KR102110631B1

KR102110631B1 - 연료 필터 가열 공정을 갖는 연료 분사 시스템을 작동시키기 위한 방법 및 연료 분사 시스템

Info

Publication number: KR102110631B1
Application number: KR1020157012161A
Authority: KR
Inventors: 우베 링그너; 토비아스 리트쉬
Original assignee: 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
Priority date: 2012-10-15
Filing date: 2013-10-10
Publication date: 2020-05-14
Also published as: WO2014060292A1; CN104736825B; DE102013213506A1; CN104736825A; KR20150067352A; US20150292430A1; DE102013213506B4

Abstract

본 발명은, 내연 기관용 연료 분사 시스템을 작동시키기 위한 방법으로서, 연료를 연료 필터(20)를 사용하여 여과시키는 단계; 연료를 고압 펌프(24)를 사용하여 고압 용적부(52) 내로 펌핑하는 단계; 연료를 고압 용적부(52)로부터 연소실 내로 분사하는 단계 - 분사 과정의 시작시에 제1 압력이 고압 용적부(52) 내에 존재함 - ; 및 가열된 연료를 재순환시킴으로써 연료 필터를 가열하는 단계를 갖는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 하기의 추가의 단계, 즉 고압 용적부(52) 내의 압력을 제1 압력보다 큰 제2 압력으로 증가시키는 단계; 및 고압 용적부(52) 내의 압력을 제2 압력으로부터 제1 압력으로 감소시키는 단계 - 압력의 증가와 감소는 분사 과정과 동일한 내연 기관 작동 사이클에서 수행됨 - 에 의해 특징지어진다.

Description

연료 필터 가열 공정을 갖는 연료 분사 시스템을 작동시키기 위한 방법 및 연료 분사 시스템{METHOD FOR OPERATING A FUEL INJECTION SYSTEM WITH A FUEL FILTER HEATING PROCESS, AND FUEL INJECTION SYSTEM}

본 발명은 연료 필터 가열 공정을 갖는 연료 분사 시스템을 작동시키기 위한 방법과 그러한 연료 분사 시스템에 관한 것이다.

가솔린(petrol) 및 디젤 엔진을 위한 연료 분사 시스템은 연료 내의 매우 작은 불순물에도 민감하게 반응한다. 전체 원하는 사용 수명에 걸쳐 연료와 함께 도입되는 오염 물질로부터 연료 분사 시스템의 손상을 회피하기 위해, 입자 크기가 3 미크론 내지 5 미크론의 범위 내에 있는 극미한 입자 부분도 거의 완전히 걸러내는 것이 필요하다. 이에 필요한 미세 연료 필터는 소정 조건 하에서 쉽게 막힐 수 있다.

특별한 어려움이 매우 낮은 작동 온도에서 발생한다. 예를 들어, 디젤 연료와 약 -25℃ 이하의 온도의 경우에, 파라핀이 응집한다. 생성된 파라핀 결정체는 연료 필터를 매우 급속히 차단하고 연료 유동을 매우 크게 막아, 엔진이 정지한다. 연료 내의 소정 비율의 물이 추가로 연료 필터의 막힘의 한 원인이 될 수 있다. 예를 들어, 디젤 연료는 겨울에 얼을 수 있는 최대 약 8%의 물을 흡수할 수 있다. 다른 연료 유형의 경우에도, 예를 들어 높은 비율의 바이오연료(biofuel)의 경우에도 또한 유사한 문제가 발생한다.

기술된 문제는 연료 필터를 가열함으로써 대처될 수 있다. 전기 연료 필터 가열 시스템이 알려져 있고, 이른바 유체식(hydraulic) 연료 필터 가열 시스템도 마찬가지이다. 유체식 연료 필터 가열 시스템에서, 유체 연료 분사(hydraulic fuel injection)로부터의 동력 손실(power loss)이 사용된다. 연료 압축과 마찰 가열에 의해, 연료가 연료 분사 시스템 내부에서 가열된다. 유체식 연료 필터 가열 시스템이 이러한 방식으로 가열된 연료를 사용하여 연료 필터를 가열한다. 이는 가열된 연료를 직접 연료 필터로 반송함으로써 달성될 수 있다. 또한, 가열된 연료를 탱크로 반송하는 것이 가능하며, 이에 의해 보다 높은 작동 온도가 연료 필터에 생성된다.

