KR102469641B1 - How to control fuel injectors - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 내연기관 내부로 연료를 분사하기 위해, 밸브 니들(110)에 형성된 스토퍼(120)에 맞물리는 전기자(130)에 의해 움직일 수 있는 밸브 니들(110)을 포함하는 연료 분사기(100)를 제어하기 위한 방법에 관한 것이며, 이 방법에서는 연료 분사를 위해 각각 수행되는, 전기자(130)와 상호 작용하는 전자기 코일(140)로의 제1 분사용 전류 공급과 제2 분사용 전류 공급 사이에 추가로, 전기자(130)의 동작을 제동하는, 전자기 코일(140)로의 전기자 행정용 전류 공급이 수행된다.The present invention, in order to inject fuel into the internal combustion engine, a fuel injector 100 including a valve needle 110 movable by an armature 130 engaged with a stopper 120 formed on the valve needle 110 It relates to a method for controlling, in which method, an addition is made between the current supply for the first injection and the current supply for the second injection to the electromagnetic coil 140 interacting with the armature 130, each performed for fuel injection. As a result, current for armature stroke is supplied to the electromagnetic coil 140, which brakes the operation of the armature 130.
Description
본 발명은 연료 분사기를 제어하기 위한 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for controlling a fuel injector.
내연기관용 분사 시스템은 탱크로부터 내연기관의 연소실 내부까지 연료를 이송한다. 이와 같은 분사 시스템은 통상적으로, 탱크 내부에서 시작하고 저압 펌프, 연료 필터 및 라인들로 구성되는 저압 시스템을 포함하며, 고압 펌프, 연료 라인, 분배기 스트립, 및 분사 밸브 혹은 연료 분사기로 구성된 고압 시스템이 상기 저압 시스템의 뒤를 따르며, 이때 분사 밸브 혹은 연료 분사기는 시간상 및 공간상 수요에 적합하게 내연기관의 연소실로 연료를 공급한다.An injection system for an internal combustion engine delivers fuel from a tank to the inside of a combustion chamber of an internal combustion engine. Such injection systems typically include a low pressure system that starts inside the tank and consists of a low pressure pump, fuel filter and lines, and a high pressure system consisting of a high pressure pump, fuel lines, a distributor strip, and an injection valve or fuel injector. Following the low pressure system, injection valves or fuel injectors supply fuel to the combustion chamber of the internal combustion engine in accordance with temporal and spatial demand.
최근의 시간 제어식 분사 시스템에서는, 제어 장치가 분사 기능들의 계산, 연료 분사기의 제어, 그리고 시스템 및 내연기관을 제어하기 위한 다른 제어 부재들의 제어를 담당한다.In modern time-controlled injection systems, a control device is responsible for calculating the injection functions, controlling the fuel injector and controlling other control elements for controlling the system and the internal combustion engine.
예를 들어 가솔린 직접 분사 시스템의 고압 분사 밸브를 개방하기 위해 자석에 전류가 공급되며, 이 자석의 자기력은, 분사 단면을 개방하기 위해, 폐쇄 스프링 및 유효 연료 압력에 대항해서 밸브 니들을 그 시트로부터 움직인다. 전류 수요를 가급적 낮게 유지하기 위하여, 전기자는 소위 전기자 자유 유격에 의해 밸브 니들에 고정된다. 전류 공급이 이루어지면, 전기자가 처음에는 가속되고 그 다음 약간의 행정 이후 밸브 니들에 충돌한다. 이로써, 밸브 니들의 상승 시점에 자기력 외에 기계적 펄스도 작용한다. 그럼으로써, 최대로 필요한 자기력이 더 낮게 설계될 수 있고, 전력 수요가 저감될 수 있다.To open a high-pressure injection valve, for example in a gasoline direct injection system, a magnet is energized, the magnetic force of which moves the valve needle from its seat against the closing spring and the effective fuel pressure in order to open the injection cross section. . In order to keep the current demand as low as possible, the armature is clamped to the valve needle by means of the so-called armature free play. When current is applied, the armature first accelerates and then, after a short stroke, strikes the valve needle. Thus, a mechanical pulse acts in addition to the magnetic force at the time of rising of the valve needle. By doing so, the maximum required magnetic force can be designed lower, and power demand can be reduced.
가솔린 직접 분사식 내연기관에서는, 연소실 내부로의 시간상 유리한 연료 주입을 보장하기 위하여, 고압 분사 밸브가 1 연소 사이클 이내에 여러 번 작동되는 경우가 많다. 이 경우 연속 2회 분사의 시간 간격, 소위 분사 휴지 기간이 작동점에 따라 변할 수 있다.In internal combustion engines with gasoline direct injection, the high-pressure injection valve is often actuated several times within one combustion cycle in order to ensure time-advantageous injection of fuel into the combustion chamber. In this case, the time interval between two injections in succession, the so-called injection rest period, can vary depending on the operating point.
전기자 자유 유격의 원리를 이용한 고압 분사 밸브의 제한은 최소 분사 휴지 기간 내에 놓인다. 후속 제어는 통상 전기자가 휴지 위치에 근접해 있어야 활성화될 수 있다. 전기자가 예를 들어 바운스에 의해 폐쇄 과정 후에 휴지 위치에 있지 않으면, 기계적 가속이 분사를 야기하기에 불충분하게 될 위험, 다시 말해 연속 분사가 결여될 위험이 있다. 이는 실화(misfire)를 야기할 수 있다. 추가로, 밸브의 조기 개방 또는 지연 개방이 잘못된 연료량의 분사를 야기할 수도 있다.The limitation of high-pressure injection valves using the principle of armature free play lies within the minimum injection pause period. Subsequent control can normally be activated only when the armature is in proximity to the rest position. If the armature is not in the rest position after the closing process, for example by bounce, there is a risk that the mechanical acceleration will become insufficient to cause injection, ie the risk of lack of continuous injection. This may cause a misfire. Additionally, premature or delayed opening of the valve may result in injection of the wrong amount of fuel.
