KR101738878B1 - 내연기관의 가변 밸브 트레인을 제어하는 방법 및 장치 - Google Patents

내연기관의 가변 밸브 트레인을 제어하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 복수의 실린더(2)를 포함하는 내연기관(1)의 가변 밸브 트레인(80, 110)을 제어하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 내연기관(1)의 제 1 작동점에서 흡기량이 결정되고, 연료량 감소에 대한 실린더-개별값들은, 내연기관의 불균일한 가동을 나타내는 특성이 소정의 불균일한 가동 임계값에 이를 때까지 각각의 실린더(2)에 대해 제각기 공급된 연료량을 계속해서 감소시킴으로써 결정된다. 흡기량에 있어서의 최종 변화에 대한 흡기 밸브 리프트에서의 변화의 비율은 제 1 작동점에 대하여 결정된다. 기준값에 대한 흡기 밸브 리프트의 실린더-개별 편차들은 상기 비율, 제 1 작동점에서의 흡기량, 및 연료량 감소에 대한 연계값에 기초하여 결정된다. 가변 밸브 트레인(80, 110)은 흡기 밸브 리프트의 실린더-개별 편차들에 기초하여 제어된다.

Description

내연기관의 가변 밸브 트레인을 제어하는 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING A VARIABLE VALVE TRAIN OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 복수의 실린더를 구비한 내연기관의 가변 밸브 트레인을 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
현대 내연기관의 연료 소모 및 유해 배기가스를 더욱 저감하려는 노력에 있어서, 흡기 밸브들 및/또는 배기 밸브들의 가변 제어를 위해 가변 밸브 트레인들을 구비한 내연기관들의 사용이 증가되고 있다. 이와 관련하여, 가변 밸브 리프트 제어부를 갖춘 내연기관은 보다 낮은 중간 부하 범위(스로틀 밸브 완전 개방)에서 거의 언스로틀 상태(unthrottled)로 작동될 수 있기 때문에, 특히 효율적인 것으로 입증되어 있다. 그에 따라, 흡기 밸브들의 리프트에 대해서는, 부하만을 제어한다. 상기 언스로틀 상태의 작동 범위에 있어서는 하전 교환 손실이 낮기 때문에, 소모가 저감된다. 그러나, 밸브 트레인에서 및 밸브들에서의 제조 공차는 실린더 충전에 있어서의 오차를 야기한다. 특히 낮은 부하 범위에서, 및 언스로틀 모드의 흡기 밸브들의 리프트가 매우 작은 무부하 운전(idling)시에는, 실린더 충전에 있어서의 작은 오차 조차도 승차감을 제한하는 현저한 토크 차이로서 분명해질 수 있다. 상이한 내연기관들 사이에서뿐만 아니라 동일한 내연기관의 실린더들 사이에서 발생할 수 있는 상기 토크 차이는, 최악의 경우에는, 낮은 부하 범위에서 또는 무부하 운전시에 현저한 불균일한 가동을 초래하고, 그에 따라 승차감을 제한한다.
본 발명의 목적은, 승차감을 유지하면서도 연료 절약을 위한 상기 내연기관의 포텐셜이 보다 양호하게 이용될 수 있게 하는, 복수의 실린더를 구비한 내연기관의 가변 밸브 트레인을 제어하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
이 목적은 독립 청구항들의 대상들에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 실시예들은 종속 청구항들에 기재된다.
청구항 1에 따른 방법은 복수의 실린더를 구비한 내연기관의 가변 밸브 트레인을 제어하는데 적합하다. 이에 따르면, 내연기관의 제 1 작동점(operating point)에서 흡기량이 결정된다. 또한, 제 1 작동점에서, 연료량의 감소에 대한 실린더-지정값들은, 내연기관의 불균일한 가동을 나타내는 파라미터가 지정된 불균일한 가동 한계값에 이를 때까지 각각의 실린더에 대해 각각의 전달 연료량을 계속해서 줄임으로써 결정된다. 또한, 제 1 작동점에 대하여 흡기량의 최종 변화에 대한 흡기 밸브 리프트의 변화율이 결정된다. 밸브 기준값에 대한 흡기 밸브 리프트의 편차들은 상기 변화율, 제 1 작동점에서의 흡기량 및 연료량 감소에 대한 연계값에 기초하여 각각의 실린더에 대해 결정된다. 이후, 가변 밸브 트레인은 흡기 밸브 리프트의 실린더-지정 편차들을 고려하여 제어된다.
흡기 밸브들의 리프트에 있어서의 실린더-지정 편차들은 주로 밸브 트레인(밸브 제어 메커니즘)에서의 제조 공차 및 밸브들 자체의 공차에 기인한다. 본 발명은, 지정된 불균일한 가동값에 이를 때까지 전달된 실린더-지정 연료량을 감소시킴으로써, 흡기 밸브들의 리프트의 실린더-지정 편차들이 질적으로 및 양적으로 결정된다는 발상(idea)에 기초한다. 불균일한 가동에 이를 때까지 감소되어야 하는 전달 연료량이 많을수록, 각각의 실린더에 전달되는 흡기가 더 많아지고 흡기 밸브의 리프트가 더욱 커진다. 역으로, 불균일한 가동값에 이를 때까지 감소되어야 하는 전달 연료량이 적을수록, 각각의 실린더에 전달되는 흡기가 더 적어지고 흡기 밸브 리프트가 더욱 작아진다. 따라서, 연료량 감소의 실린더-지정값들은 실린더의 흡기 충전 및 그에 따른 흡기 밸브 리프트의 기준(measure)을 나타낸다. 따라서, 흡기 밸브 리프트 설정시의 정확도 또는 가능한 실린더-지정 공차들에 관한 결론들이 도출될 수 있다. 연료량 감소에 대한 상기 실린더-지정값들을 고려해서, 가변 밸브 트레인이 승차감 및 연료 소모에 대하여 최적으로 제어될 수 있다.
