KR20090005036A - 분사 장치의 작동 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압전 제어된 분사 밸브들을 구비한 분사 장치의 작동 방법, 특히 내연 기관의 분사 장치의 작동 방법에 관한 것이며, 폐쇄 상태에서는 분사 밸브들이 기본 전압에 의해 작동되고 개방을 위해서는 바닥 전압에 의해 작동된다. 각각의 분사 밸브를 위한 바닥 전압은 개별적으로 조절된다.

분사 장치, 압전 제어, 분사 밸브, 기본 전압, 바닥 전압

Description

분사 장치의 작동 방법 {METHOD FOR OPERATING AN INJECTION SYSTEM}

본 발명은 압전 제어된 분사 밸브들을 구비한 분사 장치, 특히 내연 기관의 분사 장치의 작동 방법 및 제어 장치에 관한 것이며, 폐쇄 상태에서는 분사 밸브들이 기본 전압(base voltage)에 의해 작동되고 개방을 위해서는 바닥 전압(bottom voltage)에 의해 작동된다.

이러한 유형의 분사 장치는 커먼 레일 분사 장치라 불리며, 디젤 엔진에서뿐만 아니라 가솔린 엔진에서도 사용된다. 상기 분사 장치는 통상적으로 내연 기관의 실린더마다 각각 압전 분사 밸브를 포함한다.

특히 가솔린 엔진의 층별 작동에서 소위 최소량은 분사마다 약 1mm³의 영역에서 분사된다. 이러한 경우, 실린더의 압전 분사 밸브들 사이의 분사량 편차는, 배기 가스 품질의 저하와, 더욱 커진 주행 소음으로 인한 주행 쾌적성의 저하에 반영될 정도로 커지는 것으로 나타났다.

본 발명의 목적은 상이한 압전 분사 밸브들 사이의 분사량의 편차를 감소시키기 위한 방법 및 제어 장치를 제공하는 데 있다.

이러한 문제점은 압전 제어된 분사 밸브들을 구비한 분사 장치, 특히 내연 기관의 분사 장치의 작동 방법에 의해 해결되며, 분사 밸브들은 폐쇄 상태에서는 기본 전압에 의해 작동되고 개방을 위해서는 바닥 전압에 의해 작동되며, 각각의 분사 밸브를 위한 바닥 전압은 개별적으로 조절된다. 상기 바닥 전압은 기본 전압에 비해 더 낮은 전압값이며, 분사시 최소량을 달성하기 위해 압전 분사 밸브의 압전 소자에 인가되는 전압은 일시적으로 상기 전압값으로 강하된다.

바람직하게, 각각의 분사 밸브를 위한 바닥 전압은 바닥 전압의 평균값과, 분사 밸브를 위한 개별 보정값으로부터 결정된다. 바닥 전압의 평균값(내연 기관의 다수 압전 분사 밸브에 대한 평균값)은 예를 들어 설정 분사량과, 제어 장치 내에 저장된 관련 평균 바닥 전압으로부터 결정될 수 있다. 이러한 경우, 평균 바닥 전압은 예를 들어 다수의 압전 분사 밸브들에 대한 시험으로서 결정될 수 있고, 유형별 값으로서 제어 장치 내에 저장될 수 있다.

바람직하게, 보정값은 보정 계수를 포함하며, 각각의 분사 밸브를 위한 바닥 전압은 보정 계수가 곱해진 바닥 전압의 평균값으로부터 결정된다. 대안적으로 또는 부가적으로, 보정값은 오프셋을 포함할 수 있으며, 각각의 분사 밸브를 위한 바닥 전압은 오프셋이 가산된 바닥 전압의 평균값으로부터 결정될 수 있다.

보정값은 작동점 별로 특유의 값을 지니며, 즉 상이한 보정값들(보정 계수 또는 오프셋)은 바닥 전압의 상이한 평균값을 위해 (그리고 이에 따라 상이한 설정 분사량을 위해) 제어 장치 내에 저장될 수 있다.

