KR20120051672A

KR20120051672A - 내연 기관의 작동 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20120051672A
Application number: KR1020127003103A
Authority: KR
Inventors: 요하네스 베어; 미로스 티키
Original assignee: 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
Priority date: 2009-07-03
Filing date: 2010-05-27
Publication date: 2012-05-22
Also published as: KR101683009B1; US20120097133A1; US8807120B2; WO2011000640A1; DE102009033080B3

Abstract

내연 기관은 유체를 전달하기 위한 하나 이상의 분사 밸브를 포함하며, 이는 전자기식 액츄에이터를 포함한다. 또한, 본 발명은 하나 이상의 주어진 프로파일 변수(PP)로 상기 전자기적 액츄에이터를 격발하기 위한 전류 프로파일을 생성하도록 설계된 최종단 유닛에 관한 것이다. 상기 전자기식 액츄에이터의 자기 회로의 자기 포화가 이루어지면, 배정된 포화 전류(I_sat_mes)가 결정되고, 상기 결정된 포화 전류(I_sat_mes)와 주어진 기준 포화 전류에 따라 하나 이상의 프로파일 파라미터(PP)가 조절된다.

Description

내연 기관의 작동 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR OPERATING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 유체를 계량하기 위한 하나 이상의 분사 밸브를 포함하는 내연 기관을 작동하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 상기 분사 밸브는 전자기식 액츄에이터를 포함한다. 또한, 출력단 유닛은 하나 이상의 프로파일 파라미터로 상기 전자기식 액츄에이터를 동작시키기 위한 전류 프로파일을 발생시키도록 설계되어 있다.

내연 기관에 장착된 자동차에 의한 오염 물질 허용량에 대한 법적 조건이 점점 엄격해짐에 따라, 내연 기관 작동 중 가능한 한 오염 물질의 방출을 낮게 유지할 필요가 있다. 이는 한편으론 내연 기관의 실린더의 개별 연소실에서 공기/연료 혼합물이 연소할 때 발생하는 오염 물질을 저감시킴으로써 이루어질 수 있다. 다른 한편으론, 내연 기관에 배기 가스 후처리 시스템을 사용하는 것으로, 상기 배기 가스 후처리 시스템은 실린더의 개별 연소실에서 공기/연료 혼합물이 연소할 때 발생하는 오염 물질을 무해한 물질로 변환시킨다.

내연 기관은 다양한 작동 모드로 작동될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 거의 화학량론적인 공연비로 균질한 공기/연료 혼합물이 발생될 수 있다. 또한, 내연 기관은 공기/연료 혼합물의 층상 급기에 의해 작동될 수도 있으며, 여기서, 층상 흡기가 점화 액츄에이터 부근에서 이루어짐으로써, 매우 희박한 혼합물이 연소실 내에서 연소될 수 있다.

또한, 동작 사이클 과정 중 연료의 계량은 각각의 실린더와 관련된 복수의 부분 분사로 분할될 수 있다. 작동 변수값은 일반적으로 내연 기관이 어떤 작동 모드로 작동하는지를 결정한다. 작동 모드의 선택 과정에서 적합한 전략은, 한편으론, 오염 물질의 방출을 저감할 수 있도록 할 뿐만 아니라, 다른 한편으론, 내연 기관의 가능한 목표된 효과적인 작동이 보장되도록 한다.

이와 관련하여, 각각의 분사 밸브에 의해 계량되는 각각의 연료량을 정밀하게 계량하는 것이 특히 매우 중요하다. 특히, 각각의 분사 밸브에 의해 계량되어질 필요 연료량이 매우 많은 양으로 확산되어야 한다.

따라서, 예를 들어, 공전에 가까운 작동 모드에서는 극히 적은 양의 연료를 계량하는 것이 가능한 반면, 내연 기관의 전부하(full load)에서는 매우 많은 양의 연료를 계량하는 것이 가능하다.

본 발명이 기초한 목적은 내연 기관의 안정적이면서 정밀한 작동을 가능하게 하는 내연 기관 작동 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적은 독립항의 특징에 의해 구현된다. 본 발명의 유리한 개선예가 종속항에 특징지어져 있다. 본 발명은 유체를 계량하기 위한 하나 이상의 분사 밸브를 포함한 내연 기관 작동 방법과 대응하는 장치에 의해 구별되며, 상기 분사 밸브는 전자기식 액츄에이터를 포함하고, 하나 이상의 미리 규정된 프로파일 파라미터로 상기 전자기식 액츄에이터를 동작시키기 위한 전류 프로파일을 발생시키도록 설계된 출력단 유닛을 갖는다. 상기 전자기식 액츄에이터의 자기 회로의 자기 포화에 도달하면, 배정된 포화 전류가 결정된다. 따라서, 상기 포화 전류는 상기 자기 회로의 포화가 이루어진 바로 그 때 상기 전자기식 액츄에이터의 자기 회로에 흐르는 그 전류이다. 상기 결정된 포화 전류와 미리 규정된 기준 포화 전류에 따라 하나 이상의 프로파일 파라미터가 조정된다. 상기 미리 규정된 기준 포화 전류는 특히 용이하게 미리 결정될 수 있으며, 예를 들어, 메모리에 영구적으로 저장될 수 있다.

내연 기관이 작동중일 때, 확산량과 관련하여 연료를 계량하는 분사 밸브에 대해 만들어진 조건들은 매우 엄격할 수 있다. 예를 들면, 연료의 최소량과 최대량 사이에 15배의 차이가 있을 수 있다. 엄격한 조건은 계량되는 연료의 최소량으로부터 나타날 수도 있다. 이와 관련하여, 특히, 분사 밸브 및 출력단 유닛의 제조 공차가 곤란을 야기한다.

