KR20070003610A - 센서 진단 방법 - Google Patents

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미하엘 드룽
라이너 힐트
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 공기 공급부(3)의 센서들(12, 14)을 진단하기 위한 방법에 관한 것이며, 센서들(12, 14)은 엔진으로부터 공기 공급부(3)를 통해서 흡입된 공기량에 따르는 신호들을 발생시킨다. 공기 공급부(3) 내의 공기의 유입과 배출에 의해 공기 유입의 동역학적 모델이 공기 공급부(3) 내에 형성된다. 센서들의 진단 시, 센서들에 의해서 형성된 신호들과, 동역학적 모델을 통해 발생한 신호들이 고려된다.
공기 공급부, 센서, 동역학적 모델, 스로틀 밸브, 압력 센서

Description

센서 진단 방법{METHOD FOR DIAGNOSING SENSORS}
도1은 터보 챠저가 없는 엔진의 공기 공급부를 도시한 도면.
도2는 터보 챠저를 구비한 엔진의 공기 공급부를 도시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 연소실 2: 분사 밸브
3: 공기 공급부 4: 배기 가스 파이프
5: 제어 장치 11: 대기압 센서
12: 유동량 센서 13: 부스트압 센서
14: 흡입 파이프 압력 센서 15: 터보 챠저
16: 스로틀 밸브 20: 유입 밸브
본 발명은 독립 청구항의 유개념에 따른, 센서 진단 방법에 관한 것이다. DE 제100 21 639 C1호에는 엔진의 공기 공급부에 할당된 센서들을 진단하기 위한 방법이 이미 공지되어 있다. 상기 센서들은 엔진으로부터 공기 공급부를 통해 흡입된 공기 유동량에 따르는 신호들을 발생시킨다. 특정의 정적 작동 상태들의 경 우, 측정된 센서값이 모델화된 센서값들과 비교됨으로써 센서들이 조사될 수 있다. 정적 작동 상태들 내의 모델화는 특히 간단한 모델에 의해 가능하다. 예컨대, 스로틀링되지 않은 작동일 때, 모델화된 흡입 파이프 압력은 대기압 센서들의 신호와 비교될 수 있다.
독립항의 특징들을 갖는 본 발명에 따른 방법은 이에 반해, 공기 유동량의 동역학적 모델에 의해 매 시점에서 센서들이 진단될 수 있는 장점을 갖는다. 이는 특히, 그 공기 공급부에 센서들이 할당된 엔진의 동역학적 작동 상태들에서도 가능하다. 공기 공급부 내의, 공기 유동량의 동역학적 모델은 특히 공기 공급부 내의 공기 유입과 배출에 의해 간단하게 모델화된다.
본 발명에 따른 방법의 다른 장점들과 개선예는 종속 청구항들의 특징들을 통해 주어진다. 특히, 최소 및 최대의 공기 유동량이 모델화됨으로써, 동역학적 모델이 간단하게 형성된다. 최소의 공기 유동량을 위해, 공기 공급부 내의 공기의 최소의 유입 및 최대의 배출이 모델화된다. 최대의 공기 유동량은 공기 공급부로부터 공기의 최대의 유입과 최소의 배출을 통해 모델화된다. 공기 공급부 내에 스로틀 밸브가 제공될 때, 스로틀 밸브의 위치, 스로틀 밸브 전방 공기의 온도 및 스로틀 밸브 전방 압력이 고려된다. 예컨대 앞서 실행된 진단에 의해 센서가 에러가 있는 것으로 가정되지 않는 한, 스로틀 밸브 전방의 압력을 검출하기 위해, 대기압 센서 또는 부스트압 센서가 사용될 수 있다. 센서로서 흡입 파이프 압력 센서가 진단될 때, 모델 형성을 위해 엔진의 유입 밸브의 개방 특성, 배기 가스 배압 및, 엔진의 연소실 내의 신선한 공기의 온도가 추가적으로 고려된다. 또한 모델 형성을 위해, 탱크 환기의 유동량도 고려될 수 있다. 고려될 변수들의 각각의 공차들은 최소 또는 최대의 흡입 파이프 압력이 검출되도록 고려된다. 센서로서 유동량 센서가 진단될 때, 모델화를 위해 스로틀 밸브 후방의 압력이 추가로 사용된다. 상기 압력은 이전에 압력 센서에 에러가 없었다는 가정 하에, 상응하는 압력 센서에 의해서도 검출될 수 있다. 최대 및 최소의 유동량을 형성하기 위해, 고려될 변수들의 공차들은 각각 상응하게 최소 또는 최대로 세팅된다.
