KR20160008791A

KR20160008791A - 고압연료펌프용 유량제어밸브의 제어장치 및 제어방법

Info

Publication number: KR20160008791A
Application number: KR1020140088940A
Authority: KR
Inventors: 강명권; 신용남; 박용덕; 최규성
Original assignee: (주)모토닉
Priority date: 2014-07-15
Filing date: 2014-07-15
Publication date: 2016-01-25
Also published as: KR101603643B1

Abstract

고압연료펌프용 유량제어밸브의 제어장치 및 제어방법에 관한 것으로, 유량제어밸브의 동작 사이클은 자기장을 발생해서 솔레노이드에 마련된 플런저를 코어 측으로 이동시켜 상기 유량제어밸브를 폐쇄하도록 코일에 전류를 공급해서 유지하는 풀-인 시간, 폐쇄된 상기 유량제어밸브를 폐쇄 상태로 유지하는 홀드 시간 및 개방 동작시 상기 코일에 인가되는 전류를 감소시켜 상기 유량제어밸브를 개방하는 드랍 시간을 포함하고, 상기 풀-인 시간 동안 상기 플런저의 동작속도를 낮춰서 상기 플런저와 코어의 충돌로 인한 소음과 진동을 감쇄하도록 상기 코일에 인가되는 전류를 제어하는 구성을 마련하여, 유량제어밸브의 코일에 인가되는 전류량을 조절하여 유량제어밸브의 폐쇄 동작시 플런저와 코어의 충돌로 인한 소음 및 진동을 감쇄할 수 있다는 효과가 얻어진다.

Description

고압연료펌프용 유량제어밸브의 제어장치 및 제어방법{CONTROL APPARTUS AND MEHTOD OF FLOW CONTROL VALVE FOR HIGH PRESURE FUEL PUMP}

본 발명은 고압연료펌프용 유량제어밸브의 제어장치 및 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가솔린 엔진이 공기를 흡입하여 압축한 후 가솔린 연료를 실린더 내부에 직접 분사하도록 고압으로 압축하여 인젝터에 공급하는 고압연료펌프용 유량제어밸브의 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.

가솔린 엔진의 연비 및 성능을 개선하기 위하여 직접분사식 엔진(Gasoline Direct Injection type engine) 기술이 개발되고 있다.

통상의 가솔린 엔진은 공기/연료 혼합기(air/fuel mixture)의 흡입/압축/점화/폭발/배기 과정에 의해 동력을 발생하는데 반해, 직접분사식 가솔린 엔진은 공기만을 흡입하여 압축한 후 연료를 분사한다.

이러한 방식은 디젤 기관의 압축 착화 방식과 유사하다.

따라서 직접분사식 가솔린 엔진은 통상적인 가솔린 엔진의 압축비(compression ratio)의 한계를 넘는 높은 압축비를 구현할 수 있어 연비를 극대화할 수 있는 이점이 있다.

이러한 직접분사식 가솔린 엔진에서는 연료압력이 매우 중요한 요소가 되며, 이를 위하여 고성능의 고압연료펌프를 필요로 한다.

예를 들어, 본 출원인은 하기의 특허문헌 1 및 특허문헌 2 등 다수에 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프를 개시해서 출원하여 등록받은 바 있다.

한편, 종래기술에 따른 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프는 엔진 캠축에 장착되어 캠의 회전력에 의해 펌프 축이 회전하고, 그 회전력에 의해 펌프의 피스톤이 운동하여 압력을 형성해서 가솔린 연료를 인젝터로 공급하도록 구성된다.

이를 위해, 종래기술에 따른 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프에는 입구측 체크밸브의 개폐 동작을 제어하여 고압연료펌프의 토출 유량을 제어하는 유량제어밸브가 마련된다.

일반적으로, 유량제어밸브에는 코일에 의해 전자기 방식으로 작동하는 솔레노이드 밸브가 적용된다.

솔레노이드 밸브는 무전류 상태에서 개방되고, 코일에 일정한 전압이 인가되면 자기장을 발생해서 플런저를 직선 이동시켜 폐쇄된다.

대한민국 특허 등록번호 제10-1171995호(2012년 8월 8일 공고) 대한민국 특허 등록번호 제10-1182130호(2012년 9월 12일 공고) 대한민국 특허 등록번호 제10-1361612호(2014년 2월 13일 공고)

그러나 유량제어밸브를 동작시키는 솔레노이드는 고압연료펌프 구동시 솔레노이드에 마련된 코일 및 입구측 체크밸브에 마련된 스토퍼와의 충돌시 충격에 의한 진동 및 소음을 발생시킨다.

특히, 솔레노이드는 엔진이 상대적으로 조용한 저속 구간에서 입구측 체크밸브가 동작하면서 고주파소음을 발생시킴에 따라, 종래기술에 따른 고압연료펌프는 운전자에게 소음으로 인한 불만족감을 증대시키는 원인이 되었다.

그리고 종래기술에 따른 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프는 솔레노이드에 마련되는 스프링 장착부가 개방형으로 형성되어 고압연료펌프의 바디 외측에 결합됨에 따라, 동작시 발생하는 소음을 고압연료펌프의 외측으로 방출하는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 출원인은 상기의 특허문헌 3에 솔레노이드 동작시 발생하는 소음 및 진동을 최소화하는 유량제어밸브 기술을 개시해서 출원하여 등록받은 바 있다.

그러나 특허문헌 3의 구성을 적용하더라도 액추에이터 동작시 발생하는 진동 및 소음을 완전히 제거하기에는 한계가 있었다.

