KR19990066957A - 과급 내연 기관의 성능을 제어 또는 조정하기 위한 방법 및장치 - Google Patents

과급 내연 기관의 성능을 제어 또는 조정하기 위한 방법 및장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 방법의 특징은, 주어진 부분 주입량 기준값(rlsol)으로부터 내연 기관의 흡입관 내의 스로틀 밸브의 제어량(wdksol)을 도출하고, 부분 주입량 기준값(rlsol)으로부터 흡입관 압력 기준값(pssol)을 파악하며, 흡입관 압력 기준값(pssol)을 스로틀 밸브에서 일어나는 압력 강하를 나타내는 수치(dpdk)와 연계시켜 부스터 압력 기준값(plsol)을 도출하는 것이다. 스로틀 밸브에서 일어나는 압력 강하를 규정함으로써 한편으로는 다이내믹한 주행시 차량의 이동성을 개선하고, 다른 한편으로 정상 상태의 주행시 효율을 최적화할 수 있다.

Description

과급 내연 기관의 성능을 제어 또는 조정하기 위한 방법 및 장치
이같은 방법은 DE 43 30 368 A1로부터 소개되었다. 이에 따르면 부스터 압력과 스로틀 밸브의 위치가 서로 무관하게 각각 운전자의 지시 사항 또는 속도 조정기가 규정한 수치에 따라 조정된다. 운전자의 지시 사항 또는 속도 조정기가 규정한 수치의 제 1 영역에서는 주로 스로틀 밸브의 위치 조정을 기초로 출력이 제어되고, 운전자의 지시 사항 또는 속도 조정기의 허용 수치의 제 2 영역에서는 주로 부스터 압력을 기초로 출력이 조정된다. 제 1 영역과 제 2 영역 사이에 운전자의 지시 사항에 따라 스로틀 밸브와 부스터 압력을 함께 조정하는 제 3 영역이 추가될 수도 있다. 스로틀 밸브와 부스터 압력이 가속 페달의 위치에 따라 조정되도록 선택하면, 각 주행 상태에서 성능과 연료 소비량 측면에서 최적의 실린더 부분 주입량(partial injection of cylinder)에 도달할 수 있다.
본 발명은 흡입관에 설치된 스로틀 밸브의 위치와 부스터 압력(booster pressure)을 제어 또는 조정함으로써 과급 내연 기관의 성능을 제어 또는 조정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
도 1은 내연 기관의 제어를 보다 명확하게 보여주기 위한 개괄적인 블록선도.
도 2는 스로틀 밸브의 위치와 부스터 압력을 제어하기 위한 블록선도.
도 3은 부스터 압력 기준값이 도출되는 방법을 보여주는 블록선도.
본 발명은 한편으로 차량의 이동성을 개선하고 다른 한편으로 최적의 효율에 도달할 수 있도록 과급 내연 기관의 성능을 제어 또는 조정하기 위한 방법 및 장치를 설명하는 것을 과제로 한다.
상기 과제는 본 발명에 따라 청구항 제 1 항 내지 제 7 항에 설명된 내용에 의해, 주어진 부분 주입량 기준값으로부터 내연 기관의 흡입관 내의 스로틀 밸브의 제어량을 도출하고, 부분 주입량 기준값으로부터 흡입관 압력의 기준값을 도출하며, 흡입관 압력의 기준값을 스로틀 밸브에서 일어나는 압력 강하를 나타내는 수치와 연계시켜 부스터 압력 기준값을 도출함으로써 해결된다.
스로틀 밸브에서 일어나는 압력 강하를 간단하게 제어함으로써 운전자의 지시 사항에 따라 차량의 이동성 또는 기계의 효율을 최적화할 수 있다. 즉, 한편으로는 매우 스포티한 주행이, 다른 한편으로는 매우 경제적인 주행 방식을 구현할 수 있다.
하위 청구항들은 본 발명을 유리하게 발전시킨 것이다.
이하, 도면에 도시된 실시예를 통해 본 발명을 보다 자세히 설명한다.
