KR19990014730A - 연료시스템 - Google Patents

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KR19990014730A
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제랄드 아서 안네트
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Abstract

본 발명의 엔진 연료시스템은, 결합엔진에 연료분사를 하도록 여기되는 솔레노이드작동 연료제어밸브를 포함한다. 이 밸브는 먼저 폐쇄되어 솔레노이드 와인딩(7)에 공급된 고전류펄스에 의하여 파일럿 연료분사를 달성한 후 스프링의 영향에 따라서 개방되고, 밸브부재의 개방이동은 솔레노이드 와인딩에 전류를 공급함으로써 제어된다. 마지막으로 와인딩에 전류를 더 공급함으로써, 밸브부재는 폐쇄되어 메인 연료분사를 위한 밸브의 폐쇄를 달성한다.

Description

연료시스템
제어밸브가 결합된 일예의 연료분사시스템은, 연료압(燃料壓)작동 밸브부재와 결합된 분사노즐의 입구에 연결된 출구를 가지는 캠작동 고압연료펌프로 이루어진다. 제어밸브는 출구와 드레인 사이에 연결되고, 이로써 밸브의 폐쇄시에, 펌프에 의하여 분사된 연료가 분사노즐에 공급되어 결합엔진으로 분사된다. 제어밸브는 개방위치로 스프링 바이어스된 밸브부재를 포함하고, 결합액튜에이터가 여기되어 밸브부재를 스프링 작용에 대하여 폐쇄위치로 이동시킨다.
엔진소음을 최소화하기 위하여, 메인량의 연료공급에 앞서서 소량의 연료를 저속으로 분사노즐에 분사하는 것이 통상적인 실행이다. 소량, 즉 파일럿량은 제어밸브를 폐쇄한 후 재개방함으로써 달성되고 밸브를 재폐쇄하여 메인량의 연료를 얻는다.
전술한 예에 있어서, 제어밸브의 개방시에는 제어밸브와 노즐사이의 연료컬럼내의 압력이 드레인압력으로 하강한다. 따라서, 제어밸브가 메인량의 연료를 얻기위하여 재여기될 때, 연료컬럼의 재압축이 일어나야 노즐의 밸브부재가 개방위치로 이동을 개시할 수 있다. 따라서, 시험량의 분사종료와 메인량의 연료분사개시 사이의 효과적인 분리는 연료컬럼을 재압축하는 데 필요한 기간을 포함한다.
모든 전자적 작동가능 장치에 있어서와 마찬가지로, 액튜에이터에 전류가 공급시에는 밸브부재가 그 스프링작용에 대하여 최종위치로 전진이동하는 시간이 걸리고, 또한 액튜에이터에 전류가 단속시에는 스프링작용에 따라서 원위치로 복귀하는 시간이 걸린다. 따라서, 밸브부재의 전진 및 복귀이동이 중첩되지 않는다면, 시험량의 연료 분사종료와 메인량의 연료 분사개시 사이에 최소기간이 생기고, 연료컬럼을 재압축하는 기간이 전술한 최소기간의 일부를 형성한다.
본 발명은 전자적(電磁的)으로 동작가능한 밸브의 제어시스템, 특히 압축점화엔진용 연료분사시스템의 연료분사 제어밸브에 관한 것이다.
도 1은 전형적인 연료분사시스템의 개략도.
도 2는 시스템의 일부를 형성하는 밸브용 제어회로의 회로도.
도 3 및 도 4는 연료시스템 및 제어회로내의 연료압 및 전류변화를 나타낸 다이어그램.
본 발명의 일양태에 있어서, 액튜에이터에 공급원으로부터 전류를 공급함으로써, 스프링작용에 따라서 밸브부재의 이동을 제어하여 파일럿량의 연료를 분사하고, 이로써 연료컬럼의 압력하강을 제어하여 공급원으로부터 전류흐름이 재설정되어 메인량의 연료분사를 달성하는 것이다.