또한 종래기술에 따른 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프는 유량제어밸브 구동시 솔레노이드의 코일에 전류를 지속적으로 공급함에 따라 전류 소모량이 증가하고, 코일에서 발생하는 열에 의한 부품의 고장이나 손상이 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고압연료펌프에 적용되는 유량제어밸브의 코일에 인가되는 전류량을 제어할 수 있는 고압연료펌프용 유량제어밸브의 제어장치 및 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 유량제어밸브에 마련되는 플런저와 코어의 충돌 속도를 감소시켜 고압연료펌프 작동시 발생하는 소음 및 진동을 감쇄할 수 있는 고압연료펌프용 유량제어밸브의 제어장치 및 제어방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 고압연료펌프용 유량제어밸브의 제어장치는 유량제어밸브의 동작 사이클은 자기장을 발생해서 솔레노이드에 마련된 플런저를 코어 측으로 이동시켜 상기 유량제어밸브를 폐쇄하도록 코일에 전류를 공급해서 유지하는 풀-인 시간, 폐쇄된 상기 유량제어밸브를 폐쇄 상태로 유지하는 홀드 시간 및 개방 동작시 상기 코일에 인가되는 전류를 감소시켜 상기 유량제어밸브를 개방하는 드랍 시간을 포함하고, 상기 풀-인 시간 동안 상기 플런저의 동작속도를 낮춰서 상기 플런저와 코어의 충돌로 인한 소음과 진동을 감쇄하도록 상기 코일에 인가되는 전류를 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 고압연료펌프용 유량제어밸브의 제어방법은 유량제어밸브의 동작 사이클은 자기장을 발생해서 솔레노이드에 마련된 플런저를 코어 측으로 이동시켜 상기 유량제어밸브를 폐쇄하도록 코일에 전류를 공급해서 유지하는 풀-인 시간, 폐쇄된 상기 유량제어밸브를 폐쇄 상태로 유지하는 홀드 시간 및 개방 동작시 상기 코일에 인가되는 전류를 감소시켜 상기 유량제어밸브를 개방하는 드랍 시간을 포함하고, 상기 풀-인 시간 동안 상기 플런저의 동작속도를 낮춰서 상기 플런저와 코어의 충돌로 인한 소음과 진동을 감쇄하도록 상기 코일에 인가되는 전류를 제어하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 고압연료펌프용 유량제어밸브의 제어장치 및 제어방법에 의하면, 유량제어밸브의 코일에 인가되는 전류량을 조절하여 유량제어밸브의 폐쇄 동작시 플런저와 코어의 충돌로 인한 소음 및 진동을 감쇄할 수 있다는 효과가 얻어진다.

즉, 본 발명에 의하면, 입구측 체크밸브의 폐쇄 동작시 코일에 인가되는 전류가 피크 전류값에 도달하면 폐쇄 동작이 완료될 때까지 피크 전류값을 유지하고, 폐쇄 동작이 완료되면 홀드 전류값으로 하강시켜 유지할 수 있다.

이에 따라, 본 발명에 의하면, 유량제어밸브에 마련된 플런저의 동작 속도를 감소시켜 플런저와 코어의 충돌을 방지함으로써, 충격에 인한 소음 및 진동을 최소화할 수 있다는 효과가 얻어진다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 고압연료펌프용 유량제어밸브의 제어장치가 적용된 연료공급 시스템의 블록 구성도,
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 적용되는 고압연료펌프의 사시도,
도 3은 도 2에 도시된 유량제어밸브의 단면도,
도 4는 유량제어밸브의 제어 동작을 예시한 타이밍도,
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 고압연료펌프용 유량제어밸브의 제어 동작을 예시한 타이밍도,
도 6은 본 발명의 제3 실시 에에 따른 고압연료펌프용 유량제어밸브의 제어동작을 예시한 타이밍도,
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고압연료펌프용 유량제어밸브의 제어방법을 단계별로 설명하는 흐름도.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고압연료펌프용 유량제어밸브의 제어장치 및 제어방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

이하에서는 설명의 편의상 직접분사식 가솔린 엔진용 고압연료펌프에 마련되는 유량제어밸브를 이용해서 설명한다.

그러나 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 직접분사식 가솔린 엔진 뿐만 아니라, 직접분사식 엘피지 엔진과 같이 다양한 연료를 고압으로 가압해서 연소실 내부에 직접분사하는 다양한 종류의 내연기관에 적용될 수 있음에 유의하여야 한다.

[제1 실시 예]

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고압연료펌프용 유량제어밸브의 제어장치가 적용된 연료공급 시스템의 블록 구성도이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고압연료펌프용 유량제어밸브의 제어장치(10)가 적용된 연료공급 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 연료탱크(11)에 충진된 가솔린 연료를 엔진(15)으로 공급하도록 펌핑 동작하는 연료펌프(12), 연료펌프(12)로부터 공급되는 연료의 압력을 미리 설정된 고압으로 가압하는 고압연료펌프(20), 고압으로 가압된 연료가 충진되는 딜리버리 파이프(13), 딜리버리 파이프(13)에 고압으로 충진된 연료를 엔진(15)의 각연소실에 직접분사하는 인젝터(14), 딜리버리 파이프(13)에 충진된 연료의 압력을 감지하는 압력감지센서(16), 엔진(15)의 목표 RPM에 기초하여 연료펌프(12), 고압연료펌프(20) 및 인젝터(14)의 구동을 제어하는 제어부(17)를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 고압연료펌프용 유랑제어밸브의 제어장치는 상기한 바와 같은 연료공급 시스템의 구성에 한정되는 것은 아니며, 연료의 압력을 미리 설정된 압력을 조절하기 위한 압력조정기, 딜리버리 파이프(13)로 공급된 연료 중에서 엔진으로 분사하고 남은 잔여 연료를 연료탱크(12)로 회수하는 연료회수 라인(R)이나 바이패스 라인 등 다양한 부품과 연료 이동 유로가 더 마련되도록 변경될 수 있음에 유의하여야 한다.

