KR20020086739A - 연료시스템, 연료시스템의 작동 방법, 컴퓨터 프로그램 및상기 연료시스템을 제어하기 위한 제어 및/또는 조절장치 - Google Patents

연료시스템, 연료시스템의 작동 방법, 컴퓨터 프로그램 및상기 연료시스템을 제어하기 위한 제어 및/또는 조절장치 Download PDF

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헬무트 렘볼트
옌스 볼버
우베 뮐러
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 내연기관용으로 연료를 공급하기 위한 연료시스템(10)에 관한 것이다. 상기 연료시스템은 하나의 저장탱크(16)와, 유입구 측면에 있어서 상기 저장탱크(16)와 연결되어 있는 하나의 제 1 연료펌프(20)를 포함하고 있다. 또한 유입구 측면에 있어서 상기의 제 1 연료펌프(20)와 연결되어 있는 하나의 제 2 연료펌프(38)가 제공되어 있다. 그 외에도 상기의 제 2 연료펌프(38)와 연결되어 있으면서, 적어도 간접적으로 연료를 연소실에 공급할 수 있는 적어도 하나의 분사밸브(50)가 제공되어 있다. 상기의 제 2 연료펌프(38)와 저장탱크(16) 사이에는 하나의 누출라인(68)이 제공되어 있다. 컴포넌트들의 부하가 동시에 작은 경우 내연기관의 안전한 핫 스타트를 가능하게 하기 위해서, 누출라인(68) 내에 병렬로 접속되는 차단기능(72)과 압력제한기능(74)을 가지는 하나의 밸브장치(70)가 배치되어 있다.

Description

연료시스템, 연료시스템의 작동 방법, 컴퓨터 프로그램 및 상기 연료시스템을 제어하기 위한 제어 및/또는 조절장치 {Fuel system, method for operating the fuel system, computer programme and control device and /or regulator for controlling said system}
상기의 연료 시스템은 시장에 출시되어 있다. 공지된 연료시스템에 있어서 제 1 연료펌프는 연료 저장탱크로부터 연료를 연료라인을 통해 제 2 연료펌프로 이송시킨다. 제 2 연료펌프라고 하면 고압 연료펌프로서, 매우 높은 압력하에서 연료를 연료 컬렉터라인("레일(Rail)"이라고도 함)으로 이송시킨다. 상기 연료 컬렉터라인으로부터는 연료가 적어도 하나의 분사밸브에 도달하며, 이 분사밸브를 통해 연료는 최종적으로 연소실에 도달하게 된다.
대개 분사밸브의 수는 내연기관의 실린더의 수와 동일하다. 연료시스템은, 상기 분사밸브가 연료를 직접적으로 내연기관의 연소실 내로 분사하는 방식으로 구성되어 있을 수 있다. 공지된 연료시스템은 고압 연료펌프로서 싱글 실린더 플런저 펌프가 이용된다. 누출라인을 통해서는 실린더와 피스톤 사이의 갭을 통과하는 누출 연료가 고압 연료펌프로부터 저장탱크로 재공급된다. 이러한 점은 사용되는 싱글 실린더 플런저 펌프의 피스톤 실(piston seal)의 부하를 감소시킨다.
연료시스템들의 경우 기본적인 문제는 시동과정동안 내연기관의 연소실에 연료를 공급하는 것이다. 공지된 연료시스템의 경우 하나의 밸브장치가, 시동과정동안 제 1 연료펌프가 증가된 공급압력을 가지는 연료를 분사밸브들에 공급하도록 야기한다. 많은 경우에 있어서 상기의 증가된 공급압력은 충분히 가장 짧은 시간 내에 내연기관을 시동하게 된다. 증가된 공급압력에 의해 제 1 연료펌프와 제 2 연료펌프 사이의 연료 링키지 내 경우에 따른 기포는, 대부분 내연기관의 확실한 작동이 보장되도록, 응축될 수 있다.
본 발명은 우선적으로, 하나의 저장탱크, 유입구 측면이 상기 저장탱크와 연결되어 있는 하나의 제 1 연료펌프, 유입구 측면이 상기 제 1 연료펌프와 연결되어 되어 있는 제 2 연료펌프, 이 제 2 연료펌프와 연결되어 있으면서 연소실에 적어도 간접적으로 연료를 공급할 수 있는 적어도 하나의 분사밸브 그리고 상기 제 2 연료펌프와 저장탱크 사이에 제공되어 있는 하나의 누출라인(leakage line)을 포함하는, 내연기관용으로 연료를 공급하기 위한 연료시스템에 관한 것이다.
다음에서는 본 발명의 실시예들이 첨부한 도면과 관련하여 상세히 설명된다.
도 1은 연료시스템의 제 1 실시예에 관한 개략적인 블록선도이며;
도 2는 도 1에 따른 연료시스템의 제 2 연료펌프 및 밸브장치에 관한 개략적 상세도이며;
도 3은 연료시스템의 제 2 실시예에 관한, 도 1과 유사한 개략도이며; 그리고
도 4는 연료시스템의 제 3 실시예에 관한, 도 1과 유사한 개략도이다.
