KR100668555B1 - 실린더 흡기량 측정 장치 - Google Patents

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닛산 지도우샤 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 실린더 흡기량 측정 장치는 흡기 매니폴드의 유입 공기량 및 유출 공기량에 기초해서 매니폴드 내부 공기량을 계산하도록 구성된다. 이어서, 매니폴드 내압이 적어도 매니폴드 내부 공기량 및 흡기 온도에 기초해서 계산되며, 크랭크 각도에 대응하는 실린더 내압이 선행 실린더 흡기량에 기초해서 계산된다. 그 후, 실린더 흡기량은 매니폴드 내압, 실린더 내압 및 흡기 온도에 기초해서 계산된다. 따라서, 본 발명의 실린더 흡기량 계산 장치는 아주 정밀하게 실린더 흡기량을 계산하도록 구성된다.
실린더 흡기량 측정 장치, 매니폴드 내부 공기량, 매니폴드 내압, 실린더 내압

Description

실린더 흡기량 측정 장치 {CYLINDER INTAKE AIR QUANTITY DETERMINATION DEVICE}
도1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 실린더 흡기량 측정 장치를 구비한 내연 기관의 개략도.
도2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 실린더 흡기량 측정 장치에서 실린더 흡기량을 계산하기 위한 제어 블록 다이어그램.
도3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 실린더 흡기량 측정 장치에서 실린더 흡기량을 계산하기 위한 흐름도.
도4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 실린더 흡기량 측정 장치에서 실린더 흡기량 계산을 위해 사용되는 실린더 내압을 계산하기 위한 흐름도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 내연 기관
2: 피스톤
3: 실린더
4: 점화 플러그
5: 흡기 밸브
6: 배기 밸브
5a, 6a: 가변 밸브 타이밍 장치
7: 흡기 통로
8: 흡기 매니폴드
9: 배기 통로
10: 전기 트로틀 밸브
11: 연료 분사 밸브
12: 엔진 제어부
15: 공기 유량계
20: 내부 공기량 계산부
21: 매니폴드 내압 계산부
22: 실린더 내압 계산부
23: 실린더 흡기량 계산부
24: 배기 온도 센서
25: 흡기 압력 센서
26: 수온 센서
27: 흡기 캠 각도 센서
28: 배기 캠 각도 센서
본 출원은 일본 특허 출원 제2004-041888호의 우선권을 주장한 것이다. 일본 특허 출원 제2004-041888호의 전체 내용은 본 명세서에 참조로써 결합되어 있다.
본 발명은 내연 기관용 실린더 흡기량 측정 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 매니폴드 내압 및 실린더 내압에 기초해서 실린더 흡기량을 아주 정교하게 계산하도록 구성되어 배열되는 실린더 흡기량 측정 장치에 관한 것이다.
일본 특허 공개 공보 제2001-50091호는 가변 밸브 타이밍 제어 내연 기관용 실린더 흡기량 측정 장치를 개시하고 있다. 본 참고 문헌에 개시된 실린더 흡기량 측정 장치는 흡기 매니폴드로 유입되는 공기량과 선행 제어 루틴에서 계산된 흡기 매니폴드에서 실린더로 흐르는 실린더 흡기량에 대응하는 흡기 매니폴드에서 유출되는 공기량 사이의 균형값을 계산함으로써 흡기 매니폴드 내측의 공기량을 계산하도록 구성된다. 그 후, 본 참고 문헌의 실린더 흡기량 측정 장치는 흡기 밸브가 폐쇄될 때 실린더의 체적에 기초해서 수정되는 흡기 매니폴드 내측의 공기량 및 실린더 체적에 기초한 현재 실린더 흡기량을 계산하도록 구성된다.
일본 특허 공개 공보 제2002-371894호는 내연 기관용 실린더 흡기량 측정 장치의 다른 예를 개시하고 있다. 본 참고 문헌에서, 흡기 매니폴드 내측의 질량 공기량은 흡기 매니폴드 내로 유입되는 공기량과 흡기 매니폴드에서 유출되는 공기량 사이의 균형값을 계산함으로써 계산된다. 그 후, 실린더로 유입되는 실린더 흡입 질량 공기량이 계산된다. 또한, 본 참고 문헌에 개시된 실린더 흡기량 측정 장치 에서, 흡기 매니폴드 내측의 질량 공기량은 엔진이 중단될 때 흡기 매니폴드 내측의 질량 공기량을 얻기 위해 잉여 공기량을 제거하도록 수정된다. 이어서, 흡기 매니폴드 내측의 이러한 수정된 질량 공기량은 엔진이 재시동될 때 흡기 매니폴드 내측의 질량 공기량을 위한 초기값을 계산하기 위해 사용된다.
전수란 바를 고려하면, 기술 분야의 당업자에게는 보다 개선된 실린더 흡기량 측정 장치가 필요함이 명백할 것이다. 본 발명은 이런 필요성 뿐만 아니라 다른 필요성을 해결하고자 하며, 이는 다음의 논의에서 기술 분야의 당업자에게 명백하게 될 것이다.
