KR100710523B1 - 내부 연소 엔진용 연료 공급 장치 - Google Patents

내부 연소 엔진용 연료 공급 장치 Download PDF

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Abstract

ECU는 연료가 공기 흡입로 인젝터로부터만 주입될 때 타겟 압력과 고압 분배 파이프내의 연료 압력간의 차를 산출한다. ECU는 냉매 온도와 관련되는 연료의 체적 탄성률을 결정한다. ECU는 압력차 및 체적 탄성률을 토대로 고압 펌프로부터 배출되는 연료량을 결정한다. 그런 다음, ECU는 결정된 배출량에 따라 고압 펌프를 작동시킨다.

Description

내부 연소 엔진용 연료 공급 장치 {FUEL SUPPLY APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 내부 연소 엔진용 연료 공급 장치의 개략적인 다이어그램;
도 2는 포트 주입 모드시에 실행되는 고압 분배 파이프내의 연료 압력 제어를 나타내는 흐름도;
도 3은 고압 분배 파이프내의 연료 압력에 대한 타겟 값 및 허용 범위(tolerable range)를 나타내는 그래프;
도 4는 고압 펌프의 배출량의 조정(adjustment)을 나타내는 흐름도.
본 발명은 고압 펌프로 연료를 압축하고, 고압 연료를 인실린더 인젝터(in-cylinder injector)로 공급하기 위하여 연료를 펌프로부터 고압 파이프로 배출시키는 내부 연소 엔진용 연료 공급 장치에 관한 것이다.
일본국 특개평 제 7-103048호에는 내부 연소 엔진용 연료 공급 장치가 개시되어 있다. 종래의 연료 공급 장치는 인실린더 인젝터 및 각각의 그 실린더에 공 기 흡입로 인젝터를 포함하는 내부 연소 엔진에 적합하다. 내부 연소 엔진은 일반적으로 엔진 부하 및 엔진 속도와 같은 엔진 구동 상태에 따라 연료를 주입하는 상기 2가지 종류의 인젝터들 중에 적절한 한가지를 활성화시킨다. 연료가 인실린더 인젝터(인실린더 주입 모드)로부터 주입될 때, 고압 연료가 인실린더 인젝터에 연결된 고압 분배 파이프에 공급되어야 한다.
인실린더 주입 모드에서, 고압 펌프는 고안 분배 파이프내의 연료의 압력을 사전 설정된 압력으로 상승시키기 위해 연료를 압축시킨다. 연료가 공기 흡입로 인젝터(포트 주입 모드)로부터 주입될 때, 고압 펌프는 고압 분배 파이프내의 연료 압력을 낮추기 위하여 작동을 중지한다. 그러나, 종래의 연료 공급 장치는 포트 주입 모드로부터 인실린더 주입 모드로 스위칭할 때 연료의 압력을 사전 설정된 압력으로 순간적으로 상승시킬 수 없다. 또한, 포트 주입 모드로부터 인실린더 주입 모드로 스위칭할 때, 연료 압력의 큰 파동(pulsation)이 고압 분패 파이프에 일어난다. 이것은 연료의 주입량을 불안정하게 하고, 내부 연소 엔진의 연소 특성을 저하시킨다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 고압 분배 파이프내의 연료 압력이 하한 압력값보다 낮아질 때 포트 주입 모드로 고압 펌프를 활성화시켜 고압 분배 파이프내의 연료 압력이 상승될 수 있다. 이것으로 포트 주입 모드에서도 고압 분배 파이프내의 연료 압력을 하한 압력값보다 크거나 동일하게 유지할 수 있다.
그러나, 고압 분배 파이프내의 연료 압력이 하한 압력값보다 낮아질 때마다, 고압 펌프내의 전체 저압 연료량이 고압 분배 파이프로 배출될 것이다. 따라서, 고압 펌프가 고압 분배 파이프내의 연료 압력을 상승시킬 수 있다. 과도하게 높은 연료 압력은 인실린더 인젝터로부터 연료를 누출시키거나 내부 연소 엔진으로부터 배기 가스 방출(exhaust emission)을 저하시킬 수 있다.
