KR101829094B1 - 실화를 제어하는 방법 및 배열체 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 배열체는, 실린더 특정 조정 유닛들에 대한 실화 제어 커맨드들을 형성하도록 배열되고 실린더 특정 제 1 센서들에 접속가능한 제어 유닛을 포함한다. 제어 유닛은 또한 적어도 2 개의 상이한 타입들의 제 2 센서들 (2) 에 접속가능하다. 배열체는 제 1 센서들 및 제 2 센서들의 값들을 맵핑하는 맵 (4) 을 더 포함한다. 제 1 센서들의 값들은 실린더의 실화 조건을 특정적으로 나타내고, 제 2 센서들의 값들은 엔진의 적어도 2 개의 변수들을 나타낸다. 맵 (4) 은 또한 그 변수들 및 실화 조건에 관련하여 엔진의 실화 영역 (22) 및 동작점 (23) 을 나타낸다.

Description

실화를 제어하는 방법 및 배열체{METHOD AND ARRANGEMENT FOR CONTROLLING MISFIRE}
본 발명은 왕복 엔진 (reciprocating engine) 의 해로운 이벤트들을 제어하는 방법 및 배열체에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 실화 (misfiring) 에 관한 것이다. 엔진은, 예를 들어 디젤 엔진, 가스 엔진, 또는 다수의 상이한 연료들을 이용할 수 있는 엔진일 수 있다. 또한, 엔진은 저속 엔진 또는 중간 속도 엔진일 수 있다.
왕복 엔진들은 요즘에는 전자적으로 제어된다. 이 방식으로, 엔진의 우수한 드라이빙 속성들이 가능하며, 엔진은 배기 가스가 적고 효율성이 우수한 최적의 레벨에서 구동할 수 있다. 최적의 레벨에서의 구동에도 불구하고, 해로운 이벤트들이 발생할 수도 있다. 실린더/들은, 예를 들어 외란으로 인해 실화할 수도 있다. 배기관 시스템 내로의 과도한 미연 가스 방출을 피하기 위해 실화가 검출되는 것은 중요하다. 이것은 배기 가스를 증가시키며, 계속적인 실화들에 대해서는 또한 위험한 폭발을 초래할 수도 있다.
실화를 검출하기 위한 많은 공지된 솔루션들이 존재한다. 예를 들어, 크랭크샤프트의 각속도, 연소 중의 이온 전류, 공기-연료 비율 또는 실린더들의 인근의 진동 레벨들이 이용된다. 공기/연료 비율은 일반적으로 실린더의 실화 조건을 나타내는 데 이용된다. 그 목적은 실화 조건을 피하는 것이며, 이러한 이유로, 실화 조건을 나타내는 데 이용되는 임계 값들이 있다. JP 2004076668 은 린 실화 (lean misfire) 및 리치 실화 (rich misfire) 에 대한 임계 값들 (공기-연료 비율) 을 갖는 종래 기술의 제어 디바이스를 나타낸다. 공지된 솔루션들은 실화 조건을 나타내는 파라미터들을 따르며, 임계 값이 초과되면, 실화 제어는 실화를 제거하도록 반응한다. 기존의 솔루션들은 매우 유용하지만, 보다 우수한 품질을 제공하는 제어 디바이스를 갖는 것이 여전히 바람직하다.
본 발명의 목적은 이전의 솔루션들에 대해 개선된 제어 응답을 제공할 수 있는 제어 배열체를 생성하는 것이다. 그 목적은 독립항에서 설명되는 솔루션들에서 달성된다. 종속항들은 본 발명의 상이한 실시형태들을 설명한다. 본 설명이 엔진의 해로운 이벤트로서 주로 실화를 설명하고 있지만, 그 이벤트는 폭연 (knocking) 과 같은 다른 타입의 바람직하지 않은 조건일 수 있다. 다른 타입의 경우에 있어서, 제어 배열체는 그 특정 타입의 해로운 이벤트에 적응된다.
