KR20120052978A - 작동 전압을 평가하는 것에 기초하여 연료 분사 밸브의 폐쇄 시간 결정 - Google Patents

작동 전압을 평가하는 것에 기초하여 연료 분사 밸브의 폐쇄 시간 결정 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 코일 드라이브를 갖는 밸브, 특히 자동차의 엔진을 위한 직분사 밸브의 폐쇄 시간을 결정하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 방법은, (a) 코일 드라이브의 코일(L_inj)을 통과하는 전류 흐름을 스위칭 오프하여, 코일(L_inj)이 전원이 끊겨지게 하는 단계, (b) 전원이 끊긴 코일(L_inj)에서 유도된 전압의 시간 곡선(110)을 캡쳐하는 단계 ― 여기서, 상기 유도된 전압은, 코일 드라이브의 자기 회로에서 에디 전류들을 디케잉함으로써 그리고 코일(L_inj)에 관하여 전기자의 이동에 의해 생성됨 ―, (c) 코일(L_inj)에서 유도된 전압의 상기 캡쳐된 시간 곡선(110)을 평가하는 단계, 및 (d) 상기 평가된 시간 곡선(110)에 기초하여 폐쇄 시간을 결정하는 단계를 포함한다. 본 발명은 추가로, 코일 드라이브를 포함하는 밸브의 폐쇄 시간을 결정하기 위한 대응하는 디바이스 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.

Description

작동 전압을 평가하는 것에 기초하여 연료 분사 밸브의 폐쇄 시간 결정{DETERMINING THE CLOSING TIME OF A FUEL INJECTION VALVE BASED ON EVALUATING THE ACTUATION VOLTAGE}
본 발명은 밸브, 특히 자동차의 내연 엔진을 위한 직분사 밸브를 위한 코일 드라이브들의 작동의 기술 분야에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 코일 드라이브를 갖는 밸브의 폐쇄 시간을 결정하기 위한 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 코일 드라이브를 갖는 밸브의 폐쇄 시간을 결정하기 위한 대응하는 디바이스 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
최신 내연 엔진들을 동작시키고, 엄격한 배출 제한 값들의 준수를 보장하기 위해, 엔진 제어기는, 실린더 충전(charge) 모델로 지칭되는 것을 통해, 실린더 내에서 작업 주기당 봉해지는 기단(air mass)을 결정한다. 상기 모델링된 기단과, 공기량 및 연료량 사이의 원하는 비율(람다(lambda))에 따라, 본 명세서에서 분사기로서 또한 지칭되는 분사 밸브를 통해, 적절한 연료량 세트포인트 값(MFF_SP)이 분사된다. 이러한 방식으로, 분사될 연료량은, 촉매 컨버터 내에서의 배기 가스 후처리(post-treatment)에 최적인 람다 값이 존재하도록 크기결정(dimension)될 수 있다. 내부 혼합물 형성(internal mixture formation)을 이용하는 직-분사 스파크 점화 엔진들에 대하여, 연료는 40 내지 200 바아(bar)의 범위에 있는 압력으로 연소 챔버 내로 직접적으로 분사된다.
분사 밸브에 의해 만들어지는 주요한 요건은, 연료의 비제어된 유출에 관한 밀봉 및 분사될 연료의 제트의 컨디셔닝에 부가하여, 파일럿-제어된 분사량의 정확하게 타이밍 된 계량(metering)이다.
특히, 과충전(supercharge)된 직-분사 스파크 점화 엔진들의 경우에, 요구되는 연료량의 매우 큰 분량 스프레드(quantity spread)가 필요하다. 그러므로, 예컨대 엔진의 전부하에서의 과충전된 동작 모드 동안에 작업 주기당 최대 연료량(MFF_max)을 계량하는 것이 필요한 반면에, 유휴(idling)에 가까운 동작 모드에서는 최소 연료량(MFF_min)이 계량되어야 한다. 여기서, 두 개의 특징 변수들(MFF_max 및 MFF_min)은 분사 밸브의 선형 작업 범위의 제한치들을 정의한다. 이는, 분사 시간(전기적 작동 기간(Ti)) 및 작업 주기당 분사되는 연료량(MFF) 사이에 이들 분사량들에 대하여 선형 관계가 존재한다는 것을 의미한다.
코일 드라이브를 갖는 직분사 밸브들에 대하여, 연료 압력이 일정할 때 최대 연료량(MFF_max) 및 최소 연료량(MFF_min) 사이의 몫(quotient)으로서 정의되는 분량 스프레드는 대략 15이다. CO2 감소를 강조하는 미래의 엔진들에 대하여, 엔진들의 용적(cubic capacity)은 감소되고, 엔진의 정격 전력은 대응하는 엔진 충전 메커니즘들을 통해 유지되거나 또는 심지어 증가된다. 그 결과, 최대 연료량(MFF_max)으로 만들어지는 요구들은 적어도, 비교적 큰 용적을 갖는 유도 엔진으로 만들어진 요구들에 대응한다. 그러나, 최소 연료량(MFF_min)이 결정되고, 그러므로 유휴에 가까운 동작 및 감소된 용적을 갖는 엔진의 오버런 조건들 하에서의 공기의 최소 질량(mass)을 통해 감소된다. 부가하여, 직접 분사는 전체 연료 질량이 복수 개의 펄스들에 걸쳐서 분산되도록 허용하고, 이는, 예컨대 촉매 변환기 가열 모드 내에서, 더욱 엄격한 배출 제한 값들이 혼합물 계층화 및 추후 점화 시간으로 지칭되는 것에 의해 준수되도록 허용한다. 전술된 이유들로, 미래의 엔진들에 대하여, 분량 스프레드 및 또한 최소 연료량(MFF_min) 둘 다에 대한 증가된 요구들이 만들어질 것이다.
알려진 분사 시스템들에서는, MFF_min보다 더 작은 분사량들의 경우에 명목 분사량으로부터의 분사량의 상당한 편차가 발생한다. 이러한 시스템적으로 발생하는 편차는, 본질적으로 분사기에서의 제조 허용오차들, 및 엔진 제어기 내에서 분사기를 작동시키는 출력단의 허용오차들, 그리고 그에 따른 명목 작동 전류 프로파일로부터의 편차들로 인한 것이다.
직분사 밸브의 전기적 작동은 통상적으로, 전류-제어된 풀-브릿지 출력단을 통해 이루어진다. 분사기에 인가되는 전류 프로파일의 제한된 레벨의 정확도만이 차량 애플리케이션의 주변 조건들 하에서 달성될 수 있다. 작동 전류의 결과적 변동(variation) 및 분사기에서의 허용오차들은, 특히 MFF_min의 구역에서 그리고 그 미만에서, 분사량의 달성 가능한 정확도에 상당한 영향력들을 갖는다.
분사 밸브의 특징 곡선은 분사되는 연료량(MFF) 및 전기적 작동의 시간 기간(Ti) 사이의 관계(MFF = f(Ti))를 정의한다. 세트포인트 연료량(MFF_SP)을 필요한 분사 시간으로 변환하기 위하여, 이 관계의 반전(inversion) Ti = g(MFF_SP)이 엔진 제어기에서 사용된다. 연료 압력, 분사 프로세스 동안의 실린더의 내부 압력, 그리고 공급 전압의 가능한 변동들과 같이, 이 계산에 포함되는 부가적인 영향력 있는 변수들은 간략화를 위해 여기서 생략된다.
도 7a는 직분사 밸브의 특징 곡선을 나타낸다. 여기서, 분사되는 연료량(MFF)은 전기적 작동의 시간 기간(Ti)의 함수로서 도시된다.
