KR101574668B1 - 동압 판독값에 기초하여 엔진 파라미터를 추정하는 방법 및 시스템 - Google Patents

동압 판독값에 기초하여 엔진 파라미터를 추정하는 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

하나 또는 그 이상의 압력 센서들에 의해 얻어진 동압 판독값들에 기초하여 연소기관 가스 교환 시스템의 엔진 파라미터들을 추정하는 방법 및 시스템. 예시적인 실시예에 따르면, 방법 및 시스템은 제공된 동압 판독값들 및 추가적인 엔진 상태들을 처리하기 위해 인공 신경망(ANN)을 이용한다.

Description

동압 판독값에 기초하여 엔진 파라미터를 추정하는 방법 및 시스템{ESTIMATING ENGINE PARAMETERS BASED ON DYNAMIC PRESSURE READINGS}
본 출원은 2008년 5월 8일 출원된 미국 가출원 제61/051383호의 우선권을 수반한 출원이다.
본 명세서가 총체적으로 관련된 기술분야는 연소기관 가스 교환 시스템에 사용되는 압력 센서들을 포함한다.
내연 기관들은 다양한 엔진 상태들을 감지하기 위해 압력 센서들, 온도 센서들, 기류 센서들 등의 무수히 많은 센서들을 사용할 수 있다. 감지된 엔진 상태를 나타내는 출력 신호들은 센서들로부터 모니터링, 조정, 조작, 또는 그 이외의 다른 엔진 작동들을 제어하기 위한 엔진 제어장치나 다른 전자 모듈에 제공될 수 있다.
본 발명의 목적은 동압 판독값에 기초하여 엔진 파라미터를 추정하기 위한 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
바람직한 일 실시예는 (a) 연소기관 가스 교환 시스템의 압력을 감지하는 단계; (b) 동압 판독값들을 전자 제어장치에 제공하는 단계; 및 (c) 적어도 하나의 엔진 파라미터를 추정하기 위해 상기 동압 판독값들을 이용하는 단계를 포함하여 이루어진 엔진 파라미터를 추정하는 방법을 포함할 수 있다.
바람직한 또 하나의 실시예는 엔진 파라미터를 추정하는 시스템을 포함할 수 있으며, 이 시스템은: 연소기관 가스 교환 시스템의 제1영역에 위치되고 전자 출력부를 구비한 압력 센서; 연소기관 가스 교환 시스템의 제1영역에 위치되어 상기 압력 센서와 음향 통신하는 기계 장치; 및 압력 센서의 전자 출력부와 연결된 전자 입력부를 구비한 전자 제어장치를 포함하고, 전자 제어장치는 압력 센서로부터 수신한 동압 판독값들로부터 기계 장치의 위치를 추정한다.
본 발명에 따르면, 동압 판독값에 기초하여 엔진 파라미터를 추정할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예들은 상세한 설명과 첨부된 도면들로부터 보다 상세하게 이해될 것이다.
도 1은 바람직한 일 실시예에 따른, 차량에 사용될 수 있는 형태의 연소기관 가스 교환 시스템의 블록선도,
도 2는 바람직한 일 실시예에 따른, 동압 판독값들에 기초하여 엔진 파라미터를 추정하는 방법을 도시한 순서도,
도 3은 바람직한 일 실시예에 따른, 도 2에 도시된 방법의 단계들 중 하나를 구체적으로 도시한 순서도.
이하의 실시예들의 설명은 사실상 예시적인 것일 뿐, 본 발명 및 이의 적용 또는 활용들을 한정하는 것은 아니다.
연소기관 가스 교환 시스템(Combustion Engine Gas Exchange System) -
도 1을 참조하면, 차량에 사용될 수 있는 형태의 예시적인 연소기관 가스 교환 시스템(10)의 블록선도가 도시된다. 일반적으로, 연소기관 가스 교환 시스템(10)은 엔진에 공기를 제공하는 흡기 시스템(12), 공기/연료 혼합물의 연소로부터 기계 동력을 발생시키는 엔진(14), 및 엔진으로부터 연소 가스를 배출하는 배기 시스템(16)을 포함한다. 연소기관 가스 교환 시스템(10)은 또한, 공기를 압축하고 엔진 출력을 증가시키는 터보과급 시스템(20), 배기가스를 줄이기 위해 배기가스의 일부를 재순환시키는 엔진 가스 재순환(EGR) 시스템(22), 다양한 엔진 작동 상태를 전자적으로 제어하는 엔진 제어장치(24), 및 엔진에 연료를 공급하는 연료 시스템(미도시)을 포함하는, 이 기술분야에서 당업자들에게 공지된 다양한 부가 장치들, 부품들, 시스템들 등을 포함할 수 있다.
이하에 더 자세히 기술되는 것처럼, 압력 센서들은 연소기관 가스 교환 시스템(10)의 도처에 장착되어, 다양한 엔진 파라미터들을 추정하거나 예측하는데 사용될 수 있는 동압 판독값들을 제공한다. 이하의 흡기 시스템(12), 엔진(14), 및 배기 시스템(16)의 차후의 설명에서, 압력 센서 구성들의 많은 예들이 제공될 것이다. 이들은 단지 가능한 압력 센서 구성들 중 일부이지만, 다른 많은 압력 센서의 실시 형태들이 사용될 수도 있다. 또한, 간단하게 나타내기 위해, 센서들과 엔진 제어장치(24) 사이에 단지 예시적인 전자적 연결만을 도시하였다(예를 들면, 엔진 제어장치의 입력부들 중 일부만이 도시되고, 엔진 제어장치의 출력부들은 도시되지 않음).
흡기 시스템(12)은 다른 공지의 부품들 이외에도, 공기 필터(30), EGR 시스템(22)의 일부인 저압 EGR 밸브(32), 터보과급 시스템(20)의 일부인 압축기(34), 인터쿨러(intercooler)(36), 흡입 스로틀 밸브(38), 흡입 매니폴드(40), 배관들(50~58), 및 센서들(60~66)을 포함할 수 있다. 앞에 언급한 부품들 중 대부분은 이 기술분야에서 공지된 것이므로, 여기서는 이들의 기능에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
공기 필터(30)는 입자들과 다른 먼지들이 실린더들에 진입하여 엔진에 손상을 주지 않도록 입자들과 다른 먼지들을 제거함으로써, 흡입 공기를 여과하거나 세정한다. 여기에 도시된 예시적인 실시예에 따르면, 공기 필터(30)는 그 출력부 측에서 배관(50)과 연결된다.
저압 EGR 밸브(32)는 신선 공기와 함께 저압 EGR 가스의 흡기 시스템으로의 유입을 제어하거나 조절하고, 이 기술분야에서 공지된 다수의 다양한 밸브 형태들 및 설계들 중 하나로서 구현될 수 있다. 이 바람직한 실시예에 있어서, 저압 EGR 밸브(32)는 냉각 장치(74)의 하류측 배관(52)에 장착되며, 냉각 장치(74)는 배기가스가 흡기 시스템으로 재유입되기 전에 배기가스를 냉각하는데 사용되고 EGR 시스템(22)의 일부이다. 물론, EGR 혼합 장치, T자 형상 연결 장치 등의 부품들이 배관(50, 52)과 함께 결합하는데 사용될 수 있다.
터보과급 시스템(20)의 일부인 압축기(34)는 흡기 시스템(12)에서 공기 또는 공기/배기가스 혼합물을 압축하고, 엔진의 성능을 증가시기키 위해 엔진(14)에 압축 가스를 공급한다. 도 1에 도시된 것처럼, 압축기(34)는 터보과급 시스템(20)의 터빈 장치와 공용 액슬 또는 샤프트를 공유하고, 일반적으로 이 기술분야에서 공지된 원리에 따라 작동된다. 이 바람직한 실시예에 있어서, 압축기(34)는 상류측의 배관(50)과 하류측의 배관(54) 사이에 연결되어 있지만, 다른 압축기 구성들 및/또는 배치들도 사용될 수 있다.
