KR20150122804A - 스위치 밸브를 동작시키는 방법 - Google Patents

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KR20150122804A
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올란트 하우플러
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콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
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Abstract

본 발명은 유체 라인(5)을 개폐하는 스위치 밸브(4)를 동작시키는 방법에 관한 것이다. 상기 스위치 밸브(4)는 펄스 폭 변조된(PWM) 신호에 의해 작동된다. 상기 스위치 밸브(4)는 증가하거나 감소하는 듀티 사이클을 갖는 PWM 신호를 사용하여 상기 스위치 밸브의 활성 동작 시간 외에 작동된다. 상기 스위치 밸브(4)가 개방되는 듀티 사이클이 결정되고, 상기 개방 시간에 대응하는 듀티 사이클을 사용하여 상기 스위치 밸브(4)를 작동시켜 상기 스위치 밸브의 활성 동작 시간 동안 상기 스위치 밸브를 개폐한다. 이런 방식으로, 상기 스위치 밸브(4)는 특히 정밀한 방식으로 작동될 수 있다.

Description

스위치 밸브를 동작시키는 방법{METHOD FOR OPERATING A SWITCH VALVE}
본 발명은 유체 라인을 개폐하고 펄스-폭-변조된(pulse-width-modulated: PWM) 신호에 의해 작동되어 제어 디바이스를 개폐하는 스위치 밸브를 동작시키는 방법에 관한 것이다.
이런 종류의 스위치 밸브는 단지 2개의 스위칭 상태만, 구체적으로 완전히 개방된 상태 또는 완전히 폐쇄된 상태 간만을 제어하는 것에 의해 이동되기 때문에 특히 간단한 설계를 특징으로 한다. 그리하여, 이 스위치 밸브는 중간 위치를 전혀 취하지 않는다.
이 스위치 밸브는 펄스-폭-변조된(PWM) 신호에 의해 작동된다. 이 신호는 대응하는 동작 파라미터의 여러 설정점 값에 기초하여 제어 디바이스에 의해 한정된다. 그러나, 이 경우에 예를 들어 컴포넌트 공차, 동작 공차 등으로 인해 설정점 값으로부터 대응하는 실제 값에 편차가 있는 경우, 스위치 밸브의 개방 시간이 부정확하게 결정될 수 있는 결함을 야기할 위험이 있다. 예를 들어, 스위치 밸브를 사용하여 원하는 유체의 흐름률을 달성하는 것을 목표로 할 때, 상기 원하는 유체 흐름률과 상이한 값이 현실적으로 초래된다.
이 문제는 종래의 탱크 배기 시스템(tank venting system)을 사용하여 설명될 수 있다. 이런 종류의 시스템은 탱크로부터 탈기된 탄화수소를 결합시키는 활성화된 탄소 필터를 구비한다. 플러싱 라인(flushing line)은 활성화된 탄소 필터로부터, 탱크 배기 밸브(tank venting valve)를 통해, 연관된 엔진의 흡기 파이프로 이어진다. 탱크 배기 밸브는, 펄스-폭-변조된(PWM) 신호에 의하여 엔진 제어기에 의해 구동되어, 활성화된 탄소 필터로부터 흡기 파이프로 가스의 흐름을 제어하는 전술한 스위치 밸브이다. 이 밸브는, 예를 들어, 5 내지 35㎐의 주파수에서 작동된다.
연관된 엔진 제어기는, 다른 것들 중에서 특히, 플러싱 흐름을 위한 설정점 값과, 나아가 압력 센서의 도움으로, 현재 동작 상태에 대한 흡기 파이프 압력을 결정한다. 탱크 배기 밸브를 작동시키기 위한 PWM 값이 주위 압력과 흡기 파이프 압력 사이의 압력 구배로부터 및 미리 지정된 플러싱 흐름으로부터 결정된다. 또한 이 경우에도 전술한 왜곡은 발생할 수 있다.
전술한 문제를 제거하기 위하여, 개방점을 조절하여 스위치 밸브의 개방점을 실제 존재하는 상태로 매칭하는 것이 알려져 있다. 이런 방식으로 개방점을 조절하는 것은 엔진의 정지 동작 상태 동안 스위치 밸브를 천천히 개방하는 것에 의해 람다 편차(lambda deviation)를 해석하는 것에 의해 완전히 적재된 활성화된 탄소 필터의 경우에 전술한 탱크 배기 시스템에서 수행되었다. 이 방법의 단점은 다음과 같다:
1. 상기 방법은 활성화된 탄소 필터가 가득 차 있을 때에만 가능하다,
2. 상기 방법은 엔진의 정지 동작 상태가 상대적으로 긴 동안에만 가능하다,
3. 람다 제어기에 대한 다른 교란 영향이 없다.
나아가, 대응하는 전류 신호를 평가하여 스위치 밸브에서 개방점을 검출하는 것이 알려져 있다. 그러나, 이 경우에 전류 센서에 대한 추가적인 비용이 초래된다.
본 발명의 목적은, 스위치 밸브를 간단하고 특히 정밀한 방식으로 작동시킬 수 있는, 서두 부분에 설명된 종류의 방법을 제공하는 것이다. 특히, 본 방법은 컴포넌트 공차에 의해 야기된 개방점 편차를 점진적으로 변화시킬(graded) 수 있다.
본 발명에 따라, 본 목적은,
- 증가하거나 감소하는 듀티 사이클(duty cycle)을 갖는 PWM 신호를 사용하여 상기 스위치 밸브의 활성 동작 시간 외에 상기 스위치 밸브를 작동시키는 단계;
- 상기 스위치 밸브가 개방되는 듀티 사이클을 결정하는 단계; 및
- 상기 스위치 밸브의 개방 시간에 대응하는 듀티 사이클을 상기 스위치 밸브를 작동시키는 듀티 사이클로 사용하여 상기 스위치 밸브의 활성 동작 시간 동안 상기 스위치 밸브를 개폐하는 단계를 포함하는 제시된 종류의 방법에 의해 달성된다.
전술한 편차 또는 왜곡을 야기하고 상기 스위치 밸브의 지연 시간의 원인이 되는 영향 인자는 주로 기계적인 및 전기적인 컴포넌트 공차, 예를 들어 코일 저항, 스프링 상수, 밸브 안착부(valve seat)의 기계적인 마찰이다. 이들 영향 인자들은 밸브를 개방하기 위해 인가되어야 하는 전기적인 에너지에 영향을 미친다.
밸브 사양(예를 들어 250㎐)을 상당히 초과하는 상대적으로 높은 작동 주파수에서, 상기 밸브는 인덕턴스와 기계적인 관성으로 인해 작동 신호를 더 이상 기계적으로 따를 수 없다. 코일이 이 주파수에서 개별 PWM 펄스에 따라 자기 에너지를 더 이상 완전히 감소시킬 수 없으므로, 자기 에너지는 특정 듀티 사이클로부터 시작하여 적분되어서, 이에 따라 밸브는 완전히 개방된다. 이 임계값 아래에서는, 스프링 힘을 극복할 만한 에너지가 충분히 없다. 그리하여 이 밸브는 폐쇄된 채 유지된다.
이런 종류의 높은 작동 주파수가 본 발명에 따른 방법에 사용되어서, 이에 따라 밸브가 완전히 개방된 채 유지된다. 그리하여 대응하는 주파수 범위가 선택된다.
밸브를 바로 개방시키는 공급 전력은 듀티 사이클을 변경시키는 것에 의해 상대적으로 정밀하게 설정될 수 있다.
본 발명은 이것을 이용하여, 예를 들어 밸브가 작동되기 전에 스위치 밸브의 활성 동작 시간 외에 증가하거나 감소하는 듀티 사이클을 갖는 PWM 신호에 의해 밸브를 작동시키고, 스위치 밸브의 개방점에 대응하는 듀티 사이클을 결정한다. 그리하여 밸브가 개방되는 듀티 사이클의 임계값이 개방점을 나타내는데 사용된다. 듀티 사이클의 임계값은 클록킹이 느린 경우에 개방점과 동일한 인자에 종속한다. 다시 말해, 늦은 개방점을 갖는 밸브는 이른 개방점을 갖는 밸브보다 더 높은 듀티 사이클을 요구한다.
증가하거나 감소하는 듀티 사이클을 갖는 펄스 PWM 신호를 사용하여 밸브가 작동되는 경우, 이 밸브는 듀티 사이클의 특정 임계값으로부터 시작하여 완전히 개방된다.
이후 스위치 밸브의 개방 시간에 대응하는 듀티 사이클을 사용하여 스위치 밸브를 작동시켜 상기 스위치 밸브의 활성 동작 시간 동안 상기 스위치 밸브를 개폐한다. 스위치 밸브의 활성 동작 상태에서, 상기 스위치 밸브는 이에 따라 (컴포넌트 공차 등을 고려하여) 실제 상태에 맞는 밸브의 개방점을 야기하는 신호를 사용하여 작동된다.
본 발명에 따른 방법은, 특히, 탱크의 필터로부터 자동차의 엔진의 흡기 파이프로 가스의 흐름을 제어하는 탱크 배기 밸브인 스위치 밸브에서 사용된다. 이 경우에, 본 발명에 따른 방법은, 필터(활성화된 탄소 필터)가 아이들링(idling) 동안 비어 있을 때, 컴포넌트 공차에 의해 야기된 개방점 편차를 점진적으로 변화시킬 수 있다. 이 경우에, 예를 들어, 조립 라인(제조 동안)의 종단에서 또는 차고에서 차량이 대응하여 준비될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 개선에서, 스위치 밸브가 개방되는 듀티 사이클은 상기 듀티 사이클이 결정된 후 저장되어, 상기 스위치 밸브의 활성 동작 시간 동안 상기 스위치 밸브를 작동시키는데 상기 듀티 사이클이 사용될 수 있게 한다. 이것으로 제어 디바이스는 스위치 밸브의 활성 동작 동안 올바른 개방 시간에 대응하는 듀티 사이클을 사용하는 것이 보장된다.
본 발명에 따른 방법에서, 상기 스위치 밸브를 개방하는 것은 바람직하게는 흡기 파이프 압력의 증가에 의해 결정된다. 그리하여 본 발명에 따라, 상기 스위치 밸브가 증가하거나 감소하는 듀티 사이클을 갖는 PWM 신호를 사용하여 작동되는 동안 압력 센서의 도움으로 흡기 파이프 압력이 결정된다. 이에 따라 (탱크 배기 밸브를 개방한 결과 가스가 유입되는 것으로 인해) 흡기 파이프 압력이 증가하는 듀티 사이클이 결정되고 활성 동작을 위한 기초로서 사용된다.
본 발명에 따른 방법의 추가적인 변형에서, 상기 스위치 밸브의 개방이 펄스 검출에 의해 결정된다. 이것은 충분히 높고 안정적인 흡기 파이프 압력에서 가능하다.
특히 압력 차이, 배터리 전압 및/또는 온도에 기초한 정정 인자는 바람직하게는 상기 스위치 밸브를 작동시키는 듀티 사이클을 결정할 때 고려된다.
본 발명은 도면과 함께 예시적인 실시예를 참조하여 아래에서 보다 상세히 설명된다.
도 1은 탱크 배기 시스템의 개략도;
도 2는 일반적인 작동 펄스의 경우에 전류 프로파일과 밸브 개방 프로파일을 도시한 그래프;
도 3은 대략 80%의 듀티 사이클을 갖는 신호의 경우에 전압 프로파일, 전류 프로파일 및 밸브 개방 프로파일을 도시한 그래프; 및
도 4는 상이한 듀티 사이클을 갖는 신호를 도시하고 또한 대응하는 흡기 파이프 압력을 도시한 그래프.
도 1은 자동차의 탱크 배기 시스템을 도시하는 개략도이다. 자동차는 엔진(7)을 구비하고, 연소 공기는 상기 엔진의 흡기 파이프(6)를 통해 공급된다. 엔진의 추가적인 구성 부분(분사 시스템 등)은 여기에 도시되어 있지 않다. 차량은 연료 탱크(1)를 더 구비하고, 이 탱크로부터 연료 증기는 라인(2)을 통해 활성화된 탄소 필터(3)로 공급되고, 상기 활성화된 탄소 필터(3)로부터 흡수된다. 필터에 흡착된 탄화수소는 탱크 배기 밸브(4)를 개방하는 것에 의해 특정 간격으로 플러싱하는 것에 의해 라인(5)을 통해 엔진(7)의 흡기 파이프(6)로 도입되어, 연소 공기와 함께 엔진의 연소 공정으로 공급된다. 흡기 파이프에 나타나는 압력을 측정할 수 있는 압력 센서(8)는 흡기 파이프(6)의 구역에 배열된다.
시스템은 엔진 제어기의 일부일 수 있는 제어 디바이스(9)를 더 구비한다. 제어 디바이스(9)는 개방 상태와 폐쇄된 상태 사이에서 스위치 밸브 형태인 탱크 배기 밸브(4)의 동작을 제어한다. 그리하여 밸브는 교대로 개방되고 폐쇄된다. 이를 위해, 상기 밸브는 펄스-폭-변조된 신호를 사용하여 제어 디바이스(9)에 의해 작동된다.
본 발명에 따른 방법은 제어 디바이스(9)가 탱크 배기 밸브(4)의 활성 동작 시간 외에, 다시 말해, 예를 들어 연관된 자동차의 제조 공정 동안 조립 라인의 종단에서 증가하는 듀티 사이클(표시 공간 비율(mark-to-space ratio))을 갖는 PWM 신호를 사용하여 밸브(4)를 작동시키는 것으로 진행한다. 동시에, 센서(8)는 그리하여 흡기 파이프(6)의 압력을 측정하고 대응하는 압력 신호를 제어 디바이스(9)에 공급한다. 제어 디바이스(9)는 이 압력 신호를 모니터링하고 흡기 파이프 압력이 증가하는 듀티 사이클을 결정한다. 흡기 파이프 압력이 이렇게 증가하는 점은 탱크 배기 밸브(4)의 개방점에 대응한다(추가적인 가스는 라인(5)을 통해 흡기 파이프(6)에 유입된다).
제어 디바이스(9)에 의해 결정되고 탱크 배기 밸브(4)의 실제 개방 시간에 대응하는 듀티 사이클이 저장되고 자동차의 활성 동작을 위해 준비된다. 활성 동작 동안, 탱크 배기 밸브(4)는 이 듀티 사이클을 갖는 PWM 신호를 사용하여 작동되어, 밸브를 개방시키고 활성화된 탄소 필터를 깨끗이 플러싱한다.
도 2는 10 ms의 일반적인 작동 펄스(U) 동안 전류 프로파일(I)과 밸브 개방 프로파일(Q)을 도시한 그래프이다. 밸브의 개방 시간은 t_개방으로 표시된다.
도 3은 대략 80% 및 250㎐의 듀티 사이클을 갖는 신호의 경우에 전압 프로파일(U), 전류 프로파일(I) 및 밸브 개방 프로파일(Q)을 도시한 그래프이다.
도 4는 70% 내지 88%의 상이한 듀티 사이클을 갖는 신호를 상기 그래프의 상부 부분에 도시한 그래프이다. 연관된 흡기 파이프 압력은 하부 부분에서 식별된다. 탱크 배기 밸브의 개방 시간에 대응하는, 흡기 파이프 압력이 증가하는 것은 78%의 듀티 사이클을 갖는 신호의 경우에 발생하는 것이 명백하다.

Claims (6)

  1. 유체 라인을 개폐하고 펄스-폭-변조된(pulse-width-modulated: PWM) 신호에 의해 작동되어 제어 디바이스를 개폐하는 스위치 밸브를 동작시키는 방법으로서,
    - 증가하거나 감소하는 듀티 사이클을 갖는 PWM 신호를 사용하여 상기 스위치 밸브의 활성 동작 시간 외에 상기 스위치 밸브를 작동시키는 단계;
    - 상기 스위치 밸브가 개방되는 듀티 사이클을 결정하는 단계; 및
    - 상기 스위치 밸브의 개방 시간에 대응하는 듀티 사이클을 상기 스위치 밸브를 작동시키는 듀티 사이클로 사용하여 상기 스위치 밸브의 활성 동작 시간 동안 상기 스위치 밸브를 개폐하는 단계를 포함하는, 스위치 밸브를 동작시키는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스위치 밸브는 탱크의 필터로부터 자동차의 엔진의 흡기 파이프로 가스의 흐름을 제어하는 탱크 배기 밸브인 것을 특징으로 하는 스위치 밸브를 동작시키는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 개방 시간에 대응하는 듀티 사이클은 결정된 후에 저장되는 것을 특징으로 하는 스위치 밸브를 동작시키는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스위치 밸브의 개방은 펄스 검출에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 스위치 밸브를 동작시키는 방법.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 스위치 밸브의 개방은 상기 흡기 파이프의 압력 증가에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 스위치 밸브를 동작시키는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 특히 압력 차이, 배터리 전압 및/또는 온도에 기초한 정정 인자는 상기 스위치 밸브를 작동시키는 듀티 사이클을 결정할 때 고려되는 것을 특징으로 하는 스위치 밸브를 동작시키는 방법.
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