KR102311876B1 - 캠축 조정기를 작동시키기 위한 방법 및 디바이스 - Google Patents

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비테스코 테크놀로지스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 전류 흐름이 캠축 조정기의 전기 모터(3)에서 생성되는, 내연 기관의 캠축 조정기를 작동시키기 위한 방법에 관한 것이고, 방법은 캠축 조정기 내 순간적인 전류 강도를 측정하는 단계; 미리 획정된 시간축에 대한 측정된 전류 강도의 평균값을 계산하는 단계; 캠축 조정기의 주위 온도(T)를 측정하는 단계; 측정된 전류 강도의 평균값과 특성 요인도 메모리(2a)로부터 획득되고 측정된 주위 온도(T) 및 미리 획정된 시간축과 연관되는 문턱값을 비교하는 단계; 및 전류 강도의 계산된 평균값이 연관된 문턱값보다 더 크다면, 캠축 조정기 내 순간적인 전류 강도를 감소시키는 단계를 포함한다. 본 발명은 또한 내연 기관의 캠축 조정기를 작동시키기 위한 디바이스에 관한 것이다.

Description

캠축 조정기를 작동시키기 위한 방법 및 디바이스
본 발명은 캠축 조정기를 작동시키기 위한 방법 및 디바이스에 관한 것이다.
자동차에서, 전기 캠축 조정기는 효율을 증가시키도록 점점 사용되고 있다. 이러한 캠축 조정기는 종래의 유압식 조정기와 비교하여 유입 캠축 조정기의 나중의 폐쇄점을 가진 비교적 큰 조정 범위를 가능하게 한다. 결과적으로, 예를 들어, 앳킨슨 사이클(Atkinson cycle)에 따른 다른 연소 방법이 사용될 수 있다.
제DE 41 10 195 A1호는 특히 캠축을 구동시키는 구동 휠에 대해 캠축의 상대적인 조정을 위해, 회전 구동 연결부를 가진 2개의 조립체를 위한 조정 디바이스를 개시한다. 이 조정 디바이스는 캠축과 캠축을 구동시키는 구동 휠 사이에 배열되고 전기 모터에 의해 구동될 수 있는 제어 기어를 갖는다. 전기 모터의 고정자는 위치상 고정된 방식으로 배열된다. 제어 기어는 캠축에 대해 비교적 회전 가능하도록 축 소자 상의 전기 모터의 회전자와 함께 장착된다.
제US 2014/0216374 A1호는 전기 모터를 가진 추가의 캠축 조정기를 설명한다. 이 알려진 캠축 조정기에서, 전기 모터의 고정자는 캠축과 함께 회전한다.
이상적인 콜드 스타트(cold start)를 위한 캠축 위치는 보통 기계적 단부 정지부 중 하나에 위치되지 않고 대신 이 조정 범위 내에 위치된다.
캠축 위치가 이상적인 시동 위치와 상이하다면, 시동 과정은 더 길어질 수 있다. 가장 좋지 않은 경우에, 내연 기관은 심지어 전혀 더 이상 시작되지 않을 수도 있다.
각각의 시스템의 설계에 따라, 캠축 조정기의 전기 구동부는 최대 가능한 전력을 연속적으로 출력하도록 설계되지 않을 수도 있다. 그럼에도 불구하고 이 최대 전력이 비교적 긴 시간 기간 동안 요구된다면, 구동부는 구동 시스템이 과열되고 고장나는 정도까지 가열될 수도 있다.
본 발명의 목적은 캠축 조정기의 열 과부하의 확률이 감소되는 방법 및 디바이스를 명시하는 것이다.
상기 목적은 청구항 제1항에 명시된 특징을 가진 방법에 의해 그리고 청구항 제11항에 명시된 특징을 가진 디바이스에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 실시형태 및 개선예가 인용항에 명시된다.
