KR20040012923A

KR20040012923A - 질량 흐름 도관 내의 온도 변수를 결정하기 위한 방법 및장치

Info

Publication number: KR20040012923A
Application number: KR10-2003-7016266A
Authority: KR
Inventors: 빌트에른스트; 팔크마리오
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2001-06-15
Filing date: 2002-06-01
Publication date: 2004-02-11
Also published as: KR100949410B1; DE50201740D1; DE10129035A1; EP1402240A1; WO2002103312A1; JP2004522061A; US6909961B2; US20040186658A1; JP4434728B2; EP1402240B1

Abstract

질량 흐름 도관 내의 온도 변수를 결정하기 위한 방법 및 장치가 제안되고, 상기 도관은 드로틀 위치를 포함하고, 상기 도관의 드로틀 위치 후방에서 추가 가스 질량 흐름이 유입된다. 드로틀 위치 전방의 온도는 두 가스 질량 흐름의 혼합 온도 및 유입된 가스 질량 흐름의 온도에 따라 전체 흐름에 대한 추가 가스 흐름의 부분을 기초로 하여 결정된다.

Description

질량 흐름 도관 내의 온도 변수를 결정하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR MEASURING A TEMPERATURE VARIABLE IN A MASS FLOW PIPE}

예를 들어, 자동차 공학 즉, 엔진 제어의 범주 내의 몇몇 사용에서 드로틀 밸브가 구비된 질량 흐름 도관 내에 소정의 온도가 존재하는 지를 인식하는 것은 중요하다. 이와 같은 엔진 제어에서 온도값은 엔진의 설정 변수의 결정 시 사전 설정값에 따라 평가된다(독일 특허 제196 18 385호 참조). 이와 같은 온도값 평가의 다른 적용은 엔진 제어 예를 들어, 부하 검출의 범주 내에서 실제 변수의 형성을 나타낸다(독일 특허 제197 40 914호 참조). 특히 가스의 실제 밀도를 고려해 볼 때, 드로틀 위치 전방에서 유동되는 가스의 온도는 중요하다.

그러나, 비용을 고려해 볼 때 바람직하지 않은 상응하는 온도 센서를 통해 온도 결정이 수행될 수 있다. 또한, 상기 온도 평가는 질량 흐름 도관 내의 드로틀 밸브 후방의 온도를 기초로 하여 드로틀 밸브 전방 및 후방의 온도의 균등화를 통해 허용된다. 이 때, 드로틀 밸브 후방의 온도가 측정된다. 그 온도가 드로틀 위치 전방의 온도와 실질적으로 구분되는 질량 흐름이 드로틀 위치 후방의 온도 측정부와 드로틀 위치 사이에 공급되면, 드로틀 위치 전방 온도를 접근 방식으로 온도 결정하는 것은 더 이상 정확하지 않다. 이는 드로틀 밸브 후방에서 두 온도값으로부터의 혼합 온도가 측정되기 때문이다. 연소 엔진에서 드로틀 밸브와 흡기관 온도 센서 사이에서 재순환된 배기 가스는 흡기관으로 유입된다(배기 가스 재순환). 상기 배기 가스의 온도는 비교적 높기 때문에, 흡기관 내에서 측정된 혼합 온도는 드로틀 밸브 전방의 온도와 분명히 구분된다. 이와 같은 경우, 두 온도의 균등화를 통해 발생된 오류는 엔진 제어의 정확성의 관점에서 바람직하지 못하다.

이는 드로틀 위치 전방의 온도가 측정되고, 드로틀 밸브 후방의 온도가 평가되어야 하거나 또는 추가로 유입된 가스의 온도 평가가 측정 없이 결정되어야 하는 경우에도 해당된다.

본 발명은 질량 흐름 도관 내의 온도 변수를 결정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

이하, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참조로 상세히 설명된다.

도1은 추가 가스 흐름의 유입 및 드로틀 위치를 갖는 질량 흐름 도관의 회로도 및 배열된 평가 전자 장치의 흐름도이다.

도2는 컴퓨터 프로그램의 범주 내에서 드로틀 위치 전방 온도를 모델링하기 위한 구체적이고 바람직한 방법을 도시하는 흐름도이다.

