KR20030007478A - 구동 유닛의 공회전 제어용 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구동 유닛의 공회전을 제어하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이며, 상기 방법에서 조절기는 실제값과 목표값 사이의 편차에 따라 내연 기관의 점화각에 영향을 준다. 상기 조절기는 적어도 하나의 가변의 파라미터를 포함하며, 상기 파라미터는 일찍 점화각이 조절되는 것이 바람직하지 않은 작동 단계에서, 점화각의 개입을 제한하며 정상 조절 작동과는 다른 값을 취한다.

Description

구동 유닛의 공회전 제어용 방법 및 장치{Method and device for controlling the idle operation of a drive unit}

상기와 같은 방법 또는 장치는 예컨대 EP 33 616 A1에 공지되어 있다. 상기 간행물에는 공회전 속도 조절기가 제시되어 있으며, 상기 조절기는 측정된 엔진 속도와 프리세팅된 목표값과의 편차에 따라 상기 엔진 속도를 프리세팅된 목표 속도에 근접시키기 위해 제 1 개입 경로를 통해 내연 기관에 대한 공기 공급부에 영향을 미치고, 제 2 개입 경로를 통해 내연 기관의 점화각에 영향을 미친다.

공회전시 쾌적하고 정확한 속도 조절 이외에도, 배기 가스 정화를 위해 투입된 촉매 변환기가 가능한 한 일찍 변환되도록 하는 것이 현대 내연 기관의 제어 시스템의 목표이며 이는, 상응하는 장점을 가지며 내연 기관의 시동 단계시에 이미 완전히 기능을 수행할 수 있거나 또는 시동 단계 바로 후에 기능을 수행할 수 있는 촉매 변환기를 갖기 위해서이다. 상기와 같은 이유로, 촉매 변환기는 신속하게 작동 파라미터 상에 형성되어야 한다. 이에 대해서는 다수의 개념들이 있다. 그 중 하나는, 2차 공기로 촉매 변환기를 가열하는 것이다. 이때 불완전 연소된 혼합물에 신선한 공기가 첨가됨으로써 배기 가스 내에는 화학적 반응이 시작된다. 상기 과정은 발열 과정이다. 상기의 발열은 늦은 점화 시점에 따라 매우 강하게 좌우된다. 점화 시점의 변화, 특히 이른 점화는 발열 과정을 중단시킬 수 있다. 상기와 같은 점화 시점의 영향은 특히 시동 단계에서 공회전 조절기를 통해 일어날 수 있는데, 이는 조절될 값을 상기 조절기가 목표값으로 이끌기 때문이다.

EP 77 997 B1에는, 적어도 하나의 비례 성분을 포함하는 공회전 속도 조절기가 공지되어 있으며 상기 비례 성분의 출력 신호는 속도 편차에 따라, 내연 기관에대한 공기 공급에 영향을 미친다. 공회전 조절기의 동작을 개선하기 위해, 속도 편차는 사역 부재에 제공되며, 상기 부재는 프리세팅된 속도 영역으로 출력 신호를 전송하지 않는다. 상기 사역 영역에 속도 편차가 있으면, 조절기 개입은 일어나지 않는다. 사역 영역의 크기는, 공회전 속도의 자연적 변동폭보다 약간 더 크도록 선택된다. 이는 조절을 안정화하며 승차 쾌적감을 개선시킨다.

DE 41 41 946 A1에는 2차 공기를 이용해 촉매 변환기를 가열하기 위한 방법이 공지되어 있다. 2차 공기 공급의 시작 및 종료는 시간 및/또는 작동 파라미터에 따라 이뤄진다. 예컨대 2차 공기 공급 및 촉매 변환기 가열의 작동 단계는, 내연 기관이 시동될 때 시작되거나 또는 내연 기관이 시동된 뒤 예정된 시간이 종료된 후, 또는 엔진 속도에 대해 프리세팅된 임계값이 초과됨에 따라 시작된다. 촉매 변환기 가열 단계는 상기 단계가 시작된 뒤 예정된 시간이 종료될 때 끝나며, 시간 지속은 속도, 엔진 부하, 공급된 공기량의 합 또는 상기 양 값의 결합, 그때까지 분사된 연료량, 내연 기관의 온도, 촉매 변환기의 온도 및/또는 흡인 공기의온도에 따라 좌우될 수 있다.

