KR20010015681A - 내연기관의 과급압 제어 장치 - Google Patents

내연기관의 과급압 제어 장치 Download PDF

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Abstract

본발명의 장치는 오류인식장치가 엔진운전중에 오류를 발견하지 못할 경우, 배기가스 터보챠져(3, 4)를 위한 엑츄에이터(14)를 작동시키는 제 1 제어기(21)를 포함하고 있다. 이와는 달리 오류인식장치(15)가 임계오류를 인식하게 되면, 제 1 제어기(21)에서 제 2 제어기(24)로 변환접속된다. 이와동시에 제 2 제어기(24)는 입력신호로서 제 1 제어기(21)의 또다른 제어편차를 구비하게 된다. 따라서, 오류가 발생할 경우 배기가스 터보챠져는 배기가스 터보챠져가 자신의 임계회전수영역 이상으로 과제어될 위험없이 매우 유연하게 조정되도록 되어 있다.

Description

내연기관의 과급압 제어 장치{Device for controlling boost pressure in an internal combustion engine}
과급압을 제어할 경우 내연기관이 운전하는 도중에 오류가 발생하거나(예를 들어서 연소실화(combustion misfire)의 발생, 즉 연소의 실패) 또는 고장난 센서(공기압력센서 또는 공기량센서의 고장)를 통해서 터보챠져의 회전수가 임계영역 이상으로 과제어되므로서 터보챠져가 파괴된다. 독일특허 DE 195 13 156 C1으로 부터 공개되었듯이, 이러한 문제(터보챠져의 파괴)는 특히 두개의 실린더 서포트 마다 각각의 터보챠져를 포함하고 있는 내연기관에서 발생하고 있다. 다시말해 두개의 터보챠져중에 하나가 고장을 일으키거나 또는 두개의 배기가스회로중 하나에서 촉매(catalyst)가 막히므로서(콕킹), 제어회로는 과급압-규정값(booster pressure-nominal value)에 대한 한쪽에서의 오류로 인해서 발생되는 과급압-피이드백값(booster pressure-feed back value)의 제어편차를 상쇄시키므로서, 제어회로는 오류없는 측의 터보챠져를 과제어하게 된다. 이에 따라 터보챠져-회전수는 터보챠져의 파괴를 가져오는 임계값에 도달하게 된다. 오류가 발생할 경우 터보챠져의 파괴를 방지하기 위해 독일특허 DE 195 13 156 C1에서는 만약 오류인식장치가 두개의 배기가스회로중 하나의 측면에서 오류를 인식하게 될때, 제어는 작동중지되고 콘트롤링(또는 조정)으로 변환되도록 제안하고 있다. 그리고 이러한 콘트롤링(controling)은 터보챠져를 자신의 임계 회전수범위로 작동하지 못하도록 설계되어있다. 그러나, 오류가 발생할 경우의 콘트롤링에 있어서 폐쇄된 제어회로와는 달리 과급압 또는 공기량의 피이드백 변수(feed-back variable)가 배기가스 터보챠져를 조정하기 위한 조정신호에 더이상 영향을 미치지 못한다. 그리고, 콘트롤링은 배기가스 터보챠져의 회전수를 일정 상수로 제한하고 있다. 이러한 상수값은 대부분의 오류종류에 있어서 터보챠져 회전수를 한정할 경우 확실히 과잉반응을 보여주고 있다. 이러한 이유로서 본발명은 도입부에서 설명하고 있는 종류의 장치가 오류가 발생하는 경우에도 배기가스 터보챠져의 콘트롤링이 유연하게 반응하도록 하는 점(또는 과제)에 근거를 두고 있다.
본발명은 하나 이상의 배기가스 회로관에서 배기가스 터보챠져(turbocharger)와 그리고 제 1 제어기에 의해서 조정되어 배기가스 터보챠져를 작동시키는 엑츄에이터(actuator)를 구비하고 있으며, 또한 엔진이 운전될 때 오류인식장치(fault determination device)가 오류 없음을 결정할 경우(즉, 인식할 경우), 상기 제 1 제어기는 엑츄에이터만을 작동시키는 내연기관의 과급압(booster pressure)을 제어하기 위한 장치에 관한 것이다.
도 1은 내연기관의 과급압을 제어하기 위한 장치의 기능을 도시하는 블록회로도.
