KR100955391B1 - 가변 유량 고압 펌프를 포함하는 연료분사 시스템 - Google Patents

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씨.알.에프. 쏘시에타 컨서틸 퍼 아지오니
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Abstract

본 발명에 따른 분사 시스템은 대응하는 흡입 및 방출 행정에 의해 왕복방식으로 작동되는 하나 이상의 펌핑 엘리먼트(18)를 갖는 고압 펌프(7)를 포함하며, 각각의 펌핑 엘리먼트(18)는 저압 펌프(9)에 의해 연결된 흡입 라인(10)과 연통하는 흡입 밸브(25)를 구비하며, 온-오프 솔레노이드 밸브(27)는 펌프(7)의 흡입 라인(10)상에 위치되며 1 이외의 인자 "K"에 의해 곱해진 펌핑 작동의 배수 또는 약수배와 같은 주파수를 구비한 제어 유닛(16)에 의해 제어되는 것을 특징으로 한다.

Description

가변 유량 고압 펌프를 포함하는 연료분사 시스템{FUEL INJECTION SYSTEM COMPRISING A VARIABLE FLOW RATE HIGH-PRESSURE PUMP}
본 발명은 가변 유량 고압 펌프를 포함하는 내연기관용 연료분사 시스템에 관 것이다.
알려진 바와 같이, 현대 내연기관에 있어서, 분사 시스템의 고압 펌프는 엔진 실린더와 조합된 복수의 인젝터에 공급되는 가압 연료의 소정 축적 체적을 갖는 공동 레일에 연료를 보내는 것이 가능하다. 일반적으로, 이 형태의 시스템에 대한 축적 체적내의 요구된 연료 압력은 엔진 작동 조건에 기초한 전자제어 유닛에 의해 규정된다.
분사 시스템, 펌프 송출 라인상에 위치된 바이패스 솔레노이드 밸브는 제어 유닛에 의해 제어된다는 것은 알려져 있다. 엔진이 최대 속도이지만 감소된 파워로 회전되는 경우, 펌프의 유량이 과도해지고 과잉 연료는 바이패스 밸브에 의해 연료 탱크내로 직접 간단하게 방출된다. 따라서, 이 바이패스 밸브는 가열될 때 고압 펌프의 압축 작동을 소산시키는 문제점을 갖는다.
분사 시스템은 엔진이 감소된 파워로 작동하는 경우 펌핑된 연료의 양을 감소시키도록 고압 펌프가 가변 유량을 갖는 것이 제안되고 있다. 이들 시스템의 하나에 있어서, 펌프 흡입 라인은 공동 레일 및/또는 엔진 작동 조건에서 요구된 압력 함수로써, 펌핑 엘리먼트의 작동에 관한 제어 유닛에 의해 비동기적으로 제어되는 리스트릭션(restriction)을 위한 스로틀 솔레노이드 밸브에 끼워맞춰 장착된다. 스로틀 솔레노이드 밸브와 리스트릭션의 하류에서 취해진 연료는 매우 저압이며, 낮은 유량으로, 흡입 밸브를 개방시키기 위한 힘에 거의 기여를 하지 않는다.
이 때문에, 공지된 시스템에 있어서 리스트릭션 하류의 최소 압력으로 개방을 보장하도록 각각의 흡입 밸브에 대한 통상의 리턴 스프링을 제공하는 것이 필요하다. 한편, 이 스프링은 매우 정밀한 방식으로 설치되어야 하며, 이에 의해 펌프는 상대적으로 고가가 된다. 다른 한편으로는, 흡입 밸브가 흡입 밸브상의 연료에 의해 부여된 압력의 복합 효과 및 관련 압축 챔버내의 펌핑 엘리먼트에 의해 발생된 감압(depression) 하에서 스스로 개방될 수 없기 때문에 펌프가 적절하게 작동하지 않아 쉽게 마모될 위험성이 항상 있다. 어떤 경우에 있어서, 펌프가 다중 펌핑 엘리먼트를 가진다면, 강한 초킹 조건하에서 비대칭적 송출을 항상 발생시킨다.
공지된 다른 분사 시스템에 있어서, 스로틀 장치는 개개의 펌핑 엘리먼트의 흡입 라인상 또는 펌핑 엘리먼트에 공통하는 흡입 라인상에 위치될 수 있는 온-오프 미터링 솔레노이드 밸브를 포함하는 것이 제안되어 있다. 미터링 솔레노이드 밸브는 흡입 행정의 가변 동안 비교적 높은 유량을 펌핑 엘리먼트에 공급하고, 공급의 개시 및/또 종료를 조절하고, 이에 의해 펌핑 엘리먼트의 충전계수를 조절할 수 있다.
