KR101898880B1 - 내연기관의 연료 이송 장치를 작동하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

내연기관의 연료 이송 장치를 작동하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내연기관의 연료 이송 장치(1)를 작동하기 위한 방법에 관한 것이며, 이 방법에서는 이송량을 설정하기 위해 용량 제어 밸브(10)의 전자기 작동 장치(9)가 스위칭 되고, 스위칭을 위해 전자기 작동 장치에 공급되는 에너지, 특히 전자기 작동 장치(9)에 공급되는 전류(I)의 강도 및/또는 전자기 작동 장치(9)에 인가되는 전압의 레벨은 적어도 일시적으로 내연기관의 회전 속도(72)에 의존한다.

Description

내연기관의 연료 이송 장치를 작동하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR OPERATING A FUEL DELIVERY DEVICE OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부에 따른 방법, 독립 청구항에 따른 컴퓨터 프로그램 및 제어 및/또는 조절 장치에 관한 것이다.
예를 들어 내연기관의 연료 이송 장치 내의 용량 제어 밸브들이 시중에 공개되어 있다. 용량 제어 밸브들은 일반적으로 전자기적으로 작동되고, 대개 연료 이송 장치의 고압 펌프의 일체형 구성 부분이다. 용량 제어 밸브는 고압 어큐뮬레이터("레일")로 펌핑된 연료량을 제어하고, 연료는 상기 고압 어큐뮬레이터로부터 내연기관의 분사 밸브로 안내된다. 용량 제어 밸브의 밸브 바디에 연결된 아마추어는 자력에 의해 이동될 수 있다. 밸브 바디 - 주로 고압 펌프의 유입 밸브의 - 는 밸브 시트에 접촉하거나 또는 밸브 시트로부터 들어 올려진다. 이로 인해 내연기관의 연료량이 조절될 수 있다.
이러한 분야의 특허 공보는 예컨대 EP 1 042 607 B1호이다.
본 발명의 과제는 내연기관의 연료 이송 장치의 용량 제어 밸브가 적은 전기 에너지로, 낮은 작동 소음으로 그리고 높은 내구성으로 작동될 수 있도록 내연기관의 연료 이송 장치를 작동하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1 항에 따른 방법, 독립 청구항들에 따른 컴퓨터 프로그램 및 제어 및/또는 조절 장치에 의해 해결된다. 바람직한 개선예들은 종속 청구항들에 제시된다. 또한, 본 발명에 중요한 특징들은 하기 설명 및 도면에 제시되고, 특징들은 명시되지 않더라도 단독으로 및 다양하게 조합된 형태로 본 발명에서 중요할 수 있다.
본 발명에 따른 방법은, 연료 이송 장치의 용량 제어 밸브(계량 장치)는 - 특히 내연기관이 평균 또는 낮은 회전 속도로 작동되는 동안 - 비교적 적은 전기 에너지에 의해 제어될 수 있다는 장점을 갖는다. 용량 제어 밸브의 작동 소음은 감소할 수 있고, 내구성은 높아질 수 있다.
본 발명은, 이송량을 설정하기 위해 연료 이송 장치의 이송 챔버를 향한 공급부에 배치된 용량 제어 밸브의 전자기 작동 장치가 스위칭 되는 내연기관의 연료 이송 장치를 작동하기 위한 방법에 관한 것이다. 이를 위해 전자기 작동 장치에는 행정 스토퍼를 향해 아마추어가 이동되는 스위칭 과정마다 제어장치에 의해 에너지가 공급된다. 예를 들어 용량 제어 밸브의 스위칭은 내연기관의 캠 축의 회전 동안 2번, 3번 또는 4번 이루어진다. 내연기관 또는 캠 축의 최대로 가능한 회전 속도에서도 용량 제어 밸브의 확실한 스위칭과 짧은 스위칭 시간을 달성하기 위해 비교적 높은 에너지가 필요하다.
