KR20030038701A - 과급식 엔진의 제어 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

과급기 장착 엔진의 제어 장치 및 방법이 설명된다. 스로틀 밸브각에 따라 결정된 공기 흐름과 측정된 공기량 흐름 사이의 편차에 따르는 인자가 목표 과급압 형성 시에 사전 설정값에 따라 고려된다.

Description

과급식 엔진의 제어 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING A SUPERCHARGED INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

현대식 엔진 제어에서, 토크, 출력 등과 같은 엔진의 출력 변수에 대한, 운전자 또는 외부 제어 시스템에 의해 사전 설정된 목표값으로부터 엔진으로의 공기 공급에 대한 목표값, 예를 들어 연소실 내의 충전(공기량)이 형성된다. 이는 다시 엔진의 스로틀 밸브의 목표 각도(목표 위치) 계산에 대한 기초가 된다. 다른 관점에서, 공기 공급(예를 들어, 엔진의 실제 충전)에 대한 실제값이 측정 장치에 의해 계산된다. 이 값은 엔진 출력 변수의 실제값, 예를 들어 실제 모멘트의 기초가 된다. 목표 모멘트가 사전 설정되어, 환산을 통해 스로틀 밸브에 대한 목표 공기 충전 또는 목표 각도로 설정되는 유형의 방법에 대한 일례는 모멘트를 기초로 하는 엔진 제어이며, 이는 독일 특허 제196 18 385호에 공지되어 있다.

실제값을 측정하는 측정 장치(예를 들어, 공기량 측정기) 및 실제값 결정을 위한 계산 경로에서의 공차에 의해, (특히 모멘트와 같은 출력 변수의) 실제값과 목표값 사이의 공차 제한적 편차가 발생할 수 있다. 이러한 이유에서, 독일 특허 제197 40 918호에서 공기량 측정기에 의해 측정된 공기 흐름과 스로틀 밸브 위치를기초로 하여 측정된 공기 흐름 사이의 차이에 따라 적어도 하나의 보정값이 형성되며, 이 보정값은 공기 공급에 대한, 또는 스로틀 밸브 시스템의 조절을 위한 스로틀 밸브각에 대한 목표값의 보정을 위해 공기량 측정기 시스템에 산입된다. 즉, 공기량 측정기를 기초로 하는 공기 흐름과 스로틀 밸브 위치를 기초로 하는 공기 흐름 사이에 편차가 형성되지 않는 새로운 스로틀 밸브 목표값이 형성되도록 스로틀 밸브 위치가 변경된다.

과급식 엔진, 즉 터보 차져(turbocharger)가 장착된 엔진에서, 과급(charging) 영역에서 스로틀 밸브는 대체로 넓게 개방된다. 따라서, 스로틀 밸브를 통한 공기 공급의 지속적인 증가는 더 이상 불가능하다. 이로써, 목표값과 실제값 사이의 편차를 보정하는 상술된 방법은 만족스럽지 못하기 때문에, 실제값과 목표 설정 사이에 바람직하지 못한 편차가 설정될 수 있다.

독일 특허 제196 08 630호에는 엔진에 대해 사전 설정된 목표 충전으로부터, 한편으로는 스로틀 밸브각 목표값이, 다른 한편으로는 목표 압력값이 유도되는 것이 공지되어 있다. 여기에서 압력 감소는 스로틀 밸브를 통해 사전 설정된다.

본 발명은 과급식 엔진 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.

이하, 본 발명은 도시된 실시예를 참조로 상세히 설명된다.

도1은 과급기 장착 엔진의 제어를 위한 제어 유닛의 개략적인 블록 회로도이다.

도2 및 도3은 제어 유닛의 마이크로 컴퓨터 내에 장착되며, 실제값과 목표값을 비교하여 목표값을 목표 스로틀각 및 목표 충전 압력으로의 환산으로 기록하는 프로그램을 나타내는 흐름도이다.

충전 압력, 특히 충전 압력 목표값의 조절을 통해, 실제값 검출과 스로틀 밸브를 통한 목표값 설정 사이의 공차를 나타내는 보정 인자를 통해, 사전 설정 목표값이 과급 영역에서도 정확하게 유지되며, 실제값과 목표값 사이의 공차 제한적인 편차가 제거된다.

