KR101046825B1 - 연료 측정 시스템을 모니터링하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료 측정 시스템을 모니터링하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이며, 연료는 저압 영역으로부터 고압 영역으로 이송된다. 고압 영역 내의 압력은 측정된다. 고압 영역 내의 압력 변동에 의해 에러가 검출된다. 압력 감소 곡선의 형태에 의해, 에러의 유형이 검출된다. 시간에 대한 압력 변수의 변동은 쌍곡선 함수와 같은 함수에 의해서 근접된다. 함수를 특성화하는 변수에 의해서, 에러의 유형이 검출된다.
연료 측정 시스템, 압력 변동, 에러 유형, 쌍곡선 함수, 압력 변수

Description

연료 측정 시스템을 모니터링하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR MONITORING A FUEL METERING SYSTEM}
본 발명은 독립항의 전제부에 따른 연료 측정 시스템을 모니터링하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
DE 195 20 300호 명세서에는 엔진, 특히 자연 착화식 엔진의 경우 연료 공급 시스템 내의 누설을 검출하기 위한 장치가 공지되어 있다. 상기 문서에 설명된 장치의 경우 저압 하에 있는 적어도 하나의 연료 펌프에 의해 연료는 연료 탱크로부터 소위 고압 영역으로 이송된다. 고압 영역으로부터 연료는, 일반적으로 인젝터로서 표현되는 분사 밸브들에 의해 엔진의 개별 연소실에 이른다. 일반적으로 고압 영역 내의 압력은 압력 센서에 의해서 측정된다. 상기 압력 센서는 일반적으로 고압 영역 내의 압력을 조정 또는 조절하기 위해 사용된다. 종래 기술에서 압력은, 압력 변동이 측정되어 예상되는 압력 변동과 비교됨으로써 평가된다. 예상되는 압력 변동과 실제 압력 변동 사이에 편차가 있을 경우, 장치는 누설을 검출한다.
이러한 유형의 에러 모니터링의 경우, 누설이 발생하는지 또는 누설이 없는지만 검출되는 단점이 있다.
본 발명에 따르면, 에러마다 상이한 압력 변동이 검출된다. 특히, 유동의 유형에 따라서 누설을 구분하여 검출하는 것이 가능하다. 이 경우 특히 층류 유동과 난류 유동이 구별된다. 또한 압력에 따른 누설 확장 또는 누설 수축도 가능하다. 즉, 압력에 따라 누설 개구의 횡단면적이 변한다. 따라서 압력 감소 곡선의 형태로부터 누설 유형을 검출할 수 있다. 특정 누설시 발생하거나 상이한 부품들의 결함시에 발생하는 사전 설정된 압력 변동들과, 측정된 압력 변동을 연관시킴으로써, 에러 유형 및 그에 따른 결함이 있는 부품들을 신뢰성 있게 특정할 수 있다. 즉, 압력의 변동으로부터 에러의 유형 및 그에 따른 결함이 있는 부품들이 신뢰성 있게 검출될 수 있다. 특히 이러한 방식은 누설 검출의 신뢰성을 상당히 향상시킨다. 종래의 방식에서는 편차가 있는 모든 경우에 누설이 검출된다. 본 발명에 따르면, 누설에 기인하지 않은 것이지만, 종래 기술에서는 누설로서 식별되었었던 특정의 압력 변동을 확실히 검출할 수 있다. 따라서 부품들의 교체와 같은 불필요한 에러 대응 작업들이 방지될 수 있다.
시간에 대한 압력 변수의 변동을 함수를 통해 근사시키는 것이 특히 바람직하다. 압력 변동을 이렇게 근사시키면, 함수를 특성화하는 적어도 하나 또는 복수의 변수들을 얻을 수 있다. 이는 압력 변동을 가장 비슷하게 근사시키는, 특성화 변수들을 검출할 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 특성화 변수들로부터, 에러의 유형 및 결함이 있는 부품들이 검출된다.
도1은 연료 측정 시스템의 실질적 요소들을 블록도로서 도시한 도면이다.