본 발명은 구동 유닛의 공회전을 제어하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

도 1은 공기 및 점화각이 작용하는 공회전 속도 조절기의 블록도.

도 2, 도 3은 바람직한 실시예에 대한 조절기 파라미터의 영향을 도시한 그래프.

촉매 변환기 가열 단계 또는 선택된 부분 중, 점화 시점에 대한 공회전 조절기의 영향은 억제되거나 제한된다. 따라서 바람직한 방법으로 발열은 안정화된다. 촉매 변환기 가열 기능 및 공회전 조절기는 서로에 대해 작용하지 않는다.

특히 점화 시점에 대한 공회전 조절기의 영향을 조절값의 특정 영역, 예컨대 속도 영역에만 제한하는 것이 바람직하다. 상기의 방식으로 공회전 조절기의 만족스러운 안정성, 예컨대 공회전 속도는 상기 작동 영역에서 얻어지며 엔진이 실수로 꺼지는 것이 방지되고, 이는 특히 조절 편차가 클 경우 점화 시점 개입이 가능하기 때문이다.

바람직한 방법으로 이는 조절기 파라미터의 값, 특히 그 증폭 인자의 값이 소정의 작동 영역, 바람직하게는 프리세팅된 속도 영역에서 작은 값, 바람직하게는 0으로 세팅됨으로써 이뤄지는 반면 상기 파라미터는 더 큰 편차에 대해서 더 큰 값을 취한다. 이는 바람직한 방법으로, 상응하게 프리세팅된 특성 곡선에 의해 구현된다.

그 결과 안정된 발열 및 안정된 공회전 사이는 절충되며 이는 전체적으로 만족스러운 구동 유닛 제어의 작동 특성을 이끌어낸다.

바람직한 방법으로 상기 방법은 단지 촉매 변환기 가열에만 연결되어 사용되는 것이 아니라, 추후의 점화 시점이 실제로 전제되는 다른 개념에서도 보충적 또는 선택적으로 사용된다. 이는 예컨대 내연 기관의 예열시 희박 혼합물이 제공되는 경우의 제어 개념이다. 이로써 예열 또는 부분의 지속을 위해, 점화 시점에 대한 공회전 조절기의 개입은 중단 또는 제한된다.

또 다른 장점은 하기의 상세한 설명에서 실시예 또는 종속항에 제시된다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예에 의해 하기에서 더 자세히 설명된다.

도 1은 내연 기관에 대한 공기 공급에 영향을 미치고, 실제 속도를 목표 속도에 근접시키기 위해 점화각에 영향을 주는 공회전 속도 조절기의 블록도를 도시한다. 바람직한 실시예에서, 상기 블록도는 마이크로 프로세서의 프로그램을 나타내며, 상기 프로그램은 내연 기관을 제어하기 위한 제어 유닛의 부분이다. 도시된 블록들은 프로그램 또는 프로그램 단계를 나타내며, 연결 라인들은 정보 흐름을 나타낸다. 상기 제어 유닛 또는 마이크로 프로세서는 도 1에서 (10)으로 도시된다. 제어 유닛(10) 또는 마이크로 프로세서(10)에는, 도 1에서 개관상의 이유로 도시되지 않은 상응된 측정 장치로부터, 작동값을 나타내는 신호가 전송된다. 제 1 입력 라인을 통해, 엔진 속도(NIST)를 나타내는 신호값이 전송된다. 또 다른 입력값을 통해, 엔진 온도(TMOT)와 같은 엔진 또는 자동차의 또 다른 작동값에 대한 신호, 공기 정화 장치와 같은 주변 장치의 상태(ST), 자동차 속도(VFZ) 등이 제공된다.또한 마이크로 컴퓨터 또는 제어 유닛(10)은 점화 스위치의 스위치 온(선택적으로: 스타터의 작동 또는 공급 전압의 스위치 온)에 의해 신호를 수신한다. 제어 유닛이 스위치 온인 경우, 목표값 형성기(12)에서는 예컨대 엔진 온도와 같은 작동값 및/또는 적어도 하나의 주변 장치의 상태에 따라 목표-공회전 속도(NSOLL)가 검출된다. 이는 특성 곡선, 특성 필드, 테이블 또는 계산 단계를 기본으로 하는 실시예에 따라 이뤄진다. 목표값 형성기(12)는 바람직한 실시예에서 마이크로 컴퓨터(10)의 프로그램으로서 구현된다. 비교 지점(14)에서는, 상기의 방식으로 형성된 목표-공회전 속도(NSOLL)와 검측된 실제 속도(NIST) 사이의 편차(Δ)가 형성된다. 상기 조절 편차는 점선으로 표시된 공회전 조절기(16)에 전송된다.

