KR101884098B1

KR101884098B1 - 내연 기관의 연료 분사 시스템을 동작시키는 방법

Info

Publication number: KR101884098B1
Application number: KR1020167003994A
Authority: KR
Inventors: 한스 리에플; 토비아스 리치
Original assignee: 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
Priority date: 2013-07-18
Filing date: 2014-06-16
Publication date: 2018-07-31
Also published as: CN105593500A; KR20160029131A; US20160177842A1; DE102013214083B3; WO2015007446A1; US9739209B2

Abstract

본 발명은 내연 기관의 연료 분사 시스템을 동작시키는 방법에 관한 것이다. 상기 연료 분사 시스템은 고압 축적기(레일)와, 연료를 상기 고압 축적기로 공급하는 고압 연료 펌프를 포함하고, 상기 고압 연료 펌프는 디지털 입구 밸브를 구비한다. 상기 디지털 입구 밸브의 제어 펄스의 수와 그리하여 펌프 전달 행정의 수는 상기 분사 시스템의 인젝터의 분사 단계의 수에 비해 감소되어, 잡음과 에너지 소비를 감소시킨다.

Description

내연 기관의 연료 분사 시스템을 동작시키는 방법{METHOD FOR OPERATING A FUEL INJECTION SYSTEM OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 내연 기관의 연료 분사 시스템을 동작시키는 방법으로서, 상기 연료 분사 시스템은 고압 레일(high pressure rail)과, 연료를 고압 레일에 공급하는 고압 연료 펌프를 구비하고, 상기 고압 연료 펌프는 디지털 입구 밸브를 구비하는, 상기 방법에 관한 것이다.

이런 유형의 연료 분사 시스템은 현대 가솔린 또는 디젤 엔진에 사용되고 있다. 인젝터, 고압 레일에 더하여, 상기 인젝터는 필요한 압력을 생성하는 고압 연료 펌프를 더 구비한다. 이 상황에서, 연료는 선-공급 펌프(pre-feed pump)에 의하여 연료 탱크로부터 고압 펌프로 공급되고, 이 고압 펌프는 연료를 고압으로 고압 레일로 공급한다. 인젝터는 고압 레일을 통해 연료를 공급받는다.

현대 분사 시스템에서는 디지털 입구 밸브를 갖는 고압 연료 펌프가 사용된다. 여기서 디지털 입구 밸브라는 용어는 개방된 위치 또는 폐쇄된 위치만을 취하는 밸브를 나타내고, 중간 위치를 취하는 것으로 작동되지 않는다. 이러한 디지털 입구 밸브는 전자기적으로 활성화(activated)된다. 입구 단계에서, 입구 밸브는 개방되고, 그 결과 고압 펌프의 피스톤은 연료를 실린더로 흡입할 수 있다. 공급 단계에서, 입구 밸브는 폐쇄되고, 고압 펌프의 피스톤은 연료를 고압 시스템으로 푸시한다.

(전류 없는 상태(D/V)에서 밸브가 폐쇄되는) 다른 실시예에서, 입구 밸브는 유도(induction) 동안 전기적으로 개방된 채 유지되고, 공급이 요구되는 경우 배출 단계에서 활성화 해제(deactivated)된다.

전기 에너지는 이러한 디지털 입구 밸브를 활성화하는데 요구된다. 나아가, 디지털 입구 밸브를 개방/폐쇄하는 것으로 인해 스위칭 잡음이 생성된다. 이러한 잡음 방출은 바람직하지 않다. 일반적으로 이러한 분사 시스템은 그 에너지 소비를 감소시키는데에 관심이 있다.

디지털 입구 밸브를 작동시켜 이를 폐쇄/개방시키는 것으로 인해 잡음 방출을 감소시키는 특정 방법이 알려져 있다. 이것의 일 예는 특정 전류 프로파일을 사용하여 디지털 입구 밸브를 작동시키는 것이다. 이 방법은 상대적으로 값비싸다.

