KR20080109785A

KR20080109785A - 결함있는 조정장치 검출 방법

Info

Publication number: KR20080109785A
Application number: KR1020087023772A
Authority: KR
Inventors: 위르겐 딩글; 마르쿠스 로트; 요헨 쇤하아르
Original assignee: 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
Priority date: 2006-03-07
Filing date: 2007-02-01
Publication date: 2008-12-17
Also published as: US20090012672A1; WO2007101762A1; KR101278968B1; DE102006010542B3; US8239088B2

Abstract

본 발명은 내연기관 내 결함있는 조정장치, 특히 가변 길이를 가진 흡기 매니폴드의 제어 엘리먼트, 스월 플랩, 또는 텀블 플랩, 또는 일반적으로 내연기관의 공기 통로에 있는 제어 엘리먼트를 식별하기 위한 방법에 관한 것이다. 조정장치의 포지션을 승인하는 반환 메시지를 사용하는 대신에, 결함있는 조정장치를 식별하도록 정의된 임계값을 초과하는 조정 신호의 임의의 편차들을 사용하기 위하여, 조정 신호가 조정장치의 성공적인 스위칭 다음에 검출된다.

Description

결함있는 조정장치 검출 방법{METHOD FOR IDENTIFYING A DEFECTIVE CONTROL DEVICE}

본 발명은 내연기관 내 결함있는 조정장치(adjusting device), 특히, 내연기관의 공기 통로에 있는 가변 조정장치를 검출하는 방법에 관한 것이다.

공기 통로에 적어도 하나의 가변 조정장치를 구비한 내연기관에서, 실린더 충전(cylinder filling)은 여러 상호연결된 파라미터들에 의존한다. 내연기관의 공기 통로에 있는 그러한 가변 조정장치는 예를 들어, 길이-가변 흡입 파이프, 스월 밸브(swirl valve) 또는 텀블 밸브(tumble valve)이다. 이러한 가변 조정장치가 공기 통로에 사용될 때, 예를 들어, 물리적 모델을 적용함으로써 내연기관의 실린더 충전을 계산하는 것이 가능하다. 그러한 모델의 적용은 EP-A-0 820 559 B1에 기술된다. 그러나, 그러한 모델을 적용할 수 있기 위하여, 공기 통로에 있는 조정장치의 현재 포지션에 대한 정보를 갖는 것이 필수적이다.

전술한 바와 같이 모델을 적용함으로써 조정장치의 현재 포지션을 기술하기 위하여, 조정장치는 정확히 기능하고 있는 것으로 가정될 수 있고, 그것의 포지션은 조정장치의 제어 신호로부터 식별될 수 있다. 대안적인 접근법에서, 전술한 모델 또는 엔진 제어 시스템으로 현재 포지션을 전달하는 포지션 피드백 메시지를 제 공하는 센서가 조정장치에 설치된다. 그러나, 제 1 대안예는 조정장치에 결함이 있는 경우 부정확한 포지션 메시지가 전술한 모델 또는 엔진 제어 시스템으로 전달된다는 문제점을 갖는다. 제 2 대안예의 포지션 피드백 접근법은 고가의 기술적 해결책을 나타낸다.

따라서 본 발명의 목적은 내연기관 내 결함있는 조정장치를 검출하기 위한 저렴하고 효율적인 방법을 제공하는 것이고, 그 결과, 예를 들어, 선행기술로부터 포지션 피드백 시스템들을 사용하는 것이 더 이상 필요하지 않다.

상기 목적은 독립항 제1항에 따른 방법에 의해 달성된다. 본 발명의 부가적인 실시예들, 이점들 및 개선예들이 이하의 설명, 첨부 도면 및 청구범위로부터 나온다.

