KR101212461B1 - 디젤 엔진의 예열 플러그 그룹의 동작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 개별의 공급 라인을 통해 직류 전원과 연결되며 적어도 시간 평균으로 동일한 온도에서 어느 경우에나 펄스 폭 변조 프로세스에 의해 제어되는 디젤 엔진의 예열 플러그 그룹을 제어하는 방법에 관한 것이다. 본 방법은 예열 플러그의 전기 저항을 연산하고, 엔진 동작 예열 플러그가 제어되는 상대적 펄스폭을 연산하기 위해 예열 플러그의 공급 라인의 저항을 감하거나, 엔진 동작 동안 각 예열 플러그에 대한 공급라인의 저항을 결정하는 단계로 이루어져, 각 예열 플러그를 개별적으로 제어하기 위해 개별의 상대적 펄스 폭을 연산하거나 또한 펄스폭 변조에 의해 예열 플러그에 주기로 공급되는 전기 에너지를 결정할 수가 있다.

예열 플러그, 펄스 폭 변조, 공급 라인, 디젤 엔진, 동작 온도에 영향을 미치는 변수

Description

디젤 엔진의 예열 플러그 그룹의 동작 방법{METHOD FOR OPERATING A GROUP OF GLOW PLUGS IN A DIESEL ENGINE}

본 발명은 청구항 1의 전제부에서 정의된 특징을 갖는 방법에 관한 것이다. 이런 종류의 방법은 DE-Z MTZ Motortechnische Zeitschrift 61, (2000) 10, pp.668-675에 공개된 "전자식으로 제어되는 디젤 엔진용 예열 시스템"으로 표제된 논문에서 공지되어 있다.

도 1은 공지의 방법을 실행하기 위한 예열 플러그 제어 유닛(1)의 블럭도를 나타낸다. 이 제어 유닛은 디지털-아날로그 변환기가 통합된 마이크로프로세서(2), 동일한 개수의 예열 플러그(4)를 온/오프 전환하기 위한 다수의 MOSFET 파워 반도체(3), 엔진 제어 유닛(6)과의 접속을 이루기 위한 전기 인터페이스(5) 및 마이크로프로세서(2)와 인터페이스(5)용 내부 전압원(7)을 포함한다. 내부 전원(7)은 차량의 "단자(15)"를 통해 차량 배터리와 접속된다.

마이크로프로세서(2)는 파워 반도체(3)를 제어하고, 이들의 상태 정보를 판독하고 전기 인터페이스(5)를 통해 엔진 제어 유닛(6)과 통신한다. 엔진 제어 유닛(6)과 마이크로프로세서(2) 간의 통신에 필요한 신호는 인터페이스(5)에 의해 조절된다. 전압원(7)은 마이크로프로세서(2)와 인터페이스(5)에 정전압을 제공한다.

예열 플러그는 적어도 엔진이 그 동작 온도에 이를 때, 통상 1000℃의 범위에서, 일정한 온도 (공칭 온도나 정지 상태 온도)를 유지한다. 정지 상태 온도를 유지하기 위해서, 현재의 예열 플러그는 차량의 전기 시스템에 의해 제공되는 전 전압을 요구하기보다는, 통상 5볼트 내지 6볼트의 전압을 요구한다. 파워 반도체(3)는 이를 위해서 펄스 폭 변조법으로 마이크로프로세서(2)에 의해 제어되고 그 결과 차량의 "단자(30)"를 통해 파워 반도체(3)에 제공되는, 차량 시스템에 의해 제공되는 전압이 변조되어 원하는 전압이 시간 평균으로 예열 플러그에 인가된다. 온보드 시스템의 전압 변화는 펄스 폭 변조 동안 온 타임을 변경시켜 정정될 수 있다.

엔진 실린더의 예열 플러그는 엔진 속도와 엔진 부하나 엔진 토크에 따라 다른 정도로 냉각된다. 예열 플러그 온도를 엔진의 동작 온도에서 일정하게 유지하기 위해서는, 예열 플러그에 인가되는 전력을 가변 조건에 따라 조정한다. 이는 엔진 제어 유닛으로부터 수신된 신호에 따라, 시간 평균으로 예열 플러그(4)에 인가되는, 모든 예열 플러그에 동일한 전압의 목표 값을 증가시키거나 저하시킴으로써 행해지게 된다.

예열 플러그 그룹이 하나의 동일한 직류 전원으로부터 공급받고, 동일한 펄스 폭에서 제어되지만, 예열 플러그는 원하는 온도 및 동일한 온도로 가열되지 않고, 대신에 다른 예열 플러그에 의해 도달되는 온도는 달라진다. 과하게 가열된 예열 플러그는 사용 수명이 단축된다. 이들의 미리 정해진 특정 목표 온도에 도달하지 않은 예열 플러그는 엔진의 점화 동작의 열화를 가져온다. 원치않는 사용 수 명의 단축은 예열 플러그를 낮은 평균 목표 온도로 제어하게 설정함으로써 피할 수 있다. 그러나 이것은 고온에서 통상 동작하는 예열 플러그를 예방차원으로 저온에서 동작하게 하는 것으로 효율성의 일부가 사용되지 않게 된다는 단점을 제공하게 된다. 부가하여, 예열 플러그에 의해 도달한 온도의 변화는 엔진의 점화 동작과 관련하여 바람직하지 않다는 단점도 남게 된다.

본 발명의 목적은 디젤 엔진의 점화 동작과 이에 이용되는 예열 플러그의 사용 수명을 개선하는 방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명은 청구항 1에 정의된 특징을 갖는 방법에 의해 이 목적을 성취한다. 동일한 발명적 사상에 근거한 다른 목적의 해결법은 청구항 5 및 10의 청구 요지이다. 또 다른 발명의 장점은 종속항의 청구 요지이다.

