KR20120090857A - 내연 기관의 작동 상태를 조정하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

내연 기관의 작동 상태를 조정하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내연 기관의 작동 상태를 바꾸기 위한 방법에 관한 것이다. 적어도 하나의 센서에 의해 내연 기관의 작동 상태를 특성화하는 데이터가 검출되어 조절 장치로 전달된다. 상기 조절 장치에 의해 상기 데이터를 기초로 상기 내연 기관의 최적 작동 범위가 결정되고, 상기 내연 기관의 작동 상태가 상기 최적 작동 범위로 조정되고, 조정은 내연 기관의 프로세스에 있어 결정적인 적어도 하나의 엔진 파라미터에 대해, 상기 최적 작동 범위를 유지하거나 또는 상기 최적 작동 범위에 도달하기 위해 요구되는 설정 값이 결정되고, 상기 엔진 작동 파라미터의 실제 값이 상기 설정 값으로 조절됨으로써 이루어진다.

Description

내연 기관의 작동 상태를 조정하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR ADJUSTING OPERATING STATE OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 청구항 제1항에 따른 내연 기관의 작동 상태를 바꾸기 위한 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 청구항 제9항에 따른 상기 방법의 용도, 청구항 제10항에 따른 상기 방법을 실시하기 위한 장치, 및 청구항 제11항에 따른 내연 기관의 작동 상태를 바꾸기 위한 조절 장치에 관한 것이다.
바람직하게는 내연 기관이 엔진의 사용 목적에 맞추어진 최적 작동 범위 내에서 사용된다. 통상의 최적 작동 범위는 예컨대 작동 중 연료 소비가 최소화되는 것을 특징으로 한다. 따라서, 내연 기관의 작동 상태는 바람직하게 상기 최적 작동 범위 내에서 유지된다. 사용되는 연료-공기 혼합물의 연소의 질 및 작동 상태는 예컨대 실린더 내 연료 조성, 흡기 온도, 연료 질, 잔류 가스량 등과 같이 계속해서 일정하게 유지될 수 없는 여러 작동 조건들에 의존한다.
이 때문에, 엔진은 작동 동안 최적 작동 범위를 벗어날 수 있다. 최적 작동 범위를 벗어나면, 예컨대 엔진의 노킹과 같은 바람직하지 않은 현상이 종종 나타난다. 따라서, 최적 작동 범위를 벗어나는 것을 검출하는 방법들이 공지되어 있다. 엔진 손상을 방지하기 위해, 노킹이 가능한 빨리 저지되는 것이 중요하다. 이 때문에, 종래의 내연 기관의 작동에서, 예컨대 DE 10360022A1에 개시되어 있는 것과 같은, 노킹 조절 방법 및 노킹 방지 장치가 사용된다.
노킹이 나타나면, 전술한 방법에 따라 노킹 방지 범위로 점화 각의 지연 조절이 이루어지고, 이로써 원래의 작동 점에서 노킹을 저지하기 위해 체크 리스트 중 적어도 하나의 조치가 취해진다. 하나의 조치가 소정 목표를 달성하지 않아 노킹이 원래의 작동 점에서 계속 나타나는 것이 검출되면, 체크 리스트 중 상기 조치가 삭제되고 체크 리스트 중 그 다음의 다른 조치가 테스트된다. 종래의 방법의 목표는 원래의 작동 상태로 복귀해서 노킹 현상 없이 내연 기관을 계속 작동시킬 수 있게 하는 것이다.
내연 기관의 작동 상태는 종래의 방법에 따라 일시적으로 변하고, 노킹 원인을 제거하기 위한 테스트가 실시되고, 이 방법이 성공하면, 원래의 작동 상태로 복귀된다. 이 방법은 작동 조건들의 영구적 변화가 고려되지 않는 단점을 갖는다. 따라서, 원래의 작동 상태에서 노킹 저지가 달성되지 않을 수 있어, 전술한 방법이 성공하지 않을 수 있다. 원래의 작동 상태의 재형성은 변화한 작동 조건에서 불가능하다. 결과적으로 엔진은 노킹하면서 작동하거나 또는 비-최적 작동 범위에서 감소한 출력으로 작동하거나 또는 스위치 오프되어야 한다.
