KR102025000B1 - 내연 기관의 연료 공급 시스템 - Google Patents

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만 에너지 솔루션즈 에스이
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Abstract

폐루프 압력 제어 회로에서 병렬로 접속된 복수의 연료 펌프, 특히 병렬로 접속된 복수의 고압 연료 펌프(2)로서, 각각의 연료 펌프는 펌프 실린더(15) 내에서 이동 가능하게 안내되는 펌프 피스톤(16), 그리고 저압측에 흡입 밸브(17)를 유지하고 고압측에 전달 밸브(18)를 유지하는 밸브 캐리어(19)를 포함하는 것인 연료 펌프를 구비하고, 특히 중유로 작동하는 내연 기관의 연료 공급 시스템, 특히 선박용 디젤 엔진의 커먼 레일 연료 공급 시스템에 있어서, 병렬로 접속된 각각의 연료 펌프, 특히 병렬로 접속된 각각의 고압 연료 펌프(2)의 밸브 캐리어(19)에 압력 센서(21)가 각각 수용되고, 이 압력 센서에 의해 각 연료 펌프의 적어도 전달 임펄스가 검출될 수 있는 것인 연료 공급 시스템이 제공된다.

Description

내연 기관의 연료 공급 시스템
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 내연 기관의 연료 공급 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 또한 청구항 5의 전제부에 따른 연료 펌프, 내연 기관을 작동시키는 방법, 및 상기 방법을 실행하는 엔진 제어 유닛에 관한 것이다.
중유로 작동하는 선박용 디젤 엔진의 커먼 레일(common rail) 연료 공급 시스템으로서 설계된 연료 공급 시스템의 기본 구성은 EP 1 314 883 A2로부터 알려져 있다. 따라서, 이 종래 기술로부터 공지된 연료 공급 시스템은 저압 펌프를 포함하고, 이 저압 펌프에 의해, 연료가 연료 공급 시스템의 저압 영역으로 전달될 수 있다. 이 종래 기술로부터 공지된 연료 공급 시스템은 또한 연료를 연료 공급 시스템의 저압 영역으로부터 고압 영역으로 전달하기 위한 복수의 고압 펌프를 포함한다. 고압 펌프는 병렬 접속된 폐루프 압력 제어 회로의 연료 펌프, 즉 연료 공급 시스템의 고압 영역의 연료 펌프이다. 고압 펌프에 의해, 연료는 역시 커먼 레일이라고 부르는, 영구적으로 고압 상태인 압력 저장 시스템에 제공될 수 있다. 영구적으로 고압 상태인 압력 저장 시스템은 복수의 저장 유닛을 포함하고, 압력 저장 시스템의 저장 유닛에는, 전형적으로 밸브 블록(valve block)에 결합되는 압력 제한 밸브와 플러시 밸브(flush valve)가 할당된다. 이러한 연료 공급 시스템의 경우에, 특히 플러시 밸브에는 2개의 압력 센서가 할당되고, 이 압력 센서에 의해, 고압 영역에 있는 압력이 가능한 폐루프 압력 제어를 구성하기 위해 중복적으로 검출될 수 있다.
종래 기술에서 공지된 연료 공급 시스템의 경우에, 플러시 밸브에 할당된 압력 센서에 의해 검출된 측정 신호를 통해 연료 공급 시스템의 고압 영역에 대한 폐루프 압력 제어를 확립할 수 있지만, 연료를 고압 영역으로 전달하는 고압 펌프의 기능 체크를 신뢰성 있게 실행할 수가 없다. 이것은 특히 연료를 고압 영역으로 전달하는 고압 펌프와 플러시 밸브 사이에 수 미터의 연료 라인이 라우팅되는 대형 엔진의 경우에 그러하다.
그러므로 작은 노력 및 낮은 비용으로 쉽고 신뢰성 있게 특히 연료 펌프의 기능 체크를 할 수 있게 보조하는 내연 기관의 연료 공급 시스템, 내연 기관의 연료 공급 시스템의 연료 펌프, 내연 기관을 작동시키는 방법 및 상기 방법을 실행하는 엔진 제어 유닛이 필요하다.
