KR20170134540A - 연료 인젝터의 미리 결정된 개방 상태의 시점의 결정 - Google Patents

연료 인젝터의 미리 결정된 개방 상태의 시점의 결정 Download PDF

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KR20170134540A
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Abstract

본 발명은 자동차의 연소 엔진을 위한 솔레노이드 구동부를 포함하는 연료 인젝터의 미리 결정된 개방 상태의 시점을 결정하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 (a) 부스트 단계(B) 동안 상기 솔레노이드 구동부를 통해 흐르는 전류의 전류 레벨(120)의 시간 프로파일을 검출하는 단계로서, 상기 솔레노이드 구동부는 상기 부스트 단계(B)의 제1 부분(B1) 동안 제1 전압(U1)을 받고, 상기 부스트 단계(B)의 제2 부분 동안 제2 전압(U2)을 받고, 상기 제2 전압(U2)은, 상기 부스트 단계(B)의 제2 부분(B2) 동안 상기 솔레노이드 구동부(120)를 통해 흐르는 상기 전류의 상기 전류 레벨이 본질적으로 변함 없이 유지되도록 선택되는, 상기 전류 레벨의 시간 프로파일을 검출하는 단계, 및 (b) 상기 전류 레벨(120)의 검출된 시간 프로파일이 극값을 갖는 시점을 결정하는 단계로서, 상기 결정된 시점은 상기 미리 결정된 개방 상태의 시점인, 상기 극값을 갖는 시점을 결정하는 단계를 포함한다. 연료 인젝터를 작동시키는 방법, 및 엔진 제어기 및 컴퓨터 프로그램이 더 설명된다.

Description

연료 인젝터의 미리 결정된 개방 상태의 시점의 결정
본 발명은 연료 인젝터의 작동에 관한 기술 분야에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 솔레노이드 구동부를 포함하는 연료 인젝터의 미리 결정된 개방 상태의 시점(point in time)을 결정하는 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 자동차의 연소 엔진을 위한 솔레노이드 구동부를 포함하는 연료 인젝터를 작동시키는 방법, 엔진 제어기 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
솔레노이드 구동부를 갖는 연료 인젝터의 동작 동안, 전기적 공차로 인해 개별 인젝터들의 시간적 개방 거동이 상이하여, 각 분사량에 변동이 발생한다.
분사 시간이 더 짧아짐에 따라 인젝터마다 분사량의 상대적인 차이가 증가한다. 지금까지, 분사량의 이러한 상대적인 차이는 작아서 실제적인 의미는 없었다. 그러나 분사량이 점점 더 적어지고 분사 시간이 더 짧아지는 쪽으로 개발됨에 따라 분사량의 상대적인 차이의 영향을 더 이상 무시할 수 없게 되었다.
연료 인젝터의 개방 공정(솔레노이드 구동부가 전압 펄스(부스트 전압)를 받는 공정) 동안 전류 레벨의 시간 프로파일은 솔레노이드 구동부의 인덕턴스에 의존한다. (비선형 강자성 자석 재료로 인해) 솔레노이드 구동부의 고유 인덕턴스가 변하는 것에 더하여, 전기자의 움직임으로 인해 모션 인덕턴스(motion inductance) 성분이 발생한다. 모션 인덕턴스 성분은 개방 단계의 시작(전기자/니들의 움직임의 시작)에서 시작하고 개방 단계의 종료(전기자/니들의 움직임의 종료)에서 종료한다.
