KR101278930B1

KR101278930B1 - 내연기관의 분사 밸브를 위한 하나 이상의 압전 작동기를장전 및 방사하기 위한 장치

Info

Publication number: KR101278930B1
Application number: KR1020087003690A
Authority: KR
Inventors: 마틴 괴트젠베르거
Original assignee: 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
Priority date: 2005-07-19
Filing date: 2006-06-29
Publication date: 2013-06-26
Also published as: EP1904736B1; DE102005033708B3; KR20080082596A; US7729848B2; US20080202475A1; EP1904736A1; WO2007009862A1

Abstract

본원발명은 특히 비용 효율적이면서도 신뢰성 있는, 내연 기관의 분사 밸브를 위한 하나 이상의 압전 작동기(P)를 제어하기 위한 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이러한 목적을 위하여, 마이크로제어기(M)는 압전 작동기(P)를 장전 및 방사하기 위한 부하 전류(Ip)를 생성하는 출력단(E)을 제어한다. 마이크로제어기(M)는 출력단(E)을 직접적으로는 아니지만 이러한 목적을 위해 특별히 제공된 집적 회로(A)를 통해 제어한다. 방사 회로(D)는 특별한 방식으로 구성되며 특별한 방식으로 집적 회로(A)와 상호작용하여 마이크로제어기(M)와 출력단(E)의 고장의 경우에 신뢰성 있게 압전 작동기(P)를 방사한다("안전 경로"). 이러한 방사과정 동안에 흐르는 부하 전류(Ip)는 제어 회로에 의하여 형성되며, 그 제어기(R)는 집적 회로(A) 내에 포함된다. 방사 회로(D)는 집적 회로(A) 또는 제어기(R)의 고장의 경우에 작동되는 비상 방사 요소(T3, T4, R7, R8, D2, I1, I2, M')를 포함한다.

압전 작동기, 비상 방사

Description

내연기관의 분사 밸브를 위한 하나 이상의 압전 작동기를 장전 및 방사하기 위한 장치 {DEVICE FOR CHARGING AND DISCHARGING AT LEAST ONE PIEZOACTUATOR FOR AN INJECTION VALVE OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본원발명은 내연 기관의 분사 밸브를 위한 하나 이상의 압전-작동기(piezo-actuator)의 작동(장전 및 방사(charging and discharging))에 관한 것이다.

이러한 유형의 장치는 공지되어 있으며, 출력단으로의 제어 신호 입력에 기초하여 압전-작동기를 장전 및 방사하기 위한 부하 전류를 생성시키기 위한 목적을 위하여, 압전-작동기에 연결된 출력단을 일반적으로 포함한다. 이러한 출력단을 실현하기 위한 회로 기술과 관련하여, 단지 예로서, DE 199 44 733 A1, DE 198 14, 594 A1 및 DE 199 52 950 A1 호를 참조한다.

출력단을 위한 제어 신호의 제공을 실현하기 위한 마이크로제어기의 사용에 관해서도 공지되어 있다. 이에 대한 배경은 다음과 같다: 현대의 차량에서, 차량의 전자 또는 전기 부품을 위한 다양한 제어 및/또는 모니터링 기능은, 비용 효율의 이유로, 각각이 "제어기(controller)"로 언급되는 하나 이상의 전자 조립체에 통합된다. 충족되어야 할 요구사항은, 이러한 제어기의 기능의 관점에서, 꾸준히 제기되어 왔으며, 그 결과 요즘에는 요구되는 기능이 대부분 제어기에 포함된 마이 크로제어기에 의하여 실행된다. 여기서, 용어 "마이크로제어기(microcontroller)"는, 예를 들어, 전자 프로그램-제어식 제어 장치를 언급하며, 이는 통상적으로, PC와 마찬가지로 CPU, RAM, ROM 및 I/O 포트를 가지지만, PC와 달리 매우 특수한 장치에 대해 배치된다. 대안적으로, 마이크로제어기는 영구적으로 배선된, 또는 장치에 특유하게 형성될 수 있는 전자 부품(예를 들어 ASIC, FPGA 등등)에 의하여 실행될 수도 있다.

따라서 내연 기관을 위한 분사 시스템의 작동을 위해 마이크로제어기를 사용하는 것이 편리하기는 하지만, 원칙적으로 내연 기관의 분사 밸브는, 마이크로제어기에 독립적이며, 이를 통해서 각각의 압전-작동기가 비-안전-임계 상태(non-safety-critical state)로 놓일 수 있는 "안전 경로(safety path)"가 실제로 있어야 하는 안전-임계 부품(safety-critical component)이라는 문제가 존재한다. 일반적으로 이러한 비-안전-임계 상태는 압전-작동기의 방사에 의해 생성된다.

본원발명의 한가지 목적은 도입부에서 설명한 유형의 장치를 특히 비용 효과적이고 안전하게 작동할 수 있는 방식으로 실현하는 것이다.

