KR20140034219A - 내연 기관용 분사 밸브의 로크 요소의 위치를 결정하는 방법 - Google Patents

내연 기관용 분사 밸브의 로크 요소의 위치를 결정하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내연 기관을 위한 분사 밸브(3)의 로크 요소(4)의 위치를 결정하는 방법에 관한 것으로, 이 방법에서는 분사 밸브를 로킹하기 위해, 로크 요소가 폐쇄 이동에서 로킹된 위치의 방향으로 이동되고, 후속하여, 로킹된 위치에 로크 요소가 도달한 폐쇄 시간이 측정되며, 폐쇄 시간과, 폐쇄 이동의 선행 개시 시간 사이의 시간 차이가 결정되고, 폐쇄 이동의 개시 시간에 로크 요소가 취한 위치가 이 시간 차이를 사용하여 결정된다. 또한, 본 발명은 이런 방법을 수행하도록 구성된 분사 시스템(1)에 관한 것이다.

Description

내연 기관용 분사 밸브의 로크 요소의 위치를 결정하는 방법 {METHOD FOR DETERMINING A POSITION OF A LOCK ELEMENT OF AN INJECTION VALVE FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 주 청구항의 전제부에 기재된 바와 같은 내연 기관용 분사 밸브의 차단 요소의 위치를 결정하기 위한 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 등위 청구항의 전제부에 기재된 바와 같은 내연 기관 내로 연료를 분사하기 위한 분사 시스템에 관한 것이다.
예로서, 커먼-레일 분사 시스템 같은 분사 시스템이 내연 기관, 예로서, 차량의 불꽃 점화 엔진 또는 디젤 엔진에 연료를 분사하기 위해 사용된다. 이를 위해, 공지된 바와 같이, 분사 시스템은 하나 또는 둘 이상의 분사 밸브를 가지며, 이 분사 밸브는 연료를 분사하기 위해 분사 시스템의 제어 유닛에 의해 작동될 수 있다. 종종 분사기라고도 지칭되는 분사 밸브는 분사 밸브를 개방 및 폐쇄하기 위해 차단 요소를 가지며, 이 차단 요소는 분사 밸브의 구동부에 의해 이동될 수 있다. 차단 요소가 차단 위치에 있는 경우, 분사기는 폐쇄되고 어떠한 연료도 분사되지 않는다. 차단 요소가 차단 위치에 있지 않으면, 분사기는 부분적으로 또는 완전히 개방되고, 연료가 분사된다. 분사기는 일반적으로 하나 또는 둘 이상의 분사 개구를 가지며, 이 개구를 통해 연료가 분사되고, 이 개구는 이를 위해 차단 요소에 의해 부분적으로 또는 완전히 차단 해제 또는 폐쇄될 수 있다.
배기 가스 및 노이즈 배출을 최소화하기 위해, 그리고, 가능한 높은 에너지 효율 레벨을 달성하기 위해, 가능한 정확한 방식으로 연료 분사량을 계량하는 것이 가능한 것 및 가능한 정확한 방식으로 분사 작업의 시간 지점이 제어되는 것이 중요하다. 특히, 분사 작업은 주 분사 작업 및 추가적 사전 및/또는 사후 분사 작업 같은 하나 또는 둘 이상의 개별 분사 작업을 포함할 수 있는 것으로 알려져 있다. 따라서, 복수의 개별 분사 작업을 사용하여 경시적으로 분사 작업의 비자명(non-trivial) 분사율 프로파일이 달성될 수 있다. 분사율은 단위 시간당 분사된 연료의 양을 의미하는 것으로 이해된다.
이를 위해, 분사 밸브가 완전히 개방되지 않고 대신 단지 부분적으로 개방되는, 즉 감소된 정도의 분사밸브 개방이 설정되는 조치가 이루어진다. 분사 밸브를 부분적으로 개방하기 위해, 차단 요소는 차단 위치 기계적 정지부까지 멀리 이동되지 않고, 대신, 예로서, 복수의 분사 개구 중 전부가 아닌 일부가 차단되지 않는다. 이는 예로서, 분사기가 소위 "가변 노즐"인 경우에 가능하며, 상기 가변 노즐의 분사 구멍은 서로 다른 평면("레벨")에 배열된다. 또한, 감소된 정도의 개방은 차단 요소의 스로틀링 효과에 의해 달성될 수도 있으며, 상기 스로틀링 효과는 항상 차단 요소가 그 차단 위치에 더 근접할수록 더 크다. 분사 밸브의 차단 요소가 하나 또는 둘 이상의 분사 개구를 차단하기 위한 노즐 니들을 갖는 경우, 따라서, 분사 밸브의 감소된 정도의 개방은 노즐 니들이 노즐 니들의 정지부까지, 즉 노즐 니들의 최대 니들 행정까지 차단 위치의 외부로 완전히 들어올려지지 않고, 대신 상기 노즐 니들이 단지 감소된 니들 행정까지만 들어올려짐으로써 달성된다.
