KR100504977B1 - 엔진 워엄업 오프셋 - Google Patents

Abstract

내연기관을 그 워엄업 기간 중에 제어하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은, 엔진의 하나 이상의 작동 파라미터를 엔진의 워엄업 기간의 시작후에 엔진에 공급되는 에너지의 계량치 함수로서 제어하는 단계를 포함하므로써, 워엄업 기간 중에 향상된 연소 안정성을 제공하고 있다. 통상적으로 엔진에 공급된 에너지의 계량치는 워엄업 기간 중에 엔진에 공급된 연료량에 기초한다.

Description

엔진 워엄업 오프셋{Engine warm-up offsets}

본 발명은 일반적으로 내연기관 제어 방법에 관한 것으로, 특히 이러한 기관을 그 워엄업(warm-up) 기간 중에 제어하는 것에 관한 것이다.

내연기관은 통상 특히 엔진이 매우 낮은 온도에 있는 동안에 엔진의 콜드 스타트에 이어지는 그 워엄업 기간 중에 상대적으로 연소 안정성이 떨어지는 경향이 있다. 연소 안정성은 일반적으로, 엔진이 그 정상 작동 온도를 향해 워엄업 됨에 따라 향상된다. 전자제어 유닛(ECU)의 제어하에 엔진 조종 시스템에 의해 제어되는 엔진의 경우에 워엄업 기간은 소정의 엔진 작동 온도에 도달할 때까지의 엔진의 초기 작동으로서 정의된다.

엔진 내부에서의 연소 안정성은 변동계수(COV:Coefficient Of Variance) 값으로 표시될 수 있다. 이 COV 값은 엔진의 각 실린더내에서의 전체 도시 토크(gross indicated torque)의 변화 정도를 나타낸다. 이 전체 도시 토크는 각 실린더 내의 피크 압력과 직접 관련이 있으며, 그래프에서는 실린더 압력 선도(trace) 아래의 영역으로 표시된다. 전체 도시 토크의 변화는 일반적으로 각 실린더 내의 불안정한 연소의 결과로서 상승되고, 그로 인해 COV값은 필연적으로 엔진이 얼마나 안정하게 작동되는지를 나타내준다. 통상적으로, COV값의 감소는 엔진의 연소 안정성이 향상됨을 나타낸다.

통상보다 농후한 공기/연료 혼합물을 사용하여 엔진을 작동시키므로써 엔진 워엄업 기간중의 연소 안정성을 향상시키거나 이 워엄업 기간중의 점화 시간을 앞당겨서 연소 안정성을 향상시키는 것이 특히 4사이클 엔진에서는 공지의 방식이었다. 이들 작동 파라미터는 일반적으로 워엄업 기간중의 엔진 냉각수 온도의 함수로서 수동 또는 자동으로 제어되어 왔다. 그러나, 본 출원인이 그 직접 분사식 엔진에 대해 테스트한 결과에 의하면 특정 형태의 엔진에 있어서 냉각수 온도와 연소 안정성 정도 사이에는 직접적인 관계가 없는 것으로 나타났다. 예를 들어, 스타트-업(시동)시에 냉각수 온도가 섭씨 20도인 엔진을, 보다 낮은 냉각수 온도 상태로 스타트되어 냉각수 온도가 섭씨 20도로 되도록 일정 기간 작동된 엔진과 비교해보면, 각각의 상황에서의 COV 값은 냉각수 온도가 동일하더라도 상당히 상이하게 될 수 있음이 드러났다.

특정 엔진에 대해 본 출원인이 행한 테스트에 의하면 엔진의 COV 값은 통상적으로 엔진의 콜드 스타트 이후 적어도 일정한 값에 도달하기 까지의 워엄업 기간 중에 점진적으로 감소하는 것으로 나타났다. 이러한 일정 상태 또는 정상 상태(constant or steady state)의 COV값은 일반적으로 엔진이 정상 작동 온도로 작동할 때의 엔진의 COV값과 동일하다(즉, 엔진은 효과적으로 워엄업되고 만족할만한 레벨의 연소 안정성이 달성되었다).

워엄업 기간 중에, 엔진의 각 실린더 내에서의 평균 실린더 가스 온도(ACGT : Average Cylinder Gas Temperature) 및 엔진 냉각수의 온도는 점진적으로 증가한다. 냉각수 온도는 통상 연소실 챔버 및 실린더 벽으로부터 엔진의 냉각수 통로쪽으로 열형태의 에너지 전달 결과로서 상승된다. 스타트업 이후 일정기간후의 정상상태 주행 조건에서는 ACGT 와 냉각수 온도 사이의 온도 차이가 적어도 실질적으로 일정해지는 것으로 알려졌다. 이는 연소 및 냉각수 온도가 계속해서 증가하더라도 발생할 수 있다. 이 온도 차이가 상기 실질적으로 일정한 값에 처음으로 도달하는 시점은 일반적으로 COV 값이 그 낮은 정상상태값에 도달하는 시점과 일치한다.