과급 영역에서도 사전 설정 목표값이 정확하게 유지됨으로써 절환 시에도 엔진 토크의 정밀한 제어가 가능한 것은 특히 바람직하다. 이는 바람직하게 다시 절환 시에, 그리고 변속기의 과부하 시에 주행 특성의 악화를 감소할 수 있다.

전체적으로, 과급기 장착 엔진의 작동이 바람직하게 최적화된다.

다른 장점은 이하에서 실시예 또는 종속 청구항에 설명된다.

도1은 엔진 출력 또는 토크를 제어하기 위한 제어 장치를 도시한다. 제어 유닛(10)은 입력 회로(12), 적어도 하나의 마이크로 컴퓨터((14) 및 출력 회로(16)를 포함한다. 입력 회로, 마이크로 컴퓨터 및 출력 신호는 버스 시스템(18)을 통해 상호 데이터 교환식으로 연결된다. 제어 유닛(10)의 입력 회로(12)에는 입력 라인(20, 22, 24 내지 26)이 연결된다. 바람직한 일 실시예에서, 상기 입력 라인들은 버스 시스템, 예를 들어 CAN에서 통합된다. 입력 라인(20)은 공급된 공기 흐름의 검출을 위한 측정 장치(28), 예를 들어 공기량 측정기에 제어 유닛(10)을 연결시킨다. 입력 라인(22)은 운전자에 의해 조작 가능한 작동 제어 장치, 예를 들면 액셀러레이터의 작동 단계를 검출하기 위한 측정 장치(30)와 제어 유닛(10)을 연결시킨다. 또한, 엔진 및/또는 차량의 작동 변수를 검출하여 상응하는 신호를 라인(24 내지 26)을 통해 제어 유닛(10)에 전송하는 측정 장치(32 내지 34)가 마련된다. 이런 유형의 작동 변수에 대한 예는 스로틀 밸브각, 엔진 회전수 등이 있다. 제어 유닛(10)은 출력 라인과 출력 회로(16)를 통해 엔진을 제어한다. 엔진에 대한 공기 공급에 작용하기 위한 전기 작동식 스로틀 밸브(38)는 제1 출력 라인(36)을 통해 작동된다. 또한, 다른 출력 라인(40, 42)을 통해 연료 공급 및 점화각이 설정된다. 또한, 라인(44)을 통해 차져(50)가 제어된다. 또한 엔진 사양에 따라서 출력 라인(46, 48)이 제공되며, 제어 유닛(10)은 상기 라인을 통해 연료 탱크 환기 밸브, 배기 가스 재순환 밸브(52), 캠축 조정을 위한 구동부(54) 등을 제어한다.

서두에 언급한 배경 기술에서 공지된 바와 같이 모멘트를 기초로 하는 엔진 제어의 바람직한 실시예에서, 사전 설정 목표 모멘트는 목표 충전으로 환산된다. 이로부터 다시, 스로틀 밸브의 작동을 통해 위치 조절의 범주 내에서 설정되는 목표 스로틀 밸브각이 결정된다. 서두에 언급한 배경 기술에서 공지된 바와 같은 상기 방법에 추가로, 과급식 엔진에서 목표 충전으로부터 결정된 목표 흡기관 압력 및 스로틀 밸브를 통한 사전 설정 압력비로부터 과급압 조절을 위한 목표 과급압이 계산되며, 이는 과급압 조정의 범주 내에서 설정된다. 목표 과급압은 목표 흡기관 압력 및 스로틀 밸브의 사전 설정 목표 압력비로부터 결정된다. 스로틀 밸브의 사전 설정 목표 압력비는 목표 흡기관 압력값 및 또는 충전값 및 엔진 회전수를 기초로 하여 결정되며 통상적으로 0.95와 1 사이이다.