이러한 목적은 청구범위 제1항에서 청구되는 장치에 의해 달성된다. 종속항들은 본원발명의 유리한 실시에 관한 것이다.

본원발명의 첫 번째 본질적인 측면은 압전-작동기를 장전 및 방사하기 위한 부하 전류를 생성하는 출력단을 작동시키기 위해 마이크로제어기를 사용하는 것이다. 이는 이미 공지 기술로부터 알려진 장점을 제공한다. 특히 마이크로제어기로서 다양한 목적에 적합한 (유니버설(universal)) "마이크로제어기 형태" (칩)을 사용하는 것이 가능하다.

본원발명의 다른 중요한 측면은 마이크로제어기가 출력단을 직접적으로 작동시키지 않고 목적을 위해 별도로 제공되는 집적 회로를 통해 작동한다는 점에 있다. 이러한 집적 회로를 사용함으로써, 비용 효율적으로 마이크로제어기로부터의 신호를 어느 정도까지는 출력단의 입력측 요구조건에 맞추고/맞추거나 마이크로제어기 상의 부하를 경감시키는 것이 가능하다. 본원발명의 경우에, 집적 회로는 마이크로제어기에 의해 제공된 작동 트리거(actuation trigger)에 기초하여 출력단으로 입력될 제어 신호를 제공한다. 집적 회로는 주문형 반도체(application-specifically configured integrated circuit; ASIC)의 형태인 것이 바람직하다.

본원발명의 다른 중요한 측면은 집적회로와 특수한 방식으로 상호작용하고 특수한 방식으로 구성되는 방사 회로의 제공에 있으며, 이러한 방사 회로는 마이크로제어기 및/또는 출력단의 고장의 경우에 압전-작동기를 방사하는데 사용된다("안전 경로"). 예를 들어 탑재된 차량 전압 원으로부터 공급받는 이러한 방사 회로의 특유한 특징은, 한편으로는 방사 과정 동안에 흐르는 부하 전류가 피드백 제어 루프에 의해 유리하게 형성되며, 이를 위한 루프 제어기가 집적 회로 내에 포함되어 매우 정확한 동작을 가지고 매우 비용-효율적으로 실현된다는 점이다. 방사 회로의 다른 특유한 특징은, 마이크로제어기와 출력단 사이에 집적 회로의 "삽입(insertion)"으로 인해서 (즉, 정확하게는 이 집적 회로의 고장에 의해서) 고장 확률이 증가될 경향이, 적절하다면, 방사 회로가 가지고 있는 설비(비상 방사 설비)에 의하여 고려되거나 취급될 수 있다는 점이다. 본원발명에 따르면, (적용가능하다면, 집적 회로나 루프 제어기의 고장 이후에) 그러한 비상 방사의 경우에, 루프 제어기가 정상적으로 작동할 때 마이크로제어기의 고장 이후에 방사 전류를 설정하기 위하여 방사 회로에 의해 사용되는 것과 동일한 전류 설정 요소가 비상 방사 전류를 조절하기 위해 사용된다는 점에서, 후자는 회로 기술과 관련하여 특히 간단하게 실현된다.

본원발명의 바람직한 적용은, 예를 들어, "커먼 레일(common rail)" 분사 시스템의 작동에 적용하는 것이다.

비록 본원발명이 기본적으로는 임의의 회로 컨셉의 출력단에 적합하지만, 원칙적으로 매우 강력하게 구성될 수 있는 집적 회로와 마이크로제어기의 조합은 특히 클록화된(clocked) 출력단을 위한 제어 신호의 제공을 가능하게 한다. 여기서, 용어 "클록화된 출력단(clocked output stage)"은 압전-작동기의 각각의 장전 또는 방사 작동이 계속적으로 제공되는 부하 전류에 의해 실행되지 않고 클록화된 부하 전류 펄스에 의해 실행되는 회로 컨셉을 언급한다.

바람직한 실시예에서, 집적 회로가 그 출력부에서 출력단에 대한 공급 전압을 제공하는 DC/DC 컨버터(converter)의 일부를 형성하는 구성이 이루어진다. 이러한 수단은 전체 시스템에 대한 추가적인 비용 절감을 가능하게 하는데, 이는 여기서 관심 있는 유형의 출력단이 압전-작동기를 장전 및 방사하기 위하여 10A 보다 큰 단기 부하 전류(brief load current) 및 수백 볼트 이하의 범위의 전압을 통상적으로 제공해야 하기 때문이며, 이러한 목적을 위하여 더욱 낮은 탑재된 차량 공급 전압(예를 들어 12 V)으로부터 출력단을 공급하는데 사용할 수 있는 전압까지 상향 변환(upward conversion)이 통상적으로 차량에 제공된다. 본원발명의 일부로서, 실제적으로 추가 비용을 없애기 위하여 집적 회로의 이러한 DC/DC 컨버터의 부품 중 적어도 일부(적당하다면, 특히 예를 들어 피드백 제어 또는 안정화 부품)를 실행시키는 것이 가능하다. 이후 DC/DC 컨버터를 위한 출력단으로서 단지 이러한 나머지 전력 부품을, 분리된 형태로, 구성하는 것이 가능하다.

