KR100733800B1

KR100733800B1 - 내연 기관 분사 트레인에서의 연료 압력 측정 방법

Info

Publication number: KR100733800B1
Application number: KR1020027004509A
Authority: KR
Inventors: 따르로프랑시스르네앙리; 오에베르트랑; 오보르알랭
Original assignee: 르노; 지멘스 파우데오 오토모티브 에스. 아. 에스
Priority date: 1999-10-08
Filing date: 2000-10-06
Publication date: 2007-07-02
Also published as: EP1218629B1; FR2799544B1; DE60016612D1; FR2799544A1; JP4471550B2; EP1218629A1; US6705295B1; ES2228615T3; JP2003511620A; DE60016612T2; WO2001027454A1; KR20020081204A

Abstract

실린더들에 부착되어 있는 연료 분사기들에는 공통의 연료 분사 매니폴드에 의해서 연료가 공급되며 상기 연료 분사기의 개방 시간은 컴퓨터에 의해서 계산되고 제어된다. 본 발명에 따르면, a) 적어도 2 개의 상기 연료 분사기의 개방 시간의 중복을 탐지하고, b) 중복이 없으면, 해당하는 연료 분사기의 개방 시간 외에서 매니폴드에서의 연료 압력을 판독하며, c) 중복이 있으면, 해당하는 연료 분사기가 개방된 때의 연료 압력을 판독하고, d) 상기 판독된 측정값을, 단수 또는 복수의 연료 분사기의 개방에 의해 발생되는 소정의 연료 압력 변화의 함수로 보정한다.

Description

내연 기관 분사 트레인에서의 연료 압력 측정 방법 {METHOD FOR MEASURING THE FUEL PRESSURE IN AN INJECTION TRAIN OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 직접 분사식 내연 기관의 실린더들 중 하나에 연료를 분사하는 전자기 연료 분사기 내의 연료 압력을 측정하는 방법으로서, 상기 실린더들에 부착되어 있는 연료 분사기에는 공통의 연료 공급 매니폴드로부터 연료가 공급되며 연료 분사기의 개방 시간은 컴퓨터에 의해서 계산되고 제어되는 전자기 연료 분사기의 연료 압력 측정 방법에 관한 것이다.

도 1은 공지된 형태의 직접 분사식 내연 기관의 연료 공급 장치를 도시하고 있다. 이 장치는 연료 탱크(1)와, 그 연료 탱크(1)로부터 연료를 공급받고 필터(4)를 통해서 제2 펌프(5)에 연료를 공급하기 위한 압력 레귤레이터(3)와 접속되어 있는 펌프(2)를 포함한다. 펌프(2)에 의해서 공급되는 연료는 대기압보다 높지만 상대적으로 낮은 제1 압력 수준으로 되고, 따라서 상기 펌프(2)를 '저압 펌프'라 칭한다. 제2 펌프(5)는 연료 압력을, 제1 압력 수준 보다 높고 직접 분사식 내연 기관의 실린더(도시하지 않음)의 연료-공급 매니폴드(7)에 장착된 연료 분사기(6₁, 6₂, 6₃, 6₄)에 공급하기에 적합한 제2 압력 수준까지 승압시킨다.

'고압 펌프'라고 칭하는 펌프(5)에 의해서 전달되는 연료 압력은, 컴퓨터(9)에 의해서 제어되는 전기 밸브와 같은 전자기 레귤레이터(8)에 의해서 일정해진다. 이 예에 있어서, 센서(10)는 매니폴드(7) 안에 들어 있는 연료 압력을 나타내는 신호를 컴퓨터(9)에 전달하여, 컴퓨터가 소정의 수준까지 매니폴드 안의 연료 압력을 조절하는 것을 보장할 수 있게 한다. 컴퓨터(9)는 주로 내연 기관의 기능을 관리하는 컴퓨터로 구성되어 있는데, 이 컴퓨터는 기타 작업 중 연료 분사기들(6_i)(i는 도시한 예에서 1부터 4까지임) 특히, 이 분사기의 개방 시간을 제어한다.