따라서, 특정 엔진 작동 파라미터는, 정상상태 작동 조건하에서의 연소 온도와 냉각수 온도 사이의 온도 차이가 전술한 일정값을 얻도록 ACGT가 증가하는 식으로 워엄업 기간 도중에 수정되는 것이 바람직하다. 이는 통상적으로 COV값이 정상 주행 조건하에서 낮은 정상상태 값이 되도록 유도하며, 이는 결과적으로 워엄업 기간 중에 수용 가능한 연소 안정성이 효과적으로 달성되게 한다. 이러한 일정한 COV값은 어떠한 작동 조건에서도 달성될 수 있다.

전술한 바에 덧붙여, 본 출원인은 주어진 냉각수 온도로부터 시동된 특정 엔진 구조에 있어서, 만족할만한 연소 안정성을 달성하기 위한 시간이 엔진 작동 조건에 따라서 그리고 엔진이 스타트업 이후 어떻게 주행하는지에 따라서 달라지지만, 이러한 만족할만한 연소 안정성을 얻기 위해서는 실질적으로 동일한 레벨의 에너지가 항상 엔진에 투입되는 것에 주목하였다. 이 에너지는 워엄업 기간중의 엔진의 각 연소실 내의 연료의 연소에 의해 엔진 내부로 배치되며 따라서 스타트업 이후 엔진으로 공급된 연료량은 스타트업 이후 엔진에 공급된 에너지의 양과 상호 관련이 있다. 즉, 특정 형상의 엔진에 있어서, 상기 온도차 및 COV값이 일정한 값에 도달하는 시점 또한 엔진으로 공급되는 연료의 특정 양과 상호 관련이 있다.

따라서 시동 이후 엔진에 공급되는 연료량과 엔진의 연소 안정성 정도 사이에는 상호 관련이 있다. 반복하자면, 전술한 낮은 정상상태 COV 값에 도달하는데 요구되는 스타트업 이후 엔진에 공급되는 연료(이하 "축적된 연료"라 함)의 전체 양은, 스타트업시의 엔진이 동일한 초기 냉각수 온도를 갖는다고 가정하면, 상기 시점에 도달하는데 얼마나 소요되는지에 관계없이 실질적으로 동일하다. 따라서 스타트업 이후 동일한 전체 연료량이 사용되는 한, 상기 시점에 도달하기까지 엔진이 고속으로 작동하는지 아니면 아이들링 상태로 남아있는지는 만족할만한 안정성의 확보와 무관하다.

따라서, 워엄업 기간중의 각각의 엔진 작동 파라미터에 대한 오프셋 또는 수정의 정도는 스타트업 이후 축적된 연료에 기초할 수 있다. 즉, 이러한 오프셋은 스타트업 이후 얼마나 많은 양의 연료가 엔진에 공급되었는지에 기초하여 설정될 수 있다.

도면에서, 도 1 은 엔진의 전체 도시 토크의 COV 와 엔진 냉각수와 평균 실린더 가스 온도 사이의 온도 차이에서의 상관관계를 도시하는 그래프이다.

도 2a 내지 도 2d 는 워엄업 기간 중에 엔진에 공급되는 전체 축적된 연료의 퍼센티지의 함수로서 엔진의 상이한 작동 파라미터에 대한 스케일링 팩터를 도시하는 그래프이다.

도 3 은 점화 시간을 제어하는데 사용되는 본 발명에 따른 워엄업 전략을 도시하는 플로우차트이다.

이와 달리, 워엄업 기간 중에 엔진에 공급되는 에너지의 양을 평가하기 위한 다른 수단이 사용될 수도 있다. 예를 들어, 엔진에 공급되는 에너지는 워엄업 기간 중에 각각의 연소 결과의 축적된 부하(load) 레벨에 의해 평가될 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 엔진에 대한 워엄업 기간 중에 낮은 COV 값으로 작동하는 것이며, 이는 워엄업 기간 중에 엔진에 공급되는 특정양의 에너지에 기초하여 작동 파라미터 오프셋을 제공하므로써 달성된다.

