KR101337778B1

KR101337778B1 - 위치 피드백 제어를 이용하여 가동 부재를 갖는액추에이터를 제어하는 방법

Info

Publication number: KR101337778B1
Application number: KR1020087003416A
Authority: KR
Inventors: 니콜라스 겔레즈; 엠마누엘 탈론; 보리스 부셰
Original assignee: 발레오 시스템므 드 꽁트롤르 모뙤르
Priority date: 2005-11-25
Filing date: 2006-11-14
Publication date: 2013-12-06
Also published as: US20120061598A1; US8443771B2; FR2893975A1; FR2893975B1; JP5421592B2; EP1951994A1; WO2007060309A1; JP2009517579A; US20090178631A1; KR20080069957A

Abstract

밸브 스템(3)과 협동하는 가동 부재(8)와, 이 가동 부재를 극단의 밸브 폐쇄 위치와 극단의 밸브 개방 위치 사이에서 이동시키는 전자기 수단을 포함하는 액추에이터를 제어하는 방법은, 가동 부재가 그 극단의 위치들 간에 이동할 때에 간극 범위를 결정하는 단계와, 이 간극 범위 내에서 전자기 수단의 제어를 위한 전기적 파라미터에 따른 중간 위치를 결정하는 단계와, 중간 위치들 중 하나를 설정포인트 값으로 이용하여 전자기 수단을 제어하도록 위치 피드백 제어를 사용하는 단계를 포함한다.

밸브 액추에이터, 전자기 수단, 밸브 스템, 가동 부재, 위치 피드백 제어, 밸브 간극

Description

위치 피드백 제어를 이용하여 가동 부재를 갖는 액추에이터를 제어하는 방법{METHOD OF CONTROLLING AN ACTUATOR HAVING A MOVABLE MEMBER WITH POSITIONAL FEEDBACK CONTROL}

본 발명은 자동차의 연소 엔진과 같은 연소 엔진의 밸브의 전자기 액추에이터를 제어하는 방법에 관한 것이다.

밸브 개방 위치와 밸브 폐쇄 위치에 각각 대응하는 2개의 극단 위치 사이에서 가동 부재를 작동시키도록 탄성 수단 및 전자기 수단을 통상적으로 포함하고 있는 전자기식 밸브 액추에이터가 존재한다. 탄성 수단은 일반적으로 가동 부재를 탄성적인 방식으로 그 극단의 개방 위치로 복귀시키도록 가동 부재와 조합된 스프링과, 밸브 스템을 탄성적인 방식으로 그 폐쇄 위치로 복귀시키고 가동 부재를 탄성적인 방식으로 그 극단의 폐쇄 위치를 향해 복귀시키도록 밸브 스템에 조합된 스프링을 포함한다. 전자기 수단은 일반적으로 가동 부재를 극단의 개방 위치로 가져가고 및/또는 그 위치에 가동 부재를 유지하기 위한 전자석과, 가동 부재를 극단의 폐쇄 위치로 가져가고 및/또는 그 위치에 가동 부재를 유지하기 위한 전자석을 포함한다. 이 전자석은 흔히 전자석의 전력 소모를 제한하기 위해 영구 자석과 조합되어 있다. 가동 부재가 전자석의 전기자와 접촉하게 되는 극단의 폐쇄 위치에 도달하게 되면 소음을 발생시킨다.

가동 부재가 그 극단의 폐쇄 위치에 있는 경우에 밸브가 그 시트에 대해 정확하게 압박되는 것을 보장하기 위해, 가동 부재와 밸브는 서로 연결되어 있지 않고, 가동 부재가 그 극단의 폐쇄 위치에 있고 밸브가 그와 조합된 스프링에 의해 시트에 정확하게 압박되고 있는 경우에 가동 부재와 밸브 사이에는 통상 "밸브 간극"으로 불리는 간극이 존재하게 된다.

따라서, 밸브의 폐쇄 시에 전자석과 가동 부재의 접촉으로 인한 소음을 감소시키기 위해, 밸브가 그 시트에 대해 압박되는 지점에 도달한 밸브의 스템으로부터 가동 부재가 떨어지자마자 가동 부재를 정지시키는 것이 제안되었다.

그러나, 밸브 간극은 예를 들면 온도에 따라 엔진의 작동 중에 달라짐은 물론, 예를 들면 밸브 및 밸브 액추에이터의 여러 구성 요소의 마모에 따라 엔진의 수명에 걸쳐 달라진다. 밸브 간극은 또한 액추에이터의 제조 공차에 따라 액추에이터들 간에도 다를 수 있다.