전류의 흐름이 캠축 조정기의 전기 모터에서 생성되는, 내연 기관의 캠축 조정기를 작동시키기 위한 본 발명에 따른 방법에서,
- 캠축 조정기 내 순간적인 전류 강도를 측정하는 단계,
- 미리 획정된 시간축에 대한 전류의 측정된 강도의 평균값을 계산하는 단계,
- 캠축 조정기의 주위 온도를 측정하는 단계,
- 전류의 측정된 강도의 평균값과 특성 요인도 메모리(characteristic diagram memory)로부터 획득되고 측정된 주위 온도 및 미리 획정된 시간축과 연관되는 문턱값을 비교하는 단계, 및
- 전류의 강도의 계산된 평균값이 연관된 문턱값보다 더 높다면 캠축 조정기 내 순간적인 전류 강도를 감소시키는 단계가 수행된다.
이러한 방법에 의해, 내연 기관의 캠축 조정기는 유리하게는 열 과부하 및 열 과부하와 연관되는 고장에 대해 보호된다. 게다가, 내연 기관의 시동 능력이 보장되는 것이 보장된다.
본 발명의 추가의 유리한 특성은 도면에 기초하여 아래에 본 발명의 예시적인 설명으로부터 나올 것이다. 도면에서:
도 1은 내연 기관의 캠축 조정기를 작동시키기 위한 디바이스의 블록도,
도 2는 특성 요인도 메모리에 저장되는 특성 요인도의 예시적인 실시형태를 예시하는 도면, 및
도 3은 내연 기관의 캠축 조정기를 작동시키기 위한 디바이스의 흐름도.
도 1은 내연 기관의 캠축 조정기를 작동시키기 위한 디바이스의 블록도를 도시한다.
예시된 디바이스는 시작/정지 명령 생성기(1), 제어 장치(2), 특성 요인도 메모리(2a), 비휘발성 메모리(2b), 캠축 조정기의 전기 모터(3), 캠축 조정기의 조정 장치(4), 전류 센서(5), 온도 센서(6) 및 실제 위치 센서(7)를 갖는다. 모든 위에서 언급된 컴포넌트는 내연 기관의 부품이다. 전기 모터(3)와 조정 장치(4)는 캠축 조정기를 함께 형성한다.
제어 장치(2)는 전류의 흐름이 전기 모터(3)에서 생성되는 캠축 조정기를 작동시키기 위한 방법을 수행하도록 설계된다.
이 방법에서, 제어 장치(2)는 전류의 흐름이 캠축 조정기의 전기 모터(3)에서 발생하는 방식으로 전기 모터(3)를 위한 작동 신호를 결정한다.
제어 장치(2)는 전류 센서(5), 온도 센서(6) 및 실제 위치 센서(7)를 포함하는 복수의 센서의 출력 신호를 사용하여 전기 모터(3)를 위한 명시된 작동 신호를 결정한다. 전류 센서(5)는 캠축 조정기의 전기 모터(3) 내 순간적인 전류 강도를 측정하기 위해 제공된다. 전류 센서(6)는 캠축 조정기의 주위 온도를 측정하기 위해 제공된다. 이 목적을 위해, 상기 온도 센서(6)는 예를 들어, 캠축 조정기의 주위 온도로서, 내연 기관의 엔진 블록 온도 또는 내연 기관의 오일 온도를 측정한다. 실제 위치 센서(7)는 제어 장치(2)에 대한 캠축의 순간적인 실제 위치에 대한 정보를 이용 가능하게 한다. 이 순간적인 실제 위치는 단부 정지부에 대한 캠축의 회전 위치이다.
게다가, 제어 장치(2)는 작동 신호를 결정하도록 저장된 특성 요인도(8)에서, 특성 요인도 메모리(2a)에 포함되는 데이터 및 정보를 사용하고, 데이터 및 정보가 비휘발성 메모리(2b)에 저장되지 않는다.