본 발명의 목적은 자동차의 연소 엔진을 위한 솔레노이드 구동부를 포함하는 연료 인젝터의 미리 결정된 개방 상태의 시점을 결정하기 위한 개선된 간단한 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은 독립 청구항의 주제에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 실시예는 종속 청구항에 제시된다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 자동차의 연소 엔진을 위한 솔레노이드 구동부를 포함하는 연료 인젝터의 미리 결정된 개방 상태의 시점을 결정하는 방법이 설명된다. 상기 설명된 방법은, (a) 부스트 단계 동안 상기 솔레노이드 구동부를 통해 흐르는 전류의 전류 레벨의 시간 프로파일을 검출하는 단계로서, 상기 솔레노이드 구동부는 상기 부스트 단계의 제1 부분 동안 제1 전압을 받고, 상기 부스트 단계의 제2 부분 동안 제2 전압을 받고, 상기 제2 전압은, 상기 솔레노이드 구동부를 통해 흐르는 상기 전류의 상기 전류 레벨이 상기 부스트 단계의 상기 제2 부분 동안 본질적으로 변함 없이 유지되도록 선택되는, 상기 전류 레벨의 시간 프로파일을 검출하는 단계; 및 (b) 상기 전류 레벨의 검출된 시간 프로파일이 극값을 갖는 시점을 결정하는 단계로서, 상기 결정된 시점은 상기 미리 결정된 개방 상태의 시점인, 상기 극값을 갖는 시점을 결정하는 단계를 포함한다.
상기 설명된 방법은, 상기 솔레노이드 구동부를 통해 흐르는 상기 전류(코일 전류)가 거의 변함 없이 유지되는 경우, 링크된 자속이 시간에 따라 변하는 것이 모션 인덕턴스에 주로 의존한다는 인식에 기초한다. 상기 모션 인덕턴스는 한정된 움직임 상태와 관련하여 특정 방식으로 변하기 때문에, 상기 전류 레벨의 시간 프로파일을 분석하는 것에 의해, 특히 상기 전류 레벨의 시간 프로파일에서 극값을 식별하는 것에 의해 대응하는 시점을 결정할 수 있다.
다시 말해, 상기 코일 전류는 다음의 일반적인 전자기 방정식에 따라 설정된다:
Figure pct00001
여기서 u(t)는 시간의 함수로서 전압을 나타내고, i(t)는 시간의 함수로서 코일 전류를 나타낸다. R 코일 은 코일 구동부의 전기 저항이고, Ψ(t)는 링크된 자속이고, x(t)는 솔레노이드 구동부의 이동 전기자의 위치이다.
상기 방정식에서, 상기 링크된 자속이 시간에 따라 변하는 것은 다음과 같이 분할될 수 있다:
Figure pct00002
여기서 L 코일 은 코일의 인덕턴스를 나타내고,
Figure pct00003
는 이동 전기자의 속력을 나타낸다. 코일 전류가 본질적으로 일정한 경우, 즉 di/dt
Figure pct00004
0의 경우, 움직임 항 dΨ/dx·dx/dt가 우세하다. 결과적으로, 예를 들어, 인젝터를 개방하는 모션 상태의 시작 및 종료는 코일 전류의 시간 프로파일에서 상대적인 극값으로부터 검출될 수 있다.
본 문서에서 "부스트 단계"는 구체적으로 솔레노이드 구동부가 차량 전압에 비해 상승된 전압을 갖는 전압 펄스를 받는 것을 나타내며, 여기서 상승된 전압을 갖는 전압 펄스는 또한 전기자를 신속히 이동시키는 것에 의해 연료 인젝터를 개방하도록 설계된다. 상기 부스트 단계는 여기서 2개의 연속적인 부분 또는 세그먼트로 이루어지며, 제1 부분에서는 제1 전압이 인가되고 제2 부분에서는 제2 전압이 인가된다.
상기 전류 레벨의 검출된 시간 프로파일이 극값을 갖는 시점을 결정하는 것은, 예를 들어, 상기 전류 레벨의 검출된 시간 프로파일의 구배 및/또는 미분을 형성하는 수치 분석에 의해 수행된다.
