KR20130122956A - 자동차의 정지 시간 동안 분사 밸브의 연료 누출량의 추정 - Google Patents

자동차의 정지 시간 동안 분사 밸브의 연료 누출량의 추정 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차의 정지 시간 동안 자동차의 내연기관의 실린더 안으로 또는 흡입계 안으로 누설 분사 밸브로부터 들어가고 시동 프로세스 동안 연소될 연료 혼합물에 추가되는 연료 누출량(mFuelLeak)을 추정하기 위한 방법에 관한 것이다. 이 방법은 이하의 단계들 :(a) 제 1 시동 프로세스 동안 내연기관의 시동 거동을 특징으로 하는 제 1 시동 인덱스(I1)를 측정하는 단계; (b) 제 1 시동 프로세스 동안 제 1 분사된 연료량(mFuel1)을 결정하는 단계; (c) 제 2 시동 프로세스 동안 내연기관의 시동 거동을 특징으로 하는 제 2 시동 인덱스(I2)를 측정하는 단계; (d) 제 2 시동 프로세스 동안 제 2 분사된 연료량(mFuel2)을 결정하는 단계; 및 (e) 측정된 제 1 시동 인덱스(I1), 결정된 제 1 분사된 연료량(mFuel1), 측정된 제 2 시동 인덱스(I2) 및 결정된 제 2 분사된 연료량(mFuel2)에 근거하여 연료 누출량(mFuelLeak)을 추정하는 단계를 포함한다. 본 발명은 또한 연료 누출량을 추정하기 위한 대응하는 장치 및 상기 방법을 제어하기 위한 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다. 게다가, 본 발명은 누설 분사 밸브에 의해 시동 프로세스 동안 분사될 연료량을 결정하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

자동차의 정지 시간 동안 분사 밸브의 연료 누출량의 추정 {ESTIMATING A FUEL LEAKAGE QUANTITY OF AN INJECTION VALVE DURING A SHUT-DOWN TIME OF A MOTOR VEHICLE}
본 발명은 자동차의 정지 시간 동안 누설 분사 밸브로부터 자동차의 내연 기관의 실린더 또는 흡입 섹션으로 침투하고, 시동 프로세스 동안 연소될 연료 혼합물에 첨가되는 누출 연료량을 추정하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 누출 연료량을 추정하기 위한 대응하는 장치 및 상기 언급된 방법을 제어하기 위한 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 자동차의 내연기관의 시동 프로세스의 과정에서 누설 분사 밸브에 의해 분사될 연료량을 결정하기 위한 방법에 관한 것이다.
실린더당 하나 또는 둘 이상의 분사 밸브들을 갖는 다중 지점 분사(MPI) 엔진들로서 지칭되는 것의 경우에 또는 직접 분사 엔진들의 경우에, 분사 밸브들의 더렵혀짐(soiling), 제조 공차 및/또는 분사 밸브들의 시일링 시트의 구역의 마모에 의해 분사 밸브들의 누출의 증가가 발생할 수 있다. 분사 밸브들의 더렵혀짐은, 예컨대 비교적 긴 시간의 기간에 걸친 저-첨가제 연료(연료 내의 너무 적은 세정 첨가제들)들에 의한 작동의 결과로써 발생할 수 있다. 시일링 시트 상의 결과적인 적층물들은 분사 밸브들의 관통 유동량의 감소 및 누출의 증가를 유도할 수 있다.
분사 밸브들의 관통 유동의 감소는 통상적으로 람다 제어기에 의해 검출되고 상쇄된다. 하지만, 내연기관의 또는 상기 엔진의 정지 상태에서의 연료의 누출은 연료가 액체 연료 또는 가스 연료 증기의 형태로 흡입 매니폴드(또는 실린더)에 존재하는 것을 야기한다.
내연기관의 시동 프로세스의 경우에, 엔진 제어기는, 공기 양, 엔진 온도, 주변 온도 등과 같은 다양한 특징 변수들의 함수로서 가능한 한 마찰이 적고 따라서 유연한 방식으로, 엔진을 시동시키기 위해 필요한 연료량을 측정한다. 이러한 내용에서, 연료/공기 혼합물의 과-부화(over-enrichment)가 시동 프로세스 동안 증가된 분사 밸브 누출에 의해 야기될 수 있다. 누출의 정도에 의존하여, 이러한 과-부화는 점화될 수 없는 연료/공기 혼합물이 생기게 할 정도까지 갈 수 있다. 이는 결국, 엔진 배기량(swept-volume) 및 흡입 매니폴드 체적의 파라미터들에 의존하여, 특정한 엔진 회전 횟수가 엔진이 실제로 시동될 때까지 요구된다는 사실에 의해 상당히 지연된 시동을 야기한다. 결과적인 오염물들의 방출들의 악화와 별개로, 운전자는 따라서, 특히 비교적 긴 정지 시간의 경우에 편안함의 상당한 손실을 또한 경험한다.