청구항 1에 정의된 발명에 따르면, 제조 오차는 있지만, 바람직하게 하나가 다른 것과 동일한 디젤 엔진의 예열 플러그 그룹은 개별의 공급 라인을 통해 직류 전원과 접속되며, 최소한 시간 평균으로 동일한 온도에서 예열 플러그를 동작하기 위해서 펄스 폭 변조 프로세스에 의해 제어된다. 이를 위해 예열 플러그의 가열 소자에 대한 공급 라인의 저항 없이 예열 플러그의 전기 저항은 엔진의 동작 동안 결정된다. 이렇게 얻은 값을 이용하여 예열 플러그가 동작하게 되는 상대적인 펄스 폭을 연산한다.

예열 플러그들은 한 그룹으로 균일하게 그리고 모두 함께 제어될 수 있다. 이것은 평균값이 개별의 공급 라인의 저항과 적게 차이가 나는 가열 소자로 통하는 공급 라인의 저항으로 정의될 수 있으므로 가열 소자의 가열이 정밀하게 제어될 수 있도록 하는 가열 소자의 저항의 참값의 적당한 근삿값이 공급 라인의 저항의 평균값을 이용하여 얻을 수 있게 되는 경우 특히 유용하다.

또한, 엔진의 예열 플러그 서브그룹을 균일하게 제어할 가능성이 있다. 그러나 바람직하게, 예열 플러그는 개별적으로 분리하여 제어되어야 하는데 왜냐하면 이 경우 다른 공급 라인의 저항의 영향과 또한 제어 유닛의 다른 전류 경로의 저항의 영향이 제어 유닛에서 개별적으로 고려되어야 하기 때문이다.

예열 플러그의 저항과 별개로, 다른 예열 플러그의 온도에 영향을 주는 데에 적합한 추가의 변수가 펄스 폭 변조에 의해 예열 플러그를 제어하고 이에 따라 개별의 예열 플러그를 제어하는 데에 있어 입력 변수로 이용된다. 펄스 폭 변조에 의한 제어를 위해 입력 변수로 바람직하게 이용될 수 있는 이런 추가의 변수 중 하나는 제조 관련 변화를 나타내는 예열 플러그의 가열 소자의 전기 저항이다. 바람직하게, 각 예열 플러그의 가열 소자의 전기 저항은 엔진의 동작시 결정되고 이 값으로 개별의 상대적 펄스 폭이 유도되고 다음에 이것은 엔진의 각 예열 플러그를 개별적으로 제어하는 데에 이용되게 된다.

이는 다음과 같은 상당한 장점을 제공한다:

? 예열 플러그의 전기 저항의 제조 관련 오차와 이에 대응하여 초래된 예열 플러그 온도의 변화는 균형 맞추어질 수 있다.

? 예열 플러그 온도의 변화가 감소되어, 높은 안정 상태 온도에 대한 제어가 설계될 수 있다. 이것은 특히 저온 운행 상태에서 디젤 엔진의 점화 동작을 개선하는 효과가 있다.

? 예열 플러그 온도의 변화는 본 발명을 적용하여 상당히 감소하므로, 예열 플러그의 사용 수명은 연장될 수 있다. 예열 플러그들의 개별 저항이 고려되므로, 저항이 공칭 저항과 상당히 다른 예열 플러그는 이 공칭 저항을 보이는 플러그보다 더 고온이 되지 않는다.

? 사용 수명이 향상됨에 따라, 대부분의 경우 예열 플러그의 전기 저항은 변경되며, 또한 종래 기술의 조건하에서 낮은 예열 플러그 온도의 원인이 되며 이는 결과적으로 점화 동작과 시동 동작의 열화를 가져온다. 그러나 본 발명에 따르면, 이러한 변화가 가열 온도에 미치는 영향은 개별 예열 플러그의 저항을 측정하고 개별의 저항 변화를 펄스 폭 변조 프로세스에서 고려함으로써 균형 맞추어진다. 예열 플러그의 저항의 변화는 펄스 폭 변조에 의한 예열 플러그의 제어를 위해 입력 변수로 이용되어, 변경된 예열 플러그 저항에 따라 상대적 펄스 폭을 연장하고 이에 의해 저항의 변화를 균형 맞추어 예열 플러그 온도의 감소를 초래하지 않도록 한다.

청구항 5에서 정의된 발명의 해결법에 따르면, 바람직하게, 제조 오차는 있지만 하나가 다른 하나와 동일하며 개별의 공급 라인을 통해 직류 전원과 접속된 디젤 엔진의 예열 플러그 그룹은 적어도 시간 평균으로 동일한 온도에서 예열 플러그를 동작시키기 위해서 펄스 폭 변조 프로세스에 의해 제어된다. 이를 위해 각 예열 플러그의 전기 저항이 결정된다. 이렇게 결정된 값을 이용하여 개별의 펄스 폭이 각 개별의 예열 플러그의 개별적 제어를 위해 연산되게 된다.

청구항 1에서 정의된 해결법과 같이, 청구항 5에 정의된 해결법은 예열 플러그의 가열 소자의 유효 저항을 더욱 효율적으로 고려하여 다음과 같은 동일한 장점을 성취하도록 한다:

? 예열 플러그의 전기 저항의 제조 관련 오차와 이에 대응하여 초래된 예열 플러그 온도의 변화는 균형 맞추어질 수 있다.

? 예열 플러그 온도의 변화가 감소되어, 높은 안정 상태 온도에 대한 제어가 설계될 수 있다. 이것은 특히 저온 운행 상태에서 디젤 엔진의 점화 동작을 개선하는 효과가 있다.

? 예열 플러그 온도의 변화는 본 발명을 적용하여 상당히 감소하므로, 예열 플러그의 사용 수명은 연장될 수 있다. 예열 플러그들의 개별 저항이 고려되므로, 저항이 공칭 저항과 상당히 다른 예열 플러그는 이 공칭 저항을 보이는 플러그보다 더 고온이 되지 않는다.