본 발명은 간단한 수단으로 고압 연료 펌프를 특히 저잡음으로 동작시킬 수 있는 서두에 언급된 유형의 연료 분사 시스템을 동작시키는 방법을 이용가능하게 하는데 목적이 있다.

본 목적은 디지털 입구 밸브에 대한 작동 펄스(actuation pulse)의 수와 그리하여 펌프 공급 행정(pump feed stroke)의 수를 분사 시스템의 인젝터의 분사 공정의 수에 비해 감소시키는 방식으로 지정된 유형의 방법으로 본 발명에 따라 달성된다.

전술한 연료 분사 시스템에서, 상기 고압 연료 펌프는 통상적으로 분사와 동기적으로 공급되는데, 즉, 분사에 의해 손실된 양과, 존재할 수 있는 누설을 보상하는 펌프 공급 행정이 각 분사 시에 일어나거나 또는 이와 동시에 진행된다.

본 발명의 방법은 이것으로부터 출발한다. 본 발명에 따라, 비-분사와 동기적으로 펌프 공급이 타깃화된 방식으로 수행된다. 다시 말해, 고압 펌프에서 디지털 입구 밸브에 대한 작동 펄스의 수는 분사 공정의 수에 비해 감소되어, 디지털 입구 밸브에 의해 방출되는 잡음을 감소시키고 작동 시 요구되는 에너지를 감소시킨다. 스위칭 주파수가 감소된 결과, 부하 사이클의 수(수명에 따라 나타나는 밸브 움직임의 수)가 감소되어, 고압 펌프 또는 입구 밸브의 내구성에 긍정적인 영향을 미친다. 이것은, 스위칭 공정을 없애는 것에 의해, 입구 밸브의 알려진 분사와-동기적인 활성화에 비해 대략 4 ㏈(A)의 잡음 감소가 이미 달성되는 방식으로 시운전(trials)하는 것에 의해 결정되었다.

작동 펄스의 수는 바람직하게는 준수되어야 하는 레일 압력 제한값 또는 레일 압력 범위를 고려하여 내연 기관의 방출 제한값(emission limiting value)의 함수로서 감소된다.

본 발명에 따른 방법의 이 변형에서, 디지털 입구 밸브에 대한 작동 펄스의 수와 그리하여 펌프 공급 행정의 수가 분사 공정의 수에 비해 감소되되, 내연 기관의 방출 제한값으로부터 초래되는 레일 압력 제한값 또는 레일 압력 범위가 준수되어야 하는 정도까지만 감소되는 것으로 고려된다. 이러한 방출 제한값, 예를 들어, 배기 가스 법규에 따른 값(EU4, EU5, EU6 등), 및 그 결과 레일 압력 제한값 또는 레일 압력 범위는 알려져 있거나 또는 시운전하는 것에 의해 계산되거나 결정될 수 있다. 예를 들어, 디젤 공통 레일 분사 시스템으로 연소 테스트를 하면, 현재 방출 제한값(EU6)에 도달하기 위한 압력 설정점으로부터 엔진에 따라 최대 16%의 편차가 허용된다는 것을 보여준다. 이러한 레일 압력 제한값 또는 레일 압력 범위가 결정되면, 본 발명에 따라, 대응하는 레일 압력 제한값 또는 레일 압력 범위의 하한에 도달하여, 이후 입구 밸브가 다시 작동되어 공급을 다시 시작할 때까지 저장된 작동 펄스의 수가 내연 기관의 동작 동안 연속적으로 증가되는 방식으로 진행될 수 있다.

이 상황에서, 작동 펄스의 수는 바람직하게는 내연 기관의 동작 상태와 그리하여 요청된 분사량 및/또는 존재할 수 있는 누설의 함수로서 감소된다. 예를 들어, 작동 펄스의 수는 아이들링(idling) 동안 또는 부분적인 부하(partial load) 하에서 감소된다.

고압 펌프는 작동 펄스의 수가 감소된 후 비교적 많은 연료량을 공급하여 압력 손실을 보상하는 방식으로 작동된다.