또한 제어밸브의 동작싸이클에 필요한 최소기간은, 최소 파일럿량의 연료가 엔진에 분사될 수 있다는 것을 의미한다. 액튜에이터에 가해진 전류펄스의 프로필을 제어하여 밸브부재를 스프링작용에 대하여 이동하게 하고, 밸브부재가 최종위치에 도달할 때 어느 정도의 바운스(bounce)를 가능한 한 최소로하는 실행을 해오고 있다. 또한, 전류펄스의 프로필은 밸브부재가 최종위치에 도달하는 시점을 검출하는 기회를 제공한다.
본 발명의 다른 양태에 있어서, 스프링작용에 대하여 밸브부재의 이동을 달성하기 위한 액튜에이터내의 초기전류흐름은 충분히 높아서 밸브부재의 바운스를 야기하고, 초기전류흐름에 이은 전류흐름의 감쇠는 제어되어 제어밸브와 노즐사이의 연료컬럼의 압력하강을 제어한다.
도 1에 있어서, 연료분사시스템은 개구(11)내의 슬라이드가능한 플런저(plunger)(10)를 포함하는 고압펌프로 이루어진다. 플런저는 엔진구동캠(13)에 의하여 스프링(12)의 작용에 대하여 내측으로 구동된다. 플런저와 개구는 내측 개방형의 밸브부재가 장착된 연료압구동 스프링을 가지는 연료분사노즐(15)까지 파이프라인(15A)을 통하여 직접 연결되는 출구가 배설된 펌핑체임버(14)를 형성한다. 또한, 펌핑체임버(14)는 전자적 액튜에이터의 전기자(電機子)(8)에 연결된 스필(spill)밸브부재(9)를 포함하는 스필제어밸브(16)에 의하여 드레인과 연통한다. 스필밸브부재는 개방위치로 스프링 바이어스되고, 전류가 액튜에이터의 제어와인딩(7)에 공급될 때 폐쇄위치로 이동하여 시팅(seating)과 계합한다. 사용중에, 펌핑체임버에 연료가 만재되었다고 가정하면, 플런저(10)가 내측으로 이동하는 동안 연료는 펌핑체임버로부터 흐르고, 스필밸브(16)가 폐쇄된 경우에는 노즐로 흘러 결합엔진으로 반송된다. 스필밸브가 개방된 경우, 연료는 드레인으로 흐르고, 펌핑체임버를 분사노즐과 연결하는 파이프라인(15A) 및 펌핑체임버를 스필밸브와 연결하는 통로내의 압력은 드레인압력으로 하강한다. 펌핑체임버(14)는 저압연료원으로부터 스필밸브(16)를 통하여 보충될 수 있다. 분사노즐(15) 및 스필밸브(16)는 펌프/분사기로서 알려진 고압펌프를 포함하는 결합체와 동일한 보디상에 장착되는 것이 간편하다.
제어와인딩에는 파워회로의 제어에 따라 전류가 공급되고, 그 예를 도 2에 나타낸다.
도 2에 있어서, 제어와인딩을 (17)로 나타내고 그 양 단부는 제어가능한 스위치(18, 19)를 통하여 양,음전기 공급라인(20, 21)에 각각 접속된다. 전류감지레지스터(22)가 스위치(19)와 공급라인(21) 사이에 개재되고, 와인딩(17)과 스위치(18)의 접속점은 제1 플라이휠 다이오드(23)의 캐소드에 접속되고 그 애노드에는 공급라인(21)이 접속된다. 제2 플라이휠 다이오드(24)의 캐소드는 공급라인(20)에 접속되고 그 애노드는 와인딩(17)과 스위치(19)의 접속점에 접속된다. 스위치(18, 19)의 전도상태는 로직회로(25)에 의하여 제어되고, 레지스터(22)에 걸쳐 발생된 전압이 미분회로를 포함할 수 있는 감지회로(22A)에 가해진다.
