KR101445165B1

KR101445165B1 - 내연 기관의, 연료 레일에 연결된, 분사 밸브의 진단 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101445165B1
Application number: KR1020107001471A
Authority: KR
Inventors: 미하엘 스타흘; 카롤스 에두아르도 미구에이스; 마티아스 비제
Original assignee: 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
Priority date: 2007-06-22
Filing date: 2008-06-11
Publication date: 2014-09-29
Also published as: DE102007028900B4; DE102007028900A1; CN101688491B; US8333109B2; KR20100032913A; WO2009000647A3; WO2009000647A2; US20100251809A1; CN101688491A

Abstract

본 발명은 분사 밸브(5)의 진단 방법에 관한 것인데, 오버런 연료 차단 상태에서 연료 레일(4)에의 연료 공급을 차단하고, 그리고 상기 연료 공급이 차단된 후에, 상기 연료 레일(4)에서 제1 연료 압력을 측정하고, 그리고 상기 제1 연료 압력 측정 후에, 시험 분사를 행하도록 상기 분사 밸브(5)를 액추에이트하고, 그리고 상기 시험 분사 후에, 상기 연료 레일(4)에서 제2 연료 압력을 측정하고, 그리고 측정된 상기 제1 연료 압력과 측정된 상기 제2 연료 압력으로부터 차압 값(ΔP)을 형성하고, 그리고 동작 파라미터의 기준 파라미터로부터의 편차를 상기 차압 값(ΔP)으로부터 결정하고, 그리고 미리 정의된 최대 편차를 초과하면, 상기 분사 밸브(5)가 결함이 있는 것으로 식별한다. 본 발명은 또한 분사 밸브(5)의 진단 장치에 관한 것이다.

Description

내연 기관의, 연료 레일에 연결된, 분사 밸브의 진단 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR DIAGNOSING AN INJECTION VALVE, CONNECTED TO A FUEL RAIL, OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 내연 기관의, 연료 레일에 연결된, 분사 밸브의 진단 방법에 관한 것이다.

본 발명은 또한 내연 기관의, 연료 레일에 연결된, 분사 밸브의 진단 장치로서, 연료 레일 내 연료 압력을 측정하도록 구성된 연료 측정 장비와 제어 장비를 구비하는, 분사 밸브의 진단 장치에 관한 것이다.

현대의 내연 기관들에 있어서 분사 밸브들에 의해서 내연 기관의 실린더들의 연소 챔버 내로 분사되어지는 연료는 빈번하게 연료 레일에 의해서 공급된다. 연료 레일은 연료 공급부에 특히 고압 공급부에 연결된다. 개별 분사 밸브들이 차례로 연료 레일에 연결되는데, 상기 분사 밸브들은 적절한 제어 장비들에 의해서 특정량의 연료를 분사하도록 액추에이트될 수 있다. 이러한 내연 기관들은 디젤 연소 기관일 수 있고 가스 연소 기관일 수도 있다. 이러한 분사 시스템은 예를 들어 소위 커먼 레일 분사 시스템일 수 있다.

복잡한 제조 방법 및 서로 다른 배치 조건들 때문에, 분사 밸브들은 그들의 동작 거동에 있어서 주요한 영향을 받는다. 특히 그들의 동작 사양(operating specifications)에 있어서 몇몇 변수(variance)가 빈번하게 존재한다. 이러한 변수들 또는 불규칙성으로 인하여 연료 혼합물의 불규칙한 연료 계량이 야기되고, 내연 기관의 배출량이 더 많아지고 스무드하게 주행되지 못하게 됨을 야기하는데, 이들 인자들은 일반적으로 더 낮은 효율과 연계된다. 상기 변수들은 예를 들어 제조 공차들(manufacturing tolerances)일 수 있고, 다시 말해서 제조 공차로 인한 분사 밸브들의 개별적인 편차들일 수 있다. 이러한 제조 공차들은 일단 밸브가 만들어지면 측정에 의해 결정될 수 있고 엔진 제어 유닛에서의 측정(calibration)에 의해서 보상될 수 있다. 밸브의 가용 수명에 걸친 일정한 거동을 나타내는, 노후(노화) 현상이 다른 유형의 변수인데, 이것은 예를 들어 장기간의 측정에 의해서 결정될 수 있어서, 명목적인 밸브 거동의 모델링이 저장 유닛에 저장될 수 있다.

밸브의 전체적인 특징적인 유동 라인에 걸쳐서 분사 시간을 적응시킴으로써 노후 현상과 제조 공차들을 보상하기 위한 두 방법들이 분사 밸브들의 기능 균등화(equalization)로서 알려져 있다.

하나의 방법은 소위 실린더-선택적 람다 레귤레이션인데, 이것은 각각의 배기 가스 뱅크에 대하여 하나의 람다 센서를 사용하고, 상기 람다 센서는 실린더-특정적인 람다 센서 모델과 실린더-특정적인 람다 센서 신호를 비교함으로써 실린더들의 다른 것과의 상대적인 편차를 탐지한다. 내연 기관의 모든 실린더들이 규칙적으로 분포된 공기 질량 유동(

)을 가진다고 가정하면, 측정된 람다 값(λ)과 알려진 화학양론적 비(stoichiometric ratio)(c)로부터 다음의 수학식을 사용하여 평균 연료 질량 유동(

)을 연산하는 것이 가능하다:

.

이렇게 알려진 방법에 의하면, 평균 람다 레귤레이터 값으로부터의 실린더-특정적인 람다 신호의 편차로부터 각각의 실린더의 분사된 연료 질량을 계산(work out)할 수 있고, 이러한 기준에 기초하여 실린더-특정적 기초(cylinder-specific basis)에 대한 분사 보정 값들을 적응시킬 수 있다. 그런데 이러한 방법은 실린더-특정적인 람다 레귤레이션의 편차가 공기 및 연료 경로 둘 다로부터 발생할 수 있어서 에러 지점의 유일한 위치가 보증되지 않기 때문에 연료 분사기들을 진단하는 데에 사용될 수 없다. 또한 이러한 진단 방법은 현대의 터보차져 엔진들에 있어서, 람다 센서가 터보차져의 하류에 위치된다면, 제한된 어플리케이션을 가진다.

