KR20150023270A - 내연기관용 연료 시스템의 작동 방법 - Google Patents

내연기관용 연료 시스템의 작동 방법 Download PDF

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외르그 큄펠
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 내연기관용 연료 시스템(10)을 작동하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 방법에서 연료 이송량을 측정하기 위한 계량 장치(22)는 전기 구동 장치(20)에 의해 개방될 수 있고, 그리고/또는 폐쇄될 수 있고, 계량 장치(22)의 밸브 부재(54)는 구동 장치(20)의 비활성 상태에서는 제1 위치(45)로 스위칭될 수 있고 구동 장치(20)의 활성 상태에서는 제2 위치(47)로 스위칭될 수 있다. 이 경우, 제1 위치(45)는 폐쇄된 계량 장치(22)에 상응하고 제2 위치(47)는 개방된 계량 장치(22)에 상응한다. 본 발명에 따른 방법은 하기 단계들, 즉, (a) 밸브 부재(54)가 제2 위치(47)로 확실하게 스위칭되도록 하나 이상의 제1 사이클 내에서 전기 구동 장치(20)를 활성화하는 단계와, (b) 밸브 부재(54)가 제2 위치(47)로 간신히 스위칭되거나, 더 이상 스위칭되지 않는 한계 상황에 도달할 때까지, 전기 구동 장치(20)가 활성화될 때마다 단계적으로 감소하는 활성화 에너지로 활성화되도록 하나 이상의 제2 사이클 내에서 전기 구동 장치(20)를 활성화하는 단계와, (c) 한계 상황에 상응하는 제1 활성화 에너지를 결정하는 단계와, (d) 제1 활성화 에너지를 고려하여 구동 장치(20)를 추가로 활성화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

내연기관용 연료 시스템의 작동 방법{METHOD FOR OPERATING A FUEL SYSTEM FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 방법, 그리고 대등의 독립 청구항들에 따른 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 장치와 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
예컨대 내연기관의 연료 시스템에서의 유량 제어 밸브는 시장에 공지되어 있다. 유량 제어 밸브는 일반적으로 2개의 스위칭 위치를 갖는 스위칭 밸브로서 전자기 방식으로 작동되며, 보통 연료 시스템의 고압 펌프의 통합 부품이다. 유량 제어 밸브는 고압 어큐뮬레이터("레일")로 펌핑되는 연료량을 제어하며, 고압 어큐뮬레이터로부터 연료는 내연기관의 분사 밸브들로 안내된다. 유량 제어 밸브의 밸브 부재와 결합된 전기자는 자기력에 의해 가동될 수 있다. (대부분 고압 펌프의 흡입 밸브의) 밸브 부재는 밸브 시트를 가압하거나, 밸브 시트로부터 떼내어질 수 있다. 그 결과, 내연기관의 이송 연료량 및 그에 따라 결국은 레일 내 압력이 제어될 수 있다. 본 전문 분야에서 공개된 특허 중 하나로서 예컨대 DE 10 2007 035 316 A1이 있다.
본 발명의 과제는, 청구항 제1항에 따른 방법을 통해, 그리고 대등의 청구항들에 따른 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 장치와 컴퓨터 프로그램을 통해 해결된다. 바람직한 개선예들은 종속항들에 명시되어 있다. 또한, 본 발명에 중요한 특징들은 하기 기술 내용 및 도면들에서 제시되며, 이 특징들은, 별도의 명시 없이도, 독자적으로나 여러 조합으로도 본 발명에 중요할 수 있다.
본 발명은, 내연기관용 연료 시스템의 계량 장치를 위한 전기 구동 장치의 전류 공급을 줄일 수 있다는 장점을 갖는다(소위 "전류 감소형 활성화"). 그 결과, 계량 장치의 가동 부재들의 속도 및 계량 장치의 작동 소음이 특히 내연기관의 저속 범위에서 감소할 수 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 방법은 계량 장치의 각각의 표본(specimen)에 기초하여 전류 공급을 줄이는 것을 가능하게 한다. 그럼에도, [실질적으로 전기 구동 장치의 공급 라인들의 표본 오차, 온도 또는 옴 저항과 무관하게] 계량 장치의 확실한 스위칭이 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 내연기관용 연료 시스템의 작동 방법에서, 연료 이송량을 측정하기 위한 계량 장치는 전기 구동 장치에 의해 개방될 수 있고, 그리고/또는 폐쇄될 수 있고, 계량 장치의 밸브 부재는 구동 장치의 비활성 상태에서는 제1 위치로 스위칭될 수 있고 구동 장치의 활성 상태에서는 제2 위치로 스위칭될 수 있다. 이 경우, 제1 위치는 폐쇄된 계량 장치에 상응하고 제2 위치는 개방된 계량 장치에 상응한다. 상기 방법은 제1 실시예에서, 하기 단계들, 즉,
(a) 밸브 부재가 제2 위치로 확실하게 스위칭되도록 하나 이상의 제1 사이클 내에서 전기 구동 장치를 활성화하는 단계와,
(b) 밸브 부재가 제2 위치로 간신히 스위칭되거나, 더 이상 스위칭되지 않는 한계 상황에 도달할 때까지, 전기 구동 장치가 활성화될 때마다 단계적으로 감소하는 활성화 에너지로 활성화되도록 하나 이상의 제2 사이클 내에서 전기 구동 장치를 활성화하는 단계와,
(c) 한계 상황에 상응하는 제1 활성화 에너지를 결정하는 단계와,
(d) 제1 활성화 에너지를 고려하여 구동 장치를 후속 활성화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서 (제2 위치로의 확실한 스위칭을 충족하는 전기 구동 장치의 활성화로부터 출발하여) 활성화 에너지는 단계적으로 감소하고, 이른바 "상부"로부터 한계 상황에 "근접해 간다". 이와 동시에, 한계 상황에 속하는 제1 활성화 에너지가 결정되고, 이 제1 활성화 에너지는 후속하여 전기 구동 장치를 활성화하기 위한 기준 값으로서 이용된다. 다시 말해, 제1 활성화 에너지는 적어도 전기 구동 장치를 확실하게 스위칭하기 위한 한계 상황으로서 필요하다. 전기 구동 장치는 바람직하게는 전자기 구동 장치로서 형성될 수 있고, 이 경우 코일과, 자기력에 의해 가동될 수 있는 전기자를 포함한다. 그 대안으로, 본 발명에 따른 방법을 압전 액추에이터를 포함하는 전기 구동 장치에서도 실행하는 점을 생각해볼 수 있다. 계량 장치는, 예컨대 연료 시스템의 연료 펌프의 상류에 배치된 흡입 밸브를 포함하는 소위 "유량 제어 밸브"에 상응한다.