장입공기쿨러(charge air cooler)라고도 알려진 인터쿨러(36)는 당업자들이 알고 있는 것처럼, 시스템의 체적 효율을 개선하기 위해 흡기 시스템(12)내의 공기를 냉각한다. 흡기 시스템(12)내의 공기의 온도를 저하시킴으로써, 인터쿨러(36)는 싸이클 당 더 많은 공기가 연소되도록 하는 농후한 장입물을 엔진(14)에 제공하고, 이는 엔진의 출력을 증가시킬 수 있다. 여기에 도시된 예시적인 실시예에 따르면, 인터쿨러(36)는 흡기 시스템(12)에 장착되어, 배관(54)과 배관(56) 사이에 연결된다.
흡입 스로틀 밸브(38)는 흡입 매니폴드(40)로 유입되는 공기량을 제어하여 엔진 속도, 결국에는 엔진(14)에 영향을 미친다. 흡입 스로틀 밸브(38)는 차량의 가스 페달(gas pedal) 또는 악셀레이터(accelerator)와 작동가능하게 결합되고, 운전자가 조작한 가스 페달의 위치에 따라 엔진(14)의 흡입측의 기류를 조절할 수 있다. 이 바람직한 실시예에 있어서, 흡입 스로틀 밸브(38)는 버터플라이 밸브(butterfly valve)이고, 배관(56)과 배관(58)이 합쳐지는 위치의 바로 상류측의 배관(56)에 장착된다. 디젤 엔진들에서, 흡입 통로와 배기 통로 사이의 압력차가 EGR 비율을 구현할 정도로 높지 않을 때는, 흡입 스로틀은, 부분적으로 닫혀진 상태로, 흡입측에 더 많은 배기가스를 공급하기 위해 흡입 통로의 압력을 감소시키는데 이용될 수 있다. 물론, 이는 흡입 스로틀 밸브의 예시적인 구성일 뿐이며, 흡입 스로틀 밸브는 배관(56), 또는 일부 다른 배관, 또는 도관의 다른 장소에 배치될 수 있다. 또 다른 배관(58)은 냉각 장치(76) 및 EGR 시스템(22)의 다른 부품들과 연통되고, T자 형상 연결 장치, 혼합 장치 또는 다른 연결 부품을 통해 배관(56)과 연결된다. 일부 전형적인 디젤 엔진들에서, 흡입 스로틀 밸브는 저압 EGR 시스템을 위한 진공을 생성하는데 이용될 수 있다는 점을 주목하여야 한다.
흡입 매니폴드(40)는 흡기 시스템(12)으로부터 엔진(14)의 여러 실린더에 공기를 분배하고, 엔진의 실린더 헤드에 견고하게 장착된다. 바람직하게는, 흡입 매니폴드(40)는 서로 다른 실린더들에 공기를 균등하게 분배하도록 설계되고, 특정한 실시형태에 따라, 기화기(기화된 경우), 연료 분사기(연료가 분사된 경우) 뿐 아니라, 압력 센서들과 같은 다른 부품들의 장착부로서의 역할을 한다.
앞에 언급한 것처럼, 하나 또는 그 이상의 센서들은 흡기 시스템(12)의 도처에 위치될 수 있고, 기류, 온도, 압력, 장치의 위치 등을 포함하는 광범위한 엔진 상태들을 측정할 수 있다. 센서들(60~66)은 사용될 수 있는 가용 센서들에 지나지 않으며, 다른 센서들, 센서 위치들, 센서 구성들 등으로 대체될 수 있다. 일부 실시예들에서, 센서들(60~66)은 엔진 상태들의 하나 또는 별개의 측정값들을 얻고, 엔진 제어장치(24)에 해당 출력값을 제공한다. 예를 들면, 센서는 하나의 기류 판독값을 얻고 이 하나의 판독값을 엔진 제어장치에 전달한다. 다른 실시예들에 있어서, 센서들(60~66)은 시간에 따라 엔진 상태를 동적으로 측정하거나 기록하고, 엔진 제어장치에 그 이력 데이터(historiacal data)를 제공한다. 예를 들면, 온도 센서는 주기적으로 흡기 시스템의 온도를 검출하고, 하나의 온도 판독값을 제공하는 대신에 그 시간 기반의 출력값을 엔진 제어장치에 제공한다.
기류 센서(60)는 흡기 시스템(12)의 한 부분을 통해 유입된 공기의 양을 측정할 수 있고, 이 출력값을 단위시간당 체적(예를 들면, L/s 또는 ft3/min)으로 나타낼 수 있다. 여기에 도시된 예시적인 실시예에 있어서, 기류 센서(60)는 배관(50)이 배관(52)과 결합되는 결합부분 바로 상류측의 배관(50)에 장착되고, 엔진 제어장치(24)에 흡입 기류 신호를 제공한다. 이러한 구성에 있어서, 흡입 기류 신호는 흡기 시스템으로 유입되는 외부, 주변 공기의 양을 나타낸다. 즉, 흡입 기류 신호는 EGR 시스템(22)으로부터의 가스량을 포함하지 않는다. 기류 센서(60)는 흡기 시스템(12) 내의 하나 또는 그 이상의 다른 위치에 장착될 수 있고, 출력 데이터를 엔진 제어장치(24)에 전달하기 위해 개별적인 전자 출력값, 차량 통신 버스, 무선 네트워크, 또는 일부 다른 적합한 전자 연결 장치를 이용할 수 있다.
터보과급기 속도 센서(62)는 압축기(34)의 회전 속도를 측정하고, 단위시간당 회전수(예를 들면, 분당 회전수(RPM), 초당 회전수 등)로 이 출력값을 제공할 수 있다. 그 결과로 생기는 터보과급기의 속도 신호는 엔진 제어장치(24) 또는 일부 다른 장치에 전달될 수 있고, 예를 들면 터보과급 시스템(20)의 작동을 최적으로 제어하는데 도움이 될 수 있다. 터보과급기 속도 센서(62)는 터보과급 시스템(20)의 도처에 위치된 다른 속도 센서들에 더하여 또는 그 대신에 사용될 수 있다.
스로틀 밸브 센서(64)는 흡입 스로틀 밸브(38)와 결합되고, 스로틀 밸브의 작동 위치를 결정하고, 엔진 제어장치(24)에 스로틀 밸브 위치 신호를 전달하는데 이용될 수 있다. 스로틀 밸브(38)가 버터플라이 밸브인 예시적인 실시예에 있어서, 스로틀 밸브 센서(64)는 유도 센서 또는 스로틀 밸브의 회전 위치를 측정하는 다른 형태의 회전 위치 센서일 수 있다. 또한, 스로틀 밸브 센서는 단 하나의 적합한 형태의 스로틀 밸브 센서이지만, 다른 형태의 센서들도 사용될 수 있다.
흡입 온도 센서(66)는 다양한 온도 센서 형태들 중 하나일 수 있고, 엔진 제어장치(24)에 흡입 온도 신호를 제공하도록 설계된다. 도 1에 도시된 예시적인 실시예에 따르면, 흡입 온도 센서(66)는 흡입 매니폴드(40)에 장착되어, 흡입 매니폴드로 유입되는 공기의 온도를 감지한다. 이는 가능한 구성 중 하나일 뿐이다. 다른 온도 센서들이 매니폴드에 장착된 온도 센서(66)에 더하여 또는 그 대신에 사용될 수 있고, 이들은 흡기 시스템(12)의 도처에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 인터쿨러(36)와 같은 장치의 양측에서 공기의 온도를 감지하는 것이 바람직할 수 있다. 이렇게 함으로써, 인터쿨러(36)가 유입공기로부터 제거하는 열량에 관한 정보를 엔진 제어장치(24) 또는 어떤 다른 장치에 제공할 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 배관(52)과의 결합부분의 상류측에 있는 배관(50)의 위치에, 온도 센서를 장착하는 것이 바람직하다. 이 온도 센서는 EGR 가스, 가압, 및 다른 인자들에 의해 영향을 받기 전에, 대기 공기 온도를 결정하는데 사용될 수 있다. 또한, 전술한 실시예들은 가능한 실시예들 중 일부일 뿐이다.
