KR20020068332A - 가솔린 직접 분사 내연 기관에서 혼합물 제어의 어댑션 방법 - Google Patents

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Abstract

적어도 두 가지 서로 다른 작동 방식, 즉 균일 표준 작동와 층상 급기 작동으로 작동되는 내연 기관에 있어서 연료 도우징의 예비 제어의 부정확한 어댑션을 보상하기 위한 방법으로 균일 표준 작동에서 혼합물 조절과 혼합물 조절의 어댑션이 이루어지며, 각각 우선 순위가 할당된 다수의 작동 방식 요구로부터 결정된 설정 작동 방식에 따라 작동 방식간의 전환이 이루어지며, 상기 설정 작동 방식이 작동 방식의 요구의 우선 순위에 따라 결정되며, 상이한 타임 슬롯에서 어댑션의 물리적 운선 순위가 높게 세팅됨으로써, 균일 표준 작동으로 전환이 요구된다.

Description

가솔린 직접 분사 내연 기관에서 혼합물 제어의 어댑션 방법 {Method for adapting mixture control in internal combustion engines with direct fuel injection}
내연 기관에서 공연비의 조절시 조절을 포함하는 예비 제어가 조절과 중복되는 것은 공지되어 있다. 또한 변동된 작동 조건에 대한 예비 제어의 부정확한 어댑션을 보상하기 위해 조절 변수의 특성으로부터 다른 보정값을 유도하는 것이 공지되어 있다. 상기 보상은 어댑션이라고도 한다. 미국 특허 4 54 982 호에는 예컨대 상이한 어댑션 변수를 갖는 어댑션이 내연 기관의 부하/rpm 스펙트럼의 다양한 범위에서 기술되어 있다. 다양한 어댑션 변수는 상이한 에러를 보상한다. 원인과 작용에 따라 세 가지 에러 종류로 구분된다. 즉 가열 필름 공기량 측정기의 에러는 연료 도우징에 증배적으로 작용한다. 누출 공기의 영향은 시간 단위당 가산적으로 작용하고 연료 분사 밸브의 이동 지연에 대한 보정시에 에러는 분사당 가산적으로 작용한다.
법률 규정에 의해 배기 가스와 관련된 에러가 온 보오드 수단에 의해 검출되어야 하고 경우에 따라서는 에러 램프가 활성화 되어야 한다. 혼합물 어댑션은 에러 진단을 위해 이용된다. 예컨대 어댑션의 보정 조정이 너무 크면 이것은 에러를 지시한다.
수명 및 표본 분포에 의해, 그리고 조절되지 않은 정밀한 가열시 측정된 람다(Lambda)값은 층상 급기 작동에서 가솔린을 직접 분사하는 엔진에 물리적으로 존재하는 람다값과 차이가 있다. 혼합물 어댑션은 에러 학습을 위해 측정된 람다값을 고려하기 때문에 층상 급기 작동에서 어댑션은 의미가 없다. 따라서 어댑션을 위해 균일 표준 작동으로 전환되어 혼합물 어댑션이 활성화된다.
독일 특허 공개 제 198 50 586 호에는 층상 급기 작동과 균일 표준 작동 사이의 전환을 제어하는 엔진 제어 프로그램이 공지되어 있다.
층상 급기 작동에서 엔진은 가능한 낮은 연비를 위해서 강력한 층상 급기와 높은 초과 공기로 작동된다. 층상 급기는 이상적인 경우 연소실을 두 개의 구역으로 분할하는 나중의 연료 분사에 의해 이루어진다. 즉 제 1 구역은 점화 플러그에 연소 가능한 공기 연료 혼합물을 포함한다. 점화 플러그는 공기와 잔류 가스로 구성된 분리층으로 잔류 이루어진 제 2 구역으로 둘러싸여 있다. 연비를 최적화 하기 위해, 급기 교체 손실을 피하면서 스로틀 없이 엔진을 작동할 수 있다. 층상 급기 작동은 비교적 낮은 부하에서 바람직하다. 높은 부하시, 즉 출력의 최적화가 중요할 때 엔진은 균일한 실린더 충전으로 작동된다. 균일한 실린더 충전은 흡입 과정 동안 조기 연료 분사로부터 발생한다. 따라서 연소까지 혼합물 형성을 위한 충분한시간이 제공될 수 있다. 출력 최적화를 위한 상기 작동 방식은 예를 들어 연소할 수 있는 혼합물로 충전을 위해 전체 연소실 내부 용적을 이용할 때 주어진다.
