KR20170080661A - 연료 분사기를 위한 제어 방법 및 배열체 및 제어 배열체를 업그레이드하는 방법 - Google Patents
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Abstract
피스톤 엔진의 연료 분사기 (10) 를 제어하는 방법은 원하는 연료 분사 타이밍 및 지속기간의 정보를 반송하는 전류 신호를 생성하는 단계, 및 상기 전류 신호를 연료 분사기 (10) 의 압전 액츄에이터 (5) 를 제어하는 전압 신호로 변환하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 청구항 1 에 따른 연료 분사기를 제어하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 다른 독립 청구항에 정의된 바와 같은 제어 배열체 및 그러한 제어 배열체를 업그레이드하는 방법에 관한 것이다.
디젤 사이클에 따라 동작되는 전력 발전소 및 선박 엔진들과 같은 대형 피스톤 엔진들에서, 연료는 연료 분사기를 사용하여 엔진의 각 실린더로 분사된다. 각각의 연료 분사기는 실린더와 연료 소스 사이의 유체 연통을 개방 및 폐쇄하는 분사 니들 (needle) 을 포함한다. 종래에, 커먼 레일 엔진들 (common rail engines) 에서, 각각의 연료 분사기는 솔레노이드 액츄에이터가 제공되었다. 연료 분사기는 전류가 액츄에이터의 코일로 피딩되는 경우에 작동된다. 그러한 종래의 연료 분사기들은 온/오프 기능만을 가지며, 즉 분사기는 개방 상태에 또는 폐쇄 상태에 있을 수 있고, 분사기가 부분적으로만 개방되는 중간 상태들을 선택하는 것이 가능하지 않다.
연료 분사기들은 또한 연료 분사의 더욱 정밀한 제어를 제공하는 압전 액츄에이터들이 제공될 수 있다. 압전 액츄에이터들은 압전 재료들을 이용하며, 여기서 전압 신호가 그 재료를 변형시키는데 사용되고, 분사기의 개방은 액츄에이터로 피딩되는 전압에 의존한다. 압전 액츄에이터들이 전압 신호를 필요로하기 때문에, 종래의 연료 분사기들을 제어하기 위해 설계된 제어 유닛들은 압전 액츄에이터들을 제어하는데 적합하지 않다. 이것은 제어 유닛이 또한 대체되는 것을 필요로하기 때문에 연료 분사기들을 압전 액츄에이터들이 제공되는 분사기들로 대체함으로써 종래의 연료 분사기들이 구비되는 엔진들을 업그레이드할 때 특히 문제이다. 이중 연료 엔진들에서와 같은 일부 엔진들에서, 각각의 실린더는 2 이상의 연료 분사기들이 제공될 수도 있으며, 이들 중 일부는 솔레노이드 액츄에이터에 의해 그리고 일부는 압전 액츄에이터에 의해 작동된다. 그러한 경우에, 상이한 제어 유닛들이 상이한 액츄에이터들에 대해 필요로된다.
본 발명의 목적은 청구항 1 에 정의된 바와 같은, 피스톤 엔진의 연료 분사기를 제어하는 개선된 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 다른 독립 청구항들에서 정의되는 바와 같은, 피스톤 엔진의 연료 분사기를 위한 개선된 제어 배열체 및 그러한 제어 배열체를 업그레이드하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 방법은 원하는 연료 분사 타이밍 및 지속기간의 정보를 반송하는 전류 신호를 생성하는 단계, 및 전류 신호를 연료 분사기의 압전 액츄에이터를 제어하는 전압 신호로 변환하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 제어 배열체는 원하는 연료 분사 타이밍 및 지속기간의 정보를 반송하는 전류 신호를 생성하도록 구성되는 연료 분사 제어 유닛을 포함하고, 그 배열체는 전류 신호를 연료 분사기의 압전 액츄에이터를 제어하는 전압 신호로 변환하는 수단을 포함한다.
제어 배열체를 업그레이드하는 방법에서, 제어 배열체는 전류 신호를 연료 분사기의 압전 액츄에이터를 제어하는 전압 신호로 변환하는 수단이 제공된다.
본 발명에 따른 방법 및 배열체에 의하면, 동일한 제어 유닛이 솔레노이드 작동 연료 분사기들 및 압전 작동 연료 분사기들 양자 모두를 제어하기 위해 사용될 수 있다. 엔진 업그레이드들의 경우에, 종래의 연료 분사기들은 연료 분사 제어 유닛들을 대체할 필요없이 압전 액츄에이터들이 제공되는 연료 분사기들에 의해 대체될 수 있다.
본 발명의 실시형태들은 첨부하는 도면을 참조하여 이하에 더욱 상세히 기술된다.
