KR0141499B1 - Method for removing injector nozzle deposits - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료가 선택적으로 개방되는 노즐을 통하여 내연기관내로 직접 분사되고 노즐은 연소실내의 가스가 어떤 온도 및 압력하에 있을 동안 연료가 분배되지 않으므로써, 연소실내로부터의 가스는 축적된 오물을 연소시키기에 충분한 온도를 상승시키도록 개방된 노즐 수단내로 통과되는 내연기관 연료 분사 시스템의 작동 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention is directed directly into an internal combustion engine through a nozzle in which fuel is selectively opened and the nozzle does not distribute fuel while the gas in the combustion chamber is at a certain temperature and pressure, so that the gas from the combustion chamber is able to remove accumulated dirt. A method and apparatus for operating an internal combustion engine fuel injection system that is passed into an open nozzle means to raise a temperature sufficient to combust.

Description

내연기관용 직접 연료 분사 시스템 및 그 작동 방법.Direct fuel injection system for internal combustion engines and method of operation thereof.

본 발명은 밸브 제어된 포트를 통하여 내연기관의 연소실내의 연료를 직접 분사하기 위한 연료 분사 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel injection system for directly injecting fuel in a combustion chamber of an internal combustion engine through a valve controlled port.

노즐로부터 연소실로 방출되는 연료 액적의 분무 특성은 연료의 연소율에 주요한 영향을 끼치며 이것은 엔진의 작동 안정성과 엔진 연료 효율 및 엔진 배기 가스의 성분에 영향을 미친다. 특히 스파크 점화 엔진에서 이러한 효과를 최적화하기 위해 노즐에 관련된 연료의 분무 패턴 특성은 작은 연료 액적 크기와, 연소실내로 연료 분사 거리의 제어와, 적어도 엔진의 저부하시 스파크 플러그 근방에서 얻어지는 점화가능한 연료 증기의 안개를 포함한다.The spraying characteristics of the fuel droplets discharged from the nozzle into the combustion chamber have a major influence on the combustion rate of the fuel, which affects the operating stability of the engine, the engine fuel efficiency and the composition of the engine exhaust gas. In order to optimize this effect, particularly in spark ignition engines, the spray pattern characteristics of the fuel associated with the nozzles are characterized by small fuel droplet size, control of the fuel injection distance into the combustion chamber, and at least ignitable fuel obtained near the spark plug at low engine load. Contains fog of steam.

엔진의 연소실내로 연료를 직접 분사하는데 사용되는 공지의 분사 노즐을 포핏 밸브의 원주 엣지로부터 연장되는, 일반적으로 연속의 원추벽을 형성하는 연료 방울에 의해 연료가 항상 원추형 분무 형태로 나오는 포핏 밸브를 갖는다.Known injection nozzles used to directly inject fuel into the combustion chamber of an engine include a poppet valve in which the fuel is always in the form of a conical spray by fuel droplets forming a generally conical wall extending from the circumferential edge of the poppet valve. Have

연료 분무 형태의 본질은, 노즐을 구성하는 포트 및 밸브의 기하학적 형태, 특히 노즐이 폐쇄될 때 포트와 밸브가 밀봉 겹합되는 밸브 안착부의 하류를 향하게 되는 포트 및 밸브면을 포함하는 다수의 요소에 의존한다. 희망의 분무 패턴을 제공하기 위해 일단 노즐 형태가 설정되면 상대적으로 기하 형상의 미세한 변형은 엔진 성능을 저하시킬 수 있다. 특히 연료가 흐르는 면에 대한 고형의 연소 생성물의축적은 희망의 분무 패턴 및 노즐의 정확한 작동에 치명적이다.The nature of the fuel spray form depends on a number of elements, including the port constituting the nozzle and the geometry of the valve, in particular the port and valve face that are directed downstream of the valve seat where the port and valve seal sealing when the nozzle is closed. do. Once the nozzle shape is set to provide the desired spray pattern, relatively small deformations in the geometry can degrade engine performance. The accumulation of solid combustion products, especially on the fuel flow side, is critical to the desired spray pattern and correct operation of the nozzle.

상기 축적이 발생할 때 연료가 흐르는 면에 대한 노즐면의 원주 범위 주위에는 정상적으로 균일한 특성이 얻어지지 않기 때문에 연료 분무의 대칭을 심각하게 방해한다.This accumulation seriously hinders the symmetry of the fuel spray because normally uniform characteristics are not obtained around the circumferential range of the nozzle face with respect to the face where the fuel flows.

탄소 축적물과 같은 분사 노즐면상의 축적은 관련된 노즐면이 탄소와 같은 오물을 충분히 연소시킬 수 있는 온도조건에 노출될 경우 제거될 수 있거나 그 형성을 제어할 수 있다. 그러나 주로 물이나 공기에 의한 냉각에 따른 연소실 벽의 냉각 효과와 노즐을 통하여 분배되는 연료의 냉각 효과는 노즐의 관련면이 노즐면상에 축적된 오물을 충분히 제거할 수 있는 고온에 도달하지 않도록 되어야 한다 .오물이 축적되는 관련면의 온도를 상승시키고 그에 의한 열 흐름 경로를 제한 하기 위하여 노즐의 분배 구역을 형성할 것이 제안되고 있다. 미국 특허 제 4,817,873호에는 이러한 노즐 구성에 대한 전형적인 실시예가 기술되어 있다. 이러한 제안은 그 성공률이 다양하지만 관련된 구역이 오물의 제거에 필요한 고온에서 장기간 유지되는 결과 노즐의 내구성이 심각하게 감소된다는 문제점을 갖는다.Accumulation on the spray nozzle face, such as carbon deposits, can be removed or control its formation when the associated nozzle face is exposed to temperature conditions that can sufficiently burn dirt, such as carbon. However, the cooling effect of the combustion chamber wall, mainly by cooling with water or air, and the cooling effect of the fuel dispensed through the nozzle, should be such that the associated surface of the nozzle does not reach a high temperature to sufficiently remove dirt accumulated on the nozzle surface. It is proposed to form a distribution zone of the nozzle in order to raise the temperature of the associated surface where dirt accumulates and to limit the heat flow path thereby. US Pat. No. 4,817,873 describes a typical embodiment of such a nozzle configuration. These proposals vary in their success rates but have the problem that the durability of the nozzles is severely reduced as a result of the long-term maintenance of the associated zones at the high temperatures necessary for the removal of dirt.

