KR101829241B1

KR101829241B1 - 코일 액추에이터의 전자기 구동 전기자에 대한 탄도형 궤적 확인

Info

Publication number: KR101829241B1
Application number: KR1020137011275A
Authority: KR
Inventors: 게르트 뢰젤
Original assignee: 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
Priority date: 2010-10-01
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2018-03-29
Anticipated expiration: 2031-09-28
Also published as: WO2012041936A1; DE102010041880B4; US9448260B2; DE102010041880A1; US20130197837A1; CN103119271A; CN103119271B; KR20130115269A

Abstract

본 발명은 코일을 갖는 액추에이터의 전자기 구동 전기자의 이동-시간 곡선을 확인하기 위한 방법과 관련된다. 상기 방법은 다음의 단계들을 가진다: (a) 코일에 제어 신호를 인가하고, 상기 신호는 치수화되어 전기자가 (a1) 초기 위치로부터 단지 부분 편향을 겪을 뿐 정지에 의해 정의되는 종료 위치에 도달하지 않고, (a2) 전환 위치에 도달한 후에, 다시 초기 위치에 도달하며, 여기서, 적어도 전환 위치와 초기 위치 사이에서, 상기 전기자의 편향이 포물선의 일 부분에 의해 적어도 근사하게 시간의 함수로 설명되고, (b) 전기자가 다시 초기 위치에 도달하는 시간을 결정하고, (c) 전기자가 다시 초기 위치에 도달하는 속도를 결정하고, (d) 감지된 시간과 감지된 속도를 기초로 포물선을 표현하는 수학 방정식을 이용하여 전기자의 이동-시간 곡선을 확인한다. 본 발명은 또한 코일을 가진 액추에이터의 전자기 구동 전기자의 포물선(탄도형) 궤적을 확인하기 위한 해당 장치 및 상기 방법을 제어하기 위한 컴퓨터 프로그램과도 관련된다.

Description

코일 액추에이터의 전자기 구동 전기자에 대한 탄도형 궤적 확인 {ASCERTAINING THE BALLISTIC TRAJECTORY OF AN ELECTROMAGNETICALLY DRIVEN ARMATURE OF A COIL ACTUATOR}

본 발명은 구동 신호가 인가될 수 있는 코일 및 상기 코일에 대해 이동 가능하게 장착된 전기자를 갖는 전자기 구동 액추에이터의 기술분야에 관한 것이다. 본 발명은 특히 코일을 갖는 액추에이터의 전자기 구동 전기자의 이동-시간 프로파일을 확인하기 위한 방법에 관한 것이며, 여기서 전기자는 초기 위치로부터 단지 부분 편향을 겪을 뿐 정지에 의해 한정되는 종료 위치에 도달하지 않고, 전환 위치에 도달한 후에, 다시 초기 위치에 도달하며, 여기서, 적어도 전환 위치와 초기 위치 사이에서, 상기 전기자의 편향이 포물선의 일 부분(a section)에 의해 적어도 근사하게 시간의 함수로 설명된다. 추가로, 본 발명은 코일을 갖는 액추에이터의 전자기 구동 전기자의 포물선(탄도형) 궤적을 결정하기 위한 해당 장치 및 상기 방법을 제어하기 위한 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.

전자기 구동 액추에이터는 소위 전 행정 작동 모드에서 낮은 공차로 작동될 수 있다. 이는 액추에이터의 전기자가 초기 위치와 종료 위치 사이에서 앞뒤로 이동되는 것을 의미한다. 이 경우에, 초기 위치와 종료 위치는 일반적으로 액추에이터 하우징 상에 전기자의 기계적 정지에 의해 각각 한정된다. 연료분사를 위한 분사 밸브의 예를 들면, 이러한 작동 모드는 분사 밸브의 밸브 니들이 각각의 경우에 최대 편향까지 이동되는 것을 의미한다. 그러면 분사된 연료량의 변화가 분사 공정의 기간에 거의 일치하여 발생한다.

그러나 자동차의 오염 물질의 배출 및/또는 연료 소모를 감소시키기 위해, 현대의 분사 시스템에서 적은 분사량에서도 가능하면 정확하게 분사 밸브 작동을 하는 것이 필요하다. 이는 또한 소위 분사 밸브의 탄도형 작동이 이루어지는 것을 의미한다. 전기적 및/또는 설계적 매개 변수들에 의해 예정되어 있으며 전기자 상에 전자기력이 완료되면 해제되는 궤적에서, 즉 완전한 정지에 도달하지 않는 포물선 궤적에서, 분사 밸브의 탄도형 작동이 전기자 또는 밸브 니들의 부분 편향을 의미하도록 이 상황에서는 이해된다.

