KR101550479B1 - 내연기관의 제어 프로세스 및 장치 - Google Patents

내연기관의 제어 프로세스 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 연료 품질의 변동으로 인해 나타나는 내연기관의 작동 거동의 변화가 최대한 보상될 수 있도록 하기 위해 작동 중인 내연기관의 연료 품질을 검출하기 위한 프로세스 및 장치에 관한 것이다.

Description

내연기관의 제어 프로세스 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 예컨대 후속 공개된 DE 10 2007 019 641 Al호에 공지된 내연기관의 제어 프로세스 및 장치에 기초한다. 내연기관의 제어는 일반적으로, 예컨대 토크 요구와 같은 작동 특성값이 사전 설정되고, 그로부터 제어 장치의 다른 입력 변수들의 고려하에 예컨대 인젝터와 같은 하나 이상의 내연기관 작동 부재를 위한 제어 변수들이 사전 설정됨으로써 구현된다.
디젤 기관의 작동 시뿐만 아니라 오토 사이클 원리로 작동되는 내연기관의 작동 시에도 상이한 품질의 연료를 사용하는 경우가 점차 더 빈번해지고 있기 때문에, 내연기관의 작동 중에 현재 연료 유형을 검출하여, 필요한 경우 내연기관의 제어를 조정하는 것이 요구된다.
종래 기술로부터 공지된, 디젤 기관에 사용될 수 있는 프로세스에서는, 공회전 시 내연기관의 정숙성을 토대로 연료 품질을 검출하여, 그에 상응하게 내연기관의 하나 이상의 작동 부재의 제어를 조정한다.
본 발명의 과제는, 예컨대 표준 연료 및 바이오디젤과 같은 연료 품질의 변동을 간단하게 검출함으로써 다른 특성맵 또는 다른 특성맵 세트로의 전환을 가능케 하는 프로세스를 제공하는 것이다. 그럼으로써 내연기관의 출력, 이미션 및 작동 거동이 사용된 연료의 품질의 영향을 거의 받지 않게 된다.
상기 과제는 본 발명에 따라, 내연기관이 기준 연료로 작동되는 경우에는 제1 특성맵 또는 제1 특성맵 세트를 이용하여 액츄에이터를 구동하고, 내연기관이 대체 연료로 작동되는 경우에는 제2 특성맵 또는 제2 특성맵 세트를 이용하여 액추에이터를 구동하는 제어 장치에 의해 내연기관의 상이한 액츄에이터들이 내연기관의 작동점에 기초하여 구동되는 내연기관 제어 프로세스에서, 임의의 기준 작동점에서 기준 연료를 사용했을 때 단위시간당 내연기관 연료 소비량이 제1 기준값으로서 저장되고, 상기 기준 작동점에서의 내연기관의 실제 연료 소비량이 검출되며, 제1 기준값과 실제 연료 소비량 사이의 차로부터 연료 품질이 추론됨으로써 해결된다.
본 발명에 따른 프로세스는 밀도 및 순발열량의 관점에서 상이한 연료 유형의 차이를 이용한다. 즉, 내연기관이 기준 작동점에서 작동되면, 그로부터 내연기관의 소정의 연료 소비량을 산출하며, 상기 연료 소비량은 예컨대 시간당 그램[g/h]의 단위로 기록될 수 있다.
내연기관이 기준 작동점에서 공지된 특성을 갖는, 이하 기준 연료라 지칭되는 연료 품질로 작동되면, 상기 기준 작동점에서 기준 연료를 사용했을 때의 연료 소비량이 제1 기준값(R1)이라 지칭될 수 있다.
본 발명에 따른 프로세스는 이제, 예컨대 바이오디젤과 같이 그 밀도 및 순발열량이 기준 연료의 상응하는 파라미터와 상이한 대체 연료를 사용했을 때 내연기관이 기준점에서 작동되면 실제 연료 소비량[g/h]이 상이하게 세팅된다는 사실을 이용한다. 제1 기준값(R1)과 실제 연료 소비량의 이러한 차이로부터 현재 사용되는 연료 유형이 추론될 수 있다.