그렇기 때문에, 전자기 밸브 및 전기자 자유 유격을 갖는 연료 분사기에서는 2회 분사 과정 사이의 최소 시간 간격을 단축시키는 것이 바람직하다.Therefore, in a fuel injector having an electromagnetic valve and armature free play, it is desirable to shorten the minimum time interval between two injection processes.
본 발명에 따라, 특허 청구항 1의 특징들을 갖는 방법이 제안된다. 바람직한 실시예들은 종속 청구항들 및 이하의 상세한 설명의 대상이다.According to the invention, a method having the features of patent claim 1 is proposed. Preferred embodiments are the subject of the dependent claims and the detailed description below.
본 발명에 따른 방법은, 내연기관 내부로 연료를 분사하기 위해, 밸브 니들에 형성된 스토퍼에 맞물리는 전기자에 의해 움직일 수 있는 밸브 니들을 포함하는 연료 분사기를 제어하는 데 이용된다. 보통, 휴지 상태에서는 전기자가 밸브 니들 상의 스토퍼로부터 이격되어 있으며, 다시 말해 소위 전기자 자유 유격이 존재한다. 이 경우, 연료 분사를 위해 각각 수행되는, 전기자와 상호 작용하는 전자기 코일로의 제1 분사용 전류 공급과 제2 분사용 전류 공급 사이에 추가로, 전기자의 동작을 제동하는, 전자기 코일로의 전기자 행정용 전류 공급이 수행된다.The method according to the invention is used to control a fuel injector comprising a valve needle moveable by an armature engaging a stopper formed on the valve needle for injecting fuel into an internal combustion engine. Normally, in the resting state, the armature is separated from the stopper on the valve needle, that is to say there is so-called armature free play. In this case, in addition between the current supply for the first injection and the current supply for the second injection to the electromagnetic coil interacting with the armature, each performed for fuel injection, an armature to the electromagnetic coil for braking the operation of the armature Stroke current supply is performed.
제1 분사 전류 공급이 종료된 후에는, 또 다른 하부 스토퍼에서 전기자 자유 유격으로 인해 전기자가 대부분 여러 번의 바운스하기 때문에, 전기자가 밸브 니들상의 스토퍼에 가까운 위치에 있는(다시 말해, 특히 휴지 위치에 있지 않은) 시점에 제2 분사용 전류 공급이 시작될 수 있다. 이 경우, 전기자는 상황에 따라, 밸브 니들에 작용하는 힘에 대항해서 밸브 니들을 상승시키기에는 불충분하게 가속될 수 있다. 하지만, 본 발명에 따른 추가의 전기자 행정용 전류 공급을 통해 전기자의 바운스가 약해질 수 있는데, 그 이유는 전기자가 휴지 위치로(다시 말해, 밸브 니들의 폐쇄 방향으로) 가는 동안에 감속되기 때문이다. 전기자 행정용 전류 공급은, (스프링에 의해 작동되는) 휴지 위치 방향으로의 동작을 제동하는 전기자 행정 방향으로의(다시 말해, 밸브 니들을 개방시키지 않으면서 밸브 니들의 개방 방향으로의) 힘 작용을 유도한다. 이와 같은 밸브 니들 또는 연료 분사기의 폐쇄 이후의 전기자 동작의 안정을 통해, 상기 방법을 이용하지 않는 경우보다 훨씬 더 짧은 분사 휴지 기간이 사용될 수 있다. 또 다른 장점은, 분사 휴지 기간이 짧은 경우에도 연속 분사의 양 분산이 적음으로써 전기자 자유 유격을 갖는 고압 분사 밸브의 기능이 확연히 개선된다는 것이다.After the supply of the first injection current ends, the armature bounces mostly several times due to the free play of the armature at another lower stopper, so that the armature is in a position close to the stopper on the valve needle (i.e., not particularly in the rest position). ), the supply of current for the second injection may be started. In this case, the armature may be accelerated insufficiently to raise the valve needle against the force acting on the valve needle, depending on circumstances. However, with the additional current supply for the armature stroke according to the present invention, the bounce of the armature can be weakened because the armature is decelerated while going to the rest position (ie in the closing direction of the valve needle). Current supply for the armature stroke provides a force action in the direction of the armature stroke (ie, in the opening direction of the valve needle without opening the valve needle) which brakes the motion in the direction of the rest position (actuated by the spring). induce With this stabilization of armature operation after closing of the valve needle or fuel injector, a much shorter injection rest period can be used than would be the case without using the method. Another advantage is that the function of the high-pressure injection valve with armature free play is markedly improved due to the small dispersion of the amount of continuous injection even in the case of a short injection rest period.
강조될 점은, 본 발명에 따른 방법이 연료 분사기에서 구조적인 변경을 전혀 필요로 하지 않으며, 오히려 동일한 연료 분사기의 적절한 제어를 통해 수행될 수 있다는 것이다.It should be emphasized that the method according to the invention does not require any structural changes in the fuel injector, but rather can be carried out through suitable control of the same fuel injector.
바람직하게는, 추가의 전기자 행정용 전류 공급이 전기자 행정 방향으로의 바운스 동작 동안에도 계속해서 사용되면, 전기자는 상기 추가의 전기자 행정용 전류 공급에 의해 최대로는 스토퍼까지 움직인다. 그럼으로써, 밸브 니들의 조기 개방 및 그에 따른 연료의 조기 분사가 이루어지지 않는 점이 보장된다.Preferably, if the additional current supply for armature stroke is continuously used even during a bounce operation in the armature stroke direction, the armature moves up to the stopper by means of the additional current supply for armature stroke. In this way, it is ensured that premature opening of the valve needle and consequently premature fuel injection are not achieved.
