KR100795406B1 - 축압식 연료분사장치 및 그 축압식 연료분사장치를 구비한내연기관 - Google Patents

축압식 연료분사장치 및 그 축압식 연료분사장치를 구비한내연기관 Download PDF

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Abstract

일실시형태에서는, 커먼레일식 연료분사장치를 구비한 엔진에 있어서의 연료압송용 고압 펌프(8)에 2개의 액츄에이터(88,89)를 구비시킨다. 이들 액츄에이터(88,89) 중 한쪽(88)을 정지하고, 다른쪽(89)만으로 연료압송동작을 행함으로써, 엔진의 크랭크축에 작용하는 부하 토크가 극대로 되는 타이밍과 고압 펌프(8)의 구동축에 작용하는 부하 토크가 극소로 되는 타이밍을 일치시킨다.

Description

축압식 연료분사장치 및 그 축압식 연료분사장치를 구비한 내연기관{ACCUMULATOR FUEL INJECTION DEVICE AND INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH THE ACCUMULATOR FUEL INJECTION DEVICE}
본 발명은, 내연기관(예컨대 디젤엔진)의 연료공급계에 적용되는 축압 배관(소위 커먼레일)을 구비한 축압식(커먼레일식) 연료분사장치 및 그 축압식 연료분사장치를 구비한 내연기관에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 내연기관의 진동을 억제하면서도 아이들 회전수를 낮게 설정하는 것을 가능하게 하기 위한 대책, 및 커먼레일 내압을 고정밀도로 조정하는 것을 가능하게 하기 위한 대책에 관한 것이다.
종래부터, 다기통 디젤엔진 등의 연료공급계로서, 메카니컬한 연료 분사 펌프―노즐 방식에 비해서 제어성이 우수한 축압식 연료분사장치가 제안되어 있다(예컨대, 하기의 특허문헌1 및 특허문헌2).
이러한 종류의 연료분사장치는, 고압 펌프에 의해 소정 압력으로 가압된 연료를 커먼레일에 저장해 두고, 이 커먼레일에 저장된 연료를 연료 분사 타이밍에 맞추어 소정의 인젝터로부터 연소실 내로 분사하는 구성으로 되어 있다. 또한, 엔진의 운전상태에 대하여 최적의 분사 조건에서 연료가 분사되도록, 컨트롤러가 연산처리를 행하여 커먼레일 내연료압력(이하, 커먼레일 내압이라고 함)의 제어나 각 인젝터의 제어를 행한다.
이와 같이, 축압식 연료분사장치는, 연료분사량 및 그 분사 시기에 추가로, 커먼레일 내압에 의해 결정되는 연료분사압력도 엔진의 운전상태에 따라 제어가능하므로, 제어성이 우수한 분사 장치로서 주목받고 있다. 특히, 이 축압식 연료분사장치는, 엔진의 저회전속도 영역에서의 승압성이 양호하기 때문에, 저속 영역으로부터 고압연료분사가 가능하고, 종래의 기계식 연료분사장치에서는 실현불가능했던 저회전수에서의 아이들 운전을 행할 수 있다. 구체적으로, 종래의 기계식 연료분사장치에서는 500r.p.m정도까지밖에 저회전을 실현할 수 없었지만, 이 축압식 연료분사장치에 의하면 250r.p.m정도에서의 아이들 운전을 실현할 수 있다. 이와 같이, 저회전수에서의 아이들 운전이 실현되기 때문에, 이 아이들 운전시에 있어서의 소음의 저감 및 연비의 절감을 도모할 수 있다.
또한, 이러한 종류의 축압식 연료분사장치에 사용되는 고압 펌프로서, 예컨대 하기의 특허문헌3에 개시되어 있는 바와 같이, 복수의 연료압송계를 구비한 것도 알려져 있다.
특허문헌1: 일본 특허공개 2000-18052호 공보
특허문헌2: 일본 특허공개 2003-328830호 공보
특허문헌3: 일본 특허공개 2004-84538호 공보
그런데, 상술한 바와 같이 축압식 연료분사장치에 의해 아이들 회전수를 낮게 설정하는 것은 가능하게 되었지만, 단지 아이들 회전수를 낮춘 정도로는 엔진의 압축행정이나 팽창행정에서의 거동이 커져 엔진의 진동이 커진다는 과제가 생겨 버린다.
도 9는, 아이들 운전 영역에 있어서의 엔진 회전수와 엔진의 진동 진폭의 관계의 일례를 나타내는 도면이다. 예컨대, 도면 중의 엔진 회전수 범위(R1)는, 종래의 기계식 연료분사장치이여도 실현가능한 범위이고, 도면 중의 엔진 회전수 범위(R2)는, 기계식 연료분사장치에서는 실현가능하지 않고, 축압식 연료분사장치를 채용함으로써 실현가능하게 된 범위이다. 이와 같이, 축압식 연료분사장치에 의해서만 실현가능한 엔진 회전수 범위(R2)에서는, 엔진 회전수를 낮게 설정할수록 엔진의 진동 진폭이 급격하게 커져 버린다. 이와 같이, 축압식 연료분사장치를 채용함으로써 상기 엔진 회전수 범위(R2)까지 엔진 회전수를 저하시키는 것은 가능하게 되었지만, 엔진의 진동이라는 관점으로 보면, 이 엔진 회전수 범위(R2)에서 아이들 운전을 실행하는 것은 현실적으로는 불가능했다. 바꿔 말하면, 이 엔진의 진동이 원인이므로, 축압식 연료분사장치를 채용한 것의 장점을 충분하게 살릴 수 없고, 이 저회전수에서의 아이들 운전을 실현함으로써 소음의 저감이나 연비의 삭감을 도모하기 위해서는 아직 개량의 여지가 남겨져 있었다.
한편, 엔진 성능은 커먼레일 내압의 영향을 크게 받고, 엔진의 고출력화ㆍ저연비ㆍ저에미션 실현을 위해서는, 운전상태에 따라 낮은 커먼레일 내압에서부터 높은 커먼레일 압력까지 폭넓고, 고정밀도로 제어할 필요가 있다. 그러나, 전체 엔진 운전 영역에 있어서 커먼레일 내압을 폭넓게 제어하기 위해서는, 특히 고속ㆍ고분사량 조건에 있어서 고커먼레일 내압의 실현을 위해서, 펌프로부터 레일로 보내는 연료용량을 크게 할 필요가 있다. 상기와 같이 펌프로부터 레일로 보내는 연료량(이하 펌프 토출량)을 크게 하면, 펌프의 플런저 지름 및 리프트량이 확대되고, 토출량의 제어 정밀도가 낮게 되고, 그 결과 커먼레일 내압 제어 정밀도가 악화된다는 문제점을 갖는다.
본 발명은, 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로서, 하나의 목적은, 내연기관의 진동을 억제하면서도 아이들 회전수를 낮게 설정하는 것을 가능하게 하는 축압식 연료분사장치를 구비한 내연기관을 제공하는 것에 있다. 또한, 다른 목적은, 엔진 전체 운전 영역에 있어서 커먼레일 내압을 고정밀도로 조정하는 것이 가능한 축압식 연료분사장치 및 그 축압식 연료분사장치를 구비한 내연기관을 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 강구된 본 발명의 해결수단은, 엔진의 구동축(크랭크축)에 작용하는 부하 토크와 연료펌프의 구동축에 작용하는 부하 토크가 상쇄되도록 각 구동축끼리를 연계시킴으로써 총 부하 토크의 변동을 억제하고 있다. 즉, 엔진의 구동축에 작용하는 부하 토크가 극대로 되는 타이밍과 연료펌프의 구동축에 작용하는 부하 토크가 극소로 되는 타이밍을 일치시킴으로써, 양 토크가 서로 겹쳐져 이루어지는 총 부하 토크의 변동을 억제하여 저회전수에서의 아이들 운전을 실현가능하게 하고 있다.
