KR20120091104A - 연소기관내 분사과정 측정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료를 담아두는 탱크, 압축된 연료를 담아두는 저장용기, 저장용기에 배치된 인젝터(분사밸브), 연료공급펌프와 연료를 저장용기에 공급하기 위한 고압연료펌프가 배치된 연료라인, 저장용기의 내부압력을 측정하는 압력센서, 및 인젝터의 제어 데이터를 검출하는 수단을 포함하는 연소기관내 분사과정 측정장치 및 이런 장치를 이용한 분사과정 측정방법에 관한 것이다. 일시적으로 결정된 체적식이나 중량식 유동과정을 측정하기 위한 측정기(22)와 압력센서(14)에 데이터 전송라인(24)을 통해 프로세서(26)가 연결되고, 이 측정기는 연료라인(4)에 배치된다.

Description

연소기관내 분사과정 측정 장치 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR MEASURING INJECTION PROCESSES IN A COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 연료를 담아두는 탱크, 압축된 연료를 담아두는 저장용기, 저장용기에 배치된 인젝터(분사밸브), 연료공급펌프와 연료를 저장용기에 공급하기 위한 고압연료펌프가 배치된 연료라인, 저장용기의 내부압력을 측정하는 압력센서, 및 인젝터의 제어 데이터를 검출하는 수단을 포함하는 연소기관내 분사과정 측정장치 및 이런 장치를 이용한 분사과정 측정방법에 관한 것이다.
이런 장치는 현대의 연소기관의 커먼레일 시스템의 구조를 형성하는 것으로 알려져 있다. 저장용기에 배치된 압력센서는 특히 이런 장치의 고장을 분석하는 역할을 한다.
DE19946506C1은 엔진의 압력장치내 오작동을 검출하는 방법을 소개하는데, 여기서는 압력신호의 압력신호가 임시로 저장되었다가 인젝터의 동작과 피스톤펌프의 피스톤 행정으로 인한 주기적 압력변화를 감시한다. 압력신호의 변화를 측정하고 저장값과 비교해, 진폭이나 주기에 관한 패턴의 편차로부터 오작동을 추론한다. 또한, 1주기내의 최대최소 압력신호의 차이를 구한다. 이 차이가 저장값과 다르면, 시스템내 오작동을 다시 추론한다. 배출율 곡선에 관해서는 아무런 기재도 없다.
또, DE10 2005 004 423B3에 소개된 분사시스템의 기능을 감시하는 방법에서는, 저장용기에 배치된 센서에서 측정한 압력곡선을 이용한 집합 압력곡선으로부터의 편차로부터 오작동을 추론한다. 여기서는, 압력의 시간 변화와 절대압력 둘다를 고려한다. 이 방법에서도 각각의 밸브에 대한 실제 배출율 곡선은 고려하지 않았다.
비슷한 구조가 DE 197 40 608A1에 소개되었다. 그러나, 이 경우에는 저장용기내 압력곡선이 압력센서에 의해 고해상도로 감지되고, 이 압력곡선으로부터 패턴을 구하는데, 이런 패턴을 통해 분사시간의 분사체적과 같은 연료분사 관련 변수들이 각각의 연소실과 각각의 분사과정에 대해 개별적으로 결정된다. 이런 작업은 중립 네트웍을 통해 이루어진다. 그러나, 이 네트웍이 타당한 결과를 얻으려면 먼저 테스트를 거쳐야만 한다. 특히 분사체적의 절대값은 네트웍의 사전 학습과정 없이는 결코 구할 수 없다. 따라서, 엔진마다 별도의 학습과정이 반드시 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 고장감시는 물론 배출율 곡선을 정확히 결정할 수 있는 연소기관내 분사과정 측정 장치 및 방법을 제공하는데 있다. 본 발명은 또한 매 실린더에 대해 파일럿 분사와 주분사를 구분하고 절대값을 구할 수 있다.
본 발명의 목적은 제1항과 제6항에 정의된 특징을 갖는 시스템에 의해 구현된다.
