KR101541942B1 - 가스 연소 내연기관의 실린더의 균형 맞춤을 위한 조정 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내연기관의 실린더의 균형 맞춤에 관한 것이다. 본 발명은 실린더 압력을 측정하기 위해 내연기관의 실린더에 설치되는 실린더-특정적 압력 센서 (1) 뿐만아니라 조정 유닛 (2) 을 포함한다. 조정 유닛은 각각의 실린더의 최대 압력 및 노크 값 뿐만아니라 실린더 압력의 측정에 대한 반응으로서 실린더의 평균 최대 압력을 판정하고 각각의 실린더의 최대 압력과 평균 최대 압력 사이의 차이를 판정하도록 구성된다. 상기 차이는 평균 최대 압력의 일정한 편차 범위와 비교되고 상기 노크 값은 일정한 노크 한계 값에 비교된다. 실린더의 연료 분사의 기간은 단일 실린더의 차이가 편차 범위의 하한을 초과하고 실린더의 노크 값이 노크 한계 값보다 더 작거나 또는 실린더의 차이가 편차 범위의 상한을 초과하는 경우 조정된다.

Description

가스 연소 내연기관의 실린더의 균형 맞춤을 위한 조정 시스템{AN ADJUSTMENT SYSTEM FOR BALANCING THE CYLINDERS OF A GAS-BURNING INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 내연기관의 실린더의 균형 맞춤에 관한 것이다. 본 발명은 특히 연료로서 가스를 사용하는 내연기관에 관한 것이다. 본 명세서에서 "가스 연소 내연기관" 은 연료로서 단지 가스만 사용하거나 또는 가스 및 다른 연료를 사용하는 엔진을 의미하며, 가스 및 다른 연료를 사용하는 경우 엔진은 소위 이중 연료 내연기관이다. 본 발명은 또한 가스 외의 연료를 사용하는 내연기관에 관한 것이다. 실린더의 균형 맞춤의 목적은, 실린더 사이의 연소 기술 내부 차이를 고려하여, 각각의 실린더가 동일한 양의 일을 생산하게 하는 것이다.

연료는 내연기관의 실린더 안으로 유입되고 연소된다. 연료의 연소는 피스톤을 통하여 기계적 운동으로 전환되는 에너지를 방출한다. 보통 실린더의 작동은 4 개의 스트로크 : 연료의 흡기, 압축 스트로크, 팽창 스트로크 및 배기 제거로 나누어진다. 연료의 연소는 압축 및 팽창 스트로크 사이에 발생한다. 스트로크는 실린더의 피스톤이 스트로크에 따라 이동되고 초기 위치로 복귀되는 실린더 사이클을 함께 형성한다. 스트로크 동안 완료되는 일은 크랭크축으로 전달된다. 크랭크축의 매끄러운 회전을 갖게 하기 위해 각각의 실린더가 사이클 동안 유사한 양의 일을 생산하는 것이 바람직하다. 이는 실린더의 균형 맞춤의 목적이다.

특히 낮은 엔진 로드에서, 실린더의 균형 맞춤을 위해 엔진 배기 가스의 온도의 측정을 사용하는 것이 알려져 있다 (온도는 각각의 실린더마다 측정된다). 각각의 실린더 안으로 유입되는 연료의 양은 측정을 기본으로 하여 조정된다. 연료의 양은 실린더가 생산하는 일의 양에 영향을 갖는다. 하지만, 이러한 방법은 일정한 지연을 포함한다.

엔진 로드가 더 높을 때, 노킹 (knocking) 이 엔진을 손상시킬 수 있기 때문에, 엔진 노크 (knock) 가 반드시 고려되어야 한다. 엔진 노크의 이유는 실린더의 연료의 즉흥적인 점화이며, 이는 연소의 원치 않는 방법 및 타이밍을 야기한다. 엔진 노크는 종종 가벼운 노크 (light knock) 와 무거운 노크 (heavy knock) 로 나뉜다. 가벼운 노크는 실린더 압력의 낮은 변동을 나타낸다. 무거운 노크는 실린더 압력의 가장 높은 변동을 나타낸다. 가벼운 노크는 점화 타이밍 또는 공연비를 제어함으로써 줄어든다. 무거운 노크는 엔진 로드를 줄이거나 (연료의 양을 줄임) 또는 다른 수단이 충분하지 않다면, 엔진을 끄는 것에 의해 줄어든다. 노킹은 실린더-특정적이어서, 노크 조절도 또한 실린더-특정적이다. 실린더-특정적 노크 센서가 노크의 레벨을 탐지하는데 사용된다. 따라서, 가장 높은 엔진 로드에서 실린더의 균형 맞춤은 가벼운 노크의 조정을 통하여 실행된다. 엔진이 노크되지 않는다면, 실린더는 균형 맞춤되지 않는다. 따라서, 종래 기술의 문제점은 실린더의 균형 맞춤에 지연이 있고 균형 맞춤은 엔진이 가장 높은 로드에서 운행할 때 필수적으로 이루어진다는 것이다.

