KR101028132B1

KR101028132B1 - 내연기관의 정지위치제어장치

Info

Publication number: KR101028132B1
Application number: KR1020087020203A
Authority: KR
Inventors: 노리야스 아다치
Original assignee: 도요타 지도샤（주）
Priority date: 2006-02-09
Filing date: 2007-02-09
Publication date: 2011-04-08
Also published as: EP1989429B1; KR20080094923A; US20090248282A1; BRPI0707644A2; EP1989429A1; WO2007091735A1; US7809493B2; CN101384810B; JP2007211684A; JP4923600B2; CN101384810A

Abstract

엔진모델(60)이 크랭크축주변운동방정식연산블럭(62), 마찰모델(64), 흡기압추정모델(66), 실린더내압추정모델(68), 연소파형연산블럭(70), 대기압보정항연산블럭(72) 및 대기온도보정항연산블럭(74)을 포함하도록 구성된다. 연소가 차단되는 동안, 마찰모델(64)은 엔진모델(60)에 의해 산출된 크랭크 정지 위치에 관한 추정값 및 크랭크 정지 위치에 관한 측정 데이터를 이용하여 학습되고 갱신된다.

Description

내연기관의 정지위치제어장치{STOP POSITION CONTROL APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 일반적으로 내연기관의 정지 위치를 제어하기 위한 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 내연기관의 정지위치제어장치에 관한 것으로, 상기 장치는 관련 자동차의 임시 정지 이후 자동으로 내연기관을 정지 및 재기동하도록 되어 있는 제어기법을 제공하는 것을 특징으로 한다.

일본특허출원공개공보 제2004-293444호(특허문헌 1)는, 종래의 장치로서 관련 자동차가 임시 정지한 이후 자동으로 내연기관을 정지 및 재기동하기 위한 제어(경제주행제어)를 실행하는 엔진스타터를 개시하고 있다. 내연기관을 부드럽게 재기동하기 위하여, 상기 종래의 장치는 차량이 연료의 공급을 정지시키는 엔진속도를 제어함으로써 내연기관의 자동 정지 시에 피스톤의 정지 위치(크랭크축의 정지 위치)를 최적화하도록 되어 있다.

또한, 일본특허출원공개공보 제2005-16505호(특허문헌 2)는 차량을 구동하기 위해 내연기관과 모터를 이용하는 하이브리드자동차의 차량구동제어장치를 개시하고 있다. 이러한 종래의 장치는 크랭크축이 원하는 정지 위치에 정지되면서 내연기관을 정지시키는 데 필요한 목표속도(목표연소차단엔진속도)를 보정하기 위해 크랭 크각의 검출값(실제 크랭크각)을 이용한다. 특허문헌 2는 내연기관의 내부 마찰 또는 목표속도의 보정으로 인한 윤활유 및 냉각유의 온도 또는 점성의 변동이 있는 경우라도, 상기 장치가 내연기관을 원하는 정지 위치에 정지시킬 수 있다는 사실을 설명한다.

상술된 문헌을 포함하여, 본 출원인은 본 발명의 관련 기술로서 하기 문헌에 정통하다.

[특허문헌 1] 일본공개특허출원공보 제2004-293444호

[특허문헌 2] 일본공개특허출원공보 제2005-16505호

[특허문헌 3] 일본공개특허출원공보 제Hei02-305342호

[특허문헌 3] 일본공개특허출원공보 제Sho58-18535호

내연기관이 자동으로 정지되는 경우, 크랭크축의 정지 위치는 원하는 위치로부터 벗어날 수도 있다. 상술된 마찰의 변동과 같은 복수의 요인들이 고려된다. 하지만, 특허문헌 1에서는, 크랭크축의 정지 위치를 원하는 위치로부터 벗어나게 하는 이러한 복수의 요인들을 고려하지 않고 있다. 또한, 특허문헌 2에 따르면, 편차의 원인들을 고려하고는 있지만, 원하는 정지 위치가 각종 요인들을 모두 함께 고려하여 조정되므로, 크랭크 정지 위치의 제어의 정확성과 집중성이 떨어지게 된다.

본 발명은 상술된 문제점들을 해결하고자 고안되었으며, 본 발명의 목적은 내연기관을 자동으로 정지 및 재기동하도록 되어 있는 제어 기법을 제공하고, 내연기관 내의 크랭크축의 정지 위치를 정확하게 추정할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은 내연기관의 마찰을 연산하는 마찰모델을 포함하는 내연기관의 정지위치제어장치에 의하여 달성된다. 상기 장치는 연산된 마찰을 토대로 크랭크축의 정지 위치를 보정한다.

본 발명의 제2실시형태에 있어서, 상기 장치는 내연기관의 연소가 정지되는 연소차단엔진속도를 제어함으로써 크랭크축의 정지 위치를 제어하도록 적합될 수도 있다. 마찰을 포함하는 소요 파라미터를 토대로 상기 크랭크축의 정지 위치의 추정값을 연산하기 위해 크랭크정지위치연산수단이 제공될 수도 있다. 상기 크랭크정지위치연산수단은, 상기 마찰모델에 의해 연산된 마찰을 토대로 상기 크랭크축의 정지 위치의 추정값을 보정할 수도 있다.

본 발명의 제3실시형태는 크랭크축의 정지 위치를 판정하기 위한 크랭크정지위치판정수단을 포함할 수도 있다. 상기 크랭크축의 정지 위치가 소요 에러 범위 외부에 있는 것으로 판정되는 경우, 상기 장치는 상기 크랭크축의 정지 위치의 추정값과 상기 크랭크축의 정지 위치의 측정값 간의 편차를 토대로, 상기 마찰모델을 학습하고 상기 마찰모델을 갱신할 수도 있다.

본 발명의 제4실시형태에 있어서, 상기 장치는 내연기관의 연소가 정지되는 연소차단엔진속도를 제어하여 크랭크축의 정지 위치를 제어하도록 적합될 수도 있다. 마찰을 포함하는 소요 파라미터들을 토대로 상기 연소차단엔진속도의 목표값을 연산하기 위해 목표연소차단엔진속도연산수단이 제공될 수도 있다. 상기 목표연소차단엔진속도연산수단은, 상기 마찰모델에 의해 연산된 마찰을 토대로 상기 목표값을 보정할 수도 있다.

본 발명의 제5실시형태는 냉각수의 온도와 윤활유의 온도 간의 차이를 판정하기 위한 온도차판정수단을 포함할 수도 있다. 상기 온도차와 연관된 마찰 에러를 연산하기 위해 마찰에러연산수단이 제공될 수도 있다. 상기 냉각수의 온도와 상기 윤활유의 온도가 서로 상이한 것으로 판정되는 경우, 상기 장치는 상기 마찰 에러를 토대로 상기 마찰모델을 보정할 수도 있다.

본 발명의 제6실시형태에 있어서, 상기 냉각수의 온도와 상기 윤활유의 온도가 서로 상이한 것으로 판정되는 경우, 상기 장치는 상기 크랭크축의 정지 위치의 제어를 금지할 수도 있다.

본 발명의 제1실시형태에 따르면, 크랭크 정지 위치의 정확성에 대한 효과들이 크랭크 정지 위치의 정확성에 영향을 주는 각각의 요인에 대해 고려될 수 있으므로, 크랭크축의 정지 위치가 정확하게 제어될 수 있다.

본 발명의 제2실시형태에 따르면, 크랭크 정지 위치의 정확성에 대한 효과들이 크랭크 정지 위치의 정확성에 영향을 주는 각각의 요인들에 대해 고려되면서, 크랭크축의 정지 위치에 대한 데이터가 추정될 수 있으므로, 고효율 산술 연산을 수행할 수 있는 정지위치제어장치가 실현될 수 있다.

본 발명의 제3실시형태에 따르면, 크랭크축의 정지 위치에 대해 현저하게 영향을 주는 마찰에 대한 효과만이 학습 및 갱신될 수 있으므로, 고효율 산술 연산 및 크랭크축의 정지 위치를 추정하는 정확성의 개선이 달성될 수 있다.

본 발명의 제4실시형태에 따르면, 크랭크축의 정지 위치의 정확성에 대한 효과들이 크랭크 정지 위치의 정확성에 영향을 주는 각각의 요인들에 대해 고려가능하면서, 정지 연소에 필요한 엔진속도(이하, "연소차단엔진속도"라고 함)의 목표값이 달성될 수 있으므로, 고효율 산술 연산을 수행할 수 있는 정지위치제어장치가 실현될 수 있다.

본 발명의 제5실시형태에 따르면, 냉각수의 온도와 윤활유의 온도에 의해 마찰이 영향을 받는다는 사실이 고려가능하므로, 크랭크축의 정지 위치의 보다 정확한 추정이 가능하게 된다.

본 발명의 제6실시형태에 따르면, 마찰이 부정확하게 추정된 것으로 판정되는 경우, 크랭크 정지 위치의 제어가 금지되므로, 크랭크축의 정지 위치의 높은 제어능력이 얻어질 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예로서 내연기관의 정지위치제어장치가 적용된 내연기관의 구성을 설명하는 도면;

도 2는 도 1의 ECU에 구성된 엔진모델의 구성을 도시한 블럭도;

도 3은 크랭크축의 주변 구성요소들에 할당되는 참조번호와 부호들을 도시한 도면;

도 4는 마찰토크 TRQf를 획득하기 위해 도 2의 마찰모델이 포함하는 마찰맵의 일례를 도시한 도면;

도 5는 실린더내압 P의 기록들을 획득하기 위한 변형예로서 적용된 방법을 설명하는 도면;

도 6은 엔진모델을 이용하여 크랭크 정지 위치의 제어를 실현하기 위하여 제1실시예에 따라 ECU에 의해 실행되는 루틴의 흐름도;

도 7은 도 1의 ECU가 기억하는 크랭크축의 목표정지영역을 도시한 도면;

도 8은 마찰모델의 마찰맵 상의 각각의 사상점의 값들에 PID 보정데이터를 통합하기 위하여 단계 110에서 구현되는 방법을 설명하는 도면;

도 9는 피드백 제어를 이용하여 목표연소차단엔진속도의 연산방법을 설명하는 블럭도;

도 10은 도 6에 도시된 루틴의 단계 114에서 행해지는 프로세스를 설명하기 위한 타이밍차트;

도 11은 본 발명의 제2실시예에 따라 ECU에 의해 실행되는 루틴의 흐름도; 및

도 12는 본 발명의 제3실시예에 따라 ECU에 의해 실행되는 루틴의 흐름도이다.

제1실시예

[제1실시예에 따른 시스템 구성]

도 1은 내연기관의 정지위치제어장치가 본 발명의 제1실시예로서 적용된 내연기관(10)의 구성을 설명하는 도면이다. 본 실시예의 시스템은 내연기관(10)을 포함한다. 또한, 본 실시예는 내연기관(10)으로서 인라인 4-실린더 엔진을 가정한다. 내연기관(10)의 각 실린더는 피스톤(12)을 포함한다. 상기 피스톤(12)은 커넥팅로 드(14)를 통해 크랭크축(16)과 결합된다. 내연기관(10)의 각각의 실린더는 또한 피스톤(12) 정상에 형성된 연소실(18)을 구비한다. 흡기로(20) 및 배기로(22)가 연소실(18)과 연통되어 있다.

상기 흡기로(20)는 스로틀밸브(24)를 포함한다. 상기 스로틀밸브(24)는 액셀러레이터의 개방 위치에 독립적으로 스로틀밸브의 개방 위치를 제어할 수 있는 전자제어식 스로틀밸브이다. 스로틀의 개방 위치 TA를 검출하는 스로틀위치센서(26)는 상기 스로틀밸브(24) 부근에 배치된다. 연료를 흡기구 안으로 분사하기 위한 연료분사밸브(28)가 상기 스로틀밸브(24)에 대하여 하류에 배치된다. 내연기관의 실린더헤드에는, 연소실(18)의 상부로부터 연소실(18) 안으로 돌출되는 형태로 각각의 실린더에 대해 점화플러그(30)가 장착된다. 흡기밸브(32) 및 배기밸브(34)가 흡기구 및 배기구에 각각 제공된다. 상기 흡기밸브(32)는 연소실(18)과 흡기로(20) 사이에 연속 또는 불연속으로 형성되고, 상기 배기밸브(34)는 연소실(18)과 배기로(22) 사이에 연속 또는 불연속으로 형성된다.