상기 포화 전류를 결정하고, 상기 프로파일 파라미터들 중 하나 이상을 상기 결정된 포화 전류와 기준 포화 전류에 따라 조정함으로써, 특히 용이하게, 특히 하드웨어에 대한 상당한 추가 비용 없이, 각각의 개별 분사기에 대해 제한된 분사량에 대한 전류 프로파일의 정확도 수준의 교차 영향을 보상할 수 있으며, 이에 따라, 특히 계량되는 매우 작은 연료량의 영역에서 양의 정확도를 현저히 개선할 수 있다. 이와 관련하여, 상기 프로파일 파라미터들 중 하나 이상을 상기 결정된 포화 전류와 미리 규정된 기준 포화 전류에 따라 조정함으로써, 적합하고 미리 규정된 방식으로, 특히 심지어 연료가 매우 소량인 경우에도 정밀한 계량을 실시할 수 있다.

유리한 일 개선예에 따르면, 상기 전류 프로파일은 상기 출력단 유닛의 공급 전압에 비해 증가된 드라이버 전압이 상기 전자기식 액츄에이터에 인가되는 급상승 위상(rapid rise phase)을 포함하며, 다양한 액츄에이션 동안, 상기 전자기식 액츄에이터에서 상기 전류의 세트포인트 피크 전류가 변화되고, 상기 급상승 위상 동안 각각의 세트포인트 피크값에 도달하는 시점까지의 각각의 시간 주기가 결정되며, 이러한 방식으로 결정된 각각의 시간 주기들은 밸류 튜플(value tuples)로서 각각의 세트포인트 피크값과 함께 저장되며, 상기 포화 전류가 상기 결정된 밸류 튜플에 따라 결정된다.

이는, 특히, 내연 기관이 작동중일 때, 세트포인트 피크값이 변화될 수 있는 출력단 유닛의 경우에서, 특히 단순하고 정밀한 포화 전류의 결정을 가능하게 한다. 다른 유리한 개선예에 따르면, 제 1 근사 직선(approximation straight line)이 그 세트포인트 피크값이 미리 규정된 제 1 역치 아래인 밸류 튜플에 따라 결정되고, 제 2 근사 직선이 그 세트포인트 피크값이 상기 제 1 역치보다 더 큰 미리 규정된 제 2 역치 위인 밸류 튜플에 따라 결정된다. 그 다음, 상기 포화 전류가 상기 제 1 및 제 2 근사 직선의 교차점에 따라 결정된다. 이러한 방식으로, 상기 자기 포화로 인해, 상기 자기 회로의 유도성이 감소되는 현실을 이용할 수 있게 되고, 그에 따라 상기 급상승 위상 동안 전류에서의 상승 구배가 증가하는 상황이 초래된다. 따라서, 2개의 근사 직선과 관련된 절차를 이용하여 포화 전류를 효율적으로 결정하기 위한 절차를 실시할 수 있으며, 이러한 절차는 연산 기술로 특히 용이하게 실시될 수 있다.

이와 관련하여, 상기 근사 직선들이 최소오차자승법(least square error method)에 따라 회귀법으로 결정된다면 특히 유리하다.

다른 유리한 개선예에 따르면, 상기 밸류 튜플을 결정하기 위한 상기 전류의 세트포인트 피크값의 변화는 미리 규정된 활성화 조건이 적용될 때 이루어진다. 이러한 방식으로, 상기 포화 전류를 결정하는 동안 정확도 수준이 증대될 수 있다.

상기 미리 규정된 활성화 조건은 준-화학량론적(quasi-stoichiometric) 공연비를 가진 내연 기관의 균일한 작동 모드를 유리하게 포함할 수 있다. 또한, 상기 미리 규정된 활성화 조건은 준-정상-상태로 작동하는 내연 기관의 공전 모드 또는 부분 부하 작동 모드를 유리하게 포함할 수 있다. 또한, 상기 미리 규정된 활성화 조건은 냉각수 온도 및/또는 오일 온도 및/또는 출력단 유닛 온도가 각각 미리 규정된 적당한 온도 간격에 있는 상태를 유리하게 포함할 수 있다. 이러한 온도 간격은 특히, 응용 단계(application phase)에서, 예를 들어, 경험적으로 또는 모의실험에 의해, 특히, 용이하게 결정될 수 있다.

또한, 분사 밸브의 입력측에 인가되는 유체 압력이 미리 규정된 낮은 압력값으로 설정되는 상태를 상기 미리 규정된 활성화 조건이 포함하면 특히 유리하다.

다른 유리한 개선예에 따르면, 상기 전류 프로파일은 상기 출력단 유닛의 공급 전압에 비해 증가된 드라이버 전압이 상기 전자식 액츄에이터에 인가되는 급상승 위상을 포함한다. 상기 급상승 위상 동안, 상기 전자기식 액츄에이터에서 상기 전류의 실제 전류값이 미리 규정된 다양한 시간에서 결정되고, 이러한 방식으로 결정된 각각의 실제 전류값은 밸류 튜플로서 배정된 시간과 함께 저장된다. 그 다음, 상기 포화 전류가 상기 결정된 밸류 튜플에 따라 결정된다. 또한, 이는 내연 기관이 작동중일 때, 특히, 상기 전류의 세트포인트 피크값의 조정을 허용하지 않는 출력단 유닛의 경우에서, 상기 포화 전류의 정밀한 결정을 가능하게 한다.

다른 개선예에 따르면, 제 1 근사 직선이 그 실제 전류값이 미리 규정된 제 1 역치 아래인 밸류 튜플에 따라 결정되고, 제 2 근사 직선이 그 실제 전류값이 상기 제 1 역치보다 더 큰 미리 규정된 제 2 역치 위인 밸류 튜플에 따라 결정된다. 그 다음, 상기 포화 전류가 상기 제 1 근사 직선과 상기 제 2 근사 직선의 교차점에 따라 결정된다. 이와 관련한 장점은 상기 제 1 및 제 2 근사 직선들이 상이한 세트포인트 피크값을 가진 밸류 튜플에 따라 결정되는 경우와 상응한다.

