KR102594622B1 - Method for controlling a magnetic actuator - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 전기자(112)가 펄스폭 변조 방식으로 제어되는 자기 코일(111)에 의해 가동되고, 펄스폭 변조 제어를 위한 제어 변수들의 결정이 자기 코일(111)을 위한 펄스폭 변조 신호의 발생의 온 위상(ON-Phase) 내에서 수행되는, 자기 액추에이터(100)의 제어 방법, 및/또는
전기자(112)가 펄스폭 변조 방식으로 제어되는 자기 코일(111)에 의해 가동되고, 자기 코일(111) 내의 전류(I)를 제1 값(I1)에서 제2 값(I2)으로 변동시키기 위해, 펄스폭 변조 제어의 범주에서, 펄스폭 변조 제어를 위한 제어 변수들(T', TG')이 제1 값 및 제2 값을 위한 제어 변수들(T, TG, TG")과 상이한 적어도 하나의 주기가 이용되는, 자기 액추에이터(100)의 제어 방법에 관한 것이다.In the present invention, the armature 112 is operated by a magnetic coil 111 controlled by a pulse width modulation method, and the determination of control variables for pulse width modulation control generates a pulse width modulation signal for the magnetic coil 111. A control method of the magnetic actuator 100, performed within the ON-Phase of, and/or
The armature 112 is driven by a magnetic coil 111 controlled by pulse width modulation, and changes the current (I) in the magnetic coil 111 from a first value (I 1 ) to a second value (I 2 ). In order to do this, in the category of pulse width modulation control, the control variables (T', TG') for pulse width modulation control are different from the control variables (T, TG, TG") for the first value and the second value. It relates to a control method of a magnetic actuator (100) in which at least one cycle is used.
Description
본 발명은 예컨대 밸브에서 이용되는 것과 같은 자기 액추에이터를 제어하기 위한 2가지 방법, 그리고 상기 방법들을 수행하기 위한 컴퓨터 유닛 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.The present invention relates to two methods for controlling magnetic actuators, such as those used in valves, and to a computer unit and computer program for carrying out the methods.
본 발명은, 예컨대 내연기관 내에서, 특히 비례 제어 밸브들에서 사용되는 것과 같은 자기 코일 및 이 자기 코일에 의해 가동되는 전기자를 포함하는 자기 액추에이터들의 작동 분야에 속한다. 본원에서는 예시로서 디젤 엔진들이 언급되며, 이런 디젤 엔진들의 경우 전형적으로 연료 조절 시스템(특히 커먼레일 시스템) 내의 제어 부재들은, 전기자의 위치가 구동 전류에 의해 다양하게 변동될 수 있는 자기 액추에이터들을 포함한다. 이와 관련하여, 본 발명은 예컨대 소위 계량 유닛(Metering Unit, MeUn) 또는 소위 압력 제어 밸브(Pressure Control Valve, PCV)에 관한 것이다.The invention belongs to the field of operation of magnetic actuators comprising a magnetic coil and an armature actuated by the magnetic coil, such as those used in internal combustion engines, in particular in proportional control valves. Diesel engines are mentioned here by way of example, for which typically the control elements in the fuel control system (in particular common rail systems) comprise magnetic actuators whose armature position can be varied in response to the drive current. In this regard, the invention relates, for example, to a so-called Metering Unit (MeUn) or a so-called Pressure Control Valve (PCV).
통상, 상기 자기 액추에이터들, 또는 이 자기 액추에이터들의 자기 코일은, 특히 비례 제어 밸브를 위해 이용될 때, 펄스폭 변조 방식으로 제어된다. 이와 반대로, 스위칭 밸브들은 일반적으로 특수한 전류 프로파일로 제어되며, 이는 하드웨어에서의 복잡도 증가를 의미한다.Typically, the magnetic actuators, or their magnetic coils, especially when used for proportional control valves, are controlled in a pulse-width modulation manner. In contrast, switching valves are typically controlled with a special current profile, which means increased complexity in the hardware.
본 발명에 따라서, 독립 특허 청구항들의 특징들을 각각 갖는 자기 액추에이터를 제어하기 위한 2가지 방법, 그리고 상기 방법들을 수행하기 위한 컴퓨터 유닛 및 컴퓨터 프로그램이 제안된다. 바람직한 구현예들은 종속 청구항들 및 하기 설명의 대상이다.According to the invention, two methods for controlling a magnetic actuator, each having the features of the independent patent claims, and a computer unit and a computer program for carrying out the methods are proposed. Preferred embodiments are the subject of the dependent claims and the description below.
