KR20010053124A - 내연 기관의 선택형 실린더 노킹 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 각각의 실린더(z)의 총 점화 각도(ZW(z))는 선택형 실린더 값 점화각(GZ(z))[엔진 속도(n) 및 로드(L)에 의해 결정된], 노킹 제어각(KNK(z)), 및 모든 실린더에 공통인 제 1 적응값(AD(z)) 및 제 2 적응값(AD2)을 포함한다. KNK(z)이 임계값(DEC) 이상인 경우 AD1(z)이 증가하며, KNK(z)이 임계값(INC) 이하인 경우 AD1(z)은 감소한다. 실린더의 적응값의 평균값(

Description

내연 기관의 선택형 실린더 노킹 제어 방법{METHOD FOR CYLINDER-SELECTIVE KNOCK ADJUSTMENT IN AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
내연 기관의 실린더(z)에 엔진 노킹(engine knock)이 발생하는 경우, 이러한 실린더에 대한 점화 각도(ignition)는 일정량-스텝 사이즈(SKdec)-에 의해 감속되며, 이에 의해 이러한 실린더 내에서 노킹 연소가 발생할 가능성을 감소시킨다. 이 후, 엔진이 노킹없이 작동한다면, 소정량(SKdec)에 의해 다시 점화 각도가 서서히 증가한다.
특별한 작동 포인트에서 실린더(z)에 대해 공지된 총 점화 각도(ZW(z))는 무노킹(knock-free) 작동을 위한 기본 점화 각도(GZ(z))로 이루어져서, 사상(map) 내에 저장되고 - 4기통 엔진(4 cylinder engine)의 경우에 - 모든 180도의 크랭크 각도로 갱신되며, 이러한 기본 점화 각도는 로드(L) 및 엔진 속도(n)에 좌우된다. 이러한 기본 각도는 점화에 가장 근접한 점화 데드 센터 위치(ignition dead center position)(ZOT(z))로부터, 그리고, 엔진 노킹으로 인해 이러한 실린더(z)에 대한 다른 노킹 조절 각도(knock adjustment angle)(KNK(z))로 계산된다: ZW(z)=GZ(z)+KNK(z). 플러스 부호는 "진각(advance)"인 반면에 마이너스 부호는 "지체(retardation)"를 의미함을 인지하면서, 노킹 조절 각도(KNK(z))는 마이너스 값만을 취할 수 있다는 것을 여기서 주지해야만 한다.
각각의 노킹 조절 각도(KNK(z))는 실린더 당 하나의 로드 - 엔진 속도 의존식 사상(engine-speed-dependent map per cylinder)에 기입된다. 하나의 작동 포인트로부터 다음 작동 포인트까지의 변화가 발생하면서, 기입된 마지막 노킹 조절 각도(KNK(z))는 지난 작동 포인트에서 저장된다. 엔진이 이러한 작동 포인트에 재기입되는 경우, 이러한 값은 노킹 제어를 위한 노킹 조절 각도(KNK(z))로서 재사용된다. 이러한 방법은 작동 포인트에 변화가 발생하는 시간에 따라 비교적 무작위의 노킹 조절 각도가 저장된다는 단점이 있다.
이로 인해 다음의 단점이 발생한다.
- 노킹 한계(knock limit)가 정확하지 못하게 되며,
- 적응 범위 사이에서 변이하는 경우에 점화 각도 프로파일은 비정형이고, 토크 프로파일도 연속적이지 못하며,
- 내연 기관이 노킹 한계에서 바로 작동하지 못하고, 그 결과, 최적 토크(optimum torque) 및 최적 연료 소비율(optimum specific fuel)을 확보하지 못한다.
본 발명은 청구범위 제 1 항의 전제부에 따른 내연 기관의 선택형 실린더 노킹 제어(cylinder-selective knock control) 방법에 관한 것이다. 이러한 종류의 방법은 독일 특허출원 제 29 25 770 호에 개시되어 있다.
본 발명의 목적은, 노킹 한계를 가능한 정확하게 하여, 일정한 점화 각도 프로파일과 이에 따라, 적응 범위 사이에 변이가 발생하는 경우에 연속적인 토크 프로파일이 얻어지고, 최적 토크 및 최적 연료 소비율을 생성하게 하는 방식으로, 공지된 내연 기관의 선택형 실린더 노킹 제어 방법을 향상시키는 것이다.
