KR20050051582A

KR20050051582A - 커먼레일식 연료분사장치의 연료압력 검출장치 및 그연료압력 검출장치를 구비한 커먼레일식 연료분사장치

Info

Publication number: KR20050051582A
Application number: KR1020047014261A
Authority: KR
Inventors: 히토시 아다치; 히데오 시오미; 타카시 미야모토
Original assignee: 얀마 가부시키가이샤
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2003-09-25
Publication date: 2005-06-01
Also published as: WO2004031561A1; CN1643243A; EP1548262A1; AU2003266634A1; DE60329203D1; EP1548262B1; ATE442521T1; EP1548262A4; JP3965098B2; US20050103311A1; CN100357584C; JP2004124716A; US7267106B2

Abstract

엔진운전 중에 있어서의 커먼레일(2) 내의 연료압력데이터를 수집함에 있어서, 크랭크축이 6°회전할 때마다 커먼레일 내 연료압력을 검출하고, 기통번호와 크랭크 각도와 커먼레일 내 연료압력을 서로 관련시켜 테이블화해서 기억수단(12)에 기억시킨다. 이것에 의해, 검출데이터 정밀도의 향상을 도모한다.

Description

커먼레일식 연료분사장치의 연료압력 검출장치 및 그 연료압력 검출장치를 구비한 커먼레일식 연료분사장치{FUEL PRESSURE DETECTION DEVICE FOR COMMON RAIL TYPE FUEL INJECTION DEVICE, AND COMMON RAIL TYPE FUEL INJECTION DEVICE HAVING SUCH FUEL PRESSURE DETECTION DEVICE}

본 발명은 디젤엔진 등의 연료공급시스템에 적용되는 축압배관(소위 커먼레일)을 구비한 커먼레일식 연료분사장치에 있어서 커먼레일 내의 연료압력을 검출하기 위한 연료압력 검출장치에 관한 것이다. 또한, 이 연료압력 검출장치를 구비한 커먼레일식 연료분사장치에도 관한 것이다. 특히, 본 발명은 커먼레일 내 연료압력의 검출데이터 정밀도의 향상을 도모하기 위한 대책에 관한 것이다.

종래로부터, 다기통 디젤엔진 등의 연료공급시스템으로서, 기계식 연료분사펌프-노즐방식에 비해 제어성이 우수한 커먼레일식 연료분사장치가 제안되어 있다(예컨대, 일본 특허 공개 2000-18052호 공보 참조).

이러한 종류의 연료분사장치는 고압 펌프에 의해 소정 압력으로 가압된 연료를 커먼레일에 저류해 두고, 이 커먼레일에 저류된 연료를 연료분사 타이밍에 맞춰 소정의 인젝터로부터 연소실 내에 분사한다. 또한, 이 때, 엔진의 운전상태에 대해서 최적의 분사조건으로 연료가 분사되도록, 컨트롤러가 커먼레일 내 연료압력이나 각 인젝터의 작동을 제어하도록 구성되어 있다.

이와 같이, 커먼레일식 연료분사장치는 연료분사량 및 그 분사시기에 추가해서, 커먼레일 내 연료압력에 의해 결정되는 연료분사압력도 엔진의 운전상태에 따라 제어할 수 있기 때문에 제어성이 우수한 분사장치로서 개발되어 오고 있다.

이하, 일반적인 커먼레일식 연료분사장치를 구비한 연료분사 시스템에 대해서 설명한다.

도 17은 커먼레일식 연료분사장치를 구비한 다기통 디젤엔진의 연료공급시스템의 전체 구성의 개략을 나타내고 있다. 이 커먼레일식 연료분사장치는 디젤엔진(이하, 간단히 엔진이라 함)(a)의 각 기통에 대응하여 설치된 복수의 연료분사밸브(이하, 인젝터라 함)(b,b,…)와, 비교적 높은 압력(커먼레일압: 예컨대 20MPa)의 고압 연료를 축압(蓄壓)하는 커먼레일(c)과, 연료탱크(d)로부터 저압 펌프(e)를 경유하여 흡입한 연료를 고압으로 가압하여 커먼레일(c) 내에 토출하는 고압 펌프(f)와, 상기 인젝터(b,b,…) 및 고압 펌프(f)를 전자제어하는 컨트롤러(ECU)(g)를 구비하고 있다.

각 인젝터(b,b,…)는 커먼레일(c)에 각각 연통하는 연료배관의 하류단에 설치되어 있다. 상기 인젝터(b)로부터의 연료의 분사는, 예컨대, 연료배관의 도중에 설치된 분사제어용 전자밸브(h)로의 통전 및 통전정지(온/오프)에 의해 제어된다. 즉, 인젝터(b)는 분사제어용 전자밸브(h)가 개방되어 있는 동안, 커먼레일(c)로부터 공급된 고압 연료를 엔진(a)의 연소실을 향해 분사한다. 그 때문에, 커먼레일(c)에는 연료분사압에 상당하는 높은 소정의 커먼레일압(20MPa)이 축압되어 있을 필요가 있고, 그 때문에 연료공급배관(i), 토출밸브(j)를 통해서 고압 펌프(f)가 접속되어 있다.

또한, 상기 ECU(g)에는 엔진 회전수나 엔진 부하 등의 각종 엔진 정보가 입력되고, 이들 신호로부터 판단되는 최적의 연료분사시기 및 연료분사량이 얻어지도록 ECU(g)는 분사제어용 전자밸브(h)에 제어신호를 출력한다. 동시에, ECU(g)는 엔진 회전수나 엔진 부하에 따라서 연료분사압력이 최적값이 되도록 고압 펌프(f)에 대해서 제어신호를 출력한다. 또한, 커먼레일(c)에는 커먼레일내 압력을 검출하기 위한 압력센서(k)가 설치되어 있고, 그 압력센서(k)의 신호가 엔진 회전수나 엔진 부하에 따라 미리 설정된 최적값이 되도록 고압 펌프(f)로부터 커먼레일(c)에 토출 되는 연료토출량이 제어된다.

또한, 상기 커먼레일 내 연료압력을 검출하는 방법을 개시하는 것으로서, 일본 특허 공고 평7-122422호 공보에 개시된 연료분사장치나, 일본 특허 3235201호 공보에 개시된 커먼레일압 검출장치가 제안되어 있다.

일본 특허 공고 평7-122422호 공보에는, 커먼레일 내 연료압력을 항상 감시하는 것이 개시되어 있고, 일본 특허 3235201호 공보에는 커먼레일 내 연료압력을 직접 검출하지 않고 연산에 의해 산출하는 것이 개시되어 있다.

그런데, 이러한 종류의 커먼레일식 연료분사장치에 있어서 엔진 회전수나 엔진 부하 등에 따른 최적의 연료분사상태(연료분사시기 및 연료분사량)를 얻기 위해서는 그 연료분사압력을 지배하는 커먼레일 내 연료압력을 높은 정밀도로 인식해 두고, 그 커먼레일 내 연료압력으로서 항상 최적의 압력이 유지되도록 압력제어를 행하여 둘 필요가 있다. 즉, 상기 커먼레일 내 연료압력을 높은 정밀도로 인식하여 고압 펌프의 구동제어나 그것에 따른 연료분사제어를 적절하게 행할 수 있도록 해 두는 것이 중요하다.

그러나, 종래로부터 제안되어 있는 커먼레일식 연료분사장치에 있어서는 커먼레일 내의 연료압력데이터를 수집하는 것, 또한, 그 데이터 정밀도를 향상시키는 것에 대해서는 아직 적절한 제안이 이루어져 있지 않는 것이 실상이다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것이고, 그 목적은 커먼레일식 연료분사장치에 있어서 커먼레일 내 연료압력의 검출데이터의 정밀도를 향상시키고, 그것에 의해 엔진제어 등에 이용하는 기초 데이터의 신뢰성의 향상을 도모하는 것에 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 커먼레일식 연료분사장치를 나타내는 도면이다.

도 2는 고압 펌프를 측방으로부터 바라본 단면도이다.

도 3은 고압 펌프를 정면으로부터 바라본 단면도이다.

도 4는 크랭크 각도 식별장치의 개략 구성을 나타내는 블록도이다.

도 5는 제 1 및 제 2 검출수단을 도식적으로 나타내는 크랭크 각도 식별장치의 기본 구성도이다.

도 6(a)는 제 1 검출수단에 의한 크랭크 각도의 기준위치를 나타내는 설명도이다. 도 6(b)는 크랭크축 동기 회전체의 돌기를 전개한 도면이고, 도 6(c)는 제 1 검출기에 의해 검출된 전자 픽업 출력신호를 증폭하여 형성한 파형 신호를 나타내는 도면이다. 도 6(d)는 파형 신호를 변환한 직사각형파의 펄스신호를 나타내는 도면이다.

도 7(a)는 제 2 검출수단에 의한 캠 각도의 기준위치를 나타내는 설명도이다. 도 7(b)는 캠축 동기 회전체의 돌기를 전개한 도면이다. 도 7(c)는 제 2 검출기에 의해 검출한 전자 픽업 출력신호를 증폭하여 형성한 파형 신호를 나타내는 도면이다. 도 7(d)는 파형 신호를 변환한 직사각형파의 펄스신호를 나타내는 도면이다.

