KR20110030377A - 펄스폭변조에 의해서 자동차 내의 발열체를 작동하는 방법 - Google Patents

펄스폭변조에 의해서 자동차 내의 발열체를 작동하는 방법 Download PDF

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KR20110030377A
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보그와르너 베루 시스템스 게엠바흐
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Abstract

본 발명은 펄스폭변조에 의해서 자동차 내의 발열체를 작동하는 방법에 관한 것으로, 희망하는 출열(heating output)을 획득하기 위하여 듀티 사이클을 조정함으로써 보상되는 전원 전압에서의 요동을 갖는 펄스폭변조에 의해서 자동차 내의 발열체를 작동하는 방법에서, 한 주기 전압펄스 동안에 상기 발열체에 존재하는 전압 및/또는 발열체를 통해 흐르는 전류는 지정된 간격에서 측정되며, 그것으로부터 결정된 측정값이나 값들은 상기 전압 펄스에 의하여 상기 발열체에 넣어지는 에너지를 갖으며 올라가는 합산값을 계산하기 위하여 합해지고, 상기 합산값이 목표값에 도달했을 때 상기 전압 펄스는 아무리 늦어도 끝나는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 본 발명에 의한 방법을 수행하기 위한 예열 플러그 제어기에 관한 것도 개시한다.