본 발명의 과제는 작동 조건의 일시적 또는 영구적 변화에 대응할 수 있는 방법을 제공하는 것이다. 이렇게 작동되는 내연 기관은 작동 조건이 영구적으로 변하고 원래 작동 상태의 재형성이 불가능한 경우에도 최적으로 작동해야 한다. 또한 이 방법의 실시를 위한 장치 및 이를 위해 적합한 조절 장치가 제공되어야 한다.
상기 과제는 청구항 제1항의 특징을 가진 본 발명에 따른 방법에 의해 달성된다. 상기 방법의 용도 및 상기 방법의 실시를 위한 장치는 독립 청구항 제9항 및 제10항에 제시되고, 조절 장치는 청구항 제11항에 제시된다. 바람직한 실시예들은 다른 청구항들에 제시된다.
본 발명에 따른 방법에 따라, 내연 기관의 작동 상태를 적어도 하나의 센서 및 조절 장치를 이용해서 변화시키는 것이 제안되고, 또한 센서를 이용해서 내연 기관의 작동 상태를 특성화하는 데이터를 검출하고, 상기 데이터를 조절 장치로 전달하고, 조절 장치를 이용해서 상기 데이터를 기초로 내연 기관의 최적 작동 범위를 결정하고 작동 상태를 상기 최적 작동 범위로 조정하는 것이 제안된다. 이 조정은, 조절 장치가 최적 작동 범위를 유지하거나 또는 최적 작동 범위에 도달하기 위해 요구되는, 연소 프로세스에 있어 결정적인 엔진 작동 파라미터에 대한 적어도 하나의 설정 값이 검출되고, 엔진 작동 파라미터의 실제 값이 상기 설정 값으로 조절됨으로써 이루어진다.
엔진 작동 파라미터들(예컨대 점화 시점, 연소 공기 비율, 점화 지속 시간, 공기 유량)이 일정한 경우, 엔진의 연소의 갑작스런 변화가 검출되면, 하나 또는 다수의 작동 조건들(예컨대 연료 조성)이 변한 것이 추정될 수 있다. 작동 조건들이 변했으면 즉, 예컨대 연료 조성이 변한 것이 추정되면, 최적 작동 범위가 고려되는 엔진 작동 파라미터와 관련해서 이동될 수 있다.
본 발명에 따라, 조절 장치는 예컨대 여러 기준 연료들에 의해 검출되었거나 또는 다른 작동 조건들에 맞추어진 종래의 엔진 특성 맵을 고려해서 새로운 최적 작동 범위를 검출한다. 내연 기관이 최적 작동 범위에서 작동하면, 조절 장치는 현재 최적 작동 범위를 유지한다. 고려할 엔진 작동 파라미터에 대해 최적 작동 범위를 벗어나면, 새로운 최적 작동 범위에 대해 최적인 엔진 작동 파라미터가 검출되고, 실제 값인 현재 엔진 작동 파라미터가 설정 값인 새로운 최적 엔진 작동 파라미터들을 트래킹한다.
조절 장치로서는 경우에 따라 이용 가능한 엔진 제어부를 기초로 적절한 기능을 보완할 수 있는 예컨대 엔진 제어부가 사용됨으로써, 경제적이고 부가 가능한 실시가 가능하다.
조절 장치는 전술한 조치의 실시를 위해 연소 프로세스에 있어 결정적인 적어도 하나의 엔진 작동 파라미터에 대한 설정 값을 검출한다. 본 발명에 따라, 현재 검출된 작동 상태가 이미 최적 작동 범위에 있으면, 최적 작동 범위가 유지되도록 설정 값들이 선택되고, 현재 작동 상태가 최적 작동 범위에 있지 않으면, 엔진 작동 파라미터의 실제 값이 설정 값으로 조절됨으로써, 상기 현재 작동 상태가 직접 또는 단계적으로 최적 작동 범위로 이동되도록 설정 값들이 선택된다. 이러한 엔진 작동 파라미터의 조정에 의해, 내연 기관이 최적으로 작동될 수 있는 사용 범위가 확장되는 것이 장점이다. 엔진 작동 파라미터를 영구적으로 변한 작동 조건들에 대해 지속적으로 조정하는 것은 종래 기술에 따라서는 수동 조치에 의해서만 이루어질 수 있었다.
