KR101842314B1 - 인젝터의 제어량을 결정하기 위한 방법 - Google Patents

인젝터의 제어량을 결정하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인젝터(10)의 제어량을 결정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 이러한 방법은 특히 자동차의 내연 기관 내의 인젝터(10)에서 사용된다. 이 경우, 인젝터(10)는 충분히 짧은 시간 범위에 걸쳐 구동되므로, 아직 연소실(40) 내로의 연료의 분사(38)가 실행되지 않고, 제어량의 환류를 통한 압력 강하를 야기하는 시스템 거동이 뒤따르며, 이때 압력 강하를 기초로 하여 제어량이 결정된다.

Description

인젝터의 제어량을 결정하기 위한 방법{METHOD FOR DETERMINING A CONTROL VOLUME OF AN INJECTOR}
본 발명은 커먼 레일 분사에서 인젝터의 제어량을 결정하기 위한 방법과, 이러한 방법을 실행하기 위한 장치에 관한 것이다. 이러한 방법은 특히 자동차의 내연 기관에서 사용된다.
어큐뮬레이터 분사라고도 불리는 내연 기관 내 커먼 레일 분사에서는 고압 펌프에 의해 연료가 높은 압력 수준에 이르게 된다. 이러한 압력이 가해지는 연료는 연료 저장 라인(커먼 레일) 내로 토출되고, 이러한 연료 저장 라인에는 재차 하나 이상의 분사 밸브 또는 인젝터가 접속된다. 이러한 인젝터는 연료를 내연 기관의 연소실, 예를 들어 자동차의 내연 기관 내에 직분사한다.
공보 DE 10 2005 006 361 A1호에는 이러한 공보에서 연료 저장 라인으로 불리는 레일 내로 연료가 적어도 일시적으로 압력 하에 토출되는 엔진 작동 방법이 공지되어 있다. 레일에는 연료를 할당된 연소실 내로 직분사하는 하나 이상의 인젝터가 접속된다. 한 차례 이상의 분사 시에 레일 내에서 발생하는 압력차가 측정된다. 이 경우, 레일은 실질적으로 폐쇄된 시스템으로 간주된다. 이러한 방식으로, 연료량은 정확히 결정될 수 있다.
디젤 커먼 레일 시스템에서, 연료의 압축 가능한 부피는 개별 분사의 연료량의 크기 내에 있다. 따라서, 고압 펌프는 연속적으로 압력이 유지되도록 해야 한다.
현재 사용되는 디젤 커먼 레일 시스템의 인젝터들은 적어도 간접적으로 소위 서보 밸브를 통해 스위칭된다. 이 경우, 전기 구동시에 서보 밸브는 작동하고, 이에 따라 서보 밸브는 규정된 스로틀링을 통해 연료를, 소위 제어량을 인젝터 귀환부 내로 배출함으로써, 제어실 내에 가해지는 연료압을 강하시킨다. 이와 같이 형성되는, 인젝터 유압부 내의 서보 밸브의 구동을 통한 강하된 압력과 토출된 고압 사이의 압력차를 통해 인젝터 노즐은 개방되고, 연료, 즉 분사량은 연소실 내로 분사된다. 레일 또는 압력 어큐뮬레이터 내의 유압 압력이 분사를 통해 시간 평균하여 강하하지 않도록, 연료가 레일 내로 추가 토출되어야 한다. 이러한 추가 토출은 존재하는 레일 압력을 레일 압력 센서에 의해 측정하여 계량 공급 장치를 통해 레일 내로의 연료 토출을 조절하는 레일 압력 조절기에 의해 이루어지거나, 레일로부터의 연료량의 배출을 조절하는 조절 유닛을 통해 이루어진다.
계량 공급 장치 또는 레일 압력기 어플리케이션을 배치함으로써, 레일 내로 공급된 전체량이 알려진다. 이와 유사하게, 측정 방법을 위해서는 레일에 압력 조절 밸브 또는 이에 필적하는 조절 유닛을 배치하는 것도 사용될 수 있다. 따라서, 레일 내로 추가 토출되는 양은 레일 압력이 일정할 때, 분사량과, 인젝터 누출량과, 제어량의 합에 상응한다. 현재 이러한 양에 대한 변수들을 구별하여 측정하는 것은 주행 작동중 제한적으로만 가능하다.
