KR100282831B1 - 디젤 엔진용 연료 분사 펌프의 연료 분사 시기 제어 시스템 - Google Patents

디젤 엔진용 연료 분사 펌프의 연료 분사 시기 제어 시스템 Download PDF

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Abstract

전자기 솔레노이드 밸브의 듀티 사이클에 반응하여 타이머 피스톤의 축방향 위치 또는 펌프 플런저의 설정 위치를 변경시키기 위해 듀티 사이클 제어식 전자기 솔레노이드 밸브가 분사 시기 제어 타이머 피스톤에 결합되어 있는 디젤 연료 분사 펌프용 연료 분사 시기 제어 시스템은, 실 분사 시기가 목표 분사 시기로 피드백 제어되는 연료 분사 시기 폐루프 제어 중의 소정 시간 동안에 전자기 솔레노이드 밸브의 듀티 사이클이 소정의 불감대 영역(dead-zone)으로 돌입하는 것을 일시적으로 허가하는 콘트롤 유닛을 포함한다. 또한, 콘트롤 유닛은 연료 분사 시기 폐루프 제어 모드 중에 소정 시간이 경과함과 동시에 전자기 솔레노이드 밸브의 듀티 사이클을 소정의 한계치로 제한한다.

Description

디젤 엔진용 연료 분사 펌프의 연료 분사 시기 제어 시스템
일본에서 1997년 1월 31일에 출원된 일본 특허 출원 제97-18065호의 내용을 참조하여 본 명세서에 통합하였다.
본 발명은 디젤 엔진용 연료 분사 펌프의 연료 분사 시기 제어 시스템에 관한 것이다.
디젤 엔진에 사용되는 종래의 분배식 연료 분사 펌프에 있어서, 분사 펌프에는 펌프 내부에 연료 분사 시기 제어 부재 종종 "타이머 피스톤"으로 일컬어지는 연료 분사 시기 제어 피스톤이 사용되어, 연료 분사 시기를 타이머 피스톤의 축방향 활주 운동(또는 축방향 위치)에 따라 제어할 수 있게 된다. 타이머 피스톤의 일 단부는 펌프 하우징의 원통형 피스톤 챔버와 협동하여 오리피스(정확히는 유동 제한 오리피스)를 매개로 펌프 배출 포트(즉, 연료 공급 펌프의 펌프실)와 연통하는 고압실을 형성하는 한편, 타이머 피스톤의 타 단부는 펌프 하우징의 원통형 피스톤실과 협동하여 펌프 유입 포트(즉, 연료 공급 펌프의 흡입실)와 연통하는 저압실을 형성한다. 연통 통로는 고압 및 저압실 사이에 구비되어 고압실과 저압실 사이를 상호 연결한다. 또한 전자기 밸브(정확히 전자기 솔레노이드 밸브)가 연통 통로 내에 구비되어 있어서 소정 듀티 사이클 중에 연통 통로를 개폐시키게 된다. 즉 전자기 솔레노이드 밸브의 개폐는 전자기 솔레노이드 밸브의 소위 듀티 사이클 제어(정확히는 듀티 사이클 조절식 제어)에 의해 또는 솔레노이드 밸브의 온/오프 시간 제어에 의해 통제 또는 조절되며, 이로써 소정 듀티 사이클 값에 따라 고압실로부터 저압실로의 연료량을 제어 또는 조절하게 된다. 그러므로, 고압실 내에서의 압력(바꾸어 말하면, 연료 공급 펌프의 고압실와 저압실 간의 압력차)은 솔레노이드 밸브의 듀티 사이클에 기초하여 조절 가능하다. 그러므로, 타이머 피스톤의 축방향 위치는 고압 및 저압실 간의 통제된 압력차를 타이머 피스톤의 일 단부 상에 작용하도록 전술한 원통형 피스톤 쳄버 내에 설치된 복원 스프링의 스프링 바이어스와 균형이 맞도록 함으로써 제어된다. 종래의 디젤 엔진 연료 분사 피스톤에서는, 타이머 피스톤이 펌프 플런저와 기계적으로 연결되어 있어서 타이머 피스톤의 축방향 위치에 따라 펌프 플런저의 축방향 위치를 조절함으로써 결과적으로 연료 분사 시기를 조절하였다. 또한, 종래의 전자 연료 분사 시스템은 일반적으로 엔진 부하 및 속도와 같은 엔진/차량 작동 상태에 기초하여 목표 연료 분사 시기를 설정하였다. 예를 들어, 일본 특허 공개 공보 제7-127552호에는 디젤 엔진용 연료 분사 시기 검출 장치가 개시되어 있다. 일본 특허 공개 공보 제7-127552호는 인젝터 노즐-니들 리프트 센서(간단히 노즐 리프트 센서)에 의해 실 연료 분사 시기를 검출하고, 계산된 목표 연료 분사 시기와 노즐 리프트 센서에 의해 검출된 실 연료 분사 시기를 비교함으로써 타이머 피스톤과 연관된 전술한 전자기 솔레노이드 밸브의 듀티 사이클(혹은 듀티 비율)을 설정 또는 결정하여서, 소정 듀티 사이클 신호(정확히는 계산된 연료 분사 시기와 실 연료 분사 시기 간의 비교 결과에 기초하여 결정되어진 제어된 듀티 사이클의 펄스폭 조절식 전압 신호)에 의해 연료 분사 시기를 피드백 제어하는 것을 가르치고 있다. 일반적으로, 듀티 사이클 제어 중에는, 2개의 다른 불감대 영역이 있는데, 하나는 하부 불감대 영역으로서 최소 듀티 사이클 값보다 작으며, 다른 하나는 상부 불감대 영역으로서 최대 듀티 사이클 값보다 크다. 즉, 상부 및 하부 불감대 영역 내에서는 타이머 피스톤에 변화가 없다. 이와는 반대로, 상부 및 하부 불감대 영역 사이에 한정된 일반적인 듀티 사이클 영역에서는, 타이머 피스톤의 축방향 위치가 제어된 듀티 사이클에 따라 통제 혹은 조절될 수 있다. 앞에서 논의되었던 통상적인 듀티 사이클 영역은 이하 "유효 듀티 사이클 영역"이라 일컫기로 한다. 전자기 솔레노이드 밸브의 듀티 사이클의 증가가 연료 분사 시기의 선행에 대응하며 듀티 사이클의 감소는 연료 분사 시기의 지체와 대응하는 것으로 간주하면, 타이머 피스톤과 결합된 솔레노이드 밸브의 듀티 사이클 값(이하 "DTCV"로 약칭)은 도8A에 도시된 바와 같이 목표 연료 분사 시기가 차량의 감속에 의해 지체되었을 때 많이 감소한다. 듀티 사이클 상의 이와 같은 큰 폭의 빠른 감소는 듀티 사이클 값(DTCV)의 전술한 하부 불감대 영역으로의 용이한 돌입을 초래한다. 이후에 차량이 바로 가속되어진 경우에도, 듀티 사이클 값 상의 빠른 감소에 기인하여 하부 불감대 영역으로부터 유효 듀티 사이클 영역으로의 회복이 늦게 되는 경향이 있게 됨으로써, 실 연료 분사 시기(이하 "실 IT"로 약칭)는 바람직하지 못하게 느리게 진행하게 된다. 이해하고 있는 바와 같이, 제한 회로(리미터)의 사용은 듀티 사이클을 상부 불감대 영역뿐 아니라 하부 불감대 영역으로의 돌입을 피하도록 하여 2개의 소정 상부 및 하부 듀티 사이클 한계치 내로 제한하는 데 효과적이어서, 제어된 듀티 사이클 값은 소정 상한치와 소정 하한치 사이에서 가변 가능하다. 리미터의 사용은 빠르게 감속된 경우에도 하부 불감대 영역으로 돌입하는 것을 효과적으로 방지하여, 감속에서 가속으로의 변환 시에 연료 분사 시기 진행의 추종을 증진시킨다. 그러나, 제어된 듀티 사이클 값이 도8B에 도시된 바와 같이 리미터(듀티 사이클 값 제한 공정)에 의해 소정 하한치로 실제로 제한된 경우에, 실 IT는 현재 엔진/차량 작동 상태에서 적당한 시점으로 점진적으로 느리게 조절되는 경향이 있는데, 이는 도8A에 도시된 빠른 듀티 사이클 저하와 비교하여 제어된 듀티 사이클 값의 비교적 원만한 저하에 기인한다. 