도 8은 제 1 판정수단에 의한 제 1 또는 제 2 검출신호의 판정 근거를 설명하는 펄스신호의 파형도이다.

도 9는 제 2 판정수단에 의한 제 3 또는 제 4 검출신호의 판정 근거를 설명하는 펄스신호의 파형도이다.

도 10은 계수기준 판정수단에 의한 크랭크 각도의 계수기준의 판정 근거를 설명하는 펄스신호의 파형도이다.

도 11은 기억수단에 기억되는 테이블을 나타내는 도면이다.

도 12는 엔진의 운전동작에 따라 검출되는 각종 파형을 나타내는 타임 차트이다.

도 13은 커먼레일 내 연료압력의 검출동작을 설명하기 위한 플로우 차트이다.

도 14는 압력검출데이터의 테이블을 이용하여 커먼레일 내 연료압력을 제어하기 위한 연산처리동작을 나타내는 플로우 차트이다.

도 15는 제 2 변형예에 있어서 기억수단에 기억되는 테이블을 나타내는 도면이다.

도 16은 제 3 변형예에 있어서의 압력검출동작을 나타내는 플로우 차트이다.

도 17은 종래의 커먼레일식 연료분사장치를 구비한 다기통 디젤엔진의 연료공급시스템의 전체 구성의 개략을 나타내는 도면이다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 엔진운전 중에 있어서의 커먼레일 내의 연료압력데이터를 수집함에 있어서, 크랭크 각도의 소정 각도마다(크랭크축이 소정 각도만큼 회전할 때마다) 커먼레일 내 연료압력을 검출하거나, 또는 소정 시간경과마다 커먼레일 내 연료압력을 검출하도록 하여, 연료압력데이터의 샘플링 타이밍을 규정함으로써 검출데이터의 정밀도의 향상이나, 그 검출데이터의 이용가치의 향상을 도모하는 것이다.

구체적으로는, 우선, 크랭크 각도의 소정 각도마다 커먼레일 내 연료압력을 검출하도록 한 해결수단으로서 이하의 구성이 언급된다. 즉, 연료를 압송하는 연료펌프와, 연료펌프로부터 압송된 연료를 저류하는 커먼레일과, 커먼레일로부터 공급된 연료를 분사하는 연료분사밸브를 구비한 커먼레일식 연료분사장치에 있어서 커먼레일 내 연료압력을 검출하기 위한 연료압력 검출장치를 전제로 한다.

상기 연료압력 검출장치에 대해서, 엔진의 기통번호를 판정하는 기통번호 판정수단과, 크랭크 각도를 검출하는 크랭크 각도 검출수단과, 이 크랭크 각도 검출수단의 출력신호를 받고, 크랭크 각도의 소정 각도마다 커먼레일 내 연료압력을 검출하는 압력검출수단을 구비시킨다. 또한, 상기 기통번호 판정수단, 크랭크 각도 검출수단, 압력검출수단의 출력을 받고, 기통번호와 크랭크 각도와 커먼레일 내 연료압력을 서로 관련시켜 기억하는 기억수단을 구비시키고 있다.

이 특정사항에 의해, 엔진 회전수나 엔진 부하 등에 따른 최적의 연료분사상태(연료분사시기 및 분사량)를 얻기 위한 기초 데이터가 되는 커먼레일 내 연료압력의 검출데이터를 높은 정밀도로 취득하고, 그것을 기억할 수 있다. 예컨대, 그 기억한 검출데이터를 테이블화하는 것 등을 하여, 기통번호나 크랭크 각도에 따른 커먼레일 내 연료압력의 변동 패턴을 용이하게 인식할 수 있게 된다. 그 결과, 커먼레일 내 연료압력의 제어나 그것에 따른 연료분사시기 및 분사량의 제어 등을 적절히 행하기 위한 제어 프로그램의 구축을 알맞게 행할 수 있고, 고효율의 엔진운전제어를 실현할 수 있게 된다.

또한, 상기 크랭크 각도 검출수단으로서는 크랭크 각도의 소정 각도마다 출력신호를 발신하고, 그 출력신호의 발신 타이밍에 맞춰 압력검출수단이 커먼레일 내 연료압력을 검출하도록 하여도 좋다.

또한, 상기 해결수단에 있어서, 특정한 타이밍에서 검출된 커먼레일 내 연료압력데이터를 추출하기 위한 구성으로서는 이하의 것이 언급된다. 즉, 연료를 복수 단계로 나누어 압송하여 최종압송단계의 종료시에 커먼레일 내 연료압력을 소정의 연료분사압력까지 상승시키는 연료펌프와, 연료펌프로부터 압송된 연료를 저류하는 커먼레일과, 커먼레일로부터 공급된 연료를 분사하는 연료분사밸브를 구비한 커먼레일식 연료분사장치에 있어서 커먼레일 내 연료압력을 검출하기 위한 연료압력 검출장치를 전제로 한다.

상기 연료압력 검출장치에 대해서, 엔진의 기통번호를 판정하는 기통번호 판정수단과, 크랭크 각도를 검출하는 크랭크 각도 검출수단과, 크랭크 각도 검출수단의 출력신호를 받고, 크랭크 각도의 소정 각도마다 커먼레일 내 연료압력을 검출하는 압력검출수단을 구비시킨다. 또한, 상기 기통번호 판정수단, 크랭크 각도 검출수단, 압력검출수단의 출력을 받고, 기통번호와 크랭크 각도와 커먼레일 내 연료압력을 서로 관련시켜 기억하는 기억수단을 구비시킨다. 또한, 이 기억수단에 기억된 데이터 중, 상기 최종압송단계보다 이전의 단계에서의 연료압송 후, 다음 단계의 연료압송(최종압송단계를 포함함) 전까지의 동안의 커먼레일 내 연료압력에 관계되는 데이터를 판별하는 데이터 판별수단을 구비시킨다.

이 특정사항에 의해, 데이터 판별수단에 의해 판별되어 추출되는 데이터로서는, 커먼레일 내 연료압력이 연료분사압력에 도달하지 않은 상태이며, 또한, 커먼레일 내에 연료가 압송되어 있지 않은 상황(인접하는 압송단계의 사이의 비 압송타이밍)에서 검출된 것이 된다. 즉, 커먼레일 내 연료압력이 연료분사압력에 도달하지 않은 타이밍에서 검출된 데이터인 것때문에, 연료분사의 실행에 의해 커먼레일 내 연료압력이 급변할 가능성이 있는 타이밍으로부터 떨어진 타이밍에서 검출된 압력 데이터로서, 또한, 연료의 비압송상태이기 때문에 커먼레일 내 연료압력의 변화가 비교적 작은 타이밍에서 검출된 압력 데이터로서 추출되게 된다. 그 때문에, 높은 정밀도로 검출된 커먼레일 내 연료압력의 데이터를 추출할 수 있다.

특히, 커먼레일 내 연료압력이 연료분사압력에 도달해 있는 상황에서 검출한 커먼레일 내 연료압력데이터는 연료분사가 개시되기 전에 압력검출이 완료된 데이터이면 좋지만, 연료분사 타이밍의 설정에 따라서는 연료분사 중 또는 분사 후의 데이터일 가능성이 있고, 소망의 데이터가 아니다. 그 때문에, 본 해결수단에서는 연료분사의 실행에 의해 커먼레일 내 연료압력이 급변할 가능성이 있는 타이밍으로부터 떨어진 타이밍에서 검출된 압력 데이터를 추출함으로써 신뢰성이 높은 압력 데이터를 취득할 수 있도록 하고 있다.

상술한 바와 같이, 커먼레일 내 연료압력의 변화가 비교적 작은 타이밍에서 검출된 데이터를 추출하는 경우에 있어서, 최적의 데이터를 검출하기 위한 구성으로서는 이하의 것이 언급된다. 즉, 최종압송단계보다 1단계 전에 있어서의 연료압송후, 최종압송단계의 개시 전까지의 사이의 커먼레일 내 연료압력에 관한 데이터를 판별하도록 데이터 판별수단을 구성한 것이다. 즉, 최종압송단계 직전의 비교적 커먼레일 내 연료압력이 높은(연료분사압력에 가까운) 상태에서 검출된 압력 데이터를 추출할 수 있게 된다. 즉, 변화가 비교적 작은 타이밍에서 검출된 커먼레일 내 연료압력데이터에 의해 연료분사압력을 추정할 경우에 가장 신뢰성이 높은 타이밍(가장 연료분사압력에 가까운 압력상태로 되어 있는 타이밍)에서 검출된 커먼레일 내 연료압력데이터를 취득할 수 있게 된다.

이상이, 크랭크 각도의 소정 각도마다 커먼레일 내 연료압력을 검출하도록 한 해결수단이다.

다음에, 상기 목적을 달성하기 위해 강구한 다른 해결수단으로서, 소정 시간경과마다 커먼레일 내 연료압력을 검출하도록 한 해결수단에 대해서 설명한다.

