KR20090003127A

KR20090003127A - 솔레노이드 작동형 밸브용 제어기

Info

Publication number: KR20090003127A
Application number: KR1020080061608A
Authority: KR
Inventors: 제임스 마틴 앤더튼 애스큐
Original assignee: 우드워드 거버너 컴퍼니
Priority date: 2007-06-28
Filing date: 2008-06-27
Publication date: 2009-01-09
Also published as: GB0712538D0; GB2450523A; US7930089B2; JP2009036196A; US20090005955A1; JP5534496B2; DE102008002901A1

Abstract

솔레노이드 작동형 밸브(solenoid operated valve)를 제어하는 제어기는, 제1 솔레노이드 작동 펄스를 공급하는 제1 전류 공급 제어기를 포함한다. 이 펄스는 밸브를 제1 상태에서 제2 상태로 이동하도록 동작하며, 이 이동은 상기 밸브의 이동 시간(travel time)을 규정한다. 제2 전류 공급 제어기는 상기 제1 솔레노이드 작동 펄스에 이은 시간 간격 후에, 제2 솔레노이드 작동 펄스를 공급한다. 이 시간 간격 동안에, 상기 밸브는 상기 제1 상태로 복귀한다. 타이머는 한 쌍의 솔레노이드 작동 펄스를 나타내는 상기 제1 솔레노이드 작동 펄스와 상기 제2 솔레노이드 작동 펄스 사이의 상기 시간 간격을 변화시킨다. 검출기는, 한 쌍 이상의 솔레노이드 작동 펄스 중의 상기 제2 솔레노이드 작동 펄스의, 다른 펄스의 쌍에 대한 상기 이동 시간의 어드밴스(advance)와 같은, 특성을 검출한다. 상기 타이머는 이동 시간의 최대 어드밴스(maximum advance)가 검출될 때까지 상기 시간 간격을 변화시킨다. 상기 밸브는 연료 분사기의 밸브일 수 있고, 상기 제1 솔레노이드 작동 펄스와 상기 제2 솔레노이드 작동 펄스는 제1 연료 분사 펄스와 제2 연료 분사 펄스에 각각 대응한다. 이것은 연료 분사 시스템의 솔레노이드 작동형 밸브와 같은, 솔레노이드 작동 밸브의 교정을 제공한다.

Description

솔레노이드 작동형 밸브용 제어기 {CONTROLLER FOR A SOLENOID OPERATED VALVE}

본 발명은 솔레노이드 작동형 밸브(solenoid operated valve)용 제어기에 관한 것으로, 특히 솔레노이드 작동형 연료 분사기(fuel injector) 밸브, 및 디젤 연료 분사기에 사용되는 밸브에 관한 것이지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

솔레노이드는 대개 2위치 밸브(two-position valve)와 결합하므로, 밸브는 솔레노이드에 의해 끌어 당겨지고(전류가 통할 때), 스프링에 의해 복귀된다(전류가 통하지 않을 때). 솔레노이드에 부착되는 밸브는, 제1 위치에서 폐쇄되고 제2 위치에서 개방될 수 있거나, 두 개의 시트(seat)를 구비한 전환 밸브(changeover valve)일 수 있다. 연료 분사기와 같은 몇몇 응용분야에서는, 솔레노이드 작동형 밸브의 개방 위치와 폐쇄 위치의 타이밍을 측정하여 제어하는 것이 바람직하다.

디젤 연료 분사기는 동작 시간이 정확하여야 한다. 밸브는 분사 타이밍과 디젤 엔진의 실린더 내로 분사되는 분사 지속 기간(연료량)을 결정한다. 엔진의 성능(실린더들 간의 밸런스, 출력, 연료 소비, 배기)은 이것에 영향을 받는다.

전류가 통하는(energized) 스트로크(stroke)의 종료 시의 솔레노이드 밸브의 충격점(impact point)을 결정하기 위한 공지의 방법이 있다. 예를 들어, 우드워드(Woodward)의 미국특허 제6,888,121호는 그러한 방법 중 하나를 개시한다. 이 방법에서는, 솔레노이드 밸브의 제1 (전류가 공급되는) 이동 시간(travel time)을 측정할 수 있다. 또한 전류가 통하지 않는(de-energized) 스트로크의 종료 시의 솔레노이드 밸브의 충격점을 측정하는 것도 바람직할 수 있다. 따라서 공급되는 연료량의 제어를 돕기 위해 솔레노이드 작동의 지속 기간에 관한 정보를 취득할 수 있다. 이것은 지속 기간이 짧은(디젤의 파일럿 분사 시와 같이) - 지속 기간의 작은 변화가 파일럿 분사의 출력에 큰 변화를 줄 수 있는 경우에 특히 유용하다.

전류가 통하지 않는 상태에서의 충격점을 측정하는 방법은, 영국특허 제2 110 373호에 개시되어 있다. 이 특허 명세서에서 개시된 방법은, 솔레노이드가 이동을 멈춘 때(전류가 통하지 않는 스트로크의 종료 시), 역 기전력(back-EMF)에 의해 발생되는 솔레노이드에 대한 전류의 작은 변화를 검출함으로써, 솔레노이드 이동의 종료를 측정하려고 시도한다. 변화가 작기 때문에 이 방법은 매우 어렵다. 변화가 작은 이유 중 일부는, 전류가 통하지 않게 된 후에 솔레노이드 전기자(armature)와 고정자(stator) 사이에 갭(gap)이 상당히 커진다는 것이다. 이때는 전류가 흐르지 않기 때문에, 대개 이 작은 전류 변화를 검출하는 것은 불가능하고, 따라서 측정할 수 있는 변화도 없다.

