KR100817643B1

KR100817643B1 - 내연 기관 제어 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100817643B1
Application number: KR1020060090004A
Authority: KR
Inventors: 프란크 베더나; 마틴 슈트라이프
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 1997-09-24
Filing date: 2006-09-18
Publication date: 2008-03-27
Also published as: KR20060104979A; JPH11148422A; KR19990030097A; DE19742083A1; JP2008215361A; IT1302230B1; US6032644A; ITMI982028A1; DE19742083B4

Abstract

본 발명은 내연 기관의 현재 토크를 최대 허용 토크와 비교하여 제어의 구동 안정성을 보장하도록 내연 기관을 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 충전 감지 범위에서 오류가 추정되면, 이러한 토크 비교는 바로 중단되며 다른 감시 기능이 작동된다.

Description

내연 기관 제어 방법 및 장치 {METHOD AND ARRANGEMENT FOR CONTROLLING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

도1은 내연 기관용 제어 유닛을 도시한 도면.

도2는 감시 기능의 절환을 설명하는 블록 배선도의 형태로 도시한 흐름도.

도3은 부하 감지 내지 충전 감지의 범위에서 잠재된 오류가 감지될 수 있는 방식을 도시한 도면.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

12 : 입력 회로

14 : 마이크로 컴퓨터

16 : 출력 회로

104, 108 : 비교기

106 : 절환 부재

202 : 논리곱 회로

208 : 적분기

210 : 보정부

212, 214 : 출력 신호

216 : 논리합 회로

본 발명은 독립 청구항들의 전제부에 따른 내연 기관 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.

독일 특허 출원 제195 36 038호에는 내연 기관 제어의 구동 안정성을 보장하기 위하여, 적어도 운전자에 의해 작동 가능한 조작 부재(예, 주행 페달)의 조정을 기초로 내연 기관의 최대 허용 토크가 형성되는 내연 기관의 제어를 위한 방법 및 장치가 개시되어 있다. 이러한 최대 허용 토크는 내연 기관의 실제 토크와 비교된다. 실제 토크가 최대 허용 토크를 초과하면, 제어의 오류 기능에 기초한 오류 반응에 대한 해결책, 특히 실제 토크가 최대 허용 토크 아래로 다시 감소할 때까지 내연 기관으로의 연료 유입의 차단이 유도된다. 그 이유는 최대 허용 토크를 기초로 한 감시가 내연 기관의 실제 토크의 정확성과 함수 관계에 있기 때문이다. 토크는 부하 또는 충전을 나타내는 변수(예를 들어 유입 공기량)를 기초로 하여 계산된다. 이로 인해, 정확성은 주로 부하 감지 내지 충전 검출의 정확성에 따른다. 충전 감지에서 오류가 발생할 경우, 허용 토크 비교에도 불구하고 내연 기관의 토크가 운전자가 원하는 이상으로 많이 출력된다. 이는, 예를 들어 잠재된 오류가 아주 미세한 공기량 신호, 부하 신호 또는 충전 신호를 발생시켜서 이로부터 계산된 내연 기관의 실제 토크가 실제로 출력되는 것에 비해 너무 작을 때, 발생된다.

본 발명의 목적은 내연 기관의 감시 방법을 개선하는 데 있다.

이는 독립 청구항들의 특징부에 의해 해결된다.

내연 기관의 감시는 부하 감지 또는 충전 감지의 범위에서 잠재되거나 감지되지 못한 오류가 있을 때 개선된다. 부하 감지 또는 충전 감지의 범위에서 잠재 오류로 인하여 이미 알려진 토크 비교를 통해서 인식되지 않고 운전자가 바라는 것에 비해 훨씬 큰 내연 기관의 토크가 효과적으로 발생된다.

특히 양호한 것은, 부하 감지 및 충전 감지의 범위에서 잠재 오류가 추정되면, 부하 감지 및 충전 감지를 수정하였을 때, 내연 기관의 구동 안정성을 보장하는 토크 비교의 절환이 하나의 다른 감시 기능을 취하게 된다는 것이다.

