KR102069983B1 - 연료 분사 시스템의 인젝터 밸브를 제어하는 제어 방법 및 연료 분사 시스템 - Google Patents

연료 분사 시스템의 인젝터 밸브를 제어하는 제어 방법 및 연료 분사 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR102069983B1
KR102069983B1 KR1020187004713A KR20187004713A KR102069983B1 KR 102069983 B1 KR102069983 B1 KR 102069983B1 KR 1020187004713 A KR1020187004713 A KR 1020187004713A KR 20187004713 A KR20187004713 A KR 20187004713A KR 102069983 B1 KR102069983 B1 KR 102069983B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
high pressure
pressure
fuel
injector valve
opening
Prior art date
Application number
KR1020187004713A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180030196A (ko
Inventor
토비아스 리치
하이코 자비히
마티아스 바우어
Original Assignee
콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하 filed Critical 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
Publication of KR20180030196A publication Critical patent/KR20180030196A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102069983B1 publication Critical patent/KR102069983B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/3809—Common rail control systems
    • F02D41/3836—Controlling the fuel pressure
    • F02D41/3863—Controlling the fuel pressure by controlling the flow out of the common rail, e.g. using pressure relief valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
    • F02D41/12—Introducing corrections for particular operating conditions for deceleration
    • F02D41/123—Introducing corrections for particular operating conditions for deceleration the fuel injection being cut-off
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/22—Safety or indicating devices for abnormal conditions
    • F02D41/221—Safety or indicating devices for abnormal conditions relating to the failure of actuators or electrically driven elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/40—Controlling fuel injection of the high pressure type with means for controlling injection timing or duration
    • F02D41/401—Controlling injection timing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M55/00—Fuel-injection apparatus characterised by their fuel conduits or their venting means; Arrangements of conduits between fuel tank and pump F02M37/00
    • F02M55/02—Conduits between injection pumps and injectors, e.g. conduits between pump and common-rail or conduits between common-rail and injectors
    • F02M55/025—Common rails
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0003—Fuel-injection apparatus having a cyclically-operated valve for connecting a pressure source, e.g. constant pressure pump or accumulator, to an injection valve held closed mechanically, e.g. by springs, and automatically opened by fuel pressure
    • F02M63/0005—Fuel-injection apparatus having a cyclically-operated valve for connecting a pressure source, e.g. constant pressure pump or accumulator, to an injection valve held closed mechanically, e.g. by springs, and automatically opened by fuel pressure using valves actuated by fluid pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/02—Fuel-injection apparatus having several injectors fed by a common pumping element, or having several pumping elements feeding a common injector; Fuel-injection apparatus having provisions for cutting-out pumps, pumping elements, or injectors; Fuel-injection apparatus having provisions for variably interconnecting pumping elements and injectors alternatively
    • F02M63/0225—Fuel-injection apparatus having a common rail feeding several injectors ; Means for varying pressure in common rails; Pumps feeding common rails
    • F02M63/023—Means for varying pressure in common rails
    • F02M63/0235—Means for varying pressure in common rails by bleeding fuel pressure
    • F02M63/0245—Means for varying pressure in common rails by bleeding fuel pressure between the high pressure pump and the common rail
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/22—Safety or indicating devices for abnormal conditions
    • F02D2041/224—Diagnosis of the fuel system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/06—Fuel or fuel supply system parameters
    • F02D2200/0602—Fuel pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2250/00—Engine control related to specific problems or objectives
    • F02D2250/04—Fuel pressure pulsation in common rails
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M63/00—Other fuel-injection apparatus having pertinent characteristics not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00; Details, component parts, or accessories of fuel-injection apparatus, not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M39/00 - F02M61/00 or F02M67/00; Combination of fuel pump with other devices, e.g. lubricating oil pump
    • F02M63/0012—Valves
    • F02M63/0031—Valves characterized by the type of valves, e.g. special valve member details, valve seat details, valve housing details
    • F02M63/005—Pressure relief valves
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems
    • Y02T10/44—

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

본 발명은, 내연 엔진의 연료 분사 시스템(10)에서 적어도 하나의 인젝터 밸브(42)를 제어하는 제어 방법으로서, 상기 연료 분사 시스템(10)에 결함이 있는 상황에서, 상기 인젝터 밸브(42)의 개방 시간(T개방)이 상기 연료 분사 시스템(10)의 고압 영역(16)에 나타나는 압력 진동의 압력 골(50)에 위치되도록 상기 인젝터 밸브(42)의 개방 시간(T개방)을 선택하는, 상기 적어도 하나의 인젝터 밸브(42)를 제어하는 제어 방법에 관한 것이다.

