KR101030161B1

KR101030161B1 - 내연 엔진상 적어도 하나의 측정 센서로부터 출력 신호들의해상도를 증가시키는 방법 및 대응 제어기

Info

Publication number: KR101030161B1
Application number: KR1020087024821A
Authority: KR
Inventors: 에르빈 바우어; 디이트말 엘머
Original assignee: 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
Priority date: 2006-07-04
Filing date: 2007-06-22
Publication date: 2011-04-18
Also published as: KR20080113407A; JP2009533595A; JP4705690B2; US7894977B2; EP2041415B1; DE102006030842B3; ATE447665T1; DE502007001925D1; US20090287389A1; EP2041415A1; WO2008003600A1

Abstract

본 발명에 따라, 내연 엔진(CE)상 적어도 하나의 센서(DS)로부터 출력 신호들(SS)의 해상도는 다음 단계들을 수행하여 증가될 수 있다: 원 센서 신호(ZS)의 레벨 값들이 놓이는 측정 센서(DS)의 작업 레벨 범위(PZ)가 적어도 두 개의 측정 범위 섹션들(A,B)로 분할되고, 각각의 측정 범위 섹션(A,B)은, 두 개의 인접한 측정 범위 섹션들(A,B) 사이의 측정 범위 경계(G1)에 도달하거나, 초과하거나 아래로 떨어질 때, 측정 센서(DS)로부터 출력 신호(SS)를 위한 작업 레벨 범위(PZ)와 관련하여 제한된 동일하게 주어진 출력 레벨 범위(ASB)가 제공되고, 하나의 측정 범위 섹션으로부터 다른 측정 범위 섹션(A,B)으로의 스위칭은 측정 센서(DS)에 의해 독립적으로 수행되고, 내연 엔진(CE)의 동작 포인트(BP)는 내연 과정 동안 적어도 하나의 동작 파라미터(N,TPS)를 바탕으로 엔진 관리부(ECU)에 의해 결정되고, 측정 센서(DS)로부터 원 센서 신호에 대한 시간 곡선(EPD)은 현재 결정된 동작 포인트(BP)에 대한 적어도 하나의 성능 특성들(KI)의 세트로부터 예측되고 엔진 관리부(ECU)는 측정 센서(DS)의 측정 범위 섹션(A,B)이 상기 예측된 원 센서 신호 시간 곡선(EPD)으로부터 전류인 것을 결정한다.

Description

내연 엔진상 적어도 하나의 측정 센서로부터 출력 신호들의 해상도를 증가시키는 방법 및 대응 제어기{METHOD FOR INCREASING THE RESOLUTION OF OUTPUT SIGNALS FROM AT LEAST ONE MEASURING SENSOR ON AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND CORRESPONDING CONTROLLER}

본 발명은 내연 엔진에 대한 적어도 하나의 측정 센서로부터 출력 신호의 해상도를 증가시키는 방법 및 연관된 제어 장치에 관한 것이다.

실린더 압력 센서들은 예를들어 내연 엔진들에서 연소에 관한 가변 데이터를 공급한다. 각각의 압력 프로파일로부터, 예를들어 시간에 따라 전환되는 에너지의 양 및 내연 엔진 중량의 내연 중심을 결정하는 것은 가능하다. 내연 엔진의 크랭크샤프트 각도뿐 아니라, 실린더 압력은 각각의 내연 엔진의 내연 과정에 대한 사이클 계산을 위한 중심 입력 변수를 나타낸다. 예를들어 4 행정 내연 엔진들의 경우, 내연 처리/사이클은 고압 및 저압 루프로 분할된다. 이것은 도 2의 p-v(압력/체적) 도면에 개략적으로 도시된다. 고압 루프는 AS로 표시되고 저압 루프는 LWS로 표시된다. 고압 루프(AS)는 팽창 및/또는 사이클의 연소 단계에 대한 작업 곡선(K1) 및 사이클의 압축 단계를 나타내는 서브 곡선(K2)으로 이루어진다. 저압 루프의 서브 곡선(K3)은 사이클의 배기 단계를 나타낸다. 저압 루프(LWS)의 서브 곡선(K4)은 흡입 행정 동안 4 행정 내연 엔진의 작용을 기술한다. 고압 루프(AS) 및 저압 루프(LWS)는 필수적으로 압력 레벨에서 서로 다르다. 저압 루프(LWS)는 1 바르(bar) 정도의 압력 범위에 놓이고, 고압 루프(AS)는 극단적으로 압력(p)에 대해 3 자리수의 수치 값들 까지 높아질 수 있다. 이것은 측정 문제의 원인이다. 아날로그 센서들로서 구현된 압력 센서들은 물리적 변수, 즉, 압력에 비례하여 전기 신호를 공급한다. 이런 전기 신호는 전자 유니트(특히 기구적 트랜스포머)에 의해 전압 신호로 전환되고 선택적으로 증폭된다. 그 다음 압력 센서에 의해 각각 방출된 전압 신호는 예를들어 0 및 5 볼트 사이의 통상적인 센서 출력 전압 범위 내에 놓인다. 이 전압 신호는 압력 센서로부터 엔진 제어 장치로 도통되고 처리기를 위하여 적당한 방식으로 A/D 컨버터(아날로그-디지털 컨버터)에 의해 처리된다. 8, 10 또는 12 비트 컨버터들은 일반적으로 요구된 정확도에 따라 사용된다. 보다 높은 해상도의 컨버터들은 EMC(전자기 호환성) 이유로 인해 자동차 엔지니어링에 거의 사용되지 않는다. 각각의 압력 센서가 내연 엔진의 각각의 실린더에서 최대값으로서 발생할 수 있는 압력 범위에 대해 설계되기 때문에, 저압 값들은 비록 보다 높은 해상도가 압력 센서의 센서 엘리먼트에 의해 공급될 수 있지만, 근사적으로만 재생될 수 있다. 예를들어 356 측정 포인트들을 디스플레이할 수 있는 8 비트 A/D 컨버터, 및 압력 센서에 대해 0 및 5 볼트 사이의 출력 전압 범위로 인해, 5 볼트/256 = 19mV의 해상도는 발생한다. 대조하여 압력 센서의 센서 엘리먼트는 예를들어 1mV 정도의 물리적으로 가장 작은 해상도를 가진다. 이것은 압력 센서로부터의 출력 신호들만이 검출될 수 있고 및/또는 A/D 전환을 위한 작은 수의 측정 포인트들로 인해 19 mV로 등록되는 것을 의미한다. 압력 센서의 0 내지 18 mV의 하한 측정 범위 - 이론적으로 압력 센서의 센서 엘리먼트의 19 측정 값들에 대응 - 는 센서 엘리먼트의 보다 높은 해상도에도 불구하고 사용되지 않고 유지되어 검출될 수 없다. 다른 말로, 실린더 압력 센서의 출력 신호에 대한 해상도가 너무 낮게 된다.

