KR20180034264A - Method for controlling switchable valves, in particular injection valves of an internal combustion engine of a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 전환 가능 밸브, 특히 자동차 내연 기관의 분사 밸브의 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명의 대상은 컴퓨터 프로그램, 컴퓨터 프로그램의 저장을 위한 기계 판독 가능 데이터 캐리어 및 본 발명에 따른 방법을 수행할 수 있게 하는 전자 제어 장치이다. The present invention relates to a control method of a switchable valve, in particular an injection valve of an automotive internal combustion engine, according to the preamble of claim 1. Objects of the present invention are computer programs, machine readable data carriers for storage of computer programs and electronic control devices enabling the method according to the invention to be carried out.
자동차 기술 핸드북(ISBN 978-3-8384-1440-1), 27판, 565면, 그림 8에서, 분사 밸브 또는 인젝터의 제어를 위한 전환 가능 솔레노이드 밸브를 볼 수 있으며, 상기 밸브를 이용하여 연료가 내연 기관의 흡기관 내로 제어 분사된다. 분사 밸브의 밸브 니들의 개방 및 폐쇄 위치가 솔레노이드 밸브에 의해 제어될 수 있음으로써, 분사 보어들이 연료의 분사를 위해 개방될 수 있다. 솔레노이드 밸브는, 밸브 니들과 연결되어 전류 공급 시 밸브 니들을 밸브 시트로부터 상승시키는 솔레노이드 전기자를 포함한다. In the Automotive Technology Handbook (ISBN 978-3-8384-1440-1), 27th Edition, page 565, Figure 8 shows a switchable solenoid valve for the control of the injection valve or injector, And is injected into the intake pipe of the internal combustion engine. The open and closed positions of the valve needle of the injection valve can be controlled by a solenoid valve so that the injection bores can be opened for injection of fuel. The solenoid valve includes a solenoid armature that is connected to the valve needle to raise the valve needle from the valve seat upon supply of current.
이러한 분사 밸브의 개방 시, 솔레노이드 전기자는 소리가 들릴 정도로 상부 행정 스토퍼에 충돌한다. 이러한 거동은 안락성에 악영향을 미치는 소음 발생을 야기함으로써, 알려진 바와 같이 상부 행정 스토퍼에서의 솔레노이드 전기자의 전술한 충돌 직전에 경험적으로 결정된 특정 기간 동안 각각의 분사 밸브의 전류 회로가 스위치-오프되거나 차단되어, 밸브 운동을 느려지게 하는 제동 펄스가 생성된다. DE 10 2009 000 132 A1로부터 공지된, 연료 분사에 적합한 전환 가능 밸브의 제어 방법의 경우, 밸브의 제어 시 밸브 운동을 느려지게 하는 제동 펄스가 발생한다. 제동 펄스의 시점 및/또는 지속 시간은 밸브의 전환 시점에 따라 사전 설정된다. 제동 펄스에 의해, 실질적으로 제동 펄스의 위치 및 지속 시간에 좌우되는 밸브 전환 소음에 대한 소음 저감 효과가 도출된다. When the injection valve is opened, the solenoid armature collides with the upper stroke stopper so that a sound can be heard. This behavior results in noise generation that adversely affects comfort, so that the current circuit of each injection valve is switched off or blocked for a specified period of time, which is empirically determined just prior to the aforementioned impact of the solenoid armature at the upper stroke stopper , A braking pulse is generated which slows the valve motion. In the case of a control method of a switchable valve suitable for fuel injection, which is known from
가솔린 직접 분사(GDI)에도 매우 유사한 밸브 구조가 적용된다. 그러나 이러한 구조에서는, 흡기관 분사의 경우보다 훨씬 더 높은 압력에 대항하여 밸브 시트가 개방되어야 한다. 이를 가능케 하기 위해, 상기 구조에서, 공지된 바와 같이, 자동차 기술 핸드북(ISBN 978-3-8384-1440-1), 27판, 568면, 그림 11에 도시된, 전기자 유격을 갖는 두 부분으로 구성된 전기자가 사용된다. 이러한 유형의 밸브의 개략도가 도 1에도 도시되어 있다. GDI에서는 압전 밸브도 사용된다는 점을 알 수 있다. A valve structure very similar to gasoline direct injection (GDI) is applied. However, in such a structure, the valve seat must be opened against a much higher pressure than in the case of intake pipe injection. To enable this, in the above structure, as is well known, there are two parts with armature clearance, shown in the Automotive Technology Handbook (ISBN 978-3-8384-1440-1), 27th Edition, An armature is used. A schematic view of this type of valve is also shown in FIG. It can be seen that piezoelectric valves are also used in GDI.
본 발명은, 상술된 두 부분으로 구성된 전기자를 가진, 본원과 관련된 밸브의 폐쇄 후에, 밸브 니들에서의 전기자의 상술된 두 스토퍼에 대한 탄성 충돌 과정을 통해 그리고/또는 밸브 내의 연료 압축파에 의해 전기자의 바운스 운동이 유발된다는 인식에 기초한다. 전기자의 바운스 운동(들) 중에, 밸브 니들 및 분사 밸브는 계속 폐쇄되어 있으나, 전기자는 아직 그 정지 위치에 있지 않음으로써, 후속되는 분사의 밸브 개방 과정에 악영향이 미칠 수 있다. 최근의 분사 시스템에서는 점차 개별 제어들 사이에 비교적 짧은 시간 간격으로 다중 분사가 수행되기 때문에, 제어 시작은 더 개연성 있게 전기자의 시간적인 후속 바운스 간격 이내에 수행된다. 따라서, 개별 제어의 시작 시 안정된 전기자가 더 이상 보장되지 않기 때문에, 밸브의 개방이 지연되거나 심지어 아얘 실행되지 않게 되고, 그에 상응하게 분사량이 감소하거나 완전히 누락된다. 따라서, 분사의 종료 후에 수행되는 전기자의 바운스 과정을 가급적 단축시켜야 하는 필요성이 높다. The present invention relates to a method for controlling an armature of an armature in a valve needle, after closing of a valve associated with the present invention, with an armature composed of the two parts described above, The bouncing movement of the body is triggered. During the bounce motion (s) of the armature, the valve needle and the injection valve remain closed, but the armature is not yet in its rest position, which can adversely affect the valve opening process of subsequent injection. In a modern injection system, the control start is more likely to be performed within the time-dependent subsequent bounce interval of the armature, since multiple injections are performed in a relatively short time interval gradually between individual controls. Thus, since the stabilized armature is no longer guaranteed at the start of the individual control, the opening of the valve is delayed or even not performed at all, and the injection quantity correspondingly decreases or is completely missed. Therefore, it is highly necessary to shorten the bounce process of the armature performed after the end of the injection as much as possible.
