KR20130099876A

KR20130099876A - 압력 용기 내부의 압력 측정 에러를 결정하기 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20130099876A
Application number: KR1020130021243A
Authority: KR
Inventors: 크리스토프 아들러; 한스 리플
Original assignee: 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
Priority date: 2012-02-29
Filing date: 2013-02-27
Publication date: 2013-09-06
Also published as: CN103291477B; KR101964199B1; US20130226474A1; CN103291477A; DE102012203097B3; US9606017B2

Abstract

본 발명은 유체(107)를 저장하기 위한, 특별히 밸브(109)를 통해서, 특히 분사 밸브를 통해서 압력 저장기로부터 배출될 수 있고 특히 실린더 내부로 분사될 수 있는 연료를 저장하기 위한 압력 저장기(105) 내부에서 압력 센서(103)에 의해 측정된 압력의 에러를 결정하기 위한 방법 및 장치와 관련이 있으며, 이 경우 상기 방법은 제 1 압력(P1i')의 적어도 두 개의 3-튜플(tuple), 시간 간격(ti) 그리고 제 2 압력(P2i')을 결정하는 단계를 포함하며, 이때 상기 제 1 압력(P1i')은 각각 압력 센서(103)에 의해서 측정되며; 이때 상기 제 1 압력을 측정한 후에는 각각 상기 밸브(109)가 시간 간격(ti) 동안 개방되며; 이때 상기 밸브를 개방한 후에는 각각 시간 간격(ti) 동안 압력 센서(103)에 의해 상기 제 2 압력(P2i')이 측정되며, 그리고 상기 방법은 상기 적어도 두 개의 3-튜플로부터 상기 측정된 압력의 에러(P'-P)를 결정하는 단계를 포함한다.

Description

압력 용기 내부의 압력 측정 에러를 결정하기 위한 방법 및 장치 {METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING AN ERROR IN A PRESSURE MEASUREMENT IN A PRESSURE RESERVOIR}

본 발명은 밸브를 통해서 압력 저장기로부터 배출될 수 있는 유체를 저장하기 위한 압력 저장기 내부에서 압력 센서에 의해 측정된 압력의 에러를 결정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기와 같은 장치를 포함하거나 또는 연소 엔진을 더욱 효과적으로 트리거링 하기 위해 상기와 같은 장치와 통신을 하는 엔진 제어부와도 관련이 있다.

연소 엔진을 구비하는 자동차는 또한 연료를 저장하기 위하여 그리고 연료를 제어된 방식으로 하나 또는 다수의 실린더 내부에 분사할 수 있기 위하여 압력 저장기(common rail로도 불림)도 포함한다.

통상적인 커먼-레일 시스템(Common-Rail System)은 다른 무엇보다도 다음과 같은 구성 부품들로 이루어진다:

특정 압력 하에서 연료를 저장하는 압력 저장기(Common Rail)를 구비하며,

상기 압력 저장기에 연료를 공급하는 고압 펌프를 구비하며,

엔진 제어부에 의해서 트리거링 될 수 있고, 압력 저장기 내부로 유입되는 연료 유입 과정의 조작을 통해서 또는 압력 저장기로부터 외부로 배출되는 연료 배출 과정의 조작을 통해서 상기 커먼 레일 내부의 압력 조절을 가능하게 하는 상응하는 밸브들을 구비하며,

커먼 레일 내부의 현재 압력(이하에서는 레일 압력으로도 표기됨)을 측정하며, 그리고 경우에 따라서는 불완전한 값을 디스플레이할 수 있는 압력-센서를 구비하며,

상기 커먼 레일을 연소 엔진의 각각 하나의 실린더에 연결하고, 엔진 제어부에 의해서 개방 및 폐쇄될 수 있는 하나 또는 다수의 분사-밸브(인젝터; Injector)를 구비하며, 이 경우 상기 하나 또는 다수의 분사-밸브가 개방된 상태에서는 상기 커먼 레일과 실린더 간의 압력 차에 의해서 소정 량의 연료가 실린더 내부로 분사되고, 이때 상기 분사되는 연료의 량은 인젝터의 개방 시간 및 레일 압력에 의존하며,

경우에 따라서는 람다-센서를 구비하며,

엔진 제어부를 구비하며, 이 경우 상기 엔진 제어부는 다른 무엇보다도

1. 엔진의 현재 작동 상태를 위해서 레일 압력에 대한 목표 값을 사전에 설정하며,

2. 상기 압력-센서를 이용해서 레일 압력(P)을 검출하며,

3. 상기 압력-목표 값을 현재 값(P)과 비교하고, 적합한 조절 알고리즘 및 전술된 밸브들에 상응하는 구동부를 이용해서 상기 측정된 압력을 상응하는 목표 값에 맞추어 조절하며,

4. 엔진의 현재 작동 상태를 위해서 분사될 연료의 양(M)을 산출하며,

5. 적어도 상기 파라미터들(M 및 P)로부터 원하는 양(M)을 실제로도 구현하기에 적합한 인젝터 개방 기간(t)을 산출한다.

따라서, 상기 압력-센서의 과제는 현재의 레일 압력(P)을 측정하는 것이며, 상기 압력-센서는 엔진 제어부에 의해서 이용될 수 있다. 상기 엔진 제어부는 상기 측정값을 사용해서 사전에 결정된 분사될 연료의 양을 구현하기 위해서 필요한 파라미터들을 검출한다. 따라서, (예컨대 드리프트-효과에 의해서) 결함을 갖는 압력-센서는 분사의 경우에 에러를 야기할 수 있다. 이와 같은 위험을 줄이기 위하여, 센서에 의해 검출된 값의 규칙적인 타당성(plausibility)이 요구된다.

법적 규정들에 따르면, 자동차 내부 센서들의 정확한 기능을 검사하기 위하여 상기 센서들은 타당성 테스트를 거쳐야만 한다. 특히 압력 저장기 내부에 있는 압력 센서의 타당성 테스트가 공지되어 있다.