A/D 전환을 개선하기 위한 하나의 공통 옵션은 8 비트 컨버터 대신 10 비트 컨버터를 사용하는 것이고, 다른 말로 보다 많은 비트 전환을 가진 A/D 컨버터를 사용하는 것이다. 그러나 자동차 엔지니어링에서 - 상기된 바와 같이 - 상기 측정들의 전개를 위한 명확한 제한들이 있다. 다른 옵션은 전체 측정 범위를 예를들어 저압 및 고압 범위로 분할하는 것이다. 예를들어, 0 및 5 볼트 사이의 압력 센서의 출력 전압은 각각의 실린더 압력에 대해 0 및 2 바르 사이의 제 1 측정 범위 및 2 및 100 바르 사이의 제 2 측정 범위가 할당될 수 있다. 그 다음 압력 센서는 측정 범위가 현재 작동하는 엔진 제어기 또는 엔진 제어 장치로부터의 제어 신호에 의해 통지받아야 한다. 선택적으로, 압력 센서는 다양한 측정 범위들 사이에서 독립적으로 스위칭할 수 있고 부가적인 제어 라인을 통하여 각각 활성화된 측정 범위의 엔진 제어기에게 통지할 수 있다. 그러나, 이것은 내연 엔진 및 엔진 제어기 또는 제어 장치 사이의 시그널링 비용과 관련하여 몇몇 실제 모터 엔지니어링 환경들에서 너무 복잡하다. 상기 해상도 및 정확도 문제들은 또한 몇몇 실시예들에서 내연 엔진의 내연 처리를 위하여 제공된 다른 측정 센서들로 인해 발생할 수 있다.

본 발명의 목적은 출력 신호의 부적당한 A/D 전환에도 불구하고 간단한 방식으로 측정 센서의 센서 엘리먼트의 고해상도 자체가 보다 효과적으로 사용될 수 있는 방식을 제공하는 것이다. 이 목적은 다음 본 발명의 방법의 단계들로 달성된다:

내연 엔진을 위한 적어도 하나의 측정 센서로부터 출력 신호들의 해상도를 증가시키기 위한 방법에서, 원 센서 신호의 레벨 값들이 놓이는 측정 센서의 작업 레벨 범위는 적어도 두 개의 측정 범위 세그먼트들로 분할되고, 작업 레벨 범위와 비교되는 제한된 측정 센서 출력 신호의 동일한 미리 정의된 출력 레벨 범위는, 두 개의 인접한 측정 범위 세그먼트들 사이의 측정 범위 경계에 도달하거나, 초과하거나 아래로 떨어질 때, 각각의 측정 범위 세그먼트에 할당되고, 하나의 측정 범위 세그먼트로부터 다른 측정 범위 세그먼트로 스위치는 측정 센서와 무관하게 수행되고, 내연 엔진의 동작 포인트는 내연 과정 동안 적어도 하나의 동작 파라미터를 바탕으로 엔진 제어기에 의해 결정되고, 측정 센서의 원 센서 신호의 시간 프로파일은 현재 결정된 동작 포인트에 대한 적어도 하나의 성능 특성 정보로부터 예측되고 엔진 제어기는 측정 센서의 측정 범위 세그먼트가 이런 예측된 시간 원 센서 신호 프로파일을 바탕으로 현재 작동되는지를 결정한다.