바람직한 실시예에서, 상기 공회전 조절기(16)는 실제로 종래의 PID 조절기(비례 성분, 미분 성분 및 적분 성분을 갖는 조절기)로 구성되며, 적어도 하나의 성분, 바람직하게는 P 성분 및/또는 D 성분은 이중으로 실시된다. 도시된 실시예에서 PID 조절기는 충진부(공기 공급)에, PD 조절기(비례 성분 및 미분 성분만을 갖는)는 점화각에 작용을 한다. 바람직한 실시예에서 점화각 경로에 대한 미분 성분은 단지 전체적으로 공회전 속도 아래의 속도일 경우 활성화되며, 따라서 점화각 경로에 대한 비례 성분은 점화각에 대한 공회전 조절기의 영향에 대해 결정된다. 바람직한 실시예에서 비례 성분의 출력 신호는 특성 곡선과 속도 편차(Δ)와의 곱으로부터 형성된다. 상기 특성 곡선은 속도 편차에 따라 좌우되며, 특성 곡선의 파라미터(비례 인자)는, 엔진 속도가 안정적으로 반응하도록 선택된다. 상기 인자는 조절 편차의 값에 따라 변할 수 있다. 상기 인자는 특성 곡선의 기울기를 나타낸다. 다른 실시예에서 D 성분은 모든 속도 영역에서 활성화된다. 이외에 다른 실시예에서는 또 다른 조절기 타입이 사용되며, 조절기의 동역학적 특성에 영향을 미치는 적어도 하나의 가변적 파라미터가 항상 제공된다.

도 1의 블록도에서 공기 경로를 위한 적분 성분(18), 비례 및 미분 성분(20) 및, 점화각 경로를 위한 미분 성분(22)과 비례 성분(24)에 조절 편차가 전송된다. 개별 조절기 성분에서, 조절 편차는 상응되게 평가되고 적분기(18)에서 적분되며 미분 성분에서는 미분되고 비례 성분에서는 예컨대 위에서 설명된 바와 같이 증폭된다. 조절기 성분의 출력 신호들은 각각 충진 경로와 점화각 경로를 위해 결합된다. 따라서 적분기(18)의 출력 신호 및 비례/미분 성분(20)의 출력 신호는 연결 지점(26)에서 연결되며(합해지며), 공기 공급을 제어하기 위한 출력 신호로서 예컨대 전기적으로 작동 가능한 스로틀 밸브(28)에 전송된다. 상응되게 연결 지점(30)에는 미분 성분(22) 및, 점화각 경로에 대한 비례 성분(24)의 출력 신호가 연결되고(합해지고), 결과되는 신호는 점화각을 조정하기 위한 출력 라인을 거쳐 출력되며 출력 신호는 경우에 따라 다른 작동값을 보정하는 기본 점화각을 위한 보정 신호이다.

또한 엔진 속도(NIST)를 나타내는 신호가 전송되는 임계값 스텝(32)이 제공된다. 상기 엔진 속도가 매우 낮으면 임계값 스텝(32)은, 점화각 조절기의 미분 성분(22)을 활성화하는 신호를 전송한다. 임계값 스텝(32)에서 조사된 임계값을 엔진 속도가 초과하면, 미분 성분은 다시 비활성화된다.