전 행정 작동과 대조적으로, 탄도형 작동의 경우에는 전기적 및 기계적 공차들이 전 행정 작동의 경우보다 훨씬 더 많은 정도로 개방 프로파일에 영향을 미치기 때문에, 분사 밸브의 탄도형 작동은 현저하게 많은 공차를 받는다. 분사 밸브, 일반적으로 코일을 갖는 액추에이터의 전자기 구동 전기자의 탄도형 작동 모드에 대하여, 이 경우에는 다음 공차들이 개별적으로 또는 조합하여 발생할 수 있다.

a) 개방 공차: 정의된 전기적 구동 펄스가 코일에 인가되면 전기자가 초기 위치로부터 이격되어 이동하는 시간이 각각의 분사 밸브의 전기적, 자기적 및/또는 기계적 특성들 및/또는 그것의 작동 상태 (예를 들면 온도)에 따른다.

b) 폐쇄 공차: 전기자가 부분 편향 후에 초기 위치로 복귀하는 시간이 각각의 분사 밸브의 전기적, 자기적 및/또는 기계적 특성들 및/또는 그것의 작동 상태에 따른다.

c) 행정 공차: 전기자의 부분 편향의 경우에, 도달되는 최대 행정도 마찬가지로 각각의 분사 밸브의 전기적, 자기적 및/또는 기계적 특성들 및/또는 그것의 작동 상태에 따른다. 행정 공차는, 해당 편향 곡선의 수평화 또는 절정화의 가능성과 함께, 전기자의 포물선 궤적에서의 개별적 변화를 야기한다.

DE　10　2006　035　225　A1은 코일을 갖는 전자기적 작동 장비를 계시한다. 외부의 기계적 영향에 의해 기인하는 유도 전압 신호의 평가 덕분에, 작동 장비의 실제 이동이 분석될 수 있다.

DE　198　34　405　A1은 솔레노이드 밸브의 니들 행정을 평가하기 위한 방법을 설명한다. 솔레노이드 밸브의 코일에 대해 밸브 니들이 이동하는 동안, 코일에 유도된 전압들은 계산 모델에 의해 밸브 니들의 행정과 연관하여 감지되고 설정된다. 접촉 시간을 확인하기 위해, 코일 전압의 시간 도함수 dU/dt가 이용될 수 있는데, 이 신호가 니들 또는 전기자 이동의 전환점에서 매우 갑작스런 변화를 갖기 때문이다.

DE　38　43　138　A1은 전자기적 스위칭 부재의 전기자의 이동을 감지하고 제어하기 위한 방법을 계시한다. 스위칭 부재의 단선 시에, 자기장이 상기 스위칭 부재의 계자 권선에 유도되고, 전기자 이동에 의해 자기장이 변화된다. 이를 바탕으로 발생하는 계자 권선에 존재하는 전압의 시간에 따른 변화들이 전기자 이동의 종료를 감지하는 데 이용될 수 있다.

본 발명은 용이하게 실시될 수 있는 방법 및 전자기 액추에이터의 탄도형 작동 모드에서 구동되는 전기자의 이동-시간 프로파일을 정확하게 확인하기 위한 해당 장비를 명시하는 것을 목표 삼는다.

이 목표는 독립된 특허 청구항의 주제들에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 실시예들이 종속 항들에서 설명된다.

본 발명의 제1 양태에 따라, 코일을 갖는 액추에이터의 전자기 구동 전기자의 이동-시간 프로파일을 확인하기 위한 방법이 설명된다. 설명되는 방법은 (a) 전기자가 (a1) 초기 위치로부터 단지 부분 편향을 겪을 뿐 정지에 의해 한정되는 종료 위치에 도달하지 않고, (a2) 전환 위치에 도달한 후에, 다시 초기 위치에 도달하며, 여기서, 적어도 전환 위치와 초기 위치 사이에서, 상기 전기자의 편향이 포물선의 일 부분에 의해 적어도 근사하게 시간의 함수로 설명되도록, 치수화되는 구동 신호를 코일에 인가하는 단계, (b) 전기자가 다시 초기 위치에 도달하는 시간을 결정하는 단계, (c) 전기자가 다시 초기 위치에 도달하는 속도를 결정하는 단계, 및 (d) 감지된 시간과 감지된 속도를 기초로 포물선을 표현하는(describe) 수학 방정식을 이용하여 전기자의 이동-시간 프로파일을 확인하는 단계를 포함한다.

상기 설명된 방법은, 전기자가 다시 초기 위치에 도달하기 직전에 전기자 이동을 상세하게 결정함으로써, 편향을 설명하는 포물선의 정확한 형상 및 시간 함수로서의 전기자의 행정 또는 이동이 결정될 수 있다는 지식에 기초한다. 그래서 이 포물선의 정확한 프로파일에 관한 정보는, 예정된 설정점 이동 프로파일이 실제로 적어도 근사하게 달성되는 그러한 방식으로, 이를 위해 요구되는 구동 신호들을 전자기 구동 액추에이터의 이후 작동과 일치시키는 데 이용될 수 있다.

상기 설명된 방법은 연료 분사기의 시간에 따른 개방 반응을 정확하게 결정하는 데 특히 적합하며, 소위 탄도형 영역에서 작동된다. 이는 각각의 분사 공정에 대해 각각의 경우에 아주 특히 적은 연료량을 분사하기 위해, 각각의 경우에 아주 매우 짧은 구동 펄스가 액추에이터의 코일에 인가되며, 그 결과 전기자가 아직도 많은 부분의 이동을 행해야 할 때 코일을 통한 전류의 흐름이 이미 종료된다.