실제 연료 소비량은 관련 특성맵을 이용하여 분사 압력 및 내연기관 제어 장치의 구동 지속시간으로부터 용이하게 계산될 수 있다.
본 발명에 따른 프로세스는 계산 시간이 적게 소요되는 특징이 있다. 또한, 본 발명에 따른 프로세스는 추가의 센서나 액츄에이터를 필요로 하지 않으며, 궁극적으로는 양산된 모든 제어 장치에서 소프트웨어 업데이트 시 용이하게 보완될 수 있다.
본 발명에 따른 프로세스는 또한, 기준 작동점에서 내연기관의 기준값과 실제 연료 소비량 사이에 상당한 차이가 검출될 수 있는 경우에만 내연기관 제어의 변동을 유도하므로, 안정적으로 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 프로세스의 매우 바람직한 실시예에서는, 제1 기준값(R1)과 실제 연료 소비량 사이의 차가 양의 값이고 제1 임계값(SW1)보다 큰 경우, 기준 연료가 대체 연료로 변경된 사실이 검출된다. 그 결과, 제2 특성맵 또는 제2 특성맵 세트로의 전환이 실시된다.
본 발명에 따른 프로세스의 또 다른 바람직한 실시예에서는, 제1 기준값(R1)과 실제 연료 소비량 사이의 차가 음의 값이고 제2 임계값(SW2)보다 작은 경우, 대체 연료가 기준 연료로 변경된 사실이 검출되며, 그 결과 제1 특성맵 또는 제1 특성맵 세트로의 전환이 실시된다.
제1 기준값(R1)과 실제 연료 소비량 사이의 차가 제1 임계값(SW1)보다 작거나 같고, 제2 임계값(SW2)보다 크거나 같으면, 현재 특성맵 세트가 유지된다. 이러한 경우는 연료 품질이 변하지 않고 유지되는 경우에 나타난다.
또한, 기준 작동점은 내연기관의 공회전에 상응하며, 그와 동시에 내연기관의 레일 압력 또는 분사 압력이 사전 설정된 압력과 일치하는 것이 바람직한 것으로 밝혀졌다.
상기 기준 작동점 및 분사 압력 또는 레일 압력은 본 발명에 따라, 상기 기준 작동점에서 관련 연료 유형들 사이의 차이가 매우 크도록 선택될 수 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 연료 검출이 매우 효과적으로 적용됨으로써 연료들의 상이한 특성들이 최대한 보상될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 프로세스는 정해진 한계 조건들이 충족되는 경우에만 기준 작동점이 개시되는 경우에 더욱 개선된다. 예컨대 내연기관의 온도는 제3 임계값(SW3)보다 높아야 하고, 연료의 온도 역시 제4 임계값(SW4)보다 높아야 하며, 대기압력은 제5 임계값(SW5)보다 높아야 한다.
그 밖에도, 본 발명에 따른 프로세스는 내연기관이 기준 작동점에서 최소 지속시간 이상 작동된 경우에만 실행되는 것이 바람직한 것으로 밝혀졌다. 이 경우, 더욱 안정적이고 더욱 정적인 작동 상태가 달성되며, 특히 적응 및 제어 과정이 제어 장치 내에서 완결되는 점이 보장됨에 따라, 기준 작동점에서의 실제 연료 소비량이 타당성을 얻는다.
또한, 본 발명에 따른 프로세스는 이벤트 드리븐(event-driven) 방식으로 실행되는 것이 바람직한 것으로 밝혀졌다. 예를 들면, 본 발명에 따른 프로세스는 사전 설정된 내연기관 작동 지속시간의 경과 후에 실행될 수 있거나, 매 연료 충전 과정 이후 적어도 1회 실행될 수 있다.
본 발명에 따른 프로세스가 너무 빈번하게 실행되지 않도록 하기 위해, 주행 사이클 당 본 발명에 따른 프로세스의 실행 횟수를 임의의 최대값으로 제한할 수 있다.
도입부에 언급한 과제는 전술한 프로세스들 중 하나에 따라 작동되는 내연기관 제어 장치에 의해서도 해결된다.
