KR20090016697A - 엔진의 적어도 하나의 연소실 내로 연료의 계량 공급을 제어하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

엔진의 적어도 하나의 연소실 내로 연료의 계량 공급을 제어하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 엔진의 적어도 하나의 연소실 내로 연료의 계량 공급을 제어하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 분사된 연료량을 결정하는 제어 변수(AD)는 적어도 하나의 작동 특성값(QK, P)으로부터 사전 설정된다. 제어 변수(AD)의 보정을 위한 보정값(K)은 실린더 압력을 특성화하는 실린더 압력 변수(PZ)와 적어도 하나의 작동 특성값(QK, P)으로부터 사전 설정된다.
Figure P1020087029903
제어 변수, 작동 특성값, 보정값, 실린더 압력, 실린더 압력 변수

Description

엔진의 적어도 하나의 연소실 내로 연료의 계량 공급을 제어하기 위한 방법 및 장치 {METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING THE FUEL METERING INTO AT LEAST ONE COMBUSTION CHAMBER OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 엔진의 적어도 하나의 연소실 내로 연료의 계량 공급을 제어하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
통상적으로 이를 위해서는 적어도 하나의 작동 특성값에 따라, 예를 들어 분사될 연료량에 따라 적어도 하나의 연소실 내로 분사될 연료량을 결정하는 제어 요소를 위한 제어 신호가 사전 설정된다. 상기 유형의 방법 및 상기 유형의 장치는 제DE 197 12 143호에 공지되어 있다.
통상적으로 제어 기간 또는 제어 각도는 제어 신호로서 사전 설정된다. 상기 변수들에 대한 대안으로는 분사될 연료량을 설정하는 임의의 다른 변수들이 사전 설정될 수 있다. 분사될 연료량을 특성화하는 각각의 신호는 제어 신호로서 사용될 수 있다.
통상적으로 제어 요소의 제어 기간은 오로지 요구된 연료량과 연료 압력에 따라 제어 기간 특성 필드 내에 저장된다. 커먼 레일 장치의 인젝터를 위한 제어 기간의 특성 필드는 작동 행정당 1분사의 경우 엔진 검사 상태에서 검출된다. 이 경우, 분사 개시는 부하에 따라 각각의 실린더의 상사점의 영역에서 미세하게 변화한다. 상기 분사 시 연소실 압력으로 인해 분사량의 편차는 발생하지 않는데, 이는 동일한 연소실 압력에서 상응하는 제어 기간 특성 필드가 검출되었기 때문이다. 상사점의 훨씬 전, 상사점 후, 또는 연소 후에 실시되는 분사의 경우 연소실 압력은, 제어 기간 특성 필드가 검출되는 연소실 압력과 매우 다르다. 이는 분사 시 분사량 에러를 초래한다. 특히 상기 에러들은 예비 분사 및/또는 2차 분사 시 발생된다.
이는, 상기 예비 분사 및/또는 2차 분사가 어떤 시점에서 또는 어떤 크랭크 샤프트의 각도 상태에 따라 실행되는지에 따라 현저한 분사량 에러가 발생됨을 의미한다. 상기 예비 분사 및 2차 분사와는 다양한 기능들이 결부된다. 분사량 에러는 상기 예비 분사와 2차 분사 시 개회로 제어식으로만 결부될 뿐 폐회로 제어식으로는 결부되지 않기 때문에 문제가 된다. 상기 기능들은 예를 들어 압력파 보상 또는 제로 연료량(zero-fuel quantity) 보정이다. 본 발명에 따르면, 분사량 에러는 분사량이 분사 시 존재하는 연소실 압력에 따라 좌우된다는 것에 기초한다. 예비 분사 및/또는 2차 분사 시 연소실 압력은 메인 분사 시 존재하는 연소실 압력과 확연히 다르다.
특히, 예를 들어 전기 제어 장치와 제어실을 구비한 커먼 레일 인젝터와 같은 유압식 제어 분사 장치에서, 니들 개방 상태는 노즐 니들에서의 힘 평형에 따른다. 상기 힘 평형은 본질적으로 제어실 내 압력 및 연소실 압력을 통해 결정된다. 상기 힘 평형은 인젝터 폐쇄시 노즐 니들에 가해지는 실린더 압력을 통해 추가로 영향받는다. 상기 영향에 의해 전형적으로, 높은 실린더 배압이 노즐의 개방 상태를 지원하며, 즉 분사는 동일한 전기 제어 장치에서, 한편으로는 더 이른 시점에서 시작된다. 다른 한편으로는 분사비가 배압에 따르는데, 즉 레일 압력과 배압 사이의 압력차가 더 작기 때문에 최대 분사비는 높은 배압에서 감소된다.
