KR101444122B1 - 내연기관의 소기 공기 질량 및/또는 포집 효율을 결정하기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

본원발명은 내연기관의 소기 공기 질량 및/또는 포집 효율을 결정하기 위한 방법에 관한 것으로서, 공기로 내연기관의 실린더의 소기가 이루어지는 작동점(BP)에 대하여, 내연기관의 효율 곡선(η_{KL ,1}, η_{KL , M1})이 실린더의 연료의 분사 질량(m_K)에 따라 형성되고, 상기 효율 곡선(η_{KL ,1}, η_{KL , M1})에 기초하여 내연기관의 최적 효율(η_opt,1)에서 내연기관의 소기 공기 질량의 척도 및/또는 포집 효율의 척도인 최적 분사 질량(m_{K ,opt})이 결정되는, 내연기관의 소기 공기 질량 및/또는 포집 효율을 결정하기 위한 방법에 관한 것이다.

내연기관, 소기, 효율 곡선

Description

내연기관의 소기 공기 질량 및/또는 포집 효율을 결정하기 위한 방법 {METHOD FOR DETERMINING THE TRAPPING EFFICIENCY AND/OR A SCAVENGING AIR MASS OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본원발명은, 공기에 의하여 내연기관 실린더의 소기(scavenging)가 이루어지는 내연기관의 작동점(operating points)에 대하여, 내연기관의 소기 공기 질량 및/또는 포집 효율을 결정하기 위한 방법에 관한 것이다.

과급(supercharging), 특히 터보 과급(turbocharging)을 이용하는 내연기관에서는, 낮은 엔진 회전수 및 이에 따라 배기 시스템에서의 낮은 질량의 관류(throughflows)에서, 소위 터보 래그(turbo lag) 현상이 발생한다. 이러한 작동범위에서는 터보 과급기의 효율이 낮아지며 풀 쓰로틀(full throttle)에서 비교적 낮은 내연기관의 토크가 생성된다. 이러한 터보 래그는 내연기관 실린더 또는 실린더들을 소기함으로써 감소될 수 있다.

소기 과정 동안에 새로운 공기가 내연기관의 실린더를 통해 그 배기 시스템으로 가득하게 흐른다. 이러한 경우에, 소기가 발생하는 내연기관의 작동점에 대해서, 방출도(degree of delivery) - 즉, 소정 용량의 내연기관에 있어서 새로운 공기로 실린더를 이론적으로 채울 수 있는 것에 대한 충전의 변화 이후에 실린더 내에 남아 있는 실제 새로운 공기의 비율 - 은 더 이상 종래의 방식으로 결정될 수 없다.

총 공기의 얼마가 실린더를 통과해서 지나갔는지와 얼마가 실린더 내에 남아 있는지는 사실상 모른다. 내연기관의 최적 또는 거의 최적 작동을 위해서는, 소기 공기로부터 얼마만큼의 새로운 공기가 실린더 내에 남아 있는지에 관한 척도인 관련 실린더의 포집 효율(trapping efficiency)을 결정하거나 소기 공기의 질량 또는 체적을 아는 것이 필요하다.

내연기관으로 흐르는 공기의 체적이나 질량은, 예를 들어 공기 질량계에 의한 것과 같이 측정에 의해 결정될 수 있다. 내연기관의 흡기 매니폴드로부터 해당 실린더로 유동하는 공기의 체적이나 질량은 대부분 모델화에 기초하여(model-based) 예를 들어 흡기 매니폴드 내의 압력 센서를 이용하여 결정된다.

그러나 실린더의 소기 이후에 실린더에 남아있는 공기 질량 또는 공기 체적은 내연기관의 토크 생성에 관련되며 따라서 실린더의 혼합물 형성에도 관련된다. 실린더에 남아 있는 공기 질량은, 내연기관의 토크를 계산하기 위하여 그리고 이에 따라 내연기관의 토크를 조절하고 제어하기 위하여, 포집 효율(대부분 α로 표시됨)을 이용하여 모델화된다. 또한, 해당 실린더에 남아 있는 공기 질량이나 체적은 현재 요구되는 연료 질량 또는 체적을 계산하기 위하여 사용된다.

종래 기술에서는 내연기관의 해당 실린더의 소기 공기 질량이나 체적 및/또는 포집 효율이 저 압력 및 고 압력을 표시하는 오프라인 충전 변화 계산 및/또는 배기 가스 분석에 의하여 결정된다.

