KR20140004111A - 내연기관용 분사 시스템의 작동 방법 - Google Patents

내연기관용 분사 시스템의 작동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연소실을 가지는 내연기관용 분사 시스템의 작동 방법에 관한 것으로서, 제 1 방법 단계에서 제 1 흡입 밸브가 연소실에 대해 개방되어 있으며 제 1 분사 밸브로부터 연료가 개방되어 있는 제 1 흡입 밸브를 지나 연소실 안에 분사되고, 그외에도 제 1 방법 단계에서 제 2 흡입 밸브가 연소실에 대해 개방되어 있으며 제 2 분사 밸브로부터 연료가 개방되어 있는 제 2 흡입 밸브를 지나 연소실 안으로 분사되고, 그외에도 제 2 방법 단계에서 제 1 분사 밸브로부터 추가 연료가 아직 개방된 제 1 흡입 밸브를 지나 연소실 안에 후속 분사된다.

Description

내연기관용 분사 시스템의 작동 방법{METHOD FOR OPERATING AN INJECTION SYSTEM FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부에 따른 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 컴퓨터 프로그램 및 저장 매체에 관한 것이다.
내연기관을 위한 그와 같은 분사 시스템은 일반적으로 공지되어 있다. 예를 들어 종래 기술 DE 10 2008 044 244 A1호에는 하나 이상의 연소실을 가지는 내연기관이 공개되어 있으며, 연소실은 2개의 연료 흡입구를 가지며, 연료 흡입구는 각각의 경우에 흡입 밸브에 의해 개폐될 수 있다. 그외에도 내연기관은 연료 분사 장치를 가지며, 하나 이상의 연소실에 할당된 연료 분사 장치는 연소실의 하나 이상의 흡입 채널에 연료를 계량 분사하기 위해 제 1 및 별도의 제 2 분사 밸브를 갖는다. 분사 밸브들은 이 경우 스프레이 콘의 형태로 분무되는 연료를 흡입 밸브의 방향으로 분사한다.
그외에도 부하 예측 방법을 이용해 향후 필요한 연료량을 계산하고 흡입관 안에 계산된 연료량을 분사하기 위해 분사 밸브를 적절하게 제어하는 것은 종래 기술에 공지되어 있다. 그러나 연료의 분사는 흡기관 분사 방식 내연기관의 경우에 일반적으로 시간상 흡입 행정 전에 이루어진다. 이제 시간상 분사 후에 스로틀 밸브가, 예를 들어 차량 운전자가 토크 증가를 요구하여, 갑자기 상당히 개방되면, 필요한 연료량을 계산하여 처음에 받아들였던 것보다 더 많은 공기가 연소실 안으로 들어온다. 분사 과정이 이 시점에 이미 종료하였기 때문에, 연료의 양이 더 많은 공기량에 맞게 더 이상 조정될 수 없으므로, 연소실 내의 공기 연료 혼합기가 희박해져 동력 손실 내지 실화의 위험이 존재한다. 이런 문제를 해결하기 위해, 흡입 밸브가 아직 개방되어 있는 동안 추가 연료의 후속 분사가 실시된다. 그와 같은 방법은 예를 들어 종래 기술 DE 103 48 248 A1호 및 DE 10 2004 004 333 A1호에 공지되어 있다. 그러나 이들 종래기술에서의 단점은 매 행정에서 최초의 분사에 비해 후속 분사 시에는 매우 적은 양의 연료만이 후속 분사될 수밖에 없다는 것이다. 그러나 동시에 분사 밸브의 관류량의 크기가 최소량을 결정하며, 이 최소량이 적절한 정확도로 이송될 수 있다. 일반적으로 더 많은 양의 연료를 분사하도록 형성된 종래 기술에 공지된 분사 밸브는 매우 짧은 시간 동안만 작동되므로, 분사되는 연료량의 계산된 목표값과의 상대적인 큰 편차가 발생한다. 그외에도 스위칭온 펄스가 짧기 때문에 분사 밸브가 비선형 범위에서 작동하는 위험이 존재하므로, 목표값과의 편차가 더 커진다. 그러므로 정확한 후속 분사가 불가능하다.
본 발명의 과제는 연소실 안으로 추가 연료의 정확한 후속 분사가 가능한, 내연기관용 분사 시스템의 작동 방법을 제공하는 데 있다.
