KR20030036680A - 엔진의 작동 변수 조절을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

엔진의 작동 변수 조절을 위한 방법 및 장치가 제안된다. 적어도 하나의 변경된 매개 변수에 따른 조절 장치 편차에 따라서 작동 변수의 조절을 위한 출력 신호를 발생시키는 조절 장치가 제공된다. 작동 모드(성층 작동, 균질 작동, 균질 희박 작동)에 따라서 적어도 하나의 매개 변수값이 구간에 대해 특수하게 각 작동 모드에 적응된 값으로 전환된다.

Description

엔진의 작동 변수 조절을 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR REGULATING AN OPERATING VARIABLE OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

차량 엔진용 현대식 제어 시스템에는 엔진 및/또는 차량의 작동 변수가 사전 설정된 목표값으로 조절되는 다양한 조절 시스템이 사용된다. 이와 같은 조절 시스템의 일례로는 엔진의 공회전에서 회전 속도가 사전 설정된 목표값으로 조절되는 공회전 속도 조절 장치가 있다. 다른 예시로는 엔진에 의한 공기 유량, 배기 가스 성분, 토크 등의 조절을 위한 조절 시스템이 있다. 독일 특허 제30 39 435호(미국 특허 제4 441 471호)에는 적어도 하나의 조절 장치의 매개 변수를 가변적으로 구성하는 조절 특성의 개선을 위한 공회전 속도 조절 시스템이 나타난다. 도시된 실시예에서 조절 장치의 비례부는 조절 편차의 변수에 따라 적응된다.

연료 직접 분사식 엔진에서 엔진의 다이나믹한 특성은 즉, 예를 들어, 층상 급기 작동, 균질 희박 작동 또는 균질 작동 내의 실제 작동 모드에 따라 구별된다. 공지된 조절 장치는 제어 대상의 다이나믹한 특성의 상기와 같은 변경에 적응되지 않는다.

본 발명은 엔진의 작동 변수 조절을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명은 이하에서 도면에 도시된 실시예를 참조로 상세히 설명된다.

도1은 공회전 속도 조절 장치의 일례로써 엔진의 작동 변수에 대한 조절 장치의 기본 블록 선도이다.

도2는 적어도 하나의 매개 변수가 실제 작동 모드에 따라 변경되는 조절 장치의 바람직한 실시예를 도시한 실행도이다.

조절 장치의 적어도 하나의 작동 모드에 따른 매개 변수 사용을 통해, 제어 대상과 특히 다이나믹한 특성 내의 제어 대상의 변경에 대한 조절 장치의 개선된 적응이 달성된다.

이로써, 연료 직접 분사식 엔진의 각 작동 모드에 대해 각 작동 모드로 적응된 최적의 제어 품질이 조절 장치의 신속성 및 안정성과 관련하여 달성된다.

다른 장점은 이하의 실시예의 설명 및 종속 청구항에 나타난다.

도1에는 적어도 하나의 작동 변수 조절이 보충되는 도시되지 않은 산출 유닛을 포함하는 엔진 제어를 위한 전자 제어 유닛(10)이 도시된다. 바람직한 실시예에서 조절은 공회전 속도 조절을 의미한다. 다른 실시예에서는 공기 유량 조절, 부하 조절, 토크 조절, 배기 가스 성분 및 차량 속도 조절 등을 의미하고, 상응하는 목표 변수, 실제 변수 및 제어 신호가 사용될 수 있다. 도1에는 제어 유닛(10)의 입력 도관(14 내지 18)을 통해 공급되는 적어도 하나의 작동 변수에 따라 제어될 작동 변수에 대한 목표값(SOLL)을 형성하는 목표값 형성기(12)가 도시된다. 공회전 속도 조절 장치의 바람직한 실시예에서 목표값 형성을 위해 고려되는 변수는 예를 들어, 냉난방 장치 등과 같은 보조 소비부의 엔진 온도, 작동 상태를 의미한다. 또한, 제어 유닛(10)에는 입력 도관(20)을 통해 조절될 작동 변수의 실제 변수를 나타내는 신호가 공급된다. 목표 변수 및 실제 변수는 비교기(22)에서 상호 비교된다. 목표 변수와 실제 변수 사이의 편차는 조절 편차(Δ)로써 조절 장치(24, 25)에 공급된다. 상기 조절 장치(24, 25) 중 적어도 하나의 조절 장치는 적어도 하나의 변경된 매개 변수를 포함한다. 바람직한 실시예에서 적어도 하나의 조절 장치는 비례부, 미분부 및 적분부로 구성되고, 실시예에 따라서 각 부분 또는 하나 이상의 부분이 작동 변수뿐만 아니라, 전환의 의미에서도 엔진의 작동 모드에 따라 변경적이다.