본원발명의 목적은 내연기관의 실린더의 소기 과정 동안에 내연기관의 소기 질량 또는 체적을 결정하기 위한 향상된 방법 및/또는 포집 효율을 결정하기 위한 향상된 방법을 구체화하는 것이다. 이는 본원발명의 방법이 실린더 내의 유용한 공기 질량 또는 체적 및/또는 상기 실린더를 통해 소기되는 공기 질량 또는 체적을 결정하기 위하여 신뢰성 있게 간단한 수단을 사용할 수 있도록 구성된다. 본원발명은 값비싼 배기 가스 측정 기술 및/또는 복잡하고 비싼 표시 측정 표시 기술이 없이도 가능하도록 특별히 구성된다.

본원발명의 목적은 청구범위 제1항에 따라 내연기관의 공기 질량 소기 및/또는 포집 효율을 결정하기 위한 방법에 의해 달성된다.

본 명세서에서 질량(공기 질량, 분사 질량, 연료 질량 등등)을 언급하는 경우에, 각각의 질량과 각각의 체적은 서로 특정한 관계를 가지므로, 용어 체적을 포함하는 것으로도 고려되어야 한다. 또한, 본 명세서에서 내연기관의 실린더를 언급하는 경우에, 이는 내연기관의 복수의 실린더도 포함하는 용어로서 고려되어야 한다.

본원발명의 방법에서 내연기관의 실린더에 남아 있는 새로운 공기의 질량은 내연기관의 효율을 이용하여 결정된다. 바람직하게는, 이는 내연기관의 출력을 가리키는 내연기관의 기계적 효율에 관계된다. 이는, 예를 들어 내연기관의 토크나 파워일 수 있다. 그러나 본원발명의 방법에는, 프로세스 효율과 같은 효율들을 사용하는 것도 가능하다.

본원발명에 따르면 효율 곡선이 내연기관의 특정 엔진 속도에 대해 형성된다. 이러한 경우에 본원발명에 따른 방법은 내연기관의 모든 필요한 속도가 커버되는 것과 같은 시간까지 반복된다. 이는 특히, 공기에 의한 내연기관 실린더의 소기가 발생하거나 발생할 수 있는 내연기관의 속도에 관련된다. 바람직하게는, 본원발명에 따른 방법은, 속도의 민감한 분류를 보장하는 것이 필요한, 내연기관의 모든 가능한 속도에 대해 사용된다.

실린더에 분사될 연료 질량에 따라 형성되는 효율 곡선은 내연기관의 작동점으로 이루어진다. 효율 곡선의 고려(consideration)는 내연기관의 최적 또는 최고의 효율이 결정될 수 있게 한다.

내연기관의 각각의 최적 또는 최고의 효율에는 실린더의 소기 공기 질량의 척도 및/또는 포집 효율의 척도인 최적 분사 질량이 할당된다. 판독된 최적의 분사 질량에 기초하여, 흡기 매니폴드로부터 실린더로 유입되는 공기의 체적이 알려진다면, 실린더의 각 소기 공기 질량 및/또는 각 포집 효율이 결정되거나 계산될 수 있다.

이는 바람직하게 모델을 참조하여 이루어지거나/이루어지고, 센서, 특히 압력센서를 이용하여 이루어진다. 센서로서 공기 질량 센서가 고려될 수도 있는데, 여기서는 모델을 형성하지 않을 수 있다.

바람직하게, 실린더 내에 함유되는 공기 질량이나 이 시점에서 실린더에서 얻는 우세한(prevailing) 최적 람다값(Lambda value)은 최적 분사 질량을 참조하여 초기에 계산된다. 본 발명에 따라, 내연기관의 소기 공기 질량은 실린더로 유입되는 공기 질량과 연소를 위해 실린더에 남아 있는 공기 질량 사이의 차로부터 형성된다. 내연기관의 해당 포집 효율은 실린더에 함유되는 공기 질량과 실린더로 유입되는 공기 질량 또는 실린더를 떠나는 공기 질량(소기 공기 질량)의 비율로부터 계산된다.

본 발명에 따라, 효율 곡선은 내연기관의 가변 파라미터에 따라 형성된다. 람다값이나 연료 질량 또는 체적도 이러한 목적에 통상적으로 적합하다.