본 발명의 목적은, 연료시스템을 장착한 내연기관의 시동 및 작동 행동특성이 높은 작동온도에서도 여전히 개선되며 그리고 연료시스템의 수명을 가능한 한 길게 하는 방식으로 서두에 언급한 유형의 연료시스템을 개선하는 것에 있다.
상기 목적은 서두에 언급한 유형의 연료시스템에 있어서, 누출라인 내에 병렬로 접속되는 차단 및 압력제한 기능을 가지는 하나의 밸브 장치가 배치되어 있음으로 해서 해결된다.
누출라인 내에 차단 기능을 가지는 하나의 밸브 장치를 제공함으로써, 내연기관의 작동중지 후에 제 1 및 제 2 연료펌프 사이의 연료 링키지 내에 증가된 공급압력이 유지되는 점이 달성된다. 다시 말해 내연기관의 작동중지 후 누출라인을 차단함으로써 연료가 이동식 펌프 엘리먼트와 제 2 연료펌프의 펌프 체임버의 제한부 사이의 갭을 통과해서 저장탱크로 다시 흘러 들어가는 점이 억제된다. 이러한 점은 제 2 연료펌프의 흐름 상부방향에 있어서 연료 링키지 내 압력의 점차적 강하로 이어질 수도 있다.
압력을 유지함으로써, 고온의 내연기관을 작동 중지한 후에 제 1 및 제 2 연료펌프 사이의 링키지 내에서 기포가 형성될 수 있는 점이 회피된다. 상기의 기포는 연료펌프들 사이의 연료라인들 내에 위치하는 연료가 내연기관의 열전도에 근거하여 가열될 때 발생한다. 그러나 본 발명에 따른 연료시스템의 경우에 가능한 방식으로 압력이 내연기관이 작동 중지될 시에도 또한 유지된다면, 상기의 기포의 발생은 계속해서 회피될 수 있으며, 이러한 점은 본 발명에 따른 연료시스템을 장착한 내연기관의 시동 행동특성을 현저하게 개선시킨다.
그러나 연료시스템의 가압되는 컴포넌트들의 부하를 가능한 한 작게 유지하기 위해서 누출라인 내 밸브장치는 차단기능에 추가로 압력제한기능도 갖추고 있다. 다시 말해 고온의 내연기관의 작동중지 후에 제 1 및 제 2 연료펌프 사이의 연료라인 내에 있어서 연료의 가열 및 이 가열과 결부된 연료의 팽창에 의해 상기 영역 내에 있어서 압력은 허용되지 않는 정도로 상승할 수도 있다. 이러한 비허용 압력상승은 밸브장치의 압력제한기능에 의해 억제된다. 그로 인해 연료 고압펌프의 흐름 상부에 위치하는 연료 링키지 내 컴포넌트들은 내연기관의 작동중지의 경우에도 또한 허용되지 않는 고압으로부터 보호되며, 이러한 점은 내연기관의 수명을 연장시켜준다. 그 외에도 또한 저압용으로 설계된 저렴한 컴포넌트들도 사용할 수 있게 된다.
그러므로 본 발명에 따른 연료시스템을 이용하여 그에 상응하게 장치된 내연기관의 양호한 핫 스타트(hot start) 특성이 달성되며, 동시에 다른 측면에 있어서는 연료시스템의 안전성이 보장되며, 연료시스템의 가압되는 컴포넌트들의 부하도 낮게 유지된다.
본 발명의 바람직한 개선예들은 종속항들 내에 제시되어 있다.
제 1 개선예에 있어서, 밸브 장치 내에는 상기 두 기능에 대해 동일한 밸브 엘리먼트가 이용된다. 이에 해당하는 밸브장치는 매우 작은 규모로 구성된다.
또한 특히 선호되게는 밸브장치의 차단기능이 전기 방식으로 제어될 수 있다. 이러한 점은, 내연기관이 비활성화 된다는 점이 엔진 컨트롤 유닛에 의해 신호화 될 때, 밸브장치의 차단기능이 단순한 제어신호에 의해 활성화되는 점을 가능하게 한다.
차단 및 압력제한기능이 조합된 밸브장치의 간단하게 제조되면서도 작은 규모로 구성되는 실시예에 있어서는, 상기 밸브장치가 압력제한기능을 제공하기 위해 예압되면서, 예압력에 반대하여서는 차단기능을 해제하기 위해 전기방식으로 작동 가능한 하나의 밸브 엘리먼트를 포함하고 있다.