? 사용 수명이 향상됨에 따라, 대부분의 경우 예열 플러그의 전기 저항은 변경되며, 또한 종래 기술의 조건하에서 낮은 예열 플러그 온도의 원인이 되며 이는 결과적으로 점화 동작과 시동 동작의 열화를 가져온다. 그러나 본 발명에 따르면, 이러한 변화가 가열 온도에 미치는 영향은 개별 예열 플러그의 저항을 측정하고 개별의 저항 변화를 펄스 폭 변조 프로세스에서 고려함으로써 균형 맞추어진다. 예열 플러그의 저항의 변화는 펄스 폭 변조에 의한 예열 플러그의 제어를 위해 입력 변수로 이용되어, 변경된 예열 플러그 저항에 따라 상대적 펄스 폭을 연장하고 이에 의해 저항의 변화를 균형 맞추어 예열 플러그 온도의 감소를 초래하지 않도록 한다.

청구항 10에 정의된 본 발명의 해결법에 따르면, 바람직하게, 제조 오차는 있지만 하나가 다른 하나와 동일하며 개별의 공급 라인을 통해 직류 전원과 접속된 디젤 엔진의 예열 플러그 그룹은 적어도 시간 평균으로 동일한 온도에서 예열 플러그를 동작시키기 위해서 펄스 폭 변조 프로세스에 의해 제어된다.. 펄스 폭 변조 프로세스는 주기당 예열 플러그에 공급되게 되는 에너지를 결정한다. 동일한 유형의 모든 예열 플러그에 대해 대략 동일할 것으로 예상될 수 있는, 예열 플러그 및 특히 이들의 가열 소자의 임의의 열 용량과, 예열 플러그 구성 부품의 임의의 열 전도율로 인해, 주기당 미리 결정된 에너지 양을 공급하게 되면 바람직하게 예열 플러그의 가열 소자에서 미리 정해진 온도 상승이 결과된다.

미리 정해진 에너지 양을 공급하는 것은 간접적으로 예열 플러그와 이들의 공급 라인의 저항을 고려한다는 것을 의미하며, 이는 청구항 1 및 5에 기재된 해결법의 요지이다.

예열 플러그의 펄스 제어 동안의 주기 길이는 통상 10ms와 100ms 사이이며, 바람직하게는 30ms와 35ms 사이이다. 전압이 예열 플러그에 인가되는 동안 전압과 펄스 폭을 미리 설정함으로써, 이 기간 동안 예열 플러그에 미리 정한 전기 에너지 양을 공급할 수가 있다. 전류, 전압 및 가능한 다른 변수를 측정함으로써, 이 주기 동안 실제 인가되는 에너지를 결정하고 다음 주기들 중 하나에서 에너지 부족과 과잉을 균형맞출 수 있다. 바람직하게, 이것은 일 주기에서 인가되는 에너지의 부족이나 과잉을 다음 주기 동안 연산하고 이를 그 후 이어지는 다음 주기 동안 균형 맞춤으로써 행해진다. 이 프로세스는 이용되는 특정 예열 플러그 유형에 전형적인 전압과 상대적 펄스 폭을 미리 설정함으로써 제1 주기에서 시작될 수 있다.

예열 플러그에 공급되는 에너지의 측정치는 예열 플러그에 인가되는 전압의 제곱과 전압이 인가되는 시간 주기의 곱으로 결정된다. 그러나, 예열 플러그의 가열 소자에 최종적으로 공급되는 에너지에 영향을 주고 동작 온도에 영향을 주는 많은 변수가 있다. 따라서, 초기에 각 주기에서 예열 플러그의 가열 소자에 공급되게 되는 에너지 양이 미리 설정되고, 관심 주기 동안 전압이 예열 플러그에 인가되는 동안 초기 펄스 폭이 결정된다. 초기 펄스 폭은 예열 플러그의 기술 제이터와 직류 전원의 임의의 전압에 근거한다. 다음에 펄스 폭은 예열 플러그의 가열 소자의 동작 온도에 영향을 주는 하나 이상의 변수에 관련하여 조정된다. 이것은 동일한 엔진에 설비된 예열 플러그의 동작 온도의 변화를 확실히 줄여준다는 장점을 제공한다.

상대적 펄스 폭은 주기를 변경시키지 않으면서 절대적 펄스 폭을 변화시켜 변경된다. 시주기는 이 경우에 예열 플러그의 하나의 온 타임과 다음에 이어지는 오프 타임의 합을 설명하기 위한 것이다. 그러나, 절대적 펄스 폭을 일정하게 유지하고 대신에 오프 타임 및/또는 전체 주기를 변화시켜 상대적 펄스 폭을 변경시킬 수 있다.

직류 전원이 예열 플러그에 의해 불필요하게 로드되지 않는 것을 확실하게 하기 위해서, 예열 플러그는 시연속적으로 동작되며, 이는 예열 플러그의 온 타임이 서로 이어지도록 체계화되는 것을 의미한다. 예열 플러그 그룹의 펄스 폭의 합이 일 주기의 길이를 초과할 때, 과잉의 펄스 폭은 다음 이어지는 주기로 옮겨지게 되어 그 주기에서 다시 시작하는 예열 플러그의 온 타임과 겹치게 된다.

본 방법은 예열 플러그 그룹에 대해 균일하게 실행될 수 있다. 개별의 예열 플러그 간의 차이는 엔진의 동작 온도에서 엔진의 예열 플러그의 가열 소자에 의해 도달한 동작 온도가 동일하지 않고 변하게 되는 결과를 가져오는데, 이는 이 경우 무시된다. 예열 플러그의 가열 소자의 동작 온도 변화를 줄이기 위해서, 본 발명에 따른 방법은 각 예열 플러그에 대해 개별적으로 실행되는 것이 바람직하고, 예열 플러그에 미리 정해진 에너지 양을 적용하기 위한 펄스 폭이 각 예열 플러그에 대해 개별적으로 결정된다.