그 중에서도, 내연기관의 시동 거동을 개선하기 위해, 연료 품질을 조절하기 위한 방법들이 공지되고 이 방법들은, 예컨대 엔진이 시동될 때 회전 속도 구배(= 시간에 대한 엔진 회전 속도의 변화)를 평가한다. 이러한 방법들은, 모든 경우들에서 점화될 수 있는 혼합물을 얻기 위해 그리고 아이들링 회전 속도가 도달될 때까지 회전 속도의 미리 정해진 높임(revving up)을 설정하기 위해, 엔진의 실린더 내에 가스 형태로 존재하는 연료 매스 또는 연료 품질을 조절하는 목적을 가지고 엔진의 전체 시동 프로세스에 대하여 분사될 연료 매스 또는 연료량에서의 보정을 유발한다. 이러한 내용에서, 연료 품질에 의존하여, 증가 또는 감소 효과를 갖는 전반적인 보정들이 시동 프로세스에 대하여 가능하다. 연료 품질을 조절하기 위한 방법들은 탱크 검출 후에 및 엔진이 준비될 때(warm) 우선적으로 적용된다. 특정 상황들 하에서 존재할 수 있는 분사 밸브 누설은, 여하튼 조절에 의해 검출된다면, 연료 품질의 조절의 부정확한 보정값을 야기한다.
본 발명은 자동차의 정지 시간 동안 누설 분사 밸브로부터 자동차의 내연기관의 실린더 또는 흡입 섹션으로 침투하고, 시동 프로세스 동안 연소될 연료 혼합물에 첨가되는 누출 연료량을 추정하기 위한 방법을 명시하고자 하는 목적을 기본으로 한다. 본 발명이 기본으로 하는 다른 목적은 시동 프로세스의 과정에서 분사 밸브 누출의 효과를 상쇄하는 것이다.
이러한 목적은 독립 특허 청구항들의 요지들에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 실시예들은 종속 청구항들에서 설명된다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 자동차의 정지 시간 동안 누설 분사 밸브로부터 자동차의 내연기관의 실린더 또는 흡입 섹션으로 침투하고, 시동 프로세스 동안 연소될 연료 혼합물에 첨가되는 누출 연료량을 추정하기 위한 방법이 설명된다. 설명된 방법은 (a) 제 1 시동 프로세스 동안 내연기관의 시동 거동을 특징으로 하는 제 1 시동 인덱스를 측정하는 단계, (b) 제 1 시동 프로세스 동안 제 1 분사된 연료량을 결정하는 단계, (c) 제 2 시동 프로세스 동안 내연기관의 시동 거동을 특징으로 하는 제 2 시동 인덱스를 측정하는 단계, (d) 제 2 시동 프로세스 동안 제 2 분사된 연료량을 결정하는 단계, 및 (e) 측정된 제 1 시동 인덱스, 결정된 제 1 분사된 연료량, 측정된 제 2 시동 인덱스 및 결정된 제 2 분사된 연료량에 근거하여 누출 연료량을 추정하는 단계를 포함한다.
누출 연료량들에 대한 설명된 추정 방법은, 시동기(starter)에 의해 통상적으로 야기되는 자동차의 2 개의 시동 프로세스들을 평가함으로써, 흡입 섹션을 통하여 연소 프로세스에 공급되고, 따라서 연소될 연료/공기 혼합물을 더 풍부하게 하는 누출 연료량이 적어도 대략적으로 결정될 수 있다는 이해를 기본으로 한다.
본 발명의 하나의 예시적인 실시예에 따르면, 누출 연료량의 추정은 2 개 이상의 방정식들을 갖는 방정식 시스템의 설정 단계를 포함한다. 이러한 내용에서, 제 1 방정식은 제 1 시동 프로세스와 관련되고 이 방정식이 제 1 시동 인덱스와 추정될 누출 연료량 사이의 선형 관계를 나타내도록 선택된다. 게다가, 제 2 방정식은 제 2 시동 프로세스와 관련되고 제 2 방정식이 제 2 시동 인덱스와 추정될 누출 연료량 사이의 선형 관계를 나타내도록 선택된다. 이러한 내용에서, 2 개의 방정식들에서의 비례 상수는 동일한 값을 갖고, 2 개의 방정식들에서 상수(constant)는 동일한 값을 갖는다. 방정식 시스템을 푸는 단계의 경우에, 비례 상수 및/또는 상수는 내연기관에 대한 엔진 제어기의 이전에 공지된 특징 다이어그램으로부터 결정된다.
이는, 2 개의 방정식들에 의해, 2 개의 미지 변수들이 적어도 대략적으로 결정될 수 있다는 것을 의미할 수 있다. 적어도 대략적으로 결정될 제 1 변수는 구해지는 누출 연료량이다. 결정될 제 2 변수는, 어떠한 변수가 엔진 제어기의 이전에 공지된 특징 다이어그램에 파라미터로서 저장되는지에 의존하여 비례 상수 또는 상수가 된다.
특징 다이어그램에 비례 상수 및 상수 양쪽이 또한 저장될 수 있다는 것에 주의해야 한다. 이러한 경우, 2 개의 방정식들을 갖는 방정식 시스템은 중복 결정된다. 추정될 누출 연료량은 그 후, 적절하다면 평균값 형성에 의해 특히 높은 레벨의 정확도를 가지고 결정될 수 있다.
