KR101086170B1 - 내연기관, 연료 시스템 및 체적유동 제어밸브를 작동시키는방법 - Google Patents

내연기관, 연료 시스템 및 체적유동 제어밸브를 작동시키는방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공칭 압력으로 연료를 제공하기 위해 연료 축압기(7)를 포함하는 내연기관을 작동시키는 방법에 관한 것이며, 연료 축압기의 압력은 고압 펌프(6)에 의해 발생된다. 상기 방법에 따르면, 고압 펌프에는 체적유동 제어밸브(3)를 통해 연료 유동이 공급된다. 제 1 작동 모드에서, 연료 축압기(7)의 압력은 체적유동 조절밸브(3)에 의해 고압 펌프(6)에 전달된 연료의 연료 유동을 조절함으로써 공칭 압력으로 설정된다. 제 2 작동 모드에서, 연료 축압기의 압력은 공칭 압력으로 설정되며, 즉, 보다 상세하게 연료 축압기의 압력은 공칭 압력으로 감소된다.

Description

내연기관, 연료 시스템 및 체적유동 제어밸브를 작동시키는 방법 {METHOD FOR OPERATING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE, FUEL SYSTEM, AND VOLUME FLOW CONTROL VALVE}
본 발명은 연료 축압기(fuel pressure accumulator)를 갖는 내연기관을 작동시키는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 연료 축압기를 갖는 내연기관용 연료 시스템과, 연료 시스템에 사용하기 위한 체적유동 제어밸브에 관한 것이다.
내연기관에서, 연료는 연료 펌프에 의해 탱크로부터 후속 고압 펌프를 위해 운반된다. 일반적으로 고압 펌프는 내연기관에 의해 구동되어 연료 축압기(연료 레일)로 연료를 운반한다. 고압 펌프 자체는 조절되지 않으며, 입구 접속부에서 입수 가능하게 되는 연료를 연료 축압기로 운송한다.
고압 펌프에 정해진 연료 체적을 제공하기 위해, 연료 펌프와 고압 펌프 사이에 체적유동 제어밸브가 제공되며, 상기 체적유동 제어밸브는 제어유닛에 의해 제어된다. 체적유동 제어밸브를 통과하는 연료 통과 유동(fuel through-flow)은 체적유동 제어밸브의 밸브 코일에 흐르는 전류에 따라 조정된다. 연료 축압기의 압력은 고압 펌프에 제공되는 연료 체적에 의해 조정될 수 있다.
일반적으로 체적유동 제어밸브는 유량공급이 없는 상태(zero-flow state)에서 누설 유동(leakage flow)를 갖는다. 이는 분사량이 매우 작거나, 예를 들면 오버런 컷오프(overrun cut-off) 상태인 경우, 연료가 분사되지 않을 때, 연료 축압기에 불필요한 압력 증가를 초래할 수 있다.
이러한 구조의 결과로서, 유량공급이 없는 상태로 체적유동 제어밸브의 누설 유동을 방지하는 것은 상당한 비용을 들여 달성될 수 있으며, 또한, 체적유동 제어밸브 또는 제어유닛이 파손된 경우, 내연기관이 비상작동되는 특정 경우에는 바람직하지 못하다.
일반적으로 조정밸브는 연료 축압기에 제공되며, 연료 축압기의 압력은 제어전류에 따라 조절 밸브에 의해 조정될 수 있다. 조절 밸브를 통과하는 연료 유동과 제어전류에 따라 연료 축압기의 압력이 조정되도록, 제어전류에 의해 조절 밸브가 능동적으로 조절된다. 연료 유동은 조절 밸브가 선형 범위(linear range) 내에서 작동될 수 있도록 한계치를 초과하여야 한다. 조절 밸브를 통과하는 이러한 추가의 연료 유동은 조절 밸브가 선형 범위 내에서 작동될 수 있도록 하기 위해, 고압 펌프에 의해 운송되어야 한다. 고압 펌프가 필요한 크기로 만들어지면, 고압 펌프가 조절 밸브에 최소 통과 유동을 공급하고, 또한, 압력을 증가시키거나 연료 축압기의 연료 압력을 유지시키는데 요구되는 체적을 제공하는 것을 보장할 필요가 있다.