다른 유리한 개선예가 다른 종속항에 특징지어져 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여, 본 발명의 예시적 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.

도 1은 제어 장치를 가진 내연 기관을 도시한 도면이고,
도 2는 제 1 신호를 도시한 그래프이며,
도 3은 제 2 신호를 도시한 그래프이고,
도 4는 제 1 흐름도이며,
도 5는 제 2 흐름도이다.
동일한 구조 또는 기능을 가진 요소들은 도면 전체에서 동일한 참조번호로 표시되어 있다.

내연 기관(도 1 참조)은 흡기부(1), 엔진 블럭(2), 실린더 헤드(3) 및 배기가스부(4)를 포함한다. 바람직하게, 상기 흡기부는 스로틀 밸브(5), 컬렉터(6), 및 상기 엔진 블럭(2)의 유입 덕트를 통해 실린더(Z1)에 연결된 흡기 매니폴드(7)를 포함한다. 또한, 상기 엔진 블럭(2)은 커넥팅 로드(10)를 통해 실린더(Z1)의 피스톤(11)에 연결된 크랭크샤프트(8)를 포함한다.

상기 실린더 헤드(3)는 가스 유입 밸브(12)와 가스 유출 밸브(13)를 가진 밸브 드라이브를 포함한다. 또한, 상기 실린더 헤드(3)는 분사 밸브(18)와 점화 액츄에이터(19)를 포함한다. 바람직하게, 상기 분사 밸브(18)는 전자식 액츄에이터를 포함하며, 이는 특히 코일을 포함한다.

상기 배기 가스부에는 바람직하게는 3원 촉매 컨버터로서 체화된 촉매 컨버터(21)가 배열된다. 또한, 상기 배기 가스부에는 NOX 촉매 컨버터로서 체화된 다른 촉매 컨버터(23)가 바람직하게 배열된다.

다양한 측정 변수(measurement variables)들을 감지하고 측정 변수의 값을 각각 결정하는 센서들이 할당된 제어 장치(25)가 제공된다. 작동 변수(operating variables)들은 측정 변수와 측정 변수로부터 유래된 변수를 모두 포함한다. 상기 제어 장치는 작동 변수들 중 하나 이상 작동 변수에 따라 액츄에이션 변수(actuation variables)를 결정하도록 설계되며, 상기 액츄에이션 변수는 이후 상기 제어 장치에 할당된 액츄에이션 요소를 제어하기 위한 하나 또는 그 이상의 액츄에이션 신호로 변환된다. 상기 제어 장치(25)는 각각의 분사 밸브(18)를 위한 액츄에이션 신호를 발생시키도록 설계된 출력단 유닛(25a)을 추가적으로 할당하며, 이에 대해서는 이후에 보다 구체적으로 설명한다. 또한, 상기 제어 장치(25)는 출력단 유닛(25a)을 포함할 수 있다.

상기 제어 장치(25)는 내연 기관을 작동시키기 위한 장치라 할 수 있다. 상기 제어 장치(25)는 데이터와 프로그램 명령을 저장하도록 설계된 메모리와, 프로그램 명령을 실행하도록 설계된 연산 유닛(computing unit)을 포함한다. 바람직하게, 상기 메모리와 연산 유닛은 제어 장치(25)에 포함된 컴퓨터의 적어도 일부를 형성한다.

센서는 가속기 페달(27)의 위치를 감지하는 페달 위치 신호 발생기(26), 스로틀 밸브(5) 상류의 공기 질량 유량을 감지하는 공기 질량 센서(28), 흡기 공기 온도를 감지하는 제 1 온도 센서(32), 컬렉터(6)의 흡기 매니폴드 압력을 감지하는 흡기 매니폴드 압력 센서(34) 및 크랭크 샤프트의 각도를 감지하며 이후 회전 속도가 전달되는 크랭크샤프트 각도 센서(36)이다. 또한, 예를 들어, 냉각제의 온도, 특히 냉각수의 온도 및/또는 오일 온도 및/또는 출력단 온도를 감지하는 제 2 온도 센서(38)가 제공된다. 물론, 특정 온도를 별도로 감지하기 위해 이러한 제 2 온도 센서(38)가 복수로 제공될 수 있다. 또한, 특히, 고압 어큐뮬레이터(accumulator) 연료 공급기에서 연료 압력을 감지하는 압력 센서(38)가 제공된다.

촉매 컨버터(21) 내에 또는 그 상류에 배열되어 배기 가스의 잔류 산소량을 감지하는 배기 가스 프로브(42)가 제공되며, 상기 배기 가스 프로브의 측정 신호는 연료가 산화되기 전 제 1 배기 가스 프로브(42)의 상류와 실린더(Z1)의 연소실에서 공연비의 특성(characteristic)이 되며, 이하, 상기 공연비를 실린더(Z1 내지 Z4)에서의 공연비라 칭한다.

실시예에 따라, 특정 센서의 임의의 목표된 부속장치가 존재할 수 있으며, 또는 추가적인 센서들이 존재할 수 있다.

액츄에이션 요소는, 예를 들어, 스로틀 밸브(5), 가스 유입 밸브(12) 및 가스 유출 밸브(13), 분사 밸브(18) 또는 점화 액츄에이터(19)이다.

상기 실린더(Z1)에 부가하여, 다른 실린더(Z2 내지 Z4)가 일반적으로 또한 제공되며, 상기 실린더(Z2 내지 Z4)들에도 대응하는 액츄에이션 요소와, 적절하다면, 센서들이 할당된다. 따라서, 내연 기관은 임의의 바람직한 갯수의 실린더(Z1 내지 Z4)를 가질 수 있다.