미국특허 제5,650,909호에는 다른 방법이 개시되어 있는데, 이 방법에서는 주 전류(main current)가 스위칭 오프(swiched off)된 후에, 소량의 전류를 (솔레노이드에) 부가한다. 이 방법은 전술한 한계를 극복하였다. 이 전류는 밸브 운 동(valve motion)에 영향을 미치지않도록 소량이어야 한다. 마찬가지로 작은 변화를 신뢰성 있게 측정하는 데에는 어려움이 있다.

또 다른 방법은 트랜스듀서(transducer)를 부가하여 밸브 운동을 직접 측정하는 것이다. 이것은 (솔레노이드에 부착되는 밸브의 특정한 기능을 측정하는) 이동 트랜스듀서 또는 압력 트랜스듀서일 수 있다. 추가의 트랜스듀서를 부가하는 것은 시스템 비용을 상당히 증가시키고, 또 복잡도를 증가시킨다.

우드워드의 미국특허 제6,889,121호는, 솔레노이드의 순방향 (전류가 통하는) 운동의 종료를 측정하는 방법, 및 이를 사용하여 솔레노이드의 타이밍을 제어하는 방법을 개시하고 있다. 이 방법은 솔레노이드의 복귀 스트로크(return stroke)의 측정은 시도하지 않는다. 연료 분사 시스템 내의 밸브의 작동 조건 또는 파라미터의 변화, 예들 들어 마멸(wear)은 밸브 복귀 스트로크의 시간에 변화를 초래할 수 있다. 이것은 주어진 지속 기간의 공급 펄스 동안에 분사되는 연료량의 변화와, 그에 따라 또한 연료 분사 시스템의 밸브 성능에 변화를 차례로 초래할 수 있다.

본 발명의 목적은 전술한 문제들을 완화하는 것이며, 특히, 예를 들어 디젤 연료 공통 레일 분사기 시스템(diesel fuel common rail injector system); 디젤 유닛 분사기; 휘발유 분사 솔레노이드; 2위치 타입의 솔레노이드; 특히 고속 동작 솔레노이드; 정확한 양의 유체를 공급하기 위한 솔레노이드; 대규모 액추에이터용 파일럿 밸브; 엔진의 흡기 밸브 및 배기 밸브(캠 구동이 아닌 방식으로 작동되는 경우); 완충 장치(suspension) 또는 제동 장치(braking)에 사용되는 밸브를 포함하는 연료 분사 시스템에 있어, 솔레노이드 작동형 밸브의 성능을 향상시키기 위해 정확하게 타이밍을 측정하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 밸브를 제1 상태에서 제2 상태로 이동시키기 위한 제1 솔레노이드 작동 펄스를 공급하는 수단; 상기 제1 솔레노이드 작동 펄스에 이은 시간 간격 후에, 제2 솔레노이드 작동 펄스를 공급하는 수단; 한 쌍의 솔레노이드 작동 펄스를 나타내는 상기 제1 솔레노이드 작동 펄스와 상기 제2 솔레노이드 작동 펄스 사이의 상기 시간 간격을 변화시키도록 동작하는 타이밍 수단; 및 상이한 펄스의 쌍들 간의 비교에 기초하여, 상기 밸브의 상기 제2 상태로부터 상기 제1 상태로의 복귀를 표시하는 특성을 검출하기 위한 검출 수단을 포함하고, 상기 제1 상태에서 상기 제2 상태로의 이동은 상기 밸브의 이동 시간을 규정하며, 상기 시간 간격 동안에 상기 밸브는 상기 제1 상태로 복귀하는, 제어기가 제공된다.

바람직한 실시예에서, 상기 특성은, 한 쌍 이상의 솔레노이드 작동 펄스 중의 상기 제2 솔레노이드 작동 펄스의, 이전의 솔레노이드 작동 펄스의 쌍에 대한 상기 이동 시간의 어드밴스(advance)이다. 상기 타이밍 수단은, 상기 이동 시간의 어드밴스가 적어도 하나 검출될 때까지, 상기 시간 간격을 최초의 정해진 시간 간격에서 점진적으로 감소 또는 증가시킬 수 있다. 이것은 상기 이동 시간의 최대 어드밴스가 검출될 때까지 점진적으로 계속될 수 있다.

바람직한 실시예에서, 상기 밸브는 연료 분사기의 밸브일 수 있으며, 상기 제1 솔레노이드 작동 펄스는 상기 연료 분사기의 밸브를 상기 제1 상태에서 상기 제2 상태로 이동시키기 위한 제1 연료 분사 펄스일 수 있고; 상기 제2 솔레노이드 작동 펄스는 제2 연료 분사 펄스일 수 있다.

상기 제1 연료 분사 펄스 및 상기 제2 연료 분사 펄스는, 연료 분사 시스템의 교정 또는 조정 단계(calibration or adjustment phase) 동안에 사용하는 시험 펄스를 나타내는 것이 바람직하다. 분사기가 정상 동작하는 동안에, 상기 제어기는, 상기 연료 분사 시스템의 구동 단계 동안에 상기 연료 분사기에 구동 연료 분사 펄스를 공급하도록 동작하며, 이 구동 연료 분사 펄스는 단독으로 공급되고, 상기 시험 펄스는 쌍으로 공급된다. 상기 시험 펄스 및 상기 구동 연료 분사 펄스는 복수의 연료 분사 밸브에 공급될 수 있으며, 때문에 상기 제어기는, 상기 분사기의 동작 특성이 서로 조정(alignment)되도록, 상기 이동 시간의 상기 검출된 어드밴스와 기준값(reference)에 기초한 비교에 따라 상기 연료 분사 밸브 각각에 공급되는 상기 구동 연료 분사 펄스의 지속 기간을 조정할 수 있다.

