KR102030300B1 - 내연 기관의 피스톤 행정 위상차, 흡입 밸브 행정 위상차, 및 배출 밸브 행정 위상차의 조합 확인 방법 - Google Patents

내연 기관의 피스톤 행정 위상차, 흡입 밸브 행정 위상차, 및 배출 밸브 행정 위상차의 조합 확인 방법 Download PDF

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Abstract

내연 기관의 실린더의 피스톤 행정 위상차, 흡입 밸브 위상차 및 배출 밸브 위상차의 조합된 확인을 위한 방법이 개시되며, 실린더에 할당 가능한 공기 흡입관에서의 흡입 공기 및/또는 배기 가스 배출관에서의 배기 가스의 동압력 맥동이 작동 동안 측정되고, 측정 압력 맥동의 선택된 신호 주파수의 위상 위치에 기초하여, 등위상 위치의 라인이 투시 및 이상(phase shifting)에 의해 결정되어 공통 교차점으로 보내지며, 이로부터, 흡입 밸브 행정 위상차 및 배출 밸브 행정 위상차 및 피스톤 행정 위상차의 교차점이 결정된다. 이에 따라 간단하고 저렴한 방식으로 제어 타이밍의 특히 정확한 확인을 수행하는 것이 가능하고, 이에 의해, 배출, 소비, 주행 평활도 및 동력 및 엔진의 폐루프 및 개루프 제어성의 개선에 관한 이점을 달성하는 것이 가능하다.

Description

내연 기관의 피스톤 행정 위상차, 흡입 밸브 행정 위상차, 및 배출 밸브 행정 위상차의 조합 확인 방법
본 발명은 흡입 공기 및/또는 배기 가스의 동압력 맥동의 평가(dynamic pressure oscillation)를 통해, 작동 동안의 왕복 피스톤 내연 기관의 흡입 밸브 및 배출 밸브의 피스톤 행정 및 밸브 행정의 위상차들을 조합된 형태로 확인할 수 있는 방법에 관한 것이며, 맥동은 공기 흡입관(air intake tract) 및 배기 가스 배출관(exhaust-gas outlet tract)에서 각각 측정된다.
이후에 단지 내연 기관으로서 단축 형태로 또한 지칭되는 왕복-피스톤 내연 기관은 각각의 경우에 하나의 왕복 피스톤이 배열되는 하나 이상의 실린더를 가진다. 왕복 피스톤 내연 기관의 원리를 설명하도록, 예로서, 가장 중요한 기능 유닛과 함께 다기통 내연 기관일 수 있는 내연 기관의 실린더를 도시하는 도 1을 참조할 것이다.
각각의 왕복 피스톤(6)은 각각의 실린더(2)에서 선형으로 이동 가능한 형태로 배열되고, 실린더(2)와 함께 연소실(3)을 둘러싼다. 각각의 왕복 피스톤(6)은 소위 커넥팅 로드(7)에 의해 크랭크 샤프트(9)의 각각의 크랭크 핀(8)에 연결되고, 크랭크 핀(8)은 크랭크 샤프트 회전축(9a)에 대해 편심으로 배열된다. 연소실(3)에서 연료-공기 혼합물의 연소의 결과로서, 왕복 피스톤(6)은 선형으로 "하향" 구동된다. 왕복 피스톤(6)의 병진 행정 운동은 커넥팅 로드(7) 및 크랭크 핀(8)에 의해 크랭크 샤프트(9)에 전달되어 크랭크 샤프트(9)의 회전 운동으로 변환되며, 이러한 회전 운동은 왕복 피스톤(6)이 실린더(2)의 하사점을 통과한 후에 반대 방향으로 상사점까지 다시 "상향"으로 움직이게 한다. 내연 기관(1)의 연속 작동을 허용하도록, 실린더(2)의 소위 작동 사이클 동안, 먼저 연소실(3)이 연료-공기 혼합물로 채워지고, 그런 다음 왕복 피스톤(6)을 구동하기 위하여 연료-공기 혼합물이 연소실(3)에서 압축, 점화, 그런 다음 연소되고, 끝으로 연소 후에 남아있는 배기 가스가 연소실(3)로부터 배출되는 것이 필요하다. 이러한 시퀀스의 연속적인 반복은 연소 에너지에 비례하는 방식으로 출력되는 작동을 이용하여, 내연 기관(1)의 연속적인 작동을 유발한다.
엔진 컨셉에 따라, 실린더(2)의 작동 사이클은 하나의 크랭크 샤프트 회전(360°)에 걸쳐서 분포된 2행정(2 행정 엔진) 또는 2개의 크랭크 샤프트 회전(720°)에 걸쳐서 분포된 4행정(4 행정 엔진)으로 세분된다.
현재까지, 4 행정 엔진은 자동차를 위한 구동으로서 확립되었다. 흡입 행정에서, 왕복 피스톤(6)의 하향 운동에 의해, 연료-공기 혼합물 또는 신선 공기(연료 직접 분사의 경우)만이 공기 흡입관(20)으로부터 연소실(3) 내로 도입된다. 다음의 압축 행정 동안, 왕복 피스톤(6)의 상향 움직임에 의해, 연소실(3) 내에서 연료-공기 혼합물 또는 신선 공기는 압축되고, 적절하면, 연료 공급 시스템에 속하는 분사 밸브(5)에 의해 연료가 별도로 연소실(3) 내로 직접 분사된다, 다음의 작동 행정 동안, 연료-공기 혼합물은 점화 플러그(4)에 의해 점화되고, 연소와 함께 팽창 작용하고, 팽창하여 출력 작동과 함께 왕복 피스톤(6)이 아래로 움직인다. 끝으로, 배기 행정에서, 왕복 피스톤(6)의 또 다른 상향 움직임에 의해, 나머지 배기 가스는 연소실(3)로부터 배기 가스 배출관(30)으로 배출된다.
내연 기관의 공기 흡입관(20) 또는 배기 가스 배출관(30)에 대한 연소실(3)의 경계 획정(delimitation)은 일반적으로, 특히 본 명세서에서 기본으로서 취해진 흡입 밸브(22) 및 배출 밸브(32)에 의해 실행된다. 당해 기술 분야의 기술에서, 상기 밸브들은 적어도 하나의 캠 샤프트에 의해 작동된다. 도시된 예는 흡입 밸브(22)를 작동시키기 위한 흡입 캠 샤프트(23), 및 배출 밸브(32)를 작동시키기 위한 배출 캠 샤프트(33)를 가진다. 밸브들과 각각의 캠 샤프트 사이에 제공된 힘 전달을 위한 추가의 기계적 구성 요소들(도면에 도시되지 않음)이 있으며, 이러한 구성 요소들은 밸브 유격 보상 수단(예를 들어, 버킷 태핏(bucket tappet), 록커 레버, 핑거형 록커, 태핏 로드, 유압 태핏 등)을 또한 포함할 수 있다.
흡입 캠 샤프트(23) 및 배출 캠 샤프트(33)는 내연 기관(1) 자체에 의해 구동된다. 이러한 목적을 위해, 각각의 경우에, 예를 들어, 톱니형 기어, 스프라켓 또는 벨트 풀리와 같은 적절한 흡입 캠 샤프트 제어 어댑터(24) 및 배출 캠 샤프트 제어 어댑터(34)에 의해, 그리고 예를 들어, 톱니형 기어 기구(toothed gear mechanism), 제어 체인 또는 톱니형 제어 벨트를 가지는 제어 기구(40)의 도움으로 흡입 캠 샤프트(23) 및 배출 캠 샤프트(33)는, 톱니형 기어, 스프라켓 또는 벨트 풀리로서 부응하여 형성되는 대응하는 크랭크 샤프트 제어 어댑터(10)에 의해 서로에 대해 그리고 크랭크 샤프트(9)에 대해 사전 한정된 위치에서 크랭크 샤프트(9)에 결합된다. 이러한 연결에 의해, 흡입 캠 샤프트(23) 및 배출 캠 샤프트(33)의 회전 위치는 원칙적으로 크랭크 샤프트(9)의 회전 위치와 관련하여 한정된다. 예로서, 도 1은 벨트 풀리 및 톱니형 제어 벨트에 의한 흡입 캠 샤프트(23)와 배출 캠 샤프트(33) 및 크랭크 샤프트(9) 사이의 결합을 도시한다.