바람직한 실시예에 따라, 데이터로서는 노킹 값들 또는 이에 의존하는 값들이 검출될 수 있다. 이를 위해, 노킹 센서, 예컨대 신호 증폭을 위한 적분기를 포함한 예컨대 압전식 가속도 센서가 사용된다. 종종 기존 센서가 청구하는 방법을 실시하기 위해 사용될 수 있다. 이 방법은 이용 가능한 내연 기관에 사용하기 위해 경제적인 방식으로 실시될 수 있다. 예컨대 노킹이 검출되면, 이는 작동 상태를 변화시킬 근거로서 사용된다. 본 발명에 따른 방법은 엔진 제어부에서 실시되는 노킹 조절 방법을 보완하거나 또는 대체할 수 있다.
예컨대 점화 압력 값을 검출하기 위한 압력 센서를 사용하는 것도 가능하다. 이 경우, 엔진의 작동 상태를 특성화하는 데이터는 점화 압력 값들, 즉 빠르게 변하는 점화 압력의 측정된 실제 값들, 상기 점화 압력 값에 의존하는 값들, 또는 전체 점화 압력 프로파일을 포함한다. 압력 센서들 외에 다른 센서들도 사용될 수 있고, 이 방법은 특수 연소 엔진과 협동하게 제공되는 센서들에 적용될 수 있다.
내연 기관의 작동 상태는 하나 또는 다수의 값들을 기초로 결정될 수 있다. 유용한 값들은 엔진 회전 속도, 토크 값들, 점화 압력 값들, 점화 과정 동안 나타나는 평균 압력, 연소 공기 비율(λ), 점화 시점(t), 점화 지속 시간, 점화 압력 프로파일, 점화 에너지, 불꽃 연소 지속 시간, 온도 등이다. 이로써, 이 방법이 다양한 엔진들에 적용될 수 있고, 작동 상태는 예컨대 기존의 센서들이 사용되도록 결정된다.
예컨대 연료 조성과 같은 각각의 작동 조건에 의존하는 엔진의 최적 작동 범위가 내연 기관의 사용 목적으로부터 얻어진 사전 설정 값에 따라 조정된다. 최적 작동 범위로서, 예컨대 작동 조건에 따른 효율 범위가 미리 주어진다. 각각의 작동 조건에 대해 연료 소비가 최소인 작동 지점이 존재한다. 이 경우, 연료 소비가 미리 주어지는 최소치에 거의 근사하는 작동 범위는 효율 범위로서 미리 주어질 수 있다. 각각의 작동 조건에 대해 최적 작동 범위가 미리 주어진다. 다른 예로서,작동시 배출 값이 미리 주어진 인터벌 내에 있도록 효율 범위를 규정하는 것도 가능하다. 최적 작동 범위를 결정하기 위해, 특히 예컨대 엔진 특성 맵과 같은 경험 데이터가 사용될 수 있다.
본 발명에 따라, 연소 프로세스에 결정적인 엔진 작동 파라미터로서는 연소 공기 비율(λ), 점화 시점(t), 엔진 회전 속도, 토크, 점화 에너지, 불꽃 연소 지속 시간 및/또는 상기 엔진 작동 파라미터들 중 적어도 하나에 의존하는 값이 사용될 수 있다. 어떤 엔진 작동 파라미터가 사용될지는 특정 내연기관 및/또는 내연 기관의 특수 사용에 맞추어질 수 있다.