본 발명에 따른 방법에 따르면, 밸브 니들에서의 상기 하부 행정 스토퍼로부터의 제1 바운스 후에, 추가 제어 펄스에 의해 밸브 니들에서의 상기 상부 스토퍼에서 전기자가 가급적 정지 상태에 이르고, 전기자는 이때 취해진 상부 정지 위치로부터 전기자 스프링의 복원력에 의해 다시 하부 행정 스토퍼를 향해 움직이긴 하지만, 상당히 감소한 운동 에너지로 그곳에 도달함으로써, 하부 행정 스토퍼로부터는 전혀 바운스되지 않거나 약간만 바운스된다. 따라서, 상기 추가 제어 펄스는 결과적으로 또는 효과 측면에서 "전기자 안정화 펄스"에 상응한다. According to the method according to the invention, after the first bounce from the lower stroke stopper in the valve needle, the armature in the upper stopper in the valve needle is brought to a stop as much as possible by the additional control pulse, Position is moved back toward the lower stroke stopper by the restoring force of the armature spring but reaches there with considerably reduced kinetic energy, so that it is not bounced at all or only slightly bounced from the lower stroke stopper. The additional control pulse therefore corresponds to an "armature stabilization pulse" as a result or effect.
본 발명에 따른 방법에 의해, 전기자의 바운스 과정이 상당히 단축됨으로써, 전기자는 이미 단축된 제어 위상에서, 더 구체적으로는 후속하는 추가 제어가 전기자를 상향 운동시키는 자기력을 유도하기 전에, 하부 행정 스토퍼에서 확실하게 정지 위치를 취할 수 있다. 이에 의해, 2ms 미만의 비교적 짧은 위상 시간에서도 확실한 밸브 기능이 보장될 수 있다. 또한, 전술한 변형은 단지 밸브의 제어에만 관련될 뿐, 밸브 자체의 기계적 또는 전기적 변경은 불필요하다는 점이 바람직하다.By means of the method according to the invention the bounce process of the armature is considerably shortened so that the armature can be moved in the already shortened control phase and more particularly in the lower control stopper before the subsequent additional control induces a magnetic force to move the armature upwards It is possible to reliably take the stop position. Thereby, a reliable valve function can be ensured even in a relatively short phase time of less than 2 ms. In addition, it is desirable that the above-described modification relates only to the control of the valve only, and that the mechanical or electrical modification of the valve itself is unnecessary.
주지할 점은, 추가 제어 펄스가 서두에 언급한 선행 기술에 따른 제동 펄스가 아니며, 분사 밸브의 개방 및 폐쇄 시 밸브 니들 및 전기자의 운동은 변하지 않고 유지된다는 점이다. 이에 반해, 밸브 니들에서의 상부 스토퍼와 하부 스토퍼 사이의 전기자의 후속 바운스를 시간적으로 단축하기 위해, 전기자는 이미 밸브 폐쇄 시 의도적으로 밸브 니들에서의 상부 스토퍼를 향해 움직인다. 이에 의해, 밸브 니들의 운동은 전혀 영향을 받지 않거나 약간만 영향을 받기 때문에, 이는 밸브 운동에 대한 공지된 제동 펄스가 아니라, 전기자의 후속 진동을 감소시키는 안정화 펄스이다. 마찬가지로, 분사 밸브의 정지 및 폐쇄 시점의 검출 가능성은 분사 밸브의 전기 신호로부터 완전하게 획득되는데, 그 이유는 본 발명에 따른 추가 제어 펄스가 단지 분사 밸브의 외부에서만 수행되기 때문이다. 그러나 안정화 펄스에 의해 결과적으로, 밸브가 그 다음 제어를 위해 준비될 때까지 필요한 휴지 시간(pause time)이 상당히 단축된다. It should be noted that the additional control pulse is not a braking pulse according to the prior art mentioned at the outset, and the movement of the valve needle and armature remains unchanged upon opening and closing of the injection valve. On the other hand, in order to temporally shorten the subsequent bounce of the armature between the upper stopper and the lower stopper in the valve needle, the armature is intentionally moved toward the upper stopper in the valve needle when the valve is already closed. This is not a known braking pulse for the valve motion, because the motion of the valve needle is thereby not influenced or only slightly affected, thereby being a stabilizing pulse which reduces the subsequent oscillation of the armature. Likewise, the likelihood of detection of the stopping and closing timing of the injection valve is completely obtained from the electrical signal of the injection valve, since the additional control pulse according to the invention is only performed outside the injection valve. However, as a result of the stabilization pulse, the required pause time is significantly reduced until the valve is ready for the next control.
본 발명에 따른 방법에서, 밸브를 개방하는 선행된 제어의 일시적 종료가 검출되고, 이렇게 검출된 일시적 종료에 사전 설정 가능한 시간 간격이 가산되는 구성이 제공될 수 있다. 적절한 시간 간격은 사전에, 예를 들어 내연 기관의 시험대에서 결정될 수 있다. 상기 가산에서 도출되는 시점에 추가 제어 펄스가 시작된다.In the method according to the present invention, a configuration may be provided in which a temporary end of the preceding control opening the valve is detected, and a pre-configurable time interval is added to the thus detected temporary end. The appropriate time interval may be determined in advance, for example, at the test bench of the internal combustion engine. An additional control pulse is started at the time of deriving from the addition.
또한, 추가의 펄스의 제어 지속 시간은, 전기자가 밸브 니들에서의 상부 스토퍼쪽으로 움직이도록, 그러나 밸브 니들을 밸브 시트로부터 운동시키기에는 자기력이 불충분하도록 선택되는 구성이 제공될 수 있다. 그로 인해, 밸브의 작동 거동이 추가 제어 펄스에 의해 가급적 약간만 영향을 받거나 전혀 영향을 받지 않는다. Further, the control duration of the additional pulse may be provided such that the armature is moved towards the upper stopper in the valve needle, but the magnetic force is insufficient to move the valve needle out of the valve seat. As a result, the operating behavior of the valve is affected as little or as little as possible by the additional control pulse.
