KR20140059738A

KR20140059738A - 내연기관 분사 시스템의 전기 연료 펌프를 작동하는 방법

Info

Publication number: KR20140059738A
Application number: KR1020130134685A
Authority: KR
Inventors: 하리스 하메도비크; 안드레아스 구쳐; 안드레아스 포셀트; 마르코 로렌츠; 안드레아 크루슈
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2012-11-08
Filing date: 2013-11-07
Publication date: 2014-05-16
Also published as: CN103807026A; DE102012220319A1; FR2997728A1

Abstract

본 발명은 내연기관(10)의 연료 시스템(32)의 전기 연료 펌프(36)를 작동시키기 위한 방법에 관한 것이며, 상기 전기 연료 펌프(36)는, 더 선행하는 제1 시점에서 이송 용량(Q)의 변동을 통해, 그리고 상기 이송 용량에 따라 실행되는 변동이면서 내연기관(10)의 토크와 상관관계가 있는 특성의 상기 변동(Δ)의 모니터링을 통해 충분한 이송 용량으로서 결정된 이송 용량(Q)으로, 더 후행하는 제2 시점에 작동된다.

Description

내연기관 분사 시스템의 전기 연료 펌프를 작동하는 방법{METHOD FOR OPERATING AN ELECTRIC FUEL PUMP OF AN INJECTION SYSTEM OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 내연기관 분사 시스템의 전기 연료 펌프를 작동하는 방법 및 이 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 유닛에 관한 것이다.

내연기관의 연료 분사 시스템에서는, 연료 탱크로부터 압력 영역으로 연료를 이송하기 위해, 유입 측이 연료 탱크와 연결되고 유출 측이 압력 영역과 연결되는 전기 연료 펌프(EFP)가 사용된다.

DE 101 60 311 A1호에는, 흡기관 분사 장치를 구비한 내연기관에서 연료가 전기 연료 펌프에 의해 연료 탱크로부터 압력 영역으로 이송되며, 이 압력 영역에는 다시 연료 분사 밸브가 연결되는 점이 기술되어 있다. 상기 연료 분사 밸브는 내연기관의 흡기관 내에 배치된다. 이러한 방식으로, 연료는 연료 분사 밸브를 통해 흡기관 내로, 그리고 흡기관으로부터 내연기관의 연소실들에 도달할 수 있다.

가솔린 또는 디젤 직접 분사 장치를 구비한 내연기관에서도, 연료는 예비 이송 펌프라고도 지칭되는 상응하는 전기 연료 펌프에 의해 연료 탱크로부터 압력 영역으로 이송되며, 이 압력 영역으로부터 연료는 통상 기계적으로 구동되는 고압 연료 펌프(주 이송 펌프)에 도달한다. 계속해서 고압 연료 펌프는, 복수의 인젝터가 연결되어 있고 내부에 연료가 고압 하에 저장되는 연료 수집 라인(레일) 내로 연료를 이송한다. 인젝터들은 각각 내연기관의 상응하는 연소실들 내로 연료를 직접 분사한다.

DE 101 60 311 A1호에 기술된 이른바 수요 기반 개회로 제어식(demand open-loop controlled) 또는 폐회로 제어식(demand closed-loop controlled) 연료 시스템은 기계식 압력 조절기의 구동을 통해 압력 영역 내 압력이 상수 값으로 설정되는 정압 시스템일 수 있다. 이 경우, 연료 펌프는 최대 이송 용량으로 지속적으로 구동되는 것이 아니라, 내연기관의 현재 수요에 상응하게만 구동된다(이른바 작동점에 따른 구동). 이는 예컨대 상응하는 구동 듀티 주기를 이용한 전기 연료 펌프의 구동을 통해 수행될 수 있다.

그러나 이용되는 기계식 압력 조절기의 기능성을 위해서는 이론상으로 이른바 초과 유량이 필요하며, 다시 말하면 이론상으로 너무 많이 이송되어 회수 라인을 통해 압력 조절기로부터 다시 연료 탱크 내로 환류되는 연료량이 필요하다. 그러므로 연료 펌프의 구동은 실제로, 특히 노후화된 그리고/또는 양산 모델 확장의 범주에서 최소 초과 유량이 관련된 좀 더 낮은 성능의 연료 펌프들에 대해서도 압력 조절기의 기능성을 보장하기 위해, 순간 수요량에 추가로 항상 소정의 초과 유량이 함께 이송되도록 구성된다. 이는 펌프의 마모 증가 외에 에너지 수요의 증가 및 이와 결부된, 비용 및 이미션와 같은 부정적인 결과들을 초래한다.

본 발명의 과제는, 특히 추가 센서 장치 없이, 최대한 적은 초과 유량으로 전기 연료 펌프를 작동시키는 것이다.

본 발명에 따라, 독립 청구항들의 특징들을 갖는, 내연기관 분사 시스템의 전기 연료 펌프를 작동시키기 위한 방법 및 이 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 유닛이 제안된다. 바람직한 구현예들은 종속 청구항들 및 하기 설명의 대상이다.

