KR101989728B1 - 다중 분사를 위한 연료 인젝터의 작동 - Google Patents

다중 분사를 위한 연료 인젝터의 작동 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차의 내연 엔진을 위한, 자기 코일 구동부를 갖는 연료 인젝터를 작동시키는 방법에 관한 것이다. 상기 연료 인젝터는 제1 단자 및 제2 단자를 구비하고, 상기 제1 단자는 스위치 소자를 통해 접지에 연결 가능하고, 상기 제2 단자는 접지에 연결된다. 상기 방법은, (a) 상기 스위치 소자를 작동시켜 상기 제1 단자를 접지에 연결하는 단계; (b) 상기 자기 코일 구동부를 통해 흐르는 전류의 전류 세기의 시간 곡선을 획득하는 단계; 및 (c) 상기 자기 코일 구동부에 전압 펄스를 인가하여 상기 연료 인젝터의 개방 과정을 개시하는 단계를 포함한다. 상기 전압 펄스의 지속 시간은 상기 전류 세기의 획득된 시간 곡선의 함수로서 수립된다. 또한, 본 발명은 엔진 제어기 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.

Description

다중 분사를 위한 연료 인젝터의 작동
본 발명은 연료 인젝터를 작동시키는 기술 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차의 내연 엔진을 위한 자기 코일 구동부를 갖는 연료 인젝터를 작동시키는 방법에 관한 것이다. 나아가, 본 발명은 엔진 제어기 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
자기 코일 구동부를 갖는 연료 인젝터를 동작시키는 경우에, 전기적 공차로 인해, 개별 인젝터마다 연대적 개방 거동이 상이하고 그에 따라 각 분사량에 변동이 발생한다.
분사 시간 및/또는 전기/유압 분리 시간이 점점 더 짧아짐에 따라 인젝터마다 그리고 분사시마다 분사량에 상대적인 차이가 증가한다. 이러한 상대적인 분사량의 차이는 지금까지는 작아서 실제적인 의미가 없었다. 분사 사이클당 분사량 및 분사 시간이 점점 더 작아지고 더 많아지는 (다중 분사) 방향으로 개발이 진행됨에 따라 상대적인 분사량의 차이의 영향을 더 이상 무시할 수 없게 되었다. 특히, 짧게 연속해서 분사하는 경우, 자기 코일 구동부에 존재하는 잔류 자화가 선행 분사에서 존재할 수 있고, 이는 후행 분사에 영향을 미칠 수 있다.
국제 특허 출원 WO 2011/023476 A1은 인젝터의 사전-자화 상태를 종결시키고 적절한 방식으로 반응하기 위해 그 다음 분사 이전에 마지막 분사 과정의 인젝터 전압을 확인하는 것을 설명한다. 나아가, 이것은, 대안적으로, 한정된 공급 전압에 의해 수행되고, 이 전압과 연관된 흐름 전류는 잔류 자화의 척도로서 획득되는 것이 제안된다.
본 발명은 고정밀도로 다중 분사를 할 수 있는 연료 인젝터의 개선되고 간단한 작동을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 목적은 독립 특허 청구항의 주제에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 실시예는 종속 청구항에 제시된다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 자동차의 내연 엔진을 위한 자기 코일 구동부를 포함하는 연료 인젝터를 작동시키는 방법으로서, 상기 연료 인젝터는 제1 단자 및 제2 단자를 포함하고, 상기 제1 단자는 스위치 소자를 통해 접지에 연결 가능하고, 상기 제2 단자는 접지에 연결된, 상기 연료 인젝터를 작동시키는 방법이 제시된다. 상기 제시된 방법은, (a) 상기 스위치 소자를 작동시켜 상기 제1 단자를 접지에 연결하는 단계; (b) 상기 자기 코일 구동부를 통해 흐르는 전류의 전류 세기의 시간 곡선을 획득하는 단계; 및 (c) 상기 자기 코일 구동부에 전압 펄스를 인가하여 상기 연료 인젝터의 개방 과정을 개시하는 단계를 포함하고, 상기 전압 펄스의 지속 시간은 상기 전류 세기의 획득된 시간 곡선의 함수로서 수립된다.