본 발명의 다른 목적은 엔진에 대한 워엄업 기간 중에 낮은 COV값으로 작동하는 것이며, 이는 워엄업 기간 중에 엔진에 공급되는 연료량에 기초하여 작동 파라미터 오프셋을 제공하므로써 달성된다.

이것을 고려하여 본 발명은 그 워엄업 기간 중에 내연기관을 제어하는 방법으로서, 워엄업 기간 중에 엔진에 공급되는 에너지의 계량치 함수로서 엔진의 적어도 하나의 작동 파라미터를 제어하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다. 통상, 엔진의 적어도 하나의 작동 파라미터는 엔진의 워엄업 기간 중에 엔진에 공급되는 에너지의 특정한 계량치(measure)의 함수로서 제어되며, 상기 워엄업 기간 중에 향상된 연소 안정성을 제공한다.

편리하게, 엔진의 적어도 하나의 작동 파라미터의 제어는 워엄업 기간 중에 엔진에 공급되는 에너지의 계량치 및, 엔진 작동에 관련된 다른 팩터(factors)에 기초하여 제공될 수 있다. 예를 들어, 엔진의 적어도 하나의 작동 파라미터를 제어하기 위해서는 워엄업 기간 중에 엔진에 공급되는 에너지의 계량치 및 엔진 온도가 함께 사용된다. 또한, 보다 복잡한 모델에서는, 예를 들어 연료의 불완전한 연소 또는 열손실로 인한 에너지 손실과 같은 다른 팩터가 고려될 수도 있다.

통상적으로, 워엄업 기간 중에 엔진에 공급되는 에너지의 계량치는 워엄업 기간 중에 엔진에 공급되는 연료량에 기초하여 이루어진다.

아니면, 상기 워엄업 기간 중에 엔진에 공급되는 에너지의 계량치는 워엄업 기간 중에 각각의 연소 결과의 부하 레벨의 축적된 값에 기초하여 이루어진다.

편리하게도, 워엄업 기간중의 전체 도시 토크의 COV는 비교적 낮은 값으로 유지된다. 보다 양호하게, 워엄업 기간중의 전체 도시 토크의 COV는 일반적으로 워엄업 기간 이후의 엔진의 정상 작동에 기인하는 동일한 낮은 일정 상태 또는 정상상태 값으로 유지된다.

편리하게도, 워엄업 기간 중에 엔진에 공급된 전체 연료량 또는 워엄업 기간 중에 각각의 연소시의 부하 레벨의 축적된 값의 함수로서의, 엔진의 적어도 하나의 작동 파라미터의 제어는, 역시 엔진 시동시의 엔진 온도에 종속된다. 정상적으로, 엔진 온도는 그 냉각수 온도에 의해 주어진다. 후술되듯이, 초기 엔진 냉각수 온도는 워엄업 기간 중에 적어도 하나의 파라미터가 어느 정도 수정되어야 하는지에 대한 결정을 도와준다.

편리하게도, 엔진에 공급되는 연료의 축적된 양에 기초하여 제어되는 작동 파라미터에 관하여, 엔진의 워엄업 기간은 엔진의 시동 이후 소정의 연료량이 엔진에 공급되는데 소요되는 시간이다. 그러므로, 워엄업 기간의 길이는 소정의 연료 양이 엔진에 공급되는데 소요되는 시간을 결정짓는 엔진의 작동 조건에 종속된다. 이와 관련하여, 본 발명의 제어 방법은 엔진의 워엄업 기간을 감소시키고자 노력하지 않아도 된다는 것이 중요한 것이다. 대신에, 워엄업 기간을 완결짓기 위해 소정의 연료량이 엔진에 공급되어야 함을 인식하고, 엔진의 적어도 하나의 작동 파라미터를 정확히 제어하여 워엄업 기간 중에 만족할만한 연소 안정성을 제공하기 위하여 소정의 연료량을 이용한다. 또한, 소정의 연료량은 이런식으로 엔진의 적어도 하나의 파라미터를 정확히 제어하는 것을 언제 그만두어야 하는지를 결정하는데 사용된다.

그럼에도 불구하고, 엔진이 워엄상태로 되어서 다양한 작동 파라미터에 대한 오프셋이 제거될 수 있는 시점을 결정하기 위하여 냉각수 온도의 모니터링에 의존하는 종래의 워엄업 방식에 비교해 보면, 본 발명의 방법은 실제로 보다 짧은 워엄업 기간을 초래한다. 이는 주로 워엄업 기간이 엔진에 공급되는 연료량에 종속되고 또한 작동 파라미터 오프셋이 엔진에 공급되는 연료의 송출량에 기초하여 정확히 제거될 수 있다는 사실에 기인한다. 또한, 동일한 소정량의 연료가 엔진에 공급되더라도 워엄업 기간은 워엄업 기간 중에 엔진이 작동되는 방식에 의해 감소된다.

