KR20190016580A

KR20190016580A - 고압 연료 펌프의 입구 밸브를 작동시키는 작동 방법 및 연료 분사 시스템

Info

Publication number: KR20190016580A
Application number: KR1020197000994A
Authority: KR
Inventors: 테트 콩 브라이언 치아; 드미트리 코간
Original assignee: 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
Priority date: 2016-07-12
Filing date: 2017-06-07
Publication date: 2019-02-18
Also published as: WO2018010897A1; WO2018010897A9; DE102016212671B4; DE102016212671A1

Abstract

본 발명은, 연료 분사 시스템(10)에서 고압 연료 펌프(12)의 입구 밸브(28)를 작동시키는 작동 방법으로서, 상기 연료 분사 시스템(10)에서 시스템 초과 압력의 위험이 있는 상기 연료 분사 시스템(10)의 결함 상황이 검출되고, 이에 응답하여 상기 고압 연료 펌프(12)의 흡기 행정 동안 상기 입구 밸브(28)가 능동적으로 폐쇄되는, 상기 입구 밸브를 작동시키는 작동 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 작동 방법이 수행되는 연료 분사 시스템(10)에 관한 것이다.

Description

고압 연료 펌프의 입구 밸브를 작동시키는 작동 방법 및 연료 분사 시스템

본 발명은 고압 연료 펌프의 입구 밸브를 조절 또는 작동시키는 작동 방법 및 이 작동 방법이 적용된 연료 분사 시스템에 관한 것이다.

연료 분사 시스템은 내연 엔진의 연소 챔버 내로 연료를 분사하는 데 사용되고, 연료 분사 시스템 내의 연료는 연소 챔버에서 연료가 연소되는 동안 배출량을 감소시키기 위해 분사 이전에 고압 연료 펌프에 의해 먼저 고압으로 압축된다. 이러한 상황에서, 디젤 연료 분사 시스템에서는 연료가 1500바(bar) 내지 3000바 범위의 압력으로 압축되고, 가솔린 연료 분사 시스템에서는 연료가 150바 내지 500바 범위의 압력으로 압축된다.

요즘, 고압을 받은 연료를 연소 챔버에 분사하는 분사기들이 고압을 받는 연료의 고압 축압기로서 기능하는 공통 레일에 배열되어 있는, 소위 공통 레일 연료 분사 시스템이 사용된다. 이 레일에는 연료를 압축하는 하나 이상의 고압 연료 펌프로부터 연료가 공급된다.

하나 이상의 분사기에 분사가 발생하게 될 때마다 고압을 받은 연료의 양이 충분히 레일에 존재해야 한다. 한편, 레일의 압력은 연료 분사 시스템의 개별 부품에 손상이 일어나는 것을 피하고 나아가 연료가 외부로 누출되는 것을 피하기 위해 미리 한정된 최대 압력을 초과해서는 안 된다.

그리하여, 연료 분사 시스템, 예를 들어, 레일 내 연료의 고압은 미리 한정된 설정점 압력으로 항상 조절된다.

이 설정점 압력을 조절하는 것은 일반적으로 고압 연료 펌프에 배열된 입구 밸브를 요구에 따라 작동시킴으로써 수행되는데, 이 입구 밸브는 이전에 한정된 양의 연료를 고압 연료 연료의 압력 공간으로 계량하여, 이 압력 공간에서 연료가 압축된다. 조절 프로세스는 이에 대응하여 연료 분사 시스템의 저압 측의 계량 유닛, 구체적으로, 입구 밸브에 의해 발생한다.

도 8 내지 도 11은 종래 기술의 전술된 연료 분사 시스템을 기능시키는 방법의 개략도를 도시한다.

도 8은 압력 공간(14)을 갖는 고압 연료 펌프(12) 및 이 고압 연료 펌프(12)의 하류에 장착된 레일(16)을 구비한 연료 분사 시스템(10)의 개략적인 길이방향 단면도를 도시한다. 연료(18)는 저압 영역(20)으로부터 압력 공간(14)으로 흐르고, 압력 공간(14)에서 병진 이동하는 펌프 피스톤(22)에 의해 압축된다. 고압을 받은 연료(18)는 출구 밸브(24)를 통해 레일(16)의 방향으로 압력 공간(14)을 빠져 나가 고압 영역(26)으로 들어간다.

정확히 원하는 양의 연료가 레일(16)로 들어가도록 하기 위해 제어 장치(30)를 통해 외부에서 작동되는 능동 입구 밸브(28)가 제공되는 것에 의해 연료의 미리 한정된 양이 압력 공간(14)으로 계량된다. 제어 장치(30)에서, 레일(16)에 요구되는 설정점 압력(Psetp)이 레일(16)에 존재하는 실제 압력(Pact)에 대항하여 설정되고 나서, 원하는 설정점 압력(Psetp)을 달성하기 위해 고압 연료 펌프(12)에 의해 레일(16)에 공급되어야 하는 연료(10)의 양이 이에 기초하여 계산된다. 이를 위해, 제어 장치(30)는 목표된 방식으로 능동 입구 밸브(28)를 작동시킨다.

