KR102350839B1 - 내연기관의 실린더 밸런싱 방법 - Google Patents

내연기관의 실린더 밸런싱 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 2개 이상의 실린더를 가진 내연기관의 실린더 밸런싱을 위한 방법에 관한 것으로, 상기 방법은, 2개 이상의 연소 사이클에 걸쳐 개별 실린더의 배기 배압값을 결정하는 단계; 배기 배압값을 캠샤프트 위치 및/또는 연소 사이클에 상관시키는 단계; 실린더마다 배기 배압 최대값을 결정하는 단계; 개별 실린더들 간에 배기 배압 최대값들을 비교하여 편차를 확인하는 단계; 신선 공기 및/또는 연료의 실린더별 충전량을 조정하는 단계;를 포함한다. 또한, 본 발명은, 이 방법을 실시하기 위한 제어 장치 및 이와 같은 제어 장치를 구비한 자동차에 관한 것이다.
본 발명에 따른 방법을 통해, 특히 연소 과정의 효율 및 이와 더불어 배기가스 후처리와 관련해서도, 지금까지 공지된 방법이 개선될 수 있고 더욱 효율적으로 구성될 수 있다.

Description

내연기관의 실린더 밸런싱 방법{METHOD FOR CYLINDER BALANCING OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 특허 청구항 제1항의 전제부의 특징들을 갖는 내연기관의 실린더 밸런싱을 위한 방법, 그리고 청구항 제8항의 전제부의 특징들을 갖는 제어 장치에 관한 것이다.
오늘날의 배기가스 법규는 점점 더 정확한 연료 파일럿 제어를 필요로 한다. 이를 위해, 엔진 제어 장치 내에 정밀한 계산 방법이 이미 도입되어 항상 개선되었다. 하지만, 필요한 연료량을 정확하게 계산하기 위한 전제 조건은, 캠 샤프트 위치, 압력값 및 온도값 그리고 추가 입력 변수들을 정확히 아는 것이다. 하지만, 모든 노력에도 불구하고, 실린더 헤드, 캠 샤프트 또는 압력 및 온도 센서와 같은 부품은 계속 공차와 연관되어 있다. 또한, 흡기관 및 배기 매니폴드 내 압력파에 의해, 그리고 상이한 길이의 흡기 및 배기 매니폴드 및 이들의 온도 영향에 의해, 포집된 신선 공기 유량에 있어서 실린더별로 차이가 나타난다. 차량 작동 중에 그러한 실린더별 차이는 현재 종래의 측정 및 계산 방법을 통해서는 검출될 수 없다. 이는 작동 중에, 원하는 최적의 값에 상응하는 것이 아니라 모든 실린더에 걸친 평균치로만 평균되는 실린더별 공연비를 야기한다. 그러나 특히 가솔린 엔진의 경우에는, 연료/공기 비율이 화학량론적 비율에 상응한다는 점에 유념해야 하는데, 그 이유는 촉매 컨버터가 이 경우 최고의 변환율을 갖기 때문이다. 실린더들 간의 불균등 분배(unequal distribution)가 너무 크면, 촉매 컨버터가 배출물(emissions)을 더 이상 변환할 수 없어서 파과(breakthrough)가 발생한다.
상기 단점을 극복하기 위해, 엔진 제어 모델들에서 실린더별 캠 오프셋을 고려하는 점이 공지되어 있다. 또 다른 공지된 해결 방안은 촉매 저장장치의 대형화(oversizing)이다. 질소산화물, 탄화수소 및 일산화탄소에 대한 촉매 컨버터의 저장 용량이 충분히 크면, 이로써 소정의 불균등 분배는 적어도 부분적으로 저지될 수 있다.
모델 매개변수들의 조정 또는 보정을 수행하는 다양한 엔진 제어 모델이 공지되어 있다.
