KR20080060194A - 내연 기관 내의 대기압 검출 방법 - Google Patents

내연 기관 내의 대기압 검출 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내연 기관의 흡입 파이프(50)의 압력 센서(40)에 의해 대기압을 검출하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 스로틀 플랩을 통한 압력 강하(Pthrottle)가 무시될 수 있도록 스로틀 플랩(30)이 개방된다. 내연 기관의 디스로틀(dethrottle)은 내연 기관의 작동 상태에 따라 캠샤프트의 적절한 조정에 의해 보상되어, 상기 측정 방법이 운전자에게 인지되지 않는다.

Description

내연 기관 내의 대기압 검출 방법 {METHOD FOR DETECTING AN AMBIENT PRESSURE IN AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연 기관의 흡입 파이프의 압력 센서에 의해 대기압을 검출하는 방법에 관한 것이다.
대기압의 이해는 내연 기관의 작동에 대한 중요한 변수를 나타낸다. 공지된 제1 대안에 따르면, 대기압 센서에 의해 직접 대기압을 측정한다. 다른 대안에 따르면, 압력 제어식 시스템에서, 즉 내연 기관의 흡입 파이프 내에 압력 센서가 위치하며, 예측 프로세스의 도움으로 대기압을 평가한다. 환경과의 특정 압력차를 계속 유지하기 위해, 내연 기관에 대해 리프트 전환(lift changeover)(예컨대, 2-단)에 의한 시도가 추가로 도모되고 있으며 심지어 내연 기관의 "언스로틀(unthrottled)" 작동에 의한 시도가 도모된다. 이러한 압력차는 탱크로부터 공기를 방출시키기 위해 또는 브레이크 서보를 채우기 위해 사용된다. 그러나, 종래의 예측 방법은 예컨대 이러한 잔류 압력차의 내연 기관의 풀-로드(full-load) 작동을 고려하지 않았다.
종래의 압력-제어식 시스템에서 대기압은 다음의 방법으로 검출된다. 내연 기관이 시동되기 전에, 흡입 파이프 압력은 내연 기관의 대기압에 대응된다. 풀 로드에 근접한 영역에서, 거의 개방된 스로틀 플랩에 의해 측정된 흡입 파이프 압력에 근거하여 대기압을 평가한다. 내연 기관의 오버런 모드에서 폐쇄된 스로틀 플랩에 의해 일정 시간 후에 흡입 파이프 내에 특정 압력이 발생한다. 이러한 압력으로부터 마찬가지로 대기압을 평가하는 반면, 이러한 평가는 스로틀 플랩의 제조상의 허용 오차로 인해 상당히 정밀하지 않다.
따라서, 본 발명의 목적은 내연 기관의 상이한 작동 모드 또는 로드 범위에서 사용가능한 내연 기관의 흡입 파이프 내의 압력 센서의 도움으로 대기압을 결정하는 방법을 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적은 아래의 청구의 범위 청구항 1에 정의한 본 발명에 의해 달성된다. 바람직한 실시예들과 본 발명의 다른 개량점은 아래의 상세한 설명과 도면 및 종속항에 나타낸다.