종래 기술에 비해 독립 청구항들에 따른 내연기관용 분사 시스템의 작동 방법의 장점은 연소실 안으로 추가 연료의 정확한 후속 분사가 가능해진다는 것이다. 이를 달성하기 위해, 제 1 방법 단계에서 2개의 독립 분사 밸브들이 연료의 분사에 사용되므로, 각 개별 분사 밸브는, 단일의 분사 밸브만이 제 1 방법 단계에서 전체 연료량을 분사해야 하는 경우보다 더 적은 연료를 관류하도록 형성될 수 있다. 그러므로 여전히 분사 밸브들에 의해 큰 정확도로 분사될 수 있는 최소량이 바람직하게는 감소한다. 그외에도 관류량이 더 작은 경우 각각의 흡입 밸브를 위한 스위칭온 시간은, 동일한 양의 연료를 분사하기 위해, 연장될 수 있으므로, 제 2 방법 단계에서 더 긴 스위칭 온 펄스가 추가 연료의 후속 분사에 필요하다. 이로 인해, 후속 분사의 정확도는 현저히 상승하고 제 1 분사 밸브가 비선형의 범위에서 작동하는 위험성은 제거된다. 그러므로 본 발명에 따른 방법은, 부하가 크게 바뀔 때 야기되는 동적 작동 상태들에서도 필요한 연료량의 매우 정확한 분사를 가능하게 한다. 그 결과 부하가 바뀔 때, 예를 들어 공회전부터 전부하로 또는 작은 부하부터 큰 부하로 바뀔 때 엔진 출력은 커진다. 그외에도 공기 연료 혼합기를 거의 최적으로 조정하면 혼합 및 연소가 양호해지므로, 부하가 바뀔 때 작동의 매끄러움의 개선 및 CO2-배출의 저감이 달성된다. 본 발명에 따른 내연기관은 바람직하게는 차량, 바람직하게는 자동차를 위한 흡기관 분사 방식 가솔린 엔진을 포함한다. 내연기관은 바람직하게는 하나 이상의 실린더를 포함하며, 각 실린더는 2개의 점화 플러그와 2개의 흡입 밸브를 가지는 연소실을 포함하며, 각 흡입 밸브에 각각 별도의 분사 밸브가 할당되어 있다.
본 발명의 바람직한 실시예들 및 개선예들은 종속 청구항들 및 도면을 참고로 하는 설명에 제시된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제 2 방법 단계에서 제 1의 분사 밸브로부터만 추가 연료가 아직 개방되어 있는 제 1 흡입 밸브를 통해 연소실 안으로 후속 분사된다. 그러므로 유리하게는 제 1 및 제 2 분사 밸브가 서로 독립적으로 제어된다. 그런 경우 후속 분사는 제 1 흡입 밸브에 의해서만 이루어지므로, 가능한 한 적은 양의 연료가 분사될 수 있다. 대안으로서 제 2 방법 단계에서 제 2 분사 밸브로부터 추가 연료가 아직 개방되어 있는 제 2 흡입 밸브를 통해 연소실 안으로 후속 분사된다. 이 경우 제 1 및 제 2 흡입 밸브는 함께 제어될 수도 있다. 필요한 연료량에 따라 양 후속 분사 변형예들 사이에서 가변적으로 스위칭이 이루어지는 것도 생각할 수 있으므로, 가용의 연료량 계량 범위가 종래 기술에 비해 현저히 확대된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제 1 방법 단계에서 제 1 및 제 2 분사 밸브에 의해 실제로 동일한 양의 연료가 분사된다. 그러므로 바람직하게는 제 1 및 제 2 흡입 밸브는 구조적으로 동일하게 형성되어 있다. 그런 경우 양 흡입 밸브를 사용하면 종래 기술에 비해 가능한 최소 이송량이 이분할될 수 있다. "일반적인" 분사 단계에서 분사 밸브의 크기가 동일하기 때문에 바람직하게는 연소실 내에서 공기 연료 혼합기의 균일한 배분이 달성된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제 1 방법 단계에서 제 2 분사 밸브에 의해 분사되는 것보다 더 적은 양의 연료가 제 1 분사 밸브에 의해 분사된다. 대안적 실시예에서 제 1 및 제 2 분사 밸브는 다른 치수로 설계된다. 이는 제 1 분사 밸브의 더 적은 최소 이송량이 달성될 수 있는 장점을 갖는다. 그런 경우 후속 분사를 위해 제 1 흡입 밸브만이 제어되므로, 바람직하게는 최소량의 추가 연료가 정확하게 후속 분사될 수 있다. 그러므로 연료량 계량 범위는 종래 기술에 비해 현저히 확대된다. 바람직하게는 제 1 방법 단계에서 제 2 분사 밸브에 의해 분사되는 연료량의 60% 미만, 바람직하게는 30% 미만, 특히 바람직하게는 20% 미만 그리고 완전히 특히 바람직하게는 10% 미만의 연료량이 제 1 방법 단계에서 제 1 분사 밸브로부터 분사된다. 