KR101933817B1 - 내연 엔진의 파일럿 제어 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 내연 엔진(100)용 혼합물 준비 디바이스(105)의 파일럿 제어 방법으로서, 상기 내연 엔진(100)의 구성을 결정하는 단계로서, 상기 구성은 상기 내연 엔진의 동작 파라미터들에 영향을 미치는 복수의 액추에이터(130)의 이산 위치들의 조합에 의해 실현되는, 상기 구성을 결정하는 단계, 상기 내연 엔진(100)의 배기 가스 탐침(140)에 의해 피드백되는 상기 혼합물 준비 디바이스(105)의 상수 적응 성분을 결정하는 단계, 상기 상수 적응 성분 및 관련된 구성을 저장하는 단계, 및 상기 내연 엔진이 동일한 구성에서 동작될 때, 상기 상수 적응 성분으로 상기 혼합물 준비 디바이스(105)의 파일럿 제어를 수행하는 단계를 포함하는 상기 파일럿 제어 방법에 관한 것이다.

Description

내연 엔진의 파일럿 제어
본 발명은 내연 엔진의 혼합물 준비 디바이스에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 파일럿 제어 모드의 혼합물 준비 디바이스에 관한 것이다.
예를 들어 자동차에 탑재된 내연 엔진, 특히 왕복 피스톤 내연 엔진은 혼합물 준비 디바이스에 의해 동작되고, 여기서 이 혼합물 준비 디바이스는 내연 엔진의 동작에 영향을 미치는 파라미터에 기초하여 내연 엔진으로 분사될 연료의 양 또는 질량을 결정한다. 또한, 이 혼합물 준비 디바이스는 내연 엔진의 배기관에 배열된 λ 탐침(probe)으로부터의 신호를 평가하고, 연소가 화학량론적인 방식으로 진행되고 있는지, 다시 말해, 연료가 많은지 또는 공기가 많은지 여부를 나타낸다.
개선된 방식으로 극히 넓은 다양한 동작점(operating point)에 내연 엔진을 항상 적응시킬 수 있기 위해, 동작 파라미터들은 액추에이터들에 의해 점점 많이 변경될 수 있다. 예를 들어, 입구 밸브 또는 출구 밸브의 제어 시간, 피스톤의 압축, 반환된 배기 가스의 비율은 변할 수 있다. 또한, 흡기 매니폴드와 직접 분사 동작의 조합을 포함하는 소위 이중 분사 시스템의 경우에 추가적인 자유도가 있다. 혼합물 준비 디바이스는 연료의 양을 결정할 때 액추에이터들의 위치들을 고려한다. 예를 들어 액추에이터의 불완전성에 기인할 수 있는 잔류 편차는 λ 값에 기초하여 보정된다.
λ 탐침은 내연 엔진이 시동된 직후에는 통상적으로 아직 도달되지 않는 높은 동작 온도를 요구한다. 이 단계 동안, 혼합물 준비 디바이스는 파일럿 제어 동작을 수행해야 하는데, 다시 말해, 연소 품질에 대한 피드백을 수신하지 않고 내연 엔진의 동작 파라미터들에 기초하여 분사될 연료의 양을 결정해야 한다.
DE 10 2008 012 607 B4는 주요 파라미터인 회전 속력, 부하 및 온도에 기초하여 혼합물 준비 디바이스의 파일럿 제어를 수행할 것을 제안한다. 여기서, 주요 연료 파라미터들에 대해 분사될 연료의 양이 고정적으로 의존하는 것으로 가정된다.
그러나 액추에이터들은 파일럿 제어에 중요한 영향을 미칠 수 있는 부정확성을 갖고 있다. 예를 들어, 액추에이터의 실제 위치는 마모, 산란 또는 온도 영향으로 인해 의도된 위치와 상이할 수 있다. 이 경우, 파일럿 제어는 내연 엔진의 주요 파라미터들에 기초하여 수행되는 것이 곤란할 수 있다. 연소 결과는 저품질일 수 있고, 그 결과 내연 엔진에 의해 생성된 환경 오염이 증가한다.