우선, 이 해결수단은, 연료를 압송하는 연료펌프와, 연료펌프로부터 압송된 연료를 저류하는 커먼레일과, 커먼레일로부터 공급된 연료를 분사하는 연료분사밸브를 구비한 커먼레일식 연료분사장치에 있어서 커먼레일 내 연료압력을 검출하기 위한 연료압력 검출장치를 전제로 한다. 이 연료압력 검출장치에 대해서, 소정 시간경과마다 커먼레일 내 연료압력을 검출하는 압력검출수단과, 이 압력검출수단의 출력을 받고, 소정 시간경과마다의 커먼레일 내 연료압력을 기억하는 기억수단을 구비시키고 있다.

이 해결수단에 의해서도, 엔진 회전수나 엔진 부하 등에 따른 최적의 연료분사상태(연료분사시기 및 분사량)를 얻기 위한 기초 데이터가 되는 커먼레일 내 연료압력의 검출데이터를 높은 정밀도로 취득하고, 그것을 기억할 수 있다. 또한, 이 해결수단에 있어서 커먼레일 내 연료압력을 검출하는 소정 시간간격으로서는 수십μsec~수msec (예컨대, 5msec)정도이다.

또한, 상기 소정 시간경과마다 커먼레일 내 연료압력을 검출하도록 한 해결수단에 있어서, 커먼레일 내 연료압력의 검출 개시 타이밍을 적절하게 설정하기 위한 구성으로서는 이하의 것이 언급된다. 즉, 크랭크 각도를 검출하는 크랭크 각도 검출수단을 구비하고, 압력검출수단이, 크랭크 각도 검출수단의 출력을 받고, 소정 시간경과마다 커먼레일 내 연료압력을 검출할 때의 검출 개시 타이밍을 크랭크 각도에 기초하여 개시하도록 구성하고 있다. 즉, 크랭크 각도가 소정 각도에 도달한 시점부터 커먼레일 내 연료압력의 검출동작을 개시하는 것이다.

이 특정사항에 의해, 커먼레일 내의 연료압력의 시간적 변화에 기초하는 데이터를 필요한 기간만큼 얻을 수 있게 되므로, 제어장치의 검출 부하를 경감할 수 있고, 취득 데이터와 소망 데이터의 적합성이 향상된다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위해서 강구한 다른 해결수단으로서, 이하의 구성이 언급된다. 즉, 연료를 복수 단계로 나누어 압송하여 최종압송단계의 종료시에 커먼레일 내 연료압력을 소정의 연료분사압력까지 상승시키는 연료펌프와, 연료펌프로부터 압송된 연료를 저류하는 커먼레일과, 커먼레일로부터 공급된 연료를 분사하는 연료분사밸브를 구비한 커먼레일식 연료분사장치에 있어서 상기 커먼레일 내 연료압력을 검출하기 위한 연료압력 검출장치를 전제로 한다. 이 연료압력 검출장치에 대해서, 크랭크 각도를 검출하는 크랭크 각도 검출수단과, 이 크랭크 각도 검출수단의 출력신호를 받고, 상기 최종압송단계보다 이전의 단계에서의 연료압송 후, 다음 단계의 연료압송 전까지의 동안의 커먼레일 내 연료압력을 크랭크 각도의 소정 각도마다 검출하는 압력검출수단을 구비시키고 있다.

이 특정사항에 의하면, 상술한 경우와 마찬가지로, 커먼레일 내의 연료압력변화가 작은 타이밍에서 커먼레일 내 연료압력을 검출할 수 있고, 연료압력의 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다. 특히, 본 해결수단은 소망의 타이밍에서 커먼레일 내 연료압력을 검출할 수 있고, 즉, 핀포인트(pinpoint)에서의 커먼레일 내 연료압력을 검출할 수 있고, 예컨대 그 검출데이터에 기초하여 엔진의 제어를 행할 경우에 적용할 수 있다.

또한, 상기 구성에 있어서, 압력검출수단이, 최종압송단계보다 1단계 전에 있어서의 연료압송 후, 최종압송단계의 개시 전까지의 동안의 커먼레일 내 연료압력을 크랭크 각도의 소정 각도마다 검출하도록 구성한 경우에는, 상술과 마찬가지로, 보다 연료분사압에 가까운 압력을 검출하게 되므로, 연료압력의 검출 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 상술한 각 해결수단 중 어느 하나에 기재된 연료압력 검출장치를 구비하고, 커먼레일로부터 공급된 연료를 연료분사밸브에 의해 연소실을 향해 분사하도록 구성된 커먼레일식 연료분사장치도 본 발명의 기술적 사상의 범주이다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다. 본 실시형태에서는 6기통 디젤엔진의 연료공급시스템에 구비된 커먼레일식 연료분사장치에 본 발명을 적용한 경우에 대해서 설명한다.

- 커먼레일식 연료분사장치의 설명 -

우선, 커먼레일식 연료분사장치의 전체 구성에 대해서 설명한다. 도 1은 6기통 엔진에 대한 커먼레일식 연료분사장치를 나타내고 있다. 본 도면에 나타내는 커먼레일식 연료분사장치를 구성하는 각 기기는 상기 도 17을 이용하여 설명한 커먼레일식 연료분사장치의 것과 거의 동일하므로, 여기서의 상세한 설명은 생략한다.

우선, 각 인젝터(1)로의 연료공급은 커먼레일(2)로부터 연료 유로의 일부를 구성하는 분기관(3)을 통해 행해진다. 연료탱크(4)로부터 필터(5)를 경유하여 피드 펌프(상기 저압 펌프)(6)에 의해 취출되어 소정의 흡입 압력으로 가압된 연료는 연료관(7)을 통해 고압 펌프(연료펌프)(8)에 보내진다. 이 고압 펌프(8)는, 예컨대, 엔진에 의해 구동되어 연료를 운전상태 등에 기초하여 정해지는 고압으로 승압하여 연료관(9)을 통해 커먼레일(2)에 공급하는 소위 플런저식의 서플라이용의 연료공급 펌프이다. 또, 상기 고압 펌프(8)의 상세한 구성에 대해서는 후술한다.

상기 고압 펌프(8)에 공급된 연료는 소정 압력으로 승압된 상태로 커먼레일(2)에 저류되고, 커먼레일(2)로부터 각 인젝터(1,1,…)에 공급된다. 인젝터(1)는 엔진의 형식(기통수, 본 실시형태에서는 6기통)에 따라 복수개 설치되어 있고, 컨트롤러(12)의 제어에 의해, 커먼레일(2)로부터 공급된 연료를 최적의 분사시기에 최적의 연료분사량으로, 대응하는 연소실 내에 분사한다. 인젝터(1)로부터 분사되는 연료의 분사압은 커먼레일(2)에 저류되어 있는 연료의 압력과 거의 같으므로, 연료분사압을 제어하기 위해서는 커먼레일(2) 내의 압력을 제어하게 된다.

분기관(3)으로부터 인젝터(1)에 공급된 연료 중 연소실로의 분사에 소비되지 않은 연료는 복귀관(11)을 통해서 연료탱크(4)에 되돌려진다.

전자제어유닛인 컨트롤러(12)에는 기통번호 및 크랭크 각도의 정보가 입력되어 있다.

상기 컨트롤러(12)는 엔진출력이 운전상태에 꼭 맞는 최적출력이 되도록 엔진운전상태에 기초하여 미리 정해진 목표 연료분사조건(예컨대, 목표 연료분사시기, 목표 연료분사량, 목표 커먼레일 압력)을 맵이나 함수로서 기억하여 두고, 각종 센서가 검출한 현재의 엔진운전상태를 표시하는 신호에 대응하여 목표 연료분사조건[즉, 인젝터(1)에 의한 연료분사 타이밍 및 분사량]을 구하여, 그 조건으로 연료분사가 행해지도록 인젝터(1)의 작동과 커먼레일 내 연료압력을 제어하고 있다. 또한, 커먼레일(2)에는 압력센서(13)가 설치되어 있고, 이 압력센서(13)에 의해 검출된 커먼레일(2) 내 압력의 검출신호가 컨트롤러(12)에 보내진다. 상기 압력센서(13)로부터 컨트롤러(12)로의 검출신호의 송신 타이밍에 대해서는 후술한다.

또한, 인젝터(1)로부터 연료가 분사됨으로써 커먼레일(2) 내의 연료가 소비되더라도, 컨트롤러(12)는 커먼레일(2) 내의 연료압이 일정하게 되도록 고압 펌프(8)의 토출량을 제어한다.

이와 같이, 커먼레일 연료분사장치는, 고압 펌프(8)로부터 압송되는 토출연료를 커먼레일(2)에 축압하고, 엔진의 운전상태에 따른 적절한 연료분사 타이밍(연료분사시기)과 연료분사량(커먼레일 내 연료압력과 연료분사 기간)으로 인젝터(1)를 구동하여 연료를 분사하도록 구성되어 있다. 커먼레일 내 연료압력의 제어는, 인젝터(1)로부터의 연료분사에 따라 고압 펌프(8)를 제어하여 연료의 압송을 행하고, 또한, 그 압송량을 제어함으로써 커먼레일 압력이 저하하지 않게 일정하게 유지하고 있다.

- 고압 펌프(8)의 설명-

다음에, 상기 고압 펌프(8)에 대해서 설명한다. 도 2는 고압 펌프(8)를 측방으로부터 바라본 단면도이고, 도 3은 고압 펌프(8)를 정면으로부터 바라본 단면도이다.

