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KR102218949B1 - 내연 기관의 고압 분사 시스템의 공급 유닛의 제어 방법 - Google Patents

내연 기관의 고압 분사 시스템의 공급 유닛의 제어 방법 Download PDF

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KR102218949B1 KR1020170048279A KR20170048279A KR102218949B1 KR 102218949 B1 KR102218949 B1 KR 102218949B1 KR 1020170048279 A KR1020170048279 A KR 1020170048279A KR 20170048279 A KR20170048279 A KR 20170048279A KR 102218949 B1 KR102218949 B1 KR 102218949B1
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Abstract

본 발명은 내연 기관의 고압 분사 시스템의 공급 유닛의 제어 방법에 관한 것으로, 상기 공급 유닛의 제어는 원하는 귀환 유량에 따라 사전 설정되며, 원하는 귀환 유량은 적어도 주위 압력에 따라 사전 설정된 하나 이상의 제1 귀환 유량을 기초로 결정된다.

Description

내연 기관의 고압 분사 시스템의 공급 유닛의 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING A SUPPLY UNIT OF A HIGH PRESSURE INJECTION SYSTEM OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연 기관의 고압 분사 시스템의 연료 시스템용 공급 유닛의 제어 방법에 관한 것이다.
DE 10 2008 001 240 A1호로부터 내연 기관의 고압 분사 시스템의 공급 유닛의 제어 방법이 공지되어 있다. 이 방법에서는, 귀환 유량에 근거하여 귀환 라인 내의 압력에 대한 목표값이 결정된다. 귀환 라인 내의 압력에 대한 목표값과 실제값을 비교하여, 이에 상응하게 공급 유닛이 제어된다.
고압 분사 시스템 내의 고압 펌프의 기능 및 내구성을 보장하기 위해서는, 고압 펌프 상류의 절대 유입 압력에 미달하면 안 된다. 통상적으로, 저압 회로 내의 이러한 유입 압력은, 고압 펌프 내부 또는 그 상류에서의 이른바 오버플로 밸브의 차압과, 귀환 라인의 관류에 따른 스로틀 작용과, 연료 탱크 내에 존재하는 압력의 합으로 형성된다. 이 경우, 연료 탱크 내에 존재하는 압력은 거의 대기압에 상응한다.
대기압이 감소하는 고도에서, 고압 펌프 상류에서의 요구된 절대 유입 압력에 미달되지 않도록 하기 위해, 기존에는 설계 시 최대 고도에서도 유입 압력 요건이 준수되도록 오버플로 밸브의 차압이 선택되었다. 상기 차압은 오버플로 밸브가 개방되는, 오버플로 밸브 전후의 압력차에 상응한다. 그러므로 상기 차압을 개방압이라고도 지칭한다.
이처럼, 오버플로 밸브의 개방압이 매우 높게 설정된 구성에서는, 낮은 고도에서 (여기서는 더 높은 대기압으로) 작동 시, 고압 펌프 상류에서의 현재 유입 압력이 요구된 유입 압력보다 현저히 높다는 단점이 있다.
고압 분사 시스템의 연료 공급은 통상적으로 연료 탱크 내에 설치된 공급 유닛에 의해 보장된다. 공급 유닛을 위해 통상적으로 전기 연료 공급 펌프가 사용된다. 이 펌프는, 필요한 유동 및 필요한 출력 수요가 공급 유닛의 요구된 유입 압력과 직접 상관관계가 있는 특성을 갖는다. 오버플로 밸브의 개방압의 상술한 선택 시, 그리고 이와 관련하여 낮은 측지 높이(geodetic height)에서의 고압 펌프 유입 압력이 높을 때, 공급 유닛에서는 유압 측면에서 필요한 것보다 더 큰 요구 출력이 소비된다. 이는 불필요한 에너지 및 불필요한 연료 소비를 야기한다.
본 발명에 따른 방법에서는, 원하는 귀환 유량에 따라 공급 유닛의 제어가 사전 설정되며, 원하는 귀환 유량은, 적어도 주위 압력에 따라 사전 설정되는 하나 이상의 제1 귀환 유량에 근거하여 결정된다.
상기 제1 귀환 유량은 주위 압력의 강하를 보상하는 데 필요한, 주위 압력에 의존적인 귀환 유량에 상응한다.
