KR100352308B1 - 내연기관의 연료분사 제어장치 - Google Patents

내연기관의 연료분사 제어장치 Download PDF

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Abstract

연료분사밸브에 가압연료를 공급하기 위한 축압실과, 기관본체를 동력원으로 하여 축압실로 연료를 토출하는 고압펌프와, 기관본체 이외를 동력원으로 하여 고압펌프로 연료를 토출하는 저압펌프를 구비하고, 기관 시동시에는 저압펌프의 토출연료를 고압펌프의 펌프실을 통해 실질 직접적으로 축압실로 안내하도록 한 내연기관의 연료분사 제어장치에 있어서, 기관 시동시에 축압실내를 단시간에 연료분사 가능한 연료압력으로 승압시키는 것을 가능하게 하여 기관 시동성을 확실하게 개선하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 저압펌프 (4) 의 토출측과 고압펌프 (7) 의 흡입측 (7d) 을 통하게 연결하는 흡입통로 (8) 에는 개폐밸브 (16) 가 설치되며, 기관 시동시에는 개폐밸브를 개방 상태로 고정한다.

Description

내연기관의 연료분사 제어장치{FUEL INJECTION CONTROL APPARATUS FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연기관의 연료분사 제어장치에 관한 것이다.
기통(氣筒)내로 직접적으로 고압의 연료를 분사하기 위해 고압의 연료를 모아두는 축압실을 가지며, 축압실내의 연료를 각 기통마다 배치된 연료분사밸브를 통해 분사하는 연료분사장치가 공지되어 있다. 이 연료분사장치에 있어서, 일반적으로 축압실에는 기관본체에 의해 구동되는 고압펌프에 의해 정기적으로 연료가 압축이송되어 축압실내를 소정 고연료압력 근방으로 유지하도록 되어 있다. 또, 고압펌프와 연료탱크 사이에는 전기식 저압펌프가 배치되고, 고압펌프의 흡입연료압력을 대기압 이상의 소정 저연료압력으로 높임으로써 고압펌프의 토출연료내에 베이퍼가 발생하는 것을 방지하고 있다.
이와 같은 연료분사장치에 있어서, 기관 시동시에는 축압실내를 연료분사 가능한 연료압력으로 급히 높여야 한다. 그러나, 크랭킹에 의한 극저회전에서의 고압펌프의 작동에서는, 토출효율이 낮아 축압실내를 연료분사 가능한 연료압력으로 승압시키기까지 비교적 긴 시간을 필요로 한다.
이 문제를 해결하기 위하여, 일본 공개특허공보 평9-250426 호에는 고압펌프를 바이패스하여 저압펌프와 축압실을 통하게 연결하는 보통은 닫혀 있는 바이패스통로를 설치하고, 기관 시동시에 있어서 바이패스통로를 개방함으로써 저압펌프에 의한 토출연료를 직접적으로 축압실로 안내하는 연료분사장치가 개시되어 있다. 저압펌프는 전기식이므로 기관 시동시로부터 토출효율이 높은 운전이 가능하고, 이에 따라, 이 연료분사장치에 의해 축압실내를 조기에 소정 저연료압력근방으로 높일 수 있고, 이 연료압력에서의 연료분사가 가능하게 된다.
그러나, 바이패스통로를 설치하는 것은 연료분사장치의 구조를 복잡하게 하여 비용상승을 초래하기 때문에, 상술한 종래기술은 저압펌프의 토출측과 고압펌프의 흡입측을 통하게 연결하는 흡입통로에 저압펌프로부터 고압펌프로의 연료흐름만을 허용하는 체크밸브를 배치함과 동시에 바이패스통로를 생략하는 연료분사장치도 개시되어 있다. 이 연료분사장치는 기관 시동시 등에 있어서 축압실내가 소정 저연료압력 미만일 때에는 고압펌프의 펌프실을 통해 저압펌프의 토출연료를 축압실로 실질 직접적으로 안내하는 것을 의도하고 있다.
상술한 바이패스통로가 생략된 연료분사장치에 있어서, 축압실내 및 고압펌프의 펌프실내가 소정 저연료압력 미만일 때에는 의도하는 바와 같이 저압펌프의 토출연료를 축압실로 실질 직접적으로 안내할 수 있다. 그러나, 기관 시동시의 크랭킹에 의해 작동되어 고압펌프가 토출행정이 되면 고압펌프 펌프실내의 연료압력은 상승하여 소정 저연료압력 이상이 되기 때문에, 이 사이에 있어서는 흡입통로의 체크밸브는 닫혀 저압펌프의 토출연료를 축압실로 공급할 수 없다. 이에 따라, 축압실내가 연료분사 가능한 소정 저연료압력근방값에 도달하기까지의 시간이 연장되어 의도하는 바와 같이 기관 시동성을 개선할 수 없다.