상술된 문제점들을 제거하기 위하여, 측정된 공기 흐름에 따르며 스로틀 밸브 설정으로부터 유도되는, 목표 과급 압력의 보정을 위한 공기 흐름을 형성하는 보정 인자가 사용된다. 이러한 방식으로 보정되고 하한으로는 기본 과급압으로 상한으로는 최대 과급압으로 제한되는 목표 과급압은 과급압 조정 및 터보 차져의 제어를 통해 설정된다. 상기 방법으로 실제값과 목표값, 특히 실제 모멘트와 목표 모멘트의 바람직한 일치가 달성되는 것은 중요하다. 상기 값들 사이의 공차 제한적인 편차는 제거된다.

이하에서 설명되는 바람직한 실시예에서, 엔진에 공급되는 공기량 유동은 공기 흐름으로서 공기량 측정기를 통해 측정되고, 스로틀 밸브를 통과하는 공기량 유동은 스로틀 밸브 설정에 따라 계산된다. 다른 실시예에서, 공기 흐름으로서 체적 유동이 검출되거나 또는 공기 흐름(공기량 유동 또는 체적 유동)이 흡기관 압력값으로부터 유도된다.

상술된 방법은 제어 유닛(10)의 마이크로 컴퓨터(14)의 계산 프로그램으로서 구현된다. 이러한 계산 프로그램은 도2 및 도3의 흐름도에 도시되며, 도시된 블록들은 개별 프로그램, 프로그램 부분 또는 프로그램 단계를 나타내며, 연결선들은 정보 흐름을 나타낸다.

도2에 따르면, 사전 설정된 목표 모멘트(misoll)가 공지된 방법에 따라서 단계(100)에서 목표 충전값(rlsoll)으로 환산된다. 그 다음, 이 값은 단계(102)에서 마찬가지로, 예를 들어 공지된 방법에 따라 목표 스로틀 각도값(wdks)으로 환산되며, 이 값은 이하에서 설명되지 않는 전기 작동식 스로틀 밸브의 제어를 통한 위치 조절에 의해 설정된다. 또한, 배경 기술에서 공지된 방법에 따라 단계(104)에서도 목표 흡기관 압력값(pssoll)이 사전 설정된 목표 충전값에 따라 결정된다. 목표 흡기관 압력값에 따라 목표 과급 압력값(plsoll)이 단계(106)에서 계산되며, 이 값은 터보 차져의 상응하는 제어를 통해 과급압 조정의 범주 내에서 설정된다. 목표 흡기관 압력으로부터 목표 과급압을 계산하기 위한 정확한 방법은 이하에서 도3의 흐름도를 참조로 상세히 설명된다.

또한, 단계(108)에서도 배경 기술에서 공지된 방법에 따라 스로틀 밸브각(wdkba)과 예를 들어 흡기관 압력, 온도 변수 등과 같은 다른 작동 변수를 기초로 스로틀 밸브각을 기초로 하여 계산된 공기량 유동(msdk)이 형성된다. 또한, 공기량 측정기(110)를 통해 공기량 유동(mshfm)이 측정된다. 이 공기량 유동으로부터 마찬가지로, 흡기관 모델(112)을 통해 흡기관 압력(ps)이 공지된 방법으로 계산되며, 이어지는 단계(114)에서 흡기관 압력(ps)으로부터 실제 충전(rl)과, 이로부터 단계(116)에 따라 실제 모멘트(miist)가 계산된다. 스로틀 밸브를 기초로 하여 계산된 공기량 유동(msdk) 및 측정된 공기량 유동(fkmsdk)을 기초로 하여 보정 단계(118)에서 상기 두 공기량 유동 사이의 편차를 나타내는 보정 인자(fkmsdk)가 형성된다. 상기 비교 인자는 한편으로는 스로틀 밸브각을 기초로 하여 계산된 공기량 유동(msdk)의 보정을 위해, 다른 한편으로는 스로틀 밸브 설정의 보정을 위해 (배경 기술에서 공지된 바와 같이) 단계(102)에, 그리고 목표 과급압(plsoll)의 보정을 위해 단계(106)에 공급된다.