한계 상황을 결정하기 위한 제2 실시예는 하기 단계들, 즉
(a) 밸브 부재가 제2 위치로 확실하게 스위칭되지 않도록 하나 이상의 제1 사이클 내에서 전기 구동 장치를 활성화하는 단계와,
(b) 밸브 부재가 제2 위치로 간신히 스위칭되거나, 더 이상 스위칭되지 않는 한계 상황에 도달할 때까지, 전기 구동 장치가 활성화될 때마다 단계적으로 감소하는 활성화 에너지로 활성화되도록 하나 이상의 제2 사이클 내에서 전기 구동 장치를 활성화하는 단계와,
(c) 한계 상황에 상응하는 제1 활성화 에너지를 결정하는 단계와,
(d) 제1 활성화 에너지를 고려하여 구동 장치를 후속 활성화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서 상기 방법의 제2 실시예는 의미상 제1 실시예와 반대로 실행된다. 이 경우, 활성화 에너지는 단계적으로 증가하며, 이른바 "하부"로부터 한계 상황에 "근접해 간다". 전술한 두 실시예는 동일한 한계 상황 및 동일한 제1 활성화 에너지를 유도한다. 물론, 상기 두 실시예에서 추정 한계 상황의 주변 영역에서는, 한계 상황을 정확히 "가늠하기" 위해 활성화 에너지가 단계적으로 교호적으로 증가하고 감소할 수 있다. 또한, 단계 (b)에서 활성화 에너지는 반드시 각각 후속하는 활성화로 엄밀 단조형으로 변동될 필요는 없다. 즉, 복수의 연속 활성화를 위해 동일한 활성화 에너지를 이용하는 것도 당연히 가능하다.
본원에서 일반적으로 "활성화 에너지"란 전기 구동 장치를 통해 흐르는 전류의 시간별 거동을 의미한다. 다시 말해, 전기 구동 장치의 스위칭 거동은 관련된 시간 적분에 상응하게 전류의 시간별 거동("전류 프로파일")에 따라 결정된다. 전류의 시간 적분은 (전압과 곱해져서) 에너지의 차원을 갖는다.
본원 방법의 한 구성에서,는 단계 (c)에 따라 제1 활성화 에너지가 오프셋 값만큼 제2 활성화 에너지로 증가하며, 상기 오프셋 값은 밸브 부재가 안정적으로 제2 위치로 스위칭될 수 있도록 산정된다. 그에 상응하게, 단계 (d)에서의 후속 활성화는 제2 활성화 에너지로 수행된다. 그 결과, 예컨대 온도 변동 및/또는 전압 변동과 같은 간섭들에 대해 상대적으로 더 둔감해짐으로써, 스위칭의 안전성은 오프셋 값에 상응하게 선택적으로 개선될 수 있다.
본원의 방법의 바람직한 구성에서, 제1 위치는 폐쇄된 계량 장치에 상응하고 제2 위치는 개방된 계량 장치에 상응한다. 그 결과, 연료 시스템을 제어하는 장치들에 전류가 공급되지 않는 상태에서는 계량 장치가 폐쇄될 수 있고, 연료는 통제되지 않는 상태에서는 흐를 수 없게 된다. 그 결과, 연료 시스템은 정의된 상태에서 유지될 수 있다.
한계 상황을 결정하기 위한 본 발명에 따른 제1 가능 방법에서, 연료 시스템의 압력 어큐뮬레이터 내[특히 고압 어큐뮬레이터("레일") 내] 압력 및/또는 압력 변동 및/또는 압력 변동 속도가 측정되어 임계값과 비교된다. 한계 상황은 예컨대 레일 압력의 시간별 거동에서의 상승을 통해 인지될 수 있다. 이를 위해, 관련 임계값들이 사전 설정될 수 있다. 그럼으로써, 예컨대 특정 연료 압력이 초과되는지의 여부, 및/또는 연료 압력의 초기값에서 출발하여 압력 변동이 사전 설정된 임계값을 초과했는지의 여부, 및/또는 압력 변동 속도가 사전 설정된 임계값을 초과했는지의 여부가 결정될 수 있다. 그 결과, 한계 상황의 결정이 매우 정밀하게 수행될 수 있다.