본 발명은, 최초에 언급한 수요 기반 개회로 제어식 또는 폐회로 제어식 연료 공급 시스템들에서, 복잡한 추가 센서 장치를 이용하지 않으면서, 초과 유량을 감소시키거나 배제하는 것을 가능하게 하는 방법을 제공한다. 본 발명은 동일한 방식으로 가솔린 및 디젤 시스템뿐 아니라 흡기관 및 직접 분사 장치에도 적합하다. 본 발명에 따른 방법은 특히 람다 센서를 구비하지 않은 시스템에서도 사용될 수 있다. 이는 특히 이륜차에서 사용될 경우에 바람직한데, 그 이유는 이륜차는 보통 그러한 센서들을 구비하지 않기 때문이다.

본 발명의 범주에서, 내연기관의 연료 시스템의 전기 연료 펌프는 더 선행하는 제1 시점(소위 적응 위상)에서 이송 용량의 변동 및 그로 인해 변경되는 특성값의 모니터링을 통해 충분한 이송 용량으로서 결정된 이송 용량으로, 더 후행하는 제2 시점(소위 작동 위상)에 작동된다.

이 경우, 기본적으로 상응하는 특성변수로서 연료 시스템 내 압력이 모니터링될 수 있다. 그러나 이는 추가 센서를 필요로 할 수도 있다. 그러므로 본 발명에 따라 대체되는 특성변수가 이용된다. 이 특성변수는 내연기관의 토크와 상관관계가 있는 특성 또는 그 변량이다. 이 경우, 특히 회전수 신호(또 한편으로는 이 회전수 신호의 특성)가 포함된다.

특히 내연기관의 토크와 상관관계가 있는 특성으로서는, 실린더의 (지시) 평균 압력(pmi), 회전수를 기반으로 하는, 기계적 일에 대한 특성(MWF), 및/또는 크랭크 샤프트 각도와, 각도에 따른 관성 모멘트와, 회전수 값으로부터 유도되는 토크 거동의 특성(특히 상기 유형의 거동의 적분)이 이용된다. 전술한 값들은 본 발명의 바람직한 실시예들과 관련하여 더욱 상세하게 설명된다.

이 경우, 본 발명은, 하기에 설명되는 것처럼, 회전수가 엔진 토크와 상관관계가 있고, 이 엔진 토크는 다시 분사된 연료량에 따라 결정된다는 사실을 이용한다. 회전수는 관련 내연기관들에서 언제든지 검출되므로, 회전수 신호가 존재하고 평가될 수 있다. 그러므로 본원의 방법은 추가 센서들 없이도 실행된다.

본 발명에 따라 초과 유량은, 결과적으로 여전히 압력 조절기의 충분한 기능이 제공된다면, 상황에 따라서는 심지어 각각 (예컨대 기계식 압력 조절기의 제조 업체에 의해) 규정된 최소 초과 유량을 하회하는 최소값으로 감소할 수 있다. 경우에 따라, 적절한 사전 제어를 통해 설정된 압력이 충분한 분사를 충분히 보장한다면(이하 "압력 조절기가 없는 변형예"라고도 지칭됨), 심지어 압력 조절기의 과류를 완전히 배제할 수도 있다. 이는, 미세하게 더 강력하거나 더 약한, 예컨대 노후화된 전기 연료 펌프가 설치되었는지의 여부와 무관하게 수행될 수 있다.

압력 조절기가 없는 변형예는 분사 시스템의 매우 경제적인 실현을 가능하게 하며, 상기 분사 시스템은 오류 발생도 적다.

전기 연료 펌프의 전기 출력 감소는 곧바로 소모량 감소 및 그에 따른 특히 이산화탄소 배출량의 감소로 이어진다. 이 경우, 본 발명은 특히, 지금까지 경제적인 이유에서 수행되지 못했던 차량들, 예컨대 이륜차에서, 수요 기반 개회로 제어식 또는 소요 폐회로 제어식 작동 모드들을 가능하게 한다. 언급한 이유로 지금까지 대형화된 전기 연료 펌프가 사용되었던 경우에도, 본 발명은 전기 연료 펌프의 전기 출력 감소를 가능하게 한다.

도입부에 설명한 것처럼, 전기 연료 펌프의 작동점에 따른 구동은 예컨대 상응하는 구동 듀티 주기를 이용한 구동을 통해 수행된다. 본 발명에 따라서, 특히 우선 테스트 목적에 적합한 고정 위상(constant phase)에서, 다시 말하면 여기서 적응 작동 모드라 지칭되는 작동 모드에서 점차로 상기 구동 듀티 주기를 감소시킨다. 이 경우, 구동 듀티 주기는, 엔진 토크가 앞서 결정된 최대 허용되는 변동에 도달할 때까지 축소된다.