도3에는 상술된 단계(106)를 상세히 설명하는 흐름도가 도시된다. 먼저, 단계(104)에서 결정된 목표 흡기관 압력값이 연산점(120)에서 스로틀 밸브에 대한 목표 압력비로 나뉘어진다. 스로틀 밸브에 대한 목표 압력비는 특성 영역에 따라 다시 목표 흡기관 압력과 회전수로부터 결정되고 일반적으로 0.95와 1.0 사이의 값이다. 그 후, 다른 연산점(122)에서 단계(120)의 나눗셈 결과가 보정 인자(fkmsdk)로 나뉘어진다. 보정된 값은 최대값 선택부(124)의 범주 내에서 기본 과급압(plgru)으로 제한된다. 이 기본 과급압은 흡기관 내의 공기 유동을 기초로 하여 과급압 조절없이 형성된 과급압을 나타낸다. 이는 사전 설정된 표에 나타난다. 하한 목표값은 최소값 선택부(126) 범주 내에서 사전 설정된 최대 목표 과급압(plxs)으로 제한된다. 그 결과는 과급압 조정의 범주 내에서 터보 차져의 제어를 통해 설정되는 목표 과급압(plsoll)이 형성된다.

도2 및 도3을 참조로, 스로틀 밸브를 통과하는 계산된 공기 흐름과 실제 공기 흐름 사이의 편차를 기초로 하여 목표 과급압을 보정하는 본 발명에 따른 구상의 바람직한 실시예가 설명된다. 다른 실시예에서는 다른 형성예가 사용된다. 예를 들면 제한에 따른 조정 인자에 의한 보정이 이루어지거나 또는 조정 인자에 의한 목표 흡입관 압력 또는 목표 압력비의 보정이 실행된다. 다른 실시예에서는 목표 압력비의 결정을 위한 목표 흡기관 압력이 고려되는 것이 아니라, 예를 들어 서두에 언급한 배경 기술의 경우와 같이 목표 충전이 고려된다. 또한, 나눗셈의 수학적 연산은 단계(120, 122)에서 강제적이지 않으나 곱셈 또는 덧셈으로 사용될 수도 있다.

Claims (9)

1. 사전 설정값에 따라 스로틀 밸브의 위치가 설정되며, 목표 압력에 따라 과급압이 제어되며, 스로틀 밸브를 통한 엔진으로의 공기 흐름이 결정되며, 공급되는 공기 흐름이 측정되며, 스로틀 밸브를 통과하는 계산된 공기 흐름과 측정된 공기 흐름 사이의 편차에 따르는 인자가 결정되는, 과급식 엔진의 제어 방법에 있어서,

   과급압 제어 시에 인자가 고려되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 목표 과급압은 사전 설정값으로부터 유도된 목표 과급압에 따라 목표 압력비를 고려하여 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 목표 흡기관 압력과 스로틀 밸브를 통한 목표 압력비로부터 형성된 목표 과급압은 보정 인자에 의해 보정되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 보정된 목표 과급압은 최대값 및/또는 최소값으로 제한되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 보정 인자는 스로틀 밸브에 대한 목표 설정값 보정을 위해 그리고/또는 스로틀 밸브 설정에 따라 계산된 공기량 보정을 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 측정된 공기량은 공기량 측정기를 통해 측정되어 공급된 공기량 유동이며, 스로틀 밸브를 통한 공기 흐름은 스로틀 밸브 설정으로부터 유도된 공기량 유동인 것을 특징으로 하는 방법.
7. 사전 설정값을 기초로 하여 엔진으로의 공기 공급 및 과급압을 설정하는 제어 유닛을 포함하며, 제어 유닛은 스로틀 밸브 위치를 기초로 하여 스로틀 밸브를 통과하는 공기 흐름을 결정하며 엔진으로 공급되는 공기 흐름을 측정하는 수단을 포함하며, 상기 두 공기 흐름값 사이의 편차에 따라 인자가 형성되는, 과급식 엔진의 제어 장치에 있어서,

   제어 유닛은 과급압 제어 시에 인자를 고려하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 프로그램이 컴퓨터에서 수행될 경우, 제1항 내지 제5항 중 각 항의 모든 단계를 실행하기 위한 프로그램 코드 수단을 갖는 컴퓨터 프로그램.
9. 프로그램 제품이 컴퓨터에서 수행될 경우, 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하기 위한 컴퓨터에서 읽기 가능한 데이터 매체에 저장되는 프로그램 코드 수단을 갖는 컴퓨터 프로그램 제품.