KR102128186B1 - 압전-작동기를 센서로서 작동시키기 위한 방법 및 자동차 - Google Patents

압전-작동기를 센서로서 작동시키기 위한 방법 및 자동차 Download PDF

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Abstract

압전-작동기와 서보 밸브 간의 공기 갭이 압전-작동기를 부분적으로 충전함으로써 제거되는, 압전-작동된 분사기에서 압전-작동기를 센서로서 작동시키기 위한 방법이 설명된다. 측정 펄스는 측정될 유효 신호가 예상되는 위치에서 생산된다. 그 후, 측정 펄스에 대응하는 기준 펄스는 동일한 사이클에서 생산된다. 측정 펄스 동안 측정된 작동기 전압으로부터 기준 펄스 동안 측정된 작동기 전압을 공제함으로써, 센서로서 작동하는 압전-작동기에 의한 힘을 측정하기 위한 유효 신호로서 사용되는 전압 신호 차가 획득된다. 이러한 방법을 수행하도록 설계되는 제어 장치를 가진 자동차가 또한 명시된다.

Description

압전-작동기를 센서로서 작동시키기 위한 방법 및 자동차
본 발명은 압전-작동기를 부분적으로 충전함으로써 압전-작동기와 서보 밸브 간의 공기 갭이 제거되는, 압전-작동된 분사기, 특히 디젤-커먼 레일식 분사기(diesel-common-rail injector)에서 압전-작동기를 센서로서 작동시키기 위한 방법에 관한 것이다.
표준 분사기, 특히 디젤-커먼 레일식 분사기는 노즐 니들을 (서보 작동 하에서) 직접적으로 또는 간접적으로 활성화시키는 작동기를 갖는다. 작동기로서 압전-구성요소의 사용은 여기서 이 압전-구성요소가 또한 예를 들어, 노즐 니들의 폐쇄 시간과 같은, 특유의 이벤트를 검출하도록 센서로서 사용될 수 있다는 이점을 갖는다. 이 정보는 분사기를 제어하도록 그리고 이 방식으로 분사의 정확도를 개선하도록 사용될 수 있다.
압전-서보 분사기에서, 압전-작동기는 역 압전 효과에 의해 서보 밸브를 개봉하도록 사용되고, 이는 결국 대응하는 유압식 연결을 통해, 노즐 니들의 개방 그리고 따라서 연료의 분사를 초래한다. 압전-구성요소가 작동기로서 사용되지 않는다면, 압전-구성요소를 힘 센서로서 직접적인 압전 효과에 의해 사용하는 것이 가능하다. 구체적으로, 이 맥락에서 서보 밸브 상에 작용하는 힘을 검출하는 것이 가능하고, 이 힘은 압전-작동기가 서보 밸브와 접촉할 때 서보 밸브 아래에 배열되는 연료 챔버의 연료 압력으로부터 비롯된다.
그러나, 충전되지 않은 상태에서, 압전-작동기는 반드시 서보 밸브와 접촉할 필요가 없다. 이 맥락에서, 압전-작동기와 서보 밸브 간에 공기 갭이 있다. 힘의 측정을 수행하기 위해서, 압전-작동기는 서보 밸브와 접촉되도록, 여기서 특정한 정도로 충전되어야 한다. 따라서 압전-작동기가 센서로서 작용할 수 있도록, 압전-작동기의 활성 충전은 필수적이다. 그러나, 그 결과, 부가적인 전압 발진이 작동기에서 초래되고, 이 전압 발진은 힘의 측정 동안 센서의 신호-대-잡음비를 감소시킨다. 이 전압 발진의 진폭은 다수의 요인, 예를 들어, 압전-구동기의 제작 허용 오차, 압전-작동기의 충전량 또는 압전-작동기의 온도에 의존한다. 어쨌든, 이 발진의 진폭, 주파수 및 위상은 겨우 어렵게 예측될 수 있고 그리고 분사기로부터 분사기로 그리고 작동 지점으로부터 작동 지점으로 가변될 수 있다.
유효 신호에 존재하는 주파수로부터 멀리 떨어진 특정한 주파수의 잡음 성분은 신호 처리 기법에 의해 효과적으로 제거될 수 있다. 그러나, 상당한 잡음 성분이 이 잡음 성분이 예를 들어, 필터링에 의해 제거될 수 없는, 주파수 범위 내에 존재한다면, 낮은 신호-대-잡음비가 용인되어야 하고, 결국 수행되는 측정의 더 낮은 레벨의 정확도를 발생시킨다.
실제로, 과도하게 낮은 신호-대-잡음비를 가진 분사기는 분사기를 위한 생산 라인의 끝에서 제거 및 폐기되어야 한다. 게다가, 사용 기간 동안 과도하게 낮은 신호-대-잡음비를 발생시키는 분사기의 이 압전-구성요소는 센서로서 작용하는 능력을 손실한다. 이것은 각각의 자동차의 대응하는 제어 장치에 의해 검출되고, 이 제어 장치는 대응하는 온-보드 진단(on-board diagnostics)을 통해, 이 분사기가 교체되어야 한다는 것을 나타낸다.
