는 인젝터(30) 구동을 통해 엔진(40)의 연소실(42) 내로 물을 분사할 수 있는 것으로 판단하고, 차량이 고속 주행할 때 인젝터(30)를 통해 물을 정밀하게 분사할 수 있도록 인젝터(30)의 물 분사 시간을 최소 분사 시간으로 제어함으로써, 물 펌프(20)의 공회전에 의해 물 분사 레일(50) 내부로 유입된 공기를 빼낸다.

여기서, 상기 임계 압력은 물 분사 레일(50) 내의 기계적 결함 내지 인젝터(30)의 오픈 stuck 상태를 감지할 수 있는 데이터화된 압력 값을 의미하며, 상기 임계 압력은 고정된 값이 아니어서, 차량, 주행 환경 등 다양한 실시예에 따라 변경될 수 있음은 당연하다.

이와 같이 물 펌프(20)의 공회전 여부와 물 펌프 레일(50)의 기계적 결함, 인젝터(30)의 오픈 stuck 등을 판단하는 기초가 되는 것은 물 펌프 압력 센서(100)에서 측정되는 물 펌프(20)에서 토출되는 물의 압력 값과 레일 압력 센서(200)에서 측정되는 물 분사 레일(50) 내의 압력 값인데,

상기 물 펌프 압력 센서(100) 또는 레일 압력 센서(200)에 고장이 발생된 경우에는 물 펌프(20)의 공회전 여부와 물 펌프 레일(50)의 기계적 결함, 인젝터(30)의 오픈 stuck 등을 판단할 수 없으므로, 본 발명의 물 분사 시스템은 물 펌프 압력 센서(100) 또는 레일 압력 센서(200)의 고장 여부를 판단하는 고장 판단부(400)를 더 포함하고, 상기 고장 판단부(400)는 물 펌프 압력 센서(100) 또는 레일 압력 센서(200)의 출력 값을 토대로 Short to Ground, Short to battery, Short to circuit 등의 고장 여부를 판단하고, 판단 결과를 제어부(300)에 송신할 수 있고, 상기 제어부(300)에서는 물 펌프 압력 센서(100) 또는 레일 압력 센서(200)가 고장난 것으로 판단되면 인젝터(30)의 물 분사를 중단시킨다.

또한, 본 발명의 물 분사 시스템은 상기 제어부(300)에서 물 펌프(20)가 공회전하는 것으로 판단되는 경우, 계기판 또는 소리를 통해 운전자에게 물 탱크(10) 내 물 부족을 알리는 알림부(500)를 더 포함하여, 운전자가 물 탱크(10)에 물을 채우도록 알릴 수도 있다.

다음으로, 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예인 물 분사 시스템 제어 방법에 대하여 구체적으로 살펴본다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 물 분사 시스템 제어 방법의 순서도이고, 도 4는 압력 센서 고장 여부를 확인하는 단계와 물 분사 레일 내의 압력과 임계 압력을 비교하는 단계가 추가된 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 물 분사 시스템 제어 방법의 순서도이며, 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 물 분사 시스템 제어 방법의 제어 과정을 도시한 흐름도이다.

본 발명은 또 다른 실시예로 앞서 설명한 바와 같은 엔진 내에 물을 분사하는 물 분사 시스템을 제어하는 방법에 관한 것으로, 물 탱크 내의 물이 물 펌프에 의해 펌핑되어, 물 펌프에서 토출되는 물의 압력을 측정하는 제1 압력 측정 단계(S210), 상기 제1 압력 측정 단계(S210)에서 측정된 물의 압력이 목표 압력보다 작은 경우, 기 설정된 시간이 경과한 후에 물 펌프에서 토출되는 물의 압력을 다시 측정하는 제2 압력 측정 단계(S220), 상기 제2 압력 비교 단계(S220)에서 측정된 물의 압력과 목표 압력을 비교하여, 측정된 물의 압력이 목표 압력보다 작은 경우 물 펌프가 공회전하는 것으로 판단하는 공회전 판단 단계(S230) 및 상기 공회전 판단 단계(S230)에서 판단된 물 펌프의 공회전 여부를 토대로 인젝터의 물 분사 시간을 조절하는 인젝터 제어 단계(S240)를 포함하는 것이 특징이다.