구체적으로, 본 발명은, 내연기관 본체의 구동축으로부터의 구동력을 동력전달수단을 통해 받아서 연료압송동작을 행하는 연료펌프와, 이 연료펌프로부터 압송된 연료를 저장하는 커먼레일과, 이 커먼레일로부터 공급된 연료를 내연기관 본체의 연소실을 향해 분사하는 연료분사밸브를 갖는 축압식 연료분사장치를 구비한 내연기관을 전제로 한다. 이 축압식 연료분사장치를 구비한 내연기관에 대하여, 상기 내연기관 본체의 구동축과 연료펌프의 구동축을, 내연기관 본체의 구동축에 작용하는 부하 토크가 극대로 되는 타이밍과 연료펌프의 구동축에 작용하는 부하 토크가 극소로 되는 타이밍이 대략 일치하도록 각 구동축의 회전 위상을 맞추어서 동력전달수단에 의해 연계하고 있다.
보다 구체적으로는, 내연기관 본체의 구동축의 부하 토크 변동 주기와 연료펌프의 구동축의 부하 토크 변동 주기를 대략 일치시키고, 또한 내연기관 본체의 구동축에 작용하는 부하 토크가 극대로 되는 타이밍과 연료펌프의 구동축에 작용하는 부하 토크가 극소로 되는 타이밍을 대략 일치시키고, 또한 내연기관 본체의 구동축에 작용하는 부하 토크가 극소로 되는 타이밍과 연료펌프의 구동축에 작용하는 부하 토크가 극대로 되는 타이밍을 대략 일치시키도록, 내연기관 본체의 구동축과 연료펌프의 구동축을 동력전달수단에 의해 연계하고 있다.
이 특정 사항에 의해, 내연기관 본체의 구동시에는, 연료펌프로부터 압송되어 커먼레일 내에 저장된 연료가 소정 타이밍에서 연료분사밸브에 공급되고, 이 연료분사밸브로부터 연소실을 향해 연료 분사되게 된다. 그리고, 이 내연기관 본체에서는, 구동축에 부하 토크가 작용하고 있고, 이 부하 토크는 주기적으로 변동하고 있다. 특히, 압축행정 종료시점에서는 부하 토크가 극대로 된다. 또한, 복수 기통의 내연기관의 경우, 1개의 기통의 압축행정 종료시점과, 다음에 압축행정을 행하는 기통의 압축행정 종료시점의 중간의 타이밍에서 부하 토크가 극소로 된다. 한편, 연료펌프는, 상기 내연기관 본체의 구동력을 동력전달수단을 통해 받아서 커먼레일로의 연료압송동작을 행하고 있다. 이 연료펌프에 있어서도, 구동축에 부하 토크가 작용하고 있고, 이 부하 토크는 주기적으로 변동하고 있다. 특히, 연료펌프의 연료압송 개시시점에서는 부하 토크가 극대로 된다. 또한, 복수의 압송실(펌프실)을 구비한 연료펌프의 경우, 1개의 압송실의 연료압송 개시시점과, 다음에 압송행정을 행하는 압송실의 연료압송 개시시점의 중간의 타이밍에서 부하 토크가 극소로 된다.
이와 같이 하여, 내연기관 본체의 구동축 및 연료펌프의 구동축에서는 부하 토크는 주기적으로 변동하고 있으므로, 내연기관 본체의 구동축에 작용하는 부하 토크가 극대로 되는 타이밍과 연료펌프의 구동축에 작용하는 부하 토크가 극소로 되는 타이밍을 대략 일치시키고, 또한, 내연기관 본체의 구동축에 작용하는 부하 토크가 극소로 되는 타이밍과 연료펌프의 구동축에 작용하는 부하 토크가 극대로 되는 타이밍을 대략 일치시키도록 각 구동축끼리를 동력전달수단에 의해 연계시키면 총 부하 토크의 변동을 억제할 수 있다. 특히, 내연기관의 진동이 커질 것이 우려되는 아이들 운전에 있어서는 그 진동을 억제할 수 있고, 축압식 연료분사장치를 채용한 것에 의한 저회전수에서의 아이들 운전을, 내연기관의 진동을 억제하면서 실현하는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 아이들 운전 중의 소음의 저감 및 연비의 삭감을 도모할 수 있게 된다.
연료펌프의 연료압송동작을 변화시킴으로써 총 부하 토크의 변동을 억제하기 위한 동작으로 바꾸는 구성으로서는 이하의 것이 게재된다. 즉, 연료펌프에 서로 다른 타이밍에서 연료압송동작을 행하는 복수의 압송실을 구비시키고, 이들 압송실을 복수의 그룹으로 나누어서, 각 그룹에 압송실로부터 커먼레일로의 연료압송량을 조정하는 압송량 제어기구를 각각 구비시킨다. 또한, 이들 복수의 압송량 제어기구 중 선택적으로 일부의 압송량 제어기구만을 구동함으로써 특정그룹의 압송실로부터만 커먼레일로의 연료압송동작을 행하고, 이것에 의해서, 연료펌프의 부하 토크 변동 주기를 내연기관의 부하 토크 변동 주기에 대략 일치시키고, 연료펌프의 구동축에 작용하는 부하 토크가 극소로 되는 타이밍을 내연기관 본체의 구동축에 작용하는 부하 토크가 극대로 되는 타이밍에 대략 일치시키고, 연료펌프의 구동축에 작용하는 부하 토크가 극대로 되는 타이밍을 내연기관 본체의 구동축에 작용하는 부하 토크가 극소로 되는 타이밍에 대략 일치시키는 구성으로 하고 있다.
보다 구체적으로는, 내연기관 본체를 다기통 4스트로크 엔진으로 하고, 연료펌프에 내연기관 본체의 기통수에 일치하는 수의 압송실을 구비시키고, 이들 압송실을 반수씩 제1그룹과 제2그룹으로 그룹 분할하여 각 그룹에 압송량 제어기구를 각각 구비시킨다. 또한, 상기 내연기관 본체의 구동축과 연료펌프의 구동축을, 상기 제2그룹의 압송실로부터만 연료압송동작을 행하였을 때에, 연료펌프의 구동축에 작용하는 부하 토크가 극소로 되는 타이밍과 내연기관 본체의 구동축에 작용하는 부하 토크가 극대로 되는 타이밍이 대략 일치하고, 또한 연료펌프의 구동축에 작용하는 부하 토크가 극대로 되는 타이밍과 내연기관 본체의 구동축에 작용하는 부하 토크가 극소로 되는 타이밍이 대략 일치하도록 동력전달수단에 의해 연계한다. 그리고, 상기 2개의 압송량 제어기구 중 제2그룹의 압송량 제어기구만을 구동함으로써, 상기 양 부하 토크가 서로 겹쳐져 이루어지는 총 부하 토크의 변동을 억제하는 구성으로 하고 있다.
예컨대, 내연기관의 고속회전이 요구되고 있는 경우(고부하시), 커먼레일 내로의 단위시간당 연료압송량을 많이 확보할 필요가 있기 때문에, 모든 압송량 제어기구를 구동하여 전체 압송실로부터 커먼레일로의 연료압송동작을 순차적으로 행한다. 한편, 아이들 운전시 등과 같이 내연기관의 저속회전시에는, 커먼레일에 대한 연료압송량은 적게 되므로, 일부의 압송량 제어기구만을 구동시키고, 특정그룹의 압송실로부터만 커먼레일로의 연료압송동작을 행한다. 이것에 의해, 연료펌프의 부하 토크 변동 주기가 내연기관의 부하 토크 변동 주기에 대략 일치하게 되어, 총 부하 토크의 변동을 억제할 수 있다. 즉, 내연기관의 진동이 커질 것이 우려되는 아이들 운전에 있어서의 내연기관의 진동을 억제할 수 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위해 강구된 본 발명의 다른 해결수단은, 복수의 연료압송계를 갖는 고압 펌프를 구비한 축압식 연료분사장치에 대해서, 일부의 연료압송계를 강제적으로 정지하고, 펌프 토출 용량을 감소시켜 펌프 토출 제어정밀도를 향상시키고, 레일압력 제어정밀도를 개선하는 것을 목적으로 하고 있다.