특성 요인도 메모리로부터 획득되는 데이터 및 비휘발성 메모리에 저장된 데이터의, 센서의 위에서 언급된 출력 신호의 평가를 통해, 제어 장치(2)는 내연 기관의 순간적인 작동 상태에 기인하여 캠축 조정기의 열 과부하의 위험이 있는지 또는 없는지를 결정한다. 이것이 그러한 경우라면, 제어 장치(2)는 캠축 조정기의 전기 모터(3)에 만연한 온도가 최대 허용 가능한 온도 미만으로 유지되도록 캠축 조정기의 컴포넌트의 보호를 보증 및 보장하도록, 캠축 조정기의 전기 모터(3) 내 순간적인 전류 강도를 감소시키기 위해 측정을 개시한다.
이 맥락에서, 제어 장치(2)는 캠축 조정기의 전기 모터(3)에 만연한 온도가 본질적으로 캠축 조정기의 전기 모터(3)를 통해 흐르는 순간적인 전류 강도, 캠축 조정기의 전기 모터(3)를 통해 흐르는 전류의 흐름의 지속기간 및 캠축 조정기의 주위 온도에 의존한다는 사실을 사용한다.
캠축 조정기의 전기 모터(3)를 통해 흐르는 전류의 강도 및 지속기간은 전기 저항에 의해 캠축 조정기로의 열의 입력을 결정한다. 캠축 조정기가 이의 열을 출력하는 캠축 조정기의 주변의 온도는 캠축 조정기로부터 열의 출력을 결정한다. 따라서, 캠축 조정기의 활성화의 이력 및 주위 온도를 고려하면서, 캠축 조정기의 전기 모터(3)를 통해 흐르는 순간적인 전류 강도를 감소시킴으로써, 캠축 조정기의 온도는 캠축 조정기의 유용성을 불필요하게 제한하는 일 없이 효과적으로 제한될 수 있다.
캠축 조정기의 전기 모터(3)를 통해 흐르는 전류가 측정 또는 결정되고 캠축 조정기의 전기 구동부의 열 모델로서, 주위 온도의 함수로서 특정한 시간에 대한 이 전류에 대한 평균값이 후속하여 형성된다. 시간 상 현재 점 전에 특정한 시간 기간 동안 전류의 강도의 평균값이 캠축 조정기의 활성화의 이력의 측정으로서 사용되고, 이 시간 기간은 시간축으로서 지칭된다.
캠축 조정기의 전기 구동부(3)를 통해 흐르는 전류의 최대 허용 가능한 평균 강도는 전기 구동부의 주위 온도 및 전류를 평균내기 위한 시간축의 함수로서 명시되고 특성 요인도로서 특성 요인도 메모리(2a)에 저장된다.
도 2는 특성 요인도 메모리(2a)에 저장되는 특성 요인도의 예시적인 실시형태를 예시하는 도면을 도시한다. 이 특성 요인도에서, 각각의 경우에 각각의 조합에 대해 허용 가능한 전류의 최대 강도인 전류의 강도의 값이 캠축 조정기의 주위 온도(T)와 특정한 시간축(t)의 다수의 조합에 대해 저장된다. 도시된 예시적인 실시형태에서, 0℃, 80℃ 및 120℃가 주위 온도로서 명시된다. 도시된 예시적인 실시형태에서, 1초, 10초, 30초, 60초, 120초, 300초 및 600초가 시간축(t)으로서 명시된다. 10초의 전류의 흐름의 평균의 지속기간 및 80℃에서 전류의 최대 허용 가능한 강도는 40A에서 그리고 120℃에서 발생하고 30초의 평균의 지속기간에서 이것은 22A에서 발생한다.
이 최대 허용 가능한 평균 전류의 강도를 초과한다면, 발생된 과열은 캠축 조정기 내 결함 및 캠축 조정기의 고장을 유발할 수 있다.
조정된 캠축 위치를 유지하기 위한 전류 수요는 이 최대 허용 가능한 평균 전류의 강도 훨씬 아래에 있고, 따라서 전류 제한은 위치의 유지 동안이 아닌 조정 동안에만 발생한다.