이 솔레노이드 밸브의 제어 및 작동은 펌프 샤프트의 회전 주파수(즉, 미터링 솔레노이드 밸브는 펌핑 엘리먼트의 개수와는 무관하게 독립적으로 샤프트의 모든 회전수에 작동된다)에 관해 동기적으로 일어나며, 이 스로틀 장치는 조합된 흡입 행정 동안 각각의 펌핑 엘리먼트내의 피스톤의 위치에 따라 미터링 솔레노이드 밸브의 작동을 동기화하고 맞추도록 하는 결함을 가지고 있다. 미터링 솔레노이드 밸브의 작동 주파수(activation frequency)가 어떠한 펌핑 엘리먼트의 흡입 행정 주파수를 갖는 주파수와 동일한 경우(특히, 미터링 솔레노이드 밸브가 펌핑 엘리먼트; 예를 들면 캠에 의해 구동된 3개의 펌핑 엘리먼트를 구비한 펌프에 대한 흡입 행정과 동기되는 경우, 그의 작동 주파수는 회전을 완료한 펌프의 주파수의 3배와 동일하다), 동일한 결함이 발견되었다.
흡입 라인상의 온-오프 미터링 솔레노이드 밸브를 통해 조절되고 펌프의 회전 주파수에 관해 동기적인 방식으로 제어되는 유동을 갖는 이들 시스템, 특히 미터링 솔레노이드 밸브가 펌핑 엘리먼트의 흡입 행정 동안 또는 이들 행정의 다중 주파수와 동기적인 방식으로 제어되는 시스템은 공동 레일에서의 압력 진동을 일으키는 다수의 다른 결함이 존재한다. 결국, 하나의 엔진 사이클을 위해 비교적 짧은 시간 기간에 걸쳐 압력 진동을 유도하는 것과, 이전 보다 2배 또는 3배 더 긴 크기의 시간 기간에 걸쳐 공동 레일내의 입력 진동을 유도하는 것 사이를 구별할 필요가 있다. 이들 2가지 형태는 가산적이며 실질적으로 서로 독립적이다.
엔진 사이클의 주기와 동일한 주기에서 압력 진동을 야기하는 원인중에서 하기 사항을 주의하여야 한다:
- 고압 펌프의 불규칙한 순간 유량;
- 흡입 스프링의 불균등한 설정에 의한 다양한 펌핑 엘리먼트에 의해 송출된 연료 체적의 비대칭;
- 인젝터의 분사 및 펌프 송출 커브에 관한 분사 타이밍;
- 공동 레일의 체적; 및
- 엔진의 작동 시점.
2배 또는 3배 더 긴 주기의 압력 진동의 주 이유는 기준이 펌핑 엘리먼트의 상사점에 대한 미터링 솔레노이드 밸브의 작동 시작 순간이 약간 또는 늦게 되는 타이밍 변경 또는 어긋남(slippage)에 의한 것이다.
어떤 경우에 있어서, 펌핑 엘리먼트의 충전계수는 흡입 밸브의 개방의 불가피한 지연에 주로 의존하며, 흡입 밸브 스프링의 균등한 설치의 불가능의 결과로서 펌핑 엘리먼트로부터 펌핑 엘리먼트로의 차이이며, 이에 의해 펌핑 엘리먼트는 각각의 엔진 사이클상의 상호간에 비대칭 방식으로 작동한다.
더욱이, 유량 초킹(flow chocking)이 더욱 과도한 경우에 있어서, 주어진 펌핑 엘리먼트의 충전계수는:
- 동일한 펌핑 엘리먼트의 상사점에 대해 미터링 솔레노이드 밸브의 작동 또는 개방 개시 순간의 타이밍, 즉 미터링 솔레노이드 밸브의 하류의 감압;
- 미터링 솔레노이드 밸브의 통로;
- 다른 펌핑 엘리먼트와 따른 미터링 솔레노이드 밸브 작동의 상호 작동에 의해, 흡입 밸브가 고려되는 펌핑 엘리먼트와 동시에 개방되는 것;
- 미터링 솔레노이드 밸브의 출구와 펌핑 엘리먼트의 흡입 밸브 사이에 포함된 체적;
- 저압 펌프의 방출 헤드; 및, 또는
- 미터링 솔레노이드 밸브와 평행하게 위치된 압력 조절기에 의해 조절된 압력에 의해 크게 영향을 받는다
주어진 펌핑 엘리먼트의 상사점에 대해 명령된 미터링 솔레노이드 밸브의 타이밍과 관련하여, 미터링 솔레노이드 밸브 활성의 지속시간을 고정시키고, 펌핑 엘리먼트의 충전계수를 펌핑 엘리먼트가 동일한 솔레노이드 밸브에 의해 "보여진(seen)" 최대 감압에 대응하는 하사점에 있는 경우 솔레노이드 밸브의 개방이 일어나는 경우에 있어서 더 큰 값으로 가정한다. 이 경우에 있어서, 동일한 솔레노이드 밸브의 입구와 출구 사이의 압력차에 비례할 때, 미터링 솔레노이드 밸브에 의해 공급된 연료의 순간 유량은 최대가 될 것이며, 이에 의해 도입된 연료의 체적은 최대가 될 것이다.
