KR20130097078A - 밸브의 폐쇄 시간의 인식에 기초한 밸브의 전기 작동 - Google Patents

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Abstract

코일 드라이브를 갖는 밸브, 특히 내연 기관용 직접 분사 밸브의 전기적 구동 기간(TiN)을 결정하는 방법이 기술된다. 상기 방법은, (a) 상기 코일 드라이브의 코일을 통한 전류 흐름(400)의 비활성화―그 결과 상기 코일에는 전류가 흐르지 않게 됨―, (b) 상기 전류가 흐르지 않는 코일에서 유도된 전압의 시간 프로파일(410)의 검출, (c) 상기 검출된 시간 프로파일(410)에 기초한 상기 밸브의 폐쇄 시간의 결정, 및 (d) 상기 결정된 폐쇄 시간에 기초한 장래의 분사 프로세스를 위한 상기 밸브의 전기적 구동 기간(TiN)의 결정을 포함한다. 또한, 전술한 방법을 수행하는 해당하는 장치 및 컴퓨터 프로그램이 기술된다.

Description

밸브의 폐쇄 시간의 인식에 기초한 밸브의 전기 작동 {ELECTRIC ACTUATION OF A VALVE BASED ON KNOWLEDGE OF THE CLOSING TIME OF THE VALVE}
본 발명은 밸브, 특히 자동차 내연 기관용 직접 분사 밸브의 코일 드라이브의 구동의 기술 분야에 관한 것이다. 본 발명은, 특히 코일 드라이브를 포함하는 밸브의 전기적 구동 기간을 결정하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은, 또한 상기에 명시된 방법을 수행하는 해당하는 장치 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것이기도 하다.
현대의 내연 기관을 운전(가동)하고 엄격한 배출 제한값을 준수하기 위해, 엔진 컨트롤러는 실린더 차지 모델(cylinder charge model)로서 인용되는 것을 사용하여 작업 사이클 당 실린더에 포함된 공기 질량을 계산한다. 모델링된 공기 질량과, 공기의 양 및 연료의 양 사이의 바람직한 비율(람다(Lambda))에 따르면, 이 문헌에서는 인젝터로서도 인용되는 분사 밸브에 의해 연료 설정점 값(MFF_SP)의 해당하는 양이 분사된다. 이렇게하여, 분사되는 연료의 양은 촉매 컨버터에서의 배기 가스 후처리에 최적인 람다의 값이 존재하는 그런 정도로 치수화될 수 있다. 내부 혼합물을 형성하는 직접 분사 스파크 배출 엔진에 대해서, 연료는 40 내지 200bar 범위의 압력으로 연소실에 분사된다.
분사 밸브에 대하여 이루어지는 주된 요청은, 제어되지 않은 출력 연료에 대한 엄격함 및 분사될 연료 제트의 준비뿐만 아니라, 미리 규정된 설정점 분사량의 정밀한 계량이다.
특히, 과급식 직접 분사 스파크 배출 엔진의 경우에는, 필요한 연료량의 다량의 확산이 필요하다. 따라서, 예컨대 엔진의 전부하(full load)에서의 과급식 운전 모드에 대해서는 작업 사이클 당 최대 연료량(MFF_max)이 계량될 필요가 있는 반면, 무부하(idling)에 가까운 운전 모드에서는, 최소 연료량(MFF_min)이 계량되어야 한다. 2개의 특성 변수(MFF_max 및 MFF_min)들은 여기서는 분사 밸브의 선형 작업 범위의 한계들을 규정한다. 이는, 이들 분사량에 대하여, 전기적 구동 기간(electric actuation duration)(Ti)과 작업 사이클 당 분사된 연료량(injected quantity of fuel per working cycle)(MFF)간에 선형 관계가 있음을 의미한다.
코일 드라이브를 가진 직접 분사 밸브들에 대하여, 최대 연료량(MFF_max)과 최소 연료량(MFF_min) 사이의 몫(quotient)으로서 일정한 연료 압력에 규정되는 양적 확산은 대략 15이다. 이산화탄소 저감이 강조된 장래의 엔진에 있어서는, 엔진의 용적량(cubic capacity)은 작아지며, 엔진의 정격 출력(rated power)은 유지되거나 또는 해당하는 엔진 과급 기구들에 의해 오히려 올라간다. 결국, 최대 연료량(MFF_max)으로 구성되는 요건은 적어도 용적량이 상대적으로 큰 흡기 엔진(induction engine)의 요건들에 상응한다. 그러나, 최소 연료량(MFF_min)은 무부하에 가까운 운전 모드 및 용적량이 감소되어 있는 엔진의 오버런 모드(overrun mode)에서의 최소 공기 질량에 의해 결정되며, 그에 따라 상기 최소 연료량(MFF_min)은 작아진다. 또한, 직접 분사는, 예컨대 혼합물 계층화(mixture stratification)로서 인용되는 것 및 늦은 점화 시간에 의해 촉매 컨버터 가열 모드에서 보다 엄격한 배출 제한값의 준수를 허용하는, 복수의 펄스를 따르는 전체 연료 질량의 분배를 허용한다. 장래의 엔진에 있어서는, 상술한 이유들로 상기 양적 확산 및 최소 연료량(MFF_min)의 양자로 이루어진 요구가 증가하게 될 것이다.
공지의 분사 시스템에 있어서, 분사량이 MFF_min보다 적은 경우에는, 공칭 분사량으로부터의 현저한 분사량 편차가 발생한다.
이 대칭적으로 발생하는 편차는 주로 인젝터에서의 제조 공차뿐만 아니라, 엔진 컨트롤러에서 인젝터를 작동하는 출력단의 공차 및 그에 따른 공칭 작동 전류 프로파일로부터의 편차에 기인한다.
직접 분사 밸브의 전기적 구동은 적형적으로 전류 제어식 풀-브리지(full-bridge) 출력단에 의해 발생한다. 차량 분야의 주변 여건하에서는, 인젝터에 가해지는 전류 프로파일을 제한된 정확도로 달성하는 것이 가능할 뿐이다. 인젝터에서의 공차뿐만 아니라 결과로서의 작동 전류의 변화는, 특히 MFF_min 및 그보다 낮은 구역에서의 분사량의 달성 가능한 정확도에 현저한 영향을 미친다.
분사 밸브의 특성 곡선은 분사된 연료량(MFF)과, 연료 압력(FUP)뿐만 아니라 전기 구동의 기간(Ti) 사이의 관계(MFF = f(Ti, FUP))를 규정한다. 설정점 연료량(MFF_SP)을 필요한 분사 시간으로 변환하기 위해 상기 엔진 컨트롤러에서 이 관계의 도치(inversion) Ti = g(MFF_SP, FUP)가 사용된다. 예컨대, 분사 프로세스 동안의 실린더의 내부 압력, 연료의 온도, 및 가능한 공급 전압의 변화와 같이, 이 계산에 추가로 포함되는 영향 변수들이 간략화를 위해 여기서는 생략된다.
도 1a는 직접 분사 밸브의 특성 곡선을 도시한다. 이와 관련해서, 상기 분사된 연료량(MFF)은 전기 구동의 기간(Ti)의 함수로서 플롯화된다. 도 1a로부터 알 수 있듯이, Ti_min보다 긴 기간(Ti) 동안에는 매우 양호한 근사치에 대하여 선형인 작업 범위가 얻어진다. 이는, 주입된 연료량(MFF)이 전기 구동의 기간(Ti)에 직접적으로 비례한다는 것을 의미한다. Ti_min보다 짧은 기간(Ti) 동안에는, 매우 비선형적인 거동이 얻어진다. 도시된 예에 있어서는, Ti_min은 대략 0.5ms이다.
상기 선형 작업 범위에 있어서의 특성 곡선의 구배는 분사 밸브를 통한 정적 유동, 즉 완전한 밸브 스트로크일 경우에 지속적으로 달성되는 연료 통과 유량(fuel through-flow rate)에 상응한다. 대략 0.5ms보다 짧은 기간(Ti) 동안의 또는 연료량(MFF) < MFF_min일 때의 비선형 거동의 원인은, 특히 인젝터 스프링 질량계의 관성, 및 분사 밸브의 밸브 니들을 작동하는 자기장의 코일에 의한 성장 및 감소 동안의 발생순 거동(chronological behavior)이다. 이들 동적 영향들의 결과로서, 탄도 구역(ballistic region; 급상승 구역)으로서 인용되는 곳에서는 완전한 밸브 스트로크에 더 이상 도달되지 않는다. 이는, 최대 밸브 스트로크를 규정하는 구조적으로 미리 규정된 단부 위치에 도달되기 전에 밸브가 다시 폐쇄된다는 것을 의미한다.
규정된 및 재현가능한 분사량을 보장하기 위해, 직접 분사 밸브들은 그들의 선형 작업 범위에서 통상적으로 운전된다. 현재, 분사 밸브의 전류 프로파일의 상술한 공차 및 기계적 공차들(예컨대, 폐쇄 스프링의 프리스트레스 힘(prestressing force), 밸브 니들의 스트로크, 전기자/니들 시스템의 내부 마찰)로 인해, 분사량에 있어서 현저한 계통적 에러가 발생하기 때문에, 비선형 범위에서의 운전은 가능하지 않다. 이로 인해, 분사 밸브의 신뢰도 있는 운전 모드를 위해서는, 분사 펄스 당 최소 연료량(MFF_min)이 초래되고, 상기 최소 연료량(MFF_min)은 적어도 양에 관하여 정확하게 원하는 분사량을 실현할 수 있도록 하기 위해 제공되어야 한다. 도 1a에 도시된 예에 있어서, 이 최소 연료량(MFF_min)은 5mg보다 다소 적다.
