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KR100352198B1 - 전자기적부하의제어방법및장치 - Google Patents

전자기적부하의제어방법및장치 Download PDF

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KR100352198B1
KR100352198B1 KR1019950703198A KR19950703198A KR100352198B1 KR 100352198 B1 KR100352198 B1 KR 100352198B1 KR 1019950703198 A KR1019950703198 A KR 1019950703198A KR 19950703198 A KR19950703198 A KR 19950703198A KR 100352198 B1 KR100352198 B1 KR 100352198B1
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KR
South Korea
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switching
signal
electromagnetic load
control operation
operation signal
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게르하르트레비칠러
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 예를 들어 디젤 내연기관에서의 연료 정량주입을 제어하는 전자기 밸브등의 전자기적 부하의 제어 방법 및 장치에 관한 것이다. 상기 부하는, 제어 동작 신호가 공급되는 스위칭 수단에 직렬로 접속되어 있다. 전자기적 부하의 스위칭 시점을 검출하기 위해서는, 제어 동작 신호를 특징짓는 파라미터가 평가된다.

Description

전자기적 부하의 제어 방법 및 장치
종래 기술
본 발명은, 독립항의 상위개념에 따른 전자기적 부하(electromagnetic load)의 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
전자기적인 부하의 제어 방법 및 장치는 예를 들어 독일 특허 공개공보 제 34 26 799호(미국 특허 제4,653,477호 명세서)에 공지되어 있다. 이 공보에 기재된 장치에서는, 전자기(solenoid) 밸브의 스위칭 시점과, 그것에 기초하여 전자기 밸브의 스위칭 온 시간 및 스위칭 오프 시간이 검출된다. 전자기 밸브를 통한 전류의 시간 경과에 기초하여 전자기 밸브의 정확한 스위칭 시점이 검출된다.
그러한 전자기 밸브는 유리하게는 가솔린 엔진 및/또는 디젤 엔진에서의 연료 분사를 제어하는데 사용된다. 최소 분사량을 정확히 정량주입하기 위해서도, 특히 전자기 밸브의 전기자가 두 개의 종단 위치(limit positions)중 하나에 도달하는 스위칭 시점이 중요하다.
종래의 장치에서는, 통상과 같이 스위칭 시점이 발생하는 시간 윈도우(time window)의 틀내에서 전류 프로파일(current profile)이 평가되고, 이러한 시간에 따른 전류 프로파일의 변화에 기초하여 스위칭 시점이 검출된다.
발명의 목적
본 발명의 목적은, 서두에 언급한 형식의 전자기적 부하의 제어 방법 및 장치에 있어서, 적은 비용으로 스위칭 시점을 검출할 수 있는 수단을 제공하는 것이다. 이 목적은 독립항의 특징부에 기재된 수단에 의해 이루어진다.
발명의 장점
본 발명의 독립항의 특징의 조합에 따른 전자기적 부하의 제어 방법 및 장치에 의하면, 적은 비용으로 스위칭 시점을 검출할 수 있다.
도면
제 1 도는 본 발명에 따른 장치의 블록 회로도.
제 2 도는 시간에 걸쳐 발생된 여러 신호의 프로파일 도시도.
제 3 도는 본 발명에 따른 실시예의 플로우 차트.
실시예의 설명
이하에 기재하는 실시예는, 특히 디젤 내연기관의 연료 정량주입 영역에서의 전자기적 부하를 제어하기 위한 장치이다. 이 장치는 기본적으로 모든 전자기적 부하와 함께 사용될 수 있으며, 본 실시예로서 기재된 특정 용도에만 한정되지 않는다.
그러나, 유리하게, 내연기관과 연관하여 본 발명에 따른 장치는, 특히 내연기관의 연소실에서의 연료의 정량주입시에 사용된다. 이 경우에, 특히 유리하게는 전자기 밸브가 내연기관으로의 연료 정량주입을 제어하는데 사용된다. 전자기 밸브의 제어에 의해, 연료분사 개시 및 연료 분사 종료와, 분사되는 연료량이 결정된다.
