KR101858785B1 - 내연 기관의 레일 압력을 제어하는 방법 - Google Patents

내연 기관의 레일 압력을 제어하는 방법 Download PDF

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Abstract

어큐뮬레이터 분사 장치를 구비한 내연기관의 작동 방법 및 장치가 제공된다. 상기 방법에서 연료는 고압 펌프에 의해 레일로 유입되고, 고압 펌프는 계량 공급 유닛에 의해 구동되며, 이를 위해 상기 계량 공급 유닛은 파일럿 제어부(22, 24)에 기초하여 결정되는 조절값(58)을 수신하여, 계량 공급 유닛의 개회로 제어가 실행된다.

Description

내연 기관의 레일 압력을 제어하는 방법{METHOD FOR CONTROLLING THE RAIL PRESSURE OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 어큐뮬레이터 분사 장치를 구비한 내연기관의 작동 방법 및 상기 방법을 실행하기 위한 장치에 관한 것이다.
분사 시스템은 커먼 레일 분사 장치로도 지칭되는 어큐뮬레이터 분사 장치의 작동이 실행되는 내연기관에서 사용되며, 상기 시스템에서 고압 펌프가 연료를 높은 압력 수준으로 제공한다. 압력을 받은 연료는 작동 중 지속적으로 압력을 받는 압력 어큐뮬레이터 내에 존재한다.
이러한 방식으로 압력 생성은 분사과정으로부터 완전히 분리될 수 있고, 상기 분사 장치는 특성맵에 의해 제어되어서만 이루어지며, 이때 상기 분사 시점과 분사량은 전자 엔진 제어부에 의해 조절된다. 압력 어큐뮬레이터나 레일 내에 존재하는 연료는 분사 밸브를 통해 연소 챔버 내에 분사된다. 그러므로 레일 내에 압력을 유지하기 위해, 연료는 지속적으로 또는 규칙적인 간격으로 계량 공급 유닛(MPROP)에 의해 구동되는 고압 펌프를 통해 레일에 공급된다. 이를 위해 계량 공급 유닛은 압력 어큐뮬레이터 내에서 압력의 폐회로 제어의 출력값에서 나오는 조절값을 얻고, 이때 폐회로 제어는 다시 레일 내에 압력을 측정하는 압력 센서에 의해 신호를 얻는다.
이로써 레일 내의 압력은, 레일 내에 원하는 압력을 항상 유지하도록, 압력 센서나 레일 압력 센서를 이용해 모니터링되거나 제어된다. 레일 내에 압력의 폐회로 제어도 허용하는 압력 제어 밸브가 대부분의 분사 시스템에서 추가로 제공되어 있다.
문헌 DE 10 2010 0298 40 A1호로부터 원치 않는 압력의 편차가 방지될 수 있는 내연기관의 작동 방법이 공지되어 있다. 이때 운전자 요구사항의 변경이 식별된다. 운전자 요구사항 변경의 결과로서 압력의 보정값이 검출되고, 제어 구간에 공급되는 조절 신호는 압력 보정값에 따라 변경된다.
고압 펌프용 계량 공급 부품(MPROP) 내에 제어기 및 압력 제어 밸브가 없는 레일을 구비한 커먼 레일 시스템에서, 레일 압력은 레일 압력 센서가 손상된 경우 최근 사용된 소프트웨어로 충분히 정확하게 설정될 수 없다. 상기 시스템은 1-제어기 시스템으로도 지칭된다. 2-제어기 시스템은 계량 공급 부품 내에 하나의 제어기 및 추가로 압력 제어 밸브를 포함한다. 결과적으로 특히 레일 압력에 의존하는 분사량은, 레일 압력이 레일 압력 센서 없이 측정되지 않기 때문에, 더 이상 운전자의 요구사항에 정확하게 상응하지 않는다.
