KR101275611B1

KR101275611B1 - 기체 연료용 엔진의 연료 분사 밸브 제어 장치

Info

Publication number: KR101275611B1
Application number: KR1020060019225A
Authority: KR
Inventors: 쿠니타카 이노
Original assignee: 가부시키가이샤 닛키
Priority date: 2006-02-01
Filing date: 2006-02-28
Publication date: 2013-06-14
Also published as: KR20070079287A; JP2007205220A

Abstract

엔진 시동시에 연료 분사 밸브의 고착을 자동적으로 해제하는 기능을 구비한 기체 연료용 엔진의 연료 분사 밸브 제어 장치에 대하여, 연료 분사 밸브의 손상 발생을 최소한으로 하면서 그 고착 해제를 확실하게 실행할 수 있게 하는 것을 과제로 한다.

이를 위해, 통상시에는, 폐변(閉弁) 상태로부터 개변(開弁)시키기 위한 순간적인 개변 전류와 이에 이어지는 개변 상태를 유지하기 위한 개변 전류보다도 작은 유지 전류로 이루어진 연료 분사 밸브 구동 전류를 연료 분사 밸브에 출력하고, 엔진 시동시에 필요에 따라서 연료 분사 밸브의 고착을 해제시키기 위하여 통상시보다도 증강(增强)된 연료 분사 밸브 구동 전류를 출력하는 고착 해제 제어를 실행하는 것으로 한 연료 분사 밸브 제어 장치에 있어서, 고착 해제 제어시에 개변 전류에 이어지는 유지 전류의 부분도 개변 전류로 한 개변 전류만으로 이루어진 연료 분사 밸브 구동 전류를 출력한다.

엔진의 연료 분사 밸브 제어 장치, 연료 분사 밸브, 연료 분사 밸브 구동 전류

Description

기체 연료용 엔진의 연료 분사 밸브 제어 장치{FUEL INJECTION VALVE CONTROL DEVICE OF ENGINE FOR GAS FUEL}

도 1은 본 발명의 실시형태를 나타내는 연료 분사 밸브 제어 장치가 배치된 엔진 시스템의 배치도이다.

도 2(A)는 도 1의 연료 분사 밸브 제어 장치에 의한 연료 분사 밸브 구동 전류의 전압값과 전류값의 파형도이고, (B)는 종래의 연료 분사 밸브 제어 장치에 의한 연료 분사 밸브 구동 전류의 전류값의 파형도이다.

도 3은 도 1의 연료 분사 밸브 제어 장치에 의한 제어를 나타내는 플로우챠트이다.

도 4는 연료 분사 밸브의 종단면도이다.

[부호의 설명]

1: 기체 연료용 엔진 2: 연료 분사 밸브

10: 전자 제어 유닛 11: 크랭크 센서

12: 수온 센서 13: O2 센서

14: 스로틀 센서

본 발명은 기체 연료용 엔진의 연료 분사 밸브 제어 장치에 관한 것이고, 특히 엔진 시동시에 있어서의 연료 분사 밸브의 고착을 자동적으로 해제하는 고착 해제 기능을 구비한 기체 연료용 엔진의 연료 분사 밸브 제어 장치에 관한 것이다.

최근, LPG나 CNG 등의 액화 가스 연료를 이용하는 기체 연료용 엔진이 범용되어 있다. 이들은 가솔린 엔진과 마찬가지로 전자 구동식의 연료 분사 밸브를 연료 분사 밸브 제어 장치로 개변(開弁) 제어함으로써, 적당량의 연료를 적절한 타이밍에 분사하도록 되어 있다.

도 4는 그와 같은 기체 연료용 엔진에 설치되는 연료 분사 밸브(2)의 종단면도이며, 가동 철심(20) 선단측에 설치된 밸브체(21)가 기단(基端)측의 스프링(23)으로 밀리게 되어 시트(2a)에 밀착하여 폐변(閉弁)된 상태를 나타내고 있지만, 전자 코일(22)로 전류가 통전된 연료 분사 밸브 구동 전류에 의해 가동 철심(20)이 기단측으로 흡인되어서 개변되고, 가스 연료를 흡기 관로에 분사하도록 되어 있다.

도 2(B)는 종래의 연료 분사 밸브 제어 장치가 출력하는 연료 분사 밸브(2)에 대한 연료 분사 밸브 구동 전류를 나타내고 있다. 그 우측의 고착 해제 제어의 종료 후에 있어서의 통상시의 파형도를 참조하여, 연료 분사 밸브(2)의 개변 초기에는 스프링(23)의 바이어싱포오스(biasing force)에 저항하는 토크보다도 더욱 큰 토크를 필요로 하기 때문에, 후속하는 개변 상태를 유지하는 유지 제어의 유지 전류보다도 큰 개변 전류를 순간적으로 출력하는 개변 제어를 실행한다.