본 발명은 압력 센서를 통한 내연 기관의 흡입 파이프 내의 대기압을 검출하는 방법을 포함한다. 이러한 검출 방법은, 상기 내연 기관의 공기 클리너를 통해 유동하는 공기 질량의 함수로서 상기 공기 클리너에서의 공기 클리너 압력을 결정하는 단계와, 상기 내연 기관의 스로틀 플랩을 통한 압력 강하를 무시할 수 있을 때 까지 상기 스로틀 플랩을 개방시키는 단계와, 상기 스로틀 플랩의 개방에도 불구하고 상기 내연 기관의 작동 상태를 거의 일정하게 유지시키도록 상기 내연 기관의 작동 상태의 함수로서 상기 캠샤프트를 조정하는 단계와, 그리고 상기 압력 센서에 의해 상기 흡입 파이프 내의 흡입 파이프 압력을 검출하고 상기 공기 클리너 압력 및 상기 흡입 파이프 압력의 총합으로부터 상기 대기압을 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명은 종래의 방법과 비교해서 흡입 파이프 내의 압력 센서의 도움으로 대기압을 보다 정확하게 결정할 수 있다. 이것은 흡입 파이프 내의 기지의 압력 상태에 근거한 것이다. 즉, 대기압이 스로틀 플랩, 공기 클리너 및 흡입 파이프 수집기에서의 하위-압력의 총합과 동일하다. 흡입 파이프 수집기 내의 압력 센서의 측정된 값으로부터 대기압을 결정할 수 있기 위해서는 내연 기관이 충분한 정도로 디스로틀(dethrottle)되는데, 즉 스로틀 플랩에서의 압력 강하가 무시될 정도로 작아지도록 스로틀 플랩이 충분히 넓게 개방된다. 이러한 방법은 내연 기관의 가장 폭넓은 여러 작동 상태 즉, 부분-로드, 풀-로드 및 오버런 모드에서 실시된다. 그러나, 내연 기관의 디스로틀은 내연 기관의 작동 상태의 바람직하지 않은 변화를 가져온다. 따라서, 예컨대 부분-로드에서, 디스로틀에 의해 내연 기관에 보다 높은 토크가 생성될 것이다. 이어서 오버런 모드에서, 디스로틀은 내연 기관의 제동 효과를 감소시키게 된다. 이러한 내연 기관의 바람직하지 않은 작동 상태를 방지하기 위해, 또는 운전자에게 인지될 수 없을 정도로 충분히 최소화시키기 위해, 내연 기관의 작동 상태에 따라 캠샤프트의 조정에 의해 스로틀 플랩의 개방을 보충한다.
이를 위해, 내연 기관의 풀-로드 작동 또는 부분-로드에서, 예컨대 캠샤프트, 특히 흡입구 캠샤프트(들)은 디스로틀(dethrottle)을 통해 내연 기관의 토크의 증가를 방지하기 위해 "초기(early)"로 조절된다. 내연 기관의 디스로틀을 통해 작동 상태의 변화가 보다 효과적으로 방지될 수 있게 하기 위해서, 작은 밸브 리프트에 의해 실시될 수 있는 내연 기관의 작동 상태에서 오로지 대기압이 형성되는 것이 바람직하다. 이를 보충하기 위해, 작동 상태에 대한 디스로틀의 영향을 최소화하도록 "작은 밸브 리프트"로 캠샤프트가 조절된다.
오버런 모드에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 밸브 중첩이 없도록 캠샤프트가 조절된다. 추가의 측정은 스로틀 플랩의 개방에도 불구하고 거의 일정한 수준으로 내연 기관의 제동 효과를 유지시키기 위해 "작은 밸브 리프트"로 캠샤프트를 조절하는 단계로 이루어진다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명한다.
도 1은 과급기가 없는 내연 기관의 흡입 파이프 모델을 도시하는 도면이다.
도 2는 풀-로드 작동 또는 부분-로드 작동에서 내연 기관에 대한 바람직한 방법의 흐름도이다.
도 3은 풀-로드 또는 부분-로드 모드에서 내연 기관에 대한 대기압을 결정하기 위한 방법의 단계들의 개략도이다.
도 4는 오버런 모드에서 내연 기관에 대한 바람직한 방법의 흐름도이다.
도 1은 과급기(supercharger)가 없는 내연 기관의 흡입 파이프 모델을 도시 한다. 대기압(Pamb)의 공기는 도입부 상에서 공기 클리너(10)를 경유하여 공기 질량계(20)를 통해 스로틀 플램(30)을 경유하여 흡입 파이프 수집기(60) 안으로 유동한다. 또한, 공기 질량(megr)은 배기 가스 재순환을 통해 밸브(90)를 통해 도입될 수 있다. 마찬가지로 탱크 누수 진단 펌프가 질량(mcps)을 갖는 연료/공기 혼합물을 흡입 파이프 수집기(60)로 공급할 수 있다.
결합된 압력-온도 센서에 의해 흡입 파이프 내의 흡입 매니폴드 압력(Pim) 및 흡입 온도(Tim)를 검출한다. 정상적인 경우에, 흡입 파이프 압력 센서(40) 및/또는 공기 질량 센서(20)가 내연 기관의 흡입 파이프 내에 내장된다.