도입부에 언급된 문제점은, 프로그램이 컴퓨터 내에서 실행될 때, 본 발명에 따른 방법에 따라 모든 단계들의 실시를 위한 프로그램 코드를 구비한 컴퓨터 프로그램에 의해 해결되고, 분사 장치, 특히 내연 기관의 분사 장치의 작동을 위한 제어 장치에 의하여 해결되며, 상기 분사 장치는 압전 제어된 분사 밸브들을 구비하며, 분사 밸브들은 폐쇄 상태에서는 기본 전압에 의해 작동되고 개방을 위해서는 바닥 전압에 의해 작동되며, 각각의 분사 밸브를 위한 바닥 전압은 개별적으로 조절되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예는 첨부된 도면에 의해 이후 더 상세히 설명된다.

도1은 압전 분사 밸브에서 시간에 대한 전압의 그래프이다.

도2는 다수의 압전 분사 밸브를 위한 바닥 전압에 대한 분사량의 그래프이다.

도3은 상기 방법의 진행 순서도이다.

도1은 시간(t)에 대한 압전 분사 밸브의 제어 전압(U_An)을 도시한다. 제어 전압(U_An)은 V값으로 기술되고, 시간(t)은 마이크로 초(μs)로 도시된다. 제어 전압(U_An)은 압전 소자에 인가되는 전압이다. 본 실시예에서는, 직접적인 니들을 구비한 압전 분사 밸브(압전 인젝터), 즉 밸브 니들이 직접적으로 압전 엑츄에이터에 의해 동작을 취하는 압전 분사 밸브에 관한 것이다. 니들이 직접 제어되는 경우, 노즐 니들은 직접적인 제어 요소에 의해 능동적으로 제어되어 동작을 취한다. 제 어 요소는 유압식 커플러에 의해 노즐 니들을 직접 제어하는 압전식 엑츄에이터이다.

도1에는, 소위 최소량을 달성하기 위한 상기 유형의 압전 분사 밸브의 제어가 도시된다. 최소량은 예를 들어 가솔린 엔진의 사전 분사시 성층 분사된다. 분사 과정은 일정한 기본 전압(U_Ba)이 예를 들어, 190V로부터 소위 바닥 전압(U_Bo)으로 강하됨으로써 실시된다. 분사량은 기본 전압(U_Ba)과 바닥 전압(U_Bo) 사이의 차이에 의해 좌우된다. 바닥 전압(U_Bo)은 도1의 본 실시예에서 일정하게 38마이크로 초(μs)인 유지 시간(t_H) 동안 일정하게 유지되고, 유지 시간의 종료 후, 기본 전압(U_Ba)으로 재상승한다. 예를 들어 30, 50, 70V의 상이한 바닥 전압(U_Bo)을 사용하는 3개의 전압 그래프가 도1에 도시된다. 기본 전압(U_Ba)으로부터 바닥 전압(U_Bo)으로의 전압 강하시(grad 1) 전압의 기울기(ΔU/Δt)와, 바닥 전압(U_Bo)으로부터 기본 전압(U_Ba)으로의 전압 상승시(grad 2) 전압의 기울기(ΔU/Δt)는 주로 압전 소자의 제어를 위한 드라이버 단의 변위 전류와, 압전 소자의 정전 용량에 의해 결정되므로, 상이한 값들을 취할 수 있다. 따라서 최소량을 달성하기 위한 분사량은 바닥 전압(U_Bo)의 조절에 대해서만 구현되며, 즉 기본 전압(U_Ba)은 일정하게 유지되고 바닥 전압(U_Bo)의 변화에 의해서만 양이 조절된다. 기본 전압(U_Ba)으로부터 바닥 전압(U_Bo)으로 하강하는 플랭크와, 유지 시간(t_H)과, 바닥 전압(U_Bo)으로부터 기본 전 압(U_Ba)으로 상승하는 플랭크의 합은 이 경우에 최소로 유지된다. 기본 전압(U_Ba)과 바닥 전압(U_Bo) 사이의 전압차는 바닥 전압(U_Bo)의 상승에 의해 더 작아지며, 전체 제어 시간 즉, 기본 전압(U_Ba)으로부터 바닥 전압(U_Bo)을 향한 감소의 시작으로부터, 바닥 전압(U_Bo)으로부터 기본 전압(U_Ba)에 재도달하는 시간 범위는 감소되는데, 이는 분사량의 감소를 유도한다. 바닥 전압(U_Bo)은 사전 분사가 완전히 사라질 때까지, 즉 분샤량이 거의 0이 될 때까지 상승될 수 있다. 따라서 분샤량은 일정한 기본 전압(U_Ba)과, 일정한 유지 시간(t_H)과, 전압 강하 및 전압 상승시의 일정한 전압 기울기에서 오로지 바닥 전압(U_Bo)에만 좌우된다. 따라서, 분사 밸브를 위한 분사량은 오로지 단 하나의 변수, 바닥 전압(U_Bo)에만 좌우되는 것임을 알 수 있다.

