KR20170002631A - 압전 분사기의 유압 커플링 요소의 특성을 나타내기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

압전 분사기의 압전 액추에이터의 병진 스트로크를 노즐 니들을 개방하는 압력차로 변환하는 커플링 요소의 특성을 나타내기 위한 방법이 기술된다. 매우 작은 충전 전류로 압전 액추에이터의 시험 활성화가 우선 수행되고, 그래서 압전 액추에이터는 생성된 누설 유동이 압력차를 방지하도록 느리게 이동하고, 그래서 노즐 니들은 여전히 폐쇄된 채로 있다. 그 후 압전 액추에이터는 피스톤과 핀 사이의 기계적 연결이 해제되도록 매우 높은 전류에 의해 방전된다. 방전의 시작으로부터 피스톤이 핀에 부딪힐 때까지의 시간이 측정되고, 이러한 시간은 커플링 요소의 특성을 나타내도록 사용된다.

Description

압전 분사기의 유압 커플링 요소의 특성을 나타내기 위한 방법{METHOD FOR CHARACTERIZING A HYDRAULIC COUPLING ELEMENT OF A PIEZO INJECTOR}

본 발명은 유압 매질이 압력을 받게 하는 피스톤 및 상기 피스톤을 압전 액추에이터에 연결하는 핀을 갖는 유압 커플링 요소의 특성을 나타내기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 커플링 요소는 압전 액추에이터의 병진 스트로크를 압전 분사기의 노즐 니들을 개방하는 압력차로 변환한다.

새로운 세대의 연료 분사 시스템, 특히 공통-레일 연료 분사 시스템은 유압 커플링 요소를 통하여 노즐 니들을 작동시키는 직접 구동형 압전 분사기로 동작한다. 이러한 맥락에서, 커플링 요소는 압전 구동의 병진 스트로크를 노즐 니들을 개방하는 압력차로 변환한다. 커플링 요소는 피스톤 및 상기 피스톤을 압전 액추에이터에 연결하는 핀을 포함한다. 피스톤은 압력 실린더 내 위치한다. 압전 액추에이터의 늘임의 결과로서, 압력 실린더에 위치하는 연료에 압력이 인가되어 고압을 받고, 그 결과로서 노즐 니들은 분사 개구부를 개방하고 그로써 연료는 연소실 내에 분사된다. 압전 액추에이터의 방전의 결과로서, 그것은 길이가 줄어들고, 그 결과로서 커플링 요소의 피스톤은 되돌아 이동하고 그래서 연료의 압력에서의 감축을 초래하며, 그 감축은 노즐 니들이 분사 개구부를 폐쇄하게 야기한다.

그러한 커플링 요소의 전달 속성은, 연료의 물리적 특성 변수와는 별도로, 커플링 요소 상에 흐르는 누설 유체에 고도로 종속한다. 유입, 유출, 및 순환 분량의 균형이 확립되며, 그 균형은 각각의 동적 전달 거동 및 그래서 니들의 개폐에 영향을 미친다. 이러한 균형은 온도, 점도, 부품 공차 및 노화, 즉, 간극 단면적의 함수로서 변화한다. 작동의 보정을 제공하기 위해, 이러한 균형의 상태를 아는 것이 유용하다.

특성도에 의해 통계적으로 온도 영향을 모델링하는 것이 여기에서 공지되어 있다. 그렇지만, 지금까지는 그러한 유압 커플링 요소의 노화 및 부품 공차를 검출하는 것이 가능하지 않았다.

본 발명은 압전 액추에이터의 특히 정밀한 작동이 달성될 수 있는 그리고 초반에 재현되는 유형의 방법을 이용가능하게 하는 목적에 기반한다.

이러한 목적은 본 발명에 따라 이하의 단계를 갖는 특정된 유형의 방법에 의해 달성된다:

매우 낮은 충전 전류로 압전 액추에이터의 시험 작동을 수행하는 단계로서, 압전 액추에이터는 커플링 요소에 의해 생성된 누설 유동이 압력차를 방지하도록 느리게 이동하고, 그래서 노즐 니들은 여전히 폐쇄된 채로 있는 결과를 갖는, 상기 수행하는 단계;

매우 높은 전류에 의해 압전 액추에이터를 방전하는 단계로서, 피스톤과 핀 사이의 기계적 연결이 해제되는 결과를 갖는, 상기 방전하는 단계;

피스톤이 핀 상에 충돌할 때 신호를 발생시키는 단계;

이러한 신호를 검출하는 단계;

방전의 시작으로부터 핀 상에 피스톤의 충돌까지의 시간을 측정하는 단계; 및

측정된 시간을 사용하여 커플링 요소의 특성을 나타내는 단계.