상기 설명된 방법은 적어도 전기자가 전환 위치와 초기 위치 사이의 경로에 놓이는 경우에 코일을 통한 전류가 영(zero)이 될 때 전기자의 상기 설명된 이동 프로파일에 관한 특히 정확한 정보를 제공한다. 이는 이 영역에서 전기자가 코일을 통한 전류의 흐름에 기인한 임의의 자기력을 받지 않지만, 상당히 근사하게 액추에이터 하우징의 정지 방향으로 전기자를 가압하는 스프링의 스프링력만을 받는다는 것을 의미한다.

본 발명의 추가의 예시적인 일 실시예에 따라, 시간의 결정은, (a) 전원이 끊긴 코일에 유도되는 특성 전압의 감지된 시간 프로파일을 감지하고, 여기서 상기 유도되는 전압은 코일과 연관된 자석 전기자의 이동에 의해 적어도 부분적으로 생성되며, (b) 상기 코일에 유도되는 특성 전압의 감지된 시간 프로파일을 평가하고, 여기서 상기 평가는 전원이 끊긴 코일에 유도되는 특성 전압의 감지된 시간 프로파일과 제어 장치에 저장되어 있는 특성 기준 전압 프로파일의 비교로 구성되며, (c) 평가된 시간 프로파일을 기초로 전기자가 다시 초기 위치에 도달하는 시간을 확인하는 것으로 구성된다.

전기자가 다시 초기 위치에 도달하는 시간에 대한 이러한 유형의 감지는, 자화 가능 및/또는 자성의 물질을 갖는 전기자의 이동과 코일 내로의 유도에 의해 기인하는 전압 신호가 전기자의 이동 시컨스(sequence)를 특징으로 하고 이로부터 상기 시간을 확인하는 데 이용될 수 있다는 사실에 기초한다.

이 경우에, 유도에 의한 전기자의 잔류 자기장으로 인한 이동에 기인한 특성 전압 신호는 전기자가 초기 위치에서 정지 직전에 놓일 때 코일에서 최대이다. 이는 코일의 전원이 끊긴 상태에서 전기자와 코일 사이의 상대 속도가 이동 중인 전기자의 정지 직전에 최대치이기 때문이다.

이는 전원이 끊긴 코일에 유도된 특성 전압의 전압 프로파일이 전기자의 이동에 의해 적어도 부분적으로 결정되는 것을 의미한다. 코일에 유도된 특성 전압의 시간 프로파일에 대한 적합한 평가에 의해, 전기자와 코일 사이의 상대 이동에 기초한 그 구성 부품이 적어도 상당히 근사하게 확인될 수 있다. 이러한 방법으로, 이동 프로파일에 관한 정보가 또한 자동으로 획득되고, 이 정보가 최대 속도의 시간과 그에 따라서 또한 초기 위치로의 전기자의 복귀 시간이 유도된다는 결론을 가능하게 한다.

전원이 끊긴 코일에 유도된 특성 전압의 감지된 시간 프로파일과 특성 기준 전압 프로파일의 상기 설명된 비교 덕분에, 특히 정확한 정보가 전기자의 실제 이동에서 획득될 수 있다.

특성 기준 전압 프로파일은 선택될 수 있어서, 예를 들면, 자기 회로에서 쇠퇴하는 와상 전류에 기인한 유도 전압의 그 구성 부품을 설명한다. 따라서, 예를 들면, 전기자의 실제 이동은 코일에 유도된 특성 전압과 특성 기준 전압 프로파일 사이의 차이를 단순히 모음으로써 확인될 수 있다.

상기 설명된 액추에이터가 분사 밸브로서 이용된다면, 분사의 정량적 정확도는 전기자의 마감 시간(전기자의 초기 위치로의 복귀시간과 동일)을 수정함으로써 개선될 수 있다. 이러한 조절을 위해 측정되는 변수는 유도 전압의 곡선 프로파일에서의 특성 굽힘이며, 여기서 특성 굽힘은 밸브가 닫히는 동안의 코일 전압의 전압 프로파일로부터 유도되고 실질적으로 유도 및 인덕턴스 변화에 기인한다. 전압 신호 프로파일로부터 밸브 마감에 대한 본질적 특성을 계산할 수 있기 위해, 여기서 설명되는 예시적인 실시예에 따라, 특성 기준 신호 또는 기준 전압 프로파일과의 비교가 수행된다. 실제 마감 시간을 결정하기 위한 유용한 신호는 특성 기준 전압 프로파일과 유도 전압의 특성 프로파일 사이의 차이로부터 획득된다.

특성 기준 전압 프로파일은 또한 액추에이터의 현재 작동 조건들에 선택적으로 맞추어질 수 있다는 점에 주의해야 한다. 이 경우에, 작동 조건들은 전기자의 실제 이동에 영향을 갖는 모든 가능한 물리적 변수들에 의해 원칙적으로 결정될 수 있다.

작동 조건들은, 예를 들면, 대기 온도 및/또는 액추에이터의 작동 온도에 의해 결정된다. 추가로, 예를 들면, 노화의 결과로서 변할 수 있는 액추에이터의 현재 상태가 실제 전기자 이동에 영향을 또한 가질 수 있다. 추가로, 소위 제조 공차가 기준 액추에이터의 공칭 반응으로부터 적어도 미세하게 벗어나는 결정된 각각의 액추에이터의 이동 반응을 야기한다.