그러나, 엔진 시동시에 있어서 가스 연료에 포함되는 수분의 동결 등, 여러 가지의 원인에 의해 연료 분사 밸브(2)가 고착하고 있는 경우가 있고, 이와 같은 상태에서는 순간적인 개변 전류에 의한 개변 제어에서는 연료 분사 밸브(2)를 개변할 수 없는 경우가 있다. 그 때문에, 도 2(B)의 좌측의 파형도에 도시된 바와 같이 엔진 시동시에 고착 해제 제어를 실행하고, 전자 코일로 통상시보다도 큰 구동 전류를 흐르게 함으로써 고착을 해제시켜, 그 후에 통상의 연료 분사 밸브 제어에 이행하는 것으로 한 연료 분사 밸브 제어가 공지되어 있다.

그러나, 엔진 회전수가 소정값에 달하는 것 등을 기준으로 하는 고착 해제 제어의 종료 판정이 될 때까지의 사이에, 통상시보다도 큰 전류를 흐르게 하는 것은 연료 분사 밸브(2)의 전자 코일의 용단(溶斷)됨 등의 원인으로 되어서 연료 분사 밸브(2)의 수명을 단축시킴과 아울러, 배터리의 여분의 소모로도 이어져버린다고 하는 문제가 있다.

이 문제에 대해서, 일본 특허 공개 제 2000-282905호 공보에서는, 엔진 시동시에 검지된 엔진 냉각수 온도·가스 연료의 압력에 의거하여, 연료 분사 밸브(2)의 구동 전류를 증강시키는 개변 회수를 산출하여, 고착 해제 제어에 의한 연료 분사 밸브(2)의 개변을 필요 최소한으로 하는 연료 분사 밸브 제어 장치가 제안되고 있으며, 이것에 의해 연료 분사 밸브의 손상 및 배터리의 소모를 감소시키는 것이 기대된다. 그러나, 고착 해제 제어에 의한 개변 회수는 최소한으로 하여도, 그 때의 연료 분사 밸브(2)를 구동시키는 전류량의 피크값은 통상의 개변 전류보다도 큰 채로 있기 때문에, 연료 분사 밸브(2)에 있어서의 손상 발생의 문제는 충분히 해소되지 않고 있다.

[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제 2000-282905호 공보

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하려고 하는 것이며, 엔진 시동시에 연료 분사 밸브의 고착을 자동적으로 해제하는 기능을 구비한 기체 연료용 엔진의 연료 분사 밸브 제어 장치에 대하여, 연료 분사 밸브의 손상 발생을 최소한으로 하면서 연료 분사 밸브의 고착 해제를 확실하게 실행하도록 하는 것을 과제로 한다.

따라서, 본 발명은 기체 연료용 엔진 연료 분사 밸브에 배선으로 접속되어, 통상시에는 폐변 상태로부터 개변시키기 위한 순간적인 개변 전류와 이에 이어지는 개변 상태를 유지하기 위한 개변 전류보다도 작은 유지 전류로 이루어진 연료 분사 밸브 구동 전류를 연료 분사 밸브에 출력하고, 엔진 시동시에는 필요에 따라서 연료 분사 밸브의 고착을 해제시키기 위하여 통상시보다도 증강된 연료 분사 밸브 구동 전류를 출력하는 고착 해제 제어를 실행하는 것으로 한 연료 분사 밸브 제어 장치에 있어서, 고착 해제 제어시에 개변 전류에 이어지는 유지 전류의 부분도 개변 전류로 한 개변 전류만으로 이루어진 연료 분사 밸브 구동 전류를 출력하는 것으로 하였다.

이것에 의해, 종래의 고착 해제 제어 기능을 구비한 연료 분사 밸브 제어 장치가 고착 해제 제어 중에 통상시의 개변 전류의 피크값을 크게 초과하는 연료 분사 밸브 구동 전류를 출력하여 연료 분사 밸브의 손상을 초래하기 쉬웠던 것에 대하여, 유지 전류 부분도 개변 전류로 된 개변 전류만으로 이루어진 연료 분사 밸브 구동 전류에 의해 고착 해제 제어를 행하는 것으로서, 개변 전류의 피크값을 크게 하지 않는 것으로 함으로써, 연료 분사 밸브의 손상을 최소한으로 하면서, 통상시보다도 개변 전류의 출력 시간을 연장함으로써 확실하게 고착을 해제할 수 있는 것으로 하였다.

