KR0153502B1 - 연료분사장치의 분사시기 조정장치 - Google Patents

Abstract

리프트센서에서 일시적으로 오신호가 출력되었을 경우의 피이드백 제어를 개선하여, 오신호에 의하여 분사시기 제어가 불능으로 되는 것을 방지하도록 한 연료분사장치의 분사시기 조정장치를 제공함을 목적으로 하고 있으며, 구동펄스의 듀티비가 일정한 허용범위내에 있는지 아닌지를 판정하여 허용범위내에 있지 않다고 판정되었을 경우에는 그 허용범위를 초과하여 듀티비를 설정하지 않고, 분사시기의 목표치에 추종하는 피이드백 제어를 하지 않도록 한다. 일시적인 측할 수 없는 사태에서 타이머 진각이 극단히 차이져 버리는 일이 없게 되어 사시기 제어의 안정화를 도모할 수 있다.

Description

연료분사장치의 분사시기 조정장치

제1도는 본 발명에 관한 연료분사장치 개략 구성예를 나타낸 도면.

제2도는 제1도의 연료분사장치에 의한 연료분사시기의 제어예를 나타낸 개략도표.

제3도는 제어장치에 의한 연료분사시기의 제어예를 나타낸 순서도.

제4도는 제3도에 나타낸 처리중에서 스텝(78)에 나타낸 PID에 의한 듀티비 연산처리를 나타낸 순서도.

제5도는 개방 루우프 제어시에 사용하는 엔진회전수(NE)와 듀티비의 관계를 나타낸 특성선도.

제6도는 피이드백 제어시에 사용하는 엔진회전수(NE)와 듀티비의 관계를 나타낸 특성선도.

제7도는 노즐 리프트 센서의 출력파형(S)과 그 출력파형을 장방형파로 처리한 다음의 파형을 나타낸 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 연료분사펌프 25 : 타이밍장치

31 : 타이밍 조절밸브 58 : 니이들 리프트센서

[산업상의 이용분야]

본 발명은 연료분사펌프의 분사개시시기를 전자제어하는 연료분사장치의 분사시기 조정장치에 관한 것이다.

[종래기술]

실제분사시기를 목표분사시기에 일정한 범위내에서 일치시키는 피이드백 제어장치로서, 종래 분사노즐의 밸브오픈 시기(valve-opening time)를 노즐의 리프트 상태를 검출하는 리프트센서로 인지하고, 이 리프트센서로 실측된 밸브오픈 시기와 목표밸브오픈 시기의 오차를 일정범위내에 하도록 분사시기의 조정수단을 듀티비 제어하는 것은 공지되어 있다(일본국 특개소 60-125744호 공보, 특개소 60-65253호 공보 등).

[발명이 해결하려는 과제]

그러나, 이와 같이 리프트센서를 사용한 분사시기 제어에 있어서는 제어 정밀도를 높일 수 있다지만, 예측할 수 없는 잡음이나 진동 등에 의하여 리프트센서로부터 오(誤)신호가 출력되기 쉽고, 이 오신호에 의하여 일시적으로나마 실측치가 목표치에서 크게 차이져 버린다. 이 때문에 실측치를 목표치에 수속(收束)시키는 피이드백 제어에서는 구동펄스의 듀티비가 극단히 차이져 버려서 극단한 진각(進角) 또는 지각(遲角)을 가져오게 하여 엔진에 피해를 준다거나 일시적으로 소음의 증대, 실화, 엔진스톱, 흑연의 발생 등을 가져오게 한다.