또한, 양호한 방식에 따르면, 이는 λ-조절의 진단 및/또는 측정된 공기량 신호의 평가에 의해서, 그리고 스로틀 밸브의 위치와 λ-조절의 인자로부터 계산된 공기량 신호의 평가에 의해서 검출된다.

또 다른 장점은 이하 실시예의 명세서 내지 독립 청구항으로부터 나타난다.

본 발명은 이하에서 도면에 도시된 실시예를 참조로 더욱 상세히 설명될 것이다.

도1은 입력 회로(12), 적어도 마이크로 컴퓨터(14) 및 출력 회로(16)를 포함하고 있는 내연 기관의 제어를 위한 전자 제어 유닛(10)을 도시하고 있다. 상기 요소들은 데이터 교환을 위한 커뮤니케이션 연결부(18)를 거쳐 서로 접속된다. 엔진 회전수(nmot)를 감지하기 위한 측정 장치(28), 내연 기관에 유입된 새로운 공기량(hfm)을 감지하기 위한 측정 장치(30), 주행 페달의 조작 상태(wped)를 감지하기 위한 측정 장치(32), 내연 기관의 스로틀 밸브의 위치(wdk)를 감지하기 위한 측정 장치(34)는 입력선(20, 22, 24)을 통해 입력 회로(12)에 접속된다. 또한, 내연 기관의 제어를 위해 평가되는 내연 기관 및/또는 차량의 또 다른 구동 변수를 해당 측정 장치(42 내지 46)로부터 안내하는 다른 입력선(36 내지 40)이 제공된다. 그러한 구동량은 예를 들어 흡입 공기 온도, 주변 압력, 흡입관 압력, 배기 가스 성분, 등이다. 제어 유닛(10)은 출력 회로(16)를 거쳐 내연 기관의 성능을 제어하기 위한 출력 신호를 내보내고, 이를 통해 제어 유닛은 연료 공급(출력선(48)을 통해 심볼화됨), 점화 시기(출력선(50)을 통해 심볼화됨), 내연 기관의 충전(출력선(52)을 통해 심볼화됨)을 내연 기관의 스로틀 밸브에 의해서 설정시킨다. 또한, 오류의 경우에, 제어 유닛(10)으로부터 출력 회로(16) 및 출력선(56)을 거쳐 제어되는 적어도 하나의 오류 램프(54)가 마련된다.

바람직한 실시예에서, 제어 시스템이 통상적인 작동을 할 때에 서두에서 언급한 바 있는 종래 기술과 같이, 적어도 주행 페달 조작 상태(wped) 및 엔진 회전수(nmot)를 기초로 하여 내연 기관의 토크(de)를 위한 목표값이 주어진다. 이러한 토크 목표값은 한편으로는 공기량 신호(hfm)에 따라 결정된 내연 기관의 공기 충전과, 엔진의 흡기관내 비율과, 엔진 회전수의 고려하에, 위치 조절 회로에 의해 조절되는 내연 기관의 스로틀 밸브를 위한 목표 위치로 변환된다. 다른 한편으로는 목표값은 점화각 및/또는 연료 공급에 대한 내연 기관의 실제적인 설정을 고려하여 연료 공급 및 조정 가능한 점화각을 위한 목표값으로 변환된다. 이러한 조작들은 내연 기관의 토크를 소정의 목표값으로 제어하도록 안내된다. 또한, 혼합기 성분이 소정 비율로 유지되게 적응 λ-조절이 제공된다. 조절기의 설정 변수(예를 들면, 조절기의 적응 변수 또는 설정 변수)가 소정의 한계값을 초과하면, 오류가 감지되어 오류 램프(54)가 제어된다. 또한, 제어 시스템의 구동 안정성을 보장하기 위해 서두에서 언급한 종래 기술에 공지된 토크 비교가 주어진다.