또한, 이 고착 해제 제어는 검지된 엔진 회전수가 미리 정해진 소정의 수치이상으로 된 시점에서 종료하는 것으로 하면, 증강된 연료 분사 밸브 구동 전류의 출력 회수를 필요한 최소한으로 하는 것이 용이하게 되고, 배터리의 여분의 소모를 회피하기 쉽게 된다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태를 설명한다. 또한, 본 발명에 있어서 연료 분사 밸브 제어 장치에 의한 연료 분사 밸브 구동 전류의 연료 분사 밸브에 대한 출력은 연료 분사 밸브 제어 장치가 연료 분사 밸브에 직접 출력하는 것뿐만 아니라, 연료 분사 밸브 제어 장치가 소정의 연료 분사 밸브 구동 전류 출력 수단에 지령하여 연료 분사 밸브로 출력시킬 경우도 포함하는 것으로 한다.

도 1은 본 발명의 연료 분사 밸브 제어 장치가 설치된 엔진 시스템의 배치도를 나타내고 있으며, 기체 연료용 엔진(1)의 각종 제어를 실행하는 전자 제어 유닛(10)이 연료 분사 밸브 제어 장치를 겸하고 있다. 기체 연료용 엔진(1)에는 크랭크 각도 및 엔진 회전수를 검출하는 크랭크 센서(11), 엔진 냉각수 온도를 검출하는 수온 센서(12), 배기 중의 산소 농도를 검출하는 O2센서(13), 스로틀 개도를 검출하는 스로틀 센서(14) 등 엔진의 상태를 검출하는 센서류가 설치되어 있다. 그리 고, 이들이 배선으로 전자 제어 유닛(10)에 접속되어 검출 데이터가 입력되도록 되어 있고, 이들 데이터를 기초로 전자 제어 유닛(10)이 각종 제어를 실행하도록 되어 있다.

전자 제어 유닛(10)은 배선으로 흡기 관로에 설치된 연료 분사 밸브(2)에 접속되고 있고, 연료 분사 밸브 구동 전류를 출력함으로써 연료 분사 밸브(2)의 개변 제어를 실행한다. 또한, 도면에서는 전자 제어 유닛(10)으로부터 직접 연료 분사 밸브(2)에 접속되어 있지만, 소정의 연료 분사 밸브 구동 전류 출력 수단을 통하여, 이것에 지령 신호를 출력함으로써 제어를 실행하도록 하여도 마찬가지이다.

전자 제어 유닛(10)은 CPU, ROM, RAM, 버스(bus) 등을 구비하고, 기체 연료용 엔진의 일반적인 제어를 실행하기 위한 범용의 전자 제어 유닛에, 이하에 기술하는 고착 해제 기능을 포함하는 연료 분사 밸브 제어를 실행시키기 위한 프로그램이 격납된 것이며, 본 발명의 연료 분사 밸브 제어 장치를 기능적으로 겸하고 있는 점을 특징으로 하고 있다.

즉, 전자 제어 유닛(10)은 상술한 각종 센서에 의한 입력 데이터를 기초로 최적의 연료 분사 타이밍 및 연료 분사량(분사 시간)을 결정하여, 연료 분사 밸브 구동 신호를 출력함으로써 연료 분사 밸브(2)의 개변 제어를 실행하는 것이고, 엔진 시동시에 있어서 연료 분사 밸브(2)에 고착의 가능성이 있을 때에는 통상의 연료 분사 밸브 제어에 앞서서 고착 해제 제어를 실행하는 것이며, 그 제어 방법에 특징이 있는 것이다.

고착 해제 제어를 실행하는 판정 기준으로서는 예컨대, 엔진 시동시(IG 스위 치 ON시 등)에 엔진 냉각 수온이 소정의 온도 이하일 경우에 실행하는 것으로 하고, 고착 해제 제어 종료의 판정 기준으로서는 예컨대, 엔진 회전수가 소정값 이상으로 된 시점에 종료하는 것으로 하면, 전자 제어 유닛(10)의 처리 부담을 과대하게 증가시키는 것 없이 용이하게 판정할 수 있다.

본 발명의 특징 부분인 고착 해제 제어 기능의 상세 부분에 대하여 설명하면, 상술한 바와 같이 통상의 연료 분사 밸브 구동 전류는 도 2(A)의 연료 분사 밸브 구동 전류의 우측파형으로 도시된 바와 같이, 연료 분사 밸브(2)를 개변시키기 위한 순간적으로 큰 산형(山形)의 파형으로 되는 개변 전류와, 이것보다도 작은 개변 상태를 유지하기 위한 평탄한 유지 전류로 이루어진다. 이것을 본 발명에 있어서 좌측파형으로 도시된 바와 같이 개변 전류 출력 후에 유지 전류로 하지 않고 연속적으로 개변 전류로 한 점에 특징이 있다.