따라서, 가동 부재를 밸브 간극 범위 내에서 정지시키는 데에는 어려움이 있어, 가동 부재가 여전히 밸브 스템과 접촉하고 있는 동안에 가동 부재를 정지시켜 밸브를 그 시트에 대해 정확하게 압박되지 않게 할 우려가 있다.

본 발명의 하나의 목적은 액추에이터의 작동을 최적화하는 방법을 제공하는 데에 있다.

이를 위해, 본 발명은, 밸브 스템과 협동하는 가동 부재와, 이 가동 부재를 극단의 밸브 폐쇄 위치와 극단의 밸브 개방 위치 사이에서 이동시키도록 탄성 수단과 조합되고 영구 자석을 갖는 전자기 수단을 포함하는, 연소 엔진용 밸브 액추에이터를 제어하는 방법으로서,

- 극단의 폐쇄 위치와 극단의 개방 위치 사이에서 가동 부재의 이동 중에 가동 부재와 밸브 스템 사이에 간극 범위를 결정하는 단계와,

- 이 간극 범위 내에서 전자기 수단의 전기적 제어 파라미터의 상이한 값에 따라 가동 부재가 도달하는 중간 위치(intermediate position)를 결정하는 단계와,

- 액추에이터의 요구되는 성능에 따라 중간 위치 중 하나를 설정포인트의 값으로 이용하여, 전자기 수단을 제어하기 위해 위치 피드백 제어를 사용하는 단계

를 포함하는 밸브 액추에이터의 제어 방법이 제공된다.

사전에 정해진 간극 범위 내에 위치한 설정포인트의 위치에 기초한 전자기 수단의 위치 피드백 제어는 가동 부재를 원하는 위치에서 정확하게 정지시킬 수 있으며, 예를 들면 연소 엔진의 작동 조건에 적합하게 액추에이터가 작동할 수 있게 한다.

제1 실시예에서, 설정포인트의 위치는 전기적 제어 파라미터가 최소값을 갖는 중간 위치이다.

그러면, 가동 부재는 적어도 부분적으로 영구 자석에 의해 제위치에 유지되며, 이에 의해 전자기 수단의 전력 소모를 제한할 수 있다.

제2 실시예에서, 설정포인트의 위치는 가동 부재와 밸브 스템 간의 최소 거리에 상응하는 중간 위치이다.

가동 부재는 개방 위치를 향한 가동 부재의 이동이 거의 즉각적으로 밸브의 이동을 야기하도록 가동 부재와 밸브 스템 사이에 남겨진 그러한 최소 거리에 걸쳐 신속하게 이동한다.

본 발명의 다른 특징 및 이점은 본 발명의 비한정적인 특정 실시예의 후술하는 상세한 설명에 의해 명백해 질 것이다.

이하, 첨부 도면을 참조한다.

도 1은 작동 기구와 조합된 연소 엔진의 밸브를 개략적으로 도시하는 도면이다.

본 명세서에 있어서, 본 발명은 전체적으로 도면 부호 2로 나타낸 연소 엔진의 밸브(1)의 작동에 대한 용례에 관해 설명한다.

밸브(1)는 스템(3)을 구비하는 한편, 연소 엔진(2)의 실린더 헤드(4)에 장착되어 밸브가 실린더 헤드(4)의 시트(5)에 대해 압박되는 폐쇄 위치와, 밸브가 실린더 헤드(4)의 시트(5)로부터 떨어지는 개방 위치 사이에서 활주 운동하도록 되어 있다.

밸브는 연소 엔진(2)의 실린더 헤드(4)에 장착된 전체적으로 도면 부호 6으로 나타낸 액추에이터의 의해 그러한 두 위치 사이에서 작동된다.

액추에이터는 전체적으로 도면 부호 8로 나타낸 가동 부재가 활주 가능하게 장착된 본체(7)를 포함하며, 가동 부재에는 밸브(1)의 스템(3)의 자유단부에 받쳐지도록 배치된 제1 단부(10)와, 플레이트(12)에 고정된 제2 단부(11)를 구비하며, 플레이트는 로드(9)에 대해 평행하게 활주할 수 있도록 본체(7)의 하우징(13) 내에 수용되어 있다.

본체(7)에는 공지의 방식에서와 같이 가동 부재(8)를 이동시키기 위한 전자기 수단(14, 15)이 포함되어 있다.