예컨대 DE 101 58 262 A1호는 연소 엔진의 제어부 내에 수용되어 연소 엔진을 모니터링하고 최적화하는 적합한 모델들을 이용하여 다수의 매개변수를 결정하기 위한 일반적인 방법을 기술하고 있다. 특히 신선 공기와 재순환된 배기가스로 이루어져 공급된 가스 혼합기를 이용한 연소 엔진의 연소실의 충전은 물리 기반 모델에 의해 시뮬레이션된다.
DE 103 62 028 B4호도 마찬가지로 온도 기반 보정을 포함하는, 배기가스 재순환량을 고려하여 신선 가스량을 결정하기 위한 방법을 기술하고 있다.
또 다른 모델 기반 방법에서는, EP 2 098 710 B1호에 따라, 배기가스 재순환부를 구비한 내연기관 내 산소 농도가 추정되고, 여기서 주요 매개변수들 중 하나로서 실린더들 내로 유입되는 공기 유량 및 실린더들 내로 유입되는 총 가스 유량의 추정이 고려된다.
그러나 공지된 조치들은 예컨대 캠 오프셋과 같은, 실린더들 간의 불균등 분배의 일부 원인만을 고려한다. 그러나 종종 여러 가지 영향들이 중첩된다. 대형화 촉매 컨버터에서의 단점은 한편으로 비용이 많이 드는, 귀금속을 이용한 코팅이고, 다른 한편으로는 주로 제한적인, 필요 장착 공간이다. 대형 촉매 컨버터는 마찬가지로 자신의 활성 온도(light-off temperature)에 도달하기 위해 상대적으로 더 높은 입열량(heat input)을 필요로 한다. 냉간 시동(cold start) 중, 촉매 컨버터는 배출물의 환원 시 제한적으로만 도움이 되는데, 그 이유는 촉매 컨버터가 자신의 작동 온도에 아직 도달하지 않았기 때문이다.
그러므로 본 발명의 과제는, 종래 기술의 단점이 적어도 부분적으로 극복될 수 있는, 내연기관의 실린더 밸런싱을 위한 방법 및 제어 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제는, 본 발명에 따라, 특허 청구항 제1항의 특징들을 갖는 방법, 및 특허 청구항 제8항의 특징들을 갖는 제어 장치를 통해 해결된다.
제1 양태에 따라, 본 발명은 2개 이상의 실린더를 가진 내연기관의 실린더 밸런싱을 위한 방법과 관련이 있다.
제2 양태에 따라, 본 발명은 내연기관의 실린더 밸런싱을 위한 제어 장치와 관련되며, 이 경우 제어 장치는 제1 양태에 따른 방법을 실시하도록 설계된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예들은, 종속 청구항들 및 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 이하의 상세한 설명부에 명시되어 있다.
가솔린 엔진의 작동 시, 현재 실린더 공기 충전량의 최대한 정확한 검출은, 람다값이 값 1을 취하는 화학량론적 비율로 최대한 정확하게 분사 당 연료량을 설정하고 유해물질 배출량을 최소화하기 위해 중심 역할을 한다. 디젤 엔진의 경우, 실린더 충전량의 정확한 결정은 배출가스 규제법으로 인해 역시 점차 더 중요해지고 있다. 그러므로 엔진 제어 장치에서는 실린더 공기 충전량이 일반적으로, 측정되거나 모델링된 흡기관 압력, 측정되거나 모델링된 배기 배압, 그리고 실린더 내 잔여 가스 비율에 대한 모델들을 토대로 계산된다. 또한, 충전량에 영향을 미치는 액추에이터들의 현재 위치들, 예컨대 흡기 및 배기 캠 샤프트들, 급기 동작 플랩들(charge motion flap), 밸브 양정의 위치들, 및 여타의 위치들, 그리고 흡기 온도 및 배기 온도도 실린더 공기 충전량의 계산에 산입된다. 현재 실린더 충전량의 계산에서 또 다른 중요한 매개변수는 배기 밸브들 직후의 배기 배압인데, 그 이유는 상기 배기 배압이 연소실 내 잔여 가스 비율에 결정적인 영향을 미치기 때문이다. 이 경우, 센서 기반 방법에서는 전형적으로 하나의 연소 주기 세그먼트에 걸쳐 평균된 배기 배압이 고려된다. 그러나 개별 실린더들 간의 실린더 공기 충전량 차이는 상기 방식으로 확인될 수 없으며, 특히 작동점에 따른 변동을 겪지 않는다.