본 발명에 의하면, 커플링 요소는 시험 작동을 받게 된다. 이러한 시험 작동은 매우 낮은 충전 전류의 결과로서 압전 액추에이터가 생성되는 누설 순환이 압력차를 방지하도록 느리게 이동되고, 그래서 노즐 니들이 여전히 폐쇄된 채로 있게 되도록 일어난다. 그 후 압전 액추에이터는 높은 전류에 의해 방전된다. 커플링 요소의 피스톤은 압전 액추에이터의 급속한 이동을 따를 수 없으며, 그 결과 피스톤과 핀 사이의 기계적 연결이 해제된다. 피스톤은 피스톤의 상류측 및 하류측 유체 부피를 같게 할 수 있음에 의해 제한되는 감쇠형 속도로 따른다. 피스톤이 액추에이터의 핀 상에 충돌할 때, 압전 요소 상에 작용하는 힘 효과는 커패시턴스 또는 전압 또는 전류에서의 변화로서 검출될 수 있는 신호가 발생되게 야기한다.

방전의 시작으로부터 피스톤의 충돌 때까지의 시간은 커플링 요소의 열-유압 및 마찰 상태의 특성을 나타내고, 커플링 요소의 특성을 나타내도록 사용된다.

측정된 시간 기간은 그래서 커플링 요소의 상태의 표시로서 사용된다. 그래서, 예컨대, 비교적 짧은 시간 기간을 고려해 보면, 비교적 큰 간극이 압력 실린더의 벽과 피스톤 사이에 존재하고, 그래서 피스톤 주위에 비교적 강한 순환이 있으므로, 커플링 요소의 비교적 높은 정도의 마모가 존재한다고 가정하는 것이 가능하다. 반대로, 비교적 긴 시간 기간의 경우에는, 순환 간극이 작을 뿐이므로, 피스톤의 마모가 비교적 낮다.

본 발명에 따른 방법의 개량에 있어서, 측정된 시간은 그래서 커플링 요소의 마모를 모니터링하도록 사용된다.

본 발명에 따른 방법의 추가적 변종은 측정된 시간이 압전 분사기의 작동을 보정하도록 사용된다는 사실에 의해 구별된다.

본 발명은 예시적 실시형태를 사용하여 그리고 도면과 함께 아래에서 상세히 설명될 것이다:
도 1은 압전 액추에이터 및 유압 커플링 요소에 의해 직접 구동되는 분사기의 도식적 예시도;
도 2는 압전 액추에이터의 시험 작동에 대한 작동 프로파일;
도 3은, 노즐 니들의 이동이 없는 늘린 상태에 있는 압전 액추에이터를 도시하는, 도 1과 같은 도식적 예시도; 및
도 4는, 피스톤의 감쇠형 리셋 이동이 있는 수축된 상태에 있는 압전 액추에이터를 도시하는, 도 3에 대응하는 예시도.

도 1에 도식적으로 예시되는 분사기는, 예컨대, 자동차의, 축압기(레일)를 갖는, 분사 시스템의 일부분일 수 있다. 분사기는 분사 개구부(8)를 개폐하는 노즐 니들(7)을 갖는다.

스프링(9)은, 분사 개구부(8)를 폐쇄하기 위해, 도면에서 하방으로 노즐 니들(7)을 누른다. 고압을 받는 연료가 라인(5)을 통하여 공급된다. 연료의 압력이 스프링(9)에 의해 인가된 압력을 초과하면, 노즐 니들(7)은, 분사 개구부(8)를 개방하고 계량된 분량의 연료를 연소실에 분사하기 위해, 도면에서 상방으로 이동된다. 연료 압력이 떨어지면, 분사 개구부(8)는 스프링(9)의 작용의 결과로서 노즐 니들(7)에 의해 다시 폐쇄된다.

분사기의 구동은 여기에서는 압전 액추에이터(1) 및 압전 액추에이터(1)의 병진 스트로크를 노즐 니들을 개방하는 압력차로 변환하는 커플링 요소를 통하여 제공된다. 여기에서, 압전 액추에이터(1)는 핀(2)에 느슨한 기계적 커플링을 갖는 피스톤(3)에 핀(2)을 통하여 연결된다. 피스톤(3)은 스프링(4)이 배열되는 압력 실린더(6)에서 운동한다. 압전 액추에이터(1)를 늘임으로써, 피스톤(3)은 핀(2)을 통하여 스프링(4)의 힘에 반하여 도면에서 하방으로 이동되고, 그 과정에서 라인(5)으로 흐르는 연료가 압력을 받게 하여, 노즐 니들(7)이 분사 개구부(8)를 개방하고 대응하는 분량의 연료가 분사된다. (10)에는, 압력 실린더(6)와 피스톤 표면 사이에 존재하는 간극(10)이 예시되어 있으며, 그 간극(10)을 통해 누설 유동이 피스톤을 지나 흐른다. 대응하는 누설 유동은 노즐 니들을 지나 간극(11)을 통하여 그리고 연관된 커플링 공간 내로 흐른다.