전자기 수단(14)은 공지의 방식에서와 같이 플레이트(12)를 극단의 밸브 폐쇄 위치로 불리는 위치를 향해 끌어당기기 위한 전자석과, 플레이트(12)를 극단의 밸브 개방 위치로 불리는 위치를 향해 끌어당기기 위한 전자석을 포함하고 있으며, 이들 전자석은 본체(7)의 하우징(13)의 2개의 대향하는 면쪽으로 통해 있다. 각 전자석은 영구 자석과 공지의 방식으로 조합된 전기자 상에 권취된 코일을 구비하고 있다. 영구 자석은 플레이트를 해당 위치에 완전히 또는 부분적으로 유지하게 된다. 이 경우, 플레이트(12)는 해당 극단 위치에 있는 경우에 전자기 수단(14, 15)의 전기자와 접촉하게 된다.

전자기 수단(14, 15)은 설정포인트 전류 및 가동 부재(8)의 이동 속도에 기초한 피드백 제어 수단(도시 생략)을 이용하여 공지의 방식으로 제어된다. 이러한 피드백 제어 방법은 공지되어 있다. 피드백 제어 수단은 또한 설정포인트 위치의 함수로서 피드백 제어를 행할 수 있도록 구성된다. 이러한 피드백 제어는, 로드(9)의 위치 센서(16)에 의해 제공되는 위치 신호로부터 미분함으로써 얻어진 플레이트(12)의 속도를 나타내는 신호를 역시 이용하고 있는 엔진의 제어 유닛에 의해 제공될 수 있다. 위치 센서(16)는 예를 들면 공지의 형태의 홀 효과 센서이다.

액추에이터는 또한 공지의 방식에서와 같이 탄성적 이동 수단을 포함한다.

탄성적 이동 수단은, 공지의 방식에서와 같이 플레이트(12)를 극단의 개방 위치로 복귀시키도록 본체(7)의 면(18)과 로드(9)의 견부(19) 사이에 개재된 스프링(17)과, 밸브(1)를 폐쇄 위치로 복귀시키도록 실린더 헤드(4)의 면(21)과 밸브 스템(3)의 견부(22) 사이에 개재된 스프링(20)을 포함한다.

액추에이터, 실린더 헤드(4) 및 밸브(1)는 플레이트(12)가 극단의 폐쇄 위치에 있고 밸브(1)가 시트(5)에 대해 압박되는 경우, 로드(9)의 제1 단부(10)와 밸브 스템(3)의 자유단부 사이에 간극(j), 즉 밸브 간극이 존재하도록 구성되어 있다.

본 발명에 따른 방법은 연소 엔진의 작동 중에 간극(j)을 결정하는 단계로 시작한다.

본 발명에 따른 방법은, 가동 부재(8)를 그 극단의 폐쇄 위치에서부터 극단의 개방 위치를 향해 실질적으로 일정한 속도로 이동시키도록 전자기 수단(14, 15)을 제어하는 단계를 포함한다. 가동 부재의 이동 속도는 극단의 개방 위치에 이를 때까지 일정하게 유지하거나, 액추에이터, 밸브 및 실린더 헤드의 기하학적 특성을 고려한 최대 가능 간극을 초과하는 거리에 걸쳐 일정하게 유지될 수 있다.

이와 동시에, 본 발명은 극단의 폐쇄 위치에서부터 극단의 개방 위치까지 가동 부재(8)가 이동하는 동안에 가동 부재의 중간 위치에 대한 설정포인트 전류의 값을 획득하는 단계와, 이 설정포인트 전류가 갑작스런 변화를 겪게 되는 가동 부재(8)의 중간 위치를 검출하는 단계를 포함한다.

설정포인트 전류는 (측정 또는 검출될 수 있지만) 피드백 제어 수단에 의해 제공되며, 가동 부재(8)의 중간 위치는 위치 센서(16)에 의해 제공된다.

이어서, 설정포인트 전류는 가동 부재(8)의 중간 위치와 관계 지워진다.

설정포인트 전류가 갑작스런 변화를 겪게 되는 중간 위치의 검출은 바람직하게는 플레이트(12)의 위치에 대한 설정포인트 전류의 도함수에 기초하여 수행된다. 이 도함수가 곡선 형태로 그려지는 경우, 그 곡선은 가동 부재(8)가 밸브 스템(3)과 만나게 되는 지점에 상응하는 중간 위치에서 피크를 갖는다.

극단의 폐쇄 위치와 전술한 중간 위치 사이의 거리는 극단의 폐쇄 위치를 알고 있는 경우에 이로부터 추론할 수 있다. 이 거리가 간극(j)이다.

이어서, 본 발명은, 액추에이터의 요구되는 성능에 따라 간극(j) 내에 위치하는 중간 위치 중 하나를 설정포인트 값으로서 선택하는 단계를 포함한다.

