KR19990081928A - 밸브의 검사 및 조절 방법과 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밸브들, 특히 내연기관의 인젝터 밸브들의 검사 및/또는 조절 방법 및 그 장치에 관한 것이다. 상기 밸브는 결정될 밸브연료의 흐름을 나타내는 신호(QK)를 위해 차례대로 소정의 제어 신호를 인가받는다. 상기 인가 요소는 가스이다. 가스 유동을 나타내는 제 1 값(QPN) 및/또는 제 2 값(IAN, IAB)이 결정된다.

Description

밸브의 검사 및 조절 방법과 그 장치

밸브들, 특히 내연기관용 인젝터 밸브의 검사 및/또는 조절을 위한 방법들에 대해 공지되어 있다. 인젝터 밸브의 역동적인 흐름을 조절하기 위해 유체 흐름의 양을 제조시에 측정하고 조절한다.

상기 밸브의 역동적인 흐름을 조절할 때 밸브에는 이하에서 시험용벤젠으로 표기된 고정밀 매질이 도포된다. 상기 흐름을 특정한 방식으로 구동하고 측정함으로써 실제 흐름을 감지한 다음, 소정의 방법으로 구동할 때 소정의 흐름으로 구동되도록 상기 밸브를 구동한다.

상기 시험용벤젠은 일정한 농도와 점도 및 높은 순도를 가지고 있다. 이러한 이유때문에 이 시험용벤젠은 매우 고가이다. 게다가 상기 시험용벤젠이 증발되면 환경 및 공장근무원들이 커다란 손상을 입게 된다. 이러한 검사를 위해 다른 매질을 사용하면 이 매질은 플라스틱에 비하여 유압비가 차이가 나기 때문에 문제의 소지가 있다.

본 발명은 독립청구항의 전제부에 따른 밸브 검사 및/또는 조절을 위한 방법 및 그 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 장치의 개략도.

도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 방법을 설명하기 위한 순서도.

본 발명의 목적

본 발명의 목적은 밸브를 검사하고 조절하기 위한 방법에 있어 그 비용과 환경침해를 낮추려는 데에 있다. 이 목적은 독립 청구항의 특징부에 나타난 요지들을 통하여 성취된다.

본 발명의 효과

본 발명에 따른 방법에 의하면 상기 밸브에 가스형태의 매질을 유입시킨다. 이 때 제 1 값은 가스형태의 매질 흐름을 나타내거나 또는 적어도 제 2값을 감지한다. 이러한 본 발명의 방법을 통해서 비용절감효과가 현격하게 증가하고 아울러 환경과 공장근무원들의 침해를 줄일 수 있게 된다.

특히 효과적인 점은 제 2 값으로서 전류값이 감지된다는 점이다. 이 전류값으로 상기 밸브를 개방 및/또는 폐쇄할 수 있게 된다.

바람직하면서도 본 발명의 목적에 부합하는 구성 및 재구성들은 종속항의 특징부에 제시되어 있다.

본 발명은 이하의 도면에 도시된 실시예들과 관련하여 이하에서 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명에 따른 장치가 개괄적으로 간략하게 도시되어 있다. 개략도에는 자석밸브(100)가 도시되어 있으며, 이 자석밸브는 밸브시트(105)와 밸브실(110)을 구비하고 있다. 정상작동시에는 연료가 유입구(115)를 거쳐 상기 밸브실(110) 안으로 흘러들어간다. 스프링은 도면번호 120으로 표시하였고 밸브침은 도면번호 125로 표시하였다. 상기 밸브침의 운동을 위해서 스풀(130)이 구비되어 있다. 다른 부재로서는 스프링힘을 제어하기 위한 수단(135)과 상기 자석밸브침(125)의 허브를 조절하기 위한 수단(140)이 형성되어 있다. 밸브의 배출구는 흐름측정기기(140)를 거쳐 압력발생기(145)와 연결되어 있다.

상기 스풀(130)은 스위칭수단(150)에 의해 전원전압(U)을 공급받는다. 상기 스풀(130)의 제 2 연결부는 전류측정수단(155)에 의해서 매체와 연결상태에 있다.