상술한 참고 문헌에서 논의된 실린더 흡기량 측정 장치에서, 실린더 흡기량은 실린더 압력이 일정한 값이라고 가정함으로써 계산된다. 그러나, 가변 밸브 타이밍 시스템이 포함되는 경우, 흡기 매니폴드 내측의 압력은 낮은 밸브 리프트 작동 동안, 또는 밸브 폐쇄 타이밍이 앞당겨지거나 지연되면 변경된다. 이런 경우, 실린더 흡기량에 대한 계산 결과에는 오차가 있을 수 있다.
본 발명은 이런 문제를 해결하기 위해 착상되었다. 따라서, 본 발명의 일 목적은 실린더 흡기량을 보다 정밀하게 계산하는 것이다. 본 발명의 일 태양에 따르면, 기본적으로 매니폴드 내부 공기량 계산부, 매니폴드 내압 계산부, 실린더 내압 계산부 및 실린더 흡기량 계산부를 포함하는 실린더 흡기량 측정 장치가 마련된다. 매니폴드 내부 공기량 계산부는 흡기 매니폴드 내로 유입되는 공기량과 흡기 매니폴드에서 유출되는 공기량 사이의 균형값에 기초해서 매니폴드 내부 공기량을 계산하도록 구성된다. 매니폴드 내압 계산부는 적어도 매니폴드 내부 공기량에 기초해서 매니폴드 내압을 계산하도록 구성된다. 실린더 내압 계산부는 실린더 내측의 증기 상태에 영향을 미치는 적어도 하나의 매개변수에 기초해서 실린더 내압을 계산하도록 구성된다. 실린더 흡기량 계산부는 매니폴드 내압 및 실린더 내압에 기초해서 실린더 흡기량을 계산하도록 구성된다.
본 발명의 이들 및 다른 목적, 특징, 태양 및 장점은 본 발명의 바람직한 실시예를 개시하고 첨부 도면과 함께 설명된 다음의 상세한 설명으로부터 기술 분야의 당업자에게 명백하게 될 것이다.
첨부 도면은 본 출원의 일부를 구성한다.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 선택된 실시예들에 대해 설명하기로 한다. 기술 분야의 당업자라면 본 설명 내용으로부터 본 발명의 실시예에 대한 다음의 설명이 단지 설명을 위한 것이고 첨부된 특허청구범위에 의해 한정된 본 발명 및 그 균등물을 제한하기 위한 것이 아님을 알 것이다.
도1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 실린더 흡기량 측정 장치를 구비한 내연 기관(1)이 도시되어 있다. 도1은 내연 기관(1)의 개략도이다. 본 발명에 대한 보다 나은 이해를 위해, 실린더 흡기량을 계산하기 위해 사용되는 다양한 매개 변수가 도1에 도시되어 있다.
도1에 도시된 바와 같이, 내연 기관(1)은 각각 내연 기관(1)의 복수개의 피스톤(2)(단지 하나의 피스톤만이 도시됨) 및 복수개의 실린더(3)(단지 하나의 실린 더만이 도시됨)에 의해 형성되는 복수개의 연소실(단지 하나의 연소실만이 도시됨)을 포함한다. 각각의 연소실에는 바람직하게는 전자기 구동식 흡기 밸브(5)와, 전자기 구동식 배기 밸브(6)와, 흡기 밸브(5) 및 배기 밸브(6) 사이에 배치되는 점화 플러그(4)가 설치된다. 또한, 내연 기관(1)은 연소실에 결합되는 복수개의 흡기 통로(7)와, 흡기 통로(7)를 따라 설치된 흡기 매니폴드(8)와, 복수개의 배기 통로(9)를 포함한다. 따라서, 본 개시 내용에서 기술 분야의 당업자에게 명백한 것으로서, 비록 후술하는 본 발명의 실린더 흡기량 측정 장치가 단지 하나의 실린더 또는 연소실만을 언급하고 있으나, 발명의 실린더 흡기량 측정 장치는 다기통 엔진에 적용된다.
흡기 밸브(5) 및 배기 밸브(6)는 바람직하게는 각각 전자기식 가변 밸브 타이밍 장치(5a, 6a)에 의해 제어된다. 가변 밸브 타이밍 장치(5a, 6a)는 각각 흡기 밸브(5) 및 배기 밸브(6)의 리프트량 및 개폐 타이밍을 가변적으로 제어하도록 구성되어 배열된다. 물론, 본 개시 내용에서 기술 분야의 당업자에게 명백한 것으로서, 흡기 밸브(5) 및 배기 밸브(6)의 가변 밸브 타이밍 제어는 도1에 도시된 전자기식 가변 밸브 타이밍 장치(5a, 6a)에 의해 수행되도록 제한되지 않는다. 예컨대, 내연 기관(1)은 흡기 밸브(5) 및 배기 밸브(6)의 리프트량 및 개폐 타이밍이 기계적 가변 밸브 타이밍 기구에 의해 원하는 바와 같이 제어되도록 캠과 리프터가 설치된 기계적 가변 밸브 타이밍 기구를 포함하도록 구성되어 배열될 수 있다. 전자기식 가변 밸브 타이밍 장치(5a, 6a)와 기계적 가변 밸브 타이밍 기구는 기술 분야에서 공지된 종래의 구성 요소이다. 전자기식 가변 밸브 타이밍 장치(5a, 6a)와 기계적 가변 밸브 타이밍 기구는 기술 분야에서 공지되어 있기 때문에 이들의 구조에 대해서는 본 명세서에서 논의하지 않기로 한다.