전기자가 밸브 니들에서의 상부 스토퍼에서 자신의 위치에 안정되면 추가 제어 펄스가 종료됨으로써, 전기자가 전기자 스프링의 복원력으로 인해 하부 행정 스토퍼쪽으로 움직이고, 그곳에서 약간만 바운스되거나 전혀 바운스되지 않는 구성도 제공될 수 있다. When the armature is stabilized in its position at the upper stopper in the valve needle, the additional control pulse is terminated so that the armature moves towards the lower stroke stopper due to the restoring force of the armature spring, and there is provided a configuration that is bounced only slightly or not at all have.
밸브의 솔레노이드로 사전 설정 가능한 전압을 인가함으로써, 추가 제어 펄스를 위해 적합한 전류 공급 프로파일이 달성될 수 있으며, 사전 설정 가능한 코일 전류에 도달할 때까지 전압이 인가되고, 전압의 펄스식 인가를 통해 코일 전류가 히스테리시스 대역 내에서 조절된다. By applying a presettable voltage to the solenoid of the valve, a suitable current supply profile can be achieved for further control pulses, a voltage is applied until a preset coil current is reached, The current is regulated in the hysteresis band.
추가 제어 펄스의 시작 시 0V의 프리휠 전압을 갖는 프리휠링으로 전환되는 점을 통해서도, 적합한 전류 공급 프로파일이 달성될 수 있으며, 이 경우 밸브의 솔레노이드에 대한 기존 와전류의 반작용에 의해 상기 솔레노이드 내에 다시 전류가 형성되어, 결과적으로 기존 자기력 레벨이 감소하지 않거나 약간만 감소한다.A suitable current supply profile can also be achieved by switching to freewheeling with a freewheeling voltage of 0V at the start of the additional control pulse, in which case the current in the solenoid is again in the solenoid due to the reaction of the existing eddy current to the solenoid of the valve And consequently, the existing magnetic force level does not decrease or decreases only slightly.
사전 설정 가능한 코일 전류에 도달될 때까지 사전 설정 가능한 전압이 밸브의 솔레노이드에 인가되는 방식으로도, 적합한 전류 공급 프로파일이 달성될 수 있으며, 이 경우 사전 설정 가능한 코일 전류의 도달 시 추가 제어 펄스의 잔여 지속 시간 동안 0V의 프리휠 전압이 인가된다. A suitable current supply profile can also be achieved in such a way that a pre-settable voltage is applied to the solenoid of the valve until a preset coil current is reached, in which case the residual of the additional control pulse The freewheel voltage of 0V is applied for the duration time.
도출된 전류 곡선으로부터 밸브의 정전압 작동 위상에서 전기자가 상부 스토퍼에 다시 도달하는 시점이 결정되고, 추가 제어 펄스의 지속 시간 및/또는 시간 곡선이 상기 결정된 시점에 적응되며, 결정된 시점부터 사전 설정 가능한 잔여 지속 시간 동안 추가 제어 펄스가 제어되는 방식으로도, 적합한 전류 공급 프로파일이 달성될 수 있다. From the derived current curve, it is determined when the armature reaches the upper stopper at the constant voltage operating phase of the valve, and the duration and / or time curve of the additional control pulse is adapted at the determined time point, A suitable current supply profile can also be achieved in such a manner that additional control pulses are controlled for a duration.
또한, 도출된 전류 곡선으로부터 밸브의 정전압 작동 위상에서, 전기자가 다시 밸브 니들에서의 상부 스토퍼에 도달하는 시점이 결정되고, 추가 제어 펄스의 지속 시간 및/또는 시간 곡선이 상기 결정된 시점에 적응되며, 상기 결정된 시점까지의 사전 설정된 간격 이내에 추가 제어 펄스의 전류 증가 위상이 종료되는 점을 통해서도, 적합한 전류 공급 프로파일이 달성될 수 있다.Further, at the constant voltage operating phase of the valve from the derived current curve, the time at which the armature reaches again the upper stopper in the valve needle is determined, the duration and / or time curve of the additional control pulse is adapted at the determined point, A suitable current supply profile can also be achieved through the fact that the current increasing phase of the additional control pulse is terminated within a predetermined interval up to the determined point in time.
상기 두 단락에서 언급된 시점은, 전류 곡선의 제2 시간 미분에서 국소 최대치를 평가하는 방식으로도 결정될 수 있다. The time points referred to in the two paragraphs can also be determined by a method of evaluating the local maximum in the second time derivative of the current curve.
본 발명은, 솔레노이드 밸브를 갖는 분사 밸브들이 장착된 연료 분사 시스템에서, 특히 연료 직접 분사를 위해 제공된 분사 밸브에서 사용될 수 있다. 그러나 본 발명에 따른 방법은, 밸브 니들에서 전기자를 위한 상부 및 하부 스토퍼와, 상응하는 전기자 유격을 갖는, 두 부분으로 구성된 밸브에서만 사용될 수 있는 반면, 선행 기술에 따라 실행 가능한 제동 펄스는 주로 단 하나의 행정 스토퍼만을 갖는, 단일체로 구성된 밸브에 관련된 것이다.The present invention can be used in a fuel injection system equipped with injection valves with solenoid valves, especially in injection valves provided for direct fuel injection. However, the method according to the invention can only be used with a two-part valve consisting of upper and lower stoppers for the armature in the valve needle and corresponding armature clearance, while the braking pulses practicable according to the prior art are mainly single Of the valve body, only the stroke stopper of the valve body.
본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램은, 특히 컴퓨터 프로그램이 컴퓨터에서 또는 제어 장치에서 실행될 경우, 방법의 모든 단계를 수행하도록 구성된다. 이는, 본 발명에 따른 방법의 구현이 하나의 전자 제어 장치에서, 상기 제어 장치의 구조적 변경을 수행할 필요없이, 가능하도록 한다. 이를 위해, 본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램이 저장된 기계 판독 가능한 데이터 캐리어가 제공된다. 전자 제어 장치에서 본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램이 실행됨으로써, 본원과 관련된 밸브 또는 상응하는 연료 분사 시스템을 본 발명에 따른 방법을 이용하여 제어하도록 구성된 본 발명에 따른 전자 제어 장치가 획득된다. The computer program according to the present invention is configured to perform all steps of the method, particularly when the computer program is executed in a computer or in a control device. This enables the implementation of the method according to the invention in one electronic control unit, without having to carry out a structural change of the control unit. To this end, a machine readable data carrier in which a computer program according to the present invention is stored is provided. The computer program according to the invention is executed in an electronic control unit, whereby an electronic control unit according to the present invention, which is configured to control the valve or the corresponding fuel injection system according to the present invention, using the method according to the invention is obtained.