종래 방식에 따르면, 압력 센서의 타당성을 검사하기 위해서는 다른 무엇보다도 다음과 같은 두 가지 방법이 통상적이다:

제 1 방법은 유압식 시스템의 여러 가지 상태에서 압력 센서의 측정값을 평가하는 방법으로서, 이 경우에 실제 압력은 0이어야만 한다(예를 들어 고압-펌프가 정지한 후에 충분히 긴 시간 동안). 그럼에도 상기 압력 센서가 0과 상이한 값을 전달하면, 센서의 에러가 추론될 수 있다. 본 방법의 한 가지 단점은, 압력-0점의 측정에 대해서 매우 민감하다는 것이다. 이와 같은 단점으로 인해, 상기 0점을 변경시키지 않는 에러들은 검출될 수 없게 된다.

제 2 방법은 다른 무엇보다도 람다-센서를 구비한 시스템(특히 가솔린 엔진)에서 사용된다. 이 경우에는 레일 압력의 측정 에러시에 분사 밸브들이 원하는 분사될 연료 양에 도달하기 위해서 필요한 것보다 더 길게 또는 더 짧게 개방된다는 사실이 활용된다. 따라서, 실제로 분사된 양은 제공된 공기 양에 맞지 않게 된다. 그 결과로서 람다는 목적 값으로부터 벗어나게 된다. 본 방법의 한 가지 단점은 (다른 무엇보다도), 압력이 증가함에 따라 이 방법의 감도가 감소한다는 것이다. 이와 같은 단점으로 인해, 주로 더 높은 압력에서 작용을 하는 압력 센서의 측정 에러들은 검출될 수 없게 된다.

본 발명의 과제는, 특히 더욱 높은 정확도로 엔진 제어 과정을 실행할 수 있기 위하여, 압력 저장기 내에서 측정된 압력의 에러를 결정할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 특히 본 발명의 과제는, 측정 가능한 압력의 넓은 범위에 걸쳐서 에러가 결정될 수 있음으로써, 압력 저장기 내부의 압력들이 상이한 경우에도 더욱 큰 정확성으로 엔진 제어 과정을 실행할 수 있는, 측정된 압력의 에러를 결정하기 위한 방법을 제시하는 것이다.

상기 과제는 독립 특허 청구항들의 대상들에 의해서 해결된다. 본 발명의 바람직한 실시 예들은 종속 청구항들에 기술되어 있다.

본 발명에 따르면, 유체를 저장하기 위한, 특별히 밸브를 통해서, 특히 분사 밸브를 통해서 압력 저장기로부터 배출될 수 있고 특히 실린더 내부로 분사될 수 있는 연료를 저장하기 위한 압력 저장기 내부에서 압력 센서에 의해 측정된 압력의 에러를 결정하기 위한 방법이 제공되며, 이 경우 상기 방법은 제 1 압력의 적어도 두 개의 3-튜플(tuple)(또는 예컨대 대략 10 내지 500, 특히 20 내지 100과 같은 다수 개의 3-튜플), 시간 간격 그리고 제 2 압력을 결정하는 단계를 포함하며, 이때 상기 제 1 압력은 각각 압력 센서에 의해서 측정되며; 이때 상기 제 1 압력을 측정한 후에는 각각 상기 밸브가 소정의 시간 간격 동안 개방되며; 이때 상기 밸브를 개방한 후에는 각각 소정의 시간 간격 동안 압력 센서에 의해 상기 제 2 압력이 측정되며, 그리고 상기 방법은 상기 적어도 두 개의 3-튜플로부터 상기 측정된 압력의 에러를 결정하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 방법에서 압력 센서는 압력에 민감한 고유한 센서, 라인, 전자 장치, AD-변환기 등을 포함할 수 있다.

하나의 3-튜플은 제 1 압력, 시간 간격 및 제 2 압력을 임의의 차수로 포함한다. 따라서, 하나의 3-튜플에 포함된 제 1 압력, 시간 간격 및 제 2 압력은 서로 상호적으로(reciprocally) 할당되어 있다. 상기 적어도 두 개의 각각의 3-튜플을 위해서 제 1 압력이 압력 센서에 의해 측정되고, 제 1 압력이 측정된 후에는 밸브가 소정의 시간 간격 동안 개방되며, 그리고 밸브가 상기 소정의 시간 간격 동안 개방된 후에는 각각 압력 측정기에 의해서 제 2 압력이 측정된다. 이 경우 상기 시간 간격들은 적어도 두 개의 3-튜플 내에서 상이할 수 있거나 또는 동일할 수 있다. 특히 두 개 이상의 3-튜플이 측정될 수 있는데, 말하자면 5, 10, 50-100 또는 50-1000 3-튜플이 측정될 수 있다. 3-튜플이 더 많이 측정될수록, 측정된 압력의 통계적인 에러는 그만큼 더 우수하게 줄어들 수 있다. 따라서, 에러를 결정할 때에는 각각의 측정된 3-튜플의 제 1 압력, 시간 간격 및 제 2 압력이 고려된다. 특정 압력 범위를 가급적 균일하게 커버 하기 위하여, 상기 제 1 압력은 다양한 3-튜플 내에서 상이할 수 있다.

특히 제 1 압력은 각각 제어 밸브에 의해 유체가 압력 저장기 내부에 공급됨으로써 또는 유체가 압력 저장기로부터 배출됨으로써 조절될 수 있다. 특히 적어도 두 개의 3-튜플의 제 1 압력이 넓은 압력 범위에 걸쳐 제공될 수 있음으로써, 결과적으로 상기 제 1 압력은 예컨대 0 Bar 내지 300 Bar, 특히 0 Bar 내지 200 Bar의 압력 범위를 커버 하게 된다. 따라서, 전체 압력 범위를 위한 압력 센서의 에러가 결정될 수 있게 된다. 특히 측정된 압력 범위 또는 한 가지 압력 범위를 위한 에러가 결정되는데, 상기 압력 범위는 자동차 압력 저장기의 전형적인 작동 상태들에 상응한다. 따라서, 자동차의 엔진 제어 과정을 개선하기 위하여 넓은 압력 범위에 걸쳐서 측정된 압력의 에러가 결정될 수 있게 된다.