본 발명은 연료 시스템 및 방법을 제공하는 문제를 다루며, 본 발명에 의해 내연기관이 보다 효율적으로 작동될 수 있으며, 특히 정상 작동중에 고압 펌프가 연료 축압기로 펌핑하여야 하는 연료 체적이 감소된다.
이러한 문제는 청구범위 제1항에 따른 방법과, 청구범위 제7항에 따른 연료 시스템에 의해 해결된다.
본 발명의 다른 이점들은 종속항들에 기술되어 있다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 내연기관을 작동시키는 방법이 제공된다. 연소 챔버에 분사하기 위해 연료 축압기에 기준 압력을 갖는 연료 체적이 제공된다. 연료 축압기의 압력은 고압 펌프에 의해 발생된다. 고압 펌프에는 체적유동 제어밸브를 통해 연료 유동이 공급된다. 제 1 작동 모드에서, 연료 축압기의 압력은 분사되어야 하는 연료 체적과 기준 압력에 따라 고압 펌프에 공급되는 연료의 연료 유동을 조정함으로써 기준압력으로 설정된다. 제 2 작동 모드에서, 연료 축압기의 압력은 사전 결정된 연료 유동의 경우, 고압 축압기로부터 연료가 배출되게 하여 연료축압기의 압력을 기준 압력으로 조정함으로써, 기준 압력으로 설정된다.
일반적으로 연료 축압기의 기준 압력은 분사되어야 하는 연료 체적보다 더 많은 일정량 이상의 연료 유동을 공급하는 체적유동 제어밸브에 의해 조정된다. 이는 연료 축압기로부터 저압 회로로 연료가 이송되게 하는 조절 밸브가 선형 범위 내에서 작동될 수 있도록 보장한다. 조절 밸브는 특정 통과 유동이 발생하는 경우, 연료 축압기에 압력이 형성되는 방식으로, 제어 변수(control variable)에 의해 제어된다. 연료는 연료 시스템의 저압 회로로 배출되도록 허용된다. 따라서, 고압 펌프는 조절 밸브를 통해 압력이 기준 압력으로 조정될 수 있도록, 연료 축압기에 최소 연료 체적보다 더 많은 연료 체적을 펌핑하여야 한다. 이는 적절한 전달률(delivery rate)을 보장하도록 하는 방식으로 크기가 정해진 고압 펌프를 필요로 한다.
또한, 체적유동 제어밸브의 기술적 구조로 인해, 고압 펌프에 공급되는 연료를 완전히 차단하거나 대단히 작은 값으로 조정하는 것이 불가능한데, 이는 체적유동 제어밸브가 누설 유동을 연속적으로 빠져나갈 수 있도록 하기 때문이다. 이는 특히 작동상태, 예를 들면, 오버런 컷오프 상태인 경우와 같이, 조절 밸브가 폐쇄될 때, 연료 축압기의 압력이 연속적으로 상승하기 때문에 분사 체적이 거의 없거나 전혀 없는 경우 문제가 된다.
이러한 단점을 피하기 위해, 본 발명에 따른 두 가지 작동 상태가 제공된다. 제 1 작동 모드에서, 연료 축압기의 압력은 기준 압력으로 조정된다. 이는 고압 펌프에 분사 밸브를 통해 분사되어야 하는 연료를 제공함으로써 간단히 조절되는 기준 압력에 의해 달성된다. 공급된 연료 체적이 조정되기 때문에, 연료 축압기의 압력이 조절될 수 있다. 한편, 조절 밸브는 완전히 폐쇄되며, 조절된 연료는 연료 축압기로부터 저압 회로로 방출되지 않는다. 따라서, 제 1 작동 모드에서, 분사되어야 하는 연료 체적과 기준 압력의 제어는 단지 체적유동 제어밸브를 통과하는 연료 유동을 조절함으로써 실시될 수 있다.