상기 흡기밸브(32) 및 배기밸브(34)는 흡기가변밸브타이밍(VVT)제어기구(36) 및 배기가변밸브타이밍(VVT)제어기구(38)에 의하여 각각 구동된다. 상기 흡기가변밸브타이밍(VVT)제어기구(36) 및 배기가변밸브타이밍(VVT)제어기구(38)는 크랭크축(16)의 회전과 동기하여 흡기밸브(32) 및 배기밸브(34)를 각각 개폐할 수 있다. 상기 VVT제어기구들은 또한 흡기 및 배기밸브의 각각의 밸브-개방 특성(밸브-개방 타이밍, 조작각도 및 밸브리프트량 등)도 변경할 수 있다.

상기 내연기관(10)은 크랭크축(16) 부근에 크랭크각센서(40)를 구비한다. 상 기 크랭크각센서(40)는 크랭크축(16)이 소요각을 회전할 때마다 고레벨("Hi") 출력 상태와 저레벨("Lo") 출력 상태를 반전시킨다. 상기 크랭크축(16)의 회전 위치와 그 회전수(즉, 엔진속도 "Ne")는 크랭크각센서(40)의 출력에 따라 검출될 수 있다. 상기 내연기관(10)은 또한 흡기캠축 부근에 캠각센서(42)를 구비한다. 상기 캠각센서(42)는 본질적으로 크랭크각센서(40)와 동일한 구성을 가진다. 상기 흡기캠축의 회전 위치(진각값; advance value)와 기타 인자들은 상기 캠각센서(42)의 출력에 따라 검출될 수 있다.

도 1에 도시된 시스템은 또한 전자제어유닛(ECU)(50)을 포함한다. 상술된 각종 센서 이외에, 배기로(22)의 내부 배기 공연비를 검출하기 위한 공연비센서(52) 및 내연기관(10) 내의 냉각수의 온도를 검출하기 위한 수온센서(54)가 ECU(50)에 전기적으로 연결된다. 나아가, 상술된 각종 액츄에이터가 ECU(50)에 전기적으로 연결된다. 상기 ECU(50)는 각종 센서의 출력을 토대로 그리고 ECU(50)에 사실상 구성된 엔진모델(60)을 이용하여 연산되는 결과들을 토대로 상기 내연기관(10)의 운전 상태를 제어할 수 있다.

[엔진모델의 개요]

도 2는 도 1의 ECU(50)에 구성된 엔진모델(60)의 구성을 도시한 블럭도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 엔진모델(60)은 크랭크축주변운동방정식연산블럭(62), 마찰모델(64), 흡기압추정모델(66), 실린더내압추정모델(68), 연소파형연산블럭(70), 대기압보정항연산블럭(72) 및 대기온도보정항연산블럭(74)을 포함한다. 이들 부분들의 상세한 구조적 설명을 후술한다.

(1) 크랭크축주변운동방정식연산블럭의 설명

상기 크랭크축주변운동방정식연산블럭(62)은 크랭크각 θ 및 엔진속도 "Ne", 즉 크랭크각회전수 dθ/dt의 추정값들을 연산한다. 상기 크랭크축주변운동방정식연산블럭(62)은 실린더내압추정모델(68) 또는 연소파형연산블럭(70)으로부터 상기 내연기관(10)의 실린더내압 P를 수신한다. 상기 연산 개시 시, 상기 크랭크축주변운동방정식연산블럭(62)은 또한 초기 크랭크각 "θ0" 및 초기 엔진속도 "Ne0"도 수신한다.

상기 크랭크축주변운동방정식연산블럭(62)에 의해 연산된 상기 추정된 크랭크각 θ 및 추정된 엔진속도 "Ne" 양자 모두는 각각 실제 크랭크각 θ과 실제 엔진속도 "Ne"와의 편차를 보상하기 위하여 도 2에 도시된 PID 제어장치(76)에 의해 피드백 제어를 겪게 된다. 내연기관(10)의 내부 마찰에 관한 효과들은 마찰모델(64)에 의하여 상기 크랭크축주변운동방정식연산블럭(62)에 의해 연산되는 결과들에 통합된다.

다음으로, 크랭크축주변운동방정식연산블럭(62) 내에서 실행되는 연산의 보다 상세한 설명을 후술하기로 한다.

도 3은 크랭크축(16)의 주변 구성요소들에 할당된 참조 번호 및 부호들을 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예는 실린더내압 P를 견디는 피스톤(12)의 상단부가 A의 표면적을 갖는다고 가정한다. 또한, 커넥팅로드(14)의 길이는 L로, 크랭크의 회전 반경은 "r"로 표기된다. 또한, 커넥팅로드(14)의 피스톤-설치점과 크랭크축(16)의 축중심을 연결하는 가상선(실린더 축선)과 상기 커넥팅로드(14)의 축선 사이에 형성되는 각은 φ(이하, "커넥팅로드각 φ"라고 함)로 표기된다. 나아가, 실린더 축선과 크랭크핀(17)의 축선 사이에 형성되는 각도는 θ로 표기된다.

실린더가 4개인 내연기관(10)은 실린더들 가운데 크랭크각의 관점에서 180°CA의 위상차를 가지므로, 실린더들 간의 크랭크각의 관계는 수학식 1a로 정의될 수 있다. 또한, 상기 실린더들의 크랭크각회전수, dθ/dt는 시간에 대하여 각 실린더의 크랭크각 θ를 미분하여 얻어지므로, 각각의 각도가 수학식 1b로서 표현될 수 있다.

θ₁=θ, θ₂=θ+π, θ₃=θ+2π, θ₄=θ+3π

상기 수학식 1a 및 수학식 1b에서 크랭크각 θ 및 크랭크각회전수 dθ/dt로 할당되는 참조 번호 1 내지 4는 내연기관(10)의 소요 폭발 순서에 따라 각각의 실린더에서의 연소의 순서에 대응한다. 또한, 참조 번호 1 내지 4는 하기 수학식에서 "i"로 표현될 수도 있다.

부가적으로는, 도 3에 도시된 피스톤크랭크기구에 있어서, 크랭크각 θ_i 및 커넥팅로드각 φ_i가 하기 수학식 2로 표현된 관계를 가진다.

여기서, "dXi/dt"는 피스톤 속도를 나타낸다.

나아가, 크랭크축 주변의 총 운동에너지는 수학식 3에서와 같이 표현될 수 있다. 전개식 3은 수학식 3의 각 항의 각종 파라미터들이 1/2(dθ/dt)²의 계수로 표현되도록 한다. 여기서, 이렇게 획득한 계수는 크랭크각 θ의 함수 f(θ)로 표현된다.

수학식 3의 우변의 첫번째 항은 크랭크축(16)의 회전운동에 관한 운동에너지와 등가이고, 상기 우변의 두번째 항은 피스톤(12)과 커넥팅로드(14)의 직선운동에 관한 운동에너지에 등가이며, 상기 우변의 세번째 항은 상기 커넥팅로드(14)의 회전운동에 관한 운동에너지에 등가이다. 또한, 수학식 3의 "Ik"는 그 회전축 주위의 크랭크축(16)의 관성모멘트를 나타내고, "If1"은 그 회전축 주위의 플라이휠의 관성모멘트이다. 부가적으로는, "Imi"는 회전부의 회전축 주위의 변속기(즉, 변속기, 구동축, 타이어 및 기타 내연기관(10)과 결합된 요소)를 포함하는 회전부의 관성모멘트를 나타내고, "Ic"는 커넥팅로드(14)의 관성모멘트를 나타낸다. 나아가, "mp"는 상기 피스톤(12)의 변위를 나타내고, "mc"는 상기 커넥팅로드(14)의 변위를 나 타낸다.

다음으로, 라그란지안 L은 수학식 4a에서와 같이 상기 시스템의 총 운동에너지 T와 위치에너지 U 간의 편차로 정의된다. 크랭크축(16)에 작용하는 입력 토크가 TRQ로 취해진다면, 라그란제의 운동방정식은 수학식 4b에서와 같이, 라그란지안 L, 크랭크각 θ 및 입력 토크 TRQ 간의 관계를 표현하는 데 사용될 수 있다.

L=T-U

수학식 4a에서, 위치에너지 U의 영향은 운동에너지 T의 영향에 비해 불충분하므로, 전자의 영향은 무시될 수 있다. 수학식 4b의 좌변의 첫번째 항은 크랭크각 회전수(dθ/dt)에 대하여 수학식 3을 부분적으로 미분함으로써 얻어지는 값을 시미분하여 수학식 4c에서와 같이 크랭크각 θ의 함수로 표현될 수 있다. 또한, 수학식 4b의 좌변의 두번째 항은 크랭크각 θ에 대하여 수학식 3을 부분적으로 미분하여 수학식 4d에서와 같이 크랭크각 θ의 함수로 표현될 수 있다.

그러므로, 수학식 4b는 수학식 4e에서와 같이 다시 쓸 수 있으므로, 크랭크각 θ와 입력 토크 TRQ 간의 관계가 얻어질 수 있다. 또한, 여기서의 입력 토크 TRQ는 수학식 5에서와 같이 세 파라미터를 갖는 값으로 정의된다.

TRQ = TRQ_e - TRQ_L - TRQ_f

상기 수학식 5에서, TRQe는 엔진에서 발생하는 토크이다. 보다 구체적으로, TRQe는 가스압력(실린더내압 P)을 견디는 피스톤(12)으로부터 크랭크축(16)에 작용하는 토크이다. 또한, TRQL은 내연기관(10)이 탑재된 차량의 특별한 특성에 따라 변하는 기지값으로서 ECU(50) 내에 저장되는 부하 토크이다. 또한, TRQf는 마찰 토크, 즉 피스톤(12) 및 크랭크축(16)과 같은 슬라이딩부들에서의 총 마찰 손실에 대응하는 토크이다. 상기 마찰 토크 TRQf는 상기 마찰모델(64)로부터 얻어지는 값이다.

다음으로, 엔진 토크 TRQe는 수학식 6a 내지 6c에 따라 연산될 수 있다. 다시 말해, 우선 실린더내압 P로 인해 커넥팅로드(14)에 작용하는 힘 Fc는 피스톤(12)의 상단부에 작용하는 힘 PA의 커넥팅로드(14)의 축방향으로의 선형방향성분 으로 표현될 수 있다. 수학식 6a는 힘 Fc를 표현한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 커넥팅로드(14)의 축선과 크랭크핀(17)의 이동경로의 접선 사이에 형성되는 각도가 {π/2-(φ+θ)}이므로, 실린더내압 P로 인해 크랭크핀(17)의 이동경로의 접선방향으로 작용하는 힘 Fk는 상기 커넥팅로드(14) 상에 가해지는 힘 Fc를 이용하여 표현될 수 있다. 수학식 6b는 힘 Fk를 표현한다. 엔진 토크 TRQe는 크랭크핀(17)의 이동경로의 접선방향으로 작용하는 힘 Fk와 상기 크랭크의 회전반경 "r"의 곱이다. 그러므로, 수학식 6a 및 6b는 수학식 6c에서와 같이 Fk를 표현하는 데 사용될 수 있다.