본 발명의 목적은 내연 엔진의 파일럿 제어 동안 혼합물 준비 디바이스를 위한 개선된 기술을 제시하는 것이다. 본 발명은 독립 청구항의 특징을 갖는 방법, 컴퓨터 프로그램 제품, 및 장치에 의해 본 목적을 달성한다. 종속 청구항은 바람직한 실시예를 제시한다.
내연 엔진용 혼합물 준비 디바이스의 파일럿 제어 방법은, 상기 내연 엔진의 구성(configuration)을 결정하는 단계로서, 상기 구성은 상기 내연 엔진의 동작 파라미터들에 영향을 미치는 복수의 액추에이터의 이산 위치(discrete position)들의 조합에 의해 실현되는, 상기 구성을 결정하는 단계, 상기 내연 엔진의 배기 가스 탐침에 의해 피드백되는 상기 혼합물 준비 디바이스의 상수 적응 성분(constant adaptation component)을 결정하는 단계, 상기 상수 적응 성분 및 관련된 구성을 저장하는 단계, 및 상기 내연 엔진이 동일한 구성에서 동작될 때 상기 상수 적응 성분으로 상기 혼합물 준비 디바이스의 파일럿 제어를 수행하는 단계를 포함한다.
λ 탐침으로부터의 정보를 사용하여, 상기 혼합물 준비 디바이스는 의도된 값들로부터 상기 액추에이터들의 실제 위치들의 모든 부정확성 및 편차들을 적절히 보상하는 방식으로 종래의 동작 동안 분사될 연료의 양을 제어한다. 이러한 종류의 편차들은 상수 적응 성분에 포합된다. 이 경우, 상기 적응은 상기 동작 파라미터들에 기초하여 결정된 분사량과, 상기 λ 신호에 기초하여 결정된 실제 분사량 사이의 편차에 대응한다. 가변적인 적응 성분은 측정 지연, 측정 잡음 및 기타 영향에 기인할 수 있다. 이 경우, 상기 상수 성분은 의도된 위치로부터 상기 액추에이터들 중 적어도 하나의 액추에이터의 편차인 것으로 가정된다. 상기 배기 가스 탐침에 의해 상기 혼합물 준비 디바이스의 피드백 동안 상기 상수 적응 성분을 저장함으로써, 상기 파일럿 제어는 상기 내연 엔진이 동일한 구성에서 동작되는 상이한 시간에서 개선된 방식으로 상기 액추에이터들의 고장에 적응될 수 있다. 또한, 예를 들어 상기 내연 엔진의 냉-시동 단계(cold-running phase) 동안 상기 배기 가스 탐침이 이용 가능하지 않을 때 상기 내연 엔진의 개선된 동작이 달성될 수 있다.
상기 액추에이터들의 이산 위치들의 조합은 논리 엔진(logical engine)인 것으로 이해될 수 있다. 상기 액추에이터들 중 단 하나의 액추에이터의 위치가 변하면, 다른 상수 적응 성분이 적용될 수 있는 다른 논리 엔진이 생성된다. 이러한 절차는 특히 2개 또는 3개의 소수의 상이한 위치들만을 갖는 종래의 액추에이터의 경우에 유리하다.
편차에 수반된 상기 액추에이터들과 혼합물 편차 또는 혼합물 적응 사이에 직접적인 관계가 수립될 수 있다.
상기 논리 엔진의 개념에 의해 액추에이터 또는 구동 전략의 온도 의존성이 이미 고려될 수 있다. 예를 들어, 미리 결정된 오일 또는 냉각제 온도에 도달할 때 피스톤 행정이 이산 값으로부터 다른 값으로 전환(changed over)되는 구동 전략이 있는 경우, 2개의 논리 엔진이 자동적으로 형성되고, 그 중 하나의 논리 엔진은 상대적으로 낮은 온도에서 동작하고, 다른 하나의 논리 엔진은 상대적으로 높은 온도에서 동작한다. 온도를 고려한 추가적인 동작은 더 이상 요구되지 않을 수 있다.