본 발명의 목적은, 엔진이 공기 흡입로 인젝터로부터만 연료를 주입하기 위해 구동될 때, 고압 연료의 압력을 조정하고 안정화시키는 인실린더 인젝터 및 공기 유입로 인젝터를 구비한 내부 연소 엔진용 연료 공급 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 형태는 내부 연소 엔진용 연료 공급 장치이다. 내부 연소 엔진은 연소 챔버, 연소 챔버에 연결된 공기 흡입로, 연료를 연소 챔버로 직접 주입시키는 인실린더 인젝터, 공기 흡입로로 연료를 주입시키는 공기 흡입로 인젝터, 연료 탱크로부터 연료를 펌핑하고 저압 연료를 배출시키는 저압 펌프, 저압 연료를 공기 흡입로 인젝터로 공급하는 저압 파이프, 저압 연료를 압축하고 고압 연료를 배출시키는 고압 펌프 및 인실린더 인젝터로 고압 연료를 공급하는 고압 파이프를 포함한다. 연료 공급 장치는 고압 펌프를 제어하는 컨트롤러를 포함한다. 연료가 공기 흡입로 인젝터로부터만 주입될 때 고압 파이프내의 연료의 압력이 사전 설정된 값만큼 타겟 압력보다 낮은 경우에, 컨트롤러는 고압 파이프내의 연료의 압력을 타겟 압력으로 상승시키는데 필요한 고압 펌프에 대한 배출량을 결정한다. 또한, 컨트롤러는 결정된 소요 배출량에 따라 고압 펌프를 제어한다.
본 발명의 또 다른 형태 및 이점들은 본 발명의 원리를 예시의 방법으로 나타내는 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 설명으로부터 명확해진다.
실시예
이제, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 내부 연소 엔진용 연료 공급 장치가 도 1 내지 도 4를 참조하여 후술된다. 바람직한 실시예에서, 내부 연소 엔진은 4-실린더(four-cylinder) 가솔린 엔진이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 내부 연소 엔진용 연료 순환 시스템은 공기 흡입로의 흡입 포트(11)로 연료를 주입시키는 저압 연료 시스템(12) 및 연소 챔버(13)로 연료를 직접 주입시키는 고압 연료 시스템(14)을 포함한다.
저압 연료 시스템(12)은 연료를 함유하고 있는 연료 탱크(15) 및 연료를 펌핑하는 공급 펌프(16; 저압 펌프)를 포함한다. 공급 펌프(16)에 의해 펌핑된 연료는 저압 연료 통로(17)에 배열된 필터(17a) 및 압력 조정기(17b)를 통하여 저압 분배 파이프(18; 저압 파이프)로 보내진다. 필터(17a)는 연료를 필터링한다. 연료 조정기(17b)는 저압 연료 통로(17)내의 연료의 압력을 조절한다. 바람직한 실시예에서, 압력 조정기(17b)는 저압 연료 통로(17)내의 연료 압력이 사전 설정된 압력(예를 들어, 0.4 MPa)보다 크거나 동일할 때 저압 연료 통로(17)내의 연료를 연료 탱크(15)로 복귀시켜, 저압 연료 통로(17)내의 연료 압력을 사전 설정된 압력 이하로 유지시킨다. 저압 분배 파이프(18)는 저압 연료를 내부 연소 엔진의 각각의 실린더내에 배열된 공기 흡입로 인젝터(19)로 분배한다. 각각의 공기 흡입로 인젝터(19)는 연료를 대응하는 유입 포트(11)에 주입한다.
고압 연료 시스템(14)은 고압 펌프(20)를 포함하고, 이는 저압 연료 통로(17)에 연결된다. 고압 펌프(20)는 실린더(20a)를 가진다. 플런저(20b)는 실린더 (20a)에 수용된다. 플런저(20b)는 캠(32)과 접촉하며, 이는 흡입 캠샤프트(31)상에 배열된다. 플런저(20b)는 캠(32)의 회전에 따라 실린더(20a)내에서 왕복운동을 한다. 실린더(20a)의 내면 및 플런저(20b)의 상단부는 압축 챔버(20c)를 형성한다. 저압 연료는 저압 연료 통로(17)로부터 압축 챔버(20c)로 빼내지고 플런저(20b)에 의해 압축된다. 그런 다음, 비교적 고압 연료가 고압 펌프(20)로부터 고압 연료 통로(21)로 배출되고 고압 분배 파이프(22; 고압 파이프)로 보내진다. 이러한 방식으로, 고압 분배 파이프(22)내의 연료의 압력이 상승된다.
