KR100334374B1

KR100334374B1 - 피에조 제어되는 연료 분사 밸브의 제어 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100334374B1
Application number: KR1019997008450A
Authority: KR
Inventors: 클라우스 에거; 크리스챤 호프만; 벤델린 클뤼글; 헬무트 프로이덴베르크; 데트레브 쇠페
Original assignee: 칼 하인쯔 호르닝어; 지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date: 1997-03-21
Filing date: 1998-03-20
Publication date: 2002-04-25
Also published as: DE19711903C2; US6109245A; EP0968535B1; CN1163979C; EP0968535B8; DE59814089D1; EP0968535A1; WO1998043305A1; DE19711903A1; KR20000076349A; BR9808917A; CN1244293A

Abstract

파워 MOSFET 스위치(T1)로 이루어진 방전장치(S1)가 피에조 서보 소자(P1)에 대해 병렬 접속된다. 피에조 서보 소자(P1)의 차단 주기(ta)가 주어진 모니터링 시간(ts)을 초과하면, 방전장치(S1)가 피에조 서보 소자에 대해 병렬 접속된 모니터링 장치(WD)에 의해 도전 상태로 된다. 방전 장치(S1) 및 모니터링 장치(WD)는 집적 회로(ASIC)로 형성되고 밸브 하우징내에 집적된다.

Description

피에조 제어되는 연료 분사 밸브의 제어 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING A PIEZOREGULATED FUEL INJECTION VALVE}

이러한 장치에서 제어 과정 동안 예컨대 전압 및 전류 파형의 모니터링시, 피에조 서보 소자의 에러, 제어 회로의 에러 또는 결함을 가진 접속으로 인해 시스템의 잘못된 상태가 검출될 수 있다.

제어회로의 에러로 인해 방전이 이루어지지 않거나 또는 충전된 피에조 서보 소자의 케이블이 파손되면, 이러한 상태가 검출될 수 있기는 하지만 제거될 수는 없는데, 그 이유는 피에조 서보 소자의 높은 저항으로 인해 제공된 전하가 비교적 오래 유지되기 때문이다. 따라서, 상기 피에조 서보 소자에 의해 작동되는 연료 분사 밸브가 오래 개방되고 너무 많은 연료가 분사되며, 이것은 엔진의 손상을 일으킬 수 있다.

본 발명은 내연 기관의 피에조 제어되는 연료 분사 밸브의 제어 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 장치를 작동시키기 위한 방법에 관한 것이다.

도 1은 압전 작동되는 연료 분사 밸브의 제어 장치를 나타낸 개략도이다.

본 발명의 목적은 피에조 서보 소자의 차단 주기(제어 주기)가 제어될 장치에 위험하지 않은 값으로 제한되도록 구성된, 피에조 제어되는 연료 분사 밸브의제어 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 또다른 목적은 상기 장치의 작동 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따라 피에조 서보 소자에 하나의 방전 장치가 할당된, 청구항 제 1항(장치) 및 8항 또는 9항(방법)의 특징에 의해 달성된다.

가장 간단한 경우, 방전 장치로서 저항이 피에조 서보 소자에 대해 병렬로 배치될 수 있다. 피에조 서보 소자가 충전되어 더 이상 제어되지 않으면, 상기 저항을 통해 피에조 서보 소자가 방전된다; 상기 저항은 한편으로는 에러의 경우 피에조 서보 소자가 충분히 신속히 방전될 수 있으면서, 다른 한편으로는 초과 에너지 수요가 너무 커지지 않도록 치수 설계되어야 한다.

보다 개선된 해결책에서는 저항 대신에 전기 코일이 사용된다. 제어를 시작할 때 처음에 지연되어 상승하는 코일내의 전류에 의해, 초과 에너지 수요가 작아진다.

저항 및 코일은 충전 과정의 끝에서부터 피에조 서보 소자를 방전시키므로, 분사 밸브의 임의의 긴 에러 없는 차단 주기가 얻어질 수 없다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참고로 구체적으로 설명한다.

