KR20110056503A - 자동차용 내연기관의 구동 샤프트에 대한 회전 방향을 검출하기 위한 방법 및 제어 장치 - Google Patents

자동차용 내연기관의 구동 샤프트에 대한 회전 방향을 검출하기 위한 방법 및 제어 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 특별히 제공되는 센서를 사용하지 않고 내연기관(1)의 구동 샤프트(13)의 회전 방향을 결정하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따라, 내연 기관(1)의 작동 변수가 내연기관(1)의 연소실(30)을 주위 영역에 연결하는 가스 라인(40, 16)에서 센서를 사용하여 측정된다. 상기 작동 변수는 모델을 사용하여 계산된다. 구동 샤프트(13)의 전진 방향 회전은 작동 변수의 측정값과 작동 변수의 모델값 사이의 차이가 특정 허용오차 범위 내에 놓이면 검출된다. 그렇지 않으면, 구동 샤프트(13)의 역 방향 회전이 검출되고, 이는 전진 방향 회전의 반대이다.

Description

자동차용 내연기관의 구동 샤프트에 대한 회전 방향을 검출하기 위한 방법 및 제어 장치{METHOD AND CONTROL DEVICE FOR DETECTING THE DIRECTION OF ROTATION OF A DRIVE SHAFT OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE FOR A MOTOR VEHICLE}
본 발명은 자동차용 내연기관이 구동 샤프트의 회전 방향을 검출하기 위한 방법 및 상응하는 제어 장치에 관한 것이다.
본 발명의 목적은 내연기관의 구동 샤프트의 회전 방향이 회전 방향을 검출하는 특정 센서없이 또한 검출될 수 있고 이에 따라 내연기관의 생산 비용에서 감소를 가능하게 하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 독립항에 따른 방법 및 장치에 의해 달성된다. 본 발명의 바람직한 실시예들은 종속항들의 내용이다.
제 1 항에 따른 방법은 자동차용 내연기관의 구동 샤프트의 회전 방향을 결정하기에 적합하다. 이를 위해, 내연기관의 작동 변수는 주변 영역에 내연기관의 연소실을 연결하는 가스 라인에 센서를 사용하여 측정된다. 상기 작동 변수는 상응하게 설계된 모델을 사용하여 계산된다. 구동 샤프트의 전진 방향(forward direction)의 회전은 작동 변수의 측정값과 작동 변수의 모델값 사이의 차이가 특정 허용오차 범위 내에 놓이면 검출된다. 그렇지 않으면, 구동 샤프트의 회전의 역 방향 회전이 검출되고, 이는 전진 방향 회전의 반대이다.
자동차 공학에서 사용되는 내연기관은 연소되는 동안 생산된 에너지가 자동차의 구동 트레인에 토오크의 형태로 전달되어 구동되는 방식으로 구동 샤프트를 구비한다. 왕복 피스톤 엔진의 경우 이러한 구동 샤프트는 크랭크 샤프트로 지칭된다. 기본 원리로서 구동 샤프트는 2개의 반대되는 회전 방향으로 회전할 수 있는 방식으로 장착된다. 그러나, 내연기관의 여러 중요한 구성 요소들은 전진 방향 회전으로서 다음에 언급되는 구동 샤프트의 일 회전 방향에 대해서만 교정된다. 따라서 예를 들어 전체 흡기관, 그 안에 포함된 구성 요소들 및 센서들은 오직 내연기관에 새로운 공기 공급을 보장하도록 설계되었다. 마찬가지로, 예를 들어, 내연기관의 배기관은 오직 연소실들에서 주위 영역으로 가열된 연소 배기 가스들을 배출하도록 설계되었다. 동일한 것이 예를 들어 유입 및 유출 밸브들의 제어에 적용되어서, 그 개방 시간들이 오직 전진 방향 회전으로 작동하도록 설계된다. 또한, 가장 현대적인 내연기관들은 상기 센서들로부터의 출력 신호들을 기초로 새로운 공기 질량 흐름, 점화 및 연료 분사를 제어하는 전자 제어 장치를 구비한다. 제어 장치에 구현된 제어 기능들은 구동 샤프트가 전진 방향 회전으로 회전하는 경우에만, 모든 액츄에이터의 올바른 상호 작용을 보장한다. 그러나 자동차가 예를 들어 가파른 언덕에서 폐쇄된 구동 트레인(선택된 기어)에 의해 후진한다면, 구동 샤프트의 역 회전이 가능할 수 있는 구동 상황들이 있다. 구동 샤프트의 역방향 회전이 감지되지 않으면, 연료 분사 및 점화가 시작되는 결과로서 내연기관에 상당한 피해가 발생될 수 있다.
