KR101286201B1 - 내연 엔진을 작동시키기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

내연 엔진을 작동시키기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

내연 엔진을 작동시키기 위한 방법 및 장치
내연 엔진을 작동시키기 위하여, 각 경우에 미리 결정된 시간 기간(TP) 동안에 흡입 덕트(1)로 흘러들어가는 유체의 서브볼륨들(V_BUF)이 각 기간에 대해 결정된다. 특징적 분량에 대한 탱크 세정 값들(CPV)이 각 기간에 대하여 결정된다. 상기 특징적 분량은 각 경우에 상기 미리 결정된 시간 기간(TP) 동안에 탱크 세정 밸브를 통해 흐르는 탱크 세정 연료 질량을 나타낸다. 전체 서브볼륨(V_BUF_SUM)을 제공하기 위하여, 상기 전체 서브볼륨(V_BUF_SUM)이 탱크 세정 밸브(29)의 아래쪽으로 흐르는 유효한 흡입 덕트 볼륨(V_IM)보다 크거나 동일할 때까지, 현재 결정된 서브볼륨(V_BUF)부터 시작하여 연속하는 서브볼륨들(V_BUF)이 모두 더해진다.
연료의 다음 측정에 관련된 각 실린더의 동작 주기 동안에 실린더 내로 흘러들어가는 실린더 탱크 세정 연료 질량이 결정된다. 상기 실린더 탱크 세정 연료 질량(MFF_CP)은 탱크 세정 값(CPV)의 함수로서 결정되는데, 상기 탱크 세정 값(CPV)은 현재 결정된 탱크 세정 값(CPV)으로부터 시작하여 전체 서브볼륨(V_BUF_SUM)에 더해지는 모든 서브볼륨들(V_BUF)의 개수와 동일한 수만큼 상기 현재 결정된 탱크 세정 값(CPV)으로부터 인터벌을 갖는다.

Description

내연 엔진을 작동시키기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR OPERATING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
도 1은 제어 장치를 갖는 내연 엔진에 대한 도면,
도 2는 내연 엔진을 작동시키기 위한 제1 흐름도, 및
도 3은 내연 엔진을 작동시키기 위한 제2 흐름도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 흡입 덕트 2 : 엔진 블록
3 : 실린더 헤드 4 : 배가 가스 덕트
5 : 스로틀 밸브 6 : 다기관
7 : 흡입 파이프 8 : 크랭크축
10 : 연결 로드 11 : 피스톤
12 : 가스 인입 밸브 13 : 가스 배출 밸브
19 : 밸브 리프트 조절 설비 22 : 주입 밸브
23 : 점화 플러그 25 : 펄스 충전 밸브
26 : 스위칭 장치 28 : 탱크 세정 장치
29 : 탱크 세정 밸브 30 : 인입 지점
34 : 제어 장치 36 : 페달 위치 센서
38 : 가스 페달 42 : 스로틀 밸브 위치 센서
44 : 제1 온도 센서 46 : 흡입 파이프 압력 센서
48 : 크랭크축 각도 센서 50 : 제2 온도 센서
52 : 캠축 각도 센서 54 : 배기 가스 프로브
내연 엔진들의 성능 및 효율성은 점점 엄격해지는 요구사항들에 종속적이다. 동시에, 점점 엄중해지는 법 규정들은 오염원 방출이 낮게 유지될 것을 요구한다. 이를 위해, 내연 엔진들은 혼합공기, 연료 및 어떤 경우에는 또한 배기가스들을 포함하는 연소 이전에 상기 내연 엔진의 실린더들의 각 연소실들의 레벨을 조절하기 위해 다수의 제어 엘리먼트들을 구비할 수 있음이 알려져 있다. 예를 들면, 내연 엔진의 크랭크축과 캠축 사이의 페이스(phase)를 변경시키기 위해 사용될 수 있는 페이스 조절 설비들이 알려져 있는데, 그에 의해 가스 인입 및 가스 배출 밸브들의 개방 또는 폐쇄의 각각의 시작 및 끝이 변경된다. 낮은 밸브 리프트(lift)와 높은 밸브 리프트 사이에서 내연 엔진의 가스 인입 밸브 또는 심지어 가스 배출 밸브의 밸브 리프트를 조절하기 위해 사용될 수 있는 밸브 리프트 조절 설비들 역시 알려져 있다.
내연 엔진들은 또한 규칙적으로 탱크 세정 장치들(tank purging devices)이 장착되는데, 상기 탱크 세정 장치들을 통해 상기 내연 엔진이 배치될 수 있는 차량내 탱크로부터의 연료 증발 방출물이 활성 탄소 저장소에 버퍼링된다. 공지된 탱크 세정 밸브는 상기 활성 탄소 저장소를 재생시키기 위해 규칙적인 인터벌들에서 사용된다. 이에 따라 상기 탱크 세정 밸브는 내연 엔진의 흡입 덕트(intake duct)에 대한 연결을 놓아준다. 따라서, 활성 탄소 저장소의 연료 바운드(bound)는 내연 엔진의 흡입 덕트로 흘러갈 수 있고 내연 엔진의 각 실린더에서 연소된다. 내연 엔진이 낮은 방출로 정확하게 작동하도록 하기 위해, 이렇게 추가로 편입되는 연료가 역시 정밀하게 고려되는 것은 중요하다.
본 발명의 목적은 내연 엔진의 정확한 작동을 가능하게 하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은 독립항들의 특징들에 의해 달성된다. 본 발명의 유용한 실시예들은 종속항들에서 특징지어진다.