이러한 목표된 작동은 도 9에 개략적으로 도시되어 있다. 다이어그램 9A)는 여기서 펌프 피스톤(22)의 흡기 행정, 즉 고압 연료 펌프(12)의 압력 공간(14)의 체적이 증가되는 하향 운동을 도시한다. 다이어그램 9B)은 입구 밸브(28)가 개방된 상태에서 펌프 피스톤(22)의 펌프 행정을 도시한다. 다이어그램 9C)은 입구 밸브(28)가 폐쇄된 상태에서 펌프 피스톤(22)의 펌프 행정을 도시한다.

고압 연료 펌프(12)에 의해 레일(16)로 공급되는 연료량을 제어하는 것은 다음과 같이 일어난다: 다이어그램 9A)에 도시된 흡기 행정에서, 입구 밸브(28)가 개방될 때 펌프 피스톤(22)이 하향 이동하고, 그 결과 압력 공간(14)의 체적이 증가하게 된다. 입구 밸브(28)가 개방되어 있으므로, 연료(18)는 저압 영역(20)으로부터 압력 공간(14) 내로 흡입된다. 다이어그램 9B)에 도시된 바와 같이, 이후 펌프 피스톤(22)은 펌프 행정을 시작하고, 이 동안 피스톤은 상향 이동하여 압력 공간(14)의 체적을 감소시킨다. 입구 밸브(28)가, 예를 들어, 제어 장치(30)에 의해 작동하는 것에 의해, 이 단계 동안 계속 개방 상태로 유지된다면, 이전에 도입된 연료(18)는 저압 영역(20)으로 되돌아가게 되어 고압을 받지 않게 된다. 그러나, 미리 결정된 시간에 입구 밸브(28)가 폐쇄되면, 압력 공간(14)에 남아 있는 잔여 연료(18)는 펌프 피스톤(22)에 의해 압축되어 출구 밸브(24)를 통해 레일(16)의 방향으로 압력 공간(14)을 빠져 나가게 된다. 이것은 다이어그램 9C)에 도시되어 있다.

도 10은 이러한 설명된 방법을 대응하는 그래픽 표현으로 도시한 것이다. 다이어그램 10A)에서, 피스톤 행정(H)은 펌프 피스톤(22)을 병진 운동시키는 구동 샤프트의 회전 각도(°CRK)에 대해 도시된다. 이와 관련하여, 펌프 피스톤(22)은 구동 샤프트의 180°의 회전 각도에 걸쳐 하나의 완전한 피스톤 사이클을 완료하고, 즉 펌프 피스톤은 2개의 극단점, 즉 상사점(TDC)과 하사점(BDC) 사이에서 한번 완전히 위로 그리고 완전히 아래로 움직인다.

다이어그램 10B)에서, 능동 밸브(28)에 인가되는 전류 세기(I)가 다이어그램 10A)의 구동 샤프트의 회전 각도(°CRK)의 함수로서 동기화되는 것으로 도시되어 있다.

여기서 입구 밸브(28)가 짧은 각도 구간 동안만 능동적으로 통전되는 것이 명백하다. 그리하여, 도 8에 도시된 바와 같이, 밸브가 통상 개방된 입구 밸브(28)인 경우, 입구 밸브(28)는 구동 샤프트의 나머지 회전 각도(CRK)에 걸쳐 개방된 채로 유지되고 짧은 작동 각도 구간에서만 폐쇄된다.

이것은 도 9를 참조하여 설명된 고압 연료 펌프(12)의 3개의 단계를 형성한다. 도 10A에 점선으로 도시된 제1 단계에서, 입구 밸브(28)가 개방되고 펌프 피스톤(22)이 하사점(BDC)의 방향으로 이동하여 압력 공간(14)의 체적이 증가하는 것으로 흡기 행정이 발생한다. 하사점(BDC)을 지난 후, 펌프 피스톤(22)은 도 9B)에 도시된 바와 같이 다시 상향으로 이동하지만, 입구 밸브(28)는 계속 개방된 상태로 유지된다. 이것은 연료(18)가 저압 영역(20)으로 역류하는 단계여서, 고압 연료 펌프(12)의 소위 환류 상(reflux phase)이 존재한다. 이것은 도 10A)에서 채워진 영역으로 특징지어진다. 입구 밸브(28)가 도 9C)에 도시된 바와 같이 통전될 때, 입구 밸브(28)가 폐쇄된 결과, 펌프 피스톤(22)의 펌프 행정이 최종적으로 존재하고, 이는 도 10A)에서 해치 표시한 것으로 도시된다. 이 영역에서만 고압을 받는 연료(18)가 실제로 레일(16)로 공급된다.