적어도 하나의 엔진 작동 파라미터에 대해 조절 장치가 설정 값들을 미리 제공한다. 상기 설정 값들은 필요시 미리 주어지는 값 범위로 제한될 수 있다. 제한된 값 범위는, 엔진을 허용 불가한 설정으로부터 보호하거나 또는 배출 규정을 지키기 위해 예컨대 점화 시점(t)과 같은 특정 엔진 작동 파라미터들이 규정된 한계 내에 놓여야 하기 때문에 중요할 수 있다. 허용 불가능한 설정은 예컨대 노킹 연소를 야기할 가능성이 높은 너무 이른 점화 시점일 수 있다. 배출 규정은 예컨대 산업상 사용되는 고정식 대형 가스 엔진에서 특히 중요하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 정해질 설정 값에 대해 미리 주어지는 값 인터벌은 내연 기관의 작동 상태에 따라 결정된다. 특정 작동 상태에서 큰 값 인터벌이 허용되는 것이 바람직할 수 있는 한편, 다른 작동 상태에 대해서는 더 작은 값 범위가 적합하다. 설정 값에 대해 큰 값 인터벌이 허용되면, 실제 값의 변화가 큰 증분(설정 값과 실제 값의 차이)으로 이루어질 수 있다. 이는 노킹이 검출된 경우 특히 바람직하다. 이 경우, 내연 기관이 위험 범위에서 작동하고, 작동 상태가 매우 빠르게 바뀌어야 한다. 이와 관련해서 결정적인 값은 예컨대 점화 시점이다. 엔진이 노킹하기 시작하면, 점화 시점의 미리 주어진 설정 값에 대한 범위가 크게 선택될 수 있고, 점화 시점은 훨씬 더 늦은 값으로 신속하게 결정된다. 이로써, 변화의 증분이 크다. 엔진이 위험 범위를 벗어나고, 새로운 설정 값이 결정되면, 미세 설정이 시작될 수 있고, 이로써 점화 시점을 변화시키기 위한 훨씬 더 작은 증분이 선택될 수 있고, 점화 시점이 단계적으로 서서히 이른 방향으로 바뀐다. 조절의 이러한 제 2 단계에서 설정 값을 위한 작은 값 범위가 미리 주어지고, 엔진 작동 파라미터의 실제 값이 일련의 설정 값들로 연속적으로, 다수 단계로 조절된다.
내연 기관의 작동 상태가 실제 작동 조건에 따라 조정된 최적 작동 상태 내에 이미 있는 것이 검출되면, 설정값의 변화는 매우 작게 이루어지거나 전혀 이루어지지 않고, 인터벌은 매우 작게 선택된다. 이로써, 조절 프로세스가 최적화된다. 또한, 내연 기관의 효율의 최적화도 달성되고 높은 마모 또는 다른 위험도 방지된다.
엔진 작동 파라미터, 특히 점화 시점(t) 및/또는 연소 공기 비율(λ)의 설정 값을 결정하기 위해, 엔진 특성 맵이 사용될 수 있다. 이러한 엔진 특성 맵들은 특히 연료 파라미터에 의존한다. 따라서, 엔진 특성 맵들은 상이한 기준 연료에 의해 검출될 수 있다. 또한, 예컨대 계약상 보장된 연료도 사용될 수 있다. 상이한 조성을 가진 여러 연료에 의해 검출되는 엔진 특성 맵도 사용될 수 있다. 다양한 엔진 특성 맵에 의해, 변하는 작동 상태에서 설정 값이 신속하게 찾아질 수 있고, 하나 또는 일련의 설정 값들로 연속적인 조절이 이루어질 수 있다. 이로써, 작동 상태의 조정이 이루어지고, 모든 기존 경험 데이터들이 함께 고려될 수 있다. 따라서, 이는 조치들을 차례로 테스트하는 테스트 및 시행 착오 방법이 아니라 각각의 내연 기관에 대한 정확한 인식을 기초로 하는 조절이다.
본 방법은 다양한 내연 기관, 특히 가스 엔진 또는 가스 오토(Otto) 엔진에 적용될 수 있다. 가스 엔진에서, 사용되는 연소 가스의 조성은 시간의 경과에 따라 변하는 것이 일반적 현상이다. 본 발명에 따른 방법에 의해 각각의 가스 조성에 대해 엔진의 최적 작동 범위가 다이내믹하게 설정될 수 있다.
방법을 실시하기 위해, 바람직하게 센서 및 조절 장치를 포함한 장치가 사용된다. 센서는 내연 기관의 작동 상태를 특성화하는 데이터를 검출하고, 이 데이터를 조절 장치에 전달한다. 조절 장치는 이 데이터에 의존해서 내연 기관의 최적 작동 범위를 지속적으로 검출하고, 최적 작동 범위를 유지하거나 또는 최적 작동 범위에 도달하기 위해 요구되는, 연소 프로세스에 있어 결정적인 엔진 작동 파라미터에 대한 적어도 하나의 설정 값을 결정하고 엔진 작동 파라미터의 실제 값을 설정 값으로 조절한다.