분사율의 시간 프로파일을 형성하는 설명된 프로세스에 추가로, 엔진 제어기 또는 "온-보드 유닛"("OBU")에 의한 차량 진단 작업("온-보드 진단")을 위해 차단 요소의 위치를 아는 것도 유리하다. 따라서, 예로서, 고장난, 항상 폐쇄되어 있거나 항상 개방되어 있는 분사기가 진단될 수 있으며, 예로서, 분사 시스템의 분사기 중 하나의 전기적 결함이 진단될 수 있다. 또한, 차단 요소의 위치에 관한 정보는 분사율 및 분사량에 대한, 그리고, 따라서, 내연 기관, 그리고, 가능하게는 상기 내연 기관에 의해 구동되는 차량의의 다양한 특성에 대한 결론을 도출하기 위해 사용될 수 있다.
원론적으로, 차단 요소의 위치 및 이에 따른, 분사 밸브의 개방 정도는 추가적 센서에 의해 검출될 수 있다. 따라서, 예로서, 분사기의 노즐 니들 상에 특정 니들 행정 센서를 배열하고 이 추가적 센서를 사용하여 노즐 니들의 니들 행정을 직접적으로 측정하는 것이 알려져 있다. 그러나, 이는 분사 밸브를 위한 더 높은 제조 비용을 초래한다. 추가적 센서 없이 이를 달성하기 위해 종래기술로부터 알려져 있는 유일한 방식은 예로서, 문헌 DE 10 2009 032 521 A1호 및 DE 10 2004 023 545 A1호에 설명된 바와 같이, 차단 요소가 차단 위치에 도달하는 시간에, 즉 분사 밸브의 소위 폐쇄 또는 차단 시간 지점 동안에만 차단 요소의 위치를 측정하는 것이다. 그러나, 이 정보는 그 자체로는 분사 작업 동안, 즉 폐쇄 시점 이전에 밸브의 개방 정도에 대한 결론을 도출할 수 있게 하는 데에는 불충분하다.
따라서, 본 발명의 목적은 분사 프로세스 동안 가능한 정확한 방식으로 분사 밸브의 차단 요소의 위치가 확인될 수 있게 하는 방법을 제안하는 것이다. 연계된 목적은 가능한 비용 효율적 방식으로 생산될 수 있는 분사 밸브를 사용하여 이 방법이 수행되는 것이다. 다른 목적은 가능한 비용 효율적 방식이면서 이러한 종류의 방법을 수행하도록 설계된, 즉 분사 프로세스 동안 분사 시스템의 분사 밸브의 차단 요소의 위치를 확인하기 위해서도 사용될 수 있는 분사 시스템을 제안하는 것이다.
본 발명에 따라서, 이 목적은 주 청구항에 청구된 바와 같은 방법 및 등위 청구항에 청구된 바와 같은 분사 시스템에 의해 달성된다. 본 발명의 다른 개발 및 특정 실시예는 종속 청구항에서 찾을 수 있다.
따라서, 내연 기관용 분사 밸브의 차단 요소의 위치를 결정하기 위한 본 발명에 따른 방법은 분사 밸브를 차단하기 위해, 차단 요소가 차단 위치의 방향으로 폐쇄 이동을 수행하게 되고, 차단 요소가 차단 위치에 도달하는 폐쇄 시점이 그 후 측정되는 것을 제공한다. 폐쇄 시점과 폐쇄 이동의 선행 개시 시점 사이의 시간 차이가 확인되고, 폐쇄 이동의 시작 시점에서 차단 요소가 취하는 위치가 이 시간 차이를 사용하여 결정되는 것이 본 발명에 중요하다.
따라서, 본 발명은 폐쇄 이동의 개시 시점의, 즉 분사 밸브의 분사 프로세스 동안의 차단 요소의 위치와 상기 시간 차이 사이에 명백한 관계가 존재한다는 지식에 기초한다. 이 시간 차이가 클수록, 개시 시점으로부터 시작하여 폐쇄 위치에 도달하기 위해 차단 요소가 커버해야하는 거리가 더 길어진다. 따라서, 이 시간 차이는 폐쇄 이동의 개시 시점에서 차단 요소의 위치의 명확한 척도로서 그 자체로 이미 적합하다.
결과적으로, 용어 "위치"는 또한 본 발명에 의해 확인되는 위치의 척도로서 적합한 임의의 측정 변수, 즉 상기 시간 차이 자체 또는 차단 위치와 폐쇄 이동의 개시 시점에서의 차단 요소의 위치 사이의 거리로서 규정되는 다른 행정 높이(역시 축약하여 행정이라 지칭됨)도 나타내는 것을 의도한다. 폐쇄 이동을 개시시키기 위한 구동부의 대응 작용이 폐쇄 이동의 개시 시점으로서 사용될 수 있다.
행정 높이는 예로서, 차단 요소의 운동 방정식에 의해 상기 시간 차이로부터 확인될 수 있으며, 상기 시간 차이는 상기 운동 방정식에 넣어진다. 이 운동 방정식은 예로서, 뉴톤 운동 방정식(시간에 관해 적분됨)일 수 있으며, 여기서, 차단 요소의 질량과, 또한, 예로서 차단 요소 상에 작용하는 구동력이나 구동부의 구동 펄스, 스프링 힘, 압축력 및 마찰력 같은 다른 힘이 포함된다. 또한, 예로서 연료의 압력 및/또는 점성, 연료 및/또는 분사기의 온도 같은 다른 측정 변수도 운동 방정식에 통합될 수 있다.