연료 분사기(6_i)에 의해서 배출되지 않은 연료는 대기압 상태에서 도관(11, 12)을 통하여 연료 탱크로 반송된다.

특히 연료 분사기에 의해서 내연 기관의 해당 실린더 내로 분사되어야 하는 연료량은, 공지되어 있는 소정의 파라미터의 함수로서 컴퓨터(9)에 의하여 계산된다. 또한, 컴퓨터는 소정의 연료량을 실린더 안에 도입하는 것을 보증하는 데에 연료 분사기의 개방 시간이 적합한지를 결정하기도 한다. 이 개방 시간은 이 연료량뿐만 아니라, 매니폴드(7) 안에서의 연료 압력과의 함수이고, 이 연료 압력은 레귤레이터(8)가 존재함에도 불구하고 시간의 경과에 따라 변동하게 된다.

전술한 바와 같이, 상기 레귤레이터는 컴퓨터(9)에 의해 제어되는 전기 밸브로 구성될 수 있어, 연료의 압력을 소정 수준으로 조절하도록, 연료를 불연속적으로 배출시킨다.

연료 분사기(6_i) 중 하나가 개방되어 연료를 해당 실린더에 도입시킬 때마다, 이 개방 작동으로 연료의 제2 배출이 매니폴드(7) 내에서 이루어지는데, 이 결과가 도 2에 도시되어 있다. 이 도면에서, 고려 대상의 연료 분사기(6_i)의 개방에 관한 타이밍도를 6_i로 도시하고, 분사기(6_i)는 시간 T_i동안 개방한다. 이 연료 분사기의 개방 중에 그리고 그 부근에서 측정된 매니폴드 안의 연료 압력(P)의 그래프를 P로 도시하고 있다. 도시한 바와 같이, 연료 분사기의 개방 순간인 t₀ 이후에, 매니폴드 안의 압력 P는 연료의 배출로 인하여 하강하고, 연료 분사기의 폐쇄 시간 t_f=t₀+T_i까지 하강할 수 있고, 압력은 추가적인 기간 후에 이전의 안정한 수준으로 복귀한다.

이러한 압력 강하를 고려하기 위하여, 본 출원인 명의의 프랑스 특허 번호 제2,715,440호가 제안되어 있다. 이 특허 출원에서는, 분사기의 개방 시간 동안에 연료 분사기 안에 있는 압력을 연속적으로 측정하여, 그것으로부터 컴퓨터가 연료 분사기의 개방 시간 동안에 실린더로 실제로 분사된 연료량을 추산하고, 도입된 연료량이 소정 수준에 도달하면 분사기는 폐쇄되도록 신호를 받는다.

그러나, 이 방법은 매니폴드 안의 연료 압력을 연속적으로 측정하거나, 적어도 이 측정이 연료 분사기의 매우 짧은 개방 시간(수 ㎳)에 상응하는 매우 높은 샘플링 빈도로써 실현되는 것을 필요로 한다.

더욱이, 전자기 분사기의 개방에는 그러한 개방 동작 중에 압력 센서(10)에 의해 전달되는 측정 신호에 오류가 생기게 할 수 있는 강한 전자기 교란을 발생시키는 고전류가 필요하다.

본 발명은 직접 분사식 내연 기관의 연료 분사기 내의 연료 압력을 정밀하게 측정할 수 있는 방법을 제공하는 것으로, 이 방법은 본 명세서에 기재되어 있는 전술한 종래 기술의 방법의 단점을 겪지 않는다.