기계식 압력 조절기를 구비한 수요 기반 개회로 제어식 시스템의 경우, 전기 연료 펌프는 적어도 상기 최소 초과 유량과, 엔진 소모량과, (선택적으로) 예컨대 탱크 내 이젝터 펌프(들) 또는 설치된 또 다른 컴포넌트들을 위한 구동량을 제공한다. 이 경우, 구동을 위한 설계에 결정적인 사항은 양산 모델의 확장 및/또는 노후화로 인한 최저 성능의 전기 연료 펌프이다. 그러나 그에 상응하게 고성능 또는 저성능의 전기 연료 펌프가 존재하는지의 여부는 시스템에서 확인되지 않는다. 이는, 평균 수준의 고성능 전기 연료 펌프를 구비한 시스템의 경우 초과 유량이 최소 초과 유량을 상회함을 의미한다.

구동 듀티 주기가 적응 작동 모드에서 점차 축소된다면, 이는 전기 연료 펌프의 더 낮은 출력을 야기하고, 그에 따라 주어진 압력 조건에서 이송량 감소를 야기한다. 그럼으로써 기계식 압력 조절기는 점점 더 적은 초과 유량으로 작동된다. 최소 초과 유량을 아직 상회하는 동안에 한해, 압력이 감소하지 않거나 아주 조금만 감소한다. 그러나 전기 연료 펌프가 (항상 이송될 연료 소모량과 경우에 따라 이젝터 펌프를 위해 필요한 구동량 등에 추가로) 최소 초과 유량을 더 이상 제공할 수 없는 정도로 구동 듀티 주기가 축소된다면, 연료 압력은 더 강하게 감소한다. 이는 먼저, 람다 제어 등의 반응이 아직 실시되지 않는 동안에는 분사량을 감소시키며, 이는 엔진 토크 감소로, 그리고 이와 상관관계가 있는 방식으로 회전수 신호의 변동으로 이어진다.

그에 따라, 적응 작동 모드에서 유발된 엔진 토크의 급감 또는 그에 상응하는 감소는, 펌프 출력이 너무 강하게 감소되었는지의 여부를 지시한다. 이 경우, 구동 듀티 주기는 다시 약간 늘려야 한다. 그럼으로써, 달리 말하면, 전기 연료 펌프의 펌프 출력은, 엔진 토크의 변동 또는 이와 상관관계가 있는 회전수 신호 특성의 변동이 앞서 아직 허용 가능한 것으로서 정의된 임계값에 도달할 때까지 감소한다. 이를 통해 연료 시스템이 매우 효율적으로 이용될 수 있으며, 바람직하게는 경우에 따라 후속하여 소정의 안전 여유도가 부가된다. 이 경우, 허용 가능한 임계값은 각각 프로젝트 고유의 방식으로 정의될 수 있다.

예컨대 특성곡선들과의 비교를 통해, 또 다른 작동점들에서도 (예컨대 또 다른 엔진 소모량에서) 사전 제어된 구동 듀티 주기의 축소가 수행될 수 있다. 그러므로 상기 구동 듀티 주기는 더 이상 개별적으로 측정하지 않아도 된다. 가능한 노후화 영향을 보상하기 위해, 적응 작동 모드는 바람직하게는 때때로, 예컨대 정의된 시간 간격으로 반복된다.

본 발명은 상이한 성능의 전기 연료 펌프들과 관련한여 시스템 거동만을 보상하는 것은 아니다. 더 정확하게 말하면, 본 발명은, 적응 작동 모드의 범주에서, (엔진 토크 또는 이와 상관관계가 있는 회전수 신호에 의해 결정되는) 압력 또는 혼합기 형성에 대한 영향이 정의된 값들을 상회하지 않는 것으로 확인된 경우, 압력 조절기의 규정된 최소 초과 유량을 하회하는 점도 허용한다.

본 발명에 따른 컴퓨터 유닛, 예컨대 자동차의 제어 장치는 특히 프로그램 기술적으로 본 발명에 따른 방법을 실행하도록 구성된다.

본원의 방법을 소프트웨어의 형태로 구현하는 것도 바람직한데, 그 이유는, 특히 실행하는 제어 장치가 다른 작업들을 위해서도 사용되기 위해 어차피 제공된다면, 비용이 매우 절감되기 때문이다. 컴퓨터 프로그램을 제공하기 위한 적합한 데이터 캐리어들은 특히 디스켓, 하드디스크, 플래시 메모리, EEPROM, CD-ROM, DVD 등이다. 컴퓨터 네트워크(인터넷, 인트라넷 등)를 통한 프로그램의 다운로드도 가능하다.

본 발명의 추가 장점들 및 구현예들은 명세서와 첨부한 도면을 참조한다.

자명한 사실로서, 상기에 언급되고 하기에 설명될 특징들은, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서, 각각 명시된 조합으로뿐만 아니라, 또 다른 조합으로, 또는 독자적으로도 이용될 수 있다.

