KR100546945B1

KR100546945B1 - 내연기관의 엔진 노킹 억제 장치

Info

Publication number: KR100546945B1
Application number: KR1019997010656A
Authority: KR
Inventors: 오스카 토르노; 카르스텐 클루쓰; 베르너 헤밍; 스테펜 프랑케; 미카엘 보이얼레
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 1998-04-03
Filing date: 1999-03-31
Publication date: 2006-02-01
Also published as: CN1192164C; RU2220318C2; CN1262718A; JP2002500730A; BR9906344A; EP0998633A1; DE59904368D1; DE19814938A1; KR20010012695A; US6267100B1; EP0998633B1; WO1999051875A1

Abstract

내연기관의 엔진 노킹을 억제하는 장치가 제안되었으며, 이 때의 장치에서 발생된 노킹에 따라서 점화시점의 조정이 이루어지며, 그리고 이러한 노킹제어는 내연기관에서 온도 상태가 미리 설정될 수 있을 경우에야 비로소 작동된다. 그리고 내연기관의 열 상태의 평가 및 노킹 제어의 작동 스위칭을 위해 가스 유입 온도(evmod)가 내연기관의 연소실에서 결정된다.

노킹, 점화시점, 온도 관계비, 유입 온도, 연소실.

Description

내연기관의 엔진 노킹 억제 장치{DEVICE FOR SUPPRESSING ENGINE KNOCKING IN INTERNAL COMBUSTION ENGINES}

본 발명은 독립항의 전제부에 따른 내연기관의 엔진 노킹을 억제하기 위한 장치에 관한 것이다.

독일 특허 DE 3 420 465 C2호에 엔진 노킹을 억제하기 위한 장치가 공개되어 있다. 종래의 장치의 경우 내연기관의 작동 파라미터(operating parameter)가 결정되고, 또한 이렇게 검출된 작동 파라미터를 근거로 점화 또는 분사등과 같이 조정되어야 하는 과정들에 대한 각각의 조정 변수들이 제어유니트에서 결정된다. 따라서 예를 들어서 회전수와 작용하중에 따라서 최적의 점화시점이 산출된다. 그밖에 종래의 장치에서는 노크 디텍터(knock detector)가 구비되어, 실린더 각각에서 연소 소음을 검출한다. 노크 디텍터의 신호는 곧 노크 신호 평가회로에 전달되고, 이 회로에서 배경 소음을 필터링한 후에 기준레벨과 서로 비교하게 된다. 만약 노킹 연소실이 검출되면, 실린더에서 노킹 발생을 억제하기 위해 회전수와 하중에 따라 결정되는 점화시점은 지연되는 방향으로, 따라서 노킹한계로부터 벗어나도록 조정된다. 미리 설정된 수의 노킹이 없는 연소 후에 변경된 점화시점은 다시 단계적으로 제어장치에 의해서 결정되는 조정 변수에 제공된다. 냉각된 엔진에서는 더 이상 노킹 연소로 인한 위험이 없기 때문에, 일반적으로 노킹 제어는 미리 설정된 엔진 온도 이후에야 비로소, 다시 말해 내연기관의 웜-업(warm-up) 이후에 작동하도록 스위칭된다. 인에블 온도 이하에서는 확실히 노킹이 더이상 발생할 수 없는데, 그 이유는 연소실에서의 열 상태가 노킹을 허락하지 않기 때문이다. 종래의 시스템에서는 엔진의 온도를 결정하기 위해 냉각수 온도가 검출된다.

연소실로의 가스 유입 온도에 따라서 노킹 제어의 인에이블이 이루어지는 것을 특징으로 하는 독립항의 특징을 포함하는 본 발명에 따른 장치는, 종래의 장치와는 달리, 연소실 내의 실제 열 상태를 정확히 진단하여, 노킹제어의 너무 이른 스위칭과 이에 따른 노킹 제어의 불필요하거나 또는 잘못된 작동을 방지할 수 있으며, 이를 통해서 다시 효율성이 개선되는 장점을 가지고 있다.

종속항에서 구현된 조치를 통해서, 독립항에서 제시하고 있는 장치의 바람직한 개선예 및 개선이 가능하게 된다.