본원발명의 바람직한 실시예에서는, 내연기관에 의해 생성되는 토크가 내연기관의 변화될 람다값을 통해 결정되도록, 내연기관의 효율 곡선이 결정된다. 즉, 내연기관의 토크의 종속성은 람다값을 통해 표시된다.

매우 농후한 혼합물(람다값 λ < 1)에서는 토크 효율이 낮다. 최적점을 향해 혼합물을 희박하게 하면 효율이 향상되어 최적점에서 그 최대값에 도달하게 된다. 더 희박하게 하면 토크 효율이 다시 나빠지게 된다. 이러한 방식으로 본 발명에 따른 람다 효율 곡선이 얻어진다.

이는 초기에 (소기가 없는 및/또는 밸브 오버랩이 없는 캠축과 같은 경우에 바람직한) 잔여 가스 함량이 없는 내연기관의 알려진 작동점에서 결정된다. 본 발명에 따라, 분사 질량의 변동을 통해서 실린더를 소기하는 작동점들에 대해 토크 효율 곡선이 마찬가지로 결정된다.

이는 다시 실린더를 소기하는 작동점들에 대해 내연기관의 최고 또는 최적의 토크가 결정될 수 있게 한다. 이는 이러한 최고 또는 최적의 토크에 대해서도 분 사 질량이 알려지게 된다는 것을 의미한다. 본 발명에 따라, 이러한 두 개의 특성 곡선이 이제 동기화(synchronize)될 수 있는데, 이는 해당 연소 챔버에 존재하는 람다값: 소기가 이루어지는 작동점에 대해 대부분 0.85±1에 놓이는 순간적인 최적 람다값이 알려졌기 때문이다.

분사 질량을 알게 됨으로써 현재 내연기관의 실린더에 함유된 공기 질량(새로운 공기 질량)이 계산될 수 있다. 실린더 내에 남아 있는 공기 질량과 (바람직하게는 모델에 기초하여 계산된) 유입 공기 질량 사이의 차이로부터, 실린더로부터 유출되는 소기 공기 질량이 생성된다.

본원발명의 바람직한 실시예에서는, 바람직하게는 배기 가스 터보 과급기 또는 압축기인 과급 설비 또는 장치를 갖는 내연기관에 대해 본 방법이 사용된다. 또한, 내연기관이 흡기 및/또는 배기 밸브의 가변 작동을 위한 장치를 특징으로 하는 것이 바람직하다.

그러나 본원발명을 과급 설비나 장치가 없는 내연기관에 적용하는 것도 가능하다. 더욱이 본원발명에 따른 방법은 흡기 및/또는 배기 밸브(들)의 가변 작동을 위한 어떠한 설비도 특징으로 하지 않는 내연기관에도 적용될 수 있다.

바람직하게 본원발명에 따른 방법은 엔진 테스트 벤치(bench) 상에서 실행된다. 본 발명에 따라, 이로 인하여 해당 작동점, 특성 곡선 및 엔진 맵(map)이 소기 작동 상태에 대해 설정될 수 있으며, 상응하는 엔진 맵이 엔진 관리 장치에 대해 조정될 수 있어서, 내연기관의 차후 작동에서, 실린더의 소기가 얼마 전에 이루어진 작동점에서 최적의 효율로 작동될 수도 있다.

본원발명의 방법에 의하여, 값비싼 배기 가스 측정 기술 및/또는 값비싼 측정치 표시 기술을 사용하지 않아도 된다. 본원발명에 따른 방법은 표준 모터 테스트 베드 구조(standard motor test bed structure)로 실행된다. 내연기관을 소기하는 작동점에 대하여 내연기관의 소기 공기 질량 및/또는 포집 효율을 본 발명에 따라 결정하는데 있어서는 단지 브레이크, 연료 밸런싱(balancing) 시스템 및 공기 질량계만이 필요하다.

본원발명의 추가 실시예들은 기타의 종속 청구항에 나타나 있다.

본원발명은 이하에서 첨부된 도면을 참조하는 예시적 실시예들에 기초하여 더욱 자세하게 설명된다.

본원발명은 이하에서 오토엔진(otto) 또는 디젤엔진으로서 구체화된 하나의 실린더를 구비하는 내연기관을 참조하여 더욱 자세하게 설명된다. 이러한 경우에 내연기관은 흡기 밸브의 가변 작동을 위한 장치 및 배기 밸브의 가변 작동을 위한 장치뿐만 아니라 배기 가스 터보과급기도 구비한다. 그러나 본원발명은 이러한 내연기관에 제한되고자 하는 것은 아니며, 완전히 일반적으로 내연기관에 관련된다.

