KR100857638B1 - 전자기 소비기를 제어하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자기 소비기, 특히 엔진 내에 분사되는 연료량에 영향을 주는 솔레노이드 밸브를 제어하기 위한 장치 및 방법이 설명된다. 적어도 하나의 소비기 절환 시간이 제어 시에 고려된다. 적어도 하나의 절환 시간은 전류값에 따라 결정된다.

전자기 소비기, 솔레노이드 밸브. 절환 시간, 전압 강하, 전류값

Description

전자기 소비기를 제어하기 위한 방법 및 장치 {Method and Device for Controlling an Electromagnetic Consumer}

본 발명은 전자기 소비기를 제어하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

독일 특허 제44 15 361호에는 전자기 소비기를 제어하는 방법 및 장치가 공지되어 있다. 그러한 전자기 소비기는 특히 엔진에서 연료량을 제어하기 위해 사용된다. 여기서 솔레노이드 밸브는 분사 지속 시간 및/또는 분사 개시 시간을 결정한다.

솔레노이드 밸브에서 제어 시점과 솔레노이드 밸브의 절환 사이에는 통상적으로 소정 시간 간격이 존재한다. 이러한 시간 간격은 밸브의 절환 시간으로서 통상적으로 표시된다. 이러한 절환 시간은 다양한 파라미터에 따른다. 그러한 파라미터는 예를 들면 코일 전압 및/또는 코일 온도 및/또는 코일을 통해 흐르는 전류이다. 또한 솔레노이드 밸브의 가변적인 절환 시간은 가변적인 분사 지속 시간 및/또는 가변적인 분사 개시 시간을 가짐으로써, 이는 원치않는 변경된 연료량으로 분사되는 결과를 초래한다.

독일 특허 제195 138 78(미국 특허 제5 878 722호)에는 전자기 소비기를 제어하기 위한 방법 및 장치가 공지되어 있다. 상기 방법에는 솔레노이드 밸브의 제 어 지속 시간이 작동 중인 분사의 차단 지연 시간으로 보정된다. 이러한 지연 시간은 차단 과정에서 전류의 모멘트 값에 따라 사전 설정될 수 있다.

또한, 차단 시에 기계적 절환 시간이 차단 전류 및 차단 전압에 따른다는 것이 공지되어 있다. 상이한 차단 전류가 실질적으로 적게 작용하도록, 소비기로부터의 전류는 가능한 높은 소멸 전압으로 대체된다(decommutate). 이를 위해, 구성 요소가 상응하는 전압 내구성을 갖는 것은 요구된다. 이러한 구성 요소는 비교적 비싸다.

검출된 전류값으로부터 적어도 하나의 절환 시간(switching time) 및/또는 보정값이 결정됨으로써, 연료 공급, 특히 연료 공급의 개시 시간 및/또는 연료 공급의 지속 시간의 매우 정확한 제어가 달성된다. 또한, 높은 전압 내구성으로 설계된 시스템에 대해 실질적으로 비용 절감이 발생하고, 이로써 소멸 전압에 따른 절환 시간이 미리 결정될 수 있다.

제어 개시 시간의 사전 설정시에는 연결 시간이, 그리고 제어 지속 시간의 사전 설정시에는 차단 시간이 고려된다면 특히 바람직하다. 또한, 제어 지속 시간 대신에 제어 종료 시간이 사전 설정될 수 있다. 종료 시간의 사전 설정시에는 연결 시간 및 차단 시간이 고려될 수 있다.

특히 절환 시간이 정상(Stationary) 상태 전류값에 따라 결정되고 그리고/또는 차단 바로 전에 측정된 전류값에 따라 결정되는 경우에 특히 간단하고 확실하게 적용된다. 보정은 정상 상태의 전류값을 사용할 때 동일한 분사에 실행될 수 있고 그리고/또는 후속하는 분사에서 실행될 수 있다.