또한, 상술한 시간 차이에 기초하여 분사 밸브의 대응 특성도로부터 행정 높이가 판독될 수 있게 하는 조치가 제공될 수 있으며, 이 특성도에서, 시간 차이의 값은 특성도의 제 1 축을 따라 그려지고, 행정 높이의 연계 값이 다른 축을 따라 그려진다. 예로서, 연료의 압력 및/또는 점성, 연료 및/또는 분사기의 온도와, 또한 구동 펄스도 특성도의 다른 축을 따라 그려질 수 있으며, 여기서, 구동 펄스는 구동부에 의해 왕복 이동 또는 폐쇄 이동을 개시하기 위해 차단 요소에 전달된다.
또한, 용어 "구동 펄스"는 차단 요소가 왕복 이동 또는 폐쇄 이동을 수행하게 되는 강도 또는 세기의 척도를 구성하는 변수를 일반적으로 나타내는 것을 의도한다. 구동부가 예로서 이하에 더 상세히 설명된 바와 같이 액추에이터로서 압전 액추에이터를 가지는 경우, 상기 구동 펄스는 전기 펄스 또는 전기 충전 에너지, 전기 방전 또는 충전 전압, 전기 방전 또는 충전 전류일 수 있으며, 펄스, 에너지, 전압 또는 전류가 기계적 펄스나 힘 임펄스의 형태로 또는 운동 에너지의 형태로 압전 소자에 의해 차단 요소에 전달된다.
또한, 본 발명은 대부분의 용례의 경우에, 이는 폐쇄 이동의 개시 시점에서의 차단 요소의 위치, 즉 대응적으로 규정된 행정 높이를 확인하는 데 전적으로 적합하며, 그 이유는 상기 개시 시점까지 지속하는 보유 위상 동안 실질적으로 변하지 않는 보유 위치에서 차단 요소가 일반적으로 보유되어 이 보유 위상 동안 가능한 일정한 분사 밸브의 개방 정도를 보증하기 때문이라는 것의 이해에 또한 기초한다.
이 방법의 다른 개발에서, 차단 요소가 압전 소자에 의해 왕복 이동 또는 폐쇄 이동을 수행하게 되는 조치가 이루어진다. 이 경우에, 따라서, 구동부는 압전 소자로서 설계된 액추에이터를 포함하며, 역시 줄여서 압전 액추에이터라 지칭된다. 압전 액추에이터는 통상적으로 압전 결정의 적층체를 갖는다. 그러나, 원론적으로, 폐쇄 요소가 전자기 액추에이터, 줄여서 자기 액추에이터에 의해 이동되는 것도 가능하다.
분사기의 차단 요소는 바람직하게는 직접적으로, 그리고, 실질적으로 지연 없이, 구동부의 액추에이터, 즉 예로서, 상술한 압전 액추에이터에 의해 구동되며, 즉 액추에이터와 차단 요소 사이의 힘이 직접적으로, 그리고, 실질적으로 지연 없이 전달된다. 따라서, 실질적으로 지연 없이 직접적으로 차단 요소 상에 작용하는 액추에이터는 분사율 프로파일의 디자인 및 차단 요소의 특히 정확한 위치설정을 가능하게 한다. 이 경우에, 액추에이터와 차단 요소 사이의 힘의 전달은 전적으로 실질적 강성 구성 요소에 의해서만 전달된다. 특히, 액추에이터와 차단 요소 사이의 소위 서보 밸브의 사용으로 차단 요소와 구동부 사이의 힘 전달에서 유압 섹션이 생략된다. 차단 요소 상에 직접적으로 작용하는 액추에이터를 갖는 분사 밸브는 종종 "직접 구동 분사기"라 지칭되며, 예로서, 문서 EP 1 760 305 A1호로부터 알려져 있으며, 이 문서의 개시 내용은 완전히 본 명세서에 통합되어 있다.
이 방법의 특히 양호한 추가적 개발에서, 차단 위치에 도달하는 차단 요소의 상황이 구동부의 액추에이터에 의해 검출되는 조치가 이루어진다. 따라서, 이 경우에, 구동부의 액추에이터도 센서로서 사용된다. 이는 차단 요소로부터 액추에이터로 전달되는 기계적 펄스 또는 응답의 사용을 가능하게 하고, 상기 펄스 또는 응답은 차단 요소가 도달할 때 액추에이터 상에 작용한다. 이 응답 또는 펄스를 전송하기 위해, 액추에이터와 차단 요소 사이의 힘의 상술한 직접적 전달은 역시 특히 유리하며, 그 이유는 이는 응답 또는 펄스를 거의 약화시키지 않고 단지 미소하게 지연시키며, 따라서, 특히 신뢰성있고 정확한 방식으로 액추에이터에 의해 검출될 수 있기 때문이다.