하나의 작동 사이클 동안 크랭크 샤프트에 의해 커버되는 회전 각도는 이후에 작동 위상 또는 간단히 위상으로 지칭될 것이다. 따라서, 하나의 작동 위상 내에서의 크랭크 샤프트에 의해 커버되는 회전 각도는 위상각(phase angle)으로 지칭된다. 크랭크 샤프트(9)의 각각의 현재 크랭크 샤프트 위상각은 크랭크 샤프트(9) 또는 크랭크 샤프트 제어 어댑터(10)에 연결된 위치 엔코더(43) 및 관련 크랭크 샤프트 위치 센서(41)에 의해 연속적으로 검출될 수 있다. 여기에서, 위치 엔코더는 예를 들어 원주에 걸쳐서 등거리로 분포되도록 배열된 다수의 톱니를 가지는 톱니형 기어로서 형성되며, 개별 톱니의 수는 크랭크 샤프트 위상각 신호의 분해능(resolution)을 결정한다.
적절하면, 흡입 캠 샤프트(23) 및 배출 캠 샤프트(33)의 현재 위상각이 대응하는 위치 인코더(43) 및 관련 캠 샤프트 위치 센서(42)에 의해 연속적으로 검출되는 것이 마찬가지로 부가적으로 가능하다.
사전 한정된 기계적 커플링으로 인해, 각각의 크랭크 핀(8)과 크랭크 핀의 왕복 피스톤(6), 흡입 캠 샤프트(23), 흡입 캠 샤프트의 각각의 흡입 밸브(22), 배출 캠 샤프트(33), 및 배출 캠 샤프트의 각각의 배출 밸브(32)가 서로에 대해 사전 한정된 관계로, 그리고 크랭크 샤프트 회전에 의존하는 방식으로 움직이기 때문에, 상기 기능 요소는 크랭크 샤프트에 대해 동기하여 각각의 작동 위상을 통해 구동한다. 그러므로, 왕복 피스톤(6), 흡입 밸브(22) 및 배출 밸브(32)의 각각의 회전 위치 및 행정 위치는 각각의 변속비를 고려하여 크랭크 샤프트 위치 센서(41)에 의해 사전 한정된 크랭크 샤프트(9)의 크랭크 샤프트 위상각과 관련하여 설정될 수 있다. 그러므로, 이상적인 내연 기관에서, 모든 특정 크랭크 샤프트 위상각이 특정 크랭크 핀 각도(HZW)(도 2), 특정 피스톤 행정, 특정 흡입 캠 샤프트 각도, 그러므로 특정 흡입 밸브 행정, 및 또한 특정 배출 캠 샤프트 각도, 그러므로 특정 배출 밸브 행정에 할당되는 것이 가능하다. 즉, 언급된 모든 구성 요소는 회전하는 크랭크 샤프트(9)와 동일 위상이거나 동일 위상으로 움직인다.
그러나, 현대의 내연 기관(1)에서, 추가의 위치 선정 요소들이, 예를 들어 흡입 캠 샤프트 어댑터(24)와 배출 캠 샤프트 어댑터(34) 내로 통합되는 방식으로 크랭크 샤프트(9)와 흡입 캠 샤프트(23)와 캠 샤프트(33) 사이의 기계적 결합 경로 내에 제공되는 것이 가능하고, 위치 선정 요소들은 크랭크 샤프트(9)와 흡입 캠 샤프트(23)와 배출 캠 샤프트(33) 사이에 필요한 제어 가능한 위상 변이(phase shift)를 실행한다. 이러한 것은 소위 가변 밸브 구동에서의 소위 위상 조정기(phase adjuster)로서 공지되어 있다.
또한, 내연 기관의 작동을 특징화하는 다양한 센서 신호를 수신하고, 신호 및 동력 출력과 함께, 엔진 기능을 제어하기 위한 대응하는 위치 설정 유닛 및 액추에이터의 작동을 위한, 신호 입력부가 장비된 전자 프로그램 가능 엔진 제어 유닛(50)(CPU)이 상징적으로 예시된다.
내연 기관의 최적의 작동(배출, 소비, 동력, 주행 평활도 등에 관한)을 위해, 흡입 행정 동안 연소실 내로 도입된 신선 가스 충전(fresh-gas charge)은 예를 들어 공급되는, 가능하게 직접 분사되는 연료량과 같은 연소를 위한 추가의 파라미터가 신선 가스 충전과 조화되는 것을 가능하게 하기 위하여 가능한 최상의 정확도가 알려져야 한다. 소위 충전 교환(charge exchange), 즉 신선 가스의 흡입 및 배기 가스의 배출은 이러한 경우에 흡입 밸브(22)과 배출 밸브(32)의 제어 타이밍, 즉 피스톤 행정의 시간에 대한 프로파일과 관련된 각각의 밸브 행정의 시간에 대한 프로파일에 크게 의존한다. 즉, 작동 동안, 충전 교환은 크랭크 샤프트 위상각과 관련하여, 그러므로 왕복 피스톤의 위상 위치(phase position)와 관련하여 흡입 밸브 및 배출 밸브의 위상 위치에 의존한다.
신선 가스 충전(fresh-gas charge)을 결정하고 내연 기관의 제어 파라미터들을 신선 가스 충전과 조화시키기 위해, 종래 기술은 예를 들어, 회전 속도, 부하, 가능하게 위상 조정기에 의해 사전 한정 가능한 밸브 제어 타이밍, 가능하게 배기 가스 터보 과급기 또는 과급기 등의 작동 파라미터 등에 의존하는 방식으로 모든 일어나는 작동 상태에서 소위 기준 내연 기관에서 측정을 수행하고, 대응하는 계열 생산(series-production) 내연 기관의 엔진 제어 유닛에서 상기 측정값 또는 그 파생물, 또는 특징을 반영하는 모델을 저장하는 것을 수반한다. 동일한 형태 계열의 모든 구조적으로 동일한 계열 생산 내연 기관은 그런 다음 생성된 이러한 기준 데이터 세트로 작동된다.
예를 들어, 제조 공차로부터 기인하는, 기준 내연 기관의 이상적인 기준 위치와 관련하여 계열 생산 내연 기관의 흡입 밸브와 배출 밸브 사이의 실제 상대 위치 및 이상적인 크랭크 샤프트 위상각 또는 왕복 피스톤 위치, 즉 크랭크 샤프트 위치 센서에 의해 사전 한정된 위상각과 관련하여 흡입 밸브 행정, 배출 밸브 행정, 및 가능하게 피스톤 행정의 위상차, 또는 크랭크 샤프트의 위상 위치는, 실제로 흡인되는 신선 가스 충전이 기준으로서 결정된 신선 가스 충전으로부터 벗어나므로, 기준 데이터 세트에 기초한 제어 파라미터가 최적이 아니라는 결과를 가진다. 내연 기관의 작동 동안, 이러한 오류는 배출, 소비, 동력, 주행 평활성 등에 관하여 악영향을 미칠 수 있다.
계열 생산 내연 기관에서 발생하는 가능한 편차의 예시 및 상기 편차의 명명법의 정의를 위해, 도 1의 내연 기관을 도시하지만 보다 양호한 개괄을 위해, 도 1에 도시된 기준 명칭이 생략되고, 대응하는 편차들만이 지정되는 도 2를 참조할 것이다.
위치 엔코더의 위상각이 크랭크 샤프트 위치 센서(41)에 의해 검출되는 크랭크 샤프트 제어 어댑터(10) 상에 배열된 위치 엔코더(43)의 기준 위치로부터, 이상적인 기준 위상 위치와 관련하여 왕복 피스톤(6), 흡입 밸브(22), 및 배출 밸브(32)의 위상 위치의 편차로 이어지는 다수의 공차 체인(tolerance chain)이 존재하며, 이러한 것은 이후에 위상차로서 또한 지칭된다.
