KR100580888B1 - 내연기관의 제어방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

장애가 생긴 경우, 내연기관을 신속하게 차단할 수 있도록 구성된 내연기관의 제어 방법 및 장치에 관한 것이다. 고압 연료 분사 장치를 갖는 내연기관, 특히, 커먼레일 시스템을 갖는 내연기관의 제어 방법 및 장치에 있어서, 연료는 1개 이상의 펌프에 의해 저압 영역에서 고압 영역으로 이송되며, 고압 영역에서 압력이 검출되고, 압력 조정 밸브에 의해 조정되며, 장애가 검출된 경우, 압력 조정 밸브는 고압 영역 내의 압력이 저하하도록 제어할 수 있다.

Description

내연기관의 제어 방법 및 장치
본 발명은 고압 연료 분사 장치를 갖는 내연기관, 특히 커먼레일(common rail) 시스템을 갖는 내연기관의 제어 방법에 관한 것으로서, 연료는 1개 이상의 펌프에 의해 저압 영역에서 고압 영역으로 이송되며, 해당 고압 영역에서 상기 내연기관의 인젝터에 의해 공급량이 조절될 수 있고, 상기 고압 영역 내의 압력은 압력 센서에 의해 검출될 수 있으며, 압력 조정 밸브에 의해 조정될 수 있는 제어 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 고압 연료 분사 장치를 갖는 내연기관, 특히, 커먼레일 시스템을 갖는 내연기관의 제어 장치에 관한 것으로서, 연료를 적어도 저압 영역에서 고압 영역으로 보내는 1개 이상의 펌프와, 상기 내연기관의 연료의 공급량을 조절하는 인젝터와, 상기 고압 영역 내의 연료의 압력을 검출하는 압력 센서와, 압력 조정 밸브를 포함하는 제어 장치에 관한 것이다.
내연기관의 제어 방법 및 장치에서, 연료는 연료 펌프에 의해 연료 탱크에서 연료관을 통해 연료 분사 밸브로 공급된다. 고압 연료 분사 장치를 갖는 내연기관, 예를 들면 자기착화식 내연기관에서는, 연료 공급 펌프에 별도의 펌프가 접속되고, 상기 별도의 펌프는 매우 높은 압력을 연료 공급 시스템의 고압 영역 내에 발생한다. 상기 고압 영역은 연료 분사 밸브와 접속된다. 또한, 압력 조정 밸브가 설치되며, 상기 압력 조정 밸브를 사용하여 고압 영역 내의 압력을 조정할 수 있다.
본 발명의 과제는, 장애가 생긴 경우, 내연기관을 신속히 차단할 수 있는 내연기관의 제어 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제는 본 발명에 따라, 장애가 검출된 경우, 압력 조정 밸브는, 고압 영역 내의 압력이 연료 분사가 수행되지 않는 값으로 저하하도록 제어할 수 있게 됨으로써 해결된다.
또한, 상기 과제는, 장애가 검출된 경우, 고압 영역 내의 압력이 연료 분사가 수행되지 않는 값으로 저하하도록 압력 조정 밸브를 제어하는 수단을 구비함으로써 해결된다.
본 발명의 적합한 실시예는 종속 청구항에 나타나 있다. 이하, 도시한 실시예를 사용하여 본 발명에 대해 설명한다.
도 1에는, 본 발명의 이해를 위해 필요한, 고압 연료 분사 장치를 갖는 내연기관의 연료 공급 시스템의 구성부가 도시되어 있다. 도시한 시스템은, 통상 커먼레일 시스템이라 칭한다.
도면부호 100은 연료 탱크를 나타낸다. 상기 연료 탱크(100)는 제 1 필터(105)를 통해 조정 가능한 공급 펌프(110) 및 제 2 필터 부재(115)에 접속된다. 제 2 필터 부재(115)로부터, 연료가 파이프를 통해 밸브(120)에 도달한다. 필터 부재(115)와 밸브(120) 사이의 접속 파이프는 저압 제한 밸브(140)를 통해 연료 탱크(100)에 접속된다. 밸브(120)는 고압 펌프(125)를 통해 레일(130)과 접속된다. 상기 레일은 연료 파이프를 통해 여러 인젝터(131)와 접속된다. 압력 조정 밸브(135)를 통해, 레일(130)은 연료 탱크(100)와 접속될 수 있다. 상기 압력 조정 밸브(135)는 코일(136)에 의해 제어될 수 있다.
고압 펌프(125)의 출력측과 압력 조정 밸브(135)의 입력측 사이의 영역을 고압 영역이라 칭한다. 상기 영역에서 연료는 고압 상태에 있게 된다. 통상 외부 점화식 내연기관용 시스템에서, 압력값은 30 ∼ 100 바이고, 자기착화식 내연 기관에서는 압력값이 1000 ∼ 2000 바에 이른다. 고압 영역 내의 압력은 센서(140')에 의해 검출된다.