특히, 본 발명의 목적은 통상의 샘플링 빈도로 압력을 측정하지만, 사용된 압력 센서 환경에서의 전자기 교란에 민감하지 않을 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

아래의 설명을 읽어보면 명백해지는 본 발명의 이러한 목적 및 다른 목적은 직접 분사식 내연 기관의 실린더들 중 하나에 연료를 분사하는 전자기 연료 분사기 내의 연료 압력을 측정하는 방법으로서, 상기 실린더들에 부착되어 있는 연료 분사기에는 공통의 연료 공급 매니폴드로부터 연료가 공급되며 연료 분사기의 개방 시간은 컴퓨터에 의해서 계산되고 제어되는 전자기 연료 분사기의 연료 압력 측정 방법에 의해 달성되는데, 이러한 방법은 a) 적어도 2 개의 상기 연료 분사기의 개방 시간의 중복을 탐지하고, b) 이러한 중복이 없으면, 해당하는 연료 분사기의 개방 시간 외에서 매니폴드에서의 연료 압력을 판독하며, c) 중복이 있으면, 해당하는 연료 분사기가 개방된 때의 연료 압력을 판독하고, d) 판독된 측정값을, 단수 또는 복수의 분사기의 개방에 의해 발생되는 소정의 연료 압력 변화의 함수로 보정하는 것을 특징으로 하는 전자기 연료 분사기의 연료 압력 측정 방법을 포함한다.

본 명세서에서 보다 잘 이해할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 방법은 교란되지 않기 때문에 신뢰성 있는 압력 측정을 근거로 하여, 분사기가 연료를 분사하는 동안에 연료 분사기에서의 평균 압력을 정확하게 알 수 있다. 또한, 컴퓨터에 의해 결정된 연료의 양을 배출하는데, 적절한 분사기의 개방 시간 정도를 잘 조절할 수 있다.

본 발명의 방법의 다른 특징에 의하면, 상기 단계 d)에서 상기 판독된 측정값으로부터 측정된 압력 및/또는 개방 시간의 추정값의 함수인 감소분을 차감한다.

본 발명의 방법의 또 다른 특징에 의하면, 상기 연료 압력 측정 방법이 상기 내연 기관의 연료 분사기의 개방 시간의 계산에 적용될 때, 상기 판독된 압력을 기초로 하여 계산된 개방 시간에, 계산된 개방 시간과 판독된 연료 압력의 함수인 증분을 가산한다.

본 발명의 다른 특징 및 이점은 이하 첨부 도면 및 발명의 상세한 설명으로부터 명백해지게 된다.

도 1은 직접 분사식 내연 기관의 연료 분사 장치의 구성이며, 본원의 상세한 설명의 서두부에 설명되어 있고, 본 발명에 따른 방법의 적용에 적합하다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 방법을 설명하는 그래프이다.

제한이 아니라 예시에 불과한 실시예에서, 본 발명은 연료 분사기(6₁, 6₂, 6₃, 6₄)에 의해서 각각 연료가 공급되는 4개의 실린더(4기통)의 직접 분사식 내연 기관의 제어에 적용하는 경우에 대해 설명할 것이다.

본 발명에 의하면, 이들 연료 분사기 중 하나가 개방되어 있는 동안에, 이것이 유일하게 개방되어 있는 상태와, 반대로 다른 연료 분사기들 중 적어도 하나가 개방되어 있는 상태인 두 가지의 상태로 구분된다.

제1 상태는 상세한 설명의 서두에 이미 부분적으로 설명한 도 2에 도시되어 있고, 이는 특히 내연 기관의 속도가 낮거나 보통이고 내연 기관의 부하가 적거나 적절한 경우에 상응한다.

이러한 경우에, 연료 분사 시간(T_i)은 짧고, 연료 분사기의 개방 시에 저하되는 연료 압력은 연료 분사기가 레귤레이터(8)의 작용에 의해 폐쇄되기 이전에 회복될 수 없다.