공보 DE 10 2005 028 137 A1호에는 고압 분사 시스템의 인젝터의 제어량을 측정하기 위한 방법이 설명되어 있다. 이 경우, 제어량은 장치된 상태의 분사 밸브들을 서로 비교함으로써 그리고/또는 절대 한계값과 비교함으로써 결정된다. 이 경우, 설명된 절차는 각각의 분사 밸브가 한차례 스위치 오프될 때까지 각각의 분사 밸브에 대해 반복된다. 이러한 방식으로, 장치된 상태의 인젝터들의 제어량을 검사하는 것이 가능하다.
본 발명의 과제는 특히 서보 보조식 인젝터의 구동을 확실히 보조할 수 있음으로써, 발생하는 제어량이 다른 영향 또는 다른 양으로부터 분리되어 인젝터별로 측정될 수 있도록 하는 방법을 소개하는 것이다. 또한, 어느 구동 시간 이후부터 인젝터가 연소실 내로의 연료의 실제 분사량 및/또는 제어량만을 방출하는지가 식별되어야 한다.
이러한 배경으로부터, 청구범위 제1항에 따른 방법과, 청구범위 제10항의 특징을 갖는 장치가 소개된다. 실시예들은 종속 청구항들과 명세서로부터 얻어진다.
따라서, 이러한 방법은 압력의 강하에 기초하며, 레일 내 압력 또는 인젝터 내 압력이 측정될 수 있다. 이러한 압력 강하는 예를 들어 레일 압력 신호로 나타난다. 이 경우, 인젝터는 충분히 짧은 시간 범위에 걸쳐 구동되므로, 연소실 내에서는 연료의 분사가 아직 실행되지 않고, 제어량의 환류를 발생시키는 시스템 거동이 뒤따른다.
일 실시예에서, 연료 공급 라인 또는 레일 내의 압력 측정을 통해서, 분사 과정, 즉 분사량 및 제어량을 통해 야기되는 공급 라인 및/또는 인젝터 또는 레일 내 압력 급락이 검출된다. 이러한 압력 급락은 예를 들어 레일 압력 신호로 인지될 수 있다. 레일 압력 급락의 측정시에는 실제 제어량 및 분사량으로의 구별이 실행된다. 이러한 분리는 서보 밸브가 짧게 개방되지만 인젝터의 연료 분사가 발생하지는 않는 정도로만 짧게 인젝터가 전기 구동되는 경우에 가능하다. 따라서, 레일이나 인젝터 자체 또는 공급 라인 내에서의 검출 가능한 압력 급락은 제어량과 직접 관련될 수 있다. 실린더별로 또는 마찬가지로 개별 분사 발생별로도 직접적인 구분이 가능하다.
대안적인 실시예에서는 제어량을 통해서 발생하는 압력 강하를 시간 평균하여 보상하기 위해 어떤 연료량이 필요한지가 결정된다. 이러한 방식으로 제어량은 결정된다. 이 경우, 압력 강하를 시간 평균하여 보상하기 위해 어떤 양이 추가 토출되어야 하는지 알려지는 것이 장점이다.
레일에서의 압력이 측정되면, 존재하는 레일 압력 조절기 또는 압력 조절 밸브가 레일 압력을 시간 평균하여 일정하게 유지하기 위해 레일에서 어떻게 구현되어야 하는지가 결정된다. 레일 압력은 예를 들어 승용차의 경우 2000바아 영역에 놓인다. 화물차의 경우, 이러한 값은 대체로 더 높다.
따라서, 적어도 실시예들 중 몇몇 실시예에서 제어량이 인젝터별로, 다른 영향들로부터 분리되어 측정될 수 있도록 하는 방법이 제시된다. 이를 위해, 인젝터 공급 라인이나 인젝터 자체 또는 레일 내의 압력 측정이 사용될 수 있다. 이러한 방법에서, 측정될 인젝터는 매우 짧게만 구동되므로, 서보 밸브는 개방되고 제어량이 존재하지만, 인젝터 노즐은 아직 개방되지 않고 인젝터는 분사량을 릴리즈하지 않는다. 제어량의 배출은 인젝터 공급 라인이나 인젝터 또는 레일 내 압력 급락을 야기하며, 이러한 압력 급락은 존재하는 압력 센서를 통해 측정될 수 있다. 이어서, 상응하는 연산 방법을 통해 배출 제어량이 결정될 수 있다.
