KR20100014658A - Method for the diagnosis of a shut-off valve - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 독립 청구항의 유형에 따른 연료 라인 내의 셧 오프 밸브의 진단 방법 및 연료 공급 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method of diagnosis and a fuel supply system of a shut off valve in a fuel line according to the type of independent claim.
압축 가스에 의한 시스템, 소위 CNG(압축 천연 가스) 시스템은 전형적으로 저압 시스템 내의 초과압 밸브, 압력 조절 모듈, 압력 조절기 셧 오프 밸브, 저장기 셧 오프 밸브의 직렬 연결을 포함한다. 이 경우 통상 압력 조절 모듈 스스로는 너무 높은 압력에서 저압 영역을 고압 영역으로부터 차단하는 밸브 기능도 가지는데, 이는 너무 높은 압력에서 분사 밸브 또는 주입 밸브가 더 이상 신뢰 가능하게 개방되지 않는 상태를 방지하기 위한 것이다.Systems by compressed gas, so-called CNG (compressed natural gas) systems, typically include a series connection of an overpressure valve, a pressure regulation module, a pressure regulator shut off valve, a reservoir shut off valve in a low pressure system. In this case, the pressure regulating module itself usually also has a valve function that isolates the low pressure region from the high pressure region at too high a pressure, to prevent the injection valve or the injection valve from opening too reliably at too high pressure. will be.
법적 요건에 의해 특히 저장기 셧 오프 밸브가 규정된다. 그러나 셧 오프 기능의 에러, 즉 내부 누설은 차량의 정규 작동에 영향을 미치지 않는다. 셧 오프 장치들이 고장 시 불충분하게 폐쇄된다면, 저장기 내용물 전부가 주변으로 누출될 수 있는 위험이 있다. 따라서 셧 오프 장치 및 밸브의 셧 오프 작용을 사전에 바람직하게 정기적으로 검사하고 셧 오프 작용이 부족한 경우 경고 또는 에러 반응이 도입되는 것이 특히 중요하다.The legal requirements define in particular the reservoir shut-off valve. However, the error of the shut off function, i.e. internal leakage, does not affect the normal operation of the vehicle. If the shut off devices are inadequately closed in the event of a failure, there is a risk that the entire contents of the reservoir may leak to the surroundings. It is therefore particularly important that the shut off action of the shut off device and valves is preferably checked regularly, preferably in advance, and a warning or error response is introduced in the event of a lack of shut off action.
아직 공개되지 않은 DE 10 2005 048 456호에는 셧 오프 밸브의 하류에 낮은 연료압이 설정되며, 셧 오프 밸브 및 인젝션 밸브가 폐쇄될 때 연료압이 셧 오프 밸브의 하류에서 증가하는지가 검사되는 방법이 이미 기재되어 있다. 연료압이 증가하면 셧 오프 밸브의 불충분한 셧 오프 작용이 인지된다.DE 10 2005 048 456, which has not yet been published, describes how low fuel pressure is set downstream of the shutoff valve and how the fuel pressure increases downstream of the shutoff valve when the shutoff valve and the injection valve are closed. It is already described. Increasing fuel pressure is indicative of insufficient shut off action of the shut off valve.
US 6,427,670 B2호에는 예를 들어 연료가 압력 하에 저장기 내에 저장되고 연료 라인에 의해 분사 밸브에 공급되는 CNG 시스템이 공지되어 있다. 엔진의 정지 및 저장기 밸브의 폐쇄 이후, 연료 라인 내의 연료압을 검사하는 것이 제공되며, 연료압이 기대한 것보다 더 빠르게 강하하는 경우에는 외부 누설, 즉 외부 환경에 대한 연료 시스템의 밀봉 누설이 인지된다.In US 6,427,670 B2 a CNG system is known, for example, in which fuel is stored in a reservoir under pressure and supplied to the injection valve by a fuel line. After stopping the engine and closing the reservoir valve, it is provided to check the fuel pressure in the fuel line, and if the fuel pressure drops faster than expected, an external leak, i.e. a sealing leak of the fuel system to the external environment, It is recognized.