본 발명에 따른 제1 방법은, 전기자가 펄스폭 변조 방식으로 제어되는 자기 코일에 의해 가동되는 자기 액추에이터를 제어하기 위해 이용된다. 이 경우, 펄스폭 변조 제어를 위한 제어 변수들의 결정은, 자기 코일을 위한 펄스폭 변조 신호의 발생의 온 위상(ON-Phase) 내에서 수행된다. 이 경우, 제어 변수들은 특히 펄스폭 변조 제어의 범위에서 주기 기간(period duration) 및/또는 듀티 사이클(duty factor)를 의미한다. 이 경우, 전술한 온 위상은 전압이 자기 코일에 인가되는 주기 또는 주기 기간 이내의 위상 또는 기간에 관련된다. 이 경우, 오프 위상(OFF-phase)은, 그에 상응하게, 전압이 자기 코일에 인가되지 않는 위상 또는 기간을 지시하는 것일 수도 있다. 이 경우, 듀티 사이클은 온 위상과 주기 기간 간의 비율을 지시한다.A first method according to the invention is used to control a magnetic actuator whose armature is driven by a magnetic coil controlled in a pulse width modulation manner. In this case, determination of control variables for pulse width modulation control is performed within the ON-Phase of generation of the pulse width modulation signal for the magnetic coil. In this case, control variables mean period duration and/or duty factor, in particular in the scope of pulse width modulation control. In this case, the above-mentioned on phase relates to the phase or period within the cycle or cycle period during which the voltage is applied to the magnetic coil. In this case, the OFF-phase may, correspondingly, indicate a phase or period in which voltage is not applied to the magnetic coil. In this case, the duty cycle dictates the ratio between the on phase and the cycle period.
많은 자기 액추에이터에서, 특히 비례 제어 밸브들에서 이용 시, 높은 동적 거동에 대한 요구, 다시 말하면 특정 제어 명령을 최대한 신속하게 실행해야 하는 요구가 자주 있다. 그러나 이는, 펄스폭 변조 제어의 범주에서는 보통 어려울 수 있는데, 그 이유는 이를 위해 대개는 한편으로 제어 변수들의 결정 또는 계산과, 다른 한편으로 펄스폭 변조 신호, 즉, 자기 코일에 인가될 전압의 생성이 동기식으로 수행되지 않기 때문이다. 이는, 일반적으로, 예컨대 제어 유닛 또는 제어 장치와 같은 컴퓨터 유닛 내부의 상이한 유닛들 또는 모듈들에서 수행된다. 그러므로 이제 후속 주기들을 위해 상대적으로 더 높은 듀티 사이클이 결정되지만, 실제로는 즉각 오프 위상이 존재하는 상황이 발생할 수 있다. 그러므로 변동하는 듀티 사이클 및 그에 따른 변동하는 전류는 다음 주기(next period)에 의해 비로소 조정될 수 있다. 이는 특히 전류의 변화가 큰 경우에 불리하다.In many magnetic actuators, especially when used in proportional control valves, there is often a requirement for high dynamic behavior, ie to execute specific control commands as quickly as possible. However, this can usually be difficult in the scope of pulse width modulation control, since this usually involves, on the one hand, the determination or calculation of the control variables and, on the other, the generation of the pulse width modulation signal, i.e. the voltage to be applied to the magnetic coil. This is because it is not performed synchronously. This is usually performed in different units or modules within the computer unit, such as a control unit or control device. Therefore, a relatively higher duty cycle is now determined for subsequent cycles, but in practice a situation may arise where there is an immediate off phase. Therefore, the fluctuating duty cycle and the resulting fluctuating current can only be adjusted by the next period. This is particularly disadvantageous when the change in current is large.
그러나 이제 펄스폭 변조 제어를 위한 제어 변수들의 결정(또는 계산)이 상기 온 위상 내에서 수행됨으로써, 예컨대 이미 현재의 온 위상이 연장될 수 있거나, 조기에 중단될 수 있다. 그에 따라, 훨씬 더 신속한 반응 및 그에 따른 더 높은 동적 거동이 가능하다.However, now the determination (or calculation) of control variables for pulse width modulation control is carried out within the on phase, so that, for example, the already current on phase can be extended or stopped prematurely. Accordingly, much faster reactions and therefore higher dynamic behavior are possible.
또한, 이와 관련하여, 바람직하게는 제어 변수들의 결정 및 펄스폭 변조 신호의 발생은 서로 시간 동기식으로 실행된다. 이는, 특히 펄스폭 변조 신호의 진행 중인 주기 이내에서 각각의 임의의 시점에 수행될 수 있다. 그에 따라, 특히 높은 동적 거동 또는 특히 신속한 반응이 달성될 수 있다.Furthermore, in this connection, the determination of the control variables and the generation of the pulse width modulated signal are preferably carried out in time synchronization with each other. This can be done in particular at each arbitrary time within the ongoing cycle of the pulse width modulated signal. Thereby, particularly high dynamic behavior or particularly rapid responses can be achieved.
바람직하게, 결정된 제어 변수들은, 특히 마이크로컨트롤러를 포함할 수 있는, 실행하는 컴퓨터 유닛의 (타이머 유닛으로서도 지칭되는) 시간 제어 유닛의 레지스터 내에 기록된다. 이 경우, 시간 제어 유닛은 펄스폭 변조 신호의 발생을 위해 이용된다. 이는, 소위 섀도우 레지스터(shadow register)의 바이패스 또는 직접적인 업데이트를 통해 수행될 수 있다. 타이머 유닛의 소위 섀도우 레지스터는 주기의 종료 후에 펄스폭 변조 신호의 업데이트를 자동으로 수행하기 위해 이용된다. 또는, 펄스폭 변조 신호의 주기가 먼저 종료되길 기다리지 않고 바로 업데이트를 수행하도록 섀도우 레지스터가 구성될 수도 있다.Preferably, the determined control variables are recorded in registers of a time control unit (also referred to as a timer unit) of the executing computer unit, which may in particular include a microcontroller. In this case, a time control unit is used for generation of pulse width modulated signals. This can be done through bypass or direct updating of the so-called shadow registers. The so-called shadow register of the timer unit is used to automatically perform an update of the pulse width modulated signal after the end of the cycle. Alternatively, the shadow register may be configured to perform an update immediately without waiting for the period of the pulse width modulation signal to end first.