본 발명의 아이디어는, 사전에 실화를 피하고 또한 이전의 솔루션들에서보다 더 유연하게 엔진을 제어하기 위해, 실화에 반응하는 것 외에도, 엔진의 동작 조건이 실화 조건과 관련하여 정의되는 것이다.
본 발명의 배열체는, 실린더 특정 조정 유닛들에 대한 실화 제어 커맨드들을 형성하도록 배열되고 실린더 특정 제 1 센서들에 접속가능한 제어 유닛을 포함한다. 제어 유닛은 또한 적어도 2 개의 상이한 타입들의 제 2 센서들에 접속가능하다. 배열체는 제 1 센서들 및 제 2 센서들의 값들을 맵핑하는 맵을 더 포함한다. 제 1 센서들의 값들은 실린더들의 실화 조건들을 특정적으로 나타내고, 제 2 센서들의 값들은 엔진의 적어도 2 개의 변수들을 나타낸다. 맵은 또한 그 변수들 및 실화 조건에 관련하여 엔진의 실화 영역 및 동작점을 나타낸다.
배열체는 계산기 유닛 및 조절 유닛을 더 포함한다. 계산기 유닛은 동작점과 실화 영역 사이의 최단 거리를 계산하도록 배열되고, 또한 그 거리의 그레디언트를 계산하도록 배열된다. 조절 유닛은 거리를 증가시키기 위한 그레디언트에 대한 응답으로서 상기 변수들의 조정 유닛들에 대한 실화 제어 커맨드들을 형성하도록 배열된다.
다음, 본 발명은 첨부한 도면의 도를 이용하여 보다 상세히 설명된다.
도 1 은 본 발명의 배열체의 일 예를 나타낸다,
도 2 는 본 발명의 맵의 일 예를 나타낸다,
도 3 은 본 발명의 방법을 나타낸 도식의 일 예를 나타낸다.
도 1 은 본 발명에 따른 배열체의 일 예를 나타낸다. 왕복 엔진들 (reciprocating engines) 의 제어 배열체는, 실린더 특정 조정 유닛들에 대한 실화 제어 커맨드들 (8) 을 형성하도록 배열되고 실린더 특정 제 1 센서들 (3) 에 접속가능한 제어 유닛 (1) 을 포함한다. 제어 유닛은 또한 적어도 2 개의 상이한 타입들의 제 2 센서들 (2) 에 접속가능하다. 제 2 센서들 (2) 은 엔진의 상이한 파라미터들을 측정한다. 이들 파라미터들은 일정하지 않으므로, 이들이 엔진을 제어하는 데 이용될 수 있는 변수들이 된다. 변수들은, 예를 들어 매니폴드 공기 압력, 매니폴드 공기 온도, 주요 연료 주입 타이밍, 주요 연료 주입 지속기간, 배기 가스 재순환, 스파크 타이밍, 파일럿 연료 주입 타이밍 및 파일럿 연료 주입 지속기간일 수도 있다. 제어 변수들의 세트는 엔진 및 연료 시스템 타입에 의존한다. 예를 들어, 커먼 레일 디젤 엔진들에서, 매니폴드 공기 압력, 매니폴드 공기 온도, 주요 연료 주입 타이밍 및 주요 연료 주입 지속기간은 변수들이 측정되고 제어되도록 하는 일반적인 선택들이다. 제 1 센서들 (3) 은 실화 조건을 나타내는 실린더 특정 파라미터를 측정한다.
배열체는 제 1 세트의 센서들 (3) 및 제 2 세트의 센서들 (2) 의 값들을 맵핑하는 맵 또는 모델 (4) 을 더 포함한다. 제 2 센서들의 값들은 엔진의 적어도 2 개의 변수들을 나타낸다. 도 2 는 3 차원인 맵 (21) 의 일 예를 나타낸다. 맵 (4, 21) 은 변수들 (변수 1 및 변수 2) 및 실화 조건 (실화 인덱스) 에 관련하여 엔진의 동작점 (23) 및 실화 영역 (22) 을 나타낸다. 맵은, 예를 들어 자기 조직화 맵일 수 있다. 모델은, 신경망 또는 차분 함수와 같이, 적어도 2 개의 신호들 사이의 관계를 설명할 수 있는 임의의 타입일 수 있다. 실화 조건 축 (또는 벡터), 즉 실화 인덱스 축은 측정 값 스케일 또는 정규화된 측정 값 스케일에 기초한 스케일을 가질 수 있다. 실화 인덱스는, 예를 들어 실린더 인근의 진동 레벨 또는 IMEP (indicated mean effective pressure) 값을 나타낼 수도 있다.