바람직한 실시예는 상기 연료 분사기의 밸브가 상기 제1 상태로부터 상기 제2 상태에 도달할 때, 종점(end point)을 검출하는 수단을 포함할 수 있다. 이 종점을 검출하는 수단은, 상기 제어기에 의해 설정되거나 영향을 받는 임의의 타이밍 이벤트에 대해 상기 시험 펄스 중 하나의 시점 또는 종점, 또는 TDC(엔진 실린더 TDC)와 같은, 어드밴스 기간을 측정하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 제2 측면에 따르면, 솔레노이드의 타이밍을 제어하는 방법이 제공된다. 상기 방법은, 밸브를 제1 상태에서 제2 상태로 이동시키기 위한 제1 솔레노이드 작동 펄스를 공급하는 단계; 상기 제1 솔레노이드 작동 펄스에 이은 시간 간격 후에, 제2 솔레노이드 작동 펄스를 공급하는 단계; 한 쌍의 솔레노이드 작동 펄스를 나타내는 상기 제1 솔레노이드 작동 펄스와 상기 제2 솔레노이드 작동 펄스 사이의 상기 시간 간격을 변화시키는 단계; 및 상이한 펄스의 쌍들 간의 비교에 기초하여, 상기 밸브의 상기 제2 상태로부터 상기 제1 상태로의 복귀를 표시하는 특성을 검출하는 단계를 포함하고, 상기 제1 상태에서 상기 제2 상태로의 이동은 상기 밸브의 이동 시간을 규정하며, 상기 시간 간격 동안에 상기 밸브는 상기 제1 상태로 복귀한다.

바람직한 실시예에서, 상기 특성은, 한 쌍 이상의 솔레노이드 작동 펄스 중의 상기 제2 솔레노이드 작동 펄스의, 이전의 솔레노이드 작동 펄스의 쌍에 대한 상기 이동 시간의 어드밴스이다. 상기 방법은, 상기 이동 시간의 최대 어드밴스를 검출하도록, 상기 시간 간격을 점진적으로 감소 또는 증가시키는 단계를 포함할 수 있다. 다르게는, 상기 시간 간격의 변화는 임의의 순서일 수 있다. 즉, 시간 간 격은 임의로 변화하거나, 교대로 단계적으로 증가 및 감소할 수 있다.

바람직한 실시예에서, 상기 밸브는 연료 분사기의 밸브일 수 있으며, 상기 제1 솔레노이드 작동 펄스는, 상기 연료 분사기의 밸브를 상기 제1 상태에서 상기 제2 상태로 이동시키기 위한 제1 연료 분사 펄스일 수 있고; 상기 제2 솔레노이드 작동 펄스는 제2 연료 분사 펄스일 수 있다. 상기 제1 연료 분사 펄스 및 상기 제2 연료 분사 펄스는, 연료 분사 시스템의 교정 또는 조정 단계 동안에 사용하는 시험 펄스를 나타내는 것이 바람직하다. 상기 방법은 상기 연료 분사 시스템의 구동 단계 동안에 상기 연료 분사기에 구동 연료 분사 펄스를 공급하는 단계, 및 상기 이동 시간의 상기 검출된 어드밴스에 따라 상기 연료 분사기에 공급되는 상기 구동 연료 분사 펄스의 지속 기간을 조정하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 방법은 또한 상기 시험 펄스 및 상기 구동 펄스를 복수의 연료 분사 밸브에 공급하는 단계, 및 상기 분사기의 동작 특성이 서로 조정되거나 일치하도록, 상기 이동 시간의 상기 검출된 어드밴스와 기준값에 기초한 비교에 따라, 상기 연료 분사 밸브 각각에 공급되는 상기 구동 연료 분사 펄스의 상기 지속 기간을 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 방법은 상기 연료 분사기의 밸브가 상기 제1 상태로부터 상기 제2 상태에 도달할 때, 종점을 검출하는 단계, 및 상기 어드밴스를 검출한 경우, 상기 제1 연료 분사 펄스 및 상기 제2 연료 분사 펄스에 대응하는 상기 종점의 검출에 대해 어드밴스 기간을 측정하는 단계를 포함한다.

연료 분사 시스템에 사용하는 한, 본 발명의 실시예들은, 구동 연료 공급 펄 스가 제때 개별적으로 조정될 수 있도록 하여, 연료 공급 시스템 내의 밸브의 "종지부(end stop)에서 종지부까지"의 타이밍을 미리 정해진 특성에 대해 표준화할 수 있다. 이 특성은, 밸브가 "종지부에서 종지부까지"의 타이밍 값을 가지고, 이들이 미리 정해진 기준값과 실질적으로 동일하다는 것일 수 있다. 따라서, 제어기가 사용되는 엔진 관리 시스템의 적응성 제어 능력을 실현하기 위해, 밸브의 주기적인 교정이 수행될 수 있으므로, 엔진 성능을 향상시킨다. 솔레노이드의 (전자) 제어기는, 알고리즘에 따라 주기적으로 교정 작업(calibration task)을 수행할 수 있다. 다수의 솔레노이드가 있는 경우, 전류 펄스의 시작 시각 및 종료 시각은 모든 솔레노이드의 성능이 서로 부합될 수 있도록 설정될 수 있다. 이렇게 하여, 디젤 엔진(각각 솔레노이드를 구비하는 다수의 분사기를 사용하는 것)의 성능을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 실시예에 의한 다른 이점들은 다음과 같다: 파일럿 분사량의 더욱 근사한 매칭(closer matching); 주된 분사량의 더욱 근사한 매칭; 사후 분사량의 근사한 매칭; 엔진 실린더 밸런스의 향상; 엔진 배기 감소; 연료 절약 증대; 더 낮은 하드웨어 제조 비용(엄격한 허용오차에 대한 요구가 낮은 것에 기인함); 솔레노이드 밸브의 더 우수한 진단 검사.