딜리버리 파이프(13)에는 딜리버리 파이프(13) 내부에 충진된 연료의 압력을 감지하는 압력감지센서(16)가 설치되고, 제어부(17)는 압력감지센서(16)에서 감지된 연료의 압력에 기초해서 연료펌프(12) 및 고압연료펌프(20)의 동작을 제어할 수 있다.

제어부(17)는 차량의 메인 제어부(도면 미도시)와 통신으로 수행하고, 수신된 목표 RPM에 따라 연료펌프(12), 고압연료펌프(20) 및 인젝터(14)의 구동을 제어하는 전자제어유닛(Electronic Control Unit)으로 마련될 수 있다.

물론, 제어부(17)는 상기 전자제어유닛과 통신 가능하게 연결되는 별도의 제어유닛으로 마련으로 마련될 수 있다.

제어부(17)의 구성 및 동작에 대한 설명은 아래에서 도 4를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

다음, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고압연료펌프의 구성을 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 적용되는 고압연료펌프의 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 유량제어밸브의 단면도이다.

고압연료펌프(20)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 측면에 입구측 및 토출측 개공(211,212)이 형성되는 바디(21), 바디(21)의 하부에 결합되고 내부에 연료의 흡입력을 발생하는 흡입수단(22)이 구비되는 브래킷(23), 바디(21)의 상부에 결합되며 흡입된 연료의 맥동을 감소시키는 댐퍼부(24), 입구측 개공(211)에 결합되며 연료의 공급 유량 및 토출 압력을 제어하도록 입구측 체크밸브(40)를 개폐 동작시키는 유량제어밸브(30) 및 토출측 개공(212)에 결합되는 토출측 체크밸브(25)를 포함할 수 있다.

이와 함께, 고압연료펌프(20)는 바디(21)와 엔진 캠축(도면 미도시)의 캠 사이에 흡입수단(22)과 일체가 되도록 결합되고 캠의 회전운동을 직선 왕복운동으로 변환하여 흡입수단(22)으로 전달하는 롤러태핏부(26)를 더 포함할 수 있다.

흡입수단(22)은 롤러태핏부(26)의 직선 왕복운동에 의해 승강 동작하는 피스톤(27), 피스톤(27)에 복원력을 제공하는 리턴 스프링(28) 및 리턴 스프링(28)과 피스톤(27)의 하단부에 결합되는 리테이너(29)를 포함할 수 있다.

유량제어밸브(30)는 솔레노이드(31)의 작동에 의해 입구측 체크밸브(40)의 개폐 동작을 제어해서 댐퍼부(24)를 경유하여 유량제어밸브(30)로 이송된 연료를 입구측 체크밸브(40)를 거쳐 토출측 체크밸브(25)로 이송하는 기능을 한다.

따라서, 유량제어밸브(30)는 솔레노이드(31)의 동작에 의해 입구측 체크밸브(25)의 개폐 동작을 제어함으로써, 고압연료펌프(20)의 바디(21)로 공급되는 연료의 공급 유량 및 토출 압력을 조절할 수 있다.

유량제어밸브(30)는 도 3에 도시된 바와 같이, 전류를 공급받아 내부에 마련된 플런저(32)를 직선 왕복운동시키는 솔레노이드(31), 플런저(32)의 동작에 의해 내부로 유입된 연료의 역류를 방지면서 연료를 토출측 체크밸브(25)로 공급하는 입구측 체크밸브(40), 솔레노이드(31)의 동작에 의해 직선 왕복운동하여 입구측 체크밸브(40)를 개폐 동작시키는 니들(33), 니들(33)의 직선 왕복운동을 가이드하는 니들 가이드(34) 및 솔레노이드(31) 내부에 설치되고 니들(33)에 복원력을 제공하는 스프링(35)을 포함할 수 있다.

솔레노이드(31)는 외주면에 코일(36)이 감기는 보빈(37), 보빈(37)의 내부에 설치되는 코어(38) 및 코일(36)에 전류가 공급되면서 발생하는 자기장에 의해 직선 왕복운동하는 플런저(32)를 포함할 수 있다.

즉, 유량제어밸브(30)는 솔레노이드(31)의 코일에 전류가 공급되면 자기장을 발생시켜 플런저(32) 및 니들(33)을 코어(38) 측으로 이동시켜 입구측 체크밸브(40)를 폐쇄하고, 전류 공급이 차단되면 스프링(35)의 복원력에 의해 플런저(32) 및 니들(33)을 입구측 체크밸브(40) 측으로 이동시켜 입구측 체크밸브(40)를 개방한다.

입구측 체크밸브(40)는 상면이 개구된 원통 형상으로 형성되고 중앙에 연료가 충진되는 충진공간이 형성되는 몸체(41), 상기 충진공간에 충진된 연료를 바디(21)로 전달하는 전달공을 개폐하는 밸브체(42), 몸체(41)의 하부에 결합되는 스토퍼(43) 및 스토퍼(43)와 밸브체(42) 사이에 설치되어 밸브체(42)에 탄성력을 제공하는 탄성스프링(44)을 포함할 수 있다.