이어서 엔진(14)을 보면, 엔진은 가솔린 및 디젤 엔진들 그리고 다른 형태의 적합한 액체 및/또는 가스 연료들을 사용하는 엔진들을 포함하는 어떤 형태의 내연 기관일 수 있다. 엔진(14)은 왕복 피스톤들(미도시)을 수용하는 다수의 실린더들(80)를 포함하고, 각각의 실린더는 하나 또는 그 이상의 흡기 밸브들(82) 및 하나 또는 그 이상의 배기 밸브들(84)을 포함할 수 있다. 실린더 헤드는 이 기술분야에서 당업자들에게 널리 공지된 것처럼, 각각의 실린더마다 독립된 연소 챔버를 형성하기 위해 엔진 블럭에 장착되어 있다. 엔진(14)은 또한 이 기술분야에서 공지된 엔진 속도 센서, 엔진 온도 센서, 흡입 캠샤프트 위치 센서들, 배기 캠샤프트 위치 센서들, 및 다른 센서들을 포함하는 하나 또는 그 이상의 센서들을 포함할 수 있다. 간소화하기 위해, 이 4개의 예시적인 센서들 모두가 하나의 전형적인 센서(86)로 통합되어 있지만, 물론 각각의 센서들이 사용될 수도 있다.
도 1에 도시된 예시적인 엔진은 직렬 4실린더 엔진이다. 같거나 다른 수의 실린더들을 구비한 엔진들을 포함하는 다른 형태의 엔진들도 사용될 수 있다. 흡기 밸브들(82)과 배기 밸브들(84)은 모두 캠샤프트(미도시)에 작동가능하게 결합될 수 있어, 엔진의 흡입 및 배기 싸이클들에 따른 정시적인 전진운동(timed precession)을 통해 개폐된다. 푸시 로드들, 로커 암들, 밸브 스템들을 이용한 (싱글, 듀얼 등의)오버헤드 캠들을 이용한 캠 구성들을 포함하는 다양한 캠 구성들 뿐만 아니라 이 기술분야에 공지된 다른 캠 기구가 사용될 수 있다. 각각의 흡기 밸브들(82) 및 배기 밸브들(84)은 모따기되거나 그렇지 않으면 상호 보완적으로 형성된 실린더 헤드의 밸브 포트 내에 끼워넣기 위한 크기 및 모양의 테이퍼진 둘레를 가질 수 있다. 이러한 형태의 끼워넣는 구성은 밸브들이 압축 행정과 같은 엔진의 특정 사이클들을 수행하는 동안 제대로 폐쇄되고 안착될 수 있도록 한다.
엔진 속도 센서는 엔진(14)과 결합되고, 엔진의 회전 속도 및/또는 위치를 나타내는 엔진 속도 신호를 엔진 제어장치(24)에 제공한다. 엔진 크랭크샤프트의 출력을 모니터하는 센서들을 포함하는 다양한 공지의 엔진 속도 센서들이 사용될 수 있다. 엔진 속도 신호는 단위 시간당 회전수(예를 들면, 분당 회전수(RPM), 초당 회전수 등)로 표현될 수 있고, 엔진 상태는 상사점(TDC) 피스톤 위치(예를 들면, 상사점 전 10°등)로 표현될 수 있다. 이는 가능한 것들 중 일부일 뿐이다.
엔진 온도 센서는 엔진, 더 구체적으로는 엔진 블럭, 실린더 헤드 등의 물 재킷들을 통해 유동되는 엔진 냉각수의 온도를 감지한다. 감지된 온도는 엔진 온도 신호 등의 형태로 엔진 제어장치(24)에 전달될 수 있다.
흡입 캠샤프트 위치 센서들 및 배기 캠샤프트 위치 센서들은 각각 흡기 밸브들 및 배기 밸브들의 위치를 측정하고, 흡기 밸브 위치 신호들 및 배기 밸브 위치 신호들의 형태로 엔진 제어장치(24)에 위치 정보를 전달할 수 있다. 다양한 흡기 밸브들(80) 및 배기 밸브들(82)의 위치를 결정하는데 사용될 수 있는 다양한 센서들이 있다는 것을 인식하여야 한다. 다른 실시예에 있어서, 상술한 엔진 상태 신호는 다양한 밸브 위치들을 결정하는데 이용될 수 있다. 밸브들은 캠샤프트와 결합되고, 캠샤프트는 크랭크 샤프트와 결합되며, 크랭크 샤프트를 측정하여 엔진의 위치를 결정한다.
상술한 다양한 센서들은 엔진(14)과 함께 사용될 수 있는 예시적인 센서들이다. 물론, 예시된 센서들에 더하여 또는 그 대신에 유압 센서들, 흡입 기류 센서들, 압력 센서들 등을 포함하는 다른 센서들이 사용될 수 있다.
배기 시스템(16)은 다른 공지의 부품들 이외에, 배기 매니폴드(100), EGR 시스템(22)의 일부인 고압 EGR 밸브(102), 터보과급 시스템(20)의 일부인 터빈(104), 웨이스트게이트(wastegate) 밸브(106), 촉매 변환 장치(108), 배기 스로틀 밸브(110), 배관(120~128), 및 센서들(130~136)을 포함할 수 있다. 흡기 시스템과 마찬가지로, 전술한 다수의 배기 시스템 부품들은 이 기술분야에서 공지된 것이다. 그러므로, 여기서는 이들의 기능에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
배기 매니폴드(100)는 실린더들(80)로부터 배기 또는 연소 가스를 내보내고, 배기 또는 연소 가스는 배기 시스템(16)에 의해 처리되고 배출될 수 있다. 이 특정한 실시예에 있어서, 배기 매니폴드(100)는 실린더 헤드의 배기측에 장착되고, 다수대(對)일 구성으로 배관(120)과 연결된다. 예를 들면, 실린더들(80)로부터 나오는 다수의 분기관들은 배관(120)과 연결된 하나의 분기관으로 합쳐진다. 이 특정의 예시적인 엔진은 하나의 흡입 및 배기 배니폴드를 구비하지만, 다수의 흡입 및 배기 매니폴드들, 또는 실린더 헤드와 일체로 된 매니폴드들 등을 포함하는 다른 매니폴드 구성들이 사용될 수 있다.
고압 EGR 밸브(102)는 배기 매니폴드(100)와 연통되어 있고, 흡입 매니폴드(40)로 복귀하는 일부 배기가스의 재순환을 제어한다. 여기에 도시된 예시적인 실시예에 따르면, 고압 EGR 밸브(102)는 배관(120)과 냉각 장치(76) 사이에 연결된 배관(122)에 장착되고, 배기가스 재순환량과 재순환 타이밍을 조절한다. 일부 경우에 있어서, 재순환된 배기가스가 흡기 시스템에서 유입 공기와 혼합되기 전에 냉각 장치(76)를 통과하는 것이 바람직하다. 다른 경우에 있어서, 뜨거운 배기가스는 EGR 시스템의 부분이기도 한 바이패스 밸브(140)에 의해 냉각 장치(76) 둘레로 보내져서, 더 뜨거운 가스들이 흡입 매니폴드(40)로 유입된다.
전술한 것처럼, 터빈(104)은 터보과급 시스템(20)의 일부로서, 배기가스를 이용하여 압축기(34)를 구동한다. 이 예시적인 실시예에 있어서, 터빈(104)은 배관(120)으로부터의 배기가스를 수용하는 흡입구를 구비하고, 이 가스를 이용하여 터빈(104)과 압축기(34) 사이에 연장된 공용축을 회전시키는 회전가능한 휠 또는 터빈을 구동한다. 상술한 것처럼, 압축기(34)는 흡기 시스템(12)에서 공기를 압축하고, 압축 공기를 엔진에 제공한다. 이렇게 함으로써 시스템의 체적 효율을 증가시켜 엔진 성능을 개선할 수 있다. 터빈(104)은 또한 배기 시스템(16)을 따라 배기가스를 운반하는 배관(124)과 연결된 배출구를 포함한다. 가변용량 과급기(variable geometry turbocharger ; VGT) 시스템, 싱글-터보(single-turbo) 시스템, 트윈-터보(twin-turbo) 시스템 등을 포함하는 이 기술분야에 공지된 다양한 형태의 과급기들이 이용될 수 있다.