지금까지, 구동 샤프트의 역 회전의 검출은 오직 특정 설계된 및 비용이 많이 드는 센서에 의해 가능하였다. 자동차의 생산 비용을 절감할 목표로, 자동차 제조 업체는 센서들의 수를 더욱 줄이기 위해 노력하고 있다.
구동 샤프트의 전진 방향 회전은 연소가 연소실에서 발생하고 있을 때 내연기관의 구동 샤프트가 정상적인 조건 하에서 회전되는 구동 샤프트의 정상적인 회전 방향일 것으로 이해된다. 따라서 내연기관을 시동하기 위해 구동 샤프트는 스타터 모터에 의해 전진 방향 회전으로 회전된다. 내연기관의 구성요소들 및 그들의 상호 작용은 내연기관이 구성요소들을 손상시키는 것없이 올바르게 기능하는 방식으로 설계되어 교정된다. 내연기관, 내연기관에 의해 발생된 토오크를 제어하기 위해, 상이한 작동 변수들을 측정하는 상이한 센서들은 내연기관의 연소실들이 주위 영역과 연통하는 방식으로 가스 라인들에 배열된다. 상기 센서들은 특히 가스 라인들 내부의 압력, 온도 및 가스 유량을 측정하기 위한 센서를 포함한다. 여기서, 가스 유량은 가스 질량 흐름이나 또는 대안적으로 가스 부피 흐름으로 이해된다. 용어 가스 라인들은 특히 흡기관 및 배기관으로 지칭된다. 내연기관의 액츄에이터를 제어하기 위해 소프트웨어의 형태로 하나 이상의 모델들이 제어 장치에 저장되고, 이러한 모델들은 상이한 센서 출력 변수들, 엔진 특성 및/또는 물리 법칙들을 기초로 가스 라인들 내부의 동일한 작동 변수들을 계산한다. 그러나 이러한 모델들은 이러한 작동 변수들의 정확한 계산이 구동 샤프트가 회전의 전진 방향으로 회전하는 경우에만 보장되는 그런 방식으로 설계된다. 센서들이 제대로 기능하고 모델이 내연기관의 구성으로 교정된다는 가정하에, 작동 변수의 측정된 값 및 작동 변수의 관련 모델 값은 구동 샤프트가 전진 방향 회전으로 회전하는 경우에만 약간만 상이할 뿐이다. 그러나 구동 샤프트가 회전의 역방향으로 회전한다면, 이후 내연기관의 가스 라인을 통해 흐르는 가스 스트림의 방향의 반전이 발생하고, 그 결과로서 작동 변수들의 실제 값들이 크게 변한다. 그러나 이들의 큰 변화들은 상응하는 센서들에 의해 오직 감지된다. 반면에 이 모델은 전진 방향의 회전으로 계속하여 구동 샤프트의 회전에 기초되고, 이는 관련 모델 값들과 작동 변수들의 측정 값들의 상당한 편차가 발생한다는 것을 의미한다. 따라서 발명의 아이디어는 측정값과 작동 변수의 상응하는 모델 값 사이의 차이를 기초로 하여 구동 샤프트의 회전의 방향을 감지하는 것에 있는 것으로 볼 수 있다. 상기 방법은 구동 샤프트의 회전의 방향을 검출하기 위해 대체로 내연기관의 가스 라인에 작동 변수를 감지하기 위해 표준으로 제공되는 센서 및 상기 작동 변수를 계산하기 위해 대체로 표준으로 구현되는 모델이 충분하다는 장점을 제공한다. 구동 샤프트의 회전 방향을 직접 감지할 수 있는 비싼 센서가 절약될 수 있다. 이것은 내연기관의 생산 비용을 더욱 줄일 수 있다는 것을 의미한다.