도 1 은 연료 분사기를 위한 제어 배열체를 개략적으로 도시한다.
도 2a 는 분사 제어를 위한 전류 신호를 도시한다.
도 2b 는 도 2a 의 전류 신호에 대응하는 솔레노이드 작동 분사기의 상태를 도시한다.
도 2c 는 도 2a 의 전류 신호에 대응하는 전압 신호를 도시한다.
도 2d 는 도 2c 의 전압 신호에 대응하는 압전 작동 분사기의 상태를 도시한다.
도 3a 는 분사 제어를 위한 다른 전류 신호를 도시한다.
도 3b 는 도 3a 의 전류 신호에 대응하는 전압 신호를 도시한다.
도 3c 는 도 3b 의 전압 신호에 대응하는 압전 작동 분사기의 상태를 도시한다.
도 1 은 연료 분사기를 위한 제어 배열체를 개략적으로 도시한다.
도 2a 는 분사 제어를 위한 전류 신호를 도시한다.
도 2b 는 도 2a 의 전류 신호에 대응하는 솔레노이드 작동 분사기의 상태를 도시한다.
도 2c 는 도 2a 의 전류 신호에 대응하는 전압 신호를 도시한다.
도 2d 는 도 2c 의 전압 신호에 대응하는 압전 작동 분사기의 상태를 도시한다.
도 3a 는 분사 제어를 위한 다른 전류 신호를 도시한다.
도 3b 는 도 3a 의 전류 신호에 대응하는 전압 신호를 도시한다.
도 3c 는 도 3b 의 전압 신호에 대응하는 압전 작동 분사기의 상태를 도시한다.
도 1 에는 피스톤 엔진의 연료 분사기 (10) 를 위한 제어 배열체가 개략적으로 도시된다. 엔진은 전기를 생산하기 위한 전력 발전소에서 사용되는 엔진 또는 선박의 메인 엔진 또는 보조 엔진과 같은 대형 내연기관일 수 있다. 도 1 에서, 제어 배열체는 단일의 연료 분사기 (10) 를 제어하지만, 바람직하게는 엔진의 각각의 실린더는 동일한 방식으로 제어되는 적어도 하나의 연료 분사기 (10) 가 제공된다. 엔진의 각각의 실린더는 또한 2 이상의 연료 분사기들이 제공될 수 있을 것이며, 이러한 경우에 연료 분사기들 중 하나 이상은 도 1 의 연료 분사기 (10) 와 동일한 방식으로 제어될 수 있고, 연료 분사기들 중 하나 이상은 상이한 방식으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 이중 연료 엔진에서, 각각의 실린더는 가스 연료, 액체 파일롯 연료 및 액체 메인 연료에 대해 별개의 연료 분사기들이 제공될 수 있다. 연료 분사기 (10) 는 실린더 내로 또는 예연소실 내로 연료를 분사한다. 도 1 의 연료 분사기 (10) 는 압전 액츄에이터 (5) 에 의해 작동된다. 압전 액츄에이터 (5) 는 전압 신호를 물리적 운동으로 변환할 수 있는 압전 재료를 포함한다. 압전 액츄에이터 (5) 의 위치는 전압에 의존한다. 압전 액츄에이터 (5) 는 선형 운동을 생성하는 스택 (stack) 액츄에이터이다.
본 발명의 실시형태에 따른 제어 배열체는 연료 분사 타이밍 및 지속기간을 제어할 수 있는 연료 분사 제어 유닛 (1) 을 포함한다. 연료 분사 제어 유닛 (1) 은 종래의 연료 분사기를 직접 제어하는데 사용될 수 있는 전류 신호를 생성하도록 구성되고, 여기서 솔레노이드 액츄에이터의 코일을 통해 흐르는 전류는 연료 분사기를 폐쇄 상태로부터 연료 분사가 발생하는 개방 상태로 스위칭한다. 동일한 연료 분사 제어 유닛 (1) 이 엔진의 모든 연료 분사기들 (10) 을 제어할 수 있지만, 연료 분사 제어 유닛 (1) 은 연료 분사가 동시에 2 이상의 실린더에서 발생하지 않는다면 엔진의 각 실린더에 대해 개개의 제어 신호를 생성할 필요가 있다.
도 2a 는 연료 분사 제어 유닛 (1) 의 통상적인 전류 신호를 도시하고, 도 2b 는 솔레노이드 작동 분사기의 대응하는 상태를 도시한다. 소정의 임계 전류가 초과되는 경우, 연료 분사기는 개방 상태로 스위칭되고 연료 분사기는 전류가 임계값 아래로 강하할 때까지 개방된 채로 유지된다. 전류의 작은 변동들에도 불구하고, 연료 분사기는 개방 상태에 또는 폐쇄 상태에 있고, 임의의 중간 위치를 취하지 않는다. 연료 분사 레이트 셰이핑 (shaping) 은 따라서 가능하지 않고, 분사된 연료의 양은 연료 분사기가 개방된 채 유지되는 주기의 지속기간에 의존한다.