본 발명은 적어도 하나의 실린더의 적어도 하나의 입구 쪽으로 통하는 흡입 덕트를 갖는 내연 엔진을 작동시키기 위한 방법과 상응하는 장치에 의해 특징지어진다. 각 실린더의 각 입구의 위쪽에 있는 인입 지점에서 흡입 덕트로의 탱크 세정 흐름에 대한 개시를 제어하도록 구성되는 탱크 세정 밸브가 또한 제공된다. 각 경우에 미리 결정된 시간 기간 동안에 흡입 덕트로 흐르는 유체의 서브볼륨들이 각 기간에 대하여 결정된다. 특징적 분량의 탱크 세정 값들이 각 기간에 대하여 결정되는데, 상기 특징적 분량은 각 경우에 상기 미리 결정된 시간 기간 동안에 탱크 세정 밸브를 통해 흘러간 탱크 세정 연료 질량을 나타낸다. 현재 결정된 서브볼륨부터 시작하여 연속되는 서브볼륨들은, 전체 서브볼륨이 탱크 세정 밸브의 아래쪽에 있는 유효한 흡입 덕트 볼륨보다 크거나 같아지기 전까지, 상기 전체 서브볼륨을 제공하기 위해 모두 더해진다. 연료의 다음 측정에 관련된 각 실린더의 동작 주기 동안에 임의의 실린더 내로 흘러들어가는 실린더 탱크 세정 연료 질량이 결정된다. 상기 실린더 탱크 세정 연료 질량은 탱크 세정 값의 함수로서 결정되는데, 상기 탱크 세정 값은 현재 결정된 탱크 세정 값부터 시작하여 전체 서브볼륨에 더해진 서브볼륨들의 개수와 동일한 수만큼 상기 현재 결정된 탱크 세정 값으로부터 인터벌을 갖는다. 그러므로, 실린더 탱크 세정 연료 질량은 탱크 세정 값의 함수로서 결정되고, 상기 탱크 세정 값은 이러한 각 기간 동안에 전체 서브볼륨에 더해진 선행한 서브볼륨들의 기간들의 개수에 따라 결정된다. 이는, 실린더 탱크 세정 연료 질량이 특히 간단한 방식으로 결정될 수 있고 그에 따라서 주입 밸브를 통해 실린더의 연소실로 측정될 예정인 연료 질량을 계산할 때 고려될 수 있음을 의미한다. 한 편으로 방출-중립 방식으로 탱크에서 발생하는 연료 증기들을 세정하는 것이 가능해지고, 다른 한편으로 결과적으로 오염원 방출이 증가하지 않음을 간단히 보증할 수 있다.
본 발명의 한 유용한 실시예에 따르면, 각 서브볼륨들은 기준 압력에 관련하여 결정되고 유효한 흡입 덕트 볼륨은 흡입 덕트의 흡입 파이프 압력의 함수로서 결정된다. 따라서, 변화된 흡입 파이프 압력에 대하여 흡입 파이프 압력에 변화가 발생할 때 각 경우에 과거에 이미 결정된 각 서브볼륨들을 재계산해야만 하는 것을 방지할 수 있고, 따라서 간단히 흡입 덕트 볼륨을 조절할 수 있으며, 그 결과로 결국 상기 흡입 덕트 볼륨은 실질적으로 유효한 흡입 덕트 볼륨에 상응한다. 따라서, 심지어는 주로 비-고정된 작동일 경우에도 아주 적은 계산 비용으로 내연 엔진을 작동시킬 수 있다. 이는, 또한 가스 인입 및/또는 가스 배출 밸브들을 위한 가변 밸브 트레인에 관련하여 특히 유용하고, 따라서 여기서 흡입 파이프 압력이 매우 역동적으로 변화할 수 있다.
본 발명의 다른 유용한 실시예에 따르면, 각 서브볼륨들은 기준 온도에 관련하여 결정되고 유효한 흡입 덕트 볼륨은 흡입 덕트에서 유체의 온도의 함수로서 결정된다. 따라서, 예를 들면 특히 매우 크게 비-고정된 작동에서의 매우 중대한 온도 변동(fluctuation)을 동반하여서도, 간단히 대신 수정되어야 하는 유효한 흡입 덕트 볼륨을 이용함으로써 현재의 각 온도에 대하여 각 서브볼륨들을 조절해야만 하는 것을 방지할 수 있다. 이는, 내연 엔진이 심지어 심각한 온도 변동들이 있을 경우에도 상대적으로 적은 계산 비용으로 작동될 수 있도록 한다.
본 발명의 다른 유용한 실시예에 따르면, 서브볼륨들은 볼륨 링 메모리(volume ring memory)에 버퍼링된다. 이는, 최적화된 계산을 이용한 간단한 구현을 특히 가능하게 한다.
본 발명의 다른 유용한 실시예에 따르면, 탱크 세정 값들은 탱크 세정 링 메모리에 버퍼링된다. 이는, 최적화된 계산을 이용한 간단한 구현을 특히 가능하게 한다.
본 발명의 예시적 실시예들은 개략적인 도면들을 참조하여 하기에 더욱 상세 히 기술된다.
동일한 구조 또는 기능의 엘리먼트들은 모든 도면들에서 동일한 참조 부호들로 표현된다.
내연 엔진(도 1)은 흡입 덕트(1), 엔진 블록(2), 실린더 헤드(3) 및 배기 가스 덕트(4)를 포함한다. 흡입 덕트(1)는 바람직하게는 스로틀 밸브(throttle valve)(5), 또한 다기관(6) 및 흡입 파이프(7)를 포함하는데, 상기 흡입 파이프(7)는 엔진 블록(2)으로의 인입 채널을 통해 실린더(Z1)에 이른다. 엔진 블록(2)은 또한 크랭크축(8)을 포함하는데, 상기 크랭크축(8)은 연결 로드(rod)(10)를 통해 실린더(Z1)의 피스톤(11)에 결합된다.