Description

연료 분사 시스템에서 인젝터 밸브를 제어하는 제어 방법 및 연료 분사 시스템
본 발명은 내연 엔진의 연료 분사 시스템에서 인젝터 밸브를 동작시킬 수 있는 제어 방법, 및 이 제어 방법을 수행하기에 특히 적합한 연료 분사 시스템에 관한 것이다.
연료 분사 시스템, 예를 들어, 가솔린 직접 분사 시스템은, 단순화된 용어로, 연료를 고압으로 가압하는 고압 연료 펌프, 및 압력 축압기(accumulator), 소위 레일(rail)과, 고압으로 가압된 연료를 내연 엔진의 관련된 연소 챔버 내로 분사하는 적어도 하나의 인젝터 밸브를 갖는 고압 구역을 포함한다. 언급된 구성 요소들은 고압 라인들을 통해 서로 연결된다.
연료 분사 시스템을 동작시키기 위해, 대응하는 소프트웨어를 갖는 제어 장치, 소위 ECU가 일반적으로 제공된다. 이 제어 장치에 의해, 예를 들어, 고압 연료 펌프의 전달 동력이 적응될 수 있다. 이를 위해, 예를 들어, 소위 디지털 입구 밸브로서 형성될 수 있는 밸브가 고압 연료 펌프 상에 위치된다. 상기 디지털 입구 밸브는 예를 들어 "전류가 없을 때 개방되는" 실시예, 다시 말해, 전기적으로 비통전될 때 개방되는 실시예에서 제공될 수 있으나, 다른 실시예들도 또한 가능하고 알려져 있다. 나아가, 인젝터 밸브에서 요구되는 분사 압력을 조정하기 위해, 고압 센서가 연료 분사 시스템에 위치되고, 이 고압 센서는 일반적으로 압력 축압기에 부착되고, 소위 시스템 압력을 획득하는 역할을 한다. 연료가 가솔린인 경우, 상기 시스템 압력은 통상적으로 150바(bar) 내지 500바의 범위에 놓여 있고, 연료가 디젤인 경우, 상기 시스템 압력은 통상적으로 1500바 내지 3000바의 범위에 놓여 있다. 고압 센서에서 신호를 획득하고, 제어 장치에 의해 이 신호를 처리하고, 디지털 입구 밸브에 의해 고압 연료 펌프의 전달 동력을 변경하는 것에 의해 압력을 조정하는 것이 일반적으로 수행된다. 고압 연료 펌프는 일반적으로 내연 엔진 그 자체에 의해, 예를 들어, 캠샤프트에 의해 기계적으로 구동된다.
디지털 입구 밸브를 갖는 전술한 고압 연료 펌프에는, 고압 연료 펌프의 전달 동력을 바람직하지 않게 증가시키는 결함(fault)이 발생할 수 있다. 이것은 예를 들어 고압 연료 펌프의 입구 밸브가 더 이상 완전히 개방되거나 폐쇄되지 않는 것에 의해 야기될 수 있다. 예를 들어, 입구 밸브 내 스프링이 파손된 결과 또는 다른 가능한 결함이 발생한 결과, 예를 들어, 전달 동력이 더 이상 제어될 수 없는 경우를 또한 고려할 수 있다.
이러한 결함 상황에서, 고압 연료 펌프의 체적 유량(volume flow)은 내연 엔진의 회전 속력 및 연료 분사 시스템에서 나타나는 온도에 의존하는 방식으로 설정된다. 여기서, 상기 체적 유량은 적어도 하나의 인젝터 밸브의 분사량보다 더 클 수 있다. 예를 들어, 통상적인 동작 상태에서, 내연 엔진의 소위 오버런 모드(overrun mode)에서는, 인젝터 밸브를 통해 분사하는 일이 전혀 수행되지 않거나 거의 수행되지 않는다. 따라서, 고압 연료 펌프가 과도하게 큰 체적 유량을 전달하면, 바람직하지 않은 압력 증가가 연료 분사 시스템에 발생한다.
연료 분사 시스템의 고압 구역에서 바람직하지 않게 높은 압력을 소모시킬 수 있기 위해, 압력을 제한하거나 한정할 수 있는 기계적 안전 밸브, 소위 압력-제한 밸브가 고압 연료 펌프 상에 제공되는 것이 일반적이다.
압력-제한 밸브의 통상적인 p-Q 특성은 정상 동작 동안 인젝터 밸브의 공칭 압력을 초과하는 최대 압력이 압력 축압기에서 발생하도록 구성된다.
결함 상황이 일어난 후, 고압 연료 펌프의 수 회의 펌프 행정(pump stroke) 내에 최대 압력에까지 압력이 증가하는 일이 고압 구역에서 발생한다.
압력-제한 밸브는 일반적으로 고압 연료 펌프의 압력 챔버 내로 배출하지만, 상기 압력-제한 밸브는 고압 연료 펌프의 전달 단계 동안에는 유압적으로 차단되도록 설계된다. 이것은, 고압 연료 펌프의 흡입 단계에서만 압력-제한 밸브가 개방되어 고압 구역으로부터 연료를 배출할 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 압력-제한 밸브는 유압적으로 차단되는 압력-제한 밸브라고 언급된다.
인젝터 밸브의 구조적 특성으로 인하여, 인젝터 밸브는 일반적으로 압력 축압기에 나타나는 압력에 대항하여 개방된다. 여기서, 내연 엔진의 동작 상태에 의존하는 방식으로, 인젝터 밸브를 개방하여 분사가 시작될 수 있도록 하기 위해 인젝터 밸브를 작동시키는 작동 프로파일(actuation profile)이 사용된다.
많은 인젝터 밸브는 결함 상황에서는 최대 압력을 위해 설계되지 않고, 정상 동작을 위해 설계된다. 이러한 방식으로, 고압 구역에서 과도하게 높은 압력을 갖는 결함 상황에서는, 인젝터 밸브는 더 이상 개방되지 않아서, 내연 엔진은 더 이상 동작될 수 없다. 이것은 내연 엔진으로 동작되는 차량에 고장을 야기할 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 결함 상황에서도 내연 엔진의 고장을 방지할 수 있는, 연료 분사 시스템에서 인젝터 밸브를 제어하는 제어 방법 및 대응하는 연료 분사 시스템을 제안하는 것이다.
본 목적은 독립 청구항 1의 특징을 갖는 제어 방법에 의해 달성된다.
종속 청구항은 특히 제어 방법을 수행하도록 설계된 연료 분사 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 유리한 구성은 종속 청구항의 주제이다.
내연 엔진의 연료 분사 시스템에서 적어도 하나의 인젝터 밸브를 제어하는 제어 방법에서, 우선, 동작 동안 압력 챔버 내에서 하사점(bottom dead center)과 상사점(top dead center) 사이에서 이동가능하며 연료를 고압으로 가압하는 역할을 하는 펌프 피스톤을 갖는 고압 연료 펌프, 및 고압으로 가압된 연료를 저장하고, 상기 고압으로 가압된 연료를 상기 적어도 하나의 인젝터 밸브에 공급하는 고압 구역을 포함하는 연료 분사 시스템이 제공된다. 또한, 미리 한정된 개방 압력이 상기 고압 구역에서 도달될 때, 상기 고압 구역으로부터 상기 고압 연료 펌프의 상기 압력 챔버 내로 연료를 배출하는 압력-제한 밸브가 제공된다. 상기 미리 한정된 개방 압력이 상기 고압 구역에서 오버슈트(overshoot)되는 상태에 있는, 상기 연료 분사 시스템의 결함 상황이 검출된다. 나아가, 상기 펌프 피스톤이 상기 상사점에 위치된 TDC 시간들이 검출되고, 이로부터 제1 TDC 시간과 제2 TDC 시간 사이에 4개의 균등하게 분포된 사분면을 갖는 주기 기간(period duration)이 결정된다. 상기 인젝터 밸브는, 상기 인젝터 밸브의 개방 시간이 상기 주기 기간의 제2 사분면 및/또는 상기 주기 기간의 제3 사분면에서 연장되는 개방 기간에 놓이도록 제어된다.
상기 압력-제한 밸브는 상기 고압 연료 펌프의 상기 압력 챔버 내로 연료를 배출하지만, 상기 고압 연료 펌프의 전달 단계에서는 차단되고, 상기 고압 연료 펌프의 흡입 단계에서만 개방될 수 있다. 상기 압력-제한 밸브의 이러한 개방 특성으로 인해, 압력 피크(peak)와 압력 골(trough)을 갖는 압력 진동이 상기 고압 구역에서 발생한다. 여기서, 상기 압력 피크는 상기 압력-제한 밸브가 유압적으로 차단되는 것으로 인해 개방될 수 없어서 상기 고압 구역에서의 고압이 더 증가될 수 있는 상황에 대응한다. 여기서, 상기 압력 골은, 상기 압력-제한 밸브가 개방되어 상기 고압 연료 펌프의 상기 압력 챔버 내로 연료를 배출하여 상기 고압 구역으로부터 연료 및 이에 따라 압력이 추출되어 상기 고압 구역의 압력이 소모되는, 상기 고압 연료 펌프의 흡입 단계에 대응한다. 상기 펌프 피스톤이 상기 상사점으로 이동하는 시간에 각각 대응하는 2개의 인접한 압력 피크 사이의 기간은 상기 고압 구역에서의 압력 진동의 주기 기간이다. 상기 주기 기간을 시간적으로 균등하게 분포된 4개의 사분면으로 한정하는 경우, 상기 압력 골은 제2 사분면과 제3 사분면 사이의 경계에 정확히 위치된다.