웨이스트게이트 밸브(106)는 터보과급 시스템(20)의 압력이 너무 커지면 배기가스가 터빈(104)으로부터 벗어나서 방향이 바뀌도록 설계된다. 터빈(104) 둘레로 배기가스의 방향을 바꾸는 것, 즉 선택적으로 터빈을 우회하는 것에 의해, 터빈과 압축기는 흡입 매니폴드(40)의 압력을 감소시키는 회전 속도를 잃게 된다. 이런 방식으로, 웨이스트게이트 밸브는 터보과급기의 출력을 제어 또는 조절하여, 터보과급 시스템(20)의 흡입 압력(boost pressure)을 안정시키는데 사용될 수 있다. 도 1의 예시적인 실시예는 터빈을 우회하고 배관(120)과 배관(124) 사이에 연결된 배관(126)에 장착된 웨이스트게이트 밸브(106)를 보여준다. 몇개만 예를 들면, 내부 및 외부 웨이스트게이트 밸브들을 포함하는 다른 형태의 웨이스트게이트 밸브들이 사용될 수 있다.
촉매 변환 장치(108)는 엔진(14)으로부터 나오는 배기가스의 유독물질을 감소시키고, 이 예시적인 실시예에 따르면, 배관(124)과 연결된 흡입구와 배관(128)과 연결된 배출구를 포함한다. 이 기술분야에서 당업자들이 알고 있는 것처럼, 촉매 변환 장치(108)는 연소 싸이클의 독성 부산물을 독성이 약한 물질들로 변환시키는 화학반응을 이용한다. 한정하는 것은 아니지만, 삼원 변환장치들, 이원 변환방치들, 및 디젤 산화 촉매(DOC) 변환 장치들과 디젤 엔진용 디젤 미립자 필터들(diesel particulate filters)을 포함하는 다양한 형태의 촉매 변환 장치들이 사용될 수 있다.
배기 스로틀 밸브(110)는 배기 시스템(16)으로부터 배기가스의 유동을 조절하거나 또는 조작하는데 사용될 수 있다. 이는 결국 배기 시스템의 배압 등의 엔진 상태들에 영향을 미칠 수 있다. 이 특정한 실시예에 따르면, 배기 스로틀 밸브(110)는 배관(128)에 장착되고, EGR 가스를 EGR 시스템(22)을 통과하여 구동시키기 위해 배압을 증가시킬 수 있다. 추가적인 하류측 배기 시스템 부품들의 일부 예들은 질소 산화물(NOx) 흡수제들, 그을음 필터들, 머플러들, 배기관들 등을 포함할 수 있다.
다양한 엔진 상태들을 측정하기 위해, 하나 또는 그 이상의 센서들(130~136)이 배기 시스템(16) 도처의 다양한 위치들에 장착될 수 있다. 예를 들면, 하나 또는 그 이상의 배기 온도 센서들(130)은 배기가스 온도를 측정하는데 사용될 수 있고, 산소(O2) 센서(132)들은 배기가스의 산소 함량을 결정하는데 사용될 수 있으며, 밸브 위치 센서들(134, 136, 138)은 밸브들, 스로틀들 및 다른 가변 위치 장치들의 작동 상태나 위치를 결정하기 위해 밸브들, 스로틀들 및 다른 가변 위치 장치들과 결합될 수 있다. 적용 가능한 분야에 있어서, 흡기 시스템 센서들(60~68)과 관련하여 전술한 내용은 일반적으로 배기 시스템 센서들(130~138)에도 적용된다. 센서들(130~138)은 예시적인 목적들을 위해 제공된 것일 뿐, 다른 형태, 위치, 및/또는 수량의 센서들이 사용될 수도 있다. 같은 형태의 복수의 센서들, 예를 들면 배기 시스템(16)의 서로 다른 세 위치들에서의 온도를 측정하는데 사용되는 3개의 다른 온도 센서들이 사용될 수도 있다.
여기에 도시되고 기술된 센서들 이외에도, 어떤 다른 적합한 센서 및 그에 의해 감지된 엔진 상태가 여기에 개시된 시스템에 이용될 수 있다. 예를 들면, 연소기관 가스 교환 시스템(10)은 가속 페달 센서들, 차량 속도 센서들, 파워트레인 속도 센서들, 필터 센서들, 진동 센서들, 노킹(knock) 센서들, 터보과급기 소음 센서들 등을 포함할 수도 있다. 또한, 터보과급기 효율, 부품의 파손이나 균형 문제들, 필터 부하, 디젤 미립자 필터(DPF)의 재생, EGR 비율, LP-HP-EGR-분율, 연소 챔버의 고압값들로부터가 아닌 공기 흡입 파라미터들에 기초한 실린더 장입물의 이상 분포 등을 포함하는 다른 엔진 상태들 및/또는 파라미터들이 여기에 개시된 방법들에 의해 이용될 수 있다. 즉, 임의의 센서가 전기, 기계, 화학적 상태들을 포함하는 임의의 적합한 엔진 상태들을 감지하는데 사용될 수 있다. 여기에 사용된 것처럼, 센서들은 엔진 상태들을 감지하거나 측정하는데 사용되는 하드웨어 및/또는 소프트웨어 부품들을 포함할 수 있다.
연소기관 가스 교환 시스템(10)은 예시적인 시스템뿐만 아니라, 부품들, 장치들, 시스템들 등의 다른 조합들과 구성들을 구비한 다른 시스템들도 사용될 수 있다는 점을 다시 주목하여야 한다.
압력 센서들 -
연소기관 가스 교환 시스템(10)은 또한 흡입가스, 배기가스, 또는 다른 엔진 가스들과 연결되는 하나 또는 그 이상의 압력 센서들(150~158)을 포함할 수 있다. 단지 개별적이고 정적인 가스 압력의 판독값을 제공하는 압력 센서들과는 달리, 압력 센서들(150~158)은 연소기관 가스 교환 시스템(10)의 영역 내에서 동압 거동을 측정하도록 설계되어 있다. 즉, 압력 센서들(150~158)은 일정시간 동안 압력파들을 모니터하고, 하나 또는 그 이상의 전자 출력부들을 통해 차량의 엔진 제어장치(24) 또는 다른 전자 제어장치에 해당 동압 출력값을 제공할 수 있다.
도 1에 개략적으로 도시된 예시적인 실시예에 따르면, 압력 센서들(150~158)은 흡기 시스템(12), 엔진(14), 및 배기 시스템(16)의 위치들을 포함하는 연소기관 가스 교환 시스템(10) 도처에 위치될 수 있다. 흡기 시스템(12)에 설치된 이들 압력 센서들에 있어서는 몇가지 특성들만 예를 들자면, 대략 3kHz보다 작거나 같은 주파수들을 갖는 동압 파형들을 측정하고(이는 작은 터보과급기들의 속도 모니터링에 유용할 수 있다), 대략 200dB보다 작거나 같은 진폭들을 갖는 동압 파형들을 측정하고, 일반적으로 흡입 기류의 습기에 저항력을 갖는 것이 바람직하다. 배기 시스템(16)에 장착된 압력 센서들은 다양한 환경 조건들 즉, 흡기 시스템의 일반적인 공기 환경보다 전반적으로 더 고온이고 더 부식성이 있는 공기/연료 환경에 노출되고, 따라서 다양한 센서 특성들을 가질 수 있다. 예를 들면, 앞에 언급한 3kHz와 200dB의 작동 파라미터들 이외에도, 배기 시스템의 압력 센서들은 열과 부식에 대한 더 큰 저항력을 가져서 고온의 배기가스, 그을음 축적물 등에 의해 원치 않은 영향을 받지 않는 것이 바람직하다.