바람직하게, 제1 및 제2 분사용 전류 공급은 내연기관의 하나의 팽창 행정 동안 수행된다. 특히, 제1 및 제2 분사용 전류 공급에 의해 각각 실시되는 분사는 2회의 연속 분사, 특히 파일럿 분사와 주 분사 또는 주 분사와 후속 분사를 포함한다. 따라서, 최근의 내연기관에서 출력 증가 및/또는 효율 증가를 위해 하나의 팽창 행정 동안 필요한 다중 분사가 고려된다. 이때 주지할 점은, 팽창 행정당 총 2회 이상의 분사가 실시될 수도 있고, 이 경우 하나의 팽창 행정의 연속하는 임의의 2회 분사를 위한 분사용 전류 공급을 위해 본 발명에 따른 방법이 바람직하다.Preferably, the supply of current for the first and second injection is performed during one expansion stroke of the internal combustion engine. In particular, the injection effected by the first and second injection current supply, respectively, includes two successive injections, in particular a pilot injection and a main injection or a main injection and a subsequent injection. Therefore, multiple injections are considered necessary during one expansion stroke to increase power and/or increase efficiency in modern internal combustion engines. It should be noted that at this time, a total of two or more injections per expansion stroke may be carried out, in which case the method according to the present invention is preferred for supplying current for injection for any two consecutive injections of one expansion stroke. .
바람직하게, 추가의 전기자 행정용 전류 공급의 시작 시점은 제1 분사용 전류 공급의 종료와, 그에 후속하는 추가 스토퍼에서의 전기자의 바운스 사이의 기간을 고려해서 결정된다. 특히, 추가의 전기자 행정용 전류 공급은 상기 바운스 이후에 시작되어야 한다. 상기 기간은 실질적으로 폐쇄 지연 시간에 상응한다. 폐쇄 지연 시간은, 제어 종료와 연료 이송의 릴리스가 종료되는 폐쇄 시점 사이의 시간이다. 폐쇄 지연 시간은, 내연기관의 작동이 정상적으로 진행되는 동안에도 간단한 방식으로 결정될 수 있다. 폐쇄 시점은 분사기의 제어(예컨대, Controlled Valve operation, CVO)의 진행 중에 결정될 수 있다. 예를 들어 전자기 코일의 전압 신호(폐쇄 시 전자기 회로를 거쳐 밸브 제어부의 전류 회로 내부로 피드백되는 전기자 및 밸브 니들의 바운스)가 검사될 수 있다. 상기 전압 신호로부터 전기자의 동작이 추론될 수 있다. 이로써, 전압 신호로부터 폐쇄 시점 및 궁극적으로는 폐쇄 지연 시간까지도 결정될 수 있다. 따라서, 제동의 추가 최적화가 달성된다.Preferably, the starting point of supplying the current for the additional armature stroke is determined taking into account the period between the end of the current supply for the first injection and the subsequent bounce of the armature at the additional stopper. In particular, the supply of current for the additional armature stroke must be started after said bounce. This period substantially corresponds to the closing delay time. The closing delay time is the time between the end of the control and the closing point at which the release of the fuel delivery ends. The closing delay time can be determined in a simple manner even during normal operation of the internal combustion engine. The closing time may be determined during control of the injector (eg, Controlled Valve operation, CVO). For example, the voltage signal of the electromagnetic coil (the bounce of the armature and valve needle, which is fed back into the current circuit of the valve control via the electromagnetic circuit when closed) can be examined. The operation of the armature can be inferred from the voltage signal. In this way, from the voltage signal, the closing time and ultimately even the closing delay time can be determined. A further optimization of braking is thus achieved.
일 분사기의 폐쇄 특성이 시간의 경과에 따라 변경될 수 있기 때문에, 바람직하게 전기자 행정용 전류 공급의 시작 시점은 적응 방법을 이용해서 그리고/또는 전자기 코일의 시간 거동에 따라서 결정된다. 이를 위해, 시작 시점은 규칙적으로 그리고/또는 필요 시(예컨대 폐쇄 지연 시간의 변경폭이 지나치게 큰 경우) 현재 검출된 폐쇄 지연 시간에 따라서 변경될 수 있다. 예를 들어, 연료 분사기의 수명에 걸친 소모 또는 오염에 의해 상기 폐쇄 지연 시간에 변경이 나타날 수 있기 때문에, 연료 분사기의 영구적인 최상의 기능을 유지하기 위하여, 재조정의 범주에서 전기자 행정용 전류 공급의 시작 시점의 적응이 이루어질 수 있으며, 다시 말해 상기 시점이 앞으로 당겨지거나 뒤로 늦춰질 수 있다. 이를 위해, 관련 값들이 예를 들어 엔진 제어 장치에 의해 정기적으로 수집 및 저장될 수 있다. 이 경우, 예를 들어 하나의 최적값으로부터 지나치게 큰 편차가 존재하는 즉시 적응이 실시될 수 있다. 전자기 코일의 시간 거동(즉, 인덕턴스)의 고려는 전기자 제동의 추가 최적화를 가능하게 하는데, 그 이유는 그에 매칭되는 전류 공급의 시작에 의해 자기장이 최적으로 형성될 수 있기 때문이다. 이를 통해서도 추가의 전류 공급이 밸브의 스위치 오프 특성에 매칭될 수 있다. 최적의 시작 시점과 전술한 분사기 파라미터들 간의 기초가 되는 관계들을 결정하기 위해 검사대 측정이 바람직하다.Since the closing characteristic of one injector can change over time, the starting point of current supply for the armature stroke is preferably determined using an adaptive method and/or depending on the time behavior of the electromagnetic coil. To this end, the start time may be changed regularly and/or when necessary (for example, when the change range of the closing delay time is too large) according to the currently detected closing delay time. Initiation of current supply for the armature stroke in the scope of readjustment, in order to maintain the permanent best functioning of the fuel injector, since a change in the closing delay time may occur, for example, due to consumption or contamination over the life of the fuel injector. An adaptation of the viewpoint can be made, ie the viewpoint can be pulled forward or retarded. To this end, relevant values can be regularly collected and stored, for example by the engine control unit. In this case, adaptation can be carried out as soon as there is, for example, too large a deviation from one optimal value. Consideration of the time behavior (ie inductance) of the electromagnetic coil allows further optimization of the armature damping, since the magnetic field can be optimally formed by starting a current supply matched to it. This also allows an additional current supply to be matched to the switch-off characteristic of the valve. Check-bench measurements are preferred to determine the underlying relationships between the optimal starting point and the aforementioned injector parameters.