미국 특허, 제 4,395,025 호에는 연소실내로 연료를 분배하기 위해 기계식 분사 노즐이 주기적으로 개폐되는 직접 분사식 내연기관이 서술되어 있다. 연료의 분배는 , 연료를 연소실내로 분사완료한 후 분사기 노즐을 확장된 주기동안 개방된채로 유지시키므로써 연소실로부터 분사기 몸체내의 연소실내에 분배되는 연소가스의 고압 충전에 의해 이루어진다. 분사기 노즐이 초기개방할때 연료실내의 가스 압력은 연소실내의 압축 압력보다 충분히 높아서 기화된 연료를 연료실로부터 연소실로 배출하게 된다. 따라서 연료의 점화 및 연소가 시작되고 분사기 노즐은 연소 주기동안 개방된 위치로 유지되므로써 연소에 의해 발생된 고온 고압 가스는 연료실내로 유입되며 분사기 노즐의 폐세에 따라 그 내부에 있게 된다. 제공된 고온가스는 다음 엔진 사이클중 연료 분사에 충분한 압력을 가지며, 상기 분사는 연소실내의 압력이 연료실내에 제공된 가스 압력 이하일 때 압축 행정의 한 점에서 발생되도록 시간이 정해진다.U. S. Patent No. 4,395, 025 describes a direct injection internal combustion engine in which the mechanical injection nozzle is periodically opened and closed to distribute fuel into the combustion chamber. Dispensing of fuel is by high pressure filling of the combustion gas dispensed from the combustion chamber into the combustion chamber in the injector body by keeping the injector nozzles open for an extended period after the fuel has been injected into the combustion chamber. When the injector nozzle is initially opened, the gas pressure in the fuel chamber is sufficiently higher than the compression pressure in the combustion chamber to discharge vaporized fuel from the fuel chamber into the combustion chamber. Thus, the ignition and combustion of the fuel begins and the injector nozzles remain in the open position during the combustion cycle, so that the high temperature and high pressure gas generated by the combustion flows into the fuel chamber and is therein as the injector nozzles become obsolete. The hot gas provided has sufficient pressure for fuel injection during the next engine cycle, and the injection is timed to occur at one point of the compression stroke when the pressure in the combustion chamber is below the gas pressure provided in the fuel chamber.

이러한 구성에 있어서, 고온 고압 연소가스의 충전은 각 사이클에서 연료실에 분배되며 엔진 및 연료는 영구 개방된 계량 오리피스를 통하여 분사실내로 지속적으로 분배된다. 연료의 계량은 고정된 크기를 갖는 오리피스와 상기 오리피스에 연료를 공급하는 변압 펌프에 의해 이루어진다.In this arrangement, the filling of the high temperature high pressure combustion gas is distributed to the fuel chamber in each cycle and the engine and fuel are continuously distributed into the injection chamber through the permanently open metering orifice. The metering of the fuel is made by an orifice having a fixed size and a transformer pump for supplying fuel to the orifice.

미국 특허 제 4,359,025호는 노즐에 분배된 연료의 분무 형태에 악영향을 끼치는 분사기 노즐의 축적물의 축적에 관한 문제는 다루고 있지 않으며 주로 노즐을 통하여 연소실로의 분배전에 연료를 고온 가스와 혼합시켜 기화 시키는 것에 촛점을 두고 있다. 상기 특허에서는 고형 오물의 축적으로부터 발생하는 문제와 그 해결책에 대해서는 기술되어 있지 않다. 경험에 비추어 볼때 미연소된 연료와 연소 생성물에 의해 발생되는 연료실에서의 고온 분사기 작동에 심각한 악영향을 끼치는 고형물이나 껌과 같은 축적물을 발생시키는 것으로 여겨진다.U.S. Patent No. 4,359,025 does not address the problem of accumulation of deposits in the injector nozzle which adversely affects the spray form of the fuel dispensed to the nozzle, and mainly involves mixing and vaporizing the fuel with hot gas prior to distribution to the combustion chamber through the nozzle. The focus is on. The patent does not describe the problems resulting from the accumulation of solid waste and their solutions. Experience has shown that it generates deposits such as solids and gum that severely affect the operation of hot injectors in fuel chambers caused by unburned fuel and combustion products.

이것은 피스톤의 스티킹(sticking)을 초래하여 분사기 노즐을 양호한 위치에서 폐쇄할 수 없게 한다. 또한 연료 계량 오리피스와 그로부터 파생되는 통로에 축적물이 축적되는 것으로 보이는데 이것은 연료 계량 시스템의 정확성에 악영향을 끼친다.This results in sticking of the piston, making it impossible to close the injector nozzle in a good position. Accumulation also appears to accumulate in the fuel metering orifices and the passages derived therefrom, which adversely affects the accuracy of the fuel metering system.

본 발명의 목적은 분사 노즐을 통하여 엔진으로 분배되는 연료의 분무 형태에 영향을 미치는 지역에서 오물의 축적을 제어하기 위한 내연기관 직접 연료 분사 시스템 작동 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method for operating an internal combustion engine direct fuel injection system for controlling the accumulation of dirt in an area which affects the spray pattern of fuel dispensed to the engine via the injection nozzle.

