KR102080959B1 - 내연 기관의 측정된 및 추정된 내부 실린더 압력 값에 기초하여 자기 점화를 검출하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

내연 기관의 측정된 및 추정된 내부 실린더 압력 값에 기초하여 자기 점화를 검출하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 실린더(Z1-Z4)를 갖춘 스파크-점화식 내연 기관(VBK)에서 자기 점화를 검출하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이며, 여기에서 연소실 압력에 대한 값(p_Zyl_mess)이 평가 윈도우(KW-AWF) 내의 규정된 크랭크샤프트 각도(KW)에서 내연 기관(VBK)의 압축 행정 중에 측정되고, 연소실 압력에 대한 측정된 값(p_Zyl_mess)으로부터 필터링된 압력값(p_Zyl_mess_MW)이 결정되며, 연소실(27)에서 연소가 행해지지 않을 경우에 발생할 연소실(27) 내의 이론적인 압력값(p_Zyl_calc)이 규정된 크랭크샤프트 각도(KW)에 대해 결정된다. 필터링된 압력값에 대한 2개의 규정된 크랭크샤프트 각도 사이의 기울기의 값이 결정되고, 이론적인 압력값에 대한 2개의 규정된 크랭크샤프트 각도 사이의 기울기의 값이 결정되며, 그것으로부터 기울기 값의 차이가 계산된다. 상기 차이가 규정된 한계값과 비교되고, 한계값을 초과하는 경우에, 연소실에서의 자기 점화가 추정된다.

Description

내연 기관의 측정된 및 추정된 내부 실린더 압력 값에 기초하여 자기 점화를 검출하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR DETECTING AUTOIGNITIONS ON THE BASIS OF MEASURED AND ESTIMATED INTERNAL CYLINDER PRESSURE VALUES OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연 기관에서 자기 점화(autoignition)를 검출하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
내연 기관에서, 스파크 플러그의 점화 스파크에 의해서가 아니라 자연 발화(spontaneous ignition)에 의해 개시되거나 전적으로 개시되는, 이상 연소 과정(unusual combustion process)으로 지칭되는 다양한 연소 결함이 발생할 수 있다. 이는 특히 노킹 연소(knocking combustion), 조기 점화 및 자기 점화를 포함한다.
조기 점화가 소정 횟수의 작동 사이클 후에 다시 사라지는 산발적으로 발생하는 사건인 반면에, 자기 점화는 통상의 점화 시간 전의 이상 연소의 자기-강화 과정(self-reinforcing process)이다. 이때 트리거(trigger)는 뜨거운 표면과 과열된 구성요소, 예를 들어 스파크 플러그의 전극, 출구 밸브, 연소실 내의 첨예한, 과열된 에지 또는 과도하게 뜨거운 연소실 벽이다. 너무 일찍 일어나는 자연 발화로 인해, 연소실 내의 압력과 온도가 계속 상승하고, 트리거링(triggering) 구성요소 또는 표면이 훨씬 더 뜨거워진다. 다음 사이클에서, 자기 점화가 훨씬 더 일찍 일어나고, 연소실 온도가 더욱 상승한다. 이러한 이상 연소는 흔히 확연한 노킹과 관련된다. 자연 발화가 그것의 정상-상태점(steady-state point)에 이르는 종료 단계에서, 점화 시간이 매우 일러, 노킹이 더 이상 인지될 수 없다. 이러한 자기 점화는 점화 각도를 조절함으로써 방지될 수 없다.
연소실의 높은 열 부하로 인해, 피스톤의 손상 또는 심지어 완전한 파괴가 일어날 수 있고, 어떠한 경우에도 높은 하중을 받는 출구 밸브의 부품 또는 스파크 플러그의 전극이 용융될 수 있다.
예를 들어 노킹 연소와 같은 연소 결함의 발생을 회피하기 위해, 문헌 DE　10　2006　015　662 A1은 노킹 센서로 지칭되는 것에 의해 내연 기관의 소음을 검출하는 것을 제시하며, 각각의 연소 사이클에 대한 소음은 실린더-특정적(cylinder-specific) 신호를 형성하는 역할을 한다. 이와 관련하여, 예를 들어, 조기 점화로 인한 노킹이 발생하면, 즉 현재 신호 값과 이러한 실린더에 특정적인 신호 값이 사전규정된 설정점 값을 초과하면, 모니터링된 실린더가 꺼지며, 즉 이러한 실린더로의 연료의 공급이 중단된다.
EP　0　819　925　A2는 스파크-점화식 내연 기관에서 조기 점화를 검출하기 위한 방법을 개시한다. 이와 관련하여, 노킹 센서의 신호가 다양한 시간 간격을 두고 획득된다. 노킹 센서의 획득된 신호를 사용함으로써, 이상 진동이 발생하고 있는지가 검출된다. 또한, 이상 진동의 시간 간격의 주파수가 규정된 한계치를 초과하는지가 검사된다. 그렇다면, 조기 점화가 검출된다.