본 발명은, 센서로서 작동하는 압전-작동기에 의해 측정된 신호의 잡음 성분이 상당히 감소될 수 있다는, 처음에 설명된 유형의 방법을 가능하게 만드는 목적에 기초한다.
상기 목적은 다음의 단계를 포함하는 명시된 유형의 방법에 의해 본 발명에 따라 달성된다:
측정될 유효 신호가 예상되는 위치에서 측정 펄스를 생산하는 단계;
이어서, 측정 펄스에 대응하는 기준 펄스를, 동일한 사이클에서 생산하는 단계;
측정 펄스 동안 측정된 작동기 전압으로부터 기준 펄스 동안 측정된 작동기 전압을 공제하는 단계; 및
센서로서 작동하는 압전-작동기에 의한 힘의 측정을 위한 유효 신호로서 전압 신호 차를 사용하는 단계.
따라서 본 발명에 따르면, 센서에 의해 수행된 힘의 측정으로부터 발생한 유효 신호는 압전-작동기의 부분적인 충전에 의해 생산되는 잡음 성분으로부터 분리된다. 부분적인 충전에 의해 생산된 발진의 진폭, 주파수 및 위상이 겨우 어렵게 예측될 수 있고 그리고 분사기로부터 분사기로 그리고 작동 지점으로부터 작동 지점으로 가변될 수 있기 때문에, 정적 보정은 수행될 수 없다. 대신에, 보정은 각각의 분사기에 대해 개별적으로 수행되어야 한다.
본 발명에 따라 생산된 측정 펄스는 유효 신호가 예상되는 위치에서 생산된다. 예를 들어, 이 맥락에서, 주요 분사 뒤에는, 예를 들어, 주요 분사 동안 노즐 니들의 폐쇄를 검출하도록, 분사 자체에 영향을 미치지 않기보다는 오히려 압전-전압을 측정하는 목적으로 측정 펄스가 바로 이어진다.
본 발명에 따르면, 측정 펄스의 생산 후에, 측정 펄스에 대응하는 기준 펄스가 생성된다. 측정 동안 압전-작동기 상에 작용하는 힘이 안정된 채로 남아 있다면, 즉, 예를 들어, 서보 밸브 아래의 연료 챔버의 연료 압력이 변화되지 않고 그리고 레일 압력 레벨에 있다면, 서보 밸브가 이미 얼마 전에 폐쇄되었기 때문에, 측정 펄스와 동일한 펄스가 두 번째로, 구체적으로 동일한 사이클에서 나중에 생성될 수 있다는 사실이 여기서 사용된다. 이 제2 펄스(기준 펄스)에서 측정된 작동기 전압은 압전-작동기의 부분적인 충전에 의해 유발되는 잡음 성분으로만 이루어진다. 이 기준 펄스의 작동 매개변수는 작동 매개변수가 측정 펄스의 작동 매개변수, 즉, 충전 전류, 충전 시간 및 충전과 방전 간의 시간에 대응하도록 여기서 선택된다.
측정 펄스의 전압 신호로부터 기준 펄스 동안 기록된 전압 신호를 공제함으로써 압전-작동기의 충전에 의해 생산된 잡음 진폭을 상당히 감소시키는 것이 가능하고, 유효 신호가 측정 펄스에만 존재하기 때문에, 유효 신호는 크게 영향을 받지 않는다.
그 후, 결정된 전압 차는 센서로서 작동하는 압전-작동기에 의한 힘의 측정을 위한 유효 신호로서 사용된다.
따라서 본 발명에 따른 방법은 센서로서 작동하는 압전-작동기의 능력을 개선하는 것을 가능하게 만든다. 압전-작동기의 필요한 부분적인 충전에 의해 생산된 잡음 성분에 의해 유발되는, 대응하는 제약은 적어도 부분적으로 제거된다. 본 발명에 따른 방법은 잡음 성분이 특정한 기준 펄스에서 독자적인 방식으로 측정되고 그리고 이 결과가 유효 신호와 잡음 성분의 중첩으로 이루어지는 측정으로부터 공제된다는 점에서 이러한 시스템의 신호-대-잡음비를 상당히 감소시킨다. 본 발명에 따른 방법에 대해, 압전-작동기의 부분적인 충전에 의해 유발되는 잡음 발진에 대한 민감도와 관계없이, 분사기, 특히 디젤 서보 분사기의 압전-작동기를 센서로서 사용하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 방법은 일련의 이점을 갖는다. 한편으로는, 낮은 신호-대-잡음비를 가진 분사기가 폐기되지 않아도 되기 때문에, 분사기의 제작 동안 폐기율을 감소시키는 것이 가능하다. 다른 한편으로는, 사용 기간 동안 과도하게 낮은 신호-대-잡음비를 발생시키는 분사기의 압전-구성요소는 센서로서 작용하는 능력을 손실하지 않는다.
일반적으로, 충전에 의해 유발된 잡음 성분의 댐핑에 의해 초래되는 신호-대-잡음비의 증가가 분사기의 특정한 특성의 더 정확한 검출을 발생시킨다는 이점이 모든 분사기에서 획득된다.