한계 상황을 결정하기 위한 본 발명에 따른 제2 가능 방법에서, 전기 구동 장치의 전압 및/또는 전류가 측정되고 평가된다. 밸브 부재의 운동이 비교적 빠르게 변화하면, 이는 전기자 운동의 상응하는 변동으로 이어지고, 그 결과 전기자를 에워싸는 자계가 상응하게 변화한다. 그 결과, 유도 법칙에 따라, 전자기 구동 장치의 단자들에서 측정될 수 있는 전압이 전자기 구동 장치의 코일 내에 발생한다.
그 밖에도, 제2 활성화 에너지 및/또는 이 제2 활성화 에너지에 상응하는, 활성화의 시간별 거동 내지 전류의 시간별 거동은 데이터 메모리에 (예컨대 특성맵의 이용하에) 저장될 수 있다. 그 결과, 전자기 구동 장치의 후속 활성화를 위해, 데이터 메모리에서 저장된 값이 판독 출력될 수 있으므로, 계량 장치의 작동 중에 필요한 경우에만 또는 주기적으로 검출될 필요가 있다. 그 결과, 적응 과정들이 생략됨으로써, 저장된 최종 상태의 가용성이 증대될 수 있다. 이를 보완하여, 활성화 에너지 또는 시간별 전류 거동과 함께, 예컨대 내연기관의 속도와 같은 추가 변수들 또는 매개변수들도 저장할 수 있다.
전자기 구동 장치의 활성화의 제1 실시예에 따라, 활성화의 시간별 거동은 단조 증가형 전류 프로파일을 갖는 제1 위상과, 이에 후속하는, 전기 구동 장치가 펄스 폭 변조에 의해 활성화되는 제2 위상을 포함하며, 제1 위상의 기간 및/또는 제2 위상 이내의 펄스 폭 변조의 듀티 사이클은 한계 상황을 결정하기 위해 변동된다. 그럼으로써 본원의 방법을 실행하는 데 매우 적합한 제1 시간별 "전류 프로파일"이 기술된다.
전자기 구동 장치의 활성화의 제2 실시예에 따라, 활성화의 시간별 거동은 단조 증가형 전류 프로파일을 갖는 제1 위상과, 이에 후속하는, 전기 구동 장치가 가변 전류에 의해 전력을 공급받는 제2 위상을 포함하며, 제1 위상의 기간 및/또는 제2 위상 이내의 가변 전류의 세기는 한계 상황을 결정하기 위해 변동된다. 그럼으로써 본원의 방법을 실행하는 데 매우 적합한 제2 시간별 "전류 프로파일"이 기술된다.
전자기 구동 장치의 활성화의 제3 실시예에 따라, 활성화의 시간별 거동은 전기 구동 장치가 제1 가변 전류에 의해 전력을 공급받는 제1 위상과, 이에 후속하는, 전기 구동 장치가 제2 가변 전류에 의해 전력을 공급받는 제2 위상을 포함하며, 제2 전류는 제1 전류보다 더 작으며, 제1 위상의 기간 및/또는 제2 가변 전류의 세기는 한계 상황을 결정하기 위해 변동된다. 그럼으로써 본원의 방법을 실행하는 데 매우 적합한 제3 시간별 "전류 프로파일"이 기술된다.
이를 보완하여, 앞서 기술한 3가지 실시예의 경우, 활성화의 시간별 거동은, 제2 위상에 후속하면서 전기 구동 장치가 펄스 폭 변조 또는 제3 가변 전류에 의해 활성화되거나 전력을 공급받는 제3 위상을 포함할 수 있다. 그 결과, 너무 낮은 전류로 인해 밸브 부재가 제2 위치로부터 다시 제1 위치로 비정상적으로 앞당겨서 하강하는 현상이 방지될 수 있다. 제3 위상에서는 유효 전류가 일반적으로 제2 위상에서보다 더 크다.
그 밖에도, 앞서 기술한 오프셋 값은 본원 방법의 또 다른 한 실시예에 따라, 압력 어큐뮬레이터 내 연료 압력, 및/또는 연료 온도, 및/또는 전기 구동 장치에 연결된 전기 라인들의 전기 저항에 따라 사전 설정될 수 있다. 그 결과, 오프셋 값은 본원의 작동 매개변수들에 부합하게 산정될 수 있으며, 그럼으로써 오프셋 값이 비교적 작게 선택될 수 있다. 따라서 제2 활성화 에너지가 그에 상응하게 낮으면서도, 밸브 부재의 스위칭 안전성은 저하되지 않는다. 바람직하게는 복수의 작동 매개변수들에 기초하는 복수의 오프셋 값이 내연기관을 위한 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 장치의 특성맵에 저장될 수 있다.
전술한 내연기관용 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 장치가 본 발명에 따른 방법에 있어 특히 유용한 이유는, 본원의 방법을 실행하기 위한 연료 시스템 및 내연기관의 다수의 작동 변수가 중앙에 이미 존재하기 때문이다. 이 경우, 바람직하게는 컴퓨터 프로그램에 의해 본원 방법이 수행된다.