구체적으로, 본 발명은, 연료를 압송하는 연료압송수단과, 이 연료압송수단으로부터 압송된 연료를 저장하는 커먼레일과, 이 커먼레일로부터 공급된 연료를 내연기관 본체의 연소실을 향해 분사하는 연료분사밸브를 구비한 축압식 연료분사장치를 전제로 한다. 이 축압식 연료분사장치에 대하여, 상기 연료압송수단에, 서로 독립된 압송경로를 갖는 복수의 연료 압송 유닛을 구비시킨다. 그리고, 상기 내연기관 본체의 연료 요구량이 소정량 이하일 때, 일부의 연료 압송 유닛을 강제적으로 정지하여, 나머지 연료 압송 유닛에 의해서만 커먼레일에 대한 연료압송동작을 행하게 하는 압송 유닛 제어수단을 구비시키고 있다.
이 특정 사항에 의해, 예컨대 내연기관의 고속운전시이며 내연기관 본체의 연료 요구량이 소정량을 초과하고 있는 경우(예컨대 모든 연료 압송 유닛을 구동하지 않으면 이 연료 요구량이 얻어지지 않는 경우)에는, 모든 연료 압송 유닛을 구동하여 커먼레일에 대한 연료압송동작이 행해진다. 이것에 대해서, 예컨대 내연기관의 저속운전시이며 내연기관 본체의 연료 요구량이 소정량 이하인 경우(일부의 연료 압송 유닛을 구동시키는 것만으로 이 연료 요구량을 얻을 수 있을 경우)에는, 압송 유닛 제어수단이, 일부의 연료 압송 유닛을 강제적으로 정지시킨다. 이것에 의해, 나머지 연료 압송 유닛에 의해서만 커먼레일에 대한 연료압송동작이 행해지게 된다. 이와 같이 나머지 연료 압송 유닛에 의해서만 커먼레일에 대한 연료압송동작을 행한 경우에는, 모든 연료 압송 유닛을 구동시킨 경우에 비해서, 연료압송수단(연료펌프)으로부터의 토출량이 1/2로 적어진다. 그 결과, 연료압송수단 전체에 있어서의 양 조절 오차를 작게 할 수 있고, 양 조절 정밀도의 향상을 도모할 수 있다. 예컨대, 몇 퍼센트의 양 조절 오차가 생길 가능성이 있는 2개의 연료 압송 유닛을 구비한 것에 대하여, 한쪽의 연료 압송 유닛을 강제적으로 정지시킨 경우에는, 양쪽의 연료 압송 유닛을 구동시킨 경우에 비해서 양 조절 오차가 1/2로 된다. 이것에 따라 커먼레일 내압 제어 오차도 1/2로 된다.
상기 압송 유닛 제어수단에 의한 연료 압송 유닛의 구동 개수의 바꿈 제어로서, 구체적으로는, 내연기관 본체의 운전 회전수 및 연료분사밸브의 연료분사량에 따라, 모든 연료 압송 유닛을 구동하는 동작과 일부의 연료 압송 유닛을 강제적으로 정지하는 동작을 전환하도록 하고 있다. 예컨대, 상기 운전 회전수 및 연료분사량에 따른 연료 압송 유닛의 구동 개수를 설정하기 위한 맵을 준비해 두고, 검지한 운전 회전수 및 연료분사량에 따라 이 맵으로부터 연료 압송 유닛의 구동 개수를 설정하는 것 등이 게재된다. 또한, 엔진 운전상태의 검출에 연료분사량 대신에 엔진 출력 토크를 사용하는 것도 가능하다.
또한, 상기 압송 유닛 제어수단에 의한 제어동작을 강제 해제할 경우의 동작으로서는 다음 것이 게재된다. 내연기관 본체의 운전이 과도 상태인지의 여부를 판정하는 과도 판정수단을 구비시킨다. 그리고, 압송 유닛 제어수단이, 과도 판정수단으로부터의 신호를 받고, 내연기관 본체의 운전이 과도 상태일 때에는, 일부의 연료 압송 유닛을 강제적으로 정지시키는 동작을 해제하여 모든 연료 압송 유닛을 구동해서 커먼레일에 대한 연료압송동작을 행하게 하는 구성으로 하고 있다. 예컨대, 내연기관 본체의 회전수를 급상승시키는 요구가 생긴 경우 등의 과도 시에는, 그 요구에 따르기 위해, 커먼레일 내압 등의 검출값에 상관없이 모든 연료 압송 유닛을 구동하여 커먼레일에 대한 연료압송동작을 행하도록 한다.
또한, 압송 유닛 제어수단이, 구동하는 연료 압송 유닛의 개수를 바꿀 때, 그 바꿈 판정을 행하기 위한 판정값에 히스테리시스를 갖게 하는 구성으로 하고 있다. 이것에 의해, 연료 압송 유닛의 구동 개수의 바꿈 동작이 빈번히 생겨 버리는 헌팅 현상을 회피할 수 있어, 연료압송수단의 구동 동작의 안정성을 유지할 수 있다.
아울러서, 상술한 각 해결수단 중 어느 하나에 기재된 축압식 연료분사장치를 구비하는 내연기관도 본 발명의 기술적 사상의 범위이다.
<발명의 효과>
본 발명에서는, 엔진의 구동축에 작용하는 부하 토크와 연료펌프의 구동축에 작용하는 부하 토크가 서로 겹쳐져 이루어지는 총 부하 토크의 변동을 억제하기 위해서, 엔진의 구동축에 작용하는 부하 토크가 극대로 되는 타이밍과 연료펌프의 구동축에 작용하는 부하 토크가 극소로 되는 타이밍을 일치시키고 있다. 이 때문에, 저회전수에서 아이들 운전을 행하여도 내연기관에 큰 진동이 생겨 버릴 일은 없고, 저회전수에서의 아이들 운전을 실현함으로써 소음의 저감이나 연비의 삭감을 도모하는 것이 가능하게 된다. 즉, 축압식 연료분사장치를 채용한 것에 의한 저회전수에서의 아이들 운전의 실현이라는 장점을 충분히 살릴 수 있게 된다.
또한, 서로 독립된 복수의 연료 압송 유닛을 갖는 연료압송수단을 구비한 축압식 연료분사장치에 대하여, 일부의 연료압송계를 강제적으로 정지시키고, 양 조절 정밀도의 향상을 도모할 수 있도록 한 경우에는, 커먼레일 내압을 고밀도로 목표압력으로 유지할 수 있게 되고, 그 결과, 연료분사밸브로부터의 연료분사량을 적절하게 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시형태에 따른 축압식 연료분사장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 연료분사량을 결정하기 위한 제어 블록도이다.
도 3은 고압 펌프 및 이 고압 펌프가 접속하는 저압 펌프 및 커먼레일의 개략적인 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 고압 펌프의 각 펌프실 그룹으로부터 연료압송동작을 행한 상태에서 펌프 구동축에 작용하는 부하 토크의 변동을 파형(W1)으로 나타내고, 제2펌프실 그룹으로부터만 연료압송동작을 행한 상태에서 펌프 구동축에 작용하는 부하 토크의 변동을 파형(W2)으로 나타내는 도면이다.
도 5는 엔진 본체의 크랭크축에 작용하는 부하 토크 변동 파형을 파형(W3)으로 나타내고, 제2펌프실 그룹으로부터만의 연료압송동작을 행하고 있는 상태에서 펌프 구동축에 작용하는 부하 토크의 변동을 파형(W2)으로 나타내고, 총 부하 토크의 변동을 파형(W4)으로 나타내는 도면이다.
도 6은 제2실시형태에 따른 축압식 연료분사장치를 나타내는 도면이다.
도 7은 양 액츄에이터 구동상태와 편측 액츄에이터 구동상태를 전환하기 위한 맵을 나타내는 도면이다.
도 8은 구동하는 펌프실 그룹의 개수를 바꿀 때의 바꿈 판정값의 히스테리시스를 나타내는 도면이다.