도 7a로부터 명백한 바와 같이, Ti_min보다 더 긴 시간 기간들(Ti) 동안에, 매우 우수한 근사화에 선형인 작업 범위가 존재한다. 이는, 분사되는 연료량(MFF)이 전기적 작동의 시간 기간(Ti)에 직접적으로 비례적이라는 것을 의미한다. Ti_min보다 더 짧은 시간 기간들(Ti) 동안에, 매우 비선형의 동작이 존재한다. 도시된 예에서, Ti_min은 대략 0.5㎳이다.
선형 작업 범위 내에서의 특징 곡선의 경사도는 분사 밸브를 통한 정적 흐름, 즉 전체 밸브 스트로크 동안에 지속적으로 도달되는 연료 유속에 대응한다. 대략 0.5㎳보다 더 짧은 시간 기간들(Ti) 동안 또는 MFF < MFF_min의 연료량들에 대한 비선형 동작의 원인은, 특히, 코일에 의한, 분사 밸브의 밸브 니들을 작동시키는 자기장의 상승 또는 감소 동안의 분사기 스프링-질량 시스템의 관성 및 연대기적 동작에 있다. 이들 동적 효과들의 결과로서, 전체 밸브 스트로크는 탄도(ballistic) 범위로서 지칭되는 것 내에서 더 이상 달성되지 않는다. 이는, 최대 밸브 스트로크를 정의하는, 구조적으로 미리정의된 최종 포지션에 도달되기 이전에 밸브가 다시 폐쇄된다는 것을 의미한다.
정의된 그리고 재생 가능한 분사량을 보장하기 위하여, 직분사 밸브들이 선형 작업 범위 내에서 보통 동작된다. 현재는, 비선형 범위에서의 동작은 가능하지 않은데, 그 이유는 전류 프로파일의 전술된 허용오차들 및 분사 밸브들의 기계적 허용오차들(예컨대, 폐쇄 스프링의 프리스트레싱 힘(prestressing force), 밸브 니들의 스트로크, 전기자/니들 시스템 내의 내부 마찰)로 인해, 상당한 시스템적 오류가 분사량에서 발생하기 때문이다. 분사 밸브의 신뢰성 있는 동작을 위해, 이는 분사 펄스당 최소 연료량(MFF_min)을 야기하고, 분량에 관하여 원하는 분사량을 정확하게 구현할 수 있기 위하여, 상기 최소 연료량(MFF_min)이 적어도 제공되어야 한다. 도 7a에 도시된 예에서, 이러한 최소 연료량(MFF_min)이 5㎎보다 다소 더 작다.
직분사 밸브의 전기적 작동은 엔진 제어기의 전류-조절된 풀-브릿지 출력단들을 통해 보통 이루어진다. 풀-브릿지 출력단은, 자동차의 온-보드 전력 시스템 전압을 분사 밸브에 인가하고 그리고 교번적으로 부스팅 전압을 상기 분사 밸브에 인가시키는 것을 가능케 한다. 부스팅 전압은 또한 부스팅 전압(U_boost)으로서 종종 지칭되고, 예컨대 대략 60 V일 수 있다.
도 7b는 코일 드라이브를 갖는 직분사 밸브에 대한 통상적인 전류 작동 프로파일 I(두꺼운 실선)를 나타낸다. 도 7b는 또한, 직분사 밸브에 인가되는 대응하는 전압 U(얇은 실선)를 나타낸다. 작동은 아래의 단계들로 나누어진다:
A) 충전-전 단계: 지속기간(t_pch)을 갖는 이 단계 동안에, 자동차의 온-보드 전력 시스템 전압에 대응하는 배터리 전압(U_bat)이 출력단의 브릿지 회로를 통해 분사 밸브의 코일 드라이브에 인가된다. 전류 세트포인트 값(I_pch)에 도달될 때, 배터리 전압(U_bat)은 2-점 조절기에 의해 스위치 오프 되고, 추가 전류 임계치가 언더슛(undershot)된 이후에 U_bat이 다시 스위치 온 된다.
B) 부스트 단계: 충전-전 단계 뒤에는 부스트 단계가 이어진다. 이를 위해, 최대 전류(I_peak)에 도달될 때까지, 부스팅 전압(U_boost)이 출력단에 의해 코일 드라이브에 인가된다. 전류의 급격한 상승의 결과로서, 분사 밸브는 가속된 방식으로 개방된다. I_peak에 도달된 이후, t_1의 만료 전까지 프리휠링 단계가 이어지고, 상기 프리휠링 단계 동안에, 배터리 전압(U_bat)이 차례로 코일 드라이브에 인가된다. 전기적 작동의 시간 기간(Ti)이 부스트 단계의 시작으로부터 출발해 측정된다. 이는, 프리휠링 단계로의 이행이 미리정의된 최대 전류(I_peak)에 도달됨으로써 트리거링된다는 것을 의미한다. 부스트 단계의 지속기간(t_1)은 연료 압력의 함수로서 영구적으로 미리정의된다.
C) 정류( commutation ) 단계: t_1의 만료 이후, 오프-정류 단계가 이어진다. 여기서, 부스트 전압(U_boost)으로 사실상 제한되는 자기-유도 전압이 상기 전압의 스위칭 오프의 결과로서 생성된다. 자기-유도 동안의 전압의 제한은, U_boost와, 회복(recuperation) 다이오드의 포워드 전압 및 프리휠링 다이오드로서 지칭되는 것의 포워드 전압의 합으로 구성된다. 이들 전압들의 합은 아래에서 회복 전압으로서 지칭된다. 정류 단계에서의 회복 전압은, 도 7b가 기초로 하는 차동(differential) 전압 측정치들에 기초하여 네거티브로(negatively) 표현된다.
회복 전압의 결과로서, 전류 흐름은 코일을 통과해 발생하고, 자기장을 감소시킨다. 정류 단계는, 타이밍 되고, 배터리 전압(U_bat) 및 부스트 단계의 지속기간(t_1)에 따라 좌우된다. 정류 단계는 추가 시간 기간(t_2)의 만료 이후에 종료된다.
D) 유지( holding ) 단계: 오프-정류 단계 뒤에는 유지 단계로서 불리는 것이 이어진다. 여기서, 차례로, 유지 전류 세트포인트 값(I_hold)이 2-점 제어기에 의해 배터리 전압(U_bat)을 통해 조정된다.
E) 스위치- 오프 단계: 전압이 스위치 오프 하는 것의 결과로서, 위에서 설명된 바와 같이, 회복 전압으로 제한되는 자기-유도 전압이 발생한다. 이는, 코일을 통과하는 전류 흐름을 야기하고, 상기 전류 흐름은 그 다음에 자기장을 감소시킨다. 여기서 네거티브로(negatively) 도시되는 회복 전압이 초과된 이후, 전류는 더 이상 흐르지 않는다. 이러한 상태는 또한 개방 코일로서 지칭된다. 자기 재료의 옴 저항들로 인해, 코일의 필드가 감소될 때 유도되는 에디 전류(eddy current)들이 디케잉(decay)된다. 에디 전류들의 감소는 차례로 자기 코일에서의 필드의 변화 및 그에 따른 전압 유도를 이끈다. 이러한 유도 효과는, 분사기에서의 전압 값이 지수 함수의 프로파일에 따라 회복 전압의 레벨로부터 출발해 0까지 상승하는 상황을 이끈다. 자기력의 감소 이후, 분사기는 스프링 힘에 의해, 그리고 연료 압력에 의해 유발되는 유압 힘에 의해 폐쇄된다.