상기 배경에서, 본 발명에 따라 이제는, 하기 단계들이 실시되는 방식으로, 내연기관의 실린더 밸런싱을 수행할 수 있게 하는 방법이 제공된다: 2개 이상의 연소 사이클에 걸쳐 개별 실린더의 배기 배압값을 결정하는 단계; 배기 배압값을 캠샤프트 위치 및/또는 연소 사이클에 상관시키는 단계; 연소 사이클마다 배기 배압 최대값을 결정하는 단계; 개별 실린더들 간에 배기 배압 최대값들을 비교하여 편차를 확인하는 단계; 신선 공기 및/또는 연료의 실린더별 충전량을 조정하는 단계.
본 발명의 범주에서 실린더 밸런싱이란 용어는, 특히 내연기관의 각각의 실린더가 화학량론적 공연비로 작동된다는 의미를 포함한다. 충전량, 특히 신선 공기 충전량의 불균등은 본 발명에 따른 방법에 의해 검출되고 보상된다.
내연기관은 가솔린 엔진 또는 디젤 엔진일 수 있다.
배기 배압은 배기 덕트 내에서 바람직하게는 배기 밸브에 인접한 곳에서 배기 배압 센서에 의해 측정될 수 있거나, 예를 들어 연소 사이클 동안 측정된 복수의 측정값에 기초하여 계산될 수 있다.
연소 사이클은 흡입 단계, 압축 단계, 연소 단계 및 배출 단계를 포함할 수 있다. 내연 기관의 하나의 연소 사이클은 4행정 엔진의 경우 예를 들어 2회의 크랭크 샤프트 회전에 걸쳐 연장된다.
배기 배압값을 캠 샤프트 위치 및/또는 연소 사이클에 상관시키는 단계는, 시간, 연소 사이클 및/또는 캠 샤프트 위치 또는 크랭크 샤프트 위치를 해당 검출 장치로부터 본원 방법을 실행하는 제어 장치로 전달함으로써 수행될 수 있다. 그 결과, 특히 크랭크 각에 대한 배기 배압의 곡선이 도출된다.
실린더마다 배기 배압 최대값을 결정하는 단계에서는, 정해진 시간 영역 내에서 배기 배압값들의 비교를 통해 최대값이 결정될 수 있다. 특히 배기 밸브의 개방 후에, 값들이 연속해서 상호 비교됨으로써, 상기 값들 중 제1 최대값이 결정될 수 있다. 평가 영역의 위치는 배기 캠샤프트 위치 및 회전수에 따라 좌우된다. 특히 각각 배기 배압의 최대값은 배기 밸브의 개방 직후에 결정된다.
이어서, 본 발명에 따라, 상기와 같이 결정된 배기 배압 최대값들을 개별 실린더에 할당하는 단계가 수행된다. 이 단계도 예컨대 크랭크 샤프트 각, 배기 밸브의 개방 시점, 점화 시퀀스 또는 질량 흐름과 같이, 제어 장치로 송신된 각각의 실린더에 대한 매개변수를 참조하여 수행될 수 있다.
배기 배압과, 충전 성분의 양, 특히 실린더 공기 충전량 및 포집된 신선 공기 사이에는, 본 발명에 따라 기설정된 관계가 존재한다. 이 관계는 기설정된 배기 배압 범위에 걸쳐서 실질적으로 일정하게, 또는 적어도 명확하게 정의될 수 있다. 관계의 결정을 위해, 예컨대 측정 데이터를 통해 생성된 특성맵이 계산 알고리즘에 저장될 수 있다.
