KR20090060946A - 내부 평균 압력 및 실린더의 피스톤에 가해지는 실린더 압력에 의해서 실행되는 가스 작업을 확인하기 위한 방법 - Google Patents

내부 평균 압력 및 실린더의 피스톤에 가해지는 실린더 압력에 의해서 실행되는 가스 작업을 확인하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

연관된 행정 부피(Vα)에 걸친 실린더 압력 곡선에 의해서 형성되는 영역들로부터 가스 작업(가스 일량; WK)을 결정하기 위해서, 실린더-압력-비례 적분기가 시동되며, 상기 적분기는 셋팅가능한 적분기 커패시턴스(dp)의 함수로서 다소의 적분기 작동에서 실린더 압력 센서(3)의 신호를 적분한다. 상기 적분기 커패시턴스(dp)는 적분기 값에 대한 낮은 한계치(threshold valud) 및 높은 한계치를 프리셋팅함으로써 셋팅되며, 그 차이는 적분기 커패시턴스(dp)에 상응한다. 한계치들 중 하나에 도달하였을 때 각각 새로운 적분기 작동가 시동되며, 현재의 크랭크샤프트 각도(α)가 각각의 적분기 작동의 시작 및 종료(end) 시에 탐지된다. 각 적분기 작동에 대해서, 연관된 개별적인 작업(dWK)이 적분기 커패시턴스(dp) 및 특정의 커버링되는(covered) 행정 부피(dVα)의 곱(product)을 기초로 결정되며, 그리고 개별적인 작업(dWK)의 합계에 의해서 실린더 압력 곡선으로부터 얻어지는 가스 작업(WK)이 결정된다. 가스 작업(WKA)은 실린더(2)의 내부 평균 압력(Pmi)을 결정하기 위해서 특히 사용될 수 있다.

Description

내부 평균 압력 및 실린더의 피스톤에 가해지는 실린더 압력에 의해서 실행되는 가스 작업을 확인하기 위한 방법 {METHOD FOR ASCERTAINING THE GAS WORK PERFORMED BY THE CYLINDER PRESSURE ON THE PISTON OF A CYLINDER AND THE INTERNAL MEAN PRESSURE}
본 발명은 내연 기관의 실린더의 피스톤 상의 실린더 압력에 의해서 실행된 가스 작업(gas work; 가스 일량)을 확인하는 방법에 관한 것으로서, 이때 실린더 압력은 실린더에 할당된 실린더 압력 센서에 의해서 탐지되고, 연관된 행정 부피(stroke volume)가 크랭크샤프트에 할당된 크랭크샤프트 센서로부터 유도되며, 상기 가스 작업은 행정 부피에 걸친 실린더 압력 곡선에 의해서 형성되는 면적으로부터 결정된다. 또한, 본 발명은 이러한 타입의 방법을 실행하기 위한 제어 유닛(ECU)에 관한 것이다.
이러한 타입의 방법이 DE 41 16 518 C2로부터 이미 공지되어 있다.
작업 사이클 동안에 실린더 압력에 의해서 피스톤으로 전달되는 가스 힘의 작업(WKA)은 피스톤 경로의 (즉, 크랭크샤프트 각도 α의) 함수인 (행정) 부피 변 화(dVα)에 걸친 실린더 압력(p)의 링 적분(ring integral)으로서 결정되며, 예를 들어, Richard van Basshuysen/Fred Schaefer의, "Handbuch Verbrennungsmotor [내연 기관에 대한 핸드북]" 2판, 2002년 6월, 챕터 3.6을 참조할 수 있을 것이다. 변수 'WKA"는 시뮬레이션 모델에 의해서 결정될 수 있고, 또는 플래니미트레이션(planimetration)(면적 콘텐츠 측정; measuring the area content)에 의해 p-V 다이아그램으로부터 결정될 수 있을 것이다. 그러나, 종(species)에 따라 특허 명세서에서 이용되는 통상적인 방법은 또한 각도 인코더(α)를 통해서 불연속적으로 실린더 압력을 샘플링하는 단계 및 합계 함수로서 수치 적분을 통해서 WK(적어도 미리 정해진 KW 범위에서)를 계산하는 단계를 포함한다. 계산을 단순화하기 위해서, 엔진의 기하학적 형상(geometry)에 걸친 각도-의존형 부피 변화를 계산하고, 그것(부피 변화)을 테이블에 저장하며, 이어서 현재의 크랭크샤프트 각도에 따라서 그것을 출력하며, 마지막으로 WK의 계산에 이용하는 것이 공지되어 있다.
