KR20180006333A - 가스 계량 밸브의 기능 테스트를 위한 방법 및 제어 유닛 - Google Patents

가스 계량 밸브의 기능 테스트를 위한 방법 및 제어 유닛 Download PDF

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요아킴 누토
하랄드 뮐러
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만 디젤 앤 터보 에스이
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Abstract

본 발명에 따른, 가스 엔진 또는 이중-연료 엔진의 가스 계량 밸브의 기능 테스트를 위한 방법은, 가스 계량 밸브의 밸브 몸체를 작동시키기 위해, 상기 밸브 몸체를 작동시키는 역할을 하는 액추에이터에 전기적 활성화 전류로 에너지를 공급하고, 가스 계량 밸브의 기능 테스트를 위해, 상기 전기적 활성화 전류의 시간 프로파일을 모니터링하고 평가한다.

Description

가스 계량 밸브의 기능 테스트를 위한 방법 및 제어 유닛{METHOD AND CONTROL UNIT FOR THE FUNCTIONAL TESTING OF A GAS METERING VALVE}
본 발명은 가스 계량 밸브의 기능 테스트를 위한 방법 및 제어 유닛에 관한 것이다.
가스 엔진 및 가스 작동 모드로 작동되는 이중-연료 엔진에서는, 기체 연료가 연료로서 연소되는데, 상기 연료는 각 실린더의 가스 계량 밸브를 경유하여 엔진의 실린더에 도입된다. 가스 엔진 또는 이중-연료 엔진의 가스 계량 밸브를 가스 주입 밸브라고도 한다.
가스 계량 밸브는, 밸브판이라고도 하는 밸브 몸체를 포함하는데, 밸브 몸체는 액추에이터의 도움을 받아 작동된다. 상기 액추에이터는 통상적으로, 밸브 몸체를 작동시키기 위한 전기적 활성화 전류의 도움을 받아 전기 에너지를 공급받는 밸브 솔레노이드이다.
가스 엔진 또는 이중-연료 엔진의 작동 중에는, 가스 계량 밸브의 기능을 테스트하는 것이 중요하다. 가스 계량 밸브가, 예를 들어 고장난 밸브 몸체 때문에, 적절하게 작동하거나 기능하지 못하는 경우, 너무 많은 가스량이 해당 실린더에 도입될 수 있고, 그 결과 너무 농후한 연료-공기 혼합물 때문에 각 실린더에서 연소가 일어나는 것이 아니라, 연소되지 않은 연료-공기 혼합물이 엔진의 배기 시스템의 배기 라인에 들어가며, 이 배기 라인에서 점화될 수 있다. 이로써, 배기 시스템에서의 폭발이 초래될 수 있고 이에 따라 배기관의 파열이 야기될 수 있다.
현재는, 가스 계량 밸브의 기능 테스트를 위해 배기 가스 온도를 모니터링한다. 그러나 이는, 가스 엔진 또는 이중-연료 엔진의 가스 계량 밸브의 개별적 기능 테스트를 둔화한다.
따라서, 기능 테스트가 용이하게, 신뢰 가능하게, 그리고 실린더별로 수행될 수 있게 하도록 도움을 주는, 가스 계량 밸브의 기능 테스트를 위한 방법 및 제어 유닛이 필요하다. 이러한 점으로부터 시작하여, 본 발명은 신규 타입의 가스 계량 밸브의 기능 테스트를 위한 방법 및 제어 유닛의 창출이라고 하는 과제에 기초한 것이다.
이러한 과제는 청구항 1에 따른 가스 계량 밸브의 기능 테스트를 위한 방법을 통해 해결된다. 본 발명에 따르면, 가스 계량 밸브의 기능 테스트를 위해, 전기적 활성화 전류의 시간 프로파일을 모니터링하고 평가한다. 본 발명은, 각 가스 계량 밸브의 액추에이터에 대한 전기적 활성화 전류를 모니터링하고 평가하는 것에 의해, 가스 엔진 또는 이중-연료 엔진의 가스 계량 밸브의 기능 테스트를 용이하게, 신뢰 가능하게, 그리고 실린더별로 행할 수 있게 한다.