또한 제어부(160)가 형성되어 있다. 상기 제어부(160)는 스위칭수단(150)에게 신호를 인가하고 상기 흐름측정기(140)와 전류측정수단(155)의 출력신호를 처리하고 바람직한 실시예에서는 상기 조절수단(140,135)에 적절한 값을 인가한다.

전류가 공급되지 않은 상태에서 상기 스프링(120)은 상기 밸브침(125)을 밸브시트(105) 안으로 밀어넣는다. 이러한 전류가 공급되지 않은 상태에서는 상기 밸브가 유입구(115)와 배출구간의 연결을 단절한다. 스풀(130)에 전류를 공급함으로써 상기 스프링힘에 대항하며 이와 관련하여 기계적인 힘을 행사하는 소정의 자기력이 발생된다. 이 자기력은 밸브침(125)이 밸브시트(105)에서 들어올려지도록 한다. 상기 밸브시트(105)와 밸브침(125)간에 생긴 간격은 들어올려진 간격(H)으로 표시하기로 한다.

본 발명에 따른 방법은 이와 같은 유형의 밸브에만 국한되어 있는 것은 아니다. 이 방법은 다른 방법으로 제어되는 밸브, 즉 구동신호에 의해서 소정의 분량을 자유로이 분배할 수 있는 밸브에도 이용할 수 있다. 따라서 본 발명의 방법은 스프링에 의해서 열려진 상태에서 고정되고 전류가 공급되지 않은 상태에서도 흐름을 자유롭게 유통되도록 하는 밸브에도 사용할 수 있다.

상기한 자석밸브가 소정의 전압을 인가받으면, 다시 말하여 정해진 길이의 구동신호를 인가받게 되면 상기 소정밸브는 소정간격(H)만큼 들어올려져 흐름을 해제한다. 구동중에 밸브를 통해서 흘러들어가는 양은 여러 가지 요인에 따라 달라진다. 그 한가지 요인으로는 속도를 들 수 있다. 상기 밸브가 열리는 속도, 다시 말해 이 속도에 의해서 상기 '0'값이던 간격이 최대값으로 증가하게 된다. 이 값은 상기 자석밸브의 역동적인 흐름의 정도를 결정한다. 이 값은 사실상 스프링(120)에 달려 있다. 조절수단(135)을 사용해서 이 속도를 조절한다. 상기 조절수단(135)을 이용하면 역동적인 흐름 조절이 가능해진다.

또한 소정의 구동전류에서 소정의 시간이 경과함에 따라 조절하게 되는 상기 들어올려진 간격은 여러 인젝터 밸브들에서 서로 다르다. 따라서 조절장치(140)가 구비되어 있는데, 이 조절장치에 의해서 간격이 정지한 상태로 이미 정해놓은 소정 값만큼 조절될 수 있게 된다. 이를 위해서 상기 자석밸브는 계속적으로 전류를 공급받고, 지속적인 흐름을 측정하며, 상기 조절장치(140)는 특정량만큼 원하는 대로 지속적인 흐름조절을 수행하게 된다.

이러한 조절동작들은 일반적으로 연료를 통해서, 특히 고정밀 유체 매질을 통해 이루어진다. 이를 위해서 바람직하게는 헵테인(Heptane)을 사용한다. 이러한 수산화탄소의 사용은 여러 가지 이유에서 문제의 소지가 있다.

본 발명에 따라 압축공기를 사용하면 흐름이 역동적으로 이루어지도록 할 수 있다는 것을 알 수 있다.

역동적으로 구동시에 밸브들의 비율은 사실상 기계적인 힘과 자기적인 힘간의 차이값이 임펄스기간, 경과시간, 정역학적인 흐름 및 시간경과에 따라 비교한 구동충격의 길이(구동충격기간)로써 결정된다.

