KR20010042746A - 점화 제어 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각 실린더의 점화 싸이클 내에서, 검출 시점에서 상기 내연 기관의 속도 검출을 위한 속도 검출 장치; 상기 내연 기관의 실제 크랭크각 검출을 위한 각 검출 장치; 검출된 속도에 상응하여 설정된 점화각, 검출된 배터리 전압에 상응하여 설정된 충전 시간과 적절한 상기 초기 충전각의 결정을 위한 결정 장치; 상기 충전 시간 출력-모드에서 상기 충전 시간의 추가를 통해, 상기 점화각 출력-모드에서 상기 점화 발생까지 충전각의 계산을 통해 상기 초기 충전각으로부터 시작되는 상기 점화 코일 장치의 충전 시간의 출력을 위한 점화 제어값-출력 장치; 상기 충전 시간 출력-모드에서 상기 점화각의 에러의 평가를 위해, 및/또는 검출 시점 이후, 가능한 속도 변화에 근거하여 상기 점화각 출력-모드에서 상기 충전 시간의 에러를 평가하기 위한 에러 평가 장치; 평가된 에러에 근거하여 상기 점화 세그먼트 동안 점화각 출력 모드와 충전 시간 출력 모드에 의해서 점화 제어 모드를 결정하기 위한 점화 제어 모드-결정 장치를 가지는 내연 기관에 이용되는 점화 코일 장치의 제어를 위한 점화 제어 장치에 관한 것이다.

Description

점화 제어 장치 및 방법{Ignition control device and method}

임의의 점화 제어에 적용할 수 있어도, 차량의 시스템에 탑재된 엔진 제어 장치와 관련하여 본 발명 및 본 발명에 기초가 되는 문제점에 관하여 기술한다.

점화 코일 점화 시스템 또는 그 장치에서의 점화 발생을 제어하기 위한 점화 제어 장치는 실제로 두 가지 제어 기능을 가지며, 그 한 가지 제어 기능은 점화 코일의 충전 시간 또는 스위칭 온 시간에 의한 원하는 만큼의 점화 에너지의 제어이며, 그 다른 제어 기능은 상기 점화 코일의 충전 종료 또는 컷 오프 시점에 의한 점화 펄스의 각도에 알맞는 제어이다.

코일 점화 장치에 있어서 충전 시간에 의해 상기 점화 코일에 공급되는 점화 에너지는 상기 코일의 전기 회로에 인가되는 자동차 전기 시스템 전압 및 전기 회로의 시정수에 따라서 다르다.

일반적으로 상기 속도, 가능한 다른 엔진 변수와 상관 관계에 있는 각각의 목표값은 특성 곡선으로서 상기 제어 장치에 저장되어 있다.

다이나믹 속도(dynamic speed)의 발생 시에, 상기 목표값 "충전 시간"과 "점화각" 사이에 충돌이 일어난다. 상기 충전 단계의 초기에서 각위치, 즉 폐쇄 시작각은 상기 충전 시간의 종료 후에 점화각으로 도달하도록 선택되어야 한다. 즉 상기 점화 발생의 연산 시점에 상기 크랭크축 운동의 시간-각-그래프가 미리 제공되어 있어야 한다.

특히 엔진 시동시, 최고의 다이나믹 속도와 저주파 속도 스캐닝의 경우, 일반적인 점화 제어 장치에서는 상기 시간-각-그래프의 평가 에러는 무시할 수 없다.