특히 부하가 적고 회전수가 높은 경우에는, 최소 분사량을 가급적 정확히 조절할 필요가 있다. 이를 위해서는 또한 전자기 밸브의 전기자가 그 종단 위치에 달하는 시점을 알 필요가 있다. 이 시점이 통상 스위칭 시점으로 지칭된다. 이 시점은 전자기 밸브 전류의 시간에 따른 프로파일을 평가(evaluate)하므로써 얻어진다.
제 1 도에는 본 발명에 따른 장치의 블록 회로도가 개략적으로 도시되어 있다. 이 도면에서는 주요 구성 요소만 도시되어 있다. 배터리의 양극(Ubat)은, 부하 (100)(특히 전자기적 부하)와, 스위칭 수단(110)과, 측정 수단(120)으로 이루어지는 직렬 회로를 거쳐 접지되어 있다.
추가로, 배터리 전압의 양극(Ubat)은 다이오드(105)의 캐소드에 접속되고 있다. 다이모드(105)의 애노드는, 부하(100)와 스위칭 수단(110) 사이의 접속점에 접촉 접속되어 있다. 다이오드(105)의 애노드는 제너(zenor) 다이오드(108)의 캐소드와 접속되고 있다. 제너 다이오드(108)의 애노드는 접지된다.
스위칭 수단(110)은 출력단(130)으로부터 제어 신호를 공급받는다. 측정 수단(120)의 두 단자는 전류 평가 회로(135)에 접속되어 있다. 이 전류 평가 회로 (135)는 전류 제어기(140)에 전류의 실제값(Ⅱ)을 공급한다. 전류 제어기는 출력단 (130)과 필터(145)에 신호(Vtc)를 공급한다. 필터(145)는 시간 윈도우(150)에 신호 (VCLP)를 공급한다. 이 시간 윈도우(150)는 신호(CLP)를 제어 유니트(155)에 전송한다.
제어 유니트(155)는, 시간 윈도우(150)에 신호(CLPV)를 공급한다. 또한 제어 유니트(155)는 전류 제어기(140)에 전류의 목표치(IS)를 공급한다. 제어 유니트 (155)는 또한 출력단(130)에 접속되고, 이 출력단(130)에 신호 CHIL과 DRVO를 전송한다. 또한 출력단(130)은 신호 전송을 위해 전류 제어기(140)와 접속되어 있다. 제어 유니트(155)는, 여러 센서(160)로부터의 신호를 검출하고, 추가 소자(165)에 여러 신호를 공급한다.
부하와, 스위칭 수단(110)과, 측정 수단(120)의 배치 구성예가 제 1 도에 도시되어 있다. 이 배치 구성은 다른 순서로 이루어질 수도 있다. 예를 들어 측정 수단(120)을 부하(100)와 스위칭 수단(110)의 사이에 배치하도록 구성해도 좋다. 측정 수단(120)이 전자기적 부하(100)와 스위칭 수단(110) 사이에 배치되거나 전자기적 부하(100)와 급전(給電) 전압의 양극(Ubat) 사이에 배치되는 경우는, 전류값도 스위칭 수단(110)이 개방된 후에 검출하여 평가해도 좋다.
다이오드(105)는 프리휠링(freewheeling) 회로로서 작용하고, 그러한 프리휠링 회로의 가장 간단한 구성예를 나타낸다. 이 회로는 경우에 따라서는 예를 들어 직렬 접속된 복수의 다이오드와 같은 다른 스위칭 수단이나 또는 트랜지스터 및 다이오드로 이루어지는 직렬회로로 치환될 수도 있다. 이는 상응하여 제너 다이오드 (108)에 대해서도 적용되며, 아크소멸(消孤:arc-suppressing) 장치로서 작용되고, 필요시 다른 구성 요소로 치환되거나 보존될 수 있다.