DE　10　234　252　A1은 연소 실화(misfire)를 검출하기 위한 방법을 개시한다. 검출 질을 개선하기 위해, 상이한 물리적 원리에 따라 작동하는 2가지 상이한 측정 방법이 사용된다. 이러한 방법 중 하나는 크랭크샤프트의 회전 속도를 검출하고, 다른 하나의 방법은 연소실 내의 이온의 스트림을 검출한다.
DE　198　59　310　A1은 적어도 하나의 연소실에서 조기 점화를 검출하기 위한 조기 점화-검출 장치를 구비하는 엔진 조절 장치를 개시한다. 설정 장치가 적어도 하나의 엔진 파라미터를 설정하기 위해 제공된다. 또한, 제어 루프가 엔진 파라미터를 조절함으로써 검출된 조기 점화를 억제하기 위해 조기 점화-검출 장치와 설정 장치 사이에 제공된다.
DE　10　2007　024　415　B3은 크랭크샤프트에 연결되는 적어도 하나의 실린더를 갖춘 스파크-점화식 내연 기관의 자기 점화를 검출하기 위한 방법을 기술한다. 이 방법에 따르면, 내연 기관의 작동 시퀀스(working sequence) 내의 제1 시간 간격 동안 실린더의 압축 행정 중에 크랭크샤프트의 회전 속도가 측정된다. 또한, 실린더의 작동 행정 동안의 노킹 신호가 내연 기관의 작동 시퀀스 내의 제2 시간 간격 동안 검출된다. 크랭크샤프트의 회전 속도가 비교 값에 비해 느려졌으면 실린더의 자기 점화가 검출되고, 노킹 연소가 노킹 신호에 기초하여 검출된다.
본 발명의 목적은 내연 기관의 작동 중에 자기 점화의 신뢰성 있는 검출을 허용하는 방법과 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 특허청구범위 독립항의 특징에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 개선이 종속항에 특징지어진다.
본 발명은 크랭크샤프트에 연결된 피스톤과 함께 연소실을 한정하는 적어도 하나의 실린더; 연소실 내의 압력을 측정하기 위한 연소실 압력 센서; 크랭크샤프트 각도를 나타내는 신호를 공급하는 크랭크샤프트 각도 센서; 내연 기관의 개루프 및/또는 폐루프 제어를 수행하기 위한 제어 장치를 구비하는 스파크-점화식 내연 기관에서 자기 점화를 검출하기 위한 방법 및 상응하는 장치에 의해 규정된다. 내연 기관의 압축 행정 중에, 연소실 압력에 대한 값이 평가 윈도우(evaluation window) 내의 규정된 크랭크샤프트 각도에서 획득되고, 연소실 압력에 대한 획득된 값으로부터 필터링된 압력값이 얻어지며, 연소실에서 연소가 행해지지 않을 경우에 발생할 연소실 내의 이론적인 압력값이 규정된 크랭크샤프트 각도에 대해 결정된다. 필터링된 압력값에 대한 2개의 규정된 크랭크샤프트 각도 사이의 구배의 값이 획득되고, 이론적인 압력값에 대한 2개의 규정된 크랭크샤프트 각도 사이의 구배의 값이 결정되며, 그것으로부터 구배값의 차이가 형성된다. 이러한 차이가 사전규정된 한계값과 비교되고, 한계값을 초과할 때, 연소실에서의 자기 점화가 추정된다.
본 발명에 따른 방법과 장치를 사용함으로써, 자기 점화를 신뢰성 있게 그리고 간단하고 비용-효과적인 방식으로 검출하는 것이 가능하고, 내연 기관의 연소실 내의 구성요소가 열 과부하(thermal overloading)로부터 효과적으로 보호될 수 있다.
본 발명의 하나의 유리한 개선에 따르면, 연소실 압력에 대한 측정된 값의 필터링은 이동 평균값(sliding mean value)의 형성에 의해 수행된다. 그러한 평활화(smoothing)는 노킹에 의해 유발되는 비교적 낮은 압력 값이 우연히 사용되지 못하도록 방지한다.
본 발명의 또 다른 유리한 개선에 따르면, 이론적인 압력값은 크랭크샤프트 각도, 냉각제 온도, 엔진 오일 온도, 내연 기관의 흡기 매니폴드 내의 압력값 및 크랭크 구동 장치의 기하학적 변수가 고려되는 열역학적 모델(thermodynamic model)에 의해 계산된다. 압력 프로파일의 열역학적 계산을 위한 모든 변수는 어떤 경우에도 제어 장치 내에 존재하며, 그 결과 이러한 압력 프로파일을 결정하는 매우 간단하고 비용-중립적인(cost-neutral) 방식이 제공된다.
이론적인 압력값이 각각의 샘플링된 크랭크샤프트 각도에 대해 온라인(online)으로 별도로 계산되는 것이 아니라 대신에 사전에 얻어지고 제어 장치의 메모리의 특성 다이어그램 내에 저장되면, 제어 장치의 계산 용량 면에서 절약을 허용할 수 있는 간단한 할당이 얻어진다.
