KR20110008197A

KR20110008197A - 내연 기관의 분사 시스템의 연료 저장기 내의 초과압 측정 방법

Info

Publication number: KR20110008197A
Application number: KR1020107024184A
Authority: KR
Inventors: 슈테판 코이들; 마티아스 지이덴톱프; 슈테판 켈러; 크리스티안 쿠우네르트; 데틀레프 슈트라우브
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2008-04-29
Filing date: 2008-12-18
Publication date: 2011-01-26
Also published as: EP2271833B1; WO2009132721A1; US20110166803A1; ATE527441T1; CN102016276A; DE102008001444A1; KR101519181B1; CN102016276B; EP2271833A1

Abstract

본 발명은 내연 기관의 분사 시스템의 연료 저장기, 특히 커먼 레일 시스템의 커먼 레일 내의 초과압을 측정하기 위한 방법에 관한 것이며, 이때 연료 저장기 내의 압력이 측정되며, 측정된 압력(210, 410)의 도함수가 시간(t)에 따라, 사전 설정된 기울기 한계값(215)을 초과한 다음, 측정된 압력(210, 410)이 사전 설정된 압력 한계값(220, 420)을 초과하면 연료 저장기 내의 초과압이 검출된다.

Description

내연 기관의 분사 시스템의 연료 저장기 내의 초과압 측정 방법{METHOD FOR DETERMINING AN OVER-PRESSURE IN A FUEL STORAGE MEANS OF AN INJECTION SYSTEM OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 내연 기관의 분사 시스템의 연료 저장기 내의 초과압 측정 방법, 상응하는 컴퓨터 프로그램과, 상응하는 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.

디젤 엔진에서 연료 분사를 위한 커먼 레일 시스템(CRS)은 현재 널리 보급되어 있다. 공지된 커먼 레일 시스템은 도 1에 의해 설명되어 있다. 도 1에는 본 발명에 기초하고 있는 시스템과 같은 내연 기관용 분사 시스템(100)이 도시되어 있다. 이러한 분사 시스템(100)은 연료 탱크(110)를 포함하며, 이러한 연료 탱크로부터는 연료가 전기 연료 펌프(EKP)(120)를 통해 분배 유닛(ZME)(130)으로 토출된다. 분배 유닛(130)은 제어 장치(180)의 조절 신호(z)에 대해 반응하여, 하류에 연결된 고압 펌프(140)를 위한 특정 연료량을 제공한다. 고압 펌프(140)는 연료를 연료 저장기(커먼 레일)(150) 내로 펌핑하며, 이러한 연료 저장기 내에서 연료는 분사 밸브(인젝터)(160)에 대한 호출에 따라 제공되기 위해 고압 하에 저장된다. 이러한 연료 저장기(150)에는 연료 저장기 내의 압력을 측정하기 위해 사용되는 압력 센서(레일 압력 센서, RDS)(170)가 제공된다. 압력 센서(170)는 연료 저장기(150) 내의 측정된 압력을 측정 신호(p)의 형태로 분사 시스템(100)의 제어 장치(180)에 송신한다. 이러한 측정 신호는 디지털식으로 또는 아날로그식으로 형성될 수 있다.

종래의 (레일) 압력 센서는 측정된 (레일) 압력에 비례하는 측정 신호를 출력부에 제공한다. 종래에는 분사 시스템의 통상적인 작동 압력을 약 200바아를 초과하는 압력값에 상응하는 최대 측정 신호를 송출하는 압력 센서가 사용되었다. 따라서, 연결된 제어 장치에서는 최대 송출 가능한 압력값을 초과하는 압력을 측정하는 것이 불가능하다. 따라서, 지금까지 이러한 제어 장치는 초과압 또는 유해한 압력을 충분히 신속하게 감지할 수 없었다. 이러한 이유로, 공지된 분사 시스템에서는 연료 저장기 내의 유해한 압력을 방지하기 위해, 예를 들어 압력 제한 밸브와 같은 추가 요소들이 사용된다.

압력을 조절하거나 대략의 값으로 제한하는 여러 가지 가능한 방법들이 공지되어 있다. 예를 들어 고압 펌프 또는 연료 저장기에는 과잉 토출량을 연료 탱크로 돌려보내는 압력 조절 밸브(DRV)가 제공될 수 있다.