전류값에 따라 밸브 특성 곡선을 보정하는 경우에 특히 바람직한 구성이 제공된다. 이는 소비기의 제어 지속 시간과 분사된 연료량 사이의 관계가 직접 보정되는 것을 의미한다. 이러한 보정은 소정의 연료량이 공급되기 위해 요구되는, 소비기에 대한 제어 지속 시간이 소비기를 통해 흐르는 전류와 무관하게 출력되도록 행해진다.

특히 바람직한 실시예에서는 전류 대신에 소멸 전압 또는 이로부터 유도된 변수가 사용된다. 소멸 전압은 차단 과정 동안에 소비기에 인가된 전압이다. 이러한 전압은 전압 공급부와 결합하고 있는, 바람직하게는 소비기의 접속부에서 검출된다.

소멸 전압이 인가된 동안의 지속 시간에 따라 절환 시간 및/또는 보정값을 결정하는 방법의 실시예는 특히 바람직하다. 즉, 소비기에 소멸 전압이 인가된 동안에 지속 시간이 결정된다. 임계값(TS) 이하로 소멸 전압이 강하하는 시점이 결정되는 것이 바람직하다. 소멸 전압의 지속 시간은 소비기의 차단과 임계값의 미달 사이의 시간 간격에 대응한다.

이하, 본 발명은 도면 부호에 도시된 실시예를 참조로 설명된다.

도1은 본 발명에 따른 장치의 기본 요소를 도시한 도면이다.

도2는 시간에 대해 다양한 신호를 도시한 도면이다.

도3은 시간에 대해 다양한 신호를 도시한 도면이다.

도4는 밸브 특성 곡선을 도시한 도면이다.

도5는 본 발명에 따른 장치의 다른 실시예의 실질적인 요소를 도시한 도면이다.

도6의 (a), (b) 및 (c)는 시간에 대해 다양한 신호를 도시한 도면이다.

본 발명은 엔진 내로 분사되는 연료량을 제어하기 위한 장치의 예로서 다음에 설명된다. 그러나 상기 장치는 이러한 적용에 제한되지 않는다. 상기 장치는, 전자기 소비기의 제어 지속 시간이 제어되야 할 경우라면 항상 장착될 수 있다. 이는 특히, 제어 지속 시간이 예를 들면 솔레노이드 밸브를 통해 흐르는 매체의 흐름 체적과 같은 변수를 결정하는 경우이다.

도면 부호 100은 전자기 소비기, 특히 솔레노이드 밸브를 나타낸다. 솔레노이드 밸브(100)의 제1 접속부는 공급 전압(Ubat)과 접속되어 있다. 솔레노이드 밸브의 제2 접속부는 절환 수단(110) 및 전류 측정 수단(120)을 걸쳐 접지(130)에 접속되어 있다. 절환 수단(110)은 바람직하게 트랜지스터로 실시된다. 절환 수단의 양 접속부는 전압 제한 수단(111)을 거쳐 접속되는 것이 바람직하다. 전류 측정 수단은 오옴 저항이 바람직하고, 오옴 저항에서의 전압 강하는 전류 측정을 위해 평가된다.

절환 수단(110)은 제어 논리 회로(115)에 의해 제어 신호로 작동된다. 전류 측정 수단(120)에서 전압 강하는 전류 검출기(125)에 의해 평가된다. 이 전류 검출기는 특히 아날로그/디지털 변압기 및 전류값을 저장하기 위한 레지스터(126)를 포함한다. 구성 요소(110 내지 125)는 바람직하게 IC 제어 장치로서 형성된 소위 출력단(140)을 구성한다. 출력단(140)은 제어 유닛(150)과 인터페이스를 통해 결합되고 이를 통해 적어도 전류값(I)을 제어 유닛(150)으로 전달한다. 제어 신호(T), 특히 제어 지속 시간 및/또는 제어 개시 시간이 제어 유닛(150)에 의해 결정되어 제어부, 특히 제어 논리부(115)로 전달된다. 제어 유닛(150)은 특히 전류 검출기(125)의 레지스터와 결합되는 절환 시간 결정부(152)를 포함한다. 또한 제어 유닛(150)은 제어 신호(T)를 이용하여 제어 논리부(115)를 작동시키는 제어 시간 사전 설정부(154)를 포함한다.