특히 선호되는 경우는, 밸브장치가 내연기관의 영역 내에, 특히 제 2 연료펌프의 영역 내에 배치되어 있을 때이다. 생각해 볼 수 있는 점에 있어서는 예컨대 상기 밸브장치를 제 2 연료펌프의 하우징 내에 수용하는 것이다. 이러한 배치는 다음과 같은 잇점을 갖는다:
내연기관의 작동 동안, 그로 인해 제 2 연료펌프의 작동 동안에도 또한 누출라인의 차단이 해제된다. 그러므로 상기 누출라인은 계속해서 압력이 없는 상태로 유지된다. 고온의 내연기관의 열전도에 근거하여 누출라인 내에 위치하는 연료는 마찬가지로 가열되어 증발된다. 그로 인해 내연기관의 작동 중지 후에 누출라인 내에는 우선적으로 단지 증기형태의 연료만이 존재하게 된다.
그런 다음 만약 내연기관의 작동 중지와 더불어 밸브장치의 차단기능이 활성화되고, 누출라인이 폐쇄된다면, 밸브장치가 제 2 연료펌프로부터 멀리 떨어져 배치되어 있는 경우에는 우선적으로 제 1 연료펌프, 제 2 연료펌프 및 밸브장치 사이의 폐쇄된 시스템 내에는 현저하게 많은 증기형태의 연료 볼륨(fuel volume)이 존재하게 된다. 이러한 증기형태의 연료 볼륨 내로는 냉각 후에 연료가 펌프 체임버로부터 예컨대 제 2 연료펌프의 피스톤 가이드 갭(피스톤과 하우징 사이의 갭)을 통해 유입되며, 이러한 점은 다시금 펌프 체임버 내 증기 형성으로 이어질 수 있게 된다. 그러나 상기 밸브장치가 가능한 한 제 2 연료펌프에 근접하여 배치된다면, 상기의 증기형태의 연료 볼륨은 항상 매우 적으며, 그로 인해 내연기관의 재시동시에 문제를 야기할 수 없게 된다.
더욱이 밸브장치를 저장탱크의 영역 내에 배치할 수도 있다. 이러한 경우 제 2 연료펌프에 있어서는 하나의 수축밸브(restrictor)를 구비한 하나의 바이패스라인이 제공되어 있으며, 상기 바이패스 라인은 제 2 연료펌프의 유입구에서부터 누출라인까지 이어진다. 상기 수축밸브의 횡단면은 정상작동 시에 저장탱크의 온도상승이 한계값보다 작은 방식으로 선택된다. 이러한 본 발명의 개선예는 아래의 사고(思考)에 기초한다:
대개 제 1 연료펌프로부터 제 2 연료펌프에는, 제 2 연료펌프로부터 다시 계속 공급되는 것보다 많은 연료량이 공급된다. 이러한 초과분의 연료는 본 실시예에 있어서 제 2 연료펌프 내에, 바람직하게는 예를 들어 하우징 벽부 내에 존재하는 바이패스 라인을 통해 펌프 체임버를 통과하여 누출라인의 시작부분으로 공급된다. 그로 인해, 누출라인 내 밸브장치의 차단기능이 비활성화 상태인 내연기관의 정상 작동 시에 누출라인을 통과하는 일정한 소기 흐름(scavenging flow)이 이루어진다. 이러한 소기 흐름은 연료가 보다 오랜 시간동안 누출라인 내에 체류하면서 증발되는 방식으로 누출라인에 의해 가열될 수 있는 점을 억제한다.
본 발명에 따른 개선예에 의해 처음부터 누출라인 내에 증기 기포가 형성될 수 있는 점 또한 억제된다. 펌프 체임버를 통과하는 연료는 추가로 제 2 연료펌프를 냉각하는데 이용될 수 있으며, 이러한 점은 연료시스템과 이 연료시스템을 장착하고 있는 내연기관의 고온 작동을 재차 개선시킨다. 그러나 이때 제 2 연료펌프 내에 있어서 냉각 과정 시에 가열된 연료가 저장탱크 내 연료의 비허용 온도 상승을 야기하지 않는다는 점에 주의하여야 한다. 이러한 점은 수축밸브를 그에 상응하게 설계함으로써 달성된다.
또한 본 발명은 앞서 언급한 유형의 연료 시스템을 작동시키기 위한 방법에관한 것이다. 제공된 밸브장치의 효율은, 만약 이 밸브장치의 차단기능이 내연기관의 작동중지 후 곧바로 활성화되고, 내연기관의 시동 후에는 곧바로 비활성화 된다면, 최적화된다. 밸브장치의 차단기능의 활성화는 결과적으로 밸브장치를 폐쇄시키게 되고, 그에 반해 차단기능의 비활성화는 밸브장치의 개방으로 이어진다. 상기 밸브장치를 전기방식으로 작동시킬 시에 밸브장치의 차단기능은 바람직하게는 전류가 없는 상태에서 활성화되며, 그에 반해 전류가 공급된 상태에서는 비활성화된다.