도 1b는 비선형 운전 범위에 대하여, 극심하게 가변적인 전류 프로파일에서의 상대적인 에러에 대한 공칭 전류 프로파일(ΔI = 0%)에 관한 분사량의 개별적인 편차를 도시한다.
상기 전류 프로파일에 있어서의 다양한 상대적인 에러들은 여기서는 -10%, -5%, -2.5%, +2.5%, +5% 및 +10%이다. 도시되지 않은 그리고 Ti = Ti_min = 0.5ms에서 시작하는 선형 구역에서는, 상기 전류 프로파일에서의 에러만이 상기 양적 정확도에 미치는 영향이 적다. 그러나, Ti < Ti_min 및 각각 MFF < MFF_min을 기점으로 해서, 상기 양적 에러는 현저하게 증가한다. 상기 양적 정확도에 있어서의 현저한 에러들은, 특히 탄도 구역에서의 분사 시간 동안 발생한다.
통상적으로 직접 분사 밸브의 전기적 구동은 엔진 컨트롤러의 전류 제어식 풀-브리지 출력단들에 의해 발생한다. 풀-브리지 출력단은 모터 차량의 온-보드 전력 시스템 전압 및 대안으로서의 부스트 전압(boost voltage)을 분사 밸브에 공급할 수 있게 한다. 상기 부스트 전압(U_boost)은, 예컨대 대략 60V일 수 있다. 상기 부스트 전압은 DC/DC 컨버터에 의해 이용할 수 있게 이루어지는 것이 보통이다.
도 2는 코일 드라이브를 가진 직접 분사 밸브의 전형적인 전류 작동 프로파일(I)(두꺼운 실선)을 도시한다. 도 2는 직접 분사 밸브에 가해지는 해당하는 전압(U)(얇은 실선)을 또한 도시한다. 상기 작동은 하기의 단계들로 나뉜다:
A) 프리-차지 단계(pre-charge phase): 이 기간(t-pch)의 단계 동안, 상기 출력단의 브리지 회로는 모터 차량의 온-보드 전력 시스템 전압에 해당하는 배터리 전압(U_bat)을 분사 밸브의 코일 드라이브에 인가한다. 전류 설정점 값(I_pch)에 도달하면, 상기 배터리 전압(U_bat)은 2점(two-point) 컨트롤러에 의해 비활성화(정지)되고, U-bat는 추가의 전류 임계값에 미치지 못한 후에 다시 전환된다.
B) 부스트 단계(Boost phase): 상기 프리-차지 단계는 부스트 단계에 인접한다. 이를 위해, 출력단은 최대 전류(I_peak)에 도달할 때까지 부스트 전압(U_boost)을 코일 드라이브에 인가한다. 전류의 급속한 성장의 결과로서, 상기 분사 밸브는 가속된 형태로 개방한다. I_peak에 도달한 후에, t_1의 만기까지 프리-휠링 단계(free-wheeling phase)가 후속되고, 상기 프리-휠링 단계 동안 상기 배터리 전압(U_bat)이 차례로 상기 코일 드라이브에 인가된다. 전기 구동의 기간(Ti)은 상기 부스트 단계의 개시로부터 측정된다. 이는, 상기 프리-휠링 단계로의 천이가 미리 규정된 최대 전류(I_peak)에 도달된 것에 의해 기동됨을 의미한다. 상기 부스트 단계의 기간(t_1)은 연료 압력의 함수로서 영구적으로 미리 규정된다.
C) 정류 단계(Commutation phase): t_1의 만기 후에, 정류 단계가 이어진다. 여기서는, 전압의 비활성화로 인해, 실질적으로 상기 부스트 전압(U_boost)으로 제한되는 자기 유도 전압(self induction voltage)이 초래된다. 상기 자기 유도 동안의 전압 제한은 U_boost와, 회복 다이오드의 순방향 전압(forward voltage)들 및 프리-휠링 다이오드로서 인용되는 것의 순방향 전압들과의 합(sum)으로 구성된다. 이들 전압들의 합은 하기에서는 회복 전압(recovery voltage)으로서 인용된다. 도 2에 기초하는 차동 전압 측정에 기초하여, 상기 회복 전압은 상기 정류 단계에서 네거티브(negative) 형태로 형성된다.
상기 회복 전압의 결과로서, 코일을 통한 전류 흐름이 생성되고, 상기 흐름은 자기장을 감소시킨다. 상기 정류 단계는 시간이 정해져 있고, 상기 배터리 전압(U_bat) 및 상기 부스트 단계의 기간(t_1)에 의존한다. 상기 정류 단계는 추가 기간(t_2)의 만기 후에 종료한다.
D) 유지 단계(Holding phase): 상기 정류 단계는 유지 단계로서 인용되는 것에 인접한다. 여기서, 유지 전류 설정점의 설정점 값(I_hold)은 상기 배터리 전압(U_bat)에 의해, 또한 2점 컨트롤러에 의해 제어된다.
E) 비활성화 단계(Deactivation phase): 상기 전압의 비활성화로 인해, 상술한 바와 같이 상기 회복 전압으로 제한되는 자기 유도 전압이 초래된다. 이로 인해, 코일을 통한 전류 흐름이 초래되고, 상기 흐름은 이제 자기장을 감소시킨다. 여기서 네거티브 형태로 형성되는 상기 회복 전압이 초과된 후에, 전류는 더 이상 흐르지 않는다. 이 상태를 "코일 개방(open coil)"이라고도 한다. 자성 재료의 옴 저항 때문에, 상기 코일의 자기장의 감소 동안 유도되는 와전류(eddy current)들이 감쇠된다(decay). 상기 와전류들의 감소는 자성 코일의 자기장의 변화 및 그에 따른 전압 유도를 차례로 초래한다. 이러한 유도 효과는 상기 인젝터에서의 전압값을 지수 함수(exponential function)의 프로파일에 따라 상기 회복 전압의 레벨로부터 값 "0(zero)"까지 상승시킨다. 자력의 감소 후에, 상기 인젝터는 연료 압력에 의해 야기되는 스프링력(spring force) 및 유압(hydraulic force)에 의해 폐쇄된다.
분사 밸브의 전술한 작동은, 상기 분사 밸브의 또는 상기 인젝터의 정밀한 폐쇄 시간이 상기 "코일 개방" 단계에서 결정될 수 없다는 단점을 갖는다. 분사량의 변화는 결과로서의 상기 폐쇄 시간의 변화와 연관성이 있기 때문에, 이 정보의 부재는, 특히 MFF_min보다 적은 극소 분사량의 경우에는, 모터 차량 엔진의 연소실 내로 실제로 주입되는 연료의 양에 관한 심각한 불확실성을 초래한다.
본 발명은, 분사량이 적은 경우에 상대적으로 높은 레벨의 양적 정확도를 달성할 수 있다는 취지로 분사 밸브의 작동을 개선하려는 목적에 기초한다.
이 목적은 독립청구항의 요지들에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 실시예들은 종속청구항들에 기술된다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 코일 드라이브를 포함하는 밸브의 전기적 구동 기간을 결정하는 방법이 기술된다. 상기 밸브는, 특히 내연 기관용 직접 분사 밸브이다. 상술한 방법은, (a) 상기 코일 드라이브의 코일을 통한 전류 흐름의 비활성화, 그 결과 상기 코일에는 전류가 흐르지 않고, (b) 상기 전류가 흐르지 않는 코일에서 유도된 전압의 시간 프로파일의 검출, (c) 상기 검출된 시간 프로파일에 기초하여 상기 밸브의 폐쇄 시간의 결정, 및 (d) 상기 결정된 폐쇄 시간에 기초하여 장래의 분사 프로세스를 위한 상기 밸브의 전기적 구동 기간의 결정을 포함한다.
전술한 방법은, 사전에 결정된 폐쇄 시간을 포함하는 전기 작동 데이터의 적절한 변환에 의해, 상기 밸브의 작동을 개선할 수 있다는 인식에 기초한다. 결과적으로, 특히 분사량이 적은 경우에 상대적으로 높은 레벨의 양적 정확도가 달성될 수 있다.
상기 폐쇄 시간의 결정은, 특히 상기 효과에 기초할 수 있으며, 그에 따라 전류 흐름의 또는 작동 전류의 비활성화 이후에, 상기 코일 드라이브의 자석 전기자의 또는 거기에 연결된 밸브 니들의 폐쇄 운동은 상기 코일에 인가된 전압(인젝터 전압)의 속도 의존적인 영향을 초래한다. 코일-구동식 밸브의 경우에는, 물론 상기 작동 전류의 비활성화 이후에 자력의 감소가 존재한다.
