KR20030093347A - 질량 흐름 도관 내의 드로틀 위치 상류의 압력을 결정하기위한 방법 및 장치 - Google Patents

질량 흐름 도관 내의 드로틀 위치 상류의 압력을 결정하기위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

드로틀 위치 상류의 압력이 드로틀 위치 하류의 측정된 압력 및 드로틀 위치의 개방 단면을 기초로 하여 모델링되는, 질량 흐름 도관 내의 드로틀 위치 상류의 압력을 결정하기 위한 방법 및 장치가 제안된다.

Description

질량 흐름 도관 내의 드로틀 위치 상류의 압력을 결정하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE PRESSURE IN A MASS FLOW LINE UPSTREAM FROM A THROTTLE POINT}
이와 같은 방법은 독일 특허 제197 40 914호에 공지되어 있다. 상기 공보에서는 엔진의 흡기 시스템을 예시로, 엔진의 흡기관 내의 드로틀 밸브 상류의 압력을 산출할 수 있는 방법이 설명된다. 드로틀 밸브 상류의 압력은 흡기관 내의 물리적 상관 관계를 통해 평가된다. 따라서, 압력 측정이 생략될 수 있다. 상기 공보에 설명된 시스템에서 엔진으로의 공기 흐름, 특히 실린더 충전의 산출을 위해, 드로틀 밸브를 통한 실제 질량 흐름이 드로틀 밸브 각도에 따라 산출된다. 상기 흐름은 흡기 온도, 드로틀 밸브 상류의 압력 및 드로틀 밸브 하류의 압력에 따른 인자에 의해 보정된다. 이로써, 실제 기밀도 및 실제 흐름 속도가 고려된다. 기밀도 보정은 드로틀 밸브 상류에서 측정된 공기 온도(흡기 온도) 및 드로틀 밸브 상류의 압력을 기초로 하고, 반면에 실제 흐름 속도를 고려하는 인자는 흡기관 압력과 드로틀 밸브 상류의 압력의 압력비에 의해 주소 지정되는 특성 곡선의 출력변수이다.
드로틀 위치에서 상기 방법으로 산출된 실제 질량 흐름은 엔진 회전수 및 상수로 나눗셈된다. 세그먼트 즉, 소정의 크랭크축 각도에서 드로틀 밸브를 통해 흡기관 내로 흐르는 연소실 내의 기준 공기 질량(상대적 공기 질량)에 관련된 공기 질량이 그 결과로 제공된다. 그 다음, 상기 산출된 공기 질량과 마지막으로 설명된 모델을 통해 산출된 연소실 내로 흐르는 상대적 공기 질량 사이의 차이가 형성된다. 상기 차이는 흡기관 내의 관련 공기 질량 변경을 나타낸다. 상기 차이는 흡기관 내의 압력 형성 또는 압력 해제를 산출하는 적분기에 공급된다. 적분기 출력 신호는 흡기관 압력을 나타낸다. 적용 과정의 범주 내에서 측정을 통해 결정된 잔류 가스의 입자 압력은 새롭게 산출된 흡기관 압력으로부터 뺄셈되고, 상기 결과는 환산 인자에 의해 연소실 내의 공기 충전으로 환산되고, 상기 공기 충전은 산출되어 흡기관 내로 흐르는 상대적 공기 질량과 비교되도록 다시 복귀된다. 상술된 공기 질량 변수들 사이의 공기 질량 비교가 수행되는 이른바 흡기관 모델은 흡기관 압력으로 전환된다.