이 방법은, 임의의 대기압에서 불필요한 에너지 소비 없이 고압 펌프 상류에서 필요한 유입 압력에 도달하는 장점이 있다. 그로 인해, 공급 유닛의 출력 수요가 낮게 유지되고, CO2 배출이 감소할 수 있다. 이 경우, 저압 회로 내에 압력 센서가 불필요하다는 점이 특히 바람직하다. 이는 특히, 통상적으로 브러시리스(brushless) 구동부를 구비한 회전수 제어식 전자 연료 펌프에 의해 구현되는 이른바 유량 제어 컨셉이 사용되는 경우에 달성된다.
내연 기관의 작동 특성변수에 따라 제2 귀환 유량이 사전 설정되는 것이 특히 바람직하다. 제2 귀환 유량은, 내연 기관의 현재 작동 상태에서 분사 시스템의 요구를 통해 고압 펌프에 필요한 냉각량 및 윤활량을 고려하여 도출되는 현재 귀환 유량에 상응한다.
내연 기관의 작동 특성변수로서 하나 이상의 회전수 및/또는 하중값이 사용되는 것이 특히 바람직하다.
원하는 귀환 유량은 제1 귀환 유량 및 제2 귀환 유량 중에서 최대값을 선택하는 방식으로 선택되는 것이 특히 바람직하다.
제1 귀환 유량이 추가로, 온도값, 특히 연료 온도를 기초로 하여 사전 설정되는 경우에 귀환 유량의 특히 정확한 사전 설정이 구현된다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 제어 장치에서 실행 가능한 컴퓨터 프로그램의 생성을 위한 처리 명령들을 포함하는 신규 프로그램 코드, 특히 컴파일 및/또는 링킹(linking) 명령들을 포함한 소스 코드에 관한 것이며, 상기 프로그램 코드가 처리 명령들에 따라 실행 가능한 컴퓨터 프로그램으로 변환되면, 즉, 특히 컴파일링되고 그리고/또는 링킹되면, 상기 프로그램 코드는 전술한 방법들 중 하나의 모든 단계를 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 생성한다. 이러한 프로그램 코드는 특히, 예를 들어 인터넷 서버로부터 다운로드할 수 있는 소스 코드에 의해 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 도면들에 도시되고 하기에서 상세히 설명된다.
도 1은 내연 기관의 고압 분사 시스템의 주요 요소들을 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 제어의 블록선도이다.
도 1에는 내연 기관의 고압 분사 시스템의 주요 요소들이 도시되어 있다. 공급 유닛은 100으로 표시되어 있다. 이 공급 유닛은 바람직하게 브러시리스 구동부를 구비한 전기 연료 펌프로서 구성된다. 공급 유닛(100)은 연료 탱크(105)로부터 저압 라인 및 필터(110)를 통해 고압 펌프(120)로 연료를 공급한다. 연료 탱크(105), 저압 라인 및 필터(110)를 이하 저압 영역이라고 지칭한다. 고압 펌프(120)는 연료를 고압 하에 레일(130)로 공급한다. 레일(130)에는 압력 조절 밸브(135)가 배치되며, 이 압력 조절 밸브에 의해 연료가 귀환 라인(138)을 통해 연료 탱크(105) 내로 방출될 수 있다. 레일(130)로부터 연료가 인젝터(140)를 통해 내연 기관의 연소실 내에 도달한다.
고압 펌프(120)의 입구는 오버플로 밸브(145)를 통해 마찬가지로 귀환 라인(138)과 연결된다. 제어 유닛(160)은 공급 유닛뿐만 아니라 인젝터(140)도, 그리고 도시되어 있지 않지만, 압력 조절 밸브(135)도 제어한다. 이를 위해, 여러 센서들(165)의 출력 신호가 평가된다.
고압 펌프(120)가 제대로 작동할 수 있도록 하기 위해, 고압 펌프의 입구에 특정 압력이 형성된다. 이 압력을 통상 유입 압력(PH)이라고 지칭한다. 이 압력은 공급 유닛(100)의 상응하는 제어를 통해 제공되어야 한다.
오버플로 밸브(145)에 의해, 고압 펌프 상류의 압력이 허용되지 않는 값으로 상승하지 않는 점이 보장된다. 이러한 오버플로 밸브의 설계에 문제가 있다. 오버플로 밸브의 개방압(
Figure 112017036489024-pat00001
)이 너무 높게 선택될 경우, 고압 펌프 상류에 너무 높은 압력이 형성되고, 이러한 고압을 제공하기 위해 공급 유닛에 의해 불필요하게 에너지가 소모된다. 오버플로 압력(
Figure 112017036489024-pat00002
)이 너무 낮게 선택될 경우, 특히 높은 고도에서 이러한 경우가 발생할 수 있는데, 고압 펌프 상류의 유입 압력(PH)이 너무 낮아진다. 고압 펌프 상류의 유입 압력(PH)에 대해 관계식, PH = PA + DPR +