제 2 작동 모드는 오버런 컷오프 상태인 경우, 또는 예를 들면, 공회전 상태일 때와 같이 분사 체적이 매우 작은 경우의 내연기관의 작동에 관한 것이다. 이 경우, 체적유동 제어밸브는 작동되지 않으며, 따라서 단지 고압 펌프가 체적유동 제어밸브를 통과하는 누설 유동을 연료 축압기로 운반한다. 누설 유동의 결과로서 공급된 연료 체적이 분사되어야 하는 연료 체적보다 더 많은 경우, 연료 축압기의 압력은 기준 압력보다 더 높이 상승한다. 그 후, 연료 축압기의 압력은 연료가 연료 축압기로부터 배출되도록 함으로써 획득된다. 또한, 연료 축압기로부터 연료가 배출되도록 하는 조절 밸브가 선형 범위 내에서 작동되지 않는다면, 매우 적은 분사량의 경우 조절 밸브를 이용해 압력을 기준 압력으로 조정하는 것이 가능하다. 결과적으로, 그러한 압력 조정을 이용하면, 고압 펌프를 통해 최소 연료 유동을 제공하는 것이 불필요하다.
연료 축압기의 조절된 연료 유동이 제 1 연료 유동보다 더 작은 경우, 제 2 작동 모드가 채택되고, 또는 요구되는 연료 유동이 제 2 연료 유동을 초과하는 경우, 제 1 작동 모드가 채택된다. 바람직하게, 이 경우, 제 1 연료 유동이 제 2 연료 유동보다 더 작아서, 분사되어야 하는 연료 유동이 경계 범위 내에 있을 때, 그에 따라 형성된 이력현상(hysteresis)이 제 1 작동 모드와 제 2 작동 모드 사이의 진동(swinging)을 방지할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 분사되어야 하는 연료 체적을 제공하기 위해, 연료 축압기를 갖는 내연기관용 연료 시스템이 제공되며, 상기 연료 체적은 기준 압력을 갖는다. 연료 시스템은 연료 축압기의 압력을 발생시키기 위해 고압 펌프를 갖는다. 또한, 연료 시스템은 고압 펌프에 조정 가능한 연료 유동을 공급하기 위해 체적유동 제어밸브를 갖는다. 연료는 조절 밸브를 통해 연료 축압기로부터 이송된다. 분사되어야 하는 연료 체적과 기준 압력에 따라, 상기 고압 펌프에 전달되는 연료의 연료 유동 레벨에 의해 제 1 작동 모드로 연료 축압기의 압력을 조정하기 위해 상기 체적유동 제어밸브에 연결된 제어유닛이 제공된다. 또한, 제어유닛은 제 1 작동 모드에서 조절 밸브를 폐쇄하고 제 2 작동 모드에서 연료 축압기로부터 연료를 이송함으로써 연료 축압기의 압력을 기준 압력으로 조정하기 위해, 조절 밸브에 연결된다.
이에 따라, 두 가지 작동 모드로 작동될 수 있는 연료 시스템을 제공할 수 있다. 제 1 작동 모드는 하중 상태의 내연기관의 작동에 관한 것이며, 연료 축압기의 기준 압력은 체적유동 제어밸브를 통해 조정된다. 정지상태에서, 일정한 하중의 체적유동 제어밸브를 통과하는 연료 유동은 각각의 경우에 분사되어야 하는 연료 체적에 대응하며, 따라서, 연료 축압기의 압력이 유지된다. 제 2 작동 모드에서, 본질적으로 고압 펌프에는 체적유동 제어밸브를 통과하는 누설 유동이 공급된다. 이 경우, 통상의 누설 유동은 제 2 작동 모드에서 분사되어야 하는 연료 체적보다 더 많다. 압력 조정을 이용하면, 잉여 연료가 조절 밸브를 통해 연료 축압기로부터 이송된다. 이 경우, 조절 밸브는 이송되어야 하는 연료 체적의 연료 유동과 제어 전류에 따라, 요구되는 기준 압력이 결정된 방식에 의존적으로 조정된다.