Description

펄스폭변조에 의해서 자동차 내의 발열체를 작동하는 방법{Method for Operating a Heating Element in a Motor Vehicle by Pulse Width Modulation}
본 발명은 펄스폭변조에 의해서 자동차 내의 발열체를 작동하는 방법에 관한 것으로, 공급 전압에서의 요동은 희망하는 출열(heating output)을 획득하기 위하여 듀티 사이클을 조정함으로써 보상(compensate)된다.
그러한 방법은 DE 10 2006 010 081 A1에 개시되어있다. 공지된 방법에서, 전압 펄스를 갖는 한 주기 동안에 예열 플러그에 넣어지는 에너지는 예열 플러그의 희망하는 목표 온도의 함수로서 설정되고, 해당하는 펄스 나비(pulse duration)는전류 주기에 대한 전류 공급전압이 고려되는 동안에 지정된다. 전류 및 전압을 측정함으로써, 전압 펄스 동안에 전해지는 실제의 열에너지가 결정되고, 에너지 결손 또는 에너지 과잉은 다음 주기들 중의 하나 동안에 보상된다.
공지된 방법은 예열 플러그의 온도를 최적의 점화 가동(ignition behavior)을 가능하게 하는 작동 온도로 조절하는데 사용될 수 있다. 희망하는 작동 온도를 유지하기 위하여 요구되는 에너지를 시간 평균(time average)에 펄스폭변조를 거쳐 예열 플러그에 넣음으로써, 점화 가동에 악영향을 초래하는 온도의 하락 및 예열 플러그의 조기 파손을 초래하는 과열은 해소될 수 있다.
본 발명의 목적은 장기의 사용 연한을 갖는 예열 플러그를 구비한 디젤 엔진의 최적의 점화 가동을 위해서 어떻게 예열 플러그의 제어가 개선될 수 있는가의 방법을 개시하는 데 있다.
본 발명의 목적은 특허청구범위 제1항의 특징을 구비한 방법에 의해서 실현된다. 본 발명의 부가적인 이점은 종속항에 개시되어 있다.
본 발명에 의한 방법은 공급 전압의 상승이 전압 펄스 동안에 발열체의 과열을 초래하는 것을 방지한다. 본 발명에 의하면, 전압 펄스 동안에 넣어지는 에너지는 결정되고 관찰되어서, 만일 공급 전압의 상승이 발생한다면 전압 펄스가 짧아질 수 있도록 한다. 발열체의 온도에서 자동차 전기 시스템 전압의 요동의 영향은 이러한 방법으로 감소될 수 있다. 바람직하게 본 발명에 의한 방법은 디젤 엔진의 점화 가동의 손상 없이도 예열 플러그의 가용 연한을 증가시킬 수 있다.
본 발명에 따른 방법에 의하면, 한 주기 전압 펄스 동안 전압 펄스에 의해서 발열체에 넣어지는 에너지의 결과로서 증가하는 합산값이 결정된다. 합산값은 전압 펄스에 의해서 발열체에 넣어지는 에너지의 적당한 결과를 도출한다. 상기 합산값을 결정하기 위하여, 발열체에 존재하는 전압 및/또는 발열체를 통해 흐르는 전류는 연속적으로 측정되며, 그것으로부터 결정된 측정값 또는 값들은 합산된다. 전압펄스는 늦어도 합산값이 목표값에 도달하였을 때 종료되며, 희망하는 출열양(quantity of the heating output)의 함수(function)로서 제어기에 의하여 명시될 수 있다.
한 주기 전압 펄스 동안에 넣어지는 에너지는 펄스가 지속 되는 동안에 발열체에 존재하는 전압 및 발열체를 통해 흐르는 전류로 형성된 생산물의 적분(integral)에 의하여 정의된다. 한 주기 펄스 동안에 도입되는 에너지 E는 E=∫U·Idt이며, U는 발열체에 존재하는 전압이며, I는 발열체를 통해 흐르는 전류이다. 전압 펄스의 시작과 전압 펄스의 끝은 적분의 통합(integration) 한계로서 선택된다.
이러한 적분 및 넣어지는 에너지는 합산값에 의하여 계산될 수 있으며, 전류 및 전압으로 형성된 생산물은 일련의 어떤 시점에서 계산되고 합산된다. 한 주기 전압 펄스 동안 발열체의 전기 저항을 상수라고 추정함으로써, 한 주기 전압 펄스 동안 발열체에 넣어지는 에너지는 일련의 측정값의 제곱이 합산된다는 점에서 발열체에 존재하는 전압의 일련의 측정값 또는 발열체를 통해 흐르는 전류의 일련의 측정값에 기초하여 결정될 수 있다. 한 주기 전압펄스 동안 발열체에 넣어지는 에너지에 대하여, 다소 덜 정확하지만 실용적인 목적에서는 여전히 충분한 근사치가 발열체에 존재하는 전압의 일련의 측정값을 결정하고 개개의 전압값들을 합산하거나, 발열체를 통해 흐르는 일련의 전류를 결정하고 개개의 전류값들을 합산한다.
본 발명에 의한 방법에서, 전압 펄스는 바람직하게는 합산값이 목표값에 도달할 때까지 종료되지 않는다. 이러한 방법에서는 발열체에 넣어지는 에너지가 목표값에 상응할 때 전압 펄스가 종료하는 것이 가능하다.
