KR100730687B1

KR100730687B1 - 전자기식 유동량 제어 밸브의 제어 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100730687B1
Application number: KR1020010005332A
Authority: KR
Inventors: 렘볼트헬무트; 테겐발터; 멘트겐디르크; 뮐러우베; 빈더헬무트
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2000-02-05
Filing date: 2001-02-05
Publication date: 2007-06-20
Also published as: EP1122424B1; ES2232528T3; DE50104570D1; KR20010078329A; EP1122424A2; JP2001241344A; DE10005212A1; EP1122424A3; JP4593804B2

Abstract

본 발명은 엔진의 연료 공급 시스템의 고압 펌프(2)의 선택적 제어를 위한 전자기식 유동량 제어 밸브(18)를 제어하기 위한 방법에 관한 것이다. 유동량 제어 밸브(18)의 자기 코일 통해 흐르는 전류는, 자기 회로로부터의 차단 에너지가 유동량 제어 밸브(18)의 제어를 위한 전환식 증폭 회로가 파괴되지 않는 값으로 제한기키기 위해, 엔진 점화 장치의 통전 후에, 유동량 제어 밸브(18)가 전환식 증폭 회로를 통해, 일정한 시점에서 일정한 지속 시간 동안 펄스에 의해 제어되는 것이 제안된다. 유동량 제어 밸브(18)는 고압 펌프(2)의 흡입 단계 중에 일정한 펄스 지속 시간(t_0) 및 일정한 펄스 주파수를 갖는 펄스에 의해 제어된다. 또한, 유동량 제어 밸브(18)는 고압 펌프(2)의 공급 단계(22) 중에 일정한 펄스 지속 시간(t_0) 및 일정한 펄스 주파수를 갖는 펄스에 의해 제어된다.

유동량 제어 밸브, 자기 코일, 커먼레일, 고압 챔버, 압력 제한 밸브

Description

전자기식 유동량 제어 밸브의 제어 방법 및 장치 {METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING AN ELECTROMAGNETIC FLOW RATE CONTROL VALVE}

도1은 본 발명에 따른 방법에 따라 제어되는 유동량 제어 밸브를 구비한 커먼레일 연료 공급 시스템의 블록 선도.

도2는 도1의 연료 공급 시스템의 유동량 제어 밸브의 전환 단계를 도시하는 그래프.

도3은 제1 실시예에 따른 본 발명에 따르는 제어 중에 유동량 제어 밸브의 제어 전압의 흐름 및 이에 상응되는 분사압을 도시하는 그래프.

도4는 제2 실시예에 따른 본 발명에 따르는 제어 중에 유동량 제어 밸브의 제어 전압의 흐름 및 이에 상응되는 분사압을 도시하는 그래프.

도5는 제3 실시예에 따른 본 발명에 따르는 제어 중에 유동량 제어 밸브의 제어 전압의 흐름 및 이에 상응되는 분사압을 도시하는 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 1차 공급 펌프

2 : 고압 펌프

4 : 고압 챔버

5 : 분사 밸브

9 : 압력 센서

18 : 유동량 제어 밸브

본 발명은 엔진의 연료 공급 시스템의 고압 펌프 제어용 유동량 제어 밸브의 제어를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

연료 공급 시스템은 예를 들어, 선택적으로 제어 또는 조정되는 고압 펌프 및 1차 공급 펌프를 구비한 커먼레일(Common-Rail) 연료 직분 시스템(direct injection system)으로서 구성된다. 1차 공급 펌프(예를 들어, 전자식 연료 펌프)는 연료를 연료 탱크로부터 공급하며, 연료 공급 시스템의 진공 영역 내에 비교적 낮은 초기압(예를 들어 4바)을 발생시킨다. 고압 펌프는, 고압 챔버 즉, 레일에서 연료가 비교적 높은 분사압(예를 들어 가솔린 연료에서 200바 또는 디젤 연료에서 1500바)을 갖는, 연료 공급 시스템의 진공 영역으로부터 연료를 고압 영역으로 공급한다. 작동 변수에 따라 제어 가능한 다수의 분사 밸브들이 고압 챔버로부터 분기되며, 밸브들은 상응되는 제어에 의해 연료를 고압 챔버로부터 그곳에 존재하는 분사압을 이용하여 엔진의 연소실로 분사시킨다. 또한, 연료 공급 시스템의 진공 영역 내에 고압 펌프의 입력측으로 압력 제한 밸브를 통해 합류되는 압력 제한 라인이 고압 챔버로부터 분기된다. 고압 챔버에 존재하는 분사압을 결정하여, 엔진의 제어 장치로 전송되며 상응되는 전기적 신호로 변경시키는 압력 센서가 고압 챔 버 내에 배치된다. 진공 라인이 연료 공급 시스템의 진공 영역으로부터 분기되어 진공 조정기를 통해 연료 탱크로 다시 복귀된다.

커먼레일 연료 직분 시스템의 고압 펌프는 진공측에 흡입 밸브를, 그리고 고압측에 방출 밸브를 갖는다. 고압 펌프와 방출 밸브 사이에는 유동량 제어 밸브가 배열된 바이패스 라인이 분기되어 흡입 밸브 상류에서 고압 펌프의 진공 흡입측으로 합류된다. 유동량 제어 밸브는 고압 펌프의 선택적 제어에 사용된다. 선택적 제어는 고압 펌프의 공급 종료의 변경에 의해 달성된다. 유동량 제어 밸브가 조기 개방되거나 또는 공급 행정이 종료되기 전에 유동량 제어 밸브를 제어하는 것은 너무 빠른 공급 종료를 야기시킨다. 유동량 제어 밸브가 제어될 때 바이패스 라인은 폐쇄되나, 유동량 제어 밸브가 제어되지 않을 때 바이패스 라인은 개방된다. 유동량 제어 밸브의 제어는 고압 챔버의 분사압으로부터 전송되는 제어 신호를 통해 달성된다.

