KR20190132656A - 도저 밸브 개방 또는 폐쇄 이벤트 검출 방법 - Google Patents

도저 밸브 개방 또는 폐쇄 이벤트 검출 방법 Download PDF

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Abstract

솔레노이드 작동식 환원제 인젝터 밸브(solenoid operated reductant injector valve)에서 밸브 개방 또는 폐쇄 이벤트를 검출하는 방법에 있어서, a) 상기 밸브를 작동시키기 위하여 상기 솔레노이드에 전압을 인가하는 단계로서, 상기 전압은 초핑된(chopped) 파형을 갖는 단계; b) 로컬 최대값 및 최소값에서 솔레노이드를 통한 결과에 따른 전류를 샘플링하는 단계; c) 로컬 최대값 및 이어지는 로컬 최소값 사이 또는 로컬 최소값 및 이어지는 로컬 최대값 사이의 차이 값을 결정하는 단계; d) 상기 차이 값의 변화율을 결정하는 단계; e) 단계 d)에서의 변화율에 기초하여 밸브 개방 또는 폐쇄 이벤트를 판단하는 단계를 포함하는, 방법.

Description

도저 밸브 개방 또는 폐쇄 이벤트 검출 방법
본 출원은 요소(urea)와 같은 환원제(reductant)를 차량 배기 시스템으로 주입하는데 사용되는 인젝터(injector) 밸브(도저(doser))에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 예를 들어, 막힌 인젝터와 같은 오작동하는 도저를 검출하는 목적으로, 밸브의 개방 또는 폐쇄를 판단하는 방법에 관한 것이다.
현대의 엔진 시스템에서, 배기 가스를 제어하기 위하여 인젝터가 배기 시스템으로 요소와 같은 환원제를 주입하는 것이 일반적이다. 인젝터는 종종 도저라 하며, 이를 사용하는 시스템은 통상적으로 SCR(selective catalytic reduction) 시스템이라 한다. 이러한 인젝터는 통상적으로 솔레노이드 작동식 인젝터이다; 여기에서, 솔레노이드의 작동은 요소와 같은 환원제의 배기 시스템으로의 주입을 가능하게 하도록 밸브를 동작시킨다.
도저 밸브의 동작 상태에 대한 표시를 제공하도록 밸브의 유효한 개방 또는 폐쇄 이벤트를 판단하기 위하여, 예를 들어, 전류 트레이스(인젝터 솔레노이드를 통해 흐르는 전류)에서의 변곡점을 이용함으로써, 도저(환원제 인젝터)의 상태(막힘/막히지 않음)를 검출하는 것이 알려져 있다. 그러나, 솔레노이드로 인가된 전압은 초핑된(chopped) 파형(초핑된 전류 파형을 생성함)을 포함하는 경우에, 이러한 접근 방식은 힘들다. 솔레노이드가 초핑된 전압/전류 파형을 이용하여 작동되는 솔레노이드 작동식 환원제 도저의 동작 상태에 대한 정보를 획득하기 위한 방법을 제공하는 것이 본 발명의 과제이다.
일 양태에서, 솔레노이드 작동식 환원제 인젝터 밸브(solenoid operated reductant injector valve)에서 밸브 개방 또는 폐쇄 이벤트를 검출하는 방법이 제공되고, 방법은,
a) 상기 밸브를 작동시키기 위하여 상기 솔레노이드에 초핑된(chopped) 파형을 갖는 전압을 인가하는 단계;
b) 로컬 최대값 및 최소값에서 솔레노이드를 통한 결과에 따른 전류를 샘플링하는 단계;
c) 로컬 최대값 및 이어지는 로컬 최소값 사이 또는 로컬 최소값 및 이어지는 로컬 최대값 사이의 차이 값을 결정하는 단계;
d) 상기 차이 값의 변화율을 결정하는 단계;
e) 단계 d)에서의 상기 변화율에 기초하여 밸브 개방 또는 폐쇄 이벤트를 판단하는 단계
를 포함한다.
