KR20100014658A

KR20100014658A - 셧 오프 밸브의 진단 방법

Info

Publication number: KR20100014658A
Application number: KR1020097020313A
Authority: KR
Inventors: 위르겐 푀르스터; 빈프리드 랑어
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2008-02-13
Publication date: 2010-02-10
Also published as: BRPI0808027A2; DE102007015783A1; RU2009139911A; CN101646892A; JP2010521625A; EP2132473A1; WO2008119588A1

Abstract

본 발명은 연료 라인(50) 내의 셧 오프 밸브(400, 500, 510)의 진단 방법에 관한 것이다. 셧 오프 밸브는 하나 이상의 저장기와 하나 이상의 인젝션 밸브(70) 사이의 연료 라인 내에 배치되며, 진단을 위해 셧 오프 밸브는 폐쇄되고 인젝션 밸브를 통해 엔진의 작동을 위한 연료가 제거된다. 연료 라인 내 압력이 기대되던 방식으로 강하하지 않는 경우, 셧 오프 밸브의 셧 오프 작용이 불충분한 것으로 인지된다.

연료 라인, 셧 오프 밸브, 저장기, 인젝션 밸브, 셧 오프 작용

Description

셧 오프 밸브의 진단 방법 {METHOD FOR THE DIAGNOSIS OF A SHUT-OFF VALVE}

본 발명은 독립 청구항의 유형에 따른 연료 라인 내의 셧 오프 밸브의 진단 방법 및 연료 공급 시스템에 관한 것이다.

압축 가스에 의한 시스템, 소위 CNG(압축 천연 가스) 시스템은 전형적으로 저압 시스템 내의 초과압 밸브, 압력 조절 모듈, 압력 조절기 셧 오프 밸브, 저장기 셧 오프 밸브의 직렬 연결을 포함한다. 이 경우 통상 압력 조절 모듈 스스로는 너무 높은 압력에서 저압 영역을 고압 영역으로부터 차단하는 밸브 기능도 가지는데, 이는 너무 높은 압력에서 분사 밸브 또는 주입 밸브가 더 이상 신뢰 가능하게 개방되지 않는 상태를 방지하기 위한 것이다.

법적 요건에 의해 특히 저장기 셧 오프 밸브가 규정된다. 그러나 셧 오프 기능의 에러, 즉 내부 누설은 차량의 정규 작동에 영향을 미치지 않는다. 셧 오프 장치들이 고장 시 불충분하게 폐쇄된다면, 저장기 내용물 전부가 주변으로 누출될 수 있는 위험이 있다. 따라서 셧 오프 장치 및 밸브의 셧 오프 작용을 사전에 바람직하게 정기적으로 검사하고 셧 오프 작용이 부족한 경우 경고 또는 에러 반응이 도입되는 것이 특히 중요하다.

아직 공개되지 않은 DE 10 2005 048 456호에는 셧 오프 밸브의 하류에 낮은 연료압이 설정되며, 셧 오프 밸브 및 인젝션 밸브가 폐쇄될 때 연료압이 셧 오프 밸브의 하류에서 증가하는지가 검사되는 방법이 이미 기재되어 있다. 연료압이 증가하면 셧 오프 밸브의 불충분한 셧 오프 작용이 인지된다.

US 6,427,670 B2호에는 예를 들어 연료가 압력 하에 저장기 내에 저장되고 연료 라인에 의해 분사 밸브에 공급되는 CNG 시스템이 공지되어 있다. 엔진의 정지 및 저장기 밸브의 폐쇄 이후, 연료 라인 내의 연료압을 검사하는 것이 제공되며, 연료압이 기대한 것보다 더 빠르게 강하하는 경우에는 외부 누설, 즉 외부 환경에 대한 연료 시스템의 밀봉 누설이 인지된다.

이에 비해 방법을 청구한 독립항의 특징부들을 포함한 본 발명에 따른 방법은, 하나 이상의 저장기와 하나 이상의 인젝션 밸브 사이의 연료 라인 내에 배치된 셧 오프 밸브의 셧 오프 작용, 즉 내부 누설이 전형적으로 이미 존재하는 센서들 또는 측정 수단에 의해 적은 단계들에서 검사될 수 있는 장점이 있다. 이를 위해 셧 오프 밸브는 폐쇄되고, 연료압은 폐쇄된 셧 오프 밸브 하류에서 모니터링되며, 연료는 엔진 작동을 위한 인젝션 밸브를 통해 연소실 내로 계속 유입된다. 유입된 연료 질량으로부터 셧 오프 밸브 하류에서는 기대되는 연료압이 검출되며, 이러한 연료압이 셧 오프 밸브 하류에서 기대된 연료압에서 벗어나거나 기대되던 바와 같이 감소하지 않는 경우 밸브의 셧 오프 작용은 불충분한 것으로 인지된다.