그러므로 지금까지는 레일 압력 센서의 고장 시 압력 제어 밸브가 없는 분사 시스템에서는 엔진을 정지하도록 제공되어 있다. 차량은 단지 레일 압력 센서의 고장으로 인해 더 이상 작동될 수 없게 되는 것이다. 그러나 이러한 반응은 많은 차량의 제조사들에게 수용될 수 없다. 그러나 엔진의 정지가 생략되면, 상당히 악화된 주행 거동을 감안해야 한다.
이러한 배경에서 청구범위 제1항에 따른 방법 및 청구범위 제9항의 특징들을 가지는 장치가 제공된다. 실시예들은 종속항들과 명세서에서 제공된다.
상기 제공된 방법은, 계량 공급 유닛의 개회로 제어 및 이로 인해 레일에 유입된 연료량의 개회로 제어가 파일럿 제어부에 기초하여 검출되는 조절값에 기초하여 실행되기 때문에, 레일 압력 센서가 없는 내연기관의 작동을 가능케 한다.
제공된 내연기관의 작동 방법에서 레일 압력 센서를 이용하여 폐회로 제어된 작동으로부터 출발한 실시예에서 레일 압력 센서의 고장 시 하나 이상의 비상 주행 기능이 보장될 수 있다. 소프트웨어 기능이 쉽게 적응되고 보정 기능이 학습됨으로써 레일 압력 센서 없이 사실상 향상된 레일 압력 제어가 달성되어 이로써 주행 거동이 향상될 수 있다.
이로써 레일 압력 센서의 고장 시 폐회로 제어된 작동으로부터 개회로 제어된 작동으로 변환된다. 이는 계량 공급 유닛을 통해 레일 내에 공급된 연료량이 더 이상 레일 압력 센서의 신호에 기초하여 폐회로 제어되는 것이 아니라 개회로 제어되는 것을 의미한다. 이를 위해 파일럿 제어부에 기초하고 경우에 따라 보정 기능으로서 적응형 계량 공급 곡선(AMC: Adaptive Metering Curve)을 고려하여 결정되는 조절값이 검출된다. 공회전에서는 추가 파일럿 제어부가 추가로 고려될 수 있다. 이때 공회전 제어기는 계량 공급 유닛을 개회로 제어하도록 사용되는 신호를 전송할 수 있다.
전형적으로 AMC는 계량 공급 유닛에서 장애 없는 작동 중에 학습되고 이로써 전형적으로 지속적으로도 조정된다. 상기 AMC는 폐회로 제어 작동 중에 정상적인 시스템 수요(정상적인 물리적 파일럿 제어부) 및 계량 공급 유닛의 조절값 사이에 체적 유량 편차를 고려한다.
본 발명의 다른 장점들과 실시예들은 명세서와 첨부된 도면들로부터 제공된다.
앞서 언급된 특징과 이후 더 설명될 특징들은, 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서, 각각 제공되는 조합 뿐 아니라 다른 조합으로도 또는 단독으로 사용될 수 있다.
도 1은 기술된 방법을 실행하는 흐름도이다.
도 2는 기술된 장치의 실시예를 도시한 도면이다.
본 발명은 실시예들에 의해 도면들에서 개략적으로 도시되고 하기와 같이 도면들과 관련하여 상세하게 기술된다.
도 1에는 제공된 방법의 실시예가 흐름도에 의해 도시되어 있다. 이때 상기 흐름은 4개의 부분들 즉, 부분 A(10), 부분 B(12), 부분 C(14), 부분 D(16)로 분할된다. 본 도면은, 레일 압력 센서의 고장 시 폐회로 제어된 작동에서 개회로 제어된 작동으로 변환되어야 하는 경우를 위해, 계량 공급 유닛(MPROP)을 위한 조절값 검출을 명확히 한다.
부분 A(10)에는 정상적인 물리적 파일럿 제어부(22) 및 최소의 물리적 파일럿 제어부(24) 사이를 변환시킬 수 있는 스위치(20)가 도시된다.