바람직하게 조절 밸브는 제 2 작동 모드에서 연료 축압기로부터 저압 펌프에 체적유동 제어밸브를 연결하는 연료 라인으로 잉여 연료를 이송하는 방식으로 형성된다. 바람직하게 제어유닛은 제 1 작동 모드와 제 2 작동 모드 사이로 전환하기 위한 스위치 유닛을 갖는다. 스위치 유닛은 체적유동 제어밸브를 통과하는 연료 유동이 제 1 연료 유동보다 더 아래로 떨어질 때 제 2 작동 모드로 전환시키고, 또는 체적유동 제어밸브를 통과하는 연료 유동이 제 2 연료 유동을 초과할 때 제 1 작동 모드로 전환시킨다. 바람직하게, 이 경우, 제 1 연료 유동은 제 2 연료 유동보다 더 작다. 이에 따라 제 1 작동 모드와 제 2 작동 모드 사이의 전환을 피하는 것이 가능하다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 연료 유동의 개략적인 블록도,
도 2는 인가된 제어 전류에 대한 체적유동 제어밸브의 통과 유동의 종속관계와 성분 변수(component parameters)를 도시하는 도표,
도 3은 조절기(regulator)의 통과 유동과 조절기에 인가된 제어 전류에 따른 연료 축압기의 압력을 나타내는 조절 밸브의 제어도,
도 4는 분사되는 연료 질량과 엔진 속도에 따른 체적유동 제어밸브를 통과하는 통과 유동의 종속관계를 도시한 도표, 및
도 5는 제 1 작동 모드와 제 2 작동 모드 사이에서 전환하는 제어유닛의 섹션을 나타내는 도면이다.
도 1은 내연기관, 특히 디젤 엔진의 연료 분사 시스템을 도시하고 있다. 연료 분사 시스템은 연료 컨테이너(1)를 가지며, 연료는 연료 컨테이너로부터 저압 펌프(2)와 공급 라인(4)을 거쳐 체적유동 제어밸브(3)로 공급된다. 공급 라인(4)에 손상을 주지 않기 위해, 과압 밸브(5)가 제공되며, 과압 밸브는 공급 라인(4)에 초과 연료 압력이 존재할 경우, 연료를 연료 컨테이너(1)에서 이송한다.
체적유동 제어밸브(3)는 고압 펌프(6)의 입구에 바로 배치되고, 고압 펌프는 체적유동 제어밸브(3)의 출력단에 제공되며, 연료를 연료 유동이 조정되는 연료 축압기(7)로 이송한다. 고압 펌프(6)는 내연기관에 연결되며 내연기관에 의해 고압 펌프(6)가 구동된다. 고압 펌프(6)는 높은 방출 압력 하에서 연료 축압기(7)에 연료를 공급할 수 있다.
연료 축압기(7)는 분사 밸브(8)에 연결되며, 분사 밸브는 제어유닛(9)의 제어하에서 내연기관의 연소 챔버로 연료를 분사한다. 제어유닛(9)은 각각의 개별 분사 밸브(8)가 개방되는 지속시간을 제어하며, 따라서 연료 축압기(7)에서 압력 하에 있는 연료가 연소 챔버로 분사된다.
제어유닛(9)은 제어 신호를 이용하여 체적유동 제어밸브(3)와 조절 밸브(10)를 제어한다. 기준 압력은 구동되어야 하는 내연기관의 회전 속도와 하중에 따라 연료 축압기(7)에 보급되어야 하며, 상기 기준 압력은 제어유닛(9)에 연결된 압력 센서(11)에 의해 검사된다. 연료 축압기(7)의 압력은 체적유동 제어밸브(3)와 조절 밸브(10)의 도움으로 조정된다. 조절 밸브(10)를 통해 이송되는 연료는 저압 펌프(2)와 체적유동 제어밸브(3) 사이의 공급 라인(4)으로 운송된다.