전기 트로틀 밸브(10)가 흡기 매니폴드(8)의 상류 위치에서 흡기 통로(7)에 마련된다. 바람직하게는 흡기 통로(7)에도 도1에 도시된 바와 같이 실린더(3)의 흡기 포트부에 전자기식 연료 분사 밸브(11)가 마련된다.
내연 기관(1)은 점화 플러그(4), 가변 밸브 타이밍 장치(5a, 6a), 전기 트로틀 밸브(10), 연료 분사 밸브(11) 및 내연 기관(1)의 그 밖의 구성 요소의 작동을 제어하도록 구성되어 배열되는 ECU 또는 엔진 제어부(12)를 포함한다.
본 발명에서, 제어부(12)는 바람직하게는 후술하는 실린더 흡기량의 계산을 제어하는 실린더 흡기량 계산 제어 프로그램을 구비한 마이크로컴퓨터를 포함한다. 제어부(12)는 또한 입력 인터페이스 회로와, 출력 인터페이스 회로와, ROM(판독 전용 메모리) 장치 및 RAM(임의 접근 메모리) 장치와 같은 저장 장치와 같은 그 밖의 종래의 구성 요소를 포함할 수 있다. 제어부(12)의 마이크로컴퓨터는 내연 기관(1)의 다양한 구성 요소를 제어하도록 프로그램된다. 메모리 회로는 프로세서 회로에 의해 운행되는 실린더 흡기량 계산 작업을 위한 것들과 같은 제어 프로그램 및 처리 결과를 저장한다. 제어부(12)는 종래 방식으로 내연 기관(1)의 다양한 구성 요소와 동작 결합된다. 제어부(12)의 내부 RAM은 작동 플래그의 상태 및 다양한 제어 데이터를 저장한다. 제어부(12)의 내부 ROM은 다양한 작업을 위한 데이터를 저장한다. 제어부(12)는 제어 프로그램에 따라 그 제어 시스템의 모든 구성 요소를 선택적으로 제어할 수 있다. 본 개시 내용에서 기술 분야의 당업자에게 명백 한 것으로서, 제어부(12)에 대한 정밀 구조 및 알고리즘은 본 발명의 실린더 흡기량 측정 장치의 기능을 수행할 수 있는 하드웨어 및 소프트웨어의 임의의 조합일 수 있다. 즉, 명세서 및 청구항에서 사용되는 "수단-기능" 항목은 "수단-기능" 항목의 기능을 수행하기 위해 사용될 수 있는 모든 구조 또는 하드웨어 및/또는 알고리즘 또는 소프트웨어를 포함해야만 한다.
또한, 제어부(12)는 크랭크 각도 센서(13), 가속기 페달 센서(14), 열선식 공기 유량계(15), 온도 센서(16), 배기 압력 센서(17) 등에서 나온 입력 신호를 수신하도록 구성되어 배열된다. 크랭크 각도 센서(13)는 엔진 속도(Ne) 및 크랭크 각도 위치(Ca)를 검출하기 위해 제어부(12)에 엔진 회전에 동기하는 크랭크 각도 신호를 출력하도록 구성되어 배열된다. 가속기 페달 센서(14)는 가속기 개도(가속기 페달이 눌린 양)을 검출해서 제어부(12)로 송신되는 가속기 개도를 나타내는 출력 신호를 생성하도록 구성되어 배열된다. 열선식 공기 유량계(15)는 전기 트로틀 밸브(10)에서 흡기 매니폴드(8)의 상류부로 흐르는 흡기 통로(7) 내의 공기 유량(Qa)(질량 유량: g)을 검출해서 제어부(12)로 송신되는 공기 유량(Qa)을 나타내는 출력 신호를 생성하도록 구성되어 배열된다. 온도 센서(16)는 흡기 매니폴드(8) 내측의 흡기 온도[Tm(K)]를 검출해서 제어부(12)로 송신되는 흡기 온도(Tm)를 나타내는 출력 신호를 생성하도록 구성되어 배열된다. 배기 압력 센서(17)는 배기 공기 통로(9)의 배기 압력[Pex(Pa)]을 검출해서 제어부(12)로 송신되는 배기 압력(Pex)를 나타내는 출력 신호를 생성하도록 구성되어 배열된다. 또한, 제어부(12)는 도1에 도시된 바와 같이 배기 온도 센서(24)와, 흡기 압력 센서(25)와, 수온 센 서(26)와, 한 쌍의 흡기 및 배기 캠 각도 센서(27, 28)에서 나오는 입력 신호를 수신하도록 구성되어 배열된다.
제어부(12)는 엔진 작동 조건에 기초해서 연료 분사 밸브(11)의 연료 분사 타이밍 및 연료 분사량을 제어하도록 구성되어 배열된다. 보다 상세하게는, 제어부(12)는 공기 유량계(15)와 후술하는 그 밖의 매개 변수에 의해 측정되는 유입 공기량(질량 유량)(Qa)에 기초해서 계산되는 실린더 흡기량(Cc)[실린더(3)) 내측의 공기 질량]에 대해 원하는 공연비를 얻기 위해 연료 분사량을 제어하도록 구성되어 배열된다.