엔진의 조정 및 제어와 직접적으로 관련된 기준들(criteria)이 내연 기관의 실린더 압력 곡선으로부터 유도될 수 있다는 것이 공지되어 있다. 내부 또는 인덱싱된(indexed) 평균(mean) 압력(Pmi)이 엔진 연소 중에 실행된 가스 작업을 나타내기 위한 중요한 변수로서 주로 선택된다. 그것은 피스톤에 대한 특정의 작업과 동일하고 작업 사이클(p-V 다이아그램)의 행정 부피(Vh)에 걸친 실린더 압력 곡선으로부터의 적분으로서 결정된다. 파워(power) 및 토크와 같은 변수들 역시 그로부터 계산될 수 있을 것이다.
이 시점까지 대량 제조(large-batch manufacturing)되는 내연 기관에서 실린더 압력 센서들이 사용되지 않았기 때문에, 이러한 타입의 엔진 변수들의 확인은 주로 개발 및 연구를 목적으로 이용되는 특별하게 준비된 실험적 엔진으로 제한되어 왔다. 그러나, 지속적으로 엄격해지는 배기가스 규정으로 인해서, 미래에는 그러한 실린더 압력 센서들이 대량 생산된 엔진에서 이용될 것임을 예상할 수 있을 것인데, 이는 그 센서들이 연소 프로세스에 관한 중요한 정보를 제공하기 때문이다. 그 정보들은 프로세스 모니터링 및 제어를 위한 가치 높은 도구(valuable instrument)를 제공하고 그에 따라 적용될 수 있는 배출가스 제한 값을 유지할 수 있게 될 것이다. 이는, 가솔린 뿐만 아니라 디젤 모두와 관련된다. 제조 시작을 위해서 현재 개발되어 있는 가솔린-엔진의 CAI(제어형 자동 점화; controlled auto ignition) 방법은 이러한 내용에 특히 주목하고 있다. 이러한 연소 방법의 민감도로 인해서, 연소 프로세스 제어 및/또는 조정을 위해서는 실린더 압력 센서의 이용이 필수적이라 할 수 있다.
통상적으로, 내부 평균 압력(Pmi) 또는 연소 포컬 포인트(focal point)와 같은 특정 엔진 변수의 계산은 이제까지 전술한 바와 같이 실행되었으며, 여기에서는 고성능 측정 및 데이터 프로세싱 기술이 얻어질 수 있도록 비교적 높은 샘플링 비율(sampling rates)(즉, 1° KW 단계들) 및/또는 해상도의 단계적인(step-by-step) 적분을 이용한다. 그러나, 통상적으로, 종래의 엔진 제어 유닛(ECU)은 이러한 파 워 및 성능 요건을 충족시키지 못한다.
또한, 엔진 제어부를 위한 높은 다이나믹 센서 신소를 변환하기 위한 방법이 또한 DE 101 27 913 B4로부터 공지되어 있다. 개별적인 시점에서 각각 탐지되는 엔진 상태 변수들 및/또는 센서 신호의 디지털 샘플링에서 시스템적인 에러가 발생할 수 있기 때문에, 실린더 압력의 신호가 특히 작업 사이클에 비해서 짧은 미리 정해진 시간 간격 동안에 적분기를 이용하여 적분되고 결과적인 적분기 값이 엔진 제어부로 입력되도록 하는 것이 제안되어 있으며, 상기 적분기 값이 보다 양호한 디지털 해상도 능력(resolution capability)으로 인해서 실린더 압력의 전체 신호 곡선에 근접한 결론을 허용하도록 상기 시간 간격이 선택된다.
본 발명의 목적은, 대량 생산된 ECU를 이용하여 간단한 방식으로 특히 내부 평균 압력이 확인될 수 있는 전술한 타입의 개선된 방법을 제공하는 것을 포함한다.
이러한 목적은 실린더 압력에 의해서 실행된 가스 작업(일)을 확인하기 위한 특허청구범위 제1항에 따른 방법에 의해서 그리고 제12항에 따른 제어 유닛에 의해서 달성된다. 본 발명의 바람직한 실시예 및 개량 실시예는 이하의 설명, 도면, 및 종속항들로부터 얻어질 수 있을 것이다.
내연 기관의 실린더에 의해서 실행되는 가스 작업을 확인하기 위한 방법과 관련하여, 본 발명은 이하의 단계들을 포함한다: 실린더-압력-비례 적분기를 시동하는 단계로서, 상기 적분기는 셋팅가능한 적분기 커패시턴스(dp)의 함수로서 다소의 (more or fewer) 적분기 작동에서 실린더 압력 센서의 신호를 적분하며, 상기 적분기 커패시턴스(dp)는 적분기 값에 대한 낮은 한계치(threshold valud) 및 높은 한계치를 프리셋팅함으로써 셋팅되는, 실린더-압력-비례 적분기 시동 단계; 한계치들 중 하나에 도달하였을 때 각각 새로운 적분기 작동을 시동하는 단계로서, 현재의 크랭크샤프트 각도(α)가 각각의 적분기 작동의 시작 및 종료(end) 시에 탐지되는, 새로운 적분기 시동 단계, 적분기 커패시턴스(dp) 및 특정의 커버링되는(covered) 행정 부피(dVα)의 곱(product)을 기초로 각 적분 사이클에 대한 개별적인 작업(dWK)을 결정하는 단계, 그리고 개별적인 작업(dWK)의 합계에 의해서 실린 더 압력 곡선으로부터 얻어지는 가스 작업(WK)을 결정하는 단계를 포함한다.