이에 기초하여, 본 발명의 목적은 유체식 연료 필터 가열 시스템의 가열 파워(heating power)가 증가될 수 있도록 하는 내연 기관용 연료 분사 시스템을 작동시키기 위한 방법과 상응하는 내연 기관용 연료 분사 시스템을 제시하는 것이다.

이러한 목적은 특허청구범위 제1항의 특징을 갖는 방법에 의해 달성된다. 유리한 실시 형태가 후속하는 종속항에 주어진다.

본 방법은 내연 기관용 연료 필터 분사 시스템의 작동을 위해 사용되고, 하기의 단계, 즉

- 연료를 연료 필터를 사용하여 여과시키는 단계;

- 연료를 고압 펌프를 사용하여 고압 용적부(high-pressure volume) 내로 송출하는 단계;

- 연료를 고압 용적부로부터 연소실 내로 분사하는 단계 - 분사의 시작시에 제1 압력이 고압 용적부 내에 형성됨 - ;

- 연료 필터를 가열된 연료의 반송(return)에 의해 가열하는 단계;

- 고압 용적부 내의 압력을 제1 압력보다 큰 제2 압력으로 증가시키는 단계;

- 고압 용적부 내의 압력을 제2 압력으로부터 제1 압력으로 감소시키는 단계 - 압력의 상승과 강하는 분사와 동일한 내연 기관의 작동 사이클에서 행해짐 -

를 포함한다.

고압 용적부는 특히 흔히 디젤 내연 기관 내의 커먼 레일(common rail)로 알려진 연료 어큐물레이터(fuel accumulator)일 수 있다. 그러나, 그것은 또한 연료가 그것으로부터 분사를 위해 취해지는 고압 용적부가 예를 들어 고압 연료 라인에 의해 형성되는 어큐물레이터 없는 분사 시스템일 수 있다.

고압 용적부로부터 연소실 내로의 연료의 분사는 특히 고압 용적부에 연결되는 적어도 하나의 분사기로 행해질 수 있다. 제1 압력은 바람직하게는 분사의 시작시에 유지되어야 하는 고압 용적부 내의 사전규정된 공칭값(nominal value)에 해당한다. 제1 압력은 내연 기관의 작동 상태에 의존한다. 예를 들어, 내연 기관이 공회전하고 있을 때, 커먼 레일 디젤 엔진의 경우에, 압력은 150 바 내지 300 바의 범위 내에 놓일 수 있는 한편, 전부하(full load) 하에서는, 2000 바 이상의 압력에 도달할 수 있다.

연료 필터는 가열된 연료의 반송에 의해 가열되며, 여기에서 연료는 연료 분사 시스템의 "유체 동력 손실(hydraulic power loss)"을 사용하여 가열된다. 연료의 압축은 특히 이러한 유체 동력 손실에 기여한다. 예를 들어, 디젤 연료가 압축에 의해 1000 바당 약 14 K만큼 가열된다. 특히 초크(choke)와 같은 감압 밸브에서 가열에 대한 훨씬 더 큰 기여가 마찰로부터 비롯되며, 이에 의해 1000 바당 약 55 K의 가열이 일어난다.

연료 필터를 가열하기 위해 사용될 수 있는, 연료 내로의 입열량(heat input) ΔQ는 하기의 상관 관계로부터 유래된다.

ΔQ = ΔT * ρ * c_v *

따라서, 입열량 ΔQ는 온도 상승 ΔT와 연료의 밀도 ρ, 연료의 비열용량(specific thermal capacity) c_v 및 연료의 체적 유량

를 곱한 값과 동일하다. 따라서, 입열량 ΔQ는 압축 및 감압시 압력 차이에 의해 결정되는 유체 동력 손실에 의해 생성되는 온도 차이에 의존한다. 이러한 상관 관계는 고압 용적부 내의 제1 압력이 비교적 낮은 값을 가질 때 불충분한 가열 파워로 인한 어려움이 특히 공회전 상태에서 발생함을 규명하였던 본 발명자에 의해 밝혀졌다. 이는 비교적 낮은 온도 차이와 따라서 낮은 입열량으로 이어진다.

