KR20070119757A - 엔진 배-압력을 완화시키는 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

밸브(50)는, EGR 시스템(38)이 활성과 비활성을 선택적으로 이루고 그리고 밸브에 맞는 동작 설정점의 값을 성장하는 제어 시스템의 제어를 받아 터보챠저 터빈(20)의 단(20T) 둘레에 배기 가스를 선택적으로 전환한다. 상기 제어 시스템은, EGR 시스템이 활성으로 있을 때에 설정점 값을 성장하도록 제2맵 세트(80, 148)에 데이터를 제외하는데 제어 시스템이 사용하는 데이터를 함유한 제1맵 세트(60, 142)를 포함한다. EGR 시스템이 비활성으로 있으면, 제어 시스템은, 설정점 값을 성장하는데 제1맵 세트에 있는 데이터를 제외하는데 제2맵 세트에 있는 데이터를 사용한다.

EGR 시스템, 제어 시스템, 터보챠저, 활성, 비활성, 설정점, 배기 시스템.

Description

엔진 배-압력을 완화시키는 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR RELIEVING ENGINE BACK-PRESSURE}

본 발명은 2단계 터보챠저와 같은, 터보챠저를 가진, 디젤 엔진과 같은 내연기관에 관련한 것이다.

엔진용으로 공지된 터보챠저 시스템은, 엔진제어 시스템의 제어를 받으며 고-압력 터빈에 대해 평행하게 유체가 흐르게 하는 바이패스 밸브와 일렬로 유체가 흐르는 고- 및 저-압력 터빈을 구비한 2단계 터보챠저를 포함한다. 엔진제어 시스템은 다양한 데이터를 처리하여 바이패스 밸브를 제어하여서, 배기 배-압력과 엔진 부스트가 엔진이 운영되는 방식에 따라 적절한 방식으로 조정한다. 고-압력단(high-pressure stage)은 하-단부(low-end) 엔진성능을 최적하게 하는 상대적으로 작은 크기를 갖게 설계되고 그리고 저-압력단은 상-단부 성능을 최적하게 하는 상대적으로 큰 크기를 갖게 설계된다.

EGR(Exhaust Gas Recirculation)은 일반적으로 다양한 환경에서 넓은 엔진운용상태에 따른 적용 법률과 규정에 맞게 후부 배기관의 배기가스를 제어하는데 유익하게 사용되는 것이다. 그런데, 엔진 기술자들은, 어떠한 경우에선 엔진 작동에 영향을 미치는 임의적인 상태 하에 있는 동안에, 적용 법률 및/또는 규정을 위반하 지 않으면서, EGR의 사용을 일시적으로 중지하는 것을 생각해 보게 된다. 그러한 EGR의 일시적 비-사용의 이유에는 다음과 같이: EGR이 단순히 불필요한 경우; EGR이 커다란 효과가 없는 경우; 또는 EGR이 실질적으로 이롭지 못한 경우를 포함할 수 있다. 다른 가능한 이유로는, EGR의 충분히 정밀한 제어가 상기 상태를 지배하면서 실현할 수 없을 때이다.

터보챠저를 제어하는 전략은 넓은 엔진 작동 범위에 걸쳐, EGR을 포함하는 많은 엔진 동작의 매개변수를 고려해야 한다. 전반적인 상황이 EGR이 비활성으로 있는 것이 유효한 상태에서 엔진이 작동할 때에는, 터보챠저 제어 전략은 비활성 EGR을 적용할 필요가 있을 것이다.

비활성 EGR을 적용하는데 실패한 전략은, 엔진이 엔진 성능 및/또는 내구성에 해를 끼치게 되는 방식으로 작동하게 할 것이다. 그러한 결과로서, 엔진 온도가 낮거나 너무 높아지는 것과 같은 어떠한 전반적인 상황이, EGR이 상기 상태에 처해 있는 동안에 비활성으로 있을 것을 요구하기 때문에, 상기와 같은 동작이 부적당할 때에 부스트가 증가하도록 노력하는 터보챠저 제어 전략에 의해 발생되는 EBP(exhaust back-pressure)의 바람직하지 않은 증가가 있게 된다.

본 발명의 일 면은 엔진 EBP의 바람직하지 않은 증가를 발생하지 않는 터보챠저 제어 전략을 적용하는 시스템과 방법에 관한 것이다.

본 발명의 양호한 실시예는 터보챠저 설정점(set-point)에 적합한 데이터 값을 함유한 복합 맵 세트(map set)를 이용하는 것이다. 맵 세트 중의 하나는, 엔진제어 시스템이 EGR 시스템을 활성 또는 비활성으로 행하는 작용에 따라서 다른 쪽 성질을 제외하는데 사용된다. 엔진 온도가 낮거나(cold) 또는 너무 높으면(too hot), EGR 시스템이 비활성을 나타내고 그리고 1개 맵 세트가 다른 성질을 배제하는데 사용되어 터보챠저 설정점을 제어하여서, 결과적으로 엔진 배기 매니폴드에서의 EBP와 엔진 흡기 매니폴드에서의 MAP(manifold absolute pressure) 모두를 제어한다. 엔진 온도가 낮지도 않고 너무 높지도 않으면, 상기 EGR 시스템은 활성이 되게 하고 그리고 다른 맵 세트가 일 맵 세트를 제외하는데 사용된다.

설정점 맵(set-point map)은 EBP, MAP, 또는 MGP(manifold gauge pressure)에 기본한 데이터 값을 갖는다. 상기 시스템은 양호하게 명령 입력(command input)으로서 선택된 맵으로부터 설정점의 데이터 값과, 명령 입력에서 빼어진 피드백 입력으로서 적절한 데이터 소스에서 나온 데이터 값을 사용하는 폐쇄-루프 제어 전략을 사용하여, 터보챠저가 가능한 설정점에 근접하여 동작을 일으키게 하기 위한 전략이 지속적으로 무효점(null)을 찾는 에러 신호를 보낸다. 피드백의 특정 소스는 예를 들어, EBP, MAP, 또는 MGP인 맵의 데이터 값으로 나타난 특정 매개변수에 사용된다.