스위칭 수단(110)은 유리하게는 트랜지스터이며, 특히 전계 효과 트랜지스터이다. 측정 수단(120)으로서 가장 간단한 경우에는 오옴 저항이 사용된다. 이 경우에는 오옴 저항에서의 전압 강하가, 부하(100) 및 스위칭 수단(110)으로 이루어지는 직렬 회로를 통해 흐르는 전류에 대한 척도로서 사용된다.
상기 장치는 본원에서 내연기관의 연료 정량주입 장치의 예로서 기재된 것이다. 제어 유니트(155)는 여러 센서(160)의 신호를 평가한다. 이들 센서(160)는 예를 들어 엔진 속도, 액셀 페달 위치, 다양한 온도 및 압력값을 검출하며, 불꽃 점화식 내연기관의 경우에는 스로틀 밸브의 위치 등을 검출한다. 이들 센서 신호에 기초하여 제어 유니트(155)는, 여러 가지 다른 조정 부재(165)의 제어를 위한 다양한 신호를 산출한다.
특히 제어 유니트(155)는, 스위칭 수단(110)의 제어지속 시간을 결정하는 신호(DRVO)를 설정한다. 이 신호(DRVO)의 정(正:positive)의 엣지에서는 스위칭 수단 (110)이 폐쇄되고, 부(負:negative)의 엣지에서는 스위칭 수단(110)이 개방된다. 이 신호의 정과 부의 엣지 사이에서, 전류 제어기(140)는, 부하를 흐르는 전류(이것은 측정 수단(120)에 의해 검출됨)를 소정의 값으로 제어한다.
제 1 기간(T1reg) 동안 전류는 비교적 높은 값으로 제어되고, 제 2 기간 동안에는 비교적 낮은 값으로 제어된다. 이것에 대해 전류 평가부(135)는, 저항(120)에서의 전압 강하에 기초하여 부하(100)를 흐르는 실제 전류를 구한다. 전류 제어기(140)는, 이 실제 전류(II)와 목표 전류(IS)를 비교한다. 이 비교에 기초하여 전류 제어기(140)는 출력단(130)으로 공급될 제어 동작 신호(Vtc)를 생성하며, 상기 출력단(130)은 그에 따라 스위칭 수단(110)을 제어한다. 전류 제어기(140)의 출력 신호는 추가로 필터(145)에 의해 처리된다. 이 필터(145)는 전류 제어기(140)의 출력신호(Vtc)의 펄스 길이에 비례하는 전압치를 발생시킨다.
전자기 밸브의 가동자가 이동하면, 전자기 밸브의 코일중에 전압이 유도된다. 스위칭 시점에서 상기 가동자는 그 새로운 종단 위치에 도달하여 이동을 종료한다. 이것은 유도된 전압의 소실을 유발하고, 그 결과로 이 시점에서 코일을 흐르는 전류가 변화한다. 이로 인해, 스위칭 시점에서 펄스 길이가 변화한다. 이 펼스 길이를 평가함으로써 스위칭 시점이 구해진다. 시간 윈도우(150)는 전자기 밸브의 제어후의 소정의 시간 영역내에서만 평가를 가능하게 한다.
이하의 명세서에서는 제 2 도를 참조하여 시간측에 걸쳐서 도시된 여러 가지 신호를 설명한다.
도면에서 제 1 라인에는 신호 DRVO 가 도시되어 있다. 이 신호는 제어 유니트(155)에 의해 출력단(130)으로 전송된다.
제 2 라인에는 제어 유니트(155)로부터 출력단(130)으로 전송되는 신호 CHIL이 도시되어 있다. 이 신호가 나타나 있는 동안은 전류의 제 2 목표치로 제어된다.
제 3 라인에는 전자기 밸브를 통해 흐르는 전류(I)가 도시되어 있다. 제 4 라인에는 전자기밸브 니들의 이동량(H)이 도시되어 있다.