본 발명은 또한 특히 아이들 모드에서 단지 제1 압력을 증가시키는 것이 그러한 증가와 상응하게 더 높은 분사 압력이 공회전 상태에서 바람직하지 않은 보다 높은 소음 수준을 초래하기 때문에 바람직하지 않다는 발견에 기초한다. 따라서, 본 발명에서, 제1 압력은 분사 동안 변함없이 유지된다. 동시에, 분사가 제1 압력으로 행해지는 동일한 작동 사이클 내에서, 고압 용적부 내의 압력이 제1 압력보다 큰 제2 압력으로 증가되고, (이어서) 제2 압력으로부터 제1 압력으로 저하된다는 점에서 가열 파워를 상당히 증가시키는 것이 가능하다. 이러한 추가의 압축과 감압은 유체 동력 손실의 증가와 따라서 연료 분사 시스템으로부터 획득가능한 가열 파워의 증가로 이어진다.

일 실시 형태에서, 압력의 상승과 강하는 단지 연료 필터의 영역에서의 온도가 사전규정된 최소 온도 아래에 놓이는 경우에만 행해진다. 연료 필터의 영역에서의 온도는 온도 센서로 검출될 수 있다. 온도 센서는 그것이 연료 필터의 온도 및/또는 연료 필터 내에 존재하는 연료의 온도 및/또는 연료 필터의 상류에 있는 연료의 온도를 검출하도록 배치될 수 있다. 이 실시 형태에서, 단지 연료 필터의 보다 강력한 가열이 요구되는 경우에만 시스템의 보다 높은 유체 동력 손실이 발생된다.

일 실시 형태에서, 압력의 상승과 강하는 단지 제1 압력이 사전규정된 최소값 아래에 놓이는 경우에만 행해진다. 사전규정된 최소값은 예를 들어 500 바 내지 1000 바의 범위 내에서 선택될 수 있다. 제1 압력은 어느 경우에도 연료 분사 시스템을 제어하기 위한 제어 시스템에서 이용가능한 공칭값이다. 이 실시 형태는 요구에 맞추어진 증가된 가열 파워의 특히 간단한 활성화를 가져온다. 사전규정된 최소값 위의 제1 압력에서, 본 발명에 따른 압력의 추가의 상승과 강하 없이도 충분한 가열 파워가 획득가능하다고 추정된다.

일 실시 형태에서, 제1 압력과 제2 압력 사이의 압력 차이는 연료 필터의 영역에서의 온도에 의존한다. 연료 필터의 영역에서의 온도는 사전규정된 최소 온도와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이 검출될 수 있다. 추가로 획득가능한 가열 파워는 이러한 압력 차이에 의존한다. 따라서, 이를 연료 필터의 영역에서 고온에서보다 저온에서 특히 더 높게 선택하는 것이 유용하다. 이러한 조치는 추가로 획득가능한 가열 파워가 특히 요구에 따라 제어되는 것을 보장한다.

일 실시 형태에서, 제1 압력과 제2 압력 사이의 압력 차이는 50 바 이상이다. 압력 차이는 특히 약 100 바 내지 200 바의 범위 내에 놓일 수 있다. 이러한 크기 자릿수(order of magnitude)의 압력 차이는 가열 파워의 충분한 증가를 가져오고, 구현하기에 비교적 간단하다.

일 실시 형태에서, 압력 상승은 고압 펌프의 송출량을 증가시킴으로써 달성된다. 이러한 방식으로, 고압 용적부 내의 압력이 표적화된 방식으로 쉽게 증가될 수 있다.

일 실시 형태에서, 송출량은 고압 펌프의 디지털 입구 밸브의 개방 기간을 제어함으로써 제어된다. 디지털 입구 밸브는 비례 밸브와 대조적으로, 작동 중 완전 개방 위치와 완전 폐쇄 위치 사이에서 왕복식으로(to and fro) 스위칭된다. 개방 기간은 디지털 입구 밸브가 개방 위치에 있는 기간에 해당한다. 이러한 기간 내에, 특히 고압 펌프의 작동 용적부가 연료로 충전될 수 있다. 디지털 입구 밸브가 매우 신속하고 정확하게 제어될 수 있기 때문에, 송출량의 특히 동적이고 정확한 사전결정이 가능하다.

일 실시 형태에서, 송출량은 고압 펌프를 사용하여 작동 사이클 내에서 달성될 수 있는 최대 가능 값으로 설정된다. 디지털 입구 밸브의 사용시, 결과적으로 개방 기간이 고압 펌프의 작동 용적부가 충전될 수 있는 전체 작동 스트로크를 구성할 수 있다. 이는 추가의 동력 손실을 최대화시킨다.

