KR20010013469A - 하나 이상의 용량성 작동 부재를 제어하기 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하나 이상의 용량성 작동 부재를 제어하기 위한 방법에 관한 것이다. 작동 부재의 용량 Cp= ΔQ/Up는 상기 작동 부재에 제공되는 전하량(ΔQ) 및 충전 과정의 종결 후에 작동 부재에 인가되는 전압(Up)으로부터 산출되고, 충전 과정 동안 작동 부재에 제공되는 에너지 (Eist) = 0,5*Cp*Up 2= 0,5*ΔQ*Up는 작동 부재의 상기 용량(Cp) 및 전압(Up)으로부터 산출된다. 충전 전압(UL= UC1+ UC2)은, 제공되는 에너지(Eist)가 미리 결정된 목표값(Esoll)과 일치하도록 조절된다.

Description

하나 이상의 용량성 작동 부재를 제어하기 위한 방법 {METHOD FOR CONTROLLING AT LEAST ONE CAPACITIVE ACTUATING ELEMENT}
DE 36 21 541 A1호에는 용량성 작동 부재, 특히 내연 기관의 압전 방식으로 작동되는 연료 분사 밸브를 트리거링하기 위한 방법이 공지되어 있으며, 상기 방법에 따라 작동 부재는 일정한 전압으로 충전된다.
피에조-작동 부재는 다수의 피에조 세라믹 층으로 이루어지고 소위 "스택"을 형성하며, 이 스택은 전압 인가시 치수, 특히 길이가 변동되거나, 또는 기계적인 압력이 가해지거나 또는 인장시 전기 전압을 발생한다.
상기 방식의 피에조 스택의 전기적 특성들은 상기 스택이 노출되는 온도에 따라 변동된다. 온도가 상승됨에 따라 스택의 용량은 증가하지만, 행정(stroke)도 증가한다. 자동차에 적용하기 위해 고려될 온도가 약 -40℃ 내지 +150℃인 경우에는 용량 변동이 팩터 2까지 관찰될 수 있다.
피에조-작동 부재가 모든 작동점에서 예를 들어 저온에서 필요한 행정을 야기시키는 일정 전압으로 충전되면, 고온에서는 요구되는 것보다 훨씬 더 큰 행정이 얻어진다 - 이것은 연료 압력이 일정한 연료 분사 밸브에서 지나치게 큰 연료 분사량을 의미한다. 고온에서는 피에조 스택의 용량도 마찬가지로 비교적 크기 때문에, 요구되는 것보다 훨씬 더 많은 충전 및 에너지가 필요하다.
따라서 DE 36 21 541 A1호에 공지된 방법은 경계 조건들이 완전히 변동되지 않은 경우에만 (사용된 부품의 공차가 없고, 전기적 특성의 변동이 없으며, 온도가 일정한 경우에만) 충분히 정확하게 적용된다.
US 5,387,834호에는, 센서에 의해 측정되는 작동 부재 온도에 따라 결정되는 충전 기간 동안 일정한 충전 전압으로 트리거링되는 용량성 작동 부재용 트리거 회로가 공지되어 있다.
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 하나 이상의 용량성 작동 부재를 제어하기 위한 방법에 관한 것이다.
도 1은 용량성 작동 부재를 트리거링하기 위한 회로의 회로도이다.
본 발명의 목적은, 경계 조건의 변동시에도 온도 센서의 사용없이 충분히 정확하게 적용될 수 있는, 하나 이상의 용량성 작동 부재를 트리거링하기 위한 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은 본 발명에 따라 청구항 1에 언급된 장점에 의해 달성된다. 종속항에서는 본 발명의 바람직한 개선예가 기술된다.
조사를 통해, 용량성 작동 부재에 제공되는 에너지가 인가되는 전압보다 훨씬 더 정확한 행정 치수를 나타내며, 필요한 온도 범위에 걸쳐 일정한 에너지로 충전하는 것이 훨씬 더 일정한 행정을 야기시킨다는 사실이 나타났다. 행정은 온도가 일정할 때 인가되는 전압과 함께 대략 선형으로 변동된다. 온도가 변동되면, 전압이 일정할 때 행정도 또한 변동된다. 그와 달리 행정은 제공된 에너지의 제곱에 비례하여 변동되지만 온도와는 무관하다.