알려진 제2의 방법은 실린더-특정적인 분사 보정 값들의 적응에 대하여 실린더-특정적인 불균등 구동(uneven running)을 사용한다. 시간에 따라 변하는 크랭크축의 각 가속도(α)는, 여기서 내연 기관의 불균등 구동의 측정치이고, 각각의 실린더의 평균 감소된 토크(M)를 나타낸다. 여기서 다음의 수학식이 사용된다:

M = αㆍΘ.

회전 관성 질량(θ)이 일정하다고 고려되기 때문에, 측정가능한 각 가속도와 감소된 토크 사이에 선형 관계가 존재한다. 일정한 점화 파라미터들에 의해서 그리고 일정하고 규칙적으로 분포된 공기 질량 유동을 가정함으로써, 이로써 평균 감소된 토크가 각각의 실린더에 의해서 분사된 연료 질량에 따라서 얻어진다. 실린더-특정적인 불균등 구동은, 불균등 구동에 관하여 개별 실린더들로부터의 편차가 최소에 이를 때까지, 동일한 연료 질량에 대하여 개별 연료 분사 시간을 보정하는 데에 사용된다. 이러한 보정이 적응 값으로서 엔진 제어 유닛에 저장된다. 그런데 이러한 방법은 실린더-특정적인 불균등 구동의 편차가 공기 및 연료 경로 둘 다로부터 발생할 수 있어서 에러 지점의 유일한 위치가 보증되지 않기 때문에 연료 분사기들을 진단하는 데에 사용될 수 없다.

알려진 두 방법들에 의하면, 적응 값들이 개별 실린더들 내로의 분사에 대하여 결정된다. 두 방법들은 따라서 일정한 노후 현상을 보정할 수 있다. 그런데 그들은, 에러 지점의 유일한 지점이 보증되지 않기 때문에, 분사 밸브의 신속하게 발생하는 결함을 진단하는 가능성을 제공하지 아니한다.

연료 분사기를 제어하는 장치 및 방법이 또한 US 6,964,261 B2에 알려져 있다. 여기서 연료량이 소위 0 연료 조건 동안 분사된다. 분사된 연료량에 상응하는 연료 레일에서의 압력 저하가 탐지되고 연료 분사에 따라서 엔진 속도의 변화가 결정된다. 연료 레일에서의 압력 저하와 엔진 속도의 상응하는 변화에 따라서 연료 분사가 적응된다. 상기 알려진 방법을 사용하여 분사기의 노후 현상을 탐지할 수 있다. 그러나, 결함에 기인한 분사 밸브에서의 신속하게 발생하는 변화들은 상기 방법에 의해서는 마찬가지로 고려될 수 없다.

전술한 종래 기술들에 기초하여, 본 발명의 목적은 도입부에서 언급된 유형의 방법 및 장치로서, 내연 기관의 배기 가스 시스템 구성과 무관하게 분사 밸브의 특히 신속하게 발생하는 결함을 진단하는 데에 사용될 수 있는 방법 및 장치를 특정하는 것이다.

상기 목적은 독립항들 제1 항 및 제14 항의 특허 대상(subject matter)에 의해서 성취된다. 본 발명의 이로운 실시예들이 발명의 상세한 설명 및 도면들과 종속항들에 개시된다.

도입부에서 언급된 방법에 대한 본 발명에 따르면, 상기 목적은 다음의 단계들에 의해서 성취된다:

- 상기 내연 기관의 오버런 연료 차단 상태(overrun cut-off phase)에서, 상기 연료 레일에의 연료 공급을 차단하는 단계,

- 상기 연료 공급이 차단된 후에, 상기 연료 레일에서 제1 연료 압력을 측정하는 단계,

- 상기 제1 연료 압력 측정 후에, 한 번 이상의 시험 분사를 행하도록 상기 분사 밸브를 액추에이트하는 단계,

- 상기 한 번 이상의 시험 분사 후에, 상기 연료 레일에서 제2 연료 압력을 측정하는 단계,

- 측정된 상기 제1 연료 압력과 측정된 상기 제2 연료 압력으로부터 차압 값(differential pressure value)을 형성하는 단계,

- 동작 파라미터의 기준 파라미터로부터의 편차를 상기 차압 값으로부터 결정하고, 상기 동작 파라미터의 상기 기준 파라미터로부터의 미리 정의된 최대 편차를 초과하면, 상기 분사 밸브가 결함이 있는 것으로 식별되는 단계.

도입부에서 언급된 장치에 대한 본 발명에 따르면, 상기 목적은 다음과 같이 구성된 제어 장비에 의해서 성취된다:

- 상기 내연 기관의 오버런 연료 차단 상태에서, 상기 연료 레일에의 연료 공급을 차단하고,

- 상기 연료 공급이 차단된 후에, 상기 연료 레일에서 제1 연료 압력을 측정하도록 상기 연료 측정 장비를 액추에이트하고,

- 상기 제1 연료 압력 측정 후에, 한 번 이상의 시험 분사를 행하도록 상기 분사 밸브를 액추에이트하고,

- 상기 한 번 이상의 시험 분사 후에, 상기 연료 레일에서 제2 연료 압력을 측정하도록 상기 연료 측정 장비를 액추에이트하고,

- 측정된 상기 제1 연료 압력과 측정된 상기 제2 연료 압력으로부터 차압 값을 형성하고, 그리고

- 동작 파라미터의 기준 파라미터로부터의 편차를 상기 차압 값으로부터 결정하고, 상기 동작 파라미터의 상기 기준 파라미터로부터의 미리 정의된 최대 편차를 초과하면, 상기 분사 밸브가 결함이 있는 것으로 식별하도록 구성된다.