본 발명에 따른 방법의 하나의 특정 실시예에서, 준수되어야 하는 레일 압력 제한값 또는 레일 압력 범위는 개발 단계에서 각 내연 기관을 시운전하는 것에 의해 결정된다. 내연 기관의 후속 동작 동안, 고압 펌프의 디지털 입구 밸브는, 시운전하는 것에 의해 결정된 레일 압력 제한값 또는 대응하는 레일 압력 범위에 도달하지 못하거나(undershot) 또는 이 범위를 벗어나는(exited) 일이 없이, 입구 밸브의 적어도 하나의 스위칭 공정을 저장하는 방식으로 작동된다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 방법은 바람직하게는 예를 들어 아이들링 동안 또는 부분적인 부하 하에서와 같이 엔진 특성 다이어그램(characteristic diagram)의 특정 부분에서만 수행된다.

입구 밸브의 분사와-동기적인 작동으로부터 비-분사와-동기적인 작동으로 스위칭할 수 있는 스위칭 설비를 제공하기 위하여, 대응하는 엔진 특성 다이어그램이 엔진 제어 디바이스에 유리하게 구현된다. 이런 방식으로, 본 발명에 따른 레일 압력 제어 전략이 수행될 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 다른 변형에서, 분사에 의해 야기되는 압력 강하는 미리 계산되어서, 준수되어야 하는 레일 압력 제한값 또는 레일 압력 범위가 한정되는데, 이 레일 압력 제한값 또는 레일 압력 범위를 초과하거나 이 범위 내에서는 작동 펄스를 감소시키는 것에 의해 펌프에 의한 공급이 일시적으로 활성화 해제된다. 이 상황에서, 분사 결과 압력 감소는 다음 물리적 관계:

압력 강하 = 연료의 압축 계수 x 고압에서의 볼륨 변화/총 고압 볼륨

을 이용해서 엔진 제어 디바이스에 의해 계산된 분사량에 의해 미리 계산될 수 있다.

대응하는 엔진-특정 데이터, 예를 들어, 고압 볼륨과 연료 특정 데이터는 여기서 엔진 제어 디바이스에 저장된다.

대응하여 디지털 입구 밸브를 활성화 해제하는 것을 통해, 특히 아이들링 동안 대응한 관련 동작 상태에서 잡음 방출이 감소된다. 나아가, 이것은 에너지 요구조건을 감소시키는데 기여한다. 수명에 걸쳐 밸브 스위칭 동작의 수가 또한 감소된다.

본 발명에 따른 방법은 고압 연료 펌프가 디지털 입구 밸브에 더하여 디지털 출구 밸브를 구비하는 분사 시스템에도 적용될 수 있다. 이런 상황에서, 디지털 출구 밸브는 디지털 입구 밸브와 유사한 방식으로 작동된다.

본 발명에 따른 방법을 기존의 잡음 감소 조치, 예를 들어 휘스퍼 기능(whispering function)과 조합하여 고압 펌프의 디지털 입구 밸브를 작동시키는 것도 가능하다.

본 발명에 따른 방법은 예시적인 실시예를 참조하여 아래에서 보다 상세히 설명된다. 도 1은 개별 방법 단계들의 개략 블록도를 도시한다.

본 발명에 따른 방법 단계(1)에서, 배기 가스 법규로부터 대응하는 방출 제한값, 예를 들어, EU6을 결과적으로 초과함이 없이 레일 압력이 최대로 강하할 수 있는 레일 압력의 제한값이 시운전하는 것에 의해 결정된다. 레일 압력의 대응하는 제한값 또는 제한 범위는 엔진 제어 디바이스에 저장된다. 나아가, 단계(2)에서 대응하는 특성 다이어그램이, 예를 들어, 엔진 속력과 분사량 등의 함수로 구현되어, 본 발명에 따른 레일 압력 제어 전략으로 스위칭될 수 있다.