개방된 스로틀 플랩(30)의 경우에, 대기압(Pamb)으로 나타낼 수 있을 뿐만 아니라 공기 클리너(10)를 통한 압력 강하(Paircleaner) 및 흡입 파이프 수집기(60)까지의 총 흡입 경로에 대한 압력 강하(Pthr)로 표현될 수 있는 흡입 매니폴드 압력(Pim)으로서 값이 설정된다. 이러한 관계의 전치 후에, 다음의 식에 의해 대기압(Pamb)를 구한다.
Pamb = Pim + Paircleaner + Pthr
내연기관의 스로틀 플랩(30)이 완전히 또는 거의 완전히 개방된다면, 스로틀 플랩(30)을 통한 압력의 강하를 무시할 수 있다. 공기 클리너(10)를 통한 압력 강하는 유입되는 공기 질량(mkgh)의 함수로서 표현될 수 있다. 따라서, 이것은 공기 클리너 압력(Paircleaner)에 대해 다음의 함수 관계식을 생성시킨다.
Figure 112007039628032-PCT00001
흡입 파이프에서 결정될 수 있는 압력의 상기한 관계식으로부터, 이것은 흡입 파이프 압력 센서(40)의 도움으로 흡입 파이프 수집기 내의 공기 압력(Pim)과 흡입 파이프를 통한 질량 처리량으로부터 공기 클리너 압력이 결정될 수 있음을 따른다. 스로틀 플랩(30)에서의 압력 강하를 무시한다면, 이들 2개의 압력(Paircleaner 및 Pim)의 총합이 대기압을 공급한다.
상기한 주어진 내연 기관의 흡입 파이프 내의 압력 관계에 대한 단순화한 설명은 상이한 작동 모드에서의 내연 기관의 대기압의 결정을 위해 사용될 수 있다. 이들 작동 상태는 2개의 그룹인 부분-로드 및 풀-로드 모드와 내연 기관의 오버런 모드로 나뉘어진다. 내연 기관의 부분-로드 또는 풀-로드 모드에서, 예컨대 유입되는 공기 질량은 내연 기관의 밸브 기어의 정의된 위치의 경우에 충분히 정확하게 평가될 수 있다. 이러한 정밀한 평가에 근거해서, 내연 기관의 흡입 파이프 내에 공기 질량계를 설치할 필요가 없다. 이제 부분-로드 또는 풀-로드 모드에서의 내연 기관에 대한 대기압(Pamb)을 결정하기 위해, 도 2 및 도 3에 개략적으로 도시된 프로세스를 적용한다. 이 프로세스를 적용하기 전에, 먼저 내연 기관의 현재 작동 모드에 대해 점검해야 한다. 점검해야 하는 내연 기관의 다른 경계 조건은 엔진 속도와, 밸브 구동 시스템 및 흡입 시스템이 올바르게 기능하고 있는가이다.
이들 경계 조건 또는 적용 조건들이 충족된다면, 다음의 방법 단계에서 캠샤프트의 조절에 의해 정의된 위치로 밸브 기어를 이동시킨다. 이것은 작은 밸브 리프트에 의해 패시브(passive) 위치로 밸브를 조정하는 "초기" 캠샤프트 조정인 것이 바람직하다. 다음 단계로 스로틀 플랩(30)이 거의 완전히 개방되면, 스로틀 플랩(30)을 통한 압력 강하가 무시가능할 정도로 작다. 이러한 방법으로, 공기 클리너(10)를 통한 공기 질량 유동이 공지되어 있기 때문에, 흡입 파이프 압력(Pim)을 고려해서 간단하고 정밀하게 대기압(Pamb)을 평가할 수 있다. 스로틀 플랩을 개방시키는 것에 의한 내연 기관의 디스로틀은 캠샤프트에 대한 조정의 도움을 보충해서, 자동차의 운전자가 디스로틀을 통한 내연 기관의 작동 상태의 임의의 변경을 인지하지 못 한다.