도 1은 흡입 날개(102)와 배출가스 덕트(104)가 있는 내연 기관(100)을 보여준다. 흡입 날개(102)에는 -흡기가 흐르는 방향에서 볼 때- 흡기의 양 또는 흡기의 질량(mL)을 측정하는 센서(105)와 원심 과급기의 압축기(108), 부스터 압력(p2)을 파악하는 압력 감지기(112), 내연 기관(100)에 흡입된 공기의 온도(Tans)를 파악하는 온도 감지기(110), 하나 혹은 여러 개의 연료 분사기(113)가 배치되어 있다. 원심 과급기의 압축기(108)는 접속 도관(114)을 거쳐 배출가스 덕트(104) 안에 배치된 터빈(116)에 의해 구동된다. 분기관(118)이 터빈들(116)을 연결한다. 분기관(118)에는 바이패스 밸브(120)가 배치되어, 원심 과급기에서 생성되는 부스터 압력을 제어할 수 있다. 또한 내연 기관(100)에는 연소시 노크 현상이 발생하면 노크 신호(K)를 보내는 노크 센서(122)와 엔진 회전속도(nmot)를 파악하는 엔진 회전 속도 감지기(123), 모터의 온도(Tmot)를 파악하는 온도 감지기(124)가 있다. 내연 기관(100)에는 가령 네 개의 실린더(125)가 있는데, 각 실린더(125)에는 점화 플러그가 하나씩 설치되어 있다. 제어기(126)에는 다음 신호들이 전달된다: 공기량 또는 공기 질량 측정장치(105)의 신호(ml), 압력 감지기(112)의 신호(p2), 흡기의 온도를 파악하는 온도 감지기(110)의 신호(Tans), 노크 센서(122)의 신호(K), 엔진 회전 속도 감지기(123)의 신호(nmot), 모터 온도를 파악하는 온도 감지기(124)의 신호(Tmot), 가속 페달 수치 발신기(128)의 신호(αP). 제어기(126)가 스로틀 밸브(106)의 액추에이터(107)를 위한 신호(wdksol)와 바이패스 밸브(120)를 제어하기 위한 신호(ldtv), 연료 분사기(113)에 의해 연료를 할당하기 위한 신호(ti)를 내보낸다.
제어기(126)에는 도 2에 그려진, 스로틀 밸브의 위치와 부스터 압력을 제어 또는 조정하는 회로가 포함된다. 도 2에 그려진 제어 또는 조정 배치의 입력 신호는 부분 주입량 기준값(rlsol)으로서, 부분 주입량 기준값(rlsol)은 다양한 조작 - 예를 들면 가속 페달의 위치 조정, 속도 조정, 기어 조정, 가속 스키드 제어 등 - 에 기초해서 규정된 엔진 회전 속도로부터 산출된다. 부분 주입량 기준값(rlsol)이 유도되는 방법은 본 발명의 대상이 아니므로 여기서는 자세히 설명하지 않기로 한다. 한편 부분 주입량 기준값(rlsol)은 결합점(201)에 전달되는데, 부분 주입량 실제값(rlist)과의 차이는 부분 주입량 실제값(rlist)에 의해 결정된다. 부분 주입량 실제값(rlist)(모터 부하라고도 함)은 회로 블록(202)에서 엔진 회전 속도(nmot)와 흡기의 질량 내지 양(mL)에 따라 파악된다. 부분 주입량 조정기(203)는 부분 주입량 기준값(rlsol)과 부분 주입량 실제값(rlist) 간의 차이로부터 스로틀 밸브 액추에이터(107)를 위한 제어 신호(wdksol)를 유도한다.
부분 주입량 기준값(rlsol)으로부터 마찬가지로 부스터 압력을 조정하는 배이패스 밸브(120)를 위한 제어 신호(ldtv)가 유도된다. 이를 위해 부분 주입량 기준값(rlsol)이 도 3과 관련해서 보다 자세히 설명될 회로 블록(204)에 전달되고, 여기서 엔진 회전 속도(nmot)와 모터 온도(Tmot), 흡기 온도(Tans)에 따라 부분 주입량 기준값(rlsol)으로부터 흡입관 압력 기준값(pssol)이 유도된다. 결합점(205)에서 이 흡입관 압력 기준값(pssol)에 스로틀 밸브에서 일어나는 압력 강하와 일치하는 신호(dpdk)가 겹쳐진다. 이 신호(dpdk)가 회로 블록(206)에서 부분 주입량 기준값(rlsol)과 기타 수치들로부터 유도되는 방법은 도 3을 이용해서 설명하기로 한다.