다시 도 1에서, 제어부(17)는 압력감지센서(16)에서 감지된 압력감지신호에 따라 솔레노이드(31)의 코일(36)에 인가되는 전류량을 제어하는 제어신호를 발생해서 유량제어밸브(30)의 동작을 제어할 수 있다.

즉, 제어부(17)는 유량제어밸브(30)의 폐쇄 동작시 플런저(32)와 코어(38)의 충돌에 의해 발생하는 소음 및 진동을 최소화하도록 솔레노이드(31)의 코일(36)에 인가되는 공급전원의 전압을 가변시켜 전류를 조절함으로써, 코일(36)에서 발생하는 자기장의 세기를 제어해서 플런저(32)의 동작속도를 제어할 수 있다.

이를 위해, 제어부(17)는 차량의 메인 제어부로부터 수신된 목표 RPM과 압력감지센서(16)에서 감지된 연료의 감지압력을 비교하는 비교부(18) 및 비교부(18)의 비교 결과에 따라 솔레노이드(31)의 동작을 제어하도록 제어신호를 발생하는 신호발생부(19)를 포함할 수 있다.

신호발생부(19)는 비교부(18)의 비교 결과에 기초해서 전압을 가변해서 솔레노이드(31)의 코일(36)에 인가되는 공급전원의 전류량을 조절할 수 있다.

예를 들어, 도 4는 유량제어밸브의 제어 동작을 예시한 타이밍도이다.

도 4에는 유량제어밸브의 동작 싸이클, 신호발생부에서 발생하는 제어신호의 전압, 코일에 인가되는 전류 파형 및 밸브의 동작 상태 그래프가 도시되어 있다.

도 4에는 유량제어밸의 개방 상태에서 폐쇄 동작 후 다시 개방하는 2 싸이클이 예시되어 있다.

본 실시 예에서 유량제어밸브(30)의 개폐 동작 싸이클은 각각 유량제어밸브(30)의 폐쇄 동작시 플런저(32)를 코어(38) 측으로 이동시키기 위해 자기장을 발생하도록 코일(36)에 전류를 공급해서 유지하는 풀-인 시간(pull-in time)과 폐쇄된 유량제어밸브(30)를 폐쇄 상태로 유지하는 홀드 시간(hold tiem) 및 유량제어밸브(30)를 개방하도록 전류량을 감소시키는 드랍 시간(drop time)을 포함한다.

여기서, 상기 풀-인 시간과 홀드 시간은 제어신호의 전압이 인가되는 워크 시간(work time)이다.

고압연료펌프(20)는 흡입수단(22)에 마련된 피스톤(27)이 롤러태핏부(26)를 통해 엔진(15)의 캠축에 설치된 캠의 회전운동을 전달받아 직선 왕복운동해서 펌핑 동작함에 따라, 유량제어밸브(30)를 폐쇄 및 개방하는 각 싸이클의 주기는 차량의 주행상태, 특히 엔진(15)의 RPM에 따라 변경될 수 있다.

유량제어밸브(30)는 피스톤(27)의 하강 동작시 입구측 체크밸브(40)를 개방해서 댐퍼부(24)를 통해 연료를 내부의 충진공간으로 흡입하고, 피스톤(27)의 상승 동작시 입구측 체크밸브(40)를 폐쇄해서 연료의 역류를 방지한 상태에서 충진공간에 충진된 연료를 바디(24) 내부로 전달할 수 있다.

신호발생부(19)는 상기 피크 시간 동안 미리 설정된 피크 전압값의 제어신호를 발생하고, 코일(36)에 인가되는 전류는 코일(36)의 저항값에 의한 기울기에 따라 미리 설정된 피크 전류값(Ip)까지 증가한다.

도 4에는 유량제어밸브의 개폐 동작 싸이클에 대한 신호발생부에서 발생하는 제어신호의 전압, 코일에 인가되는 전류 파형 및 밸브의 동작 상태 그래프가 도시되어 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에서 유량제어밸브(30)의 개폐 동작 싸이클은 각각 유량제어밸브(30)의 폐쇄 동작시 플런저(32)를 코어(38) 측으로 이동시키기 위해 자기장을 발생하도록 코일(36)에 전류를 공급해서 유지하는 풀-인 시간(pull-in time)과 폐쇄된 유량제어밸브(30)를 폐쇄 상태로 유지하는 홀드 시간(hold tiem) 및 유량제어밸브(30)를 개방하도록 전류량을 감소시키는 드랍 시간(drop time)을 포함한다.

풀-인 시간은 미리 설정된 피크 전압값의 제어신호를 발생해서 전류를 증가시키는 피크 시간(peak time)과 전류를 일정하게 유지하는 피크 홀드 시간(peak hold time)을 포함할 수 있다.

즉, 신호발생부(19)는 피크 시간 동안 미리 설정된 피크 전압값의 제어신호를 발생하고, 코일(36)에 인가되는 전류는 코일(36)의 저항값에 의한 기울기에 따라 미리 설정된 피크 전류값(Ip)까지 급격하게 상승한다.

그리고 신호발생부(19)는 피크 홀드 시간 동안 미리 설정된 듀티값을 갖는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호 형태의 제어신호를 발생한다.

여기서, 코일(36)에 인가되는 전류는 PWM 신호 형태의 제어신호에 따라 피크 전류값(Ip) 근처에서 변동(variation)하면서 피크 전류값(Ip)을 유지할 수 있다.

본 실시 예에서 피크 전류값(Ip)은 종래기술에서 유량제어밸브를 폐쇄하기 위해 코일에 인가되는 최대 전류값보다 낮게 설정될 수 있다.