F_c = P·Acos(φ)

F_k = F_csin(φ+θ)

상기 크랭크축주변운동방정식연산블럭(62)의 구성에 따르면, 상기 입력 토크 TRQ는 실린더내압추정모델(68) 또는 연소파형연산블럭(70)과 함께 실린더내압 P를 획득하여 수학식 6c 및 수학식 5에 따라 얻어질 수 있다. 이는 수학식 4e를 풀어 크랭크각 θ 및 크랭크각회전수 dθ/dt를 획득할 수 있게 한다.

(2) 마찰모델의 설명

도 4는 마찰 토크 TRQf를 획득하기 위해 도 2의 마찰모델(64)이 포함하는 마찰맵의 일례를 도시한다. 도 4의 그래프에서, 마찰 토크 TRQf는 엔진속도 "Ne"와 엔진냉각수의 온도 간의 관계 하에 정의된다. 그래프에 도시된 이러한 특성은 사전에 미리 행해지는 실험 등에 의해 특정되고, 상기 마찰 토크 TRQf는 엔진냉각수의 온도의 감소와 함께 증가하는 경향이 있다.

ECU(50)의 연산 부하를 줄이기 위하여, 상술된 그래프(마찰맵)가 마찰모델(64)에 포함된다는 것은 본 실시예에 상술되어 있다. 하지만, 마찰모델의 구성이 상기 설명으로 제한되는 것은 아니며, 수학식 7과 같은 관계식을 사용할 수도 있다. 수학식 7은 마찰 토크 TRQf가 파라미터로서 엔진속도 "Ne" 및 내연기관(10)의 윤활유의 역학 점도 υ를 취하는 함수이도록 구성된다.

TRQ_f = C₁·Ne² + C₂·υ + C₃

여기서, C1, C2, C3은 각각 실험 등으로 적합된 계수이다.

(3) 흡기압추정모델의 설명

상기 흡기압추정모델(66)은 흡기압을 추정하기 위한 흡기압맵(도시안됨)을 구비한다. 이러한 흡기압맵은 흡기압, 스로틀각 "TA", 엔진속도 "Ne" 및 상기 흡기 및 배기밸브의 밸브 타이밍 "VVT" 간의 관계 하에 정의된다. 이러한 흡기압추정모델의 구성에 따르면, ECU(50)의 연산 부하를 최소화하면서 흡기압이 획득될 수 있다. 흡기압을 상세히 연산하면, 상기 흡기압추정모델은 상술된 흡기압맵 대신에, 스로틀밸브(24)를 통과하는 공기의 유량을 추정하는 스로틀모델 및 흡기밸브(32)를 통과하는 공기의 유량(즉, 실린더내흡기유량)을 추정하는 밸브모델을 이용하여 구성될 수도 있다.

(4) 실린더내압추정모델

상기 실린더내압추정모델(68)은 연소가 행해지지 않는 상황 하에 실린더내압 P을 연산하는 데 사용된다. 상기 실린더내압추정모델(68)에서는, 내연기관(10)의 각 행정에서의 실린더내압 P이 아래 도시된 수학식 8a 내지 8d를 이용하여 연산된다. 다시 말해, 흡기 행정 시의 실린더내압 P는 상기 흡기압추정모델(66)의 흡기압맵으로부터 도출되는 실린더내압맵데이터 "Pmap"로부터 수학식 8a에서와 같이 먼저 얻어진다.

흡기 행정 P=Pmap (Ne, VVT, TA)

압축 행정

폭발 행정

배기 행정

다음으로, 가스 내의 가역 단열 변화의 수학식에 따르면, 압축 행정 시의 실린더내압 P이 수학식 8b에서와 같이 표현될 수 있다.

상기 수학식 8b에서, V_BDC는 피스톤(12)이 흡기저부상사점에 위치할 때 존재하는 행정 부피 V를 나타내고, "κ"는 비열율을 나타낸다.

압축 행정에서와 같이, 팽창 행정 시의 실린더내압 P은 수학식 8c에서와 같이 표현될 수 있다.

상기 수학식 8c에 있어서, V_TDC는 피스톤(12)이 압축 상사점에 위치할 때 존재하는 행정 부피를 나타내고, Pc는 압축 행정의 종료 시 얻어지는 실린더내압을 나타낸다.

또한, 수학식 8d에 도시된 바와 같이, 배기 행정 시의 실린더내압 P가 배기로(22)에서 내부 압력 "Pex"이라고 가정한다. 상기 압력 "Pex"는 대기압 "Pair"에 본질적으로 같도록 간주될 수 있다. 그러므로, 상기 추정모델은 배기 행정 시에 얻어지는 실린더내압 P으로서 대기압 "Pair"을 이용한다.

(5) 연소파형연산블럭의 설명

상기 연소파형연산블럭(70)은 압축 행정의 중간상에서 폭발 행정의 중간상까지의 연소 기간 시에 실린더내압(연소압) P을 연산하는 데 사용된다. 상기 연소파형연산블럭(70)은 Weibe 함수에 기초한 관계식인 수학식 9a 및 후술하는 수학식 10 을 이용하여 연소압 P의 추정값을 연산한다.

상기 수학식 9a는 다음과 같이 다시 쓸 수 있다.

수학식 9c의 양 변을 θ에 대하여 적분하면 다음과 같다.

보다 상세하게는, 상기 연소파형연산블럭(70)은 우선 현재 크랭크각 θ과 연관된 방열율 dQ/dθ을 연산하기 위해 수학식 9a를 이용한다.

상기 수학식 9a에서 파라미터 "m", "k", "θb" 및 "a"는 각각 성형계수, 연소효율, 점화지연기간 및 연소속도를 나타낸다. 여기서의 연소속도 "a"는 6.9의 고정값이다. 각각의 파라미터는 사전에 미리 적합된 값을 이용한다. 또한, Q는 방열량을 나타낸다.

수학식 9a를 이용하여 방열율 dQ/dθ을 연산하기 위해서는, 방열량 Q을 연산하여야 한다. 상기 방열량 Q는 미분방정식인 수학식 9a를 풀어 연산될 수 있다. 그러므로, 수학식 9b에서는, 수학식 9a의 Weibe 함수에 등가인 부분이 먼저 "g(θ)"로 치환된다. 이는 수학식 9a를 수학식 9c로 나타낼 수 있게 한다. 다음으로, 수학 식 9c의 양 변을 크랭크각 θ에 대하여 적분한 후, 전개식 9c는 방열량 Q를 수학식 9d로 표현할 수 있게 한다. 이 후, 방열율 dQ/dθ은 수학식 9d에 따라 연산된 방열량 Q을 수학식 9a에 대입하여 연산될 수 있다.

상기 방열율 dQ/dθ 및 실린더내압(연소압) P는 에너지 변환 법칙을 토대로 관계식을 이용하여 수학식 10에서와 같이 표현될 수 있다. 이에 따라, 상기 연소압 P는 수학식 9a에 따라 연산된 방열율 dQ/dθ을 그것에 대입한 후, 수학식 10을 풀어 연산될 수 있다.

상술된 연소파형연산블럭(70) 및 실린더내압추정모델(68)을 이용함으로써, 연소가 진행되고 있는 지에 관계없이, 상기 내연기관(10)의 실린더내압 P의 기록들을 얻을 수 있게 한다. 다시 말해, 이는 실린더내압추정모델(68)을 이용하여 비연소 상태 하에 실린더내압 P을 연산하고, 연소파형연산블럭(70)을 이용하여 연소 상태 하에 실린더내압 P을 연산함으로써 가능하다.

상기 내연기관(10)의 실린더내압 P의 기록들을 획득하는 방법이 상기 방법으로 제한되는 것은 아니며, 예컨대 도 5를 참조하여 도시되는 이러한 방법일 수도 있다.

도 5는 상술된 변형예로서 적용된 방법을 설명하는 도면이다. 이러한 방법은 상술된 변형예로서 적용되는 방법을 설명하는 도면이다. 이러한 방법은 상기 수학식 9a 및 수학식 10을 이용하여 각각의 소요 크랭크각 θ에 대하여 연소압 P을 연산하지 못한다. 대신에, 상기 방법은 도 5의 (a)에 도시된 이러한 연소 패턴, 즉 연소로 인한 실린더내압 P의 파형의 변동(다시 말해, 연소로 인한 압력의 증가)만을 연산하기 위해 미리 수학식 9a 및 수학식 10을 이용한다.

보다 구체적으로, 상기 연소 패턴을 결정하기 위한 3가지 파라미터인 점화지연기간, 연소기간 및 "△Pmax"(연소 상태 하의 최대압력 "Pmax"와 비연소 상태 하의 최대압력 "Pmax0" 간의 편차)가 맵에 저장되어 있다. 상기 맵은 엔진속도 "Ne", 공기충전율 KL, 흡기 및 배기밸브의 밸브 타이밍 VVT 및 점화 타이밍 간의 관계를 정의한다. 2차 함수와 같은 간단한 함수들을 조합하여 근사화되는 파형으로서 연소로 인한 압력의 증가에 대응하는 파형을 연산하기 위해서는, 상기 근사화된 파형에 관한 각종 계수들이 상기 엔진속도 "Ne"와의 관계 하에 사상된다. 다음으로, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 이러한 사상을 참조하여 획득된 연소-유도 압력 증가의 파형은 실린더내압추정모델(68)에 의해 연산되는 실린더내압 P의 값에 가산된다. 따라서, 연소압 P가 획득된다.

(6) 대기압보정항연산블럭의 설명

상기 대기압보정항연산블럭(72)은 실린더 안으로 취해지는 실린더충전공기량 "Mc"를 추정하는 모델을 포함한다(이하, 상기 모델을 "공기모델"이라고 함). 상기 공기모델은 하기 수학식 11에 따라 실린더충전공기량 "Mc"을 연산한다.

Mc = aPm - b

상기 수학식 11에서, 부호 "a" 및 "b"는 엔진속도 "Ne" 및 밸브 타이밍 VVT와 같은 특정 운전 파라미터들에 따라 적합된 계수들을 나타낸다. 또한, "Pm"은 흡기압이다. 예를 들어, 흡기압추정모델(66)에 의해 연산되는 값이 사용될 수 있다.

상기 대기압보정항연산블럭(72) 또한 실린더 안으로 취해지는 연료량 "Fc"을 추정하는 모델을 포함한다(이하, 상기 모델을 "연료모델"이라고 함). 연료분사밸브(28)로부터 분사된 후 연료의 거동의 관점에서, 즉 분사된 연료의 일부가 예컨대 흡기구의 내측벽에 들러붙어 상기 들러붙은 연료가 추후에 기화되는 경우들의 관점에서, k번째 사이클에서 연료 분사의 개시 시에 벽에 들러붙은 연료량이 "fw(k)"이고, k번째 사이클에서 연료 분사의 실제량이 "fi(k)"이면, 하기 수학식 12a 및 12b는 k번째 사이클 이후 벽에 들러붙은 연료량을 "fw(k+1)"로 표현하고, k번째 사이클 동안 실린더 안으로 들어가는 연료량을 "fc"로서 표현하는 데 사용될 수 있다.

f_w(k+1)=P(k)·f_w(k) + R(k)·f_i(k)

f_c(k)=(1-P(k))·f_w(k)(1-R(k))·f_i(k)

상기 수학식 12에서, P는 예컨대 보다 구체적으로는 분사된 연료량 "fi"에 대한 흡기구의 내측벽에 들러붙는 연료량의 비인 스티킹율(sticking rate)을 나타낸다. 또한, R은 예컨대 보다 구체적으로는 흡기 행정 이후 벽에 들러붙는 연료량 에 대한 들러붙는 연료량의 비인 잔존율을 나타낸다. 수학식 12를 이용함으로써, 파라미터로서 취해지는 스티킹율 P와 잔존율 R 양자 모두에 의해 각각의 사이클에 대하여 상기 연료량 "fc"을 연산할 수 있게 한다.