연료 축압기(7)의 압력을 조절하기 위해, 체적유동 제어밸브(3)가 고압 펌프(6)에 연료 유동을 전달하며, 상기 연료 유동은 분사 밸브(8)를 통해 연소 챔버로 분사되는 것보다 더 많다. 연료 축압기(7)의 압력이 기준 압력보다 더 높이 상승하는 것을 방지하기 위해, 조절 밸브(10)는 제어 전류를 이용하는 제어유닛(9)에 의해 개방되며, 이로 인해, 운반된 잉여 연료 체적을 공급 라인(4)으로 다시 이송한다.
조절 밸브(10)를 통해 연료 축압기(7)의 압력이 가능한 정확하게 조정될 수 있도록 보장하기 위해, 조절 밸브를 통과하는 최소 유동이 요구된다.
조절 밸브(10)에 대한 특성 곡선이 도 3에 도시되어 있다. 본질적으로 조절기를 통과하는 최소 연료 유동(Qmin)만으로 연료 축압기(7)의 압력(Prail)이 제어유닛(9)으로부터의 제어 전류에 의해 조정될 수 있음이 명백하다. 조절 밸브(10)를 통과하는 연료 유동(Q)이 최소 연료 유동(Qmin)보다 더 작은 경우, 연료 축압기(7)의 압력(Prail)은 조절 밸브(10)를 통과하는 연료 유동(Q)에 보다 더 의존적이며, 제어유닛(9)에 의해 제공되는 제어전류(Ireg)에 상당히 덜 의존적이다.
따라서, 조절 밸브(10)가 선형 범위 내에서 작동될 수 있도록 보장하기 위해, 일반적으로 고압 펌프(6)가 연료 축압기(7)에 연료 유동을 공급할 필요가 있으며, 연료 유동은 적어도 조절 밸브(10)의 최소 연료 유동에 의해, 분사되어야 하는 연료 체적의 연료 유동을 초과한다. 이는 그에 따라 사전 결정된 연료 체적을 이송할 수 있어야 하는 고압 펌프(6)의 대응하는 크기를 요구한다.
체적유동 제어밸브(3)는 제어 전류를 통해 제어유닛(9)에 의해 작동되며 연료의 유동은 제어 전류의 크기에 의해 조정될 수 있다. 일반적으로 체적유동 제어밸브(3)는 유량공급이 없는 상태에서 누설 유동을 갖는다. 이는 분사량이 매우 작거나, 예를 들면 오버런 컷오프 상태인 경우, 연료가 분사되지 않을 때, 연료 축압기에 불필요한 압력 증가를 초래한다.
도 2는 본질적으로 동일한 구성을 갖는 체적유동 제어밸브의 특성 곡선의 상한 및 하한을 나타낸다. 보통, 0 내지 0.6A 범위에서 체적유동 제어밸브가 완전히 폐쇄되지 않으므로 고압 펌프(6)를 통해 누설 유동이 연료 축압기(7)에 도달함을 알 수 있다. 이러한 누설 유동에 의해 제공되는 것보다 더 적은 연료가 연소 챔버로 분사되는 경우, 연료 축압기(7)의 압력은 증가한다. 조절 밸브(10)에 대한 최소 연료 유동이 주어지지 않기 때문에, 연료 축압기(7)에 발생하는 압력은 과잉 공급된 연료 체적과, 설정된 제어 전류에 의존적이다.
도 4는 엔진 속도와 분사된 연료 체적(QInj)에 따른 체적유동 제어밸브를 통과하는 연료 유동을 도시하고 있다.
이러한 연료 시스템을 포함하는 내연기관의 작동을 위해, 이하, 본 발명은 두 가지 작동 모드에 따라 제어유닛(9)이 체적유동 제어밸브(3)와 조절 밸브(10)를 제어해야 함을 제안한다. 체적유동 제어밸브(3)를 통해 고압 펌프(6)를 거쳐 연료 축압기(7)로 운반될 수 있는 연료 유동이 본질적으로 분사되어야 하는 연료 체적에 대응하는 점에서 제 1 작동 모드가 형성된다. 이 경우, 조절 밸브(10)는 작동되지 않으므로 여전히 폐쇄 상태이다. 따라서 연료 축압기(7)의 기준 압력은 체적유동 제어밸브(3)를 통과하는 연료 유동을 제어함으로써 달성된다. 따라서, 안정된 작동시, 연료 축압기(7)에 공급되는 연료 유동은 본질적으로 분사된 연료 체적에 대응할 것이다.