예열 플러그의 가열 소자의 동작 온도에 영향을 미치는 변수는 예열 플러그와 특히 그 가열 소자의 전기 저항을 포함한다. 전기 저항의 값은 상당히 변할 수 있다. 본 발명의 또 다른 장점에 따르면, 예열 플러그의 저항 및/또는 그 가열 소자의 저항은 각 예열 플러그에 대해 개별적으로 결정되고, 개별의 상대적 펄스 폭은 각 예열 플러그의 개별 동작을 위해 그 값으로부터 연산된다.

이는 또한 다음과 같은 장점을 제공한다:

? 예열 플러그의 전기 저항의 제조 관련 오차와 이에 대응하여 초래된 예열 플러그 온도의 변화는 균형 맞추어질 수 있다.

? 예열 플러그 온도의 변화가 감소되어, 높은 안정 상태 온도에 대한 제어가 설계될 수 있다. 이것은 특히 저온 운행 상태에서 디젤 엔진의 점화 동작을 개선하는 효과가 있다.

? 예열 플러그 온도의 변화는 본 발명을 적용하여 상당히 감소하므로, 예열 플러그의 사용 수명은 연장될 수 있다. 예열 플러그들의 개별 저항이 고려되므로, 저항이 공칭 저항과 상당히 다른 예열 플러그는 이 공칭 저항을 보이는 플러그보다 더 고온이 되지 않는다.

? 사용 수명이 향상됨에 따라, 대부분의 경우 예열 플러그의 전기 저항은 변경되며, 또한 종래 기술의 조건하에서 낮은 예열 플러그 온도의 원인이 되며 이는 결과적으로 점화 동작과 시동 동작의 열화를 가져온다. 그러나 본 발명에 따르면, 이러한 변화가 가열 온도에 미치는 영향은 개별 예열 플러그의 저항을 측정하고 개별의 저항 변화를 펄스 폭 변조 프로세스에서 고려함으로써 균형 맞추어진다. 예열 플러그의 저항의 변화는 펄스 폭 변조에 의한 예열 플러그의 제어를 위해 입력 변수로 이용되어, 변경된 예열 플러그 저항에 따라 상대적 펄스 폭을 연장하고 이에 의해 저항의 변화를 균형 맞추어 예열 플러그 온도의 감소를 초래하지 않도록 한다.

다음은 본 발명의 목적에 대한 세가지 해결법 모두에 적용된다.

여기에서 사용되는 용어 상대적 펄스 폭은 변조 주기의 길이에 관한 펄스 폭을 설명하고자 하는 것이다. 바람직하게, 주기는 일정하며 펄스 폭만이 변한다. 그러나, 펄스 폭을 일정하게 유지하고 대신에 주기를 변하게 할 수도 있다.

본 발명의 다른 장점은 예열 플러그의 저항과 달리 개별의 예열 플러그의 온도에 영향을 미치는 다른 변수들이 유사하게 펄스 폭 변조에 의한 예열 플러그의 동작과 이에 따라 개별의 예열 플러그의 동작을 위해 입력 변수로 이용될 수 있다는 사실에서 인지된다. 펄스 폭 변조로 제어되는 입력 변수로 이용될 수 있는 다른 변수 중 하나가 예열 플러그를 공급하는 직류 전원의 전압, 특히 디젤 엔진이 장착된 차량의 배터리의 전압이다. 이 전압은 전류 부하, 온도 및 배터리 나이에 응답하여 변할 수 있다. 이러한 변화는 시간의 함수로 발생하며 엔진의 예열 플러그마다 다를 수 있다.

펄스 폭 변조에 의한 동작을 위해 입력 변수로 바람직하게 이용될 수 있는 다른 변수로는 예열 플러그의 제어 유닛으로부터 각 예열 플러그와 그 가열 소자에 이르는 공급 라인의 저항이 있다. 공급 라인들이 길이가 다르다는 단순한 사실은 공급 라인 저항이 다르다는 것을 말한다. 공급 라인에서 직면하게 되는 특히 전기 플러그-인 커넥터의 접촉 저항이 부가되어야 한다. 대략, 이와 같이 가열 소자에서 끝나는 각 예열 플러그에서의 공급 라인의 저항이 공급 라인 저항에 부가된다.

예열 플로그 제어 유닛으로부터 예열 플러그의 가열 소자로의 공급 라인의 저항은 보통 10mΩ 내지 20mΩ의 범위에 있다. 이와 비교하여, 예열 플러그의 가열 소자의 저항은 보통 실온에서 400mΩ와 500mΩ 사이이다. 각 예열 플러그의 가열 소자로의 공급 라인의 저항은 바람직하게 제조 관련 오차를 무시하고 일정하다고 생각되며, 그 디자인 사양에 의해 디젤 엔진의 각 유형 시리즈에 대한 통상의 값으로 특징되는 공칭 값과 동일하다고 생각된다. 이는 각 예열 플러그를 통해 흐르는 전류를 측정하는 본 발명의 다른 장점을 가능하게 하며; 이와 함께 공급 라인에 의한 전압 강하는 공급 라인 저항의 공지된 공칭값을 고려하여 계산된다. 이렇 게 얻은 값을 이용하여 예열 플러그에서의 실재 전압 강하는 직류 전원의 공지 또는 현재 측정된 전압을 고려하여 연산된다. 그 결과는 펄스 폭 변조에 의한 제어를 위해 입력 변수로 이용된다. 이에 의해 예열 플러그의 가열 소자에서 강하된 유효 전압이 특정 전압 라인 저항과 상관 없이 최적화될 수 있으며, 개별의 공급 라인의 다른 저항 값이 가열 소자에서 강하된 유효 전압에 더 이상 또는 현저하게 영향을 미치지 않도록 정밀하게 조정될 수 있다.