입구 밸브(28)를 이렇게 능동적으로 작동시키는 것에 의해, 레일(16) 내로 공급되는 연료(18)의 양을 정밀하게 설정하여 레일(16) 내의 시스템 압력을 정확히 설정하는 것이 가능하다.

내연 엔진에서는, 높은 압력을 받는 연료(18)가 레일(16) 내로 전혀 공급되지 않는 것이 바람직한 단계가 또한 발생한다. 이러한 단계에서는, 고압 연료 펌프(12)의 공급량이 제로(zero feeding)인 것이 수행되어야 하는데, 이는 도 11에 개략적으로 도시되어 있다. 다이어그램 11A)은 여기서 고압 연료 펌프(12)의 흡기 단계를 도시하고, 다이어그램 11B)은 환류 단계를 나타낸다. 다이어그램 11C)은 입구 밸브(28)가 여기서 전체 펌프 행정 동안 목표된 방식으로 개방된 상태를 유지해서 도입된 모든 연료(18)가 저압 영역(20)으로 다시 역류하는 것을 보여준다. 그 결과, 연료(18)가 레일(16)로 전혀 공급되지 않기 때문에, 이것은 소위 공급량이 제로이다.

입구 밸브(28)는 여기서 스프링 부재(34)에 의해 전체 시간 동안 개방 상태로 유지되며, 스프링 부재는 스프링 힘(FF)을 폐쇄 부재(36)에 가하여 폐쇄 부재를 개방 위치에 유지시킨다. 입구 밸브(28)가 작동되는 경우에만, 이동력(FB)이 스프링 힘(FF)의 반대 방향으로 폐쇄 부재(36)에 작용하여 폐쇄 부재(36)를 폐쇄 위치로 이동시킨다.

연료 분사 시스템(10)의 동작 동안, 예를 들어, 스프링(34)이 파손되어 입구 밸브(28)가 더 이상 개방 상태에 유지되지 않으면, 입구 밸브(28)의 전술한 작동 동안 결함 상황이 발생하는 일이 있을 수 있다. 이러한 상황은 도 12에 개략적으로 도시되어 있다. 다이어그램 12A)의 흡기 행정은 이러한 경우에 영향을 받지 않는다. 그러나 펌프 피스톤(22)이 상향으로 이동하면 연료(18)로부터 압력 공간(14)으로 작용하는 유압력이 폐쇄 부재(36)에 작용하기 때문에 폐쇄 부재가 더 이상 스프링 힘(FF)에 의해 개방 상태로 유지되지 않기 때문에 폐쇄 부재(36)가 폐쇄된다. 이것은 다이어그램 12B)에 도시되어 있다. 폐쇄 부재(36)가 폐쇄되면, 환류는 수행될 수 없고, 고압 연료 펌프(12)는 도 12C)에 도시된 바와 같이 완전 공급 모드로 된다. 이것은 계량 유닛으로서 입구 밸브(28)에 결함이 있는 도시된 경우에, 예를 들어, 파손된 스프링(34)의 경우에, 고압 연료 펌프(12)에 의해 레일(16)로 공급되는 연료(18)의 양이 개방-루프 또는 폐쇄-루프로 제어될 수 없다는 것을 의미한다. 그 결과, 이는 최대 허용 가능한 시스템 압력을 초과할 수 있는 바람직하지 않은 고압의 압력 상승이 레일(16)에서 발생한다.

이것은 연료 분사 시스템(10)의 개개의 부품에 손상을 야기하여 외부 누출을 초래할 수 있다.

지금까지, 이를 방지하기 위해 기계적 압력 제한 밸브가 사용되었는데, 여기서 상기 압력 제한 밸브는 허용 가능한 시스템 압력을 초과하는 압력의 경우 초과 압력에 의해 기계적으로 개방되었다. 그리하여 시스템 압력이 최대 허용 가능한 압력으로 떨어질 때까지 특정 양의 연료가 고압 영역(26)으로부터 배출된다. 대안적으로 및/또는 추가적으로, 시스템 압력의 크기를 능동적으로 폐쇄-루프 또는 개방-루프로 제어하기 위해 활성화되는 능동 압력 감소 밸브를 제공하는 것도 가능하다. 이러한 능동 압력 감소 밸브는 예를 들어 고압 영역(26)에 배열된다.

그러나, 이러한 기계적 안전 폐쇄-루프 제어 수단은 구현하는데 많은 비용이 든다.