특히 낮은 부하 범위(예컨대, 무부하 운전)에 있어서 작은 흡기 밸브 리프트들에 대해서는, 흡기 밸브 리프트의 작은 변화가 흡기량의 상대적으로 현저한 변화를 야기한다. 따라서, 흡기량과 흡기 밸브 리프트 사이의 기능적인 관계는 낮은 부하 범위에서 큰 구배를 가지며, 그에 따라 측정에 의해 매우 양호하게 결정될 수 있다. 따라서, 흡기 밸브 리프트의 실린더-지정 오차들/편차들은 흡기량의 최종 변화에 대한 흡기 밸브 리프트의 변화의 비율, 흡기량, 및 지정 작동점에서 연료량 감소에 대한 실린더-지정값들에 기초하여 양호한 정확도로 결정될 수 있고, 그에 상응하여 밸브 트레인의 제어가 최적화될 수 있다.
청구항 2에 청구된 방법의 일 실시예에 있어서, 연료량 감소에 대한 다른 실린더-지정값들은 내연기관의 제 2 작동점에서 결정되고, 제 2 작동점에서의 흡기 밸브 리프트는 제 1 작동점에서보다 크다. 이를 위해, 각각의 실린더에 대해 각각의 전달 연료량은 내연기관의 불균일한 가동을 나타내는 파라미터가 지정된 불균일한 가동 한계값에 이를 때까지 계속해서 감소된다. 연료 전달에 있어서의 실린더-지정 오차들은 연료량의 감소에 대한 다른 실린더-지정값들 및 지정된 연료 기준값에 기초하여 결정된다. 이후, 제 1 작동점에서 연료량 감소의 실린더-지정값들의 결정 동안, 연료 전달에 있어서의 실린더-지정 오차들이 고려된다.
실린더 충전에 있어서의 오차들의 양적 및 질적 결정에 대하여 전달 연료량이 감소되기 때문에, 연료 공급 시스템, 특히 분사 밸브들의 제조 공차는 방법의 정확도에 영향을 미친다. 연료 전달에 있어서의 상기 오차들을 가능한 한 정밀하게 수량화하기 위해, 제 2 작동점에서 실린더-지정 전달 연료량은 다른 불균일한 가동 한계값에 이를 때까지 감소된다. 이후, 상기 연료량 감소의 실린더-지정값들이 적절한 연료 기준값과 비교된다. 연료 기준값은, 예컨대 연료량 감소의 실린더-지정값들의 평균값 또는 연료 공급 시스템의 제조자에 의해 제공된 대응값일 수 있다. 유리하게는, 연료 공급 시스템에는 공차들에 의해 야기된 연료 전달시의 실린더-지정 백분율 오차가 존재한다. 상기 오차들은, 상기 방법의 정확도를 향상시키는, 제 1 작동점에서의 연료량 감소의 값들을 결정할 때 고려된다.
제 2 작동점은, 지정 실린더들에 의해 생성된 토크에 대한 연료 공급 시스템의 실린더-지정 공차들에 의해 야기된 연료 전달시의 오차들의 영향이 밸브 트레인의 실린더-지정 공차들에 의해 야기된 흡기 충전시의 오차들의 영향에 비해 우세하도록 선택되는 것이 유리하다.
제 1 작동점은, 지정 실린더들에 의해 생성된 토크에 대한 연료 공급 시스템의 실린더-지정 공차들에 의해 야기된 연료 전달시의 지정 실린더들의 영향이 밸브 트레인의 실린더-지정 공차들에 의해 야기된 흡기 충전시의 오차들의 영향에 비해 무시할 수 있을 정도가 되도록 선택되는 것이 유리하다.
결과적으로, 상기 영향들의 중첩은 대체로 회피된다. 예컨대, 흡기 밸브들은 제 2 작동점에서 그들의 가능한 최대 리프트 및/또는 그들의 최대 개방 기간을 달성한다. 그에 반해서, 흡기 밸브들의 리프트들 및/또는 개방 시간들은 오히려 제 1 작동점에서 작다. 이는, 토크에 대한 밸브 트레인에서의 공차들에 의해 야기된 실린더 충전시의 오차들의 영향이 실린더 충전이 증가함에 따라 감소하는 반면, 토크에 대한 연료 전달시의 오차들의 영향은 실린더 충전이 증가함에 따라 증가하기 때문이다.
청구항 3에 청구된 방법의 일 실시예에 있어서, 내연기관의 밸브 트레인은 내연기관의 흡기 밸브들의 리프트의 실린더-지정 제어를 위해 설계된다. 밸브 트레인은 흡기 밸브 리프트의 실린더-지정 편차들이 감소되도록 제어된다.
밸브 트레인은, 예컨대 흡기 밸브들의 실린더-지정 제어를 위한 전자기 또는 공압 메커니즘을 포함할 수 있다. 흡기 밸브들의 리프트는 상기와 같은 메커니즘에 따라 실린더별로 변경될 수 있다. 흡기 밸브 리프트의 실린더-지정 편차들을 알고 있으면, 상기와 같은 편차들이 감소되도록 밸브 트레인이 제어되게 할 수 있다. 결과적으로, 실린더-지정 흡기량은 동등하게 설정될 수 있다.