상기 방법의 특히 선호되는 개선예에 있어서는 제 1 연료펌프가 제한된 시간간격동안에도 여전히 작동상태로 유지된다. 이러한 방식으로 연료시스템의 그에 해당하는 영역 내 압력은 밸브 개방압력에 의해 밸브장치의 압력제한기능에 사전 설정된 최대 압력에 상응하게 되는 점이 보장된다.
그러나 제 2 연료펌프의 전방 영역 내 압력의 상승은 오직 내연기관이 고온의 상태에서 작동 중지될 때에만 필요하다. 그러므로 특히 선호되는 경우는 내연기관의 핫 스타트와 관련되는 파라미터들이 검출되며 그리고 제 1 연료펌프 및/또는 밸브장치의 제어가 상기의 검출된 파라미터들에 종속되면서 이루어질 때이다.
이때 특히 선호되는 경우는 파라미터가 냉각수 온도 및/또는 흡입공기온도 및/또는 회전속도 및/또는 부하를 포함할 때이다.
제 2 연료펌프의 유입구에 있는 압력은 특히 간단한 유형 및 방식으로 제 1 연료펌프의 회전속도를 통해 조정될 수 있다.
본 발명은, 또한 앞서 언급한 유형의 방법이 컴퓨터 상에서 실행될 때, 상기방법을 실행하는데 적합한 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다. 이때 특히 선호되는 경우는, 상기의 컴퓨터 프로그램이 하나의 메모리 상에, 특히 플래시메모리 상에 저장되어 있을 때이다.
본 발명은 최종적으로 전술한 연료시스템을 제어하기 위한 제어 및/또는 조절장치에 관한 것이며, 이러한 점에 있어서 상기의 제어 및/또는 조절장치에는 앞서 기술한 유형의 컴퓨터 프로그램이 제공되어 있다.
도 1 내에는 전체적으로 도면 부호(10)를 가지는 하나의 연료시스템이 도시되어 있다. 상기 연료시스템은 하나의 저압영역(12)과 하나의 고압영역(14)을 포함하고 있다. 우선적으로 저압영역(12)에 대해 기술이 이루어진다:
상기 저압영역은 연료(18)가 저장되는 하나의 저장탱크(16)를 포함한다. 상기 연료(18)는 저장탱크(16)로부터 제 1 연료탱크(20)에 의해 이송된다. 상기의제 1 연료펌프라고 하면 전기식 연료펌프로서, 클록 모듈(22)에 의해 제어된다. 상기의 전기식 연료펌프(20)는 저압 연료라인(24) 내로 연료를 이송시킨다. 상기 저압 연료라인 내에서는 전기식 연료펌프(20) 후방에 흐름방향으로 볼 때 우선적으로 하나의 체크밸브(26)와 그 다음 하나의 필터(28)가 배치되어 있다. 흐름방향으로 볼 때 체크밸브(26)의 전방에는 저압 연료라인(24)으로부터 하나의 분기라인(30)이 분기되어 있으며, 이 분기라인은 저장탱크(16)로 다시 이어진다. 상기 분기라인(30)은 2개의 평행한 분기(30a)와 분기(30b)로 분기된다. 분기(30a) 내에서는 하나의 압력제한 밸브(32)가 배치되어 있으며, 그에 반해 분기(30b) 내에는 하나의 수축밸브(34)가 제공되어 있다. 저압 연료라인(24) 내 압력은 압력센서(36)에 의해 검출된다.
상기 저압 연료라인(24)은 제 2 연료펌프(38)로 이어진다. 이 제 2 연료펌프(38)는 본원에서는 보다 상세히 기술되어 있지 않은 방식으로 내연기관의 크랭크샤프트(도시되어 있지 않음)에 의해 구동된다. 제 2 연료펌프(38)라고 하면, 싱글 피스톤 고압 펌프이다. 상기의 고압펌프(38)의 흐름 상부에는 저압 연료라인(24) 내에 있어서 하나의 압력댐퍼(40)와 하나의 체크밸브(42)가 배치되어 있다.
배출구 측면에 있어서 상기 고압펌프(38)는 연료라인(44) 내로 연료를 이송시키며, 상기 연료라인은 체크밸브(46)를 통해 연료 컬렉터 라인(48)으로 이어진다. 이 연료 컬렉터 라인(48)에는 다시금 연료 분사밸브들(50)이 연결되어 있으며, 상기의 연료 분사밸브들은 연료를 도시되어 있지 않은 내연기관의 연소실 내로 분사한다. 상기의 연료 컬렉터 라인(48) 내 압력은 압력센서(52)에 의해 검출된다.
