KR101989731B1 - 압전 서보 인젝터의 최소 유압 분사 간격을 결정하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압전-서보 인젝터의 최소 유압 분사 간격을 결정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 상기 인젝터의 노즐 니들의 폐쇄 시간은 상기 인젝터의 제어 스프링 챔버 내의 특성 압력 프로파일에 기초하여 결정된다. 후속 분사의 작동 시작 타이밍을 연속적으로 전진시킴으로써 후속 분사의 분사 간격을 점진적으로 감소시킴과 동시에 상기 제어 스프링 챔버 내의 압력 프로파일을 계속해서 관찰하는 것에 의해, 선행 분사의 노즐 니들의 폐쇄가 특성 압력 프로파일에서 여전히 검출될 수 있는 마지막 반복 단계로부터 가장 작은 분사 간격이 획득된다. 상기 방법을 이용하여 상기 최소 분사 간격을 특히 정확히 결정할 수 있다.

Description

압전 서보 인젝터의 최소 유압 분사 간격을 결정하기 위한 방법 및 장치

본 발명은 압전-서보 인젝터(piezo-servo injector)의 최소 유압 분사 간격(minimum hydraulic injection interval)을 결정하는 방법에 관한 것이다.

인젝터의 연속적인 분사는, 특히 타이밍 간격이 작을 때, 상호 간에 서로 영향을 미친다. 가장 작은 가능한 분사 간격을 구현하기를 원하는 경우, 서보 밸브를 갖는 인젝터의 액추에이터는 선행 펄스의 노즐 니들(nozzle needle)이 다시 폐쇄되기 전에 후속 펄스가 이미 로딩되어 있어야 한다.

가장 작은 유압 분사 간격을 신뢰성 있게 보전하는 교정을 수행하는 것에 의해 2개의 연속하는 분사가 병합되는 것을 방지할 수 있다. 그러나 이러한 보호 방식은 더 짧은 드웰 시간(dwell time)(분사 없는 시간)이 불필요하게 손실될 수 있기 때문에 최적이 아니다. 게다가 별개의 작동 펄스들임에도 불구하고 여전히 하나의 개별 분사에서 2개의 분사율(injection rate)이 융합될 수 있는 위험이 여전히 있다.

최소 구현 가능한 분사 간격의 관점에서 점점 더 엄격한 요구조건을 충족시키기 위해서는 구성 요소들의 변화와 노화 효과를 검출하고 보상하는 새로운 개념이 필요하다.

본 발명의 목적은 최소 유압 분사 간격을 특히 정확히 결정할 수 있는 서두에 설명된 유형의 방법을 제공하는 것이다.

본 목적은 다음 단계, 즉

인젝터의 제어 스프링 챔버 내의 특성 압력 프로파일에 기초하여 상기 인젝터의 노즐 니들의 폐쇄 시간을 결정하는 단계;

후속 분사의 작동 시작 타이밍을 연속적으로 전진시킴으로써 후속 분사의 분사 간격을 점진적으로 감소시킴과 동시에 상기 제어 스프링 챔버 내의 압력 프로파일을 계속해서 관찰하는 단계; 및

선행 분사의 상기 노즐 니들의 폐쇄가 상기 특성 압력 프로파일에서 여전히 검출될 수 있는 마지막 반복 단계로부터 가장 작은 분사 간격을 획득하는 단계를 포함하는 제시된 유형의 방법에 의해 본 발명에 따라 달성된다.

본 발명에 따른 방법은, 압전 액추에이터가 전압을 인가하는 것에 의해 신장(lengthen)되고 그 결과 연료를 분사하는 노즐 니들을 제어하는 제어 밸브(서보 밸브)에 작용하는 압전-서보 인젝터에 관한 것이다. 특히, 상기 압전 액추에이터는 제어 피스톤에 작용하고 상기 제어 피스톤은 제어 스프링 챔버를 개방하여 상기 노즐 니들에 작용한다. 반대 방향으로, 상기 제어 스프링 챔버 내에 배열된 스프링은 상기 제어 스프링 챔버의 폐쇄를 초래한다.

본 발명에 따른 방법에서, 상기 인젝터의 상기 노즐 니들의 폐쇄 시간은 이제 상기 인젝터의 상기 제어 스프링 챔버 내의 상기 특성 압력 프로파일에 기초하여 결정될 것이다. 상기 노즐 니들의 폐쇄 움직임 동안, 실제 상기 제어 스프링 챔버 내의 압력의 검출 가능한 감소가 발생하는데, 이는 니들 시트(needle seat)에 충돌하기 바로 전에 상기 노즐 니들을 가속시킴으로써 야기된다. 상기 니들 시트에서 상기 노즐 니들을 폐쇄하거나 제동하는 순간, 상기 제어 스프링 챔버 내에 압력 피크가 발생한다.

이러한 특성 점(point)들은 본 발명에 따라 검출되고, 상기 노즐 니들의 폐쇄 시간은 이 특성 점들로부터 결정된다.