본 발명의 한 가지 실시 예에 따르면, 에러를 결정하는 과정은 에러 모델의 파라미터들을 결정하는 단계를 포함한다. 파라미터들에 의해서 파라미터화 되었거나 또는 파라미터화 될 수 있는 에러 모델의 작성은 에러 결정 과정을 단순하게 할 수 있다. 특히 상기 에러 모델은 압력 측정시에 다양한 압력들에 대해서 다양한 에러들이 나타날 수 있게 하거나 또는 다양한 에러들이 허용될 수 있게 한다. 따라서, 다수 개의 전형적인 에러 요인들 또는 에러 원인들이 상기 에러 모델에 의해서 검출될 수 있거나 또는 모델링 될 수 있다.

본 발명의 한 가지 실시 예에 따르면, 상기 에러 모델은 다음의 식이 적용되는 것으로 가정된다:

P' = a + b * P,

상기 식에서

P'는 측정된 압력이고,

P는 실제 압력이며, 그리고

a, b는 결정할 파라미터들이다.

따라서, 측정된 압력은 실제 압력에 대하여 변위(a)에 의해서 기술되고, 상기 실제 압력에 선형으로 의존한다. 변수 a 및 b는 3-튜플로부터 결정될 수 있는 일정한 파라미터들일 수 있다. a뿐만 아니라 b까지도 알고 있는 경우에, 한 편으로는 실제 압력으로부터 압력 센서에 의해 측정된 압력이 검출될 수 있거나 또는 다른 한 편으로는 압력 센서에 의해 측정된 압력으로부터 실제 압력이 도출될 수 있다. 그 다음에 상기 실제 압력은 예를 들어 엔진 제어부에 의하여 한 분사 밸브의 트리거링을 개선할 목적으로 사용될 수 있다.

따라서, 에러를 결정하기 위하여 단지 두 가지 파라미터(a 및 b)의 결정만을 필요로 하는 단순한 에러 모델이 제공되었다. 다른 실시 예들에 따르면, 다른 에러 모델이 기초가 될 수 있는데, 말하자면 두 가지 이상의 파라미터를 갖는 에러 모델, 예를 들어 측정된 압력을 실제 압력의 다항식으로서 기술하거나 또는 그 반대로 실제 압력을 측정된 압력의 다항식으로서 기술하는 에러 모델이 기초가 될 수 있다. 따라서, 선형의 관계 이외에 2차, 3차의 관계도 포함될 수 있거나 또는 더 높은 차수의 관계도 포함될 수 있다.

본 발명의 한 가지 실시 예에 따르면, 상기 에러 모델의 파라미터들은 압력 강하(pressure drop)와 압력 간의 함수 관계에 대한 적어도 두 개 측정값-쌍의 적응(fit)에 의해서 결정되며, 이 경우 각각의 3-튜플을 위해서는 하나의 측정값-쌍이 형성되며, 이때 상기 측정값-쌍의 하나의 요소는 제 1 및/또는 제 2 압력에 의존하고, 상기 측정값-쌍의 다른 하나의 요소는 제 1 압력과 제 2 압력 간의 차에 의존한다.

특히 상기 측정값-쌍은 제 1 압력 및 제 1 압력과 제 2 압력 간의 차로부터 (또는 제 2 압력과 제 1 압력 간의 차로부터) 형성될 수 있다. 이와 같은 함수 관계는 수학적인 식에 의해서 제시될 수 있다. 상기 함수 관계는 값 쌍들에 의해서도, 말하자면 하나의 표 또는 하나의 그래프에 의해서도 제시될 수 있다. 상기 함수 관계에 대한 적어도 두 개 측정값-쌍들의 적응(또는 두 개 이상의 측정값-쌍들, 말하자면 5-10, 10-100 또는 50-1000 측정값-쌍들의 적응)은 말하자면 비율 값들의 총합이 최소가 되도록 파라미터들의 결정이 이루어지는 것과 같은 최솟값 문제점의 한 가지 해결책을 포함할 수 있다. 이 경우에는 예를 들어 유클리드 기하학적인 비율 값이 제곱 에러들의 총합의 근(root)으로서 사용될 수 있다.

상기와 같은 적응에 의해서는 파라미터들이 쉽게 결정될 수 있으며, 이 경우에는 공지된 수학적인 최적화 방법이 이용될 수 있다. 따라서, 상기 방법이 간단하게 된다.

본 발명의 한 가지 실시 예에 따르면, 함수 관계는 밸브(특히 분사 밸브)의 특성 곡선에 의존해서 (또는 상기 특성 곡선을 토대로 해서 또는 상기 특성 곡선을 고려해서) 결정되며, 이 경우 상기 특성 곡선은 압력 용기 내에서 (외부 공간의 압력 또는 실린더 내부의 압력과 비교되는) 주어진 압력하에 있는 유체의 배출될 질량이 제시된 경우에 필요한 (밸브의) 개방 시간을 확정한다. 따라서, 주어진 압력하에 있고 압력 용기로부터 배출될 수 있는 유체의 질량이 사전에 특정된 경우에 상기 특성 곡선은 배출될 유체의 질량을 사전에 결정해주는 개방 시간을 결정할 수 있게 해준다. 따라서, 함수 관계는 실제의 물리적인 조건들을 고려해서 작성될 수 있으며, 이와 같은 사실은 상기 방법의 정확성을 개선할 수 있다.