드로틀 위치 후방의 온도, 추가로 공급된 가스 흐름의 온도 및 전체 질량 흐름에 대한 추가로 공급된 가스의 부분에 따라, 질량 흐름 도관 내의 드로틀 위치 전방의 온도가 모델링됨으로써, 온도 센서를 추가로 장착하지 않고, 드로틀 위치 전방의 온도가 정확하게 결정된다.

이는 드로틀 위치 전방의 온도, 추가로 공급된 가스 흐름의 온도 및 그 비율에 따라, 질량 흐름 도관 내의 드로틀 위치 후방의 온도가 모델링되거나 또는 질량 흐름 도관 내의 드로틀 위치 후방의 온도, 드로틀 위치 전방의 온도 및 전체 흐름에 대한 질량 흐름 도관 내에 공급된 가스의 부분에 따라, 추가로 공급된 가스 흐름의 온도가 모델링되는 경우도 해당된다.

이로써, 상당한 범위의 비용이 절약된다.

드로틀 밸브 전방 또는 후방 온도의 모델링은 연소 엔진 제어와 관련된 정확성 조건을 충족시킨다.

불안정 신호를 방지하기 위해, 모델링된 신호가 필터, 바람직하게는 저역 필터에 의해 감쇠되는 것은 특히 바람직하다. 바람직하게는 필터의 시간 상수가 전체 흐름에 대한 유입된 가스 흐름의 부분에 적응되고, 시간 상수가 크면 클수록, 비율도 더 높다. 이로써, 상기 부분의 부정확성 및 변동의 영향이 현저하게 약화된다.

바람직하게는 설명된 방법은 연소 엔진 제어와 관련되어서 뿐만 아니라, 다른 온도의 추가 가스 흐름이 드로틀 위치 후방에서 도관 내로 유입되는 질량 흐름 도관 내의 온도 변수가 중요한 모든 곳에서 사용될 수 있다.

다른 장점은 이하의 실시예의 설명 및 독립 청구항에 나타난다.

도1에는 드로틀 위치(12) 및 드로틀 위치 후방에서 추가 가스 흐름을 유입하기 위해 질량 흐름 도관(10) 내로 합류되는 다른 질량 흐름 도관(14)을 구비하는 질량 흐름 도관이 10으로 도시된다. 연소 엔진의 바람직한 실시예에서, 질량 흐름 도관(10)은 흡기관을, 드로틀 위치(12)는 드로틀 밸브를, 추가 질량 흐름 도관(14)은 배기 가스 재순환 도관을 나타낸다. 도1에 도시된 화살표와 상응하게 가스 흐름은 질량 흐름 도관(10) 내에서는 좌측에서 우측으로 유동하고, 질량 흐름 도관(14) 내에서는 상부에서 하부로 유동한다. 또한, 추가 질량 흐름의 유입 이후의 질량 흐름 도관(10) 내의 유동 가스 온도를 공급하는 제1 온도 센서(16)가 제공된다. 일 실시예에서, 다른 온도 센서(18)가 질량 흐름 도관(14) 내에서 유동되는 가스 흐름의 온도를 측정한다. 상응하는 온도 신호(Tsr, Tabgs)는 도관(20, 22)을 거쳐 전기 제어 유닛(24)에 공급된다. 다른 실시예에서, 질량 흐름 도관(14) 내에서 유동되는 가스 흐름의 온도는 예를 들어, 연소 엔진의 배기 가스의 온도를 기초로 하여 계산된다.

또한, 질량 흐름 도관(10) 내의 가스 흐름의 가스 유동에 대한 값을 나타내는 신호(ml)는 입력 라인(26)을 통해 제어 유닛(4)에 공급된다. 상기 신호는 질량 흐름 센서(27)에 의해 결정된다. 또한, 실시예에서 질량 흐름 도관(14) 내의 밸브(28)의 위치를 나타내는 변수는 입력 라인(29)을 통해 제어 유닛(24)에 공급된다. 경우에 따라서는 질량 흐름 도관과 관계된 유닛의 제어를 위한 제어 변수의 형성을 위한 프로그램 및 공급된 신호의 평가를 위한 프로그램을 출력하는 적어도 하나의 마이크로 컴퓨터가 전자 제어 유닛(24)에 제공된다. 바람직한 실시예에서,전자 제어 유닛(24)은 복수의 입력 변수에 따라 연소 엔진의 점화, 공기 공급, 연료 공급 등의 설정을 위한 설정 변수를 결정하는 전자 엔진 제어부를 나타낸다.