부분 B(12)에는 적응형 계량 공급 곡선(AMC)(30)의 학습값을 이용한 보정이, 상기의 계량 공급 곡선이 존재하는 한 이루어진다.
부분 C(14)에는 펌프 공차(40)가, 특히 AMC(30)가 이미 학습될 수 있었는지의 여부에 따라 고려될 수 있다.
부분 D(16)에는, 내연기관이 공회전(54) 중인 경우, 추가 파일럿 제어부(52)를 연결할 수 있는 스위치(50)가 제공되어 있다. 출력부(56)에는 계량 공급 유닛을 개회로 제어하기 위한 조절 변수(58)가 제공된다.
레일 압력 센서가 없는 상기의 경우, 레일 압력 제어가 실행됨으로써 압력 센서가 없는 자동차의 지속 주행이 가능하다는 것이 인식되었다.
그러나 이때 다음과 같은 2개의 문제들이 제공된다.
1. 주행 거동은 시스템 공차, 다시 말해 분사기의 제어량 및 누출량의 공차와, 분사량의 공차와, 펌프 특성곡선 및 제어 장치의 공차에 매우 의존적이다.
2. 공회전 제어기가 개입되기 때문에, 공회전에 레일 압력 제어가 불충분하다는 것을, 특히 주의해야 한다. 제어 장치가 전달하는 바와 같이 레일 압력이 동일하게 유지됨에도 불구하고, 압력 어큐뮬레이터나 레일에서의 레일 압력이 증가 또는 감소할 경우, 분사량이 증가 또는 감소하기 때문에, 고압 펌프용 계량 공급 유닛(MPROP)을 개회로 제어하는 통합적 거동에도 불구하고 정상 작동 시 레일 압력은 안정 지점을 발견한다. 공회전에서 공회전 제어기는 상기의 분사량 변형과 반대로 반응한다.
제1 문제에 대해 하기와 같이 반응하게 된다.
1. 부분 A(10)에서 물리적인 파일럿 제어부(22 또는 24)가 사용된다.
2. 레일에 너무 많이 유입되기보다 오히려 너무 적게 유입되도록, 시스템의 최소 수요가 검출된다. 시스템의 정상 수요로부터 물리적인 파일럿 제어부가 시스템의 최대 수요를 검출하는 것과 마찬가지로, 시스템의 최소 수요가 검출될 수 있다. 이는 분사량이 너무 많은 것보다 차라리 정지가 요구될 경우에 이루어진다. 이는 부분 A(10)에서 실행된다.
이때 정상적인 파일럿 제어는 고압 펌프가 레일로 전달해야 하는 체적 유량 수요가 계산상 검출되는 것을 의미한다. 이때 분사량과 회전수가 공지되어 있다. 이를 통해 체적 유량은 계산될 수 있다. 분사량으로부터 제어량, 다시 말해 작동을 위한 양, 즉 인젝터의 개방과 폐쇄를 위한 양들이 계산될 수 있다. 인젝터 누출은 정상적인 시스템을 위해서도 측정 가능하고 제어 장치에서 특성맵의 형태로 저장된다.
분사량과, 제어량과, 인젝터 누출은 공지되어 있고 소정의 공차를 가진다. 이러한 공차들은, 최소 수요를 가지는 시스템의 체적 유량 수요를 최소의 파일럿 제어부로서 계산상 검출하도록 계산 시 고려된다.
기본적으로 파일럿 제어부는 다시금 엔진 회전수에 의존하는 분사량에 좌우되므로, 이로써 얼마나 많은 연료가 레일에 유입되어야 하는지 예상할 수 있다.
3. 구성부품의 공차의 영향을 감소하도록, AMC(30)를 이용해 보정을 사용한다. 이를 위해 AMC 학습 공차의 인식이 필요하다. 이는 부분 B(12)에서 실행된다.
4. 다시 너무 많이 이송되기보다 오히려 너무 적게 레일에 이송되도록, 펌프 특성곡선 또는 펌프 공차(40)의 공지된 공차로부터 펌프의 요구가 감소된다. 이는 부분 C(14)에서 실행된다.