그리하여, 본 발명에 있어서는 리프트센서에서 일시적으로 오신호가 출력된 경우의 피이드백 제어를 개선하여, 오신호에 의하여 분사시기 제어가 불안정하게 되는 것을 방지하도록 한 연료분사장치의 분사시기 조정장치를 제공함을 과제로 하고 있다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

그리고, 본 발명의 요지로 하는 바는 타이밍 조정밸브에 공급하는 구동펄스를 조절하여 연료분사시기를 제어하는 타이머장치와, 분사노즐의 밸브오픈 시기를 검출하는 밸브오픈 시기 검출센서를 지니고, 이 밸브오픈 시기 검출센서의 출력신호를 피이드백하여 구동펄스의 듀티비를 연산하는 연료분사장치의 분사시기 조정장치에 있어서, 연산된 구동펄스의 듀티비가 미리 설정된 허용범위내의 것인지 아닌지를 판정하는 판정수단과, 이 판정수단에 의하여 구동펄스의 듀티비가 허용범위내의 것이 아니라고 판정되었을 경우에 구동펄스의 듀티비의 허용범위를 초과하여 설정하지 않도록 하는 규제수단을 설치한 것에 있다.

[작용]

따라서, 일시적으로 밸브오픈 시기 검출센서에서 오신호가 출력되어도 허용할 수 있는 범위를 초과하여 듀티비가 추종하는 피이드백 제어를 하지 않도록 하였으므로, 일시적인 예측하지 못한 사태로 타이머 진각이 극단으로 차이져 버리는 경우가 없어져서 분사시기 제어의 안정화를 도모할 수 있고, 그 때문에 상기 과제를 달성할 수 있는 것이다.

[실시예]

이하, 본 발명의 실시예를 도면에 따라 설명한다.

제1도에 있어서, 연료분사펌프(1)는 분배형이며, 하우징(2)에는 구동축(3)이 삽입되었고, 이 구동축(3)의 일단은 하우징(2)에 돌출하여 도면에 없는 엔진으로부터의 구동토오크를 받도록 되어 있다. 구동축(3)의 타단은 하우징(2)내의 챔버(4)에 뻗어 있으며, 그 구동축(3)에는 피이드펌프(5)가 연결되었고, 이 피이드펌프(5)로 도면에 없는 연료탱크로 부터의 연료를 챔버(4)에 공급하도록 되어 있다.

플런저(6)는 플런저배럴(7)에 슬라이딩이 자유롭도록 장착되어 있다. 이 플런저(6)의 기부는 캠디스크(8)에 맞닿아 맞물렸고, 플런저 스프링(9)에 의하여 꽉 눌려지고 있다. 캠디스크(8)는 컵플링(10)을 개재하여 구동축(3)에 축방향으로의 이동을 허용하도록 맞물려져 있음과 동시에 로울러 호울더(11)에 지지된 로울러(12)에 맞닿고 있으며, 이 캠디스크(8)의 회전에 따라, 플런저(6)에 대하여 연료의 흡입압송을 위한 왕복운동과 연료를 분배하기 위한 회전운동을 동시에 부여하도록 되어 있다.

플런저(6)가 도면에서 왼쪽으로 가는 흡입공정시에는 송유펌프에서 챔버(4)에 공급되는 연료가 흡입구(14)에서 플런저(6)의 선단축 방향으로 형성된 흡입 그루우브(groove)(15)의 하나를 개재하여 플런저배럴(7)과 플런저(6)로 포위된 펌프실(16)에 공급되어 플런저(6)가 도면에서 오른쪽으로 가는 압송공정시에는 흡입구(14)와 흡입 그루우브(15)가 끊겨 떨어져서 펌프실(16)내에서 압축된 연료가 플런저(6)의 세로구멍(17)을 거쳐 분배구에서 분배통로(18)의 하나에 들어가고, 배출밸브(19)에 공급되도록 되어 있다.

또, 플런저(6)의 플런저배럴(7)에서 돌출하는 부분에는 제어슬리이브(21)가 슬라이딩이 자유롭도록 외부에서 끼워졌고, 플런저(6)의 세로구멍(17)과 연통하는 차단구멍(22)이 제어슬리이브(21)의 측단에서 벗어나서 챔버(4)에 개구하면, 압축된 연료가 챔버(4)에 유출하므로 분사노즐(40)에의 송출은 정지되어 분사가 종료한다. 이 때문에 제어슬리이브(21)의 위치조정에 따라서 분사종료, 즉 분사량을 조절할 수 있으며, 제어슬리이브(21)를 도면중 왼쪽 방향으로 이동할수록 분사량을 감소시키고 오른쪽 방향으로 이동할수록 분사량을 증가시킬 수 있다.