일반적인 제어 장치는 각신호의 출력을 위해서, 각도에 알맞는 등가의 펄스를 상기 점화 제어 장치에 제공하는 각도 트랜스미터 휘일(angle transmitter wheel)을 이용한다. 상기 연산 시간 상의 이유로, 상기 점화 발생의 연산은 대다수의 점화 제어 장치 아키텍쳐에서는 단지 세그먼트 단위로 이루어지고, 이 경우 하나의 세그먼트는 실린더 수만큼 분할된 상기 크랭크축의 720。의 각도 인터벌이며, 즉 4-실린더 엔진의 경우에는 180。가 된다. 그러므로 연산 시에 검출한 점화 발생 각위치는 상기 각도 트랜스미터 휘일 및 상기 점화 제어 장치에서 일반적으로 사용되는 타이머/카운터-회로에 의해 충분히 정확하게 측정될 수 있지만, 상기 연산 자체는 다이나믹 속도에서 점화 지점에 더 이상 존재하지 않는 검출 속도에 근거하게 된다.

상기 문제점을 설명하기 위해, 도 2 에서는 4-실린더 내연기관의 점화 순서가 개략적으로 도시되어 있다.

도 2 에서 X축은。 의 크랭크각(KW)을 의미하며 Y축은 ··2-1-3-4-2··의 순서를 가지는 점화 그래프(ZZ)이다. 전체(full) 사이클은 1회의 사이클 시간(T_ZYX)에 상응하는 720。 KW이다. 하나의 세그먼트는 하나의 세그먼트 시간(t_SEG)에 상응하는 720。 KW/4 =180 。 이다.

도 3 에는 상기 점화 코일 전류(I_Z)의 제어와 관련해서 4-실린더-내연 기관의 제 1 실린더의 세그먼트에서, 점화 제어 과정이 개략적으로 도시되어 있다.

0。 에서 속도(N)가 검출되고 그 바로 직후에 충전 시간(t_L)및 점화각(w_z)(거의 폐쇄 종료 각도와 같음)이 특성 곡선(B)으로부터 파악된다.

그 후, 상기 폐쇄- 또는 초기 충전각(w_LB)은 아래 수학식 1에 따른다.

상기 수학식 1로 부터 운동이 동일하다는 가정하에서 검출되며, 상기 수학식 1에서 ω는 속도(N) 에 상응하는 각속도이다. 연산 시간 상의 이유로, 상기 점화 발생의 시간적 위치 및 각도에 알맞는 위치는 점화 간격마다 단 한 번 산정된다.

상기 충전 시간 출력-모드의 경우에, 카운터(C1)를 이용해 0。 에서부터 시작하여 상기 크랭크 축 센서 신호(KWS)에 의해 상기 각(w_LB)이 검출되고, 상기 각 (w_LB)에 도달할 경우에는, 상기 점화 코일의 최종단이 스위칭 온된다. 또 다른 카운터(C2)를 통해서, 0。 에서부터 시작하여 크랭크 축 센서 신호(KWS)에 의해 각도(w_z)가 검출되고, 상기 각(w_z)에 도달한 때에는, 상기 스위칭 온은 중단된다.

상기 속도 그래프의 연산 에러는, 예를 들어 엔진 시동의 경우에, 무시할 수 없기 때문에, 일반적으로 점화 제어 장치에서 제어 목표인 충전 시간과 점화각이 우선시된다.

상기 타이머/카운터-회로에 의해 소위 충전 시간 출력-모드인 상기 충전 시간의 정확한 출력을 결정하고자 하면, 시동 가속 시에(속도 증가) 상기 점화각의 후각 오프셋이 발생한다. 이와 반대로, 소위 점화각 출력-모드인 상기 점화각이 정확하게 출력되면, 시동 다이나믹에서 상기 점화 코일에 있는 에너지와 충전 시간이 줄어들고, 이는 실화를 일으킬 수도 있다.

일반적으로 충전 시간 출력 또는 상기 점화각 출력과 같은 출력 방법은 목표 시스템의 특성에 따라서 고정적으로 설정되거나, 그렇치 않으면 한계 속도에서 상기 출력 모드가 전환 스위칭될 수 있다. 따라서 이 경우, 시동 동안에 충전 시간 출력 및 다이나믹 에러가 무시될 수 있는 정도로 고주파 속도 스캐닝이 이루어지는 한계 속도부터 점화각 출력으로의 전환 스위칭이 일반적이지만, 그러나 다른 한 편으로 그 한계 속도부터 상기 점화 각도에 대한 토크의 감도가 상당히 감소된다.