실시예들은, 디젤 연료 공통 레일 분사기 시스템; 디젤 유닛 분사기; 휘발유 분사 솔레노이드; 2위치 타입의 솔레노이드; 특히 고속 동작 솔레노이드(하나의 상태에서 다른 상태로의 이동에 걸리는 시간이 2밀리초 미만, 바람직하게는 0.5밀리초 미만인 경우); 정확한 양의 유체를 공급하기 위한 솔레노이드; 대규모 액추에이 터용 파일럿 밸브; 엔진의 흡기 밸브 및 배기 밸브(캠 구동이 아닌 방식으로 작동되는 경우); 완충 시스템 또는 제동 시스템에 사용되는 솔레노이드 작동형 밸브에 바람직하게 적용될 수 있다.

본 발명에 대해, 첨부도면을 참조하여 예로서 더욱 상세하게 설명한다.

도 1에서, 도면부호 1로서 대략적으로 나타낸 솔레노이드 밸브는, 정지부(stop)(3a)와 정지부(3b) 사이에서 이동 가능한 밸브(2)를 포함한다. 밸브(2)는 고정자(7), 솔레노이드 코일(9), 복귀 스프링(11), 및 전기자(13)를 가지는 솔레노이드에 의해 구동된다. 이것은 종래의 솔레노이드 밸브와 마찬가지로 동작한다. 즉, 가버너 제어기(governor controller)로부터 솔레노이드 밸브(1)에 전류가 인가되면, 전기자(13)는 안정 상태에서 고정자(7) 쪽으로 끌어 당겨져, 밸브(2)를 기계적인 정지부 또는 시트(seat)(3b)로 가져간다. 전류가 스위칭 오프되면(switched off), 복귀 스프링(11)은 전기자(13)를 밀어서 밸브(2)를 정지부(3a)로 되돌린다. 정지부(3a)와 충돌할 때, 밸브(2)는 복귀 이동 거리의 10 또는 20%(단지 예의 비율임)까지 바운싱(bouncing)될 수 있다. 실험 증거는 도 6을 참조하여 후술하는 바와 같이 두 번째, 어쩌면 세 번째 바운스(bounce)가 있을 수 있음을 보여준다. 본 발명의 실시예들에서, 밸브는 각종 타입일 수 있으며, 예를 들어 밸브는 두 개의 기계적 정지부 중 하나를 구성하는 단일 시트(single seat)를 가질 수 있다. 다른 밸브는 각각이 기계적 정지부를 구성하는 두 개의 시트를 가질 수 있다.

도 1의 솔레노이드 작동형 밸브는 연료 분사기 내의 밸브를 제어하는데 사용 될 수 있다. 이하에서는 도 2 내지 도 7을 연료 분사기 밸브와 관련하여 설명하지만, 2위치 타입의 솔레노이드; 특히 고속 동작 솔레노이드; 정확한 양의 유체를 공급하기 위한 솔레노이드; 대규모 액추에이터용 파일럿 밸브; 엔진의 흡기 밸브 및 배기 밸브(캠 구동이 아닌 방식으로 작동되는 경우); 완충 시스템 또는 제동 시스템에 사용되는 솔레노이드 작동형 밸브에 적용될 수 있다. 본 발명의 실시예에 채용될 수 있는 솔레노이드 밸브 어셈블리의 일례로는, 우드워드 디젤 시스템즈(Woodward Diesel Systems)에서 제조한, "밸런스드 밸브 어셈블리(Balanced Valve Assembly)", 품번 G50010255로 알려진 것이 있다. 이것은 제어기(4)에 의해 작동될 수 있다. 본 발명의 실시예에서 제어기(4)의 일례로는, 우드워드 디젤 시스템즈에서 제조한, "인펄스 II(In-pulse II), 품번 82371006이 있다. 이것은 (연료 분사 시스템 내의) 솔레노이드 밸브를 제어하기에 적합한 전형적인 제어기이다. 도 2에는, 주어진 전류 펄스(23)에 대한 연료 분사기의 밸브 리프트 트레이스(valve lift trace)(21)가 도시되어 있다. "논리" 펄스(25)는 제어기(4)로부터 솔레노이드 코일(9)에 공급되는 전류 펄스(23)의 지속 기간을 나타내며, 연료 분사기의 밸브(2)를 차례로 리프트시킨다. 시간에 대한 전류 펄스(23) 프로파일은, 전류를 공급하기 위해 사용되는 구동 회로 및 제어에 따라, 도 2에 나타낸 것에 대해 다양한 형태를 취할 수 있다. 전류 펄스(23)의 프로파일은, 전형적으로 높은 값(H)까지 고속으로 상승하는 것이다. 이로 인해 밸브(2)는 제1 위치와 제2 위치 사이, 즉 정지부(3a)에서 정지부(3b)로 이동한다. 밸브(2)의 순방향 이동(forward travel)(F1) 시에, 종점(L)에 도달하면, 전력을 절약하기 위해 전류는 낮은 값으로 설정된다(도 2에서, 전류 펄스(23) 트레이스의 "M"자형 부분 내의 일시 떨어진 부분 참조). 논리 펄스(25)의 시점(26)와 솔레노이드의 순방향 이동(F1)의 종료 사이의 시간은 FT1으로 표시되어 있다. 미국특허 제6,889,121호에 개시된 바와 같은 밸브의 순방향 스트로크를 측정하는 방법이, 도면에 나타낸 전류의 형태를 추적하기 위해 사용된다.