작동 시, 스필밸브(16)의 폐쇄를 필요로 할 때 양 스위치(18, 19)를 온하여 와인딩내 전류흐름의 급상승을 달성한다. 전류가 피크치에 도달할 때, 스위치(18)가 개방되어 와인딩을 공급으로부터 단속한다. 와인딩내의 전류는 플라이휠 다이오드(23)를 통하여 먼저 저속으로 감쇠된 후, 스위치(19)가 개방될 때 다이오드 및 공급 양자 모두를 통하여 고속으로 감쇠된다. 전류가 제로로 하강하기 전 및 밸브부재가 완전한 폐쇄위치로 이동하기 전에, 양 스위치는 단기간 폐쇄되어 전류흐름을 소량 증가하고 스위치(18)가 개방되어 전류는 저속으로 감쇠한다. 이 감쇠기간 도중에, 밸브부재는 시팅과의 계합으로 정지(靜止)되고 작은 글리치(glitch)가 전류파형내에 발생한다. 이 글리치는 전류감지회로(22A)에 의하여 검출된다. 글리치 또는 스위치(18)의 개방 소정시간 후에 이어서 재폐쇄된 후, 스필밸브를 폐쇄상태로의 유지가 필요하는 한 평균레벨의 지지전류를 유지하도록 스위치된다.
연료분사를 종료하려고 할 때, 양 스위치를 오프하여 와인딩내의 전류를 고속으로 감쇠시킨다. 와인딩 코어내의 자속이 충분하게 낮은 값으로 하강할 때, 스필밸브(16)의 밸브부재 및 전기자는 스프링의 작용으로 밸브의 완전한 개방위치로 이동하고, 적은 전류흐름을 복원한 후 전류를 감쇠시켜, 주의깊은 설계에 의한 개방 글리치를 감쇠하는 전류커브상에 나타나게 함으로써 완전한 개방위치의 검출이 가능하다.
도 3의 하측 커브는 와인딩내의 전류형상을 나타내고, 상측 커브는 펌핑체임버내의 압력을 나타낸다. 도 3에 있어서, 참조부호 (26)은 전류의 개시 피크치를 나타내고, (27)은 지지전류를 달성하는 전류변동을 나타내고, (28)은 스필밸브의 개시를 검출하도록 개시된 작은 전류흐름을 나타낸다. (29)는 밸브 폐쇄글리치를, (30)은 밸브 개방글리치를 나타낸다. 스위치(18, 19)의 동작을 제어하는 적합한 로직회로는 동일인의 출원 PCT/GB95/02425 (WO96/12098)에 개시되고, 또한 이것은 엔진의 또 다른 펌프/분사기의 동작을 제어한다.
스필밸브의 밸브부재의 폐쇄위치로의 이동은 전류가 피크치에 도달할 때 쯤 개시하고, 펌핑체임버내의 압력이 상승하기 시작한 직후 종료한다. 이는 밸브부재가 완전하게 폐쇄위치로 되기 전에 연료가 일부 압축되기 때문이다. 밸브의 개방은 전류가 홀드값으로부터 감쇠개시 직후 일어나고, 펌핑체임버내의 압력이 드레인 또는 충전압력으로 하강 즉시 종료된다.
상기는 결합엔진에 연료를 한 번 분사하는 경우의 발생순서에 대하여 개시한다. 파일럿 연료분사가 필요하고 적당한 시간이 있으면, 전술한 발생순서는 파일럿분사에는 저감된 연료량이 필요하기 때문에 홀드기간이 상당히 감소되더라도 일어나고, 충분한 연료압이 연료분사노즐의 밸브부재를 그 시팅으로부터 들어올리도록 펌프체임버내에 발생하여야 함을 이해하더라도 얻어진 피크압력은 감소된다. 긴 홀드기간을 가진 전술한 발생순서 후에 메인 연료분사가 일어난다.
