KR102372257B1 - 내연 기관의 실화를 진단하기 위한 방법 - Google Patents

내연 기관의 실화를 진단하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 하나 이상의 실린더를 가진 내연 기관의 실화(misfire)를 진단하기 위한 방법에 관한 것으로, 이 방법은, 2개 이상의 연소 사이클에 걸쳐 개별 실린더의 배기 배압값을 결정하는 단계; 배기 배압값을 캠 샤프트 위치 및/또는 연소 사이클에 상관시키는 단계; 연소 사이클 당 배기 배압 최대값 및/또는 배기 배압 최소값을 결정하는 단계; 배기 배압 최대값들 및/또는 배기 배압 최소값들을, 실린더가 복수인 경우에는 개별 실린더들 간에, 그리고/또는 선행하는 연소 사이클들의 최대값들 및/또는 최소값들과 비교하여 편차를 확인하는 단계; 이 편차를 사전 결정된 임계값과 비교하는 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

내연 기관의 실화를 진단하기 위한 방법{METHOD FOR DIAGNOSING MISFIRES OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은, 특허 청구항 1의 전제부의 특징들을 갖는 내연 기관의 실화를 진단하기 위한 방법, 및 청구항 9의 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 또 다른 입력 변수를 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 배기관 내 압력파에 의해, 그리고 상이한 길이의 흡기 및 배기 매니폴드(온도 영향)에 의해서도, 포집된 신선 공기 유량에 있어서 실린더별로 차이가 나타난다. 차량 작동 중에 그러한 실린더별 차이는 현재 종래의 측정 및 계산 방법을 통해서는 검출될 수 없다. 이와 같은 차이는 작동 중에, 원하는 공기/연료 혼합물에 (평균값에서만) 상응하지 않는 실린더별 연료/공기 비율을 야기한다. 특히 가솔린 엔진의 경우에는, 연료/공기 비율이 화학량론적 비율에 상응하도록 주의를 기울여야 하는데, 그 이유는 촉매 컨버터가 이 경우 최고의 변환율을 갖기 때문만이 아니라, 편차가 증가하면 실화가 발생하기 때문이기도 하다. 불연소 공기/연료 혼합물은 이어서 촉매 컨버터 내에 도달하고, 발열이 충분한 경우 공기/연료 혼합물이 2차 반응하여 촉매 컨버터 내 온도가 매우 상승하고 모놀리스(monolith)가 파괴될 수 있다.
이와 같은 단점을 극복하기 위해, 상응하는 진단 방법을 이용한 실화 검출이 공지되어 있다. 널리 보급된 진단 방법은 회전 속도 신호의 고주파 평가를 기반으로 하며, 이 회전 속도 신호를 참조하여 패턴 인식을 통해, 말하자면 시스템적인 신호 진동의 검출을 통해 실화가 진단된다.
회전 속도 신호의 평가를 통한 공지된 방법은, 높은 적용 복잡성이 요구되면서도 100%의 검출을 구현하지는 않는데, 그 이유는 회전 속도 신호가 간섭의 영향을 많이 받기 때문이다. 이는, 예를 들어 주행 지면 불량으로 인한 진동, 구동 트레인 내 공진, 불안정한 연소, 조기 점화(Pre-Ignition), 열막 점화(glow ignition) 등과 같은 다양한 영향에 근거한다. 아무 일도 일어나지 않은 장소에서 실화를 오진단하지 않기 위해, 적용 매개변수를 통해 진단 기능의 작동 공간이 제한되고, 이로써 상기 배제된 영역에서는 실화의 발생이 허용된다.
과거에는, 요구되는 배기가스 한계값이 요즘보다 더 높았다. 따라서 소정의 오류가 허용될 수 있었다. 또한, 예컨대 충전 및 연료 경로 모델과 같이 혼합물에 영향을 미치는 제어 기능들이 더욱 최적화되었고, 이로 인해 실화의 발생이 줄어들었다.
내연 기관의 실화의 검출 또는 결정을 회전 속도 신호의 평가를 통해 실행하지 않고, 측정된 배기 배압에 기초하여 실행하는 다양한 다른 방법들이 이미 공지되어 있다.