도 1에 도시된 실시예에 따르면, 압력 센서(150)는 공기 필터(30) 및 터보과급 압축기(34) 사이의 배관(50)에 장착된다. 불가피한 것은 아니지만, 압력 센서들(150~158)은 가능한한 기류의 방해를 최소화하도록 장착되는 것이 바람직하다. 일 실시예에 있어서, 이는 압력 센서들이 장착되는 배관들 또는 다른 부품들의 내벽이나 표면들과 거의 평면이 되도록 압력 센서들을 장착함으로써 이루어질 수 있다. 압력 센서(150)는 공기 필터(30), 저압 EGR 밸브(32), 및 터보과급 압축기(34)와 음향 통신되고, 하나 또는 그 이상의 엔진 파라미터들을 나타내는 동압 파형들을 측정할 수 있다. 예를 들어, 배관(50) 내의 동압 거동은 몇 가지를 인용하면, 저압 EGR 밸브(32)의 작동 위치, 압축기(34)의 속도, 또는 공기 필터(30)를 통과하는 공기의 유량에 의해 영향을 받을 수 있다. 압력 센서(150)에 의해 감지되는 배관(50) 내의 동압 거동은 이후에 더 자세히 기술되는 것처럼, 하나 또는 그 이상의 엔진 파라미터들을 예측 또는 추정하는데 이용될 수 있다.
배관(56)에 장착된 압력 센서(152)가 도시되어 있고, 이 압력 센서(152)는 흡입 스로틀 밸브(38), 냉각 장치(76) 및 흡입 매니폴드(40)와 음향 통신된다. 압력 센서(152)가 이들 각각의 장치들과 음향 통신되기 때문에, 일부 파라미터들은 배관(56)의 동압 거동으로부터 알 수 있다. 즉, 배관(56)의 동압 거동은 그 배관과 음향 통신하는 장치들과 관련성을 가질 수 있다. 예를 들면, 흡입 스로틀 밸브(38)와 흡기 밸브들(82)과 같은 기계 장치들의 작동 위치들은 압력 센서(152)를 통해 감지된 동압 거동에 영향을 미칠 수 있다. 압력 센서(152)가 흡기 밸브들(82)과 너무 인접하게 장착되면, 동압 판독값들의 정확성에 영향을 미칠 수 있는 엔진으로부터의 원치 않은 소음, 진동들 등이 있을 수 있다. 배관(56) 대신에 흡입 매니폴드(110)나 다른 곳에 압력 센서(152)를 장착할 수도 있다.
압력 센서(154)는 배관(120)에 장착되고, 배기 밸브들(84), 고압 EGR 밸브(102), 터보과급 터빈(104), 및 웨이스트게이트 밸브(106)를 포함하는 여러 기계 장치들과 음향 통신된다. 바람직하게는 압력 센서(154)는 배관에 장착되어 배기 밸브들(84)의 위치 및 작동뿐만 아니라 고압 EGR 밸브(102), 터빈(104), 및 웨이스트게이트 밸브(106)의 작동 상태에 대한 정보를 제공하는 동압 거동을 측정할 수 있다. 이런 방식으로, 압력 센서(154)는 여러 장치들(이 경우, 배기 밸브들, EGR 밸브, 웨이스트게이트 밸브뿐 아니라 터보과급 터빈)에 관한 정보를 동시에 수집할 수 있다. 압력 센서(154)가 배관(120) 대신에 배기 매니폴드(100)에 장착된다면, 압력 센서(154)는 소음 및 다른 바람직하지 않은 신호 성분들이 감소되는 방식으로 장착될 수 있다.
예시적인 실시예에 있어서, 압력 센서들(152, 154)은 각각 흡기 밸브들(82)과 배기 밸브들(84)의 위치들과 관련이 있는 동압 판독값들을 얻도록 장착될 수 있다. 이러한 실시예는 밸브 위치 센서들을 대체하는데 사용될 수 있고(이는 비용을 절감할 수 있다), 또는 시스템에 여분값(redundancy)을 제공하기 위해 밸브 위치 센서들과 함께 사용될 수 있다. 여분의 판독값들은 때로는, 예를 들면 밸브 작동이 하나 또는 그 이상의 형태로 변화되거나 제어되는 가변 밸브 트레인 시스템들에 도움이 될 수 있다.
압력 센서(156)는 배관(128)에 장착되고, 촉매 변환 장치(108), 냉각 장치(74), 및 배기 스로틀 밸브(110)와 음향 통신된다. 또한, 압력 센서가 장치 또는 이 장치가 정보를 수집하고자 하는 장치들과 음향 통신되는 한, 특정한 센서 구성, 위치 등이 도 1에 도시된 예시적인 실시예에서 변경될 수 있다.
압력 센서들(150~158)은 분리되고 독립적인 장치들일 수 있고, 또는 다른 장치들, 센서들, 시스템들 등과 일체로 구성될 수 있다. 압력 센서들은 여기에 기술된 방법들에 의해 이용될 수 있지만, 엔진 시스템 제어 및 진단의 성능 향상을 위해 단일 또는 개별의 압력 측정값들을 얻는데 이용될 수도 있다. 예를 들면, 압력 센서들은 각각의 실린더의 차이들을 보상하기 위해 실린더 간의 타이밍 및 연료 공급을 제어하는데 이용될 수 있다. 이하에 더 자세히 기술되는 것처럼, 다음의 방법들은 다른 전용 센서들을 이용하여 통상 측정되는 엔진 파라미터들을 추정하기 위해 압력 센서들을 이용할 수 있다.
방법 -
예시적인 실시예에 따르면, 방법(200)은 압력 센서들(150~158)로부터 연소기관 가스 교환 시스템(10) 내의 압력 이외의 적어도 하나의 엔진 파라미터를 추정 또는 예측하기 위해, 하나 또는 그 이상의 동압 판독값들을 이용한다. 특정한 적용예에 따라서, 추정된 엔진 파라미터는: 몇 가지 가능성을 예로 들면, 추정된 엔진 파라미터를 그렇지 않으면 직접 측정하였을 하나 또는 그 이상의 센서들을 대신(이는 비용을 절감할 수 있다)하거나, 하나 또는 그 이상의 센서들의 판독값들을 확인하거나(이는 리던던시를 목적으로 사용될 수 있다), 장치 또는 센서의 기능 불량을 검출(이는 신뢰성을 개선할 수 있다)하는데 이용될 수 있다.
단계(202)를 시작하면, 압력 센서(152)는 연소기관 가스 교환 시스템(10), 더 구체적으로는 흡입 스로틀 밸브(38), 바이패스 밸브(140) 및 하나 또는 그 이상의 흡기 밸브들(82)과 음향 통신되는 배관(56)내의 압력을 감지한다. 압력 센서(152)는 일정시간 동안 배관(56)내의 동압 거동을 나타내는 하나 또는 그 이상의 동압 판독값들을 얻을 수 있다. 다음의 예는 압력 센서(152)에 관한 것이지만, 시스템(10)의 다른 어떤 압력 센서도 사용될 수 있다. 이는 시스템(10)의 다른 위치들에 장착되고 여기서 특별히 언급하지 않은 압력 센서들 뿐만 아니라, 압력 센서들(150~158)도 포함한다. 동압 판독값들은 아날로그 신호 또는 디지털 신호일 수 있고(보통은 아날로그 신호이지만 후에 디지털 신호로 변환됨), 일반적으로 일정시간 동안 시스템(10) 영역에서의 압력의 이력을 제공한다. 일 실시예에 있어서, 동압 판독값은 일정 기간동안 특정 주파수로 샘플링된 개별적인 압력 판독값들의 디지털 편집값을 포함한다. 예를 들면, 싱글 동압 판독값은 1초 동안 연장되고, 1kHz의 비율로 샘플링된 1000개의 개별적인 압력 측정값들을 포함할 수 있다.