분사 시스템의 비용을 감소시키기 위해, 연료 저장기 내의 압력이 분배 유닛을 통해서만 설정되는, 소위 조절기 시스템을 형성하는 것도 공지되어 있으므로 비용이 많이 소모되는 압력 조절 밸브를 생략하는 것도 가능하다. 그러나, 예를 들어 분배 유닛의 결함이 존재하고 분배 유닛이 예를 들어 개방된 상태로 유지되는 경우(ZME 고정 개방), 에러 상태의 레일 압력을 제한하기 위해서는 압력 한계값(예를 들어 2500바아)을 초과하는 경우 개방되어 누설을 통해 압력이 강하될 수 있도록 하는 인젝터를 사용하는 것이 통상적이다.

그러나, 상기 유형의 초과압 기능을 포함하지 않는 인젝터 또는 가압될 때야 비로소 누설이 발생하는 인젝터도 사용되며, 이러한 인젝터는 시스템에 대해서는 이미 유해하다. 따라서, 상기 유형의 인젝터를 사용할 때는, 압력 한계값을 초과할 때 개방되어 연료 저장기 내의 압력을 강하하는 압력 제한 밸브(DBV)를 연료 저장기에 제공하는 것이 통상적이다. 그러나 이러한 조치는 분사 시스템에 추가의 압력 제한 밸브가 제공되어야 한다는 단점이 있다.

따라서, 본 발명에 따라 상기 단점을 포함하지 않으며 독립 청구항의 특징을 갖는 내연 기관의 분사 시스템, 특히 커먼 레일 시스템의 연료 저장기 내의 초과압을 측정하기 위한 방법과, 상응하는 컴퓨터 프로그램과, 상응하는 컴퓨터 프로그램 제품이 제시된다. 바람직한 개선예들은 종속항 및 하기 명세서의 대상이다.

본 발명에 따른 해결책에 의해, 추가의 부품, 특히 비용이 많이 소모되는 부품을 제공할 필요없이 종래의 압력 센서의 사용 하에 연료 저장기 내의 초과압을 측정한 다음, 압력을 감소하기 위한 조치를 개시하는 것이 가능하다. 본 발명은 예를 들어 압력 조절 밸브 또는 압력 제한 밸브를 사용할 필요없이 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같은 분사 시스템, 특히 커먼 레일 시스템을 안전하게 작동시키고, 초과압을 신속하고 확실하게 감지할 수 있도록 한다. 압력 센서가 제공되는 분사 시스템에서 원하지 않는 초과압을 측정하는 것이 가능하며, 이러한 압력 센서의 최대 송출 가능한 신호값 자체는 특히, 원하지 않는 초과압에 아직 상응하지 않는다. 특히, 본 발명에 따른 방법에서는 압력 한계값이 사용되며, 이러한 압력 한계값이 초과되는 것만으로는 아직 초과압이 나타나지 않는다. 따라서, 제한된 측정 범위를 포함하는 압력 센서가 사용될 수 있다.

바람직하게, 측정된 압력의 도함수가 시간에 따라, 사전 설정된 기울기 한계값을 마지막으로 초과한 이후, 측정된 압력이 사전 설정된 제1 지속 시간 이내에 사전 설정된 압력 한계값을 초과하는 경우에 연료 저장기 내의 초과압이 검출된다. 사전 설정된 제1 지속 시간은 0이거나 원하는 만큼 짧을 수 있다. 따라서, 예를 들어 기울기 한계값이 압력 한계값을 초과할 때까지 초과 상태로 유지되는 경우에 초과압이 검출된다. 마찬가지로, 초과압을 감지하는 데 있어 무해하도록 시간 간격이 제공될 수 있다. 따라서, 압력 한계값을 초과하기 이전에 기울기 한계값이 단시간 동안 (제1 지속 시간에 상응하게) 초과될 때에도 초과압이 검출될 수 있다.

바람직하게, 측정된 압력이 사전 설정된 압력 한계값을 사전 설정된 제2 지속 시간보다 더 오래 초과하는 경우에, 연료 저장기 내의 초과압이 검출된다. 따라서, 초과압이 검출되지 않으면, 단시간 동안의 (제2 지속 시간에 상응하는) 그리고 무해한 압력 한계값의 초과는 수용될 수 있다.

측정된 압력의 도함수가 시간에 따라, 사전 설정된 기울기 한계값을 사전 설정된 제3 지속 시간보다 더 오래 초과하는 경우에 연료 저장기 내의 초과압이 검출된다면 장점이 있다.

제1, 제2 및, 제3 지속 시간이 서로 독립적으로 선택될 수 있으므로, 각각 다뤄질 분사 시스템을 위한 지속 시간들의 바람직한 조합이 제공될 수 있다. 제2 지속 시간을 위한 바람직한 값은 예를 들어 10㎳이다. 따라서, 초과압을 검출하기 위해 압력 한계값은 적어도 10㎳를 초과하여야 한다. 설명한 매개 변수(지속 시간 및 한계값)에 의해, 상기 방법은 상이한 분사 시스템들에 최적으로 매칭될 수 있다.