반대로, 다중 펌핑 엘리먼트를 구비한 펌프의 경우에 있어서, 미터링 솔레노이드 밸브의 개방하는 순간에 흡입 밸브의 모두가 폐쇄된디면(예를 들면, 또한 각각의 스프링의 부정확한 설정에 의한) 충전계수는 최소가 것이며, 이에 의해 미터링 솔레노이드 밸브를 통과하는 유량을 원조하도록 감압은 없을 것이다. 종합적으로 또는 전체적으로, 전술한 조건이 발생하는 경우 다른 펌핑 엘리먼트의 하나 또는 그 이상의 흡입 밸브가 동시에 개방되면, 펌프의 충전계수는 최대이며, 이에 의해 미터링 밸브로부터의 출력에서 "보여진(seen)" 감압은 최대이다.
제어 유닛이 디지털 동기화 신호를 생성시키도록 엔지 구동 샤프트에 의해 지탱된 유성 휠(a phonic wheel)로부터의 동기화 또는 타이밍 신호를 수신하기 때문에, 이들은 엔진 구동 샤프트의 물리적 위치에 의해 공급된 신호에 대해 극소이긴 하지만 항상 에러를 갖는다. 또한, 이 동기화 에러는 지수로써 주기적 수를 생성하는 펌핑 엘리먼트의 개수의 경우에 있어서 펌프 사이클 분할 계산에서의 반올림 에러로부터 유래될 수 있다.
이들 경우에 있어서, 에러는 펌프 사이클에 대해 제어 유닛의 신호의 순방향 또는 역방향 어긋남 또는 스크롤링을 생성한다. 따라서, 어떤 타이밍 및 동기화는 펌핑 엘리먼트의 송출 동안 미터링 솔레노이드 밸브를 작동시키기 위해 선택되며, 잠시 후에, 이들 송출은 잘못된 타이밍을 가지며, 비교적 긴 기간을 갖는 공동 레일내에 상당한 압력 진동을 생성시킨다.
특히, 유성 휠에 관한 판독을 더욱 정밀하게 하고, 미터링 솔레노이드 밸브 자체의 작동 주파수를 계산하기 위한 알고리즘을 더욱 정확하게 하는 것은 각각의 펌핑 엘리먼트의 상사점에 관한 미티렁 솔레노이드 밸브를 작동시키기 위한 제어 신호의 어긋남을 더 늦추고, 그 결과로서 유도된 압력 진동의 기간이 더 길게 될 것이다.
본 발명의 목적은 공지된 기술의 결함을 제거하는 방식으로 흡입이 조절되는 고압 펌프를 포함하는 연료분사 시스템을 구체화하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이 목적은 청구항 1에 가재된 바와 같은 가변 유량 고압 펌프를 포함하는 내연기관용 연료분사 시스템에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 유성 휠에 관한 판독을 더욱 정밀하게 하고, 미터링 솔레노이드 밸브 자체의 작동 주파수를 계산하기 위한 알고리즘을 더욱 정확하게 하여 각각의 펌핑 엘리먼트의 상사점에 관한 미티렁 솔레노이드 밸브를 작동시키기 위한 제어 신호의 어긋남을 더 늦출 수 있다.
본 발명의 더욱 나은 이해를 위해, 바람직한 실시예는 예시적 방식으로 첨부한 도면을 참조하여 기술될 것이다.
도 1을 참조하면, 참조부호 "1"은 예를 들면 4-행정 디젤 사이클의 내연기관(2)용 연료분사 시스템을 나타낸다. 엔진(2)은 예를 들면 대응하는 피스톤(도시되지 않음)과 함께 가동되며 엔진 구동 샤프트(4)를 회전시키도록 작동될 수 있는 4 실린더의 복수의 실린더(3)를 포함한다. 분사 시스템(1)은 실린더와 조합되고 고압 연료를 실린더내로 분사시킬 수 있는 복수의 전자제어 인젝터(5)를 포함한다. 인젝터(5)는 모든 인젝터(5)가 연결되는 공동 레일(6)에 의해 형성된 가압 연료의 축적 체적에 연결되어 있다.