본 발명의 한 가지 실시 예에 따르면, 함수 관계는 다음의 식에 의해서 제시되었다:

(V * ρ * (P1 - P2)) / (f(t) * E) = b * g((P1 - a)/b),

상기 식에서

P1은 제 1 압력이고,

P2는 제 2 압력이며,

V는 압력 저장기의 용적이고,

ρ는 유체의 질량 밀도(mass density)이며,

E는 유체의 체적 탄성률(bulk modulus)이고,

f(t) 및 g(p)는 실제 값의 함수들이며, 이 경우 g(p)는 특히 수학적인 함수로서 공지되어 있으며, 그리고 f(t)는 특히 적어도 값 쌍에 의해서 공지되어 있으며, 이 경우 f(t) * g(p)는 외부 압력에 대하여 상대적인 압력 용기 내부의 압력(P)에서 기간(t) 동안 밸브의 개방에 의해 압력 용기로부터 배출되는 유체의 질량을 지시하며, 이때 상기 기간(t)은 각각 제 1 압력의 측정 후에 밸브가 개방되는 시간 간격과 동일하다.

상기 실시 예에서는 특히 밸브의 역(inverse) 특성 곡선이 f(t)와 g(p)의 곱으로서 기술될 수 있거나 또는 가정될 수 있다. 이와 같은 가정의 한 가지 장점은, 제 1 압력의 측정 후에 밸브가 개방되는 시간 간격이 다양한 3-튜플에 대해서 다양할 수 있다는 것이다. 각각 사용된 시간 간격은 상기 방정식에서 기간(t)으로서 사용되어야만 한다. 따라서, 함수 f(t) 및 g(p)를 알고 있는 경우에는 제 1 압력과 제 2 압력의 차와 제 1 압력 간의 함수 관계가 완전히 제시되었다.

따라서, 상기 방법은 간단한 방식으로 실행될 수 있다.

본 발명의 한 가지 실시 예에 따르면, 다음과 같은 식이 적용된다:

g(p) = - sqrt(P),

상기 식에서

sqrt는 제곱근 함수이다.

상기 식에서는 압력 용기로부터 배출되는 유체의 배출 과정이 베르누이 원리 (Bernoulli's principle)에 따라서 이루어진다는 내용이 가정되었다. 이 식을 상기 함수 관계의 식에 삽입하면, 상기 함수 관계는 더욱 단순해진다.

(V * ρ * (P1 - P2)) / E = b * gt((P1 - a)/b),

상기 식에서

P1은 제 1 압력이고,

P2는 제 2 압력이며,

V는 압력 저장기의 용적이고,

ρ는 유체의 질량 밀도이며,

E는 유체의 체적 탄성률이고,

gt(p)는 외부 압력에 대하여 상대적인 압력 용기 내부의 압력(P)에서 사전에 결정된 기간 동안 밸브의 개방에 의해 압력 용기로부터 배출되는 유체의 질량을 지시하는 실제 값의 함수이며, 이때 제 1 압력의 측정 후에 밸브가 개방되는 시간 간격은 각각 상기 사전에 결정된 기간과 동일하다.

상기 실시 예에서는, 역 특성 곡선이 시간에 의존하는 그리고 압력에 의존하는 비율로 팩터화 될 수 있다는 내용은 가정되지 않았다. 그 대신에 (제 1 압력의 측정 후에 밸브가 개방되는 시간 간격과 동일한) 개방 기간이 고정된 경우에는 배출된 유체 질량의 압력 의존성이 gt(P)로서 공지되었다. 이 경우에 다양한 3-튜플의 시간 간격은 항상 동일하며, 더욱이 상기 시간 간격은 사전에 결정된 기간과 같다.

본 발명의 한 가지 실시 예에 따르면, 유체, 특히 연료의 질량 밀도(ρ)의 압력 의존성 및/또는 유체, 특히 연료의 체적 탄성률(E)의 압력 의존성이 고려된다. 그럼으로써, 에러 결정의 정확성이 더욱 개선될 수 있다.

본 발명의 한 가지 실시 예에 따르면, 유체를 저장하기 위한, 특별히 밸브를 통해서, 특히 분사 밸브를 통해서 압력 저장기로부터 배출될 수 있고 특히 실린더 내부로 분사될 수 있는 연료를 저장하기 위한 압력 저장기 내부에서 압력 센서에 의해 측정된 압력의 에러를 결정하기 위한 장치가 제공되며, 이 경우 상기 장치는 각각 압력 센서에 의해 측정된 제 1 압력의 측정 신호를 수신하기 위한 신호 입력부를 구비하며; 각각 제 1 압력의 측정 후에 밸브를 소정의 시간 간격 동안 개방하기 위하여 제어 신호를 밸브로 송신하기 위한 제어 출력부를 구비하며; 이 경우 각각 상기 밸브를 소정의 시간 간격 동안 개방한 후에는 압력 센서에 의해 측정된 제 2 압력의 측정 신호가 상기 신호 입력부에 의해 수신되며; 그리고 적어도 두 개의 3-튜플로부터 측정된 압력의 에러를 결정하도록 형성된 프로세서를 구비하며, 이 경우 각각의 3-튜플은 각각 측정된 제 1 압력, 시간 간격 및 측정된 제 2 압력을 포함한다.

상기 장치는 특히 전술된 실시 예들 중에 한 가지 실시 예에 따른 방법을 구현하도록 형성될 수 있다.

언급해야만 할 내용은, 개별적으로 언급, 기술 또는 사용되었거나 또는 압력 센서에 의해 측정된 압력의 에러를 결정하기 위한 방법과 관련하여 조합된 형태로 언급, 기술 또는 사용된 특징들은 개별적으로 적용될 수 있거나 또는 압력 센서에 의해 측정된 압력의 에러를 결정하기 위한 장치와 임의의 형태로 조합된 상태로 적용될 수 있으며, 그리고 그 역도 마찬가지로 적용된다.