상기 인젝터 밸브는 상기 고압 구역에서의 고압에 대항하여 개방되어야 하도록 설계된다. 상기 인젝터 밸브가 압력 피크 동안 개방되고자 하는 경우, 상기 인젝터 밸브는 압력 골에서보다 더 높은 압력에 대항하여 개방되어야 한다. 그 차이는 여기서 예를 들어 대략 50바에 이를 수 있다. 상기 인젝터 밸브의 개방 시간이 상기 제2 사분면 및/또는 상기 제3 사분면에서 연장되는 개방 기간에 위치되도록 상기 인젝터 밸브의 개방 시간이 이제 시프트된다면, 상기 개방 시간은 상기 압력 골의 구역에 놓여서, 상기 인젝터 밸브가 상기 압력 피크의 구역에서보다 더 낮은 압력에 대항하여 개방되게 된다. 이에 의해 상기 인젝터 밸브는 계속 개방될 수 있고, 이에 상기 내연 엔진은 결함 상황에서도 계속 동작될 수 있도록 이루어질 수 있다.
상기 결함 상황은 상기 고압 구역에 배열된 고압 센서에 의해 검출되는 것이 유리하다. 이러한 고압 센서들은 어쨌든 상기 연료 분사 시스템의 상기 고압 구역에 제공되는 것이 유리하고, 그리하여 상기 연료 분사 시스템의 결함 상황을 신호로 송신하는데 사용될 수 있다.
상기 압력-제한 밸브의 개방 압력은 상기 고압 구역에서의 최대 허용 가능한 최대 압력보다 더 낮도록 설정되는 것이 유리하다. 최대 허용 가능한 최대 압력은 이 경우에 상기 인젝터 밸브가 이에 대항하여 여전히 개방될 수 있는 압력을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 상기 압력-제한 밸브의 개방 압력이 최대 압력보다 상당히 더 낮도록 선택된다면, 상기 인젝터 밸브를 신뢰성 있게 개방하는 것이 가능하게 유지된다. 상기 최대 압력은 예를 들어 500바를 넘는 범위로 한정된다. 상기 압력-제한 밸브의 개방 압력은 예를 들어, 300바 내지 450바의 범위에 있을 수 있고, 이에 따라 200바 내지 280바의 범위에 있는, 정상 동작 동안의 상기 인젝터 밸브의 공칭 압력을 상당히 넘어 있을 수 있다.
상기 인젝터 밸브는 상기 내연 엔진으로부터의 연료 요구가 존재할 때에만 개방되도록 제어되는 것이 바람직하다. 이것은, 연료가 실제 요구될 때에만 상기 내연 엔진의 연소 챔버 내로 연료가 분사된다는 것을 의미한다.
유리한 개선에서, 상기 고압 구역에서 상기 미리 한정된 개방 압력이 다시 언더슈트(undershoot)되는, 상기 연료 분사 시스템의 정상 모드로 재진입이 검출될 때, 상기 인젝터 밸브의 개방 시간이 상기 4개의 사분면 중 임의의 사분면에 놓이도록 상기 인젝터 밸브가 제어된다. 이것은, 상기 연료 분사 시스템에서 정상 모드가 다시 나타나는 상황에서, 상기 내연 엔진으로부터 연료 요구가 실제 존재하여 연료가 실제 요구될 때에만 상기 인젝터 밸브가 정확히 개방된다는 것을 의미한다. 이 개방 시간은 상기 압력 진동의 유리한 구역으로 시프트되지 않는데, 다시 말해, 연료 요구와 개방 시간 사이에 시간 지연이 없다.
상기 펌프 피스톤이 상기 상사점에 위치된 TDC 시간들을 검출하기 위해, 상기 내연 엔진의 미리 결정된 크랭크 각도를 상기 상사점에 할당하는 특성 맵이 저장되는 것이 유리하다. 상기 고압 연료 펌프를 상기 내연 엔진에, 특히 상기 내연 엔진의 크랭크샤프트에 기계적으로 연결하는 것으로 인해, 상기 펌프 피스톤의 상사점의 위치가 알려진다. 이것은 특성 맵에 저장될 수 있고, 이에 의해 상기 주기 기간이 상기 특성 맵으로부터 쉽게 결정될 수 있다.
상기 펌프 피스톤이 상기 상사점에 위치된 상기 TDC 시간들을 검출하기 위해, 상기 내연 엔진의 크랭크 각도를 획득하는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로, 실제 존재하는 크랭크 각도 및 특성 맵의 데이터에 기초하여 상기 주기 기간을 훨씬 더 신뢰성 있게 결정하는 것이 가능하다.
상기 내연 엔진의 적어도 2개의 동작 상태가 제공되고, 오버런 모드에서는, 상기 인젝터 밸브를 통해 상기 연소 챔버 내로 연료를 분사하는 일이 일어나지 않고, 분사 모드에서는, 상기 인젝터 밸브를 통해 상기 연소 챔버 내로 연료를 적어도 한번 분사하는 일이 일어나고, 상기 결함 상황에서는, 상기 내연 엔진이 상기 분사 모드에서만 동작되도록, 상기 내연 엔진의 상기 오버런 모드를 비활성화하는 것이 더 유리하다.
이러한 방식으로, 목표된 방식(targeted manner)으로 상기 고압 구역에서 압력이 소모될 수 있기 때문에 상기 인젝터 밸브의 개방 능력이 추가적으로 보조될 수 있다. 이것은, 상기 오버런 모드에서는 상기 인젝터 밸브에서 연료를 추출하는 일이 없는 것으로 인해 압력이 소모될 수 없기 때문이다.
여기서, 최대 압력보다 더 낮고, 특히 상기 압력-제한 밸브의 개방 압력에 대응하는 고압이 상기 고압 구역에서 발생하도록 소정의 양의 연료를 상기 인젝터 밸브를 통해 분사하는 것이 유리하다. 이러한 방식으로, 상기 고압 구역의 고압에 대항하여 상기 인젝터 밸브가 신뢰성 있게 개방될 수 있다.
내연 엔진의 연소 챔버 내로 연료를 분사하는 연료 분사 시스템이 특히 전술한 제어 방법을 수행하도록 설계된다. 여기서, 상기 연료 분사 시스템은, 동작 동안 압력 챔버 내에서 하사점과 상사점 사이에서 이동하며 연료를 가압하는 역할을 하는 펌프 피스톤을 갖는 고압 연료 펌프, 및 고압으로 가압된 연료를 저장하는 고압 구역으로서, 고압으로 가압된 연료를 상기 고압 구역에 배열된 적어도 하나의 인젝터 밸브에 공급하는 상기 고압 구역을 포함한다. 나아가, 상기 고압 구역에 배열되고, 상기 고압 구역에서 미리 한정된 개방 압력이 도달될 때 상기 고압 구역으로부터 상기 고압 연료 펌프의 압력 챔버 내로 연료를 배출하도록 설계된 압력-제한 밸브가 제공된다. 나아가, 상기 연료 분사 시스템은 제어 장치를 포함하고, 상기 제어 장치는, 상기 미리 한정된 개방 압력이 상기 고압 구역에서 오버슈트되는 상태에 있는, 상기 연료 분사 시스템의 결함 상황을 검출하도록 설계된다. 나아가, 상기 제어 장치는, 상기 펌프 피스톤이 상기 상사점에 위치된 TDC 시간들을 검출하고, 제1 TDC 시간과 제2 TDC 시간 사이에 4개의 균등하게 분포된 사분면을 갖는 주기 기간을 결정하도록 설계된다. 나아가, 상기 제어 장치는, 상기 인젝터 밸브의 개방 시간이 상기 주기 기간의 제2 사분면 및/또는 상기 주기 기간의 제3 사분면에서 연장되는 개방 기간에 놓이도록 상기 인젝터 밸브를 제어하도록 설계된다.
본 발명의 유리한 구성은 첨부된 도면에 기초하여 아래에서 보다 상세히 논의될 것이다.
도 1은 내연 엔진의 연소 챔버 내로 연료를 분사하는 연료 분사 시스템의 개략도;
도 2는 결함 상황에서 도 1의 연료 분사 시스템의 고압 구역에서 압력 진동을 도시한 압력-시간 다이어그램;
도 3은 제1 실시예에서 결함 상황에서 도 1의 연료 분사 시스템을 동작시키는 동작 방법을 개략적으로 도시한 흐름도;
도 4는 도 3에 따른 동작 방법을 수행하도록 설계된 제어 장치의 개략도;
도 5는 제2 실시예에서 결함 상황에서 도 1의 연료 분사 시스템을 작동시키는 작동 방법을 개략적으로 도시한 흐름도;
도 6은 도 5에 따른 작동 방법을 수행하도록 설계된 제어 장치의 개략도;