따라서, 본 발명의 목적은 연료분사밸브에 가압연료를 공급하기 위한 축압실과, 기관본체를 동력원으로 하여 축압실로 연료를 토출하는 고압펌프와, 기관본체 이외를 동력원으로 하여 고압펌프로 연료를 토출하는 저압펌프를 구비하고, 기관 시동시에는 저압펌프의 토출연료를 고압펌프의 펌프실을 통해 실질 직접적으로 축압실로 안내하도록 한 내연기관의 연료분사 제어장치에 있어서, 기관 시동시에 축압실내를 단시간에 연료분사 가능한 연료압력으로 승압시키는 것을 가능하게 하여 기관 시동성을 확실하게 개선하는 것이다.
도 1 은 본 발명에 의한 내연기관의 연료분사 제어장치 제 1 실시형태를 나타내는 개략도이다.
도 2 는 저압펌프의 작동제어 및 전자(電磁)밸브의 개폐제어를 위한 제 1 플로차트이다.
도 3 은 본 발명에 의한 내연기관의 연료분사 제어장치 제 2 실시형태를 나타내는 개략도이다.
도 4 는 저압펌프의 작동제어, 전자밸브의 개폐제어 및 전자(電磁)클러치의 단속제어를 위한 제 2 플로차트이다.
도 5 는 제 2 실시형태의 전자클러치를 대신하여 사용가능한 유압식 클러치를 나타내는 단면도이다.
* 도면의 주요부호에 대한 설명 *
1 : 연료분사밸브
2 : 축압실
3 : 연료탱크
4 : 저압펌프
5 : 배터리
7 : 고압펌프
8 : 흡입관
11 : 토출관
16 : 전자밸브
20, 20' : 제어장치
81 : 접속관
82 : 체크밸브
83 : 전자클러치
본 발명에 의한 제 1 항에 기재된 내연기관의 연료분사 제어장치는 연료분사밸브에 가압연료를 공급하기 위한 축압실과, 기관본체를 동력원으로 하여 상기 축압실로 연료를 토출하는 고압펌프와, 기관본체 이외를 동력원으로 하여 상기 고압펌프로 연료를 토출하는 저압펌프를 구비하고, 기관 시동시에는 상기 저압펌프의토출연료를 상기 고압펌프의 펌프실을 통해 실질 직접적으로 상기 축압실로 안내하도록 한 내연기관의 연료분사 제어장치에 있어서, 상기 저압펌프의 토출측과 상기 고압펌프의 흡입측을 통하게 연결하는 흡입통로에는 개폐밸브가 설치되며, 기관 시동시에는 상기 개폐밸브를 개방 상태로 고정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 제 2 항에 기재된 내연기관의 연료분사 제어장치는 제 1 항에 기재된 내연기관의 연료분사 제어장치에 있어서, 상기 개폐밸브는 상기 고압펌프의 토출행정에 있어서, 필요 이상의 토출연료량이 상기 축압실로 토출되는 것을 방지하기 위해 개방되는 오버플로밸브로서 기능도 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 제 3 항에 기재된 내연기관의 연료분사 제어장치는 연료분사밸브에 가압연료를 공급하기 위한 축압실과, 기관본체를 동력원으로 하여 상기 축압실로 연료를 토출하는 고압펌프와, 기관본체 이외를 동력원으로 하여 상기 고압펌프로 연료를 토출하는 저압펌프를 구비하고, 기관 시동시에는 상기 저압펌프의 토출연료를 상기 고압펌프의 펌프실을 통해 실질 직접적으로 상기 축압실로 안내하도록 한 내연기관의 연료분사 제어장치에 있어서, 상기 저압펌프의 토출측과 상기 고압펌프의 흡입측을 통하게 연결하는 흡입통로에는 상기 저압펌프로부터 상기 고압펌프로의 연료흐름만을 허용하는 체크밸브가 설치되며, 기관 시동시에는 상기 고압펌프를 정지시키는 고압펌프 정지수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 제 4 항에 기재된 내연기관의 연료분사 제어장치는 제 3 항에 기재된 내연기관의 연료분사 제어장치에 있어서, 상기 고압펌프 정지수단은 상기 고압펌프와 상기 고압펌프의 동력원 사이에 배치된 클러치 기구이고, 상기 클러치 기구는 기관본체를 동력원으로 하는 유체(流體)펌프에 의해 제공되는 유체압력이 소정값 이상이 되었을 때에만 상기 고압펌프와 상기 고압펌프의 동력원을 연결하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 제 5 항에 기재된 내연기관의 연료분사 제어장치는 제 1 항 또는 제 3 항에 기재된 내연기관의 연료분사 제어장치에 있어서, 통상 운전시에 비교하여 기관 시동시에는 상기 저압펌프의 회전수를 높이는 것을 특징으로 한다.
도 1 은 본 발명에 의한 내연기관의 연료분사 제어장치 제 1 실시형태를 나타내는 개략도이다. 본 실시형태에 있어서의 내연기관은 4 기통이라고 이하에 설명하나 이것은 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 도 1 에 있어서, (1) 은 각 기통마다 배치된 4 개의 연료분사밸브이고, (2) 는 각 연료분사밸브 (1) 로 고압의 연료를 공급하기 위한 축압실이다. (3) 은 연료탱크이고, 연료탱크 (3) 내에는 저압펌프 (4) 가 배치되어 있다. 저압펌프 (4) 는 배터리 (5) 에 의해 구동되는 전기식 펌프이며, 예컨대 0.3 MPa 의 정격토출압력 (PL) 을 갖고 있다. (6) 은 저압펌프 (4) 의 흡입연료로부터 이물질을 제거하기 위한 필터이다.