공동 레일(6)에는 참조부호 "7"로 나타낸 고압 펌프에 의해 송출 라인(8)을 통해 고압 연료가 공급된다. 차례로, 고압 펌프에는 펌프(7)의 흡입 라인(10)을 통해 예를 들면 모터-구동 펌프(9)의 저압 펌프에 의해 공급된다. 모터-구동 펌프(9)는 연료 탱크(11)내에 위치되어, 분사 시스템(1)으로부터의 과잉 연료를 방출하는 방출 라인(12)에 연결되어 있다. 또한, 공동 레일(6)에는 방출 라인(12)과 연통하는 방출 솔레노이드 밸브(15)가 채용되어 있다. 각각의 인젝터(5)는 최소값과 최대값 사이에서 변화가능한 연료량을 엔진(2)의 마이크로프로세서 제어 유닛으로 구성될 수 있는 전자제어 유닛(16)의 제어하에서 대응하는 실린더(3)내로 분사할 수 있다.
제어 유닛(16)은 악셀레이터 페달의 위치 및 엔진 구동 샤프트(4)의 회전수와 같은 엔진(2)의 작동 조건을 표시하는 신호, 즉 대응하는 센서(도시되지 않음)에 의해 생성된 신호 뿐만 아니라 압력 센서(17)에 의해 검출된 공동 레일(6)내의 연료 압력을 수신할 수 있다. 특히, 엔진 구동 샤프트(4)의 회전수는 엔진 구동 샤프트(4)상에 끼워맞춤된 유성 휠(35)의 각도 위치를 검지하는 것이 가능한 공지의 센서(34)에 의해 검출된다.
제어 유닛(16)은 수신된 신호를 특정 프로그램으로 처리하고, 개개의 인젝터(5) 활성의 순간 및 지속시간을 제어한다. 부가적으로, 제어 유닛(16)은 방출 솔레노이드 밸브(15)의 개방 및 폐쇄를 제어한다. 따라서, 방출 라인(12)은 인젝 터(5)로부터의 방출 연료 및 솔레노이드 밸브(15)에 의해 방출된 공동 레일(6)내의 어떠한 과잉 연료 뿐만 아니라 펌프(7)의 집수정(sump)으로부터 비롯되는 냉각 및 윤활 연료를 연료 탱크(11)로 이송한다.
도 1의 실시예에 따르면, 고압 펌프(1)는 레이디얼 형태이며, 흡입 행정 및 압축 행정에 의해 형성된 왕복 이동으로 모빌 피스톤(21)을 슬라이드시키는 압축 챔버(20)를 갖는 실린더(19)에 의해 각각 형성된 3개의 펌핑 엘리먼트(18)를 포함한다. 각각의 압축 챔버(20)는 대응 흡입 밸브(25)와 대응 방출 밸브(30)를 구비한다. 밸브(25, 30)는 볼 형태일 수 있으며, 각각의 리턴 스프링과 끼워맞춤 된다. 3개의 흡입 밸브(25)는 공동 흡입 라인(10)과 차례로 연통하는 내부 라인(28)을 통해 서로 연통된다. 3개의 송출 밸브(30)는 공동 송출 라인(8)과 차례로 연통하는 다른 내부 라인(29)을 통해 서로 연통된다.
특히, 3개의 펌핑 엘리먼트(18)는 서로 120°로 반경방향으로 배열되며, 피스톤(21)은 펌프(7)의 구동 샤프트(23)상에 지탱된 캠(22)에 의해 구동되며, 왕복 120°위상 시프트로 작동된다. 캠(22) 및 펌프(7)의 다른 구동 엘리먼트는 집수정(33)내에 내장된다. 샤프트(23)는 0.5 변속 비율로 동작 변속 장치(26)를 통해 엔진 구동 샤프트(4)에 연결된다. 따라서, 샤프트(23)의 1회전 동안, 캠(22)은 3개의 피스톤(21)의 흡입 및 압축 행정을 포함하는 1 펌프 사이클을 제어하며, 인젝터(5)의 4개의 분사가 엔진(2)의 각각의 실린더(3)내에서 발생하는 동안 엔진(2)의 구동 샤프트(4)는 2 회전을 실행한다.
연료 탱크(11)에 있어서, 연료는 대기압에 있다. 사용시에, 모터-구동 펌 프(9)는 예를 들면 2-3 bar의 저압으로 연료를 압축한다. 차례로, 고압 펌프(7)는 3개의 펌핑 엘리먼트(18)로 공동인 흡입 라인(10)으로부터 수용된 연료를 예를 들면 1600-1800 bar의 고압 연료로 압축하여, 3개의 펌핑 엘리먼트(18)에 공동인 송출 라인(8)을 통해 가압 연료의 공동 레일(6)로 보낸다.
엔진(2)의 작동 조건이 적은 연료를 요구하는 경우, 펌프(7)의 유량을 감소시키기 위해, 이 유량은 흡입 라인(10)상에 위치된 온-오프 형태의 미터링 솔레노이드 밸브(27)를 포함하는 스로틀 장치(31)에 의해 제어된다. 솔레노이드 밸브(27)의 출구는 공동 라인(10)의 세그먼트(10')를 형성하며, 이 세그먼트(10')는 흡입 밸브(25)의 3개의 내부 라인(28)과 연통한다. 솔레노이드 밸브(27)는 인젝터(5)에 의해 취해진 연료량과 공동 레일(6)내의 이 연료의 압력에 대응하여 제어하는 전자제어 유닛(16)에 의한 엔진(2)의 작동 조건에 기초하여 제어된다.