상기 설명된 방법에서, 분사 시작 동안, 배터리 전압에 비해 증가된 제1 부스트 전압을 갖는 전류 프로파일이 설정되고, 여기서 상기 코일 전류가 증가한다. 상기 부스트 단계의 제2 부분에서, 상기 부스트 전압은 상기 배터리 전압에 비해 또한 증가된 제2 전압으로 설정되고, 상기 제2 전압은 또한 (전기자가 자유로이 이동하는 경우) 코일 전류가 본질적으로 일정하게 유지되도록 선택된다. 이 경우, 상기 코일 전류의 변화로 전기자의 속력의 변화를 역 추적할 수 있으므로, 예를 들어, 개방 공정의 종료는 전기자의 속력이 정지점에서 급격히 감소하는 것에 의해 검출될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 상기 제2 전압은 상기 제1 전압보다 더 작다.
이에 따라, 상기 부스트 단계의 상기 제1 부분에서 고전류 레벨이 신속히 도달하고, 이어서 상기 부스트 단계의 상기 제2 부분에서 본질적으로 일정하게 유지된다.
본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따르면, 상기 부스트 단계의 상기 제1 부분은 종료되고, 상기 부스트 단계의 상기 제2 부분은 상기 솔레노이드 구동부를 통해 흐르는 상기 전류의 상기 전류 레벨이 미리 결정된 값에 도달할 때 시작된다.
상기 전류 레벨의 상기 미리 결정된 값(피크 전류라고도 알려져 있음)은 인젝터 인덕턴스(L 코일 )에 의존하고, 상기 인젝터를 개방하기에 충분한 힘이 제공될 수 있을 정도로 충분히 크다.
본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따르면, 상기 솔레노이드 구동부를 통해 흐르는 상기 전류의 상기 전류 레벨은 상기 솔레노이드 구동부의 전기자의 움직임이 시작되기 전에 상기 미리 결정된 값에 도달한다.
다시 말해, 상기 부스트 단계의 상기 제1 부분의 지속 시간은 (전기자의 움직임으로) 실제 연료 인젝터의 개방 공정이 상기 부스트 단계의 상기 제2 부분에서만 발생하도록 조정된다. 따라서 상기 전기자의 움직임의 시작이 또한 정확히 결정될 수 있는 것이 보장된다.
본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따르면, 상기 제1 전압의 레벨은 약 65V이고, 상기 제2 전압의 레벨은 25V 내지 50V의 범위에 있다.
상기 제2 전압의 정확한 값은 상기 연료 인젝터에 의존하지만, 일반적으로 상기 제1 전압보다 다소 더 낮고 동시에 차량의 온보드 전압(12V)보다 더 높다.
본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따르면, 상기 연료 인젝터의 상기 미리 결정된 개방 상태의 결정된 시점은 연료 인젝터의 개방 공정의 시작 또는 종료 시간이다.
상기 개방 공정의 시작은, 예를 들어, 상기 전기자의 움직임이 시작될 때 발생하고, 상기 전기자의 속력의 대응하는 변화에 의해 야기된 상기 코일 전류의 변화를 검출함으로써 검출될 수 있다. 대안적으로, 상기 개방 공정의 시작은 이미 움직이는 전기자가 자유 유격(free play)을 극복하고 난 후 인젝터 니들을 구동할 때 발생한다. 여기서도 또한 상기 코일 전류의 검출가능한 변화가 존재한다.
상기 개방 공정의 종료는 상기 전기자의 움직임이 정지점에 의해 제동될 때 발생하고, 이에 따라 또한 상기 전기자의 속력의 대응하는 변화에 의해 야기된 상기 코일 전류의 변화를 검출하는 것에 의해 검출될 수 있다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 자동차의 연소 엔진을 위한 솔레노이드 구동부를 포함하는 연료 인젝터를 작동시키는 방법이 설명된다. 상기 설명된 방법은, (a) 상기 제1 양태 또는 상기 예시적인 실시예들 중 하나의 실시예에 따른 방법을 사용하여 상기 연료 인젝터의 미리 결정된 개방 상태의 시점을 결정하는 단계; (b) 결정된 시점과 참조 시점 사이의 차이를 결정하는 단계; 및 (c) 상기 연료 인젝터를 작동시키는 단계를 포함하며, 상기 솔레노이드 구동부는 전압 펄스를 받고, 상기 전압 펄스의 시작 시간 및/또는 지속 시간은 상기 결정된 차이에 기초하여 결정된다.