이들 도면에 나타내는 바와 같이, 고압 펌프(8)는 펌프 하우징(81)의 하단부에 캠 실(81a)이 형성되어 있다. 그 캠 실(81a) 내에는, 도시하지 않는 크랭크축의 동력을 받아 그 크랭크축의 회전수와 동일 회전수로 회전하는 캠축(82)이 삽입통과되어 있고, 이 캠축(82)에는 그 축선방향으로 소정 간격을 두고 한쌍의 캠(82a,82a)이 형성되어 있다. 이 캠(82a)은 캠축(82)의 1회전당 3도의 상승행정[후술하는 플런저(84)의 상승에 따른 고압 연료의 토출행정]을 실행하도록 3산형 캠으로 형성되어 있고, 각각의 캠(82a,82a)의 캠 리프트(cam lift)의 위상은 120° 어긋나 있다. 그 때문에, 캠축(82)의 1회전당 각 캠(82a,82a) 각각에 있어서 3°의 상승행정이 실행되고, 합계 6°의 상승행정이 실행되는 구성으로 되어 있다. 엔진은 1사이클 중에 크랭크축이 2회전하기 때문에 이것에 동기해서 캠축(82)도 1사이클 중에 2회전하고, 그 결과, 1사이클 중에 12°의 상승행정이 실행되게 된다. 즉, 커먼레일(2)에 대해서 12회의 압송이 실행된다. 상술한 바와 같이, 본 형태에 관한 엔진은 6기통이기 때문에 1기통에 대해서 연료분사가 실행된 후에 다른 1기통에 대해서 연료분사가 실행되기까지의 동안에, 커먼레일(2)에 대해서 2단계로 연료의 압송이 행해지도록 되어 있다. 이와 같이, 2단계로 연료의 압송이 행해지도록 한 이유는 캠축(82)을 회전 구동시키기 위해 필요한 구동 토크의 피크값을 낮게 억제하기 위해서이다. 즉, 1단계의 압송에서 커먼레일 내 연료압력을 소정의 연료분사압력까지 상승시키고자 한 경우에는 캠축(82)을 회전 구동시키기 위한 구동 토크의 피크값이 현저하게 높게 되고, 고압 펌프(8)를 구동하기 위한 동력손실이 크게 되어 버리는 경향이 있다. 이것을 회피하기 위해서, 본 실시형태에서는 2단계로 나누어 연료의 압송이 행해지도록 하고 있다. 또, 3단계 이상으로 나누어 연료의 압송을 행하면 더욱 상기 구동 토크의 피크값을 억제할 수 있다.

또한, 펌프 하우징(81)의 상부에는, 1쌍의 플런저 배럴(83,83)이 내장되어 있고, 각 플런저 배럴(83,83) 내부의 하측 절반에는 플런저(84,84)가 각각 끼워져 삽입되어 있다. 또한, 이들 플런저 배럴(83,83) 내부의 상측 절반에는 밸브 하우징(85,85) 내에 수용된 토출밸브(85a) 및 이 토출밸브(85a)에 내측으로 끼워진 역지밸브(85b)가 구비되어 있다.

상기 플런저(84)는 원기둥 형상이며 플런저 배럴(83)의 내부에, 도면 중 상하방향으로 왕복이동가능하게 끼워져 삽입되어 있다. 또한, 플런저(84)의 상단면과 밸브 하우징(85) 사이에는 플런저 실(86)이 형성되어 있다. 이 플런저 실(86)은 상기 밸브 하우징(85) 내에 수용된 역지밸브(85b)의 상측공간[토출밸브(85a)와의 사이의 공간]에 연통하고 있다. 또한, 플런저 실(86)은 플런저(84)가 하사점에 위치하고 있을 때[도 2에 있어서의 우측의 플런저(84)의 상태일 때]는 저압이 되고, 플런저(84)가 상사점에 위치하고 있을 때[도 2에 있어서의 좌측의 플런저(84)의 상태일 때]는 고압이 된다.

상기 플런저(84)의 하측에는 리턴 스프링(84a)에 의해 하향으로 가압된 접동자(84b)가 배치되어 있다. 이 접동자(84b)는 캠 롤러(84c)를 갖고 있다. 이 캠 롤러(84c)는 상기 캠(82a)의 외면에 슬라이딩 접촉하고 있다. 따라서, 캠축(82)의 회전에 의해 캠(82a)이 회전하면 캠 롤러(84c) 및 접동자(84b)를 통해 플런저(84)가 상하방향으로 왕복 구동되는 구성으로 되어 있다. 이것에 의해, 상기 플런저 실(86)은, 상술한 바와 같이, 플런저(84)가 하사점에 위치하고 있을 때[도 2에 있어서의 우측의 플런저(84)의 상태일 때]는 저압이 되고, 플런저(84)가 상사점에 위치하고 있을 때[도 2에 있어서의 좌측의 플런저(84)의 상태일 때]는 고압이 된다. 또한, 플런저(84)의 왕복 스트로크는 캠(82a)의 고저차에 의해 결정된다.

또한, 상기 연료탱크(4)로부터 연장되는 연료관(7)은 상기 펌프 하우징(81), 플런저 배럴(83), 밸브 하우징(85)에 걸쳐 형성된 연료도입 경로(87)에 연통하고 있다. 또한, 이 연료도입 경로(87)의 내부압력이 밸브 하우징(85) 내의 역지밸브(85b)의 하단에 작용하고 있다. 또한, 이 역지밸브(85b) 및 토출밸브(85a)는 리턴 스프링(85c,85d)에 의해서 하향의 가압력이 작용하고 있다. 그 때문에, 플런저(84)의 하강에 따라 역지밸브(85b)의 상측의 압력[플런저 실(86)에 연통하는 공간의 압력]이 연료도입 경로(87)의 압력보다 소정 압력만큼 낮게 된 경우에는 역지밸브(85b)가 리턴 스프링(85c)의 가압력에 저항하여 개방되어, 연료도입 경로(87) 내의 연료가 플런저 실(86)에 도입된다.

한편, 플런저(84)의 상승에 따라 역지밸브(85b)의 상측의 압력이 연료도입 경로(87)의 압력보다 소정 압력만큼 높게 된 경우에는 역지밸브(85b)가 그 압력 및 리턴 스프링(85c)의 가압력에 의해 연료도입 경로(87)를 폐쇄하고, 동시에, 토출밸브(85a)가 리턴 스프링(85d)의 가압력에 저항하여 개방되어, 플런저 실(86) 내의 연료가 펌프 하우징(81) 상부의 토출유로(88)를 경유하여 연료관(9)을 향해 토출된다. 이와 같은 플런저(84,84)의 왕복이동에 따라 고압상태로 된 연료가 토출유로(88) 및 연료관(9)을 경유하여 커먼레일(3) 내에 간헐적으로 압송된다.

- 크랭크 각도 인식장치-

다음에, 상기 컨트롤러(12)에 대해서 크랭크 각도정보 및 기통번호정보를 송신하는 크랭크 각도 인식장치의 구성에 대해서 설명한다. 본 실시형태에서는 이 크랭크 각도 식별장치가 크랭크 각도 검출기능(본 발명에서 말하는 크랭크 각도 검출수단으로서의 기능)과 기통번호 판별기능[본 발명에서 말하는 기통번호 판정(판별)수단으로서의 기능]을 겸비하고 있다.

도 4는 크랭크 각도 식별장치(100)의 개략 구성을 나타내는 기능 블록도이고, 도 5는 도 4에 있어서의 제 1 및 제 2 검출수단을 도식적으로 나타내는 구성도이다.

도 4 및 도 5에 있어서, 도면부호 101은 엔진의 크랭크축, 도면부호 102는 흡배기밸브용 캠축이며, 이 캠축(102)은 도시하지 않는 기구에 의해 크랭크축(101)에 대해서 1/2의 감속비로 동기해서 회전하도록 되어 있다.

크랭크축(101)은 이 크랭크축(101)의 회전에 관련된 제 1 소정 각도마다의 검출신호 및 제 2 소정 각도마다의 검출신호를 얻는 제 1 신호검출수단(111)을 구비하고 있다. 이 제 1 신호검출수단(111)은 크랭크축(101)에 일체로 회전하게 연결되어 동기 회전하는 크랭크축 동기 회전체(112)와, 이 크랭크축 동기 회전체(112)의 외주를 따라 소정 각도마다 형성된 복수의 돌기(112a,…)와, 전자 픽업식의 제 1 검출기(113)를 구비하고 있다.