전류 펄스(23)가 스위칭 오프되어 0(영)으로 떨어진 후에(도 2의 O 지점 참조), 복귀 스프링(11)의 작용 하에, 밸브는 복귀 스트로크에 대한 이동을 개시한다. 밸브는 천천히 복귀 스트로크(27)를 개시하여 종지점(end stop)(29)에 이를 때까지 가속된다. 논리 펄스(25)의 종점과 밸브(2)가 종지점(29)에 도달하는 지점 사이의 기간은 RT1이다. 밸브는 전형적으로, 도 2에 피크(P)로 나타낸 바와 같이 이동에 대해 20% 정도 바운싱한다.

도 3은 솔레노이드(9)에 공급되는 전류가 한 쌍의 연속하는 전류 펄스(33a, 33b)를 포함하는 경우의, 밸브 리프트 프로파일(31)을 나타낸다. 이들은 비교적 긴 시간 간격(T1)에 의해 분리되는 한 쌍의 논리 펄스(35a, 35b)에 대응한다. 도 3으로부터 명백한 바와 같이, 이 일련의 펄스에 있어 순방향 이동 시간(FT1)은 밸브 리프트(31a, 31b) 모두 동일하다. 이것은 기대된 바와 같다. 제2 밸브 리프트(31b)의 순방향 이동(F2)이 완료된 경우에, 시간은 전류 펄스(33a)와 전류 펄스(33b) 사이의 시간 간격(T1)에만 의존한다. T1로 나타내는 전류 펄스들 사이의 시간 간격이 줄어들면, 제2 밸브 리프트(31b)의 순방향 이동(F2)은 더 빨리 완료될 것이다.

이것은 도 4에 나타냈으며, 도 4에서 연속하는 논리 펄스(45a)와 논리 펄스(45b) 사이의 시간 간격(T2)은, 도 3의 시간 간격(T1)에 비해 줄어든다. 이 경우에, 두 전류 펄스 사이의 시간 간격이 더 좁아져, 제2 순방향 이동 시간(FT2)은 FT1보다 줄어들었다. 그 이유는, 밸브(2)가 복귀 스트로크의 종점에서, 도 2의 종지점(29) 위로 바운싱되었기 때문이다. 따라서, 제2 전류 펄스에 의해 전류가 공급된 때에, 밸브(2)는 이미 순방향으로 이동중이고, 그 제2 순방향 이동(F2)은 제1 밸브 리프트(41a)의 순방향 이동(F1)에 비해 빨리 완료된다. 그러므로, 제2 순방향 이동 시간(FT2)은, 그렇지 않은 경우에 두 전류 펄스(43a, 43b)의 타이밍으로부터 기대되었을 시간보다 앞서 완료된다(즉, 종점(L)에 더 빨리 도달한다). 즉, 전류 펄스(43b)에 있어 종점(L)의 타이밍에는, 바운스가 없을 시의 타이밍에 비해 어드밴스가 존재한다. 따라서, 기간(Ta)은 바운스가 없을 시에 비해 짧다. 기간(Ta)은 논리 펄스(45a)의 시점과 관련하여 언급되지만, 임의의 알려진 타이밍 지점으로부터 취득될 수도 있다.

도 5는 논리 펄스(55a)와 논리 펄스(55b) 사이의 시간 간격(T3)이, 시간 간격(T1)에 비해 한층 더 줄어드는 경우를 나타낸다. 이 경우에, 전류 펄스(53a)와 전류 펄스(53b) 사이의 간격의 지속 기간은, 전류 펄스(53b)에 의해 솔레노이드에 다시 전류가 공급되기 전에 밸브(2)가 종지점(3a)에 도달하도록 하기에는 불충분하다. 즉, 밸브(2)의 순방향 이동은 이전 펄스의 복귀 스트로크가 완료되기 이전에 개시된다. 이 경우에, 제2 리프트(51b)에서 순방향 이동하는 밸브(2)는, 제1 리프트(51a)의 복귀 스트로크의 종료 시에 바운스가 없기 때문에, 어떠한 도움도 받지 않는다. 그 결과, 제2 밸브 리프트(51b)의 순방향 이동 시간(FT3)은 제1 밸브 리프트(51a)의 순방향 이동 시간(FT1)과 비슷하다.

도 6은 펄스 쌍 사이의 간격이 비교적 큰 값으로부터 점진적으로 감소하는 경우에 순방향 이동 시간(FT2)의 변화를 나타내는 그래프이다. 도 2는, 2밀리초 간격에서 작은 피크를 보여주는데, 이는 세 번째 바운스에 의해 발생하는 타이밍 어드밴스를 암시한다. 간격이 약 1.7밀리초로 감소하면, 약 1.2밀리초에서 최대 어드밴스에 마침내 도달하는 제2 어드밴스를 나타내는 두 번째 큰 피크가 검출된다. 이 최대 어드밴스의 검출은 도 2에서 도면부호 29로 표시한 밸브(2)의 복귀 이동의 종점의 최근 발생을 판정하는 한 방법이다. 이것은 분사기 밸브에 대해 '종점에서 종점까지'의 타이밍을 측정할 수 있도록 하고, 다수의 밸브를 포함하는 연료 분사 시스템 내의 상이한 밸브들 간의 비교도 가능하도록 한다.