신호 발생부(19)는 홀드 시간 동안 듀티값을 미리 설정된 설정값만큼씩 감소시켜 제어신호를 발생하고, 코일(36)에 인가되는 전류는 피크 전류값에서 미리 설정된 홀드 전류값까지 점차적으로 감소될 수 있다.

여기서, 홀드 시간 동안 제어신호의 듀티값은 약 1 내지 10% 만큼씩 감소될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 입구측 체크 밸브의 폐쇄 동작시 코일에 인가되는 전류가 최대 전류값보다 낮은 값으로 설정되는 피크 전류값에 도달하면 폐쇄 동작이 완료될 때까지 피크 전류값을 유지할 수 있다.

그리고 본 발명은 폐쇄 동작이 완료되면 홀드 시간 동안 듀티값을 일정하게 감소시켜 코일에 인가되는 전류를 홀드 전류값까지 점차적으로 하강시킬 수 있다.

이에 따라, 본 발명은 유량제어밸브의 폐쇄 동작시 코일에 인가되는 전류량을 감소시켜 유량제어밸브에 마련된 플런저와 코어의 충돌을 방지함으로써, 충돌로 인한 소음 및 진동을 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명은 코일에 인가되는 전류의 지속적인 상승으로 인한 전류 소모를 최소화하고, 솔레노이드의 과열을 방지함으로써, 부품의 고장이나 손상을 미연에 예방할 수 있다.

신호발생부(19)는 상기 드랍 시간 및 다음 폐쇄 동작 전까지 제어신호를 차단하고, 코일(36)에 인가되는 전류는 하강해서 폐쇄 동작 상태의 입구측 체크밸브(40)가 개방될 때까지 완전히 차단될 수 있다.

이에 따라, 연료의 최대 이송각도는 홀드 시간과 엔드 각도를 합하여 약 45°로 설정될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 고압연료펌프의 유량제어밸브에 마련된 솔레노이드 코일에 인가되는 공급전원의 전류량을 조절함으로써, 고압연료펌프 동작시 플런저와 코어의 충돌에 의한 소음 및 진동을 최소화할 수 있다.

한편, 본 실시 예에서는 코일에 인가되는 전류를 풀-인 시간 동안 피크 전류값까지 상승시켜 유지한 후, 홀드 시간 동안 홀드 전류값까지 감소시키는 것으로 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

[제2 실시 예]

도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 고압연료펌프용 유량제어밸브의 제어동작을 예시한 타이밍도이다

도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에서 유량제어밸브(30)의 개폐 동작 싸이클은 각각 유량제어밸브(30)의 폐쇄 동작시 플런저(32)를 코어(38) 측으로 이동시키기 위해 자기장을 발생하도록 코일(36)에 전류를 공급해서 유지하는 풀-인 시간(pull-in time)과 폐쇄된 유량제어밸브(30)를 폐쇄 상태로 유지하는 홀드 시간(hold tiem) 및 유량제어밸브(30)를 개방하도록 전류량을 감소시키는 드랍 시간(drop time)을 포함한다.

풀-인 시간은 미리 설정된 피크 전압값보다 낮은 값으로 설정된 홀드 전압값의 제어신호를 발생해서 전류를 증가시키는 제1 피크 시간, 전류를 상기 홀드 전압값에 대응되는 홀드 전류값으로 유지하는 제1 피크 홀드 시간, 피크 전압값의 제어신호를 발생해서 전류를 증가시키는 제2 피크 시간 및 전류를 피크 전류값으로 유지하는 제2 피크 홀드 시간을 포함할 수 있다.

즉, 신호발생부(19)는 제1 피크 시간 동안 미리 설정된 피크 전압값보다 낮게 설정된 홀드 전압값의 제어신호를 발생하고, 코일(36)에 인가되는 전류는 코일(36)의 저항값에 의한 기울기에 따라 미리 설정된 홀드 전류값(Ih)까지 상승한다.

그리고 신호발생부(19)는 피크 홀드 시간 동안 미리 설정된 듀티값을 갖는 PWM 신호 형태의 제어신호를 발생한다.

여기서, 코일(36)에 인가되는 전류는 PWM 신호 형태의 제어신호에 따라 홀드 전류값(Ih) 근처에서 변동(variation)하면서 홀드 전류값(Ip)을 유지할 수 있다.

본 실시 예에서 피크 전류값(Ip)은 종래기술에서 유량제어밸브를 폐쇄하기 위해 코일에 인가되는 최대 전류값보다 낮게 설정되고, 홀드 전류값(Ih)은 피크 전압값(Ip)의 중간값으로 설정될 수 있다.

신호발생부(19)는 제2 피크 시간 동안 미리 설정된 피크 전압값의 제어신호를 발생하고, 코일(36)에 인가되는 전류는 코일(36)의 저항값에 의한 기울기에 따라 피크 전류값(Ip)까지 상승한다.

그리고 신호발생부(19)는 제2 피크 홀드 시간 동안 미리 설정된 듀티값을 갖는 PWM(Pulse Width Modulation) 신호 형태의 제어신호를 발생한다.

홀드 시간은 듀티값이 '0'인 제어신호를 발생하는 제로 듀티 시간(zero duty time) 및 미리 설정된 홀드 전류값을 유지하는 유지 시간을 포함할 수 있다.

즉, 신호발생부(19)는 제로 듀티 시간 동안 듀티값 '0'의 제어신호를 발생하고, 코일(36)에 인가되는 전류는 하강한다.

그리고 신호발생부(19)는 전류값이 미리 설정된 홀드 전류값(Ih)에 도달하면, 상기 홀드 시간 동안 미리 설정된 듀티값을 갖는 제어신호를 발생하고, 코일(36)에 인가되는 전류는 홀드 전류값(Ih)으로 유지될 수 있다.