전술한 것에 비추어, 본 발명은 새로운 유형의 연료 공급 시스템, 새로운 유형의 연료 펌프 및 방법뿐만 아니라 내연 기관을 작동시키는 엔진 제어 유닛을 생성하려는 목적에 기초를 둔다.
상기 목적은 청구항 1에 따른 연료 공급 시스템을 통하여 해결된다.
본 발명에 따르면, 각각의 압력 센서가, 병렬 접속된 각각의 연료 펌프, 특히 병렬 접속된 각각의 고압 연료 펌프의 밸브 캐리어에 수용되고, 이 압력 센서에 의해 각 연료 펌프의 적어도 전달 임펄스(delivery impulse)가 검출될 수 있다.
본 발명에 따른 연료 공급 시스템의 경우에, 연료 펌프의 밸브 캐리어에 의해 수용된 압력 센서를 통해, 연료 공급 시스템의 폐루프 압력 제어 회로의 폐루프 압력 제어가 확립될 수 있을 뿐만 아니라, 각 연료 펌프의 전달 임펄스를 검출함으로써 폐루프 압력 제어 회로의 연료 펌프에 대한 기능 체크가 가능해진다. 연료 펌프에 대하여 결함있는 작동이 검출되면, 각 연료 펌프의 유지보수 또는 수리가 적시에 개시될 수 있다.
양호하게는, 각 연료 펌프의 밸브 캐리어에 의해 수용된 압력 센서는, 고압측에서 각 연료 펌프의 전달 임펄스를 검출하기 위해 고압측 전달 밸브에 할당된다. 연료 펌프 상에서의 압력 센서의 이러한 배치는 한편으로 각 연료 펌프의 안전한 기능 체크가 가능하기 때문에 특히 바람직하다.
유리한 추가 개량에 따라서, 각각의 압력 센서는, 병렬로 접속된 적어도 2개의 연료 펌프의 밸브 캐리어에 수용되고, 이 압력 센서에 의해, 고압측의 각 연료 펌프에서 전달 임펄스 및 절대 압력이 검출될 수 있다. 검출된 절대 압력은 폐루프 압력 제어를 위한 역할을 한다. 검출된 전달 임펄스는 기능 체크를 위한 역할을 한다.
특히 연료 공급 시스템이 병렬 접속된 3개 이상의 연료 펌프를 포함할 때, 각각의 압력 센서는 병렬 접속된 적어도 2개의 연료 펌프의 밸브 캐리어에 수용되고, 이 압력 센서에 의해, 고압측의 각 연료 펌프에서 전달 임펄스 및 절대 압력이 검출될 수 있고, 적어도 하나의 다른 연료 펌프의 밸브 캐리어에 압력 센서가 수용되며, 이 압력 센서에 의해, 각 연료 펌프의 전달 임펄스가 검출될 수 있지만 고압측의 각 연료 펌프에서 절대 압력은 검출될 수 없다.
만일 3개 이상의 연료 펌프가 병렬로 접속되면, 절대 압력을 검출하는 것과 관련하여 중복되는 오로지 2개의 압력 센서로만 작업할 수 있고, 이에 따라 고압측에서 전달 임펄스와 절대 압력 양자 모두를 검출할 수 있다. 각각의 다른 연료 펌프에서 압력 센서가 이용될 수 있고, 이 압력 센서에 의해 각각의 연료 펌프에서 전달 임펄스가 검출될 수 있지만 이것은 고압측에서 절대 압력 레벨을 검출하는 역할을 하지는 않는다.
본 발명에 따른 연료 펌프는 청구항 5에서 규정된다. 내연 기관을 작동시키는 방법은 청구항 8에서 규정되고 상기 방법을 실행하는 엔진 제어 유닛은 청구항 10에서 규정된다.
본 발명의 양호한 추가의 개량은 종속 청구항 및 이하의 설명에서 획득된다. 본 발명의 예시적인 실시형태는 제한하는 의도 없이 도면을 참조하면서 더 자세히 설명된다.