따라서, 본 발명은 확인 대상이 되는 면적(WK)이 적분기 커패시턴스에 의해 규정되는 "매스 유닛(mass unit)"(dp)의 도움으로 컴퓨터에 의해서 "측정"되는 것을 기초로 하며, 이는 - 특히, 요구되는 위치에 따라서 - 많은 개별적인 면적(dp*dVα)에 의해서 선택될 수 있을 것이다. 실린더 압력 곡선으로 인해서 결코 필수적이지 않은 컴퓨터-집약적인(computer-intensive) 높은 샘플링 비율이 역시 사용되는 공지된 불연속적인 시간 샘플링 보다 유리한 점은, 샘플링 단계들이 일정한 것이 아니라 오히려 압력 곡선의 함수라는 것이다. 보다 큰 압력 변화 및/또는 높은 압력 범위에서, 작동되는 적분기의 개체수는 자동적으로 증가되고 그에 따라 상기 방법의 정밀도도 자동적으로 증가하는 한편, 보다 낮은 "관심(interesting) 영역에서는 보다 적은 수의 적분기 작동이 이루어지고 컴퓨터 제어 유닛이 더욱 경감(relieved)된다. 가스 작업(WK)은 완전한 작업 사이클 또는 그 일부와 관련하여 확인될 수 있을 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라서, 가스 작업을 확인하기 위한 적분기 작동은 작업 사이클의 하나 이상의 미리 규정가능한 부분적인 범위에 걸쳐 이루어진다. 따라서, 적분기 작동 및/또는 적분기 작동의 시퀀스는 자유롭게 선택이 가능한 시점 및/또는 크랭크샤프트 각도에서 시작될 수 있고, 정지될 수 있으며, 리셋될 수 있고, 그에 따라 전체 사이클 중의 특정 부분 범위들을 개별적으로 탐지, 분석할 수 있고, 또 서로 비교할 수 있게 된다.
특히 바람직한 것으로 생각되는 추가적인 실시예에 따라서, 적분기 커패시턴스(dp)는 적분기 값에 대한 한계치의 도움으로 작업 사이클의 적어도 두 곳의 미리 규정가능한 부분적인 섹션들에서 서로 상이하게 셋팅된다. 한계치 및/또는 적분기 커패시턴스(dp)가 또한 하나의 작업 사이클 내에서도 변화될 수 있기 때문에, 작업 사이클의 개별적인 부분적 섹션들과 관련하여 다양한 정밀한 요건들에 맞출 수도 있을 것이다.
본 발명의 본질적인 이점은, 추가적인 실시예에 따라서, 실린더 평균 압력(Pmi)을 획득하기 위한 단순하면서도 정밀한 방법이 적은 노력으로도 구현될 수 있다는 것이다. 이러한 중요한 엔진 변수들은, 예를 들어 민감한(sensitive) 가솔린-엔진 CAI 방법에서 요구되는 바와 같은 연소 프로세스 체크의 기준을 제공한다. 본 발명의 모든 실시예에서, 전체 작업 사이클(WKA)에 걸쳐서 실행되는 가스 작업의 확인은 실린더의 내부 평균 압력(Pmi)을 결정하기 위해서 이용될 수 있을 것이다. 따라서, 내연 기관의 파워 및/또는 토크가 실린더의 내부 평균 압력(Pmi)의 도움으로 결정될 수 있을 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 높은 한계치에 도달하였을 때 적분기는 새로운 적분기 작동을 위해서 낮은 한계치로 리셋된다. 대안적이며 특히 유리한 것으로 판단되는 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따라서, 적분기 작동 중에 두 개의 한계치들 사이에서 적분기 값이 변화하도록(back and forth), 높은 한계치에 도달하였을 때 새로운 적분기 작동을 위한 실린더 압력 센서의 역전 된(inverted) 신호를 낮은 한계치에 도달할 때까지 적분기로 주입(impinge)한다. 그에 따라, 연속적인 신호 곡선이 초래되고, 신호의 대안적인 리셋과 같은 신호 갭이 발생되지 않는다.
