KR20130138757A - 유압 밸브의 폐쇄 지점에 도달했을 때를 감지하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

유압 밸브의 폐쇄 지점에 도달했을 때를 감지하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유압 밸브의 폐쇄 지점에 도달했을 때를 감지하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 상기 밸브(20)는 유압 밸브(20)를 폐쇄하기 위해 전기 액추에이터(40)에 의해 작동될 수 있는 폐쇄 요소(34)를 가진다. 상기 밸브(20)를 폐쇄하기 위한 미리 한정된 전압(U_1)이 액추에이터(40)에 인가된다. 액추에이터(40)를 통하여 흐르는 전류의 프로파일이 감지된다. 밸브(20)가 적어도 부분적으로 개방된 사실을 나타내는, 감지된 전류의 프로파일에서의 제 1 증가, 폐쇄 요소(34)가 밸브(20)를 폐쇄하도록 운동을 수행하는 사실을 나타내는, 감지된 전류의 프로파일에서의 후속하는 감소, 및 감지된 전류의 프로파일에서의 상기 감소에 후속하여 감지된 전류의 프로파일에서의 제 2 증가를 기초로 하여, 이어서 감지된 전류의 국부적 최소치(I_MIN)가 감지된 전류의 프로파일에서의 감소와 제 2 증가 사이에서 결정된다. 감지된 전류의 국부적 최소치(I_MIN)에 따라, 이어서 감지된 전류의 국부적 최소치(I_MIN)의 시간 지점(T_MIN)에 대응하는 폐쇄 지점이 결정된다.

Description

유압 밸브의 폐쇄 지점에 도달했을 때를 감지하기 위한 방법 및 장치 {METHOD AND DEVICE FOR DETECTING WHEN A CLOSING POINT OF A HYDRAULIC VALVE HAS BEEN REACHED}
본 발명은 유압 밸브의 폐쇄 지점에 도달했을 때를 감지하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
유압 밸브들은 특히 자동차들의 내연 기관용 분사 시스템에서 연료를 전달하기 위한 고압 펌프들에 사용된다.
고압 펌프들 내에서 있을 수 있는 경우와 같이 특히 밸브들이 연속적인 부하를 받는 경우, 이 같은 밸브들은 높은 응력들을 받게 된다. 고압 펌프들은 예를 들면 2000 바아 또는 그 초과의 압력을 받기 때문에, 이 같은 펌프들 내의 밸브들이 엄격한 요구조건들로 제조된다.
본 발명의 목적은 유압 밸브의 폐쇄 지점에 도달했을 때를 감지하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것으로, 이 방법 및 장치에 의해 밸브의 정밀하고 비용-효율적인 작동이 가능하게 된다.
이 목적은 독립항들의 특징부들에 의해 달성된다.
본 발명은 유압 밸브의 폐쇄 지점에 도달했을 때를 감지하기 위한 방법 및 대응 장치에 의해 구별되며, 여기에서 상기 밸브는 밸브를 폐쇄하기 위하여 전기 액추에이터에 의해 작동될 수 있는 폐쇄 바디를 가진다. 밸브를 폐쇄하기 위해 미리 한정된 전압이 액추에이터에 인가된다. 액추에이터를 통하여 흐르는 전류의 프로파일이 감지된다. 밸브가 적어도 부분적으로 개방되는 사실을 나타내는 감지된 전류의 프로파일에서의 제 1 증가(rise), 폐쇄 바디가 밸브를 폐쇄하도록 운동을 수행하는 사실을 나타내는 감지된 전류의 프로파일에서의 후속하는 감소(fall), 및 감지된 전류의 프로파일에서의 감소에 후속하여 감지된 전류의 프로파일에서의 제 2 증가를 기초로 하여(starting from), 감지된 전류의 국부적 최소치가 감지된 전류의 프로파일에서의 감소와 제 2 증가 사이에서 결정된다. 감지된 전류의 국부적 최소치에 따라(as a function of), 감지된 전류의 국부적 최소치의 시간에 대응하는 폐쇄 지점이 결정된다.
감지된 전류의 국부적 최소치의 시간은 밸브가 현재 폐쇄된 사실을 나타낸다.