두 번째 문제와 관련하여, 공회전(54)에서 분사량에 따라 추가의 파일럿 제어부(52)가 더해질 수 있다. 공회전 제어기가 정상 공회전 수요 미만으로 분사량을 감소시키면, 이는 레일 압력이 예상한 것보다 더 높고 펌프가 너무 많이 공급한다는 것을 의미한다. 분사량이 증가하여 반대가 되면, 상기 추가 파일럿 제어부는 펌프의 공급량을 감소시켜야 한다. 이는 부분 D(16)에서 이루어진다.
출력부(56)에서 계량 공급 유닛용 조절값(58)으로서 바로 사용되는 하나의 값이 제공된다. 부분 A(10) 내지 부분 D(16)까지 서로 독립적으로 조사되고, 분석되며, 사용될 수 있다. 제1 스위치(20) 및 펌프 공차(40)의 데이터는 제조사의 안전 규정들을 고려하여 설계될 수 있다.
제공된 방법에서 실시예로, 레일 압력 센서의 손상이 식별되었을 경우, 폐회로 제어된 방식에서 개회로 제어된 방식으로 전환이 이루어진다. 손상된 경우 계량 공급 유닛의 조절값은 제어기 출력값으로부터 도 1에 도시된 출력부(56)로 점프해야 한다. 레일 압력에서 점프를 방지하기 위해, 계량 공급 유닛의 조절값이 점프를 형성하지 않도록, 램프 시작값은 초기화될 수 있다. 그래서 램프의 시작값은 출력부(56)에서 값(58)을 제하고 (P-비율이 없는) 마지막 제어기 출력값에 상응할 수 있다. 램프 출력은 출력부(56)에 더해지고 나서 단계별로 0으로 하락한다. 레일 압력 센서가 손상된 것으로 식별된 경우, 압력 제어기 편차가 경우에 따라 타당성이 없기 때문에, P-비율은 램프를 초기화하기 위해 사용되지 않는다.
도 2에서는 압력을 받은 연료가 존재하는 내연기관의 압력 어큐뮬레이터 또는 레일(80)이 도시되어 있으며, 상기 연료는 제1 분사 밸브(82)와, 제2 분사 밸브(84)와, 제3 분사 밸브(86)와, 제4 분사 밸브(88)를 통해 예컨대 내연기관의 실린더와 같은 연소 챔버 내로 분사될 수 있다. 상기 도시를 간소화하기 위해 도 2에는 제3 분사 밸브(86)만이 구체적으로 도시되어 있다.
또한 레일(80)에서 압력을 측정하고 압력을 대표하는 신호(92)를 출력하는 레일 압력 센서(90)가 레일(80)에 제공되어 있다. 이러한 신호(92)는 가속 페달(96)의 제2 신호(94)와, 크랭크축(100)의 제3 신호(98)와, 캠 샤프트(104)의 제4 신호(102)와, 다른 센서들의 하나 이상의 다른 신호(106)와 더불어 제어 장치(120)에 전달된다. 이러한 제어 장치(120)는 제1 출력부(122)를 통해 제공된 액츄에이터를 제어하고, 제2 출력부(124)를 통해 분사 밸브(82 내지 88)를 제어하며, 제3 출력부(126)를 통해, 라인(134)을 통해 연료(146)를 레일(80)에 공급하는 고압 펌프(132)의 계량 공급 유닛(130)을 제어한다.
또한 상기 도시는 연료 필터(140)와, 검사 밸브(142)와, 연료(146)가 존재하는 탱크(144)를 표시한다. 또한 탱크(144) 내에 사전 공급 전기 펌프(150) 및 사전 필터(152)가 제공되어 있다.