하기에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들이 설명된다.
도 1은 내연기관용 연료 시스템이다.
도 2는 계량 장치와, 전기 구동 장치와, 연료 펌프를 포함하는 연료 이송 장치이다.
도 3은 전기 구동 장치의 활성화에 대한 시간 그래프이다.
도 4는 전기 구동 장치의 활성화를 위한 전류를 도시한 시간 그래프이다.
도 5는 전기 구동 장치의 작동 소음의 시간별 거동들을 도시한 시간 그래프이다.
도 6은 연료 시스템을 작동하기 위한 방법을 수행하기 위한 흐름도이다.
모든 도면에서는 기능이 동일한 부재들 및 변수들에 대해 상이한 실시예에서도 동일한 도면 부호들이 이용된다.
도 1에는, 내연기관(미도시)을 위한 연료 시스템(10)이 매우 간략하게 도시되어 있다. 연료 탱크(12)로부터 연료는 흡입 라인(14)을 통해, 예비 이송 펌프(16)에 의해, 저압 라인(18)을 통해, 그리고 (주로 전자기 구동 장치로서 형성되는) 전기 구동 장치(20)에 의해 구동될 수 있는 유량 제어 밸브(22)를 통해, 내연기관에 의해 기계적으로 구동되는 피스톤 펌프(24)(고압 펌프)로 공급된다. 유량 제어 밸브(22)는 연료 이송량을 책정하기 위한 계량 장치를 형성한다.
피스톤 펌프(24)는 하류측에서 고압 라인(26)을 통해 압력 어큐뮬레이터(28)(고압 어큐뮬레이터, "커먼 레일")에 연결된다. 압력 어큐뮬레이터(28)에는 압력 센서(30)가 배치된다. 피스톤 펌프(24)는, 도면에서 수직으로 운동할 수 있고 여기서는 편심 디스크(34)에 의해 구동될 수 있는 피스톤(32)을 포함한다. 전기 구동 장치(20)는 전기 라인들(35)을 통해 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 장치(36)에 의해 활성화된다. 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 장치(36)는 데이터 메모리(37)와 컴퓨터 프로그램(39)을 포함한다. 그 밖에도, 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 장치(36)는 전기 라인(38)을 통해 압력 센서(30)와 연결된다.
유량 제어 밸브(22)는 피스톤 펌프(24)를 포함한 구조 유닛(도 2 참조)으로서도 형성될 수 있다. 특히 유량 제어 밸브(22)는 피스톤 펌프(24)의 강제 개방형 흡입 밸브(48)(도 2 참조)일 수 있다.
연료 시스템(10)의 작동 시, 예비 이송 펌프(16)는 연료 탱크(12)로부터 연료를 저압 라인(18)으로 이송한다. 이 경우, 유량 제어 밸브(22)는 피스톤 펌프(24)의 이송 챔버(25)로 공급되는 연료량을 제어한다. 유량 제어 밸브(22)는 각각의 연료 요구량에 따라 폐쇄될 수도, 개방될 수도 있다. 연료는 예컨대 휘발유 또는 디젤유이다.
도 2에는, 도 1의 피스톤 펌프(24)가 유량 제어 밸브(22) 및 전기 구동 장치(20)와 함께, 약간 더 상세하긴 하지만 역시 개략적으로 도시되어 있다. 피스톤 펌프(24)는 하우징(40)을 포함하고, 이 하우징 내에서 도면 좌측 섹션에는 자기 코일(42) 및 전기자(44)를 구비한 전기 구동 장치(20)가 배치된다. 도면에서 좌측에 위치하는 하우징(40)의 단부 섹션에는 전기자(44)를 위한 안착 시트(43)(resting seat)가 배치된다.
그 밖에도, 피스톤 펌프(24)는, 흡입 밸브(48)에 의해 저압 라인(18)과 연결된 흡입구(46)와, 배출 밸브(52)에 의해 고압 라인(26)과 연결된 배출구(50)를 포함한다. 흡입 밸브(48)는 밸브 스프링(53) 및 밸브 부재(54)를 포함한다. 흡입 밸브(48)는 개구부(도면 부호 없음)를 통해 이송 챔버(25)와 유압 연결된다.
밸브 부재(54)는, 도면에서 수평으로 변위될 수 있고 전기자(44)와 결합된 밸브 니들(55)에 의해 강제적으로 (파선으로 도시된) 제2 위치(47)에 파지될 수 있다. 제1 위치(45)는 폐쇄된 계량 장치(22)에 상응하고 제2 위치(47)는 개방된 계량 장치(22)에 상응한다.
전기 구동 장치(20)에 전류가 공급되지 않으면, 흡입 밸브(48)는 밸브 스프링(53)의 힘에 의해 폐쇄될 수 있다("무전류 상태에서 폐쇄됨"). 전기 구동 장치(20)에 전류가 공급되면, 전기자(44)는 자기력에 의해 도면에서 우측을 향해 행정 정지부(49)로 변위될 수 있고, 그에 따라 밸브 부재(54)는 강제적으로 제1 위치(45)에서 제2 위치(47)로 스위칭될 수 있다. 그 결과, 흡입 밸브(48)가 개방된다. 이 경우, 전기자(44) 또는 밸브 부재(54)의 (능동적인) 스위칭으로 인해, 전기 구동 장치(20)의 활성화의 각각의 세기에 상응하는 작동 소음이 발생할 수 있다.