청구항 제2항에 따른 방법의 실시예에서 문제의 작동 변수는 다음의 변수들 중 하나이다 :
- 내연기관의 흡기관 또는 배기관 내부 위치에서 압력;
- 내연기관의 흡기관 또는 배기관 내부 위치에서 온도;
- 내연기관의 흡기관에서 가스 유량.
전술한 작동 변수들의 적어도 하나에 대해, 하나의 측정 값 및 하나의 관련 모델 값이 대체로 이용될 수 있다. 내연기관의 흡기관 또는 배기관의 압력, 온도 및 가스 유량은 구동 샤프트의 방향에서 반전이 있는 경우 변한다. 여기서, 가스 유량은 가스 질량 흐름이나 또는 대안적으로 가스 부피 흐름으로 이해된다. 따라서 이러한 변수들은 청구항 제 1 항에 따른 방법을 수행하기 위해 특히 더 적합하다.
청구항 제3항의 방법에 따른 실시예에 대해, 구동 샤프트가 회전의 역방향으로 회전하는 것이 검출되면 연료 분사가 차단된다.
청구항 제4항의 방법에 따른 실시예에 대해, 연료 공급이 차단된 상태에서 먼저 구동 샤프트의 회전 방향이 결정되며 구동 샤프트가 회전의 전진 방향으로 회전하고 있는 것이 검출되는 상황에서만 연료 공급이 허용된다.
청구항 제3항 및 제4항에 따른 방법의 실시예들은 회전의 역방향으로 구동 샤프트의 회전하는 경우에 연료 공급이 발생하며 연소가 일어나는 것을 안정적으로 방지하는 역할을 한다. 이것은 안정적으로 내연기관에 상당한 손상을 방지하는 것이 가능함을 의미한다.
본 발명의 제5항, 제6항 및 제7항에 따른 방법의 실시예에 따라 연료 분사가 자동차의 속력이 특정된 속력 임계 값보다 더 크다면, 및/또는 구동 샤프트의 회전 속력이 특정 회전 속력 임계 값보다 더 크다면, 및/또는 구동 샤프트가 내연기관과 관련된 스타터 모터에 의해 회전된다면 또는 구동 모터에 의해 내연기관을 시작하는 요청이 검출되면 연료 공급이 개방(released)되거나 개방 상태로 유지된다.
나타난 시나리오는 구동 샤프트의 회전 방향의 검출에 관한 결과의 타당성 체킹을 위해 사용된다. 제5항 내지 제7항에 나타난 시나리오들에 대해, 구동 샤프트의 역 회전은 거의 일어날 듯 하지 않거나 완전히 배제된다. 연료 공급, 또는 연료 분사는 개방될 수 있거나 개방된 상태로 남는다. 따라서 연료 분사 및 연소가 제한없이 가능하다.
제 8 항에 따라 내연기관에 대한 제어 장치는 내연기관의 구동 샤프트의 회전 방향을 검출하기 위해 제 1 항 내지 제 7 항 중 한 항에 따라 상기 방법이 수행될 수 있는 수단을 구비한다. 이로부터 발생하는 장점에 관하여, 각 청구항들에 관한 설명을 참조한다. 여기서 이들은 유사한 방식으로 적용된다.
발명은 첨부된 도면을 참조하여 전형적인 실시예에 기초하여 다음에 자세히 설명된다.
- 도 1은 내연기관의 개략도이고;
- 도 2는 순서도 형태로 내연기관의 구동 샤프트의 회전 방향을 검출하기 위한 방법의 예시적인 실시예를 도시한다.
내연 기관(1)은 도 1에 개략적으로 도시된다. 향상된 선명도에 관심을 두어 도면은 매우 간단화되었다.