청구항 4에 청구된 방법의 일 실시예는 내연기관의 흡기 밸브들의 리프트의 공통 제어를 위한 밸브 트레인을 목표로 한다. 흡기 밸브 리프트의 실린더-지정 편차들간의 차이들이 결정된다. 이어서 밸브 트레인에 의해 설정될 흡기 밸브들의 최소 리프트에 대한 제어값은 최대 크기차에 따라 결정된다.
개개의 실린더들의 실린더-지정 편차들간의 최대 크기차는 개개의 연소실에서의 흡기 전달의 스캐터(최대 차이) 및 그에 따른 개개의 실린더들의 토크 기여의 스캐터의 기준이다. 크기차가 매우 큰 경우에는, 실린더들간의 최종적인 강한 토크차 및 불균일한 엔진 가동 경향이 생길 수 있다. 최대 크기차가, 예컨대 지정된 상한값을 초과하면, 최소 흡기 밸브 리프트의 설정값은 증가될 수 있으며, 이로써 불균일한 가동이 개선된다. 최대 크기차가 지정된 하한값 미만이면, 최소 흡기 밸브 리프트의 설정값은 감소될 수 있으며, 결국 불균일한 가동의 현저한 악화 없이 소모 면에서 유리하다.
청구항 5에 청구된 방법의 일 실시예에 있어서, 흡기 밸브 리프트의 실린더-지정 편차들은 실린더-지정 연료 전달에 고려된다.
이는 배기 가스 조성 및 지정 실린더들에 의해 생성된 토크에 대한 흡기 밸브 리프트의 편차들의 부정적인 영향이 보상되게 한다.
복수의 실린더 및 복수의 흡기 밸브와, 흡기 밸브들의 리프트를 변경하는 장치를 구비한 내연기관의 청구항 6에 따른 제어 장치에는, 청구항 1 내지 5 중 어느 하나에 청구된 방법을 구현할 수 있는 수단이 설계 및 제공된다.
궁극적인 장점들에 관해서는, 청구항 1 내지 5의 설명을 참조하고, 장점들은 유사하게 적용된다.
본 발명은 첨부도면들을 참조로 예시적인 실시예를 이용해서 상세히 후술된다.
도 1은 내연기관의 개략적인 도면을 도시하고;
도 2a, 2b는 제어 방법의 예시적인 실시예를 플로차트 형태로 도시한다.
도 1에는 내연기관(1)이 개략적으로 도시된다.
내연기관(1)은 4개의 실린더(2)를 포함하지만, 이해를 돕기 위해 1개의 실린더만이 도시된다. 상기 실린더에 대한 설명은 다른 실린더들에도 유사하게 적용된다. 실린더(2)에 있어서, 실린더(2) 내에는 상하로 이동할 수 있는 피스톤(3)이 배치된다. 내연기관(1)은, 흡기를 유도하는 흡기구(4), 기류 센서(5), 스로틀 밸브(6) 및 흡입 파이프(7)가 하류 방향으로 배치되어 있는, 흡기관(40)을 또한 포함한다. 유도관(40)은 실린더(2) 및 피스톤(3)에 의해 구획된 연소실(30) 내로 개방된다. 연소에 필요한 흡기는 흡기관(40)을 통해 연소실(30)에 도입되고, 흡기의 전달은 적어도 하나의 흡기 밸브(8)를 개폐함으로써 제어된다.
본원에 도시된 내연기관(1)은 직접 연료 분사식 내연기관(1)이며, 여기서는 연소에 필요한 연료가 분사 밸브(9)에 의해 연소실(30)에 직접 (전자기식 또는 압전식으로) 분사된다. 또한, 연소실(30) 내로 돌출하는 점화 플러그(10)는 연소를 점화하는데 사용된다. 연소 배기 가스는 배기 밸브(11)를 통해 내연기관(1)의 배기관(16)으로 배출되고, 배기 가스 캐털라이저(catalyzer)(12)에 의해 정화된다.
배기 가스의 산소 함량을 기록하는 람다 센서(41)도 배기관에 배치된다.
내연기관은 흡기 밸브(8)들의 가변 제어를 위해 밸브 트레인(80)을 포함한다. 내연기관은 배기 밸브(11)들의 가변 제어를 위해 밸브 트레인(110)을 더 포함할 수 있다(하지만, 상기 구성은 아래에서는 고려되지 않음). 밸브 트레인(80)은 흡기 밸브(8)들의 실린더-지정 제어 또는 공통 제어를 목적으로 설계될 수 있다. 이를 위해, 밸브 트레인(80)은 전자기, 전기 또는 공압 메커니즘을 포함할 수 있다. 이로써, 밸브 트레인(80)은, 실린더 충전에 영향을 미치는 흡기 밸브들의 적어도 하나의 작동 파라미터, 특히 흡기 밸브(8)들의 리프트를 변경할 수 있다.
자동차(도시되지 않음)의 구동 트레인에는 피스톤(3)에 커플링된 크랭크샤프트(13)를 통해 동력이 전달된다. 내연기관(1)은 크랭크샤프트(13)의 위치 및 회전 속도를 기록하는 일체형 크랭크샤프트 센서(15)를 또한 구비한다.
내연기관(1)은 연료 탱크(17) 및 연료 펌프(18)가 내부에 배치되어 있는 연료 공급 시스템을 포함한다. 연료는 연료 펌프(18)에 의해 공급 라인(19)을 거쳐 압력 저장소(20)에 전달된다. 이는 공통 압력 저장소(20)이며, 이 저장소로부터 복수의 실린더(2)용 분사 밸브(9)들에 가압 연료가 공급된다. 공급 라인(19)에는 연료 필터(21) 및 고압 펌프(22)도 또한 배치된다. 고압 펌프(22)는 상대적으로 저압(대략 3-5 bar)으로 연료 펌프(18)에 의해 제공된 연료를 고압(통상 120-150 bar 정도)의 압력 저장소(20)에 전달하는데 사용된다.