이것은 다양한 측정 범위 세그먼트들 사이의 스위치에 관한 정보를 제공하기 위하여 요구될 수 있는 제어 장치와 각각의 측정 센서 사이에 복잡한 제어 라인들이 필요하지 않다는 것을 의미한다. 그러므로, 측정 센서 및 제어 장치 사이에서 측정 범위 세그먼트 정보를 전송할 필요가 없다. 그러므로 부가적인 신호 생성 또는 부가적인 신호 라인들에 의한 전송은 필요하지 않다. 이것은 특히 실린더 압력 신호들을 평가할 때, 바람직한 실제 원 센서 신호 프로파일을 간단하고 효과적으로 결정할 수 있게 한다. 또한, 측정 범위 분할 없는 예와 비교하여, 측정 센서의 출력 신호가 검출되고 처리되어 신호 정확도를 개선하는 해상도는, 특히 제어 장치와 측정 센서 사이의 하나 또는 그 이상의 부가적인 시그널링 라인들로 이용할 수 있는 신호 정확도를 달성하는 것을 가능하게 하는 정도로 증가된다.

본 발명은 또한 내연 엔진에 대한 적어도 하나의 측정 센서로부터 출력 신호들의 해상도를 증가시키기 위한 이전 청구항들 중 한 항에 따른 단계들을 실행하는 적어도 하나의 계산 유니트를 가진 제어 장치에 관한 것이다.

본 발명의 다른 개선 사항들은 종속항들에 나타난다.

본 발명 및 개선 사항들은 도면들을 참조하여 하기에 보다 상세히 기술된다.

도 1은 해상도를 증가시키기 위한 본 발명의 방법의 예시적인 실시예를 개략적으로 도시하고, 상기 해상도 증가로 인해 내연 엔진 실린더에서 실제 실린더 압력 프로파일은 실린더 압력 센서에 의해 검출될 수 있다.

도 2는 4 행정 내연 엔진의 사이클에 대한 p-v 도면의 예의 개략도를 도시한다.

도 3은 내연 엔진의 크랭크샤프트 각도의 함수로서, 도 1의 예시적인 실시예에 따라 결정되거나 다른 말로 재구성되는 실린더 압력 프로파일과 함께 도 1로부터 실린더 압력 센서의 출력 신호의 레벨 제한 신호 프로파일의 개략도를 도시한 다.

동일한 기능 및 동작 모드를 가진 엘리먼트들은 도 1 내지 3에서 동일한 참조 문자들로 표현된다.

도 1은 보다 우수한 해상도로, 다른 말로 보다 정확하게 본 발명에 따른 실린더 압력 센서(DS)의 실린더 압력 신호를 검출할 수 있도록 하기 위하여, 내연 엔진(CE)에 대한 엔진 제어 장치(ECU)의 계산 유니트(CU)의 바람직한 제어 단계들의 개략도를 도시한다. 여기서 실린더 압력 센서(DS)는 특히 내연 엔진(CE)의 실린더(CY)의 실린더 헤드에 배치된다. 상기 실린더 압력 센서는 실린더(CY)의 내연 챔버에서 내부 압력을 검출하기 위하여 사용하는 센서 엘리먼트(SE)를 가진다. 바람직하게 상기 센서 엘리먼트는 아날로그 어셈블리로서 구성되고, 단계(S7)에서 내연 엔진(CE)의 주기적 내연 과정 동안 실린더(CY)의 내부에 각각 제공된 압력을 나타내는 원 센서 신호(ZS)를 생성한다. 상기 원 센서 신호(ZS)에는 원 센서 신호(ZS)의 추가 처리를 위해 평가/논리 유니트(LE)가 할당된다. 상기 평가/논리 유니트는 바람직하게 실린더 압력 센서(DS)의 일부이다. 선택적으로, 또한 상기 평가/논리 유니트는 독립된 구성요소로서 제공될 수 있다. 도 1에서, 상기 평가/논리 유니트는 기능을 보다 명확하게 도시하기 위하여 압력 센서(DS)의 센서 엘리먼트(SE)로부터 분리되어 도시된다.

실린더 압력 센서(DS)의 평가/논리 유니트(LE)는 추후 A/D 전환을 위해 그 해상도를 증가시키기 위하여 원 센서 신호(ZS)를 처리 단계(S8)에서 적어도 두 개 의 측정 범위 세그먼트들로 분할한다. 도 1의 예시적인 실시예에서, 평가/논리 유니트(LE)는 특히 3 개의 측정 범위 세그먼트들(A,B,C)을 미리 정의한다. 원 센서 신호(ZS)에 대한 이런 측정 범위 분할은 그 레벨을 감소된 또는 제한된 레벨 범위로 스케일(scale)하기 위하여 사용하고, 다른 말로 레벨 제한은 수행된다. 이런 예시적인 실시예에서 실린더 압력 센서(DS)의 센서 엘리먼트(SE)는 원 센서 신호(ZS)로서 전기 전압 신호를 생성하고, 각각의 측정 범위 세그먼트(A,B,C)에 대해 상기 전기 전압 신호의 전압 레벨은 예를들어 0 및 5 볼트 사이의 전압 값들로 제한된다. 그러므로 실린더 압력 센서(DS)는 평가/논리 유니트(LE)에 의해, 특히 예를들어 기구적 트랜스포머 같은 전자 평가 유니트에 의해 전압 신호(SV)로 전환되고 이에 따라 선택적으로 증폭되는 원 센서 신호(ZS)로서 실린더(CY)의 내부 압력에 할당된 전기 신호, 특히 필수적으로 비례하는 전기 신호를 공급한다.