고압 분배 파이프(22)는 고압 연료를 내부 연소 엔진의 각각의 실린더에 배열된 인실린더 인젝터(23)로 분배한다. 각각의 인실린더 인젝터(23)는 그 대응하는 연소 챔버(13)에 연료를 직접 주입한다. 전자기 스필 밸브(20d)가 고압 펌프(20)내에 배열된다. 저압 연료 통로(17)로부터 압축 챔버(20c)로 빼내진 저압 연료의 양은 전자기 스필 밸브(20d)의 개방 시간을 조절하여 변화된다. 이러한 방식으로, 고압 펌프(20)로부터 고압 분배 파이프(22)로 공급되는 연료량이 조절된다.
릴리프 밸브(24)는 고압 분배 파이프(22) 및 연료 탱크(15)를 연결하는 드레인 통로(25)에 배열된다. 바람직한 실시예에서, 릴리프 밸브(24)는 전자기 솔레노이드(24a)에 인가되는 전압에 응답하여 개방되는 전자기 밸브이다. 릴리프 밸브(24)가 개방되면, 고압 분배 파이프(22)내의 고압 연료가 드레인 통로(25)를 통하여 연료 탱크(15)에 복귀된다. 이것은 고압 분배 파이프(22)내의 연료 압력을 낮추어 연료의 압력을 적절한 압력으로 조절한다.
내부 연소 엔진이 엔진 속도 또는 엔진 부하에 따라 공기 흡입로 인젝터(19) 및 인실린더 인젝터(23) 중에 적절한 하나가 사용된다.
예를 들어, 연료가 인실린더 인젝터(23)(인실린더 인젝터 모드)로부터 주입되면, 연소 챔버(13)로부터 직접 주입된 연료가 연소 챔버(13)를 냉각시킬 것으로 기대된다. 인실린더 주입 모드에서, 분무된(atomized) 연료는 연소 챔버(13)로 주입되어야 한다. 대량의 흡입 공기가 연소 챔버(13)로 빼내지고 연료의 분무가 증가되는 고부하 구동시에, 내부 연소 엔진이 인실린더 주입 모드로 설정된다. 저부하 구동시에는, 소량의 흡입 공기가 연소 챔버(13)로 빼내진다. 따라서, 연소 챔버(13)내의 연료 분사의 증가가 기대될 수 없다. 이러한 경우에, 내부 연소 엔진은 연료가 공기 흡입로 인젝터(19)로부터만 주입되는 포트 주입 모드로 설정된다. 인실린더 주입 모드에서는, 고압 분배 파이프(22)의 연료 압력이 높게 유지되어야 한다.
연료 공급 장치는 고압 펌프(20) 및 릴리프 밸브(24)의 작동을 제어하는 전기 제어 유닛(ECU; 100)을 포함한다. EUC(100)는 엔진 구동 상태에 따라 전체 내부 연소 엔진을 제어한다. ECU(100)는 예를 들어, 인젝터들(19 및 23)을 선택하고 인젝터들(19 및 23)로부터 주입되는 연료량을 조절한다.
ECU(100)는 압력 센서(26)에 연결되고, 이는 고압 분배 파이프(22)내의 연료 압력을 모니터한다. ECU(100)에는 압력 센서(26)로부터 검출 신호가 제공된다. 액셀러레이터 패달에 부착되는 액셀러레이터 센서(27)는 액셀러레이터 패달이 눌려지는 양(depressed amount)에 비례하는 전압을 가지는 검출 신호를 ECU(100)에 제공한다. 예를 들어, 크랭크 샤프트의 부근에 배열되는 회전 속도 센서(28)는 크랭 크 샤프트의 회전 속도에 준하는 검출 신호를 ECU(100)에 제공한다. 내부 연소 엔진의 실린더 블록에 부착되는 온도 센서(29)는 물 재킷(water jacket)에서 순환되는 냉매의 온도에 준하는 검출 신호를 ECU(100)에 제공한다.
ECU(100)는 이들 센서로부터 제공된 검출 신호들을 토대로 엔진 부하 및 엔진 속도를 결정 또는 산출하고, 산출된 엔진 부하 및 산출된 엔진 속도로부터 내부 연소 엔진의 구동 상태를 결정한다. ECU(100)는 고압 펌프(20)의 작동을 인실린더 주입 모드로 능동적으로 제어한다.