분사밸브들(50)의 기능 효율성에 악영향을 미칠 수도 있는 연료 컬렉터 라인(48) 내 초과압력을 회피하기 위해, 연료 컬렉터 라인(48)에는 하나의 압력제한밸브(54)가 제공되어 있으며, 이 압력제한밸브는 라인(55)을 통해 유체에 의해 다시금 저압 연료라인(24)과 연결되어 있다. 연료라인(44) 및 연료 컬렉터 라인(48) 내, 다시 말해 연료시스템(10)의 고압영역(14) 내 압력은 연료량 제어밸브(56)를 통해 제어되며, 상기 연료량 제어밸브는 체크밸브(46)와 고압펌프(38) 사이에 존재하는 연료라인(44)의 영역을 체크밸브(42)와 압력댐퍼(40) 사이에 존재하는 저압 연료라인(24)의 영역과 연결시킨다.
상기의 연료시스템(10)은 또한, 무엇보다 온도센서(60)로부터 신호들을 수신하는 하나의 제어 및 조절장치(58)를 포함하고 있다. 상기 온도센서를 이용하여서는 내연기관의 냉각수 온도가 검출된다. 동일한 방식으로 흡입공기의 온도를 검출하기 위한 하나의 센서(62)가 제공되어 있으며, 상기 센서는 마찬가지로 상기 제어 및 조절 장치(58)에 신호들을 송출한다. 센서(64)는 상기 제어 및 조절장치(58)에 내연기관의 회전속도에 대한 정보를 공급하며, 그리고 센서(66)는 내연기관의 실제 부하와 관련한 그에 상응하는 정보들을 공급한다. 또한 상기 제어 및 조절장치(58)는 연료시스템(10)의 저압영역(12)의 압력센서(36) 뿐 아니라 연료시스템(10)의 고압영역(14)의 압력센서(52)로부터 신호들을 수신한다.
고압펌프(38)로부터는 하나의 누출라인(68)이 다시금 저장탱크(16)로 이어진다. 상기 누출라인(68) 내에는 바로 고압펌프(38)에 근접하여 하나의밸브장치(70)가 제공되어 있다. 단지 상징적으로 도시되어 있는 도 1 내에 있어서 상기의 밸브장치(70)는 상호간 병렬로 접속되어 있는 차단기능(72)과 압력제한기능(74)을 이용한다.
다음에서는 고압펌프(38)와 밸브장치(70)에 대해 도 2와 관련하여 상세히 설명된다:
이미 앞서 설명했던 바와 같이, 고압펌프라고 하면 싱글 피스톤 펌프이다. 도 2에 있어서 피스톤의 도면 부호는 (76)이다. 상기 피스톤은 캠 드라이브(78)에 의해 구동된다. 상기 피스톤(76)은 실린더 하우징(80) 내에서 안내된다. 피스톤(76)의 상부측면과 실린더 하우징(80)은 펌프 체임버(82)를 제한한다. 상기 펌프 체임버(82)는 캠 드라이브(78)의 반대방향으로 갭 실(gap seal)에 의해 밀폐되어 있으며, 상기 갭 실은 피스톤(76)과 실린더 하우징(80) 사이에 형성되어 있다. 또한 하우징에 고정되는 피스톤 실(84)이 제공되어 있다. 누출라인(68)은 링 그루브(86)에 의해 피스톤 실(84)의 상부에서 곧바로 분기된다. 그렇게 함으로써 작동 시에 피스톤 실(84)의 부하는 감소된다.
밸브장치(70) 내에 있어서는 오직 하나의 밸브 엘리먼트(88)가 존재하며, 이 밸브 엘리먼트는 압력제한 기능(74)용과 마찬가지로 차단기능(72)용으로도 이용된다. 상기의 밸브 엘리먼트(88)는 하우징(89) 내에서 안내되는 하나의 길게 늘어진 피스톤(90)을 포함하고 있으며, 이 피스톤은 도 2 내에 있어서 자신의 상부 단부에 연질자성의 재료로 이루어진 플레이트(92)를 지지한다. 상기 플레이트(92)는 압축 스프링(94)에 의해 가압되며, 이 압축 스프링에 의해 밸브 엘리먼트(88)의 피스톤의 하부 단부면은 링 랜드(96)(ring land) 쪽으로 가압되며, 상기 링 랜드는 밸브장치(70)의 유입구(100) 후방의 유동 체임버 내에 형성되어 있다. 유동 체임버(98)에는 하나의 레이디얼 배출구(102)가 제공되어 있으며, 이 배출구에는 저장 탱크(16)로 안내되는 누출라인(68)의 부분이 연결되어 있다.
밸브장치(70)의 하우징(89)은 상부 방향으로 커버(104)에 의해 폐쇄되어 있으며, 상기 커버는 밸브 엘리먼트(88)로 향해있는 자신의 내부측면 상에 하나의 동심의 링 그루브(도면부호 없음)를 포함하고 있으며, 상기 링 그루브 내로는 하나의 링 형태의 전자석(106)이 삽입되어 있다. 밸브장치(70)의 커버(104)는 코킹(108)(caulking)에 의해 견고하게 하우징(89)과 연결되어 있다.