이하 기술된 실시예에서, 충전을 감지하기 위해, 내연 기관으로 유입된 공기량을 나타내고 상응 센서에 의해 출력된 신호를 평가하는 제어 시스템이 기술되어 있다. 이 때, 상기 신호가 잠재 오류와 관련되는 단계가 주어진다. 공기량 신호를 대신하여 흡입관 압력 신호가 충전 감지의 기초가 될 경우에 상술한 방식이 동일하게 사용된다. 또한, 공급된 신호의 오류 이외에 감지되지 않고 잠재되어 있는 오류는 오류적인 충전 신호로 되는 신호의 평가 범위내의 오류일 수도 있다.

측정 장치(30)에 의해 감지된 공기량 신호(hfm)는 내연 기관의 제어 시에 연료량의 계산, 점화 시기의 계산 및 상술된 바와 같이 스로틀 밸브의 설정을 위한 안내 변수로서 사용된다. 공기량 감지의 범주 내에서 오류 내지 부정확성이 야기되어 내연 기관의 토크가 운전자가 바라는 기대값을 넘어서 증가하게 된다. 특히, 스로틀 밸브가 운전자가 원할 경우 계속 개방될 수 있다. 이에 대한 예는 아주 작은 공기량값(마찬가지로 상당히 작은 충전값)이 검출될 때의 경우이다.

극단적인 경우, 주행 페달로부터 발을 떼어 놓을 때 공기량 감지 또는 충전 감지 시에 상술한 오류의 형태에 있어서 이 위치에서 허용되는 것보다 대략 50％ 이상의 공전 토크가 설정될 수 있다. 오류적인 공기량 신호 (또는 오류적인 충전 감지)에 따라, 이러한 신호를 기초로 하여 계산된 내연 기관의 실제 토크는 부정확하므로, 이와 같은 오류가 종래 기술에 공지된 토크 비교에 의해 모든 구동 상황에서 인식될 수 있는 것은 아니다.

본 발명에 따르면, 이로써 공기량 감지 또는 충전 감지의 범위에서 오류가 추정되면 토크 비교는 중단되고 또 다른 감시 기능으로 절환된다. 바람직한 실시예에서, 이 때 주행 페달로부터 발을 떼 놓을 경우와 소정의 한계값(예를 들어 1500 rpm) 이상의 엔진 회전수일 경우, 내연 기관으로의 연료 유입이 차단되는 감시 기능이 사용된다. 이런 감시 기능은 충전 감지의 범위에서 오류를 일으킬 경우에만 사용되기 때문에, 배기 가스 성분, 촉매 장치, 및 주행 안락감에 대한 영향은 무시된다.

오류 검출을 위하여, 다음의 특성이 사용된다. 상기 경우, 내연 기관의 혼합기 성분은 희박이다. λ조절은 소정의 λ목표값으로, 통상적으로 λ= 1이 되도록 연료량을 가능한 한 신속히 수정한다. λ조절의 이런 특성은 오류를 검출하기 위하여 평가된다.

도2에 따른 흐름도에서, 감시 방법의 절환이 도시되어 있다. 흐름도의 형태는 도3의 경우에서와 같이 개략적인 이유에서 선택된다. 도시된 방법의 구현은 바람직한 실시예에서 유닛(10)의 마이크로 컴퓨터(14) 프로그램으로서 실행된다. 도2 내지 도3에 도시된 요소는 그러한 구현의 프로그램, 프로그램 부분 또는 프로그램 단계를 나타내고 있다.

제1 특성 곡선(100)에서 내연 기관의 최대 허용 토크(mizul)는 주행 페달의 조작 상태(wped) 및 엔진 회전수(nmot)로부터 판독된다. 또 다른 특성 곡선(102)에서, 내연 기관의 실제 토크(miist)는 유입된 공기량 신호(hfm), 엔진 회전수(nmot) 및 실제 점화각 설정의 효율로부터 산출된다. 실제 토크(miist)가 최대 허용 토크(mizul) 보다 클 경우, 양쪽의 신호가 비교기(104)로 공급되고, 경우에 따라서는 소정의 지연 시간 후에 출력 신호가 출력된다. 비교기(104)가 출력 신호를 출력시키면, 내연 기관으로의 연료 유입을 차단시키는(안전 연료 차단(SKA)) 오류 반응이 도출된다. 이로 인해, 내연 기관의 실제 토크는 감소되고 최대 허용 토크 이하로 다시 감소된다.