도 1은 내연 기관의 커먼 레일 연료 공급 시스템을 함께 도시한 개략적 표시도이다.
도 1은 선박용 디젤 엔진의 커먼 레일 연료 공급 시스템의 기본 구성을 나타내고 있다. 따라서, 도 1의 커먼 레일 연료 공급 시스템은 각 실린더에 대해 적어도 하나의 인젝터(1)를 포함한다. 인젝터(1)에 의해 연료가 각 실린더에 주입될 수 있다. 커먼 레일 연료 공급 시스템은, 커먼 레일 연료 공급 시스템의 저압 영역(4)으로부터 커먼 레일 연료 공급 시스템의 고압 영역(6)으로 연료를 전달하기 위해 적어도 하나의 저압 펌프(5), 복수의 고압 펌프(2) 및 고압 펌프 저장 유닛(8)을 포함한 펌핑 장치(3)를 또한 포함하고, 펌핑 장치(3)와 인젝터(1) 사이의 고압 영역(6)에는 영구적으로 고압 상태인 압력 저장 시스템(7)이 제공된다.
역시 커먼 레일이라고 부르는, 영구적으로 고압 상태인 압력 저장 시스템(7)은 복수의 저장 유닛(9)을 포함한다. 저장 유닛(9)은 영구적으로 고압 상태인 고압 라인(10)을 통하여 펌핑 장치(3)에 접속되며, 상기 고압 라인을 통해 저장 유닛들 사이의 접속이 이루어진다. 압력 저장 시스템(7), 즉 저장 유닛(9)은 주입 사이클에 따라서 가끔 고압 상태로 되는 고압 라인(11)을 통하여 인젝터(1)에 또한 접속된다. 주입 사이클에 따라서 가끔 고압 상태로 되고 인젝터(1)를 저장 유닛(9)에 접속시키는 고압 라인(11)에는, 주입 사이클에 따라서 연료를 인젝터(1)에 공급하는 스위칭 밸브(12)가 할당된다. 압력 저장 시스템(7)의 저장 유닛(9) 중의 하나에는 압력 제한 밸브(13) 및 플러시 밸브(14)가 할당된다. 고압 영역(6)은 연료 공급 시스템의 폐루프 압력 제어 회로를 형성한다. 이 폐루프 압력 제어 회로에서 고압 펌프(2)들은 병렬로 접속된다.
각각의 고압 펌프(2)는 펌프 실린더(15) 내에서 안내되는 펌프 피스톤(16)을 포함하고, 각각의 펌프 피스톤(16)은 연료를 커먼 레일 연료 공급 시스템의 저압 영역으로부터 커먼 레일 연료 공급 시스템의 고압 영역으로 전달하기 위해 구동 캠(22)을 통해 제어되어 펌프 실린더(15) 내에서 상하로 이동된다. 이를 위해 각각의 고압 연료 펌프(2)는 각각의 고압 연료 펌프(2)의 밸브 캐리어(19)에 수용되는 흡입 밸브(17)와 전달 밸브(18)를 또한 포함한다. 흡입 밸브(17)는 저압 영역과 각각의 고압 연료 펌프(2) 사이에 접속되는 반면, 전달 밸브(18)는 고압 영역과 각각의 고압 연료 펌프(2) 사이에 접속된다. 도 1로부터 명백한 바와 같이, 스로틀 밸브(20)가 각각의 고압 연료 펌프(2)와 또한 상호작용하고, 이를 통해 각각의 고압 연료 펌프(2)의 전달 속도를 조정할 수 있다. 각각의 스로틀 밸브(20)는, 각각의 흡입 밸브(17) 및 각각의 전달 밸브(18)와 마찬가지로, 각 고압 연료 펌프(2)의 밸브 캐리어(19)에 의해 수용될 수 있다.