제어 유닛(150), 특히 제어 시간 사전 설정부(154)는 엔진 및/또는 환경 조건의 다양한 특성 작동 변수에 따라 제어 신호(T)를 연산한다. 제어 신호(T)는 전자기 소비기의 제어 개시 시간 및/또는 제어 지속 시간과 관련된 정보를 포함한다. 제어 신호(T)는 제어 논리부(115)에 의해 절환 수단(110)의 작동을 위한 신호로 변경된다.

소비기(100)를 통해 흐르는 전류(I)는 전류 측정 저항(120)에서 전압 강하를 발생시키고, 이는 전류 검출기(125)에 의해 결정된다. 전류 검출기는 전압 강하에 따라 전류값(I)을 결정하고 이를 레지스터(126)에 기록한다. 절환 시간 검출기(152)는 SPI 레지스터로부터 전류값(I)을 읽고 전류값(I)에 따라 절환 시간(TA)을 결정한다. 절환 시간(TA)은 제어 신호(T)를 결정하도록 제어 시간 사전 설정부(154)에 의해 고려된다.

도2는 연결 시간(t)에 대한 전류의 그래프를 나타낸다. 세 개의 전류 그래프는 전류(I1, I2, I3)의 상이한 최종값으로 도시된다. 시점(te)에서 절환 수단(110)은 폐쇄되고 소비기(100)를 통해 전류 흐름이 시작된다. 소비기의 유도 계수로 인해 전류는 지수 함수에 따라 상승한다. 소정 시간의 경과 후에 솔레노이드 밸브의 니들이 움직이기 시작하고 소비기의 유도 계수는 변경된다. 솔레노이드 밸브 니들이 새로운 종료 위치에 도달하면, 즉, 솔레노이드 밸브가 개방된다면, 전류는 도시된 실시예에서 변곡점을 갖게 된다. 이 시점으로부터 전류는 최종값(I1, I2, I3)으로 상승한다. 솔레노이드 밸브의 개방 시점은 각각 t3, t2 또는 t1로 표시된다. 연결 시점(te)과 솔레노이드 밸브의 개방 시점(t3, t2, t1) 사이의 간격은 통상적으로 절환 시간, 특히 연결 시간으로 표시된다. 바람직하게는 전류가 클 때는 짧은 연결 시간이 설정된다. 전류가 작을 때에는 긴 연결 시간이 형성된다.

본 발명에 따르면, 이러한 연결 시간은 전류의 최종값에 따른다는 것을 알 수 있다. 본 발명에 따르면, 이러한 관계는 바람직하게 절환 시간 사전 설정부(152)에서 특성 영역으로서 저장된다. 또한, 선택적으로 전류 검출기는 전류의 변환을 절환 시간 내에서 미리 실행하고, 전류 대신에 절환 시간 또는 보정값을 제어 유닛에 전달할 수 있다.

도3은 차단 시, 즉 절환기(110)의 개방 시점(ta)에서 니들 행정(h)의 그래프를 나타낸다. 여기에서 마찬가지로 세 개의 정상 상태의 전류값이 사전 설정된 시점에 따라 차단된다. 시점(ta)부터 지수 함수에 따라 전류값은 0으로 강하한다. 이는 솔레노이드 밸브 니들이 그 폐쇄 위치로 느리게 움직이기 때문이다. 전류 크기 및 고정 전압에 따라 차단이 짧아지거나 길어진다. 니들 행정 곡선이 시점(t1, t2, t3)에서 시간축과 만난다면, 솔레노이드 밸브는 폐쇄된다. 전류가 높을 때는 차단 시간이 길어지고, 전류가 낮을 때는 차단 시간이 짧아진다. 큰 전류에는 긴 차단 시간으로 조정되는 것이 바람직하다. 작은 전류에는 짧은 전류 차단 시간이 형성된다.