분사 밸브의 설명된 작동은, 개방 코일 단계에서 분사 밸브 또는 분사기의 폐쇄의 정확한 시간이 결정될 수 없다는 단점을 갖는다. 분사량의 변동이 폐쇄시 결과적 변동과 상관되므로, MFF_min보다 더 작은 특히 매우 작은 분사량들에서 이러한 정보의 부재는, 자동차 엔진의 연소 엔진으로 실제로 이입되는 연료량에 관하여 상당한 정도의 불확실성을 야기한다.
본 발명은, 분사 밸브의 스위치-오프 단계 내에서 폐쇄 시간을 결정하기 위한, 구현하기 쉬운 방법, 그리고 대응하는 디바이스를 특정하는 목적에 기초한다.
상기 목적은 독립청구항들의 청구 대상들을 통해 달성된다. 본 발명의 유리한 실시예들이 종속항들에서 설명된다.
본 발명의 제1 양상에 따르면, 코일 드라이브를 갖는 밸브, 특히 자동차의 내연 엔진을 위한 직분사 밸브의 폐쇄 시간을 결정하기 위한 방법이 설명된다. 상기 방법은
(a) 코일 드라이브의 코일을 통과하는 전류 흐름을 스위칭 오프 하는 단계 ― 그 결과로 코일의 전원이 끊어짐 ―, (b) 전원이 끊긴 코일에서 유도된 전압의 시간 프로파일의 감지 단계 ― 상기 유도된 전압은 코일 드라이브의 자기 회로에서 에디 전류들을 디케잉함으로써 그리고 코일에 관하여 자석 전기자의 이동에 의해 발생됨 ―, (c) 코일에서 유도된 전압의 상기 감지된 시간 프로파일의 평가 단계, 및 (d) 상기 평가된 시간 프로파일에 기초한 폐쇄 시간의 결정 단계를 포함한다.
설명된 폐쇄 시간 검출 방법은, 코일에서, 자석 전기자의 이동의 결과로서 유도에 의해 유발되는 전압 신호가 상기 자석 전기자의 이동 시퀀스를 특징짓기 위해 그리고 상기 자석 전기자의 이동 시퀀스로부터 폐쇄 시간을 결정하기 위해 사용될 수 있다는 구현에 기초한다. 이러한 상황에서, 코일에서, 자석 전기자의 나머지(remnant) 자기장으로 인한 이동의 결과로서 유도에 의해 유발되는 전압 신호는 통상적으로, 상기 자석 전기자가 상기 자석 전기자의 정지 직전에 또는 상기 자석 전기자의 폐쇄 포지션 직전에 위치될 때, 상기 전압 신호의 최대치에 있다. 이는, 코일의 전원이 끊긴 상태에서, 자석 전기자 및 코일 사이의 상대적 속도(relative speed)가 이동중인 자석 전기자의 중지 바로 직전의 최대치에 있다는 사실에 기인한다.
그러므로, 전원이 끊긴 코일에서 유도된 전압의 전압 프로파일은 자석 전기자의 이동에 의해 적어도 부분적으로 결정된다. 코일에서 유도된 전압의 시간 프로파일의 적절한 평가를 통해, 적어도 우수한 근사화로, 자석 전기자 및 코일 사이의 상대적 이동에 기초하는 부분(portion)을 결정하는 것이 가능하다. 이러한 방식으로, 이동 프로파일에 관한 정보가 또한 자동으로 취득되고, 최대 속도의 시간에 관하여 그리고 그에 따라 또한 밸브의 폐쇄의 시간에 관하여 정확한 결론들이 도출되도록 허용한다.
설명된 방법은, 상기 설명된 방법이 엔진 제어 유닛에서 온라인으로 수행될 수 있다는 장점을 갖는다. 예컨대, 밸브 폐쇄 시간이 분사 밸브 및 작동 전자장치들(electronics)의 전술된 허용오차들의 결과로서 변한다면, 이러한 변화는 설명된 폐쇄 시간 검출 방법을 이용하여 자동으로 검출되고, 수정된 작동에 의해 대응하게 보상될 수 있다.
폐쇄 시간이 평가된 시간 프로파일에 기초하여 결정될 때, 특정한 상황들 하에서, 밸브가 상기 밸브의 폐쇄 포지션에 전혀 도달하지 않는지를 검출하는 것이 또한 가능하다는 것이 주의될 것이다. 이로부터, 밸브의 이동 동작이 방해되고 그리고 특히 제약된다는 것을 결정하기 위해 상기 설명된 방법을 사용하는 것이 가능하다. 밸브의 완벽한 원치 않는 재밍(jamming)이 또한 이러한 방식으로 신뢰성 있게 검출될 수 있다.
본 발명의 일 예시적 실시예에 따르면, 평가는, 예상되는 폐쇄 시간을 포함하는 시간 인터벌 내에서 수행된다. 이는, 평가가 제약된 시간 기간 내에서만 수행되었고, 그 결과, 설명된 방법이 또한 비교적 작은 컴퓨팅 용량을 이용하여 신뢰성 있게 수행될 수 있다는 장점을 갖는다. 그러므로, 폐쇄 시간이 발생하지 않는 높은 개연성(probability)이 존재하는 시간 기간들에서의 불필요한 평가가 방지될 수 있다.
상기 시간 인터벌의 시작은, 예컨대, 예상되는 폐쇄 시간 빼기 미리정의된 시간 기간(Δt)에 의해 제공될 수 있다. 상기 시간 인터벌의 종료는, 예컨대, 예상되는 폐쇄 시간 더하기 추가의 미리정의된 시간 기간(Δt')에 의해 제공될 수 있다. 이러한 상황에서, 상기 미리정의된 시간 기간(Δt) 및 상기 추가의 미리정의된 시간 기간(Δt')은 동일할 수 있다. Δt 및 Δt'은, 제1 폐쇄 시간, 및 자석 전기자의 바운싱(bouncing) 이후에 상기 제1 폐쇄 시간 뒤에 이어지는 제2 폐쇄 시간 사이의 예상되는 시간차 ― 상기 예상되는 시간차는 실험적으로 결정하기 쉬움 ― 보다 더 작아야 한다. 이는, 제2 폐쇄 시간이 Δt 및 Δt'에 의해 제공되는 관찰 시간 윈도우 밖에 놓인다는 것을 의미한다.
본 발명의 추가 예시적 실시예에 따르면, 평가는 추가 시간 인터벌 내에서 수행되고, 상기 추가 시간 인터벌은, 밸브 니들 및 연관된 자석 전기자의 바운싱 프로세스 이후에 밸브가 다시 폐쇄되는 추가의 예상되는 폐쇄 시간을 포함한다. 이는, 설명된 방법을 이용하여, 초기 폐쇄 시간의 결정에 부가하여, 어쩌면 존재하고 그리고 통상적으로 원치 않는 제2 폐쇄 프로세스에 관한 정보를 바운싱으로서 지칭되는 것에 기초하여 획득하는 것이 또한 가능하다는 장점을 갖는다.
추가 시간 인터벌의 시작 및 종료는 상기 예상되는 추가의 폐쇄 시간 빼기 미리정의된 추가 시간 기간(Δt'') 또는 더하기 미리정의된 추가 시간 기간(Δt''')에 의해 대응하는 방식으로 주어질 수 있다. 여기서, 미리정의된 추가의 시간 기간들(Δt'' 및/또는 Δt''')은 서로 동일하거나 또는 서로 상이할 수 있고, 위에서 설명된 시간 인터벌을 정의하기 위해 사용되는 시간 기간들(Δt 및 Δt')과 동일하거나 또는 상이할 수 있다.