도1에는 연소실(1)을 갖는 엔진이 개략적으로 도시된다. 연소실(1)에는 연소실(1) 내로 연료를 연소시키기 위해 사용되는 공기가 공기 공급부(3)에 의해 제공된다. 연소 생성물 또는 배기 가스는 연소실(1)로부터 배기 가스 파이프(4)로의 배출을 통해 제거된다. 공기 외에 추가적으로, 연소실(1)에는 예컨대 분사 밸브(2)를 통해서 연료가 제공되며, 이는 이후 연소실 내의 공기와 함께 연소된다. 선택적으로 연료는 공기 공급부 내에서도 상응하는 분사 밸브를 통해 분사될 수 있다. 연소실 내의 가연성 혼합물을 점화하기 위한 점화 플러그는 도1에 도시되지 않으며 이는 추가의 고려를 위해서 중요하지 않다. 본 발명은 디젤 엔진에도 사용될 수 있다.
상기 공기 공급부(3)에는 다양한 센서들 또는 조절 소자가 할당된다. 대기압 센서(11)는 엔진을 둘러싸고 있는 공기의 압력을 측정한다. 공기 공급부(3)에 의해서, 화살표 17로 도시된 주변 공기가 흡입된다. 유입된 공기량은 유동량 센 서(12)에 의해서 결정된다. 공기 공급부(3)에는 스로틀 밸브(16)가 제공되며, 상기 스로틀 밸브를 통해 횡단면 즉, 상기 횡단면으로 엔진을 통과하는 공기가 공기 공급부(3)에 의해 흡입될 수 있는 횡단면은 상기 스로틀 밸브에 의해서 변경된다. 스로틀 밸브(16)와 연소실(1) 사이에 흡입 파이프 압력 센서(14)가 배치된다. 스로틀 밸브(16)와 연소실(1) 사이의 공기 공급부(3)의 섹션은 흡입 파이프로서 표현되는데, 이는 스로틀 밸브(16)가 적어도 부분적으로 폐쇄될 때 공기 공급부(3)의 상기 영역에 저압이 형성되기 때문이다. 연소실(1) 내로의 공기의 유입은 유입 밸브(20)에 의해서도 제어된다. 상기 유형의 유입 밸브는 가변의 시간 지속에 의해 제어될 수 있으므로, 연소실 내로 유입된 공기의 양에 영향을 미칠 수 있다.
모든 과정들을 제어하기 위해, 상응하는 전자 라인들에 의해 모든 센서들 또는 조절 부재들에 연결된 전자 제어 장치(5)가 제공된다. 상기 전자 제어 장치(5)는 대기압 센서(11)의, 유동량 센서(12)의, 흡입 파이프 압력 센서(14)의 센서 데이터를 판독해서 조절 부재, 즉 스로틀 밸브(16), 유입 밸브(20) 및 분사 밸브(2)를 위한 상응하는 제어 신호들을 발생시킨다. 스로틀 밸브(16)의 위치는 일반적인 방식으로 조절되며 즉, 제어 장치(5)는 스로틀 밸브의 실제 위치에 대한 응답을 받는다.