도 9는 아이들 운전 영역에 있어서의 엔진 회전수와 엔진의 진동 진폭의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
1 : 인젝터(연료분사밸브) 2 : 커먼레일
8 : 고압 펌프(연료펌프 또는 연료압송수단)
8A : 제1펌프실 그룹(제1그룹 또는 연료 압송 유닛)
81 : 제1펌프기구 81a : 제1펌프실(압송실)
82 : 제2펌프기구 82a : 제2펌프실(압송실)
83 : 제3펌프기구 83a : 제3펌프실(압송실)
8B : 제2펌프실 그룹(제2그룹 또는 연료 압송 유닛)
84 : 제4펌프기구 84a : 제4펌프실(압송실)
85 : 제5펌프기구 85a : 제5펌프실(압송실)
86 : 제6펌프기구 86a : 제6펌프실(압송실)
88,89 : 액츄에이터(압송량 제어기구) 12 : 컨트롤러
12A : 지령 회전수 산출수단 12B : 분사량 연산수단
12C : 회전수 산출수단 12D : 액츄에이터 제어수단
112 : 컨트롤러 112D : 압송 유닛 제어수단
112E : 과도 판정수단 E : 엔진 본체(내연기관 본체)
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다.
<제1실시형태>
제1실시형태에서는, 6기통 선박용 디젤엔진에 본 발명을 적용한 경우에 대해서 설명한다.
- 연료분사장치의 구성 설명 -
우선, 제1실시형태에 따른 엔진에 적용되는 연료분사장치의 전체 구성에 대해서 설명한다. 도 1은 6기통 선박용 디젤엔진에 구비된 축압식 연료분사장치를 나타내고 있다.
이 축압식 연료분사장치는, 디젤엔진(이하, 단지 엔진이라고 함)의 각 기통에 대응해서 부착된 복수의 연료분사밸브(이하, 인젝터라고 함)(1,1,…)와, 비교적 높은 압력(커먼레일 내압: 예컨대 100㎫)의 고압연료를 축압하는 커먼레일(2)과, 연료탱크(4)로부터 저압 펌프(피드 펌프)(6)를 경유하여 흡입된 연료를 고압으로 가압하여 커먼레일(2) 내에 토출하는 연료펌프로서의 고압 펌프(8)(본 발명에서는 연료압송수단이라고도 함)와, 상기 인젝터(1,1,…) 및 고압 펌프(8)를 전자제어하는 컨트롤러(ECU)(12)를 구비하고 있다.
상기 고압 펌프(8)는, 예컨대 엔진에 의해 구동되고, 연료를 운전상태 등에 기초하여 정해지는 고압으로 승압해서 연료 공급 배관(9)을 통해서 커먼레일(2)에 공급하는 소위 플런저식의 서플라이용 연료공급펌프이다. 예컨대, 이 고압 펌프(8)는, 엔진의 크랭크축에 대하여 기어(20)(본 발명에서 말하는 동력전달수단)를 통해서 동력전달할 수 있게 연계되어 있다. 또한, 이 동력전달수단의 다른 구성으로서, 고압 펌프(8)의 구동축 및 엔진의 크랭크축 각각에 풀리를 설치하고, 이 풀리에 벨트를 걸쳐서 설치하여 동력전달할 수 있게 하거나, 각 축에 스프로킷을 설치하고, 이 스프로킷에 체인을 걸쳐서 설치하여 동력전달할 수 있게 해도 된다.
각 인젝터(1,1,…)는, 커먼레일(2)에 각각 연통하는 연료배관의 하류단에 부착되어 있다. 이 인젝터(1)로부터의 연료의 분사는, 예컨대 이 인젝터에 일체적으 로 조립된 도시하지 않은 분사제어용 전자밸브로의 통전 및 통전 정지(ON/OFF)에 의해 제어된다. 즉, 인젝터(1)는, 이 분사제어용 전자밸브가 개방되어 있는 동안, 커먼레일(2)로부터 공급된 고압연료를 엔진의 연소실을 향해 분사한다.
또한, 상기 컨트롤러(12)는, 엔진 회전수나 엔진 부하 등의 각종 엔진 정보가 입력되고, 이들 신호로부터 판단되는 최적인 연료분사시기 및 연료분사량이 얻어지도록 상기 분사제어용 전자밸브에 제어신호를 출력한다. 동시에, 컨트롤러(12)는 엔진 회전수나 엔진 부하에 따라 연료분사압력이 최적치로 되도록 고압 펌프(8)에 대하여 제어신호를 출력한다. 또한, 커먼레일(2)에는 커먼레일 내압을 검출하기 위한 압력센서(13)가 부착되어 있고, 이 압력센서(13)의 신호가 엔진 회전수나 엔진 부하에 따라 미리 설정된 최적치로 되도록 고압 펌프(8)로부터 커먼레일(2)에 토출되는 연료토출량이 제어된다.
각 인젝터(1)로의 연료공급 동작은, 커먼레일(2)로부터 연료유로의 일부를 구성하는 분기관(3)을 통해서 행해진다. 즉, 연료탱크(4)로부터 필터(5)를 경유하여 저압 펌프(6)에 의해 취출되어 소정의 흡입 압력으로 가압된 연료는, 연료관(7)을 통해서 고압 펌프(8)에 보내진다. 그리고, 이 고압 펌프(8)에 공급된 연료는 소정 압력으로 승압된 상태에서 커먼레일(2)에 저장되고, 커먼레일(2)로부터 각 인젝터(1,1,…)에 공급된다. 인젝터(1)는, 엔진의 형식(기통수, 제1실시형태에서는 6기통)에 따라 복수개 설치되어 있고, 컨트롤러(12)의 제어에 의해, 커먼레일(2)로부터 공급된 연료를 최적인 분사 시기에 최적인 연료분사량으로, 대응하는 연소실 내에 분사한다. 인젝터(1)로부터 분사되는 연료의 분사압은 커먼레일(2)에 저장되어 있는 연료의 압력과 대략 같으므로, 연료분사압을 제어하기 위해서는 커먼레일(2) 내의 압력을 제어하게 된다.
또한, 분기관(3)으로부터 인젝터(1)에 공급된 연료 중 연소실로의 분사에 소비되지 않은 연료나 커먼레일 내압이 과상승한 경우의 잉여연료는, 복귀관(11)을 통해서 연료탱크(4)에 되돌려진다.
전자제어 유닛인 상기 컨트롤러(12)에는, 기통번호 및 크랭크 각도의 정보가 입력되어 있다. 이 컨트롤러(12)는, 엔진 출력이 운전상태에 입각한 최적 출력으로 되도록 엔진 운전상태에 기초하여 미리 정해진 목표 연료분사조건(예컨대, 목표 연료분사시기, 목표 연료분사량, 목표 커먼레일 내압)을 함수로서 기억하고 있고, 각종 센서가 검출한 현재의 엔진 운전 상태를 나타내는 신호에 대응하여 목표 연료분사조건(즉, 인젝터(1)에 의한 연료 분사 타이밍 및 분사량)을 연산에 의해 구하여, 그 조건에서 연료분사가 행해지도록 인젝터(1)의 작동과 커먼레일 내 연료압력을 제어하고 있다.
도 2는 연료분사량을 결정하기 위한 컨트롤러(12)의 제어 블록이다. 이 도 2에 나타내는 바와 같이, 연료분사량의 산출은, 사용자가 조작하는 레귤레이터의 개방도 신호를 지령 회전수 산출수단(12A)이 받고, 이 지령 회전수 산출수단(12A)이 레귤레이터의 개방도에 따른 「지령 회전수」를 산출한다. 그리고, 엔진 회전수가 이 지령 회전수로 되도록 분사량 연산수단(12B)이 연료분사량을 연산한다. 엔진 본체(E)의 인젝터(1)에서는, 이 연산에 의해 구해진 연료분사량으로 연료분사동작이 행해지고, 이 상태에서 회전수 산출수단(12C)이 실제의 엔진 회전수를 산출하고, 이 실제의 엔진 회전수와 상기 지령 회전수를 비교하여, 이 실제의 엔진 회전수가 지령 회전수에 근접하도록 연료분사량을 보정(피드백 제어)하게 되어 있다.