상기 제시된 방법은, 잔류 자화가 존재할 때, 상기 연료 인젝터의 상기 2개의 단자를 접지에 연결하면, 상기 자기 코일 구동부의 코일에 전류 흐름이 발생하고, 상기 전류 흐름은 존재하는 상기 잔류 자화에 의존하고 상기 잔류 자화와 관련된다는 발견에 기초한다. 잔류 자화가 존재하면, 상기 잔류 자화와 연관된 와전류(eddy current)가 감쇠하고 유도 작용으로 인해 자속이 감쇠하며 상기 단자들의 프리휠링(freewheeling)이 종료하여 상기 자기 코일 구동부의 주 권선에 전류 흐름이 야기된다. 따라서, (연료 인젝터의 실제 작동 전에 짧은 측정 단계 동안) 상기 전류 흐름의 시간 곡선을 획득함으로써, 잔류 자화에 대한 상기 연료 인젝터의 시작 상태가 획득될 수 있고, 이를 후속 작동 동안 고려하여, 정밀한 분사량을 달성할 수 있다.
다시 말해, 상기 연료 인젝터의 두 단자는 실제 작동에 앞서 측정 단계 동안 접지(즉, 기준 전위)에 연결된다. 이러한 프리휠 상태에서 상기 자기 코일 구동부에서 흐르는 전류가 획득되고, 상기 시간 곡선은 예를 들어 일련의 샘플링 값들의 형태로 저장된다. 이 측정 단계 후에 상기 연료 인젝터의 실제 작동이 후속하여 상기 연료 인젝터를 개방시킨다. 이 경우, 차량 전기 시스템 전압에 대하여 상당히 증가된 전압을 갖는 전압 펄스, 예를 들어, 부스트 전압 펄스가 상기 자기 코일 구동부에 인가된다. 상기 전압 펄스의 지속 시간은 상기 전류 세기의 획득된 시간 곡선의 함수로 수립된다. 예를 들어, 특정 잔류 자화가 제공되는 것이 수립되면, 상기 잔류 자화가 존재하지 않는 경우에 비해 상기 전압 펄스의 지속 시간이 단축될 수 있다.
상기 측정 단계의 지속 시간은 후속 부스트 단계의 지속 기간에 대하여 매우 짧은데, 예를 들어, 5% 내지 20%이다. 따라서, 다중 분사의 경우, 상기 측정 단계는 이 목적을 위해 추가적인 시간을 차지하지 않고 2번의 연속 분사 사이의 일시 정지 동안 삽입될 수 있다.
상기 짧은 측정 단계 동안 흐르는 상기 코일 전류는 또한 자기장을 형성하므로 후속 분사 과정에 사용될 수 있는 잔류 자화를 공간적으로 변경하여 소산(dissipation)시킬 수 있게 한다. 전도성 자성 재료를 갖는 전자기 인젝터의 경우, 통전의 시작시 및 종료시, 힘을 위해 필요한 자속은 원통형 구조의 경우에 와전류 활동으로 인해 지연된 방식으로 형성되고 소산된다. 통전의 시작시, 자속은 외부로부터 내부로 투과한다. 통전의 종료시 자속은 외부로부터 내부로 소산된다. 측정 공정은 자속 소산을 공간적으로 재구성한다. 새로이 측정 가능한 코일 전류는 외부로부터 내부로 새로운 자속 형성을 생성하여, 통전의 시작시 공간 자속 분포를 야기하여, 다중 분사(유사성 원리)의 경우 유리한 형태로 사용될 수 있다.
전체적으로, 잔류 자화에 대한 정확한 고려는 추가적인 에너지 공급 없이 단시간 동안 전류를 측정하는 것에 의해 가능하다.