이러한 내연기관은, 배기 가스 터보과급기 대신에, 예를 들어 압축기와 같은 다른 과급 설비 또는 장치를 가질 수 있다. 또한, 어떠한 과급 설비 및/또는 흡기/배기 밸브의 가변 작동을 위한 어떠한 장치도 구비하지 않는 내연기관에 본원발명을 적용하는 것도 가능하다. 그리고 당연히 본원발명에 따른 방법은 복수의 실린더를 소유하는 내연기관에도 적용될 수 있다.

더욱이, 이하의 테스트가 예를 들어 내연기관의 최적 토크와 같은 최적값을 언급하는 경우에, 이는 최대 또는 최고값, 즉 예를 들어 용어 최고 모터 토크도 포함하고자 하는 것이다.

도 1은 흡기 트랙(2), 엔진 블록(3), 실린더 헤드(4) 및 배기 트랙(5)을 포함하는 실린더(40)를 구비하는 내연기관(1)을 도시한다.

흡기 트랙(2)은 바람직하게 스로틀 플랩(20), 수집기(21) 및 흡기 매니폴드(22)를 구비하며, 흡기 매니폴드는 엔진 블록(3)의 흡기 채널을 통해 실린더(40)로 이어진다. 흡기 트랙(2)은 또한 바람직하게 흡기 트랙(2)에서 공기(L)를 압축하는 과급 설비의 압축기(11)를 갖는다는 특징이 있다.

도시된 예시적인 실시예에서, 압축기(11)는 터보과급기(10), 특히 배기 가스 터보과급기(10)의 압축기(11)이며, 여기서 상기 터보과급기의 터빈(12), 바람직하게는 그 배기 가스 터빈(12)은 배기 트랙(5) 내에 제공된다. 터빈(12)을 압축기(11)에 연결하는 축은 도면에 도시되어 있지 않다.

바람직하게, 압축기(11)의 상류에서 흡기 트랙(2)은 유입되는 새로운 공기(L)의 온도, 바람직하게는 외부 온도를 측정하며 제어 장치(60)에 유용한 상응하는 신호를 발생시키는 온도 센서(24)를 갖는 것을 특징으로 한다. 바람직하게, 공기 측정 시스템/센서(23)가 압축기(11)와 스로틀 플랩(20) 사이에 위치되는데, 이는 유입 공기 질량(m_L)을 측정하여 제어 장치(60)로 상응하는 신호를 발송한다.

흡기 트랙(2)은 또한, 흡기 매니폴드(22)의 영역에서, 센서(25)를 갖는 것을 특징으로 하는데, 이러한 센서에 의해서 흡기 매니폴드(22)로부터 실린더(40)로 유동하는 공기 질량(m_{L,40, ein})이 결정될 수 있다. 이를 위하여 센서(25)는 바람직하게 압력 센서(25)로서 구현되며, 실린더(40)로 유입되는 공기 질량(m_{L,40, ein})은 압력 센서(25)가 제어 장치(60)로 보낸 압력 정보와 함께 제어 장치(60) 내의 모델을 이용하여 결정될 수 있다. 대안적으로는 공기 질량 센서(25)가 사용될 수 있다.

엔진 블록(3)은 커넥팅 로드(42)를 통해서 실린더(40)의 피스톤(41)에 기계적으로 결합되는 크랭크축(43)을 갖는 것을 특징으로 한다.

내연기관(1)의 실린더 헤드(4)는 가스 교환 밸브(30, 31) - 바람직하게는 하나 이상의 흡기 밸브(30) 및 바람직하게는 하나 이상의 배기 밸브(31) - 를 구비하는 밸브 기어뿐만 아니라 상기 밸브에 할당되는 밸브 작동 메커니즘(도면에는 도시되지 않음)을 포함하며, 이러한 밸브 작동 메커니즘은 바람직하게는 각각의 경우에 크랭크축(43)에 의해 구동되는 캠축의 캠으로서 구현된다.