상기 목적을 달성하기 위하여 선택적으로 개방된 노즐수단을 통하여 연료가 내연기관내로 주기적으로 직접 분사되는 내연기관 연료 분사 시스템의 작동 방법이 제공되는데, 상기 방법은 연소실내의 가스가 어떤 온도 도는 압력에 있을 때 연소실로부터의 가스가 개방된 노즐 수단을 통과하여 오물을 충분히 연소시킬 수 있는 온도로 상승되도록 연료가 적어도 한 사이클의 일부중 노즐 수단을 통하여 분배되지 않을동안 노즐 수단을 주기적으로 개방시키는 노즐 수단 제어 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, there is provided a method of operating an internal combustion engine fuel injection system in which fuel is periodically injected directly into an internal combustion engine through a selectively open nozzle means, wherein the gas in the combustion chamber is subjected to any temperature or pressure. Nozzle means for periodically opening the nozzle means while fuel is not being dispensed through the nozzle means during at least one part of the cycle so that the gas from the combustion chamber passes through the open nozzle means and rises to a temperature capable of sufficiently burning the dirt when there is A control step.

분사 노즐의 표면상의 탄소 및 다른 오물 축적물은 약 400℃이상의 온도에서 연소되지만 상기 오물을 제거하는데 요하는 실제 온도는 오물의 성분 및 그 물리적 형태의 본질에 의존하는 것으로 여겨진다. 껌과 같은 축적물 및 미세하게 분할된 입자는 단단한 구조의 입자보다 낮은 온도에서 연소될 것이다. 오물의 본질은 부분적으로는 일련의노즐 세척 공정사이에서 엔진의 작동 주기의 길이에 관련된다.Carbon and other dirt accumulations on the surface of the spray nozzle are burned at temperatures above about 400 ° C., but the actual temperature required to remove the dirt is believed to depend on the nature of the dirt and its physical form. Accumulations such as gum and finely divided particles will burn at lower temperatures than particles of rigid structure. The nature of the dirt is partly related to the length of the engine's operating cycle between a series of nozzle cleaning processes.

또한 노즐의 관련면이 노즐의 부품이 제조되는 재료의 물리적 특성에 악영향을 미치는 온도로 가열되지 않도록 주의를 기울어야 한다. 일반적으로 상기 노즐 부품은 열처리된 스텐레스 스틸로 제조되며, 특히, 이러한 부품들은 노즐의 밸브와 밸브 시트를 구성하는 표면을 탬퍼시키거나 연화시키는 온도로 가열되지 않도록 주의를 기울어야 한다.Care must also be taken that the associated surface of the nozzle is not heated to a temperature that adversely affects the physical properties of the material from which the nozzle part is made. In general, the nozzle parts are made of heat treated stainless steel, and in particular, care must be taken not to heat them to a temperature that will tamper or soften the surfaces constituting the valve and valve seat of the nozzle.

노즐 수단의 효과적인세척은 약 450 내지 700℃, 양호하기로는 500내지 600℃범위의 연소가스 온도에 의해 이루어질수 있는 것을 밝혀졌다.It has been found that effective cleaning of the nozzle means can be achieved by combustion gas temperatures in the range of about 450 to 700 ° C, preferably 500 to 600 ° C.

노즐 수단은 다수의 엔진 사이클, 양호하기로는 일련의 엔진 사이클의 각각에 있어서, 일정주기동안 개방되도록 유지된다. 노즐 수단은 엔진이 정상 작동의 설정된 구역, 양호하기로는 엔진 부하 또는 속도가 없는, 특히 부하 증가가 없는 정속 상태 작동 구역에서 작동될 동안 개방 유지된다.The nozzle means remain open for a period of time in each of a number of engine cycles, preferably a series of engine cycles. The nozzle means remain open while the engine is operated in a set zone of normal operation, preferably in a steady state operating zone without engine load or speed, in particular without increasing load.

연료의 연소가 없을 경우에도 가스의 최대 압축력에 의한 연소실내의 가스온도는 노즐이 개방될 동안 연소에 의해 상기 오물을 제거하도록 가스에 직접 노출된 노즐면상에서 오물의 온도를 충분히 높개 유지시킬 수 있다. 그러나, 이것은 연소실 가스를 450℃ 이상의 온도로 충분히 상승시킬수 있는 엔진의 압축비에 의존한다.Even in the absence of fuel combustion, the gas temperature in the combustion chamber due to the maximum compressive force of the gas can keep the temperature of the dirt sufficiently high on the nozzle face directly exposed to the gas to remove the dirt by combustion while the nozzle is opened. . However, this depends on the compression ratio of the engine which can sufficiently raise the combustion chamber gas to a temperature of 450 ° C or higher.

정상 분사 주기의 시작 시간은 변하지 않게 되며, 연료는 정상적인 방법으로 분사된다. 그러나 분사기 노즐의 개구 주기는 압축 사이클에서 고온 가스를 노즐로 분배시키는 적절한 시간을 포함하도록 확장된다.The start time of the normal injection cycle does not change, and the fuel is injected in the normal way. However, the opening period of the injector nozzle is extended to include a suitable time for dispensing hot gas to the nozzle in the compression cycle.

연료 분사 시스템 제어의 한 형태에 있어서, 분사기 노즐의 개방주기의 타이밍은 압축된 가스 온도가 오물 축적물을 충분히 연소시키도록 높은 압축 행정에서 늦게 조정된다.In one form of fuel injection system control, the timing of the opening period of the injector nozzle is adjusted late in a high compression stroke so that the compressed gas temperature sufficiently burns the dirt accumulation.

다기통 엔진에 있어서, 각 실린더의 분사기 노즐은 특히 엔진이 부하중일 동안 세척 처리가 실시될 때 다른 시간에 세척거리가 실시된다.In multi-cylinder engines, the injector nozzles of each cylinder are subjected to cleaning distances at different times, particularly when the cleaning process is performed while the engine is under load.