인젝터(131) 및 압력 조정 밸브(135)의 코일(136)에는, 제어부(200)로부터 제어 신호가 공급된다. 제어부는 여러 센서(210)의 신호를 처리한다.
제어부는 인젝터(131)용 제 1 제어 회로(215)와, 압력 조정 밸브(135)의 코일(136)용 제 2 제어 회로(220)를 포함한다. 제 1 및 제 2 제어 회로에는 기능 제어 회로(230)로부터 제어 신호가 공급된다. 이 장치는, 아래와 같이 작동한다.
연료 탱크 내의 연료는 가압 공급 펌프(110)에 의해 필터 부재(105, 115)를 통해 송출된다. 가압 공급 펌프(110)의 출력측에서, 연료에 1 ∼ 약 3bar의 압력이 가해진다. 연료 시스템의 저압 영역 내의 압력이 소정압에 도달한 경우, 밸브(120)가 열리고, 고압 펌프(125)의 입력측에 소정 압력이 가해진다. 상기 압력은 밸브(120)의 구성에 의존한다. 통상 밸브(120)는, 약 1bar의 압력에서 고압 펌프(125)와의 접속이 해제되도록 구성된다.
저압 영역 내의 압력이 허용할 수 없을 정도의 높은 값으로 상승하는 경우, 저압 제한 밸브(140)가 열리고, 가압 공급 펌프(110)의 출력측과 연료 탱크(100) 사이의 접속이 해제된다. 밸브(120)와 저압 제한 밸브(140)에 의해, 저압 영역 내의 압력이 약 1 ∼ 3 bar의 값으로 유지된다.
고압 펌프(125)는 연료를 저압 영역으로부터 고압 영역으로 송출한다. 고압 펌프(125)는 레일(130) 내에 매우 높은 압력을 형성한다. 이 압력은 1000 ∼ 2000 바의 크기이다. 인젝터(131)에 의해, 고압의 조절된 양의 연료가 내연기관의 개별 실린더로 공급될 수 있다. 통상적으로, 인젝터는 고압 영역 내의 압력이 최소치를 초과하는 경우에만 공급량을 조절할 수 있도록 구성된다. 소정 압력값 이하에서는, 연료 분사가 불가능하다.
센서(140')에 의해, 레일 또는 전체 고압 영역 내의 압력이 검출된다. 코일(136)에 의해 제어 가능한 압력 조정 밸브(135)를 사용하여, 고압 영역 내의 압력을 조정할 수 있다. 코일(136)에 인가되는 전압 또는 코일(136)을 통해 흐르는 전류에 의존하여, 압력 조정 밸브(135)는 여러 압력값에서 개방된다.
가압 공급 펌프(110)로서는 통상적으로 직류 모터(DC 모터) 또는 전기 정류 직류 모터(EC - 모터)를 갖는 솔레노이드 연료 펌프가 사용된다. 특히, 상용차에서 필요한 비교적 높은 연료 송출량의 경우에는, 병렬 접속된 복수의 가압 공급 펌프를 사용하는 것도 가능하다. 이 경우에는, 비교적 긴 수명 및 비교적 높은 편리성을 위해, 적합하게는 EC - 모터가 사용된다.
통상 작동에서 기능 제어 회로(230)는 여러 센서(210)의 출력 신호를 기초로, 제 1 제어 회로(215)의 작동 신호를 산출하며, 이 제 1 제어 회로(215)는 이 신호에 의존하여, 소정 시점에서 소정 연료량이 연료 분사되도록 인젝터(131)를 제어한다.
또한, 기능 제어 회로(230)는 제 2 제어 회로(220)에 신호를 공급하여, 고압 영역 내의 압력이 규정된 값일 때 압력 조정 밸브(135)가 개방되도록 하는 전압이 상기 압력 조정 밸브(135)에 공급되게 한다. 상기 제어 신호를 통해, 고압 영역 내의 압력이 조정 가능하다.
기능 제어 회로(230)가 장애가 발생된 것을 검출할 때, 장애는 예를 들면 여러 센서(210)의 신호 평가에 의해 검출할 수 있으며, 그 결과 기능 제어 회로(230)는 제 1 및 제 2 제어 회로에, 내연기관을 차단하는 신호를 송출한다. 제 1 제어 회로(215)로의 신호는 인젝터가 내연기관에 대한 연료의 공급량을 조절하지 않도록 구성된다. 제 2 제어 회로(220)용 제어 신호는, 압력 조정 밸브가 완전히 개방되어, 고압 영역 내의 압력이 가능한 한 신속하게 없어지도록 구성된다.