종래 기술에 따르면, 유동량 제어 밸브용 제어 신호는 전류 제어식 출력단에 의해 발생된다. 출력단을 통해 엔진 제어 장치의 디지털 제어 펄스는 유동량 제어 밸브용 아날로그 신호로 증폭된다. 디지털 제어 펄스는 고압 챔버 내 분사압을 위한 고 레벨 제어 루프(higher lever control loop)로부터 도출된다. 유동량 제어 밸브의 자기 코일을 통해 흐르는 제어 전류는, 전류 제어식 출력단의 전류 조정을 통해 사전 설정 가능한 값으로 제어된다. 전류 제어식 증폭단의 단점은 구성이 비교적 비경제적이고, 값이 비교적 비싸다는 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 전자기식 유동량 제어 밸브를 가능한 간단하고 저렴한 방식으로 제어하는 것이다.

이런 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 전자기식 유동량 제어 밸브가 엔진의 점화 스위칭 온 후에 스위칭 증폭단을 통해 소정의 시점에서 소정의 지속 시간 동안 펄스에 의해 제어되도록 유동량 제어 밸브를 제어하기 위한 방법을 제안한다.

스위칭 증폭단은 실제적으로 간단하게 구성되기 때문에 실제적으로 전류 제어식 증폭단보다 경제적이다. 스위칭 증폭단에서 유동량 제어 밸브의 자기 코일을 통해 흐르는 제어 전류는 조정되지 않는다. 따라서, 온도가 낮을 때에는 유동량 제어 밸브의 자기 코일의 저항이 감소되기 때문에, 제어 전류는 자기 회로로부터의 차단 에너지가 증폭단을 파괴시킬 정도로 높게 증가한다. 이를 방지하기 위해 유동량 제어 밸브의 자기 코일이 황동으로 제조되는 것을 생각할 수 있는데, 이는 황동으로 구성된 저항은 온도에 덜 민감하기 때문이다. 또한, 차단 에너지가 스위칭 증폭단에 도달하기 전에 차단 에너지의 일부를 자기 회로 내에서 제거시키기 위해 자기 코일에 병렬로 다이오드 또는 저항을 연결하는 것도 생각해 볼 수 있다. 그러나 이러한 방법은 비용이 많이 든다.

따라서 본 발명에 따르면, 자기 회로의 차단 에너지에 의해 스위칭 증폭단이 파괴되는 것을 감소시키기 위해, 유동량 제어 밸브는 펄스에 의해 임계 온도 이하로 제어된다. 이와 같은 펄스에 의한 제어를 통해 유동량 제어 밸브의 자기 코일이 가열되며, 저항은 감소되고, 제어 전류는 자기 회로로부터의 차단 에너지가 스위칭 증폭단을 파괴시키지 않을 정도의 값으로 감소된다. 본 발명에 따른 유동량 제어 밸브의 제어는 유동량 제어 밸브에 추가의 부품없이, 특히 경제적으로 실행될 수 있다.

펄스에 의한 유동량 제어 밸브의 제어 시에 두 개의 사항이 고려되어야 한다. 첫째로는, 유동량 제어 밸브가 펄스에 의해 제어되는 동안 자기 코일을 통해 흐르는 제어 전류는 최대값 이하로 유지되어야 한다. 최대값은 자기 회로로부터의 차단 에너지가 스위칭 증폭단을 파괴시킬 수 있는 제어 전류값이다. 둘째로는, 펄스에 의해 유동량 제어 밸브가 제어됨으로써 고압 펌프의 고압측에 있는 압력은 전혀 변경되지 않거나, 또는 단지 짧은 시간 동안만 변경되어야 한다.

유동량 제어 밸브의 펄스에 의한 제어는 엔진 기동시, 즉 엔진의 점화 장치의 통전 직후에 개시될 수 있다. 점화 장치의 통전에 따라, 먼저 1차 공급 펌프가 작동되어 연료 공급 시스템 내에 초기압이 형성된다. 그 다음, 엔진 스타트 모터가 작동되고 엔진 회전수는 서서히 공회전수까지 상승된다. 고압 펌프의 유동량 제어가 개시되고, 고압 펌프에 의해 고압이 연료 공급 시스템 내에 형성된다.

본 발명의 바람직한 개선에 따르면, 유동량 제어 밸브는 고압 펌프의 흡입 단계 중에 소정의 펄스 지속 시간과 소정의 펄스 주파수를 갖는 펄스에 의해 제어되고, 펄스 지속 시간 및 펄스 주파수는 유동량 제어 밸브의 자기 코일을 통해 흐르는 제어 전류가 최대값 이하로 항상 유지되도록 선택되는 것이 제안된다. 이로써, 유동량 제어 밸브가 펄스에 의해 제어되는 동안 자기 회로에 의해 발생되는 차단 에너지는 허용 가능한 범위 내에 항상 있게 되어 차단 장치를 파괴시키지 않는다. 통상적으로 유동량 제어 밸브는 전류가 없어도 개방되도록 구성된다. 유동량 제어 밸브의 제어는 고압 펌프의 고압 영역으로부터 진공 영역으로의 바이패스 라인을 폐쇄시킨다. 그러나, 고압 펌프가 흡입 단계 중에 연료를 고압 영역으로 공급하지 않으면, 고압 펌프의 고압측에 있는 분사압은 유동량 제어 밸브를 제어함으로써 상승되지 않는다.