상기 목적은 내연기관 내 결함있는 조정장치를 검출하는 방법에 의해 달성되고, 상기 방법은 이하의 단계들: a) 내연기관의 특정 동작 포인트에 따라 조정장치의 동작 포지션을 구동하는 단계, b) 내연기관의 특정 동작 포인트와 실제 동작 포인트 간의 비교에 기초하여 제어 신호를 사용하여 조정장치의 동작 포인트를 제어하는 단계, 및 c) 제어 신호와 임계값을 비교하여, 만약 임계값이 초과되면 조정장치의 결함이 판별될 수 있는 단계를 나타낸다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 조정장치는 길이-가변 흡입 파이프의 액츄에이터, 스월 밸브의 액츄에이터, 텀블 밸브의 액츄에이터, 가변 밸브 리프트를 가진 밸브 제어의 액츄에이터, 외부 배기가스 재순환 시스템의 액츄에이터, 및/또는 일반적으로 폐루프 제어 시스템에 결합된 내연기관의 액츄에이터를 포함한다. 만약 결함으로 인하여 조정장치가 부정확하게 설정되거나 설정되지 않는다면, 이것은 내연기관의 실린더들을 충전(filling)하기 위한 실제 공기 질량과 계산된 공기 질량 간의 편차가 유도될 수 있다. 이것은 배기 방출에 대한 대응 효과를 갖고, 그 결과, 예를 들어, 내연기관의 람다 밸브는 예상치 않은 편차를 보여준다. 이러한 편차는 조정장치의 도움으로 예측된 람다 값의 방향으로 교정되어야 한다. 이러한 이유로, 내연기관의 실제 공기 질량과 계산된 공기 질량 간의 차이가 엔진 제어 시스템 또는 제어 모델의 제어기들에 의해 보상되도록 시도된다. 이제, 조정장치의 요청된 스위칭 또는 조정 동작 이후에, 내연기관의 특정 동작 포인트에 도달하기 위하여 조정장치의 비정상적으로 높은 제어기 편향이 내연기관의 이전에 고정된 동작 윈도우에서 일어난다면, 이에 기초하여 조정장치의 포지션 및 그에 따라 조정장치의 기능이 교정될 수 없다고 결론짓는 것이 가능하다.

내연기관의 특정 동작 포인트 및 실제 동작 포인트는 바람직하게 내연기관의 람다 값, 공기 질량 값 및/또는 또 다른 동작-특정 파라미터에 의해 표현된다. 조정장치의 동작 포지션을 제어하기 위하여, 이러한 값들 및/또는 파라미터들이 비교되고, 조정장치의 제어 신호는 내연기관의 특정 동작 포인트와 실제 동작 포인트 사이의 일치를 달성하기 위하여 상응하여 변화된다. 이러한 맥락에서, 특정 동작 포인트를 기술하는 파라미터는 컴퓨터 모듈, 바람직하게 엔진 제어 시스템에서 동작하는 적어도 하나의 기술 파라미터(describing parameter)에 대하여 특성들 및/또는 계산 프로그램의 군(family)에 의해 표현된다.

조정장치의 적어도 2가지 상이한 포지션들을 구동하는 것이 또한 바람직하고, 그 동안 2가지 상이한 포지션들과 연결된 내연기관의 동작 포인트들은 제 1 및 제 2 특성들 및/또는 계산 프로그램 군들에 의해 기술된다. 그러한 상이한 특성들의 군들은 예를 들어, 내연기관의 상이한 구동가능 흡수선들을 형성한다.

부가적인 대안예에 따라, 본 발명은 이하의 단계들: 제 2 특성들 및/또는 계산 프로그램 군에 의해 기술된 조정장치의 제 2 동작 포지션에서의 결함을 검출하는 단계, 아무런 결함이 발견되지 않은 조정장치의 선행 동작 포지션에 따라 제 2 특성들 및/또는 계산 프로그램 군을 제 1 특성들 및/또는 계산 프로그램 군으로 전환하는 단계, 및 제 1 특성들 및/또는 계산 프로그램 군을 사용하여 제 2 동작 포지션에 대한 기술 파라미터를 계산하는 단계, 제 1 군의 특성들/계산 프로그램을 사용하여 결정된 파라미터와 실제 파라미터를 비교하는 단계, 및 제어 신호가 임계값 아래에 있는 경우 제 2 동작 포지션으로의 이동을 위하여 조정장치의 결함을 확인하는 단계에 의해 보충된다.