본 발명에 따른 방법의 추가적인 단계에서, 후속 분사의 분사 간격은 후속 분사의 작동 시작 타이밍을 연속적으로 전진시킴으로써 점진적으로 감소된다. 이와 관련하여 상기 제어 스프링 챔버 내의 압력 프로파일이 더 관찰된다. 상기 가장 작은 분사 간격은 선행 분사의 상기 노즐 니들의 폐쇄가 상기 특성 압력 프로파일에서 여전히 검출될 수 있는 마지막 반복 단계로부터 획득된다.

본 발명에 따르면, 상기 가장 작은 유압 분사 간격은 이에 따라 상기 노즐 니들의 폐쇄 구역에서의 물리적 프로파일(제어 스프링 챔버 내의 압력)을 검출함으로써 결정된다. 그 결과 상기 노즐 니들의 폐쇄 시간과 관련된 여러 가지 노화 현상(아이들 행정의 변화, 니들 시트 형상의 변화)의 영향이 고려될 수 있다. 한편, 이러한 방식으로 가장 작은 드웰 시간이 교정될 수 있다. 다른 한편, 시스템 성능은 상기 인젝터의 서비스 수명에 걸쳐 보장될 수 있다.

본 발명에 따라 수행되는 최소 유압 분사 간격(즉, 2개의 분사가 서로 영향을 미침이 없이 가능한 2개의 분사 공정 사이의 최소 간격)을 결정하는 것에 의해, 예를 들어, 구성 요소들의 변화 및 노화 효과에 대해 대응하는 적응을 수행할 수 있다. 이러한 방식으로, 예를 들어, 획득되는 상기 가장 작은 분사 간격이 후속 다중 분사를 위한 기초로서 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 일 개선에서, 상기 제어 스프링 챔버 내의 압력 프로파일은 알려진 신호 평가에 따라 상기 압전 액추에이터에 의해 측정된다. 이것은 예를 들어 DE 10 2008 023 373 A1에 설명된 방식으로 수행될 수 있다. 이 개념에 따르면 압전 힘의 프로파일은 압전 모델링에 기초하여 설명된다. 이 프로파일의 최대 값의 위치는 시간적 서보 밸브 개방을 나타내며, 여기서 이 절대 값은 밸브 개방에 필요한 힘과 관련된다. 그 결과, 제어 스프링 챔버 내의 전술한 특성 압력 프로파일은 이 정보에 의해 최소 유압 분사 간격의 구역에 반영될 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 상기 인젝터의 교정 범위 내에서 수행될 수 있다. 따라서 본 방법은 측정 설정에서 상기 인젝터를 측정하는 공정의 일부로서 수행될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 방법은 또한 정상적인 후속 분사를 동적으로 조정함으로써 관련된 내연 엔진의 동작 동안 수행될 수도 있다. 이러한 방식으로, 예를 들어 최소-드웰 제어 공정이 구현될 수 있는데, 즉 2개의 분사 공정이 상호 영향을 미침이 없이 2개의 분사 공정 사이의 최소 분사 간격을 획득하기 위해 제어가 수행될 수 있다.

특히, 이러한 맥락에서, 상기 최소 분사 간격은 적응 펄스 없이 상기 인젝터의 진행 동작 동안 결정될 수 있다. 이러한 맥락에서, 가능한 한 가깝게, 즉 상기 가장 작은 분사 간격으로 방출되어야 하는 정상 분사의 위치가 동적으로 변한다. 전술한 물리적 관계는 상기 압전 액추에이터의 통전 단계 동안 평가된다.

본 발명에 따른 방법은 또한 적응 동작(adaptation run)의 범위 내에서 수행될 수 있다. 동작은 각 경우에 특정 동작 시간(예를 들어, 매 1000 km) 후에 또는 특정 동작 점에서, 예를 들어, 차량이 출발할 때마다, 반복적으로 수행되는 다음 적응 동작 때까지 적응된 값으로 수행된다.

본 발명은 또한 전술한 방법을 수행하도록 설계된 장치에 관한 것이다.

본 명세서에서 사용된 "제어 스프링 챔버"라는 용어는, 상기 노즐 니들에 작용하는 단일 공간으로서, 제어 밸브 요소(서보 밸브 요소)에 의해 개폐될 수 있고 그 안에 스프링이 배열된 단일 공간, 및 상기 제어 밸브 요소와 스프링이 배열된 스프링 챔버, 및 상기 노즐 니들에 작용하는 하류 제어 챔버를 포함하는 것으로 의도된다.

본 발명은 예시적인 실시예에 기초하여 도면과 관련하여 이하에서 상세히 설명된다.

도 1은 인젝터의 상세를 도시하는 도면으로서, 좌측은 인젝터가 폐쇄된 상태에 있는 것을 도시하고 우측은 인젝터가 개방된 상태에 있는 것을 도시한 도면; 및
도 2는 스프링 챔버의 압력 프로파일을 도시하는 다이어그램을 도시한 도면.