본 발명의 추가 예시적 실시예에 따르면, 상기 평가는, 코일에서 유도된 전압의 감지된 시간 프로파일의 시간에 따른 도함수(derivative)의 계산을 포함한다. 폐쇄 시간은, 특히, 유도된 전압 프로파일의 시간에 따른 도함수의 제1 미리정의된 시간 인터벌 내에서, 여기서 로컬 최소치에 의해 결정될 수 있다.
대응하는 방식으로, 위에서 설명된 추가 폐쇄 시간은, 특히, 유도된 전압 프로파일의 시간에 따른 도함수의 제2 미리정의된 시간 인터벌 내에서, 추가 로컬 최소치에 의해 결정될 수 있다.
본 발명의 추가 예시적 실시예에 따르면, 상기 평가는, 코일에서 유도된 전압의 감지된 시간 프로파일을 기준 전압 프로파일과 비교하는 것을 포함한다. 여기서, 기준 전압 프로파일은, 상기 기준 전압 프로파일이 자기 회로에서 에디 전류들을 디케잉함으로써 유발되는 유도된 전압의 부분을 설명하는 방식으로 선택될 수 있다. 그 결과, 자석 전자기의 실제 이동에 관한 특히 정확한 정보가 감지된 전압 프로파일의 평가의 범위 내에서 취득될 수 있다. 상기 비교는, 예컨대, 코일에서 유도된 전압 및 기준 전압 프로파일 사이의 차이들의 간단한 형성을 포함할 수 있다.
본 발명의 추가 예시적 실시예에 따르면, 상기 기준 전압 프로파일은, 밸브가 현실(real) 동작에서와 같이 전기적으로 작동된 이후, 자석 전기자가 밸브의 폐쇄 포지션에서 고정되는 동안에 전원이 끊긴 코일에서 유도된 전압을 감지함으로써 결정된다.
그러므로, 자석 전기자의 이동이 금지되기 때문에, 기준 전압 프로파일은 에디 전류들을 디케잉함으로써 코일에서 자석 전기자에서 유도된 전압만을 특징으로 한다. 그러므로, 현실 동작 동안, 이러한 방식으로 결정된 기준 전압 및 전원이 끊긴 코일에서 유도된 전압의 시간 프로파일 사이의 차이는, 우수한 근사화로, 자석 전기자 및 코일 사이의 상대적 이동에 의해 유발되는 유도된 전압의 이동 비율(proportion)을 표현한다. 그 결과, 폐쇄 시간 및 적절하다면 (바운싱 이후) 위에서 설명된 추가 폐쇄 시간은 높은 레벨의 정확도로 결정될 수 있다.
본 발명의 추가 예시적 실시예에 따르면, 기준 전압 프로파일은 수학적 기준 모델의 파라미터들에 의해 설명된다.
그러므로, 설명된 방법은 적절한 방식으로 프로그래밍되는 마이크로제어기에 의해 수행될 수 있다. 밸브의 전기적 작동을 위해, 종래에 알려진 하드웨어에는 유리하게도, 변화들이 필요하지 않거나 또는 단지 매우 작은 변화들이 필요하다.
본 발명의 추가 예시적 실시예에 따르면, 상기 평가는, 코일에서 유도되는 전압의 감지된 시간 프로파일의 시간에 따른 도함수들을 기준 전압 프로파일의 시간에 따른 도함수와 비교하는 것을 포함한다. 이러한 상황에서, 예컨대, (a) 코일에서 유도되는 전압의 감지된 시간 프로파일의 시간에 따른 도함수 및 (b) 기준 전압 프로파일의 시간에 따른 도함수 사이의 차이가 계산될 수 있다.
그 다음에, 폐쇄 시간은 (차이들의 형성의 부호(sign)에 따라) 로컬 최대치에 의해 또는 로컬 최소치에 의해 결정될 수 있다. 시간에 따른 두 개의 도함수들의 계산 및 차이들의 형성 모두를 포함하는 평가는, 여기서, 예상되는 폐쇄 시간이 발생하는 시간 인터벌로 또한 제한될 수 있다. 동일한 사항이, 바운싱 프로세스 이후, 소정의 상황들 하에서 발생하는 추가 폐쇄 시간에 적용될 수 있다.
본 발명의 추가 예시적 실시예에 따르면, 기준 전압 프로파일은 전자식 회로에 의해 모델링된다. 이러한 전자식 회로는, 예컨대 기준 발생기(reference generator) 모듈, 차감(subtraction) 모듈 및 평가 모듈과 같은 다양한 컴포넌트들 또는 모듈들을 가질 수 있다.
기준 발생기 모듈은, 예컨대, 디케잉되는 에디 전류들에 의해 전원이 끊긴 코일에서 유도되고 지수적으로 디켕잉되는 코일 전압을 모델링하는 기준 신호를, 코일의 전류 스위치-오프 프로세스에 관하여 동기 방식으로 발생시킬 수 있다. 차감 모듈은, 디케잉되는 에디 전류들에 의해 유도되는 코일 신호의 전압 부분을 제거하기 위하여, 코일 전압 및 기준 신호 사이의 차이들을 형성하도록 제공된다. 그 결과, 본질적으로, 코일 전압의 이동-유도된 부분이 남는다. 평가 모듈은 코일 전압의 이동-유도된 부분의 최대치를 검출할 수 있고, 상기 최대치는 분사기의 폐쇄 시간을 유도한다.
본 발명의 추가 양상에 따르면, 코일 드라이브를 갖는 밸브, 특히 자동차의 엔진을 위한 직분사 밸브의 폐쇄 시간을 결정하기 위한 디바이스가 설명된다. 설명된 디바이스는 (a) 코일 드라이브의 코일을 통과하는 전류 흐름을 스위칭 오프 하기 위한 스위치-오프 유닛 ― 그 결과로 코일의 전원이 끊어짐 ―, (b) 전원이 끊긴 코일에서 유도된 전압의 시간 프로파일을 감지하기 위한 감지 유닛 ― 상기 유도된 전압은 코일 드라이브의 자기 회로에서 에디 전류들을 디케잉함으로써 그리고 코일에 관하여 자석 전기자의 이동에 의해 발생됨 ―, (c) 평가 유닛을 포함한다. 상기 평가 유닛은, 코일에서 유도된 전압의 상기 감지된 시간 프로파일을 평가하도록 그리고 상기 평가된 시간 프로파일에 기초하여 폐쇄 시간을 결정하도록 구성된다.
설명된 장치는 또한, 코일에서 자석 전기자의 이동 및 그 나머지 자성의 결과로서 유도에 의해 유발되는 전압 신호가 상기 자석 전기자의 이동 시퀀스를 특징짓기 위해 그리고 상기 자석 전기자의 이동 시퀀스로부터 폐쇄 시간을 결정하기 위해 사용될 수 있다는 구현에 기초한다. 자석 전기자의 이동에 할당되는 유도된 전압 신호는 통상적으로, 적어도, 자석 전기자 및 코일 사이의 상대적 속도가 최대치에 있을 때 분사 밸브의 스위치-오프 단계로서 지칭되는 것에서, 상기 전압 신호의 최대치에 있다. 이는, 보통, 자석 전기자가 상기 자석 전기자의 정지 직전에 또는 상기 자석 전기자의 폐쇄 포지션 직전에 위치될 때의 경우이다.
본 발명의 추가 양상에 따르면, 코일 드라이브를 갖는 밸브, 특히 자동차의 엔진을 위한 직분사 밸브의 폐쇄 시간을 결정하기 위한 컴퓨터 프로그램이 설명된다. 컴퓨터 프로그램은, 프로세서에 의해 실행될 때, 코일 드라이브를 갖는 밸브의 폐쇄 시간을 결정하기 위하여 위에서 설명된 방법을 제어하도록 구성된다.