본 발명에 따른 제2 방법도 마찬가지로, 전기자가 펄스폭 변조 방식으로 제어되는 자기 코일에 의해 가동되는 자기 액추에이터를 제어하기 위해 이용된다. 이 경우, 자기 코일 내의 전류를 제1 값에서 제2 값으로 변동시키기 위해, 펄스폭 변조 제어의 범주에서, 펄스폭 변조 제어를 위한 제어 변수들이 제1 값 및 제2 값을 위한 제어 변수들과 상이한 적어도 하나의 주기가 이용된다. 여기서, 제어 변수들은 특히, 펄스폭 변조 제어의 범주에서의 주기 기간 및/또는 듀티 사이클을 의미한다.In the second method according to the present invention, the armature is similarly used to control a magnetic actuator driven by a magnetic coil controlled in a pulse width modulation manner. In this case, in order to change the current in the magnetic coil from the first value to the second value, in the category of pulse width modulation control, control variables for pulse width modulation control include control variables for the first value and the second value. At least one different cycle is used. Here, control variables mean in particular a period period and/or a duty cycle in the category of pulse width modulation control.
많은 자기 액추에이터에서, 특히 비례 제어 밸브들에서 이용 시, (이미 언급한 것처럼) 높은 동적 거동에 대한 요구, 다시 말하면 특정 제어 명령을 최대한 신속하게 실행하고자 하는 요구가 자주 있다. 이는 대개, 전류의 높은 변량, 다시 말하면 목표 전류의 매우 큰 급변을 동반한다. 통상적인 펄스폭 변조 제어의 경우, 주기 기간은 일반적으로 일정하게 유지되고, 목표 전류의 변동 시에는, 다시 말해 자기 코일 내의 전류를 제1 값에서 제2 값으로 변동시키기 위해서는 듀티 사이클이 변동된다. 전류의 감소는 듀티 사이클의 감소를 의미하고, 전류의 증가는 그에 상응하게 듀티 사이클의 증가를 의미한다.In many magnetic actuators, especially when used in proportional control valves, there is often a requirement (as already mentioned) for high dynamic behavior, ie to execute specific control commands as quickly as possible. This is usually accompanied by high fluctuations in the current, that is, very large sudden changes in the target current. In the case of conventional pulse width modulation control, the period period is generally kept constant, and when the target current changes, the duty cycle is changed to change the current in the magnetic coil from a first value to a second value. A decrease in current means a decrease in duty cycle, and an increase in current means a corresponding increase in duty cycle.
이제, 새로운 목표 전류에 적합한 듀티 사이클이 설정되면, 이는 일반적으로 온 위상들과 오프 위상들이 교호적으로 존재한다는 점, 다시 말하면 전압이 자기 코일에 교호적으로 인가되거나 인가되지 않는다는 점을 의미한다. 특히 전류 또는 목표 전류에서 매우 급격한 변화량이 있는 경우, 이는 후속하는 하나의 주기에 의해 전류의 요구되는 값이 달성되는 것이 아니라, 예컨대 전류를 훨씬 더 충분히 증가시키거나 감소시키기 위해 복수의 주기가 필요함을 의미할 수 있다. 그러나 이는, 교호적으로 나타나는 온 위상들과 오프 위상들을 통해, 전류가 실질적으로 증가되어야 한다면 (오프 위상에서) 전류가 예컨대 단시간에 감소되고, 전류가 실질적으로 감소되어야 한다면 (온 위상에서) 전류가 단시간에 증가됨을 의미한다.Now, once a duty cycle suitable for the new target current is set, this generally means that there are alternating on and off phases, i.e. the voltage is applied or not applied alternately to the magnetic coil. In particular, if there are very rapid changes in current or target current, this means that the required value of current is not achieved by one subsequent cycle, but that multiple cycles are required, for example to increase or decrease the current even more fully. It can mean. However, this means that, with alternating on and off phases, if the current is to be substantially increased (in the off phase) the current is, for example, reduced for a short period of time, and if the current is to be substantially reduced (in the on phase) the current is reduced. It means that it increases in a short period of time.
그러나 이제, 제어 변수들이 평상시 이용되는 값들과 상이한 적어도 하나의 주기가 이용됨으로써, 요구되는 목표 전류가 전술한 단점들 없이 최대한 신속하게 달성될 수 있다. 이 경우, 상기 적어도 하나의 주기에서는, 특히 제1 값 및 제2 값을 위한 주기 기간 또는 듀티 사이클과 상이한 주기 기간 및/또는 듀티 사이클이 이용될 수 있다. 그럼으로써, 예컨대 1의 또는 100%의 듀티 사이클(다시 말해, 하나의 주기 내에서 연속으로 온 위상)은, 요구되는 목표 전류가 (경우에 따라 후속 주기의 온 위상의 고려 하에) 정확히 달성되는 주기 기간에 의해 이용될 수 있다.But now, by using at least one period in which the control variables differ from the values normally used, the required target current can be achieved as quickly as possible without the disadvantages mentioned above. In this case, in said at least one period, in particular a period period and/or duty cycle different from the period period or duty cycle for the first and second values can be used. Thus, for example, a duty cycle of 1 or 100% (i.e., consecutive on phases within one cycle) is the cycle at which the required target current is exactly achieved (taking into account the on phases of subsequent cycles, as the case may be). Can be used by period.
