KR100330275B1 - 연료누출검출기시스템 - Google Patents

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웰스 러셀 씨
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Abstract

절대 안전한 알고리즘을 수행하는 본 발명의 방법과 시스템은 연료가 분사되는 자동차의 엔진 제어기에 사용되어 연료 배급 시스템의 고압 부분에서의 누출을 검출한다. 제어 체적은 고압 펌프의 배출구, 펌프로부터 연료 압력 조절기로 이어지는 연료 라인, 조절기 솔레노이드 및 블록, 조절기 블록으로부터 연료 레일로 이어지는 라인, 연료 레일 그 자체, 연료 레일로부터 연료 분사기까지 이어지는 라인, 압력 감지기, 끼워맞춤부, 및 분사기 그 자체를 포함하여 구획형성된다. 제어체적에 들어오고 나가는 연료의 전체 질량은 계산되어질 수 있고, 아마도 누출의 결과일 것이라고 추측되는 설명되지 않는 연료의 부분에 상응하는 차이가 계산되어 질 수 있다. 이에따라, 결함 신호가 생성되어 경고 지시기의 발광, 엔진 차단, 또는 감소된 연료의 압력으로 불완전한 모드의 수행을 포함하여 여러 가지 정정을 위한 측정값을 구할 수 있게 한다.

Description

연료 누출 검출기 시스템{FUEL LEAKAGE DETECTOR SYSTEM}
자동차내부에 있는 연료 배급 시스템에서의 연료 누출은 극히 위험하므로 큰 문제가 된다. 이같은 문제점은 연료 분사 시스템을 채용하는 자동차에 있어서 특히 심각한 것인데, 왜냐하면 분사기를 통한 연소실내로의 연료의 배급은 고압에서 이루어지기 때문이다.
고압 시스템의 연료 레일 또는 연료 분배 매니폴드내에서의 150 bar까지 이르는 압력은 통상적으로 2.5 내지 3.0 bar의 압력으로 작동되는 종래의 포트 분사 시스템에 있어서보다 더 심각하게 문제된다. 비록 대비책이 누출의 가능성을 최소화하기 위해서 연료 분배 시스템의 유압 구성요소의 설계 및 제작에 있어서 채택되겠지만, 컴퓨터를 포함할 수 있는 엔진 제어기에 의해 연료 시스템을 감시할 필요가 있다.
DE-A-195 34 051호는 엔진내에 있는 복수의 연료 분사기에 연료를 공급하는고압 연료 시스템의 제어를 위한 장치를 개시하고 있다. 고압의 연료는 펌프를 사용하여 탱크로부터 고압 매니폴드로 공급된다. 연료는 탱크로 복귀되기 위해 압력 제어 밸브를 통해 매니폴드로부터 방출된다. 매니폴드에 공급된 연료의 체적은 펌프가 엔진의 회전마다 일정한 체적으로 연료를 공급하는 바와 같이 엔진 회전속도에 따라 결정된다. 탱크로 복귀되는 연료의 체적은 탱크와 유체 연통하고 있는 역 유동 관을 통과하는 연료의 체적을 측정함으로써 검출된다. 매니폴드에 공급되는 연료의 체적은 탱크로 복귀되는 연료의 체적과 연료 분사기를 통과하는 연료의 체적과의 합계와 비교된다. 만약 매니폴드에 공급되는 연료의 체적과 복귀되는 연료 및 분사된 연료의 합계와의 사이에 차이값이 있으면, 그 차이를 지시하는 신호가 생성된다.
따라서, 연료 시스템의 고압 부분에서의 누출을 검출하는 데에 사용될 수 있는, 자동차내에서 특히 엔진 제어기내에서 기능하는 절대안전 감시 시스템의 필요성이 있다. 게다가, 이와 같은 제어기는 경고 지시기의 발광, 엔진 차단 등을 포함할 수 있는 적절한 대응을 결정하게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 자동차의 연료 시스템내에서의 누출을 검출할 수 있는 시스템을 제공하는 것이다.
자동차의 연료 시스템내에서의 누출을 검출하는 시스템에 있어서, 그 검출과정이 연료분사식 자동차내에 있는 종래의 감지기로부터 얻어진 연료 시스템의 작동에 관련한 정보를 이용하여 이루어지는 시스템을 제공하는 것이 본 발명의 또다른 목적이다.
종래의 연료분사식 자동차에 이미 존재하는 설비의 양을 초과하여 이러한 검출을 수행하기 위해 요구되는 설비의 양을 최소화하는 간단하면서 저렴한 자동차의 연료 시스템내에서의 연료 누출을 검출하는 시스템을 제공하는 것이 본 발명의 또다른 목적이다.
자동차의 연료 시스템의 고압 부분내에서의 연료 누출을 검출하는 시스템을 제공하는 것이 본 발명의 또다른 목적이다.
자동차의 연료 시스템내에서의 연료 누출을 검출하는 시스템에 있어서, 정확한 검출이 냉간 엔진 작동시나 감속시와 같은 과도적인 자동차 상태시에 성취되는 시스템을 제공하는 것이 본 발명의 또다른 목적이다.
자동차의 연료 시스템내에서의 연료 누출을 검출하는 시스템에 있어서, 검출된 누출의 성격에 상응하여 한가지 또는 그이상의 올바른 대응이 시작되는 시스템을 제공하는 것이 본 발명의 또다른 목적이다.
본 발명은 일반적으로 자동차용 연료 시스템에 관한 것이며, 보다 상세히는 특히 연료분사식 자동차용 자동차 연료 시스템의 고압상태로 된 부분내에서의 연료 누출의 여부를 검출하는 시스템에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 특정 실시예를 간략하게 도시한 계통도.