도 1은 최소 유압 분사 간격을 결정하기 위해 본 발명에 따른 방법을 수행하는 인젝터의 상세를 도시한다. 이것은 제어 밸브(2) 또는 서보 밸브의 제어 피스톤(1)에 작용하는 압전-액추에이터(도시되지 않음)를 갖는 압전-서보 인젝터이다. 제어 밸브(2)는, 압전 액추에이터를 신장 및 수축시키는 것에 의해 야기되는 제어 피스톤(1)의 움직임에 의해 스프링 챔버(3)를 개폐하는데, 여기서 이 스프링 챔버(3) 내에는 스프링이 위치되고 이 스프링은 반대 방향으로 제어 밸브(2)에 작용한다. 스프링 챔버(3)의 하류에는 제어 챔버(4)가 배열되고, 이 제어 챔버(4)를 통해 노즐 니들(5)에 압력이 인가되어 대응하는 분사 공정이 수행된다.

도 1의 좌측 도면은 분사가 일어나지 않고 제어 밸브가 닫혀 있어 폐쇄된 상태에 있는 인젝터를 도시하는 반면, 우측 도면은 제어 밸브가 개방되어 인젝터가 개방된 상태에 있어서 분사가 수행되고 있는 것을 도시한다.

본 발명에 따른 방법에서, 인젝터의 노즐 니들(5)의 폐쇄 시간은 이제 인젝터의 제어 스프링 챔버 내의 특성 압력 프로파일에 기초하여 결정되며, 이 스프링 챔버의 압력 프로파일이 이 예시적인 실시예에서 검출된다.

도 2는 시간에 따라 도시된 스프링 챔버의 압력 프로파일의 다이어그램을 도시한다. 노즐 니들의 폐쇄 움직임 동안 스프링 챔버 내에 검출 가능한 압력 감소(DA)가 발생하는 것이 명백하며, 여기서 이 압력 감소(DA)는 니들 시트에 충돌하기 직전에 노즐 니들을 가속시키는 것에 의해 야기된다. 니들 시트에서 노즐 니들이 폐쇄되거나 또는 제동되는 순간, 스프링 챔버 내에 압력 피크(DS)가 발생된다.

대응하는 특성 점들이 본 발명에 따라 검출되고, 노즐 니들의 폐쇄 시간이 이 특성 점들로부터 결정된다.

추가적인 단계에서, 후속 분사의 분사 간격은 ZV 방향으로 후속 분사의 작동 시작 타이밍을 연속적으로 전진시킴으로써 점진적으로 감소된다. 이런 맥락에서 스프링 챔버 내의 압력 프로파일이 더 관찰된다. 가장 작은 분사 간격은 선행 분사의 노즐 니들의 폐쇄가 특성 압력 프로파일에서 여전히 검출될 수 있는 마지막 반복 단계로부터 획득된다.

Claims (8)

1. 압전-서보 인젝터의 최소 유압 분사 간격을 결정하는 방법으로서,
   상기 인젝터의 제어 스프링 챔버 내의 특성 압력 프로파일에 기초하여 상기 인젝터의 노즐 니들의 폐쇄 시간을 결정하는 단계;
   후속 분사의 작동 시작 타이밍을 연속적으로 전진시킴으로써 후속 분사의 분사 간격을 점진적으로 감소시킴과 동시에 상기 제어 스프링 챔버 내의 압력 프로파일을 계속해서 관찰하는 단계; 및
   선행 분사의 상기 노즐 니들의 폐쇄가 상기 특성 압력 프로파일에서 여전히 검출될 수 있는 마지막 반복 단계로부터 가장 작은 분사 간격을 획득하는 단계를 포함하는, 최소 유압 분사 간격을 결정하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 획득된 상기 가장 작은 분사 간격은 후속 다중 분사를 위한 기초로서 사용되는 것을 특징으로 하는 최소 유압 분사 간격을 결정하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 제어 스프링 챔버 내의 상기 압력 프로파일은 미리 결정된 신호 평가 방법에 따라 압전 액추에이터에 의해 측정되는 것을 특징으로 하는 최소 유압 분사 간격을 결정하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 방법은 상기 인젝터의 교정 범위 내에서 수행되는 것을 특징으로 하는 최소 유압 분사 간격을 결정하는 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 방법은 측정 설정에서 상기 인젝터를 측정하는 공정의 일부로서 수행되는 것을 특징으로 하는 최소 유압 분사 간격을 결정하는 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 방법은 정상 후속 분사를 동적으로 조정함으로써 관련된 내연 엔진의 동작 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 최소 유압 분사 간격을 결정하는 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법을 사용하여 최소 드웰(min-dwell) 제어 공정이 수행되는 것을 특징으로 하는 최소 유압 분사 간격을 결정하는 방법.
8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한 장치.

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