누출의 결과로서 체적유동 제어밸브(3)를 통과해 흐르는 최소 유동이 분사되어야 하는 연료 체적보다 더 큰 경우, 제 2 작동 모드가 채택된다. 이는 특히, 오버런 컷오프 상태인 경우, 연료가 분사 밸브(8)를 통해 연소 챔버로 분사되지 않을 때, 발생한다. 그러나, 또한, 이는 비상 작동되거나 공회전 상태인 경우, 체적유동 제어밸브의 누설 유동의 크기에 따라 각각 유량 공급이 없는 상태 또는 약간 작동되는 상태로 발생할 수 있다. 이 결과, 연료 축압기(7)의 압력은 폐쇄된 조절 밸브의 경우 연속적으로 상승할 것이므로 체적유동 제어밸브(3)에 대한 제어 변수를 통해 제어유닛(6)으로 조정할 수 없을 것이다. 이런 이유로, 제 2 작동 모드는 조절 밸브(10)를 통해 연료 축압기(7)의 압력을 조정하는 단계를 제공한다. 이 경우, 조절 밸브(10)는 비선형 범위 내에서 작동된다. 제어유닛(9)에 의해 제공된 제어 전류는 조절 밸브 특성 곡선의 선형분포(linear profile)에 적합하다. 이에 따라, 본질적으로 연료 축압기(7)의 압력은 누출의 결과로서 체적유동 제어밸브(3)에 의해 과잉 운반된 연료 체적과, 제어유닛(9)으로부터의 제어 전류에 의해 결정된다.
연료 시스템에 대한 두 가지 작동 모드의 구분은 한편으로, 정상 작동하에서, 즉, 제 1 작동 모드에서 조절 밸브에 최소 연료 유동이 공급될 필요가 없으므로, 고압 펌프가 더 작은 크기를 가질 수 있다는 이점을 갖는다. 반면, 조절 밸브는 이러한 성분이 단지 보조 누출과 같이 작동되기 때문에 낮은 기계적 제어성능을 가질 수 있다. 또한, 최소 연료 유동에 의해 조절 밸브의 사전 제어가 불필요하기 때문에, 구동 토크는 특히 공회전 상태에 가까운 범위로 상당히 감소될 수 있다.
제 1 작동 모드는 요구 연료 유동, 즉, 분사되어야 하는 연료 체적이 제 1 연료 유동을 초과할 때 채택되며, 제 2 작동 모드는 요구 연료 유동이 제 2 연료 유동보다 더 아래로 떨어질 때 채택된다. 제 1 연료 유동은 경계 범위에서 제 1 작동 모드와 제 2 작동 모드 사이의 임의의 진동변화를 방지하기 위해 제 2 연료 유동보다 더 많다.
도 5는 가능한 스위칭 유닛(12)을 도시하고 있으며, 상기 유닛은 제어유닛(9)에 제공될 수 있으며, 전환될 때, 제 1 작동 모드와 제 2 작동 모드 사이에 이력 현상을 제공한다. 제 1 연료 유동(Q1)과 제 2 연료 유동(Q2)의 값들이 회로에 공급된다. 체적유동 제어밸브(3)를 통과하는 연료 유동은 현재의 연료 유동(Q)에 대응한다.
제 1 비교기 유닛(20)이 제공되며, 제 1 비교기 유닛은 현재의 연료 유동(Q)을 제 2 연료 유동(Q2)과 비교하고, 현재의 연료 유동(Q)이 제 2 연료 유동(Q2)보다 더 작아지자마자 논리값 "1"(logical "1")을 출력한다.