이 전압 신호(SV)는 분할에 의해 다양한 측정 범위 세그먼트들(예를들어, A,B,C)로 스케일되고, 다른 말로 본래의 동적 범위는 특정 전압 레벨 범위로 제한된다. 스케일링 인자 또는 오프셋 특성은 기준 값(예를들어, 0V)에 관련하여 각각의 측정 범위 세그먼트(A,B,C)에 할당되고, 이에 따라 미리 정의된 제한된 레벨 범위로 전달될 수 있다. 이것은 변형된 출력 센서 신호(BSV)가 단계 9에서 실린더 압력 센서(DS)의 출력에 제공되고, 다양한 미리 정의된 측정 범위 세그먼트들(A,B,C)이 동일한 출력 전압 레벨 범위, 이 예에서 0V 및 5V 사이의 범위에 각각 맵핑된다. 도 1의 단계 9의 예시적인 실시예에서 변형된 센서 출력 신호(BSV)의 출력 전압(U)의 예시적인 시간 프로파일은 시간(t)의 함수로서 맵핑된다. 0 및 5V(볼트) 사이의 동일한 출력 전압 레벨 범위는 각각의 측정 범위 세그먼트(A,B,C)에 할당된다. 다른 말로 본래 원 센서 신호(ZS)의 다양한 측정 범위 세그먼트들(A,B,C)은 1 및 센서 출력 신호(SS)에 대한 동일한 미리 정의된 레벨 동적 범위로 전환된다. 이것은 센서 출력 신호(SS)가 실린더 압력 센서(DS)의 실제 경로(IP)에서 레벨 동적 범위를 가지며, 본래 원 센서 신호(ZS)와 비교하여 감소되는 것을 의미한다.

이런 센서 출력 신호(SS)는 측정 라인(SL)에 의해 엔진 제어 장치(ECU)로 전송된다. 상기 센서 출력 신호(SS)는 A/D 컨버터(ADC)의 도움으로 여기서 디지털화된다. 8 비트 컨버터는 여기 예시적인 실시예에서 바람직하게 A/D 컨버터로서 사용된다.

대응 측정 범위 세그먼트 분할은, 만약 평가/논리 유니트(LE)가 전기 전압에 대한 대안으로서 센서 엘리먼트(SE)에 의해 측정된 실린더(CY)의 내연 챔버내 내부 압력의 측정값으로서 전기 전류를 측정하면, 유사하게 수행될 수 있다.

엔진 제어 장치(ECU)가 원 센서 신호(ZS)의 실제 시간 프로파일을 지금 재구성할 수 있고 그러므로 수신된 레벨 제한 센서 출력 신호(SS)의 시간 프로파일로부터 내연 사이클 동안 실린더(CY)의 실제 압력을 재구성할 수 있도록, 엔진 제어 장치(ECU)는 타켓 경로(SP)에서 예상된 시간 실린더 압력 프로파일(EPD)을 평가한다. 이런 목적을 위하여 내연 사이클의 현재 동작 포인트는 실린더(CY)를 위하여 결정된다. 이것은 도 1의 처리 단계(S3)에서 수행된다. 엔진 제어 장치(ECU)는 이런 목적을 위하여 내연 엔진(CE)의 하나 또는 그 이상의 다른 동작 파라미터들을 사용한다. 특히 내연 엔진(CE)의 크랭크샤프트의 회전 속도(N) 및 상기 크랭크샤프트의 스로틀 밸브의 디스크 각도(TPS)는 사이클 내연 처리를 위해 현재 동작 포인트(BP)를 결정한다. 다른 말로, 실린더(CY)가 현재 있는 장소인 도 2의 p-v(압력/체적) 도면의 작업 포인트를 이들 동작 파라미터들로부터 결정하는 것은 가능하다. 실린더(CY)를 위한 현재 동작 포인트(BP)를 결정하기 위한 내연 엔진(CE)의 추가 편리한 동작 파라미터들은 특히 다음 하나 또는 그 이상의 특성 변수들의 파라미터들일 수 있고, 상기 파라미터들은 특정 방식으로 실린더(CY)의 내연 과정에 영향을 미친다: 점화 각도 위치(IGA), 입구 캠샤프트 위치(CAM_IN), 출구 캠샤프트 위치(CAM_EX), 흡입 분기관 압력(MAP), 내연 엔진(CE)의 흡입 분기관에서 공기 질량(MAF), 인덱스된 엔진 토크(TQI), 분사 시간(TI), 각각의 분사 시작 시간(SOI), 냉각 온도(TCO), 흡입 공기 온도(TIA), 람다 값(LAM), 배기 가스 압력(P_EX), 밸브 리프트, 밸브 개구 기간, 실린더(CY)에서 각각의 밸브의 각각의 밸브 개구 프로파일.

도 1의 예시적인 실시예에서, 이들 동작 파라미터들은 입력 신호들(S1)로서 계산 유니트(CU)에 이용할 수 있다. 동시에 이들 동작 파라미터들은 현재 내연 모드를 제공하는 질문 단계(S2)에 따라 고려된다. 특히 스파크 점화(SI), 제어된 자동 점화(CAI) 및 경사 동작 사이가 구별된다.