본 발명은, 최대 회전 속도보다 낮은 회전 속도에서 짧은 스위칭 시간에 대한 요구가 상응하게 덜 임계적이라는 사상을 전제로 한다. 이로써 본 발명에 따라 스위칭을 위해 전자기 작동 장치에 공급되는 에너지, 특히 전자기 작동 장치에 공급되는 전류의 강도 및/또는 전자기 작동 장치에 인가되는 전압의 레벨은 적어도 일시적으로 캠 축 또는 내연기관의 회전 속도에 의존하고, 말하자면 높은 회전 속도일 때보다 낮은 회전 일 때 더 작다.
방법의 실시예에 따라, 에너지는 전자기 작동 장치의 아마추어가 제 1 위치로부터 제 2 위치로 이동되는 픽업 단계 동안에만 내연기관의 회전 속도에 의존한다. 픽업 단계는 각각의 필수적인 짧은 스위칭 시간을 달성하기 위해 특히 많은 에너지를 필요로 한다. 이로써 내연기관의 회전 속도에 대한 본 발명에 따른 제어 의존성은 픽업 단계 동안 특히 효율적이다. 픽업 단계에 후속하는 홀딩 단계 동안 전자기 작동 장치의 제어는 실질적으로 회전 속도와 무관하게 이루어질 수 있다.
또한, 에너지는 회전 속도가 커질수록 증가하고, 이 경우 관계는 단조적이다. 이로 인해, 아마추어의 이동이 회전 속도에 따라 일반적으로 더 빠르게 이루어져야 한다는 사실이 고려된다. 바람직하게 이는, 연속하는 단조 특성 곡선을 이용해서 이루어진다.
특히, 에너지는 용량 제어 밸브가 각각의 회전 속도에 대해 제공된 시간 간격 내에 확실하게 스위칭 될 수 있도록 제어된다. 시간 간격은 일반적으로 높은 회전 속도의 경우보다 낮은 회전 속도의 경우에 더 크고, 용량 제어 밸브가 적절하게 작동할 수 있도록 설정된다. 이로써 가능한 시간 범위는 본 발명에 따라, 낮은 회전 속도에서 아마추어의 픽업 지속 시간을 각각의 시간 간격의 범위에서 연장하는데 사용된다. 이를 위해 각각 더 적은 에너지가 필요하다.
방법의 실시예에 따라, 전자기 작동 장치의 제어를 위한 전류 및/또는 전압은 클록 제어된다. 예를 들어 전자기 작동 장치는 전자기 스위치에 의해 아마추어의 픽업 단계 및/또는 홀딩 단계 동안 여러 번 작동 전압에 접속되고, 다시 작동 전압으로부터 차단된다. 이 경우 설정된 듀티 사이클은 따라서 제어 동안의 평균 전류를 결정한다. 듀티 사이클은, 평균 전류가 본 발명에 따라 내연기관의 회전 속도에 의존하도록 설정된다. 바람직하게 전자 스위치의 작동은 각각의 상한 및 하한 전류 임계값에 의존하여 이루어진다. 전자기 작동 장치의 코일을 통해 흐르는 전류가 하한 전류 임계값에 미달되면, 전자 스위치는 폐쇄되고 따라서 코일은 작동 전압에 접속된다. 이로 인해 코일을 통해 흐르는 전류 - 및 이로 인해 야기되는 자력 - 는 계속해서 증가한다. 코일을 통해 흐르는 전류가 상한 임계값을 초과하면, 전자 스위치는 개방되고 따라서 코일은 작동 전압으로부터 차단된다. 이로 인해 코일을 통해 흐르는 전류 - 및 상응하게 자력 - 는 계속해서 감소한다. 일반적으로 픽업 단계 및 홀딩 단계에 사용되는 전류 임계값은 각각 상이하다.