본 발명은 일 실시예에 따라 도면에 개략적으로 도시되어 있으며, 하기에서 도면과 관련하여 상세하게 설명된다.

도 1은 본 발명의 기초가 될 수 있는 것과 같은 전기 연료 펌프를 구비한 분사 시스템을 장착한 내연기관의 개략적 블록선도이다.
도 2는 본 발명의 한 바람직한 실시예에 따른 방법의 개략적 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 방법의 실행 동안 내연기관 매개변수들의 거동을 나타낸 그래프이다.
도 4는 연소 엔진의 하나의 실린더 내 연료의 분사량과 이에 의존하는 변수들(MWF 및 pmi) 사이의 상관관계를 나타낸 그래프이다.
도 5는 하나의 연소 주기 동안 하나의 실린더를 장착한 연소 엔진의 회전수 거동을 나타낸 그래프이다.

도 1에서, 내연기관은 총체적으로 도면부호 10으로 표시되어 있다. 내연기관은 복수의 연소실을 포함하며, 이들 연소실 중 하나만 도면 부호 12로 표시되어 있다. 연소실(12)은 흡기 밸브(14)를 통해 흡기관(16)과 연결될 수 있다. 흡기관(16) 내에는 연료 분사 장치(18)가 배치된다. 흡기관 내에서 연료 분사 장치(18)의 상류에는 추가로 스로틀 밸브(20) 및 예컨대 핫 필름 센서로서 형성되는 공기 질량 센서(22)가 위치한다. 연소실(12)은 배기 밸브(24)를 통해 배기관(26)과 연결될 수 있다. 연소실(12) 내 연료/공기 혼합기는 점화 플러그(28)에 의해 점화된다. 상기 점화 플러그는 점화 시스템(30)에 의해 구동된다.

본 발명은 흡기관 분사 장치를 구비한 도시된 내연기관(10)뿐만 아니라, 가솔린 또는 디젤 직접 분사 장치를 구비한 내연기관, 특히 공지된 커먼 레일 시스템에서도 사용될 수 있다.

고온의 연소 배기가스는 내연기관(10)의 연소실(12)로부터 하나 이상의 배기 밸브(24)를 통해 배기관(26) 내에 도달한다. 이 배기관 내에는 촉매 컨버터(31) 및 람다 센서(33)가 배치될 수 있다. 그러나 설명한 것처럼, 본 발명은 특별한 방식으로 람다 센서(33)가 없는 상응하는 시스템에도 적합하다.

연료 분사 장치(18)는 연료 시스템(32)의 부분이다. 연료 시스템은 연료 탱크(34)를 포함하고, 연료 탱크로부터 전기 연료 펌프(36)가 연료를 연료 분사 장치(18)로 이어진 연료 라인(38) 내로 이송한다. 전기 구동식 연료 펌프(36)의 하류에서 연료 라인(38)은 기계식 압력 조절기(40)와 연결된다. 이 압력 조절기로부터 라인(39)은 다시 연료 탱크(34)로 이어진다. 전기 구동식 연료 펌프(36)와 압력 조절기(40)는 연료 탱크(34) 내에 공통 모듈로서 형성될 수도 있다.

연료 라인(38) 내 연료 압력은 선택적으로 압력 센서(44)에 의해 검출될 수 있으며, 이 압력 센서 역시 상기 공통 모듈의 부분일 수 있다. 압력 센서는 상응하는 신호들을 개회로 및 폐회로 제어 장치(46)로 공급한다. 이 개회로 및 폐회로 제어 장치는, 람다 센서(33)와, 제공되었다면 공기 질량 센서(22)와, 내연기관(10)의 크랭크 샤프트(50)의 회전수를 측정하는 회전수 센서(48)로부터 신호들을 수신할 수도 있다. 또한, 개회로 및 폐회로 제어 장치(46)에는, 내연기관(10)의 엔진 블록(미도시)의 온도를 검출하는 온도 센서(52)로부터 신호들이 공급될 수 있다. 가속 페달(56)의 위치를 검출하는 위치 센서(54)도 개회로 및 폐회로 제어 장치(46)와 연결될 수 있다.

개회로 및 폐회로 제어 장치(46)는 출력측에서 특히 점화 시스템(30)과, 스로틀 밸브(20)와, 연료 분사 장치(18)를 제어한다. 또한, 전기 연료 펌프(36)의 구동 출력도 개회로 및 폐회로 제어 장치(46)에 의해 조정된다. 이는 구동 듀티 주기를 송출하는 클록 모듈(58)의 제어를 통해 수행된다.