마지막으로, 본 발명에 따라, 각각의 실린더에 대해 신선 공기 및/또는 연료의 실린더별 충전량을 조정하는 단계가 수행된다. 이는 예컨대 흡기 밸브들 및/또는 분사 노즐들과 같은 상응하는 액추에이터들로 전달되는 엔진 제어 장치의 상응하는 작동 신호들을 통해 수행될 수 있다.
충전 성분, 특히 포집된 신선 공기의 양과 배기 배압 간의 관계를 이용하면, 배기 배압 센서의 측정값 검출에서 전술한 방법이 계통적 및 확률적 오류에 대항해서 강건해질 수 있다. 또한, 충전 성분, 특히 포집된 신선 공기의 양과 배기 배압 간의 고정적인 기설정된 관계는 엔진 제어 장치에서의 공기량 계산 시 계산 복잡성 및 메모리 수요를 감소시킨다.
달리 말하면, 본 발명의 핵심 사상은, 배기 배압 센서를 통해, 특히 포집된 신선 공기와 관련하여 실린더 불균등 분배를 검출하고 정량화하는 것이다. 여기서, 배기 노크(exhaust knock) 중에, 다시 말해 배기 밸브의 개방 직후에, 최대 배기 배압과 포집된 공기량 간의 직접적인 상관 관계가 있음을 확인할 수 있었다. 따라서, 배기 밸브 개방 후 실린더들 간의 최대 배기 배압의 비교를 통해 포집된 공기량의 차이를 추론할 수 있다. 이 경우, 불균등 분배가 어디에서 기인하는지는 중요하지 않다. 불균등 분배를 절대적으로 정량화할 수 있도록 하기 위해, 상기 관계는 측정 기술적으로 엔진 테스트 벤치 상의 엔진에서 검출되어 저장된다. 이렇게 계산된 결과들을 기반으로, 실린더 충전량의 불균등 분배와 관련하여 충전량의 실린더별 조정이 수행될 수 있다.
따라서, 본원에 소개된 발명은, 실린더들 간의 신선 공기 충전량이 어떻게 상이한지에 대한 정량적 진술을 가능하게 한다. 원인은 예컨대 흡기 밸브의 탄소 침적(carbon deposit)처럼 다양할 수 있거나, 여러 원인이 중첩될 수 있다. 공지된 조치들은 주로 개별 하드웨어 컴포넌트와 관련이 있다. 그러나 이를 통해서는 압력파 및 온도 영향으로 인한 실린더들 간의 차이가 검출될 수 없다. 또한, 포집된 신선 공기 충전량에 미치는 영향은 작동점에 따라 변할 수 있다. 그러나 본 발명에 따른 방법을 이용하면, 원인과 무관하게 차이들을 검출하고 정량화할 수 있다. 이로써, 가급적 최적화된 연소, 효율 및 배기가스 후처리를 달성하기 위해, 예컨대 실린더별로 충전량을 조정할 수 있다. 그 결과, 본 발명에 따른 실린더 밸런싱을 통해 배기가스 배출 저감이 달성될 수 있다. 또한, 실린더들 간의 토크 균등성의 향상을 통해 더 높은 정숙성이 달성될 수 있다.
본원 방법의 몇몇 실시예에서, 이 방법은 다음 단계들을 포함할 수 있다:
a) 배기 배압을 측정하는 단계,
b) 측정값을 시간 및/또는 캠 샤프트 위치 및/또는 연소 사이클과 상관시키는 단계,
c) 단계 b)에서의 상관 곡선의 최대값을 결정하는 단계,
d) 상기 최대값들을 하나 이상의, 바람직하게는 각각의 개별 실린더에 할당하는 단계,
e) 개별 실린더 충전량에 최대값을 상관시키는 단계,
f) 실린더들 간에 최대값 및/또는 실린더 충전량을 비교하는 단계, 및
g) 신선 공기 및/또는 연료의 실린더별 충전량을 조정하는 단계.