상기 구동임펄스기간은 밸브스풀이 전류를 공급받은 시간에 해당한다. 상기 임펄스경과기간은 상기 밸브가 전류를 공급받고 또는 공급받지 못했던 시간들의 합에 해당한다. 상기 정지해 있는 흐름은 완전히 열린 밸브가 정해진 시간동안에 흐른 양을 의미한다. 역동적인 흐름은 밸브가 소정의 의무펄스비율(pulse-duty factor)에 따라 구동되었을 경우 상기 밸브가 정해진 시간 동안에 흐른 양을 의미한다. 상기 의무펄스비율은 구동임펄스기간과 임펄스 경과기간간의 비율을 의미한다. 상기 역동적인 흐름값과 정지한 흐름값들은 연료 및 가스형태의 물질에 따라 일반적으로 차이가 난다.

본 발명에 따르면, 자기력과 기계력간에 생긴 힘 차이에 대한 시간적인 변화는 연료를 역동적으로 흐르게 하여 기체역학적 역동흐름 (QPN)을 측정함으로써 감지할 수 있다는 사실을 알 수 있다.

기체역학적 역동 흐름정도(QPN)를 이용하면 미리 주어져 있는 일정한 의무펄스비율에서 밸브를 통과해 흐르는 가스의 양을 알 수 있게 된다.

각 자석밸브들간의 차이, 특히 자기회로로 인해 발생하는 차이들은 본 발명에 따라 정지한 상승전류(break-away starting current)와 하강 전류(drop current)를 측정함으로써 감지된다.

세가지 매개변수, 즉 기체역학적 역동적인 흐름(QPN), 상승전류(IAN) 및 하강 전류(IAB)는 매우 간단한 방식으로 측정될 수 있다. 가스형태의 매질로써 측정된 이 측정값들에서 나아가 연료(QK)에 대한 역동적인 흐름으로 끝을 맺는다. 이를 위해서 몇몇 밸브에서는, 파일롯 생산(pilot-production)시에 상기한 바와같은 연료흐름 측정이 이루어진다. 이어서 상기 세가지 매개변수, 즉 기체역학적 역동적인 흐름(QPN), 상승전류(IAN) 및 하강전류(IAB)들이 감지되고, 이에 상응하는 환산요인들을 결정한다.

흐름의 측정을 위해서 손쉽게 공급할 수 있고 최대한 환경친화적인 대기를 가스형태의 매질로 사용하기 때문에, 상기 역동적인 연료흐름을 조사할 시에는 상기 유체 매질을 그만 쓰는 것이 바람직하다. 속도가 느리고 고가인 유체량 측정방법은 본 발명에 따른 빠르고도 저가인 기체역학적 흐름측정방법으로 대체할 수 있다. 정지한 상승전류 및 하강전류들의 측정은 간단한 측정 및 표시방법을 통해 조사된다.

상기 매개변수들, 즉 상승전류(IAN), 하강전류(IAB) 및 기체역학적-역동적 흐름정도(QPN)들은 연료흐름에 따라 긴밀한 연관성이 있으며 순차적인 제조시에 매우 간단하고도 신속하게 결정된다.

이에 대해서는 도 1에 도시된 장치가 적합하다. 압력발생기(145)는 프리셋팅가능한 압력, 즉 자석밸브의 배출구로 전해지는 압력을 발생시킨다. 상기 압력발생기와 밸브 배출구 사이에는 흐름측정수단(140)이 설치되어 있다. 상기 압력측정수단(140)으로서는 특히 측정오리피스를 사용한다. 상기 측정은 밸브가 정상적인 흐름방향에 대향하여 가하는 소정의 기체역학적 압력으로써, 상세하게는 약 600 밀리바정도의 타격을 통하여 이루어진다.

기체역학적-역동적인 흐름을 인가하며 상기 가스형태의 매질의 흐름으로 특징지어지는 제 1 값을 측정하기 위해, 상기 스풀(130)은 소정의 의무임펄스비율로써 타격한다. 예를 들어 스풀은 3 밀리세컨드 동안 도통되는데, 이 때 경과기간은, 다시 말해서 두 번의 도통기간 6 밀리세컨드 간의 간격에 해당한다. 상기 구동주파수는 이 경우에는 166.7 Hz에 해당한다.