특히 유리하게는, 압력 조정 밸브(135)는 통상의 비통전 상태에서 고압 영역 내의 압력을 약 140바의 유지압으로 저하시키지만, 장애의 경우에는, 0바로 저하시키도록 구성된다. 이것은, 예를 들면, 압력 조정 밸브(135)가 전압값의 극성 전환 또는 부가적인 제어 라인에 의해서, 고압 영역 내의 압력이 0으로 저하할 수 있도록 제어됨으로써 구현될 수 있다. 고압 영역 내의 압력이 거의 0바의 값으로 저하하면, 내연기관은 신속히 정지 상태가 된다.
특히 유리하게는, 이 방법에서는, 서로 독립한 2개의 경로를 통해 차단된다. 한편으로는, 인젝터(131)를 통해 연료 분사를 종료시키는 제 1 경로를 통해 차단된다. 예를 들면, 인젝터가 고장나서 지속적으로 조절된 양의 연료를 공급하고 있으므로, 이것이 내연기관을 차단하는데 충분하지 않은 경우, 압력 조정 밸브의 제어는 제 2 경로를 통해 수행되며, 고압 영역 내의 압력은 연료 분사가 더 이상 수행되지 않거나 또는 연료 분사가 더 이상 가능하지 않을 정도로 감압된다. 차단 제어가 여분으로 설계됨에도 불구하고, 부가적인 라인 또는 다른 구성 요소, 예를 들면, 역지 밸브가 필요하지 않게 된다.
이 방법에서는, 장애의 경우에 엔진이 정지될 때까지의 시간이 극히 단축된다. 그 이유는 고압 영역 내의 연료 잔류량에 압력을 가하지 않고서 연료를 분사할 수 없기 때문이다. 또한, 엔진의 작동 중에, 이 차단 장치의 기능 동작이, 즉 차단 장치가 정상으로 작동하고 있는지의 여부가 검사될 수 있다. 이 검사는 예를 들면 과운전(overrunning) 상태에서 수행되다. 그리하여, 압력 차단 동작을 단시간 작동할 수 있으며, 이 차단 동작의 기능은 고압 영역 내의 검출 압력을 통해 검사될 수 있다.
본 발명의 방법을 도 2의 흐름도를 통해 설명한다. 제 1 단계 300에서, 장애가 있는지의 여부가 검사된다. 장애 검출은 임의의 방법으로 실행될 수 있다. 예를 들면, 압력 센서(140')의 출력신호를 검사하여, 압력이 허용할 수 없는 값을 갖는지를 알 수 있다.
단계 300에서 장애가 검출된 경우 에러 비트(error bit; F)가 세트된다. 에러 비트(F)의 세트는 다른 제어 유닛에 의해서도 수행될 수 있다. 내연기관의 임의의 제어 유닛이 내연기관의 차단이 필요한 것을 검출한 경우, 에러 비트(error bit; F)가 세트된다. 이것은, 예를 들면, 연료 분사 시스템의 소정의 장애의 경우, 예를 들면, 설치되어 있는 인젝터에 기인하여 지속적으로 연료 분사가 수행되거나, 또는 외부에서 제어 장치에 장애가 통지되는 경우이다.
후속하는 문의 단계 310에서는, 에러 비트(F)가 세트되어 있는지의 여부가 검사된다. 에러 비트(F)가 세트되어 있는 경우, 단계 320에서, 인젝터가 연료 공급을 차단하도록 제어된다. 또한, 단계 330에서, 압력 조정 밸브(135)의 코일은 신속한 압력 강하가 가능하도록 제어된다. 이 때, 압력 조정 밸브(135)의 제어는, 연료 분사가 더 이상 수행될 수 없을 정도로 압력이 감소되도록 수행된다. 이 때, 압력을 반드시 대기압으로까지 감소시킬 필요는 없다. 레일 내의 압력 감소 결과, 연료 분사가 더 이상 수행되지 않고, 따라서 내연기관이 정지 상태로 된다. 이로 인해, 고압 펌프(125)도 더 이상 연료를 송출하지 않는다. 고압 펌프(125)의 추가적인 차단 또는 고압 펌프(125)로의 연료 흐름의 차단은 필요 없다.
간단한 실시예에서는, 단계 320 및 330에서의 2가지 조치 중 하나만을 수행한다. 단계 330에서의 조치, 즉 신속한 압력 강하가 가능하도록 압력 조정 밸브(135)의 코일을 제어하는 것만으로, 내연기관을 정지 상태로 만드는 데 충분하다. 제 2 조치에 의해, 압력 조정 밸브(135)의 영역 내에서 고장이 발생한 경우에 안전성이 확보된다.