상기 제시하고 있는 과제는 만약 엔진이 운전도중에 오류가 발생할 경우 터보챠져의 오류가 없을 때 조정을 담당하는 제 1 제어기가 작동중지되고, 제 2 제어기로 변환작동되도록 하는 청구항 제 1 항의 기술적 요지에 의해 해결된다. 이와동시에 제 2 제어기는 입력신호로서 제 1 제어기의 다른 제어편차값을 얻는다. 따라서, 본발명의 장치를 이용하므로서 터보챠져를 일정 상수로 콘트롤링할 때 보다도 터보챠져의 콘트롤링이 훨씬 더 유연하게 상기 오류의 종류에 대해 적응하고 있다.
본발명의 유리한 실시예가 종속항에 기재되어 있다.
따라서, 예를 들어 제 2 제어편차의 피이드백값으로서 다른 센서를 이용하여 제 1 제어편차의 피이드백값을 의도적으로 얻게 된다. 제 1 제어편차의 피이드백값은 예를 들어서 과급압 센서에 의해서 측정된 과급압과 그리고 제 2 제어편차의 피이드백값은 공기량센서에 의해서 측정된 공기량이 된다. 따라서 과급압센서가 오류를 일으키는 경우에는 또다른 과급압 제어를 가능하게 하고 있다.
오류가 발생한 경우 터보챠져를 조정하기 위한 적절한 조정신호는 예비신호와 제 2 제어기의 출력신호를 중첩하므로서 발생하게 된다. 따라서 예비조정신호가 오류종류에 함수가 되도록하는 것이 유리하다.
오류인식장치는 여러종류의 오류를 인식할 수 있다. 또한 오류인식장치는 예를 들어서 과급압 제어를 위해 필요한 센서와 람다-제어기(λ-controller)의 오류발생을 감시하며, 그리고 설정해 놓은 점화 실화율(misfire rate)을 초과할 경우에 상기 오류인식장치는 점화실화를 감지하며 또한 오류를 신호화시킨다.
두개의 터보챠져를 가진 두개의 실린더 서포트로 된 내연기관의 경우 두개의 터보챠져는 동시에 조정되며, 이와동시에 오류인식장치는 두 실린더 서포트중 하나의 영역에서 오류를 인식하게 된다면, 제 1 제어기에서 제 2 제어기로 변환작동되도록 되어 있다.
도면에서 도시된 실시예에 따라서 하기에 본발명을 상세히 설명한다.
도 1에 두개의 실린더 서포트(1, 2)를 구비한 내연기관에 대한 실시예가 도시되어 있다. 두개의 실린더 서포트(1, 2) 각각은 배기가스 터보챠져(3, 4)에 장치된다. 배기가스 터보챠져(3)는 터빈(5)을 제 1 실린더 서포트(1)의 배기관에 장착하고 또한 제 1 실린더(1)의 배기관과 연결된 컴프레서(6)를 흡입장치에 장착하고 있다. 두개의 터보챠져(3, 4)의 터빈(5, 7)은 각각 종래의 방식에 따른 바이패스-밸브(9, 10)를 구비하고 있다. 이러한 바이패스-밸브를 통해서 각각의 터보챠져(3, 4)에 의해 발생된 과급압을 원하는 값으로 제어할 수 있는 방법이 제공된다. 두 터보챠져(3, 4)의 컴프레서(6, 8)는 자신의 과급공기를 공동(cooperative)의 흡입관(11)으로 공급하며, 그리고, 흡입관(11)에서는 하나의 드로틀밸브(12)와 공기압센서(13)가 과급압을 측정하기 위해서 장치되어 있다. 드로틀밸브(12)의 출력부에서는 흡입관(11)이 두개의 실린더 서포트(1, 2)로 분리되어 있다.
엑츄에이터(14), 즉, 클록밸브(clock valve)는 터보챠져(3, 4)의 두 바이패스-밸브(9, 10)를 동시에 조정하게 된다. 두 터보챠져(3, 4)의 과급압은 바이패스-밸브(9, 10) 대신 터빈(5, 7)의 기하학(즉 터빈의 모양과 형태)에 의해서 제어되도록 되어 있다.
기능 오류를 감지하기 위해 오류인식장치(15)가 구비되어 있으며, 오류인식장치(15)의 입력단자(E1, E2,...En)는 내연기관의 주변장치유니트와 연결되어 있다. 특히 다음에 실행되는 기능 오류는 하나 또는 두개의 터보챠져(3, 4)가 임계회전수영역 이상으로 과제어를 발생시키기 때문에 상당히 큰 의미를 갖는다. 또한 오류인식장치(15)는 오류, 즉, 과급압센서(13), 흡입관(16)에 장치된 공기량센서(17), 람다제어기(여기서는 도시되지 않음) 또는 제어회로오류에 의해서 발생하는 오류 등를 인식하고 있다. 그밖에 점화실화율이 설정된 임계값을 초과할 경우 오류인식장치(15)는 두 실린더 서포트(1, 2)에서 점화실화를 인식하여 오류를 신호화한다. 그밖에 오류의 인식을 분사밸브오류와 점화시스템에서 발생할 수 있는 오류로 확대시킬수 있다(즉, 이들 분사밸브오류, 점화시스템오류 또한 인식할수 있다). 또한, 탱크가 비워진 상태를 액티브 분사희박과 같은 것으로 인식된다. 즉, 일반적으로 어떤 발생근원(예를 들어서 한쪽측면 촉매의 오류, 한쪽측면에서의 터보챠져오류, 증가된 한쪽측면의 실화비율, 등등)로 부터 나온 모든 오류는 두 터보챠져(3, 4)중 하나를 임계영역 이상으로 과제어가 되도록 하고 있다.