바람직하지 못하게 느린 연료 분사 시기의 지체는 제어된 듀티 사이클에 기초한 연료 분사 시기 제어에 대한 반응을 저하시킨다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래 기술의 전술된 단점을 피한 디젤 엔진용 듀티-사이클 제어식 연료 분사 펌프의 연료 분사 시기 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 최대 듀티 사이클보다 더 큰 상부 불감대 영역과 최하 듀티 사이클 보다 더 낮은 불감대 영역, 특히 하부 불감대 영역 안으로의 제어된 듀티 사이클 값의 돌입을 허가하거나 억제할 수 있는 디젤 엔진용 듀티-사이클 제어식 연료 분사 펌프의 연료 분사 시기 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 전술한 목적 및 다른 목적을 달성하기 위해, 디젤 연료 분사 펌프용 연료 분사 시기 제어 장치는 타이머 피스톤의 축방향 운동을 통해 펌프 플런저의 설정 위치를 변경시키기 위해 펌프 플런저에 기계적으로 링크 결합되는 타이머 피스톤과, 전자기 솔레노이드 밸브의 듀티 사이클에 응답하여 타이머 피스톤의 축방향 위치를 변경시킴으로서 펌프 플런저의 설정 위치에 변화를 야기시키고 펌프 플런저의 설정 위치의 변경과 함께 디젤 연료 분사 펌프로부터 디젤 연료 인젝터로 공급되는 연료의 분사 시기를 조절하기 위해 타이머 피스톤에 결합된 듀티 사이클 제어식 전자기 솔레노이드 밸브와, 실 연료 분사 시기가 엔진 작동 상태를 기초로 하여 목표 연료 분사 시기로 조절되도록 소정 주기 동안 소정 불감대 영역으로의 전자기 솔레노이드 밸브의 듀티 사이클의 돌입을 일시적으로 허가하고 연료 분사 시기의 폐쇄 루우프 제어 모드 중에 소정 시간이 경과하면 듀티 사이클을 소정 한계치로 제한하기 위한 콘트롤 유닛을 포함한다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 디젤 연료 분사 펌프로부터 디젤 연료 인젝터로 공급되는 연료의 분사 시기가 전자기 솔레노이드 밸브의 듀티 사이클에 의해 제어 가능한 전자기 솔레노이드 밸브를 갖춘 디젤 연료 분사 펌프용 연료 분사 시기 제어 장치는 엔진 작동 상태를 기초로 하여 목표 분사 시기를 설정하기 위한 목표 분사 시기 설정 회로와, 실 분사 시기를 검출하기 위한 실 분사 시기 검출 회로와, 목표 분사 시기를 실 분사 시기와 비교함으로서 전자기 솔레노이드 밸브의 듀티 사이클을 설정하기 위한 듀티 사이클 설정 회로와, 소정 불감대 영역 안으로의 듀티 사이클의 돌입을 검출하기 위한 불감대 영역 안으로의 돌입 검출 회로와, 소정 불감대 영역 안으로의 듀티 사이클의 돌입의 검출로부터 소정 시간이 지나 처리되는 듀티 사이클의 제한 허가 신호를 발생시키기 위한 듀티 사이클 제한 허가 회로와, 듀티 사이클을 소정 듀티 사이클 한계치로 제한하기 위해 듀티 사이클 제한 허가 회로로부터의 허가 신호에 반응하여 듀티 사이클이 불감대 영역으로부터 벗어나게 되는 듀티 사이클 제한 처리 회로를 포함한다. 전술한 장치에 의해, 전자기 솔레노이드 밸브의 듀티 사이클의 소정 불감대 영역 안으로의 돌입이 검출될 때, 듀티 사이클 제한 처리는 듀티 사이클의 소정 불감대 영역 안으로의 돌입 검출로부터의 소정 시간이 지나 개시된다. 따라서, 듀티 사이클 제한 처리는 시스템이 분사 시기의 지체 작용이 신속하게 일어나도록 할 수 있도록 차량의 감속 개시 시점으로부터 소정 시간 동안은 일시적으로 제한되었다가, 그후 듀티 사이클 제한 처리를 허용하여서 듀티 사이클이 감속 주기의 끝에서는 소정 한계치로 제한되어 시스템이 분사 시기의 선행 작용을 허용함으로써 감속에서 감속으로의 전환이 부드럽게 되도록 한다. 이로 인해 감속이나 가속과 무관하게 연료 분사 시기 피드백 제어(폐루프 분사 시기 제어)에 대한 반응이 향상된다.
듀티 사이클 제한 허가 회로는 듀티 사이클의 소정 불감대 영역 안으로의 돌입이 검출될 때의 시간으로부터 경과 시간을 계산하기 시작하는 타이머를 포함하고, 듀티 사이클 제한 허가 회로는 타이머의 계수치가 소정 시간에 도달하면 듀티 사이클 제한 처리 허가 신호를 발한다. 따라서, 듀티 사이클 제한 처리 허가 신호의 출력 시기는 타이머에 의해 정확히 조절된다.
듀티 사이클 제한 허가 회로는 목표 분사 시기가 듀티 사이클의 소정 불감대 영역 안으로의 돌입을 검출한 후에 목표 분사 시기와 대개 동일하게 될 때 허가 신호를 출력하는 것이 바람직하다. 듀티 사이클 제한 처리의 개시 시기는 연료 분사 시기 피드백 제어의 실제 효과(즉, 실 분사 시기가 목표 분사 시기로 수렴되는 정도)를 관찰하면서 더 적절히 조절된다.
이와는 달리, 듀티 사이클 제한 허가 회로는 목표 분사 시기가 듀티 사이클의 소정 불감대 영역 안으로의 돌입을 검출한 후에 목표 분사 시기와 대개 동일하게 될 때의 시간으로부터 경과 시간을 계수하기 시작하는 타이머를 포함하고, 듀티 사이클 제한 허가 회로는 타이머의 계수치가 소정 시간에 도달하면 듀티 사이클 제한 처리 허가 신호를 출력한다. 이 경우에, 듀티 사이클 제한 처리는 분사 시기 피드백 제어에 대한 반응 결과가 안정되어 실 분사 시기가 피드백 제어를 통해 구한 목표 분사 시기로 적절히 수렴될 때까지 억제된다. 이는 듀티 사이클 제한 처리의 개시 시기를 더욱 정확히 할 수 있도록 한다.
바람직하게는, 듀티 사이클 제한 처리 회로는 한계치를 결정하여 이 한계치가 소정 시간 변화율에서 소정 듀티 사이클 한계치에 도달하도록 함으로써 소정 듀티 사이클 한계치로 유연하게 조절되도록 한다.
불감대 영역 돌입 검출 회로, 듀티 사이클 제한 허가 회로 및 듀티 사이클 제한 처리 회로는 적어도 엔진 공회전 작동 상태 하에서 작동되는 것이 바람직하다. 이는 엔진 공회전 작동 상태와 잘 조화되면서, 분사 시기 피드백 제어의 반응을 충족시킨다.
본 발명의 추가적인 태양에 따르면, 디젤 연료 분사 펌프용 연료 분사 시기 제어 시스템은, 각 피스톤의 단부가 펌프 케이싱과 협동하여 고압실과 저압실을 형성하고, 고압 및 저압실 간의 압력차에 기초하여 타이머 피스톤의 축운동을 통해 펌프 플런저의 설정 위치를 변화시키도록 펌프 플런저와 기계적으로 링크된 압력차 작동 타이머 피스톤과,
전자기 솔레노이드 밸브의 듀티 사이클에 반응하여 압력차를 변화시킴으로서 펌프 플런저의 설정 위치에 변화를 일으키고, 펌프 플런저의 설정 위치 상의 변화에 의해 디젤 연료 분사 펌프로부터 디젤 연료 분사기로 공급되는 연료의 분사 시기를 조절하기 위한, 고압실 및 저압실을 상호 연통시키는 연통 통로 내에 유체 설치된 듀티 사이클 제어식 전자기 솔레노이드와,
엔진 작동 상태에 기초하여 목표 분사 시기를 설정하기 위한 목표 분사 시기 설정 회로와,
실 분사 시기를 검출하기 위한 실 분사 시기 검출 회로와,
목표 분사 시기를 실 분사 시기와 비교함으로써 전자기 솔레노이드 밸브의 듀티 사이클을 설정하는 듀티 사이클 설정 회로와,
듀티 사이클의 소정 하부 불감대 영역(dead zone)으로의 돌입을 검출하기 위한 불감대 영역 돌입 검출 회로와,
듀티 사이클의 소정 하부 불감대 영역으로의 돌입의 검출로부터 소정 지연 시간 동안 처리되는 듀티 사이클 제한 허가 신호를 발생시키기 위한 듀티 사이클 제한 허가 회로 및,
듀티 사이클을 소정 듀티 사이클 하한치로 제한하기 위한 듀티 사이클 제한 허가 회로로부터의 허가 신호에 반응하여 듀티 사이클이 소정 하부 불감대 영역으로부터 벗어나오도록 하는 듀티 사이클 제한 처리 회로를 포함한다. 바람직하게는, 듀티 사이클 제한 허가 회로는 듀티 사이클이 소정 하부 불감대 영역으로 돌입하는 시간으로부터 경과 시간을 측정하기 시작하는 타이머를 포함하며, 듀티 사이클 제한 허가 회로는 타이머의 계수값이 소정 시간에 도달하면 허가 신호를 출력한다. 바람직하게는, 듀티 사이클 제한 허가 회로는 목표 분사 시기가 듀티 사이클의 소정 하부 불감대 영역으로의 돌입을 검출한 후의 목표 분사 시기와 대체로 동일하게 되면 허가 신호를 출력한다. 이와는 달리, 듀티 사이클 제한 허가 회로가 목표 분사 시기가 듀티 사이클의 소정 하부 불감대 영역 돌입 검출 후의 목표 분사 시기가 대체로 동일하게 되는 시간으로부터 경과된 시간을 계수하기 시작하는 타이머와, 타이머의 계수값이 소정 시간에 도달하게 되면 듀티 사이클 제한 진행 허가 신호를 출력하는 듀티 사이클 제한 허가 회로를 포함할 수도 있다. 보다 바람직하게는, 듀티 사이클 제한 진행 회로는 한계치를 결정하여 이 한계치가 소정의 시간 변화율에서 소정 듀티 사이클 하한치까지 증가하도록 하는 것이다. 불감대 영역 돌입 검출 회로와, 듀티 사이클 제한 허가 회로 및 듀티 사이클 제한 처리 회로가 적어도 엔진 공회전 작동 상태 하에서 작동하는 것이 바람직하다. 이와는 달리, 불감대 영역 돌입 검출 회로와, 듀티 사이클 제한 허가 회로 및 듀티 사이클 제한 처리 회로는 연료 분사 시기 제어 시스템이 엔진 공회전 중의 폐루프 모드에 있는 경우에 작동할 수도 있다.