각각 분사되는 연료량은 또한 바람직하게는 동일한 비례 상수에 의해 곱해지는 방식으로 선형 방정식들에서 고려된다. 이는 2 개의 방정식들에 대하여 각각의 경우에 (a) 추정될 누출 연료량 및 (b) 각각 결정되는, 실제로 분사되는 연료량의 합이 명시된 비례 상수에 의해 곱해지는 것을 의미한다.
설명된 방정식 시스템을 풀기 위해, 분석적 또는 회귀적 방법들이 각각 정확도 요구 사항들 및/또는 이용 가능한 컴퓨터 용량에 의존하여 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 누출 연료량의 하나 이상의 공칭 기본 프로파일이 자동차의 정지 시간의 함수로서 엔진 제어기의 특징 다이어그램에 저장된다. 게다가, 공칭 기본 프로파일은 누출 연료량의 추정에 고려된다.
명시된 공칭 기본 프로파일은 단지, 0 의 정지 시간이 주어질 때(내연기관은 멈춤 상태 직후 다시 시동된다), 0 % 내지 100 % 로 연장하는(원리적으로는, 무한히 긴 정지 시간의 경우) 누출 연료량의 상대 프로파일이다.
공칭 기본 프로파일은 특징 다이어그램에, 각각 특정한 정지 시간에 할당되는 이산값(discrete value)들의 형태로 또는 연속 함수의 형태로(예컨대 다항식) 저장될 수 있다. 공칭 기본 프로파일은 바람직하게는 특정한 주위 및/또는 작동 조건(자동차가 정지할 때의 특정한 엔진 온도, 특정한 외부 온도 등)들의 경우에 발생하는 것과 같은 누출 연료량의 시간 프로파일에 대응한다. 이러한 공칭 기본 프로파일에서 비롯되어, 각각의 작동 및/또는 정지 조건들에 대한 누출 연료량은 그 후 측정된 제 1 시동 인덱스, 결정된 제 1 분사된 연료량, 측정된 제 2 시동 인덱스 및 결정된 제 2 분사된 연료량을 고려하여 추정된다.
분사 밸브 누출은 통상적으로 매우 시간 의존적이고, 특히 연료의 온도(또는 점성) 및 분사 밸브의 시일링 시트에서의 상이한 압력에 의존한다는 것에 주의해야 한다. 차량의 정지의 처음 시간들 동안, 누출 연료량은 연료 온도가 주위 온도와 동일하게 되고 시일링 시트에서의 상이한 압력이 제거될 때까지 대략 선형으로 상승한다. 낮은 방출 값들을 갖는 최적의 연소를 달성하기 위해, 분사 밸브들에 의해 분사되어야만 하는 분사량은 그 후 분사 밸브 누출에 의해 연료/공기 혼합물 안으로 유입되는 연료량만큼 감소되어야 한다.
본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 제 1 방정식은 또한 제 1 시동 인덱스와 추정될 누출 연료량 사이의 고차 관계(higher-order relationship)를 나타내고, 제 2 방정식은 또한 제 2 시동 인덱스와 추정될 누출 연료량 사이의 고차 관계를 나타낸다. 고차 관계는, 예컨대 이차항(quadratic term)일 수 있고, 그 결과 2 개의 방정식들이 이차 다항식(second-order polynomial)을 나타낸다.
비교적 고차들이 누출 연료량이 비교적 높은 레벨의 정확도를 가지고 추정될 수 있다는 이점을 갖는 것이 고려된다.
하나 이상의 고차가 고려될 때, 방정식 시스템은 통상적으로, 예컨대 엔진 제어기의 이전에 공지된 특징 다이어그램으로부터 또한 얻어질 수 있는 자유 파라미터들을 추가로 갖는 것에 주의해야 한다. 대안적으로 또는 조합하여(예컨대 중복 결정 방정식 시스템을 이행하기 위해), 대응하는 제 3 방정식(third equation)이 발생될 수 있으며 이 제 3 방정식은 제 3 시동 프로세스와 관련된다. 제 3 시동 프로세스가 실행될 때, 대응하는 제 3 시동 인덱스는 그 후 또한 측정되고, 대응하는 제 3 분사된 연료량이 결정된다. 게다가, 제 3 방정식의 자유 파라미터들의 값들은 제 1 및 제 2 방정식의 자유 파라미터들의 값과 동일하다.
본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 각각의 시동 인덱스는 각각의 시동 프로세스에 대한 실제 시간 기간과 각각의 시동 프로세스에 대한 미리 결정된 설정 지점 시간 기간 사이의 비(ratio)의 함수이다. 대안적으로는, 각각의 시동 인덱스는 각각의 시동 프로세스에 대한 실제 회전 속도 구배와 각각의 시동 프로세스에 대한 미리 결정된 설정 지점 회전 속도 구배 사이의 비의 함수이다.