흡입 파이프 압력 센서(40)의 도움으로 흡입 파이프 압력을 검출하자 마자, 추가의 평가로 흡입 파이프 압력(Pim) 및 공기 클리너 압력(Paircleaner)의 총합으로부터 대기압(Pamb)을 결정한다. 이러한 방법으로, 상기한 방법은 흡입 파이프 압력 센서를 통한 측정에 의해 대기압(Pamb)의 정밀한 평가를 제공한다. 공기 클리너(10)를 통한 압력 강하의 영향만이 고려되어야 하지만, 이것은 밸브 설정의 함수로서 알려진 공기 질량 처리량으로 인해 알고 있다.
도 3은 일례로서 풀-로드 모드의 내연 기관을 사용하여 적용되는 본 발명의 방법의 제어 요소에 의한 적용 영역의 다른 개략도이다. 작은 밸브 리프트를 갖는 내연 기관의 풀-로드 모드에서, 내연 기관의 최적의 작동을 보장하기 위해, 예컨대 50 hPa의 환경에 대한 특정한 차등 압력이 설정되어야 한다. 따라서, 대기압(Pamb)을 결정하기 위해 스로틀 플랩(30)이 완전히 개방되며, 이것은 스로틀 플랩 각도라고 명명된 상승 곡선으로 표시된다. 이것은 적용 영역에서, 즉 대기압(Pamb)을 결정하기 위한 영역에서 스로틀 플랩(30)을 통한 압력 강하(Pthr)가 무시가능될 수 있다. 디스로틀의 결과로 내연 기관의 토크를 일정하게 유지하기 위해, 캠샤프트 위치가 "초기"로 조정될 것이다. 이것은 적용 영역에서 곡선의 나머지 보다 낮게 놓이는 부분을 나타내는 캠샤프트의 유입구 각도라고 명명된 곡선으로 나타내어 진다. 흡입 파이프 영역 내에서 실행되는 조정은 흡입 파이프 압력이 적용 영역에서 상승되게 하며, 이것은 흡입 파이프 압력이라고 명명되는 곡선으로 개략적으로 나타내어 진다. 적용 영역 내에서 흡입 파이프 압력과 대기압(점선 참조) 사이의 나머지 차이는 공기 클리너를 통한 압력 강하를 나타내며, 그러나 이것은 흡입 파이프를 통한 공기 처리량으로부터 도출될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 흡입 파이프 압력 센서(40)를 통한 대기압을 결정하기 위한 방법은 또한 오버런 모드의 내연 기관에 적용될 수 있다. 본 명세서에서 오버런 모드라 함은 내연 기관이 완전히 스로틀되는 것을 의미하며, 스로틀 플랩(30)이 완전히 폐쇄되는 것을 의미한다. 도 4는 방법 단계의 개략도를 나타낸다.
제1 단계는 본 방법의 경계 조건이 충족되었는지를 점검하는 단계이다. 상 기한 설명과 동일한 방법에서, 단지 몇 가지 실례를 제공하기 위해 이들 경계 조건은 내연 기관의 작동 상태의 성립, 엔진 속도 결정, 밸브 기어 및 공기 공급 시스템에 관한 무결점 시스템의 존재이다. 이들 경계 조건 또는 적용 조건들이 충족되면, 흡입 파이프 모델에서 상기한 압력 관계를 사용하여 본 방법이 계속된다.
내연 기관이 오버런 모드에 있기 때문에, 스로틀 플랩(30)은 이 스로틀 플랩(30)을 통한 압력 강하가 무시할 정도로 작아지기에 충분한 정도로 개방되어야 한다. 그러나, 내연 기관의 디스로틀은 배경에 연장하는 대기압을 결정하기 위한 측정 프로세스를 내연 기관의 운전자 또는 사용자가 인지하기에 충분한 내연 기관의 제동 효과를 변경시키지 않을 수도 있다. 내연 기관의 디스로틀을 보충하기 위해, 따라서 이전에 정의된 위치, 예컨대 작은 캠 리프트를 갖는 단부 위치로 캠샤프트가 이동되어, 개방된 스로틀 플랩에 의해 충분한 엔진 제동 효과가 이용가능하다.