또한, 제어부(12)는 MBT(최대 토오크를 위한 이상 점화 타이밍)를 달성하기 위해 또는 엔진 작동 조건에 기초한 노크 한계에서 점화 플러그(4)의 점화 타이밍을 제어하도록 구성되어 배열된다.
도2는 연료 분사량 등을 제어하기 위해 사용되는 실린더 흡기량(Cc)[실린더(3) 내측의 공기 질량]을 계산 과정을 설명하기 위한 제어 블록 다이어그램이다. 본 발명의 실린더 흡기량 측정 장치는 밸브 타이밍이 변경될 때 또는 낮은 밸브 리프트 작동 동안 흡기 밸브(5)의 전후 사이의 압력차가 있을 때와 같이 실린더 흡기량이 변할 때 실린더 흡기량을 아주 정밀하게 계산하도록 구성되어 배열된다.
본 발명의 실린더 흡기량 측정 장치는 매니폴드 내부 공기량 계산부(20) 및 매니폴드 내압 계산부(21)를 포함하는 매니폴드 내부 모델과, 실린더 내압 계산부(22) 및 실린더 흡기량 계산부(23)를 포함하는 실린더 내부 모델을 기본적으로 포함한다. 따라서, 내연 기관(1)의 실린더 흡기량(Cc)은 실린더 흡기량 측정 장치의 매니폴드 내부 모델 및 실린더 내부 모델에 의해 계산된다.
매니폴드 내부 공기량 계산부(20)는 흡기 매니폴드(8) 내로의 유입 공기량(Qa)과 흡기 매니폴드(8)로부터의 유출 공기량(질량; g) 사이의 균형값에 기초해서 매니폴드 내부 공기량[Cm(g)]을 계산하도록 구성되어 배열된다. 상술한 바와 같이, 흡기 매니폴드(8) 내로의 유입 공기량(Qa)은 공기 유량계(15)로부터의 출력 신호에 기초해서 계산된다. 흡기 매니폴드(8)로부터의 유출 공기량은 선행 제어 루틴에서 계산된 실린더 흡기량[Cc(n-1)]의 선행값과 동일하다.
매니폴드 내압 계산부(21)는 매니폴드 내부 공기량(Cm)과 온도 센서(16)로부터의 출력 신호에 기초해서 계산되는 흡기 온도(Tm)[흡기 매니폴드(8) 내측의 증기 온도]에 기초해서 흡기 매니폴드(8) 내측의 매니폴드 내압[Pm(Pa)]을 계산하도록 구성되어 배열된다. 보다 상세하게는, 다음의 수학식 1에 도시된 바와 같이 매니폴드 내압(Pm)은 매니폴드 내부 공기량(Cm), 기체 상수(R) 및 흡기 온도(Tm)를 곱하고, 그 값을 매니폴드 체적[Vm(㎥)]으로 나눔으로써 계산된다.
[수학식 1]
Pm = CmㆍRㆍTm/Vm
실린더 내압 계산부(22)는 크랭크 각도 센서(13)에 의해 검출된 크랭크 각도(Ca)에 대응하여 실린더 내압[Pc(Pa)]을 계산하도록 구성되어 배열된다. 따라서, 흡기 매니폴드(8)로부터의 유출 공기량[Cc(n-1)]과 크랭크 각도(Ca)가 실린더 내압 계산부(22)로 입력된다. 실린더 내압(Pc)은 수학식 2에 도시된 바와 같이 실린더 내부 공기량(Wc)[실린더(3)에 잔류하는 기체의 양]에 기체상수(R)와 온도(T) 의 함수를 곱하고 그 값을 실린더 체적[Vc(㎥)]으로 나눔으로써 계산된다. 이하, 도4의 흐름도를 참조하여 실린더 내부 공기량(Wc)과 실린더 내압(Pc)의 계산 과정에 대해 보다 상세하게 논의하기로 한다.
[수학식 2]
Pc = Wc × f(R,T)/Vc [f(R,T):R(기체상수), T(온도)의 함수]
실린더 흡기량 계산부(23)는 온도 센서(16)로부터의 출력 신호에 기초해서 측정되는 흡기 온도(Tm)와 매니폴드 내압 계산부(21)에서의 매니폴드 내압(Pm) 및 실린더 내압 계산부(22)에서의 실린더 내압(Pc)에 대한 계산 결과를 기초해서 실린더 흡기량(Cc)를 계산하도록 구성되어 배열된다. 보다 상세하게는, 실린더 흡기량(Cc)은 소정값으로서 κ(예컨대, 비열비) 및 흡기 밸브(5)의 개구 표면적으로서 Ai를 사용하는 다음의 수학식 3에 의해 계산된다.
[수학식 3]
Figure 112005008238910-pat00001
상술한 바와 같이, 본 식에서 계산된 실린더 흡기량(Cc)은 후속 실린더 흡기량(Cc)이 후속 제어 주기에서 계산될 때 선행 값[Cc(n-1)]으로서 사용되는 흡기 매니폴드(8)로부터의 유출 공기량이 된다.
실린더 흡기량(Cc)이 계산된 후, 실린더 흡기량(Cc)은 다음의 수학식 4에 의해 도시된 바와 같이 실린더 유입 속도(Vi)(흡기 밸브 통로 속도)를 계산하기 위해 흡기 밸브(5)의 개구 표면적(Ai)과 실린더(3) 내측의 기체 밀도(ρ)에 의해 나눠진 다.