예를 들어서 예컨대 엔진- 및 흡입공기-온도, 배기가스의 온도, 공기유량과 배기가스 귀환율과 같은 일련의 측정된 변수로부터 가스 유입 온도를 시뮬레이팅할 수 있는 것이 바람직하다. 이 경우 이러한 온도는 현대적인 제어장치에서 이미 검출될 수 있기 때문에 어떠한 부가적인 센서가 필요하지 않으며, 이로 인해 이러한 해결 방안은 특히 가격이 저렴하다.

제 2의 방법은 직접 흡입밸브에, 예를 들어서 흡입밸브와 구조적으로 연결될 수 있는 온도감지기를 장치하고 있다. 이러한 방법에서는 제어장치가 부가적인 연산용량(computing capacity)을 필요로 하지 않는다.

일반적으로 가스 흡입 온도계로 직접 검출하거나 또는 모델에 의해서 결정된 가스흡입 온도에 의해, 여전히 냉각된 엔진오일에 의한 방해 소음과 이에 따라 잘못 검출된 노킹을 제거할 수 있는 방법이 제공된다. 이에 따라서 점화각도의 지연 조정이 오작동되지 않고, 이것은 운전의 편안함과 효율의 상승을 의미한다.

본 발명의 실시예가 도면에 도시되어 있으며, 이하 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 장치를 위한 블록회로도를 개념적으로 도시한 도면.

도 2는 연소실에서 온도 감지기 없이 가스 유입 온도를 결정하기 위한 블록회로도.

도 3은 연소실에서의 온도감지기의 가능한 배치.

도 1은 방법의 실행을 위한 장치의 블록회로도를 도시하였다. 여기서 제어유니트(10)에 일련의 입력신호(11)가 제공되며, 상기 입력 신호는 내연기관의 작동 조건을 특성화하고 있으며, 또한 여기서 나타나 있지 않은 센서에 의해서 검출된다. 제어유니트(10)는 회전수 신호(n) 및 하중 신호(L)에 의해 점화시점을 결정하며, 상기 점화 시점은 배경기술에서 이미 입증하였듯이, 하중과 회전수에 대한 특성 맵으로부터 나온 것이다. 더 나아가서 노킹센서의 신호(KL)가 제어유니트(10)에 제공되고, 이때의 제어유니트(10)는 노킹제어가 작용할 경우 발생된 노킹 이후에 점화시점을 지연시킨다. 노킹제어 자체는 이미 선행 기술이고 즉, 도입부에서 선행 기술로 입증하였으며, 이 때문에 여기서는 더 이상 상세하게 다루지는 않기로 한다.

내연기관에서 조정되어야 하는 여러 가지 추가 과정들을 위해서 엔진온도(tmot)(일반적으로 냉각수의 온도를 의미함), 흡입공기온도(tans), 배기가스 온도(tags)와 배기가스귀환율(agrr)이 검출된다. 내연기관의 점화를 제어하기 위한 지금까지의 종래 제어 유니트에서는, 냉각수가 엔진온도로서 검출되고, 미리 설정된 노킹 임계값에 이르자마자 노킹제어가 엔진온도(tmot)에 따라서 작동하도록 스위칭된다. 현대의 제어장치에서도 본 발명에 따른 대상에서와 같이 엔진온도(tmot) 외에, 공기량(ml), 흡입공기온도(tans), 배기가스온도(tags)와 배기가스귀환율(agrr) 등이 검출되고 상기한 과정의 제어를 위해 평가된다. 이러한 온도들은 그밖에 가스 유입 온도를 연산하기 위한 작동 단계(12)에 제공된다. 작동 단계(12)에서는 가스 유입 온도를 evtmod(Einlassventil Temperatur modelliert)로 표시하고 있으며, 모델에 의해 감지된 인수로부터 시뮬레이팅된다. 가스 유입 온도는 연소실로의 흡입밸브에서 연소실 공기혼합물의 온도를 나타내고 있다.

이어서 도 2에 의해 가스 유입 온도(evtmod)의 결정을 위한 모델이, 검출된 변수 즉 공기량(ml), 엔진온도(tmot), 흡입공기온도(trans), 배기가스온도(tags)와 배기가스 귀환율(agrr)로부터 설명되어야 한다.