따라서, 본 발명은 이에 대한 해결책을 제시하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적은 청구항 1의 특징들의 조합을 갖는 작동 방법에 의해 달성된다.

상기 작동 방법이 적용되는 연료 분사 시스템은 종속 청구항의 주제이다.

본 발명의 유리한 개선은 종속 청구항의 주제이다.

연료 분사 시스템에서 고압 연료 펌프의 입구 밸브를 작동시키는 작동 방법은,

a) 고압 연료 펌프의 압력 공간 내로 연료를 계량하기 위한 능동 입구 밸브를 제공하는 단계;

b) 상기 연료 분사 시스템에서 시스템 초과 압력의 위험이 있는 상기 연료 분사 시스템의 결함 상황을 검출하는 단계; 및

c) 상기 능동 입구 밸브를 능동적으로 폐쇄하는 단계를 포함한다.

특히, 상기 고압 연료 펌프가 흡기 행정에 있는 경우, 상기 능동 입구 밸브는 능동적으로 폐쇄된다.

그 결과, 상기 고압 연료 펌프의 압력 공간으로 연료의 체적 흐름을 능동적으로 스로틀링(throttling)하여, 상기 레일로 공급되는 연료의 양이 원하는 레벨로 유지되게 한다. 이러한 맥락에서, 특히 상기 고압 연료 펌프의 흡기 단계 동안, 상기 입구 밸브는 요구에 따라 작동되어 폐쇄된다. 그 결과, 상기 입구 밸브가 폐쇄되기 때문에 상기 고압 연료 펌프의 압력 공간으로 연료가 거의 또는 심지어 전혀 전달되지 않는다. 이는 상기 고압 연료 펌프의 흡기 행정 동안 상기 고압 연료 펌프에 연료가 도입되지 않은 결과, 상기 고압 연료 펌프의 펌프 행정 동안 상기 연료 분사 시스템의 레일로 연료가 공급되지 않기 때문이다.

그리하여, 전체적으로, 예를 들어, 결함 입구 밸브와 같은 상기 연료 분사 시스템에서 결함 상황이 있는 결과, 상기 입구 밸브를 작동시킴으로써 목표된 방식으로 상기 연료 분사 시스템에서 시스템 초과 압력의 위험을 해결하는 것이 제안된다. 알려진 기계적 해결책에 비해, 이것은 비용이 적기 때문에 훨씬 더 비용 효율적이다.

단계 a)에서, 바람직하게는 솔레노이드 밸브가 능동 입구 밸브로서 제공되고, 상기 솔레노이드 밸브는 상기 입구 밸브를 개폐하기 위한 폐쇄 부재; 통전이 발생할 때 폐쇄 부재 이동 축을 따라 상기 폐쇄 부재를 이동시키기 위한 솔레노이드 액추에이터; 및 상기 솔레노이드 액추에이터가 통전된 결과 작용하는 이동력에 대항하여 작용하는 스프링 힘을 상기 폐쇄 부재에 인가하는 스프링을 포함하고, 상기 입구 밸브는 통상 개방된 솔레노이드 밸브로서 구현된다.

통상 개방된 것이란 종종 솔레노이드 액추에이터의 스위치 오프 상태에서 스프링의 스프링 힘이 폐쇄 부재를 개방 위치로 계속 가압하고 있는 것을 의미한다. 폐쇄 부재는 솔레노이드 액추에이터가 통전될 때에만 폐쇄된 위치로 이동한다. 솔레노이드가 통상 개방된 솔레노이드 밸브로서 구현되는 경우, 예를 들어, 스프링이 파손되는 결함 상황은, 바람직하게는 고압 연료 펌프의 흡기 행정 동안 솔레노이드 밸브가 능동적으로 폐쇄되는 것에 의해 보상될 수 있다. 이것은 이 경우에 스프링이 파손된 경우에도 불구하고 항상 여전히 가능하다.

단계 b)에서의 결함 상황은 유리하게는 고압 연료 펌프에 의해 연료 분사 시스템에서 생성된 고압을 모니터링함으로써 검출되고, 여기서 연료 분사 시스템 내 고압의 실제 압력이 미리 결정된 공차 차이를 넘어 고압의 미리 결정된 설정점 압력을 초과하는 경우 결함 상황이 존재한다.

예를 들어, 입구 밸브에서 스프링에 파손이 발생하면, 고압 연료 펌프는 전술한 바와 같이 완전 공급 모드로 진행하여, 다량의 연료가 하류에 장착된 레일에 공급되고, 따라서 레일의 압력이 증가한다. 레일에 실제 존재하는 이 실제 압력이 이전에 결정된 설정점 압력과 다른 경우, 이것은 연료 분사 시스템에 결함이 존재하는 것을 나타내는데, 예를 들어, 스프링이 파손된 것을 나타낸다. 그리하여, 이것은 유리하게는 연료 분사 시스템에 결함 상황이 존재하는지 여부에 관계 없이, 원하는 설정점 압력을 실제 존재하는 실제 압력과 비교함으로써 결정될 수 있다.