어댑션과 관련하여 다수의 스위치 온 조건이 있다:
예컨대 엔진 온도가 스위치 온 온도 한계치에 도달하여야 하고 람다 프로브가 작동할 준비 상태이어야 한다. 그밖에 부하와 rpm 의 실제값이 각각 학습되는 특정 범위에 놓여야 한다. 이것은 예컨대 미국 특허 제 4 584 982 호에 공지되어 있다. 이외에도 균일 표준 작동이어야 한다. 공지된 프로그램에 따라 혼합물 어댑션이 고정 시간 동안 활성화된다.
또한 다른 제어 기능, 예컨대 연료 탱크의 통풍 제어와의 충돌이 발생할 수 있다. 상기 연료 탱크 통풍은 활성탄 필터의 높은 부하시에 활성화 되어야 한다. 또한 활성탄 필터의 부하가 낮고 어댑션이 완전히 종료되지 않을 때 혼합물 어댑션이 활성화되는 것이 바람직하다.
본 발명은 적어도 두 개의 작동 방식, 즉 균일 표준 작동과 층상 급기 작동으로 작동되는 내연 기관의 연료 도우징의 예비 제어의 부정확한 어댑션을 보상하기 위한 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 기술적 환경을 도시한다.
도 2는 도 1로부터 발생한 신호를 기초로 연료 도우징 신호의 형성을 도시한다.
도 3은 작동 방식 전환의 실시예의 개략도를 도시한다.
본 발명의 목적은 변환 작동에서 엔진이 최적의 연비로 작동될 수 있는 주기를 확장하는 것이 목표이다. 진단을 위해 균일 표준 작동으로의 전환은 가솔린 직접 분사의 연비 장점을 감소시킨다. 그 이유는 균일 표준 작동은 연비면에서 층상 급기 작동보다 바람직하지 않기 때문이다. 진단을 위해 특별히 실행되는 균일 표준 작동로의 전환은 에러가 없는 경우에는 불필요 하게 연비를 높인다. 따라서 상기 전환은 배기 가스와 관련된 에러의 발견을 저하시키지 않으면서 가능하면 피해져야 한다.
상기 효과는 청구항 제 1항의 특징에 의해 달성된다.
구체적으로는 다음 단계가 실행된다. 즉 적어도 두 개의 서로 다른 작동 방식인 균일 표준 작동과 층상 급기 작동으로 작동되는 내연 기관의 연료 도우징에서의 예비 제어의 부정확한 어댑션을 보상하기 위해
- 균일 표준 작동에서 혼합물 조절과 혼합물 조절의 어댑션이 이루어지는 단계,
- 각각 우선 순위가 할당된 다수의 작동 방식 요구로부터 결정된 설정 작동 방식에 따라 작동 방식간의 전환이 이루어지는 단계,
- 상기 설정 작동 방식이 작동 방식 요구의 우선 순위에 따라 결정되는 단계. 따라서 상이한 타임 슬롯에서 어댑션의 물리적 우선 순위가 높게 세팅됨으로써, 균일 표준 작동으로 전환이 요구된다.
따라서 혼합물 어댑션을 위한 균일 표준 작동의 요구는 법적인 요구가 충족될 수 있을 정도로 최적화된다.
다른 실시예에서 에러 또는 에러 의혹이 있는지에 따라 상기 타임 슬롯이 조정된다.
또다른 실시예에서는 엔진 제어 프로그램이 특히 위상 결정기로서 작용하는 프로그램 모듈, 기본 어댑션 요구기(GA_Anforder/GA_요구기)로서 작용하는 프로그램 모듈, 기본 어댑션 정지 장치(GA_Stop/GA_정지 장치)로서 작용하는 프로그램 모듈, 그리고 결정기로서 작용하는 프로그램 모듈을 포함한다.
또다른 실시예에서는 혼합물 어댑션의 나머지 스위치 온 조건이 충촉되면,혼합물 어댑션 요구기(GA_Anforder) 프로그램 모듈이 활성탄 필터의 낮은 부하시 1분 미만의 시간 TGAPA 동안 혼합물 어댑션(GA)을 요구한다.