실린더 헤드(3)는 가스 인입 밸브(12), 가스 배출 밸브(13) 및 밸브 구동부들(14, 15)을 갖는 밸브 트레인을 포함한다.
가스 인입 밸브(12)와 가스 배출 밸브(13) 상에서 캠(cam)들을 경유하여 작동하는 캠축이 제공된다. 별개의 캠축이 바람직하게도 가스 인입 밸브(12)와 가스 배출 밸브(13)에 각각 할당된다. 가스 인입 밸브(12)의 밸브 리프트를 변동시키기 위해 사용될 수 있도록 구성되는 밸브 리프트 조절 설비(19)가 또한 제공될 수 있다. 상기 밸브 리프트 조절 설비(19)는 예를 들어 제1 캠이 가스 인입 밸브의 플런저 상에서 작동하여 가스 인입 밸브가 낮은 밸브 리프트를 수행하게 하도록 구성되거나, 또는 추가적인 캠이 가스 인입 밸브(12)의 플런저 상에서 작동하여 가스 인입 밸브(12)가 높은 밸브 리프트를 수행하게 하도록 구성될 수 있다. 그러므로 각 실린더(Z1)의 동작 주기 동안에 수행되는 가스 인입 밸브(12)의 밸브 리프트는 밸브 리프트 위치(VL)의 함수로서 좌우되어 변동한다. 밸브 리프트 조절 설비(19)는 또한 가스 인입 밸브(12)의 밸브 리프트를 지속적으로 변동하도록 구성될 수도 있다. 이는, 가스 인입 밸브의 밸브 리프트를 변동시킴으로써 부하가 제어되는 작동 모드를 가능하게 한다.
페이스 조절 설비(20)가 또한 제공될 수 있는데, 상기 페이스 조절 설비(20)를 통해 크랭크축 각도 범위가 각 실린더의 동작 주기 동안에 변화될 수 있고, 상기 각 실린더에서는 가스 인입 밸브(12)가 상기 입구를 봉인 해제한다. 이는 또한, 가스 인입 밸브와 가스 배출 밸브 모두가 동시에 실린더의 인입부 또는 배출부를 봉인 해제하는 것을 특징으로 하는, 공지된 밸브 오버랩이 설정되도록 한다.
실린더 헤드(3)는 또한 주입 밸브(22)와 점화 플러그(23)를 포함한다. 대안적으로, 주입 밸브(22)는 또한 흡입 파이프(7)에 배치될 수 있다.
펄스 충전 밸브(25)는 또한 흡입 덕트(1)에 또는 실린더(Z1)의 입구에 각각 배치될 수 있는데, 상기 펄스 충전 밸브(25)는 자신의 위치에 따라 좌우되어 자신이 배치되는 각 흡입 파이프 또는 각 입구를 봉인하거나 봉인 해제할 수 있다. 이러한 펄스 충전 밸브(25)는 실린더(Z1)의 가스 레벨을 향상시키는데 사용될 수 있다. 펄스 충전 밸브(25)는 또한 자신의 활성 시간을 상응하게 변동시킴으로써 부하 조절을 위해 사용될 수도 있다.
스위칭 장치(26)는 또한 유효한 흡입 파이프 길이를 설정하기 위해 흡입 덕트(1)에 제공된다. 따라서, 스위칭 장치는 예를 들어 스위칭 플랩(flap)으로서 구성될 수 있고, 내연 엔진의 상이한 실린더들에 할당되는 개별 흡입 파이프들 사이의 통신을 허용하거나 세정하고, 또는 대안적으로 공기가 동일한 흡입 파이프 또는 상이한 흡입 파이프들의 상이한 섹션들을 통해 제공될 수 있도록 한다. 이러한 스위칭 장치는 또한 자신의 위치에 따라 좌우되어, 흡입 덕트(1)에서 공기가 실린더(1)에 들어가도록 하는데 이용 가능한 자유 볼륨이 변화되고 그에 의해 유효한 흡입 덕트 볼륨을 변화시킬 수 있도록 하기 위해 구성될 수 있다.
내연 엔진은 또한 상기 내연 엔진의 탱크 시스템으로부터의 연료 증기들을 바람직하게는 활성 탄소 저장소로서 구성되는 저장 유닛에 버퍼링하는 탱크 세정 장치(28)를 포함하고, 상기 탱크 세정 장치(28)는 내연 엔진의 적합한 작동 상황들에서 상기 저장 유닛을 재생시킨다. 이를 위해, 탱크 세정 장치(28)는 탱크 세정 밸브(29)를 갖는다. 열린 위치의 탱크 세정 밸브(29)를 이용함으로써, 연료가 보강된 탱크 세정 흐름은 탱크 세정 장치로부터 인입 지점(30)을 통해 흡입 덕트(1)에 흘러갈 수 있고, 상기 인입 지점(30)은 흡입 덕트(1) 쪽으로 스로틀 밸브(5)의 아래쪽을 개방한다. 닫힌 위치에서 탱크 세정 밸브(29)를 이용하는 경우 흡입 덕트(1) 내로 흘러들어가는 탱크 세정 흐름은 없다. 내연 엔진의 대안적인 실시예에서는, 예를 들어 스로틀 밸브가 존재하지 않을 수 있다. 이러한 경우 ― 그러나, 또한 스로틀 밸브(5)가 존재하는 경우 ― 인입 지점(30)은 임의의 지점에서 흡입 덕트 쪽으로 개방되고, 여기서 탱크 세정 흐름이 흡입 덕트로 흘러지나 가는 것을 보증하기 위해 내연 엔진이 작동하는 동안에 적당한 압력이 존재한다. 이를 위해, 특히 흡입 덕트(1)의 압축기를 갖는 충전 장치가 존재할 때, 공기 필터에 의한 그리고 공기 필터 아래쪽 영역의 닫힘이 가능하다.