피스톤(3)을 포함하는 커플링 요소의 특성을 나타낼 수 있기 위해, 압전 액추에이터(1)의 시험 작동이 수행된다. 이러한 맥락에서, 매우 낮은 충전 전류가 압전 액추에이터(1)에 인가되며, 그 결과 상기 압전 액추에이터(1)는 커플링 요소에 의해 생성된 누설 유동이 압력차를 방지하도록 느리게 이동하고, 그래서 노즐 니들(7)은 여전히 폐쇄된 채로 있다. 이러한 상태는 도 3에 예시되어 있다.

그 후, 압전 액추에이터(1)는 매우 높은 전류에 의해 방전되며, 그 결과 피스톤(3)과 핀(2) 사이의 기계적 연결이 해제된다. 이것은 피스톤(3)이 동일한 속도로 압전 액추에이터(1)의 급속한 이동을 따를 수 없다는 사실에 기인한다. 이러한 상태는 도 4에 도시되어 있다. 피스톤(3)은 대신 감쇠형 속도로 따른다. 피스톤(3)이 핀(2) 상에 충돌할 때, 압전 요소 상의 힘 효과는, 예컨대, 커패시턴스에서의 변화로서 검출되는 신호가 발생되게 야기한다. 방전의 시작으로부터 핀(2) 상에 피스톤(3)의 충돌까지의 시간이 그 후 측정되고, 그리고 이러한 시간은 커플링 요소의 특성을 나타내도록 사용된다.

도 2는 압전 액추에이터의 시험 작동에 대한 작동 프로파일을 도시한다. 이러한 맥락에서, 전류는 종좌표 상에 표현되고, 그리고 시간은 횡좌표 상에 표현된다. 분사기의 활성화를 위한 전형적 충전 전류는 (20)을 특징으로 하는데, 상기 전류는 여기에서 기술된 방법에는 사용되고 있지 않다. 대신에, 동작은 여기에서는 시험 펄스에 대한 ((21)에 도시된) 낮은 충전 전류로 수행된다. 여기에서 낮은 충전 전류 다음에는 피스톤(3)과 핀(2) 사이의 분리를 야기하는 ((22)에서 표현된) 높은 방전 전류가 뒤따른다.

측정된 시간으로, 예컨대 커플링 요소 또는 피스톤(3)의 마모를 검출할 수 있다. 시간이 비교적 짧으면, 피스톤(3) 주위의 순환은 비교적 크고, 그래서 마모가 높다고 분류될 수 있다. 다른 한편으로, 측정된 시간이 길면, 낮은 순환, 및 그래서 낮은 레벨의 마모가 가정될 수 있다.

Claims (3)

1. 유압 매질이 압력을 받게 하는 피스톤 및 상기 피스톤을 압전 액추에이터에 연결하는 핀을 갖는 유압 커플링 요소의 특성을 나타내기 위한 방법으로서,
   상기 커플링 요소는 상기 압전 액추에이터의 병진 스트로크를 압전 분사기의 노즐 니들을 개방하는 압력차로 변환하되, 상기 방법은,
   매우 낮은 충전 전류(21)로 상기 압전 액추에이터(1)의 시험 작동을 수행하는 단계로서, 상기 압전 액추에이터(1)는 상기 커플링 요소에 의해 생성된 누설 유동이 압력차를 방지하도록 느리게 이동하고, 그래서 상기 노즐 니들(7)은 여전히 폐쇄된 채로 있는 결과를 갖는 상기 수행하는 단계;
   매우 높은 전류(22)에 의해 상기 압전 액추에이터(1)를 방전하는 단계로서, 상기 피스톤(3)과 상기 핀(2) 사이의 기계적 연결이 해제되는 결과를 갖는 상기 방전하는 단계;
   상기 피스톤(3)이 상기 핀(2) 상에 충돌할 때 신호를 발생시키는 단계;
   상기 신호를 검출하는 단계;
   방전의 시작으로부터 상기 핀(2) 상에 상기 피스톤(3)의 충돌까지의 시간을 측정하는 단계; 및
   측정된 상기 시간을 사용하여 상기 커플링 요소의 특성을 나타내는 단계를 포함하는, 유압 커플링 요소의 특성을 나타내기 위한 방법.
2. 제1항에 있어서, 측정된 상기 시간은 상기 커플링 요소의 마모를 모니터링하도록 사용되는 것을 특징으로 하는, 유압 커플링 요소의 특성을 나타내기 위한 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 측정된 상기 시간은 상기 압전 분사기의 작동을 보정하도록 사용되는 것을 특징으로 하는, 유압 커플링 요소의 특성을 나타내기 위한 방법.

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