이에 비해 방법을 청구한 독립항의 특징부들을 포함한 본 발명에 따른 방법은, 하나 이상의 저장기와 하나 이상의 인젝션 밸브 사이의 연료 라인 내에 배치된 셧 오프 밸브의 셧 오프 작용, 즉 내부 누설이 전형적으로 이미 존재하는 센서들 또는 측정 수단에 의해 적은 단계들에서 검사될 수 있는 장점이 있다. 이를 위해 셧 오프 밸브는 폐쇄되고, 연료압은 폐쇄된 셧 오프 밸브 하류에서 모니터링되며, 연료는 엔진 작동을 위한 인젝션 밸브를 통해 연소실 내로 계속 유입된다. 유입된 연료 질량으로부터 셧 오프 밸브 하류에서는 기대되는 연료압이 검출되며, 이러한 연료압이 셧 오프 밸브 하류에서 기대된 연료압에서 벗어나거나 기대되던 바와 같이 감소하지 않는 경우 밸브의 셧 오프 작용은 불충분한 것으로 인지된다.In contrast, the method according to the invention comprising the features of the independent claims claiming that the shut off action, ie the internal leakage of the shut off valve, which is arranged in the fuel line between the at least one reservoir and the at least one injection valve, is typically already present. There is an advantage that it can be inspected in less steps by means of sensors or measuring means. For this purpose the shut off valve is closed, the fuel pressure is monitored downstream of the closed shut off valve and the fuel continues to flow into the combustion chamber through an injection valve for engine operation. The expected fuel pressure is detected downstream of the shut off valve from the injected fuel mass, and the shut off action of the valve is insufficient if this fuel pressure does not deviate or decrease as expected from the expected fuel pressure downstream of the shut off valve. It is recognized.
또한, 장치를 청구한 독립항의 특징부들을 포함한 연료 공급 시스템도 동일한 방식으로 바람직하다. 이 경우 조절 수단과 모니터링 수단을 구비한 제어기가 제공되며, 본 발명에 따른 방법을 실시하기 위한 장치 수단과 제어기가 설치되어 있다.Also preferred is a fuel supply system comprising the features of the independent claim claiming a device in the same manner. In this case, there is provided a controller having an adjusting means and a monitoring means, the apparatus means and a controller for carrying out the method according to the invention.
종속항들에 기재된 수단들에 의해, 독립항에 기술된 방법의 바람직한 추가 실시예 및 개선예가 가능하다.By means described in the dependent claims, further preferred embodiments and refinements of the method described in the independent claims are possible.
또한 셧 오프 작용은, 연료압이 셧 오프 밸브 하류에서 기대되던 연료압을 초과하고 그리고/또는 연료압이 기대되는 압력 곡선에서 벗어나는 경우 불충분한 것으로 인식된다.The shut off action is also recognized as insufficient if the fuel pressure exceeds the expected fuel pressure downstream of the shut off valve and / or the fuel pressure deviates from the expected pressure curve.
바람직한 추가 실시예에서, 셧 오프 밸브의 진단이 엔진의 정지 시에 실시되며, 엔진이 진단의 종료에 이르기까지 작동된다.In a further preferred embodiment, the diagnosis of the shut off valve is carried out at the stop of the engine and the engine is operated until the end of the diagnosis.
또한 연료 라인 내 압력을 측정할 때 연료의 온도를 특성화하는 변수를 고려하는 장점이 있다.It is also advantageous to take into account the variables characterizing the temperature of the fuel when measuring the pressure in the fuel line.
이와 같이 바람직한 방식으로 압력과 온도로부터 시스템 내의 연료 질량이 검출될 수 있으며, 연료 라인 내의 연료 질량이 셧 오프 밸브 하류에서 기대되던 연료압 이하로 감소하지 않을 때 밸브의 셧 오프 작용은 불충분한 것으로 인지될 수 있다.Fuel mass in the system can be detected in this preferred manner from pressure and temperature, and the shut off action of the valve is considered insufficient when the fuel mass in the fuel line does not decrease below the expected fuel pressure downstream of the shut off valve. Can be.
