KR20070057170A

KR20070057170A - 엔진의 측정된 실린더 압력 교정 방법

Info

Publication number: KR20070057170A
Application number: KR1020077005453A
Authority: KR
Inventors: 우베 카쓰너
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2004-09-09
Filing date: 2005-07-11
Publication date: 2007-06-04
Also published as: WO2006027285A1; CN101014845A; US7543484B2; DE102004044339A1; JP2008512600A; CN101014845B; EP1792154A1; US20080173070A1

Abstract

본 발명은 실린더 압력 센서(16)가 채널(21)을 통해 연소실(4)에 연결된 엔진의 측정된 실린더 압력 교정 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법에 따라, 피리음 진동으로부터 발생하는 간섭 부분은 작동 행정 동안에 채널(21) 내에서 생성된 가스 컬럼 진동의 주파수 결정에 의해 그리고 대역 저지 필터에 의해 사전 결정된 진동 주파수에서 실린더 압력 센서(16)의 측정 값을 필터링함으로써 억제된다.

실린더 압력 센서, 압력 교정, 피리음 진동, 가스 컬럼 진동, 필터링

Description

엔진의 측정된 실린더 압력 교정 방법 {METHOD FOR CORRECTING A MEASURED CYLINDER PRESSURE OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 엔진의 측정된 실린더 압력을 교정하는 방법에 관한 것이다.

이미 제공되어 있는 엔진의 구성 부품 내에 가능한 한 일체되어 있는 실린더 압력 센서는 공지되어 있다. 전형적인 실시예는 적합한 압력 컨버터가 점화 플러그, 고압 분사 밸브 또는 예열 플러그 내에 일체된 것이다. 압력 컨버터는 대부분 분명하게 연소실로부터 이격되어 있으며, 한편으로 구성 부품들 중 상기 전방 부품은 부품들의 주요 목적에 이미 할당되고 압력 컨버터를 위한 조립 공간을 전혀 제공하지 않으며, 다른 한편으로 종종 압력 컨버터들에는 일체된 전기 회로가 제공되는데, 상기 전기 회로는 연소실 근처의 고온에 노출되지 말아야 한다. 따라서, 실린더 압력은 연소실의 구성 부품들 내에서 적합한 채널들을 통해 압력 컨버터에 전달된다.

공지된 바에 따르면, 상기 채널들은 실린더 압력 신호의 분명한 변조를 유도할 수 있다. 이는 공진기 또는 소위 피리음 진동(whistling vibration)으로서 신호를 변조시킨다. 도2에는 중첩된 피리음 진동을 갖는 압력 곡선이 도시된다. 따라서, 실린더 압력의 상세한 분석 및 적합한 특성들을 계산하는 것은 불가능하다. 고품질의 실린더 압력 센서는 연소실과 결합된 압력 컨버터의 제공에 의해 이러한 변조를 방지한다.

따라서, 본 발명의 목적은 연소실과 결합된 압력 컨버터의 제공 없이 시간에 따른 압력 곡선을 더욱 정확하게 측정할 수 있고 피리음 진동으로부터 생성되는 간섭 부분을 억제하는 것이다.

이러한 목적은 실린더 압력 센서가 소정의 채널을 통해 연소실과 연결된 엔진의 측정된 실린더 압력의 교정 방법에 의해 달성되며, 채널 내에서 생성된 가스 컬럼 진동의 진동 주파수가 작동 행정 시에 결정되고 실린더 압력 센서의 측정값은 사전 결정된 진동 주파수를 사용하여 대역 저지 필터에 의해 필터링된다. 가스 컬럼 진동은 소위 피리음 진동이며 실린더 압력 센서의 관점으로부터 시간에 대한 압력 진동으로서 표현되며, 이는 연소실 내의 본래의 압력 곡선에 중첩된다. 대역 저지 필터는 바람직하게 디지털 필터이다. 진동 주파수는 실린더 압력 센서에 대한 연소실의 가스 채널 내 가스 컬럼의 공진 주파수 또는 고유 주파수이다.