본 발명의 한 가지 실시 예에 따르면, 상기 실시 예에 따른 장치를 포함하거나 또는 상기 장치와 통신을 하는 엔진 제어부가 제공되었으며, 이 경우에 상기 엔진 제어부는 특정 에러에 의존해서 밸브를 트리거링 하도록 형성되었으며, 이와 같은 형성에 의해서는 원하는 양의 유체가 (특히 유체 질량이) 압력 저장기로부터 배출되며, 특히 원하는 양의 연료가 (또는 연료 질량이) 실린더 내부로 분사되며, 이 경우에는 특히 상기와 같은 과정을 위해서 필요한 분사 밸브의 개방 시간이 결정된다.

또한, 상기 엔진 제어부는 필요한 개방 시간 동안 분사 밸브를 개방시킬 수 있는 제어 신호를 분사 밸브로 전송하도록 형성될 수도 있다.

본 발명의 실시 예들은 첨부된 도면들을 참조해서 상세하게 설명된다. 본 발명은 도면에 도시된 또는 기술된 실시 예들에 한정되지 않는다.

도 1은 압력 용기, 분사 밸브 및 실린더와 함께 본 발명의 한 가지 실시 예와 일치하는, 압력 센서에 의해 측정된 압력의 에러를 결정하기 위한 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 압력 센서에 의해 측정된 압력의 에러를 결정하기 위한 본 발명의 한 가지 실시 예에 따른 방법에 따라 얻어진 측정 결과들을 보여주기 위한 그래프이다.
도 3은 측정된 압력의 에러를 결정하기 위하여, 압력 센서에 의해 측정된 압력의 에러를 결정하기 위한 본 발명의 한 가지 실시 예에 따른 방법에 따라 평가되는 그래프이다.

특정 량의 연료를 연소 챔버 안으로 분사하는 과정은 엔진 제어부에 의해서 다음과 같은 처리 단계에 따라 실시된다:

a) 분사될 연료 량(M)에 대한 목표 값을 결정하는 단계;

b) 레일 내부의 현재 연료 압력(P)을 측정하는 단계;

c) 요소-특성 곡선(K)으로부터 인젝터의 적합한 개방 기간(t)을 결정하는 단계:

t = K(M, P) (Ⅰ)

d) 상기 기간(t)에 적합한 트리거링 신호를 이용해서 인젝터를 개방하는 단계. 이 단계에 의해서는

M = K^-1(t, P) (Ⅱ)

에 해당하는 실제 연료량이 분사된다.

상기 역(inverse) 요소-특성 곡선 K^- ¹(t, P)는 본 발명의 한 가지 실시 예에 따라 두 가지 팩터의 곱으로서 가정될 수 있다:

K^-1(t, P) = f(t) * g(P) (Ⅲ)

연료의 배출 과정이 베르누이 원리에 따라서 이루어진다는 내용을 가정할 때에, 본 발명의 한 가지 실시 예에 따르면 g(P) = sqrt(P)이며, 더 상세하게 말하자면 압력의 제곱근과 같다. 그러나 이와 같은 특성은 본 발명을 위한 필수적인 전제 조건은 아니다.

본 발명의 한 가지 실시 예에 따르면, 오로지 다음과 같은 가정들만 적용된다:

전술된 팩터화

K^-1(t, P) = f(t) * g(P) (Ⅳ)

는 우수한 근사 값에 해당한다.

상기 함수 g(P)는 함수 용어로서 공지되어 있다. (Ⅴ)

상기 함수 f(t)는 (예컨대 여러 번의 측정으로부터 얻어진) (값 쌍으로서) 공지되어 있다. (Ⅵ)

P = 0인 경우에 g(P=0) = 0이다. (Ⅶ)

상기 마지막 가정은 무시될 수 있다. 상기 가정은 오로지 압력 없이는 분사도 이루어지지 않는다는 내용만을 진술하고 있다.

분사시에는 레일로부터 특정 량(M)의 연료가 배출된다. 이와 같은 과정에 의해서는 레일 내부의 압력이 ΔP의 값만큼 강하한다. M과 ΔP의 관계에 대해서는 다음과 같은 식이 적용된다:

ΔP = M * E / (V * ρ) (Ⅷ)

상기 식에서

E는 연료의 체적 탄성률이고,

V는 전체 고압 용적이며,

ρ는 연료의 밀도이다.

상기 방정식 (Ⅱ) 및 (Ⅳ)에 의해서는 압력 강하가 다음과 같이 표현될 수 있다:

ΔP = f(t) * g(P) * E / (V * ρ) (Ⅸ)

센서가 결함을 갖고, 실제 압력(P) 대신에 값(P')을 나타내면, 방정식 (Ⅰ)에 따라 그 대신에 기간 t' = K(M, P')가 검출된다. 상기 기간에 의해서 실제로 실현된 양 M' = K^-1(t', P)은 원하는 양(M)으로부터 벗어난다.

본 발명의 한 가지 실시 예에 따르면, 또 다른 내용이 가정된다:

두 가지 물리적인 변수(X 및 Y) 사이에는 함수 용어 형태의 다음과 같은 함수 관계

Y = F_k1 _, _k2 _{, ...} _kn(X) (Ⅹ)

가 공지되어 있으며, 상기 관계는 변수(X) 이외에 경우에 따라 가장 먼저 공지되지 않은 추가의 파라미터(k1, k2, ..., kn)에도 의존한다. 하지만, (예컨대 여러 번의 측정으로부터) 충분히 적합한 값 쌍들(X1/Y1, X2/Y2, X3/Y3 등)이 제공되면, 상기 파라미터(k1, k2, ..., kn)는 적합한 수학적인 방법에 의해서 산출될 수 있다. 이와 같은 방법은 예컨대 "최소 제곱법(least squares fit)"이다. 상기 파라미터들이 상기와 같은 방식으로 검출되자마자, 완전한 함수 관계 Y = F_k1 _, _k2 _{, ...kn}(X)는 공지되고, 예컨대 내삽법(Interpolation) 또는 외삽법(Extrapolation)을 위해서 이용될 수 있다.