타이머장치(25)는 전술한 로울러 호울더(11)의 하방에 설치된 실린더(26)에 슬라이딩이 자유롭도록 수납된 타이머 피스톤(27)을 구비하였고, 이 타이머 피스톤(27)을 레버(28)를 개재하여 로울러 호울더(11)에 연결한 다음, 타이머 피스톤(27)에 의하여 로울러 호울더(11)를 회전운동시켜서 분사시기를 조절하도록 되어 있다.

타이머 피스톤(27)의 일단에는 챔버내의 고압연료가 도입되는 고압실(28)이, 또 타단에는 피이드펌프의 흡입경로와 연통하고 있는 저압실(29)이 형성되어 있다. 또한, 저압실(29)에는 타이머 스프링(30)이 탄력장착되었고, 이 타이머 스프링(30)에 의하여 타이머 피스톤(27)이 항상 고압실측에 가압되어 있다. 따라서, 타이머 피스톤(27)은 타이머 스프링(30)의 스프링압과 고압실내의 유압이 균형진 위치에서 정지하여, 고압실압이 높아지면, 타이머 피스톤(27)이 타이머 스프링(30)에 저항하여 저압실측으로 이동하여 로울러 호울더(11)가 분사시기를 진각(spark advance)하는 방향으로 회전운동하게 되어 분사시기를 지각(lag angle)된다.

여기에서, 타이머의 고압실(28)의 압력은 요구되는 타이머 진각을 얻을 수 있도록 타이밍 조절밸브(TCV)(31)로 조절한다. 이 타이밍 조절밸브(31)는 고압실(28)로 통하는 연료입구(32)를 측면부에, 또 저압실(29)로 통하는 연료출구(33)를 선단부에 각기 구비하였고, 내부에는 연료입구(32)와 연료출구 연통하는 연통로의 개폐용 니이들(34)이 수납되어 있다. 이 니이들(34)은 연료입구(32)와 연료출구(33)의 연통을 차단하는 방향으로 스프링에 의하여 항상 가압되어 있으며, 솔레노이드(36)에의 통전에 의하여 스프링에 저항해서 가까이 끌어당겨져서 연료입구(32)와 연료출구(33)가 연통하도록 되어 있다.

그리고, 솔레노이드(36)에 전류가 흐르지 않고 있을 때에는, 고압실(28)과 저압실(29)은 완전히 차단되지만, 전류가 흐르고 있을 때에는 고압실(28)과 저압실(29)이 연결되어 고압실(28)의 압력이 저하한다. 이 고압실(28)의 압력저하에 따라 타이머 피스톤(27)은 타이머 스프링(30)의 탄력과 균형지는 위치까지 이동하여 분사시기를 변화시킨다.

더욱이, 실제에는 타이밍 조절밸브의 듀티비 제어로서 고압실(28)의 압력이 조절되도록 되어 있다. 이 듀티비는 제어장치(20)에 의하여 제어되어 있으며, 듀티비 0%에서 타이밍 조절밸브(31)는 완전 개방상태에 있고, 분사시기는 가장 진각(retar dation)한다. 또, 듀티비 100%에서 타이밍 조절밸브(31)는 완전 폐쇄상태에 있고, 분사시기는 가장 지각한다.

송출밸브(19)에서 송출된 연료는, 도면에 없는 분사관을 개재하여 분사노즐(40)에 보내지고, 이 분사노즐(40)에서 엔진의 기통내에 분사하도록 되어 있다.

이 분사노즐(40)은 노즐 호울더 본체(41)의 하단부에 노즐본체(42)가 디스탠스 피이스(distance piece)(43)를 개재하여 할당되고, 멈춤너트(44)로 이것들 노즐 호울더 본체(41), 디스탠스 피이스(43) 및 노즐본체(42)가 일체가 되도록 체결되어 있다.