도 1과 도 2 내에 도시된 연료시스템(10)은 아래와 같이 기능한다:
정상 작동 시에, 다시 말해 내연기관의 정상의 작동 온도 시에(이러한 점은 온도센서(60), 온도센서(62), 회전속도 센서(64) 및 부하 센서(66)로부터 제공되는 신호들에 근거하여 제어 및 조절장치(58)에 의해 측정된다), 연료(18)는 저장탱크(16)로부터 전기식 연료펌프(20)에 의해 연료라인(24)을 통과하여 고압펌프(38)에까지 이송된다. 상기 고압펌프(38)는 전기식 연료펌프(20)에 의해 사전 압축된 연료(18)를 계속해서 압력이 재차 증가된 상태에서 연료라인(44)을 통해 연료 컬렉터 라인(48)에까지 이송시킨다. 대개 전기식 연료펌프(20)를 구비한 모듈러 유닛으로서 형성되어 있는 압력제한장치(32) 및 수축밸브(34)에 의해서는 전기식 연료펌프의 활성화 시에 연료시스템(10)의 저압영역(12) 내 안정된 공급압력의 형성이 가속화 및 용이해진다.
압력센서(52)와 연료량 제어밸브(56)는 폐쇄된 제어시스템의 부분으로 이들을 통해서는 고압펌프(38)에 의해 연료시스템(10)의 고압영역(14) 내로 이송된 연료량이 조정된다. 밸브장치(70)는, 고압펌프(38)에서부터 저장탱크(16)에까지 누출라인(68)의 자유 관류가 가능한 방식으로, 제어 및 조절장치(58)에 의해 제어된다. 제어 및 조절은 제어 및 조절 장치 내에 저장되어 있는 컴퓨터 프로그램에 따라 이루어진다. 그렇게 함으로써 피스톤(76)과 실린더 하우징(80) 사이의 갭 실을 통과해서 링 그루브(86)에까지 도달하는 연료가 누출라인(68)을 통해 저장탱크(16)로 재공급될 수 있게 된다. 그럼으로써, 피스톤 실(84)의 압력이 완화되는 점이 달성된다.
밸브장치(70)의 개방, 다시 말해 차단기능(72)의 비활성화는, 링 자석(106)이 전류를 공급받음으로써 달성된다. 그로 인해 상기 링 자석(106)은 연질자성의 플레이트(92)를 끌어당기며, 상기 플레이트는 다시금 피스톤(90)을 밸브 시트를 형성하는 링 랜드(96)로부터 들어올리게 된다.
만약 내연기관이 비활성화된다면, 제어 및 조절장치(58)에 의해서는 냉각수용 온도센서(60)를 통해 내연기관이 고온인지 여부가 검사된다. 만약 내연기관이 고온의 상태라면, 밸브장치(70)의 차단기능(72)이 제어 및 조절장치(58)에 의해 비활성화된다. 그로 인해 링 자석(106)은 전류가 없는 상태가 되며, 그렇게 함으로써 피스톤(90)은 압축 스프링(94)에 의해 링 랜드(96)에 밀착된다. 그로 인해 고압펌프(38)에서부터 누출라인(68)을 걸쳐 저장탱크(16)까지의 경로는 차단된다. 동시에 제어 및 조절장치(58)에 의해서는 전기식 연료펌프(20)의 모듈(22)은, 짧은시간간격동안 전기식 연료펌프(20)가 계속해서 작동하고 있도록, 제어된다. 이러한 점은 압력제한밸브(32)와 밸브장치(70)의 압력제한기능(74)에 의해 사전 설정된 최대 압력이 될 때까지 저압 연료라인(24) 내 연료의 압력을 상승시키게 된다.
그러한 점에 있어서, 밸브장치(70)의 압력제한기능(74)에 의해 사전 설정된 최대 압력과 압력제한밸브(32)에 의해 사전 설정된 최대 압력은 대략 동일한 점이 제공된다. 밸브장치(70)의 압력제한기능(74)은 밸브장치(70)의 유입구(100)와 배출구(102)의 압력차이가 있는 상태에서 피스톤(90)이 압축 스프링(94)의 예압력에 반하여 가압됨으로써 제공된다. 만약 상기의 압력차이가 지정된 기준을 초과한다면, 피스톤(90)은 링 랜드(96)로부터 들어 올려진다. 이러한 점은 밸브장치(70)의 유입구(100)에서 초과압력 하에 있는 연료에 대한 경로를 자유롭게 한다.
내연기관의 작동중지 후에 열전도에 근거하여 저압 연료라인(24)의 가열이 이루어질 수 있다. 그렇게 함으로써 저압 연료라인(24) 내 연료(18) 또한 가열 및 팽창된다. 이러한 점은 다시금 저압 연료라인(24) 내부의 압력상승으로 이어진다. 저압 연료라인의 컴포넌트 내지 전체 저압영역(12)의 손상을 회피하기 위해 스프링(94)의 예압력 내지 밸브장치(70)의 압력제한기능(74)의 밸브 개방압력은 그에 상응하게 선택된다.