상기 방법에서는 값 쌍들이 모두 동일하고도 일정한 세트의 파라미터(k1, k2, ..., kn)와 관계를 가질 수밖에 없다는 사실에 주목해야만 한다. 측정 동안에 이루어지는 상기 파라미터들의 변이는 허용될 수 없다.

본 발명의 한 가지 실시 예에 따르면, 상기와 같은 연료 압력-센서의 결함은 단지 디스플레이된 불완전한 센서 값(P')이 오프셋 및/또는 경사도를 통해서 실제 압력(P)과 관계를 맺도록 작용을 한다는 내용, 다시 말해

P' = a + b * P (ⅩⅠ)

도 가정된다.

아래에 기술된 방법은 파라미터(a 및 b)의 검출을 목적으로 한다. 상기 파라미터들이 공지되어 있다면, 센서의 편차도 결정되어 있다.

(분사 노즐에 의해서 야기되는) 측정된 (불완전한) 압력 강하에 대해서는 다음과 같은 식이 적용된다:

ΔP' = b * ΔP (ⅩⅡ)

상기 방정식 (Ⅸ)를 압력 센서에 의해서 측정 가능한 변수로 고쳐 쓰면(다시 말해 방정식 (ⅩⅠ) 및 (ⅩⅡ)를 방정식 (Ⅸ)에 삽입하면), 다음과 같은 식을 얻을 수 있다:

ΔP' = b * f(t) * g((P' - a)/b) * E / (V * ρ) (ⅩⅢ)

또는 변환에 의해서는

(V * ρ * ΔP') / (f(t) * E) = b * g((P' - a)/b) (ⅩⅣ)

를 얻을 수 있다.

상기 방정식 (ⅩⅢ)은 분사가 실행되는 (불완전하게 측정된) 압력 레벨(P')과 이와 관련된 (불완전하게 측정된) 레일 내부의 압력 강하(ΔP') 간의 함수 관계를 기술한다. 상기 상수(a 및 b) 그리고 경우에 따라 함수(f 및 g)에 포함된 추가의 상수들은 가장 먼저 공지되어 있지 않다.

본 발명의 한 가지 실시 예에 따르면, "팩터화가 없는" 변형 예로서, 상기 조건 (Ⅳ)가 충족되지 않았다는 내용, 다시 말해 역 요소-특성 곡선(K^-1(t, P))이 시간에 의존하는 그리고 압력에 의존하는 비율로 팩터화 될 수 없다는 내용이 가정된다. 그 대신에 상기와 같은 가정은 인젝터의 개방 기간(t)이 고정된 경우에 K^-1(t, P)의 압력 의존성이 함수 용어로서 공지되어 있는 경우, 다시 말해

K^-1(t, P) = gt(P) (Ⅲ')

인 경우에도 충족되며,

이때 상기 함수 용어 gt(P)는 공지되어 있다.

상기의 경우에 분사 노즐은 모두 동일한 개방 기간(t)으로 실행되어야만 한다.

방정식 (ⅩⅣ)는

(V * ρ * ΔP') / E = b * gt((P' - a) / b) (ⅩⅣ')

로 간략화된다.

상기 방법의 나머지는 변동 없이 그대로 유지된다.

본 발명의 한 가지 실시 예에 따르면, "비선형의 센서 에러"라는 변형 예로서, 상기 조건 (ⅩⅠ)이 충족되지 않는다는 내용, 다시 말해 불완전한 센서 값(P')이 오프셋 및/또는 경사도를 통해서 실제의 압력(P)과 관계를 맺을 뿐만 아니라, 더욱 복잡한 에러 형상까지도 가질 때에는 상기 조건 (ⅩⅠ)이 충족되지 않는다는 내용이 가정된다.

예를 들어 센서는 단지 점 형태로만, 예컨대 소정의 압력 범위 안에서만 방해를 받을 수 있지만, 그 이외의 경우에는 정확한 값들을 디스플레이한다. 이와 같은 에러 형상에 의해서는 전술된 "최소 제곱법"이 단지 바람직하지 않게만 기능을 하게 된다. 에러 제곱의 총합은 클 수 있는데, 그 이유는 측정값들이 함수 용어에 의해서 (다시 말해 이론적인 모델에 의해서) 단지 바람직하지 않게만 기술되기 때문이다. 상기 에러 제곱의 총합이 임계값을 초과하면, 에러가 추론될 수 있다. 하지만, 이 경우에 에러 보정은 더 이상 불가능하다.

실시 예들에 대한 추가의 설명은 도면을 참조해서 이루어진다.

도 1은 예를 들어 자동차 내부에 포함될 수 있는 어레이(100)를 보여주고 있으며, 이 경우에는 유체(107)를 저장하기 위한, 특별히 밸브(109)를 통해서 배출될 수 있고 실린더(111) 내부로 분사될 수 있는 연료를 저장하기 위한 압력 저장기(105) 내부에서 압력 센서(103)에 의해 측정된 압력의 에러를 결정하기 위한 본 발명의 한 실시 예에 따른 장치(101)가 포함되어 있다.

상기 압력 저장기(105)는 연료(107)를 포함하며, 상기 연료는 제어된 방식으로, 다시 말해 규정된 양 또는 질량으로 분사 밸브(109)를 통해서 실린더(111) 내부로 분사될 수 있다. 이 경우 상기 분사되는 연료(107)의 질량은 특히 압력 저장기(105) 내부의 압력(P)에 의존한다. 상기 압력 저장기(105) 내부의 압력을 측정하기 위하여 압력 센서(103)가 제공되며, 상기 압력 센서는 상응하는 측정 신호(113)를 상기 장치(101)로 전송한다. 상기 측정 센서(103)에 의해서 측정된 압력(P')은 불완전하며, 그리고 상기 장치(101)는 본 발명의 한 가지 실시 예에 따른 에러를 결정하기 위한 방법을 실시하도록 형성되었다.