분사노즐(40)의 상단부에는 도면에 없는 연료입구, 압력유입구 및 기름누설 출구가 형성되었고, 연료입구는 연료분사펌프(1)의 송출밸브(19)과 연통함과 동시에 노즐본체(42)에 슬라이딩이 자유롭도록 끼워진 니이들밸브(45)의 테이퍼부에 면하는 연료유입실(46)에 통로(47)를 개재하여 연통하고 있다.

압력유입구는 통로(48)를 개재하여 끼우는 장착구멍(49)과 연통하고 있으며, 이 끼우는 장착구멍(49)에는 피스톤(50)이 슬라이딩할 수 있도록 수납되어 있다. 노즐 호울더 본체(41)에는 끼우는 장착구멍(49)과 연통되게 끼우는 장착구멍(51)이 형성되었고, 이 끼우는 장착구멍(51)에 플런저(52)가 슬라이딩이 자유롭도록 끼워졌고, 피스톤(50)의 하단면에 이 플런저(52)의 상단이 맞닿고 있다. 또, 플런저(52)의 하단에는 가동 스프링 시이트(53)가 설치되었고, 이 가동 스프링 시이트(53)의 하단에는 니이들밸브(45)의 상단이 끼워 맞추어져 있으며, 플런저(52)는 니이들밸브(45)와 일체적으로 이동할 수 있도록 되어 있다.

가동 스프링받이(53)는 노즐 호울더 본체(41)에 형성된 스프링 수납실(54)에 배치되어 있고, 이 스프링 수납실(54)에 탄력 장착된 스프링(55)을 받도록 되어 있다. 그리고, 스프링(55)은 니이들밸브(45)에 대하여 노즐본체(42)의 선단에 형성된 분사구멍(57)을 폐쇄하는 방향으로 가압력을 항상 부여하도록 되어 있다.

또, 플런저(52)를 끼우는 장착구멍(51)은 통로(50)를 개재하여 기름 누설출구에 연통하고 있다.

따라서, 압력유입구에 압력(Pt)의 연료가 공급되면, 이 연료는 통로(48)를 개재하여 피스톤(50)의 상면으로 안내되어 피스톤(50)의 상면에 압력(Pt)을 가한다. 이 압력(Pt)은 플런저(52), 가동 스프링받이(53)를 개재하여 니이들밸브(45)에 작용하고, 스프링(55)의 탄력과 함께 분사구멍(57)을 폐쇄하는 방향으로 니이들밸브(45)를 꽉 누른다.

이와 같이 니이들밸브(45)가 가압되어 있는 상태에서 송출밸브(19)에서 연료가 압송되면, 이 연료는 통로(47)를 통하여 연료유입실(46)로 유입되어 니이들밸브(45)의 테이퍼부에 작용한다. 이 작용하는 힘이 탄력과 압력(Pt)의 합력보다 커지게 되면, 니이들밸브(45)가 눌러서 상방으로 올려지고, 연료가 분사구멍(57)에서 분사된다.

또, 분사노즐에는 니이들밸브의 리프트량을 검출하는 니이들 리프트센서(58)가 설치되어 있다. 이 니이들밸브 리프트센서는 예컨대 디스탠스 피이스(43) 등에 설치된 검출코일로 되었으나, 압전소자등에 의하여 니이들밸브의 리프트량을 실질적으로 검출하는 것이였어도 좋고, 이 니이들 리프트센서(58)의 출력은 제어장치(20)에 입력된다.

제어장치(20)는 타이밍 조절밸브(31) 등을 구동하는 구동회로, 이 구동회로를 제어하는 마이크로 컴퓨우터, 이 마이크로 컴퓨우터에 신호를 입력하는 입력회로 등을 구비하여 구성되었고, 마이크로 컴퓨우터는 중앙연산처리(CPU), ROM, RAM, A/D 변환기 등을 구비하고 있다. 제어장치(20)의 입력회로에는 니이들 리프트센서(58)로부터의 신호(S)의 외에 엔진의 회전속도(N), 엔진냉각수의 온도를 나타낸 수온신호(TW) 등이 입력되어 이러한 신호를 처리하여 연료분사펌프의 타이밍 조절밸브(TCV)(31) 등을 일정한 프로그램에 따라서 구동제어하도록 되어 있다.