바람직한 실시예에 따라서, 본 발명에 따른 방법은 또한 실린더 압력 측정 방법과 연관되어 실행될 수 있으며, 이때 실린더 압력 센서에 의해서 탐지되는 실린더 압력의 범위는 둘 이상의 개별적인 범위들로 분할되고 완전한 센서 트레블(sensor travel)이 각각의 개별적인 범위로 할당되며, 측정된 범위 한계에 각각 도달하였을 때 적분기가 시동된다.
추가적인 실시예에 따라서, 전체 작업 사이클 동안에 피스톤에 대해 실시되는 가스 작업(WKA)은 합계에 의해서 개별적인 작업(dWK)으로부터 확인될 수 있을 것이며, p-V 다이아그램에 형성된 영역들에 따라서 고압 성분과 저압 성분(장입 사이클 작업)이 초래되고 저압 성분은 음의 사인(sign)에 의해서 합계에 고려된다.
측정 범위 변화 또는 사인 변화는 본 발명의 추가적인 실시예에 따라서 단순한 방식으로 프로세싱될 수 있으며, 이때 새로운 적분기 작동이 각각의 경우에 시동되고 그리고 중단된 적분기 작동의 적분기 커패시턴스(dp)의 대응하는 비례적인 값이 합계에 포함된다.
또한, 작업 사이클의 경로 중의 상부 또는 하부의 사공간 및/또는 다른 반복 시점을 확인하는 것이 그리고 그러한 시점들을 가스 작업(WKA)의 결정에 포함시키는 것이 바람직하다.
만약, 추가적인 실시예에 따라서, 특정 작동 지점을 위한 저압 성분(장입 사이클 작업)이 가스 작업(WKA)의 확인 시에 점화 맵(map)으로부터 취해진다면, 배기 및 흡기 행정 중에 개별적인 작업(dWK)에 대한 결정이 불필요하게 될 것이며, 그에 따라 제어 유닛은 이러한 시간에 추가로 경감될 것이다. 그 대신에, 실린더 압력(p)이 흡기 행정 동안에는 흡기 매니폴드 압력에 상응하고 배기 행정 동안에는 대기압에 상응한다는 가정하에서 가스 작업(WKA)의 확인시에 저압 성분(장입 사이클 작업)이 결정될 수 있을 것이며, 그에 따라 배기 및 흡기 행정 동안에 개별적인 작업(dWK)의 결정이 실행될 필요가 없다.
본 발명에 따른 제어 유닛(ECU)은 적분기 및 하나 이상의 계산 유닛(CU)을 포함하고, 내연 기관의 실린더의 피스톤에 대해서 실린더 압력이 실행하는 가스 작업(WKA)을 확인하기 위해서 전술한 타입의 단계들을 실행한다.
이하에서는, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 구체적으로 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 방법을 설명하기 위해서 공지된 사이클 프로세스를 도 1에 도시하였다. 예를 들어 ,4-행정 내연 기관에서, 연소/사이클 프로세스는 고압 루프(loop) 및 저압 루프로 분할된다. 이는 도 1의 p-V(압력/부피) 다이아그램에 개략적으로 도시되어 있다. 고압 루프는 AS로서 표기되고 저압 루프는 LWS로서 표 기되었다. 고압 루프(AS)는 사이클 프로세스의 팽창 또는 연소 페이즈(phase)에 대한 작업 곡선(K1) 및 사이클 프로세스의 압축 페이즈를 나타내는 부분적인 곡선(K2)로 구성된다. 저압 루프(LWS)(장입 사이클 작업)의 부분적인 곡선(K3)은 사이클 프로세스의 배기 페이즈를 나타낸다. 저압 루프(LWS)의 부분적인 곡선(K4)은 흡기 행정 동안의 4-행정 내연 기관의 거동을 나타낸다. 고압 루프(AS) 및 저압 루프(LWS)는 압력 레벨이 본질적으로 서로 상이하다. 저압 루프(LWS)가 약 1 바아의 압력 범위를 가지는 반면, 고압 루프(AS)는 극한의 경우에 실린더 압력(p)에 대해서 3-자리(digit) 숫자 값까지 가질 수 있을 것이다. 여기에서 측정 기술의 문제가 발생한다. 아날로그 센서로서 실행되었을 때, 압력 센서는 물리적 변수, 즉 실린더 압력에 비례하는 전기 신호를 전달한다. 이러한 전기적 신호는 전자장치(특히, 측정 변환기; transducer)에 의해서 전압 신호로 변환되고 또 증폭될 수도 있다. 통상적으로, 압력 센서에 의한 특별한 전압 신호 출력은 예를 들어 0 내지 5 V 사이의 출력 전압 범위에 놓인다. 이러한 전압 신호가 실린더 압력 센서(3)에 의해서, 도 2를 참조하면, 엔진 제어 유닛으로 공급되고 프로세스를 위해서 A/D 변환기(아날로그-디지털 변환기)에 의해서 그 곳에서 정확하게 프로세싱된다. 