도2는 본 발명에 따른 방법을 도시한 도면이다.
도3은 시간에 따른 다양한 압력 변동들을 도시한 그래프이다.
도1에는 특히 디젤 엔진의 연료 측정 시스템의 실질적 요소들이 도시되어 있다. 도면부호 100은 엔진을 나타낸다. 엔진에는, 제1 인젝터(110) 및 제2 인젝터(120)에 의해서 연료가 공급된다. 인젝터들(110, 120)은 연료 라인들을 통해서 레일(130)에 연결된다. 레일에는 적어도 하나의 센서(140)가 배치되며, 이는 고압 영역 내의 압력을 특성화하는 압력 변수(p)를 생성한다.
압력 변수는 이하에서 레일 압력으로도 표현된다. 센서(140)의 출력 신호 대신에, 레일 압력을 특성화하는 다른 변수들도 분석될 수 있다.
레일(130)은 고압 펌프(150)로부터 연료를 공급받는다. 고압 펌프에는 조절 요소(160)가 할당되며, 이에 의해, 고압 펌프(150)로부터 이송된 연료의 양 및 레일 압력이 제어될 수 있다. 상기 조절 요소(160) 및 인젝터들(110, 120)은 제어 유닛(170)으로부터 제어 신호들을 받는다. 제어 유닛은 센서(140)의 출력 신호(p)도 처리한다. 일반적으로 레일과, 고압 펌프(150)와 인젝터들 사이의 라인이 고압 영역으로 지칭되고, 고압 펌프의 상류측 영역은 저압 영역으로 지칭된다.
도시된 실시예의 경우, 2개의 인젝터들만이 도시된다. 상기 방법은 임의의 수의 인젝터들에도 적용될 수 있다. 도시를 간단히 하기 위해, 2개의 인젝터들만이 도시된다. 다른 조절 요소들도 제공될 수 있다. 특히, 레일 압력을 제어할 수 있는 추가의 조절 요소가 제공될 수 있다. 이러한 조절 요소는 예컨대 고압 영역을 저압 영역에 연결하는 솔레노이드 밸브로서 형성된다. 또한 제어 유닛은 추가의 센서들의 신호들을 평가하거나, 엔진(100)을 제어하기 위한 추가의 조절 요소들을 제어한다. 또한 상기 방법은 하나의 레일을 갖는 시스템에 국한되지 않는다. 이는 복수의 레일들을 갖는 시스템들 또는, 레일이 없는 시스템들에도 사용될 수 있다. 레일 압력 대신에, 레일 압력에 상응하는 변수가 평가된다.
고압 펌프(150)는, 특히 탱크를 포함하는 저압 영역으로부터, 특히 레일(130)을 포함하는 고압 영역으로 연료를 이송한다. 이송된 연료의 양 및 레일 압력은 제1 조절 요소(160)에 의해서 조정될 수 있다. 이는 바람직하게, 제어 유닛(170)의 부품인 조절부에 의해서 실행된다. 이를 위해 제어 유닛(170)은 센서(140)를 통해서 나오는 레일 압력(p)을 측정해서 이를 설정값과 비교하며, 설정값과 실제값 사이의 편차에 따라 조절 요소(160)를 제어한다. 고압 영역으로부터 연료는 인젝터들(110 또는 120)을 통해서 엔진에 이른다. 인젝터들은 실질적으로, 솔레노이드 밸브 또는 압전 액추에이터로서 형성될 수 있는 액추에이터를 포함한다. 제어 유닛(170)은, 사전 설정된 시점(時點) 또는 사전 설정된 크랭크 샤프트의 각위치에서, 연료가 사전 설정된 양으로 엔진에 공급되도록 하는 신호들을 인젝터들(110 또는 120)에 보낸다.