배열체는 동작점 (23) 과 실화 영역 (22) 사이의 최단 거리 (24) 를 계산하도록 배열되어 동작점 (23) 과 최근접 실화점 (25) 사이의 거리 (24) 를 보다 정확하게 하는 계산기 유닛 (5) 을 더 포함한다. 계산기 유닛은 또한 거리 (24) 의 그레디언트를 계산하도록 배열된다. 그레디언트는 변수들에 관련하여 부분 편차들을 포함한다. 또한, 배열체는 거리를 증가시키기 위한 그레디언트에 대한 응답으로서 상기 변수들의 조정 유닛들에 대한 실화 제어 커맨드들 (8) 을 형성하는 조절 유닛 (6) 을 포함한다. 조절 유닛은 실화 제어 커맨드들을 형성하는 최대 부분 편차들을 선택하도록 배열될 수 있다. 이 방식으로, 동작점 (23) 과 최근접 실화점 (24) 사이의 거리를 빠르게 증가시키는 것이 가능하다. 또한, 동작점을 가급적 거의 이동시키지 않는 것이 가능해지는데, 이는 다른 변수들이 변화하지 않고, 최대 부분 편차를 갖는 변수/들의 작은 변화가 거리를 충분히 증가시킬 수 있기 때문이다. 조절 유닛 (6) 은 또한 엔진의 보조 데이터 (10) 를 수신하도록 배열될 수 있고, 또한 실화 제어 커맨드들을 형성하는 데 보조 데이터를 이용하도록 배열될 수 있다.
계산기 유닛 (5) 및 조절 유닛 (6) 은 하나의 유닛 (11) 을 형성하도록 배열될 수 있다는 것이 주목될 수 있으며, 이러한 대안물은 도 1 에서 파선으로 된 박스로서 나타내진다. 조절 유닛은 또한 진단 정보 (9) 를 유지보수 인원에게 제공할 수도 있다. 맵 또는 모델은 업데이트되어 제 1 센서들 및 제 2 센서들의 값들을 고려하도록 배열될 수 있다. 이 방식으로, 맵은 엔진 구동 환경 및 조건에 대해 항상 최신의 것이다. 초기 맵 또는 모델은 엔진 연구소 또는 제조 테스트들에서 시행되는 테스트에 기초할 수 있다.
본 발명은 또한 왕복 엔진의 실화를 제어하는 방법에 관한 것이며, 여기서 그 방법은 실린더 특정 조정 유닛들에 대한 실화 제어 커맨드들을 형성하는 단계 (34) 를 포함한다. 방법은 제 1 센서들 (3) 및 제 2 센서들 (2) 의 값들을 맵핑하는 단계 (31) 로서, 제 1 센서들의 값들은 실린더의 실화 조건을 특정적으로 나타내고 제 2 센서들의 값들은 엔진의 적어도 2 개의 변수들을 나타내는, 맵핑하는 단계; 변수들 및 실화 조건에 관련하여 엔진의 동작점 (23) 및 실화 영역 (22) 을 나타내는 단계 (32); 동작점 (23) 과 실화 영역 (22) 사이의 최단 거리 (24) 및 또한 그 거리의 그레디언트를 계산하는 단계 (33) 를 더 포함한다. 실화 제어 커맨드들 (8) 을 형성하는 상기 단계 (34) 는 거리 (24) 를 증가시키기 위한 그레디언트에 대한 응답으로서 상기 변수들의 조정 유닛들에 대한 커맨드들을 형성하도록 적응되었다.