상기 밸브에 인가되는 스프링 응력 및 유압(예컨대, 연료 압력에 의해 야기됨)의 결과로서, 상기 자석 전기자 및 상기 밸브 니들을 밸브 시트(valve seat)의 방향으로 가속하는 최종적인 힘이 얻어진다. 상기 밸브 시트에 충돌하기 직전에, 상기 자석 전기자 및 밸브 니들은 그들의 최대 속도에 도달한다. 이 속도에 의해, 상기 코일의 코어와 상기 자석 전기자 사이의 공극(air gap)도 증가된다. 상기 자석 전기자의 운동 및 상기 공극의 연관된 증가 때문에, 상기 자석 전기자의 잔류 자기(remanent magnetism)는 상기 코일에서의 전압 유도를 초래한다. 최대 운동 유도 전압이 발생하면, 상기 자석 전기자의 최대 속도 및 그에 따른 상기 밸브의 기계적인 폐쇄 시간을 특정한다.
따라서, 상기 전류가 흐르지 않는 코일에서 유도된 전압의 전압 프로파일은 상기 자석 전기자의 운동에 의해 적어도 부분적으로 결정된다. 상기 코일에서 유도된 전압의 시간 프로파일의 적절한 평가를 통해, 적어도 양호한 근사치로, 상기 자석 전기자와 코일 사이의 상대 운동 하에 있는 성분을 결정할 수 있다. 이렇게 하여, 운동 프로파일에 대한 정보 역시 자동으로 취득되고, 그 정보는 정확한 결론이 상기 최대 속도의 시간에 대하여 그리고 그에 따른 상기 밸브의 폐쇄 시간에 대하여 도출되게 한다.
상기 기계적인 폐쇄 시간에 대한 인식은, 상기 작동 전류 또는 인젝터 전류의 비활성화와 상기 밸브의 또는 상기 밸브 니들의 검출된 폐쇄 사이의 시간차로서 규정되는, 인젝터 폐쇄 시간(Tclose)으로서 인용되는 것의 결정을 허용한다.
전술한 방법은 엔진 제어 장치에 온라인으로(online) 수행될 수 있다는 장점을 갖는다. 예컨대, 상기 분사 밸브의 또한 상기 작동 전자 기기의 상술한 공차들의 결과로서, 상기 밸브 폐쇄 거동이 변화되면, 전술한 폐쇄 시간 검출 방법에 있어서는, 이 변화는 자동으로 검출되는 한편, 변화된 작동에 의해 그에 상응하게 보상될 수 있다.
전술한 방법을 수행하기 위해, 상기 밸브의 전체적인 폐쇄 프로세스의 동역학을 결정할 필요가 없다는 점에 유의해야 한다. 상기 밸브의 작동을 최적화하기 위해, 본 발명에 따라 상기 폐쇄 시간만을 결정하면 된다. 결과적으로, 엔진 제어 장치의 연산 능력에 대한 요건들은 유리하게 감소된다.
전술한 기간의 경우에는 상기 밸브의 실제 폐쇄 시간에 대하여 사전에 취득한 실현이 고려될 수 있다는 사실에 의해, 전술한 기간은 시간에 걸친 분사 밸브의 작동에 대한 공지된 기간과 상이하다는 점에도 유의해야 한다.
일 실시예에 따르면, 상기 폐쇄 시간의 결정은 상기 전류가 흐르지 않는 코일에서 유도된 전압의 상기 검출된 시간 프로파일의 시간 도함수의 계산을 포함한다. 상기 폐쇄 시간은, 여기서는 상기 유도된 전압 프로파일의 시간 도함수의 국소 최소값(local minimum)에 의해 결정될 수 있다.
상기 계산은 기대 폐쇄 시간이 놓이는 시간 간격으로 제한될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 결과적으로, 전술한 방법에 필요한 연산의 복잡성은 쉽게 감소될 수 있다.
추가의 예시적 실시예에 따르면, 상기 폐쇄 시간의 결정은 상기 코일에서 유도된 전압의 상기 검출된 시간 프로파일과 기준 전압 프로파일과의 비교를 포함한다.
상기 기준 전압 프로파일은, 여기서는 상기 코일 드라이브의 자기 회로에서 와전류들을 감쇠함으로써 야기되는 상기 유도된 전압의 성분을 기술하도록 선택될 수 있다. 결과적으로, 특히 자기 전기자의 실제 운동에 대한 정확한 정보가 취득될 수 있다. 상기 비교는, 예컨대 상기 코일에서 유도된 전압과 상기 기준 전압 프로파일 사이의 간단한 차이 형성을 포함할 수 있다.
상기 비교는, 또한 여기서는 상기 기대 폐쇄 시간이 놓이는 시간 간격으로 제한될 수 있다.
추가의 예시적 실시예에 따르면, 상기 밸브의 폐쇄 위치에 상기 코일 드라이브의 자석 전기자가 고정되어 있는 동안, 상기 밸브가 실제 운전에서와 같이 전기적으로 구동된 후에, 상기 전류가 흐르지 않는 코일에서 유도된 전압이 검출된다는 점에서, 상기 기준 전압 프로파일이 결정된다.
여기서는, 상기 자기 전기자의 운동이 방지되기 때문에, 상기 기준 전압 프로파일은 상기 코일의 상기 자석 전기자에서 와전류를 감쇠함으로써 유도된 전압만을 특정한다. 실제 운전에 있어서, 상기 전류가 흐르지 않는 코일에서 유도된 전압의 시간 프로파일과 상기와 같이 결정되는 기준 전압 사이의 차이는, 상기 자석 전기자와 코일 사이의 상대 운동에 의해 야기되는, 상기 유도된 전압의 운동 성분을 매우 양호한 근사치로 나타낸다. 결과적으로, 상기 폐쇄 시간은 특히 높은 레벨의 정확도로 결정될 수 있다.
상기 기준 전압 프로파일은, 예컨대 수학적 기준 모델의 파라미터에 의해 기술될 수 있다. 이는, 전술한 방법이 적절한 방식으로 프로그래밍되는 마이크로컨트롤러에 의해 수행될 수 있다는 장점을 갖는다. 밸브의 전기 작동에 대하여, 종래 기술로부터 공지되어 있는 하드웨어에 있어서는, 변화가 필요 없거나 매우 작은 변화만이 필요하다는 이점이 있다.
추가의 예시적 실시예에 따르면, 상기 폐쇄 시간의 결정은 (a) 상기 코일에서 유도된 전압의 상기 검출된 시간 프로파일의 시간 도함수와 (b) 상기 기준 전압 프로파일의 시간 도함수와의 비교를 포함한다. 이와 관련해서, 예컨대 (a) 상기 코일에서 유도된 전압의 상기 검출된 시간 프로파일의 시간 도함수와 (b) 상기 기준 전압 프로파일의 시간 도함수 사이의 차이가 계산될 수 있다.
상기 폐쇄 시간은 국소 최대값(local maximum)에 의해 또는 국소 최소값에 의해 결정될 수 있다(상기 차이 형성의 사인에 의존함). 여기서는 마찬가지로, 상기 두 시간 도함수의 계산과 상기 차이 형성 양자를 포함하는 평가는 기대 폐쇄 시간이 놓이는 시간 간격으로 제한될 수 있다. 바운싱 프로세스(bouncing process) 이후에 나타날 수 있는 추가의 폐쇄 시간에도 동일하게 적용할 수 있다.
상기 기준 전압 프로파일은 전자 회로에 의해 모델링될 수 있다. 상기와 같은 전자 회로는, 예컨대 기준 제너레이터 모듈, 감산 모듈 및 평가 모듈과 같은 다양한 구성요소들 또는 모듈들을 포함할 수 있다.
상기 기준 제너레이터 모듈은, 예컨대 상기 코일의 전류 비활성화 프로세스와 동기하여, 상기 전류가 흐르지 않는 코일에서의 와전류들의 감쇠에 의해 유도되는 코일 전압을 모델링하고 기하급수적으로 감쇠시키는 기준 신호를 생성할 수 있다. 상기 감산 모듈은 상기 감쇠하는 와전류들에 의해 유도되는 상기 코일 신호의 전압 성분을 제거하기 위해 상기 코일 전압과 상기 기준 신호 사이의 차이 형성을 하게 작용한다. 결과적으로, 주로 상기 코일 전압의 운동 유도 성분이 남는다. 상기 평가 모듈은 상기 코일 전압의 운동 유도 성분의 최대값을 검출할 수 있고, 상기 최대값은 인젝터의 폐쇄 시간을 유도한다.
추가의 예시적 실시예에 따르면, 상기 방법은 상기 결정된 기간에 기초한 상기 밸브의 작동을 또한 포함한다.
상기 결정된 기간은, 종래의 기간과 유사하게, 분사 밸브의 시간에 걸친 작동에 대하여 특성 선도로서 엔진 컨트롤러에 저장될 수 있다. 특성 선도는, 상기 전기 구동의 전술한 기간 이외에, 예컨대 (a) 분사될 연료량의 양적 설정점 값, (b) 입력측에서 밸브에 인가되는 연료 압력, (c) 분사 동안의 실린더 내부 압력 및/또는 (d) 밸브에 의해 분사되는 연료의 온도와 같은 추가의 영향 변수로도 이루어질 수 있다.
전술한 방법은 엔진의 다양한 분사 밸브와 병행하여 수행될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 이 경우에 상이한 분사 밸브들이 하나 이상의 실린더에 할당될 수 있다. 엔진 컨트롤러에 의한 복수의 분사 밸브의 병행 구동의 경우에는, 해당하는 데이터가 복수의 특성 선도에 저장될 수도 있으며, 이때 특성 선도는 각 경우에 분사 밸브에 할당된다. 결과적으로, 개개의 작동은 각 분사 밸브에 대하여 일어날 수 있다.
추가의 예시적 실시예에 따르면, 상기 기간의 결정은 상이한 분사 펄스들로 이루어진 시퀀스를 위한 반복 절차에 의해 수행된다. 이 절차에서는, 장래의 분사 프로세스를 위한 밸브의 전기적 구동 기간에 대하여 보정값이 결정된다. 이 결정은 (a) 선행하는 분사 프로세스를 위한 밸브의 전기적 구동 기간의 보정값과, (b) 상기 밸브의 전기 구동을 위한 공칭 유효 기간(b1)과 상기 선행하는 분사 프로세스를 위한 상기 밸브의 전기 구동의 개별 유효 기간(b2)간의 시간차의 함수로서 발생한다. 상기 개별 유효 기간은, 여기서는 상기 선행하는 분사 프로세스를 위한 상기 밸브의 전기 구동의 개시와 상기 선행하는 분사 프로세스를 위한 상기 결정된 폐쇄 시간 사이의 시간차에 기인한다.