본 발명의 다른 장점 및 구성은 명세서 및 첨부된 도면에 명시되어 있다. Other advantages and configurations of the invention are set forth in the specification and the accompanying drawings.
전술한 특징들 및 하기에 추가로 설명될 특징들은 여기에 명시된 조합뿐만 아니라 다른 방식으로 조합된 형태로 또는 단독으로도 본 발명의 범주 내에서 적용될 수 있다.The features described above and the features to be described further below can be applied in the form of combinations described herein, as well as in other ways in combination or singularly within the scope of the present invention.
도 1은 본원과 관련된 유형의 선행 기술에 공지된 솔레노이드 밸브의 개략적인 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 선행 기술에 따른 통상적인 전기자 행정 및 밸브 니들 행정 곡선(도 2a) 및 본 발명에 따른 안정화 펄스를 적용한 경우(도 2b)를 도시한다.
도 3a 내지 도 3f는 상응하는 전류/전압 곡선을 갖는 본 발명에 따른 안정화 펄스의 대안적인 제어를 도시한다.
도 4는 블록선도/흐름도의 조합에 기초한 본 발명에 따른 방법의 실시예를 도시한다.Figure 1 is a schematic cross-sectional view of a solenoid valve known in the prior art of the type associated with the present application.
Figures 2a and 2b show a typical armature stroke and valve needle stroke curve according to the prior art (Figure 2a) and a case in which a stabilization pulse according to the invention is applied (Figure 2b).
Figures 3A-3F illustrate alternative control of a stabilization pulse according to the present invention with corresponding current / voltage curves.
Figure 4 shows an embodiment of a method according to the invention based on a combination of block diagrams / flowcharts.
DE 10 2009 047 453 A1호에 이미 기술된 바와 같이, 도 1은 연료 직접 분사 또는 내연 기관의 흡기관 분사를 위해 인젝터(11) 내에서 분사 밸브로서 사용될 수 있는 솔레노이드 밸브(10)의 요소를 개략적으로 도시한다. 여기서 솔레노이드 밸브(10)는 폐쇄되어 있다. 전기자(14)를 갖는 솔레노이드(12)가 도시되어 있다. 또한, 솔레노이드 둘레에는 내부 극(18), 커버(34), 그리고 외부 극(30)을 갖는 부싱이 배치된다. 전기자(14)는 밸브 니들(20) 상에서 축방향으로 변위 가능하게, 하부 행정 스토퍼(16), 여기서는 밸브 니들과 고정 연결된 스토퍼 부싱과, 상부 스토퍼(18), 여기서는 밸브 니들과 고정 연결된 스토퍼 링 사이에서 제한된다. 상기 두 스토퍼(16, 18) 사이에서 밸브 니들 상의 전기자(14)에 축방향 유격, 이른바 전기자 자유 유격이 제공된다. 전기자는 휴지 상태에서 전기자 스프링(32)에 의해 하부 행정 스토퍼(16)에 보유된다. 밸브 니들(20)이 다시 밸브 스프링(24)에 의해, 밸브 니들(20)과 상호작용하는 밸브 시트(26)에 대해 가압됨으로써, 하나 이상의 분사 개구(28) 및 분사 밸브(10)가 폐쇄된다. As already described in
예를 들어 연료 채널과 같은 솔레노이드 밸브(10)의 다른 요소들은 도시되어 있지 않다. 모든 관련 운동은 도 1과 관련하여 수직 방향인 축방향으로 실시된다. 또한, 컴퓨터 프로그램(29), 및 후술되는 방법에 따른 솔레노이드 밸브(10)의 제어를 위해 이용되는 기계 판독 가능 저장 매체(31)를 갖는 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 장치(27)가 상징적으로 도시되어 있다.Other components of the
전압(U)의 인가를 통해 전기자 코일 또는 솔레노이드(12)에 전류가 공급되면, 솔레노이드를 둘러싸는 자기장이 전기자(14), 내부 극(18), 커버(34), 그리고 외부 극(30)을 갖는 부싱을 형성한다. 이 자기장은 외부 극(30)을 갖는 부싱과 전기자(14) 사이의 양측 갭을 반경 방향으로 브리징하며, 전기자(14)와 내부 극(18) 사이에서 축방향으로 브리징(bridging)한다. 이에 의해, 전기자(14)에 대한 자기력 효과가 발생함으로써, 전기자(14)가 내부 극(18) 방향으로, 즉, 도면과 관련하여 상향으로 움직인다. 이에 의해, 먼저, 전기자(14)가 그의 하부 행정 스토퍼(16)로부터 밸브 니들에서의 상부 스토퍼(22) 방향으로 가속된다. 전기자가 상부 스토퍼(22)에 도달하는 즉시, 자기력이 상향으로도 밸브 니들에 작용한다. 추가로, 탄성 충돌로 인해 전기자(14)와 상부 스토퍼(22) 사이에 발생하는 힘도 마찬가지로 개방 방향으로 밸브 니들(20)에 작용한다. 이에 의해, 밸브 니들(20)이 밀폐 시트(26)로부터 떨어지면서 분사가 개시된다. 그 결과, 전기자(14) 및 밸브 니들이 공동으로 밸브 스프링(24)의 예압력에 대항하여, 전기자가 내부 극(18)에 의해 형성된 상부 행정 스토퍼에 충돌할 때까지 계속 상향으로 움직인다. When a current is supplied to the armature coil or the