만약 본 방법이 요청된 동작 포지션으로의 요청된 이동을 위하여 조정장치의 결함을 검출한다면, 체크 루틴이 선택적으로 결함을 확인하기 위해 실행된다. 이러한 체크 루틴에 대한 토대로서, 결함의 결과, 조정장치가 여전히 요청된 동작 포지션 이전의 동작 포지션에 있다는 것이 가정된다. 이러한 가정을 확인하기 위하여, 요청된 동작 포지션에 대한 특성들의 군, 예를 들어,제 2 흡수선(absorbtion line)으로부터 이전 동작 포지션에 대한 특성들의 군, 예를 들어, 제 1 흡수선으로의 전환이 이루어진다. 이제 이전의 동작 포지션에 대한 특성들의 군을 사용하여 계산된 파라미터와 실제 동작 파라미터가 일치하면, 그리고 제어 신호가 단지 임계값 아래의 편향을 보여주면, 그리하여 조정장치의 결함이 확인된다.

본 발명의 바람직한 실시예들은 이하의 도면들을 참조하여 더 상세히 설명된다.

도 1은 내연기관의 2개의 상이한 흡입 파이프 길이에 대한 내연기관의 2개의 흡수선들에 대한 개략도를 보여준다.

도 2는 무결함 조정장치에 대한 제어기 편향의 예시를 보여준다.

도 3은 결함있는 조정장치에 대한 제어기 편향의 예시를 보여준다.

본 발명은 예를 들어, 조정장치 또는 액츄에이터를 사용하여 길이가 가변될 수 있는 흡입 파이프를 구비한 내연기관을 참조하여 설명된다. 동일한 방식으로, 이하에서 기술된 본 방법은 또한 스월 밸브의 액츄에이터, 텀블 밸브의 액츄에이터 또는 일반적으로 내연기관의 공기 통로에 있는 액츄에이터에 적용될 수 있다. 조정장치 또는 액츄에이터들은 제어 회로와 관련하여 작동하고, 그 결과, 특정 포지션은 액츄에이터의 실제로 존재하는 포지션과 비교하여 달성될 수 있다. 본 발명이 구동에 응답하여 제어 회로와 관련하여 작동하는 자동차의 액츄에이터에 일반적으로 적용될 수 있음이 또한 고려될 수 있다. 상기 제어 회로들로부터 나온 제어 신호들은 액츄에이터의 기능적 성능에 대한 결론을 얻기 위하여 등록되고 평가될 수 있다.

도 1은 예를 들어, 흡입 파이프의 가변 길이의 효과들을 보여준다. 낮은 rpm에서 높은 토크에 도달하기 위하여, 일반적으로 내연기관은 긴 흡입 파이프를 요구한다. 그러나 높은 rpm에서 높은 토크에 도달하기 위해서는 더 짧은 흡입 파이프가 더 바람직하다. 대응하여, 도 1은 상이하게 설정된 흡입 파이프 길이들에 대하여 내연기관의 흡수선들을 보여준다. 만약 내연기관이 긴 흡입 파이프를 사용하여 더 낮은 rpm 범위에서 동작된다면, 토크 포지션에 있는 흡수선은 흡입 파이프의 절대 압력의 함수로서 공기 질량 유입(air mass inflow)을 나타낸다. 만약 흡입 파이프 길이가 짧아지면, 예를 들어, 내연기관이 높은 rpm에서 작동되고 있을 때, 흡수선이 성능 포지션에 있다. 그것은 토크 포지션에 있는 흡수선에 비해 더 높은 증가를 갖는 것에 특징이 있다. 다양한 구동가능 흡입 파이프 길이들에 대한 흡수선들, 또는 다른 말로, 흡입 파이프의 조정장치의 상이한 동작 포지션들에 대한 흡수선들은 바람직하게 각각의 경우에 내연기관의 엔진 제어 시스템의 특성들 또는 모델 계산의 군으로서 표현된다. 그것들은 내연기관의 동작 포인트의 함수로서 내연기관의 실린더들을 충전하기 위한 공기 질량 스트림 또는 체적 스트림를 계산하기 위한 기반을 형성한다.

계산된 실린더 충전과 실제 실린더 충전 간에 존재하는 차이가 발견되면, 제어기들 및 대응 제어 알고리즘들은 계산된 값과 실제 값이 서로 일치되게 개입한다. 내연기관의 특정 동작 포인트와 실제 동작 포인트는 예를 들어, 내연기관의 람다 밸브, 공기 질량 값 및/또는 또 다른 동작-특정 파라미터에 의해 기술되거나 식별된다. 특정된 또는 계산된 동작-특정 파라미터와 실제 존재하는 동작-특정 파 라미터를 비교함으로써, 계산된 값과 실제 값 사이의 일치를 달성하기 위하여 조정장치의 동작 포지션을 변화하도록 요구된 제어 작용의 방향 및 강도를 결정하는 것이 가능하다.