본 발명에 따라, 청구범위 제 1 항에 밝힌 특징들을 가지는 방법에 의해 이러한 목적을 달성한다.
본 발명은, 필수적으로 공지된 선택형 실린더 노킹 조절 각도(KNK(z)) 이외에 제 1 적응 회로의 제 1 적응값(AD1), 및 제 2 적응 회로의 제 2 적응값(AD2)을 모든 실린더에 공통으로 포함하며, 개략적인 도면을 참조하여 아래에 이들의 발생을 보다 상세히 설명한다. 실린더(z)에 대한 총 점화 각도(ZW(z))는 하기의 공식에 따라 보상된다:
ZW(z) = GZ(z) + KNK(z) + AD1(z) + AD2.
이들 값의 부호는 다음과 같다. GZ(z), AD1(z) 및 AD2는 플러스 부호 또는 마이너스 부호(진각 또는 지연)를 가질 수 있는 한편, 선택형 실린더 노킹 조절 각도(KNK(z))는 마이너스 부호(지연)만을 가질 수 있다.
도면에서, 점화 데드 센서 위치(ZOT(z))에 관한 기본 점화 각도(GZ(z)), 기본 점화 각도(GZ(z))에 관한 선택형 실린더 노킹 조절 각도(KNK(z))의 변화량, 및 제 1 및 제 2 적응값(AD1,AD2)의 변화량은 내연 기관의 특별한 작동 포인트에 대해 플롯(plot)되며, 로드(L) 및 엔진 스피드(n)에 좌우된다.
또한, 도면에 화살표로 나타낸 이러한 기본 점화 각도(GZ(z))는, 예컨대, 실린더(z)의 점화 데드 센터 위치(ZOT(z)=0°KW)(도면의 바닥에 곧은 수평 파선으로 플롯됨)로부터 계산된 크랭크 각도 °KW의 정도로서 각각의 실린더(z)에 대한 사상에 기입되며, 적어도 엔진 스피드(n) 및 로드(L)의 함수로서 플러스 부호는 진각을 나타내며 마이너스 부호는 지연을 나타내고, 상술한 바와 같이 이러한 사상으로부터 판독되어 갱신된다. 엔진 노킹이 없다면(ZW(z) = GW(z)), 이러한 기본 점화 각도는 실린더(z)에 점화를 위해 이용된다.
엔진 노킹(K)이 실린더(z)에 발생한다면, 노킹 조절 각도(KNK(z))(감소된)에 의해 총 점화 각도(ZW(z))가 지연되며, 각각의 경우의 스텝 사이즈는 Skdec이다. 도면에서, 3개의 연속하는 점화 이후에 노킹(K)이 나타나며, 지연 방향의 값(KNK(z) = 3*Skdec)에 의해 (ZW(z) = GZ(z) - KNK(z) = GZ(z) - 3*Skdec)로 총 점화 각도(ZW(z))를 이동시킨다.
이 후, 엔진 노킹이 더 이상 발생하지 않는다면, 도면에서 파선의 원 내에 확대된 형식으로 도시한 바와 같이, 각각의 엔진 사이클(720°의 크랭크 각도) 후, 또는 몇 개의 엔진 사이클(또는 소정 시간 간격) 후, 소정의 스텝(Skinc)에 의해 노킹 조절 각도(KNK(z))가 감소하며, 따라서, 총 점화 각도(ZW(z))는 다시 진각된다(증가된다).
스텝 사이즈(Skdec및/또는 Skinc)는 작동 포인트의 함수로서 일정하거나 변화할 수 있다.
도면에서, 기본 점화 각도(GZ(z))에 대하여 지연되는 두 개의 소정 임계값(threshold values), 즉 제 1 임계값(DEC) 및 제 2 임계값(INC)은 일점쇄선으로 기입되었으며, 제 1 적응 회로의 제 1 적응값(AD1)에 대해 이들 값들은 중요하다.