내연 기관이 작동하는 동안, 각각의 시간축(= 지속기간)에 의해 결정된 전류의 평균값을 초과한다면, 연관된 문턱값은 특성 요인도(8)에 저장되고, 제어 장치(2)는 캠축 조정기의 냉각을 야기하도록 측정을 개시한다. 이러한 캠축 조정기의 냉각은 제어 장치(2)가 캠축 위치(예를 들어, 내연 기관의 시작에 대한 이상적인 캠축 위치)의 일정한 설정값을 명시한다는 사실에 의해 야기될 수 있다. 이 일정한 설정값 위치는 조정을 위해 필요한 높은 전류의 흐름을 피한다.
이것에 대한 대안으로서, 캠축 조정기의 냉각은 또한 제어 장치(2)가 캠축 위치에 대한 동적 설정값을 제한한다는 사실에 의해 야기될 수 있다. 이 제한된 동적 위치는 신속한 조정을 필요로 하는 높은 전류의 흐름을 피한다.
내연 기관이 셧다운(shut down)될 때 캠축 조정기의 열 과부하에 대한 보호를 더 증가시키기 위해서, 위에서 설명된 캠축 조정기의 열 모델, 즉, 셧다운되기 바로 전에 결정되는 전류의 강도의 평균값 및 각각 연관된 시간축의 평균값은 유리하게는 즉시 재설정되는 것에서 방지된다. 이것은 이러한 즉각적인 재설정이 발생할 때, 보통 콜드 스타트를 위해 채용되는 시작값을 셧다운한 후에 바로 야기되는 내연 기관의 재시작이 내연 기관의 실제의 순간적인 작동 상태에 대해 조정되지 않기 때문이다. 이 경우에 그리고 특히 또한 복수의 재시작의 경우에, 캠축 조정기의 열 과부하가 발생할 수 있다.
이것을 방지하기 위해서, 제어 장치(2)가 셧다운되기 전에, 각각 연관된 시간축에 대한 정보 및 전류의 측정된 강도의 가장 최근에 획득된 평균값이 비휘발성 메모리(2b)에 저장된다.
온전한 비휘발성 메모리(2b)에 의해 발생하는 제어 장치(2)의 재시작이 있을 때, 전류의 강도의 새로운 평균값은 내연 기관의 셧다운 시간의 함수로서 모든 시간축에 대해 초기화된다. 이 초기화는 다음의 관계식에 따라 수행된다:
In = (1 - Tab/n)·Inm
식 중,
In은 새로이 초기화된 평균값이고,
n은 각각의 시간축이고,
Tab는 내연 기관의 셧다운 시간이고
Inm은 내연 기관의 이전의 셧다운의 시간에서의 전류의 평균값이다.
제어 장치(2)의 원하지 않은 재설정 후 그리고/또는 비휘발성 메모리(2b)의 결함 후 발생하는 제어 장치의 재시작의 경우에, 특성 요인도에 저장된 문턱값에 대응하는, 전류의 강도의 새로운 평균값은 모든 시간축에 대해 초기화된다.
비휘발성 메모리의 사용에 대한 대안으로서, 제어 장치(2)가 꺼지기 전에, 유지 단계는 모든 시간축에 대한 전류의 측정된 강도의 평균값이 최소값에 대응할 때까지 활성화 및 유지된다.
위에서 설명된 측정은 열 과부하에 대한 캠축 조정기의 보호가 보장되고, 또한 내연 기관의 시동 능력이 보장되는 것을 보장한다.
도 3은 내연 기관의 캠축 조정기를 작동시키기 위한 방법의 흐름도를 도시한다.
이 방법에서, 제어 장치(2)의 시작은 단계(S1)에서 발생한다.
이것 후에, 단계(S2)에서 규칙적인 또는 불규칙적인 시작이 발생하는지에 관한 질문이 있다. 규칙적인 시작은,
1) 시작이 위에서 설명된 유지 단계가 사용될 때 제어 장치(2)의 유지 단계의 만료 후 발생하는 경우
또는
2) 시작이 온전한 비휘발성 메모리(2b)가 있고 위에서 설명된 비휘발성 메모리가 사용될 때 발생하는 경우에 발생한다.