본 발명의 또 다른 유리한 개선에 따르면, 한계치를 1회 초과할 때 자기 점화가 이미 추정되는 것이 아니라, 대신에 제어 장치 내에 포함되는 카운터의 카운터 수치(counter reading)가 증가되고, 카운터 수치에 대한 사전규정된 한계값에 도달할 때, 연소실에서의 자기 점화가 추정된다. 이는 평가 신뢰도를 증가시키고, 조기 점화로 인한 측정 결과의 개별적인 부정확한 해석이 신뢰성 있게 회피될 수 있다.
자기 점화가 그것들이 더욱 빨리 일어날수록 더욱 위험하기 때문에[통상의 점화 시간 전의 크랭크샤프트 각도(CA)에 대해], 본 발명의 하나의 유리한 개발에 따르면, 어느 크랭크샤프트 각도에서 구배 사이의 차이가 한계값을 초과하였는지가 검사된다. 결과가 사전규정된 한계값보다 작은 크랭크샤프트 각도에서 발생하였으면, 결과가 보다 나중의 크랭크샤프트 각도에서 발생하였을 경우의 값 1과 대조적으로, 카운터의 카운터 수치가 더욱 빨리 증가되며, 예를 들어 값 2만큼 증가된다.
자기 점화의 발생 시간의 그러한 가중(weighting)에 의해, 연소실 내에서 매우 일찍 일어나는 자기 점화로 인한 온도의 가속화된 증가에 더욱 신속히 반응하는 것이 가능하며, 즉 온도-감소 조치가 더욱 신속히 개시된다.
본 발명의 또 다른 유리한 개선에 따르면, 연소실 내의 온도를 감소시키기 위한 조치는 농후한 공기/연료 혼합물을 설정하는 단계; 내연 기관의 스로틀 밸브를 폐쇄시키는 단계; 및 내연 기관의 배기 가스 터보차저의 웨이스트게이트(wastegate)를 개방시키는 단계를 포함한다. 부하-감소 조치가 제어 장치 내에 이미 구현된 방법으로 수행될 수 있으며, 그 결과 구성요소 또는 알고리즘에 대한 추가의 비용이 필요하지 않다.
본 발명에 의하면, 내연 기관의 작동 중에 자기 점화의 신뢰성 있는 검출을 허용하는 방법과 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 이점과 개선을 예시적인 실시 형태의 하기의 설명과 도면에서 찾아볼 수 있다.
도 1은 관련 제어 장치를 갖춘 내연 기관의 개략도이다.
도 2는 크랭크샤프트 각도의 함수로서 내연 기관의 연소실 내의 다양한 압력 프로파일을 도시한 다이어그램이다.
도 3은 내연 기관에서 이상 연소 과정을 검출하기 위한 프로그램의 순서도이다.
도 4는 도 3에 예시된 순서도의 개선을 도시한다.
내연 기관(VBK)(도 1)은 흡기 섹션(1), 엔진 블록(2), 실린더 헤드(3) 및 배기 가스 섹션(4)을 포함한다. 흡기 섹션(1)은 바람직하게는 스로틀 밸브(11)와 또한 실린더(Z1)로부터 입구 도관을 통해 엔진 블록(2) 내로 연장되는 흡기 매니폴드(13)를 포함한다. 엔진 블록(2)은 또한 커넥팅 로드(25)를 통해 실린더(Z1)의 피스톤(24)에 연결되는 크랭크샤프트(21)를 포함한다. 실린더(Z1)와 피스톤(24)은 연소실(27)을 한정한다.
실린더 헤드(3)는 가스 입구 밸브(30), 가스 출구 밸브(31) 및 상응하는 밸브 구동 장치(더욱 상세히 표시되지 않음)를 갖춘 밸브 구동 장치를 포함한다. 실린더 헤드(3)는 또한 스파크 플러그(35), 실린더 압력 센서로도 지칭되는 연소실 압력 센서(36), 및 분사 밸브(34)를 포함한다. 대안적으로, 분사 밸브(34)는 또한 도 1에 쇄선에 의해 도시된 바와 같이 흡기 섹션(1) 내에 배치될 수 있다.
배기 가스 섹션(4)은 바람직하게는 삼원 촉매 변환기(three-way catalytic converter)로서 구현되는 배기 가스 촉매 변환기(40)를 포함한다. 배기 가스 프로브(41)가 배기 가스 촉매 변환기(40)의 상류에 배치된다.
다양한 측정 변수를 획득하고 이러한 측정 변수의 측정된 값을 얻는 센서가 그것에 할당되는 제어 장치(6)가 제공된다. 작동 변수는 측정 변수뿐만 아니라 그것으로부터 도출되는 변수도 또한 포함한다. 제어 장치(6)는 작동 변수 중 적어도 하나의 함수로서, 내연 기관(VBK)에 할당되는 그리고 상응하는 액추에이터 구동 장치가 각각 그것에 할당되는 액추에이터 요소를 액추에이터 구동 장치를 위한 작동 신호를 발생시킴으로써 작동시킨다.