출력단 유닛(25a)은 분사 밸브(18)의 전자기 액츄에이터를 동작시키기 위한 전류 프로파일(SP)을 발생시키도록 설계되며, 상기 출력단 유닛에도 단일의 출력단과 복수의 분사 밸브(18)가 배정될 수 있다. 바람직하게, 상기 출력단 유닛은 전류 조절된 풀 브리지(Full Bridge) 출력단을 포함한다.

분사 밸브(18)의 특성 곡선은 계량하고자 하는 연료량과 특히 전기적 액츄에이션 주기인 분사 시간 주기(Ti) 사이의 관계식을 규정한다. 이 관계식의 역산이 계량하고자 하는 세트포인트 연료 질량을 대응하는 필수 분사 시간 주기(Ti)로 변환하기 위해 제어 장치(25)에서 사용된다. 연료 압력, 분사 프로세스 과정 중 실린더의 내부 압력, 및 공급 전압의 가능한 변화와 같은 영향 변수(influencing variables)들이 여기서 역할을 한다.

분사 밸브(18)의 그 선형 동작 범위에서의 작동은, 특히 작은 분사량에서, 선형 동작 범위에 대하여 매우 적은 연료량으로 인하여, 그 작동 범위를 제한한다. 선형 동작 범위에서 분사 밸브(18)의 특성 곡선의 구배는 분사 밸브(18)를 통과하는 정적 유동에 대응하며, 즉, 특히 완전 밸브 행정에서 연속 베이시스(continuous basis)에 도달하는 연료 통과율에 대응한다. 이 비율은 실린더의 내부 압력과 분사 밸브(18)의 입력측에서의 연료 압력 사이에 압력차가 있을 때, 완전 밸브 행정에서 유효 유동 단면적에 의해 규정된다. 전술한 최소 연료량보다 더 작은 분사량이 상기 선형 동작 범위에서 매우 비선형적인 거동을 갖는 것으로 밝혀졌다. 이 거동의 원인은 특히 분사 밸브(18)의 스프링 질량계의 관성과, 전자기식 액츄에이터에서 분사 밸브의 밸브 니들을 움직이기 위한 대응하는 힘으로 변환되는 자기장이 강화되거나 감소할 때의 연대기적 거동(chronological behavior) 때문이다. 이러한 동적 효과의 결과로서, 상기 완전 분사 밸브 행정이 탄도 범위(ballistic range)에서 더 이상 이루어지지 않으며, 즉, 밸브 니들의 최대 밸브 행정에 의해 구조적으로 미리 규정된 종점(end point)에 도달하기 전에 분사 밸브(18)가 다시 폐쇄된다. 상기 비선형적인 범위에서의 작동에서, 전류 프로파일(SP)의 추가적인 오류(faults)와, 분사 밸브 공차로 인하여, 예를 들어, 폐쇄되는 스프링의 프리스트레싱력(prestressing force), 밸브 니들의 행정, 아마츄어 및/또는 니들 시스템에서의 내부 마찰로 인하여, 다른 측정이 이루어지지 않는다면, 실제로 계량한 분사량에서 상당한 에러가 발생할 수 있다.

이와 관련하여, 엄밀하게 말하면, 특히, 미리 규정된 기준 분사 밸브에 대하여, 공칭 전류 프로파일이라 칭하는 전류 프로파일(SP)이 기본적으로 제공되며, 그러나, 상기 기준 분사 밸브는 실제 분사 밸브(18)와 기본적으로 동일하지는 않다.

상기 선형적인 작동 범위에서, 상기 전류 프로파일에서의 오류만이 양의 정확도(quantity accuracy)에 상대적으로 작은 영향을 미친다는 것이 명백해졌다. 비교 계량되는 연료량이 적으면 적을수록, 엄밀하게 말하면, 특히, 계량되는 연료량이 선형적인 작동 범위에서 계량되는 최소의 연료량 보다 적으면 적을수록, 양의 에러가 상당한 수준으로 더 많아진다. 특히, 상기 탄도 범위에서의 분사 시간 동안, 양의 정확도에 대한 강한 교차 영향(cross influence)이 존재한다. 그러나, 전류 프로파일을 조정함으로써, 즉, 예를 들어, 상기 에러를 또한 조정함으로써, 상기 선형적인 작동 범위에서 최소인 연료량보다 더 작은 분사량까지 매우 소량 수준으로 개선된 정확도에 의해, 개별 분사 밸브(18)의 작동 범위가 연장될 수 있음이 명백해졌다.

바람직하게, 상기 출력단 유닛(25)은, 부스트 전압(boost voltage)이라 칭하는 예컨대 약 60V의 증대된 드라이버 전압으로 분사 밸브를 급상승 위상(rapid rise phase)으로 작동하도록 설계된 전류 조절된 풀 브리지 출력단을 포함한다. 상기 증대된 드라이버 전압은 DC/DC 컨버터에 의해 이용가능하게 만들어진다. 도 1의 출력단 유닛(25a)의 실시예에 도시되어 있는 전류 프로파일(SP)은 다양한 위상의 분사 밸브 액츄에이션을 갖는다. 액츄에이션의 시작에서, 프리차지 위상(pre-charge)이, 구체적으로, 시간 주기(t_pch)에서 발생하며, 이 시간 주기를 프리차징 시간 주기라 칭한다. 이 시간 주기 동안, 전자기식 액츄에이터를 위한 전류가 프리차지 전류(I_pch)로 설정, 특히 조절된다. 바람직하게, 이는 2점 조절기(two-point regulator)에 의해 이루어진다.