상기 연료 인젝터를 작동시키는 전압 펄스는 유리하게는 제1 전압 및 제2 전압을 갖는 2개의 부분을 포함하며, 이에 따라 상기 제1 양태에서 사용되는 상기 부스트 단계를 구성한다.
다시 말해, 상기 작동하고 미리 결정된 개방 상태의 시점을 검출하는 것은 동일한 방식으로 수행된다.
검출된 시점이 대응하는 참조 시점에서 벗어난 것으로 결정되면, 상기 미리 결정된 개방 상태가 각 원하는 시점에서 발생하도록 상기 전압 펄스의 시작 시간 및/또는 지속 시간이 조정되어, 지정된 분사량을 정확히 달성하는 것이 보장될 수 있다.
본 발명의 제3 양태에 따르면, 자동차의 연소 엔진을 위한 엔진 제어기로서, 상기 엔진 제어기는 상기 제1 양태 및 제2 양태 및/또는 상기 예시적인 실시예들 중 하나의 실시예에 따른 방법을 수행하도록 설계된, 상기 엔진 제어기가 설명된다.
상기 엔진 제어기는 연료 인젝터의 미리 결정된 개방 상태의 시점을 간단한 방식으로 결정하고, 작동 동안 고려하여 정확한 분사를 달성할 수 있다.
본 발명의 제4 양태에 따르면, 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 제1 양태 및 제2 양태 및/또는 상기 예시적인 실시예들 중 하나의 실시예에 따른 방법을 수행하도록 설계된 컴퓨터 프로그램이 설명된다.
본 문서의 목적을 위해, 이 컴퓨터 프로그램이라는 용어는 본 발명에 따른 방법으로 결합된 효과를 달성하기 위해 적절한 방식으로 시스템 또는 방법의 동작을 조정하기 위해 컴퓨터 시스템을 제어하기 위한 명령을 포함하는 프로그램 요소, 컴퓨터 프로그램 제품 및/또는 컴퓨터 판독 가능 매체라는 용어와 동의어이다.
상기 컴퓨터 프로그램은 예를 들어 JAVA, C++ 등과 같은 임의의 적절한 프로그래밍 언어로 컴퓨터 판독 가능 명령 코드로서 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터 판독 가능 메모리 매체(CD-ROM, DVD, 블루-레이(Blu-ray) 디스크, 교체 가능한 디스크 구동부, 휘발성 또는 비-휘발성 메모리, 통합 메모리/프로세서 등)에 저장될 수 있다. 상기 명령 코드는 원하는 기능이 구현되도록, 특히 자동차의 엔진을 위한 제어 유닛과 같은 컴퓨터 또는 다른 프로그래밍 가능한 유닛을 프로그래밍할 수 있다. 나아가, 상기 컴퓨터 프로그램은 예를 들어 인터넷과 같은 네트워크에 제공될 수 있으며, 이 네트워크로부터 사용자에 의해 요구되는 대로 다운로드될 수 있다.
본 발명은 컴퓨터 프로그램, 즉 소프트웨어에 의해, 및 또한 하나 이상의 특수 전기 회로, 즉 하드웨어에 의해, 또는 임의의 하이브리드 형태, 즉 소프트웨어 성분과 하드웨어 성분에 의해 구현될 수 있다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 여러 주제에 관하여 설명된 것임을 주목해야 한다. 구체적으로, 본 발명의 일부 실시예는 방법 청구항 및 장비 청구항과 함께 본 발명의 다른 실시예로 설명된다. 그러나, 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면, 본 명세서를 읽을 때, 명시적으로 달리 언급되지 않는 한, 본 발명의 주제 유형에 속하는 특징들의 임의의 조합에 더하여, 본 발명의 다른 주제 유형에 속하는 특징들의 임의의 조합도 가능하다는 것은 명백히 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 추가적인 장점 및 특징은 바람직한 실시예의 다음의 예시적인 설명으로부터 발생한다.