또다른 실시예에서는 혼합물 어댑션 정지 장치(GA_Stop) 프로그램 모듈이 연료에 의한 활성탄 필터의 높은 부하시에, 그리고 혼합물 어댑션의 종료시에 혼합물 어댑션 요구를 위상 결정기에 의해 금지한다.
또다른 실시예에서는 위상 결정기 프로그램 모듈이 상이한 타임 슬롯에서 혼합물 어댑션의 물리적 우선 순위를 높게 세팅함으로써 균일 표준 작동으로 전환을 요구한다.
또다른 실시예에서는 상기 타임 슬롯은 제어부에 에러가 공지되는지 또는 에러 의혹이 존재하는지에 달려 있다.
본 발명은 제시된 방법과 실시예 중 적어도 하나를 실시하기 위해 전자적 제어 장치를 설치한다.
혼합물 어댑션이 활성화될 수 있을 때만, 자동차의 정상적인 일반 작동에서 균일 표준 작동으로의 전환 요구가 이루어진다. 시스템에 어떠한 에러가 존재하지 않으면 혼합물 어댑션이 일정 시간 간격으로 활성화된다. 이것은 시간적인 평균으로 자동차가 연비면에서 바람직한 층상 급기 작동으로 작동될 수 있는 시간 간격을 연장시킨다.
하기에서 본 발명의 실시예를 도면과 관련하여 설명한다.
도 1에서 1은 흡입관(2), 배기가스 관(3), 연료 도우징 수단(4), 엔진의 작동 파라메터용 센서(5-8)와 제어부(9)를 구비한 내연 기관을 나타낸다. 연료 도우징 수단(4)은 예컨대 내연 기관의 연소실로 연료의 직접 분사를 위한 연료 분사 밸브 장치로 구성된다.
센서(5)는 제어부에 엔진에 의해 흡입된 공기량(ml)에 대한 신호를 제공한다. 센서(6)는 엔진의rpm 신호(n)를 제공한다. 센서(7)는 엔진의 온도(T)를 제공하고 센서(8)는 엔진의 배기 가스 조성에 대한 신호(Us)를 제공한다. 상기 신호와 경우에 따라서는 엔진의 다른 작동 파라메터에 의한 다른 신호들로부터 제어부는 나머지 변수값 외에 연료 도우징 수단(4)의 제어를 위한 연료 도우징 신호(ti)를 형성하므로, 엔진의 소정 특성, 특히 요구되는 배기 가스 조성이 세팅된다.
도 2는 연료 도우징 신호의 형성을 도시한다. 블록 2.1은 특성 필드를 나타내며, 상기 특성 필드는 rpm(n)과 상대적 공기 충전(rl)으로 도시되고 상기 특성 필드에 연료 도우징 신호 형성을 위한 예비 제어값(rk)이 저장된다. 상대 공기 충전(rl)은 공기에 의한 연소실의 최대 충전에 대한 것이며 최대 연소실 또는 실린더 충전의 비율을 표시한다. 상기 공기 충전은 신호(ml)로 형성된다. rk 는 공기량(rl)에 할당된 연료량에 상응한다.
블록 2.2 는 공지된 증배적 람다 법칙 조정을 도시한다. 공기량에 대한 연료량의 부정확한 어댑션은 배기 가스 프로브의 신호(Us)에 나타난다. 상기 신호로부터 조절기(2.3)가 조절값(fr)을 만들고, 상기 조절값은 조정단(2.2)에 의해 부정확한 어댑션을 감소시킨다.
그렇게 보정된 신호로부터 블록 2.4 에 할당 신호, 예컨대 연료 분사 밸브용 제어 펄스 폭이 형성된다. 블록 2.4 는 상대적이며 보정된 연료량을 연료 압력, 분사 밸브 구조 등을 고려하여 실제 제어 신호로 환산하는 것을 나타낸다.