연료 시스템(10)의 작동 중, 피스톤 펌프(24)는 흡입구(46)로부터 연료를 배출구(50)로 이송하며, 이때 배출 밸브(52)는 이송 챔버(25)와 배출구(50) 사이의 각각의 압력차에 상응하게 개방되거나 폐쇄된다. 흡입 밸브(48)는 피스톤 펌프(24)의 완전 이송 시 흡입구(46)와 이송 챔버(25) 사이의 각각의 압력차에 의해 가압된다. 부분 이송이 요구되는 경우, 전기 구동 장치(20)에 이송 행정 동안 사전 설정된 임의의 시점부터 전류가 공급됨으로써 흡입 밸브(48)는 폐쇄될 수 없고, 이때 아직 이송 챔버(25) 내에 존재하는 연료는 다시 저압 라인(18)으로 이송된다. 하우징(40)의 내부에 배치된 피스톤 펌프(24)의 용적은 실질적으로 연료로 채워진다.
도 3에는, 전기 구동 장치(20)의 활성화에 대한 시간 그래프가 도시되어 있다. 도면에서 상단 시간 그래프에는, 자기 코일(42)의 제1 단자에 접속된 제어 전압(58)이 도시되어 있다. 도면에서 중간 시간 그래프에는 제어 전압(58)에 종속적인 전류(60)가 도시되어 있다. 도면에서 하단 시간 그래프에는 제어 전압(58) 내지 전류(60)에 종속적인 전기자(44)의 행정(62)이 도시되어 있다.
그래프들은 서로 동일한 시간 눈금(시간 t)을 갖는다. 3개 그래프 모두 제어 전압(58), 전류(60), 또는 행정(62)의 각각 하나의 영점을 포함하며, 이 영점은 관련된 가로좌표보다 약간 더 위쪽에 표시되어 있다. 3개 그래프 모두에서, 전기자(44)의 당김 위상에 상응하는 제1 시간 범위(64)와, 이에 후속하는, 행정 정지부(49)에서 전기자(44)의 파지 위상 동안의 전류 공급에 상응하는 제2 시간 범위(66)는 공통된다. 하단 그래프에서 영점은 안착 시트(43)에서의 전기자(44)의 정지에 상응하고, 수평의 파선은 행정 정지부(49)에 상응한다.
도 3에 도시된, 자기 코일(42) 내지 전기 구동 장치(20)의 활성화는, 밸브 부재(54)의 제2 위치(47)의 방향으로 전기자(44)의 당김 속도가 비교적 낮고, 관련 당김 기간(68)은 그에 상응하게 큰, "감소한 전류 프로파일"을 갖는다. 그러므로 도시된 전류 프로파일은 특히 내연기관의 속도가 비교적 저속일 때 밸브 부재(54)의 스위칭에 이용될 수 있다.
상단 그래프에는 제어 전압(58)이 표시되어 있다. 이 경우, 자기 코일(42)의 제2 단자(미도시)는 계속해서 배터리 전압(70) 쪽에 연결된다. 자기 코일(42)의 제1 단자(미도시)는 전자 스위치에 의해 배터리 전압(70)과 접지 전위("0") 사이에서 스위칭될 수 있으며, 그럼으로써 자기 코일(42) 또는 전기 구동 장치(20)가 활성화되고 전류(60)가 흐를 수 있다.
시점 t0에서 활성화의 제1 위상(72)이 개시된다. 제어 전압(58)은 제1 위상(72) 동안 지속적으로 영(0)으로 스위칭되며, 그럼으로써 자기 코일(42) 내 전류(60)는 대략 램프(ramp) 형태로 상승한다. [전기자(44)가 아직 행정 정지부(49)에서 정지되지 않은] 후속 시점 t1에서는 제1 위상(72)이 종료되면서, 제2 위상(74)이 개시된다. 제2 위상(74) 동안, 제어 전압(58)은 펄스 폭 변조의 유형에 따라 클록 제어되고 전류(60)는 대략 톱니 모양의 시간별 거동을 취한다. 후속 시점 t2에서는 전기자(44)가 행정 정지부(49)에 부딪친다. 이 경우, 전기자(44)의 당김 기간(t2 - t0)은 제1 위상(72)의 기간(t1 - t0)보다 더 길다.
이를 보완하여, 제2 위상(74)에서 수행되는 펄스 폭 변조의 듀티 사이클이 변동될 수 있다. 그 결과, 전류(60)의 시간별 거동을 거의 임의로 변동할 수 있고, 그에 따라 유량 제어 밸브(22)의 스위칭 거동을 최적화할 수 있다. 시점 t2에 후속하는 시점 t3에서는 활성화 및 그에 따른 자기 코일(42)의 전류 공급이 종료된다. 이에 후속하는 시점 t4에서는 전기자(44)가 다시 안착 시트(43)에 도달한다.