전류 임계값의 사용에 대한 대안으로서, 전자기 작동 장치는 "예비 조절된" 펄스폭 변조 전압에 의해 제어될 수 있고, 이 경우 적어도 하나의 제어를 위해 결정적인 파라미터는 사전에 설정된다. 본 발명에 따라 이러한 파라미터는, 스위칭을 위해 전자기 작동 장치에 공급되는 에너지의 강도가 적어도 일시적으로 내연기관의 회전 속도에 의존하도록 설정된다.
방법은, 내연기관의 제어 및/또는 조절 장치(제어부)에서 컴퓨터 프로그램에 의해 실행되는 경우에 특히 간단하게 실시될 수 있다. 바람직한 실시예에서 제어부의 설치는 메모리 매체로부터 컴퓨터 프로그램 독립 청구항의 특징을 포함하는 컴퓨터 프로그램의 로딩에 의해 이루어진다. 이러한 점에서 메모리 매체는 컴퓨터 프로그램을 저장된 형태로 포함하는 모든 장치이다.
하기에, 본 발명의 바람직한 실시예들이 도면을 참고로 설명된다.
도 1은 내연기관의 연료 이송 장치의 개략도.
도 2는 용량 제어 밸브 및 전자기 작동 장치와 함께 연료 이송 장치의 고압 펌프를 도시한 단면도.
도 3은 전자기 작동 장치의 제어의 시간 다이어그램.
도 4는 내연기관의 회전 속도에 대한 픽업 전류와 픽업 시간의 다이어그램.
도 5는 방법의 보충 설명을 위한 간단한 블록도.
모든 도면에서 동일한 기능의 부재들 및 치수들은 상이한 실시예에서도 동일한 도면부호로 표시된다.
도 1은 내연기관의 연료 이송 장치(1)를 매우 간단하게 도시한다. 연료는 연료 탱크(3)로부터 흡인 라인(4)을 통해, 예비 이송 펌프(5)에 의해 전압 라인(7)을 지나 그리고 전자기 작동 장치(9)(전자석)에 의해 작동될 수 있는 용량 제어 밸브(10)에 의해 (여기에서 상세히 설명되지 않은) 고압 펌프(11)에 공급된다. 하류측에서 고압 펌프(11)는 고압 라인(12)을 통해 고압 어큐뮬레이터(13; "커먼 레일")에 연결된다. 그 밖의 부재들, 예를 들어 고압 펌프(11)의 밸브들은 도 1에 도시되지 않는다. 전자기 작동 장치(9)는 컴퓨터 프로그램(18)이 실행될 수 있는 제어 및/또는 조절 장치(16)에 의해 제어된다.
물론, 용량 제어 밸브(10)는 고압 펌프(11)를 가진 유닛으로 형성될 수도 있다. 예를 들어 용량 제어 밸브(10)는 고압 펌프(11)의 강제적으로 개방될 수 있는 유입 밸브일 수 있다. 대안으로서 용량 제어 밸브(10)는 전자석(9)과 다른 작동 장치, 예를 들어 압전 액추에이터도 포함할 수 있다.
연료 이송 장치(1)의 작동 시 예비 이송 펌프(5)는 연료 탱크(3)로부터 저압 라인(7)으로 연료를 이송한다. 이 경우, 전자석(9)의 아마추어가 제 1 위치로부터 제 2 위치로 - 및 역으로 - 이동됨으로써, 용량 제어 밸브(10)는 고압 펌프(11)의 작동 챔버에 공급되는 연료량을 제어한다. 이로써 용량 제어 밸브(10)가 폐쇄 및 개방될 수 있다.
도 2는 용량 제어 밸브(10) 및 전자기 작동 장치(9)와 함께 연료 이송 장치(1)의 고압 펌프(11)의 부분적인 단면도(종단면도)를 도시한다. 도시된 구성은 하우징(20)을 포함하고, 상기 하우징에서 도면 상부 영역에는 전자기 작동 장치(9)가 배치되고, 중간 영역에는 용량 제어 밸브(10)가 배치되고, 하부 영역에는 고압 펌프(11)의 피스톤(24)과 함께 이송 챔버(22)가 배치된다.