도 7은 연료 분사 시스템의 결함 상황에서 도 1의 연료 분사 시스템의 인젝터 밸브를 작동시키는 작동 방법을 개략적으로 도시하는 흐름도; 및
도 8은 도 7에 따른 작동 방법을 수행하도록 설계된 제어 장치를 도시한 도면.
도 1은 내연 엔진의 연소 챔버 내로 연료를 분사할 수 있는 연료 분사 시스템(10)을 도시한다. 이를 위해, 연료 분사 시스템(10)은 예를 들어 탱크와 같은 연료 축압기(12), 고압 연료 펌프(14), 및 이 고압 연료 펌프(14)의 하류에 위치된 고압 구역(16)을 포함한다. 연료 축압기(12)로부터 연료는 예를 들어 연료 펌프(18)에 의해 저압 라인(20)으로 펌핑되고 고압 연료 펌프(14)의 압력 챔버(22)로 전달된다. 고압 연료 펌프(14)의 전달 동력을 조정할 수 있기 위해, 저압 라인(20)에서 압력 챔버 (22)의 상류에 디지털 입구 밸브(24)가 연결된다. 상기 디지털 입구 밸브(24)는 압력 챔버(22)에서 고압 연료 펌프(14)에 의해 고압으로 가압되는 연료량을 조정하기 위해 제어 장치(26)에 의해 작동될 수 있다. 필터(28) 및 증발기(30)와 같은 추가적인 요소들이 연료 조정기(12)로부터 오는 연료를 정화하고 또한 저압 라인(20) 내 맥동 감쇠 작용을 감쇠시키기 위해 저압 라인(20)에 배열된다.
펌프 피스톤(32)은 압력 챔버(22) 내에서 앞뒤로 병진 이동하며, 이렇게 함으로써 압력 챔버(22)의 체적을 증가 및 감소시킨다. 펌프 피스톤(32)은 캠샤프트(34)에 의해 병진 운동으로 구동된다. 여기서, 캠샤프트(34)는 예를 들어 내연 엔진의 크랭크샤프트에 결합되어 내연 엔진 그 자체에 의해 구동된다. 압력 챔버(22) 내에서 펌프 피스톤(32)이 이동하는 동안, 펌프 피스톤(32)은 압력 챔버(22)가 가장 작은 체적을 갖는 순간에 상사점(TDC)에 도달하고, 압력 챔버(22)가 최대 체적에 도달하는 순간에 하사점(BDC)에 도달한다. 따라서 대응하는 시간들은 TDC 시간 및 BDC 시간이다.
고압으로 가압된 연료는 출구 밸브(36)를 통해 고압 연료 펌프(14)로부터 고압 구역(16)으로 배출되고, 고압 라인(38)을 통해 압력 축압기(40)로 전달되고, 여기서 고압으로 가압된 연료는 압력 축압기(40) 상에 배열된 인젝터 밸브(42)를 통해 내연 엔진의 연소 챔버들 내로 분사될 때까지 분사될 때까지 저장된다.
고압 연료 펌프(14)의 전달 동력을 조정하기 위해, 압력 축압기(40)에 나타나는 압력을 모니터링하는 고압 센서(44)가 압력 축압기(40) 상에 배열된다. 고압 센서(40)는 제어 장치(26)에 신호를 전달하고, 이 제어 장치는 이 신호에 따라 입구 밸브(24)를 작동시켜 압력 축압기(40) 내의 고압을 조정할 수 있다.
결함 상황에서는 고압 연료 펌프(14)가 증가된 전달 동력을 가져서, 정상 동작 동안 정상 압력보다 훨씬 더 높은 압력이 압력 축압기(40)에서 발생되는 경우가 있을 수 있다. 이러한 상황을 위해, 압력-제한 밸브(46)가 고압 라인(38) 상에 제공되고, 압력-제한 밸브는 고압 구역(16)으로부터 연료를 배출하여 고압 구역(16) 내의 압력을 낮춘다. 여기서, 압력-제한 밸브(46)는 고압 연료 펌프(14)의 압력 챔버(22) 내로 연료를 배출한다. 압력-제한 밸브(46)는 일반적으로 체크 밸브로 형성되기 때문에, 압력-제한 밸브(46)는, 고압 연료 펌프(14)가 전달 단계에 있을 때, 다시 말해, 압력 챔버(22) 내의 연료가 고압으로 가압되고 나서 출구 밸브(36)를 통해 고압 구역(16)으로 배출될 때에는 유압적으로 잠긴다, 그러나, 고압 연료 펌프(14)가 흡입 단계에 위치되면, 펌프 피스톤(32)이 하사점(BDC)을 향해 이동하고, 압력 챔버(22)의 체적이 확장되어, 압력-제한 밸브(46)가 개방되어 압력 챔버(22) 내로 연료를 배출할 수 있다.
여기서, 개방 압력(P개방)은, 인젝터 밸브(42)가 상기 고압에 대항하여 개방되어 연료를 연소 챔버 내로 여전히 분사할 수 있는, 고압 구역(16)에서의 최대 허용 가능한 최대 압력(Pmax)보다 더 낮도록 설정된다. 예를 들어, 이러한 최대 압력(Pmax)은 500바를 넘는다. 따라서, 압력-제한 밸브(46)의 개방 압력(P개방)은 300바 내지 500바의 범위로 설정되는 것이 유리하다. 이것은, 정상 동작 동안 인젝터 밸브(42)가 문제 없이 동작될 수 있는 약 250바의 공칭 압력을 초과한다.
전술한 결함 상황에서, 예를 들어, 입구 밸브(24)에서 스프링이 파손된 결과, 또는 펌프 전달 동력의 조정을 방해하는 다른 결함 상황의 결과, 고압 연료 펌프(14)는 소위 최대 전달 상태에 들어가서, 고압 구역(16)으로 방해 없이 연료를 전달한다. 압력-제한 밸브(46)는 고압 연료 펌프(14)의 흡입 단계 동안에만 연료를 압력 챔버(22) 내로 배출할 수 있기 때문에, 고압 구역(16)의 고압은 수 회의 펌프 행정 내에 최대값으로 증가하는 일이 일어난다.
이것은 도 2의 다이어그램을 참조하여 간략하게 논의될 것이다. 여기서, 다이어그램은 고압 연료 펌프(14)가 펌프 행정을 수행하는 시간(t)에 따라 고압 구역(16)에서의 압력(p)을 나타내는 압력-시간 다이어그램을 도시한다.
여기서, 결함 상황은 시간(t1)에서 일어난다. 볼 수 있는 바와 같이, 시간(t2)에서 압력-제한 밸브(46)의 개방 압력(P개방)이 도달될 때까지 고압 구역(16)의 압력(p)이 이 시간(t1) 이후에 연속적으로 증가한다.
여기서, 도 2의 다이어그램은, 결함 상황 후, 고압 연료 펌프(14)가 최대 전달 위치로 설정된 지점으로 압력이 상승하는 것을 도시한다. 압력-제한 밸브(46)의 개방 압력(P개방)에 도달하는 속력은 내연 엔진의 크랭크샤프트의 회전 속력에 의존하는, 고압 연료 펌프(14)의 회전 속력에 의존한다. 나아가, 압력 증가는 또한 연료 분사 시스템(10)의 온도에도 의존한다. 여기서, 도 2는 내연 엔진이 오버런 모드에 있는 상황, 다시 말해, 인젝터 밸브(42)를 통해 연소 챔버 내로 연료를 분사하는 일이 발생하지 않는 동작 상태에 있는 상황을 도시한다.
압력-제한 밸브(46)는 압력 챔버(22) 내의 압력이 고압 구역(16)에서보다 더 낮을 때에만 압력 챔버(22) 내로 연료를 배출할 수 있기 때문에, 압력-제한 밸브(46)가 연료를 배출하는 동안, 고압 구역(16) 내의 고압이 떨어지고 나서, 압력-제한 밸브(46)가 유압적으로 차단되면, 다시 증가하는 것을 특징으로 하는 압력 진동이 고압 구역(16)에 발생한다. 유압적으로 차단되는 압력-제한 밸브로서 압력-제한 밸브(46)를 구현하는 실시예로 인해, 고압 연료 펌프(14)가 전달 단계에 있을 때 압력 피크(48)를 갖고, 고압 연료 펌프(14)가 흡입 단계에 있을 때 압력 골(50)을 갖는, 도 2에 도시된 특성이 실현된다.
따라서, 고압 연료 펌프(14)의 과도한 전달 또는 최대 전달을 야기하는 결함 상황이 발생하면, 압력 축압기(40)의 최대 압력은, 특히 오버런 모드에서 또는 낮은 분사량을 갖는 동작 상태에서, 내연 엔진의 현재 회전 속력 및 연료 분사 시스템(10)의 온도에 의존하는 방식으로 증가한다. 압력이 최대 허용 가능한 인젝터 개방 압력(Pmax)보다 더 높은 경우, 내연 엔진이 오점화되거나 또는 심지어 내연 엔진으로 동작되는 차량에 고장이 일어날 수 있다.
인젝터 밸브(42)에서 나타나는 압력이 인젝터 밸브(42)가 여전히 개방되는 최대 압력(Pmax)을 넘어 증가하는 것을 방지하기 위해, 아래에 설명된 방법들이 수행될 수 있다. 아래에서는 대응 조치로서 구현될 수 있는 3개의 상이한 방법이 설명된다; 상기 방법들은 각 경우에 개별적으로 또는 조합하여 구현될 수 있다. 제어 장치(26)는 각 경우에 상기 방법들을 각각 수행하도록 설계된다. 상기 방법들이 동시에 수행된다면, 제어 장치(26)는 이에 대응하여 적절히 구성된다.