따라서, 예를 들어 독일 특허 공보 DE 10 2009 035 700 B3호는, 하나 이상의 실린더를 갖는 내연 기관의 하나 이상의 실린더 내에서 일어나지 않은 또는 불완전하게 수행된 혼합물의 점화를 실린더별로 검출하기 위한 방법을 기술하며, 여기서는 실린더로부터 유래하는 배기가스가 배기 매니폴드를 통해 안내되고, 이 경우 특정 시간(T0)에 실린더의 피스톤 위치와 관련된 기준 신호가 생성되며, 배기 매니폴드 내의 압력이 측정되고, 배기 매니폴드 내의 압력 신호가 임계값의 미달과 관련된 기준 신호에 따라 시간에 걸쳐 평가된다. 임계값은 압력 신호의 평균값으로부터 생성된다.
독일 특허 출원 DE 10 2017 009 265 A1호는, 복수의 실린더 및 이들 실린더에 공통인, 점화 모드 동안 실린더들로부터 유래하는 배기가스가 유입되는 하나 이상의 배기 매니폴드를 구비한 내연 기관의 실화를 결정하기 위한 방법을 개시하며, 이 방법은, 압력 센서를 이용하여 배기 매니폴드 내 압력을 검출하는 단계; 상기 검출된 압력을 특성화하는 하나 이상의 신호에 따라 실화를 결정하는 단계로서, 특히 여러 측정점이 존재하는 사전 설정 가능한 범위에 걸쳐 신호를 적분하고, 그 결과 적분이 형성되는 단계; 이 적분을 상기 여러 측정점으로 나누는 단계; 그리고 그 나눗셈의 결과에 따라 실화를 결정하는 단계;를 포함한다.
또 다른 모델 기반 방법에서는, DE 10 2016 002 082 A1호에 따라 복수의 실린더를 구비한 내연 기관의 실화를 결정하기 위한 방법이 기술된다. 이 방법에서는, 각각의 실린더 세그먼트에 대해 내연 기관의 하나의 연소 사이클 내에서 복수의 상이한 신호가 검출되며, 이들 신호 각각은 개별 실린더 세그먼트의 연소를 특성화한다. 개별 신호가 내연 기관의 회전 속도 및 부하에 따라 가중되고, 이로 인해 개별 입력 변수가 도출된다. 입력 변수들이 합산되고, 이로써 합산값이 도출된다. 또한, 상기 합산값에 따라 내연 기관의 각각의 실린더에 대해 그 연소 사이클 내에서 발생하는 하나 이상의 실화가 결정된다.
하지만, 상기 공지된 조치들은 절대 배기 배압값만을 고려하여, 이 값을 임계값과 비교한다. 이는, 배기 배압이 터보차저 제어 요소의 주변 압력, 부하, 회전 속도, 위치와 같은 복수의 영향 변수에 의해 변한다는 단점을 갖는다. 그렇기 때문에, 상기 영향 변수들에 의한 배기 배압의 변화를 실화에 의한 변화와 구분하기가 매우 복잡하다. 그러므로 이 방법은 오류가 많거나 매개변수화 복잡성이 높다.
한 편, 처음에 배기 배압 신호의 산술 처리 단계를 포함하는 방법이 공지되어 있다. 평균값 또는 적분값만 고려되거나, 오류가 적은 비교를 실시하기 위해 다른 매개변수들이 함께 고려된다. 하지만, 이는 실화의 개별 사건과 관련한 선택도(selectivity)를 감소시킨다. 특히 배기가스 압력 레벨이 낮은 경우에는 실화 감지가 거의 불가능한데, 그 이유는 이 영역에서는 연소 실린더와 비연소 실린더 간의 편차가 매우 작기 때문이다.
그렇기 때문에, 본 발명의 과제는, 종래 기술의 단점이 적어도 부분적으로 극복될 수 있는, 내연 기관의 실화 진단 방법 및 제어 장치를 제공하는 것이다. 이 방법은 특히 적은 계산 복잡성과 동시에 높은 선택도를 가져야 한다.