본 발명의 또 다른 장점들 및 바람직한 실시예들은 후속하는 도면, 도면의 설명 및 청구항들에 제시된다. 도면, 도면의 설명 및 청구항들에 공개된 모든 특징은 개별적으로든, 임의로 서로 조합된 형태로든 본 발명에 중요한 요소일 수 있다.
도 1은 내연기관 제어의 개략적인 블록선도이다.
도 2는 본 발명에 따른 프로세스의 실시예의 순서도이다.
하기에서는 도 1을 토대로 내연기관 제어를 위한 프로세스를 매우 개략적으로 설명한다.
제어 장치(100)는 제1 기능 유닛(110)으로부터 제1 변수(G1)를 얻는다. 제1 기능 유닛이 예컨대 가속 페달의 위치를 검출하기 위한 센서인 경우, 제1 변수(G1)는 상기 센서의 출력 신호이며, 운전자의 토크 요구에 상응한다.
제어 장치(100)는 상기 제1 변수(G1)를 기초로 하여 출력 변수(A)로써 액츄에이터 또는 작동 부재(120)를 구동한다. 상기 작동 부재는 예컨대 내연기관의 인젝터일 수 있으며, 출력 변수(A)는 특히 인젝터의 구동에 사용되는 분사 압력, 분사 지속시간 및 분사 시점을 포함할 수 있다.
제어 장치(100)의 또 다른 입력 변수는 추가 센서(130) 및/또는 추가 기능 유닛에 의해 제공되는 제2 변수(G2)이다. 제어 장치(100)의 마이크로컨트롤러(160)는 제1 입력 변수(G1)와 제2 입력 변수(G2), 그리고 도시되지 않은 또 다른 입력 변수들을 고려하여 출력 변수(A)를 산출한다. 이 경우, 마이크로컨트롤러(160)는 제1 특성맵(140) 내지는 제1 특성맵 세트 또는 제2 특성맵(150) 내지는 제2 특성맵 세트에 선택적으로 액세스한다.
내연기관이 이하 기준 연료라고도 지칭되는 통상의 연료로 작동되는 경우, 마이크로컨트롤러(160)는 제1 특성맵(140)에 액세스한다. 내연기관이 대체 연료로 작동되는 경우에는 마이크로컨트롤러(160)가 제2 특성맵(150)에 액세스한다.
그럼으로써, 현재 사용되는 연료의 유형과 상관없이 내연기관의 작동 거동을 최대 출력, 이미션, 특히 CO2 이미션 및 정속성과 관련하여 일정한 최적의 수준으로 유지할 수 있다.
도 2에서는 순서도를 토대로 본 발명에 따른 프로세스의 실시예가 더 상세히 설명된다.
본 발명에 따른 프로세스는 시작과 함께 기준 작동점의 트리거링을 위한 조건들(1 내지 n)이 충족되는지의 여부에 대한 조회를 시작한다.
상기 조건들은 예컨대 내연기관 및 연료의 온도가 각각 제3 임계값(SW3) 및 제4 임계값(SW4)보다 높아야 하는 조건일 수 있다.
제5 임계값(SW5)보다 높아야 하는 대기압력(Pamb)의 경우에도 동일하게 적용된다.
기준 작동점이 내연기관의 공회전 이내에 놓이는 것이 특히 바람직한 것으로 밝혀졌다. 그럼으로써, 예컨대 신호등 정지선에서 본 발명에 따른 프로세스를 실행할 수 있다. 기준 작동점에 또 다른 응용 매개변수, 특히 사전 설정된 분사 압력 또는 레일 압력(prail)도 속하는 것이 매우 바람직하다. 이 경우, 기준 작동점은 내연기관이 공회전 상태에 놓이는 즉시 능동적으로 제어될 수 있다.
제1 조회는 도 2에서 도면부호 "200"으로 표시되어 있다. 상기 조회(200)의 결과가 부정적인 경우, 프로세스는 처음부터 다시 시작한다. 그렇지 않은 경우, 선택적 제1 기능 블록(210)에서 제1 기준 작동점이 트리거된다. 이는 예컨대 내연기관의 공회전 시 분사 압력 또는 레일 압력이 사전 설정된 값(예: 600바아)으로 상승하거나 제어됨으로써 이루어질 수 있다.