Figure 112017036489024-pat00003
가 적용된다. 이 식에서, 값 PA는 연료 탱크 내 대기압에 상응하고, 압력
Figure 112017036489024-pat00004
는 개방압 또는 오버플로 밸브(145) 전후의 차압에 상응하고, 압력차 DPR은 오버플로 밸브(145)와 귀환 라인(138) 사이의 연결점과 연료 탱크 간 압력차에 상응한다.
본 발명에 따르면, 오버플로 밸브(145)의 개방압은, 정상 작동 중에 정상 고도에서 오버플로 유량이 소량일 때, 고압 펌프 상류의 유입 압력(PH)을 보장하기에 상기 개방압이 충분하도록 선택된다. 예를 들어 차량이 높은 고도에서 움직이는 경우에 대기압(PA)이 하강하면, 귀환 라인 내 압력차(DPR)가 상승하도록, 그리고 그럼으로써 하강하는 대기압(PA)이 오버플로 밸브(145)의 출구에서 더 이상 작용하지 않도록, 귀환 라인(138) 내 귀환 유량이 증가한다.
이는, 예상 평균 귀환 유량과, 예를 들어 1000미터의 고도에 상응하는 주위 압력에서 공급 유입 압력이 도달되도록, 개방 밸브(145)의 차압이 선택됨을 의미한다. 이러한 설계에서는 공급 유닛이 낮은 에너지 수요로 작동된다. 차량이 더 높은 고도에서 주행할 경우, 이에 상응하여 대기압이 감소한다. 본 발명에 따라, 대기압의 손실은 귀환 라인에 의한 스로틀 작용의 증대에 의해 동일량만큼 보상된다. 이를 위해, 현재 연료 온도 및 대기압에 따라 귀환 유량이 증가한다. 그로 인해, 요구된 펌프 유입 압력이 보장된다.
제어 유닛(160) 내에는 통상적으로 대기압에 대한 정보가 존재한다. 본 발명에 따라, 제어 유닛(160)에서는, 요구된 유입 압력(PH)을 보장하기 위해 대기압 및 연료 온도에 따라 현재 필요한 귀환 유량이 얼마인지가 계속 계산된다. 또한, 현재 작동 특성변수를 기초로 하여 제시되는 현재 귀환 유량이 계산된다. 현재 작동 특성변수를 기초로 하여 공급되는 현재 귀환 유량이 대기압에 근거하여 요구되는 주위 압력에 의존적인 귀환 유량보다 작을 경우, 공급 유닛은, 대기압에 근거하여 요구되는 주위 압력에 의존적인 귀환 유량을 조정하도록 제어된다.
상응하는 방법의 예시가 도 2에 도시되어 있다. 상응하는 특성 영역이 200으로 표시되어 있으며, 이 특성 영역 내에 대기압(PA) 또는 연료 온도(T)와 관련한 신호를 제공하는 센서들(205 및 210)의 출력 신호를 기초로, 주위 압력에 의존적인 귀환 유량이 저장된다. 이들 센서 대신, 제어 유닛(160) 내부에 존재하는, 상기 변수들과 관련한 신호도 사용될 수 있다.
또한, 제어 유닛(160)에서는 원하는 고압 분사 시스템 내 귀환 유량이 계산된다. 이러한 귀환 유량의 계산은 특히, 내연 기관의 작동점 및 연료 온도(T)에 좌우된다. 연료 온도가 상승함에 따라, 예를 들어 귀환 유량이 증가하는데, 그 이유는, 이 경우, 고압 펌프로부터 다시 연료 탱크 내로 유입되는, 고압 펌프를 위한 냉각 유량이 더 많이 필요하기 때문이다.
계산 블록(220)에서는, 센서(230)에 의해 검출된 내연 기관의 작동점 및 연료 온도(T)를 기초로 하여 현재 귀환 유량이 계산된다. 이 경우에도, 상기 변수들은 센서에 의해 검출되거나, 내재 변수로서 제시되어 이용될 수 있다. 작동 변수로는 바람직하게 회전수 및/또는 하중값이 사용된다. 이들이 내연 기관의 작동점을 규정한다. 하중값으로는 예를 들어 분사된 연료량이 사용될 수 있다.
상응하는 작동 상태들에서는, 높은 고도에서 작동 시에도 귀환 라인 내에서 필요한 축적 작용을 구현하기에 현재 귀환 유량이 이미 충분히 높은 경우가 발생할 수 있다. 이러한 경우를 위해 추가로, 주위 압력에 따른 계산된 귀환 유량과 현재 귀환 유량이 비교되는 최대값 선택 블록(240)이 제공된다. 최대값 선택 블록(240)은, 두 개의 변수 중 더 큰 것을 선택하여, 이를 계산 블록(250)에 전달하며, 다시 말해, 현재 귀환 유량이 너무 낮은 경우에만, 주위 압력에 기초하여 계산된 더 높은 값이 원하는 귀환 유량으로서 사용된다. 이러한 원하는 귀환 유량에 근거하여, 계산 블록(250)이 공급 유닛(100)에 의해 제공될 수 있는 요구 공급량을 계산한다. 계산 블록(250)은 상응하는 제어 신호를 공급 유닛(100)에 전달한다.