상기 과제는, 본 발명에 따라 특허 청구항 1의 특징들을 갖는 방법 및 특허 청구항 9의 특징들을 갖는 제어 장치에 의해 해결된다.
제1 양태에 따라, 본 발명은 하나 이상의 실린더를 갖는 내연 기관의 실화를 진단하기 위한 방법과 관련이 있다.
제2 양태에 따라, 본 발명은 내연 기관의 실화를 진단하기 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 설명으로부터 나타난다.
본 발명에 따라, 다음과 같은 단계들이 실시되는 방식으로 내연 기관의 실화 진단을 수행할 수 있는 방법이 제공된다: 하나 이상의 연소 사이클에 걸쳐 하나 이상의 실린더의 배기 배압값을 결정하는 단계; 배기 배압값을 캠 샤프트 위치 및/또는 연소 사이클에 상관시키는 단계; 연소 사이클 당 배기 배압 최대값 및/또는 배기 배압 최소값을 결정하는 단계; 배기 배압 최대값들 및/또는 배기 배압 최소값들을, 실린더가 복수인 경우에는 개별 실린더들 간에 그리고/또는 선행하는 연소 사이클의 최대값 및/또는 최소값과 비교하여 편차를 확인하는 단계; 상기 편차를 사전 결정된 임계값과 비교하는 단계. 단 하나의 실린더만 존재하는 경우에는, 배기 배압 최대값들을 선행하는 연소 사이클들의 최대값들 및/또는 최소값들과 비교하여 그 편차를 확인한다.
본 발명의 범주에서 실화라는 용어는, 특히 실린더 내에서 가스/추진제 혼합물의 점화가 일어나지 않는 것뿐만 아니라 그 혼합물의 불완전하거나 지연된 점화까지도 포함한다. 즉, 점화 또는 점화 스파크가 일어나지 않는 것만을 의미하지는 않는데, 그 이유는 특히 점화 또는 점화 스파크가 일어나지 않는 것은 실화의 여러 원인들 중 하나에 불과하기 때문이다.
내연 기관은 가솔린 엔진 또는 디젤 엔진일 수 있다.
배출 행정의 범주에서는, 개별 실린더에 할당된 하나 이상의 또는 복수의 배기 밸브가 개방됨으로써, 개별 실린더로부터 유래하는 배기가스가 배기 매니폴드 내로 배출된다. 이로써, 압력 센서에 의해 검출되는 배기 매니폴드 내 압력은 배출 행정 또는 개별 실린더 내 압력에서 비롯된다. 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. 결과적으로 특히 크랭크 각에 대한 배기 배압의 곡선이 도출된다.
실린더 당 배기 배압 최대값 및/또는 배기 배압 최소값을 결정하는 단계는, 극한점들의 계산을 이용한 배기 배압 곡선 그리기(curve sketching)를 통해 수행될 수 있다. 특히, 배기 배압의 최대값 및/또는 최소값은 각각 배기 밸브의 개방 직후에 결정된다.
이어서, 본 발명에 따라, 상기와 같이 결정된 배기 배압 최대값 및/또는 배기 배압 최소값을 개별 실린더에 할당하는 단계가 수행된다. 이 단계도 예컨대 크랭크 샤프트 각, 배기 밸브의 개방 시점, 점화 시퀀스 또는 질량 흐름과 같이, 제어 장치로 송신된 개별 실린더에 대한 매개변수를 참조하여 실행될 수 있다.
그 다음으로, 상기와 같이 결정된 최대값 및/또는 최소값을 개별 실린더들 간에 그리고/또는 선행하는 연소 사이클들의 최대값 및/또는 최소값과 비교하여 편차를 확인하는 단계가 수행된다. 최대값 및/또는 최소값의 편차의 확인은 바람직하게 간단한 감산을 통해 수행된다.
마지막으로, 본 발명에 따라 사전에 정해진 임계값과 편차의 비교가 이루어진다.