본 발명과 관련하여, 각각의 압력 센서(21)는 각 고압 연료 펌프(2)의 밸브 캐리어(19)에 수용되고, 이 압력 센서에 의해, 각 연료 펌프(2)의 전달 임펄스(delivery impulse)가 검출될 수 있다. 이 경우에 각 연료 펌프(2)의 밸브 캐리어(19)에 의해 수용되는 압력 센서(21)는, 이 방법으로 고압측에서 각 연료 펌프(2)의 전달 임펄스를 검출하기 위해 고압측의 전달 밸브(18)에 할당된다.
도 1에 도시된 예시적인 실시형태에서, 연료 공급 시스템은, 병렬로 접속된 2개의 고압 연료 펌프(2)를 포함하고, 이러한 각각의 고압 연료 펌프(2)에는, 각각의 압력 센서(21)가 밸브 캐리어(19)에서, 즉 고압측에 있는 각각의 전달 밸브(18)의 영역에서 작용하게 하는 방식으로, 압력 센서(21)가 할당된다. 여기에서, 압력 센서(21)는, 각각의 고압 연료 펌프(2)의 전달 임펄스뿐만 아니라 고압 영역(6)의 압력에 대응하는 고압측의 각각의 고압 연료 펌프에서의 절대 압력이 압력 센서에 의해 검출될 수 있도록 하는 방식으로 구성된다.
이에 따라 각각의 고압 연료 펌프(2)에 대한 개별적이고 안전하며 신뢰성 있는 기능 체크가 각각의 고압 연료 펌프(2)에서 검출된 전달 임펄스를 통해 실행될 수 있을 뿐만 아니라, 압력 센서(21)에 의해 검출된 고압측의 절대 압력에 관한 신호가 고압 영역(6)의 폐루프 압력 제어를 위해 활용될 수 있다.
여기에서, 도 1의 예시적인 실시형태에서는, 2개의 고압 연료 펌프(2)에 할당된 압력 센서(21)는 고압측에서 절대 압력을 검출하는 것과 관련하여 중복되고, 이에 따라 특히 압력 센서(21) 중의 하나가 고장일 때에도 커먼 레일 연료 공급 시스템의 고압 영역(6)에 대한 폐루프 압력 제어가 여전히 보장될 수 있다.
특히 연료 공급 시스템이 병렬로 접속된 3개 이상의 고압 연료 펌프(2)를 포함할 때, 적어도 2개, 특히 병렬로 접속된 고압 연료 펌프(2) 중의 오로지 2개에만 상기 압력 센서(21)가 각각 할당되고, 이 압력 센서에 의해 각각의 고압 연료 펌프(2)에서 한편으로 고압 연료 펌프(2)의 전달 임펄스가 검출될 수 있고 다른 한편으로는 고압측의 절대 압력이 검출될 수 있다.
그 다음에, 각각의 추가의 고압 연료 펌프(2)에 압력 센서가 할당되고, 이 압력 센서에 의해 각각의 고압 연료 펌프에서의 기능 체크를 실행하기 위해 각각의 고압 연료 펌프의 전달 임펄스가 검출될 수 있지만, 고압측에서의 절대 압력은 검출될 수 없다. 이것은 비용 문제 때문에 유리하다.
본 발명은 연료 펌프, 특히 중유로 작동하는 선박용 디젤 엔진의 커먼 레일 연료 공급 시스템의 고압 연료 펌프(2)와 또한 관련된다. 전술한 바와 같이, 이러한 고압 연료 펌프(2)는 펌프 실린더(15) 내에서 이동 가능하게 안내되는 펌프 피스톤(16)과, 저압측에서 흡입 밸브(17)를 유지하고 고압측에서의 전달 밸브(18)를 유지하는 밸브 캐리어(19)를 포함한다. 고압 연료 펌프(2)의 밸브 캐리어(19)에는 압력 센서(21)가 수용되고, 이 압력 센서에 의해 각각의 고압 연료 펌프의 적어도 전달 임펄스가 검출될 수 있다. 양호하게는, 고압측의 연료 펌프에서의 절대 압력이 또한 추가로 검출될 수 있도록 하는 방식으로 압력 센서(21)가 구성된다. 이 경우의 연료 펌프의 압력 센서(21)는 고압측에서 절대 압력 및 전달 임펄스를 검출하기 위해 고압측의 연료 펌프(2)의 전달 밸브(18)에 할당되는 것이 바람직하다.