이 경우, 각각의 구현에 따라서, 적합하게 선택된 하나의 주기만으로도 충분할 수 있지만, 상기 주기들 중 2개 또는 그 이상도 상응하게 선택될 수 있다.In this case, depending on the respective implementation, one suitably selected period may be sufficient, but two or more of these periods may also be selected correspondingly.
주기 기간의 변동을 통해 제어의 주파수는 단시간에 변동되지만, 이러한 변동이 전기자의 가동 중에는 예컨대 자기 액추에이터 또는 상응하는 밸브의 유압 특성들에 어떠한 작용도 하지 않는다. 정확한 주파수는 일반적으로, 마찰 문제를 방지하기 위해, 정상 작동(steady-state operation)을 위해서만, 다시 말하면 전기자가 정해진 위치에 보유될 때에만 중요하다. 그에 따라, 목표 전류의 (큰) 변동 시, 그에 상응하게 문제가 발생하지 않는다.By varying the cycle period, the frequency of the control is varied in a short time, but this variation does not have any effect on the hydraulic properties of, for example, the magnetic actuator or the corresponding valve during operation of the armature. The correct frequency is generally only important for steady-state operation, i.e. when the armature is held in a fixed position, to avoid friction problems. Accordingly, in case of (large) fluctuations in the target current, no corresponding problems occur.
특히 바람직한 경우는 두 방법의 조합이다.A particularly desirable case is a combination of the two methods.
제안된 두 방법 모두, 바람직하게 자기 액추에이터가 펄스폭 변조 제어의 범주에서 2지점 제어(two-point control)로 제어된다. 2지점 제어는, 예컨대 전류를 목표 전류로 제어하기 위해, 전류가 각각의 실제 값, 다시 말하면 실제 전류에 따라서 증가되거나 감소됨을 의미한다. 이를 위해, 목표 변수, 대개는 전압이 2개의 값 사이에서 왕복 스위칭된다. [제어 변수들의 (적어도 거의) 시간 동기식인 결정 및 신호의 발생뿐만 아니라, 제어 변수들의 변동도 이용하는] 제안되는 방법들에 의해, 펄스폭 변조 제어를 2지점 제어로 적어도 일시적으로 변경하는 것이 가능하다.In both proposed methods, the magnetic actuator is preferably controlled by two-point control in the category of pulse width modulation control. Two-point control means that the current is increased or decreased depending on the respective actual value, ie the actual current, for example to control the current to the target current. For this purpose, the target variable, usually voltage, is switched back and forth between two values. By means of the proposed methods [which utilize not only the (at least approximately) time-synchronous determination of the control variables and the generation of signals, but also the variation of the control variables], it is possible to at least temporarily change the pulse width modulation control to a two-point control. .
또한, 제안된 두 방법 모두, 바람직하게 자기 액추에이터로서 비례 제어 밸브의 자기 액추에이터, 특히 내연기관의 연료 조절 시스템의 계량 유닛의 자기 액추에이터, 또는 내연기관의 압력 제어 밸브의 자기 액추에이터가 이용된다. 도입부에 언급한 것처럼, 통상 바로 비례 제어 밸브들을 위해 펄스폭 변조 제어이 이용됨에 따라, 여기서는 특히 언급한 장점들에서 이득을 얻는다. 계량 유닛에서뿐만 아니라 압력 제어 밸브에서도, 내연기관의 고압 어큐뮬레이터 내의 압력이 조정되거나, 폐루프 모드로 제어된다. 즉, 여기서는 제안된 방법들에 의해, 예컨대 부하 교번이 심한 경우에도 고압 어큐뮬레이터 내의 압력 변동이 방지되거나, 적어도 감소될 수 있다.In addition, in both proposed methods, preferably a magnetic actuator of a proportional control valve is used, in particular a magnetic actuator of a metering unit of a fuel control system of an internal combustion engine, or a magnetic actuator of a pressure control valve of an internal combustion engine. As mentioned in the introduction, pulse-width modulation control is usually used just for proportional control valves, and here it benefits in particular from the advantages mentioned. In the metering unit as well as in the pressure control valve, the pressure in the high-pressure accumulator of the internal combustion engine is regulated or controlled in closed-loop mode. That is, by the methods proposed here, pressure fluctuations in the high-pressure accumulator can be prevented, or at least reduced, even when load alternation is severe.
제안된 두 방법에 의해, 자기 코일이 펄스폭 변조 방식으로 제어되는 자기 액추에이터에서, 동적 거동, 다시 말해 전류의 신속하고 큰 변동을 명백히 증대시킬 수 있다.By the two proposed methods, it is possible to clearly enhance the dynamic behavior, i.e. rapid and large fluctuations in current, in a magnetic actuator where the magnetic coil is controlled by pulse width modulation.