본 발명에 따른 조절 장치는 특히 적합한 알고리즘을 사용하고, 상기 알고리즘은 센서에 의해 전달되는, 내연 기관의 작동 상태를 특성화하는 데이터로부터 최적 작동 범위를 결정한다. 또한, 상기 알고리즘은 최적 작동 범위를 유지하거나 또는 최적 작동 범위에 도달하기 위해 요구되는, 연소 프로세스에 있어 결정적인 엔진 작동 파라미터에 대한 적어도 하나의 설정 값을 결정하고, 엔진 작동 파라미터의 실제 값을 설정 값으로 조절하기 위해 사용되는 신호를 출력한다. 상기 알고리즘은 각각의 실시예에 따라 연소 프로세스의 매우 상이한 특성 값들을 연관시켜, 모든 미리 주어지는 경험 데이터를 얻을 수 있다. 바람직하게 상기 알고리즘이 예컨대 상이한 연료 또는 상이한 연료 조성에 맞추어질 수 있는 다양한 엔진 특성 맵을 이용한다.
본 발명에 따라, 엔진 작동 조건의 일시적 또는 영구적 변화에 대응할 수 있는 방법이 제공되고, 또한 상기 방법을 실시하기 위한 장치 및 이를 위해 적합한 조절 장치가 제공된다.
도 1은 내연 기관의 작동 상태를 바꾸기 위한 본 발명에 따른 방법의 실시예의 개략적 블록 다이어그램.
도 2a 내지 도 2d는 내연 기관의 여러 작동 상태들 및 작동 범위들을 도시한 도면.
도 3은 내연 기관의 작동 상태를 바꾸기 위한 장치의 실시예의 블록 다이어그램.
본 발명은 하기에서 도면을 참조로 더 자세히 설명된다.
도 1 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 내연 기관의 작동 상태를 조절하기 위한 방법 및 장치의 블록 다이어그램을 도시한다. 센서들(2)은 제 1 단계 (S1)에서 데이터를 검출하고, 상기 데이터를 기초로, 하기에서 더 자세히 설명되듯이, 후속 단계들에서 조절 프로세스가 엔진 제어 장치(1)에 의해 이루어진다.
도시된 실시예에서 장치는 엔진 제어 장치(1) 및 다수의 센서들(2)을 포함한다. 센서들(2)에 의해 전달되는 데이터들로부터 엔진 제어 장치(1)가 엔진의 작동 상태(Z1) 및 최적 작동 범위(W)를 검출하고, 미리 주어지는 엔진 작동 파라미터를 조절하고, 이로써 작동 상태(Z1)가 최적 작동 범위(W) 내에 유지되거나 또는 하나의 최적 작동 범위(Wn)로 안내된다.
자세히 도시되지 않은 내연 기관은 도시된 실시예에서 고정 작동식 가스 오토(Otto)-엔진이다. 이 실시예에서 센서들(2)은 적분기를 가진 압전식 가속도 센서 형태의 노킹 센서(3), 엔진 회전 속도 센서(4), 점화 압력 값의 측정에 사용되는 압력 센서(5) 및 토크 센서(6)를 포함한다.
노킹 센서는 엔진의 작동 상태(Z1)를 특성화하는 데이터를 검출하고, 이 경우 노킹 값이 데이터로서 검출된다. 센서들(2)에 의해 검출된 데이터는 데이터 접속부(7)를 통해 엔진 제어 장치(1)로 전달된다. 전달된 데이터로부터 엔진 제어 장치(1) 내에서 알고리즘(8)에 의해 가스 엔진의 실제 작동 상태(Z1)가 검출된다.
가스 엔진의 실제 작동 상태(Z1)는 도 2a에서 점(Z1)으로서 도시된다. 도시된 다이어그램 내 2개의 좌표 축들은 예컨대 엔진 회전 속도, 엔진 토크, 연소 공기 비율(λ), 점화 시점, 점화 시간 등과 같은 가스 엔진의 작동 상태를 특성화하는 다양한 값들을 나타낸다.
도 3에 도시된 엔진 제어 장치(1)의 알고리즘(8)은 센서들(2)에 의해 전달된 데이터들에 따른 최적 작동 범위(W)를 검출한다. 최적 작동 범위는 도 2a에서 빗금친 원형 영역으로서 도시된다. 이 작동 범위(W)에서 가스 엔진이 최적으로 작동한다. 최적 작동 범위(W)는 최적 작동 점 둘레의 상당히 작은 영역이다. 여기서 최적 작동 범위는 연료 소비가 이 영역에서 최소라는 것을 의미한다. 도 2a는 바람직한 작동 상황을 나타내고, 최적 작동 범위(W)와 관련한 가스 엔진의 엔진 작동 파라미터가 엔진 제어 장치에 의해 정확히 조정되었고, 이렇게 얻어진 작동 상태(Z1)가 최적 작동 범위(W) 내에 있다.