추가로, 액추에이터의 기계적 시스템이 온도의 변동, 노화 및/또는 제조 공차에 의해 영향을 받을 수 있을 뿐만 아니라, 예를 들면, 인덕턴스 및/또는 저항과 같은 코일의 전기적 특성 또한 이러한 작동 조건들에 의해 영향을 받을 수 있다.

밸브의 작동 조건들에 영향을 가지는 여기서 언급된 물리적 변수들이 단순히 예시적이며 완전한 리스트를 제시하지 않는다는 점에 주의해야 한다.

본 발명의 추가의 예시적인 일 실시예에 따라, 속도의 결정은 전기자가 다시 초기 위치에 도달하는 확인된 시간 직전에 전원이 끊긴 코일 내에 유도된 특성 전압의 감지된 시간 프로파일의 전압 준위를 감지하는 것으로 구성된다.

전기자가 초기 위치로 복귀하기 직전의 전기자의 속도에 대한 상기 설명된 결정은, 전기자가 다시 초기 위치에 도달하는 시간에 대한 상기 설명된 결정으로서 동일한 측정 채널에 기초할 수 있다는 장점을 가진다. 이는 감지되고 평가된 특성 전압 신호로부터 "시간" 및 "속도"라는 정보 항목들 모두가 획득될 수 있다는 것을 의미한다. 따라서, 예를 들면, 필요하다면 유리한 방식으로 전류 측정이 생략될 수 있다.

본 발명의 추가의 예시적인 일 실시예에 따라, 상기 방법은 또한 전기자가 다시 초기 위치에 도달하기 직전에 전기자의 속도 변화를 결정하는 것으로 구성된다. 이 경우에, 감지된 속도의 변화를 기초로 포물선을 표현하는 수학 방정식을 추가로 이용하여 전기자의 이동-시간 프로파일을 결정하는 것이 수행된다.

전기자가 다시 초기 위치에 도달하는 시간에 또는 직전에 이동 반응에 관한 정보의 제3 항목의 상기 설명된 이용 덕택에, 전기자의 탄도형 이동 프로파일을 설명하는 포물선에 대한 매개 변수들이 특히 정확하게 결정된다.

본 발명의 추가의 예시적인 일 실시예에 따라, 속도의 변화의 결정은 전기자가 다시 초기 위치에 도달하는 확인된 시간 직전에 전원이 끊긴 코일 내에 유도된 특성 전압의 감지된 시간 프로파일의 전압 준위의 변화를 감지하는 것으로 구성된다.

초기 위치로의 전기자의 복귀 직전의 전기자의 속도 또는 가속도(더 정확하게는 제동)의 변화에 대한 상기 설명된 결정은, 전기자가 다시 초기 위치에 도달하는 시간에 대한 상기 설명된 결정으로서 동일한 측정 채널에 마찬가지로 기초할 수 있다는 장점을 가진다. 이는 감지되고 평가된 특성 전압 신호로부터 "속도의 변화"와 "시간" 및/또는 "속도"라는 정보 항목들이 획득될 수 있다는 것을 의미한다. 이 경우에, 또한, 필요하다면, 예를 들면, 전류 측정을 생략하는 것이 유리하게 가능하다.

본 발명의 추가의 예시적인 일 실시예에 따라, 액추에이터는 특히 내연 기관용 분사 밸브이다.

상기 설명된 방법은 생태학적으로 무탈하고 연료를 절약하는 내연 기관의 작동을 위한 매우 적은 분사량의 정확한 결정에 특히 적합하다. 이 경우에, 특히 제조 공차에 의해 기인하는 분사 밸브의 공차들은 신뢰 가능한 방식으로 감지될 수 있다.

상기 공차들은, 예를 들면, 전기자 또는 밸브 니들과 밸브 하우징 사이의 마찰의 차이에 기초하거나 전기자용 복원 스프링의 스프링 강도의 차이에 기초하는, 예를 들면, 기계적 공차일 수 있다. 이 같은 공차들은 또한, 예를 들면, 코일의 인덕턴스 및/또는 저항의 차이에 기초하는 전기적 공차일 수도 있다.

본 발명의 추가적 양태에 따라, 액추에이터의 조절된 작동을 위한 방법이 설명되며, 여기서 액추에이터는 하나의 코일과 그 코일에 대해 이동 가능하게 장착된 하나의 전자기 구동 전기자를 가진다. 상기 설명된 방법은, (a) 코일을 가진 액추에이터의 전자기 구동 전기자의 이동-시간을 확인하기 위한 상기 설명된 유형의 방법에 의하여 전자기 구동 전기자의 이동 프로파일을 확인하고, (b) 코일에 추가적 구동 신호를 인가하는 것으로 구성되며, 여기서 추가적 구동 신호는, 추가적 구동 신호의 결과로서의 추가적 이동 시컨스가 예정된 설정점 이동 프로파일에 적어도 거의 근사하게 상응하는 그러한 방식으로, 그 구동 신호에 응답하여 전기자의 확인된 이동-시간 프로파일에 따른다.