제 5 라인에는 전류 제어기(140)의 출력신호에 상응하는 신호(Vtc)가 도시되어 있다. 이 신호는 또한 스위칭 수단(110)의 스위칭 상태에 상응한다. 비교적 낮은 신호치에서는 스위칭이 개방되어 있고, 비교적 높은 신호치에서는 스위칭이 폐쇄되어 있다.
제 6 라인에는 상기 신호의 필터링된 펄스 길이가 도시되어 있다. 이 신호는 필터(145)중에 내부적으로만 존재한다. 제 7 라인에는 신호 VCLP 가 도시되어 있으며, 이 신호는 주파수가 소정의 역치(:threshold value)를 상회한 경우에 높은 값으로 된다.
다음 신호 CLPV 는 그 높은 신호치에서 시간 윈도우를 정하고 있으며, 통상은 이 시간 윈도우 내에 스위칭 시점이 존재한다. 이 신호는 제어 유니트에 의해 시간 윈도우(150)로 전송된다. 마지막 라인에는 신호 CLP가 도시되어 있으며, 이 신호(CLP)의 정의 엣지가 스위칭 시점을 정한다.
출력단(130)이 신호(DRVO)의 정의 엣지를 받아들인 경우에는, 출력단(130)은 스위칭 수단(110)을 폐쇄하거나 혹은 전류(I)에 대해서 "0" 과는 다른 목표치를 규정하도록 제어한다. 이것은 전류 제어기(140)의 출력 신호(Vtc)가 하이 레벨값으로 되는 것을 의미한다.
신호(CHIL)가 비교적 높은 값을 취하기까지 제 1 기간내에서 전류 제어기 (140)는 전자기 밸브를 통해 흐르는 전류를, 제어 유니트에 의해 부여되는 목표치 (ISI)로 제어한다. 이 전류 제어기는 유리하게는 2점(two-point) 제어기로서 구현된다. 2점 제어기는 상방 전류 역치를 상회할 때 스위칭 수단(110)을 개방한다. 하방의 전류 역치는 유동적이고, 소정 기간(TP) 동안 스위칭 수단을 비활성화시키므로써 달성된다. 이것은, 전류값이 초과된 경우에는 스위칭이 개방되고, 소정 기간 (TP)의 경과후에는 다시 스위칭이 폐쇄되는 것을 의미한다. 전자기 밸브를 흐르는 전류(I)는 소정의 상방 역치와 하방 역치 사이를 왕복한다.
기간(TIreg)의 종료 직전까지는 전자기 밸브 니들이 새로운 종단 위치 방향으로 이동을 개시한다. 스위칭 수단(110)의 스위칭 상태 또는 전류 제어기의 출력신호는, 상방 및 하방의 신호치 사이에서 교체된다. 시작시에 스위칭 수단은 비교적 긴 기간 동안 폐쇄된다. 그러나 제 1 기간(TIreg)동안 차단(switch-off) 기간(TP)은, 2점 제어기의 소망의 히스테리시스가 얻어지도록 설정된다.
신호 CPHIL 이 존재하는 경우에는 상방의 전류 역치(S1)에 상응하는 목표치는 비교적 낮은 값으로 저감된다. 제 1 페이즈(phase) 중의 목표치 S1 은 픽업 (pickup) 전류로 지칭되고, 제 2 페이즈 중의 목표치 S2 는 유지(holding) 전류로 지칭된다. 전류에 대한 목표치의 저감은, 전자기 밸브가 움직이기 시작한 후에 발생한다.