그러므로, 추정된 공연(A/F)비가 공기모델 및 연료모델의 연산 결과들을 이용하여 연산될 수 있게 된다. 상기 대기압보정항연산블럭(72)은 다음으로 분사-연료 연소의 완료에서 공연비센서(52)에서의 연소된 연료의 도달까지의 연료이송지연을 고려한 타이밍으로 검출되는 A/F비의 측정값과 상기 추정된 A/F비 간의 정상-상태(steady-state) 편차를 연산한다. 이러한 정상-상태 편차는 실린더충전공기량 "Mc"의 에러이다. 정상-상태 편차가 현저하다면, 상기 대기압보정항연산블럭(72)이 대기압을 부적절한 것으로 간주하고, 대기압보정계수 "kairp"를 연산한다. 보다 구체적으로는, 상기 공기모델이 역으로 흡기압 "Pm"을 연산한 다음, 상기 연산된 흡기압 "Pm"을 토대로, 표준 대기압 "Pa0"에 관한 보정비로서 대기압보정계수 "kairp"를 연산한다. 상기 연산된 대기압보정계수 "kairp"는 상술된 흡기압추정모델(66) 및 실린더내압추정모델(68)에 대해 사용되어, 흡기압 "Pmap" 및 배기압(대기압 "Pair")을 각각 보정하게 된다.

(7) 대기온도보정항연산블럭의 설명

상기 대기온도보정항연산블럭(74)은 배기 행정 시에 존재하는 행정 부피 V, 잔존가스질량 "m"(배기 상사점에서 존재하는 클리어런스 부피 Vc로부터 연산됨), 잔존가스(연소된 가스)의 가스 상수 R 및 측정된 대기온도 "Tair"를 이상기체의 상태 방정식에 대입하여 실린더내압 "Pth"를 연산한다. 그 후, 상기 연산된 실린더내 압 "Pth"과 상기 실린더내압추정모델(68)에 의해 연산되는 실린더내압 P 간의 편차가 연산된다. 상기 편차가 현저하다면, 상기 편차로부터 보정계수가 연산된다. 이렇게 연산된 보정계수는 상술된 흡기압추정모델(66)에 대해 사용되어, 흡기압 "Pmap"을 보정하게 된다.

[엔진모델을 이용한 크랭크축정지위치제어]

내연기관을 구비한 차량이 임시 정지하게 되면, 상기 내연기관을 자동으로 정지 및 재기동하기 위한 제어(경제주행제어)가 실행될 수도 있다. 내연기관과 모터에 의하여 구동되는 하이브리드자동차에 있어서, 이러한 제어는 또한 차량시스템의 파워업(또한, 차량의 주행 상태) 시에 실행될 수도 있다. 본 명세서에서는, 상기 후자의 경우에 수행되는 제어를 "경제주행제어"라고도 한다.

상술된 경제주행제어 시 내연기관의 부드러운 재기동을 위해서는, 상기 내연기관의 자동 정지 시 크랭크축(16)의 실제 정지 위치(피스톤(12)의 실제 정지 위치)가 원하는 정지 위치로 정확하게 제어되어야만 하는 것이 요구된다. 본 실시예의 시스템은 상술된 엔진모델(60)이 경제주행제어 시 크랭크축(16)의 정지 위치를 추정하기 위한 정지위치추정모델로서 사용된다고 가정한다. 상기 엔진모델(60)에 따르면, 내연기관(10)의 자동 정지 시 크랭크축(16)의 정지 위치는, 크랭크각회전수 dθ/dt가 0이 되는 크랭크각 θ의 추정값을 연산함으로써 획득될 수 있다. 또한, 내연기관(10)이 크랭크축(16)의 원하는 정지 위치로 정지되는 연소차단엔진속도는, 상기 크랭크축(16)의 원하는 정지 위치가 엔진모델(60)에 의한 역연산을 수행하여 연산될 수 있다. 본 명세서에서는, 크랭크축(16)의 정지 위치를 간단히 "크 랭크정지위치" 또는 "크랭크의 정지 위치"라고 할 수도 있다.

내연기관이 자동으로 정지될 때, 연료의 공급을 정지하는 데 필요한 엔진속도(연소차단엔진속도)가 제어되어 크랭크의 정지 위치가 목표 위치로 설정되도록 설계되는 공지된 기술이 있다. 이러한 기술이 사용되면, 상기 크랭크의 정지 위치는 그 목표 정지 위치로부터 벗어날 수도 있다. 이 경우, 상기 편차는 엔진 내부의 슬라이딩부의 마찰 토크의 변동과 같은 복수의 요인들에 기인되기 쉽다. 이들 정지 위치 에러의 복수의 요인들이 조사되거나 이해되지 못하고, 상기 크랭크의 목표 정지 위치가 이러한 모든 요인들을 집합적으로 취하여 학습된다면, 이러한 학습이 정확성과 집중성 면에서 저하되게 될 것이다. 또한, 크랭크의 정지 위치가 연소차단엔진속도를 제어하여 제어되는 경우, 마찰의 효과는 기타 요인들보다 더욱 현저하게 된다.

그러므로, 본 실시예의 시스템에서는, 크랭크의 실제 정지 위치와 그 목표 정지 위치 간의 현저한 편차가 있는 경우, 마찰 토크만이 학습될 파라미터로서 채택되고, 상기 엔진모델(60)에 포함된 마찰모델(64)은 상술된 크랭크정지위치의 편차를 토대로 학습된다. 그리고, 본 실시예의 시스템에서는, 기타 요인들이 센서 출력들을 이용하여 적합된다. 따라서, 마찰 토크 이외의 여하한의 요인들에 영향을 받는 시스템 없이, 상기 크랭크정지위치의 추정에 대해 현저하게 중요한 영향을 주는 마찰 토크의 효과들만이 학습될 수 있게 된다. 그러므로 크랭크정지위치의 추정 정확성이 실현될 수 있다.

다음으로, 제1실시예에 따른 프로세스를 도 6을 참조하여 상세히 설명한다.

도 6은 엔진모델(60)을 이용하여 크랭크정지위치의 제어를 실현하기 위해 제1실시예에 따른 ECU(50)에 의해 실행되는 루틴의 흐름도이다.

(단계 100에 관한 프로세스)

도 6의 루틴에서는, 우선 경제주행모드플래그가 ON 상태로 설정되어 있는 지의 여부를 단계 100에서 판정한다. ECU(50)가 소요 경제주행제어실행조건이 성립된 것으로 판정한다면, 보다 구체적으로는 차속이 0이고, 내연기관(10)이 아이들 상태에 있는 경우, 상기 ECU는 경제주행모드플래그를 ON 상태로 설정한다.

(단계 102에 관한 프로세스)

상기 단계 100에서, 경제주행모드플래그가 ON 상태에 있지 않은 것으로 판정된다면, 연소압 P의 학습이 단계 102에서 실행된다. 단계 102에서는, 한 사이클에서의 연소압 P의 최대값인 "Pmax"가 얻어지고, 수백 사이클 동안의 "Pmax"의 평균값들에 의해 도출되는 값이 구해진다. 수백 사이클 동안의 "Pmax"의 값들 가운데 최소값과 최대값인 최소연소압과 최대연소압도 구해진다. 본 실시예는 내연기관(10)이 예컨대 10 rpm의 간격으로 아이들 상태에 있을 때 소요 타이밍으로 평균, 최소 및 최대값이 구해진다고 가정한다. 내연기관(10)의 아이들 상태 시의 연소 정도의 변화가 비교적 상당하기 쉽기 때문에, 최소연소압 및 최대연소압을 저장함으로써, 후속 단계들에서의 연소 비균일성에 대한 정보로서 이들 값들을 사용할 수 있게 된다.

단계 102에서, 상기 연소파형연산블럭(70)에 의한 연소압 P의 연산에 사용되는 상기 수학식 9a의 Weibe 함수의 "θb" 및 "θp"와 같은 각종 파라미터들은, 상 기 크랭크각센서(40)로부터의 출력에 기초한 측정에 의해 얻어지는 엔진속도 "Ne"의 값과 상기 크랭크축주변운동방정식연산블럭(62)에 의해 산술적으로 추정되는 엔진속도 "Ne"의 값 간의 편차가 없게 되도록 수정(적합)된다.

보다 구체적으로는, 상기 추정된 "Ne" 값과 측정된 "Ne" 값 간의 편차에 대한 보상에 필요한 추정된 엔진속도 "Ne" 값이 상기 수학식 4e에 대입되어, 필요한 상기 추정된 "Ne" 값을 얻기 위해 필수적인 입력 토크 TRQ가 연산될 수 있게 된다. 이렇게 한 다음, 필요한 상기 추정된 "Ne" 값을 얻는 데 요구되는 연소압 P이 상기 연산된 입력 토크 TRQ 및 상기 수학식 5와 수학식 6c를 이용하여 연산될 수 있다. 상술된 바와 같이, 수학식 9a의 파라미터들은 이러한 연소압 P가 얻어질 수 있도록 수정된다. 이러한 기술을 이용함으로써, 측정된 "Ne" 값과 추정된 "Ne" 값 간의 에러를 일정하게 피드백하여 상기 연소파형연산블럭(70)의 높은 연산 정확성을 달성할 수 있게 한다. 따라서, 상기 연소압 P의 추정값과 측정값이 정확하게 일치될 수 있게 된다.

상술된 단계 102의 프로세스 시, 측정 및 추정된 엔진속도 "Ne" 값들 간의 에러가 있을지라도, 수학식 9a의 파라미터들이 부정확한 것으로 판정되므로, 상기 파라미터들이 수정된다. 엔진속도 "Ne"의 데이터 에러로부터 연소압 P을 학습하기 위한 기술은 상기로 제한되지 아니하며, 예컨대 후술하는 기술일 수도 있다. 다시 말해, 수정되는 수학식 9a의 파라미터들 대신에, 수학식 9a 및 수학식 10의 우변에 크랭크각 θ의 함수인 보정항(즉, 엔진속도 "Ne"의 데이터 에러를 통합하기 위한 보정항)을 가산하여 생성되는 수학식을 토대로 연소압 P가 연산될 수도 있다.

(단계 104에 관한 프로세스)

도 6의 루틴에서는, 단계 100에서 경제주행모드플래그가 ON인 것으로 판정된다면, 이러한 판정은 실제 엔진속도 "Ne"가 크랭크의 정지 위치를 제어하기 위한 현재 설정된 연소차단엔진속도 "Ne0"보다 높은 지의 여부를 판정하는 단계 104로 이어진다.

(단계 106에 관한 프로세스)

그 결과, 연소차단엔진속도 "Ne0"가 실제 엔진속도 "Ne"보다 작은 것으로 판정되지 않으면, 즉 실제 엔진속도 "Ne"가 연소차단엔진속도 "Ne0"에 도달한 것으로 판정된다면, 상기 크랭크정지위치의 추정값이 단계 106에서 연산된다.

보다 구체적으로는, 아이들 상태 시 단계 102의 프로세스에서 획득한 평균연소압값 P, 흡기압 "Pmax", 크랭크각 "θ0" 및 엔진속도(연소차단엔진속도) "Ne0"(= 크랭크각회전수 dθ/dt)가 우선 단계 106에서 초기값들로 입력된다. 그 후, 크랭크각 θ 및 크랭크각회전수 dθ/dt의 각각의 추정값들이 상기 크랭크축주변운동방정식연산블럭(62)을 이용하여 순차적으로 연산된다. 이하, 이러한 연산 기술의 상세를 수학식 13 및 수학식 14를 이용하여 설명하기로 한다. 상기 도 2에 도시된 각각의 화살표 방향으로 엔진모델(60)을 풀기 위한 상기 기술을 이용하는 것을 본 명세서에서는 "포워드모델연산"이라고 한다.

우선, 수학식 4e로 표현된 크랭크주변운동방정식에 식 (∂f(θ)/∂θ)=h(θ)가 주어진다. 그러면, 수학식 5가 수학식 4e의 입력 토크 TRQ에 대입된 후, 하기 도시된 수학식 13을 얻기 위해 수학식 4e가 이산된다.