연산 시간동안 상기 출력 방법을 독립적으로 실제 물리적 상태로부터 검출하는, 공통적으로 적용되는 연산 규정에 의한 출력 방법의 자동적 선택은 희망하는 바가 되고 있다.

본 발명은 점화 제어 장치 및 그에 상응하는 점화 제어 방법에 관한 것이다.

도 1 은 본 발명의 실시예의 설명을 위한 흐름도;

도 2 는 4-실린더-내연 기관에서 점화 순서에 대한 개략도;

도 3 은 4-실린더-내연 기관의 첫 번째 실린더의 세그먼트에서 점화 제어 진행에 대한 개략도.

제 1 항의 특징을 가지는 본 발명의 점화 제어 장치 및 제 5 항에 따른 점화 제어 방법이 종래의 해결책에 비해 상기 점화 제어 장치의 실제 물리적 상태에 적합한 점화 방법이 선택되는 장점을 가진다. 즉, 코일 점화에 중요한 물리적 관계의 합목적적이고 모뎀에 알맞는 디스플레이가 상기 점화 제어 장치 내에 제공된다. 따라서 복잡한 응용없이도 상기 점화 제어 장치 및 해당 엔진에 가장 유용한 동작모드가 선택될 수 있다.

이는 특히 출력 방법인 충전 시간 출력과 점화각 출력의 분명한 우선을 허용하지 않는 점화 제어 장치에서 필요하다. 적절한 충전 시간을 가지는 점화 유니트, 즉 코일과 이그나이터의 이용 및 어쨌든 뜨거운 실린더 헤드에의 장착은 다른 자유도를 수반한다. 그 외에 본 발명은 점화 제어 장치의 애플리케이션을 쉽게 하며, 이는 상기 모드 선택이 실제 물리적 상태로부터 자동적으로 검출되기 때문이다. 따라서 다양한 이용 분야의 필요 조건에 대한 적응이 훨씬 용이해진다.

본 발명에 기초가 되는 사상은, 상기 충전 시간 출력-모드에서 상기 점화각의 에러 및/또는 상기 점화각 출력-모드에서 상기 충전 시간의 에러에 대한 평가가, 검출 시점 이후에 속도 변화가 있는 경우 실시된다는데 있다. 예를 들어 평가된 에러가 임계값을 넘어서면, 상기 에러에 근거하여, 상기 점화각 출력 모드 및 충전 시간 출력 모드에 의한 점화 제어 모드의 결정이 상기 점화 세그먼트 동안 이루어진다.

바람직하게는 시간 출력 모드에서 상기 점화각 에러가 평가되고 상기 평가를 이용해 점화각 출력 모드나 또는 충전 시간 출력 모드가 선택되는지가 결정된다. 즉, 상기 점화 제어 장치는 예상되는 출력 에러가 허용가능한 것인지 여부를 독자적으로 결정한다.

제 1 항의 점화 제어 장치 또는 제 5 항의 점화 제어 방법의 유용한 또 다른 구성과 개선이 종속항에 제시되어 있다.

또 다른 양호한 구성에서, 상기 에러 평가 장치는, 상기 에러 평가 장치가충전 시간 출력 모드에서 점화각의 오프셋을 평가하고 평가된 오프셋이 설정된 한계값을 넘으면 점화 제어 모드-결정 장치가 점화각 출력 모드를 정하도록, 구성된다.

또한 또 다른 양호한 구성에서, 상기 에러 평가 장치는 속도 및/또는 속도의 시간적 변화에 대한 고려하에 속도 검출 에러의 평가를 위한 속도 검출 에러-평가 장치, 일정한 충전 시간동안 상기의 평가된 속도 검출 에러에 가중치를 부여하는 가중치 부여 장치, 상기 검출 시점과 상기 초기 충전각에 상응하는 상기 충전 시작 시점 사이에 있을 수도 있는 속도 변화에 상응하게 수정값을 검출하는 수정 장치를 갖는다.