제어 요소의 노화(aging)에 의해 상기 구동 전략을 적응시킬 수 있는 액추에이터 적응은 또한 상기 논리 엔진의 설계에 의해 혼합물 적응 범위의 위치에 자동적으로 영향을 줄 수 있다.
(예를 들어, 회전 속력, 부하 및/또는 온도와 관련하여) 동일한 엔진 동작점에서 상이한 액추에이터 조합들은 또한 상기 논리 엔진들에 걸쳐 상이한 적응 값들을 가질 수 있다.
관련된 상수 적응 성분은 상기 액추에이터들의 이산 위치들의 각 조합에 대해 사용되는 것이 바람직하다. 따라서 상기 파일럿 제어는 모든 조합으로 동작될 수 있다. 따라서, 상기 내연 엔진은 상기 액추에이터들의 모든 위치 조합에서 상기 혼합물 준비 디바이스 측에서 온난-시동 단계(warm-running phase)에서 동작될 수 있다.
상기 파일럿 제어 동작이 가산 방식(additive manner)으로 상기 상수 적응 성분을 고려하는 것이 바람직하다. 이것은 종종 특히 상기 내연 엔진의 부하가 작은 경우에 유리하다. 또 다른 실시예에서, 상기 파일럿 제어 동작은 또한 승산 방식(multiplicative manner)으로 상기 상수 적응 성분을 고려할 수 있다. 이것은 특히 상기 내연 엔진의 부하가 높은 경우 더 나은 결과를 제공할 수 있다.
또 다른 추가적인 실시예에서, 상기 혼합물 준비 디바이스는 상기 내연 엔진의 상기 파라미터들 중 적어도 하나의 파라미터에 따라 수행되고, 상기 파일럿 제어 동작 동안 상기 상수 적응 성분이 고려되는 방식은 이 파라미터에 의존한다. 특히, 상기 내연 엔진의 부하는 예를 들어 회전 속력 또는 토크로 표현될 수 있고, 상기 상수 적응 성분은 낮은 회전 속력 또는 낮은 토크의 경우 가산 방식으로 고려되고, 높은 회전 속력 또는 높은 토크의 경우에는 승산 방식으로 고려된다.
상기 혼합물 준비 디바이스가 상기 내연 엔진의 복수의 파라미터에 따라 수행될 때 특히 바람직하고, 여기서 각각 관련된 상수 적응 성분은 이들 파라미터의 상이한 비율들에 대해 사용된다. 따라서, 상기 액추에이터들의 이산 위치들의 조합에서 상기 내연 엔진의 상기 동작 상태들의 위상 공간은 서브 공간(subspace)에서 보다 정밀한 취급을 가능하게 하기 위해 적절히 분해될 수 있다. 이러한 분할은 대응하는 개수만큼 많은 상수 적응 성분을 관리하는 것에 의해 유리하게 지원될 수 있다.
컴퓨터 프로그램 제품은, 상기 컴퓨터 프로그램 제품이 처리 디바이스 상에서 실행되거나 또는 컴퓨터-판독가능한 데이터 매체에 저장될 때 전술된 방법을 수행하는 프로그램 코드 수단을 포함한다.
내연 엔진용 혼합물 준비 디바이스의 파일럿 제어 장치는 상기 내연 엔진의 구성을 샘플링하기 위한 제1 인터페이스, 상기 내연 엔진의 배기 가스 탐침에 의해 피드백되는 혼합물 준비 디바이스의 상수 적응 성분을 샘플링하기 위한 제2 인터페이스, 상기 상수 적응 성분 및 관련된 구성을 기록하기 위한 메모리, 및 상기 내연 엔진이 동일한 구성에서 동작되고 상기 배기 가스 탐침이 이용가능하지 않을 때 상기 상수 적응 성분을 상기 혼합물 준비 디바이스에 제공하기 위한 처리 디바이스를 포함한다. 이 경우, 상기 구성은 상기 내연 엔진의 동작 파라미터들에 영향을 주는 복수의 액추에이터의 이산 위치들의 조합에 의해 실현된다.
본 발명은 이제 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1은 혼합물 준비 디바이스를 갖는 내연 엔진을 도시한다; 및
도 2는 도 1의 혼합물 준비 디바이스의 위상 공간을 도시한다.