도 1에 도시된 내연기관의 경우, 연료 압력은 개회로 및 폐회로 제어 장치(46)를 통한 압력 조절기(40)의 구동에 의해 개회로 제어되거나, (압력 센서를 이용한 실제값 피드백 시) 폐회로 제어될 수 있다. 연료 펌프(36)의 상응하는 수요 기반 개회로 제어 또는 폐회로 제어를 통해, 상기 연료 펌프도 마찬가지로 개회로 및 폐회로 제어 장치(46)에 의해 클록 모듈(58)을 통해, 펌프(36)가 연료 분사 장치(18)를 위해 필요한 계량량과, 경우에 따라 압력 조절기(40)를 위한 충분한 초과 유량과, 탱크 내에 선택에 따라 제공되는 이젝터 펌프(여기서는 제공되어 있지 않음)를 위한 충분한 제어량을 공급하기에 충분한 소정의 설정 이송량을 공급하는 방식으로 구동된다. 이는 종래 기술에 잘 알려져 있다. 여기서 본 발명은, 최대한 적은 이송량으로 작동을 가능하게 하기 위해 적용된다.

본 발명에 따른 방법의 한 바람직한 실시예는 하기에서 도 2 및 도 3과 관련하여 설명되며, 도 2에는 흐름도가 도시되어 있고, 도 3에는 여러 가지 매개변수의 시간에 따른 거동이 그래프의 형태로 도시되어 있다.

이 경우, 도 3에서, R은 전기 연료 펌프(36)를 위한 구동 변수, 여기서는 구동 듀티 주기를 나타낸다. Q는 구동 신호로부터 발생하는 이송 용량, 여기서는 체적 유량(유량/시간)을 나타낸다. Q₀은, 엔진 소모량과, 압력 조절기(40)를 위한 초과 유량과, 이젝터 펌프를 위한 경우에 따른 제어량으로 구성되는 (일정한) 체적 유량을 나타낸다. Q₁은 엔진 소모량과 제어량의 합에 상응하는 체적 유량을 나타낸다. 여기서 초과 유량은 더 이상 존재하지 않는다. 차(Q₀ - Q₁)는 바로, 규정에 따라 완벽하게 기능을 발휘하는 압력 조절기(40)의 작동을 위해 아직 충분한 최소 초과 유량(Q_UM)에 상응한다. 그러나 설명한 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따라서, 소정의 범위 내에서 상기 최소 초과 유량(Q_UM)을 하회하거나, 심지어 상기 최소 초과 유량이 배제될 수도 있다. 이 경우, 압력 조절기(40)도 생략될 수 있다.

p는 전기 연료 펌프(36)의 하류에서 압력 영역(38) 내 압력을 나타낸다. Δ는 압력 손실의 결과로 발생하는 토크의 변량을 나타내며, 이 변량은 이와 상관관계가 있는 회전수 신호의 특성으로부터, 예컨대 하기에 설명되는 값들(pmi 또는 MWF)로부터 결정된다. Δ는 예컨대 표준 값에 대한 백분율 편차를 명시한다. 회전수 신호는 예컨대 내연기관(10)의 크랭크 샤프트(50)의 회전수를 측정하는 회전수 센서(48)의 신호에 상응한다.

설명한 것처럼, 본 발명에 따른 방법은, 동시에 진행될 수는 있지만 그럴 필요는 없는 2개의 위상으로 분리될 수 있다. 단지 중요한 것은, 제1 위상이 제2 위상보다 먼저 실행된다는 점이며, 이때 기본적으로 예컨대 내연기관의 제조 후 1회만, 또는 정의된 시간 간격들로, 더 선행하는 제1 시점에 제1 위상이 실행되면 충분하다. 제2 위상은 더 후행하는 제2 시점에, 바람직하게는 내연기관의 정상 작동 동안, 특히 최대한 빈번하게 오랫동안 실행된다. 도 2에서, 제1 위상은 좌측에 200으로 시작하고, 제2 위상은 우측에 300으로 시작하는 것으로 도시되어 있다.

제1 위상은 단계 200에서 더 선행하는 제1 시점에 시작된다. 이 단계는, 예컨대 내연기관의 제조 후, 또는 정비소 입고 시 수동으로 개시될 수도 있지만, 예컨대 주행 성능 및/또는 내연기관의 작동 기간에 따라 자동으로도 개시될 수 있다.

후속 단계 201에서는, 내연기관이 적응을 위해 적합한 작동점에 위치하는지의 여부가 검사된다. 적합한 작동점은 예컨대, 설정 계량량이 실질적으로 적응 시간에 걸쳐 일정하게 유지될 때 존재한다. 제조 후에, 그리고/또는 정비소 입고 시 적응이 실행된다면, 상기 조건은 경우에 따라 외부에서 보장될 수 있다. 적합한 작동점이 존재한다면, 단계 202에서 실질적인 적응이 개시된다.

단계 202에서는 시점 t₀에, 구동 듀티 주기(R)가 축소됨으로써 이송 용량(Q)을 감소시키는 점이 개시된다. 이러한 감소는 목적에 따라 연속으로 (또는 몇몇 단계를 거쳐) 실시된다. 초과 유량은 감소하고, 이는 경우에 따라 이미 약간의 압력(p) 감소를 초래할 수 있다.