도 1은 본 발명에 따른 연료 인젝터의 작동 동안 시간의 함수로서 전압, 전류 레벨 및 연료 입력량의 프로파일의 일례를 도시한다.
후술되는 실시예는 본 발명의 가능한 형태의 실시예들 중에서 단지 제한된 선택된 실시예를 나타내는 것으로 이해된다.
도 1은 본 발명에 따른 연료 인젝터의 작동 동안, 특히 부스트 단계(B) 동안 시간(t)의 함수로서 전압(110), 전류 레벨(120) 및 연료 입력량(130)의 프로파일을 도시한다.
부스트 단계(B)는 연료 인젝터의 솔레노이드 구동부가 제1 부스트 전압(U1)을 받는 제1 부분(B1)으로 시작한다. 제1 전압(U1)은 차량 배터리의 전압보다 상당히 더 크며, 예를 들어, 약 65V이다. 부스트 단계(B)의 제1 부분(B1) 동안, 솔레노이드 구동부를 통해 흐르는 전류의 전류 레벨(120)은 강하게 증가하고, 부스트 단계(B)의 제1 부분(B1)의 종료시에 미리 결정된 최대 값(피크 전류)(122)에 도달한다. 상기 시점에서, 부스트 단계(B)의 제2 부분(B2)이 시작되고, 연료 인젝터의 솔레노이드 구동부는 이제 U1보다 다소 낮은, 예를 들어 25V 내지 50V의 구역에 있는 제2 부스트 전압(U2)을 받는다. 제2 부스트 전압(U2)은, 부스트 단계(B)의 제2 부분(B2) 동안 코일 전류(120)의 프로파일이 본질적으로 수평이도록, 즉 코일 전류(120)가 본질적으로 일정하게 유지되도록 선택된다. 따라서, 모션 인덕턴스의 상당한 변화는, 전술한 바와 같이, 코일 전류(120)의 상당한 검출 가능한 변화를 야기한다.
부스트 단계(B)의 제2 부분(B2)의 시작 직후, 132에서 볼 수 있는 바와 같이, 연료 인젝터의 실제 개방 공정이 시작되고, 연료 입력량(130)이 상승하기 시작한다. 개방 공정의 종료는 134에서 종료하고, 여기서 연료 입력량(130)은 최대 값에 도달한다. 상기 최대 값은 후속 폐쇄 공정의 시작때까지 유지된다.
전류 레벨(120)의 프로파일이 샘플링되고 수학적 및/또는 수치적 방법이 극값을 식별하는데 사용된다. 전류 그래프(120)가 나타내는 바와 같이, 부스트 단계(B)의 제2 부분(B2) 동안 전류 값이 본질적으로 일정함에도 불구하고, 개방 단계의 시작(132) 및 종료(134) 모두에서 전류 레벨(120)에 국부적인 최소값이 존재한다. 상기 최소값은 검출되고, 시작(132) 및 종료(134)와 연관된다.
엔진 제어 유닛은 이제 검출된 시점을 참조값과 비교하고, 지정된 분사량을 달성하기 위해 보정이 필요한지 여부를 결정할 수 있다. 상기 비교의 결과에 따라, 엔진 제어 유닛은 작동의 시작 시간 및/또는 지속 시간을 보정한다. 개방 시점이 시프트(shifted)되면, 엔진 제어 유닛은 그에 따라 작동의 시작을 시프트시키고, 개방의 종료 시점이 시프트되면, 엔진 제어 유닛은 그에 따라 분사 지속 기간을 조정한다.
이 보정은 유리하게는 구체적으로 펄스에 의해 수행된다. 나아가, 보정 동안, 예를 들어, 연료 온도 및 이전 분사 이후의 시간과 같은 추가적인 물리적인 시스템 파라미터들이 고려될 수 있다. 이 보정은 이를 위해 파일럿 제어 특성 곡선/필드로서 제어 유닛에 유리하게 저장되거나 또는 적절한 모델을 사용하여 계산될 수 있다.