질량 흐름 도관 내의 물리적 상관 관계의 모델링에 있어서 중요한 변수는 드로틀 위치 상류의 압력이다. 특히 과급식 엔진에서 상기 압력은 대체로 엔진의 외부 압력과 구분되므로, 존재하는 압력의 측정 또는 평가가 필수적이다. 따라서, 공지된 해결책에서 측정된 입력 공기 질량 신호가 기준 공기 질량 신호로 환산된다. 상기 신호는 하나의 세그먼트에서 흡기관 내로 흐르는 공기 질량에 대한 변수를 제공한다. 상기 변수는, 연소실 내의 기준 공기 질량에 관련되며 상술된 바와같이 산출되는 공기 질량과 관계되고, 특히 두 변수들 사이에 편차가 형성된다. 상기 편차에 따라 흡기관 내의 압력 형성 또는 압력 해제가 적분기에 의해 결정된다. 상기 적분 변수는 드로틀 밸브 상류의 압력으로서 해석된다. 따라서, 공지된 방법에서 드로틀 밸브 상류의 압력이 평가되기 때문에, 상기 압력의 측정이 생략될 수 있다.
드로틀 밸브 상류 압력의 평가 시 적분기의 사용을 통해, 불충분한 시간 상수가 형성됨으로써, 특히, 과급식 연소 엔진과 관련되어 드로틀 위치 상류의 압력 변수의 모델링에 대한 상술된 모델의 최적화가 요구된다.
본 발명은 질량 흐름 도관 내의 드로틀 위치 상류의 압력을 결정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예와 관련하여 이하에서 상세히 설명된다.
도1은 터보 과급기를 장착한 연소 엔진의 흡기 시스템의 개략도이다.
도2는 종래 기술에 공지된 바와 같은 모델의 범주에서의 드로틀 밸브 상류 압력의 모델링을 연소 엔진 제어의 바람직한 실시예의 범주에서 도시한 흐름도이다.
이하에서 설명되는, 드로틀 위치(드로틀 밸브) 하류에서 측정된 압력 및 드로틀 위치의 개방 단면을 나타내는 신호(드로틀 밸브 위치)를 기초로 한 드로틀 위치(드로틀 밸브) 상류 압력의 모델링은 드로틀 위치 상류의 압력을 측정하지 않고 모델의 최적화를 달성한다.
드로틀 위치 상류의 동역학적으로 적합한 모델링(과급식 엔진의 경우에는 과급압)도 상기 산출을 통해 달성되는 것은 특히 바람직하다.
전체적으로, 특히 과급식 연소 엔진과 관련되어, 바람직하게는 과급압의 모델링을 위해 사용될 수 있는 드로틀 위치 상류 압력의 모델링이 간단하고 신속하고 신뢰성 있게 제공된다.
또한, 바람직하게는 압력의 모델링이 물리적 상관 관계를 기초로 하기 때문에, 상기 모델링은 드로틀 위치 및 특히 흡기 펌프를 구비한 모든 가스 질량 흐름도관에서 사용될 수 있고, 상기 도관에서 드로틀 위치 상류의 압력은 상관 변수를 나타낸다.
다른 장점은 이하의 실시예의 설명 및 독립 청구항에 나타난다.
도1에는 터보 과급기를 장착한 연소 엔진의 입력면의 개략도가 도시된다. 공기 흡기관은 흐름 방향으로부터 볼 때, 고온 박막 공기 질량 센서(10, HFM), 과급기 또는 압축기(11), 드로틀 밸브(12) 및 연소 엔진(14)의 흡기 밸브(13)를 포함한다. 본 발명의 이해를 위해서는 과급기(11)와 드로틀 밸브 사이의 용적(16) 및 드로틀 밸브와 흡기 밸브(13) 사이의 다른 용적(17)이 중요하다. 엔진은 각 실린더마다 하나의 피스톤(18)을 갖고, 상기 피스톤의 하사점은 피스톤 배기량(19)을 나타낸다. 또한, 엔진의 작동 변수, 특히, 예를 들어 과급압 조정의 범주 내에서의 과급기(11), 예를 들어 위치 조정의 범주 내에서의 드로틀 밸브(12), 연료 공급 및 점화 각도 설정을 출력 라인(21, 22, 23, 24)을 통해 제어하는 전기 제어 장치(20)가 제공된다. 제어는, 공지된 바와 같이 도1에서 공기 질량 센서를 통해측정된 공기 질량(입력 라인 25), 온도 센서(26)를 통해 측정된 흡기 온도(입력 라인 27), 위치 센서(28)에 의해 측정된 드로틀 밸브 위치(입력 라인 29) 및 흡기관 압력 센서(30)에 의해 측정된 드로틀 밸브 하류의 압력(입력 라인 31)으로 표시되는 입력 변수를 기초로 하여 수행된다.