진동 주파수는 측정된 압력값으로부터 계산되는, 연소실 내의 가스 온도로부터 결정될 수 있다. 가스 온도는 연소실 압력으로부터 적합한 공지된 모델에 의해 계산된다. 대안적으로 진동 주파수는 연소실 내의 압력 곡선의 스팩트럼 분석에 의해 결정될 수 있다. 피리음 진동은 크랭크 축 회전수의 진동수를 갖는 압력 곡선의 기본 진동보다 실제로 더욱 높은 주파수를 갖는다. 기본 진동이 크랭크 축 회전수로부터 공지되기 때문에, 상부 진동(피리음 진동)은 용이하게 규정된다.

본 발명에 따른 방법의 다른 실시예에 따르면, 제1 방법 단계에서 실린더 압력 곡선은 전체적인 작동 유격에 대해 측정되고 저장된다. 상기 압력 곡선은, 예를 들어 메모리 프로그래밍 가능한 제어 장치의 메모리에 시간 순서로서 제공된다.

본 발명에 따른 방법의 다른 실시예에 따르면, 제2 방법 단계에서 가스 온도가 결정되고 이로부터 피리음 진동 주파수가 계산된다. 상기 가스 온도는 등엔트로피 방정식에 의해 (이상적인 또는 실제의) 가스에 대해 계산된다.

다른 바람직한 실시예에 따르면, 제3 방법 단계에서 대역 저지 필터에 대한 필터 계수가 계산된다. 대역 저지 필터는 메모리 프로그래밍 가능한 제어부의 프로그램으로서 실행되며, 여기서 특히 차단 주파수 및 감쇠 정도는 필터의 매개변수로서 결정된다.

바람직한 실시예에 따르면, 제4 방법 단계에서 실린더 압력 곡선은 대역 저지 필터를 사용하여 필터링된다. 시간 순서는 필터에 적용되며, 필터링된 값은 동일한 메모리 셀 내에 기록될 수 있다.

또한, 위에서 언급된 목적은, 상술된 실시예에 따른 방법을 수행할 수 있는 엔진용 제어 장치에 의해서도 달성된다.

이하, 본 발명의 실시예는 첨부되는 도면을 참조로 더욱 상세히 설명된다.

도1은 엔진 실린더의 개략도이다.

도2는 중첩된 피리음 진동을 갖는 연소실 내의 압력 곡선이다.

상세하게 도시되지 않은, 도1에 따른 차량의 엔진(1)은 실린더(3) 내에서 행정 운동 가능한 피스톤(2)을 포함한다. 통상적인 엔진(1)은 복수의 피스톤(2)과 실린더(3)를 포함한다. 이하에서는 사용되는 개념들을 분명하게 하기 위해 단지 하나의 실린더만 도시된다. 통상적으로 엔진(1)은 복수의 실린더를 포함한다. 실린더(3)는 특히 피스톤(2), 흡기 밸브(5) 및 배기 밸브(6)에 의해 한정되는 연소실(4)을 포함한다. 흡기 도관(7)은 흡기 밸브(5)와 결합되고 배기 도관(8)은 배기 밸브(6)와 결합된다. 흡기 밸브(5) 및 배기 밸브(6)의 영역에는 (가솔린 직접 분사기를 구비한 가솔린 엔진에서) 분사 밸브(9) 및 점화 플러그(10)가 연소실(4) 내로 돌출된다. 디젤 엔진의 경우에는 단지 하나의 또는 복수의 분사 밸브(9)가, 가솔린 엔진의 경우에는 단지 하나의 또는 복수의 점화 플러그(10)가 제공된다. 분사 밸브(9)를 통해 연료는 연소실(4) 내로 분사될 수 있다. 점화 플러그(10)를 사용하여 연료는 연소실(4) 내에서 점화될 수 있다. 회전 가능한 스로틀 밸브(11)는 흡기 도관(7) 내에 배치되며, 이를 통해 흡기 도관(7)에 공기가 공급될 수 있다. 스로틀 밸브(11)의 상류 또는 하류에 공기량 센서(15)가 배치된다. 공급된 공기의 양은 스로틀 밸브(11)의 각도 위치에 따른다. 가솔린 엔진의 경우 배기 도관(8) 내에는 람다-센서(13)가 배치되어 연소실(4) 내에서의 연료 연소의 람다-값을 측정한다. 람다-센서(13)의 하류에는 촉매 컨버터(12)가 제공되며, 상기 촉매 컨버터는 배기 가스 내에 함유된 유해 물질의 추가의 화학적 변환을 위해 사용된다.