도 7 (a) 내지 (c)는 밸브들 사이의 분사 타이밍을 동등하게 하기 위해 밸브에 대해 구동 연료 분사 펄스의 지속 기간을 조정하는 방법을 나타낸다.

도 7 (a)는 도 4에 대응하는 것으로, 최대 어드밴스 시간(Tmax-adv)을 검출한다. 이 경우는, 제1 논리 펄스(75a)의 종점과 제2 밸브 리프트(71b)의 종점(L) 사이의 기간을 참조한 것이다. 논리 펄스(75a, 75b)는 밸브의 복귀 시간을 검출하기 위한 시험 연료 분사 펄스에 대응한다. 도 7 (a)는 전류 펄스(78)를 전달하는 구동 연료 분사 펄스(77)를 나타내며, 전류 펄스(78)는 리프트 프로파일(79)에 따라 밸브(2)를 차례로 리프트시킨다. 최대 어드밴스 시간(Tmax -adv) 값은 연료 분사 밸브에 대해 원하는 기준 값에 대응하고, 밸브가 정확한 연료 분사량을 전달하 고 있음을 나타낸다.

가버너 제어기(4)의 교정 단계 동안에, 시험 펄스(75a)와 시험 펄스(75b) 사이의 시간은, 도 7 (b)에 나타낸 바와 같이 최대 어드밴스(T'max-adv)가 검출될 때까지 점진적으로 줄어든다. 제어기(4)는 시간 Tmax-adv를 T'max-adv와 비교하기 위한 비교기(도시하지 않음)를 가지며, 그 차이는 밸브 복귀 스트로크의 복귀 이동 시간이, 도 7 (a)에서의 시험하의 밸브에 비해 증가함을 나타낸다. 이 증가는 밸브의 최초의 제조, 마멸 또는 기타 동작 환경의 변화에 의해 발생할 수 있다. 제어기(4)는 이러한 밸브에 대해 구동 연료 분사 펄스(77)가 Tdiff 만큼 단축하도록 동작하여, 복귀 스트로크가 점선(80)을 따르게 하며, 이것은 이 밸브에 대한 정확한 밸브 타임에 대응한다(도 7 (a)의 종점(29)과 일치하도록 시프트되는 종점(29)을 나타내는 점선(82) 참조)

더욱 짧은 복귀 스트로크를 가지는 밸브는, 구동 연료 분사 펄스를 도 7 (c)에 나타낸 바와 같이 연장할 필요가 있다. 이 경우에, 기간 T"max-adv는, 구동 연료 분사 펄스에서의 대응하는 증가 T'diff가 제어기(4)에 의해 요구됨을 나타내는 Tmax-adv보다 짧다.

분명한 것은, 제어기(4)가 복귀 타이밍들 간의 비교, 및 그에 따라 '종지점에서 종지점까지의' 타이밍을 비교하기 위해, 시험 펄스들 사이의 간격이 점진적으로 감소하는 시험 펄스의 쌍들을 인가함으로써 주기적인 교정 루틴을 실행하도록 동작한다는 것이다. 그러므로 밸브들의 연료 분사 시각의 변화는 주기적으로 측정되어 보상될 수 있다.

솔레노이드 밸브가 정상 동작을 필요로 하지 않는 경우에 교정 시험 절차를 실행할 수 있으며, 예를 들어 정상 동작을 필요로 하지 않는 경우는 다음과 같다:

1) 엔진이 동작중이 아니고 연료 압력이 없는 경우.

그러면 솔레노이드 밸브 이동은 아무런 문제를 일으키지 않을 것이다.

2) 유닛 분사기(또는 펌프 파이프 분사기) 내에서 엔진이 동작할 수 있는 경우. 이 경우에, 시험 펄스는 캠 로브 상승(cam lobe rise)과는 위상이 다르도록 타이밍이 설정될 수 있다. 그러므로, 엔진 실린더에는 연료가 분사되지 않을 것이다.

3) 엔진 동작과 그에 따른 온도 및 압력이 정상 레벨이 되도록 하는 것이 바람직하다. 이 경우에, 두 개의 시험 펄스는 하나의 정상 구동 펄스의 시간 간격에 맞추도록 타이밍이 설정될 수 있다. 그러므로, 시험되는 분사기와 연관된 엔진 실린더는 과부하가 걸리지 않을 것이다.

도 1은 본 발명의 배경을 설명하기 위한 솔레노이드 작동형 밸브의 개략도이다.

도 2는 종래 기술에 따른 주어진 논리 펄스 및 공급 전류 펄스에 대한 밸브 리프트(valve lift)의 프로파일을 나타낸 도면이다.

도 3은 상당히 큰 시간 간격으로 분리되어 있는 연속하는 공급 전류 펄스에 대한 밸브 리프트를 나타낸 도면이다.

도 4는, 전류 펄스가 중간 정도의 지속 기간의 간격으로 분리되어있는 경우의 밸브 리프트를 나타낸 도면이다.

도 5는 전류 펄스들 사이의 간격이 상당이 작은 경우의 밸브 리프트를 나타낸 도면이다.

도 6은, 어떻게 제2 펄스가 간격 크기에 따라 밸브의 순방향 이동(forward travel)을 앞당기는지(advance)를 보여주는 그래프이다.

도 7 (a) 내지 (c)는, 표준에 비해 짧거나 긴 밸브 복귀 시간을 보상하기 위해 솔레노이드 작동형 펄스를 조정하는 방법을 나타낸 도면이다.