도1은 본 발명에 따른 디젤 엔진의 듀티 사이클 조절식 연료 분사 펌프의 연료 분사 시기 제어 시스템의 일 실시예를 도시하는 블록도.
도2는 도1에 도시된 연료 분사 시기 제어 시스템에 사용되는 듀티 사이클 제어식 연료 분사 펌프의 일예를 도시한 단면도.
도3은 도2에 도시된 연료 분사 펌프의 기본 듀티 사이클 값(duty cycle value; "DTCVP"로 약칭)을 연산하는 루틴을 도시한 흐름도.
도4는 본 발명의 시스템에 의해 실행되는 듀티 사이클 제어에 필수적인 한계치(특히 듀티 사이클 하한치)를 연산하기 위한 루틴의 일예를 도시한 흐름도.
도5는 도3의 루틴을 통해 계산된 기본 듀티 사이클 값과 도4의 루틴을 통해 결정된 하한치를 기초로 하여 최종 듀티 사이클 값을 연산하기 위한 보조 루틴을 도시한 흐름도.
도6은 본 발명의 시스템에 의해 실행되는 듀티 사이클 제어에 필수적인 하한치를 연산하기 위한 루틴의 다른 예를 도시한 흐름도.
도7은 본 발명의 시스템에 의한 연료 분사 시기 제어 특성을 도시한 타임 차트.
도8a와 도8b는 종래 기술에 의한 연료 분사 시기 제어 특성.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 연료 분사 펌프
2 : 구동축
3 : 공급 펌프
4 : 펌프실
5 : 캠 디스크
6 : 플런저
8 : 타이머 피스톤
9 : 롤러 홀더
16 : 연료 분사 노즐
20 : 통로
21 : 고압실
22 : 통로
23 : 저압실
24 : 스프링
25-1, 25-2 : 통로
26 : 전자기 밸브
28 : 콘트롤 유닛
29 : 회전 속도 센서
30 : 가속 페달 센서
31 : 밸브 리프트 센서
이하 도면을 참조하면, 특히 도2에는 본 발명의 연료 분사 시기 제어 시스템이 연료 분사식 디젤 엔진용 분배식 연료 분사 펌프의 경우로 예시되어 있다. 디젤 연료 분사 펌프 유닛(1)은 구동축(또는 펌프 샤프트)(2)과 연료 공급 펌프(3)를 갖는다. 도2에 도시된 바와 같이, 연료 공급 펌프(3)의 예로서 통상적인 베인 펌프가 도시되었다. 도시된 실시예에서는 공급 펌프(3)가 베인 펌프를 포함하고 있으나, 공급 펌프는 다른 종류의 펌프, 예를 들어 플런저 펌프로 대체될 수 있다. 연료 공급 펌프(3)는 연료 분사 디젤 엔진과 연결되어 구동되는 구동축(2)에 의해 구동된다. 연료는 연료 탱크(도시되지 않음)로부터 펌프(3)를 매개로 펌프 케이스에 의해 구획된 펌프실(4) 내로 공급된다. 도2의 상측에 도시된 바와 같이, 펌프 플런저(6)는 일반적으로 스플라인 연결부에 의해 구동축(2)의 우측 단부에 동축으로 연결되어져, 플런저(6)가 구동축(2)과 함께 회전하면서, 구동축(2)에 대해서 플런저(6)가 축방향 활주 운동을 할 수 있도록 한다. 캠 디스크(5)는 플런저(6)의 좌측 단부에 근접하여 동심적으로 고정되어 있다. 캠 디스크(5)와 이 캠 디스크(5)로 연통하는 캠 폴로워의 역할을 하는 대체로 원통형인 롤러 홀더(9)로 구성되는 캠 기구가 우측 구동축 단부와 좌측 펌프 플런저 단부 사이의 연결 부분(스플라인 연결부)에 구비되어 있어서, 펌프 플런저(6)의 축방향 왕복 운동(실린더(7) 내에서의 우측 및 좌측 운동)을 생성하게 된다. 플런저(6)의 축방향 왕복 운동은 이하에 충분히 설명되는 바와 같이 고압 펌핑 작용을 제공한다. 롤러 홀더(9)는 구동축(2)의 우측 단부와 펌프 플런저(6)의 좌측 단부 간의 연결부의 외주부를 포위하는 방식으로 제공된다. 사실상 원통형인 롤러 홀더(9)의 내주부는 롤러 홀더(9) 자체의 회전 운동이 전혀 없이 구동축(2)의 회전 운동을 허가하도록, 전술한 연결부의 외주부와 접촉하지 않거나 또는 미끄럼 접촉 상태에 있다는 것을 주목해야 한다. 복수의 원주 방향으로 등거리 이격된 롤러가 롤러 홀더(9) 내에 회전 가능하게 유지된다. 한편, 캠 디스크(5)는 원주 방향의 파상 기복 캠 표면과 일체형인 좌측 측벽 상에 형성된다. 도2에 도시한 바와 같이, 원주 방향의 파상 기복 캠 표면은 서로 엇갈리는 복수의 캠 로브(마루)와 복수의 캠 홈(골)으로 구성된다. 캠 디스크(5)의 좌측 기복 캠 표면은 롤러 홀더(9)의 롤러와 캠 디스크(5)의 기복 캠 표면간의 캠 연결을 제공하는 방식으로 롤러 홀더(9) 내에 회전 가능하게 채택된 각각의 홀더(9)와 짝결합한다. 캠 디스크(5)의 각각의 캠 로브 부분은 캠 로브 부분과 엔진 실린더 사이에 일대일 대응이 이루어지도록 일정 실린더 수의 엔진 실린더와 결합된다. 캠 디스크(5)는 엔진 부하 및 속도에 상관없이 캠 연결을 영구적으로 지속시키도록 압축 코일 스프링과 같은 복원 스프링(도면 번호를 달지 않음)을 거쳐서 축방향 좌측 방향(도2 참조)으로 편의된다. 따라서, 캠 디스크(5)의 회전 운동은 캠 기구[즉, 캠 디스크(5) 및 롤러 홀더(9)]에 의해 펌프 플런저(6)의 왕복 운동으로 변화된다. 롤러 홀더(9)는 링크 기구(8a)를 거쳐 연료 분사 시기 제어 피스톤으로서의 역할을 하는 타이머 피스톤(8)에 기계적으로 연동된다. 도2로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 롤러 홀더(9)의 축방향 위치[즉, 캠 디스크(5)의 축방향 위치]는 타이머 피스톤(8)의 축방향 위치에 따라 결정된다. 보다 정확하게는, 타이머 피스톤(8)이 도2에 도시된 축방향 위치로부터 축방향 좌측으로[저압실(23) 쪽으로] 이동하면 봉형 링크 기구(8a) 또한 좌측으로 이동하는데, 이는 링크 기구(8a)의 일 단부(하단부)가 타이머 피스톤(8)의 사실상 중심에 확고하게 연결되고 링크 기구(8a)의 타 단부가 롤러 홀더(9)에 연결되기 때문이다. 역으로, 타이머 피스톤(8)이 도2에 도시된 축방향 위치로부터 축방향 우측으로[고압실(21) 쪽으로] 이동하면 봉형 링크 기구(8a) 또한 우측으로 이동하며, 그 결과 캠 기구[롤러 홀더(9) 및 캠 디스크(5)]가 축방향 우측 방향으로 약간 변위되거나 또는 재배치된다. 전술한 배치에 의해서 캠 디스크(5)의 캠 로브들 중 하나가 롤러 홀더(9)의 특정 롤러를 통과할 때마다 펌프 플런저(6)가 축방향으로 한번 이동한다. 즉, 펌프 플런저(6)가 구동축(2)과 함께 회전되면 플런저(6)는 플런저(6)가 1회전 할 때마다 캠 로브의 수만큼의 횟수를 축방향으로 왕복한다.