본 발명에 따르면, 차단 전에 전류의 정상 상태의 최종값과 절환 시점 사이의 관계가 형성된다는 것을 알 수 있고, 이러한 관계는 바람직하게는 연결 시간이 절환 시간 사전 설정부(152) 내에 특성 영역으로서 저장된다.

바람직하게 소비기를 통해 흐르는 전류값은 과도적인 정적 상태로 측정된다. 이는 늦어도 소비기를 차단하기 직전, 바람직하게는 전류 흐름을 연결한 후 약 2 ms 후에 발생한다.

공급 전압(Ubat)이 동시에 측정되면 특히 바람직하다. 측정된 전류값에 따라 소비기의 오옴 저항이 직접 결정된다. 또한, 이로부터 소비기의 온도가 결정될 수 있다. 이로써, 연결 시간 및 차단 시간에 대한 주 영향 변수가 구해짐으로써, 상호 보상될 수 있다. 이를 위해 바람직하게 특성 영역 또는 연산 방법이 사용된다.

본 발명에 따라, 연료 공급의 지속 시간을 보정하도록 연결 시간 및 차단 시간이 사용될 수 있다. 특히, 연결 시간은 연료 공급의 개시 시간을 보정하도록, 그리고 차단 시간은 연료 공급의 종료를 보정하도록 사용되면 특히 바람직하다. 선행된 분사에서 결정된 절환 시간이 다음의 연료 공급에 사용되는 것이 바람직하다. 특히 일반적으로 연료 공급기에 있어서 통상적인 경우인 복수의 동종의 소비 기가 제공되는 경우, 측정이 단지 하나의 소비기에서만 행해지는 것은 바람직한 데, 이는 다른 소비기가 예를 들면 공급 전압 또는 온도와 같은 동일한 주위 조건에 놓여지기 때문이다.

특히 전류가 제어 중 여러번 측정되는 경우와 연료 공급시에 최대 측정 전류만이 값으로서 사용되는 경우에 특히 바람직하다.

통상적으로, 제어 시간 사전 설정부는 밸브 특성 곡선을 포함한다. 밸브 특성 곡선에는 분사될 소정 연료량(QK)과 제어 신호(T)의 지속 시간(ti) 사이의 관계가 저장된다. 밸브 특성 곡선은 예시적으로 도4에 도시된다. 이상적인 특성 곡선은 실선으로 도시된다. 최소 제어 지속 시간(ti0)까지는 분사가 실행되지 않는다. 최소 제어 지속 시간이 지난 후 연료량은 급격히 상승한다. 좀더 경과하면 시간(ti)과 분사된 연료량(QK) 사이에 대략 선형에 가까운 관계가 형성된다.

소비기를 통해 흐르는 전류(I)에 따라, 상술된 바와 같은 다양한 절환 시간이 형성된다. 이는 상이한 전류에 따라 상이한 특성 곡선이 형성하기 때문이다. 본 발명에 따르면, 전류 종속성은 특성 곡선을 평행으로 연장되도록 하는 것을 알 수 있다.

따라서 본 발명에 따르면, 상응하는 전류값이 결정되고 그로부터 밸브 특성 곡선의 보정이 행해진다. 이는 한편으로 상이한 전류값에 대해 상이한 특성 곡선이 제어 시간 사전 설정부에 저장되어 사용됨으로써 구현될 수 있다. 또한 선택적으로 특성 영역의 입력 변수 및/또는 출력 변수를 보정하는 보정값이 결정될 수 있다.