그 밖에, 주지할 사항은, 제안된 두 방법이 조합될 수도 있으며, 다시 말하면 전기자가 펄스폭 변조 방식으로 제어되는 자기 코일에 의해 가동되는 자기 액추에이터의 제어 시, 펄스폭 변조 제어를 위한 제어 변수들의 결정이 자기 코일을 위한 펄스폭 변조 신호의 발생의 온 위상 내에서 수행될 수도 있고; 자기 코일 내의 전류를 제1 값에서 제2 값으로 변동시키기 위해, 펄스폭 변조 제어의 범주에서, 펄스폭 변조 제어를 위한 제어 변수들이 제1 값 및 제2 값을 위한 제어 변수들과 상이한 적어도 하나의 주기가 이용될 수도 있다. 이는 상응하게 전술한 바람직한 구현예들에도 적용된다. 그에 따라, 한편으로 자기 액추에이터의 동적 거동이 훨씬 더 증가될 수 있고, 다른 한편으로는 자기 액추에이터(또는 상응하는 밸브)가 더 유연하게 제어되거나 작동될 수 있다.In addition, it should be noted that the two proposed methods can be combined, that is, when controlling a magnetic actuator whose armature is driven by a magnetic coil controlled by pulse width modulation, the control variables for pulse width modulation control are changed. The decision may be performed within the on phase of generation of the pulse width modulated signal for the magnetic coil; In the scope of pulse width modulation control, at least one control variable for the pulse width modulation control is different from the control variables for the first value and the second value, in order to change the current in the magnetic coil from a first value to a second value. A cycle of can also be used. This also applies correspondingly to the preferred embodiments described above. Thereby, on the one hand, the dynamic behavior of the magnetic actuator can be increased even more, and on the other hand, the magnetic actuator (or corresponding valve) can be controlled or operated more flexibly.
본 발명에 따른 컴퓨터 유닛, 예컨대 마이크로컨트롤러를 포함하는 제어 유닛, 또는 자동차의 제어 장치는, 특히 프로그램 기술적으로, 본 발명에 따른 방법(제안된 두 방법 중 하나 또는 두 방법의 조합도)을 수행하도록 구성된다.A computer unit according to the invention, for example a control unit comprising a microcontroller, or a control device of an automobile, in particular program technology, is configured to perform the method according to the invention (one of the two proposed methods or a combination of the two methods). It is composed.
또한, 본원의 방법을 컴퓨터 프로그램 형태로 구현하는 것도 바람직한데, 그 이유는, 특히 실행측 제어 장치가 또 다른 작업들을 위해서도 이용됨에 따라 어차피 존재하는 경우에는, 상기 방식이 특히 적은 비용을 야기하기 때문이다. 컴퓨터 프로그램을 제공하기에 적합한 저장 매체는, 예를 들어 전송 매체를 제외한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체로서, 특히, 예컨대 하드 디스크, 플래시 메모리, EEPROM, DVD 등과 같은 자기식, 광학식 및 전자식 메모리들이다. 또한, 컴퓨터 네트워크(인터넷, 인트라넷 등)을 통한 프로그램 다운로드도 가능하다. It is also desirable to implement the method of the present invention in the form of a computer program, since this incurs particularly low costs, especially if the execution-side control device exists anyway as it is also used for other tasks. am. Storage media suitable for providing computer programs are, for example, computer-readable recording media other than transmission media, especially magnetic, optical and electronic memories, such as hard disks, flash memories, EEPROMs, DVDs, etc. Additionally, it is possible to download programs through computer networks (Internet, intranet, etc.).
본 발명의 또 다른 장점들 및 구현예들은 본원의 명세서 및 첨부 도면에서 분명하게 제시된다.Further advantages and embodiments of the present invention are clearly set forth in the specification and accompanying drawings.
본 발명은 실시예들에 따라서 도면에 개략적으로 도시되어 있고 하기에서는 도면을 참조하여 기재된다.The invention is schematically illustrated in the drawings according to embodiments and is described below with reference to the drawings.
도 1은, 본 발명에 따른 방법이 수행될 수 있는, 전기 흡입 밸브를 구비한 고압 펌프를 포함하는 내연기관의 연료 분사 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 방법을 수행할 수 있는 자기 액추에이터의 개략도이다.
도 3은 자기 액추에이터의 펄스폭 변조 제어 시 전류의 특성곡선을 나타낸 그래프이다.
도 4는 바람직한 실시형태에서 본 발명에 따른 제1 방법의 설명을 위한, 자기 액추에이터의 펄스폭 변조 제어 시 전류의 특성곡선을 나타낸 그래프이다.
도 5는 바람직한 실시형태에서 본 발명에 따른 제1 방법의 시퀀스의 개략도이다.
도 6은 바람직한 실시형태에서 본 발명에 따른 제2 방법의 설명을 위한, 자기 액추에이터의 펄스폭 변조 제어 시 전류의 특성곡선을 나타낸 그래프이다.Figure 1 is a schematic diagram of a fuel injection system of an internal combustion engine comprising a high-pressure pump with an electric intake valve, in which the method according to the invention can be carried out.
Figure 2 is a schematic diagram of a magnetic actuator capable of carrying out the method according to the invention.
Figure 3 is a graph showing the characteristic curve of current during pulse width modulation control of a magnetic actuator.
Figure 4 is a graph showing a characteristic curve of current during pulse width modulation control of a magnetic actuator for explanation of the first method according to the present invention in a preferred embodiment.
Figure 5 is a schematic diagram of the sequence of the first method according to the invention in a preferred embodiment.
Figure 6 is a graph showing a characteristic curve of current during pulse width modulation control of a magnetic actuator for explanation of the second method according to the present invention in a preferred embodiment.