따라서 본 발명은 시험 분사 전후의 연료 압력 간의 차이를 형성하고 이러한 차압 값을 내연 기관의 동작 파라미터의 기준 파라미터로부터의 편차를 결정하기 위한 기초로서 사용하는 것을 제공한다. 동작 파라미터의 기준 파라미터로부터의 최대 허용가능한 편차는 미리 결정된다. 만약 피시험 분사 밸브에 대하여 최대 편차가 초과되면, 상기 분사 밸브는 결함이 있는 것으로 식별된다. 따라서 본 발명에 따르면, 특히 분사 밸브의 사양에 있어서 신속하게 발생하는 변화가 식별된다. 여기서 최대 편차는 분사 밸브들의 안정성에 관한 요구 조건(requirements)에 따라서 선택될 수 있다. 본 발명에 따르면 동작 파라미터의 기준 파라미터로부터의 타당치 않은 편차들의 경우에 결함 식별이 트리거된다.

결함 현상은 개별 분사 밸브들에 강한 영향을 미치고 분사 밸브들의 일정한 노후 현상으로부터 현저히 벗어나는 거동을 나타낸다. 이러한 예기치 못한 거동의 모델링은 불가능하다. 이러한 맥락에서 결함은 예를 들어 노후 현상과 같이 일정한 변화가 아니라 특히 신속하게 발생하는 변화라고 지칭된다.

본 발명에 따른 방법에 의하면 이러한 결함 현상과 분사 밸브의 일반적인 노후로부터의 이러한 현저한 편차들을 진단할 수 있다. 분사 밸브가 결함이 있는 것으로 식별되면, 적절한 대응조치들이 취해질 수 있다. 결함 있는 분사 밸브의 특정한 교체로 인하여 배출 증가 및 불균등 구동이 줄어들 수 있다. 또한 예를 들어 내연 기관을 비상 동작으로 전환하는 것이 가능하다. 이러한 프로세스에서 내연 기관은 예를 들어 제한 속도로만 동작될 수 있다.

본 발명에 따르면, 동작 파라미터의 기준 파라미터로부터의 편차가 또한 정응 값들을 연산하는 데에 사용될 수 있는데, 적응 값들을 기초로 하여 동작 파라미터의 편차를 보상하기 위한 다음 분사에서 피시험 분사 밸브의 액추에이션이 적응된다. 이러한 적응 값들이 타당치 않으면, 다시 말해서 동작 파라미터의 기준 파라미터로부터의 편차가 특히 기정의된 최대 편차를 초과하면, 밸브가 결함이 있는 것으로 진단될 수 있다. 기정의된 최대 편차는 예를 들어 미리 생성된 특성 장(characteristic field)을 기초로 하여 결정될 수 있다.

본 발명에 따르면 이러한 상태에서 분사 밸브들이 정상적으로 액추에이트되지 않기 때문에, 내연 기관의 오버런 연료 차단 상태에서 시험 분사가 발생한다. 연료 레일에의 연료 공급을 차단하는 것으로 인하여 연료 레일에 포함된 연료가 거의 일정한 레벨로 유지될 수 있다. 여기서 바람직하게는, 연료 공급이 차단된 후에 제1 연료 압력 측정과 시험 분사의 시작 전에 시험 분사에 대하여 연료 분사 시스템에 안정적인 상태가 존재하도록 시스템의 천이 상태를 기다린다.

본 예시에서 내연 기관은 디젤 기관 또는 가스 내연 기관일 수 있다. 연료 레일은 특히 커먼 레일일 수 있다. 제어 장비는 예를 들어 엔진 제어 유닛(ECU)일 수 있다. 연료 측정 장비는 특히 연료 레일에 위치하는 압력 센서, 특히 고압 센서일 수 있다.

본 발명에 따른 방법 및/또는 장치는 내연 기관의 배기 가스 시스템 구성과 무관하게 사용될 수 있다. 그러면 람다 센서 또는 속도 센서 중 어느 것도 순수한 물리적 관점에서 필요하지 않다.

본 발명에 따르면, 특히 복수의 동작 파라미터들과 복수의 기준 파라미터들이 그들의 편차에 관하여 비교될 수 있다.

시험 분사는 특히, 시험 분사 동안 어떠한 분사된 연료의 연소가 발생하지 않도록 하는 것일 수 있다. 예를 들어 분사된 연료량은 연소되기에는 너무 작을 수 있다. 이로 인하여 예를 들어 내연 기관의 촉매 컨버터의 예열이 허용된다. 그러나 또한 연소되지 않은 연료 혼합물로 인한 더 큰 배기 가스 값들을 막기 위해서, 시험 분사가 연료 혼합물의 연소를 결과하도록 행해질 수도 있다. 원칙적으로, 시험 분사는 예를 들어 이전 또는 후속 분사이거나 촉매 컨버터에 대한 가열 분사(heat injection)일 수 있다.

분사기에 대한 엑추에이션 시간은 특히 분사 밸브가 시험되는 액추에이션 파라미터로서 기결정될 수 있다. 분사 시간은 람다 레귤레이션, 실린더 뱅크 균등화 기능(cylinder bank equalization functions) 및 분사기의 비선형성에 의해서 영향 받는다. 따라서 분사 시간이 시험 분사에 대한 액추에이션 변수로서 기결정된다면, 이러한 영향이 이롭게도 자동적으로 고려된다. 그러나 분사기가 열리는 정도, 액추에이션 높이(분사기 리프트) 등을 제어하여서 시험 분사에 영향을 미치는 것이 또한 가능하다.

연료 측정 장비는 물론 둘보다 많은 압력 값들을 측정하도록 제어 장비에 의해서 액추에이트될 수 있다. 그러면 특히 시간에 따른 압력 프로파일이 측정될 수 있는데, 상기 압력 프로파일 특히 차례로 차압 값을 결정하는 것이 가능하다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 동작 파라미터는 형성된 차압 값이고 기준 파라미터는 시험 분사 전후 연료 레일에서의 연료 압력 간의 셋포인트 차압 값이다. 이러한 실시예에 의해서 시험될 동작 파라미터가 특히 간단한 방식으로 제공되는데, 미리 정의된 셋포인트 차압 값과 상기 시험될 동작 파라미터를 비교하는 것이 가능하다.