도 1은 혼합물 준비 디바이스(105)를 갖는 내연 엔진(100)을 도시한다. 내연 엔진(100)은 특히 자동차에서 동작하도록 설계될 수 있다. 내연 엔진(100)은 바람직하게는 다중 실린더 왕복 피스톤 엔진을 포함한다. 혼합물 준비 디바이스(105)는 다수의 센서(125) 및 액추에이터(130)에 연결된다. 혼합물 준비 디바이스(105)의 목적은 연소를 위해 내연 엔진(100)으로 분사되어야 하는 연료의 양을 결정하는 것이다. 일 실시예에서, 혼합물 준비 디바이스(105)는 결정된 양의 연료를 분배하기 위한 연료 인젝터(135)를 구동시키도록 설계된다. 연료의 상기 양은 통상적으로 내연 엔진(100)으로부터 추출(tapped off)될 수 있는 하나 이상의 파라미터와 관련하여 결정된다. 예를 들어, 센서(125)들 중 하나는 공기흐름 계량기, 회전 속력 센서 또는 토크 센서를 포함할 수 있다. 추가적인 센서도 또한 가능하며, 예를 들어 내연 엔진(100) 내의 상이한 온도 또는 압력을 결정할 수 있다.
내연 엔진(100)의 동작은 적어도 하나의 액추에이터(130)에 의해 추가적으로 영향을 받을 수 있으며, 액추에이터(130)는 고정된 미리 결정된 개수의 이산 위치들을 갖는다. 통상적으로, 복수의 액추에이터(130)가 제공되며, 상기 액추에이터들은 예를 들어 입구 밸브의 행정 또는 위상, 출구 밸브의 행정 또는 위상, 실린더의 압축, 또는 하나 이상의 가능한 인젝터의 사용을 제어한다.
혼합물 준비 디바이스(105)는 인터페이스(150)에 의해 처리 디바이스(155)에 연결되고, 상기 처리 디바이스는 메모리(160)에 연결된다. 처리 디바이스(155)는 λ 탐침(140)이 이용가능한 종래의 동작 동안 센서(125) 및 액추에이터(130)들의 위치에 기초하여 결정되는 연료의 양과 λ 탐침(140)으로부터의 신호에 기초하여 결정되는 연료의 양 사이의 편차를 결정하도록 설계된다. 특히, 이 차이로부터 이 상수 비율이 결정되고 메모리(160)에 저장된다. 이 값은 내연 엔진(100)의 구성과 관련되고, 이 구성은 조합으로 인해 액추에이터(130)들의 가정된 이산 위치들에 의존한다. 다시 말해, 한 쌍의 값들이 형성될 수 있으며, 이 값들의 쌍은 사용되는 상수 적응 성분과 조합을 포함한다. 다른 실시예에서, 메모리(160) 내의 고정된 위치는 하나의 조합과 관련되고, 결정된 상수 적응 성분은 관련된 점에 저장된다.
예를 들어 λ 탐침은 내연 엔진(100)의 온난-시동 단계 동안에는 유용한 신호를 아직 출력하지 않기 때문에, λ 탐침(140)이 이용 가능하지 않은 상태에서 내연 엔진(100)이 차후 시간에 동작되면, 혼합물 준비 디바이스(105)는, 파일럿 제어 모드에서, 다시 말해, λ 탐침(140)의 신호에 의한 피드백 없이, 내연 엔진(100)을 제어하거나 또는 분사될 연료의 양을 결정해야 한다. 이를 위해, 인터페이스(150)를 통해, 처리 디바이스(155)를 사용하여 메모리(160)로부터 내연 엔진(100)의 현재 구성에 대응하는 상수 적응 성분을 획득하는 것이 제안된다. 이 상수 적응 성분은 이후에, 액추에이터(130)들의 위치들 및 센서(125)들로부터의 신호 값들에 기초하여 결정된 연료의 양을 보정하는데 사용된다.