예열 플러그의 과열은 꽤 낮은 작동 온도보다 더욱 해롭기 때문에, 본 발명에 의한 방법은 제어기가 합산값을 위한 목표값 및 합산값이 목표값에 도달하거나 최대 펄스 나비가 도달하자마자 종료되는 펄스 및 개개의 펄스를 위한 최대 펄스 나비(maximum pulse duration)를 명시한다는 점에서 사용될 수 있다. 이러한 과정에서, 전압 펄스는 희망하는 에너지의 양보다 적게 발열체 안으로 넣어질 수 있다. 발생할 가능성이 있는 결손은 차후의 전압 펄스에 의하여 보상될 수 있고, 그리하여 발열체의 냉각 잠재력은 대체적으로 오래가지 못한다.
본 발명에 의한 방법에서, 측정은 수행되고, 이는 발열체에 존재하는 전압 및/또는 발열체를 통해 흐르는 전류가 한 펄스 동안 최소 2번, 바람직하게는 최소 4번, 1000분의 1초당 측정되는 것을 의미한다. 한 주기의 전압 펄스 동안 바람직하게는 최소한 10번의 측정이 수행되며, 특별히 바람직하게는 최소 20번, 가장 바람직하게는 최소 50번 수행된다. 이는 합산값이 바람직하게는 최소 10, 특별히 바람직하게는 최소 20, 가장 바람직하게는 최소 50의 피갓수(summands)를 합산함으로써 계산됨을 의미한다.
발열체에 존재하는 전압을 지속적으로 측정함으로써, 일련의 전압값은 발생될 수 있다. 발열체를 통해 흐르는 전류를 지속적으로 측정함으로써, 일련의 전류값은 발생될 수 있다. 전압값은 동일한 어떤 시점에 대하여 전류값으로서 발생될 수 있으나 이것이 절대적으로 필요한 것은 아니다. 합산값을 계산하기 위하여, 생산물은 전압값 및 시간적으로 그것에 근접한 전류값으로 형성될 수 있다.
본 발명에 의한 방법은 공급 전압의 상승이 전압펄스 동안에 발열체의 과열을 초래하는 것을 방지한다. 본 발명에 의하면, 전압펄스 동안에 넣어지는 에너지는 결정되고 관찰되어서, 만일 공급 전압의 상승이 발생한다면 전압펄스가 짧아질 수 있도록 한다. 발열체의 온도에서 자동차 전기 시스템 전압의 요동의 영향은 이러한 방법으로 감소될 수 있다. 바람직하게 본 발명에 의한 방법은 디젤 엔진의 점화가동의 손상 없이도 예열 플러그의 가용 연한을 증가시킬 수 있다.
본 발명에 따른 방법에 의하면, 한 주기 전압 펄스 동안 전압 펄스에 의해서 발열체에 넣어지는 에너지의 결과로서 증가하는 합산값이 결정된다. 합산값은 전압 펄스에 의해서 발열체에 넣어지는 에너지의 적당한 결과를 도출한다. 상기 합산값을 결정하기 위하여, 발열체에 존재하는 전압 및/또는 발열체를 통해 흐르는 전류는 연속적으로 측정되며, 그것으로부터 결정된 측정값 또는 값들은 합산된다. 전압펄스는 늦어도 합산값이 목표값에 도달하였을 때 종료되며, 희망하는 출열양(quantity of the heating output)의 함수(function)로서 제어기에 의하여 명시될 수 있다.
본 발명은 본 발명에 의한 방법을 수행하기 위하여 설치되는 예열 플러그 제어기에 관하여도 부가적으로 개시한다.
본 발명의 이점과 보다 상세한 설명은 후술하는 도면을 참고하여 바람직한 실시 예에 의하여 개시된다.
도 1은 스위치를 거쳐 자동차의 자동차 전기 시스템과 연결된 제어기 및 예열 플러그의 도해도를 도시한다.
도 2는 자동차 전기 시스템 전압 곡선의 실시 예를 나타낸다.
도 3은 도 1에 도시된 전압곡선에 대한 전류 세기의 측정값의 실시 예를 나타낸다.
도 4는 도 3에 도시된 전류값으로부터 계산된 합산값의 전개도(development)를 나타낸다.
도 1은 스위치(5)를 거쳐 자동차의 자동차 전기 시스템에 연결된 예열 플러그의 발열 저항체(R)의 도해도이다. 스위치는 예를 들어서 마이크로 컨트롤러 또는 마이크로 프로세서로 구성될 수 있는 예열 플러그 제어기(1)에 의하여 작동된다. 스위치(5)는 반도체 전원 스위치이며, 바람직하게는 MOSFET과 같은 전기장효과 트랜지스터이다. 스위치(5)는 제어 라인(2)을 거쳐 예열 플러그 제어기(1)에 연결된다. 예열 플러그 제어기(1)는 발열체(R)를 통해 흐르는 전류를 측정한다. 상응하는 전류 신호는 신호라인(3)을 거쳐 예열 플러그 제어기(1)에 이용될 수 있다. 예열 플러그 제어기(1)는 발열체(R)에 존재하는 전압을 또한 측정한다. 상응하는 전압 신호는 신호라인(4)를 거쳐 예열 플러그 제어기(1)로 이용될 수 있다. 예열 플러그의 발열체(R)와 예열 플러그 제어기(1) 둘 다 적당한 라인에 의해서 그라운드(ground)에 연결된다.