상기 프리차지 위상(pre-charge) 다음에는 급속 급기 위상(peak)이 후속하며, 이를 부스트 위상이라고도 칭한다. 이 위상에서, 구체적으로는 실제 피크값(I_peak)으로서 전류의 세트포인트 피크값(I_peak_sp)에 실제로 도달할 때까지, 상기 출력단 유닛은 상기 전자기식 액츄에이터의 코일에 상기 증대된 드라이버 전압을 인가한다. 급속한 전류 상승은 자기력을 이용가능하게 만들고, 이는 분사 밸브(18)의 니들을 폐쇄 위치로부터 벗어나게 함으로써, 연료 계량을 개시하게 한다.

상기 출력단 유닛(25a)은 실제 피크값(I_peak)이 전류의 세트포인트 피크값(I_peak_sp)에 도달하면 프리휠링(Freewheeling) 위상을 발생시키도록 설계되었다. 예를 들어, 상기 프리휠링 위상 도중 상기 출력단 유닛(25a)의 입력측에 상기 공급 전압이 차례대로 인가될 수 있다.

상기 급상승 위상(peak)과 상기 프리휠링 위상에 대하여, 시간 주기(t_1)가 제공되거나, 대안적으로 미리 규정된다. 상기 세트포인트 피크값(I_peak_sp)의 수준과 그에 따른 상기 급상승 위상(peak)의 기본 지속시간은 연료 압력과 고도의 상호관련성을 갖는다.

상기 출력단 유닛(25a)은 상기 증대된 드라이버 전압을 초과하는 자기 유도 전압에 의해 상기 분사 밸브(18)의 전자기적 액츄에이터의 자기장이 감소되는 커뮤테이션 위상(commutation phase)을 상기 시간 주기(t_1)가 만료된 후 제어하도록 설계된다. 상기 커뮤테이션 위상은 엄밀하게 말하면, 특히, 상기 공급 전압과 상기 시간 주기(t_1)에 따라 좌우되는 시간 주기(t_2) 동안 적절한 방식으로 제어된다.

또한, 상기 출력단 유닛은 상기 커뮤테이션 위상에 후속하는 유지 위상(hold)을 제어하도록 설계되며, 상기 유지 위상에서는 유지 전류(I_hold)가 설정되며, 이에 따라, 엄밀하게 말하면, 특히 2점 컨트롤러에 의해 바람직하게 조절되며, 상기 공급 전압에 의해 정밀하게 구동된다.

이와 관련하여, 상기 출력단 유닛(25)은 유지 시간 주기(t_hold) 동안 상기 유지 위상을 설정하도록 설계되어 있다.

상기 유지 위상에 후속하여 스위치-오프 위상이 존재하며, 상기 스위치 오프 위상에서는 상기 분사 밸브(18)의 전자기식 액츄에이터의 자기장이 상기 증대된 드라이버 전압을 초과하는 자기 유도 전압에 의해 감소되고, 상기 밸브 니들은 연료 압력과 스프링력에 의해 명확하게 결정된 힘 평형에 따라 그 폐쇄 위치로 다시 이동하게 된다.

따라서, 상기 전류 프로파일(SP)의 프로파일 파라미터(PP)는,예를 들어, 프리차지 시간 주기(t_pch) 및/또는 시간 주기(t_1) 및/또는 시간 주기(t_2) 및/또는 유지 시간 주기(t_hold) 및/또는 프리차징 전류(I_pch) 및/또는 상기 전류의 세트포인트 피크값(I_peak_sp) 및/또는 유지 전류(I_hold)이다. 또한, 상기 분사 시간 주기(Ti)도 기본적으로 프로파일 파라미터(PP)들 중 하나를 구성한다.

내연 기관을 작동시키기 위한 프로그램의 흐름도가 도 4를 이용하여 개시되어 있으며, 상기 프로그램은 제어 장치의 메모리에 저장되고, 작동 과정 중 상기 제어 장치(25)에서 실행된다. 상기 프로그램은 프로그램 파라미터가 바람직하게 초기화되는 단계(S1)에서 시작된다. 상기 단계(S1)에서의 시작은 예를 들어 엔진 시동 시간에 가깝게 또는 그 이후에 이루어질 수 있다.

상기 프로그램은 미리 규정된 활성화 조건(AB)이 충족될 때까지 단계(S2)에서 계속된다. 상기 미리 규정된 활성화 조건(AB)은, 예를 들어, 내연 기관이 공전 모드 또는 부분 부하 범위에서의 화학량적인 공연비로 균일한 작동 모드에서 거의 정상 상태로 작동하는 상태를 포함한다. 대안적으로 또는 부가적으로, 상기 미리 규정된 활성화 조건(AB)은 단일의 분사가 제어되고, 및/또는 상기 밸브 니들의 폐쇄를 가속하기 위해 분사 밸브(18)의 전자기적 액츄에이터의 음의 에너지화(negative energization)가 발생하지 않는 상태를 또한 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 상기 활성화 조건(AB)은 냉각수 온도 및/또는 엔진 오일 온도 및/또는 출력단 유닛(25a)의 온도가 각각 미리 규정된 온도 간격에 있는 상태를 또한 포함한다. 아울러, 대안적으로 또는 부가적으로, 상기 활성화 조건(AB)은 연료 압력이 예를 들어 약 40bar의 범위일 수 있는 미리 규정된 낮은 압력값으로 설정된 상태를 포함할 수 있다.

또한, 대안적으로 또는 부가적으로, 상기 활성화 조건(AB)은 상기 프리차지 위상이 전류 프로파일(SP)에서 생략된 상태를 포함할 수 있다. 아울러, 상기 활성화 조건은 규정된 시간 간격 내에 최대값(I_peak_sp_max)에 도달할 수 있도록 하는 방식으로 시간 주기(t_1)가 미리 규정된 상태를 포함할 수 있으며, 상기 최대값(I_peak_sp_max)은 전자기적 액츄에이터의 자기 회로의 자기 포화가 확실하게 발생한 전류값이다.