제어 장치(6)는 또한 내연 기관을 작동시키기 위한 장치로 지칭될 수 있다.
센서는 가속 페달(7)의 위치를 감지하는 페달 위치 신호 송신기(71), 스로틀 밸브(11)의 상류에서 공기 질량 유량을 감지하는 공기 질량 계량기(air mass meter)(14), 흡기 온도를 감지하는 온도 센서(15), 흡기 매니폴드 압력을 감지하는 압력 센서(16), 스로틀 밸브(11)의 개구의 각도를 감지하는 스로틀 밸브 위치 센서(17), 크랭크샤프트 각도(CA)를 감지하는 그리고 이어서 회전 속도(N)가 그것에 할당되는 크랭크샤프트 각도 센서(22), 오일 온도(TOIL)를 감지하는 온도 센서(23), 내연 기관(VBK)의 냉각제 온도(TCA)를 감지하는 온도 센서(26), 내연 기관(VBK)의 연소실 내의 압력을 감지하는 연소실 압력 센서(36), 및 배기 가스의 잔류 산소 함량을 감지하는 그리고 그 측정 신호가 공기/연료 혼합물의 연소 중에 실린더(Z1) 내의 공기/연료비의 특성인 배기 가스 프로브(41)이다. 배기 가스 프로브(41)는 바람직하게는 선형 람다 프로브(lambda probe)로서 구현되며, 따라서 공기/연료비의 넓은 관련 범위에 걸쳐, 그것에 비례하는 측정 신호 λ를 발생시킨다.
실시 형태에 따라, 명시된 센서의 서브세트(subset)가 존재할 수 있거나, 또는 추가의 센서가 또한 존재할 수 있다.
액추에이터 요소는 예를 들어 스로틀 밸브(11), 가스 입구 밸브(30) 및 출구 밸브(31), 분사 밸브(34), 및 스파크 플러그(35)이다.
실린더(Z1)에 더하여, 또 다른 실린더(Z2 내지 Z4)가 또한 존재할 수 있으며, 이어서 이러한 실린더(Z2 내지 Z4)에 상응하는 센서와 액추에이터 요소가 또한 할당된다.
제어 장치(6)는 바람직하게는 프로그램 메모리(62)와 값 메모리(데이터 메모리)(63)에 결합되는 계산 유닛(프로세서)(61)을 포함한다. 계산 유닛(61), 프로그램 메모리(62) 및 값 메모리(63)는 각각 하나 이상의 마이크로전자 구성요소를 포함할 수 있다. 대안적으로, 이들 구성요소는 단일 마이크로전자 구성요소로 부분적으로 또는 완전히 통합될 수 있다. 내연 기관(VBK)을 작동시키는데 필요한 프로그램과 값은 프로그램 메모리(61)와 값 메모리(63) 내에 저장된다. 특히, 이상 연소를 검출하기 위한 방법이 구현되며, 이러한 방법은 아래에서 도 2 내지 도 4에 관하여 더욱 상세히 설명될 바와 같이, 내연 기관(VBK)이 작동하고 있는 동안, 컴퓨터 유닛(61)에 의해 실행된다.
또한, 계산 유닛(61)은 발생하는 이상 연소 과정의 수를 합산하기 위한 카운터(65)에 연결된다.
특히 그 의미가 아래에서 도 2 내지 도 4에 관하여 더욱 상세히 설명될 연소실 압력 구배에 대한 한계값(Δp_Zyl_SW), 카운터(65)의 카운터 수치(counter reading)에 대한 한계값(n_count_SW), 자기 점화를 결정하기 위한 평가 윈도우(evaluation window)(CA_AWF)를 규정하는 크랭크 각도로 표현되는 시작값과 최종값, 및 크랭크샤프트 각도에 대한 한계값(CA_SW)이 값 메모리(63) 내에 저장된다. 또한, 얻어진 연소실 압력 구배(p_Zyl_mess)에 대한 값이 추후 추가로 처리되도록 값 메모리(63) 내에 버퍼링된다.
도 2는 크랭크샤프트 각도(CA)[°]의 함수로서 예시되는, 흔히 또한 간략화된 형태로 실린더 압력으로 지칭되는 연소실 압력(p_Zyl)의 다양한 프로파일을 도시한다. 도면 부호 p_Zyl_reg는 공기/연료 혼합물의 통상의 연소 중에 발생하는 것과 같은 전형적인 압력 프로파일을 지칭한다. 이와 관련하여 통상의 연소란 전적으로 스파크 플러그의 점화 스파크에 의해 개시되는 연소로서, 이러한 연소 중에 노킹, 조기 점화 또는 자기 점화가 전혀 발생하지 않는 연소를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 점화 시간의 위치는 부하와 회전 속도에 의존하고, 도면 부호 ZZP에 의해 특징지어진다. 이 예시적인 실시 형태에서, 점화 시간은 점화 상사점 전의 대략 5°CA 크랭크샤프트 각도에 있다. 통상의 연소 중에, 피크 압력은 점화 상사점 후의 대략 20°CA 크랭크샤프트 각도에 있다.