또, (7) 은 축압실 (2) 내를, 예컨대 10 MPa 의 소정 고연료압력 근방 (PH) 으로 승압시키기 위한 고압펌프이며, 이 고압펌프 (7) 는 실린더내를 슬라이딩 가능한 플런저 (7a) 를 갖고 있다. 흡입측 개구부 (7b) 및 토출측 개구부 (7c) 를 갖는 고압펌프 (7) 의 실린더내 공간 (7d) 이 펌프실이 된다. 이 펌프실 (7d) 을 좁히는 플런저 (7a) 의 슬라이딩 동작, 즉, 플런저 (7a) 의 토출행정동작은 기관본체의 크랭크샤프트에 연결된 캠 (7e) 에 의해 일어나고, 펌프실 (7d) 을넓히는 플런저 (7a) 의 슬라이딩 동작, 즉, 플런저 (7a) 의 흡입행정동작은 압축스프링 (7f) 에 의해 일어난다. 본 실시형태에 있어서, 캠 (7e) 은 1 회전으로 2 회의 토출행정을 일으키는 것인데, 캠 (7e) 의 2 회전이 크랭크샤프트의 1 회전에 상당하도록 캠 (7e) 은 감속기어 등을 통해 크랭크샤프트에 연결되어 있고, 따라서, 2 개 기통의 연료분사마다 고압펌프 (7) 의 토출행정이 일어나도록 되어 있다.
펌프실 (7d) 의 흡입측 개구부 (7b) 는 제어실 (7g) 에 통하게 연결하고 있다. 이 제어실 (7g) 은, 한편으로 흡입관 (8) 에 의해 저압펌프 (4) 의 토출측과 접속되고, 다른 한편으로 복귀관 (9) 에 의해 연료탱크 (3) 와 접속되어 있다. 흡입관 (8) 에는 저압펌프 (4) 의 토출연료로부터 이물질을 제거하기 위한 필터 (10) 가 배치되어 있다.
펌프실 (7d) 의 토출측 개구부 (7c) 는 토출관 (11) 에 의해 축압실 (2) 로 접속되어 있다. 이 토출관 (11) 에는 축압실 (2) 로 향하는 연료흐름만을 허용하는 체크밸브 (12) 가 배치되어 있다. 이 체크밸브 (12) 는 약간의 압력차에 의해서도 개방되는 것이다.
복귀관 (9) 에는 연료탱크 (3) 로 향하는 연료흐름만을 허용하는 제 1 릴리프밸브 (13) 가 배치되고, 이 제 1 릴리프밸브 (13) 보다 하류측에서 접속관 (14) 에 의해 축압실 (2) 과 접속되어 있다. 접속관 (14) 에는 축압실 (2) 로부터의 연료흐름만을 허용하는 제 2 릴리프밸브 (15) 가 배치되어 있다. 제 1 릴리프밸브 (13) 는 저압펌프 (4) 의 정격토출압력 (PL) 보다 약간 큰 압력으로 개방되는 것이다. 제 2 릴리프밸브 (15) 는 축압실 (2) 내가 소정 고연료압력 (PH) 보다높은 소정 압력이 될 때에 개방되는 것이고, 축압실 (2) 내의 연료압력이 비정상적으로 높아지는 것을 방지하고 있다.
(16) 은 고압펌프 (7) 의 흡입측 개구부 (7b) 를 개폐하기 위한 전자밸브이다. 전자밸브 (16) 는 전자솔레노이드 (16a) 를 여자(勵磁, excitation)함으로써 닫히고, 전자솔레노이드 (16a) 를 소자(消磁, degaussing)함으로써 스프링 (16b) 에 의해 열린다. 전자밸브 (16) 는 고압펌프 (7) 의 흡입행정에 있어서 열리고, 토출행정에 있어서 필요시간만 닫힌다. 이에 따라, 고압펌프 (7) 의 흡입행정중에는 펌프실 (7d) 내로 저압펌프 (4) 의 토출연료가 흡입되고, 토출행정에 있어서 전자밸브 (16) 가 닫혀 있는 동안에는 토출관 (11) 을 통해 펌프실 (7d) 의 연료가 축압실 (2) 로 압축이송된다. 한편, 토출행정에 있어서 전자밸브 (16) 가 개방 중에, 축압실 (2) 내의 연료압력이 제 1 릴리프밸브 (13) 의 개방압력보다 높은 경우에는 펌프실 (7d) 의 연료는 복귀관 (9) 을 통해 연료탱크 (3) 로 되돌아가고, 축압실 (2) 내의 연료압력이 제 1 릴리프밸브 (13) 의 개방압력보다 낮은 경우에는 펌프실 (7d) 의 연료는 토출통로 (11) 를 통해 축압실 (2) 로 압축이송된다.