또한, 장치를 청구한 독립항의 특징부들을 포함한 연료 공급 시스템도 동일한 방식으로 바람직하다. 이 경우 조절 수단과 모니터링 수단을 구비한 제어기가 제공되며, 본 발명에 따른 방법을 실시하기 위한 장치 수단과 제어기가 설치되어 있다.

종속항들에 기재된 수단들에 의해, 독립항에 기술된 방법의 바람직한 추가 실시예 및 개선예가 가능하다.

또한 셧 오프 작용은, 연료압이 셧 오프 밸브 하류에서 기대되던 연료압을 초과하고 그리고/또는 연료압이 기대되는 압력 곡선에서 벗어나는 경우 불충분한 것으로 인식된다.

바람직한 추가 실시예에서, 셧 오프 밸브의 진단이 엔진의 정지 시에 실시되며, 엔진이 진단의 종료에 이르기까지 작동된다.

또한 연료 라인 내 압력을 측정할 때 연료의 온도를 특성화하는 변수를 고려하는 장점이 있다.

이와 같이 바람직한 방식으로 압력과 온도로부터 시스템 내의 연료 질량이 검출될 수 있으며, 연료 라인 내의 연료 질량이 셧 오프 밸브 하류에서 기대되던 연료압 이하로 감소하지 않을 때 밸브의 셧 오프 작용은 불충분한 것으로 인지될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 연료 공급 시스템의 일 실시예를 도시한 도면이다.

도 1에는 액화 가스 또는 예를 들어 수소나 천연 가스와 같은 압축 가스로 엔진을 작동시키기 위한 연료 공급 시스템이 개략적으로 도시되어 있다. 연료는 도시된 실시예에서 제1 저장기 및 제2 저장기(100, 110) 내에 압력 하에 저장된다. 제1 저장기 및 제2 저장기(100, 110) 내에 존재하는 연료의 압력과, 이에 따라 간접적으로는 연료 레벨도 각각 제1 저장기 압력 센서 및 제2 저장기 압력 센서(200, 210)에 의해 모니터링된다. 2개의 저장기(100, 110)는 공통의 연료 라인(50)으로 연결되어 있으며, 이 연료 라인(50)은 연료를 압력 조절 밸브(300)에 공급하고 압력 조절 밸브(300)의 하류에서 4개의 인젝션 밸브(700)로 안내한다. 공통의 연료 라인(50)과 저장기(100, 110) 사이에는 각각 하나의 저장기 셧 오프 밸브(500, 510)가 배치되어 있다. 압력 조절기(300)의 상류에는 셧 오프 밸브(400)가 제공되고 압력 조절기(300)와 셧 오프 밸브(400) 사이에는 제3 압력 센서(220)가, 압력 조절기(300)와 인젝션 밸브(700) 사이에는 제4 압력 센서(230)가 제공된다. 연료 시스템의 충전을 위해 공통의 연료 라인(50)의 끝에는 충전 노즐(600)이 배치되어 있다.

연료 공급 시스템의 정규 작동 시에는 예를 들어 수소가 2개의 저장기(100, 110) 내에 최대 300 바아의 압력 하에 저장된다. 연료 라인(50) 내의 저장기 셧 오프 밸브(500, 510)와 셧 오프 밸브(400)는 개방되어 있다. 이 경우 압력 조절기까지의 공통의 연료 라인(50) 내에는 예를 들어 300 바아 미만의 저장기 압력이 나타나 제3 압력 센서(220)에 의해 측정된다. 압력 조절기(300)는 가해지는 압력을 감소시키므로, 압력 조절 밸브(300)의 하류에는 예를 들어 2 내지 6 바아의 압력이 연료 라인 내에 가해진다. 이러한 저압으로 연료는 도시되지 않은 엔진의 연소실 내로 인젝션 밸브(700)에 의해 주입된다.

고장 시 또는 특수한 작동 조건에서 셧 오프 밸브(400, 500, 510)를 폐쇄하는 것이 제공된다. 예를 들어 인젝션 밸브(700) 또는 연료 라인의 누설이 존재하는 경우, 연료가 주변으로 누출되는 것이 방지된다. 셧 오프 밸브는 안전과 밀접하게 관련되기 때문에, 셧 오프 밸브의 셧 오프 작용을 정기적으로 검사하는 것이 바람직하다.

셧 오프 밸브의 밀봉력 또는 셧 오프 작용을 검사하기 위해, 본 발명에 따라 셧 오프 밸브(400)를 폐쇄하고 셧 오프 밸브(400)의 하류에서 연료압을 모니터링하는 것이 제공되며, 인젝션 밸브(700)는 엔진 작동을 위해 계속 작동된다.