연료 분사 시스템 또는 대응하는 차량의 동작 동안, 본 발명에 따른 방법 단계(3)에서, 엔진이, 예를 들어, 아이들링 모드에 있는 경우, 본 발명에 따른 레일 압력 제어 전략으로 스위칭이 수행된다.

이 상황에서, 고압 펌프에 의한 연료의 공급, 즉, 고압 펌프의 디지털 입구 밸브의 작동이, 저장된 레일 압력 제한값에 도달될 때까지 구현되지 않는다. 이것은, 예를 들어, 1개, 2개 이상의 공급 행정을 수반할 수 있고, 그 결과 입구 밸브의 1개, 2개 이상의 스위칭 공정이 없어도 된다. 레일 압력 제한값에 도달될 때까지 입구 밸브를 활성화 해제하는 것에 의해 본 발명에 따른 레일 압력 전략을 구현하는 것이 단계(4)에서 일어난다.

레일 압력의 저장된 제한값에 도달되면, 고압 펌프의 디지털 입구 밸브가 다시 활성화되고, 비교적 더 많은 연료량이 레일에 공급되어, 발생된 압력 손실을 보다 신속히 보상할 수 있다. 이것은 단계(5)에 예시되어 있다.

Claims

내연 기관의 연료 분사 시스템을 동작시키는 방법으로서, 상기 연료 분사 시스템은 고압 레일(high pressure rail)과, 연료를 상기 고압 레일로 공급하는 고압 연료 펌프를 구비하고, 상기 고압 연료 펌프는 디지털 입구 밸브를 구비하며, 상기 디지털 입구 밸브에 대한 작동 펄스의 수와 이에 따른 펌프 공급 행정의 수가 상기 분사 시스템의 인젝터의 분사 공정의 수에 비해 감소되고,
상기 작동 펄스의 수는 준수되어야 하는 레일 압력 제한값 또는 레일 압력 범위를 고려하여 상기 내연 기관의 방출 제한값의 함수로서 감소되며,
상기 작동 펄스의 수가 감소된 후 연료를 공급하여 압력 손실을 보상하는 방식으로 상기 고압 연료 펌프가 작동되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 연료 분사 시스템을 동작시키는 방법.
삭제
제1항에 있어서, 상기 작동 펄스의 수는 상기 내연 기관의 동작 상태의 함수로서, 이에 따라 요청된 분사량 및/또는 존재할 수 있는 누설의 함수로서 감소되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 연료 분사 시스템을 동작시키는 방법.
삭제
제1항 또는 제3항에 있어서, 준수되어야 하는 상기 레일 압력 제한값 또는 레일 압력 범위는 개발 단계에서 상기 내연 기관 또는 각 내연 기관을 시운전하는 것에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 연료 분사 시스템을 동작시키는 방법.
제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 방법은 아이들링 동안 또는 부분적인 부하 하에서만 수행되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 연료 분사 시스템을 동작시키는 방법.
제6항에 있어서, 대응하는 엔진 특성 다이어그램은 분사에 동기된 작동으로부터 분사에 비동기된 작동으로 레일 압력 제어 전략을 스위칭하도록 엔진 제어 디바이스에 구현되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 연료 분사 시스템을 동작시키는 방법.
제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 분사에 의해 야기되는 압력 강하는 미리 계산되어서, 준수되어야 하는 레일 압력 제한값 또는 레일 압력 범위가 한정되고, 상기 레일 압력 제한값 또는 레일 압력 범위를 초과하거나 상기 범위 내에서는 상기 작동 펄스를 일시적으로 감소시키는 것에 의해 상기 펌프에 의한 공급이 활성화 해제되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 연료 분사 시스템을 동작시키는 방법.
제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 고압 연료 펌프가 상기 디지털 입구 밸브에 더하여 디지털 출구 밸브를 구비하는 분사 시스템에서, 상기 디지털 출구 밸브는 상기 디지털 입구 밸브와 동일한 방식으로 작동되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 연료 분사 시스템을 동작시키는 방법.