도 2에서는 개별적으로 검출된 데이터 사이의 관계가 모델로 도시되며, 이러한 관계는 열역학적인 법칙을 기초로 해서 이루어진다. 흡입공기온도(trans)는 흡입된 공기의 온도이다. 이때의 흡입공기는 흡입관에서 이곳을 지배하고 있는 엔진온도(tmot)에 의해 영향을 받게 된다. 이와 동시에 흡입 공기량(ml)이 고려될 수 있다. 따라서 예를 들어서 소량으로 흡입된 공기는 가열된 엔진온도(tmot)를 통해서 대량으로 흡입된 공기보다 더 많이 가열된다. 이러한 공기량은 제시된 모델에서 가중 팩터(FWTBR)에 의해 고려되는데, 이때의 가중 팩터(FWTBR)는 공기유량에 대한 적용될 수 있는 특성곡선이다. 센서에 의해 검출된 흡입밸브에서의 온도와 흡입공기온도가 가능한 여러 공기유량을 통해 검출되며 서로 관계를 이루고 있음으로써, 가중 팩터(FWTBR)는 엔진 테스트 스탠드에서 결정된다. 이러한 동적인 상황에서도 공기유량을 정확히 평가하기 위해서, 가중 팩터(FWTBR)에 의한 작동 이후에 흡입 공기량에 대한 변수가 1차 로우 패스 필터(first-order low-pass filter)(TP)를 통해 제공된다. 이 경우, 하나의 작동점으로부터 다른 공기 유동율을 가진 다른 하나의 작동점으로 교환될 경우 다시 온도균형이 조절될 때까지 어느 정도의 시간이 진행되는 것이 고려된다. 엔진온도의 일부인 열 입력값에 의해 발생된 온도증감(△T1)은 열 입력값 자체에 비례하며, 따라서 하기의 식이 적용된다:

흡입공기는 귀환되는 가열된 배기가스와 혼합됨으로써 온도가 또다시 상승하며, 제 2의 온도증가(△T2)는 상대적인 배기가스량을 통해 규정되는 배기가스귀환율(agrr) 및 배기가스 온도(tags)로부터 제공된다:

두 열용량(△T1, △T2)이 동일한 값으로 간주되면, 모델링된 분사밸브에서의 온도(evmod)가 나온다:

물론 도 3에서 도시하고 있듯이 가스 유입 온도는 연소실(30)에서 직접 온도감지기(31)에 의해 검출될 수 있고, 상기 온도감지기(31)는 흡입밸브(32)의 바로 근처에 배치되거나 또는 가능한 방법으로 심지어 흡입밸브에 구조적으로 통합되어 있다.

Claims

각각의 작동 파라미터를 검출하기 위한 수단을 포함하고 있으며,

검출된 작동 파라미터를 근거로 분사 및 점화하기 위한 조정 변수를 결정하기 위한 제어 유니트를 포함하고 있으며,

적어도 하나의 노킹센서를 포함하고, 및

점화 조정 변수는 노킹이 검출되는 경우에 노킹을 억제하기 위해 노킹한계로부터 벗어나도록 조정되며, 이어서 미리 설정된 수의 노킹이 없는 연소 후에 단계적으로 다시, 제어유니트에 의해 결정된 조정 변수로 조정되고, 이러한 노킹 제어가 내연기관의 미리 설정된 열 조건에서만 작동되도록 스위칭되는 방법으로 점화용 조정 변수를 보정하기 위한 장치를 포함하는 내연기관의 노킹 억제 장치에 있어서,

내연기관의 실제 열 조건을 평가하기 위해서 연소실내로의 가스 유입 온도(evmod)가 결정되는 것을 특징으로 하는 노킹 억제 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 연소실의 가스 유입 온도가 온도센서(31)에 의해 연소실에서, 특히 흡입밸브의 바로 근처에서 결정되는 것을 특징으로 하는 노킹 억제 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 가스 유입 온도(evmod)가 연소실에서 엔진온도(tmot), 흡입공기온도(tans)와 공기유량(ml)으로부터 열역학적인 모델연산에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 노킹 억제 장치.
제 3 항에 있어서,

상기의 열역학적인 모델연산을 할 경우에 배기가스온도(tags)와 배기가스귀환율(agrr)이 함께 고려되는 것을 특징으로 하는 노킹 억제 장치.