여기에서, 피스톤 행정 위상차(ΔKH)는 예를 들어 크랭크 샤프트 위치 센서(41)의 기준 위치와 관련하여 크랭크 핀 각도(HZW)의 편차, 소위 크랭크 핀 각도차(ΔHZW)와 커넥팅 로드(7)와 왕복 피스톤(6)의 상이한 치수 공차(도시되지 않음)로부터 발생한다.
또한, 흡입 밸브 행정 위상차(ΔEVH)는 예를 들어 흡입 캠 샤프트 제어 어댑터(24) 및 제어 메커니즘(40)의 기계적 공차(도시되지 않음)와 함께 캠 위치에서의 편차, 소위 흡입 캠 샤프트 각도차(ΔENW)로부터 발생한다. 흡입 캠 샤프트에 대한 위상 조정기가 존재하면, 흡입 캠 샤프트 조정각(ENVW) 또는 설정 포인트로부터의 그 편차에 대한 고려가 가능하게 주어질 수 있다.
동일한 방식으로, 배출 밸브 행정 위상차(ΔAVH)는 예를 들어 배출 캠 샤프트 제어 어댑터(24) 및 제어 메커니즘(40)의 기계적 공차(도시되지 않음)와 함께, 캠 위치에서의 편차, 소위 배출 캠 샤프트 각도차(ΔANW)로부터 발생한다. 배출 캠 샤프트에 대한 위상 조정기가 존재하면, 배출 캠 샤프트 조정각(ANVW) 또는 설정 포인트로부터의 그 편차에 대한 고려가 가능하게 주어질 수 있다.
설명된 편차의 가능한 원인은 예를 들어 다음과 같을 수 있다:
- 수반된 기계 구성 요소들의 제조 및/또는 조립 공차, 및
- 예를 들어 크랭크 샤프트와 캠 샤프트를 결합하는 제어 체인 또는 톱니형 벨트의 늘어짐(lengthening)과 같은 마모 현상, 및
- 높은 기계적 부하 상태로 인한 탄성 또는 소성 현상.
여기에서, 현재의 종래 기술에 따른 기술된 문제에 대한 이전의 해결책은, 원칙적으로, 제어 파라미터의 개조를 통한 교정 또는 보상을 위한 대응하는 조치를 실행할 수 있기 위하여 기준 내연 기관과 계열 생산 내연 기관 사이에서 발생하는 편차를 검출하고 정량화하는데 있다.
또한, 해결책은 지금까지 제조 및 조립 공차를 최소화하는 것에 의해 이러한 문제에 대응하도록 추구되었다. 또한, 예를 들어, 제어 타이밍은 밸브 행정 위치, 캠 프로파일(cam contour) 등에 기초하여 각각의 정적 계열 생산 내연 기관에서 측정되고, 내연 기관은 이에 따라 조립 공정 동안 조정된다.
또한, 현재 공지된 대부분의 시스템은 기준점 체계(위치 피드백)로 작동한다. 여기에서, 각각의 경우에, 센서에 의해 검출될 수 있는 하나의 위치 마크(position mark)가 크랭크 샤프트 및 흡입 캠 샤프트 및/또는 배출 캠 샤프트, 또는 각각의 크랭크 샤프트 제어 어댑터 및 흡입 캠 샤프트 제어 어댑터 및/또는 배출 캠 샤프트 제어 어댑터, 또는 제공될 수 있는 위상 조정기 등에 배치된다. 이러한 방식으로, 크랭크 샤프트와 각각의 흡입 캠 샤프트 및/또는 배출 캠 샤프트 사이의 상대 위상 위치가 결정될 수 있고, 필요한 기준값과 관련한 편차가 확인될 수 있다. 상기 편차의 원하지 않는 영향은 결정된 편차에 의존하는 방식으로 대응하는 제어 파라미터의 조정 또는 교정에 의해 제어 유닛에서 대응될 수 있다.
그러나, 원칙적으로, 발생하는 공차들 중 일부만이 이러한 방법으로 확인할 수 있다. 그러므로, 예를 들어, 캠 샤프트와 관련된 각각의 위치 마크 자체의 위치 편차에 기인하는 각도 편차, 또는 각각의 기준 위치와 관련된 흡입 캠 샤프트 각도차(ΔENW) 또는 배출 캠 샤프트 각도차(ΔANW)를 확인하는 것이 가능하지 않다.
실린더 압력 신호를 평가하는 노크 센서 신호(knock sensor signal)를 평가하는 것과 같은 추가의 방법도 마찬가지로 공지되어 있다.
또한, US 6,804,997 B1은 흡입관(intake tract)에서의 압력 맥동(pressure fluctuation)을 모니터하고 평가하는 것에 의해 크랭크 샤프트의 위상 위치를 결정하기 위한 엔진 제어 디바이스를 개시하였다. 제어 디바이스는 흡입 이벤트를 나타내는 흡입 공기 압력 맥동, 그러므로 이와 관련된 크랭크 샤프트 위상 위치, 및 엔진 사이클에서의 그 대응하는 주기를 결정하도록 설계된다. 제어 디바이스는 엔진의 연료 분사 및 점화 특성을 제어하기 위해 크랭크 샤프트 회전 속도 및 크랭크 샤프트의 위상 위치를 결정하도록 정보의 이러한 항목들을 이용한다. 흡입 밸브 및 배출 밸브의 제어 타이밍, 즉 흡입 밸브 행정 위상차 및 배출 밸브 행정 위상차는 이러한 경우에 고려되지 않으며, 일부 상황에서 결과에 상당한 영향을 미칠 수 있다.
문헌 DE 10 2005 007 057은 내연 기관의 흡입관에서 폐루프 형태로 제어될 스로틀 플랩 공기 스트림(throttle flap air stream)을 위한 폐루프 제어 방법을 개시하고 있으며, 여기에서 특히 내연 기관의 밸브 제어 타이밍에 의해 영향을 받는 흡입관에서의 압력 맥동은 유체 스트림의 폐루프 제어에서 고려된다. 이러한 목적을 위해, 압력 맥동은 고속 푸리에 변환(fast Fourier transformation)에 의해 분석되고, 진폭 정보는 예를 들어 스로틀 플랩 공기 스트림의 다차원 수학적 폐루프 제어 모델에 대한 추가 입력 변수로서 고려되는 왜곡률(distortion factor)로 요약된다. 내연 기관의 밸브 제어 타이밍, 즉 또한 가능하게 현재의 흡입 밸브 행정 위상차 및 배출 밸브 행정 위상차에 관한 특정 결론은 이러한 방법에 의해 도출될 수 없다.
문헌 DE 35 06 114 A1은 내연 기관의 개루프 또는 폐루프 제어 제어를 위한 방법을 개시하고, 여기에서, 예를 들어 가스 압력 신호와 같은 정보로서 내연 기관의 맥동 스펙트럼(oscillation spectrum)의 적어도 일부를 포함하는 작동 변수에 의존하는 방식으로, 내연 기관의 적어도 하나의 조작된 변수(manipulated variable)가 제어된다. 이러한 목적을 위해, 검출된 작동 변수로부터, 작동 변수에 포함된 값 스펙트럼(value spectrum)은 이산(discrete) 푸리에 변환에 의해 맥동 스펙트럼의 일부로서 결정되어 측정 스펙트럼으로서 사용되고 기준 스펙트럼과 비교된다. 제어될 내연 기관의 조작된 변수는 그런 다음 측정 스펙트럼과 기준 스펙트럼 사이의 편차에 의존하는 방식으로 제어된다. 내연 기관의 밸브 제어 타이밍 및 피스톤 행정 위치에 관한 특정 결론은 이러한 방법에 의해 용이하게 도출될 수 없다.
문헌 US 2009 0 312 932 A1은 내연 기관 내에서 연소에 대한 진단을 수행하기 위한 방법을 개시하며, 여기에서, 연소 위상 설정값은 고속 푸리에 변환에 의해 크랭크 샤프트 각속도로부터 생성되고, 상기 값은 예상되는 연소 위상 설정값과 비교되고, 허용 가능한 연소 위상 설정 차이보다 큰 상기 값들 사이의 차이가 확인된다.