이 목적을 위해, 작동 부재에 제공되는 전하(ΔQ) 및 충전 과정의 종결 후에 작동 부재에서, 예를 들어 P1에서 측정된 전압(Up)으로부터 작동 부재의 용량 Cp= ΔQ/Up가 검출되고, 그 다음에 상기 ΔQ 및 Cp로부터 작동 부재에 제공되는 에너지 Eist= 0,5*Cp*Up 2= 0,5*ΔQ*Up가 검출된다. 상기 값(Eist)은 미리 결정된 값(Esoll)과 비교되어 비교 결과에 상응하게 다음 트리거링 과정을 위해서 충전 전압(UL)을 재조정한다(Eist＜ Esoll이면 UL은 커지고, Eist＞ Esoll이면 UL은 작아진다).
임의의 트리거 회로에 사용될 수 있는 방법에서, 제공된 전하량(ΔQ)은 충전 과정 동안 작동 부재를 통해 흐르는 전류(Ip)의 적분에 의해서 검출된다. 그러면 전하량
충전 커패시터 및 방전 커패시터가 도면에 도시된 바와 같이 직렬 접속된 회로에서는 본 발명에 따라 작동 부재에 제공되는 전하량(ΔQ)을 검출하기 위한 더 간단한 방법이 제공되며, 이 방법에서는 적분이 필요없다. 상기 방법에서는 방전 커패시터(C2)에 인가되는 전압이 충전 과정 전에 한번 측정되고 충전 과정의 종결 후에 한번 측정되어 그 전압차 ΔU = Uvor- Unach가 형성되며, 그로부터 전하량 ΔQ = C2*ΔU = C2*(Uvor- Unach)이 산출된다; 충전 과정의 종결 후에 작동 부재에 인가되는 전압(Up)에 의해서는 상기 제공된 방법과 유사하게 작동 부재 용량(Cp) 및 작동 부재에 제공되는 에너지(Eist)가 검출된다:
상기 값은 이미 전술된 바와 같이 미리 결정된 목표값(Esoll)과 비교되어 그 결과에 상응하게 다음 트리거링 과정을 위해서 충전 전압(UL)을 재조정한다.
작동 부재 용량(Cp)은 대략 작동 부재 온도(Tp)에 비례하기 때문에, 일반식 Cp= ΔQ/Up Tp에 따라 산출된 작동 부재 용량은 작동 부재 온도(Tp)를 결정하기 위해 참조될 수 있으며 경우에 따라서는 온도 센서가 절약될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은, 마이크로 프로세서에 의해 제어되는 도시되지 않은 엔진 제어 장치의 부분인 제어 회로(ST)를 이용하여 도시되지 않은 하나 이상의 연료 분사 밸브의 작동을 위해 하나 이상의 용량성 작동 부재(P1 내지 Pn)를 트리거링하기 위한 도면에 도시된 회로를 참조하여 설명된다.
조절된 전압 소스(SNT), 바람직하게는 스위치 모드 전원 장치의 양극(+USNT)과 음극(GND) 사이에는 다이오드(D1)를 통해 충전 커패시터(C1)가 접속된다. 충전 스위치(Ta), 2개의 추가 다이오드(D2 및 D3) 및 음극(GND)과 접속된 방전 스위치(Tb)로 이루어진 직렬 회로가 상기 충전 커패시터(C1)에 병렬로 배치된다.
2개 다이오드(D2 및 D3)의 접속점과 접지(GND) 사이에는 충·방전 커패시터(C2), 코일(L), 제 1 작동 부재(P1) 및 제어된 제 1 선택 스위치(T1)로 이루어진 직렬 회로가 배치된다.
각각의 추가 작동 부재(P2 내지 Pn)를 위해서는, 상기 작동 부재 및 추가의 선택 스위치(T2 내지 Tn)로 이루어진 직렬 회로가 제 1 작동 부재(P1) 및 제 1 선택 스위치(T1)로 이루어진 직렬 회로에 병렬 접속된다. 본 실시예에서 선택 스위치, 방전 스위치(Tb) 및 다음으로 언급되는 바이패스 스위치(Tc)는 통상적으로 인버스 다이오드를 포함하는 N-파워-MOSFET-스위치이다. 충전 스위치(Ta)는 본 실시예에서 P-파워-MOSFET-스위치로서 형성된다.
그밖에 이미 언급한 바이패스 스위치(Tc)가 제공되는데, 이 스위치의 드레인 단자는 코일(L)과 작동 부재(P1 내지 Pn) 사이에 있는 접속점과 접속되며, 상기 스위치의 소스 단자는 적어도 선택 스위치(T1)의 소스 단자와 접속된다. 모든 스위치는 게이트 단자를 통해서 제어 회로(ST)의 출력 신호에 의해 제어된다.