상기 이유를 근거로 하여, 공기량 감지 및/또는 충전 감지의 범위에서 오류가 추정될 경우에, 상기 토크 비교는 중단되며 다른 감시 기능이 개시된다. 이는, 추정 오류를 참조 부호 107에서 검출할 경우, 직선의 위치로부터 점선의 위치로 절환하는 충전 검출의 범위에서 절환 부재(106)에 의해서 행해진다. 그러므로, 또 다른 비교기(108)가 출력 신호를 출력시킬 경우, 그와 같은 오류가 추정되면, 안전 연료 차단은 작동하게 된다. 이러한 비교기에는 엔진 회전수(nmot)와 주행 페달로부터 발을 떼어 놓는 것을 나타내는 신호(LL)가 제공된다. 바람직한 실시예에서, 페달로부터 발을 떼어 놓을 경우는 주행 페달의 조작 상태(wped)가 소정 임계값 아래에 있는 것으로 인식된다. 이는 주행 페달의 조작 상태가 소정 한계값 이하로 감소될 때 출력 신호를 형성하는 임계값 단계(110)에서 검출된다. 만일 그렇다면, 비교기(108)는 공급된 엔진 회전수를 예를 들어 1500 rpm의 소정의 최대 엔진 회전수와 비교한다. 엔진 회전수가 이러한 최대 회전수를 초과하면, 비교기(108)는 안전 차단(SKA)을 해제하는 출력 신호를 출력한다.

이로써, 추정된 공기량 감지 또는 충전 감지의 오류가 예측될 경우 토크 비교는 중단되고, 소정의 엔진 회전수가 초과될 경우, 바람직한 실시예에서 주행 페달로부터 발을 놓으면 내연 기관으로의 연료 유입이 차단되도록 하는 감시 기능을 활성화시킨다.

또 다른 바람직한 실시예에서, 주행 페달로부터 발을 놓을 경우 엔진 회전수가 소정의 최대값과 비교될 뿐만 아니라 주행 페달의 상이한 조작 상태 범위에 대해서 서로 다른 최대 엔진 회전수가 주어지거나, 또는 특성 곡선으로부터 주행 페달의 조작 상태에 따라 주어지는 최대 엔진 회전수가 출력되며, 이 때 최대 엔진 회전수가 초과될 경우 내연 기관으로의 연료 유입이 차단된다.

참조 부호 107에서는 오류가 충전 감지의 범위 내에 있는지의 여부, 특히 공기량 감지가 오류로서 받아 들이는지 여부를 검출하게 된다. 이는 다양한 방법으로 행할 수 있다.

가장 간단한 경우에는 감지된 공기량 신호(hfm)와 스로틀 밸브 위치(wdk) 사이의 비교가 신뢰성 상태에서 실행되고, 이 때 공기량 감지의 범위에서의 오류는 양 변수가 허용되지 않게 서로 편차가 나면 추정된다. 이 때, 이러한 변수 중 하나는 다른 하나로 환산된다(예를 들어 스로틀 밸브 위치를 공기 유동량으로 환산함).