일시적으로 결정된 체적식이나 중량식 유동과정을 측정하기 위한 측정기와 압력센서에 데이터 전송라인을 통해 프로세서가 연결되고, 이 측정기는 연료라인에 배치된다. 따라서, 제어 데이터를 결정하는 수단을 통해 결정된 제어 시간, 저장용기의 압력센서의 측정값, 및 연료라인내의 일시적으로 결정된 체적유동과정을 측정하는 측정기의 측정값이 프로세서에 전송되고, 이들 측정값들로부터 인젝터(분사밸브)의 분사율 형상이 프로세서에 의해 계산되는데, 이런 계산은 저장용기의 압력센서로 측정한 압력변화에서 계산된 저장용기 유량을 연료라인내 측정기의 측정값과 중첩하여 이루어진다. 일시적으로 결정된 체적식이나 중량식 유동과정의 측정기를 이용해, 압력곡선에서 구한 값을 교정된 체적식이나 중량식 유량값으로 되계산하여 분사된 체적의 절대값에 관한 데이터를 얻을 수 있다. 또, 2개 인젝터 사이의 차이와 이로 인한 오동작을 확인할 수 있다.
본 발명은, 저장용기에 온도센서를 배치하고, 이 온도센서를 프로세서에 연결할 수 있다. 따라서, 저장용기의 온도가 온도센서로 측정되고, 이렇게 측정된 온도곡선은 프로세서로 전송되며, 연료의 압축계수가 프로세서에서 게산되고, 계산된 압축계수는 분사율 형상을 결정하는데 사용된다. 따라서, 분사체적의 절대값을 아주 정확하게 계산할 수 있다.
또, 고압펌프의 입구에 압력센서를 배치하고, 이 압력센서를 프로세서에 연결할 수도 있다. 고압펌프 입구의 압력센서의 측정값들이 프로세서로 전송되고, 이 측정값들로부터 고압펌프의 유량이 프로세서에서 계산되며, 이렇게 계산된 유량은 연료라인내 측정기의 측정값 및 계산된 저장용기 유량과 중첩되고, 이로부터 교정된 배출율 곡선이 계산되는데, 이 곡선은 레일내 압력변화와 이로인한 질량변호로 인한 고압펌프의 겉보기 유량을 고려한다.
또, 고압펌프의 입구에 온도센서를 배치하고, 이 온도센서를 프로세서에 연결할 수도 있다. 이 경우, 고압펌프 입구의 온도가 고압펌프 입구의 온도센서를 사용해 측정되고, 온도곡선이 프로세서로 전송되며, 고압펌프에서의 연료의 압축계수가 프로세서에서 계산되고, 이 압축계수가 고압펌프 유량을 결정하는데 사용된다. 이렇게 되면, 배출율 곡선의 계산이 더 개선되는데, 이는 측정된 겉보기 유량이 정확하게 결정되기 때문이다.
또, 고압펌프나 저장용기로부터 연료조절밸브를 통해 탱크까지 연료회수라인이 연결될 수 있는데, 이렇게 되면 압력을 더 잘 조절할 수 있다.
또, 연료라인이 측정기가 배치된 부분의 연료회수라인을 형성할 수도 있는데, 이렇게 되면 회수라인에 추가 센서와 측정기를 생략할 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면 커먼레일 시스템의 분사체적을 정확히 결정할 수 있다. 여기서, 각각의 개별 인젝터에 대해 결정을 할 수 있고, 심지어는 파일럿 분사와 주분사를 구분할 수도 있다. 따라서, 사이클에 대한 분사율 곡선의 계산이 정확하고 실린더 선택적이다. 또, 분사장치의 진단에도 이용할 수 있다.
이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 장치의 개략적 블록도;
도시된 장치는 기본적으로 공지된 커먼레일 연료시스템의 요소들을 포함한다. 연료라인(4)을 통해 연료펌프(6)에 탱크(2)가 연결된다. 연료펌프(6)는 고압연료펌프(8)에 연료를 보내고, 고압연료펌프로는 피스톤펌프를 가장 많이 사용한다. 피스톤펌프와 저장용기(12) 사이에 유체를 운반하기 위한 고압라인(10)을 배치하고, 저장용기에는 압력센서(14)와 온도센서(16)를 설치한다. 또, 저장용기(12)에 연료분사밸브인 4개의 인젝터(18)가 배치되는데, 이런 연료분사밸브를 통해 연소기관의 실린더에 연료를 분사할 수 있다.
또, 저장용기(12)에 압력조절밸브(19)가 배치되는데, 저장용기는 고압펌프(8)의 입구와 마찬가지로 연료회수라인(20)에 연결되고, 연료는 연료회수라인(20)을 통해 탱크(2)에 회수된다. 이런 연료회수라인(20)은 먼저 연료라인(4)을 향해 개방되어, 연료라인(4)의 이 부분에 차압유량인 합성 연료량이 생긴다.