바람직한 실시예에서, 제어 루프로부터의 출력 신호가 고역 통과 특성을 갖는 수동 필터를 거쳐 전류 설정 요소 상의 제어 입력부로 보내지는 구성이 이루어진다. 이는 제어 루프나 집적 회로의 고장의 경우에, 적용가능하다면, 수동 필터가 어느 정도까지는 전류 설정 요소 상의 제어 입력부를 잘못된 제어 루프 출력 신호로부터 차단한다는 특별한 장점을 갖는다. 이는 적어도 고역 통과 특성과 관련하여 관계되는 잘못된 신호가 비교적 낮은 주파수인 경우이다. 그러나 실제로 이는, 예를 들어 부정확하게 일정한 제어 루프 출력 신호를 야기하는 쇼트 회로(short circuit)의 경우에 일반적으로 발생하는 사항이다. 이와 같이 하는데 적용된 부하 전류 피드백 제어로 인해서, 방사 회로에 의해 처리되는 압전-작동기의 방사는 매우 빠르게 이루어지기는 하지만 그럼에도 불구하고 과도하게 크지 않은 제어된 부하 전류로 처리된다. 부하 전류 트리거(trigger)의 질은 특히 부하 전류 실제 값을 탐지하는 정확성에 종속된다. 일 실시예에서, 방사 회로가 전류 설정 장치와 직렬로 연결되는 전류 측정 션트 장치를 가지며 이로부터 부하 전류 실제 값이 전압 강하로서 탭 오프(tap off)될 수 있도록 구성된다. 이로써 특히 간단한 방식으로 부하 전류 실제 값을 결정하는 것이 가능하게 된다.

실제로, (낮은 전력 손실 때문에) 가능한 한 낮게 선택된 저항값에 대해서는 전압 강하도 이에 상응하게 낮으며 따라서 정확하게 측정할 수 없는 경향이 있다는 점에서, 부하 전류 실제 값을 전류 측정 저항을 가로지르는 전압 강하로서 결정하는데에는 문제점이 있다. 이런 부정확성은 실제적으로 흐르는 부하 전류가 작을수록 더욱 심각하다. 따라서 단일한 전류 측정 저항이 사용된다면 방사 작동의 종료시에서 큰 측정 부정확성을 고려하여야만 한다. 이러한 문제점을 제거하기 위하여, 전류 측정 션트 장치가 몇 개의 전류 측정 저항을 가지고, 이들 저항들은 서로 직렬로 배치되고 이러한 저항들 중 하나 이상에 전류가 통과하도록 분극된(polarized) 다이오드가 병렬로 연결되는 구성이 제공된다. 이로써 넓은 범위의 부하 전류에 걸쳐 놓은 전류 측정 정확성을 보장할 수 있게 된다. 예를 들어 방사의 개시시의 흐름과 같은 높은 부하 전류에서 측정에 사용할 수 있는 전압 강하가 일어나도록, 예를 들어 전류 측정 저항들 중 하나가 비교적 낮은 저항을 가질 수 있다. 다른 전류 측정 저항은 이와 비교하여 상당히 큰 저항값을 가질 수 있어서, 이에 걸친 측정 전압 강하가, 예를 들어 방사 작동의 종료시에서의 유동과 같은 작은 부하 전류에서도 잘 측정될 수 있게 된다. 큰 저항값을 갖는 저항에 병렬로 연결되는 다이오드는 큰 부하 전류에서의 손실을 감소시킬 수 있다.

규정된 부하 전류 프로파일(prescribed load current profile)도 비상 방사 설비에 의해 처리되는 압전-작동기의 방사에 유리하다. 일 실시예에서는, 예를 들어 일정한 전류에서 압전-작동기를 방사하도록 비상 방사 설비가 설계되는 구성이 제공된다.

비상 방사 설비를 위하여 규정된 부하 전류 프로파일을 제공하기 위하여, 특히 예를 들어 일정한 부하 전류를 제공하기 위하여, 부하 전류에 대해서도 다시 피드백 제어가 제공될 수 있다. 이와 관련하여 바람직한 실시예에서는, 비상 방사 설비가 피드백 제어 루프를 형성하는데, 이는 전류 설정 요소 및 전류 측정 션트 장치를 사용하여 비상 방사 전류를 조절한다. 이는 전류 설정 요소 및 전류 측정 션트 장치 모두를 이중으로 이용하는, 즉 (제어 루프가 작용하는) 방사 회로에 의하여 통상적으로 제공되는 방사의 경우 및 (집적 회로에 포함된 제어 루프의 고장 이후의) 비상 방사의 경우 모두의 경우에 장점을 갖는다.