파일럿연료량과 메인연료량 사이의 필요한 시간분리가 감소될 때, 2가지 순서가 서로 충돌을 개시하고, 즉 연료의 메인분사순서는 파일럿분사순서가 완료되기 전에 개시하여야 한다. 개방글리치(30)용 작은 전류흐름은, 이 글리치가 스필밸브의 성능을 그 사용수명동안 검사하는 데에만 사용되기 때문에 파일럿순서로부터 삭제가능하다. 전류흐름(28)의 제거는 메인연료분사 순서를 조기 개시하게하고, 이로써 파일럿분사와 메인분사 사이의 분리가 감소된다.
파일럿량과 메인량의 분리의 또 다른 감소는 스필밸브의 개방을 제어함으로써 얻을 수 있다. 펌핑체임버내의 연압, 노즐과 스필밸브의 내부통로 및 스필밸브와 노즐을 펌핑체임버에 연결하는 통로가 파일럿 및 메인분사 사이에 실제적으로 제로로 하강하면, 스필밸브의 폐쇄에 따른 펌핑플런저 스트로크의 일부가 연료의 재압축에 필요하게 됨을 알 수 있다. 전술한 바와 같이, 스필밸브의 개방이동의 제어에 의하여 밸브부재(9)는 시팅으로부터 가능한 시간내에 단지 제한적으로 이동하고, 연료의 압력하강이 제어가능하고 이는 연료의 메인분사가 스필밸브의 폐쇄에 이어서 조기에 일어난다는 의미이다. 연료는 노즐 폐쇄압력 이하의 레벨로 압력하강되어야 한다.
밸브부재의 개방이동을 제어하기 위하여, 양 스위치(18, 19)를 폐쇄하여 밸브부재가 개방위치로의 이동 중에 와인딩내에 흐르는 전류를 증가시킨다. 이는 개방이동을 저하하게 되고, 따라서 펌핑체임버 및 결합 통로내의 연료압을 감쇠한다.
양 스위치가 폐쇄상태이면, 전류는 도 3에 나타낸 바와 같이 피크치(26)까지 상승한다. 따라서, 전류를 도 4의 (31)로 나타낸 낮은 값으로 한정하는 것이 필요하다. 이는 전류를 피크치로부터 자유롭게 감쇠하게 하고, 스위치를 폐쇄하여 (31)로 나타낸 전류레벨을 달성한 후 양 스위치를 개방하여 전류를 자유롭게 감쇠하게 함으로써 달성된다. 실제로는 밸브부재가 개방위치로 이동할 때 전류레벨(31)은 발생된 E.M.F.에 의하여 유지된다. 스필밸브 및 액튜에이터 디자인에 따른 일부 경우에 있어서, 전류가 도 4에 나타낸 바와 같이 홀드치(32)로 상승하면 밸브부재는 연료의 메인분사를 위한 폐쇄위치로 이동한다. 다른 경우에는, 전류가 홀드치(32)에 정착되기 전에, 전류펄스의 분사가 필요하여 밸브의 폐쇄를 달성하고 밸브를 폐쇄위치에 유지한다. 이러한 전류펄스는 도 4에 쇄선(33)으로 나타낸다. 전류펄스의 중간 피크치는 제어밸브의 디자인에 따른다. 실제로, 전류레벨(31)의 크기는 밸브가 개방되는 속도로 제어될 수 있고 이로써 압력감쇠는 제어가능하다. 전술한 바와 같은 추가의 전류흐름의 효과는 밸브부재가 완전한 개방위치를 얻을 수 있는 속도로 저하시키는 것이다. 전류흐름은 이와 같이 밸브부재가 완전한 개방위치에 도달하는 것을 방지한다.
개방속도에 대한 전류흐름의 영향은 파일럿과 메인 분사량 사이에 시간이 많을 때 엔진동작 기간중의 테스트에 의하여 알 수 있다. 이 기간동안 상이한 크기의전류흐름의 효과는 도 3에 나타낸 밸브 개방글리치(30)를 관찰함으로써 평가될 수 있다.
동일인의 다른 출원에 개시된 회로는 전술의 동작순서를 제공하도록 변형가능하다.