일 실시 형태에서, 압력 강하는 고압 용적부에 연결되는 감압 밸브를 개방시킴으로써 달성된다. 고압 용적부로부터 감압 밸브를 통해 유출되는 연료는 연료 필터를 가열하기 위해 반송될 수 있다. 압력 상승을 위한 고압 펌프의 증가된 송출량과 함께, 고압 용적부로부터 감압 밸브를 통한 연료의 그러한 배출에 의한 압력의 강하는 위에서 설명된 보다 높은 온도 차이에 더하여 반송된 가열된 연료의 증가된 체적 유량을 가져온다. 따라서, 가능한 입열량의 특히 큰 증가가 있다. 일 실시 형태에서, 감압 밸브는 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 왕복식으로 스위칭되는 디지털 감압 밸브이다. 디지털 입구 밸브와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, 이는 고압 용적부 내의 압력 강하의 특히 정확하고 동적인 제어를 허용한다.

일 실시 형태에서, 내연 기관은 공회전하고, 제1 압력은 100 바 내지 400 바의 범위 내에 놓인다. 이미 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 방법은 공회전 상태에서 그리고 분사시에 비교적 저압으로 특히 유익하게 사용될 수 있다.

보충:

압력의 상승과 강하의 시간적 전개(temporal development)는 특히 압력 상승, 압력 강하 및 연료 분사의 단계가 이러한 순서로 그리고 거의 즉시 연속하여 행해지도록 선택될 수 있다. 또한, 내연 기관의 각각의 실린더 세그먼트에 대해, 즉 각각의 실린더와 관련 분사 윈도우(injection window)에 대해 정확히 1회의 압력 상승과 1회의 압력 강하가 있을 수 있다. 따라서, 압력 상승과 강하는 특히 (주) 분사 과정의 수에 상응하게, 내연 기관의 작동 사이클 내에서 반복적으로 행해질 수 있다.

일 실시 형태에서, 고압 펌프는 내연 기관의 피스톤보다 내연 기관의 80° 내지 20°의 크랭크샤프트 회전만큼 일찍 상사점에 도달하는 피스톤 펌프이다. 내연 기관의 피스톤과 고압 펌프의 피스톤의 상사점의 이러한 상대 배열에 기인하는 시간 순서는 고압 펌프의 상사점에 도달한 후에, 즉 고압 용적부 내의 압력 상승의 종료시에, 대략 상부 피스톤의 상사점에서 행해지는, 내연 기관의 상응하는 연소실 내로의 주 분사 전에 압력 강하에 이용가능한 충분한 시간이 남아 있음을 의미한다. 추가의 압력 상승과 강하에 이용가능한 시간이 최적으로 활용된다.

전술된 목적은 또한 특허청구범위 제13항의 특징을 갖는 연료 분사 시스템에 의해 달성된다. 연료 분사 시스템은 내연 기관용으로 의도되고, 하기의 특징부, 즉

- 연료 필터;

- 고압 펌프;

- 고압 펌프의 고압 출력부에 연결되는 고압 용적부;

- 연료를 고압 용적부로부터 연소실 내로 분사하기 위한 적어도 하나의 분사기;

- 고압 용적부에 연결되는 감압 밸브;

- 연료 필터를 가열하기 위해 가열된 연료를 반송하도록 구성되는 연료 반송 장치; 및

- 분사 전에 제1 압력이 고압 용적부 내에 형성되도록 고압 펌프 및/또는 감압 밸브를 제어함으로써 고압 용적부 내의 압력을 제어하도록 구성되는 제어 시스템

을 구비하며, 여기에서

- 제어 시스템은 고압 용적부 내의 압력을 제1 압력보다 큰 제2 압력으로 증가시키도록 그리고 이러한 압력을 제2 압력으로부터 제1 압력으로 감소시키도록 구성되고, 압력의 상승과 강하는 분사와 동일한 내연 기관의 작동 사이클에서 행해진다.

연료 분사 시스템은 특히 본 발명에 따른 방법의 수행을 위해 의도된다. 연료 분사 시스템의 특징과 그것의 특별한 이점을 설명하기 위해, 상응하게 적용되는 본 방법의 위의 설명이 참조된다.

명백히, 연료 분사 시스템의 특징 각각이 본 발명에 따른 방법과 함께 사용될 수 있는데, 이것이 본 방법의 설명에서 명백히 설명되지 않았다 하더라도 그와 같이 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 방법에서 연료의 반송은 연료 반송 장치 등으로 행해질 수 있다.