제어 단계(S4)에서, 내연 엔진(CE)의 현재 결정된 동작 포인트(BP)는 지금 저장된 성능 특성 정보(KI)를 바탕으로 각각의 실린더(CY)의 시간 압력 프로파일을 예측하기 위하여 사용된다. 다수의 다른 동작 포인트들에 대해 성능 특성 정보(KI)는 크랭크샤프트 각도의 함수로서, 바람직하게 각각의 크랭크샤프트 회전 속도(N) 및 각각의 스로틀 밸브 각도(TPS)의 함수로서 압력 프로파일을 가리키는 성능 특성들을 포함한다. 크랭크샤프트 각도는 실린더(CY)의 압력(p)의 시간 프로파일(t)에 맵핑될 수 있다. 그러므로 평가된 압력 프로파일(EPD)은 현재 결정된 동작 포인트(BP)를 나타내고, 시간(t)의 함수로서 실린더(CY)에서 예상된 내부 압력(p)의 레벨 값들 사이의 함수 관계들을 나타낸다. 도 1에서 예상 곡선이 p/t(압력/시간) 도면에서 평가된 실린더 압력 프로파일(EPD)를 위하여 개략적으로 및 예를들어 도시된다. 예측 또는 평가된 실린더 압력 신호(EPD)는 측정 범위 세그먼트들(A,B,C)과 관련하여, 무관하게 다른 말로 실린더 압력 센서(DS)의 평가/논리 유니트(LE)와 무관하게 수행되기 때문에, 임계값들(G1,G2)에 의한 동적 레벨 측면에서 동일한 레벨 측정 범위들(A*,B*,C*)로 분할된다. 다른 말로 다른 레벨의 임계값들(G1,G2)은 예측된 압력 프로파일(EPD)을 위하여 결정되어, 3개의 레벨 범위들(A*,B*,C*)은 상기 임계값들에 의해 독립적으로 형성된다. 이것은 도 1의 단계(S5)에서 수행된다. 각각의 임계값 및 평가된 내부 압력(p)에 대한 예측된 압력 프로파일(EPD) 사이의 교차 포인트는 각각의 시간 간격을 결정하고, 분명하게 실린더 압력 센서(DS)의 논리/평가 유니트(LE)에서 특정 측정 범위 세그먼트(A,B,C)의 존재를 가리킨다. 예를들어 제 1 임계값(G1)이 평가된 압력 프로파일 곡선(EPD)의 상승 브랜치를 교차하는 t0=0 및 시간 TB1 사이의 시간 간격은 가장 낮은 레벨 측정 범위(A*)에 할당된다. 그 다음 이런 시간 간격(t0 내지 tB1)은 센서측에서 제 1 측정 범위 세그먼트(A)의 존재를 특성화한다. 시간들(tB1 및 tC1) 사이의 시간 간격은 레벨 범위 세그먼트 또는 레벨 측정 존(B*)에서 예측된 압력 프로파일(EPD)의 상승 브랜치의 레벨 값들에 명확한 방식으로 유효 기간으로서 할당된다. 이것은 센서측에서 제 2 측정 범위 세그먼트(B)의 존재를 가리킨다. 시간(tC1)은 평가된 압력 프로파일 곡선(EPD)을 가진 제 2 보다 높은 임계값(G2)의 교차 포인트를 표시한다. 따라서 스케일링 범위(C*)의 시작은 시간(tC1)에 할당된다. 레벨 범위 세그먼트(C*)는 최종적으로 시간(tC1*)에서 종료하고, 상기 시간에서 상한 임계값(G2)는 평가된 압력 프로파일 신호(EPD)의 하강 에지와 교차한다. 시간들(tC1 및 tC1*) 사이의 시간 간격은 센서 측에서 제 3 측정 범위 세그먼트(C)의 존재를 가리킨다. 스케일링 존들(A*,B*,C*) 및 유효 기간들에 대한 간격들 사이의 이런 할당은 대응하여 예측된 실린더 압력 신호(EPD)의 하강 에지에 적용한다. 따라서 시간(tC1*)은 제 2 스케일링 존(B*)의 시작을 결정한다. 시간(tB1*)은 스케일링 존(A*)으로부터 스케일링 존(B*)으로 변화를 특징으로 한다. 예시적인 실시예에서 스케일링 존(A*)은 특히 0 및 3 바르 사이의 예측된 압력 프로파일(EPD)의 하한 레벨 값들(p)을 나타낸다. 제 2 스케일링 존(B*)은 3 및 20 바르 사이의 예측된 압력 프로파일(EPD)의 중앙 레벨 값들을 특징으로 한다. 제 3 스케일링 존(C*)은 20 바르를 넘는 예측된 실린더 압력 프로파일(EPD)의 가장 높은 레벨 값들(p)을 나타낸다.

예측된 실린더 압력 프로파일(EPD)이 센서측에서 동일한 레벨 임계값들(G1,G2)에 의해 제어 장치(CU)에서 레벨 측정 범위들 또는 스케일링 존들(A*,B*,C*)로 분할되고 거기에 대응하는 유효 기간들 또는 크랭크샤프트 각도가 이들 스케일링 존들(A*,B*,C*)에 할당되기 때문에, 제어 장치(CU)에서 레벨 감소에 의해 변형된 실린더 압력 센서(DS)의 각각의 출력 신호(SS)에 대한 연관된 액티브 스케일링 존(A,B,C)을 식별하는 것은 가능하다. 그다음 측정된 레벨 제한 센서 출력 신호(SS)의 레벨 값들(U)로부터, 원 센서 신호(ZS)의 레벨이 실제 경로(IP)의 센서측에서 본래 감소되는 측정 범위 세그먼트 또는 스케일링 존(A,B,C)의 올바른 시간 할당에 의해, 각각의 스케일링을 인버팅함으로써 내부 실린더 압력에 대한 실제 레벨 값(p*)을 복구하는 것은 가능하다. 이것은 도 1의 단계(S6)에서 수행되고 단계(S10)에서 p*/t(압력/시간)를 참조하여 도시된다.