내연기관(1)은 적어도 하나의 실린더(2) 및 실린더(2)에서 위아래로 이동할 수 있는 피스톤(3)을 포함한다. 더욱이 내연기관은 흡기관(40)을 포함하고, 여기에 공기 흐름 센서(air flow sensor, 5), 스로틀 밸브(6), 및 유입 매니폴드(7)가 새로운 공기의 흡입을 위해 흡입 포트(4)의 하류에 배열된다. 또한 제 1 압력 센서(41) 및 제 1 온도 센서(42)가 흡기관에 또한 배열된다. 전형적인 실시예에서 압력 센서(41)는 유입 매니폴드(7)에서 압력을 감지한다. 그러나, 제 1 압력 센서(41) 및 제 1 온도 센서(42)는 또한 흡기관(40)에서 다른 위치들에 위치될 수 있다. 유입 매니폴드(7)에서 압력 및 또한 흡기관(40)에서 공기 질량 흐름 모두는 내연기관(1)의 로드(load)의 측정을 나타낸다.
흡기관(40)은 실린더(2) 피스톤(3)에 의해 구분된 연소실(30)에 도달된다. 연소에 필요한 새로운 공기가 연소실(30)로 흡기관(40)에 의해 도입되고, 이에 의해 새로운 공기 공급이 유입 밸브(8)를 개방 및 폐쇄에 의해 조절된다. 여기에 도시된 내연기관(1)에 대해, 이것은 직접 연료 분사를 구비한 내연기관(1)이고 상기 연료는 분사 밸브(9)에 의해 연소실(30)로 직접 분사되며 가연성 혼합물의 성층된(성층 분사 작동(stratified injection operation)) 또는 균질(균질 작동) 준비가 내연기관(30)에서 가능하다. 그러나 본 발명은 또한 유입 매니폴드 연료 분사를 구비한 내연기관에 적용 가능하다. 스파크 플러그(10)는 연소를 트리거하는데 사용된다.
연소 배기 가스는 내연기관(1)의 배기 가스관(16)내로 배출 밸브(11)에 의해 배출되고 배기 가스관에 배치된 배기 가스 촉매 변환기(catalytic converter, 12)에 의해 세정된다. 제 2 압력 센서(43) 및제 2 온도 센서(44)는 배기관에 배치된다. 바람직하게, 제 2 압력 센서가 촉매 변환기(12)의 하류에 배치된다. 제 2 압력 센서(43) 및 또한 제 2 온도 센서(44) 모두 배기관(16)의 다른 위치들에 배치될 수 있다.
흡기관(40) 및 또한 배기관은 내연기관(1)의 연소실(30)을 주위 영역과 연결하는 가스 라인들로 구성되고, 즉 연소실들은 가스 라인들에 의해 주위 영역과 연통한다. 공기 흐름 센서(5), 제 1 온도 센서(42), 제 2 온도 센서(44), 제 1 압력 센서(41) 및 제 2 압력 센서(43)는 이러한 가스 라인들의 공기 질량 흐름, 압력 또는 온도 작동 변수들을 감지하기 위한 감지 수단을 구성한다.
내연 기관(1)은 연료 탱크(17) 및 그 내에 배치된 연료 펌프(18)를 포함하는 연료 공급 시스템을 갖는다. 연료는 공급 라인(19)에 의해 연료 펌프(18)에 의해 압력 저장소(20)에 전달된다. 문제의 압력 저장소(20)는 복수의 연소 챔버들(30)에 대한 분사 밸브들(9)이 가압된 연료를 공급하는 공통 설비이다. 또한, 연료 필터(21) 및 고압 펌프(22)는 또한 공급 라인(19)에 배치된다. 고압 펌프(22)는 상대적으로 저압의(약 3 bar) 연료 펌프(18)에 의해 공급된 연료를 고압으로(전형적으로 150 bar까지) 압력 저장소(20)에 공급하는 역할을 한다.
자동차의 구동 트레인(미도시)에 파워의 전달은 예시적인 실시예에서 크랭크 샤프트로서 구현되는, 피스톤(3)에 커플링된 구동 샤프트(13)에 의해 영향을 받는다. 구동 샤프트(13)는 전진 방향의 회전으로 및 전진 방향의 회전에 반대인 회전의 역 방향으로 회전할 수 있는 방식으로 장착된다. 그러나, 내연 기관(1)의 정상적인 작동 동안, 구동 샤프트(13)가 오직 회전의 전진 방향으로 회전한다. 내연기관(1)을 시동하기 위해, 전진 방향의 회전으로 구동 샤프트(13)를 기본적으로 구동하는 스타터 모터(50)가 제공된다. 회전 속도 센서(15)는 구동 샤프트(13)의 회전의 방향이 아니라 회전 속도를 감지한다.