본 발명에 의하면, 저장용기(12)로 보내진 이런 합성 유량은 흐름과정 측정기(22)로 측정되는데, 이런 측정기는 탱크(2)와 연료회수라인(20)의 분기선 사이의 연료라인(4)에 배치된다.
이런 측정기(22)가 DE10331228B3에 소개되었는데, 이 측정기는 회전용적기와 체적차 센서를 포함하는데, 체적차 센서는 회전용적기에 연결된 우회관에 배치되고 측정실에 피스톤 형태로 배치된다. 피스톤의 이동은 지속적으로 감지되고, 펌프는 1사이클 동안 거의 일정한 속도로 동작한다. 연료의 이동과 회수로 인해 피스톤의 오버랩 운동이 일어나고, 피스톤은 저장용기 안으로 실제 운반된 체적의 측정수단이 된다. 또, 측정실 안에 압력센서와 온도센서를 배치하고, 여기서 측정된 값을 평가기로 공급하여 압력과 온도의 변화로 인한 겉보기 유량을 제거한다. 그러나, 고압펌프(8)와 인젝터(18) 사이에서 일어나는 과정은 측정기(22)로 측정할 수 없다.
이런 이유로, 압력센서(14), 온도센서(16) 및 측정기(22)가 데이터 통신라인(24)을 통해 프로세서(26)에 연결된다. 프로세서(26)는 일시적으로 결정된 체적유동과정을 계산하기 위한 레일모델을 저장한다. 또, 각종 라인과 체적에 대한 모델들이 저장될 수 있는데, 이런 모델들은 일정 크기를 갖기 때문에 압력과 온도의 변화로 인한 겉보기 유동을 일으킨다. 예를 들어, 도면에 도시된 펌프 모델은 레일 모델의 결과값들을 더 개선하는데 사용될 수 있다. 그러나, 이를 위해서는 압력센서나 온도센서와 같은 다른 센서들을 고압펌프(8) 부근에 배치해야만 한다.
순간 연료소비량을 계산할 때, 주어진 체적 때문에 저장용기(12) 내부에 약간의 압력변화가 있어도 연료의 압축으로 인해 체적은 상당히 다르게 측정된다는 사실을 고려해야만 한다.
본 발명에 의하면, 인젝터(18)의 제어 데이터와 제어 시간이 모두 프로세서(26)로 전송되는데, 이런 전송은 엔진제어부로부터 프로세서로 데이타가 직접 전송되어 이루어진다. 전류센서와 위치센서를 통핸 개방 시간의 측정도 고려할 수 있다.
그와 동시에, 저장용기(12)의 압력센서(14)의 측정값과, 연료라인(4)에서 일시적으로 결정된 체적유동과정을 측정하는 측정기(22)의 측정값들이 프로세서로 전송된다. 압력센서(14)가 측정한 압력변동은 먼저 비례계수로 가중되어 충분한 시간에 걸쳐 더해진다. 다음, 이런 가중된 압력변화의 합은 측정기(22)로 측정한 유량과 비교되고, 이런 비교를 통해 비례계수를 이중으로 계산할 수 있다. 일정한 비례계수가 구해지면, 이 시간 동안의 구체적인 유량과 배출율 곡선을 각각의 위상에 대해 계산할 수 있다.
심지어는 연료분사시의 아주 짧은 위상조차도 사용될 수 있음이 밝혀졌다.
압력 외에도 저장용기의 온도를 측정해 결과를 더 개선할 수 있다. 저장용기의 내부온도의 변화를 겉보기 유량을 일으키지만, 이 유량은 ΔVT=V0?α?ΔT로 계산된다. 이렇게 계산된 유량의 체적을 계산할 수 있다.
고압펌프 입구에서의 연속적인 압력의 측정을 통해 고압펌프의 유량을 더 계산할 수 있어, 연료분사로 인한 압력변화를 고압펌프의 전달행위로 인한 압력변동과 구분할 수 있다. 이를 위해, 측정된 압력과 온도로 인한 펌프 유량을 연료라인내에 일시적으로 결정된 체적유동과정을 측정하는 측정기의 측정값과 중첩시켜, 앞서 계산된 배출율 곡선을 교정한다. 이렇게 하면, 분사부피가 전달된 부피에서 정확히 분리될 수 있다. 물론, 이런 경우에도, 온도를 측정해 압축계수를 교정하여 결과를 더 개선할 수 있다.