본 명세서의 관점에서, 이러한 컴퓨터 프로그램을 특정하는 것은, 본 발명에 따른 방법에 관련되는 효과들을 달성하기 위하여 적절한 방식으로 방법 또는 시스템의 동작 방법을 조정하기 위하여, 컴퓨터 시스템을 제어하기 위한 명령들을 포함하는 프로그램 엘리먼트, 컴퓨터 프로그램 물건 또는 컴퓨터-판독가능 매체의 용어에 대등하다.
컴퓨터 프로그램은 컴퓨터-판독가능 명령 코드로서, 예컨대 자바, C++ 등과 같은 임의의 적절한 프로그래밍 언어로 구현될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터-판독가능 저장 매체(CD-ROM, DVD, 블루-레이 디스크, 상호 교환 가능 디스크 드라이브, 휘발성 또는 비휘발성 메모리, 설치된 메모리/프로세서 등) 상에 저장될 수 있다. 명령 코드는, 컴퓨터 또는 특히 자동차의 엔진을 위한 제어 디바이스와 같은 다른 프로그래밍 가능 디바이스들을, 원하는 기능들이 수행되는 방식으로 프로그래밍할 수 있다. 부가하여, 컴퓨터 프로그램은 예컨대 인터넷과 같은 네트워크에 제공될 수 있고, 상기 네트워크로부터, 요구될 때, 사용자에 의해, 컴퓨터 프로그램이 다운로딩될 수 있다.
본 발명은 컴퓨터 프로그램, 즉 한 피스(piece)의 소프트웨어를 통해서든 또는 하나 이상의 특별 전기적 회로들을 통해서든, 즉 하드웨어로서든 또는 임의의 원하는 하이브리드 형태로든, 즉 소프트웨어 컴포넌트들 및 하드웨어 컴포넌트들을 통해서든 구현될 수 있다.
본 발명의 실시예들이 본 발명의 상이한 청구 대상들에 관하여 설명되었다는 것이 주의될 것이다. 특히, 본 발명의 일부 실시예들은 방법 청구항들을 이용하여 설명되고, 본 발명의 다른 실시예들은 디바이스 청구항들을 이용하여 설명된다. 그러나, 본 출원을 읽는 당업자에게는, 그렇지 않다고 언급되지 않는 한, 본 발명의 하나의 타입의 청구 대상과 연관되는 특징들의 조합에 부가하여, 본 발명의 상이한 타입들의 청구 대상들과 연관되는 특징들의 어떠한 원하는 조합도 또한 가능하다는 것이 바로 명백하게 될 것이다.
본 발명의 추가 장점들 및 특징들은 현재 바람직한 실시예들의 아래의 예시적인 설명에서 발견될 수 있다. 본 출원의 도면의 개별적인 도면들은 개략적인 것으로서 단지 고려될 것이고, 실제에 맞게 스케일링되지 않을 것이다.
도 1은 코일에서 유도되는 전압 프로파일의 시간에 따른 도함수에 기초한 폐쇄 시간의 검출을 나타낸다.
도 2는 자석 전기자에서의 에디 전류들의 디케잉에 기초하여 코일에서의 유도 효과를 특징짓는 기준 전압 프로파일을 이용한 폐쇄 시간의 검출을 나타낸다.
도 3은 밸브를 작동시키기 위해 제공되고, 기준 전압 프로파일을 발생시키기 위한 기준 발생기를 갖는 출력단을 나타낸다.
도 4는 더 높은 차수(higher order)의 기준 전압 프로파일을 발생시키기 위한, 도 3에 도시된 기준 발생기에 대한 확장을 나타낸다.
도 5는 유도된 코일 전압 및 기준 전압 프로파일 사이의 차이를 형성하기 위한 차동 증폭기(difference apmlifier)를 나타낸다.
도 6은 유도된 코일 전압, 기준 전압, 그리고 상기 유도된 코일 전압 및 상기 기준 전압 사이의 차이의 시간 프로파일들을 나타낸다.
도 7a는 다이어그램으로 도시된, 알려진 직분사 밸브의 특징 곡선을 나타내며, 여기서 분사 연료량(MFF)은 전기적 작동의 지속기간(Ti)의 함수로서 도시된다.
도 7b는 통상적인 전류 작동 프로파일, 및 코일 드라이브를 갖는 직분사 밸브에 대한 대응하는 전압 프로파일을 나타낸다.
실시예의 대응하는 특징들 또는 컴포넌트들에 동일하거나 또는 적어도 기능적으로 동일한 상이한 실시예들의 특징들 및 컴포넌트들에는 동일한 참조 부호들이 제공되는 것이 결정된다. 불필요한 반복들을 방지하기 위하여, 앞서 설명된 실시예에 기초하여 이미 설명된 특징들 및 컴포넌트들은 추후에 상세하게 더 이상 설명되지 않을 것이다.
부가하여, 아래에 설명되는 실시예들이 본 발명의 가능한 실시예 변형들의 제약된 선택만을 표현한다는 것이 주의될 것이다. 특히, 개별 실시예들의 특징들을 적절한 방식으로 서로 결합시키는 것이 가능하며, 그러므로, 당업자에게는, 복수 개의 상이한 실시예들이 명시적으로 여기에서 제시되는 실시예 변형들을 이용하여 명백하게 개시되는 것으로 간주된다.
본 출원에서 설명되는 폐쇄 시간 검출 방법은, 분사 밸브의 스위치-오프 단계에서 발생하는 아래의 물리적 효과들에 기초한다:
1. 첫째로, 분사 밸브의 코일에서의 전압의 스위칭 오프는 회복 전압에 의해 제한되는 자기-유도 전압이 생기게 한다. 회복 전압은 통상적으로, 절대 값에 관하여, 부스트 전압보다 다소 더 크다. 자기-유도 전압이 회복 전압을 초과하는 한, 전류 흐름이 코일에서 발생하고, 코일 내의 자기장이 감소된다. 이러한 효과의 연대기적 포지션은 도 7b에서 "Ⅰ"로 표기된다.
2. 자기력의 감소는 코일 전류의 디케잉 동안 이미 발생한다. 스프링 프리스트레스 및 유압 힘이 분사될 연료의 압력으로 인해 감소중인 자기력을 초과하는 한, 밸브 시트의 방향으로 밸브 니들과 함께 자석 전기자를 가속시키는 결과 힘이 생성된다.
3. 자기-유도 전압이 회복 전압을 더 이상 초과하지 않으면, 전류는 코일을 통과해 더 이상 흐르지 않는다. 코일은 전기적으로, 개방 코일 모드로서 지칭되는 상태에 있다. 자석 전기자의 자기 재료의 옴 저항들로 인해, 코일의 필드의 감소 동안에 유도되는 에디 전류들은 지수적으로 디케잉된다. 에디 전류들의 감소는 차례로 코일의 필드의 변화 및 그에 따른 전압의 유도를 이끈다. 이러한 유도 효과는, 지수 함수의 프로파일에 따라 코일에서의 전압 값이 회복 전압의 레벨로부터 0 볼트들로 상승하는 상황을 이끈다. 이러한 효과의 연대기적 포지션은 도 7b에서 "Ⅲ"으로 표기된다.
4. 밸브 니들이 밸브 시트에 영향을 주기 직전에, 자석 전기자 및 밸브 니들은 각자의 최대 속도에 도달한다. 이러한 속도에서, 코일 포머(coil former) 및 자석 전기자 사이의 에어 갭이 더 크게 된다. 자석 전기자의 이동 및 에어 갭에서의 연관된 증가로 인해, 자석 전기자의 나머지 자성은 전압이 코일에서 유도되도록 유발한다. 발생하는 최대 유도 전압은, 자석 전기자(그리고 또한 연결된 밸브 니들)의 최대 속도 그리고 그에 따라 밸브 니들의 기계적 폐쇄의 시간을 특징짓는다. 자석 전기자 및 연관된 밸브 니들 속도에 의해 유발되는 이러한 유도 효과는 에디 전류들의 디케잉으로 인한 유도 효과에 중첩된다. 이러한 효과의 연대기적 포지션은 도 7b에서 "Ⅳ"에 의해 특징지어진다.