도 1의 흡수선들의 예에서, 전환 포인트에서의 상이한 흡입 파이프 길이들 간의 전환은 제어 개입을 트리거하지 않거나, 내연기관의 방출 거동에 어떠한 영향도 주지 않는다. 그 이유는 하나의 또는 나머지 흡입 파이프 길이로 동작 시 전환 포인트에서 내연기관에 있는 실린더들의 동일한 충전 거동이 존재하기 때문이다. 이것은 또한 전환 포인트에서 흡입 파이프 길이의 토크-중성 전환(torque-neutral switchover)을 허용하고, 그 결과, 예를 들어, 차량의 성능에 부정적인 영향을 주지 않는다. 만약 내연기관이 작동하는 동안 부하가 더 증가한다면, 다소 큰 편차들이 각각의 경우에 선택된 흡수선 또는 흡입 파이프 조정장치의 선택된 동작 포지션의 함수로서 내연기관의 계산된 실린더 충전과 실제 실린더 충전 간에 일어난다. 따라서 조정장치는 내연기관의 특정 동작 포인트에 대하여 올바른 동작 포지션에 있지 않다. 이것은 바람직하게 내연기관의 특정 파라미터와 실제 동작-특정 파라미터 사이의 편차들에 기초하여 검출된다(전술한 내용 참조). 따라서 엔진 제어 시스템 또는 다른 적절한 제어 장치들은 제어 신호를 사용하여 내연기관의 특정 동작 포인트에 따라 조정장치의 동작 포지션을 조정한다. 특정된 동작 포인트 및 실제 동작 포인트에 대하여 내연기관의 동작-특정 파라미터를 계속적으로 또는 규칙적인 간격들마다 비교함으로써, 제어 신호의 변화 및 그에 따른 조정장치의 동작 포지션의 변화가 구동(activation)된다. 이러한 방식으로, 제어기 특성들의 모델 또는 군이 실제와 일치되고, 이것은 제어 신호의 대응 편향을 트리거한다.

일어나는 제어 이벤트들을 평가하기 위하여, 조정장치의 동작 포지션에 대한 제어 이벤트의 제어 신호가 레코딩된다. 동시에, 제어 신호의 크기가 적용가능한 진단 임계값 또는 일반적으로 임계값과 비교된다. 제어 신호가 임계값을 초과한다는 것이 발견되면, 에러가 엔진 제어 시스템에 등록되고, 그리고/또는 대응 메시지가 제어 모델로 다시 전송된다.

만약 임계값이 초과되면, 제어 신호는 이것으로부터 특정 흡수선에 대응하는 구동된 흡입 파이프 길이로의 전환이 일어나지 않았거나 부정확하게 일어났음을 판별할 수 있을 정도로 크다. 예를 들어, 흡입 파이프 길이가 성능 포지션에 있는 흡수선에 대응하는 길이로 전환되면, 동시에 엔진 제어 시스템에서 성능 포지션에 있는 흡수선에 대한 특성들 또는 모델 군으로 전환이 이루어진다. 이러한 방식으로, 내연기관의 예측된 실린더 충전들이 적절히 계산된다. 그러나, 조정장치의 결함으로 인하여, 성능 포지션에 있는 흡수선으로 흡입 파이프 길이의 전환이 일어나지 않는다면, 특성들 군에 의해 계산된 또는 특정된 실린더 충전들은 내연기관의 실제 가능한 그리고 등록된 실린더 충전들로부터 강하게 벗어난다. 이것은 실제 측정된 동작-특정 파라미터들을 계산된 또는 특정된 동작-특정 파라미터들로 일치시키기 위하여 적절히 기능하는 조정 장치에 비해 조정장치의 제어 신호의 더 강한 편향을 일으킨다. 만약 조정장치가 결함이 있다면, 제어 신호는 전술한 임계값을 초과하고, 이것은 결함있는 조정장치가 식별될 수 있음을 의미한다.