통상적으로, 엔진의 적어도 하나의 파라미터는 소정 양의 파라미터가 엔진에 공급된 시간까지만 제어된다. 이후, 상기 엔진의 적어도 하나의 작동 파라미터는 정상 주행 맵에 기초하여 연속 엔진 작동 상태(ensuing engine operating conditions)하에 공지된 방식으로 제어된다.

통상적으로, 워엄업 기간의 길이를 결정짓는 엔진에 공급되는 연료의 소정량은 엔진에 대해 행해지는 계량치 및 테스트에 의해 결정된다.

편리하게, 엔진의 적어도 하나의 작동 파라미터는 엔진 온도가 소정 값 이하일 때 엔진의 시동후 엔진에 공급되는 전체 연료의 함수로서 제어된다. 이 엔진 온도는 통상 엔진의 냉각수 온도에 의해 주어진다. 이와 달리, 엔진 온도는 블록 또는 헤드와 같은 엔진 자체의 부품의 온도에 기초할 수도 있으며 아니면, 헤드 볼트 또는 흡입 밸브와 같은 엔진의 특정 부품의 온도에 기초할 수도 있다.

전술한 것에 부가하여, 본 발명의 방법은 특히,

(a) 워엄업 기간을 종료하기 위하여 엔진에 공급되어야 하는 전체 연료량을 결정짓는 단계와,

(b) 엔진의 작동을 제어하는 적어도 하나의 작동 파라미터에 대한 워엄업 맵(map)을 제공하는 단계와,

(c) 엔진의 작동을 제어하는 적어도 하나의 파라미터에 대해 스케일링 팩터(scaling factor)를 워엄업 기간의 시작후 엔진에 공급되는 연료의 정확한 양의 함수로서 선택하는 단계와,

(d) 엔진의 작동을 제어하는 적어도 하나의 파라미터에 대하여 워엄업 맵으로부터 정상 주행 맵으로의 이행을 제어하도록 스케일링 팩터를 이용하는 단계를 포함한다.

앞서 언급했듯이, 워엄업을 종료시키기 위해 소요되는 전체 연료량 또는 "전체 축적된 연료" 는 워엄업 기간의 시작시의 엔진 온도의 함수로서 결정될 수 있다. 효과적으로, 엔진 온도는 워엄업 기간의 시작시에 엔진 상태에 대한 기준으로서 사용된다. 이를 위하여, 소요 연료량은 전자 제어 유닛(ECU)에 의해 제공되는 "룩업(look-up)"맵에서 엔진 온도에 대해 플로팅될 수 있다. 앞서 언급했듯이, 엔진 온도는 통상적으로 냉각수 온도에 의해 부여될 수 있지만, 예를 들어 블록, 헤드, 헤드 볼트 또는 엔진 부품의 온도에 의해 주어질 수 있다.

통상적으로, 워엄업 맵은 적어도 하나의 작동 파라미터에 대해 절대치를 포함할 수 있다. 이들 값은 정상적인 엔진 작동 온도보다 현저히 낮은 소정의 스타트업 온도에서 안정한 연소를 달성하는데 필요하다. 예를 들어, 스타트업 맵에서의 값들은 -10℃ 에서 안정한 연소를 달성하는 것에 기초할 수 있다.

편리하게, 상기 스케일링 팩터는 적어도 하나의 작동 파라미터에 대한 특정 엔진 속도 및/또는 부하에서의 워엄업 맵과 정상 주행 맵에서 대응하는 값들 사이의 차이에 적용된다. 그러므로, 스타트업 이후 엔진에 공급되는 연료량의 증가에 의한 스케일링 팩터의 감소는 적어도 하나의 작동 파라미터에 있어서 워엄업 맵으로부터 정상 주행 맵으로의 이행을 제어한다.

워엄업 기간 중에 만족할만한 연소 안정성을 제공하도록 엔진의 적어도 하나의 작동 파라미터를 제어하게 되면, 엔진의 각 연소실내의 평균 실린더 가스 온도 ACGT 가 필연적으로 증가되며 이에 대응하여 엔진의 냉각수 온도와 ACGT 사이의 온도차이도 증가한다. 앞서 언급했듯이, 이러한 온도 차이는 엔진에서의 전체 도시 토크의 COV 와 관련되어 있고 실질적으로 일정한 온도 차이를 달성하므로써 낮고도 실질적으로 일정한 COV 가 워엄업 중에 달성될 수 있다. 중요한 것은, 엔진의 크랭크 작동 직전에 엔진의 적어도 하나의 파라미터가 본 발명의 방법에 따라 제어된다는 것이다. 즉, 통상 엔진이 시동되기 직전에 만족할만한 연소 안정성이 얻어진다.