통상적으로, 정밀도 요건에 따라서 8, 10, 또는 12 비트 변환기들이 사용된다. EMC(전자기적 양립성(compatiblity))을 이유로, 고-해상도 변환기들은 자동차에서 거의 사용되지 않는다. 특정 압력 센서가 내연 기관의 특정 실린더 내에서 발생될 수 있는 최대 압력 범위에 맞춰 디자인되기 때문에, 비록 그러한 압력 센서의 센서 부재에 의해서 높은 해상도가 제공될 수 있지만, 낮은 압력 값들은 부정확하 게(coarsely) 얻어질 것이다. 예를 들어, 256 측정 지점들을 나타내는 8 비트의 A/D 변환기, 그리고 0 내지 5 V의 압력 센서에 대한 출력 전압 범위를 가지는 경우에, 5 V/256 = 19 mV의 해상도가 얻어진다. 대조적으로, 예를 들어, 압력 센서의 센서 부재는 약 1 mV의 가장 작은 물리적 해사도를 가진다. 이는, 측정 지점들의 낮은 숫자들로 인해서 A/D 변환시에 압력 센서의 출력 신호가 먼저 19 mV로부터 탐지되고 및/또는 등록된다는 것을 의미한다. 대조적으로, 이러한 것보다 낮은 0 내지 18 mV의 압력 센서의 측정 범위(이는, 이론적으로는, 압력 센서의 센서 부재의 19개의 측정된 값들에 상당한다)는 센서 부재의 고해상도에도 불구하고 사용되지 않고 또 탐지되지도 않을 것이다. 다시 말해, 실린더 압력 센서의 출력 신호에 대한 과다하게 낮은 해상도가 이것에 수반한다. 이러한 것에 대한 하나의 가능한 해결책은, 이하에서 보다 구체적으로 설명하는 바와 같이, 전체 측정 범위를 다수의 섹션들로 분할하는 것이다.
먼저, 도 2는 사이클 프로세스에서 실행되는 가스 작업(WKA)의, 도 1과 연관된, 저압 성분(LWS) 및 고압 성분(AS)을 아래쪽에 도시하고 있으며, 행정 부피(Vh)에 걸친 영역 부분들(dVα에 걸친 내부 실린더 압력(p))으로부터 내부 평균 압력(Pmi)을 결정하는 것을 도시하고 있다. 두 개의 영역 부분들, 즉 고압 및 저압 루프(장입 사이클 루프)(LWS)가 부가되고, 후자는 음의 사인을 가지는데, 이는 장입 사이클 중에 작업(일)이 가스에 대해서 실시되기 때문이다.
도 2에 따른 블록도는 제어 유닛, 특히 엔진 제어 유닛(ECU)으로부터 진행하 며, 그러한 제어 유닛으로 크랭크샤프트 각도 센서(1)의 크랭크샤프트 각도 신호가 인가된다. 실린더 압력 센서(3)는 내연 기관의 실린더(2)의 연소실 내에 위치되며, 그러한 센서의 실린더 압력 신호는 동일한 적분기 커패시턴스의 다수의 적분기 작동에서 적분기에 의해서 적분된다. 특히, 본 발명에 따라서 실린더(2)에 의해서 실행되는 가스 작업의 확인은, 적분기가 시동되는 각각의 시간마다, 특히 압력 범위 한계가 초과하거나 아래로 떨어지고 인접한 측정 범위에 대한 변화가 발생된다면, 적분기 값이 현재의 실린더 압력 값에 비례하여 상승되는 방식으로, 실시된다. 높은 압력 및/또는 전압 신호의 경우에, 적분기는 낮은 신호의 경우 보다 더 빠르게 채워진다(fill). 바람직한 실시예에서, 도 2를 참조하면, 낮은 한계치로부터 시작하여, 제 1 적분기 작동 중에 먼저 상승(ramp up)되는 방식으로 적분기가 실행된다. 만약, 상부 한계치에 도달한다면, 곡선은 역전된 실린더 압력 신호를 가지는 새로운 적분기의 작동시에 곡선이 역전되며, 다시 낮은 한계치에 도달할 때까지 적분기는 점진적으로 비워지고(empty), 그리고 새로운 상승(rising) 적분기 작업이 시작된다. 일반적으로 적분기 값의 톱니형 곡선이 발생하도록, 높은 한계치에 도달한 후의 각각의 경우에 적분기가 리셋되는 대안적인 실시예와 대조적으로, 이러한 것은 연속적인 신호 곡선이 발생된다는 이점을 가지고 또 리셋으로 인해서 연대적인(chronological) 신호 갭들이 발생되지 않는다는 이점을 가진다. 그에 따라, 상기 방법은 정밀도를 가지게 된다. 가장 단순한 경우에, 적분기 값이 적분기의 장입 상태(영; zero) 와 풀(full) 상태 사이에서 한계치가 변화하도록(back and forth)하는 방식으로 한계치들이 고정된다.