예로서, 압전 액추에이터에 의해 액추에이터가 제공되는 경우, 이 경우에 압전 액추에이터는 동시에 압전 센서로서 기능한다. 예로서, 폐쇄 시점이 그에 기초하여 확인될 수 있는 압전 액추에이터를 가로지른 전기 전압 변화 또는 전류 형태의 신호가 차단 요소가 폐쇄 위치에 도달한 결과로서 압전 액추에이터에서 촉발된다.
그러나, 원론적으로, 전자기 액추에이터도 예로서 문헌 DE 10 2009 032 521 A1호에 설명된 바와 같이 폐쇄 위치에 도달하는 차단 요소의 상황을 측정하기 위해 센서로서 사용될 수 있다. 그러나, 원론적으로 폐쇄 위치에 차단 요소가 도달하는 상황은 또한 서두 부분에서 언급된 바와 같은 추가적 센서에 의해 검출될 수 있다. 그러나, 이는 일반적으로 분사기를 제조하는 높은 비용을 초래한다.
이 방법의 일 실시예에서, 차단 요소가 노즐 니들을 갖는 조치가 이루어진다. 차단 위치에서, 노즐 니들은 통상적으로 분사 밸브의 니들 좌대 상에 배치된다. 노즐 니들의 행정 높이는 빈번히 니들 행정이라고도 지칭된다.
본 방법의 다른 개발에서, 단일 분사 작업을 위해 분사 밸브를 부분적으로 또는 완전히 개방하기 위해, 차단 요소가 차단 요소에 전달되는 구동 펄스에 의한 왕복 이동을 수행하도록 조치가 이루어진다. 이 경우에, 가능한 정확한 방식으로 차단 요소의 특정 행정 높이를 달성하기 위해, 구동 펄스는 이전의 개별 분사 작업 동안 선행 폐쇄 이동의 개시 시점에서 차단 요소가 취하는 위치를 고려하거나 사용하여 결정될 수 있다.
따라서, 예로서, 사전 지정된 개방 정도와 연계된 차단 요소의 행정 높이가 상기 개방 정도의 함수로서 사전 지정된 개방 정도가 확인되는 조치가 이루어질 수 있다. 이 행정 높이는 예로서, 차단 요소에 의한 원하는 스로틀링 효과의 함수로서 확인될 수 있다. 서두부에서 설명한 가변 노즐의 경우에, 행정 높이는 또한 가변 노즐 내의 분사 구멍의 평면에 의해 형성될 수 있다. 이때, 원하는 행정 높이와 연계된 구동 펄스가 확인된다. 예로서, 구동 펄스가 분사 밸브의 작동 특성도로부터 판독되는 조치가 이루어지며, 이 특성도에서, 왕복 이동을 위한 구동 펄스의 값 쌍과, 연계된 예상 행정 높이 및/또는 연계된 시간 차이가 얻어지며, 이들은 상술한 방식으로 규정된다. 또한, 작동 특성도는 상술한 특성도와 유사하게 다른 측정 변수를 갖는 추가 축을 가질 수 있다. 예로서, 구동 펄스를 확인할 때, 연료의 온도 및/또는 압력 같은 추가적 측정 변수가 마찬가지로 고려될 수 있다.
또한, 차단 요소의 특정 행정 높이와 행정 높이의 사전 지정된 설정점 값 사이의 편차의 경우에 대응 신호가 생성되는 조치가 이루어지며, 이 편차는 사전 지정된 임계값을 초과하고, 상기 신호는 예로서, 온-보드 진단을 위한 추가 처리를 위해 예로서 온-보드 유닛으로 전달된다. 서두 부분에서 설명한 바와 같이, 이 종류의 편차는 예로서, 분사기에 전기적 결함이 존재하는 경우에 발생할 수 있다.
내연 기관으로 연료를 분사하기 위한 본 발명에 따른 분사 시스템은 제어 유닛과 하나 이상의 분사 밸브를 포함하고, 분사 밸브는 분사 밸브를 차단하기 위한 차단 요소와, 차단 요소를 위한 구동부와 센서를 구비한다. 센서는 차단 위치에 차단 요소가 도달하는 상황에 응답하여 대응 신호를 생성하도록 설계된다. 제어 유닛은 차단 위치의 방향으로 차단 요소의 폐쇄 이동을 개시하고, 센서로부터의 신호에 기초하여, 하나 이상의 분사 밸브의 차단 요소가 차단 위치에 도달하는 폐쇄 시점을 결정하기 위해 구동부를 작동시키도록 설계된다.
본 발명에 따른 분사 시스템에서, 제어 유닛은 또한 폐쇄 시점과, 폐쇄 이동의 선행 개시 시점 사이의 시간 차이를 확인하고, 이 시간 차이를 사용하여 폐쇄 이동의 개시 시점에서 차단 요소가 취하는 위치를 결정하도록 설계되는 것이 중요하다. 따라서, 분사 시스템은 본 문서에 제안된 방법을 수행하도록 설계된다. 따라서, 본 방법에 관하여 설명된 모든 작업 방식 및 장점은 이에 따라 역시 분사 시스템으로 전달될 수 있다. 이는 마찬가지로 이하의 설명에 설명되어 있는 분사 시스템의 다른 개발 및 특정 실시예에 적용되며, 상기 다른 개발 및 특정 실시예의 작업 방식 및 장점은 본 방법의 상술한 실시예의 것들에 대응한다.