전술된 것들에 대한 기준 엔진과 계열 생산 엔진 사이의 편차를 결정하기 위한 유사한 접근이 또한 US 2010 0 063 775 A1에 개시되어 있다.
본 발명은 흡입 밸브, 배출 밸브 및 왕복 피스톤의 실제 위상 위치의 특히 정확한 확인을 가능하게 하고, 및/또는 피스톤 행정 위상차(ΔKH), 흡입 밸브 행정 위상차(ΔEVH) 및 배출 밸브 행정 위상차(ΔAVH)를 내연 기관의 진행중인 작동 동안 확실하게 결정할 수 있는, 도입부에서 설명된 형태의 간단하고 저렴한 방법을 제공하는 목적에 기초한다.
상기 목적은 메인 청구항에 따라서, 작동 동안 계열 생산 내연 기관의 실린더의 피스톤 행정 위상차, 흡입 밸브 행정 위상차 및 배출 밸브 행정 위상차의 조합된 확인을 위한 방법에 의해 달성된다.
종속항들은 본 발명에 따른 요지의 실시예 및 개량에 관한 것이다.
작동 동안 계열 생산 내연 기관의 실린더의 피스톤 행정 위상차, 흡입 밸브 행정 위상차, 및 배출 밸브 행정 위상차의 조합된 확인을 위한 본 발명에 따른 방법에서, 각각의 계열 생산 내연 기관의 공기 흡입관에서의 흡입 공기 및/또는 배기 가스 배출관에서의 배기 가스의, 각각의 실린더에 할당 가능한 동압력 맥동은 작동 동안 측정되고, 대응하는 압력 맥동 신호는 각각의 경우에 이러한 것들로부터 생성된다. 동시에 크랭크 샤프트 위상각 신호가 결정된다. 이산 푸리에 변환을 사용하여, 압력 맥동 신호로부터, 크랭크 샤프트 위상각 신호와 관련된 측정 압력 맥동의 선택된 신호 주파수의 위상 위치가 결정된다.
상기 방법은 또한 다음의 추가의 단계들을 특징으로 한다:
- 각각의 선택된 신호 주파수의 결정된 위상 위치들에 기초하여, 흡입 밸브 행정 위상차 및 배출 밸브 행정 위상차에 의존하는, 상기 선택된 신호 주파수의 등위상 위치(equal phase position)의 라인이 결정된다. 이러한 것은 등위상 위치의 기준 라인을 사용하여 수행되고, 기준 라인들은 기준 라인 특성맵(reference line characteristic map)들에 저장되거나 또는 각각의 모델 함수(model function)에 의해 결정되는 단계;
- 선택된 신호 주파수의 등위상 위치의 결정된 라인의 공통 교차점은 흡입 밸브 행정 위상차 및 배출 밸브 행정 위상차, 및 등위상 위치의 결정된 라인의 신호 주파수 의존성 이상(signal-frequency-dependent phase shifting)에 의해 이어진 공통 평면 내로의 투사(projection)에 의해 결정되는 단계;
- 흡입 밸브 행정 위상차 및 배출 밸브 행정 위상차는 선택된 신호 주파수의 등위상 위치의 라인의 결정된 공통 교차점으로부터 결정되되는 단계; 및
- 피스톤 행정 위상차는 선택된 신호 주파수의 등위상 위치의 라인의 공통 교차점까지 수행된 위상 변이의 값으로부터 결정되는 단계.
당업자는, 실린더들의 각각의 연소실로의 공기의 공급을 위해 제공되고 그러므로 내연 기관의 "공기 흡입관" 또는 단순히 "흡입관", "흡입 시스템" 또는 "유입관(inlet tract)"이라는 표현하에 소위 공기 경로를 한정하는 모든 구성 요소를 요약할 것이다. 이러한 것들은 예를 들어 공기 필터, 흡입 파이프, 흡입 매니폴드 또는 분배 파이프 또는 간단히 흡인 파이프, 스로틀 플랩 밸브, 및 가능하게 압축기와 실린더에 있는 흡입 개구 또는 실린더의 흡입 덕트를 포함할 수 있다.
대조적으로, 내연 기관의 "배기 가스 배출관" 또는 간단히 "배기 가스관" 또는 "배출관"이라는 표현은 연소 후에 연소실로부터 빠져나가는 배기 가스의 제어된 배출을 위해 제공되는 이러한 구성 요소를 묘사한다.
압력 맥동 신호의 분석을 위해, 압력 맥동 신호는 이산 푸리에 변환(DFT)의 대상이다. 이러한 목적을 위해, 고속 푸리에 변환(FFT)으로서 공지된 알고리즘은 DFT의 효율적인 계산을 위해 사용될 수 있다. DFT에 의해, 압력 맥동 신호는 지금 개별 신호 주파수로 분해되며, 그후 그 진폭 및 위상 위치에 관하여 단순화된 형태로 별도로 분석될 수 있다.
본 경우에, 특히, 압력 맥동 신호의 선택된 신호 주파수의 위상 위치가 내연 기관의 밸브 제어 타이밍 및 피스톤 행정에 의존하는 것으로 밝혀졌다. 이러한 경우에 신호 주파수의 위상 위치는 크랭크 샤프트 회전 각도 신호와 관련된 신호 주파수 신호의 상대 위치를 특징으로 한다.
본 발명에 따른 방법은 추가적인 센서없이, 내연 기관의 흡입 밸브, 배출 밸브 및 왕복 피스톤의 위상 위치들, 즉 현재 행정 위치들이 크랭크 샤프트 위상각과 관련하여 고정밀도로 결정될 수 있고, 그러므로 내연 기관의 충전 교환 공정의 정확한 계산과 제어 파라미터의 조율(tuning)을 위해 사용될 수 있다는 이점을 가진다.
상기 방법의 한 실시예에서, 상기 방법은 본 발명에 따른 상기 방법에 선행하는, 기준 흡입 밸브 행정 위상차 및 기준 배출 밸브 행정 위상차에 의존하는 방식으로 공기 흡입관에서의 흡입 공기 및/또는 배기 가스 배출관에서의 배기 가스의 압력 맥동 신호의 선택된 신호 주파수의 등위상 위치의 기준 라인을 결정하기 위하여 기준 내연 기관에서 측정을 수행하는 단계, 및 기준 라인 특성맵에서의 기준 흡입 밸브 행정 위상차 및 기준 배출 밸브 행정 위상차에 의존하는 방식으로 상기 압력 맥동 신호의 선택된 신호 주파수의 등위상 위치의 기준 라인을 저장하는 단계를 설명한다.
이러한 방식으로, 흡입 밸브 행정 위상차 및 배출 밸브 행정 위상차 및 피스톤 행정 위상차의 결정이 간단한 방식으로 수행될 수 있다.
전술한 기준 라인 특성맵은 유익하게 각각의 계열 생산 내연 기관의 기존 엔진 제어 유닛의 메모리 영역에 저장될 수 있고, 그러므로 별도의 메모리 수단의 필요성없이, 계열 생산 내연 기관의 작동 동안 상기 방법에서 사용하기 위해 즉시 이용할 수 있다.
또한, 압력 맥동 신호의 선택된 신호 주파수의 기준 라인 특성맵으로부터, 기준 흡입 밸브 행정 위상차 및 기준 배출 밸브 행정 위상차에 의존하는 방식으로, 압력 맥동 신호의 선택된 신호 주파수의 동일한 위상각들의 각각의 기준 라인의 프로파일을 복제하는 대수적 모델 함수가 전술한 바와 같이 결정된 각각의 신호 주파수를 위하여 유도되는 것이 유익하게 가능하다. 이러한 방식으로, 동일한 위상각의 라인들의 공통 교차점의 분석적 결정을 위하여, 그러므로 피스톤 행정 위상차, 흡입 밸브 행정 위상차 및 배출 밸브 행정 위상차의 확인을 위하여 추가 방법 동안 사용될 수 있는, 동일한 위상각들의 기준 라인의 수학적 공식이 이용 가능하게 만들어진다.