엔진이 공기 흡입로 인젝터(19)(포트 주입)로부터만 연료를 주입하도록 구동될 때, ECU(100)가 고압 분배 파이프(22)내의 연료 압력을 안정화시키도록 제어를 실행한다. 상세하게는, 고압 분배 파이프(22)내의 연료 압력이 사전 설정된 값 또는 그 이상으로 타겟 압력보다 낮을 때, ECU(100)가 고압 분배 파이프(22)의 연료 압력을 타겟 압력으로 상승시키는데 필요한 고압 펌프(20)의 배출량을 결정하거나 산출한다. ECU(100)는 산출된 배출량을 달성하도록 고압 펌프(20)를 활성화시킨다. 예를 들어, ECU(100)는 산출된 양을 배출시키도록 고압 펌프(20)를 활성화시키기 위한 구동 신호를 발생시키고 고압 펌프(20)에 구동 신호를 제공한다. 바람직한 실시예에서, 구동 신호는 전자기 스필 밸브(20d)의 개방시간에 대응하는 듀티(duty)를 가지는 신호이다.
도 2는 포트 주입 모드시에 실행되는 고압 분배 파이프(22)내 연료 압력의 제어(조정)를 나타내는 흐름도이다. ECU(100)는 사전 설정된 시간 간격으로 제어를 반복적으로 수행한다. ECU(100)는 제어 유닛으로 작용한다.
단계(S10)에서, ECU(100)는 압력 센서(26) 및 온도 센서(29)의 검출 신호들로부터 고압 분배 파이프(22)내의 연료 압력 및 냉매 온도를 각각 산출한다. ECU(100)는 액셀러레이터 센서(27) 및 회전 속도 센서(28)의 검출 신호들로부터 엔진 부하 및 엔진 속도를 각각 산출한다.
단계(S20)에서, ECU(100)는 타겟 압력과 산출된 연료 압력간의 압력차(dP)를 산출한다.
이제, 단계(S20)가 도 3을 참조하여 상세히 설명된다. ECU(100)는 고압 분배 파이프(22)내의 연료 압력에 대하여 설정된 타겟 압력(Pt)(제어 타겟값)을 가진다. 타겟 압력(Pt)은 최소 연료 압력(Pmin)과 최대 연료 압력(Pmax) 사이의 범위내에 있다. 최소 연료 압력(Pmin)은 포트 주입 모드로부터 인실린더 주입 모드로 스위칭할 때 소요 연료 압력이 즉시 획득되도록 설정된다. 최대 연료 압력(Pmax)은 연료가 인실린더 인젝터(23)로부터 누설되지 않도록 설정된다. ECU(100)는 타겟 압력(Pt)에 대하여 설정된 허용 범위(Pt-dPt<Pt<Pt+dPt)를 가진다. 타겟 압력(Pt)에 대한 허용 범위는 타겟값(Pt) 더하기/빼기 허용값(dPt)의 범위이며, dPt는 0보다 크다. 타겟 압력(Pt)에 대한 허용 범위는 최소 연료 압력(Pmin)보다 크지만 최대 연료 압력(Pmax)보다 낮게 설정된다. 보다 상세하게는, 타겟 압력(Pt)에 대한 허용 범위가 상한값(Pt+dPt) 및 하한값(Pt-dPt)을 가진다. 마진(margin)은 상한값과 최대 연료 압력(Pmax) 사이에서 제공되고, 마진은 하한값과 최소 연료 압력(Pmin) 사이에서 제공된다.
단계(S30)에서, ECU(100)는 압력차(dP)의 절대값이 허용값(dPt) 미만인지의 여부를 판정한다. 압력차(dP)의 절대값이 도 3의 절대값(dP1)의 경우와 같이 허용값(dPt) 미만인 경우에(단계(S30)에서 YES), 고압 분배 파이프(22)의 연료 압력이 타겟 압력(Pt)의 허용 범위내에 있다. 이러한 경우에, ECU(100)는 이러한 시점에서 도 2의 제어를 종료한다.
압력차(dP)의 절대값이 허용값(dPt) 이상인 경우에(단계(S30)에서 NO), ECU(100)는 압력차(dP)가 단계(S40)에서 포지티브인지 네가티브인지의 여부를 판정한다. 압력차(dP)가 도 3의 압력차(dP2)의 경우와 같이 네가티브인 경우에(단계(S40)에서 NO), 고압 분배 파이프(22)내의 연료 압력이 허용값(dPt) 또는 그 이상으로 타겟값(Pt)보다 낮다. 이러한 경우에, ECU(100)는 단계(S50)에서 고압 분배 파이프(22)내의 연료 압력을 상승시키도록 고압 펌프(20)의 작동을 제어한다. 단계(S50)가 상세히 후술된다.