개별의 예열 플러그에 할당된 예열 플러그 제어 유닛의 전류 경로마다 다를 수 있는 예열 플러그 제어 유닛에서 발생하는 고 전류 손실이 대응하여 균형 맞추어질 수 있다. 통상, 제어 유닛은 각 예열 플러그에 대한 전류의 게이트로서, 전환 가능한 파워 반도체, 특히 MOSFET를 포함하고, 이는 연산기 회로, 특히 마이크로프로세서나 마이크로컨트롤러에 의해 온 오프 전환된다. 바람직하게, 다른 예열 플러그에 제공된 제어 유닛의 전류 경로의 저항은 예열 플러그 온도에 영향을 미치는 부가의 변수로서 선택되며 시간 평균으로 예열 플러그에 인가되는 전압의 펄스 폭 변조에 의한 제어를 위해 입력 변수로 이용된다. 이 경우, 예열 플러그 제어 유닛으로부터 각 예열 플러그의 가열 소자로의 경로상의 공급 라인 저항을 고려하는 경우와 유사하게, 각 디자인 사양에 의해 미리 정해진 공칭 값을 제어 관련 오차는 무시하고, 예열 플러그 제어 유닛의 각 유형 시리즈에 대한 제어 유닛의 각 전류 경로의 저항으로 한다. 이 공칭 값은 통상 제어 유닛으로부터 예열 플러그로의 공급 라인의 저항의 공칭 값과 대략 동일하다. 제어 유닛의 전류 경로를 통한 손실을 고려하는 경우, 각 예열 플러그를 통해 흐르는 전류가 유사하게 측정되고, 이렇게 측정된 값을 이용하여 전류 경로에 의해 초래된 전압 강하가 각 전류 경로 상의 공지된 저항의 공칭 값, 바람직하게는 제어 유닛으로부터 예열 플러그의 가열 소자로의 관련 공급 라인의 공지된 저항의 공칭 값을 고려하여 연산된다. 다음에, 이렇게 연산된 결과가 직류 전원의 공지 전압이나 측정 전압을 고려하여, 예열 플러그나 그 가열 소자에서 각각 실재로 강하된 전압을 유도하는 데에 이용된다. 이렇게 얻은 값은 펄스 폭 변조 제어를 위해 입력 변수로 이용된다. 이런 식으로, 제어 유닛에서 고전류 손실이 예열 플러그 온도의 변동에 미치는 영향을 균형 맞출 수가 있다.

펄스 폭 변조법에 의해 예열 플러그나 그 가열 소자에서 각각 유효 전압 강하의 제어를 위해 입력 변수로 바람직하게 이용될 수 있는 변수 중 하나가 예열 플러그에 공급하는 직류 전원의 전압, 특히 디젤 엔진이 장착된 차량의 배터리 전압이다. 이 전압은 각 전하, 온도 및 배터리 나이에 따라 변할 수 있다. 이것은 시간에 좌우되며 엔진의 예열 플러그마다 다를 수 있다.

본 발명의 장점은 다른 예열 플러그 유형의 존재가 검출되며 특히 금속 예열 로드를 갖는 예열 플러그와 세라믹 예열 로드를 갖는 예열 플러그를 구분할 수 있다는 것이다. 다른 예열 플러그 유형은 다른 전기 저항 및/또는 다른 열 용량에 의해 다를 수 있다. 다른 저항은 전류와 전압을 측정하여 결정되는 반면, 다른 열 용량은 동일한 출력에 대한 다른 가열 속도로 검출될 수 있다. 다른 예열 플러그 유형이 검출될 수 있는 특성은 두 가지 상당한 장점을 제공한다: 반면에, 필요한 경우, 하나의 동일한 엔진에 다른 예열 플러그를 동시에 사용하는 가능성도 제공하 는데, 이는 예열 플러그 제어 유닛이 다른 예열 플러그를 동일한 안정 상태 온도로 할 수 있기 때문이다. 한편, 일정한 변수, 예를 들어, 섭씨 20도의 선택된 온도에서의 전기 저항 및/또는 여러 예열 플러그 유형의 특성을 저장함으로써, 제어 유닛은 설비된 특정 예열 플러그 유형에 자동적으로 적용될 수가 있다. 이 경우에 적합한 특성은 온도에 대한 전기 저항의 반응이다.

본 발명에 따라 선택될 수 있는 다른 변수로는, 펄스 폭 변조에 의해, 특히 각 예열 플러그의 온도를 공칭 값으로 조정할 목적으로, 시간 평균으로 예열 플러그에 인가되는 전압을 제어하기 위해 입력 변수로 이용될 수 있는 예열 플러그의 온도가 있다. 가열 소자의 저항이 공지되어 있을 때, 가열 소자의 현재 온도는 가열 소자의 저항에 대한 공지된 온도 의존성으로부터 유도된 다음에, 이 값을 제어 유닛에 의해 미리 설정된 공칭 값으로 조정하기 위해 예열 플러그 제어 유닛의 온도 제어기의 실재 값으로 이용될 수 있다.

펄스 폭 변조 프로세스에서 고려될 수 있는 다른 변수로는 각 예열 플러그의 노화 진행에 따른 열화이다. 대부분의 경우, 예열 플러그의 저항은 사용 기간이 진행함에 따라 변경되므로 종래의 방법으로 제어되는 오래된 예열 플러그의 동작 온도는 시간이 지남에 따라 감소하게 된다. 이것은 각 예열 플러그의 노화 진행에 따른 열화를 고려하여 본 발명에 따라 보상될 수 있다. 이를 위해, 예열 플러그의 설비 날자 이후 디젤 엔진이 행한 회전수가 시간 경과에 따른 열화의 측정치로서 이용된다. 이 회전수는 디젤 엔진의 엔진 제어 유닛에 의해 예열 플러그 제어 유닛에 공급되거나, 회전 카운터에 의해 공급되는 속도 신호로부터 예열 플러그 제어 유닛에서 직접 유도될 수 있다.