제1실시형태가 특징으로 하는 바는, 엔진의 크랭크축과 고압 펌프(8)의 구동축의 연계상태에 있다. 이 연계상태에 대해서 설명하기 전에 상기 고압 펌프(8)의 개략적인 구성에 대해서 설명한다.
- 고압 펌프(8)의 설명 -
도 3은, 고압 펌프(8)의 개략적인 구성 및 이 고압 펌프(8)에 대한 저압 펌프(6) 및 커먼레일(2)의 접속상태를 모식적으로 나타내는 도면이다. 이 도 3에 나타내는 바와 같이, 본 고압 펌프(8)는, 6개의 펌프기구(제1펌프기구(81)~제6펌프기구(86))를 구비하고 있다. 즉, 6개의 실린더와 이 실린더 내에서 왕복 이동하는 피스톤에 의해 펌프기구(81~86)가 구성되고, 각각의 펌프기구(81~86)에는 펌프실(본 발명에서 말하는 압송실)이 각각 형성되어 있다(제1펌프실(81a)~제6펌프실(86a)).
또한, 이들 펌프기구(81~86)는 서로 다른 타이밍에서 연료압송동작을 행하도록 되어 있다. 구체적으로는, 제1펌프기구(81)의 연료압송동작이 행해진 후에 제4펌프기구(84)의 연료압송동작이 행해지고, 이후, 제2펌프기구(82), 제5펌프기구(85), 제3펌프기구(83), 제6펌프기구(86)의 순서로 연료압송동작이 행해져 간다. 본 고압 펌프(8)에서는 구동축의 회전수가 엔진의 크랭크축의 회전수에 일치하고 있어, 크랭크축의 1회전(고압 펌프(8)의 구동축의 1회전: 360°)으로 6회의 연료압송동작이 행해지는 구성으로 되어 있다. 바꿔 말하면, 크랭크축의 60°회전마다 어느 하나의 펌프기구(81~86)가 1회의 연료압송동작을 행하여 가는 구성으로 되어 있 다.
또한, 이들 6개의 펌프기구(81~86)는, 제1펌프실 그룹(8A) 및 제2펌프실 그룹(8B)(본 발명에서 말하는 연료 압송 유닛)으로 그룹 분할되어 있다. 구체적으로는, 펌프기구(81~83)가 제1펌프실 그룹(8A)(본 발명에서 말하는 제1그룹으로 되고, 펌프기구(84~86)가 제2펌프실 그룹(8B)(본 발명에서 말하는 제2그룹)으로 되도록 그룹 분할되어 있다. 이 때문에, 상기 저압 펌프(6)의 토출측 배관(61)은 2계통의 제1저압배관(62) 및 제2저압배관(63)으로 분기되고, 제1저압배관(62)이 또한 펌프기구(81~83)에 대응한 3개의 분기 배관(62a,62b,62c)으로 분기되어, 각각이 펌프실(81a~83a)에 개별적으로 접속되어 있다. 마찬가지로, 제2저압배관(63)이 펌프기구(84~86)에 대응한 3개의 분기 배관(63a,63b,63c)으로 분기되어 각각이 펌프실(84a~86a)에 개별적으로 접속되어 있다. 또한, 각 분기 배관(62a~62c와 63a~63c)에는 펌프실(81a~86a)로부터 저압 펌프(6)측으로의 연료의 역류를 방지하기 위한 체크밸브가 설치되어 있다. 각 펌프실(81a~86a)의 토출측은, 각 그룹(8A,8B)마다 구비된 합류 공간(87,87)에 접속되어 있고, 각 합류 공간(87,87)이 커먼레일(2)에 상기 연료 공급 배관(9)을 통해서 접속되어 있다. 또한, 각 펌프실(81a~86a)의 토출측에도 합류 공간(87,87)으로부터 펌프실(81a~86a)로의 연료의 역류를 방지하기 위한 체크밸브가 설치되어 있다.
또한, 상기 제1저압배관(62) 및 제2저압배관(63) 각각은, 제1토출량 제어 액츄에이터(88) 및 제2토출량 제어 액츄에이터(89)(본 발명에서 말하는 압송량 제어기구. 이하에서는 제1액츄에이터, 제2액츄에이터라고 칭함)가 구비되어 있다. 이들 액츄에이터(88,89)는, 저압배관(62,63)에 출몰가능한 니들 밸브(88a,89a)를 구비하고, 이 니들 밸브(88a,89a)의 돌출량에 의해 저압배관(62,63)의 개구 면적을 가변으로 하고, 이것에 의해 펌프실(81a~86a)로의 연료공급량을 조정하여 커먼레일 내압을 조정할 수 있도록 되어 있다. 즉, 커먼레일 내압이 낮아질수록 저압배관(62,63)의 개구 면적을 크게 해서 펌프실(81a~86a)로의 연료공급량을 증량하고, 이것으로 의해 커먼레일 내압을 목표압력까지 높이도록 되어 있다.
상기 컨트롤러(12)는, 상기 각 액츄에이터(88,89)의 니들밸브 돌출량을 제어하기 위한 액츄에이터 제어수단(12D)을 구비하고 있다(도 1 참조). 예컨대, 이 액츄에이터 제어수단(12D)은, 상기 압력센서(13)로부터의 커먼레일 내압 신호를 받고, 이 커먼레일 내압이 목표치보다 대폭적으로 낮은 경우에는 양 액츄에이터(88,89)를 구동하여 니들밸브 돌출량을 작게 하고, 이것에 의해 저압배관(62,63)의 개구 면적을 확대시킨다. 또한, 아이들 운전시 등과 같이, 엔진 본체(E)가 요구하는 연료분사량이 적고 또한 커먼레일 내압이 목표치에 도달해 있는 경우에는 제1액츄에이터(88)의 구동을 정지, 즉, 니들밸브 돌출량을 최대로 하여 제1저압배관(62)을 전체 폐쇄로 한다. 이 상태에서는, 제2액츄에이터(89)만의 구동을 제어하고, 이 제2액츄에이터(89)의 니들밸브 돌출량을 조정하게 된다. 즉, 펌프기구(84~86)로 이루어지는 제2펌프실 그룹(8B)으로부터만의 연료압송동작이 행해지는 상태로 된다.
- 엔진 본체(E)의 크랭크축과 고압 펌프(8)의 구동축의 연계상태 -
다음에, 엔진 본체(E)의 크랭크축과 고압 펌프(8)의 구동축의 연계상태에 대 해서 설명한다. 제1실시형태에서는, 엔진 본체(E)의 크랭크축과 고압 펌프(8)의 구동축의 회전방향의 위상이 이하의 상태를 실현할 수 있는 연계상태로 되어 있다.
즉, 상기 제2펌프실 그룹(8B)으로부터만의 연료압송동작을 행한 상태에서는, 고압 펌프(8)의 구동축에 작용하는 부하 토크가 극소로 되는 타이밍과 엔진 본체(E)의 크랭크축에 작용하는 부하 토크가 극대로 되는 타이밍이 대략 일치하고, 또한 고압 펌프(8)의 구동축에 작용하는 부하 토크가 극대로 되는 타이밍이 엔진 본체의 크랭크축에 작용하는 부하 토크가 극소로 되는 타이밍에 대략 일치하도록 각 축끼리의 회전 위상이 맞춰져서 연계(상술하는 바와 같이 기어나 벨트에 의한 연계)되어 있다.
구체적으로 도 4 및 도 5를 이용하여 설명한다. 이들 도면의 가로축은 엔진 본체(E)의 크랭크축의 회전각도이고, 세로축은 각 축에 작용하는 부하 토크를 나타내고 있다. 그리고, 도 4는, 고압 펌프(8)의 각 펌프실 그룹(8A,8B)으로부터 연료압송동작을 행한 상태에 있어서의 펌프 구동축에 작용하는 부하 토크의 변동(도면 중의 파형(W1))과, 제2펌프실 그룹(8B)으로부터만 연료압송동작을 행한 상태에 있어서의 펌프 구동축에 작용하는 부하 토크의 변동(도면 중의 파형(W2))을 나타내고 있다.