플런저(6)의 축방향 좌측 운동에 의한 흡입 행정 중에 펌프실(4) 내의 연료는 실린더(7)의 입구 포트(10), 및 플런저(6)의 우측 단부에 형성된 연료 흡입 홈(11)을 통해 플런저(6)의 최우측 단부면과 대면한 펌프실(12) 내로 공급된다. 이와는 반대로, 플런저(6)의 축방향 우측 운동에 의한 배출 행정 중에(또는 가압 행정 중에) 펌프실(12) 내의 연료는 가압되며, 이와 동시에 가압된 연료는 플런저(6) 내에 축방향으로 형성되고 펌프실(12)과 상호 연통하는 (번호를 붙이지 않은) 보어와 이후에 상세하게 설명할 절결 포트(18)를 통해, 플런저(6) 내에 형성된 분배 홈(13)을 거쳐서 실린더(6) 내에 형성된 복수의 배출 포트(14)들 중 하나로 공급된다. 그 다음, 가압된 연료는 일방향 첵 밸브와 같은 배출구 밸브(15)를 통해 (번호를 붙이지 않은) 고압 도관을 거쳐서 고압 하에 있는 연료 분사 노즐(16)(연료 분사기)로 송출된다. 간략한 도시를 위해 복수의 분사기들 중 하나만이 도시되어 있다. 실제로, 개개의 연료 분사기(16)가 각 엔진 실린더에 사용된다. 연료 분사기(16)는 스프링 장전식 분사기 니들 밸브 또는 핀틀(pintle)이 중공 원추형 연료 분무를 제어하는 핀틀 노즐을 갖는 통상적인 디젤 연료 분사기이다. 전술한 바와 같이, 구동축(2)에 대한 롤러 홀더(9)의 축방향 위치는 타이머 피스톤(8)의 축방향 위치를 조절함으로써 변화 가능하다. 롤러 홀더(9)의 축방향 위치의 변화는 구동축(2)과 펌프 플런저(6) 간의 약간의 축방향 상대 변위를 초래한다. 구동축(2)에 대한 플런저(6)의 약간의 축방향 변위는 플런저(6)의 분배 홈(13)과 실린더(7)의 각각의 배출 포트(14) 간의 일치 시기의 변화를 발생시킨다. 다시 말해서, 롤러 홀더(9)의 축방향 위치의 변화는 연료 분사 시기의 변화(정확하게는, 연료 분사 개시 시기의 변화)를 유발시킨다. 상술한 바와 같이, 연료 분사 시기(연료 분사의 개시 시기)는 타이머 피스톤(8)의 축방향 위치를 적절하게 조절함으로써 제어될 수 있다. 또한, 제어 슬리브(17)가 실린더(7)의 최내측 단부 근방에 제공됨으로써, 제어 슬리브(17)가 실린더(7)의 최내측 단부로부터 돌출한 플런저(6)의 일부 상에 활주 가능하게 끼워 맞추어지며, 절결 포트(18)가 제어 슬리브(17)의 내주면으로부터 이동됨으로써 펌프실(4)로 노출될 때 펌프실(12) 내의 연료가 절결 포트(18)를 통해 누출되어 펌프실(4)로 복귀된다. 그러한 연료 누출은 펌핑실(12) 내의 연료의 압력을 급속하게 강하되게 하며 그 결과 분배 홈(13)[또는 배출 포트(14)] 내의 압력이 급속하게 강화되어 배출구 밸브(15)의 설정 압력보다 작아진다. 결과적으로, 배출구 밸브(15)(일방향 첵 밸브)는 폐쇄된다. 밸브(15)가 폐쇄되면 연료 분사기(16) 내의 압력이 강하되며 분사기 니들 밸브 복원 스프링(도시되지 않음)은 분사기 니들 밸브를 계속해서 폐쇄된 상태로 있게 하며 분사기 노즐로부터의 임의의 연료 누출을 방지한다. 이러한 방식으로 일련의 연료 분사 작동이 종료된다. 일반적으로, 제어 슬리브(17)의 위치는 전자 조절기(도시되지 않음)에 의해 조절된다. 연료 분사의 종료 시기(바꿔 말하면, 연료 분사량)는 전술된 전자 조절기(electronic governor)를 통해 제어 슬리브(17)의 위치를 조절함으로써 제어 가능하다. 또한, 연료 차단 밸브 유닛(19)이 마련되어, 연료 차단 밸브 유닛(19)의 포핏형 밸브(poppet-like valve)에 의해 흡입 포트(10)를 차단함으로써 펌핑실(12)로의 연료 공급을 정지시키도록 한다.
이하 타이머 피스톤(8)의 축방향 위치의 조절을 상세히 설명하기로 한다.
도2에서 알 수 있는 바와 같이, 펌프 유닛(1)의 펌프 케이싱은 타이머 피스톤(8)을 활주 가능하게 둘러싸는 타이머 피스톤 챔버(8b)를 내부에서 한정한다. 타이머 피스톤 챔버(8b)의 좌측 부분은 타이머 피스톤(8)의 좌측 단부면과 협동하여 저압실(23)을 한정하는 반면에, 타이머 피스톤 챔버(8b)의 우측 부분은 타이머 피스톤(8)의 우측 단부면과 협동하여 고압실(21)을 한정한다. 고압실(21)은 연료 통로(20)를 통해 펌프 챔버(4)[공급 펌프(3)의 토출측]과 연통하며, 연료 통로(20)의 개구 크기는 적당한 오리피스 압박을 제공하기 위하여 비교적 작다. 타이머 피스톤(8)의 좌측 단부는 연료 통로(22)를 통해 공급 펌프(3)의 흡입측과 연통하는 저압실(23)과 대면한다. 코일형 압축 스프링 등의 복원 스프링(24)은 타이머 피스톤(8)을 고압실(21)의 방향으로, 즉 (도2에서 볼 때) 축방향에서 우측 방향으로, 영구적으로 편의시키도록 저압실(21) 내에 작동 가능하게 배치된다. 도2에서, 도면 부호 25-1 및 25-2는 제1 유체 연통 통로 및 제2 유체 연통 통로를 각각 나타낸다. 제1 연통 통로(25-1)의 일단부는 고압실(21)과 연통하며, 제2 연통 통로(25-2)의 일단부는 저압실(23)과 연통한다. 전자기 밸브(26)(정확하게는, 전자기 솔레노이드 밸브)는 제1 및 제2 연통 통로(25-1, 25-2)들 사이에 유동 가능하게 배치되어, 제1 연통 통로(25-1)의 타단부와 제2 연통 통로(25-2)의 타단부 사이의 유체 연통은 전자기 밸브(26)에 의해 제어된다. 전자기 솔레노이드 밸브(26)의 개폐는 일반적으로 마이크로 컴퓨터를 포함하는 콘트롤 유닛(28)으로부터 발생된 듀티 사이클 신호(또는 펄스-폭 시간 신호 또는 "PWM" 신호로 종종 호칭되는 펄스-폭 변조 전압 신호)에 응답하여 제어 또는 조절된다. 구체적으로는, 전자기 솔레노이드 밸브(26)의 감소된 듀티 사이클(또는 감소된 솔레노이드 온 시간 또는 감소된 솔레노이드 밸브 개방 시간)에 의해, 고압실(21)로부터 저압실(23)로의 연료 누설량은 감소되며, 결과적으로 고압실(21) 내의 연료 압력은 저압실(23)에 대하여 비교적 높은 압력 레벨로 상승한다. 고압실(21)의 상대적 압력 상승은 타이머 피스톤(8)을 스프링(24)의 편의력에 대항하여 저압실 방향으로(좌측 방향으로) 가압한다. 전술된 바와 같이, 타이머 피스톤(8)의 축방향으로 좌측 방향 이동은 캠 기구[2개의 부재(5, 9)]의 축방향으로의 좌측 방향 이동을 야기하며, 결과적으로 연료 분사 시기가 지연된다. 역으로, 솔레노이드 밸브(26)의 듀티 사이클이 증가된 때, 고압실(21)로부터 저압실(23)로의 연료 누설은 증가된다. 따라서, 고압실(21) 내의 연료 압력은 저압실(23) 내의 유체 압력과 실질적으로 동일한 비교적 낮은 압력 레벨로 강하한다. 고압실(21)의 압력 강하로 인하여, 타이머 피스톤(8)은 스프링(24)의 편의력에 의하여 고압실(21)을 향해(우측으로) 이동된다. 타이머 피스톤(8)의 축방향으로 우측 방향 이동은 캠 기구[2개의 부재(5, 9)]의 축방향으로 우측 방향 이동을 야기하며, 결과적으로 연료 분사 시기가 진행한다. 연료 분사 시기 제어에 필요한 입력 정보 신호 데이타로서, 콘트롤 유닛(28)의 입력 인터페이스는 차량의 여러 센서, 즉 회전 속도 센서(29), 가속 페달 센서(30) 및 니들 밸브 리프트 센서(31)로부터 신호를 수신한다. 도시된 실시예에서, 전자기 펄스 픽업형 속도 센서가 회전 속도 센서(29)로서 사용된다. 도2에서 알 수 있는 바와 같이, 펄스 픽업형 속도 센서(29)는 연료 분사 펌프 유닛(1)의 구동축(2)에 고정되어 구동축(2)과 함께 회전하도록 된 링-기어형 치형성(ring-gear like toothed) 신호 디스크판(29b)[회전자 디스크(rotor disc)]과, 펌프 케이싱 상에 장착되어 철심에 통상적으로 권취된 픽업 코일(29a)[고정자(stator)]로 구성된다. 