초과압이 검출될 때, 연료를 분배 유닛에 제공하는 연료 펌프 및/또는 연료를 연료 저장기 내로 펌핑하는 고압 펌프가 차단되는 경우가 특히 바람직하다. 이에 따라, 분사 시스템의 손상 가능성은 감소될 수 있다.

본 발명의 특히 바람직한 실시예에 따라, 초과압이 검출될 때 연료 저장기로부터 연료가 방출된다. 이는 DE 196 36 397 A1호에도 설명되어 있는 바와 같이, 바람직하게 토크에 작용하지 않도록 인젝터를 통해 실행될 수 있다. 이에 따라, 분사 시스템의 손상 가능성은 더욱 감소된다.

바람직하게는 초과압이 검출될 때, 바람직하게 1만큼 상승하는 에러 카운팅 값이 제공된다. 예를 들어, 초과압의 제1 발생 시에는 공급 유닛에 결함이 발생하지 않는다. 예를 들어 에러 카운팅 한계값이 제공될 수 있으며, 이러한 에러 카운팅 한계값의 초과시에는 결함이 검출된다. 계속해서, 규정된 횟수의 에러 발생에 따라 부품을 교체하기 위한 가능한 방법이 존재한다.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위해 설치된 차량용 제어 장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 컴퓨터 프로그램이 컴퓨터 또는 상응하는 컴퓨터 유닛, 특히 본 발명에 따른 제어 장치에서 실행될 때, 본 발명에 따른 방법을 실행하기에 적합한 프로그램 코드 수단을 구비하는 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.

본 발명에 따라 제공되는 컴퓨터 프로그램 제품은 컴퓨터 프로그램이 컴퓨터 또는 상응하는 컴퓨터 유닛, 특히 본 발명에 따른 제어 장치에서 실행될 때, 본 발명에 따른 방법을 실행하기에 적합한, 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체에 저장된 프로그램 코드 수단을 포함한다. 적합한 저장 매체는 특히 디스켓, 하드 디스크, 플래시 메모리, 이이피-롬(EEPROM), 씨디-롬(CD-ROM), 디브이디(DVD) 등이다. 컴퓨터 망(인터넷, 인트라넷 등)을 통한 프로그램의 다운로드도 가능하다.

본 발명의 다른 장점 및 실시예들은 첨부된 도면 및 도면의 설명으로부터 제시된다.

상기에 언급되고 하기에 더 설명될 특징들이 각각 기술된 조합으로서 뿐만 아니라, 본 발명의 범위를 벗어남 없이 다른 조합들로서 또는 단독으로도 사용 가능하다는 사실이 자명하다.

도 1은 내연 기관용 분사 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 시간과 측정된 레일 압력의 함수 관계를 개략적으로 도시한 그래프이다.
도 3은 시간과 레일 압력 및 저압의 함수 관계를 개략적으로 도시한 그래프이다.
도 4는 시간과 레일 압력, 저압, 및 분사량의 함수 관계를 개략적으로 도시한 그래프이다.

본 발명은 실시예에 의해 도면에 개락적으로 도시되고, 하기에 도면을 참조하여 상세히 설명된다.

도 2에는 측정된 레일 압력의 측정 신호(210)의 시간에 대한 진행 상황이 그래프(200)로 개략적으로 도시되어 있다. 이러한 측정 신호는 그래프(200)에서 제1 y축(202) 상의 전압값(U)으로서 x축(201) 상의 시간(t)에 대해 도시되어 있다. 제2 y축(203) 상에는 송출된 전압값에 상응하는 압력값(p)이 도시되어 있다. 이는 센서가 압력값을 나타내는 디지털 측정값도 송출할 수 있다는 것을 의미한다. 레일 압력의 측정 신호(210)는 시점(t0)에서 포화로 이어질 때까지의 시간에 걸쳐 상승한다. 따라서, 시점(t0)에서는 예를 들어 선택된 레일 압력 센서에 의해 최대 송출 가능한 측정 신호값이 도달된다. 이러한 측정 신호값은 도시된 예시에서 약 2000바아의 레일 압력값에 상응한다.

그러나, 이러한 레일 압력이 도달될 때는 시스템에 유해한 압력이 아직 도달되지 않는다. 명세서의 도입부에 언급된 압력 제한 밸브는 예를 들어 약 2500바아의 압력으로 설계된다. 본 발명에 따른 방법에 의해, 하기에 설명되는 바와 같이 유해한 압력과 무해한 압력을 구별 가능하다.