액추에이터의 최소 전력 소모가 요구되는 경우, 선택되는 설정포인트 값은 전자기 수단(14)의 공급 전류가 제로(해당 영구 자석의 인력이 스프링(17)의 힘을 상쇄시키는 경우)이거나, 가능한 작게 되는(영구 자석의 인력이 최대인 경우) 중간 위치이다.

예를 들면 연소 엔진의 높은 작동 속도를 위해 액추에이터의 반응성이 요구되는 경우, 선택되는 설정포인트 위치는 로드(9)와 스템(3) 사이의 최소 거리에 상응하는 중간 위치이다.

플레이트의 후속 이동에 있어서, 설정포인트 위치는 스프링(20)에 의해 시트(5)에 대해 계속 압박되고 있는 밸브(1)의 스템(3)에서 로드(9)가 떨어져 있는 플레이트의 폐쇄 위치가 된다.

또한, 밸브 간극을 알고 있는 경우, 전자기 수단을 보다 효율적으로 제어할 수 있다는 점을 유념해야 할 것이다. 따라서, 가동 부재(8)가 폐쇄 위치에서 극단의 개방 위치로 이동하는 경우, 전자기 수단은, 이들 전자기 수단이 초기에는 가동 부재를 앞서 결정된 중간 위치까지 천천히 가져가 가동 부재(8)가 밸브 스템(3)과 접촉하게 하고, 이어서 가동 부재가 밸브 스템에 접촉하자마자 가동 부재(8)를 가속시키는 방식으로 제어된다.

가동 부재(8)가 극단의 개방 위치에서 극단의 폐쇄 위치로 이동하는 경우, 전자기 수단은, 이들 전자기 수단이 초기에는 가동 부재(8)를 간극(j)의 시작점에 대응하는 중간 위치까지 신속하게 가져가 밸브를 신속하게 폐쇄하고, 이어서 가동 부재를 폐쇄 위치까지 천천히 가져가 플레이트(12)와 전자석(14)의 접촉 소음을 제한하도록 하는 방식으로 제어된다.

간극(j) 및 중간 위치의 결정은 예를 들면 초당 1회씩과 같이 주기적으로 반복하는 것이 바람직하다.

명백하게는, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지는 것이 아니라, 청구 범위에 의해 정해지는 본 발명의 범위에 포함되는 모든 변형예를 포함한다.

특히, 간극(j)은 엔진의 작동 모드 및 엔진의 속도에 따라 상이한 작동 모드에 의해 결정될 수 있다.

또한, 간극은 가동 부재의 전술한 바와 같은 극단의 개방 위치를 향한 이동에 대해 또는 극단의 폐쇄 위치를 향한 이동에 대해 결정될 수 있다. 극단의 폐쇄 위치를 향한 이동에 대해 결정하는 경우, 가동 부재의 이동 속도는 예를 들면 플레이트의 정중간의 중간 위치로부터 실질적으로 일정하게 유지될 수 있다.

추가로, 전자기 수단은 설정포인트 전압과 같은 다른 전기적 특성에 기초하여 제어될 수 있다.

Claims

밸브(1)의 스템(3)과 협동하는 가동 부재(8)와, 이 가동 부재를 극단의 밸브 폐쇄 위치와 극단의 밸브 개방 위치 사이에서 이동시키도록 탄성 수단과 조합되고 영구 자석을 갖는 전자기 수단(14, 15)을 포함하는, 연소 엔진(2)용 밸브 액추에이터를 제어하는 방법에 있어서,

- 극단의 폐쇄 위치와 극단의 개방 위치 사이에서 가동 부재의 이동 중에 가동 부재와 밸브 스템 사이에 간극 범위를 결정하는 단계와,

- 상기 간극 범위 내에서 전자기 수단의 전기적 제어 파라미터의 상이한 값에 따라 가동 부재가 도달하는 중간 위치들을 결정하는 단계와,

- 후속하는 가동 부재의 이동에 있어서, 상기 간극 범위 내에 위치하는 중간 위치들 중 하나를 설정포인트 위치로 이용하여 전자기 수단을 제어하기 위해 위치 피드백 제어를 사용하는 단계로서, 상기 설정포인트 위치는 상기 밸브의 폐쇄 위치에 상응하며 액추에이터의 요구되는 성능에 따라 선택되는 것인 위치 피드백 제어를 사용하는 단계

를 포함하는 밸브 액추에이터 제어 방법
제1항에 있어서, 설정포인트 위치는 전기적 제어 파라미터가 최소값을 갖는 중간 위치인 것인 밸브 액추에이터의 제어 방법.
제1항에 있어서, 설정포인트 위치는 가동 부재(8)와 밸브 스템(3) 사이의 최소 거리에 상응하는 중간 위치인 것인 밸브 액추에이터의 제어 방법.