보충된 조절 구상을 기초로 하여, 조절 장치(24)는 조절 편차(Δ)에 따라, 엔진의 신속한 토크 변경에 작용하는 적어도 하나의 엔진의 제어 변수에 영향을 미치는 적어도 하나의 출력 신호(τ1)가 형성된다. 상기 설정 변수는 점화 각도 및/또는 연료 공급이고, 균질 작동 내에는 점화 각도 작용, 그 외에는 연료량 작용이 실행된다. 마찬가지로 비교적 느린 토크의 설정을 발생시키는 제2 조절 장치(25)는 보충된 조절 구상에 따른(바람직하게는 PD 구조) 조절 편차(Δ)에 따라 적어도 하나의 제어 변수에 영향을 미치는 적어도 하나의 다른 출력 신호(τ2)를 형성한다. 상기 제어 변수는 엔진에서 공기 공급을 나타내기 때문에, 제어 신호(τ2)는 예를 들어, 엔진에 공기 공급에 작용하기 위한 드로틀 밸브와 같은 설정 요소를 제어한다. 도시된 실시예에서 조절 장치(24) 및 조절 장치(25)의 각 부분은 통합되어(예를 들어, 합산되어) 출력 신호(τ1, τ2)를 형성하는 조절 장치 출력 신호를 형성한다.

조절 장치(24) 및/또는 조절 장치(25)의 다양한 부분은 실시예에 따라, 경우에 따라서는 변경 가능한 즉, 적어도 두 개의 값 또는 특성 곡선 사이에서 전환 가능한 예를 들어 증폭 인자와 같은 매개 변수를 포함한다.

공회전 조절의 바람직한 실시예에서 통상적으로 비례부, 적분부 및 미분부를 갖는 조절 장치가 사용된다. 엔진이 화학량론의 혼합기로 작동되는 균질 작동 모드에서 적어도 비례부 및 미분부가 이중으로 구성된다. 조절 장치는 점화 각도의 설정에 사용되고, 다른 조절 장치는 충전(공기 공급)의 설정에 사용된다. 층상 급기 작동 또는 균질 희박 작동에서 엔진 토크의 설정은 공기량이 아니라 연료량을 통해서만 가능하다. 따라서, 상기 작동 모드에서 엔진의 다이나믹한 특성은 균질 작동 내의 특성으로 구별된다. 실린더의 상사점과 관련된 토크 결정 간섭 시점은 상기 작동 모드에서 다르다. 이로써, 제어 대상의 다른 데드 타임이 나타난다. 또한, 큰 토크 변경이 연료량의 변경을 통해 균질 작동에서 보다 대체로 신속하게 구현될 수 있다.