예를 들어, 전류 설정 요소 상의 제어 입력부로부터 전류를 전환시키기 위한, 제어식 전류 전환 용량을 갖는 전류 싱크(current sink)와 함께 전류 설정 요소 상의 제어 입력부에 일정한 전류를 공급하기 위한 전류 원을 비상 방사 설비에 통합시킴으로써 특히 신뢰할 수 있는 비상 방사를 이룰 수 있다. (예를 들어 트랜지스터 배치에 의해 실현되는) 전류 설정 요소 상의 제어 입력부에 공급하기 위해 사용되는 일정 전류 원은, 예를 들어, 적용가능하다면, 집적 회로 전체의 또는 집적 회로에 포함된 제어 루프의 고장을 지시하는 제어 신호에 의해 작동될 수 있다. 전류 싱크의 전류 전환 용량이 측정된 부하 전류 실제 값의 함수로서 제어된다는 점에서, 이렇게 형성된 비상 방사 설비는 상술한 비상 방사 전류 조절을 제공할 수 있다.

일 실시예에서, 독립된 전자 부품으로부터 방사 회로의 적어도 큰 부분을 구성하는 구조가 제공된다. 예를 들어, 적당하다면, 베이스(base)나 게이트(gate)를 제어 입력부를 나타내는 전력 트랜지스터가 전류 설정 요소로서 적합하다. 만약 제어 입력부와 집적 회로의 제어 루프 사이에 수동 필터가 제공된다면 이는, 가장 간단한 경우에, 병렬로 연결된 저항과 커패시터로 이루어지거나 이를 포함할 수 있다.

바람직한 실시예에서, 장치는 추가적으로 다른 마이크로제어기를 포함하는데, 이는 "안전 프로세서(safety processor)"로서 사용되며, 정상 작동에서는 특히 언급할 만한 제어 기능을 갖지 않고 본질적으로는 단지 정상 작동을 모니터링하며, 만약 기능 불량을 탐지하게 되면, 적절한 안전 조치를 취한다.

이러한 안전 프로세서는, 만약 고장이 탐지되면, 방사 회로에 의해 실행되는 방사 작동을 개시시키도록, 예를 들어 마이크로제어기 및/또는 출력단의 고장을 지시하고 방사 회로로 입력되는 고장 신호와 같은 적당한 고장 신호를 출력하기 위하여, 예를 들어, 출력단 및/또는 집적 회로 및/또는 마이크로제어기의 바른 작동을 모니터링하도록 사용될 수 있다. 또한, 안전 프로세서는 집적 회로에 포함된 제어 루프의 고장을 지시하는 고장 신호를 비상 장전 설비로 (이를 작동시키기 위하여) 출력할 수 있다.

본원발명은 이하에서 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시예를 통해 더욱 자세하게 설명된다.

도 1은 하나 이상의 압전-작동기를 장전 및 방사하기 위한 장치의 블록 다이 어그램이다.

도 1은 본원발명의 이해를 위해 중요한, 자동차의 소위 제어기 내에 포함되고 여타 기능들 중에서도 특히 연료 분사 시스템의 다수의 압전-작동기(piezo-actuators)를 작동시키기 위해 사용되는 회로 장치의 구성요소를 도시한다.

도면의 간략화를 위하여, 도면에는 P로 표시된 단지 하나의 압전-작동기만이 도시되어 있으며, 이들 각각은 내연 기관의 작동에 있어서 출력단(output stage)(E)으로부터 작동 전류(Ip)(부하 전류)를 공급함으로써 또는 적절한 작동 전압(Up)을 인가함으로써 분사 간격을 두고 구동된다.

출력단(E)을 공급하기 위한 목적으로, 이는 일 측면 상에서는 차량 전기 접지(GND)(0 V)에 연결되고 다른 측면 상에서는 제1 공급 전위(VbI)(예를 들어 +200 V)에 연결되며, 출력단(E)에 입력되는 제어 신호(se)에 기초하여 압전 작동기(P)를 장전 및 방사(charging and discharging)시키기 위한 부하 전류(Ip)를 생성한다.

출력단(E)은 클록-펄스 구동 출력단(clock-pulse driven output stage)이며, 이는, 각각의 장전 및 방사 작동 이전에, 적용가능하다면, 각각의 압전-작동기를 위해 제공된 선택 스위치에 의하여 다수의 압전-작동기 중 하나를 선택하고, 이후, 적용가능하다면, 일련의 짧은 부하 전류 펄스에 의하여 이를 장전 및 방사한다.