그 후, 크랭크각 "θ0", 크랭크각회전수 dθ/dt 및 기타 값들이 수학식 13을 토대로 포워드모델연산 시의 초기 연산값들로 주어진다. 후속해서, 스텝카운트 "k"가 순차적으로 갱신되므로, 크랭크각 θ 및 크랭크각회전수 dθ/dt의 각각의 추정값들이 순차적으로 연산된다. 수학식 13은 스텝카운트 "k=0"을 수학식 13에 대입하여 수학식 14a에서와 같이 표현될 수 있다.

k=0 이면,

여기서,

이므로, 다음과 같다.

상기 수학식 14a 내의 크랭크각 "θ(k)"의 일부를 연관된 크랭크각회전수 dθ(k)/dt로 대체하면 수학식 14b가 산출된다. 다음으로, 수학식 14b를 전개하면, 수학식 14c에서와 같이, 초기값으로서 최종 입력된 크랭크각 "θ0" 및 크랭크각회전수 dθ0/dt를 이용하여, 스텝카운트 "k=0"에 대한 크랭크각회전수 dθ(1)/dt를 표현할 수 있게 된다. 부가적으로는, 상기 수학식 14c를 적분함으로써, 수학식 14d에서와 같이 상기 스텝카운트 "k=0"에 대한 크랭크각 "θ(1)"을 표현할 수 있게 한다.

다음으로, 상기 프로세스가 스텝카운트 "k"가 N에 도달할 때까지 반복되는 경우, 즉 크랭크각회전수가 dθ(N)/dt=0이 되면, 상기 크랭크각회전수 dθ(N)/dt=0 및 크랭크각 "θ(N)"이 연산된다. 이는 내연기관(10)의 정지 시의 크랭크 정지 위 치 및 엔진속도 "Ne" (=0)가 상기 프로세스를 이용하여 연산될 수 있다는 것을 의미한다.

단계 106의 프로세스 시, 연소압 P의 평균값은 하기 이유들로 초기값으로 사용된다. 즉, 실제 엔진속도 "Ne"가 연소차단엔진속도와 같은 것으로 판정될 때의 시각으로부터 연소가 실제로 차단될 때의 시각까지의 기간 동안, 근사적으로 90°CA의 위상차에 등가인 시간이 내연기관(10)의 하드웨어 성능과 연관된 이유들로 필요하게 된다. 이 시간 동안의 엔진속도 "Ne"의 강하 정도는 연소차단이 개시되기 전에 존재하는 연소압 P의 값에 따라 변한다. 보다 구체적으로는, 연소차단이 개시되기 전에 존재하는 연소압 P이 높다면, 상기 엔진속도 "Ne"의 강하가 느리다. 반대로, 연소압 P이 낮다면, 엔진속도 "Ne"의 강하가 빠르다. 단계 106의 프로세스에 따르면, 연소 차단이 개시되기 이전에 존재하는 연소압 P의 효과들이 초기값으로서 상기 연소압 P의 평균값을 이용하여 상기 크랭크정지위치의 추정값에 반영될 수 있다.

단계 106에서는, 상기 연소압 P의 최대값과 최소값이 연소 차단이 개시되기 전에 존재하는 연소압 P일 때 크랭크정지위치의 추정값들도 연산된다. 상기 최소연소압 및 최대연소압은 단계 102의 프로세스 시에 구해진다. 보다 구체적으로는, 초기값으로서 상기 구해진 최소연소압 및 최대연소압에 대응하는 입력 토크 TRQ 값들을 이용하여 크랭크정지위치들이 연산된다. 이러한 프로세스에 따르면, 최소연소압과 최대연소압에서의 정지 위치들도 연산되기 때문에, 내연기관(10)의 연소 상태의 변화로 인한 상기 크랭크의 정지 위치의 변동들이 학습될 수 있다.

상술된 단계 106에서의 프로세스는 후술하는 프로세스로 대체될 수도 있다. 단계 106에서, 아이들 상태 시에 미리 획득된 연소압 P의 평균값이 초기값으로 사용되고, 상기 최소연소압 및 최대연소압과 연관된 입력 토크 TRQ 값들이 초기값으로 사용되어, 연소 상태의 변동들을 고려하게 된다. 하지만, 사용되는 이들 값들 대신에, 소요 사이클 동안 연소압 P의 평균값이 일정하게 연산된다. 실제 엔진속도 "Ne"가 연소차단엔진속도에 도달한 것으로 판정되면, 상기 연소 차단이 개시되기 직전에 존재하는 상기 평균값이 초기값으로 사용될 수도 있다.

(단계 108에 관한 프로세스)

다음으로, 도 6의 루틴에서는, 단계 106의 프로세스에서 연산된 추정된 크랭크정지위치값과 상기 크랭크각센서(40)에 의해 검출된 측정된 크랭크정지위치값 간의 에러가 소요 임계 레벨보다 큰 지의 여부를 단계 108에서 판정한다. 상기 에러가 소요 임계 레벨보다 큰 것으로 판정되면, 마찰모델(64)의 적합 학습 및 그 갱신이 단계 110에서 실행된다.

단계 108에서는, 마찰모델(64)의 적합 학습이 개시되어야만 하는 지의 여부를 판정하기 위한 초기판정값도 수정되어, 상기 임계 레벨이 상기 내연기관(10)의 특정 운전 상태 또는 그 특정 열화 상태에 따라 가변적이게 된다. 이를 위하여, 상기 ECU(50)는 도 7에 도시된 바와 같이 정의된 크랭크축(16)의 이러한 목표 정지 영역을 나타내는 데이터를 저장한다. 경제주행제어의 실행 시 적절하게 내연기관(10)을 재기동하기 위하여, 상기 크랭크축(16)(피스톤(12))은 적절한 정지 위치로 제어되어야만 한다. 그러므로, 도 7에 도시된 바와 같이, 압축 행정 시 상사점 에 도달하기 전 90°CA - 180°CA의 영역이 ECU(50)에 의하여 크랭크축(16)의 목표 정지 영역으로 설정된다.

상기 임계 레벨은, 단계 106의 프로세스에서 연산된 최소연소압 및 최대연소압에서의 두 크랭크정지위치들 중 하나 이상이 상기 목표 정지 영역의 양쪽의 소요 범위(예컨대, 도 7에 도시된 목표 정지 영역의 +10% 범위)로부터 벗어난 것으로 판정되는 경우에 변경된다. 보다 구체적으로는, 최소연소압에서의 크랭크의 정지 위치와 최대연소압에서의 크랭크의 정지 위치가 구해진 다음, 상기 임계 레벨이 상기 크랭크의 정지 위치들 간의 특정 편차에 따라 변경된다. 보다 구체적으로는, 상기 편차가 현저하다면, 이는 엔진모델(60)의 열화된 연산 정확성을 나타낸다. 따라서, 상기 임계 레벨은 엔진모델(60)의 연산 정확성을 개선하기 위하여 마찰모델(64)의 학습 빈도를 증가시켜 감소된다. 상술된 기술을 사용함으로써, 내연기관(10)의 연소 레벨의 변동을 고려하여 마찰 토크의 효과들을 학습하여 상기 크랭크의 정지 위치에 대한 추정 정확성을 개선할 수 있게 한다.

또한, 마찰모델(64)이 상기 루틴에서의 학습을 필요로 하는 지의 여부를 판정하기 위한 기술이 단계 108의 프로세스 방법으로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 크랭크정지위치의 추정값이 단계 106의 프로세스의 변형예로서 상술된 방법을 이용하여, 즉 연소 차단이 개시되기 직전에 얻어지는 평균연소압값 P를 초기값으로서 채택하는 방법을 이용하여 연산되는 경우, 상기 크랭크의 추정된 정지 위치가 소요 범위(예컨대, 도 7에 도시된 목표정지위치의 10% 부분을 제외한 범위) 내에 유지되지 않는 것으로 판정되면, 상기 마찰모델(64)의 적합 학습 및 그 갱신이 단 계 110에서 행해질 수도 있다.

나아가, 상기 루틴에서 내연기관(10)의 특정 운전 상태 또는 열화 상태에 따라 임계 레벨을 가변적으로 만들기 위한 기술이 단계 108의 프로세스 방법으로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 임계 레벨은 연소 차단 직전에 얻어지는 평균연소압값 P를 초기값으로 채택하는 방법을 이용하여 추정되는 크랭크정지위치와 상기 최소 또는 최대연소압에서의 크랭크의 정지 위치 간의 편차에 따라 상기 열화 레벨을 판정한 이후 상기 내연기관(10) 내의 상기 연소의 특정 열화 레벨에 따라 변경될 수도 있다. 보다 구체적으로는, 최소연소압에서의 크랭크의 정지 위치와 최대연소압에서의 크랭크의 정지 위치 간의 현저한 편차가 있는 상태가 상기 내연기관(10)의 연소 레벨이 현저하게 변한 상태인 것으로 판정할 수 있다. 그러므로, 상기 편차가 현저하다면, 상기 내연기관(10)의 연소가 열화된 것으로 판정될 수 있게 된다.

이에 따라, 대응하는 편차가 현저하다면, 즉 내연기관(10)의 연소의 열화 레벨이 현저하다면, 마찰모델(64)의 학습을 개시하기 위한 상기 임계 레벨이 증가될 수도 있다. 이러한 기술을 이용함으로써, 마찰모델(64)의 학습 빈도를 감소시켜 에러가 있는 학습을 방지할 수 있게 한다. 부가적으로는, 이러한 기술의 사용이 연소압 P의 여하한의 변화들의 별도의 학습(즉, 연소 레벨의 변동의 효과)을 필요로 할지라도, 상기 마찰모델(64)은 상기 단계 시에 갱신되기만 하면 된다. 연소압 P의 변화들의 학습은 예컨대 본 명세서에 후술되는 단계 114에서 행해질 수 있다. 이하, 학습 방법을 설명하기로 한다.

연소압 P의 변화들의 학습에 있어서, 연소압 P의 변화들과 크랭크의 정지 위치의 편차들 간의 관계는 최소 및 최대연소압에서의 크랭크의 정지 위치들에 대한 연산된 데이터를 토대로 저장된다. 이는 크랭크 정지 위치의 편차가 연소압 P의 변동에 따라 발생하기 쉬운 것으로 판정할 수 있게 한다. 이러한 크랭크 정지 위치의 편차를 토대로, 연소차단엔진속도의 연산 시에 사용될 목표 정지 위치가 후술하는 단계 114에서 수정된다. 이러한 학습에 따르면, 크랭크의 원하는 목표 정지 위치가 얻어지는 연소차단엔진속도가 연소 레벨의 변동을 고려하여 정확하게 연산될 수 있게 된다.

(단계 110에 관한 프로세스)

상술된 바와 같이, 도 6의 루틴에서는, 소요 임계 레벨을 초과하여 상기 에러가 있는 것으로 단계 108에서 판정된다면, 마찰모델(64)의 적합 학습 및 그 갱신이 단계 110에서 실행된다.

상기 마찰모델(64)에 의해 연산되는 마찰 토크 TRQf 값은 크랭크 정지 위치의 추정에 필요하다. 상기 연산된 마찰 토크 TRQf 값은 엔진속도 "Ne"에 좌우한다. 연소가 정지되어 내연기관(10)이 정지되면, 엔진속도 "Ne"가 순간적으로 변하여, 상기 마찰모델(64)의 마찰맵 상의 여러 사상점들을 지난다. 이에 따라, 이러한 엔진속도 "Ne"의 각각의 변화가 일어날 때에는 상기 마찰모델(64)을 순간적으로 학습하기가 어렵다.

