KR100485407B1 - 적어도 하나의 용량성 액츄에이터를 제어하는 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 두 개의 커패시터(C1, C2)를 포함하는 적어도 하나의 용량성 액츄에이터를 구동시키기 위한 장치에 관한 것이다. 두 개의 병렬-연결된 커패시터(C1, C2)가 전원(SNT)의 출력 전압(U_SNT)으로 충전된다. 액츄에이터는 직렬로 연결된 커패시터에 의해 전압(U_C1+C2=2*U_SNT)으로 충전되고, 다음에 커패시터로 방전되는데, 이러한 커패시터는 다시 병렬로 연결되고 다음으로 전원(SNT)의 출력 전압(U_SNT)으로 재충전된다.

Description

적어도 하나의 용량성 액츄에이터를 제어하는 장치 및 방법 {DEVICE AND PROCESS FOR CONTROLLING AT LEAST ONE CAPACITIVE ACTUATOR}

본 발명은 제어 회로(ST)에 의해 적어도 하나의 용량성 액츄에이터(P1-Pn)를 구동시키기 위한 장치 특히, 청구항 1의 특징에 따른 내부 연소 엔진의 압전 구동 연료 주입 밸브에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 장치를 동작시키는 방법에 관한 것이다.

유럽 특허번호 제 0 464 443 A1호에 커패시터로부터 충전 코일을 통해 충전되는 압전 액츄에이터에 관해 개시되어 있다. 압전 액츄에이터를 방전시키는 동안, 공급된 에너지의 일부가 방전 코일을 통해 커패시터로 궤환되는 반면 다른 일부 또한 방전 코일을 통해 단락 회로에 의해 소멸된다. 방전동안, 압전 액츄에이터에 음의 전압이 인가된다.

독일 특허번호 제 36 21 541 C2호에 전원에 접속된 직렬 회로를 통해 충전되며, 두 개의 커패시터와 충전 코일로 구성되고 및 방전 코일을 통해 두 개의 커패시터중 하나로 방전되는 연료 주입 밸브의 압전 액츄에이터를 위한 구동 회로에 관해 개시되어 있다. 선택적인 설계에서, 액츄에이터는 전원에 접속된 커패시터와 충전 코일을 통해 충전되고, 방전동안 압전 액츄에이터내에 저장된 에너지는 방전 코일에 의해 소멸된다.

본 발명의 목적은 가능한 한 오랫동안 손실없이 구동되고 간단하게 설계되는 장치와 적어도 하나의 용량성 액츄에이터를 구동시키는 방법을 제공하는 것이고, 이러한 장치를 통해 액츄에이터는 완전하게 방전되고 음의 전압이 걸리는 것이 방지된다.

본 발명의 목적은 청구항 1의 특징에 의해 구현된다. 추가의 바람직한 실시예는 종속항을 통해 구현된다.

전압원은 충전 전압의 반(1/2)만을 위해 설계되고 액츄에이터 커패시턴스의 넓은 분포의 경우에도 완전한 방전이 수행되는 것이 특히 바람직한데, 그 이유는 각각의 액츄에이터가 액츄에이터 커패시턴스의 네 배로 설정되는 커패시턴스를 가질 수 있는 병렬-연결된 커패시터(C1, C2)로 방전되기 때문이다. 각각의 액츄에이터의 충전과 방전은 전류의 완전한 사인파의 반파장을 가지고 수행된다. 결과적으로, 액츄에이터는 자신의 동작 전압과 이에 따른 (코사인파의 최대값에서) "느린" 속도의 최종 진폭에 도달한다. -압전 동작 연료 주입 밸브의 동작의 경우-최대 300㎐의 기본 주파수 이하의 주파수만이 주파수 스펙트럼 내에 형성되고, 따라서 EMC 문제를 거의 발생시키지 않는다. 게다가, 링-어라운드(ring-around) 코일이 회로를 위해 제공된 하우징으로부터 옮겨져 액츄에이터에 인접할 수 있는데, 그 이유는 어떠한 스위치도 링-어라운드 코일과 액츄에이터 사이에 위치하지 않기 때문이다.

본 발명의 실시예는 이하에서 도면을 참조하여 상세히 설명될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 회로를 도시한다.

도 2는 본 발명에 따른 방법과 관련된 순서도를 도시한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따라 제어 회로(ST)에 의해 압전 액츄에이터(P1-Pn)를 통해 내부 연소 엔진의 연료 주입 밸브(상세히 도시되지 않음)를 구동시키기 위한 회로를 도시하고, 이러한 회로는 마이크로프로세서-제어된 엔진 제어 장치(상세히 도시되지 않음)의 일부이다.

전원(SNT)의 양극(+SNT)과 음극(GND) 사이에 재충전 스위치(X3), 제 1 방전 스위치(X2), 충전 스위치(X1) 및 제 2 방전 스위치(X4)로 구성된 직렬 회로가 위치한다. 스위치(X1-X4)는 음극(GND) 방향으로 전류를 통과시킨다.