이러한 방법의 일 실시예에서, 공지된 레일 압력 조절기 구조가 사용된다. 이러한 방법을 위해, 예를 들어 측정될 인젝터가 매우 짧게만 구동되므로, 서보 밸브는 개방되고 제어량이 존재하지만, 인젝터는 아직 분사량을 릴리즈하지 않는다. 이를 위해, 인젝터는 짧게, 예를 들어 약 120HS만 구동된다. 이러한 값은 인젝터 설계에 따라 변화한다. 제어량의 배출은 인젝터 공급 라인/인젝터 자체 및 레일 내 압력 급락을 야기하며, 이러한 압력 급락은 레일 압력 조절기를 통해 측정되어 시간 평균하여 조정될 수 있다. 이어서, 레일 압력 설정기 변수의 상응하는 연산 방법을 통해 배출 제어량이 연산될 수 있다.
인젝터별 제어량의 정보는 개별 인젝터들 사이의 제조상 편차를 상대적으로 측정하여 보정하고, 예를 들어 개별 인젝터들의 노후화 등과 같은 상태 정보를 모니터링 방법의 범주 내에서 얻기 위해 사용될 수 있다. 이러한 모니터링 방법은 차량 작동시 규칙적인 간격으로 실행될 수 있고 또는 수리소에 입고되어 있을 때도 실행될 수 있다.
이러한 방법의 추가의 장점은, 예를 들어 개별 인젝터들의 제어량 및 분사량으로 이루어진 전체량만이 균등해질 수 있는, 분사중 레일 압력 급락에 의해 커먼 레일 시스템에서의 양 보상 조절을 위한 함수 정확도가 상승하는 데 있다.
제어량의 정보에 의해, 언급된 방법은 특히 분사량 연산을 위해 더욱 정확한 보정을 실행할 수 있다.
제어량의 정보로부터 이익을 얻을 수 있는 추가의 실시예에는 소위 블랭크 샷(Blank Shot)을 통한 레일 압력 강하 조절이 있다. 블랭크 샷 방법에서 마찬가지로 인젝터는 제어량만 존재하고 분사량은 존재하지 않을 만큼 짧게만 구동된다. 이는 예를 들어 추력으로의 엔진 부하 변동 과정 중에 레일 압력을 강하시키기 위해 사용된다. 이 경우, 이러한 레일 압력 강하의 속도는 개별 제어량의 변수에 좌우된다. 제어량이 알려져 있거나 측정되는 경우에, 이러한 레일 압력 강하 함수는 더욱 정확하게 사전 제어될 수 있다. 이를 위해, 블랭크 샷 방법에서는 제어량만 존재하고 분사량은 존재하지 않고, 즉 분사가 실행되지 않는데, 이는 마찬가지로 설명된 방법에 의해 모니터링될 수 있다는 것에 주의해야한다.
인젝터의 기본 원리에 따라, 본원에 설명된 방법을 통해서는 어느 인젝터 적용 구동 시간 이후부터 제어량과 더불어 실제로도 연료가 연소실 내로 분사되는지도 검출될 수 있다. 인젝터가 레일 압력에 따라 실제로 개방되어 분사되는 이러한 구동 시간은 인젝터 또는 노즐의 노후화 상태에 대한 중요 특성값이며, 인젝터 특성맵, 즉 구동 시간과 분사량의 함수 관계를 보정하기 위해 사용될 수 있다. 이를 위해, 아직 분사량이 존재하지 않는 결정된 최대 구동 시간을 블랭크 샷 방법을 위해 사용함으로써, 조절된 최대 레일 압력 강하가 가능할 수 있다.
본 발명의 추가의 장점들과 실시예들은 하기의 설명과 첨부 도면으로부터 얻어진다.
상기에 언급되고 이하에서 더 설명될 특징들은 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서, 각각 기술된 조합뿐 아니라 다른 조합으로도 적용 가능하고, 개별적으로도 적용 가능하다는 사실이 자명하다.
도 1은 인젝터의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 2는 상술한 방법의 가능한 진행 과정을 도시한 흐름도이다.
본 발명은 실시예들에 의해 도면에 개략적으로 도시되어 있으며, 하기에 도면을 참조하여 상세하게 설명되어 있다.