피스톤(2)은 본 실시예에서 개략적으로 도시된 커넥팅 로드(14)를 통해 도시되지 않은 연소 엔진의 크랭크 축과 연결된다. 피스톤(2)은 연소실(4) 내에서 연 료/공기 혼합물의 연소에 의해 작동 행정 시에 움직이며, 이러한 움직임은 커넥팅 로드(14)와 크랭크 축에 의해 공지된 유형과 방식으로 회전 운동으로 전환된다. 제어 장치(18)는 센서들에 의해 측정된 엔진(1)의 작동 변수를 나타내는 입력 신호(19)에 의해 작동된다. 예를 들어, 제어 장치(18)는 공기량 센서(15)와, 람다 센서(13)와, 회전수 측정기와, 공기 온도 센서 등과 연결된다. 또한, 제어 장치(18)는 신호를 생성하는 주행 페달 센서와 연결되며, 상기 신호는 운전자에 의해 작동 가능한 주행 패달의 위치 및 이로써 요구된 토크를 제공한다. 제어 장치(18)는 액츄에이터 또는 조절기를 통해 엔진(1)의 거동에 영향을 미칠 수 있는 출력 신호(20)를 생성한다. 예를 들어, 제어 장치(18)는 분사 밸브(9)와, 점화 플러그(10)와, 스로틀 밸브(11) 등과 연결되며 이들의 제어를 위해 필요한 신호를 생성한다.

무엇 보다도 제어 장치(18)는, 엔진(1)의 작동 변수를 제어하거나 조절하기 위해 제공된다. 예를 들어, 분사 밸브(9)에 의해 연소실(4) 내로 분사된 연료량은 제어 장치(18)에 의해, 특히 적은 연료 소모 및/또는 적은 유해 물질 발생의 관점에서 제어되거나 조절된다. 이러한 목적을 위해 제어 장치(18)는, 예를 들어 판독 전용 메모리(ROM)와 같은 메모리 매체에, 위에서 언급된 방법 단계들을 제어하는 프로그램이 저장된 마이크로 프로세서를 구비한다.

연소실(4)에는 전기 공급 라인(17)을 통해 제어 장치(18)와 연결된 실린더 압력 센서(16)가 배치된다. 실린더 압력 센서(16)와 연소실(4) 사이에는 길이(l)의 채널(21)이 배치된다. 실린더 압력 센서(16)의 조립 상태는 본 실시예에서 개 략적으로만 도시되며, 각각의 제공되는 조립 공간 및 기타의 요건에 따라 변경될 수 있다. 실린더 압력 센서(16)에 의해 제공되는 실린더 압력 곡선 및 이로부터 유도되는 변수들은 다양한 제어 기능들을 위한 입력 신호로서 사용된다. 제어부의 출력 신호는, 예를 들어 연료 공급량 및 혼합물의 점화 제어를 위한 제어 신호이다. 실린더 압력 센서(16)는 도2에 따라 신호를 전달하며, 피리음 진동들이 채널(21)에 의해 본래의 압력 곡선에 중첩된다. 도2에는 파스칼 단위의 연소실 압력(P_z)이 크랭크 축 각도(KW)에 대해 도시되며, 회전수에 대해 각도(KW)는 시간 순서로 환산된다.

상기 방법은 본래의 열역학적 특성이 실린더 압력으로부터 계산되기 전에, 측정된 실린더 압력 곡선의 적합한 필터링이 이루어질 수 있도록 피리음 진동의 모델링에 기초한다. 기본 구상에 따르면 피리음 진동의 단일 주파수가 이 주파수를 저지하는 (소위 대역 저지 특성) 필터를 사용하여 억제된다는 것이다. 이는 측정된 압력 곡선을 위한 작동 유격의 전체적인 측정 후 숫자에 의한 방법, 즉 디지털 필터를 사용하여 가능하다.

일단 결정된 필터 계수의 저장은 피리음 진동의 다양한 주파수에 대해 실행되거나 엔진의 작동 시점에 따라 각각의 계수의 계산이 실행된다.