스위치(X1-X4)는 전자 스위치, 바람직하게는 사이리스터 스위치이고, 이는 전류를 한쪽 방향으로만 통과시키며 적어도 하나의 반도체 엘리먼트를 포함하고 및 제어 회로에 의해 도전 상태로 제어된다.

제 1 방전 스위치(X2)와 충전 스위치(X1)로 구성된 직렬 회로와 제 1 커패시터(C1)가 병렬로 위치하고, 충전 스위치(X1)와 제 2 방전 스위치(X4)로 구성된 직렬 회로와 제 2 커패시터(C2)가 병렬로 위치한다.

재충전 스위치(X3)와 제 1 방전 스위치(X2)의 결합점으로부터 링-어라운드 코일(L), 제 1 액츄에이터(P1) 및 제 1 제어된 전력 MOSFET 스위치(T1)로 구성된 직렬 회로가 프레임 단자(GND)로 연결된다.

제 1 액츄에이터(P1)와 제 1 전력 MOSFET 스위치(T1)로 구성된 직렬 회로와 병렬로 위치하며 액츄에이터(P2-Pn)와 추가의 전력 MOSFET 스위치(T2-Tn)로 구성된 직렬 회로가 각각의 추가의 액츄에이터에 대해 제공된다. 프레임 단자(GND)로부터 링-어라운드 코일(L)쪽으로 전류를 통과시키는 다이오드(D)가 액츄에이터와 전력 MOSFET 스위치로 구성된 직렬 회로와 병렬로 위치한다.

전력 MOSFET 스위치는 일반적으로 반전 다이오드를 포함하고, 본 발명에 따라 장치를 동작시킬 때 이하에서 설명된 바와 같이 사용되는 기능을 가진다. 스위치(X1-X4 및 T1-Tn)는 엔진 제어 장치의 제어 신호(st)의 기능을 하는 제어 회로(ST)에 의해 제어된다.

이상에서 설명된 장치를 동작시키기 위한 방법은 도 2를 참조로 하여 이하에서 상세히 설명될 것이다. 도 2에서 처리 단계(Ⅰ-Ⅹ)를 대표하기 위해 로마 숫자만이 사용되었다.

할당된 주입 밸브를 통해 실린더내에 연료를 주입하도록 액츄에이터(P1)를 동작시키고자 한다면, 각각의 두 커패시터(C1, C2)는 전원(SNT)의 출력 전압(U_SNT)으로 충전되고, 링-어라운드 코일(L)에는 전류가 흐르지 않으며, 모든 스위치(X1-X4 및 T1-Tn)은 (높은 저항의) 비-도전 상태이고 및 모든 액츄에이터(P1-Pn)가 방전되는 상태로부터 시작한다(단계 Ⅰ).

제 1 단계와 같이, 제어 회로는 적어도 하나의 충전 동작 기간을 위해 도전 상태가 되도록, 할당된 전력 MOSFET 스위치(T1)를 제어함으로써 적절한 액츄에이터를 선택한다(단계 Ⅱ). 하지만, 스위치(T1)는 또한 크랭크샤프트 각도 CS=720°CS/N(N=실린더 수) 이상으로 (낮은 저항의) 도전 상태를 유지할 수 있고, 여기서 상기 각도는 예를 들면, 4-실린더 엔진의 경우 180°CS이고 6-실린더 엔진의 경우 120°CS이다.

제어 신호(st)의 시작으로 설정되는 주입이 시작될 때(단계 Ⅲ), 제어 회로(ST)는 충전 스위치(X1)를 트리거시키고(단계 Ⅳ), 그 결과 두 커패시터(C1, C2)가 직렬로 연결된다. 결과적으로, 커패시터(C1+C2)에 걸리는 전압(U_C1+C1=2*U_SNT)이 링-어라운드 코일(L)을 통해 완전한 사인파의 반파장 동안 액츄에이터(P1)로 방전되고, 이러한 액츄에이터는 주입 밸브(도시 안됨)를 개방한다.

링-어라운드 이후에, 충전 스위치(X1)가 차단되고(단계 Ⅴ), 액츄에이터(P1)는 충전된 상태로 남는다. 커패시턴스에 의존하는 여분의 전압이 커패시터(C1, C2)에 남아 있다.