도 1에는 전체적으로 도면 부호 "10"이 제공되는 인젝터의 일 실시예가 개략적으로 도시되어 있다. 또한, 압력 조절 밸브(16)와 결합되는 레일 압력 측정용 센서(14)를 구비한 레일(12)과, 탱크(18)와, 고압 밸브(22)를 구비한 계량 공급 유닛(20)이 도시되어 있다. 계량 공급 장치(20)에 의해, 연료는 압력하에 탱크(18)로부터 레일(12) 내로 토출된다. 레일(12) 내 압력은 센서(14)에 의해 측정되고, 압력 조절 밸브(16)에 의해 조절될 수 있다.
인젝터(10)는 노즐(30)과, 노즐 니들(32)과, 제어실(36)이 내부에 제공되는 제어 또는 서보 밸브(34)를 포함한다. 연소실(40) 내로의 연료의 분사[화살표(38)]를 위해, 서보 밸브(34)가 작동하며, 제어량은 제어실(36)로부터 귀환부(44)를 통해 환류한다. 이어서, 연소실(40) 내로의 분사(38)가 실행된다. 이를 위해 필요한 연료는 공급 라인(42)을 통해 레일(12)에서 취해진다. 이 경우, 인젝터 누출량과 더불어, 분사량뿐만 아니라 제어량도 레일(12)에서 취해진다.
이 경우, 제시된 방법은 분사량과 제어량의 구별을 가능하게 한다.
이 경우, 제어량의 측정을 위해 전형적으로는 인젝터(10)의 적합한 작동 상태가 선택된다. 4행정 엔진에서는 이를 위해 예를 들어 실린더의 가스 교환 행정이 적합한데, 이러한 시간 동안 인젝터(10)는 분사를 실행할 필요가 없기 때문이다. 인젝터(10)의 이러한 "분사 휴지" 동안 인젝터(10)는 예를 들어 소프트웨어 보조식 방법을 통해, 서보 밸브(34)의 제어량이 환류하지만 인젝터(10)의 노즐(30)은 개방되지 않을 만큼 짧게 구동된다.
제어량을 통해 야기된 인젝터 공급 라인(42) 또는 레일(12) 또는 인젝터(10) 내 압력 강하는 본 발명의 일 실시예에서 센서(14)에 의해 검출된다. 이러한 방식으로 측정된 압력 강하는 제어 장치에서 연료 제어량으로 변환될 수 있다. 전형적으로는 높은 주파수에서의 여러 번의 구동을 통해, 증가된 압력 강하가 얻어지고, 이어서 이러한 압력 강하는 검출되어 개별 제어량으로 변환될 수 있다. 따라서, 이러한 방법의 정확도가 향상될 수 있다. 이 경우, 이러한 방법은 측정 과정이 고압 펌프의 토출 휴지 이내에 실행될 때 간소화된다.
이러한 방법의 대안적인 실시예에서, 제어량을 통해 야기된 인젝터 공급 라인(42) 또는 레일(12) 또는 인젝터(10) 내 압력 강하는 레일 압력 조절기 또는 압력 조절 장치에 의해, 바람직하게는 계량 공급 유닛(20) 및/또는 압력 조절 밸브(16)에 의해 보상된다.
압력 조절 밸브(16)의 배출부(50) 또는 계량 공급 유닛(20)의 상태를 통해, 추가 토출되는 양이 결정될 수 있다. 이러한 방법이 한번은 소위 블랭크 샷과 함께, 또 한번은 이러한 블랭크 샷이 없이(분사량 없음) 실행되는 경우, 개별 인젝터(10)의 제어량은 결정될 수 있다. 이러한 방법의 정확도를 향상하기 위해, 인젝터(10)는 마찬가지로 여러 번 짧게 연이어 구동될 수 있고, 이러한 누적 제어량의 연료 추가 토출 요구량이 검출되고, 이어서 개별 제어량으로 변환될 수 있다.
상술한 측정 방법은 인젝터당 개별적으로 실행되거나, 사전에 규정된 여러 가지 레일 압력에서 실행될 수 있다. 제어량은 특히 레일 압력의 함수이다.
이와 같이 결정된 인젝터당 개별 제어량은 제어 장치에서 특성 필드 내에 저장된다. 이어서, 전술한 함수 관계는 이러한 학습값을 이용할 수 있다.