세척 공정이 실시되는 빈도(frequency)는 연료 분사 시스템의 작동을 정상적으로 제어하는 ECU 내에서 제어되므로 노즐 세척 처리는 정규 시간 간격 또는 선택된 수의 연진 사이클의 완료를 기초로 하여 실시된다. ECU는 세척 처리가 설정시간이나 사이클 수의 만료에 따라 즉시 실시되는 것이 아니라 상기 시간 간격이나 사이클수의 만료후 엔진이 특수한 작동 조건에 있을때 발생되도록 제어된다. 시간 간격 또는 사이믈 수는 엔진 회전수를 기초로 적절히 결정된다.Since the frequency at which the cleaning process is carried out is controlled in an ECU which normally controls the operation of the fuel injection system, the nozzle cleaning process is carried out on the basis of the regular time intervals or the completion of a selected number of deceleration cycles. The ECU is controlled so that the cleaning process is not performed immediately upon the expiration of the set time or number of cycles, but rather when the engine is in special operating conditions after the expiration of the time interval or number of cycles. The time interval or number of cycles is appropriately determined based on the engine speed.

차량용 내연기관에 적용된 본 발명의 실시예에 있어서, 세척 처리는 차량이 1500Km 주행당 적절히 실시되어야 하며 상기 거리의 측정은 냉각 엔진 시동의 횟수를 계산하므로써 추정할 수 있다. 경차량용은 각각의 냉각 시동에 대해 약 10KM를 주행하기 때문에 엔진의 냉각시동수를 계산하고 노즐 세척처리를 150냉각 시동이 차량은 약1500Km를 주행하게 된다. 연료 분사 시스템을 제어하는 ECU는 엔진의 냉각 시동수를 계산하고, 노즐 세척처리를 150회 시동당 실시하도록 용이하게 제어할 수 있다.In the embodiment of the present invention applied to a vehicle internal combustion engine, the washing process should be performed appropriately per vehicle of 1500 Km, and the measurement of the distance can be estimated by calculating the number of start of the cooling engine. The light vehicle runs about 10 km for each cold start, so the engine cool time is calculated and the nozzle cleaning process 150 cool starts. This vehicle runs about 1500 km. The ECU controlling the fuel injection system can easily control the engine to calculate the coolant start-up and to perform the nozzle cleaning process every 150 starts.

또한 차량에 대하여 세척 사이클은 엔진이 설정된 노면 속도, 즉 90내지 95kph와 같은 정속 상태에서 작동될 동안 실시된다. 따라서 150 냉각 시동이 실시되는 것을 결정하는 ECU에 따라 엔진이 차량이 정상입력으로부터 ECU까지 결정되는 90내지 95kph 속도 범위에서 주행되는 것을 지시하는 부하범위에서 작동될때 분사기 노즐 처리가 실시된다. 또한 노즐 세척 처리는 냉각중 즉, 시동후 짧은 주기내에 있게될 동안에는 실시되지 않으며 따라서 ECU는 엔진이 미리 설정된 온도 이상에서 작동될때 노즐 세척 처리를 실시하도록 제어된다.In addition, the wash cycle for the vehicle is carried out while the engine is operated at a constant road speed, ie at constant speeds such as 90 to 95 kph. Therefore, injector nozzle processing is performed when the engine is operated in a load range that instructs the vehicle to run in the 90 to 95 kph speed range determined from the normal input to the ECU in accordance with the ECU determining that 150 cooling start is to be performed. Also, the nozzle cleaning process is not performed during cooling, i.e. while being within a short period after starting, so the ECU is controlled to perform the nozzle cleaning process when the engine is operated above a preset temperature.

노즐 세척 처리가 상술의 조건을 기초로 실시될 때 노즐은 만일 세척처리가 2000rpm에서 작동하는 엔진에서 10 내지 15밀리세컨드의 세척 처리에서 분사기 노즐의 각각의 개방 주기에 대해 300내지 500연속 사이클로 작동되도록 허용될 경우에 효과적으로 실시된다.When the nozzle cleaning treatment is carried out based on the conditions described above, the nozzle is operated so that if the cleaning treatment is performed at 300 to 500 consecutive cycles for each opening cycle of the injector nozzle in a 10-15 millisecond cleaning process in an engine operating at 2000 rpm. Effectively done where allowed.

본 발명은 첨부된 도면을 참조로 내연기관용 연료 계량 시스템의 한 실시예의 하기 서술에 의해 용이하게 이해될 것이다.The present invention will be readily understood by the following description of one embodiment of a fuel metering system for an internal combustion engine with reference to the accompanying drawings.

제 1 도는 연료가 직접 분사되는 엔진의 개략도,1 is a schematic diagram of an engine in which fuel is directly injected,

제 2 도는 제 1도에 도시된 시스템에 사용된 계량 및 분사기 유닛의 전형적인 형태의 단면도,2 is a cross-sectional view of a typical form of the metering and injector unit used in the system shown in FIG.

제 1도에 있어서, 엔진(70)은 종래의 형태를가지며, 공기 흡입 시스템(71), 점화 시스템(72), 연료 펌프(73) 및 연료 탱크(74)를 포함한다. 또한 엔진은 스타터 스위치(78)의 작동에 따라 배터리(76)에 의해 구동되는 전기 스타터 모터(75)를 포함한다. 공기 압축기(77)는 벨트(79)에 의해 엔진 크랭크축 폴리(80)로부터 구동된다.In FIG. 1, the engine 70 has a conventional configuration and includes an air intake system 71, an ignition system 72, a fuel pump 73 and a fuel tank 74. The engine also includes an electric starter motor 75 driven by the battery 76 in accordance with the operation of the starter switch 78. The air compressor 77 is driven from the engine crankshaft pulley 80 by a belt 79.

연료 계량 및 분사 유닛(81)(다기통 엔진에서 각각의 실린더에 대한 하나)은 엔진(70)의 실린더 헤드(90)에 장착된다. 계량 및 분사 유닛(81)은 도관(82)을 통하여 연료 펌프(73)로부터 연료를 수용하며 도관(83)을 통하여 공기 압축기(77)로 부터 공기를 수용한다 . 공기 압축기 조절기(84)는 도관(83)에 제공되며, 상기 도관(83)은 각 엔진 실린더의 각 계량 및 분사 유닛(81)이 공기를 수용하도록 연결되는 공기 매니폴드(85)로 공기를 분배한다.The fuel metering and injection unit 81 (one for each cylinder in the multicylinder engine) is mounted to the cylinder head 90 of the engine 70. Metering and injection unit 81 receives fuel from fuel pump 73 via conduit 82 and air from air compressor 77 via conduit 83. An air compressor regulator 84 is provided in conduit 83, which distributes air to an air manifold 85 to which each metering and injection unit 81 of each engine cylinder is connected to receive the air. do.