상술하는 바와 같이 고압 펌프(8)의 통상운전시(양 펌프실 그룹(8A,8B)으로부터 연료압송동작이 행해지고 있는 상태)에서는, 크랭크축의 1회전(고압 펌프(8)의 구동축의 1회전: 360°)으로 6회의 연료압송동작이 행해지기 때문에, 도 4에 있어서의 파형(W1)과 같이, 회전각도 60°마다의 주기에서 고압 펌프(8)의 구동축에 작용하는 부하 토크가 변동한다. 바꿔 말하면, 4스트로크 엔진으로 이루어지는 엔진 본체(E)의 흡기, 압축, 팽창, 배기의 1사이클이 행해지는 동안(크랭크축의 회전각도 720°의 사이)에 12회의 연료압송동작이 행해지고, 이 1사이클에서 12회의 주기로 이 부하 토크가 변동한다. 여기서, 부하 토크가 극대로 되는 타이밍은 어느 하나의 펌프실로부터의 연료압송 개시시점(예컨대 도 4에 있어서의 점(H1))이다. 또한, 1개의 펌프실의 연료압송 개시시점과, 다음에 압송행정을 행하는 펌프실의 연료압송 개시시점의 중간의 타이밍에서 부하 토크가 극소로 된다(예컨대 도 4에 있어서의 점(L1)).
한편, 상기 액츄에이터 제어수단(12D)의 제어에 의해 제2펌프실 그룹(8B)으로부터만의 연료압송동작을 행한 상태에서는, 크랭크축의 1회전(고압 펌프(8)의 구동축의 1회전: 360°)으로 3회의 연료압송동작이 행해지기 때문에, 도 4에 있어서의 파형(W2)과 같이, 회전각도 120° 마다의 주기에서 고압 펌프(8)의 구동축에 작용하는 부하 토크가 변동한다. 즉, 엔진 본체(E)의 1사이클 중에 6회의 주기로 이 부하 토크가 변동하게 된다. 여기서, 부하 토크가 극대로 되는 타이밍은 어느 하나의 펌프실(펌프실(84a~86a) 중 어느 하나)로부터의 연료압송 개시시점(예컨대 도 4에 있어서의 점(H2))이다. 또한, 1개의 펌프실의 연료압송 개시시점과, 다음에 압송행정을 행하는 펌프실의 연료압송 개시시점의 중간의 타이밍에서 부하 토크가 극소로 된다(예컨대 도 4에 있어서의 점(L2)).
그리고, 제1실시형태에서는, 이 제2펌프실 그룹(8B)으로부터만의 연료압송동작을 행한 상태에서의 부하 토크 변동 파형(W2)이, 도 5에 나타내는 바와 같이, 엔 진 본체(E)의 크랭크축에 작용하는 부하 토크 변동 파형(도 5에 있어서의 파형(W3))에 대하여 동 주기에서 역위상이 되도록, 각 축끼리의 회전 위상이 맞춰져서 연계되어 있다. 바꿔 말하면, 이 제2펌프실 그룹(8B)으로부터만의 연료압송동작을 행하고 있는 상태에서는, 고압 펌프(8)의 부하 토크 변동 주기가 엔진 본체(E)의 부하 토크 변동 주기에 일치하고, 고압 펌프(8)의 구동축에 작용하는 부하 토크가 극소로 되는 타이밍(L2)과 엔진 본체(E)의 크랭크축에 작용하는 부하 토크가 극대로 되는 타이밍(H3)이 일치하고, 고압 펌프(8)의 구동축에 작용하는 부하 토크가 극대(H2)로 되는 타이밍과 엔진 본체(E)의 크랭크축에 작용하는 부하 토크가 극소로 되는 타이밍(L3)이 대략 일치하도록 각 축끼리의 회전 위상이 맞춰져서 연계되어 있다.
구체적으로, 엔진 본체(E)의 크랭크축에 작용하는 부하 토크는, 어느 하나의 기통의 압축행정 종료시점에서는 극대로 된다. 또한, 1개의 기통의 압축행정 종료시점과, 다음에 압축행정을 행하는 기통의 압축행정 종료시점의 중간의 타이밍에서 이 부하 토크가 극소로 된다. 따라서, 엔진 본체(E) 중 어느 하나의 기통의 압축행정 종료시점과, 상기 고압 펌프(8)의 구동축에 작용하는 부하 토크가 극소로 되는 시점(1개의 펌프실의 연료압송 개시시점과, 다음에 압송행정을 행하는 펌프실의 연료압송 개시시점의 중간의 타이밍)이 일치하도록, 또한 엔진 본체(E)의 크랭크축에 작용하는 부하 토크가 극소로 되는 시점(1개의 기통의 압축행정 종료시점과, 다음에 압축행정을 행하는 기통의 압축행정 종료시점의 중간의 타이밍)과, 어느 하나의 펌프실(펌프실(84a~86a) 중 어느 하나)로부터의 연료압송 개시시점이 일치하도록 각 축끼리의 회전 위상이 맞춰져서 연계되어 있다.
이 때문에, 엔진의 크랭크축에 작용하는 부하 토크와 고압 펌프(8)의 구동축에 작용하는 부하 토크가 서로 겹쳐져 이루어지는 총 부하 토크의 변동(도 5에 있어서의 파형(W4))은, 상기 파형(W2,W3)이 상쇄됨으로써 억제되고, 그 결과, 엔진의 진동을 대폭적으로 억제할 수 있게 된다.
이와 같이, 제1실시형태에서는, 저회전수로 아이들 운전을 행하여도 엔진에 큰 진동이 생겨 버릴 일은 없고, 저회전수에서의 아이들 운전을 실현함으로써 소음의 저감이나 연비의 삭감을 도모할 수 있게 된다. 즉, 축압식 연료분사장치를 채용한 것에 의한 저회전수에서의 아이들 운전의 실현이라는 장점을 충분히 살릴 수 있게 된다.
특히, 제1실시형태에서는, 펌프기구(81~86) 중 절반 정도를 정지하도록 하고 있으므로, 모든 펌프기구(81~86)를 구동한 경우에 비해서 펌프 구동축에 작용하는 부하 토크의 변동폭을 크게 할 수 있다(도 4에 있어서의 파형(W1)보다 파형(W2)의 진폭이 크게 되어 있다), 이것에 의해서, 이 부하 토크의 변동폭을, 엔진 본체(E)의 크랭크축에 작용하는 부하 토크의 변동폭과 동일한 정도로 크게 할 수 있어, 효과적으로 총 부하 토크의 변동을 억제할 수 있다.
<제2실시형태>
제2실시형태에서는, 6기통 선박용 디젤엔진의 연료공급계에 구비된 축압식 연료분사장치에 본 발명을 적용한 경우에 대해서 설명한다. 또한, 다음에 서술하는 점 이외에는 제1실시형태와 마찬가지이므로, 동일한 구성요소에는 동일한 참조 부 호를 붙이는 것으로 하고, 주로 차이점에 대해서 설명한다.
도 6은, 제2실시형태에 따른 6기통 선박용 디젤엔진에 구비된 축압식 연료분사장치를 나타내고 있다. 제2실시형태가 특징으로 하는 바는, 고압 펌프(8)의 구동 상태를, 엔진 본체(E)의 운전상태에 따라 전환할 수 있게 되어 있는 점에 있다.
그 때문에, 제2실시형태의 컨트롤러(112)는, 제1실시형태의 컨트롤러(12)의 액츄에이터 제어수단(12D) 대신에, 펌프실 그룹(8A,8B)의 연료압송동작을 제어하기 위한 압송 유닛 제어수단(112D)과, 과도 판정수단(112E)을 구비하고 있다.
이 압송 유닛 제어수단(112D)은, 제1펌프실 그룹(8A) 및 제2펌프실 그룹(8B) 양쪽을 구동시키는 경우와, 제1펌프실 그룹(8A)을 강제적으로 정지시켜 제2펌프실 그룹(8B)만을 구동시키는 경우를 전환하도록 되어 있다.