탄도형 영역에서 작동되는 액추에이터를 위해 상기 설명된 조절 방법은 전자기 구동 전기자의 이동-시간 프로파일을 확인하기 위한 상기 설명된 방법이 전기자가 가능하면 정확하게 예정된 이동 프로파일을 수행하는 그러한 방식으로 액추에이터를 작동하는 데 유리하게 이용될 수 있다는 지식에 기초한다.

분사 밸브의 경우에, 매우 낮은 연료 분사량을 위한 정확한 조절이 이렇게 하여, 연료의 경제적 소모 및/또는 낮은 수준의 오염에 대한 중요한 요건들이 내연 기관을 가진 현대의 자동차에 대해 충족될 수 있다는 결과와 함께, 단순하고 효율적인 방식으로 구현될 수 있다.

본 발명의 추가적 양태에 따라, 코일을 가진 액추에이터의 전자기 구동 전기자의 이동-시간 프로파일을 확인하기 위한 장치가 설명된다. 상기 설명된 장치는, (a) 전기자가 (a1)초기 위치로부터 단지 부분 편향을 겪을 뿐 정지에 의해 정의되는 종료 위치에 도달하지 않고, (a2) 전환 위치에 도달한 후에, 다시 초기 위치에 도달하며, 여기서, 적어도 전환 위치와 초기 위치 사이에서, 상기 전기자의 편향이 포물선의 일 부분에 의해 적어도 근사하게 시간의 함수로 설명되도록, 치수화되는 구동 신호를 코일에 인가하기 위한 구동 유닛, (b) (b1)전기자가 다시 초기 위치에 도달하는 시간을 결정하고, (b2) 전기자가 다시 초기 위치에 도달하는 속도를 결정하기 위한 유닛, 및 (c) 감지된 시간과 감지된 속도를 기초로 포물선을 표현하는 수학 방정식을 이용하여 전기자의 이동-시간 프로파일을 확인하기 위한 평가 장치를 포함한다.

상기 설명된 장치는 또한, 전기자가 다시 초기 위치에 도달하기 직전에 전기자 이동을 상세하게 결정함으로써, 편향을 설명하는 포물선의 정확한 형상 및 시간 함수로서의 전기자의 행정 또는 이동이 결정될 수 있다는 지식에 기초한다. 그래서 이 포물선의 정확한 프로파일에 관한 정보는, 예정된 설정점 이동 프로파일이 실제로 적어도 근사하게 달성되는 그러한 방식으로, 전자기 구동 액추에이터의 이후 작동과, 이를 위해 요구되는 구동 신호들을 일치시키는 데 이용될 수 있다.

본 발명의 추가적 양태에 따라, 코일을 가진 액추에이터, 특히 자동차의 내연 기관용 직접분사 밸브의 전자기 구동 전기자의 이동-시간 프로파일을 확인하기 위한 컴퓨터 프로그램이 설명된다. 상기 컴퓨터 프로그램은, 프로세서에 의해 수행할 때, 상기 설명된 방법을 제어하도록 설계된다.

본 명세서의 내용에서, 이 같은 컴퓨터 프로그램의 지정은 본 발명에 따른 상기 방법과 관련된 효과를 달성하도록 적합한 방식으로 시스템 또는 방법을 조정하기 위해 컴퓨터 시스템 제어용 지침들을 포함하는 프로그램 요소, 컴퓨터 프로그램 제품 및/또는 컴퓨터-판독가능매체와 같은 용어와 동일한 의미가 있다.

상기 컴퓨터 프로그램은, 예를 들면, JAVA, C++ 등과 같은 임의의 적합한 프로그램 가능한 언어에서 컴퓨터-판독가능한 지침 코드로서 시행될 수 있다. 상기 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터-판독가능한 저장매체(CD-롬, DVD, 블루-래이 디스크, 제거 가능한 드라이브, 휘발성 또는 비휘발성 메모리, 설치된 메모리/프로세서 등)에 저장될 수 있다. 상기 지침 코드는, 바라는 기능들이 수행되는 그러한 방식으로, 컴퓨터 또는 특히 자동차의 모터용 제어 장치와 같은 다른 프로그램 가능한 기기를 프로그래밍할 수 있다. 또한, 컴퓨터 프로그램은 예를 들면 요구될 때 유저에 의해 다운로드될 수 있는 인터넷과 같은 네트워크에 제공될 수 있다.

본 발명은 컴퓨터 프로그램, 즉 소프트웨어에 의해, 그리고 하나 이상의 특별한 전기회로, 즉 하드웨어 또는 임의의 하이브리드 형식 모두에 의해, 즉 소프트웨어 구성 부품 및 하드웨어 구성 부품에 의해 구현될 수 있다.

본 발명의 실시예들이 본 발명의 다른 요지들을 참조하여 설명되어 왔다는 점에 주의해야 한다. 특히, 본 발명의 어떤 실시예들은 방법 청구항들로 설명되고 본 발명의 다른 실시예들은 장치 청구항들로 기재된다. 그러나 본 출원서를 읽을 때, 달리 명쾌하게 명시되지 않은 경우, 본 발명에 따른 요지들의 유형에 속하는 특징들의 조합에 추가하여, 본 발명의 다른 유형의 요지들에 속하는 특징들의 임의의 소망하는 조합이 가능하다는 것이 본 발명의 당업자에게는 바로 명확하게 될 것이다.