상기 크랭크축 동기 회전체(112)의 각 돌기(112a)는 서로 인접하는 돌기(112a,112a) 사이에 그 각 돌기(112a)의 둘레방향의 폭과 거의 일치할 정도의 미소한 간극을 두고 크랭크 각도 6°마다 반경방향 외측방향으로 볼록하게 형성되고, 크랭크 각도의 기준위치(A)(도 6 참조) 바로앞에서 2개의 돌기(112a,112a)가 연속해서 결락(缺落)되어 있다[이 결락된 돌기를 결락 돌기(112b)라 함]. 이 경우, 돌기(112a,…)는 크랭크축 동기 회전체(112)의 둘레방향에 있어서 크랭크 각도 6°마다 형성되어 있지만, 2개분의 결락 돌기(112b,112b)를 제외해서 58개가 볼록하게 형성되게 된다. 제 1 소정 각도마다의 검출신호는 크랭크축 동기 회전체(112)의 둘레방향에 있어서 돌기(112a)를 검출할 때마다 출력되는 크랭크 각도 6°마다의 간격이 짧은 검출신호로서, 크랭크축 동기 회전체(112)가 1회전하였을 때에 58회 검출된다. 한편, 제 2 소정 각도마다의 검출신호는 크랭크축 동기 회전체(112)의 둘레방향에 있어서 연속해서 결락되어 있는 2개분의 결락 돌기(112b)를 검출하는 간격이 긴 검출신호로서, 크랭크축 동기 회전체(112)가 1회전하였을 때에 1회만 검출된다.

또한, 캠축(102)은, 이 캠축(102)의 회전에 관련된 제 3 소정 각도마다의 검출신호 및 제 4 소정 각도마다의 검출신호를 얻는 제 2 신호검출수단(121)을 구비하고 있다. 이 제 2 신호검출수단(121)은 캠축(102)의 축단에 일체로 회전하게 연결되어 동기 회전하는 캠축 동기 회전체(122)와, 이 캠축 동기 회전체(122)의 외주를 따라 소정 각도마다 형성된 복수의 돌기(122a,…)와, 전자 픽업식의 제 2 검출기(123)를 구비하고 있다.

상기 캠축 동기 회전체(122)의 각 돌기(122a)는 캠축 동기 회전체(122)의 둘레방향에 있어서의 캠 각도 60°마다 거의 상당하는 위치에 있어서 각각 반경방향 외측방향으로 볼록하게 형성되어 있다. 또한, 캠 각도의 기준위치(B)의 바로앞, 구체적으로는 캠 각도 기준위치(B)의 돌기(122a)로부터 캠 각도 6°만큼 떨어진 바로앞 위치에는 단일의 돌기(122b)가 볼록하게 형성되어 있다. 이 경우, 돌기(122a,…)는 캠축 동기 회전체(112)의 둘레방향에 있어서, 엔진의 기통수에 상당하는 6개가 볼록하게 형성되어 이루어진다.

제 3 소정 각도마다의 검출신호는 캠축 동기 회전체(122)의 둘레방향에 있어서 돌기(122a)를 검출할 때마다 출력되는 기통마다 대응한 일정 간격의 기통검출신호로서, 캠축 동기 회전체(122)가 1회전하였을 때에 6회 검출된다. 한편, 제 4 소정 각도마다의 검출신호는 캠 각도의 기준위치(B)의 돌기(122a)와 그 바로앞에 볼록하게 형성된 단일의 돌기(122b)에 의해 연속해서 2회 검출되는 간격이 짧은 W 펄스의 특정 검출신호로서, 캠축 동기 회전체(122)가 1회전하였을 때에 1회(W펄스)만 검출된다. 이 경우, 도 6(a) 및 도 6(a)를 전개한 도 6(b) 및 도 7(a) 및 도 7(a)를 전개한 도 7(b)에 나타내는 바와 같이, 제 1 및 제 2 검출기(113,123)에 의해 검출된 검출신호(전자 픽업 출력신호)는 111 또는 121의 신호검출수단의 증폭수단에 의해 증폭된 후, 파형 신호 형성수단에 의해 직사각형파의 펄스신호로 변환된다. 도 6(c) 및 도 7(c)와 도 6(d) 및 도 7(d)는 각각 증폭수단의 출력과, 파형 신호 형성수단의 출력을 나타내고 있다. 이들 펄스신호는 돌기(112a,122a,122b)에 각각 대응하고 있다.

도 4에 있어서, 도면부호 131은 제 1 계측수단으로서의 제 1 타이머 수단으로서, 이 제 1 타이머 수단(131)에서는 상기 제 1 검출기(113)로부터의 출력을 받고, 크랭크축 동기 회전체(112)에 기초하여 얻어지는 제 1 및 제 2 검출신호의 발생시간 간격을 계측하는 것이 행해진다.

도면부호 132는 제 2 계측수단으로서의 제 2 타이머 수단으로서, 이 제 2 타이머 수단(132)에서는 상기 제 2 검출기(123)로부터의 출력을 받고, 캠축 동기 회전체(122)에 기초하여 얻어지는 제 3 및 제 4 검출신호의 발생시간 간격을 계측하는 것이 행해진다.

또한, 도면부호 133은 제 1 판정수단으로서, 이 제 1 판정수단(133)에서는 상기 제 1 타이머 수단(131)으로부터의 출력을 받고, 도 8에 나타내는 바와 같이, 제 1 타이머 수단(131)에 의해 계측된 이번회와 전회의 검출신호의 발생시간 간격, 즉, 서로 인접하는 돌기(112a,112a) 사이에서의 양 검출신호의 발생시간 간격(Tm)과 그 1개 전의 전회와 전전회의 검출신호의 발생시간 간격, 즉, 1개 전의 서로 인접하는 돌기(112a,112a) 사이에서의 양 검출신호의 발생시간 간격(Tm-1)을 비교하고, 이 제 1 타이머 수단(131)에 의해 계측된 검출신호가 제 1 소정 각도마다의 검출신호(크랭크 각도 6°마다의 검출신호) 또는 제 2 소정 각도마다의 검출신호[1회전마다 1회의 결락 돌기(112b)를 검출하는 특정 검출신호] 중 어느 하나인지를 판정하는 것이 행해진다. 이 경우, 제 1 판정수단(133)에 의해서, 제 1 타이머 수단(131)에 의해 계측된 검출신호의 발생시간 간격(Tm)과 그 1개 전의 검출신호의 발생시간 간격(Tm-1)을 비교하고, 2≤Tm/Tm-1≤4의 관계를 충족하고 있을 때에 이번회의 검출신호가 제 2 소정 각도마다의 검출신호[결락 돌기(112b)에 의한 특정 검출신호]인 것의 판정이 이루어진다. 또한, Tm/Tm-1의 범위를 규정하는 「2」 및 「4」는 엔진의 부하, 시동 직후 또는 가감속 등의 엔진의 운전조건 등에 의해서 변경가능한 정수이다.

한편, 도면부호 134는 제 2 판정수단으로서, 이 제 2 판정수단(134)에서는 상기 제 2 타이머 수단(132)으로부터의 출력을 받고, 도 9에 나타내는 바와 같이, 제 2 타이머 수단(132)에 의해 계측된 이번회와 전회의 검출신호의 발생시간 간격, 즉, 서로 인접하는 돌기(122a,122a) 사이에서의 양 검출신호의 발생시간 간격(Tn)과 그 1개 전의 전회와 전전회의 검출신호의 발생시간 간격, 즉, 1개 전의 서로 인접하는 돌기(122a,122a) 사이에서의 양 검출신호의 발생시간 간격(Tn-1)을 비교하고, 상기 제 2 타이머 수단(132)에 의해 계측된 검출신호가 제 3 소정 각도마다의 검출신호(기통마다 대응하는 기통검출신호) 또는 제 4 소정 각도마다의 검출신호(1회전마다 1회의 W펄스의 특정 검출신호) 중 어느 하나인지를 판정하는 것이 행해진다. 이 경우, 제 2 판정수단(134)에 의해서, 제 2 타이머 수단(132)에 의해 계측된 검출신호의 발생시간 간격(Tn)과 그 1개 전의 검출신호의 발생시간 간격(Tn-1)을 비교하여, 0.1≤Tn/Tn-1≤0.5의 관계를 만족하고 있을 때에, 이번회의 검출신호가 제 4 소정 각도마다의 검출신호(W펄스의 특정 검출신호)인 것의 판정이 이루어진다. 또한, Tn/Tn-1의 범위를 규정하는 「0.1」 및 「0.5」는 엔진의 부하, 시동 직후 또는 가감속 등의 엔진의 운전조건 등에 의해 변경가능한 정수이다.

또한, 도면부호 135는 계수기준 판정수단으로서, 이 계수기준 판정수단(135)에서는 상기 제 1 판정수단(133) 및 제 2 판정수단(134)으로부터의 출력을 받고, 도 10에 나타내는 바와 같이, 제 1 판정수단(133)에 의한 제 2 소정 각도마다의 검출신호(1회전마다 1회의 특정 검출신호)인 것의 판정과, 제 2 판정수단(134)에 의한 제 4 소정 각도마다의 검출신호(W펄스의 특정 검출신호)인 것의 판정이 크랭크축 동기 회전체(112)의 소정 각도내(예컨대 30°내)에 있어서 행해졌을 때에, 제 1 타이머 수단(131)에 의해 최초에 계측되는 제 1 검출신호의 발생 시점이 크랭크 각도의 계수기준(A)[크랭크 각도의 기준위치(A)]인 것으로 판정하는 것이 행해진다. 이 경우, 도 6(a)에 나타내는 바와 같이, 크랭크 각도의 계수기준(A)[크랭크 각도의 기준위치(A)]은 크랭크축 동기 회전체(112)의 회전방향에 있어서의 펄스신호[돌기(112a)]의 상승 에지위치에 규정되어 있다. 한편, 도 7(a)에 나타내는 바와 같이, 캠 각도의 기준위치(B)는 캠축 동기 회전체(122)의 회전방향에 있어서의 펄스신호[돌기(122a)]의 상승 에지위치에 규정되어 있다.