특히 바람직한 구성이 도5에 도시된다. 도5의 실시예는, 전류 검출기(125) 대신에, 소비기(100)와 절환 수단(110) 사이의 접속점에 인가된 전압(U)을 검출하는 전압 검출기(128)가 제공된 점에서 실질적으로 도1의 실시예와 구별된다. 이 전압 검출기(128)는 시간 변수를 나타내는 신호(t)를 절환 시간 결정부(152)에 제공한다.

도5에서는 전압 검출기(128)가 상세하게 도시된다. 전압 신호(U)는 비교기(128a)에 도달되고, 그 제2 입력부에는 임계값 조절부(128b)의 출력 신호(TS)가 인가된다. 임계값이 초과되는 시점 및/또는 소비기의 제어 이후의 지속 시간은 레지스터(126) 내에 기록된다.

이하, 상기 구성의 기능이 도6을 참조로 설명된다. 도6의 (a)에는 차단 과정 동안 소비기(100)를 통해 흐르는 전류(I)의 그래프가 도시된다. 도6의 (b)에는 소비기에 인가된 전압(U)이 대응하는 시간에 대해 도시된다. 도6의 (c)는 솔레노이드 밸브 니들의 행정을 시간에 대해 도시한다. 정상 상태의 전류값은 소비기를 통해 시점(ta)까지 흐른다. 절환 수단(110)의 제어가 시점(ta)에서 종결된다. 이 시점으로부터 전류는 지수 함수에 따라 0으로 강하한다. 이는 소정의 지연 시간으로부터 솔레노이드 밸브 니들이 폐쇄 위치 방향으로 움직이기 때문이다. 차단은 전류 크기 및 고정 전압(U)에 따라 짧아지거나 길어진다. 솔레노이드 밸브 니들 행정의 그래프가 시점(AT1, AT2, AT3)에서 시간축을 만난다면 솔레노이드 밸브는 폐쇄된다.

동시에 절환 수단(110)의 작동에 의해, 고정 전압(U)은 제너 다이오드(111) 를 통해 결정된 값으로 강하한다. 전류(I)가 0으로 강하하는 즉시, 전압(U)도 마찬가지로 지수 함수를 따라 강하한다. 전압이 강하하는 시점은 전류(I)가 0으로 강하하는 시점(t1, t2 또는 t3)에 상응한다. 솔레노이드 밸브 니들이 그 종료 위치에 도달하는 시점에서, 전압은 밧데리 전압(Ubat)으로 강하된다. 본 발명에 따르면 전압(U)이 강하하는 시점(t1, t2, t3)과 솔레노이드 밸브가 그 종료 위치에 이르는 시점(AT1, AT2, AT3)사이에 관계가 존재한다는 것을 알 수 있다.

본 발명에 따르면, 이러한 관계는 바람직하게 절환 시간 사전 설정부(152) 내에 특성 곡선으로 저장된다. 또한, 선택적으로 전압 검출기가 절환 시간 내의 시점(t1, t2, t3)의 변환을 미리 산출하고, 전압이 강하하는 시간 대신에, 절환 시간 또는 보정 값을 제어 유닛(150)에 전달할 수 있다.

본 발명에 따르면, 사전 설정된 임계값(TS) 이하로 전압(U)이 강하하는 지가 임계값 사전 설정부(128b)에 의해 검사됨으로써 시점(t1, t2 또는 t3)이 결정된다. 이러한 시점(t1, t2, t3)은 레지스터(126) 내에서 저장되고 절환 시간 사전 설정부(152)에 전달된다.

본 발명에 따르면, 전자기 소비기의 차단 시에 기계적인 강하 시점(At), 즉, 소비기가 그 종료 위치에 도달하는 시점은, 특히 차단 전류 및 유도 계수의 크기와 같은 전기적 변수에 따라 결정된다. 이러한 변수는 차단 전압, 즉 시점(ta)과 시점(t1, t2, t3) 사이의 차이가 시간적으로 긴 경우 감소된다. 또한, 차단 전압은 소멸 전압으로서 나타난다.