유익한 다른 개선예에 따르면, 바람직하게는 전기적 활성화 전류가 정해진 양에, 특히 최대값 또는 설정값에, 도달하는 전류 상승 시간을 또는 전류 상승의 구배를 검출하는 방식으로, 가스 계량 밸브의 기능 테스트를 위해, 전기적 활성화 전류에 있어서의 전류 상승을 모니터링하고, 상기 전류 상승 시간 또는 상기 전류 상승의 구배에 기초하여, 상기 가스 계량 밸브가 적절하게 기능하는지 오작동하는지가 결정되며, 특히 상기 전류 상승 시간이 기준값보다 크거나 상기 구배가 기준값보다 작은 경우, 오작동 가스 계량 밸브가 추정된다. 이로써, 가스 계량 밸브의 기능 테스트를 매우 유익하게, 간단하게 그리고 신뢰 가능하게 실린더별로 행하는 것이 가능하다.
유익한 다른 개선예에 따르면, 활성화 이전에 각각의 기준값이 결정되고, 바람직하게는 활성화 작동 이전에 있어서의 상기 전류 상승 시간 또는 상기 전류 상승의 구배에 따라, 특히 이동 평균값 또는 플로팅 평균값이 형성되며, 특히 현재의 전류 상승 시간 또는 현재의 전류 상승의 구배가 각각의 기준값으로부터 소정의 임계값보다 많이 벗어난 경우에, 오작동하는, 특히 고장나 있는, 가스 계량 밸브가 추정된다. 바람직하게는, 오작동하는, 특히 고장나 있는, 가스 계량 밸브를 추정하는 기준값을 형성하는 데, 상기한 전류 상승 시간 또는 구배만이 이용된다. 이들 세부 구성은, 가스 계량 밸브의 기능을 간단하게, 신뢰 가능하게 그리고 실린더별로 테스트하는 것을 제공하는 역할을 한다.
바람직하게는, 전류 상승 시간이 기준값보다 크거나 또는 전류 상승의 구배가 기준값보다 작은, 활성화 작동의 길이 또는 횟수에 따라, 일시적으로 또는 영구적으로 오작동하는, 특히 고장나 있는, 가스 계량 밸브가 추정된다. 이를 통해, 가스 계량 밸브가 일시적으로 또는 영구적으로 고장났는가를 매우 용이하게 테스트할 수 있다.
본 발명의 더 바람직한 개선예는, 종속 청구항과 이하의 상세한 설명을 통해 확보된다. 도면을 통해 본 발명의 예시적인 실시형태를 보다 상세히 설명하지만, 이 도면에 제한되는 것은 아니다. 도면에서,
도 1은 가스 계량 밸브의 액추에이터의 전기적 활성화 전류의 시간 프로파일이고;
도 2는 가스 계량 밸브의 기능 테스트를 위한, 전기적 활성화 전류의 시간-종속 평가이다.
본 발명은 가스 엔진 또는 이중-연료 엔진의 가스 계량 밸브의 기능 테스트를 위한 방법 및 제어 유닛에 관한 것이다. 가스 엔진 또는 이중-연료 엔진은 통상적으로 복수의 실린더를 포함한다. 각각의 실린더에서는, 즉 이중-연료 엔진의 경우에는 이중-연료 엔진의 가스 작동 모드에서, 기체 연료가 연료로서 연소될 수 있다. 기체 연료는 가스 계량 밸브의 도움을 받아 각각의 실린더에 도입된다. 가스 계량 밸브는, 밸브판이라고도 하는 밸브 몸체를 포함한다. 밸브 몸체는 액추에이터의 도움을 받아 개방되도록 작동될 수 있는데, 상기 액추에이터는 통상적으로 전기 에너지를 공급받는 밸브 솔레노이드이다. 가스 계량 밸브의 액추에이터를 작동시키기 위해, 전기적 활성화 전류로 액추에이터에 전기 에너지를 공급한다.
이제 가스 엔진 또는 이중-연료 엔진의 가스 계량 밸브의 기능을 테스트하기 위하여, 각각의 실린더의 각각의 가스 계량 밸브의 액추에이터에 대한 전기적 활성화 전류의 시간 프로파일을, 각각의 실린더에 대해 모니터링하고 평가한다. 가스 계량 밸브의 기능 테스트는, 각각의 가스 계량 밸브에 대한 전기적 활성화 전류의 시간 프로파일의 평가에 기초한다. 이를 통해, 가스 엔진 또는 이중-연료 엔진에 있어서 가스 계량 밸브의 기능을 실린더별로 테스트하는 구성이, 용이하게 그리고 신뢰 가능하게 제공될 수 있다.