본 발명의 추가적 장점들과 특징들은 바람직한 실시예에 대한 다음의 예시적인 설명에서 기인한다.

도 1은, 다른 연료 압력들에 대하여, 분사량의 함수로서 분사 밸브의 폐쇄 시간에서의 분사 밸브의 코일에서 측정된 특성 전압의 진폭을 도시하며,
도 2는, 분사 밸브에 대하여, 소정의 시간 지연 후에, 분사 밸브의 밸브 니들의 탄도형, 포물선 부분 편향을 설명하는 예시적인 구동 전류 펄스를 도시한다.

아래에 설명된 실시예는 단지 본 발명의 가능한 변형 실시예들에 대한 제한된 선택을 나타낸다는 점에 유의해야 한다.

도 1은, 60 바(bar), 110 바, 160 바 및 210 바의 네 개의 다른 연료 압력들에 대하여, 각각의 경우에 하나의 그래프를 도시하며, 여기서 분사 펄스당 분사량이 x 축선 상에 표시되고 전체 분사 사이클의 과정 동안 발생하는 특성 전압의 최대 값이 y 축선 상에 표시된다. 연속 선은 각각의 경우에 측정된 최대 전압을 도시하고, 점선들은 측정된 최대 전압에 대한 상부 및 하부 에러 한계를 각각 도시한다.

사용된 분사 밸브의 탄도형 작동 영역은, 단지 밸브 니들의 부분 편향에 의해 특징 지워지며, p = 60 바에서 0 mg에서 약 4 mg까지, p = 110 바에서 0 mg에서 약 5 mg까지, p = 160 바에서 0 mg에서 약 5.5 mg까지, p = 210 바에서 0 mg에서 약 8 mg까지 연장한다. 분사 밸브의 탄도형 작동 동안, 특성 전압의 최대 진폭 또한, 각각의 분사량에 따르며, 분사될 연료의 압력에 차례로 따른다는 것이 도시된 곡선으로부터 명확하게 보일 수 있다. 이는 밸브 폐쇄 시간에서 또는 밸브 폐쇄 시간 직전에서 전기자 최대 속도 때문에 최대에 있는 특성 전압의 프로파일의 최대 진폭이 폐쇄 시간에서의 전기자 속도에 비례한다는 것을 보여준다. 이러한 종속은 완전한 정지(탄도형 작동 영역의 종료)에 도달될 때까지 유지된다.

코일을 가진 액추에이터의 전자기 구동 전기자의 이동-시간 프로파일을 확인하기 위해 본 문서에서 설명된 방법의 주된 개념은 (a) 분사 밸브의 폐쇄 시간과 (b) 폐쇄 시간에서의 전기자의 속도에 관한 정보에 기초하여 탄도형 작동 영역에서의 포물선 이동-시간 프로파일을 확인하는 것이다. 여기서 설명된 예시적인 실시예에 따라, 추가로 특히 정확하게 포물선 또는 포물선의 매개 변수들을 결정하기 위해 전기자가 다시 초기 위치에 도달하기 직전에서의 전기자의 속도의 변화가 또한 고려된다.

A) 폐쇄 시간의 결정:

폐쇄 시간은, 예를 들면, 특성 전압의 값이 최대인 시간에 의해 결정될 수 있다.

B) 폐쇄 속도의 결정:

여기서 설명된 예시적인 실시예에 따라, 폐쇄 작동의 속도는 폐쇄 시간에서의 특성 전압의 진폭을 통하여 결정된다. 상기 속도 결정에서의 에러를 줄이기 위해, 전압 변화가 적어도 두 개의 다른 비율들로 평가되기 때문에 미분 방법을 이용하여 이것이 수행될 수 있다. 결과적으로, 폐쇄 시간에서의 속도의 변화는 매우 정확하게 감지될 수 있다.

C) 속도 변화의 결정:

여기서 제시된 예시적인 실시예에 따라, 폐쇄 작동 직전에서의 속도 변화는 폐쇄 작동 직전에서의 특성 전압의 시간에 따른 변화(시간 미분에 해당함)로부터 결정된다. 특성 전압의 시간에 따른 변화는 폐쇄 시간 직전에서의 밸브 니들의 가속 또는 제동에 적어도 상당히 근사하게 비례한다.

아래에 상세하게 설명되었듯이, A), B) 및 C) 이 세 개의 값들은 전기자 또는 거기에 조립된 분사 밸브 밸브 니들의 탄도형 궤적을 명확하고 완벽하게 결정한다. 그러면, 포물선의 크기와 형상의 정확한 지식으로부터, 이전의 분사 펄스를 위한 정확한 분사량이 계산될 수 있다. 그러면, 이러한 이전의 분사량에 대한 정확한 지식이, 정확하게 정의된 연료량이 분사되는 결과와 함께, 이후의 분사 펄스들을 위한 전기적 구동을 조정하는데 이용될 수 있다.