문헌으로부터 자극된 피리음 진동(f)의 주파수와 음속(c) 사이의 관계가 공지되어 있다. 음속(c)은 연소실(4)과 실린더 압력 센서(16) 사이의 길이(l)뿐 아니라, 가스 온도(T), 가스 상수(R) 및 등엔트로피 지수로부터 다음과 같이 결정된 다:

즉, 엔진의 작동 시점에 대해 (예를 들어 회전수, 부하, 연료/공기 비율에 의해 기재된) 주파수가 결정될 수 있다. 가장 중요한 변경 가능한 매개변수는 가스 온도(T)이다. 이 가스 온도는 제어부의 보정 시에 한 번 결정되고 특성 영역에 저장될 수 있다. 또한, 이러한 계산은 적합한 열역학적 모델을 통해 이루어질 수 있다.

또한, 실린더 압력 신호의 스팩트럼 분석이 실행될 수 있다. 이를 위해 피리음 진동은 그의 주파수에서 작동 시점에 따라 결정될 수 있다. 상기 스팩트럼 분석은 보정 시 엔진의 다양한 작동 시점에 대해 오프라인으로 또는 각각의 작동 사이클에 대해 온라인으로 이루어질 수 있다. 따라서, 이러한 주파수를 충분히 억제하기 위한 적합한 필터가 다시 선택될 수 있다.

특히 유리하게, 작동 유격이 우선 전체적으로 저장됨으로써, 필터의 두 번의 순환에 의해 실린더 압력 신호의 원하지 않는 위상 변위를 보상할 수 있다(영 위상 필터링). 따라서, 크랭크 축 각도와 실린더 압력 곡선 사이의 중요한 관계는 변조되지 않는다.

결국, 교정 방법의 진행 과정은 다음과 같이 기술된다:

신호의 충분한 샘플링 주파수 및 저장을 사용하는 전체적인 작동 유격에 대 한 실린더 압력 곡선의 샘플링 단계,

가스 온도의 결정 및 피리음 진동 주파수의 계산 단계,

대역 저지 필터를 위한 필터 계수의 결정 단계,

실린더 압력 곡선의 필터링 단계.

엔진 제어 시스템을 위해, 상기 방법을 사용하여 연소실로부터 이격된 실린더 압력 컨버터의 배치가 갖는 근본적인 단점이 효과적으로 보상될 수 있다. 이러한 배치의 장점, 즉 하나의 구성 부품 내에서의 효율적인 배치 및 압력 컨버터의 적은 열적 부하는 그대로 유지될 수 있다.

Claims

실린더 압력 센서(16)가 채널(21)을 통해 연소실(4)과 연결된 엔진의 측정된 실린더 압력 교정 방법에 있어서,

채널(21) 내에서 생성된 가스 컬럼 진동의 진동 주파수는 작동 행정 시에 결정되고 실린더 압력 센서(16)의 측정값은 사전 결정된 진동 주파수를 사용하여 대역 저지 필터에 의해 필터링되는 것을 특징으로 하는, 엔진의 측정된 실린더 압력 교정 방법.
제1항에 있어서, 진동 주파수는 측정된 압력값으로부터 계산되는, 연소실(4) 내의 가스 온도로부터 결정되는 것을 특징으로 하는, 엔진의 측정된 실린더 압력 교정 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 진동 주파수는 연소실 내의 압력 곡선의 스팩트럼 분석에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는, 엔진의 측정된 실린더 압력 교정 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 방법 단계에서 실린더 압력 곡선은 전체적인 작동 유격에 대해 측정되고 저장되는 것을 특징으로 하는, 엔진의 측정된 실린더 압력 교정 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 방법 단계에서 가스 온도가 결정되고 이로부터 피리음 진동 주파수가 계산되는 것을 특징으로 하는, 엔진의 측정된 실린더 압력 교정 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제3 방법 단계에서 대역 저지 필터에 대한 필터 계수가 계산되는 것을 특징으로 하는, 엔진의 측정된 실린더 압력 교정 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 제4 방법 단계에서 실린더 압력 곡선은 대역 저지 필터를 사용하여 필터링되는 것을 특징으로 하는, 엔진의 측정된 실린더 압력 교정 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행할 수 있는 엔진용 제어 장치.