실린더 압력이 고려됨으로써 계량 공급의 정확도가 상승될 수 있다. 또한, 이는 분사량을 입력 변수로서 갖는 분사량 보정 기능들이 올바른 작동점에서 작동되는 장점을 갖는다.
실린더 압력을 특성화하는 실린더 압력 변수에 따라 제어 변수의 보정을 위한 보정값이 검출됨으로써 확연히 향상된 연료 계량 공급이 이루어진다. 이에 의해, 인젝터 또는 펌프 노즐 유닛이 변경된 연소실 압력에서 변경된 개방 상태를 나타내는 것에 기초하는 효과들이 보상된다. 상기 변경된 개방 상태는 변경된 분사량과, 경우에 따라 변경된 분사 개시를 유도한다. 이는 압력이 인젝터의 개방에 영향을 끼치는 것에 기초한다. 인젝터의 구성에 따라, 상승된 연소실 압력은 개방을 쉽게 하여 연료량 상승을 유도하거나, 개방을 어렵게 하여 연료량 감소를 유도한다. 또한 연소실 압력 상승으로 인해, 연료압과 연소실 압력 사이의 압력차가 감소되어 분사비가 감소되는 효과가 발생된다.
특히, 보정값이 실린더 압력 변수에 따라, 그리고 추가적으로 엔진의 작동점 또는 인젝터의 작동점에 따라 검출되는 장점을 갖는다.
이는 제어 특성 필드의 출력 신호가 제어 특성 필드의 입력 변수와 실린더 압력에 따라 보정됨으로써 구현된다.
특히, 연료 압력을 특성화하는 변수(P)가 작동 특성값으로서 사용될 때, 장점을 갖는다. 특히 상기 변수는 커먼 레일 장치에서 제공된다. 또한 연료 압력 또는 레일 압력은 제어 요소의 상태에 상당히 큰 영향을 미친다.
제어 요소의 상태에 매우 큰 영향을 미치는 추가의 변수는 분사될 연료량이다. 이는 마찬가지로 엔진 제어를 위한 제어 장치들 내에 존재한다. 제어 장치 내에 존재하는 여러 가지 신호들은 분사될 연료량을 특성화하는 변수(QK)로서 사용될 수 있다.
실린더 압력 변수(PZ)의 측정을 위해 바람직하게 하나의 센서가 사용된다. 이 경우, 상기 센서는 엔진 제어 시 사용될 수 있는 추가의 변수를 검출하기 위해서도 사용될 수 있다. 또한, 상기 변수가 다른 작동 특성값으로부터 검출되는 것, 즉 계산되거나 특성 필드로부터 판독되는 것이 경제적인 대안으로서 제공될 수 있다.
도1은 엔진 제어를 위한 방법과 장치의 중요 요소들을 도시한 도면이다.
도2는 제어 변수를 위한 보정값의 검출을 상세히 도시한 도면이다.
도1에는 본 발명에 따른 과정의 개략적인 블록 회로도가 도시되어 있다. 제어 요소는 도면 부호 "100"으로 표시되어 있다. 상기 제어 요소는 제어 신호(A)에 의해 구동된다. 제어 신호(A)는 연산점(105)에서 제어 기간 특성 필드(110)의 출력 신호(AD)와, 보정값(K)의 연산에 의해 형성된다. 제1 센서(115)의 출력 신 호(P)와, 분사량의 사전 설정부(120)의 출력 신호(QK)는 제어 기간 특성 필드(110)에 공급된다. 제2 센서(122)의 출력 신호(FP)와 제3 센서(124)의 신호(N)는 분사량 사전 설정부(120)에 공급된다.
제어 요소는 바람직하게 커먼 레일 장치의 인젝터 또는 펌프 노즐 요소로서 형성된다. 이 경우, 솔레노이드 밸브 또는 압전 액츄에이터를 구동하는 제어 신호의 지속 시간은 분사된 연료량을 결정한다.
보정값은 제어 특성 필드(110)의 입력 신호들(QK 와 P)과 제4 센서(155)의 출력 신호(PZ)에 의해 구동되는 보정 장치(140)에 의해 제공된다.