후속 단계 203에서는, 내연기관의 토크와 상관관계가 있는 특성에서 변동이 나타나는지의 여부가 모니터링된다. 여기서 소개되는 매우 바람직한 실시예에 따라서, 예컨대 회전수 신호 또는 이 회전수 신호의 특성이 모니터링된다. 압력(p)이 감소하면, 구동 기간 또는 계량 기간이 동일하게 유지될 경우 연소를 위해 계량된 연료량이 감소한다. 이는 제어되지 않을 경우 엔진 토크의 감소를 야기하고, 이와 연관되어 회전수 신호 내 변동을 야기한다. 이러한 관계는 도 4 및 도 5와 관련하여 하기에 설명된다.

초과 유량이 존재하는 동안, 다시 말하면 시점 t₁까지는 압력 강하 및 그로 인해 유발된 엔진 토크 감소가 적다. 그러나 최소 초과 유량(Q_UM)에 하회할 정도로 이송량이 감소하면, 압력 조절기의 기능성이 저하됨으로써 압력 영역(38) 내 압력이 크게 감소한다.

이는 회전수 신호의 특성 평가를 통해 검출될 수 있다. 이 경우, 이송 용량이 충분하다고 결정되거나([임계값(Δ₀) 상회], 더 이상 충분하지 않다고 결정되는[임계값(Δ₀) 하회] 임계값(Δ₀)이 정의될 수 있다. Δ₀은 본 도에서 Q₀에 상응한다. 그러나 압력 조절기의 기능은 Q₀을 하회할 경우에도 계속 어느정도 제공되기 때문에, 임계값(Δ₀)이 더 낮아질 수 있지만, 바람직하게는 이송량은 항상 Q > Q₁이다. 이는 여기서 Δ₀'로 명시된다. 값 Δ₀ 또는 Δ₀'에 상응하는 안전 계수(safety factor)가 가산될 수도 있다. 값(Δ₀)은 당업자에 의해 상황에 따라 또는 유형별로 또는 용례별로 사전 설정될 수 있다. Δ이 여전히 임계값(Δ₀)을 상회하면, 본원의 방법은 단계 202로 되돌아간다.

임계값(Δ₀)에 도달하면, 본원의 방법은, 순간 이송 용량이 충분한 이송 용량(Q₀)으로서 결정되거나, 순간 구동 듀티 주기가 충분한 구동 듀티 주기(R₀)로서 결정되어 적응에 기반하는 순간 작동점을 위한 메모리 유닛(210)에 저장되는 단계 204로 계속 진행된다.

또 다른 작동점들의 적응을 위해, 본원의 방법의 상기 위상은 단계 200에서 시작하여 다른 작동점들에 대해 반복될 수 있다. 이 경우, 또 다른 작동점들에 대해 충분한 것으로서 결정된 구동 듀티 주기도 메모리 유닛(210)에 저장된다. 상이한 작동점들은 특히 설정 계량량에 의해 서로 구별된다. 또는, 그 대신 상응하는 특성맵들도 이용될 수 있으므로, 모든 작동점을 측정하지 않아도 된다.

보다 나은 이해를 위해, 도 3에는 이송 용량의 추가 감소에 대한 거동이 도시되어 있다. 이송 용량이 계속 감소하면, 시점 t₂에, 경우에 따라 아직 허용 가능한 토크의 저하 및 이에 따른 회전수 신호 특성의 상응하는, 매우 강한 압력 강하 변동을 초래하는, 상기 압력 강하와 결부되는 이송 용량(Q₁)에 도달한다(압력 조절기가 없는 변형예).

더 후행하는 제2 시점에, 특히 정상 작동 동안, 전기 연료 펌프(36)의 작동은 저장된 이송 용량들 또는 구동 듀티 주기들을 이용하여 최적화된다. 이 방법은 단계 300에서 제2 시점에 개시된다.

단계 301에서 순간 작동점에 대해 저장된 이송량 또는 해당하는 구동 듀티 주기(R₀)는 메모리 유닛(210)으로부터 로딩된다. 순간 작동점에 대해 구동 듀티 주기가 저장되어 있지 않다면, 이는 다른 작동점들에 대해 저장된 구동 듀티 주기들로부터 예컨대 특성곡선들, 외삽법 또는 내삽법 등의 이용하에 계산할 수 있다.

이어서 단계 302에서는, 로딩되거나 계산된 구동 듀티 주기(R₀)로 전기 연료 펌프(36)가 구동된다. 이러한 방식으로, 이송 용량이 수요량에 거의 정확히 일치하도록 연료 펌프의 작동이 구현된다.

도 4에는, 그래프의 형태로, 바람직하게는 내연기관의 토크와 상관관계가 있는 특성들로서 이용될 수 있는, 세로좌표 상의 변수들(MWF 및 pmi)에 대한 가로좌표 상의 ㎎/WC 단위(WC는 각각의 작동 실린더를 나타냄)의 분사량(kmaz)의 상관관계가 도시되어 있다.