배기 배압 곡선에서의 극한점들과 실화 간의 관계를 이용하면, 배기 배압 센서의 측정값 검출에서, 전술한 방법이 시스템 및 확률적 에러에 대항해서 강건해질 수 있다. 배기 배압 극한점들만을 고려하여, 이들을 실린더들 간에 그리고/또는 상응하는 선행 극한값들에 대해 비교하고, 각각의 차이만을 고려하여 사전 설정된 임계값과 비교하는 것도 역시 계산 복잡성 및 메모리 요구량을 감소시킨다. 그밖에, 우선적으로 실시되는, 실린더들 간의 최대값들 및/또는 최소값들만을 비교하는 본 발명에 따른 방법으로 인해, 이 방법의 선택도가 이전에 공지된 방법에 비해 상당히 증대된다. 또한, 이 방법은 주변 조건 및 운전 조작과 거의 무관하며, 오류 보정의 복잡성이 덜하다.
달리 말하면, 본 발명의 핵심 사상은, 바로 평균값 또는 시도된 오류 보정에 의해 먼저 계산된 여타의 압력값을 마찬가지로 평균값으로부터 계산된 배기 배압의 절대 임계값과 비교하는 것이 아니며, 그와 대조적으로, 크랭크 각에 대한 배기 배압 곡선의 극한점들을 결정하고, 이들을 상호 비교하여, 각각의 실린더에 대해 임계값과의 차이값만을 검사하는 것이다.
따라서 본원에 소개한 발명은, 매우 높은 선택도로 매우 견고하고 신뢰성 있는 실화 검출을 가능하게 한다. 극한점들만의 상대적 차이값들이 비교됨으로써, 매우 간단한 방식으로, 작동에 기인하는 배기 배압 절대값의 변동에 좌우되지 않는, 그래서 복잡한 오류 보정 계산 또는 조정 계산도 불필요한 검출이 수행될 수 있다. 심지어 운전 중에도, 다시 말해 동적인 상황에서도 본 발명에 따른 실화 진단이 가능한데, 그 이유는 최소한 개별 실린더의 최종 연소들만 서로 비교하면 되고, 이들 연소는 시간상 서로 매우 가깝기 때문이다.
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)로부터 상관 곡선의 최대값 및/또는 최소값을 결정하는 단계,
d) 상기 최대값 및/또는 최소값을 하나 이상의, 바람직하게는 각각의 개별 실린더에 할당하는 단계,
e) 상기 최대값 및/또는 최소값을 실린더들 간에 그리고/또는 선행 값들과 비교하여 그 차이값을 계산하는 단계, 및
f) 상기 차이값을 사전 결정된 임계값과 비교하는 단계.
한 대안적인 실시예에서는, 단계 e)가 단계 d) 이전에 실시될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 일 실시예에서는, 임계값이 테스트 스탠드 상에서의 측정에 의해 결정될 수 있다.
측정들은 간단하게 실시될 수 있고, 약간의 수고만이 필요하다. 상응하는 매개변수화가 개별 연소 기관 타입에 대해 한 번 수행될 수도 있다.
본 발명에 따른 방법의 몇몇 실시예에서는, 임계값이 회전 속도 및/또는 부하에 따라 조정 가능할 수 있다.
달리 말하면, 최소값의 차이 또는 최대값의 차이에 대해 각각 고정된 임계값이 저장될 수 있을 뿐만 아니라, 회전 속도 및/또는 엔진 부하에 따라 조정된 임계값이 결정되어, 비교를 위해 호출 가능하도록 저장될 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. 그 다음에는, 캠 샤프트 위치 및/또는 연소 사이클과 같은 또 다른 매개변수와의 상관 후에, 배기 배압으로부터 배기 배압의 시간별 거동의 곡선이 얻어질 수 있다. 따라서, 각각의 실린더에 대한 곡선의 최대값 및 최소값이 매우 정확하게 결정될 수 있으며, 최대값과 최소값의 차이는 연소와 관련된 실린더들의 차이에 대한 정확한 정보를 제공할 수 있다. 이로부터 높은 선택도로 실화가 진단될 수 있다.