그러나, 아래에서는 명료함을 위해 상기 방법들이 개별적으로 수행되는 방법으로서만 설명될 것이다.
내연 엔진의 셧다운을 방지할 수 있는 제1 대응 조치는, 이 경우에, 도 3 및 도 4를 참조하여 아래에 설명될 소위 오버런 비활성화이다.
여기서, 도 3은 이러한 오버런 비활성화를 구현할 수 있는 동작 방법의 단계들을 흐름도에 기초하여 개략적으로 도시하는 반면, 도 4는 도 3에 따른 동작 방법을 수행하도록 구성된 제어 장치(26)를 개략적으로 도시한다.
내연 엔진은, 적어도 2개의 동작 상태에서, 구체적으로 오버런 모드에서 및 분사 모드에서 제어 장치(26)에 의해 동작된다. 여기서, 오버런 모드에서는, 연료는 인젝터 밸브(42)를 통해 내연 엔진의 연소 챔버 내로 분사되지 않는 반면, 분사 모드에서는, 인젝터 밸브(42)를 통해 분사 챔버 내로 연료를 적어도 한번 분사하는 일이 일어난다.
동작 방법의 제1 단계에서는, 우선 고압 구역(16)에서의 압력(p)이 고압 센서(44)에 의해 획득된다. 이를 위해, 제어 장치(26)는 고압 센서(44)와 통신하는 압력 획득 장치(52)를 갖는다. 압력-제한 밸브(46)의 개방 압력(P개방)은 또한 제어 장치(26)에 저장된다.
동작 방법의 후속 단계에서는, 이 압력(p)이 압력-제한 밸브(46)의 개방 압력(P개방) 이상인지 여부가 제어 장치(26)의 결함 검출 장치(54)에 의해 결정된다. 만약 압력이 개방 압력 이상인 경우, 결함 검출 장치(54)는 결함 상황이 존재한다고 검출한다. 이 경우에, 내연 엔진의 오버런 모드는 제어 장치(26) 내 오버런 비활성화 장치(56)에 의해 비활성화된다. 이것은, 내연 엔진으로 추가적인 연료를 더 이상 분사하지 않도록 인젝터 밸브(42)의 오버런 비활성화가 금지되고, 단지 점화되는 오버런만이, 다시 말해, 내연 엔진의 분사 모드만이 제어 장치(26)에 의해 허용된다는 것을 의미한다. 이에 의해, 특정 연료량이 인젝터 밸브(42)를 통해 항상 배출되어 고압 구역(16)으로부터 추출되는 것이 보장된다. 고압 구역(16)에서의 압력 레벨은 이 경우에 인젝터를 개방시키는 임계 압력(Pmax)보다 더 낮게 유지되고, 바람직하게는 심지어 압력-제한 밸브(46)의 개방 압력(P개방)의 범위에 놓이는 정도까지 낮아진다.
따라서, 고압 연료 펌프(14)에 의해 제어되지 않는 전달을 야기하는 결함 상황을 검출한 후에, 연료가 분사되지 않는 오버런 모드는 금지되고, 대신에 적어도 작은 분사량을 갖는 동작 상태만이 허용되고 또한 구현된다. 대응하는 기능은 이 경우에 제어 장치(26)에 저장된다.
그러나, 동작 방법에서 고압 구역(16)에서의 압력(p)이 압력-제한 밸브(46)의 개방 압력(P개방) 이하인 것으로 식별되면, 결함 검출 장치(54)는 결함 상황이 존재하지 않는다고 식별하고, 내연 엔진의 오버런 모드가 허용되게 유지된다. 오버런 모드의 허용 후에 및 오버런 모드의 비활성화 후에, 고압 구역(16)에서의 압력(p)이 항상 다시 획득되고, 상기 압력이 압력-제한 밸브(46)의 개방 압력(P개방) 이상인지 여부가 체크된다.
오버런 모드의 비활성화 후, 고압 구역(16)에서의 압력(p)이 개방 압력(P개방) 아래로 떨어진 상황이 발생하면, 결함 검출 장치(54)는 연료 분사 시스템(10)이 다시 정상 모드로 진입한 것으로 검출한다. 이 경우에 오버런 모드는 재활성화될 수 있다. 이것은, 연료 분사 시스템(10)의 압력 조건에 의존하는 방식으로 이 기능이 선택적으로 다시 철회될 수 있다는 것을 의미한다.
전체적으로, 동작 방법에 의해, 내연 엔진으로 동작되는 차량이 고장날 위험이 감소된다. 여기서, 결함 상황은 배기 가스와 관련이 없다. 결함 상황에서 가능한 동력 손실이 허용될 수 있다.
전술한 오버런 비활성화에 대안적으로 또는 추가적으로 수행될 수 있는 연료 분사 시스템(10)을 작동시키는 작동 방법이 도 5 및 도 6을 참조하여 이하에서 설명될 것이다. 여기서, 펌프 피스톤(32)에 대한 캠샤프트(34)의 캠샤프트 각도는 연료 분사 시스템(10)에 제공된 캠샤프트 조절기(58)에 의해 목표된(target) 방식으로 조절된다.
캠샤프트(34)는 캠샤프트 축(60)을 중심으로 회전하고, 여기서 규칙적인 간격으로 캠(52)은 펌프 피스톤(32)과 접촉하며 펌프 피스톤(32)을 상사점(TDC)을 향해 이동시킨다. 캠샤프트(34)가 앞으로 회전함에 따라, 캠(62)은 펌프 피스톤(32)으로부터 다시 멀어지게 이동하고, 펌프 피스톤(32)은 하사점(BDC)의 방향으로 이동한다. 따라서, 주기적인 간격으로, 캠(62)에 의해 이동되는 펌프 피스톤(32)은 상사점(TDC)과 하사점(BDC)에 번갈아 위치된다. 그러나, 펌프 피스톤(32)과 캠샤프트(34) 사이의 각도가 캠샤프트(34)의 동작 동안 조절된다면, 예를 들어, 도 2에 도시된 다이어그램에 도시된 바와 같이, 두 개의 연속적인 상사점(TDC) 사이의 간격은 더 이상 균일하지 않고, 오히려 상사점(TDC)의 TDC 시간이 변하게 된다.
캠샤프트(34)의 각도를 조절하는 것은 또한 제어 장치(26)에 배열된 캠샤프트 각도 조절 장치(64)에 의해 제어 장치(26)에 의해 야기될 수 있다.
인젝터 밸브(42)가 연소 챔버 내로 연료의 분사를 시작하는 분사 시간(tI)이 알려지면, 예를 들어, 인젝터 밸브(42)의 개방 시간(t개방)이 제어 장치(26)의 개방 시간 설정 장치(66)에 의해 설정되는 것에 의해, 캠샤프트(34)는 분사 시간(tI)이 도 2에 도시된 압력 골에 위치되도록 캠샤프트 각도 조절 장치(64)에 의해 조절될 수 있다.
이를 위해, 도 5의 흐름도에 따라, 우선 고압 구역(16)에서의 압력 진동의 주기 기간(tp)이 결정된다. 여기서, 주기 기간(tp)은, 펌프 피스톤(32)이 제1 상사점(TDC)에 도달하는 시간과, 펌프 피스톤(32)이 그 다음 상사점에 도달하는 시간 사이의 기간에 대응한다. 고압 연료 펌프(14)가 내연 엔진에 기계적으로 연결되는 것으로 인해, 캠샤프트(34)의 위치 및 이에 따라 펌프 피스톤(32)의 상사점(TDC)의 위치가 알려지고, 제어 장치(26)에 제1 특성 맵(K1)으로 저장되고, 여기서 특성 맵(K1)은 모든 크랭크샤프트 각도를 펌프 피스톤(32)의 위치에 할당한다. 또한, 제어 장치(26) 내에는 크랭크샤프트 각도 획득 장치(68)가 배열되고, 이에 의해 제어 장치(26)는 현재 크랭크샤프트 각도를 획득할 수 있다. 따라서, TDC 검출 장치(70)는, 제1 특성 맵(K1)의 데이터 및 크랭크샤프트 각도 획득 장치(68)의 데이터로부터, 펌프 피스톤(32)이 상사점(TDC)에 위치된 때를 검출할 수 있다. 이 정보는 제어 장치(26)에 배열된 평가 장치(72)에 공급되고, 이 평가 장치는 상기 정보로부터 주기 기간(tp)을 결정한다. 나아가, 평가 장치(72)는 주기 기간(tp)을 4개의 균등하게 분포된 사분면(Q1, Q2, Q3, Q4)으로 분할한다.
작동 방법에서, 후속해서, 오버런 비활성화와 유사하게, 결함 상황이 연료 분사 시스템(10)에 존재하는지 여부가 식별된다. 결함 상황이 존재하는 경우, 우선 연료 요구 검출 장치(74)가 내연 엔진으로부터 연료 요구가 존재하는지 여부, 다시 말해, 인젝터 밸브(42)를 통한 분사가 요구되는지 여부를 검출할 때까지 대기 기간(waiting period)이 있다. 만약 연료 요구가 존재한다면, 분사 시간(tI)은 우선 임의의 시간으로 설정된다. 이후, 캠샤프트 각도 조절 장치(64)에 의해 구동되는 캠샤프트 조절기(58)에 의해, 이전에 설정된 분사 시간(tI)이 도 2로부터 압력 진동의 압력 골에 놓이도록, 다시 말해, 제2 사분면(Q2) 또는 제3 사분면(Q3)의 기간 내에 놓이도록, 펌프 피스톤(32)에 대한 캠샤프트(34)의 각도가 조절된다.