본 발명에 따라 제어되는 엔진의 작동 파라미터에는 엔진 사이클마다의 각 실린더에 공급되는 공기(APC : Air supplied to the or each cylinder per engine cycle)와, 공연비와, 점화 시간이 포함된다. 또한, 미국 특허 제 4934329 호에 논의된 것과 같은 듀얼 유체 분사 시스템을 포함하는 엔진과 관련해서는, 엔진으로의 연료 공급 개시를 결정짓는 공기 분사 시작(SOA : Start of air injection)이 제어될 수 있다. 또한, 본 출원인에 의해 개선되어 온 것과 같은 2행정 기관과 관련해서는, 실린더의 각 배기구에 대한 각 배기 밸브의 위치 또한 제어될 수 있다. 이러한 것에도 불구하고, 본 방법에 따른 다른 엔진 작동 파라미터의 제어는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 간주된다.

상기 작동 파라미터 각각에 대한 스케일링 팩터는 엔진에 공급되는 전체 축적된 연료의 함수로서 결정될 수 있다. 이들 함수는 각각의 작동 파라미터에 대한 각각의 룩업 맵에 매핑(mapping)될 수 있다. 워엄업 기간의 시작시에 계측되는 엔진 온도에 따라, 워엄업을 완결짓는데 소요되는 축적된 전체 연료량이 변화하며, 통상은 초기 엔진 온도의 증가에 따라 감소된다. 그러므로, 스케일링 팩터의 결정을 위한 각각의 룩업 맵(look-up map)에서의 시작점은 초기 엔진 온도에 기초하여 선택될 수 있다. 즉, 엔진의 각 작동 파라미터에 적용될 초기 스케일링 팩터를 결정짓는 시작점은 워엄업 기간을 완료하기 위해 엔진에 공급되어야 할 연료량에 기초된다.

상기 작동 파라미터용의 스케일링 팩터는 워엄업 기간의 시작시의 최대치에서부터 워엄업 기간의 종료시의 최소치로 정상적으로 감소될 수 있다. 그러므로, 워엄업 기간의 종료시에 각각의 작동 파라미터는 정상적인 엔진 작동 중에 그 통상의 세팅을 나타내는 값에 도달하게 될 것이다.

" EGR " 로 알려져 있는 엔진 연소실로의 배기 가스 재순환의 제어와 관련하여 스케일링 팩터가 제공될 수 있다. 그러나, EGR(배기가스 재순환) 시스템이 통상적으로 엔진의 정지보다 느리게 워엄업되므로, EGR의 제어는 엔진의 다른 작동 파라미터보다 긴 시간 프레임에 기초로 될 필요가 있다. 또한, EGR의 제어는 EGR의 정도가 워엄업 기간의 시작시에 항상 제로값에서 시작되어서 엔진의 워엄업 기간 중에 그리고 이를 지나서 소요 정상 작동 레벨까지 점진적으로 증대되도록 다른 작동 파라미터와 달라질 수 있다. 이러한 정상 레벨에 도달하기 위한 기간은 초기 엔진 온도가 증가함에 따라 감소된다.

전술한 내용이 워엄업 기간 중에 엔진에 공급되는 연료량에 기초하여 적어도 하나의 작동 파라미터를 제어하는 것에 기초한 것이지만, 워엄업 기간 중에 엔진에 공급되는 에너지의 양과 효과적으로 상호 연관되는 다른 수단에 기초하여 적어도 하나의 작동 파라미터를 제어하는 것과 관련하여 유사한 내용이 적용될 수 있음에 유의해야 할 것이다.

첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 다른 실시예들도 가능하며, 따라서, 첨부도면의 특수성은 본 발명의 이전 설명의 일반성을 넘어서는 것으로 이해되어서는 안된다.

도 1 부터 살펴보면, 이 그래프는 특정한 부하 및 속도를 설정하기 위한 다수의 엔진 변수를 시간에 대해 플로팅하고 있다. 곡선 A 는 엔진의 시동 후에 엔진의 전체 도시 토크의 COV 를 도시하고 있다. 도시된 것으로부터 알수 있듯이, 엔진의 시동 직후에, COV 값은 높으며 이는 엔진내에서의 비교적 불안한 연소 안정성을 나타낸다. 이 COV값은 엔진이 워엄업 되어 비교적 낮은 일정 상태 또는 정상상태 값에 도달하기까지 감소된다. 이는 타임 스케일 상의 E 점 주위에서 발생한다.