만약 성능 포지션에 있는 흡수선에 대한 흡입 파이프 길이로의 전환이 일어 나지 않았거나 또는 부정확하게 일어났다는 것이 판별되면, 체크 루틴을 사용하여 결함있는 조정장치의 추가의 체크가 선택적으로 이루어진다. 이러한 목적으로, 제어 모델은 토크 포지션에 있는 흡수선의 특성들 군으로 리셋된다. 이것은 조정장치가 아마도 결함으로 인하여 정지된 또는 그에 근접한 조정장치의 포지션에 대하여 예측된 실린더 충전들이 계산되는 것을 가능케 한다. 그 때, 계산된 값들은 결함있는 조정장치와 관련하여 결정되었던 내연기관의 동작-특정 파라미터 또는 파라미터들의 실제 등록 값들과 비교된다. 비교의 결과들에 따라, 전술한 제어 작용이 수행된다. 만약 결함있는 조정장치의 포지션으로부터의 실제 값들을 토크 포지션에 있는 흡수선의 특성들 군으로부터 나온 값들로 설정하기 위한 제어 신호가 임계값 미만이면, 이것은 조정장치에 결함이 있음을 확인해준다. 이러한 방식으로, 그 결함으로 인하여 조정장치가 마지막 포지션에서 또는 그에 근접하여 정지되었음이 확인되고, 그것은 예를 들어, 토크 포지션에 있는 흡수선에 대한 흡입 파이프의 구동으로 성공적으로 이동한다.

예의 방식으로 제공된 본 방법의 기재로부터, 본 방법이 또한 다른 조정장치들에 적용될 수 있음이 명백해진다. 그리하여, 길이-가변 흡입 파이프에 대한 조정장치에 부가하여, 상이한 동작 포지션들에 대한 제어된 시스템 및 동작 포지션들에 대한 계산된 파라미터들의 사양과 관련하여 작용하는 내연기관의 조정장치가 일반적으로 고려 가능하다. 예를 들어, 상기 방법은 마찬가지로 가변 밸브 리프트를 구비한 밸브 제어 시스템에, 그리고 외부 배기 가스 재순환 시스템에 적용될 수 있다.

앞서 기술된 본 방법을 더 예시하기 위하여, 도 2는 가변 흡입 파이프에서 무결함으로 기능하는 조정장치의 측정 값들 및 제어 신호들을 보여준다. 시간이 제시된 다이어그램의 X 축 상에 들어간다. 시간 축 아래에, 신호 LV_VIM_SP의 진행이 도시되고, 상기 신호 LV_VIM_SP는 시간 축 상에서 63초의 시점에서 흡입 파이프 길이의 전환을 특성으로 나타낸다. 시간 축 위에, N으로 지시된 rpm 곡선, 흡입 파이프의 계산된 절대 압력에 대하여 MAP로 지시된 곡선, 및 흡입 파이프의 측정된 절대 압력에 대하여 MAP_MES로 지시된 곡선이 도시된다. 시간 축 바로 위에 도시된 곡선은 시간의 함수로서 MAP_MES를 MAP로 변화시키기 위한 제어 신호의 진행을 특성으로 나타낸다. 63초에서의 흡입 파이프 길이에 대한 전환 포인트에서, 흡입 파이프의 특정된 또는 계산된 절대 압력(MAP), 그리고 측정된 절대 압력(MAP_MES)에서의 눈에 띄는 변화가 관찰될 수 있다. 이러한 2개의 곡선이 거의 동일한 경로를 따라가기 때문에, 단지 미미한 제어 개입이 요구된다. 이것은 또한 제어 신호 곡선 및 그것의 거의 수평한 진행에 의해 표현된다. 흡입 파이프 길이의 전환 이후에, 즉, 상기 63초의 시점에서, 제어 신호는 정상적인 보통 편차들에 비해 강한 편향을 나타내지 않기 때문에, 관련된 조정장치는 결함없이 기능하고 있다.