이와 같이 함에 있어서, 집적회로(A)로 입력되는 작동 신호(si)에 기초하여, 제어 신호(se)가 ASIC(application-specifically-configured integrated circuit) 형태의 집적회로(A)에 의하여 제공된다.

작동 트리거(trigger)(si)는 소프트웨어 제어 하에서 마이크로제어기(M)에 의해 그 위의 I/O 포트로 제공된다.

제어기의 마이크로제어기(M)는 여러 가지의 다른 기능들도 추가적으로 수행하지만, 이러한 기능들은 여기서는 차량의 전기 또는 전자 부품의 작동과 관련하여 관심의 대상이 아니다. 마이크로제어기와 통신 링크를 갖는 제2 마이크로제어기 또는 "안전 처리기(safety processor)"(M')는 도 1에 도시된 장치의 기타 모든 부품과 함께 마이크로제어기(M)의 바른 작동을 모니터링한다.

공지된 방식에서는, 마이크로제어기(M) 내에서 실행되는 소프트웨어가, 획득된, 특히 측정되거나 계산된 다양한 변수(운전자의 의도, 기관 작동 변수 등등)에 기초하여 분사량(injection quantity)의 조절을 실행한다.

어느 정도까지, 집적회로(A)는 종래 상업적으로 구입가능한 유형의 마이크로제어기 칩(M) 및 관련되는 출력단(E) 사이에 비용 효과적으로 구현될 수 있는 중간 링크를 형성한다. 따라서 실제로, 적용가능하다면, 다양한 내연 기관의 실시예들 또는 분사 시스템의 실시예들에 대해 동일한 유형의 마이크로제어기를 사용하는 것이 가능하다.

도면에는 또한 방사 회로(D)도 도시되어 있는데, 이는 압전-작동기(P) 및 집적회로(A)에 연결되고 대개 독립된 구성이며, 출력단(E) 및/또는 마이크로제어기(M)의 고장의 경우에도 압전-작동기(P)기 방사될 수 있도록 하기 위한 목적으로 사용된다. 이러한 기능은 실제로 종종 "안전 경로(safety path)" 라고 지칭되는데, 이는 압전 구동식(piezo-driven) 분사 밸브가, 고장의 경우에 비-안전-임계 상 태(non-safety-critical state)로 놓아져야 하는, 차량의 안전-임계 부품(safety-critical component)을 나타내기 때문이다.

방사 회로(D)는 이러한 안전 방사 동안에 흐르게 되는 부하 전류(Ip)를 설정하기 위한 전류 설정 트랜지스터(current setting transistor)(T1)("보호 스위치")를 포함한다. 여기서, 전류 설정 트랜지스터(T1)는 FET의 형태를 취하며, 이로부터 하나의 채널 연결부가 압전-작동기(P) 상의 라이브 연결부(live connection)("고온 측(hot side)")에 연결되는 반면, 다른 채널 연결부는 전류 측정 션트 장치(current measuring shunt device)(R5, R6)를 경유하여 차량의 전기 접지(GND)에 연결된다. 도시된 예시적인 실시예에서, 전류 측정 장치는 직렬로 연결된 두 개의 전류 측정 저항(R5 및 R6)으로 구성되며, 이들 각각을 가로질러서는 안전 방사 동안에 흐르는 부하 전류(Ip)에 비례하는 전압 강하가 발생한다. 그러나 이는 저항(R5)에 대해서는 한정된 정도만 적용되는데, 이는 이 저항에 전류가 통과하도록 분극된(polarized) 다이오드(D1)가 병렬로 연결되기 때문이다. 보다 큰 부하 전류(Ip)에 대해서, 이 다이오드(D1)는 병렬 회로(R5, D1)를 통해 흐르는 전류를 점점 더 크게 취하게 된다. 이는 높은 부하 전류에서 전기 전력 손실을 바람직하게 감소시킨다.

제어된 부하 전류 프로파일은 방사 회로(D)에 의하여 실현된다. 이를 위하여, 집적 회로(A)에 포함된 제어 루프(R)(여기서: 저항(R1, R2) 및 커패시터(C1, C2)를 통해서, 적당하게, 외부의 음성 피드백 또는 보상(external negative feedback or compensation)을 갖는 OP 앰프)가 부하 전류(Ip)의 실제 값을 이 부하 전류(Ip)에 대한 설정 값과 비교하며, 그 출력부에서 실제 값과 설정 값 사이의 편차를 나타내는 제어 에러 신호(sr)를 설정한다. 피드백 제어 루프를 폐쇄하기 위하여, 이 제어 에러 신호(sr)는 고역 통과 특성(high pass characteristic)을 갖는 수동 필터(passive filter), 즉 병렬로 연결된 저항(R9) 및 커패시터(C3)를 경유하여 전류 설정 트랜지스터(T1)의 게이트(gate)로 공급된다.