이러한 유형의 구동시에 상기 자석밸브는 상기한 주파수로 개방 및 폐쇄동작을 한다. 이와 같은 역동적인 구동으로써 자기력은 상기 기체역학적 역동적 흐름에 지대한 영향을 끼친다. 신속한 개방동작시에는 흐름량이 커지고 느린 개방동작시에는 큰 스프링힘에 의해 눌려서 흐름의 양이 작아진다.

또한 상승전류(IAN) 및/또는 하강전류(IAB)로서 나타나 있는 제 2 값이 감지된다. 여기에 상기 스풀(130)에 인가되는 전압(U)이 계속적으로 증가한다. 동시에 상기 스풀전류는 전류측정수단(155)에 의해 인식된다. 흐름이 갑자기 증가하면 상기 인젝터 밸브가 개방동작을 수행했다는 것을 알 수 있다. 이러한 개방동작은 압력발생기(145) 내지는 흐름측정수단(140)에서의 압력강하를 통해 인식한다. 상기 압력강하는 약 25 mbar 정도를 오르내린다.

이어서 전압을 낮추고 상기 밸브가 다시 폐쇄되는 시점을 조사한다. 상기 자석밸브가 열리는 전류값은 상승전류(IAN)로 나타내고, 상기 자석밸브가 닫히는 전류값을 하강전류(IAB)로 나타낸다.

이와같은 측정은 자연히 제어부(160)에 의해서 수동적으로 또는 반자동적으로 수행된다. 이를 위해서 상기 밸브의 측정 및 조절을 제어부(160)가 자동적으로 수행할 수 있게 할 수도 있다. 그러나 상기 제어부(160)가 측정을 수행하고 조절이 수동적으로 행해질 수 있도록 구성하는 것도 가능하다. 또한 제어부없이 처리할 수 있게 할 수도 있다. 이것은 밸브에 적절한 신호발생기를 달아서 구동신호를 인가받게 하여 측정 및 조절이 수동으로 수행되도록 할 수 있음을 의미한다.

본 발명에 따라서 상기 연료의 역동적인 흐름(QK)과 기계적이며 역동적인 흐름(QPN)간에, 그리고 상승전류(IAN)와 하강전류(IAB)간에 긴밀한 연관성이 있음을 알 수 있다. 이 관련성은 아래의 식과 같다.

QK = A - B * IAN - C * AIB + D * QPN

값 A, B, C, D에서 중요한 것은 상수들인데, 이 상수는 동일하게 구성된 몇몇의 시험용 인젝터 밸브들에 의해 조사되어야만 한다. 이를 위해서는 연료의 역동적인 흐름(QK)과 상승전류(IAN), 하강전류(IAB) 및 기체역학적인 역동적인 흐름(QPN)의 값은 압축공기에 의해서 동일한 구동신호로서 동일한 구성양식의 소정 밸브들에서 측정되어야 한다. 나아가 이러한 측정값으로 환산요인 A, B, C, D를 결정해야 한다. 상기 값들 A, B, C는 비슷한 차수값을 가지고 있으며 값 D는 상당히 작은 값이다.

도 2에는 본 발명에 따른 밸브 조절방법이 순서도와 관련하여 설명되어 있다. 제 1 단계(200)에서 밸브는 측정장치 내부에 내장되며 소정의 구동신호를 인가받는다. 이 때 상기 밸브에 대향하여 또는 밸브의 정상적인 흐름방향으로 내장되어야 한다. 단계(210)에서는 상승전류(IAN)를 측정하고 단계(220)에서는 하강전류(IAB)를 측정한다. 상기한 제 1 및 제 2 값들의 측정은 도 3에 상세하게 도시되어 있다.

다음 단계(230)에서는 자석밸브가 고정된 의무임펄스비율을 인가받는다. 이어서 단계(240)에서는 제 1 값, 즉 기체역학적-역동적 흐름(QPN)으로 나타나 있는 제 1 값의 측정이 상기 흐름측정기(140)에 의해 이루어진다.

이어서 단계(245)에서는 상기한 세가지 매개변수와 더불어 상기한 식을 통해 이 값들에 해당하는 역동적인 연료 흐름(QK)값을 결정한다. 이 값(QK)이 기대한 설정값(QKS)과 다른지 아닌지에 대한 질문(250)단계를 시행한다. 여기에 대한 예를 들자면, 상기 역동적인 연료 흐름값(QK)과 기대한 설정값(QKS)간의 차이값이 설정값(S)보다 작은지를 조사한다. 차이값이 설정값보다 작으면 인젝터 밸브가 옳바로 조절된 것이며 검사단계 제어단계는 종료된다(270).