여기서, 물 펌프에서 토출되는 물의 압력을 측정하거나, 후술할 바와 같이 물 분사 레일 내의 압력을 측정하는 방법은 앞서 설명한 물 펌프 압력 센서 또는 레일 압력 센서를 이용하여 이루어지는 것이나, 상기 과정에 대한 설명은 앞서 설명한 바와 동일하므로, 여기서는 상기 과정에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

본 발명의 물 분사 시스템 제어 방법은 물 펌프에서 토출되는 물의 압력을 측정하는 물 펌프 압력 센서나 물 분사 레일 내의 압력을 측정하는 레일 압력 센서가 고장나는 경우, 물 펌프의 공회전 여부 내지 후술할 물 분사 레일 내의 결합 등을 정확하게 판단할 수 없으므로, 상기 제1 압력 측정 단계(S210)또는 제2 압력 측정 단계(S220)를 수행하기에 앞서, 물 펌프에서 토출되는 물의 압력을 측정하는 물 펌프 압력 센서 또는 물 분사 레일 내의 압력을 측정하는 레일 압력 센서의 Short to battery, Short to circuit, Short to ground 등의 고장 여부를 판단하는 센서 고장 판단 단계(S200)를 더 포함하며,

상기 센서 고장 판단 단계(S200)에서 물 펌프 압력 센서 또는 레일 압력 센서가 고장난 것으로 판단되면 인젝터의 물 분사 중단시키고, 반대로 상기 센서 고장 판단 단계(S200)에서 물 펌프 압력 센서와 레일 압력 센서가 이상이 없는 것으로 판단되면 제1 압력 측정 단계(S210)를 진행한다.

또한, 본 발명의 물 분사 시스템 제어 방법은 ⅰ) 상기 공회전 판단 단계(S230)에서 제2 압력 비교 단계(S220)에서 측정된 물의 압력이 목표 압력 이상 즉, 목표 압력에 도달한 경우에는 물 탱크의 흔들림에 의해 일시적으로 물 펌프가 공회전한 것으로 판단하고, 인젝터 제어 단계(S240)에서는 차량이 고속 주행할 때 인젝터를 통해 물 분사를 할 수 있도록, 물 펌프의 일시적인 공회전에 의해 물 분사 레일 내로 유입된 공기를 빼내고, 인젝터의 물 분사 시간을 최소 분사 시간으로 조절한다. 이 때, 상기 목표 압력과 최소 분사 시간은 앞서 설명한 바와 동일하므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

이와 달리, ⅱ) 상기 공회전 판단 단계(S230)에서 제2 압력 비교 단계(S220)에서 측정된 물의 압력이 목표 압력보다 작은 경우에는 물 탱크 내의 물 부족으로 인해 물 펌프가 공회전한 것으로 판단하는데, 물 펌프가 공회전하더라도 물 분사 레일 내의 압력에 따라 물 분사가 가능한 경우도 있으므로, 본 발명의 물 분사 시스템 제어 방법은 상기 공회전 판단 단계(S230)에서 물 펌프가 공회전하는 것으로 판단되면, 물 분사 레일 내의 압력과 기 설정된 임계 압력을 비교하는 레일 압력 비교 단계(S250)를 더 포함한다.

상기 레일 압력 비교 단계(S250)에서 ⅰ) 물 분사 레일 내의 압력이 기 설정된 임계 압력 이상으로 판단되는 경우, 물 펌프가 공회전하기는 하지만 인젝터 구동을 통해 엔진의 연소실 내로 물을 분사할 수 있는 것으로 판단하며, 상기 인젝터 제어 단계(S240)에서는 인젝터의 물 분사 시간을 최소 분사 시간으로 조절하여 인젝터에서 공기만 배출될 수 있도록 함으로써, 차량이 고속 주행할 때 엔진 내로 물을 정밀하게 분사할 수 있도록 준비할 수 있다.