또 다른 양호한 구성에서, 상기 에러 평가 장치는 엔진 온도 검출을 위한 온도 검출 장치와 검출된 엔진 온도를 이용해 오프셋에 대한 평가값의 제공을 위한 특성 곡선-장치를 갖는다.

본 발명의 실시예는 도면에 도시되고 하기의 상세한 설명에서 상술된다.

도면에서 동일한 도면 부호는 동일한 엘리먼트 또는 동일한 기능의 엘리먼트를 의미한다.

도 1 에는 본 발명의 실시예의 설명을 위한 흐름도가 도시되어 있다. 상기 실시예에서 다음과 같은 방법이 제안된다.

우선, 단계 100 에서, 속도(N)의 측정 또는 검출이 도 3 에 도시된 방법과 유사하게 해당 실린더의 세그먼트 초기에 이루어진다. 상기 점화 출력에서 필요한 시간-각-그래프의 평가에 필요한 속도 정보가, 각 인터벌에 대한 시간 정보로서 제공되는 것이 일반적이다.

측정된 상기 시간-각-그래프의 측정 질은 측정 시점에서 단계(S200)에서 속도(N)와 상기 속도 그래프 제 1 의 시간 도함수(dN/dt)의 임계값 비교에 의해 평가된다. 기본 속도가 작아질수록 그리고 상기 속도부터 작용하는 가속도가 커질수록, 상기 점화 제어 장치의 시간-각-측정은 그만큼 부정확해진다. 상기 임계값 비교를 통해 절대적 속도 측정 에러를 위한 평가치가 제공된다. 상기 임계값, 상기 속도 및 상기 속도 미분 또는 변화가 상기 측정 질을 평가함으로써 제어 질을 평가하게 된다.

평가된 상기의 절대적 속도 측정 에러에 목표-충전 시간(t_L)이 가중된다. 그러므로 속도 에러 측정을 통해 발생되는 각 에러의 비율은 단계(S300)에서 평가된다.

세그먼트 초기와 점화각(w_z)사이의 각 간격으로부터, 수정값이 단계(S400)에서 계산되고, 상기 수정값은 세그먼트 초기부터 충전 초기 (w_LB)까지의 속도 상승을 통해서 발생하는 다이나믹 에러에 상응하게 된다.

폐쇄 시간 또는 목표-충전 시간(t_L)이 가중되는 속도 측정 에러는, 즉 각 에러와 수정값이 단계(S500)에서 가산된다. 그러므로 상기 충전 시간 출력 모드 에서 최대 후각 오프셋에 대한 평가치가 얻어진다.

충전 시간 출력 모드에 상기 점화각 에러의 수치 평가에 대한 구체적인 예가 설명된다. 이 때 2개의 세그먼트 사이의 운동 형태에 대해, 등가속도가 가정된다.

충전 시간 출력에서 점화각의 편차는 다음과 같다.

상기 식에서 zwout_real은 등가속도에서 실제 출력된 점화각을 의미하고 (상기 각은 발생 연산의 위치와 관련되어 있다.)

zwout는 발생 연산의 위치와 관련된 목표-점화각이며,

szout는 충전 시간이며,

nmot_ist는 점화 발생 연산에서의 실제 속도이며,

nmot_sg는 상기 제어 장치의 속도 정보이고 (측정 각 인터벌에 의한 평균화 때문에 상기 측정 속도가 실제 속도보다 작다), 이 때 f(nmot_sg, dn)은 예를 들어 특성 곡선이며, dn은 마지막 측정 이후 속도 변화이며,

a는 가속도이고(f(dn)),

t_Ladebeginn은 상기 충전 단계의 초기에 발생 연산의 시간이며(f(swout,zwout)·tseg),

swout는 예상가능한 폐쇄각이고, 즉 swout=szout/tseg·세그먼트 각이며,

tseg는 세그먼트 시간이며, 즉 상기 실린더 수만큼 분할된 720。 크랭크축의 각도 인터벌에 대한 시간이다.