편차에 수반되는 액추에이터(130)들과 혼합물 적응 간의 직접적인 관계는 상수 적응 성분에 의해 표현될 수 있다. 구동 전략은 내연 엔진(100)의 구성에 반영되기 때문에, 액추에이터(130)의 구동 전략 및 액추에이터(130)의 온도 의존성은 자동적으로 고려될 수 있다. 예를 들어, 내연 엔진 (100)의 피스톤 행정이 미리 결정된 동작 온도에서 먼저 전환되면, 이 전환은 또한 제안된 절차에 의해 파일럿 제어 모드에서 자동적으로 고려된다. 예를 들어 액추에이터(130)의 노화와 같은 영향에 의해 구동 전략을 적응시킬 수 있는 액추에이터(130)들의 적응은 또한 혼합물 적응 범위의 위치에 자동적으로 영향을 줄 수 있다. 내연 엔진(100)의 회전 속력, 부하 및 온도와 관련하여 동일한 동작점에서 내연 엔진(100)의 상이한 구성들은 또한 이러한 방식으로 상이한 적응 값들을 가질 수 있다.
도 2는 도 1의 혼합물 준비 디바이스(105)의 위상 공간(200)을 도시한다. 내연 엔진(100)의 부하(L)는 수평 방향에 도시되고, 상기 내연 엔진의 회전 속력(N)은 수직 방향에 도시된다. 내연 엔진(100)의 상이한 구성(K)들은 제3 축을 따라 지시되어 있다.
분사될 연료의 양을 결정하는데 사용되는 적어도 하나의 상수 적응 성분은 각 구성(K)에 대해 미리 지정된다. 도 2의 예시에서, 각 위상 공간의 상이한 부분들을 커버하는 2개의 적응 값이 각 구성(K)에 대해 미리 지정된다. 순수 예시를 위해, 이 위상 공간들은 실질적으로 삼각형 형상을 갖는 서브 공간(205)들로 분리된다.
관련된 상수 적응 성분들은 상이한 실시예에서 가산 방식으로 또는 승산 방식으로 고려될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 적응 성분들이 고려되는 방식은 내연 엔진(100)의 부하에 의존할 수 있다. 이 경우에, 이산 단계들로 또는 연속적으로 전달이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 저장된 상수 적응 성분은 낮은 부하의 경우 가산 방식으로 고려될 수 있는 반면, 상기 적응 성분은 더 높은 부하의 경우에 승산 방식으로 고려된다. 연속적인 전달을 위해, 가산 방식으로 및 승산 방식으로 상기 적응 성분을 고려하는 공정은 부하에 의존하는 가중 인자(weighting factor)에 의해 결정되고 가중된다. 가중된 보정 항들의 합은 처리 디바이스(105)로 전달된다.
알려진 혼합물 적응의 경우에서와 같이, 연료 파일럿 제어의 보정은 분사될 연료의 양을 계산하는 동안 직접 고려될 수 있다. 그러나 고려될 보정 값을 확인하는 것은 무엇보다도 특히 현재 활성 논리 엔진에 의존한다:
MFF_SP_COR = MFF_SP_BAS * [Σ(AD_i_LogEng_k FAC_i_k)] / Σ(FAC_i_k)] * FAC_LAM * ...
여기서,
MFF_SP_COR: 연료 흐름에 대한 작동 값, 여기서 이 작동 값은 배기 가스 제어에 의해 보정된다
MFF_SP_BAS: 기본 연료 흐름에 대한 작동 값
LogEng_k: 논리 엔진(k)
AD_i_LogEng_k: 논리 엔진(k)의 적응 값(i)
FAC_i_k: 논리 엔진(k)의 적응 값(i)에 대한 가중 인자
FAC_LAM: 람다 파일럿 제어 및/또는 람다 제어의 보정.
액추에이터 위치들 사이에서 전환이 이루어질 때, 2개의 관련된 적응 값들 사이에 전이는 또한 가중 인자(FAC_i_k)들에 의해 한정된다. 이 전이는 이 경우에 물리적 전이를 나타낸다. 따라서, 예를 들어 관련된 분사 질량을 계산하기 위해 올바른 적응 값을 적시에 적용하기 위해 밸브 행정이 변하는 순간에 동기화된 방식으로 전이가 수행될 수 있다. 그러나, 또한, 전이는 시간 지연으로 또는 평활화된 전달 형태로 수행될 수 있다.