본 발명의 일 면은, 엔진용 연소 챠지 공기를 발달시키는 터보챠저 압축기를 가진 흡기 시스템과, 챠지 공기와 연료가 연소되어 엔진을 작동시키는 연소실 및, 연소로 발생된 배기 가스가 연소실을 통과하여 나가는 배기 시스템을 구비한 내연기관과 관련한 것이다. 또한, 배기 시스템은 배기 가스를 사용하여 터보챠저 압축기를 작동하는 터보챠저 터빈을 구비한다.

EGR 시스템은 활성 시에는 배기 시스템에서 흡기 시스템으로 일부 배기가스를 재순환시키지만, 때때로 특히, 엔진이 온도가 낮거나 너무 높을 때에는, 제어 시스템에 의해 비활성으로 된다.

바이패스 밸브는 터빈 단(a stage of the turbine)을 전환(shunt)시키며 그리고 밸브 개방 시에는, 상기 단 주위로 배기 가스가 전환 한다.

제어 시스템은 EGR 시스템이 선택적으로 활성과 비활성이 되게 한다. 또한, 밸브가 터빈 단 주위에 배기 가스를 전환하는 범위를 한정하는 밸브의 동작 설정점의 값을 성장(develop)시키어서, 터보챠저 동작에 맞는 설정점을 설정하게 한다.

제어 시스템은, EGR 시스템이 활성일 때에 설정점 값을 나타내는 제2맵에서 데이터를 제외하는데 제어 시스템이 사용하는 데이터를 함유한 제1맵 세트를 포함한다. 제어 시스템은, EGR 시스템이 비활성일 때에 제1맵 세트에 데이터을 제외하는데 제2맵 세트 내의 데이터를 사용한다.

본 발명의 다른 면은 제어 시스템과 터보챠저 설정점을 제어하는 방법에 관련한 것이다.

본 발명의 다른 특징 및 이점에 대해서는 본 발명을 실시할 때에 고려되는 최상의 모드로 기술되는 본 발명의 양호한 실시예를 통해 이하에 기재되는 설명으로부터 이해할 수 있을 것이다. 본원 명세서는 다음과 같이 간단하게 도시된 도면을 포함하는 것이다.

도1은 본 발명의 기본원리에 따르는 엔진 제어 시스템을 가진 예를 든 내연 기관을 간략히 나타낸 다이어그램 이다.

도2는 본 발명의 기본원리에 따르는 엔진 제어 시스템에 프로그램된 알고리즘을 나타내는 소프트웨어 전략 다이어그램의 제1부분을 나타낸 도면이다.

도3은 소프트웨어 전략 다이어그램의 제2부분을 나타낸 도면이다.

도1은 연소용 공기를 엔진에 유입하는 흡기 시스템(12)과 연소 결과로 생성된 배기 가스를 엔진에서 방출하는 배기 시스템(14)을 가진 예를 들어 나타낸 내연기관(10)을 도시한 도면이다. 엔진(10)은 예를 들어 저-압력 단계(18)와 고-압력 단계(20)를 가진 2단계 터보챠저(16)를 함유한 터보챠지 디젤 엔진이다. 예를 들어, 엔진(10)은 흡기 매니폴드(22)와 배기 매니폴드(24)를 가진 복합-실린더 V-타입 엔진이고, 그리고 트럭과 같은 모터 차량에 사용될 때에는, 차량을 추진할 수 있게 구동열(도시 않음)을 통해 결합된 것이다.

흡기 시스템(12)으로 흡입된 공기는 저-압력 단계(18)의 압축기(18C)로 유도되는 화살표(26)로 지시된 바와 같은 유입 통로를 따라 흐른다. 고-압력 단계(20)의 압축기(20C)는 화살표(28)로 표시된 길을 통해 압축기(18C)에 대해 하방향으로 일렬로 유체가 흐르게 한다. 화살표(30)로 표시된 통로는 압축기(20C)에서 챠지 공기 쿨러(32)와 흡기 트로틀 밸브(34)를 통해 흡기 매니폴드(22)로 이어진다.

흡기 매니폴드(22)에서부터, 챠지 공기는 엔진을 동력화 하게 연소되는 혼합물을 형성하도록 연료가 분사되는 엔진 실린더(36)로 유입된다. 연소로 생성된 가스는 배기 시스템(14)을 통해 배기되지만, 일부분은 EGR(exhaust gas recirculation) 시스템(38)을 통해 재순환 될 것이다. 배기 매니폴드(24)에서 나온 재순환 배기 가스는 EGR 쿨러(42)와 EGR 밸브(44)를 통해 화살표(40)로 표시된 길을 따라서 흡기 매니폴드(22)로 귀환한다.

배기 매니폴드(24)를 벗어나면서, 재순환하지 않은 배기 가스는 각각의 화살표(46, 48)로 표시된 2개의 평행한 통로의 한쪽 또는 양쪽을 취하여 흐르게 된다. 통로(46)는 고-압력 단계(20)의 터빈(20T)을 포함하고 그리고 통로(48)는 바이패스 밸브(50)를 포함한다. 터빈(20T)과 밸브(50) 뒤에서, 통로(46, 48)는 저-압력 단계(18)의 터빈(18T)으로 인도되는 공통 통로(52)에서 통합된다. 터빈(18T)을 넘어서, 배기 가스는 대기로 배출되기 전에 촉매(54)와 같은 1개 이상의 배기 가스 처리장치를 통해 지나가게 된다.