압력차(dP)가 도 3의 압력차(dP3)의 경우와 같이 포지티브인 경우에(단계(S40)에서 YES), 고압 분배 파이프(22)내의 연료 압력이 허용값(dPt) 또는 그 이상으로 타겟 압력(Pt)보다 높다. 이러한 경우에는, ECU(100)가 단계(60)에서 릴리프 밸브(24)를 개방하여 고압 분배 파이프(22)내의 연료 압력을 낮춘다. 바람직한 실시예에서, ECU(100)는 압력차(dP) 및 릴리프 밸브(24)의 개방 시간과 관련된 맵을 가진다. ECU(100)는 맵을 토대로 릴리프 밸브(24)의 개방 시간을 결정한다. ECU(100)는 고압 분배 파이프(22)내의 연료 압력이 타겟 압력(Pt; Pt-dPt<Pt<Pt+dPt) 이내로 낮아지도록 결정된 시간 동안 릴리프 밸브(24)를 개방한다. 그 후, ECU(100)가 릴리프 밸브(24)를 폐쇄한다.
이제, 단계(S50)에서의 고압 펌프(20)의 배출량의 조정이 도 4를 참조하여 후술된다.
단계(S40; 도 2)에서, 고압 분배 파이프(22)내의 연료 압력이 허용값(dPt) 또는 그 이상으로 타겟 압력(Pt)보다 낮은 것으로 판정하면, ECU(100)가 단계(S50)에서 고압 펌프(20)의 배출량을 조절한다. 고압 펌프(20)의 배출량을 조절하기 위하여, ECU(100)가 고압 분배 파이프(22)내의 연료 압력을 타겟 압력(Pt)까지 상승시키는데 필요한 연료의 배출량을 산출하고, 산출된 배출량에 따라 고압 펌프(20)를 작동시킨다.
보다 상세하게는, ECU(100)가 단계(S51)에서 냉매 온도를 토대로 연료의 체적 탄성률(bulk modulus; K)을 결정한다. 예를 들어, ECU(100)는 체적 탄성률(K) 및 냉매 온도와 관련된 맵을 이용하여 체적 탄성률(K)을 결정한다. 단계(S52)에서, ECU(100)는 압력차(dP)와 체적 탄성률(K)을 토대로 고압 펌프(20)로부터 배출될 연료의 배출량(필요한 배출량)을 산출한다. 바람직한 실시예에서, ECU(100)는 수학식(1)으로부터 필요한 배출량(dV)을 결정하거나 산출한다.
dP = K X dV / (V + dV)
수학식(1)에서, V는 고압 분배 파이프의 용적 용량(volumetric capacity)을 나타낸다.
단계(S53)에서, ECU(100)는 배출량(dV)을 토대로 고압 펌프(20)내의 전자기 스필 밸브(20d)의 활동 시기(enerzing timing)를 결정한다.
이제, 활동 시기의 결정이 설명된다. ECU(100)는 고압 펌프(20)의 제어 듀티비(X; 듀티값)를 결정한다. 바람직한 실시예에서, 제어 듀티비(X)는 고압 펌프(20)의 펄런저의 압축 시간(압축 스트로크)(연료가 압축되는 전체 시간)에 대한 전자기 스필 밸브(20d)의 개방 시간의 비율이다. ECU(100)는 수학식(2)으로부터 제어 듀티비(X)를 산출한다.
X = (dV/dVmax) X 100
수학식(2)에서, dVmax는 고압 펌프의 최대 배출량을 나타낸다.
결정된 또는 산출된 소요 배출량(dV)이 고압 펌프(20)의 최대 배출량(dVmax)보다 크면, 소요 배출량(dV)이 최대 배출량(dVmax)와 동일하게 보정된다. 제어 듀티비(X)는 이러한 경우에 1.0이다.
ECU(100)는 결정된 제어 듀티비(X)를 캠(32)의 캠 각도로 변환하고 변환으로 발생하는 캠 각도를 고압 펌프(20)(전자기 스필 밸브; 20d)의 활동 시기로 결정한다.
제어 듀티비가 캠 각도로 변환될 때, 변환으로 발생하는 캠 각도는 엔진 속도에 따라 보정될 수 있다. 이러한 보정은 배출량 조정에 대한 고압 펌프(20)의 응답이 엔진 속도에 의해 영향을 받지 않게 할 수 있다.