하나의 가능한 개선에서, 단계 c)에서 폐쇄 부재는 솔레노이드 액추에이터에 미리 한정된 전류 세기를 인가함으로써 폐쇄 위치로 완전히 이동된다. 고압 연료 펌프의 흡기 행정 동안 이 완전 폐쇄가 발생하면, 고압 연료 펌프의 전체 흡기 행정 동안 도입되는 연료는 전혀 없어서, 하류에 장착된 레일에 공급되는 연료도 또한 전혀 없게 된다.

하나의 대안적인 개선에서, 단계 c)에서, 폐쇄 부재는 솔레노이드 액추에이터에 미리 한정된 전류 세기를 인가함으로써 폐쇄 위치와 완전 개방 위치 사이에 배열된 중간 위치로 이동된다. 이 경우, 입구 밸브는 능동 작동에 의해 완전히 닫히지 않아서, 고압 연료 펌프의 흡기 행정 동안 적어도 소량의 연료가 고압 연료 펌프의 압력 공간으로 흡입되어 나중에 하류에 장착된 레일로 공급될 수 있다.

또 다른 유리한 개선에서, 단계 c)에서, 미리 결정된 시간 기간 동안 솔레노이드 액추에이터를 통전시킴으로써 폐쇄 부재가 폐쇄된 상태로 유지된다. 따라서, 미리 결정된 시간 기간 동안만, 예를 들어, 또한 고압 연료 펌프의 흡기 행정 동안, 입구 밸브를 폐쇄하는 것이 또한 가능한데, 즉 고압 연료 펌프의 압력 공간으로부터 저압 영역으로 소량의 연료가 도입되는 것이 여전히 가능하게 된다. 고압 연료 펌프의 전체 흡기 행정 동안 특정 정도까지 고압 연료 펌프로부터 도입되는 연료가 없다면, 고압 연료 펌프의 펌프 행정 동안 연료 분사 시스템의 레일로 특정 양의 연료가 여전히 공급된다.

대응하여, 특히 고압 연료 펌프의 흡기 행정 동안, 요구에 따라 입구 밸브가 여전히 작동될 수 있다. 작동의 지속 시간 또는 폐쇄 부재의 위치뿐만 아니라 작동의 시작점은 여기서 레일에 설정점 압력을 달성하는 데 필요한 연료의 필요한 양에 따라 결정된다.

대응하여, 연료 분사 시스템에서 발생되는 설정점 압력은 유리하게는 고압 연료 펌프에 의해 결정되고, 연료 분사 시스템에 존재하는 실제 압력이 감지되고, 입구 밸브가 폐쇄되는 시간 기간 및/또는 폐쇄 부재의 위치는 설정점 압력과 실제 압력 사이의 차이의 함수로서 작동된다.

실제 압력은, 특히 고압 연료 펌프의 하류에 연결된 레일의 연료 분사 시스템에 배열된 고압 센서에 의해 유리하게 감지된다.

전술한 작동 방법을 실행하기 위한 연료 분사 시스템은, 고압 연료 펌프의 압력 공간 내로 연료를 유입시키기 위한 능동 입구 밸브를 갖는 고압 연료 펌프; 및 상기 연료 분사 시스템의 결함 상황을 검출하기 위한 검출 유닛과, 상기 입구 밸브를 작동시키기 위한 작동 유닛을 갖는 제어 장치를 포함하고, 상기 제어 장치는 결함 상황이 검출될 때 입구 밸브가 작동 유닛에 의해 폐쇄되는 방식으로 구현된다.

상기 입구 밸브는 유리하게는 통상 개방된 솔레노이드 밸브인 것이다.

하나의 특히 바람직한 개선에서, 상기 연료 분사 시스템은 압력 제한 밸브도 갖지 않고 능동 압력 감소 밸브도 갖지 않아서, 상기 연료 분사 시스템 내의 고압의 압력 레벨은 상기 입구 밸브를 작동시키는 것에 의해서만 조절된다.

본 발명의 유리한 개선은 첨부된 도면에 기초하여 다음의 설명에서 보다 상세히 설명된다.