그러므로 최소 이송량은 종래 기술에 비해 30% 미만, 바람직하게는 15% 미만, 특히 바람직하게는 10% 미만 그리고 완전히 특히 바람직하게는 5% 미만으로 감소할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제 1 분사 밸브로부터 연료가 제 1 흡입구에 대해 직접 인접하게 분사된다. 이는 후속 분사되는 추가 연료가 날아가는 시간이 비교적 작아, 매우 늦은 시점에도 여전히 후속 분사가 도입될 수 있는 장점을 갖는다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제 2 방법 단계에서 제 1 분사 밸브는 추가 연료를 후속 분사하기 위한 후속 분사 신호에 따라서 제어된다. 예를 들어 대응 측정 데이터에 의해 희박해진 공기 연료 혼합기가 검출되고 및/또는 엔진 제어 유닛의 소프트웨어에 의해 희박해진 공기 연료 혼합기가 예측되면, 후속 분사 신호가 발생된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라 후속 분사 신호는 내연기관의 속도, 내연기관의 스로틀 밸브 조정량 및/또는 내연기관의 배기 채널 안에 배치된 람다 센서의 신호, 내연기관의 흡입관 안에 배치된 공기 유량 센서의 신호, 흡입관 안에 배치된 압력 센서의 신호 및/또는 온도 센서의 신호에 따라서 발생된다. 유리하게는 언급한 데이터에 근거하여 희박해진 공기 연료 혼합기의 결정이 가능하다.
본 발명의 실시예들은 도면에 도시되어 있으며 하기의 상세한 설명에 상술되어 있다.
본 발명에 따른, 내연기관용 분사 시스템의 작동 방법에 의해, 연소실 안으로 추가 연료의 정확한 후속 분사가 가능해진다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방법의 제 1 방법 단계를 실시하는 내연기관용 분사 시스템의 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 방법의 제 2 방법 단계를 실시하는 내연기관용 분사 시스템의 개략적인 도면이다.
여러 도면들에서 같은 부품들은 항상 같은 도면 부호를 가지므로 일반적으로 각각 한 번만 언급된다.
도 1에 개략적으로 도시된 내연기관(1)용 분사 시스템은 본 발명의 실시예에 따른 방법의 제 1 방법 단계를 실시하며, 내연기관은 실린더를 가지고, 실린더는 연소실(2)을 포함하며 피스톤(2')이 실린더 안에서 운동한다. 연소실(2)의 벽은 각각의 경우에 공기 연료 혼합기를 연소실(2) 안으로 흡입하는데 이용되는 제 1 및 제 2 흡입구(10', 20') 및 연소된 공기 연료 혼합기의 원 배기 가스를 연소실(2)로부터 제 1 및 제 2 배기 채널(32, 33)로 배출하는 데 이용되는 제 1 및 제 2 배기구(30, 31)를 갖는다. 내연기관(1)은 제 1 흡입 밸브(10)를 가지며, 제 1 흡입 밸브는 제 1 흡입구(10')의 폐쇄를 위해 제공되어 있으며 제 1 흡입 채널(11)과 연소실(2) 사이에 배치되어 있다. 그외에도 내연기관(1)은 제 2 흡입 밸브(20)를 가지며, 제 2 흡입 밸브는 제 2 흡입구(20')의 폐쇄를 위해 제공되어 있으며 제 2 흡입 채널(21)과 연소실(2) 사이에 배치되어 있다. 제 1 및 제 2 흡입 채널(11, 21)은 연소실(2)을 배향하는 쪽에서 도면에 도시되지 않은 공통의 흡입관에 연결되어 있으며, 흡입관 안에 배치된 스로틀 밸브를 통해 (도면에 도시되지 않은) 신기가 흡입관을 통해 연소실(2)의 방향으로 흡입된다. 제 1 흡입 채널(11) 안에 제 1 분사 밸브(12)가 배치되어 있으며, 제 1 분사 밸브는 제 1 분사구(14)를 가지며, 제 1 분사구를 통해 연료 혼합기(3)가 제 1 흡입 채널(11)을 지나 제 1 흡입구(10')의 영역 안으로 분무된다. 이와 유사하게 제 2 흡입 채널(21) 안에 별도의 제 2 분사 밸브(22)가 배치되어 있으며, 제 2 분사 밸브는 단일의 제 2 분사구(24)를 가지며, 제 2 분사구를 통해 연료 혼합기(3)가 제 2 흡입 채널(21)을 지나 제 2 흡입구(20')의 영역 안으로 분무된다.