제 2 비교기 유닛(21)에서, 현재의 연료 유동(Q)은 제 1 연료 유동(Q1)과 비교되고, 논리값 "1"은 현재의 연료 유동(Q)이 제 1 연료 유동(Q1)을 초과할 때 출력된다. 제 1 비교기 유닛(20)의 출력단은 플립플롭(flip-flop;22)의 세트 입력단(set input)에 연결된다. 또한, 제 1 비교기 유닛(20)의 출력은 인버터(23)를 통해 AND 논리소자(24)에 연결된다. 제 2 비교기 유닛(21)의 출력단은 AND 논리 소자(24)의 다른 입력단에 연결된다. AND 논리 소자(24)의 출력단은 플립플롭(22)의 나머지 입력단에 연결된다. 이에 따라, 현재의 작동 모드는 플립플롭(22)의 비반전 출력단(non-inverting output)에서 견본으로 조사될 수 있다. 이 경우, 논리값 "0"은 제 1 작동 모드에 대응하고, 논리값 "1"은 제 2 작동 모드에 대응한다.
제 1 작동 모드와 제 2 작동 모드로 전환하기에 적합한 한계치를 결정하기 위해, 최소 연료 유동, 즉, 체적유동 제어밸브를 통과하는 누설 유동을 결정할 필요가 있다. 최소 연료 유동은 오버런 작동시, 즉, 연소 챔버로 분사가 일어나지 않을 때 결정될 수 있다. 이를 위해, 오버런 작동시 연료 축압기의 압력은 잠시 낮아지며, 그 후, 기준 압력이 다시 증가하여, 조절 밸브를 통한 연료 유동이 발생하지 않는다.
연료 축압기의 압력(Prail)(t) 증가로부터 최소 연료 유동(Qmin)을 계산하는 것이 가능하다.
Figure 112005068400894-pct00001
위 식에서 β는 연료의 압축성, mrail은 연료의 질량, Vrail은 연료 축압기의 체적, p는 연료의 농도, QPCV는 조절 밸브를 통과하는 통과 유동, 및 Qinj는 분사 밸브를 통과하는 통과 유동에 대응한다.
그 후, 계산된 최소 연료 유동(Qmin)은 체적유동 제어밸브를 통과하는 누출에 대응한다. 시간(T) 동안 연료 축압기의 연료 압력이 Δp만큼 증가하면, 오버런 작동 및 폐쇄된 조절 밸브에 대해 다음 공식이 산출된다.
Figure 112005068400894-pct00002
예를 들면, 오버런 작동시 50bar의 기준 압력을 가정할 때, 다음과 같은 응용이 가능하다.:
초기에 40bar가 되는 압력 조절기의 기준 압력 사양에 의해 연료 축압기의 압력은 40bar의 제 1 압력으로 낮아졌다. 그 후, 조절 밸브의 기준 압력이 120bar의 제 2 압력에서 특정되고, 시간 측정 장치가 시동된다. 시간(T)은 연료 축압기의 압력이 미리 결정된 제 3 압력, 예를 들면, 60bar(Δp=20bar)가 될 때까지 측정된다. 그 후, 전술한 공식에 따라 최소 연료 유동(Qmin)을 계산할 수 있다. 또한, 다른 대안으로서, 시간(T) 동안 체적유동 제어밸브가 작동되지 않고, 조절 밸브를 통과하는 통과 유동이 없으며, 연료 체적(minj)이 분사되는 경우, 최소 연료 유동이 측정될 수 있다.