연료 분사기에 형성된 추가 스토퍼에서의 전기자의 제1 바운스와 제2 바운스 사이에 추가 전기자 행정용 전류 공급이 시작되고, 바람직하게는 종료되기도 하는 것이 유리하다. 이는 제2 바운스 직후에 이미 제2 분사용 전류 공급, 다시 말해 연속 분사를 가능케 하는데, 그 이유는 선행된 제동에 의한 상기 제2 바운스가 여전히 매우 약하게 나타나기 때문이다. 그와 달리 제1 바운스는, 밸브 니들이 연료 분사기를 정상적으로 폐쇄하도록 하기 위해 더 대기되어야 한다. 또한, 연속 활성화 시 전기자는, 연속 분사가 언제 정확히 활성화되는지와 무관하게 제로 위치 가까이에 있다.Advantageously, between the first and second bounces of the armature at the additional stop formed in the fuel injector, the current supply for the additional armature stroke is started and preferably also ended. This makes it possible to supply the current for the second injection immediately after the second bounce, that is to say the continuous injection, since the second bounce caused by the preceding braking is still very weak. Otherwise, the first bounce must wait longer to allow the valve needle to close the fuel injector normally. Also, during continuous activation, the armature is near the zero position, regardless of when exactly the continuous injection is activated.
추가의 전기자 행정용 전류 공급은 예정된, 특히 제2 분사용 전류 공급의 시작에 좌우되는 기간 동안 지속되는 것이 유리하다. 바람직하게는, 추가의 전기자 행정용 전류 공급은 제2 분사용 전류 공급 시작 전에, 더 바람직하게는 전술한 바와 같이 제2 바운스 이전에 종료되어야 한다. 그럼으로써, 예를 들어 전기자의 제동이 의도한 바대로 영향을 받아 최적화될 수 있다.The current supply for the additional armature stroke advantageously lasts for a predetermined period, in particular dependent on the start of the current supply for the second injection. Preferably, the supply of current for the additional armature stroke should be terminated before the start of supply of current for the second injection, more preferably before the second bounce as described above. In this way, for example, the braking of the armature can be influenced and optimized as intended.
바람직하게, 전기자 행정용 전류 공급의 기간은 적응 방법을 이용해서, 그리고/또는 전자기 코일의 시간 거동에 따라서 결정된다. 이와 같은 적응 방법은 예를 들어 엔진 제어 장치에 의해 수행될 수 있고, 이로써 필요한 파라미터가 결정될 수 있다. 가장 먼저 측정, 특히 테스트 측정을 기초로 하는 값이 전기자 행정용 전류 공급의 기간에 대해 사용될 수 있는데, 이 값은 연료 분사기 수명이 경과함에 따라 재조정되며, 다시 말해 적응된다. 즉, 파라미터들이 밸브의 수명에 걸쳐 변경될 수 있음으로써, 여러 번의 적응이 수행될 수 있게 된다. 따라서, 추가의 전류 공급이 밸브의 변화하는 스위치 오프 특성에 적응될 수 있다. 이 경우, 예를 들어 밸브의 개방 지연 시간에 대한 값 및 밸브의 폐쇄 지연 시간에 대한 값 그리고 전기자 및 밸브 니들의 스토퍼가 전자기 회로를 거쳐 밸브 제어부의 전류 회로 내부로 피드백되는 강도로부터, 바운스 동안 및 이후의 밸브 전기자 내 운동 에너지와 상관관계가 있는 값을 도출하는 것이 가능할 수도 있다. 개방 지연 시간은, 제어 시작과, 연료의 흐름 또는 연료 이송이 릴리스되는 개방 시점 사이의 시간이다. 예를 들어 DE 10 2009 028 650 A1호에는, 전자기 분사기의 개방 지연 시간을 결정하기 위한 방법이 공지되어 있다. 이 방법에서는, 각각 연료가 아직 침전되지 않는 전자기 분사기의 최대 개방 기간 및 최대 제어 기간이 결정된다. 또한, 상기 최대 제어 기간 및 최대 개방 기간에 대해 각각 전자기 분사기의 폐쇄 기간이 결정된다. 이와 같은 결과들로부터 개방 지연 시간이 결정된다. 개방 지연 시간 및 폐쇄 지연 시간에 대한 값들은 예를 들어 시간 경과에 따른 소모 또는 오염으로 인해 변경될 수 있다. 이를 위해, 관련 값들이 예를 들어 엔진 제어 장치에 의해 정기적으로 수집 및 저장될 수 있다. 이 경우에는, 예를 들어 최적값으로부터 지나치게 큰 편차가 존재하는 즉시 적응이 실시될 수 있다. 전자기 코일의 시간 거동(즉, 인덕턴스)의 고려는 전기자 제동의 추가 최적화를 가능하게 하는데, 그 이유는 그에 매칭되는 전류 공급 기간에 의해 자기장이 최적으로 구성될 수 있기 때문이다. 이를 통해서도 추가의 전류 공급이 밸브의 스위치 오프 특성에 매칭될 수 있다. 최적의 기간과 전술된 분사기 파라미터들 간의 기초가 되는 관계들을 결정하기 위해서는 검사대 측정이 바람직하다.Preferably, the period of current supply for the armature stroke is determined using an adaptation method and/or depending on the time behavior of the electromagnetic coil. Such an adaptation method can be carried out, for example, by the engine control unit, whereby the necessary parameters can be determined. First of all, a value based on a measurement, in particular a test measurement, can be used for the period of current supply for the armature stroke, which value is readjusted as the fuel injector life elapses, that is to say adapted. That is, the parameters can be changed over the lifetime of the valve, allowing multiple adaptations to be performed. Thus, the additional current supply can be adapted to the changing switch-off characteristics of the valve. In this case, for example, from the value for the delay time of the opening of the valve and the value for the delay time for the closing of the valve and the strength with which the armature and the stopper of the valve needle are fed back into the current circuit of the valve control unit via the electromagnetic circuit, during the bounce and It may be possible to derive a value that correlates with the kinetic energy in the subsequent valve armature. The opening delay time is the time between the start of the control and the opening point at which the flow of fuel or fuel delivery is released. From DE 10 2009 028 650 A1, for example, a method for determining the opening delay time of an electromagnetic injector is known. In this method, the maximum opening period and the maximum control period of the electromagnetic injector in which fuel is not yet deposited are respectively determined. Further, a closing period of the electromagnetic injector is determined for each of the maximum control period and the maximum open period. From these results, the open delay time is determined. The values for the open delay time and the close delay time may change due to, for example, wear or contamination over time. To this end, relevant values can be regularly collected and stored, for example by the engine control unit. In this case, adaptation can be carried out as soon as there is, for example, an excessively large deviation from the optimal value. Consideration of the time behavior (ie inductance) of the electromagnetic coil allows further optimization of the armature damping, since the magnetic field can be configured optimally by means of a current supply period matched to it. This also allows an additional current supply to be matched to the switch-off characteristic of the valve. In order to determine the underlying relationships between the optimum period and the aforementioned injector parameters, test bench measurements are preferred.