결합점(205)의 출력 신호는 부스터 압력 기준값(plsol)과 일치한다. 결합점(207)에서는 이 부스터 압력 기준값(plsol)과 부스터 압력 실제값(plist) 간의 차이가 결정된다. 회로 블록(8)은 압력 감지기(112)의 파악 신호(p2)로부터 부스터 압력 현재값(plist)을 유도한다. 부스터 압력 기준값(plsol)과 부스터 압력 현재값(plist) 간의 차이 신호는 부스터 압력 조정기(예를 들어 피 아이 디 조정기(209: PID controller))에 전달되고, 부스터 압력 조정기(209)는 마지막으로 원심 과급기의 바이패스 밸브(120)를 위한 제어 수치(ldtv)를 내보낸다.
스로틀 밸브에서 일어나는 압력 강하와 일치하는 신호(dpdk)로 부스터 압력 기준값(plsol)을 흡입관 압력 기준값(pssol)과 비교해 임의로 증가 또는 감소시킬 수 있다. 예를 들어 운전자의 지시 사항에 의해 모터가 다이내믹하게 작동하도록 요구되면, 즉, 원활한 이동성에 중점이 두어지면, 부스터 압력 기준값(plsol)이 흡입관 압력 기준값(pssol)에 비해 증가된다. 이같은 주행 방식의 경우 기계의 효율이 저하되어 경제적으로 작동되지 않는다. 이와 반대로 효율이 향상되도록 요구되면, 다시 말해 정상 상태의 주행 방식이 선택되면 신호(dpdk)가 축소되어 부스터 압력 기준값(plsol)이 대략 흡입관 압력 기준값(pssol)과 일치하게 된다. 스로틀 밸브에서 제어 가능한 압력 강하(dpdk)를 이용하면 기계가 그때그때의 주행 방식에 신속하게 적응하도록 할 수 있다.
도 3에서 알 수 있듯이 흡입관 압력 기준값(possol)은 부분 주입량 기준값(rlsol)과 디바이더(301)의 계수(fupsrl) 간의 비에 의해 산출된다. 이 계수(fupsrl)는 예를 들어 엔진 회전 속도(nmot)와 모터 온도(Tmot), 흡기 온도(Tans)에 따라 특성 요인도로부터 유도할 수 있다(도 2의 블록(204)과 비교). 흡입관 압력 기준값(pssol)에 도달하기 위해 부분 주입량 기준값(rlsol)과 분기점(302)의 계수(fupsrl)의 비에 연소실의 잔여 가스의 부분 압력을 나타내는 또 하나의 신호(prg)가 겹쳐지게 할 수 있다. 배출구의 끝과 흡입구의 시작 사이에서 밸브가 교차함에 따라 압력이 약 50 ... 150 mb인 잔여 가스가 연소실에 남게 된다.
앞서 도 2와 관련하여 설명한 것처럼 결합점(303)에서 흡입관 압력 기준값(pssol)에 스로틀 밸브에서 일어나는 압력 강하를 나타내는 신호(dpdk)가 겹쳐지고, 이 신호(dpdk)로부터 마지막으로 부스터 압력 기준값(plsol)이 생성된다. 신호(dpdk)는 블록(304)에 보관된 특성 요인도(KFDPDK)로부터 얻을 수 있다. 특성 요인도(KFDPDK)로부터 얻은, 신호(dpdk)의 수치는 엔진 회전 속도(nmot)와 디바이더(305)에서 형성된, 부분 주입량 기준값(rlsol)과 도달가능한 최대의 부분 주입량(rlmax) 간의 비에 따라 좌우된다. 도달가능한 최대의 부분 주입량(rlmax)은 예를 들어 엔진 회전 속도(nmot)와, 노크 센서(122)로부터 파악된 모터의 노크, 모터 온도(Tmot), 흡기 온도(Tans), 고도에 따라 좌우된다.