조절 장치(24) 및/또는 조절 장치(25)의 적어도 하나의 매개 변수는 작동 모드 신호에 따라 다양한 값(개별값 또는 특성 곡선) 사이에서 전환된다. 이는 현재 작동 모드에 따라 30 내에서 발생되고, 도관(32, 34)을 통해 전환을 위한 각 조절 장치에 공급된다. 매개 변수값은 변경되는 구간 다이나믹에 대한 조절 장치의 바람직한 적응을 고려한다. 이 점에 있어서 공회전 조절 장치는 작동 모드에 따른매개 변수 설정을 사용하여 구간 다이나믹에 더 적응된다. 작동 모드에 따른 매개 변수값의 전환 외에 모든 실시예에서 모든 매개 변수값이 조절 장치 편차의 기능에 추가적이다.

균질 작동에서 다른 작동 모드로의 엔진 작동 모드의 전환이 개시되면, 예를 들어, 조절 장치 출력 신호 또는 매개 변수값이 값(0)으로 설정됨으로써 공기량을 나타내는 조절 장치(25)는 차단된다. 또한, 스위치 신호를 통해 조절 장치(24)의 조절 장치 매개 변수값은 비례부, 적분부 및 미분부의 바람직한 실시예에서 새로운 작동 모드에 대해 결정된 값으로 설정된다. 특히 성층 작동 및 균질 희박 작동이 작동 모드로 고려될 수 있다. 상응하게는 성층 작동과 균질 희박 작동 사이의 전환시 처리된다. 여기서 조절 장치(24) 내의 매개 변수값 전환이 실행된다. 느린 간섭에 대한 조절 장치(25)는 차단되어 유지된다. 균질 희박 작동 및 성층 작동으로부터 균질 작동으로의 전환 시, 마찬가지로 조절 장치(24) 내의 매개 변수값 전환이 수행되고, 반면에 상응하는 작동 신호의 존재 시, 조절 장치(25)는 균질 작동의 느린 부분에 대해 작동된다. 바람직한 실시예에서 조절 장치(25)의 작동 및 차단은 값(0)으로의 출력 신호 설정을 통해 수행된다. 조절 장치는 자체적으로 본 실시예에서 다른 작동 모드로 계속 작동하고, 그 출력 신호만이 외부로 작용하지 않는다.

설명된 방법의 바람직한 실시예는 제어 유닛(10)의 산출 유닛 프로그램을 나타내는 도2의 실행도를 참조로 도시된다. 실행도는 조절 장치(24, 25)의 특수한 구성을 도시한다.

조절 편차(Δ)는 실제값 및 목표값(실제 속도 및 목표 속도) 사이의 편차로써 조절 장치에 공급된다. 신속한 간섭 경로에 대한 조절 장치(24)에서 적분기(100), 증폭기 단계(102), 미분 단계(104)가 제공되고, 반면에 바람직한 실시예에서 느린 경로에 대한 조절 장치(25)에서 증폭기 단계(106) 및 미분 단계(108)가 제공된다. 다른 실시예에서 조절 장치의 다른 구성이 사용되기 때문에, 도시된 조절 구상은 각각 바람직한 실시예를 나타낸다. 엔진의 작동 모드에 따른 매개 변수값의 설명된 전환 방법은 다른 조절 장치 구조에서 상응하는 장점으로 사용된다.

도2에 도시된 공회전 조절 장치는 작동 모드에 따른 매개 변수 설정을 사용하여 구간 다이나믹에 더 적응된다. 조절 편차(Δ)는 바람직하게는 엔진 실제 속도(IST)의 목표 속도(SOLL) 감산을 통해 산출된다. 적분부(100)의 출력 신호(DMLLRI)는 조절 편차(Δ)의 적분을 통해 시간에 걸쳐 적분기(100) 내에, 그리고 이어지는 증폭(곱셈)의 적분을 통해 증폭기 단계(110) 내에 형성된다. 실제 작동 모드에 따라 상이한 값을 갖는 매개 변수(KI)가 증폭기 단계(110) 내에서 적분 출력 신호에 곱해진다. 매개 변수값을 선택하기 위해, 도관(32)을 통해 공급되는 작동 모드 신호(BDEMOD)에 따라 전환되는 절환 수단(112)이 제공된다. 신호(BDEMOD)는 엔진의 실제 작동 모드에 대한 정보를 포함한다. 성층 작동 내의 곱셈은 인자(KISCH)를 통해, 균질 희박 작동에서는 인자(KIHMM)를 통해, 균질 작동에서는 인자(KIHOM)를 통해 개시된다. 상기 인자들은 특수하게 각 작동 모드의 제어 대상의 다이나믹한 특성에 적응된다. 이는 통상적으로 성층 작동 내에서 균질작동에서보다 더 작은 값이 사전 설정 될 수 있음을 나타낸다. 이는 조절 장치(24)의 다른 부분에도 상응하게 해당된다. 언급된 값은 실시예에 따라 고정값 또는 특성 곡선으로부터 작동 변수에 따라 사전 설정된 값이다.