도2에는 EV1 내지 EV4로 표시되는 다수의 분사 밸브들을 위해, V값으로 표시되는 바닥 전압(U_Bo)에 대해 분사 과정당 세제곱 밀리미터(mm³/H)로 (분사 과정은 여기서 행정의 "H"로 약어 표기.) 분사량(Q)이 도시된다. 이를 위해 PDN25B 타입의 4개의 동일한 인젝터들은 정확히 190V의 일정한 기본 전압(U_Ba)에서, 상이한 바닥 전압(U_Bo)에 의해 작동되었으며, 각각의 달성된 분사량(Q)은 분사 과정(H) 당 세제곱 밀리미터로 측정되었다. 바닥 전압은 2개의 V 증가 함수로 증가되었다. 각각의 분사 과정을 위한 50의 분사량(Q)은 각각의 증가 함수에서 측정되었다. 이로 부터, 한편으로 (인젝터로서도 표시되는) 각각의 압전 분사 밸브를 위한 행정/행정 편차가 결정되었고, 다른 한편으로 개별 압전 분사 밸브들 사이의 편차(E_X/E_X)가 결정되었다. 행정/행정 편차 곡선들은 도2의 하부 영역에 도시되고 H/H로 표시되며, E_X/E_X 편차는, 이에 대해 EV1 내지 EV4로 표시된 곡선들로부터 판독될 수 있다. 도2로부터 한편으로, 증가하는 바닥 전압(U_Bo)에 의해 분사량이 감소하는 것을 알 수 있으며, 다른 한편으로, 관찰된 분사 밸브들 사이의 편차가 비교적 크다는 것을 알 수 있다. 행정/행정 편차가 비교적 적으므로 작용시 이는 무시될 수 있다. 반면, 시험에 사용되는 동일한 타입의 압전 분사 밸브들의 바닥 전압(U_Bo)에 대해 EV1 내지 EV4로 표시된 분사량(Q) 곡선은 현저히 더 높다. 도2의 예시에서, 분사 당 세제곱 밀리미터의 분사량을 위한 압전 분사 밸브(1)는 86V의 바닥 전압(U_Bo)을 필요로 하고, 이에 반해 압전 분사 밸브(4)는 동일한 분사량을 위해 97V의 바닥 전압(U_Bo)을 필요로 한다. 두 개의 서로 다른 압전 분사 밸브들(2, 3)은 이를 위해 약 91V의 전압을 필요로 한다. 또한 여기서 인젝터의 동일한 분사량을 달성하기 위한 전압 영역(dU)은 11V이다. 여기서 내연 기관의 모든 압전 분사 밸브들(1 내지 4)이 정확히 91V의 동일한 평균 바닥 전압(U_Bo)에 의해 작동되는 경우, 여기서 4개 압전 분사 밸브를 위한 분사량의 편차는 0.8mm³/H가 된다. 압전 분사 밸브(1)는 91V의 바닥 전압에서 약 0.8mm³/H의 분사량을 달성하고, 압전 분사 밸브(4)는 91V의 바닥 전압(U_Bo)에서 약 1.6mm³/H의 분사량을 달성한다. 상이한 실린더 내로의 사전 분사량에 있어서 상기 유형의 차이들은 방출의 상승을 유도한다. 최소량을 위해 압전 분사 밸브를 제어 장치 측에서 동등하게 설정하기 위해, 상이한 인젝터들의 바닥 전압(U_Bo)은 인젝터별로 보정된다. 상기 보정은 계수(K_Bo) 또는 오프셋(C_Bo)에 의해 실시된다. 1mm³/H의 설정 분사량(목표 분사량)(Q)과 800바아의 레일 압력을 사용하는, 예시로서 선택되는 작동점에서, 4개의 압전 분사 밸브의 평균 바닥 전압(U_{Bo_M})은 91V이다. 도2로부터 직접 알 수 있는 바와 같이, 압전 분사 밸브(1)를 위한 바닥 전압은 분사 과정당 세제곱 밀리미터의 설정 분사량(Q)에서 87V이므로, 요구되는 87V의 바닥 전압(U_Bo)에 도달하기 위해 바닥 전압(U_{Bo _M})의 평균값은 0.9451의 계수로 영향을 받는다. 이는 평균 바닥 전압을 위해 -5V의 오프셋(C_Bo)에 상응한다. 도2의 예시에서, 압전 분사 밸브(4)는 1mm³/H를 구현하기 위해 더 높은 바닥 전압(U_Bo)이 필요하고, 따라서 1보다 큰 계수의 영향을 받아야 한다. 계수는 일반적으로 하기와 같이 산출된다.