정상적인 주행 모드에서 각 사이클마다 제 1 및 제 2 분사 밸브(12, 22)로부터 각각 설정량의 연료(3)가 제 1 및 제 2 흡입관(11, 12) 안으로 분사되고 분무된다. 이는 도 1에 도시된 제 1 방법 단계의 범위에서 이루어진다. 각각 발생하는 공기 연료 혼합기는 제 1 및 제 2 흡입 밸브(10, 20)를 통해 연소실(2) 안에 도달한다. 분사되는 연료(3)의 양은 예측 방법에 의해 계산된다. 동적 주행 모드에서, 계산된 분사량은 실제 공기 공급량과 정확하게 일치하지 않는데, 그 이유는 공기 공급량의 계산 시점과 날아가는 시간을 포함한 실제로 중단되는 분사 사이에 예를 들어 갑자기 부하가 바뀌면 공기 공급량의 변경이 도입될 수 있기 때문이다. 그와 같은 부하 변경은, 예를 들어 차량 운전자가 토크 증가를 요구하여 그 결과 스로틀 밸브가 갑자기 열리면, 도입될 수 있다. 그런 경우 필요한 연료량에 근거하여 계산할 때보다 더 많은 공기가 연소실(2) 안으로 유입된다. 그러므로 계산하여 분사되는 연료량에 비해 너무 많은 공기가 실린더 안에 도달하므로, 공기 연료 혼합기가 희박해진다. 이런 문제를 제거하기 위해 도 2를 이용하여 도시된 제 2 방법 단계에서 제 1 분사 밸브(11)로부터 추가 연료(3')가 아직 개방되어 있는 제 1 흡입 밸브(10)를 통해 연소실(2) 안에 후속 분사된다.
도 2에는 도 1에 이미 도시된 내연기관(1)용 분사 시스템의 개략도가 도시되어 있으며, 도 2에는 본 발명의 실시예에 따른 방법의 제 2 방법 단계가 개략적으로 도시되어 있다. 제 2 방법 단계에서 제 1 분사 밸브(12)로부터 소량의 추가 연료(3')가 나중 시점에 후속 분사되므로, 연소실(2) 내 희박 공기 연료 혼합기가 다시 연료로 원하는 최적의 비율로 농후하게 될 수 있다. 제 2 분사 밸브(22)는 이 시점에 작동하지 않는다. 후속 분사 장치의 경우에 기본적으로 존재하는 문제점으로서 인젝터가 최소량인 경우 계량의 어려움을 갖는다. 그와 동시에 인젝터의 관류량(Qstat)의 크기에 의해 최소량(Qmin)이라고도 하는 가능한 가장 작은 이송량도 정해진다. 최소량(Qmin)은 인젝터가 일정한 정확도로 분사할 수 있는 양이다. 본 발명에 따른 내연기관(1)의 경우에 같은 크기의 독립된 2개의 분사 밸브, 즉 제 1 및 제 2 분사 밸브(12, 22)가 사용되므로, 양 분사 밸브(12, 22)의 관류량이 이분할되고 그 결과 양 분사 밸브(12, 22) 모두의 최소량(Qmin)도 이분할된다. 그러므로 제 1 분사 밸브(12)는 특히 소량의 추가 연료(3')를 정확하게 후속 분사하는데 이용된다(도 2에 더 작은 스프레이 콘을 통해 개략적으로만 표시됨). 대안으로서, 제 1 및 제 2 분사 밸브(12, 22)가 다른 치수를 가짐으로써, 제 1 분사 밸브(12)가 예를 들어 제 2 분사 밸브(22)의 관류량(Qstat)보다 더 작은 관류량(Qstat)을 갖는 것이 가능하다. 이로 인해, 후속 분사 장치는 각각의 연소를 위해 더 정밀하게 그리고 더 알맞게 계량될 수 있다.