또한, 실화가 발생하거나 또는 거의 발생하려고 할 때, 본 발명의 배열체는 엔진의 모든 실린더들이 실화 영역에 너무 가깝거나 또는 실화 영역에 있는지의 여부를 먼저 결정하도록 배열될 수 있다는 것이 가능하다. 이러한 경우들에 있어서, 엔진의 일반적인 제어 변수들, 예를 들어 매니폴드 공기 압력, 매니폴드 공기 온도 및 배기 가스 재순환은 실화를 제거하거나 또는 감소시키는 데 이용된다. 다음으로, 배열체는 실린더별 (cylinder wise) 제어 변수들, 예를 들어 주요 연료 주입 타이밍, 주요 연료 주입 지속기간, 스파크 타이밍, 파일럿 연료 주입 타이밍 및 파일럿 연료 주입 지속기간을 이용하여 실화 실린더들을 실린더별로 제어하도록 배열된다.
본 발명은 맵 (4) 내에 삽입되는 하나의, 일부의 또는 모든 변수들을 조절하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 제어 커맨드들을 형성하기 위한 훌륭한 유연성이 있다. 동작점과 발화 영역 사이의 거리가 멀수록, 유연성이 더 크다. 이로 인해, 엔진을 구동시키는 방식들이 종래기술의 배열체들에서보다 그리고 보다 상세하게는 부하 조건들을 고려하면 보다 많은 배열체들을 구동시키는 방식이 필요하다. 상기와 같이, 그레디언트의 최대 부분 편차만을 변화시킬 때, 제어 응답은 매우 빠르고 옳은 방향이다. 이것은, 실화 제어 커맨드가 종래 기술의 솔루션들에서의 경우일 수도 있는 잘못된 방향으로 향하지 않음을 의미한다. 린 실화는 (너무 약한 공기/연료 비율) 또는 리치 실화 (너무 큰 공기/연료 비율) 는 일반적으로 종래 기술과는 별개로 어려운데, 이는 제어 커맨드가 잘못된 방향으로 향할 수도 있음을 의미한다. 제어 커맨드가, 예를 들어 린 실화를 제거하는 옳은 방향이면, 그것은 엔진의 동작을 너무 많이 변화시킬 수도 있는데, 이는 리치 실화를 야기한다. 따라서, 본 발명은 또한 린 및 리치 실화를 신뢰성 있게 인식하는 것을 가능하게 한다. 한편, 우수한 연료 혼합에도 불구하고 실화가 발생한다면, 점화 시스템이 고장이라는 것이 도출될 수 있다.
본 발명의 배열체를 달성하기 위한 많은 방식들이 존재한다. 따라서, 본 발명은 본 명세서의 예들로 제한되는 것이 아니고, 본 발명은 청구범위의 한도 내에 있는 임의의 형태로 형성될 수 있다는 것이 명백하다.