단계 e)는 상기 밸브의 변화율의 크기가 임계값 위인지 판단하고, 상기 밸브의 변화율의 크기가 임계값 위라면 밸브 개방 또는 폐쇄 이벤트가 있다고 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
단계 e)는 상기 차이 값에서 계단 증가 또는 감소가 있는지 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 샘플링 단계 b)는 샘플링 시간을 상기 전압 구동부에 대한 상기 변조 신호와 동기화함으로써 수행될 수 있다.
방법은 상기 변화율로부터 밸브 개방 또는 폐쇄 시간을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 양태에서, 솔레노이드 작동식 환원제 인젝터 밸브(solenoid operated reductant injector valve)에서 밸브 개방 또는 폐쇄 이벤트를 검출하는 방법이 제공되고, 방법은,
a) 상기 밸브를 작동시키기 위하여 상기 솔레노이드에 초핑된(chopped) 파형을 갖는 전압을 인가하는 단계;
b) 로컬 최대값 또는 로컬 최소값에서 결과에 따른 전류를 샘플링하는 단계;
c) 단계 b)의 값들로부터 그래프를 형성하는 단계;
d) 상기 밸브 개방 및 폐쇄 이벤트를 판단하기 위하여 상기 그래프를 분석하는 단계
를 포함한다.
단계 d)는 상기 그래프의 1차 또는 2차 도함수를 결정하는 단계 및 이 값들을 임계값에 비교하는 단계를 포함할 수 있다.
단계 d)는 글리치(glitch)를 판단하는 단계 및 그로부터 밸브 개방 이벤트를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 샘플링 단계 b)는 샘플링 시간을 상기 전압 구동부에 대한 상기 변조 신호와 동기화함으로써 수행될 수 있다.
이제, 본 발명은 다음과 같은 첨부된 도면을 참조하여 예로서 설명된다:
- 도 1은 환원제 인젝터(솔레노이드)의 단자에 걸쳐 인가된/존재하는 전압(1) 및 결과에 따른 전류 모두에 대한 그래프를 도시한다;
- 도 2는 48V에서의 동작으로 인한 솔레노이드를 통한 전류에서의 증가를 도시한다;
- 도 3은 짧은 풀인 페이즈(pull in phase)의 사용을 도시한다;
- 도 4는 초핑되지 않은 12V 시스템에 대한 풀인 페이즈(개방 페이즈)와 초핑된 풀인 페이즈 동안의 전류 그래프를 도시한다;
- 도 5는 인가된 전압이 초핑되어 형성된 초핑된 전류의 그래프를 샘플 점들과 함께 도시한다;
- 도 6은 로컬 최대값(샘플링 점)에서 전류를 캡처하기 위하여 샘플링이 수행된 동일한 전류(초핑됨) 트레이스를 도시하는 도 5와 유사한 그래프이다;
- 도 7a 및 8a는 로컬 최대값 및 로컬 최소값 모두에 대한 샘플링 점들을 도시하는 도 4 및 5와 유사한 (초핑된) 전류의 그래프를 도시한다;
- 도 7b 및 8b는 시간에 대한 델타 전류(ΔI)의 그래프를 도시하는 도 7a 및 8a에 각각 대응하는 그래프를 도시한다.
도 1은 환원제 인젝터(솔레노이드)의 단자에 걸쳐 인가된/존재하는 전압(1) 및 결과에 따른 전류(2), 즉 도저(인젝터 솔레노이드)를 통한 전류 모두에 대한 그래프를 도시한다. 알 수 있는 바와 같이, 도저는 전압에서 초기 단계 증가를 제공함으로써 작동된다. 그 결과, 도저(인젝터 솔레노이드)를 통한 전류는 증가하여 피크 값에 도달한다. 원 A로 표시되는 시간 동안, 인젝터는 개방된다. 전류는 원 B로 표시되는 안정기 값에 도달하고, 그 후에 인가된 전압이 초핑되어(chopped), 환원제 인젝터를 개방 위치로 유지한다. 그 다음, 인젝터를 통한 전류는 그래프에서 도시된 바와 같이 강하하기 시작한다. 시간 C에서, 인젝터에 걸친 전압은 음으로 설정되고, 도저는 폐쇄되기 시작한다; 전류는 0에 가까운 레벨로 빠르게 감소한다. 따라서, 이 시간 동안 인젝터는 폐쇄된다.