내연기관(1)은 신호 및 데이터 라인(도 1에서는 화살표로 도시됨)을 통해 내연기관(1)의 모든 액추에이터 및 센서에 연결되는 연관 제어 장치(26)를 구비한다. 특성 필드들에 기초한 제어 기능들(KF1 내지 KF5)은 제어 장치(26)에서 소프트웨어 형태로 구현된다. 이를 위해, 제어 장치는 데이터 메모리 및 마이크로프로세서(도시되지 않음)를 포함한다. 센서들의 측정값들 및 특성 필드들에 기초한 엔진 제어 기능들에 기초하여, 내연기관(1) 및 연료 공급 시스템의 액추에이터들에 제어 신호들이 송신된다. 구체적으로, 제어 장치(26)는 데이터 및 신호 라인들을 통해 연료 펌프(18)로, 기류 센서(5), 스로틀 밸브(6), 점화 플러그(10), 분사 밸브(9)들, 가변 밸브 트레인(80)(밸브 트레인(110)도 가능), 크랭크샤프트 센서(15) 및 람다 센서(41)에 커플링된다.
제어 장치(26)는 분사 밸브(9)를 개폐하는 제어 신호들을 생성하도록 설계된다. 제어 신호들은 상응하는 신호 라인들(도 1에서는 화살표로 도시됨)을 통해 분사 밸브(9)들의 전자기 또는 압전 액추에이터들에 전송된다. 또한, 제어 장치(26)는, 이를 위해 실린더 충전에 영향을 미치는 밸브 트레인(80)의 작동 파라미터들, 특히 흡기 밸브(8)들의 리프트를 변경하기 위해, 밸브 트레인(80)(밸브 트레인(110)도 가능)을 제어하도록 설계된다. 제어 장치는, 도 2a 및 도 2b를 이용하여 예로서 기술되는 바와 같이, 밸브 트레인(80(110))에 대하여 본 발명에 따른 제어 방법을 구현할 수 있도록 설계된다.
도 2a 및 도 2b에 있어서, 도 1에 예로서 도시된 바와 같이, 4개의 실린더를 구비한 내연기관의 가변 밸브 트레인을 제어하는 방법의 예시적인 실시예는 플로차트 형태로 도시된다.
상기 방법은 제어 장치(26)에서 구현된 제어 기능들(KF1 내지 KF5)(도 1 참조)에 의해 구현된다.
상기 방법은 단계 200(도 2a 참조)에서, 예컨대 차량 운전자(도시되지 않음)에 의한 내연기관(1)의 시동으로 개시한다. 시동 이후에는, 크랭크샤프트 센서(15) 또는 기류 센서(5)에 의해 회전 속도 또는 기류가 계속해서 측정된다.
상기 방법은 내연기관(1)의 고정 작동점(stationary operating point)이 존재하는지의 여부에 대하여 검사가 이루어지는 단계 201로 이어진다. 이를 위해, 예컨대 회전 속도 및 전달 흡기량(유도 공기량)이 지정 기간에 걸쳐 지정값의 범위(window) 이내인지의 여부가 검사될 수 있다. 이 검사는 고정 작동점이 검출될 때까지 반복된다.
이어서, 상기 방법은 흡기 밸브(8)들의 리프트(실린더 충전에 영향을 미치는 밸브 트레인(80)의 작동 파라미터)가 지정 임계값보다 큰지의 여부에 대하여 검사가 이루어지는 단계 202로 이어진다. 단계 202의 조건이 충족될 때까지 검사가 반복된다. 단계 202에서의 검사 결과가 긍정적인 경우에는, 그에 따라 고정 작동점에서 내연기관(1)이 작동되고, 여기서의 흡기 밸브들의 리프트는 지정 임계값보다 크다. 이때 상기 작동점은 제 2 작동점으로서 인용된다. 이로써, 밸브 트레인(80) 작동 파라미터의 임계값은, 제 2 작동점에서, 개개의 실린더에 의해 생성된 토크에 대한 연료 전달시의 오차들(연료 공급 시스템, 특히 분사 밸브(9)들의 실린더-지정 공차들에 의해 야기됨)의 영향이 흡기 충전시의 오차들(밸브 트레인의 실린더-지정 공차들에 의해 야기됨)의 영향에 비해 우세하도록 크기가 정해진다.
결과적으로, 영향들의 중첩은 실질적으로 회피된다. 흡기 밸브(8)들은 제 2 작동점에서 그들의 가능한 최대 리프트에 이르는 것이 유리하다.
상기 방법은, 1과 내연기관의 실린더의 개수 사이의 정수값들을 채택할 수 있는 수치 변수 i가 값 1로 초기화되는, 단계 203으로 이어진다. 예시적인 실시예에 있어서, 내연기관이 4-실린더 엔진이기 때문에, 수치 변수 i는 1과 4 사이의 정수값들을 채택할 수 있다.
상기 방법은, 각각의 실린더(i)에 전달된 연료량이 지정량만큼 감소되는, 단계 204로 이어진다. 이를 위해, 각각의 실린더(i)에 연계된 분사 밸브(9)는 제어 장치(26)에 의해, 예컨대 상응하게 감소된 여기 시간에 의해 분사 밸브(9)의 개방 시간을 감소시킴으로써, 상응하게 제어된다.