배기 바이패스 밸브(50)는 엔진 제어 시스템의 제어를 받는다. 상기 엔진 제어 시스템은 배기 배-압력과 엔진 부스트가 엔진이 작동되는 방식에 따르는 적절한 방식으로 조절되도록 밸브(50)를 제어할 수 있게 각종 데이터를 처리한다. 바이패스 터빈(20T)에 허용된 배기 가스의 양을 제어하기 위해 주어진 밸브(50)와, 일렬로 유체가 흐르는 구조로 이루어진 2개 터빈(20T, 18T)이 갖는 이점은, 고-압력 단계(20)가 소형 크기로 되게 설계되어 하-단부 엔진 성능을 최적하게 하고, 반면에 저-압력 단계(18)는 양호한 하-단부 성능에 맞게 대형 크기로 되는 설계로 이루어진 것이다.

하-단부 엔진 동작을 하는 중에 배기 바이패스 밸브(50)를 폐쇄하여, 전체 배기 가스가 양쪽 터빈(20T, 18T)을 통해 지나가고, 그리고 고-압력 압축기(20C)는 배출구 압력을 더욱 높게 성장시키어서, 챠지 공기가 양쪽 압축 단계로 성장하게 된다. 이러한 구조는 바람직한 증가된 하-단부 부스트를 제공할 수 있다.

엔진 동작의 중간 속도 범위와 상-단부의 오버는, 밸브(50)가 소망 부스트와 배-압력(back-pressure)을 달성하는데 적절하게 부분 개방 또는 완전 개방 상태로 동작하게 한다.

본 발명의 TCBC(turbocharger bypass control) 전략은 데이터를 처리하는 알고리즘을 함유한 1개 이상의 프로세서를 포함하는 엔진 제어 시스템에서 실시된다. 밸브(50) 제어를 통해서, 상기 전략이 터보챠저 운영을 위한 설정점을 제어하는 것이 고려될 수 있다.

도2에 도시된 매개변수(TCBC_DES)는 특정 엔진에서 밸브(50)의 필요한 터보챠저 측관 흐름을 제어하는 데이터 값이다. 상기 데이터 값은 밸브(50)가 개방하는 정도를 설정하도록 엔진 제어 시스템에 의해 전개된다. 매개변수(TCBC_DES)의 데이터 값은 주로 엔진속도와 엔진부하의 함수이다. 매개변수(TCBC_DES)의 데이터 값은 도2에 도시된 일반적 맵(60)에 포함되고, 매개변수(N)로 나타난 속도 데이터와 엔진연료공급 데이터(MFDES)로 나타난 엔진부하는 맵(60)에 입력된다.

매개변수(TCBC_DES)의 데이터 값은 속도와 부하의 입력 데이터 값에 기본한 맵(60)에서 선택된다. 기압 또는 엔진온도와 같은 임의적인 경과 상태(transient conditions)와 매개변수를 위한 보정과 필터링 작업이 적절하게 실시된다. 맵(60)은 실질적으로, 각각이 속도와 부하 데이터 값으로 적절히 교정된 설정점 데이터 값의 대응 범위를 제공하는 복수의 개별 맵 또는 단일 맵을 포함한다. 저장된 데 이터 값은 임의 매개변수(EPB, MAP, 또는 MGP)를 나타낸다.

밸브(50)를 제어하기 위한 기본 전략은, 밸브가 엔진속도와 엔진연료공급과 같은 적절한 매개변수용 데이터를 반복적으로 처리하여 개방되어야 하는 정도를 한정하는 설정점을 반복하여 연산하는 것을 전제로 한다. 설정점은 상관 매개변수의 변화 값으로 변화한다. 또한, 상기 기본전략은 설정점 연산 결과를 가지고 임의적인 경과의 발생을 고려할 수도 있다. 다음, 상기 전략은, 실 시간에서 설정점에 가능한 가깝게 밸브 개방량이 대응하도록, 밸브(50)를 작동하게 하는 전략의 제어부분에 제어 입력으로서 연산된 설정점을 사용한다. 그러한 공정은 피드백 제어가 PI(proportional and integral) 제어를 사용하는 상태로 있는 피드-포워드 및 피드백 제어부의 조합된 것을 사용하거나 또는 피드백 제어부 만을 사용한다.

임의적인 운영 상태는 엔진 동작이 작동은 지속하면서 EGR의 사용은 일시 불연속적으로 되는 방식으로 실시되는 것이다. 엔진이 저온이거나 온도가 매우 높아서 EGR이 차단되는, 예를 들어 비활성이 되는 경우에, 터보챠저는 부스트를 증가하고 따라서 엔진 안으로 대량의 공기가 흘러가서, 결과적으로 중요한 부분으로서 유체 흐름량의 증가로 인해 엔진 EBP에서 수용할 수 없는 증가를 창출할 수 있음을 볼 수 있었다.

본 발명은 그러한 EBP 증가를 피하기 위한 해결에 목적을 둔 것이다. 후술되는 바와 같이, 상기 해결은, 상기 전략이 EGR을 일시적으로 비활성으로 할 때에, EGR이 활성일 때에 사용된 다른 맵을 대체하여 사용되는 다수의 추가 맵을 제공하여 실시된다. 이러한 방식에서는, 기본적 제어 전략이 상술한 바와 같은 상태로 인해 발생되는 수용할 수 없는 EBP 증가가 피해지도록 상당히 안정한 방식으로 채택되어 유지된다.

TCBC_DES용 데이터 값은 각각의 매개변수(TCBC_DES_LMN 및 TCBC_DES_LMX)로 나타나는 최소 및 최대 리미트에 따른 평가 함수(70)로 수행된 매개변수(TCBC_DES_SP)의 데이터 값(또는 도2)을 구하여 생성한다. 만일, TCBC_DES_SP의 데이터 값이 상기 리미트 내에 있으면, 함수(70)에 의해 통과 한다. 만일, 상기 값이 최대값 위에 있으면, 통과된 값은 TCBC_DES_LMN의 값이 된다. 점선으로 사각형으로 나타낸 KOER 진단부와 P-I 연산 전개부 내측에 도시한 절환 함수(72, 74)는 진단과 전개를 할 목적으로 제공된 것이다. 터보챠지 엔진이 트럭과 같은 산업 차량(production motor vehicle)에서 동작하면, 상기 절환 함수는 TCBC_DES_SP의 데이터 값을 평가하기 위해 함수(70)를 통과한다.