그러나, 연료 요구가 존재하지 않는다면, 인젝터 밸브(42)를 통한 분사는 전혀 수행되지 않는다.
목표된 방식으로 캠샤프트 각도를 조절할 수 있기 위해, 제2 특성 맵(K2)이 제어 장치(26)에 저장되고, 이 제2 특성 맵은 펌프 피스톤(32)이 상사점(TDC)에 위치된 미리 결정된 시간에 펌프 피스톤(32)에 대한 캠샤프트(34)의 모든 캠샤프트 각도를 할당한다. 또한 제어 장치(26) 내에는 현재 캠샤프트 각도를 저장하는 메모리 장치(76)가 배열된다. 특성 맵(K2) 및 메모리 장치(76)의 데이터는 캠샤프트 각도를 목표된 방식으로 조절할 수 있기 위해 캠샤프트 각도 조절 장치(64)에 공급된다. 나아가, 캠샤프트 각도 조절 장치(64)는 인젝터 밸브(42)를 통한 분사가 시작하기로 되어 있는 때에 관한 정보, 다시 말해, 분사 시간(tI)이 설정된 때에 관한 정보가 존재하는 경우에만 캠샤프트 조절기(58)에 신호를 출력한다. 캠샤프트 조절기(58)는 결함 상황이 실제로 존재할 때에만 캠샤프트(34)의 각도를 조절하고, 여기서 캠샤프트 각도 조절 장치(64)는 추가적으로, 압력 골(50)이 현재 위치된 곳에 관한 정보를 평가 장치(72)로부터 공급받는다.
결함 검출 장치(54)가 결함 상황이 존재하지 않는다고 식별하고, 연료 요구 검출 장치(74)가 내연 엔진에 의해 연료가 요구된다고 검출하면, 연료는 인젝터 밸브(42)를 통해 각 연소 챔버 내로 완전히 정상적으로 분사된다. 그러나, 연료 요구가 없는 경우에는, 인젝터 밸브(42)가 개방되지 않는다.
분사 시간(tI)을 압력 골(50)로 시프트시키기 위해 캠샤프트 각도를 조절하는 방법은 또한 연료 분사 시스템(10)이 정상 모드로 진입했는지 여부 및 고압 구역(16)의 압력(p)이 다시 개방 압력(P개방) 아래에 놓여 있는지 여부를 검출하기 위해 연속적으로 수행된다. 이 경우, 설정된 분사 시간(tI)에 의존하는 방식으로 캠샤프트(34)를 조절하는 것이 종료된다.
따라서, 고압 연료 펌프(14)가, 유압적으로 또는 전기적으로 동작될 수 있는 각도를 조절하는 수단, 다시 말해, 소위 캠샤프트 조절기(58)를 나타내는 캠샤프트(34)에 의해 기계적으로 구동되면, 결함 상황이 검출된 경우, 분사의 시작, 다시 말해, 분사 시간(tI)이, 도 2에 따라 레일 압력 진동의 음의 진폭, 다시 말해, 압력 골(50)에 놓이도록 캠샤프트(34)가 캠샤프트 조절기(58)에 의해 조절된다. 따라서, 압력 축압기(40) 내의 평균 압력이 인젝터를 개방시키는 임계 압력(Pmax)을 넘어 놓이는 경우에도 인젝터 밸브(42)는 여전히 개방될 수 있다. 따라서, 인젝터 밸브(42)의 분사 시작이 압력과 관련하여 유리한 구역, 구체적으로 압력 골(50)에 재위치되도록, 캠샤프트 조절기(58)에 의해 캠샤프트(34)를 조절할 수 있는 기능이 제안된다. 이러한 기능은 또한 제어 장치(26)에 저장되고, 이 기능은 연료 분사 시스템(10)의 압력 조건에 의존하는 방식으로 선택적으로 다시 철회될 수 있다.
아래에서는, 도 7 및 도 8과 관련하여, 연료 분사 시스템(10)의 결함 상황에서도 인젝터 밸브(42)를 개방하는 것을 가능하게 유지할 수 있는 제3 방법이 설명될 것이다. 이 방법은 오버런 비활성화에 더하여 그리고 캠샤프트(34)를 조절하는 것의 대안으로서 수행될 수 있다. 여기서도, 압력 피크(48) 동안 개방하려고 하는 인젝터 밸브(42)가 압력 골(50)에서 개방하려고 하는 경우보다 더 높은 압력에 대항하여 개방되어야 하는 현상이 이용된다. 압력 피크(48)와 압력 골(50) 사이의 차이는 시스템에 따라 다르며, 예를 들어, 50바에 이를 수 있다.
각 인젝터 밸브(42)가 압력 골(50)에서 개방되면, 내연 엔진이 동작할 수 있는 온도 및 회전 속력 범위는 압력 피크(48) 동안 분사와 관련하여 확장된다. 대안적으로, 압력-제한 밸브(46)를 더 저렴하거나 더 견고하게 설계하는 것은 또한 더 높은 최대 압력(Pmax)의 결과와 함께 사용될 수 있고, 일부 상황에서는 내연 엔진에 제시된 동작과 동등한 동작을 나타낸다.
전술한 바와 같이, 고압 구역(16)의 압력 피크(48)는 고압 연료 펌프(14)의 상사점(TDC)과 관련되고, 여기서 출구 밸브(36)로부터 진행하여 연료 분사 시스템(10)을 통해 연료가 전파되는 시간이 추가적으로 관찰되어야 한다. 고압 연료 펌프(14)가 내연 엔진에 기계적으로 연결되는 것으로 인해, 상사점(TDC)의 상기 위치가 알려진다. 또한 다른 방법의 경우와 같이, 결함 상황은 고압 센서(44)에 의해 고압 구역(16) 내 바람직하지 않은 고압을 검출하는 것에 의해 검출된다.
인젝터 밸브(42)의 분사 시작은 특성 맵으로서 제어 장치(26)에 저장된다.
캠샤프트 각도를 조절하는 방법의 경우와 같이, 펌프 피스톤(32)의 2개의 상사점(TDC) 사이의 주기 기간(tp)이 결정되고, 이 주기 기간(tp)은 4개의 동등한 크기의 사분면(Q1 내지 Q4)으로 분할된다. 여기서, 인젝터 밸브(42)의 개방 시간(T개방)은 제2 사분면(Q2) 및 제3 사분면(Q3)에서 연장되는 개방 기간에 놓이도록 인젝터 밸브(42)가 작동된다. 이것은, 캠샤프트(34)가 조절되는 것이 아니라, 오히려 인젝터 밸브(42)의 개방 시간(T개방)이 능동적으로 시프트된다는 것을 의미한다. 구체적으로 결함 상황을 검출한 후에만 개방 시간(T개방)을 압력 골(50)로 시프트시킴으로써, 전술한 장점이 이용될 수 있다. 내연 엔진의 동작 동안 개방 시간(T개방)을 시프트하는 것은 이 동작이 결함 상황이기 때문에 배기 가스(emission)와는 관련이 없다.
따라서, 본 방법에서는, 캠샤프트(34)를 조절하는 경우와 같이, 주기 기간(tp)이 우선 결정되고, 결함 상황이 존재하는지 여부가 검출된다.
이 경우에도, 인젝터 밸브(42)는 내연 엔진으로부터 연료 요구가 실제로 존재할 때에만 작동된다. 만약 연료 요구가 존재한다면, 개방 시간(T개방)은 주기 기간(tp)의 제2 사분면(Q2) 또는 제3 사분면(Q3)으로 시프트된다. 그러나 연료 요구가 존재하지 않는다면, 분사는 일어나지 않다.
개방 시간(T개방)을 시프트한 후에는, 연료 분사 시스템(10)이 결함 상황에 남아 있는지 여부가 체크되는데, 그 이유는 이 경우에도 연료 분사 시스템(10)이 다시 정상 모드로 들어간다면, 이 기능이 선택적으로 다시 철회될 수 있기 때문이다. 이 경우에, 주기 기간(tp)에서 분사는 원하는 경우 내연 엔진으로부터의 연료 요구에 따라 직접 4개의 사분면(Q1 내지 Q4) 중 임의의 사분면에서 일어난다.
따라서, 제어 장치(26)에는, 고압 구역(16)의 관련된 압력 증가로 결함 상황을 검출한 후, 정상 동작 동안 인젝터 밸브(42)의 기존 개방 시간(T개방)을, 내연 엔진의 비상 주행에 더 최적인 범위로 시프트하는 기능이 저장된다. 이를 위해, 제어 장치(26)에는, 대응하는 특성 맵이 예를 들어 개방 시간 설정 장치(66)의 형태로 저장될 수 있고, 이 개방 시간 설정 장치는 인젝터 밸브의 개방 시간이 압력 골(50)에 놓이도록 인젝터 밸브(42)의 개방 시간(T개방)을 시프트한다. 특성 맵은 선택적으로 내연 엔진의 압력 및/또는 온도 및/또는 회전 속력의 함수로서 구성될 수 있다.
개방 시간(T개방)의 시프트는 선택적으로 시스템의 압력 조건에 의존하는 방식으로 다시 철회될 수 있다.