도 1은 작동 상태를 바꾸기 위한 방법을 개략적으로 도시한다. 전술한 센서 신호들의 검출은 도 1에서 단계 S1으로서 도시된다. 실제 작동 상태(Z1) 및 최적 작동 범위(W)의 검출은 단계 S2로서 이루어진다. 후속 단계 S3에서 엔진 제어 장치(1)의 알고리즘(8)은 작동 상태(Z1)가 최적 작동 범위(W)에 있는지의 여부를 검출한다. 도 2a에 도시되는 것처럼, 작동 상태가 최적 작동 범위에 있으면, 엔진 제어 장치(1)가 엔진 작동 파라미터를 일정하게 유지시키거나 또는 미미하게 미세 조절함으로써, 작동 상태(Z1)가 유지되거나 또는 미세 조정의 의미로 미미하게 변경되고, 이 방법은 동일한 프로세스를 다시 시작한다. 이는 단계 S3으로부터 단계 S1로의 리턴으로서 도시된다.
전술된 방법을 실시하기 위해, 도시된 실시예에서, 엔진 제어 장치(1)는 점화 시점(t) 및 연소 공기 비율(λ)을 엔진 작동 파라미터로서 사용한다. 바로 전술한 경우, 즉, 작동 상태가 최적 작동 범위에 있는 경우, 엔진 제어 장치(1)가 점화 시점(t) 및 연소 공기 비율(λ)에 대한 설정 값들을 바꾸지 않는다. 도 3에서 상기 2개의 파라미터들의 조절은 데이터 및 제어 라인들(9 및 10)로 도시되고, 2개의 화살표 방향들은 조절이 실시되는 것을 나타내며, 조절은 상응하는 엔진 또는 기계 부품들(11), 도시된 경우에서는 점화 시점(t)의 측정 및 변경 장치(12), 배기 가스 측정 장치(13) 또는 연소 공기 비율(λ) 결정 장치에서 이루어진다.
알고리즘(8)이 가스 엔진의 작동 상태(Z1)가 최적 작동 범위(W) 밖에 있다고 검출하면, 작동 상태(Z1)가 바뀌어야 하고 상응하게 조정되어야 한다. 도시된 실시예에서, 연소에 결정적인 2개의 엔진 작동 파라미터, 즉 한편 점화 시점(t), 다른 한편 연소 공기 비율(λ)이 작동 상태를 바꾸기 위해 사용된다. 조절은 점화 시점(t) 및 연소 공기 비율(λ)에 대한 설정 값들이 설정됨으로써 이루어진다.
도시된 실시예를 설명하기 위해, 사용되는 연소 가스의 가스 조성이 변했고 이로 인해 점화 시점(t) 및 연소 공기 비율(λ)이 최적 연소에 적합하지 않은 것이 전제된다. 연소 가스의 변화는 예컨대 탄화수소 또는 불활성 가스의 함량 등과 관련된다. 이러한 성분 또는 가스 내 이 성분의 함량의 변화는 메탄가, 연소 속도, 가열 값 등에 영향을 준다. 최적 작동 범위(W)는 이전의 가스 조성에 맞추어져 있지만 새로운 가스 조성은 최적 작동 범위(Wn)를 요구한다 (Wn은 "W new"이다). 이 경우의 전제는 도 2b에 도시된다. 작동 상태(Z1)가 최적 작동 범위(Wn) 밖에 있다.
추가로, 설명을 위해, 가스 엔진이 노킹을 시작했다고 가정된다. 도 2b에 도시되는 것처럼, 작동 상태(Z1)는 위험 구역, 즉 엔진이 노킹하는 구역을 나타내는 작동 범위(K)에 있다. 이 방법은 도 1에 도시되는 것 같이, 단계 S3으로부터 단계 S1으로 복귀하지 않고, 단계 S4로 넘어가고, 알고리즘(8)에 의해 점화 시점(t) 및 연소 공기 비율(λ)에 대한 다른 설정 값들이 결정된다. 바람직하게는, 경험 데이터, 특히 엔진 특성 맵, 즉, 예컨대 회전 속도 및 점화 압력에 따른 최적 점화 시점 및 연소 공기 비율을 나타내는 특성 맵이 활용되고 알고리즘(8)에서 사용된다.