바람직하게는, 특히 스타트 시점, 기간 및/또는 진폭과 관련된 추가의 전기자 행정용 전류 공급이 연료 압력 및/또는 온도 및/또는 연료 특성에 따라 수행된다. 이들 변수는 연료 분사기의 특성에 영향을 미친다. 따라서, 상기와 같은 변수들을 고려하는 경우에는 더 우수한 제어가 달성될 수 있다. 예를 들어, 전류 진폭 및/또는 추가 전기자 행정용 전류 공급의 정확한 시작은 연료 압력에 따라 또는 예를 들어 연료 점도에 따라서 변할 수 있다. 더 높은 연료 압력은 예를 들어 밸브 니들을 개방하기 위해 더 높은 자기력을 필요로 한다. 이는 전류 진폭에 의해서뿐만 아니라 변경된 제어 시간에 의해서도 달성될 수 있다. 온도는, 한 편으로는 전기자의 자화 특성에 영향을 미치고, 다른 한 편으로는 예를 들어 연료의 유체 특성에도 영향을 미친다. 따라서, 예를 들어 추가 전기자 행정용 전류 공급의 시작 및/또는 기간에서 온도를 고려함으로써 더 나은 결과를 유도할 수 있다. 이들 값은 작동 진행 중에 변경되기 때문에, 예를 들어 특성맵을 이용하여 사전에 결정될 수 있다.Preferably, an additional current supply for the armature stroke, in particular related to the start time, duration and/or amplitude, is carried out depending on fuel pressure and/or temperature and/or fuel characteristics. These variables affect the characteristics of the fuel injector. Thus, better control can be achieved when these variables are taken into account. For example, the current amplitude and/or the exact start of the current supply for the additional armature stroke may vary depending on the fuel pressure or, for example, depending on the fuel viscosity. A higher fuel pressure requires a higher magnetic force to open a valve needle, for example. This can be achieved not only by the current amplitude but also by a modified control time. The temperature affects, on the one hand, the magnetizing properties of the armature and, on the other hand, also the fluid properties of the fuel, for example. Thus, for example, better results can be obtained by considering the temperature at the start and/or duration of the current supply for the additional armature stroke. Since these values change during operation, they can be determined beforehand, for example using a feature map.
특히 스타트 시점, 기간 및/또는 진폭과 관련된 추가의 전기자 행정용 전류 공급이 전류를 공급받은 전기자의 운동 방향과 반대로 밸브 니들에 작용하는 스프링력에 따라서, 그리고/또는 전류를 공급받지 않아 휴지 상태에 있는 전기자와 스토퍼의 간격에 따라서, 그리고/또는 연료 분사기 특유의 또 다른 하나 이상의 변수, 예를 들어 기하학적 치수 또는 기계적 설계에 따라서 수행되는 것이 유리하다.In particular, the current supply for the additional armature stroke, related to the start time, duration and/or amplitude, depends on the spring force acting on the valve needle opposite to the direction of movement of the energized armature and/or in the non-energized rest state. This is advantageously carried out according to the distance between the armature and the stopper, and/or according to one or more other parameters specific to the fuel injector, for example geometrical dimensions or mechanical design.
상기 변수들도 연료 분사기의 특성에 영향을 미치므로, 이들을 고려하면 더 나은 제어를 유도할 수 있다. 특히, 이들 값은 작동 동안 변하지 않는 고정 값들이다. 즉, 이들 값은 예를 들어 1회 설정될 수 있다. 적합한 값들의 선택은 예를 들어 검사대에서 수행될 수 있다.Since these variables also affect the characteristics of the fuel injector, taking them into account can lead to better control. In particular, these values are fixed values that do not change during operation. That is, these values may be set once, for example. The selection of suitable values can be performed, for example, on an inspection table.
더욱이, 전술된 변수 및/또는 시간이 특히 바람직하게는 임의로 조합된 형태로도 고려될 수 있다는 것이다. 특히, 상기 변수 및/또는 시간은 상호 영향을 미칠 수도 있다. 이들 변수 및/또는 시간의 결정은 예를 들어 시뮬레이션에 의해 수행될 수 있다. 하지만, 제조에 기인하는 개별 연료 분사기들의 편차로 인해 테스트 측정도 유용하다. 특히, 최적의 변수 및/또는 시간은 내연기관 내에 존재하는 각각의 연료 분사기별로 서로 상이할 수도 있다.Moreover, the aforementioned variables and/or times may particularly preferably also be considered in any combination. In particular, the variable and/or time may mutually influence each other. Determination of these variables and/or times may be performed, for example, by simulation. However, due to variations in individual fuel injectors due to manufacturing, test measurements are also useful. In particular, the optimal parameters and/or times may be different for each fuel injector present in an internal combustion engine.
본 발명에 따른 계산 유닛, 예컨대 자동차의 제어 장치는 특히 프로그램 기술적으로 본 발명에 따른 방법을 수행하도록 설계된다.The calculation unit according to the invention, for example the control device of a motor vehicle, is designed in particular programmatically to perform the method according to the invention.