전기자 또는 전기자에 조립된 밸브 니들의 탄도형 궤적을 설명하는 포물선 또는 포물선 매개 변수들의 수학적 결정의 원리가 도 2를 참조하여 아래에 설명될 것이다. 이 경우에 전류 I로 표시된 곡선은, 시간 t의 함수로서, t=0에서 시작하는 전류 펄스를 설명하며, 여기서 전류 펄스는, 전기자가 초기 위치에서 편향되는 그러한 방식으로 자기 상호작용의 결과로서 전기자를 치는 단기 자기장이 생성되는 결과와 함께, 분사 밸브의 코일에 인가된다. 그러나 코일의 인덕턴스의 결과로서, 코일 전류는, 그 중에서도, 승전압에 의해 결정된 전류 I_max까지 계단 형식이 아니라 램프 형식으로 증가한다. 이 경우에, 실질적으로 코일의 인덕턴스에 따른 경사도를 갖는 일직선에 의해 상기 램프가 상당히 근사하게 제시된다. 여기서 제시된 예시적인 실시예에 따라, 일단 I_max에 도달되면, 전류가 약간 늦은 시간에 완전히 단락이 되기 전에 먼저 유지 전류 I_hold까지 떨어지는데, 이는 더 이상 고려할 의미가 없다. 이 점 이후로부터, 그리하여 코일이 전원이 끊긴 상태에 놓인다.

특히 전기자 또는 전기자에 조립된 밸브 니들의 기계적 관성의 결과로서, 전기자 편향은 전류 펄스로 바로 시작하지는 않는다. 대신에 전기자 편향의 시작은 어떤 시간 지연과 함께 시간 t1에서 발생한다. 전기자 편향의 시작 시에 코일은 이미 전원이 끊긴 상태에 있기 때문에, 도 2에서 "편향 z"로 특징 지워지는 편향 곡선은 포물선에 의해 매우 상당히 근사하게 설명된다. 포물선의 최대 값 z_max는 이 경우에 편향 충격의 힘에 의해, 그리고 전기자를 초기 위치로 가압하는 스프링의 스프링 상수에 의해 결정된다.

도 2에 제시된 포물선은 시간 영역

에서 다음 방정식에 의해 설명된다.

(1)

도 2로부터 도시될 수 있듯이,

는 분사 밸브의 폐쇄 시간이다.

방정식 (1)의 1차 도함수는 다음과 같다:

(2)

폐쇄 시간

에 대하여, 다음은 전기자의 이동 속도에 대한 결과이다:

(3)

위에서 이미 설명되었듯이, 전기자의 이동 속도는 간단한 방식으로 측정될 수 있는 특성 전압 U를 결정한다. 그러므로:

(4)

방정식 (1)의 2차 도함수는 다음과 같다:

(5)

추가로:

(6)

특성 전압 U의 시간에 따른 변화는 또한 그 동안 알려진 폐쇄 시간 ts 직전에 간단한 방식으로 측정될 수 있기 때문에, 포물선의 세 개의 모든 매개 변수들 z_max, t0 및 t1이 방정식 (3), (4) 및 (6)을 이용하여 간단한 방식으로 결정될 수 있다.

본 문서에서 설명된 방법은 간단한 방식으로 분사 밸브의 탄도형 작동 영역에서의 전기자 편향 곡선을 완전 결정을 가능하게 한다. 결과적으로, 밸브 니들의 궤적과 기동 지연 및/또는 그와 관련된 행정 에러들이 추가적 탄도형 편향들에 대한 적합한 조절에 의해 보정될 수 있다. 해당 조절에 필요한 수정 값이 탄도형 작동 동안의 각각의 작동 점에서 결정될 수 있기 때문에, 전 행정에서 부분 행정으로의 전이 에러는, 이전의 방법에서 고려되는데 필요했던 것처럼, 이 정보에 대한 높은 수준의 정확성을 위해 값 "0"으로 추가로 감소한다.

공개된 조절 방법과 비교해서, 특성 전압의 감지를 제외하고, 여기서 요구되지 않는 다른 측정된 변수들을 위한 추가적인 측정 채널이 불필요하기 때문에, 이것은 결국 정확한 행정 프로파일 z(t)의 결정에 대한 정확성에 있어서 그리고 하드웨어 회로의 단순화에 있어서 모두의 증가를 야기한다.

전압 측정을 위해 여기서 더욱 상세하게 명시되고 설명된 방법은 전류 측정 및 개방과 폐쇄 감지 모두에 의해 연장될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 추가로, 의도된 이용은 연료 분사기들에 국한되지 않지만, 탄도형 영역에서 편향되는 모든 전자기 구동 장치들을 위해 이용될 수도 있다.