K_Bo = U_요구/U_평균

U_요구는 설정 분사량의 달성을 위해 요구되는, 각각의 압전 분사 밸브에서의 바닥 전압이다. U_평균은 설정 분사량의 달성을 위해 요구되는, 모든 압전 분사 밸브에 대해 평균화된 바닥 전압이다. 도2의 예시에서, 압전 분사 밸브를 위해 필요한 바닥 전압(U_{Bo _4})은 1mm³/H의 분사량을 위해 97V, 즉 U_요구 = 97V이다. 평균 바닥 전압(U_평균)은 91V이며, 이로부터 압전 분사 밸브(4)를 위한 1.066의 보정 계수(K_{Bo _4})가 발생한다. 압전 분사 밸브(4)를 위한 오프셋 전압은 6V이다. 상기 인젝터별 보정이 사용되는 경우, 인젝터들은 제어 장치 측에서 동등하게 설정되는데, 이는 사전 분사량의 E_X/E_X 편차의 감소를 유도한다.

분사 과정당 세제곱 밀리미터의 설정 분사량(Q)의 예시에서 설명된, 보정 계수(K_Bo) 또는 전압 오프셋(C_Bo)의 결정은 각각의 개별 작동점을 위하여 별도로 이루어져야 한다. 이를 위하여, 예를 들어 작동점들은, 최소량을 위해 사용되어, 동등한 설정을 위해 고려되는 분사 당 분사량의 영역에서, 각각 단계별로 관찰될 수 있을 것이다. 예를 들어 분사 과정당 0.1mm³의 단계를 갖는 분사 과정당 0.4mm³와 분사 과정당 3mm³ 사이의 설정 분사량의 영역에서, 개별 인젝터들을 위한 보정값들이 결정될 수 있다. 이 경우, 보정값들은 예를 들어 특성 영역의 표로서 제어 장치 내에 저장된다.

대안적으로, 일정한 보정값을 전체 영역에 대해 결정하는 것도 가능하다. 이를 위해, 전술한 바와 같이 하나의 영역에 대한 보정값들로부터 결정되는 하나의 평균 보정값이 결정되거나, 예를 들어 도2에 설명되는 바와 같이, 오로지 하나의 동작점에서의 보정값이 전체 영역을 위해 사용될 수 있다. 이 경우 다수의 작동점 별 값들을 갖는 표 대신, 각각의 압전 분사 밸브를 위한 개별 값이 사용될 수 있 다.