이로써 오류 없는 작동 시 레일 압력 센서(90)는, 계량 공급 유닛(130)을 폐회로 제어하고 이로 인해 고압 펌프(132)로부터 레일로 유출되는 연료를 폐회로 제어하기 위해 사용되는 신호(92)를 공급한다. 레일 압력 센서(90)가 고장나면, 제어 장치(120)는 도 1과의 관계에서 설명되었듯이, 계량 공급 유닛을 개회로 제어하기 위한 조절값으로서 이용되는 하나의 값이 계산된다.

Claims (9)

  1. 어큐뮬레이터 분사 장치를 구비한 내연기관의 작동 방법이며, 상기 분사 장치에서 연료는 고압 펌프(132)에 의해 레일(80)로 유입되고, 이때 고압 펌프(132)는 계량 공급 유닛(130)에 의해 구동되며, 이를 위해 상기 계량 공급 유닛은, 파일럿 제어부(22, 24)에 기초하여 결정되는 조절값(58)을 수신하여 계량 공급 유닛(130)의 개회로 제어 및 이로 인해 레일 압력의 개회로 제어가 실행되고, 계량 공급 유닛(130)을 위한 조절값(58)은 우선 폐회로 제어에 기초하여, 즉 레일(80)에서 압력을 모니터링하는 레일 압력 센서(90)의 신호에 기초하여 결정되고, 레일 압력 센서(90)의 고장 시 계량 공급 유닛(130)의 폐회로 제어로부터 계량 공급 유닛(130)의 개회로 제어로의 전환이 이루어지는, 내연기관의 작동 방법에 있어서,
    조절값(58)의 결정 시, 폐회로 제어 작동 중에 정상적인 시스템 수요와 계량 공급 유닛의 조절값 사이에 체적 유량 편차를 고려하는 적응형 계량 공급 곡선 (30)이 고려되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 작동 방법.
  2. 제1항에 있어서, 적응형 개량 공급 곡선(30)은 작동 중 레일 압력 센서(90)로 학습되는, 내연 기관의 작동 방법.
  3. 제1항에 있어서, 계량 공급 유닛(130)의 폐회로 제어로부터 계량 공급 유닛(130)의 개회로 제어로 전환되는 경우, 계량 공급 유닛(130)의 조절값(58)이 점프를 형성하지 않도록 램프 시작값이 초기화되는, 내연 기관의 작동 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 조절값(58)의 결정 시 공회전(54)에서 추가의 파일럿 제어부(52)가 고려되는, 내연 기관의 작동 방법.
  5. 제4항에 있어서, 공회전 제어기는 조절값(58)을 결정하기 위해 고려되는 신호를 출력하는, 내연 기관의 작동 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 조절값(58)의 결정 시 펌프 공차(40)가 고려되는, 내연 기관의 작동 방법.
  7. 어큐뮬레이터 분사 장치를 구비한 내연기관의 작동 장치이며, 상기 장치에서 고압 펌프(132)는 연료(146)를 레일(80) 내에 유입시키기 위해 제공되어 있고, 조절값(58)에 기초하여 고압 펌프(132)를 구동하도록 이용되는 계량 공급 유닛(130)이 제공되어 있으며, 이때 상기 장치는 조절값(58)이 파일럿 제어부(22, 24)에 기초하여 결정될 수 있는 방식으로 형성되어 있고, 계량 공급 유닛(130)을 위한 조절값(58)은 우선 폐회로 제어에 기초하여, 즉 레일(80)에서 압력을 모니터링하는 레일 압력 센서(90)의 신호에 기초하여 결정되고, 레일 압력 센서(90)의 고장 시 계량 공급 유닛(130)의 폐회로 제어로부터 계량 공급 유닛(130)의 개회로 제어로의 전환이 이루어지는, 내연기관의 작동 장치에 있어서,
    조절값(58)의 결정 시, 폐회로 제어 작동 중에 정상적인 시스템 수요와 계량 공급 유닛의 조절값 사이에 체적 유량 편차를 고려하는 적응형 계량 공급 곡선 (30)이 고려되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 작동 장치.
  8. 삭제
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