유동량 제어 밸브를 제어하는 펄스의 지속 시간은 주변 온도 및 차량 배터리 전압의 함수로서 양호하게 결정된다. 주변 온도 및 차량 배터리 전압은 엔진 제어 장치의 특성값으로서 주어지며, 펄스 결정을 위해 사용된다. 펄스 지속 시간은 유도 저항이 소정의 제어 지속 시간 후에 소정의 저항값을 달성하도록 바람직하게 선택된다. 주변 온도와 배터리 전압에 따른 펄스 지속 시간의 상응되는 특성 영역은 적응 특성 측정을 통해 양호하게 결정될 수 있다.

본 발명의 다른 유익한 개선에 따르면, 유동량 제어 밸브는 소정의 펄스 지속 시간 및 소정의 펄스 주파수를 갖는 펄스를 이용하여, 고압 펌프의 공급 단계 중에 제어되고, 펄스 지속 시간 및 펄스 주파수는 고압 펌프의 고압측에 있는 압력이 상승되지 않도록 선택되는 것이 제안된다.

본 발명의 다른 유익한 개선에 따르면, 엔진의 공회전이 달성된 후, 유동량 제어 밸브가 소정의 지속 시간 동안 지속적으로 제어되는 것이 제안된다. 펄스에 의한 제어에도 불구하고 유동량 제어 밸브의 자기 코일이 소정의 온도로 가열되지 않는 경우에, 즉, 유도 저항이 소정의 저항값 이하에 있지 않는 경우에만 유동량 제어 밸브의 연속 제어는 바람직하게 달성된다. 유동량 제어 밸브의 지속적인 제어는 공회전 달성 후 약 0.5초 내지 1초 동안 실행된다. 유동량 제어 밸브의 연속 제어에 의해 고압 영역으로부터 진공 영역으로의 바이패스 라인은 폐쇄된다. 이를 통해, 고압 펌프의 고압측에 분사압은 제어 중에 고압 챔버의 압력 제한 밸브에 의해 사전 설정된 최대값이 달성될 때까지 상승된다. 유동량 제어 밸브의 연속 제어 중에 고압 펌프는 제어 작동되지 않는다.

유동량 제어 밸브의 연속 제어는 바람직하게는 주변 온도 및 차량 배터리 전압의 함수로서 결정된다. 유도 저항은 엔진의 콜드 스타트(cold start)시에 주변 온도의 함수이다. 연속 제어는 제어에 따라 유도 저항이 소정의 저항값을 달성하도록 유익하게 선택된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 유도 저항이 소정의 저항값을 초과하는 즉시 펄스에 의한 제어 또는 유동량 제어 밸브의 연속 제어가 종료되는 것이 제안된다. 이는 소정의 제어 프로세스에서 적응 특성 측정을 통해 다시 인식될 수 있다. 잔기 코일을 통해 흐르는 제어 전류는 자기 회로로부터의 차단 에너지에 의해 회로 증폭단이 신뢰성 있게 파괴되지 않을 정도로 작은 소정의 저항값으로 선택된다.

스위칭 증폭단을 통한 유동량 제어 밸브의 본 발명에 따른 제어는 최대 한계 회전수까지 선택적인 제어를 허용하는, 전자기식 유동량 제어 밸브의 전환 시간에 대한 구성을 가능케한다. 엔진 회전수가 유동량 제어 밸브의 더 짧은 전환 시간을 갖는 한계 회전수를 필요로하면, 이는 본 발명의 유익한 개선에 따라, 유동량 제어 밸브는 엔진 회전수에서 소정의 한계 회전수 이상으로 연속 제어된다. 고압 펌프의 고압측에 있는 분사압의 설정은 고압 챔버 내의 기계적 압력 제한 밸브를 통해서만 달성된다. 이런 개선에 따라, 압력 제한 밸브를 통해 사전 설정된, 연료 공급 시스템의 고압 챔버 내의 최대 분사압은 사전 설정된 한계 회전수로부터 도출된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 한계 회전수는 6800rpm의 회전수에서 선택되는 것이 제안된다. 선택적으로 제어된 작동을 6500 내지 6800rpm의 최대 엔진 회전수까지 허용하는 전환 시간이 회로 증폭단을 통한 유동량 제어 밸브의 제어시에 나타난다.