[수학식 4]
Vi = Cc/Aiㆍρ
실린더 유입 속도(Vi)는 흡기 밸브(5)의 헤드부 상에 부착되는 연료의 주변 유동(벽 유동)의 패턴 또는 영향을 계산하기 위해 이용될 수 있다. 따라서, 실린더 유입 속도(Vi)를 계산함으로써, 내연 기관(1)의 작동은 연료의 주변 유동의 영향을 고려해서 효과적으로 제어될 수 있다.
이하, 도3의 흐름도를 참조로 실린더 흡기량(Cc)의 계산을 위한 제어 흐름을 설명한다. 도3에 설명된 과정은 바람직하게는 소정 시간 간격을 두고 수행된다.
도3의 단계 S1에서, 온도 센서(16)에 의해 검출되는 흡기 매니폴드(8) 내측의 흡기 온도(Tm)가 제어부(12)에 의해 판독된다. 본 단계 S1은 흡기 온도(Tm)를 계산하기 위한 온도 계산부에 대응한다.
단계 S2에서, 흡기 매니폴드(8) 내측의 매니폴드 내부 공기량(Cm)이 흡기 매니폴드(8) 내로의 유입 공기량(Qa)과 흡기 매니폴드(8)로부터의 유출 공기량[Cc(n-1)] 사이의 균형값에 기초해서 계산된다. 본 단계 S2는 도2의 매니폴드 내부 공기량 계산부(20)에 대응한다.
단계 S3에서, 흡기 매니폴드(8) 내측의 매니폴드 내압(Pm)이 계산된다. 매니폴드 내압(Pm)은 상기 수학식 1에 의해 도시된 바와 같이 매니폴드 내부 공기량(Cm), 흡기 온도(Tm) 및 매니폴드 체적(Vm)에 기초해서 계산된다. 단계 S3은 도2의 매니폴드 내압 계산부(21)에 대응한다.
단계 S4에서, 실린더 내압(Pc)이 상기 수학식 2에 도시된 바와 같이 실린더 내부 공기량(Wc), 기체상수(R), 온도(T) 및 실린더 체적(Vc)에 기초해서 계산된다. 단계 S4는 도2의 실린더 내압 계산부(22)에 대응한다.
단계 S5에서, 실린더 흡기량(Cc)이 상기 수학식 3에 도시된 바와 같이 흡기 온도(Tm), 매니폴드 내압(Pm) 및 실린더 내압(Pc)에 기초해서 계산된다. 단계 S5는 도2의 실린더 흡기량 계산부(23)에 대응한다.
단계 S6에서, 실린더 유입 속도(Vi)가 상기 수학식 4에 도시된 바와 같이 흡기 밸브(5)의 개구 표면적(Ai)과 실린더 흡기량(Cc)에 기초해서 계산된다. 따라서, 본 발명에서, 흡기 매니폴드(8) 내측의 매니폴드 내압(Pm)과 실린더(3) 내측의 실린더 내압(Pc)이 실린더 유입 속도(Vi)를 계산함에 있어 고려되기 때문에 실린더 유입 속도(Vi)는 아주 정밀하게 계산될 수 있다. 또한, 실린더 유입 속도(Vi)를 계산한다는 것은 연료가 분사 밸브(11)(예컨대, 주변 유동)에서 분사된 후 흡기 밸브(5)의 헤드부에 부착된 연료의 영향을 고려할 수 있도록 한다. 단계 S6은 본 발명의 실린더 유입 속도 계산부에 대응한다.
이하, 도4의 흐름도를 참조하여 실린더 내압(Pc)의 계산(도3의 단계 S4)을 위한 제어 흐름에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다. 도4에 설명된 과정은 바람직하게는 소정의 시간 간격으로 수행된다.
도4의 단계 S11에서, 배기 밸브(6)가 폐쇄되는 동안의 기간에 대응하는 배기 밸브 폐쇄 기간(EVC)이 검출된다. 배기 밸브 폐쇄 기간(EVC)은 배기 밸브(6)에 리프트 센서를 제공함으로써 직접 검출되거나 제어부(12)에 의해 제어되는 밸브 폐쇄 명령값에 기초해서 검출될 수 있다. 또한, 배기 밸브 폐쇄 기간(EVC)은 크랭크 각도 센서(13)에서 출력되는 신호에 기초해서 결정될 수 있다.
단계 S12에서, 배기 밸브(6)가 배기 밸브 폐쇄 기간(EVC)에 있는지 여부가 결정된다. 배기 밸브(6)가 배기 밸브 폐쇄 기간(EVC)에 있는 경우[즉, 배기 밸브(6)가 폐쇄될 때), 제어는 단계 S13로 진행한다. 배기 밸브(6)가 배기 밸브 폐쇄 기간(EVC)에 있지 않은 경우[즉, 배기 밸브(6)가 개방될 때), 제어는 단계 S15로 진행한다.
단계 S13에서, 실린더 내압(Pc)은 배기 압력 센서(17)로부터의 출력 신호에 기초해서 결정되는 배기 압력(Pex)와 동일하게 설정된다.