다양한 센서들(12, 14)이 흡입 파이프(3)에 할당되며, 본 발명에 따른 방법에 따라 진단되는데 즉, 상기 센서들이 에러 없이 작동하는지의 여부가 본 발명에 따른 방법에 의해 진단된다. 이를 위해 공기 공급부(3) 내의 공기 유동량이 모델화된 다음, 모델화된 공기 유동량이 센서들에 의해 측정된 신호들과 비교된다. 상 기 비교 하에, 여기서는 모델화된 유동량의 센서 신호로의 변환 또는, 측정된 센서 신호의 상응하는 공기 유동량으로의 변환이 실행된다. 실질적으로, 매 시점에서 모델 공기 유동량의 계산을 허용하는 동역학적 모델이 사용된다. 이로써 상기 유형의 동역학적 모델은 엔진의 작동 상태들이 시간적으로 변경될 때 공기 유동량을 제공하므로, 매 시점에서 상응하는 센서들의 진단이 가능하다. 동역학적 모델을 형성하기 위해, 공기 공급부(3) 내로의 공기의 유입과, 공기의 배출 즉, 공기 공급부(3)로부터 연소실(1) 내로의 배출이 관찰된다. 이 경우 예컨대 흡입 파이프 즉, 스로틀 밸브(16)와 연소실(1) 사이의 섹션과 같은 공기 공급부의 개별적 섹션들만도 물론 관찰될 수 있다.
의미 있는 방식으로, 비교를 위해 각각 하나의 최소 또는 최대 공기 유동량이 모델화된다. 최소의 공기 유동량은, 공기 공급부 내로의 공기의 최소의 유입과 공기 공급부(3)로부터의 최대의 배출이 고려됨으로써 모델화된다. 최대 공기 유동량의 모델화를 위해, 공기의 최대 유입과 공기 공급부(3)로부터의 공기의 최소 배출이 모델화된다. 따라서 센서들의 측정된 신호들과의 비교가 실행되는 범위가 규정된다. 공기 유동량의 모델화를 위해서는, 특히 스로틀 밸브(16)에 의한 유동량이 중요하다. 스로틀 밸브(16)에 의한 유동량은, 스로틀 밸브가 개방되는 정도에 따라, 스로틀 밸브 전방에 어떤 압력이 인가되고, 스로틀 밸브 앞 공기가 어떤 온도를 갖는지에 따른다. 공기 공급부(3)의 어떠한 부분 영역에 대해서 공기 유동량이 모델화됨에 따라, 상기 인자는 공기 공급부(3) 내의 유동량을 모델화하기 위한 다른 인자들과 연결된다. 예컨대 흡입 파이프 압력 센서(14)가 진단되어야 하면, 스로틀 밸브(16)와 연소실(1) 사이 영역 내의 공기 유동량이 모델화되어야 한다. 이를 위해 연소실(1) 내로의 공기의 유입이 모델화된다. 연소실(1) 내의 유동량의 모델화를 위해, 유입 밸브(20)의 상응하는 시간적 개방 특성이 고려된다. 이는 특히, 다소의 공기가 연소실(1) 내로 허용되도록, 유입 밸브(20)가 제어 장치(5)의 상응하는 제어 신호를 통해 제어될 때 중요하다. 또한 공기 공급부(3)로부터 연소실(1) 내로의 공기 유입에 대해, 배기 가스의 배압 및, 공기가 연소실(1)로 유입되는 온도가 고려된다. 배기 가스 배압이 매우 높을 때, 즉 배기 가스 파이프(4) 내의 압력이 매우 높을 때, 연소실(1) 내로의 공기의 유입이 방지되며 이는 상응하게 공기 공급부(3)를 통한 유동량을 줄인다. 연소실(1)로의 경로에서 공기 공급부(3) 내의 공기가 가열됨으로써, 연소실 공기 내에 유입되는 공기의 온도가 영향을 받는다. 따라서 연소실(1) 내로 공기 유동량이 모델화될 때, 이 영향도 고려되어야 한다. 스로틀 밸브(16)와 연소실(1) 사이의 공기 공급부(3) 내로 공기 유동량을 모델화하기 위해서 필요한 각각의 영향 변수는 소정의 공차를 갖는다. 공기 공급부(3)의 상기 섹션 내에서 최소의 압력을 모델화하기 위해, 공기 공급부의 상기 영역 내에서 가능한 한 많은 공기가 유입되고 가능한 한 많은 공기가 배출되도록, 모든 공차들이 고려된다. 