제2도에서 타이머장치의 제어예를 블럭도표로 하여 나타내었는바, 이것을 간단히 설명하면 엔진회전수나 가속조작량 등의 여러 가지의 운전상태를 검출하는 운전상태 검출기(블럭 60)로부터의 신호에 따라서, 목표로 하는 분사시기(IT_M)를 연산하고(블럭 61), 이에 대하여 크랭크각이 일정한 기준위치에 도달할 때마다 기준펄스를 출력하는 기준위치 검출기(블럭 62)와 니이들 리프트센서(블럭 63)등으로부터의 신호에 따라서 실제의 분사시기(IT_O)를 연산하고(블럭 64), 이것들 목표분사시기에 대한 실제분사시기의 편차(△IT=IT_M-IT_O)를 연산하고(블럭 65), 이 편차를 일정한 범위내에 수속시키도록 한 타이밍 조절밸브(TCV)의 구동펄스 듀티비를 연산한다(블럭 60). 그리고, 이 연산된 듀티비에 따라서 TCV(블럭 68)에 구동회로(블럭 67)를 개재하여 구동펄스를 출력하도록 되어 있다.

더욱 구체적으로는 제어동작예를 제3도에서 순서도로 하여 나타내었으며, 제어장치(20)는 스텝(70)에서 여러 가지의 운전상태를 검출하는 운전상태 검출기로부터의 신호, 니이들 리프트센서(58)로부터의 신호를 입력하여 다음의 스텝(72)에서 목표로 하는 분사시기(IT_M)를 엔진회전수나 가속조작량 등을 고려하여 산출하고, 스텝(74)에서 기준위치 검출기와 니이들 리프트센서로부터의 신호에 따라서 실제분사(IT_O)를 산출한다.

스텝(76)에 있어서는 목표분사시기에 대한 실제분사시기의 오차(△IT)를 산출하고, 다음의 스텝(78)에 있어서는 이 오차의 크기에 따라서 분사시기를 PID제어하기 위한 구동펄스의 듀티비를 산출한다.

즉, 제4도에 나타낸 바와 같이 스텝(82)에서 오차(△IT)가 소정치(β) 이상으로 되어 있는 상태가 소정시간(α) 이상인지 아닌지를 판정하여, △IT≥β가 α시간 이상이라고 판정되었을 경우에는, PID제어에도 불구하고 수속(收束) 제어가 불능이였다고 하여 고장이라 판정하고, 스텝(84)에 진행하여 개방 루우프 제어로 이행한다. 이 개방 루우프 제어에 있어서는 제5도에 나타낸 바와 같이 미리 엔진회전수와의 관계에서 결정된 듀티비를 산출하고, 이와 같은 듀티비를 구비한 구동펄스를 스텝(80)에서 타이밍 조절밸브(TCV)(31)로 출력한다.