도시된 실시예에서는 우선, 시간에 따른 신호 곡선(210)이 사전 설정된 기울기 값을 초과하는 경우에 초과압, 즉 특히 유해한 압력이 검출된다. 이러한 사전 설정된 기울기 값은 그래프(200)에서 직선(210)으로서 개략적으로 도시되어 있다. 계속해서, 신호 곡선(210)이 (실시예에 따라 바로 또는 시간 지연되어) 기울기 값(210)을 초과한 다음 신호 한계값(220)을 초과하는 것이 필요하다.

대체로 센서의 단락 또는 다른 결함은 작동 조건 하에서 최대 송출 가능한 신호값을 훨씬 초과하는 신호값을 제공한다. 도시된 그래프에서 센서 결함 시의 송출값은 예를 들어 5V에 위치할 수 있을 것이다.

도 3에는 그래프(300)로 시간에 따른 압력 곡선(310, 320, 330 및 340)이 도시되어 있다. 이러한 압력 곡선은 y축(302) 상의 압력값(p)으로서 x축(301) 상의 시간(t)에 대해 도시되어 있다. 압력 곡선(310)은 상술한 조절기 시스템에서 분배 유닛이 개방된 상태로 유지되는 에러 상태의 레일 압력 곡선에 상응한다. 레일 압력 곡선(310)이 더 긴 시간 동안 약 3800바아의 값을 갖는 것을 알 수 있는데, 이는 대체로 분사 시스템의 손상을 야기한다. 추가의 압력 곡선(330)은 저압 영역, 즉 도 1에 따른 고압 펌프(140) 이전의 영역의 관련된 압력 곡선을 나타낸다.

이에 반해, 레일 압력 곡선(320)은 본 발명에 따른 방법의 적용하에 초과압이 감지되고 이어서 바람직하게 전기 연료 펌프(120)가 차단되는 압력 곡선에 상응한다. 레일 압력 곡선(320)이 약 3600바아의 최대치 이후에 재하강하고 약 3000바아의 값에 도달하는 것이 나타난다. 따라서, 분사 시스템의 손상 가능성은 이미 감소될 수 있다. 레일 압력 곡선(320)에는 저압 곡선(340)이 관련된다.

압력 강하를 개선하기 위해 본 발명에 따른 인젝터(160)를 통한 방법을 사용함으로써 초과압의 검출 시에 연료 저장기 내의 압력이 추가로 강하할 수 있다. 이에 상응하는 압력 곡선은 도 4에 도시되어 있다.

도 4에는 그래프(400)로 시간에 따른 압력 곡선(410, 430) 및 시간에 따른 분사량 곡선(440)이 도시되어 있다. 이러한 압력 곡선은 제1 y축(402) 상의 압력값(p)으로서 x축(401) 상의 시간(t)에 대해 도시되어 있다. 분사량 곡선(440)은 제2 y축(403) 상의 분사량(m)으로서 x축(401) 상의 시간(t)에 대해 도시되어 있다.

도 4에는 추가의 수단으로서, 토크에 작용하지 않는 분사(비상 분사)가 활성화될 때 레일 압력 곡선(410)이 도시되어 있다. 이 경우, 각 인젝터 및 각 사이클마다 한 번에 많은 양을 분사하는 대신에, 각 인젝터마다 적은 양을 여러 번 분사하여 더 많은 제어량을 저압으로 제어하는 것이 바람직할 수 있다. 이는 동시에 연료 펌프를 차단하는 것과 더불어 레일 압력이 허용된 값을 초과하여 상승하지 않도록 한다. 이러한 연료 펌프의 차단은 압력 강하를 위해 필요한 분사될 량을 제한하기 위해 사용된다. 레일 압력 곡선(410)에는 저압 곡선(430)이 관련된다.

레일 압력 곡선(410)은 최초에 약 1850바아의 값을 갖는다. 약 0.81s에 위치하는 시점(t1)에서는 분사 시스템의 분배 유닛 내에 에러가 발생하므로, 분배 유닛은 개방 상태로 유지된다. 이 결과, 레일 압력은 시점(t0)에서 한계값(420)을 초과할 때까지 크게 상승한다. 계속해서, 시점(t1)과 시점(t0) 사이에서 레일 압력 곡선의 기울기는 사전 설정된 기울기 한계값을 초과한다. 바람직하게, 도 4에서 사용된 방법은 사전 설정된 기울기 한계값의 초과 이후, 사전 설정된 압력 한계값이 사전 설정된 지속 시간보다 더 오래 초과되는 경우에 초과압이 감지되도록 형성된다. 도 4에서 이러한 지속 시간은 시점(t0)과 시점(t2) 사이의 간격(t0-t2)에 상응한다. 이에 따라 레일 압력 곡선(410)이 시점(t2)에 도달한 이후, 계속해서 사전 설정된 한계값(420)을 초과하였기 때문에 초과압이 검출된다. 초과압을 검출한 결과, 이미 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이 연료 펌프는 차단된다. 계속해서, 압력 강하를 개선하기 위해서는 토크에 작용하지 않는 분사가 실행되는데, 이는 분사량 곡선(440)에 의해 도시되어 있다. 도 3과 비교하여, 한계 조건이 동일할 때 레일 압력은 2400바아 미만으로 제한될 수 있음을 알 수 있다.