(20) 은 연료분사밸브 (1) 를 통한 연료분사량제어, 전자솔레노이드 (16a) 를 통한 전자밸브 (16) 의 개폐제어 및 저압펌프 (4) 의 작동제어를 담당하는 제어장치이고, 축압실 (2) 내의 연료압력을 검출하기 위한 압력센서 (21) 와, 저압펌프 (4) 를 작동시키기 위한 배터리 (5) 와, 기관운전상태를 검출하기 위한 에어플로미터(air flow meter), 회전센서, 냉각수온도센서 등의 각 센서 (모두 도시하지 않음) 가 접속되어 있다.
도 2 는 제어장치 (20) 에 의한 전자밸브 (16) 의 개폐제어 및 저압펌프 (4) 의 작동제어를 위한 제 1 플로차트이다. 이 제 1 플로차트는 스타터 스위치의 온(ON) 신호와 함께 실행되며, 소정 시간마다 반복되는 것이다. 먼저, 스텝 (101) 에 있어서 저압펌프 (4) 를 작동시킨다. 이어서, 스텝 (102) 에 있어서 플래그 (f) 가 1 인지의 여부가 판단된다. 이 플래그 (f) 는 기관정지와 동시에 0 으로 리세트되는 것이므로 처음 이 판단은 부정되어 스텝 (103) 으로 진행되고, 현재의 배터리 (5) 전압 (V) 이 측정된다.
저압펌프 (4) 의 연료토출능력은 동력원인 배터리 (5) 의 전압에 의존하여 정해지는 것이고, 배터리 (5) 의 열화가 진행되고 있거나 이 때에 스타터에 더해 다른 보조기계 등이 사용되고 있으면, 배터리 (5) 의 전압 (V) 은 저하되기 때문에 저압펌프 (4) 의 연료토출능력은 저하된다.
이어서, 스텝 (104) 으로 진행되고, 배터리 (5) 의 전압 (V) 에 따라 변화하는 저압펌프 (4) 의 연료토출능력에 기초하여 축압실 (2) 내의 연료압력을 대기압으로부터 연료분사 가능한 연료압력으로 승압시키기까지의 시간 (T) 을 산출하고, 이 시간 (T) 만 전자밸브 (16) 를 개방 상태로 고정한다. 고압펌프 (7) 는 기관본체에 의해 구동되는 것이기 때문에, 기관 시동시의 극저회전 크랭킹에서는 토출행정 전체에 걸쳐 전자밸브 (16) 를 닫아도 토출효율이 낮고, 따라서, 단위시간당의 연료토출량이 비교적 적어 축압실 (2) 내의 연료압력을 연료분사 가능한 연료압력으로 승압시키기에 비교적 긴 시간을 필요로 한다.
본 플로차트에서는, 이런 경우에는 고압펌프 (7) 의 흡입행정 및 토출행정에 관계 없이 전자밸브 (16) 는 개방 상태로 고정되며, 고압펌프 (7) 의 펌프실 (7d) 을 통해 저압펌프 (4) 의 토출연료가 실질 직접적으로 축압실 (2) 내로 안내되도록 되어 있다. 이 때, 복귀관 (9) 에 배치된 제 1 릴리프밸브 (13) 는 열리지 않기 때문에 저압펌프 (4) 의 토출연료가 연료탱크 (3) 로 되돌아가는 일은 없다.
저압펌프 (4) 는 기관본체 이외의 동력원인 배터리 (5) 에 의해 구동되는 것이기 때문에, 크랭킹 중에도 고속운전이 가능하며 단위시간당의 연료토출량이 비교적 많다. 이에 따라, 저압펌프 (4) 의 토출연료를 축압실 (2) 로 실질 직접적으로 안내함으로써 축압실 (2) 내를 매우 단시간에 정격토출압력 (PL) 근방의 연료분사 가능한 연료압력으로 승압시킬 수 있고, 이 연료압력에서의 연료분사가 가능하게 된다.
이렇게 하여, 스텝 (104) 에 있어서 축압실 (2) 내가 연료분사 가능한 연료압력으로 승압되면, 스텝 (105) 에 있어서 플래그 (f) 는 1 이 되어 스텝 (106) 으로 진행된다. 플래그 (f) 가 1 이 된 후에는 스텝 (102) 에 있어서의 판단이 긍정되므로 직접적으로 스텝 (106) 으로 진행된다.
스텝 (106) 에서는 연료분사밸브의 개방시간을 설정하기 위한 연료분사량제어에 있어서 산출되는 필요연료분사량 (Q) 을 판독하고, 스텝 (107) 에 있어서 이 필요연료분사량 (Q) 이 고압펌프 (7) 의 1 기통분의 최대토출연료량 (Q1) 을 초과하였는지의 여부가 판단된다. 본 실시형태에 있어서는, 고압펌프 (7) 의 1 회 토출연료량이 2 기통분의 연료분사량에 대응하도록 되어 있기 때문에, 이 최대토출연료량 (Q1) 은 고압펌프 (7) 의 토출행정 전체에 걸쳐 전자밸브 (16) 를 닫았을 때의 토출연료량의 반에 상당하는 것이다.