자동차의 자동차 전기 시스템 전압 및 발열체의 공급전압은 일반적으로 상당한 요동(fluctuation)에 종속된다. 도 2는 시간(t)의 함수로서 자동차 전기 시스템 전압(U)의 곡선을 나타낸 실시 예의 도해도이다. 만일 시간 t1 시점에서 스위치(5)가 닫히면, 전류는 발열체(R)를 통해 흐르기 시작한다. 예열 플러그 제어기(1)는 지속적으로 발열체(R)를 통해 흐르는 전류(I)의 세기를 측정함으로써 전류(I)의 일련의 측정값들인 I(t1), I(t2) 내지 I(tn)을 발생시킨다.
도 3은 도 2에서 도시된 자동차 전기 시스템 전압의 곡선에 대한 일련의 전류 값들인 I(t1), I(t2) 내지 I(tn)의 실시 예를 나타낸 도해도이다. 도 3에 도시된 바와 같은 전류 값들은 상수 시간 간격(△t)에서 같은 거리에서 측정된다. 측정된 값들은 계산에 더 나아가기 전에 여과되거나 고정되어 처리될 수 있다.
한 주기 전압 펄스 동안에, 예열 플러그 제어기(1)는 발열체에 존재하는 전압을 측정하며 그리하여 일련의 전압값들인 U(t1), U(t2) 내지 U(tn)을 발생시킨다. 원칙적으로는 측정 전압값의 곡선은 전류 및 전압이 옴의 법칙에 의하여 연결되기 때문에 도 3에 도시된 전류값의 곡선과 일치한다.
지속적으로 측정된 전압 및 전류값들로부터, 예열 플러그 제어기(1)는 전압 펄스에 의해서 발열체(R)에 넣어지는 에너지를 나타내는 합산값을 결정한다. 시간 t1 내지 tn 시점에서 측정된 일련의 전류값들 I(t1), I(t2) 내지 I(tn) 및 상응하는 일련의 전압값들 U(t1), U(t2) 내지 U(tn)로부터 합산값 S는
Figure pat00001
로 계산될 수 있으며, n은 측정된 전류 및 전압값의 숫자를 나타내는 정수이고, △t 는 시간적으로 연이은 지점간의 시간 지연을 나타낸다. 왜냐하면, △t 는 제어기에 알려진 상수이고, 이는 합산값의 계산에서 무시될 수 있으며 대신에 목표값을 설정하는 계산에 넣어질 수 있다.
대안적으로 시간 tn 시점까지 넣어지는 에너지를 나타내는 합산값은
Figure pat00002
,
Figure pat00003
,
Figure pat00004
or
Figure pat00005
에 비례하여 계산될 수 있다.
도 4는 도 2 및 도 3에 대한 전류 및 전압값들 U(ti)·I(ti)로 형성된 생산물의 집적에 의하여 생산된 합산값(S)의 곡선을 나타낸다. 합산값(S)이 목표값(SSOLL)에 도달하자마자, 전류 펄스는 종료된다. 목표값(SSOLL)은 희망하는 출열(heating output)의 변수의 함수로서 예열 플러그 제어기(1)에 의하여 명시된다. 예열 플러그 제어기(1)는 작동하는 동안에 상술한 방법을 수행하는 프로그램이 저장된 메모리를 포함한다.
도 1에 도시된 바람직한 실시 예에 의하면, 전압 펄스 동안 시간 평균(time average)에서 발열체(R)에 존재하는 공급 전압은 전압 펄스가 시작하기 전에 시간 t0 시점에서의 공급전압보다 높다. 그러므로, 목표값에 상응하여 발열체 안으로 넣어지는 에너지양을 갖는 펄스 나비(pulse duration)는 시간 t0 시점에서 이용 가능한 자동차 전기 시스템 전압에 기초하여 계산되며, 획득된 펄스 나비는 매우 길 것이다. 도 2 내지 도 3에서, 시간 t0 시점에서 이용 가능한 자동차 전기 시스템 전압에 기초하여 계산된 펄스 나비는 시간 te 시점에 의하여 표시된다. 시간te 시점은 합산값이 명시된 목표값에 이미 도달하는 시점인 시간 tn 시점보다 상당히 늦어서 전압 펄스는 종료된다. 전압 펄스는 전압 펄스의 시작 전에 시간 t0 시점에서 이용가능한 자동차 전기 시스템 전압에 기초하여 기대되는 것보다 시간 주기 td 만큼 짧다.
이러한 방법으로, 상술한 방법은 펄스가 시작되기 전에 전압 펄스의 예측되는 펄스 나비를 계산하기 위하여 사용될 수 있다. 전압 및 전류의 각 측정과정 후에, 합산값은 갱신된다. 상기 합산값에 근거하여, 목표값에 관하여 남아있는 차이(difference)는 결정될 수 있고 그렇게 함으로써 예측되는 펄스 나비는 보정될 수 있다.
도시된 바람직한 실시 예에 의하면, 전류값 및 전압값은 125 마이크로 초의 간격에서 측정된다.
스위치(S)가 두 번 작동되는 동안의 시간 간격의 지속(duration)인 펄스폭변조의 주기는 예를 들어서 15 밀리세컨드(milliseconds) 내지 30 밀리 세컨드이다.
1 : 예열 플러그 제어기 2 : 제어라인
3 : 신호라인 4 : 신호라인
5 : 스위치 I : 전류
U : 전압 S : 합산값
R : 발열체 t : 시간