치형성 신호 디스크판이 구동축(2)과 회전함에 따라, 디스크판(29b)의 치는 전자석인 픽업 코일(29a)의 중심과 직접 정렬하는 지점에 접근한다. 이러한 것이 일어날 때, 픽업 코일(29a)과 치형성 신호 디스크판(29b) 사이에 작은 공기 간극이 존재한다. 픽업 코일 및 철심 모두에서 자기장을 생성하기 위하여 픽업 코일(29a)을 통해 전력이 연속적으로 흐른다. 회전하는 디스크판(29b)의 각각의 치가 픽업 코일(29a)에 접근함에 따라, 증가된 자기장 세기에 의해 자기 회로의 자기 저항이 신속하게 감소한다. 증가된 자기장 세기는 픽업 코일에서 전압을 유도한다. 치가 픽업 코일 철심으로부터 멀리 이동할 때, 자기 회로의 자기 저항은 신속하게 증가하지만 자기장 세기는 감소한다. 이 결과, 자기장 세기를 변화시키는 것은 픽업 코일 권선에서 펄스 전압(음전압이 뒤따르는 양전압)을 유도한다. 펄스 픽업형 속도 센서(29)로부터 발생된 펄스 전압 신호는 전자 콘트롤 유닛(28)의 입력 인터페이스 회로로 보내진다. 콘트롤 유닛(28)은 전압 펄스 신호로부터 크랭크축 각도 위치(또는 크랭크 각도)를 검출하고, 또한 소정 시간 주기 동안 펄스 신호의 주파수 또는 펄스 개수로부터 (연료 분사 펌프의 속도에 대응하는) 엔진 속도(Ne)를 검출한다. 가속 페달 센서(30)는 엔진 부하(Q)와 동등한 값으로서 (드로틀 개도로서 여겨지는) 가속 페달의 개도를 검출하기 위해 마련된다. 니들 밸브 리프트 센서(31)는 연료 인젝터(16)의 니들 밸브 또는 연료 계량 핀틀 밸브의 실제 리프트(Lifts)를 검출하여서 인젝터의 실제 연료 분사 시기를 검출하기 위하여 마련된다. 콘트롤 유닛(28)은 회전 속도 센서(29)로부터의 엔진 속도 표시 신호(Ne), 가속 페달 센서(30)로부터의 엔진 부하 표시 신호(Q) 및 니들 밸브 리프트 센서(31)로부터의 실제 연료 분사 시기 표시 신호를 기초로 하여 기본 듀티 사이클 값(DTCVP)을 연산한다. 일반적으로 기본 듀티 사이클 값(DTCVP)의 연산은 콘트롤 유닛(28)의 마이크로컴퓨터에 내장된 중앙 처리 유닛(CPU)에 의해 수행된다. 이하 연산 루틴을 도3에 도시된 흐름도를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
스텝 S1에서, 먼저, 엔진 속도 지시 신호(Ne; 연료 분사 펌프 속도에 대응) 및 엔진 부하 지시 신호(Q; 가속 개구에 대응)를 판독하고, 두번째로, 목표 연료 분사 시기(간단히, 목표 IT)는, 두개의 입력 정보 신호값(Ne, Q)에 근거하여, 컴퓨터 메모리(예를 들어, ROM)에 저장된 예정된 데이타 맵으로부터 설정되거나 보상된다. 스텝 S2에서, 실 연료 분사 시기(간단히, 실제 IT)는, 크랭크 값[또는 펄스 픽업식 속도 센서(29)로부터 발생된 펄스 신호로부터 유도된 크랭크축 각도 위치]와 니들 밸브리프트 센서(31)로부터의 리프트 값 지시 신호에 근거하여, 니들 밸브의 리프팅 작동(또는 개방 작동)의 개시 시기에서 크랭크 각도(또는 크랭크축 각도 위치)로서 검출된다. 스텝 S3에서, 실 연료 분사 시기와 목표 연료 분사 시기 사이의 차[ΔIT(= 실 IT - 목표 IT)]는 계산된다. 스텝 S4에서, 기본 듀티 사이클 값(DTCVP)은 한 사이클 전에 도5에 도시된 연산 루트를 통해 연산되고 컴퓨터 메모리(예를 들어, RAM)의 소정 메모리 어드레스에 일시적으로 저장된 최종 듀티 사이클 값(DTCV)에 의해 갱신된다. 스텝 S5에서, 스텝 S3을 통해 얻어진 차(ΔIT)의 부호가 양(ΔIT 〉0)인지 음(ΔIT〈 0)인지 여부를 검사한다. 스텝 S5에서의 답이 음일 때, 즉 ΔIT〈 0인 경우에, 콘트롤 유닛은 연료 분사 시기 진행이 요구되는 것을 판정하고 스텝 S6으로 이어진다. 스텝 S6에서, 전자식 솔레노이드 밸브(26)의 기본 듀티 사이클 값(DTCVP)이 하기 식에 따르는 값[PI(ΔIT)]에 의해 증가 혹은 증분된다,
DTCVP = DTCVP + PI(ΔIT),
여기서, 차(또는 편차)(ΔIT)의 함수로서 나타난 PI(ΔIT)는 비례 및 적분 제어를 위한 변수이며, 목표 연료 분사 시기로부터 편차(ΔIT)에 직접 비례하여 설정된 비례 제어 작동부와 편차(ΔIT)의 신호가 양인지 또는 음인지 여부에 근거된 약간의 적분 제어 작동부를 포함한다.
스텝 S5의 답이 양일 때, 즉 ΔIT 〉0인 경우에, 콘트롤 유닛은 연료 분사 시기 지연이 요구되는 것을 판정하고 이후에 스텝 S7로 이어진다. 스텝 S7에서, 전자식 솔레노이드 밸브(26)의 기본 듀티 사이클 값(DTCVP)은 하기 식에 따르는 값[PI(ΔIT)]에 의해 감소 또는 감분된다,
DTCVP = DTCVP - PI(ΔIT)
여기서, PI(ΔIT)는 비례 및 적분 제어의 편차(ΔIT)에 따른 변수이다.
이와는 달리, 편차(ΔIT)가 일반적으로 영일 때, 즉 ΔIT ≒ 0인 경우에, 기본 듀티 사이클 값(DTCVP)은 현재 설정으로 유지되고, 현재의 루틴을 종료한다.
상술된 바와 같이, 기본 듀티 사이클 값(DTCVP)은 피드백 센서 입력(Ne, Q, Lifts)에 근거하여 판정되고, 이 후에 소정 피드백 제어는 실 연료 분사 시기(실 IT)가 목표 연료 분사 시기(목표 IT)로 조정되도록 이들 센서 입력에 근거하는 콘트롤 유닛(28)에 의해 실행된다. 도4 및 도5에 도시된 흐름도를 참조하여 이하 충분히 논의될 바와 같이, 본 발명의 시스템에서, 기본 듀티 사이클 값(DTCVP)은 피드백 센서 입력(Ne, Q, Lifts)에 근거하여 이미 인식된 피드백 동안 도3의 루틴을 통해 연산되는 반면에 듀티 사이클 하한치(DTCVMIN)(도4 또는 도6에 도시된 연산 과정 참조)와, 최종 듀티 사이클 값(DTCV)(도5의 스텝 S35 참조)과, 목표 연료 분사 시기로부터의 편차(ΔIT)를 고려한다. 연료 분사 시기에 적합한 이미 인식된 피드백 제어는 종종 폐루프 분사 시기 제어로 칭해진다. 이와 반대로, 연료 분사 시기 제어 시스템이 폐루프 모드에 있지 않은 조건은 이 후에 "개방 루프 분사 시기 제어 모드"로서 언급될 것이다. 유사하게, "ISC 제어"로 종종 요약되는 공회전 속도 피드백 제어는 "폐루프 ISC 제어"로 이하 언급될 것이다. 엔진이 공회전 중일 때, 즉 엔진 공회전의 작동 조건하에서, 연료 분사량은 폐루프 ISC 제어에 의한 전자 통제기에 의해 보통 조정되어, 엔진 속도(Ne)는 소정 공회전 속도로 조정된다. 예를 들어, 폐루프 ISC 제어는 엔진이 공회전하고 차속이 8 km/h와 같은 소정 하한 임계치보다 작거나 또는 자동 트랜스미션의 중립 스위치가 켜지는 특정 조건하에서 일반적으로 개시된다. 따라서, 적어도 엔진 공회전의 작동 조건은 폐루프 ISC 제어의 개시에 필요하다. 폐루프 ISC 제어에 적합한 이미 인식된 소정 공회전 속도는 미리 프로그램화된 데이타 맴의 형태로 컴퓨터 메모리에 일반적으로 저장된다. 예를 들어, 데이타 맴은 엔진 속도(RPM)와 엔진 온도(냉매 온도) 사이의 특정 관계를 규정하도록 미리 프로그램화될 수 있다. 다른 한편으로, 공회전 속도 제어 시스템이 폐루프 ISC 제어 모드로 아직 유입하지 않는 조건은 이하 "개방 루프 ISC 모드"로 칭하기로 한다.
이제, 도4를 참조하면, "DTCVMIN"으로 표시되고 전자식 솔레노이드 밸브(26)용 듀티 사이클 제어용으로 사용된 한계치로 적합한 연산 과정이 도시된다. 도시된 실시예에서, 하한 듀티 사이클 제한만이 설명을 간단히 하기 위해 한계치로서 실제 도시된다. 도4에 도시된 경로에 유사한 방식으로 상한값(상한 듀티 사이클 제한)을 설정하는 것이 가능하다는 것을 인식할 것이다.