설명된 각각의 비 또는 각각의 몫의 함수는, 예컨대 선형 함수 또는 고차 다항식일 수 있다. 함수는 또한 "1" 일 수 있고, 그 결과 각각의 시동 인덱스는 명시된 비 또는 몫으로부터 쉽게 얻어진다. 이러한 경우, 실제 값이 설정 지점 값과 동일하다면 시동 인덱스는 "1" 이다.
명시된 시간 기간들은, 특히 시동기에 의해 유발되는 시동 프로세스의 시작으로부터 종료까지의 시간 기간일 수 있다. 시작은, 예컨대 시동기가 내연기관의 크랭크 샤프트를 회전시키기 시작하는 시간일 수 있다. 종료 시간은, 예컨대 내연기관이 명시된 회전 속도에 도달될 때의 시간일 수 있다.
본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 방법은 자동차의 다양한 작동 조건들 및/또는 주위 조건들에 대하여 실행되고, 누출 연료량에 대한 대응하는 값들이, 내연기관에 대한 엔진 제어기의 메모리 내의 특징 다이어그램 내에, 다양한 작동 조건들 및/또는 주위 조건들을 설명하는 파라미터들과 함께 저장된다. 이는 다양한 작동 조건들 또는 주위 조건들에 대한 각각의 누출 연료량들을 저장하고, 필요할 때에는, 이후의 시간에, 동일한 또는 적어도 유사한 작동 조건들 또는 주위 조건들이 존재한다면, 분사될 연료량들의 측정에서 각각의 누출 연료량들을 고려하는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 방법은 누설 분사 밸브로부터의 누출 연료량이 존재하는지 여부를 결정하는 단계를 포함한다. 방법은 누출 연료량이 미리 정해진 누출 역치를 초과할 때에만 실행된다.
특정 최소 누출 연료량의 존재가, 예컨대 이하의 내연기관의 시동 거동을 통하여 검출될 수 있다: 시동기의 활동의 시작 이후("시동기 운행(turning)" 상태), 내연기관은 운행하지만, 특정한 횟수의 회전들(사이클들의 횟수)에 대하여 운행하고, 시동기에 의해 미리 정해진 시동 회전 속도를 초과하지 않는다. 규정된 공기 질량이 흡입 매니폴드로부터 빨아들여진 후에, 내연기관은 그 후 지연되면서 시동되고, 시동기에 의해 미리 정해진 시동 회전 속도를 초과하고 미리 정해진 아이들링 회전 속도에 도달한다. 이러한 내용에서, 명시된 회전들의 횟수(사이클들의 횟수) 및 명시된 공기 질량은 배기량 및/또는 흡입 매니폴드 체적에 의존할 수 있다.
복수의 실린더들을 갖는 내연기관의 경우에, 누설 분사 밸브로부터의 누출 연료량에 의한 연료/공기 혼합물의 최초의 과-부화에 의한 이러한 시동 거동은 또한 복수의 실린더들에 할당될 수 있다는 것에 주의해야 한다.
내연기관의 이러한 지연된 시동 거동이 관찰될 때, 분사될 연료량은 그 이후의 시동의 경우에 점화될 수 있는 혼합물(0.8 < λ < 1.3)이 모든 경우들에서 바로 다음 시동 프로세스의 시작에 존재하도록 그 후 감소될 수 있다.
분사 밸브 누출은 또한 연료 품질을 조절하기 위한 공지된 알고리즘에 의해 결정될 수 있다는 것에 또한 주의해야 한다. 이러한 내용에서, 예컨대 점화 능력 및/또는 연료/공기 혼합물의 휘발성은 교반 작용(motor effect)에 의해 평가될 수 있다. 분사 밸브 누출은 따라서 과-부화 혼합물의 감소된 교반 작용의 결과로서 또한 검출될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 자동차의 내연기관의 시동 프로세스의 과정에서 누설 분사 밸브에 의해 분사될 연료량을 결정하기 위한 방법이 설명된다. 설명된 방법은 (a) 내연기관의 최적의 시동을 위해 적절한 전체 연료량을 결정하는 단계, (b) 상기 언급된 추정 방법에 의해 누출 연료량을 추정하는 단계, 및 (c) 전체 연료량과 누출 연료량 사이의 차이로부터 분사될 연료량을 결정하는 단계를 포함한다.
시동 프로세스의 범위 내에서 분사될 연료량을 결정하기 위한 설명된 방법은, 내연기관의 실린더 또는 실린더들에 공급되는 연료/공기 혼합물의 상당한 비율이 누출 연료량에 의해 이루어질 때, 분사 밸브들을 통하여 주기적으로 공급되어야만 하는 연료의 비율이 대응적으로 감소될 수 있다는 이해를 기본으로 한다. 이러한 방식으로, 특히 내연기관의 비교적 긴 정지 시간 후에 내연기관의 시동 프로세스를 위해 사용되는, 연료/공기 혼합물의 원치않는 과-부화는 신뢰할 수 있게 회피될 수 있다. 그 결과, 내연기관의 시동 거동은 상당히 개선될 수 있고, 게다가 내연기관의 시동 프로세스 동안 원치않는 그리고 증가된 방출들이 감소될 수 있다.