본 발명은 폐쇄 바디의 이동 동안 에너지가 액추에이터로부터 얻어지고 밸브의 폐쇄 지점에 도달하였을 때 폐쇄 바디가 다시 놓일 때까지 전류가 떨어진다는 사실을 기초로 한다. 본 발명의 장점은 밸브의 폐쇄 지점이 매우 정밀하게 결정될 수 있다는 것이다. 예를 들면, 밸브를 통하여 흐르는 매체의 압력 및 온도와 같은 외부 영향들이 보상될 수 있다. 결과적으로, 밸브를 통과하는 높은 정밀도의 유체 처리 속도(rate)가 달성될 수 있고 유체 처리 속도의 변동(fluctuation)들이 작게 유지될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들이 개략적인 도면들을 참조하여 아래에서 더 상세하게 설명된다.
도 1은 밸브를 가지는 펌프의 개략도를 길이 방향 단면으로 도시하며,
도 2는 밸브의 전압 및 전류 프로파일의 개략도를 도시한다.
동일한 설계 및 기능을 가진 요소들은 도면들 모두에서 동일한 도면부호들로 특정된다.
도 1은 펌프 하우징(12)을 가지는 펌프(10)를 보여준다. 펌프(10)는 특히 고압 펌프로서, 바람직하게는 레이디얼 피스톤 펌프(radial pistion pump)로서 실시된다. 펌프 피스톤(14)은 펌프 하우징(12) 내에 가동되게 장착된다. 압력 공간(16)은 펌프 하우징(12) 내의 펌프 피스톤(14)의 일 단부에 위치된다. 압력 공간(16)을 유체로 채울 수 있도록, 압력 공간은 입구 밸브로서 실시되는 밸브(20)가 바람직하게는 배열되는 유입 라인(18)을 가진다. 입구 밸브로서 실시되는 밸브(20)는 바람직하게는 디지털 스위치식 밸브(digitally switched valve)로서 실시되는 것이 바람직하다. 밸브(20)는 압력 공간(16)의 충전(充塡; filling)을 용이하게 하고 충전 동안 유체가 유입 라인(18)으로부터 역방향으로 흐르는 것을 방지한다. 압력 공간(16)은 또한 출구 밸브로서 실시되는 추가의 밸브(24)가 배열되는 방출 라인(22)을 가진다. 결과적으로, 유체는 압력 공간(16)으로부터 축출될 수 있다.
펌프(10)는 또한 편심 링(28)에 작동되게 연결되고 회전 방향(D)에서 시계 방향으로 회전될 수 있는 구동 샤프트(26)를 가진다. 편심 링(28) 대신, 캠샤프트가 또한 사용될 수 있다. 대안적으로, 펌프(10)는 또한 크랭크 구동 펌프로서 실시될 수 있다.
밸브(20)는 리세스를 구비한 밸브 하우징(30)을 가진다. 스프링(32), 폐쇄 바디(34), 및 밀봉 요소(36)가 밸브 하우징(30) 내에 배열된다. 상기 스프링(32)이 밸브 하우징(30)의 리세스의 벽 상에 지지된다는 사실에 의해 스프링(32)은 폐쇄 바디(34)에 의해 밀봉 요소(36)를 예압(prestress)한다. 밸브(20)는 또한 밸브 하우징(30)에 대해 고정식으로 배열되는 밀봉 시트(38)를 가진다.
밸브(20)는 또한 액추에이터(40)를 가진다. 액추에이터(40)는 특히 솔레노이드를 가진다. 폐쇄 바디(34)는 액추에이터(40)에 의해 작동될 수 있다.
아래 설명에서, 펌프(10) 및 밸브(20)가 작용하는 방법이 설명된다:
회전 방향(D)으로의 구동 샤프트(26)의 회전 운동에 의해, 펌프 피스톤(14)이 하사점에 도달할 때까지 펌프 피스톤(14)이 편심 링(28)에 의해 구동 샤프트(26)를 향하여 이동한다. 프로세스에서, 밸브(20)는 스프링(32)의 스프링력(spring force) 및 밸브(20)의 상류 및 하류의 압력차에 의해 개방된다. 밀봉 요소(36)는 밀봉 시트(38)로부터 이격되어 리프트된다. 이어서 압력 공간(16)이 유체로 채워진다. 회전 방향(D)으로의 구동 샤프트(26)의 추가 회전 운동의 결과로서, 펌프 피스톤(14)은 편심 링(28)에 의해 구동 샤프트(26)로부터 이격하여 이동하고 프로세스에서 압력 공간(16) 내에 위치된 유체를 압축한다. 미리 한정된 시간에서, 미리 한정된 전압(U_1)이 액추에이터(40)에 인가된다(도 2의 전압(U)의 프로파일 참조). 미리 한정된 전압(U_1)의 인가 결과로서, 스프링력과 반작용하는 액추에이터력(actuator force)이 폐쇄 바디(34) 상에 작용할 수 있다. 밸브(20)의 상류 및 하류의 주요(prevailing) 압력 상태들 및 액추에이터력의 방향으로의 폐쇄 바디(34)의 운동의 결과로서, 밀봉 요소(36)는 밀봉 시트(38)에 맞닿아 지탱될 수 있다. 이어서 밸브(20)는 유압식으로 폐쇄되고 밸브(20)를 통한 유체의 흐름이 금지된다. 압력 공간(16) 내로 압축된 유체는 이어서 방출 밸브로서 형성된 추가 밸브(24)를 경유하여 펌프(10)로부터 완전히 축출될 수 있다. 이어서 펌프 피스톤(14)은 상사점에 도달된다.