센서들이 할당되는 제어 장치(34)가 또한 제공되는데, 상기 제어 장치(34)는 각 경우에 상이한 측정 변수들과 측정 변수의 값을 포착한다. 제어 장치는 측정 변수들 중에서 적어도 한 변수의 함수로서, 조작된 변수들을 결정하는데, 상기 조작된 변수들은 그런 다음 상응하는 가동 구동부들을 통해 제어 엘리먼트들을 제어하기 위한 적어도 하나의 가동 신호들(actuating signals)로 전환된다. 제어 장치(34)는 또한 내연 엔진을 제어하거나 작동하기 위한 장치로서 언급될 수 있다.
상기 센서들은 가스 페달(38)의 위치를 포착하는 페달 위치 센서(36), 스로틀 밸브(5)의 위쪽으로 흐르는 공기 질량 흐름을 포착하는 공기 질량 센서(40), 스로틀 밸브(5)의 개방 각도(THR)를 포착하는 스로틀 밸브 위치 센서(42), 흡입 공기 온도(T_IM)를 포착하는 제1 온도 센서(44), 다기관(6)에서 흡입 파이프 압력(P_IM)을 포착하는 흡입 파이프 압력 센서(46), 회전 속도(N)가 할당되는 크랭크축 각도를 포착하는 크랭크축 각도 센서(48)이다. 제2 온도 센서(50)는 냉각재 온도를 포착한다. 또한 캠축 각도를 포착하는 캠축 각도 센서(52)가 제공된다. 두 캠축들이 존재하는 경우, 캠축 각도 센서(52)는 바람직하게도 각 캠축에 할당된다. 배기 가스 프로브(probe)(54)는 또한 실린더(Z1)에서의 공기/연료 비율의 특성인 측정 신호를 이용하여 배기 가스의 잔여 산소 내용물을 포착하기 위해 바람직하게 제공된다.
본 발명의 실시예에 따라 좌우되어, 상기 센서들의 임의의 부분집합이 존재하는 것이 가능하거나 또는 추가적인 센서들이 또한 존재할 수도 있다.
제어 엘리먼트들은 예를 들어 스로틀 밸브(5), 가스 인입 및 가스 배출 밸브들(12, 13), 밸브 리프트 조절 설비(19), 페이스 조절 설비(20), 주입 밸브(22), 점화 플러그(23), 펄스 충전 밸브(25), 효과적인 흡입 파이프 길이 또는 탱크 세정 밸브(29)를 셋팅하기 위한 스위칭 장치(26)이다.
실린더(Z1) 이외에, 상응하는 제어 엘리먼트들과 선택적으로 센서들이 또한 할당되는, 추가적인 실린더들(Z2 내지 Z4)이 또한 바람직하게 제공된다.
내연 엔진을 작동시키기 위한 제1 프로그램의 흐름도는 도 2의 흐름도를 참조하여 더욱 상세히 하기에 설명된다. 상기 프로그램은 변수들이 선택적으로 초기화될 수 있는 단계(S1)에서 시작된다. 상기 시작은 바람직하게는 내연 엔진의 엔진 시작 시점에 근접한 시점에서 이루어진다.
단계(S2)에서는, 시간 기간(TP) 동안에 흡입 덕트(1) 내로 흘러들어가는 유체의 서브볼륨(V_BUF)이 결정된다. 상기 서브볼륨(V_BUF)은 바람직하게는 단계(S2)에서 특정된 공식에 따라 결정된다. 여기서 MAF는 흡입 덕트로 흘러들어가고 따라서 상기 흡입 덕트의 인입 지점, 특히 스로틀 밸브(5)를 지나쳐 탱크 세정 밸브(29)를 통해 흡입 덕트(1)에 흘러가는 공기 질량 흐름을 말한다. 상기 공기 질량 흐름은 예를 들어 공기 질량 센서(40)에 의해 직접적으로 포착될 수 있고 탱크 세정 시스템의 추가적인 공기 질량 계량기는 선택적으로 탱크 세정 밸브(29)의 아래쪽으로 배치될 수 있으나, 또한 상응하는 물리적 모델에 의해 다른 측정 변수들로부터 부분적으로 도출될 수도 있다. RHO_0은 흐르는 유체의 기준 밀도를 말하는 것으로, 예를 들면 그 값이 1.225 kg/m3일 수 있다. TP는 시간 기간을 말하는 것으로, 예를 들면 5와 50 ㎳ 사이의 범위에서, 따라서 예를 들면 20 ㎳으로 영구적으로 미리 결정될 수 있다. 단계(S2)의 상기 공식은 이상기체 공식에 상응한다.
단계(S4)에서는, 단계(S2)에서 결정된 상기 서브볼륨(V_BUF)이 볼륨 링 메모리(V_RBUF)에서 쓰기 포인터(IDX_V_WR)에 의해 미리 결정된 메모리 위치에 저장된다. 볼륨 링 메모리(V_RBUF)는 예를 들어 상이한 서브볼륨들(V_BUF)을 저장하기 위해 50개의 메모리 장소들을 포함할 수 있다. 상기 볼륨 링 메모리(V_RBUF)는 예를 들어 특히 배열의 형태로 또는 심지어 바람직하게는 각각의 다음 차례의 엘리먼트들에 대한 포인터들을 갖는 데이터 구조의 형태로 구현될 수 있다. 볼륨 링 메모리(V_RBUF)는, 앞선 단계(S2)가 진행되는 동안에 계산되었던 미리 결정된 수의 서브볼륨들(V_BUF)이 각각 여기에 버퍼링되고 따라서 호출될 수 있으나, 그럼에도 불구하고 메모리 장소가 제한되어 각 경우에 가장 오래전에 결정된 값들은 자동으로 겹쳐 쓰기가 되는 것으로 특징지어진다.