이것은 도 2(B)의 종래의 고착 해제 제어에 의한 연료 분사 밸브 구동 전류의 좌측파형이 개변 전류를 포함하여 전체적으로 전류값을 올림으로써 연료 분사 밸브(2)의 손상을 초래하기 쉬웠던 것에 대하여, 본 발명에 있어서 분사 시간 전체를 개변 제어에 의한 개변 전류만으로 함으로써, 전류의 피크값은 통상시와 변화하지 않는 것으로 해서 연료 분사 밸브(2)의 손상을 최소한으로 하면서, 토크가 큰 시간을 연장함으로써 고착을 해제하기 쉽게 한 것이다. 또한, 이것을 전압값으로 보면, 도 2(A)의 상단의 파형도와 같아진다.

이어서, 본 실시형태에 있어서의 고착 해제 제어의 순서에 대해서 도 3의 플로우챠트를 이용하여 상세하게 설명한다.

우선, IG 스위치를 ON으로 한 시점(S1)에서 엔진 냉각 수온이나 연료 온도·압력 등의 엔진 상태를 나타내는 데이터가 전자 제어 유닛(10)에 입력되고, 스타터를 ON으로 함으로써(S2), 고착 해제 제어의 필요 여부가 판정된다(S3). 예컨대, 수분의 동결을 원인으로 하는 고착이 많을 경우에는 엔진 냉각수 온도가 소정의 기준값 이상인지의 여부로 판단하는 것으로 한다.

그리고, 고착 해제 제어가 불필요하다고 판단되었을 경우에는, 통상시의 연료 분사 밸브 제어로서 개변 전류와 유지 전류로 이루어진 연료 분사 밸브 구동 전류에 의한 연료 분사 밸브 제어가 실행된다(S6). 한편, 고착 해제 제어가 필요하다고 판단되었을 경우에는, 개변 전류만으로 이루어진 연료 분사 밸브 구동 전류에 의한 연료 분사 밸브 제어가 실행되고(S4), 엔진 회전수가 미리 기억된 기준 회전수 이상이 되었는지 판정되고(S5), 기준 회전수 미만이면 계속하여 개변 전류만에 의한 연료 분사 밸브 제어가 실행되어, 기준 회전수 이상이면 통상의 연료 분사 밸브 제어를 이행한다(S6).

이와 같은 제어를 실행하는 본 실시형태의 연료 분사 밸브 제어 장치에 의하면, 엔진 시동시에 연료 분사 밸브의 고착을 용이하고 또한 확실하게 해제할 수 있고, 게다가, 고착 해제 제어 중의 연료 분사 밸브 구동 전류의 피크값이 극단적으로 상승되지 않으므로, 연료 분사 밸브 손상의 리스크를 최소한으로 할 수 있는 것이다.

고착 해제 제어 중의 연료 분사 밸브 구동 전류를 개변 전류만으로 한 본 발 명에 의하면, 연료 분사 밸브의 손상 발생을 최소한으로 하면서, 확실하게 고착을 해제할 수 있는 것이다.

Claims

기체 연료용 엔진의 연료 분사 밸브에 배선으로 접속되어, 통상시에는 폐변 상태로부터 개변시키기 위한 순간적인 개변 전류와 이것에 이어지는 개변 상태를 유지하기 위한 상기 개변 전류보다도 작은 유지 전류로 이루어진 연료 분사 밸브 구동 전류를 상기 연료 분사 밸브에 출력하고, 엔진 시동시에는 상기 연료 분사 밸브의 고착을 해제시키기 위하여 통상시보다도 증강된 연료 분사 밸브 구동 전류를 출력하는 고착 해제 제어를 실행하는 것으로 한 연료 분사 밸브 제어 장치에 있어서, 상기 고착 해제 제어시에 상기 개변 전류에 이어지는 유지 전류의 부분도 상기 개변 전류로 한 상기 개변 전류만으로 이루어진 연료 분사 밸브 구동 전류를 출력하는 것을 특징으로 하는 기체 연료용 엔진의 연료 분사 밸브 제어 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 고착 해제 제어는 검지된 엔진 회전수가 미리 정해진 소정의 수치이상으로 된 시점에서 종료되는 것을 특징으로 하는 기체 연료용 엔진의 연료 분사 밸브 제어 장치.