■ 노킹 조절 각도(KNK(z))가 제 1 임계값(DEC) 이상인 동안, 즉, 도면에서 t1 내지 t3 구간에서, 선택형 실린더 제 1 적응값(AD1(z))은 소정의 스텝 사이즈(SADdec)로 증가하게 된다(이에 의해, 지연, 즉 감소하는 총 점화 각도(ZW(z))),
■ 노킹 조절 각도(KNK(z))가 제 1 임계값(DEC) 이하가며, 제 2 임계값(INC) 이상인 동안, 즉 도면에서 t3 내지 t4 구간에서, 선택형 실린더 제 1 적응값(AD1(z))은 일정하게 된다. 그리고
■ 노킹 조절 각도(KNK(z))가 제 2 임계값(INC) 이하인 동안, 즉 도면에서 t4 이후 구간에서, 선택형 실린더 제 1 적응값(AD1(z))은 소정의 스텝 사이즈(SADinc)로 감소하게 된다.
바람직한 전형적인 실시예에서, 노킹 조절 각도(KNK(z))가 제 1 임계값(DEC) 이상인 동안, 총 점화 각도(ZW(z))가 증가하는 비율이 지연되지 않도록, 노킹 조절 각도(KNK(z)) 및 제 1 적응값(AD1)(도면에서 t1 내지 t3의 파선)의 총합은 스텝 사이즈(Skinc)로 증가해야만 한다.
도면에 도시한 바와 같이, 바로 제 1 노킹에서, 그러나 예컨대, 시간 t1에서 SADdec=3°및 DEC=3.5°의 크랭크 각도와 같은 제 2 노킹에서만 노킹 조절 각도(KNK(z))에 의해 소정의 제 1 임계값(DEC)을 초과하지 않도록 이러한 스텝 사이즈(SKdec)가 선택된다. 이로 인해 노킹 제어 시스템 상에 감쇠 효과가 있다.
각각의 실린더에 대한 작동 포인트의 함수로서 사상에 저장되는 제 1 적응값(AD1(z)), 및 아래에 설명하는 제 2 적응값(AD2)은 도면에서 별개의 다이아그램으로 도시되며, 상부 다이아그램은 GZ(z) + KNK(z) + AD1(z)의 총합으로 파선으로서 표현된다.
제 1 적응 회로에서, 실린더 사이의 압축력 차이에 근거하여 로드(L) 및 엔진 속도(n)의 함수로서 점화 각도 차이에 적응되도록 선택형 실린더 노킹 적응이 실행된다. 제 1 적응값(AD1(z))이 저장되는 사상은 노킹 제어를 위해 이용된 비실린더 적응 구성 요소(cylinder-specific adaptation components)이며, 이들은 각각의 작동 포인트에서 결정되었었다.
노킹 한계는 일반적으로 한정 엔진 및 한정 연료에 대해 조절된다. 정상 작동에서, 엔진, 구성 요소 및 연료는 일정 허용 오차를 가지며, 이러한 일정 허용 오차는 노킹 한계에 상당한 효과를 줄 수 있다. 이러한 편차는 연료 등급을 제외하고 모든 실린더에 적용되며, 그들은 일반적으로 점차적으로만 변화한다.
이러한 결과를 효과적으로 보상하기 위해, 각각의 작동 포인트에서 모든 실린더의 제 1 적응 회로의 제 1 적응값(AD1(z))의 평균값()을 계산함으로써, 모든 실린더에 공통인 제 2 적응 회로의 제 2 적응값(AD2)이 형성되며, 이러한 제 2 적응값(AD2)을 소정의 임계값(S2)과 비교한다. 평균값()이 S2 이상이라면, 각각의 엔진 사이클 후에 소정의 감소(D)(마이너스 부호로서)에 의해 AD2가 감속화되고, 그렇지 않으면, 증가(I)(플러스 부호로서)에 의해 가속화된다. 작동 포인트에 변화가 있는 경우에, 평균값()은 새로운 작동 포인트의 제 1 적응값(AD1(z))로부터 계산되며, 이러한 평균값()을 임계값(S2)과 비교하고, 비교의 결과에 따르면 AD2는 증가 또는 감소된다.
도면에서, 굵은 실선(ZW(z))은 실린더(z)에 대한 총 점화 각도(ZW(z))의 편차를 나타내며, 모든 실린더에 공통인 기본 점화 각도(GZ(z)), 노킹 조절 각도(KNK(z)), 제 1 적응값(AD1(z)) 및 제 2 적응값(AD2)을 포함한다.