단계(S6)에서는, 특징적 분량을 위한 탱크 세정 값(CPV)이 결정되는데, 상기 특징적 분량은 탱크 세정 흐름을 개시하기 위해 인입 지점(30)을 통해, 미리 결정된 시간 기간(TP) 동안에 각 경우에 탱크 세정 밸브를 통해 흘러가는 탱크 세정 연료 질량 또는 미리 결정된 시간 기간(TP) 동안에 각 경우에 특히 흡입 덕트(1) 내로 흘러들어가는 탱크 세정 연료 질량을 나타낸다. 상기 특징적 분량은 바람직하게는 상기 시간 기간 동안에 흐르는 공기 질량에 관련된 연료 농도로서, 상기 공기 질량은 또한 연료를 포함한다. 이는, 바람직하게도 탱크 세정 시스템의 상응하는 물리적 모델을 이용할 수 있도록 한다. 이를 위해, 탱크의 연료 증기들의 농도가 추정 값으로서 결정될 수 있고 그런 다음 탱크 세정 값(CPV)이 탱크 세정 밸브(29)의 개방 각도의 함수로서 결정될 수 있다. 스로틀 밸브(5)를 통과해 흐르는 공기 질량은 또한 다음 내용에서 고려된다. 탱크 세정 값(CPV)은 바람직하게도 탱크 세정 연료 질량을 나타내는 탱크 세정 연료 농도이다. 그러나, 대안적으로, 탱크 세정 값(CPV)은 직접적으로 탱크 세정 연료 질량일 수도 있다.
단계(S8)에서는, 상기 결정된 탱크 세정 값(CPV)이 탱크 세정 링 메모리(CPV_RBUF)에서 쓰기 포인터(IDX_CPV_WR)에 의해 미리 결정된 메모리 위치에 저장된다. 상기 탱크 세정 링 메모리(CPV_RBUF)는 바람직하게도 볼륨 링 메모리(V_R_BUF)에 상응하는 방식으로 셋업되고 특히 동일한 개수의 메모리 포인트들을 포함한다.
단계(S10)에서는, 단계(S2)가 최종 처리된 이후에 시간 기간(TP)이 경과되었는지의 여부를 체크한다. 단계(S10)의 상기 체크는, 특히 주로 서브볼륨(V_BUF)과 탱크 세정 값(CPV)을 결정하기 위한 측정된 변수들이 앞선 시간 기간(TP) 동안에 최종 포착되었는지의 여부와 상기 기간이 경과되었는지의 여부에 기초해야 한다. 특히, 서브볼륨(V_BUF)과 탱크 세정 값(CPV)을 결정하기 위한 상응하는 측정된 변수들이 미리 결정된 각 시간 기간(TP) 동안에 그 시각에 포착되었고 그 이후에 다음 차례의 시간 기간(TP) 동안에 다시 포착되는 것이 보증되어야 한다. 단계(S10)의 조건이 충족되지 않을 경우, 단계(S10)에서 재개되기 전까지 프로그램이 미리 결정된 대기 기간 동안에 정지되는 단계(S12)로 처리 과정은 진행한다.
그러나, 단계(S10)의 조건이 충족되는 경우, 단계(S14)에서는 볼륨 링 메모리 또는 탱크 세정 링 메모리(CPV_RBUF)를 위한 쓰기 포인터(IDX_V_WR)와 또한 쓰기 포인터(IDX_CPVWR)가 증가한다. 각 링 메모리(V_RBUF, CPV_RBUF)의 구성에 따라 좌우되어, 상기 쓰기 포인터들의 증가는 각 링 메모리(V_RBUF 또는 CPV_RBUF)에서 배열의 인덱스 값의 증가를 동반하거나 또는 다음 메모리 포인트에 대한 포인터로의 교체를 동반할 수 있다. 이러한 과정은 일반적으로 각 쓰기 포인터(IDX_V_WR 또는 IDX_CPV_WR)의 증가(INC)로 언급된다. 그런 다음 처리 과정은 단계(S2)로 진행한다.
도 2에 따른 프로그램은, 도 3의 흐름도를 참조하여 하기에 보다 상세히 기술되는 내연 엔진을 작동시키기 위한 다른 프로그램과 때맞추어 적절히 병렬로 실행된다.
프로그램은, 변수들이 선택적으로 초기화되는 단계(S16)에서 시작된다. 상기 시작은 바람직하게도 또한 내연 엔진이 시작하는 시각에 근접한 시각에 이루어진다.
단계(S18)에서는, 유효한 기본 흡입 덕트 볼륨(V_IM_BAS)이 결정된다. 유효한 기본 흡입 덕트 볼륨(V_IM_BAS)은 각 실린더(Z1 내지 Z4)의 연소실로의 입구까지 탱크 세정 밸브(29)의 아래쪽으로 흐르는 흡입 덕트(1)의 자유 볼륨에 상응한다. 스로틀 밸브(5)와 상기 스로틀 밸브(5)의 아래쪽 부근에 배치된 인입 포인트(30)가 존재하는 경우, 흡입 덕트(1)의 자유 볼륨은 또한 스로틀 밸브(5)의 아래쪽으로부터 각 실린더(Z1 내지 Z4)의 연소실로의 입구까지 연장될 수 있다. 제어 엘리먼트들이 존재하는 경우, 즉 상기 제어 엘리먼트들을 통해 각 실린더(Z1 내지 Z4)의 연소실의 인입까지의 경로를 따르는 유체에 의해 실제 질량이 변화될 수 있는 경우, 이는 단계(S18)의 계산 과정에서 고려된다. 이 정도까지는 유효한 기본 흡입 덕트 볼륨(V_IM_BAS)이 예를 들면 스위칭 장치(26)의 스위칭 장치 위치(SK) 또는 상응하는 유효한 기본 흡입 덕트 볼륨(V_IM_BAS)에 영향을 끼치는 다른 제어 엘리먼트들의 함수로서 결정된다. 그러나, 가장 간단한 경우에, 상기 유효한 기본 흡입 덕트 볼륨(V_IM_BAS)은 영구적으로 미리 결정된다.