펌프(10)가 내연 기관의 분사 시스템의 연료 고압 펌프인 경우, 고압이 인가되는 연료는 커먼 레일(common rail)로서 지칭되는 고압 연료 축적기로서 실시된 유체 축적기에 도달할 수 있다.
아래 설명에서, 밸브(20)의 폐쇄 지점에 도달된 때의 감지가 특히 도 2를 참조하여, 상세하게 제시될 것이다.
먼저, 미리 한정된 전압(U_1)이 액추에이터(40)에 인가된다. 미리 한정된 전압(U_1)은 밸브(20)가 폐쇄되는 것을 허용한다. 액추에이터(40)를 통하여 흐르는 전류의 프로파일이 감지된다. 액추에이터(40)를 통하여 흐르는 전류의 측정된 값(I_AV)들이 감지되는 것이 바람직하다.
전류의 측정된 값(I_AV)들의 프로파일의 제 1 섹션(I_1)에서, 전류가 증가한다. 이 증가는 액추에이터(40)의 전기 저항 및 미리 한정된 전압(U_1)에 주로 종속한다. 액추에이터(40)의 전기 저항은 옴 부분(ohmic part) 및 유도 부분에 의해 결정된다. 폐쇄 바디(34)가 시간(T_A)에서 운동을 시작하자마자, 전류의 측정된 값(I_AV)들의 프로파일은 포물선 형상을 따르며 결국 여기서 전류의 측정 값(I_AV)들의 프로파일의 제 2 섹션(I_2)에서 다시 떨어진다. 전류의 측정된 값(I_AV)의 프로파일의 제 2 섹션(I_2)은 밸브(20)를 폐쇄하기 위한 폐쇄 바디(34)의 운동을 나타낸다. 밀봉 요소(36)가 밀봉 시트(38)(도 1)에 대해 충돌될 때까지 폐쇄 바디(34)의 운동이 지속된다. 전류의 측정된 값(I_AV)들의 프로파일의 제 3 섹션(I_3)에서, 전류의 제 2 증가가 발생된다. 전류의 측정된 값(I_AV)들의 프로파일에서의 감소와 제 2 증가 사이에, 전류의 국부적 최소치(I_MIN)가 시간(T_MIN)에서 도달한다. 폐쇄 바디(34)가 특히 시간(T_MIN)에서 정지에 도달된다. 시간(T_MIN)은 밸브(20)가 현재 폐쇄된 사실을 나타낸다. 제 3 섹션(I_3)에서의 전류의 증가는 폐쇄 바디(34)가 정지에 도달한 후, 액추에이터(40)의 운동을 위한 추가 에너지가 액추에이터의 자기장으로부터 취입되지 않는다는 사실로부터 초래된다.
바람직하게는 측정된 값들이 유압 밸브(20)의 폐쇄 지점의 결정 동안 미리 한정된 정밀한 수준을 허용하는 방식으로 액추에이터(40)를 통하여 흐르는 전류에서 측정된 값(I_AV)들이 서로로부터 이격되는 방식으로 개별(discrete) 시간 단계들에서 전류를 샘플링함으로써 액추에이터(40)를 통하여 흐르는 전류의 측정된 값(I_AV)들의 결정이 이루어진다. 전류의 국부적 최소치(I_MIN)의 시간(T_MIN)은 바람직하게는 전류의 측정된 값(I_AV)들의 프로파일의 전류 구배들의 프로파일을 결정함으로써 그리고 전류의 국부적 최소치(I_MIN)의 시간(T_MIN)을 결정하도록 이러한 프로파일을 이용함으로써 결정된다. 이러한 방식으로 결정되는 시간(T_MIN)은 이어서 적절한 방식으로 저장될 수 있다.