전자 제어 유닛(ECU)(86)은 리드(93)를 통하여 크랭크축 속도 및 위치 센서 (87)로부터 신호를 수신하고, 리드(96)를 통하여 공기 흡입 시스템(71)에위치된 공기 유동 센서(88)로부터, 리드(94) 및 대기 온도(도시않음)을 통하여 엔진 온도 센서(184)로부터 각각 신호를 수신한다.The electronic control unit (ECU) 86 receives signals from the crankshaft speed and position sensor 87 via the lid 93, and the air flow sensor (located in the air intake system 71 via the lid 96). From 88, signals are received from engine temperature sensor 184 via leads 94 and ambient temperature (not shown), respectively.

ECU(86)는 모든 입력 신호로부터 각각의 엔진 실린더와 각각의 실린더의 각 사이클에 분배되는데 필요한 연료량을 결정하도록 제어된다. 상기 일반적인 형태의 ECU 및 그 프로그래밍은 전자 제어 연료 분사 시스템의 기술 분야에 공짇되어 있으며 여기에서는 상세히 서술되지 않는다.ECU 86 is controlled to determine from each input signal each engine cylinder and the amount of fuel required to be distributed to each cycle of each cylinder. The general form of the ECU and its programming are common in the technical field of electronically controlled fuel injection systems and are not described in detail here.

제 2 도에 도시된 연료 계량 및 분사 유닛(81)은 연료실(132)을 갖는 분사기 몸체(131)에 결합된 자동 드로틀 몸체 분사기와 같은 적절한 연료 계량 장치(130)와 결합된다. 연료는 연료 펌프(73)로부터 연료 입구 포트(133)를 통하여 엔진 연료 요구에 따라 엔진 사이클당 연료실 (132)로 분배된다.The fuel metering and injection unit 81 shown in FIG. 2 is coupled with a suitable fuel metering device 130, such as an automatic throttle body injector coupled to an injector body 131 having a fuel chamber 132. Fuel is dispensed from fuel pump 73 through fuel inlet port 133 to fuel chamber 132 per engine cycle in accordance with engine fuel demand.

계량 장치에 공급된 과잉 연료는 연료 복귀 포트(134)를 통하여 연료 탱크(74)로 복귀된다. 연료 계량 장치(130)의 특수한 구조는 본 발명과는 관련성이 없으며 다른 적절한 장치가 사용될 수도 있다.Excess fuel supplied to the metering device is returned to the fuel tank 74 through the fuel return port 134. The special structure of the fuel metering device 130 is not relevant to the present invention and other suitable devices may be used.

분사기 노즐(142)의 밸브(143)는 연료실(132)을 관통하는 밸브 시스템(144)을통하여 분사기 몸체(131)내에 위치된 솔레노이드(147)의 아마츄어(141)에 결합된다. 밸브(143)는 디스크 스프링(140)에 의해 밀폐 위치로 편이되며, 솔레노이드(147)를 구동시키므로써 개방된다. 제 2 도에는 개방된 위치의 밸브(143)가 도시된다. 솔레노이드(147)의 구동은 연료실(132)로부터의 엔진(70)의 실린더까지 연료의 분배를 실시하는 엔진 사이클과의 시간과 관련하여 리드(95)를 통하여 ECU(86)에 의해 제어된다.The valve 143 of the injector nozzle 142 is coupled to the amateur 141 of the solenoid 147 located in the injector body 131 via a valve system 144 passing through the fuel chamber 132. The valve 143 is shifted to the closed position by the disc spring 140 and is opened by driving the solenoid 147. 2 shows the valve 143 in the open position. The drive of the solenoid 147 is controlled by the ECU 86 through the lid 95 with respect to the time with the engine cycle of distributing fuel from the fuel chamber 132 to the cylinder of the engine 70.

연료실(132)은 공기 흡입 포트(145)를 통하여 공기 매니폴드(85)와 연속적으로 연결되며, 따라서 정상 작동하에서는 거의 일정한 압력으로 공기로 충전 유지된다. 솔레노이드(147)의 구동에 따라 밸브(143)는 노즐(142)을 개방하도록 하향되므로 연료실(132)에 유지된 계량된 연료는 고압 공기에 의해 연료실(132)의 외부로 노즐(142)을 통하여 엔진 실린더의 연료실(91)내로 이송된다.The fuel chamber 132 is continuously connected to the air manifold 85 through the air intake port 145, and thus is maintained charged with air at a substantially constant pressure under normal operation. As the solenoid 147 is driven, the valve 143 is lowered to open the nozzle 142 so that the metered fuel held in the fuel chamber 132 is discharged to the outside of the fuel chamber 132 by the high pressure air. It is transferred into the fuel chamber 91 of the engine cylinder through the.

제 2 도에 부호 132로 도시된 연료실과 협동하는 연료 계량 및 분사 시스템의 상세한 작동은 본원에 참조로 인용된 미국 특허 제4,693,224 호에 기술되어 있다.Detailed operation of the fuel metering and injection system in cooperation with the fuel chamber shown at 132 in FIG. 2 is described in US Pat. No. 4,693,224, incorporated herein by reference.