전기한 목적들과 다른 목적들은 연료분사식 자동차의 연료 시스템의 소정된 부분에서의 연료 누출을 검출하는 방법을, 첫 번째 방법에 있어서, 제공하는 본 발명에 의해 성취된다. 첫번째로 연료 시스템의 소정된 부분으로 들어가는 연료의 제 1 질량이 검출된다. 다음으로 첫번째로 소정된 연료 배출구를 통해 연료 시스템의 소정된 부분을 떠나 분사기를 통과하여 유동하는 연료와 같은 연료의 제 2 질량이 검출되고, 그리고 연료의 제 1 질량과 제 2 질량간의 차이가 검출된다. 이 두 질량간의 차이는 아마도 시스템내에서 누출되는 연료의 양일 것이다. 아마도 얼마간의 이러한 누출분은 연료 탱크로 복귀되는 연료의 질량일 것이다.
본 발명의 일면에 있어서, 엔진에 의해 구동되기 위해 연결된 고압 연료 펌프를 통해 연료 탱크에 연결된 연료 분배 매니폴드, 엔진내로 연료를 분사하기 위해 연료 분배 매니폴드에 연결된 복수의 연료 분사기, 연료 분배 매니폴드내에서의 연료 압력을 감지하기 위한 연료 압력 감지기, 과도한 연료를 탱크로 복귀시킴으로써 연료 분배 매니폴드내에서의 연료 압력을 유지시키는 연료 압력 조절기, 및 연료 압력 감지기에서 보내진 신호에 응답하여 연료 압력 조절기의 작동을 제어하는 전자 제어 시스템을 포함하는, 소정된 수의 실린더를 구비한 연료분사식 엔진용, 연료 시스템에서의 연료 누출의 여부를 검출하는 방법을 제공받는데, 이 방법은: a) 연료 시스템으로 들어가는 제 1 연료량을 검출하는 단계; b) 연료 시스템을 떠나는 제 2 연료량을 검출하는 단계; 및 c) 연료 시스템내에서의 누출을 지시하는, 제 1 연료량과 제 2 연료량과의 차이값을 계산하는 단계로 구성되며, 제 1 연료량은 고압 연료 펌프의 연료 질량 출력값과 관련하여 검출되고, 그리고 제 2 연료량은 압력 조절기의 연료 질량 출력값 및 분사기 유동량과 관련하여 검출되는 것을 특징으로 하는 방법이다.
유익하게, 고압 펌프의 연료 질량 출력값 및 압력 조절기의 연료 질량 출력값은 연료 온도에 관련하여 검출된다.
고압 펌프는 엔진 회전속도에 상응하여 구동되는 요소를 가지고 있는 양의 배출행정 펌프가 될 수 있고, 단계 a)는 엔진 회전속도를 측정하는 과정; 엔진 회전속도에 대한 연료 펌프의 구동 요소의 회전율에 해당하는 구동비를 확정하는 과정; 및 연료의 온도에 따른 연료의 제 1 밀도 특성값을 검출하는 과정으로 구성되며, 고압 연료 펌프의 연료 질량 출력값은 엔진 회전속도, 구동비, 연료의 밀도 특성값, 및 고압 연료 펌프의 체적 효율과 관련하여 검출된다.
고압 연료 펌프의 체적 효율은 연료 펌프의 기하학적 배출행정 매개변수값에 대한 연료 펌프에 의해 배출된 체적의 비에 해당한다. 연료 펌프의 체적 효율을 형성하는 복수의 매개변수 특성값은 전자 제어 시스템의 메모리에 저장된다.
단계 b)는 제어 시스템으로부터 보내지는 전자 제어 신호의 함수값인 연료 압력 조절기의 방출 계수를 확정하는 과정; 압력 조절기의 압력 조절기 전자밸브 면적 특성값을 확정하는 과정; 연료 분배 매니폴드내에서의 연료 압력을 측정하는 과정; 및 연료의 온도에 따른 연료의 제 2 밀도 특성값을 검출하는 과정으로 구성되며, 압력 조절기의 연료 질량 출력값은 방출 계수, 압력 조절기 전자밸브 면적 특성값, 연료 분배 매니폴드내의 압력, 및 연료의 제 2 밀도 특성값과 관련하여 검출된다.
추가적으로, 단계 b)는 정적 분사기 유동율을 검출하는 과정; 분사기 맥동 간격을 검출하는 과정; 엔진 회전당 발생하는 연료 분사의 횟수를 검출하는 과정; 및 엔진 회전속도를 검출하는 과정으로 더 구성되며, 분사기 유동량은 정적 분사기 유동율, 분사기 맥동 간격, 실린더수,연료 분사 횟수 및 엔진 회전속도와 관련하여 검출된다.
이상적으로, 본 방법은 연료의 제 1 질량과 제 2 질량과의 차이값을 계산하는 과정에 상응하는 연료 시스템 운행상태 신호를 제공하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또다른 일면에 있어서, 엔진에 의해 구동되기 위해 연결된 고압연료 펌프를 통해 연료 탱크에 연결된 연료 분배 매니폴드, 엔진내로 연료를 분사하기 위해 연료 분배 매니폴드에 연결된 복수의 연료 분사기, 연료 분배 매니폴드내에서의 연료 압력을 감지하기 위한 연료 압력 감지기, 과도한 연료를 탱크로 복귀시킴으로써 연료 분배 매니폴드내에서의 연료 압력을 유지시키는 연료 압력 조절기, 및 연료 압력 감지기에서 보내진 신호에 응답하여 연료 압력 조절기의 작동을 제어하는 전자 제어 시스템을 포함하는, 소정된 수의 실린더를 구비한 연료분사식 엔진용, 연료 시스템에서의 연료 누출의 여부를 검출하는 시스템을 제공받는데, 이 장치는: 연료 시스템으로 들어가는 제 1 연료량을 검출하는 수단; 연료 시스템을 떠나는 제 2 연료량을 검출하는 수단; 및 연료 시스템내에서의 누출을 지시하는, 제 1 연료량과 제 2 연료량과의 차이값을 계산하는 수단으로 구성되며, 제 1 연료량을 검출하는 수단은 고압 연료 펌프의 연료 질량 출력값을 측정하고, 그리고 제 2 연료량을 검출하는 수단은 압력 조절기의 연료 질량 출력값 및 분사기 유동량을 측정하는 것을 특징으로 하는 시스템 장치이다.