본 발명은 또한, 2개 이상의 실린더를 가진 내연 기관의 실화를 진단하기 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, 실린더 당 배기 배압 최대값 및/또는 배기 배압 최소값을 결정하고, 개별 실린더들 간의 배기 배압 최대값을 비교하여 서로 간의 또는 선행하는 연소 사이클에 대한 편차를 확인하고, 이 확인된 편차를 사전 결정된 임계값에 대해 검사하도록 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 곡선이 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 112020089671007-pat00001
크랭크 샤프트 위치를 검출하고 엔진 회전 속도를 계산하기 위한 회전 속도 센서,
Figure 112020089671007-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 112020089671007-pat00003
온도 의존적 보정 변수를 계산하기 위한 엔진 온도 및 흡기 온도 센서,
Figure 112020089671007-pat00004
엔진 노킹 현상을 검출하기 위한 노킹 센서
Figure 112020089671007-pat00005
충전량 검출을 위한 공기 유량계 및 흡기관 압력 센서,
Figure 112020089671007-pat00006
예컨대 터빈 상류에서 배기 배압을 측정하기 위한 배기가스 압력 센서,
Figure 112020089671007-pat00007
배기가스 온도 센서,
Figure 112020089671007-pat00008
공기 유량계
Figure 112020089671007-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, 내연 기관의 실화를 진단하기 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 실화를 진단하기 위한 제어 장치를 구비한 자동차와도 관련이 있다. 내연 기관은 하나 이상의 실린더, 바람직하게는 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 실화를 진단하기 위한 본 발명에 따른 방법의 매우 개략적인 흐름도이다.
도 2는 방법을 설명하기 위한 일 다이어그램이다.
도 3은 방법을 설명하기 위한 또 다른 일 다이어그램이다.
도 1에는, 일 실시예에서 내연 기관의 실화를 진단하기 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. 예를 들어, 6°의 크랭크 샤프트 각마다 하나의 값이 검출될 수 있다. 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 결정에 의해 곡선 그리기가 수행되고, S2의 곡선들의 개별 최대값 및/또는 최소값이 결정된다. 바람직하게는 이를 위해 최대값 및/또는 최소값이 각각 배기 밸브의 개방 직후에 결정된다.
단계 "S4"에서는, 개별 실린더에 대한 최대값 및/또는 최소값의 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, 다른 실린더의 상응하는 값에 대한 그리고/또는 선행하는 연소 사이클의 값에 대한 개별 실린더의 배기 배압의 최대값 및/또는 최소값의 비교가 실행된다. 이는 간단한 감산을 통해 수행될 수 있다.
단계 "S6"에서는 마지막으로, 단계 "S5"에서 도출된 배기가스 압력 최대값 및/또는 배기가스 압력 최소값과 사전 결정된 임계값의 차이값의 비교가 실행된다. 이 비교 결과, 배기가스 압력 최대값의 산출된 차가 임계값보다 크면, 실화가 검출된다. 산출된 극한값의 차가 임계값 미만이면, 실화가 일어나지 않은 것이다.
선택적으로, 예컨대 조정 변수로서의 회전 속도 및/또는 부하와 같은 임계값의 조정이 수행될 수 있다.
도 2는, 크랭크 각에 대한 좌표점으로서 도시된, 하나의 연소 사이클에 걸친 내연 기관의 배기 매니폴드 내에서의 압력 측정 신호(10, 20)의 전형적인 다이어그램을 보여준다. 곡선(20)에는 실화가 일어나지 않는 배기 배압 거동이 도시되어 있다. 그와 달리 곡선(10)은 실화가 일어나는 배기 배압 거동을 보여준다. 여기에 도시된 곡선은, 도 1에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 방법의 단계 "S2"에 따라, 1500mbar의 과급압 및 4500의 회전 속도로, 과급된 영역에서 터보차징이 이행되는 내연 기관에 대해 산출되었다.
도 3은, 크랭크 각에 대한 좌표점으로서 도시된, 하나의 연소 사이클에 걸친 내연 기관의 배기 매니폴드 내에서의 압력 측정 신호(10, 20)의 또 다른 전형적인 다이어그램을 보여준다. 도 2에서와 같이, 곡선(20)에는 실화가 일어나지 않는 배기 배압 거동이 도시되어 있다. 그와 달리 곡선(10)은, 실화가 일어나는 배기 배압 거동을 보여준다. 여기 도시된 곡선은, 도 1에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 방법의 단계 "S2"에 따라, 300mbar의 흡기압 및 4500의 회전 속도로, 흡입 영역에서 터보차징이 이행되지 않는 내연 기관에 대해 산출되었다.