본 발명의 개선에서, 전술한 바와 같이 결정된, 선택된 신호 주파수를 위한 대수적 모델 함수들은 각각의 계열 생산 내연 기관의 엔진 제어 유닛의 메모리 영역에 저장될 수 있다. 이러한 방식으로, 대수적 모델 함수들은 컨트롤러에서 즉시 이용할 수 있으며 등위상 위치의 라인들의 각각의 현재 결정을 위해 용이하게 사용될 수 있다. 그러므로, 대응하는 기준 라인 특성맵을 메모리에 저장할 필요가 없으며, 이러한 것은 대용량의 데이터를 포함하고, 그러므로 증가된 메모리 공간 요구를 발생시킨다.
본 발명에 따른 방법의 다른 실시예에서, 공통 교차점을 결정하기 위하여 흡입 밸브 행정 위상차 및 배출 밸브 행정 위상차, 및 등위상 위치의 결정된 라인의 신호 주파수 의존성 이상에 의해 이어진 공통 평면 내로 등위상 위치의 결정된 라인의 투사는 대응하는 대수 함수에 기초하여 수행된다. 이러한 목적을 위해, 방법의 개선된 예시를 위하여 본 특허 출원에서 사용된 개략적인 예시들은 대수 함수 또는 처리 연산으로 변환된다. 이러한 것은 예를 들어 대응하는 처리 연산이 실행되는 대응하는 엔진 제어 유닛과 같은 전자 프로그램 가능 처리 유닛에 의해 실행되는 방법의 경우에 특히 유익하다.
전술한 가정 하에서, 방법은 각각의 계열 생산 내연 기관의 전자 프로그램 가능 엔진 제어 유닛에서 실행될 수 있다. 이러한 것은 별도의 제어 또는 처리 유닛이 필요하지 않으며, 방법의 알고리즘이 엔진 제어 프로그램의 대응하는 시퀀스에 통합될 수 있다는 이점이 있다.
본 발명의 개선된 실시예에서, 결정된 피스톤 행정 위상차, 결정된 흡입 밸브 행정 위상차 및 결정된 배출 밸브 행정 위상차에 대한 교정 또는 적응의 상황에서, 제어 변수 또는 제어 루틴, 예를 들어 분사를 위한 연료 질량, 분사의 시작 시간, 점화 시간, 캠 샤프트의 위상 조정기들의 작동 등의 적응은 엔진 컨트롤러에서 수행된다. 그러므로, 연소 과정이 각각의 계열 생산 내연 기관의 실제 조건에 대해 최적화될 수 있고, 그러므로 연료 수요 및 배출값들이 감소되는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 방법의 실행을 위해, 선택된 신호 주파수는 내연 기관의 흡입 주파수의 기본 주파수 또는 제1 고조파 및 추가의 배수, 즉 제2 내지 n번째 "고조파"로서 흡입 주파수에 유익하게 대응한다.
여기에서, 흡입 주파수는 궁극적으로 내연 기관의 회전 속도에 고유하게 관련된다. 그런 다음, 상기 선택된 신호 주파수에 대해, 병행하여 검출된 크랭크 샤프트 위상각 신호를 고려하여, 이러한 상황에서 위상각으로서 지칭되는, 선택된 신호 주파수의 위상 위치는 크랭크 샤프트 위상각과 관련하여 결정된다. 이러한 것은 평가가 용이한 등위상 위치의 라인들의 결정을 야기하고, 그러므로 높은 정확도의 결과를 유발한다.
또한, 공기 흡입관에서의 흡입 공기의 동압력 맥동이 어떠한 경우에도 흡입 파이프에서 이미 제공된 계열 생산형 압력 센서에 의해 측정되는 것이 또한 유익하게 가능하다. 이러한 것은 이러한 목적을 위해 어떠한 추가의 센서도 제공되지 않아야 하고, 그러므로 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위해 추가 비용이 발생하지 않는다는 이점을 가진다.
본 발명에 따른 방법의 실행에 필요한 크랭크 샤프트 위상각 신호는 크랭크 샤프트에 연결된 톱니형 기어 및 홀 센서에 의해 결정될 수 있다. 이러한 센서 배열은 다른 목적을 위해 현대적인 내연 기관에 이미 유사하게 제공된다. 상기 센서 배열에 의해 발생된 크랭크 샤프트 위상각 신호는 본 발명에 따른 방법에 의해 용이하게 공동으로 이용될 수 있다. 이러한 것은 어떠한 추가의 센서가 제공되지 않아야 하고, 그러므로 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위해 추가 비용이 발생하지 않는다는 이점을 가진다.
본 발명이 기초로 하는 관계의 상세한 고려가 다음의 도면을 참조하여 제시될 것이다:
도 1은 왕복 피스톤 내연 기관의 간략화된 개략도.
도 2는 왕복 피스톤 내연 기관의 중요한 구성 요소들의 가능한 위치 및 각도 편차의 도면 부호를 구비하는 도 1에 따른 개략도.
도 3은 흡입 캠 샤프트 각도차 및 배출 캠 샤프트 각도차에서의 공기 흡입관 및/또는 배기 가스관에서 측정된 압력 맥동 신호의 2개의 선택된 신호 주파수의 위상 위치(PL_SF)의 의존성을 예시하기 위한 2개의 3차원 도면.
도 4는 흡입 캠 샤프트 각도차 및 배출 캠 샤프트 각도차에 의해 이어진 평면 내로 투사된, 공기 흡입관 및/또는 배기 가스관에서 측정된 압력 맥동 신호의 2개의 선택된 신호 주파수에 대한 등위상 위치의 라인을 예시하기 위한 2개의 2차원 도면.
도 5는 흡입 캠 샤프트 각도차 및 배출 캠 샤프트 각도차의 특정 조합에 대한 상이한 신호 주파수의 등위상 위치의 표시된 라인을 가지는 도 4에 따른 2차원 도면.
도 6은 중첩된 피스톤 행정 위상차의 경우에 흡입 캠 샤프트 각도차 및 배출 캠 샤프트 각도차의 특정 조합에 대한 상이한 신호 주파수의 등위상 위치의 표시된 라인을 가지는 도 5에서와 같은 2차원 도면.
도 7은 방법을 예시하기 위한 단순화된 블록도.
본 발명은 다음의 실행에 기초한다:
"이상적인" 기준 내연 기관에서의 흡입 밸브 행정 위상차(ΔEVH) 및 배출 밸브 행정 위상차(ΔAVH)를 변화시키고, 이산 푸리에 분석에 의해, 공기 흡입관에서의 흡입 공기 또는 배기 가스 배출관에서의 배기 가스의 압력 맥동 신호(이후에 간단히 압력 맥동 신호로서 지칭)를 분석하고, 각각의 경우에 흡입 주파수 또는 흡입 주파수의 배수에 대응한 선택된 개별 신호 주파수를 고려하면, 특히 선택된 개별 신호 주파수의 위상 위치들, 즉 크랭크 샤프트 위상각 신호와 관련된 압력 맥동 신호의 상대 위치가 흡입 밸브 행정 위상차(ΔEVH) 및 배출 밸브 행정 위상차(ΔAVH)에 의존한다는 것이 알려졌다.
도 3은 2개의 서로 다른 신호 주파수, 즉 흡입 주파수(주파수 1), 및 제1 고조파(주파수 2)에 대한 이러한 의존성을 도시한다.