도 1에는, 내연기관(40)의 연료 분사 시스템(10)의 일례가 개략적으로 도시되어 있다. 상기 연료 분사 시스템은 예시로서 (여기서는 전기식인) 연료 펌프(14)를 포함하며, 이 연료 펌프에 의해 연료가 연료 탱크(12)에서 인출되어 연료 필터(13)를 경유하여 고압 펌프(15)로 이송될 수 있다. 그에 따라, 고압 펌프(15) 상류의 영역이 저압 영역을 형성한다. 고압 펌프(15)는 일반적으로 내연기관(40) 또는 이 내연기관의 캠샤프트 또는 크랭크샤프트와 특정 전동비(transmission ratio)로 연결되고, 그럼으로써 구동될 수 있다.In Figure 1, an example of a
고압 펌프(15)는 계량 유닛(16)을 포함하며, 고압 펌프(15)의 배출구는 고압 어큐뮬레이터(18), 즉, 소위 레일과 연결되며, 이 고압 어큐뮬레이터에는 복수의 연료 인젝터(19)가 연결된다. 연료 인젝터들(19)을 통해 다시 연료가 내연기관(40) 내로 유입될 수 있다.The high-
또한, 고압 어큐뮬레이터(18) 상에, 고압 어큐뮬레이터(18) 내의 압력을 검출하도록 구성된 압력 센서(20)가 제공될 수 있다. 그 외에도, 압력 제어 밸브(21)가 제공되며, 이 압력 제어 밸브를 통해 고압 어큐뮬레이터 내의 압력이 (계량 유닛의 이용에 추가로) 제어되거나 조정될 수 있다. 압력 제어 밸브(21)를 통해, 초과량의 연료는 연료 탱크(12) 내로 회수될 수 있다. 자명한 사실로서, 연료 분사 시스템의 유형에 따라, 고압 어큐뮬레이터 내의 압력의 조정 또는 제어를 위해 계량 유닛만 이용되거나, 압력 제어 밸브만 이용될 수도 있다.Additionally, on the high pressure accumulator 18 a
또한, 제어 장치로서 형성되어, 예를 들어 내연기관(40) 또는 연료 인젝터들(19), 및 계량 유닛(16)을 구비한 고압 펌프(15), 그리고 압력 제어 밸브(21)를 제어하도록 구성된 컴퓨터 유닛(80)이 도시되어 있다. 또한, 제어 장치(80)는 예컨대 압력 센서(20)의 신호들을 판독입력할 수 있으며, 그렇게 하여 고압 어큐뮬레이터(18) 내의 압력을 검출하고 처리할 수 있다.It is also designed as a control device, configured to control, for example, the
도 2에는, 본 발명에 따른 방법이 수행될 수 있는 자기 액추에이터(100)가 도시되어 있다. 이 경우, 자기 액추에이터(100)는, 앞서 도 1을 참조하여 설명한 것처럼, 예컨대 자기 밸브; 또는 연료 조절 시스템의 계량 유닛; 또는 내연기관의 압력 제어 밸브;와 같은 비례 제어 밸브의 부분일 수 있다.In Figure 2 a
자기 액추에이터(100)는 자기 코일(111); 및 이 자기 코일 내에서 x 방향으로 이동 가능하게 장착된 전기자(112);를 포함한다. 전기자(112)는, 밸브 기능을 제공하기 위해 밸브 시트(114)와 상호 작용하는 밀봉 부재(113), 예컨대 밸브 니들 등과 연결된다.The
밸브의 개방 정도, 다시 말해 전기자(112)의 위치(x)는 전압(U)을 인가할 때 제어 장치(80)에 의해 출력되는 전류(I)에 의해 자기 코일(111)을 통해 제어될 수 있다. 자명한 사실로서, 도 1에 도시된 제어 장치와 상이한 제어 장치도 이용될 수 있다.The degree of opening of the valve, that is, the position (x) of the armature 112, can be controlled through the
도 3에는, 예컨대 도 2에 도시된 것과 같은 자기 액추에이터의 (통상적인) 펄스폭 변조 제어 동안 전류의 특성곡선이 도시되어 있다. 이에 대해서는, 전류(I) 및 전압(U)이 시간(t)에 걸쳐 도시되어 있다.In Figure 3, a characteristic curve of the current during (conventional) pulse width modulation control of a magnetic actuator, for example as shown in Figure 2, is shown. Here, current (I) and voltage (U) are plotted over time (t).
펄스폭 변조 제어의 범주에서, 제어 기간(Δton) 동안의 주기(T), 다시 말해 온 위상 내에서는 먼저 전압으로서의 신호(S)가, 도 2를 참조하여 설명한 것처럼, 자기 코일에 인가되며, 이에 이어서 제어 기간(Δtoff), 다시 말해 오프 위상 동안에는 전압이 인가되지 않는다.In the category of pulse width modulation control, within the period (T) during the control period (Δt on ), that is, in the on phase, a signal (S) as a voltage is first applied to the magnetic coil, as described with reference to FIG. 2, Subsequently, no voltage is applied during the control period (Δt off ), that is, during the off phase.
그에 상응하게, 자기 코일의 경우에 일반적으로 나타나는 것처럼, 전류(I)가 제어 기간(Δton) 내에서 먼저 상승하고, 그 다음 제어 기간(Δtoff) 내에서 다시 강하한다.Correspondingly, the current I first rises within the control period Δt on and then falls again within the control period Δt off , as is typical in the case of magnetic coils.