연이은 단계(S20)에서는, 유효한 흡입 덕트 볼륨(V_IM)이 상기 유효한 기본 흡입 덕트 볼륨(V_IM_BAS), 흡입 덕트(1)의 흡입 공기 온도(T_IM) 그리고 흡입 파이프 압력(P_IM)의 함수로서 결정된다. 상기 과정은 바람직하게도 단계(20)에서 특정된 공식에 의해 수행된다. P_IM_0은 예를 들어 1013 헥토파스칼일 수 있는 기준 흡입 파이프 압력을 나타내고, T_IM_0은 예를 들어 288°K일 수 있는 기준 흡입 공기 온도(T_IM_0)를 나타낸다. 상기 기준 흡입 공기 온도(T_IM_0)는 흡입 덕트 내의 유체의 기준 온도를 나타낸다. 흡입 공기 온도(T_IM)는 흡입 덕트의 유체의 온도를 나타낸다.
단계(S20)의 공식은 최종적으로 현재의 각 흡입 온도들(T_IM)과 현재의 흡입 파이프 압력(P_IM)으로 조절되는 실질적인 흡입 덕트 볼륨을 결정하는데 사용된다.
단계(S22)에서는, 탱크 세정 링 메모리(CPV_RBUF)로부터 읽기 위한 읽기 포인터(IDX_CPV_RD)가 상응하는 쓰기 포인터(IDX_CPV_WR)와 동일한 방식으로 설정된다. 상응하게도, 단계(S22)에서는, 볼륨 링 메모리(V_RBUF)로부터 읽기 위한 읽기 포인터(IDX_V_RD)가 상기 볼륨 링 메모리(V_RBUF)에 할당된 쓰기 포인터(IDX_V_WR)와 동일한 방식으로 설정된다. 단계(S22)에서는, 전체 서브볼륨(V_BUF_SUM)이 바람직하게도 중립 값, 특히 0에 할당된다.
단계(S24)에서는, 읽기 포인터(IDX_V_RD)에 의해 읽혀질 수 있는 서브볼륨(V_BUF)이 전체 서브볼륨(V_BUF_SUM)에 더해진다. 단계(S24)가 처음 실행되는 동안에, 단계(S4)에서 최종 실행되는 시간 이전에 결정된 서브볼륨(V_BUF)은 그러므로 전체 서브볼륨(V_BUF_SUM)에 더해진다.
단계(S26)에서는, 상기 전체 서브볼륨(V_BUF_SUM)이 유효한 흡입 덕트 볼륨(V_IM)을 초과하는지 또는 동일한지의 여부가 체크된다. 전체 서브볼륨(V_BUF_SUM)이 유효한 흡입 덕트 볼륨(V_IM)의 미만일 경우, 상응하는 읽기 포인터들(IDX_V_RD, IDX_CPV_RD)이 단계(S28)에서 단계(S14)의 절차에 상응하는 방식으로 증가된다. 그런 다음 처리 과정은 단계(S24)로 진행한다.
그러나, 단계(S26)의 조건이 충족되는 경우, 함께 더해진 서브볼륨들(V_BUF)의 개수는 유효한 흡입 덕트 볼륨(V_IM)에 거의 상응한다. 이는, 전체 서브볼륨(V_BUF_SUM)을 합계하는데 사용되었던 각각의 최종 서브볼륨(V_BUF)을 나타내는데, 연료에 대한 다음의 측정에 관련하여 실린더의 동작 주기 동안에 상기 각 실린더 내로 흘러들어가는 탱크 세정 연료 질량의 농도에 대한 자신의 할당된 탱크 세정 값(CPV)에 대하여 나타낸다.
그러므로, 단계(S30)에서는, 상응하는 읽기 포인터(IDX_CPV_RE)가 가리키는 탱크 세정 링 메모리(CPV_RBUF)의 값이 탱크 세정 값(CPV)에 할당된다.
단계(S32)에서는, 각 실린더(Z1 내지 Z4)의 연소실로의 가스 질량 흐 름(MAF_CYL)이 바람직하게는 흡입 파이프 레벨 모델을 이용하여 결정된다. 이를 위해, 각 실린더(Z1 내지 Z4)의 연소실로의 상기 가스 질량 흐름(MAF_CYL)을 결정하는데 사용될 수 있고, 심지어 내연 엔진의 비-고정 작동 페이스들에서도 흡입 파이프 압력(P_IM)을 정확하게 결정하는데 선택적으로 또한 사용될 수 있는 흡입 파이프 레벨 모델이 예를 들어 제공될 수 있다.
이러한 흡입 파이프 레벨 모델은 적절한 전문가 매뉴얼 예를 들어 Vieweg&Sohn Verlagsgesellschaft mbH(Braunschweig/Wiesbaden)에서 출간한 Richard van Basshuysen/Fred Schaefer 저 "Handbuch Verbrennungsmotor, Grundlagen, Komponenten, Systeme, Perspektiven(내연 엔진들, 원리들, 구성요소들, 시스템들, 관점들에 대한 매뉴얼)"의 2002년 2판 557-559쪽을 통해 당업자에 알려져 있으며, 그 내용은 본 설명에 포함되어 있다. 이러한 흡입 파이프 레벨 모델은 유사하게도 WO 97/35106 A2에 알려져 있으며 그 내용이 역시 본 설명에 포함되어 있다.