기준 작동점의 트리거링 이후 사전 설정된 최소 지속시간(tmin) 동안 내연기관이 상기 기준 작동점에서 작동된 경우, 내연기관의 안정적인 작동 상태가 세팅되었고, 그 결과 인젝터의 구동 지속시간은 일정하고 타당한 값을 취하였다.
이제 제2 기능 블록(220)에서는 인젝터의 구동 지속시간 또는 분사 지속시간에 걸쳐 내연기관의 실제 연료 소비량(Vactual)이 측정될 수 있다. 그와 동시에, 제1 기준값(R1)과 실제 연료 소비량(Vactual) 사이의 차(Diff = R1 - Vactual)가 산출된다.
상기 차(Diff)는 제2 기능 블록(220)의 출력 변수이다. 제3 블록(230)에서는 상기 차(Diff)의 값을 토대로 제1 특성맵(140)으로 변경될 것인지 아니면 제2 특성맵(150)으로 변경될 것인지의 여부 또는 현재 사용되는 특성맵(140 또는 150)이 유지될 것인지의 여부가 결정된다.
기능 블록(230)에서 맨 왼쪽에 도시된 경우는 상기 차(Diff)가 제1 임계값(SW1)보다 큰 경우에 해당되며, 이때 제1 임계값(SW1)은 양의 값이다. 실제 연료 소비량이 제1 기준값보다 작은 경우, 상기 차(Diff)는 0보다 크다. 이 경우, 제어 장치는 제1 특성맵(140)으로부터 제2 특성맵(150) 또는 제2 특성맵 세트로 변경한다(도면부호 240 참조).
기능 블록(230)에서 맨 오른쪽에 도시된 경우는 상기 차(Diff)가 음의 값이고, 제2 임계값(SW2)보다 작은 경우에 해당되며, 이때 제2 임계값(SW2)은 음의 값이다. 이러한 경우는 제2 품질의 연료가 제1 품질의 연료로 변경된 경우에 나타난다. 이 경우, 제어 장치는 제2 특성맵(150)으로부터 제1 특성맵(140) 또는 제1 특성맵 세트로 변경한다(도면부호 250 참조).
상기 차(Diff)가 제1 임계값(SW1)보다 작고, 제2 임계값(SW2)보다 큰 경우, 이러한 작은 차(Diff)는 특성맵의 변경을 필요로 하지 않는다(도면부호 260 참조).
추가로 또는 대안으로, 시스템 용량에 대한 새로운 값이 기준값으로서 제어 장치 또는 EEPROM 내에 저장될 수도 있다. 상기 새로운 값은, 그 외에 본 발명에 따른 프로세스에 따라 산출된 다른 값들과 마찬가지로, 최대한 높은 품질을 갖도록 하기 위해 바람직하게 통계적 방법을 이용하여 결정된다. 상황에 따라 존재하는 "이전의" 기준값들은 통상 오버라이트된다.
본 발명에 따른 프로세스는 2개의 연료 품질을 예로 하여 기술되었다. 그러나 더 많은 연료 품질의 검출에도 용이하게 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 프로세스는 예컨대 디젤 기관의 일반적인 희박 연소를 예로 하여 기술되었다. 그러나 본 발명에 따른 프로세스는 예컨대 매연분진 필터를 위한 재생 구동 또는 NOx 트랩 촉매컨버터를 위한 NSC 구동과 같은 다른 구동 모드들에도 확대 적용될 수 있다.