5. 밸브 니들의 기계적 폐쇄 이후, 바운싱 프로세스가 통상적으로 발생하고, 그 동안에 밸브 니들은 폐쇄 포지션 밖으로 한 번 더 잠시(briefly) 편향된다. 그러나, 스프링 전압 및 인가되는 연료 압력으로 인해, 밸브 니들은 밸브 시트로 다시 도로 가압된다. 바운싱 프로세스 이후의 밸브의 폐쇄는 도 7b에서 "Ⅴ"에 의해 특징지어진다.
본 출원에서 설명되는 방법은 이제, 스위치-오프 단계에서 유도된 전압 프로파일로부터 분사 밸브의 폐쇄 시간을 검출하는 것에 기초한다. 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이, 이러한 검출은 상이한 방법들을 이용하여 수행될 수 있다.
도 1은 유지 단계 및 스위치-오프 단계의 종료시의 다양한 신호 프로파일들을 나타낸다. 유지 단계 및 스위치-오프 단계 사이의 이행은, 수직 점선에 의해 표현되는 스위치-오프 시간에서 발생한다. 코일을 통과하는 전류는 참조 부호 100이 제공된 곡선에 의해, 암페어 단위로서 표현된다. 스위치-오프 단계에서, 유도된 전압 신호(110)는, 자석 전기자의 속도 및 밸브 니들의 속도로 인한 유도 효과 그리고 에디 전류들의 디케잉으로 인한 유도 효과의 중첩의 결과로서 발생한다. 전압 신호(110)는 10 볼트의 단위로 표현된다. 전압 신호(110)로부터, 밸브 니들 및 자석 전기자의 바운싱 백(bouncing back)으로 인해 전압의 증가의 속도가 다시 상승하기 이전에 전압의 증가의 속도가 폐쇄 시간의 구역에서 강하에 떨어진다는 것이 명백하다. 참조 부호 120이 제공되는 곡선은 전압 신호(110)의 시간에 따른 도함수를 표현한다. 이러한 도함수(120)에서, 폐쇄 시간은 로컬 최소치(121)에서 보여질 수 있다. 바운싱 백 프로세스 이후, 추가 폐쇄 시간이 추가 최소치(122)에서 보여질 수 있다.
본 발명의 이해에 상대적으로 거의 기여를 하지 않더라도, 도 1은 또한 연료 통류(through-flow)를 초당 그램 단위로 표현하는 곡선(150)을 나타낸다. 분사 밸브를 통과하는 측정된 연료 통류가 검출된 폐쇄 시간 직후에 최고치로부터 매우 급격히 떨어진다는 것이 명백하다. 작동 전압의 평가에 기초하여 검출되는 폐쇄 시간, 및 측정된 연료 통류 레이트가 제1 시간에 값 0에 도달하는 시간 사이의 연대기적 오프셋은, 연료 통류의 결정 동안 제한된 측정 다이내믹스(dynamics)로부터 야기된다. 대략 3.1㎳의 시간으로부터 출발해, 대응하는 측정 신호(150)는 값 0에서 머무른다(settle).
설명된 폐쇄 시간 검출 방법을 수행하기 위해 필요한 컴퓨팅 용량을 감소시키기 위하여, 도함수(120)의 결정은 또한, 예상되는 폐쇄 시간을 포함하는 제한된 시간 인터벌 내에서만 수행될 수 있다.
예컨대, 예상되는 폐쇄 시간(tClose _ Expected)에 관하여 폭(2Δt)을 갖는 시간 인터벌(I)이 정의된다면, 아래가 실제 폐쇄 시간(tClose)에 적용된다:
Figure pct00001
위에서 이미 표시된 바와 같이, 이러한 접근법은, 시간(tClose _ Bounce)에서 바운싱하는 밸브 니들에 기초하여 밸브의 재개된 폐쇄를 검출하기 위하여 확장될 수 있다. 이를 위해, 제1 바운싱 프로세스 이후의 예상되는 폐쇄의 시간(tclose _ bounce _ Expected)에 관하여 폭(2ΔtBounce)을 갖는 시간 인터벌이 정의된다. 시간(tClose _ bounce _ Expected)은 tClose _ bounce _ expected를 통해 폐쇄 시간(tClose)에 관하여(relative to) 정의된다.
Figure pct00002
도 2는 자석 전기자에서의 에디 전류들의 디케잉으로 인한 코일에서의 유도 효과를 특징짓는 기준 전압 프로파일을 이용하여 폐쇄 시간의 검출을 나타낸다. 도 2는 또한, 도 1에서와 같이, 유지 단계 및 스위치-오프 단계의 종료를 도시한다. 에어 갭의 속도 및 밸브 니들의 동일(identical) 속도로 인한 유도 효과 및 에디 전류들의 디케잉으로 인한 유도 효과의 중첩으로부터 획득되는 측정된 전압 프로파일(110)은 도 1과 동일하다. 코일 전류(100)는 또한 도 1과 비교하여 변경되지 않는다.
아이디어는 이제, 에디 전류들의 디케잉으로 인한 유도 효과에 의해 독점적으로 유발되는 전압 신호(110)의 부분을 계산하기 위해 기준 모델을 사용하는 것이다. 대응하는 기준 전압 신호가 참조 부호(215)를 갖는 곡선에 의해 표현된다. 측정된 전압 프로파일(110) 및 기준 전압 신호(215) 사이의 전압차를 결정함으로써, 디케잉되는 에디 전류들로 인한 유도 효과를 제거하는 것이 가능하다. 그러므로, 차이(difference) 전압 신호(230)는, 이동-관련 유도 효과를 특징짓고, 자석 전기자 및 밸브 니들의 속도의 직접적인 측정치(measure)이다. 차이 전압 신호(230)의 최대치(231)는 자석 전기자 또는 밸브 니들의 최대 속도를 특징짓고, 상기 최대 속도는 밸브 시트 상에서 니들의 영향 직전에 도달된다. 그러므로, 차이 전압 신호의 최대치(231)는 실제 폐쇄 시간(t_close)을 결정하기 위해 사용될 수 있다.
간단한 현상학적 기준 모델이 예로서 아래에서 주어진다. 기준 모델은 전자식 엔진 제어기로 온라인으로 계산될 수 있다. 그러나, 다른 물리적 모델 접근법들이 또한 고려 가능하다.
기준 모델은, 자기-유도 전압이 회복 전압을 더 이상 초과하지 않게 되자마자 또는 그 이후에, 그러나 tClose _ expected에 도달되기 이전에 시작되고(t=0), 그러므로 전류는 코일을 통과해 더 이상 흐르지 않는다. 그 다음에, 코일은 전기적으로 개방 코일 모드에 있다. 기준 전압 프로파일(215)은 최대 개방 압력보다 더 높은 연료 압력을 이용하여 분사 테스트 벤치 상의 기준 분사기에 대하여 측정된다. 분사기는, 여기서, 전기적 작동에도 불구하고, 폐쇄 포지션에서 유압식으로 클램핑 된다. 그러므로, 스위치-오프 단계에서, 여기서 측정되는 전압 프로파일(도시되지 않지만, 모델 부정확성들을 허용하는 215와 동일)은 에디 전류들을 지수적으로 디케잉함으로써 유도된 전압 부분만을 특징으로 한다.