전술한 바와 같이, 센서(10)는 매니폴드(7) 안의 연료 압력의 측정값을 포함하는 전기 신호를 컴퓨터(9)에 전달한다. 그러나, 종래 기술에서 전기 코일에 강한 전류를 통과시킴으로써 제어되는 해당 연료 분사기(6_i)의 개방 중에, 강한 전자기장이 센서에 의하여 전달되는 비교적 약한 전기 신호를 교란시키고, 이에 따라 내연 기관에 장착된 실린더에 분사되는 소정양의 연료의 함수로서 분사기의 개방 시간(Ti)을 조절하기 위해서, 컴퓨터(9)에 의해 계산하여 사용된 압력 측정값에 오류가 있을 수 있다. 이 연료의 양은 물론 연료 압력과 개방 시간의 함수이다.

본 발명에 의하면, 연료 압력의 평가에 있어서, 잘못된 측정값을 받아들이지 않고 신뢰할 수 있는 측정값의 보정을 통해서 이 평가를 처리하여 이러한 단점을 개선한다.

보다 구체적으로, 압력 센서는 연료 분사기의 개방 시간 조절을 통해 얻는 적절한 주기, 예컨대 4 ㎳에서 샘플링된 압력 측정값을 발생시키지만, 컴퓨터(9)는 연료 분사기의 개방 시간(T_i) 동안에 채취된 압력 측정 샘플값을 계산으로부터 제거한다. 바람직하게는, 센서(10)가 교란되지 않고 재차 안정화된 압력의 샘플값을 전달하기에 충분한 추가 시간(Δt) 동안에 연료 분사기의 폐쇄 직후에 채취한 샘플값도 제거한다.

이어서, 컴퓨터(9)에 의해서 계산에 받아들여지는 압력은, 예를 들면 연료 분사기의 개방 순간 t₀ 이전에 획득된 압력 샘플값을 기초로 하여, 연료 분사기의 개방 시간(T_i) 동안에 연료 평균압은 연료 분사기 개방 이전의 압력 측정값과 비교하여 더 낮아진다는 사실을 고려하기 위해, 이렇게 얻은 값을 적절하게 감분(減分)하여 보정한다. 측정값에 적용되는 감소분의 크기는 벤치(bench) 측정값에 의해서 평가될 수 있다. 특히, 그 감소 크기는 개방 이전에 측정된 압력(P) 수준 및/또는 분사기의 개방 시간의 추정값과의 함수이다. 분사기의 개방 시기의 추정값은 예를 들어 레귤레이터(8)에 적용된 설정 압력에 기초하여 개방 시기를 계산하여 얻는다.

내연 기관이 고속도로 회전하고 및/또는 과부하가 걸리는 경우에는 엔진의 연료 분사기(6_i)의 복수의 개방 시간이 중복될 수 있으며, 도 3은 이들 연료 분사기 개방 타이밍도와 그 결과 발생된 매니폴드(7) 내의 연료의 압력 변화를 나타낸다. 이 경우에, 복수 개의 연료 분사기의 연속적인 개방은 각각 압력 저하를 야기하고, 그 후 다시 압력은 레귤레이터(8)의 작동에 의해 다시 상승하는 경향이 있으나, 연료 분사기의 다음 개방으로 다시 저하된다. 그러나 실제로는 모든 순간에 최대한 2 개의 연료 분사기가 동시에 개방되는 것이 관찰되었다. 이것이 연속 개방 작동에 의하여 생기는 압력의 변동 누적 효과를 제한하는 것이 관찰되었다.

컴퓨터(9)는 내연 기관 속도로부터 알 수 있는 연속적인 2 개의 상사점(上死點) 사이의 시간을, 대응하는 연료 분사기의 개방 시간과 비교함으로써 적어도 2 개의 연료 분사기가 중복 개방된 상태를 용이하게 탐지할 수 있다. 이 개방 시간이 2 상사점 사이의 시간 보다 큰 경우에는, 컴퓨터(9)는 적어도 2 개의 연료 분사기가 중복해 개방되어 있다고 판단한다.

또한, 이러한 경우, 연료 분사기의 개방 시간의 사이에 발생되는 연료의 압력 샘플값을 제외하는 것은 더 이상 불가능하다.