내연 기관은 디젤 또는 가솔린 원리에 따라 작동할 수 있다.

일 실시 형태에서, 고압 펌프는 내연 기관의 크랭크샤프트에 결합되는 캠에 의해 구동되는 피스톤 펌프이고, 피스톤 펌프의 상사점과 내연 기관의 피스톤의 상사점 사이의 설치 단계 위치(installation phase position)는 -80° 내지 -20°의 크랭크샤프트 회전의 범위 내에 놓인다. 특히, 단일 피스톤을 갖춘 고압 펌프가 사용될 수 있다. 피스톤 펌프를 구동시키기 위한 크랭크샤프트 회전당 2개의 캠과 관련하여, 이러한 펌프는 크랭크샤프트 회전당 2회의 송출 사이클을 갖는다. 4기통(four-cylinder), 4행정(four-stroke) 기관과 관련하여, 이러한 구성은 압력 상승과 강하가 각각의 실린더 세그먼트에서 1회 행해짐을 의미한다. 추가의 설명에 대해, 상응하는 방법 청구항을 참조하는 위의 언급이 참조된다.

일 실시 형태에서, 연료 분사 시스템은 특허청구범위 제2항 내지 제11항 중 어느 한 항에 청구된 바와 같은 방법 단계 중 하나 이상을 수행하도록 구성된다. 이들 방법 단계가 특정 과정을 설명하는 경우에, 이는 연료 분사 시스템의 제어 시스템이 상응하는 단계가 수행되도록 구성됨을 의미한다.

본 발명에 의하면, 유체식 연료 필터 가열 시스템의 가열 파워가 증가될 수 있도록 하는 내연 기관용 연료 분사 시스템을 작동시키기 위한 방법과 상응하는 내연 기관용 연료 분사 시스템이 제공된다.

이하에서는 본 발명이 두 도면에 도시된 예시적인 실시 형태를 참조하여 더욱 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 연료 분사 시스템을 간단화된 개략도로 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 방법의 수행에 관한 고압 용적부 내의 압력의 시간적 전개의 다이어그램을 도시한다.

도 1의 연료 분사 시스템(10)은 전기 사전-송출 펌프(electric pre-delivery pump)(14)가 내부에 배치되는 연료 탱크(12)를 구비한다. 전기 사전-송출 펌프(14)의 출력부로부터, 연료가 역류 방지 밸브(16)와 워터 트랩(water trap)(18)을 통해 연료 필터(20)로 이동하고, 그곳으로부터 고압 펌프(24)의 연료 공급부(fuel feed)(22)로 이동한다.

저압 센서(26)와 온도 센서(28)가 연료 필터(20)와 고압 펌프(24)의 연료 공급부(22) 사이에 배치된다. 이들 두 센서는 연료 필터(20)의 영역에서 압력과 온도를 측정한다. 고압 펌프(24)는 연료 입구(22)에 연결되는 이른바 편심 챔버(eccentric chamber)(30)를 구비한다. 고압 펌프(24)의 연료 반송부(fuel return)(32)가 또한 편심 챔버(30)에 연결된다. 연료 반송부(32)는 연료 반송 라인(34)을 통해 탱크(12)에 연결되며, 따라서 실질적으로 고압 펌프(24)의 냉각과 윤활을 위해 사용되는, 전기 사전-송출 펌프(14)에 의해 송출된 소정 비율의 연료 유동이 연료 탱크(12)로 반송될 수 있다.

내연 기관의 크랭크샤프트에 결합되고 고압 펌프의 피스톤(36)을 구동시키는 캠(미도시)이 편심 챔버(30) 내에 존재한다. 고압 펌프(24)의 작동 용적부(working volume)(38)가 피스톤(36)에 의해 가압될 수 있다. 이를 위해, 연료 공급부(22)가 편심 챔버(28), 또 다른 연료 필터(40) 및 디지털 입구 밸브(42)를 통해 작동 용적부(38)에 연결된다.

작동 용적부(38)를 유체로 충전시키기 위해, 디지털 입구 밸브(42)(DIV)가 피스톤(36)의 하향 운동 중에 개방된다. 피스톤(36)의 후속하는 상향 운동시, 예를 들어 최대 2000 바 이상의 압력이 작동 용적부(38) 내에 생성된다. 작동 용적부(38)는 또 다른 역류 방지 밸브(44)를 통해 고압 펌프(24)의 고압 출력부(46)에 연결된다.