내연기관(1)의 모든 액츄에이터들 및 센서들과 신호 및 데이터 라인들에 의해 연결된 제어 장치(26)는 내연기관(1)과 관련된다. 특히, 제어 장치(26)는 데이터 및 신호 라인들에 의해 연료 펌프(18), 공기 흐름 센서(air flow sensor)(5), 스로틀 밸브(6), 제 1 압력 센서(41), 제 1 온도 센서(42), 스파크 플러그(10), 분사 밸브(9), 회전 속력 센서(15), 제 2 압력 센서(43), 제 2 온도 센서(44) 및 스타터 모터(50)와 연결된다. 엔진 제어 기능들 및 모델들(KF1 내지 KF5)은 제어 장치(26)에서 소프트웨어의 형태로 구현된다. 모델들은 코딩된 엔진 특성 및/또는 물리 법칙에 기초하며 흡기관(40)에서 그리고 배기관(16)에서, 내연기관(1)의 가스 라인들에서 공기 흐름, 압력 및 온도에 대한 작동 변수들의 계산을 가능하게 한다. 이러한 모델은 예를 들어 EP 0 886 725 B1호에 알려져 있다. 이런 상황에서, 상기 모델들은 각각의 센서들(5, 41, 42, 43, 44)이 또한 측정하는 흡기관(40) 및 배기관(16)에서 이들 위치에서 공기 흐름, 압력 및 온도를 계산하는 방식으로 구성된다. 즉, 상기 센서들(5, 41, 42, 43, 44)에 의해 결정된 측정 값들의 각각은 상기 모델에 의해 계산된 상응하는 모델 값과 관련된다.
내연기관(1)의 구성요소들은 구동 샤프트(13)가 회전의 전진 방향으로 회전하고 있을 때 내연기관(1)이 정확하게 기능하는 방식으로 작동, 상호 작용, 치수(dimensioning) 및 소재들의 선택에 대해 설계된다. 동일한 것이 제어 장치(26)에서 구현된 모델 및 제어 기능들의 조정(coordination), 구체화, 코팅 및 연계(linkage)에 대해 유효하다. 제어 기능들 및 모델들에 대한 코딩은 내연기관의 구성으로 교정된다. 그러나 작동 변수들 및 제어 신호들의 계산 및 결정은 항상 전진 방향의 회전으로 구동 샤프트(13)의 회전을 가정한다. 이 경우에서, 작동 변수의 측정 값 및 작동 변수의 관련 모델 값은 단지 약간 서로 상이한다. 회전 속도 센서(15)가 회전 방향이 아니라 구동 샤프트(13)의 회전만을 검출하는 것이 가능하기 때문에, 구동 샤프트(13)가 실제로 회전 역 방향으로 회전할지라도 제어 기능들 및 모델들은 항상 전진 방향 회전으로 구동 샤프트(13)의 회전을 가정한다. 따라서 역 방향의 회전으로 구동 샤프트(13)의 회전의 경우에 연료 분사 또는 연소의 시작은 제어 에러들 및 상당한 손상을 초래할 수 있다는 것은 분명하다. 따라서 이러한 상황은 피해져야 한다.
도 2는 순서도의 형태로 내연기관(1)의 구동 샤프트(13)의 회전 방향을 결정하기 위한 방법의 예시적인 실시예를 도시한다.
상기 방법은 바람직하게는 연료 공급, 즉 연료 분사가 스위치 오프되는 포인트에서 항상 단계(200)으로 시작된다. 이것은 내연기관(1)의 시동에 바로 앞서, 즉 구동 샤프트(13)가 정지된 때, 또는 구동 샤프트가 고회전 연료 차단(overrun fuel cutoff) 작동 상태로 회전하고 있을 때 양쪽일 수 있다.