더 나아가, 본 발명은 연료 공급 시스템으로 내연 기관을 작동시키는 방법과 관련되고, 연료 펌프(2)에서 압력 센서(21)에 의해 검출된 전달 임펄스로부터 연료 펌프(2)의 기능 체크가 실행될 수 있다. 이를 위해, 압력 센서(21)를 통해 각 연료 펌프(2)에서 검출된 실제 전달 임펄스가 설정점 전달 임펄스와 비교되고, 특히 실제 전달 임펄스와 설정점 전달 임펄스 간의 편차가 제한치보다 더 클 때에는 연료 펌프(2)에 결함이 있는 것으로 추론된다. 압력 센서(21)에 의해 검출된 절대 압력은 폐루프 압력 제어의 설정점 값으로서 역할을 한다.
이 외에, 본 발명은 상기 방법을 실행하기 위한, 내연 기관의 엔진 제어 유닛과 관련된다. 본 발명에 따른 엔진 제어 유닛은 상기 방법을 실행하는 수단을 포함하는데, 이러한 수단은 하드웨어 수단 및 소프트웨어 수단이다.
상기 하드웨어 수단은 데이터 인터페이스, 프로세서 및 저장 유닛이다. 데이터 인터페이스는 본 발명에 따른 방법을 실행하는 데 수반되는 어셈블리, 특히 압력 센서(21)와 데이터를 교환하는 역할을 한다. 데이터 저장 유닛은, 데이터를 저장하는 역할을 하고 프로세서는 데이터를 처리하는 역할을 한다. 마찬가지로, 상기 소프트웨어 수단은 압력 센서(21)에 의해 검출된 신호를 처리 및 평가하는 역할을 한다.
따라서, 본 발명에 따르면, 연료 공급 시스템은 특히 커먼 레일 연료 공급 시스템에서 제안되고, 이로 인해, 병렬로 접속된 연료 펌프, 특히 병렬로 접속된 고압 연료 펌프(2)에는 압력 센서(21)가 직접 할당되며, 즉 압력 센서(21)가 각 연료 펌프(2)의 밸브 캐리어(19)에 수용되는 방식으로 할당된다.
병렬로 접속된 적어도 2개의 연료 펌프(2) 상에 압력 센서(21)가 배치되고, 이 압력 센서에 의해 한편으로 전달 임펄스 그리고 다른 한편으로 절대 압력이 측정에 의해 검출될 수 있다. 검출된 전달 임펄스를 평가함으로써, 각 연료 펌프(2)의 기능 체크가 확립될 수 있다. 절대 압력을 평가함으로써 폐루프 압력 제어가 연료 공급 시스템에 대하여, 특히 연료 공급 시스템의 압력 저장 시스템에 대하여 보장될 수 있다.
본 발명은, 최소의 지출로, 한편으로 연료 공급 시스템에서의 폐루프 압력 제어가 가능하고, 다른 한편으로 병렬로 접속된, 연료 공급 시스템의 연료 펌프에 대한 단순하고 신뢰성 있는 기능 체크가 가능하다. 종래 기술에 따라 플러시 밸브에 할당되는 압력 센서는 생략될 수 있다. 연료 펌프의 기능 체크에 의해, 예를 들면 연료 펌프에서의 피스톤 용착(piston seizure)이 현재 존재하는지 또는 임박했는지 검출할 수 있다. 그 다음에 연료 펌프의 유지보수가 개시될 수 있다.