단계(S54)에서, ECU(100)는 결정된 활동 시기에 고압 펌프(20)를 활성화시킨다. 따라서, 고압 펌프(20)가 포트 주입 모드의 타겟 압력(Pt)에서 고압 분배 파이프(22)내의 연료 압력을 유지하는데 필요한 고압 연료의 양을 공급한다.
단계(S55)에서, ECU(100)는 고압 펌프(20)의 작동 전후에 연료의 압력을 이용하여 연료의 체적 탄성률(K)을 습득하거나 보정하고 저장한다. 보다 상세하게는, ECU(100)가 압력 센서(26)로부터 제공된 검출 신호로부터 고압 분배 파이프(22)내의 연료 압력을 획득한다. ECU(100)는 고압 펌프(20)가 작동되기 전에, 이러한 연료 압력과 고압 분배 파이프(22)내의 연료 압력 사이의 차(dP')를 산출한다. ECU(100)는 압력차(dP') 및 소요 배출량인 고압 펌프(20)로부터 실제로 배출된 연료의 양을 토대로 체적 탄성률(K)을 습득한다.
보다 상세하게는, ECU(100)는 수학식(3)을 이용하여 체적 탄성률(K)을 습득한다.
dP'= K X dV/(V + dV)
체적 탄성률(K)은 연료의 온도에 따라 변화한다. 따라서, ECU(100)는 냉매 온도와 연료의 체적 탄성률(K)과 관련된 상기 맵을 이용하여, 연료 온도와 상관 관계를 가지는 물리적인 값을 수학식(3)으로부터 획득된 연료의 체적 탄성률(K)과 연관시킨다. 바람직한 실시예에서, ECU(100)는 각각의 냉매 온도에 대하여 체적 탄성률(K)을 습득한다. ECU(100)는 냉매 온도의 사전 설정된 범위들(제어 필드)에 대하여 체적 탄성률(K)을 습득할 수 있다. 이러한 방법으로 습득되는 체적 탄성률(K)을 이용하여, 내부 연소 엔진의 구동 상태에 적절한 소요 배출량(dV)이 고도의 정확성을 가지고 산출된다.
이제, 고압 분배 파이프(22)에서 연료의 압력을 타겟 압력(Pt)으로 유지하는 데 필요한 연료 배출량(소요 배출량; dV)을 산출하기 위하여 수학식(1)을 이용하는 계산이 설명된다.
물체에 가해지는 압력이 사전 설정된 압력만큼 상승한다고 가정하면, 물체의 단위 부피당 부피 변화량은 물체의 종류(재료)에 따라 결정된 체적 탄성률(상수)에 비례한다.
고압 펌프(20)가 고압 연료의 소요 배출량(dV)을 고압 분배 파이프(22)로 공급하고, 고압 분배 파이프(22)내의 연료 압력을 타겟 압력(Pt)으로 상승시킨다고 가정하면, 압축 전의 고압 분배 파이프(22)내의 연료의 부피가 고압 분배 파이프(22)의 용적 용량(V)과 동일하다. 압축 후의 고압 분배 파이프(22)내의 연료의 부피는 압축 이전의 연료의 부피와 소요 배출량(dV)의 합인 전체 부피(V+dV)와 동일하다. 연료의 전체 부피(V+dV)는 압축되고 고압 분배 파이프(22)의 용적 용량(V)내에 수용되어 압축 후의 고압 분배 파이프(22)내의 압력이 타겟 압력(Pt)이 된다. 따라서, 연료의 단위 부피당 부피 변화량은 dV/(V+dV)로 표현된다. 소요 변화량(dV)은 상기 압력차(dP)와 연료의 단위 부피당 부피 변화량 사이의 비례 관계(dP=K X dV/(V+dV))로부터 산출될 수 있다.
바람직한 실시예의 연료 공급 장치는 후술되는 이점을 가진다.
(1) 고압 분배 파이프(22)의 연료 압력이 포트 주입 모드시에 허용값(dPt) 또는 그 이상으로 타겟 압력(Pt)보다 낮으면, ECU(100)가 고압 분배 파이프(22)내의 연료 압력을 타겟 압력(Pt)으로 상승시키는데 필요한 고압 펌프(20)의 연료 배출량(소요 배출량; dV)을 산출한다. ECU(100)는 산출된 소요 배출량(dV)으로 고압 펌프(20)를 작동시킨다. 이러한 구조는 포트 주입 모드시에 고압 분배 파이프(22)내의 연료 압력을 최적으로 안정화시킨다.