전술한 바와 같이, 스필밸브가 동작할 때 밸브부재는 최소로 바운스하도록 그 시팅상에 근접하여 배열하는 것이 통상적이다. 이는 스필밸브의 폐쇄 및 재개방의 유한시간을 야기하고, 이 시간동안 연료가 엔진에 분사된다. 이 연료를 파일럿 분사용으로 저감하기 위하여, 밸브부재의 바운스가 일어나도록 와인딩을 여기하도록 제안한다. 이는 양 스위치(18, 19)를 온 하고 전류를 도 3에 나타낸 피크치(26)보다 높은 값으로 상승시킨 후 양 스위치를 오프함으로써 달성된다. 이 효과는 밸브부재가 신속하게 가속되고, 시트에 충돌하고 바운스되는 것이다. 밸브폐쇄 직전 및 직후의 기간동안 및 밸브폐쇄 즉시에 펌핑체임버(14)내의 연료는 압축되고, 소량의 연료가 엔진에 분사된다. 밸브부재의 복귀동작은 전술한 바와 같이 제어되어 연료의 압략하강을 제어하고, 따라서 연료의 파일럿분사와 메인분사 사이의 간격이 더욱 최소화될 수 있다.

Claims (10)

  1. 엔진연료시스템의 연료분사 제어밸브의 일부를 형성하는 와인딩내 전류흐름 제어방법으로서, 밸브는 밸브부재에 연결된 전기자를 더 포함하고, 전기자 및 밸브부재는 와인딩에 의하여 발생된 자계에 의하여 결합엔진으로 연료가 흐르지 않는 정지위치로부터 결합엔진으로 연료가 분사되는 동작위치로 이동가능하고, 밸브는 전기자 및 밸브부재를 정지위치로 바이어스하는 스프링을 포함하고, 이 방법은 와인딩을 전기공급원에 접속하고 이 와인딩내의 전류를 피크치로 상승시켜서 이 기간동안 전기자 및 밸브부재가 정지위치로부터 동작위치로 이동개시하고, 와인딩을 공급원으로부터 단속하고 이 와인딩내의 전류를 고속으로 하강시켜서 이 기간동안 전기자 및 밸브부재가 동작위치에 도달하여 정지위치로 복귀개시하고, 와인딩을 전기공급원에 재접속하고 전류흐름을 낮은 값으로 증가시켜서 전기자 및 밸브부재의 정지위치로의 이동을 제어한 후 전류흐름을 더욱 증가시켜서 전기자 및 밸브부재를 동작위치로 이동시키는 것을 특징으로 하는 전류흐름 제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 전류를 상기 낮은 값으로부터 홀드값으로 증가하여 밸브부재를 동작위치로 이동하고, 밸브부재를 동작위치에 유지하는 것을 특징으로 하는 전류흐름 제어방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 전류를 상기 낮은 값으로부터 중간 피크치로 증가하여 밸브부재를 동작위치로 이동하고, 이어서 전류를 홀드값에 유지하여 밸브부재를 동작위치에 유지하는 것을 특징으로 하는 전류흐름 제어방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 낮은값의 전류는 밸브부재가 정지위치에 도달할 때 얻은 신호를 사용하여 상기 전류의 상이한 값에 밸브부재의 정지위치로의 이동속도를 평가함으로써 결정되는 것을 특징으로 하는 전류흐름 제어방법.