상기와 같은 목적을 위하여, 상기 압력 용기(105) 내에서는 도면에 도시되어 있지 않은 연료(107) 공급부 혹은 연료(107) 배출부에 의해서 특정 압력이 설정된다. 그 다음에 (상기 실시 예들 및 방정식들을 고려해서) 센서 값을 타당화 하기 위하여 혹은 에러를 결정하기 위하여 다음과 같은 과정이 반복적으로 실시된다:

a) 실제 압력 레벨 p_i = p₁, p₂, p₃, ...이 상이한 경우(이때 센서는 압력 p'_i = p'₁, p'₂, p'₃, ...를 디스플레이함)에는 기간 t_i = t₁, t₂, t₃, ... 동안 분사 과정이 실행된다. 이와 같은 과정에 의해서 야기된 압력 강하 Δp'_i = Δp'₁, Δp'₂, Δp'₃, ...가 측정된다.

b) 상기 측정값들로부터 방정식 (ⅩⅣ)를 참고해서 파라미터(a 및 b)가 결정될 수 있다.

c) 상기 파라미터(a 및 b)를 참조해서 방정식 (ⅩⅠ)에 따라 센서의 디스플레이 에러가 검출될 수 있다. 정확한 센서의 경우에는 a = 0 및 b = 1을 예상하게 된다. 그 편차들이 에러이다.

d) 상기 파라미터(a 및 b)를 알고 있는 경우에는 센서의 에러가 검출될 수 있을 뿐만 아니라 경우에 따라서는 센서의 에러가 보정될 수도 있다.

상기 장치(101)는 전술된 바와 같이 측정된 제 1 압력의 적어도 두 개의 3-튜플, 시간 간격 및 제 2 압력(혹은 압력 강하)으로부터 결정된 변수들을 저장하기 위한 메모리(117)를 구비한다.

도 2는 측정된 압력 강하들의 그래프를 시간 함수로서 보여주고 있다. 도 2에서 횡 좌표(201)는 초로 나타낸 시간을 도시하고, 종 좌표(203)는 Bar로 나타낸 압력을 도시하며, 이 경우 상기 압력은 압력 저장기(105) 내부에서 압력 측정기(103)에 의해 측정된 압력이다(도 1 참조). 곡선(205)은 계단 모양의 압력 강하를 보여주고 있다.

도 3은 그래프를 보여주고 있으며, 이 경우 횡 좌표(301)는 Bar로 나타낸 압력을 도시하고, 종 좌표(303)는 Bar로 나타낸 압력 강하를 도시한다. 십자 표시(305)는 제 1 압력 및 제 1 압력과 제 2 압력 간 차로부터 얻어진 값 쌍들을 도시하고 있으며, 이 경우 상기 값 쌍들은 본 발명의 실시 예들에 따라서 측정된 값 쌍들이다. 특히 상기 값 쌍들은 도 2의 곡선(205)으로부터 얻어진 값 쌍들이다.

연료의 배출 과정이 베르누이 원리에 따라서 이루어진다는 내용을 가정할 때에는 예를 들어 g(P) = - sqrt(P)가 될 것이다. 그 다음에 방정식 (ⅩⅣ)는

(V * ρ * ΔP') / (f(t) * E) = -sqrt(b * (P' - a)) (ⅩⅣ")

가 될 것이다.

도 3의 실선(307)은 동일한 제곱 방법에 의해서 결정된 파라미터들을 갖는 제곱근 함수를 나타낸다. 따라서, 도면을 통해 알 수 있는 바와 같이, 측정값-쌍(305)에 대한 근 함수(307)의 적응은 우수한 방식으로 달성되었다. 상기 근 함수(307)의 형식으로부터 파라미터(a 및 b)가 산출되고, 그에 따라 센서(103)의 에러가 산출된다. 특히 값(a)에 대해서는 대략 12 Bar의 값을 얻을 수 있는데, 상기 값은 도 3에 도면 부호 (309)로 표기되어 있다. 측정된 값 쌍(305)과 근 함수(307) 간의 우수한 일치는 또한 연료의 배출 과정이 베르누이 원리에 따라서 이루어진다는 관련 모델 가정이 올바르다는 사실도 보여준다.

도 3을 통해서 알 수 있는 바와 같이, 압력 범위(311)는 대략 10 Bar 내지200 Bar를 커버 한다. 따라서, 상기 압력 범위를 위해서는 압력 센서(103)의 에러가 결정된다.

그 다음에 원하는 양의 연료를 압력 용기(105)로부터 실린더 내부로 분사할 목적으로, 제어 라인(115)을 통해서 유입 밸브 또는 분사 밸브(109)의 개방을 더욱 정확하게 트리거링 하기 위하여, 압력 측정기 또는 압력 센서(103)에 의해서 결정된 압력 측정 에러가 엔진 제어부에 제공될 수 있다.