바람직하게, 내연기관(1)은 흡기 밸브(들)(30)의 가변 작동을 위한 장치(34) 및 배기 밸브(들)(31)의 가변 작동을 위한 장치(35)를 갖는 것을 특징으로 한다. 이는 흡기 밸브(30) 및 배기 밸브(31)의 밸브 오버랩이 내연기관(1)의 작동 과정 동안에 일정한 한계 내에서 조절될 수 있게 하고, 이로써 예를 들어 내연기관(1)의 작동 과정 동안에 신선한 공기(L)로 실린더(40)를 가득 채우는 것이 가능하게 된다. 흡기 밸브(30) 및 배기 밸브(31)의 가변 작동을 위한 각각의 장치(34, 35)는 제어 장치(60)에 의해 이에 따라 작동된다.

연료(K)를 분사하기 위한 분사 밸브(32)는 내연기관(1)의 연소 챔버(50) 내부로 돌출한다. 내연기관(1)이 오토 엔진으로 구현된다면, 이러한 엔진은 연소 챔버(50) 내부로 돌출하는 점화 플러그(33)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 디젤 엔진의 경우에는 점화 플러그(33)가 생략된다.

배기 밸브(31)는, 캠축의 작동 이후에, 내연기관(1)의 배기 트랙(5)을 개방하며, 이로써 연소 챔버(50)에 존재하는 연소 가스 및 잔여물이 엔진 블록(3)을 빠져나가게 된다. 이러한 경우에 이들은, 앞서 이미 언급한 바와 같이, 배기 가스 터보과급기(10)의 압축기(11)를 구동하는 터빈(12)을 지나게 된다.

내연기관(1)의 낮은 엔진 속도(n)에서, 예를 들어 운전자가 강하게 가속시키면, 터보과급기(10)는 차량의 가속 과정 동안에 소위 터보 래그(turbo lag) 현상을 나타낸다. 이러한 터보 래그는, 터빈(12)이 압축기(11)에 대한 충분한 파워를 초기에 제공할 수 있게 하지 않는, 내연기관(1)의 배기 트랙(5)에서의 낮은 질량 처리량으로부터 기인한다. 후에 압축기(11)에 대해 충분한 파워가 유용하게 되면, 터보과급기(10)의 효과는 불시에 차단될 수 있다.

이러한 터보 래그는 실린더(40)를 소기시킴으로써 감소될 수 있다. 또한, 실린더(40)의 소기가 민감할 수 있는 내연기관(1)의 다른 작동 상태가 있다.

실린더(40)를 신선한 공기(L)로 소기하는 내연기관(1)의 작동 상태에서의 문제점은, 최적 질량(m_{K ,opt}) 또는 연료(K)의 최적 분사 질량(m_{K ,opt})으로 후속적인 연소 프로세스 또는 사이클 동안 새로운 공기(L)를 연소시키기 위하여, 실린더(40)의 후 속적인 연소에 대해 공기(L)의 질량(m_L,40)이 얼마나 남아 있는지 또는 얼마나 포집되었는지에 관해서 예를 들어 제어 장치(60)인 엔진 관리 장치(60)에 알려져 있지 않다는 점이다.

본원발명의 방법은 소기 프로세스 이후에 실린더(40)에 남아 있는 공기(L) 또는 신선한 공기(L)의 질량(m_L,40)을 결정하거나 계산하는 단계를 수반한다.

본 발명에 따라, 한편으로는 실린더(40)를 통해 방금 소기된 소기 공기(UL)의 질량(M_UL)이 결정된다. 즉, 소기 공기(UL)는 실린더(40)로 들어가고 실린더로부터 다시 나오는 공기(L)이다.

다른 한편으로 본원발명의 방법은 실린더(40)의 포집 효율(α)을 결정하는데, 이는 실린더(40)로 소기되는 전체 새로운 공기(L)의 얼마가 실린더(40)에 남아 있는지, 즉 실린더 내에 포집되는지를 나타내는 척도이다.

포집 효율(α)은 다음과 같이 정의된다: α = m_L,40 / m_{L,40, ein}. 이러한 경우에 m_L,40 은 실린더(40) 내에 함유되거나 실린더 내부로 끌어 들여진 공기(L)의 질량(m)이며, m_{L,40, ein} 은 실린더(40)로 유입되는 공기(L)의 질량(m)이다(위의 설명 참조).