유익하게, 전자 제어 수단은 엔진 회전속도에 관한 정보값을 받아들이기 위해 RPM 입력장치 및 연료 온도 정보값을 받아들이기 위해 온도 입력장치로 구성된다.
제어 수단은 연료 펌프의 작동 특성값에 해당하는 연료 펌프 정보값을 저장하기 위해 메모리 수단으로 더 구성된다. 메모리 수단은 연료 펌프의 구동 정보값을 저장하게 될 것이다.
연료 펌프는 엔진에 의해 구동되기 위해 배치된 구동 요소를 가지고 있고,메모리 수단은 엔진과 구동 요소 사이의 연결장치에 해당하는 구동 정보값을 저장하기 위해 배치되어 있다.
제어 수단은 연료 분사기를 통하여 유동하는 연료의 질량에 해당하는 분사기 연료 질량값을 검출하기 위해 배치되어 있다.
이 장치는 고압 연료 펌프의 연료 질량 출력값과 압력 조절기의 연료 질량 출력값 사이에서 계산된 차이값과 관련된 연료 시스템 운행상태 신호를 제공하기 위해서 신호 출력 수단을 더 포함한다.
본 발명의 방법의 실시의 최종 결과는 첫 번째 평가 단계에 응답하는 연료 시스템 운행상태 신호를 나타내는 것이다. 이 말은, 연료 시스템의 소정된 부분으로 들어가는 연료의 제 1 질량이 첫 번째 소정된 연료 배출구를 통해 연료 시스템의 소정된 부분을 떠나는 연료의 제 2 질량보다 소정된 한계 양만큼 더 큰 차이가 날 경우, 신호는 결함 상태를 지시하는 것으로 나타난다. 결함의 크기나 또는 다른 특성값들에 따라, 신호는 어떤 복수의 정정 동작을 가져오는데, 그 동작은 결함 지시기의 단순한 발광으로부터 엔진 차단까지, 심지어는 보안 시스템의 작동에 이르기까지의 동작 범위를 포함할수 있다.
앞서 설명된 본 발명의 방법적인 측면에서의 일차적인 목적은 특정 실시예의 엔진 제어기에서 수행되어 자동차 연료 시스템의 고압 부분에서의 누출을 검출하는 데에 사용되는 안전한 알고리즘을 제공하는 것이다. 근본적으로, 제어 체적은 고압 펌프의 배출구, 펌프로부터 조절기까지의 연료 라인, 조절기 솔레노이드 및 블록, 조절기 블록으로부터 연료 레일까지의 라인, 연료 레일 그 자체, 연료 레일로부터 연료 분사기까지의 라인, 압력 감지기, 끼워맞춤부, 및 분사기 자체를 포함하여 연료 시스템의 고압 부분 둘레를 따라 그려진다. 제어 체적으로 들어오는 연료 및 나가는 연료의 전체 질량이 산출되어질 수 있고, 계산과정에 들어가지 않는 연료에 해당하는 그 차이값은 누출의 결과값으로서 산출될 것이다.
첨부된 도면과 관련하여 하기 실시예를 읽음으로써 본 발명을 이해하는 데 도움이 될 것이다.
(작동의 기본 이론)
통상적으로 고압 가솔린 시스템에 사용되는 펌프는 캠 및 방사상 피스톤 또는 회전 사판(swash plate) 및 작동 피스톤을 전형적으로 포함하는 양의 배출행정 변수들로 이루어지기 때문에, 그리고 이와 같은 펌프는 타이밍 벨트나 치차를 구비한 구동비가 정해진 구동 장치에 의해 엔진으로 구동되기 때문에, 펌프의 유출량은 다음과 같이 산출될 수 있다:
펌프 출력 질량 = (엔진 RPM)×(구동비)×[연료밀도(T)]×[ηe(RPM,P)]
여기서,
엔진 RPM은 제어기 크랭크샤프트 위치 감지기에서 나오는 입력값으로부터 정해진다;
구동비는 치차 또는 벨트 비 및 펌프 샤프트 속도에 대한 크랭크 샤프트 속도의 비중 하나의 선택으로 정해진다;
연료밀도(T)는 펌프내에 있는 연료의 온도의 함수로서 나타나는 연료의 밀도이다. 이 온도는 제어 시스템에 이미 있는 엔진 냉각수 및 유입 공기 온도 감지기로부터 얻어지거나 또는 펌프에 부착되어 있는 감지기로부터 직접 측정될 수 있다. 이 연료는 이 근사적 계산을 위해 이러한 압력에서 비압축성인 것으로 간주된다.
ηe(RPM,P)은 펌프의 기하학적인 배출행정에 대한 실제 배출된 연료의 체적의 비를 나타내는 펌프의 체적 효율이다. 이 함수는 펌프 속도 및 배출구 압력의 함수로서 시스템내에서 사용되는 특정 형태의 펌프에 적용될 것이다. 이 두 변수들은 연료 압력을 전기적으로 제어하는 통상의 엔진 제어기에 유용하다.