연소 엔진의 제어에서, 실제로 연소실(19) 내로 공급되는 공기 질량 즉, 각 행정 당 실린더 충전은 기본 변수이다. 상기 변수들은 종래 기술에 설명된 모델을 통해 존재하는 측정 변수로부터 산출될 수 있다. 상기 산출은 제어 장치(12)에 존재하는 마이크로 컴퓨터에서 실행되는 컴퓨터 프로그램의 범주 내에서 수행된다. 상기 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터에서 실행 시 이하에 설명된 산출 단계가 실행되는 컴퓨터 프로그램 제품을 나타낸다.
상기 컴퓨터 프로그램은 상대적 공기 충전의 결정을 위한 모델의 일 부분을 나타내는 도2의 흐름도에 도시되고, 여기에서 요점은 드로틀 밸브 상류의 압력 평가에 있다. 여기에서 엔진 내로 유입되는 상대적 충전의 산출을 위한 후술되지 않은 부분이 종래 기술에 공지된 방법과 상응하는 것에 반해, 바람직한 실시예의 범주 내에서 도시된 모델은 상술된 것과 구분된다. 도2의 흐름도의 각 블록들은 개별 프로그램, 프로그램부 또는 프로그램 단계를 도시하고, 각 요소들 사이의 연결선은 정보 흐름을 나타낸다.
상술된 종래 기술에서 공지된 바와 같이, 드로틀 밸브 위치(wdkba)가 읽혀지고, 사전 설정된 밸브 특성 곡선(100)을 사용하여 드로틀 밸브를 통한 질량 흐름으로 변환된다. 바람직한 실시예에서, 상기 변수들은 273°켈빈의 공기 온도와 1013hPa의 외부 압력의 기준 조건으로 규격화된다. 이와 같은 방법으로 형성된 질량 흐름 변수는 곱셈 위치(102)에서, 흡기관의 드로틀 밸브 상류의 온도에 따라 형성되고 실제 온도 비율을 고려하는 입력 신호(ftvdk)에 의해 보정된다. 보정된 질량 흐름 신호는 곱셈 위치(104)에서 특성 곡선(106)의 출력 신호에 의해 보정된다. 특성 곡선은 드로틀 밸브를 통한 압력비, 특히 흡기관 압력(ps)과 드로틀 밸브 상류 압력(pvdk) 사이의 비율에 따라 보정 인자를 형성한다. 그 후, 논리 연산 위치(108)에서는 질량 흐름 신호가 엔진 회전수에 따르는 환산 인자(umslrn)에 의해 드로틀 밸브를 통한 상대적 충전 변수로 환산된다.
공지된 방법에 비해 도2에 도시된 방법의 특징은 드로틀 밸브(pvdk) 상류의 압력에 대한 변수 대신에 예를 들어 1013 hPa의 기준 압력이 설정되는 것이다. 종래 기술의 보정 인자(fpvdk)는 이와 같은 경우 1이기 때문에, 여기서 실행되는 보정은 생략된다. 따라서, 상술된 산출은 기준 압력과 관련되는 상대적 충전, 흡기관 압력을 등이 결과로 제공된다. 도2에 도시된 방법의 실시예를 자세히 설명하면, 요소(108)의 출력 신호로써 기준 압력과 관련된 드로틀 밸브를 통한 상대적 충전은 마찬가지로 기준 압력과 관련되는 충전 변수(rl)와 논리 연산 위치(110)에서 비교된다. 이를 수학적으로 나타내면, 110에서 변수(rlroh/fpvdk)가 변수(rl/fpvdk)와 비교된다(fpvdk = pvdk/1013hPa). 종래 기술에 공지된 바와 같이, 상기 두 변수의 편차는 적분기(112)에서 적분되고, 이와 같은 방법으로 마찬가지로 기준 압력과 관련되는(ps/fpvdk) 모델링된 흡기관 압력(ps)이 형성된다. 논리 연산 위치(116)에서 경우에 따라서는 임해 고도에 따라 보정되고 적응을 통해사전 설정된 잔류 가스의 입자 압력(pirg)이 논리 연산 위치(114)에서 상기 모델링된 흡기관 압력으로부터 뺄셈된다. 상기 뺄셈의 결과는 보정 위치(118)에서 고려되는 인자(fupsrl)를 통해 기준 압력으로 규격화되어 연소실의 상대적 충전 변수로 환산되는 것이다. 상기 변수는 비교 위치(110)에 복귀된다.