또한, [주기 기간(T) 외에도] 펄스폭 변조 제어의 범주에서의 제어 변수인 듀티 사이클이 "TG"로 도시되어 있다. 이 경우, 듀티 사이클은, 주기 기간(T)에 대비되는 제어 기간(Δton)의 비율을 지시한다. 이 경우, 듀티 사이클(TG)를 통해, 자기 코일 내 (평균) 전류가 조정될 수 있다.Additionally, the duty cycle, which is a control variable in the category of pulse width modulation control (in addition to the cycle period T), is shown as “TG”. In this case, the duty cycle indicates the ratio of the control period (Δt on ) compared to the cycle period (T). In this case, via the duty cycle (TG), the (average) current in the magnetic coil can be adjusted.
도 4에는, 이제, 바람직한 실시형태에서 본 발명에 따른 제1 방법의 설명을 위한, 자기 액추에이터의 펄스폭 변조 제어 시의 전류 특성곡선이 도시되어 있다. 도 3에서처럼, 여기서도 전류(I) 및 전압(U)이 시간(t)에 걸쳐 도시되어 있다. 도 5에는, 대응하는 시퀀스가 개략적으로 도시되어 있다. 하기에서는, 도 4 및 도 5를 통틀어서 기술한다.In Figure 4, a current characteristic curve during pulse width modulation control of a magnetic actuator is now shown for illustration of the first method according to the invention in a preferred embodiment. As in Figure 3, here too current (I) and voltage (U) are plotted over time (t). In Figure 5, the corresponding sequence is schematically shown. In the following, FIGS. 4 and 5 are described collectively.
도 4에서 가운데에 도시된 주기의 경우, 2개의 상이한 시점(t0 및 t1)이 도시되어 있다. 통상적인 펄스폭 변조 제어의 경우, 제어 변수들, 다시 말해 주기 기간(T) 및 듀티 사이클(TG)의 결정은 자기 코일에 전압을 인가하기 위한 신호(S)의 설정 또는 송출과 시간 동기식으로 수행되지 않는다. 즉, 제어 변수들의 결정이 듀티 사이클의 증가를 필요로 할 수 있지만, 상기 결정이 도 4에서 확인되는 것처럼, 시점(t0)에, 즉, 오프 위상 중에 실시되지는 않는다. 따라서, 여기서는 TG"'로 지칭되는 새로운 듀티 사이클을 갖는 신호(S)는, 다음 주기에 의해, 다시 말해 t1부터 비로소 실행될 수 있다. 그러나 그때까지는 전류가 계속 강하한다.For the cycle shown in the center in Figure 4, two different times (t 0 and t 1 ) are shown. In the case of conventional pulse width modulation control, the determination of the control variables, namely the period period (T) and duty cycle (TG), is performed in time synchronization with the setting or sending of the signal (S) for energizing the magnetic coil. It doesn't work. That is, although the determination of the control variables may require an increase in the duty cycle, the determination is not carried out at time t 0 , i.e. during the off phase, as seen in FIG. 4 . Therefore, the signal S with a new duty cycle, here referred to as TG"', can only be implemented by the next cycle, that is, from t 1. However, until then the current continues to drop.
제안된 제1 방법의 범주에서, 제어 변수들, 특히 새로운 듀티 사이클의 결정은 바람직하게 신호(S)의 설정 또는 송출과 시간 동기식으로, 여기서는 도시된 시점(t1)에, 그럼에도 적어도 온 위상 내에서 수행된다. 실행을 위해, 듀티 사이클(TG) 및 경우에 따라 주기 기간(T)도 변동되어야 한다면, 상기 듀티 사이클 및 주기 기간은 제어 장치 또는 컴퓨터 유닛(80)의 시간 제어 유닛(81)의 레지스터(82) 내에 직접 기록된다. 그에 따라, 여전히 현재 주기 내에서 신규 듀티 사이클에 대한 반응이 이루어질 수 있으며, 다시 말하면 신규 듀티 사이클(TG"')이 최대한 신속하게 설정될 수 있다. 그에 따라, 자기 액추에이터의 동적 거동이 명백히 증가된다.In the scope of the proposed first method, the determination of the control variables, in particular the new duty cycle, is preferably time-synchronous with the setting or transmission of the signal S, here at the time point t 1 shown, but nevertheless at least within the on-phase. is carried out in If, for implementation, the duty cycle (TG) and, if applicable, the cycle period (T) also have to be varied, the duty cycle and cycle period are stored in
도 6에는, 바람직한 실시형태에서, 본 발명에 따른 제2 방법의 설명을 위한, 자기 액추에이터의 펄스폭 변조 제어 시의 전류 특성곡선이 도시되어 있다. 도 3에서처럼, 여기서도 전류(I) 및 전압(U)이 시간(t)에 걸쳐 도시되어 있다.In Figure 6, in a preferred embodiment, a current characteristic curve during pulse width modulation control of a magnetic actuator is shown for explanation of the second method according to the present invention. As in Figure 3, here too current (I) and voltage (U) are plotted over time (t).
도시된 3개의 주기 중 제1 주기는 주기 기간(T) 및 듀티 사이클(TG)를 갖는 제어 변수들을 포함한다. 그에 따라, 도시된 예시에서는 전류(I)를 위한 제1 값(I1)이 달성된다. 이 경우, 상기 제1 값은 주기 기간(T)에 걸친 평균값으로서 제공된다.The first of the three cycles shown includes control variables with a cycle period (T) and a duty cycle (TG). Accordingly, in the example shown, the first value I 1 for the current I is achieved. In this case, the first value is given as an average value over the period T.