또 다른 실시예에서는 λ조절 특성이 사용된다. 오류적인 공기량 신호, 특히 아주 작은 공기량 신호가 나오면, 운전자에 따라 실제적으로 유입되는 큰 공기 량에 비해 연료량이 아주 미세하게 분사된다. 이는 λ조절이 연료 공급을 수정하여 연료량을 증대시키는 결과를 갖는다. 이러한 작동 상황에서는 λ조절의 조절 인자 및/또는 적응 인자가 어느 정도 시간이 경과한 후에 그에 부합한 한계값을 초과한다. 이런 상황에서, 내연 기관의 바람직하지 못한 희박 작동을 지속적으로 발생시키는 연료 공급의 범위에서의 오류가 발생한다. 이에 상응하는 오류 표시가 세팅되어 오류 램프가 제어된다. 이런 경우에 있어서, 상술된 방법에 따라 충전 감지의 범위, 특히 공기량 검출의 범위에서 오류가 추정되어, 감시 기능이 절환된다. 이 때 다소 오류 감지 시간이 긴 경우는 개연적인 오류가 감지되어야 하는 것이 아니라 충전 감지의 범위에서 현재 잠재하는 오류의 확률이 결정되어야 하기 때문에 중요하지 않다.

또 다른 실시예에서는 상술된 양 인식 방법의 조합이 제공된다. 더욱이, 흡입관내의 상태를 고려하여 스로틀 밸브 위치로부터 계산된 공기 유동량은 센서에 의해 감지된 공기 유동량과 비교된다. 편차는 적분기로 공급되고, 그 출력 신호가 스로틀 밸브 위치로부터 계산된 공기 유동량을 보정하는 데 사용된다. 그러므로, 스로틀 밸브 위치를 기초로 하여 계산된 공기 유동량과 측정된 공기 유동량 사이의 비교가 실행된다. 이러한 비교 인자가 소정의 범위 내에 있을 때, λ조절 인자가 소정 임계값을 초과하는지의 여부가 조사된다. 이는 소정의 시간이 경과한 후 측정된 공기 유동량과 계산된 공기 유동량 사이의 아주 작은 편차가 나타나는 경우이다. 이런 경우에, 상술한 바와 같이 λ조절은 혼합기 조성을 조절하도록 영향을 끼치고, 이는 소정의 임계값 이상의 하나의 조절 인자 및/또는 적응 인자를 안내한 다. 이러한 두 가지 조건이 충족되면, 충전 감지의 범위에서, 특히 공기량 감지의 범위에서 잠재하는 오류가 수용되어 감시 기능이 절환된다.

공기량 감지의 범위에서 잠재된 오류를 가정하는 조건 기준은 개별적인 또는 임의의 조합하에 사용된다.

마지막에 제시한 두가지의 조건 기준은 도3의 흐름도를 참조로 설명된다.

참조 부호 200에서는 적어도 하나의 λ조절 인자(fr)를 기초로 하여 희박한 혼합기 방향으로의 연료 공급 시스템의 부적절한 조절이 인식된다. 이는 오류 마크를 설정하고 경고 램프(54)를 제어하고 논리곱 회로(OR-gate, 202)를 거쳐 감시 기능(회로 요소(106))을 절환시키는, 이에 부합한 출력 신호로 유도한다.

또한, 참조 부호 204에서는 스로틀 밸브 각도(wdk)가 흡입관내의 상태를 고려하여 공기 유동량(msdk)으로 환산된다. 이는 측정된 공기 유동량(mshfm)[신호(hfm)]과 비교기(206)에서 비교된다. 편차(△)는 적분기(208)로 유입되고, 그 출력 신호는 공기 유동량(msdk)의 보정(더하기 또는 곱하기)을 위해 보정부(210)로 안내된다. 또한, 적분기(208)의 출력 신호는 적분기의 출력 신호가 소정의 범위 내에 머물 때 하나의 출력 신호가 출력되는 임계값 요소(212)에 안내된다. 게다가, λ조절(fr)의 인자, 바람직하게는 적응 인자가 임계값 요소(214)에서 소정의 임계값과 비교된다. 조절 인자가 상기 한계값을 초과하면, 상기 요소(214)는 출력 신호를 내보낸다. 참조 부호 212 및 214의 출력 신호는 논리합 회로(UND-gate, 216)로 제공되고, 그 출력 신호는 논리곱 회로(OR-gate, 202)를 거쳐 감시 기능으로 절환된다. 이런 경우에, 감시 기능은 적분기(208)가 한계값을 넘어서지 못하 면, 즉 소정의 범위에 머물게 되면 절환되는 반면에, λ조절의 조절 인자는 임계값을 초과한다.