Claims

밸브를 제1 상태에서 제2 상태로 이동시키기 위한 제1 솔레노이드 작동 펄스를 공급하는 수단;

상기 제1 솔레노이드 작동 펄스에 이은 시간 간격 후에, 제2 솔레노이드 작동 펄스를 공급하는 수단;

한 쌍의 솔레노이드 작동 펄스를 나타내는 상기 제1 솔레노이드 작동 펄스와 상기 제2 솔레노이드 작동 펄스 사이의 상기 시간 간격을 변화시키도록 동작하는 타이밍 수단; 및

상이한 펄스의 쌍들의 비교에 기초하여, 상기 밸브의 상기 제2 상태로부터 상기 제1 상태로의 복귀를 표시하는 특성을 검출하는 검출기 수단

을 포함하고,

상기 제1 상태에서 상기 제2 상태로의 이동은 상기 밸브의 이동 시간(travel time)을 규정하며,

상기 시간 간격 동안에 상기 밸브는 상기 제1 상태로 복귀하는,

제어기.
제1항에 있어서,

상기 특성은, 한 쌍 이상의 솔레노이드 작동 펄스 중의 상기 제2 솔레노이드 작동 펄스의, 다른 솔레노이드 작동 펄스의 쌍에 대한 상기 이동 시간의 어드밴 스(advance)인, 제어기.
제2항에 있어서,

상기 타이밍 수단은, 상기 이동 시간의 어드밴스가 적어도 하나 검출될 때까지, 상기 시간 간격을 최초의 정해진 시간 간격에서 감소시키는, 제어기.
제2항에 있어서,

상기 타이밍 수단은, 상기 이동 시간의 어드밴스가 적어도 하나 검출될 때까지, 상기 시간 간격을 최초의 정해진 시간 간격에서 증가시키는, 제어기.
제3항 또는 제4항에 있어서,

상기 타이밍 수단은, 상기 검출기 수단이 상기 이동 시간의 최대 어드밴스를 검출하도록, 상기 시간 간격을 점진적으로 감소 또는 증가시키는 제어기.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 상태는 상기 밸브가 폐쇄 위치에 있을 때이고, 상기 제2 상태는 상기 밸브가 개방 위치에 있을 때이거나, 또는 그 반대이거나, 또는 상기 밸브는 2개의 시트(seat)를 가지는 전환 밸브(changeover valve)인, 제어기.
제6항에 있어서,

상기 밸브는 기계적인 편향력(mechanical biasing force)의 작용하에 상기 제1 상태로 복귀하는, 제어기.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 밸브는 연료 분사기의 밸브이고,

상기 제1 솔레노이드 작동 펄스는 상기 연료 분사기의 상기 밸브를 상기 제1 상태에서 상기 제2 상태로 이동시키기 위한 제1 연료 분사 펄스이며,

상기 제2 솔레노이드 작동 펄스는 제2 연료 분사 펄스인, 제어기.
제8항에 있어서,

상기 제1 연료 분사 펄스 및 상기 제2 연료 분사 펄스는, 연료 분사 시스템의 교정 또는 조정 단계(calibration or adjustment phase) 동안에 사용하는 시험 펄스를 나타내는, 제어기.
제9항에 있어서,

상기 제어기는, 상기 연료 분사 시스템의 구동 단계 동안에, 상기 연료 분사기에 구동 연료 분사 펄스를 공급하도록 동작하는, 제어기.
제10항에 있어서,

상기 제어기는 상기 시험 펄스 및 상기 구동 연료 분사 펄스를 복수의 연료 분사 밸브에 공급하도록 동작하는, 제어기.
제11항에 있어서,

상기 제어기는, 상기 분사기의 동작 특성(operating characteristic)이 서로 조정(alignment) 또는 일치하도록, 상기 이동 시간의 상기 검출된 어드밴스와 기준값(reference)에 기초한 비교에 따라, 상기 연료 분사 밸브에 공급되는 상기 구동 연료 분사 펄스의 지속 기간을 조정하도록 동작하는, 제어기.
제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 연료 분사기의 밸브가 상기 제1 상태로부터 상기 제2 상태에 도달할 때, 종점을 검출하는 수단을 포함하는, 제어기.
제13항에 있어서,

상기 제어기에 의해 설정된 임의의 시간 또는 이벤트에 대해, 어드밴스 기간(advance time period)을 측정하는 수단을 포함하고,

상기 종점은 상기 제2 연료 분사 펄스에 대응하는, 제어기.
제14항에 있어서,

상기 어드밴스 기간은, 상기 제1 연료 분사 펄스 또는 상기 제2 연료 분사 펄스의 상기 종점에 대해 취득되는, 제어기.
제14항에 있어서,

상기 어드밴스 기간은, 상기 제1 연료 분사 펄스 또는 상기 제2 연료 분사 펄스의 시점 중 하나에 대해 취득되는, 제어기.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 제어기를 포함하는 엔진용 연료 분사 시스템.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 제어기를 포함하는, 디젤 연료 공통 레일 분사기 시스템(diesel fuel common rail injector system); 디젤 유닛 분사기; 휘발유 분사 솔레노이드; 2위치 타입(two-position type)의 솔레노이드; 특히 고속 동작 솔레노이드; 정확한 양의 유체를 공급하기 위한 솔레노이드; 대규모 액추에이터용 파일럿 밸브; 엔진의 흡기 밸브 및 배기 밸브(캠 구동이 아닌 방식으로 작동되는 경우); 완충 장치(suspension) 또는 제동 장치(braking)에 사용되는 밸브 중 어느 하나.
밸브를 제1 상태에서 제2 상태로 이동시키기 위한 제1 솔레노이드 작동 펄스를 공급하는 단계;

