KR102046584B1 - 직분사 인젝터의 피크 위상 에너지 측정장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 직분사 인젝터의 피크 위상 에너지 측정장치가 개시된다. 본 발명의 직분사 인젝터의 피크 위상 에너지 측정장치는, GDI 인젝터를 상단에서 구동시키는 제2 상단 제어스위치와 DCDC 컨버터 사이에서 피크 위상 전압값을 측정하는 전압측정부; GDI 인젝터를 하단에서 구동시키는 하단 제어스위치와 접지 사이에서 피크 위상 전류값을 측정하는 전류측정부; 전압측정부와 전류측정부에서 측정된 피크 위상 전압값과 피크 위상 전류값을 각각 입력받아 피크 위상 에너지를 측정하는 피크 위상 에너지 측정부; 및 피크 위상 에너지 측정부에서 측정된 피크 위상 에너지를 입력받아 저장부에 저장하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

직분사 인젝터의 피크 위상 에너지 측정장치{APPARATUS FOR MEASURING PEAK PHASE ENERGY OF GDI INJECTOR}
본 발명은 직분사 인젝터의 피크 위상 에너지 측정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 GDI(Gasoline Direct Injection) 인젝터에 인가되는 피크 위상 에너지를 실차 환경에서 실시간으로 측정할 수 있는 직분사 인젝터의 피크 위상 에너지 측정장치에 관한 것이다.
일반적으로, 인젝터는 차량의 엔진 실린더 헤드에 장착되어 연소실로 연료를 분사하는 연료분사장치이며, GDI(Gasoline Direct Injection) 인젝터는 연료를 실린더의 연소실로 직접 분사하는 방식에서의 연료분사장치이다.
차량용 내연기관의 인젝터는 보통 제어기 예컨대, 차량의 전자제어 유닛(Electronic Control Unit, ECU)의 제어에 의해 토출량 등이 제어된 연료를 분사하는데, 이러한 전자제어식 인젝터의 구조는 일반적으로 하우징, 하우징 내부에 설치되고 전자제어유닛의 제어신호에 의해 자화되는 솔레노이드 코일, 솔레노이드 코일의 자화에 의해 상하 이동하는 아마추어 및 아마추어와 연결되어 아마추어와 함께 상하 이동하는 니들을 포함하여 구성되며, 니들의 일단에는 볼밸브가 부착되고, 하우징의 저면에는 밸브홀이 형성된 밸브시트가 결합되어, 볼밸브의 상하 이동에 의하여 밸브시트의 밸브홀이 개폐되면서 연료가 분사되도록 구성된다.
여기서 연료의 분사량은 니들의 개방시간 즉, 솔레노이드 코일의 통전시간에 의해 결정된다.
종래의 GDI 인젝터로 적용되는 솔레노이드 밸브의 작동의 일례는, 하이사이드에서 배터리 전압이 공급되고, 로우사이드에서 제어 신호를 전송받는 등의 방식으로 그 작동이 제어된다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2017-0069017호(2017.06.20. 공개, 인젝터로 적용되는 솔레노이드 밸브 고장 진단 방법 및 그 장치)에 개시되어 있다.
이와 같은 GDI 인젝터를 제어하기 위해서는 짧은 피크 위상 구간 동안 12~16A의 전류를 가져올 수 있는 DCDC 컨버터(12V -> 65V)가 요구된다.
그러나, DCDC 컨버터의 출력능력이 무한하지 않기 때문에 1사이클 당 연료 주입횟수에 따라 최대 RPM이 결정된다. 따라서, 최대 허용 RPM을 결정하기 위해서는 DCDC 컨버터가 제공할 수 있는 피크 위상 에너지를 측정해야만 한다.
통상적으로 피크 위상 에너지는 실험실 환경에서 엔지니어에 의해 측정되고 있기 때문에 많은 문제점이 대두되고 있는 실정이다.