전기자로부터 밸브 니들 상으로 운동 에너지의 전달을 통해, 밸브 니들에 작용하는 힘이 개방 과정의 시작 시 전기자(14)에 작용하는 자기력을 현저히 초과한다. 개방 과정의 충분한 지원을 위한 전제 조건은, 전기자 유격이 충분히 크게 설계되거나 정확하게 치수 설계되는 것이다. 전기자 유격이 너무 짧게 치수 설계되면, 자기력과의 상호작용으로 밸브 니들(20)을 밸브 시트로부터 들어올리기 위해, 명백히 너무 짧은 전기자의 펄스로는 밸브 니들에서의 상부 스토퍼(22)의 도달하기에 불충분하다. 또한, 전기자 유격이 너무 짧게 치수 설계된 경우 전기자가 상부 스토퍼(22)에 너무 일찍 도달함으로써, 그때까지 증가하는 자기력도 전기자 유격이 정확하게 치수 설계된 경우보다 더 작다. 결과적으로, 이 경우, 밸브 니들에서의 상부 스토퍼(22)에 전기자(14)가 충돌한 후에도, 자기력만으로 밸브 니들을 시트로부터 상승시키기기에 충분해질 때까지 밸브는 폐쇄되어 유지된다. 이러한 방식으로 잘못 치수 설계된 밸브는 예상보다 훨씬 더 늦게 개방되거나, 제어 지속 시간이 너무 짧은 경우에는 심지어 개방되지 않게 된다.Through the transfer of kinetic energy from the armature onto the valve needle, the force acting on the valve needle significantly exceeds the magnetic force acting on the armature 14 at the start of the opening process. A prerequisite for sufficient support of the opening process is that the armature clearance is designed to be sufficiently large or to be precisely dimensioned. If the armature clearance is designed to be too short in dimension, the apparently too short armature pulse is insufficient to reach the
제어의 종료 시 솔레노이드(12) 내의 전류는 소거된다. 이는 통상, 높은 음의 전압(negative voltage)이 코일에 인가되는 이른바 신속 소거에 의해 수행된다. 이에 의해, 코일 전류 및 자기력이 매우 빠르게 소거된다. 이에 의해, 상기 자기력이 빠르게 감소하여, 밸브 니들(20)이 전기자와 공동으로, 밸브 니들(20)이 다시 그 밸브 시트(26)에 도달할 때까지, 예압된 밸브 스프링(24)에 의해 다시 하향으로 가속되어 그곳에서 정지하고, 그럼으로써 분사가 종료된다. 밸브 니들이 밸브 시트에 도달하는 순간에, 전기자(14)는 여전히 밸브 니들(20)에서의 상부 스토퍼(22)에 위치하며, 하부로 향한 상당한 펄스를 갖고 있다. 밸브 니들에서의 상부 스토퍼(22)가 상부로 향한 힘을 전기자(14)에 가할 수 없기 때문에, 전기자는 결과적으로 밸브 니들에서의 하부 스토퍼(16)에 도달할 때까지 더 하향으로 움직인다. At the end of the control, the current in the
상술된 솔레노이드 밸브의 개방 및 폐쇄 시 운동 진행과 관련하여, 공지된 바와 같이, 전기자(14)가 내부 극(18)에 도달하지 못하는 탄동(ballistic) 작동과, 전기자(14)가 내부 극(18)에 도달하는 전행정 작동이 상호 구별된다. 또한, 본 실시예와 관련된 밸브의 작동이 본원의 기초를 이루는 내연 기관의 이른바 "연소 주기"를 지향하고, 상기 연소 주기는 예를 들어 4행정 엔진에서 크랭크샤프트의 2회전을 포함하며, 각각의 행정은 흡입, 연료 공기 혼합기의 압축, 연소에 기반한 피스톤의 팽창 및 각각의 실린더로부터의 연소 부산물의 배출에 상응한다. As is well known, in relation to the movement of the solenoid valve described above during the opening and closing of the solenoid valve, a ballistic operation in which the armature 14 does not reach the
밸브의 폐쇄 후에, 전기자(14)는 우선, 밸브 니들(20)에서의 하부 스토퍼(16)에 도달할 때까지 계속 아래쪽으로 움직인다. 전기자의 높은 펄스로 인해, 전기자는 그곳으로부터 바운스되어, 밸브가 밸브 니들(20)에서의 상부 스토퍼(22)에 다시 도달할 때까지 다시 위쪽으로 움직인다. 그러나 상기 상부 스토퍼(22)에 도달 시 전기자 펄스는, 이 시점에서 무시될 수 있을 정도의 작은 자기력과 결부되어, 밸브 니들(20)을 재차 밸브 시트(26)로부터 상승시키기에 불충분하다. 오히려, 펄스는 그곳으로부터 다시 반사되고, 그 결과, 스토퍼 링(22)과 스토퍼 부싱(16) 사이에서 잠시 더 왕복으로 바운스된다. 전기자(14)와 각각의 관여 스토퍼(16 또는 22) 간의 개별 충돌 과정이 각각 100%까지 탄성적인 것이 아니라, 오히려 약간 손실이 수반되기 때문에, 각각의 충돌 과정에서 전기자로부터 운동 에너지가 방출됨으로써, 전기자는 잠시 후에 스토퍼 부싱(22)에서 정지된다. 상응하는 행정 곡선이 도 2a에 도시되어 있다. 전기자 운동은, 전기자(14)와 두 개의 스토퍼(16, 22) 중 각각 하나 사이의 충돌 과정의 영향에 추가로, 폐쇄 과정에 의해 소멸되는 밸브 내 연료의 압력파 또는 유동 맥동에 의해서도 영향을 받는다. 이러한 유압 효과에 의해 전기자(14)에는 바운스 과정 중에, 일시적으로 추가 운동 에너지가 공급될 수 있는데, 이는 바운스 과정의 지속 시간을 연장시킨다. After the valve is closed, the armature 14 firstly moves downwardly until it reaches the
전기자(14)가 다시 정지된 후에 비로소 밸브의 후속 제어가 수행되는 경우, 바운스는 해당 연료 분사에 영향을 미치지 않는다. 그러나 최근의 내연 기관 또는 연소 엔진에서는, 분사 시스템들이 제어들 간에 비교적 짧은 시간 간격을 갖는, 바람직하게는 제어 펄스들 간에 2ms 미만의 간격을 갖는 다중 분사에 대한 요구가 점증하고 있다. 이러한 방식의 짧은 간격에서는, 각각의 제어의 시작 시 안정된 전기자가 더이상 보장될 수 없다. If subsequent control of the valve is performed only after the armature 14 is stopped again, the bounce does not affect the fuel injection. However, in recent internal combustion engines or combustion engines, there is a growing demand for multiple injection systems in which injection systems have relatively short time intervals between controls, preferably with intervals of less than 2 ms between control pulses. In this short interval, a stable armature can no longer be guaranteed at the start of each control.