다음으로, 엔진 속도와 같은 추가적인 엔진 상태들이 연소기관 가스 교환 시스템(10)의 하나 또는 그 이상의 센서들, 부품들, 시스템들 등에 의해 결정된다(단계 204). 배관(56)과 같은 시스템(10) 영역으로부터 얻어진 동압 판독값들은 추가적인 엔진 상태들에 의해 영향을 받을 수 있다. 따라서, 때로는 추가적인 엔진 상태들을 이용하여 동압 판독값들을 늘리는 것이 도움이 된다. 그러나, 엔진 속도는 단계 204에서 측정되고, 방법(200)을 통해 이용될 수 있는 추가적인 엔진 상태들 중 하나의 예일 뿐이다. 기류, 온도, 산소(O2) 함유량, 밸브 위치들 등과 같은 다른 추가적인 엔진 상태들이 이용될 수도 있다. 이는 선택적인 단계이다. 압력 센서들(150~158)로부터의 동압 판독값들은 때로는 엔진 파라미터를 추정하는데 필요한 모든 정보를 제공할 수 있어, 추가적인 정보가 필요하지 않다.
동압 판독값들과 추가적인 엔진 상태들은 감지되자마자 본래 센서들로부터 엔진 제어장치(24)에 보내어질 수 있고, 또는 엔진 제어장치에 제공되기 전에 처리, 저장 등이 될 수 있다. 센서 측정값들을 가공 또는 처리하고, 처리용 전자 제어장치에 센서 측정값들을 제공하기 위한 많은 기술들이 이 기술분야에 공지되어 있으며, 이러한 기술들 중 어느 것이라도 본 발명에 이용될 수 있다. 예를 들면, 여기서 데이터는 고역 필터(high-pass filter), 저역 필터(low-pass filter), 또는 다른 노이즈 감소 기술을 통해 필터링될 수 있다.
단계 206에서, 이전 단계들로부터의 동압 판독값들 및/또는 추가적인 엔진 상태들은 하나 또는 그 이상의 신호 처리 기술들을 통해 전처리될 수 있다. 일반적으로, 단계 206은 이전에 획득한 정보를 전처리하여, 데이터는 많은 정보의 손실없이 요약, 압축, 여과, 또는 정리될 수 있다. 단계 206의 하나의 예시적인 실시예가 도 3에 더 자세히 도시되고, 동압 판독값들(합성 함수)을 하나 또는 그 이상의 단순 기저 함수(simpler basis function)들로 분해하기 위해 웨이블릿 분석(wavelet analysis)을 사용하는 단계를 포함한다(단계 302). 적합한 예시적인 웨이블릿 분석의 두가지 예가 Haar 타입 분석과 Daub 타입 분석이지만, 다른 분석들이 이용될 수도 있다.
각각의 단순 기저 함수들은 특정 주파수를 기초로 하고, 진폭과 위상 모두를 나타내는 계수를 포함한다. 단계 304에서, 방법은 각각의 단순 기저 함수들의 계수를 계산한다. 이 계수들을 계산하기 위한 다양한 방법들이 있다. 예시적인 실시예에 있어서, 웨이블릿 분석은, 상기 형태의 작업을 수행하기 위한 신호 분석 툴 패키지를 구비한 매트랩(Matlab)과 같은, 통상적으로 이용할 수 있는 소프트웨어를 통해 수행된다. 이하에 더 자세히 기술되는 것처럼, 서로 다른 계수들의 계산은 하나 또는 그 이상의 엔진 파라미터들을 추정하는데 도움을 주기 위해 이용될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 단계(302)와 단계(304)는 푸리에 분석(Fourier Analysis)과 같은 다른 조화 분석(harmonic analysis) 기술로 대체된다. 유사한 방법으로, 푸리에 분석은 최초의 합성 함수(이 경우에는 동압 판독값들)를 사실상 사인 곡선인 하나 또는 그 이상의 단순 기저 함수들로 분리하거나 분해하는데 이용될 수 있다. 각각의 단순 기저 함수들의 계수를 계산하는 것은 진폭과 위상에 관한 정보(하나 또는 그 이상의 엔진 파라미터들을 추정하는데 이용될 수 있는 정보)를 얻게 해준다. 예시적인 실시예에 있어서, 고속 푸리에 변환(FFT; fast fourier transform)이 이용된다. 주성분 분석(principal component analysis), 특징 선택 방법(feature selection method), 및 다른 조화 분석 기술들과 같은 다른 기술들이 이 기술분야에 공지되어 있으며, 본 발명에 채용될 수 있다.
다음으로, 단계 306은 외부 성분들 또는 다른 수용할 수 없는 성분들을 제거하기 위해 이전 단계들로부터의 정보를 필터링한다. 하나의 예시적인 실시예에 따르면, 단계 306은 소정의 주파수 범위 또는 대역폭 밖의 주파수들에 기초하는 단순 기저 함수들을 걸러내거나 제거하기 위해 대역 필터(band-pass filter)를 이용한다. 구체적으로, 차단 주파수들은 동압 판독값들을 제공하는 특정한 압력 센서(150~158)로 선택되거나, 측정되는 특정 장치 또는 엔진 파라미터로 선택될 수 있다. 물론, 몇 가지만 예를 들면, 저역, 고역, 버터워스(butterworth), 체비세브(Chebyshev), 엘립틱(elliptic) 필터들을 포함하는 다른 형태의 필터들과 기술들이 사용될 수도 있다. 단계 204에서 수집된 추가적인 엔진 상태들에 기초한 대역 통과 특성들(예를 들면, 차단 주파수들, 대역폭 등)을 선택하거나 제어할 수도 있다. 예를 들면, 차단 주파수들은 감지된 엔진 속도에 기초하여 선택될 수 있다. 엔진 속도나 온도와 같은 추가적인 엔진 상태들이 단계 202에서 수집되면, 이 정보 역시 필터링될 수 있다.
단계 308에서, 이전 단계들로부터의 정보는 폭넓은 값들을 고려하여 정규화될 수 있다. 예를 들면, 단계 202에서 선택적으로 수집된 단순 기저 함수들 및 추가적인 엔진 상태들과 관련된 계수들은 하나 또는 그 이상의 자릿수로 서로 달라질 수 있다. 이는 때때로 이후의 데이터 처리를 복잡하게 만들 수 있고, 따라서 단계(308)은 모든 값들이 예를 들면 0과 1의 소정의 두 경계 사이의 값들로 변환되는 정규화 프로세스를 포함할 수 있다. 일반적으로, 정보의 내용은 손실되지 않고, 오히려 쉽고 더 효율적인 방식으로 나중에 처리될 수 있는 형태로 변환될 수 있다. 다른 어떤 형태의 정규화 프로세스없이 이전 단계들로부터의 정보를 이용할 수 있기 때문에, 이 단계는 선택적인 것이다.
전처리 과정이 완료되면, 제어 순서는 도 2의 단계 208로 복귀할 수 있다. 도 3에 도시된 예시적인 단계들은 가능한 전처리 단계들의 일부만을 나타낸 것이다. 당업자들이라면 단계들(302~308) 이외에 또는 대신에 다른 단계들이 선택적으로 이용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 하나의 예시적인 실시예에 있어서, 도 3에 도시된 전처리 단계들은 단계 202에서 감지된 동압 판독값들에만 적용되고, 단계 204에서 측정된 다른 어떤 추가적인 엔진 상태들에는 적용되지 않는다. 다른 어떤 추가적인 엔진 상태들은 예를 들면, 자체의 전처리 단계들의 집합을 통해 선택적으로 전처리될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 미리 처리된 동압 판독값들 및/또는 추가적인 엔진 상태들은 하나 또는 그 이상의 엔진 파라미터들을 추정하는데 이용된다(단계 208). 동압 판독값들은 감지되거나 모니터링되는 시스템(10) 영역의 동압 거동을 나타낸다. 전술한 것처럼, 배관(56) 내의 동압 거동은 예를 들면, 흡입 스로틀 밸브(38), 바이패스 밸브(40), 하나 또는 그 이상의 흡기 밸브들(82) 및 센서(152)와 음향 통신되는 다른 장치들의 작동 위치와 연관될 수 있다. 스로틀 밸브(38)가 반만 개방된 경우, 배관(56) 내의 동압 거동은 스로틀 밸브(38)가 완전히 개방된 경우와는 달라질 수 있다. 밸브가 적절히 안착되지 않은 경우, 이 역시 동압 거동에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 단계 208은 엔진 파라미터들을 추정하기 위해 정형화되고, 실증적이고, 통계적인 기술들 및 다른 공지된 기술들을 포함하는 다양한 기술들 중 하나를 이용한다. 예시적인 실시예에 있어서, 단계 208은 인공 신경망(ANN)의 이용을 포함하는 기술을 이용한다.