상기 제1 솔레노이드 작동 펄스에 이은 시간 간격 후에, 제2 솔레노이드 작동 펄스를 공급하는 단계;

한 쌍의 솔레노이드 작동 펄스를 나타내는 상기 제1 솔레노이드 작동 펄스와 상기 제2 솔레노이드 작동 펄스 사이의 상기 시간 간격을 변화시키는 단계; 및

상이한 펄스 쌍들의 비교에 기초하여, 상기 밸브의 상기 제2 상태로부터 상기 제1 상태로의 복귀를 표시하는 특성을 검출하는 단계

를 포함하고,

상기 제1 상태에서 상기 제2 상태로의 이동은 상기 밸브의 이동 시간을 규정하며,

상기 시간 간격 동안에 상기 밸브는 상기 제1 상태로 복귀하는,

솔레노이드의 타이밍 제어 방법.
제19항에 있어서,

상기 특성은, 한 쌍 이상의 솔레노이드 작동 펄스 중의 상기 제2 솔레노이드 작동 펄스의, 다른 솔레노이드 작동 펄스의 쌍에 대한 상기 이동 시간의 어드밴스인, 솔레노이드의 타이밍 제어 방법.
제20항에 있어서,

상기 이동 시간의 최대 어드밴스(maximum advance)를 검출하도록, 상기 시간 간격을 감소 또는 증가시키는 단계를 포함하는 솔레노이드의 타이밍 제어 방법.
제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 밸브는 연료 분사기의 밸브이고;

상기 제1 솔레노이드 작동 펄스는, 상기 연료 분사기의 상기 밸브를 상기 제1 상태에서 상기 제2 상태로 이동시키기 위한 제1 연료 분사 펄스이며;

상기 제2 솔레노이드 작동 펄스는 제2 연료 분사 펄스인, 솔레노이드의 타이밍 제어 방법.
제22항에 있어서,

상기 제1 연료 분사 펄스 및 상기 제2 연료 분사 펄스는, 연료 분사 시스템의 교정 또는 조정 단계 동안에 사용하는 시험 펄스를 나타내는, 솔레노이드의 타이밍 제어 방법.
제23항에 있어서,

상기 연료 분사 시스템의 구동 단계 동안에, 상기 연료 분사기에 구동 연료 분사 펄스를 공급하는 단계를 포함하는 솔레노이드의 타이밍 제어 방법.
제24항에 있어서,

상기 이동 시간의 상기 검출된 어드밴스에 따라, 상기 연료 분사기에 공급되는 상기 구동 연료 분사 펄스의 지속 기간을 조정하는 단계를 포함하는, 솔레노이드의 타이밍 제어 방법.
제25항에 있어서,

상기 시험 펄스 및 상기 구동 연료 분사 펄스를 복수의 연료 분사 밸브에 공급하는 단계를 포함하는 솔레노이드의 타이밍 제어 방법.
제26항에 있어서,

상기 분사기의 동작 특성이 서로 조정되거나 일치하도록, 상기 이동 시간의 상기 검출된 어드밴스와 기준값에 기초한 비교에 따라, 상기 연료 분사 밸브 각각에 공급되는 상기 구동 연료 분사 펄스의 상기 지속 기간을 조정하는 단계를 포함하는 솔레노이드의 타이밍 제어 방법.
제22항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 연료 분사기의 밸브가 상기 제1 상태로부터 상기 제2 상태에 도달할 때, 종점을 검출하는 단계를 포함하는 솔레노이드의 타이밍 제어 방법.
제28항에 있어서,

상기 어드밴스를 검출한 경우, 상기 제어기에 의해 설정된 임의의 시간 또는 이벤트에 대해 어드밴스 기간을 측정하는 단계를 포함하고,

상기 종점의 검출은 상기 제2 연료 분사 펄스에 대응하는, 솔레노이드의 타이밍 제어 방법.
제29항에 있어서,

상기 제1 연료 분사 펄스 또는 상기 제2 연료 분사 펄스의 상기 종점에 대해 상기 어드밴스 기간을 취득하는 단계를 포함하는 솔레노이드의 타이밍 제어 방법.
제29항에 있어서,

상기 제1 연료 분사 펄스 또는 상기 제2 연료 분사 펄스의 상기 시점 중 하나에 대해 상기 어드밴스 기간을 취득하는 단계를 포함하는 솔레노이드의 타이밍 제어 방법.
제27항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 동작 특성은 상기 분사기의 분사 타이밍인, 솔레노이드의 타이밍 제어 방법.
밸브를 제1 상태에서 제2 상태로 이동시키기 위한 제1 솔레노이드 작동 펄스를 공급하는 제1 전류 공급 제어기;

상기 제1 솔레노이드 작동 펄스에 이은 시간 간격 후에, 제2 솔레노이드 작동 펄스를 공급하는 제2 전류 공급 제어기;

한 쌍의 솔레노이드 작동 펄스를 나타내는 상기 제1 솔레노이드 작동 펄스와 상기 제2 솔레노이드 작동 펄스 사이의 상기 시간 간격을 변화시키도록 동작하는 타이머; 및

상이한 펄스의 쌍들의 비교에 기초하여, 상기 밸브의 상기 제2 상태로부터 상기 제1 상태로의 복귀를 표시하는 특성을 검출하는 검출기

를 포함하고,

상기 제1 상태에서 상기 제2 상태로의 이동은 상기 밸브의 이동 시간을 규정하며,

상기 시간 간격 동안에 상기 밸브는 상기 제1 상태로 복귀하는,

제어기.