S1: 배기 배압 측정 단계
S2: 측정값을 시간 및/또는 캠 샤프트 위치 및/또는 연소 사이클과 상관시키는 단계
S3: S2로부터 도출된 상관 곡선의 최대값 및/또는 최소값을 결정하는 단계
S4: 상기 최대값 및/또는 최소값을 하나 이상의, 바람직하게는 각각의 개별 실린더에 할당하는 단계
S5: 실린더들 간에, 그리고/또는 선행하는 값들에 대해 최대값 및/또는 최소값을 비교하고 편차를 확인하는 단계
S6: 단계 "S5"로부터 도출된 편차를 임계값과 비교하는 단계
10: 실화가 일어나는 배기 배압 곡선
20: 실화가 일어나지 않는 배기 배압 곡선

Claims (11)

  1. 2개 이상의 실린더를 갖는 내연 기관의 실화를 진단하기 위한 방법으로서, 하나 이상의 연소 사이클에 걸쳐 2개 이상의 실린더의 배기 배압값을 결정하는 단계, 배기 배압값을 캠 샤프트 위치 및/또는 연소 사이클에 상관시키는 단계, 연소 사이클 당 배기 배압 최대값 및 배기 배압 최소값을 결정하는 단계, 각각의 실린더의 배기 배압 최대값들 및 배기 배압 최소값들을 개별 실린더들 간에 그리고 선행하는 연소 사이클들의 최대값 및 최소값과 비교하여 편차를 확인하는 단계를 포함하고, 상기 편차의 확인은 감산을 통해 이루어지고,
    이 편차를 사전 결정된 임계값과 비교하는 단계,
    이 편차를 사전 결정된 임계값과 비교한 결과, 산출된 편차가 임계값보다 크면, 실화가 검출되는 단계를 포함하고,
    상기 내연 기관의 실화를 진단하기 위한 방법은,
    a) 배기 배압을 측정하는 단계,
    b) 측정값을 시간 및/또는 캠 샤프트 위치 및/또는 연소 사이클과 상관시키는 단계,
    c) 단계 b)로부터 상관 곡선의 최대값 및 최소값을 결정하는 단계,
    d) 상기 최대값 및 최소값을 2개 이상의 개별 실린더에 할당하는 단계,
    e) 상기 최대값 및 최소값을 실린더들 간에 그리고 선행 값들과 비교하여 그 차이값을 계산하는 단계, 및
    f) 상기 차이값을 사전 결정된 임계값과 비교하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 실화 진단 방법.
  2. 제1항에 있어서, 배기 배압은 배기 덕트 내에서 배기 배압 센서에 의해 측정되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 실화 진단 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 임계값이 테스트 스탠드 상에서의 측정에 의해서 결정되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 실화 진단 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 임계값이 회전 속도 및/또는 부하에 따라 조정 가능한 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 실화 진단 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 방법에서 단계 e)가 단계 d) 이전에 실시되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 실화 진단 방법.
  7. 제2항에 있어서, 개별 실린더의 배기 배압값의 결정이 고해상 배기 배압 센서를 이용하여 수행되고, 샘플링 레이트가 0.5kHz 내지 3000kHz의 범위 내에 놓이는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 실화 진단 방법.
  8. 삭제
  9. 내연 기관의 실린더 밸런싱을 위한 제어 장치로서, 제1항 또는 제2항에 따른 방법을 실시하도록 구성된 제어 장치.
  10. 제9항에 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 높은 시간별 샘플링 레이트로 출력하도록 구성될 수 있고, 샘플링 레이트가 0.5kHz 내지 3000kHz의 범위 내에 놓이는, 제어 장치.
  11. 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 내연 기관; 및 상기 내연 기관의 실화를 검출하기 위한, 제9항에 따른 제어 장치;를 구비한 자동차.
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