본 발명에 따른 방법의 일 실시예에서는, 확인된 실린더들의 차이를 기반으로 실린더별 점화각 보정이 수행될 수 있다.
또한, 확인된 실린더별 차이를 기반으로 수행될 수 있는 실린더별 점화각 보정을 통해 연료 소모 절약이 달성될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 본 발명에 따른 방법은, 고해상도의 배기 배압 센서로부터 시간에 따라 높은 샘플링 레이트(sampling rate)로 센서 신호를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이 경우 센서 신호는 배기 배압을 나타낸다. 샘플링 레이트는 0.5kHz 내지 3000kHz의 범위 내에, 특히 1kHz 내지 1000kHz의 범위 내에 놓일 수 있다. 센서값들은 어레이에 저장된다. 어레이 엔트리 각각은 정해진 크랭크 샤프트 각에 할당된다. 그에 따라, 각각의 실린더에 대한 값들 중 최대값이 매우 정확하게 결정될 수 있고, 최대값들의 차이들은 충전 성분들과 관련한 실린더들의 차이들에 대해 정확한 진술을 제공할 수 있다. 캠샤프트 위치는, 720°의 크랭크 각 영역 중에서 최대값 결정을 위해 선택되는 범위, 예컨대 30° 내지 50°의 범위를 선택하는 데 이용된다. 또한, 결과적으로 정확한 실린더 밸런싱과, 특히 신선 공기 및 연료의 충전량들의 정확한 조정의 기반을 가능케 하는 작은 차이들도 결정된다.
또한, 몇몇 실시예에서, 본 발명에 따른 방법은, 신선 공기 및/또는 연료의 실린더별 충전량의 조정 시, 실린더 람다가 바로 1로, 그리고 배기가스 람다도 바로 1로 설정되는 점을 포함할 수 있다.
배기가스 람다가 1로 설정된 경우에 모든 실린더가 동일한 연료 분사량을 유지하는 종래의 분사 거동과 달리, 본 발명에 따른 밸런싱 방법에 의해서는 실린더별 연료량이 결정되어 분사될 수 있다.
이런 방식으로, 예컨대 특히 낮은 회전수에 대해 유도된 평균 압력의 엔진 평균 증가가 달성될 수 있다. 마찬가지로, 본 발명에 따른 방법의 적용은 비(比) 연료 소비율(Specific Fuel Consumption)의 엔진 평균 감소를 달성한다. 또한, 본 발명에 따른 방법의 적용을 통해 배기가스 온도의 엔진 평균 상승이 달성됨으로써, 배기가스 처리가 더 효율적으로 구현될 수 있다는 점도 확인할 수 있다.
또한, 본 발명은 2개 이상의 실린더를 포함한 내연기관의 실린더 밸런싱을 위한 제어 장치와도 관련이 있다. 이 제어 장치는, 2개 이상의 연소 사이클에 걸쳐 개별 실린더의 배기 배압값을 수신하고, 캠 샤프트 위치 및/또는 연소 사이클에 배기 배압값을 상관시키고, 실린더마다 배기 배압 최대값을 결정하고, 개별 실린더들 간에 배기 배압 최대값들을 비교하여 상호 편차를 확인하고, 신선 공기 및/또는 연료의 실린더별 충전량을 조정하도록 설계된다.
전자식 엔진 제어 장치의 과제는, 연료 소비, 배기가스 배출, 출력 및 승차감과 관련하여 최상의 엔진 작동이 구현되도록, 엔진 관리 시스템의 모든 액추에이터를 제어하는 것이다. 이를 달성하기 위해서는, 센서에 의해 다수의 작동 매개변수가 검출되어야 하고, 알고리즘(규정된 도식에 따라 실행되는 계산 과정)에 의해 처리되어야 한다. 결과적으로 액추에이터를 제어하는 신호 곡선들이 도출된다.