그러나 대안적으로 또는 부가적으로 동작 파라미터는 차압 값으로부터 결정되고 시험 분사 동안 실제로 분사된 연료량일 수 있고, 기준 파라미터는 시험 분사 동안 분사될 셋포인트 연료량일 수 있다. 고압 연료 시스템이 대체로(largely) 누출에 대하여 밀봉되어 있고 사용된 연료의 압축 계수가 충분히 정확하게 알려져 있다고 가정하면, 다음의 수학식을 사용하여 결정된 차분 입력 값으로부터 시험 분사에 의해서 실제로 분사된 절대 연료량을 결정하는 것이 가능하다:

, 여기서:

ΔP: 차압 값

B: 연료의 팽창 계수

α: 온도로 인한 체적 팽창 계수

ΔT: 온도 변화

Δm: 실제 분사된 연료 질량

ρ: 연료 밀도

V: 연료 분배기 시스템의 체적.

따라서 이러한 실시예에 의해서, 시험 분사 동안 직접 분사된 연료량을 해당 기결정된 셋포인트 연료량과 비교하는 것과 그리고 이를 기초로 분사 밸브를 진단하는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 방법의 바람직한 다른 실시예에 있어서, 복수의 시험 분사들을 행하도록 분사 밸브가 액추에이트되되, 측정된 제1 연료 압력 및 측정된 제2 연료 압력으로부터 각각 시험 분사들의 각각에 대하여 차압 값이 형성된다. 장치에 관한 상응하는 실시예에서, 제어 장비는 복수의 시험 분사들을 행하도록 분사 밸브를 액추에이트하고, 측정된 제1 연료 압력 및 측정된 제2 연료 압력으로부터 각각 시험 분사들의 각각에 대하여 차압 값을 형성하도록 구성된다. 이러한 실시예에 의하면, 결정된 차분 입력 값들에 의해서 제공된 정보의 신뢰성을 증가시킬 수 있다. 여기서 연료 레일에의 연료 공급이 동작 압력이 축적될 때까지 개별 시험 분사들 사이에서 열려지고, 그후 다음 시험 분사 전에 오버런 연료 차단 상태에서 다시 닫히도록 구성될 수 있다. 그러나 또한 연료 레일에의 연료 공급이 시험 분사들 사이에 닫힌 채로 있을 수도 있다.

따라서 이러한 실시예에 의해서, 복수의 시험 분사들이 하나의 분사 밸브에 의해서 수행된다. 이를 위해서, 특히 바람직하게는 동작 파라미터가 형성된 차압 값들의 변화이고 기준 파라미터가 차압 값들의 셋포인트 변화일 수 있다. 또한 셋포인트 변화는 특히 0일 수 있다. 이러한 실시예에 의해서 분사 밸브의 결함의 경우에 발생하는 형성된 차압 값들의 변화의 증가가, 미리 정의된 셋포인트 변화를 초과한다면, 분사 밸브의 결함이 진단된다는 점에서, 진단 목적으로 사용된다. 대안적으로 또는 부가적으로 여기서 동작 파라미터가 차압 값들로부터 결정되고 시험 분사 동안 실제로 분사된 연료량들의 변화이고 기준 파라미터가 연료량들의 셋포인트 변화일 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 다른 실시예에서, 둘 이상의 분사 밸브들이 각각 한 번 이상 시험 분사를 행하도록 하나씩 차례로 액추에이트되는데, 측정된 제1 연료 압력과 측정된 제2 연료 압력으로부터 각각 분사 밸브들의 각각에 대하여 차압 값이 형성된다. 그러므로 장치의 일 실시예에서, 제어 장비는 둘 이상의 분사 밸브들을 각각 한 번 이상 시험 분사를 행하도록 하나씩 차례로 액추에이트하고, 측정된 제1 연료 압력과 측정된 제2 연료 압력으로부터 각각 분사 밸브들의 각각에 대하여 차압 값을 형성하도록 구성된다. 이러한 실시예에 의해서, 예를 들어 복수의 분사 밸브들을 하나씩 차례로 시험하는 것이 가능하다. 이러한 실시예에 의해서, 또한 이러한 분사 밸브의 다른 분사 밸브로부터의 상대적인 편차에 기초하여 분사 밸브의 에러 진단을 할 수 있다. 이것은 특히 고압 연료 시스템에 작은 누출이 있거나 또는 연료의 압축 계수 결정에 부정확성이 존재하여서, 따라서 분사된 연료량의 절대 연산이 부정확할 수 밖에 없을 때 이로울 수 있다.

다시, 복수의 밸브들이 시험 분사들을 행하도록 액추에이트될 때, 연료 레일에의 연료 공급이 동작 압력이 축적될 때까지 개별 시험 분사들 사이에서 열려지고, 후속 시험 분사에 대하여 오버런 연료 차단 상태에서 다시 닫히는 것이 가능하다. 다시, 마찬가지로 또한 연료 공급이 개별 시험 분사들 사이에 닫힌 채로 유지되는 것이 가능하다. 특히 바람직하게는 동작 파라미터가 제1 분사 밸브에 대하여 형성된 차압 값이고 기준 파라미터가 제2 분사 밸브에 대하여 형성된 차압 값일 수 있다. 그러나 또한 대안적으로 또는 부가적으로 동작 파라미터가 제1 분사 밸브에 대하여 개개의 차압 값으로부터 결정되고 시험 분사 동안 실제로 분사된 연료량이고, 기준 파라미터가 제2 분사 밸브에 대하여 개개의 차압 값으로부터 결정되고 시험 분사 동안 실제로 분사된 연료량일 수 있다.