도면 부호 p_Zyl_mess는 연소실 압력 센서(36)에 의해 감지되는 그리고 이상 연소 과정이 일어날 때 내연 기관(VBK)의 작동 중에 발생하는 연소실 압력을 특징짓는다.
도 2의 도면 부호 p_Zyl_calc는 연소 없는 연소실 압력의 열역학적으로 계산된 곡선을 특징짓는다. 이때 압력의 최대값은 정확히 점화 상사점에서 발생한다. 연소 없는 열역학적으로 계산된 연소실 압력 프로파일(p_Zyl_calc)은 순전히 이론적인 프로파일이며, 이의 계산을 위해, 특히 압축 단계에서의 크랭크샤프트 각도(CA), 냉각제 온도(TCA), 오일 온도(T_OIL) 및 흡기 매니폴드 압력(p_saug)이 사용된다.
또한, 도 2에서, 도면 부호 ZV는 점화 지연을 나타낸다. 점화 지연(ZV)은 점화 시간(ZZP), 즉 1차 점화 코일 전류가 꺼질 때 그리고 이에 의해 점화 스파크와 따라서 공기/연료 혼합물의 점화가 즉시 개시되는 상기 점화 시간(ZZP)과 통상의 연소의 시작 시간(ZRV) 사이의 기간이다.
도면 부호 KF_AWF에 의해 특징지어지는 각도 범위는 그것 내에서 자기 점화의 검출이 적절한 평가 윈도우(evaluation window)를 규정한다. 이 실시예에서, 평가 윈도우(CA_AWF)의 하한치는 점화 상사점에 대해 -60°CA에 있고, 평가 윈도우(CA_AWF)의 상한치는 마찬가지로 점화 상사점에 대해 10°CA에 있다. 이때 이러한 값은 시간(ZRV), 즉 통상의 연소의 시작과 일치한다.
도 2에서, 관련 구배(Δp_Zyl_mess, Δp_Zyl_calc)가 각각의 경우에 2개의 연속적인 샘플링된 값 사이에서, 측정된 연소실 압력 곡선(p_Zyl_mess)과 계산된 연소실 압력 곡선(p_Zyl_calc) 둘 모두에 대해 평가 윈도우(CA_AWF) 내에 플로팅된다.
수학적인 측면에서 고려할 때, 이는 2개의 샘플링된 점을 통한 시컨트(secant)의 구배이고, 또한 미분 계수(differential quotient)로 지칭된다.
형성될 구배의 수와 °CA로 표현되는 샘플링된 값 사이의 거리는 자유로이 선택될 수 있다. 이 실시예에서, 샘플링은 10°CA마다 행해진다. 예를 들어, 각각의 경우에 3개의 구배, 구체적으로 -60°CA와 -50°CA 사이의 제1 구배, -40°CA와 -30°CA 사이의 제2 구배 및 -30°CA와 -20°CA 사이의 제3 구배가 도시된다.
인접한 샘플링된 값 사이의 구배는 일차 근사(first approximation)로 연소실 압력 곡선의 구배를 나타낸다. 샘플링된 값이 서로 더욱 근접할수록, 곡선 프로파일에 대한 근사가 더욱 정확해진다. 2개의 샘플링된 값이 일치하면, 곡선의 이 점에서의 접선이 경계선 사례(borderline case)로서 얻어진다.
하기의 문서에서, 자기 점화를 검출하기 위한 방법이 도 3과 도 4를 참조하여 더욱 상세히 설명될 것이다.
단계 S1에서, 해당되는 경우, 변수가 초기화되고 카운터 수치가 리셋팅(resetting)된다는 점에서 본 방법이 시작된다. 본 방법을 통한 초기 패스 런(pass run)은 바람직하게는 내연 기관의 시동에 대해 실시간에 근사한 조건 하에서 수행되고, 이어서 소정 시간 간격을 두고 주기적으로 호출될 수 있다.
단계 S2에서, 본 방법을 수행하기 위한 일정 가능화(enabling) 조건이 충족되는지가 질의된다.
서두에서 이미 언급된 바와 같이, 자기 점화는 오직 스파크 플러그, 출구 밸브, 피스톤 헤드 또는 실린더 헤드 내의 압착된 에지와 같은, 연소실 내의 구성요소의 온도가 분사된 연료의 자연 발화 온도를 국소적으로 초과하는 경우에만 일어난다. 그러한 온도에 대한 전형적인 값은 연료의 질에 따라 대략 1100-1200 ℃이다. 따라서, 본 방법은 내연 기관(VBK)의 순간 작동점(instantaneous operating point)으로 인해 이들 온도에 도달할 것으로 예상되는 경우에 수행되어야 한다. 냉각제 온도(TCA), 오일 온도(TOIL), 최종 시동 이후 내연 기관(VBK)의 작동 시간, 회전 속도, 흡기 매니폴드 압력과 같은 부하 변수, 공기 질량 유량 및 스로틀 밸브 위치의 파라미터 중 하나 또는 바람직하게는 그것 초과가 이에 대한 표시로서 사용될 수 있고, 관련 한계값과 비교될 수 있다.