흡입 밸브 행정 위상차(ΔEVH) 및 배출 밸브 행정 위상차(ΔAVH)의 변화에 대해, 각각의 위상 조정기는 -5°내지 +5°의 범위에서 흡입 캠 샤프트 각도차(ΔENW) 및 배출 캠 샤프트 각도차(ΔANW)를 변화시키도록 이러한 목적을 위해 사용되었으며, 압력 맥동 신호의 각각의 신호 주파수(PL_SF)의 각각의 관련 위상 위치는 이어져있는(spanned) ΔENW-ΔANW 평면 위로 수직으로 표시되었다. 모든 선택된 신호 주파수에 대해, 이어져 있는 3차원 공간에 결과적인 상이하게 경사진 "위상 표면(phase surface)"(100, 200)이 존재한다. ΔENW-ΔANW 평면에 평행하게 놓인 섹션 평면(110, 120, 210, 220)들이 지금 각각의 신호 주파수의 상이한 위상 위치(PL_SF)의 레벨로 놓여지면, 그 라인들이 등위상 위치의 라인들로서 지칭될 수 있는 각각의 위상 표면(100, 200)과의 각각의 교차 라인이 획득된다. 즉, 이러한 등위상 위치의 라인을 따라서 놓이는 모든 ΔENW-ΔANW 조합에 대해, 압력 맥동 신호의 선택된 주파수의 동일한 위상 위치(same phase position)가 획득된다. 반대로 이러한 것은 압력 맥동 신호의 신호 주파수의 결정된 위상 위치에 고유한 ΔENW-ΔANW 조합이 할당될 수 없다는 것을 의미한다.
도 3은 주파수 1의 경우에, 위상 표면(100), 즉 위상 위치 260° 및 265°에서의 2개의 섹션 평면(110, 120)을 도시한다. 등위상 위치(111)의 라인은 위상 위치 263°에 대해 획득되고, 등위상 위치(121)의 라인은 위상 위치 260°에 대해 획득된다. 주파수 2의 경우에, 위상 표면(200), 예로서, 위상 위치 216°및 195°에서의 2개의 섹션 평면(210, 220)이 도시되어 있다. 등위상 위치(211)의 라인은 위상 위치 216°에 대해 획득되고, 등위상 위치(221)의 라인은 위상 위치 195°에 대해 획득된다.
관계에 대한 추가의 검토를 위해, 압력 맥동 신호의 각각의 선택된 신호 주파수의 등위상 위치의 라인들은 지금 ΔENW-ΔANW 평면으로 투사되었다. 이러한 것은 도 3과 유사하게 도 4의 주파수 1과 주파수 2에 대해 개별적으로 도시되어 있다. 263°와 260°에서 주파수 1에 대한 등위상 위치(111, 121)의 대응하는 라인들과 216°과 195°에서 주파수 2에 대한 등위상 위치(211, 221)들 역시 이러한 도면에서도 대응하는 도면 부호(reference designation)로 지시된다. 상이한 선택된 신호 주파수의 등위상 위치의 라인이 상이한 기울기를 가진다는 것을 알 수 있다. 하나가 다른 하나 위에 ΔENW-ΔANW 평면 내로 다른 선택된 신호 주파수와 등위상 위치의 라인들을 투사하면, 등위상 위치(131, 231, 331 및 431)의 라인들에 기초하여 도 5에 도시된 바와 같이, 상이한 신호 주파수의 등위상 위치의 라인들이 정확히 하나의 지점에서 교차하며, 그러므로 단일 ΔENW-ΔANW 조합을 나타낸다는 것을 알 수 있다(도 5 및 도 6에 도시된 등위상 위치의 라인들이 이전의 도면으로부터의 도시의 연속으로서 간주되지 않는 것이 지적되었다). 기본으로서 이상적인 기준 엔진을 고려하면, 흡입 밸브(22)들과 흡입 캠 샤프트(23) 및 배출 밸브(32)들과 배출 캠 샤프트(33)의 직접 및 영향받지 않은 상호 작용이 가정될 수 있기 때문에, 흡입 캠 샤프트 각도차(ΔENW)는 특정 흡입 밸브 행정 위상차(ΔEVH)가 할당될 수 있으며, 배출 캠 샤프트 각도(ΔANV)는 특정 배출 밸브 행정 위상차(ΔAVH)가 할당될 수 있다.
그러므로, 그 외의 이상적인 관계를 가정하면, 압력 맥동 신호의 선택된 신호 주파수의 위상 위치를 결정하고, 공통의 ΔEVH-ΔAVH 평면 내로 투사하는 것에 의해 각각의 신호 주파수의 결정된 위상 위치들의 등위상 위치의 공지된 라인들을 고려하고 중첩시키는 것에 의해, 등위상 위치의 라인들의 단일교차점을 결정하고, 이로부터 흡입 밸브 행정 위상차(ΔEVH)와 배출 밸브 행정 위상차(ΔAVH)의 값을 결정하는 것이 가능하다.
추가의 테스트 동안, 계열 생산 내연 기관에서 또한 예상되는 것과 같은 왕복 피스톤 위치의 편차, 소위 피스톤 행정 위상차(ΔKH)는 이제 흡입 밸브 행정 위상차(ΔEVH)와 배출 밸브 행정 위상차(ΔAVH)에 추가하여 중첩되었다. 여기에서, 부가적으로 발생하는 피스톤 행정 위상차(ΔKH)의 경우에, 공통 평면으로의 투사에 의해 중첩될 때, 선택된 신호 주파수의 등위상 위치의 라인들은 단일 지점에서 더 이상 교차하지 않는다는 것이 알려졌다. 이러한 것은 도 6에 도시되어 있다. 여기에서, 등위상 위치의 라인들이 중첩될 때, 다수의 별개의 교차점(311 내지 315)이 형성된다.
그러나, 발생하는 피스톤 행정 위상차(ΔKH)가 상이한 신호 주파수의 등위상 위치(131, 231, 331 및 431)의 각각의 라인의, 각각의 선택된 신호 주파수에 의존하는 위상 변이를 일으키며, 그 위상 변이의 값이 피스톤 행정 위상차(ΔKH)의 값에 의존한다다는 것이 밝혀졌다. 여기에서, 특히 주파수가 증가하는 것으로, 등위상 위치의 각각의 라인의 위상 변이의 값이 또한 선형 의존성으로 증가한다는 것이 밝혀졌다. 그러므로, 제1 고조파에 대응하는 신호 주파수에서, 등위상 위치의 관련 라인의 값(X)만큼의 위상 변이가 발생하면, 제2 고조파의 경우에, 등위상 위치의 관련 라인의 2배만큼의 위상 변이가 예상된다.
그러므로, 피스톤 행정 위상차(ΔKH)에 의존하는 각각의 결정된 값(X, 2X 등) 만큼 등위상 위치(131, 231, 331 및 431)의 개별 결정된 라인들의 대응하는 이상(phase shifting)에 의해, 단일 교차점이 다시 알려질 수 있다.
여기에서, 전술한 바와 같이, ΔENW-ΔANW 평면에서의 교차점의 위치는 흡입 캠 샤프트 각도차(ΔENW)와 흡입 밸브 행정 위상차(ΔEVH), 그리고 또한 배출 캠 샤프트 각도차(ΔANW)와 배출 밸브 행정 위상차(ΔAVH)에 관한 정보를 제공한다. 대조적으로, 피스톤 행정 위상차(ΔKH)는 등위상 위치(131, 231, 331 및 431)의 라인들의 공통 교차점에 대해 필요한 위상 변이의 값으로부터 결정될 수 있다.
도 3 내지 도 6에서 도표로 도시된 관계는 방법의 원리의 용이한 이해를 위해 제공된다. 상기 관계는 대응하는 대수 공식에 기초하여 자명하게 표현될 수 있으며, 방법은 대응하는 처리 연산 및 프로그램 알고리즘에 의해 이러한 기초 위에서 실행될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 예를 들어, 등위상 위치의 라인의 예시에 대응하는 수학적-물리적 모델 함수들이 유도되며, 이러한 모델 함수들은 공통 교차점 및 요구되는 위상 변이의 결정을 위해 사용될 수 있다.