상기 그래프에서, 연소 엔진의 한 실린더 내에 분사된 연료량은, 특히 분사된 연료량이 확실히 완전하게 전환되는 점을 보장하는 희박 연소와 같은 특정 작동 조건하에 각각의 작동 실린더(WC)의 변수들(pmi 또는 MWF)과 직접적으로 상관관계가 있는 점이 확인된다.

이 경우, pmi는, 상응하는 배기량과 관련하여 각각의 실린더가 실행하는 일에 대한 척도를 나타내는, 일반적으로 공지된 지시평균유효압력(Indicated Mean Effected Pressure)이다. 지시평균유효압력은 하기 방정식 (1)에 따라 계산되며, 하기 식에서 V_h는 일 실린더의 배기량을 나타낸다.

(1)

추가로, pmi가 전체 연소 주기에 걸쳐, 또는 고압 또는 저압 루프에 걸쳐서만 계산되는지의 여부를 명시해야 한다. pmi 계산을 위해서는 실린더마다 연소실 압력 센서가 필요하다.

연소실 압력 측정 대신, 직접 회전수 분석을 수행할 수도 있다. 확인된 점에 따르면, 예컨대 값(MWF)은 pmi와 실질적으로 동일한 분사량 의존적 거동을 보인다. MWF(평균 일 특성; Mean Work Feature)는 각각의 작동 실린더(WC)의 기계적 일에 대한 회전수 기반의 특성을 나타낸다. MWF는 정의된 적용 가능 각도 범위 내에서 크랭크 샤프트의 에너지 균형으로부터 계산된다. 이를 위해, 센싱 휠의 측정된 투쓰 시간(tooth time) 또는 상응하는 세그먼트 시간을 이용할 수 있다.

이미 처음에 언급한 것처럼, MWF는 연소를 바탕으로 공급된 일에 대해 복잡도가 낮은 계산으로 결정할 수 있는 특성이다. 도 4에서 알 수 있듯이, 값(MWF)은 값(pmi)과 매우 확실한 상관관계가 있으므로, MWF는 대체 특성으로서 사용될 수 있다. MWF는 다양한 각도 상태에 대한 크랭크 샤프트의 회전 에너지들(E_rot)의 차에 상응하며, 하기와 같이 방정식 (2)에 따라 계산된다.

(2)

여기서 연소 엔진 내에서의 각각의 연소 전후의 에너지 차이가 비교되며, 도 4에 도시된 특성 MWF의 경우 96°KWnZOT[점화 후 OT(상사점)]의 각도 설정과 상사점(OT 또는 TDC) 내 각도 위치가 고려된다. 이는 하기와 같이 계산된다.

(3)

도 5에는, 추가의 설명으로, 연소 주기에 걸쳐 단기통 엔진의 회전수(n)의 이론적 거동(500)이 도시되어 있다. 이 경우, 연소 주기는 총 720°KW(크랭크 샤프트)의 각도 범위(501)에 상응한다.

여기에는, 연소 주기 동안 크랭크 샤프트가 통과하는 상이한 위상 1 내지 4가 도시되어 있다. 위상 1은 압축, 위상 2는 연소, 위상 3은 배기, 위상 4는 흡입을 각각 나타내며, 흡입에 이어 다시 위상 1, 즉 압축이 반복된다.

가로좌표에는 크랭크 샤프트(KW)의 각도 값들이 기재되어 있다. 이들 각도 값은 크랭크 샤프트의 각도 위치와 관련하며, 상기 각도 위치는 고려되는 피스톤이 위상 2(연소)의 시작 시 점화-OT(ZOT; OT는 상사점을 의미)에 위치할 때 0°로서 정의된다. 세로좌표에는 크랭크 샤프트의 속도가 분당 회전수 단위로 기재되어 있다. 크랭크 샤프트의 속도는 크랭크 샤프트의 회전수에 상응한다. 파선(502)은 평균 회전수를 지시한다. 회전수는 회전수 센서의 투쓰 시간(503)의 측정을 통해 결정될 수 있다.

4기통 엔진의 경우, 720°KW의 연소 주기에서 (각각의 실린더들에 의해) 4회의 가속이 확인되는 반면, 도 2에 예시로서 도시된 단기통 엔진에서는 단 1회의 가속, 구체적으로는 회전수가 연소 주기(21) 이내에 최소값(24)에서 최대값(26)으로 강하게 상승하는, 0°KW와 180°KW 사이의 영역 내 위상 2에서 단 1회의 가속을 확인할 수 있다. 이러한 사실을 기반으로, 단기통 엔진의 경우, 특성(MWF), 또는 이 특성으로 표현되는 에너지 차의 계산을 위해, 위상 2(연소)에 추가로 위상 1(압축)도 분석될 수 있다.