Claims (9)

  1. 공급 유닛의 제어가 원하는 귀환 유량에 따라 사전 설정되는, 내연 기관의 고압 분사 시스템의 공급 유닛 제어 방법에 있어서,
    원하는 귀환 유량은, 적어도 주위 압력에 따라 사전 설정되는 하나 이상의 제1 귀환 유량을 기초로 결정되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 고압 분사 시스템의 공급 유닛 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 내연 기관의 작동 특성변수에 따라 제2 귀환 유량이 사전 설정되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 고압 분사 시스템의 공급 유닛 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서, 내연 기관의 작동 특성변수로서 하나 이상의 회전수 및/또는 하중값이 사용되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 고압 분사 시스템의 공급 유닛 제어 방법.
  4. 제2항에 있어서, 원하는 귀환 유량은 제1 귀환 유량과 제2 귀환 유량 중에서 최대값을 선택하는 방식으로 선택되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 고압 분사 시스템의 공급 유닛 제어 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 귀환 유량은 추가로 온도값을 기초로 하여 사전 설정되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 고압 분사 시스템의 공급 유닛 제어 방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 방법의 모든 단계를 실행하도록 구성되고 기계 판독 가능 저장 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
  7. 제6항에 따른 컴퓨터 프로그램이 저장된 기계 판독 가능 저장 매체.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 방법의 모든 단계를 실행하도록 구성된 제어 장치.
  9. 삭제
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