불규칙적인 시작은 제어 장치(2)의 원하지 않은 재설정 후 그리고/또는 비휘발성 메모리(2b)에 결함이 존재할 때 시작이 발생한다면 발생한다.
단계(S2)에서 이 질문이 규칙적인 시작이 발생하는 것을 나타낸다면, 시스템은 초기화가 위에서 이미 명시된 관계에 따라 발생하는 단계(S3)로 진행된다:
In = (1 - Tab/n)·Inm.
대조적으로, 단계(S2)의 이 질문이 불규칙적인 시작이 발생하는 것을 나타낸다면, 시스템은 초기화가 모든 시간축에 대한 전류의 강도의 새로운 평균값에 의해 발생하는 단계(S4)로 진행되고, 문턱값에 대응하는 상기 평균값은 특성 요인도(8)에 저장된다.
단계(S3) 또는 단계(S4)에서 이 초기화 후, 시스템은 단계(S5)로 진행된다. 이 단계(S5)에서, 캠축 조정기 내 순간적인 전류 강도는 전류 센서(5)에 의해 측정된다. 이것에 대한 대안으로서, 전류의 강도는 또한 전기 구동부의 작동에 기초한 모델링을 사용하여 결정될 수 있다.
이것 후에, 단계(S6)에서 전류의 측정된 강도의 평균값이 각각의 시간축에 대해 계산된다.
이것 후에, 단계(S7에서 전류의 강도의 계산된 평균값이 특성 요인도 메모리에 저장된 각각 연관된 문턱값보다 더 높은지에 관한 질문이 발생한다.
이 질문이 전류의 강도의 계산된 평균값이 특성 요인도에 저장된 연관된 문턱값보다 더 높은 것을 나타낸다면, 시스템은 캠축 조정기 내 순간적인 전류 강도가 감소되는 단계(S8)로 진행된다.
반면에, 이 질문이 계산된 평균값이 특성 요인도(8)에 저장된 연관된 문턱값보다 더 높지 않다면, 시스템은 설정값 위치가 캠축 조정기의 정상 작동 모드에 따라 결정되는 단계(S9)로 진행된다.
이것 후에, 시스템은 단계(S8)로부터 또는 단계(S9)로부터 단계(S10)로 진행된다. 이 단계(S10)에서, 캠축의 실제 위치, 즉, 단부 정지부에 대한 캠축의 순간적인 회전 위치는 실제 위치 센서(7)를 사용하여 결정된다.
캠축 조정기(4)의 실제 위치의 이 결정 후, 제어 오류, 즉, 각각 명시된 설정값 위치로부터 캠축 조정기의 실제 위치의 편차가 단계(S11)에서 계산된다.
이 계산된 제어 오류로부터, 전기 모터(3)에 대한, 계산된 제어 오류에 대응하는, 작동 신호가 다음의 단계(S12)에서 계산된다.
단계(S12) 후에, 단계(S5)로 되돌아가기가 발생한다.
위에서 언급된 것에 비추어, 위에서 설명된 방법 및 디바이스는 열 과부하에 대해 그리고 가능하게는 열 과부하로부터 발생하는 고장에 대해 내연 기관의 캠축 조정기를 보호한다. 내연 기관의 시동 능력이 또한 보장된다.