즉, 연료의 흐름없이 측정하기 때문에 니들의 동적 움직임과 냉각 효과가 차량 환경과 다르고, 모든 인젝터를 측정하는 것이 아니기 때문에 측정된 피크 위상 에너지를 모든 인젝터에 적용하기 어려울 뿐만 아니라 변화를 예측하기 어렵고, 차량의 운행에 따른 노화 효과를 고려하지 않고 있으며, 와이어 하네스의 임피던스가 모두 갖지 않기 때문에 차량 마다 에너지 소비량이 다를 수 있으나 이를 고려하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 일 측면에 따른 본 발명의 목적은 GDI 인젝터에 인가되는 피크 위상 에너지를 실차 환경에서 실시간으로 측정할 수 있는 직분사 인젝터의 피크 위상 에너지 측정장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 직분사 인젝터의 피크 위상 에너지 측정장치는, GDI 인젝터를 상단에서 구동시키는 제2 상단 제어스위치와 DCDC 컨버터 사이에서 피크 위상 전압값을 측정하는 전압측정부; GDI 인젝터를 하단에서 구동시키는 하단 제어스위치와 접지 사이에서 피크 위상 전류값을 측정하는 전류측정부; 전압측정부와 전류측정부에서 측정된 피크 위상 전압값과 피크 위상 전류값을 각각 입력받아 피크 위상 에너지를 측정하는 피크 위상 에너지 측정부; 및 피크 위상 에너지 측정부에서 측정된 피크 위상 에너지를 입력받아 저장부에 저장하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 전압측정부는, DCDC 컨버터에서 부스팅된 전압을 제1 저항과 제2 저항으로 분압하여 측정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 전류측정부는, 하단 제어스위치와 접지 사이 매개된 션트저항의 양단 전압을 측정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 피크 위상 에너지 측정부는, 전류측정부에서 측정된 피크 위상 전류값을 증폭시키는 차동증폭기; 차동증폭기에서 증폭된 피크 위상 전류값과 전압측정부에서 측정된 피크 위상 전압값을 곱하여 피크 위상 에너지를 산출하는 곱셈기; 및 곱셈기에서 산출된 피크 위상 에너지를 피크 위상 구간동안 누적하는 적분기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 주변장치에서 제어부와 접속하여 저장부에 저장된 피크 위상 에너지를 인출하기 위한 통신부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 직분사 인젝터의 피크 위상 에너지 측정장치는 GDI 인젝터에 인가되는 피크 위상 에너지를 실차 환경에서 실시간으로 측정하여 저장함으로써, 인젝터 변동, 차량 모델 및 온도 등과 같은 다양한 조건을 반영하여 측정할 수 있을 뿐만 아니라 노후화 효과를 조사하기 위해 연속 생산 중에도 측정할 수 있어, 통계적 특성과 피크 위상 에너지의 의미 있는 분포를 얻을 수 있으며 최대 RPM 한계를 정확하게 보정할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 직분사 인젝터의 피크 위상 에너지 측정장치를 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 직분사 인젝터의 피크 위상 에너지 측정장치에서 GDI 인젝터에 인가되는 전압과 전류를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 직분사 인젝터의 피크 위상 에너지 측정장치를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 직분사 인젝터의 피크 위상 에너지 측정장치를 나타낸 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 직분사 인젝터의 피크 위상 에너지 측정장치에서 GDI 인젝터에 인가되는 전압과 전류를 나타낸 그래프이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 직분사 인젝터의 피크 위상 에너지 측정장치는, 전압측정부(10), 전류측정부(20), 피크 위상 에너지 측정부(30) 및 제어부(40)를 비롯하여 저장부(50)와 통신부(60)를 포함할 수 있다.
전압측정부(10)는 GDI 인젝터(140)를 상단에서 구동시키는 제2 상단 제어스위치(120)와 DCDC 컨버터(100) 사이에서 피크 위상 전압값을 측정할 수 있다.
여기서, 전압측정부(10)는 DCDC 컨버터(100)에서 부스팅된 전압을 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2)으로 분압하여 측정전압을 낮추어 측정할 수 있다.
이때 DCDC 컨버터(100)는 배터리 전압(B+)을 입력받아 GDI 인젝터(140)에 초기 고전류를 인가하기 위해 12V 전압을 65V 전압으로 부스팅하여 공급한다.
따라서 GDI 콘트롤러(미도시)에서 초기 피크 위상 구간에는 제2 상단 제어스위치(120)를 작동시켜 DCDC 컨버터(100)에서 부스팅된 전압을 GDI 인젝터(140)에 인가하고, 홀드구간에서는 제1 상단 제어스위치(110)를 작동시켜 배터리 전압(B+)을 GDI 인젝터(140)에 인가한다.
도 2에 도시된 바와 같이 GDI 인젝터(140)에 인가되는 전압과 전류를 살펴보면, 초기 피크 위상 구간에는 DCDC 컨버터(100)에 의해 부스트된 전압과 전류가 측정되고, 홀드구간에는 배터리 전압(B+)의 전압과 전류가 측정된다.
전류측정부(20)는 GDI 인젝터(140)를 하단에서 구동시키는 하단 제어스위치(130)와 접지 사이에서 피크 위상 전류값을 측정할 수 있다.
여기서 전류측정부(20)는 하단 제어스위치(130)와 접지 사이에 매개된 션트저항(Rs)의 양단 전압으로 측정할 수 있다.