TCBC_DES_SP용 데이터 값은, "1" 내지 "5"로 번호가 부여된 다양한 모드에 기본한 절환 함수(76)와 절환 함수(78)의 공동 동작으로 선택되는 바로서, 매개변수(TCBC_SP)용 데이터 값이거나 또는 매개변수(TCBC_SPF)용 데이터 값의 어느 하나가 된다. "0"모드는 산업 차량에서 정상 작동 모드를 나타낸다. 다른 모드는 진단 또는 전개 목적으로 사용된다.

"0"모드에서, TCBC_DES_SP의 데이터 값은 TCBC_SPF의 데이터 값 이다. 절환 함수(78)의 상태에 따라서, TCBC_SPF의 데이터 값은 맵(80)에서 나온 데이터 값 이거나 또는 TCBC_SP용 데이터 값의 어느 하나 이다. 본 발명의 임의적인 기본 원리에 따라서, 절환 함수(78)는 매개변수(EGR_DESABLE)에 의해 제어 된다. EGR의 사 용이 불연속성이면, EGR_DESABLE은 절환 함수(78)가 TCBC_SPF의 데이터 값으로 맵(80)으로부터 데이터 값을 보내게 한다. EGR의 사용이 재개되면, EGR_DESABLE은 절환 함수(78)가 TCBC_SPF의 데이터 값으로 TCBC_SP의 데이터 값을 보내게 한다.

추가하여 후술되는 바로서, 이러한 선택적 사용에는: A)엔진 제어 시스템이 상기 엔진이 온도가 낮거나 또는 너무 고온으로 있기 때문에 EGR이 비활성으로 될 때에 EBP에서의 바람직하지 않은 증가가 피해지는 방식으로 설정점을 절환하는 맵(80)에서 나온 데이터 값, 및 B)본 발명의 기본 원리에서 주요한 역할을 하는, 엔진 제어 시스템이 EGR을 활성이 되게 할 때에 TCBC_SP의 데이터 값의 선택적 사용이 있다.

매개변수(MFDES)의 데이터 값은 엔진의 연료공급을 받는 비율에 대응하고 그리고, 적절한 소스에서 이끌어 낸다. 매개변수(N)의 데이터 값은 엔진 속도에 대응하고 그리고, 적절한 소스에서 이끌어 낸다. MFDES 및 N은 일반적인 맵(60)에 입력 값 이고, 상술한 바와 같이 복합적인 개별 맵을 포함한다.

단일 맵 또는 복합 맵으로 있는 맵(60)은 다수의 데이터 값을 함유하고, 데이터 값의 각각은, 하나는 엔진연료공급(MFDES)용이고 그리고 하나는 엔진 속도(N)용으로 , 개별 쌍으로 이루어진 데이터 값과 상호 연관하여 있다. 주어진 엔진연료공급동작과 엔진 속도의 조합을 위해, 엔진연료공급동작은 맵에 있는 일 단편 스팬(fractional spans) 내에 있고, 그리고 엔진 속도는 일 단편 스팬 내에 있어서, 2개의 개별 단편 스팬과 상호 연관된 맵에 저장된 특정 데이터 값이 함수(70)에 의한 부가 처리를 위해 보내지게 하고, 그리고 EGR이 활성으로 있을 때에 상기 전략 을 통해 추가 처리되는 기본 설정점 값이 된다. 후술되는 바와 같이, 데이터 값은 EGR이 비활성으로 있을 때에 전략을 통해 후 처리되는 다른 맵(80)에서 나온 것이다.

평가 함수(70)를 통과한 데이터 값은 밸브(50)의 폐쇄 루프 제어를 위한 입력부를 형성한다. 합산(summing) 함수(120)(도2 참고)는 루프가 폐쇄되어 있다. "0"모드에서, 함수(120)는 데이터 값(TCBC_EBP_EST)을 TCBC_DES의 데이터 값에서 뺄셈 한다. TCBC_EBP_EST의 데이터 값은, 평가에 의한 것과 같은 또는, 엔진 시스템에서 적절한 장소에 센서와 같은 기구를 사용하는 실제 측정에 의한 것과 같은 적절한 방식으로 구해진다. 그 차이가 2개 사이에 에러를 나타내는 데이터 값이다.

맵(60)에 저장된 데이터가 EBP를 나타내면, TCBC_EBP_EST의 데이터 값은 실질 또는 개산된 EBP를 나타낸다. 맵(60)에 저장된 데이터가 MAP를 나타내면, TCBC_EBP_EST용 데이터 값은 실질 또는 개산된 MAP를 나타낸다. 맵(60)에 저장된 데이터가 MGP를 나타내면, TCBC_EBP_EST용 데이터 값은 실질 또는 개산된 MGP를 나타낸다.

다음, 에러 차는 도2에 도시된 바와 같이 최소 및 최대 사전설정 리미트(preset limit)에 대한 평가 함수(122)에 의해 평가된다. 만일 에러 차의 데이터 값이 최대 사전설정 리미트의 데이터 값(매개변수 TCBC_ERR_LMX)보다 더 크다면(positive), TCBC_ERR_LMX의 데이터 값은 통과된다. 만일 에러 차의 데이터 값이 최소 사전설정 리미트의 데이터 값(매개변수 TCBC_ERR_LMN)보다 더 작으 면(negative), TCBC_ERR_LMN의 데이터 값은 통과된다. 만일 에러 차의 데이터 값이 상기 리미트 사이에 있으면, 실제 에러 차의 데이터 값이 통과된다.