도 3은 결함있는 흡입 파이프 조정장치에 대하여 기술된 곡선들의 진행을 보여준다. 시간 축 아래로부터 알 수 있듯이, 흡입 파이프 길이의 전환은 대략 86초의 시점에서 일어난다. 전환이 일어난 이후에, 즉, 86초보다 더 큰 시점들에 대하여, 흡입 파이프의 특정된 절대 압력(MAP)과 흡입 파이프의 측정된 절대 압 력(MAP_MES) 사이에 예상치 못한 편차가 관찰될 수 있다. 2개의 곡선들을 일치시키기 위하여 의도된 제어 개입에 의해 이러한 편차를 보상하려는 시도가 이루어진다. 이것은 무결함 조정장치에 대한 제어 신호의 진행(도 2 참조)과 비교하여 86초 이상에서 제어 편향, 즉, 제어 신호의 현저한 증가를 생성한다. 제어 신호 편향의 크기가 미리 정해진 임계값을 초과하기 때문에, 관련된 조정장치가 결함이 있음을 알 수 있다.

Claims

내연기관 내 결함있는 조정장치를 검출하는 방법으로서,

상기 방법은 이하의 단계들:

a. 상기 내연기관의 특정 동작 포인트에 대응하여 상기 조정장치의 동작 포지션을 구동(activation)하는 단계;

b. 상기 내연기관의 상기 특정 동작 포인트와 실제 동작 포인트 간의 비교에 기초하여 제어 신호를 사용하여 상기 조정장치의 상기 동작 포지션을 제어하는 단계; 및

c. 임계값이 초과된 결과로서 상기 조정장치의 결함이 검출될 수 있도록 상기 제어 신호를 임계값과 비교하는 단계;

를 포함하는,

결함있는 조정장치 검출 방법.
제1항에 있어서,

상기 조정장치는 길이-가변 흡입 파이프의 액츄에이터, 스월 밸브의 액츄에이터, 텀블 밸브의 액츄에이터, 가변 밸브 리프트를 가진 밸브 제어 시스템의 액츄에이터, 외부 배기 가스 재순환 시스템의 액츄에이터, 및/또는 일반적으로 폐루프 제어 시스템에 결합된 내연기관의 액츄에이터인,

결함있는 조정장치 검출 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 내연기관의 람다 값 및/또는 공기 질량 값 및/또는 또 다른 동작-특정 파라미터를 사용하여 상기 내연기관의 상기 특정 동작 포인트 및 상기 실제 동작 포인트를 기술하는 단계; 및

이러한 값들 및/또는 파라미터들을 비교하는 단계;

를 더 포함하는,

결함있는 조정장치 검출 방법.
제3항에 있어서,

컴퓨터 모듈, 바람직하게 엔진 제어 시스템에서 실행되는 적어도 하나의 기술 파라미터에 대하여 특성들 및/또는 계산 프로그램의 군을 사용하여 상기 특정 동작 포인트를 기술하는 파라미터를 표현하는 단계;

를 더 포함하는,

결함있는 조정장치 검출 방법.
제4항에 있어서,

상기 조정장치의 적어도 2가지 상이한 포지션들을 구동하는 단계 - 이러한 단계 동안 상기 2가지 상이한 포지션들과 연결된 상기 내연기관의 상기 동작 포인트들은 제 1 및 제 2 특성들 및/또는 계산 프로그램 군들, 특히, 상기 내연기관의 상이한 구동가능 흡수선들에 의해 기술됨 -;

를 더 포함하는,

결함있는 조정장치 검출 방법.
제5항에 있어서,

상기 제 2 특성들 및/또는 계산 프로그램 군에 의해 기술된 상기 조정장치의 제 2 동작 포지션에서의 결함을 검출하는 단계;

아무런 결함이 발견되지 않은 이전의 동작 포지션에 따라 상기 제 2 특성들 및/또는 계산 프로그램 군을 제 1 특성들 및/또는 계산 프로그램 군으로 전환하고, 상기 제 1 특성들 및/또는 계산 프로그램 군을 사용하여 상기 제 2 동작 포지션에 대한 상기 기술 파라미터를 계산하는 단계;

상기 제 2 동작 포지션에 대한 상기 제 1 특성들 및/또는 계산 프로그램 군을 사용하여 결정된 상기 파라미터를 실제 파라미터와 비교하는 단계; 및

상기 제어 신호가 상기 임계값 아래에 있는 경우 상기 제 2 동작 포지션으로의 이동을 위하여 상기 조정장치에서의 결함을 확인하는 단계;

를 더 포함하는,

결함있는 조정장치 검출 방법.