도 1은 본 발명에 따른 연료 공급 시스템의 일 실시예를 도시한 도면이다.1 is a view showing an embodiment of a fuel supply system according to the present invention.
도 1에는 액화 가스 또는 예를 들어 수소나 천연 가스와 같은 압축 가스로 엔진을 작동시키기 위한 연료 공급 시스템이 개략적으로 도시되어 있다. 연료는 도시된 실시예에서 제1 저장기 및 제2 저장기(100, 110) 내에 압력 하에 저장된다. 제1 저장기 및 제2 저장기(100, 110) 내에 존재하는 연료의 압력과, 이에 따라 간접적으로는 연료 레벨도 각각 제1 저장기 압력 센서 및 제2 저장기 압력 센서(200, 210)에 의해 모니터링된다. 2개의 저장기(100, 110)는 공통의 연료 라인(50)으로 연결되어 있으며, 이 연료 라인(50)은 연료를 압력 조절 밸브(300)에 공급하고 압력 조절 밸브(300)의 하류에서 4개의 인젝션 밸브(700)로 안내한다. 공통의 연료 라인(50)과 저장기(100, 110) 사이에는 각각 하나의 저장기 셧 오프 밸브(500, 510)가 배치되어 있다. 압력 조절기(300)의 상류에는 셧 오프 밸브(400)가 제공되고 압력 조절기(300)와 셧 오프 밸브(400) 사이에는 제3 압력 센서(220)가, 압력 조절기(300)와 인젝션 밸브(700) 사이에는 제4 압력 센서(230)가 제공된다. 연료 시스템의 충전을 위해 공통의 연료 라인(50)의 끝에는 충전 노즐(600)이 배치되어 있다.1 schematically shows a fuel supply system for operating an engine with liquefied gas or compressed gas, for example hydrogen or natural gas. Fuel is stored under pressure in the first reservoir and the
연료 공급 시스템의 정규 작동 시에는 예를 들어 수소가 2개의 저장기(100, 110) 내에 최대 300 바아의 압력 하에 저장된다. 연료 라인(50) 내의 저장기 셧 오프 밸브(500, 510)와 셧 오프 밸브(400)는 개방되어 있다. 이 경우 압력 조절기까지의 공통의 연료 라인(50) 내에는 예를 들어 300 바아 미만의 저장기 압력이 나타나 제3 압력 센서(220)에 의해 측정된다. 압력 조절기(300)는 가해지는 압력을 감소시키므로, 압력 조절 밸브(300)의 하류에는 예를 들어 2 내지 6 바아의 압력이 연료 라인 내에 가해진다. 이러한 저압으로 연료는 도시되지 않은 엔진의 연소실 내로 인젝션 밸브(700)에 의해 주입된다.In normal operation of the fuel supply system, for example, hydrogen is stored under pressure of up to 300 bar in the two
고장 시 또는 특수한 작동 조건에서 셧 오프 밸브(400, 500, 510)를 폐쇄하는 것이 제공된다. 예를 들어 인젝션 밸브(700) 또는 연료 라인의 누설이 존재하는 경우, 연료가 주변으로 누출되는 것이 방지된다. 셧 오프 밸브는 안전과 밀접하게 관련되기 때문에, 셧 오프 밸브의 셧 오프 작용을 정기적으로 검사하는 것이 바람직하다.It is provided to close the shut off
셧 오프 밸브의 밀봉력 또는 셧 오프 작용을 검사하기 위해, 본 발명에 따라 셧 오프 밸브(400)를 폐쇄하고 셧 오프 밸브(400)의 하류에서 연료압을 모니터링하는 것이 제공되며, 인젝션 밸브(700)는 엔진 작동을 위해 계속 작동된다.In order to check the sealing force or shut off action of the shut off valve, it is provided according to the invention to close the shut off
연료 라인 내의 압력 및 경우에 따라 온도와 같이 알려진 작동 조건과, 인젝션 밸브(700)의 주입 지속 시간으로부터 연소실 내로 유입되는 연료 질량이 검출된다. 주입된 연료 질량은 연료 라인 내의 연료 질량을 감소시키고, 셧 오프 밸브(400)가 폐쇄되어 밀봉 폐쇄할 때 연료 라인 내 압력 강하를 야기한다. 기대하는 방식으로 압력 강하가 이루어지지 않는 경우, 연료가 셧 오프 밸브를 통해 연료 라인 내로 후속 관류하는 것으로 볼 수 있다.The fuel mass entering the combustion chamber is detected from known operating conditions, such as the pressure in the fuel line and optionally temperature, and the injection duration of the
각각의 주입 과정에 의해 연료 라인 내에 기대되는 연료압도 폐쇄된 셧 오프 밸브의 하류에서 감소된다. 이에 따라, 주입 과정들의 수가 증가함으로써 셧 오프 밸브의 하류 측과 상류 측 사이의 차압은 상승한다.The fuel pressure expected in the fuel line by each injection process is also reduced downstream of the closed shut off valve. As a result, the number of injection procedures increases, thereby increasing the pressure difference between the downstream side and the upstream side of the shut off valve.