한계 회전수가 차량 배터리 전압의 함수로서 결정되는 것이 선택적으로 제안된다. 차량 배터리에서 통상 사용 가능한 약 14 볼트의 전압을 위해 주어지는 한계 회전수는 약 6800rpm이다. 예를 들어, 배터리의 손상에 의해 또는 차량 전기의 과부하에 의해 배터리 전압이 더 낮게 발생될 수 있다면, 유동량 제어 밸브의 전환 시간 및 유동량 제어 밸브 내의 자력 형성을 위한 시간은 연장된다. 이는 배터리 전압이 낮을 때 선택적으로 제어된 작동은 단지 6800rpm 이하의 회전수까지만 가능하다. 차량 배터리의 더 낮은 전압을 기초로 한계 회전수도 이에 상응되게 감소된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 고압 펌프의 공급 단계 다음에서 엔진 회전수가 한계 회전수 이상일 때, 유동량 제어 밸브는 소정의 펄스 주파수를 갖는 소정의 펄스 지속 시간 동안 주기적으로 제어되는 것이 제안된다. 이를 통해, 엔진 회전수가 한계 회전수 이상일 때, 연속 제어로 인해, 유동량 제어 밸브의 자기 코일의 비교적 높은 온도는 감소될 수 있다. 자기 코일의 상승되는 온도에 의해 증가되는 유도 저항(예를 들어, 충분하지 못한 자력 형성)에 의한 유동량 제어 밸브의 성능 저하는 상기 방법으로 방지될 수 있다. 공급 행정 중에, 고압 펌프의 실제 공급 단계는 통상 상사점의 도달 직전에 완료된다. 펄스 지속 시간은 공급 단계의 종료로부터 흡입 행정까지 상사점을 통해 충분하다. 펄스 지속 시간 중에 유동량 제어 밸브는 소정의 펄스 주파수를 갖는 다수의 펄스에 의해 제어될 수 있다. 펄스 지속 시간은 유동량 제어 밸브가 주기적으로 제어되는 지속 시간을 나타낸다. 펄스 주파수는 초 당 몇 번의 펄스로 유동량 제어 밸브가 제어되는지를 나타낸다. 펄스 주파수가 높게 선택될수록 펄스가 펄스 지속 시간에 대해 더 정확하게 적응될 수 있다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 펄스 지속 시간 및/또는 펄스 주파수는 엔진 회전수의 함수로서 결정되는 것이 제안된다. 엔진 회전수가 상승될 때 펄스 지속은 더 작게 선택되는 것은 바람직하다. 이에 반해, 엔진 회전수가 상승될 때 펄스 주파수는 더 크게 선택되는 것은 바람직하다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 유동량 제어 밸브의 자기 코일의 온도를 감소시키거나 또는 출력 소비를 감소시키기 위한 다른 가능성으로서, 유동량 제어 밸브가 소정의 펄스 주파수를 갖는 소정의 공급 지속 시간 후, 고압 펌프의 공급 단계 중에 주기적으로 제어되는 것이 제안된다. 고압 펌프의 고압측에 있는 분사압은 하사점을 완전히 지난 후 공급 단계가 개시될 때 액체 기둥(liquid column)의 가속을 기초로, 소정의 공급 지속 시간 후에 분사압을 약간 초과하는 값으로 조정되는 동적 오버슈트(overshoot)를 갖는다. 소정의 공급 지속 시간 중에 오버슈트의 정지를 위한 비교적 높은 제어 전류가 유동량 제어 밸브의 자기 코일에 공급된다. 오버슈트의 감쇠 후에, 즉 소정의 공급 지속 시간 후에 유동량 제어 밸브의 자기 코일을 통해 흐르는 제어 전류는 감소될 수 있다. 제어 전류는, 오버슈트의 감쇠 후에 고압 펌프의 고압측에 존재하는 분사압을 유지하기에 충분한 정도의 값으로 감소된다. 제어 전류를 감소시키기 위해 전류는 소정의 펄스 주파수로 작동된다. 더 상세하게는, 제어 전류의 크기는 비대칭 펄스비를 갖는 제어 펄스를 통해 변경된다.

소정의 공급 지속 시간은 엔진 회전수의 함수로서 양호하게 결정된다. 고압 펌프의 고압측에 있는 분사압의 동적 오버슈트의 진폭은 엔진 회전수가 증가하면 함께 증가한다. 이로써, 회전수 증가에 따라, 하사점을 지난후 소멸되는 공급 지속 시간은 고압 펌프의 고압측의 압력이 분사압을 약간 초과하는 값으로 조정될 때까지 증가한다.

펄스 주파수는 특성 영역 제어를 통해 사전 설정되는 것도 가능하다. 그러나, 펄스 주파수는 고압 펌프의 고압측에 존재하는 압력을 고려하는 적응 제어를 통해 설정되는 것이 제안된다. 이로써 연료 공급 시스템의 고압 챔버 내의 압력 레벨에 대한 질문으로부터, 유동량 제어 밸브가 공급 단계 중에 충분히 폐쇄되는지의 여부가 검출될 수 있다. 유동량 제어 밸브의 주기적 제어를 위한 펄스 주파수는 고압 챔버 내에 있는 분사압이 사전 설정 가능한 목표값으로 조정되도록 설정될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 소정의 회전수 이상의 엔진 회전수 범위 내에서 고압 펌프의 출력 소비를 감소시키기 위해, 엔진 회전수가 소정의 한계 회전수 이상일 때, 고압 펌프의 흡입 밸브의 흡입 단면부가, 회전수 범위의 상부에서 엔진의 체적 효율의 감소에 대략 상응하는 흡기 스로틀 효과를 발생시키도록 구성되는 것이 제안된다. 이를 통해, 고압 펌프의 공급 용적 및 구동 출력은 감소될 수 있다.

본 발명의 목적의 다른 해결점으로서 전자기식 유동량 제어 밸브의 제어를 위한 장치를 기초로하여, 장치가 엔진 점화 개시 후에 소정의 시점에서 펄스를 갖는 소정의 지속 시간 동안 유동량 제어 밸브를 제어 하는 스위칭 증폭단을 갖는 것을 제안한다.

본 발명의 바람직한 구성에 따르면, 장치는 청구항 제1항 내지 제18항에 따를 방법을 실행하기 위한 수단을 갖는 것을 제안한다.

이하, 본 발명은 도면을 참조로 상세히 설명된다.