예시적인 실시예에서 스케일링 존(A)은 시간(t0) 및 시간(tB1) 사이의 시간 간격에 할당된다. 이것은 이런 시간 간격 동안 실린더 압력 센서(DS)가 이런 레벨 존(A)의 스케일링 인자, 특히 오프셋에 영향을 받는 출력 신호(SS)를 공급한다는 것을 의미한다. 이런 관계는 실린더 압력 센서(DS)의 평가/논리 유니트(LE)에 의해 수행되는 본래 스케일링을 리버스 또는 인버트하고, 다시 t0 및 tB1 사이의 시간 기간에서 센서 출력 신호(SS)를 발생시키는 전압 값들(U)로부터 본래 원 센서 신호(ZS)의 전압 값들을 재구성 또는 재생성하는 것을 가능하게 한다는 것을 의미한다. 그 다음 실린더(CY)의 내연 챔버에서 대응 내부 압력 값들(p*)은 대응하여 이들에 할당될 수 있다. 대응하여 시간들(tB1 및 tC1) 사이의 시간 간격은 유효 기간, 다른 말로 제 2 스케일링 존(B)의 스케일링 인자를 사용하여 변형되었던 레벨 감소 센서 출력 신호(SS)의 전압 레벨 값들의 존재를 결정한다. 대응하여 수행된 스케일링은 계산되고, 다른 말로 본래 원 센서 신호(ZS)의 레벨 값들(p*)은 제 1 측정 범위 세그먼트(A)와 비교되는 측정 범위 세그먼트(B)의 오프셋을 부가함으로써 출력 신호(SS)의 전압 값들(U)로 복구될 수 있다. 이들 복구되거나 재구성된 전압 레벨 값들은 실린더(CY)에서 내부 압력 레벨 값들(p*)에 대응한다. 시간들(tC1 및 tC1*) 사이의 시간 간격은 마지막으로 스케일링 존(C)에 대한 유효성 기간을 결정한다. 그 다음 이런 시간 간격 동안 센서 출력 신호(SS) 출력의 전압 값들(U)의 복구는 스케일링 존(C)에 대한 스케일링 인자를 인버팅함으로써 가능하게 되어, 실제 압력 값들(p*)은 레벨 제한 출력 신호(SS)의 전송된 출력 신호 값들로부터 유사하게 복구될 수 있다. 특히 제 1 측정 범위 세그먼트(A)와 비교되는 제 3 측정 범위 세그먼트(C)의 오프셋은 출력 신호(SS)의 전압 값들(U)에 부가된다.

만약 출력 센서 신호(SS)의 각각의 스케일링 존(A,B,C)의 시작 시간 또는 종료 시간이 예측된 예상 압력 프로파일(EPD)의 레벨 범위 세그먼트들(A*,B*,C*)의 시간과 다르고, 다른 말로 유효 기간들이 다르다는 것이 단계(S6)에서 결정되면, 이 정보는 성능 특성 정보(KI)를 적응시키기 위하여 사용될 수 있다. 이것은 도 1의 단계(S11)에서 수행된다. 예를들어 시간(tB1**)에서 레벨 제한 출력 신호(SS)의 스케일링 존(B)의 시작은 예측된 압력 프로파일(EPD)의 스케일링 존(B*)의 평가된 시작(tB1)과 다를 수 있다. 대응하여 측정된 레벨 제한 센서 출력 신호(SS)에 대한 제 3 측정 범위 세그먼트(C)의 시작 시간(tC1**) 및 예측된 압력 프로파일(EPD)에 대한 평가된 시작 시간(tC1) 사이에 차가 발생할 수 있다. 그 다음 이런 차 또는 편차 정보는 다음 동작 포인트 결정을 위하여 에러들이 많이 수정된 연관되고 예상된 압력 프로파일을 결정할 수 있기 위하여, 성능 특성 정보(KI)를 수정하기 위해 단계(S11)에서 사용된다.

도 3은 크랭크샤프트 각도(KW)의 함수로서 출력 신호(SS)의 전압 레벨 프로파일(U)의 확대도를 도시한다. 이것은 시간(t)에 대응한다. 0 및 5 볼트 사이의 레벨 제한 범위(ASB)는 레벨 값들(U)을 위해 미리 정의된다. 이런 목적을 위하여 본래 원 센서 신호(ZS)는 논리/평가 유니트(LE)에서 다양한 측정 범위 세그먼트들(A,B,C) 및 특정 오프셋으로 분할되고, 이것은 각각의 측정 범위 세그먼트(A,B,C)를 요구된 레벨 제한 범위(ASB)로 변환하고, 레벨 값들로부터 각각 공제된다. 도 3의 하한 부분에서 압력 프로파일(PD)은 압력/크랭크샤프트 각(p*KW) 도면의 크랭크샤프트 각도(KW)의 함수로서 레벨 제한 출력 신호(SS)의 레벨 프로파일에 할당된다.

선택적으로 성능 특성 정보 없이 직접적으로 각각 현재 동작 포인트에 대한 예상된 실린더 압력 프로파일을 계산하는 것은 몇몇 예들에서 필수적일 수 있다. 이런 목적을 위하여 예를들어 폴리트로픽(polytropic) 압축 또는 팽창에 영향을 받은 예상된 시간 압력 프로파일을 계산하는 것은 편리할 수 있고, p × Vⁿ = 상수이고, 여기서 n은 세그먼트 단위의 폴리트로픽 지수이다. 바람직한 계산 방법은 이전 특허 출원 DE 10 2005 009 104.0에서 이런 목적을 위하여 지정된다.