압전 액츄에이터들의 사용을 허용하기 위해, 제어 배열체는 피에조 제어 유닛 (2) 이 제공된다. 피에조 제어 유닛 (2) 은 연료 분사 제어 유닛 (1) 으로부터 전류 신호를 수신하고 압전 액츄에이터 (5) 를 제어하기 위해 그것을 프로세싱하도록 구성된다. 피에조 제어 유닛 (2) 은 연료 분사 제어 유닛 (1) 과는 별개인 모듈이다. 피에조 제어 유닛 (2) 은 제 1 전압 소스 (3) 에 및 제 2 전압 소스 (4) 에 연결된다. 제 1 전압 소스 (3) 는 제 1 전압을 생성하고, 제 2 전압 소스 (4) 는 제 2 전압을 생성한다. 제 1 전압은 700 내지 1300 V 의 범위에 있고 제 2 전압은 100 내지 300 V 의 범위에 있다.
피에조 제어 유닛 (2) 은 변환 유닛 (2a), 증폭 유닛 (2b) 및 측정 유닛 (2c) 을 포함한다. 연료 분사 제어 유닛 (1) 으로부터의 전류 신호는 변환 유닛 (2a) 에 의해 수신되고 피에조 제어 유닛 (2) 에서 3 개의 스테이지들에서 프로세싱된다. 입력 신호의 전류의 크기는 0 내지 5 A 의 범위에 있다. 제 1 스테이지에서, 전류 신호는 변환 유닛 (2a) 에서 전압 신호로 변환된다. 변환 유닛 (2a) 은 입력으로서 전류 신호를 취하고 전압의 크기가 입력 신호의 전류의 크기에 의존하는 전압 신호를 출력하는 종래의 전류-대-전압 변환기일 수 있다.
제 2 스테이지에서, 증폭 유닛 (2b) 은 입력으로서 변환 유닛 (2a) 으로부터 전압 신호를 수신한다. 증폭 스테이지에서, 전압 신호가 증폭되고 분사 제어를 위한 설정 포인트로서 사용된다. 증폭 유닛 (2b) 은 전압 신호에 대한 폐쇄 루프 제어를 포함한다. 그 제어는 제 3 스테이지에서의 측정 유닛 (2c) 으로부터 수신된 피드백에 기초한다. 측정 유닛 (2c) 은 증폭된 전압 신호의 전압 및 전류를 모니터한다. 교정된 압전 액츄에이터 (5) 에서, 액츄에이터 (5) 에 대한 전압은 또한 액츄에이터 (5) 의 위치를 나타낸다. 측정 유닛 (2c) 은 압전 액츄에이터 (5) 에 대한 전압을 모니터하고 제 1 피드백 라인 (7) 을 통해 연료 분사 제어 유닛 (1) 으로 위치 정보를 전송한다. 압전 액츄에이터 (5) 의 위치에 기초하여, 연료 분사기 (10) 의 니들 리프트 (lift) 가 결정될 수 있다. 증폭된 전압 신호의 전압 측정의 데이터는 제 2 피드백 라인 (8) 을 통해 연료 분사 제어 유닛 (1) 으로 전송되고, 증폭된 전압 신호의 전류 측정의 데이터는 제 3 피드백 라인 (9) 을 통해 연료 분사 제어 유닛 (1) 으로 전송된다. 측정 유닛 (2c) 으로부터의 정보는 연료 분사 제어 유닛 (1) 에 의해 생성된 제어 신호를 튜닝하기 위해 사용될 수 있다.
도 2c 는 도 2a 의 전류 신호에 대응하는 전압 신호를 도시한다. 도면에서 알 수 있듯이, 전압 신호의 형상은 전류 신호의 형상에 대응한다. 도 2d 는 압전 액츄에이터 (5) 의 대응하는 위치를 도시한다. 연료 분사기 (10) 의 위치는 액츄에이터 (5) 의 위치를 추종한다. 도 3a 는 대안적인 전류 신호 3A 를 도시하고 도 3b 및 도 3c 는 각각 대응하는 전압 신호 및 압전 액츄에이터 (5) 의 위치를 도시한다. 도면들에서 알 수 있는 바와 같이, 상이한 전류 신호가 연료 분사기 (10) 의 상이한 개방 프로파일을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 솔레노이드 액츄에이터로 가능한 것보다 연료 분사 레이트의 더 정밀한 제어가 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 제어 배열체는 엔진 업그레이드들에 대해 특히 적합하다. 솔레노이드 액츄에이터들은 연료 분사 제어 유닛 (1) 을 대체할 필요없이 압전 액츄에이터들에 의해 대체될 수 있다. 피에조 제어 유닛 (2) 에 의해, 연료 분사 제어 유닛 (1) 에 의해 생성된 전류 신호가 압전 액츄에이터들 (5) 이 제어될 수 있는 방식으로 변환될 수 있다.