커먼레일 직분 시스템으로서 구성된 연료 공급 시스템이 도1에 도시된다. 커먼레일 연료 직분 시스템은 1차 공급 펌프(1) 및 선택적으로 제어 또는 조정되는 고압 펌프(2)를 갖는다. 1차 공급 펌프(1)는 전자 연료 펌프로서 구성되고, 연료 공급 탱크(3)로부터 연료를 공급한다. 1차 공급 펌프(1)는 연료 공급 시스템의 진공 영역(ND) 내에서 비교적 낮은 초기압(예를 들어 4바)을 발생시킨다. 고압 펌프(2)는 1 실린더 펌프로 구성된다. 고압 펌프는, 고압 챔버, 즉 레일에서 연료가 비교적 높은 분사압(예를 들어 가솔린 연료에서 200바 또는 디젤 연료에서 1500바)을 갖는, 연료 공급 시스템의 진공 영역(ND)으로부터 고압 영역(HD)으로 연료를 공급한다. 작동 변수에 따라 제어 가능한 다수의 분사 밸브(5)들이 고압 챔버(4)로부터 분기되며, 밸브들은 상응되는 제어에 의해 고압 챔버(4)로부터 그곳에 존재하는 분사압(p_Ein)을 이용하여 연료를 엔진의 연소실로 분사시킨다.

또한, 압력 제한 밸브(8)를 통해 연료 공급 시스템의 진공 영역 내로 고압 펌프의 입력측으로 합류되는 압력 제한 라인(7)이 고압 챔버(4)로부터 분기된다. 고압 챔버(4) 내에 존재하는 분사압을 결정하여, 엔진의 제어 장치로 전송시키기 위해 상응되는 전기 신호로 변경시키는 압력 센서(9)가 고압 챔버(4) 내에 배치된다.

진공 라인(10)이 연료 공급 시스템의 진공 영역(ND)으로부터 분기되어 진공 조정기(11)를 통해 연료 탱크(3)로 다시 복귀된다. 누출된 연료가 고압 펌프로부터 누출 라인(12)을 통해 연료 탱크(3)로 유동된다. 1차 공급 펌프(1)와 고압 펌프(2) 사이에 필터(13)가 배치된다. 초기압의 진동을 감쇠시키기 위해 저압 영역(ND) 내에 압력 감쇠 부재(14)가 배치된다.

커먼레일 직분 시스템의 고압 펌프(2)는 저압측(ND)에 흡입 밸브(15)를, 그리고 고압측(HD)에 방출 밸브(16)를 갖는다. 고압 펌프(2)의 흡입 밸브(15)의 흡입 단면은 높은 회전수에서 흡입 스로틀 효과를 발생시키도록 구성된다. 이를 통해, 고압 펌프의 공급 용적 및 구동 출력은 감소된다. 고압 펌프(2)와 방출 밸브(16) 사이에서, 유동량 제어 밸브(18)가 배치된 바이패스 라인(17)이 분기되어 고압 펌프(2)의 저압측(ND)에서, 흡입 밸브(15)의 상류에 합류된다. 유동량 제어 밸브(18)는 고압 펌프(2)의 선택적 제어에 사용된다.

이런 선택적 제어는 고압 펌프(2)의 공급 종료의 변경에 의해 달성된다. 고압 펌프(2)의 작동 상태(흡입 행정(19), 공급 행정(20)) 및 이에 따른 유동량 제어 밸브(18)의 위치가 도2에 도시된다. 흡입 행정(19) 중에, 펌프 피스톤은 상사점(OT)으로부터 하사점(UT)으로 이동하여, 연료는 흡입 밸브(15)를 통해 진공 영역(ND)으로부터 고압 펌프(2)의 펌프 챔버로 흡입된다. 공급 행정(20) 중에, 펌프 피스톤은 하사점(UT)으로부터 상사점(OT) 이동한다. 유입 밸브(15)는 폐쇄되고, 펌프 챔버 내에 연료는 충전된다. 펌프 챔버 내 압력이 방출 밸브(16)의 개방압보다 높으면, 연료는 고압 영역(HD)으로 공급된다. 도2에 해칭으로 도시된 공급 단계(22) 중에 연료는 고압 영역(HD)으로 공급된다. 유동량 제어 밸브(18)가 조기 개방되거나 또는 유동량 제어 밸브(18)가 공급 단계(22)가 종료되기 전에 제어되는 것은 너무 빠른 공급 종료를 야기시킨다. 유동량 제어 밸브(18)의 개방 시간의 변경은 도2에서 도면 부호 21로 표시된다. 유동량 제어 밸브(18)의 제어를 통해 바이패스 라인(17)은 폐쇄되나, 제어되지 않은 유동량 제어 밸브(18)에서 바이패스 라인(17)은 개방된다. 유동량 제어 밸브(18)의 제어는 고압 챔버(4)의 분사압(p_Ein)으로부터 도출된 제어 신호를 통해 달성된다.

도3에는 제1 실시예에 따르는 유동량 제어 밸브(18)의 제어를 위한 본 발명에 따른 방법이 도시된다. 유동량 제어 밸브(18)는 스위칭 증폭단(도시되지 않음)을 통해 엔진 점화 후에 펄스에 의해 시점(t_Z)에서 제어된다. 펄스 형태의 제어 전압(U_MSV)은 도3의 상반부에 도시되어 있다. 고압 챔버 내의 상응하는 분사압(p_Ein)은 도면의 하반부에 도시되어 있다. 스위칭 증폭단의 배치로 인해 유동량 제어 밸브(18)의 제어를 위한 장치의 구성은 간단해지고 제조비는 감소될 수 있다. 펄스에 의한 제어는 유동량 제어 밸브의 자기 코일을 가능한 신속하게 가열하는데 영향을 미치며, 이는, 자기 회로로부터의 차단 에너지가 스위칭 증폭단의 파괴를 야기시키지 않는 값으로 유도 저항을 증가시키고, 자기 코일을 통해 흐르는 제어 전류를 감소시킨다.