전자기 작동 장치(9)는 밸브 하우징(26) 내에 배치되고, 코일(28), 아마추어(30), 극심(32), 아마추어 스프링(34), 정지 시트(36) 및 행정 스토퍼(38)를 포함한다. 정지 시트(36)는 아마추어(30)의 제 1 위치이고, 행정 스토퍼(38)는 아마추어(30)의 제 2 위치이다. 아마추어(30)는 커플링 부재(40)에 의해 밸브 바디(42)를 가압한다. 도면에서 밸브 바디(42)의 상부에 관련 밀봉 시트(44)가 배치된다. 밀봉 시트(44)는 포트 형태의 하우징 부재(46)의 부분이고, 상기 하우징 부재는 특히 밸브 바디(42)와 밸브 스프링(48)을 둘러싼다. 밀봉 시트(44)와 밸브 바디(42)는 고압 펌프(11)의 유입 밸브를 형성한다.
도 2에는 전자기 작동 장치(9)의 비 전류 공급 상태가 도시된다. 이 경우 아마추어(30)는 아마추어 스프링(34)에 의해 도면에서 아래로 정지 시트(36)에 대해 가압된다. 이로 인해 커플링 부재(40)를 통해 밸브 바디(42)가 밸브 스프링(48)의 힘에 대항해서 가압되므로, 유입 밸브 또는 용량 제어 밸브(10)는 개방된다. 이로써 저압 라인(7)과 이송 챔버(22) 사이의 유체 연결이 이루어진다.
전자기 작동 장치(9)의 전류 공급 상태에서 아마추어(30)는 폴 코어(32)에 의해 자기적으로 당겨지고, 이로써 아마추어(30)에 연결된 커플링 부재(40)는 도면에서 위로 이동된다. 이로 인해 - 적절한 유체 압력비에서 - 밸브 바디(42)는 밸브 스프링(48)의 힘에 의해 밀봉 시트(44)에 대해 가압될 수 있고, 이로써 유입 밸브 또는 용량 제어 밸브(10)는 폐쇄된다. 이는 예를 들어, 피스톤(24)이 이송 챔버(22) 내에서 작동 운동(도면에서 위로)을 실시하는 경우에 이루어질 수 있고, 이때 연료는 개방된 체크 밸브(60)를 통해 고압 라인(12)으로 이송될 수 있다.
용량 제어 밸브(10)의 개방 또는 폐쇄는 여러 변수들에 따라, 즉 첫 번째로는 아마추어 스프링(34)과 밸브 스프링(48)에 의해 가해진 힘에 따라, 두 번째로는 저압 라인(7)과 연료 이송 챔버(22) 내의 연료 압력에 따라, 그리고 세 번째로는 실질적으로 실제로 코일(28)을 통해 흐르는 전류(I)에 의해 결정되는 아마추어(30)의 힘에 따라 이루어진다. 특히 전류(I)는 - 각각의 연료 압력에 따라 - 밸브 바디(42)의 개방 또는 폐쇄 시점에 영향을 미칠 수 있고, 이로써 이송될 연료량을 실질적으로 제어할 수 있다.
도 3은 용량 제어 밸브(10)의 제어의 시간 다이어그램을 도시한다. 도면에 도시된 좌표계에서 전자기 작동 장치(9)의 코일(28)을 통해 흐르는 전류(I1;실선, I2;점선)가 시간(t)에 대해 도시된다. 이중 화살표(62)는 픽업 단계 동안 전류 공급을 나타내고, 이중 화살표(64)는 전자기 작동 장치(9)의 아마추어(30)의 홀딩 단계 동안 전류 공급을 도시한다. 픽업 단계 동안 아마추어(30)는 자력에 의해 정지 시트(36)로부터 행정 스토퍼(38)까지 이동된다. 홀딩 단계 동안 아마추어(30)는 - 일반적으로 더 낮은 - 자력에 의해 행정 스토퍼(38)에 제 위치로 유지된다. 하기에서 먼저, 내연기관의 비교적 높은 회전 속도(72;도 4 참조)에서 전자기 작동 장치(9)의 제어를 위해 사용되는 전류(I1)의 곡선이 설명된다.