전류의 트레이스는 종종 분석되어 유용한 데이터를 제공한다. 또한, 풀인 페이즈(pull in phase)의 마지막에서의 시점에서, 즉, 도 1에서 원 B로 표시된 안정기에서, R = V/I로 계산된 저항으로부터 도저의 온도를 추론하는 것이 알려져 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 원 A 내에 관찰되는 변곡점/글리치(glitch)(3)가 있다. 전류의 1차 및/또는 2차 도함수는 이 글리치/변곡점을 식별할 수 있다. 전류 트레이스에서 변곡점/글리치를 검출함으로써 도저(환원제 인젝터)의 상태(막힘/막히지 않음)을 검출하는 것이 알려져 있고, 이는 도저 밸브의 움직임, 즉, 밸브 개방을 나타낸다. 도저에 흐르는 전류는 전적으로 공급 전압 및 도저의 전기적 특성에 대한 함수이다. 따라서, 도 1은 12V[8V - 16V]의 통상적인 공급 전압에 대한 풀인 페이즈 동안의 도저로의 공급의 경우를 도시한다; 인가된 전압은 연속적이다.
비포장 도로용 차량은 종종 24V로 동작하고, 차량 전기 시스템은 12V로부터 48V로 전이할 것이라고 예측된다. 이것은 마일드 하이브리드 파워트레인 시스템을 이용한 48V 공급의 이점 때문이다. 이러한 차량에서, 24V/48V - 12V 공급 컨버터를 가지지 않는 것이 바람직하다. 따라서, SCR 도저와 같은 부품을 12V가 아닌 24V/48V로 구동하는 것이 바람직하다. 풀인 페이즈 동안 도저를 24V/48V로 연속으로 동작시키는 것은 높은 전류 또는 매우 짧은 홀드 페이즈(hold phase)를 의미한다. 도 2는 48V에서의 동작으로 인한 솔레이드를 통한 전류에서의 증가를 도시한다. 전류 증가는 바람직하지 않은 추가 발열을 생성할 것이다.
도 3은 솔레노이드를 통한 전류를 허용 가능한 한계로 제한하는데 사용되는 짧은 풀인 페이즈(Tpi)의 이용을 도시한다. 그러나, 이것은 불안정한 전류가 코일 저항처럼 행동하게 한다. 이것이 홀드 페이즈 동안 수행되더라도(전류를 제한함), 낮은 전류 레벨로 인하여 정확성이 손상될 것이다.
더 높은 전압 공급에 대하여, 본 발명자들은 도 4에 도시된 바와 같이 대응하는 초핑된 파형을 생성하기 위하여 인가된 전압이 초핑될 수 있다고 판단하였다. 이것은 초핑되지 않은 12V 시스템에 대한 풀인 페이즈(개방 페이즈)(4)와 초핑된 풀인 페이즈(5) 동안의 전류 그래프를 도시한다.
초핑된 파형의 사용이 전술한 이점을 가지지만, 초핑된 방법에 따른 문제점은 샘플링이 매우 빠르지 않다면 전통적인 방법을 이용한 도저 개방 시점 또는 주입 개시(start of injection(SOI))(변곡점)의 검출이 작동하지 않을 것이라는 점이다. 이것은 도저가 더 빠르게 개방되게 할 것이다. 유압적으로는 이것이 일부 이점을 가질 것이지만, 기계적으로는 더 빠른 마모를 유발하고 제품의 수명에 영향을 미칠 것이다. 일 실시예에서, 24/48V로 도저를 구동하고 50%/25% 듀티 사이클로 구동 신호를 초핑하는 방법은 구동 전압을 12V로 효율적으로 변경한다. 도 4는, 구체적으로, 12V(초핑되지 않음) 및 25% 듀티 사이클의 40us 기간으로 초핑된 48V에서의 전류 트레이스를 도시한다. 그러나, 요약하자면, 전류 신호가 전통적인 방법으로 샘플링되어 처리될 수 없기 때문에, 이것은 알려진 주입 개시(도저 개방) 검출 방법에 따른 문제점을 야기한다.