점화각 조절기의 비례 성분(24)에 대해, 메모리 셀(34, 36)에는 2 개의 다양한 값 또는 특성 곡선이 저장되는데, 하나는 정상 작동을 위한 것이고 하나는 촉매 변환기 가열 단계를 위한 것이다. 또한 전환 소자(38)가 제공되며 상기 소자는 내연 기관의 촉매 변환기 가열 단계 중 활성화된 신호(B_LLRKAT)를 통해, 연속된 선으로 도시된 정상 위치로부터 점선으로 도시된 시동 위치로 전환된다. 상기 신호는 신호 형성기(40)에서, 선택된 작동 값을 기본으로 하여 형성된다. 신호 형성기(40)에서는, 적어도 하나의 전송된 작동값을 기본으로 하여 예컨대 서두에 언급된 종래 기술에 제시된 방식으로 촉매 변환기 가열 단계의 시작과 종료가 결정된다. 촉매 변환기 가열 단계 내에 상기 시스템이 있으면, 상응하는 신호가 신호 형성기(40)로부터 출력되고 전환 소자(38)는 전환된다. 촉매 변환기 가열 단계중 점화각 조절기의 비례 성분은, 메모리 소자(36)에 저장된 증폭기 또는 상기 소자에 저장된 특성 곡선에 따라, 속도 편차에 좌우되어 검출되며 상기 편차는 조절기의 점화각 영향이 적어도 부분적으로 억제 또는 제한되는 것이 정상 작동값과 구분된다.

메모리 셀(36)에 저장된 특성 곡선에 대한 예시는 도 2에 도시된다. 상기 특성 곡선은 촉매 변환기 가열의 작동 단계에 대한 점화각 조절기의 비례 성분에 특별히 적용된다. 상기 작동 단계 중 특성 곡선은, 메모리 셀(34)에 저장된 정상 특성 곡선에 대해 선택적으로 사용된다. 서두에 언급된 종래 기술을 기본으로 하여 제시된 방법에서 검출된 촉매 변환기 가열 단계가 종료되자마자, 공회전 조절에 대한 정상적 파라미터 세트가 선택된다. 도 2는 목표 엔진 속도와 실제 엔진 속도 사이의 속도 편차(DN=Δ)에 따른 증폭 인자(P)의 그래프를 도시한다. 촉매 변환기가열 함수를 위해 상기 특성 곡선은 프리세팅된 속도 밴드, 예컨대 분당 -100과 100 회전 사이에서 증폭 인자가 O에 이르도록 데이터 처리된다. 따라서 상기 속도 밴드 내에서 점화각의 경로는 공회전 조절기에 의해 영향을 받지 않는다. 정적인 점화각 경로는 재차 안정적인 발열을 가능하게 하며 이로써 최적으로 촉매 변환기 가열을 보장한다. 프리세팅된 속도 밴드의 외부로, 증폭 인자(P)는 바람직한 실시예에서 공회전 속도의 안정성을 보장하기 위해 단조(momotonic)로 증가한다. 조절 편차가 커질수록, 점화각 개입의 효력도 커진다. 따라서 공회전의 만족스러운 안정성이 보장된다.

다른 실시예에서는, 프리세팅된 속도 밴드에서 비례 증폭 인자의 작은 값이 의미있는 것이 도시된다. 따라서 능동적 촉매 가열 기능중 점화각의 작은 변화가허락되므로, 공회전의 안정성은 촉매 변환기 가열 기능을 실제로 제한하지 않고 더욱 개선될 수 있다.

상기 점화각 조절기가 비례 성분 외에, 정상 속도 영역에서 활성화되는 미분 성분 및/또는 적분 성분을 포함하면, 촉매 변환기 가열 작동을 위한 특성 곡선은 상기 성분들을 위해서도 제공된다.

정상 작동시 증폭 인자를 위한 특성 곡선은 바람직한 실시예에서, 속도 편차의 값과는 무관하며, 즉 증폭 인자의 값은 속도 편차의 각각의 값에 대해서 동일하다. 여기서 또한 조절 편차에 따라서 좌우되면, 적어도 위에서 언급된 속도 영역 내에서 증폭 인자에 대한 값은 특별 작동중보다 더 크다.

적어도 공회전 조절기의 점화각 조절기의 비례 성분을 위한 특수한 파라미터세트의 프리세팅은, 단지 촉매 변환기 가열 단계에만 국한되는 것이 아니라 다른 실시예에서는 촉매 변환기 가열 단계에 부가적 또는 선택적으로 모든 작동 단계시에 사용되며, 상기 모든 작동 단계에서는 예컨대 희박 혼합물을 갖는 예열 단계에서와 같이 기능을 위한 추후 점화각이 중요하다. 상기의 경우 위에서 설명된 방법이 예열 단계중에 또는 예열 단계의 실질적 부분을 위해 사용된다.