도 1은 고압 연료 펌프의 입구 밸브를 작동시키는 작동 방법에서 수행되는 단계들의 개략도;
도 2는 연료 분사 시스템의 결함 상황을 검출할 수 있는 방법에서 수행되는 단계들의 개략도;
도 3은 고압 연료 펌프의 펌프 행정 위치와 관련하여 입구 밸브의 능동 작동을 도시하는 개략도;
도 4는 폐쇄 위치에 있는 입구 밸브의 개략도;
도 5는 개방 위치에 있는 입구 밸브의 개략도;
도 6은 중간 위치에 있는 입구 밸브의 개략도;
도 7은 도 1에 도시된 작동 방법을 수행하기에 적합한 제어 장치의 개략도;
도 8은 종래 기술의 고압 연료 펌프를 갖는 연료 분사 시스템의 개략 길이방향 단면도;
도 9는 종래 기술의 도 8의 고압 연료 펌프의 펌핑 사이클의 개략도;
도 10은 도 8의 고압 연료 펌프의 펌핑 사이클과 입구 밸브의 작동 사이의 관계를 도시하는 종래 기술의 개략도;
도 11은 기능하는 입구 밸브의 경우에 고압 연료 펌프의 펌핑 사이클을 도시하는, 도 8의 종래 기술의 고압 연료 펌프의 개략적인 길이방향 단면도; 및
도 12는 기능하지 않는 입구 밸브의 경우의 고압 연료 펌프의 펌핑 사이클을 도시하는, 도 8의 종래 기술의 고압 연료 펌프의 개략적인 길이방향 단면도.

도 8은 종래 기술의 고압 연료 펌프(12)의 영역 내 연료 분사 시스템(10)의 길이방향 단면도를 도시한다. 이미 전술한 바와 같이, 고압 연료 펌프(12)는, 입구 밸브(28)로서, 여기서는 솔레노이드 밸브(38)의 형태인 능동 입구 밸브(28)를 갖는다. 이와 관련하여, 코일(42), 극편(pole piece)(44) 및 전기자(46)로 형성된 솔레노이드 액추에이터(40)는 코일(42)이 통전될 때 폐쇄 부재 이동 축(AS)을 따라 폐쇄 부재(36)를 이동시킨다. 솔레노이드 밸브(38)는 통상 개방된 솔레노이드 밸브(38)로서 구현되는데, 즉, 스프링(34)은 비-통전된 솔레노이드 액추에이터(40)의 경우에 폐쇄 부재(36)를 개방 위치로 연속적으로 가압한다. 폐쇄 부재(36)는 솔레노이드 액추에이터(40)가 통전될 때까지 폐쇄 위치로 당기지 않는다.

통상 개방된 솔레노이드 밸브(38)가 제공된 결과 가능한 이 능동 폐쇄는, 예를 들어, 밸브(28)에 결함이 있는 경우 이제 비상 동작 모드 제어로 고려될 수 있는 작동 방법에 사용된다.

도 1은 연료 분사 시스템(10)의 비상용 작동 방법의 개략적인 단계를 도시한다.

이러한 맥락에서, 우선, 연료 분사 시스템(10)에서 시스템 초과 압력의 위험이 있는 연료 분사 시스템(10)의 결함 상황이 검출된다. 이후 시스템은 고압 연료 펌프(12)가 흡기 행정에 올 때까지, 즉 펌프 피스톤(22)이 상사점(TDC)으로부터 하사점(BDC) 방향으로 이동할 때까지 기다린다. 고압 연료 펌프(12)의 흡기 행정의 단계에 도달하면, 입구 밸브(28)는 능동적으로 폐쇄되고, 즉 폐쇄 부재(36)는 솔레노이드 액추에이터(40)를 통전시킴으로써 폐쇄 위치로 이동된다. 그 결과, 고압 연료 펌프(12)의 흡기 행정에서 고압 연료 펌프(12)의 압력 공간(14)으로 흡입되는 연료는 없을 수 있고, 그리하여 상기 연료(18)는 고압을 받을 수 없어서 레일(16)로 공급될 수 없다. 그 결과, 레일(16)에서 시스템 초과 압력이 발생할 수 있는 위험이 제거된다.

도 2는 연료 분사 시스템(10)이 결함 상황에 있는지 여부를 검출할 수 있는 개략적인 단계들을 도시한다. 따라서, 우선, 고압 연료 펌프(12)에 의해 연료(18)를 공급함으로써 레일(16)에서 발생되는 설정점 압력(Psetp)이 결정된다. 후속 단계에서, 현재 존재하는 실제 압력(Pact)이 고압 센서(32)에 의해 레일(16)에 존재하는지가 감지된다.

후속 단계에서, 설정점 압력(Psetp)과 실제 존재하는 실제 압력(Pact) 사이의 차이(Δp)가 계산된다. 후속 단계에서, 이 계산된 차이(Δp)가 이전에 결정된 공차 차이(Δpt)를 초과하는지 여부가 체크된다. 만약 그러한 경우, 연료 분사 시스템(10)에 결함 상황이 존재한다고 결정된다. 그러나, 만약 그렇지 않은 경우, 연료 분사 시스템(10)에 결함 상황이 존재하지 않는다고 결정된다.