제어 체적(누출이 없을 경우)으로부터의 배출유동은 연소실내로의 분사기 유동 및 분사기로의 압력을 제어하기 위해 연료 탱크로 복귀하는 조절기 유동이 될 것이다. 조절기 유동량은 밸브에 들어가는 전기 입력값 및 (정방향의 30 내지 150 bar의 연료 압력에 비교했을 때 상대적으로 밸브의 역압력은 1 bar에 가깝다고 가정했을 때) 레일내에서의 연료 압력의 함수로서 아래 수학식과 같이 정확하게 나타낼 수 있다:
조절기 유동량 = [Cd(조절기 명령값)]×[Avalve(조절기 명령값)]×[(P)×(2)×(연료밀도)]1/2
여기서,
Cd(조절기 명령값)은 연료 압력을 조절하기 위해 엔진 제어기로부터 조절기에 보내지는 전기적 입력값의 함수로서 조절기 전기밸브의 방출계수이다. 이 함수는 시스템에 사용되는 밸브 유형에 따라 정해지며, (듀티(duty) 사이클 밸브에 대해서는) 맥동 간격 변조값의 또는 (선형 솔레노이드 밸브에 대해서는) 전류값의 함수이다. 이런 사실은 엔진 제어기에 유용한데, 왜냐하면 조절기 명령값이 제어기의 출력값이기 때문이다.
Avalve(조절기 명령값)는 조절기 전기밸브의 유동면적으로서 엔진 제어기로부터 주어지는 입력 명령값의 함수이다. 이 유동면적은 시스템에 채택된 밸브의 유형의 공지된(선정된 또는 계산된) 특성값이다.
P는 시스템 레일의 현재 압력이다. 이 현재 압력은 엔진 제어기에 유용한데, 왜냐하면 감지기가 폐쇄 루프 압력 제어기에 피드백(feedback) 과정을 이미 제공하고 있기 때문이다.
연료밀도는 연료의 밀도로서 상기 언급한 바와 같은 연료 온도의 함수이다.
분사기를 통한 유동율은 여러가지 방법으로 검출될 수 있다. 한가지 방법은 엔진으로 흡입되는 (그때 그때 산출되는 또는 측정되는) 공기유량을 연료의 전체 평균 질량 유동율이 되도록 엔진 제어기에 의해 검출되는 공연비까지 배가시켜 가는 것이다. 비록 이 방법이 어느 수준의 정밀성을 나타내겠지만, 엔진의 냉간 작동시나 또는 감속시와 같은 과도기에는 신뢰성 있는 측정이 되지 못한다. 이러한 조건들( 폐쇄 루프의 산소 감지기 제어하에서의 정상 상태 작동시와는 반대의 조건)에서는 산출하는 데에 사용되는 정확하게 공지된 엔진 제어기내의 공연비를 가지고 있지 않을 것이다. 이런 과도 상태에서의 연료의 유동량에 대한 보다 직접적인 근사 계산식은 아래와 같다:
분사기 유동량 = [정적 유동율(P,T)]×(분사기 맥동 간격)×(실린더수)×(맥동수/회전수)×(RPM)
여기서:
정적 유동율(P,T)은 정적상태에서의 분사기 유동율로서 연료의 압력 및 온도의 함수이다. 이 데이터값은 시스템의 특성값들을 측정하는 과정에서 계획적으로 설정되는 값이며 몇몇 형태의 엔진 제어기에 유용하다.
분사기 맥동 간격은 알맞은 연료 분사율을 제공하는 정도로 분사기를 개방하기 위해 엔진 제어기로부터 보내지는 분사기 제어 알고리즘을 따르는 명령값이다.
실린더수는 이 연료 시스템에 의해 엔진에 제공되는 실린더의 수이다.
맥동수/회전수는 엔진의 회전당 발생하는 분사의 횟수이다. 직접 분사방식의 경우, 일련의 분사 시기는 명령에 따르게 되어 있어서, 이 수치는 4행정 사이클 엔진의 경우 0.5가 되고, 2행정 사이클 엔진의 경우 1.0이 된다.
RPM은 엔진의 회전속도로서 본 실시예에 있어서는 엔진의 크랭크샤프트 위치 감지기로부터 검출된다.
과도기상태에서의 시스템의 복잡성에 기인하는 유동에서의 작은 변화들을 무시하면, 이러한 펌프 출력 질량, 조절기 유동량 및 분사기 유동량의 세가지 양만이제어 체적의 경계를 의도적으로 횡단하게 되는 연료의 양이다. 상의 변화(예를들면 연료의 고열 처리로 인한 연료의 기화와 같은)는 이 시스템에서는 무시될 수 있는데, 연료의 압력이 엔진의 적정 작동온도에서의 가솔린의 증기압보다 훨씬 높기 때문이다. 따라서, 제어 체적을 벗어난 어떤 다른 유동은 시스템의 유압으로 인하여 생기는 누출분임에 틀림 없다. 누출량이 양의 크기를 가지므로:
누출량 = 펌프 출력 질량 - 분사기 유동량 - 조절기 유동량
으로 계산된다.