그에 이어서, 변동되는 제어 변수들, 요컨대 주기 기간(T') 및 듀티 사이클(TG')을 갖는 (중간에 도시된) 주기가 이용되며, 그에 이어서 다시 변동된 제어 변수들, 여기서는 다시 주기 기간(T) 및 듀티 사이클(TG")을 갖는 (세번째로 도시된) 주기가 이용된다. 듀티 사이클(TG")에 의해, 도시된 예시에서 전류(I)를 위한 제2 값(I2)에 도달된다. 이 경우, 상기 제2 값은, 제1 값처럼, 주기 기간(T)에 걸친 평균값으로서 제공된다.Subsequently, variable control variables are used, namely a cycle (shown in the middle) with cycle period T' and duty cycle TG', followed by again variable control variables, here again cycle period ( A cycle (shown third) with T) and duty cycle TG" is used. With duty cycle TG", the second value I 2 for the current I in the illustrated example is reached. do. In this case, the second value, like the first value, is given as an average value over the period T.
여기서 연장된 주기 기간(T')을 갖는 중간 주기의 경우, 듀티 사이클(TG")은 1이거나 100%이다. 상기 주기 동안, (후속 주기의 온 위상과 함께) 전류(I)는, 주기 기간은 다시 정규 상태가 되었지만 듀티 사이클은 변동된 후속 주기에 의해, 요구되는 제2 값이 (평균값으로서) 도달될 수 있을 만큼 계속 증가된다.For an intermediate cycle with an extended cycle period (T'), the duty cycle (TG") is either 1 or 100%. During this cycle, the current (I) (with the on phase of the subsequent cycle) is becomes normal again but the duty cycle continues to increase by varying subsequent periods such that the required second value (as an average value) can be reached.
그러나 이제 (종래의 펄스폭 변조 제어 시에 나타날 수 있는 경우처럼), 상기 추가 주기, 여기서는 중간 주기가 생략된다면, 다시 말해 하나의 주기에서 다음 주기로 전환될 때 듀티 사이클만 TG에서 TG"로 변동된다면, 전류(I)가 점차 상승할 수는 있지만, 이미 변동된 제1 주기에 의해서는 상승하지 않는다. 오히려 그러는 사이에, 이 경우에 나타나는 오프 위상을 통해, 전류가 다시 강하할 수도 있다.But now (as may be the case with conventional pulse width modulation control), if said additional period, here the intermediate period, is omitted, that is, if only the duty cycle changes from TG to TG" when switching from one period to the next. , the current I may gradually rise, but not due to the already changed first cycle: on the contrary, in the meantime, through the off phase that appears in this case, the current may fall again.
그에 반해, 제어 변수들이 변동된 추가 주기에 의해서는, 전류가 매우 빠르게 증가되거나 감소되기도 하며, 이는 자기 액추에이터의 동적 거동을 명백히 증가시킨다.In contrast, with additional cycles in which the control variables are varied, the current may increase or decrease very quickly, which obviously increases the dynamic behavior of the magnetic actuator.
자명한 사실로서, 상기 추가 주기 동안 제어 변수들은 목표한 바대로, (후속 주기와 함께) 요구되는 전류 값이 동일하게 유지되도록 선택될 수 있다. 이 경우, 주기 기간은, 필요하다면, 예컨대 정규 상태보다 더 짧을 수 있다.As a matter of course, the control variables during the additional period can be selected so that, as desired, the required current value (with subsequent periods) remains the same. In this case, the cycle period can, if necessary, be shorter than for example in the normal state.
Claims (11)
자기 코일(111) 내의 전류(I)를 제1 값(I1)에서 제2 값(I2)으로 변동시키기 위해, 펄스폭 변조 제어의 범주에서, 펄스폭 변조 제어를 위한 제어 변수들(T', TG')이 상기 제1 값 및 제2 값을 위한 제어 변수들(T, TG, TG")과 상이한 적어도 하나의 주기가 이용되는, 자기 액추에이터 제어 방법.A method of controlling a magnetic actuator 100 in which the armature 112 is driven by a magnetic coil 111 controlled by pulse width modulation,
In order to change the current (I) in the magnetic coil 111 from the first value (I 1 ) to the second value (I 2 ), in the category of pulse width modulation control, control variables (T) for pulse width modulation control are used. ', TG') is different from the control variables (T, TG, TG") for the first and second values.
전기자(112)가 펄스폭 변조 방식으로 제어되는 자기 코일(111)에 의해 가동되는, 자기 액추에이터(100)의 제어 방법이며, 펄스폭 변조 제어를 위한 제어 변수들(T, TG)의 결정이 자기 코일(111)을 위한 펄스폭 변조 신호(S)의 발생의 온 위상(Δton) 내에서 수행되는, 자기 액추에이터 제어 방법과 조합된, 자기 액추에이터 제어 방법.According to clause 4 or 5,
This is a control method of a magnetic actuator 100 in which the armature 112 is driven by a magnetic coil 111 controlled by a pulse width modulation method, and the determination of control variables (T, TG) for pulse width modulation control is performed using the magnetic actuator 100. A method of controlling a magnetic actuator, combined with a method of controlling a magnetic actuator, performed within the on phase (Δt on ) of the generation of the pulse width modulated signal (S) for the coil (111).
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E902 | Notification of reason for refusal | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |