KR20170008866A

KR20170008866A - 분사 밸브의 상태를 결정하기 위한 방법

Info

Publication number: KR20170008866A
Application number: KR1020167036238A
Authority: KR
Inventors: 안드레아스 바이어; 타니 가기조; 발터 쇼오드; 한스-요르그 위호프
Original assignee: 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
Priority date: 2014-06-27
Filing date: 2015-06-17
Publication date: 2017-01-24
Also published as: CN106471239B; CN106471239A; DE102014212377B4; KR101836034B1; DE102014212377A1; WO2015197439A1; US10167802B2; US20170152804A1

Abstract

내연 엔진의 분사 밸브의 노즐 니들이 압전 액추에이터에 의해 작동되는, 상기 분사 밸브의 상태를 결정하기 위한 방법이 개시된다. 상기 압전 액추에이터는 펄스 폭-변조 방식으로 제어된다. 상기 상태를 결정하기 위하여, 상기 압전 액추에이터의 펄스 폭-변조된 압전 출력 스테이지의 T 온 및/또는 T 오프의 스위칭 시간을 평가하고, 획득된 결과로부터 상기 분사 밸브의 상태를 유도한다.

Description

분사 밸브의 상태를 결정하기 위한 방법{METHOD FOR DETERMINING A STATE OF AN INJECTION VALVE}

본 발명은, 내연 엔진의 분사 밸브의 노즐 니들이 펄스-폭-변조 방식으로 작동되는 압전 액추에이터에 의해 활성화되는, 상기 분사 밸브의 상태를 결정하기 위한 방법에 관한 것이다.

이러한 분사 밸브에는 모든 동작 조건 하에서 그리고 관련 차량의 전체 수명에 걸쳐 분사량에 대해 매우 높은 정밀도와 엄밀성이 부과된다. 분사 밸브의 상태를 결정하기 위해, (예를 들어, 극한 값을 국부적으로 결정하는 것에 의해) 전압 또는 전하 또는 전류로부터 상당한 특징들이 식별될 수 있다. 그러나, 알려진 평가 방법에서는 다수의 영향 인자들이 고려되어야 하는데, 즉 이 방법은 모든 관련 간섭 변수들이 필터링되어야 하기 때문에 매우 복잡하다. 현대적인 개념은 압전 액추에이터로부터 특정 크기의 피드백 신호(예를 들어, 전압 또는 전하)를 사용하여 (압전-효과를 사용하는 것에 의해) 실제 분사 공정 동안 노즐 니들의 개별 정적인 위치 지점을 식별한다. 그러나, 이 정보는 압전 인젝터가 액추에이터 및 센서와 동시에 사용되기 때문에 많은 간섭 변수 영향을 받는다.

본 발명은, 간섭 변수에 민감하지 않는 방식으로 분사 밸브의 상태를 특히 간단히 식별할 수 있는, 서두에 설명된 유형의 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 목적은, 본 발명에 따라 압전 액추에이터의 펄스-폭-변조된 압전 출력 상태의 T 온(on) 및/또는 T 오프(off)의 스위칭 시간을 평가하고, 획득된 결과로부터 분사 밸브의 상태를 유도하는, 제시된 유형의 방법에 의해 달성된다.

간섭 변수에 민감하지 않는 방식으로 분사 밸브의 상태를 용이하게 식별하는 것은 펄스-폭-변조된 압전 출력 스테이지의 스위칭 시간을 평가하는 방법에 의해 가능하다.

본 발명에 따른 방법에서, 상기 펄스-폭 변조는 바람직하게는 비교기 임계값들을 평가하는 것에 의해 수행된다. 비교기는 주 코일(main coil)의 원하는 설정점 전류를 연관된 ACT 전류와 비교한다. 예를 들어, 스위치(T1)의 스위칭 온(T1 온) 후에 압전 액추에이터를 충전하는 동안 ACT 전류가 미리 한정된 설정점 전류를 초과하면, 비교기 출력은 스위치(T1)를 스위칭 오프(T1 오프)하고 전류는 다시 감소된다. ACT 전류가 0 교차점에 도달하면, 스위치(T1)는 다시 스위칭 온 된다. 이 공정은 미리 한정된 충전 시간에 도달될 때까지 반복된다. 방전 공정의 펄스 변조(스위치 T2 온/T2 오프)가 등가 방식으로 고려될 수 있다.

비교기의 동작에 더하여, 펄스-폭 변조(예를 들어, 사용되는 스위치의 최소 스위칭 시간 거동에 기초하여 제1 펄스의 제어 펄스 동작)를 위해 다른 특정 동작 모드가 또한 수행될 수 있다.

펄스 변조 방법으로부터 전류 구배가 스위칭 거동에 상당한 영향을 미친다는 것을 유도할 수 있다. 전류의 상승 함수는 단자 전압(U_DCDC)과 압전 전압(U_P) 사이의 전압 차이에 의해 주로 영향을 받는다.

이 효과는 설명된 방법에서 분사 밸브의 상태를 검출하는데 사용된다.

특히, 압전 전압이 불균일하게 변하는 것에 의해 야기되는, 전압 차이(U_DCDC-U_P)(단자 전압에서 압전 전압을 뺀 것)의 시프트(shift)를 검출하고 이를 스위칭 시간 거동의 변화로 평가한다. 압전 전압이 이렇게 불균일하게 변하는 것은 외력, 예를 들어, 니들 충격이 변하는 것에 의해 야기된다.

압전 출력 스테이지(CC - 전류로 제어되는 - 출력 스테이지)의 T 온/T 오프 시간을 평가하는 것에 의해 분사 밸브의 상태를 검출하는 본 발명에 따라 수행되는 방법은 여러 방식으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 제1 실시예에서 인젝터에 미리 지정된 값 및/또는 실제 전압은 온 시간(T 온)을 측정하는 것에 의해 맵핑된다.

다른 실시예에서, 온(T 온) 시간과 오프(T 오프) 시간이 측정된다. 그 결과 전술한 제1 실시예에서와 같이 거동한다.

제3 실시예에서, 온(T 온) 시간과 오프(T 오프) 시간이 작동 경로에서 측정된다. 특히, 이들 시간은 게이트 드라이버의 업스트림에서 그리고/또는 전력 MOS의 게이트에서 직접 측정된다. 이런 상황에서, 바람직하게는 예를 들어, 게이트 드라이버 신호에 저역 통과 필터링을 수행하는 것에 의해 작동 펄스의 평균 값이 측정된다.

이에 의한 상당한 장점은 간섭을 억압하고 저역 통과 필터에 의해 추가적인 필터링을 수행한다는 것이다. (여러 방법에 따라 상이한) 일반적인 제어 특성 곡선과 반드시 비교하는 것은 불리한 것일 수 있다. 두 경우에, 부하의 내부 저항은 특성 곡선의 오프셋/시프트로 고려된다.

본 발명은 이제 도면과 함께 예시적인 실시예를 사용하여 아래에서 보다 상세히 설명된다.

도 1은 CC 압전 출력 스테이지의 기본 회로를 도시하는 도면;
도 2는 충전 공정의 비교기 거동을 도시하는 도면; 및
도 3은 실제 인젝터 부하의 경우에 그리고 전자 등가 부하(electronic equivalent load)의 경우에 T 온 시간들 사이의 차이를 도시하는 도면.

분사 밸브의 상태를 식별하는 본 발명에 따른 방법은, 예를 들어, (또한 단계-다운 컨버터(step-down converter)로도 알려진) 2-상한 벅 컨버터(2-quadrant buck converter) 또는 (또한 단계-업 컨버터(step-up converter)로도 알려진) 부스트 컨버터(boost converter)에 기초하는 압전 출력 스테이지를 사용하는 것에 기초한다. 사용되는 이 CC(전류로 제어되는) 출력 스테이지의 토폴로지는 벅 컨버터(buck converter)(TSS)와 부스트 컨버터(HSS)를 반-평행하게(anti-parallel) 연결하는 것에 의해 간략화된 방식으로 설명될 수 있다. 이들 동작 모드는, 벅 컨버터 모드에서 주 인덕턴스(main inductance)의 코일 전류(i_L)가 0을 초과하고, 부스트 컨버터 모드에서 코일 전류(i_L)가 0 미만인 것을 특징으로 한다. CC 출력 스테이지에서 2개의 동작 모드들 사이에는 오버랩이 없어서, 도 1에 도시된 바와 같이 단 하나의 코일이 있는 것만으로도 충분하다. 벅 컨버터 동작 모드에서는 압전 액추에이터가 충전되는데, 즉 스위치(T1)는 펄스-폭 변조에 의해 스위칭된 온 및 스위치 오프된다. T1의 스위치-온 시간(T1 온) 동안, 다이오드(D2)는 초기에 차단 효과를 제공하고, 코일의 전류가 상승한다. 이런 상황에서 에너지는 코일(자기 축적기)에 축적된다. 여기서 전류는 규칙(1)에 따라 균일하게 상승하고, 코일 전압은 충전 공정의 시작시에 U_DCDC(단자 전압)의 값에 대략 대응한다.

T1의 스위치-온 단계에서 주 인덕턴스의 미분 전류는 (2)에 따라 설명될 수 있다:

스위치-오프 단계(T1 오프) 동안, 인덕턴스에 저장된 에너지는 감소된다. 다이오드(D2)는 프리휠링(free-wheeling) 방식으로 동작하여, 부하 전류는 계속 흐를 수 있다. 이제 출력 전압이 코일에 존재하기 때문에, 코일 전압의 극성이 변하여 출력 전류가 연속적으로 감소한다. 이 경우에, 압전 액추에이터는 코일에 의해 공급된다. 그리하여, (3)에 따른 규칙이 스위치-오프 단계 동안 주 인덕턴스에서 전류의 미분을 고려하기 위해 적용된다:

압전 액추에이터를 방전하는 것은 부스트 컨버터(i_L < 0)를 사용하여 수행되고, 여기서 압전 액추에이터는 전압 소스로 작용하여 단자 전압의 레벨을 미리 지정한다. 벅 컨버터의 경우에서와 같이, 부스트 컨버터도 또한 펄스-변조된 방식으로 동작된다. T2의 스위치-온 단계(T2 온) 동안, 첫째 프리휠링 모드가 일어나는데, 즉 전류가 스위치 T2를 통해 흘러서, 코일(4)의 전류가 상승한다. T2 동안 스위치-오프 단계에서, 두 다이오드(D1/D2)를 통해 직류 전압 컨버터(소스)의 중간 회로에 피드백이 일어난다. 이 경우에, 전류는 소비자(압전)로부터 코일을 통해 소스로 되흐른다.

그리하여 다음 규칙(5)이 스위치-오프 단계(T2 오프) 동안 전류에 적용된다:

2-상한 컨버터가 동작하는 방법으로 인해, 압전 전압의 레벨이 감소함에 따라 방전 단계 동안 컨버터에 의해 전력을 변환하는 것이 감소된다. 그 결과 방전 시간이 상당히 더 길어지고, 압전 액추에이터는 특정 상황 하에서 완전히 방전되지 않는다. 이런 현상을 회피하기 위하여, 방전 시간에 전류로-조절되는 저항이 압전 액추에이터와 병렬로 연결된다.

이미 전술한 바와 같이, 비교기 임계값을 평가하는 것에 의해 펄스-폭 변조(T 온/T 오프)가 수행되어 간략화된 항으로 형성된다. 이에 대한 상세는 이미 전술되었다.

충전 공정의 비교기 거동은 도 2에 도시된다.

도 3은 실제 측정의 T 온 시간과 전자 등가 부하(전자 등가 부하에 대비하는 것으로 피드백을 갖는 인젝터)의 T 온 시간을 병렬 배치한 것을 도시한다.

Claims

내연 엔진의 분사 밸브의 노즐 니들이 펄스-폭-변조 방식으로 작동되는 압전 액추에이터에 의해 활성화되는, 상기 분사 밸브의 상태를 결정하기 위한 방법으로서,
상기 압전 액추에이터의 펄스-폭-변조된 압전 출력 스테이지의 T 온(on) 및/또는 T 오프(off)의 스위칭 시간을 평가하고 획득된 결과로부터 상기 분사 밸브의 상태를 유도하는 것을 특징으로 하는 분사 밸브의 상태를 결정하기 위한 방법.
제1항에 있어서, 비교기 임계값을 평가하는 것에 의해 상기 펄스-폭 변조를 수행하는 것을 특징으로 하는 분사 밸브의 상태를 결정하기 위한 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 압전 전압이 불균일하게 변하는 것에 의해 야기되는, 전압 차이(U_DCDC-U_P)(단자 전압 마이너스(-) 압전 전압)의 시프트를 검출하고, 이를 상기 스위칭 시간의 거동의 변화로 평가하는 것을 특징으로 하는 분사 밸브의 상태를 결정하기 위한 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 온 시간(T 온)을 측정하는 것에 의해 상기 인젝터에서 미리 지정된 값 및/또는 실제 전압을 맵핑하는 것을 특징으로 하는 분사 밸브의 상태를 결정하기 위한 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 온(T 온) 시간과 오프(T 오프) 시간을 측정하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 온(T 온) 시간과 오프(T 오프) 시간을 작동 경로에서 측정하는 것을 특징으로 하는 분사 밸브의 상태를 결정하기 위한 방법.
제6항에 있어서, 게이트 드라이버의 업스트림에서 그리고/또는 전력 MOS의 게이트에서 직접 상기 시간을 측정하는 것을 특징으로 하는 분사 밸브의 상태를 결정하기 위한 방법.
제6항 또는 제7항에 있어서, 작동 펄스의 평균 값을 측정하는 것을 특징으로 하는 분사 밸브의 상태를 결정하기 위한 방법.