단계 S14에서, 실린더 내부 공기량(Wc)은 실린더(3)의 잔류 기체량(내부 EGR 량)에 동일하게 설정된다. 실린더(3)의 잔류 기체량은 바람직하게는, 예컨대 일본 특허 출원 제2002-272670호에 개시된 바와 같이 계산된다. 이를 참조하면, 배기 밸브 폐쇄 기간(EVC) 동안[즉, 배기 밸브(6)가 폐쇄된 동안] 실린더 내부 온도(Tc) 및 실린더 내압(Pc)이 배기 온도 센서(24), 흡기 압력 센서(25) 및 배기 압력 센서(17)로부터의 출력 신호에 기초해서 계산된다. 이어서, 공연비에 대응하는 배출 기체에 대한 기체 상수가 계산된다. 실린더 내부 온도(Tc), 실린더 내압(Pc) 및 기체 상수를 사용함으로써, 실린더(3) 내측의 기체량이 계산된다. 또한, 흡기 밸브(5)의 개방 기간과 배기 밸브(6)의 개방 기간 사이의 중첩 동안 후방 송풍 기체량이 크랭크 각도 센서(13), 수온 센서(26), 흡기 및 배기 캠 각도 센서(27, 28) 및 가속기 페달 센서(14)로부터의 출력 신호에 기초해서 계산된다. 이어서, 실린 더(3) 내의 잔류 기체량(내부 EGR량)이 계산된 실린더(3) 내의 기체량 및 계산된 후방 송풍 기체량에 기초해서 계산된다.
다르게는, 실린더 내압(Pc), 이어서 배기 온도 및 기체 상수가 배기 압력(Pex)에 기초해서 계산될 수 있다. 배기 밸브 폐쇄 기간(EVC) 동안 실린더(3) 내의 잔류 기체량이 적어도 계산된 값들에 기초해서 계산될 수 있다. 이어서, 중첩 동안의 후방 송풍량이 계산될 수 있고, 실린더(3) 내의 잔류 기체량(내부 EGR량)이 계산된 실린더(3) 내의 기체량 및 계산된 후방 송풍 기체량에 기초해서 계산된다.
다르게는, 배기 밸브 폐쇄 기간(EVC) 동안 실린더(3)의 기체량이 적어도 배기 밸브 폐쇄 기간(EVC) 동안 실린더(3) 내측의 평가 온도, 계산된 실린더 내압(Pc) 및 계산된 기체 상수에 기초해서 계산된다. 이어서, 밸브 중첩 동안의 후방 송풍량이 계산된다. 실린더(3) 내측의 평가 온도는 엔진이 정상 상태에 있을 때 실린더(3) 내측의 평균 온도를 계산하고, 실린더(3) 내측에서 평균 온도의 변화에 관련된 시간 지체를 더함으로써 계산된다. 그 후, 실린더(3) 내의 잔류 기체량이 실린더(3) 내측의 기체량 및 계산된 후방 송풍 기체량에 기초해서 계산된다.
단계 S15에서, 실린더 내부 공기량(Wc)의 선행값[Wc(n-1)]에 단계 S5에서 계산된 유입 공기량[Cc(n-1)]을 더함으로써 현재 실린더 내부 공기량(Wc)이 계산된다.
단계 S16에서, 피스톤(2)의 행정(ΔST)(이동 거리)과 피스톤 크라운 표면적(Ac)을 곱하고 실린더 체적(Vc)의 선행값[Vc(n-1)]에 이 값을 더함으로써 현재 실린더 체적(Vc)이 계산된다.
단계 S17에서는, 단계 S15에서 계산된 실린더 내부 공기량(Wc)에 기체상수(R)와 온도(T)의 함수를 곱하고 단계 S16에서 계산된 실린더 체적(Vc)으로 나눔으로써 현재 실린더 내부 압력(Pc)이 계산된다.
따라서, 본 실시예의 실린더 흡기량 측정 장치는 기본적으로 매니폴드 내부 공기량 계산부(20), 매니폴드 내압 계산부(21), 실린더 내압 계산부(22) 및 실린더 흡기량 계산부(23)를 포함한다. 매니폴드 내부 공기량 계산부는 흡기 매니폴드(8) 내로의 유입 공기량(Qa)과 흡기 매니폴드(8)로부터의 유출 공기량[Cc(n-1)] 사이의 균형값에 기초해서 매니폴드 내부 공기량(Cm)을 계산하도록 구성되어 배열된다(도3의 단계 S2). 매니폴드 내압 계산부(21)는 적어도 매니폴드 내부 공기량 계산부(20)에서 계산된 매니폴드 내부 공기량(Cm)에 기초해서 매니폴드 내압(Pm)을 계산하도록 구성되어 배열된다(도3의 단계 S3). 실린더 내압 계산부(22)는 실린더(3) 내측의 기체 상태에 영향을 미치는 매개 변수인 실린더 체적(Vc), 배기 압력(Pex) 및 실린더 내부 공기량(Wc) 중 적어도 하나에 기초해서 실린더 내압(Pc)을 계산하도록 구성되어 배열된다(도3의 단계 S4 및 도4의 단계 S11 내지 S17). 실린더 흡기량 계산부(23)는 매니폴드 내압(Pm) 및 실린더 내압(Pc)에 기초해서 실린더 흡기량(Cc)을 계산하도록 구성되어 배열된다(도3의 단계 S5). 따라서, 밸브 타이밍이 변할 때와 같이 실린더 흡기량(Cc)이 변할 때, 또는 낮은 밸브 리프트 작동 동안 흡기 밸브(5) 전후 사이에 압력차가 있을 때, 실린더 흡기량(Cc)은 이들 변화에 대응해서 아주 정밀하게 계산될 수 있다.