상기 방법을 소프트웨어의 형태로 구현하는 것도 바람직한데, 그 이유는 특히 실행 측 제어 장치가 또 다른 작업들을 위해서도 이용됨에 따라 어차피 존재하는 경우에는, 상기 방식이 특히 적은 비용을 야기하기 때문이다. 컴퓨터 프로그램을 제공하기에 적합한 저장 매체는 특히 디스켓, 하드 디스크, 플래시 메모리, EEPROM, CD-ROM, DVD 등이다. 컴퓨터 네트워크(인터넷, 인트라넷 등)를 통해 프로그램을 다운로드하는 것도 가능하다.It is also advantageous to implement the method in the form of software, since this method incurs particularly low costs, especially if the execution-side control device is also used for other tasks and thus exists anyway. Suitable storage media for providing the computer program are, inter alia, diskettes, hard disks, flash memories, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs and the like. It is also possible to download programs via a computer network (Internet, intranet, etc.).
본 발명의 또 다른 장점들 및 개선예들은 상세한 설명 및 첨부 도면을 참조한다.Further advantages and improvements of the present invention refer to the detailed description and accompanying drawings.
전술한 특징들 및 하기에 추가로 설명될 특징들은 여기에 명시된 조합뿐만 아니라 다른 방식으로 조합된 형태로 또는 단독으로도 본 발명의 범주 내에서 적용될 수 있다.The foregoing features and the features further described below may be applied within the scope of the present invention not only in the combinations specified herein, but also in other combinations or alone.
본 발명은 일 실시예를 참조하여 도면에 개략적으로 도시되어 있고, 이하에서 도면을 참조하여 설명된다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is schematically illustrated in the drawings with reference to one embodiment, and is described below with reference to the drawings.
도 1은 바람직한 일 실시예에서 본 발명에 따른 방법을 수행할 수 있는, 전자기 밸브 및 전기자 자유 유격을 갖는 연료 분사기의 일 섹션의 개략도이다.
도 2는 연료를 분사하기 위한 분사용 전류 공급 시, 전자기 밸브 및 전기자 자유 유격을 갖는 연료 분사기에서 실행되는 전기자 행정 및 밸브 니들 행정의 프로파일을 도시한 그래프이다.
도 3은 종래의 연료 분사기 제어 시, 전자기 코일에 인가되는 전압 및 전기자 행정을 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 연료 분사기 제어 시, 전자기 코일에 인가되는 전압 및 전기자 행정을 도시한 그래프이다.1 is a schematic diagram of a section of a fuel injector with electromagnetic valve and armature free play, capable of carrying out the method according to the invention in one preferred embodiment.
FIG. 2 is a graph showing profiles of an armature stroke and a valve needle stroke executed in a fuel injector having an electromagnetic valve and armature free play when an injection current for fuel injection is supplied.
3 is a graph illustrating a voltage applied to an electromagnetic coil and an armature stroke when controlling a conventional fuel injector.
4 is a graph illustrating a voltage applied to an electromagnetic coil and an armature stroke when controlling a fuel injector according to the present invention.
도 1에는, 연료 분사기(100)의 일 섹션이 개략적으로 도시되어 있다. 밸브 니들(110)은, 휴지 상태에서 연료 분사기(100)를 폐쇄함으로써 연료가 연료 분사기(100)로부터 내연기관 내부에 도달하지 않도록 할 목적으로 제공되어 있다. 밸브 니들(110)이 상승하자마자, 다시 말해 개방 방향으로 움직이는 즉시 연료가 내연기관 내부로 분사된다.In FIG. 1 , a section of a
또한, 전자기 코일(140) 및 전기자(130)도 제공되어 있다. 전자기 코일(140)은 연료 분사기(100) 내에 고정 배치되어 있는 한편, 전기자(130)는 밸브 니들(110)의 세로 방향으로 움직일 수 있다. 이를 위해, 전기자(130) 내에는 예를 들어 밸브 니들(110)의 직경보다 약간 더 큰 직경을 갖는 홀(hole)이 제공되어 있다.An electromagnetic coil 140 and an
휴지 상태에서는, 전기자(130)가 밸브 니들과 고정 연결된 추가 스토퍼(160) 상에 지지되며, 이 추가 스토퍼는 예를 들어 스프링(170) 및 스프링 팟(spring pot, 180)에 의해 전기자(130)와 연결되어 있다. 도시된 도면에서는, 스프링(170)이 팽창되어 있거나 초기 응력만이 가해진 상태로 있으며, 다시 말해 스프링(170)은 초기 응력에 의해 전기자(130)를 아래로 끌어당김으로써, 전기자 자유 유격이 유지된다. 전자기 코일(140)에 전류가 공급되는 즉시, 전기자(130)는 휴지 위치로부터 자기력에 의해 전자기 코일(140)의 방향으로 움직이게 된다. 전류 공급의 완료 후, 스프링(170)은 전기자를 통상 역방향으로, 예를 들어 스토퍼 슬리브로서 형성되어 있는 추가 스토퍼(160)로 끌어당긴다. 스프링(170)의 초기 응력에 의해 바운스가 약해질 수 있다.In the resting state, the
밸브 니들(110)에는 스토퍼(120)가 형성되어 있다. 이때, 스토퍼(120)는 예를 들어 밸브 니들(110)과 일체로 형성될 수 있거나, 밸브 니들(110)과 고정 연결된 부품으로서 형성될 수 있다. 이때, 스토퍼(120)의 직경은 전기자(130) 내에 있는 홀의 직경보다 크다. 이 경우, 전기자(130)의 휴지 위치에서는, 전기자(130)의 상부 에지와 스토퍼(120)의 하부 에지 사이에 폭(Δh)을 갖는 간극, 소위 전기자 자유 유격이 존재한다.A