상기 단계(S2)에 후속하여, 상기 전류의 세트포인트 피크값(I_peak_sp)이 미리 규정된 최소 세트포인트 피크값(I_peak_sp_min)으로 설정되는 단계(S4)가 이루어진다. 상기 최소 세트포인트 피크값(I_peak_sp_min)은, 상기 미리 규정된 활성화 조건(AB)에 대한 밸브 니들의 안정적인 개방이 공차들, 특히, 분사 밸브(18)의 영역에서, 전류 프로파일(SP) 및/또는 연료 압력을 고려하도록 하는 방식으로, 바람직하게 미리 규정된다. 이와 관련하여, 바람직하게, 상기 밸브 니들의 개방 역학이 상대적으로 큰 값으로의 세트포인트 피크값(I_peak_sp)의 변화에 의해 영향을 받지 않거나, 거의 무시할 수 있을 정도로만 영향을 받도록 허용할 수 있다. 그 결과, 전류 프로파일(SP)에 대해 미리 규정된 모델이 분사 시간 주기(Ti)를 계산하기 위해 사용될 수 있으며, 따라서, 특히, 상기 분사 시간 주기(Ti)가 계량되는 연료량, 연료 압력 및 분사 시작 시간에 따라 결정될 수 있다.

상기 급속 급기 위상(peak)은 실제 피크값(I_peak)이 상기 전류의 세트포인트 피크값(I_peak_sp)과 동일해질 때까지 이루어지며, 배정된 시간 주기(t_peak)는 대응하는 타이머에 의해 바람직하게 결정된다. 상기 커뮤테이션 위상의 시간 주기(t_2)는 특히 공급 전압, 시간 주기(t_1)와 아울러 실제 피크값(I_peak)에 따라 좌우된다. 상기 유지 위상(hold)은 유지 시간 주기(t_hold)와 시간 주기(t_1,t_2)가 분사 시간 주기(Ti)를 발생시키도록 하는 크기이다.

단계(S6)가 동일한 파라미터로 반복적으로 실시됨으로써, 상기 전류의 세트포인트 피크값(I_peak_sp)에 실제로 도달하는 시간에 의해, 상기 시간 주기(t_peak)의 평균값이 결정될 수 있다.

단계(S8)에서, 개선예에 따라, 각각의 세트포인트 피크값(I_peak_sp)과, 적절하다면, 평균화된 시간 주기(t_peak)의 밸류 튜플(value tuples)들이, 상기 전류의 세트포인트 피크값(I_peak_sp)에 실제로 도달할 때까지, 제어 장치의 메모리에서 버퍼링된다.

단계(S10)에서, 상기 전류의 세트포인트 피크값(I_peak_sp)은, 자기 회로의 포화가 이미 안정적으로 도달한 최대값(I_peak_sp_max)이 주어진 당해 증분을 통해서만 얻어지도록 하는 방식으로, 특히, 적합하게 미리 결정된 증분(D_I_peak_sp) 만큼 증대된다.

단계(S12)에서, 상기 전류의 세트포인트 피크값(I_peak_sp)이 상기 최대값(I_peak_sp_max) 보다 더 큰지의 여부를 체크한다. 크지 않다면, 프로세싱은 단계(S6)에서 다시 계속된다. 한편, 단계(S12)의 조건이 충족되면, 적당한 수의 밸류 튜플(WT)이 결정되고 버퍼링되며, 프로세싱은 단계(S14)에서 계속된다. 상기 단계(S14)에서, 분사 밸브(18)의 전자기식 액츄에이터의 자기 회로의 자기 포화에 도달한 시점에 배정된 포화 전류(I_sat_mes)가 결정된다. 바람직하게, 이는 제 1 및 제 2 근사 직선(approximation straight line)(AG1,AG2)을 결정한 다음, 상기 제 1 및 제 2 근사 직선(AG1,AG2) 간의 교차점을 결정함으로써, 이루어질 수 있다. 상기 제 1 근사 직선(AG1)은 그 세트포인트 피크값(I_peak_sp)이 미리 규정된 제 1 역치 아래인 밸류 튜플(WT)에 따라 결정된다. 상기 제 2 근사 직선(AG2)은 그 세트포인트 피크값(I_peak_sp)이 상기 제 1 역치보다 더 큰 미리 규정된 제 2 역치 위인 밸류 튜플(WT)에 따라 결정된다. 상기 제 1 및 제 2 역치는 상기 포화 전류(I_sat_mes), 특히, 그 기준값이 상기 제 1 및 제 2 역치 사이에 안정적으로 위치하도록 적합하게 미리 규정된다. 상기 근사 직선(AG1,AG2)들은 각각 배정된 밸류 튜플(WT)을 이용하여 최소오차자승법(least square error method)에 따라 회귀법으로 바람직하게 결정된다.

상기 근사 직선(AG1,AG2)의 예시적 프로파일에 대해 도 3을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다. 상기 근사 직선(AG1,AG2)의 교차점이 결정되고, 그에 배정된 전류값이 상기 포화 전류(I_sat_mes)에 배정된다.