고압 펌프(24)의 고압 출력부(46)는 초크(choke)(50)가 내부에 배치되는 고압 라인(48)을 통해 고압 용적부(52), 이 실시예에서는 커먼 레일(common rail)에 연결된다. 고압 센서(54)가 또한 고압 용적부(52)에 연결되고, 고압 용적부(52) 내에서의 압력 모니터링과 상응하는 압력 조절을 허용한다. 또한, 감압 밸브(56)가 고압 용적부(52)에 연결된다.

연료 필터(20)를 가열하기 위한 연료 반송 장치가 서모스태틱 밸브(thermostatic valve)(58)와 감압 밸브(56)의 출구에 연결되는 연료 라인(60)을 구비한다. 서모스태틱 밸브(58)는 출구측에서 전기 사전-송출 펌프(14)로부터 연료 필터(20), 구체적으로는 연료 필터(20)의 상류까지 이어지는 연료 라인에 연결되고, 연료 필터(20)에 바로 인접한다. 서모스태틱 밸브(58)의 온도-의존적 제어는 라인(62)을 사용하여 연료 필터(20)로의 입구에서 온도를 검출함으로써 행해진다.

4개의 분사기(64)가 고압 라인(66)을 통해 고압 용적부(52)와 연결되고, 연료를 고압 용적부(52)로부터 연소실(미도시) 내로 분사한다. 분사기(64)는 또한 공통 분사기 반송 라인(68)을 통해 연료 반송 라인(34)에 연결되며, 따라서 분사기(64)로부터의 누출 연료가 연료 탱크(12)로 반송될 수 있다.

전자 제어 시스템(70)이 도 1에 박스에 의해 표시된다. 그것은 전기 사전-송출 펌프(14), 고압 펌프(24)의 디지털 입구 밸브(42), 감압 밸브(56), 분사기(64), 저압 센서(26), 온도 센서(28) 및 고압 센서(54)에 연결된다. 제어 시스템(70)은 특히 디지털 입구 밸브(42)를 제어하여 고압 펌프(24)에 의해 송출되거나 고압 용적부(52) 내로 송출되는 연료량을 제어하도록 구성된다. 이러한 송출량을 증가시킴으로써, 고압 용적부(52) 내의 압력이 증가될 수 있다. 제어 시스템(70)은 또한 감압 밸브(56)를 제어함으로써 고압 용적부(52) 내의 압력을 저하시키도록 구성된다. 분사기(64)와 연소실 내로 분사되는 연료량을 제어함으로써, 제어 시스템(70)은 또한 고압 용적부(52)로부터 분사기와 분사기 반송 라인(68)을 통한 연료 유출에 영향을 미친다. 특히, 디지털 입구 밸브(42)와 감압 밸브(56)의 표적화된 제어에 의해, 제어 시스템(70)은 고압 용적부(52) 내로의 각각의 분사시에 형성되는 제1 압력을 제어한다. 이는 내연 기관의 작동 상태와 관계없이 상이한 사전규정된 공칭값에 해당할 수 있다.

이렇게 내연 기관의 각각의 작동 사이클에서 또는 각각의 실린더 세그먼트에서 고압 용적부(52) 내의 압력을 제1 압력으로 조절하는 것에 더하여, 본 발명에서, 고압 용적부(52) 내의 압력은 또한 제1 압력보다 큰 제2 압력으로 증가된 다음에 다시 제1 압력으로 저하될 수 있다. 연료의 생성된 보다 큰 압력 차이는 감압 밸브(56)로부터 출구에서 유출하는 연료의 보다 강력한 가열로 이어진다. 또한, 그곳에서 이용가능한 체적 유량(volume flow)이 증가되며, 따라서 연료 필터(20)의 가열에 이용가능한 그리고 연료 라인(60)과 서모스태틱 밸브(58)를 통해 연료 필터(20)에 공급될 수 있는 열량이 크게 증가된다.