스텝 S11에서, 엔진이 실행되는지 여부를 검사한다. 엔진 작동 동안, 스텝 S12가 진행한다. 스텝 S12에서, 분사 시기 제어 시스템이 폐루프 분사 시기 제어 모드 또는 개방 루프 분사 시기 제어 모드에서 작동되는지 여부를 검사한다. 분사 시기 제어 시스템이 폐루프 모드로 배치될 때, 스텝 S13이 진행한다. 스텝 S13에서, 공회전 속도 제어 시스템이 폐루프 ISC 제어 모드 또는 개방 루프 ISC 제어 모드에서 작동되는지 여부를 판정하도록 검사한다. ISC 제어 시스템이 폐루프 모드로 배치될 때, 스텝 S14가 진행한다. 스텝 S14에서, 도3의 경로를 통해 얻어진 기본 듀티 사이클 값(DTCVP)이 판독된다. 이와는 반대로, 엔진이 작동 중이 아닌 경우이거나 분사 시기 제어 시스템이 개방 루프에 있는 경우 또는 ISC 제어 시스템이 개방 루프에 있는 경우에는, 과정은 스텝 17로 이어진다. 스텝 S17에서, 타이머(TM)는 그 내용이 소거되고, 따라서 타이머(TM)의 계수치는 "0"(TM = 0)으로 리셋된다. 이후, 스텝 S22가 이어진다. 스텝 S22에서, 한계치(듀티 사이클 하한치 DTCVMIN)는 소거되고(DTCVMIN = 0), 따라서 듀티 사이클 값의 제한 공정은 방지된다. 도4에 도시된 절차(routine)의 일 사이클은 스텝 S22를 경유하여 종료한다.
소위 엔진 작동 중에, 밀폐 루프 분사 시기 제어 중에, 그리고 밀폐 루프 ISC 제어 중에 필요한 이들 조건은 동시에 만족되고, 스텝 S14로 절차가 진행된다. 이어서, 스텝 S15로 이어진다. 스텝 S15에서, 기본 듀티 사이클 값(DTCVP)이 소정의 기준 한계치(LIM)보다 큰 지의 여부를 결정하도록 기본 듀티 사이클 값(스텝 S14에서 판독된 DTCVP)은 소정의 기준 한계치(LIM; 30%와 같은 소정의 듀티 사이클 값의 기준)와 비교된다. 기본 듀티 사이클 값(DTCVP)이 소정의 기준 한계치(LIM)보다 크거나 또는 동일할 때, 즉 DTCVP ≥ LIM인 경우에, 절차는 스텝 S15로부터 타이머(TM)가 소거되는 스텝 S17로 진행하고, 이어서 한계치(DTCVMIN)가 영으로 소거되는 스텝 S22로 진행한다. 한편, 기본 듀티 사이클 값(DTCVP)이 소정의 기준 한계치(LIM)보다 작은 때, 즉 DTCVP 〈 LIM인 경우에, 절차는 스텝 S15오부터 스텝 S16으로 진행한다. DTCVP 〈 LIM인 조건은 솔레노이드 밸브(26)의 듀티 사이클이 소정의 또는 현재의 듀티 사이클 하한치(LIM) 아래의 하부 불감대 영역(dead-zone)으로 돌입함을 의미한다. 이러한 방법으로, 듀티 사이클이 하부 불감대 영역으로의 돌입이 DTCVP 〈 LIM인 조건에 의해 검출될 때, 타이머(TM)는 스텝 S16을 통해 "1" 만큼씩 증가된다(TM = TM + 1). 이어서, 스텝 S18이 발생된다. 스텝 S18에서, 타이머(TM)의 현재 계수치는 소정의 값(TM1)과 비교된다. 타이머(TM)의 계수치가 소정의 값(TM1)보다 작은 때, 즉 TM 〈 TM1인 경우에, 상기 절차는 스텝 S18로부터 스텝 S22로 진행한다. 타이머(TM)의 계수치가 소정의 값(TM1)보다 큰 때, 즉 소정의 시간 간격(TM1)이 듀티 사이클의 하부 불감대 영역으로의 돌입 후 경과된 때, 스텝 S19로 돌입한다. 스텝 S19에서, 하한치(DTCVMIN)는 소정의 듀티비(ΔD), 즉 1%의 단위 듀티비만큼 증가된다(DTCVMIN = DTCVMIN + ΔD). 이어서, 도4의 연산의 매 사이클마다 점진적으로 증가하는 한계치(DTCVMIN)가 소정의 기준 한계치(LIM)에 도달하는 지를 계산하기 위해 스텝 S19에서 계산된 하한치(DTCVMIN)가 30%와 같은 소정의 기준 한계치(LIM)와 비교되고 스텝 S20이 발생된다. 계산된 한계치(DTCVMIN)는 소정의 기준 한계치(LIM)에 도달하여 이를 초과할(DTCVMIN 〉 LIM) 때, 스텝 S21이 발생된다. 스텝 S21에서, 하한치(DTCVMIN)는 소정의 기준 한계치(LIM)로 설정된다. 스텝 S20에 대한 대답이 부정("NO")일 때, 즉 DTCVMIN ≤ LIM인 경우에, 상기 절차는 스텝 S21을 건너뛰고, 따라서 이 루틴은 종료된다.
도5에 의하면, 전자기 솔레노이드 밸브(26)의 최종 듀티 사이클 값(DTCV)을 연산하기 위한 루틴이 도시되어 있다.
스텝 S31에서, 도3에 도시된 스텝 S6 또는 스텝 S7 중의 하나를 통해 얻어진 기본 듀티 사이클 값(DTCVP)과, 도4에 도시된 스텝 S21 또는 스텝 S22 중의 하나를 통해 얻어진 한계치(DTCVMIN)가 판독된다. 스텝 S32에서, 기본 듀티 사이클 값(DTCVP)이 한계치(DTCVMIN)보다 큰 지를 결정하기 위해 기본 듀티 사이클 값(DTCVP)은 한계치(DTCVMIN)와 비교된다. 기본 듀티 사이클 값(DTCVP)이 하한치(DTCVMIN) 이상인 때, 즉 DTCVP ≥ LIM인 경우에, 스텝 S33으로 돌입한다. 스텝 S33에서, 최종 듀티 사이클 값(DTCV)은 기본 듀티 사이클 값(DTCVP; DTCV = DTCVP)으로 설정된다. 반대로, 기본 듀티 사이클 값(DTCVP)이 하한치(DTCVMIN)보다 작은 때에는 스텝 S34가 발생된다. 스텝 S34에서, 최종 듀티 사이클 값(DTCV)은 하한치(DTCVMIN; DTCV = DTCVMIN)로 설정된다. 스텝 S32로부터 스텝 S33 또는 스텝 S34 중의 하나로의 흐름에서 알 수 있는 바와 같이, 최종 듀티 사이클 값(DTCV)은 기본 듀티 사이클 값(DTCVP)과 하한치(DTCVMIN) 중의 하나보다 더 크게 설정되며, 이는 소위 하이-선택(select-HIGH) 공정으로 불린다. 이러한 방법으로, 듀티 사이클 제한 처리는 본 실시예의 시스템에 의해 수행된다. 최종적으로, 스텝 S35에서, 최종 듀티 사이클 값(DTCV)의 제어된 듀티 사이클 신호는 압력차에 의해 작동되는 타이머 피스톤(8)의 축방향 활주 이동에 필요한 제어된 압력차를 발생시키는 솔레노이드 밸브(26)로 출력된다.
도7에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 시스템에 의해 수행되는 연료 분사 시기 제어에 의하면, 목표 분사 시기(목표치 IT)가 차량의 감속에 의해 아주 지연된 시기로 설정될 때, 듀티 사이클 제한 처리는 타이머(TM)의 계수치가 특정 조건, 즉 엔진의 작동 중에, 밀폐 루프 분사 시기 제어 중에, 또한 밀폐 루프 공회전 속도 제어 중에 소정의 경과 시간 TM1에 도달할 때(도7의 "지연 시간"에 의해 한정된 시간 길이 참조)까지 하한치(DTCVMIN; 듀티 사이클 하한치)가 30%와 같은 소정의 기준 한계치(LIM)로 설정되지 않으므로 소정의 시간(TM1) 동안 방지된다. 이로부터 알 수 있는 바와 같이, 듀티 사이클 제한 제한 공정의 방지 기간 동안 상기 시스템은 듀티 사이클 값(DTCV)이 불감대 영역으로의 돌입을 가능하게 하고, 따라서 차량의 감속 개시와 함께 실제 분사 시기의 신속한 하강을 가능하게 한다. 다시 말하면, 상기 시스템은 실제 분사 시기가 아주 신속하게(도7의 영역 A 참조) 발생하는 것을 가능하게 한다. 이후, 소정의 시간(TM1)이 경과한 후, 듀티 사이클 제한 처리가 허가되어 개시된다. 감속 중에, 듀티 사이클 제한 처리가 개시된 직후에, 하한치(DTCVMIN; 듀티 사이클 하한치)는 30%와 같은 소정의 기준 한계치(LIM)로 설정되고, 따라서 듀티 사이클의 하한치(DTCV)는 감속 기간의 후반부에서 소정의 하한치(DTCVMIN = 기준 한계치 LIM)로 제한된다. 실제적으로, 솔레노이드 밸브(26)의 최종 듀티 사이클 값(DTCV)은 하이 선택 공정에 의해 도4의 루틴을 통해 계산된 듀티 사이클 한계치(DTCVMIN)와 도3의 루틴을 통해 계산된 기본 듀티 사이클 값(DTCVP) 중에서 높은 값으로 설정된다. 이후, 엔진/차량 작동 상태가 감속에서 가속으로 바뀌면, 연료 분사 시기 진행은 소정 기준 한계치(LIM) 또는 그 이상으로 설정된 듀티 사이클(DTCV)에 의해 신속하게 달성된다. 이상에서 전술된 바와 같이, 듀티 사이클 제한 처리 또는 select-HIGH 공정에 의해 소정 기준 한계치(LIM) 또는 그 이상으로 제한된 듀티 사이클은 감속에서 가속으로의 변환 시에 대기 듀티 사이클의 역할을 한다. 본 발명의 시스템에 따르면 시기 선행 및 시기 지체의 추종 수행이 개선되었다. 이하 본 발명에 따른 시스템의 기본적인 개념을 도1에 도시된 블록도를 참조하여 간단하게 기술하기로 한다.