전자식 엔진 제어 장치는, 센서 및 설정값 검출기를 통해, 엔진의 개회로 제어 및 폐회로 제어를 위해 필요한 작동 데이터를 검출한다. 설정값 검출기(예컨대 스위치)는, 예컨대 점화 로크(ignition lock) 내에서의 점화 키의 위치, 공조기의 스위치 위치 또는 주행 속도 조절을 위한 조작 레버의 위치와 같은, 운전자에 의해 수행된 설정들을 검출한다. 센서들은 물리적 및 화학적 변수를 검출하고, 이로써 엔진의 현재 작동 상태에 대한 정보를 제공한다.
그러한 센서에 대한 예는 다음과 같다:
Figure 112020089660656-pat00001
크랭크 샤프트 위치를 검출하고 엔진 회전 속도를 계산하기 위한 회전 속도 센서,
Figure 112020089660656-pat00002
캠 샤프트 위치를 조정하기 위한 캠 샤프트 위상 조정기를 갖춘 엔진에서, 위상 위치(엔진의 연소 사이클)와 캠 샤프트 위치를 검출하기 위한 위상 센서,
Figure 112020089660656-pat00003
온도 의존적 보정 변수를 계산하기 위한 엔진 온도 및 흡기 온도 센서,
Figure 112020089660656-pat00004
엔진 노킹 현상을 검출하기 위한 노킹 센서
Figure 112020089660656-pat00005
충전량 검출을 위한 공기 유량계 및 흡기관 압력 센서,
Figure 112020089660656-pat00006
예컨대 터빈 상류에서 배기 배압을 측정하기 위한 배기가스 압력 센서,
Figure 112020089660656-pat00007
배기가스 온도 센서,
Figure 112020089660656-pat00008
공기 유량계
Figure 112020089660656-pat00009
람다 조절용 람다 프로브
센서의 신호는 디지털 전압, 펄스형 전압 또는 아날로그 전압일 수 있다. 이 모든 신호를 제어 장치 내의 입력 회로들이, 또는 향후에는 점차 센서에서도 처리한다. 이들 입력 회로는, 전압 레벨의 조정을 수행하고, 이로써 제어 장치의 마이크로컨트롤러 내에서의 추가 처리를 위해 신호를 조정한다.
제어 장치 내에서의 신호 처리에는 예컨대 분사량의 계산, 충전량 제어, 점화각 및 폐쇄각 계산, 충전량 계산, 공회전 속도 제어, 람다 제어, 노킹 현상 제어, 연료 증발 억제 시스템의 제어, 과급압 제어, 자동차 도난 방지 장치(immobilizer), 주행 속도 제어 또는 회전 속도 제한이 속한다.
제어 장치는, 내연기관의 실린더 밸런싱을 위한 전술한 방법을 실시하도록 설계된 프로세서, 예를 들어 마이크로프로세서를 구비할 수 있다. 제어 장치는, 기술된 방법에 상응하게 프로세서를 제어하기 위하여, 바람직하게 상기 프로세서를 위한 명령을 포함하는 프로그램이 저장되어 있는 데이터 메모리를 더 구비할 수 있다. 데이터 메모리 내에는 또한, 기술된 방법을 실행하기 위해 사전 설정된 관계 및/또는 사전 설정된 매개변수, 예를 들어 실린더 용적이 저장되어 있을 수 있다.
제어 장치는 자동차의 엔진 제어부 내에 통합될 수 있다. 대안적으로 제어 장치가 별도의 유닛으로서 구성될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제어 장치는 배기 배압 센서를 포함할 수 있거나, 예를 들어 신호 입력들 중 하나를 통해 배기 배압 센서와 연결될 수 있다. 이 경우, 배기 배압 센서는, 배기 배압을 나타내는 센서 신호를 높은 시간별 샘플링 레이트로 출력하도록 구성될 수 있다.