통과된 에러 데이터 값은 매개변수(TCBC_ERR)에 의해 나타나게 되고, 다음, 상기 값은, TCBC_ERR을 처리하는 비례 함수(130)와 적분 함수(132) 양쪽을 포함하도록 도3에 도시된 TCBC P-I & Feed-Forward Control에 의해 처리된다. 각각의 게인(gain)은 각각의 함수(130, 132)와 상관되고, 게인(KP)은 비례 함수(130)와 상관되고 그리고 게인(KI)은 적분 함수(132)와 상관된다. 각각의 게인은 자체가 엔진연료공급 및 엔진 속도의 함수이다.

도3은 비례 함수(130)의 게인을 설정하는 맵(134)과 적분 함수(134)의 게인을 설정하는 맵(136)을 포함하게 TCBC P-I & Feed-Forward Control을 부가로 나타낸 도면이다.

맵(134)은 다수의 비례 게인(KP)의 데이터 값을 함유하며, 그 각각은 하나가 엔진연료공급(MFDES)용이고 그리고 하나가 엔진속도(N)용으로 있는, 개별 쌍으로된 데이터 값과 상호 연관하여 있다. 엔진연료공급(MFDES)용의 각각의 데이터 값이 엔진연료공급 범위에 있는 대응 단편 스팬을 나타내는 반면에, 엔진속도용의 각각의 데이터 값은 엔진 속도 범위에 있는 대응 단편 스팬을 나타낸다. 주어진 엔진연료공급과 엔진 속도의 조합을 위해, 엔진연료공급과 엔진속도가 맵(134)에 일 단편 스팬 내에 있으며, 2개의 각 단편 스팬에 대응하는 비례 게인(KP)의 특정 데이터 값이 곱셈연산 함수(138)에 보내지게 한다.

맵(136)은 다수의 적분 게인(KI)의 데이터 값을 함유하며, 그 각각은 하나가 엔진연료공급(MFDES)용이고 그리고 하나가 엔진속도(N)용으로 있는, 개별 쌍으로된 데이터 값과 상호 연관하여 있다. 엔진연료공급(MFDES)용의 각각의 데이터 값이 엔진연료공급 범위에 있는 대응 단편 스팬을 나타내는 반면에, 엔진속도용의 각각의 데이터 값은 엔진 속도 범위에 있는 대응 단편 스팬을 나타낸다. 주어진 엔진연료공급과 엔진 속도의 조합을 위해, 엔진연료공급과 엔진속도가 맵(136)에 일 단편 스팬 내에 있으며, 2개의 각 단편 스팬에 대응하는 적분 게인용의 특정 데이터 값이 적분 함수(132)의 적분기(140)에 보내지게 한다. 적분기(140)는 최대 및 최소 리미트에 대한 적분 비율을 제약하는 클램프-로직(clamp-logic)을 구비한 것이다.

매개변수(TCBC_FFD)의 데이터 값은 TCBC 설정점의 피드-포워드 성분인 대략의 타겟 값을 나타낸다. TCBC_FFD의 데이터 값은, "0" 내지 "5"의 다양한 모드에 기본한 절환 함수(144)와 절환 함수(146)의 공동 동작으로 선택되는 것으로서, 맵(142)에서 선택된 데이터 값 또는 매개변수(TCBC_EGR_FFD)의 데이터 값의 어느 하나이다.

"0"모드에서, 절환 함수(144, 146)의 상태는 TCBC_FFD의 데이터 값이 EGR_DISABLE의 제어를 받는 절환 함수(146)의 상태로 판단되게 한다. EGR의 사용이 비연속적일 때에는, EGR_DISABLE은 절환 함수(146)가 TCBC_EGR_FFD의 데이터 값으로 맵(148)으로부터 데이터 값을 제공하게 한다. EGR의 사용이 재개되면, EGR_DISABLE은 맵(142)에서 선택된 데이터 값으로 절환 함수(146)가 TCBC_EGR_FFD의 데이터 값을 제공하게 한다.

맵(142)은 EGR이 활성일 때에 사용되는 설정점 타겟 값을 나타내는 다수의 데이터 값을 함유한다. 각각의 설정점 타겟 데이터 값은, 하나가 엔진연료공급(MFDES)용이고 그리고 하나가 엔진속도(N)용으로 있는, 개별 쌍으로된 데이터 값과 상호 연관하여 있다. 엔진속도용의 각각의 데이터 값은 전체 엔진 속도 범위에 있는 대응 단편 스팬을 나타내고, 반면에 연료공급용의 각각의 데이터 값은 전체 엔진연료 공급 범위에 있는 대응 단편 스팬을 나타낸다. 주어진 엔진연료공급과 엔진 속도의 조합을 위해서, 엔진연료공급과 엔진속도가 각각 맵(134)에 일 단편 스팬 내에 있으며, 2개의 각 단편 스팬에 대응하는 특정 설정점 타겟 값이 EGR이 기능이 억제되지 않을 때에 추가로 처리하기 위해 선택되게 한다.

맵(148)은 EGR이 비활성일 때에, 예를 들어 기능이 억제될 때에 사용되는 설정점 타겟 값을 나타내는 다수의 데이터 값을 함유한다. 각각의 설정점 타겟 데이터 값은, 하나가 엔진연료공급(MFDES)용이고 그리고 하나가 엔진속도(N)용으로 있는, 개별 쌍으로된 데이터 값과 상호 연관하여 있다. 엔진연료공급용의 각각의 데이터 값이 전체 엔진연료공급 범위에 있는 대응 단편 스팬을 나타내는 반면에, 엔진속도용의 각각의 데이터 값은 전체 엔진 속도 범위에 있는 대응 단편 스팬을 나타낸다. 주어진 엔진연료공급과 엔진 속도의 조합을 위해서, 엔진속도는 맵에 있는 일 단편 스팬 내에 있게 되며, 그리고 엔진연료공급은 1개 연료공급 단편 스팬 내에 있게 되고, 2개의 각 단편 스팬에 대응하는 특정 설정점 타겟 값이 EGR이 기능이 억제될 때에 추가 처리를 하기 위해 선택되게 한다.