제어 시작 시 여전히 지속되는 바운스 과정으로 인해, 전기자(14)의 위치 및 운동 상태는 이 시점에서 규정되지 않기 때문에, 사례에 따라 그리고 연료 등급 및 연료 온도와 같은 주위 조건에 따라 현저하게 바뀔 수 있다. 특히, 밸브 니들(20)에서의 상부 스토퍼(22)로부터 전기자(14)의 간격이 구조상 가용한 전기자 유격보다 훨씬 더 작은 상황이 발생할 수 있다. 그러면 밸브는 상기 제어에 대해, 앞서 전기자 유격이 너무 작게 치수 설계된 밸브에 대해 기술한 것처럼 반응한다. 특히 임계적인 것은, 전기자(14)가 후속하는 제어의 시작 시, 상부 스토퍼 부근, 즉, 본 실시예에서는 밸브 니들에서의 전기자(14)의 상부 스토퍼를 나타내는 스토퍼 링(22) 근처로 저속으로 위치하는 상황이다. 스토퍼에 도달 시까지 가용 운동 유격이 매우 작음으로써, 전기자(14)가 상대적으로 적은 운동 에너지만 수용할 수 있고, 그로 인해 밸브는, 전기자 유격이 너무 작게 설계된 경우처럼 거동한다. 이에 의해, 밸브의 개방이 지연되거나 심지어 실행되지 않게 되고, 그에 상응하게 분사량이 감소하거나 완전히 소멸된다. 따라서, 분사의 종료 후에 수행되는 전기자(14)의 바운스 과정을 최대한 효과적으로 단축시킬 필요가 있다. Due to the bounce process that still continues at the start of control, the position and the motion state of the armature 14 are not defined at this point, and can be significantly changed according to the circumstances and the ambient conditions such as the fuel grade and the fuel temperature. In particular, there may be a situation where the spacing of the armature 14 from the
도 2a 및 도 2b는 전형적인, 시간에 따른 전기자 행정 곡선(200, 200', 200" 또는 215, 215' 215")과, 그로부터, 공지된 부수 효과에 의해 도출되는, 선행 기술(도 2a)에 따른 밸브 니들 행정 곡선(205, 205', 205" 또는 220, 220', 220") 및 본 발명에 따른 안정화 펄스 적용 사례((도 2b)의 비교 도시한 것이다. 그래프에는, [㎲] 단위의 시간(t)에 대해 [㎛] 단위의 각각의 행정이 도시되어 있다. 도 2a에 도시된 곡선은 40㎛의 전기자 유격 및 총 80㎛의 밸브 행정을 갖는 밸브의 설계에 기반한다. 전기자 또는 전기자 볼트의 도시된 행정 곡선(200 내지 205") 또는 바운스 과정(200")은, 마찬가지로 도시된, 제어 시작 및 제어 지속 시간을 갖는 논리 신호로서만 재현된, 전기 제어 전압을 갖는 구형파 제어 펄스(210)에서 나타난다. 바운스 과정(200")은 본 예시에서, 전기자가 밸브 니들(20)의 폐쇄 후 약 2000㎲ 동안 안정될 때까지 5회의 바운스 운동을 포함한다. Figures 2a and 2b illustrate an exemplary embodiment of the present invention with respect to the prior art armature stroke (200, 200 ', 200 "or 215, 215' 215" 2B) according to the present invention. The graph shows the comparison of the valve needle stroke (205, 205 ', 205 "or 220, 220', 220" Each stroke in units of [mu m] is shown for time t. The curve shown in Figure 2a is based on the design of the valve with an armature clearance of 40 [mu] m and a valve stroke of 80 [mu] m in total. The illustrated stroke diagrams 200 to 205 " or the
도 2b에 도시된 곡선은 비교를 위해, 40㎛의 전기자 유격 및 전체 80㎛의 밸브 행정을 갖는 밸브 설계를 기초로 한다. 전기자 또는 전기자 볼트의 도시된 행정 곡선(215 내지 220") 또는 여기에 나타난 바운스 과정(215")은, 도 2a에 도시된 제어 펄스(210)와 일치하는 제어 펄스(225) 및 약 500㎲의 사전 설정된 시간 간격을 두고 후속되는 추가 제어 펄스 또는 안정화 펄스(230)에서 나타난다. 안정화 펄스는 약 200㎲의 제어 지속 시간을 갖는 반면, 제1 제어 펄스(225)는 약 600㎲의 제어 지속 시간을 갖는다. 바운스 과정(215")은 이 실시예에서, 도 2a와 비교하여 전기자가 이미 밸브 니들(20)의 폐쇄 후 약 1500㎲ 동안 안정될 때까지 예를 들어 단 3회의 (완전한) 바운스 운동 또는 행정 운동을 포함한다. The curve shown in Figure 2B is based on a valve design with a 40 mu m armature clearance and a total 80 mu m valve stroke for comparison. The illustrated stroke curve 215-220 " of the armature or armature bolt or the
안정화 펄스는 사전 설정 가능한, 예를 들어 시험대에서 사전에 결정되어 확정된 제어 지속 시간을 가질 수 있다. 마찬가지로, 안정화 펄스는 사전 설정 가능한, 예를 들어 시험대에서 사전에 결정되어 확정된 제어 시작도 가질 수 있다. 이 경우, 안정화 펄스의 제어 시작은 제어 시작에 대해 상대적으로 또는 이전의 제어의 제어 종료에 대해서도 상대적으로 사전 설정될 수 있다. 그러나 제어 시작 및/또는 제어 지속 시간은 예를 들어 밸브 또는 상응하는 연료 분사의 이전의 제어의 종료 시 결정된 또는 확정된 기준 시점에 따라서도 사전 설정될 수 있다. 이 경우, 전기자가 그 정지 위치에, 즉, 도 1에 도시된 밸브의 실시예에 따라 스토퍼 부싱(16)에 밸브 니들(20)의 폐쇄 후 처음으로 다시 도달하는 시점이 기준 시점으로서 결정된다. 이러한 기준 시점은 안정화 펄스 없는 선행 연소 주기에서 결정될 수 있다. 상기 시점이 인지되면, 안정화 펄스의 제어 시작이 상기 시점에 대해 상대적으로 결정될 수 있으며, 이러한 시점은 바람직하게는 사례별 전기자 운동에 맞게 조정될 수 있다. 안정화 펄스의 제어 시작은, 사전 설정 가능하거나 사전에 실험을 통해 검출 가능한 시간 간격만큼 상술된 기준 시점 전후에 수행되며, 이로써, 안정화 펄스가 바운스 과정에 최적으로 영향을 미치거나 또는 이러한 바운스 과정을 시간적으로 단축시킨다. 대안적으로, 밸브 니들(20)이 선행된 제어에 이어서 폐쇄되는 시점이 기준 시점으로서 결정될 수 있다. 