Claims (10)

  1. 내연 엔진의 연료 분사 시스템(10)에서 적어도 하나의 인젝터 밸브(42)를 제어하는 제어 방법으로서,
    - 동작 동안 압력 챔버(22) 내에서 하사점(BDC)과 상사점(TDC) 사이에서 이동 가능하며 연료를 고압으로 가압하는 역할을 하는 펌프 피스톤(32)을 갖는 고압 연료 펌프(14), 및 고압으로 가압된 연료를 저장하고, 상기 고압으로 가압된 연료를 상기 적어도 하나의 인젝터 밸브(42)에 공급하는 고압 구역(16)을 갖는 연료 분사 시스템(10)을 제공하는 단계;
    - 미리 한정된 개방 압력(P개방)이 상기 고압 구역(16)에서 도달될 때, 상기 고압 구역(16)으로부터 상기 고압 연료 펌프(14)의 상기 압력 챔버(22) 내로 연료를 배출하는 압력-제한 밸브(46)를 제공하는 단계;
    - 상기 미리 한정된 개방 압력(P개방)이 상기 고압 구역(16)에서 오버슈트(overshoot)되는, 상기 연료 분사 시스템(10)의 결함 상황을 검출하는 단계;
    - 상기 펌프 피스톤(32)이 상기 상사점(TDC)에 위치된 TDC 시간들을 검출하고, 제1 TDC 시간과 제2 TDC 시간 사이에 4개의 균등하게 분포된 사분면(Q1, Q2, Q3, Q4)을 갖는 주기 기간(period duration)(tp)을 결정하는 단계; 및
    - 상기 인젝터 밸브(42)의 개방 시간(T개방)이 상기 주기 기간(tp)의 제2 사분면(Q2) 및/또는 상기 주기 기간(tp)의 제3 사분면(Q3)에서 연장되는 개방 기간에 놓이도록 상기 인젝터 밸브(42)를 제어하는 단계를 포함하는, 적어도 하나의 인젝터 밸브를 제어하는 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 결함 상황은 상기 고압 구역(16)에 배열된 고압 센서(44)에 의해 검출되는 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 인젝터 밸브를 제어하는 제어 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 압력-제한 밸브(46)의 상기 개방 압력(P개방)은 상기 고압 구역(16)에서의 최대 허용 가능한 최대 압력(Pmax)보다 더 낮도록 설정되고, 상기 최대 압력(Pmax)은 500바(bar)를 넘는 범위에서 한정되는 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 인젝터 밸브를 제어하는 제어 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 인젝터 밸브(42)는 상기 내연 엔진으로부터 연료 요구가 존재할 때에만 개방되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 인젝터 밸브를 제어하는 제어 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 고압 구역(16)에서 상기 미리 한정된 개방 압력(P개방)이 다시 언더슈트(undershoot)되는, 상기 연료 분사 시스템(10)의 정상 모드로 재진입이 검출될 때, 상기 인젝터 밸브(42)의 상기 개방 시간(T개방)이 상기 4개의 사분면(Q1, Q2, Q3, Q4) 중 임의의 사분면에 놓이도록 상기 인젝터 밸브(42)를 제어하는 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 인젝터 밸브를 제어하는 제어 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 펌프 피스톤(32)이 상기 상사점(TDC)에 위치된 TDC 시간들을 검출하기 위해, 상기 내연 엔진의 미리 결정된 크랭크 각도를 상기 상사점(TDC)에 할당하는 특성 맵(K1)이 저장되는 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 인젝터 밸브를 제어하는 제어 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 펌프 피스톤(32)이 상기 상사점(TDC)에 위치된 TDC 시간들을 검출하기 위해 상기 내연 엔진의 크랭크 각도를 획득하는 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 인젝터 밸브를 제어하는 제어 방법.
  8. 제3항에 있어서, 상기 내연 엔진의 적어도 2개의 작동 상태가 제공되고, 오버런 모드(overrun mode)에서는, 상기 인젝터 밸브(42)를 통해 상기 내연 엔진의 연소 챔버 내로 연료를 분사하는 일이 일어나지 않고, 분사 모드에서는, 상기 인젝터 밸브(42)를 통해 상기 연소 챔버 내로 연료를 적어도 한번 분사하는 일이 일어나고, 상기 결함 상황에서는, 상기 내연 엔진이 상기 분사 모드에서만 동작되도록, 상기 내연 엔진의 상기 오버런 모드를 비활성화하고,
    상기 최대 압력(Pmax)보다 더 낮고, 상기 압력-제한 밸브(46)의 상기 개방 압력(P개방)에 대응하는 고압이 상기 고압 구역(16)에서 발생하도록 소정 양의 연료를 상기 인젝터 밸브(42)를 통해 분사하는 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 인젝터 밸브를 제어하는 제어 방법.
  9. 삭제
  10. 내연 엔진의 연소 챔버 내로 연료를 분사하는 연료 분사 시스템(10)으로서, 상기 연료 분사 시스템(10)은 제1항 또는 제2항의 제어 방법을 수행하도록 설계되고, 상기 연료 분사 시스템(10)은,
    - 동작 동안 압력 챔버(22) 내에서 하사점(BDC)과 상사점(TDC) 사이에서 이동하며 연료를 고압으로 가압하는 역할을 하는 펌프 피스톤(32)을 갖는 고압 연료 펌프(14);
    - 고압으로 가압된 연료를 저장하는 고압 구역(16)으로서, 상기 고압으로 가압된 연료를 상기 고압 구역(16)에 배열된 적어도 하나의 인젝터 밸브(42)에 공급하는 상기 고압 구역(16);
    - 상기 고압 구역(16)에 배열되고, 상기 고압 구역(16)에서 미리 한정된 개방 압력(P개방)이 도달될 때, 상기 고압 구역(16)으로부터 상기 고압 연료 펌프(14)의 상기 압력 챔버(22) 내로 연료를 배출하도록 설계된 압력-제한 밸브(46); 및
    - 제어 장치(26)를 포함하되,
    상기 제어 장치는,
    -- 상기 미리 한정된 개방 압력(P개방)이 상기 고압 구역(16)에서 오버슈트되는, 상기 연료 분사 시스템(10)의 결함 상황을 검출하는 동작;
    -- 상기 펌프 피스톤(32)이 상기 상사점(TDC)에 위치된 TDC 시간들을 검출하는 동작;
    -- 제1 TDC 시간과 제2 TDC 시간 사이에 4개의 균등하게 분포된 사분면(Q1, Q2, Q3, Q4)을 갖는 주기 기간(tp)을 결정하는 동작; 및
    -- 상기 인젝터 밸브(42)의 상기 개방 시간(T개방)이 상기 주기 기간(tp)의 제2 사분면(Q2) 및/또는 상기 주기 기간(tp)의 제3 사분면(Q3)에서 연장되는 개방 기간에 놓이도록 상기 인젝터 밸브(42)를 제어하는 동작을 수행하도록 설계된, 연료 분사 시스템.
KR1020187004713A 2015-08-18 2016-04-14 연료 분사 시스템의 인젝터 밸브를 제어하는 제어 방법 및 연료 분사 시스템 KR102069983B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015215683.4A DE102015215683B4 (de) 2015-08-18 2015-08-18 Ansteuerverfahren zum Ansteuern eines Injektorventils in einem Kraftstoffeinspritzsystem sowie Kraftstoffeinspritzsystem
DE102015215683.4 2015-08-18
PCT/EP2016/058205 WO2017028965A1 (de) 2015-08-18 2016-04-14 Ansteuerverfahren zum ansteuern eines injektorventils in einem kraftstoffeinspritzsystems sowie kraftstoffeinspritzsystem