곡선 B 와 C 는 각각 엔진의 시동후에 엔진에 있어서 엔진 냉각수 온도와 평균 실린더 가스 온도(ACGT)를 도시한다. 상기 온도는 둘다 엔진이 시동된후 정상 엔진 작동 조건하에 거의 일정하게 유지되는 정상상태에 도달할 때까지 점진적으로 증가한다. 곡선 D 는 엔진의 시동후의 냉각수 온도와 ACGT 사이의 온도차를 나타낸다. 곡선 D 상의 F점에서는 온도 차이가 일정한 값에 도달하며 이 값은 ACGT와 냉각수 온도가 계속 증가하더라도 계속 유지된다는 것에 주목해야 한다. 또한, F 점은 COV가 우선 그 비교적 안정한 상태값에 도달하는 시간 E 에 대응된다. 이 그래프는 그러므로 엔진에 공급되어 ACGT 와 냉각수 온도의 증가를 초래하는 에너지와 엔진의 연소 안정성 사이의 관계를 도시한다.

본 발명은 점 E 로 표시되는 시간에 도달하기까지 엔진의 초기 시동후부터의 냉각수 온도와 ACGT 사이에 일정한 온도 차이를 효과적으로 유지하기 위하여 곡선 C' 로 도시되듯이 ACGT 필연적으로 증가되도록 엔진의 적어도 하나의 작동 파라미터를 제어한다. 즉, 곡선 D' 로 표시되는 온도 차이를 노력하여 유지한다. 이러한 일정 온도 차이를 유지하므로써, 워엄업 기간중의 COV는 곡선 A' 로 표시된다. 따라서, 이는 워엄업 기간중의 연소 안정성의 만족할만한 레벨을 나타낸다.

또한, 일실시예에서 점 E 는 마땅히 엔진에 공급된 소정량의 연료를 나타냄에 주목해야 한다. 점 E 가 변화하여 워엄업을 완결짓도록 상이한 시간을 나타내지만, 엔진의 작동 파라미터에 수정이나 조정이 전혀 필요치 않을 때 일정한 COV값을 만들어내는 소정량의 연료는 동일하게 남을 것이다. 이러한 소정 연료량은 엔진 작동 상태와 상관없이 동일하게 유지된다(즉, 정상상태 조건에 제한되지 않으며 변동이 일어나는 경우도 적용될 수 있다).

워엄업 기간 중에 바람직한 안정한 연소를 달성하기 위하여, 작동 파라미터들은 스케일링 팩터에 의해 그 정상적인 절대값으로 변화된다. 즉, 엔진의 제어에 있어서 잘 알려져 있듯이, 워엄업 기간 중에는 통상적으로 엔진의 작동 파라미터에 필연적으로 오프셋이 제공된다. 이와 관련하여 그리고 전술했듯이, 스케일링 팩터는 엔진의 적어도 하나의 작동 파라미터에 대하여 워엄업 맵과 정상 주행 맵에서의 대응하는 값 사이의 차이에 적용된다. 엔진의 시동후 엔진에 공급되는 연료량이 변화함에 따라, 워엄업 맵에서의 값으로부터 정상 주행 맵에서의 대응하는 값으로의 이행은 엔진의 적어도 하나의 작동 파라미터에 대하여 제어된다.

도 2a 에서의 예를 살펴보면, 그래프는 "축적된 연료"로 지칭되는, 엔진의 워엄업 기간 중에 엔진 시동후에 엔진에 공급되는 연료량으로서의 함수로서 점화 시간에 대한 스케일링 팩터를 도시한다. 이 스케일링 팩터는 통상 0 과 1 사이에서 스케일링되며, 워엄업 기간의 시작시에 최대로 된다. 이 시점에서 본 발명의 방법은 정상 작동 조건하에서 통상 사용되는 점화 시간에 대하여 중대한 진보(advance)를 제공한다. 워엄업 기간 중에는, 축적된 연료값이 증가함에 따라 스케일링 팩터는 축적된 연료값에 대하여 선형 형태로 감소된다. 워엄업 기간의 종료시에, 스케일링 팩터는 점화 시간이 정상 엔진 작동 조건하에서 통상 사용되는 시간이 되도록 0 에 도달한다.