바람직하게는, 가스 계량 밸브의 기능 테스트를 위해, 활성화의 개시 후에 전기적 활성화 전류가 정해진 양에 도달하기까지, 기간을 모니터링한다. 즉, 전기적 활성화 전류가 정해진 양에 도달하는 전류 상승 시간을 또는 전류 상승의 구배를 검출하는 방식으로, 전기적 활성화 전류의 전류 상승을 모니터링하는 것이 바람직하다. 그 후에, 상기 전류 상승 시간 또는 구배에 기초하여, 상기 가스 계량 밸브가 적절하게 작동하는지 고장나 있는지를 결정한다.
본 발명의 더 상세한 사항들을 도 1과 도 2의 도표를 참조로 하여 이하에서 설명하는데, 이하에서는 기능 테스트가, 각각의 활성화 작동의 개시 이후에 활성화 전류가 정해진 양에 도달하는 전류 상승 시간에 기초하고 있는 것으로 가정한다. 그러나 유사하게, 기능 테스트는 전류 상승의 구배에 기초하여 이루어질 수 있는데, 상기 구배는 시간에 대한 전류 상승의 피치에 대응하는 것이다.
도 1에서는, 시간 t에 대한, 현재 활성화 작동의 활성화 전류(IA)의 시간 프로파일이, 가스 계량 밸브의 액추에이터의 전기적 활성화 동안에 형성될 수 있는 것으로 도시되어 있다. 시간 t1에서는, 전기적 활성화 전류(IA)를 인가함으로써, 각각의 활성화 작동이 개시되는데, 전기적 활성화 전류(IA)는, 도 1의 제1 버전에서는 시간 t2에, 제2 버전에서는 시간 t2’에, 정해진 양(IA-SET)에, 특히 설정값의 최대값에 도달한다. 이에 따라, 제1 경우에, 상기 정해진 양(IA-SET)에 도달하기까지 걸리는 현재의 전류 상승 시간은 ΔtA1에 상당하게 되고, 제2 경우에 상기 현재의 전류 상승 시간은 ΔtA2에 상당하게 된다.
가스 계량 밸브의 현재 활성화 작동에 대하여 결정된 현재 전류 상승 시간 ΔtA는 기준값과 비교되는데, 특히 상기 현재 전류 상승 시간이 기준값보다 큰 경우, 오작동하는, 특히 고장나 있는, 가스 계량 밸브가 추정된다. 상세한 사항들은 도 2를 통해 확보된다.
도 2에서는, 가스 계량 밸브에 대한 전류 상승 시간(ΔtA)의 시간 프로파일이 시간 t에 대한 복수의 활성화 작동들에 대하여 플롯되어 있다. 활성화 작동 이전의 전류 상승 시간에 따라, 평균값이, 바람직하게는 이동 평균값 또는 플로팅 평균값이, 기준값(ΔtA-R)으로서 형성된다.
특히, 현재 전류 상승 시간(ΔtA)이 기준값(ΔtA-R)으로부터 소정의 임계값(X)보다 많이 벗어난 경우에, 오작동하는, 특히 고장나 있는, 가스 계량 밸브가 추정되는데, 막힌 가스 계량 밸브가 추정된 경우에, 상기한 현재 전류 상승 시간은, 평균값을 그리고 이에 따라 기준값(ΔtA-R)을 형성하는 데 이용되지 않는 것이 바람직하다.
도 2에서는, 시간 t3, t4 및 t5에 대해서는, 현재 전류 상승 시간(ΔtA)이 기준값(ΔtA-R)으로부터 임계값(X)보다 많이 벗어나 있어, 이에 따라 시간 t3, t4 및 t5에 대해서는, 각각의 경우에 오작동하는, 특히 고장나 있는, 가스 계량 밸브가 추정된다는 점을 주목할 수 있다.
도 2에서는, 시간 t3 및 t4의 경우에는, 현재 전류 상승 시간(ΔtA)이 기준값(ΔtA-R)으로부터 임계값(X)보다 많이 벗어나 있는 기간이, 비교적 짧아서, 특히 대응 한계값보다 작아서, 이 경우에는 일시적으로 오작동하는, 특히 고장나 있는, 가스 계량 밸브라고, 예를 들어 활성화 사이클 동안에만 고장나 있는 가스 계량 밸브가 추정된다.