상기 방법은, 실린더(i) 내의 연료량의 감소에 의해 야기된 토크 변화가 지정 임계값보다 큰 불균일한 가동을 초래하는지의 여부가 검사되는, 단계 205로 이어진다. 이를 위해, 불균일한 가동을 나타내는 파라미터 또는 작동 변수는 지정 임계값과 비교된다. 예컨대, 크랭크샤프트 센서(15)의 신호로부터 파라미터가 결정될 수 있다. 따라서, 예컨대 크랭크샤프트(13)의 회전 속도 변동 또는 가속도는 부분 동기식(segment synchronous manner)으로 크랭크샤프트 센서(15)의 신호로부터 결정될 수 있기 때문에, 실린더-지정 토크 기여 및 그에 따른 불균일한 가동에 관한 추론이 가능하다. 파라미터는 임계값과 비교된다. 이로써, 불균일한 가동의 임계값은 운전자의 승차감에 대하여 받아들이기 힘든 악영향이 없도록 지정된다. 프로세스 단계 204는 단계 205에서의 검사가 긍정적인 결과를 생산할 수 있을 때까지 반복된다. 실린더(i)에 전달된 연료량의 감소가 더 커질수록, 상기 실린더(i) 내의 연료 혼합은 상응하는 불균일한 가동이 발생할 때까지 더 희박해진다.
이후, 상기 방법은, 불균일한 가동 임계값에 이르거나/초과할 때까지 각각의 실린더(2)의 연료량 감소값을 저장하는 단계 206으로 이어진다.
상기 방법은, 계수 i가 이미 내연기관(1)의 실린더(2)들의 수(4개)에 도달했는지의 여부에 대하여 검사가 이루어지는 단계 207로 이어진다. 그렇지 않은 경우에는, 수치 변수 i는 단계 208에서 1 증분되고, 방법은 단계 204로 이어진다. 따라서, 상기 방법 단계들 204 내지 208은 내연기관(1)의 각각의 실린더(2)에 대해 수행되기 때문에, 결국 각각의 연료량 감소값은 불균일한 가동 임계값에 이를 때까지 각각의 실린더(2)에 대해 결정 및 저장된다.
단계 207에서의 검사 결과가 긍정적인 경우에, 상기 방법은, 각각의 실린더(2)에 대해 연료 전달시의 오차가 각각의 실린더-지정 연료량 감소값 및 지정 연료 기준값에 의거하여 결정되고 저장되는 단계 209로 이어진다. 연료 기준값은, 예컨대 제 2 작동점에서 연료량 감소에 대한 실린더-지정값들의 산술 평균 또는 연료 공급 시스템의 제조자에 의해 제공된 상응하는 정보일 수 있다. 각각의 실린더에 대한 연료 전달시의 실린더-지정 오차들은, 예컨대 각각의 실린더-지정 연료량 감소값 및 연료 기준값의 비율(quotient)들에 의거하여 형성될 수 있다. 결과적으로, 유리하게는, 연료 전달 시스템에서의 공차들(특히, 분사 밸브(9)에서의 공차들)에 의해 야기되는, 연료 전달시의 실린더-지정 백분율 오차가 발생한다.
연료 전달시의 상기 실린더-지정 오차들은 각각의 실린더(2)에 대해 연료 전달시의 제조 또는 노화 관련 부정확성을 반영한다. 따라서, 연료 전달시의 오차들은 특히 분사 밸브(9)들에서의 공차들에 기초한다. 연료 전달시의 상기 실린더-지정 오차들의 결정은, 하기의 설명으로부터 명확한 바와 같이, 전체 방법의 정확도를 향상시키는데 사용된다.
상기 방법은, 내연기관(1)이 고정 작동점에 있는지의 여부에 대하여 검사가 다시 이루어지는 단계 210으로 이어진다(도 2b 참조). 이 검사 기준의 정확한 설명에 대해서는, 단계 201의 설명에 이루어져 있다. 상기 검사는 고정 작동점이 검출될 때까지 반복된다.
상기 방법은, 흡기 밸브(9)의 리프트가 지정 임계값보다 작은지의 여부에 대하여 검사가 이루어지는 단계 211로 이어진다. 흡기 밸브(9)들의 리프트의 임계값은, 본원에서는 밸브 트레인(80)의 실린더-지정 공차들에 의해 야기된 지정 실린더들에 의해 생성된 토크에 대한 실린더 충전 오차들의 영향이 연료 공급 시스템의 실린더-지정 공차들에 의해 야기된 연료 전달시의 오차들의 영향에 비해 우세하도록, 크기가 정해진다. 결과적으로, 상기 영향들의 중첩은 대체로 회피된다. 단계 211에서의 검사는 긍정적인 결과가 나올 때까지 반복된다. 단계 211에서의 검사 결과가 긍정적인 경우에는, 내연기관(1)은 고정 작동점에서 작동되고, 흡기 밸브(9)들의 리프트는 지정 임계값보다 작다. 상기 작동점은 이후에는 제 1 작동점으로서 인용된다.