다른 한편으로, 설명된 방법이 적용된다면 시동 방출들 및 시동 시간에 관하여 최적화되는 방식으로 비교적 높은 누출 레벨을 가지고 분사 밸브들을 작동시키는 것이 또한 가능하다. 그 결과, 분사 밸브들의 사용 수명은 누출에 대하여 바람직하지 않은 작동 조건들 및/또는 주위 조건들 하에서 연장될 수 있다. 또한, 분사 밸브들이 제조될 때, 또한 비교적 높은 레벨의 누출을 받는 분사 밸브들이 사용 불가능한 것으로서 거부될 필요가 없고, 이는 대응적으로 생산 수율을 증가시킨다.
본 발명의 하나의 예시적인 실시예에 따르면, 방법은 (a) 누출 연료량에 의해 이루어지는 전체 연료량의 비율을 계산하는 단계 및 (b) 이러한 비율이 미리 정해진 역치를 초과한다면, 분사 밸브를 세척하는 단계를 또한 포함한다.
누출 연료량의 비율은 여기서 다양한 방식들로 계산될 수 있다. 예컨대, 누출 연료량과 분사될 연료량 사이의 비는 쉽게 계산될 수 있다. 분사될 연료량에 의해 이루어지는 전체 연료량의 비율의 계산이 또한 가능하며, 후자의 경우 세척 과정은 이러한 비율이 미리 정해진 역치에 미치지 않는다면(undershoot) 시작된다.
분사 밸브의 세척, 또는 복수의 분사 밸브들의 경우에 모든 분사 밸브들의 세척은, 예컨대 분사 밸브 또는 밸브들을 세척하는 서비스 동안 연료에 대한 첨가제에 의해 일어날 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 자동차의 정지 시간 동안 누설 분사 밸브로부터 자동차의 내연기관의 실린더 또는 흡입 섹션으로 침투하고, 시동 프로세스 동안 연소될 연료 혼합물에 첨가되는 누출 연료량을 추정하기 위한 장치가 설명된다. 설명된 장치는 (a) 제 1 시동 프로세스 동안 내연기관의 시동 거동을 특징으로 하는 제 1 시동 인덱스를 측정하고, 제 2 시동 프로세스 동안 내연기관의 시동 거동을 특징으로 하는 제 2 시동 인덱스를 측정하기 위한 측정 장치, (b) 제 1 시동 프로세스 동안 제 1 분사된 연료량을 결정하고 제 2 시동 프로세스 동안 제 2 분사된 연료량을 결정하기 위한 장치 및 (c) 측정된 제 1 시동 인덱스, 결정된 제 1 분사된 연료량, 측정된 제 2 시동 인덱스 및 결정된 제 2 분사된 연료량에 근거하여 누출 연료량을 추정하기 위한 데이터 프로세싱 장치를 포함한다.
설명된 장치는, 통상적으로 시동기에 의해 야기되는 자동차의 2 개의 시동 프로세스들을 평가함으로써, 흡입 섹션을 통하여 연소 프로세스에 공급되는 누출 연료량이 적어도 대략적으로는 결정될 수 있다는 이해를 또한 기본으로 한다.
설명된 장치는 바람직하게는 내연기관의 엔진 제어기의 부품인, 예컨대 마이크로프로세서에 의해 이행될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 자동차의 정지 시간 동안 누설 분사 밸브로부터 자동차의 내연기관의 실린더 또는 흡입 섹션으로 침투하고, 시동 프로세스 동안 연소될 연료 혼합물에 첨가되는 누출 연료량을 추정하기 위한 컴퓨터 프로그램이 설명된다. 프로세서에 의해 실행될 때, 컴퓨터 프로그램은 누출 연료량을 추정하기 위해 상기 설명된 방법을 실행하도록 구성된다.
이러한 문서에 따르면, 이러한 컴퓨터 프로그램의 명칭은 본 발명에 따른 방법과 연관되는 효과들을 달성하기 위해, 방법 또는 시스템의 작업 방법을 적절한 방식으로 조정하기 위해서 컴퓨터 시스템을 제어하기 위한 명령들을 갖는 프로그램 요소, 컴퓨터 프로그램 제품 및/또는 컴퓨터 판독 가능한 매체의 용어와 동의어이다.
컴퓨터 프로그램은, 예컨대 JAVA, C++ 등과 같은 임의의 적절한 프로그래밍 언어의 컴퓨터 판독 가능한 명령 코드로서 이행될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체(CD Rom, DVD, Blue ray 디스크, 제거 가능한 디스크, 휘발성 또는 비휘발성 메모리, 내장 메모리/프로세서 등)에 저장될 수 있다. 명령 코드는 컴퓨터 또는, 특히 자동차 엔진 또는 내연기관을 위한 제어 장치와 같은 다른 프로그램 가능한 장치들을 원하는 기능을 실행하도록 프로그램할 수 있다. 게다가, 컴퓨터 프로그램은, 필요할 때 사용자에 의해 컴퓨터 프로그램이 다운로드될 수 있는, 예컨대 인터넷과 같은 네트워크에서 이용가능하게 될 수 있다.