반대로, 상기 레일 압력 비교 단계(S250)에서 ⅱ) 물 분사 레일 내의 압력이 기 설정된 임계 압력보다 작은 것으로 판단되는 경우에는, 물 펌프가 공회전하는 것과 별도로 물 분사 레일 내에 기계적 결함이 발생하여 누수가 발생하거나, 인젝터가 오픈 Stuck된 것으로 판단하여, 상기 인젝터 제어 단계(S240)에서는 인젝터의 물 분사를 중단시킨다.

아울러, 본 발명의 물 분사 시스템 제어 방법은 상기 공회전 판단 단계(S230)에서 물 펌프가 공회전하는 것으로 판단되면, 운전자에게 물 탱크 내의 물이 부족하다는 것을 알리는 알림 단계를 더 포함하여, 운전자가 물 탱크에 물을 채우도록 알릴 수도 있다.

정리하면, 본 발명은 상기와 같은 물 분사 시스템 및 그 제어 방법을 제공함으로써, 물 펌프의 공회전 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 인젝터를 제어하여 물 분사 레일 내로 공기가 유입되는 것을 최소화할 수 있고, 나아가 물 분사 레일 내에 공급된 공기를 외부로 배출해냄으로써, 엔진 내에 분사되는 물의 양을 정밀하게 제어할 수 있어 종래의 물 분사 시스템에 비해 노킹 제어를 효율적으로 할 수 있다는 장점이 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예 및 응용예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 응용예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

또한, 본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 물 탱크
20 : 물 펌프
30 : 인젝터
40 : 엔진
41 : 흡기계
42 : 배기계
43 : 연소실
50 : 물 분사 레일
100 : 물 펌프 압력 센서
200 : 레일 압력 센서
300 : 제어부
400 : 고장 판단부
500 : 알림부

Claims (15)

1. 물 탱크, 상기 물 탱크 내의 물을 펌핑시키는 물 펌프와 상기 물 펌프에 의해 펌핑된 물을 엔진의 흡입계로 분사하는 인젝터 및 물 펌프에 의해 펌핑된 물을 인젝터로 공급하는 물 분사 레일을 구비하여, 엔진 내에 물을 분사할 수 있는 시스템에 있어서,
   상기 물 펌프에서 토출되는 물의 압력을 측정하는 물 펌프 압력 센서;
   상기 물 분사 레일 내의 압력을 측정하는 레일 압력 센서; 및
   상기 물 펌프 압력 센서 또는 레일 압력 센서에서 측정된 압력을 토대로 물 펌프의 공회전 여부를 판단하고, 상기 인젝터의 물 분사 시간을 조절하여 물 분사 레일 내의 공기를 배출시키는 제어부;를 포함하고,
   상기 제어부는,
   상기 물 펌프 압력 센서에서 측정된 물의 압력이 목표 압력보다 낮고, 기 설정된 시간이 경과한 후에 상기 물 펌프 압력 센서에서 다시 측정된 물의 압력이 목표 압력보다 낮은 경우, 상기 물 펌프가 공회전하는 것으로 판단하고,
   상기 물 펌프가 공회전하는 것으로 판단되면, 다음으로 상기 레일 압력 센서에서 측정된 물 분사 레일 내의 압력을 기 설정된 임계 압력과 비교하여 물분사를 중단시키거나, 물분사시간을 조절하여 분사를 수행하는 것을 특징으로 하는 물 분사 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 인젝터에서 공기만 배출될 수 있도록, 상기 인젝터의 물 분사 시간을 최소 분사 시간으로 조절하는 것을 특징으로 하는 물 분사 시스템.
   