이제, 상기 방법은 단계 212로 이어지고, 여기서 제 1 작동점에서의 흡기량, 및 제 1 작동점에서 실린더들에 도입된 흡기량의 최종 변화에 대한 흡기 밸브(9)들의 리프트의 변화의 비율이 결정된다. 흡기량은 기류 센서(5)에 의해 결정될 수 있다. 제 1 작동점의 실린더들에 도입된 흡기량의 최종 변화에 대한 흡기 밸브(9)들의 리프트의 변화의 비율은 제어 장치에 구현된 물리적 모델들(흡입 파이프 모델)에 기초하여 계산될 수 있거나, 또는 특성 필드에 위치된 데이터에 기초하여 결정될 수 있다. 특성 필드의 데이터는, 예컨대 적절한 일련의 테스트에 의해 경험적으로 또는 컴퓨터 모델들을 사용하여 입력된다. 상응하는 값들은 작동점에 따라 결정된다. 상기 비율은 본질적으로, 실린더(2) 내의 흡기량이 내연기관(1)의 규정된 작동점에서 각각의 흡기 밸브(9)의 리프트에 따라 변화되는 범위를 명시한다. 보다 낮은 부하 범위에서 및 무부하 운전시에만, 흡기 밸브(9)의 리프트의 작은 변화들이 실린더(2)들 내의 흡기량(및 그에 따른 토크)의 현저한 변화를 야기하므로, 흡기량은 상기와 같은 변화에 매우 민감하게 반응한다. 따라서, 다양한 부하 점들에 대한 실험실 테스트에서 상기 관계의 또는 그 경험적 결정의 모델링은 오차들에 대하여 복원력이 있으며 정밀하다.
이제, 단계 203 내지 단계 205와 동일한 방식으로 실행되는, 단계 213 내지 단계 215로 이어진다. 따라서, 정확한 절차에 관해서는, 단계 203 내지 단계 205의 설명을 참조한다.
단계 215에서의 검사 결과가 긍정적인 경우에, 상기 방법은, 각각의 실린더(i)에 대하여, 불균일한 가동의 임계값에 이를 때까지 연료량의 감소에 대한 값이 결정되는, 단계 216으로 이어진다. 그러나, 이는 각각의 실린더(i)에 대하여 단계 209에서 결정된 연료 전달시의 오차를 고려하여 실행되는 것이 유리하다. 이를 위해, 제 1 작동점에서 연료량 감소에 대하여 결정된 실린더-지정값은 단계 209에서 결정된 연료 전달시의 연계 실린더-지정 오차에 의해 수정된다. 이렇게 해서, 분사 밸브들에서의 제조 공차들에 기인하는 연료 전달시의 실린더-지정 오차들이 상쇄되기 때문에, 상기 수정은 상기 방법의 정확도를 증가시킨다. 이후, 각각의 실린더(2)에 대한 제 1 작동점에서의 연료량 감소에 대한 수정된 실린더-지정값이 저장된다.
상기 방법은, 각각의 흡기 밸브(9)의 리프트의 실린더-지정 편차가 상술한 비율에 의거한 다른 기준값, 제 1 작동점에서의 흡기량, 및 연료량 감소에 대한 각각의 연계 수정값(단계 216 참조)으로부터 결정되는 단계 217로 이어진다. 추가의 기준값은, 예컨대 제 1 작동점에서 내연기관의 모든 흡기 밸브들의 평균 리프트값일 수 있다. 상기 편차들은 하기의 관계에 따라 양호한 근사값(테일러 1차 근사값)으로 결정될 수 있다:
Figure 112014016295844-pct00001

여기서, HUB_DIFi 는 밸브 기준값에 대한 실린더(i)의 흡기 밸브의 리프트의 편차이고,
Figure 112014016295844-pct00002
는 제 1 작동점에서 실린더(2)들에 전달된 흡기량의 최종 변화에 대한 흡기 밸브(9)들의 리프트의 변화의 비율이고(단계 212 참조), MAF는 제 1 작동점에서 내연기관의 흡기량이고(단계 212 참조), Δλ1 은 밸브 기준값에 대한 실린더(i)의 각각의 흡기 밸브의 리프트의 편차에 기인하는 각각의 실린더(i)에 대한 배기 가스 조성의 백분율 실린더-지정 변화이다. Δλ1 은 제 1 작동점에서 연료량의 감소에 대하여 제각기 연계된 수정값을 기초로 각각의 실린더에 대해 결정될 수 있다.
이는 4개의 실린더(i=4)를 구비한 내연기관에 대하여 하기의 예를 이용해서 설명된다:
4개의 실린더 모두에 대하여 단계 213 내지 단계 215를 거친다고 가정하면, 하기의 실린더-지정값들은 연료량의 감소에 대한 결과이다:
실린더 i=1: 전달된 연료량은 불균일한 가동 임계값을 초과하도록 20% 감소되어야 한다.
실린더 i=2: 전달된 연료량은 불균일한 가동 임계값을 초과하도록 15% 감소되어야 한다.
실린더 i=3: 전달된 연료량은 불균일한 가동 임계값을 초과하도록 10% 감소되어야 한다.
실린더 i=4: 전달된 연료량은 불균일한 가동 임계값을 초과하도록 5% 감소되어야 한다.
따라서, 연료량 감소에 대한 모든 실린더-지정값들의 평균값은 12.5%이다.
실린더 i=1에 대해서는, 상기 평균값으로부터의 편차가 +7.5%이다.
실린더 i=2에 대해서는, 상기 평균값으로부터의 편차가 +2.5%이다.
실린더 i=3에 대해서는, 상기 평균값으로부터의 편차가 -2.5%이다.
실린더 i=4에 대해서는, 상기 평균값으로부터의 편차가 -7.5%이다.
실린더 i=1 및 i=2에 대해서는, 평균값에 대하여 보다 많은 연료가 감소되어야 하기 때문에, 연료 혼합이 농후했다(농후 연료)고 판정될 수 있다. 그 때문에, 상대적으로 적은 연소 공기가 상기 실린더들에 전달되었다고 판정될 수 있다. 이는 상기 실린더들의 흡기 밸브들의 리프트들이 약간 작았음, 즉 스캐터가 보다 낮은 리프트값들을 향하고 있다는 판정을 초래한다.