이러한 공기 질량들(m_L,40, m_{L,40, ein})의 비율 α = m_L,40 / m_{L,40, ein} 은 실린더(40)의 소기 효과를 특성화하는데 잘 어울린다. 소기 과정 동안에 흡기 매니폴드(22)로부터 실린더(40)로 유입되는 공기(L)의 질량(m_{L,40, ein})은 알려진다. 상기 질 량(m_{L,40, ein})은 바람직하게 압력 센서(25)를 이용하거나 다른 센서(25)를 이용하여 모델에 기초하여 결정된다. 그러나 얼마의 공기(L)가 실린더(40)를 다시 떠나는지는 모른다.

내연기관(1)의 람다값(λ)에 대한 출력 토크(M₁)의 종속성은 내연기관(1)에 있어 전형적이다. 매우 농후한 혼합물에 있어서 예정된 토크(M₁)는 비교적 작으며 내연기관(1)의 효율은 이에 상응하게 낮다. 혼합물이 일정한 지점을 향해 희박해짐에 따라 내연기관(1)의 효율은 향상되어 최대 토크(M_1,opt)로 상승한다. 혼합물이 더욱 희박해짐에 따라, 내연기관(1)의 효율은 다시 떨어진다.

본 발명에 따라, 이제 공기(L)에 의해 실린더(40)의 소기가 이루어지는 내연기관(1)의 작동점들(BP)에 대하여 내연기관(1)의 토크(M₁)를 위해 내연기관 효율 곡선(η_{KL , M1})이 형성된다. 즉, 효율 곡선(η_{KL , M1})이, 내연기관(1)의 속도(n)가 표시되며, 변화하는 람다값(λ)에 따라 얻어진다.

도 2는 람다값(λ)에 대한 이러한 효율 곡선(η_KL,M1)의 가능한 다이어그램을 도시한다. 이 경우에, 내연기관(1)의 한정된 속도(n)에 대하여, 내연기관(1)의 효율(η_M1(λ))이 최적 또는 최고 토크(M_1,λopt)와 관련하여 표시되며, 최적 또는 최고 토크(M_1,λopt)는 본 방법에 의해 결정되는 최적 람다값(λ_opt)을 설정한다.

최적 토크(M_{1 ,λopt})에 대한 관계는 효율 곡선(η_{KL , M1})이 표준화되도록 하며 값 1에 대해서 그 최대값에 있게 되도록 한다.

이제 내연기관(1)에 대한 최적 분사 체적(m_{K ,opt})이 해당 속도(n)에 대하여 이로부터 결정된다. 이 분사된 최적 연료 질량(m_{K ,opt})에 대해서, 소기 프로세스 동안 대부분 약 0.85 근방에 놓이는 순간적인 거의 일정한 최적 람다값(λ_opt,1)이 상기 토크 효율 곡선(η_{KL , M1})으로부터 생성된다.

본원발명의 방법이 실행될 때, 토크 효율 곡선(η_{KL , M1})의 최대값의 어느 쪽에 위치하는가에 따라서, 최적 연료 체적(m_{K ,opt})보다 더 많거나 더 적은 연료 질량(m_K)이 분사된다.

도시된 바와 같이, 최적 람다값(λ_opt,1)이 0.85에 위치한다면, 농후한 혼합물, 예를 들어 람다값(λ) = 0.7에 대해서, 더 많은 연료(x)가 최적 연료 질량(m_K,opt)으로서 분사된다. 즉, 이 실시예에서는, 람다값(λ) = 0.7에 대해서, 연료 질량(m_K,opt+x)이 분사된다.

유사한 결과가 희박한 혼합물에 의해서도 얻어지는데, 이에 대해서는 본 실시예에서 람다값(λ) = 1.1이 선택되었다. 이러한 경우에 분사된 연료 질량은 (m_K,opt-y)를 형성한다. 즉, 최적 연료 질량(m_{K ,opt})의 양(y)만큼 감소된 연료(K)의 질량(m_{K ,opt}-y)이 분사된다.

이는 얼마의 분사 연료 질량(m_{K ,opt})에 대해서 내연기관(1)에 의해 최고 또는 최적 또는 최대 토크(M_{1 ,opt})가 발생되는지에 대해 이제 본 발명에 따라 알려졌다는 것을 의미한다.