또한, 스로틀 장치(31)는 솔레노이드 밸브(27)의 상류에 위치된 압력 조절기(32)를 포함한다. 압력 조절기(32)는 솔레노이드 밸브(27)의 공급 압력을 일정 레벨로 유지할 수 있으며, 라인(10)내의 과잉 연료를 집수정(33)으로 보내어 그의 메카니즘을 윤활한다. 그 후, 연료는 방출 라인(12)을 통해 집수정(33)으로부터 방출된다.
제어 유닛(16)은 듀티 사이클(duty-cycle)이 조절되는(PWM 펄스 폭 변조) 일정-주파수 신호 또는 이들 신호 사이의 간격(interval)이 또한 변화되는 신호의 지속시간을 통해 솔레노이드 밸브(27)를 제어할 수 있다. 명백히, 신호 주파수와 관련 듀티 사이클 양쪽을 조절하는 것에 의해 솔레노이드 밸브(27)를 제어하는 것이 가능하다.
솔레노이드 밸브(27)의 제어는 관련 피스톤(21)의 흡입 행정의 가변 부분에 대해 각각의 흡입 밸브(25)를 통한 흡입 초킹(intake choking)을 규정한다. 초킹은 흡입의 개시 및/또는 종료를 변화시키는 것에 의해 달성될 수 있다. 실시예에 있어서, 솔레노이드 밸브(27)는 각 피스톤(21)의 각각의 흡입 행정 동안 펌핑 엘리먼트의 활성 주파수 및 펌프(7)의 샤프트(23) 회전의 3배 주파수와 동기적으로 작동된다. 결국, 제어 유닛(16)은 유성 휠(35)의 센서(34)에 의해 방출된 동기화 신호를 수신하며, 주파수 및/또는 듀티 사이클 조절 제어 신호를 방출한다. 이들 신호는 천분의 2 지속시간을 가질 수 있으며, 듀티 사이클은 2% 내지 95%로 변화될 수 있다.
특히, 제어 유닛(16)에 의해 규정된 타이밍 신호는 펌프(7)의 샤프트(23)의 위치를 정확하게 재생하는 것은 거의 불가능하다는 것을 인식하여야 한다. 부정확한 이유 중의 하나는 타이밍 신호는 디지털이고, 센서(34)에 의해 규정된 타이밍 신호가 엔진 구동 샤프트(4)상의 유성 휠(35)의 아날로그 위치로부터 얻어지는 것에 의한 것이다.
부정확한 이유의 다른 하나는 유성 휠(35)의 회전에 포함된 타이밍 신호의 개수가 3개로 분할되어 얻어질 수 있기 때문이다. 사실, 이 분할의 지수는 예를 들면 분할이 주기적 수로 구성되는 경우 제어 유닛(16)에 의해 반올림 또는 절사될 필요가 있다. 제어 유닛(16)의 부정확 또는 에러는 공급되는 펌핑 엘리먼트가 상사점(top dead centre)에 있다고 가정될 때 순간적으로 솔레노이드 벨브(27)를 개 방하기 위한 개시 순간의 어떤 순방향 또는 역방향 어긋남을 생성시킨다.
제어 유닛(16)의 타이밍에 의해 유도된 어긋남은 불규칙적이지만 실질적으로 펌프(7)의 유동에서의 주기적인 진동을 일으킨다는 것을 실험적으로 관찰하였다. 이 진동은 도 3의 그래프의 곡선 "G"의 시간 함수로써 도시되어 있다. 이 곡선은 5000 rpm으로 주행하며 공동 레일의 압력이 1200 bar로 설정되어 있는 엔진(2)에서 실험적으로 얻어진다. 도 3으로부터, 시간은 가로축상에 "sec"로 나타나 있으며, 공동 레일(6)내의 연료 압력은 세로축상에 "bar"로 나타나 있다. 펌프(7)의 샤프트(23)가 2500 rpm으로 회전하며, 곡선 "G"에서의 파장 주기는 약 15 sec이며, 샤프트(23)의 약 600 회전을 포함하며, 따라서 약 1800 펌핑 작동을 한다. 전술한 바와 같이, 상기 속도에서는 상기 어긋남은 낮으며, 이 진동의 지속시간은 더 클 것이다.