단계(S16)에서, 상기 전류 프로파일(SP)의 프로파일 파라미터(PP)들 중 하나 이상은, 분사 밸브(18)가 실제로 소정의 분사 거동을 나타내도록, 즉, 특히, 전류 프로파일(SP)의 전류 에러가 보상되도록, 보장하기 위해 조정된다. 이 경우, 단순한 배정 규칙(assignment rule)이 미리 결정되어 저장될 수 있다. 이 배정 규칙은 특히 프로파일 파라미터들 중 하나 이상이 상기 포화 전류(I_sat_mes)와 상기 미리 결정된 기준 포화 전류에 따라 조정되는 것을 포함할 수 있다. 상기 미리 결정된 기준 포화 전류는 바람직하게 제어 장치(25)에 영구적으로 미리 저장되며, 예를 들어, 기준 출력단 유닛을 가진 기준 분사 밸브에서의 측정값에 의해 결정된다. 예를 들어, 조정을 위해, 상기 포화 전류(I_sat_mes)와 상기 기준 포화 전류 간의 상대적 편차가 결정될 수 있으며, 이는 상기 개별 프로파일 파라미터(PP)를 조정하기 위한 인수(factor)로서 사용될 수 있다. 이에 따라, 개별 프로파일 파라미터와, 심지어 복수의 프로파일 파라미터(PP)를 이 단계에서 조절하는 것이 가능하다.

상기 프로그램은 후속하여 단계(S18)에서 끝나며, 예를 들어, 단계(S18)에서 다시 주기적으로(cyclically) 시작될 수 있다. 바람직하게, 상기 프로그램은 각각의 출력단 유닛(25a)에 대해 개별적으로 실행되며, 그 결과, 특정 분사 밸브에 대한 프로파일 파라미터(PP)의 조정(injection-valve-specific adaptations)이 이루어진다.

상기 하나 이상의 조정된 프로파일 파라미터(PP)가 상기 분사 밸브(18)의 다른 작동을 위해 후속하여 사용된다.

도 2는 도 4에 따른 프로그램의 단계들을 프로세싱하는 동안 예로서 감지된 전자기식 액츄에이터에서의 전류의 전류 프로파일을 도시하고 있으며, 예컨대, 상기 근사 직선(AG1,AG2)이 도시되어 있다. 이 예시적 실시예에서, 상기 자기 포화의 효과 및 이와 관련된 전류 상승 구배에서의 증가가 대략 11A에서 발생하였으며, 따라서, 이 예시적 실시예에서 상기 포화 전류(I_sat_mes)는 대략 11A에 있다.

도 3은 제 1 및 제 2 근사 직선(AG1,AG2)을 예로서 도시하고 있다.

다른 프로그램의 제 2 흐름도가 도 5에 도시되어 있다. 이 프로그램은 내연 기관이 작동하는 동안 전류의 세트포인트 피크값(I_peak_sp)이 변화될 수 없는 출력단 유닛(25a)에 특히 적합하다. 그러나, 상기 프로그램은 세트포인트 피크값이 변화될 수 있는 출력단에서 기본적으로 사용될 수도 있다.

본질적으로, 단계(S20 및 S22)는 단계(S1 및 S2)에 대응한다.

단계(S24)에서, 전류의 세트포인트 피크값(I_peak_sp)이 미리 규정되며, 일반적으로, 상기 전류는 영구적으로 미리 규정되어 있다. 이와 관련하여, 상기 값은 최대값(I_peak_sp_max)으로서 바람직하게 미리 규정되며, 정확하게 말하면, 상기 전자기식 액츄에이터의 자기 포화가 안정적으로 이루어지도록 미리 규정된다. 특히, 미리 규정된 전류 프로파일(SP)과, 그에 배정된 모델이 분사 시간 주기(Ti)를 결정하기 위해 사용되며, 상기 분사 시간 주기(Ti)는 계량되는 연료의 양, 연료 압력 및 소정의 연료 계량 시작에 따라 바람직하게 결정된다.

상기 급속 급기 위상 내의 미리 규정된 시작 시간으로부터 시작하여, 단계(S26)의 개별적으로 미리 규정된 이격된 시간들에서, 개별 전류의 실제 전류값이 감지되고, 단계(S28)에서 개별적으로 배정된 시간 주기와 함께 메모리에 저장되며, 상기 시간 주기는 단계(S28)에서 개별 밸류 튜플(WT)로서의 급속 급기 위상의 시작과 관련된다.

단계(S30)에서, 실제 세트포인트 값(I_peak)이 상기 전류의 세트포인트 값(I_peak_sp)에 도달하였는지의 여부를 체크하고, 이에 따라, 미리 규정된 밸류 튜플(WT)의 미리 규정된 수를 감지하여 저장한다. 도달하지 않았다면, 프로세싱은 단계(S26)에서 계속되며, 대응하여 배정된 증대된 실제 전류값을 가진 대응하는 밸류 튜플(WT)이 결정된다. 따라서, 상기 밸류 튜플(WT)은 이 프로세스에서 단일의 시간 주기(t_1) 동안 결정될 수 있다. 그러나, 대안적으로, 이들은 개별 분사 밸브(18)에 대해 전류 프로파일(SP)의 패스(passes)의 대응하는 각각의 밸류 튜플의 대응하는 평균화에 의해, 평균화될 수도 있으며, 상기 패스는 본질적으로 동일한 활성화 조건(AB)하에서, 특히 부하 조건하에서 발생한다.

단계(S32)에서, 상기 단계(S28)에서 결정된 밸류 튜플(WT)에 의해 상기 단계(S14)의 프로세스에 따라 포화 전류(I_sat_mes)가 결정된다. 여기서, 단계(S34)는 도 4에 따른 단계(S16)에 대응한다. 단계(S36)는 도 4에 따른 단계(S18)에 대응한다.