최대 압력에 대해, 공차는 상기 영역으로의 가능한 큰 유입의 방향으로, 상기 영역으로부터의 가능한 적은 배출의 방향으로 고려된다. 모델화된 최소의 압력에 대해, 이로써 소정의 공차를 제한 스로틀 밸브 전방의 압력(즉, 더 낮은 압력), 소정의 공차를 제한 스로틀 밸브각(즉, 폐쇄 방향으로), 소정의 공차를 더한 온도(즉, 더 높은 온도), 소정의 공차를 더한 개방의 지속 시간 (즉, 더 긴 개방 시간), 소정의 공차를 제한 배기 가스 배압(즉, 더 낮은 배기 가스 배압) 및, 소정의 공차를 제하고 연소실(1) 내로 유입되는 공기의 신선한 공기 온도(즉, 더 낮은 온도)가 고려된다. 상기 모델화는 소정의 공차를 더한 스로틀 밸브 전방의 압력(즉, 더 높은 압력), 소정의 공차를 더한 스로틀 밸브각(즉, 더 큰 개방), 소정의 공차를 더한 주변 공기의 온도(즉, 더 큰 유동량이 스로틀 밸브를 통해 흐르기 때문에 더 낮은 온도), 소정의 공차를 제한 유입 밸브(20)의 개방의 지속 시간(즉, 더 짧은 지속 시간), 소정의 공차를 더한 배기 가스 배압(즉, 더 높은 배기 가스 배압) 및, 소정의 공차를 더해서 연소실(1) 내로 유입되는 신선한 공기가(즉, 더 따뜻한 공기) 고려될 때, 스로틀 밸브(16)와 연소실(1) 사이의 섹션 내의 최대 압력을 제공한다. 또한 스로틀 밸브(16)와 연소실(1) 사이의 압력의 모델화를 위해 물론 엔진의 회전수도 고려된다. 흡입 파이프 압력 센서(14)에 의해서 발생된 신호는 에러가 없는 것으로서 평가되며, 흡입 파이프 압력 센서(14)는, 흡입 파이프 압력 센서(14)에 의해서 발생된 신호가 최소 및 최대 모델화된 흡입 파이프 압력 사이에 있을 때 에러가 없는 것으로 진단된다.
유동량 센서(12)가 진단되어야 하면, 스로틀 밸브의 위치, 스로틀 밸브 전방 공기의 온도 위치 및 스로틀 밸브 전방의 공기의 압력 위치 외에도, 스로틀 밸브 후방의 압력도 추가적으로 고려된다. 상기 변수들을 고려함으로써, 스로틀 밸브(16) 전방에 배치된 유동량 센서의 신호가 더 큰 정확도로 동역학적으로 모델링될 수 있다. 스로틀 밸브(16) 후방에, 예컨대 도1에 도시된 압력 센서(14)가 배치되고 선행된 진단 방법으로 상기 압력 센서가 에러가 없는 것이 판단되었을 때, 스 로틀 밸브(16) 후방의 압력을 검출하기 위해 상기 센서의 신호가 사용될 수 있다. 선택적으로는, 모델화된 압력 신호가 사용될 수도 있다. 유동량 센서(12)로부터 발생된 신호(12)를 모델과 간단하게 다시 비교할 수 있기 위해, 모델화된 최소의 유동량과 모델화된 최대의 유동량이 다시 검출된다. 최소의 유동량을 검출하기 위해, 소정의 공차를 제한 스로틀 밸브 전방의 압력(즉, 더 낮은 압력), 소정의 공차를 제한 스로틀 밸브각(즉, 더 작은 개방 횡단면), 소정의 공차를 더한 스로틀 밸브 전방 공기의 온도(즉, 더 높은 온도), 소정의 공차를 더한 스로틀 밸브(16) 후방의 압력이 고려된다. 최대 유동량을 모델화하기 위해, 소정의 공차를 더한 스로틀 밸브 전방의 압력(즉, 더 높은 압력), 소정의 공차를 더한 스로틀 밸브각(즉, 더 큰 횡단면), 소정의 공차를 제한 스로틀 밸브(16) 전방의 온도(즉, 더 낮은 온도)및 소정의 공차를 제한 스로틀 밸브(16) 후방의 압력(즉, 더 낮은 압력)이 고려된다. 유동량 센서(12)로부터 발생된 신호가, 모델화된 최소 및 최대 유동량 사이에 있을 때, 유동량 센서(12)로부터 발생된 신호는 에러가 없는 것으로 판단되며 이에 상응하게 유동량 센서(12)는 에러가 없는 것으로 진단된다.