ZW(z) = GZ(z) - KNK(z) - AD1(z) - AD2
여기에서, KNK(z), AD1(z) 및 AD2는 점화 각도의 감속화를 각각 야기시킨다. 시간 t2에서, ZW(z), KNK(z), AD1(z) 및 AD2에 대한 동시적 유효량을 화살표로 나타낸다.
정상적으로, 총 점화 각도(ZW(z))는 소정의 기본 점화 각도(GZ(z))를 넘어서 가속화된다. 보다 높은 옥탄가(octane rating)를 가지는 연료로 변경하는 경우, 예컨대, 이러한 사실을 고려하는 것, 그리고 제 1 및 제 2 적응 회로에 대해 플러스 값을 허용하는 것이 적절할 수도 있고, 이러한 플러스 값은 총 점화 각도가 기본 점화 각도(GZ(z))를 넘어서 가속화된다는 것을 의미한다.
그러나, 이 경우, 물리적인 이유가, 이러한 기본 점화 각도(GZ(z)) 이상인 그러한 가속화가 허용되는 작동 포인트 범위를 결정하고, 엔진 손상을 피하기 위해 이러한 가속화에 대한 제한 값(필요하다면 작동 포인트에 좌우되는 값)을 한정할 필요가 있다.
각각의 엔진 사이클(모두 720°의 크랭크 각도) 후에, 순간값인 KNK(z) 및 AD1(z)은 작동 포이트의 함수로서 대응하는 사상에 저장되며, 공통 제 2 적응 값(AD2)도 저장되고, 작동 포인트는 로드(L) 및 엔진 속도(n)의 함수로서 재결정된다.
내연 기관이 시동이 꺼지는 경우, 제 1 적응 회로의 모든 제 1 적응값(AD1(z))은 선택형 실린더 사상에 저장되고, 제 2 적응 회로의 제 2 적응값(AD2)은 영속성 기억 장치(non-volatile memory)(EEPROM)에 저장되며 작동이 시작되는 경우 다시 판독된다.
제 1 적응 회로의 적응값 AD1을 감소시켜서 실행시키는 적응률(adaptation rate)(스텝 사이즈 SADdec, SADinc)은 별개이므로, 노킹 한계에서 점화 각도의 평균 위치는 매우 정확하게 결정될 수 있다.
(임계값 DEC 및 INC에 의해) 적응이 실행되지 않는 노킹 조절 각도 KNK(z)의 한정 범위는 작은 노킹 제어 활동이 적응값으로의 변화를 확실히 촉발시키지 않는다. 이로 인해 제 1 적응 회로가 안정되며 일정한 점화 각도로 인도된다.
노킹 제어 구성 요소는 노킹 조절 각도(KNK(z)) 및 두개의 적응값, AD1(z)와 AD2를 포함한다. 각각의 개별 회로의 특성은 다른 회로의 특성과 무관하게 조절될 수 있다는 점이 유리하다. 이로 인해, 최적 방법으로 노킹 제어 시스템을 각각의 내연 기관으로 적응시킬 수 있다.
제 1 적응 회로의 작동에 대한 임계값, DEC 및 INC가 노킹 조절 각도(KNK(z))의 스텝 사이즈, SKdec, SKinc와 연결된다는 사실로 인해, 노킹 제어 파라미터가 변화한다면 적응 특성은 영향을 받지 않는다.
제 2 적응 회로에 대한 입력 변수는 제 1 적응 회로의 제 1 적응값 AD1(z)이며, 이에 의해, 제 1 적응 회로의 제 1 적응값 AD1(z)의 감쇠 효과가 촉진되게 하고, 숙성 효과 또는 연료 등급의 변화에 의해 제 2 적응 회로에서 발생하는 유일한 점화 각도 보정이 야기된다.