모델 파라미터 또는 기준 모델의 파라미터들은, 측정된 전압 프로파일(215)에 대한 최선의 가능한 대응(correspondence)이 달성되는 방식으로, 오프라인 모드에서 후속하여 최적화될 수 있다. 이는, 알려진 방식으로, 경사도 탐색 방법을 통해 품질 측정치를 최소화함으로써 수행될 수 있다.
일반적으로, 자기 재료 RMAG _ Material(
Figure pct00003
) ― 여기서, 에디 전류가 흐름 ― 의 온도 동작 및 전기적 저항, 스위치-오프 단계로 구성되는 측정된 전압 시작 값(UStart)의 파라미터들을 갖는 시간-종속적 모델, 그리고 스위칭 오프시 유지 단계에서의 전류 값(Ihold)이 모델링된 기준 전압(UINJ _ MDL)에 대하여 획득된다. 이는, 아래의 방정식에 의해 수학적으로 설명될 수 있다:
Figure pct00004
간단한 구현이 아래의 모델에 의해 달성될 수 있다. 분사 온도 및 Ihold의 종속성들을 갖는 시간 상수가 여기에 실례되는 예시적 실시예에 따라 특징 다이어그램에 의해 저장된다.
Figure pct00005
위와 같이, 폐쇄 시간은 기준 모델(215) 및 측정된 유도 전압(110) 사이의 전압차(230)의 로컬 최대치의 결정으로부터 획득된다. 이러한 평가는 차례로, 예상되는 폐쇄 시간(tClose _ expected) 주변에서 폭(2ΔtBounce)을 갖는 시간 인터벌(I)에서 이루어질 수 있다.
Figure pct00006
여기서, UINJ _ MES(t)는 측정된 전압 신호(110)를 나타낸다.
위에서 이미 나타난 바와 같이, 바운싱하는 분사기 니들에 기초하여 시간(tClose _ Bounce)에서 분사기의 재개된 폐쇄를 검출하기 위하여, 알고리듬은 적절한 관찰 시간 인터벌을 정의함으로써 확장될 수 있다.
기준 전압 신호(215)의 프로파일은, 적절하게 프로그래밍 된 컴퓨터 유닛을 통해 계산될 수 있을 뿐만 아니라, 또한 전자식 회로를 이용하여, 즉 하드웨어로서 모델링될 수도 있다. 폐쇄 시간을 검출하기 위한 이러한 회로는 유리하게 세 개의 기능 그룹들로 구성된다:
a) 스위치-온 프로세스와 동시에(in synchronism with), 에디 전류들에 의해 유도되는, 지수적으로 디케잉되는 코일 전압을 그 다음에 모델링하는 기준 전압 신호(215)를 발생시키기 위한 발생기 회로. 발생기 전압은 또한 기준 발생기로서 아래에서 지칭된다.
b) 에디 전류들에 의해 유도된, 전압 신호(110)의 전압 부분을 제거하기 위하여, 코일 전압(110) 및 기준 전압 신호(215) 사이의 차이들을 형성하기 위한 차감 회로. 그 결과, 본질적으로, 코일 전압의 이동-유도된 부분이 남는다.
c) 분사기의 폐쇄 시간을 유도하는, 코일 전압의 이동-유도된 부분의 최대치(231)를 검출하기 위한 평가 회로.
도 3은, 밸브를 작동시키기 위해 제공되고, 그리고 기준 전압 프로파일을 발생시키기 위한 이러한 기준 발생기(360)를 갖는 출력단을 나타낸다.
스위치-오프 단계 동안에, 트랜지스터들(T1, T2 및 T3)은 작동 신호들(Control1, Control2 및 Control3)을 통해 스위치 오프 된다. 분사기 코일(L_inj)에서의 자속에 의해 생성된 전압은, 회복 다이오드(D1) 및 프리휠링 다이오드(D3)가 전도되고 전류 흐름이 부스트 전압(V_boost) 및 접지(GND) 사이에서 생성될 때까지, 회복 다이오드(D1)에서의 전압이 상승하도록 유발한다.
코일 전압이 도 1 및 도 2에서 차동 전압으로서 표현된다는 것이 주의될 것이다. 따라서, 스위치-오프 전압은 네거티브 값들을 갖는다. 그러나, 현실 회로에서, 코일(L_inj)의 좌측이 대략 여기에서 접지에 있는 반면에, 코일(L_inj)의 우측은 포지티브 전압 값에 있다.
기준 발생기(360)에서, 코일 전압(V_Spule)은 다이오드(D12)를 통해 npn-타입 트랜지스터(T10)의 에미터에 공급된다. 상기 npn-타입 트랜지스터(T10)의 베이스 전위는 V_boost의 전압 아래의 대략 1.4V의 값을 갖는 것으로서, 분압기를 통해 결정되고, 상기 분압기는, 다이오드들(D10 및 D11) 및 저항기(R10)를 갖는다. 코일 전압(V_Spule)이 V_boost보다 상당히 더 낮은 한, T10은 다이오드(D12)로 인해 전원이 끊기고, 상기 다이오드(D12)는 그 다음에 오프 방향으로 동작되며, 그 결과로 저항기(R11)에서의 전압은 0 V이다. 스위치-오프 단계 동안에, 코일 전압(V_Spule)은 V_boost 더하기 다이오드(D1)로부터의 플럭스 전압까지 상승한다. 그 결과, 트랜지스터(T10)는 스위치 온 되고, 커패시터(C11)를 충전시키고, 그 결과 전압(V_Referenz)은 V_boost의 값까지 급격히 상승한다. 트랜지스터(T10)를 통과하는 충전 전류는 여기에서, 저항기(R11)를 통과하는 방전 전류보다 상당히 더 높다. 코일이 자신의 전압이 V_boost 아래로 떨어지는 정도까지 방전된다면, T10은 스위치 오프 되고, 커패시터(C11)는 그 다음에 저항기(R11)를 통해 방전된다. 컴포넌트 값들의 적절한 선택이 주어진다면, 방전 곡선은 여기에서, 코일 전압(V_Spule)의 프로파일과 동시에 발생하는, 원하는 지수적으로 디케잉되는 프로파일을 갖는다.
도 4는, 더 높은 지수 차수의 기준 전압 프로파일들을 발생시키기 위한, 도 3에 도시된 기준 발생기의 확장을 나타낸다. 여기에서, 도 3에 도시되고, V_Referenz 및 접지 사이에서 양쪽 모두에 연결되는 컴포넌트들(R11 및 C11)은, 도 4에 도시되는 보충 회로(470)에 의해 대체된다. 보충 회로(470)는, 커패시터(C11), 두 개의 저항기들(R11a 및 R11b) ― 상기 두 개의 저항기들(R11a 및 R11b)은 상기 커패시터(C11)에 연속하여 병렬 연결됨 ―, R11b와 병렬로 연결되는 커패시터(C12)를 갖는다.
코일 신호 및 기준 신호 사이의 차이들의 형성은, 차동 증폭기(580)로서 연결되는 연산 증폭기(582)를 이용하여 수행될 수 있다. 이러한 차동 증폭기(580)는 도 5에서 도시된다. 차동 증폭기(580)는 네 개의 저항기들(R20, R21, R22 및 R23)을 갖고, 상기 네 개의 저항기들(R20, R21, R22 및 R23)은 연산 증폭기(582)의 포지티브 입력부 또는 네거티브 입력부와 접촉하도록 각각 위치된다. 도 2에서 참조 부호 230에 의해 특징지어지는 이동-유도된 코일 전압(V_BEMF)은, 차동 증폭기의 출력부에서 이용 가능하다.