본 발명은 또한, 전술한 바와 같이, 내연 기관 및 내연 기관의 실린더 밸런싱을 위한 제어 장치를 구비한 자동차와도 관련이 있다. 내연기관은 2개 이상의 실린더, 실린더를 공기 공급부와 연결하는 각각 하나의 흡기 밸브, 및 실린더를 배기 덕트와 연결하는 각각 하나의 배기 밸브를 구비한다. 내연 기관은 가솔린 엔진일 수 있다. 내연 기관은, 바람직한 방식으로 밸브 트레인 내에서 확장된 가변성으로 작동할 수 있는, 그리고/또는 내부 배기가스 재순환을 이용하는 디젤 엔진일 수 있다.
방법을 설계하고 개선할 수 있는 다수의 가능성이 있다. 이를 위해, 먼저 특허 청구항 1에 종속된 청구항들이 참조될 수 있다. 이하에서는, 도면들 및 관련 도면 설명을 토대로 본 발명의 바람직한 일 실시예가 더욱 상세하게 기술된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에서 실린더 밸런싱을 위한 본 발명에 따른 방법의 매우 개략적인 흐름도이다.
도 1에는, 일 실시예에서 내연기관의 실린더 밸런싱을 위한 방법의 흐름도가 도시되어 있다.
단계 "S1"에서, 고해상 배기 배압 센서에 의해 배기 배압을 나타내는 센서 신호가 수신된다. 이 배기 배압 센서는, 높은 시간별 샘플링 레이트로 배기 배압을 측정하도록 구성된다. 따라서, 센서 신호는 내연 기관의 하나의, 그러나 바람직하게는 복수의 연소 사이클의 여러 시점에 대해 배기 배압의 값을 제공한다.
단계 "S2"에서는, 배기 배압 센서의 측정값과 시간 및/또는 캠 샤프트 위치 및/또는 연소 사이클의 상관이 수행된다. 이와 같은 방식으로 실행된 신호 처리는, 예를 들어 크랭크 샤프트 각의 값에 대한 배기 배압의 곡선을 도출한다.
단계 "S3"에서는, 극한점들의 결정이 수행되며, S2에서의 곡선들의 개별 최대값이 결정된다. 바람직하게는 이를 위해 최대값이 각각 배기 밸브의 개방 직후에 결정된다.
단계 "S4"에서는, 개별 실린더에 대한 최대값들의 할당이 수행된다. 이는, 예를 들어 크랭크 샤프트 각을 토대로, 또는 캠 샤프트 위치와의 상관에서 수행될 수 있다. 또 다른 작동 매개변수를 사용하여, 상기 방식으로 발견된 할당의 타당성 검증이 이어질 수 있다.
단계 "S5"에서는, 각각 개별 실린더 충전량에 대한 개별 실린더의 배기 배압 최대값들의 상관이 수행된다. 이는 모델 기반으로 수행될 수 있다. 또한, 저장되어 있던, 앞서 예컨대 테스트 벤치에서 측정된 특성맵을 통해서도 수행될 수 있다.
선택적으로, 예컨대 정규화 변수로서의 잔여 가스량 및/또는 회전수를 이용하여 상기와 같이 처리된 값들의 정규화가 수행될 수 있다.
단계 "S6"에서는 선택적으로, 단계 S5에서 정규화되거나 정규화되지 않은 값들의 비교가 수행되며, 이 비교를 통해 배기 배압 값들의 최대값들, 특히 바람직하게는 개별 실린더 충전량들의 실린더별 차이가 도출된다.
결정된 실린더별 충전량은 단계"S7"에서 신선 공기 및/또는 연료의 향후 실린더별 충전량을 조정하기 위한 기반으로서 사용될 수 있다. 이제 바람직하게 실린더 람다값 및 배기가스 람다값의 최소 강제 진폭(minimum forced amplitude)에 대한 사전 설정에 의해 최적화된 충전량이 각각의 실린더 내로 유입될 수 있다.