이상 설명한 방밥과 구조를 이용해, 연소기관의 고압 연료시스템의 분사과정을 아주 정확하게 계량화할 수 있다. 또, 파일럿 분사와 주분사를 구분하고 분사부피를 결정할 수 있다. 물론, 분사밸브(인젝터)의 결함도 확인할 수 있다. 분사부피의 변화로 인한 인젝터의 문제를 먼저 확인한 다음, 이에 맞는 조절과 개방시간의 조절을 통해 이 문제를 해결할 수 있다.

Claims (10)

  1. 연료를 담아두는 탱크; 압축된 연료를 담아두는 저장용기; 저장용기에 배치된 인젝터(분사밸브); 연료공급펌프와 연료를 저장용기에 공급하기 위한 고압연료펌프가 배치된 연료라인; 저장용기의 내부압력을 측정하는 압력센서; 및 인젝터의 제어 데이터를 검출하는 수단;을 포함하는 연소기관내 분사과정 측정장치에 있어서:
    일시적으로 결정된 체적식이나 중량식 유동과정을 측정하기 위한 측정기(22)와 압력센서(14)에 데이터 전송라인(24)을 통해 프로세서(26)가 연결되고, 이 측정기는 연료라인(4)에 배치되는 것을 특징으로 하는 연소기관내 분사과정 측정장치.
  2. 제1항에 있어서, 저장용기(12)에 온도센서(16)를 배치하고, 이 온도센서를 프로세서(26)에 연결하는 것을 특징으로 하는 연소기관내 분사과정 측정장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 고압펌프(8)의 입구에 압력센서(14)를 배치하고, 이 압력센서를 프로세서(26)에 연결하는 것을 특징으로 하는 연소기관내 분사과정 측정장치.
  4. 제3항에 있어서, 고압펌프(8)의 입구에 온도센서를 배치하고, 이 온도센서를 프로세서(26)에 연결하는 것을 특징으로 하는 연소기관내 분사과정 측정장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 하나에 있어서, 고압펌프(8)나 저장용기(12)로부터 연료조절밸브(19)를 통해 탱크(2)까지 연료회수라인(20)이 연결되는 것을 특징으로 하는 연소기관내 분사과정 측정장치.
  6. 제5항에 있어서, 연료라인(4)이 측정기(22)가 배치된 부분의 연료회수라인(20)을 형성하는 것을 특징으로 하는 연소기관내 분사과정 측정장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중의 어느 하나에 따른 연소기관내 분사과정 측정장치를 이용한 연소기관내 분사과정 측정방법에 있어서:
    - 제어 데이터를 결정하는 수단을 통해 결정된 제어 시간, 저장용기(12)의 압력센서(14)의 측정값, 및 연료라인(4)내의 일시적으로 결정된 체적유동과정을 측정하는 측정기(22)의 측정값을 프로세서(26)에 전송하는 단계; 및
    - 저장용기(12)의 압력센서(14)로 측정한 압력변화에서 계산된 저장용기 유량을 연료라인(4)내 측정기(22)의 측정값과 중첩하여 프로세서(26)에서 인젝터(18)의 배출율 곡선을 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 분사과정 측정방법.
  8. 제7항에 있어서,
    - 저장용기(12)의 온도를 저장용기(12)의 온도센서(16)로 측정하고;
    - 온도곡선가 프로세서(26)로 전송되며;
    - 연료의 압축계수가 프로세서(26)에서 계산되고;
    - 압축계수가 배출율 곡선을 결정하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 분사과정 측정방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    - 고압펌프(8) 입구의 압력센서의 측정값들이 프로세서(26)로 전송되고;
    - 이 측정값들로부터, 고압펌프(8)의 유량이 프로세서(26)에서 계산되며;
    - 계산된 유량이 연료라인(4)내 측정기(22)의 측정값 및 계산된 저장용기 유량과 중첩되고, 이로부터 교정된 배출율 곡선이 계산되는 것을 특징으로 하는 분사과정 측정방법.
  10. 제9항에 있어서,
    - 고압펌프(8) 입구의 온도가 고압펌프 입구의 온도센서를 사용해 측정되고;
    - 온도곡선이 프로세서(26)로 전송되며;
    - 고압펌프(8)에서의 연료의 압축계수가 프로세서(26)에서 계산되고;
    - 이 압축계수가 고압펌프 유량을 결정하는데 사용되는 것을 특징으로 하는 분사과정 측정방법.

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