그러나, 이들 스케일링 팩터는 통상 냉각수의 온도가 특정값 예를 들어 -10℃ 이상인 상태에서 엔진이 시동된다는 가정하에 계산된다는 것에 주의해야 한다. 따라서, 예를 들어 엔진이 -20℃의 냉각수 온도에서 시동된다면 워엄업 기간의 초기부분 도중에 적용되는 스케일링 팩터는 1 이상이 될 것이다. 예를 들어, 시동 직후의 초기 스케일링 팩터는 1.5 가 될것이고, 이후 0 에 도달하기까지 전술한 바와 같이 감소한다.

도 2b 는 듀얼 유체 분사 시스템을 갖는 엔진에 대한 연료 분사 개시 또는 공기 분사 개시(SOA:Start of air injection) 시간을 제어하기 위한 스케일링 팩터를 시동후 축적된 연료의 함수로서 도시하는 유사한 그래프이다. 점화 시간에 대한 스케일링 팩터와 달리, 공기 주입 개시에 대한 최적의 스케일링 팩터는 도 2b 에 도시되는 바와 같이 축적된 연료에 대하여 비선형을 그리는 것을 알수 있다.

도 2c 와 도 2d 는 매사이클당 각각의 실린더에 공급되는 공기 또는 " APC (Air supplied per cylinder per cycle) " 와, 2행정 엔진에서의 배기 밸브 위치 세팅에 대한 스케일링 팩터를 각각 시동후 축적된 연료의 함수로서 도시한다. 앞서 언급되었듯이, 예를 들어 EGR 과 같은 다른 엔진 작동 파라미터에 대한 다른 스케일링 팩터가 제공될 수 있다. 이와 관련하여, 시동후 축적된 연료의 퍼센티지에 기초하여 작동 파라미터를 제어하는데 있어서 임의의 적절한 관계가 사용될 수 있다.

도 3 과 관련해서는 엔진의 점화 시간에 대한 본 발명에 따른 워엄업 전략을 도시하는 플로우 차트가 도시되어 있다. 전술한 엔진의 다른 작동 파라미터에 대해서도 유사한 절차가 이용될 수 있다. 플로우차트에 도시된 스텝 1 에서, 엔진의 시동은 통상 점화 키이를 돌리므로써 시작된다. 스텝 2 에서는 엔진의 냉각수 온도가 결정된다. 이 냉각수 온도는 소정의 냉각수 온도에 대해 비교되고, 워엄업 제어가 요망되는지가 확인된다. 예를 들어, 80℃ 이상의 냉각수 온도에서 엔진은 다양한 엔진 작동 파라미터에 오프셋이 적용되는 워엄업 루틴을 겪을 필요가 없게 되며, 따라서 엔진은 정상 작동 조건에 따라 제어되도록 진행될 것이다.

워엄업 루틴이 필요하다면, 스텝 3 에서, 엔진의 워엄업 기간에 필요한 전체 연료량(wu_fuel)은 엔진 냉각수 온도에 대하여 총 축적 연료를 도시한 룩업 맵(12)을 참조하므로써 결정된다. 냉각수 온도가 높을수록 워엄업 기간을 위해서는 보다 적은 양의 축적된 연료가 요구된다.

스템 4 에서는 점화 시간을 위한 스케일 팩터 맵에서의 시작점(14)이 선택된다. 이 스케일 팩터 맵은 엔진 시동후 엔진에 공급되는 전체 축적된 연료 (acc_fuel) 에 대하여 점화 시간을 위한 스케일링 팩터를 플로팅하는 제 2 룩업 맵(13)에 제공된다. 이 룩업 맵(13)은 도 2a 에 도시되어 있듯이 점화 스케일링 팩터와 전체 축적된 연료 사이의 관계에 따른다. 룩업 맵(13)내의 시작점(14)은 워엄업을 완료하는데 필요한 축적된 연료(wu_fuel)의 양에 따라 변화할 것이다. 요구되는 축적 연료량이 적을수록, 시작점은 도 2a 에 나타나 있듯이 오른쪽으로 이동된다. 따라서, 이 결과 점화 시간의 오프셋을 결정하는데 사용되는 초기 스케일링 팩터는 보다 낮은 값으로 된다.