본 발명은 컴퓨터 프로그램, 즉 소프트웨어에 의해, 뿐만 아니라 하나 또는 둘 이상의 특별한 전기 회로들, 즉 하드웨어 또는 임의의 원하는 하이브리드 형태의 사용에 의해, 즉 소프트웨어 구성요소들 및 하드웨어 구성요소들에 의해 이행될 수 있다.
본 발명의 실시예들이 상이한 발명의 요지들을 참조하여 설명되는 것에 주의해야 한다. 특히, 본 발명의 다수의 실시예들은 장치 청구항들로 설명되며 본 발명의 다른 실시예들은 방법 청구항들로 설명된다. 하지만, 본 출원을 읽을 때, 당업자는 달리 분명하게 언급되지 않는다면, 본 발명의 요지의 타입과 관련된 특징들의 조합 뿐만 아니라, 본 발명의 요지들의 상이한 타입들과 관련된 특징들의 임의의 원하는 조합이 또한 가능하다는 것을 즉시 이해할 것이다.
본 발명의 다른 이점들 및 특징들은 이하의 현재의 바람직한 실시예들의 예시적인 설명으로부터 나올 것이다. 본 출원의 도면의 개별 도들은 단지 개략적이고 비례에 맞지 않게 표시될 수 있다.
도 1 은 누출 연료량을 추정하기 위한 장치를 나타내는 도면이다.
도 2 는 자동차의 정지 시간의 함수로서, 다양한 분사 밸브 누출률들에 대하여, (a) 분사 밸브 또는 밸브들을 통해 주기적으로 공급되는 연료량과 (b) 분사 밸브 누출에 의해 유입되는 연료량 사이의 비를 도시하는 다이어그램을 나타내는 도면이다.
도 3 은 공급되는 연료/공기 혼합물의 람다 값의 함수로서, 내연기관의 시동 거동을 특징으로 하는 시동 인덱스의 프로파일을 나타내는 도면이다.
이하에 설명되는 실시예는 단지 본 발명의 가능한 실시예 변형예들의 제한된 선택을 나타내는 것에 주의해야 한다.
도 1 은 자동차의 정지 시간 동안 누설 분사 밸브로부터 자동차의 내연기관의 실린더 또는 흡입 섹션으로 침투하고, 시동 프로세스 동안 연소될 연료 혼합물에 첨가되는 누출 연료량을 추정하기 위한 장치(100)를 나타내는 도면이다. 추정 장치(100)는 특히 자동차의 엔진 제어기에 통합될 수 있다.
추정 장치(100)는 (i) 제 1 시동 프로세스 동안 내연기관의 시동 거동을 특징으로 하는 제 1 시동 인덱스를 측정하기 위해 및 (ii) 제 2 시동 프로세스 동안 내연기관의 시동 거동을 특징으로 하는 제 2 시동 인덱스를 측정하기 위해 구성되는 측정 장치(102)를 갖는다. 측정 장치(102)는 이 목적을 위해 각각의 시동 인덱스를 결정하기 위한 적절한 센서들(도시되지 않음)에 커플링될 수 있다. 대안적으로 또는 조합되어, 측정 장치(102)는 또한 엔진 제어기에서 처리되는 적어도 다수의 제어 변수들에 또한 접근할 수 있다.
추정 장치(100)는 (i) 제 1 시동 프로세스 동안 제 1 분사된 연료량을 결정하기 위한 및 (ii) 제 2 시동 프로세스 동안 제 2 분사된 연료량을 결정하기 위한 장치(104)를 또한 갖는다.
또한, 추정 장치(100)는 측정된 제 1 시동 인덱스, 결정된 제 1 분사된 연료량, 측정된 제 2 시동 인덱스 및 결정된 제 2 분사된 연료량에 근거하여 누출 연료량을 추정하기 위한 데이터 프로세싱 장치(106)를 포함한다. 2 개의 방정식들을 갖는 방정식 시스템에 의해 누출 연료량을 결정하는 바람직한 방식이 이하에 더 상세하게 설명된다.
도 2 는 자동차의 정지 시간의 함수로서, 다양한 분사 밸브 누출률들에 대하여, (a) 분사 밸브 또는 밸브들을 통해 주기적으로 공급되는 연료량과 (b) 분사 밸브 누출에 의해 유입되는 연료량 사이의 비를 도시하는 다이어그램을 나타내는 도면이다.
양호한 근사값으로, 직선으로 그리고 약간 비스듬하게 뻗어있는 상부 라인은 정지 시간의 함수로서 내연기관의 실린더 내의 매끄러운 시동 프로세스를 위해 필요한 연료량을 나타낸다. 내연기관의 냉각 때문에, 내연기관에 공급될 연료 혼합물은 정지 기간이 길어질수록 매끄러운 시동 프로세스를 위해 더 풍부하게 되어야 한다. 필요한 연료량은 따라서 정지 시간에 따라 약간 상승된다.