본 방법의 바람직한 다른 실시예에서, 둘 이상의 분사 밸브들의 각각이 복수의 시험 분사들을 행하도록 액추에이트되되, 측정된 제1 연료 압력 및 측정된 제2 연료 압력으로부터 각각 시험 분사들의 각각에 대하여 차압 값이 형성될 수 있다. 따라서 장치의 다른 실시예에서, 제어 장비는, 둘 이상의 분사 밸브들의 각각이 복수의 시험 분사들을 행하도록 액추에이트하고, 측정된 제1 연료 압력 및 측정된 제2 연료 압력으로부터 각각 시험 분사들의 각각에 대하여 차압 값이 형성하도록 구성된다. 다시, 이러한 실시예에 의해서 둘 이상의 분사 밸브들의 결정된 차분 입력 값들에 의해서 제공된 정보를 증가시키는 것이 가능하다.

다시 여기서 동작 파라미터가 제1 분사 밸브에 대하여 형성된 차압 값들의 변화이고 기준 파라미터가 제2 분사 밸브에 대하여 형성된 차압 값들의 변화일 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로 동작 파라미터가 제1 분사 밸브에 대하여 개개의 차압 값들로부터 결정되고 시험 분사 동안 실제로 분사된 연료량들의 변화이고, 기준 파라미터가 제2 분사 밸브에 대하여 차압 값들로부터 결정되고 시험 분사 동안 실제로 분사된 연료량들의 변화일 수 있다.

복수의 밸브들이 시험 분사들을 행하도록 액추에이트된다면, 특히 둘보다 많은 분사 밸브들이 자연스럽게 액추에이트될 수 있다. 그러면 기준 파라미터는 예를 들어 차압 값들의 또는 상기 차분 입력 값들로부터 결정되고 실제로 분사된 연료량들의 평균값이거나 또는, 각각의 밸브가 복수 회 액추에이션되는 경우에, 차압 값들의 또는 다른 액추에이트된 분사 밸브들에 대하여 다시 말해서 특히 제2, 제3, 제4 등등의 분사 밸브에 대하여 분사된 연료량들의 변화들의 평균값일 수 있다.

최대 편차가 25% 이상, 바람직하게는 50% 이상일 때, 특히 신뢰성 있는 결함 식별이 얻어짐이 실제적으로 밝혀졌다.

본 발명에 따른 장치는 특히 본 발명에 따른 방법을 실행하도록 구성될 수 있다.

이하 도식적인 도면을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예를 보다 상세하게 설명한다, 도면들에서:
도 1은 내연 기관의 연료 분배기 시스템(fuel distributor system)을 나타내고,
도 2는, 연료 밸브의 본 발명에 따른 연료 밸브의 시험 분사 동안, 도 1에 도시된 연료 분배기 시스템에서의 시간에 따른 압력 프로파일을 나타내고, 그리고
도 3은 다양한 본 발명에 따라서 측정된 차압 값들의 다이어그램을 나타낸다.

도 1에 도시된 고압 연료 시스템은 고압 연료 펌프(1)를 포함한다. 양 제어 펌프(2)가 고압 연료 펌프(1)에 연결되는데, 양 제어 펌프(2)는, 고압 연료 펌프(1)에 의해 제공된 연료를 공급 라인(3)을 통해 연료 레일(4)에 공급한다. 연료 레일(4)에는 복수의 분사 밸브들(5)이 연결된다. 분사 밸브들(5)에 연료를 공급하기 위해서, 각각의 분사 밸브(5)는 연료 레일(4)에 연결된 분사 밸브 공급 라인(6)을 구비한다. 또한 연료 측정 장비가 압력 센서(7)의 형태로, 도시된 예시에서는 고압 센서(7)로서 도시되어 있다. 압력 센서(7)는 연료 레일(4)에서의 연료 압력을 측정하는 데에 사용될 수 있다. 분사 밸브들(5)을 액추에이트하고 고압 연료 시스템의 다른 변수들을 제어하기 위한 제어 장비(ECU)(상세히는 미도시)가 제공된다.

내연 기관의 현재의 예시에서는 스파크 점화 내연 기관의 오버런 연료 차단 상태에서, 양 제어 펌프(2)에 의해서 연료 레일(4)에의 연료 공급을 차단하기 위해서 제어 장비가 제공된다. 이후 시스템에 안정한 상태가 존재할 때까지 고압 연료 시스템의 천이 상태가 대기된다. 이로써 연료 레일(4)에 보유된 연료가 실질적으로 일정한 압력 레벨로 유지된다. 안정한 상태가 존재하게 되자마자, 연료 레일(4)에서의 제1 연료 압력을 측정하도록 압력 센서(7)가 제어 장비에 의해서 액추에이트된다. 이러한 제1 연료 압력이 제어 장비에 저장된다.

이후 제어 장비는 시험 분사를 수행하기 위해 분사 밸브(5)가 진단되도록 액추에이트한다. 또한 제어 장비는 시험 분사에 대한 분사 시간을 기결정한다. 도시된 예시에서 연료량의 연소가 발생하지 않는 작은 연료량이 분사될 수 있도록 짧은 분사 기간이 선택된다.

시험 분사 후에 연료 레일(4)에서의 제2 연료 압력을 측정하도록, 제어 장비에 의해서 압력 센서(7)가 액추에이트된다. 이렇게 측정된 압력이 또한 제어 장비에 저장된다.

또한 제어 장비는 두 번보다 더 많이 압력 측정을, 특히 다수 회의 압력 측정을 수행하도록 압력 센서(7)를 액추에이트할 수 있다. 이것으로 인하여 시간에 따른 압력 프로파일이 측정될 수 있다. 시험 분사 동안의 연료 레일(4)에서의 이러한 시간에 따른 압력 프로파일이 도 2에 도시된 다이어그램에 나타나 있다. 상기 다이어그램에서 초 단위로 x-축 상에 시간이 도시되고, 헥토파스칼(hectopascals) 단위로 y-축 상에 연료 레일(4)에서의 압력이 도시된다.