상기 방법이 시작된 후에, 적어도 하나의 작동 변수가 내연기관의 가스 라인들 중 하나에서, 즉 흡기관(40)에서 및/또는 배기관(16)에서, 상응하는 센서에 의해 측정된다. 작동 변수에 대해, 이들은 가스 라인의 위치에서 온도, 압력 또는 가스 라인을 통한 가스 유량일 수 있다. 또한, 측정된 작동 변수들 중 적어도 하나는 제어 장치(26)에서 구현된 상응하는 모델에 의해 계산된다. 또한, 구동 샤프트(13)의 회전 속도는 회전 속력 센서(15)에 의해 결정된다. 단계(201)에 진술된 이러한 작동들은 짧은 시간 간격들로 상기 방법의 시작으로부터 반복되고, 따라서 일정하게 업데이트된 값들이 이용될 수 있다.
단계(202)에서 구동 샤프트(13)가 회전하는지 여부가 체킹된다. 이것은 예를 들어 회전 속력 센서(15)로부터 출력 신호를 평가함으로써 이루어질 수 있다. 단계(202)에서 쿼리가 네거티브 결과를 생성한다면, 상기 방법은 단계(201)로 복귀된다. 단계(202)에서 쿼리가 포지티브 결과를 생산한다면, 즉 구동 샤프트(13)가 회전하고 있다면, 상기 방법은 단계(203)으로 계속된다.
단계(203)에서, 적어도 하나의 작동 변수의 측정값과 관련 모델 값 사이의 차이가 가스 라인(40, 16)에서 형성되며 이러한 차이는 특정된 허용 오차 범위 내에 놓이는지를 체킹한다.
단계(203)에서 쿼리가 포지티브 결과이면, 상기 방법은 구동 샤프트(13)가 전진 방향 회전으로 회전하는 것을 검출하는 단계(204)에 의해 계속된다. 이러한 결론은 회전의 전진 방향으로 회전 샤프트(13)의 회전의 경우에 모델 값이 상응하는 측정 값과 약간 상이하기 때문에 얻어질 수 있다.
단계(204) 후에, 상기 방법은 연료 분사가 개방되는(released) 단계(205)에 의해 계속된다. 이러한 방법으로, 내연 기관(1)의 연소 작동이 보장된다. 상기 방법은 단계(206)에 의해 종료된다.
단계(203)에서 쿼리가 네거티브 결과를 생성하면, 상기 방법은 구동 샤프트(13)가 회전의 역 방향으로 회전하는지에 대해 타당성(plausibility) 체킹을 수행함으로써 단계(207)에 의해 계속된다. 이를 위해, 특정 타당성 조건이 충족되는지에 대해 체킹될 수 있다. 타당성 조건은 예를 들어 자동차의 속력이 특정 속력 임계값 미만인 사실로 구성될 수 있다. 구동 샤프트(13)의 회전 속력이 특정 회전 속력 임계 값 미만이거나 같다라는 사실이 추가적인 타당한 조건으로 간주될 수 있다. 추가적인 타당 조건으로서 또한 간주될 수 있는 것은 구동 샤프트(13)가 스타터 모터(50)에 의해 현재 회전되고 있지 않거나 또는 내연기관(1)이 스타터 모터(50)에 의해 시동되는 것에 대한 어떠한 요청도 검출되지 않는지의 사실이다.
적어도 하나의 타당성 조건이 충족되지 않는다면, 특정값과 작동 변수의 모델 값 사이의 차이가 허용오차 범위 밖에 있을지라도 구동 샤프트가 회전의 역방향으로 회전할 가망성은 매우 낮다. 오히려 이러한 경우에서, 상응하는 센서로부터 에러난 출력 값과 모델에 의한 계산 에러 한쪽이 가정되어야 할 것이다. 예를 들어, 구동 샤프트(13)는 차량의 속력이 속력 임계 값보다 크면 회전의 역방향으로 회전할 거 같지 않다. 동일한 것이 회전 샤프트(13)의 회전의 속력이 특정 회전 속력 임계값보다 크다면 진실로 유지된다. 스타터 모터가 전진 방향의 회전으로 구동 샤프트(13)를 기본적으로 구동하기 때문에 구동 샤프트(13)의 회전이 스타터 모터(50)에 의해 야기된다면 진실로 유지된다.
따라서, 단계(207)에서 쿼리 결과가 네거티브 결과를 생성하면, 상기 방법은 구동 샤프트(13)의 회전의 전진 방향이 검출되는 단계들(204, 205 및 206)에 의해 계속되고, 연료 공급이 개방되어 상기 방법이 종료된다.