따라서, 본 발명에 따라 셧 오프 밸브 상의 차압을 모니터링하는 것도 가능하다.Thus, it is also possible according to the invention to monitor the differential pressure on the shut off valve.
또한 기대되던 연료압 이상의 임계값을 설정하는 것도 가능하며, 이 임계값 에서는 셧 오프 밸브(400)의 차단 작용이 여전히 충분한 것으로 허용된다. 임계값은 인젝션 밸브를 통해 유출되는 연료 질량에 상응하게 업데이트될 수 있다.It is also possible to set a threshold above the expected fuel pressure, at which threshold the shutoff action of the shut off
셧 오프 작용의 검사의 정확도를 더욱 개선하기 위해 압력 조절기의 하류에서 제4 압력 센서(230)를 사용하여 압력을 검사할 수도 있다. 이를 위해 압력은 검사될 폐쇄된 셧 오프 밸브(400)의 하류에서 인젝션 밸브(700)에 의한 연료의 배출을 통해 압력 조절 임계값 이하의 압력으로 강하될 수 있다. 압력 조절기(300)의 압력 조절 임계값이 예를 들어 6 바아에 위치하는 경우, 압력은 6 바아 아래에, 즉 예를 들어 2 바아로 조절될 것이다. 이러한 조건들 하에서 압력 조절기(300)는 완전히 개방되고 압력 센서(230)는 셧 오프 밸브(400)의 하류 측에서 압력을 직접 측정한다. 이러한 절차는 한편으로는 셧 오프 밸브(400)에서의 차압이 가능한 커지는 장점과, 다른 한편으로는 저압 영역의 제4 압력 센서(230)가 더욱 작은 측정 영역에 기인하여 고압 영역의 제3 압력 센서(220)보다 더욱 민감하게 반응하는 장점이 있다. 이에 따라, 측정의 정확도와 신뢰도는 증대된다. 정확도를 개선하기 위하여 모니터링된 체적 내의 질량 증가가 추가의 온도 측정을 통해 정확하게 계산될 수 있다. 온도 측정은 모니터링된 체적에서 온도 센서에 의해 또는 저장기 온도 센서에 의해 이루어질 수 있다.The pressure may be checked using a
물론 본 발명에 따른 연료 공급 시스템의 다른 실시예들도 고려할 수 있다. 이와 같이, 예를 들어 제1 압력 센서 및 제2 압력 센서(200, 210)는 생략될 수 있으며, 연료압은 다른 유형 및 방식으로 또는 예를 들어 제3 압력 센서(220)에 의해 검출될 수 있다.Of course, other embodiments of the fuel supply system according to the invention can also be considered. As such, for example, the first pressure sensor and the
또한, 단 하나의 연료 저장기나, 2개 이상의 연료 저장기를 작동할 수도 있다.It is also possible to operate only one fuel reservoir or two or more fuel reservoirs.