이 시점은 여러 가지 동작 파라미터에 의존하여 제어 유니트(155)에 의해 추정된다. 이 시점에 도달한 후 제어 유니트(155)는 정의 엣지를 갖는 신호 CHIL을 출력한다. 신호(CHIL)의 정의 엣지로부터 시작하여, 스위칭 시점의 소망의 히스테리시스나 충분한 정확도가 달성되도록, 일정한 또는 선형적으로 적어지는 차단 기간(TP)이 설정된다. 차단 기간(TP)이 예기되는 폐쇄 기간의 방향으로 선형적으로 또는 비선형적으로 단축되게 되면, 그것에 의해 식별의 정밀도 내지 응답 감도가 향상될 수 있다. 가변적인 차단 기간의 이점으로서, 스위칭 소자(110)의 출력 손실이 저감되는 바, 그 이유는 최대 스위칭 주파수가 스위칭 시점 근방에서만 나타나기 때문이다.
전자기 밸브가 그 종단 위치에 근접한 시점에서, 신호(Vtc)의 펄스 길이는 갑자기 변화한다. 이 시점에서의 신호(Vtc)의 펄스 길이를 고려하면, 스위칭 시점에서의 펄스 길이의 갑작스런 변화나 갑작스런 상승이 식별된다. 필터링된 펄스 길이가 역치를 상회하면 즉시 신호(VCLP)는 정의 엣지를 갖는다. 잘못된 식별을 회피하기 위해서는, 신호(CLPV)의 정의 엣지와 부의 엣지의 사이에서만 신호(VCLP)에의해 허용가능한 것으로 식별이 행해진다. 신호(VCLP)의 허용가능한 정의 엣지에서는 신호(CLP)의 정의 엣지가 제어 유니트(155)로 전송된다. 이 정의 엣지는 전자기 밸브의 스위칭 시점을 나타낸다. 신호의 지연에 기초하여, 엣지는 지연 시간(Td)만큼 본래의 스위칭 시점보다 지연되어 나타난다. 이 지연 시간(Td)은 필터와, 폐쇄 시점에서의 스위칭 주파수의 함수이며, 제어 유니트(155)에 의해 고려된다.
전자기 밸브(100)에서의 전류가 직접 측정될 수 있다면, 선택적으로, 상방 및 하방의 역치를 갖는 2점 제어기에 의해 주기 기간의 변화를 평가하는 것도 가능하다. 중요한 것은 스위칭 수단(110)의 스위칭 상태를 나타내는 파라미터가 평가되는 것이다. 스위칭 수단의 제어 동작 신호나 전류 제어기(140)의 출력 파라미터가 변화한 경우에는, 변화의 시점이 전자기적 부하의 스위칭 시점에 상응한다.
본 발명에 의한 방법을 보다 명확히 하기 위해, 제 3 도에 도시된 플로우 차트를 참조한다. 신호 DRVO 의 정의 엣지가 나타난 경우에는 즉시 단계 300 에서 프로그램이 개시된다. 여기에서는 전류 제어기(140)에 의해 전류가 제 1 목표치(ISI)로 제어된다.
이어서 문의 단계 310 에서는, 신호 CHIL 의 유무가 검사된다. 신호 CHIL이 존재하지 않는 경우에는 다시 단계 300 으로 복귀 처리가 이어진다. 신호 CHIL이 존재하는 경우에는 단계 320 으로 진행한다. 이 단계 320 에서는 전류 제어기(140)에 의해 전류가 제 2 목표치(IS2)로 제어된다.
계속해서, 문의 단계 330 에서는 신호 CLPV 의 유무가 검사된다. 신호 CLPV가 존재하지 않는 경우 프로그램은 단계 320 으로 돌아간다. 신호 CLPV 가 존재하는 경우에는, 단계 340 으로 진행한다. 여기에서는 기간(TP)에 대해 일정한 값이 부여된다. 계속해서 단계 350 에서는 신호(Vtc)로부터 펄스 길이가 구해지고 필터링된다. 문의 단계 360 에서는 필터링된 신호(Vtc)가 역치(S)보다 큰지 아닌지가 검사된다. 신호(Vtc)가 역치(S)보다 작은 경우에는 단계 350 이 다시 반복되고, 신호(Vtc)가 역치(S)보다 큰 경우에는 신호 CLP 가 출력된다.