실린더 i=3 및 i=4에 대해서는, 평균값에 대하여 보다 적은 연료가 감소되어야 하기 때문에, 연료 혼합이 희박했다(즉, 희박 연료)고 판정될 수 있다. 그 때문에, 상대적으로 많은 연소 공기가 상기 실린더들에 전달되었다고 판정될 수 있다. 이는 상기 실린더들의 흡기 밸브들의 리프트들이 약간 컷음, 즉 스캐터가 보다 큰 리프트값들을 향하고 있다는 판정을 초래한다.
실린더-지정 연료량과 실린더-지정 배기 가스 조성 사이의 비례 관계(부호 반전) 때문에, 다음과 같이 된다:
실린더 i=1: Δλ1 = -7.5%
실린더 i=2: Δλ2 = -2.5%
실린더 i=3: Δλ3 = +2.5%
실린더 i=4: Δλ4 = +7.5%
Δλ i 에 대한 값들을 알고 있으면, 각각의 흡기 밸브의 리프트의 각각의 편차(HUB_DIFi)가 각각의 실린더에 대해 계산될 수 있다.
이 방법은 컴퓨터 자원을 매우 적게 사용하여, 기준값에 대한 흡기 밸브들의 리프트의 편차들을 결정할 수 있게 한다.
상기 방법은 단계 218 및 단계 219로 이어지고, 여기서는 단계 207 및 단계 208에 대한 설명을 참조한다.
단계 218에서의 검사 결과가 긍정적이면, 이에 따라 흡기 밸브들의 리프트들의 (백분율) 편차들이 모든 실린더에 대하여 결정될 때, 상기 방법은, 밸브 트레인(8)의 적어도 하나의 제어 변수, 유리하게는 흡기 밸브들의 리프트가 이들 실린더-지정 편차에 기초하여 조절되는 단계 220으로 이어진다.
밸브 트레인(80)이 흡기 밸브(8)들의 실린더-지정 제어용으로 설계되면, 밸브 트레인은, 흡기 밸브들의 리프트에서의 실린더-지정 편차(HUB_DIFi)들이 감소되거나, 서로 대략 동등하게 설정되거나, 또는 서로 동등하게 설정되도록 제어될 수 있다. 결과적으로, 균일하고 정밀한 실린더 충전이 달성될 수 있다.
밸브 트레인이 흡기 밸브(2)들의 공통 제어용으로 설계되면, 흡기 밸브들의 리프트들의 실린더-지정 편차(HUB_DIFi)들 사이의 차이들이 결정된다. 예컨대, 이 값들 사이의 차이들이 형성될 수 있다. 밸브 트레인의 제어값, 특히 설정될 최소 흡기 밸브 리프트는 최대 크기차에 따라 조절된다. 실린더-지정 편차들 사이의 차이가 클수록, 내연기관의 불편한 가동 거동을 회피하기 위해, 개별 실린더들의 충전시의 차이가 커지고, 또한 설정될 최소 밸브 리프트의 값이 더욱 증가된다. 결과적으로, 낮은 부하에서의 및 무부하 운전시의 최적의 소모를 위한 작동 범위는 각각의 내연기관에 대해 최적으로 그리고 선택적으로 설정될 수 있다.
상기 방법은, 연료 전달 동안 흡기 밸브 리프트들의 실린더-지정 편차들을 고려하는 단계 221로 이어진다. 예컨대, 흡기 밸브들의 리프트에서의 편차들의 결과로서 실린더의 충전이 10% 많은 것으로 결정되는 경우에는, 각각의 분사 밸브를 통해 전달된 연료량도 그에 따라 증가된다. 결과적으로, 실린더-지정 배기 가스값들이 최적화될 수 있다.
이 지점에서, 상기 방법은 단계 210에서 시작하는 다른 작동점에 대하여 반복될 수 있다. 상이한 작동점들에 대하여 다수 실행된 후에, 밸브 트레인이 넓은 작동 범위에 대하여 최적화된다.