Claims

코일을 가진 액추에이터의 전자기 구동 전기자의 이동-시간 프로파일을 확인하기 위한 방법으로서,
전기자가 초기 위치로부터 단지 부분 편향을 겪을 뿐 정지에 의해 한정되는 종료 위치에 도달하지 않고 그리고 전환 위치(reversal position)에 도달한 후에 다시 초기 위치에 도달하되, 적어도 전환 위치와 초기 위치 사이에서 상기 전기자의 편향이 포물선의 일 부분에 의해 적어도 근사하게 시간의 함수로 표현되도록, 치수화되는 구동 신호를 코일에 인가하는 단계;
전기자가 다시 초기 위치에 도달하는 시간을 결정하는 단계,
전기자가 다시 초기 위치에 도달하는 속도를 결정하는 단계, 및
감지된 시간과 감지된 속도를 기초로 포물선으로 표현되는 수학 방정식을 이용하여 전기자의 이동-시간 프로파일을 확인하는 단계를 포함하는,
코일을 가진 액추에이터의 전자기 구동 전기자의 이동-시간 프로파일을 확인하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 시간을 결정하는 단계는
전원이 끊긴 코일(deenergized coil)에 유도되는 특성 전압의 시간 프로파일을 감지하는 단계로서, 상기 유도되는 특성 전압이 코일에 대한 자석 전기자의 이동에 의해 적어도 부분적으로 생성되는, 감지 단계,
상기 코일에 유도되는 특성 전압의 감지된 시간 프로파일을 평가하는 단계로서, 상기 평가는 전원이 끊긴 코일에 유도되는 특성 전압의 감지된 시간 프로파일과 제어 장치에 저장된 특성 기준 전압 프로파일의 비교를 포함하는, 평가 단계, 및
평가된 시간 프로파일을 기초로 전기자가 다시 초기 위치에 도달하는 시간을 확인하는 단계를 포함하는,
코일을 가진 액추에이터의 전자기 구동 전기자의 이동-시간 프로파일을 확인하기 위한 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 속도를 결정하는 단계는
전기자가 다시 초기 위치에 도달하는 확인된 시간 직전에 전원이 끊긴 코일 내에 유도된 특성 전압의 감지된 시간 프로파일의 전압 준위를 감지하는 단계를 포함하는,
코일을 가진 액추에이터의 전자기 구동 전기자의 이동-시간 프로파일을 확인하기 위한 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
전기자가 다시 초기 위치에 도달하기 직전에서의 전기자의 속도의 변화를 결정하는 단계를 더 포함하며,
상기 전기자의 이동-시간 프로파일에 대한 결정이 또한 속도에서의 확인된 변화를 기초로 포물선을 표현하는 수학 방정식을 이용하여 수행되는,
코일을 가진 액추에이터의 전자기 구동 전기자의 이동-시간 프로파일을 확인하기 위한 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 속도의 변화를 결정하는 단계는
전기자가 다시 초기 위치에 도달하는 확인된 시간 직전에 전원이 끊긴 코일 내에 유도된 특성 전압의 감지된 시간 프로파일의 전압 준위의 변화를 감지하는 단계를 포함하는,
코일을 가진 액추에이터의 전자기 구동 전기자의 이동-시간 프로파일을 확인하기 위한 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 액추에이터가 내연 기관용 분사 밸브인,
코일을 가진 액추에이터의 전자기 구동 전기자의 이동-시간 프로파일을 확인하기 위한 방법.
코일 및 상기 코일에 대해 이동 가능하게 장착되는 전자기식으로 구동가능한 전기자를 가진, 액추에이터의 조절된 작동을 위한 방법으로서,
제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에서 청구된 코일을 가진 액추에이터의 전자기 구동 전기자의 이동-시간 프로파일을 확인하기 위한 방법에 의해 전자기 구동 전기자의 이동 프로파일을 확인하는 단계,
상기 코일에 추가 구동 신호를 인가하는 단계를 포함하며,
상기 추가 구동 신호는, 추가 구동 신호의 결과로서의 추가 이동 시컨스가 예정된 설정점 이동 프로파일에 적어도 근사하게 상응하는 방식으로, 상기 구동 신호에 응답하여 전기자의 확인된 이동-시간 프로파일에 따르는,
액추에이터의 조절된 작동을 위한 방법.
코일을 가진 액추에이터의 전자기 구동 전기자의 이동-시간 프로파일을 확인하기 위한 장치로서,
전기자가 초기 위치로부터 단지 부분 편향을 겪을 뿐 정지에 의해 한정되는 종료 위치에 도달하지 않고 그리고 전환 위치에 도달한 후에 다시 초기 위치에 도달하되, 적어도 전환 위치와 초기 위치 사이에서 상기 전기자의 편향이 포물선의 일 부분에 의해 적어도 근사하게 시간의 함수로 표현되도록, 치수화된 구동 신호를 상기 코일에 인가하기 위한 구동 유닛;
전기자가 다시 초기 위치에 도달하는 시간을 결정하고 그리고 전기자가 다시 초기 위치에 도달하는 속도를 결정하기 위한 유닛, 및
감지된 시간과 감지된 속도를 기초로 포물선을 표현하는 수학 방정식을 이용하여 전기자의 이동-시간 프로파일을 확인하기 위한 평가 장치를 포함하는,
코일을 가진 액추에이터의 전자기 구동 전기자의 이동-시간 프로파일을 확인하기 위한 장치.
코일을 가진 액츄에이터의 전자기 구동 전기자의 이동-시간 프로파일을 확인하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체로서,
프로세서에 의해 실행할 때, 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에서 청구된 코일을 가진 액추에이터의 전자기 구동 전기자의 이동-시간 프로파일을 확인하기 위한 방법을 제어하도록 설계된 컴퓨터 프로그램을 기록한,
컴퓨터로 읽을 수 있는 매체.