요약하여, 센서 신호 해상도를 증가시키고 그러므로 이런 방식으로 센서 신호 정확도를 증가시키기 위하여, 정보 생성, 전송 및 처리를 제어하기 위한 원하지 않는 경비를 의미하는 실린더 압력 센서 및 엔진 제어 장치 사이에 부가적인 제어 라인들을 제공하는 것을 필요로 하지 않는다. 대신 실린더 압력 센서의 센서 측정 범위는 적어도 두 개의 적당한 범위들, 예를들어 고압 및 저압 범위로 분할된다. 하나의 범위에서 다른 범위로 스위치는, 측정 범위 경계에 도달하거나 초과하거나 아래로 떨어질때마다, 실린더 압력 센서 자체에서 발생한다. 도 1의 예시적인 실시예에서 예를들어 측정 범위 스위치는 스케일링 존(A)으로부터 스케일링 존(B)으로 3 바르에서 발생한다. 스케일링 존(B)으로부터 스케일링 존(C)으로 변화는 임계값 20 바르를 초과할 때 트리거된다.

또한 실린더 압력 센서의 출력 신호의 전류 측정 값이 이들 두 개의 측정 범위들 사이의 경계 또는 임계값 상에 놓이는 경우, 하나의 스케일링 범위로부터 인접한 스케일링 범위로 스위칭할 때 이들 두 개의 측정 범위들 사이의 지터(jitter)를 방지하는 것은 바람직할 수 있다. 0.2 바르의 레벨 값은 예를들어 히스테리시스 또는 허용 오차 레벨로서 제공될 수 있다. 상기 실시예를 참조하여, 이것은 압력이 발생할 때, 가장 작은 측정 범위(A)로부터 다음 측정 범위(B)로의 스위치가 3.2 바르 정도에서 발생하고, 스위치는 다시 중심 범위에서 발생하고, 제 2 측정 범위에서 가장 작은 범위로 발생하고, 출력 신호(SS)의 신호 레벨이 2.8 바르에서 발생할 때만 제 2 측정 범위(B)에서 가장 작은 범위로 발생한다.

개별 측정 범위들 및 각각의 증폭 인자들 및/또는 오프셋들(또는 심지어 전체 특성 센서 곡선들에서도)은 바람직하게 비휘발성 메모리의 엔진 제어기(ECU)에 저장된다. 엔진 제어기는 측정 범위가 한번에 작동하는 특정 압력 프로파일 예상을 바탕으로 바람직하게 결정한다. 통상적인 실린더 압력 프로파일은 예를들어 내 연 엔진의 크랭크샤프트의 현재 회전 속도 및 유효 로드, 특히 내연 엔진의 흡입 분기관에서 스로틀 밸브의 위치, 및/또는 분사 타이밍, 점화 각도, 엔진 동작 온도, 등등 같은 추가 동작 파라미터들에 의해 결정된 엔진 동작 포인트의 함수로서 발생한다. 이런 압력 프로파일은 예를들어 크랭크샤프트 각도에 따른 선은 특성으로 엔진 제어기에 저장된다. 그러나, 몇몇 예들에서 평가된 압력 프로파일이 예를들어 폴리트로픽 압축 또는 팽창에 영향을 받는 간단한 계산 방법에 의해 계산되는 것은 편리하고, p×Vⁿ= 상수이고, 여기서 n은 세그먼트 단위의 폴리트로픽 지수이다. 믈론 실제로 내연 과정의 하나의 사이클로부터 다른 사이클로 편차들은 있을 수 있다. 그러므로 예를들어 A,B,C로서 개별 측정 범위들을 정의하는 것은 편리하여, 예상된 압력 변동들은 각각의 측정 범위내에 놓인다. 그 다음 엔진 제어기는 예상에 따라 각각의 측정 범위를 선택하고, 선형 신호 프로파일을 가진 오프셋 및/또는 증폭에 관한 정보를 얻고 실린더 압력 센서에 의해 각각의 센서 값 출력에 레벨 제한 압력 값을 할당할 수 있다. 전압, 전기 전류, 등등은 센서 값으로서 사용할 수 있다. 내연 엔진의 4 행정 방법에 대한 하나의 특히 간단하고 편리한 변형에서, 720°크랭크샤프트 각도들은 2 × 360°크랭크샤프트 각도들로 분할된다. 그 다음 저압 범위는 제 1 360°크랭크샤프트 각도 범위에 할당되고 고압 범위는 제 2 360°크랭크샤프트 각도 범위에 할당된다. 그 다음 대응 측정 범위는 크랭크샤프트 위치의 함수로서 선택된다.

자연히, 상기 방법은 만약 충분히 예측 가능한 신호 프로파일이 있다면, 실 린더 압력 신호들과 다른 센서 신호들에 바람직하게 적용될 수 있다.