일 양태에서, 솔레노이드/인젝터로의 예를 들어 펄스 폭 변조된 전압 구동 파형의 상승 또는 하강 구동 로직 동안 동기화된 방식으로 수행된다. 이러한 방식으로, 주입 개시를 검출하기 위하여 로컬 최대값 및/또는 최소값 점이 샘플링되어 분석에 사용된다. 이것은 이제 설명되는 바와 같이 다양한 방식으로 수행될 수 있다.
기술 1
일 양태의 방법에서, 로컬 최대값 및/또는 최소값의 점들을 캡처하기 위하여 전압(구동 파형)에 대한 상승 또는 하강 구동 로직 동안 전류가 동기화된 방식으로 샘플링된다. 그 다음, 이 점들은 그래프를 제공하는데 사용되며, 이어지는 알려진 분석 기술이 예를 들어 글리치 등의 관찰에 의해 주입 개시를 검출하는데 사용된다. 도 5는 인가된 전압이 초핑된 전류 트레이스의 그래프를 도시한다: 도면 부호 10은 전류 트레이스이고, 점 11은 후속 분석에서 취해져 사용되는 그래프 10으로부터의 샘플링 점을 나타낸다. 샘플링 점(11)은 전류 값이 로컬 최소값에 있는 인가된 전압의 펄스 폭 변조 페이즈와 동기화된 샘플링 시간에 얻어진다. 도 6은 로컬 최대값(샘플링 점)(12)에서 전류를 캡처하기 위하여 샘플링이 수행된 동일한 전류(초핑됨) 트레이스(10)를 도시하는 유사한 그래프이다 - 역시, 이것은 PWM 사이클에서 적절한 시간에 수행되는 샘플링의 동기화에 의해 성취된다.
어떠한 경우라도, 곡선/연속하는 그래프가 임의의 형태의 보간(interpolating)/곡선 피팅 기술에 의해 점들을 연결함으로써 샘플 점으로부터 얻어질 수 있다. 그 다음, 예를 들어, 1차/2차 도함수를 검토하는 것에 의해, 변곡점/글리치를 찾는 것과 같은 표준의 알려진 기술을 이용하여, 이러한 점들의 그래프로부터 또는 얻어진 곡선으로부터 주입 개시 시점(도저 개방)이 판단될 수 있다.
기술 2
도 7a 및 8a는 로컬 최대값과 로컬 최소값 모두에 대한 샘플링 점들을 도시하는 도 4 및 5와 유사한 (초핑된) 전류의 그래프를 도시한다. 하나의 방법에서, 역시, 전류는 초핑된 전류의 상승 및 하강 에지에서 샘플링된다. 이 기술에서, 로컬 최소값 및 이어지는 로컬 최대값 사이(또는 로컬 최대값 및 이어지는 로컬 최소값 사이)의 차이의 측정이 결정된다. 다른 말로 하면, 로컬 최소값 및 이어지는 로컬 최대값 사이의 값 차이가 결정된다. 이러한 차이 값은 시간에 대하여 그래프로 그려질 수 있다. 대안적으로, 로컬 최대값 및 이어지는 최소값 사이의 값 차이가 그래프로 그려질 수 있다. 그래프로부터 또는 시간에 따른 차이 값에서의 변화로부터, 개방 개시(도저 개방)이 아래에 설명되는 바와 같이 검출될 수 있다.
도 7b 및 8b는 시간에 대한 델타 전류(ΔI)의 그래프를 도시하는 도 7a 및 8a에 각각 대응하는 그래프를 도시한다. ΔI는 도 7a 및 8a에서의 그래프의 인접한 최소값 및 최대값 사이의 차이이다. 언급된 바와 같이, 이 대안은 인접한 최소값 및 최소값 사이의 차이일 수 있다. 따라서, 예를 들어, 도 7a에 대하여, ΔI의 값은 예를 들어 그래프 7a의 점 13과 점 14 사이, 점 15와 점 16 사이 등에서의 전류 차이이다. 대안적으로, 이것은 점 14와 점 15 사이, 점 16과 점 17 사이 등에서의 차이일 수 있다.