만약, 오류인식장치(15)가 오류를 발견하지 못할 경우 공기압력센서(13)에 의해서 측정된 과급압-피이드백 값(LDI)이 연결포인트(19)와 접속되는 위치로 가도록 오류인식장치(15)는 스위치(18)를 작동시키며, 또한, 연결포인트(19)에서는 규정값트랜스미터(20)에 의해서 설정된 과급압-규정값(LDS)에 대한 과급압-피이드백값(LDI)의 누적값을 얻는다. 규정값 트랜스미터(20)란 드로틀밸브위치(DK; 또는 가속페달위치)와 엔진회전수(N)에 따른 특성곡선을 말한다.
연결포인트(19)의 출력부에 제공되고 있는 과급압-피이드백 값(LDI)과 과급압-규정값(LDS) 사이의 제어편차는 제 1 제어기(21)로 송출된다(예를 들어서 PDI-제어기). 오류가 발생하지 않은 경우 오류인식장치(15)는 제 1 제어기의 출력신호(LR1)가 엑츄에이터(14)의 입력부에 도달하도록 하는 위치로 또다른 하나의 스위치(22)를 작동시킨다. 또한, 오류가 발생하지 않은 경우 두 터보챠져(3, 4)의 과급압은 제 1 제어기(21)을 포함한 폐쇄 제어회로(또는 제어-폐회로)에 의해서 제어된다.
오류인식장치(15)가 오류를 감지한 경우, 오류인식장치(15)는 스위치(18)를 제 2 위치로 작동시키므로서, 공기압력센서(13)에 의해서 측정된 과급압-피이드백값(LDI) 대신 공기량센서(17)에 의해서 측정된 공기량이 연결포인트(19)로 송출하게 된다. 측정된 공기량으로 부터 스위치블록(23)에서 모델-과급압-피이백값(MLI)이 얻어지고 이어서 모델-과급압-피이드백값(MLI)은 연결포인트(19)로 송출된다.
제 1 제어기(21)를 위해 설정된 제 1 제어편차의 피이드백값을 공급하는 공기압력센서(13)는 터보챠져(3, 4)의 압축측 흡입장치에 장치되며, 그리고 제 2 제어기(24)를 위해 결정된 제 2 제어편차의 피이드백값을 공급하는 공기량센서(17)가 터보챠져의 흡입측 흡입장치에 장치된다.
과급압-규정값(LDS)에 대해서 공기량센서에 의해서 직접 공급되는 피이드백값 또는 모델-과급압-피이드백값(MLI)의 누적값을 재생하는 연결포인트(19)의 출력신호는 특히 P-제어기(비례제어), 또는 예를 들어서 PD- 또는 PID-제어기일 수 있는 제 2 제어기(24)에 도달하게 된다(송출된다). 연결포인트(25)에서는 예비조정신호(VS)가 제 2 제어기(24)의 출력신호(LR2)와 중첩된다. 예비조정신호(VS)는 엔진 회전수(N)와 과급압-규정값(LDS)에 따라서 스위치블록(26)에서 이루어진다.
오류인식장치(15)는 예비조정기(즉, 스위치블럭)(26)에 인식된 오류신호(FS)를 전달하고, 따라서 예비조정은 오류의 종류에 따른 예비조정신호(VS)를 발생하도록 되어 있다.
연결포인트(25)에서 제어기-출력신호(LR2)와 예비조정신호(VS)의 중첩으로 발생된 신호(LRV)는 엑츄에이터(14)를 작동시킨다. 이를 위해서 오류인식장치(15)는 스위치(22)를 상기 작동을 위한 위치로 가도록 하고 있다. 예비조정을 중첩시키는 작용을 포함하는 제 2 제어회로는 오류로 인해 발생하는 터보챠져(3, 4)중의 그 어느것도 과제어가 발생하지 못하게 하므로서, 터보챠져(3, 4)는 자신의 임계 회전수범위에 도달하록 작동시킨다. 특히, 비-터보챠져의 경우에 실시예에 따라서 두 터보챠져중 하나가 고장을 일으킬 경우 또는 촉매가 막히므로서 배기가스회로에서 한쪽으로만 제어편차를 발생시킬 경우 다른 하나의 터보챠져는 임계 회전수 범위 이상으로 과제어로 도달하게 하는 과급압-규정값을 방해하도록 하고 있다.
이미 전술한 제 1 제어에서 제 2 제어로 변환시키는 변환작동(변환스위칭)은 이른바 제 1 제어가 오류로 인해서 터보챠져가 허용되지 않는 상태까지 과제어를 하게될 경우 실린더서포트를 포함한 내연기관의 터보챠져의 보호를 위해서 사용하고 있다.