기관 시동 완료후의 통상 기관운전상태에 있어서는, 고부하 고회전시에 있어서도 필요연료량 (Q) 이 최대토출연료량 (Q1) 을 초과하는 일은 없지만, 특히 냉간시동시에 있어서는, 분사연료의 기화상태가 악화되어 적은 양밖에 연소에 기여하지 않기 때문에 필요연료분사량 (Q) 은 매우 많아져 최대토출량 (Q1) 을 초과하게 된다. 이런 경우에 있어서, 전자밸브 (16) 를 개폐제어하여 고압펌프 (7) 에 의한 연료토출을 실시하면, 축압실 (2) 내로 토출되는 연료량보다 축압실 (2) 로부터 분사되는 연료량이 많기 때문에 축압실 (2) 내는 바로 대기압 근방으로 감압되어 원하는 양의 연료분사가 불가능하게 된다.
이에 따라, 본 플로차트에서는 스텝 (107) 에 있어서의 판단이 긍정되는 때에는 스텝 (108) 으로 진행되어 전자밸브 (16) 를 개방 상태로 고정하고, 저압펌프 (4) 에 의한 단위시간당의 비교적 다량의 토출연료를 축압실 (2) 내로 실질 직접적으로 안내함으로써, 축압실 (2) 로부터 다량의 연료가 분사되어도 축압실 (2) 내를 연료분사 가능한 연료압력근방으로 유지할 수 있어 원하는 양의 연료분사가 가능하게 된다.
한편, 스텝 (107) 에 있어서의 판단이 부정되는 때에는 스텝 (109) 으로 진행되어 전자밸브 (16) 의 개폐제어가 실시된다. 이 개폐제어는 압력센서 (21) 에 의해 검출되는 축압실 (2) 내의 연료압력을 소정 고연료압력 (PH) 근방으로 유지하는 것이고, 축압실 (2) 내가 소정 고연료압력 (PH) 근방으로 승압된 후에는 2개의 기통에서 분사된 만큼의 연료와 같은 양의 연료가 고압펌프 (7) 로부터 축압실 (2) 로 압축이송되도록 고압펌프의 토출행정에 있어서의 필요시간만 전자밸브 (16) 는 닫힌다. 그러나, 예컨대 연료분사개시 처음에 있어서, 축압실 (2) 내의 연료압력은 연료분사 가능하지만 저압펌프 (4) 의 정격토출압력 (PL) 근방이고, 소정 고연료압력에 비교하여 상당히 낮기 때문에 고압펌프의 토출행정 전체에 걸쳐 전자밸브 (16) 는 닫히고, 2 개의 기통에서 분사된 만큼의 연료 이상의 연료를 축압실 (2) 로 압축이송하여 축압실 (2) 내를 조기에 소정 고연료압력근방으로 승압시키도록 되어 있다. 이와 같이, 압력센서 (21) 에 의해 검출되는 축압실 (2) 내의 연료압력이 소정 고연료압력 미만일 때에는 2 개의 기통에서 분사되는 이상의 연료를 축압실 (2) 로 압축이송하도록, 고압펌프 (7) 의 토출행정에 있어서의 필요시간만 전자밸브 (16) 는 닫히도록 되어 있다.
그 후, 스텝 (110) 에 있어서 저압펌프 (4) 로의 인가전압을 저하시키고, 저압펌프 (4) 의 회전수를 낮춰 토출압력을 저하시키도록 되어 있다. 스텝 (109) 에 있어서 고압펌프 (7) 가 정규로 작동되면 저압펌프 (4) 의 토출압력은 축압실 (2) 내의 연료압력에 기여하지 않게 된다. 이에 따라, 본 스텝에서는 고압펌프 (7) 에서의 연료흡입에 있어서 베이퍼가 발생하지 않을 정도로 저압펌프 (4) 의 토출압력을 저하시켜 흡입관 (8) 의 밀봉부에서 누설이 발생하기 어렵게 하고 있다.
도 3 은 본 발명에 의한 내연기관의 연료분사 제어장치 제 2 실시형태를 나타내는 개략도이다. 제 1 실시형태와의 차이에 대해서만 이하에 설명한다. 본 실시형태에서는 흡입관 (8) 의 필터 (10) 보다 하류측으로부터 분기하는 접속관(81) 이 고압펌프 (7) 의 펌프실 (7d) 에 접속되고, 이 접속관 (81) 에는 펌프실 (7d) 로 향하는 연료흐름만을 허용하는 체크밸브 (82) 가 배치되어 있다. 이 체크밸브 (82) 는 약간의 압력차에 의해서도 개방되는 것이다. 또, 캠 (7e) (도 1 에 비교하여 90 °회전되어 도시되어 있음) 의 회전축에는 전자클러치 (83) 가 설치되어 있다. 이 전자클러치 (83) 는 접속시에 있어서 고압펌프 (7) 의 토출행정시기가 처음 설정된 크랭크각도로부터 벗어나지 않도록 되어 있다.