그러므로, 단계 110에서, 마찰모델(64)은 후술하는 방법을 이용하여 학습 및 갱신된다. 첨언하면, 마찰모델(64)이 학습되는 경우, 엔진모델(60)에 의해 연산되 는 크랭크각 θ과 측정된 크랭크각 θ 간의 편차(에러) 및 상기 엔진모델(60)에 의해 연산되는 크랭크각회전수 dθ/dt와 측정된 크랭크각회전수 dθ/dt 간의 편차(에러) 또한 PID 제어장치(76)의 주기적인 피드백 제어에 의해 보상된다. 상기 보상은 단계 110에서 마찰모델(64)의 학습을 위한 예비 작업으로서 행해진다. 보다 구체적으로는, 소요 피드백 게인에 상기 편차들을 곱하여 얻어지는 보정 데이터(이하, 보정 데이터를 "PID 보정 데이터"라고 함)가 PID 제어장치(76)에 의해 연산되고, 상기 PID 보정 데이터는 상기 크랭크축주변운동방정식연산블럭(62)의 입력 데이터에 통합된다. 이러한 프로세스는 마찰 토크 에러가 엔진속도 "Ne"에 영향을 받게 되는 것을 방지하도록 행해진다. 예를 들어, 마찰 토크 TRQr의 편차가 600 rpm의 엔진속도 "Ne"에서 발생한다면, 마찰 토크 에러는 상기 엔진속도 "Ne"가 감소되면서 계속 저장될 것이다. 그러므로, 상기 마찰 토크 에러는 엔진속도 "Ne"가 600 rpm보다 낮은 영역에서 엔진에 영향을 주게 될 것이다. 하지만, 상기 프로세스가 이러한 효과를 막게 된다.

PID 제어장치(76)에 의한 상기 프로세스는 크랭크각 θ 및 크랭크각회전수 dθ/dt에서의 추정 에러들을 최소화하기 위하여 상기 엔진모델(60)의 연산 정확성을 개선할 수 있게 한다. 하지만, 상기 마찰모델(64)의 정확성은 개선되지 못한다. 그러므로, 단계 110에서는, PID 보정 데이터가 하기 프로세스를 행하는 데 사용되어, 상기 마찰모델(64)을 학습하게 된다.

우선, 마찰 토크가 마찰모델(64)의 마찰맵 상의 사상점들로서 할당된 엔진속도 "Ne"의 여러 설정치를 지날 때마다, 보다 구체적으로는 예컨대 600 rpm으로 연 소가 차단된다면, 상기 엔진속도 "Ne"가 500 rpm 및 400 rpm과 같은 속도 범위로 낮아지는 경우, 상기 PID 보정 데이터가 적절한 타이밍으로 연산되어 구해진다. 하지만, 이때에는 각각의 사상점에 정확하게 대응하는 PID 보정 데이터가 획득되지 못한다. 대신에, 노이즈형 거동이 없는 보정 데이터를 얻기 위해서는, 각종 사상점에 이웃하는 소요 횟수를 연산한 평균 PID 보정값들이 구해지거나 또는 각각의 사상점에 이웃하여 시적분된 PID 보정 데이터가 각각의 사상점에 이웃하는 PID 보정 데이터로서 구해진다. 모델 연산들의 개시(연소 차단의 개시)로부터의 모든 편차들은 PID 보정 데이터의 I-항(적분항) 성분들 내에 저장된다. 그러므로, 각각의 사상점에 이웃하는 PID 보정 데이터의 연산을 위해서는, 이전의 시간까지 저장된 모든 편차들이 이때에 연산된 PID 보정 데이터로부터 감산된다.

도 8은 마찰모델(64)의 마찰맵 상의 각각의 사상점의 값들에 상기 PID 보정 데이터를 통합하도록 단계 110에서 구현된 방법을 설명하는 도면이다. 도 8은 마찰 토크 TRQf와 데이터-샘플링 점들의 수 N 간의 관계를 보여준다. 여기서는, 냉각수의 온도와 엔진속도 "Ne" 간의 관계에 정의된 마찰맵 상의 각각의 사상값이 먼저 도 8에 도시된 그래프 상에 도시된다. 다음으로, 도시된 점들에 대한 회귀선(회귀곡선)이 최소 제곱법을 이용하여 연산된다. 이러한 회귀선은 냉각수의 온도 "Thw"와 엔진속도 "Ne" 간의 관계 하에 정의되고, 상기 선은 수학식 15에서와 같이 표현될 수 있다.

TRQ_f = aNe + bT_hw + c

여기서, "a", "b", "c"는 각각의 도시된 점에서 회귀선까지의 거리를 최소화하기 위해 식별된 계수들이다.

다음으로, 상기 ECU(50)는 PID 보정 데이터가 구해지는 각각의 엔진속도 "Ne" 영역에 대하여 현재 냉각수의 온도 "Thw"에서의 마찰 토크 TRQf를 연산하기 위해 마찰모델(64)을 사용한다. 그 후, 상기 마찰모델(64)이 연산한 마찰 토크 TRQf가 도 8의 그래프 상에 도시된다. 다음으로, 이들 새롭게 도시된 점들이 추가된 후, 상기 수학식 15의 계수 "a", "b" 및 "c"가 다시 한번 식별된 다음, 결과적으로 획득한 새로운 회귀선이 각각의 사상점에 대한 가중화 계수(weighting coefficients)를 연산하는 데 사용된다.

상기 가중화 계수는 상기 PID 보정 데이터를 곱하는 데 사용되고, 도 8에 도시된 바와 같이, 각각의 계수들은 각각의 사상점과 새로운 회귀선 간의 특정 거리에 따라 변경된다. 보다 구체적으로는, 상기 거리가 짧아짐에 따라, 각각의 가중화 계수가 1에 더욱 근접한 값으로 변경된다. 반대로, 상기 거리가 길어질수록, 상기 가중화 계수는 0에 더욱 근접한 값으로 변경된다. 다음으로, 각각의 사상점의 값은 PID 보정 데이터를 가중화 계수에 곱하여 얻어지는 데이터를 이용하여 보정된다. 이들 가중화 계수들을 할당하여 보정을 행함으로써, 통합된 PID 보정 데이터가 회귀선으로부터 더욱 먼 사상점들에서 감소될 것이다.

이러한 방식으로, 각각의 엔진속도영역에 대해 얻어지는 상기 PID 보정 데이 터가 각각의 사상점의 값들에 통합된다. 현재 수온값이 인접한 사상들의 중간값이더라도, 상술된 방법에 의하면 인접한 사상들과의 그 관계를 고려하여 각각의 사상점의 값들에 적절한 PID 보정 데이터를 제공하는 것이 가능하게 된다. 단계 110에서, 상기 마찰모델(64)은 상기 프로세스에 의하여 학습 및 갱신된다.

(단계 112에 관한 프로세스)

도 6의 루틴에서는, 크랭크의 정지 위치의 변동이 단계 112에서 차기 학습된다. 상기 ECU(50)는 상기 루틴에 독립적인 루틴의 프로세스 흐름에 따라 각종 연소차단엔진속도에서의 크랭크의 정지 위치의 측정된 변동들을 일정하게 구한다. 단계 112에서, 현재 연소차단엔진속도에서의 크랭크의 정지 위치의 측정된 변동이 증가된 것으로 판정된다면, 이는 마찰모델(64)로부터 얻어지는 마찰 토크 정보의 증가된 에러를 나타내므로, 상기 마찰모델(64)의 적합 학습이 개시되어야 하는 지의 여부를 판정하기 위한 값이 변경되게 된다. 보다 구체적으로는, 대응하는 변동이 증가된 것으로 판정된다면, 단계 108에서의 임계 레벨이 상기 엔진모델(60)의 연산 정확성을 개선하기 위해 보다 작은 값으로 갱신된다.

(단계 114에 관한 프로세스)

다음으로, 크랭크의 정지 위치를 그 원하는 목표 정지 위치로 수정하기 위한 목표연소차단엔진속도가 단계 110의 프로세스에서 갱신된 마찰모델(64)을 이용하여 단계 114에서 연산 및 갱신된다. 이러한 단계 114의 프로세스를 실행함으로써, 상술된 일련의 프로세스 단계 동안 학습된 마찰의 효과들을 통합하는 목표연소차단엔진속도를 획득하는 것이 가능하다.

예컨대, 단계 114의 프로세스를 구현하기 위해 3가지 방법이 적용가능하다. 첫번째 가능한 방법은 포워드모델연산에 대해 완전 역방향으로 상술된 엔진모델(60)을 푸는 데 사용되는 역모델연산이다. 상기 역모델연산은 내연기관(10)이 정지하기 직전에 발생하는 거동에 관련된다. 이러한 상태에서, 상기 내연기관(10) 내부의 효과들은 본질적으로 단조롭고, 엔진속도의 현저한 변동이 없게 된다. 이에 따라, (포워드모델연산에서 상술된 초기 크랭크각회전속도 dθ/dt에 등가인) 목표연소차단엔진속도가 초기값으로서 크랭크축(16)의 목표크랭크정지위치(크랭크각)와 함께 엔진모델(60)에 대한 역모델연산을 행함으로써 연산될 수 있게 된다.

하지만, 상기 엔진모델(60)은 일반적으로 포워드모델연산 시에 2차 지연 시스템으로서 동작하기 때문에, 상기 엔진모델(60)에 대한 역모델이 2차 미분 시스템으로서 동작한다. 이러한 이유로, 역모델연산시스템은 그것이 발산 시스템이므로, 안정한 연산을 보장하기 쉽지 않다. 이에 따라, 두번째 가능한 방법은 도 9를 참조하여 설명된 피드백을 이용하는 것이다. 도 9의 방법에서, 상술된 엔진모델(정지위치추정모델)(60)에 의해 연산되는 크랭크정지위치와 상기 크랭크의 연관된 목표정지위치 간의 편차가 연산되고, 이러한 편차가 PID 제어장치(76)에 의하여 상기 엔진모델(60)의 입력값인 연소차단엔진속도(초기 크랭크각회전수(dθ/dt)₀) 내에 통합된다. 도 9에 도시된 방법을 이용하여 상기 프로세스를 복수의 횟수 반복함으로써, 상기 편차가 없는 연소차단엔진속도, 즉 크랭크의 목표정지위치에 대응하는 목표연소차단엔진속도를 획득할 수 있게 한다. 이때의 엔진모델(60)은 단계 110의 프로세 스 시에 학습된 이후의 마찰모델(64)을 이용한다. 그리하여, 상기 방법의 이용이 학습된 마찰 토크의 효과들을 통합함으로써, 크랭크의 목표정지위치에 대응하는 목표연소차단엔진속도의 고도로 정확한 연산을 가능하게 한다.

상술된 두번째 방법은 안정된 연산 결과들이 항상 얻어질 수 있으므로, 신뢰성 있는 연산이 실행될 수 있다는 장점을 가진다. 하지만, 이와 동시에 ECU(50)의 연산 부하가 증가하기 쉽고 연산의 집중성을 저하시킨다는 단점도 있게 된다. 이는 빈번한 연산을 수행하기 어렵게 만든다. 이러한 이유로, 단계 110의 프로세스에서 학습 및 갱신된 마찰모델(64)을 이용하는 엔진모델(60)의 포워드모델연산결과들을 이용하는 방법이 세번째 가능한 방법으로서 후술될 것이다.

도 10은 도 6에 도시된 루틴의 단계 114에서 행해지는 프로세스를 설명하기 위한 타이밍차트이다. 보다 구체적으로는, 도 10의 (a)는 연소차단엔진속도의 특정값에 따라 감소되는 엔진속도 "Ne"를 보여주고; 도 10의 (b)는 연소차단엔진속도의 값에 따라 변하는 크랭크의 정지 위치를 보여주며; 도 10의 (c)는 연소차단엔진속도와 그와 연관된 크랭크정지위치 간의 관계를 보여준다.