본 발명의 목적은 종래 기술의 문제를 줄이는 것이다.

본 목적은 주요 청구항에 기재된 수단에 의해 달성된다. 본 발명에 따른 시스템은 조정 유닛 (2) 및 실린더 압력을 측정하기 위한 실린더에 설치되는 실린더-특정적 압력 센서 (1) 를 포함한다. 조정 유닛은 각각의 실린더의 최대 압력 및 노크 값 뿐만아니라 실린더 압력 측정에 대한 반응으로서 실린더의 평균 최대 압력을 규정하고 평균 최대 압력과 각각의 실린더의 최대 압력 사이의 차이를 규정하기 위해 구성된다. 조정 유닛은 또한 상기 값을 평균 최대 압력의 일정한 편차 범위와 비교하고 일정한 노크 한계 값과 상기 노크 값을 비교하고, 그리고 단일 실린더의 차이가 편차 범위의 하한을 초과하고 실린더의 노크 값이 노크 한계 값보다 더 작거나 또는 실린더의 차이가 편차 범위의 상한을 초과하는 경우 실린더의 연료 분사의 기간을 제어하기 위해 구성된다.

이하에서 본 발명이 도면의 그림을 참조하여 더욱 상세하게 설명된다.

도 1 은 본 발명에 따른 장치의 실시예를 나타내는 도면이다.
도 2 는 본 발명에 따른 방법의 흐름도를 나타내는 도면이다.
도 3 은 본 발명에 따른 방법의 하위 단계의 흐름도 예를 나타내는 도면이다.

도 1 은 내연기관 (3) 에 설치된 본 발명에 따른 시스템의 실시예를 나타내는 도면이다. 시스템은 조정 유닛 (2) 과 실린더 압력을 측정하기 위해 실린더 (4) 에 설치되는 실린더-특정적 압력 센서 (1) 를 포함한다. 단일 실린더의 압력 곡선은 사이클 동안 스트로크를 따른다. 압력은 연료의 흡기 및 배기 가스의 제거 동안 가장 낮다. 압력은 압축 스트로크 동안 증가하고 팽창 스트로크의 초기 부분 동안 그의 최대에 도달한다. 실린더 압력의 측정 데이터는 수용 인터페이스 (6) 를 통하여 측정 데이터를 수용하는 조정 유닛 (2) 으로 보내진다.

조정 유닛은 각각의 실린더의 최대 압력 및 노크 값 뿐만 아니라 실린더 압력의 측정에 대한 반응으로서 실린더의 평균 최대 압력을 규정하기 위해 구성된다. 평균 최대 압력은 실린더의 측정된 최대 압력으로부터 계산되도록 정해진다. 실린더의 노크 값은 실린더의 압력 센서로부터 또한 획득될 수 있고 이에 의해 별개의 노크 센서가 요구되지 않는다. 노크 값은 실린더가 노크되는지 아닌지를 설명하는 값이다. 가벼운 노크를 탐지하기 위해 실린더-특정적 값을 사용하는 것이 알려져 있다. 측정된 값이 가벼운 노크의 한계를 초과한다면, 가벼운 노크 조정이 실행된다. 측정된 값이 0 ~ 가벼운 노크를 위한 한계 값이라면, 모터에 노크가 발생하지 않는다.

조정 유닛은 또한 각각의 실린더의 최대 압력과 평균 최대 압력 사이의 차이를 판정하기 위해 그리고 상기 차이를 최대 압력의 일정한 편차 범위와 비교하고 일정한 노크 한계 값과 상기 노크 값을 비교하기 위해 구성된다. 단일 실린더의 차이가 편차 범위의 하한을 초과하고 실린더의 노크 값이 노크 한계 값 미만이거나 또는 실린더의 차이가 편차 범위의 상한을 초과하는 경우, 조정 유닛은 실린더의 연료 분사의 기간을 제어하도록 구성된다. 노크 한계 값은 0 ~ 가벼운 노킹을 위한 한계이다. 노크 한계 값의 목적은 노크되거나 또는 노킹에 가깝다면 실린더가 균형 맞춤되지 않는 것이다.

실린더의 연료 분사의 기간은 상한이 초과될 때 단축되도록 정해진다. 연료 분사의 기간은 하한이 초과되고 노크 값이 노크 한계 값 미만일 때 증가하도록 구성된다.