도 6은, 유도된 코일 전압(610)(V_Spule), 기준 전압(615)(V_Referenz), 그리고 유도된 코일 전압(610) 및 이동-유도된 기준 전압(615) 사이의 차동 전압(630)(V_BEMF)의 시간 프로파일들을 나타낸다.
차동 전압(630)(V_BEMF)은, 예컨대, 독일 특허출원 공개공보 DE 10 2005 044 886 A1(도 7 및 도 8 참조)에 상세히 설명되는 회로를 이용하여 평가될 수 있다. 여기에서 생성된 차동 전압(630)(V_BEMF)을 평가하기 위하여, 이러한 상기 전압은 DE 10 2005 044 886 A1의 도 7 및 도 8에서 설명된 알려진 전자식 평가 회로의 트랜지스터(T1)의 베이스에 직접 인가될 수 있다. 본 출원에서는, 이러한 알려진 평가 회로의 저항기들(R1-R4)과 C1 및 D3가 생략된다. 이러한 알려진 평가 회로에 대한 추가 수정들은 필요하지 않다.
본 명세서에서 설명된 회로들이 기능 방법을 설명하기 위하여 단지 가능한 예시적 실시예라는 것이 주의될 것이다. 물론, 다른 회로 변형들이 또한 고려 가능하다.
본 명세서에서 설명된 방법은 또한, 코일 드라이브를 갖는 디젤 분사 밸브 내의 제어 밸브의 폐쇄를 검출하기 위해 사용될 수 있다. 게다가, 설명된 방법은 또한, 코일 드라이브를 갖는 직-구동 디젤 분사 밸브 내의 밸브 니들의 폐쇄를 검출하기 위해 사용될 수 있다.

Claims (11)

  1. 코일 드라이브를 갖는 밸브, 특히 자동차의 내연 엔진을 위한 직분사 밸브의 폐쇄 시간을 결정하기 위한 방법으로서,
    상기 코일 드라이브의 코일(L_inj)을 통과하는 전류 흐름을 스위칭 오프 하는 단계 ― 그 결과로 상기 코일(L_inj)의 전원이 끊어짐 ―,
    상기 전원이 끊긴 코일(L_inj)에서 유도된 전압의 시간 프로파일(110)의 감지 단계 ― 상기 유도된 전압은 상기 코일 드라이브의 자기 회로에서 에디 전류(eddy current)들을 디케잉(decaying)함으로써 그리고 상기 코일(L_inj)에 관하여 자석 전기자의 이동에 의해 발생됨 ―,
    상기 코일(L_inj)에서 유도된 전압의 상기 감지된 시간 프로파일(110)의 평가 단계, 및
    상기 평가된 시간 프로파일(110)에 기초한 상기 폐쇄 시간의 결정 단계
    를 포함하는,
    코일 드라이브를 갖는 밸브, 특히 자동차의 내연 엔진을 위한 직분사 밸브의 폐쇄 시간을 결정하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 평가 단계는 예상되는 폐쇄 시간을 포함하는 시간 인터벌 내에서 수행되는,
    코일 드라이브를 갖는 밸브, 특히 자동차의 내연 엔진을 위한 직분사 밸브의 폐쇄 시간을 결정하기 위한 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 평가 단계는 추가 시간 인터벌 내에서 수행되고, 상기 추가 시간 인터벌은, 밸브 니들 및 연관된 자석 전기자의 바운싱(bouncing) 프로세스 이후 상기 밸브가 다시 폐쇄되는 추가의 예상되는 폐쇄 시간을 포함하는,
    코일 드라이브를 갖는 밸브, 특히 자동차의 내연 엔진을 위한 직분사 밸브의 폐쇄 시간을 결정하기 위한 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평가 단계는, 상기 코일(L_inj)에서 유도된 전압의 상기 감지된 시간 프로파일(110)의 시간에 따른 도함수(derivative)(120)의 계산 단계를 포함하는,
    코일 드라이브를 갖는 밸브, 특히 자동차의 내연 엔진을 위한 직분사 밸브의 폐쇄 시간을 결정하기 위한 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평가 단계는, 상기 코일(L_inj)에서 유도된 전압의 상기 감지된 시간 프로파일(110)을 기준 전압 프로파일(215)과 비교하는 단계를 포함하는,
    코일 드라이브를 갖는 밸브, 특히 자동차의 내연 엔진을 위한 직분사 밸브의 폐쇄 시간을 결정하기 위한 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 밸브가 현실(real) 동작에서와 같이 전기적으로 작동된 이후, 상기 자석 전기자가 상기 밸브의 폐쇄 포지션에서 고정되는 동안에, 상기 기준 전압 프로파일(215)은 상기 전원이 끊긴 코일(L_inj)에서 유도된 전압을 감지함으로써 결정되는,
    코일 드라이브를 갖는 밸브, 특히 자동차의 내연 엔진을 위한 직분사 밸브의 폐쇄 시간을 결정하기 위한 방법.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 기준 전압 프로파일(215)은 수학적 기준 모델의 파라미터들에 의해 설명되는,
    코일 드라이브를 갖는 밸브, 특히 자동차의 내연 엔진을 위한 직분사 밸브의 폐쇄 시간을 결정하기 위한 방법.
  8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평가 단계는, 상기 코일(L_inj)에서 유도된 전압의 상기 감지된 시간 프로파일(110)의 시간에 따른 도함수(120)를 상기 기준 전압 프로파일(215)의 시간에 따른 도함수와 비교하는 단계를 포함하는,
    코일 드라이브를 갖는 밸브, 특히 자동차의 내연 엔진을 위한 직분사 밸브의 폐쇄 시간을 결정하기 위한 방법.
  9. 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기준 전압 프로파일(215)은 전자식 회로(360)에 의해 모델링되는,
    코일 드라이브를 갖는 밸브, 특히 자동차의 내연 엔진을 위한 직분사 밸브의 폐쇄 시간을 결정하기 위한 방법.
  10. 코일 드라이브를 갖는 밸브, 특히 자동차의 엔진을 위한 직분사 밸브의 폐쇄 시간을 결정하기 위한 디바이스로서,
    상기 코일 드라이브의 코일(L_inj)을 통과하는 전류 흐름을 스위칭 오프 하기 위한 스위치-오프 유닛 ― 그 결과로 상기 코일(L_inj)의 전원이 끊어짐 ―,
    상기 전원이 끊긴 코일에서 유도된 전압의 시간 프로파일(110)을 감지하기 위한 감지 유닛 ― 상기 유도된 전압(110)은 상기 코일 드라이브의 자기 회로에서 에디 전류들을 디케잉함으로써 그리고 상기 코일(L_inj)에 관하여 자석 전기자의 이동에 의해 발생됨 ―,
    상기 코일(L_inj)에서 유도된 전압의 상기 감지된 시간 프로파일(110)을 평가하도록 그리고 상기 평가된 시간 프로파일(110)에 기초하여 상기 폐쇄 시간을 결정하도록 구성된 평가 유닛
    을 포함하는,
    코일 드라이브를 갖는 밸브, 특히 자동차의 엔진을 위한 직분사 밸브의 폐쇄 시간을 결정하기 위한 디바이스.
  11. 코일 드라이브를 갖는 밸브, 특히 자동차의 엔진을 위한 직분사 밸브의 폐쇄 시간을 결정하기 위한 컴퓨터 프로그램으로서,
    상기 컴퓨터 프로그램은, 프로세서에 의해 실행될 때, 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 제어하도록 구성되는,
    코일 드라이브를 갖는 밸브, 특히 자동차의 엔진을 위한 직분사 밸브의 폐쇄 시간을 결정하기 위한 컴퓨터 프로그램.
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