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 레일 압력 센서에서 측정된 물 분사 레일 내의 압력이 기 설정된 임계 압력보다 작은 경우, 상기 인젝터의 물 분사를 중단시키는 것을 특징으로 하는 물 분사 시스템.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 레일 압력 센서에서 측정된 물 분사 레일 내의 압력이 기 설정된 임계 압력 이상인 경우, 상기 인젝터의 물 분사 시간을 조절하여 물 분사 레일 내의 공기를 배출시키는 것을 특징으로 하는 물 분사 시스템.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 물 펌프 압력 센서 또는 레일 압력 센서의 고장 여부를 판단하는 고장 판단부;를 더 포함하고,
   상기 제어부는 상기 고장 판단부에서 물 펌프 압력 센서 또는 레일 압력 센서가 고장인 것으로 판단되면, 인젝터의 물 분사를 중단시키는 것을 특징으로 하는 물 분사 시스템.
   
7. 제1항에 있어서,
   물 펌프가 공회전하는 것으로 판단되는 경우, 운전자에게 물 탱크의 물 부족을 알리는 알림부;를 더 포함하는 물 분사 시스템.
   
8. 엔진 내에 물을 분사하는 물 분사 시스템을 제어하는 방법에 있어서,
   물 탱크 내의 물이 물 펌프에 의해 펌핑되어, 물 펌프에서 토출되는 물의 압력을 측정하는 제1 압력 측정 단계;
   상기 제1 압력 측정 단계에서 측정된 물의 압력이 목표 압력보다 작은 경우, 기 설정된 시간이 경과한 후, 물 펌프에서 토출되는 물의 압력을 다시 측정하는 제2 압력 측정 단계;
   상기 제2 압력 비교 단계에서 측정된 물의 압력과 목표 압력을 비교하여, 측정된 물의 압력이 목표 압력보다 작은 경우 물 펌프가 공회전하는 것으로 판단하는 공회전 판단 단계; 및
   상기 공회전 판단 단계에서 판단된 물 펌프의 공회전 여부를 토대로 인젝터의 물 분사 시간을 조절하는 인젝터 제어 단계;를 포함하고,
   상기 공회전 판단 단계에서 물 펌프가 공회전하는 것으로 판단되면, 물 분사 레일 내의 압력과 기 설정된 임계 압력을 비교하는 레일 압력 비교 단계;를 더 포함하는 물 분사 시스템 제어 방법.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 제1 또는 제2 압력 측정 단계에 앞서, 물 펌프에서 토출되는 물의 압력을 측정하는 물 펌프 압력 센서 또는 물 분사 레일 내의 압력을 측정하는 레일 압력 센서의 고장 여부를 판단하는 센서 고장 판단 단계;를 더 포함하는 물 분사 시스템 제어 방법.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 센서 고장 판단 단계에서 물 펌프 압력 센서 또는 레일 압력 센서가 고장난 것으로 판단되면, 인젝터의 물 분사 중단시키는 것을 특징으로 하는 물 분사 시스템 제어 방법.
    
11. 제8항에 있어서,
    상기 인젝터 제어 단계는,
    상기 공회전 판단 단계에서 물 펌프가 공회전하지 않는 것으로 판단되면, 인젝터에서 공기만 배출될 수 있도록 인젝터의 물 분사 시간을 최소 분사 시간으로 조절하는 것을 특징으로 하는 물 분사 시스템 제어 방법.
    
12. 삭제
13. 제8항에 있어서,
    상기 인젝터 제어 단계는,
    상기 레일 압력 비교 단계에서 물 분사 레일 내의 압력이 기 설정된 임계 압력 이상으로 판단되는 경우, 인젝터에서 공기만 배출될 수 있도록 인젝터의 물 분사 시간을 최소 분사 시간으로 조절하는 것을 특징으로 하는 물 분사 시스템 제어 방법.
    
14. 제8항에 있어서,
    상기 인젝터 제어 단계는,
    상기 레일 압력 비교 단계에서 물 분사 레일 내의 압력이 기 설정된 임계 압력보다 작은 것으로 판단되는 경우, 인젝터의 물 분사를 중단시키는 것을 특징으로 하는 물 분사 시스템 제어 방법.
    
15. 제8항에 있어서,
    상기 공회전 판단 단계에서 물 펌프가 공회전하는 것으로 판단되면, 운전자에게 물 탱크 내의 물이 부족하다는 것을 알리는 알림 단계;를 더 포함하는 물 분사 시스템 제어 방법.

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