이에 대하여, 스텝(82)의 고장조건에 맞지 않는 경우에는 스텝(86)에 진행하여 PID제어로서 오차(△IT)를 일정범위내에 수속시키기 위한 듀티비(D1)를 산출한다. 제6도에 나타낸 바와 같이 운전조건 등을 가미하여 피이드백 제어하기 위한 기준 듀티비(실선으로 나타내었다)를 회전수와의 관계에서 미리 설정되어 있으나, 이 기준듀티비에는 일정한 허용폭(1점 쇄선으로 나타낸 범위)이 설치되어 있다. 이것은 오차(△IT)가 작을 경우에는 목표듀티비가 기준듀티비와 거의 차이지지 않으나, 오차(△IT)가 클 경우에는 목표분사시기에 실제분사시기를 급속하게 수속시키려 하므로 목표듀티비가 기준듀티비에서 크게 차이질 경우가 있어, 이와 같은 경우에는 극단의 진각 또는 지각변동이 발생하므로 이것을 방지하기 위하여 변동영역을 규제하려 하는 것이다. 이 때문에 스텝(88)에 있어서, 스텝(86)에서 연산된 듀티비(D1)가 허용범위내에 있는지 아닌지를 판정하여 듀티비(D1)가 허용범위내에 있을 경우에는, 그 듀티비(D1) 값을 목표듀티비로 하여(스텝 90), 듀티비(D1)가 허용범위 밖에 있을 경우에는 허용범위의 임계치(1점 쇄선위의 값)를 목표듀티비로 하고(스텝 92), 이와 같은 목표듀티비를 구비한 구동펄스를 스텝(80)에서 타이밍 조절밸브(TCV)(31)에 출력한다.

따라서, 제7도의 곡선으로 나타낸 바와 같은 니이들 리프트센서(58)의 출력파형(S)에 대하여 일정한 최저한계(TH)를 초과한 시점(t1)을 목표분사시기와 일치시키도록 PID제어하도록 하였을 경우, 무엇인가의 박자로 동 최저한계를 초과하는 거와 같은 잡음이 발생하면 그 시점(t2)에서 실제분사시기가 어긋나 버린것과 같이 판단되어 버려서 이 시점(t2)과 목표분사시기의 차를 일정범위내로 하려고 듀티비가 현상의 상태에서 크게 변경되려고 한다. 그렇지만, 기준듀티비에서 변동하는 범위는 제6도와 같이 규제되어 있어, 이 범위를 초과하여 듀티비가 설정되는 경우가 없으므로 잡음의 발생으로 돌연히 분사시기가 크게 변경되는 일이 없다.

더욱이, 상술한 구성에 있어서는 스텝(86)에서 연산된 듀티비가 허용범위를 초과하였다고 판정되었을 경우에는 허용범위의 임계치를 목표듀티비로 하는 것이였으나, 이에 더하여 허용범위를 크게 초과하였다고 판정된 상태가 일정시간 이상 계속 하였을 경우에는 타이머 제어 시스템의 고장이라고 판정하도록 하여도 좋다.

[효과]

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 분사노즐의 밸브오픈 시기를 검출하는 센서로부터의 신호를 사용하여 분사시기를 피이드백 제어하는 시스템에 있어서 밸브오픈 시기 검출센서로부터의 일시적인 오신호의 출력에 대하여는 구동펄스의 변동에 제한을 설정하여 분사시기를 목표치에 추종시키는 피이드백 제어를 규제하도록 하였으므로 일시적인 불측(不測)의 사태에서 극단히 진각 또는 지각하는 일이 없고, 바꾸어 말하면 잡음에 대하여 영향이 적은 분사시기 제어를 실현할 수 있다. 또, 엔진에의 불리를 억제할 수 있고, 소음의 증대, 실화, 엔진정지, 흑연의 발생 등을 적게할 수 있다.

Claims (1)

1. 타이밍 조정밸브에 공급하는 구동펄스를 조절하여 연료분사시기를 제어하는 타이머 장치와, 분사노즐의 밸브오픈 시기를 검출하는 밸브오픈 시기 검출센서를 지니고, 상기 밸브오픈 시기 검출센서의 출력신호를 피이드백하여 구동펄스의 듀티비를 연산하는 연료분사장치의 분사시기 조정장치에 있어서, 연산된 구동펄스의 듀티비가 미리 설정된 허용범위내의 것인지 아닌지를 판정하는 판정수단과, 이 판정수단에 의하여 구동펄스의 듀티비가 허용범위내의 것이 아니라고 판정되었을 경우에, 구동펄스의 듀티비의 허용범위를 초과하여 설정하지 않도록 하는 규제수단을 설치한 것을 특징으로 하는 연료분사장치의 분사시기 조정장치.