(20') 는 연료분사밸브 (1) 를 통한 연료분사량제어, 전자솔레노이드 (16a) 를 통한 전자밸브 (16) 의 개폐제어 및 저압펌프 (4) 의 작동제어에 더해 전자클러치 (83) 의 단속제어를 담당하는 제어장치이고, 축압실 (2) 내의 연료압력을 검출하기 위한 압력센서 (21) 와, 저압펌프 (4) 를 작동시키기 위한 배터리 (5) 와, 기관운전상태를 검출하기 위한 에어플로미터, 회전센서, 냉각수온도센서 등의 각 센서 (모두 도시하지 않음) 가 접속되어 있다.
도 4 는 제어장치 (20') 에 의한 전자밸브 (16) 의 개폐제어, 저압펌프 (4) 의 작동제어 및 전자클러치 (83) 의 단속제어를 위한 제 2 플로차트이다. 이 제 2 플로차트는 스타터 스위치의 온(ON) 신호와 함께 실행되며, 소정 시간마다 반복되는 것이다. 제 1 플로차트와의 차이에 대해서만 이하에 설명한다.
본 플로차트에서는 스텝 (201) 에 있어서 저압펌프 (4) 를 작동시킨 후에, 스텝 (202) 에 있어서 전자밸브 (16) 의 상술한 동일한 개폐제어를 실시하도록 되어 있다. 또, 스텝 (204) 에 있어서 현재의 배터리 (5) 전압 (V) 이 측정된 후에, 스텝 (205) 에 있어서, 배터리 (5) 의 전압 (V) 에 따라 변화하는 저압펌프(4) 의 연료토출능력에 기초하여 축압실 (2) 내의 연료압력을 대기압으로부터 연료분사 가능한 연료압력으로 승압시키기까지의 시간 (T) 을 산출하고, 이 시간 (T) 만 전자클러치 (83) 를 차단하도록 되어 있다.
이에 따라, 이 시간 (T) 동안에는 전자밸브 (16) 의 개폐제어는 실시되어도 플런저 (7a) 의 작동은 정지되기 때문에, 펌프실 (7d) 내에서 연료압력이 상승하여 접속관 (81) 의 체크밸브 (82) 가 닫히는 일은 없고, 저압펌프 (4) 의 토출연료는 항상 고압펌프 (7) 의 펌프실 (7d) 을 통해 실질 직접적으로 안내된다. 이렇게 하여 축압실 (2) 내를 매우 짧은 시간에 연료분사 가능한 연료압력으로 승압시킬 수 있고, 이 연료압력에서의 연료분사가 가능하게 된다.
축압실 (2) 내가 연료분사 가능한 연료압력으로 승압된 후에는 제 1 플로차트와 동일하게 필요연료분사량 (Q) 이 고압펌프 (7) 의 1 기통분의 최대토출연료량 (Q1) 을 초과하고 있는지의 여부가 판단된다. 이 판단이 긍정되는 때에는 스텝 (209) 으로 진행되어 전자클러치 (83) 를 차단하고, 저압펌프 (4) 에 의한 단위시간당의 비교적 다량의 토출연료를 축압실 (2) 내로 실질 직접적으로 안내함으로써, 축압실 (2) 로부터 다량의 연료가 분사되어도 축압실 (2) 내를 연료분사 가능한 연료압력근방으로 유지할 수 있어 원하는 양의 연료분사가 가능하게 된다.
한편, 스텝 (208) 에 있어서의 판단이 부정되는 때에는 스텝 (210) 으로 진행되고, 전자클러치 (83) 가 접속되어 고압펌프 (7) 가 작동개시된다. 이에 따라, 전자밸브 (16) 의 개폐제어에 따라 축압실 (2) 내의 연료압력은 저압펌프 (4) 의 정격토출압력근방으로부터 소정 고연료압력근방으로 조기에 승압되고, 그 후에는 이 소정 고연료압력근방으로 유지된다.
도 5 는 전자클러치 (83) 대신에 사용가능한 유압식 클러치 기구를 나타내는 단면도이다. 동 도면에 있어서, 캠 (7e') 에는 캠 (7e') 의 회전중심과 동심의 원추형상 오목부 (91) 가 설치되어 있다. 오목부 (91) 의 소정위치에는 키 홈 (92) 이 형성되어 있다. (93) 은 크랭크샤프트에 의해 회전구동되는 회전축이고, 내부공간 (94) 을 갖고 있다. 이 내부공간 (94) 에는 기관본체에 있어서 윤활유를 순환시키기 위해 기관본체에 의해 구동되는 유압펌프 (도시하지 않음) 로부터 윤활유가 제공된다.