따라서, 분사 시스템의 다른 개발에서, 제어 유닛이 시간 차이에 기초하여 차단 요소의 운동 방정식에 의해 상기 위치를 확인하도록 설계되거나, 상기 위치가 제안된 방법과 연계하여 이미 앞서 상세히 설명한 바와 같이 시간 차이에 기초하여 분사 밸브의 특성도로부터 판독되는 조치가 이루어진다.
시스템의 일 실시예에서, 하나 이상의 분사 노즐의 구동부는 압전 액추에이터에 의해 제공될 수 있는 액추에이터를 갖는다. 그러나, 또한, 액추에이터는 자기 액추에이터에 의해 제공되는 조치가 이루어진다. 제안된 방법에 연계하여 이미 상술한 바와 같이, 구동부와 차단 요소 사이의 힘의 직접적 전달을 달성하기 위해 구동부와 차단 요소 사이에 실질적 강성 연결이 존재하는 것이 바람직하다. 이 경우에, 분사기는 소위 직접 구동 분사기이다.
다른 개발에서, 센서는 구동부의 액추에이터에 의해 제공되는 조치가 이루어지며, 즉 센서는 구동부의 액추에이터로서 기능한다. 압전 액추에이터에 의해 제공되는 액추에이터의 경우에, 이 압전 액추에이터는 예로서, 센서의 기능을 역시 동시에 수행할 수 있으며, 그 반대도 마찬가지이다. 또한, 따라서, 본 경우에 압전 센서라 지칭되는 센서 및 압전 액추에이터는 이 경우에 동일 구성 요소에 의해 실현된다.
다른 개발에서, 차단 요소는 노즐 니들을 가지며, 노들 니들은 차단 위치에서 분사 밸브의 니들 좌대 상에 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 하나 이상의 분사 노즐은 가변 노즐로서 설계되는 조치가 이루어질 수 있으며, 즉 상기 분사 노즐은 다양한 평면에 배열되는 복수의 분사 구멍을 갖는다. 차단 요소가 특정 행정 높이에 배치되는 경우에, 이 행정 높이 아래의 평면의 분사 구멍은 개방되고, 이 행정 높이 위의 평면의 분사 구멍은 폐쇄된다. 따라서, 이 경우의 분사 밸브의 개방 정도와 행정 높이 사이의 명백한 대응성이 존재한다.
다른 개발에서, 차단 요소의 왕복 이동을 개시하기 위해, 그리고, 단일 분사 작업을 위해 분사 밸브를 부분적으로 또는 완전히 개방하기 위해 차단 요소에 구동 펄스를 전송하도록 구동부를 작동시키게 제어 유닛이 설계되는 조치가 이루어진다. 이 경우에, 제어 장치는 이전 단일 분사 작업 동안 선행 폐쇄 이동 중 하나의 개시 시점에서 차단 요소가 취하는 위치를 사용하여 차단 요소의 특정 행정 높이를 달성하기 위해 구동 펄스를 확인하도록 설계될 수 있다.
분사 시스템은 커먼-레일 분사 시스템으로서 설계될 수 있으며, 연료를 위한 고압 저장부, 소위 커먼 레일을 가질 수 있다. 고압 저장부로부터 하나 이상의 분사기로 연료를 전달하기 위해, 고압 저장부 및 하나 이상의 분사기는 하나 또는 둘 이상의 고압 라인을 통해 서로 유압식으로 연결된다.
본 발명의 특정 실시예가 도 1 및 도 2를 참조로 더 상세히 후술된다.
도 1은 본 명세서에 제안된 종류의 분사 시스템을 도시하며,
도 2는 도 1에 도시된 분사기의 폐쇄 요소의 폐쇄 이동과 왕복 이동의 시간 프로파일을 도시한다.
본 명세서에 제안된 종류의 분사 시스템(1)이 도 1에 개략적으로 예시되어 있다. 분사 시스템(1)은 제어 유닛(2)과 복수의 분사 밸브를 포함하며, 명료성을 위해 단지 하나의 분사 밸브(3)만이 예시되어 있다. 분사 밸브(3)는 분사 밸브(3)의 분사 구멍(10, 10', 10")을 차단하기 위해 노즐 니들(4')을 갖는 폐쇄 요소를 갖는다. 분사 밸브(3)는 또한 차단 요소(4)를 위한 구동부(5)와 압전 센서(6)를 포함한다. 폐쇄 위치에서, 노즐 니들(4')은 니들 좌대(11) 상에 배치되고 분사 구멍(10, 10', 10")을 차단하고, 분사 구멍은 분사 밸브(3)의 종축을 따라 오프셋되어 있는 세 개의 평면에 배열된다. 따라서, 분사 밸브는 가변 노즐로서 설계된다. 따라서, 기존 니들 행정에 따라 노즐 니들(4')에 의해 특정 수의 분사 구멍이 개방 또는 폐쇄된다. 따라서, 니들 행정과 분사 밸브(3)의 개방 정도 사이에는 명확한 관계가 존재한다.