드로틀 밸브 상류의 압력에 대한 기준 압력을 사전 설정함으로써 충전 산출은 드로틀 밸브 상류의 기준 압력(ps/fpvdk)에만 해당되는 기준 흡기관 압력을 공급하고, 상기 기준 압력에서 드로틀 밸브 상류의 실제 압력은 고려되지 않는다.
드로틀 밸브를 통한 압력비(드로틀 밸브 상류의 압력에 대한 흡기관 압력)는 유출량 특성 곡선(KLAF)의 인자를 산출하기 위한 입력 변수이다. (상기와 같이) 규격화된 변수의 사용 시, 상기 비율은 압력비(vpspvdk = psnorm/pvdknorm)로 나타난다. 그러나, 실제 시스템에서는 드로틀 밸브를 통해 드로틀 밸브 상류의 압력에 대한 흡기관 압력의 압력비가 존재하기 때문에, 실제 압력비(vpspvdk)는 흡기관 압력(ps)과 드로틀 밸브 상류의 압력(pvdk)의 몫으로부터 형성될 수 있다. 흡기관 압력(ps)이 측정되기 때문에, 상기 상관 관계의 분해 시, pvdk, 드로틀 밸브 상류의 압력에 따라,
ps/pvdk = psNorm/pvdkNorm = vpspvdk
pvdk = ps/vpspvdk = ps * pvdkNorm/psNorm
이 나타난다.
이와 같은 방법으로, 드로틀 밸브 상류 압력의 모델링이, 과급식 엔진에서는 과급압의 모델링이 달성된다(ps는 측정 변수, pvdkNorm은 사전 설정됨, psNorm은출력 112).
상응하게는 도2의 흐름도에서 기준 압력(psnorm, ps/fpvdk)은 나눗셈 위치(120)에서 기준 압력(1013 hPa)으로 나눗셈된다. 유출량 특성 곡선(106)에 영향을 미치는 실제 압력비(ps/pvdk)가 결과로 제공된다. 따라서, 드로틀 밸브를 통한 보정된 압력비는 측정되지 않은 압력 변수임에도 불구하고 정확하게 고려된다.
보정 인자(fpvdk) 즉, 기준 압력과 관련된 드로틀 밸브 상류의 압력의 결정을 위해, 논리 연산 위치(122)에서 잔류 가스 압력(pirg)이 뺄셈되고, 보정 위치(124)에서 보정 인자(fupsrl)를 통해 상대적 충전 변수로 환산되는, 측정된 흡기관 압력(psdss)은 나눗셈 위치(126)에서 나눗셈을 통해 흡기관 모델의 결과 변수((rl/fpvdk, 규격화된 상대적 충전)를 통해 산출된다.
따라서, 드로틀 밸브 상류 압력의 모델링(과급압)은 측정된 흡기관 압력 및 드로틀 밸브 위치를 기초로 하여 형성된다.