본 발명에 따르면, 이 상태에서, 컴퓨터(9)는 연료 분사기 내의 연료 압력을 측정하기 위해, 상기 분사기의 개방에 동기한 측정의 샘플링을 명령한다. 이러한 개방 동작은 단독으로, 또는 다른 분사기의 개방 시기 중에 발생한다. 그리고, 고려 대상의 분사기의 개방으로 인하여 발생하는 연료의 평균 압력 저하를 계산해 넣기 위해 선택된 샘플링값을 감분하여 보정한다.

실제로, 분사기의 개방 시에, 전달된 압력 샘플값이 가장 적게 교란되고, 이에 따라 적절하게 감소된 후에 해당 연료 분사기의 개방 중에 그 해당 연료 분사기의 평균압을 근사화할 수 있다는 것을 발견했다.

결과적으로, 컴퓨터(9)는 모든 환경 하에서 평균 압력을 알고 있기 때문에, 분사기가 폐쇄되는 순간을 신호로 알려서 각 분사기의 개방 시간을 적절하게 조절할 수 있다.

전술한 바와 같이 선택된 압력 측정 샘플로부터 도출해 낸 압력을 감소시켜 평균 압력과 분사기의 개방 시간을 계산하는 대신에, 컴퓨터(9)는 판독된 압력을 기초로 하여 계산된 개방 시간(Ti)에, 이 계산된 개방 시간과 판독된 압력의 함수인 증분(ΔTi)을 가산함으로써 개방 시간을 직접 계산할 수 있다. 이러한 증분은 분사기의 개방 후에 분사기에서 관측되는 압력의 저하를 보상할 수 있다.

이제, 본 발명은 전술한 목적을 달성할 수 있는 바 즉, 교란되지 않은 연료 압력 샘플과 이 샘플의 적절한 수정에 근거하여 분사기의 개방 시간을 정밀하게 제어하는 것을 보장할 수 있다.

Claims

직접 연료 분사식 내연 기관의 실린더들 중 하나에 연료를 분사하는 전자기 연료 분사기(6_i) 내의 연료 압력을 측정하는 방법으로서, 상기 실린더들에 부착되어 있는 연료 분사기(6_i)들에는 공통의 연료 분사 매니폴드(7)로부터 연료가 공급되며 상기 연료 분사기의 개방 시간(T_i)은 컴퓨터(9)에 의해서 계산되고 제어되는 전자기 연료 분사기의 연료 압력 측정 방법에 있어서,

a) 적어도 2 개의 상기 연료 분사기(6_i)의 개방 시간의 중복을 탐지하고,

b) 중복이 없으면, 해당하는 연료 분사기의 개방 시간 외에서 매니폴드(7)에서의 연료 압력을 판독하며,

c) 중복이 있으면, 해당하는 연료 분사기가 개방된 때의 연료 압력을 판독하고,

d) 판독된 측정값을, 단수 또는 복수의 연료 분사기(6_i)의 개방에 의해 발생되는 소정의 연료 압력 변화의 함수로 보정하는 것을 특징으로 하는 자기 연료 분사기의 연료 압력 측정 방법.
제1항에 있어서, 상기 단계 d)에서 상기 판독된 측정값으로부터 측정된 압력 및/또는 개방 시간의 추정값의 함수인 감소분을 차감하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 내연 기관의 연료 분사기 개방 시간(T_i)의 계산에 적용되어, 상기 판독된 압력을 기초로 하여 계산된 개방 시간에, 계산된 개방 시간과 판독된 연료 압력과의 함수인 증분(ΔT_i)을 가산하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 단계 b)에서 일련의 샘플값 중에서 선택된 상기 분사기의 개방 시간 중에 채취한 샘플값을 제거하여, 상기 압력 측정 샘플값을 선택함으로써 상기 연료 압력을 판독하는 것을 특징으로 하는 방법.
제4항에 있어서, 상기 샘플링 주기는 약 4 ㎳인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 단계 c)에서 분사기의 개방 신호와 동기식으로 샘플링을 행하는 것을 특징으로 하는 방법.