특히 유리하게는, 추가적인 구성 소자 및 제어 장치로부터의 출력 라인이 필요없게 된다. 장애시의 차단을 위해서도, 통상 작동의 경우에 필요한 수단밖에 사용되지 않는다.
문의 단계 310에서, 에러 비트(F)가 세트되어 있지 않는 것이 검출된 경우, 통상적으로 단계 300이 수행된다. 그것에 대하여, 적합한 실시예에서는, 과운전 작동 상태인지의 여부를 검사하는 문의 단계 340이 수행된다. 과운전 작동 상태가 아닌 경우, 다시 단계 300이 수행된다.
문의 단계 340에서, 통상적으로 연료 분사가 수행되지 않는 작동 상태인 것이 검출된 경우, 압력 조정 밸브(135)의 검사가 개시된다. 그와 같은 작동 상태는, 특히 과운전 작동 상태에서 주어진다. 기능 동작 검사를 위해, 후속 단계 350에서, 이전의 압력값(PA)이 검출된다. 계속해서, 단계 360에서, 압력 조정 밸브(135)의 코일(136)의 제어가, 압력이 감소하도록 수행된다.
계속해서, 단계 370에서, 새로운 압력간(PN)이 검출된다. 단계 380에서는, 새로운 값(PN)과 이전의 값(PA)의 차이값(PD)이 구해진다. 이이서 문의 단계 390에서는, 상기 차이값(PD)이 한계값(S)보다 큰지의 여부가 검사된다. 상기 차이값(PD)이 한계값(S)보다 큰 경우, 장치는 정상적으로 작동하고, 다시 단계 300이 수행된다. 상기 차이값(PD)이 한계값(S)보다 작은 경우, 단계 395에서, 긴급 차단 장치가 정상적으로 작동하고 있지 않는 것을 지시하는 장애 고지 신호가 송출된다.
본 발명에 따르면, 과운전 작동 상태에서는, 압력 조정 밸브(135)가 제어된 경우, 압력이 소정 시간 내에서 소정값(S)만큼 감소하는지 아닌지가 검사된다.
본 발명에 의하면, 장애가 생긴 경우에 비용상 유리하고, 또한 확실하게 내연기관의 차단이 가능하다.
도 1은 본 발명의 장치의 블럭도.
도 2는 본 발명의 방법의 흐름도
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100: 연료 탱크 105: 제 1 필터 부재
110: 공급 펌프 115: 제 2 필터 부재
120: 밸브 125: 고압 펌프
130: 레일 131: 인젝터
135: 압력 조정 밸브 136: 코일
140: 저압 제한 밸브 200: 제어부
210: 센서 215: 제 1 제어 회로
220: 제 2 제어 회로 230: 기능 제어 회로

Claims (7)

  1. 커먼레일 시스템을 구비한 고압 연료 분사 장치를 갖는 내연기관의 제어 방법으로서, 연료는 1개 이상의 펌프에 의해 저압 영역에서 고압 영역으로 이송되며, 해당 고압 영역에서 상기 내연기관의 인젝터에 의해 공급량이 조절될 수 있으며, 상기 고압 영역 내의 압력은 압력 센서에 의해 검출될 수 있고, 압력 조정 밸브에 의해 조정될 수 있는 제어 방법에 있어서,
    장애가 검출된 경우, 상기 압력 조정 밸브는 상기 고압 영역 내의 압력이 연료 분사가 수행되지 않는 값으로 저하하도록 제어될 수 있으며,
    정상적인 분사가 수행되지 않는 작동 상태에서, 상기 압력 조정 밸브의 기능 동작이 검사되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 장애가 검출된 경우, 추가적으로 상기 인젝터는 연료 분사를 수행하지 않도록 제어되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 제어 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 장애는 누설이 발생하고 있을 때 검출되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 제어 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 검사는 과운전 작동 상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 제어 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 검사를 위해, 상기 압력 조정 밸브는 압력이 감소되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 제어 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 압력 조정 밸브의 기능 동작은 압력이 소정값만큼 저하한 경우에 검출되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 제어 방법.
  7. 커먼레일 시스템을 구비한 고압 연료 분사 장치를 갖는 내연기관의 제어 장치로서, 연료를 적어도 저압 영역에서 고압 영역에 보내는 1개 이상의 펌프와, 상기 내연기관의 연료의 공급량을 조절하는 인젝터와, 상기 고압 영역 내의 상기 연료의 압력을 검출하는 압력 센서와, 압력 조정 밸브를 갖는 제어 장치에 있어서,
    장애가 검출된 경우, 연료 분사가 수행되지 않은 값으로 상기 고압 영역내의 압력이 저하하도록 상기 압력 조정 밸브를 제어하는 수단이 구비되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 제어 장치.
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