상기 공칭 유효 기간이라는 용어는, 여기서는 분사 밸브에 의해 사용되는 타입을 특정하는 기간으로서 이해되어야 한다. 따라서, 상기 공칭 유효 기간은 동일한 디자인의 분사 밸브의 유효 분사 시간으로서 이해될 수도 있으며, 상기 분사 시간은 동일한 디자인의 분사 밸브의 전기적 구동 기간 및 상기 폐쇄 시간(Tclose)으로부터 얻어진다. 이와 관련해서, 상기 폐쇄 시간(Tclose)은 상기 작동 전류의 비활성화와, 동일한 디자인의 분사 밸브의 밸브 또는 밸브 니들의 상기 결정된 폐쇄 사이의 시간차에 의해 규정된다.
상기 공칭 유효 기간은 공칭 거동을 가진 전형적인 인젝터 출력단에 의해 그리고 공칭 거동을 가진 동일한 디자인의 분사 밸브에 의해 실험적으로 사전에 결정될 수 있다. 상기 개별 유효 기간은, 전술한 바와 같이, 상기 전기 구동의 상기 결정된 폐쇄 시간에 기초하여 결정될 수 있다.
도식적으로 말하자면, 전술한 방법에 있어서, 상기 정보는 "분사 폐쇄 시간"을 사용하여, 설정점 값(MFF_SP)에 의해 규정되는 분사될 공칭 연료량으로부터 실제로 분사된 연료량의 편차를 검출하고, 상기 공칭 연료량으로부터의 편차가 최소화되는 방식으로 보정값에 의해 상기 분사 밸브의 전기적 구동 기간을 조정한다. 이 방법은, 특히 최소 연료량(MFF_min)보다 적은 분사량에 대하여 상기 분사량의 정확도를 현저하게 개선할 수 있다.
추가의 예시적 실시예에 따르면, 상기 공칭 유효 기간과 상기 개별 유효 기간 사이의 시간차는 가중(weighting) 인자에 의해 가중된다. 이 가중 인자는 특성 선도에 의해 전류 운전 조건에 의존할 수 있다. 상기 의존은 실험적인 조사들에 기초하여 오프라인으로 결정될 수 있다.
본 발명의 추가의 양태에 따르면, 코일 드라이브를 포함하는 밸브, 특히 내연 기관용 직접 분사 밸브의 전기적 구동 기간을 결정하는 장치가 기술된다. 전술한 장치는, (a) 상기 코일 드라이브의 코일을 통한 전류 흐름을 비활성화하는 비활성화 유닛, 그 결과 상기 코일에는 전류가 흐르지 않고, (b) 상기 전류가 흐르지 않는 코일에서 유도된 전압의 시간 프로파일을 검출하는 검출 유닛, 및 (c) 상기 검출된 시간 프로파일에 기초하여 상기 밸브의 폐쇄 시간을 결정(c1)하고, 상기 결정된 폐쇄 시간에 기초하여 장래의 분사 프로세스를 위한 상기 밸브의 전기적 구동 기간을 결정(c2)하도록 구성된 평가 유닛을 포함한다.
추가의 양태에 따르면, 코일 드라이브를 포함하는 밸브, 특히 내연 기관용 직접 분사 밸브의 전기적 구동 기간을 결정하는 컴퓨터 프로그램이 기술된다. 상기 컴퓨터 프로그램이 프로세서에 의해 실행되면, 상기 컴퓨터 프로그램은 전술한 방법을 제어하도록 구성된다.
이 문헌에 따르면, 상기와 같은 컴퓨터 프로그램의 사양은, 본 발명에 따른 방법과 연관되는 효과를 달성하기 위해, 적절한 방식으로 시스템의 또는 방법의 상기 방법 작업을 조정하기 위해 컴퓨터 시스템을 제어하는 명령을 포함하는 프로그램 요소, 컴퓨터 프로그램 제품 및/또는 컴퓨터 가독 매체의 개념과 동등하다.
상기 컴퓨터 프로그램은, 예컨대 JAVA, C++ 등과 같은 임의의 적절한 프로그래밍 언어에서 컴퓨터 가독 명령 코드로서 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터 가독 저장 매체(CD-롬, DVD, 블루레이 디스크, 분리형 드라이브, 휘발성 또는 비휘발성 메모리, 인스톨형 메모리/프로세서 등)에 저장될 수 있다. 상기 명령 코드는 원하는 기능을 실행할 수 있게 컴퓨터에 또는, 특히 모터 차량의 엔진용 제어 장치와 같은 다른 프로그램 가능 디바이스들을 프로그래밍할 수 있다. 또한, 상기 컴퓨터 프로그램은, 예컨대 인터넷과 같은 네트워크에서 이용 가능하게 이루어질 수 있으며, 인터넷으로부터 유저의 필요시에 다운로드될 수 있다.
본 발명은 컴퓨터 프로그램에 의해서, 즉 소프트웨어에 의해서 뿐만 아니라, 하나 또는 그 보다 많은 특정한 전기 회로들에 의해서, 즉 하드웨어에 의해서 구현되거나, 또는 임의의 바람직한 하이브리드(hybrid) 형태로, 즉 소프트웨어 구성요소들 및 하드웨어 구성요소들에 의해서 구현될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 상이한 발명의 요지들을 참조로 기술되었음에 유의해야 한다. 특히, 본 발명의 다수의 실시예는 방법 청구항을 가지고 기술되고 있고, 본 발명의 다른 실시예들은 장치 청구항을 가지고 기술된다. 그러나, 명시적으로 달리 언급하지 않는 한, 한 가지 타입의 발명의 요지와 연관되는 양태들의 조합에 더하여, 상이한 타입의 발명의 요지와 연관되는 양태들의 임의의 바람직한 조합도 가능하다는 점은 이 명세서를 읽는 즉시 당업자에게는 분명해질 것이다.
본 발명의 추가의 장점 및 특징은 일반적으로 바람직한 실시예의 하기의 예시적인 설명으로부터 확인할 수 있다. 이 명세서의 개개의 도면은 단지 개략적인 것으로서 고려되어야 하며 실척으로 도시되어 있지는 않다.
도 1a는 분사된 연료량(MFF)을 전기 구동의 기간(Ti)의 함수로서 플롯화하는, 선도로 도시된 공지된 직접 분사 밸브의 특성 곡선을 도시하는 도면.
도 1b는 극심하게 가변적인 전류 프로파일에서의 에러들을 위한 공칭 전류 프로파일에 관한 분사량의 개별적인 편차를 도시하는 도면.
도 2는 코일 드라이브를 가진 직접 분사 밸브를 위한 전형적인 전류 작동 프로파일 및 그에 해당하는 전압 프로파일을 도시하는 도면.
도 3a는 작동 기간(Ti)의 함수로서 분사 정확도에 대한 시스템 공차들의 영향들을 도 1b에 따라 도시하는 도면.
도 3b는 도 3a로부터의 측정 결과를 도시하는 도면으로서, 가로축은 인젝터의 측정된 폐쇄 시간이 고려되는 유효 작동 기간을 향한 상기 작동 기간(Ti)의 변환 이후를 고려하고 있는 도면.
도 4a는 코일에서 유도된 전압 프로파일의 시간 도함수에 기초한 상기 폐쇄 시간의 검출을 도시하는 도면.
도 4b는 자석 전기자에서의 와전류들의 감쇠에 기초한 코일에서의 유도 효과를 특정하는 기준 전압 프로파일을 이용하는 상기 폐쇄 시간의 검출을 도시하는 도면.
도 5는 밸브의 폐쇄 시간의 인식에 기초하여 밸브를 전기적으로 구동하는 방법의 플로우차트를 도시하는 도면.
실시예의 해당하는 특징부들 및/또는 구성요소들과 동일한 또는 적어도 기능적으로 동일한, 상이한 실시예들의 특징부들 및/또는 구성요소들에는 동일한 참조 부호들이 제공된다는 점에 유의해야 한다. 불필요한 반복을 피하기 위해, 전술한 실시예를 참조로 이미 설명한 특징부들 및/또는 구성요소들에 대해서는 하기에서는 더 이상 상세히 설명하지 않는다.
도 3a는 작동 기간(Ti)의 함수로서 분사 정확도에 대한 시스템 공차들의 영향들을 도 1b에 따라 도시한다. 공칭 작동에 기초한 전류 프로파일의 변화의 영향은, 각 경우에, 상대적으로 높은 전류 레벨 및 상대적으로 낮은 전류 레벨을 향해 두 단계로 도시된다. 각 경우에, 5개의 상이한 전류 레벨들에 걸친 이 변화는 최소 공차 환경을 가진 제 1 인젝터 및 최대 공차 환경을 가진 제 2 인젝터에 대하여 수행되었다. 따라서, 전체로서, 이는 각 분사 시간에 대하여 10개의 측정 지점들로 된다. 상기 제 1 인젝터에 대한 측정 지점들은 하향 삼각형들로 도시된다. 상기 제 2 인젝터에 대한 측정 지점들은 상향 삼각형들로 도시된다. 탄도 구역에서는 작동 기간(Ti)에 대한 매우 다량의 확산 결과가 명확히 나타난다. 관찰된 변화는 안정적이며 배출-최적화된 엔진 운전 모드를 탄도 구역에서는 허용하지 않는다.
도 3b는 도 3a로부터의 측정 결과를 도시하고 있으며, 여기서 가로축은 인젝터의 측정된 폐쇄 시간이 고려되는 유효 작동 기간을 향한 상기 작동 기간(Ti)의 변환에 따라 수정되지 않는다. 작업 사이클 당 실제로 분사된 연료량(MFF)은 도 3a에서와 같이 세로축에 나타난다. 사용된 변환은 하기의 식 (1)에 의해 기술된다:
Figure pct00001