Claims (6)

  1. 내연 기관의 선택형 실린더 노킹 제어 방법으로서,
    무노킹 작동과 연관된 소정의 선택형 실린더 기본 점화 각도(GZ(z)), 및 노킹(K)이 발생하고 무노킹 작동 동안 각각의 엔진 사이클(720°의 크랭크 각도) 후에 진각 방향에서 소정의 스텝 사이즈(SKinc)로 감소할 때마다 지연 방향에서 소정의 스텝 사이즈(SKdec)로 점차 증가하는 선택형 실린더 노킹 조절 각도(KNK(z))가, 로드(L) 및 엔진 속도(n)에 좌우되는, 각각의 작동 포인트와 관련된 선택형 실린더 점화 각도를 형성하는 방법에 있어서,
    제 1 임계값(DEC) 및 제 2 임계값(INC)과 상기 노킹 조절 각도(KNK(z))의 비교로부터 제 1 적응 회로의 선택형 실린더 제 1 적응값을 결정하고,
    상기 제 1 임계값(DEC)은, 상기 선택형 실린더 노킹 조절 각도(KNK(z))의 지연 방향에 특정화된 스텝 사이즈(SKdec) 이상이며,
    상기 제 2 임계값(INC)은 상기 선택형 실린더 노킹 조절 각도(KNK(z))의 지연 방향에 특정화된 스텝 사이즈(SKdec) 이하이고,
    상기 제 1 적응 회로의 상기 선택형 실린더 적응값(AD1(z))을,
    - 상기 노킹 조절 각도(KNK(z))의 절대값이 상기 제 1 임계값(DEC) 이상인 동안, 각각의 엔진 사이클(720°의 크랭크 각도) 후에 소정의 제 1 적응 단계 크기(SADdec)로 상기 지연 방향에서 변경하며,
    - 상기 노킹 조절 각도(KNK(z))의 절대값이 상기 제 1 임계값(DEC) 이하이고 상기 제 2 임계값(INC) 이상인 동안 일정하게 유지하고,
    - 상기 노킹 조절 각도(KNK(z))의 절대값이 상기 제 2 임계값(INC) 이상인 동안 소정의 제 2 적응 스텝 사이즈(SADinc)로 진각 방향에서 변경하며,
    소정의 임계값(S2)과 상기 현재 작동 포인트의 모든 상기 선택형 실린더 적응값(AD1(z))의 평균값()을 비교하여, 제 2 적응 회로의, 모든 상기 실린더(z)와 연관된 제 2 적응값(AD2)을 결정하며, 그리고,
    상기 선택형 실린더 제 1 적응값(AD1(z)), 및 모든 상기 실린더(z)와 연관된 상기 제 2 적응값(AD2)을 다음 식,
    ZW(z) = GZ(z) + KNK(z) + AD1(z) + AD2에 따른 선택형 실린더 총 점화 각도를 형성하는데 이용하고, 여기서 z는 실린더의 수인 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 적응 회로의 상기 제 2 적응값(AD2)을,
    - 상기 현재 작동 포인트의 모든 상기 선택형 적응값(AD1(z))의 평균값()이 마이너스 부호를 가지고 상기 평균값()의 절대값이 상기 임계값(S2) 이상이라면 각각의 엔진 사이클 후에 소정의 감소율(-D)로 지연 방향에서 변경하며, 그리고
    - 상기 평균값()의 절대값이 상기 임계값(S2) 이하라면 각각의 엔진 사이클 후에 소정의 증가율(+I)로 진각 방향에서 변경하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 그룹으로부터의 하나 이상의 양(quantities)은, 상기 제 1 스텝 사이즈(SKdec), 상기 제 2 스텝 사이즈(SKinc), 상기 제 1 적응 스텝 사이즈(SADdec), 상기 제 2 적응 스텝 사이즈(SADinc), 상기 제 1 임계값(DEC) 및 상기 제 2 임계값(INC)을 포함하며, 상기 양에 배정된 사상에 작동 포인트의 함수로서 저장되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 또는 제 2 적응 회로는 소정의 작동 포인트 범위에 대해 블록되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 진각 방향의 최대값(+AD1max, +AD2max) 또는 지연 방향의 최소값(-AD1min, -AD2min)은 모든 상기 실린더(z)에 적용 가능하며, 상기 적응값(AD1(z) 또는 (AD2))에 대해 기입되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노킹 조절 각도(KNK(z))가 상기 제 1 임계값(DEC) 이상인 범위(t1 내지 t3)에서 작동이 무노킹이라면, 상기 노킹 조절 각도(KNK(z))의 총합, 및 상기 제 1 적응값(AD1(z))은 상기 스텝 사이즈(SKinc)로 증가하는 것을 특징으로 하는 방법.
KR10-2000-7014653A 1998-06-22 1999-06-17 내연 기관의 선택형 실린더 노킹 제어 방법 KR100417440B1 (ko)

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DE19827704.0 1998-06-22

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