도1에 도시되지 않은 마이크로 컴퓨터에서 실행되는 프로그램은 도1에서 블록(28, 30)과 관련하여 드로틀 위치(12) 전방의 온도(Tavdk)의 모델링을 위한 이하에 설명되는 방법의 관점에서 상징화된다. 상술된 온도 변수 및 흐름 변수가 모델(28)에 제공된다. 먼저, 전체 흐름에 대한 도관(14) 내의 질량 흐름의 부분은 도관(14)이 도관(10)으로 합류된 후에 전체 흐름에 대한 도관(14) 내의 질량 흐름(msagr)의 비율로써 형성된다. 실시예에 따라, 개별 질량 흐름은 (질량 흐름(ml)과 관련되어 설명된 바와 같이) 질량 흐름 센서를 통해 측정되거나 또는 모델에 의해 계산된다. 배기 가스 재순환부를 갖는 엔진의 적용 시에, 예를 들어, 드로틀 밸브(12)를 통해 도관(10) 내에서 유동하는 공기 질량 흐름이 측정(공기 질량 센서, 27)되거나 또는 드로틀 밸브 위치, 흐름 방향에서 드로틀 밸브 전방의 온도, 드로틀 밸브 전방의 압력 및 드로틀 밸브의 압력비로부터 결정된다. 도관(14) 내의 질량 흐름은 예를 들어, 배기 가스 재순환 밸브(28)의 위치, 흐름 방향에서 밸브 전방의 온도, 밸브 전방의 압력 및 밸브의 압력비로부터 계산되고, 실시예에서 밸브 전방의 온도는 도관(14) 내의 질량 흐름 및 배기 가스 온도로부터 결정된다.

드로틀 위치(12) 전방의 온도(Tavdk)는 이하에서 상세히 설명되는 모델에 따라, 언급된 변수로부터 평가된다. 상기 온도는 제어 프로그램(30)에서 다른 작동 변수와 함께, 제어 유닛(24)에 의해 상응하는 설정 요소에 출력되는 설정 변수로처리된다. 연소 엔진 제어의 바람직한 실시예에서 이와 같은 방법은 예를 들어 서두에 언급된 종래 기술에 공지되어 있다.

도1에 도시된 실시예에서, 드로틀 위치(12) 전방의 온도는 추가 가스 질량 흐름의 온도, 상기 추가 가스 질량 흐름 유입 이후의 온도 및 전체 흐름에 대한 추가 질량 흐름의 부분을 기초로 하여 형성된다. 따라서, 온도 결정을 위해 두 온도 변수 및 전체 흐름에 대한 추가 질량 흐름의 부분(이하에서는 비율)을 나타내는 변수가 요구된다. 따라서, 온도 변수는 이하에 설명되는 모델에 상응하는 방법에 따라 구성된 두 개의 모델을 기초로 하여 결정된다(드로틀 위치 전방의 온도 = f(추가 질량 흐름의 온도, 혼합 온도) 또는 추가 질량 흐름의 온도 = f(드로틀 밸브 전방의 온도, 혼합 온도) 또는 혼합 온도 = f(드로틀 위치 전방의 온도, 추가 질량 흐름의 온도)).

그러나, 바람직한 적용은 도1에 도시된 구성의 범주 내에서 연소 엔진 제어와 관련되어 형성된다. 드로틀 밸브 전방의 온도의 모델링을 통해 드로틀 밸브의 조정의 정확성 및 드로틀 밸브 위치를 통한 공기 흐름의 계산은 상술된 종래 기술에 따라 개선된다. 이로써, 이는 흡기관(10) 내의 공기 흐름을 측정하지 않고 배기 가스를 결정하는데 기여한다.

도2는 소정의 온도의 모델링을 위한 구체적인 방법을 도시한다.

도2는 제어 유닛(24)의 마이크로 컴퓨터의 프로그램을 도시하고, 개별 블록은 프로그램부, 프로그램 또는 프로그램 단계를 나타내고, 연결선은 정보 흐름을 도시한다. 도2의 흐름도는 모델(28)의 바람직한 실시예를 나타낸다.