가스 질량 흐름(MAF_CYL)은 흡입 파이프 압력(P_IM)의 함수로서 부분적인 선형 접근법에 의해 결정된다. 상기 부분적인 선형 접근법의 개별 직선 섹션들은 그들의 각 오프셋과 직선 각도에 있어서 상이하다. 각 오프셋 및 직선 각도는, 주변 압력(P_AMB) 및/또는 배기 가스 역압(P_EXH) 및/또는 회전 속도(N) 및/또는 밸브 오버랩(VO) 및/또는 스위칭 장치 위치(SK) 및/또는 밸브 리프트 위치 및/또는 펄스 충전 밸브 위치(IMP_CH) 그리고 선택적으로 다른 변수들의 함수로서 특징적 맵들에 저장된다. 상기 특징적 맵들은 엔진 테스트 베드의 상응하는 실험에 의해 또는 시뮬레이션에 의해 사전에 결정되고 제어 장치(34)의 데이터 저장 유닛에 저장된다.
흡입 파이프 압력(P_IM)은 각 실린더(Z1 내지 Z4)의 연소실로의 가스 질량 흐름(MAF_CYL), 회전 속도(N), 스로틀 밸브 개방 각도(THR), 흡입 공기 온도(T_IM), 주변 압력(P_AMB), 스위칭 장치 위치(SK), 배기 가스 역압(P_EXH), 배기 가스 온도(T_EXH) 그리고 선택적으로 다른 변수들 또는 심지어 상기 변수들의 부분집합의 함수로서 결정된다.
배기 가스 역압(P_EXH)은 각 실린더의 연소실에 각각 제공되는 주입 연료 질량 및/또는 가스 질량(MAF_CYL)의 함수로서 다른 모델에 의해 간단히 추정될 수 있다. 주변 압력(P_AMB)은 적합한 압력 센서에 의해 직접적으로 포착될 수도 있다. 그러나, 대안적으로 스로틀 밸브(5)가 거의 흡입 공기를 조절하지 않는 상기 스로틀 밸브(5)의 위치에 있는 흡입 파이프 압력 센서(46)에 의해서도 포착될 수 있다. 배기 가스 온도(T_EXH)는 적당히 배치된 다른 온도 센서에 의해 직접적으로 포착되거나, 각 실린더(Z1 또는 Z4)의 연소실로의 측정된 연료 질량 및/또는 가스 질량 흐름(MAF_CYL)의 함수로서 또한 추정된다. 동적 흡입 파이프 레벨 모델을 이용한 흡입 파이프 압력(P_IM)의 결정은 바람직하게는 이상기체 미분식에 대한 수적인 방법에 기초한다.
단계(S34)에서는, 실린더 탱크 세정 연료 질량(MFF_CP)이 단계(S30)에서 결정된 탱크 세정 값(CPV)과 실린더의 가스 질량 흐름(MAF_CYL)의 함수로서 결정된다. 탱크 세정 값(CPV)을 위한 특징적 분량이 탱크 세정 연료 농도일 경우, 탱크 세정 값(CPV)을 실린더로의 가스 질량 흐름(MAF_CYL)과 곱함으로써 실린더 탱크 세정 연료 질량(MFF_CP)을 간단히 결정할 수 있다. 가스 질량 흐름(MAF_CYL)이 바람직하게는 시간 기간(TP)과 추가로 곱해지고 상응하는 가스 질량을 제공하는 것이 본 상세한 설명에서 주지되어야 한다.
단계(S36)에서는, 내연 엔진의 현재 부하의 함수로서 다른 함수에 의해 이미 결정된, 각 실린더 세그먼트 지속기간 동안에 측정되는 연료 질량(MFF)이 현재 연관된 실린더 탱크 세정 연료 질량(MFF_CP)의 함수로서 적절히 수정되고, 그에 의해 수정된 연료 질량(MFF_COR)이 측정된다. 이러한 수정은 예를 들어 혼합물의 연소 이전에 연소실에서의 미리 결정된 공기/연료 비율의 선결에 따라 이루어질 수 있다.
실린더 세그먼트 지속기간은 내연 엔진에서 실린더들(Z1 내지 Z4)의 개수에 의해 나누어지는, 동작 주기를 위해 요구되는 시간이다. 예를 들어 네 실린더들을 갖는 4-스트로크 내연 엔진의 경우, 실린더 세그먼트 지속기간은 내연 엔진에서 실린더들의 개수로 나누어진 회전 속도의 절반의 역(inverse)으로부터 도출된다.
단계(S38)에서는, 각 실린더(Z1 내지 Z4)의 각 주입 밸브(23)를 활성화시키기 위한 상응하는 가동 신호(SG_INJ)가 측정된 수정 연료 질량(MFF_COR)의 함수로서 결정된다. 그런 다음 각 주입 밸브(23)는 상기 가동 신호(SG_INJ)에 따라 활성화된다. 처리 과정은, 미리 결정될 수 있는 대기 기간 또는 미리 결정될 수 있는 대기 크랭크축 각도 이후에 일부의 경우 다시 단계(S18)로 진행한다.
유효한 흡입 덕트 볼륨(V_IM)을 결정할 때, 일부의 경우에 단계(S20)에서 회전 속도 및/또는 가스 질량 흐름(MAF)의 영향을 고려하는 것이 더 유용하다. 도 2 및 도 3의 흐름도들에 따른 절차는, 교정 소비가 떨어지고 따라서 매개변수화가 차 량 없이 공지된 측정 변수들에 기초하여 실행될 수 있다. 상기 결과들을 실증하는 것만이 필요하다.