바람직한 실시예에서는 적분부 이외에 비례부가 제공된다. 비례부의 출력 신호(DMLLRP)는 증폭기 단계(102)에서 비례 증폭 인자(KP)를 갖는 조절 편차(Δ)의 연결(곱셈)을 통해 형성된다. 상기 요소도 마찬가지로 작동 모드에 따라서 상이한 값을 포함한다. 상기 선택은 절환 수단(114)에 의해 작동 모드 신호(BDEMOD)에 따라 수행된다. 성층 작동에서는 제1 매개 변수값(KPSCH), 균질 희박 작동에서는 제2 값(KPHMM), 그리고 균질 작동에서는 제3 값(KPHOM)이 선택된다.

조절 장치(24)의 미분부는 미분기(104) 내의 조절 편차(Δ)의 시간적 미분과 미분 결과의 이어지는 연결(곱셈)을 통해 증폭기 단계(116) 내에 형성된다. 실제 작동 모드에 따라 상이한 값을 포함하는 사전 설정된 매개 변수(KD)를 갖는 미분 단계(104) 결과의 연결은 여기서 개시된다. 여기서 선택은 절환 수단(118)에 의해 상술된 작동 모드 신호(BDEMOD)에 따라 수행된다. 따라서 성층 작동 내에는 곱셈의 매개 변수값(KDSCH), 균질 희박 작동 내에는 값(KDHMM), 균질 작동 내에는 값(KDHOM)이 공급된다. 출력 신호(DMLLRD)는 합산부(120) 내에서 조절 장치 출력 신호(DMLLR)를 위한 비례부의 출력 신호(DMLLRP)와 연결된다. 이후의 합산부(122)에서 적분부의 출력 신호(DMLLRI)가 조절 장치 출력 신호에 연결된다. 단계(122)의 출력 신호는 제어 신호(τ1)를 형성하고, 상기 제어 신호를 통해 균질 작동에서 점화 각도 설정이 개시되고, 성층 작동 및 균질 희박 작동에서 분사될 연료량 설정이 개시된다. 제어 신호(τ1)는 이른바 신속 경로에 영향을 미치는데, 이는 설명된 간섭 가능성을 통해 엔진 토크의 신속한 변경이 가능케 되기 때문이다.