밸브 기어는 캠샤프트의 조정에 의해 패시브 위치로 이동되어, 작은 리프트에 의해 밸브 리프트 역전이 발생한다. 내연 기관의 디스로틀과 캠샤프트의 조정이 서로를 보상하므로, 내연 기관의 안정된 작동 조건이 성립된 후에, 흡입 파이프 수집기(60) 내부의 흡입 파이프 압력의 값(Pim)을 검출할 수 있다. 이러한 방법으로 측정된 흡입 파이프 압력은 공기 클리너(10)를 통한 대기압(Pamb) 안으로의 압력 강하를 고려하여 상기한 식에 따라 전달된다.
상술한 방법의 도움으로, 흡입 파이프 압력 센서(40)를 통한 측정에 대한 설 비의 결과로 대기압(Pamb)의 정밀한 평가가 가능하다. 이러한 상황에서, 공기 클리너(10)를 통한 압력 강하의 영향만이 고려되어야 한다. 또한, 상기한 방법은, 대기압의 점증을 커버하는 시간-소모적인 평가 방법이 없기 때문에, 압력의 신속한 검출에 의해서 두드러진다.

Claims (5)

  1. 압력 센서를 통한 내연 기관의 흡입 파이프 내의 대기압(Pamb)을 검출하는 방법으로서,
    (a) 상기 내연 기관의 공기 클리너를 통해 유동하는 공기 질량(mkgh)의 함수
    Figure 112007039628032-PCT00002
    로서 상기 공기 클리너에서의 공기 클리너 압력(Paircleaner)을 결정하는 단계와,
    (b) 상기 내연 기관의 스로틀 플랩을 통한 압력 강하(Pthrottle)를 무시할 수 있을 때 까지 상기 스로틀 플랩을 개방시키는 단계와,
    (c) 상기 스로틀 플랩의 개방에도 불구하고 상기 내연 기관의 작동 상태를 거의 일정하게 유지시키도록 상기 내연 기관의 작동 상태의 함수로서 상기 캠샤프트를 조정하는 단계와, 그리고
    (d) 상기 압력 센서에 의해 상기 흡입 파이프 내의 흡입 파이프 압력(Pim)을 검출하고 상기 공기 클리너 압력(Paircleaner) 및 상기 흡입 파이프 압력(Pim)의 총합으로부터 상기 대기압을 결정하는 단계를 포함하는,
    압력 센서를 통한 내연 기관의 흡입 파이프 내의 대기압 검출 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스로틀 플랩의 개방에 의한 상기 내연 기관의 토크의 증가를 방지하기 위해, 상기 내연 기관이 부분-로드 또는 풀-로드 모드에 있다면, 상기 내연 기관의 캠샤프트 특히 유입구 캠샤프트를 "초기"로 조정하는 단계를 더 포함하는,
    압력 센서를 통한 내연 기관의 흡입 파이프 내의 대기압 검출 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    작은 밸브 리프트에 의해 실시될 수 있는 부분-로드 또는 풀-로드 모드에서 상기 내연 기관의 작동 상태를 선택하는 단계, 및
    상기 내연 기관의 작동 상태를 거의 일정하게 유지시키기 위해 "작은 밸브 리프트"로 상기 캠샤프트를 조정하는 단계를 더 포함하는,
    압력 센서를 통한 내연 기관의 흡입 파이프 내의 대기압 검출 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 스로틀 플랩의 개방에도 불구하고 상기 내연 기관의 제동 효과를 거의 일정하게 유지시키기 위해, 밸브 중첩이 발생하지 않도록 상기 내연 기관의 오버런 모드에서 상기 캠샤프트를 조정하는 단계를 더 포함하는,
    압력 센서를 통한 내연 기관의 흡입 파이프 내의 대기압 검출 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 스로틀 플랩의 개방에도 불구하고 상기 내연 기관의 제동 효과를 거의 일정하게 유지시키기 위해, 상기 내연 기관이 오버런 모드에 있다면, "작은 밸브 리프트"로 상기 캠샤프트를 조정하는 단계를 더 포함하는,
    압력 센서를 통한 내연 기관의 흡입 파이프 내의 대기압 검출 방법.
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