더 상세하게는, 유동량 제어 밸브(18)는 고압 펌프(2)의 흡입 단계 중에 소정의 펄스 지속 시간(t_0)과 소정의 펄스 주파수에 의해 제어된다. 펄스 지속 시간(t_0)과 펄스 주파수는 유동량 제어 밸브(18)의 자기 코일을 통해 흐르는 제어 전류가 최대값 이하로 항상 유지되도록 선택된다. 이를 통해, 펄스에 의한 유동량 제어 밸브(18)의 제어 중에 발생되는 자기 회로로부터의 차단 에너지는 허용 범위 내에 항상 놓이며, 스위칭 증폭단을 파괴하지 않는다.

통상적으로 유동량 제어 밸브(18)는 전류가 없어도 개방되도록 구성된다. 유동량 제어 밸브(18)의 제어는 고압 펌프(2)의 고압 저장 영역(HD)으로부터 저압 저장 영역(ND)으로의 바이패스 라인(17)을 폐쇄시킨다. 고압 펌프(2)가 흡입 행정(19) 중 연료를 고압 저장 영역(HD)으로 공급하지 않기 때문에, 유동량 제어 밸브(18)의 제어를 기초로하여 고압 펌프(2)의 고압측(HD)에 존재하는 분사압(p_Ein)은 상승되지 않는다.

또한, 유동량 제어 밸브(18)는 소정의 펄스 지속 시간(t_0)과 소정의 주파수의 펄스에 의해 고압 펌프(2)의 공급 단계(22) 중에 제어된다. 펄스 지속 시간(t_0)과 펄스 주파수는 고압 펌프(2)의 고압측(HD)에 존재하는 압력이 전혀 상승되지 않거나 또는 아주 짧게 상승하도록 선택된다. 이는 예를 들어, 펄스 지속 시간(t_0)은 짧게, 그리고 펄스 주파수는 낮게 선택되는 경우, 즉, 유동량 제어 밸브(18)가 짧은 펄스에 의해 큰 시간 간격으로 제어되는 경우이다.

펄스 지속 시간(t_0)은 유도 저항이 소정의 제어 지속 시간에 따라 소정의 저항값을 달성하도록 양호하게 선택된다. 도3의 실시예에서, 유동량 제어 밸브(18)를 흡입 단계 중에 제어하는 펄스와, 유동량 제어 밸브(18)를 공급 단계 중에 제어하는 펄스는 동일한 펄스 지속 시간(t_0)을 갖는다. 그러나, 이는 꼭 그럴 필요는 없다. 특히, 펄스가 공급 단계(22) 중의 펄스보다 흡입 단계 중에 더 긴 펄스 지속 시간을 갖는 것도 생각해 볼 수 있다.

시점(t_Z)에서 점화가 개시된 후, 먼저 1차 공급 펌프(1)가 작동되고, 연료 공급 시스템 내에 초기압이 형성된다. 그 다음, 시점(t_An)에서 엔진의 스타트 모터가 작동되며, 엔진 속도는 시점(t_LL)에서의 공회전수까지 상승된다. 고압 펌프(2)의 유동량 제어가 개시되어, 고압 펌프(2)를 통해 연료 공급 시스템 내의 고압이 형성된다.

유동량 제어 밸브(18)의 자기 코일이 펄스에 의해 선행된 제어에도 불구하고, 공회전수에 도달된 후에도 소정의 온도로 가열되지 않으면, 즉 유도 저항이 소정의 저항값 이하에 놓이면, 유동량 제어 밸브(18)는 엔진의 공회전수가 달성된 후에도 소정의 제어 시간 동안 연속 제어된다. 유동량 제어 밸브의 연속 제어는 시점(t_LL)에서 공회전수가 달성된 후 약 0.5초 내지 1초의 시간을 갖는 시점(t_D)에서 달성된다.

유동량 제어 밸브(18)의 연속 제어에 의해 고압 영역(HD)으로부터 저압 영역(ND)으로의 바이패스 라인(17)은 연속 폐쇄된다. 이를 통해, 제어 중에 고압 챔버(4) 내 분사압(p_Ein)은 고압 챔버(4)의 압력 제한 밸브(8)에 의해 사전 설정된 최대값이 달성될 때까지 지속적으로 상승된다. 유동량 제어 밸브(18)의 연속 제어 중에, 고압 펌프(2)는 선택적으로 제어되지 않도록 작동된다.

유동량 제어 밸브(18)의 펄스에 의한 제어 또는 연속 제어는 유도 저항이 소정의 저항값 이상이 되면 양호하게 종료되고, 유도 저항은 특성 변수를 기초로하는 적응 특성 영역을 통해 배터리 전압 및 주변 온도를 결정한다.

유동량 제어 밸브(18)의 본 발명에 따른 제어는 선택적으로 제어되는 작동을 최대 제한 회전수까지 허용하는, 전자기식 유동량 제어 밸브(18)의 전환 시간에 대한 구성을 가능케한다. 엔진 회전수가 한계 회전수 이상으로, 또한 유동량 제어 밸브(18)가 더 짧은 전환 시간을 갖도록 요구하면, 이는 유동량 제어 밸브(18)가 소정의 한계 회전수 이상의 엔진 회전수에서 지속적으로 제어됨으로써 실행될 수 있다.

고압펌프(2)의 고압측(HD)에 존재하는 분사압(p_Ein)의 설정은 고압 챔버(4) 내의 기계적 압력 제한 밸브(8)를 통해서만 달성된다. 이런 개선에 따르면, 소정의 한계 회전수로부터 압력 제한 밸브(8)를 통해 사전 설정된, 연료 공급 시스템의 고압 챔버(4) 내의 최대 분사압이 도출된다.