7.5 초 근방의 시간에서 연료 레일에의 연료 공급이 차단된다. 상기 시점으로부터 연료 레일(4)에서의 압력이 동작적인 진동(operational fluctuations)을 제외하고는 실질적으로 일정하게 유지되는 것을 알 수 있다. 9 초 근방에서 진단되어야 할 분사 밸브(5)가 시험 분사되도록 액추에이트된다. 따라서 다이어그램은 연료 레일(4)의 연료 압력에 있어서의 현저한 저하를 나타낸다. 시험 분사가 끝난 후에, 9.2 초 근방에서, 상기 시험 분사 이후 연료 압력은 동작적인 진동을 제외하고는 실질적으로 더 낮은 레벨로 유지된다.

제어 장비는 각각 시험 분사 직전과 시험 분사에 직후에 측정된 제1 연료 압력과 제2 연료 압력으로부터 차압 값(ΔP)을 형성한다. 이것이 도 2에 도시되어 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 이렇게 형성된 차압 값(ΔP)은 내연 기관의 동작 파라미터로서 선택될 수 있고 해당 시험 분사에 대하여 미리 정의된 것으로서, 시험 분사 전후의 연료 레일(4)에서의 연료 압력 간의 셋포인트 차압 값과 비교될 수 있다. 여기서 셋포인트 차압 값은 특히 시험 분사에 대한 기결정된 분사 시간을 기초로 결정된다. 상응하는 특성 장이 이를 목적으로 미리 생성될 수 있다. 그러면 형성된 차압 값의 셋포인트 차압 값으로부터의 편차가 결정될 수 있고, 미리 정의된 최대 편차, 도시된 예시에서는 50%를 초과하면, 액추에이트된 분사 밸브(5)에서의 결함이 진단된다.

도 3은 본 발명의 다른 예시적인 실시예를 나타내는 다이어그램을 도시한다. 여기서 분사 시간(T1_1_MES)이 밀리미터 단위로 x-축 상에 도시되어 있고, 상기 분사 시간에 대하여 서로 다른 분사 밸브들(5)이 시험 분사들 동안 액추에이트된다. 도 3의 다이어그램에서 분사 밸브들을 숫자들 0 내지 7로 표시하였는데, 도 3의 다이어그램의 우측에 도시된 서로 다른 심볼들은 서로 다른 분사 밸브들에 할당된다. 예를 들어 숫자 0을 가지는 분사 밸브는 다이아몬드 형상의 심볼에 할당되고 숫자 2를 가지는 분사 밸브는 사각 형상의 심볼에 할당되는 식이다.

도 3의 다이어그램에서 y-축은 서로 다른 분사 밸브들에 대하여 개개의 시험 분사의 전후에 연료 레일(4)에서 헥토파스칼 단위로 측정된 연료 압력 간의 차압 값(ΔP)을 나타낸다. 도시된 예시에서 분사 밸브들은 10개의 서로 다른 분사 시간들에 대하여 시험 분사들을 행하도록 하나씩 순차로 액추에이트된다. 8개의 분사 밸브들의 각각은 복수의 시험 분사들을, 도시된 예시에서는 10번의 시험 분사들을 행하도록 액추에이트되는데, 각각이 시험 분사 전후로 측정된 제1 연료 압력과 제2 연료 압력으로부터 분사 밸브들의 각각의 시험 분사들의 각각에 대하여 차압 값(ΔP)이 형성된다. 서로 다른 분사 밸브들의 매 분사마다의 이러한 차압 값들(ΔP)이 도 3의 다이어그램에 도시되어 있다.

도시된 예시에서 하나의 분사 시간에서 하나의 분사 밸브에 대하여 결정된 차압 값들(ΔP)의 변화가 동작 파라미터로서 연산된다. 도시된 예시에서 차압 값들의 셋포인트 변화가 기준 파라미터로서 미리 설정되었다. 도시된 예시에서 셋포인트 변화는 0이다. 도 3에서 기준 부호 8로 표시한 다이어그램의 영역은 숫자 0을 구비하는 밸브에 대한 차압 값의 과도한 변화(도 3에서 다이아몬드 형상의 측정점들)를 나타낸다. 도시한 예시에서 숫자 0를 구비한 밸브의 이러한 과도한 변화는 차압 값들의 셋포인트 변화로부터의 미리 정의된 최대 편차를 초과한다. 따라서 도시된 예시에서 숫자 0을 구비한 밸브가 결함이 있는 것으로서 식별된다.

이로써 도 2 및 도 3에 따라서 결함이 있는 것으로 식별된 밸브들이 내연 기관의 최적 동작을 보증하기 위해서 교체될 수 있다. 또한 적절한 대응조치들이 취해질 수 있는데, 예를 들어 내연 기관을 비상 동작으로 전환하거나 또는 내연 기관의 속도를 제한할 수 있다.

따라서 본 발명에 따른 방법 및/또는 장치에 의하면, 개개의 분사 밸브들의 특히 신속하게 발생하는 이로써 예기치 못한 결함들이 식별되고 적절한 대응조치들이 취해질 수 있다. 여기서 상기 방법 및 장치는 내연 기관의 배기 가스 시스템 구성과는 무관하다.