본 발명이 직접 연료 분사형 내연기관에 대하여 설명되었지만, 본 발명은 직접 연료 분사형 내연기관에 제한되지 않는다는 것은 명백하다. 본 발명은 연료 전달이 지정 실린더들에 대하여 제어될 수 있는 흡기 파이프 분사형 내연기관에도 적용 가능하다. 이는, 예컨대 그 흡기 매니폴드 내에 실린더마다의 분사 밸브가 배치되어 있는 내연기관에 대해서도 가능하다. 본 발명은 상기와 같은 흡기 파이프 분사형 내연기관에 유사하게 전용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 복수의 실린더를 구비한 내연기관의 가변 밸브 트레인(variable valve train)을 제어하는 방법으로서,
    내연기관의 제 1 작동점에서 흡기량(intake air quantity)을 결정하는 단계,
    상기 제 1 작동점에서, 상기 내연기관의 불균일한 가동을 나타내는 파라미터가 지정된 불균일한 가동 한계값에 이를 때까지 각각의 실린더에 대해 각각의 전달 연료량을 계속해서 감소시킴으로써, 상기 연료량의 감소에 대한 실린더-지정값들(cylinder-specific values)을 결정하는 단계,
    상기 제 1 작동점에 대하여 상기 흡기량의 최종 변화에 대한 흡기 밸브 리프트(lift)의 변화의 비율을 결정하는 단계,
    상기 비율, 상기 제 1 작동점에서의 흡기량 및 연계 연료량 감소값에 기초하여, 밸브 기준값에 대한 상기 흡기 밸브 리프트의 실린더-지정 편차들(cylinder-specific deviations)을 결정하는 단계, 및
    상기 흡기 밸브 리프트의 실린더-지정 편차들 중 하나 이상에 기초하여 상기 가변 밸브 트레인을 제어하는 단계를 포함하는,
    내연기관의 가변 밸브 트레인을 제어하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡기 밸브 리프트가 상기 제 1 작동점에서보다 큰 상기 내연기관의 제 2 작동점에서, 상기 내연기관의 불균일한 가동을 나타내는 파라미터가 지정된 불균일한 가동 한계값에 이를 때까지 각각의 실린더에 대해 전달된 각각의 연료량을 계속해서 감소시킴으로써, 연료량 감소에 대한 다른 실린더-지정값들을 결정하는 단계, 및
    연료량의 감소에 대한 상기 다른 실린더-지정값들 및 연료 기준값에 기초하여, 연료 전달에 있어서의 실린더-지정 오차들(cylinder-specific errors)을 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 연료 전달에 있어서의 실린더-지정 오차들은, 상기 제 1 작동점에서 상기 연료량 감소의 실린더-지정값들의 결정 동안 고려되는,
    내연기관의 가변 밸브 트레인을 제어하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 내연기관의 밸브 트레인은 상기 내연기관의 흡기 밸브들의 상기 리프트의 실린더-지정 제어를 위해 구성되고, 상기 밸브 트레인은, 상기 흡기 밸브 리프트의 실린더-지정 편차들이 감소되도록 또는 서로 근접하도록, 제어되는,
    내연기관의 가변 밸브 트레인을 제어하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 내연기관의 밸브 트레인은 상기 내연기관의 흡기 밸브들의 리프트의 공통 제어를 위해 구성되고,
    상기 흡기 밸브 리프트의 실린더-지정 편차들 사이의 차이들을 결정하는 단계, 및
    적어도 결정된 상기 차이들에 기초하여, 상기 밸브 트레인에 의해 설정될 상기 흡기 밸브들의 최소 리프트에 대한 제어 변수를 결정하는 단계를 추가로 포함하는,
    내연기관의 가변 밸브 트레인을 제어하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡기 밸브 리프트의 실린더-지정 편차들은 실린더-지정 연료 전달에 고려되는,
    내연기관의 가변 밸브 트레인을 제어하는 방법.
  6. 복수의 흡기 밸브 및 상기 흡기 밸브들의 리프트를 변경하는 장치를 구비한 내연기관의 제어 장치로서,
    상기 제어 장치는,
    상기 내연 기관의 제 1 작동점에서 흡기량을 결정하는 단계,
    상기 제 1 작동점에서, 상기 내연기관의 불균일한 가동을 나타내는 파라미터가 지정된 불균일한 가동 한계값에 이를 때까지 각각의 실린더에 대해 각각의 전달 연료량을 연속하여 감소시킴으로써, 상기 연료량의 감소에 대한 실린더-지정값들을 결정하는 단계,
    상기 제 1 작동점에 대하여 상기 흡기량의 최종 변화에 대한 흡기 밸브 리프트의 변화의 비율을 결정하는 단계,
    상기 비율, 상기 제 1 작동점에서의 흡기량 및 연계 연료량 감소값에 기초하여, 밸브 기준값에 대한 상기 흡기 밸브 리프트의 실린더-지정 편차들을 결정하는 단계, 및
    상기 흡기 밸브 리프트의 실린더-지정 편차들 중 하나 이상에 기초하여 가변 밸브 트레인을 제어하는 단계에 의해,
    복수의 실린더를 구비한 내연기관의 상기 가변 밸브 트레인을 제어하도록 프로그램되는,
    내연기관의 제어 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 흡기 밸브 리프트가 상기 제 1 작동점에서보다 큰 상기 내연기관의 제 2 작동점에서, 상기 내연기관의 불균일한 가동을 나타내는 파라미터가 지정된 불균일한 가동 한계값에 이를 때까지 각각의 실린더에 대해 전달된 각각의 연료량을 연속하여 감소시킴으로써, 연료량 감소에 대한 다른 실린더-지정값들을 결정하고,
    연료량의 감소에 대한 상기 다른 실린더-지정값들 및 연료 기준값에 기초하여, 연료 전달에 있어서의 실린더-지정 오차들을 결정하도록, 추가로 프로그램되며,
    상기 연료 전달에 있어서의 실린더-지정 오차들은, 상기 제 1 작동점에서 상기 연료량 감소의 실린더-지정값들의 결정 동안 고려되는,
    내연기관의 제어 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 내연기관의 밸브 트레인은 상기 내연기관의 흡기 밸브들의 상기 리프트의 실린더-지정 제어를 위해 구성되고,
    상기 밸브 트레인은, 상기 흡기 밸브 리프트의 실린더-지정 편차들이 감소되도록 또는 서로 근접하도록, 제어되는,
    내연기관의 제어 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 내연기관의 밸브 트레인은 상기 내연기관의 흡기 밸브들의 리프트의 공통 제어를 위해 구성되고,
    상기 제어 장치는,
    상기 흡기 밸브 리프트의 실린더-지정 편차들 사이의 차이들을 결정하고,
    적어도 결정된 상기 차이들에 기초하여, 상기 밸브 트레인에 의해 설정될 상기 흡기 밸브들의 최소 리프트에 대한 제어 변수를 결정하도록, 추가로 프로그램되는,
    내연기관의 제어 장치.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 흡기 밸브 리프트의 실린더-지정 편차들은 실린더-지정 연료 전달에 고려되는,
    내연기관의 제어 장치.
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