한계 회전수는 6800rpm으로 바람직하게 선택된다. 선택적으로, 한계 회전수는 차량 배터리 전압의 함수로서 결정될 수 있다. 차량 배터리에 통상 제공 가능한 약 14 볼트의 전압에 대한 한계 회전수는 약 6800rpm이다. 예를 들어, 차량 내 전기의 과부하 또는 결함으로 인해 발생될 수 있는 더 낮은 배터리 전압에서, 선택적으로 제어된 작동은 6800rpm 이하의 회전수에서만 가능하다. 차량 배터리의 더 낮은 전압에 의해 한계 회전수 또한 이에 상응하도록 감소된다.

또한, 엔진 회전수가 한계 회전수 이상일 때, 유동량 제어 밸브(18)는 고압 펌프(2)의 공급 단계(22)에 이어 소정의 펄스 주파수를 갖는 소정의 클럭 펄스 지속 시간(t_T) 동안 제어된다(도4 참조). 이를 통해 유동량 제어 밸브(18)의 자기 코일의 비교적 높은 온도는 한계 회전수 이상의 엔진 회전수에서 연속 제어에 의해 감소될 수 있다. 온도가 상승된 자기 코일의 증가되는 유도 저항에 의해(예를 들어, 충분하지 못한 자력 형성), 유동량 제어 밸브(18)의 기능의 성능 저하는 상기 방법을 통해 방지될 수 있다. 공급 행정(20) 중 고압 펌프(2)의 실제 공급 단계(22)는 통상 상사점(OT)에 도달되기 전에 종료된다. 클럭 펄스의 지속 시간은 공급 단계(22)의 종료로부터 흡입 행정(19)까지 상사점(OT)을 지나서까지 충분할 수 있다. 펄스 지속 시간 중에 유동량 제어 밸브(18)는 소정의 펄스 주파수의 여러번의 주기에 의해 제어될 수 있다. 펄스 지속 시간은 유동량 제어 밸브(18)가 주기적으로 제어되는 동안 계속된다. 펄스 주파수는 유동량 제어 밸브(18)가 1초 동안 몇번의 펄스로 제어되는지를 나타낸다. 펄스 주파수가 높게 선택될수록 펄스가 펄스 지속 시간에 대해 더 정확하게 적응될 수 있다.

바람직하게는 엔진 회전수가 상승될 때 펄스 지속 시간은 더 작게 선택된다. 이에 반해, 엔진 회전수가 상승될 때 펄스 주파수는 더 크게 선택된다.

유동량 제어 밸브(18)의 자기 코일의 온도의 하강 또는 출력 소비의 감소를 위한 다른 가능성으로서, 유동량 제어 밸브(18)가 소정의 공급 지속 시간(t_P) 후에 고압 펌프(2)의 공급 단계(22)에서 소정의 펄스 주파수에 의해 주기적으로 제어된다(도5 참조). 고압 펌프(2)의 고압측(HD)에 있는 분사압(p_Ein)은 하사점(UT)의 통과 후에 공급 단계(22)가 개시될 때 액체 기둥의 가속을 기초로, 소정의 공급 지속 시간(t_P) 후에 분사압(p_Rail)을 약간 초과하는 값으로 조정되는 오버슈트(23)를 갖는다. 소정의 공급 지속 시간(t_P) 중에 오버슈트(23)의 정지를 위한 비교적 높은 제어 전류가 유동량 제어 밸브(18)의 자기 코일에 공급된다. 오버슈트(23)의 감쇠 후에, 즉 소정의 공급 지속 시간(t_P) 후에 유동량 제어 밸브의 자기 코일을 통해 흐르는 제어 전류는 감소될 수 있다. 제어 전류는, 오버슈트(23)의 감쇠 후에 고압 펌프(2)의 고압측(HD)에 존재하는 분사압(p_Ein)을 유지하기에 충분한 정도의 값으로 감소된다. 제어 전류를 감소시키기 위해 전류는 소정의 펄스 주파수로 작동된다. 더 상세하게는, 제어 전류의 크기는 비대칭 펄스비를 갖는 제어 펄스를 통해 변경된다.

유동량 제어 밸브(18)의 제어를 위한 펄스 주파수는 특성 영역 제어를 통해 사전 설정되는 것도 가능하다. 그러나, 펄스 주파수는 고압 펌프(2)의 고압측(HD)에 존재하는 압력을 고려하는 적응 제어를 통해 설정된다. 압력 센서를 통한 연료 공급 시스템의 고압 챔버(4) 내 압력 레벨을 점검함으로써, 유동량 제어 밸브(18)가 공급 단계(22) 중에 충분히 폐쇄되는지의 여부가 검토될 수 있다. 유동량 제어 밸브(18)의 펄스 제어를 위한 펄스 주파수는 고압 챔버(4) 내에 있는 분사압(p_Ein)이 사전 설정 가능한 목표값으로 조정되도록 설정될 수 있다.

본 발명에 따르면, 스위칭 증폭단의 배치로 인해 유동량 제어 밸브의 구성은 간단해지고 제조비는 절감될 수 있다.