연료 라인 내의 압력 및 경우에 따라 온도와 같이 알려진 작동 조건과, 인젝션 밸브(700)의 주입 지속 시간으로부터 연소실 내로 유입되는 연료 질량이 검출된다. 주입된 연료 질량은 연료 라인 내의 연료 질량을 감소시키고, 셧 오프 밸브(400)가 폐쇄되어 밀봉 폐쇄할 때 연료 라인 내 압력 강하를 야기한다. 기대하는 방식으로 압력 강하가 이루어지지 않는 경우, 연료가 셧 오프 밸브를 통해 연료 라인 내로 후속 관류하는 것으로 볼 수 있다.

각각의 주입 과정에 의해 연료 라인 내에 기대되는 연료압도 폐쇄된 셧 오프 밸브의 하류에서 감소된다. 이에 따라, 주입 과정들의 수가 증가함으로써 셧 오프 밸브의 하류 측과 상류 측 사이의 차압은 상승한다.

따라서, 본 발명에 따라 셧 오프 밸브 상의 차압을 모니터링하는 것도 가능하다.

또한 기대되던 연료압 이상의 임계값을 설정하는 것도 가능하며, 이 임계값 에서는 셧 오프 밸브(400)의 차단 작용이 여전히 충분한 것으로 허용된다. 임계값은 인젝션 밸브를 통해 유출되는 연료 질량에 상응하게 업데이트될 수 있다.

셧 오프 작용의 검사의 정확도를 더욱 개선하기 위해 압력 조절기의 하류에서 제4 압력 센서(230)를 사용하여 압력을 검사할 수도 있다. 이를 위해 압력은 검사될 폐쇄된 셧 오프 밸브(400)의 하류에서 인젝션 밸브(700)에 의한 연료의 배출을 통해 압력 조절 임계값 이하의 압력으로 강하될 수 있다. 압력 조절기(300)의 압력 조절 임계값이 예를 들어 6 바아에 위치하는 경우, 압력은 6 바아 아래에, 즉 예를 들어 2 바아로 조절될 것이다. 이러한 조건들 하에서 압력 조절기(300)는 완전히 개방되고 압력 센서(230)는 셧 오프 밸브(400)의 하류 측에서 압력을 직접 측정한다. 이러한 절차는 한편으로는 셧 오프 밸브(400)에서의 차압이 가능한 커지는 장점과, 다른 한편으로는 저압 영역의 제4 압력 센서(230)가 더욱 작은 측정 영역에 기인하여 고압 영역의 제3 압력 센서(220)보다 더욱 민감하게 반응하는 장점이 있다. 이에 따라, 측정의 정확도와 신뢰도는 증대된다. 정확도를 개선하기 위하여 모니터링된 체적 내의 질량 증가가 추가의 온도 측정을 통해 정확하게 계산될 수 있다. 온도 측정은 모니터링된 체적에서 온도 센서에 의해 또는 저장기 온도 센서에 의해 이루어질 수 있다.

물론 본 발명에 따른 연료 공급 시스템의 다른 실시예들도 고려할 수 있다. 이와 같이, 예를 들어 제1 압력 센서 및 제2 압력 센서(200, 210)는 생략될 수 있으며, 연료압은 다른 유형 및 방식으로 또는 예를 들어 제3 압력 센서(220)에 의해 검출될 수 있다.

또한, 단 하나의 연료 저장기나, 2개 이상의 연료 저장기를 작동할 수도 있다.

또한, 본 발명에 따른 방법은 셧 오프 밸브(400)의 진단에만 국한되지는 않는다. 특히 2개의 저장기 밸브(500, 510)에서도 셧 오프 작용이 진단될 수 있다.

진단이 예를 들어 고부하에서 실시되는 경우, 폐쇄된 셧 오프 밸브의 하류에서 연료압이 임계압 이하로 큰 기울기로 감소하여, 엔진 작동이 더 이상 가능하지 않은 위험이 있다. 이를 방지하기 위해 적합한 방식으로 압력 임계값 또는 부하 임계값이 제공되며, 이 압력 임계값 및 부하 임계값 이하에서는 진단이 실시되지 않는다.

부하 요구가 작은 경우, 셧 오프 밸브는 연료압이 셧 오프 밸브 하류에서 인지 가능하게 강하될 때까지 폐쇄된다. 이는 엔진의 추가 작동과 진단의 실시를 가능하게 한다. 셧 오프 밸브가 폐쇄되어 있는 동안, 분사된 연료 질량은 축적되고 상기 셧 오프 밸브를 위해 규정된 최대값과 비교되는데, 이 최대값에서 압력 강하가 인지될 수 있다.