안전 방사 동안에 요구되는 방사 전류 프로파일을 한정하는, 이러한 피드백 제어 루프에 대한 기준 변수가 여기서 집적 회로(A)에 의하여 기준 전위(Vref)로서 생성되며 제어 루프(R)의 비반전 입력부(non-inverting input)로 공급된다.

도시된 피드백 제어 루프의 다른 특별한 특징은 제어 루프(R)의 반전 입력부로 공급되는 피드백 신호가 두 개의 다른 피드백 모드에서 생성될 수 있으며, 이들 모드 사이에는 방사 중에 일 시점에서 전환이 이루어진다는 것이다. 이를 위하여, 역시 집적 회로(A)에서 생성되는 전환 신호(sw)가 이러한 전환을 위해 제공되는 트랜지스터(T2)의 게이트로 인가된다.

방사의 개시시에 전환 신호(sw)는 전환 트랜지스터(T2)가 작동하도록 선택된다. 이러한 제1 국면에서, 전류 측정 경로(R5, D1 및 R6)를 가로지르는 전압 강하의 가중된 합계로서 나타나는 전류 측정 신호가 피드백 네트워크(R1, R2, C1, C2, R3, R4)를 경유하여 제어 루프(R)로 공급된다. 신호(sw)의 재설정에 의해 개시되는 제2 국면(T2 차단)에서, R4 를 통과하는 피드백 경로가 불활성화된다. 피드백 저항(R4)은 피드백 저항(R3)보다 상당히 작은 저항 값을 갖도록 크기가 정해진다. (방사 작동의 종료시까지) 제2 국면에서 흐르는 부하 전류(Ip)는 비교적 작다.

전력 제어기(T1)에 대한 제어 루프(R)를 집적 회로(A)에 통합시키는 것은 비용적인 측면 및 방사 전류 조절의 정확성 및 안정성 측면에서도 매우 유리하다. 도시된 예시적 실시예에 대한 변형으로서, 도시된 방사 회로(D)의 다른 부품이 독립적으로 실행되기보다는 집적 회로(A) 내에서 실행되는 것도 가능하다.

그러나 두 가지 기능, 즉 한편으로는 마이크로제어기(M) 상의 부하를 경감시키고 마이크로제어기를 관련된 출력단(E)에 매칭시키는 기능과 다른 한편으로는 안전 방사에 요구되는 방사 회로(D)의 일부분을 형성하기 위한 기능을 갖는 집적 회로(A)의, 본질적으로 매우 바람직한 구성은, 출원인에 의해 인식되는 단점도, 즉 집적 회로(A)를 사용하므로 안전 방사의 고장 위험을 증가시킨다는 단점도 원칙적으로는 갖고 있다. 특히, 기술된 조절 부품상에 유해한 효과를 갖는 고장이 이러한 집적 회로(A)의 영역에서 발생하면, 제어 루프(R)로부터의 출력부에서 잘못된 제어 에러 신호(sr)가 생성될 수 있다. 그러나 이러한 문제점은 이하에서 설명되는 방사 회로(D)의 추가적인 특별한 특징에 의해 바람직하게 제거된다.

제어 루프(R)로부터의 출력 신호(sr)는 비교적 높은 저항을 경유하여(R9 를 통해) 전류 설정 트랜지스터(T1)의 게이트로 공급된다. 이는 제어 루프(R)로부터의 출력부로부터 트랜지스터(T1)까지의 DC 경로가 크게 저항을 받아서, 적용가능하다면, 집적 회로(A)의 또는 제어 루프(R)의 잘못된 응답의 경우에도, 이하에 기술된 방식으로, 상기 트랜지스터(T1)가 "비상 방사(emergency discharge)"에 사용가능하게 유지된다. 이동 저항(R9)과 병렬로 연결된 커패시터(C3)는 통상적인 주파수 범위에서 정상적인 이동 기능(transfer function)이 이루어지는 반면 R9 는 C3 를 가로질러 대체로 0 인 전압을 다루도록 한다.

제어 루프(R)의 고장과 관련된 문제를 제거하기 위한 목적으로, 방사 회로(D)는 압전 작동기(P)의 비상 방사를 위한 전류 설정 트랜지스터(T1)의 게이트로의 적용을 위한 비상 방사 설비를 갖는다.