도1에 도시된 바와 같이, 예를 들어 소정 연료 분사 시기 제어를 위해 타이머 피스톤의 일 단부를 면하도록 형성된 고압실과 타이머 피스톤의 타 단부를 면하도록 형성된 저압실을 상호 연통하는 연통 통로 내에 설치된 전자기 솔레노이드 밸브를 듀티 사이클 제어함으로써 타이머 피스톤의 축방향 위치가 통제 및 조절되는 연료 분사 펌프의 디젤 엔지 연료 분사 시기 제어 시스템에서, 시스템은 엔진 작동 상태에 따라 목표 분사 시기를 설정하기 위한 목표 분사 시기 설정 회로와, 연료 분사기의 실제 분사 시기를 검출하기 위한 실제 분사 시기 검출 회로와, 목표 분사 시기와 실제 분사 시기를 비교함으로써 전자기 솔레노이드 밸브의 듀티 사이클(DTCVP)을 설정하기 위한 듀티 사이클 설정 회로(또는 듀티 사이클 설정 수단)와, 듀티 사이클 값(DTCVP)과 소정 기준 한계치(LIM)를 비교함으로써 듀티 사이클이 소정 불감대 영역(도시된 실시예는 소정 불감대 영역이 하부 불감대 영역인 구체적인 경우에 대해서 논의하고 있다)으로 돌입한 것을 검출하기 위한 불감대 영역 돌입 검출 회로와, 듀티 사이클의 소정 불감대 영역으로의 돌입이 불감대 영역 돌입 검출 회로에 의해 검출된 시점으로부터 소정 지연 시간[소정 시간(TM1)에 해당]후에 듀티 사이클 제한 처리 허가 신호를 발생시키기 위한 듀티 사이클 제한 허가 회로를 포함하며, 듀티 사이클을 소정 듀티 사이클 값으로 제한하기 위해 듀티 사이클 제한 처리 회로는 듀티 사이클 제한 허가 회로로부터의 듀티 사이클 제한 처리 허가 신호에 반응하여 듀티 사이클이 소정 불감대 영역으로부터 벗어나게 된다. 그리고 나서, 듀티 사이클 제한 처리 회로에 의한 최종 듀티 사이클(DTCVP)은 압력차 작동되는 타이머 피스톤(8)과 연관된 전자기 솔레노이드 밸브(26)로 출력된다. 전술된 목표 분사 시기 설정 회로는 도3에 도시된 스텝 S1과 대체로 대응한다. 실제 분사 시기 검출 회로는 도3의 스텝 S3과 대체로 대응한다. 또한 듀티 사이클 설정 회로는 도3의 스텝 S3 내지 S7에 대체로 대응한다. 불감대 영역 돌입 검출 회로는 대체로 도4의 스텝 S15에 해당한다. 듀티 사이클 제한 허가 회로는 도4의 스텝 S16과 S18에 대체로 해당한다. 듀티 사이클 제한 처리 회로는 도4 및 도6의 스텝 S19 내지 S21과, 도5의 스텝 S32와 S34에 해당한다.
이하 도6을 참조하면, 듀티 사이클 하한치("DTCVMIN")를 계산하기 위한 콘트롤 유닛(28) 내장된 마이크로컴퓨터의 프로세서(CPU)에 의해 수행될 수 있는 변형된 연산 과정을 도시하고 있다. 또한 도6에 도시된 변형된 연산 과정은 매 소정 시간 간격마다 조절될 수 있는 시간 조절 차단 루틴으로 수행된다. 도6의 변형된 연산 과정은 스텝 S15'가 스텝 S15와 S16 사이에 삽입되는 것을 제외하고는 도4의 연산 과정과 유사하다. 그러므로, 2개의 상이한 차단 루틴의 비교를 위해, 도4에 도시된 루틴에서의 스텝을 표시하기 위한 스텝 번호가 도6에 도시된 변형된 연산 과정에서 사용되는 해당 스텝 번호에 동일하게 적용되었다. 스텝 S15'는 도6의 흐름을 참조로 하여 이후에 상세히 설명하기로 한다.
도6의 스텝 S15의 비교 결과가 기본 듀티 사이클 값(DTCVP)이 30 ％ 정도로 소정 기준 한계치(LIM)보다 작다고 할 때, 즉 DTCVP ＜ LIM인 경우에, 스텝 S15'가 발생한다. 스텝 S15에서, 실제 분사 시기가 목표 분사 시기와 대체로 동일한지를 측정하는 검사가 수행된다. 스텝 S15'에 대한 답이 부정(NO)인 경우에는, 스텝 S17로 돌입하여서 타이머(TM)를 소거한다(TM=0). 그리고 나서, 스텝 S22로 이어져 한계치(DTCVMIN)가 소거된다(DTCVP=0; 듀티 사이클 제한 처리의 금지). 그런 다음, 스텝 S15'에 대한 답이 긍정(YES), 즉 실 IT≒ 목표 IT인 경우에, 타이머(TM)의 "계수" 값을 "1"씩 증가시키는 스텝 16이 진행된다. 이상에서 이해할 수 있는 바와 같이, 스텝 S15의 조건[기준 한계치(LIM)에 의해 형성된 소정 하부 불감대 영역으로의 듀티 사이클의 돌입의 검출]을 만족시킨 후에 스텝 S15'의 조건(실 IT ≒ 목표 IT)도 만족시키는 경우에만, 타이머(TM)가 계수하기 시작한다. 달리 말하자면, 시스템은 실제 점화 시기가 폐-루프 점화 시기 제어 중의 목표 점화 시기와 대체로 동일하게 된 후 소정 지연 시간 또는 소정 시간(TM1)이 타이머(TM)의 계수 시작 시점으로부터 경과될 때까지 듀티 사이클 제한 처리를 절대 허가하지 않는다. 도6에서는, 더욱 단순화된 한계치(DTCVMIN)의 연산 과정으로서, 스텝 16 내지 스텝 18이 생략되었다. 이 경우에는, 듀티 사이클의 불감대 영역으로의 돌입이 검출된 후에 스텝 S15'에 정의된 조건이 만족되자마자, 시스템은 듀티 사이클 제한 처리를 허가하게 된다.
이상은 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 설명이나, 본 발명이 본 명세서에 도시되고 설명된 특정 실시예에만 한정되지 않고, 첨부된 특허 청구의 범위에 한정된 본 발명의 범주 또는 정신을 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형 및 수정을 가할 수 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 발명에 따르면, 최대 듀티 사이클보다 더 큰 상부 불감대 영역과 최하 듀티 사이클 보다 더 낮은 불감대 영역, 특히 하부 불감대 영역 안으로의 제어된 듀티 사이클 값의 돌입을 허가하거나 억제할 수 있는 디젤 엔진용 듀티-사이클 제어식 연료 분사 펌프의 연료 분사 시기 제어 장치를 제공할 수 있다.

Claims (14)

  1. 디젤 연료 분사 펌프용 연료 분사 시기 제어 시스템에 있어서,
    타이머 피스톤(8)의 축방향 운동을 통해 펌프 플런저(6)의 설정 위치를 변경시키도록 펌프 플런저(6)에 기계적으로 연결된 타이머 피스톤(8)과,
    전자기 솔레노이드 밸브(26)의 듀티 사이클(DTCV)에 반응하여 상기 타이머 피스톤(8)의 축방향 위치를 변화시켜서 상기 펌프 플런저(6)의 설정 위치를 변경시키고, 이러한 펌프 플런저의 설정 위치의 변경에 의해 디젤 연료 분사 펌프(1)로부터 디젤 연료 분사기(16)에 공급되는 연료의 분사 시기를 조절하기 위해 상기 타이머 피스톤(8)과 결합되어 있는 듀티 사이클 제어 전자기 솔레노이드 밸브(26)와,
    상기 전자기 솔레노이드 밸브(26)의 상기 듀티 사이클이 소정 시간 동안에 소정 불감대 영역 내로 돌입하는 것을 일시적으로 허가하여 실 연료 분사 시기가 엔진 작동 조건에 기초하여 목표 연료 분사 시기로 조정되도록 하고, 연료 분사 시기 폐루프 제어 모드 중에 상기 소정 시간이 경과하였을 때 상기 듀티 사이클이 소정 한계치로 제한되도록 하기 위한 콘트롤 유닛(28)을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시기 제어 시스템.