여기서, 홀드 시간 동안 발생하는 제어신호는 약 10 내지 20%의 듀티값을 가질 수 있다.

코일(36)에 인가되는 전류는 홀드 전류값(Ih)을 중심으로 변동할 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 입구측 체크밸브의 폐쇄 동작시 코일에 인가되는 전류를 홀드 전류값을 거쳐 피크 전류값으로 상승시키고, 피크 전류값에 도달하면 폐쇄 동작이 완료될 때까지 피크 전류값을 유지하며, 폐쇄 동작이 완료되면 홀드 전류값으로 하강시켜 유지할 수 있다.

이에 따라, 본 발명은 유량제어밸브에 마련된 플런저와 코어의 충돌을 방지함으로써, 충돌로 인한 소음 및 진동을 최소화할 수 있다.

[제3 실시 예]

도 6은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 고압연료펌프용 유량제어밸브의 제어동작을 예시한 타이밍도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에서 풀-인 시간은 미리 설정된 피크 전압값보다 낮게 설정된 홀드 전압값의 제어신호를 발생해서 전류를 증가시키는 피크 시간과 전류를 홀드 전류값으로 유지하는 피크 홀드 시간을 포함할 수 있다.

즉, 신호발생부(19)는 피크 시간 동안 미리 설정된 피크 전압값보다 낮게 설정된 홀드 전압값의 제어신호를 발생하고, 코일(36)에 인가되는 전류는 코일(36)의 저항값에 의한 기울기에 따라 미리 설정된 홀드 전류값(Ih)까지 상승한다.

신호발생부(19)는 홀드 시간 동안 미리 설정된 듀티값을 갖는 제어신호를 발생하고, 코일(36)에 인가되는 전류는 홀드 전류값(Ih)으로 유지될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 입구측 체크밸브의 폐쇄 동작시 코일에 인가되는 전류를 홀드 전류값으로 상승시켜 입구측 체크밸브를 폐쇄 동작시키고, 홀드 전류값을 유지할 수 있다.

이에 따라, 본 발명은 런유량제어밸브에 마련된 플런저의 동작속도를 감소시켜 플런저와 코어의 충돌을 방지함으로써, 충돌로 인한 소음 및 진동을 최소화할 수 있다.

다음, 도 7을 참조해서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고압연료펌프용 유량제어밸브의 제어방법을 상세하게 설명한다.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고압연료펌프용 유량제어밸브의 제어방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.

도 7의 S10단계에서 이그니션 키(도면 미도시)가 조작되어 엔진(15)이 시동되면, 캠축에 설치된 캠의 회전동작에 의해 고압연료펌프(20)에 마련된 피스톤(27)이 직선 왕복운동하면서 고압연료펌프(20)가 구동되어 펌핑 동작을 시작한다(S10).

그러면, 제어부(17)는 차량의 메인 제어부와 통신을 수행해서 엔진의 목표 RPM을 수신한다(S12).

제어부(17)는 수신된 목표 RPM에 따라 유량제어밸브(30)의 개폐시점 및 개폐시간을 산출하고, 피스톤(27)의 상승 동작시 입구측 체크밸브(40)를 폐쇄하며, 하강 동작시 입구측 체크밸브(27)를 개방하도록 유량제어밸브(30)의 코일(36)에 인가되는 전류량을 조절하는 제어신호를 발생한다(S14).

상세하게 설명하면, 제어부(17)는 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 유량제어밸브(30)의 동작 싸이클별로 풀-인 시간, 홀드 시간, 드랍 시간에 따른 제어신호를 발생할 수 있다.

이에 따라, 본 발명은 코일에 인가되는 전류량을 조절해서 플런저의 동작 속도를 제어함으로써, 플런저와 코어의 충돌로 인한 소음 및 진동을 최소화할 수 있다.

이때, 압력감지센서(16)는 딜리버리 파이프(13)에 충진된 연료의 압력을 감지하고, 감지된 연료압력에 대응되는 감지신호를 제어부(17)로 전달한다(S16).

그러면, 제어부(17)는 감지된 연료압력과 목표 RPM에 대응되는 연료압력을 비교한다(S18).

S18단계의 비교결과 감지된 연료압력과 목표 RPM에 대응되는 연료압력이 서로 다르면, 제어부(17)는 밸브 개폐시점 및 개방시간을 조절하고(S20), S14단계로 진행해서 유량제어밸브(30)에 인가되는 전류량을 지속적으로 제어한다.

반면, S18단계의 비교결과 감지된 연료압력과 목표 RPM에 대응되는 연료압력이 서로 동일하면, 제어부(17)는 밸브 개폐시점 및 개방시간을 유지한다.

S22단계에서 제어부(17)는 이그니션 키가 오프 조작되어 엔진(15) 구동이 중지되는지 여부를 검사하고, 엔진(15) 구동이 중지될 때가지 S12단계 내지 S22단계를 반복 수행하도록 제어한다.

S22단계의 검사결과 엔진(15) 구동이 중지되면, 제어부(17)는 유량제어밸브(30)의 제어장치(10)의 구동을 중지하고 종료한다.

상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 유량제어밸브의 코일에 인가되는 전류량을 조절하여 유량제어밸브의 폐쇄 동작시 플런저와 코어의 충돌로 인한 소음 및 진동을 감쇄할 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

본 발명은 유량제어밸브의 코일에 인가되는 전류량을 조절하여 유량제어밸브의 폐쇄 동작시 플런저와 코어의 충돌로 인한 소음 및 진동을 감쇄하는 고압연료펌프용 유량제어밸브의 제어장치 및 제어방법 기술에 적용된다.