비상 방사 설비는 이하의 구성에 의해 형성된다: 비상 방사 해제 신호(en)에 의하여 작동될 수 있는 두 개의 전류 원(I1 및 I2) 상의 제1 연결부가 방사 회로(D)의 양성 공급 전위(Vb2)(예를 들어 12V)에 연결된다. 제1 전류 원(I1) 상의 다른 연결부는 전류 설정 트랜지스터(T1)의 게이트에 연결된다. 제2 전류 원(I2) 상의 다른 연결부는 한편으로는 저항(R8)을 경유하여 트랜지스터(T3)의 베이스에 연결되고, 다른 한편으로는 다이오드(D2)의 애노드(anode)에 연결된다. 트랜지스터(T3)의 컬렉터(collector)는 전류 설정 트랜지스터(T1)의 게이트에 연결되며, 트랜지스터(T3)의 이미터(emitter)는 전기 접지(GND)에 연결된다. 다이오드(D2)의 캐소드는 한편으로는 트랜지스터(T1)와 전류 측정 장치(R5, R6) 사이의 회로 노드(node)에 연결되며, 다른 한편으로는 다이오드(D1)의 애노드에 연결된다. 다이오드(D1)의 캐소드는 두 개의 전류 측정 저항(R5 및 R6) 사이의 회로 노드에 연결된다. 저항(R7)은 한편으로는 트랜지스터(T3)의 베이스에 연결되고, 다른 한편으로는 전류 설정 트랜지스터(T1)와 전류 측정 장치(R5, R6) 사이의 회로 노드에 연결된다. 트랜지스터(T3)의 베이스는 또한 트랜지스터(T4)의 컬렉터에 연결되며, 트랜지스터(T4)의 이미터는 전기 접지(GND)에 연결되며 그 베이스는 전류 원(I1)과 마찬가지로 그것으로 공급되는 비상 방사 해제 신호(en)를 갖는다.

비상 방사 설비의 기능은 다음과 같다: 정상 작동에 있어서, 집적 회로(A) 및, 특히, 그 제어 루프(R)가 정상적으로 작동하면, T4 가 작동하여 T3 가 확실하게 차단되며 제어 루프(R)에 의해 실행되는 조절이 본질적으로 영향을 받지 않게 된다. 그러나, 적용가능하다면, 도시된 실시예에서 안전 프로세서(M')에 의해 실행되는, 집적 회로(A) 또는 제어 루프(R)에 대한 고장이 탐지되면, 이러한 고장 상태를 지시하는 신호(en)가 전류 원(I1, I2) 상의 제어 입력부 및 트랜지스터(T4)의 베이스로 전송되고, 이로써 이는 차단 상태로 놓이게 된다. 제어 루프(R)로부터의 출력 신호는, 그들 사이의 회로에 있는 고역 통과 필터(C3, R9)로 인해서, 전류 설정 트랜지스터(T1) 상에 실제적으로 아무런 영향을 미치지 않는다. 그러나 트랜지스터(T1)의 게이트에서의 전위는 전류 원(I1)으로부터 제공된 전류에 의하여 T1 이 작동을 시작하도록 편이된다. 이후 비상 방사 전류가 압전-작동기(P)로부터 전류 설정 트랜지스터(T1) 및 전류 측정 저항(R5, R6)을 통해 접지(GND)로 흐른다. 그러나 전류 측정 장치(R5, R6)를 가로지르는 전압 강하가 R8 및 D2를 포함하는 직렬 회로 및 저항(R7)을 경유하여 트랜지스터(T3)의 베이스로 가해져서 T1의 게이트로 공급되는 전류의 일부가 트랜지스터(T3)를 경유하여 역시 접지(GND)로 보내진다는 점에서, 이러한 방사 전류는 바람직하게 제한되거나, 더욱 정확하게 말하면, 조절된다. 도시된 회로는 소정의 일정한 비상 방사 전류를 설정하는 효과를 갖는다. 여기서, 다이오드(D2)와 연관하여, 이 경우에 작동되는 전류 원(I2)은 전류 측정 장치(R5, R6)에서 방사 전류에 의해 생성되는 전위에 상향 편이(upward shift)를 바람직하게 초래한다. D2에서의 전압 강하에 의해 발생된 이러한 전위는 저항(R8) 을 경유하여 트랜지스터(T3)의 베이스로 공급되고, 이로써 비상 방사 전류 제어부의 일부로서 신뢰성 있게 작동할 수 있게 된다. 이는 특히 다이오드(D1)가 아직 작동하지 않는, R5, R6 를 가로지르는 전압 강하에 적용된다. 정상 상태(steady state situation)에서, 트랜지스터(T3)는 전류 원(I1)에 의하여 공급되는 것과 정확히 동일한 전류를 전류 설정 트랜지스터(T1)로부터 끌어낸다.

비상 방사 설비에 의하여 형성된, 방사 회로 내의 고유의 추가 안전 경로는 특히 작동에 있어 신뢰할 수 있는 집적 회로(A) 내에서 안전 방사 조절 부품(여기서는 제어 루프(R))을 사용한다.

도시되 실시예에서, 추가적인 "비상 안전 경로(emergency safety path)"가 어떠한 경우에도 정상 작동을 위해 제공된 안전 방사 장치의 부품(전류 설정 트랜지스터(T1) 및 전류 측정 장치(R5, R6))을 공유하여 사용한다는 것이 장점이다.