이는 엔진 관리 장치(60)의 엔진 맵 또는 곡선이 해당 엔진 속도(n)에 대해 상응하게 조절될 수 있게 한다. 본 발명에 따라, 연소 챔버(50)의 실린더(40)의 이전(previous) 소기에 있어서 특정 작동점(BP)에 대해 어떠한 람다값(λ)이 우세한지가 알려진다. 이는 순간 최적 람다값(λ_opt,1)이다.

분사되는 또는 분사될 최적 연료 질량(m_{K ,opt})에 대해 알게 됨으로써, 실린더(40)에 존재하는 공기(L)의 초기 질량(m_L,40)을 결정하는 것이 가능하며, 이로부터 소기 공기 질량(m_UL) 및 포집 효율(α)을 결정하는 것이 가능하다.

실린더(40)로 유입되는 공기(L)는 알려진다(위의 설명 참조). 유입 공기 질량(m_{L,40, ein})과 실린더(40)에 남아 있는 공기 질량(m_L,40) 사이의 차이(m_{L,40, ein}, m_L,40)를 구함으로써 소기 공기(UL)의 질량(m_UL)이 결정될 수 있다. 실린더(40)에 포함된 공기 질량(m_L,40)과 유입되는 총 공기 질량(m_{L,40, ein})(대안적으로 소기 공기 질량(m_UL))의 비율((m_L,40 /m_{L,40, ein})에 대해서, 포집 효율(α)이 - 앞서 한정된 바와 같이 - 결정된다.

본원발명의 방법은 내연기관(1)의 토크(M₁)에 기초하여 실행될 수 있을 뿐만 아니라 람다값(λ)에 기초해서도 실행될 수 있다. 이는 도 3에 매우 자세하게 도시되어 있으며, 여기서는 내연기관(1)의 가변 파라미터의 함수로서 내연기관의 효율(η₁(ζ))에 기초하는 유사한 작동 방법을 도시한다.

이러한 경우에 가변 파라미터(ζ)는 예를 들어 연료 질량(m_K) 또는 연료 체적(m_K)일 수 있다. 이러한 경우에 생성되는 효율 곡선(η_KL,1)은, 예를 들어 앞서 기술한 바와 같이, 내연기관(1)에 의해 생성되는 토크(M₁)를 나타낼 수 있다. 그러나 형성된 토크(M₁)를 그래프로 표시하지 않고, 내연기관의 효율(η₁)을 나타내는 다른 파라미터로 그래프를 표시하는 것도 가능하다. 이는 예를 들어 내연기관(1)의 프로세스 효율 또는 파워일 수 있다.

도 1은 흡기 및 배기 트랙을 갖는, 차량의 과급식 내연기관의 개략적인 다이어그램이다.

도 2는 람다값에 따른 내연기관의 형성 토크를 위한, 본원발명에 의해 결정된 효율 곡선을 도시한다.

도 3은 본원발명에 따른 방법에 의해 결정된 일반적인 효율 곡선을 도시한다.

Claims (17)

1. 내연기관(1)의 소기 공기 질량(m_UL) 및 포집 효율(α) 중 하나 이상을 결정하기 위한 방법으로서,

   공기(L)로 내연기관(1)의 실린더(40)의 소기가 이루어지는 작동점(BP)에 대하여, 내연기관(1)의 효율 곡선(η_KL,1, η_KL,M1)이 실린더(40) 내의 연료(K)의 분사 질량(m_K)에 따라 형성되고,

   상기 효율 곡선(η_KL,1, η_KL,M1)에 기초하여 상기 내연기관(1)의 최적 효율(η_opt,1)에서의 최적 분사 질량(m_K,opt)이 결정되며, 이는 상기 내연기관(1)의 소기 공기 질량(m_UL)의 척도 및 포집 효율(α)의 척도 중 하나 이상인,

   내연기관의 소기 공기 질량 및 포집 효율 중 하나 이상을 결정하기 위한 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 내연기관(1)의 최적 효율(η_opt,1)이 상기 효율 곡선(η_KL,1, η_KL,M1)의 극값(extreme)인,

   내연기관의 소기 공기 질량 및 포집 효율 중 하나 이상을 결정하기 위한 방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 내연기관(1)의 효율 곡선(η_KL,1, η_KL,M1)이 상기 내연기관(1)의 특유 속도(n)에 대해 형성되는,

   내연기관의 소기 공기 질량 및 포집 효율 중 하나 이상을 결정하기 위한 방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 내연기관(1)의 해당 최적 작동점(BP_opt,1)에 대하여, 상기 실린더(40)에 포함되는 공기 질량(m_L,40)이 상기 최적 분사 질량(m_K,opt)에 의해 계산되는,