도 1에서, 도시되지 않은 연료 분사 밸브의 피에조 서보 소자(P1)는 라인(1)및 (2) 사이에서 제어 회로(ST)에 의해 라인(3)을 통해 제어되는 파워 MOSFET 스위치(T1)와 직렬 접속된다 다른 실린더의 연료 분사 밸브용 피에조 서보 소자들은 상기 직렬 회로에 대해 병렬로 배치될 수 있고, 이것은 파선 화살표로 계속 뻗은 라인(1) 및 (2)으로 표시된다. 이러한 제어 회로(ST)의 세부 사항은 독일 특허 출원 196 52 801.1호에 공지되어 있다.

라인(2)은 회로의 기준 전위(GND)에 접속되는 한편, 충전 스위치(X1)가 점화되면 피에조 서보 소자(P1)는 라인(1)을 통해 충전된다. 라인(1) 및 (2) 사이의 제어회로(ST)에 배치된 방전 스위치(X2) 및 도전 파워 MOSFET 스위치(T1) 또는 -그것의 비도전 상태에서- 그것의 인버스다이오드를 통해 피에조 서보 소자(P1)가 방전된다. 스위치(X1) 및 (X2)는 예컨대 사이리스터 스위치이다.

본 발명에 따라 피에조 서보 소자(P1)의 차단 주기(ta)에 대한 모니터링 장치(WD)가 제공된다. 모니터링 장치(WD)는 피에조 서보 소자(P1)에 대해 병렬 접속된다. 제어회로(ST)에 의해 모니터링 장치(WD)에 동시에 에너지가 공급되는 한편, 피에조 서보 소자는 충전된다.

피에조 서보 소자(P1)가 충전되기 시작하면, 모니터링 장치(WD)내에서 타이머가 동작한다. 상기 타이머는 피에조 서보 소자(P1)에 대해 병렬 접속된, 방전 장치로서 작동하는, 통상적으로 비도전 전자 스위치(S1)를 주어진 모니터링 시간(ts) 후에 도전되게 제어함으로써, 이전에 피에조 서보 소자가 방전 스위치(X2)를 통해 방전되지 않았으면, 피에조 서보 소자(P1)가 단락 방식으로 방전된다.

또한, 제너 다이오드(Z1)가 피에조 서보 소자(P1)에 대해 병렬로 배치되고, 제너 다이오드(Z1)의 캐소드는 피에조 서보 소자의 플러스 단자(+)에 접속된다. 제너 다이오드(Z1)는 작동 동안 그리고 차단 상태에서도 피에조 서보 소자를 네거티브 전압 및 포지티브 과전압으로부터 보호한다.

바람직하게는 모니터링 장치(WD), 방전 장치(S1)(전자 스위치) 및 제어 다이오드(Z1)가 집적회로로서, 예컨대 ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuit)로 구현되고 연료 분사 밸브의 하우징 내부에 배치된다. ASIC 및 연료 분사 밸브로 이루어진 유닛은 도면에서 도면 부호(V)를 가진 파선 박스로 표시된다.

분사 밸브를 통해 내연기관의 실린더내로 분사되는 연료의 양은 연료 압력(p) 및 분사 밸브 또는 피에조 서보 소자의 차단 주기(ta)에 의존한다. 연료 압력(p)은 엔진 제어 장치의 여러가지 파라미터에 따라 미리 주어진다. 낮은 연료 압력(예컨대, p = 250바아)을 가진 엔진 방식에서는 필요한 스타트량을 분사하기 위해 긴 차단 주기(예컨대, ta = 4.5ms)가 필요하다. 최대 연료 압력(예컨대, p_max= 1500바아)에서는 예컨대 흡입관 또는 실린더내로 최대로 필요한 연료량을 이송하기 위해 차단 주기 ta_max= 1.5ms면 충분하다. 상기 압력(p_max)에서는 시동 단계 동안 필요한 차단 주기 ta = 4.5ms가 엔진 손상을 일으킬 수 있을 정도의 많은 연료량을 야기시킬 것이다.

모니터링 시간(ts)이 예컨대 ts = 1.8ms의 값으로 제한되면, p = 250 바아를 가진 시동 단계에서 필요한 연료량이 얻어지지 않고, 엔진이 스타트되지 않는다.