제어 신호(st)의 종결시 액츄에이터를 방전시키기 위해(단계 Ⅵ), 두 개의 방전 스위치(X2, X4)가 트리거된다(단계 Ⅶ). 두 커패시터(C1, C2)는 결과적으로 액츄에이터(P1)가 방전되는 병렬 회로가 된다. 방전 회로는 전력 MOSFET 스위치(T1)의 반전 다이오드를 통해 폐쇄된다. 액츄에이터(P1)내에 저장된 에너지는 손실때문에 링-어라운드 코일(L)을 통해 두 개의 병렬-연결된 커패시터(C1, C2)로 돌아가고, 두 커패시터는 전압(U＜U_SNT)으로 충전되고 다음의 사이클에 대해서도 사용될 수 있다. 액츄에이터의 방전 동안 커패시터(C1, C2)의 병렬 연결(커패시턴스의 증대)은 남아 있는 여분의 전압(예를 들면, +10V)에도 불구하고 방전될 수 있도록 한다.

액츄에이터가 병렬-연결된 다이오드(D)의 임계 전압으로 방전됨과 동시에, 여전히 흐르고 있는 전류는 이러한 다이오드를 통해 계속 흐르고, 따라서 액츄에이터가 음으로 충전되는 것을 방지한다. 다음으로, 두 방전 스위치(X2, X4)가 차단된다(단계 Ⅷ).

다음 액츄에이터의 충전 사이클에 대해, 가장 먼저 발생된 손실을 보상하는 것이 필요하다. 이를 위해, 두 방전 스위치(X2, X4)가 재트리거되며, 더불어 재충전 스위치(X3)가 트리거되고, 그 결과 상호 병렬로 연결된 두 커패시터(C1, C2)가 전원(SNT)의 출력 전압(U_SNT)으로 충전된다. 다음으로, 스위치(X2, X3, X4)가 차단되어, 다음 액츄에이터를 선택하여 이러한 액츄에이터를 처음부터 상기 방법을 반복할 수 있게 된다.

Claims (4)

1. 제어 회로(ST)에 의해 적어도 하나의 용량성 액츄에이터(P1-Pn)인 내부 연소 엔진의 압전 구동 연료 주입 밸브를 구동시키는 장치에 있어서,

   -전원(SNT)의 양극(+SNT)과 음극(GND) 사이에 위치하며, 상기 음극(GND)으로 전류를 통과시키고 및 재충전 스위치(X3), 제 1 방전 스위치(X2), 충전 스위치(X1) 및 제 2 방전 스위치(X4)로 구성되는 직렬 회로;

   -상기 제 1 방전 스위치(X2)와 상기 충전 스위치(X1)로 구성된 직렬 회로와 병렬로 위치하는 제 1 커패시터(C1);

   -상기 충전 스위치(X1)와 상기 제 2 방전 스위치(X4)로 구성된 직렬 회로와 병렬로 위치하는 제 2 커패시터(C2);

   -상기 재충전 스위치(X3)와 상기 제 1 방전 스위치(X2)의 결합점과 프레임 단자(GND) 사이에 위치하며, 링-어라운드 코일(L), 제 1 액츄에이터(P1) 및 제 1 제어된 전력 MOSFET 스위치(T1)로 구성되는 직렬 회로;

   -상기 제 1 액츄에이터(P1)와 상기 제 1 전력 MOSFET 스위치(T1)로 구성된 직렬 회로와 병렬로 위치하며, 상기 각각의 액츄에이터에 대해 제공되고 및 상기 액츄에이터(P2-Pn)와 추가의 전력 MOSFET 스위치(T2-Tn)로 구성되는 직렬 회로; 및

   -상기 액츄에이터와 상기 전력 MOSFET 스위치로 구성된 상기 모든 직렬 회로와 병렬로 위치하며, 상기 프레임 단자(GND)로부터 상기 링-어라운드 코일(L)로 전류를 통과시키는 다이오드(D)를 포함하는 것을 특징으로 하는 용량성 액츄에이터 구동 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 회로(ST)는 마이크로프로세서-제어된 엔진 제어 장치의 일부인 것을 특징으로 하는 용량성 액츄에이터 구동 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 충전 스위치(X1), 상기 방전 스위치(X2, X4) 및 상기 재충전 스위치(X3)는 한쪽 방향으로만 전류를 통과시키는 제어된 전자 스위치이며, 적어도 하나의 반도체 엘리먼트를 가지는 것을 특징으로 하는 용량성 액츄에이터 구동 장치.
4. 제 1 항에 따른 장치를 동작시키는 방법에 있어서,

   -병렬 회로내에서 두 커패시터(C1, C2)가 전원(SNT)의 출력 전압(U_S)으로 충전되며;

   -구동될 각각의 액츄에이터(P1-Pn)가 직렬-연결되고 충전된 상기 커패시터(C1, C2)로부터 링-어라운드 코일(L)을 통해 충전되며;

   -구동된 상기 각각의 액츄에이터(P1-Pn)는 상기 링-어라운드 코일(L)을 통해 두 개의 병렬-연결된 커패시터(C1, C2)로 방전되고; 및

   -상기 두 개의 병렬-연결된 커패시터(C1, C2)는 상기 전원(SNT)의 상기 출력 전압(U_S)으로 재충전되는 것을 특징으로 하는 방법.