물론, 도시된 회로는 수정될 수 있으며 그 특유의 장점을 여전히 보유할 수 있다. 도시된 예시적 실시예로부터의 변형으로서, 예를 들어, 트랜지스터(T3)의 베이스에 연결되는 저항(R7)을, 도면에서 R7' 로 도시된 바와 같이, 접지(GND)로 연결하는 것도 가능하다.

Claims

내연 기관 내 분사 밸브를 위한 하나 이상의 압전-작동기(P)를 장전 및 방사하기 위한 장치로서,

상기 압전-작동기(P)에 연결되는 출력단(E)으로서, 상기 출력단(E)에 입력되는 제어 신호(se)에 기초하여 상기 압전-작동기(P)를 장전 및 방사하기 위한 부하 전류(Ip)를 생성하기 위한, 출력단(E);

상기 출력단(E)에 연결되는 집적 회로(A)로서, 상기 집적 회로(A)에 입력되는 작동 트리거(si)에 기초하여 상기 제어 신호(se)를 제공하기 위한, 집적 회로(A);

상기 작동 트리거(si)를 제공하기 위해, 상기 집적 회로(A)에 연결되는 마이크로제어기(M);

상기 압전-작동기(P) 및 상기 집적 회로(A)에 연결되어 상기 출력단(E) 및 상기 마이크로제어기(M) 중 하나 이상의 고장의 경우에 상기 압전 작동기(P)를 방사하는 방사 회로(D)로서, 이러한 방사 동안에 흐르는 부하 전류(Ip)를 설정하기 위하여, 상기 방사 회로(D)가 전류 설정 요소(T1)를 가지며, 상기 전류 설정 요소 상의 제어 입력부에 집적 회로(A)에 포함된 제어 루프(R)로부터의 출력 신호(sr)를 인가하며, 상기 제어 루프는 부하 전류 실제 값을 부하 전류 설정 값과 비교하여 제어 에러 신호를 출력 신호(sr)로서 제공하며, 또한 상기 방사 회로(D)가 비상 방사 설비(T3, T4, R7, R8, D2, I1, I2, M')를 가지며, 상기 비상 방사 설비는 상기 제어 루프(R)의 고장시에 상기 압전-작동기(P)의 비상 방사를 위하여 상기 전류 설정 요소(T1) 상의 제어 입력부에 적용되도록 작동될 수 있는, 방사 회로(D); 를 포함하는,

압전-작동기(P)의 장전 및 방사 장치.
제1항에 있어서,

상기 집적 회로(A)가 그 출력부에서 상기 출력단(E)에 대한 공급 전압(VbI)을 제공하는 DC/DC 컨버터의 일부를 형성하는,

압전-작동기(P)의 장전 및 방사 장치.
제1항에 있어서,

상기 제어 루프(R)로부터의 출력 신호(sr)가 고역 통과 특성을 갖는 수동 필터를 통해 상기 전류 설정 요소(T1) 상의 제어 입력부에 공급되는,

압전-작동기(P)의 장전 및 방사 장치.
제1항에 있어서,

상기 방사 회로(D)가 상기 전류 설정 요소(T1)에 직렬로 연결되는 전류 측정 션트 장치(R5, R6, D1)를 가지며, 이로부터 부하 전류 실제 값이 전압 강하로서 탭 오프(tap off)될 수 있는,

압전-작동기(P)의 장전 및 방사 장치.
제4항에 있어서,

상기 전류 측정 션트 장치(R5, R6, D1)가 서로에 대한 직렬 연결로 배치되는 몇 개의 전류 측정 저항(R5, R6)을 갖는,

압전-작동기(P)의 장전 및 방사 장치.
제1항에 있어서,

상기 비상 방사 설비(T3, T4, R7, R8, D2, I1, I2, M')가 일정한 전류로 상기 압전-작동기(P)를 방사하도록 구성되는,

압전-작동기(P)의 장전 및 방사 장치.
제1항에 있어서,

상기 비상 방사 설비(T3, T4, R7, R8, D2, I1, I2, M')가 피드백 제어 루프를 형성하며, 상기 피드백 제어 루프가 상기 전류 설정 요소(T1) 및 전류 측정 션트 장치(R5, R6, D1)를 사용하여 비상 방사 전류를 조절하는,

압전-작동기(P)의 장전 및 방사 장치.
제1항에 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 비상 방사 설비(T3, T4, R7, R8, D2, I1, I2, M')가 상기 전류 설정 요소(T1) 상의 제어 입력부에 일정한 전류를 공급하기 위한 전류 원(I1) 및, 그 전류 전환 능력이 제어되는, 상기 전류 설정 요소(T1) 상의 제어 입력부로부터 전류를 전환시키기 위한 전류 싱크(current sink)(T3, GND)를 포함하는,

압전-작동기(P)의 장전 및 방사 장치.