  2. 디젤 연료 분사 펌프(1)로부터 디젤 연료 분사기(16)에 공급되는 연료의 분사 시기가 전자기 솔레노이드 밸브(26)의 듀티 사이클(DTCV)에 의해 제어 가능하게 되어 있는 전자기 솔레노이드 밸브(26)를 구비한 디젤 연료 분사 펌프(1)용 연료 분사 시기 제어 시스템에 있어서,
    엔진 작동 조건에 기초하여 목표 분사 시기를 설정하는 목표 분사 시기 설정 회로(스텝 S1)와,
    실제 분사 시기를 검출하는 실제 분사 시기 검출 회로(스텝 S2)와,
    상기 목표 분사 시기를 상기 실제 분사 시기와 비교하여 전자기 솔레노이드 밸브(26)의 듀티 사이클(DTCVP)을 설정하는 듀티 사이클 설정 회로(스텝 S3, S4, S5, S6, S7)와,
    상기 듀티 사이클(DTCVP)이 소정 불감대 영역 내로 돌입하는 것을 검출하는 불감대 영역 돌입 검출 회로(스텝 S15)와,
    상기 듀티 사이클이 상기 소정 불감대 영역 내로 돌입한 것을 검출한 시간으로부터 소정 지연 시간을 가지고 듀티 사이클 제한 처리 허가 신호를 발생시키는 듀티 사이클 제한 허가 회로(스텝 S16, S17, S18)와,
    상기 듀티 사이클(DTCV)을 소정 듀티 사이클 한계치(LIM)까지 제한하는 상기 듀티 사이클 제한 허가 회로로부터 발생한 상기 허가 신호에 응답하여 상기 듀티 사이클이 상기 소정 불감대 영역으로부터 벗어나게 하는 듀티 사이클 제한 처리 회로(스텝 S19, S20, S21, S32, S34)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시기 제어 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 듀티 사이클 제한 허가 회로는 상기 듀티 사이클이 상기 소정 불감대 영역 내로 돌입한 것이 검출된 시간으로부터 경과된 시간을 측정하기 시작하는 타이머를 포함하고, 상기 듀티 사이클 제한 허가 회로는 상기 타이머의 측정값이 소정 시간(TM1)에 도달되지 않으면 듀티 사이클 제한 처리의 상기 허가 신호를 출력하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시기 제어 시스템.
  4. 제2항에 있어서, 상기 듀티 사이클 제한 허가 회로는 상기 듀티 사이클이 상기 소정 불감대 영역 내로 돌입한 것이 검출된 후의 상기 목표 분사 시기와 상기 목표 분사 시기가 대체로 동일해지는 경우에 상기 허가 신호를 출력하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시기 제어 시스템.
  5. 제2항에 있어서, 상기 듀티 사이클 제한 허가 회로는 상기 듀티 사이클이 상기 소정 불감대 영역 내로 돌입한 것이 검출된 후의 상기 목표 분사 시간과 상기 목표 분사 시기가 대체로 동일해지는 시간으로부터 경과된 시간을 측정하기 시작하는 타이머를 포함하고, 상기 듀티 사이클 제한 허가 회로는 상기 타이머의 측정값이 소정 시간(TM1)에 도달하는 경우에 듀티 사이클 제한 처리의 상기 허가 신호를 출력하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시기 제어 시스템.
  6. 제2항에 있어서, 상기 듀티 사이클 제한 처리 회로는 한계치를 결정하여 상기 한계치가 소정 시간 변화율(ΔD)로 상기 소정 듀티 사이클 한계치(LIM)에 도달되게 하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시기 제어 시스템.
  7. 제2항에 있어서, 상기 불감대 영역 돌입 검출 회로와, 상기 듀티 사이클 제한 허가 회로 및 상기 듀티 사이클 제한 처리 회로는 적어도 엔진 공회전의 작동 조건 하에서 동작하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시기 제어 시스템.
  8. 디젤 엔진 분사 펌프(1)용 연료 분사 시기 제어 시스템에 있어서,
    각 피스톤의 단부가 펌프 케이싱과 협동하여 고압실(21)과 저압실(23)을 형성하며, 상기 고압실과 저압실 사이의 압력차에 기초하여 타이머 피스톤의 축방향 운동을 통한 펌프 플런저(6)의 설정된 위치를 변경시키도록 펌프 플런저(6)와 기계적으로 연결된, 압력차 작동 타이머 피스톤(8)과,
    상기 고압실과 저압실(21, 23)을 상호 연결하는 연통 통로(25-1, 25-2) 내에 유체 설치되어서 전자기 솔레노이드 밸브(26)의 듀티 사이클(DTCV)에 반응하여 압력차를 변화시킴으로써 상기 펌프 플런저(6)의 설정 위치를 변화시키고, 상기 펌프 플런저(6)의 설정 위치 상의 변화에 의해 디젤 연료 분사 펌프(1)로부터 디젤 연료 분사기(16)로 공급되는 연료의 분사 시기를 조절하기 위한 듀티 사이클 제어 전자기 솔레노이드 밸브(26)와,
    엔진 작동 상태에 근거하여 목표 분사 시기를 설정하기 위한 목표 분사 시기 설정 회로(스텝 S1)와,
    실제 분사 시기를 검출하기 위한 실제 분사 시기 검출 회로(스텝 S2)와,
    상기 목표 분사 시기와 상기 실제 분사 시기를 비교함으로써 상기 전자기 솔레노이드 밸브(26)의 듀티 사이클(DTCVP)을 설정하기 위한 듀티 사이클 설정 회로(스텝 S3, S4, S5, S6, S7)와,
    상기 듀티 사이클(DTCVP)이 소정 하부 불감대 영역으로 돌입하는 것을 검출하기 위한 불감대 영역 돌입 검출 회로(스텝 S15)와,
    상기 듀티 사이클이 상기 소정 하부 불감대 영역으로 돌입한 시점으로부터 소정 지연 시간(TM1) 후에 듀티 사이클 제한 처리 허가 신호를 발생시키기 위한 듀티 사이클 제한 허가 회로(스텝 S16, S17, S18) 및,
    상기 듀티 사이클(DTCV)을 소정 듀티 사이클 하한치(LIM)로 제한하여 상기 듀티 사이클이 상기 소정 하부 불감대 영역으로부터 벗어나도록 하기 위해 상기 듀티 사이클 제한 허가 회로로부터 발생된 상기 허가 신호에 반응하는 듀티 사이클 제한 처리 회로(스텝 S19, S20, S21, S32, S34)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시기 제어 시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 듀티 사이클 제한 허가 회로는 상기 듀티 사이클이 상기 소정 하부 불감대 영역으로 돌입한 것을 검출한 시점으로부터의 경과 시간을 계수하기 시작하도록 된 타이머를 포함하고, 상기 타이머의 계수값이 소정 시간(TM1)에 도달하면 상기 듀티 사이클 제한 허가 회로가 듀티 사이클 제한 처리 허가 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시기 제어 시스템.
  10. 제8항에 있어서, 상기 듀티 사이클 제한 허가 회로는 상기의 목표 분사 시기가 상기 듀티 사이클이 상기 소정의 하부 불감대 영역으로 돌입하는 것을 검출한 후의 상기의 목표 분사 시기와 일반적으로 동일하게 될 때 상기 허가 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시기 제어 시스템.
  11. 제8항에 있어서, 상기 듀티 사이클 제한 허가 회로는 상기의 목표 분사 시기가 상기 듀티 사이클이 상기 소정의 하부 불감대 영역으로 돌입하는 것을 검출한 후의 상기의 목표 분사 시기와 대체로 동일하게 될 때의 시간으로부터 경과된 시간을 계수하기 시작하는 타이머를 포함하며,
    상기 듀티 사이클 제한 허가 회로는 상기 타이머의 계수값이 소정 기간에 도달할 때 듀티 사이클 제한 처리 허가 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시기 제어 시스템.
  12. 제8항에 있어서, 상기 듀티 사이클 제한 처리 회로는 상기 한계치가 소정의 시간 변화율(ΔD)에서 상기 소정의 듀티 사이클 하한치(LIM)까지 증가하도록 한계치를 결정하는 것을 특징으로 하는 연료 분사 시기 제어 시스템.
  13. 제8항에 있어서, 상기 불감대 영역 돌입 검출 회로와, 상기 듀티 사이클 제한 허가 회로 및 상기 상기 듀티 사이클 제한 처리 회로는 적어도 엔진 공회전의 조건에서 작동되도록 된 것을 특징으로 하는 연료 분사 시기 제어 시스템.
  14. 제8항에 있어서, 상기 불감대 영역 돌입 검출 회로와, 상기 듀티 사이클 제한 허가 회로 및 상기 상기 듀티 사이클 제한 처리 회로는 연료 분사 시기 제어 시스템이 엔진 공회전 중의 폐루프 모드에 있을 때 작동되도록 된 것을 특징으로 하는 연료 분사 시기 제어 시스템.
KR1019980002553A 1997-01-31 1998-01-30 디젤 엔진용 연료 분사 펌프의 연료 분사 시기 제어 시스템 KR100282831B1 (ko)

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