적분기 신호 변화(상승-하강-상승, 등)의 합계는, 얼마나 많은 개별적인 영역들이 가스 작업(WK)의 결정에 포함되는지 즉, 시간 경과에 따라서 압력에 의해서 커버링되는 영역이 얼마인지를 결정한다. (실린더 압력 신호의 레벨에 추가하여) 적분기 신호 변화 및/또는 적분기 작동의 빈도수를 결정하는(decisive) 적분기 커패시턴스, 즉 미분 값(differential value)(dp)은, 요구사항에 따른 충분한 정밀도 및/또는 해상도를 달성할 수 있도록, 선택될 것이다. 예를 들어, 비교적 큰 적분기 커패시턴스(dp)가 고압 루프(의 부분적인 섹션들) 내에서 이용될 수 있는 반면, 비교적 변화가 작은 압력 곡선을 가지는 저압 루프(의 부분적인 섹션들) 내에서는 보다 작은 적분기 커패시턴스(dp), 즉 "보다 정밀한(finer) 측정"이 바람직하게 이용된다. 행정 부피(Vh)에 걸친 희망하는 영역을 나타내기 위해서, 각각의 신호 역전시에 제어 유닛에 의해서 상응 크랭크샤프트 각도 역시 기록된다. 고정된 행정 부피 값이 각 크랭크샤프트 각도에 대해 할당되기 때문에, 전술한 "내연 기관에 대한 핸드북"의 챕터 3.1, 특히 방정식 (3.17)에 비교할 때, 내연 기관의 작업 사이클 동안에 보다 많은 또는 보다 적은 개별적인 작업 영역 및/또는 개별적인 작업(dWK)이 적분기 커패시턴스(dp)의 함수로서 발생되고, 이는 합계시에 p-V 다이아그램내의 전체 영역(WKA)을 초래한다. 만약, 전체 영역(WKA)(고압 루프-저압 루프)이 관련 실린더(2)의 (알고 있는) 행정 부피(Vh)에 의해서 분할된다면, 전술한 바와 같이, 도 2의 낮은 부분에서 희망하는 평균 압력(Pmi)이 얻어진다.
사인의 변화가 발생되는 고압으로부터 저압 루프로의 전이(그리고 그 반대의 전이)시에 및/또는 측정 범위 변화시에 적분기 값이 낮은 한계치와 높은 한계치 사이에 위치된다는 것을 가정할 수 있을 것이다. 이들 경우에, 연관된 크랭크샤프트 각도 역시 저장되고 상응하는 비례적인 적분기 커패시턴스(dp)도 합계에 포함된다.
또한, 본 발명에 따른 방법의 단순화 및/또는 정밀도 증대에 있어서, 가스 작업의 확인에 추가적인 정보를 포함시키는 것이 바람직할 것이다. 그에 따라, 예를 들어, 고압 루프(AS)와 대조적으로, 저압 루프(LWS)가 하나의 사이클로부터 다음 사이클가지 고정된 작동 지점에서 안정 상태로 유지된다는 것을 예상할 수 있을 것이다. 만약, 실린더 내의 압력 조건들이 흡기 및 배기 행정 동안에 각각 일정하다면, 예를 들어, 저압 루프는 각 작동 지점에 대해서 단순하게 계산되고 엔진 제어부 내의 점화 맵에 저장될 수 있다는 것을 예상할 수 있을 것이다. 저압 루프의 실험적 확인 역시 예상할 수 있을 것이다. 또한, 흡기 페이즈 동안의 실린더 압력 신호를 현존하는 흡기 매니폴드 압력 센서와 균등화(equalization)하는 것이 가능한데, 이는 흡기 밸브가 개방되었을 때 실린더 내부 압력이 흡기 매니폴드 압력에 매우 양호하게 근접하기 때문이다. 이는, 특히 실린더 압력 센서들이 넓은 측정 범위(최대 약 200 바아)를 커버하여야 하고 그에 따라 해상도 부족으로 낮은 압력에서 부정확하게 되는 상황에서 바람직하다. 또한, 배기 행정 중에, 즉 배기 밸브가 개방되었을 때, 실린더 압력이 대기압에 대략적으로 상응한다는 것을 예상할 수 있을 것이다. 현존하는 대기압 센서의 신호가 이러한 경우에 사용된다. 작업 사이클의 이러한 페이즈에 존재하는 외부 세계로의 접촉(contact)은 제어 유닛의 연 산 작업을 감소시키며, 이는 이 시점에 개별적인 작업(dWK)의 복잡한 결정을 실행할 필요성을 가지지 않는다.