110: 부스트 전압 120: 코일 전류
122: 피크 전류 130: 연료 입력량
132: 개방 단계의 시작 134: 개방 단계의 종료
B: 부스트 단계 B1: 부스트 단계의 제1 부분
B2: 부스트 단계의 제2 부분 U1: 제1 부스트 전압
U2: 제2 부스트 전압 t: 시간 축

Claims (9)

  1. 자동차의 연소 엔진을 위한 솔레노이드 구동부를 포함하는 연료 인젝터의 미리 결정된 개방 상태의 시점을 결정하는 방법으로서,
    부스트 단계 동안 상기 솔레노이드 구동부를 통해 흐르는 전류의 전류 레벨의 시간 프로파일을 검출하는 단계로서, 상기 솔레노이드 구동부는 상기 부스트 단계의 제1 부분 동안 제1 전압을 받고, 상기 부스트 단계의 제2 단계 동안 제2 전압을 받고, 상기 제2 전압은, 상기 부스트 단계의 상기 제2 부분 동안 상기 솔레노이드 구동부를 통해 흐르는 상기 전류의 상기 전류 레벨이 본질적으로 변함 없이 유지되도록 선택되는, 상기 전류 레벨의 시간 프로파일을 검출하는 단계; 및
    상기 전류 레벨의 검출된 시간 프로파일이 극값을 갖는 시점을 결정하는 단계로서, 결정된 시점이 상기 미리 결정된 개방 상태의 시점인, 상기 극값을 갖는 시점을 결정하는 단계를 포함하는, 연료 인젝터의 미리 결정된 개방 상태의 시점을 결정하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 전압은 상기 제1 전압보다 더 낮은, 연료 인젝터의 미리 결정된 개방 상태의 시점을 결정하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 솔레노이드 구동부를 통해 흐르는 상기 전류의 상기 전류 레벨이 미리 결정된 값에 도달할 때, 상기 부스트 단계의 상기 제1 부분은 종료하고 상기 부스트 단계의 상기 제2 부분이 시작하는, 연료 인젝터의 미리 결정된 개방 상태의 시점을 결정하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 솔레노이드 구동부를 통해 흐르는 상기 전류의 상기 전류 레벨은 상기 솔레노이드 구동부의 전기자의 움직임이 시작되기 전에 상기 미리 결정된 값에 도달하는, 연료 인젝터의 미리 결정된 개방 상태의 시점을 결정하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 전압은 65V이고, 상기 제2 전압은 25V 내지 50V 범위에 있는, 연료 인젝터의 미리 결정된 개방 상태의 시점을 결정하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연료 인젝터의 상기 미리 결정된 개방 상태의 상기 결정된 시점은 연료 인젝터의 개방 공정의 시작 시점 또는 종료 시점인, 연료 인젝터의 미리 결정된 개방 상태의 시점을 결정하는 방법.
  7. 자동차의 연소 엔진을 위한 솔레노이드 구동부를 포함하는 연료 인젝터를 작동시키는 방법으로서,
    제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 방법을 사용하여 상기 연료 인젝터의 미리 결정된 개방 상태의 시점을 결정하는 단계;
    결정된 시점과 참조 시점 사이의 차이를 결정하는 단계; 및
    상기 연료 인젝터를 작동시키는 단계를 포함하되,
    상기 솔레노이드 구동부는 전압 펄스를 받고, 상기 전압 펄스의 시작 시간 및/또는 지속 시간은 결정된 상기 차이에 기초하여 결정되는, 연료 인젝터를 작동시키는 방법.
  8. 자동차의 연소 엔진을 위한 엔진 제어기로서, 상기 엔진 제어기는 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 설계된, 엔진 제어기.
  9. 컴퓨터 프로그램으로서, 프로세서에 의해 실행될 때, 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 설계된, 컴퓨터 프로그램.
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