짧은 상승 후에 양호한 근사값으로 또한 직선인 하부 라인은 연료의 낮은 증기압으로부터 초래되는 효과적인 추가적인 분사량을 도시한다. 이러한 추가적인 분사량은 증기압이 증가할수록 증가하고, 따라서 온도의 함수이다.
2 개의 수직 이중 화살표들은, 특정한 누출 프로파일(214)에 대하여, (a) 분사 밸브 누출(하부 이중 화살표)에 의해 연료/공기 혼합물에 유입되는 그리고 (b) 원하는 분사(상부 이중 화살표)만큼 연료/공기 혼합물에 유입되는 연료량을 표시한다. 비교적 높은 유출률을 갖는 누출 프로파일(216)에 대하여, 상이한 비가 분사기의 분사량과 비교적 높은 비율의 누출 연료량을 갖는 누출 연료량 사이에 초래될 것이다. 비교적 낮은 누출률을 갖는 누출 프로파일(212)에 대하여, 상이한 비가 분사기의 분사량과 비교적 낮은 비율의 누출 연료량을 갖는 누출 연료량 사이에 또한 발생할 것이다.
후속하는 내용은 자동차의 정지 시간 동안 누설 분사 밸브로부터 자동차의 내연기관의 실린더 또는 흡입 섹션으로 침투하고, 시동 프로세스 동안 연소될 연료 혼합물에 첨가되는 누출 연료량을 추정하기 위한 방법의 예시적인 실시예를 설명한다. 이러한 내용에서, 누출은 엔진 내의 각각의 개별 분사 밸브에 대하여 상이한 것으로 가정된다. 하지만 길어지는 경향을 갖는 정지 시간들 때문에, 증기 연료가 흡입 매니폴드 내에 균일하게 분배되고 그 결과 분사 밸브 누출에 의한 부화가 엔진의 모든 실린더들 상에 균일하게 작용하는 것이 관찰된다.
여기서 도시된 예시적인 실시예에 따르면, 방법은 2 개의 단계들을 갖는다. 제 1 단계(A)는 누출의 기본 검출 단계이다. 제 2 단계(B)는 누출 연료량 또는 누출 연료량을 상쇄하기 위한 조절 값의 계산 또는 추정 단계이다.
(A) 분사 밸브 누출을 기본적으로 검출하기 위한 방법 :
여기서 도시된 예시적인 실시예에 따르면, 분사 밸브 누출은, 내연기관의 시동의 경우에, 이하의 2 개의 특징((1) 및 (2))들이 발생하는 것에서 추측된다 : (1) 내연기관이 시동기의 활동 직후 시동기의 시동 회전 속도를 초과하지 않는다. (2) 내연기관은 그 후 규정된 공기 질량이 흡입 매니폴드로부터 빨아들여진 후에(엔진 배기량 및 흡입 매니폴드 체적의 함수로서) 지연되면서 시동되고, 미리 정해진 아이들링 회전 속도가 도달될 때까지 시동기 회전 속도를 초과한다.
특징((1) 및 (2))들이 관찰된다면, 여기서 도시된 예시적인 실시예에 따르면, 분사 밸브 누출에 의해 야기되는 연료/공기 혼합물의 부화가 그 후 추측된다. 분사된 연료량은 시동이 다음에 발생할 때 그 후 감소될 수 있고, 그 결과에 의해 0.8 내지 1.3 사이의 람다 값에 의해 점화될 수 있는 혼합물이 그 후 여전히 모든 경우들에서 존재한다.
분사 밸브 누출이 대안적으로는 또는 조합되어 연료량 조절을 위한 공지된 알고리즘에 의해 또한 결정될 수 있다는 것에 주의해야 한다. 이러한 내용에서, 연료의 점화 능력 및/또는 휘발성은 통상적으로는 연료 또는 연료/공기 혼합물의 교반 작용에 근거하여 결정된다.
예컨대, 연료 품질 조절은 작동적으로 준비된 엔진의 짧은 정지 시간들 동안 실행될 수 있고, 연료의 휘발성에 대한 인수(factor)가 따라서 결정될 수 있다. 분사 밸브의 누출은 일반적으로 정지 시간이 30 분보다 더 짧다면 실린더 내의 연료량의 임의의 상당한 증가를 유발하지 않는다. 비교적 긴 정지 시간들(1 시간 내지 8 시간 사이)의 경우에, 동일한 알고리즘이 적용된다. 연료 품질 알고리즘이 그 후 과도하게 풍부한 혼합물을 검출한다면, 분사 밸브의 증가된 누출은 반드시 존재한다. 분사량은 그 후 비교할 수 있는 정지 시간 후에 그 이후의 시동 프로세스에서 대응적으로 감소된다.
엔진의 비교적 긴 정지 시간의 경우에, 엔진의 냉매, 및 따라서 엔진 자체는 더 큰 정도로 냉각되고, 그 결과 실린더 내의 매끄러운 시동 프로세스를 위해 필요한 연료량이 증가된다는 사실이 도 2 로부터 명백하다(양호한 근사값으로, 직선 및 약간 비스듬하게 뻗어있는 상부 라인 비교).