본 발명에 따르면, 제어 유닛(16)은 유성 휠(35)에 의해 제공된 타이밍에서 1과는 다른 곱인자(multiplication factor) "K"를 도입하는 방식으로 프로그램되어 있다. 그 결과, 제어 유닛(16)은 이 "K" 인자에 의해 곱해진 펌핑 작동과 동일한 주파수로 솔레노이드밸브(27)를 제어한다. 이점으로, 이 "K" 인자는 0.90 내지 1.10 사이일 수 있다. 바람직하게는, "K" 인자는 1보다 0.01 이상 또는 이하 만큼 값으로 있도록 선택될 수 있다.
도 3에 있어서, 파선으로 도시된 곡선 "A"는 "K" 인자가 0.95인 경우의 공동 레일(6)내의 압력 진동을 나타내며, 점선으로 도시된 곡선 "B"는 "K" 인자가 1.05인 경우의 공동 레일(6)내의 압력 진동을 나타낸다. 압력 진동이 솔레노이드 밸 브(27)가 펌핑 엘리먼트의 행정과 동기적인 작동을 하는 경우의 압력 진동 보다 짧은 주기를 가져야 하고, 더 작은 진폭을 가져야 하는 것이 명확하다. 곡선 "A" 및 "B"에서의 압력 진동 주기는 0.1 내지 1.5 sec 사이이며, 압력 진동의 진폭은 10 내지 30 bar 사이이며, 펌프(7)의 유동을 제어하는 목적에 영향이 없다.
각 곡선 "A" 및 "B"의 최대와 최소 사이의 차이는 펌핑 엘리먼트(18)의 위상의 서로다른 조건 하에서 솔레노이드 밸브(27)가 순간적으로 폐쇄되는 것 때문이다. 특히, 솔레노이드 밸브(27)가 2개의 흡입 밸브(25)가 동시에 개방되는 모멘트에서 개방될 때 최대가 된다. 이 모멘트에서, 펌프(7)의 "글로벌" 충전계수가 가장 높다. 이 경우에 있어서, 솔레노이드 밸브(27)의 입구와 출구 사이의 감압이 가장 높으며, 따라서 흡인된 유량이 가장 크다. 대신에, 곡선 "A" 및 "B"의 최소는 솔레노이드 밸브(27)가 하나의 흡입 밸브(25)만이 개방되는 모멘트에서 개방될 때 발생한다. 따라서, 솔레노이드 밸브(27)의 입구와 출구 사이의 감압은 최소이다.
"K" 인자를 도입하는 목적은 솔레노이드 밸브(27)의 활성을 개시시키기 위한 제어 신호와 관련 펌핑 엘리먼트(18)가 상사점에 있는 순간 사이에서 어긋남이 발생하는 속도는 펌프(7)의 "글로벌" 충전계수가 곡선 "G"의 최대와 최소 압력의 조건에 대해 가능한한 최소에서 최대로 회전하는 연속적인 가정값 보다 더 많은 또는 더 적은 일정값으로 유지되도록 하는 것을 보장하기 위한 것이다.
솔레노이드 밸브(27)는 연료가 펌프(7)에 의해 고압으로 압축되기 전에 계량될 수 있도록 비교적 작은 유효 통로를 갖는다. 이점으로, 솔레노이드 밸브(27)의 통로는 또한 펌핑 엘리먼트의 흡입 행정 주기의 크기를 가질 수 있는 소정시간 간격, 다중 사전설정 시간 유닛 동안의 평균 유량을 생성시킬 수 있다.
도 2의 실시예에 있어서, 공동 캠에 의해 구동되는 2개의 대향 펌핑 엘리먼트(18)가 설치되어 있다. 도 1의 실시예에 대응하는 부분에는 동일 참조부호로 나타내며, 상세하게 설명하지 않는다. 솔레노이드 밸브(27)는 2개의 펌핑 엘리먼트(18)에 연결되며, 흡입 라인(10)을 통해 펌프(7)에 보내진 연료는 흡입 행정을 실행하는 펌핑 엘리먼트(18)의 조합된 흡입 밸브(25)를 통해 각각의 시간으로 흡인된다. 압축 위상에 있을 때, 다른 펌핑 엘리먼트(18)의 흡입 밸브(25)는 정상적으로 폐쇄된다.
그러나, 도 1에 도시된 3개의 펌핑 엘리먼트를 구비한 펌프에서와 같이, 유량 초킹의 경우에 있어서, 흡입 밸브(25)가 동시에 개방되는 경우가 생길 수 있다. 사실, 펌핑 엘리먼트(18)의 압축 위상에 있어서, 펌프가 초킹 조건에서 가동될 때 상당한 기상 분류(vapour fraction)가 있다. 따라서, 각각의 흡입 밸브(25)는 또한 라인(28)내에 함유된 연료에 의해 밸브상에 부여된 압력 효과에 의해 개방을 유지한다.