본 실시예의 실린더 흡기량 측정 장치는 온도 센서(16)로부터의 출력 신호에 기초해서 흡기 온도(Tm)를 계산하도록 구성되어 배열되는 온도 계산부(도3의 단계 S1)를 추가로 포함하며, 매니폴드 내압 계산부(21)는 매니폴드 내부 공기량(Cm) 및 흡기 온도(Tm)에 기초해서 매니폴드 내압(Pm)을 계산하도록 구성되어 배열된다. 따라서, 흡기 매니폴드(8) 내측의 압력(Pm)은 매니폴드 내부 공기량(Cm) 및 흡기 온도(Tm)에 기초해서 아주 정밀하게 계산될 수 있다. 따라서, 실린더 흡기량(Cc)도 아주 정밀하게 계산될 수 있다.
또한, 본 실시예의 실린더 흡기량 측정 장치는 상술한 바와 같은 온도 계산부(도3의 단계 S1)를 포함하며, 실린더 흡기량 계산부(23)는 매니폴드 내압(Pm), 실린더 내압(Pc) 및 흡기 온도(Tm)에 기초해서 실린더 흡기량(Cc)을 계산하도록 추가로 구성되어 배열된다. 따라서, 실린더 흡기량(Cc)은 상기 수학식 3에 도시된 바와 같이 계산될 수 있다.
또한, 본 실시예에서, 매니폴드 내부 공기량 계산부(20)는 공기 유량계(15)로부터의 출력 신호에 기초해서 흡기 매니폴드(8)로의 유입 공기량(Qa)을 계산하도록 구성되어 배열된다. 따라서, 별도의 측정 장치를 제공할 필요가 없다.
또한, 본 실시예의 실린더 흡기량 측정 장치는 또한 실린더 흡기량 계산부(23)에 의해 계산된 실린더 흡기량(Cc)에 기초해서 실린더 유입 속도(Vi)를 계산하도록 구성되어 배열된 실린더 유입 속도 계산부(도3의 단계 S6)를 포함한다. 따라서, 실린더 유입 속도(Vi)는 수학식 4에 도시된 바와 같이 계산될 수 있으며, 흡기 밸브(5)의 헤드부 상의 주변 유동의 영향이 예측될 수 있고 내연 기관(1)의 작동을 고려할 수 있다.
상기 실시예(들)을 설명하기 위해 사용된 것으로서, 다른 유사한 방향성 용 어와 함께 "전방, 후방, 상방, 하방, 수직, 수평, 아래 및 횡방향"과 같은 용어는 본 발명이 설치된 장치의 방향을 나타낸다. 따라서, 본 발명을 설명하기 위해 사용되는 이들 용어는 본 발명이 설치되는 차량에 관하여 해석되어야 한다. 구성 요소, 부분, 장치 등에 의해 수행되는 작동 또는 기능을 설명하기 위해 본 명세서에서 사용되는 용어인 "검출"은 물리적 검출을 필요로 하기 보다 이들 작동 또는 기능을 수행하기 위한 결정 또는 계산 등을 포함하는 구성 요소, 부분, 장치 등을 포함한다. 장치의 구성 요소, 부분 또는 부품을 설명하기 위해 본 명세서에서 사용되는 용어인 "구성된"이란 원하는 기능을 수행하도록 조직된 그리고/또는 프로그램된 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 포함한다. 또한, 청구항에서 "수단 기능"으로서 표현되는 용어는 본 발명의 그 부분의 기능을 수행하기 위해 사용될 수 있는 임의의 구조를 포함해야만 한다. 본 명세서에서 사용되는 "사실상", "약" 및 "대략"과 같은 정도 용어는 최종 결과가 크게 변하지 않도록 수식된 항목의 합리적 편차량을 의미한다. 예컨대, 이들 용어는 그 편차가 이것이 수식하는 단어의 의미를 부정하지 않는다면 수식된 용어의 적어도 ±5 %의 편차를 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
비록 정선된 실시예들만이 본 발명을 설명하기 위해 선택되었지만, 본 개시 내용으로부터 기술 분야의 당업자에게 있어 다양한 변경 및 개조가 첨부된 특허청구범위에 한정된 발명의 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있음은 명백할 것이다. 또한, 본 발명에 따르는 상기 실시예들에 대한 상기 설명은 단지 설명을 위해 제공되며, 첨부된 특허청구범위에 의해 한정된 발명 및 그 균등물을 제한하기 위한 목 적이 아니다. 따라서, 본 발명의 범위는 개시된 실시예들에 한정되지 않는다.
상술한 바로부터 명백한 바와 같이, 본 발명에 따르면 매니폴드 내압 및 실린더 내압에 기초해서 실린더 흡기량을 아주 정교하게 계산할 수 있다는 효과를 갖는다.