또한, 저압 루프(LWS)가 특히 큰 로드(loads)에서 고압 루프(AS)에 비해서 작은 영역을 가진다는 것을 주지하여야 하며, 그에 따라 저압 루프의 계산에서의 오류는 결과에 단지 작은 영향만을 미친다는 것을 주지하여야 한다.
중요한 코너 지점들(significant corner points)를 통합하는 것 역시 바람직하다. 이는, 두개의 상부 및 하부 사공간(dead centers; LOT, ZOT), 그리고 밸브 개방 및 폐쇄 시간(
Figure 112008084379340-PAT00001
,
Figure 112008084379340-PAT00002
)을 포함하며, 도 2를 참조할 수 있다. 후자에 대해서 알고 있는 것은 특히 크랭크샤프트 페이즈 조정 기능을 가지는 엔진에서 특히 중요한데, 이는 밸브 제어 시간의 변화시에 저압 및 고압 루프들의 위치, 시작 및 종료점이 이동되기 때문이다.
본 발명에 따른 방법은 고주파 압력 진동 형태로 발생되는 신호 교란(distubances)에 민감하지 않다. 과다한(포지티브; positive) 그리고 손실(missing)(네거티브; negative) 영역 성분들이 비율(scale)의 균형을 잡기 때문에, 합계되었을 때 전체적인 결과가 손상되지 않는다.
실린더 압력 센서에 의해서 탐지되어야 하는 압력 범위가 레벨 제한(level limiting)을 위한 둘 이상의 개별적인 영역들로 분할된다는 것 자체는 공지되어 있다. 완전한 센서 트레블(예를 들어, 0 - 5 V)이 각 개별 범위로 할당되며, 그 예를 들면 다음과 같다:
압력 범위: 센서 출력:
0 - 1 바아 0 - 5 V
1 - 5 바아 0 - 5 V
5 - 20 바아 0 - 5 V
20 - 100 바아 0 - 5 V
100 - 200 바아 0 - 5 V
실린더 압력 센서가 다양한 측정 범위들 사이에서 독립적으로 변화될 것이고 별도의 제어 라인을 이용하여 엔진 제어부와 특별하게 활성화된 측정 범위에 대해서 통신할 것이다. 후자를 절감(save)하기 위해서, 실린더에 의해서 실행되는 가스 작업을 확인하기 위한 본 발명에 따른 방법과 관련하여, 내연 기관의 작동 지점이 연소 프로세스에 대한 하나 이상의 작동 파라미터를 기초로 하여 엔진 제어부에서 확인될 수 있을 것이고, 측정 센서의 센서 로우(raw) 신호의 예상되는 연대적인(chronological) 곡선이 현재 확인된 작업 지점에 대한 하나 이상의 점화 맵 정보로부터 예측되며, 즉 추정되며(estimated), 그리고 측정 센서의 측정 범위 섹션이 현재 활성화된 이러한 예측된 연대적인 센서 로우 신호 곡선을 기초로 하여 엔진 제어부에 의해서 그것이 확인된다.
도 1은 4-행정 내연 기관의 사이클 프로세스에 대한 종래 기술로부터 공지된 p-V 다이아그램의 예를 도시한 그래프이다.
도 2는 내연 기관의 실린더 내의 내부 평균 압력 및/또는 가스 작업을 확인하기 위한 본 발명에 따른 방법의 예시적인 실시예를 도시한 도면이다.