다르게, 공급된 전기 에너지의 합은 예열 플러그의 열화의 측정치로서 이용될 수 있다. 이것은 디젤 엔진의 회전수를 노화에 따른 열화의 측정치로 이용하는 경우보다 선호되는데, 왜냐하면 회전 카운터나 엔진 제어 유닛으로부터의 입력 신호를 공급할 필요 없이 예열 플러그 제어 유닛에서 구현될 수 있기 때문이다. 바람직하게, 예열 플러그의 가열 소자에서의 전압 강하의 제곱과 예열 플러그에 인가되는 지속 시간의 곱을 예열 플러그에 공급되는 에너지의 측정치로 한다. 이 곱은 펄스 폭 변조 프로세스의 모든 또는 선택된 주기 동안 결정되며, 예를 들어 카운터에서 합산된다. 그러나 전압의 제곱과 모든 주기 동안 인가되는 지속 시간의 곱을 결정하고 그 후에 이렇게 얻은 값을 합산할 필요는 없다. 이 프로세스는 예를 들어, 매 100번째나 1000번째로 제한될 수 있다. 그러나 바람직하게, 모든 주기가 고려되어야만 하는데, 이로 인해 예열 플러그 제어 유닛에서 적당한 소프트웨어에 의해 프로세스를 구현하고 이를 위해 개별의 프로세스 단계를 정의하는 소프트웨어가 마이크로프로세서나 마이크로컨트롤러의 메모리에 저장되는 것이 가능하기 때문에 추가 금액 없이 노화의 영향에 대한 더욱 신뢰되는 정보를 얻을 수 있기 때문이다.

노화가 서서히 진행되면, 노화 효과를 갱신하여 펄스 폭 변조 프로세스의 각 주기에서 펄스 폭 제어에 입력하는 것은 바람직하지 않다. 대신에, 예를 들어, 예열 플러그에 공급되는 에너지를 합산하기 위해 제공되는 카운터에서 카운팅 단계를 미리 정하고 카운팅 단계에 이를 때 마다 노화에 의해 진행되는 열화에 펄스 폭을 맞춤으로써, 단계들에서의 펄스 폭 제어의 목적으로 노화 효과를 조정하는 것이 바람직하다. 카운팅 단계들은 서로 동일하게 이격되어 있다. 노화가 공급되는 에너지의 합과 관련하여 비선형적으로 진행하면 증가하는 에너지 합에 대한 노화 효과의 비선형적 의존성에 따라 두 카운팅 단계 사이에서 합산되는 에너지 양을 가중한 다음에, 이렇게 가중된 양을 카운트하는 것이 바람직하게 된다. 다르게, 비균일한 간격으로 카운팅 단계들을 배열할 수도 있어, 대략 동일한 양의 열화와, 이에 대응하여 본 발명에 따른 펄스 폭 변조 프로세스에서의 펄스 폭의 조정은 한 단계와 다음 단계 사이에서 발생하게 되어, 인가된 에너지 양과 예열 플러그의 열화 간의 비선형적 관계를 고려하게 된다.

예열 플러그의 열화는 진행중인 열화에 응답하여 하나 이상의 한정된 온도에서 발생하는 통상의 예열 플러그의 가열 소자의 전기 저항을 정의하는, 하나의 특성 라인이나 특성 라인의 필드를 이용하여 펄스 폭의 제어시 고려될 수 있다. 각 특성으로부터 언제나 유도되는 각 예열 플러그의 전류 저항에 기초하여, 본 발명은 임의의 에너지 양이 주기당 예열 플러그에 공급되게 될 때 예열 플러그의 가열 소자에서 발생하는 유효 전압을 결정하고, 가열 소자에 인가되는 전압과 상대적 펄스 폭의 곱의 제곱을 측정치로 한다.

본 발명은 현재 측정에 기초하여 상대적 펄스 폭에 대한 정정을 진행하는 것을 가능하게 한다. 부가하여, 본 발명은 펄스 폭 변조로 결과된 예열 플러그의 온도에 영향을 미치는 변수의 점진적인 변화의 모델을 형성함으로써, 장차 필요하게 될 수 있는, 여러 예열 플러그의 동작에 이용되는 펄스 폭의 변형을 예상하는 것을 가능하게 한다. 이 모델에 기초하여, 과거에 결정된 각 변수의 하나 이상의 값으로부터 가까운 미래의 변수 값을 예상할 수 있으며, 이 변수의 예측 값을 시간 평균으로 각 예열 플러그에 인가된 전압의 펄스 폭 변조 제어를 위한 입력 변수로 이용할 수 있다. 바람직하게, 이 모델은 관심있는 변수의 전개와 관련하여 얻은 경험 값으로부터 구축되지만, 또한 예열 플러그의 동작과 관련한 이론적인 고찰로 유도될 수도 있다.

이러한 예측에는 특히 예열 플러그의 가열 소자의 저항의 전개가 적합하므로, 바람직하게 이 전개를 위한 모델이 형성되게 된다. 바람직하게, 모델은 예열 플러그의 노화 진행에 따른 열화의 함수로 하나 이상의 선택된 온도에 대한 예열 플러그의 저항 변화를 정의하며, 특성이나 특성 범위의 형태로 예열 플러그 제어 유닛에 저장될 수 있다. 이전에 언급한 바와 같이, 열화의 측정치는 예열 플러그의 설비 이후의 디젤 엔진의 회전수의 합, 또는 예열 플러그에 공급되는 전기 에너지의 합으로 선택될 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 예열 플러그의 에너지 제어 가열에 특히 적합하다. 이 경우, 펄스 폭 변조 프로세스는 각 주기에서 하나의 예열 플러그에 공급되는 전기 에너지를 정의하는 데에 이용된다. 본 발명에 따르면 주기당 각 예열 플러그에 공급되는 에너지값은 취득된 예열 플러그 온도에 중요한 하나 이상의 변수를 고려하여 조정되므로 하나의 엔진에 속하는 예열 플러그의 온도의 변화를 확실히 감소시킨다.