Claims (8)

  1. 실린더 특정 조정 유닛들에 대한 실화 (misfire) 제어 커맨드들 (8) 을 형성하도록 배열되고 실린더 특정 제 1 센서들 (3) 에 접속가능한 제어 유닛 (1) 을 포함하는 왕복 엔진들 (reciprocating engines) 에 대한 실화 제어 배열체 (arrangement) 로서,
    상기 제어 유닛 (1) 은 적어도 2 개의 상이한 타입들의 제 2 센서들 (2) 에 접속가능하고, 상기 배열체는 상기 제 1 센서들 (3) 및 상기 제 2 센서들 (2) 의 값들을 맵핑하는 맵 또는 모델 (4, 21) 을 더 포함하고, 상기 제 1 센서들의 값들은 실린더의 실화 조건을 특정적으로 나타내고, 상기 제 2 센서들의 값들은 상기 엔진의 적어도 2 개의 변수들을 나타내고, 상기 맵 또는 모델은 상기 변수들 및 상기 실화 조건에 관련하여 상기 엔진의 동작점 (23) 및 실화 영역 (22) 을 나타내고,
    상기 배열체는 상기 동작점 (23) 과 상기 실화 영역 (22) 사이의 최단 거리 (24) 를 계산하도록 배열되고 또한 상기 최단 거리의 그레디언트를 계산하도록 배열된 계산기 유닛 (5) 을 더 포함하고,
    그리고, 또한 상기 최단 거리 (24) 를 증가시키기 위한 상기 그레디언트에 대한 응답으로서 상기 변수들의 조정 유닛들에 대한 상기 실화 제어 커맨드들 (8) 을 형성하는 조절 유닛 (6) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 실화 제어 배열체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 조절 유닛 (6) 은 상기 실화 제어 커맨드들을 형성하기 위해 상기 그레디언트의 최대 부분 편차 또는 편차들을 선택하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 실화 제어 배열체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 조절 유닛 (6) 은 상기 엔진의 보조 데이터 (10) 를 수신하도록 배열되고 또한 상기 보조 데이터를 이용하여 상기 실화 제어 커맨드들 (8) 을 형성하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 실화 제어 배열체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 계산기 유닛 (5) 및 상기 조절 유닛 (6) 은 하나의 유닛 (11) 을 형성하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 실화 제어 배열체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 맵 또는 모델 (4, 21) 은 업데이트되어 상기 제 1 센서들 (3) 및 상기 제 2 센서들 (2) 의 값들을 고려하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 실화 제어 배열체.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 센서들 (2) 의 값들은 다음 변수들: 매니폴드 공기 압력, 매니폴드 공기 온도, 주요 연료 주입 타이밍, 주요 연료 주입 지속기간, 배기 가스 재순환, 스파크 타이밍, 파일럿 연료 주입 타이밍 및 파일럿 연료 주입 지속기간 중 적어도 2 개를 나타내는 것을 특징으로 하는 실화 제어 배열체.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    실화의 경우에 있어서, 상기 배열체는 먼저 상기 엔진의 모든 실린더들이 상기 실화 영역에 너무 가깝거나 또는 상기 실화 영역에 있는지의 여부를 결정하도록 배열되고, 그러한 경우에는 다음 변수들: 매니폴드 공기 압력, 매니폴드 공기 온도 및 배기 가스 재순환 중 적어도 2 개가 이용되고,
    다음으로, 다음 변수들: 주요 연료 주입 타이밍, 주요 연료 주입 지속기간, 스파크 타이밍, 파일럿 연료 주입 타이밍 및 파일럿 연료 주입 지속기간 중 적어도 하나를 이용하여 실화 실린더들을 실린더별로 (cylinder wise) 제어하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 실화 제어 배열체.
  8. 왕복 엔진의 실화를 제어하는 방법으로서,
    상기 방법은 실린더 특정 조정 유닛들에 대한 실화 제어 커맨드들을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 방법은,
    제 1 센서들 (3) 및 제 2 센서들 (2) 의 값들을 맵핑하는 단계 (31) 로서, 상기 제 1 센서들의 값들은 실린더의 실화 조건을 특정적으로 나타내고 상기 제 2 센서들의 값들은 상기 엔진의 적어도 2 개의 변수들을 나타내는, 상기 맵핑하는 단계,
    상기 변수들 및 상기 실화 조건에 관련하여 상기 엔진의 동작점 (23) 및 실화 영역 (22) 을 나타내는 단계 (32), 및
    상기 동작점 (23) 과 상기 실화 영역 (22) 사이의 최단 거리 (24), 및 또한 상기 최단 거리의 그레디언트를 계산하는 단계 (33) 를 더 포함하고,
    상기 실화 제어 커맨드들 (8) 을 형성하는 단계 (34) 는 상기 최단 거리 (24) 를 증가시키기 위한 상기 그레디언트에 대한 응답으로서 상기 변수들의 조정 유닛들에 대한 상기 커맨드들을 형성하도록 적응되는 것을 특징으로 하는 실화를 제어하는 방법.
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