또한, 2개의 펌핑 엘리먼트(18)를 구비한 펌프(7)의 경우에 있어서, 솔레노이드 밸브(27)는 펌핑 엘리먼트(18)의 흡입 행정와 동기적인 방식으로 제어되며, 펌프의 "글로벌" 충전계수는 솔레노이드 밸브(27)의 개방과 각각의 펌핑 엘리먼트(18)가 상사점에 있는 순간 사이의 위상 시프트에 의해 강하게 영향을 받는다. 예를 들면, "글로벌" 충전계수는 솔레노이드 밸브(270가 양 흡입 밸브(25)가 동시 에 개방될 때 개방되는 경우 가장 높아질 수 있다. 대신에, 이 충전계수는 개방이 방출 위상에서의 펌핑 엘리먼트(18)에 대응하여 작동될 때(그 결과 흡입 밸브(25)가 폐쇄될 때) 가장 낮으며, 다른 펌핑 엘리먼트(18)는 흡입 밸브(25)의 스프링 저항이 가장 크고 펌핑 엘리먼트(18)에 의해 생성된 감압이 가장 늦은(또는 흡인의 시작에서) 조건하에 있다.
전술한 바와 같이, 공지된 기술에 관해 변화된 본 발명에 따라 작동되는 연료 흡인에 대한 미터링 솔레노이드 밸브(27)를 갖는 분사 시스템의 이점은 명백하다. 특히, 유량 계량은 펌핑 엘리먼트(18) 보다 저압의 연료상의 솔레노이드 밸브(27)에 의해 달성될 수 있다. 솔레노이드 밸브(27)의 제어는 펌핑 엘리먼트(18)의 흡입 행정와 완전하게 동기하지 않지만, 미터링 솔레노이드 밸브(27)의 작동 개시를 위한 명령 순간과 펌핑 엘리먼트(18)가 상사점에 있는 순간 사이의 늦은 어긋남에 의해 공동 레일(6)내의 압력 진동을 피하는 것이 가능하다. 이 어긋남은 유성 휠(35)의 신호와 제어 유닛(16)에 의해 계산되거나 또는 생산된 타이밍 사이의 불가피한 동기화 에러에 의해 생산될 수 있다.
전술한 고압 펌프를 구비한 분사 시스템은 청구범위의 기술사상으로부터 일탈없이 다양한 변형 및 변경이 가능하다는 것을 이해할 것이다. 예를 들면, 솔레노이드 밸브(27)가 펌프(7)의 사이클과 동기적으로 작동되고, 펌프가 3개의 펌핑 엘리먼트를 구비하는 경우에 있어서, 솔레노이드 밸브(27)는 3개의 흡입 행정에 한번씩 또는 펌프(7)의 샤프트(23)의 1회전당 작동한다. 어긋남을 피하기 위해 솔레노이드 밸브(27)를 작동시키는 너무 느린 주파수는 샤프트(23)의 회전 주파수에 곱 해진 "K" 인자에 의해 주어져야 한다. 이 경우에 있어서, "K" 인자는 0.90 내지 1.10 사이이며, 1보다 적어도 0.01 이상 또는 이하 만큼 값으로 있도록 선택되어야 한다.
또한, 솔레노이드 밸브(27)가 각 펌핑 엘리먼트(18)의 흡입 행정이 발생하는 다중 주파수와 같은 주파수 또는 다중 펌프(7)의 사이클 주파수로 작동되는 경우에도 적용가능하다. 그 후 "K" 인자가 도입되며, 이 "K" 인자에 의해 솔레노이드 밸브(27)의 작동 주파수를 곱하는 것에 의해 늦은 어긋남을 피하는 것이 가능하며, 따라서 공동 레일내의 넓은 압력 진동이 가능하다. 더욱이, 솔레노이드 밸브(27)는 각 펌핑 엘리먼트(18)의 흡입 행정의 주파수의 약수배(submultiple)와 같은 주파수 또는 펌프(7)의 사이클 주파수의 약수배와 같은 주파수로 작동될 수 있다. 이들 경우에 있어서, "K" 인자의 값은 0.90 내지 1.10 사이이며, 1보다 적어도 0.01 이상 또는 이하 만큼 값으로 있도록 선택된다.
마지막으로, 유성 휠(35)은 샤프트(23)상에 직접 위치될 수 있으며, 또는 동작 변속 장치(26)는 제거될 수 있으며, 고압 펌프(7)의 샤프트(23)는 엔진 구동 샤프트(4)에 독립적인 속도로 작동된다. 공동 레일(6)의 연료 방출 솔레노이드 밸브(15)도 제거될 수 있다.