내부공간 (94) 내에는 피스톤 (95) 이 배치되며, 피스톤 (95) 에 고정된 피스톤로드 (96) 는 내부공간 (94) 으로부터 회전축 (93) 의 선단부를 오일이 누설되지 않게 관통하여 캠 (7e') 방향으로 연장되어 있다. 피스톤로드 (96) 의 선단부에는 캠 (7e') 의 오목부 (91) 및 키 홈 (92) 에 걸어 맞춤 가능한 형상을 갖는 걸어 맞춤부 (97) 가 고정되어 있다. 피스톤 (95) 의 주위에는 내부공간 (94) 내에 형성된 복수의 축선방향 스플라인 (98) 에 걸어 맞추는 복수의 홈이 형성되고, 이에 따라 피스톤 (95) 은 회전축 (93) 에 대하여 회전하지 않고 내부공간 (94) 내를 슬라이딩 가능하게 되어 있다.
또, 피스톤 (95) 에는 복수의 관통구멍 (도시하지 않음) 이 형성되어 있어 내부공간 (94) 에 있어서의 피스톤 (95) 보다 선단측 공간에도 윤활유가 유입가능하게 되어 있다. 이 선단측 공간에는 압압(押壓)스프링 (99) 이 배치되어 피스톤 (95) 을 캠 (7e') 과는 반대방향으로 힘을 인가하고 있다.
이와 같이 구성된 유압식 클러치 기구에 있어서 피스톤 (95) 의 양측에는 동등한 윤활유의 압력이 작용하지만, 피스톤 (95) 의 피스톤로드측이 피스톤로드 (96) 의 단면적 분만큼 수압면적이 작기 때문에 피스톤 (95) 은 윤활유에 의해서는 항상 캠 (7e') 방향으로 힘이 인가된다. 그러나, 기관 시동시에 있어서, 기관본체에 의해 구동되는 유압펌프는 크랭킹에 의해 천천히 회전하기 때문에, 내부공간 (94) 내의 윤활유 압력은 대기압으로부터 조기에 승압되지 않고, 이 때에는 윤활유의 인가력보다 압압스프링 (99) 의 인가력이 우수하므로 피스톤 (95) 은 캠 (7e') 과는 반대방향으로 이동하고, 걸어 맞춤부 (97) 는 캠 (7e') 의 오목부로부터 이간되어 있다.
이에 따라, 전자밸브 (16) 의 개폐제어는 실시되어도 플런저 (7a) 의 작동은 정지되기 때문에, 펌프실 (7d) 내에서 연료압력이 상승하여 접속관 (81) 의 체크밸브 (82) 가 닫히는 일은 없고, 저압펌프 (4) 의 토출연료는 항상 고압펌프 (7) 의 펌프실 (7d) 을 통해 실질 직접적으로 안내된다. 이렇게 하여, 기관 시동시에는 축압실 (2) 내를 매우 짧은 시간에 연료분사 가능한 연료압력으로 승압시킬 수 있고, 이 연료압력에서의 연료분사가 가능하게 된다.
기관 시동이 완료되어 기관회전수가 상승하면, 유압펌프는 비교적 고속으로 회전하여 내부공간 (94) 내의 윤활유 압력이 높아지기 때문에, 윤활유의 인가력이 압압스프링 (99) 의 인가력보다 우세하여 피스톤 (95) 은 캠 (7e') 방향으로 이동하고, 걸어 맞춤부 (97) 는 캠 (7e') 의 오목부와 걸어 맞추어 회전축 (93) 의 회전이 캠 (7e') 에 전달된다. 이에 따라, 고압펌프 (7) 가 작동개시되고, 전자밸브 (16) 의 개폐제어에 따라 축압실 (2) 내의 연료압력은 저압펌프 (4) 의 정격토출압력근방으로부터 소정 고연료압력근방으로 조기에 승압되고, 그 후에는 이 소정 고연료압력근방으로 유지된다.
이 유압식 클러치 기구에 있어서도, 캠 (7e') 의 키 홈 (92) 과 이 키 홈에 걸어 맞추는 걸어 맞춤부 (97) 의 형상에 의해, 걸어 맞춤시에 있어서 고압펌프 (7) 의 토출행정시기가 처음 설정된 크랭크각도로부터 벗어나지 않도록 되어 있다. 이와 같은 기관본체를 동력원으로 하는 유체펌프에 의해 제공되는 유체압력이 소정값 이상이 되었을 때, 즉 내부공간 (94) 내에 제공되는 유체압력이, 압압스프링 (99) 의 인가력 보다 우세하여 피스톤 (95) 을 캠 (7e') 방향으로 이동시킬 수 있을 정도의 높은 값에 달했을 때에만 고압펌프를 동력원으로 연결하는 유체압력식 클러치를 사용함으로써, 고압펌프 (7) 의 전자밸브 (16) 를 개방 상태로 고정하는 제어 및 클러치의 단속제어 없이 기관 시동시에 저압펌프 (4) 의 토출연료를 실질 직접적으로 축압실로 안내하는 것이 가능하게 된다.