여기서, Ti_eff는 분사 밸브의 유효 작동 기간이다. Ti는 사용된 전기적 구동 기간이고, Tclose는 인젝터의 결정된 폐쇄 시간이다. 앞서 기술한 바와 같이, 상기 폐쇄 시간(Tclose)은 상기 작동 전류의 비활성화와 상기 밸브의 검출된 폐쇄 사이의 시간차로서 규정된다.
변환된 도 3b로부터 알 수 있듯이, Ti_eff의 함수로서의 MFF의 도시에 있어서, 도 3a에서 관찰될 수 있는 양적 분산(quantity scatters)은 매우 양호한 근사치에서 배제된다. 이 거동은, 특히 탄도 구역에서, 관찰된 계통적 시스템 공차(인젝터 출력단의 전류 정확도뿐만 아니라 인젝터의 기계적 공차)가 인젝터의 폐쇄 및 그에 따른 상기 측정된 폐쇄 시간(Tclose)에 영향을 미친다는 인식에 기초한다. 상기 폐쇄 시간(Tclose)은 상기 양적 거동과 연관성이 있기 때문에, 양적 확산의 영향은 이 정보를 포함함으로써 대부분 배제될 수 있다.
밸브 작동을 최적화하는데 사용된 본원에 개시된 폐쇄 시간 검출 방법은 분사 밸브의 비활성화 단계에서 발생하는 하기의 물리적 영향을 수반한다:
1. 먼저, 분사 밸브의 코일에서의 전압의 비활성화는 회복 전압에 의해 제한되는 자기 유도 전압을 일으킨다. 상기 회복 전압은 절대값의 관점에서는 부스트 전압보다 다소 큰 것이 일반적이다. 상기 자기 유도 전압이 회복 전압을 초과하는 한, 상기 코일에서는 전류 흐름이 발생하고, 상기 코일에서의 자기장은 감소된다. 이 영향의 발생순 위치는 도 2에서 "I"로 특정된다.
2. 자력은 코일 전류의 감쇠 동안 이미 감소된다. 분사될 연료의 압력 때문에 스프링 프리스트레스 및 유압이 상기 감소하는 자력을 초과하면, 밸브 시트의 방향으로 밸브 니들과 함께 자기 전기자를 가속하는 결과적인 힘이 발생한다.
3. 상기 자기 유도 전압이 더 이상 상기 회복 전압을 초과하지 않으면, 코일을 통해서는 더 이상 전류가 흐르지 않는다. 상기 코일은 상기 "코일 개방" 운전 모드로서 인용되는 것에서는 전기적으로 작용한다. 자석 전기자의 자성 재료의 옴 저항들 때문에, 상기 코일의 자기장의 감소 동안 유도되는 와전류들은 기하급수적으로 감쇠한다. 상기 와전류들의 감소는 차례로 상기 코일에서의 자기장의 변화 및 그에 따른 전압의 유도를 초래한다. 이러한 유도 효과는 상기 코일에서의 전압값을 지수 함수의 프로파일에 따라 상기 회복 전압의 레벨로부터 값 "0"까지 상승시키는 상황을 초래한다. 이 효과의 시간축 상의 위치는 도 2에서 "III"으로 특정된다.
4. 상기 밸브 시트에서의 밸브 니들의 충돌 직전에, 상기 자석 전기자 및 밸브 니들은 그들의 최대 속도에 도달한다. 이 속도에서는, 코일 코어와 자석 전기자 사이의 공극이 증가한다. 상기 자석 전기자의 운동 및 상기 공극의 연관된 증가 때문에, 상기 자석 전기자의 잔류 자기는 상기 코일에서의 전압 유도를 일으킨다. 발생하는 최대 유도 전압은, 상기 자석 전기자의(또한 연관된 밸브 니들의) 최대 속도 및 그에 따른 상기 밸브 니들의 기계적인 폐쇄 시간을 특정한다. 상기 자석 전기자 및 연관된 밸브 니들 속도에 의해 야기되는 이러한 유도 효과는 상기 와전류들의 감쇠 때문에 상기 유도 효과에 더해진다. 이 효과의 시간축 상의 위치는 도 2에서 "IV"로 특정된다.
5. 상기 밸브 니들의 기계적인 폐쇄 이후에, 밸브 니들을 폐쇄 위치로부터 잠시 다시 한번 편향시키는 바운싱 프로세스가 종종 발생한다. 그러나, 상기 스프링 응력 및 적용되는 연료 압력 때문에, 상기 밸브 니들은 상기 밸브 시트 쪽으로 다시 가압된다. 상기 바운싱 프로세스 이후의 밸브의 폐쇄는 도 2에서 "V"로 특정된다.
본원에서 기술한 방법은 비활성화 단계에서 상기 유도된 전압 프로파일로부터 분사 밸브의 폐쇄 시간을 검출하는 것에 기초한다. 하기에서 상세히 설명하는 바와 같이, 이 검출은 상이한 방법들에 의해 수행될 수 있다.
도 4a는 상기 유지 단계의 말미 및 상기 비활성화 단계에서의 다양한 신호 프로파일을 도시한다. 상기 유지 단계와 상기 비활성화 단계 사이의 천이는 수직 점선으로 도시되는 비활성화 시간에 발생한다. 상기 코일을 통한 전류는 참조 번호 400으로 지시된 암페어 유닛에서의 곡선에 의해 도시된다. 상기 비활성화 단계에서, 유도 전압 신호(410)는 상기 자석 전기자 및 밸브 니들의 속도에 기인하는 유도 효과와 상기 와전류들의 감쇠에 기인하는 유도 효과의 중첩에서 비롯된다. 상기 전압 신호(410)는 10볼트 단위로 도시된다. 상기 전압 신호(410)로부터 알 수 있듯이, 전압의 증가 속도는 상기 밸브 니들 및 자석 전기자의 바운싱 때문에 다시 증가하기 전에 상기 폐쇄 시간의 구역에서 상당히 감소한다. 참조 번호 420으로 지시되는 곡선은 상기 전압 신호(410)의 시간 도함수를 나타낸다. 이 도함수(420)에 있어서, 상기 폐쇄 시간은 국소 최소값(421)에서 확인할 수 있다. 상기 바운싱 프로세스 이후에, 추가의 폐쇄 시간은 추가의 최소값(422)에서 확인할 수 있다.
본 발명의 이해에 기여하는 정도는 비교적 적을지라도, 도 4a는 초당 그램(grams per second) 단위로 연료의 통과 유동을 도시하는 곡선(430)도 도시한다. 분사 밸브를 통한 연료의 측정된 통과 유동은 상기 검출된 폐쇄 시간의 잠시 후에 위에서부터 매우 빠르게 강하하는 것이 명확하다. 상기 작동 전압의 평가에 기초하여 검출된 상기 폐쇄 시간과, 상기 연료의 측정된 통과 유속이 제 1 시간 동안 0의 값에 도달하는 시간 사이의 발생순 오프셋은 상기 연료의 통과 유동의 결정 동안의 제한된 측정 동역학에 기인한다. 대략 3.1ms의 시간을 기점으로 해서, 해당하는 측정 신호(430)가 "0"의 값에 이른다.
전술한 폐쇄 시간 검출 방법을 수행하는데 필요한 연산 능력(연산량)을 저감하기 위해, 상기 도함수(420)의 결정은 기대 폐쇄 시간을 포함하는 제한된 시간 간격 내에서 수행될 수도 있을 뿐이다.
예컨대, 상기 기대 폐쇄 시간(tClose _ Expected)에 대하여 폭이 2Δt인 시간 간격(I)이 규정되면, 하기 내용을 실제 폐쇄 시간(tClose)에 적용한다:
Figure pct00002