본 발명에 따른 방법의 시간적 전개(temporal development)가 도 2를 참조하여 더욱 상세히 설명될 것이다. 고압 용적부(52) 내의 압력(p)이 시간(t)에 대해 도시된다. 다이어그램의 먼 왼쪽에서, 제1 압력(p₁)이 고압 용적부(52) 내에 형성된다. 이는 각각의 분사 과정의 시작시에 고압 용적부(52) 내에 형성되어야 하는 압력의 공칭값에 해당한다. 내연 기관이 공회전할 때, 이러한 제1 압력(p₁)은 예를 들어 150 내지 300 바의 범위 내에 놓일 수 있다.

시간 OT1에서, 내연 기관의 제1 피스톤이 상사점에 있고, 보통 제1 상사점에 도달한 직후에, 이러한 피스톤에 속하는 실린더 내로의 연료 분사가 행해진다. 제1 압력(p₁)은 이러한 분사가 행해질 수 있는 관련 분사 윈도우 내에서 고압 용적부(52) 내에 계속 형성된다.

t₁으로 표시된 시간에서, 고압 펌프(24)는 연료를 고압 용적부(52) 내로 송출하기 시작한다. 이는 고압 용적부(52) 내의 압력이 제2 압력(p₂)까지 처음에는 보다 빠르게 이어서 보다 느리게 상승하는 결과를 가져온다. 이렇게 고압 용적부(52) 내의 압력이 제2 압력(p₂)까지 상승하는 것은 OTP로 표시된 시간에 완료된다. t₁과 OTP 사이의 기간은 약 90°의 크랭크샤프트 회전에 해당한다.

본 실시예에서, 크랭크샤프트의 이러한 90° 운동 중에, 고압 펌프(24)로부터의 최대 가능 송출량이 요구되며, 이는 직접적으로 압력이 제2 압력(p₂)까지 증가하는 결과를 가져온다.

OTP로 표시된 시간에, 감압 밸브(56)가 개방되어, 후속 기간 중에, 실질적으로 선형 압력 강하가 제1 압력(p₁)에 이르기까지 발생한다. 이때 감압 밸브(56)는 내연 기관의 또 다른 피스톤이 상사점(OT2)에 도달하기 전에 미리(in good time) 압력이 값(p₁)으로 감소되도록 제어된다. 이 실시예에서, 압력 강하에 약 60°의 크랭크샤프트 회전이 이용가능하다. 상기한 또 다른 피스톤이 상사점(OT2)에 도달할 때, 제1 압력(p₁)이 다시 안정되었고, 관련 연소실 내로의 연료 분사가 행해질 수 있다. 이에 결정적인 시간이 도 2에 분사 개시(Start Of Injection)를 나타내는 SOI로 표시된다. 이어서, 고압 용적부(52) 내의 압력이 다시 증가되고, 다음 분사 전에 미리 값(p₁)으로 다시 감소된다. 다이어그램에 도시된 모든 단계는 이 실시예에서 단지 2회의 완전 크랭크샤프트 회전, 즉 720° 후에 완료되는 내연 기관의 동일한 작동 사이클 내에서 행해진다. 도 2로부터 명백한 바와 같이, 내연 기관의 피스톤에 대한 고압 펌프(24)의 설치 단계 위치(installation phase position)는 내연 기관의 피스톤의 상사점(OT2)보다 약 60°의 크랭크샤프트 회전 전에 고압 펌프(24)의 피스톤의 상사점(OTP)에 도달하도록 선택된다.