Claims

유체(107)를 저장하기 위한, 특별히 밸브(109)를 통해서, 특히 분사 밸브를 통해서 압력 저장기로부터 배출될 수 있고 특히 실린더 내부로 분사될 수 있는 연료를 저장하기 위한 압력 저장기(105) 내부에서 압력 센서(103)에 의해 측정된 압력의 에러를 결정하기 위한 방법으로서,
- 제 1 압력(P1i')의 적어도 두 개의 3-튜플(tuple), 시간 간격(ti) 그리고 제 2 압력(P2i')을 결정하는 단계를 포함하며, 이때 상기 제 1 압력(P1i')은 각각 압력 센서(103)에 의해서 측정되며; 이때 상기 제 1 압력을 측정한 후에는 각각 상기 밸브(109)가 시간 간격(ti) 동안 개방되며; 이때 상기 밸브를 개방한 후에는 각각 시간 간격(ti) 동안 압력 센서(103)에 의해 상기 제 2 압력(P2i')이 측정되며, 그리고
- 상기 적어도 두 개의 3-튜플로부터 상기 측정된 압력의 에러(P'-P)를 결정하는 단계를 포함하는,
압력 측정 에러를 결정하기 위한 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 에러 결정 단계가 한 에러 모델의 파라미터(a, b)를 결정하는 단계를 포함하는,
압력 측정 에러를 결정하기 위한 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 에러 모델은
P' = a + b * P가 적용된다는 내용을 가정하며,
상기 식에서,
P'는 측정된 압력이고,
P는 실제 압력이며, 그리고
a, b는 결정할 파라미터들인,
압력 측정 에러를 결정하기 위한 방법.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 에러 모델의 파라미터(a, b)는 적어도 두 개의 측정값-쌍을 압력 강하와 압력 간의 함수 관계에 적응시킴으로써 결정되며, 이때 각각의 3-튜플을 위해서는 하나의 측정값-쌍이 형성되며, 이때 상기 측정값-쌍의 하나의 요소는 제 1 압력 및/또는 제 2 압력에 의존하고, 상기 측정값-쌍의 다른 하나의 요소는 제 1 압력과 제 2 압력 간의 차에 의존하는,
압력 측정 에러를 결정하기 위한 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 함수 관계는 밸브의 한 특성 곡선(K(M,P))에 의존해서 결정되며, 이때 상기 특성 곡선은 압력 용기(105) 내에서 외부 공간에 대하여 주어진 압력(P)하에 있는 유체(107)의 배출될 질량(M)이 제시된 경우에 필요한 상기 밸브의 개방 시간(t)을 확정하는,
압력 측정 에러를 결정하기 위한 방법.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
상기 함수 관계는 다음의 식에 의해서 제시되며:
(V * ρ * (P1 - P2)) / (f(t) * E) = b * g((P1 - a)/b),
상기 식에서,
P1은 제 1 압력이고,
P2는 제 2 압력이며,
V는 압력 저장기의 용적이고,
ρ는 유체의 질량 밀도(mass density)이며,
E는 유체의 체적 탄성률(bulk modulus)이고,
f(t) 및 g(p)는 실제 값의 함수들이며, 이때 g(p)는 특히 수학적인 함수로서 공지되어 있으며, 그리고 f(t)는 특히 적어도 값 쌍에 의해서 공지되어 있으며,
이때 f(t) * g(p)는 외부 압력에 대하여 상대적인 압력 용기 내부의 압력(P)에서 기간(t) 동안 밸브의 개방에 의해 압력 용기로부터 배출되는 유체의 질량을 지시하며,
이때 상기 기간(t)은 각각 제 1 압력의 측정 후에 밸브가 개방되는 시간 간격과 동일한,
압력 측정 에러를 결정하기 위한 방법.
제 6 항에 있어서,
아래의 식
g(P) = - sqrt(P)가 적용되는,
압력 측정 에러를 결정하기 위한 방법.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
상기 함수 관계는 다음의 식에 의해서 제시되며:
(V * ρ * (P1 - P2)) / E = b * gt((P1 - a)/b),
상기 식에서,
P1은 제 1 압력이고,
P2는 제 2 압력이며,
V는 압력 저장기의 용적이고,
ρ는 유체의 질량 밀도이며,
E는 유체의 체적 탄성률이고,
gt(p)는 외부 압력에 대하여 상대적인 압력 용기 내부의 압력(P)에서 사전에 결정된 기간 동안 밸브의 개방에 의해 압력 용기로부터 배출되는 유체의 질량을 지시하는 실제 값의 함수이며,
이때 제 1 압력의 측정 후에 밸브가 개방되는 시간 간격은 각각 상기 사전에 결정된 기간과 동일한,
압력 측정 에러를 결정하기 위한 방법.
제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
유체의 질량 밀도(ρ)의 압력 의존성 및/또는 유체(107)의 체적 탄성률(E)의 압력 의존성을 고려하는,
압력 측정 에러를 결정하기 위한 방법.
유체(107)를 저장하기 위한, 특별히 밸브(109), 특히 분사 밸브를 통해서 압력 저장기(105)로부터 배출될 수 있고 특히 실린더(111) 내부로 분사될 수 있는 연료를 저장하기 위한 압력 저장기(105) 내부에서 압력 센서(103)에 의해 측정된 압력(P')의 에러를 결정하기 위한 장치(101)로서,
각각 압력 센서(103)에 의해 측정된 제 1 압력(P1i')의 측정 신호를 수신하기 위한 신호 입력부(114)를 구비하며;
각각 제 1 압력의 측정 후에 밸브(109)를 소정의 시간 간격(ti) 동안 개방하기 위하여 제어 신호를 밸브로 송신하기 위한 제어 출력부(116)를 구비하며, 이때 각각 상기 밸브를 소정의 시간 간격 동안 개방한 후에는 압력 센서에 의해 측정된 제 2 압력(P2i')의 측정 신호가 상기 신호 입력부(114)에 의해 수신되며; 그리고
적어도 두 개의 3-튜플로부터 측정된 압력의 에러(P'-P)를 결정하도록 형성된 프로세서를 구비하며, 이때 각각의 3-튜플은 각각 측정된 제 1 압력, 시간 간격 및 측정된 제 2 압력을 포함하는,
압력 측정 에러를 결정하기 위한 장치.
제 10 항에 따른 장치(101)를 포함하거나 또는 제 10 항에 따른 장치와 통신을 하는 엔진 제어부로서,
상기 엔진 제어부는 특정 에러에 의존해서 밸브(109)를 트리거링 하도록 형성되었으며, 이와 같은 형성에 의해서는 원하는 양(M)의 유체(107)가 압력 저장기(105)로부터 배출되며, 특히 원하는 양의 연료가 실린더(111) 내부로 분사되며, 이때에는 특히 상기와 같은 과정을 위해서 필요한 분사 밸브(109)의 개방 시간(t)이 결정되는,
엔진 제어부.