이상과 같이 알아낸 연료흐름 값(QK)이 기대값(QKS)과 편차를 보이면, 상기 자석밸브의 조정을 단계(260)에서 행한다. 적절한 방법으로 조절수단(135 및/또는 140)을 사용한다. 이어서 단계(210 내지 250)를 다시 반복한다.

매우 효과적인 본 발명의 실시예에서 상기한 값(QPN, IAN, IAB)들의 목표값들은 소정의 밸브들에 의해서 결정된다. 이 경우에는, 계산단계(245)가 생략된다. 단계(250)에서 값들(QPN, IAN 및/또는 IAB)을 이에 상응하는 설정값들과 비교한다. 이 실시예에서, 상기 제 1 값과 프리셋팅가능한 제 1 값용 설정값간의 편차가 있을 경우에 또는 제 2 값과 프리셋팅가능한 제 2 값용 설정값간에 편차가 있을 경우에, 상기한 밸브들의 조정이 수행된다.

상기 밸브들의 유체적 특성을 제어하기 위해서 하나의 기체역학값과 두 개의 전기적 값을 사용한다. 이 값들은 간단히 빠르게 측정할 수 있다. 이 측정된 값들로 유체값을 결정하고, 조정수단을 조절해서 상기 유체값이 기대 설정값에 상응하도록 조절한다. 상기한 측정 전단계에서, 제한된 수량의 밸브들에서 연료나 공기를 사용해 측정하여 상기한 인수(A, B, C, D)들을 결정한다.

상기 다수개의 밸브는 공기만을 가지고 검사하고 제어한다.

전기값 측정은 예를 들어 도 3에 도시된 순서도에서와 같이 실시된다. 제 1 단계(300)에서 전압값(UO)이 미리 주어진다. 이 전압값을 선택하여, 상기 자석밸브를 확실히 열 수 없을 정도의 극히 소량의 전류나 혹은 제로값의 전류만이 흐르도록 한다. 이어서 단계(305)에서 기체역학 흐름값(QPN0)을 감지한다. 이어서 단계(310)에서 상기한 전압값(U)을 소정의 값(ΔU)만큼 증가시킨다. 이어서 단계(350)에서 상기한 기체역학 흐름을 위한 새로운 값(QPN1)을 측정한다.

이어서 단계(320)에서 상기 기체역학적흐름의 이전 값과 새로운 값간의 차이값(ΔQPN)을 조사한다. 이어서 이 차이값이 문턱값(한계값)보다 큰지를 검사한다. 이 차이값이 한계값보다 작으면, 다시 말해서 압력이 내려가지 않거나 자석밸브침이 아직 올라가지 않았으면 단계(330)에서 이전 값(QPN0)을 새로운 값(QPN1)으로 대체하고 전압값을 단계(310)에서 새로이 증가시킨다.

단계(325)에서 압력이 내려가서 흐름이 증가했음을 인식했으면 상기 밸브침(125)이 올라가고 상기 상승전류(IAN)에 도달한다. 단계(335)에서 전류측정수단(155)에 의해 실제 전류값(I)을 측정하고 상승전류(IAN)로서 저장한다. 상기 상승전류값을 알아내기 위해서 전류값을 램프(ramp)형으로 일정한 상승세로 예를 들어 0.001 mÅ/msec씩 증가시킨다. 상기 상승전류로의 도달은 기체역학 흐름(QPN)의 곡선을 관찰해서 확인한다. 하강전류(IAB)에서도 상기한 방식에 따라 프리셋팅한다. 단계(340)에서 상기 전압(U)은 프리셋팅가능한 값(ΔU)만큼 감소한다. 단계(345)에서 흐름을 위한 새로운 값(QPN1)을 측정하고, 단계(350)에서 이전 값(QPN)이 '0'으로 조정된다.