Claims

내연 기관의 연료 레일(4)에 연결된 분사 밸브(5)의 진단 방법으로서,
- 상기 내연 기관의 오버런 연료 차단 상태에서, 상기 연료 레일(4)에의 연료 공급을 차단하는 단계,
- 상기 연료 공급이 차단된 후에, 상기 연료 레일(4)에서 제1 연료 압력을 측정하는 단계,
- 상기 제1 연료 압력 측정 후에, 한 번 이상의 시험 분사를 행하도록 상기 분사 밸브(5)를 액추에이트하는 단계,
- 상기 한 번 이상의 시험 분사 후에, 상기 연료 레일(4)에서 제2 연료 압력을 측정하는 단계,
- 측정된 상기 제1 연료 압력과 측정된 상기 제2 연료 압력으로부터 차압 값(differential pressure value)(ΔP)을 형성하는 단계, 및
- 기준 파라미터로부터 동작 파라미터의 편차를 상기 차압 값(ΔP)으로부터 결정하고, 상기 기준 파라미터로부터 상기 동작 파라미터가 갖는 편차가 미리 정의된 최대 편차를 초과하면, 상기 분사 밸브(5)가 결함이 있는 것으로 식별되는 단계를 포함하는,
내연 기관의, 연료 레일에 연결된, 분사 밸브의 진단 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 동작 파라미터는 형성된 상기 차압 값(ΔP)이고,
상기 기준 파라미터는 상기 시험 분사 전후의 상기 연료 레일(4)에서의 연료 압력 간의 셋포인트 차압 값인 것을 특징으로 하는,
내연 기관의, 연료 레일에 연결된, 분사 밸브의 진단 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 동작 파라미터는 상기 차압 값(ΔP)으로부터 결정되고 상기 시험 분사 동안 실제로 분사된 연료량이고,
상기 기준 파라미터는 상기 시험 분사 동안 분사될 셋포인트 연료량인 것을 특징으로 하는,
내연 기관의, 연료 레일에 연결된, 분사 밸브의 진단 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 분사 밸브(5)를 복수 회의 시험 분사들을 행하도록 액추에이트하되,
상기 시험 분사들의 각각에 대하여 측정된 상기 제1 연료 압력과 측정된 상기 제2 연료 압력으로부터 각각 차압 값(ΔP)을 형성하는 것을 특징으로 하는,
내연 기관의, 연료 레일에 연결된, 분사 밸브의 진단 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 동작 파라미터는 형성된 차압 값들(ΔP)의 변수(variance)이고,
상기 기준 파라미터는 상기 차압 값들(ΔP)의 셋포인트 변수인 것을 특징으로 하는,
내연 기관의, 연료 레일에 연결된, 분사 밸브의 진단 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 동작 파라미터는 차압 값들(ΔP)로부터 결정되고 상기 시험 분사 동안 실제로 분사되는 연료량들의 변수이고,
상기 기준 파라미터는 상기 연료량들의 셋포인트 변수인 것을 특징으로 하는,
내연 기관의, 연료 레일에 연결된, 분사 밸브의 진단 방법.
제 1 항에 있어서,
둘 이상의 분사 밸브들(5)을 하나씩 차례로 각각 한 번 이상의 시험 분사를 행하도록 액추에이트하되,
상기 분사 밸브들(5)의 각각에 대하여 측정된 상기 제1 연료 압력과 측정된 상기 제2 연료 압력으로부터 각각 차압 값(ΔP)을 형성하는 것을 특징으로 하는,
내연 기관의, 연료 레일에 연결된, 분사 밸브의 진단 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 동작 파라미터는 제1 분사 밸브(5)에 대하여 형성된 차압 값(ΔP)이고,
상기 기준 파라미터는 제2 분사 밸브(5)에 대하여 형성된 차압 값(ΔP)인 것을 특징으로 하는,
내연 기관의, 연료 레일에 연결된, 분사 밸브의 진단 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 동작 파라미터는 개개의 차압 값(ΔP)으로부터 제1 분사 밸브(5)에 대하여 결정되고 상기 시험 분사 동안 실제로 분사된 연료량이고,
상기 기준 파라미터는 개개의 차압 값(ΔP)으로부터 제2 분사 밸브(5)에 대하여 결정되고 상기 시험 분사 동안 실제로 분사된 연료량인 것을 특징으로 하는,
내연 기관의, 연료 레일에 연결된, 분사 밸브의 진단 방법.
제 7 항에 있어서,
둘 이상의 분사 밸브(5)들의 각각을 복수 회의 시험 분사들을 행하도록 액추에이트하되,
상기 시험 분사들의 각각에 대하여 측정된 상기 제1 연료 압력과 측정된 상기 제2 연료 압력으로부터 각각 차압 값(ΔP)을 형성하는 것을 특징으로 하는,
내연 기관의, 연료 레일에 연결된, 분사 밸브의 진단 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 동작 파라미터는 제1 분사 밸브(5)에 대하여 형성된 차압 값들(ΔP)의 변수이고,
상기 기준 파라미터는 제2 분사 밸브(5)에 대하여 형성된 차압 값들(ΔP)의 변수인 것을 특징으로 하는,
내연 기관의, 연료 레일에 연결된, 분사 밸브의 진단 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 동작 파라미터는 제1 분사 밸브(5)에 대하여 차압 값들(ΔP)로부터 결정되고 상기 시험 분사 동안 실제로 분사된 연료량들의 변수이고,
상기 기준 파라미터는 제2 분사 밸브(5)에 대하여 차압 값들(ΔP)로부터 결정되고 상기 시험 분사 동안 실제로 분사된 연료량들의 변수인 것을 특징으로 하는,
내연 기관의, 연료 레일에 연결된, 분사 밸브의 진단 방법.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 최대 편차는 25% 이상인 것을 특징으로 하는,
내연 기관의, 연료 레일에 연결된, 분사 밸브의 진단 방법.