작동 부재 전압이 미리 정해진 한계값을 초과하거나 또는 내연 기관내에서 분사 밸브의 파워 출력단에 이르기까지 나타나는 에러가 인식되면, 작동 부재(P1 내지 Pn)에 병렬 배치된 바이패스 스위치(Tc)가 제어 회로(ST)에 의해서 트리거링되고, 선택 스위치(T1 내지 Tn)의 인버스 다이오드를 통해 용량성 작동 부재(P1 내지 Pn)를 단락 방식으로 방전시킨다. 바이패스 스위치(Tc)는 또한 방전 커패시터(C2)의 충전을 위해서는 제 1 작동 부재의 작동 전에 필요하거나 또는 제 1 작동 부재의 재충전을 위해서는 시간적으로 떨어진 2개 작동 부재의 작동 사이에 필요하다. 바이패스 스위치(Tc) 대신 바이패스 스위치의 인버스 다이오드와 동일한 극성을 갖는 다이오드 또는 제너 다이오드도 또한 제공될 수 있으며, 이 경우에는 방전 커패시터(C2)의 충전이 작동 부재의 작동을 통해서, 연료 분사 밸브에서 바람직하게는 연료 압력 없이 실시되어야 한다.
스위치(Ta, Tb, Tc 및 T1 내지 Tn)는 도시되지 않은 엔진 제어 장치의 제어 신호(st)에 따라 제어 회로(ST)에 의해서 제어된다. 충전 커패시터(C1)는 스위치 모드 전원 장치(SNT)의 출력 커패시터로서 간주될 수 있다.
하기에서는 상기 회로의 트리거링 방법이 기술된다. 회로의 작동 동안 충전 커패시터(C1)는 제어 회로(ST)에 의해 결정되는 스위치 모드 전원 장치(SNT)의 출력 전압(+USNT)으로 충전된다. 상기 전압(+USNT)의 결정은 하기에서 계속 설명된다.
작동 시작시에는 충전 커패시터(C1)는 +USNT로 충전되고, 방전 커패시터(C2)는 방전되며, 코일(L)은 무전류 상태이다. 또한 커패시터(C2)가 제 1 작동 부재의 작동 전에 충전되도록 하기 위해서는, 먼저 바이패스 스위치(Tc)가 도통되도록 제어된다. 그럼으로써 C1은 C2, L 및 Tc를 통해 방전된다. 그 다음에 Tc가 재차 비도전성으로 제어되고, 방전 스위치(Tb)는 도통되도록 제어된다. 그에 의해 전류는 반대 방향으로 L, C2, Tb 및 바이패스 스위치(Tc)의 인버스 다이오드를 통해 흐르게 되며, 그럼으로써 C2는 충전되고 1회 이상의 충전 사이클 및 방전 사이클 후에는 C1 및 C2의 직렬 회로에 충전 전압 UL= UC1+ UC2가 인가되도록 극성을 갖게 된다.
커패시터(C2)에 인가되는 전압(UC2)은 본 실시예에서 샘플-앤-홀드-회로(Sample-and-Hold-Circuit)(S＆H)로 형성된 측정 회로를 통해 제어 회로(ST)에 전달되며, 상기 제어 회로는 C1 및 C2의 직렬 회로에 미리 정해진 초기 전압이 인가되도록 스위치 모드 전원 장치(SNT)의 출력 전압(+USNT UC1)을 세팅한다.
커패시터(C2)에 인가되는 전압(UC2)이 비작동시에는 서서히 하강하기 때문에, 예를 들어 충전 과정과 같은 작동 동안에도 회전수가 낮은 경우(즉, 시간적으로 멀리 떨어진 작동 부재 작동시) 또는 병진 작동시에는 상기와 같은 방전 커패시터(C2)의 재충전이 이루어진다.
작동 부재의 작동이 이루어져야 하는 경우에는, 제 1 방법에 따라 충전 회로내에서 흐르는 전류(Ip)가 가장 단순한 경우 분로(shunt) 저항기로 이루어질 수 있는 측정 회로(M)에 의해서 측정되어 제어 회로내에 있는 적분기에서 적분된다. 측정 회로(M)는 다만 상기 방법을 위해서만 필요하기 때문에, 이 측정 회로는 도면에서 파선으로 틀이 형성되었고 전류의 도면 부호 Ip는 괄호에 넣어져 있다. 상기 방법의 추가 실시는 하기에서 기술되는 제 2 방법에서와 동일하게 이루어진다.