도 4에 있어서, 도면부호 141은 카운트 수단으로서, 이 카운트 수단(141)에서는 제 1 판정수단(133)으로부터의 출력을 받고, 크랭크축 동기 회전체(112)에 기초하는 제 1 검출신호가 발생할 때마다 그 신호 발생수를 카운트하는 것이 행해진다. 상기 카운트 수단(141)은 크랭크축 동기 회전체(112)에 기초하는 제 1 검출신호의 발생 회수가 소정값에 도달하였을 때에 리셋되도록 되어 있다. 또한, 상기 카운트 수단(141)을 리셋하는 소정값은, 크랭크축 동기 회전체(112)에 기초하는 제 1 검출신호의 신호 발생수가 1기통의 회전 상당값(=360°×2회전/6°/6기통), 즉 「20」이 된 시점으로 되어 있다.

또, 상술한 2개분의 결락 돌기(112b,112b)와 합치되는 기통의 회전에 상당할 경우는 2펄스분 감산된 「18」이 된 시점에서 카운트 수단(141)은 리셋된다. 또한, 이 카운트 수단(141)에서는, 리셋될 때마다 기통번호가 순차 갱신(1→2→3→4→5→6→1→…)되어 간다. 즉, 크랭크축 동기 회전체(112)에 기초하는 검출신호의 신호 발생수가 「20」 또는 「18」에 도달한 시점에서 인식하는 기통번호가 순차 갱신되어 간다.

이상의 구성에 의해, 크랭크 각도정보 및 기통번호정보를 얻을 수 있고, 이들 정보가 컨트롤러(12)에 송신되도록 되어 있다.

- 연료압력 검출장치의 구성 설명 -

다음에, 본 커먼레일식 연료분사장치에 구비된 연료압력 검출장치가 특징으로 되는 구성에 대해서 설명한다. 이 연료압력 검출장치는 상술한 기통번호 판별기능 및 크랭크 각도 검출기능을 갖는 크랭크 각도 식별장치(100), 압력검출수단으로서의 압력센서(13), 컨트롤러(12)에 구비된 기억수단(14)을 구비한 구성으로 되어 있다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 기억수단(14)은 컨트롤러(12)에 구비되어 있고, 상기 기통번호 판별기능 및 크랭크 각도 검출기능을 갖는 상기 크랭크 각도 식별장치(100)로부터의 출력신호, 압력센서(13)로부터의 출력신호를 받고, 기통번호와 크랭크 각도와 커먼레일 내 연료압력을 서로 관련시켜 기억하는 것이다. 구체적으로는 크랭크 각도 6°마다 압력센서(13)가 커먼레일 내 연료압력을 검출하고, 그 압력검출결과를 기억수단(14)에 송신한다.

또한, 상기 기억수단(14)은 압력센서(13)로부터의 압력검출데이터(커먼레일 내 연료압력데이터)에 대해서, 기통번호 및 크랭크 각도를 서로 관련시켜 도 11에 나타내는 테이블을 작성하고, 이 테이블을 기억한다.

상기 테이블은 k행 n열로 이루어지고, 열방향이 크랭크 각(POS)(1~20=n): 1기통당 20펄스분 또는 18펄스분), 행방향이 기통번호(CYL)(1~6=k)로 되어 있다. 이것에 의해, 각 기통 각각의 상태(피스톤의 상사점이나 하사점 등의 행정위치)와, 크랭크축의 크랭크 각도에 따라 커먼레일 내 연료압력의 데이터가 일원 관리되도록 되어 있다. 또한, 상기 테이블은, 압력검출데이터가 검출될 때마다, 그것에 대응하는 블록[테이블 중의 데이터 기록영역으로서, 인식하고 있는 기통번호와 압력검출된 타이밍에서의 크랭크 각도(펄스수)에 대응한 영역]에, 그 압력검출데이터가 순차 기록되어 갱신되어 간다. 또는, 크랭크축이 2회전할 때마다 새로운 테이블을 순차 작성하도록 하여도 좋다. 즉, 테이블이 차례차례 작성되도록 한 것이다.

- 커먼레일 내 연료압력 검출동작-

이상과 같이 구성된 커먼레일식 연료분사장치의 연료압력 검출장치에 의한 커먼레일 내 연료압력 검출동작에 대해서 이하에 설명한다.

도 12는 엔진의 운전동작에 따라 검출되는 각종 파형을 나타내는 타임 차트이다. 도 12 중 (A)는 상기 크랭크 각도 센서[크랭크 각도 식별장치(100)에 의해 구성됨]에 의해 송신되는 크랭크 각도신호의 파형이며, (B)는 상기 캠 각도 센서[마찬가지로, 크랭크 각도 식별장치(100)에 의해 구성됨]에 의해 송신되는 캠 각도 신호의 파형이다(각 파형은 도 10의 것과 거의 같다). 또한, (C)는 고압 펌프(8)의 위상 변화 상태를 나타내고 있고, 사선으로 된 부분이 압송행정이다. 즉, 이 (C)의 파형의 1사이클(1개의 산)이 고압 펌프(8)의 플런저(84)의 1회의 왕복이동에 의한 고압 연료의 토출동작을 나타내고 있다. 또한, (D)는 소정의 크랭크 각도마다(6°마다) 검출된 커먼레일 내 연료압력을 플롯(plot)함으로써 얻어진 커먼레일 내 연료압력의 변화 상태를 나타내는 파형이다. 즉, 상기 파형(A)의 펄스가 하강하는 타이밍에서 압력센서(13)가 커먼레일 내 연료압력을 검출하고[결락 돌기(112b)의 통과 타이밍에 있어서도 마찬가지로 검출하고], 그 압력검출결과에 기초하여 (D)의 파형이 작성된다. 또한, (E)는 인젝터(1)의 분사 타이밍을 나타내는 연료분사율을 나타내는 파형이다.

이 도 12에 나타내는 바와 같이, 커먼레일 내 연료압력은 2단계의 압송단계를 경유하여 소정의 연료분사압력에 도달하고, 그 후, 1개의 인젝터(1)의 연료분사에 의해 압력이 급하강한다라는 변동을 반복하고 있다(상기 2단계의 압송단계가 행해지는 구성에 대해서는 이미 서술하였다).

여기서는 인젝터(1)의 연료분사 후의 1단계째의 압송단계(도 12에 있어서 I로 나타내는 단계)를 제 1 압송단계라 하고, 2 단계째의 압송단계(도 12에 있어서 III로 나타내는 단계)를 제 2 압송단계라 한다. 또한, 제 1 압송단계와 제 2 압송단계 사이의 비압송단계를 중간압단계(도 12에 있어서 II로 나타내는 단계)라 하고, 제 2 압송단계의 종료시점부터 연료분사개시까지의 사이의 비압송단계(도 12에 있어서 IV로 나타내는 단계)를 분사압단계라 한다. 즉, 제 1 압송단계(I) 및 제 2 압송단계(III)에서는 커먼레일 내 연료압력이 점점 상승하고 있고, 연료분사 타이밍에서는 인젝터(1)의 연료분사에 따라 커먼레일 내 연료압력이 급하강하고 있다. 또한, 중간압단계(II) 및 분사압단계(IV)에서는 커먼레일 내 연료압력이 비교적 안정되어 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 상술한 바와 같이, 압력센서(13)가 크랭크 각도 6°마다, 즉, 도 12에 있어서 크랭크 각도신호(A)의 펄스가 하강하는 타이밍에 동기하여 압력센서(13)가 커먼레일 내 연료압력을 검출하고, 그 압력검출결과를 기억수단(14)에 송신하고 있고, 그 기억수단(14)이, 기통번호와 크랭크 각도와 커먼레일 내 연료압력을 서로 관련시켜 도 11에 나타내는 테이블을 작성하고, 그것을 기억하고 있다.

상기 동작을 나타내는 것이 도 13의 플로우 차트이다. 즉, 엔진의 운전동작이 개시되면, 크랭크 각도가 초기각도로부터 6°회전할 때마다 압력센서(13)가 커먼레일 내 연료압력을 검출하고(스텝ST1), 그 압력검출결과(샘플링 결과)를 기억수단(14)의 버퍼에 기통번호와 크랭크 각도에 관련시켜 기억한다(스텝ST2). 이 동작을 크랭크 각도가 6°회전할 때마다 반복하고, 이들 기억 데이터에 기초하여 상기 테이블을 작성한다.

또한, 도 14는 상기 테이블을 이용하여 커먼레일 내 연료압력의 제어조건 등을 결정하기 위한 연산처리동작을 나타내는 플로우 차트이다. 이 처리 동작에서는 스텝ST11에 있어서, 커먼레일 내 연료압력의 검출동작 중, 현재의 크랭크 각도(POS)가 커먼레일 내 연료압력을 참조하는 타이밍인지의 여부를 판정하고, 그 판정이 YES이면 스텝ST12로 이동한다. 상기 압력참조 타이밍으로서는, 예컨대, 연산처리에 의해 얻어진 제어조건을 실행하는 타이밍으로부터 거슬러 올라가, 압력 데이터를 추출하기 위한 시간 및 연산처리에 요하는 시간을 고려한 타이밍으로 설정된다.