작동 동안 내연 기관의 피스톤 행정 위상차(ΔKH), 흡입 밸브 행정 위상차(ΔEVH) 및 배출 밸브 행정 위상차(ΔAVH)의 조합된 확인을 위한 방법의 발명은 전술한 실행에 기초하며, 따라서 하나의 예에서 다음과 같이 제시된다:
내연 기관의 작동 동안, 공기 흡입관에서의 흡입 공기 또는 배기 가스 배출관에서의 배기 가스 또는 두 영역 모두에서의 동압력 맥동이 연속적으로 측정된다. 각각의 측정은 압력 맥동 신호를 유발한다. 상기 압력 맥동 신호는 내연 기관의 제어 유닛으로 공급된다. 제어 유닛에서, 압력 맥동 신호는 제어 유닛에 저장된 프로그램 알고리즘에 의해 이산 푸리에 변환되고, 크랭크 샤프트 위상각 신호와 관련된 측정 압력 맥동의 선택된 신호 주파수의, 바람직하게 내연 기관의 흡입 주파수의 제1 및 추가 고조파의 위상 위치가 결정된다. 이어서, 선택된 개별 신호 주파수들에 대해, 각각의 위상 위치에 기초하여, 각각의 경우에, 등위상 위치의 하나의 대응하는 라인이 결정된다. 이러한 것은, 각각의 경우에, 대응하는 내연 기관 계열에 대해 전형적이며 제어 유닛의 메모리 영역에 저장된 기준 라인 특성맵으로부터 등위상 위치의 기준 라인의 선택에 의해, 또는 대응하는 내연 기관 계열에 대해 전형적이며 제어 유닛의 메모리 영역에 저장된 각각의 대수적 모델 함수 및 대응하는 처리 연산 및 프로그램 알고리즘에 의한 계산에 의해 수행된다.
그러므로, 선택된 개별 신호 주파수의 등위상 위치의 결정된 라인들은 그런 다음 제어 유닛에 저장된 대응하는 프로그램 알고리즘에 의해, 흡입 밸브 행정 위상차(ΔEVH) 및 배출 밸브 행정 위상차(ΔAVH)에 의해 이어진 공통 평면 내로 투사되고, 필요하면, 개별 라인들의 신호 주파수 의존성 이상에 의해 단일 공통 교차점으로 보내진다. 흡입 밸브 행정 위상차(ΔEVH) 및 배출 밸브 행정 위상차(ΔAVH)에 의해 이어진 평면에서의 상기 공통 교차점의 위치로부터, 흡입 밸브 행정 위상차(ΔEVH) 및 배출 밸브 행정 위상차(ΔAVH)를 결정하는 것이 가능하다.
상기 공통 평면으로의 등위상 위치의 라인들의 투사가 단일 공통 교차점을 설마 산출하지 못한다면, 추가의 피스톤 행정 위상차가 존재한다고 가정해야만 하며, 상기 추가의 피스톤 행정 위상차는 전술한 바와 같이, 각각의 경우에 관련된 신호 주파수에 의존하는 값에 의해, 즉 신호 주파수 의존성 방식으로 동일한 방향으로 선택된 개별 신호 주파수의 등위상 위치의, 그러므로 등위상 위치의 대응하는 라인들의 변이를 유발하였다. 위상 위치의 변이가 피스톤 행정 위상차에 고유하게 관련되기 때문에, 단일 공통 교차점으로의 등위상 위치의 라인들의 대응하는 신호 주파수 의존성(역행) 변위는 피스톤 행정 위상차(ΔKH)에 대한 특정값을 유발한다. 그러므로, 피스톤 행정 위상차는 선택된 신호 주파수의 등위상 위치의 라인의 공통 교차점까지 수행된 위상 변이의 값으로부터 결정될 수 있다.
방법을 실행하기 위하여, 등위상 위치의 기준 라이들을 구비한 특성맵 또는 대응하는 대수적 모델 함수를 이용할 수 있는 것이 필요하다. 이러한 것들은 내연 기관의 형태 계열/계열의 상세한 구조적 설계에 의존하고, 그러므로 상기 계열의 전형인 구조적으로 동일한 기준 내연 기관에서 결정되어야만 한다. 이러한 목적을 위해, 기준 내연 기관에서, 공기 흡입관 및/또는 배기 가스 배출관에서의 압력 맥동 신호는 흡입 밸브 행정 위상차(ΔEVH)와 배출 밸브 행정 위상차(ΔAVH)의 변화와 함께 가능한 최대 수의 작동 지점들에서 기록되고 이산 푸리에 변환되며, 선택된 신호 주파수에 대한 위상 위치들은 흡입 밸브 행정 위상차(ΔEVH)와 배출 밸브 행정 위상차(ΔAVH)에 의존하는 방식으로 저장된다. 피스톤 행정 위상차(ΔKH)가 중첩되어 결과를 변조하지 않는 것이 보장되어야만 한다.
이와 같이 결정된 이러한 3차원 데이터 맵들에 기초하여, 선택된 개별 신호 주파수를 위하여, 등위상 위치의 라인들이 결정되어 대응하는 특성맵에 저장되거나, 또는 등위상 위치의 라인들의 계산을 위한 대수적 모델 함수가 결정되는 것이 가능하다.
그러므로, 결정된 특성맵 및/또는 모델 함수는 그런 다음 모든 구조적으로 동일한 계열 생산 내연 기관의 제어 유닛의 메모리 영역에 저장되고, 본 발명에 따른 방법을 실행하도록 사용될 수 있다.
도 7은 주요 단계들을 도시하는 단순화된 블록도의 형태로 다시 한번, 작동 동안 계열 생산 내연 기관의 실린더의 피스톤 행정 위상차, 흡입 밸브 행정 위상차, 및 배출 밸브 행정 위상차의 조합된 확인을 위한 본 발명에 따른 방법의 실시예를 도시한다.
시작 시에, 각각의 실린더에 할당 가능한, 각각의 계열 생산 내연 기관의 공기 흡입관에서의 흡입 공기 및/또는 배기 가스 배출관에서의 배기 가스의 동압력 맥동은 작동 동안 측정되고, 대응하는 압력 맥동 신호는 이러한 것으로부터 발생되고, 크랭크 샤프트 위상각 신호는 병렬로 배열되고 DDS(동압력 맥동 신호) 및 KwPw(크랭크 샤프트 위상각)로 지시된 블록도에 도시된 바와 같이 동시에 결정된다.
그런 다음, 이산 푸리에 변환(DFT)을 사용하여 압력 맥동 신호(DDS)로부터, 크랭크 샤프트 위상각 신호(KwPw)와 관련하여 측정 압력 맥동의 다수의 선택된 신호 주파수(PL_SF_1 ... PL_SF_X)의 위상 위치들이 결정되며, 이러한 것은 DFT(이산 푸리에 변환) 및 PL_SF_1 ... PL_SF_X(각각의 신호 주파수의 위상 위치)의 도면 부호로 지시된 블록들에 의해 예시된다.
그런 다음, 각각의 선택된 신호 주파수의 결정된 위상 위치(PL_SF_1 ... PL_SF_X)에 기초하여, 각각의 경우에, 흡입 밸브 행정 위상차 및 배출 밸브 행정 위상차에 의존하는, 각각의 동일한 신호 주파수의 등위상 위치(L_PL_1 ... L_PL_X)의 하나의 라인은 대응하여 도면 부호가 지시된 블록에 의해 예시된 바와 같이 결정된다. 이러한 것은 각각의 신호 주파수의 등위상 위치(RL-PL_1 ... PL_PL_X)의 기준 라인들을 사용하여 수행되며, 기준 라인들은 기준 라인 특성맵에 저장되거나 또는 각각의 대수적 모델 함수에 의해 결정된다. 이러한 목적을 위해, 도 7의 도면에서, Sp_RL/Rf로 도면 부호가 지시된 메모리가 도시되며, 메모리로부터, 도면에 제공된 등위상 위치(RL_PL_1 ... X)의 기준 라인들 또는 대응하는 대수적 모델 함수(Rf(PL_1 ... X))는 상기 라인들을 결정하는 목적을 위해 접근될 수 있다.
이어서, 등위상 위치(L_PL_1 ... L_PL_X)의 결정된 라인들 중 적어도 하나의 각각의 공통 교차점은 그런 다음 SPEm(교차점 결정)으로 도면 부호가 지시된 블록에 의해 도시된 바와 같이, 흡입 밸브 행정 위상차 및 배출 밸브 행정 위상차, 및 등위상 위치의 결정된 라인의 신호 주파수 의존성 이상에 의해 이어진 공통 평면 내로의 투사에 의해 결정된다.