실린더의 사용된 최대 압력은 실린더의 10 번의 사이클의 평균 값으로 정해질 수 있다. 대응적으로, 평균 최대 압력은 10 번의 사이클의 평균 최대 압력의 평균 값으로 정해질 수 있다. 이는 실린더의 연료 분사의 제어에 대한 임의의 높거나 또는 낮은 최대 압력의 효과를 줄이는 것을 가능하게 한다. 사이클의 양은 또한 물론 10 번의 사이클이 아닐 수도 있다. 평균 편차 범위의 상한 및 하한은 모터의 로드에 따라 정해질 수 있다.

제어 유닛은 제어 인터페이스 (7) 를 갖고 이를 통하여 각각의 실린더의 연료 분사 수단 (5) 이 제어된다. 인터페이스 (6, 7) 는 공용 버스 또는 별개의 실린더-특정적 커넥터와 같은, 다양한 방식으로 실현될 수 있다는 것을 알아야 한다.

도 2 는 본 발명의 방법의 흐름도의 예이다. 압력 센서의 측정 데이터에 대한 반응으로서 이 방법은 각각의 실린더의 최대 압력 및 노크 값 뿐만아니라 실린더의 평균 최대 압력을 판정하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 각각의 실린더의 최대 압력과 평균 최대 압력 사이의 차이를 판정하는 단계 (22), 평균 최대 압력의 일정한 편차 범위와 상기 차이를 비교하고 일정한 노크 한계 값과 상기 노크 값을 비교하는 단계 (23) 및 단일 실린더의 차이가 편차 범위의 하한을 초과하고 실린더의 노크 값이 노크 한계 값 미만이거나 또는 실린더의 차이가 편차 범위의 상한을 초과하는 경우 실린더의 연료 분사의 기간을 제어하는 단계 (24) 를 포함한다.

도 3 은 메인 단계 (23 및 24) 에 포함되는 본 발명의 방법의 하위 단계의 예이다. 예를 고려할 때 이는 메인 단계와 그의 하위 단계를 실현하는 하나의 방식이며 메인 단계를 실현하기 위해 또한 다른 방식이 있다는 것이 명백하다.

도 3 의 실시형태에서 각각의 실린더의 최대 압력과 평균 최대 압력 사이의 차이는 평균 최대 압력의 일정한 편차 범위와 비교된다. 편차 범위는 평균 최대 압력이 허락되는 범위이다. 상기 차이가 편차 범위 내에 계속 있다면, 즉 편차 범위가 초과되지 않는다면, 실린더를 균형 맞춤할 필요는 없다 (37). 상기 차이가 편차 범위 내에 있지 않다면, 즉 편차 범위가 초과된다면, 시스템은 범위가 편차 범위의 하한 미만으로 초과되었는지를 체크한다 (32). 이러한 경우 실린더의 노크 값은 일정한 노크 한계 값과 비교된다 (35). 노크 한계 값의 크기는 상기에 설명되었다. 노크 값이 노크 한계 값 미만이라면, 실린더는 노크되지 않고 연료 분사의 기간은 증가될 수 있다 (36). 노크 값이 노크 한계 값보다 크다면, 실린더는 노크되거나 또는 노킹에 가까워지고, 실린더는 균형 맞춤되지 않는다. 편차 범위가 상한을 초과한다면 (33), 연료 분사 기간은 단축될 수 있다 (34). 이러한 경우 실린더는 실린더가 노크되더라도 균형 맞춤될 수 있는데, 이는 균형 맞춤 작용이 또한 노킹을 감소시키기 때문이다.

10 번의 사이클의 사용 및 평균 최대 압력의 계산에 관한 상기 설명은 본 방법의 다른 실시형태에 또한 적용된다. 본 방법에 사용되는 평균 편차 범위의 하한 및 상한은 평균 최대 압력의 평균 값에 따라 정해질 수 있다. 실제로 이러한 평균 예컨대 평균 최대 값은 측정 결과를 기본으로 하여 변하고 편차 범위의 중간 지점이 평균 최대 압력에 고정될 때, 또한 편차 범위의 상부 또는 하부 범위는 측정 결과에 따른다. 실린더 압력 측정 결과가 모터의 로드에 따라 다르기 때문에, 편차 범위는 또한 모터의 로드에 따르도록 정해질 수 있다.

본 발명이 실린더의 최대 압력을 사용하기 때문에, 압력은 실린더로부터의 직접적인 측정 데이터이고, 연료 분사 제어의 지연은 작아진다. 모터의 실린더는 더 높은 모터 로드에서 또한 균형 맞춤될 수 있다. 모터의 실린더가 마찬가지로 더 높은 로드에서 균형 맞춤될 수 있기 때문에, 모터는 더 매끄럽게 운전되고, 이는 모터 로드의 증가를 또한 가능하게 한다. 다시 말하면, 본 발명의 조정 시스템이 제공되는 모터는 본 발명의 조정 시스템이 없는 대응하는 모터보다 더 높은 로드에서 구동될 수 있다.