이에 반해, 시간 t5에서 시작하는 경우에는, 상대적으로 긴 기간 동안, 즉 소정의 한계값보다 큰 기간 동안, 현재 전류 상승 시간(ΔtA)이 기준값(ΔtA-R)으로부터 임계값(X)보다 많이 벗어나 있는 것으로 도 2에서 결정되며, 이에 따라 시간 t5에서 시작하는 경우에는, 복수의 활성화 사이클 동안에 고장나 있고, 계속적으로 오작동하는, 특히 고장나 있는, 가스 계량 밸브가 추정된다.
따라서, 본 발명에 따르면, 각 가스 계량 밸브의 액추에이터에 대한 전기적 활성화 전류의 시간 프로파일에 기초하여, 가스 엔진 또는 이중-연료 엔진의 가스 계량 밸브의 기능을 테스트 한다.
이 경우에, 상기한 방법은, 가스 엔진의 가스 계량 밸브의 또는 가스 계량 밸브의 액추에이터의 활성화를 추정하는 제어 유닛에 의해 수행된다. 이 제어 유닛은 바람직하게는 엔진 제어 유닛이다. 상기 제어 유닛은, 각각의 가스 계량 밸브의 기능 테스트를 수행하기 위해, 각각의 가스 계량 밸브에 대하여 전기적 활성화 전류의 시간 프로파일을 모니터링하고 이를 평가한다.
도 1 및 도 2와 관련하여 전술한 바와 같이, 각각의 가스 계량 밸브의 기능 테스트용의 제어 유닛은, 각각의 활성화 작동에 대한 활성화 전류(IA)의 현재 전류 상승을 검출하는데, 즉 이러한 방식에서는, 각각의 가스 계량 벨브의 각각의 활성화 작동마다, 각각의 활성화 작동의 시작 시점과, 활성화 전류가 정해진 양에 도달한 시점, 바람직하게는 활성화 전류의 최대값에 도달한 시점 또는 현재 활성화 작동에 대한 활성화 전류의 설정값에 도달한 시점과의 사이에 경과되는 시간인, 현재 전류 상승 시간(ΔtA)을 검출한다. 뒤이은 활성화 작동 또는 활성화 사이클에 대해, 제어 유닛은, 특히 평균값을 형성함으로써, 바람직하게는 이동 평균값 또는 플로팅 평균값을 형성함으로써, 기준값을 결정한다. 각각의 새로운 활성화 작동에 따라, 가스 계량 밸브에 대하여 상기 현재 전류 상승 시간(ΔtA)을 결정하고, 기준값과 비교하며, 특히 현재 전류 상승 시간이 기준값으로부터 임계값보다 많이 벗어난 경우, 오작동하는, 특히 고장나 있는, 가스 계량 밸브가 추정된다.
특히 전류 상승 시간이 기준값으로부터 비교적 잠시 동안만, 즉 한계값보다 작은 시간 동안만, 벗어난 경우, 제어 유닛은 일시적으로 오작동하는, 특히 고장나 있는, 가스 계량 밸브를 추정하는 반면에, 특히 전류 상승 시간이 기준값으로부터, 소정의 한계값보다 큰 비교적 긴 기간 동안, 벗어난 경우, 제어 유닛은 영구적으로 오작동하는, 특히 고장나 있는, 가스 계량 밸브를 추정한다.
기능 테스트를 위해, 제어 유닛은 또한, 각각의 현재 활성화 작동에 대하여 전류 상승의 구배를 결정하고, 이를 대응 기준값과 비교할 수 있다. 그 후에, 활성화 작동 이전의 전류 상승의 구배를 이용하여, 기준값을 형성한다.
본 발명은, 가스 엔진 또는 이중-연료 엔진의 가스 계량 밸브의 기능을 간단하게, 신뢰 가능하게 그리고 실린더별로 테스트할 수 있게 한다.