본 발명에 따르면 예열 플러그 온도에 영향을 미치는 특정 변수를 균형 맞추 어 예열 플러그 온도의 변화를 최소화할 수 있다. 따라서, 예열 플러그는 종래 기술 보다 더욱 정밀하게 제어될 수 있다. 이것은 예열 플러그의 사용 기간 및 연속적인 동작시 예열 플러그에 의해 도달되는 공칭 온도 둘 다를 증가시킨다. 예열 플러그의 조건을 모니터하기 위해서 예열 플러그의 가열 소자의 저항은 예열 플러그 제어 유닛에서 발생하는 공급 라인 손실과 내부 손실을 고려하는 경우 전류와 전압으로부터 더욱 정밀하게 결정될 수 있다. 이러한 손실은 종래 디자인의 예열 플러그 제어 유닛과 공급 라인으로부터 일반값으로 근사화될 수 있다. 펄스 폭 변조 프로세스의 이전 주기로부터의 경험 값은 상대적 펄스 폭을 최적화하기 위해 이후 주기에서 이용될 수 있다. 개별의 예열 플러그의 특정 열화의 영향을 균형 맞출 수 있다. 가열 소자의 저항의 이후의 변화는 모델에 근거하고/하거나 가열 소자의 저항의 노화에 따른 변화의 관찰로 미리 보상될 수 있다. 개별의 예열 플러그의 온도가 개별적으로 기록되고 상대적 펄스 폭의 정의시 고려되기 때문에, 다른 설비 조건 및/또는 디젤 엔진의 다른 실린더에서의 연소 프로세스 및/또는 전하 변경으로 결과되는 예열 플러그 온도에 대한 영향을 기록하고 균형 맞출 수 있다.

본 발명은 엔진이 저온 운행 상태에서 기동될 때 특별한 장점을 제공하는데 왜냐하면, 어떠한 위험도 없이 높은 예열 플러그의 온도에 도달할 수 있으며 오래된 예열 플러그의 저항의 노화 관련 변화가 각 예열 플러그에 대한 개별적인 상대적 펄스 폭의 연장에 의해 균형 맞추어질 수 있기 때문이다.

Claims (51)

1. 개별의 공급 라인을 통해 직류 전원과 연결되며 적어도 시간 평균으로 동일한 온도에서 펄스 폭 변조 프로세스에 의해 제어되게 되는 디젤 엔진의 예열 플러그 그룹을 제어하는 방법에 있어서:

   상기 예열 플러그의 전기 저항은 상기 예열 플러그의 가열 소자에 대한 상기 공급 라인의 저항을 빼고, 상기 엔진의 동작 동안 결정되고, 상기 예열 플러그가 동작하게 되는 상대적 펄스 폭은 이렇게 얻은 값으로부터 연산되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 예열 플러그 그룹의 동작 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 예열 플러그의 상기 가열 소자에 대한 상기 공급 라인의 저항은 제조 관련 오차를 무시하고 상기 디젤 엔진의 구조적 디자인의 통상의 값으로 정의된 공칭 값인 것으로 가정되고,

   상기 예열 플러그를 통해 흐르는 전류가 측정되며, 상기 공급 라인에 의한 전압 강하는 상기 공급 라인 저항의 상기 공칭 값을 이용하여 연산되며, 상기 예열 플러그에서의 실재 전압 강하는 이렇게 얻은 값으로부터 상기 직류 전원의 공지된 또는 측정된 전압을 이용하여 연산되며, 입력 변수는 펄스 폭 변조에 의해 시간 평균으로 상기 가열 소자에서 강하된 전압의 제어를 위해 연산되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 예열 플러그 그룹의 동작 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 예열 플러그로의 전류를 온/오프 전환하기 위해 전환 가능한 파워 반도체를 이용하는 제어 유닛이 이용되며, 상기 예열 플러그에 대해 상기 제어 유닛에 제공되는 전류 경로의 저항은 상기 예열 플러그의 상기 동작 온도에 영향을 미치는 변수로 선택되어, 상기 펄스폭 변조에 의한 제어를 위해 입력 변수로 이용되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 예열 플러그 그룹의 동작 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 예열 플러그 제어 유닛의 상기 예열 플러그에 할당된 전류 경로의 저항은 제조 관련 오차를 무시하고 상기 디젤 엔진의 구조적 디자인에 의해 예열 플러그 제어 유닛의 각 유형 시리즈에 대해 미리 지정된 공칭 값인 것으로 가정되고,

   상기 예열 플러그를 통해 흐르는 전류가 측정되고, 상기 전류 경로에 의한 전압 강하는 상기 전류 경로의 저항의 상기 공지된 공칭 값을 이용하여 연산되며, 상기 예열 플러그의 상기 가열 소자에서의 실재 전압 강하는 상기 직류 전원의 공지된 또는 측정된 전압을 이용하여 연산되고, 입력 변수는 펄스 폭 변조에 의해 시간 평균으로 상기 가열 소자에서 강하된 전압의 제어를 위해 연산되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 예열 플러그 그룹의 동작 방법.
5. 개별적인 공급 라인을 거쳐 직류 전원과 연결되고 적어도 시간 평균으로 동일한 온도에서 펄스 폭 변조 프로세스에 의해 동작하게 되는 디젤 엔진의 예열 플러그 그룹을 제어하는 방법에 있어서,