축적된 분사 연료 질량의 규정된 허용 최대값은 예를 들어 사전에 검출될 수 있으며 경우에 따라 호출을 위한 특성 필드에 저장될 수 있다. 저장된 허용 최대값이 초과하는 경우, 셧 오프 밸브에 에러가 있는 것으로 인지된다.

대안적으로 셧 오프 밸브의 적합한 최대 허용 개방 시간도 저장될 수 있다. 또한 제2 압력 임계값을 제공하는 것도 가능하며, 이 제2 압력 임계값 이상에서 셧 오프 밸브는 재차 폐쇄될 수 있다. 셧 오프 밸브를 주기적으로 작동하는 것도 고 려 가능하다.

또한, 불충분한 것으로 인지된 셧 오프 밸브의 셧 오프 작용이 에러 메모리에 저장될 수 있다.

또한, 설정된 간격으로 또는 규정된 시간에 따라 진단을 실행할 수 있다. 이 경우, 예를 들어 복수의 진단들에서 확인된 경우에만 셧 오프 작용이 불충분한 것으로 인지될 수도 있다.

또한, 누설 진단 동안 추가의 진단들, 특히 예를 들어 라인 중단의 진단이나 공급 전압에 따른 단락의 진단과 같은 셧 오프 밸브의 전기적 진단들이 실시될 수 있다. 이러한 절차에 의해 간단한 유형 및 방식으로 최종 단계와 구성 요소들(밸브) 사이에 에러 구분이 가능하다.

Claims

하나 이상의 저장기(100, 110)와 하나 이상의 인젝션 밸브(70) 사이의 연료 라인(50) 내에 셧 오프 밸브(400, 500, 510)가 배치되며,

셧 오프 밸브(400, 500, 510) 하류에서 연료압이 측정되며,

연료는 인젝션 밸브를 통해 연소실 내로 유입되며,

진단을 위해 셧 오프 밸브(400, 500, 510)는 폐쇄되는,

연료 라인(50) 내의 셧 오프 밸브(400, 500, 510)의 진단 방법에 있어서,

인젝션 밸브를 통해 유입된 연료 질량이 검출되고,

유입된 연료 질량으로부터 하류에서 기대되는 연료압이 검출되고,

연료압이 셧 오프 밸브(400, 500, 510) 하류에서 기대되던 연료압에서 벗어나는 경우 셧 오프 밸브(400, 500, 510)의 셧 오프 작용은 불충분한 것으로 인지되는 것을 특징으로 하는, 연료 라인 내의 셧 오프 밸브의 진단 방법.
제1항에 있어서, 셧 오프 밸브(400, 500, 510)의 셧 오프 작용은 연료압이 셧 오프 밸브(400, 500, 510) 하류에서 기대되던 연료압을 초과하고 그리고/또는 기대되는 압력 곡선에서 벗어나는 경우 불충분한 것으로 인지되는, 연료 라인 내의 셧 오프 밸브의 진단 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 엔진의 정지 시에 셧 오프 밸브(400, 500, 510) 는 폐쇄되며, 엔진은 진단이 종료되기까지 작동되는, 연료 라인 내의 셧 오프 밸브의 진단 방법.
제1항 내지 제3항 중 적어도 한 항에 있어서, 연료 라인(50) 내의 압력을 측정할 때 연료의 온도를 특성화하는 변수가 고려되는, 연료 라인 내의 셧 오프 밸브의 진단 방법.
제1항 내지 제4항 중 적어도 한 항에 있어서, 압력과 온도로부터 연료 라인(50) 내의 연료 질량이 검출되며, 연료 라인(50) 내의 연료 질량이 유입된 연료 질량에 상응하게 감소하지 않을 때 셧 오프 밸브(400, 500, 510)의 셧 오프 작용은 불충분한 것으로 인지되는, 연료 라인 내의 셧 오프 밸브의 진단 방법.
하나 이상의 저장기(100, 110), 인젝션 밸브(70), 셧 오프 밸브(400, 500, 510), 및 제어기를 구비한 연료 공급 시스템에 있어서,

셧 오프 밸브(400, 500, 510)를 진단하기 위한 제어기는 조절 수단과 모니터링 수단을 포함하며, 조절 수단은 셧 오프 밸브(400, 500, 510)의 진단을 위해 조절 수단이 셧 오프 밸브(400, 500, 510)를 폐쇄하는 방식으로 형성되며,

모니터링 수단은 연료압을 셧 오프 밸브(400, 500, 510) 하류에서 모니터링하고 인젝션 밸브를 통해 연소실 내로 유입되는 연료 질량에 따라 기대되던 연료압을 검출하는 방식으로 설치되며,

연료압이 셧 오프 밸브(400, 500, 510) 하류에서 기대되던 연료압을 초과하는 경우 셧 오프 밸브(400, 500, 510)의 부족한 셧 오프 작용이 인지되는 것을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.