Claims

유체를 계량하기 위한 하나 이상의 분사 밸브(18)를 포함한 내연 기관의 작동 방법으로서, 상기 분사 밸브(18)는 전자기식 액츄에이터를 포함하고, 하나 이상의 미리 규정된 프로파일 파라미터(PP)로 상기 전자기식 액츄에이터를 동작시키기 위한 전류 프로파일(SP)을 발생시키도록 설계된 출력단 유닛(25a)을 가지며,
- 상기 전자기식 액츄에이터의 자기 회로의 자기 포화에 도달하면, 배정된 포화 전류(I_sat_mes)가 결정되고,
- 상기 결정된 포화 전류(I_sat_mes)와 미리 규정된 기준 포화 전류에 따라 하나 이상의 프로파일 파라미터(PP)가 조정되는,
내연 기관의 작동 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 전류 프로파일(SP)은 상기 출력단 유닛(25a)의 공급 전압에 비해 증가된 드라이버 전압이 상기 전자기식 액츄에이터에 인가되는 급상승 위상(peak)을 포함하고,
다양한 액츄에이션 동안, 상기 전자기식 액츄에이터에서 상기 전류의 세트포인트 피크값(I_peak_sp)이 변화되고, 상기 급상승 위상(Peak) 동안 각각의 세트포인트 피크값(I_peak_sp)에 도달하는 시점까지 각각의 시간 주기(t_peak)가 결정되며, 이러한 방식으로 결정된 각각의 시간 주기들은 밸류 튜플(WT)로서 각각의 세트포인트 피크값(I_peak_sp)과 함께 저장되며, 상기 포화 전류(I_sat_mes)가 상기 결정된 밸류 튜플(WT)에 따라 결정되는.
내연 기관의 작동 방법.
제 2 항에 있어서,
제 1 근사 직선(AG1)은 그 세트포인트 피크값(I_peak_sp)이 미리 규정된 제 1 역치 아래인 밸류 튜플(WT)에 따라 결정되고, 제 2 근사 직선(AG2)은 그 세트포인트 피크값(I_peak_sp)이 상기 제 1 역치보다 더 큰 미리 규정된 제 2 역치 위인 밸류 튜플(WT)에 따라 결정되며, 상기 포화 전류(I_sat_mes)가 상기 제 1 근사 직선(AG1)과 제 2 근사 직선(AG2)의 교차점에 따라 결정되는,
내연 기관의 작동 방법.
제 3 항에 있어서,
상기 근사 직선(AG1,AG2)들이 최소오차자승법에 따라 회귀법에 의해 결정되는,
내연 기관의 작동 방법.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밸류 튜플(WT)을 결정하기 위한 상기 전류의 세트포인트 피크값(I_peak_sp)의 변화는 미리 규정된 활성화 조건(AP)이 적용될 때 이루어지는,
내연 기관의 작동 방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전류 프로파일(SP)은 상기 출력단 유닛(25a)의 공급 전압에 비해 증가된 드라이버 전압이 상기 전자식 액츄에이터에 인가되는 급상승 위상을 포함하고,
상기 급상승 위상(peak) 동안, 상기 전자기식 액츄에이터에서 상기 전류의 실제 전류값이 미리 규정된 다양한 시간에서 결정되고, 이러한 방식으로 결정된 각각의 실제 전류값은 밸류 튜플(WT)로서 배정된 시간과 함께 저장되며, 상기 포화 전류가 상기 결정된 밸류 튜플(WT)에 따라 결정되는,
내연 기관의 작동 방법.
제 6 항에 있어서,
제 1 근사 직선(AG1)은 그 실제 전류값이 미리 규정된 제 1 역치 아래인 밸류 튜플(WT)에 따라 결정되고, 제 2 근사 직선(AG2)은 그 실제 전류값이 상기 제 1 역치보다 더 큰 미리 규정된 제 2 역치 위인 밸류 튜플(WT)에 따라 결정되며, 상기 포화 전류(I_sat_mes)가 상기 제 1 근사 직선(AG1)과 제 2 근사 직선(AG2)의 교차점에 따라 결정되는,
내연 기관의 작동 방법.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 근사 직선(AG1,AG2)들이 최소오차자승법에 따라 회귀법에 의해 결정되는,
내연 기관의 작동 방법.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 밸류 튜플(WT)을 결정하기 위한 상기 실제 전류값의 결정은 미리 규정된 활성화 조건(AB)이 적용될 때 이루어지는,
내연 기관의 작동 방법.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 미리 규정된 활성화 조건(AB)은 준-화학량론적 공연비를 가진 내연 기관의 균일한 작동 모드를 포함하는,
내연 기관의 작동 방법.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 미리 규정된 활성화 조건(AB)은 준-정상-상태로 작동하는 내연 기관의 공전 모드 또는 부분 부하 작동 모드를 포함하는,
내연 기관의 작동 방법.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 미리 규정된 활성화 조건(AB)은 냉각수 온도 및/또는 엔진 오일 온도 및/또는 출력단 유닛 온도가 각각 미리 규정된 온도 간격에 있는 상태를 포함하는,
내연 기관의 작동 방법.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 미리 규정된 활성화 조건(AB)은 분사 밸브(18)의 입력측에 인가되는 유체 압력이 미리 규정된 낮은 압력값으로 설정되는 상태를 포함하는,
내연 기관의 작동 방법.
유체를 계량하기 위한 하나 이상의 분사 밸브(18)를 포함한 내연 기관의 작동 장치로서, 상기 분사 밸브(18)는 전자기식 액츄에이터를 포함하고, 하나 이상의 미리 규정된 프로파일 파라미터(PP)로 상기 전자기식 액츄에이터를 동작시키기 위한 전류 프로파일(SP)을 발생시키도록 설계된 출력단 유닛(25a)을 가지며,
상기 장치는,
- 상기 전자기식 액츄에이터의 자기 회로의 자기 포화에 도달하면, 배정된 포화 전류(I_sat_mes)를 결정하고,
- 상기 결정된 포화 전류(I_sat_mes)와 미리 규정된 기준 포화 전류에 따라 하나 이상의 프로파일 파라미터(PP)를 조정하도록, 설계된,
내연 기관의 작동 장치.