이미 설명한 바와 같이, 이 접근법은 시간(tClose _ Bounce)에서의 바운싱 밸브 니들에 기초하여 밸브의 재개된 폐쇄를 검출하기 위해 확장될 수 있다. 이와 관련해서는, 제 1 바운싱 프로세스 이후의 상기 기대 폐쇄의 시간(tClose _ Bounce _ Expected)에 대하여 폭이 2ΔtBounce인 시간 간격이 규정된다. 상기 시간(tClose _ Bounce _ Expected)은 상기 폐쇄 시간(tClose)에 대하여 tClose_Bounce_Expected에 의해 규정된다.
Figure pct00003

도 4b는 자석 전기자에서의 와전류들의 감쇠에 기초한 상기 코일에서의 유도 효과를 특정하는 기준 전압 프로파일을 이용하는 상기 폐쇄 시간의 검출을 도시한다. 도 4b는, 도 4a와 유사하게, 상기 유지 단계의 말미와 상기 비활성화 단계를 도시한다. 상기 공극의 속도 및 상기 밸브 니들의 동일한 속도에 기인하는 유도 효과와 상기 와전류들의 감쇠에 기인하는 유도 효과의 중첩에 의해 생성되는 상기 측정된 전압 프로파일(410)은 도 4a에서와 동일하다. 상기 코일 전류(400)도 도 4a와 비교하여 변함없다.
이제, 상기 와전류들의 감쇠에 기인하는 유도 효과에 의해서만 야기되는 상기 전압 신호(410)의 성분을 기준 모델에 의해 계산하는 것을 생각한다. 해당하는 기준 전압 신호는 참조 번호 435로 지시된 커브에 의해 도시된다. 상기 측정된 전압 프로파일(410)과 상기 기준 전압 신호(435) 사이의 전압차를 결정함으로써, 와전류 감쇠에 기인하는 유도 효과를 배제하는 것이 가능하다. 따라서, 차동 전압 신호(440)가 운동 관련 유도 효과를 특정하는 한편, 상기 자석 전기자와 상기 밸브 니들의 속도의 직접 측정으로 된다. 상기 차동 전압 신호(440)의 최대값(441)은 밸브 시트에 니들이 충돌하기 직전에 도달되는 상기 밸브 니들의 속도와 상기 자석 전기자의 최대 속도를 특정한다. 결과적으로, 상기 차동 전압 신호의 최대값(441)은 실제 폐쇄 시간을 결정하는데 사용될 수 있다.
간단한 현상학적 기준 모델이 하기에 일례로서 주어진다. 상기 기준 모델은 전자식 엔진 컨트롤러에 온라인으로 계산될 수 있다. 그러나, 다른 물리적 모델 접근법도 생각할 수 있다.
상기 기준 모델은, 상기 자기 유도 전압이 더 이상 회복 전압을 초과하지 않게 되는 순간에 또는 그 후에, 다만 상기 tClose _ Expected에 도달되기 전에 개시되고(t=0), 그에 따라 코일을 통해서는 더 이상 전류가 흐르지 않는다. 이후, 상기 코일은 "코일 개방" 운전 모드에서는 전기적으로 작용한다. 상기 기준 전압 프로파일(435)은 연료 압력이 최대 개방 압력보다 높을 경우에 분사 테스트 벤치(injection test bench)상의 기준 인젝터에 대하여 측정된다. 상기 인젝터는 전기적으로 구동함에도 불구하고, 여기서는 유압에 의해 폐쇄 위치에 클램핑된다. 따라서, 상기 비활성화 단계에 여기서 측정되는 전압 프로파일(도시되지 않지만, 모델의 부정확성을 제외하고는 435와 동일함)은 기하급수적으로 감쇠하는 와전류들에 의해 유도되는 전압 성분만을 특정한다.
이어서, 모델 파라미터 또는 기준 모델의 파라미터들은, 상기 측정된 전압 프로파일(435)에 대한 최선의 대응이 달성되는 바와 같은 방식으로, 오프라인 운전 모드에서 최적화될 수 있다. 이는 구배 탐색 방법에 의해 품질 측정을 최소화함으로써 공지된 형태로 달성될 수 있다.
일반적으로, 모델링된 기준 전압(UINJ _ MDL)은, 상기 비활성화 단계로부터 얻어지는 측정된 전압 개시값(UStart)과, 상기 와전류가 흐르는 상기 자성 재료의 전기 저항 및 온도 거동(RMAG_Material(θ))과, 비활성화시의 상기 유지 단계에서의 전류값(Ihold)의 파라미터들에 의한 시간 의존형 모델이다. 이는 하기의 식에 의해 수학적으로 기술될 수 있다:
Figure pct00004