폐쇄 바디(34)의 정지의 감지된 시간(T_MIN)은 바람직하게는 펌프(10)의 크랭크샤프트 각도에 할당되고(크랭크샤프트 신호(CRK)에 의해 여기서 설명됨, 도 2) 펌프의 크랭크샤프트 각도와 함께 저장된다. 결과적으로, 밸브(20)의 폐쇄 지점의 높은 수준의 정밀도는 펌프(10)의 크랭크샤프트 각도와 관련하여 간단한 방식으로 달성될 수 있다.
결과적으로, 펌프(10)의 고압 범위에서 오류(fault)들 및 변동들에 대해 특히 높은 수준의 양호함(robustness)이 달성될 수 있다. 밸브(20)의 폐쇄 지점의 정밀한 감지는 밸브(20)의 폐쇄 시간의 오류들의 정정을 위한 특성 다이어그램의 결정시 지출을 낮게 유지할 수 있다. 펌프(10)의 처리 속도는 매우 정밀한 방식으로 일정하게 유지될 수 있다. 펌프(10)가 내연 기관의 분사 시스템의 고압 연료 펌프인 경우, 하류에 연결된 커먼 레일에서의 압력이 매우 일정하게 유지될 수 있다. 결과적으로, 커먼 레일의 하류에 연결되는 분사 밸브들의 분사량의 정밀도가 또한 매우 높을 수 있다. 이는 내연 기관의 배기(emission)시 매우 엄격한 요구조건들을 충족하는 것을 허용한다.

Claims (2)

  1. 유압 밸브(20)를 폐쇄하기 위해 전기 액추에이터(40)에 의해 작동될 수 있는 폐쇄 바디(34)를 가지는 유압 밸브(20)의 폐쇄 지점에 도달했을 때를 감지하기 위한 방법으로서,
    - 상기 액추에이터(40)로 상기 밸브(20)의 폐쇄를 위해 미리 한정된, 전압(U_1)의 인가 단계,
    - 상기 액추에이터(40)를 통하여 흐르는 전류의 프로파일을 감지하는 단계,
    - 상기 밸브(20)가 적어도 부분적으로 개방된 사실을 나타내는 감지된 전류의 프로파일에서의 제 1 증가(rise), 상기 폐쇄 바디(34)가 상기 밸브(20)를 폐쇄하도록 운동을 수행하는 사실을 나타내는 감지된 전류의 프로파일에서의 후속하는 감소(fall), 및 감지된 전류의 프로파일에서의 상기 감소에 후속하여 감지된 전류의 프로파일에서의 제 2 증가를 기초로 하여(starting from), 감지된 전류의 국부적 최소치(I_MIN)를 감지된 전류의 프로파일에서의 감소와 제 2 증가 사이에서 결정하는 단계, 및
    - 상기 감지된 전류의 국부적 최소치(I_MIN)에 따라, 상기 감지된 전류의 국부적 최소치(I_MIN)의 시간(T_MIN)에 대응하는 폐쇄 지점을 결정하는 단계를 포함하는,
    유압 밸브의 폐쇄 지점에 도달했을 때를 감지하기 위한 방법.
  2. 유압 밸브(20)를 폐쇄하기 위해 전기 액추에이터(40)에 의해 작동될 수 있는 폐쇄 바디(34)를 가지는 유압 밸브(20)의 폐쇄 지점에 도달했을 때를 감지하기 위한 장치로서,
    - 상기 액추에이터(40)로 상기 밸브(20)의 폐쇄를 위해 미리 한정된, 전압(U_1)의 인가,
    - 상기 액추에이터(40)를 통하여 흐르는 전류의 프로파일의 감지,
    - 상기 밸브(20)가 적어도 부분적으로 개방되는 사실을 나타내는 감지된 전류의 프로파일에서의 제 1 증가, 상기 폐쇄 바디(34)가 상기 밸브(20)를 폐쇄하도록 운동을 수행하는 사실을 나타내는 감지된 전류의 프로파일에서의 후속하는 감소, 및 감지된 전류의 프로파일에서의 상기 감소에 후속하여 감지된 전류의 프로파일에서의 제 2 증가를 기초로 하여, 감지된 전류의 국부적 최소치(I_MIN)를 감지된 전류의 프로파일에서의 감소와 제 2 증가 사이에서 결정, 및
    - 상기 감지된 전류의 국부적 최소치(I_MIN)에 따라, 상기 감지된 전류의 국부적 최소치(I_MIN)의 시간(T_MIN)에 대응하는 폐쇄 지점의 결정을 위해 설계되는,
    유압 밸브의 폐쇄 지점에 도달했을 때를 감지하기 위한 장치.
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