   각 예열 플러그의 가열 소자의 저항은 상기 엔진의 동작시 결정되고, 각 예열 플러그를 개별적으로 제어하는 데에 이용되는 개별의 상대적 펄스 폭은 이렇게 얻은 값으로부터 연산되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 예열 플러그 그룹의 동작 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 상대적 펄스 폭은 상기 예열 플러그의 상기 동작 온도에 영향을 미치는 하나 이상의 다른 변수를 고려하여 연산되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 예열 플러그 그룹의 동작 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 직류 전원의 전압은 상기 예열 플러그의 동작 온도에 영향을 미치는 변수로 선택되어 상기 펄스 폭 변조에 의한 제어를 위해 입력 변수로 이용되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 예열 플러그 그룹의 동작 방법.
8. 제6항에 있어서, 상기 각 예열 플러그의 가열 소자에 대한 공급 라인의 저항은 그 동작 온도에 영향을 미치는 변수로 선택되어 상기 펄스 폭 변조에 의한 제어를 위해 입력 변수로 이용되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 예열 플러그 그룹의 동작 방법.
9. 제6항에 있어서, 상기 예열 플러그로의 전류를 온/오프 전환하기 위해 전환 가능한 파워 반도체를 이용하는 제어 유닛이 이용되고, 상기 개별의 예열 플러그의 제어 유닛에 제공되는 상기 전류 경로의 저항은 상기 예열 플러그의 상기 동작 온도에 영향을 미치는 변수로 및 상기 펄스 폭 변조에 의한 제어를 위한 입력 변수로 이용되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 예열 플러그 그룹의 동작 방법.
10. 개별적인 공급 라인을 거쳐 직류 전원과 연결되고 적어도 시간 평균으로 동일한 온도에서 펄스 폭 변조 프로세스에 의해 제어되는 디젤 엔진의 예열 플러그 그룹을 제어하는 방법에 있어서, 주기 당 상기 예열 플러그에 공급되는 전기 에너지는 상기 펄스 폭 변조 프로세스에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 예열 플러그 그룹의 동작 방법.
11. 제10항에 있어서, 각 주기에서 상기 예열 플러그에 공급되는 미리 정해진 에너지 값은 상기 직류 전원의 전압이 각 주기에서 상기 예열 플러그에 인가되는 동안 상기 펄스 폭에 의해 결정되고, 상기 펄스 폭은 상기 예열 플러그의 상기 동작 온도에 영향을 미치는 하나 이상의 변수를 고려하여 조정되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 예열 플러그 그룹의 동작 방법.
12. 제10항에 있어서, 미리 정해진 전기 에너지 양은 상기 전압이 상기 예열 플러그에 인가되는 동안 전압과 상대적 펄스 폭을 미리 정하여 상기 펄스 폭 변조 프로세스의 각 주기에서 상기 예열 플러그에 공급되고, 상기 실재 공급된 에너지는 상기 전류, 전압 및 다른 가능한 변수를 측정하여 동일한 주기 동안 결정되고, 상기 예열 플러그에 인가되는 상기 미리 정해진 에너지와 비교하여, 상기 각 주기에서 인가된 에너지의 부족이나 과잉이 후속 주기에서 균형 맞추어지는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 예열 플러그 그룹의 동작 방법.
13. 제10항에 있어서, 상기 예열 플러그 내로 미리 정해진 에너지 양을 공급하기 위한 상기 펄스 폭은 각 예열 플러그에 대해 개별적으로 결정되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 예열 플러그 그룹의 동작 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 예열 플러그의 상기 동작 온도에 영향을 미치는 하나 이상의 다른 변수는 상기 상대적 펄스 폭이 연산될 때 고려되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 예열 플러그 그룹의 동작 방법.
15. 제13항에 있어서, 상기 직류 전원의 전압은 상기 예열 플러그의 상기 동작 온도에 영향을 미치는 변수로 선택되어 상기 펄스 폭 변조에 의한 제어를 위해 입력 변수로 이용되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 예열 플러그 그룹의 동작 방법.
16. 제10항에 있어서, 상기 예열 플러그 유형은 그 동작 온도에 영향을 미치는 변수로 선택되어 시간 평균으로 상기 가열 소자에서 강하된 전압의 펄스 폭 변조에 의한 제어를 위해 입력 변수로 이용되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 예열 플러그 그룹의 동작 방법.
17. 제10항에 있어서, 상기 예열 플러그의 온도는 그 동작 온도에 영향을 미치는 변수로 선택되어 시간 평균으로 상기 가열 소자에서 강하된 전압의 펄스 폭 변조에 의한 제어를 위해 입력 변수로 이용되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 예열 플러그 그룹의 동작 방법.
18. 제10항에 있어서, 상기 예열 플러그의 상기 동작 온도는 자동으로 목표값으로 조정되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 예열 플러그 그룹의 동작 방법.
19. 제18항에 있어서, 상기 예열 플러그의 상기 동작 온도는 상기 예열 플러그의 상기 가열 소자에서 강하된 상기 공지된 또는 측정된 전압 및 상기 예열 플러그의 상기 가열 소자의 저항에 대한 공지 온도의 의존성을 고려하여 상기 예열 플러그를 통해 흐르는 전류를 측정하여 결정되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 예열 플러그 그룹의 동작 방법.
20. 제10항에 있어서, 상기 각 예열 플러그의 열화는 상기 예열 플러그의 상기 동작 온도에 영향을 미치는 변수로 선택되어, 상기 펄스 폭 변조에 의한 제어를 위해 입력 변수로 이용되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 예열 플러그 그룹의 동작 방법.
21. 제20항에 있어서, 예열 플러그에 공급되는 전기 에너지의 합이 상기 예열 플러그의 열화에 대한 측정치로 선택되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 예열 플러그 그룹의 동작 방법.
22. 제21항에 있어서, 상기 예열 플러그의 상기 가열 소자에서의 전압 강하의 제곱과 상기 예열 플러그에 인가되는 지속 기간의 곱이 상기 예열 플러그에 공급되는 에너지의 측정치로 선택되어, 상기 펄스 폭 변조 프로세스의 선택된 주기 동안 결정되어 합산되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 예열 플러그 그룹의 동작 방법.
23. 제20항에 있어서, 상기 예열 플러그의 열화는 단계들에서만 상기 펄스 폭 변조에 의한 제어를 위한 입력 변수로 간주되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 예열 플러그 그룹의 동작 방법.
24. 제10항에 있어서, 상기 개별의 예열 플러그의 펄스 폭은 각 주기에서 시간이 서로 이어지도록 배열되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 예열 플러그 그룹의 동작 방법.
25. 제24항에 있어서, 상기 예열 플러그 그룹에 대한 상기 펄스 폭의 합은 상기 선택된 주기의 폭 보다 더 크고, 상기 과잉 펄스 폭은 그 주기에서 새로 시작하는 예열 플러그 그룹의 일련의 펄스 폭을 시간상 중첩하는 다음 주기로 전달되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 예열 플러그 그룹의 동작 방법.
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