간단한 구현은 하기의 모델에 의해 달성될 수 있다. 인젝터 온도(θ) 및 Ihold에 의존적인 시간 상수는 여기에 도시된 실시예에 따라 특성 선도에 의해 저장된다.
Figure pct00005

상기 폐쇄 시간은, 위와 같이, 상기 기준 모델(435)과 상기 측정된 유도 전압(410) 사이의 전압차(440)의 국소 최대값의 결정으로부터 얻어진다. 이 평가는 상기 기대 폐쇄 시간(tClose_Expected)에 대하여 폭이 2ΔtBounce인 시간 간격(I)으로 차례로 일어날 수 있다.
Figure pct00006

여기서, UINJ_MES(t)는 상기 측정된 전압 신호(410)를 나타낸다.
이미 위에서 도시된 바와 같이, 상기 알고리즘은 바운싱 인젝터 니들에 기인한 상기 시간(tClose_Bounce)에서의 상기 인젝터의 재개된 폐쇄를 검출하기 위해 적절한 관찰 시간 간격을 규정함으로써 넓혀질 수 있다.
하기에 있어서, 분사 밸브의 전기 구동의 최적화된 설정점 값 결정은 분사량의 정확도를 개선하기 위해 수행된다.
종래 기술에 따르면, 엔진 컨트롤러에서의 전기적 구동 기간(Ti)은 특성 선도로서 저장되거나, 또는 분사 밸브가 복수인 경우에는, 상이한 특성 선도들의 세트로서 저장된다. 연료량의 설정점 값(MFF_SP)으로서 인용되는 것 및 연료 압력(FUP)에 더하여, 분사 동안 가해진 실린더 내부 압력(PCyl) 및 연료 온도(θFuel)가 추가의 영향 변수로서 고려된다. 이는 식 (7)에 기술된다:
Figure pct00007

본원에 개시된 방법의 준비로서, 설정점 값(Ti_eff_sp)의 특성 선도 역시 식 (1)에 규정된 유효 작동 기간 또는 실제 분사 기간 동안 추가로 도입되게 된다. 이 관계는 인젝터 출력단 및 공칭 거동을 가진 인젝터에 의해 실험적으로 사전에 결정된다. 이와 관련해서, 도 3b에 의해, 상기 값(Ti_eff_sp)은 명목상 분사될 연료량을 규정하는 상기 설정점 값(MFF_SP)의 함수로서 결정된다. 상기 설정점 값(Ti_eff_sp)은 하기의 식 (8)에 의해 얻어진다:
Figure pct00008

하기에 있어서, 식 (8)에 기초하여 규정되는 가이드 변수(Ti_eff_sp)의 사용은 상기 양적 정확도를 개선하기 위한 분사 밸브의 제어된 운전 모드에 대하여 기술된다.
먼저, 식 (8)을 사용함으로써, 실제 양적 거동(MFF)은 상기 측정된 유효 분사 기간(Ti_eff)에 의해 결정된다. 공칭 연료량(MFF_SP)으로부터의 편차는 공칭값(Ti_eff_sp)으로부터의 Ti_eff의 편차에 의해 검출된다.
도 5는 분사 밸브의 제어된 운전 모드의 알고리즘을 도시한다. 상기 알고리즘은 임의의 인젝터(XInj)에 대하여 개별적으로 수행될 수 있다. 상기 알고리즘을 기술하는 플로우차트는 N차 분사 펄스에서 단계 552로 시작한다. 상기 값 N은 하기에서는 아래첨자로서 사용된다.
단계 552:
단계 552에 있어서, 설정점 값들은 (A) 상기 작동 기간(TiN) 및 (B) 공칭 유효 기간(Ti_eff_spN) 동안 결정된다.
(A) 상기 N차 분사 펄스의 작동 기간(TiN)은 여기서는 하기 식 (9)에 기인한다:
Figure pct00009

여기에 하기 내용을 적용한다:
Figure pct00010
(상기 식 (7) 참조) 및
Figure pct00011

조정 특성 선도(fAdaptation)는 여기에 도시된 실시예에 따라 상기 엔진 컨트롤러에 온라인으로 조정된다. 엔진 컨트롤러의 비휘발성 메모리에 값들이 아직 저장되지 않은 새로운 분사 시스템(N=1)의 경우에는, 보정이 아직 학습되어 있지 않기 때문에 상기 분사 시간은 보정되지 않는다. 이는 fAdaptation이 0의 값을 갖는다는 것을 의미한다.
(B) 상기 N차 분사 펄스의 공칭 유효 기간(Ti_eff_spN)의 설정점 값은 상기 식 (8)로부터 얻어진다:
Figure pct00012

단계 554:
단계 554에 있어서, TiN 및 Ti_eff_spN의 결정된 값들에 기초하여, 상기 N차 분사 프로세스가 인젝터(XInj)에서 실행된다.
단계 556:
단계 556에 있어서, 상기 폐쇄 시간(TcloseN)은 상세히 전술한 방법에 의해 결정 또는 측정된다.
단계 558:
단계 558에 있어서, 수행되는 N차 분사 프로세스의 개별 유효 작동 기간(Ti_effN)은 각각의 인젝터에 대하여 계산된다. 이는 상기 식 (1)에 따라 발생한다.
Figure pct00013

단계 560:
단계 560에 있어서, 상기 편차(ΔTiN)가 계산된다. 여기에 하기 내용을 적용한다:
Figure pct00014

단계 562:
단계 562에 있어서, 후속 분사 프로세스에 대하여 새로운 조정값(fAdaptation(.)N)이 계산된다. 상기 새로운 조정값(fAdaptation(.)N)은 하기 식 (13)으로부터 귀납적으로 얻어진다:
Figure pct00015