Claims

엔진의 연료 공급 시스템의 고압 펌프(2)의 선택적 제어를 위한 전자기식 유동량 제어 밸브(18)를 제어하기 위한 방법에 있어서,

엔진 점화 장치의 통전 후에, 유동량 제어 밸브(18)는 스위칭 증폭단을 통해, 소정의 시점에서 소정의 지속 시간 동안 펄스에 의해 제어되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기식 유동량 제어 밸브를 제어하기 위한 방법.
제1항에 있어서, 유동량 제어 밸브(18)는 고압 펌프(2)의 흡입 단계 중에, 소정의 펄스 지속 시간(t_0) 및 소정의 펄스 주파수를 갖는 펄스에 의해 제어되고, 펄스 지속 시간(t_0) 및 펄스 주파수는 유동량 제어 밸브(18)의 자기 코일을 통해 흐르는 제어 전류가 최대값 이하로 항상 유지되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 전자기식 유동량 제어 밸브를 제어하기 위한 방법.
제2항에 있어서, 펄스 지속 시간(t_0)은 주변 온도 및 차량 배터리 전압의 함수로서 결정되는 것을 특징으로 하는 전자기식 유동량 제어 밸브를 제어하기 위한 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 유동량 제어 밸브(18)는 고압 펌프(2)의 공급 단계(22) 중에 소정의 펄스 지속 시간(t_0) 및 소정의 펄스 주파수를 갖는 펄스에 의해 제어되고, 펄스 지속 시간(t_0) 및 펄스 주파수는 고압 펌프(2)의 고압측(HD)에 있는 압력이 전혀 상승되지 않거나 또는 짧은 시간 동안 약간만 상승되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 전자기식 유동량 제어 밸브를 제어하기 위한 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 유동량 제어 밸브(18)는 엔진 공회전수의 도달 후에 소정의 제어 지속 시간(t_W) 동안 지속적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 전자기식 유동량 제어 밸브를 제어하기 위한 방법.
제5항에 있어서, 제어 지속 시간(t_W)은 주변 온도 및 차량 배터리 전압의 함수로서 결정되는 것을 특징으로 하는 전자기식 유동량 제어 밸브를 제어하기 위한 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 유동량 제어 밸브(18)의 펄스에 의한 제어는 유도 저항이 소정의 저항값을 초과하는 즉시 종료되고, 유도 저항은 배터리 전압 및 주변 온도의 특성 변수를 기초로 하는 적응 특성 영역을 통해 결정되는 것을 특징으로 하는 전자기식 유동량 제어 밸브를 제어하기 위한 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 유동량 제어 밸브(18)는 엔진 회전수가 소정의 한계 회전수 이상일 때 연속 제어되는 것을 특징으로 하는 전자기식 유동량 제어 밸브를 제어하기 위한 방법.
제8항에 있어서, 한계 회전수가 6800rpm의 회전수에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
제8항에 있어서, 한계 회전수가 차량 배터리의 전압의 함수로서 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
제8항에 있어서, 유동량 제어 밸브(18)는 고압 펌프(2)의 공급 단계(22)의 다음에서 엔진 회전수가 한계 회전수 이상일 때, 소정의 펄스 주파수를 갖는 소정의 펄스 지속 시간(t_T) 동안 주기적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 전자기식 유동량 제어 밸브를 제어하기 위한 방법.
제11항에 있어서, 펄스 지속 시간(t_T) 또는 펄스 주파수는 엔진 회전수 함수로서 결정되는 것을 특징으로 하는 전자기식 유동량 제어 밸브를 제어하기 위한 방법.
제12항에 있어서, 엔진 회전수가 상승할 때 펄스 지속 시간(t_T)은 더 작게 설정되는 것을 특징으로 하는 전자기식 유동량 제어 밸브를 제어하기 위한 방법.
제12항에 있어서, 엔진 회전수가 상승할 때 펄스 주파수는 더 크게 설정되는 것을 특징으로 하는 전자기식 유동량 제어 밸브를 제어하기 위한 방법.
제8항에 있어서, 고압 펌프(2)의 공급 단계(22)에서 유동량 제어 밸브(18)는 소정의 공급 지속 시간(t_P) 후에 소정의 펄스 주파수에 의해 주기적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 전자기식 유동량 제어 밸브를 제어하기 위한 방법.
제15항에 있어서, 소정의 공급 지속 시간(t_P)은 엔진 회전수 함수로서 결정되는 것을 특징으로 하는 전자기식 유동량 제어 밸브를 제어하기 위한 방법.
제11항에 있어서, 펄스 주파수는 고압 펌프(2)의 고압측(HD)에 존재하는 압력을 고려하는 적응 제어를 통해 설정되는 것을 특징으로 하는 전자기식 유동량 제어 밸브를 제어하기 위한 방법.
제8항에 있어서, 고압 펌프(2)의 흡입 밸브(15)의 흡입 단면은 엔진 회전수가 소정의 한계 회전수 이상일 때 흡입 스로틀 효과를 발생시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기식 유동량 제어 밸브를 제어하기 위한 방법.
엔진의 연료 공급 시스템의 고압 펌프(2)의 선택적 제어를 위한 전자기식 유동량 제어 밸브(18)의 제어를 위한 장치에 있어서,

엔진 점화 장치의 통전 후에 소정의 시점에서, 펄스에 의해 소정의 지속 시간 동안 유동량 제어 밸브(18)를 제어하기 위한 스위칭 증폭단을 갖는 것을 특징으로 하는 전자기식 유동량 제어 밸브를 제어하기 위한 장치.
삭제
제5항에 있어서, 유동량 제어 밸브(18)의 지속적인 제어는 유도 저항이 소정의 저항값을 초과하는 즉시 종료되고, 유도 저항은 배터리 전압 및 주변 온도의 특성 변수를 기초로 하는 적응 특성 영역을 통해 결정되는 것을 특징으로 하는 전자기식 유동량 제어 밸브를 제어하기 위한 방법.