엔진 제어기는 감지기의 입력값과 목록화된 시스템값들을 바탕으로 하여 엔진이 작동하는 동안 계속해서 이 누출량을 계산한다. 이상적으로, 누출량의 계산은 시스템이 완전무결할 경우 항상 0의 결과값을 되돌려줄 것이다. 그러나, 실제의 시스템에서는 구성요소의 설정값, 공차값, 온도값 등과 같은 그런 매개변수에 있어서의 허용오차가 반드시 있다. 안전성 있는 알고리즘은 0의 누출량을 약간 넘게 설정된 누출량 한계치를 가지는데, 이 한계치는 시스템에 유용한 정보값들의 분석을 통해 결정된다. 만약 누출량의 계산값이 이 한계치를 넘게되면, 펌프에 의해 공급되었지만 분사기에 의해 분사되지 않았거나 또는 조절기에 의해 복귀되지 않은 추가적인 유동이 외계로 손실되고 있었던 것으로 결론내려질 수 있다. 이는 누출 상황을 나타내고 이에 엔진 제어기는 경고 지시기를 발광시키는 것과 같은 행동을 취하도록 지시를 받게 되어, 손실량을 최소화하기 위해 연료의 압력을 가능한한 감소시킨 상태에서 불완전한 작동을 하거나 또는 최종적으로 더 이상의 누출을 방지하기 위해 엔진을 차단한다.
다른 형태의 시스템을 위해 알고리즘의 변경이 가능하다. 예를들어 전기 작동 펌프는 유동 정보값을 직접적으로 주진 않지만 정보값을 설정하는 것이 가능하고 펌프의 출력을 위한 소비량(전압 및 전류 소비량) 및 시스템 압력에 관련된 정보값을 포함하고 있다. 양의 배출행정을 가지면서 가변의 배출행정을 가지는 펌프는 기본적인 시스템의 설정값을 넘어서는 추가적인 설정값이 필요한데, 이 추가적인 설정값에는 펌프의 행정크기를 변화시키는 엔진 제어기로부터 주어지는 가변 제어 명령값이 포함된다. 가변 속도 또는 가변 회전력 펌프의 구동에는 이들 펌프 장치에 주어지는 제어 입력값을 포함하는 추가적인 설정 및/또는 계산이 필요하다.
사장형 연료 시스템(dead-headed fuel system)은 조절기 밸브를 통해 복귀하는 유동연료를 버려버릴 수 있다. 기계식 조절 시스템은 스프링/피스톤 또는 스프링/금속막으로 구성된 릴리프 밸브를 통한 복귀 유동의 직접적인 측정을 필요로 하는데, 왜냐하면 이런 타입의 밸브는 엔진 제어기에 의해 직접적으로 명령이 주어지거나 또는 측정이 되지 않기 때문이다.
또다른 실시예에 있어서, 자동차의 연료 시스템에서의 연료 누출의 여부를 검출하는 방법이 제공되는데, 이 연료 시스템은 고압 연료 펌프, 연료 압력 조절기, 자동차의 엔진에 연료를 분사하는 연료 분배 매니폴드내에서의 연료 압력을 감시하는 연료 압력 감지기, 연료 분배 매니폴드로부터 연료가 주입되는 엔진까지 연료를 배급하는 복수의 연료 분사기, 및 연료 압력 감지기에 응답하여 연료 압력 조절기의 작동을 제어하는 전자제어 시스템을 가지고 있다. 이 실시예에 있어, 고압연료 펌프에 의해 펌핑되는 연료의 질량을 검출하는 단계가 제공된다. 그다음 복수의 연료 분사기를 통해 연료분사식 엔진에 배급되는 연료의 제 2 질량을 검출하여 검출된 연료의 제 1 질량과 제 2 질량과의 차이를 계산한다.
다음으로 연료 시스템의 소정된 부분을 떠나서 연료 펌프의 누출 연료의 복귀 통로를 통과하는 연료의 제 3 질량을 검출하는 추가적인 단계; 및 연료의 제 1 질량과 연료의 제 2 질량 및 제 3 질량과의 차이를 계산하는 추가적인 단계가 제공된다.
연료 시스템의 소정된 부분을 떠나 압력 조절기의 연료 복귀 통로를 통과하는 연료의 제 4 질량을 검출하는 추가적인 단계; 및 연료의 제 1 질량과 연료의 제 2 질량 및 제 4 질량과의 차이를 계산하는 추가적인 단계가 제공된다. 추가적으로, 본 실시예와 관련하여, 전기식 조절기의 입력 신호에 응답하는 압력 조절기의 연료 방출에 상응하는 연료 압력 조절기의 방출 계수를 확정하는 단계; 압력 조절기의 압력 조절기 전자밸브 유동율 특성값을 확정하는 단계; 압력 조절기의 출력 압력을 측정하는 단계; 및 연료의 밀도 특성값을 검출하는 단계가 제 4질량을 검출하는 단계에서 추가적으로 제공된다.
더하여, 제 1 질량을 첫 번째로 검출하는 단계는 연료분사식 자동차의 엔진의 엔진 샤프트의 회전속도값을 측정하는 추가적인 단계 및 엔진 샤프트의 회전율에 대한 연료 펌프의 구동요소의 회전율인 구동비를 확정하는 추가적인 단계를 포함한다. 연료의 밀도 특성값이 검출되고, 연료 펌프의 구동 요소의 회전율에 관련있는 연료 펌프의 기하학상의 배출행정 매개변수에 대한 연료 펌프에 의해 배출된연료의 체적의 비이면서 연료 펌프의 배출 압력과 관계가 있는 연료 펌프의 소정된 체적 효율 특성값이 확정된다. 게다가, 본 실시예와 관련하여, 연료 펌프의 소정된 체적 효율 특성값을 확정하는 단계는 연료 펌프의 소정된 체적 효율 특성값을 형성하는 복수의 특성값 매개변수값을 메모리에 저장하는 단계를 포함한다.