단계(207)의 쿼리가 포지티브 결과를 생성한다면, 상기 방법은 구동 샤프트(13)가 회전의 역방향으로 회전하는지를 검출하는 단계(208)에 의해 계속된다. 이것은 구동 샤프트(13)가 회전의 역 방향으로 회전할 때 공기의 흐름 반전이 가스 라인들(40, 16)에서 발생하기 때문에 적절하다. 공기는 배기관(16)으로부터 유출 밸브들(11)에 의해 연소실들(3)로 흡수되고 후속적으로 유입 밸브들(8)에 의해 흡기관(40)으로 방출된다. 이것은 배기관(16) 및 흡기관(40)에서 압력 및 온도 조건들이 상당히 변화하는 것을 의미한다. 예를 들어, 구동 샤프트(13)가 회전의 역방향으로 회전하고 있을 때 배기관(16)에서 압력 및 온도는 구동 샤프트(13)가 회전의 전진 방향으로 회전하고 있을 때 보다 상당히 작다. 이것은 구동 샤프트(13)의 회전의 전진 방향의 경우에서 연소실들(3)에서 제공된 "가열" 가스들이 유출 밸브들(11)에 의해 배기관(16)으로 방출되는 반면, "냉각" 공기가 배기관(16)에 의해 연소실들(3) 내로 흡수된다는 사실에 기인한다.
반면에, 흡기관(40)에서 압력 및 온도는 구동 샤프트(13)가 회전의 전진 방향으로 회전하고 있을 때보다 구동 샤프트(13)가 회전의 역방향으로 회전하고 있을 때 상당히 더 높다. 이것은 구동 샤프트(13)가 회전의 역방향으로 회전하고 있을 때 "가열" 공기가 연소실들로부터 유입 밸브들(8)에 의해 흡기관(40) 내로 방출되는 반면, 구동 샤프트(13)가 회전의 전진 방향으로 회전하고 있을 때 "냉각" 공기가 흡기관(40)으로부터 연소실들(3) 내로 흡수된다는 사실에 의해 설명될 수 있다.
검출 가능한 차이는 또는 구동 샤프트(13)의 회전의 역방향의 경우에 이러한 센서에 들어오는 흐름이 구동 샤프트(13)의 전진 회전의 경우에 들어오는 흐름과 상당히 다르기 때문에 흡기관(40)의 공기 흐름 센서(5)에 의해 측정된 공기 질량 흐름의 경우가 된다. 그러나 흡기관의 공기 질량을 계산하기 위한 모델이 구동 샤프트의 회전 방향을 고려하지 않기 때문에 상기 모델 값은 상응하는 측정 값과 상당히 상이하다.
단계(208) 후에 상기 방법은 내연기관(1)에 연료 공급이 차단되는 단계(209)에 의해 계속된다. 이것은 흡기관(40) 내로 연료의 어떠한 역류 또는 심지어 흡기관(40)의 연료의 연소가 발생하지 않는 것을 보장하는 역할을 한다. 상기 방법은 이후 단계(201)부터 반복된다.
여기에 제공된 방법은 구동 샤프트(13)의 회전 방향의 직접 검출을 위한 비용이 많이 들고 복잡한 센서를 생략할 수 있는 장점을 제공한다. 구동 샤프트(13)의 회전 방향은 흡기관(40)에서 및/또는 배기관에서 빈번하게 표준으로서 제공되는 센서들로부터 측정된 값들, 및 모델 값들에 기초하여 결정될 수 있다.
단계(207)에서 타당성 체크가 순전히 선택적으로 수행될 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 그와 동시에 단계(203) 이후 직접 단계(208)에 의해 계속될 수 있다. 또한, 단계(207)에 대해 진술된 타당성 조건들은 단지 예시적 종류(nature)이다. 역 방향으로 구동 샤프트(13)의 회전의 가망성에 관해 결론이 도출되게 하는 다른 조건들을 쿼리하는 것이 또한 가능하다. 단계(209)에서 연료 공급을 잠그는 대신, 점화를 비활성화하게 하는 것이 또한 가능하다. 점화는 또한 연료 공급에 덧붙여 비활성화될 수 있다. 일반적으로 말해서, 연료를 차단하는 임의의 조치가 단계(209)에서 취해질 수 있다.