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180030196A KR20180030196A (ko) 2018-03-21
KR102069983B1 true KR102069983B1 (ko) 2020-01-23

Family

ID=55752285

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020187004713A KR102069983B1 (ko) 2015-08-18 2016-04-14 연료 분사 시스템의 인젝터 밸브를 제어하는 제어 방법 및 연료 분사 시스템

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10662889B2 (ko)
JP (1) JP6643459B2 (ko)
KR (1) KR102069983B1 (ko)
CN (1) CN107923338B (ko)
DE (1) DE102015215683B4 (ko)
WO (1) WO2017028965A1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018112731A1 (de) 2018-05-28 2019-11-28 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zur Ansteuerung eines Regelventils
CN111980820A (zh) * 2019-05-22 2020-11-24 罗伯特·博世有限公司 用于预测汽车中柱塞回位弹簧故障的方法和控制单元

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009138686A (ja) 2007-12-10 2009-06-25 Hitachi Ltd 内燃機関の高圧燃料供給装置および制御装置
JP2010116881A (ja) * 2008-11-14 2010-05-27 Hitachi Automotive Systems Ltd 内燃機関の制御装置
JP2010156298A (ja) * 2008-12-29 2010-07-15 Denso Corp 燃料供給装置及びそれに用いる高圧ポンプ
DE102012105818A1 (de) 2012-07-02 2014-01-02 Denso Corporation Hochdruckpumpe und Verfahren zum Betrieb einer Hochdruckpumpe

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6024064A (en) * 1996-08-09 2000-02-15 Denso Corporation High pressure fuel injection system for internal combustion engine
DE19937962A1 (de) * 1999-08-11 2001-02-15 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Einspritzsystems
DE10137869A1 (de) * 2001-08-02 2003-02-20 Siemens Ag Einspritzanlage und Verfahren zu deren Betrieb
JP4780137B2 (ja) * 2008-04-21 2011-09-28 株式会社デンソー 高圧燃料制御装置
JP2009270510A (ja) * 2008-05-08 2009-11-19 Toyota Motor Corp 燃料システムの異常診断装置および異常診断方法
DE102009003236A1 (de) * 2009-05-19 2010-11-25 Robert Bosch Gmbh Fehlerlokalisation in einem Kraftstoff-Einspritzsystem
JP2011106414A (ja) * 2009-11-20 2011-06-02 Denso Corp 燃料噴射制御装置
JP2011163220A (ja) * 2010-02-10 2011-08-25 Denso Corp 燃料供給システムの制御装置
JP2012229623A (ja) * 2011-04-25 2012-11-22 Denso Corp 内燃機関の高圧燃料供給装置
JP5672163B2 (ja) * 2011-06-13 2015-02-18 株式会社デンソー 燃料ポンプの制御装置
DE102011087055B4 (de) * 2011-11-24 2013-11-07 Continental Automotive Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Einspritzsystems
US9453474B2 (en) * 2013-06-12 2016-09-27 Ford Global Technologies, Llc Method for operating a direct fuel injection system
DE102015215688B4 (de) * 2015-08-18 2017-10-05 Continental Automotive Gmbh Ansteuerverfahren zum Ansteuern eines Kraftstoffeinspritzsystems sowie Kraftstoffeinspritzsystem

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009138686A (ja) 2007-12-10 2009-06-25 Hitachi Ltd 内燃機関の高圧燃料供給装置および制御装置
JP2010116881A (ja) * 2008-11-14 2010-05-27 Hitachi Automotive Systems Ltd 内燃機関の制御装置
JP2010156298A (ja) * 2008-12-29 2010-07-15 Denso Corp 燃料供給装置及びそれに用いる高圧ポンプ
DE102012105818A1 (de) 2012-07-02 2014-01-02 Denso Corporation Hochdruckpumpe und Verfahren zum Betrieb einer Hochdruckpumpe

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017028965A1 (de) 2017-02-23
KR20180030196A (ko) 2018-03-21
JP6643459B2 (ja) 2020-02-12
DE102015215683A1 (de) 2017-02-23
US10662889B2 (en) 2020-05-26
CN107923338A (zh) 2018-04-17
CN107923338B (zh) 2021-02-09
US20180179983A1 (en) 2018-06-28
JP2018523782A (ja) 2018-08-23
DE102015215683B4 (de) 2017-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4909973B2 (ja) 内燃機関の制御装置
KR102015234B1 (ko) 연료 분사 시스템을 제어하는 제어 방법 및 연료 분사 시스템
JP4685638B2 (ja) 燃料噴射量制御装置及びその制御装置を備えた内燃機関
US20150292430A1 (en) Method for Operating a Fuel Injection System with a Fuel Filter Heating Process and Fuel Injection System
US6964262B2 (en) Accumulator fuel injection system capable of preventing abnormally high pressure
KR102069983B1 (ko) 연료 분사 시스템의 인젝터 밸브를 제어하는 제어 방법 및 연료 분사 시스템
US8622047B2 (en) Cleaning a pressure control function valve
KR102013081B1 (ko) 연료 분사 시스템을 동작시키는 동작 방법 및 연료 분사 시스템
JP5150586B2 (ja) 内燃機関の燃料噴射装置
US10883442B2 (en) Electronic control unit
RU2633212C2 (ru) Способ для удаления воздуха из линии подачи топлива и двигатель внутреннего сгорания
JP2014001694A (ja) 内燃機関の燃料供給制御装置
JP6837940B2 (ja) 内燃機関駆動制御方法及び内燃機関駆動制御装置
JP6823285B2 (ja) 内燃機関の燃料噴射装置
JP6764131B2 (ja) 内燃機関の燃料噴射装置
JP6273904B2 (ja) 圧力センサ異常検出装置
EP2333283A1 (en) A method and system for controlling pressure in a pressure accumulator
KR100817199B1 (ko) 내연 기관의 회전수 제어 장치 및 그 회전수 제어 장치를구비한 내연 기관
JP4725540B2 (ja) 圧力制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right