도 3은 고압 연료 펌프(12)의 펌프 피스톤(22)의 피스톤 행정(H)에 대한 솔레노이드 밸브(38)의 통전 상태를 나타내는 개략도이다. 본 실시예에서, 솔레노이드 액추에이터(40)는 파선으로 도시된 펌프 피스톤(22)의 전체 흡기 행정 동안 통전되고, 그리하여 폐쇄 부재(36)는 폐쇄 위치에 유지된다는 것은 명백하다. 따라서, 연료(18)가 압력 공간(14) 내로 들어갈 수 없어서, 상기 연료(18)는 압력을 받지 않아서 후속하는 레일(16)에 공급될 수 없다.

폐쇄 부재(36)를 피스톤(22)의 전체 흡기 행정에 걸쳐 폐쇄 위치로 이동시키는 대신에, 흡기 행정의 일부에 대해서만, 즉 미리 결정된 시간 동안에만 폐쇄 부재(36)를 폐쇄하는 것도 가능하다. 그 결과, 연료(18)의 작은 부분이 압력 공간(14)으로 흡입되어 레일(16)로 공급된다.

또한, 솔레노이드 액추에이터(14)를 대응하여 통전시키는 것에 의해 폐쇄 부재(36)를 완전히 폐쇄하지 않고 폐쇄 위치와 개방 위치 사이의 중간 위치에 유지하는 것도 가능하다.

도 4는 폐쇄 부재(36)가 완전히 폐쇄된 위치에 있는 입구 밸브(28)의 개략도를 도시한다. 도 5는 폐쇄 부재(36)가 완전히 개방된 위치에 있는 입구 밸브(28)의 개략도를 도시한다. 이와 달리, 도 6에서는, 폐쇄 부재(36)가 완전히 폐쇄된 위치에도 있지 않고 완전히 개방된 위치에 있지 않고, 이들 위치 사이에 배열된 중간 위치에 있는 상황이 도시되어 있다. 폐쇄 부재(36)의 위치를 설정함으로써, 고압 연료 펌프(12)의 압력 공간(14) 내로 연료가 유입되는 것을 제한하는 것도 가능하다.

도 7은 연료 분사 시스템(10)에서 전술한 작동 방법을 수행하도록 구성된 제어 장치(30)를 도시한다. 이를 위해, 제어 장치(30)는 우선 연료 분사 시스템의 결함 상황을 검출하도록 설계된다. 제어 장치(30)는 예를 들어 내연 엔진의 동작점과 같은 외부 파라미터에 기초하여 레일(16)에서 원하는 설정점 압력(Psetp)을 미리 한정하는 압력 선행 한정 유닛(48)을 구비한다. 동시에, 제어 유닛(30)은, 고압 센서(32)와 통신하며 레일(16)에 실제로 존재하는 고압(Pact)을 감지할 수 있는 압력 감지 유닛(50)을 포함한다.

또한, 제어 유닛(30)은 미리 한정된 설정점 압력(Psetp)과 감지된 실제 압력(Pact)의 차이(Δp)를 계산할 수 있는 검출 유닛(52)을 포함하고, 이 차이를 미리 한정된 공차 차이(Δpt)와 비교하고, 이 차이(Δp)가 공차 차이(Δpt)보다 더 큰 경우 결함 상황이 연료 분사 시스템(10)에 존재한다고 검출할 수 있다. 이 정보는 제어 유닛(30)에 배열된 작동 유닛(54)으로 공급된다. 또한, 제어 장치(30)는, 폐쇄 부재(36)가 능동적으로 작동되는 경우 원하는 설정점 압력(Psetp)을 생성하기에 적합한 시간 기간(Δt), 시간(t) 및 폐쇄 부재(36)의 위치를 특정 차이(Δp)에 할당하는 특성 다이어그램(56)을 더 포함할 수 있다. 또한, 제어 장치(30)는 펌프 피스톤(22)이 흡기 행정에 있을 때를 검출하는 흡기 행정 감지 유닛(58)을 더 포함한다. 모든 정보는 작동 유닛(54)에 공급되고, 이 작동 유닛(54)은 충분한 시간 기간(Δt) 동안 양호한 시간에 솔레노이드 액추에이터(40)를 작동시켜 결과적으로 폐쇄 부재(36)가 원하는 위치에 유지하게 한다.