블록 2.5 내지 2.9는 공지된 작동 파라메터에 따른 증배적 및/또는 부가적으로 작용할 수 있는 혼합물 어댑션을 나타낸다. 써클 2.9 는 상기 세 가지 방법을 나타낸다. 스위치 2.5 는 수단 2.6 에 의해 개폐되며, 수단 2.6 에 온도(T), 공기량(ml), rpm(n) 과 같은 내연 기관의 작동 파라메터가 공급된다. 스위치 2.5 와 연결되어 있는 수단 2.6 은 제시된 세 가지 어댑션 방법의 작동 파라메터 범위에 따른 활성화를 가능하게 한다. 연료 도우징 신호 형성에 대한 어댑션 조정(fra)의 형성은 블록 2.7 과 2.8 에 의해 나타난다. 블록 2.7 은 스위치 2.5의 폐쇄시에 조절값(fr)의 평균값(frm)을 형성한다. 중립값 1 과 평균값(frm)의 편차는 블록 2.8에 의해 어댑션 조정 변수(fra)로 전달된다. 예컨대 조절 변수(fr)가 예비 제어의 부정확한 어댑션 때문에 먼저 1.05가 된다. 값 1 과의 편차 0.05 는 블록 2.8 에 의해 어댑션 조정의 값(fra)으로 전달된다. 증배식 fra-조정에서 fra 는 대략 1.05 가 되고 결과적으로 fr이 다시 대략 1 이 된다. 따라서 어댑션은 예비 제어의 부정확한 어댑션이 각각의 작동점 변동마다 다시 조정될 필요가 없게 한다. 어댑션 변수(fra)의 상기 어댑션은 내연 기관의 높은 온도, 예컨대 섭씨 70˚의 냉각수 온도 이상에서 스위치(2.5)가 폐쇄될 때 실행된다. 즉 한번 어댑션되면 fra는 스위치(2.5)가 개방될 때 연료 도우징 신호의 형성에 영향을 미친다.
도 3은 작동 방식 전환의 실시예의 개략도를 도시한다.
엔진 제어 프로그램은 특히 위상 결정기로 표시되는 프로그램 모듈, 기본 어댑션 요구기 GA_Anforder로 표시되는 프로그램 모듈, 기본 어댑션 정지 장치 GA_Stop로 표시되는 프로그램 모듈, 그리고 결정기로 표시되는 프로그램 모듈을 포함한다. 이것은 도 3a 에 도시되어 있다.
프로그램 모듈 위상 결정기는 상이한 타임 슬롯에서 혼합물 어댑션의 물리적 우선 순위를 높게 세팅함으로써, 균일 표준 작동으로 전환을 요구한다. 이것은 도 3b에 도시된다.
상기 타임 슬롯은 제어부에 에러가 공지되어 있거나 또는 에러 의혹이 있는지에 달려있다. 에러 또는 에러 의혹는 프로그램 기술상 진단 프로그램에 의해 비트로 세팅될 수 있다. 하기에서는 에러 또는 에러 의혹이 제어부에는 공지된 변수라고 가정한다. 내연 기관의 시동시 제어부에 어떠한 에러 의혹도 주어지지 않는다면, 도 3b에서 초기화 이후 상태 3.1 에서 30분 범위내에서 오랜 시간(tteofini)동안은 어떠한 혼합물 어댑션도 요구되지 않는다(상태 3.2). 상기 시간 동안 진단 기능에 대한 에러가 인식되거나 마지막 주행의 에러가 진단에 의해 공지되었으면, 상태 3.2에서의 시간(tteofini)은 수 분 범위의 ttefvini 로 단축된다. 에러가 없으면, 시간(tteofini)이후 몇 분의 시간 간격 동안 혼합물 어댑션이 요구된다(상태3.3). 이것은 혼합물 어댑션이 에러를 몇 분 내에 학습할 수 없기 때문에 혼합물 어댑션에 있어서는 비교적 긴 시간을 형성한다. 에러의 경우 ttefvini시간 후에 따른 약 1/2 시간 동안 혼합물 어댑션이 요구된다(상태 3.4). 상기 시간은 에러를 가진 또는 에러 없는 시스템을 위한 초기화 시간이다.