상기 방법이 흡기관 또는 배기관 내부에서 센서들의 위치에 대해 기능한다는 것이 또한 주목되어야 한다. 상기 방법은 직접 연료 분사를 구비한 내연기관 및 유입 매니폴드 연료 분사를 구비한 내연기관들 모두, 과급 내연기관들(supercharged internal combustion engines) 또는 자연 통풍 엔진들(naturally aspirated engines)에 적용될 수 있다.

Claims (8)

  1. 자동차용 내연기관(1)의 구동 샤프트(13)의 회전 방향을 감지하는 방법으로서,
    - 내연기관(1)의 작동 변수가 내연기관(1)의 연소 챔버(30)를 주위 영역에 연결하는 가스 라인(40, 16)에서 센서를 사용하여 측정되고,
    - 상기 작동 변수는 모델을 사용하여 계산되고, 및
    - 상기 작동 변수의 측정 값과 상기 작동 변수의 모델 값 사이의 차이가 특정된 허용오차 범위 내에 있으면 구동 샤프트(13)의 회전의 전진 방향(forward direction)이 검출되며, 그렇지 않으면 회전의 전진 방향과 반대인 구동 샤프트(13)의 회전의 역방향이 검출되는
    자동차용 내연기관(1)의 구동 샤프트(13)의 회전 방향을 감지하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 작동 변수가
    - 내연기관(1)의 흡기관(40) 또는 배기관(16) 내부 위치에서 압력,
    - 내연기관(1)의 흡기관(40) 또는 배기관(16) 내부 위치에서 온도,
    - 내연기관(1)의 흡기관(40)에서 가스 유량의 변수들 중 하나인
    자동차용 내연기관(1)의 구동 샤프트(13)의 회전 방향을 감지하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    구동 샤프트(13)가 회전의 역방향으로 회전하고 있다고 검출되면 연료 공급이 차단되는
    자동차용 내연기관(1)의 구동 샤프트(13)의 회전 방향을 감지하는 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    연료 공급이 차단된 상태에서 먼저 구동 샤프트(13)의 회전 방향이 결정되며 구동 샤프트(13)가 회전의 전진 방향으로 회전하고 있는 것이 검출되는 상황에서만 연료 공급이 허용되는
    자동차용 내연기관(1)의 구동 샤프트(13)의 회전 방향을 감지하는 방법.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    자동차의 속력이 특정된 속력 임계 값보다 더 크면 연료 공급이 개방되거나(released) 또는 개방 상태로 유지되는
    자동차용 내연기관(1)의 구동 샤프트(13)의 회전 방향을 감지하는 방법.

  6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    구동 샤프트(13)의 회전 속력이 특정 회전 속력 임계 값보다 더 크면 연료 공급이 개방되거나 개방 상태로 유지되는
    자동차용 내연기관(1)의 구동 샤프트(13)의 회전 방향을 감지하는 방법.
  7. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    구동 샤프트(13)가 내연기관(1)과 관련된 스타터 모터(50)에 의해 회전된다면 또는 내연기관(1)을 시작하는 요청이 검출되면 연료 공급이 개방되거나 개방 상태로 유지되는
    자동차용 내연기관(1)의 구동 샤프트(13)의 회전 방향을 감지하는 방법.
  8. 내연기관용 제어 장치(26)로서,
    내연기관(1)의 구동 샤프트(13)의 회전 방향을 검출하기 위해,
    - 내연기관(1)의 작동 변수가 내연기관(1)의 연소 챔버(30)를 주위 영역에 연결하는 가스 라인(40, 16)에서 센서를 사용하여 측정되고,
    - 상기 작동 변수는 모델을 사용하여 계산되고, 및
    - 상기 작동 변수의 측정 값과 상기 작동 변수의 모델 값 사이의 차이가 특정된 허용오차 범위 내에 있으면 구동 샤프트(13)의 회전의 전진 방향(forward direction)이 검출되며 그렇지 않으면 회전의 전진 방향과 반대인 구동 샤프트(13)의 회전의 역방향이 검출되는
    수단을 구비한
    내연기관용 제어 장치(26).
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