알 수 있는 바와 같이, 시간에 대하여 ΔI를 검토하는 경우에, 주입 개시(도저 개방)가 시간 T = 1초에서 발생할 때 이 차이 값에서의 상당한 계단 증가가 있다.
계단 증가는 밸브 개방 이벤트를 나타내고, 계단 감소는 밸브 폐쇄 이벤트를 나타낸다. 일반적으로 차이 값의 변화율이 분석될 수 있고, 예를 들어, 이러한 이벤트들에 대한 표시를 제공하기 위한 임계값과 비교될 수 있다.

Claims (9)

  1. 솔레노이드 작동식 환원제 인젝터 밸브(solenoid operated reductant injector valve)에서 밸브 개방 또는 폐쇄 이벤트를 검출하는 방법에 있어서,
    a) 상기 밸브를 작동시키기 위하여 상기 솔레노이드에 전압을 인가하는 단계로서, 상기 전압은 변조 신호를 전압 구동부에 인가한 것의 결과로서 초핑된(chopped) 파형을 갖는 단계;
    b) 로컬 최대값 및 최소값에서 상기 솔레노이드를 통한 결과에 따른 전류를 샘플링하는 단계;
    c) 로컬 최대값 및 이어지는 로컬 최소값 사이 또는 로컬 최소값 및 이어지는 로컬 최대값 사이의 차이 값을 결정하는 단계;
    d) 상기 차이 값의 변화율을 결정하는 단계;
    e) 단계 d)에서의 상기 변화율에 기초하여 밸브 개방 또는 폐쇄 이벤트를 판단하는 단계
    를 포함하는,
    방법.
  2. 제1항에 있어서,
    단계 e)는 상기 밸브의 상기 변화율의 크기가 임계값 위인지 판단하고, 상기 밸브의 상기 변화율의 크기가 임계값 위라면 밸브 개방 또는 폐쇄 이벤트가 있다고 판단하는 단계를 포함하는,
    방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    단계 e)는 상기 차이 값에서 계단 증가 또는 감소가 있는지 판단하는 단계를 포함하는,
    방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 샘플링 단계 b)는 샘플링 시간을 상기 전압 구동부에 대한 상기 변조 신호와 동기화함으로써 수행되는,
    방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변화율로부터 밸브 개방 또는 폐쇄 시간을 결정하는 단계를 포함하는,
    방법.
  6. 솔레노이드 작동식 환원제 인젝터 밸브(solenoid operated reductant injector valve)에서 밸브 개방 또는 폐쇄 이벤트를 검출하는 방법에 있어서,
    a) 상기 밸브를 작동시키기 위하여 상기 솔레노이드에 전압을 인가하는 단계로서, 상기 전압은 변조 신호를 전압 구동부에 인가한 것의 결과로서 초핑된(chopped) 파형을 갖는 단계;
    b) 로컬 최대값 또는 로컬 최소값에서 결과에 따른 전류를 샘플링하는 단계;
    c) 단계 b)의 값들로부터 그래프를 형성하는 단계;
    d) 상기 밸브 개방 및 폐쇄 이벤트를 판단하기 위하여 상기 그래프를 분석하는 단계
    를 포함하는,
    방법.
  7. 제6항에 있어서,
    단계 d)는 상기 그래프의 1차 또는 2차 도함수를 결정하는 단계 및 이 값들을 임계값에 비교하는 단계를 포함하는,
    방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    단계 d)는 글리치(glitch)를 판단하는 단계 및 그로부터 밸브 개방 이벤트를 판단하는 단계를 포함하는,
    방법.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 샘플링 단계 b)는 샘플링 시간을 상기 전압 구동부에 대한 상기 변조 신호와 동기화함으로써 수행되는,
    방법.
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