또한, 밸브 니들(110)을 도면에 도시되지 않은 밸브 시트(valve seat) 내부로 가압하는 폐쇄 스프링(150)도 도시되어 있다. 추가로, 전형적인 연료 분사기(100)의 경우, 상응하는 구성 방식에 의해, 연료 분사기(100) 내에 그리고 특히 밸브 니들(110)의 상부면에도 존재하는 연료의 연료 압력도 폐쇄 스프링(150)의 스프링력의 방향으로 작용한다.In addition, a
도 2에는, 통상적인 분사 과정에서의 전기자 행정(hM) 및 밸브 니들 행정(hV)의 프로파일이 개략적으로 도시되어 있다. 전자기 코일(140)에 분사용 전류가 공급되기 시작하면, 전기자(130)가 스토퍼(120)의 방향으로 움직인다. 전기자 자유 유격(Δh)의 통과 후, 전기자(130)는 밸브 니들(110)을 자신의 상향 운동에 종동시키고, 이는 밸브 니들(110)의 개방 및 이로써 분사 과정을 유도한다.2 schematically shows the profile of the armature stroke (h M ) and the valve needle stroke (h V ) in a typical injection process. When injection current is started to be supplied to the electromagnetic coil 140 , the
성공적인 개방 과정을 위해서는, 전기자가 스토퍼(120)에 충돌하는 시점에서의 전기자의 펄스뿐만 아니라 같은 시점에 작용하는 자기력도 결정적이다. 분사용 전류 공급 이후에는, 전기자가 뒤로 하강하여 추가 스토퍼(160)에서 바운스한다.For a successful opening process, not only the pulse of the armature at the time when the armature collides with the
제2 분사용 전류 공급, 다시 말해 제1 분사용 전류 공급 직후의 연속 제어에서는, 자기력 및 펄스가 경우에 따라 밸브 니들을 완전히 개방하기에는 불충분하데, 다시 말해 밸브 니들(110)에 작용하는 힘이 폐쇄 스프링(150) 및 연료 압력에 의해서는 극복될 수 없다. 그 원인은, 제2 분사용 전류 공급의 시작 후에는 전기자가 경우에 따라 휴지 위치에 있지 않고, 오히려 바운스로 인해 스토퍼(120) 가까이에 있기 때문이다. 이 경우, 밸브 니들(110)은 전혀 들어 올려지지 않거나 매우 감속된 상태로만 들어 올려진다. 이는, 내연기관 내부로 연료가 전혀 분사되지 않거나 지나치게 적은 연료가 분사된다는 것을 의미한다. 그 결과, 예를 들어 원치 않는 실화 또는 잘못된 분사량이 야기될 수 있다.In continuous control immediately after the supply of the current for the second injection, that is, the supply of the current for the first injection, the magnetic force and the pulse are sometimes insufficient to fully open the valve needle, that is, the force acting on the
도 3에는, 종래 방식의 연료 분사기 제어를 위해, 시간(t)에 걸쳐 전자기 코일에 인가되는 전압(U) 및 전기자 행정(hM)이 2개의 그래프에 예시적으로 도시되어 있다.In FIG. 3 , for conventional fuel injector control, the voltage U applied to the electromagnetic coil over time t and the armature stroke h M are exemplarily shown in two graphs.
좌측으로부터 출발하여 제1 분사용 전류 공급 또는 제1 분사가 도시되어 있다. 이때, 시점(t1)에서는, 전기자가 0의 전기자 행정(hM)에 도달하고, 처음으로 바운스한다. 시점(t2)에서 전기자가 두 번째로 바운스한다. 전압(U) 프로파일에서 알 수 있는 사실은, 기간(Δt)의 시작 시 전압이 음의 값으로부터 대략 0의 값으로 상승된다는 것이다. 이 경우, 사전에 인가되는 음의 값은 제1 분사용 전류 공급의 전자기 코일 내의 전류를 소거하기 위해 필요했다. 이때, 전압은 기간(Δt)이 종료될 때까지 대략 일정하게 0으로 유지되는데, 다시 말해 기간(Δt) 동안에는 전류 공급이 전혀 이루어지지 않는다.Starting from the left, the current supply for the first injection or the first injection is shown. At this time, at the time point t1, the armature reaches the armature stroke h M of 0 and bounces for the first time. At time t2, the armature bounces a second time. What can be seen from the voltage U profile is that at the beginning of the period Δt, the voltage rises from a negative value to a value of approximately zero. In this case, the negative value applied beforehand was necessary to cancel the current in the electromagnetic coil of the current supply for the first injection. At this time, the voltage is maintained approximately constant at 0 until the period Δt ends, that is, no current is supplied during the period Δt.
기간(Δt)이 종료된 후에는, 특히 추가의 기간(Δt') 이후에 제2 분사용 전류 공급이 시작된다. 도 3에는, 제2 분사용 전류 공급을 위한 상이한 출발 시점들을 갖는, 다시 말해 상이한 길이의 추가 기간(Δt')을 갖는 전압 프로파일들이 도시되어 있으며, 이는 전압 프로파일에서 양의 전압 값이 우측으로 이동되어 인가되는 점에서 알 수 있다. 이로써, 기간(Δt)과 추가 기간(Δt')이 함께 분사 휴지 기간을 나타낸다.After the period [Delta]t has ended, in particular after the additional period [Delta]t', the second injection current supply is started. Fig. 3 shows voltage profiles with different starting points for supplying the current for the second injection, that is to say with an additional period Δt' of different length, which results in a shift to the right of the positive voltage value in the voltage profile. It can be seen from the point where it is approved. Thus, the period Δt and the additional period Δt' together represent the injection cessation period.