10: 고압연료펌프용 유량제어밸브의 제어장치
11: 연료탱크 12: 연료펌프
13: 딜리버리 파이프 14: 인젝터
15: 엔진 16: 압력감지센서
17: 제어부 18: 비교부
19: 신호발생부 20: 고압연료펌프
21: 바디 211,212: 입구측, 토출측 개공
22: 흡입수단 23: 브래킷
24: 댐퍼부 25: 토출측 체크밸브
26: 롤러태핏부 27: 피스톤
28: 리턴 스프링 29: 리테이너
30: 유량제어밸브 31: 솔레노이드
32: 플런저 33: 니들
34: 니들 가이드 35: 스프링
36: 코일 37: 보빈
38: 코어 40: 입구측 체크밸브
41: 몸체 42: 밸브체
43: 스토퍼 44: 탄성스프링

Claims

고압연료펌프에 마련되는 유량제어밸브의 제어장치에 있어서,
유량제어밸브의 동작 사이클은 자기장을 발생해서 솔레노이드에 마련된 플런저를 코어 측으로 이동시켜 상기 유량제어밸브를 폐쇄하도록 코일에 전류를 공급해서 유지하는 풀-인 시간,
폐쇄된 상기 유량제어밸브를 폐쇄 상태로 유지하는 홀드 시간 및
개방 동작시 상기 코일에 인가되는 전류를 감소시켜 상기 유량제어밸브를 개방하는 드랍 시간을 포함하고,
상기 풀-인 시간 동안 상기 플런저의 동작속도를 낮춰서 상기 플런저와 코어의 충돌로 인한 소음과 진동을 감쇄하도록 상기 코일에 인가되는 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 고압연료펌프용 유량제어밸브의 제어장치.
제1항에 있어서, 상기 유량제어밸브는
전류를 공급받아 내부에 마련된 플런저를 직선 왕복운동시키는 솔레노이드,
상기 플런저의 동작에 의해 내부로 유입된 연료의 역류를 방지면서 연료를 토출측 체크밸브로 공급하는 입구측 체크밸브,
상기 솔레노이드의 동작에 의해 직선 왕복운동하여 상기 입구측 체크밸브를 개폐 동작시키는 니들 및
상기 니들에 복원력을 제공하는 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 고압연료펌프옹 유량제어밸브의 제어장치.
제2항에 있어서,
차량의 메인 제어부로부터 수신된 엔진의 목표 RPM에 기초하여 상기 유량제어밸브의 구동을 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는 상기 목표 RPM에 대응되는 연료의 압력과 압력감지센서에서 감지된 연료의 감지압력을 비교하는 비교부 및
상기 비교부의 비교 결과에 따라 상기 솔레노이드의 동작을 제어하도록 상기 유량제어밸브의 개폐 시점 및 개폐 시간을 산출해서 제어신호를 발생하는 신호발생부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압연료펌프용 유량제어밸브의 제어장치.
제3항에 있어서,
상기 신호 발생부는 상기 풀-인 시간을 피크 시간과 피크 홀드 시간으로 구분해서 상기 피크 시간 동안 전류를 증가시키도록 미리 설정된 피크 전압값의 제어신호를 발생하고,
상기 피크 홀드 시간 동안 미리 설정된 듀티값을 갖는 PWM 제어신호 형태의 제어신호를 발생하며,
상기 홀드 시간 동안 상기 코일에 인가되는 전류를 미리 설정된 홀드 전류값까지 점차적으로 감소시키도록 듀티값을 미리 설정된 설정값만큼씩 감소시켜 제어신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 고압연료펌프용 유량제어밸브의 제어장치.
제3항에 있어서,
상기 신호 발생부는 상기 풀-인 시간을 전류를 미리 설정된 홀드 전류값까지 증가시키는 제1 피크 시간, 전류를 상기 홀드 전류값으로 유지하는 제1 피크 홀드 시간, 전류를 미리 설정된 피크 전류값까지 증가시키는 제2 피크 시간 및 전류를 상기 피크 전류값으로 유지하는 제2 피크 홀드 시간으로 구분해서 상기 제1 피크 시간 동안 전류를 증가시키도록 미리 설정된 피크 전압값보다 낮은 값으로 설정된 홀드 전압값의 제어신호를 발생하고,
상기 제1 피크 홀드 시간 동안 미리 설정된 듀티값을 갖는 PWM 신호 형태의 제어신호를 발생하며,
상기 제2 피크 시간 동안 상기 피크 전압값의 제어신호를 발생하고,
상기 제2 피크 홀드 시간 동안 미리 설정된 듀티값을 갖는 PWM 신호 형태의 제어신호를 발생하며,
상기 홀드 전류값은 상기 피크 전류값의 중간값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 고압연료펌프용 유량제어밸브의 제어장치.
제5항에 있어서,
상기 신호 발생부는 상기 홀드 시간을 제로 듀티 시간과 홀드 시간으로 구분해서 상기 제로 듀티 시간 동안 전류를 미리 설정된 홀드 전류값으로 하강시키도록 듀티값이 '0'인 제어신호를 발생하고,
상기 홀드 시간 동안 상기 홀드 전류값을 유지하도록 미리 설정된 듀티값의 제어신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 고압연료펌프용 유량제어밸브의 제어장치.
제3항에 있어서,