시점(t0)에서 픽업 단계가 시작되고, 이 경우 전류(I1)는 비교적 빠르게 상승하고, 시점(t1a)부터 평균값(66a) 주위에서 클록 제어된다. 시점(t2)부터 홀딩 단계를 위한 전류 공급이 시작되고, 이때 전류(I1)는 평균값(68) 주위에서 클록 제어된다. 평균값(68)은 평균값(66a)보다 작다. 시점(t3)에 제어가 종료되고, 따라서 전류(I1)는 빠르게 0으로 감소한다.
내연기관의 회전 속도(72)가 더 낮을 때, 전자기 작동 장치(9)는 전류(I2)에 의해 제어된다. 즉, 픽업 단계 동안 전류(I2)의 접속 및 차단을 제어하는 스위칭 임계값들(도시되지 않음)은 전류(I1)의 스위칭 임계값과 관련해서 더 낮게 설정된다. 이로 인해 전류(I2)의 곡선의 경우, 픽업 단계 동안 상응하게 더 작은 평균값(66b)이 주어진다. 이로써 픽업 단계 동안 필요한 에너지도 감소하고, 행정 스토퍼(38)에 아마추어(30)의 접촉 시 작동 소음이 감소한다. 동시에 아마추어(30)의 픽업 지속 시간은 연장되지만, 즉 t2와 t0 사이의 시간 차가 커지므로 픽업 단계(62)는 연장되지만, 용량 제어 밸브(10)의 적절한 작동이 영향을 받지는 않는다.
전류(I1, I2)의 곡선을 결정하는 스위칭 임계값(도시되지 않음), 또는 그로부터 얻어지는 평균값(66a, 66b)은, 아마추어(30)가 행정 스토퍼(38)에 확실하게 접촉하고 이로써 용량 제어 밸브(10)의 확실한 스위칭이 모든 작동의 경우에 가능해지도록 선택된다. 픽업 단계 동안 평균적으로 더 작은 전류(I2)에 의해 아마추어(30)에는 전류(I1)보다 작은 힘이 가해지고, 상응하게 지연되어 접촉한다. 이는 하기에서 도 4에 의해 상세히 설명된다.
도 4는 픽업 단계 동안 코일(28)을 통해 흐르는 전류(I)의 평균값(66)과 관련 픽업 지속 시간(70)이 내연기관의 회전 속도(72)에 대해 선형으로 도시된 좌표계를 도시한다. 픽업 지속 시간(70)은 시점(t0)에 코일(28)의 전류 공급의 시작부터 행정 스토퍼(38)에 아마추어(30)가 최초로 접촉할 때까지의 시간 간격을 나타낸다. 평균값(66)은 이 경우 지점(74)에 의해 결정되고, 상기 지점은 예를 들어 내연기관의 제어 및/또는 조절 장치(16)의 맵에 저장될 수 있다. 또한, 전류(I)의 평균값(66)은 - 특히 픽업 단계 동안 코일(28)이 일정한 소스 전압에 접속되는 경우에 - 전자기 작동 장치(9)의 픽업 단계 동안 공급되는 에너지를 나타낸다.
전류(I)의 평균값(66)은 회전 속도(72)가 커질수록 단조 증가하는 것을 알 수 있다. 고압 펌프(11)의 피스톤(24)이 마찬가지로 회전 속도(72)에 의존해서 이동되기 때문에, 밸브 바디(42) 또는 아마추어(30)의 이동을 위한 가능한 시간 범위는 상응하게 작아지고, 즉 더 임계적으로 된다. 이러한 상황에는 전류 공급이 증가할수록 감소하는 픽업 지속 시간(70)에 의해 적절하게 대처한다. 이는 전술한 바와 같이, 각각의 회전 속도(72)에서 용량 제어 밸브(10)의 확실한 스위칭이 가능해지도록 이루어진다.