이러한 방법의 추가 실시예에서 인젝터(10)의 시험 구동 지속 시간은 인젝터(10)가 제어량을 릴리즈하고 구동 지속 시간의 추가 연장시 인젝터(10)가 개방되어 분사(38)가 실행될 때까지 계속해서 연장될 수 있다. 0의 양으로부터 제어량으로의 전환 또는 제어량으로부터 제어량 + 분사량으로의 전환 시의 압력 조절 밸브(16) 또는 계량 공급 유닛(20)의 검출된 관련 연료 추가 토출 요구량이, 추가 토출 요구량 내 두드러진 특징을 포함하는 경우, 인젝터(10)가 처음으로 개방되는 관련 구동 지속 시간이 학습되고 특성 필드에 저장될 수 있다. 따라서, 인젝터(10)의 구동 지속 시간 특성 필드의 보정이 가능하다.
상술한 방법은 소프트웨어에 의해 실행될 수 있다. 이는 예를 들어 인젝터(10)가, 예를 들어 가스 교환 행정의 경우와 같이 분사(38)가 필요하지 않은 작동 상태에서 전기적으로 구동되는 것을 특징으로 한다. 또한, 이는 매우 짧은 복수의 구동에 관한 것이다.
제시된 방법은 특히 레일 또는 인젝터 또는 인젝터 공급 라인 내의 하나 이상의 압력 센서와, 레일 압력 조절 유닛이 존재하는 서보 보조식 인젝터에서 사용된다.
도 2에는 상술한 방법의 가능한 진행 과정이 흐름도로 도시되어 있다. 제1 단계(100)에서 인젝터의 짧은 구동이 실행된다. 이 경우, 연소실 내에서 분사가 실행되지 않을 만큼 짧게 구동 지속 시간이 선택되는 것을 주의해야 한다. 짧은 구동을 위해 필요한 제어량을 통해, 레일 내 압력 강하가 실행되고[단계(102)], 이러한 압력 강하는 다음 단계(104)에서 압력 측정 유닛에 의해 측정된다. 이어지는 단계(106)에서는 이러한 압력 강하를 보상하기 위해 얼마나 많은 양의 연료가 레일에 공급되어야 하는지가 확인된다. 이러한 연료량은 제어량에 상응한다.

Claims (10)

  1. 인젝터(10)의 제어량을 결정하기 위한 방법이며, 인젝터(10)는 충분히 짧은 시간 범위에 걸쳐 구동되므로, 아직 연소실(40) 내로의 연료의 분사(38)가 실행되지 않고, 제어량의 환류를 야기하는 시스템 거동이 뒤따르며, 이때 압력 강하를 기초로 하여 제어량이 결정되는, 인젝터의 제어량을 결정하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 강하가 측정되고, 측정된 강하로부터 제어량이 연산되는, 인젝터의 제어량을 결정하기 위한 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 압력 강하의 보상을 통해 제어량이 결정되는, 인젝터의 제어량을 결정하기 위한 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어량은 압력 강하의 보상을 위해 사용되는 압력 조절 장치에 의해 결정되는, 인젝터의 제어량을 결정하기 위한 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 압력은 인젝터(10) 내에서 측정되는, 인젝터의 제어량을 결정하기 위한 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 압력은 레일(12) 내에서 측정되는, 인젝터의 제어량을 결정하기 위한 방법.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 압력은 라인(42) 내에서 측정되는, 인젝터의 제어량을 결정하기 위한 방법.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 결정된 제어량의 값은 특성맵 내에 저장되는, 인젝터의 제어량을 결정하기 위한 방법.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 실린더의 가스 교환 행정 중 실행되는, 인젝터의 제어량을 결정하기 위한 방법.
  10. 인젝터(10)의 제어량을 결정하기 위한 장치이며, 상기 인젝터의 제어량을 결정하기 위한 장치는 인젝터(10)를 충분히 짧은 시간 범위에 걸쳐 구동시키므로, 아직 연소실(40) 내로의 연료의 분사(38)가 실행되지 않고, 제어량의 환류를 통해 압력의 강하가 실행되도록 하기 위해 구성되며, 이때 상기 인젝터의 제어량을 결정하기 위한 장치는 압력 강하를 기초로 하여 제어량을 결정하기 위해 구성되는, 인젝터의 제어량을 결정하기 위한 장치.
KR1020137020209A 2011-01-31 2011-12-27 인젝터의 제어량을 결정하기 위한 방법 KR101842314B1 (ko)

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