S1: 배기 배압 측정 단계
S2: 측정값을 시간 및/또는 캠 샤프트 위치 및/또는 연소 사이클과 상관시키는 단계
S3: S2로부터 도출된 상관 곡선의 최대값을 결정하는 단계
S4: 상기 최대값을 하나 이상의, 바람직하게는 각각의 개별 실린더에 할당하는 단계
S5: 개별 실린더 충전량에 최대값들을 상관시키는 단계
S6: 실린더들 간에 최대값들 및/또는 실린더 충전량을 비교하는 단계
S7: 신선 공기 및/또는 연료의 실린더별 충전량을 조정하는 단계

Claims (10)

  1. 2개 이상의 실린더를 가진 내연기관의 실린더 밸런싱을 위한 방법으로서, 2개 이상의 연소 사이클에 걸쳐 개별 실린더의 배기 배압값을 결정하는 단계; 배기 배압값을 캠샤프트 위치 및/또는 연소 사이클에 상관시키는 단계; 배기 배압값과 캠 샤프트 위치 및/또는 연소 사이클의 상관관계로부터 실린더마다 배기 배압 최대값을 결정하는 단계; 개별 실린더들 간에 배기 배압 최대값들을 비교하여 편차를 확인하는 단계; 신선 공기 및/또는 연료의 실린더별 충전량을 조정하는 단계;를 포함하고,
    실린더마다 배기 밸브 개방 후에, 각 배기 배압 최대값은 정해진 시간 영역 내에서 배기 배압값들을 연속해서 상호 비교함으로써 결정되는, 내연기관의 실린더 밸런싱 방법.
  2. 제1항에 있어서, 배기 배압은 배기 덕트 내에서 배기 배압 센서에 의해 측정되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 실린더 밸런싱 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    a) 적어도 2 연소 사이클에 걸쳐 배기 배압을 측정하는 단계,
    b) 측정값을 캠 샤프트 위치 및/또는 연소 사이클과 상관시키는 단계,
    c) 단계 b)에서의 상관 곡선의 최대값을 결정하는 단계,
    d) 상기 최대값들을 두 개 이상의 개별 실린더에 할당하는 단계,
    e) 개별 실린더 충전량에 최대값을 상관시키는 단계, 및
    f) 실린더들 간에 최대값 및/또는 실린더 충전량을 비교하는 단계,
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 실린더 밸런싱 방법
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 확인된 실린더들의 차이를 기반으로, 실린더별 점화각 보정이 수행되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 실린더 밸런싱 방법.
  5. 제4항에 있어서, 개별 실린더의 배기 배압값의 결정이 샘플링 레이트가 0.5kHz 내지 3000kHz의 범위 내에 또는 1kHz 내지 1000kHz의 범위 내에 놓이는 고해상도의 배기 배압 센서를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 실린더 밸런싱 방법.
  6. 삭제
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 신선 공기 및/또는 연료의 실린더별 충전량의 조정 시, 실린더 람다가 바로 1로, 그리고 배기가스 람다도 바로 1로 설정되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 실린더 밸런싱 방법.
  8. 내연기관의 실린더 밸런싱을 위한 제어 장치로서, 제1항 또는 제2항에 따른 방법을 실시하도록 구성된 제어 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제어 장치가 하나 이상의 배기 배압 센서를 포함하거나 하나 이상의 배기 배압 센서와 연결될 수 있으며, 배기 배압 센서는, 개별 실린더에 대한 배기 배압을 나타내는 센서 신호를 0.5kHz 내지 3000kHz의 범위 내에 또는 1kHz 내지 1000kHz의 범위 내의 시간별 샘플링 레이트로 출력하도록 구성될 수 있는, 제어 장치.
  10. 실린더들을 공기 공급부와 연결하는 각각 하나 이상의 흡기 밸브, 및 각각의 실린더를 배기 덕트와 연결하는 각각 하나 이상의 배기 밸브를 포함하는 2개 이상의 실린더를 가진 내연기관; 및 내연기관의 실린더 밸런싱을 위한, 제8항에 따른 제어 장치;를 구비한 자동차.
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