또한, 압전 센서(6)는 구동부(5)의 압전 액추에이터의 기능을 수행한다. 압전 센서(6) 및 구동부(5)의 압전 액추에이터는 따라서 동일 구성 요소에 의해 제공되고, 따라서, 압전 액추에이터와 압전 센서(6)는 이하의 설명에서 압전 소자(6)라고도 지칭된다. 압전 소자(6)와 차단 요소(4) 사이에 실질적 강성 연결이 존재하며, 상기 강성 연결은 강성 중간 요소에 의해 형성된다. 따라서, 분사 노즐은 직접적으로, 그리고, 실질적으로 지연 없이 구동부(5)와 차단 요소(4) 사이에서 힘이 전달되는 직접 구동 분사 노즐(3)이다. 상기 힘 전달을 보증하는 상기 강성 중간 요소는 중간 핀(7), 벨(8) 및 레버 장치(9)에 의해 제공된다. 압전 소자(6)가 팽창하는 경우, 중간 요소에 의해 압전 소자(6)의 방향으로 차단 요소(4) 상에 힘이 작용된다. 압전 소자(6)가 수축하는 경우, 반대 방향으로, 즉 바늘 좌대(11)의 방향으로 중간 요소에 의해 차단 요소(6) 상에 힘이 작용된다.
또한, 분사 밸브(3)는 분사 시스템(1)의 본 명세서에 예시되지 않은 고압 저장부(커먼 레일)에 유압식으로 연결된 노즐 공간(12)을 갖는다. 또한, 분사 밸브(3)는 폐쇄 스프링(13)을 가지며, 이는 노즐 공간(12)에 수용되어 차단 요소(4) 상에 작용하는 연료의 압축력을 보상하도록 설계되며, 그 결과, 압전 소자(6)에 의해 이동되는 차단 요소(4)에는 단지 비교적 낮은 힘만이 작용된다.
압전 소자(6)는 차단 요소(4)가 차단 위치에 도달하는 상황, 즉 노즐 니들(4')이 니들 좌대(11)에 충돌하는 상황에 응답하고 대응 신호를 생성하도록 설계된다. 노즐 니들(4')이 니들 좌대(11)와 충돌할 때, 차단 요소(4)와 압전 소자(6) 사이에 설명된 직접적 힘의 전달을 고려하여 압전 소자(6)에 응답이 전달되며, 상기 응답은 압전 효과에 의해 전기 전압 펄스로 변환된다. 이 펄스는 상기 신호로서 제어 유닛(2)에 전송되고, 상기 제어 유닛에 의해 검출 및 추가 처리된다. 특히, 노즐 니들(4')이 니들 좌대(11)에 충돌하는 분사 밸브의 폐쇄 시점이 이 신호에 기초하여 확인된다.
또한, 제어 유닛(2)은 전기 방전 전류에 의해 전기적으로 방전되는 압전 소자(6)에 의한 차단 위치의 방향으로의 차단 요소의 폐쇄 이동을 개시하기 위해 구동부(5)를 작동시키도록 설계된다. 따라서, 이 전기 방전 전류는 압전 소자에 의해 압전 방식으로 기계적 에너지로 변환되어 차단 요소(4)(중간 요소(7, 8, 9)에 의해)로 전달되는 구동 펄스를 구성하며, 결과적으로, 상기 차단 요소는 폐쇄 이동을 수행하게 된다. 작동이 수행되는 시점은 폐쇄 이동의 개시 시점으로서 제어 유닛(2)에 저장된다.
또한, 제어 유닛(2)은 폐쇄 시점과 폐쇄 이동의 선행 개시 시점 사이의 시간 차이를 확인하고 차단 요소(4)가 폐쇄 이동의 개시 시점에서 취하는 위치, 즉 노즐 니들(4')의 니들 행정을 이 시간 차이를 사용하여 결정하도록 설계된다. 이를 위해, 행정 높이가 제어유닛(2)에 의해 이 시간 차이에 기초하여 분사 밸브(3)의 특성도로부터 판독되고, 분사 다이어그램은 제어 유닛(2)에 저장된다. 시간 차이의 값은 특성도의 제 1 축을 따라 그려지고, 행정 높이(니들 행정)의 연계된 값은 제 2 축을 따라 그려진다. 분사기의 온도 및 연료의 압력, 온도 및 점성은 특성도의 다른 축을 따라 그려진다. 이들 변수는 측정된 시간 차이로부터 행정 높이를 확인할 때 제어 유닛(2)에 의해 마찬가지로 고려되는 조치가 이루어진다. 제어 유닛은 이 목적을 위해 대응 센서(예시되지 않음)에 연결된다.
또한, 제어 유닛(2)은 시간에 관해 적분되는 뉴톤 운동 방정식에 의해 행정 높이를 계산하도록 설계될 수 있으며, 이 운동 방정식에는 시간 차이가 넣어지고, 차단 요소의 질량과, 또한, 차단 요소 상에 작용하는 힘이 통합되며, 특히, 구동부의 구동 펄스, 스프링(13)의 스프링 힘, 연료의 압축력 및 마찰력이 통합된다. 이 운동 방정식은 또한 다른 측정 변수, 특히, 연료의 점성과, 또한, 연료 및 분사기(3)의 온도를 더 포함한다.