연소 엔진의 토크 또는 pmi를 분석하기 위한 또 다른 대안적 방법은, 회전수 신호로부터 하기 방정식 (4)에 상응하게 변동 비율의 거동, 다시 말해 토크 변동만 계산하는 것이다.

(4)

위 식에서,

는 크랭크 샤프트의 각도를 나타내고, 는 회전하고 진동하는 질량 성분들로 구성되는, 크랭크 샤프트 시스템의 각도에 따른 관성 모멘트를 나타낸다.

상응하는 피스톤 장치의 피스톤들이 전부 상부에 또는 하부에 배치됨으로써 상사점(OT)과 하사점(UT)에서 토크가 발생할 수 없기 때문에, 추정된 토크 곡선의 상기 점들은 절대값을 추정하는 데 사용될 수 있다. 이 경우, 상기 절대값은, OT/UT 이내/근방의 평균값들이 영(0)이 되도록 결정되며, 그럼으로써 pmi는 그 결과 계산된 토크에 의한 후속 적분을 통해 결정될 수 있다.

Claims

내연기관(10)의 연료 시스템(32)의 전기 연료 펌프(36)를 작동시키기 위한 방법이며,
상기 전기 연료 펌프(36)는, 더 선행하는 제1 시점에 이송 용량(Q)을 변동시키고, 상기 변동에 기초하여 내연기관(10)의 토크와 상관관계가 있는 특성의 변동(Δ)을 모니터링함으로써 충분한 이송 용량으로서 결정한 이송 용량(Q)으로, 더 후행하는 제2 시점에 작동되는, 내연기관 연료 시스템의 전기 연료 펌프의 작동 방법.
제1항에 있어서, 내연기관(10)의 토크와 상관관계가 있는 특성은 내연기관(10)의 회전수 신호(500)로부터 결정되는, 내연기관 연료 시스템의 전기 연료 펌프의 작동 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 내연기관(10)의 토크와 상관관계가 있는 특성으로서, 내연기관(10)의 하나 이상의 실린더의 기계적 일에 대한, 회전수 기반 특성(MWF)이 이용되는, 내연기관 연료 시스템의 전기 연료 펌프의 작동 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 내연기관(10)의 토크와 상관관계가 있는 특성으로서, 적어도 크랭크 샤프트 각도와, 각도 의존적 관성 모멘트와, 회전수 값으로부터 유도된, 내연기관(10)의 토크/시간 곡선의 적분이 이용되는, 내연기관 연료 시스템의 전기 연료 펌프의 작동 방법.
제1항에 있어서, 내연기관(10)의 토크와 상관관계가 있는 특성으로서, 내연기관(10)의 하나 이상의 실린더 내 실린더 내부 압력이 이용되는, 내연기관 연료 시스템의 전기 연료 펌프의 작동 방법.
제1항, 제2항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 이송 용량(Q)에 따라 수행되는 변동(Δ)은 임계값 비교의 이용하에 모니터링되는, 전기 연료 펌프의 작동 방법.
제1항, 제2항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 작동점을 위한 충분한 이송 용량이 결정되고, 이 이송 용량으로부터 제2 작동점을 위한 충분한 이송 용량이 결정되며, 이때 전기 연료 펌프(36)는 더 후행하는 제2 시점에 제2 작동점을 위한 이송 용량으로 작동되는, 전기 연료 펌프의 작동 방법.
제1항, 제2항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 전기 연료 펌프(36)는 구동 듀티 주기(R)를 갖는 구동 신호를 이용한 구동을 통해 작동되는, 전기 연료 펌프의 작동 방법.
제8항에 있어서, 더 선행하는 제1 시점에, 연료 펌프(36)의 구동을 위해 충분한 이송 용량을 제공하는 구동 듀티 주기(R₀)가 결정되어, 더 후행하는 제2 시점에 상기 전기 연료 펌프(36)의 작동을 위해 이용되는, 내연기관 연료 시스템의 전기 연료 펌프의 작동 방법.
제1항, 제2항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 전기 연료 펌프(36)는 펌프 회전수(n)를 정의하는 구동 신호를 이용한 구동을 통해 작동되는, 내연기관 연료 시스템의 전기 연료 펌프의 작동 방법.
제10항에 있어서, 더 선행하는 제1 시점에, 전기 연료 펌프(36)의 구동을 위해 충분한 이송 용량을 제공하는 펌프 회전수가 결정되어, 더 후행하는 제2 시점에 상기 전기 연료 펌프(36)의 작동을 위해 이용되는, 내연기관 연료 시스템의 전기 연료 펌프의 작동 방법.
제1항, 제2항 및 제5항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하도록 구성되는 컴퓨터 유닛(46).
컴퓨터 유닛 상에서 실행될 때 컴퓨터 유닛으로 하여금 제1항, 제2항 및 제5항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하도록 하는 프로그램 코드 수단들을 포함하는 컴퓨터 프로그램이 저장된 기계 판독 가능한 저장 매체.