구체적으로는, 압송 유닛 제어수단(112D)은, 상기 각 액츄에이터(88,89)의 니들밸브 돌출량을 제어한다. 그리고, 이 니들밸브 돌출량을 작게 함으로써 저압배관(62,63)의 개구 면적을 확대시킨 경우에는, 그 펌프실 그룹으로부터의 연료압송이 증대되고, 반대로, 니들밸브 돌출량을 크게 함으로써 저압배관(62,63)의 개구 면적을 축소시킨 경우에는, 그 펌프실 그룹으로부터의 연료압송이 감소하게 되어 있다. 또한, 니들밸브 돌출량을 최대로 한 경우에는, 저압배관(62,63)이 전체 폐쇄 상태로 되고, 그 펌프실 그룹으로부터는 연료가 압송되지 않는 상태, 즉, 그 펌프실 그룹의 구동을 정지한 상태로 된다.
보다 구체적으로는, 압송 유닛 제어수단(112D)은, 엔진 회전수 신호나 연료분사량 신호 등을 받고, 예컨대 엔진의 고속운전시이며 엔진 본체(E)의 연료 요구 량이, 양쪽의 펌프실 그룹(8A,8B)을 구동시켜야만 얻을 수 있는 경우에는, 양쪽의 펌프실 그룹(8A,8B)을 구동해서 커먼레일(2)에 대한 연료압송동작을 행하게 된다(이하, 양 액츄에이터 구동상태라고 칭한다). 이것에 대해서, 예컨대 엔진의 저속운전시이며 엔진의 요구 연료압송량이, 한쪽의 제2펌프실 그룹(8B)을 구동시키는 것만으로 얻을 수 있을 경우에는, 제1펌프실 그룹(8A)을 강제적으로 정지시킨다(제1액츄에이터(88)의 니들밸브 돌출량을 최대로 하여 제1저압배관(62)을 전체 폐쇄로 한다: 이하, 편측 액츄에이터 구동상태라고 칭한다). 이것에 의해, 제2펌프실 그룹(8B)에 의해서만 커먼레일(2)에 대한 연료압송동작이 행해지게 된다.
이와 같이 한쪽의 제2펌프실 그룹(8B)에 의해서만 커먼레일(2)에 대한 연료압송동작을 행한 경우에는, 양쪽의 펌프실 그룹(8A,8B)을 구동시킨 경우에 비해서, 양 조절 정밀도의 향상을 도모할 수 있게 하고 있다. 예컨대 제1ㆍ2펌프실 그룹 양쪽을 이용한 경우의 펌프 최대토출량을 101/min으로 하고, 펌프 토출량을 0에서 최대값까지 제어하기 위해 전류를 0에서 2A까지 변경할 필요가 있는 것으로 하면, 펌프의 제어 분해능은 51/min/A로 된다. 제2펌프실 그룹만 이용한 경우, 펌프 최대토출량은 51/min과 1/2로 되지만 펌프 토출량을 0에서 최대값까지 제어하는 전류는 0에서 2A로 변화하지 않고, 그 결과, 펌프 제어 분해능은 2.51/min/A와 1/2로 된다. 즉, 액츄에이터 구동 전류에 대한 토출량 변화가 절반 정도로 되므로 제어 분해능을 향상할 수 있어, 양 조절 정밀도의 향상을 도모할 수 있다.
도 7은, 엔진 회전수 및 연료분사량에 따라 상기 양 액츄에이터 구동상태와 편측 액츄에이터 구동상태를 전환하기 위한 맵을 나타내고 있다. 이 맵에 있어서의 영역(A)(파선의 사선으로 나타내는 영역)은 양 액츄에이터 구동상태로 되는 영역(2액츄에이터 영역)을 나타내고, 영역(B)(일점쇄선의 사선으로 나타내는 영역)은 편측 액츄에이터 구동상태(제2액츄에이터(89)만을 구동하는 상태: 1액츄에이터 영역)를 나타내고 있다. 이와 같이, 엔진 회전수 및 연료분사량에 따라, 양 액츄에이터 구동상태와 편측 액츄에이터 구동상태를 전환되도록 되어 있다.
또한, 도 8에 나타내는 바와 같이, 구동하는 펌프실 그룹(8A,8B)의 개수를 압송 유닛 제어수단(112D)이 바꿀 때, 그 바꿈 판정을 행하기 위한 판정값에 히스테리시스를 갖게 하고 있다. 이 도 8에 있어서도, 2액츄에이터 영역은 파선의 사선으로 나타내고, 1액츄에이터 영역은 일점쇄선의 사선으로 나타내고 있다.
이와 같이 상기 판정값에 히스테리시스를 갖게 함으로써, 펌프실 그룹(8A,8B)의 구동 개수의 바꿈 동작이 빈번하게 생겨 버리는 헌팅 현상을 회피할 수 있고, 고압 펌프(8)의 구동 동작의 안정성을 유지할 수 있다. 또한, 제2실시형태에서는, 편측 액츄에이터 구동상태에서의 히스테리시스 폭(도 8 중의 폭(B1))을 양 액츄에이터 구동상태에서의 히스테리시스 폭(도 8 중의 폭(A1)의 약 절반 정도로 설정하고 있다. 이것에 의해, 제어 정밀도의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 컨트롤러(112)가 과도 판정수단(112E)을 구비하고 있고, 이 과도 판정수단(112E)으로부터의 신호에 의해 압송 유닛 제어수단(112D)의 제어를 강제 정지할 수 있게 되어 있다. 구체적으로는, 예컨대 과도 판정수단(112E)은 레귤레이터 개방도가 급격하게 커진 것(엔진 회전수를 급상승시키는 요구가 생긴 것)을 검지할 수 있어, 엔진 본체(E)의 운전이 과도 상태인지의 여부를 판정하도록 되어 있다. 그리고, 이 과도 판정수단(112E)으로부터의 과도 판정신호를 받은 압송 유닛 제어수단(112D)은, 일부의 펌프실 그룹을 강제적으로 정지시킨다는 상기 동작을 해제하여, 양쪽의 펌프실 그룹(8A,8B)을 함께 구동시켜 커먼레일(2)에 대한 연료압송동작을 행하도록 하고 있다. 이것에 의해, 상기 요구(엔진 회전수를 급상승시키는 요구)에 신속하게 대응시킬 수 있게 된다.
<기타의 실시형태>
이상에서 설명한 실시형태에서는, 6기통 선박용 디젤엔진에 본 발명을 적용했을 경우에 대해서 설명했다. 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 4기통 선박용 디젤엔진 등, 여러가지의 형식의 엔진에 대하여 적용가능하다. 또한, 선박용 엔진에 한정되지 않고, 차량용 등 다른 용도에 사용되는 엔진에의 적용도 가능하다.
또한, 상기 실시형태에서는, 엔진 본체(E)가 요구하는 연료분사량이 적고 또한 커먼레일 내압이 목표치에 도달해 있는 경우에 제1액츄에이터(88)의 구동을 정지시켜 제2액츄에이터(89)만을 구동하여 제2펌프실 그룹(8B)으로부터만의 연료압송동작을 행하도록 했지만, 그 밖의 조건(예컨대 엔진 회전수나 냉각수 온도 등)에 따라, 제2펌프실 그룹(8B)으로부터만의 연료압송동작을 행하도록 해도 된다.
또한, 상기 실시형태에서는, 펌프기구(81~86)를 2개의 그룹으로 나누고, 2개의 액츄에이터(88,89)를 구비시키는 것에 대해서 설명했지만, 펌프기구를 3개 이상의 그룹으로 나누고, 3개 이상의 액츄에이터를 구비시켜서, 이들 중 선택적으로 일부의 액츄에이터만을 구동시킴으로써 총 부하 토크의 변동이나 양 조절 정밀도의 향상을 억제하는 구성으로 해도 된다.
또한, 본 발명은, 그 정신 또는 주요한 특징으로부터 일탈하는 일없이, 다른 여러가지의 형태로 실시할 수 있다. 그 때문에, 상술의 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며, 한정적으로 해석해서는 안된다. 본 발명의 범위는 청구범위에 의해 나타내는 것으로서, 명세서 본문에는 전혀 구속되지 않는다. 또한, 청구범위의 균등 범위에 속하는 변형이나 변경은, 모두 본 발명의 범위 내의 것이다.
