KR101855022B1 - 분사 밸브를 동작시키는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 압전 작동체에 의해 작동되는 노즐 니들을 구비하는 분사 밸브를 동작시키는 방법으로서, 상기 노즐 니들의 동적 리프트 프로파일을 결정하고 제어하는, 상기 방법에 관한 것이다. 상기 작동체의 작동체 전류 또는 작동체 전하 및/또는 전압을 포함하는 변수는 분사 공정 동안 연속적으로 검출되고, 상기 노즐 니들의 동적 리프트 프로파일은 분사 밸브의 노즐 니들이 운동하는 모델 구조에 의해 재구성되고, 이로부터 상기 작동체 전류 또는 상기 작동체 전하 및/또는 상기 작동체 전압의 타깃 변수들이 유도된다. 상기 타깃 변수들은 상기 실제값과 비교되고 나서 상기 2개의 값 사이의 편차가 최소화된다.

Description

분사 밸브를 동작시키는 방법{METHOD FOR OPERATING AN INJECTION VALVE}
본 발명은 압전 작동체(piezoelectric actuator)에 의해 구동되는 노즐 니들(nozzle needle)을 갖는 분사 밸브(injection valve)를 동작시키는 방법에 관한 것이다.
내연 엔진의 이러한 분사 밸브에 대하여 모든 동작 조건 하에서 그리고 연관된 자동차의 전체 수명에 걸쳐 분사량의 정밀도와 강인성에 매우 높은 요구조건이 적용된다. 이들 목적을 달성하기 위하여, 분사 밸브를 제어하는 방법이 개발되었다. 일부 경우에, 오늘날 제어 개념은 압전 작동체로부터 피드백 신호를 사용하여 실제 분사 공정 동안 노즐 니들의 위치의 개별 정적 지점(static point)을 식별한다. 그런 이유로, 압전 작동체는 센서로 동작한다. 그러나, 압전 작동체는 작동체와 센서로 동시에 사용되기 때문에 이 정보는 교란 변수에 상당한 영향을 받는다. 나아가, 이들 소위 신호-기반 접근법은 노즐 니들의 동적 거동에 대하여는 기술하지 않는데 - 다시 말해, 니들의 행정(stroke)의 운동 경로를 나타내지는 않는다. 그 결과 절대 위치 값을 생성하는 것이 가능하지 않다. 그러나, 엄밀히 기계적 정지 지점(stop-point)(예를 들어, 기계적 차단(blocking)에 의해 노즐 니들의 행정을 제한하는 것)을 가지지 않는 분사 밸브의 경우에, 분사 밸브를 정밀하게 작동시키기 위하여 노즐 니들의 절대 위치를 아는 것이 중요하다. 이것은 요구되는 분사량을 정밀하게 구현하는데 결정적이다.
그리하여 노즐 니들의 위치 값은 현재 (예를 들어, 니들을 폐쇄할 때 압전 구동부와 노즐 니들 사이에 힘을 연결하는) 압전 효과를 사용하는 것에 의해서만 정적으로 캡처될 수 있다. 그러나, 이들 방법은 교란 변수에 상당한 영향을 받아서 제한된 크기로만 억압될 수 있다. 그러나, 그런 이유로, 특정 상황 하에서 모든 가능한 특성 경우와 에러 경우를 필터링할 수 없어서 허용가능하지 않은 잔류 에러가 남아 있을 수 있는 정교한 개연성-체크 방법이 적용된다.
피드백 신호에 영향을 미치는 교란 변수는, 특히, 마지막 단계의 구동 프로파일(drive profile)에 의해, 압전 작동체와 노즐 니들 사이에 힘을 전달할 때 아이들 행정(idle stroke)에 의하여, 노즐 니들의 구역에서 마찰 효과에 의하여, 그리고 또한 압전 작동체의 실제 행정 거동에 의하여 발생된다. 언급된 영향은 유도된 제어 변수의 강인성을 감소시켜 이에 의해 제어 성능의 품질과 궁극적으로 분사량의 품질에도 영향을 미친다.
본 발명의 기초가 되는 목적은 노즐 니들의 행정의 진행을 특히 용이하고 정밀하게 확인할 수 있는, 도입 시에 설명된 유형의 분사 밸브를 동작시키는데 이용가능한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따라, 본 목적은 상기 노즐 니들의 행정의 동적 진행을, 다음 단계들에 따라 결정하고 제어하는 것에 의해 제시된 유형의 방법에 따라 달성된다:
분사 공정 동안 작동체 전류 또는 작동체 전하 및/또는 작동체 전압으로 구성된 실제 양을 연속적으로 캡처하는 단계;
분사 밸브의 노즐 니들이 운동하는 모델 구조에 기초하여 상기 분사 밸브의 노즐 니들의 행정의 동적 진행을 재구성하고, 이로부터 작동체 전류 또는 작동체 전하 및/또는 작동체 전압으로 구성된 원하는 양을 확인하는 단계로서, 상기 노즐 니들의 행정의 동적 진행은 개별 분사 밸브에 속하는 적어도 하나의 이산 측정된 값을 상기 노즐 니들이 운동하는 기본 모델에 도입하는 것에 의해 간략화된 (감소된) 모델 구조를 통해 재구성된, 상기 확인하는 단계; 및
상기 원하는 양을 상기 실제 양과 비교하고 상기 2개의 양들 사이의 차이를 최소화하는 단계.
종래 기술과 대조적으로, 본 발명에 따른 해법의 경우에, 상기 압전 작동체에 속하는 특정 양이 연속적으로 캡처되고, 이후 분사 밸브의 노즐 니들이 운동하는 모델 구조로부터 초래되는 양과 비교된다. 이들 2개의 양들 사이의 차이를 확인하고 최소화하는 것에 의해 상기 노즐 니들의 행정의 진행을 제어한다.
그런 이유로, 특히 작동체 전류 또는 작동체 전하 및/또는 작동체 전압으로 구성된 물리적 양은 예를 들어 통합된 측정 시스템을 통해 분사 공정 동안 제어 디바이스에서 캡처된다. 나아가, 상기 분사 밸브의 노즐 니들의 행정의 동적 진행은 분사 밸브의 노즐 니들이 운동하는 모델 구조에 기초하여 재구성된다. 이 경우에 센서 모델로부터 획득된 정보를 전술한 방식으로 사용하는 것에 의해, 실제 니들의 행정을 보정하고 분사 밸브의 정밀한 작동을 보장할 수 있다.
상기 노즐 니들의 행정의 동적 진행은 개별 분사 밸브에 속하는 적어도 하나의 이산 측정된 값을 상기 노즐 니들이 운동하는 기본 모델에 도입하는 것에 의해 간략화된 (감소된) 모델 구조를 통해 재구성된다. 그리하여 시작점은 이러한 유형의 분사 밸브의 노즐 니들이 운동하는 기본 기능에 대응하는 기본 모델이다. 이 기본 모델은 개별 분사 밸브에 속하는 적어도 하나의 이산 측정된 값을 도입하는 것에 의해 변경된다. 이에 의해, 상기 분사 밸브의 대응하는 모델이 조정된다. 그런 이유로, 이산 측정된 값에 의하여, 상기 노즐 니들의 개방-시간 및/또는 폐쇄-시간이 바람직하게 사용된다.
본 발명에 따른 방법의 경우에, 상기 작동체/니들의 행정 및/또는 상기 작동체에 작용하는 힘, 특히 상기 작동체의 속력 및/또는 상기 작동체의 주행(travel) 상태에 대한 내부 상태 변수가 바람직하게는 상기 모델 구조를 통해 확인된다. 이 상태 변수로부터 상기 간략화된 모델을 형성하는 니들의 행정이 확인될 수 있다.
상기 원하는 양과 실제 양 사이의 차이를 최소화하는 것은, 예를 들어, 적절한 최적화 알고리즘을 통해, 예를 들어 측정된 양들 사이에 에러 영역을 최소화하는 것을 통해, 또는 유도된 양과 상기 모델의 출력에서 대응하는 양으로 가중된 조합으로 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 바람직하게는 상기 압전 작동체에 의해 직접 구동되는 노즐 니들을 갖는 분사 밸브를 동작시키기에 적절하다. 그러나, 원리적으로, 상기 방법은, 간접 구동을 하는 밸브의 경우에도 적용될 수 있고, 예를 들어, 코일로-작동되는 작동 요소와 서보 인젝터를 구비하는 분사 밸브의 경우에도 적용될 수 있다.
본 발명은 도면과 함께 예시적인 실시예에 기초하여 이하에서 보다 상세히 설명된다.
도 1은 시간의 함수로서 분사 밸브의 압전/니들의 행정을 나타내는 도면;
도 2는 분사 밸브를 동작시키는 방법 흐름도; 및
도 3은 도 2에 도시된 방법의 블록도.
도 1은 시간의 함수로서 예시적인 분사 밸브의 압전/니들의 행정의 진행을 도시하는 도면이다. 전류 공급시로부터 시작하여 니들의 행정은 동작점(tOPP _0(아이들 행정)), 동작점(tOPP0 .1(니들의 계수(modulus)(탄성(elasticity))의 시작) 및 동작점(tOPP1(니들의 개방))에 도달한다. tOPP2에서 니들의 행정이 최대에 도달된다. tOPP3에서 니들을 폐쇄하는 공정이 시작되고, 이후 tOPP4에서 완전히 폐쇄된다. tOPP4 .1에서 아이들 행정이 압도되었다. 압전 행정의 진행은, 방전 시작을 표시하는 표시 화살표까지 니들의 행정의 진행에 대응한다. 이 지점으로부터 시작하여, 압전 행정의 진행은 니들의 행정의 것과 상이하다. 2개의 진행은 동작점(tOPP4)에서 다시 만난다.
여기서 표시된 동작점(tOPP1(니들 개방점))과 동작점(tOPP4(니들이 완전히 폐쇄된 점))은 본 발명에 따른 방법의 과정에서 검출되고, 이산 측정된 값으로서 노즐 니들이 운동하는 기본 모델에 도입된다.
다음에 설명된 실시예는, 압전 작동체에 의해 구동되는 노즐 니들을 갖는 분사 밸브를 동작시키는 방법으로서, 노즐 니들의 행정의 동적 진행을 결정하고 제어하는, 방법에 관한 것이다. 제1 단계인 단계 1에서, 압전 작동체의 작동체 전압은 제어 디바이스에 통합된 측정 시스템에 의해 작동체 전압을 측정하는 것에 의해 분사 동작 동안 연속적으로 캡처된다. 대응하는 측정된 값들은 예를 들어 저장된다.
다른 단계(단계 2)에서, 분사 밸브의 노즐 니들의 행정의 동적 진행은 분사 밸브의 노즐 니들이 운동하는 모델 구조에 기초하여 재구성된다. 이 경우에, 노즐 니들의 행정의 동적 진행은, 전류 분사 밸브에 대해 검출된, 노즐 니들의 개방-시간과 폐쇄-시간을 노즐 니들이 운동하는 기본 모델에 도입하는 것에 의해 간략화된 (감소된) 모델 구조를 통해 재구성된다. 이로부터 작동체 전압이 원하는 양으로 확인된다(단계 2). 대응하는 값이 또한 제어 디바이스에 저장될 수 있다.
현재 측정된 작동체 전압(실제값)은 모델 구조로부터 유도된 저장된 작동체 전압과 비교되고(원하는 양/실제 양의 비교)(단계 3 참조), 2개의 양들 사이의 차이가 노즐 니들의 행정의 진행의 동적 제어를 위하여 단계 4에서 최소화된다.
전술한 방법을 사용하면 분사 공정을 강인하게 구현하고 분사량의 품질을 증가시키는데 상당히 기여할 수 있다. 니들 운동을 정밀하게 결정하는 것에 의해, 연장된 제어 구조를 구성하고 제어 성능의 품질을 상당히 개선시킬 수 있다.
도 3은 전술한 방법의 블록도를 도시한다. 참조 부호 (6)으로 표시된 간략화된 모델의 도움으로 그리고 참조 부호 (5)로 표시된 분사 밸브에서 측정된 작동체 전압의 도움으로, 모델링된 압전-작동체 전압(-y(t))과 측정된 압전-작동체 전압(y(t))이 획득된다. 2개의 전압은 참조 부호 (7)에서 서로 비교되고, 전압 차이(Δy = y - -y)가 계산된다. 이 전압 차이로부터 압전 운동과 니들 운동, 관성력, 속력과 같은 대응하는 내부 상태 변수가 참조 부호 (9)로 표시된 곳에서 확인된다. 이들 값은 최적화 전략을 받고(단계 8) 이후 이 전압 차이를 최소화하기 위하여 시스템에 입력된다. 노즐 니들의 행정의 진행은 이런 방식으로 정밀하게 제어될 수 있다.

Claims (6)

  1. 압전 작동체에 의해 구동되는 노즐 니들(nozzle needle)을 구비하는 분사 밸브를 동작시키는 방법으로서, 상기 노즐 니들의 행정(stroke)의 동적 진행은,
    분사 공정 동안 작동체 전류 또는 작동체 전하 및/또는 작동체 전압으로 구성된 실제 양을 연속적으로 캡처하는 단계;
    분사 밸브의 노즐 니들이 운동하는 모델 구조에 기초하여 상기 분사 밸브의 노즐 니들의 행정의 동적 진행을 재구성하고, 이로부터 작동체 전류 또는 작동체 전하 및/또는 작동체 전압으로 구성된 원하는 양을 확인하는 단계로서, 상기 노즐 니들의 행정의 동적 진행은, 개별 분사 밸브에 속하는 적어도 하나의 이산 측정된 값을 상기 노즐 니들이 운동하는 기본 모델에 도입하는 것에 의해 간략화된 (감소된) 모델 구조를 통해 재구성된, 상기 확인하는 단계; 및
    상기 원하는 양을 상기 실제 양과 비교하고, 상기 2개의 양들 사이의 차이를 최소화하는 단계
    에 따라 결정되고 제어되는 것을 특징으로 하는 분사 밸브를 동작시키는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 노즐 니들의 개방-시간 및/또는 폐쇄-시간은 이산 측정된 값으로 사용되는 것을 특징으로 하는 분사 밸브를 동작시키는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 작동체/니들의 행정 및/또는 상기 작동체에 작용하는 힘에 대한 내부 상태 변수는 상기 모델 구조를 통해 확인되는 것을 특징으로 하는 분사 밸브를 동작시키는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 작동체의 속력 및/또는 상기 작동체의 주행 상태는 내부 상태 변수로 확인되는 것을 특징으로 하는 분사 밸브를 동작시키는 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 원하는 양과 실제 양 사이의 차이를 최소화하는 것은 최적화 알고리즘을 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 분사 밸브를 동작시키는 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 압전 작동체에 의해 직접 구동되는 노즐 니들을 갖는 분사 밸브를 동작시키는데 사용되는 것을 특징으로 하는 분사 밸브를 동작시키는 방법.
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