(2) 소요 배출량(dV)은 dP = K X dV(V+dV)의 수학식을 이용하여 산출된다. 따라서, 소요 배출량(dV)의 계산은 용이하고 정확하다.
(3) ECU(100)는 고압 펌프(20)로부터 배출된 실제 연료량(소요 배출량; dV) 및 연료 압력의 압력차(dP')로부터 체적 탄성률(K)을 획득하며, 이는 연료량(dV)이 공급될 때 고압 분배 파이프(22)에서 실제로 상승되는 압력이다. ECU(100)는 각 냉매 온도에 대한 체적 탄성률(K)을 습득한다. ECU(100)는 소요 배출량(dV)을 산출할 때 습득된 체적 탄성률(K)을 반영한다. 따라서, 산출된 소요 배출량(dV)은 정확하다. 이것은 고압 분배 파이프(22)내의 연료 압력을 타겟 압력(Pt)으로 정확하게 유지시킨다.
연료의 체적 탄성률(K)은 각 냉매 온도에 대해 습득된다. 따라서, 연료 온도가 변화된 후에 모드가 인실린더 주입 모드로부터 포트 주입 모드로 스위칭될 때도, 소요 배출량(dV)이 정확하게 산출된다.
(4) ECU(100)는 소요 배출량(dV)에 대응하는 고압 펌프(20)의 제어 듀티비(X)를 결정하고 결정된 제어 듀티비(X)를 토대로 고압 펌프(20)의 작동을 제어한다. 따라서, 고압 펌프(20)에 의해 고압 분배 파이프(22)로 배출된 연료의 양이 용이하고 적절하게 조절된다.
(5) 고압 분배 파이프(22)내의 연료 압력이 허용값(dPt) 또는 그 이상의 값에 타겟 압력(Pt)을 더한 것보다 크면, 릴리프 밸브(24)가 개방된다. 이것은 고압 분배 파이프(22)내의 연료 압력이 과도하게 상승하는 것을 방지한다.
(6) 타겟 압력(Pt)은 포트 주입 모드가 인실린더 주입 모드로 스위칭될 때 필요한 연료 압력이 즉시 획득되도록 설정된다. 따라서, 바람직한 실시예의 연료 공급 장치가 내부 연소 엔진의 연료 압력 요건을 충족시킨다.
타겟 압력(Pt)은 연료가 인실린더 인젝터(23)로부터 누설되지 않도록 설정된다. 이것은 고압 분배 파이프(22)내의 연료 압력이 과도하게 상승하는 것을 방지하며 과도하게 높은 유압이 인실린더 인젝터(23)에 가해지는 것을 방지한다.
당업자들은, 본 발명이 본 발명의 기술적 사상 또는 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 특정 형태로 구현될 수 있음을 이해할 것이다. 특히, 본 발명은 이하의 형태로 구현될 수 있음을 이해할 것이다.
허용값(dPt)은 타겟 압력(Pt)의 고압 및 저압측에서 상이한 값들을 가질 수 있다.
타겟 압력(Pt)은 포트 주입 모드시에 고압 분배 파이프(22)내의 연료 압력의 제어 타겟값으로 설정된다.
소요 배출량은 수학식(1)을 이용하는 방법 이외의 방법에 의해 결정될 수 있다. 고압 분배 파이프(22)의 연료 압력을 상승시켜 발생되는 고압 분배 파이프(22)내의 고압 연료의 단위 부피당 부피 변화량(부피 감소량)은 고압 펌프(20)로부터 고압 분배 파이프(22)로 배출되는 연료량(소요 배출량)과 상관관계를 가진다. 예를 들어, 고압 분배 파이프(22)내의 연료 압력이 타겟 압력(Pt)으로 상승될 때, 고압 분배 파이프(22)내의 고압 연료의 단위 부피당 부피 변화량(부피 감소량)이 먼저 산출될 것이다. 그런 다음, 고압 분배 파이프(22)내의 고압 연료의 전체 부피 변화량(전체 부피 감소량)이 산출된 단위 부피당 부피 변화량(부피 감소량)으로부터 삼출될 수 있다. 연료 압력이 타겟 압력(Pt)과 동일할 때, 고압 분배 파이프(22)내의 산출된 전체 부피 변화량(전체 부피 감소량)을 보상하는데 필요한 고압 펌프(20)의 연료 배출량이 산출될 수 있다.