Claims

내연 기관용 연료 분사 시스템을 작동시키기 위한 방법으로서,
- 연료를 연료 필터(20)를 사용하여 여과시키는 단계;
- 연료를 고압 펌프(24)를 사용하여 고압 용적부(52) 내로 송출하는 단계;
- 연료를 고압 용적부(52)로부터 연소실 내로 분사하는 단계 - 분사의 시작시에 제1 압력이 고압 용적부(52) 내에 형성됨 - ;
- 연료 필터를 가열된 연료의 반송에 의해 가열하는 단계
를 갖는 방법에 있어서,
하기의 추가의 단계, 즉
- 고압 용적부(52) 내의 압력을 제1 압력보다 큰 제2 압력으로 증가시키는 단계;
- 고압 용적부(52) 내의 압력을 제2 압력으로부터 제1 압력으로 감소시키는 단계 - 압력의 상승과 강하는 분사와 동일한 내연 기관의 작동 사이클에서 행해짐 -
를 특징으로 하는 내연 기관용 연료 분사 시스템을 작동시키기 위한 방법.
제1항에 있어서,
압력의 상승과 강하는 단지 연료 필터(20)의 영역에서의 온도가 사전규정된 최소 온도 아래에 놓이는 경우에만 행해지는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
압력의 상승과 강하는 단지 제1 압력이 사전규정된 최소값 아래에 놓이는 경우에만 행해지는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
제1 압력과 제2 압력 사이의 압력 차이는 연료 필터(20)의 영역에서의 온도에 의존하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
제1 압력과 제2 압력 사이의 압력 차이는 50 바 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
압력 상승은 고압 펌프(24)의 송출량을 증가시킴으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제6항에 있어서,
송출량은 고압 펌프(24)의 디지털 입구 밸브(42)의 개방 기간을 제어함으로써 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
제6항에 있어서,
송출량은 고압 펌프(24)를 사용하여 작동 사이클 내에서 달성될 수 있는 최대 가능 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
압력 강하는 고압 용적부(52)에 연결되는 감압 밸브(56)를 개방시킴으로써 달성되는 것을 특징으로 하는 방법.
제9항에 있어서,
감압 밸브(56)는 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 왕복식으로 스위칭되는 디지털 감압 밸브인 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
내연 기관은 공회전하고, 제1 압력은 100 바 내지 400 바의 범위 내에 놓이는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
고압 펌프(24)는 내연 기관의 피스톤보다 내연 기관의 80° 내지 20°의 크랭크샤프트 회전만큼 일찍 상사점에 도달하는 피스톤 펌프인 것을 특징으로 하는 방법.
내연 기관용 연료 분사 시스템으로서,
- 연료 필터(20);
- 고압 펌프(24);
- 고압 펌프(24)의 고압 출력부에 연결되는 고압 용적부(52);
- 연료를 고압 용적부(52)로부터 연소실 내로 분사하기 위한 적어도 하나의 분사기(64);
- 고압 용적부(52)에 연결되는 감압 밸브(56);
- 연료 필터(20)를 가열하기 위해 가열된 연료를 반송하도록 구성되는 연료 반송 장치; 및
- 분사 전에 제1 압력이 고압 용적부(52) 내에 형성되도록 고압 펌프(20) 및/또는 감압 밸브(56)를 제어함으로써 고압 용적부(52) 내의 압력을 제어하도록 구성되는 제어 시스템
을 구비하는 내연 기관용 연료 분사 시스템에 있어서,
- 제어 시스템은 고압 용적부(52) 내의 압력을 제1 압력보다 큰 제2 압력으로 증가시키도록 그리고 상기 압력을 제2 압력으로부터 제1 압력으로 감소시키도록 구성되고, 압력의 상승과 강하는 분사와 동일한 내연 기관의 작동 사이클에서 행해지는 것을 특징으로 하는 내연 기관용 연료 분사 시스템.
제13항에 있어서,
고압 펌프(20)는 내연 기관의 크랭크샤프트에 결합되는 캠에 의해 구동되는 피스톤 펌프이고, 피스톤 펌프의 상사점과 내연 기관의 피스톤의 상사점 사이의 설치 단계 위치는 -80° 내지 -20°의 크랭크샤프트 회전의 범위 내에 놓이는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.
내연 기관용 연료 분사 시스템으로서,
- 연료 필터(20);
- 고압 펌프(24);
- 고압 펌프(24)의 고압 출력부에 연결되는 고압 용적부(52);
- 연료를 고압 용적부(52)로부터 연소실 내로 분사하기 위한 적어도 하나의 분사기(64);
- 고압 용적부(52)에 연결되는 감압 밸브(56);
- 연료 필터(20)를 가열하기 위해 가열된 연료를 반송하도록 구성되는 연료 반송 장치; 및
- 분사 전에 제1 압력이 고압 용적부(52) 내에 형성되도록 고압 펌프(20) 및/또는 감압 밸브(56)를 제어함으로써 고압 용적부(52) 내의 압력을 제어하도록 구성되는 제어 시스템
을 구비하는 내연 기관용 연료 분사 시스템에 있어서,
- 제어 시스템은 고압 용적부(52) 내의 압력을 제1 압력보다 큰 제2 압력으로 증가시키도록 그리고 상기 압력을 제2 압력으로부터 제1 압력으로 감소시키도록 구성되고, 압력의 상승과 강하는 분사와 동일한 내연 기관의 작동 사이클에서 행해지고,
상기 연료 분사 시스템은 제2항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 방법 단계 중 하나 이상을 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템.