또한, 본 발명에 따른 방법은 셧 오프 밸브(400)의 진단에만 국한되지는 않는다. 특히 2개의 저장기 밸브(500, 510)에서도 셧 오프 작용이 진단될 수 있다.In addition, the method according to the invention is not limited to the diagnosis of the shut off
진단이 예를 들어 고부하에서 실시되는 경우, 폐쇄된 셧 오프 밸브의 하류에서 연료압이 임계압 이하로 큰 기울기로 감소하여, 엔진 작동이 더 이상 가능하지 않은 위험이 있다. 이를 방지하기 위해 적합한 방식으로 압력 임계값 또는 부하 임계값이 제공되며, 이 압력 임계값 및 부하 임계값 이하에서는 진단이 실시되지 않는다.If the diagnosis is carried out, for example at high loads, there is a risk that the fuel pressure decreases to a large slope below the critical pressure downstream of the closed shut off valve, so that engine operation is no longer possible. To prevent this, a pressure threshold or a load threshold is provided in a suitable manner, and no diagnosis is carried out below this pressure threshold and the load threshold.
부하 요구가 작은 경우, 셧 오프 밸브는 연료압이 셧 오프 밸브 하류에서 인지 가능하게 강하될 때까지 폐쇄된다. 이는 엔진의 추가 작동과 진단의 실시를 가능하게 한다. 셧 오프 밸브가 폐쇄되어 있는 동안, 분사된 연료 질량은 축적되고 상기 셧 오프 밸브를 위해 규정된 최대값과 비교되는데, 이 최대값에서 압력 강하가 인지될 수 있다.If the load demand is small, the shut off valve closes until the fuel pressure drops noticeably downstream of the shut off valve. This enables further operation of the engine and the conduct of diagnostics. While the shut off valve is closed, the injected fuel mass accumulates and compares with the maximum defined for the shut off valve, at which pressure drop can be noticed.
축적된 분사 연료 질량의 규정된 허용 최대값은 예를 들어 사전에 검출될 수 있으며 경우에 따라 호출을 위한 특성 필드에 저장될 수 있다. 저장된 허용 최대값이 초과하는 경우, 셧 오프 밸브에 에러가 있는 것으로 인지된다.The defined permissible maximum value of the accumulated injection fuel mass can for example be detected in advance and optionally stored in the property field for the call. If the stored permissible maximum value is exceeded, it is recognized that there is an error in the shut off valve.
대안적으로 셧 오프 밸브의 적합한 최대 허용 개방 시간도 저장될 수 있다. 또한 제2 압력 임계값을 제공하는 것도 가능하며, 이 제2 압력 임계값 이상에서 셧 오프 밸브는 재차 폐쇄될 수 있다. 셧 오프 밸브를 주기적으로 작동하는 것도 고 려 가능하다.Alternatively a suitable maximum allowable opening time of the shut off valve can also be stored. It is also possible to provide a second pressure threshold, above which the shut off valve can be closed again. It is also possible to operate the shut off valve periodically.
또한, 불충분한 것으로 인지된 셧 오프 밸브의 셧 오프 작용이 에러 메모리에 저장될 수 있다.In addition, the shut off action of the shut off valve that is recognized as insufficient may be stored in the error memory.
또한, 설정된 간격으로 또는 규정된 시간에 따라 진단을 실행할 수 있다. 이 경우, 예를 들어 복수의 진단들에서 확인된 경우에만 셧 오프 작용이 불충분한 것으로 인지될 수도 있다.It is also possible to carry out the diagnosis at set intervals or at prescribed times. In this case, the shut off action may only be perceived as insufficient, for example, if confirmed in a plurality of diagnoses.
또한, 누설 진단 동안 추가의 진단들, 특히 예를 들어 라인 중단의 진단이나 공급 전압에 따른 단락의 진단과 같은 셧 오프 밸브의 전기적 진단들이 실시될 수 있다. 이러한 절차에 의해 간단한 유형 및 방식으로 최종 단계와 구성 요소들(밸브) 사이에 에러 구분이 가능하다.In addition, further diagnostics during the leak diagnosis can be carried out, in particular electrical diagnostics of the shut off valve, such as, for example, the diagnosis of a line interruption or of a short circuit depending on the supply voltage. This procedure makes it possible to distinguish between the final stage and the components (valve) in a simple type and manner.
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