Claims (10)

  1. 하나 이상의 배기가스회로에 하나의 배기가스 터보챠져(3, 4)와 배기가스 터보챠져(3, 4)에 작용하는 엑츄에이터(14)를 구비하고 있고, 상기 엑츄에이터(14)는 제 1 제어기(21)에 의해서 조정되며, 이와동시에 하나의 오류인식장치(15)가 엔진이 작동하는 동안 터보챠져에 대한 임계 오류를 발견하지 못한 경우에, 제 1 제어편차를 수신한 제 1 제어기(21)가 엑츄에이터(14) 만을 작동시키는 내연기관의 과급압 제어를 위한 장치에 있어서,
    오류인식장치(15)가 임계오류를 인식한 경우에, 제 1 제어기(21)에서 제 2 제어기(24)로 변환작동하며,
    상기 제 2 제어기(24)는 입력신호로서 제 2 제어편차를 얻게 되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 과급압을 제어하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 제어편차는 제 2 제어편차로서 다른 피이드백값을 근거로 하고 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 제어편차의 피이드백값이 흡입장치에서 터보챠져(3, 4)의 압축축으로 공기압력센서(13)에 의해서 측정되는 과급압-피이드백값 (LDI)인 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 제어편차의 피이드백값은 흡입장치에서 터보챠져(3, 4)의 압축측으로 공기량센서(17)에 의해서 측정되는 공기량인 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 오류의 경우에 엑츄에이터(14)를 위한 조정신호가 예비조정신호(VS)와 제 2 제어기(24)의 출력신호(LR2)가 중첩되므로서 발생하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 예비조정신호(VS)는 오류종류에 종속되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항에 있어서, 상기 오류인식장치(15)는 과급압제어를 위해 필요한 센서(13, 17)의 오류를 감시하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항에 있어서, 상기 오류인식장치(15)는 람다-제어회로의 오류를 감시하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 6 항에 있어서, 상기 오류인식장치(15)는 연소실화를 감지하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 두개의 터보챠져(3, 4)를 구비한 제 2 실린더서포트(1, 2)로 되어 있는 내연기관의 경우 엑츄에이터(14)는 두개의 터보챠져(3, 4)에 동시에 작동하며, 오류인식장치(15)가 두개의 실린더서포트(1, 2)중 하나의 영역에서 하나의 오류를 인식하는 경우에 제 1 제어기(21)에서 제 2 제어기(24)로 변환접속되는 것을 특징으로 하는 장치.
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