내연 기관의, 연료 레일(4)에 연결된, 분사 밸브(5)의 진단 장치로서,
상기 연료 레일(4)에서 연료 압력을 측정하도록 구성된 연료 측정 장비(7)를 포함하고,
- 상기 내연 기관의 오버런 연료 차단 상태에서, 상기 연료 레일(4)에의 연료 공급을 차단하고,
- 상기 연료 공급이 차단된 후에, 상기 연료 레일(4)에서 제1 연료 압력을 측정하도록 상기 연료 측정 장비(7)를 액추에이트하고,
- 상기 제1 연료 압력 측정 후에, 한 번 이상의 시험 분사를 행하도록 상기 분사 밸브(5)를 액추에이트하고,
- 상기 한 번 이상의 시험 분사 후에, 상기 연료 레일(4)에서 제2 연료 압력을 측정하도록 상기 연료 측정 장비(7)를 액추에이트하고,
- 측정된 상기 제1 연료 압력과 측정된 상기 제2 연료 압력으로부터 차압 값(ΔP)을 형성하고, 그리고
- 동작 파라미터의 기준 파라미터로부터의 편차를 상기 차압 값(ΔP)으로부터 결정하고, 상기 동작 파라미터의 상기 기준 파라미터로부터의 미리 정의된 최대 편차를 초과하면, 상기 분사 밸브(5)가 결함이 있는 것으로 식별하도록 구성된 제어 장비를 포함하는,
내연 기관의, 연료 레일에 연결된, 분사 밸브의 진단 장치.
제 14 항에 있어서,
상기 동작 파라미터는 형성된 상기 차압 값(ΔP)이고,
상기 기준 파라미터는 상기 시험 분사 전후의 상기 연료 레일(4)에서의 연료 압력 간의 셋포인트 차압 값인 것을 특징으로 하는,
내연 기관의, 연료 레일에 연결된, 분사 밸브의 진단 장치.
제 14 항에 있어서,
상기 동작 파라미터는 상기 차압 값(ΔP)으로부터 결정되고 상기 시험 분사 동안 실제로 분사된 연료량이고,
상기 기준 파라미터는 상기 시험 분사 동안 분사될 셋포인트 연료량인 것을 특징으로 하는,
내연 기관의, 연료 레일에 연결된, 분사 밸브의 진단 장치.
제 14 항에 있어서,
상기 제어 장비는,
상기 분사 밸브(5)를 복수 회의 시험 분사들을 행하도록 액추에이트하고,
상기 시험 분사들의 각각에 대하여 측정된 상기 제1 연료 압력과 측정된 상기 제2 연료 압력으로부터 각각 차압 값(ΔP)을 형성하도록 구성된 것을 특징으로 하는,
내연 기관의, 연료 레일에 연결된, 분사 밸브의 진단 장치.
제 17 항에 있어서,
상기 동작 파라미터는 형성된 차압 값들(ΔP)의 변수이고,
상기 기준 파라미터는 상기 차압 값들(ΔP)의 셋포인트 변수인 것을 특징으로 하는,
내연 기관의, 연료 레일에 연결된, 분사 밸브의 진단 장치.
제 17 항에 있어서,
상기 동작 파라미터는 차압 값들(ΔP)로부터 결정되고 상기 시험 분사 동안 실제로 분사되는 연료량들의 변수이고,
상기 기준 파라미터는 상기 연료량들의 셋포인트 변수인 것을 특징으로 하는,
내연 기관의, 연료 레일에 연결된, 분사 밸브의 진단 장치.
제 14 항에 있어서,
상기 제어 장비는,
둘 이상의 분사 밸브들(5)을 하나씩 차례로 각각 한 번 이상의 시험 분사를 행하도록 액추에이트하고,
상기 분사 밸브들(5)의 각각에 대하여 측정된 상기 제1 연료 압력과 측정된 상기 제2 연료 압력으로부터 각각 차압 값(ΔP)을 형성하도록 구성된 것을 특징으로 하는,
내연 기관의, 연료 레일에 연결된, 분사 밸브의 진단 장치.
제 20 항에 있어서,
상기 동작 파라미터는 제1 분사 밸브(5)에 대하여 형성된 차압 값(ΔP)이고,
상기 기준 파라미터는 제2 분사 밸브(5)에 대하여 형성된 차압 값(ΔP)인 것을 특징으로 하는,
내연 기관의, 연료 레일에 연결된, 분사 밸브의 진단 장치.
제 20 항에 있어서,
상기 동작 파라미터는 개개의 차압 값(ΔP)으로부터 제1 분사 밸브(5)에 대하여 결정되고 상기 시험 분사 동안 실제로 분사된 연료량이고,
상기 기준 파라미터는 개개의 차압 값(ΔP)으로부터 제2 분사 밸브(5)에 대하여 결정되고 상기 시험 분사 동안 실제로 분사된 연료량인 것을 특징으로 하는,
내연 기관의, 연료 레일에 연결된, 분사 밸브의 진단 장치.
제 20 항에 있어서,
상기 제어 장비는,
둘 이상의 분사 밸브(5)들의 각각을 복수 회의 시험 분사들을 행하도록 액추에이트하고,
상기 시험 분사들의 각각에 대하여 측정된 상기 제1 연료 압력과 측정된 상기 제2 연료 압력으로부터 각각 차압 값(ΔP)을 형성하도록 구성된 것을 특징으로 하는,
내연 기관의, 연료 레일에 연결된, 분사 밸브의 진단 장치.
제 23 항에 있어서,
상기 동작 파라미터는 제1 분사 밸브(5)에 대하여 형성된 차압 값들(ΔP)의 변수이고,
상기 기준 파라미터는 제2 분사 밸브(5)에 대하여 형성된 차압 값들(ΔP)의 변수인 것을 특징으로 하는,
내연 기관의, 연료 레일에 연결된, 분사 밸브의 진단 장치.
제 23 항에 있어서,
상기 동작 파라미터는 제1 분사 밸브(5)에 대하여 차압 값들(ΔP)로부터 결정되고 상기 시험 분사 동안 실제로 분사된 연료량들의 변수이고,
상기 기준 파라미터는 제2 분사 밸브(5)에 대하여 차압 값들(ΔP)로부터 결정되고 상기 시험 분사 동안 실제로 분사된 연료량들의 변수인 것을 특징으로 하는,
내연 기관의, 연료 레일에 연결된, 분사 밸브의 진단 장치.
제 14 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 최대 편차는 25% 이상인 것을 특징으로 하는,
내연 기관의, 연료 레일에 연결된, 분사 밸브의 진단 장치.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 최대 편차는 50% 이상인 것을 특징으로 하는,
내연 기관의, 연료 레일에 연결된, 분사 밸브의 진단 방법.
제 14 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 최대 편차는 50% 이상인 것을 특징으로 하는,
내연 기관의, 연료 레일에 연결된, 분사 밸브의 진단 장치.