제어 기간 특성 필드(110)에서 제어 요소(100)를 위한 제어 신호(A)는 적어도 변수(QK)에 의해 규정된 작동점에 따라 저장된다. 상기 작동점은 적어도 하나의 작동 특성값에 의해 설정된다. 도시된 실시예에서 작동점은 분사될 연료량을 특성화하는 변수(QK)와, 연료 압력을 특성화하는 변수(P)에 의해 결정된다. 상기 변수(QK)는 분사량의 사전 설정부에 의해, 바람직하게 운전자 요구를 특성화하는 신호(FP)와 회전수 변수(N)에 따라 사전 설정된다. 변수(P)는 센서(115)에 의해 측정된다. 이 경우, 연료 압력을 특성화하는 변수가 중요하다. 커먼 레일 장치에서 상기 변수는 통상적으로 레일 압력으로서 표시된다.
실린더 압력(PZ)의 영향을 보상하기 위해, 보정값(K)은 보정 장치(140)에 의해, 적어도 실린더 압력(PZ)과 추가의 작동 특성값(QK 및/또는 P)에 따라 사전 설정된다. 특히, 상기 보정값이 실린더 압력(PZ)과 제어 특성 필드(110)의 입력 변수들에 따라 사전 설정될 때, 장점을 갖는다. 이 경우, 제어 기간 특성 필드(110) 의 출력 신호(AD)는 연산점(105)에서 보정값(K)에 의해 보정된다. 실린더 압력(PZ)은 센서(155)에 의해 측정되거나, 다른 변수들로부터 검출된다.
제어 기간 특성 필드는 규정된 기준 압력(PR)에서 데이터 입력된다. 상기 보정값(K)은 모델에 기반한 방법에 의해 검출되며, 상기 방법은 연산 시간과 자원들에 의해 최적화된다. 이를 위해 바람직하게 2차식의 근사값 공식이 사용된다. 이 경우, 요구량에 도달하기 위해 필요한 제어 기간 보정값(K)은 기준 압력(PR)과는 다른 연소실 압력(PZ)에서 이하의 공식에 따라 계산된다.
K = (PZ - PR) * X + (PZ - PR) * (PZ - PR) * Y
이 경우, 변수들(X와 Y)은 인젝터의 각각의 작동점을 위해 어플리케이션 툴을 사용하여 오프라인에서 미처리 데이터(raw data)로부터 검출되고, 특성 필드의 SG 에 저장되는 매개 변수이다.
대안적으로 다른 공식들 또는 모델들도 사용될 수 있다. 또한 보정값들은 상응하는 특성 필드들에서 저장될 수 있다.
특성 필드(110)는 상이한 실린더 압력들을 위해 측정된다. 이 경우, 상기 측정값들에 따라 계수들(x와 y)이 결정된다. 매개 변수들(x와 y)은 인젝터의 각각의 작동점에 대해 어플리케이션 단계 동안 미처리 데이터들로부터 검출되고, 특성 필드 내 제어 장치에 저장된다.
특히, 상기 과정은 상기 보정이 충분한 정확도를 포함하고, 적은 메모리 공간과 연산 시간만을 요구하므로 장점을 갖는다. 상기 공식에 대해 대안적으로, 보정값의 계산을 위한 다른 공식들도 실제값과 기준값 사이의 압력차에 따라 사용될 수 있다.
추가 대안으로, 전도된 인젝터 모델이 사용될 수 있다.
도2에는 상기 과정의 구현예가 상세하게 도시되어 있다. 이미 도1에 도시된 요소들은 동일한 도면 부호들로 표시된다. 변수들(QK와 P)은 추가로 제1 특성 필드(200)와 제2 특성 필드(210)에 도달한다. 제1 특성 필드(200)에는 계수(Y)가, 제2 특성 필드(205)에는 계수(X)가 인젝터의 작동점에 따라 저장된다. 바람직하게 제어 기간 특성 필드(110)를 위한 입력 변수와 동일한 입력 변수들이 특성 필드들(200과 210)을 위해 사용된다. 연산점(210) 또는 연산점(215)에서 특성 필드들의 출력 신호들(X 또는 Y)은 바람직하게 연산점(220)의 출력 신호 또는 감산점(230)의 출력 신호에 의해 곱해져 연산된다. 상기 연산점들(210과 215)의 2개의 출력 신호들은 상기 2개의 신호들을 바람직하게 가산하여 연산하는 연산점(240)에 도달한다. 상기 연산점(240)의 출력에 보정값(K)이 가해진다.