Claims (14)

  1. 내연 기관의 실린더의 실린더 압력에 의해서 상기 실린더의 피스톤에 대해서 실행되는 가스 작업(WK)을 확인하기 위한 방법으로서, 실린더 압력(p)이 상기 실린더(2)에 할당된 실린더 압력 센서(3)에 의해서 탐지되고, 연관된 행정 부피(Vα)가 크랭크샤프트에 할당된 크랭크샤프트 센서(1)로부터 유도되며, 상기 가스 작업(WK)이 행정 부피(Vα)에 걸친 실린더 압력에 의해서 형성되는 영역으로부터 결정되는, 가스 작업 확인 방법에 있어서,
    - 실린더-압력-비례 적분기를 시동하는 단계로서, 상기 적분기는 셋팅가능한 적분기 커패시턴스(dp)의 함수로서 작동하는 다소의(more or fewer) 적분기 작동에서 실린더 압력 센서(3)의 신호를 적분하며, 상기 적분기 커패시턴스(dp)는 적분기 값에 대한 낮은 한계치 및 높은 한계치를 프리셋팅함으로써 셋팅되는, 실린더-압력-비례 적분기 시동 단계;
    - 상기 한계치들 중 하나에 도달하였을 때, 각각의 경우에 새로운 적분기 작동이 시동되는 단계로서, 현재의 크랭크샤프트 각도(α)가 각각의 적분기 작동의 시작 및 종료(end) 시에 탐지되는, 새로운 적분기 시동 단계; 그리고
    - 각 적분기 작동에 대해서, 적분기 커패시턴스(dp) 및 특정의 커버링되는(covered) 행정 부피(dVα)의 곱(product)을 기초로 연관된 개별적인 작업(dWK)을 결정하고, 그리고 상기 개별적인 작업(dWK)들의 합계에 의해서 실린더 압력 곡선으로부터 얻어지는 가스 작업(WK)을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    가스 작업 확인 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 작업을 확인하기 위한 적분기 작동(run)이 작업 사이클(work cycle)의 하나 이상의 미리 규정이 가능한 부분적인 범위에 걸쳐서 이루어지는 것을 특징으로 하는
    가스 작업 확인 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 적분기 커패시턴스(dp)가 상기 한계치들의 도움으로 작업 사이클의 둘 이상의 미리 규정이 가능한 부분적인 섹션들에서 서로 상이하게 셋팅되는 것을 특징으로 하는
    가스 작업 확인 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    높은 한계치에 도달하였을 때 상기 적분기가 새로운 적분기 작동을 위해서 낮은 한계치로 리셋되는 것을 특징으로 하는
    가스 작업 확인 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적분기 작동 중에 두 개의 한계치들 사이에서 적분기 값이 변화하도록(back and forth), 높은 한계치에 도달하였을 때 새로운 적분기 작동을 위한 실린더 압력 센서(3)의 역전된(inverted) 신호를 낮은 한계치에 도달할 때까지 적분기로 주입(impinge)하는 것을 특징으로 하는
    가스 작업 확인 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실린더 압력 센서(3)에 의해서 탐지되는 실린더 압력의 범위가 둘 이상의 개별적인 범위들로 분할되고, 완전한 센서 트레블(complete sensor travel)이 각각의 개별적인 범위로 할당되며, 측정된 범위 한계에 각각 도달하였을 때 상기 적분기가 시동되는 것을 특징으로 하는
    가스 작업 확인 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    작업 사이클 동안에 피스톤에 대해 실시되는 가스 작업(WKA)은 합계에 의해서 개별적인 작업(dWK)들로부터 확인되며, p-V 다이아그램에 형성된 영역들에 따라서 고압 성분(AS)과 저압 성분(LWS)(장입 사이클 작업)이 얻어지고 상기 저압 성분(LWS)은 음의 사인(sign)에 의해서 합계에 고려되는 것을 특징으로 하는
    가스 작업 확인 방법.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    측정 범위 변화 또는 사인 변화 시에 새로운 적분기 작동이 시동되며 그리고 중단된 적분기 작동의 적분기 커패시턴스(dp)의 상응하는 비례적인 값이 합계에 포함되는 것을 특징으로 하는
    가스 작업 확인 방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    작업 사이클의 경로 중의 상부 또는 하부의 사공간(ZOT, LOT) 및/또는 다른 반복 시점 순간들이 확인되고 가스 작업(WKA)의 결정에 포함되는 것을 특징으로 하 는
    가스 작업 확인 방법.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    가스 작업(WKA)의 확인 시에, 배기 및 흡기 행정 동안에 개별적인 작업(dWK)에 대한 결정이 일어나지 않도록, 특정 작동 지점에 대한 저압 성분(장입 사이클 작업)(LWS)이 점화 맵(map)으로부터 취해지는 것을 특징으로 하는
    가스 작업 확인 방법.
  11. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    가스 작업(WKA)의 확인시에, 배기 및 흡기 행정 동안에 개별적인 작업(dWK)의 결정이 발생하지 않도록, 실린더 압력(p)이 흡기 행정 동안에는 흡기 매니폴드 압력에 상응하고 배기 행정 동안에는 대기압에 상응한다는 가정하에서 저압 성분(장입 사이클 작업)(LWS)이 결정되는 것을 특징으로 하는
    가스 작업 확인 방법.
  12. 제 7 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전체 작업 사이클에 걸쳐서 실시되는 가스 작업(WKA)의 확인을 이용하여 실린더(2)의 내부 평균 압력(Pmi)을 결정하는 것을 특징으로 하는
    가스 작업 확인 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    내연 기관의 파워 및/또는 토크가 상기 실린더(2)의 내부 평균 압력(Pmi)의 도움으로 결정되는 것을 특징으로 하는
    가스 작업 확인 방법.
  14. 실린더 압력에 의해서 내연 기관의 실린더(2)의 피스톤에 대해서 실행되는 가스 작업(WK)을 확인하기 위해서 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 단계들을 실행하며, 적분기 및 하나 이상의 계산 유닛(CU)을 구비하는
    제어 유닛(ECU).
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