본 발명에 따른 방법에서, 측정 펄스는 바람직하게는 연료 챔버 내의 압력 또는 압력의 변화의 결과로서 서보 밸브 상에 작용하는 힘 또는 힘의 변화를 나타내는 유효 신호를 생산하도록 생성된다. 따라서 대응하는 힘 또는 힘의 변화는 잡음 성분이 생성된 신호로부터 제거되기 때문에, 측정된 작동기 전압 또는 작동기 전압의 측정된 변화에 의해 상당히 더 정확하게 측정될 수 있다.
본 발명에 따르면, 수행되는 신호 보정(잡음 성분의 공제)은 바람직하게는 각각의 작동 지점에 대해 동적으로 조정된다.
특히, 본 발명에 따른 방법은 주요 분사 동안 노즐 니들의 폐쇄를 검출하도록 사용된다. 따라서 대응하는 측정 펄스는 이 이벤트를 분사기의 특정한 이벤트로서 검출하도록 생성된다.
본 발명에 따른 방법에서, 디지털 신호 처리는 바람직하게는 수행되는 측정 후에 수행된다.
본 발명은 또한 위에서 설명된 방법을 수행하도록 설계되는 제어 장치를 가진 자동차에 관한 것이다.
본 발명은 도면과 관련된 예시적인 실시형태를 참조하여 아래에 상세히 설명된다.
도 1은 측정 펄스와 기준 펄스를 가진 전형적인 분사 패턴을 위한 시간의 함수로서 압전-전압의 도면;
도 2는 측정 펄스의 위치의 변동에 따른 도 1에 대응하는 도면;
도 3은 높은 신호-대-잡음비를 가진 분사기의 측정 펄스의 처리된 신호를 나타내는, 시간의 함수로서 신호 진폭의 도면이고, 상이한 곡선은 측정 펄스의 상이한 위치에 대응한다;
도 4a는 비교적 낮은 신호-대-잡음비를 가진 분사기의 측정 펄스의 처리된 신호를 도시하는 도 3에 대응하는 도면이고, 상이한 곡선은 측정 펄스의 상이한 위치를 나타낸다;
도 4b는 기준 펄스의 처리된 신호를 도시하는 도 4a에 대응하는 도면; 및
도 4c는 측정 펄스와 기준 펄스 간의 차의 처리된 신호를 도시하는 도 4a 및 도 4b에 대응하는 도면.
도 1은 측정 펄스와 기준 펄스를 가진 전형적인 분사 패턴의 도면을 도시한다. 이 맥락에서, 제1 사전-분사, 제2 사전-분사 및 주요 분사가 추정된다. 측정 펄스는 측정될 유효 신호가 예상되는 위치에서 생산된다. 그리고 나서, 측정 펄스에 대응하는 기준 펄스가 생산된다.
도 2는 대응하는 도면에서, 측정 펄스의 위치의 변동을 도시한다.
도 3은 높은 신호-대-잡음비를 가진 분사기의 측정 펄스의 처리된 신호를 도시한다. 상이한 곡선은 측정 펄스의 상이한 위치와 관련된다(이 점에 있어서, 또한 도 2 참조).
이것은 분사기의 신호가 압전-작동기의 충전에 기인하여 아주 적은 잡음만을 갖는 분사기이다. 이것은 최대(니들의 폐쇄)의 진폭이 측정 펄스의 상대적인 위치가 변화될 때(충전에 의해 유발된 잡음 성분과 니들의 폐쇄 간의 위상 관계의 변화) 크게 변화되지 않는다는 사실로부터 식별될 수 있다.
다른 한편으로는, 도 4a는 (신호의 처리 후에도) 상당한 잡음 성분을 가진 분사기를 위한 대응하는 곡선을 도시하고, 이 잡음 성분은 니들의 폐쇄의 유효 신호와 중첩된다. 이것은 곡선의 절대 최대값의 변화되는 진폭으로부터 분명해진다. 도 4a에 도시된 곡선에서, 대응하는 잡음 스펙트럼의 본질적으로 하나의 기간은 교차된다(기간 길이 ~ 150㎲ → 잡음 주파수 ~ 6.7㎑).
도 4b는 도 4a에서 생성된 실시예에 대한 기준 펄스의 처리된 신호를 도시한다.
도 3 및 도 4a 내지 도 4c에서, 시간 축의 영점은 측정 펄스 또는 기준 펄스의 충전 과정의 종료 시간을 나타낸다.
니들의 폐쇄에 대응하는, 도시된 곡선의 최대값은 측정 펄스의 위치가 이동되기 때문에 이동되지만, 니들의 폐쇄의 위치는 동일하게 남아 있다.
여기서 논의되는 방법에서, 기준 펄스 동안 측정된 작동기 전압은 측정 펄스 동안 측정된 작동기 전압으로부터 공제되고 그리고 획득되는 전압 차는 센서를 작동하는 압전-작동기에 의한 힘의 측정을 위한 유효 신호로서 사용된다. 대응하는 신호 차는 도 4c에 나타난다. 도면은 니들 폐쇄 신호의 신호 진폭의 훨씬 더 낮은 변동을 도시한다. 대응하는 신호-대-잡음비는 도 3에 예시된 바와 같이, 본질적으로 잡음 성분을 갖지 않는 분사기의 신호-대-잡음비와 필적한다.