본 발명에 따르면, 시점(ta)과 시점(t1, t2, t3)사이의 이러한 시간 간격이 측정된다. 또한, 차단 전압의 길이에 따라 기계적 차단 시간(At1, At2, At3)이 결정된다. 이는 예를 들면 도5에 도시된 특성 영역(152)으로써 나타난다. 정확한 기계적 차단 시간의 인식을 통해 전자기 소비기를 제어할 때에 정확성은 확실히 개선된다. 소멸 전압의 감소를 통해, 상승된 비용 감소 이점이 발생될 수도 있다.

본 발명에 따르면, 기계적 차단 시간은 차단 경우에서의 전류, 유도 계수, 소멸 전압의 크기, 코일 저항 및/또는 공급 전압(Ubat)과 같은 전기적 변수에 따른다는 것을 알 수 있다. 이러한 모든 변수는 차단 경우에 존재하는 소멸 전압의 길이에 따라 감소된다. 차단 시점(ta)으로부터 트리거 임계의 도달까지의 길이는 본 발명에 따라 측정된다. 본 발명에 따르면, 이러한 시간 간격으로부터, 특히 특성 곡선 영역에 의해, 기계적 차단 시간이 결정된다. 이렇게 결정된 차단 시간(At)은 도1에 따른 제1 실시예에서와 같이 상응하는 제어 시간(T)을 결정하도록 제어 시간 사전 설정부(154)에 의해 고려된다.

본 발명에 따른 방법을 통해, 소멸 전압이 보다 낮은 값으로 감소될 수도 있고, 동시에 차단 시간에서 산란이 증가하지 않는다. 이로써 구성 요소의 분야에서 높은 비용 절감이 발생되는 데, 이는 상응하는 높은 전압으로 더 이상 설계될 필요가 없기 때문이다.

본 발명에 따른 방법은 일반적으로 전자기 소비기에 사용될 수 있다. 특히 이는 연료 공급 분야 또는 제어 분야에 사용되는 차량의 분사 밸브 또는 다른 솔레노이드 밸브에 장착될 수 있다.

이는 일반적인 모든 소비기, 특히 엔진의 모든 분사 밸브가 예를 들면 배터리 전압, 엔진 온도, 연료 압력과 같은 동일한 환경 조건에서 사용되므로, 단순화한 실시예에서 소멸 전압 및/또는 차단 전류의 검출은 솔레노이드 밸브의 출력단에서만 행해질 수 있다.

Claims (11)

1. 소비기의 적어도 하나의 절환 시간이 제어 시에 고려되는, 전자기 소비기를 제어하기 위한 방법에 있어서,

   절환 시간은 소멸 전압이 인가되는 지속 시간에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
2. 제1항에 있어서, 절환 시간은 소멸 전압이 임계값(TS) 이하로 강하하는 시점에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
3. 소비기의 적어도 하나의 절환 시간이 제어 시에 고려되는, 전자기 소비기를 제어하기 위한 방법에 있어서,

   절환 시간, 보정값, 또는 절환시간 및 보정값은 차단 직전에 측정된 전류값에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
4. 제3항에 있어서, 적어도 하나의 절환 시간, 보정값, 또는 절환시간 및 보정값은 정상 상태의 전류값에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 적어도 하나의 절환 시간, 보정값, 또는 절환시간 및 보정값은 특성 영역으로부터 전류값에 따라 선택되는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
6. 제3항 또는 제4항에 있어서, 밸브 특성 곡선의 보정은 전류값에 따라 행해지는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 연료 공급의 지속 시간의 보정은 연결 시간, 차단 시간, 또는 연결 시간 및 차단 시간에 따라 행해지는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
8. 소비기의 적어도 하나의 절환 시간이 제어 시에 고려되는, 전자기 소비기를 제어하기 위한 장치에 있어서,

   소멸 전압이 인가되는 지속 시간에 따라 절환 시간을 결정하는 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
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