상기 설명 및 그의 예를 고려할 때 본 발명에 따른 실시형태는 다양한 방식으로 실현될 수 있다는 것이 명백하다. 본 발명은 여기 언급된 예로 제한되지 않지만, 본 발명은 다양한 상이한 실시형태에 의해 실현될 수 있다는 것이 명백하다.

따라서, 어떠한 본 발명의 실시형태라도 본 발명의 내용 내에서 실행될 수 있다.

Claims (15)

1. 내연기관의 실린더의 균형 맞춤을 위한 조정 시스템에 있어서, 상기 시스템은 실린더 압력의 측정을 위해 실린더에 설치 가능한 실린더-특정적 압력 센서 (1) 및 조정 유닛 (2) 을 포함하고, 상기 조정 유닛은
   각각의 실린더의 최대 압력 및 노크 값 뿐만아니라 실린더 압력의 측정에 대한 반응으로서 실린더의 평균 최대 압력을 판정하고,
   상기 평균 최대 압력과 각각의 실린더의 최대 압력 사이의 차이를 판정하고,
   상기 평균 최대 압력의 일정한 편차 범위와 상기 차이를 비교하고 일정한 노크 한계 값과 상기 노크 값을 비교하고,
   단일 실린더의 상기 차이가 편차 범위의 하한보다 작고 실린더의 노크 값이 노크 한계 값보다 더 작거나 또는 실린더의 차이가 편차 범위의 상한을 초과하는 경우 실린더의 연료 분사의 기간을 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 조정 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 평균 최대 압력은 실린더의 측정된 최대 압력으로부터 계산되도록 정해지는 것을 특징으로 하는 조정 시스템.
3. 제 2 항에 있어서, 각각의 실린더의 최대 압력은 10 번의 사이클의 최대 압력의 평균 값이고 상기 평균 최대 압력은 10 번의 사이클의 평균 최대 압력의 평균 값인 것을 특징으로 하는 조정 시스템.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 평균 편차 범위의 상한 및 하한은 모터의 로드에 따라 다르게 정해지는 것을 특징으로 하는 조정 시스템.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 편차 범위의 상한이 초과될 때 연료 분사의 기간을 줄이고 편차 범위의 하한이 초과되고 노크 값이 노크 한계 값 미만일 때 연료 분사 기간을 증가시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 조정 시스템.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 노크 한계 값은 0 ~ 가벼운 노크의 한계 값으로 정해지는 것을 특징으로 하는 조정 시스템.
7. 제 2 항, 제 3 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 조정 유닛은 실린더-특정적 압력 데이터를 수용하기 위한 인터페이스 및 연료 분사의 기간을 실린더-특정적으로 제어하기 위한 다른 인터페이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 조정 시스템.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 조정 유닛은 내연기관에 연결되는 것을 특징으로 하는 조정 시스템.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 사용되는 연료는 가스인 것을 특징으로 하는 조정 시스템.
10. 내연기관의 실린더의 균형 맞춤을 위한 방법에 있어서, 실린더 압력의 측정에 대한 반응으로서 상기 방법은 :
    각각의 실린더의 최대 압력 및 노크 값 뿐만아니라 실린더의 평균 최대 압력을 판정하는 단계,
    상기 평균 최대 압력과 각각의 실린더의 최대 압력 사이의 차이를 판정하는 단계,
    평균 최대 압력의 일정한 편차 범위와 상기 차이를 비교하고 일정한 노크 한계 값과 상기 노크 값을 비교하는 단계,
    단일 실린더의 상기 차이가 편차 범위의 하한보다 작고 실린더의 노크 값이 노크 한계 값 미만이거나 또는 실린더의 차이가 편차 범위의 상한을 초과하는 경우 실린더의 연료 분사의 기간을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 평균 최대 압력은 실린더의 측정된 최대 압력으로부터 계산되도록 정해지는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 각각의 실린더의 최대 압력은 10 번의 사이클의 최대 압력의 평균 값이고 상기 평균 최대 압력은 10 번의 사이클의 평균 최대 압력의 평균 값인 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 평균 편차 범위의 상한 및 하한은 모터의 로드에 따라 다르게 정해지는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 편차 범위의 상한이 초과될 때 연료 분사의 기간이 줄어들고 편차 범위의 하한이 초과되고 노크 값이 노크 한계 값 미만일 때 연료 분사 기간을 증가시키게 되는 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 노크 한계 값은 0 ~ 가벼운 노크의 한계 값으로 정해지는 것을 특징으로 하는 방법.
    

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