따라서, 연료 압력(p)이 측정되고, 차단 주기(ta) 및 모니터링 시간(ts)이 상기 연료 압력에 따라 조절될 필요가 있다. 그러나, 이것은 연료 분사 밸브로의 부가의 신호 라인 및 각각의 연료 분사 밸브의 모니터링 장치(WD)에서 현저히 많은 부가의 회로 비용을 필요로 할 것이다.

시동 단계 동안 모니터링 장치(WD)를 차단시키는 것도 가능하다. 이것은 예컨대 제어 회로(ST)로부터 출력되는 주파수 변조된 신호에 대한 부가의 라인 없이 라인(1)을 통해 모니터링 장치(WD)로 이루어질 수 있다.

본 발명은 바람직하게는 내연 기관의 시동 단계 동안 각각의 실린더 충전을 위한 낮은 연료 압력에서 최대 차단 주기(ta_max)를 초과하지 않는 차단 주기(ta)를 가진 적어도 2번의 분사 공정이 제공되는 방법이다. 따라서, 시동 단계 동안 모니터링 장치가 차단될 필요 없이 필요한 스타트량이 분사될 수 있다. 예컨대 약 250 바아에서 각각 최대 1.5ms로 3번 또는 4번의 분사가 이루어질 수 있다.

이러한 방식에 의해, 최대 연료 압력(p_max)에서 최대로 제공된 연료량을 분사하기 위해 필요한 최대 차단 주기(ta_max) 보다 약간 크게 선택된 단 하나의, 일정한 모니터링 시간(ts)만으로, 전체 엔진 작동 범위에서 연료 분사 밸브의 차단 주기(ta)를 모니터링할 수 있다.

Claims

충전 장치(X1)를 통해 충전되고 방전 장치(X2)를 통해 방전되는 피에조 서보 소자(P1)를 이용한 연료 분사 밸브의 제어 장치에 있어서,

피에조 서보 소자(P1)에 대해 병렬 접속된 모니터링 장치(WD)가 제공되고,

피에조 서보 소자(P1)에 대해 병렬 접속된, 에러의 경우 모니터링 장치(WD)에 의해 작동되는 방전 스위치(S1)가 제공되며,

모니터링 장치(WD)가 타이머(T)를 포함하고, 상기 타이머(T)는 피에조 서보 소자(P1)의 차단 주기(ta)가 주어진 모니터링 시간(ts)을 초과할 때 방전 스위치(S1)를 도전되게 제어하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1항에 있어서, 모니터링 장치(WD)의 전압 공급이 피에조 서보 소자(P1)의 충전을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1항에 있어서, 모니터링 장치(WD), 방전 장치(S1), 및 피에조 서보 소자(P1)에 대해 병렬로 배치된 제너 다이오드(Z1)가 집적 회로(ASIC)로 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 3항에 있어서, 집적 회로(ASIC)가 연료 분사 밸브의 하우징내에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1항 내지 4항 중 어느 한 항에 따른 장치의 작동 방법에 있어서,

모니터링 장치(WD)의 모니터링 시간(ts)이 최대 연료 압력(p_max)에서 최대 연료량을 분사하기 위해 필요한 연료 분사 밸브의 최대 차단 주기(ta_max) 보다 약간 더 크게 설정되는 것을 특징으로 하는 작동 방법.
제 5항에 있어서, 내연기관의 시동 단계 동안 실린더의 충전을 위해 최대 차단 주기(ta_max)을 초과하지 않는 차단 주기(ta)를 가진 적어도 2번의 분사가 수행되는 것을 특징으로 하는 작동 방법.
제 1항 내지 4항 중 어느 한 항에 따른 장치를 작동시키는 방법으로서,

내연기관의 시동 단계 동안 모니터링 장치(WD)가 차단될 수 있는 것을 특징으로 하는 작동 방법.
제 7항에 있어서, 모니터링 장치(WD)의 차단이 제어회로(ST)로부터 출력되는 주파수 변조 신호에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 작동 방법.