밸브의 선행된 제어의 전술한 종료 또는 상응하는 분사 종료가 각각의 내연 기관 또는 각각의 분사 밸브/인젝터의 이미 존재하는 기계 특성 데이터로부터, 예를 들어 인젝터 특성 곡선 및 제어 장치 내에 존재하는 데이터 및 신호 곡선들을 참조하여 결정될 수 있다. The stabilization pulse may have a preset controllable duration, which can be predetermined, for example, at the test stand. Likewise, the stabilization pulse may have a predefinable, predefined control start at a test stand, for example. In this case, the start of the control of the stabilization pulse can be relatively preset for the control start or relative to the control end of the previous control. However, the control start and / or control duration may also be preset, for example, according to a determined or determined reference time point at the end of the previous control of the valve or corresponding fuel injection. In this case, a time point at which the armature reaches the stop position, that is, the first time after the closing of the
도 3a 내지 도 3f는 본 발명에 따른 안정화 펄스를 생성하기 위한, 더 구체적으로는 상응하는 전류/전압 곡선(I, U)을 갖는 6개의 대안적인 제어 프로프일 또는 전류 공급 프로파일을 도시한다. Figures 3A-3F illustrate six alternative control profiles or current supply profiles for generating stabilization pulses in accordance with the present invention, and more specifically corresponding current / voltage curves (I, U).
도 3a에 도시된 실시예에서, 안정화 펄스를 위한 전류 공급 프로파일은 먼저, 밸브의 솔레노이드(12)에 대해, 가정된 자동차의 차내 전기 시스템 전압(Ubatt)에 비해 더 높은 부스트 전압(Uboost)(300)의 인가를 통해 생성된다. 이 전압은, 정규 제어 시 설정된 전류보다 작은, 사전 설정 가능한 부스트 전류(Iboost)(320)에 도달될 때까지 인가된다. 부스트 전류(Iboost)(320)의 도달 후, 약 0V의 차내 전기 시스템 전압(Ubatt) 및 프리휠 전압이 솔레노이드(12)에 펄스식 인가(305, 310, 315)됨으로써, 코일 전류(330)가 안정화 펄스의 잔여 지속 시간 동안 도시된 히스테리시스 대역(340) 내에서 조절된다. 생성되는 코일 전류는 밸브 니들을 그 시트로부터 상승시키기에는 불충분하나, 전기자(14)가 밸브 니들(20)에서의 상부 스토퍼(22)로부터 바운스되지 않거나 약간만 바운스되어 그곳에서 안정화 펄스의 종료 직전에 안정되게 한다. 3A, the current supply profile for the stabilization pulse is first applied to the
도 3b에 도시된 실시예에서, 도 3a에 도시된 부스트 전압(Uboost)(300) 대신 차내 전기 시스템 전압(Ubatt)이, 사전 설정 가능한 전류 레벨(Iboost)(365)에 도달될 때까지 솔레노이드(12)에 인가된다(345). 그 다음, 도 3a에서 약 0V의 차내 전기 시스템 전압(Ubatt) 및 프리휠 전압이 솔레노이드(12)에 펄스식 인가(350, 355, 360)됨으로써, 코일 전류(370)가 안정화 펄스의 잔여 지속 시간 동안 도시된 히스테리시스 대역(380) 내에서 조절된다.In the embodiment shown in FIG. 3B, when the in-vehicle electrical system voltage U batt instead of the
도 3a 및 도 3b에 따른 히스테리시스 대역(340)의 조절 대신, 도 3c에 따라 안정화 펄스의 잔여 지속 시간 동안 사전 설정 가능한 전류 레벨(Iboost)(383)의 도달 시부터 약 0V의 프리휠 전압이 인가될 수도 있다(382).Instead of adjusting the
도 3d에 도시된 실시예에서, 도 3a 및 도 3b와 유사하게, 안정화 펄스의 제어 시작을 위해 사전 설정된 전압이 인가되며, 여기서, 약 0V의 프리휠 전압(384)이 사전 설정된 전압으로서 사용된다. 여전히 존재하는 와전류의 반작용을 통해, 프리휠 전압이 인가될 때부터 다시 코일 전류(385)가 증가하며, 이 시점에서 아직 존재하는 자기력 레벨은 실질적으로 감소하지 않거나 매우 느리게만 추가로 감소한다. 특히, 자기력 감소는 안정화 펄스 없는 작동 시보다 훨씬 더 느리게 수행된다. In the embodiment shown in Fig. 3d, similar to Figs. 3A and 3B, a predetermined voltage is applied to start control of the stabilization pulse, wherein a
도 3e 및 도 3f에서 볼 수 있듯이, 정전압(387, 391)을 갖는 작동 위상에서(0V의 차내 전기 시스템 전압 또는 프리휠 전압), 전류 곡선(388, 392)으로부터, 전기자[시간(t)에 대해 세로 좌표에 도시된 전기자 운동 = hA (386, 390)]가 바운스 이후 밸브 니들(20)에서의 하부 행정 스토퍼(16)(스토퍼 부싱)로부터 다시 밸브 니들(20)에서의 상부 스토퍼(22)(스토퍼 링)에 도달하는 시점(389, 393)이 결정된다. 이 경우, 전기자(14)가 밸브 니들(20)에서의 상부 스토퍼(22)에 충돌함으로써 발생하며 상부를 향하는, 전류 곡선(388, 392)의 변곡점(389, 393) 또는 전류(I)의 제2 시간 미분(d2l/dt2)에서의 상응하는 국소 최대치가 이용된다. 상기 시점을 알면, 안정화 펄스가 상기 시점부터 사전 설정 가능한 잔여 지속 시간 동안 제어되거나, 안정화 펄스의 전류 증가 위상이 상기 시점까지의 사전 설정 가능한 간격 이내에 종료되는 방식으로, 안정화 펄스의 지속 시간 또는 진행이 조정될 수 있다.As can be seen in Figures 3e and 3f, from the
설명한 방법을 이용하여, 안정화 펄스가 각각의 밸브에 대한 전기자의 사례별 운동 거동에 맞게 매우 정밀하게 조정될 수 있다. Using the method described, the stabilization pulse can be adjusted very precisely to the case-by-case behavior of the armature for each valve.