전기 구동 장치(20)의 활성화는 다양한 유형으로 수행될 수 있다. 예컨대 전기 구동 장치(20)는 제1 위상(72) 동안 전류(60)의 단조 증가 프로파일로, 또는 제1 가변 전류(60)로 활성화된다. 마찬가지로, 전기 구동 장치(20)는 제2 위상(74) 동안 펄스 폭 변조의 유형에 따라 활성화될 수 있거나, 제2 가변 전류로 활성화될 수 있다. 이 경우, 일반적으로, 제2 위상(74)에서 평균 전류(60)는 제1 위상(72)에서보다 더 작다. 이를 보완하여, 제2 위상(74)에 후속하는 제3 위상(미도시)이 제공될 수 있고, 이 제3 위상에서는 전기 구동 장치(20)가 펄스 폭 변조 또는 제3 가변 전류(60)에 의해 활성화되거나 전류를 공급받을 수 있다. 이 경우, 일반적으로, 제3 위상에서의 평균 전류(60)는 제2 위상(74)에서보다 더 크다. 계속해서 하기에 기술되는 한계 상황의 결정을 위해, 3가지 위상의 길이 및/또는 각각의 위상들에서 흐르는 전류가 개별적으로 변동될 수 있다.
도 4에는, 도 3의 중간 시간 그래프와 유사한, 전기 구동 장치(20)를 활성화하기 위한 전류(60)를 포함한 2개의 전류 곡선(76 및 78)[전류 프로파일, 전류(60)의 시간별 거동]이 도시되어 있다. 전류 곡선(76)은, 밸브 부재(54)가 가능한 표본 산포도와 무관하게 제1 위치(45)에서 제2 위치(47)로 확실하게 스위칭되는, 전기 구동 장치(20)의 제1 활성화를 특성화한다. 예컨대 전류 곡선(76)은, 계속해서 하기에 도 6의 경우 기술되는 방법의 적용 없이 설정될 수 있는 것과 같은 전류(60)의 시간별 거동에 상응한다.
전류 곡선(78)은, 밸브 부재(54)가 감소된 ("제2") 활성화 에너지로 활성화되는, 전기 구동 장치(20)의 제2 활성화를 특성화한다. 본원에서 일반적으로 "활성화 에너지"란 전류(60)의 각각의 시간별 거동을 의미한다. 제1 화살표(80)는 유량 제어 밸브(22)가 개방되는 시점을 특성화하며, 제2 화살표(82)는 유량 제어 밸브(22)가 폐쇄되는 시점을 특성화한다.
제2 활성화 에너지는 오프셋 값만큼 증가한 "제1" 활성화 에너지다. 제1 활성화 에너지는, 밸브 부재(54)가 제1 위치(45)에서 제2 위치(47)로 간신히 스위칭되거나, 더 이상 스위칭되지 않는, 앞서 언급한 한계 상황에 상응한다. 오프셋 값은, 제2 활성화 에너지가 전류 곡선(76)에 상응하는 활성화 에너지보다 훨씬 더 낮으나 밸브 부재(54)가 제2 위치(47)로 스위칭될 수 있음으로써 스위칭의 안전성은 저하되지 않는 방식으로 산정된다. 전류 곡선(78)의 제2 활성화 에너지는 전류 곡선(76)의 활성화 에너지의 대략 2/3에 불과하다는 점이 확인된다.
도 5에는, 전기 구동 장치(20)의 제1 작동 소음(84) 및 제2 작동 소음(86)의 시간별 거동들이 표시된 시간 그래프가 도시되어 있다. 이 경우, 제1 작동 소음(84)은 도 4에 따른 전류 곡선(76)에 상응하고 제2 작동 소음(86)은 도 4에 따른 전류 곡선(78)에 상응한다. 제2 작동 소음(86)이 제1 작동 소음(84)에 비해 분명히 감소하는 점이 확인된다.
도 6에는, 연료 시스템(10)을 작동하기 위한 방법에 대한 흐름도가 도시되어 있다. 본원의 흐름도는 바람직하게는 컴퓨터 프로그램(39)에 의해 처리될 수 있다. 시작 블록(88)에서 도시된 절차가 개시된다.
질의 블록(90)에서는, 내연기관의 속도가 임계값보다 낮은지의 여부가 검사된다. 내연기관의 속도가 임계값보다 낮지 않은 경우, 질의 블록(90)의 처음으로 다시 되돌아간다. 내연기관의 속도가 임계값보다 낮은 경우, 후속 블록(92)으로 진행된다. 블록(92)에서는, 밸브 부재(54)가 예컨대 전류 곡선(76)의 이용하에 제2 위치(47)로 확실하게 강제 변위되도록, 전기 구동 장치(20)가 제1 사이클 내에서 활성화된다.
질의 블록(90)에 의해, 유량 제어 밸브(22)의 제1 작동 모드와 제2 작동 모드 간 전환이 이루어질 수 있다. 제1 작동 모드는 비교적 높은 속도를 특성화하며, "최대 전류 프로파일"이 전기 구동 장치(20)의 활성화를 위해 이용된다. 제2 작동 모드는 비교적 낮은 속도를 특성화하며, 전기 구동 장치(20)의 전류 감소된 활성화(영어: "reduced current control", RECUR)가 이용된다. 예컨대 제2 작동 모드는 소위 "아이들링에 근접한" 속도를 특성화한다.
후속 블록(94)에서 전기 구동 장치(20)는 하나 이상의 제2 사이클 내에서 차이값만큼 단계적으로 감소하는 활성화 에너지로 활성화된다.