전체 흐름에 대한 추가 질량 흐름의 부분(배기 가스 재순환율, rrext), 흡기관으로의 유입 위치에서의 가스 온도(Tabgs) 및 질량 흐름 도관 내에서 측정된 혼합 온도(흡기관 온도, Tasr)의 정보에 의해, 드로틀 위치 전방의 온도(Tavdk)는 이하의 식에 따라 결정된다.

Tavdk = (Tsr-rrext * Tabgs)/(1-rrext)

본 실시예에서 비율(rrext)의 최대값은 1이다. 다른 값이 최대값으로 사전 설정되면, 식은 상응하게 적응되어야 한다.

식의 직접적인 변형은 평가를 위해 제어 과정의 범주에서 특히 적절하지 않은 불안정 신호를 공급한다. 따라서 결정된 모델 출력 변수를 감쇠하기 위해 필터, 바람직하게는 저역 필터가 장착된다. 필터의 시간 상수가 크게 선택될수록, 전체 흐름에 대한 질량 흐름의 부분도 더 높아진다. 이로써, 상기 부분의 부정확성 및 변동의 영향이 약화된다.

도2에 도시된 모델의 흐름도에서 배기 가스 온도(Tabgs) 및 배기 가스 재순환율(rrext)이 입력된다. 두 변수는 곱셈 위치(100)에서 곱셈된다. 두 변수의 결과는 뺄셈 위치(102)에 공급되어 흡기관 온도(Tsr)로부터 뺄셈된다. 또한, 배기 가스 재순환율은 뺄셈 위치(104)에서 값(1)으로부터 뺄셈된다. 상기 차이 및 뺄셈 위치(102)에서 형성된 차이는 나눗셈 위치(106)에 공급되고, 102로부터의 차이는 104로부터의 차이에 의해 나눗셈된다. 상기 결과 즉, 드로틀 위치 전방의 온도 이전의 미처리 신호는 저역 필터(108)에 공급된다. 시간 상수(T)는 특성 곡선(110)으로부터 도출되고, 그 입력 변수는 배기 가스 재순환율(rrext)이다. 특성 곡선은배기 가스 재순환율이 크면 클수록, 시간 상수도 더 커지도록 즉, 필터 작용이 더 확실해지도록 구성된다. 저역 필터에 의해 평활화된 미처리 신호는 드로틀 위치 전방의 온도(Tavdk)에 대해 평가 가능한 신호를 나타내고, 상기 신호는 다른 과정에서, 예를 들어 상술된 방법의 범주에서 평가된다.

상기 모델은 추가 가스 질량 흐름의 유입 이후의 혼합 온도가 전체 흐름에 대한 가스 질량 흐름의 부분에 온도를 곱한 것과, 최대값으로부터 뺄셈된 부분에 드로틀 위치 전방의 온도를 곱한 것으로 구성되는 상관 관계를 기초로 한다.

Tsr = rrext*Tabgs + (1-rrext)*Tavdk

질량 흐름 도관(10) 내의 공기 흐름(ml)의 측정 시, 상기 상관 관계는 이하와 같이 나타난다.

Tsr = (1-msagr/(msagr+ml))*Tabgs + (msagr/(msagr+ml))*Tavdk

이 때, msagr는 도관(14) 내의 질량 흐름이다.

상기 상관 관계들을 기초로 하여, 드로틀 위치 전방의 온도 및 추가 가스 흐름의 온도의 정보에서는 혼합 온도(Tsr)가 모델링되고, 드로틀 위치 전방의 온도 및 혼합 온도의 정보에서는 추가 가스 흐름의 온도가 결정된다. 또한, (다른 실시예에서 전체 흐름에 대한 도관(10) 내의 질량 흐름의 부분(rrml)의 상관 관계의 변형 시, 추가 질량 흐름의 부분(rrext)에 대해 상술된 바와 같이) 전체 흐름을 형성하는 질량 흐름 또는 전체 흐름에 대한 상기 부분 흐름의 부분의 정보가 요구된다.