또한, 스텝ST21에 있어서, 상기 테이블을 참조하여 기통번호(CYL) 및 소정의 크랭크 각도(POS)에 대응하는 커먼레일 내 연료압력데이터를 추출하여 연산용 버퍼에 보낸다. 이 연산용 버퍼에서는 상기 압력 데이터를 이용하고, 예컨대, 최적 커먼레일 내 연료압력이 얻어지는 조건을 구하기 위한 연산이 실행된다.

구체적인 일례를 서술하면, 제1번째의 기통을 인식하고 있는 경우에, 제10펄스째의 타이밍(POS=10의 타이밍)에서 검출된 압력 데이터를 사용하여(연산처리하여), 제15펄스째의 타이밍(POS=15의 타이밍)에서 제어조건을 실행하고자 할 경우, 제3펄스째의 타이밍(POS=3의 타이밍)에서 스텝ST11이 YES로 판정되고, 그 후, 전회, 제1번째의 기통을 인식하고 있던 때에 취득된 제10펄스째의 타이밍(POS=10의 타이밍)에서의 압력 데이터를 추출하여 연산용 버퍼에 보내어, 연산처리가 실행된다. 또, 이 연산처리동작은 일례이고, 각 타이밍은 이것에 한정되는 것은 아니다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 관한 연료압력 검출장치에 의하면, 크랭크 각도의 소정 각도마다 커먼레일 내 연료압력을 검출하여 그 데이터를 테이블화함으로써 엔진 회전수나 엔진 부하 등에 따른 최적의 연료분사상태(연료분사시기 및 분사량)를 얻기 위한 기초 데이터가 되는 커먼레일 내 연료압력의 검출데이터를 높은 정밀도로 취득하고, 그것을 기억할 수 있다. 또한, 상기 테이블화에 의해 기통번호나 크랭크 각도에 따른 커먼레일 내 연료압력의 변동 패턴을 용이하게 인식할 수 있게 된다. 그 결과, 커먼레일 내 연료압력의 제어나 그것에 따른 연료분사시기 및 분사량의 제어 등을 적절히 행하기 위한 제어 프로그램의 구축을 꼭 맞게 행할 수 있고, 고효율의 엔진운전제어를 실현할 수 있게 된다.

또한, 본 실시형태에서는 커먼레일 내 연료압력을 검출하는 타이밍을 크랭크 각도의 소정 각도마다 규정하고 있기 때문에, 데이터의 재현성이 양호하며, 커먼레일 내 연료압력의 제어나 엔진의 제어를 행할 때에 사용되는 데이터로서 바람직한 것을 취득할 수 있다.

(제 1 변형예)

이어서, 상기 연료압력 검출장치의 변형예에 대해서 설명한다.

우선, 제 1 변형예로서는, 상기 기억수단(14)에 기억된 데이터 중, 최종압송단계[상기 제 2 압송단계(III)]보다 이전의 단계, 즉, 상기 제 1 압송단계(I)에서의 연료압송 후, 다음 단계의 연료압송[즉, 상기 제 2 압송단계(III)] 전까지의 사이의 커먼레일 내 연료압력에 관한 데이터를 판별하는 데이터 판별수단(15)을 구비시키는 것이다. 바꿔 말하면, 본 실시형태의 경우에는 상기 제 1 압송단계(I)와 제 2 압송단계(III) 사이의 비압송단계인 중간압단계(II)에 있어서 검출된 데이터를 데이터 판별수단(15)이 판별하고, 필요에 따라 그 데이터를 추출할 수 있도록 되어 있다. 구체적으로는, 커먼레일 내 연료압력의 변화 상태를 인식하여 중간압단계(II)에 있어서 검출된 데이터인 것을 판별하도록 하여도 좋고, 상기 크랭크 각도신호(A), 캠 각도 신호(B), 고압 펌프(8)의 위상(C) 등의 파형과 서로 비교함으로써, 중간압단계(II)에 있어서 검출된 데이터인 것을 판별하도록 하여도 좋다.

본 제 1 변형예의 구성에 의하면, 데이터 판별수단(15)에 의해 판별되어 추출되는 데이터로서는, 커먼레일 내 연료압력이 연료분사압력에 도달하지 않은 상태이며 또한 커먼레일(2) 내에 연료가 압송되어 있지 않은 상황[상기 중간압단계(II)]에서 검출된 것이다. 즉, 커먼레일 내 연료압력이 연료분사압력에 도달하지 않은 타이밍에서 검출된 데이터이기 때문에, 연료분사의 실행에 의해 커먼레일 내 연료압력이 급변할 가능성이 있는 타이밍으로부터 떨어진 타이밍에서 검출된 압력 데이터이며, 또한, 연료의 비압송상태이기 때문에 커먼레일 내 연료압력의 변화가 비교적 작은 타이밍에서 검출된 압력 데이터로서 추출되게 된다. 그 때문에 높은 정밀도로 검출된 커먼레일 내 연료압력의 데이터를 추출할 수 있다.

상기 분사압단계(IV)에 있어서도 커먼레일 내 연료압력의 변화는 비교적 작지만, 그 타이밍에서 검출된 압력 데이터는 연료분사 타이밍의 설정값에 따라서는 연료분사 중 또는 분사 후의 데이터일 가능성이 있고, 소망의 데이터라고는 말할 수 없다. 그 때문에, 본 변형예에서는, 연료분사의 실행에 의해 커먼레일 내 연료압력이 급변할 가능성이 있는 타이밍으로부터 떨어진 타이밍에서 검출된 압력 데이터를 추출함으로써, 신뢰성이 높은 압력 데이터를 취득할 수 있도록 되어 있다.

특히, 본 예에서는, 제 1 압송단계(I)와 제 2 압송단계(III)의 2단계에서 커먼레일(2)에 연료를 압송하는 것이며, 이 제 1 압송단계(I)와 제 2 압송단계(III) 사이의 비압송단계인 중간압단계(II)에 있어서 검출된 데이터를 데이터 판별수단(15)이 판별하여 추출할 수 있도록 하고 있다. 즉, 최종압송단계 직전의 비교적 커먼레일 내 연료압력이 높은(연료분사압력에 가까운) 상태에서 검출된 압력 데이터를 추출할 수 있게 된다. 그 때문에, 변화가 비교적 작은 타이밍에서 검출된 커먼레일 내 연료압력데이터에 의해 연료분사압력을 추정하는 경우에, 가장 신뢰성이 높은 타이밍(가장 연료분사압력에 가까운 압력상태로 되어 있는 타이밍)에서 검출된 커먼레일 내 연료압력데이터를 취득할 수 있게 된다.

(제 2 변형예)

상술한 실시형태 및 제 1 변형예에서는, 크랭크 각도의 소정 각도마다 커먼레일 내 연료압력을 검출하도록 한 것이었다. 본 변형예는 그 대신에, 소정 시간경과마다 커먼레일 내 연료압력을 검출하는 것이다.

구체적으로는, 엔진의 운전 중의 5msec마다 압력센서(13)에 의해 커먼레일 내 연료압력을 검출하여 그 검출데이터를 기억수단에 송신하고, 도 15에 나타내는 테이블을 작성한다. 이 압력검출 타이밍의 시간간격은 5msec에 한정되는 것은 아니고, 임의로 설정가능하지만, 커먼레일 내 연료압력의 변동 패턴을 양호하게 인식하기 위해서는 수십μsec~수msec정도인 것이 바람직하다.

또한, 도 15에 나타내는 테이블은 n회의 샘플링, 즉, 5×n(msec) 사이에 검출한 커먼레일 내 연료압력데이터를 테이블화한 것이다.

본 변형예에 의해서도, 엔진 회전수나 엔진 부하 등에 따른 최적의 연료분사상태(연료분사시기 및 분사량)를 얻기 위한 기초 데이터가 되는 커먼레일 내 연료압력의 검출데이터를 높은 정밀도로 취득하고, 그것을 기억할 수 있다.

또한, 상기 변형예에 있어서, 소정 시간경과마다 커먼레일 내 연료압력을 검출할 때의 검출 개시 타이밍을 크랭크 각도에 기초하여 개시하도록 한 경우에는, 커먼레일(2) 내의 연료압력의 시간변화에 기초하는 데이터를 필요한 기간만큼 얻을 수 있게 된다. 그 때문에 제어장치의 검출 부하를 경감할 수 있고, 취득 데이터와 소망 데이터의 적합성의 향상을 도모할 수 있다.

또한, 본 변형예에서는, 커먼레일 내 연료압력을 검출하는 타이밍을 소정 시간경과마다 규정하고 있기 때문에, 엔진의 운전동작 중의 물리현상을 해석하기 위한 데이터로서 바람직한 것을 취득할 수 있다. 예컨대, 커먼레일 내에 생기는 맥동의 발생상황 등을 해석하는데에 알맞은 데이터로서 커먼레일 내 연료압력을 얻을 수 있다.