100: 내연 엔진 105: 혼합물 준비 디바이스
110: 처리 디바이스 125: 센서
130: 액추에이터 135: 연료 인젝터
140: 람다 탐침 150: 인터페이스
155: 처리 디바이스 160: 메모리
200: 위상 공간 205: 서브 공간
L: 부하 N: 회전 속력
K: 구성

Claims (10)

  1. 내연 엔진(100)용 혼합물 준비 디바이스(105)의 파일럿 제어 방법으로서,
    - 상기 내연 엔진(100)의 구성(configuration)을 결정하는 단계로서, 상기 구성은 상기 내연 엔진(100)의 동작 파라미터들에 영향을 주는 복수의 액추에이터(130)의 이산 위치들의 조합에 의해 실현되는, 상기 구성을 결정하는 단계;
    - 상기 내연 엔진(100)의 배기 가스 탐침(140)에 의해 피드백되는 상기 혼합물 준비 디바이스(105)의 상수 적응 성분(constant adaption component)을 결정하는 단계;
    - 상기 상수 적응 성분 및 관련된 구성을 저장하는 단계; 및
    - 상기 내연 엔진(100)이 동일한 구성에서 동작될 때 상기 상수 적응 성분으로 상기 혼합물 준비 디바이스(105)의 파일럿 제어를 수행하는 단계를 포함하는, 파일럿 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 관련된 상수 적응 성분들만큼 많은 개수의 구성이 사용되는, 파일럿 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서, 관련된 상수 적응 성분은 상기 액추에이터(130)들의 이산 위치들의 각 조합에 대해 사용되는, 파일럿 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 혼합물 준비 디바이스(105)는 상기 내연 엔진(100)의 연소 챔버 내로 분사될 연료의 양에 관한 것인, 파일럿 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 파일럿 제어 동작은 가산 방식(additive manner)으로 상기 상수 적응 성분을 고려하는, 파일럿 제어 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 파일럿 제어 동작은 승산 방식(multiplicative manner)으로 상기 상수 적응 성분을 고려하는, 파일럿 제어 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 혼합물 준비 디바이스(105)는 상기 내연 엔진(100)의 적어도 하나의 파라미터에 따라 수행되고, 상기 상수 적응 성분을 고려하는 방식은 상기 파일럿 제어 동작이 상기 파라미터에 의존하는 동안 고려되는, 파일럿 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 혼합물 준비 디바이스(105)는 상기 내연 엔진(100)의 복수의 파라미터에 따라 수행되고, 각 관련된 상수 적응 성분들은 상기 파라미터들의 상이한 비율들에 대해 사용되는, 파일럿 제어 방법.
  9. 컴퓨터 판독가능한 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램으로서, 상기 컴퓨터 프로그램은 처리 디바이스(155) 상에서 실행될 때, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한 프로그램 코드 수단을 포함하는 것인, 컴퓨터 판독가능한 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
  10. 내연 엔진(100)용 혼합물 준비 디바이스(105)의 파일럿 제어 장치로서,
    - 상기 내연 엔진(100)의 구성을 샘플링하기 위한 제 1 인터페이스(150)로서, 상기 구성은 상기 내연 엔진(100)의 동작 파라미터들에 영향을 주는 복수의 액추에이터(130)의 이산 위치들의 조합에 의해 실현되는, 상기 제1 인터페이스(150);
    - 상기 내연 엔진(100)의 배기 가스 탐침(140)에 의해 피드백되는 혼합물 준비 디바이스(105)의 상수 적응 성분을 샘플링하기 위한 제2 인터페이스(150);
    - 상기 상수 적응 성분 및 관련된 구성을 기록하기 위한 메모리(160); 및
    - 상기 내연 엔진(100)이 동일한 구성에서 동작될 때 상기 상수 적응 성분을 상기 혼합물 준비 디바이스(105)에 공급하기 위한 처리 디바이스(155)를 포함하는, 파일럿 제어 장치.
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