본 발명의 시스템의 일면과 관련하여, 자동차의 연료 시스템의 소정된 부분에서의 연료 누출을 검출하는 시스템을 제공하는데, 연료 시스템의 이 소정된 부분은 자동차의 연료가 주입되는 엔진에 연료를 지속적으로 공급하기 위해 유압상 연료 탱크 압력의 중간이 되게 배치된다. 본 발명에 관련하여, 연료 펌프는 제 1 연료 압력으로 연료 탱크로부터 연료를 연료 유입구로 받아들여서 제 2 연료 압력으로 연료 배출구로 연료를 배출하게 되어 있는데, 제 2 연료 압력이 제 1 연료 압력보다 크다. 연료 분배 매니폴드 또는 연료 레일은 펌프로부터 배출된 연료를 받아들이고, 연료 압력 조절기가 연료 분배 매니폴드내의 이 연료의 압력을 조절한다. 압력 감지기는 연료 분배 매니폴드내의 연료의 압력에 상당하는 감지기 압력 신호를 생성하기 위해서 연료 분배 매니폴드에 연결된다. 연료 압력 조절기의 전자밸브 요소는 감지기 압력 신호에 상당하는 연료 압력 조절기 제어 신호에 응답하여 개폐되기 위해 연료 압력 조절기에 연결된다. 이런 방식으로, 연료 레일내의 연료의 압력은 소정된 조절기 연료 압력에 따라 제어된다. 소정의 조절된 압력으로 연료를 받아들이기 위해서 그 각각이 연료 레일 또는 연료 분배 매니폴드에 연결되어 있는 분사기 유입구를 가지고 있는 복수의 연료 분사기가 추가적으로 제공된다. 조절기 제어 장치는 압력 감지기로부터 받은 감지기 압력 신호인 입력값을 받아들여 연료 압력 조절기 제어 신호인 출력값을 발생시킨다. 이 연료 압력 조절기 제어 신호는 감지기 압력 신호에 상응하는 연료 압력 제어 정보값을 담고 있다. 더하여, 연료 압력 조절기의 소정된 작동 특성값에 상응하는 조절기 정보값을 저장하기 위해 조절 제어기에 연결된 시스템 제어 유니트가 제공된다.
본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 시스템 제어 유니트는 엔진의 엔진 샤프트 또는 크랭크 샤프트의 회전율의 정보값을 받아들이기 위해 RPM 입력장치를 제공받고 연료의 온도 정보를 받아들이기 위해 온도 입력장치를 제공받는다. 조절기 정보값은 연료 압력 조절기 및 연료 압력 조절기 전자밸브의 방출 계수에 해당한다. 이 실시예의 추가적인 면에 있어서, 시스템 제어기는 연료 압력 조절기를 통과하는 연료의 유동 질량에 해당하는 조절기 연료 질량값을 검출한다. 메모리는 연료 펌프의 소정된 작동 특성값에 해당하는 연료 펌프의 정보값을 저장하기 위해 시스템 제어 유니트에 연결된다. 시스템 제어 유니트는 연료 펌프를 통해 유동하는 연료의 질량에 해당하는 연료의 펌프 질량을 검출하기 위해 배치된다. 시스템 제어 유니트는 또한 연료 펌프의 체적 효율 특성값과 함께 연료 펌프에 의해 펌핑되는 연료의 연료 밀도 특성값을 검출하기 위해 배치된다. 본 발명의 또다른 실시예에 있어서, 메모리는 연료 펌프에 관한 구동 정보값을 저장하기 위해 배치된다. 더욱이, 본 발명의 실시예에 있어서, 연료 펌프는 자동차의 엔진 샤프트에 구동되도록 배치된 연료 펌프 구동 요소을 제공받고, 메모리는 엔진 샤프트와 연료 펌프의 구동 요소와의 연결에 상응하는 구동비 정보값을 저장한다. 또다른 실시예에 있어서, 앞서 언급한 바와 같이, 시스템 제어 유니트는 자동차의 연료분사식 엔진의 연료 분사기를 통해 유동하는 연료의 질량에 해당하는 분사기 연료 질량값을 검출하기 위해 배치된다.
(본 발명의 기본 시스템의 실시예)
도 1은 자동차(도시 생략)의 복수의 구성요소들이 쇄선(10)에 의해 구획형성된 연료 시스템의 소정된 부분의 제어 영역내에 몇몇의 구성요소들이 완전하게 포함되어 있고 다른 구성요소가 부분적으로 영역내에 포함되어 있는 것을 나타내고 있는 본 발명의 특정 실시예를 간략하게 도시하는 계통도이다. 일반적으로, 쇄선(10)에 의해 묶여진 영역은 자동차의 연료 시스템의 고압 부분을 포함하며, 고압 연료 펌프(20)의 출력구 및 누출 연료 복귀 라인(23)을 포함한다. 연료 라인(25)은 고압 연료 펌프의 출력구를 연료 분배 매니폴드 또는 연료 레일(30)에 연결시킨다. 연료 라인(35)은 연료 레일을 고압 조절기(40)에 연결시키는데, 이 고압 조절기는 조절기 솔레노이드(41) 및 연료 탱크(51)에 연결되는 연료 복귀 라인(42)을 가진다. 복수의 연료 라인(31,32,33)은 연료 레일(30)을 각각의 해당 연료 분사기(36,37,38)에 연결시키는데, 각각의 연료 분사기는 그들 분사기 자체에 끼워맞춤부를 구비하고 있다.