또한, 본 출원은, 일본에서 2004년 7월 12일에 출원된 특원 2004-204351호 및 특원 2004-204352호에 기초하는 우선권을 청구한다. 그들의 내용은 여기에 언급함으로써, 본 출원에 포함되는 것이다. 또한, 본 명세서에 인용된 문헌은, 여기에 언급함으로써, 그 전부가 구체적으로 포함되는 것이다.
본 발명은, 6기통 선박용 디젤엔진이나 4기통 선박용 디젤엔진 등, 여러가지의 형식의 엔진에 바람직하다. 또한, 선박용 엔진에 한정되지 않고, 차량용 등 다른 용도에 사용되는 엔진에도 바람직하다.

Claims (13)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 내연기관 본체의 구동축으로부터의 구동력을 동력전달수단을 통해 받아서 연료압송동작을 행하는 연료펌프와, 이 연료펌프로부터 압송된 연료를 저장하는 커먼레일과, 이 커먼레일로부터 공급된 연료를 내연기관 본체의 연소실을 향해 분사하는 연료분사밸브를 갖는 축압식 연료분사장치를 구비한 내연기관에 있어서,
    내연기관 본체의 구동축의 부하 토크 변동 주기와 연료펌프의 구동축의 부하 토크 변동 주기가 대략 일치하고, 또한 내연기관 본체의 구동축에 작용하는 부하 토크가 극대로 되는 타이밍과 연료펌프의 구동축에 작용하는 부하 토크가 극소로 되는 타이밍이 대략 일치하고, 또한 내연기관 본체의 구동축에 작용하는 부하 토크가 극소로 되는 타이밍과 연료펌프의 구동축에 작용하는 부하 토크가 극대로 되는 타이밍이 대략 일치하도록, 내연기관 본체의 구동축과 연료펌프의 구동축이 동력전달수단에 의해 연계되어 있으며,
    연료펌프는 서로 다른 타이밍에서 연료압송동작을 행하는 복수의 압송실을 구비하고 있고, 이들 압송실은 복수의 그룹으로 나누어져 있어서, 각 그룹에는 압송실로부터 커먼레일로의 연료압송량을 조정하는 압송량 제어기구가 각각 구비되어 있고,
    이들 복수의 압송량 제어기구 중 선택적으로 일부의 압송량 제어기구만을 구동함으로써 특정그룹의 압송실로부터만 커먼레일로의 연료압송동작을 행하고, 이것에 의해서, 연료펌프의 부하 토크 변동 주기를 내연기관의 부하 토크 변동 주기에 대략 일치시키고, 연료펌프의 구동축에 작용하는 부하 토크가 극소로 되는 타이밍을 내연기관 본체의 구동축에 작용하는 부하 토크가 극대로 되는 타이밍에 대략 일치시키고, 연료펌프의 구동축에 작용하는 부하 토크가 극대로 되는 타이밍을 내연기관 본체의 구동축에 작용하는 부하 토크가 극소로 되는 타이밍에 대략 일치시키는 구성으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 축압식 연료분사장치를 구비한 내연기관.
  4. 제3항에 있어서, 내연기관 본체는 다기통 4스트로크 엔진으로서, 연료펌프는 내연기관 본체의 기통수에 일치하는 수의 압송실을 구비하고 있고, 이들 압송실은 반수씩 제1그룹과 제2그룹으로 그룹 분할되어 각 그룹에 압송량 제어기구가 각각 구비되어 있고,
    상기 내연기관 본체의 구동축과 연료펌프의 구동축은, 상기 제2그룹의 압송 실로부터만 연료압송동작을 행하였을 때에, 연료펌프의 구동축에 작용하는 부하 토크가 극소로 되는 타이밍과 내연기관 본체의 구동축에 작용하는 부하 토크가 극대로 되는 타이밍이 대략 일치하고, 또한 연료펌프의 구동축에 작용하는 부하 토크가 극대로 되는 타이밍과 내연기관 본체의 구동축에 작용하는 부하 토크가 극소로 되는 타이밍이 대략 일치하도록 동력전달수단에 의해 연계되어 있고,
    상기 2개의 압송량 제어기구 중 제2그룹의 압송량 제어기구만을 구동함으로써, 상기 양 부하 토크가 서로 겹쳐져 이루어지는 총 부하 토크의 변동을 억제하는 구성으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 축압식 연료분사장치를 구비한 내연기관.
  5. 삭제
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  7. 삭제
  8. 연료를 압송하는 연료압송수단과, 이 연료압송수단으로부터 압송된 연료를 저장하는 커먼레일과, 이 커먼레일로부터 공급된 연료를 내연기관 본체의 연소실을 향해 분사하는 연료분사밸브를 구비한 축압식 연료분사장치에 있어서,
    상기 연료압송수단은, 서로 독립된 압송경로를 갖는 복수의 연료 압송 유닛을 구비하고 있는 한편,
    상기 내연기관 본체의 연료 요구량이 소정량 이하일 때, 일부의 연료 압송 유닛을 강제적으로 정지하여, 나머지 연료 압송 유닛에 의해서만 커먼레일에 대한 연료압송동작을 행하게 하는 압송 유닛 제어수단과,
    내연기관 본체의 운전이 과도 상태인지의 여부를 판정하는 과도 판정수단을 구비하고 있으며,
    압송 유닛 제어수단은, 과도 판정수단으로부터의 신호를 받아, 내연기관 본체의 운전이 과도 상태일 때에는, 일부의 연료 압송 유닛을 강제적으로 정지하는 동작을 해제하여 모든 연료 압송 유닛을 구동해서 커먼레일에 대한 연료압송동작을 행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 축압식 연료분사장치.
  9. 연료를 압송하는 연료압송수단과, 이 연료압송수단으로부터 압송된 연료를 저장하는 커먼레일과, 이 커먼레일로부터 공급된 연료를 내연기관 본체의 연소실을 향해 분사하는 연료분사밸브를 구비한 축압식 연료분사장치에 있어서,
    상기 연료압송수단은, 서로 독립된 압송경로를 갖는 복수의 연료 압송 유닛을 구비하고 있는 한편,
    상기 내연기관 본체의 연료 요구량이 소정량 이하일 때, 일부의 연료 압송 유닛을 강제적으로 정지하여, 나머지 연료 압송 유닛에 의해서만 커먼레일에 대한 연료압송동작을 행하게 하는 압송 유닛 제어수단을 구비하고 있으며,
    압송 유닛 제어수단은, 구동하는 연료 압송 유닛의 개수를 바꿀 때, 그 바꿈 판정을 행하기 위한 판정값에 히스테리시스를 갖게 하는 구성으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 축압식 연료분사장치.
  10. 삭제
  11. 제8항에 있어서, 압송 유닛 제어수단은, 구동하는 연료 압송 유닛의 개수를 바꿀 때, 그 바꿈 판정을 행하기 위한 판정값에 히스테리시스를 갖게 하는 구성으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 축압식 연료분사장치.
  12. 내연기관 본체의 구동축으로부터의 구동력을 동력전달수단을 통해 받아서 연료압송동작을 행하는 연료펌프와, 이 연료펌프로부터 압송된 연료를 저장하는 커먼레일과, 이 커먼레일로부터 공급된 연료를 내연기관 본체의 연소실을 향해 분사하는 연료분사밸브를 갖는 축압식 연료분사장치를 구비한 내연기관에 있어서,
    상기 제8항에 기재된 바와 같은 구성의 축압식 연료분사장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  13. 내연기관 본체의 구동축으로부터의 구동력을 동력전달수단을 통해 받아서 연료압송동작을 행하는 연료펌프와, 이 연료펌프로부터 압송된 연료를 저장하는 커먼레일과, 이 커먼레일로부터 공급된 연료를 내연기관 본체의 연소실을 향해 분사하는 연료분사밸브를 갖는 축압식 연료분사장치를 구비한 내연기관에 있어서,
    상기 제9항에 기재된 바와 같은 구성의 축압식 연료분사장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
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