스텝 5 에서, 이러한 절차를 제어하는 엔진의 전자 제어 유니트는 시동후 엔진에 공급되는 연료량을 추가하는 카운터를 0 으로 세팅한다. 엔진을 위한 워엄업 기간은 이때부터 실제로 시작된다. 스텝 6 에서, 점화 스케일 팩터는 룩업 맵(13)에서 얻어진다. 스텝 7 에서, 워엄업 기간의 스테이지에서 엔진에 의해 사용되는 실제 점화 진각은 아래의 함수에 의해 정해진다 :

ign_adv = 스케일링 팩터 * (wu_ign - ign_advn) + ign_advn

(여기서, " ign_adv " 는 워엄업 기간 중에 엔진에 의해 사용되는 실제 점화 진각이고, "스케일링 팩터" 는 점화 시간 룩업맵(13) 에서 얻어지는 스케일 팩터이며, "wu_ign" 는 소정의 냉각수 온도에 대해 보정된 점화 시간의 절대치를 제공하는 워엄업 맵으로부터 얻어지는 점화 진각이고, "ign_adv" 는 정상 작동 상태하에 엔진에 의해 사용되는 점화 시간의 절대치를 제공하는 정상 작동 맵에서 얻어지는 점화 시간이다)

스텝 8 에서는 실제 연료 분사 이벤트 및 연관된 계산된 진각시의 점화 이벤트가 발생한다. 스텝 9 에서는, 엔진에 공급되는 실제 연료량(acc_fuel)이 룩업맵(12)에서 얻어진 전체 축적된 연료 요구량(wu_fuel)과 비교된다. 연료량이 동일하다면, 워엄업 기간은 스텝 10 에서 종결된다. 그렇지 않다면, 스텝 8 에서 분사된 연료는, 스텝 11에서, 스텝 5 에서의 카운터에 의해 축적된 연료값에 더해지고, 이 수순은 스텝 6 부터 반복된다.

본 발명의 청구범위를 벗어나지 않는 수정 및 변경예가 가능함은 당업자에게 있어 자명할 것이다.

Claims (21)

1. 하나 이상의 제 1 및 제 2 작동 모드를 가지며, 상기 제 1 작동 모드는 워엄업 모드인, 내연기관 작동 방법에 있어서,

   엔진의 하나 이상의 연소실로 소정량의 연료를 전달하는 시간에 대응하며, 작업자 요구에 의해 설정된 연료 공급량에 기초하여 변하는 기간동안 상기 엔진을 제 1 모드로 작동시키는 단계와; 상기 제 1 모드 기간의 말미에 제 2 모드에 따라 상기 엔진을 작동시키는 단계를 포함하며,

   상기 제 1 모드 기간 동안 상기 엔진의 하나 이상의 작동 파라미터를 상기 엔진으로 전달된 누적 연료의 함수로서 제어하는 단계를 구비하고,

   상기 작동 파라미터는 상기 엔진의 전체 도시 토크(gross indicated torque)의 변동계수(COV)가 낮은 값으로 유지되도록 제어되는 내연기관 작동 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 모드 기간 동안 엔진의 하나 이상의 작동 파라미터를 상기 연료 공급량의 함수로서 제어하는 단계를 포함하는 내연기관 작동 방법.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 작동 파라미터는 상기 제 1 모드 기간 동안 연소 안정성을 제공하도록 제어되는 내연기관 작동 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 작동 파라미터는 상기 제 1 모드 기간 동안 엔진의 전체 도시 토크의 변동계수를 엔진이 상기 제 2 모드로 작동하는 동안 엔진의 전체 도시 토크의 변동계수에 대응하는 값으로 유지하도록 제어되는 내연기관 작동 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 엔진의 하나 이상의 작동 파라미터의 제어는 엔진 시동시의 엔진 온도에도 종속되는 내연기관 작동 방법.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 초기 엔진 온도는 상기 워밍업 기간 동안 하나 이상의 작동 파라미터가 어느 정도 수정되어야 할지를 부분적으로 결정하는 내연기관 작동 방법.
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 제 1 항에 있어서,

    (a) 워엄업 기간을 완료하기 위하여 엔진으로 공급될 전체 연료량을 결정하는 단계와;

    (b) 상기 엔진의 작동을 제어하는 하나 이상의 작동 파라미터에 대한 워엄업 맵을 제공하는 단계와;

    (c) 상기 엔진의 작동을 제어하는 하나 이상의 파라미터에 대한 스케일링 팩터를 워엄업 기간의 시작 후 엔진으로 공급되는 실제 연료량의 함수로서 선택하는 단계; 및

    (d) 상기 엔진의 작동을 제어하는 하나 이상의 작동 파라미터에 대한 워엄업 맵으로부터 정상 주행 맵으로의 이행을 제어하도록 스케일링 팩터를 이용하는 단계를 포함하는 내연기관 작동 방법.
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제
21. 삭제