예를 들면, 인공 신경망(ANN)은 입력부들, 출력부들, 인쇄회로기판(PCB) 등에 실장된 하나 또는 그 이상의 집적 회로(IC) 칩들을 포함할 수 있는 정보 처리 네트워크 또는 패러다임이다. 각각의 IC 칩들은 IC 칩들에 실장되고 서로 복잡하게 연결된 복수의 신경 소자들(때로는, 노드들(nodes) 또는 처리 요소들(processing elements)이라 불린다)을 포함하고, 각각의 신경은 일반적으로 기억 장치 및 평가 장치를 포함한다. 기억 장치는 학습 또는 교시 단계로부터 얻은 정보를 저장한다. 상기 정보의 예가 입력 패턴이다. 평가 장치는 입력 데이터의 일부를 처리하기 위해 해당 기억 장치에 저장된 정보를 이용한다. 예를 들면, 앞선 실시예에 있어서, 단일 평가 장치는 동압 판독값들로부터 얻어진 단순 기저 함수들의 전부 또는 일부를 처리하는데 이용될 수 있다. 일반적으로 말하면, 신경 소자들은 특이하고 중복되는 매우 복잡한 문제들을 해결하기 위해 서로 일치하거나 평행하게 작동되도록 설계된다. 그 특성들 중 몇 가지만 예를 들면, 복잡하고 부정확한 데이터로부터 의미를 얻는 능력, 적응 학습 속성들, 및 병렬적으로 과제들을 해결하는 많은 처리 요소들을 이용하는 능력 때문에, 신경 통신망(ANN)들은 다양한 적용예에 채용될 수 있다. 일부 적합한 적용예들은 패턴 인식 및/또는 데이터 분류를 포함한다.
예시적인 실시예에 있어서, 단계 208은 전처리된 동압 판독값들 및/또는 미리 결정된 엔진 상태들로부터 하나 또는 그 이상의 엔진 파라미터들을 얻기 위해, 인공 신경망(ANN)을 훈련하고 이용하는 단계를 포함한다. 훈련 단계에서, 각각의 신경 소자들은 특정 입력 패턴들을 위한 임의의 출력값을 내기 위해 훈련되거나 조절될 수 있다. 인공 신경망을 훈련 또는 학습하는데 이용될 수 있는 지도 및 비지도 학습 접근법들을 포함하는 많은 방법들 및 기술들이 있다. 전형적인 훈련 또는 학습 단계는 또한 적합한 신경망들에서, 경험을 통해 수정되는 연결 가중치의 배열을 포함할 수 있다. 이는 인공 신경망에 특정 인공 지능 능력들을 제공한다. 여기에 이용된 예시적인 실시예에서, 훈련 단계는 테스트 트랙, 동력계, 배기가스 실험실, 또는 이 기술분야에 공지된 다른 방법의 계기 차량과 같은 조종 환경에서 연소기관 가스 교환 시스템(10)의 작동으로부터 획득한 정보를 이용할 수 있다.
인공 신경망이 적절히 훈련되면, 인공 신경망은 입력값을 처리하고 특정 출력값을 전달하는데 이용될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 훈련된 인공 신경망은 전처리된 동압 판독값들 및/또는 추가적인 엔진 상태들을 수신하고, 데이터를 분석하고, 패턴 인식 등에 기초하여 소정의 엔진 파라미터들의 측정을 시도한다. 인공 신경망을 발전시켜 복수의 엔진 파라미터 측정값들을 출력할 수 있더라도(예를 들면, 입력부인 압력 센서(152)로부터의 동압 판독값들을 통해, 인공 신경망은 스로틀 밸브(38)와 바이패스 밸브(140)의 작동 위치들을 결정한다), 해당 인공 신경망은 상당히 커서, 많은 처리 자원들이 사용될 수 있다. 따라서, 일부 적용예들을 더 효율적으로 만들기 위해, 추정된 각각의 엔진 파라미터를 위한 별도의 인공 신경망이 개발될 수 있다.
앞에서 기술한 내용은 예시적인 인공 신경망의 일반적인 설명이며, 다양한 형태의 다양한 인공 신경망들 뿐만 아니라 서포트 벡터 머신들(support vector machines)과 같은 다른 인공 지능 시스템들이 사용될 수 있다. 훈련, 이용, 및 다른 형태의 인공 신경망들에 대한 더 많은 정보를 위해서는, Neural Networks - A Systematic Introdution,(저자: Rual Rojas, 서문: Jerome Feldman, 출판사: Springer, 출판지역: 베를린·뉴욕, 출판년도: 1996년, 총 502페이지 350개 도해); An Instruction to Neural Networks(저자: Ben Krose와 Patrick van der Smagt, 1996년 11월 제8판, ⓒ 1996 암스테르담 대학); Learning with Kernels(저자: Scholkopf, Smola, MIT 출판부, 2001년); The Perceptron, a Probabilistic Model for Information Storage and Organisation in the Brain(저자: Rosenblatt, F., 1958년, Psychological Review, 62/386); 및 Theory of Pattern Recognition(저자: Vapnik와 Chervonenkis, 1979년)을 보길 바란다.
인공 신경망이 출력값을 전달하면, 더 유용한 형태로 변환하기 위해 정보는 후처리될 필요가 있다(단계 210). 예를 들면, 전처리된 정보가 단계 308에서 정규화된다면, 후처리 단계는 전처리된 정보가 원래의 형태로 돌아가도록 인공 신경망의 출력값을 역정규화시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어 신호의 형태로 밸브 위치 출력값을 출력하는 것이 유용하다. 즉, 절대 또는 상대적인 밸브 위치(예를 들면, 스로틀 밸브는 25%만 개방함)를 출력하는 대신에, 단계 210은 추정된 위치와 일치하는 사용률(duty cycle)을 나타내는 출력값을 제공할 수 있다. 이는 시스템이 더 빠르고 효과적으로 모터 제어 알고리즘 등으로 전환될 수 있도록 한다.
일 실시예에서, 방법(200)은 적어도 하나의 기계 장치들(배기가스 재순환(EGR) 밸브(32, 102, 140), 터보과급 압축기(34), 터보과급 터빈(104), 스로틀 밸브(38, 110), 웨이스트게이트 밸브(106), 흡기 밸브(82) 또는 배기 밸브(84))와 음향 통신되는 연소기관 가스 교환 시스템(10) 영역의 압력을 감지한다. 그러면, 감지된 압력은 엔진 제어장치(24) 또는 다른 전자 제어장치에 제공되어, 해당 기계 장치의 위치가 전술한 방법에 따라 측정될 수 있다.
다른 실시예에서, 방법(200)은 적어도 하나의 엔진 파라미터들(흡입 공기 온도, 배기 공기 온도, 흡입 기류, 또는 배기 기류)을 추정하는데 이용된다. 기계 장치들의 위치에 적용되는 앞에서 언급한 엔진 파라미터들과는 달리, 이 엔진 파라미터들은 연소기관 가스 교환 시스템(10)의 다른 무형의 상태들에 관한 것이다. 물론, 구체적으로 언급된 엔진 파라미터들은 사실상 예시적인 것일 뿐이므로, 전술한 방법 및 시스템을 통해 다른 엔진 파라미터들이 추정될 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예들은 사실상 단지 예시적인 것일 뿐이므로, 이들의 변형은 본 발명의 정신과 범위로부터 벗어나는 것으로 간주되지 않는다. 상술한 방법들, 절차들, 형태들, 특징들, 시스템들 등의 다양한 조합들이 함께 이용될 수 있다. 또한, 상술한 방법들 및 절차들은 기술된 예시적인 실시예들과는 다른 단계들의 연속 또는 조합을 채용할 수 있다. 즉, 방법들 및 절차들이 앞에서 제공된 예시적인 실시예들의 정확한 순서를 따를 필요는 없다. 이 방법들 및 절차들은 다른 순서가 될 수 있고, 또는 단계들의 다른 조합을 가질 수 있다.