본 발명의 하나의 예시적인 실시예에 따르면, 상기 제2 단자는 다이오드에 의해 접지에 연결된다.
상기 다이오드는, 상기 연료 인젝터 코일을 갖는 회로가 상기 측정 단계 동안 낮은 옴 저항(low-ohmic)으로 폐쇄되도록 연결된, 많은 연료 인젝터 제어 회로에 제공된 프리휠 다이오드(freewheel diode)에 실질적으로 대응한다.
본 발명의 추가적인 예시적인 실시예에 따르면, 상기 전압 펄스는 상기 자기 코일 구동부를 통해 흐르는 전류의 전류 세기가 한정된 값에 도달하는 시간에서 종료된다.
다시 말해, 상기 전압 펄스의 지속 시간은 한정된 전류 값(피크 전류라고도 언급됨)에 도달하는 함수로서 제어된다.
본 발명의 추가적인 예시적인 실시예에 따르면, 상기 한정된 값은 상기 전류 세기의 획득된 시간 곡선의 함수로서 수립된다.
다시 말해, 상기 부스트 전압 펄스가 종료되는 상기 전류 세기의 정확한 값은 상기 측정 단계 동안 획득된 상기 전류 세기의 시간 곡선에 기초하여 수립된다.
간단히 말해, 상기 피크 전류 및 그리하여 상기 부스트 단계의 지속 시간은 측정된 전류 곡선의 함수로서 설정된다.
본 발명의 추가적인 예시적인 실시예에 따르면, 상기 스위치 소자는 트랜지스터를 갖는다.
상기 트랜지스터는 특히 소위 하측(low-side) 트랜지스터일 수 있다.
본 발명의 추가적인 예시적인 실시예에 따르면, 상기 전류 세기의 기울기 및/또는 진폭은 상기 전압 펄스의 지속 시간을 수립할 때 고려된다.
상기 측정 가능한 전류의 레벨은 존재하는 상기 잔류 자화와 비례하고 이는 또한 선회(turn) 수에도 적용되는 것임을 정성적으로 인식할 수 있다. 상기 곡선은 상기 인젝터의 기하학적 구조와 그 전체 자기 저항에 의존하는 전자기 시상수(electromagnetic time constant)에 의해 결정된다.
상기 전압 펄스의 지속 시간 및/또는 피크 전류를 적응시키는 것은 물리적인 시스템 파라미터들, 예를 들어, 연료 온도, 자기 코일 온도, 선행 분사 과정으로부터의 거리 등을 더 고려할 수 있다. 이것은, 예를 들어, 대응하는 파일롯 특성 곡선 또는 특성 맵 또는 모델을 사용하여 수행될 수 있다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 차량을 위한 엔진 제어기로서, 상기 엔진 제어기는 상기 예시적인 실시예들 중 제1 실시예 및/또는 하나의 실시예에 따른 방법을 사용하도록 구성된, 상기 엔진 제어기가 제시된다.
상기 엔진 제어기는 다중 분사 동안, 즉, 간단히 짧게 연속해서 분사하는 동안, 매우 높은 정밀도를 보장할 수 있다.
본 발명의 제3 양태에 따르면, 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 예시적인 실시예들 중 제1 양태/제2 양태 및/또는 하나의 실시예에 따른 방법을 수행하도록 구성된 컴퓨터 프로그램이 제시된다.
본 문서의 의미에서, 이러한 컴퓨터 프로그램을 언급하는 것은, 본 발명에 따른 방법과 연관된 효과를 달성하기 위해 적절한 방식으로 시스템의 동작 모드 또는 방법을 조정하도록 컴퓨터 시스템을 제어하는 명령을 포함하는, 프로그램 요소, 컴퓨터 프로그램 제품 및/또는 컴퓨터 판독 가능 매체의 개념과 동등하다.