내연 기관(VBK)이 예를 들어 낮은 부하와 회전 속도로 작동되면, 가능화 조건이 충족되지 않고, 해당되는 경우 사전규정가능한 대기 기간(TWAIT)(단계 S3) 후에, 처리가 다시 단계 S2에서 계속된다.
단계 S2에서의 질의가 한계값 중 적어도 하나를 초과함을 나타내면, 본 방법은 단계 S4에서 계속된다. 크랭크샤프트 각도(CA)의 현재값이 크랭크샤프트 각도 센서(22)를 사용하여 획득되고, 이어서 이러한 값(CA)이 규정된 평가 윈도우(CA_AWF)(도 2 참조) 내에 있는지가 검사된다. 그렇지 않으면, 다시 단계 S2로의 점프가 행해진다.
현재 크랭크샤프트 각도(CA)가 평가 윈도우(CA_AWF) 내에 놓이면, 단계 S5에서, 규정된 크랭크샤프트 각도(CA)에 대해, 이 실시예에서는 10°CA마다, 이때 발생하는 연소실 압력(p_Zyl_mess)이 연소실 압력 센서(36)를 사용하여 획득된다. 사용되는 연소실 압력 센서(36)의 유형에 따라, 공급된 원신호(raw signal)가 보정될 필요가 있을 수 있다. 압전 압력 픽업(pickup)의 경우에, 예를 들어 열충격 거동의 문제, 즉 센서 요소가 뜨거워질 때, 석영 내에서 전하 이동(charge shift)이 일어나며, 그 결과 압력에 대한 부정확한 값이 얻어지는 문제가 있다. 따라서, 단계 S6에서, 연소실 압력 센서(36)에 의해 공급되는 신호(p_Zyl_mess)의 오프셋 보정(offset correction)이 알려진 방식으로 수행된다. 예를 들어, 내연 기관(VBK)의 흡기 단계 중에, 즉 연소가 아직 행해지지 않았을 때 흡기 매니폴드 센서(16)의 신호로 압력 신호(p_Zyl_mess)의 타당성이 검사될 수 있으며, 그 결과 보정 신호가 얻어질 수 있다.
또한, 단계 S6에서, 노킹에 의해 유발되는 비교적 낮은 압력값을 우연히 얻는 것을 회피하기 위해, 얻어진 압력값(p_Zyl_mess)에 필터링, 예를 들어 이동 평균값(sliding mean value)의 형성이 행해진다. 이러한 값은 p_Zyl_mess_MW로 지칭된다.
단계 S6'에서, 2개의 인접한 샘플링된 값 사이의 구배(p_Zyl_mess)가 단계 S6에서 얻어진 값으로부터 계산된다.
단계 S5와 S6에서의 측정된 연소실 압력 신호의 획득, 보정 및 필터링과 단계 S6'에서의 측정된 연소실 압력값으로부터의 구배(Δp_Zyl_mess)의 계산과 병행하여, 단계 S7에서, 연소 없이 설정될 연소실 압력의 프로파일이 열역학적으로 계산된다. 용적량(cubic capacity)과 같은 크랭크 구동 장치의 기하학적 변수에 더하여, 압축비, 냉각제 온도(TCA), 오일 온도(TOIL), 흡기 매니폴드 압력(p_saug) 및 폴리트로픽 계수(polytropic coefficient)가 크랭크샤프트 각도(CA)에 따라 이러한 이론적인 압력 프로파일(p_Zyl_calc)의 계산에 포함된다.
평가 윈도우(CA_AFW) 내의 각각의 샘플링된 크랭크샤프트 각도(CA)에 대한 제어 장치(6)의 컴퓨터 유닛(61)에서의 연소 없는 압력 프로파일(p_Zyl_calc)의 그러한 온라인 계산에 더하여, 이러한 압력 프로파일(p_Zyl_calc)은 또한 다양한 파라미터 구성에 대해 사전에 계산될 수 있고, 제어 장치(6)의 값 메모리(63)의 특성 다이어그램(KF_p_Zyl_calc) 내에 저장될 수 있다.
단계 S7'에서, 2개의 인접한 샘플링된 값 사이의 구배(p_Zyl_mess)가 단계 S7에서 얻어진 값으로부터 계산된다.
후속 단계 S8에서, 구배에 대해 단계 S6'와 S7'에서 계산된 값이 서로 비교된다. 이를 위해, 측정된 연소실 압력으로부터 형성된 구배(Δp_Zyl_mess)와 계산된 연소실 압력으로부터 형성된 구배(Δp_Zyl_calc)의 값 사이의 차이(Δp_Zyl)가 형성된다.