  5. 연료를 결합엔진에 파일럿분사에 이어서 메인분사하기 위한 엔진연료시스템의 연료분사 제어밸브의 동작제어방법으로서, 제어밸브는 밸브부재와, 밸브부재에 연결된 전기자와, 밸브부재를 연료가 엔진으로 흐를 수 있는 동작위치로부터 연료가 결합엔진으로 흐르지않는 정지위치로 바이어스하는 스프링과, 전류가 공급될 때 전기자에 작용하는 자계를 발생하여 상기 스프링에 반대로 작용하는 힘을 발생하는 전기와인딩을 포함하고, 이 방법은 전류를 공급원으로부터 와인딩에 공급하여 밸브부재의 동작위치로의 이동을 개시하고, 이 와인딩을 공급원으로부터 단속하고 밸브부재의 동작위치로의 이동을 계속하게 하여 연료의 파일럿분사를 제공한 후 스프링의 작용으로 정지위치로의 이동을 개시하고, 전류를 와인딩에 공급하여 밸브부재의 정지위치로의 이동을 제어하고 와인딩내의 전류흐름을 증가하여 밸브부재의 동작위치로의 이동을 하게하여 엔진에 연료의 메인분사가 일어나게 하는 것을 특징으로 하는 연료분사 제어밸브의 동작제어방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 밸브부재의 이동을 제어하기 위하여 전류를 와인딩에 공급하는 것은 전류흐름이 증가하기 전에 밸브부재가 정지위치에 도달하는 것을 방지하여 엔진에 연료의 메인분사를 얻는 것을 특징으로 하는 연료분사 제어밸브의 동작제어방법.
  7. 연료분사노즐에 연결된 출구를 가지는 개구내에 내장된 엔진캠 작동 펌핑플런저와, 와인딩과, 밸브부재와, 밸브부재에 연결되고 스프링작용에 대하여 제어밸브를 폐쇄하도록 이동가능하여 결합엔진에 연료를 분사하는 전기자를 포함하는 연료분사 제어밸브로 이루어지고, 전류가 와인딩에 공급될 때, 상기 와인딩 내의 전류흐름을 제어하는 회로수단을 또한 포함하는 내연기관용 연료시스템으로서, 상기 회로수단은 엔진에 연료의 파일럿분사에 이어서 메인분사가 필요할 때 순차 작용하여 와인딩을 전기공급원에 접속하고, 이로써 와인딩내의 전류가 피크치로 상승하여 이 기간동안 전기자 및 밸브부재가 정지위치로부터 이동을 개시하여 밸브를 폐쇄하고, 와인딩을 공급원으로부터 단속하고, 전류를 고속으로 하강하게 하여 이 기간동안 밸브는 폐쇄되고 재개방을 개시하고, 이로써 연료의 파일럿분사를 야기하고, 와인딩을 전기공급원에 재접속하여 전류흐름을 낮은값으로 증가하여 제어밸브가 개방되는 속도를 제어하고, 전류흐름을 더욱 증가하여 밸브의 폐쇄를 야기하여 엔진에 메인연료량의 분사를 달성하고, 와인딩은 원하는 양의 연료가 엔진에 분사되면 공급원으로부터 단속되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료시스템.
  8. 연료분사노즐에 연결된 출구를 가지는 개구내에 내장된 엔진캠 작동 펌핑플런저 및 와인딩, 정지위치로부터 이동가능하여 시팅과 계합되어 제어밸브를 폐쇄하여 관련엔진에 연료를 분사하는 밸브부재, 밸브부재에 연결되고 와인딩에 의하여 발생된 자계에 반응하고 이 자계의 영향으로 밸브를 폐쇄하는 전기자를 포함하는 연료분사 제어밸브로 이루어지고, 와인딩내의 전류흐름을 제어하는 회로수단을 또한 포함하는 내연기관용 연료시스템으로서, 회로수단은 연료의 파일럿분사가 필요할 때 상기 와인딩을 전기공급원에 연결되도록 작용하고, 전류를 고속으로 상승하게 하여 이로써 밸브부재가 시팅에 충돌하고 거기로부터 바운스되고, 밸브폐쇄의 순간에 연료의 파일럿분사를 제공하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료시스템.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 회로수단은 전류를 고속으로 감쇠하도록 하여 밸브부재가 시팅으로부터 이동하는 것을 제어하도록 작용한 후 와인딩을 공급원에 재접속하고 전류를 낮은 값으로 상승시키는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료시스템.
  10. 청구항 7 또는 청구항 9에 있어서, 연료의 파일럿분사에 이어서 와인딩에 가해진 전류레벨은 밸브부재가 정지위치에 도달하는 것을 방지하도록 하는 것을 특징으로 하는 내연기관용 연료시스템.
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