후속 블록(96)에서는 압력 센서(30)에 의해 측정된 압력 어큐뮬레이터(28) 내의 연료 압력("압력")이 평가된다. 예컨대 압력 어큐뮬레이터(28) 내의 압력 및/또는 압력 변동 및/또는 압력 변동 속도가 임계값을 초과했는지의 여부가 검사된다. 이 경우, 이송 행정 동안 제1 위치(45)에서 제2 위치(47)로 밸브 부재(54)를 강제 변위시키기 위해 전기 구동 장치(20)의 현재 활성화 에너지가 (더 이상) 충분하지 않다면, 피스톤 펌프(24)는 소위 완전 이송을 실행한다는 점이 고려된다. 이런 완전 이송의 경우는 압력 어큐뮬레이터(28) 내에서 압력의 비교적 빠른 상승에 의해 결정될 수 있다.
후속하는 질의 블록(98)에서는, 선행 블록(96)에서 임계값을 초과하는 압력 변동이 측정되었는지의 여부가 검사된다. 이에 해당되지 않는 경우, 본원의 방법은 블록(94)의 처음에서 계속 진행되며, 블록(94)에서는 활성화 에너지가 계속해서 감소한다. 그러나 임계값이 초과되었다면, 이로부터 유량 제어 밸브(22)가 (더 이상) 개방되어 있지 않은 것으로 추론된다. 이는 밸브 부재(54)가 제2 위치(47)로 간신히 강제 변위되거나, 더 이상 강제 변위되지 않는 한계 상황에 상응한다. 그 대안으로 또는 이를 보완하여, 블록들(96 및 98)에서는 한계 상황을 결정하기 위해 연료 압력 대신 또는 연료 압력 외에, 제어 전압(58) 및/또는 전류(60)도 평가될 수 있다.
그 다음, 후속 블록(100)으로 진행되며, 이 블록에서는 한계 상황에 상응하는 제1 활성화 에너지가 결정된다. 압력 어큐뮬레이터(28) 내의 연료 압력과, 연료 온도와, 전기 라인들(35)의 전기 저항에 따라서, 앞서 이미 기술한 오프셋 값이 결정되거나 사전 설정되어 제1 활성화 에너지에 부가된다. 합의 결과로 제2 활성화 에너지가 생성된다. 따라서 유량 제어 밸브(22)의 스위칭 거동이면서 표본에 따르고, 그리고/또는 속도에 따르는 상기 스위칭 거동에 대한 전기 구동 장치(20)의 활성화의 적응이 수행된다. 제1 및 제2 활성화 에너지뿐 아니라, 선택에 따라 속도, 및 활성화의 사전 설정 가능한 시간별 거동은 전기 구동 장치(20)의 후속 활성화를 위해 데이터 메모리(37)에 저장된다. 이는 예컨대 특성맵의 이용하에 수행된다.
이어지는 블록(102)에서는 전기 구동 장치(20)가 후속하여 제2 활성화 에너지로 활성화된다. 그러나 내연기관의 속도에 따라서 제1 내지 제2 활성화 에너지 및 오프셋 값을 결정할 수도 있다. 그 결과, 유량 제어 밸브(22)의 활성화가 속도에 따라서도 수행될 수 있다. 종료 블록(104)에서 도 6에 도시된 절차가 종료된다.
자명한 사실로서, 기술한 한계 상황의 결정은 반대로도 상응하게 수행될 수 있다. 이 경우, 밸브 부재(54)가 제2 위치(47)로 확실하게 스위칭되지 않는 활성화 에너지로부터 시작하여 한계 상황에 도달할 때까지, 활성화 에너지가 단계적으로 증가한다. 또한, 활성화 에너지는 단계적이면서 교호적으로 증가하고 감소할 수도 있으며, 그럼으로써 한계 상황이 경우에 따라 더 정확하게 결정될 수 있다.

Claims (14)

  1. 연료 이송량을 측정하기 위한 계량 장치(22)가 전기 구동 장치(20)에 의해 개방될 수 있고, 그리고/또는 폐쇄될 수 있고, 구동 장치(20)의 비활성 상태에서는 계량 장치(22)의 밸브 부재(54)가 제1 위치(45)로 스위칭될 수 있고, 구동 장치(20)의 활성 상태에서는 제2 위치(47)로 스위칭될 수 있는, 내연기관용 연료 시스템(10)을 작동하기 위한 방법에 있어서,
    (a) 밸브 부재(54)가 제2 위치(47)로 확실하게 스위칭되도록 하나 이상의 제1 사이클 내에서 전기 구동 장치(20)를 활성화하는 단계와,
    (b) 밸브 부재(54)가 제2 위치(47)로 간신히 스위칭되거나, 더 이상 스위칭되지 않는 한계 상황에 도달할 때까지, 전기 구동 장치(20)가 활성화될 때마다 단계적으로 감소하는 활성화 에너지로 활성화되도록 하나 이상의 제2 사이클 내에서 전기 구동 장치(20)를 활성화하는 단계와,
    (c) 한계 상황에 상응하는 제1 활성화 에너지를 결정하는 단계와,
    (d) 제1 활성화 에너지를 고려하여 구동 장치(20)를 추가로 활성화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 내연기관용 연료 시스템의 작동 방법.