Claims (12)

  1. 가스 엔진 또는 이중-연료 엔진의 가스 계량 밸브의 기능 테스트를 위한 방법으로서, 가스 계량 밸브의 밸브 몸체를 작동시키기 위해, 상기 밸브 몸체를 작동시키는 역할을 하는 액추에이터에 전기적 활성화 전류로 에너지를 공급하고, 가스 계량 밸브의 기능 테스트를 위해, 상기 전기적 활성화 전류의 시간 프로파일을 모니터링하고 평가하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 가스 계량 밸브의 기능 테스트를 위해, 활성화의 개시 후에, 상기 전기적 활성화 전류가 정해진 양에 도달하기까지의 기간을 결정하고, 상기 기간에 기초하여, 가스 계량 밸브가 적절히 기능하는지가 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 가스 계량 밸브의 액추에이터의 각각의 현재 활성화 작동에 대하여 가스 계량 밸브의 기능을 테스트하기 위해, 즉 상기 전기적 활성화 전류가 정해진 양에 도달하는 전류 상승 시간을 또는 전류 상승의 구배를 검출하는 방식으로, 상기 전기적 활성화 전류의 전류 상승을 모니터링하고, 현재의 전류 상승 시간 또는 전류 상승의 구배에 기초하여, 상기 가스 계량 밸브가 적절하게 기능하는지가 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 특히 상기 현재의 전류 상승 시간이 기준값보다 크거나 또는 상기 현재의 전류 상승의 구배가 기준값보다 작은 경우, 오작동 가스 계량 밸브가 추정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 기준값은 활성화 이전에 결정되며, 즉 활성화 작동 이전의 전류 상승 시간 또는 전류 상승의 구배로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 활성화 작동 이전의 상기 전류 상승 시간 또는 상기 전류 상승의 구배에 따라, 평균값이 형성되며, 특히 현재 활성화 작동의 현재 전류 상승 시간 또는 현재 전류 상승의 구배가, 기준값의 역할을 하는 상기 평균값으로부터, 미리 정해놓은 임계값보다 많이 벗어난 경우, 오작동하는 가스 계량 밸브가 추정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 평균값으로서 이동 평균값 또는 플로팅 평균값이 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 적절히 기능하는 가스 계량 밸브라고 추정된 것에 대한 전류 상승 시간 또는 구배만이, 상기 평균값을 형성하는 데 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 전류 상승 시간이 기준값보다 크거나 또는 전류 상승의 구배가 기준값보다 작은, 활성화 작동의 길이 또는 횟수에 따라, 일시적으로 또는 영구적으로 오작동하는, 특히 고장나 있는, 가스 계량 밸브가 추정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 가스 엔진의 가스 계량 밸브의 기능 테스트를 위한 제어 유닛으로서, 제어 유닛은, 가스 계량 밸브의 밸브 몸체를 작동시키기 위해, 상기 밸브 몸체를 작동시키는 역할을 하는 액추에이터에 전기적 활성화 전류로 에너지를 공급하고, 제어 유닛은, 가스 계량 밸브의 기능 테스트를 위해, 상기 전기적 활성화 전류의 시간 프로파일을 모니터링하고 평가하는 것을 특징으로 하는 제어 유닛.
  11. 제10항에 있어서, 제어 유닛은, 가스 계량 밸브의 기능 테스트를 위해, 가스 계량 밸브의 액추에이터의 각각의 현재 활성화 작동에 대하여, 전기적 활성화 전류의 전류 상승을 모니터링하는데, 즉 이러한 방식에서는, 제어 유닛이, 상기 전기적 활성화 전류가 정해진 양에 도달하는 현재 전류 상승 시간을 또는 현재 전류 상승의 구배를 검출하며, 제어 유닛은, 현재 전류 상승 시간 또는 현재 전류 상승의 구배에 기초하여, 상기 가스 계량 밸브가 적절하게 기능하는지 오작동하는지를 결정하는 것을 특징으로 하는 제어 유닛.
  12. 제11항에 있어서, 제어 유닛은, 활성화 작동 이전의 전류 상승 시간 또는 전류 상승의 구배로부터 기준값을 형성하고, 제어 유닛은, 특히 현재 활성화 작동의 현재 전류 상승 시간 또는 현재 전류 상승의 구배가, 기준값으로부터, 미리 정해놓은 임계값보다 많이 벗어난 경우, 오작동하거나 또는 고장나 있는 가스 계량 밸브를 추정하는 것을 특징으로 하는 제어 유닛.
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