Claims (14)

  1. 흡기 매니폴드 내로 유입되는 공기량과 흡기 매니폴드에서 유출되는 공기량 사이의 균형값에 기초해서 매니폴드 내부 공기량을 계산하도록 구성된 매니폴드 내부 공기량 계산부와,
    적어도 매니폴드 내부 공기량에 기초해서 매니폴드 내압을 계산하도록 구성된 매니폴드 내압 계산부와,
    실린더 내측의 증기 상태에 영향을 미치는 적어도 하나의 매개 변수에 기초해서 실린더 내압을 계산하도록 구성된 실린더 내압 계산부와,
    매니폴드 내압 및 실린더 내압에 기초해서 실린더 흡기량을 계산하도록 구성되는 실린더 흡기량 계산부를 포함하는 실린더 흡기량 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 실린더 내압 계산부는 실린더 내측의 증기 상태에 영향을 미치는 적어도 하나의 매개 변수로서 실린더 체적, 배기 압력 및 실린더 내부 공기량 중 적어도 하나를 사용하도록 추가로 구성되는 실린더 흡기량 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서, 흡기 온도를 계산하도록 구성되는 온도 계산부를 추가로 포함하며, 상기 매니폴드 내압 계산부는 매니폴드 내부 공기량 및 흡기 온도에 기초해서 매니폴드 내압을 계산하도록 추가로 구성되는 실린더 흡기량 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서, 흡기 온도를 계산하도록 구성되는 온도 계산부를 추가로 포함하며, 상기 실린더 흡기량 계산부는 매니폴드 내압, 실린더 내압 및 흡기 온도에 기초해서 실린더 흡기량을 계산하도록 추가로 구성되는 실린더 흡기량 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 매니폴드 내부 공기량 계산부는 공기 유량계로부터의 출력 신호를 사용해서 흡기 매니폴드 내로 유입되는 공기량을 계산하도록 추가로 구성되는 실린더 흡기량 측정 장치.
  6. 제1항에 있어서, 실린더 흡기량에 기초해서 실린더 유입 속도를 계산하도록 구성되는 실린더 유입 속도 계산부를 추가로 포함하는 실린더 흡기량 측정 장치.
  7. 제2항에 있어서, 흡기 온도를 계산하도록 구성되는 온도 계산부를 추가로 포함하며, 상기 매니폴드 내압 계산부는 매니폴드 내부 공기량 및 흡기 온도에 기초해서 매니폴드 내압을 계산하도록 추가로 구성되는 실린더 흡기량 측정 장치.
  8. 제7항에 있어서, 흡기 온도를 계산하도록 구성되는 온도 계산부를 추가로 포함하며, 상기 실린더 흡기량 계산부는 매니폴드 내압, 실린더 내압 및 흡기 온도에 기초해서 실린더 흡기량을 계산하도록 추가로 구성되는 실린더 흡기량 측정 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 매니폴드 내부 공기량 계산부는 공기 유량계로부터의 출력 신호를 사용해서 흡기 매니폴드 내로 유입되는 공기량을 계산하도록 추가로 구성되는 실린더 흡기량 측정 장치.
  10. 제9항에 있어서, 실린더 흡기량에 기초해서 실린더 유입 속도를 계산하도록 구성되는 실린더 유입 속도 계산부를 추가로 포함하는 실린더 흡기량 측정 장치.
  11. 흡기 매니폴드 내로 유입되는 공기량과 흡기 매니폴드에서 유출되는 공기량 사이의 균형값에 기초해서 매니폴드 내부 공기량을 계산하기 위한 매니폴드 내부 공기량 계산 수단과,
    적어도 매니폴드 내부 공기량에 기초해서 매니폴드 내압을 계산하기 위한 매니폴드 내압 계산 수단과,
    실린더 내측의 증기 상태에 영향을 미치는 적어도 하나의 매개 변수에 기초해서 실린더 내압을 계산하기 위한 실린더 내압 계산 수단과,
    매니폴드 내압 및 실린더 내압에 기초해서 실린더 흡기량을 계산하기 위한 실린더 흡기량 계산 수단을 포함하는 실린더 흡기량 측정 장치.
  12. 제11항에 있어서, 실린더 내압 계산 수단은 실린더 내측의 증기 상태에 영향을 미치는 적어도 하나의 매개 변수로서 실린더 체적, 배기 압력 및 실린더 내부 공기량 중 적어도 하나를 사용하도록 추가로 구성되는 실린더 흡기량 측정 장치.
  13. 흡기 매니폴드 내로 유입되는 공기량과 흡기 매니폴드에서 유출되는 공기량 사이의 균형값에 기초해서 매니폴드 내부 공기량을 계산하는 단계와,
    적어도 매니폴드 내부 공기량에 기초해서 매니폴드 내압을 계산하는 단계와,
    실린더 내측의 증기 상태에 영향을 미치는 적어도 하나의 매개 변수에 기초해서 실린더 내압을 계산하는 단계와,
    매니폴드 내압 및 실린더 내압에 기초해서 실린더 흡기량을 계산하는 단계를 포함하는 내연 기관의 실린더 흡기량 측정 방법.
  14. 제13항에 있어서, 실린더 내압 계산 단계는 실린더 내측의 증기 상태에 영향을 미치는 적어도 하나의 매개 변수로서 실린더 체적, 배기 압력 및 실린더 내부 공기량 중 적어도 하나를 사용하는 내연 기관의 실린더 흡기량 측정 방법.
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