이어서, 단계 S9에서, 이러한 차이(Δp_Zyl)의 값이 사전규정된 한계값(Δp_Zyl_SW)을 초과하는지가 검사된다. 한계값(Δp_Zyl_SW)은 실험적으로 얻어지고, 값 메모리(63) 내에 저장된다.
단계 S9에서의 질의가 부정정인 결과(아니오)를 산출하면, 이는 이상 연소가 일어나지 않았음을 의미하며, 본 방법이 다시 단계 S2에서 계속된다.
단계 S9의 조건이 충족되면, 이상 연소가 추정되며, 단계 S10에서, 제어 장치(6) 내에 포함되는 그리고 이상 연소 과정의 수를 합산하는 카운터(65)의 카운터 수치(n_count)가 값 1만큼 증가된다.
후속 단계 S11에서, 카운터 수치(n_count)가 사전규정된 한계값(n_count_SW)을 초과하였는지가 질의된다. 그렇다면, 단계 S12에서, 자기 점화의 발생이 검출되고, 연소실 온도의 감소를 유발하는 조치가 개시된다. 예를 들어, 연소실 내의 냉각을 달성하기 위해 농후한 공기/연료 혼합물이 설정될 수 있다. 예를 들어 스로틀 밸브를 폐쇄시키거나 연료 공급을 차단하거나 과급식 내연 기관의 경우에 웨이스트게이트(wastegate)를 개방시킴으로써 이루어지는 부하의 감소가 마찬가지로 연소실 내의 온도의 감소를 가져온다.
이들 조치가 개시되면, 본 방법은 단계 S13에서 종료된다.
자기 점화가 그것들이 더욱 빨리 일어날수록 더욱 위험하기 때문에[통상의 점화 시간 전의 크랭크샤프트 각도(CA)에 대해], 도 4는 이러한 사실을 고려한, 도 3을 참조하여 기술된 방법 시퀀스의 개선을 도시한다.
이를 위해, 2개의 또 다른 단계 S9A와 S10A가 도 3에 따른 방법에 추가되며, 상기 단계 S9A와 S10A는 본 방법의 시간순 처리에서 단계 S9와 S10 사이에서 추가로 수행된다. 도 4에 따른 방법의 나머지 단계는 도 3의 상응하는 단계와 동일하다.
단계 S9에서 구배값(Δp_Zyl) 사이의 차이가 한계값(Δp_Zyl_SW)을 초과하였음이 검출되면, 단계 S9A에서, 사전규정된 한계값(CA_SW)보다 작은 크랭크샤프트 각도(CA)에서 높은 구배값이 발생하였는지가 검사된다. 그렇지 않다면, 본 방법은 이미 기술된 단계 S10에서 계속된다.
이러한 질의가 높은 구배가 매우 일찍, 즉 한계값(CA_SW)보다 작은 크랭크샤프트 각도(CA)에서 이미 발생하였음을 나타내면, 단계 S10A에서, 카운터 수치(n_count)가 도 3에 따른 방법의 경우에서와 같이 값 1만큼 증가되는 것이 아니라, 1보다 큰 값만큼 증가된다. 그 결과, 한계값(n_count_SW)에 더욱 빨리 도달하고, 온도를 낮추기 위한 조치가 더욱 일찍 관여된다. 자기 점화가 일어나는 크랭크샤프트 각도의 그러한 가중(weighting)은 연소실 내의 열부하를 받는 구성요소가 더욱 우수하게 보호되도록 허용한다.
본 방법은 이어서 도 3을 참조하여 이미 기술된 바와 같이 단계 S11로 계속된다.