상기 점화각 출력의 평가된 출력 에러는;

에 의거하여 이루어진다.

상기 최대 후각 오프셋이 상기 충전 시간 출력 모드에서 설정된 한계값을 넘어가면, 단계(S700)에서 점화각 출력 모드(ZWA)로 스위칭이 이루어지고, 그렇지 않을 경우, 단계(S800)에서 충전 시간 출력 모드(LZA)로 스위칭이 이루어진다. 이 결정 단계(S600)는 시동 후 제 2 점화 전에 실시되어야 하며, 이는 상기 단계에서 다이나믹 에러가 가장 크기 때문이다.

또 다른 그래프에서, 상기 점화각 출력-모드(ZWA)가 유지될 수 있으나 상기 한계값에 미치치 못할 경우 다시 상기 충전 시간 출력-모드(LZA)로 전환이 이루어질 수 있다. 예를 들어 모드 결정을 위해 일정한 속도 등에 도달하는 것과 같은 또 다른 기준들도 세워질 수 있다.

도 3 과 관련하여 위에서 언급한 바와 마찬가지로, 상기 충전 시간 출력-모드에서, 상기 충전 시작 각에 도달한 이후, 상기 충전 시간이 대기되고 목표-에너지가 정확하게 준수될 때 코일에서 점화가 이루어진다. 따라서 파워 손실이 최소가 되면서 충분한 에너지가 보장된다. 상기 점화각은 낮은 속도와 큰 가속도에서 폐쇄 시간과 목표-점화각의 위치에 따라서 후각 이동된다. 그러므로 상기 점화각의 적용에서, 스타터의 속도가 큰 경우, 다이나믹 미분 동작이 진각 방향으로 가산되는 것은 합목적적이다.

도 3 과 관련하여 위에서 언급한 바와 마찬가지로, 상기 점화각 출력-모드에서 상기 점화각은 초기 충전각과 무관하게 측정된다. 가속도가 나타나는 경우, 점화는 상기 충전 시간의 경과 전에 이루어진다. 상기 적용에서, 큰 가속도와 작은 속도에서 상기 충전 시간에 대한 다이나믹 미분 동작이 진각 방향으로 가산되는 것이 합목적적이다.

본 발명이 앞에서 선호되는 실시예를 이용해 설명되었음에도 불구하고, 그것에 국한되는 것이 아니라 다양하게 수정될 수 있다.

선택적 방법으로, 상기 최대의 후각 이동은 상기 충전 시간 출력-모드에서 엔진 온도에 대한 특성 곡선을 이용해 평가될 수 있고, 이는 시동시에 점화 적용에서 상기 점화각은 고회전 동안에 거의 일정하게 유지되고 온도에 따라서 상기 엔진의 가속도는 항상 동일하기 때문이다. 상기 특성 곡선은

을 갖는다.

가능한 최대의 점화각 에러는 제공된 목표-점화각, 목표-폐쇄 시간을 위한 오프라인이며 가능한 분산에 더불어 상기 온도에서 측정된 가속도가 계산된다. 이를 위해, 속도에 대한 상기 엔진의 고회전 상태가 노후화 동안에도 지속적으로 복원될 수 있어야 한다.