도2에는 연소실(1)과 공기 공급부(3)를 갖는 엔진의 추가의 개략적 도면이 도시되며, 이는 도1과 상이하게 추가적으로 터보 챠저(15) 및, 탱크 환기의 라인(20)을 포함한다. 도면 부호 1, 2, 3, 4, 5, 11, 12, 14, 16 및 17은, 다시 도1과 동일한 대상들을 나타낸다. 터보 챠저(15)를 통해, 스로틀 밸브(16) 전방의 공기 공급부의 압력이 상승하며, 특히 주변 공기의 압력보다 더 높은 값으로 상승하므로, 연소실(1)을 공기로 채우는 것이 상승될 수 있다. 터보 챠저(15)를 통해 발 생된 부스트압을 측정하기 위해, 부스트압 센서(13)가 스로틀 밸브(16) 전방에 배치된다. 유동량 센서(12)의 신호를 모델화하기 위해, 또는 스로틀 밸브(16)와 연소실 사이의 압력 센서(14)의 신호를 모델화하기 위해 여기서는 스로틀 밸브(16) 전방의 압력이 중요하다. 도1에 도시된 바와 같은 구성일 때, 스로틀 밸브(16) 바로 앞의 압력은 실질적으로 대기압 센서(11)의 신호로부터 도출될 수 있다. 도2에 도시된 바와 같이, 터보 챠저(15)를 갖는 시스템일 경우 스로틀 밸브 전방의 압력은 부스트압 센서(13)로부터 직접 검출될 수 있다. 대기압 센서(11) 및 부스트압 센서(13)의 양 센서들의 신호들은, 선행된 진단 방법으로 각각의 압력 센서 즉, 대기압 센서(11) 또는 부스트압 센서(13)가 에러가 없는 것으로 진단되었을 때에만, 모델화를 위해서 사용된다.
또한 도2에는 공급 라인(20), 공기 공급부 내의 탱크 환기부가 도시된다. 차량이 정지할 때, 추가의 조치 없이 환경으로 배출될 수도 있는 가솔린은 증발한다. 이를 방지하기 위해, 증기를 흡수하는 활성탄 저장기가 제공된다. 스로틀링된 상태에서 엔진이 작동될 때 즉, 스로틀 밸브(16)가 부분적으로 폐쇄됨으로써, 활성탄 저장기 내에 저장된 가솔린 증기를 활성탄 저장기로부터 흡입해서 연소실(1)에서 연소시킬 수 있는 저압이 형성된다. 이 흡입 단계에서, 탱크 환기 공급 라인(20)을 통해서 공기 공급부(3) 내로 추가의 공기 흐름이 발생하며, 이는 스로틀 밸브(16)와 연소실(1) 사이의 압력의 모델화 시에 고려되어야 한다. 따라서 스로틀 밸브(16)와 연소실(1) 사이의 압력의 모델화는 여기서 도시되지 않은 상응하는 탱크 환기 밸브의 개방 시 탱크 환기 공급 라인(20)을 통해서 얼마 만큼의 공기 가 추가로 유입되는지를 고려한다.
본 발명에 따르면, 공기 유동량의 동역학적 모델에 의해 매 시점에서 센서들이 진단될 수 있다.