   내연기관의 소기 공기 질량 및 포집 효율 중 하나 이상을 결정하기 위한 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 내연기관(1)의 해당 최적 작동점(BP_opt,1)에 대하여, 최적 람다값(λ_opt,1)이 최적 분사 질량(m_KL,1)을 통해 계산되는,

   내연기관의 소기 공기 질량 및 포집 효율 중 하나 이상을 결정하기 위한 방법.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 내연기관(1)의 소기 공기 질량(m_UL)이 상기 실린더(40) 내로 유입되는 공기 질량(m_L,40,ein)과 상기 실린더(40) 내에 포함되는 공기 질량(m_L,40) 사이의 차이로부터 결정되는,

   내연기관의 소기 공기 질량 및 포집 효율 중 하나 이상을 결정하기 위한 방법.
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 내연기관(1)의 포집 효율(α)이 상기 실린더(40)에 포함되는 공기 질량(m_L,40) 대 상기 실린더(40)로 유입되는 공기 질량(m_L,40,ein) 또는 소기 공기 질량(m_UL)의 비율로부터 결정되는,

   내연기관의 소기 공기 질량 및 포집 효율 중 하나 이상을 결정하기 위한 방법.
8. 제6항에 있어서,

   상기 실린더(40)로 유입되는 공기 질량(m_L,40,ein)이 센서(25)에 의하여 그리고 압력 센서(25)에 의하여 결정되는,

   내연기관의 소기 공기 질량 및 포집 효율 중 하나 이상을 결정하기 위한 방법.
9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 내연기관(1)의 효율 곡선(η_KL,1, η_KL,M1)이 상기 내연기관(1)의 가변 파라미터(ζ, λ)에 따라 생성되는,

   내연기관의 소기 공기 질량 및 포집 효율 중 하나 이상을 결정하기 위한 방법.
10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 내연기관(1)의 효율 곡선(η_KL,1)이 상기 내연기관(1)의 출력(η₁(ζ))에 따라 생성되는,

    내연기관의 소기 공기 질량 및 포집 효율 중 하나 이상을 결정하기 위한 방법.
11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 내연기관(1)의 효율 곡선(η_KL,1)이 상기 내연기관(1)의 람다값(λ)에 따라 생성되는,

    내연기관의 소기 공기 질량 및 포집 효율 중 하나 이상을 결정하기 위한 방법.
12. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 내연기관(1)의 효율 곡선(η_KL,M1)이 상기 내연기관(1)에 의해 발생되는 토크(M₁)에 기초하여 생성되는,

    내연기관의 소기 공기 질량 및 포집 효율 중 하나 이상을 결정하기 위한 방법.
13. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 내연기관(1)의 효율 곡선(η_KL,M1)이 상기 내연기관(1)에 의해 발생되는 토크(M₁) 및 상기 내연기관(1)의 최적 토크(M_1,opt)에 따라 생성되는,

    내연기관의 소기 공기 질량 및 포집 효율 중 하나 이상을 결정하기 위한 방법.
14. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 내연기관(1)의 최적 토크(M(η_KL,1))가 최적 작동점(BP_opt,1)에 대한 최적 람다값(λ_opt,1)으로서 규정되는,

    내연기관의 소기 공기 질량 및 포집 효율 중 하나 이상을 결정하기 위한 방법.
15. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 내연기관(1)의 최적 람다값(λ_opt,1) 및 람다값(λ) 중 하나 이상이 상기 내연기관(1)의 작동점(BP)에 따라 변화하는,

    내연기관의 소기 공기 질량 및 포집 효율 중 하나 이상을 결정하기 위한 방법.
16. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 내연기관(1)이 과급기(10; 11, 12) 또는 압축기(10)를 구비하는 것을 특징으로 하는,

    내연기관의 소기 공기 질량 및 포집 효율 중 하나 이상을 결정하기 위한 방법.
17. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 내연기관(1)이 흡기 밸브(30)의 가변 작동을 위한 장치(34) 및 배기 밸브(31)의 가변 작동을 위한 장치(35) 중 하나 이상을 구비하는 것을 특징으로 하는,

    내연기관의 소기 공기 질량 및 포집 효율 중 하나 이상을 결정하기 위한 방법.

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