상기 컴퓨터 프로그램은 임의의 적절한 프로그래밍 가능한 언어, 예를 들어, Java, C++ 등으로 컴퓨터 판독 가능 명령 코드로서 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(CD-ROM, DVD, Blu-ray 디스크, 이동식 드라이브, 휘발성 또는 비-휘발성 메모리, 설치된 메모리/프로세서 등)에 저장될 수 있다. 상기 명령 코드는 원하는 기능이 실행되도록 특히 자동차의 엔진을 위한 제어 유닛과 같은 컴퓨터 또는 다른 프로그래밍 가능한 장치를 프로그래밍할 수 있다. 나아가, 상기 컴퓨터 프로그램은 네트워크, 예를 들어, 인터넷에 제공될 수 있으며, 이로부터 프로그램은 필요에 따라 사용자에 의해 다운로드될 수 있다.
본 발명은 컴퓨터 프로그램, 즉 소프트웨어에 의해, 및 또한 하나 이상의 특수 전기 회로에 의해, 즉 하드웨어로 구현되거나 또는 임의의 하이브리드 형태로, 즉 소프트웨어 컴포넌트 및 하드웨어 컴포넌트에 의해 구현될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 본 발명의 상이한 주제들에 대하여 제시되었다는 것을 알아야 한다. 특히, 본 발명의 일부 실시예는 방법 청구항으로 제시되고, 본 발명의 다른 실시예는 장치 청구항으로 제시된다. 그러나, 명시적으로 달리 언급되지 않는 한, 본 명세서를 읽을 때 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 하나의 유형의 주제와 관련된 특징들의 조합에 더하여, 본 발명의 상이한 유형의 주제와 관련된 특징들의 임의의 조합이 또한 가능하다는 것을 바로 인식할 수 있을 것이다.
본 발명의 추가적인 장점 및 특징은 바람직한 실시예의 다음의 예시적인 설명으로부터 명백할 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 연료 인젝터를 작동시키기 위한 회로의 일부 회로도; 및
도 2는 일 실시예에 따른 예시적인 전류 곡선의 그래프를 도시한 도면.
이하에 제시된 실시예는 본 발명의 가능한 실시예 변형들 중 제한적으로 선택된 예만을 나타내는 것으로 이해된다.
도 1은 일 실시예에 따라 연료 인젝터(110)를 작동시키기 위한 회로의 일부 회로도(100)를 도시한다. 연료 인젝터(110)는 단자(112)(하측 LS) 및 단자(114)(상측(high-side) HS))를 갖는다. 단자(112)는 트랜지스터(116)(하측 트랜지스터(TLS))에 접속되어 접지에 연결 가능하다. 단자(114)는 다이오드(118)(프리휠 다이오드(DGND))에 의해 접지에 연결된다.
도 2는 일 실시예에 따른 예시적인 시간 전류 곡선(231 내지 234)의 그래프(201)를 도시한다. 그래프(201)는 연료 도입량(240)의 시간 곡선을 더 도시한다.
본 발명에 따른 연료 인젝터의 작동은 도 1 및 도 2를 참조하여 이후에 설명될 것이다. 동작 시, 트랜지스터(116)는 단자(112)가 접지에 연결되도록 작동된다. 잔류 자화가 연료 인젝터(110)에 존재하면, 전류(231)는 화살표(120)로 도시된 바와 같이 이제 연료 인젝터(110)를 통해 흐를 것이다. 이 전류(231)는 (측정 단계 동안) 약 50 내지 100㎲의 비교적 짧은 시간 간격(Ta) 동안 획득되고 이후 연료 인젝터(110)의 자화 상태를 확인하기 위해 분석된다.