1: 내연기관
2: 연소실
3: 연료
10: 흡입 밸브
12: 분사 밸브
20: 흡입 밸브
21: 분사 밸브
32: 배기 채널

Claims (11)

  1. 연소실(2)을 가지는 내연기관(1)용 분사 시스템의 작동 방법으로서, 제 1 방법 단계에서 제 1 흡입 밸브(10)가 상기 연소실(2)에 대해 개방되어 있으며 제 1 분사 밸브(11)로부터 연료(3)가 개방되어 있는 제 1 흡입 밸브(10)를 지나 상기 연소실(2) 안에 분사되고, 그외에도 제 1 방법 단계에서 제 2 흡입 밸브(20)가 연소실(2)에 대해 개방되어 있으며 제 2 분사 밸브(21)로부터 연료(3)가 개방되어 있는 제 2 흡입 밸브(20)를 지나 상기 연소실(2) 안으로 분사되는, 내연기관용 분사 시스템의 작동 방법에 있어서,
    제 2 방법 단계에서 적어도 상기 제 1 분사 밸브(11)로부터 추가 연료(3')가 아직 개방된 제 1 흡입 밸브(10)를 지나 상기 연소실(2) 안에 후속 분사되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 분사 시스템의 작동 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 방법 단계에서 상기 제 1 분사 밸브(11)로부터만 추가 연료(3)가 아직 개방되어 있는 제 1 흡입 밸브(10)를 통해 상기 연소실(2) 안으로 후속 분사되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 분사 시스템의 작동 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 방법 단계에서 상기 제 2 분사 밸브(11)로부터 추가 연료(3)가 아직 개방되어 있는 제 2 흡입 밸브(10)를 통해 상기 연소실(2) 안으로 후속 분사되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 분사 시스템의 작동 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 방법 단계에서 상기 제 1 및 제 2 분사 밸브(11, 12)에 의해 실질적으로 동일한 양의 연료(3)가 분사되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 분사 시스템의 작동 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 방법 단계에서 상기 제 2 분사 밸브(21)에 의해 분사되는 것보다 더 적은 양의 연료(3)가 상기 제 1 분사 밸브(11)에 의해 분사되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 분사 시스템의 작동 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 방법 단계에서 제 2 분사 밸브(21)에 의해 분사되는 연료(3) 량의 60% 미만, 바람직하게는 30% 미만, 특히 바람직하게는 20% 미만 그리고 완전히 특히 바람직하게는 10% 미만의 연료(3) 량이 상기 제 1 방법 단계에서 상기 제 1 분사 밸브(11)에 의해 분사되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 분사 시스템의 작동 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 분사 밸브(11)로부터 연료(3)가 제 1 흡입구(10')에 대해 직접 인접하게 분사되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 분사 시스템의 작동 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 방법 단계에서 상기 제 1 분사 밸브(11)는 추가 연료(3)를 후속 분사하기 위한 후속 분사 신호에 따라서 제어되고, 공기 연료 혼합기 내 공기 성분이 너무 높게 계산되고 및/또는 검출되면, 상기 후속 분사 신호가 발생되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 분사 시스템의 작동 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 후속 분사 신호는 내연기관(1)의 속도, 내연기관(1)의 스로틀 밸브 조정량 및/또는 내연기관(1)의 배기 채널 안에 배치된 람다 센서의 신호, 내연기관(1)의 흡입관 안에 배치된 공기 유량 센서의 신호, 흡입관 안에 배치된 압력 센서의 신호 및/또는 온도 센서의 신호에 따라서 발생되는 것을 특징으로 하는 내연기관용 분사 시스템의 작동 방법.
  10. 컴퓨터 프로그램에 있어서, 컴퓨터 프로그램이 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 방법에서 적용하기 위해 프로그램되어 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램.
  11. 분사 시스템의 제어 장치를 위한 저장 매체에 있어서, 저장 매체에 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 방법에서 적용하기 위한 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 것을 특징으로 하는 저장 매체.
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