도 1에 도시된 시스템의 작동에 있어서, 연료(50)는 연료 탱크(51)에 저장되어 있다. 저압 펌프(53)는 연료를 필터(55)를 통과시켜 고압 연료 펌프(20)로 펌핑한다. 연료 펌프(20)는 연료 펌프 구동 요소(21)을 가지는데, 이 구동 요소는 기계식 구동 장치(22)를 거쳐 자동차의 엔진(61) 샤프트(60)에 연결된다. 엔진(61)에 의해 고압 연료 펌프(20)에 공급되는 기계적 에너지는 연료를 압축시켜 연료 라인(25)을 통해 연료 레일(30)로 인도한다. 연료 레일(30)내의 연료의 연료 압력은 압력 감지기(65)에 의해 측정되는데, 이 압력 감지기는 조절기 제어 전자장치(70)로 전기적으로 보내지는 압력 감지기 응답 신호을 생성한다. 이 조절기 제어 전자장치(70)는 아래에 설명되는 바와 같이 솔레노이드(41) 및 고압 조절기(40)의 작동을 제어하는 신호를 생성한다.
전자 제어 유니트, 즉 ECU(75)는 제어 신호를 연료 분사기(36,37,38)에 공급하는 분사기 구동 모듈장치(80)의 작동을 제어한다.
메모리(76)는 ECU(75)에 연결되어 다양한 정보값들을 담고 있는데, 이 정보값들은 연료 펌프(20)의 연료 출력 특성값, 연료 조절기(40)를 통과하는 연료의 유동 특성값, 분사기(36-38)를 통과하는 연료 유동량 및 만약 있다면 최종적으로 시스템의 누출량을 계산하는 데에 유용하다. ECU(75)는 연료의 온도와 관련된 정보값 및 엔진의 작동 회전속도와 관련된 정보값을 얻기 위해 온도 입력장치(77) 및 엔진 회전속도 입력장치(78)을 추가적으로 가지고 있다. 최종적으로, 이 ECU는 출력장치(79)에서 이 시스템(10)의 운행상태를 나타내는 신호를 생성하는데, 특히 본 발명의 이 실시예에서 이 신호는 이 연료 시스템의 고압 부분에서 누출이 검출되었는지의 여부를 지시한다.
앞서 지적한 바와 같이, 메모리(76)에 저장되어 있는 어떤 정보값들은 온도의 함수인 연료의 밀도(ρfuel(T))와 관련있는 데이터값을 포함할 수 있다. 따라서, 예컨대, ECU(75)는 메모리(76)로부터 계산에 사용되면서 입력장치(77)에서 받은 온도값에 독립적인 알맞은 연료 밀도 매개변수을 선택한다. 메모리(76)는 연료펌프(20)의 체적 효율 "ηe"와 관련한 정보값을 추가적으로 저장할 수 있다. 이 정보값은 예컨대 다양한 엔진 작동 회전속도 및 연료 압력에 따라 분사되는 실제 연료 체적의 비(ηe(RPM,P))를 포함할 수 있다. 상기 압력은 압력 감지기(65)로부터 검출될 수 있고, 상기 엔진 작동 회전속도는 회전속도(RPM) 입력장치(78)로부터 보내지는 신호로부터 결정될 수 있다. 또다른 정보값은 전기식 구동 장치(22)의 구동비 특성값, 전기 입력값의 함수인 제어기 전기밸브의 방출 계수(Cd(조절기 명령값)), 및 입력 명령값의 함수인 조절기 전기밸브의 유동면적 특성값(Avalve(조절기 명령값))을 포함한다. 일반적으로 엔진 제어기에 포함되는 또다른 정보값은 메모리(76)에 저장되어 ECU(75)에 또한 제공된다. 이 정보값은 예컨대, 엔진(61)의 실린더수, 연료 분사기(36-38)의 정상 유동율, 분사기 구동기 모듈로부터 주어지는 분사기의 맥동 간격, 및 엔진(예컨대 4행정 또는 2행정 엔진)의 맥동수/회전수를 포함할 수 있다.
따라서, 이 실시예에 있어서의 도면과 설명은 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해 제공된 것으로 그 범위를 제한하여 해석되어야만 하는 것은 아니라는 것을 이해해야 한다.

Claims (15)

  1. 엔진(61)에 의해 구동되기 위해 연결된 고압 연료 펌프(20,21)를 통해 연료 탱크(51)에 연결된 연료 분배 매니폴드(30), 엔진(61)내로 연료를 분사하기 위해 연료 분배 매니폴드(30)에 연결된 복수의 연료 분사기(36,37,38), 연료 분배 매니폴드(30)내에서의 연료 압력을 감지하기 위한 연료 압력 감지기(65), 과도한 연료를 탱크(51)로 복귀시킴으로써 연료 분배 매니폴드(30)내에서의 연료 압력을 유지시키는 연료 압력 조절기(40,41), 및 연료 압력 감지기(65)에서 보내진 신호에 응답하여 연료 압력 조절기(40,41)의 작동을 제어하는 전자 제어 시스템(70,75,76,79 80)을 포함하는, 소정된 수의 실린더를 구비한 연료분사식 엔진(61)용 연료 시스템(10)에서,
    a) 연료 시스템(10)으로 들어가는 제 1 연료량을 검출하는 단계;
    b) 연료 시스템(10)을 떠나는 제 2 연료량을 검출하는 단계; 및
    c) 연료 시스템(10)내에서의 누출을 지시하는, 제 1 연료량과 제 2 연료량과의 차이값을 계산하는 단계;로 구성되는 연료 누출의 여부를 검출하는 방법에 있어서,
    제 1 연료량은 고압 연료 펌프(20,21)의 연료 질량 출력값과 관련하여 검출되고, 그리고 제 2 연료량은 압력 조절기(40,41)의 연료 질량 출력값 및 분사기 유동량과 관련하여 검출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 고압 펌프(20,21)의 연료 질량 출력값 및 압력 조절기(40,41)의 연료 질량 출력값은 온도와 관련하여 검출되는 것을 특징으로 하는 방법