도 5는 전자기 작동 장치(9)의 제어를 위한 간단한 흐름도를 도시한다. 도시된 방법은 바람직하게 내연기관의 제어 및/또는 조절 장치(16)에서 컴퓨터 프로그램(18)에 의해 실행된다. 제 1 블록(76)에서 도시된 절차가 시작되고, 이 경우 내연기관의 실제 회전 속도(72)가 결정된다. 제 2 블록(78)에서 결정된 회전 속도(72)에 의해 맵으로부터 2개의 지점(74)이 판독된다. 이어서, 각각의 평균값(66)을 회전 속도(74)에 정확히 맞추어 결정하기 위해, 상기 2개의 지점(74) 사이에서 보간이 이루어진다. 평균값(66)으로부터 전류(I)의 접속 및 차단을 위한 적절한 스위칭 임계값들(도면부호 없음)이 결정된다.
제 3 블록(80)에서 결정된 스위칭 임계값들은 아마추어(30)의 픽업 단계 동안 전자기 작동 장치(9) 또는 코일(28)을 제어하기 위해 사용된다. 도 5의 방법은 주기적으로 반복될 수 있다.
1 연료 이송 장치
9 전자기 작동 장치
10 용량 제어 밸브
30 아마추어
62 픽업 단계
72 회전 속도

Claims (7)

  1. 내연기관의 연료 이송 장치(1)를 작동하기 위한 방법으로서, 이송량을 설정하기 위해 용량 제어 밸브(10)의 전자기 작동 장치(9)가 스위칭 되는 방법에 있어서,
    스위칭을 위해 상기 전자기 작동 장치(9)에 공급되는 에너지 레벨은 적어도 일시적으로 상기 내연기관의 회전 속도(72)에 의존하고,
    상기 에너지 레벨은 상기 전자기 작동 장치(9)의 아마추어(30)가 제 1 위치로부터 제 2 위치로 이동되는 흡입 단계(62) 동안에만 상기 내연기관의 상기 회전 속도(72)에 의존하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 에너지 레벨은 상기 전자기 작동 장치(9)에 공급되는 전류(I)의 강도 및/또는 상기 전자기 작동 장치(9)에 인가되는 전압의 레벨인 것을 특징으로 하는, 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 에너지 레벨은 상기 회전 속도(72)가 커질수록 증가하고, 상기 에너지 레벨과 상기 회전 속도의 관계는 단조적인 것을 특징으로 하는, 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 에너지 레벨은 상기 용량 제어 밸브(10)가 각각의 회전 속도(72)에 대해 제공된 시간 간격 내에 스위칭 될 수 있도록 제어되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 전류(I) 및/또는 상기 전압은 클록 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 컴퓨터 프로그램(18)이 기록된 컴퓨터-판독가능한 기록매체로서, 상기 컴퓨터 프로그램(18)은 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 방법을 실시하기 위해 프로그래밍된 것을 특징으로 하는, 컴퓨터 프로그램이 기록된 컴퓨터-판독가능한 기록매체.
  7. 내연기관의 제어 및/또는 조절 장치(16)로서, 제 6 항에 따른 컴퓨터 프로그램(18)이 기록된 컴퓨터-판독가능한 기록매체를 포함하고, 컴퓨터 프로그램(18)이 기록된 컴퓨터-판독가능한 기록매체는 메모리인 것을 특징으로 하는, 제어 및/또는 조절 장치.
KR1020137033947A 2011-06-22 2012-05-02 내연기관의 연료 이송 장치를 작동하기 위한 방법 및 장치 KR101898880B1 (ko)

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