Claims (11)

  1. 엔진의 공급부에 할당된 센서들의 진단 방법이며, 상기 센서들은 엔진으로부터 공기 공급부(3)를 통해 흡입된 공기 유동량에 따르는 신호들을 발생시키는 상기 진단 방법에 있어서,
    상기 공기 공급부(3) 내의 공기의 유입과 배출에 의해서 공기 공급부 내의 공기 유동량의 동역학적 모델이 형성되며, 상기 진단을 위해 모델의 공기 유동량 및, 센서들에 의해서 발생된 신호들이 고려되는 것을 특징으로 하는 센서 진단 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 동역학적 모델은 공기 공급부(3)로의, 공기의 최소 및 최대 유입으로부터, 또한 공기 공급부(3)로부터의 공기의 최대 및 최소 배출로부터 최소 및 최대의 공기 유동량을 모델화하는 것을 특징으로 하는 센서 진단 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 모델화를 위해 공기 공급부(3)의 스로틀 밸브(16)의 적어도 하나의 위치, 상기 스로틀 밸브(16) 전방의 공기의 온도 및 상기 스로틀 밸브(16) 전방의 공기의 압력이 고려되는 것을 특징으로 하는 센서 진단 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 스로틀 밸브(16) 전방의 압력을 검출하기 위해, 대기 압 센서(11) 또는 부스트압 센서(13)에 에러가 없다는 가정 하에, 대기압 센서(11)의 신호 또는 부스트압 센서(13)의 신호가 사용되는 것을 특징으로 하는 센서 진단 방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 스로틀 밸브(16)와 엔진의 연소실(1) 사이에 배치된 흡입 파이프 압력 센서(14)가 센서로서 진단되며, 모델화를 위해, 엔진(1)의 유입 밸브(20)의 개방 특성, 연소실(1) 내의 배기 가스 배압 및 연소실(1) 내의 신선한 공기 온도가 고려되는 것을 특징으로 하는 센서 진단 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 모델화를 위해, 추가적으로 탱크 환기 라인(20)의 유동량이 고려되는 것을 특징으로 하는 센서 진단 방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 소정의 공차를 제한 상기 스로틀 밸브(16) 전방의 압력, 소정의 공차를 제한 슬로틀 밸브각, 소정의 공차를 더한 스로틀 밸브(16) 전방의 공기 온도, 소정의 공차를 더한 유입 밸브(20)의 개방의 지속 시간, 소정의 공차를 제한 배기 가스 배압 및, 소정의 공차를 제한 연소실(1) 내의 신선한 공기 온도가 고려됨으로써 최소의 흡입 파이프 압력이 모델화되며, 소정의 공차를 더한 스로틀 밸브 전방의 압력, 소정의 공차를 더한 스로틀 밸브각, 소정의 공차를 제한 스로틀 밸브(16) 전방의 공기의 온도, 소정의 공차를 제한 유입 밸브(20)의 개방의 지속 시간, 소정의 공차를 더한 배기 가스 배압 및 소정의 공차를 더한 엔진의 연 소실(1) 내의 신선한 공기 온도가 고려됨으로써 최대 흡입 파이프 압력이 검출되며, 상기 흡입 파이프 압력 센서(14)는 측정된 신호가, 모델화된 최소 및 최대 흡입 파이프 압력 사이에 있을 때 에러가 없는 것으로 진단되는 것을 특징으로 하는 센서 진단 방법.
  8. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 스로틀 밸브 전방에 배치된 유동량 센서(12)가 센서로서 진단되며, 스로틀 밸브(16) 후방의 압력이 모델화를 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 센서 진단 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 스로틀 밸브(16) 후방의 압력을 검출하기 위해, 선행된 진단 방법으로 흡입 파이프 압력 센서(14)가 에러가 없는 것으로 판명되었다는가정 하에, 스로틀 밸브(16)와 연소실(1) 사이의 흡입 파이프 압력 센서의 신호가 사용되는 것을 특징으로 하는 센서 진단 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 스로틀 밸브(16) 후방의 압력은 하나의 모델로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 센서 진단 방법.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 소정의 공차를 제한 스로틀 밸브(16) 전방의 압력, 소정의 공차를 제한 스로틀 밸브각, 소정의 공차를 더한 공기의 온도, 소정의 공차를 제한 흡입 파이프 압력이 고려됨으로써 스로틀 밸브(16)를 통한 최소 유동량이 검출되고, 소정의 공차를 더한 스로틀 밸브(16) 전방의 압력, 소정의 공차를 더한 스로틀 밸브각, 소정의 공차를 제한 공기의 온도 및, 소정의 공차를 더한 흡입 파이프 압력이 고려됨으로써, 스로틀 밸브(16)를 통한 최대 공기 유동량이 고려되며, 측정된 신호가 최소 및 최대 유동량 사이에 위치할 때 유동량 센서가 에러가 없는 것으로 진단되는 것을 특징으로 하는 센서 진단 방법.
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