본 발명의 일 면은: A)엔진 제어 시스템이 상기 엔진이 온도가 낮거나 또는 너무 고온으로 있기 때문에 EGR을 일시적으로 불연속으로 할 때에, 예를 들면, 기능이 억제될 때에 EBP에서의 바람직하지 않은 증가가 피해지는 방식으로 설정점을 변경하는 맵(148)에서 나온 데이터 값, 및 B)EGR이 활성일 때에, 예를 들면 기능이 억제되지 않을 때에 맵(142)에서 나온 데이터 값의 사용을 선택적으로 하는 것과 관련한 것이다.

속도와 엔진의 연료공급을 사용하여 피드-포워드 타겟 설정점을 선택하는 것이 개방-루프 함수인 것인 반면에, 함수(130, 132)에 의해 주어진 비례 및 적분 제어는 폐쇄-루프 함수인 것이다. 따라서, 본원의 전략은 필요한 TCBC 설정점에 가까운 개방-루프, 피드-포워드 함수와, 필요한 설정점을 실질적으로 구하는데 개방-루프 함수와 협력하여 동작하는 폐쇄-루프 함수에 기대한 것이다.

TCBC설정점에 가까운 개방-루프를 제외하고 속도와 필요한 연료공급에 기대하는 것 이외에도, 개시된 전략은 추가 인자로서 기압력(BARO_KPA)과 상쇄부를 구비한다. 함수 발생기(149)와 상쇄부(매개변수 TCBC_DTY_OFSET)는, EGR의 활성 여부에 따라서, 맵(142) 또는 맵(148)의 어느 하나로부터 구해진 데이터 값을 합산 함수(150)로 합산된 2개의 추가 데이터 값을 제공하여, 적어도 필요한 TCBC에 가까운 타겟 데이터 값을 나타내는 매개변수(TCBC_DTY_FF)의 데이터 값을 생성한다.

TCBC_DTY_FF의 데이터 값, 비례 함수(130)에 의해 주어진 TCBC_DTY_P, 및 적분 함수(132)에 의해 주어진 TCBC_DTY_I는 합산 함수(152)에 의해 대수학식으로 합산된다. 합산의 결과로 생성된 데이터 값은, 밸브(50)용으로 종래 작동기(도시 않음)를 제어하는 매개변수(TCBC_DTY_PIF)용 데이터 값 이다.

요약하면, 개시된 전략은 입력에 가능한 가깝게 대응하도록 실제 TCBC를 강제로 제어 시스템에 입력으로 필요한 TCBC를 전개하도록 나타낸 것이다. 보정의 다양한 형태가 피드백 루프가 폐쇄되는 지점에 앞서서 필요한 TCBC 입력에 적용될 것이다. 본 발명의 일반적인 원리는 보정의 다양한 형태의 일부 또는 전부를 포함하거나 또는 전혀 포함하지 않을 정도로 충분히 개괄적인 것이다. 본원의 전략은 예를 들어 125Hz와 같이 임의적인 적절한 실행 비율로 실시할 수 있는 것이다.

예를 들어, P-I 제어인, 비율 제어와 적분 제어의 조합에는 TCBC를 제어하는데 가장 적절한 피드백 제어의 양호한 형태가 고려된다. P-I 폐쇄-루프 제어와의 피드-포워드 개방-루프 제어의 조합이 또한 임의 적인 적용에서 바람직할 수도 있다. 그런데, EGR을 선택적으로 기능을 제약하지 않는 동작과 관련한 본 발명은, 개시된 피드-포워드 개방-루프 제어와 P-I 폐쇄-루프 제어와는 다른 특정된 제어 전략으로 실시할 수 있는 것이다. 임의적인 제어 전략에서, 피드-포워드 제어의 사용은, 피드백 제어 만이 이용된 경우에는 필요하지 않은 것이다. 도3은 그 자체로 본 발명의 일반적인 원리 내에 있는 본 발명의 일 면으로 맵(142, 148)의 선택적인 사용이 설명되어진 것이고 그리고 맵(80)의 선택적인 사용과 관련하여, 맵(80)의 선택적인 사용에 의해 나타난 일반적 원리에 부가적인 개량을 가한 것이다.

본 발명을 양호한 실시예를 통해 상술하였지만, 상술된 내용이 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 본 발명은 첨부 청구범위의 정신을 이탈하지 않는 범위 내에서 이루어지는 모든 변경 및 개조 실시예를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (15)

1. 내연기관에 있어서, 상기 내연기관은:

   엔진용 연소 챠지 공기를 성장시키는 터보챠저 압축기를 가진 흡기 시스템과;

   챠지 공기와 연료가 엔진을 작동하도록 연소되는 연소실과;

   터보챠저 압축기를 작동하는데 배기 가스를 사용하는 터보챠저 터빈을 구비한, 연소실을 통과하는 연소로 생성된 가스를 배출하는 배기 시스템과;

   배기 시스템에서 흡기 시스템으로 일부 배기 가스를 재순환 시키는 EGR 시스템과;

   터빈 단(a stage of the turbine) 둘레에 배기 가스를 선택적으로 전환시키는 밸브 및;

   EGR 시스템이 활성과 비활성을 선택적으로 되게 하며 그리고 밸브가 터빈 단 둘레에 배기 가스를 전환시키는 범위를 한정하는 작동 설정점의 값을 성장하는 제어 시스템을 포함하며;