Claims (12)

  1. 내연기관의 상이한 액츄에이터들이 제어 장치(100)에 의해 내연기관 작동점에 기초하여 구동되며, 상기 제어 장치(100)는 내연기관이 공지된 특성들을 갖는 기준 연료로 작동되는 경우 제1 특성맵(140) 또는 제1 특성맵 세트를 이용하여 액츄에이터들을 구동하고, 내연기관이 대체 연료로 작동되는 경우 제2 특성맵(150) 또는 제2 특성맵 세트를 이용하여 액츄에이터들을 구동하는, 내연기관 제어 프로세스에 있어서,
    임의의 기준 작동점(Bref)에서 기준 연료를 사용했을 때 단위시간당 내연기관 연료 소비량[g/h]이 제1 기준값(R1)으로서 저장되고, 상기 기준 작동점(Bref)에서의 내연기관의 실제 연료 소비량(Vactual)이 검출되며, 제1 기준값(R1)과 실제 연료 소비량(Vactual)이 비교되고, 제1 기준값(R1)과 실제 연료 소비량(Vactual) 사이의 차(Diff = R1 - Vactual)로부터 연료 품질이 추론되고,
    제1 기준값(R1)과 실제 연료 소비량(Vactual) 사이의 차(Diff = R1 - Vactual)가 양의 값이고 제1 임계값(SW1)보다 큰 경우, 기준 연료가 대체 연료로 변경된 사실이 검출되며, 그 결과 제2 특성맵(150) 또는 제2 특성맵 세트로의 전환이 실시되는 것을 특징으로 하는, 내연기관 제어 프로세스.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 제1 기준값(R1)과 실제 연료 소비량(Vactual) 사이의 차(Diff = R1 - Vactual)가 음의 값이고 제2 임계값(SW2)보다 작은 경우, 대체 연료가 기준 연료로 변경된 사실이 검출되며, 그 결과 제1 특성맵(140) 또는 제1 특성맵 세트로의 전환이 실시되는 것을 특징으로 하는, 내연기관 제어 프로세스.
  4. 제1항에 있어서, 제1 기준값(R1)과 실제 연료 소비량(Vactual) 사이의 차(Diff = R1 - Vactual)가 제1 임계값(SW1)보다 작거나 같고, 제2 임계값(SW2)보다 크거나 같으면, 현재 특성맵 또는 현재 특성맵 세트가 유지되는 것을 특징으로 하는, 내연기관 제어 프로세스.
  5. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 기준 작동점(Bref)이 내연기관의 공회전에 상응하며, 그와 동시에 내연기관의 레일 압력(pRail) 또는 분사 압력(pinj)이 사전 설정된 압력(pRail,1)과 일치하는 것을 특징으로 하는, 내연기관 제어 프로세스.
  6. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 기준 작동점(Bref)은 내연기관의 온도(TICE)가 제3 임계값(SW3)보다 높고(TICE > SW3), 연료의 온도(Tfuel)가 제4 임계값(SW4)보다 높은(Tfuel > SW4) 경우에만 개시되는 것을 특징으로 하는, 내연기관 제어 프로세스.
  7. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 기준 작동점(Bref)은 대기압력(pamb)이 제5 임계값(SW5)보다 높은(pamb > SW5) 경우에만 개시되는 것을 특징으로 하는, 내연기관 제어 프로세스.
  8. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로세스는 내연기관이 기준 작동점(Bref)에서 최소 지속시간(Tmin)동안 작동된 경우에만 실행되는 것을 특징으로 하는, 내연기관 제어 프로세스.
  9. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로세스는 이벤트 드리븐 방식으로 실행되는 것을 특징으로 하는, 내연기관 제어 프로세스.
  10. 제9항에 있어서, 상기 프로세스는 사전 설정된 내연기관 작동 시간의 경과 후에 실행되거나, 또는 매 연료 충전 과정 이후 적어도 1회 실행되거나, 또는 사전 설정된 내연기관 작동 시간의 경과 후에 실행되고 매 연료 충전 과정 이후 적어도 1회 실행되는 것을 특징으로 하는, 내연기관 제어 프로세스.
  11. 제9항에 있어서, 주행 사이클 당 상기 프로세스의 실행 횟수가 최대값으로 제한되는 것을 특징으로 하는, 내연기관 제어 프로세스.
  12. 내연기관 제어 장치에 있어서,
    제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항의 프로세스에 따라 작동되는 것을 특징으로 하는, 내연기관 제어 장치.
KR1020107026390A 2008-05-26 2008-12-10 내연기관의 제어 프로세스 및 장치 KR101550479B1 (ko)

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