Figure 112005068400894-pct00003

Claims (10)

  1. 분사되어야 하는 연료 체적으로서 기준 압력을 가지는 연료 체적을 제공하기 위한 연료 축압기(7)를 포함하는 내연기관을 작동시키는 방법으로서,
    상기 연료 축압기의 압력이 고압 펌프(6)에 의해 발생되는 단계;
    상기 고압 펌프(6)에 조정가능한 연료 유동이 공급되는 단계;
    상기 분사되어야 하는 연료 체적과 상기 기준 압력에 따라 상기 고압 펌프(6)로 전달되는 연료의 연료 유동을 조절함으로써, 제 1 작동 모드에서 상기 연료 축압기(7)의 압력이 기준 압력으로 조정되는 단계; 및
    사전 결정된 연료 유동의 경우, 상기 연료 축압기(7)로부터 연료가 배출되도록 하여 상기 연료 축압기(7)의 압력을 기준 압력으로 설정함으로써, 제 2 작동 모드에서 상기 연료 축압기(7)의 압력이 기준 압력으로 조정되는 단계;를 포함하는,
    내연기관 작동 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료 유동이 제 1 연료 유동보다 더 작은 경우 상기 제 2 작동 모드가 채택되는 것과, 그리고
    상기 연료 유동이 제 2 연료 유동을 초과하는 경우 상기 제 1 작동 모드가 채택되는 것 중 하나 이상이 행해지는,
    내연기관 작동 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 내연기관이 공회전 상태 및 오버런 컷오프 상태 중 하나 이상의 상태에 있는 경우, 상기 제 2 작동 모드가 채택되는,
    내연기관 작동 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 연료 유동이 상기 제 2 연료 유동보다 더 작은,
    내연기관 작동 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 연료 유동 및 상기 제 2 연료 유동 중 하나 이상이 연료 누설 유동으로부터 결정되며,
    상기 연료 누설 유동이,
    연료가 분사되지 않도록 상기 내연기관의 오버런 작동을 설정하는 단계;
    상기 연료 축압기의 압력을 제 1 압력값으로 설정하는 단계;
    상기 제 1 작동 모드에 따라 상기 연료 축압기의 압력을 증가시키기 위해 기준 압력을 설정하는 단계;
    상기 압력이 제 2 압력으로 상승하는 시간을 측정하는 단계; 및
    제 1 압력과 제 2 압력 사이의 압력차와, 상기 압력이 상승하는 시간을 이용하여 상기 연료 누설 유동을 결정하는 단계;에 따라 결정되는,
    내연기관 작동 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 작동 모드에서 상기 연료 축압기(7)로부터 연료가 전혀 배출되지 못하는,
    내연기관 작동 방법.
  7. 분사되어야 하는 연료 체적으로서 기준 압력을 가지는 연료 체적을 제공하기 위한 연료 축압기(7);
    상기 연료 축압기(7)에 압력을 발생시키기 위한 고압 펌프(6);
    상기 고압 펌프(6)에 조정 가능한 연료 유동을 공급하기 위한 체적유동 제어밸브(3);
    상기 연료 축압기(7)로부터 연료를 이송하기 위한 조절 밸브(10); 및
    상기 분사되어야 하는 연료 체적과 상기 기준 압력에 따라서, 상기 고압 펌프(6)에 전달되는 연료의 연료 유동에 의해 제 1 작동 모드에서 상기 연료 축압기(7)의 압력을 조정하기 위해 상기 체적유동 제어밸브에 연결된 제어유닛(9);을 포함하며,
    상기 제어유닛(9)은, 상기 제 1 작동 모드에서 상기 조절 밸브(10)를 폐쇄하고, 제 2 작동 모드에서 상기 연료 축압기(7)로부터 연료를 이송함으로써 상기 연료 축압기(7)의 압력을 기준 압력으로 조정하기 위해, 상기 조절 밸브(10)에 연결되는,
    내연기관용 연료 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 작동 모드에서, 상기 조절 밸브(10)가 상기 연료 축압기(7)로부터 저압 펌프(2)에 상기 체적유동 제어밸브(3)를 연결하는 연료 라인(4)으로 잉여 연료를 이송하는,
    내연기관용 연료 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 조절 밸브(10)가 상기 고압 펌프(6)의 출력단에 배치되는,
    내연기관용 연료 시스템.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어유닛이 상기 제 1 작동 모드와 상기 제 2 작동 모드 사이에서 전환하기 위한 스위치 유닛(12)을 구비하며,
    상기 체적유동 제어밸브(3)를 통과하는 연료 유동이 제 1 연료 유동 아래로 떨어지는 경우 상기 스위치 유닛(12)이 상기 제 2 작동 모드로 전환되는 것과 그리고 상기 체적유동 제어밸브(3)를 통과하는 연료 유동이 제 2 연료 유동을 초과하는 경우 상기 스위치 유닛(12)이 상기 제 1 작동 모드로 전환되는 것 중 하나 이상이 행해지는,
    내연기관용 연료 시스템.
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