더 간단한 제 2 방법에 따르면, 작동 부재의 충전 전에 방전 커패시터(C2)에서 전압(UC2= Uvor)이 측정되어 제어 회로(ST)에 전달된다. 그 다음에 충전 스위치(Ta) 및 대응하는 작동 부재, 예컨대 P1에 할당되는 선택 스위치(T1)가 도통되도록 제어된다. 전류는 작동 부재가 충전될 때까지 SNT 및 C1으로부터 Ta, C2, L, P1 및 T1을 거쳐 GND로 흐른다. 그 다음에 Ta 및 T1이 비도전성으로 제어되고, 작동 부재는 재차 충전된다. 이 때 방전 커패시터(C2)에서의 전압(UC2= Unach) 및 작동 부재(P1)에 인가되는 전압(Up)이 측정되어 제어 회로(ST)에 전달된다. 상기 제어 회로는 전술한 일반식에 따라 작동 부재에 제공되는 에너지(Eist)를 산출하여 이 값을 미리 정해진 목표값(Esoll)과 비교한다. 그에 상응하게 다음 트리거링 과정을 위해서 필요한 충전 전압(UL)이 검출된다. Eist＜ Esoll이면, 충전 전압(UL)이 이전에 유효한 값에 비해서 예를 들어 단계적으로 한 단계만큼 상승된다; Eist＞ Esoll이면, 충전 전압이 한 단계만큼 감소된다. 충전 전압(UL)은 Eist= Esoll로 조절된다.
작동 부재(P1)의 충전 상태는 제어 신호(st)가 사라진 후에 방전 스위치(Tb)가 도통 제어될 때까지 유지된다. 방전 스위치(Tb)가 도통되는 경우에는 모든 작동 부재(P1 내지 Pn)가 코일(L)을 통해 방전 커패시터(C2) 내부로 방전된다.
작동 부재의 방전 후에 방전 커패시터(C2)에 인가되는 전압(UC2)은 샘플-앤-홀드-회로(S＆H)를 통해 제어 회로(ST)에 전달되고, 이 회로는 이전에 검출된 충전 전압 UL= UC1+ UC2가 다음 트리거링 과정시에 도달되도록 스위치 모드 전원 장치(SNT)의 출력 전압(+USNT)을 재조정한다. 그렇게 되면 상기 충전 전압에 의해서 작동 부재(P1)의 다음 충전 과정 및 다음 작동 부재(P2)의 충전 과정이 이루어질 수 있다.

Claims (4)

  1. 충전 전압(UL)을 이용하여 하나 이상의 용량성 작동 부재(P1 내지 Pn)를 트리거링하기 위한 방법에 있어서,
    작동 부재(P1 내지 Pn)에 제공되는 전하량(ΔQ) 및 충전 과정의 종결 후에 작동 부재에 인가되는 작동 부재 전압(Up)으로부터 작동 부재 용량을 방정식 Cp= ΔQ/Up에 따라 산출하며,
    상기 작동 부재 용량(Cp) 및 작동 부재 전압(Up)의 값으로부터 충전 과정 동안 작동 부재에 제공되는 에너지(Eist)를 방정식 Eist= 0,5*Cp*Up 2= 0,5*ΔQ*Up에 따라 산출하고,
    제공되는 에너지량(Eist)을 미리 결정된 목표값(Esoll)과 비교하며,
    제공되는 에너지량(Eist)이 목표값(Esoll)보다 더 작으면 충전 전압(UL= UC1+ UC2)이 다음 트리거링 과정을 위해서 증가되고, 제공되는 에너지량(Eist)이 목표값(Esoll)보다 더 크면 충전 전압이 감소되는 것을 특징으로 하는 방법,
  2. 제 1항에 있어서,
    충전 과정 동안 작동 부재를 통해 흐르는 전류(Ip)를 하기의 방정식
    에 따라 적분함으로써 작동 부재(P1 내지 Pn)에 제공되는 전하량(ΔQ)를 검출하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    충전 커패시터 및 방전 커패시터(C1, C2)가 직렬 접속되고 상기 충전 커패시터(C1)에 조절 가능한 전압(+USNT)이 인가될 수 있는 회로에서, 작동 부재(P1 내지 Pn)에 제공되는 전하량(ΔQ)을 충전 과정 전에 및 후에 방전 커패시터(C2)에 인가되는 전압(Uvor및 Unach)의 차이(ΔU = Uvor- Unach)를 통해 검출하고, 방전 커패시터의 용량(C2)을 방정식 ΔQ = C2*ΔU = C2*(Uvor- Unach)에 따라 검출하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    산출된 작동 부재 용량(Cp)을 작동 부재 온도(Tp)를 결정하기 위해 참조하는 것을 특징으로 하는 방법.
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