측정 단계(Ta) 후에, 증가된 전압(부스트 전압)이 단자(114)에서 스위치온되어, 연료 인젝터(110)의 개방 과정을 개시한다. 이 전압 펄스의 지속 시간은, 필요한 경우, 잔류 자화를 고려하고 미리 한정된 분사량을 달성하기 위해, 확인된 자화 상태의 함수로서 수립된다. 이 지속 기간은, 예를 들어, 동적 피크 전류 값(I2)을 사용하여 간접적으로 수립된다. 이 경우, 자기 코일 구동부를 통해 흐르는 전류(232)가 측정되고, 이 전류가 시간(T2)에서 주어진 피크 전류 값(I2)에 도달할 때, 단자(114)에서의 전압은 보다 낮은 전압(소위 유지 전압)으로 아래로 스위칭되어, 연료 인젝터(110)는 한정된 시간 동안 개방된 채로 유지된다. 피크 전류 값(I2)은 측정 단계 동안 측정된 전류(231)의 함수로서 수립된다. 측정된 전류(231)의 기울기 및/또는 최대 값(I1)은 특히 여기서 피크 전류 값(I2)을 수립하는데 사용된다.
시간(T2) 후에, 코일 전류(233)는 유지 단계 동안 다소 떨어지고, 코일 전류(234)는 유지 전압을 스위치오프한 후에 급격히 떨어진다.
곡선(240)은 단위 시간당 연료 분사량의 프로파일을 도시한다. 연료량 분사율은 시간(T2) 직전에 증가하기 시작하고, 유지 단계의 종료 직전에 최대 값에 도달하고 나서 일부 시간 동안 유지된다. 그 후, 연료량 분사율(240)이 다시 하강한다.
전체적으로, 예를 들어, 바로 전에 수행되어 아직 소산되지 않은 분사 과정으로부터 유래하는 잔류 자화는 후속 분사 동안 본 발명에 따라 고려되어 정확한 분사량이 달성된다.
100: 회로도 110: 연료 인젝터
112: 단자 114: 단자
116: 트랜지스터 118: 다이오드
120: 화살표 201: 그래프
231: 전류 곡선 232: 전류 곡선
233: 전류 곡선 234: 전류 곡선
I1: 전류 값 I2: 전류 값
Ta: 측정 간격 Ti: 작동 시간
T2: 시간

Claims (8)

  1. 자동차의 내연 엔진을 위한, 자기 코일 구동부를 포함하는 연료 인젝터를 작동시키는 방법으로서, 상기 연료 인젝터는 제1 단자 및 제2 단자를 포함하고, 상기 제1 단자는 스위치 소자를 통해 접지에 연결 가능하고, 상기 제2 단자는 접지에 연결되고, 상기 방법은,
    상기 스위치 소자를 작동시켜 상기 제1 단자를 접지에 연결하는 단계;
    상기 자기 코일 구동부를 통해 흐르는 전류의 전류 세기의 시간 곡선을 획득하는 단계; 및
    상기 자기 코일 구동부에 전압 펄스를 인가하여 상기 연료 인젝터의 개방 과정을 개시하는 단계를 포함하되,
    상기 전압 펄스의 지속 시간은 상기 전류 세기의 획득된 시간 곡선의 함수로서 수립되는, 연료 인젝터를 작동시키는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 단자는 다이오드에 의해 접지에 연결되는, 연료 인젝터를 작동시키는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전압 펄스는 상기 자기 코일 구동부를 통해 흐르는 전류의 상기 전류 세기가 한정된 값에 도달하는 시간에 종료되는, 연료 인젝터를 작동시키는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 한정된 값은 상기 전류 세기의 획득된 시간 곡선의 함수로서 수립되는, 연료 인젝터를 작동시키는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 스위치 소자는 트랜지스터를 구비하는, 연료 인젝터를 작동시키는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전류 세기의 기울기 및/또는 진폭은 상기 전압 펄스의 지속 시간을 수립할 때 고려되는, 연료 인젝터를 작동시키는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 방법을 사용하도록 구성된 차량용 엔진 제어기.
  8. 프로세서에 의해 실행될 때, 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 방법을 수행하도록 구성된 컴퓨터 판독 가능한 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
KR1020177033720A 2015-05-26 2016-04-14 다중 분사를 위한 연료 인젝터의 작동 KR101989728B1 (ko)

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