상기 특허에서 노즐(142)은 엔진의 실린더 헤드(90)내에 위치되어 엔진 실린더내에 형성된 연료실(91)과 연결되어 있다. 상술한 바와 같이 노즐(142)이 개방되어 공기 입구 포트(145)를 통하는 공기 공급이 연소실(91)내의 압력보다 높을때, 그 내부에 유지된 연료실(132)로부터의 연료에 의해 공기는 노즐(142)을 통하여 엔진 연료실(91)내로 흐른다.In the patent, the nozzle 142 is located in the cylinder head 90 of the engine and is connected to the fuel chamber 91 formed in the engine cylinder. As described above, when the nozzle 142 is opened and the air supply through the air inlet port 145 is higher than the pressure in the combustion chamber 91, the air is discharged by the fuel from the fuel chamber 132 held therein. It flows into the engine fuel chamber 91 through 142.

정상 작동 조건하에서 연소실내로의 연료 분사는 연료의 연소를 지지하는데 요구되는 공기가 제공되기 직전 또는 직후에 실시된다. 연소실내로의 연료 분사는 피스톤이 압축행정에서 상사점 위치전의 45°에 도달되기 전에 완료된다. 이때 압축 행정에서 압축력은 공기포트(145)를 통해 공급된 공기의 압력이 연료 분배를 실시하도록 연소실(91)내의 압력 이상이 되도록 낮아야 한다. 공기 포트로의 공기 공급 압력은 400 내지 500kpa이며, 연료를 분사하는 노즐(142)의 개구시 연소실내의 압축력은 100kpa이다. 무연소시 연소실내의 최대압축력은 800kpa이다.The fuel injection into the combustion chamber under normal operating conditions is carried out immediately before or immediately after the air required to support combustion of the fuel is provided. The fuel injection into the combustion chamber is completed before the piston reaches 45 ° before the top dead center position in the compression stroke. At this time, the compression force in the compression stroke should be low so that the pressure of the air supplied through the air port 145 is equal to or higher than the pressure in the combustion chamber 91 to perform fuel distribution. The air supply pressure to the air port is 400 to 500 kpa, and the compression force in the combustion chamber at the opening of the nozzle 142 for injecting fuel is 100 kpa. The maximum compressive force in the combustion chamber during no combustion is 800 kpa.

ECU(86)는 스위치가 스타터 모터(75)를 구동시키도록 작동될 때 엔진 스타터 스위치(78)로부터의 신호를 수신하므로 ECU는 엔진 시동수의 누적 총합을 저장한다. 또한, ECU(86)는 엔진온도 센서(184)로부터 정보를 수용하여 엔진 온도가 설정값 이하일 동안 실시된 엔진 시동수의 누적 총합을 유지하도록 제어되며, 예를 들어 상기 값은 엔진이 냉각 상태로부터 시동되는 것을 도시하는 것으로 설정된다. 이러한 입력을 기초로 하여 ECU는 엔진의 냉각 시동수의 작동 총합을 갖는다.The ECU 86 receives a signal from the engine starter switch 78 when the switch is activated to drive the starter motor 75 so that the ECU stores the cumulative total of the engine starting water. In addition, the ECU 86 is controlled to receive information from the engine temperature sensor 184 so as to maintain a cumulative total of the engine starting water carried out while the engine temperature is less than or equal to the set value, for example, the value is from the engine cooling state. It is set to show starting. Based on these inputs, the ECU has a running total of the coolant start of the engine.

ECU(86)는 냉각 시동 횟수가 150에 도달되는 시간 또는 통계적 평균치에 따라 차량이 특수한 시간 주기에 따라 작동되는 적절히 설정된 특징과, 차량이 특정 거리를 주행할 것을 결정하도록 제어된다. 이미 설정된 상기 시간 또는 거리는 분사기 노즐의 일련의 세척 공정사이에서 적절한 간격으로 설정된다.The ECU 86 is controlled to determine that the vehicle will travel a certain distance, as well as the appropriately set characteristics in which the vehicle operates according to a particular time period in accordance with the time at which the cooling start number reaches 150 or a statistical average. The time or distance already set is set at appropriate intervals between the series of cleaning processes of the injector nozzle.

따라서 ECU는 분사기 노즐이 세척될때, 엔진 작동 조건에 도달되는 포이트를 결정한다. ECU는 엔진의 작동 조건이 노즐 세척 공정의 실시예 적합한 때를 결정해야 한다. 즉, 이것은 엔진이 충분히 워밍업 되는 것과 적절한 속도및 또는 부하에서의 엔직 작동을 말하여 여기서 노즐 세척 공정은 엔진 작동에 악영양을 끼치지 않는다. 이를 위하여 ECU는 엔진 온도가 설정값 이상이 될 경우 노즐 세척 공정만을 개시하도록 제어되며 따라서 엔진속도는 설정된 속도 범위 내에서 안정된다.The ECU thus determines the point at which the engine operating conditions are reached when the injector nozzles are cleaned. The ECU must determine when the operating conditions of the engine are suitable for the embodiment of the nozzle cleaning process. That is, it means that the engine is warmed up sufficiently and the engine operation at the appropriate speed and / or load, where the nozzle cleaning process does not adversely affect engine operation. For this purpose, the ECU is controlled to start the nozzle cleaning process only when the engine temperature is above the set value, so that the engine speed is stable within the set speed range.

압축 한정의 일부중 연소실(91)로부터 노즐(142)내로의 공기 흐름은, 압축 공기의 온도가 분사기 노즐 밸브(143)의 시트 및 노즐(142)의 인접 구역 온도를 카본과 같은 오물을 카본의 점화 및 연소에 의해 면으로부터 제거하는 온도로 상승시키여야 한다.The air flow from the combustion chamber 91 into the nozzle 142 during a portion of the compression confinement is characterized by the fact that the temperature of the compressed air changes the temperature of the seats of the injector nozzle valve 143 and the adjacent zone temperature of the nozzle 142 to contain dirt such as carbon. It should be raised to a temperature that is removed from the surface by ignition and combustion.