작은 압력비에서는 드로틀 밸브 위치를 기초로 하는 흡기관 압력 산출의 허용 공차가 더 커지기 때문에, 드로틀 밸브 상류의 모델링된 압력의 하한이 측정된 외부 압력으로 되는 것, 즉, 모델링된 압력이 외부 압력으로 제한되는 것이 바람직하다. 통상적으로 외부 압력 이상에 있고 과급압 조정의 간섭 없이 설정되는 기본 과급압이 외부 압력 대신에 하한으로써 사용될 수 있다. 이는 부분적으로만 개방된 드로틀 밸브에서 터보를 통한 가스 흐름이 압축기를 작동시키기 때문이다. 상기 압축기는 드로틀 밸브 상류의 압력 상승을 위해 사용된다. 상기 기본 과급압은 바람직하게는 드로틀 밸브 위치, 경우에 따라서는 엔진 회전수에 따라 사전 결정된특성 곡선으로부터 제공된다.
상술된 시스템의 특징은, 엔진 제어 장치에 드로틀 밸브 및 터보 차저의 전기 제어가 제공되고, 상기 장치에는 과급압 센서가 장착되지 않는 것이다. 드로틀 밸브 신호의 조작에 따라, 과급압 조정은 다른 과급압으로 전환되는데, 이는 상술된 방법으로 형성된 드로틀 밸브 상류의 압력이 과급압 조정의 과급압을 기초로 하기 때문이다.
상술된 방법은 질량 흐름 도관 내의 물리적 상관 관계를 기초로 한다. 따라서, 설명된 방법은 연소 엔진의 흡기관에만 한정되지 않고, 상이한 압력이 존재하며 흡기 펌프를 구비하는 질량 흐름 도관 내에서 드로틀 위치에 의해 두 개의 용적이 제한되는 모든 곳에서 사용된다. 설명된 방법은 하나의 용적 내의 측정된 압력 및 드로틀 위치의 개방 단면에 대한 변수를 기초로 하여 다른 용적 내의 압력을 모델링하는 것을 허용한다.

Claims (8)

  1. 드로틀 위치 하류의 압력 및 드로틀 위치의 개방 단면에 대한 변수를 측정하여 질량 흐름 도관 내의 드로틀 위치 상류의 압력을 결정하기 위한 방법에 있어서,
    드로틀 위치 상류의 압력은 상기 측정 변수를 기초로 하여 모델링되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 질량 흐름 도관은 과급식 엔진의 흡기관이고, 드로틀 위치는 엔진의 드로틀 밸브인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 드로틀 밸브의 위치 및 흡기관 압력 즉, 흡기관 내의 드로틀 밸브 하류의 압력이 측정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 모델링된 흡기관 압력을 드로틀 밸브 위치로부터 결정하는 물리적 모델이 제공되고, 상기 모델에서 드로틀 밸브 상류의 압력은, 드로틀 밸브 상류 압력에 대한 기준 압력이 사전 설정되어, 모델을 통해 결정된 흡기관 압력이 상기 기준 압력에 관련되도록 고려되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 드로틀 밸브 상류의 실제 압력은기준 압력과 관련된 모델링된 흡기관 압력 및 측정된 흡기관 압력으로부터 드로틀 밸브를 통한 압력비를 기초로 하여 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 드로틀 위치 하류의 압력 및 드로틀 위치의 개방 단면에 대한 변수를 측정하기 위한 수단을 포함하는, 질량 흐름 도관 내의 드로틀 위치 상류의 압력을 결정하기 위한 장치에 있어서,
    상기 측정 변수를 기초로 하여 드로틀 위치 상류의 압력을 모델링하는 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 드로틀 밸브 하류의 흡기관 압력 및 연소 엔진의 드로틀 밸브의 개방에 대한 변수를 수신하는, 연소 엔진의 제어를 위한 전기 제어 장치에 있어서,
    상기 측정 변수를 기초로 하여 드로틀 밸브 상류의 압력을 모델링하는 모델이 저장된 컴퓨터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 제어 장치.
  8. 프로그램이 컴퓨터에서 실행될 때, 적어도 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램 제품.
KR1020037014578A 2001-05-11 2001-12-18 질량 흐름 도관 내의 드로틀 밸브 상류의 압력을 결정하기 위한 방법 및 장치 KR100842476B1 (ko)

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