보다 충분하게 사용할 수 있는 센서 신호들의 해상도 증가 및 센서 아날로그 신호의 정확도 증가를 위한 본 발명의 과정은 이루어진다. 신호 대 노이즈 비율 및 해상도는 상당히 개선되어, 물리적으로 작은 측정 범위들에서도 정확하게 또는 전부 검출하는 것을 가능하게 한다. 본 발명의 방법은 센서 및 엔진 제어 장치 사이에서 정보를 전송하는 것이 필요하지 않기 때문에 경제적 해결책을 제공하고, 그 결과 부가적인 신호 생성 또는 전송은 요구되지 않는다. 모든 필요한 정보는 이미 엔진 제어기에 제공된다. 본 발명의 방법은 특히, 센서 신호가 내연 처리를 조절하기 위하여 사용될 때 바람직하다. 소위 CAI(제어 자동 점화) 방법은 가능한 한 정확하게 저압 및 고압 범위들 모두를 검출할 필요가 있을 때, 보다 높은 해상도 실린더 압력 신호가 제공되어, 내연 처리 조절을 위한 기본 변수로서 사용되기 때문에 보다 잘 관리될 수 있다.

Claims

내연 엔진(CE)에 대한 적어도 하나의 측정 센서(DS)로부터 출력 신호들(SS)의 해상도를 증가시키기 위한 방법으로서,

원(raw) 센서 신호(ZS)의 레벨 값들이 놓이는 측정 센서(DS)의 작업 레벨 범위(PZ)는 적어도 두 개의 측정 범위 세그먼트들(A,B)로 분할되고,

작업 레벨 범위(PZ)와 비교하여 제한되는 측정 센서(DS)의 출력 신호(SS)의 동일한 미리 정의된 출력 레벨 범위(ASB)는, 두 개의 인접한 측정 범위 세그먼트들(A,B) 사이의 측정 범위 경계(GA)에 도달하거나, 초과하거나, 아래로 떨어질 때, 각각의 측정 범위 세그먼트(A,B)에 할당되고, 하나의 측정 범위 세그먼트(A,B)로부터 다른 측정 범위 세그먼트로의 스위치는 측정 센서(DS)에 의해 독립적으로 수행되고,

내연 엔진(CE)의 동작 포인트(BP)는 내연 과정 동안 적어도 하나의 동작 파라미터(N,TPS)를 바탕으로 엔진 제어기(ECU)에 의해 결정되고,

측정 센서(DS)의 원 센서 신호의 시간 프로파일(EPD)은 현재 결정된 동작 포인트(BP)에 대한 적어도 하나의 성능 특성 정보 아이템(KI)으로부터 예측되고,

엔진 제어기(ECU)는 측정 센서(DS)의 측정 범위 세그먼트(A,B)가 이런 예측된 시간 원 센서 신호 프로파일(EPD)을 바탕으로 현재 작동되는 것을 결정하는,

출력 신호들의 해상도 증가 방법.
제 1 항에 있어서, 내연 엔진(CE)의 적어도 하나의 실린더(CY)에 부착된 실린더 압력 센서(DS)는 측정 센서로서 사용되고 전압 신호는 원 센서 신호(ZS)로서 실린더 압력 센서(DS)에 의해 생성되고, 실린더(CY)의 내부 압력을 나타내는,

출력 신호들의 해상도 증가 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 예측된 원 센서 신호 프로파일(EPD)은 엔진 제어기(ECU)의 성능 특성으로서 미리 저장되는,

출력 신호들의 해상도 증가 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 예측된 원 센서 신호 프로파일(EPD)은 엔진 제어기(ECU)에서 계산되는,

출력 신호들의 해상도 증가 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 하나의 측정 범위 세그먼트(A)로부터 다른 측정 범위 세그먼트(B)로 스위치는 히스테리시스에 영향을 받고 수행되는,

출력 신호들의 해상도 증가 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 필수적으로 측정 센서(DS)의 측정 범위 세그먼트들(A,B)의 분할에 대응하는 적어도 두 개의 레벨 범위 세그먼트들(A*,B*)로의 분할은 엔진 제어기(ECU)에서 예측된 원 센서 신호 프로파일(EPD)에 대해 수행되는,

출력 신호들의 해상도 증가 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 예측된 원 센서 신호 프로파일(EPD)의 유효 기간들로서 레벨 범위 세그먼트들(A*,B*,C*)에 할당된 시간 간격들(t0-tB1, tB1-tC1, tC1-tC1*)을 바탕으로, 특정 센서(DS)의 측정 범위 세그먼트(A,B,C)가 활성으로 스위칭되고 원 센서 신호(ZS)의 실제 신호 레벨 프로파일(PD)이 측정 센서(DS)의 레벨 제한 출력 신호(SS) 및 연관된 활성 측정 범위 세그먼트(A,B,C)의 이런 평가된 시간 할당으로부터 재구성될 시기가 평가되는,

출력 신호들의 해상도 증가 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 예측된 원 센서 신호 프로파일(EPD)의 각각의 레벨 범위 세그먼트(A*,B*,C*)의 유효 기간 및 측정 센서(DS)의 레벨 제한 출력 신호(SS)의 유효 기간 사이의 차는 다음 동작 포인트 평가를 위해 적합하게 원 센서 신호 프로파일(EPD)의 예측을 수정하도록 사용되는,

출력 신호들의 해상도 증가 방법.
내연 엔진(CE)에 대한 적어도 하나의 측정 센서(DS)로부터 출력 신호들(SS)의 해상도를 증가시키기 위하여 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 단계들을 실행하는,

적어도 하나의 계산 유니트(CU)를 가진 제어 장치(ECU).