   상기 제어 시스템은 EGR 시스템이 활성일 때에 설정점 값을 성장하도록 제2맵 세트에 데이터를 제외하고 사용하고 그리고 상기 제어 시스템은 EGR 시스템이 비활성일 때에 설정점 값을 성장하도록 제1맵 세트에 데이터를 제외하고 제2맵 세트에 데이터를 사용하는, 데이터 함유 제1맵 세트를 상기 제어 시스템이 구비하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1맵 세트는, 각각이 엔진연료공급 범위 내에서 엔진연료공급의 특정 스팬(particular span)과 그리고 엔진 속도의 범위 내에서 엔진 속도의 특정 스팬과 공동 연관된 데이터 값을 가진 제1맵을 포함하고; 상기 제2맵 세트는, 각각이 엔진연료공급 범위 내에서 엔진연료공급의 특정 스팬과 그리고 엔진 속도의 범위 내에서 엔진 속도의 특정 스팬과 공동 연관된 데이터 값을 가진 제2맵을 포함하고; 그리고, EGR 시스템이 활성 일때에, 상기 제어 시스템은, 현재 엔진속도와 현재 엔진연료공급 동작에 기본한 제1맵에서 나온 데이터 값을 설정점 값을 성장시키는 추가 공정용으로 선택하고 그리고, EGR 시스템이 비활성 일때에, 상기 제어 시스템은, 현재 엔진속도와 현재 엔진연료공급 동작에 기본한 제2맵에서 나온 데이터 값을 설정점 값을 성장시키는 추가 공정용으로 선택하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
3. 제2항에 있어서, 상기 제어 시스템은, EGR 시스템이 활성 일때에, 밸브의 폐쇄-루프 제어를 위해 제1맵에서 선택된 데이터 값을 처리하는 폐쇄-루프 제어부분을 포함하고, 그리고 EGR 시스템이 비활성 일때에, 밸브의 폐쇄-루프 제어를 위해 제2맵에서 선택된 데이터 값을 처리하는 폐쇄-루프 제어부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
4. 제3항에 있어서, 상기 제어 시스템은 부가로 밸브를 제어하도록 폐쇄-루프 제어부분과 함께 동작하는 피드-포워드 제어부분을 포함하고; 제1맵 세트는, 각각이 엔진연료공급 범위 내에서 엔진연료공급의 특정 스팬과 그리고 엔진 속도의 범위 내에서 엔진 속도의 특정 스팬과 공동 연관된 피드-포워드 데이터 값을 가진 제3맵을 포함하고; 상기 제2맵 세트는, 각각이 엔진연료공급 범위 내에서 엔진연료공급의 특정 스팬과 그리고 엔진 속도의 범위 내에서 엔진 속도의 특정 스팬과 공동 연관된 데이터 값을 가진 제4맵을 포함하고; 그리고, EGR 시스템이 활성 일때에, 상기 제어 시스템은, 현재 엔진속도와 현재 엔진연료공급 동작에 기본한 제3맵에서 나온 데이터 값을 밸브 제어를 위해 피드-포워드 성분을 성장시키는 추가 공정용으로 선택하고 그리고, EGR 시스템이 비활성 일때에, 상기 제어 시스템은, 현재 엔진속도와 현재 엔진연료공급 동작에 기본한 제4맵에서 나온 데이터 값을 밸브 제어를 위해 피드-포워드 성분을 성장시키는 추가 공정용으로 선택하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
5. 제1항에 있어서, 양쪽 맵 세트에 있는 데이터는 배기 배-압력, 매니폴드 절대 압력, 및 매니폴드 게이지 압력 중의 하나를 포함하는 매개변수로 측정되고, 그리고; 상기 제어 시스템은, 맵 데이터가 측정된 매개변수와 같은 매개변수로 측정된 피드백으로 제어 루프를 폐쇄하는 폐쇄-루프 제어를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
6. 제1항에 있어서, 상기 터보 챠저는 저-압력 단계와 관련하여 상향 흐름으로 있는 고-압력 단계를 포함하고, 그리고 밸브는 고-압력 단계를 전환하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
7. 엔진의 연소 챠지 공기를 성장시키는 터보챠저 압축기를 가진 흡기 시스템과, 챠지 공기와 연료가 엔진을 동작시키기 위해 연소되는 연소실과, 터보챠저 압축기를 동작하는데 배기 가스를 사용하는 터보챠저 터빈을 가진 연소실에서 연소의 결과로 생성된 가스를 배출하는 배기 시스템과, 배기 시스템에서 흡기 시스템으로 일부 배기 가스를 재순환시키는데 사용되는 EGR 시스템 및, 터빈단 둘레에 배기 가스를 선택적으로 전환시키는데 사용되는 밸브를 포함하는 내연기관용 제어 시스템에서, 상기 제어 시스템은:

   EGR 시스템의 활성과 비활성을 선택적으로 이루고 그리고 밸브가 터빈 단 둘레에 배기 가스를 전환하는 범위를 한정하는 밸브의 동작 설정점의 값을 성장하도록 데이터를 처리하는 프로세서와, 활성으로 있는 EGR 시스템에 기본한 설정점 데이터를 함유한 제1맵 세트 및, 비활성으로 있는 EGR 시스템에 기본한 설정점 데이터를 함유한 제2맵 세트를 포함하며;