피크 위상 에너지 측정부(30)는 전압측정부(10)와 전류측정부(20)에서 측정된 피크 위상 전압값과 피크 위상 전류값을 각각 입력받아 피크 위상 에너지를 측정할 수 있다.
보다 구체적으로 피크 위상 에너지 측정부(30)는 차동증폭기(32), 곱셈기(34) 및 적분기(36)를 포함하여 구성할 수 있다.
차동증폭기(20)는 전류측정부(20)에서 측정된 션트저항(Rs)의 양단 전압의 차분을 증폭하여 피크 위상 전류값으로 출력한다.
곱셈기(34)는 차동증폭기(32)에서 증폭된 피크 위상 전류값과 전압측정부(10)에서 측정된 피크 위상 전압값을 곱하여 피크 위상 에너지를 산출할 수 있다.
적분기(36)는 곱셈기(34)에서 산출된 피크 위상 에너지를 피크 위상 구간동안 누적하여 피크 위상 에너지를 출력한다.
제어부(40)는 피크 위상 구간동안 피크 위상 에너지 측정부(30)에서 측정된 피크 위상 에너지를 AD 변환된 값으로 입력받아 저장부(50)에 저장하여 통계적으로 사용할 수 있도록 한다.
한편, 통신부(60)는 주변장치(미도시)에서 제어부(40)와 접속하여 저장부(50)에 저장된 피크 위상 에너지를 인출하기 위한 인터페스를 제공할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 직분사 인젝터의 피크 위상 에너지 측정장치에 따르면, GDI 인젝터에 인가되는 피크 위상 에너지를 실차 환경에서 실시간으로 측정하여 저장함으로써, 인젝터 변동, 차량 모델 및 온도 등과 같은 다양한 조건을 반영하여 측정할 수 있을 뿐만 아니라 노후화 효과를 조사하기 위해 연속 생산 중에도 측정할 수 있어, 통계적 특성과 피크 위상 에너지의 의미 있는 분포를 얻을 수 있으며 최대 RPM 한계를 정확하게 보정할 수 있도록 한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10 : 전압측정부 20 : 전류측정부
30 : 피크 위상 에너지 측정부 32 : 차동증폭기
34 : 곱셈기 36 : 적분기
40 : 제어부 50 : 저장부
60 : 통신부 100 : DCDC 컨버터
110 : 제1 상단 제어스위치 120 : 제2 상단 제어스위치
130 : 하단 제어스위치 140 : GDI 인젝터

Claims (5)

  1. GDI 인젝터를 상단에서 구동시키는 제2 상단 제어스위치와 DCDC 컨버터 사이에서 피크 위상 전압값을 측정하는 전압측정부;
    상기 GDI 인젝터를 하단에서 구동시키는 하단 제어스위치와 접지 사이에서 피크 위상 전류값을 측정하는 전류측정부;
    상기 전압측정부와 상기 전류측정부에서 측정된 상기 피크 위상 전압값과 상기 피크 위상 전류값을 각각 입력받아 피크 위상 에너지를 측정하는 피크 위상 에너지 측정부; 및
    상기 피크 위상 에너지 측정부에서 측정된 상기 피크 위상 에너지를 입력받아 저장부에 저장하는 제어부를 포함하되,
    상기 피크 위상 에너지 측정부는,
    상기 전류측정부에서 측정된 상기 피크 위상 전류값을 증폭시키는 차동증폭기;
    상기 차동증폭기에서 증폭된 상기 피크 위상 전류값과 상기 전압측정부에서 측정된 상기 피크 위상 전압값을 곱하여 상기 피크 위상 에너지를 산출하는 곱셈기; 및
    상기 곱셈기에서 산출된 상기 피크 위상 에너지를 피크 위상 구간동안 누적하는 적분기를 포함하는 것을 특징으로 하는 직분사 인젝터의 피크 위상 에너지 측정장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 전압측정부는, 상기 DCDC 컨버터에서 부스팅된 전압을 제1 저항과 제2 저항으로 분압하여 측정하는 것을 특징으로 하는 직분사 인젝터의 피크 위상 에너지 측정장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 전류측정부는, 상기 하단 제어스위치와 상기 접지 사이 매개된 션트저항의 양단 전압을 측정하는 것을 특징으로 하는 직분사 인젝터의 피크 위상 에너지 측정장치.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서, 주변장치에서 상기 제어부와 접속하여 상기 저장부에 저장된 상기 피크 위상 에너지를 인출하기 위한 통신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직분사 인젝터의 피크 위상 에너지 측정장치.
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