단계 S4에서 새로운 설정 값들을 결정할 때, 알고리즘(8)은 설정 값들이 미리 주어진 값 인터벌 내에 있는지의 여부를 제어한다. 이로써, 허용되지 않는 설정이 이루어지는 것, 예컨대, 배기 가스 배출이 너무 많은 작동을 야기할 수 있는 너무 농후한 혼합기가 사용되는 것이 방지된다. 상기 설정 값들이 놓여야 하는, 미리 주어진 값 인터벌은 가스 엔진의 실제 작동 상태(Z1)에 의존한다. 도시된 경우(도 2b 참조), Z1이 노킹 범위(K)에 있어서, 설정 값들, 즉 점화 시점(t) 및 연소 공기 비율(λ)이 변하면 큰 증분이 이루어져야 하기 때문에 값 인터벌이 크게 선택된다.
점화 시점(t) 및 연소 공기 비율(λ)의 실제 값을 설정 값으로 조절함으로써, 새로운 작동 상태(Z2)가 신속하게 달성된다. 이는 도 2c에 도시된다. 작동 상태(Z2)는 노킹 영역(K) 밖에 있지만, 최적 작동 범위(Wn)에 있지 않다. 조절 단계에서 엔진 작동 파라미터의 큰 변화 및 이로써 작동 상태의 변화가 이루어졌다. 설정 값들에 대한 큰 값 인터벌이 검출되었고 이로써 변화의 큰 증분이 달성되었다.
전술한 조절 프로세스의 범주에서 방법의 단계 S5에서, 2개의 엔진 작동 파라미터들에 대한 실제 값들이 설정 값들에 상응하는지가 제어된다. 실제 값들이 설정 값들에 상응하는 경우, 단계 S3으로 복귀되고 작동 상태(Z2)가 새로운 최적 작동 범위(Wn)에 있는지의 여부가 제어된다. 작동 상태가 새로운 작동 범위에 있는 경우, 단계 S1으로 복귀되고, 방법은 처음에서부터 시작한다. 도 2c에 도시된 상황은 이 경우가 아니고, Z2가 새로운 최적 작동 범위(Wn)에 있지 않고, 방법이 단계 S4로 넘어가고, 설정 값들이 새로 설정된다.
엔진이 이제 노킹 범위에 있지 않기 때문에, 도시된 실시예에서 사용되는 2개의 엔진 작동 파라미터의 설정 값들에 대한 값 인터벌들이 더 작게 선택된다. 후속 조절 프로세스들은 엔진 작동 파라미터들의 미세 조정이다. 미세 조정의 일차 목표는 큰 증분에 의한 조정과 달리, 위험을 피하기 위해 작동 상태를 바람직하지 않은 작동 조건으로부터 바람직한 작동 조건으로 최대한 신속하게 바꾸는 것이 아니라 최적 작동 범위(Wn)에 정확하고 신속하게 도달하는 것이다. 이를 위해 설정 값들에 대한 작은 값 인터벌이 미리 주어지고, 이로써 변화의 작은 증분이 달성된다. 따라서, 엔진 작동 파라미터의 실제 값들이 연속해서 조절되는 일련의 설정 값들이 결정된다. 또한, 각각의 설정 값에 도달한 후에 후속 설정 값이 새로이 또는 처음으로 결정되는 것도 가능하다. 이로써, 가스 엔진의 작동 상태가 연속적으로 상태(Z3)가 된다. 이러한 연속 프로세스의 목표 상태는 도 2d에 도시되고, 작동 상태(Z3)가 다시 최적 작동 범위(Wn)에 있다.
가스 엔진은 계속 작동할 수 있고 원래의 작동 상태(Z1)를 재형성하려는 시도를 할 이유가 없다. 최적 작동 범위는 변화된 가스 조성에 따라 이동되었다. 이전 작동 범위(W)는 이전 가스 조성에 대해 최적이었고, 작동 범위(Wn)는 새로운 가스 조성에 대해 최적이다. 전술한 방법은 이러한 변화를 고려해서 다이내믹하게 변하는 작동 조건에 따라 엔진의 작동을 꾸준히 최적화한다.