이와 같은 시스템의 경우 여러 에러들이 발생할 수 있다. 따라서 고압 영역 내에 누설이 발생하는 경우, 즉, 연료가 고압 영역으로부터 저압 영역으로 또는 주변에 이르는 누설이 발생하는 경우가 생길 수 있다. 또한 인젝터들을 통해서 증가된 연료량이 엔진에 이르는 경우가 발생할 수 있다. 이와 같은 에러는 확실히 검출되어야 한다. 일반적으로 이러한 에러는 검출되어 운전자에게 신호 전달되거나, 제어 유닛 내에 저장되었다가 정비 시에 판독된다. 이러한 에러가 발생하면, 정비 시 상기 에러는 복잡한 방법으로 조사되어야 한다. 본 발명에 따라 시스템의 특정 부품들의 에러를 압력 변동에 연관시킬 수 있음을 알게 되었다. 특히 상이한 부품들의 누설시 상이한 압력 변동들이 발생하는 것이 검출된다.
본 발명에 따라, 압력 변동이 분석되고, 미리 저장된 상이한 압력 변동들과 비교된다. 상기 비교에 의해 한편으로 누설이 확실히 검출되며, 다른 한편으로 상기 누설이 특정의 부품들의 것임을 알 수 있다.
도2에는 본 발명에 따른 방법이 상세하게 흐름도로서 도시된다. 제1 단계(200)에서는, 테스트가 가능한 작동 상태가 제공되는지 여부가 조사된다. 대답이 "아니오"이면, 소정의 대기 시간이 지난 후에 질의(200)가 실행된다. 질의(200)에 의해 테스트가 가능하다고 검출되면, 단계(210)에서는 테스트를 위해 필요한, 목표의 조건들이 의도한 대로 실행된다. 단계(210)에서는 고압 영역에 테스트 압력이 인가된다. 또한, 레일 압력을 조절하기 위한 조절 요소, 특히 조절 요소(160)의 제어 및 인젝터들(110, 120)의 제어에 의해, 추가의 연료가 레일로 이송되거나 레일로부터 배출되지 않도록 보장된다. 추가의 조절기가 제공되는 경우에는, 이들도 마찬가지로 상응하는 방식으로 제어되어야 한다. 단계(220)에서는, 압력 변동이 시간 또는 크랭크 샤프트의 회전에 대해 기록된다. 이어서, 단계(230)에서는 압력 감소 곡선의 지수가 검출된다. 본 발명에 의해, 누설시, 압력-의존 누설 유량 및 압력 변화율은 압력에 대한 멱함수(power function)를 따르는 것이 알려졌다. 이에 상응하게, 누설 시, 시간 또는 크랭크 샤프트의 각위치에 대한 압력 감소는 지수를 갖는 쌍곡선 함수를 근사하게 따른다. 압력-의존 누설 갭 확장 또는 수축이 없는 층류 유동의 특수한 경우에는, 시간에 대한 압력 감소는 지수 함수를 근사하게 따른다.
이는 다양한 압력값들이 다양한 시점들, 또는 크랭크 샤프트 또는 캠 샤프트의 다양한 각위치들에서 측정되는 것을 의미한다. 이어서, 측정된 값들과 가장 근사한, 압력에 대한 압력 변화율의 멱함수가 검출된다. 이 경우 임의의 근사 방법이 사용될 수 있는데, 특히 쌍곡선 함수 또는 지수 함수가 시간에 대한 압력 변동에 맞게 조정된다.
본 발명에 따라 상이한 유동들, 특히 압력에 따라 누설 갭이 확장된 유동과 확장되지 않은 유동이, 상이한 지수를 포함하는 것이 검출된다. 압력에 따라 누설 갭이 확장된 유동과 확장되지 않은 유동에는 상응하는 상이한 에러가 있다. 이는, 지수에 의해 에러 유형이 검출될 수 있고, 그에 따라 특정 부품들 또는 소수의 부품들에 연관시킬 수 있음을 의미한다. 이와 같은 연관 작업은 질의(240)에서 실행된다. 여기서는, 예컨대 지수의 값에 따라 제1 에러(250) 또는 제2 에러(260)가 검출된다. 바람직하게 이는, 하나의 특성 필드 또는 특성 곡선 또는 테이블 내에, 다양한 에러 및/또는 에러가 없는 상태에 대한 지수들이 저장됨으로써 실행된다. 그 후 질의(240)는 상기 저장된 값들 중 어떤 값에 측정된 지수가 가장 근접한지 확인하고, 지수들을 저장된 값에 연관시킨다. 저장된 지수들에 의해 상응하는 에러가 테이블로부터 판독될 수 있다. 일반적으로, 소정 범위의 값을 갖는 지수들이 하나의 에러 유형에 연관된다.