도 1은 고압 펌프의 제 1 형태를 구비한 연료분사 시스템의 다이어그램,
도 2는 고압 펌프의 다른 형태를 구비한 연료분사 시스템의 다이어그램 및
도 3은 본 발명에 따라 조절된 펌프에서의 연료분사 시스템의 작동 그래프이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 연료분사 시스템 2 : 내연기관
3 : 실린더 4 : 엔진 구동 샤프트
5 : 인젝터 6 : 공동 레일
7 : 고압 펌프 8 : 송출 라인
9 : 모터 구동 펌프 10 : 흡입 라인
11 : 연료 탱크 12 : 방출 라인
15 : 솔레노이드 밸브 16 : 전자제어유닛

Claims (15)

  1. 흡입 및 방출 행정을 수행하는 하나 이상의 펌핑 엘리먼트(18)를 갖고, 상기 펌핑 엘리먼트(18)는 흡입 라인(10)과 연통하는 흡입 밸브(25) 및 송출 라인(8)과 연통하는 송출 밸브(30)가 설치된 가변 유량 고압 펌프(7),
    상기 펌핑 엘리먼트(18)에 공급된 연료량을 계량하고, 상기 흡입 라인(10)상에 배치된 미터링 솔레노이드 밸브(27)를 포함하는 스로틀 장치(31) 및
    엔진(2)의 작동 조건에 기초한 상기 펌핑 엘리먼트(18)의 흡입 행정 동안 상기 솔레노이드 밸브(27)를 제어하는 제어 유닛(16)을 포함하는 내연기관(2)용 연료분사 시스템에 있어서,
    상기 제어 유닛(16)은 1 이외의 0.90와 1.10 사이의 인자 "K"로 곱해진 상기 펌핑 엘리먼트(18)의 작동 주파수의 배수 또는 약수배와 같은 주파수로 상기 솔레노이드 밸브(27)를 작동시키게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료분사 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 인자 "K"는 1보다 적어도 0.01 이상 크거나 작은 것을 특징으로 하는 연료분사 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 고압 펌프(7)는 펌프 사이클 동안 연속적으로 작동되는 2 또는 그 이상의 펌핑 엘리먼트(18)를 포함하며,
    상기 펌프(7)는 미리설정된 펌프 주파수로 작동되며,
    상기 솔레노이드 밸브(27)는 "K"로 곱해진 펌프(7)의 주파수의 배수 또는 약수배와 같은 주파수로 펌핑 엘리먼트(18)의 흡입 행정 동안에 작동되는 것을 특징으로 하는 연료분사 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 주파수의 정수의 배수는 1인 것을 특징으로 하는 연료분사 시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 고압 펌프(7)는 상기 엔진(2)의 구동 샤프트(4)와 동기화된 회전 샤프트(23)에 의해 반대 위상에서 작동되는 2개의 펌핑 엘리먼트(18)를 포함하며,
    상기 흡입 라인(10)은 상기 펌핑 엘리먼트(18)와 공통하고 있으며, 상기 솔레노이드 밸브(27)는 상기 흡입 라인(10)에 위치되는 것을 특징으로 하는 연료분사 시스템.
  8. 삭제
  9. 제 4 항에 있어서,
    상기 고압 펌프(7)는 상기 엔진(2)의 구동 샤프트(4)와 동기화된 회전 샤프트(23)에 의해 서로 120°위상 시프트로 작동되는 3개의 펌핑 엘리먼트(18)를 포함하고,
    상기 흡입 라인(10)은 상기 펌프 엘리먼트(18)와 공통하고 있으며, 상기 솔레노이드 밸브(27)는 흡입 라인(10)상에 위치되는 것을 특징으로 하는 연료분사 시스템.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어 유닛(16)은 고압 연료의 축적 체적(16)내의 대응 압력 센서(17)에 의해 검출되는 연료 압력에 기초하여 상기 솔레노이드 밸브(27)를 제어하는 것을 특징으로 하는 연료분사 시스템.
  11. 삭제
  12. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어 유닛(16)은 일정 지속시간을 가지고 가변 주파수로 방출된 제어 신호를 통해 상기 솔레노이드 밸브(27)를 제어할 수 있고, 상기 제어 신호의 지속시간은 천분의 2인 것을 특징으로 하는 연료분사 시스템.
  13. 삭제
  14. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어 유닛(16)은 상기 펌프의 회전 속도에 상관된 주파수와 2% 에서 95%까지 변화되는 듀티 사이클을 구비한 제어 신호를 통해 상기 솔레노이드 밸브(27)를 제어하는 것을 특징으로 하는 연료분사 시스템.
  15. 제 4 항에 있어서,
    상기 고압 펌프(7)는 펌프 구동 메커니즘이 내장된 집수정(33)을 포함하며,
    상기 스로틀 장치(31)는 상기 미터링 솔레노이드 밸브(27)에 평행하게 위치되는 상기 솔레노이드 밸브(27)의 상류 압력을 일정하게 유지하고 상기 펌프 구동 메카니즘을 냉각 및 윤활하도록 상기 집수정(33)으로 과잉 연료를 보내는 압력 조절기(32)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료분사 시스템.
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