1 엔진 제어 장치, 조절 장치
2 센서들
3 노킹 센서
4 엔진 회전 속도 센서
5 압력 센서
6 토크 센서
7 데이터 접속부
8 알고리즘
9 데이터 및 제어 라인
10 데이터 및 제어 라인
11 엔진 또는 기계 부품
12 점화 시점의 측정 및 변경 장치
13 배기 가스 측정 장치

Claims (11)

  1. 내연기관의 작동 상태를 바꾸기 위한 방법에 있어서,
    적어도 하나의 센서(2)에 의해 상기 내연 기관의 작동 상태(Z1)를 특성화하는 데이터들이 검출되어 조절 장치(1)에 전달되고, 상기 조절 장치(1)에 의해 상기 데이터를 기초로 상기 내연 기관의 최적 작동 범위(W)가 결정되고, 상기 내연 기관의 상기 작동 상태(Z1)가 상기 최적 작동 범위(W)로 조정되고, 조정은 연소 프로세스에 있어 결정적인 적어도 하나의 엔진 작동 파라미터에 대해, 상기 최적 작동 범위(W)를 유지하거나 또는 상기 최적 작동 범위에 도달하기 위해 요구되는 설정 값이 결정되고, 상기 엔진 작동 파라미터의 실제 값이 상기 설정 값으로 조절됨으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 작동 상태를 바꾸기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 노킹 값, 점화 압력 값, 점화 압력 프로파일 및/또는 이에 의존하는 값들이 상기 데이터로서 검출되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 작동 상태를 바꾸기 위한 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 내연 기관의 상기 작동 상태(Z1)가 회전 속도, 토크, 평균 압력, 연소 공기 비율(λ), 점화 시점(t), 점화 압력 프로파일, 점화 에너지, 불꽃 연소 지속 시간 또는 이에 의존하는 값들을 포함하는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 값을 기초로 결정되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 작동 상태를 바꾸기 위한 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 데이터에 의존하는 효율 범위가 상기 최적 작동 범위(W)로서 결정되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 작동 상태를 바꾸기 위한 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 엔진 작동 파라미터, 특히 연소 공기 비율(λ), 점화 시점(t), 엔진 회전 속도, 토크, 점화 에너지, 불꽃 연소 지속 시간에 대한 설정 값이 결정되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 작동 상태를 바꾸기 위한 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 하나의 엔진 작동 파라미터의 설정 값이 미리 주어진 값 인터벌 내에서 결정되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 작동 상태를 바꾸기 위한 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 미리 주어진 값 인터벌이 실제 작동 상태(Z1)에 따라 선택되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 작동 상태를 바꾸기 위한 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 점화 시점(t) 및/또는 상기 연소 공기 비율(λ)에 대한 설정 값이 특히 연료 파라미터에 의존하는, 미리 정해진 엔진 특성 맵을 고려해서 결정되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 작동 상태를 바꾸기 위한 방법.
  9. 가스 오토(Otto)-엔진의 작동 상태를 조절하기 위한 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 방법의 용도.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실시하기 위한 장치에 있어서, 내연 기관의 작동 상태(Z1)를 특성화하는 데이터를 검출하기 위한 적어도 하나의 센서(2)가 제공되고, 상기 데이터에 의존하는 최적 작동 범위(W)를 검출하며 연소 프로세스에 있어 결정적인 적어도 하나의 엔진 작동 파라미터에 대해 상기 최적 작동 범위(W)를 유지하거나 또는 상기 최적 작동 범위에 도달하기 위해 요구되는 설정 값을 결정하고, 실제 값을 상기 설정 값으로 조절하는 조절 장치(1)가 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 작동 상태를 특성화하는 데이터에 따라 내연 기관의 작동 상태를 바꾸기 위한 조절 장치(1)로서, 상기 조절 장치(1)는 최적 작동 범위(W)를 결정하고, 상기 최적 작동 범위(W)를 유지하거나 또는 상기 최적 작동 범위(W)에 도달하기 위해 요구되는, 연소 프로세스에 있어 결정적인 엔진 작동 파라미터의 적어도 하나의 설정 값을 결정하고, 상기 엔진 작동 파라미터의 실제 값을 상기 설정 값으로 조절하기 위해 신호를 출력하는, 조절 장치.
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