바람직한 실시예는 속도 조절기에 관한 것이다. 다른 실시예에서는 속도 대신에, 예컨대 구동 유닛의 회전 모멘트 등과 같은 또 다른 값들이 조절된다. 상기 실시예에서, 조절될 값(모멘트, 출력 등)이 검출되며 목표값과 비교되고 점화각의 편차에 따라 영향을 받는다. 조절기의 적어도 하나의 파라미터는, 도 2와 유사하게 적어도 편차의 예정된 영역에서 상응하게 감소되며 이는 특별 작동 상태시 조절기의 작용을 제한하기 위함이다.

도 3에는 내연 기관의 시동 단계 중 점화각(ZW)(도 3a)의 시간 그래프 및 엔진 속도(NMOT)(도 3b)가 도시된다. 도시된 작동 단계에서는, 위에서 언급된 촉매 변환기 가열 기능이 실시되므로 점화각 개입 조절기에 대해 도 2에 도시된 특성 곡선이 사용된다. 점화각은 기본 점화각(ZWBAS)과 최소 점화각(ZWMIN) 사이로 프리세팅된 값에 있다(도 3a). 시점(TO)을 향해, 엔진 속도는 증가하며 목표 공회전 속도(NSTAT)로 형성된 속도 영역으로 들어간다(도 3b). 상기 단계에서 점화각은 변하지 않은 채로 머무르는데, 이는 비례 성분이 도 1에 상응하게 결정되고 점화각 개입은 목표 속도가 처음 초과되고 나서야 활성화되기 때문이다. 시점(T1)까지 엔진 속도는 상기 속도 영역을 벗어나므로, 상기 시간격에서는 도 3a에 따라 속도 오버슈트를 감소시키기 위한 방향으로 점화각이 이르게 변한다. 시점(T2)까지 속도는 비례 성분이 비활성화되는 속도 영역으로 다시 들어가며 상기 속도 영역에 머무른다(도 3b). 따라서 시점(T2)에서부터는 도 3a에 따라 또 다른 점화각 개입은 이뤄지지 않는다.

Claims (8)

1. 구동 유닛의 공회전을 제어하기 위한 방법으로서, 구동 유닛의 조절될 값 사이의 편차는 상기 값에 대해 프리세팅된 값으로부터 형성되며, 그 종속성에 따라 적어도 하나의 가변 파라미터(P)를 갖는 조절기(16)에 의해, 구동 유닛의 점화각에 영향을 미치는 조절 신호가 발생되는 방법에 있어서,

   이른 점화각 조절이 바람직하지 않은 특별 작동 단계에서, 조절기(16)의 적어도 하나의 파라미터(P)의 값은 정상 작동에 대해 변하므로 점화각에 대한 상기 조절기(16)의 작용은 적어도 제한되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 작동 단계는 촉매 변환기 가열 단계 또는 희박 혼합물이 제공되는 내연 기관의 예열 단계인 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항 내지 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서, 조절될 값은 구동 유닛의 속도, 구동 유닛의 회전 모멘트 또는 그 전력인 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 특별 작동 단계 중 적어도 하나의 파라미터 또는 상기 단계의 하나의 부분에 대해서 조절될 값의 적어도 하나의 프리세팅된 영역은 외부보다 작은 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기의 더 작은 값은 0인 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 프리세팅된 영역은 값 0을 중심으로 한 편차의 프리세팅된 값영역인 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 작동 단계의 종료 후 또는 파라미터가 변하는 작동 단계의 부분의 종료 후, 정상 작동시 사용된 파라미터로 전환되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 구동 유닛의 공회전을 제어하기 위한 장치로서, 조절될 구동 유닛의 값과 상기 값에 대해 프리세팅된 목표값과의 편차에 따라 구동 유닛의 점화각에 영향을 미치는 조절값을 발생시키는 조절기(16)를 구비하며, 상기 조절기(16)는 적어도 하나의 가변 파라미터(P)를 포함하는 장치에 있어서,

   상기 조절기(16)에는 이른 점화각 조절이 바람직하지 않은 특별 작동 단계시 적어도 하나의 파라미터(P)를 정상 작동에 대해 변화된 값으로 전환하는 전환 수단(38)이 할당되므로 점화각에 대한 조절기(16)의 작용은 적어도 제한되는 것을 특징으로 하는 장치.