또한, 제어 유닛은 노즐 니들(4')의 사전 지정된 행정 높이까지 분사 밸브(3)를 부분적으로 또는 완전히 개방하기 위해 구동 요소(6)를 작동시키도록 설계된다. 이를 위해, 전기 충전 전류의 형태의 구동 펄스가 제어 유닛(2)에 의해 압전 소자(6)로 전달되고, 상기 구동 펄스는 압전 소자에 의해 압전 방식으로 기계적 운동 에너지의 형태로 차단 요소(4)에 전달되며, 결과적으로, 차단 요소(4)는 왕복 운동을 수행하게 된다. 제어 유닛(2)은 구동 펄스가 구동부(6)에 전달되기 이전에, 최초에, 사전 규정된 개방 정도의 함수로서, 이 개방 정도와 연계된 차단 요소의 행정 높이를 확인하도록 설계되며, 이 행정 높이는 가변적 노즐의 분사 구멍의 평면에 의해 규정되고, 이 평면은 원하는 개방 정도와 연계되어 있다. 이때, 원하는 행정 높이와 연계된 구동 펄스는 분사 밸브(3)의 작동 특성도로부터 판독되고, 이 특성도는 제어 유닛(2)에 저장되고, 왕복 이동을 위한 구동 펄스와 연계된 예상 행정 높이의 값 쌍이 포함되어 있다. 또한, 작동 특성도는 연료의 온도 및 압력이 그를 따라 그려지는 추가 축을 포함하며, 상기 압력 및 온도는 마찬가지로 구동 펄스를 확인할 때 제어 유닛(2)에 의해 고려된다.
사전 지정된 임계값을 초과하는 행정 높이의 사전 결정된 설정점 값과 차단 요소(4)의 확인된 행정 높이 사이의 편차가 있는 경우에, 제어 유닛(2)은 마지막으로 대응 신호를 생성하고, 온-보드 진단을 위해 온-보드 유닛에 상기 신호를 전달하도록 설계된다.
도 2는 도 1에 도시된 분사 시스템(1)의 세 개의 다른 분사기(3)의 행정 높이의 시간 프로파일과, 또한, 분사기(3)의 구동부(5)가 행정 높이의 이들 프로파일을 달성하기 위해 작동되는 연계된 구동 펄스의 시간 프로파일을 예시한다. 축상의 라벨은 이하의 의미를 갖는다: t는 시간이고, I는 전류 강도를 나타내고, h는 행정 높이를 나타낸다.
상기 도면은 양의 전류 강도를 가지는 전하 전류의 형태로 제 1 구동 펄스(14)를 도시하며, 여기서, 3개 상기 분사기(3)의 압전 소자(6)는 분사기(3)의 차단 요소(4)의 왕복 이동을 개시하기 위해 각각 충전된다. 개시 시점(ts)에서 시작하여, 음의 전류 강도를 갖는 방전 전류의 형태의 구동 펄스(15)가 생성되고, 분사기(3)의 압전 소자(6)는 상기 방전 전류에 의해 방전되며, 그 결과, 분사기의 차단 요소(4)는 각각 폐쇄 이동을 수행한다. 세개의 분사기는 동일한 작동 특성 곡선을 갖는다. 분사기의 사전 지정된 개방 정도를 달성하기 위해, 따라서, 동일한 구동 펄스(14)가 각 경우에 상기 작동 특성 곡선으로부터 판독된다. 이제, 압전 소자(6)가 동일한 구동 펄스, 즉 충전 전류(14)로 각각 충전되지만, 서로 다른 행정 높이(h1, h2, h3)가 달성될 수 있다는 것을 알 수 있다. 이들 차이는 예로서, 제조 편차에 의해 또는 분사기(3)의 마모에 의해 유발된다.
시작 시점(ts) 이후, 차단 요소(4)는 각각의 폐쇄 시점(t1, t2, t3)에서 각각의 폐쇄 위치에, 즉 각각의 바늘 좌대(11) 상에 진입한다. 이제, 폐쇄 이동이 각각 동일한 개시 시간(ts)에 동일한 구동 펄스(15)에 의해 개시되었지만, 최고 행정 높이(h3)를 갖는 차단 요소(4)는 가장 늦은 폐쇄 시점(t3)에서 이루어지고, 가장 낮은 행정 높이(h1)를 갖는 차단 요소(4)는 가장 이른 폐쇄 시점(t1)에서 이루어진다. 일반적으로, 개시 시점과 폐쇄 시점 사이의 시간 편차는 달성되는 행정 높이(h)가 증가함에 따라 증가한다. 따라서, 이 시간 차이는 차단 요소(4)의 행정 높이를 확인하고 또한 나타내기 위한 명확한 척도이다.
도시된 예에서, 행정 높이(h2)는 원하는 개방 정도에 대응한다.