상기 신호발생부는 상기 풀-인 시간을 피크 시간과 피크 홀드 시간으로 구분해서 상기 피크 시간 동안 전류를 미리 설정된 홀드 전류값으로 증가시키도록 미리 설정된 홀드 전압값의 제어신호를 발생하고, 상기 피크 홀드 시간 및 홀드 시간 동안 미리 설정된 듀티값을 갖는 PWM 제어신호 형태의 제어신호를 발생하며,
상기 홀드 전류값은 미리 설정된 피크 전류값의 중간값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 고압연료펌프용 유량제어밸브의 제어장치.
고압연료펌프에 마련되는 유량제어밸브의 제어방법에 있어서,
유량제어밸브의 동작 사이클은 자기장을 발생해서 솔레노이드에 마련된 플런저를 코어 측으로 이동시켜 상기 유량제어밸브를 폐쇄하도록 코일에 전류를 공급해서 유지하는 풀-인 시간,
폐쇄된 상기 유량제어밸브를 폐쇄 상태로 유지하는 홀드 시간 및
개방 동작시 상기 코일에 인가되는 전류를 감소시켜 상기 유량제어밸브를 개방하는 드랍 시간을 포함하고,
상기 풀-인 시간 동안 상기 플런저의 동작속도를 낮춰서 상기 플런저와 코어의 충돌로 인한 소음과 진동을 감쇄하도록 상기 코일에 인가되는 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 고압연료펌프용 유량제어밸브의 제어방법.
제8항에 있어서,
(a) 엔진이 시동되면 캠축에 설치된 캠의 회전운동에 의해 고압연료펌프를 구동하는 단계,
(b) 상기 엔진의 목표 RPM에 대응되는 연료의 압력과 딜리버리 파이프에 충진된 연료의 압력을 비교하는 단계 및
(c) 상기 (b)단계의 비교 결과에 기초해서 유량제어밸브의 개폐 시점 및 개폐 시간을 산출하는 단계 및
(d) 상기 (c)단계에서 산출된 결과에 기초해서 유량제어밸브의 개폐 동작을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압연료펌프용 유량제어밸브의 제어방법.
제9항에 있어서, 상기 (d)단계는
(d1) 상기 풀-인 시간을 피크 시간과 피크 홀드 시간으로 구분해서 상기 피크 시간 동안 전류를 증가시키도록 미리 설정된 피크 전압값의 제어신호를 발생하는 단계,
(d2) 상기 피크 홀드 시간 동안 미리 설정된 듀티값을 갖는 PWM 제어신호 형태의 제어신호를 발생하는 단계,
(d3) 상기 홀드 시간 동안 전류를 미리 설정된 홀드 전류값까지 점차적으로 감소시키도록 듀티값을 미리 설정된 전류값만큼씩 감소시켜 제어신호를 발생하는 단계 및
(d4) 상기 드랍 시간 동안 코일에 인가되는 전류를 차단하도록 제어신호를 발생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압연료펌프용 유량제어밸브의 제어방법.
제9항에 있어서, 상기 (d)단계는
(d5) 상기 풀-인 시간을 전류를 미리 설정된 홀드 전류값까지 증가시키는 제1 피크 시간, 전류를 상기 홀드 전류값으로 유지하는 제1 피크 홀드 시간, 전류를 미리 설정된 피크 전류값까지 증가시키는 제2 피크 시간 및 전류를 상기 피크 전류값으로 유지하는 제2 피크 홀드 시간으로 구분해서 상기 제1 피크 시간 동안 전류를 증가시키도록 미리 설정된 피크 전압값보다 낮은 값으로 설정된 홀드 전압값의 제어신호를 발생하는 단계,
(d6) 상기 제1 피크 홀드 시간 동안 미리 설정된 듀티값을 갖는 PWM 신호 형태의 제어신호를 발생하는 단계,
(d7) 상기 제2 피크 시간 동안 상기 피크 전압값의 제어신호를 발생하는 단계 및
(d8) 상기 제2 피크 홀드 시간 동안 미리 설정된 듀티값을 갖는 PWM 신호 형태의 제어신호를 발생하는 단계를 포함하고,
상기 홀드 전류값은 상기 피크 전류값의 중간값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 고압연료펌프용 유량제어밸브의 제어방법.
제11항에 있어서, 상기 (d)단계는
(d9) 상기 홀드 시간을 제로 듀티 시간과 유지 시간으로 구분해서 상기 제로 듀티 시간 동안 전류를 상기 홀드 전류값으로 하강시키도록 듀티값이 '0'인 제어신호를 발생하는 단계,
(d10) 상기 유지 시간 동안 상기 홀드 전류값을 유지하도록 미리 설정된 듀티값의 제어신호를 발생하는 단계 및
(d11) 상기 드랍 시간 동안 코일에 인가되는 전류를 차단하도록 제어신호를 발생하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고압연료펌프용 유량제어밸브의 제어방법.
제9항에 있어서, 상기 (d)단계는
(d12) 상기 풀-인 시간을 피크 시간과 피크 홀드 시간으로 구분해서 상기 피크 시간 동안 전류를 미리 설정된 홀드 전류값으로 증가시키도록 미리 설정된 홀드 전압값의 제어신호를 발생하는 단계,
(d13) 상기 피크 홀드 시간 및 홀드 시간 동안 미리 설정된 듀티값을 갖는 PWM 제어신호 형태의 제어신호를 발생하는 단계 및
(d14) 상기 드랍 시간 동안 코일에 인가되는 전류를 차단하도록 제어신호를 발생하는 단계를 포함하고,
상기 홀드 전류값은 미리 설정된 피크 전류값의 중간값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 고압연료펌프용 유량제어밸브의 제어방법.