본 발명은 내연 엔진의 정확한 작동을 가능하게 하는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 적어도 하나의 실린더(Z1 내지 Z4)의 적어도 하나의 입구 쪽으로 열려진 흡입 덕트(1), 각 실린더의 각 입구의 위쪽에 있는 인입 지점(30)에서 상기 흡입 덕트(1)로의 탱크 세정 흐름의 개시를 제어하도록 구성되는 탱크 세정 밸브(29)를 갖는 내연 엔진을 작동시키기 위한 방법으로서,
    각 경우에 미리 결정된 시간 기간(TP) 동안에 상기 흡입 덕트(1)로 흘러들어가는 유체의 서브볼륨들(V_BUF)이 각 기간에 대하여 결정되고, 특징적 분량의 탱크 세정 값들(CPV)이 각 기간에 대하여 결정되고, 상기 특징적 분량은 각 경우에 상기 미리 결정된 시간 기간(TP) 동안에 상기 탱크 세정 밸브를 통해 흘렀던 탱크 세정 연료 질량(mass)을 나타내고,
    연속되는 상기 서브볼륨들(V_BUF)은 전체 서브볼륨(V_BUF_SUM)을 제공하기 위하여, 상기 전체 서브볼륨(V_BUF_SUM)이 상기 탱크 세정 밸브(29)의 아래쪽에 있는 유효한 흡입 덕트 볼륨(V_IM)보다 크거나 동일할 때까지, 현재 결정된 서브볼륨(V_BUF)부터 시작하여 모두 더해지고, 그리고
    연료의 다음 측정과 관련하여 각 실린더(Z1 내지 Z4)의 동작 주기 동안에 실린더(Z1 내지 Z4) 내로 흘러들어가는 실린더 탱크 세정 연료 질량(MFF_CP)이 결정되고, 상기 실린더 탱크 세정 연료 질량(MFF_CP)은 상기 탱크 세정 값(CPV)의 함수로서 결정되며, 상기 탱크 세정 값(CPV)은 전체 서브볼륨(V_BUF_SUM)에 함께 더해지는 서브볼륨들(V_BUF)에 상응하는 탱크 세정 값과 현재 결정된 탱크 세정 값(CPV)을 합산함으로써 획득되는,
    내연 엔진을 작동시키기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    각각의 상기 서브볼륨들(V_BUF)은 기준 흡입 파이프 압력(P_IM_0)에 관련하여 결정되고,
    상기 유효한 흡입 덕트 볼륨(V_IM)은 상기 흡입 덕트(1)에서 흡입 파이프 압력(P_IM)의 함수로서 결정되는,
    내연 엔진을 작동시키기 위한 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    각각의 상기 서브볼륨들(V_BUF)은 기준 온도에 관련하여 결정되고,
    상기 유효한 흡입 덕트 볼륨(V_IM)은 상기 흡입 덕트(1)에서 상기 유체의 온도의 함수로서 결정되는,
    내연 엔진을 작동시키기 위한 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 서브볼륨들(V_BUF)은 볼륨 링 메모리(V_RBUF)에 버퍼링되는,
    내연 엔진을 작동시키기 위한 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 탱크 세정 값들(CPV)은 탱크 세정 링 메모리(CPV_RBUF)에 버퍼링되는,
    내연 엔진을 작동시키기 위한 방법.
  6. 적어도 하나의 실린더(Z1 내지 Z4)의 적어도 하나의 입구 쪽으로 열려진 흡입 덕트(1), 각 실린더의 각 입구의 위쪽에 있는 인입 지점(30)에서 상기 흡입 덕트(1)로의 탱크 세정 흐름의 개시를 제어하도록 구성되는 탱크 세정 밸브(29)를 갖는 내연 엔진을 작동시키기 위한 장치로서,
    상기 내연 엔진을 작동시키기 위한 장치는,
    각 경우에 미리 결정된 시간 기간(TP) 동안에 상기 흡입 덕트(1)로 흘러들어가는 유체의 서브볼륨들(V_BUF)을 각 기간에 대하여 결정하고,
    특징적 분량의 탱크 세정 값들(CPV)을 각 기간에 대하여 결정하고 ― 상기 특징적 분량은 각 경우에 상기 미리 결정된 시간 기간(TP) 동안에 상기 탱크 세정 밸브를 통해 흘렀던 탱크 세정 연료 질량을 나타냄 ―,
    전체 서브볼륨(V_BUF_SUM)을 제공하기 위하여, 상기 전체 서브볼륨(V_BUF_SUM)이 상기 탱크 세정 밸브(29)의 아래쪽에 있는 유효한 흡입 덕트 볼륨(V_IM)보다 크거나 동일할 때까지, 현재 결정된 서브볼륨(V_BUF)부터 시작하여 연속되는 상기 서브볼륨들(V_BUF)을 모두 더하고,
    연료의 다음 측정과 관련하여 각 실린더(Z1 내지 Z4)의 동작 주기 동안에 실린더(Z1 내지 Z4) 내로 흘러들어가는 실린더 탱크 세정 연료 질량(MFF_CP)을 결정하고, 그리고
    상기 실린더 탱크 세정 연료 질량(MFF_CP)을 상기 탱크 세정 값(CPV)의 함수로서 결정하도록 구성되는 ― 상기 탱크 세정 값(CPV)은 전체 서브볼륨(V_BUF_SUM)에 함께 더해지는 서브볼륨들(V_BUF)에 상응하는 탱크 세정 값과 현재 결정된 탱크 세정 값(CPV)을 합산함으로써 획득됨 ―,
    내연 엔진을 작동시키기 위한 장치.
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