본 명세서 및 청구항들에 사용된 것처럼, "예를 들면", "예를 들어", "~과 같은", "~등"의 용어, "~을 포함하는", "~을 구비한", "~을 갖는"의 동사, 및 다른 동사 형태들은 각각, 하나 또는 그 이상의 요소들이나 다른 항목들의 목록과 결합되어 사용될 때, 제한을 받지 않는 것으로 해석되어야 한다. 즉, 목록이 다른 추가적인 요소들이나 항목들을 배제하는 것으로 간주되지는 않는다는 것을 의미한다. 다른 해석을 필요로하는 맥락으로 사용되지 않는 한, 다른 용어들은 가장 넓은 범위의 합리적인 의미를 이용하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (20)

  1. (a) 배기가스 재순환(EGR) 밸브, 터보과급 압축기, 터보과급 터빈, 스로틀 밸브, 웨이스트게이트 밸브, 흡기 밸브, 및 배기 밸브로 구성된 군 중에서 선택된 적어도 하나의 기계 장치와 음향 통신되는 연소기관 가스 교환 시스템 영역의 동압 거동을 감지하는 단계;
    (b) 전자 제어장치에 일정시간 동안 획득한 동압 거동을 나타내는 동압 판독값들을 제공하는 단계; 및
    (c) (ⅰ) 동압 판독값들을 전처리하는 단계 및 (ⅱ) 인공 신경망(ANN)을 이용하여 전처리된 동압 판독값들을 후처리하는 단계를 통해, 적어도 하나의 기계 장치의 위치를 추정하기 위해 동압 판독값들을 이용하는 단계를 포함하는 엔진 파라미터를 추정하는 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    단계 (ⅰ)는 동압 판독값들을 나타내는 합성 함수를 복수의 단순 기저 함수들로 분해하기 위해 웨이블릿 분석을 이용하여 동압 판독값들을 전처리하는 단계를 더 포함하고, 각각의 단순 기저 함수들에 대해 진폭 및 위상이 결정되는 것을 특징으로 하는 엔진 파라미터를 추정하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    웨이블릿 분석은 Haar 웨이블릿 분석 또는 Daub 웨이블릿 분석인 것을 특징으로 하는 엔진 파라미터를 추정하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    단계 (ⅰ)는 동압 판독값을 나타내는 합성 함수를 주파수 영역에서 복수의 단순 기저 함수들로 분해하기 위해 고속 푸리에 변환(FFT)을 이용하여 동압 판독값들을 전처리하는 단계를 더 포함하고, 각각의 단순 기저 함수들에 대해 진폭 및 위상이 결정되는 것을 특징으로 하는 엔진 파라미터를 추정하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    단계 (ⅰ)는 단계 (ⅱ)의 전처리된 동압 판독값들을 처리하기 전에 소정의 두 경계 사이의 값들을 정규화하여 동압 판독값들을 전처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 파라미터를 추정하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    단계 (ⅱ)는 동압 판독값들을 수신하는 하나 또는 그 이상의 입력부들, 복수의 신경 소자들 및 적어도 하나의 추정된 엔진 파라미터를 제공하는 하나 또는 그 이상의 출력부들을 구비한 인공 신경망(ANN)을 이용하여 전처리된 동압 판독값들을 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 파라미터를 추정하는 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    단계 (c)는 흡입 공기 온도, 배기 공기 온도, 흡입 기류, 또는 배기 기류로 구성된 군 중에서 선택된 적어도 하나의 엔진 파라미터를 추정하기 위해 동압 판독값들을 이용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 파라미터를 추정하는 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    단계 (b)는 전자 제어장치에 하나 또는 그 이상의 추가적인 엔진 상태들을 제공하는 단계를 더 포함하고,
    단계 (c)는 적어도 하나의 엔진 파라미터를 추정하기 위해 동압 판독값들 및 추가적인 엔진 상태들을 이용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 파라미터를 추정하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    하나 또는 그 이상의 추가적인 엔진 상태들은 엔진 속도를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 파라미터를 추정하는 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    단계 (a)는 적어도 두 개의 서로 다른 기계 장치들과 음향 통신되는 연소기관 가스 교환 시스템 영역의 압력을 감지하는 단계를 더 포함하고,
    단계 (c)는 적어도 두 개의 서로 다른 기계 장치들의 위치를 추정하기 위해 동압 판독값들을 이용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 파라미터를 추정하는 방법.
  13. 연소기관 가스 교환 시스템의 제1영역에 위치되고, 전자 출력부를 구비하며, 전자 출력부를 통해 연소기관 가스 교환 시스템의 제1영역의 동압 거동을 나타내는 동압 판독값들을 제공하는 압력 센서;
    연소기관 가스 교환 시스템의 제1영역에 위치되어, 압력 센서와 음향 통신하고, 배기 가스 재순환(EGR) 밸브, 터보과급 압축기, 터보과급 터빈, 스로틀 밸브, 웨이스트게이트 밸브, 흡기 밸브, 또는 배기 밸브로 구성된 군 중에서 선택되는 기계 장치; 및
    압력 센서의 전자 출력부와 연결되는 전자 입력부를 구비하고, 압력 센서에서 수신한 동압 판독값들로부터 기계 장치의 위치를 추정하는 전자 제어장치를 포함하고,
    상기 전자 제어장치는 압력 센서에서 수신한 동압 판독값들을 전처리하고, 동압 판독값들을 수신하는 하나 또는 그 이상의 입력부들, 복수의 신경 소자들, 및 추정된 기계 장치의 위치를 제공하는 하나 또는 그 이상의 출력부들을 구비한 인공 신경망(ANN)을 이용하여 동압 판독값들을 후처리하는 것을 특징으로 하는 엔진 파라미터를 추정하는 시스템.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제13항에 있어서,
    추가적인 엔진 상태들을 감지하여 전자 제어장치에 제공하는 하나 또는 그 이상의 추가적인 센서들을 더 포함하고,
    전자 제어장치는 동압 판독값들 및 추가적인 엔진 상태들로부터 기계 장치의 위치를 추정하는 것을 특징으로 하는 엔진 파라미터를 추정하는 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    하나 또는 그 이상의 추가적인 엔진 센서들은 엔진 속도 신호를 제공하는 엔진 속도 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 파라미터를 추정하는 시스템.
  18. 제13항에 있어서,
    압력 센서는 적어도 두 개의 서로 다른 기계 장치들과 음향 통신되고,
    전자 제어장치는 동압 판독값들로부터 적어도 두 개의 서로 다른 기계 장치들의 위치들을 추정하는 것을 특징으로 하는 엔진 파라미터를 추정하는 시스템.
  19. 제13항에 있어서,
    압력 센서는 연소기관 가스 교환 시스템의 흡기 시스템에 장착되고, 3kHz보다 작거나 같은 주파수들을 갖는 동압 파형들을 측정하고, 200dB보다 작거나 같은 진폭들을 갖는 동압 파형들을 측정하며, 흡입 기류의 습기에 저항력이 있는 것을 특징으로 하는 엔진 파라미터를 추정하는 시스템.
  20. 제13항에 있어서,
    압력 센서는 연소기관 가스 교환 시스템의 배기 시스템에 장착되고, 3kHz보다 작거나 같은 주파수들을 갖는 동압 파형들을 측정하고, 200dB보다 작거나 같은 진폭들을 갖는 동압 파형들을 측정하며, 배기 기류의 열과 부식에 저항력이 있는 것을 특징으로 하는 엔진 파라미터를 추정하는 시스템.
KR1020107026791A 2008-05-08 2009-04-28 동압 판독값에 기초하여 엔진 파라미터를 추정하는 방법 및 시스템 KR101574668B1 (ko)

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