여기에 하기 내용을 적용한다:
Figure pct00016
및
Figure pct00017

이는 상기 조정값(fAdaptation)이 운전 조건들의 함수로서 학습됨을 의미한다.
가중 인자(c)는 특성 선도에 의해 각각의 운전 조건들에 의존할 수 있다. c에 대한 의존도는 실험적인 조사들에 기초하여 오프라인으로 결정되는 것이 바람직하다. 이는 하기 내용을 적용한다는 것을 의미한다:
Figure pct00018

결정되는 상기 제어 에러(ΔTiN)가 이 분사 펄스 동안 발생하는 운전 조건에 대해서만 유효하기 때문에, 직접적인 시간 이산 제어는 수행될 수 없다는 점에 유의해야 한다. 이 때문에, 상기 운전 조건의 함수로서의 조정이 필요하다.
단계 564:
단계 564에 있어서, 지수 N은 새로운 전류 지수 N+1로 바뀐다. 상기 방법은 상술한 단계 552에 의해 수행된다.
엔진 시동시마다 전진 개시로부터 매우 높은 양적 정확도로 각 분사 펄스를 실행할 수 있게 하기 위해, 조정 특성 선도 fAdaptation (MFF_SP, FUP, PCyl, θFuel, XInj)은 엔진 컨트롤러의 가동 중에 실린더 지정 기반으로 각 인젝터에 대하여 상기 엔진 컨트롤러의 비휘발성 메모리에 저장될 수 있다.
다중 분사 운전에 대하여, 각 인젝터에 대하여 개별적으로 뿐만 아니라 각 인젝터 펄스에 대하여 개별적으로 상기 조정 fAdaptation이 수행될 필요가 있다는 점에 유의해야 한다.
400 : 코일 전류 [A]
410 : 전압 신호 [10 V]
420 : 전압 신호의 시간 도함수 [V/ms]
421 : 국소 최소값/폐쇄 시간
422 : 추가의 국소 최소값/추가의 폐쇄 시간
430 : 통과 유동 연료 [g/s]
435 : 기준 전압 신호 [10 V]
440 : 차동 전압 신호 [V]
441 : 차동 전압 신호의 최대값
552 : 제 1 단계
554 : 제 2 단계
556 : 제 3 단계
558 : 제 4 단계
560 : 제 5 단계
562 : 제 6 단계
564 : 제 7 단계

Claims (10)

  1. 코일 드라이브를 포함하는 밸브, 특히 내연 기관용 직접 분사 밸브의 전기적 구동 기간(TiN)을 결정하는 방법으로서,
    ㆍ상기 코일 드라이브의 코일을 통한 전류 흐름(400)을 비활성화하는 단계―그 결과 상기 코일에는 전류가 흐르지 않게 됨―,
    ㆍ상기 전류가 흐르지 않는 코일에서 유도된 전압의 시간 프로파일(410)을 검출하는 단계,
    ㆍ상기 검출된 시간 프로파일(410)에 기초하여 상기 밸브의 폐쇄 시간을 결정하는 단계, 및
    ㆍ상기 결정된 폐쇄 시간에 기초하여 장래의 분사 프로세스를 위한 상기 밸브의 전기적 구동 기간(TiN)을 결정하는 단계를 포함하는,
    코일 드라이브를 포함하는 밸브, 특히 내연 기관용 직접 분사 밸브의 전기적 구동 기간(TiN)을 결정하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 폐쇄 시간을 결정하는 단계는 상기 전류가 흐르지 않는 코일에서 유도된 전압의 상기 검출된 시간 프로파일(410)의 시간 도함수(420)를 계산하는 단계를 포함하는,
    코일 드라이브를 포함하는 밸브, 특히 내연 기관용 직접 분사 밸브의 전기적 구동 기간(TiN)을 결정하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 폐쇄 시간을 결정하는 단계는 상기 코일에서 유도된 전압의 상기 검출된 시간 프로파일(410)과 기준 전압 프로파일(435)을 비교하는 단계를 포함하는,
    코일 드라이브를 포함하는 밸브, 특히 내연 기관용 직접 분사 밸브의 전기적 구동 기간(TiN)을 결정하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 기준 전압 프로파일(435)은, 상기 밸브의 폐쇄 위치에서 상기 코일 드라이브의 자석 전기자를 고정하고 있는 동안, 상기 밸브가 실제 운전에서와 같이 전기적으로 구동된 후에 상기 전류가 흐르지 않는 코일에서 유도된 전압을 검출함으로써 결정되는,
    코일 드라이브를 포함하는 밸브, 특히 내연 기관용 직접 분사 밸브의 전기적 구동 기간(TiN)을 결정하는 방법.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 폐쇄 시간을 결정하는 단계는,
    (a) 상기 코일에서 유도된 전압의 상기 검출된 시간 프로파일의 시간 도함수(420)와,
    (b) 상기 기준 전압 프로파일의 시간 도함수를
    비교하는 단계를 포함하는,
    코일 드라이브를 포함하는 밸브, 특히 내연 기관용 직접 분사 밸브의 전기적 구동 기간(TiN)을 결정하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결정된 기간(TiN)에 기초하여 상기 밸브를 작동하는 단계를 더 포함하는,
    코일 드라이브를 포함하는 밸브, 특히 내연 기관용 직접 분사 밸브의 전기적 구동 기간(TiN)을 결정하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 기간(TiN)을 결정하는 단계는 상이한 분사 펄스들로 이루어진 시퀀스를 위한 반복 절차에 의해 수행되고, 이 절차에서는,
    장래의 분사 프로세스를 위한 상기 밸브의 전기적 구동 기간에 대하여 보정값(fAdaptation(.)N)이,
    (a) 선행하는 분사 프로세스를 위한 상기 밸브의 전기적 구동 기간에 대한 보정값과,
    (b) 하기의 (b1)과 (b2) 사이의 시간차(ΔTiN)의 함수로서 결정되고,
    - (b1) 상기 밸브의 전기 구동을 위한 공칭 유효 기간(Ti_eff_spN)
    - (b2) 상기 선행하는 분사 프로세스를 위한 상기 밸브의 전기 구동의 개별 유효 기간(Ti_effN)
    상기 개별 유효 기간(Ti_effN)은 상기 선행하는 분사 프로세스를 위한 상기 밸브의 전기 구동의 개시와 상기 선행하는 분사 프로세스를 위한 상기 결정된 폐쇄 시간 사이의 시간차에 기인하는,
    코일 드라이브를 포함하는 밸브, 특히 내연 기관용 직접 분사 밸브의 전기적 구동 기간(TiN)을 결정하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 공칭 유효 기간과 상기 개별 유효 기간 사이의 시간차(ΔTiN)는 가중 인자(c)에 의해 가중되는,
    코일 드라이브를 포함하는 밸브, 특히 내연 기관용 직접 분사 밸브의 전기적 구동 기간(TiN)을 결정하는 방법.
  9. 코일 드라이브를 포함하는 밸브, 특히 내연 기관용 직접 분사 밸브의 전기적 구동 기간(TiN)을 결정하는 장치로서,
    상기 코일 드라이브의 코일을 통한 전류 흐름(400)을 비활성화하는 비활성화 유닛―그 결과 상기 코일에는 전류가 흐르지 않게 됨―,
    상기 전류가 흐르지 않는 코일에서 유도된 전압의 시간 프로파일(410)을 검출하는 검출 유닛, 및
    상기 검출된 시간 프로파일(410)에 기초하여 상기 밸브의 폐쇄 시간을 결정하고, 상기 결정된 폐쇄 시간에 기초하여 장래의 분사 프로세스를 위한 상기 밸브의 전기적 구동 기간(TiN)을 결정하도록 구성된 평가 유닛을 포함하는,
    코일 드라이브를 포함하는 밸브, 특히 내연 기관용 직접 분사 밸브의 전기적 구동 기간(TiN)을 결정하는 장치.
  10. 코일 드라이브를 포함하는 밸브, 특히 내연 기관용 직접 분사 밸브의 전기적 구동 기간(TiN)을 결정하는 컴퓨터 프로그램으로서,
    상기 컴퓨터 프로그램이 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 컴퓨터 프로그램은 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 제어하도록 구성되는,
    코일 드라이브를 포함하는 밸브, 특히 내연 기관용 직접 분사 밸브의 전기적 구동 기간(TiN)을 결정하는 컴퓨터 프로그램.
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