끝으로, 선택된 신호 주파수의 등위상 위치(L_PL_1 ... L_PL_X)의 라인들의 결정된 교차점으로부터, 흡입 밸브 행정 위상차(ΔEVH)와 배출 밸브 행정 위상차(ΔAVH)가 결정된다. 피스톤 행정 위상차(ΔKH)는 선택된 신호 주파수의 등위상 위치의 라인의 공통 교차점까지 수행된 위상 변이의 값들로부터 결정된다. 이러한 것은 도 7에서 대응하여 도면 부호가 지시된 블록들에 의해 도시된다.
또한, 도 7은 전술한 방법에 선행하는, 기준 흡입 밸브 행정 위상차와 기준 배출 밸브 행정 위상차에 의존하는 방식으로, 공기 흡입관에서의 압력 맥동 신호 및/또는 배기 가스 배출관에서의 배기 가스의 선택된 신호 주파수의 등위상 위치(RL_PL_1…X)들의 기준 라인을 결정하기 위하여 기준 내연 기관에서 측정을 수행하고, RL_PL_1…X로 도면 부호가 지시되는 블록에 의해 상징적으로 예시된 바와 같이, 기준 라인 특성맵에서의 기준 흡입 밸브 행정 위상차와 기준 배출 밸브 행정 위상차에 의존하는 방식으로 각각의 경우에 압력 맥동 신호의 선택된 신호 주파수의 등위상 위치의 기준 라인을 저장하는 단계들을 도시한다.
Rf(PL_1 ... x)로 도면 부호가 지시된 블록은 등위상 위치(Rf(PL_1)…Rf(PL_X))의 기준 라인 함수로서, 이전에 결정된 기준 라인 특성맵에 기초하여, 기준 흡입 밸브 행정 위상차와 기준 배출 밸브 행정 위상차에 의존하는 방식으로 압력 맥동 신호의 선택된 신호 주파수의 등위상 위치의 각각의 기준 라인의 프로파일을 복제하는 대수적 모델 함수들의 유도를 포함한다.
등위상 위치의 기준 라인 특성맵 또는 기준 라인 함수는 그런 다음 이러한 것들이 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 방법의 실행을 위해 이용 가능한 경우에 각각의 계열 생산 내연 기관의 엔진 제어 유닛(CPU)의 메모리 영역(Sp_RL/Rf)에 저장된다.
블록도에서 대응하는 블록들 주위에서 점선으로 도시된 경계는 방법이 실행되는 각각의 계열 생산 내연 기관의 전자 프로그램 가능 엔진 제어 유닛(50)(CPU) 사이의 경계를 상징적으로 나타낸다.

Claims (11)

  1. 작동 동안, 계열 생산 내연 기관의 실린더의 피스톤 행정 위상차, 흡입 밸브 행정 위상차 및 배출 밸브 행정 위상차의 조합된 확인을 위한 방법으로서,
    - 상기 실린더에 할당 가능한, 각각의 계열 생산 내연 기관의 공기 흡입관에서의 흡입 공기 및/또는 배기 가스 배출관에서의 배기 가스의 동압력 맥동이 작동 동안 측정되고, 대응하는 압력 맥동 신호가 상기 동압력 맥동으로부터 발생되며, 크랭크 샤프트 위상각 신호가 동시에 결정되며,
    - 상기 압력 맥동 신호로부터, 이산 푸리에 변환을 사용하여, 상기 크랭크 샤프트 위상각 신호와 관련하여 측정 압력 맥동의 선택된 신호 주파수의 위상 위치가 결정되되,
    - 상기 각각의 선택된 신호 주파수의 결정된 위상 위치에 기초하여, 기준 라인 특성맵에 저장되거나 또는 각각의 대수적 모델 함수에 의해 결정되는, 등위상 위치의 기준 라인을 사용하여, 상기 흡입 밸브 행정 위상차 및 상기 배출 밸브 행정 위상차에 의존하는, 상기 선택된 신호 주파수의 등위상 위치의 라인을 결정하는 단계;
    - 상기 흡입 밸브 행정 위상차와 상기 배출 밸브 행정 위상차 및 상기 등위상 위치의 결정된 라인의 신호 주파수 의존성 이상에 의해 이어진 공통 평면 내로의 투사에 의해 상기 선택된 신호 주파수의 상기 등위상 위치의 결정된 라인의 공통 교차점을 결정하는 단계;
    - 상기 선택된 신호 주파수의 등위상 위치의 라인의 상기 결정된 공통 교차점으로부터 상기 흡입 밸브 행정 위상차 및 상기 배출 밸브 행정 위상차를 결정하는 단계; 및
    - 상기 선택된 신호 주파수의 등위상 위치의 라인의 상기 공통 교차점까지 수행된 상기 신호 주파수 의존성 이상의 값으로부터 상기 피스톤 행정 위상차를 결정하는 단계를 특징으로 하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방법은, 이하의 선행 단계들을 포함하는, 방법:
    - 기준 흡입 밸브 행정 위상차 및 기준 배출 밸브 행정 위상차에 의존하는 방식으로, 상기 공기 흡입관에서의 흡입 공기 및/또는 상기 배기 가스 배출관에서의 배기 가스의 상기 압력 맥동 신호의 선택된 신호 주파수의 등위상 위치의 기준 라인을 결정하기 위하여 기준 내연 기관에서 측정을 수행하는 단계, 및
    - 상기 기준 라인 특성맵에서 상기 기준 흡입 밸브 행정 위상차 및 상기 기준 배출 밸브 행정 위상차에 의존하는 방식으로 상기 압력 맥동 신호의 선택된 신호 주파수의 등위상 위치의 기준 라인을 저장하는 단계.
  3. 제2항에 있어서, 상기 기준 라인 특성맵은 상기 각각의 계열 생산 내연 기관의 엔진 제어 유닛의 메모리 영역에 저장되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 압력 맥동 신호의 선택된 신호 주파수의 기준 라인 특성맵으로부터, 상기 기준 흡입 밸브 행정 위상차 및 상기 기준 배출 밸브 행정 위상차에 의존하는 방식으로, 상기 압력 맥동 신호의 선택된 신호 주파수의 등위상 위치의 각각의 기준 라인의 프로파일을 복제하는 대수적 모델 함수가 각각의 신호 주파수를 위하여 유도되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 선택된 신호 주파수를 위한 상기 대수적 모델 함수는 상기 각각의 계열 생산 내연 기관의 엔진 제어 유닛의 메모리 영역에 저장에 저장되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  6. 제1항에 있어서, 공통 교차점을 결정하기 위하여 상기 흡입 밸브 행정 위상차와 배출 밸브 행정 위상차 및 상기 등위상 위치의 결정된 라인의 신호 주파수 의존성 이상에 의해 이어진 공통 평면 내로 상기 등위상 위치의 결정된 라인의 투사는 대응하는 대수 함수에 기초하여 수행되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 한 항에 있어서, 상기 방법은 상기 각각의 계열 생산 내연 기관의 전자 프로그램 가능 엔진 제어 유닛에서 실행되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 결정된 피스톤 행정 위상차, 상기 결정된 흡입 밸브 행정 위상차 및 상기 결정된 배출 밸브 행정 위상차에 대한 교정 또는 적응의 상황에서, 제어 변수 또는 제어 루틴의 적응이 상기 엔진 제어 유닛에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  9. 제1항 내지 제6항 중 한 항에 있어서, 상기 선택된 신호 주파수는 상기 내연 기관의 흡입 주파수 및 상기 흡입 주파수의 부가적인 배수를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  10. 제1항 내지 제6항 중 한 항에 있어서, 상기 동압력 맥동은 흡입 파이프에서의 계열 생산형 압력 센서에 의해 측정되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  11. 제1항 내지 제6항 중 한 항에 있어서, 상기 크랭크 샤프트 위상각 신호는 상기 크랭크 샤프트에 연결된 톱니형 기어 및 홀 센서에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는, 방법.
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