공기량 감지의 범위 내의 오류뿐만 아니라 공기량 신호의 지속적인 처리 과정의 범위에서의 오류도 이런 방식으로 충전 신호로서 감지됨으로써, 현재 잠재하고 있는 오류의 경우에도 감시 기능의 절환이 실행된다.

본 발명에 따르면, 부하 감지 또는 충전 감지의 범위에서 잠재 오류로 인하여 이미 알려진 토크 비교를 통해 인식되지 않고 운전자가 바라는 것에 비해 훨씬 큰 내연 기관의 토크가 효과적으로 발생된다.

Claims

내연 기관의 최대 허용 토크가 적어도 주행 페달의 조작 상태에 따라 검출되고, 내연 기관의 실제 토크가 검출되며, 검출된 실제 토크가 최대 허용 토크를 초과할 때 연료 공급이 차단되고, 내연 기관의 충전을 나타내는 신호가 감지되는 내연 기관 제어 방법이며,

충전 감지 또는 공기량 감지의 범위에서 오류가 추정될 때 토크 비교 감시 기능이 중단되고 토크 비교 감시 기능을 대신하여 또 다른 감시 기능이 활성화되고, 또 다른 감시 기능에 따르면 주행 페달의 소정 조작 상태에서 엔진 회전수가 소정의 엔진 회전수를 초과하면 연료 공급이 차단되는 것을 특징으로 하는 내연 기관 제어 방법.
제1항에 있어서, 주행 페달의 상기 소정 조작 상태는 주행 페달의 조작 해제된 상태인 것을 특징으로 하는 내연 기관 제어 방법.
제1항에 있어서, 주행 페달의 전체 페달 범위 또는 그 일부에 걸쳐 엔진 회전수가 사전 설정되어, 이 회전수를 초과하면 연료 공급이 차단되는 것을 특징으로 하는 내연 기관 제어 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 충전 감지의 범위에서 오류를 인식하기 위하여, 측정된 공기 유동량이 스로틀 밸브의 위치를 기초로 계산된 공기 유동량과 비교되거나 또는 스로틀 밸브의 위치를 기초로 계산된 공기 유동량이 상기 측정된 공기 유동량과 비교되고, 양쪽 신호값의 허용될 수 없는 편차가 있는 경우에 오류가 추정되는 것을 특징으로 하는 내연 기관 제어 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 공기 유동량이 조정된 경우에 λ조절 인자가 소정의 임계값을 초과하면, 오류가 충전 감지의 범위에서 인식되는 것을 특징으로 하는 내연 기관 제어 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 연료 공급 시스템의 진단이 희박한 혼합기 방향으로의 임계치 초과를 지시하면, 오류가 충전 감지의 범위에서 인식되는 것을 특징으로 하는 내연 기관 제어 방법.
적어도 주행 페달의 조작 상태에 따라 최대 허용 토크를 검출하고, 또한 내연 기관의 실제 토크를 검출하며, 실제 토크와 최대 허용 토크를 서로 비교하고, 내연 기관의 실제 토크가 최대 허용 토크를 초과할 때 연료 공급을 차단하며, 내연 기관의 충전을 나타내는 신호를 감지하는 전자 제어 유닛을 구비한 내연 기관 제어 장치이며,

전자 제어 유닛은 충전 감지 또는 공기량 감지의 범위에서 오류가 추정될 때 토크 비교 감시 기능을 중단하고 토크 비교 감시 기능을 대신하여 또 다른 감시 기능을 활성화하고, 또 다른 감시 기능에 따르면 주행 페달의 소정 조작 상태에서 엔진 회전수가 소정의 엔진 회전수를 초과하면 연료 공급을 차단하는 것을 특징으로 하는 내연 기관 제어 장치.