누출라인(68)과 이 누출라인 내에 배치되는 밸브장치(70)는, 고온의 내연기관의 작동중지 시에, 저압 연료라인(24) 내에 위치하는 연료의 가열에 근거하여 연료시스템(10)의 저압영역(12) 내 컴포넌트들의 손상에 대한 위험이 존재하지 않으면서, 저압 연료라인(24) 내 증가된 압력이 유지될 수 있는 점을 가능하게 한다.그러므로 고온의 내연기관의 시동 행동특성은, 컴포넌트들의 수명에 악영향을 받지 않으면서, 상기의 연료시스템(10)에 의해 결정적으로 개선된다.
다음에서는 연료시스템(10)의 제 2 실시예가 도시되어 있는 도 3과 관련하여 설명된다. 도 1과 도 2 내에 기술된 실시예의 엘리먼트들 또는 부품들에 대한 등가의 기능들을 가지는 상기의 엘리먼트들 또는 부품들은 동일한 도면부호를 가지며 재차 상세하게 설명되지 않는다.
도 1과 도 2 내에 도시된 실시예에 비해 도 3 내에 도시된 실시예에 있어서는 밸브장치(70)가 고압펌프(38)에 근접하여 배치되는 것이 아니라 저장탱크(16)의 영역 내에 배치된다. 또한 고압펌프(38)의 영역 내에는 하나의 바이패스 라인(110)이 제공되어 있으며, 이 바이패스 라인은 저압 연료라인(24)의 압력댐퍼(40)와 체크밸브(42) 사이에 있는 영역들에서부터 고압펌프(38)와 밸브장치(70) 사이에 있는 누출라인(68)의 영역에까지 이어져 있다. 바이패스 라인(110) 내에는 하나의 수축밸브(112)가 배치되어 있다. 상기의 바이패스 라인(110)과 수축밸브(112)는 아래의 이유에 근거하여 제공되어 있다:
만약 본 실시예에 있어서와 같이 밸브장치(70)가 고압펌프(38)에 근접하여 배치되지 않는다면, 연료시스템(10)의 정상 작동이 이루어지는 동안 내연기관으로부터의 열전도에 의해 누출라인(68)과 이 누출라인 내에 존재하는 연료는 가열될 수 있다. 물론 정상작동 시에 밸브장치(70)는 개방되어 있기 때문에, 누출라인(68) 내에 위치하는 연료는 실제로 압력이 없는 상태가 된다. 그러므로 가열에 근거하여 누출라인(68) 내 상기의 연료는 증발될 수 있다. 그런 다음 만약내연기관의 작동중지 후에 상기 밸브장치(70)가 닫히게 되면, 누출라인(68) 내에 위치하는 증기 기포 또한 함께 포함될 수도 있다. 이러한 점은 재시동시 문제를 야기할 수도 있다.
이러한 점을 회피하기 위해 바이패스 라인(110)을 통해서는 또한 정상작동 시에 연료가 고압펌프(38)의 펌프 체임버를 통과하여 누출라인(68) 내로 유입된다. 이러한 점은, 전기식 연료펌프(20)가 고압펌프(38)에 재차, 이 고압펌프에 의해 계속해서 연료시스템(10)의 고압영역(14) 내로 이송되는 것보다 많은 연료량을 공급하기 때문에, 가능하다. 다시 말해 연료시스템(10)의 정상작동 시에 누출라인(68)을 통해 다시 저장탱크(16)로 돌아가는 다소 일정한 연료흐름이 설정된다. 그렇게 함으로써 한편에서는 누출라인(68) 내에 "정지해 있는" 연료는 가열 및 증발되는 점이 회피되며, 다른 한편에서는 경우에 따라 이미 형성된 증기 기포가 저장탱크(16) 쪽으로 소기되는 점이 달성된다.
수축밸브(112)를 통해서는 펌프 체임버(82)를 통과하는 연료량은, 누출라인(68)을 통해 재공급되면서 쉽게 가열되는 연료가 저장탱크(16) 내에 위치하는 연료를 비허용되는 방식으로는 가열하지 않도록, 제한된다. 이러한 점은 다시금 누출라인 내에서 증발 문제로 이어질 수도 있다. 그런 다음 만약 내연기관이 작동 중지되고, 밸브장치(70)가 폐쇄되면, 누출라인(68) 내에는 실제로 오직 유동의 연료만이 존재하며 증기 기포는 존재하지 않는 점으로부터 개시될 수 있다.
다시 말해 상기의 실시예에 있어서 밸브장치(70)는 저장탱크(16)의 영역 내에 배치될 수 있으며, 이러한 점은 때로는 공간의 이유에서 바람직한 것이며, 그리고 동시에 안전한 핫 스타트 행동특성과 신뢰되는 내연기관의 작동이 가능해 진다.