구체적으로, 단계 114에서는, 단계 110의 프로세스에서 갱신된 마찰모델(64)에 의한 포워드모델연산은 우선 상기 루틴의 개시 시에 단계 106에서 입력된 초기 크랭크각 θ0 및 연소차단엔진속도 "Ne0"(초기 크랭크각회전수(dθ/dt)₀)를 초기값들로서 이용하여 실행된다. (dθ/dt)₀에 대응하는 연소차단엔진속도에서의 크랭크정지위치 "θx0"가 결과로서 연산된다. "θx0" 이외에도, 연소차단엔진속도(초기 크 랭크각회전수) (dθ/dt)₀+10 및 (dθ/dt)₀-10에서의 크랭크정지위치 "θx1" 및 "θx2"가 각각 유사한 포워드모델연산을 행하여 단계 114에서 연산된다. 연소차단엔진속도가 (dθ/dt)₀+10 및 (dθ/dt)₀-10에 대응하고 있을 때 동시에 입력되는 초기 크랭크각은 dθ0/dt에 대해 동일한 θ0이다. 또한, 상기 설명에서의 ±10 rpm 범위는 마찰 증가의 크기 및/또는 연소의 특정 열화 레벨에 따라(윤활유의 열화와 같은 요인들에 따라) 변경될 수도 있다.

도 10의 (a)에 도시된 바와 같이, 상이한 값들이 연소차단엔진속도에 대입된다면, 이는 엔진속도 "Ne"에 필요한 시간의 차이들이 0으로 감소되도록 한다. 또한, 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이, 상이한 연소차단엔진속도값들이 대입되어 (dθ/dt)₀±10 rpm을 얻게 된다면, 크랭크의 최종 정지위치는 θx1에서 θx2까지의 범위에서 변한다. 보다 구체적으로는, 연소차단엔진속도의 증가가 크랭크의 정지 위치를 더욱 진행된 위치로 시프트시킨다. 그러므로, 상기 프로세스를 행함으로써, 연소차단엔진속도가 변하여 (dθ/dt)₀±10 rpm을 얻게 될 때 크랭크 정지 위치가 변하는 범위를 얻을 수 있게 한다.

다음으로, 단계 114에서는, 목표연소차단엔진속도가 상술된 방식으로 획득한 연소차단엔진속도변동범위에 대한 크랭크정지위치변동범위의 관계로부터 연산되어, 상기 크랭크의 정지 위치가 그 원하는 목표정지위치와 일치하게 된다. 보다 구체적으로는, 도 10의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 3종류의 포워드모델연산들에 의해 얻어지는 크랭크정지위치데이터와 연소차단엔진속도 간의 관계로부터 근사 선(approximated line)이 연산된다. 이러한 근사선을 획득함으로써, 크랭크축(16)의 원하는 목표크랭크정지위치에 대응하는 목표연소차단엔진속도를 연산할 수 있게 한다.

또한, 후술하는 방법은 3종류의 포워드모델연산 시에 ECU(50)의 연산 부하들을 감소시키는 데 사용된다. 보다 구체적으로는, 상기 수학식 13의 "f(θ(k))"가 다른 항들의 크기에 비해 본질적으로 고정값으로서 사용될 수 있다. 또한, "h(θ(k))"는 초기 크랭크각 θ(0)에는 영향을 받을지라도, 초기 크랭크각회전수 ((dθ/dt)₀)에는 영향을 받지 않는다. 나아가, "TRQe(θ(k))"는 상기 초기값들에 따라 좌우되지 않고, 연산이 완료될 때까지 존재하는 스텝카운트 "k"에 따라 좌우된다.

수학식 13의 상기 각각의 파라미터들은 상술된 특성을 가지므로, 수학식 13의 우변에 있는 "TRQf(θ)"만이 상기 3가지 초기값 각각에 대해서만 연산된다. 엄밀히 말하면, "TRQe(θ(k))", "h(θ(k))" 및 "f(θ(k))"는 각각 크랭크각 θ에 따라 좌우된다. 하지만, 수학식 13에서, "TRQe(θ(k))/f(θ(k))"의 항과 "1/2·h(θ(k))·((θ(k+1)-θ(k))²/f(θ(k))"의 항은 거의 평균으로 사용되는 경우에 고정값이 된다. 그러므로, 각각의 파라미터가 스텝카운트에 곱해진 고정값으로서 연산될 수 있다(예컨대, 연소차단엔진속도가 (dθ/dt)₀인 경우, 상기 각각의 파라미터는 스텝카운트 N에 곱해진 고정값으로서 연산될 수 있다).

또한, 3종류의 포워드모델연산 시, 크랭크각회전수 dθ/dt가 (dθ/dt)₀의 연 소차단엔진속도에 대해 0이 되는 스텝카운트가 N인 경우, 상기 연소차단엔진속도가 ((dθ/dt)₀+10)으로 변한다면, 상기 스텝카운트 N에서의 크랭크각회전수 dθ/dt는 0이 되지 못한다. 스텝카운트 Np가 스텝카운트 N에 가산될 때, 즉 (N+Np)의 스텝카운트에 도달할 때에 크랭크각회전수가 0이 된다. 반대로, 연소차단엔진속도가 ((dθ/dt)₀-10)으로 변한다면, (N-Nm)의 스텝카운트에서 크랭크각회전수 dθ/dt가 0이 된다. 그러므로, 스텝카운트 Np, Nm이 구해진다. 이에 따라, 상술된 바와 같이 "TRQe(θ(k))/f(θ(k))"의 항과 "1/2·h(θ(k))·((θ(k+1)-θ(k))²/f(θ(k))"의 항이 각각 스텝카운트에 곱해진 고정값으로서 연산되면, ((dθ/dt)₀+10)의 연소차단엔진속도에 대한 (N+Np)의 스텝카운트에 곱해진 고정값으로서 또는 ((dθ/dt)₀-10)의 연소차단엔진속도에 대한 (N-Nm)의 스텝카운트에 곱해진 고정값으로서 각각 연산될 수 있다.

상술된 방법에 따르면, 상기 크랭크축(16)의 목표크랭크정지위치에 대응하는 목표연소차단엔진속도가 상기 엔진모델(60)의 포워드모델연산결과들을 토대로 연산될 수 있다.

상기 엔진모델(60)에 의해 연산되는 크랭크정지위치와 상기 크랭크의 실제정지위치 간의 편차는 상기 마찰모델(64)의 효과들과 상기 엔진모델(60)의 다른 부분들의 효과들에 의해 발생되기 쉽다. 상기 편차를 획득하기만 하여서는, 크랭크의 정지 위치들 간의 상기 편차가 상기 마찰모델(64)의 효과들에 의해서만 발생되는 지의 여부를 판정하는 것이 어렵다. 다시 말해, 마찰토크 TRQf의 연산 또는 엔진토크 TRQe의 연산에 의해 편차가 발생되는 지의 여부를 판정하는 것이 어렵다.

이와는 대조적으로, 상술된 도 6의 루틴에 따르면, 연소압 P가 내연기관(10)에서의 연소 시에 학습된다. 이후, 내연기관(10)의 운전이 연소 차단의 완료 후에 정지되기 직전에 마찰이 학습된다. 상기 루틴의 프로세스들에 따르면, 연소압의 변화로 인한 크랭크의 정지 위치의 변동이 상기 연소의 실행 시에 학습되므로, 상기 크랭크의 정지 위치에 크게 영향을 주는 마찰의 효과들만이 기타 연소-관련 효과들을 배제하면서, 상기 내연기관(10)의 정지 직전에 독립적으로 학습될 수 있다. 이에 따라, 상기 마찰모델(64)이 갱신될 수 있다. 상기로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예의 엔진모델(60)에 따르면, 마찰에 대한 적합 학습의 정확성이 개선가능한데, 그 이유는 마찰, 대기압, 대기온도, 스로틀밸브각, 밸브 타이밍 VVT 및 상기 크랭크의 정지 위치에 영향을 주는 기타 요인의 효과들이 적절하게 모델링되기 때문이다.

또한, 상기 루틴의 프로세스들에 따르면, 크랭크의 정지 위치를 그 목표정지위치와 일치시키기 위한 연소차단엔진속도는 마찰모델(64)이 학습 및 갱신된 역모델연산과 같은 방법을 이용하여 직접 연산가능하다. 그러므로, 고효율 산술 연산들을 수행할 수 있는 엔진모델(60)이 실현가능하다.

상기 기술된 제1실시예에 있어서, 본 발명의 제2실시형태에 따른 "크랭크정지위치연산수단"은 ECU(50)가 단계 106을 수행할 때 구현된다.

또한, 본 발명의 제3실시형태에 따른 "크랭크정지위치판정수단"은 ECU(50)가 단계 108을 수행할 때 구현된다.

또한, 본 발명의 제4실시형태에 따른 "목표연소차단엔진속도연산수단"은 ECU(50)가 단계 114를 수행할 때 구현된다.

제2실시예

이하, 본 발명의 제2실시예를 도 11을 참조하여 설명하기로 한다.

제2실시예에 따른 시스템은 도 1에 도시된 하드웨어 구성 및 도 2에 도시된 엔진모델(60)을 채택하고, 도 6에 도시된 루틴 대신에 도 11에 도시된 루틴을 ECU(50)가 실행하도록 함으로써 구현된다.

상기 내연기관(10)의 크랭크의 정지 위치는 경제주행제어의 실행 시에 엔진 재기동성을 개선하기 위하여 상술된 엔진모델(60)을 이용함으로써 적절하게 제어된다. 상기 크랭크의 정지 위치를 적절하게 제어하기 위해서는, 마찰이 매우 중요한 요인이므로 고정확성으로 내연기관(10) 내부의 마찰(마찰 토크 TRQf)을 추정하는 것이 필수적이다. 마찰의 크기는 보통 내연기관(10)의 윤활유의 온도에 따라 좌우된다. 하지만, 상기 마찰은 통상적으로 상술된 마찰모델(64)에서와 같이 냉각수의 온도를 토대로 보정된다. 윤활유의 온도와 냉각수의 온도 간의 현저한 차이가 있는 경우, 마찰을 정확하게 보정하는 것이 어렵기 때문에, 상기 크랭크의 정지 위치에 대한 추정 정확성이 열화된다.

이에 따라, 본 실시예는 후술하는 도 11에 도시된 루틴을 참조하는 방법을 이용한다. 또한, 본 실시예는 상기 방법을 이용하여, 윤활유의 온도를 검출하기 위한 센서 없이도, 윤활유의 온도와 냉각수의 온도 간의 차이를 판정할 수 있게 한 다. 따라서, 경제주행제어 시 상기 크랭크의 정지 위치에 대한 높은 추정 정확성이 저비용의 시스템 구성을 이용하여 실현될 수 있게 된다.

[제2실시예의 상세 프로세스]

도 11은 상기 기능성을 실현하기 위하여 본 발명의 제2실시예에서 ECU(50)가 실행하는 루틴의 흐름도이다. 도 11의 루틴에서는, 먼저 단계 200에서 내연기관(10)이 현재 정상운전상태(steady operating state)에 있는 지의 여부를 판정한다. 이러한 판정 단계는 단계 202의 하기 프로세스에서 안정된 연산 데이터를 얻기 위해 행해진다.

단계 200에서, 상기 내연기관(10)이 현재 정상운전상태에 있는 것으로 판정된다면, 엔진 토크 TRQe가 엔진모델(60)에서의 상기 수학식 4e에 따라 연산된다. 소요 사이클 수(예컨대, 수백 사이클)에 대한 대응하는 엔진 토크 TRQe의 평균값 A 또한 연산된다. 상기 연산들은 단계 202에서 행해진다.

다음으로, 내연기관(10)의 베이스 토크 B가 단계 204에서 획득된다. 보다 구체적으로는, 흡기량, 엔진속도 "Ne", 공연(A/F)비(연료분사량), 점화 타이밍 간의 관계들에 의해 정의되는 맵에 의하여, 상기 내연기관(10)의 전용 토크가 획득된다. 상기 베이스 토크 B는 상기 전용 토크로부터 마찰 토크와 부하 토크를 감산하여 연산된다. 상기 전용 토크, 마찰 토크 및 부하 토크는 냉각수의 온도와 윤활유의 온도가 서로 상관되는 상태에서 미리 측정된 데이터이다.