한편, 연소실 압력을 위한 센서(155)의 출력 신호(PZ)와 기준값 설정부(250)의 출력 신호는 감산점(230)에 공급된다. 기준 압력(PR)은 기준값 설정부(250)의 출력에 가해진다. 상기 기준 압력(PR)은 제어 기간 특성 필드(110)를 측정한 연소실 압력이다.
도2에 도시된 요소들(200 내지 250)은 상술된 공식을 다시 형성한다.
본 발명에 따라 기준값(PR)과 실제 연소실 압력(PZ) 사이의 차이에 따른 선형적 보정과, 2차식의 보정이 제공된다. 선형적 보정을 위해 계수(X)가 특성 필드(205)에서, 2차식의 보정을 위해 계수(Y)가 특성 필드(200)에서 인젝터의 작동점 에 따라 저장된다. 상기 계수들에서 한편으로는 차이가, 다른편으로는 차이의 제곱이 곱해지고, 이에 의해 보정값(K)은 2차식의 수식에 의해 계산된다.
상기 과정은 모든 분사 유형 즉, 예비 분사, 메인 분사, 2차 분사를 위해 사용된다. 특히 바람직한 추가의 실시예에서 인젝터의 작동점에 따른 비활성화가 가능하다. 상기 비활성화는 기대에 따른 적은 보정 요구에서 연산 시간의 절감을 가능하게 한다. 상기 보정 요구는 예를 들어 분사량이 많거나 연료 압력이 큰 경우에 존재한다. 이와 같이, 보정값(K)은 엔진의 작동 상태에 따라 제어되는, 상응하는 절환 수단에 의해 연산점(105)에 도달할 수 있다.
특히 바람직한 추가 실시예에서 제어 개시를 보정하기 위한 상응하는 보정이 제공되며 즉, 제어 기간과 더불어 제어 개시도 보정된다.

Claims (8)

  1. 엔진의 적어도 하나의 연소실 내로 연료의 계량 공급을 제어하기 위한 방법이며, 분사된 연료량을 결정하는 제어 변수(AD)가 적어도 하나의 작동 특성값(QK, P)에 따라 사전 설정되는, 연료의 계량 공급을 제어하기 위한 방법에 있어서,
    제어 변수(AD)의 보정을 위한 보정값(K)은 실린더 압력을 특성화하는 실린더 압력 변수(PZ)와, 적어도 하나의 작동 특성값(QK, P)에 따라 사전 설정되는 것을 특징으로 하는, 연료의 계량 공급을 제어하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 작동 특성값으로서는 연료 압력을 특성화하는 변수(P)가 사용되는 것을 특징으로 하는, 연료의 계량 공급을 제어하기 위한 방법.
  3. 제1항에 있어서, 작동 특성값으로서는 분사될 연료량을 특성화하는 변수(QK)가 사용되는 것을 특징으로 하는, 연료의 계량 공급을 제어하기 위한 방법.
  4. 제1항에 있어서, 실린더 압력 변수(PZ)는 센서에 의해 측정되는 것을 특징으로 하는, 연료의 계량 공급을 제어하기 위한 방법.
  5. 제1항에 있어서, 보정값은 기준값(PR)과, 실린더 압력 변수(PZ)를 위한 실제값 사이의 차이로부터 검출되는 것을 특징으로 하는, 연료의 계량 공급을 제어하기 위한 방법.
  6. 제1항에 있어서, 보정값(K)은 상기 차이와, 적어도 하나의 작동 특성값(QK, P)에 따른 적어도 하나의 계수(X, Y)에 따라 검출되는 것을 특징으로 하는, 연료의 계량 공급을 제어하기 위한 방법.
  7. 제1항에 있어서, 실린더 압력 변수(PZ)는 작동 특성값으로부터 검출되는 것을 특징으로 하는, 연료의 계량 공급을 제어하기 위한 방법.
  8. 엔진의 적어도 하나의 연소실 내로 연료의 계량 공급을 제어하기 위한 장치이며, 분사된 연료량을 결정하는 제어 변수(AD)를 적어도 하나의 작동 특성값(QK)으로부터 사전 설정하는 수단들(110)을 구비한, 연료의 계량 공급을 제어하기 위한 장치에 있어서,
    실린더 압력을 특성화하는 실린더 압력 변수(PZ)로부터 제어 변수(AD)의 보정을 위한 보정값(K)을 사전 설정하는 수단들(140)이 제공되는 것을 특징으로 하는, 연료의 계량 공급을 제어하기 위한 장치.
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