1 인젝터
2 고압 펌프
3 펌핑 장치
4 저압 영역
5 저압 펌프
6 고압 영역
7 압력 저장 시스템
8 고압 펌프 저장 유닛
9 저장 유닛
10 고압 라인
11 고압 라인
12 스위칭 밸브
13 압력 제한 밸브
14 플러시 밸브
15 펌프 실린더
16 펌프 피스톤
17 흡입 밸브
18 전달 밸브
19 밸브 캐리어
20 스로틀 밸브
21 압력 센서

Claims (10)

  1. 내연 기관의 연료 공급 시스템으로서,
    폐루프 압력 제어 회로에서 병렬로 접속된 복수의 연료 펌프를 구비하고, 각각의 연료 펌프는 펌프 실린더(15) 내에서 이동 가능하게 안내되는 펌프 피스톤(16), 및 저압측에 흡입 밸브(17)를 유지하고 고압측에 전달 밸브(18)를 유지하는 밸브 캐리어(19)를 포함하고,
    병렬로 접속된 각각의 연료 펌프의 밸브 캐리어(19)에 압력 센서(21)가 각각 수용되고, 이 압력 센서에 의해 적어도 각 연료 펌프의 전달 임펄스(delivery impulse)가 검출될 수 있으며,
    각 연료 펌프의 밸브 캐리어(19)에 의해 수용되는 압력 센서(21)는, 고압측에서 각 연료 펌프의 전달 임펄스를 검출하기 위해 고압측의 전달 밸브(18)에 할당되고,
    병렬로 접속된 적어도 2개의 연료 펌프의 밸브 캐리어(19)에 수용된 압력 센서(21)에 의해, 각 연료 펌프의 전달 임펄스가 검출될 수 있고, 또한 고압측에서 각 연료 펌프의 절대 압력이 검출될 수 있는 것인 연료 공급 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 폐루프 압력 제어 회로 내에 병렬로 접속된 3개 이상의 연료 펌프가 있을 때, 병렬 접속된 적어도 2개의 연료 펌프의 밸브 캐리어(19)에 각각의 압력 센서(21)가 수용되고, 이 압력 센서에 의해 각 연료 펌프의 전달 임펄스가 검출될 수 있으며, 또한 고압측에서 각 연료 펌프의 절대 압력이 검출될 수 있고,
    적어도 하나의 추가 연료 펌프의 밸브 캐리어(19)에 압력 센서(21)가 수용되고, 이 압력 센서에 의해 각 연료 펌프의 전달 임펄스는 검출될 수 있지만 고압측에서 각 연료 펌프의 절대 압력은 검출될 수 없는 것인 연료 공급 시스템.
  5. 연료 펌프로서,
    펌프 실린더(15) 내에서 이동 가능하게 안내되는 펌프 피스톤(16), 및 저압측에 흡입 밸브(17)를 유지하고 고압측에 전달 밸브(18)를 유지하는 밸브 캐리어(19)를 포함하고,
    상기 밸브 캐리어(19)에 압력 센서(21)가 수용되고, 이 압력 센서에 의해 적어도 각 연료 펌프의 전달 임펄스 및 고압측에서의 연료 펌프의 절대 압력이 검출될 수 있으며,
    상기 밸브 캐리어(19)에 의해 수용되는 압력 센서(21)는, 고압측에서 각 연료 펌프의 전달 임펄스를 검출하기 위해 고압측의 전달 밸브(18)에 할당되는 것인 연료 펌프.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 따른 연료 공급 시스템으로 내연 기관을 작동시키는 방법으로서,
    연료 펌프의 압력 센서로 검출된 전달 임펄스로부터 연료 펌프의 기능 체크를 수행하는 것인 내연 기관 작동 방법.
  9. 제8항에 있어서, 실제 전달 임펄스가 설정점 전달 임펄스와 비교되고, 실제 전달 임펄스와 설정점 전달 임펄스 간의 편차가 제한치보다 더 클 때, 연료 펌프는 결함이 있는 것으로 추론되는 것인 내연 기관 작동 방법.
  10. 내연 기관의 엔진 제어 유닛으로서,
    상기 내연 기관은 연료 공급 시스템을 포함하고,
    상기 엔진 제어 유닛은 제8항에 따른 내연 기관 작동 방법을 실행하는 수단을 포함하는 엔진 제어 유닛.
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