Claims (14)

  1. 내연 기관용 분사 밸브의 차단 요소의 위치 결정 방법으로서, 분사 밸브를 차단하기 위해서, 차단 요소는 차단 위치의 방향으로 폐쇄이동을 수행하게 되고, 그 후, 차단 요소가 차단 위치에 도달하는 폐쇄 시점이 측정되는 내연 기관용 분사 밸브의 차단 요소의 위치 결정 방법에 있어서,
    폐쇄 시점과 폐쇄 이동의 선행 개시 시점 사이의 시간 차이가 확인되고, 이 시간 차이를 사용하여 폐쇄 이동의 개시 시점에서 차단 요소가 취하는 위치가 결정되는 것을 특징으로 하는,
    내연 기관용 분사 밸브의 차단 요소의 위치 결정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 위치는 시간 차이에 기초하여 차단 요소의 이동 보상에 의해 확인되거나, 상기 위치는 시간 차이에 기초하여 분사 밸브의 특성도로부터 판독되는 것을 특징으로 하는,
    내연 기관용 분사 밸브의 차단 요소의 위치 결정 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 차단 요소는 압전 소자에 의해 폐쇄 이동을 수행하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    내연 기관용 분사 밸브의 차단 요소의 위치 결정 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 차단 요소는 압전 소자에 의해 직접적으로 구동되는 것을 특징으로 하는,
    내연 기관용 분사 밸브의 차단 요소의 위치 결정 방법.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 폐쇄 위치에 도달하는 차단 요소의 상황은 동일한 압전 소자에 의해 검출되는 것을 특징으로 하는,
    내연 기관용 분사 밸브의 차단 요소의 위치 결정 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차단 요소는 노즐 니들인 것을 특징으로 하는,
    내연 기관용 분사 밸브의 차단 요소의 위치 결정 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단일 분사 작업을 위해 분사 밸브를 부분적으로 또는 완전히 개방하기 위해, 차단 요소가 차단 요소로 전달되는 구동 펄스에 의해 왕복 이동을 수행하도록 이루어지고, 차단 요소의 특정 행정 높이를 달성하기 위해, 구동 펄스는 차단 요소가 이전 개별 분사 작업 동안 선행 폐쇄 이동의 개시 시점에서 취했던 위치를 사용하여 결정되는 것을 특징으로 하는,
    내연 기관용 분사 밸브의 차단 요소의 위치 결정 방법.
  8. 제어 유닛과, 하나 이상의 분사 밸브를 구비하고, 분사 밸브는 분사 밸브를 차단하기 위한 차단 요소와, 차단 요소를 위한 구동부와 센서를 구비하는 내연 기관 내로 연료를 분사하기 위한 분사 시스템으로서, 센서는 차단 위치에 도달하는 차단 요소의 상황에 응답하고 대응 신호를 생성하도록 설계되고, 제어 유닛은 차단 위치의 방향으로 차단 요소의 폐쇄 이동을 개시하기 위해 구동부를 작동시키고 센서로부터의 신호에 기초하여 하나 이상의 분사 밸브의 차단 요소가 차단 위치에 진입하는 폐쇄 시점을 결정하도록 설계되는, 내연 기관 내로 연료를 분사하기 위한 분사 시스템에 있어서,
    제어 유닛은 폐쇄 이동의 선행 개시 시점과 폐쇄 시점 사이의 시간 차이를 확인하고 이 시간 차이를 사용하여 폐쇄 이동의 개시 시점에서 차단 요소가 취하는 위치를 결정하도록 설계되는 것을 특징으로 하는,
    내연 기관 내로 연료를 분사하기 위한 분사 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 시간 차이에 기초하여 차단 요소의 운동 방정식에 의해 상기 위치를 확인하거나 시간 차이에 기초하여 분사 밸브의 특성도로부터 상기 위치를 판독하도록 설계되는 것을 특징으로 하는,
    내연 기관 내로 연료를 분사하기 위한 분사 시스템.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 구동부는 압전 액추에이터를 갖는 것을 특징으로 하는,
    내연 기관 내로 연료를 분사하기 위한 분사 시스템.
  11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동부와 차단 요소 사이의 힘의 직접적 전달을 위해 차단 요소와 구동부 사이에 실질적 강성적 연결이 존재하는 것을 특징으로 하는,
    내연 기관 내로 연료를 분사하기 위한 분사 시스템.
  12. 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서는 구동부의 압전 액추에이터에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는,
    내연 기관 내로 연료를 분사하기 위한 분사 시스템.
  13. 제 8 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차단 요소는 노즐 니들을 갖는 것을 특징으로 하는,
    내연 기관 내로 연료를 분사하기 위한 분사 시스템.
  14. 제 8 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 차단 요소의 왕복 이동을 개시하기 위해, 그리고, 단일 분사 작업을 위해 분사 밸브를 부분적으로 또는 완전히 개방하기 위해 차단 요소에 구동 펄스를 전송하도록 구동부를 작동시키게 설계되고, 제어 장치는 차단 요소의 특정 행정 높이를 달성하기 위해, 이전 단일 분사 작업 동안 선행 폐쇄 이동 중 하나의 개시 시점에서 차단 요소가 취했던 위치를 사용하여 구동 펄스를 확인하도록 설계되는 것을 특징으로 하는,
    내연 기관 내로 연료를 분사하기 위한 분사 시스템.
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