1: 흡기 섹션 11: 스로틀 밸브
13: 흡기 매니폴드, 입구 도관 14: 공기 질량 계량기
15: 흡기용 온도 센서 16: 흡기 매니폴드 센서
17: 스로틀 밸브 위치 센서 2: 엔진 블록
21: 크랭크샤프트 22: 크랭크샤프트 각도 센서
23: 오일 온도 센서 24: 피스톤
25: 커넥팅 로드 26: 냉각제 온도 센서
27: 연소실 3: 실린더 헤드
30: 가스 입구 밸브 31: 가스 출구 밸브
34: 분사 밸브 35: 스파크 플러그
36: 연소실 압력 센서 4: 배기 가스 섹션
40: 배기 가스 촉매 변환기 41: 배기 가스 프로브
6: 제어 장치 61: 계산 유닛, 프로세서
62: 프로그램 메모리 63: 값 메모리, 데이터 메모리
65: 카운터 7: 가속 페달
71: 페달 위치 신호 송신기 p_saug: 흡기 매니폴드 압력
p_Zyl: 연소실 압력 p_Zyl_mess: 측정된 연소실 압력
p_Zyl_mess_MW: 연소실 압력의 평균값
p_Zyl_calc: 계산된 연소실 압력
p_Zyl_reg: 자기 점화 없는 통상의 연소실 압력 프로파일
Δp_Zyl_mess: 측정된 연소실 압력값으로부터 형성되는 구배
Δp_Zyl_calc: 계산된 연소실 압력값으로부터 형성되는 구배
Δp_Zyl: 구배값 사이의 차이
Δp_Zyl_SW: 구배에 대한 한계값
KF_p_Zyl_calc: 특성 다이어그램 계산 압력 프로파일
CA: 도 단위의 크랭크샤프트 각도
CA_SW: 크랭크샤프트 각도에 대한 한계값
CA_AWF: 자기 점화에 대한 평가 윈도우
λ: 공기비 N: 회전 속도
n_count_SW: 이상 연소 과정의 수에 대한 카운터에 대한 한계값
S1-S13: 연소 단계 TCA: 냉각제 온도
TOIL: 오일 온도 TWAIT: 대기 기간
VBK: 내연 기관 Z1-Z4: 실린더
ZZP: 점화 시간 ZV: 점화 지연
ITDC: 점화 상사점 ZRV: 통상의 연소의 시작

Claims (9)

  1. - 크랭크샤프트(21)에 연결된 피스톤(24)과 함께 연소실(27)을 한정하는 적어도 하나의 실린더(Z1-Z4);
    - 연소실(27) 내의 압력(p_Zyl)을 측정하기 위한 연소실 압력 센서(36);
    - 크랭크샤프트 각도(CA)를 나타내는 신호를 공급하는 크랭크샤프트 각도 센서(22);
    - 내연 기관(VBK)의 개루프 및/또는 폐루프 제어를 수행하기 위한 제어 장치(6)
    를 구비하는 스파크-점화식 내연 기관(VBK)에서 자기 점화를 검출하기 위한 방법에 있어서,
    - 내연 기관(VBK)의 압축 행정 중에, 연소실 압력에 대한 값(p_Zyl_mess)이 평가 윈도우(CA_AWF) 내의 규정된 크랭크샤프트 각도(CA)에서 획득되고,
    - 연소실 압력에 대한 획득된 값(p_Zyl_mess)으로부터 필터링된 압력값(p_Zyl_mess_MW)이 얻어지며,
    - 연소실(27)에서 연소가 행해지지 않을 경우에 발생할 연소실(27) 내의 이론적인 압력값(p_Zyl_calc)이 규정된 크랭크샤프트 각도(CA)에 대해 결정되고,
    - 필터링된 압력값(p_Zyl_mess_MW)에 대한 2개의 규정된 크랭크샤프트 각도(CA) 사이의 구배(Δp_Zyl_mess)의 값이 획득되며,
    - 2개의 규정된 크랭크샤프트 각도(CA) 사이의 구배(Δp_Zyl_calc)의 값이 이론적인 압력값(p_Zyl_calc)에 대해 얻어지고,
    - 구배값(Δp_Zyl_mess, Δp_Zyl_calc)의 차이(Δp_Zyl)의 값이 형성되며,
    - 상기 차이(Δp_Zyl)가 사전규정된 한계값(Δp_Zyl_SW)과 비교되고,
    - 한계값(Δp_Zyl_SW)을 초과할 때, 연소실(27)에서의 자기 점화가 추정되고,
    한계값(Δp_Zyl_SW)을 초과할 때마다, 제어 장치(6) 내에 포함되는 카운터(65)의 카운터 수치(n_count)가 증가되고, 카운터 수치에 대한 사전규정된 한계값(n_count_SW)에 도달할 때, 연소실(27)에서의 자기 점화가 추정되며,
    사전규정된 한계값(CA_SW)보다 작은 크랭크샤프트 각도(CA)에서 구배값의 차이(Δp_Zyl)가 한계값(Δp_Zyl_SW)을 초과했는지 검사되고, 질의의 긍정적인 결과의 경우에, 카운터 수치(n_count)가 더욱 빨리 증가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    연소실 압력에 대한 측정된 값(p_Zyl_mess)의 필터링은 이동 평균값의 형성에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    이론적인 압력값(p_Zyl_calc)은 크랭크샤프트 각도(CA), 냉각제 온도(TCA), 엔진 오일 온도(TOIL), 내연 기관(VBK)의 흡기 매니폴드(13) 내의 압력값(p_saug) 및 크랭크 구동 장치의 기하학적 변수가 고려되는 열역학적 모델에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    이론적인 압력값(p_Zyl_calc)은 특성 다이어그램(KF_p_Zyl_calc)의 형태로 제어 장치(6)의 값 메모리(63) 내에 저장되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    자기 점화가 검출될 때, 연소실(27) 내의 온도의 감소를 유발하는 조치가 제어 장치(6)에 의해 개시되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    다음의 단계, 즉
    - 농후한 공기/연료 혼합물을 설정하는 단계;
    - 내연 기관(VBK)의 스로틀 밸브(11)를 폐쇄시키는 단계;
    - 연료 공급을 차단하는 단계; 및
    - 내연 기관(VBK)의 배기 가스 터보차저의 웨이스트게이트를 개방시키는 단계
    중 하나 이상이 개시되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 삭제
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