Claims

드로틀 위치(12)를 포함하고 추가 가스 흐름의 유입을 위해 다른 질량 흐름 도관이 드로틀 위치 후방에서 합류되는 질량 흐름 도관 내의 온도 변수를 결정하기 위한 방법이며, 전체 흐름에 대한 추가 가스 질량 흐름의 부분에 대한 변수와 추가 가스 흐름의 온도, 드로틀 위치 전방의 온도 및 추가 가스 흐름의 유입 이후의 온도 중 적어도 두 개의 온도에 대한 변수가 결정되는, 질량 흐름 도관 내의 온도 변수를 결정하기 위한 방법에 있어서,

부분 변수 및 적어도 두 개의 온도 변수를 기초로 하여 제3 온도 변수가 계산되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1 질량 흐름 도관은 드로틀 위치(12)를 포함하고, 추가 가스 흐름의 유입을 위해 제2 질량 흐름 도관이 드로틀 위치 후방에서 합류되는 질량 흐름 도관 내의 온도 변수를 결정하기 위한 방법이며, 전체 흐름에 대한 제1 질량 흐름 도관 내의 가스 질량 흐름의 부분에 대한 변수와 추가 가스 흐름의 온도, 드로틀 위치 전방의 온도 및 추가 가스 흐름의 유입 이후의 온도 중 적어도 두 개의 온도에 대한 변수가 결정되는, 질량 흐름 도관 내의 온도 변수를 결정하기 위한 방법에 있어서,

부분 변수 및 적어도 두 개의 온도 변수를 기초로 하여 제3 온도 변수가 계산되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 결정된 온도 변수는 가변적인 시간 상수의 필터에 의해 평활화 되는 것을 특징으로 하는 방법.
제3항에 있어서, 시간 상수는 전체 흐름에 대한 유입 가스 흐름의 부분에 따라 적응되고, 시간 상수가 크면 클수록 상기 부분이 더 높아지는 것을 특징으로 하는 방법.
제4항에 있어서, 시간 상수는 특성 곡선으로부터 읽혀지는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 질량 흐름 도관은 엔진의 흡기관이고, 드로틀 위치는 드로틀 밸브이고, 유입된 가스 흐름은 재순환 배기 가스인 것을 특징으로 하는 방법.
드로틀 위치(12)를 포함하고, 추가 가스 흐름의 유입을 위해 다른 질량 흐름 도관이 드로틀 위치 후방에서 합류되는 질량 흐름 도관 내의 온도 변수를 결정하기 위한 장치이며, 전체 흐름에 대한 추가 가스 질량 흐름의 부분에 대한 변수를 결정하고, 추가 가스 흐름의 온도, 드로틀 위치 전방의 온도 및 추가 가스 흐름 유입 이후의 온도 중 적어도 두 개의 온도에 대한 변수를 결정하는 제어 유닛을 구비하는, 질량 흐름 도관 내의 온도 변수를 결정하기 위한 장치에 있어서,

제어 유닛(28)은 부분 변수 및 적어도 두 개의 온도 변수를 기초로 하여 제3 온도 변수를 계산하는 모델을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1 질량 흐름 도관은 드로틀 위치(12)를 포함하고, 추가 가스 흐름의 유입을 위해 제2 질량 흐름 도관이 드로틀 위치 후방에서 합류되는 질량 흐름 도관 내의 온도 변수를 결정하기 위한 장치이며, 전체 흐름에 대한 제1 질량 흐름 도관 내의 가스 질량 흐름의 부분에 대한 변수를 결정하고, 추가 가스 흐름의 온도, 드로틀 위치 전방의 온도 및 추가 가스 흐름의 유입 이후의 온도 중 적어도 두 개의 온도에 대한 변수를 결정하는 제어 유닛을 구비하는, 질량 흐름 도관 내의 온도 변수를 결정하기 위한 장치에 있어서,

제어 유닛(28)은 부분 변수 및 적어도 두 개의 온도 변수를 기초로 하여 제3 온도 변수를 계산하는 모델을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제7항 또는 제8항에 있어서, 제어 유닛은 연소 엔진용 엔진 제어 유닛이고, 엔진에 대한 제어 변수를 형성하기 위한 온도 변수가 평가되는 것을 특징으로 하는 장치.
프로그램이 컴퓨터에서 실행될 때, 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 모든 단계를 실행하기 위해 프로그램 코드 수단을 포함하는 컴퓨터 프로그램.
프로그램 제품이 컴퓨터에서 실행될 때, 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위해 컴퓨터에서 읽혀질 수 있는 데이터 매체에 기억되는 프로그램 코드 수단을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품.