전기자 행정의 관련 프로파일에서는, 전기자가 제2 바운스로 인해 상대적으로 큰 행정을 가질 때 제2 분사용 전류 공급이 시작된다는 것을 알 수 있다. 이 때, 제2 분사용 전류 공급이 지나치게 일찍 시작되는 경우, 다시 말해 분사 휴지 기간이 지나치게 짧은 경우에는 최대 전기자 행정이 작아짐을 명확하게 알 수 있다. 그 원인은, 밸브 니들을 상승시키기에 충분한 자기력 및 펄스에 도달하지 않기 때문이다. 이는, 상기와 같은 경우 전자기 밸브가 전혀 개방되지 않거나 약간만 개방된다는 점을 의미한다.From the relevant profile of the armature stroke, it can be seen that the current supply for the second injection starts when the armature has a relatively large stroke due to the second bounce. At this time, it can be clearly seen that the maximum armature stroke decreases when the supply of the second injection current is started too early, that is, when the injection pause period is too short. The cause is that the magnetic force and pulse not sufficient to raise the valve needle are not reached. This means that in such a case, the electromagnetic valve is not opened at all or is only slightly opened.
도 4에는, 본 발명에 따른 연료 분사기 제어를 위해, 시간(t)에 걸쳐 전자기 코일에 인가되는 전압(U) 및 전기자 행정(hM)이 2개의 그래프에 예시적으로 도시되어 있다.In FIG. 4 , two graphs exemplarily show the voltage U applied to the electromagnetic coil and the armature stroke h M over time t for the fuel injector control according to the present invention.
본 실시예에서도, 좌측으로부터 출발하여 제1 분사용 전류 공급 또는 제1 분사가 도시되어 있다. 이때, 시점(t1)에서 전기자가 0의 전기자 행정(hM)에 도달하고, 처음으로 바운스한다. 시점(t2')에서 전기자가 두 번째로 바운스한다. 전압(U) 프로파일에서 알 수 있는 사실은, 기간(Δt)이 시작될 때 전압이 음의 값으로부터 대략 0의 값으로 상승한다는 것이다. 이 경우, 사전에 인가되는 음의 값은 제1 분사용 전류 공급의 전자기 코일 내의 전류를 소거하기 위해 필요했다. 추가의 프로파일에서 알 수 있는 사실은, 기간(Δt) 동안에는 도 3에 도시된 제어와 달리 추가의 전기자 행정용 전류 공급이 실시된다는 것이다. 이는, 시점 t3과 t4 사이에는 양의 전압이 인가되고, 시점 t5와 t6 사이에는 음의 전압이 인가됨으로써 성취된다. 본 실시예에서도, 음의 전압 값은 재차 전자기 코일 내의 전류를 소거하기 위해 필요하다.Also in this embodiment, the current supply for the first injection or the first injection is shown starting from the left. At this time, the armature reaches the zero armature stroke (h M ) at the time point t1 and bounces for the first time. At time point t2', the armature bounces a second time. What can be seen from the voltage U profile is that the voltage rises from a negative value to a value of approximately zero at the beginning of the period Δt. In this case, the negative value applied beforehand was necessary to cancel the current in the electromagnetic coil of the current supply for the first injection. It can be seen from the additional profile that during the period Δt, unlike the control shown in FIG. 3, an additional current supply for the armature stroke is implemented. This is achieved by applying a positive voltage between times t3 and t4 and a negative voltage between times t5 and t6. Even in this embodiment, a negative voltage value is again needed to cancel the current in the electromagnetic coil.
기간(Δt) 및 추가의 기간(Δt')이 종료된 후에는, 본 실시예에서도 제2 분사용 전류 공급이 시작되며, 이 경우 재차 제2 분사용 전류 공급을 위한 상이한 출발 시점이 도시되어 있으며, 이는 전압 프로파일에서 양의 전압 값이 우측으로 이동하여 인가되는 점에서 알 수 있다.After the period Δt and the additional period Δt' are finished, the current supply for the second injection is started in this embodiment as well, and in this case again different starting points for supplying the second injection are shown. , this can be seen from the fact that a positive voltage value moves to the right in the voltage profile and is applied.
전기자 행정의 관련 프로파일들에서, 제2 바운스 이후의 전기자 행정은 추가의 전기자 행정용 전류 공급이 없는 경우보다 훨씬 감소함을 알 수 있다. 이로써, 제2 분사용 전류 공급의 시작 시, 전기자는 상대적으로 작은 행정만을 가지며, 자신의 휴지 위치 가까이에 위치한다. 이때 알 수 있는 사실은, 제2 분사용 전류 공급이 조기에 시작되는 경우에도, 다시 말해 분사 휴지 기간이 짧은 경우에도 밸브 니들이 상승한다는 것이다. 이로써, 기존보다 짧은 분사 휴지 기간이 사용될 수 있는 한, 본 발명에 따른 전기자의 제동에 의해 바운스가 약해짐을 알 수 있다.From the relevant profiles of the armature stroke, it can be seen that the armature stroke after the second bounce is much reduced than without the current supply for the additional armature stroke. Thus, at the start of the supply of the second injection current, the armature has only a relatively small stroke and is located close to its rest position. What can be seen at this time is that the valve needle rises even when the supply of current for the second injection is started early, that is, even when the injection pause period is short. From this, it can be seen that the bounce is weakened by the braking of the armature according to the present invention, as long as a shorter injection pause period than before can be used.
Claims (13)
연료 분사를 위해 각각 실행되는, 전기자(130)와 상호 작용하는 전자기 코일(140)로의 제1 분사용 전류 공급과 제2 분사용 전류 공급 사이에 추가로, 전기자(130)의 동작을 제동하는, 전자기 코일(140)로의 전기자 행정용 전류 공급이 수행되고,
추가의 전기자 행정용 전류 공급은 연료 분사기(100)에 형성된 추가 스토퍼(160)에서의 전기자의 제1 바운스와 제2 바운스 사이에 시작되는, 연료 분사기 제어 방법.For controlling a fuel injector 100 including a valve needle 110 movable by an armature 130 engaged with a stopper 120 formed on the valve needle 110 to inject fuel into the internal combustion engine. As a method,
Braking the operation of the armature 130, in addition between the supply of current for the first injection and the supply of current for the second injection to the electromagnetic coil 140 interacting with the armature 130, respectively executed for fuel injection, Current supply for armature stroke to the electromagnetic coil 140 is performed,
The fuel injector control method, wherein the supply of current for the additional armature stroke is started between the first and second bounces of the armature at the additional stopper (160) formed in the fuel injector (100).
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