쌍곡선 함수에 대해 대안적으로, 시간 또는 각위치에 대한 압력 감소를 설명하는 다른 함수들도 사용될 수 있다. 특히 변동 기울기는 직선에 근사시킬 수도 있다. 이 경우, 예컨대 압력 감소의 기울기를 특성화하는 변수가 사용될 수 있다.
본 발명에 따라, 압력 변동을 설명하기 위한 임의의 함수들 및 상기 임의의 함수들을 특성화하고, 에러 유형 또는 결함이 있는 부품들을 식별하기 위한 변수들이 사용될 수 있다. 특히 지수 함수도 적합하다.
도3에는, 압력에 따르는 누설 갭 확장을 갖는, 그리고 갖지 않는 레일 압력의 2개의 곡선 그래프가 시간에 대해서 도시된다. 상기 도면에 의해, 특정의 시점(t1) 시에 압력값을 모니터링할 경우, 상이한 압력 변동들에서 압력이 동일한 값으로 감소하는 것이 검출되는 경우가 있다. 이와 같이, 하나의 시점 또는 몇몇의 시점들에서의 압력 평가에 의해, 에러를 항상 하나의 부품 또는 하나의 에러 유형에 연관시킬 수 있는 것은 아니다.

Claims (6)

  1. 저압 영역으로부터 고압 영역으로 연료가 이송되고, 고압 영역 내의 압력을 특성화하는 압력 변수가 측정되며, 압력 변수의 변동에 의해 에러가 검출되는, 연료 측정 시스템을 모니터링하기 위한 방법에 있어서,
    상이한 시점(時點) 또는 크랭크 축이나 캠 축의 상이한 각도 위치에서 여러 압력값이 측정되고,
    압력에 대한 압력 변화율을 나타내는 쌍곡선 함수로 압력 측정값이 근사되어,
    근사된 쌍곡선 함수의 지수에 의해 에러의 유형이 검출되고,
    상기 지수는, 특성 필드에 저장되어 있는, 다양한 에러들 또는 에러 없는 상태 중의 하나 이상에 대한 지수값과 비교되는 것을 특징으로 하는, 연료 측정 시스템을 모니터링하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 측정값의 변동을 근사시킨 쌍곡선 함수의 지수와, 특성 필드에 저장된 지수값의 비교에 근거하여, 결함 있는 부품이 검출되는 것을 특징으로 하는, 연료 측정 시스템을 모니터링하기 위한 방법.
  3. 저압 영역으로부터 고압 영역으로 연료가 이송되고, 고압 영역 내의 압력을 특성화하는 압력 변수를 측정하여 압력 변수의 변동에 의해 에러를 검출하는 수단을 갖는, 연료 측정 시스템을 모니터링하기 위한 장치에 있어서,
    상이한 시점 또는 크랭크 축이나 캠 축의 상이한 각도 위치에서 여러 압력값을 측정하는 수단과,
    압력에 대한 압력 변화율을 나타내는 쌍곡선 함수로 압력 측정값을 근사하는 수단과,
    근사한 쌍곡선 함수의 지수에 의해 에러의 유형을 검출하는 수단을 갖고,
    상기 지수는, 특성 필드에 저장되어 있는, 다양한 에러들 또는 에러 없는 상태 중의 하나 이상에 대한 지수값과 비교되는 것을 특징으로 하는, 연료 측정 시스템을 모니터링하기 위한 장치.
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