Claims (13)

  1. 희망하는 출열(heating output)을 획득하기 위하여 듀티 사이클을 조정함으로써 보상되는 전원 전압에서의 요동을 갖는 펄스폭변조에 의해서 자동차 내의 발열체를 작동하는 방법에 있어서,
    한 주기 전압펄스 동안에 상기 발열체에 존재하는 전압 및/또는 발열체를 통해 흐르는 전류는 지정된 간격에서 측정되며,
    그것으로부터 결정된 측정값이나 값들은 상기 전압 펄스에 의하여 상기 발열체에 넣어지는 에너지를 갖으며 올라가는 합산값을 계산하기 위하여 합해지고,
    상기 합산값이 목표값에 도달했을 때 상기 전압 펄스는 아무리 늦어도 끝나는 것을 특징으로 하는 펄스폭변조에 의해서 자동차 내의 발열체를 작동하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 합산값은 상기 발열체에 존재하는 전압을 측정하고 측정된 상기 전압값을 합함으로써 결정되는 것을 특징으로 하는 펄스폭변조에 의해서 자동차 내의 발열체를 작동하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 합산값은 상기 발열체에 존재하는 전압을 측정하고 측정된 상기 전압값의 제곱을 합함으로써 결정되는 것을 특징으로 하는 펄스폭변조에 의해서 자동차 내의 발열체를 작동하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 합산값은 상기 발열체를 통해 흐르는 전류를 측정하고 측정된 상기 전류값을 합함으로써 결정되는 것을 특징으로 하는 펄스폭변조에 의해서 자동차 내의 발열체를 작동하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 합산값은 상기 발열체를 통해 흐르는 전류를 측정하고 측정된 상기 전류값의 제곱을 합함으로써 결정되는 것을 특징으로 하는 펄스폭변조에 의해서 자동차 내의 발열체를 작동하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 발열체에 존재하는 전압 및 상기 발열체를 통해 흐르는 전류는 지정된 간격에서 측정되며,
    상기 합산값은 각각 측정된 전류값에 측정된 전압값을 곱하거나 이러한 곱에 의해 얻은 산출값들을 더하여 시간에 대한 전류 및 전압에 의해 형성된 산출값의 적분값으로 계산되는 것을 특징으로 하는 펄스폭변조에 의해서 자동차 내의 발열체를 작동하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발열체는 예열 플러그인 것을 특징으로 하는 펄스폭변조에 의해서 자동차 내의 발열체를 작동하는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발열체에 존재하는 전압 및/또는 상기 발열체를 통해 흐르는 전류는 적어도 10번, 바람직하게는 적어도 20번, 특별하게는 적어도 50번은 한 펄스 동안에 측정되는 것을 특징으로 하는 펄스폭변조에 의해서 자동차 내의 발열체를 작동하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발열체에 존재하는 전압 및/또는 상기 발열체를 통해 흐르는 전류는 1000분의 1초당 적어도 2번, 바람직하게는 4번 측정되는 것을 특징으로 하는 펄스폭변조에 의해서 자동차 내의 발열체를 작동하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    최대 펄스 나비는 각 펄스에 대하여 지정되고, 펄스는 상기 합산값이 상기 목표값에 도달하거나 상기 최대 펄스 나비가 도달되자마자 끝나는 것을 특징으로 하는 펄스폭변조에 의해서 자동차 내의 발열체를 작동하는 방법.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 합산값이 상기 목표값에 도달하였을 때, 전압 펄스는 끝나는 것을 특징으로 하는 펄스폭변조에 의해서 자동차 내의 발열체를 작동하는 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 목표값은 희망하는 출열의 변수의 함수로서 제어기에 의하여 결정되는 것을 특징으로 하는 펄스폭변조에 의해서 자동차 내의 발열체를 작동하는 방법.
  13. 스위치를 작동시키기 위한 제어 출력; 및
    예열 플러그(R)에 존재하는 전압(U) 또는 상기 발열체(R)를 통해 흐르는 전류(I) 를 측정하기 위한 적어도 하나의 신호 입력을 구비하는 예열 플러그 제어기에 있어서,
    작동하는 동안에 상기 예열 플러그 제어기(1)는 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하는 것을 특징으로 하는 예열 플러그 제어기.





KR1020100090518A 2009-09-16 2010-09-15 펄스폭변조에 의해서 자동차 내의 발열체를 작동하는 방법 KR20110030377A (ko)

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