단계(355)에서 소정 한계값(SW)과 비교하여 차이값(ΔQPN)이 인식되면 상기 흐름이 감소하지 않았음을 의미한다. 즉 상기 밸브침이 여전히 움직이지 않았다는 것을 의미하므로 360 단계를 수행한다. 여기서 이전 값이 새로운 값을 초과하면 이어서 단계(340)에서 전압을 더욱 감소시킨다. 355 단계에서 상기 흐름이 하강했음을 인식하면 단계(365)에서 실제 전류값(I)을 알아내어 하강전류(IAB)로서 저장한다.

5 밀리세컨드 동안의 구동시간과 10밀리세컨드 동안의 경과기간 값들은 단지 예로서 선택한 것일 따름이다. 이같은 경우에는 유체 흐름과 기체역학 흐름간에 상관관계가 좋기 때문에 상기 값들은 최대한 작은 값으로 선택된다. 상기 매개변수들(IAN, IAB, QPN)의 환산은 유체흐름에서의 상관관계에 의해서 자동적으로 제어부(160)에서 수행한다. 이로써 연료값을 직접 조절할 목표값으로서 이용할 수 있게 된다.

공기 대신에 다른 가스형태의 재료를 사용할 수도 있다.

Claims (9)

1. 밸브연료의 흐름을 나타내는 신호(QK)를 결정하기 위해 소정의 구동신호를 인가받도록 구성된 밸브들, 특히 내연기관의 인젝터 밸브들의 검사 및/또는 조절 방법에 있어서,

   상기 밸브는 가스형태의 매질을 인가받으며, 상기 가스형태의 매질을 나타내는 제 1 값(QPN) 및 제 2 값(IAN, IAB)을 감지하는 것을 특징으로 하는 밸브의 검사 및 조절 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 값(IAN, IAB)은 상기 밸브를 개방하는 전류값(IAN)을 나타내고 상기 제 2 값은 밸브를 폐쇄하는 전류값(IAB)를 나타내는 것을 특징으로 하는 밸브의 검사 및 조절 방법.
3. 상기 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 값(QPN)은 기체역학적인 역동적 흐름을 나타내는 것을 특징으로 하는 밸브의 검사 및 조절 방법.
4. 상기 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 값(IAN, IAB)으로서, 연료의 흐름을 나타내는 소정 신호(QK)를 결정하는 것을 특징으로 하는 밸브의 검사 및 조절 방법.
5. 상기 항중 어느 한 항에 있어서, 연료의 흐름을 나타내는 상기 신호(QK)와 프리셋팅 가능한 설정값(QKS) 사이에 편차가 발생하면, 밸브조정이 이루어지는 것을 특징으로 하는 밸브의 검사 및 조절 방법.
6. 상기 항중 어느 한 항에 있어서, 제 1 값(QPN)과 프리셋팅 가능한 설정값(QKS) 사이에 편차가 발생하거나 또는 제 2 값(IAN, IAB)과 프리셋팅 가능한 설정값(QKS) 사이에 편차가 발생하면, 밸브조정이 이루어지는 것을 특징으로 하는 밸브의 검사 및 조절 방법.
7. 상기 항중 어느 한 항에 있어서, 연료가 흐르는 경우에는 흐름이 역학적으로 유동하도록 하는 것을 특징으로 하는 밸브의 검사 및 조절 방법.
8. 상기 항중 어느 한 항에 있어서, 가스형태의 매질로서는 압축공기를 이용하는 것을 특징으로 하는 밸브의 검사 및 조절 방법.
9. 연료의 흐름을 나타내는 신호(QK)를 결정하기 위해 밸브에 소정의 구동신호를 인가하는 제 1 수단(160)을 포함하고 있는 밸브들, 특히 내연기관의 인젝터 밸브들의 검사 및/또는 조절 장치에 있어서,

   밸브에 가스형태의 매질을 유입시키고, 가스형태의 매질을 나타내는 제 1 값(QPN) 및/또는 적어도 하나의 제 2 값(IAN, IAB)을 감지하는 제 2 수단(145)을 구비하는 것을 특징으로 하는 밸브의 검사 및 조절 장치.