도 4는 설명된 방법의 구현을 위한 제어 논리 또는 루틴의 실시예를 블록 선도/흐름도의 조합으로 도시한다. 이 경우, 밸브를 개방하는 선행 제어 또는 이에 상응하게 선행된 분사 과정이 언제 종료되는지가 먼저 검출되고 그리고/또는 결정되고 또는 저장된다(400). 대안적으로, 검출은 내연 기관의 시간적으로 더 앞선 연소 주기에서 수행될 수 있으며, 이때 도출되는 값은 상응하게, 예를 들어 상응하는(예를 들어 도 3에 따른) 시간값을 참조하거나 내연 기관의 크랭크 샤프트의 각도값을 참조하여, 현재 연소 주기에 적용될 수 있다. 이렇게 검출된(400) 분사 종료를 기초로 하여, 사전 설정 가능한 시간 간격(405)이 가산되고(410), 이때 도출되는 차후 시점에 추가 제어 펄스가 개시되며(415), 이 추가 제어 펄스는 도 2에 설명된, 전기자에 작용하는 자기력의 일시적인 재증가를 유도하며, 상기 자기력은 자기력 곡선에 비해 안정화 펄스의 존재 없이 생성될 수도 있다. Figure 4 illustrates an embodiment of control logic or routines for implementation of the described method in a block diagram / flowchart combination. In this case, it is first detected and / or determined or stored (400) as to when the preceding control or the corresponding preceding injection process for opening the valve ends. Alternatively, the detection may be performed in a time advance combustion cycle of the internal combustion engine, wherein the derived value corresponds correspondingly, for example to a corresponding time value (e.g. according to FIG. 3) Referring to the crankshaft angle value of the crankshaft. Based on this detected end of
추가 제어 펄스의 제어 지속 시간은, 일시적으로 작용하는 다시 증가한 자기력에 의해 전기자(14)가 도 1에 도시된, 밸브 니들 또는 스토퍼 링에서의 상부 행정 스토퍼(22)로 당겨지도록 선택되나, 이 자기력은 밸브 니들(20)을 밸브 시트(26)로부터 상승시키기에는 불충분하다. 이에 의해, 전기자가 스토퍼 링으로부터 바운스되지 않거나 약간만 바운스된다. The control duration of the additional control pulse is selected such that the armature 14 is pulled by the temporarily increased magnetic force to the
전기자(14)가 스토퍼 링에서 자신의 위치에 안정되는 즉시, 본 실시예에서 추가 제어 펄스가 종료되며(420), 이에 의해 전기자가 도 1에 도시된 전기자 스프링(32)을 통해 밸브 니들 또는 스토퍼 부싱에서의 하부 행정 스토퍼(16)에서의 자신의 정지 위치로 움직인다. 전기자(14)가 이전에 수행된 안정화로 인해, 비교적 작은 운동 에너지 또는 펄스로 밸브 니들(20)에서의 하부 행정 스토퍼(16)에 도달하기 때문에, 전기자는 그곳으로부터 바운스되지 않거나 약간만 바운스된다. As soon as the armature 14 is stabilized at its position in the stop ring, an additional control pulse is terminated (420) in this embodiment, whereby the armature is moved through the
결과적으로, 분사의 종료와, 전기자의 정지 위치의 도달 및 상기 정지 위치에서의 전기자의 체류 사이의 지속 시간이 상당히 단축되며, 이에 의해 밸브가 재현 가능하게 거동하는 시간 간격 범위가 시간적으로 보아 상당히 하향 확장됨으로써, 선행 기술에 비해 더욱 짧아진 시간 간격으로 다중 분사가 수행될 수 있다. As a result, the duration between the end of injection and the arrival of the stop position of the armature and the retention of the armature at the stop position is significantly shortened, whereby the time interval range in which the valve is reproducible to act is significantly reduced in time By expanding, multiple injections can be performed at shorter time intervals than in the prior art.
전술한 방법은 내연 기관의 제어를 위한 전자 제어 장치용 제어 프로그램의 형태로 또는 하나 또는 복수의 상응하는 전자 제어 유닛(ECU)의 형태로 구현될 수 있다.The above-described method may be implemented in the form of a control program for the electronic control unit for controlling the internal combustion engine or in the form of one or a plurality of corresponding electronic control units (ECU).
Claims (13)
밸브의 폐쇄 시, 전기자(14)가 하부 행정 스토퍼(16)로부터의 제1 바운스 후에 추가 제어 펄스(415, 420)에 의해 상부 스토퍼(22)에서 가급적 정지 상태에 이르고, 추가 제어 펄스(415, 420)의 종료 후에 전기자(14)는 복원력(32)으로 인해 하부 행정 스토퍼(16)를 향해 움직이고, 상응하게 감소한 운동 에너지로 하부 행정 스토퍼(16)에 도달하는 것을 특징으로 하는, 전환 가능 밸브의 제어 방법.A method of controlling a switchable valve, the switchable valve comprising a valve needle (20) having a valve seat (26), an upper stopper (22) disposed in the valve needle (20) And a lower stroke stopper 16 for the armature 14 which is axially displaceably guided relative to the valve needle 20 between the stoppers 20 and 16 so that the armature 14 is provided with a lower stroke stopper 16 (32) is applied to the control valve
Upon closing of the valve the armature 14 is brought to a stop at the upper stopper 22 as far as possible by the additional control pulses 415 and 420 after the first bounce from the lower stroke stopper 16 and the additional control pulses 415, The armature 14 moves toward the lower stroke stopper 16 due to the restoring force 32 and reaches the lower stroke stopper 16 with a correspondingly reduced kinetic energy. Control method.
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