전형적으로 엔진이 정상적으로 작동될때 연료 분배에 대한 분사기 노즐의 개방 주기는 2000rpm에서 4밀리세컨드 이며 노즐 세척 사이클 동안에는 전형적으로 10밀리세컨드로 연장된다. 분사기 개구의 60°BTDC에 의해 이것은 엔진이 2000rpm에서 작동될 때 약 30°의 분사기 폐쇄로 나타난다. 각 사이클에서 분사기가 개방되는 실제 시간 간격은 중요하지 않지만 분사기는 연소실내의 가스의 압력 및 온도가 분사기 노즐로 들어가서 축척된 오물을 점화시키기에 충분한 주기동안 개방되어야 한다. 가스의 압력 및 분사기 노즐의 개방의 지속은 고온 가스의 노즐통과에 영향을 미치며, 따라서 노즐의 민감한 부품이 과도한 열에 노출되는 것을 예방하는 개장 주기를 설정하는 것이 바람직하다.Typically the opening period of the injector nozzle for fuel distribution when the engine is operating normally is 4 milliseconds at 2000 rpm and typically extends to 10 milliseconds during the nozzle cleaning cycle. By 60 ° BTDC of the injector opening this results in an injector closure of about 30 ° when the engine is running at 2000 rpm. The actual time interval at which the injector opens in each cycle is not critical, but the injector must be open for a period sufficient for the pressure and temperature of the gas in the combustion chamber to enter the injector nozzle and ignite the accumulated dirt. The pressure of the gas and the continuation of the opening of the injector nozzles affects the passage of the hot gas nozzles, and therefore it is desirable to set a retrofit cycle that prevents sensitive components of the nozzles from being exposed to excessive heat.

일련의 다수의 엔진 사이클에 대해 노즐에 축적된 모든 오물을 충분히 제거하도록 유사한 처리가 지속된다. 이것은 300내지 500사이클이 적당하다. 다기통 엔진에 있어서 ECU는 하나의 실린더에서 어떤 설정 시간에 노즐 세척 공정만을 실시하도록 제어된다. 각 실린더의 노즐 세척 설정 시퀸스는 ECU내에서 제어된다.Similar processing is continued to sufficiently remove all dirt accumulated in the nozzle for a series of multiple engine cycles. This is suitable for 300 to 500 cycles. In a multi-cylinder engine, the ECU is controlled to perform only the nozzle cleaning process at any set time in one cylinder. The nozzle wash setting sequence for each cylinder is controlled in the ECU.

상술의 노즐 세척 처리는 스파크 점화 및 압축 점화 엔진을 포함하는 모든 형태의 직접 분사 내연 기관에 적용할 수 있다. 또한 세척 처리는 액체 또는 기체 연료를 단독으로 또는 캐리어 가스내에 포함시켜 분배하는 분사기에 적용할 수 있다.The nozzle cleaning process described above is applicable to all types of direct injection internal combustion engines, including spark ignition and compression ignition engines. The washing treatment can also be applied to injectors that distribute liquid or gaseous fuels alone or in carrier gas.

Claims (18)