  2. 연료 이송량을 측정하기 위한 계량 장치(22)가 전기 구동 장치(20)에 의해 개방될 수 있고, 그리고/또는 폐쇄될 수 있고, 구동 장치(20)의 비활성 상태에서는 계량 장치(22)의 밸브 부재(54)가 제1 위치(45)로 스위칭될 수 있고, 구동 장치(20)의 활성 상태에서는 제2 위치(47)로 스위칭될 수 있는, 내연기관용 연료 시스템(10)을 작동하기 위한 방법에 있어서,
    (a) 밸브 부재(54)가 제2 위치(47)로 확실하게 스위칭되지 않도록 하나 이상의 제1 사이클 내에서 전기 구동 장치(20)를 활성화하는 단계와,
    (b) 밸브 부재(54)가 제2 위치(47)로 간신히 스위칭되거나, 더 이상 스위칭되지 않는 한계 상황에 도달할 때까지, 전기 구동 장치(20)가 활성화될 때마다 단계적으로 감소하는 활성화 에너지로 활성화되도록 하나 이상의 제2 사이클 내에서 전기 구동 장치(20)를 활성화하는 단계와,
    (c) 한계 상황에 상응하는 제1 활성화 에너지를 결정하는 단계와,
    (d) 제1 활성화 에너지를 고려하여 구동 장치(20)를 추가로 활성화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 내연기관용 연료 시스템의 작동 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 단계 (c)에 따라 제1 활성화 에너지는 일 오프셋 값만큼 제2 활성화 에너지로 증가하고, 상기 오프셋 값은, 밸브 부재(54)가 제2 위치(47)로 스위칭될 수 있도록 산정되며, 단계 (d)에서의 추가 활성화는 제2 활성화 에너지로 수행되는 것을 특징으로 하는, 내연기관용 연료 시스템의 작동 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 위치(45)는 폐쇄된 계량 장치(22)에 상응하고 제2 위치(47)는 개방된 계량 장치(22)에 상응하는 것을 특징으로 하는, 내연기관용 연료 시스템의 작동 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 한계 상황은, 연료 시스템(10)의 압력 어큐뮬레이터(28) 내의 압력 및/또는 압력 변동 및/또는 압력 변동 속도가 측정되어 임계값과 비교됨으로써 결정되는 것을 특징으로 하는, 내연기관용 연료 시스템의 작동 방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 한계 상황은, 전기 구동 장치(20)의 전압(58) 및/또는 전류(60)가 측정되어 평가됨으로써 결정되는 것을 특징으로 하는, 내연기관용 연료 시스템의 작동 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 제2 활성화 에너지 및/또는 이 제2 활성화 에너지에 상응하는, 활성화의 시간별 거동이 데이터 메모리(37)에 저장되는 것을 특징으로 하는, 내연기관용 연료 시스템의 작동 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 활성화의 시간별 거동은 단조 증가형 전류 프로파일을 갖는 제1 위상(72)과, 이에 후속하는, 전기 구동 장치(20)가 펄스 폭 변조에 의해 활성화되는 제2 위상(74)을 포함하며, 제1 위상(72)의 기간 및/또는 펄스 폭 변조의 듀티 사이클은 한계 상황을 결정하기 위해 변동되는 것을 특징으로 하는, 내연기관용 연료 시스템의 작동 방법.
  9. 제1항 내지 제7항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 활성화의 시간별 거동은 단조 증가형 전류 프로파일을 갖는 제1 위상(72)과, 이에 후속하는, 전기 구동 장치(20)가 가변 전류(60)에 의해 전력을 공급받는 제2 위상(74)을 포함하며, 제1 위상(72)의 기간 및/또는 가변 전류(60)의 세기는 한계 상황을 결정하기 위해 변동되는 것을 특징으로 하는, 내연기관용 연료 시스템의 작동 방법.
  10. 제1항 내지 제7항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 활성화의 시간별 거동은 전기 구동 장치(20)가 제1 가변 전류(60)에 의해 전력을 공급받는 제1 위상(72)과, 이에 후속하는, 전기 구동 장치(20)가 제2 가변 전류(60)에 의해 전력을 공급받는 제2 위상(74)을 포함하며, 제2 전류(60)는 제1 전류(60)보다 더 작으며, 제1 위상(72)의 기간 및/또는 제2 가변 전류(60)의 세기는 한계 상황을 결정하기 위해 변동되는 것을 특징으로 하는, 내연기관용 연료 시스템의 작동 방법.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 활성화의 시간별 거동은 제2 위상(74)에 후속하는 제3 위상을 포함하며, 상기 제3 위상에서는 전기 구동 장치(20)가 펄스 폭 변조 또는 제3 가변 전류(60)에 의해 활성화되거나 전력을 공급받는 것을 특징으로 하는, 내연기관용 연료 시스템의 작동 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 오프셋 값은 압력 어큐뮬레이터(28) 내 연료 압력, 및/또는 연료 온도, 및/또는 전기 구동 장치(20)에 연결된 전기 라인들(35)의 전기 저항에 따라 사전 설정되는 것을 특징으로 하는, 내연기관용 연료 시스템의 작동 방법.
  13. 내연기관을 위한 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 장치(36)에 있어서, 제1항 내지 제12항 중 하나 이상의 항에 따른 방법을 실행할 수 있는 것을 특징으로 하는 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 장치(36).
  14. 컴퓨터 프로그램(39)에 있어서, 제1항 내지 제12항 중 어느 하나 이상의 항에 따른 방법을 실행하도록 프로그래밍되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램(39).
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