조절 장치(25)는 상술된 바와 같이 느린 경로와 공급된 공기량의 간섭을 제한한다. 상기 경로는 균질 작동 내에서 토크의 설정에만 사용되고, 반면에 성층 작동 또는 균질 희박 작동과 같은 희박 작동 모드에서 엔진이 교축되지 않음으로써 소비의 장점을 얻는다. 따라서, 도시된 위치로부터 제2 위치로 전환하고 이로써 균질 작동 모드가 설정되면, 조절 장치(25)를 외부로 효과적으로 연결하는 절환 요소(124)가 제공된다. 상응하는 절환 신호는 도관(34)을 통해 공급된다. 모든 다른 작동 모드에서 절환 요소(124)는 도시된 위치를 포함하기 때문에, 조절 장치(25)의 출력 신호(τ2)로써 값(0)이 제공된다. 조절 장치 출력 신호(DMLLRL) 및 조절 장치(25)의 출력 신호(τ2)의 형성은 증폭기 단계(106) 내에서 균질 작동에 대한 인자(KPLHOM)를 갖는 조절 편차(Δ)의 곱셈을 통해 수행된다. 상응하게는 조절 편차(Δ)가 미분 단계(108)에서 미분되고 이로써 곱셈 단계(126) 내에 인자(KDLHOM)가 곱해진다. 비례부 및 미분부의 출력 신호는 연결 위치(128)에서 합산부(130) 내에서 적분부(100, 110)의 출력 신호(DMLLRI)에 의해 작동되는 조절 장치 출력 신호(DMLLRL)로 통합된다. 연결 위치(130)의 출력 신호는 상술된 바와 같이 균질 작동 모드에서만 외부로 작용하는 조절 장치(25)의 출력 신호(τ2)를 형성한다.

개별 작동 모드에 대한 개별 매개 변수값은 각 제어 대상의 구체적 요구에 적응된다. 경험에 의하면, 많은 경우에 성층 작동에서 다른 작동 모드에서 보다더 작은 값으로 사전 설정된다.

도2에 도시된 조절 장치 출력 신호의 구체적 구상이 다른 실시예에서 다른 조절 구상을 사용하는 대신에, 예를 들어, 실시예에 따라 미분부에 대해 포기될 수 있다.

Claims (10)

1. 적어도 두 개의 작동 모드 사이에서 작동이 전환되고, 작동 변수에 대한 목표값과 실제값 사이의 편차에 따라 적어도 하나의 조절 장치 출력 신호가 적어도 하나의 변경되는 매개 변수에 따라 형성되고, 상기 매개 변수를 통해 작동 변수에 영향을 미치는 엔진의 작동 변수 조절을 위한 방법에 있어서,

   엔진 작동 모드의 변환 시 적어도 하나의 매개 변수값의 전환이 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 엔진은 연료 직접 분사식 엔진이고, 상기 엔진에서 교축을 갖는 성층 작동 모드, 균질 희박 작동 모드 및 균질 작동 모드 사이에서 전환되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 조절 장치 출력 신호는 균질 작동 모드에서는 점화 각도에, 교축되지 않은 작동 모드에서는 연료 공급에 영향을 미치는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 조절 장치는 적분부 및/또는 비례부 및/또는 미분부를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제4항에 있어서, 실제 작동 모드를 나타내는 신호에 따라서 적어도 하나의 매개 변수값이 특수 작동 모드에서 구간 특성에 적응되는 값으로 전환되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 교축된 작동 내의 출력 신호는 엔진으로의 공기 공급에 영향을 미치고, 출력 신호는 엔진의 교축된 작동 외부에서 비효율적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 또한 적어도 하나의 매개 변수는 조절 장치 편차에 따르는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 매개 변수값은 작동 모드에 따른 고정값 또는 작동 모드에 따라 선택된 특성 곡선을 형성하는 작동 변수에 따른 값인 것을 특징으로 하는 방법.
9. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 조절 장치는 공회전 속도 조절 장치 또는 차량 속도 조절 장치인 것을 특징으로 하는 방법.
10. 적어도 두 개의 작동 모드 사이에서 작동이 전환되고, 작동 변수에 대한 목표값과 실제값 사이의 편차에 따라 적어도 하나의 조절 장치 출력 신호가 적어도하나의 변경되는 매개 변수에 따라 형성되는 조절 장치를 포함하고, 제어 신호는 작동 변수에 영향을 미치는 엔진의 작동 변수 조절을 위한 장치에 있어서,

    또한 조절 장치는 실제 작동 모드를 나타내는 신호를 수신하고, 상기 신호에 따라 적어도 하나의 매개 변수값의 전환이 실행되는 것을 특징으로 하는 장치.