연료가 선택적으로 개방가능한 노즐을 통하여 엔진 연소실로 주기적으로 직접 분사되는 내연기관 연료 분사 시스템 작동 방법에 있어서, 적어도 하나의 엔진사이클의 일부중 연료가 노즐로 분배되지 않을 동안 연소실내의 가스가 어떤 온도 및 압력에 있을때 노즐을 주기적으로 개방유지시키도록 노즐의 작동을 제어하므로써 연소실로부터의 가스를 개방된 노즐을 통과시켜 축적된 오물을 연소시킬 수 있는 온도로 상승시키기위해 노즐 수단을 주기적으로 개방하는 노즐 제어 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관 연료 분사 시스템 작동 방법,A method of operating an internal combustion engine fuel injection system in which fuel is periodically injected directly into an engine combustion chamber through a nozzle which is selectively openable, wherein the gas in the combustion chamber is at a certain temperature while fuel is not distributed to the nozzle in at least part of the engine cycle. And a nozzle that periodically opens the nozzle means to raise the gas from the combustion chamber through the open nozzle to a temperature capable of burning off the accumulated dirt by controlling the operation of the nozzle to periodically open the nozzle when under pressure. A method of operating an internal combustion engine fuel injection system, comprising a control step 제 1 항에 있어서, 상기 노즐의 주기적 개방은 엔진 사이클의 최대 압력점을 포함하도록 연장되는 것을 특징으로 하는 내연기관 연료 분사 시스템 작동 방법,The method of claim 1, wherein the periodic opening of the nozzle extends to include the maximum pressure point of an engine cycle. 제 1 항 또는, 제 2 항에 있어서, 상기 노즐의 주기적 개방은 복수개의 연속된 엔진 사이클에 걸쳐 실시되는 것을 특징으로 하는 내연기관 연료 분사 시스템 작동 방법,The method of operating an internal combustion engine fuel injection system according to claim 1 or 2, characterized in that the periodic opening of the nozzle is carried out over a plurality of successive engine cycles. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 노즐의 주기적 개방은 엔진이 오버런 조건하에서 작동될 동안 실시되는 것을 특징으로 하는 내연기관 연료 분사 시스템 작동 방법,Method according to claim 1 or 2, characterized in that the periodic opening of the nozzle is carried out while the engine is operated under overrun conditions. 상기 노즐의 주기적 개방은 엔진이 안정 상태에서 작동될 동안 실시되는 것을 특징으로 하는 내연기관 연료 분사 시스템 작동 방법,A method of operating an internal combustion engine fuel injection system, characterized in that the periodic opening of the nozzle is carried out while the engine is operating in a steady state. 제 1 항 또는, 제 2 항에 있어서, 상기 노즐의 주기적 개방은 엔진 회전 속도의 설정 범위내에서 안정상태로 작동될 동안 실시되는 것을 특징으로 하는 내연기관 연료 분사 시스템 작동 방법.The method of operating an internal combustion engine fuel injection system according to claim 1 or 2, wherein the periodic opening of the nozzle is performed while operating in a stable state within a set range of the engine rotation speed. 제 1 항 또는, 제 2 항에 있어서, 상기 노즐의 주기적 개방은 엔진이 설정값 이상의 온도에서 작동될 동안 실시되는 것을 특징으로 하는 내연기관 연료 분사 시스템 작동 방법.3. A method according to claim 1 or 2, wherein the periodic opening of the nozzle is performed while the engine is operating at a temperature above a set value. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 노즐의 주기적 개방은 분사기 노즐의 이전주기(preceding period)의 개방으로부터 엔진 작동의 설정 주기의 완료에 응답하여 시작되는 것을 특징으로 하는 내연기관 연료 분사 시스템 작동 방법.3. The internal combustion engine fuel injection system according to claim 1 or 2, wherein the periodic opening of the nozzle begins in response to the completion of a set period of engine operation from the opening of a preceding period of the injector nozzle. Way. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 노즐의 주기적 개방은 엔진 온도가 노즐의 설정된 주기적 개방으로부터의 설정값 이하일 동안 일련의 설정된 엔진 시동 횟수의 완료에 응답하여 시작되는 것을 특징으로 하는 내연기관 분사 시스템 작동 방법.3. The internal combustion engine injection according to claim 1 or 2, wherein the periodic opening of the nozzle is started in response to the completion of a series of set engine start times while the engine temperature is below a set value from the set periodic opening of the nozzle. How the system works. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 노즐의 주기적 개방은 엔진이 설정된 부하의 범위에서 작동될 동안만 시작되는 것을 특징으로 하는 내연기관 연료 분사 시스템 작동방법,Method according to claim 1 or 2, characterized in that the periodic opening of the nozzle starts only while the engine is operating in the range of the set load. 선택적으로 개방가능한 노즐을 통하여 연료를 엔진 연소실로 직접 분사하도록 배치된 분사기와, 엔진 사이클의 관련시간에 노즐을 주기적으로 개방시키는 프로그램된 제어기를 포함하며, 상기 노즐은 상기 노즐의 개방을 제어하는 밸브를 가지며, 상기 밸브는 상기 분사기의 솔레노이드의 아마튜어에 결합되어 있고, 상기 제어기는 연료가 노즐로 분배되지 않을 동안과 연소실내의 가스가 어떤 온도 및 압력에 있는 적어도 하나의 엔진 사이클의 일부중에 연소실에서부터 가스가 개방된 노즐을 통과하여 축적된 오물을 연소시킬 수 있는 온도로 상승되도록 노즐을 주기적으로 개방 유지시킬 수 있도록 프로그램되는 것을 특징으로 하는 내연 기관 연료 분사 시스템.An injector arranged to inject fuel directly into the engine combustion chamber through an optionally openable nozzle, and a programmed controller to periodically open the nozzle at an associated time of the engine cycle, the nozzle controlling the opening of the nozzle. And the valve is coupled to the armature of the solenoid of the injector, the controller being configured to control the combustion chamber during a portion of at least one engine cycle in which fuel in the combustion chamber is at a certain temperature and pressure while fuel is not dispensed to the nozzle. Internal fuel engine fuel injection system, wherein the nozzle is programmed to periodically maintain the nozzle so that the gas passes through the open nozzle and rises to a temperature capable of burning the accumulated dirt. 제 11 항에 있어서, 상기 제어기는 상기 분사기 노즐의 주기적 개방이 엔진 사이클의 최대 압축력을 한점을 포함하도록 프로그램되는 것을 특징으로 하는 내연기관 연료 분사 시스템.12. The internal combustion engine fuel injection system according to claim 11, wherein the controller is programmed such that the periodic opening of the injector nozzle comprises one point of the maximum compression force of the engine cycle. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 제어기는 상기 노즐의 주기적 개방이 엔진이 안정상태에서 작동될 동안 실시되도록 프로그램되는 것을 특징으로 하는 내연기관 연료 분사 시스템.13. An internal combustion engine fuel injection system according to claim 11 or 12, wherein the controller is programmed such that the periodic opening of the nozzle is performed while the engine is operating in a steady state. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 제어기는 상기 노즐의 주기적 개방이 엔진이 엔진 회전 속도의 설정 범위내에서 작동 상태일 동안 실시 되도록 프로그램되는 것을 특징으로 하는 내연기관 연료 분사 시스템,13. An internal combustion engine fuel injection system according to claim 11 or 12, wherein the controller is programmed such that the periodic opening of the nozzle is carried out while the engine is operating within a set range of the engine rotational speed. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 제어기는 상기 노즐의 주기적 개방이 엔진이 설정값 이상의 온도에서 작동될 동안 실시되도록 프로그램 되는 것을 특징으로 하는 내연기관 연료 분사 시스템,13. An internal combustion engine fuel injection system according to claim 11 or 12, wherein the controller is programmed such that the periodic opening of the nozzle is carried out while the engine is operated at a temperature above a set value. 상기 제어기는 상기 노즐의 주기적 개방이 노즐의 이전주기의 개방으로부터 엔진 작동의 설정 주기의 완료에 응답하여 시작되도록 프로그램되는 것을 특징으로 하는 내연기관 연료 분사 시스템.And the controller is programmed such that the periodic opening of the nozzle begins in response to the completion of a set period of engine operation from the opening of the previous period of the nozzle. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 제어기는 상기 노즐의 주기적 개방이 엔진 온도가 노즐의 이전 주기 개방으로부터의 설정값 이하일 동안 설정된 엔진시동 횟수의 완료에 응답하여 시작되도록 프로그램되는 것을 특징으로 하는 내연기관 연료 분사 시스템.13. A method according to claim 11 or 12, wherein the controller is programmed such that the periodic opening of the nozzle starts in response to the completion of the set number of engine starts while the engine temperature is below the set value from the previous periodic opening of the nozzle. Internal combustion engine fuel injection system. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 제어기는 엔진이 설정된 부하의 범위 작동될 동안만 시작되도록 프로그램되는 것을 특징으로 하는 내연기관 연료 분사 시스템.13. An internal combustion engine fuel injection system according to claim 11 or 12, wherein the controller is programmed to start only while the engine is operating in a range of set loads.