초기화 이후 혼합물 어댑션이 체크되면 상태 3.5 에서 10분 범위의 오랜 시간 ttegae 동안 어떠한 혼합물 어댑션이 요구되지 않고 상태 3.6 에서 1-2분 범위의 단시간 tgagae 동안 혼합물 어댑션이 요구된다. 혼합물 어댑션이 없는 시간 동안에 에러가 발생하면, 상태 3.5와 3.6 으로부터 나타나는 루프가 변동된 타임 슬롯을 가진 루프로 교체된다. 도 3b에서 이것은 상태 3.5 로부터 상태 3.8 과 3.7로 이루어진 루프로의 분기로 도시된다. 상태 3.7에서 수 분의 단시간 ttenge 동안 혼합물 어댑션이 요구되지 않고 상태 3.8 에서도 마찬가지로 수 분 tgangae 동안 혼합물 어댑션이 요구되지 않는다. 상기 루프는 경우에 따라서 상태 3.6 으로부터 이루어진다. 이와는 달리, 혼합물 어댑션이 아직 체크되지 않는다면 상태 3.4 또는 3.3 으로부터 직접 상태 3.7 과 3.8 로 이루어진 루프가 얻어진다. 위상 결정기는 자동 상태 기기로 실현된다. 이것은 엔진 제어 프로그램 내에서 프로그램으로서 실행되는 스위치 기능 알고리즘을 의미하며, 상기 스위치 기능 알고리즘은 서로 다른 지속 시간을 가지는 상태간의 전이를 제어한다.
혼합물 어댑션의 요구과 금지는 도 3c에 도시된다. 혼합물 어댑션의 나머지 스위치 온 조건이 충족되면 프로그램 모듈 혼합물 어댑션 요구기 GA_Anforer는 활성탄 필터의 부하가 낮을 때, 그리고 가산적이거나 또는 증배적인 어댑션 보정의사이클 플래그가 세팅되지 않을 때 1분 미만의 시간 TGAPA 동안 혼합물 어댑션을 요구한다. 상기 요구는 균일 표준 작동 동안에만 또는 모든 작동 방식 동안 활성화될 수 있다.
프로그램 모듈 혼합물 어댑션 정지 장치 GA_Stop 는 연료에 의한 활성탄 필터의 높은 부하 시에, 그리고 혼합물 어댑션의 종료시에 위상 결정기에 의해 혼합물 어댑션 요구를 금한다.

Claims (8)

  1. 적어도 두 개의 서로 다른 작동 방식, 즉 균일 표준 작동과 층상 급기 작동으로 작동되는 내연 기관 연료 도우징의 예비 제어의 부정확한 어댑션을 보상하기 위한 방법으로,
    균일 표준 작동에서 혼합물 조절과 혼합물 조절의 어댑션이 이루어지며, 각각 우선 순위가 할당된 다수의 작동 방식 요구로부터 결정된 설정 작동 방식에 따라 작동 방식간의 전환이 이루어지며, 상기 설정 작동 방식이 작동 방식 요구의 우선 순위에 따라 결정되며,
    상이한 타임 슬롯에서 어댑션의 물리적 우선 순위가 높게 세팅됨으로써, 균일 표준 작동으로 전환이 요구되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 타임 슬롯은 에러 또는 에러 의혹이 있는지에 달려 있음을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 엔진 제어 프로그램 특히 위상 결정기로 작용하는 프로그램 모듈, 기본 어댑션 요구기(GA_Anforder)로 작용하는 프로그램 모듈, 기본 어댑션 정지 장치(GA_Spot)로 작용하는 프로그램 모듈, 그리고 최종 결정기로 작용하는 프로그램 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 혼합물 어댑션의 나머지 스위치 온 조건이 충족되면 프로그램 모듈인 혼합물 어댑션 요구기(GA_Anforder)가 활성탄 필터의 낮은 부하시에배기시 1 분 미만의 시간 TGAPA 동안 혼합물 어댑션(GA)을 요구하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 3항에 있어서, 프로그램 모듈인 혼합물 어댑션 정지 장치(GA_Stop)가 연료에 의한 활성탄 필터의 높은 부하시에, 그리고 혼합물 어댑션의 종료시에 위상 결정기에 의해 혼합물 어댑션 요구를 금지하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 3항에 있어서, 프로그램 모듈인 위상 결정기가 상이한 타임 슬롯에서 혼합물 어댑션의 물리적 우선 순위를 높게 세팅함으로써 균일 표준 작동로 전환을 요구하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 타임 슬롯은 제어부에 에러가 공지되거나 또는 에러 의혹이 존재하는 가에 달려 있음을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1항 내지 7항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실시하기 위한 전자 제어 장치.
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