도 4 내에는 연료시스템(10)의 추가의 실시예가 도시되어 있다. 이 경우에서도 또한 도 1에서 도 3까지에서 도시된 실시예들에 대해 등가의 기능들을 가지는 상기의 엘리먼트들과 부품들은 동일한 도면부호를 가지며, 재차 상세하게 설명되지 않는다.
도 3 내에 도시된 실시예에 비해, 도 4 내에 도시된 실시예의 경우에는 필터(28)와 압력댐퍼(40) 사이에 있는 저압 연료라인(24)의 영역이 하나의 연결라인(114,), 하나의 차단밸브(116) 및 하나의 압력조절밸브(118)를 통해 고압펌프(38)와 밸브장치(70) 사이에 있는 누출라인(68)의 영역과 연결될 수 있다. 또한 연료량 제어밸브(56)가 배치되어 있는 라인(55)은 하나의 소기라인(120)을 통해 차단밸브(116)와 압력조절밸브(118) 사이에 있는 연결라인(114)의 영역과 연결된다. 상기의 소기라인(120) 내에는 하나의 수축밸브(122)가 배치되어 있다.

Claims (14)

  1. 저장탱크(16),
    유입구 측면이 상기 저장탱크(16)와 연결되어 있는 하나의 제 1 연료펌프(20),
    유입구 측면이 상기 제 1 연료펌프(20)와 연결되어 있는 하나의 제 2 연료펌프(38),
    상기 제 2 연료펌프(38)와 연결되어 있으면서 연료(18)를 적어도 간접적으로 연소실에 공급할 수 있는 적어도 하나의 분사밸브(50), 및
    제 2 연료펌프와 저장탱크 사이에 제공되어 있는 하나의 누출라인(68)을 포함하는,
    내연기관용으로 연료(18)를 공급하기 위한 연료시스템(10)에 있어서,
    상기 누출라인(68) 내에는 병렬로 접속되는 차단기능(72) 및 압력제한기능(74)을 가지는 하나의 밸브장치(70)가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 연료시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브장치(70) 내에 상기의 두 기능들(72, 74)용으로 동일한 밸브 엘리먼트(88)가 이용되는 것을 특징으로 하는 연료시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 밸브장치(70)의 차단기능(72)이 전기 방식으로 제어 가능한 것을 특징으로 하는 연료시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 밸브장치(70)가, 압력제한 기능(74)을 제공하기 위해 예압되고(94) 그리고 예압력에 대해 차단기능(72)을 해제하기 위해 전기방식으로 작동 가능한 밸브 엘리먼트(88)를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 연료시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브장치(70)는 내연기관의 영역 내에, 특히 제 2 연료펌프(38)의 영역 내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 연료시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브장치(70)가 저장탱크(16)의 영역 내에 배치되어 있으며, 제 2 연료펌프(38)에서는 하나의 수축밸브(112)를 구비한 하나의 바이패스 라인(110)이 제공되어 있으며, 상기 바이패스 라인은 제 2 연료펌프(38)의 유입구에서부터 누출라인(68)까지 이어지며, 그리고 상기 수축밸브(112)의 횡단면은, 정상작동시 저장탱크(16) 내 연료(18)의 온도상승이 한계값보다 작도록 선택되는 것을 특징으로 하는 연료시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따르는 연료시스템(10)을 작동시키기 위한 방법에 있어서,
    밸브장치(70)의 차단기능(72)이 내연기관의 작동 중지 후 곧바로 활성화되며, 내연기관의 시동 후에는 곧바로 비활성화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    제 1 연료펌프(20)는 내연기관의 작동 중지 후에도 제한된 시간 간격동안 여전히 작동상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    내연기관의 핫 스타트와 관련된 파라미터들(60, 62, 64, 66)이 검출되며, 그리고 제 1 연료펌프(20) 및/또는 밸브장치(70)의 제어가 상기의 검출된 파라미터들에 따라 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 파라미터들은 내연기관의 냉각수 온도(60) 및/또는 흡입공기 온도(62) 및/또는 회전속도(64) 및/또는 부하(66)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 7 항 내지 제 10 항에 있어서,
    제 2 연료펌프(38)의 유입구의 압력이 제 1 연료펌프(20)의 회전속도에 의해 조정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 컴퓨터 프로그램에 있어서,
    컴퓨터 상에서 실행될 경우, 제 7 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따르는 방법을 실행하기에 적합한 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 컴퓨터 프로그램이 메모리 상에, 특히 플래시 메모리 상에 저장되어 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램.
  14. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따르는 연료시스템(10)의 제어 및/또는 조절하기 위한 제어 및/또는 조절장치(58)에 있어서,
    제 12 항 또는 제 13항에 따른 컴퓨터 프로그램이 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 제어 및/또는 조절장치(58).
KR1020027012997A 2001-02-08 2002-02-06 연료시스템, 연료시스템의 작동 방법, 컴퓨터 프로그램 및상기 연료시스템을 제어하기 위한 제어 및/또는 조절장치 KR20020086739A (ko)

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