Claims (8)

1. 각 실린더의 점화 싸이클 내에서, 검출 시점에서 상기 내연 기관의 속도 검출을 위한 속도 검출 장치;

   상기 내연 기관의 실제 크랭크각 검출을 위한 각 검출 장치;

   검출된 속도에 상응하여 설정된 점화각, 검출된 배터리 전압에 상응하여 설정된 충전 시간과 적절한 상기 초기 충전각의 결정을 위한 결정 장치;

   상기 충전 시간 출력-모드에서 상기 충전 시간의 추가를 통해, 상기 점화각 출력-모드에서 상기 점화 발생까지 충전각의 계산을 통해 상기 초기 충전각으로부터 시작되는 상기 점화 코일 장치의 충전 시간의 출력을 위한 점화 제어값-출력 장치;

   상기 충전 시간 출력-모드에서 상기 점화각의 에러의 평가를 위해, 및/또는 검출 시점 이후, 가능한 속도 변화에 근거하여 상기 점화각 출력-모드에서 상기 충전 시간의 에러를 평가하기 위한 에러 평가 장치; 및

   평가된 에러에 근거하여 상기 점화 세그먼트 동안 점화각 출력 모드와 충전 시간 출력 모드에 의해서 점화 제어 모드를 결정하기 위한 점화 제어 모드-결정 장치를 가지는 내연 기관에 이용되는 점화 코일 장치의 제어를 위한 점화 제어 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 에러 평가 장치는, 상기 에러 평가 장치가 상기 충전 시간 출력-모드에서 상기 점화각의 오프셋을 평가하고, 상기 측정된 오프셋이 설정된 한계값을 넘어설 때, 상기 점화 제어 모드-결정 장치가 상기 점화각 출력-모드를 결정하도록, 구성된 것을 특징으로 하는 점화 제어 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 에러 평가 장치가 상기 속도 또는 시간에 대한 속도 변화를 고려하여, 상기 속도 검출 에러의 평가를 위한 속도 검출 에러-평가 장치;

   일정한 상기 충전 시간을 평가된 속도 검출 에러에 가중시키는 가중치 부여 장치;

   상기 검출 시점과 상기 초기 충전각에 상응하는 충전 시작 시점 사이에 가능한 속도 변화에 상응하는 수정값을 검출하기 위한 수정 장치를 가지는 것을 특징으로 하는 점화 제어 장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 에러 평가 장치가 엔진 온도의 검출을 위한 온도 검출 장치; 및

   검출된 상기 엔진 온도를 이용해 오프셋을 위한 평가값을 제공하기 위한 특성 곡선-장치를 가지는 것을 특징으로 하는 점화 제어 장치.
5. 각 실린더의 상기 점화 세그먼트에서 검출 시점에 상기 내연기관의 속도를 검출하고;

   검출된 속도에 상응하여 설정된 상기 점화각, 검출된 속도에 상응하여 설정된 상기 충전 시간과 적절한 초기 충전각을 결정하며;

   충전 시간 출력-모드에서 상기 초기 충전각과 상기 충전 시간, 그리고 상기 점화각 출력-모드에서 상기 점화각과 상기 초기 충전각을 상기 점화 코일 장치에 출력하고;

   상기 충전 시간 출력-모드에서 상기 점화각 에러 또는 상기 검출 시점 이후 가능한 속도 변화에 근거하여 점화각 출력-모드에서 상기 충전 시간의 에러를 평가하고;

   평가된 상기 에러에 근거하여 상기 점화 세그먼트 동안 충전 시간 출력 모드와 점화각 출력 모드에 의해 점화 제어 모드를 결정하는 단계를 가지는 내연 기관용 점화 코일 장치의 제어를 위한 점화 제어 방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 에러는 속도 변화의 평균화에 의해 평가되고, 상기 속도 변화에 바람직하게는 폐쇄 시간이 가중되는 것을 특징으로 하는 점화 제어 방법.
7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 충전 시작 시간은 실제 각속도로부터 평가되는 것을 특징으로 하는 점화 제어 방법.
8. 제 5 항, 제 6 항 또는 제 7 항중 어느 한 항에 있어서, 평가를 위해 상기 속도의 시간에 따른 일정한 변화가 가정되고 바람직하게는 등가속도가 가정되는 것을 특징으로 하는 점화 제어 방법.