1: 시작/정지 명령 생성기 2: 제어 디바이스
2a: 특성 요인도 메모리 2b: 비휘발성 메모리
3: 전기 모터 4: 캠축 조정기
5: 전류 센서 6: 온도 센서
7: 실제 위치 센서 8: 특성 요인도

Claims (13)

  1. 전류의 흐름이 캠축 조정기의 전기 모터에서 생성되는, 내연 기관의 상기 캠축 조정기를 작동시키기 위한 방법으로서,
    - 상기 캠축 조정기 내 순간적인 전류 강도를 측정하는 단계,
    - 미리 획정된 시간축에 대한 상기 전류의 측정된 강도의 평균값을 계산하는 단계,
    - 상기 캠축 조정기의 주위 온도를 측정하는 단계,
    - 상기 전류의 상기 측정된 강도의 상기 평균값과, 특성 요인도 메모리(characteristic diagram memory)로부터 획득되고 측정된 주위 온도 및 상기 미리 획정된 시간축과 연관되는 문턱값을 비교하는 단계, 및
    - 상기 전류의 강도의 계산된 평균값이 연관된 문턱값보다 더 높다면 상기 캠축 조정기 내 상기 순간적인 전류 강도를 감소시키는 단계를 포함하되,
    상기 순간적인 전류 강도를 감소시키기 위해서, 정적 설정값이 캠축 위치에 대해 명시되거나, 또는
    상기 순간적인 전류 강도를 감소시키기 위해서, 상기 캠축 조정기의 캠축 위치에 대한 동적 설정값이 제한되는, 내연 기관의 캠축 조정기를 작동시키기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 캠축 조정기 내 상기 순간적인 전류 강도는 상기 전류의 상기 측정된 강도의 상기 평균값이 상기 연관된 문턱값보다 더 낮을 때까지 감소되는, 내연 기관의 캠축 조정기를 작동시키기 위한 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 내연 기관의 엔진 블록 온도 또는 상기 내연 기관의 오일 온도는 상기 캠축 조정기의 상기 주위 온도로서 측정되는, 내연 기관의 캠축 조정기를 작동시키기 위한 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 제어 장치가 꺼지기 전에, 상기 전류의 상기 측정된 강도의 상기 계산된 평균값 및 각각 연관된 시간축에 관한 정보가 비휘발성 메모리에 저장되는, 내연 기관의 캠축 조정기를 작동시키기 위한 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 내연 기관이 꺼질 때, 상기 제어 장치의 유지 단계가 활성화되고 상기 유지 단계는 상기 전류의 상기 측정된 강도의 상기 평균값이 미리 획정된 최소값 미만일 때 종료되는, 내연 기관의 캠축 조정기를 작동시키기 위한 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 유지 단계의 만료 후 그리고 온전한 비휘발성 메모리가 있을 때 발생하는 상기 제어 장치의 재시작의 경우에, 상기 전류의 상기 강도의 새로운 평균값은 상기 내연 기관의 셧다운 시간의 함수로서 초기화되는, 내연 기관의 캠축 조정기를 작동시키기 위한 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 초기화는 하기 관계식에 따라 수행되는, 내연 기관의 캠축 조정기를 작동시키기 위한 방법:
    In = (1 - Tab/n)·Inm
    식 중,
    In은 새로이 초기화된 평균값이고,
    n은 시간축이고,
    Tab는 상기 내연 기관의 상기 셧다운 시간이고,
    Inm은 상기 내연 기관의 이전의 셧다운의 시간에서의 전류의 평균값이다.
  10. 제6항에 있어서, 상기 비휘발성 메모리 내 결함 및/또는 상기 제어 장치의 재설정 후 발생하는 상기 제어 장치의 재시작의 경우에, 특성 요인도에 저장된 상기 문턱값에 대응하는 상기 전류의 상기 강도의 새로운 평균값이 초기화되는, 내연 기관의 캠축 조정기를 작동시키기 위한 방법.
  11. 제1항 내지 제3항 및 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 방법을 제어하도록 설계되는 제어 장치(2)를 가진, 내연 기관의 캠축 조정기를 작동시키기 위한 디바이스.
  12. 제11항에 있어서, 다수의 문턱값이 저장되는 특성 요인도 메모리(2a)를 갖고, 각각의 문턱값은 시간축과 주위 온도의 조합에 할당되는, 내연 기관의 캠축 조정기를 작동시키기 위한 디바이스.
  13. 제11항에 있어서, 상기 전류의 상기 측정된 강도의 상기 평균값 및 상기 평균값과 연관되는 미리 획정된 시간축에 관한 각각 연관된 정보 항목을 저장하도록 설계되는 비휘발성 메모리(2b)를 갖는, 내연 기관의 캠축 조정기를 작동시키기 위한 디바이스.
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