본 발명은 다중 연료 엔진들에서 또한 유용하다. 예를 들어, 가스 연료를 점화시키기 위해 액체 파일롯 연료를 사용하는 가스 연료에 관한 가스 모드에서 또는 액체 메인 연료를 사용하는 액체 연료 모드에서 동작될 수 있는 이중 연료 엔진에서, 동일한 연료 분사 제어 유닛 (1) 이 모든 연료 분사기들을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 가스 연료에 대한 연료 분사기들은 솔레노이드 액츄에이터들에 의해 작동될 수 있는 반면, 파일롯 연료 분사기들 및 액체 메인 연료를 위한 분사기들은 압전으로 작동될 수 있다.
본 발명은 상술된 실시형태들에 제한되지 않고 첨부된 청구범위의 범위 내에서 변할 수도 있다는 것이 통상의 기술자들에 의해 인정될 것이다.
Claims (10)
- 피스톤 엔진의 연료 분사기 (10) 를 제어하는 방법으로서,
원하는 연료 분사 타이밍 및 지속기간의 정보를 반송하는 전류 신호를 생성하는 단계, 및
상기 전류 신호를 연료 분사기 (10) 의 압전 액츄에이터 (5) 를 제어하는 전압 신호로 변환하는 단계를 포함하는, 피스톤 엔진의 연료 분사기 (10) 를 제어하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 전류 신호는 연료 분사 제어 유닛 (1) 에서 생성되는, 피스톤 엔진의 연료 분사기 (10) 를 제어하는 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 전류 신호는 상기 전류 신호를 생성하는 디바이스 (1) 와는 별개인 피에조 제어 유닛 (2) 에서 상기 전압 신호로 변환되는, 피스톤 엔진의 연료 분사기 (10) 를 제어하는 방법. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은 상기 전압 신호의 폐쇄 루프 제어를 포함하는, 피스톤 엔진의 연료 분사기 (10) 를 제어하는 방법. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방법은 상기 압전 액츄에이터 (5) 의 위치를 결정하고 상기 전류 신호를 생성하는 상기 디바이스 (1) 에 대한 입력으로서 그것을 사용하는 단계를 포함하는, 피스톤 엔진의 연료 분사기 (10) 를 제어하는 방법. - 피스톤 엔진의 연료 분사기 (10) 를 위한 제어 배열체로서,
상기 배열체는 원하는 연료 분사 타이밍 및 지속기간의 정보를 반송하는 전류 신호를 생성하도록 구성되는 연료 분사 제어 유닛 (1) 을 포함하고,
상기 배열체는 상기 전류 신호를 연료 분사기 (10) 의 압전 액츄에이터 (5) 를 제어하는 전압 신호로 변환하는 수단 (2) 을 포함하는, 피스톤 엔진의 연료 분사기 (10) 를 위한 제어 배열체. - 제 6 항에 있어서,
상기 전류 신호를 상기 전압 신호로 변환하는 상기 수단은 상기 연료 분사 제어 유닛 (1) 과는 별개인 피에조 제어 유닛 (2) 인, 피스톤 엔진의 연료 분사기 (10) 를 위한 제어 배열체. - 제 6 항 또는 제 7 항에 따른 제어 배열체를 포함하는 피스톤 엔진.
- 피스톤 엔진의 연료 분사 제어 배열체를 업그레이드하는 방법으로서,
상기 제어 배열체는 원하는 연료 분사 타이밍 및 지속기간의 정보를 반송하는 전류 신호를 생성하도록 구성되는 연료 분사 제어 유닛 (1) 을 포함하고,
상기 방법은 상기 제어 배열체에 전류 신호를 연료 분사기 (10) 의 압전 액츄에이터 (5) 를 제어하는 전압 신호로 변환하는 수단 (2) 을 제공하는 단계를 포함하는, 피스톤 엔진의 연료 분사 제어 배열체를 업그레이드하는 방법. - 제 9 항에 있어서,
상기 전류 신호를 상기 전압 신호로 변환하는 상기 수단은 상기 연료 분사 제어 유닛 (1) 과는 별개인 피에조 제어 유닛 (2) 인, 피스톤 엔진의 연료 분사 제어 배열체를 업그레이드하는 방법.
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