(제 3 변형예)

상술한 실시형태 및 변형예는, 검출한 커먼레일 내 연료압력데이터를 테이블화하고 있었다. 본 변형예에서는, 크랭크 각도의 소정 각도마다(예컨대, 6°마다) 커먼레일 내 연료압력을 검출하는 것에 대해서, 커먼레일 내 연료압력데이터를 테이블화하는 일이 없고, 검출한 커먼레일 내 연료압력데이터를 그대로 커먼레일 내 연료압력제어용의 데이터로서 사용하는 것이다.

또한, 본 변형예에서는, 최종압송단계[상기 제 2 압송단계(III)]보다 이전의 단계, 즉, 상기 제 1 압송단계(I)에서의 연료압송 후, 다음 단계의 연료압송[즉, 상기 제 2 압송단계(III)] 전까지의 사이의 커먼레일 내 연료압력을 검출하고, 그 압력검출데이터를 커먼레일 내 연료압력제어용의 데이터로서 사용하고 있다.

도 16은, 본 변형예에 있어서의 압력검출동작을 나타내는 플로우 차트이다. 이 동작에서는, 스텝ST21에 있어서, 크랭크 각도가 소정의 크랭크 각도에 도달했는지의 여부를 판정하고, 그 크랭크 각도에 도달한 시점에서, 스텝ST22에 있어서 압력센서(13)에 의해 커먼레일 내 연료압력을 검출한다(압력 샘플링 처리의 실행). 그 후, 스텝ST23에 있어서, 그 검출한 커먼레일 내 연료압력데이터를 커먼레일 내 연료압력제어용의 데이터로서 사용하여 커먼레일 내 연료압력제어를 실행한다[예컨대, 고압 펌프(8)의 운전제어 등].

본 제 3 변형예의 구성에 의하면 커먼레일 내 연료압력이 연료분사압력에 도달하지 않은 상태이며 또한 커먼레일(2) 내에 연료가 압송되어 있지 않은 상황[상기 중간압단계(II)]에서 커먼레일 내 연료압력을 검출하게 된다. 즉, 압력변화가 비교적 안정된 타이밍에서 커먼레일 내 연료압력을 검출하게 되기 때문에, 커먼레일 내 연료압력의 검출 정밀도의 향상을 도모할 수 있다.

- 기타의 실시형태-

상술한 실시형태 및 변형예에 있어서는, 6기통 디젤엔진의 연료공급시스템에 구비된 커먼레일식 연료분사장치에 본 발명을 적용한 경우에 대해서 설명하였다. 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 4기통 디젤엔진 등, 각종 형식의 엔진에 대해서 적용가능하다.

또한, 상기 펄스신호의 검출은 펄스의 상승 위치라도 좋고, 상승 위치라도 좋다. 또한, 펄스신호 중의 어떠한 위치에서 펄스신호의 검출을 행하도록 하여도 좋다.

또한, 본 출원은 일본에서 출원된 특허 출원 2002-285873호에 기초하는 출원이며, 그 내용은 이것에 언급함으로써 본 출원에 포함된다. 또한, 본 명세서에 인용된 문헌은 이것에 언급함으로써 그 전부가 구체적으로 포함되는 것이다.

이상과 같이, 본 발명에 관한 커먼레일식 연료분사장치의 연료압력 검출장치 및 그 연료압력 검출장치를 구비한 커먼레일식 연료분사장치는 엔진운전 중에 있어서의 커먼레일 내의 연료압력데이터를 수집함에 있어서, 크랭크 각도의 소정 각도마다 커먼레일 내 연료압력을 검출하거나, 또는 소정 시간경과마다 커먼레일 내 연료압력을 검출하도록 하여, 연료압력데이터의 샘플링 타이밍을 규정함으로써 검출데이터의 정밀도의 향상이나, 그 검출데이터의 이용가치의 향상을 도모하는데에 유용하다. 그 때문에, 본 발명에 의하면, 기통번호나 크랭크 각도에 따른 커먼레일 내 연료압력의 변동 패턴을 용이하게 인식할 수 있음과 아울러, 커먼레일 내 연료압력의 검출데이터 정밀도의 향상을 도모할 수 있다. 그 결과, 커먼레일 내 연료압력의 제어나 그것에 따른 연료분사시기 및 분사량의 제어 등을 적절히 행하기 위한 제어 프로그램의 구축을 꼭 맞게 행할 수 있고, 고효율의 엔진운전제어를 실현할 수 있다.

Claims

연료를 압송하는 연료펌프와, 연료펌프로부터 압송된 연료를 저류하는 커먼레일과, 커먼레일로부터 공급된 연료를 분사하는 연료분사밸브를 구비한 커먼레일식 연료분사장치에 있어서 커먼레일 내 연료압력을 검출하기 위한 연료압력 검출장치로서,

엔진의 기통번호를 판정하는 기통번호 판정수단;

크랭크 각도를 검출하는 크랭크 각도 검출수단;

상기 크랭크 각도 검출수단의 출력신호를 받고, 크랭크 각도의 소정 각도마다 커먼레일 내 연료압력을 검출하는 압력검출수단; 및

상기 기통번호 판정수단, 크랭크 각도 검출수단, 압력검출수단의 출력을 받고, 기통번호와 크랭크 각도와 커먼레일 내 연료압력을 서로 관련시켜 기억하는 기억수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 커먼레일식 연료분사장치의 연료압력 검출장치.
연료를 복수 단계로 나누어 압송하여 최종압송단계의 종료시에 커먼레일 내 연료압력을 소정의 연료분사압력까지 상승시키는 연료펌프와, 연료펌프로부터 압송된 연료를 저류하는 커먼레일과, 커먼레일로부터 공급된 연료를 분사하는 연료분사밸브를 구비한 커먼레일식 연료분사장치에 있어서 커먼레일 내 연료압력을 검출하기 위한 연료압력 검출장치로서,

엔진의 기통번호를 판정하는 기통번호 판정수단;

크랭크 각도를 검출하는 크랭크 각도 검출수단;

상기 크랭크 각도 검출수단의 출력신호를 받고, 크랭크 각도의 소정 각도마다 커먼레일 내 연료압력을 검출하는 압력검출수단;

상기 기통번호 판정수단, 크랭크 각도 검출수단, 압력검출수단의 출력을 받고, 기통번호와 크랭크 각도와 커먼레일 내 연료압력을 서로 관련시켜 기억하는 기억수단; 및

상기 기억수단에 기억된 데이터의 중, 상기 최종압송단계보다 이전의 단계에서의 연료압송 후, 다음 단계의 연료압송 전까지의 사이의 커먼레일 내 연료압력에 관한 데이터를 판별하는 데이터 판별수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 커먼레일식 연료분사장치의 연료압력 검출장치.
제2항에 있어서, 데이터 판별수단은, 최종압송단계보다 1단계 전에 있어서의 연료압송 후, 최종압송단계의 개시 전까지의 사이의 커먼레일 내 연료압력에 관한 데이터를 판별하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 커먼레일식 연료분사장치의 연료압력 검출장치.
연료를 압송하는 연료펌프와, 연료펌프로부터 압송된 연료를 저류하는 커먼레일과, 커먼레일로부터 공급된 연료를 분사하는 연료분사밸브를 구비한 커먼레일식 연료분사장치에 있어서 커먼레일 내 연료압력을 검출하기 위한 연료압력 검출장치로서,

소정 시간경과마다 커먼레일 내 연료압력을 검출하는 압력검출수단; 및

상기 압력검출수단의 출력을 받고, 소정 시간경과마다의 커먼레일 내 연료압력을 기억하는 기억수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 커먼레일식 연료분사장치의 연료압력 검출장치.
제4항에 있어서, 크랭크 각도를 검출하는 크랭크 각도 검출수단을 구비하고,

압력검출수단은, 크랭크 각도 검출수단의 출력을 받고, 소정 시간경과마다 커먼레일 내 연료압력을 검출할 때의 검출 개시 타이밍을 크랭크 각도에 기초하여 개시하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 커먼레일식 연료분사장치의 연료압력 검출장치.
연료를 복수 단계로 나누어 압송하여 최종압송단계의 종료시에 커먼레일 내 연료압력을 소정의 연료분사압력까지 상승시키는 연료펌프와, 연료펌프로부터 압송된 연료를 저류하는 커먼레일과, 커먼레일로부터 공급된 연료를 분사하는 연료분사밸브를 구비한 커먼레일식 연료분사장치에 있어서 상기 커먼레일 내 연료압력을 검출하기 위한 연료압력 검출장치로서,

크랭크 각도를 검출하는 크랭크 각도 검출수단;

상기 크랭크 각도 검출수단의 출력신호를 받고, 상기 최종압송단계보다 이전의 단계에서의 연료압송 후, 다음 단계의 연료압송 전까지의 사이의 커먼레일 내 연료압력을 크랭크 각도의 소정 각도마다 검출하는 압력검출수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 커먼레일식 연료분사장치의 연료압력 검출장치.
제6항에 있어서, 압력검출수단은, 최종압송단계보다 1단계 전에 있어서의 연료압송 후, 최종압송단계의 개시 전까지의 사이의 커먼레일 내 연료압력을 크랭크 각도의 소정 각도마다 검출하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 커먼레일식 연료분사장치의 연료압력 검출장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 연료압력 검출장치를 구비하고, 커먼레일로부터 공급된 연료를 연료분사밸브에 의해 연소실을 향해 분사하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 커먼레일식 연료분사장치.