   상기 프로세서는, EGR 시스템이 활성일 때에 설정점 값을 성장하도록 제2맵 세트에서가 아니고 제1맵 세트에서 선택한 데이터를 처리하고, 그리고 EGR 시스템이 비활성일 때에 설정점 값을 성장하도록 제1맵 세트에서가 아니고 제2맵 세트에서 선택한 데이터를 처리하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
8. 제7항에 있어서, 제1맵 세트는, 각각이 엔진연료공급 범위 내에서 엔진연료공급의 특정 스팬과 그리고 엔진 속도의 범위 내에서 엔진 속도의 특정 스팬과 공동 연관된 데이터 값을 가진 제1맵을 포함하고; 상기 제2맵 세트는, 각각이 엔진연료공급 범위 내에서 엔진연료공급의 특정 스팬과 그리고 엔진 속도의 범위 내에서 엔진 속도의 특정 스팬과 공동 연관된 데이터 값을 가진 제2맵을 포함하고; 그리고, EGR 시스템이 활성 일때에, 상기 프로세서는, 현재 엔진속도와 현재 엔진연료공급 동작에 기본한 제1맵에서 나온 데이터 값을 설정점 값을 성장시키는 추가 공정용으로 선택하고 그리고, EGR 시스템이 비활성 일때에, 상기 프로세서는, 현재 엔진속도와 현재 엔진연료공급 동작에 기본한 제2맵에서 나온 데이터 값을 설정점 값을 성장시키는 추가 공정용으로 선택하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
9. 제8항에 있어서, 상기 프로세서는 밸브를 제어하기 위해 폐쇄-루프 제어 성분을 성장시키는 데이터를 처리하고, 그리고 EGR 시스템이 활성일 때에 폐쇄-루프 제어를 위해 명령 입력으로 제1맵에서 선택한 데이터 값을 처리하고, 그리고 EGR 시스템이 비활성일 때에는 폐쇄-루프 제어를 위해 명령 입력으로 제2맵에서 선택한 데이터 값을 처리하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
10. 제9항에 있어서, 상기 프로세서는 또한 밸브를 제어하기 위해 피드-포워드 제어 성분을 성장시키도록 데이터를 처리하고; 상기 제1맵 세트는, 각각이 엔진연 료공급 범위 내에서 엔진연료공급의 특정 스팬과 그리고 엔진 속도의 범위 내에서 엔진 속도의 특정 스팬과 공동 연관된 피드-포워드 데이터 값을 가진 제3맵을 포함하고; 상기 제2맵 세트는, 각각이 엔진연료공급 범위 내에서 엔진연료공급의 특정 스팬과 그리고 엔진 속도의 범위 내에서 엔진 속도의 특정 스팬과 공동 연관된 데이터 값을 가진 제4맵을 포함하고; 그리고, EGR 시스템이 활성 일때에, 상기 프로세서는, 현재 엔진속도와 현재 엔진연료공급 동작에 기본한 제3맵에서 나온 데이터 값을 피드-포워드 제어 성분을 성장시키는 추가 공정용으로 선택하고 그리고, EGR 시스템이 비활성 일때에, 상기 제어 시스템은, 현재 엔진속도와 현재 엔진연료공급 동작에 기본한 제4맵에서 나온 데이터 값을 피드-포워드 제어 성분을 성장시키는 추가 공정용으로 선택하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
11. 제7항에 있어서, 양쪽 맵 세트에 있는 데이터는 배기 배-압력, 매니폴드 절대 압력, 및 매니폴드 게이지 압력 중의 하나를 포함하는 매개변수로 측정되고, 그리고; 상기 제어 시스템은, 맵 데이터가 측정된 매개변수와 같은 매개변수로 측정된 피드백으로 제어 루프를 폐쇄하는 폐쇄-루프 제어를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
12. 엔진의 연소 챠지 공기를 성장시키는 터보챠저 압축기를 가진 흡기 시스템과, 챠지 공기와 연료가 엔진을 동작시키기 위해 연소되는 연소실과, 터보챠저 압축기를 동작하는데 배기 가스를 사용하는 터보챠저 터빈을 가진 연소실에서 연소의 결과로 생성된 가스를 배출하는 배기 시스템과, 배기 시스템에서 흡기 시스템으로 일부 배기 가스를 재순환시키는데 사용되는 EGR 시스템 및, 터빈을 작동시키도록 배기 가스를 선택적으로 활용하는 장치를 포함하는 내연기관에 터보 챠저를 제어하는 방법에서, 상기 방법은:

    EGR 시스템의 활성과 비활성을 선택적으로 이루고 그리고 배기 가스가 터빈을 작동하는데 활용되는 범위를 한정하는 터보챠저를 작동하는 설정점의 값을 성장하도록 데이터를 처리하는 단계와;

    현재 엔진 속도 및 엔진 부하와 서로 연관된 설정점 데이터 값인, 활성으로 있는 EGR 시스템에 기본한 설정점 데이터를 함유한 제1맵 세트에서 선택하도록 데이터를 처리하고 그리고 부가로 EGR 시스템이 터보챠저용 동작 설정점을 성장하도록 활성으로 있을 때에 제1맵에서 선택된 설정점 데이터 값을 처리하는 단계 및;

    현재 엔진 속도 및 엔진 부하와 서로 연관된 설정점 데이터 값인, 비활성으로 있는 EGR 시스템에 기본한 설정점 데이터를 함유한 제2맵 세트에서 선택하도록 데이터를 처리하고 그리고 부가로 EGR 시스템이 터보챠저용 동작 설정점을 성장하도록 비활성으로 있을 때에 제2맵에서 선택된 설정점 데이터 값을 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제12항에 있어서, 터보챠저의 동작 설정점용의 폐쇄-루프 제어 성분이 성장하게 데이터를 처리하는 단계 및, EGR 시스템이 활성일 때에 폐쇄-루프 제어를 위한 명령 입력으로 제1맵 세트의 일 맵에서 선택된 설정점 데이터 값을 처리하고 그 리고 EGR 시스템이 비활성일 때에는 폐쇄-루프 제어를 위한 명령 입력으로 제2맵 세트의 일 맵에서 선택한 설정점 데이터 값을 처리하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제13항에 있어서, 터보챠저의 동작 설정점용 피드-포워드 제어 성분을 성장시키도록 데이터를 처리하는 단계 및; EGR 시스템이 활성일 때에 피드-포워드 제어 성분을 성장하게 제1맵 세트의 제2맵에서 선택된 데이터 값을 처리하고 그리고 EGR 시스템이 비활성일 때에는 피드-포워드 제어 성분을 성장하게 제2맵 세트의 제2맵에서 선택한 데이터 값을 처리하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제12항에 있어서, 밸브가 터빈단 둘레에 가스 흐름을 전환하는 범위를 설정하도록 터보챠저용 작동 설정점용 값을 사용하는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

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