Claims (6)

  1. 압전-작동기를 부분적으로 충전함으로써 상기 압전-작동기와 서보 밸브 간의 공기 갭이 제거되는, 압전-작동된 분사기에서 상기 압전-작동기를 센서로서 작동시키기 위한 방법으로서,
    측정될 유효 신호가 예상되는 위치에서 측정 펄스를 생산하는 단계;
    이어서, 상기 측정 펄스에 대응하는 기준 펄스를, 동일한 사이클에서 생산하는 단계;
    상기 측정 펄스 동안 측정된 작동기 전압으로부터 상기 기준 펄스 동안 측정된 작동기 전압을 공제하는 단계; 및
    센서로서 작동하는 상기 압전-작동기에 의한 힘의 측정을 위한 유효 신호로서 전압 신호 차를 사용하는 단계를 포함하는, 압전-작동기를 센서로서 작동시키기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 측정 펄스는 연료 챔버 내의 압력 또는 상기 압력의 변화의 결과로서 상기 서보 밸브 상에 작용하는 상기 힘 또는 상기 힘의 변화를 나타내는 유효 신호를 생산하도록 생성되는 것을 특징으로 하는 압전-작동기를 센서로서 작동시키기 위한 방법.
  3. 제1항에 있어서, 수행되는 신호 보정은 각각의 작동 지점에 대해 동적으로 조정되는 것을 특징으로 하는 압전-작동기를 센서로서 작동시키기 위한 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 측정 펄스는 주요 분사 동안 노즐 니들의 폐쇄를 검출하도록 생성되는 것을 특징으로 하는 압전-작동기를 센서로서 작동시키기 위한 방법.
  5. 제1항에 있어서, 디지털 신호 처리는 상기 힘의 측정 후에 수행되는 것을 특징으로 하는 압전-작동기를 센서로서 작동시키기 위한 방법.
  6. 자동차로서, 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 방법에 따라 구동되는 제어 장치를 갖는, 자동차.
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