  3. 제 1 항에 있어서, 고압 펌프(20,21)는 엔진 회전속도에 상응하여 구동되는 요소(21)를 가지고 있는 용적형 펌프이고, 단계 a)는 엔진 회전속도를 측정하는 과정; 엔진 회전속도에 대한 연료 펌프(20,21)의 구동 요소(21)의 회전율에 해당하는 구동비를 확정하는 과정; 및 연료의 온도에 따른 연료의 제 1 밀도 특성값을 검출하는 과정으로 구성되며, 고압 연료 펌프(20,21)의 연료 질량 출력값은 엔진 회전속도, 구동비, 연료의 밀도 특성값, 및 고압 연료 펌프(20,21)의 체적 효율과 관련하여 검출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 고압 연료 펌프(20,21)의 체적 효율은 연료 펌프(20,21)의 기하학적 배출행정 매개변수값에 대한 연료 펌프(20,21)에 의해 배출된 체적의 비에 해당하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 연료 펌프(20,21)의 체적 효율을 한정하는 복수의 매개변수 특성값은 전자식 제어 시스템(75,76,77,78,79,80)의 메모리(76)에 저장되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 2 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서, 단계 b)는 전자식 제어 시스템(75,76,77, 78,79,80)으로부터 보내지는 전자 제어 신호의 함수값인 연료 압력 조절기(40,41)의 방출 계수를 확정하는 과정; 압력 조절기(40,41)의 압력 조절기 전자밸브 면적 특성값을 확정하는 과정; 연료 분배 매니폴드(30)내에서의 연료 압력을 측정하는 과정; 및 연료의 온도에 따른 연료의 제 2 밀도 특성값을 검출하는 과정으로 구성되며, 압력 조절기(40,41)의 연료 질량 출력값은 방출 계수, 압력 조절기 전자밸브 면적 특성값, 연료 분배 매니폴드(30)내의 압력, 및 연료의 제 2 밀도 특성값과 관련하여 검출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 단계 b)는 정적 분사기 유동율을 검출하는 과정; 분사기 맥동 간격을 검출하는 과정; 엔진 회전당 발생하는 연료 분사의 횟수를 검출하는 과정; 엔진 회전당 작동하는 연료 분사기의 개수를 검출하는 과정; 및 엔진 회전속도를 검출하는 과정으로 더 구성되며, 분사기 유동량은 정적 분사기 유동율, 분사기 맥동 간격, 실린더수,연료 분사의 횟수 및 엔진 회전속도와 관련하여 검출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서, 단계 c)에 상응하여 연료 시스템 운행상태 신호를 제공하는 단계로 더 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 엔진(61)에 의해 구동되기 위해 연결된 고압 연료 펌프(20,21)를 통해 연료탱크(51)에 연결된 연료 분배 매니폴드(30), 엔진(61)내로 연료를 분사하기 위해 연료 분배 매니폴드(30)에 연결된 복수의 연료 분사기(36,37,38), 연료 분배 매니폴드(30)내에서의 연료 압력을 감지하기 위한 연료 압력 감지기(65), 과도한 연료를 탱크(51)로 복귀시킴으로써 연료 분배 매니폴드(30)내에서의 연료 압력을 유지시키는 연료 압력 조절기(40,41), 및 연료 압력 감지기(65)에서 보내진 신호에 응답하여 연료 압력 조절기(40,41)의 작동을 제어하는 전자 제어 시스템(75,76,77,78,79,80)을 포함하는, 소정된 수의 실린더를 구비한 연료분사식 엔진(61)용 연료 시스템(10)에서,
    연료 시스템(10)으로 들어가는 제 1 연료량을 검출하는 수단;
    연료 시스템(10)을 떠나는 제 2 연료량을 검출하는 수단; 및
    연료 시스템(10)내에서의 누출을 지시하는, 제 1 연료량과 제 2 연료량과의 차이값을 계산하는 수단;으로 구성되는 연료 누출의 여부를 검출하는 장치에 있어서,
    제 1 연료량을 검출하는 수단은 고압 연료 펌프(20,21)의 연료 질량 출력값을 검출하고, 제 2 연료량을 검출하는 수단은 압력 조절기(40,41)의 연료 질량 출력값 및 분사기 유동량을 검출하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 전자식 제어 수단(75,76,77,78,79)은 엔진 회전속도에 관한 정보값을 받아들이기 위해 RPM 입력장치(78) 및 연료 온도 정보값을 받아들이기 위해 온도 입력장치(77)로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 9 항에 있어서, 전자식 제어 수단(75,76,77,78,79)은 연료 펌프(20,21)의 작동 특성값에 해당하는 연료 펌프 정보값을 저장하기 위해 메모리 수단(76)으로 더 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 메모리 수단(76)은 연료 펌프(20,21)의 구동 정보값을 저장하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 연료 펌프(20,21)는 엔진(61)에 의해 구동되도록 배치된 구동 요소(21)를 가지고 있고, 메모리 수단(76)은 엔진(61)과 구동 요소(21) 사이의 연결장치(22)에 해당하는 구동비 정보값을 저장하기 위해 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 10 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 있어서, 전자식 제어 수단(75,76, 77,78,79)은 연료 분사기(36,37,38)를 통하여 유동하는 연료의 질량에 해당하는 분사기 연료 질량값을 검출하기 위해 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 9 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 있어서, 고압 연료 펌프(20,21)의 연료 질량 출력값과 압력 조절기(40,41)의 연료 질량 출력값 사이에서 계산된 차이값과 관련된 연료 시스템 운행상태 신호를 제공하기 위해서 신호 출력 수단(79)을 더포함하고 있는 것을 특징으로 하는 장치.
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