연소되지 않은 연료, 특히 경유가 연소실로부터 배출된 이후 이러한 연소실에 재공급되고 연소되는 것을 방지하기 위해, 제시된 배기 가스 재순환 밸브(AGR 밸브)가 차단될 것이다. 배출된 연료의 연소를 저지하기 위해, 배기 가스 내 산소량을 감소시키는 것이 중요하다. 이를 위해, 스로틀 밸브는 가능한 한 넓게 차단될 것이다. 이 경우, 공기 시스템 내의 모터 작동점에 따라 공칭값 저압이 발생할 수 있다는 사실을 유념해야 한다. 스로틀 밸브가 완전히 차단될 때 공기 흡입 구간의 파손이 발생하고, 이에 따라 조절되지 않는 공기 흡입이 발생할 수 있는데, 이는 본 발명에 따라 방지될 수 있다.

본 발명에 따른 방법을 통해 내연 기관의 분사 시스템 내의 유해한 초과압이 신속하게 감지된 다음, 마찬가지로 바람직하게 신속하게 강하될 수 있다.

도시된 도면에는 본 발명의 특히 바람직한 실시예만이 도시되어 있다는 사실이 자명하다. 그 외에, 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 각각 다른 실시예가 고려 가능하다.

Claims

내연 기관의 분사 시스템(100)의 연료 저장기(150), 특히 커먼 레일 시스템의 커먼 레일 내의 초과압을 측정하기 위한 방법에 있어서,
연료 저장기(150) 내의 압력이 측정되며,
측정된 압력(210, 410)의 도함수가 시간(t)에 따라, 사전 설정된 기울기 한계값(215)을 초과한 다음, 측정된 압력(210, 410)이 사전 설정된 압력 한계값(220, 420)을 초과하는 경우에 연료 저장기(150) 내의 초과압이 검출되는, 초과압 측정 방법.
제1항에 있어서, 측정된 압력(210, 410)의 도함수가 시간(t)에 따라, 사전 설정된 기울기 한계값(215)을 마지막으로 초과한 이후, 측정된 압력(210, 410)이 사전 설정된 제1 지속 시간 이내에 사전 설정된 압력 한계값(220, 420)을 초과하는 경우에 연료 저장기(150) 내의 초과압이 검출되는, 초과압 측정 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 측정된 압력(210, 410)이 사전 설정된 압력 한계값(220, 420)을 사전 설정된 제2 지속 시간(t2-t0)보다 더 오래 초과하는 경우에 연료 저장기(150) 내의 초과압이 검출되는, 초과압 측정 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 측정된 압력(210, 410)의 도함수가 시간(t)에 따라, 사전 설정된 기울기 한계값(215)을 사전 설정된 제3 지속 시간보다 더 오래 초과하는 경우에 연료 저장기(150) 내의 초과압이 검출되는, 초과압 측정 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 초과압이 검출될 때, 연료를 분배 유닛(130)에 제공하는 연료 펌프(120) 및/또는 연료를 연료 저장기(150) 내로 펌핑하는 고압 펌프(140)가 차단되는, 초과압 측정 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 초과압이 검출될 때 연료 저장기(150)로부터 연료가 방출되는, 초과압 측정 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 초과압이 검출될 때, 상승하는 에러 카운팅 값이 제공되는, 초과압 측정 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하기 위해 설치된 차량용 제어 장치(180).
컴퓨터 프로그램이 컴퓨터 또는 상응하는 컴퓨터 유닛, 특히 제8항에 따른 제어 장치에서 실행될 때, 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하기에 적합한 프로그램 코드 수단을 구비하는 컴퓨터 프로그램.
컴퓨터 프로그램이 컴퓨터 또는 상응하는 컴퓨터 유닛, 특히 제8항에 따른 제어 장치에서 실행될 때, 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하기에 적합한, 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체에 저장된 프로그램 코드 수단을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품.