부하를 통해 흐르는 전류를 제어하는 대신에, 부하에서의 강하 전압을 제어하는 것도 가능하다.

Claims (12)

  1. 디젤 내연기관에서의 연료 정량주입을 제어하기 위한 전자기적 부하 제어 장치로서, 상기 전자기적 부하는 스위칭 수단과 직렬로 접속되는, 전자기적 부하 제어 장치에 있어서,
    제어 동작 신호를 발생시키는 수단과,
    상기 스위칭 수단에 제어 동작 신호를 제공하는 수단과,
    제어 동작 신호의 특성 파라미터를 평가하는 수단, 및
    특성 파라미터의 평가 함수로서 전자기적 부하의 스위칭 시점을 결정하는 수단을 포함하며,
    상기 스위칭 수단은 제공되는 제어 동작 신호에 반응하여 전자기적 부하를 통해 전류가 흐르게 하는 것을 특징으로 하는 전자기적 부하 제어 장치.
  2. 디젤 내연기관에서의 연료 정량주입을 제어하기 위한 전자기적 부하의 제어 방법으로서, 상기 부하는 스위치와 직렬로 접속되어 있는, 전자기적 부하의 제어 방법에 있어서,
    상기 스위치를 제어하기 위한 제어 동작 신호를 발생시키는 단계와,
    상기 스위치에 제어 동작 신호를 제공하여 이 신호에 반응하여 전자기적 부하를 통해 전류가 흐르게 하는 단계와,
    제어 동작 신호의 펄스 길이 및 주기인 특성 파라미터를 평가하는 단계, 및
    특성 파라미터의 평가 함수로서 전자기적 부하의 스위칭 시점을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기적 부하의 제어 방법.
  3. 디젤 내연기관에서의 연료 정량주입을 제어하기 위한 전자기적 부하의 제어 방법으로서, 상기 부하는 스위칭 수단과 직렬로 접속되어 있는, 전자기적 부하의 제어 방법에 있어서,
    제어 동작 신호를 발생시키는 단계와,
    상기 스위칭 수단에 제어 동작 신호를 제공하여 이 신호에 반응하여 전자기적 부하를 통해 전류가 흐르게 하는 단계와,
    제어 동작 신호의 펄스 길이 및 주기인 특성 파라미터를 평가하는 단계, 및
    특성 파라미터의 평가 함수로서 전자기적 부하의 스위칭 시점을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기적 부하의 제어 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 스위칭 시점 결정 단계는 시간 윈도우를 정하는 단계를 부가로 포함하며, 상기 스위칭 시점은 시간 윈도우에서 결정되는 것을 특징으로 하는 전자기적 부하의 제어 방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 제어 동작 신호 발생 단계는 전류 제어기를 통해 제어 동작 신호를 발생시키며, 전류 제어기는 전자기적 부하를 통과하는 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 전자기적 부하의 제어 방법.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 전자기적 부하는 솔레노이드 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기적 부하의 제어 방법.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 스위칭 수단은 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기적 부하의 제어 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 트랜지스터는 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기적 부하의 제어 방법.
  9. 제 3 항에 있어서, 상기 스위칭 시점의 결정 단계는 펄스 길이가 변화할 때 스위칭 시점을 결정하는 것을 특징으로 하는 전자기적 부하의 제어 방법.
  10. 제 3 항에 있어서, 상기 스위칭 시점의 결정 단계는 주기가 변화할 때 스위칭 시점을 결정하는 것을 특징으로 하는 전자기적 부하의 제어 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 스위칭 시점의 결정 단계는 펄스 길이의 변화가 소정의 역치를 상회할 때 스위칭 시점을 결정하는 것을 특징으로 하는 전자기적 부하의 제어 방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 스위칭 시점의 결정 단계는 주기의 변화가 소정의 역치를 상회할 때 스위칭 시점을 결정하는 것을 특징으로 하는 전자기적 부하의 제어 방법.
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