상술한 제 1 및 제 2 실시형태에 있어서, 복귀관 (9) 은 생략가능하며, 이 경우에는 통상 운전시에 있어서 고압펌프로부터의 필요 이상의 연료는 흡입관 (8) 을 통해 연료탱크 (3) 로 되돌아가게 된다. 또, 제 1 실시형태에 있어서, 기관 시동시에 저압펌프 (4) 의 토출측과 고압펌프 (7) 펌프실 (7d) 의 통하게 연결된 상태를 보증하기 위해 개방되는 개폐밸브로서 고압펌프 (7) 의 전자밸브 (16) 를 사용했으나 이것은 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 예컨대 제 2 실시형태와 동일한 접속관 (81) 을 설치하여 저압펌프의 토출측과 고압펌프의 흡입측을 통하게 연결하는 흡입통로를 형성하고, 이 흡입통로에 다른 개폐밸브를 설치하도록 해도 된다.
이와 같이, 본 발명에 의한 내연기관의 연료분사 제어장치에 의하면, 저압펌프의 토출측과 고압펌프의 흡입측을 통하게 연결하는 흡입통로에는 개폐밸브가 설치되고, 기관 시동시에는 개폐밸브를 개방 상태로 고정하도록 되어 있기 때문에, 기관 시동시에 있어서 고압펌프를 바이패스하여 저압펌프의 토출측과 축압실을 통하게 연결하는 바이패스통로를 설치하지 않아도 저압펌프의 토출연료가 고압펌프의 펌프실을 통해 확실하게 축압실내로 안내된다. 이렇게 하여, 기관본체 이외를 동력원으로 하기 때문에 기관 시동시에 있어서도 단위시간당의 연료토출량이 비교적 많은 저압펌프를 사용하여 축압실내를 단시간에 연료분사 가능한 연료압력으로 승압시킬 수 있어 기관 시동성을 확실하게 개선할 수 있다.
또, 본 발명에 의한 또 하나의 내연기관의 연료분사 제어장치에 의하면, 저압펌프의 토출측과 고압펌프의 흡입측을 통하게 연결하는 흡입통로에는 저압펌프로부터 고압펌프로의 연료흐름만을 허용하는 체크밸브가 설치되며, 기관 시동시에는 고압펌프를 정지시키는 고압펌프 정지수단을 구비하기 때문에, 기관 시동시에 있어서 고압펌프의 펌프실내 연료압력이 높아져 체크밸브가 닫히는 일은 없고, 고압펌프를 바이패스하여 저압펌프의 토출측과 축압실을 통하게 연결하는 바이패스통로를 설치하지 않아도 저압펌프의 토출연료가 고압펌프의 펌프실을 통해 확실하게 축압실내로 안내된다. 이렇게 하여 상술한 동일한 효과를 얻을 수 있다.

Claims (6)

  1. 연료분사밸브에 가압연료를 공급하기 위한 축압실과, 기관본체를 동력원으로 하여 상기 축압실로 연료를 토출하는 고압펌프와, 기관본체 이외를 동력원으로 하여 상기 고압펌프로 연료를 토출하는 저압펌프를 구비하고, 기관 시동시에는 상기 저압펌프의 토출연료를 상기 고압펌프의 펌프실을 통해 직접적으로 상기 축압실로 안내하도록 한 내연기관의 연료분사 제어장치에 있어서, 상기 저압펌프의 토출측과 상기 고압펌프의 흡입측을 통하게 연결하는 흡입통로에는 개폐밸브가 설치되고, 기관 시동시에는 상기 개폐밸브가 개방 상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료분사 제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 개폐밸브는 상기 고압펌프의 토출행정에 있어서 필요 이상의 토출연료량이 상기 축압실로 토출되는 것을 방지하기 위해 개방되는 오버플로밸브로서의 기능도 하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료분사 제어장치.
  3. 연료분사밸브에 가압연료를 공급하기 위한 축압실과, 기관본체를 동력원으로 하여 상기 축압실로 연료를 토출하는 고압펌프와, 기관본체 이외를 동력원으로 하여 상기 고압펌프로 연료를 토출하는 저압펌프를 구비하고, 기관 시동시에는 상기 저압펌프의 토출연료를 상기 고압펌프의 펌프실을 통해 직접적으로 상기 축압실로 안내하도록 한 내연기관의 연료분사 제어장치에 있어서, 상기 저압펌프의 토출측과 상기 고압펌프의 흡입측을 통하게 연결하는 흡입관으로부터 분기되어 고압펌프의 펌프실에 접속된 접속관에는, 상기 저압펌프로부터 상기 고압펌프로의 연료흐름만을 허용하는 체크밸브가 설치되고, 기관 시동시에는 상기 고압펌프를 정지시키는 고압펌프 정지수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료분사 제어장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 고압펌프 정지수단은 상기 고압펌프와 상기 고압펌프의 동력원 사이에 배치된 클러치 기구이고, 상기 클러치 기구는 기관본체를 동력원으로 하는 유체펌프에 의해 제공되는 유체압력이 소정값 이상이 되었을 때에만 상기 고압펌프와 상기 고압펌프의 동력원을 연결하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료분사 제어장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 통상 운전시에 비교하여 기관 시동시에는 상기 저압펌프의 회전수가 증가하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료분사 제어장치.
  6. 제 3 항에 있어서, 통상 운전시에 비교하여 기관 시동시에는 상기 저압펌프의 회전수가 증가하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 연료분사 제어장치.
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