Claims

연료 분사 시스템(10)에서 고압 연료 펌프(12)의 입구 밸브를 작동시키는 작동 방법으로서,
a) 상기 고압 연료 펌프(12)의 압력 공간(14) 내로 연료(18)를 계량하기 위한 능동 입구 밸브(28)를 제공하는 단계;
b) 상기 연료 분사 시스템(10)에서 시스템 초과 압력의 위험이 있는 상기 연료 분사 시스템(10)의 결함 상황을 검출하는 단계; 및
c) 상기 능동 입구 밸브(28)를 능동적으로 폐쇄하는 단계를 포함하는, 입구 밸브를 작동시키는 작동 방법.
제1항에 있어서,
단계 a)에서, 솔레노이드 밸브(38)가 능동 입구 밸브(28)로서 제공되고, 상기 솔레노이드 밸브(38)는 상기 입구 밸브(28)를 개폐하기 위한 폐쇄 부재(36); 통전이 발생할 때 폐쇄 부재 이동 축(AS)을 따라 상기 폐쇄 부재(36)를 이동시키기 위한 솔레노이드 액추에이터(40); 및 상기 솔레노이드 액추에이터(40)가 통전된 결과 작용하는 이동력(FB)에 대항하여 작용하는 스프링 힘(FF)을 상기 폐쇄 부재(36)에 인가하는 스프링(34)을 포함하고, 상기 입구 밸브(28)는 통상 개방된 솔레노이드 밸브(38)로서 구현된 것을 특징으로 하는 입구 밸브를 작동시키는 작동 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 단계 b)에서 상기 결함 상황은 상기 고압 연료 펌프(12)에 의해 상기 연료 분사 시스템(10)에서 발생된 고압을 모니터링함으로써 검출되고, 상기 연료 분사 시스템(10) 내 고압의 실제 압력(Pact)이 미리 결정된 압력 차이(Δpt)를 초과하는 양만큼 상기 고압의 미리 결정된 설정점 압력(Psetp)을 초과하면 결함 상황이 존재하는 것을 특징으로 하는 입구 밸브를 작동시키는 작동 방법.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 단계 c)에서 상기 폐쇄 부재(36)는 상기 솔레노이드 액추에이터(40)에 미리 한정된 전류 강도(I)를 인가함으로써 상기 폐쇄 위치로 완전히 이동되고, 또는 상기 단계 c)에서 상기 폐쇄 부재(36)는 상기 솔레노이드 액추에이터(40)에 미리 한정된 전류 세기(I)를 인가함으로써 상기 폐쇄된 위치와 완전히 개방된 위치 사이에 배열된 중간 위치로 이동되는 것을 특징으로 하는 입구 밸브를 작동시키는 작동 방법.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 단계 c)에서 상기 폐쇄 부재(36)는 미리 결정된 시간 기간(Δt) 동안 상기 솔레노이드 액추에이터(40)를 통전시킴으로써 폐쇄된 상태로 유지되는 것을 특징으로 하는 입구 밸브를 작동시키는 작동 방법.
제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 연료 분사 시스템(10)에서 생성될 설정점 압력(Psetp)은 상기 고압 연료 펌프(12)에 의해 결정되고, 상기 연료 분사 시스템(10)에 존재하는 실제 압력(Pact)이 감지되고, 및 상기 입구 밸브(28)를 폐쇄시키는 시간 기간(Δt) 및/또는 상기 폐쇄 부재(36)의 위치는 상기 설정점 압력(Psetp)과 상기 실제 압력(Pact) 사이의 차이(Δp)의 함수로서 목표로 정해지는 것을 특징으로 하는 입구 밸브를 작동시키는 작동 방법.
제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 실제 압력(Pact)은, 특히 상기 고압 연료 펌프(12)의 하류에 연결된 레일(16)의 상기 연료 분사 시스템(10)에 배열된 고압 센서(32)에 의해 감지되는 것을 특징으로 하는 입구 밸브를 작동시키는 작동 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 작동 방법을 실행하기 위한 연료 분사 시스템(10)으로서, 상기 고압 연료 펌프(12)의 압력 공간(14)으로 연료(18)를 유입시키기 위한 능동 입구 밸브(28)를 갖는 고압 연료 펌프(12); 및 상기 연료 분사 시스템(10)의 결함 상황을 검출하기 위한 검출 유닛(52)과, 상기 입구 밸브를 작동시키기 위한 작동 유닛(54)을 갖는 제어 장치(30)를 포함하고, 상기 제어 장치(30)는 상기 결함 상황이 검출될 때 상기 입구 밸브(28)가 상기 작동 유닛(54)에 의해 폐쇄되는 방식으로 구현되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템(10).
제8항에 있어서,
상기 입구 밸브(28)는 통상 개방된 솔레노이드 밸브(38)인 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템(10).
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 연료 분사 시스템(10)은 압력 제한 밸브도 갖지 않고 능동 압력 감소 밸브도 갖지 않아서, 상기 연료 분사 시스템(10) 내 고압의 압력 레벨은 상기 입구 밸브(28)를 작동시킴으로써만 조절되는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시스템(10).