다음으로, 단계 206에서 베이스 토크 B와 엔진모델(60)에 의해 연산된 엔진 토크 TRQe의 평균값 A 간의 토크 편차 △TRQ의 절대값이 소요 판정값보다 큰 지의 여부를 판정한다. 그 결과, 상기 토크 편차 △TRQ의 절대값이 소요 판정값보다 작은 것으로 판정된다면, 즉 현재 엔진 토크 TRQe가 냉각수의 온도와 윤활유의 온도의 상관 상태 하에 얻어진 베이스 토크 B에 근접한 값인 것으로 판정된다면, 이는 윤활유의 온도와 냉각수의 온도 간의 차이가 너무 현저하지 않다는 것을 나타낸다. 이 경우, 경제주행모드의 실행이 단계 208에서 허용된다.

단계 206에서, 상기 토크 편차 △TRQ의 절대값이 소요 판정값보다 큰 것으로 판정된다면, 이는 상기 경우와 달리, 엔진모델(60)에서 획득한 마찰 토크 TRQf의 현저한 변동이 있다는 것, 즉 윤활유의 온도와 냉각수의 온도 간의 차이가 비교적 현저하다는 것을 나타낸다. 이 경우, 경제주행모드의 실행이 단계 210에서 금지된다.

설명의 편의성을 위하여, 하기 설명은 하나의 흐름도에 기초한 하나의 루틴의 프로세스에 관한 것이다. 하지만, 단계 206에서 상기 토크 편차 △TRQ의 절대값이 소요 판정값보다 큰 것으로 판정된다면, 하기 프로세스가 행해질 수도 있다. 다시 말해, 윤활유의 온도와 냉각수의 온도 간의 차이가 비교적 현저한 것으로 판정될 수 있다면, 상기 토크 편차(마찰 에러) △TRQ가 수학식 4e의 우변에 가산된 수학식 16을 풀어 목표연소차단엔진속도가 단계 212에서 연산된다. 이 경우, 경제주행모드의 실행이 단계 208에서 허용된다. 이러한 방식으로, 경제주행모드의 실행이 마찰 에러들이 학습된 이후 계속될 수도 있다.

상술된 도 11의 루틴에 따르면, 경제주행모드의 실행은 냉각수의 온도와 윤활유의 온도 간의 비교적 현저한 차이가 있는 경우에 금지된다. 다시 말해, 마찰 토크 TRQf가 현저하게 벗어나 정확하게 추정될 수 없는 경우, 경제주행모드의 실행이 금지된다. 그러므로, 상기 크랭크의 정지 위치가 엔진모델(60)을 이용하여 정확하게 추정될 수 있다.

또한, 상기 루틴의 설명에 기술된 타 프로세스에 따르면, 윤활유의 온도와 냉각수의 온도 간의 차이가 비교적 현저하다면, 상기 목표연소차단엔진속도가 수학식 16에 도시된 바와 같이, 상기 토크 편차 △TRQ가 마찰모델(64)로부터 얻은 마찰 토크 TRQf에 가산된 수학식을 풀어 연산된다. 토크 편차 △TRQ가 마찰모델(64)로부터 얻은 마찰 토크 TRQf에 가산된 수학식 16을 이용하여 목표연소차단엔진속도를 연산하는 것은 상기 마찰 토크 TRQf의 에러인 △TRQ 값을 토대로 상기 마찰모델(64)의 보정 및 그 이후의 상기 보정된 마찰모델(64)을 이용하여 목표연소차단엔진속도를 연산하는 것에 대응한다. 이에 따라, 상기 루틴에 기초한 프로세스가 마찰이 냉각수의 온도와 윤활유의 온도에 영향을 받는다는 사실을 반영할 수 있게 한다. 따라서, 냉각수의 온도와 윤활유의 온도 간의 비교적 현저한 차이가 있는 경우에도, 상기 크랭크의 정지 위치가 정확하게 추정될 수 있게 된다.

상술된 제2실시예에서는, 본 발명의 제5실시형태에 따른 "온도차판정수단"이 상기 ECU(50)가 단계 206을 수행할 때 구현되고; 본 발명의 제5실시형태에 따른 "마찰에러연산수단"은 상기 ECU(50)가 단계 212를 수행할 때 구현된다.

제3실시예

이하, 도 12를 참조하여 본 발명의 제3실시예를 설명하기로 한다.

제3실시예에 따른 시스템은 도 1에 도시된 하드웨어 구성 및 도 2에 도시된 엔진모델(60)을 채택하고, 도 11에 도시된 루틴 대신에 도 12에 도시된 루틴을 ECU(50)가 실행하도록 함으로써 구현된다.

본 실시예의 시스템은, 냉각수의 온도와 윤활유의 온도 간의 차이를 판정하는 방법의 관점에서만 상술된 제2실시예의 시스템과 상이하다. 이하, 주로 도 12에 도시된 루틴에 따라 상기 방법에 대한 설명이 이루어질 것이다.

[제3실시예의 상세 프로세스]

도 12는 본 발명의 제3실시예에서 ECU(50)가 실행하는 루틴의 흐름도이다. 도 12의 루틴에서는, 단계 300에서 상기 내연기관(10)이 현재 정상 운전에 있는 것으로 판정된다면, 운전 파라미터들의 기록에 기초한 평가함수 "f"가 단계 302에서 연산된다. 하기 수학식 17로 표현된 평가함수 "f"는 연소로 인한 통상적인 방열량의 연산을 참조하는 함수이다.

f = ∫KL·K_Ne·K_abyf·K_aop

상기 수학식 17에 표현된 바와 같이, 상기 평가함수 "f"는 엔진속도 "Ne"에 좌우되는 보정계수 "Kne", 공연(A/F)비에 좌우되는 보정계수 "Kabyf" 및 점화타이밍에 좌우되는 보정계수 "Kaop"에 공기충전율 KL을 곱하여 얻은 값을 소요 기간에 걸쳐 시적분함으로써 얻어지는 값으로서 대입된다. 냉각수의 온도와 윤활유의 온도 간의 차이는 엄격한 조건 하에 구동 직후와 같은 장시간 동안의 고출력으로 내연기관이 계속 운전된 직후에 증가한다.

공기충전율 KL의 증가는 방열량을 증가시킨다. 또한, 수학식 17에 도시된 바와 같이, 공기충전율 KL이 엔진속도 "Ne"에 대응하는 보정계수 "Kne"에 곱해진다면, 연소가스의 점성에 대한 정보가 얻어질 수 있다. 나아가, 공연(A/F)비에 좌우되는 보정계수 "Kabyf"에 KL×Kne를 곱함으로써, 공연(A/F)비가 리치 또는 린인 지의 여부에 따라 적절한 연소 온도 정보를 제공한다. 더욱이, 점화타이밍에 좌우되는 보정계수 "Kaop"에 KL×Kne×Kabyf를 곱함으로써, 점화타이밍이 지연되었는 지의 여부를 나타내는 정보로부터 획득가능한 상기 엔진이 노킹(knock)되었는 지의 여부에 관한 정보를 제공한다. 그러므로, 상기 효과들을 참조하는 평가함수 "f"를 이용함으로써, 차량이 얼마나 엄격하게 구동되었는 지를 판정할 수 있게 한다. 보정계수 K의 각각의 값은 상기 평가함수 "f"가 차량이 보다 엄격하게 구동됨에 따라 보다 큰 값을 취하도록 정의된다.

다음으로, 단계 304에서, 상기 평가함수 "f"의 값이 소요 판정값보다 큰 지의 여부를 판정한다. 그 결과, 상기 평가함수 "f"가 판정값보다 작은 것으로 판정된다면, 즉 차량이 현재 엄격한 조건 하에 구동된 직후와 같은 상태에 있지 않으므 로, 냉각수의 온도와 윤활유의 온도 간의 차이가 상대적으로 작은 것으로 판정된다면, 경제주행모드의 실행이 단계 306에서 허용된다.

하지만, 단계 304에서 상기 평가함수 "f"가 판정값보다 큰 것으로 판정된다면, 즉 차량이 현재 엄격한 조건 하에 구동한 직후와 같은 상태에 있어, 냉각수의 온도와 윤활유의 온도 간의 차이가 비교적 현저한 것으로 판정된다면, 경제주행모드의 실행이 단계 308에서 금지된다.

도 12의 상술된 루틴에 따르면, 냉각수의 온도와 윤활유의 온도 간의 차이가 상기 윤활유의 온도를 검출하기 위한 센서 없이도 판정될 수도 있다.

상기 제3실시예는 평가함수 "f"가 판정값보다 큰 것으로 판정된다면, 경제주행모드의 실행이 단계 308에서 금지된다고 가정하여 설명하였다. 하지만, 경제주행모드가 금지되는 대신에, 이러한 판정이 행해진다면, 상기 마찰모델(64)은 토크 편차 △TRQ에 따라 보정될 수도 있고, 그 후에 목표연소차단엔진속도가 경제주행모드의 실행을 허용하도록 연산될 수도 있다. 이러한 프로세스는 본질적으로 도 10의 루틴에서 단계 112의 프로세스와 동일하다.

Claims

삭제
내연기관의 연소가 정지되는 연소차단엔진속도를 제어하여 크랭크축의 정지 위치를 제어하도록 되어 있는 내연기관의 정지위치제어장치에 있어서,

상기 내연기관의 마찰을 연산하는 마찰모델; 및

상기 마찰을 포함하는 소요 파라미터들을 토대로 상기 크랭크축의 정지 위치의 추정값을 연산하기 위한 크랭크정지위치연산수단을 포함하여 이루어지고,

상기 크랭크정지위치연산수단은, 상기 마찰모델에 의해 연산된 마찰을 토대로 상기 크랭크축의 정지 위치의 추정값을 보정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 정지위치제어장치.
제2항에 있어서,

상기 크랭크축의 정지 위치를 판정하기 위한 크랭크정지위치판정수단을 더 포함하여 이루어지고,

상기 크랭크축의 정지 위치가 소요 에러 범위 외부에 있는 것으로 판정되는 경우, 상기 정지위치제어장치는 상기 크랭크축의 정지 위치의 추정값과 상기 크랭크축의 정지 위치의 측정값 간의 편차를 토대로, 상기 마찰모델을 학습하고 상기 마찰모델을 갱신하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 정지위치제어장치.
내연기관의 연소가 정지되는 연소차단엔진속도를 제어하여 크랭크축의 정지 위치를 제어하도록 되어 있는 내연기관의 정지위치제어장치에 있어서,

상기 내연기관의 마찰을 연산하는 마찰모델; 및

상기 마찰을 포함하는 소요 파라미터들을 토대로 상기 연소차단엔진속도의 목표값을 연산하기 위한 목표연소차단엔진속도연산수단을 포함하여 이루어지고,

상기 목표연소차단엔진속도연산수단은, 상기 마찰모델에 의해 연산된 마찰을 토대로 상기 목표값을 보정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 정지위치제어장치.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

냉각수의 온도와 윤활유의 온도 간의 차이를 판정하기 위한 온도차판정수단; 및

상기 온도차와 연관된 마찰 에러를 연산하기 위한 마찰에러연산수단을 더 포함하여 이루어지고,

상기 냉각수의 온도와 상기 윤활유의 온도가 서로 상이한 것으로 판정되는 경우, 상기 정지위치제어장치는 상기 마찰 에러를 토대로 상기 마찰모델을 보정하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 정지위치제어장치.
제5항에 있어서,

상기 냉각수의 온도와 상기 윤활유의 온도가 서로 상이한 것으로 판정되는 경우, 상기 정지위치제어장치는 상기 크랭크축의 정지 위치의 제어를 금지하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 정지위치제어장치.