내부 연소 엔진은 공기 흡입 인젝터(19) 대신에, 흡입로가 각 실린더의 흡입 포트로 분기되는 공기 흡입로 상류에 위치된 인젝터(예를 들어, 서지 탱크에 배열된 콜드 스타트(cold start) 인젝터를 가질 수 있다. 본 발명의 연료 공급 장치는 인실린더 인젝터 및 공기 흡입로 인젝터를 가지는 여하한의 내부 연소 엔진에 적용가능하다. 따라서, 본 발명의 연료 공급 장치는 하나의 실린더를 가지는 내부연소 엔진에 적용가능하다.
본 예시 및 실시예들은 예시적인 것이며 제한적으로 간주되지 않고, 본 발명은 상기 내용들에 제한되지 않고 첨부된 청구항의 범위를 벗어나지 않으면서 수정이 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 엔진이 공기 흡입로 인젝터로부터만 연료를 주입하기 위해 구동될 때, 고압 연료의 압력을 조정하고 안정화시키는 인실린더 인젝터 및 공기 유입로 인젝터를 구비한 내부 연소 엔진용 연료 공급 장치를 제공할 수 있다.

Claims (7)

  1. 내부 연소 엔진용 연료 공급 장치에 있어서,
    상기 내부 연소 엔진은 연소 챔버, 상기 연소 챔버에 연결된 공기 흡입로, 연료를 상기 연소 챔버로 직접 주입시키는 인실린더 인젝터, 상기 공기 흡입로로 연료를 주입시키는 공기 흡입로 인젝터, 연료 탱크로부터 연료를 펌핑하고 저압 연료를 배출시키는 저압 펌프, 상기 저압 연료를 상기 공기 흡입로 인젝터로 공급하는 저압 파이프, 상기 저압 연료를 압축하고 고압 연료를 배출시키는 고압 펌프 및 상기 인실린더 인젝터로 상기 고압 연료를 공급하는 고압 파이프를 포함하고,
    상기 연료 공급 장치는, 상기 고압 펌프를 제어하는 컨트롤러를 포함하고,
    상기 컨트롤러는, 상기 연료가 상기 공기 흡입로 인젝터로부터만 주입될 때 상기 고압 파이프내의 상기 연료의 압력이 사전 설정된 값만큼 타겟 압력보다 낮은 경우에, 상기 고압 파이프내의 상기 연료의 압력을 상기 타겟 압력으로 상승시키는데 필요한 상기 고압 펌프에 대한 배출량을 결정하고, 결정된 소요 배출량에 따라 상기 고압 펌프를 제어하되, 산출된 소요 배출량에 따라 상기 고압 펌프에 대한 듀티값(duty value)을 결정하고 상기 듀티값을 토대로 상기 고압 펌프의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 내부 연소 엔진용 연료 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 연료의 체적 탄성률 및 상기 타겟 압력과 상기 고압 파이프내의 연료 압력간의 차를 토대로 상기 소요 배출량을 결정하는 것을 특징으 로 하는 내부 연소 엔진용 연료 공급 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 dP = K X dV / (V + dV)의 수학식을 이용하여 상기 소요 배출량을 결정하고, dV는 상기 소요 배출량을 나타내고, dP는 상기 타겟 압력과 상기 고압 연료의 압력간의 차를 나타내고, K는 상기 고압 연료의 체적 탄성률을 나타내며, V는 상기 고압 파이프의 상기 용적 용량을 나타내는 것을 특징으로 하는 내부 연소 엔진용 연료 공급 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 고압 펌프가 상기 연료를 배출시키기 전후에 상기 고압 파이프내의 상기 연료의 압력 변화를 토대로 상기 체적 탄성률을 보정하는 것을 특징으로 하는 내부 연소 엔진용 연료 공급 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 연료의 온도에 따라 변하는 물리적인 값으로 한정되는 각 제어 필드에 대한 상기 체적 탄성률을 저장하는 것을 특징으로 하는 내부 연소 엔진용 연료 공급 장치.
  6. 삭제
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 연소 엔진은 상기 고압 파이프로부터 연료를 해제시키는 릴리프 밸브를 더 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 고압 파이프내의 상기 연료의 압력이 상기 타겟 압력보다 사전 설정된 값 또는 그 이상으로 높을 때 상기 릴리프 밸브를 개방시키는 것을 특징으로 하는 내부 연소 엔진용 연료 공급 장치.
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