도3은 관련 작업 방법의 진행 다이어그램을 도시한다. 우선 분사 과정당 설정 분사량(Q_설정)은 단계(101)에서 결정된다. 이러한 값은 예를 들어 작동점 별로 내연 기관의 제어 장치에서 제공될 수 있다. 이어서, 모든 압전 분사 밸브들의 평균 바닥 전압을 위한 평균값(U_{Bo _M})은 단계(102)에서 결정된다. 평균값은 압전 분사 밸브의 생산 라인을 위해 평균 설정값으로서 저장될 수 있으며, 상기 평균 설정값은 구조상 동일한 대량의 압전 분사 밸브에 대한 평균값을 나타낸다. 이어서, 각각의 압전 분사 밸브를 위한 개별 보정 계수(K_Bo)는 단계(103)에서 결정된다. 여기서 지수(n)는 이러한 값이 각각의 개별 압전 분사 밸브를 위해 각각 개별적으로 결정된다는 것을 분명히 해야 한다. 상기 값들은 예를 들어 메모리에 저장되는 하나의 표로부터 취할 수 있다. 이어서, 단계(104)에서는, 각각의 압전 분사 밸브(n)를 위한 바닥 전압의 값이 분사 밸브 별 고유의 계수(K_{Bo_(n)})와 평균 바닥 전압(U_{Bo_M})의 곱으로써 결정된다. 상기 계수들(K_{Bo _(n)}) 대신, 여기서 상응하게 오프셋(C_Bo)도 결정될 수 있다.

Claims (7)

1. 압전 제어된 분사 밸브들을 구비한 분사 장치의 작동 방법, 특히 내연 기관의 분사 장치의 작동 방법이며, 폐쇄 상태에서는 분사 밸브들이 기본 전압(U_Ba)에 의해 작동되고 개방을 위해서는 바닥 전압(U_Bo)에 의해 작동되는 분사 장치의 작동 방법에 있어서,

   각각의 분사 밸브를 위한 바닥 전압(U_Bo)은 개별적으로 조절되는 것을 특징으로 하는 분사 장치의 작동 방법.
2. 제1항에 있어서, 각각의 분사 밸브를 위한 바닥 전압(U_Bo)은 바닥 전압(U_Bo)의 평균값으로부터, 그리고 분사 밸브를 위한 개별 보정값(K_Bo)으로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 분사 장치의 작동 방법.
3. 제2항에 있어서, 보정값(K_Bo)은 보정 계수를 포함하며, 각각의 분사 밸브를 위한 바닥 전압(U_Bo)은 보정 계수(K_Bo)가 곱해진 바닥 전압(U_Bo)의 평균값으로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 분사 장치의 작동 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 보정값(K_Bo)은 오프셋(C_Bo)을 포함하며, 각각의 분사 밸브를 위한 바닥 전압은 오프셋(C_Bo)에 의해 가산된 바닥 전압(U_Bo)의 평균값으로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 분사 장치의 작동 방법.
5. 제1항 또는 제4항 중 한 항에 있어서, 보정값은 작동점 별로 특유의 값을 지니는 것을 특징으로 하는 분사 장치의 작동 방법.
6. 프로그램이 컴퓨터에서 실행될 때, 제1항 내지 제5항 중 한 항에 따른 모든 단계들의 실시를 위한 프로그램 코드를 구비한 컴퓨터 프로그램.
7. 압전 제어된 분사 밸브들을 구비한 분사 장치의 작동을 위한 제어 장치, 특히 내연 기관의 분사 장치의 작동을 위한 제어 장치이며, 폐쇄 상태에서는 분사 밸브들이 기본 전압(U_Ba)에 의해 작동되고 개방을 위해서는 바닥 전압(U_Bo)에 의해 작동되는 분사 장치의 작동을 위한 제어 장치에 있어서,

   각각의 분사 밸브를 위한 바닥 전압(U_Bo)은 개별적으로 조절되는 것을 특징으로 하는 분사 장치의 작동을 위한 제어 장치.

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