앞서 언급한 것처럼 스로틀 밸브에서 일어나는 압력 강하를 나타내는 신호(dpdk)가 주행 방식에 매우 유연하게 적응하도록 하려면, 결합점(306)에서 특성 요인도(KFDPDK)의 출력 신호가 회로 블록(307)에서 생성된 보정 계수(fdpdk)와 곱셈식(multiplicative)으로 연계되도록 한다. 회로 블록(307)을 위한 입력 신호들은 보정 계수를 위한 최소값(FDPDKMN)과 시간 상수(TDPDK), 그리고 과급 활성화(overboost-activation)를 나타내는 신호(B_ldob)와 과급 유휴 시간(308)을 나타내는 신호(B_ldobsp) 간의 논리합을 이행하는 논리합 회로(308)의 출력 신호이다. 운전자가 가속 페달을 작동시켜서 다이내믹하고 스포티한 주행 방식을 하도록 신호를 주고, 이로써 두 개의 신호(B_ldob 또는 B_ldobsp) 중 하나가 논리합 회로(308)에 인접하게 되면, 회로 블록(307)에서는 보정 계수(fdpdk)가 1로 설정되고, 두 신호 중 하나가 인접하는 동안에는 이 수치 1을 계속 유지한다. 주행 방식이 바뀌어서 정상 상태의 주행 방식으로 전환하게 되면 회로 블록(307)은 보정 계수(fdpdk)를 시간 상수(TDPDK)와 함께 수치 1로부터 0과 1 사이에 놓인 최소값(FDPDKMN)으로 차단한다. 보정 계수(fdpdk)를 낮춤으로써 흡입관 압력 기준값(pssol)에 겹쳐진 신호(dpdk)도 낮아지고, 그 결과 스로틀 밸브에서 일어나는 압력 강하 정도가 줄어들어 기계의 효율이 최적화되게 된다. 가령 매우 스포티한 주행 방식을 채택하기 위해 운전자가 작동시킬 수 있는 조작 기소(예를 들어 스위치)로도 보정 계수(fdpdk)를 바꿀 수 있다.

Claims (8)

  1. 흡입관에 설치된 스로틀 밸브의 위치와 부스터 압력을 제어 또는 조절함으로써 과급 내연 기관의 성능을 제어 또는 조정하기 위한 방법에 있어서,
    주어진 부분 주입량 기준값(rlsol)으로부터 스로틀 밸브(106)를 위한 제어량(wdksol)이 유도되고, 부분 주입량 기준값(rlsol)으로부터 흡입관 압력 기준값(pssol)이 파악되며, 부스터 압력 기준값(plsol)을, 흡입관 압력 기준값(pssol)을 스로틀 밸브(106)에서 일어나는 압력 강하를 규정하는 수치(dpdk)와 연계함으로써 유도하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 흡입관 압력 기준값(pssol)이 부분 주입량 기준값(rlsol)과, 엔진 회전 속도(nmot) 및 모터 온도(Tmot), 흡기 온도(Tans)에 따라 좌우되는 계수(fupsrl) 간의 비로부터 유도되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 흡입관 압력 기준값에 잔여 가스(prg)의 부분 압력이 덧셈식(additive)으로 겹쳐지는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 스로틀 밸브(106)에서 일어나는 압력 강하의 수치(dpdk)가 엔진 회전 속도(nmot)와 부분 주입량 기준값(rlsol)에 따라 특성 요인도(304)로부터 파악되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 스로틀 밸브(106)에서 일어나는 압력 강하의 수치(dpdk)가 엔진 회전 속도(nmot) 및 부분 주입량 기준값(rlsol)과 도달가능한 최대 부분 주입량(rlmax)의 비율에 따라 특성 요인도(304)로부터 파악되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 특성 요인도(304)로부터 파악된 수치가, 다이내믹한 주행이 이루어지는 동안 정상 상태로 주행하는 동안보다 높은 수치로 설정된 보정 계수(fdpdk)의 영향을 받는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 보정 계수(fdpdk)가 다이내믹한 주행시 수치 1로 설정되고, 정상 상태의 주행 방식으로 전환될 경우 0과 1 사이에 놓인 수치로 낮아지는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 흡입관에 설치된 스로틀 밸브의 위치와 부스터 압력을 제어 또는 조절하는 과급 내연 기관의 성능을 제어하기 위한 장치에 있어서,
    부분 주입량 기준값(rlsol)으로부터 스로틀 밸브(106)를 위한 제어량(wdksol)을 유도하는 제 1 수단(201, 202)이 설치되고, 부분 주입량 기준값(rlsol)으로부터 흡입관 압력 기준값(pssol)을 유도하는 제 2 수단(204)이 설치되며, 부스터 압력 기준값(plsol)이 흡입관 압력 기준값(pssol)을 스로틀 밸브(106)에서 일어나는 압력 강하를 규정하는 수치(dpdk)와 연계함으로써 생성되도록 하는 것을 특징으로 하는 장치.
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