엔진 제어기 내의 연료 품질 조절 함수는 연료가 현재 재주유되는(refueled) 연료의 품질을 고려할 수 있다는 것을 주의해야 한다.
추가적인 연료는 분사 밸브 누출의 결과로서 실린더 또는 흡입 매니폴드에 들어간다. 분사 밸브 누출은 통상적으로 분사 밸브의 시일링 시트에서의 상이한 압력 및 연료 온도에 의존한다. 처음 시간들 동안, 누출 연료량은 연료 온도가 주위 온도인 것으로 여겨지고 시일링 시트에서의 상이한 압력이 제거될 때까지 대략 선형으로 상승된다. 도 2 로부터 명백한 것과 같이, 낮은 방출 값들을 갖는 최적의 연소에 대하여, 분사 밸브에 의해 또는 분사 밸브들에 의해 분사되어야만 하는 분사량은 각각의 누출 연료량만큼 감소된다.
(B) 분사 밸브 누출의 계산/추정 :
여기서 도시된 예시적인 실시예에 따르면, 연료 누출량(mFuelLeak)의 계산을 위해, 내연기관의 시동 거동을 특징으로 하는 시동 인덱스(I)가 도입된다. 시동 인덱스(I)는, 예컨대 각각의 시동 프로세스에 대한 실제 시간 기간(TStartAct)과 각각의 시동 프로세스에 대한 미리 결정된 설정 지점 시간 기간(TStartSetp) 사이의 비이다. 대안적으로는, 시동 인덱스는 또한 각각의 시동 프로세스에 대한 실제 회전 속도 구배와 각각의 시동 프로세스에 대한 미리 결정된 설정 지점 회전 속도 사이의 비의 함수일 수 있다.
도 3 은 공급되는 연료/공기 혼합물의 람다 값(λ)의 함수로서, 내연기관의 시동 거동을 특징으로 하는 시동 인덱스의 통상적인 프로파일(330)을 나타내는 도면이다. 시동 인덱스(I)가 역치(Ithd)보다 위에 있다면, 그 후 내연기관의 시동은 충분하지 않은 것으로 규정된다. 시동 인덱스(I)가 역치(Ithd) 아래에 있다면, 그 후 내연기관의 시동은 충분한 것으로 규정된다. 도 3 내의 수평 화살표는 분사 밸브 누출의 영향을 나타내며 이는 이미 상기에서 설명된 것과 같이, 연료/공기 혼합물을 시동 프로세스에 대하여 더 풍부하게 하고, 그 결과 람다 값은 더 작아진다.
여기서 도시된 예시적인 실시예에 따르면, 연료 누출량(mFuelLeak)에 대한 기본 값은 이하의 방정식 시스템을 사용하여 설명되고, 방정식(1)은 내연기관의 제 1 시동 프로세스에 관한 것이고, 방정식(2)은 내연기관의 제 2 시동 프로세스에 관한 것이다. 하지만, 원리적으로는, 예컨대 이차 다항식들을 갖는, 고차 방정식 시스템들이 또한 사용될 수 있다는 것에 주의해야 한다.
I1 = F ㆍ mFuel1 + F ㆍ mFuelLeak + I0 (1)
I2 = F ㆍ mFuel2 + F ㆍ mFuelLeak + I0 (2)
여기서
- I1 은 제 1 시동 프로세스에 대한 시동 인덱스이고,
- I2 는 제 2 시동 프로세스에 대한 시동 인덱스이고,
- mFuel1 은 제 1 시동 프로세스 동안 분사되는 연료량이고,
- mFuel2 는 제 2 시동 프로세스 동안 분사되는 연료량이고,
- F 는 각각의 직선의 구배를 설명하는 비례 상수이고(양쪽의 시동 프로세스들에 대하여 동일함), 및
-I0 는 오프셋 값이다(양쪽의 시동 프로세스들에 대하여 동일).
이러한 방정식 시스템을 풀기 위해, I1 및 I2 에 대한 값들이 측정된다. 게다가, mFuel1 및 mFuel2 에 대한 값들은, 예컨대 각각의 전기 작동 특징 및 레일 압력으로부터 공지된 것으로 여겨진다. I0 에 대한 값 또는 F 에 대한 값은 이전에 공지된 특징 다이어그램으로부터 얻어진다. 그 결과, 2 개의 남아있는 미지수(mFuelLeak 및 F 또는 I0)들은 결정될 수 있다. 이러한 내용에서, 정확도 및 계산 시간 요구 사항들에 의존하여, 분석적 또는 회귀적 방법들이 사용될 수 있다.
상기 설명된 방정식 시스템은 단지 누출 연료량을 추정하기 위한 방법의 기본 원리를 이루는 것에 주의해야 한다. 엔진 제어기에서의 사용을 위해, 예컨대 엔진 온도 및 주위 온도 뿐만 아니라 마지막으로 고려되는 분사량들의 보정을 위한 엔진 배기량 및 흡입 매니폴드 체적과 같은 작동 파라미터들의 영향의 모델링을 고려하는 것이 또한 가능하다. 이는 분사 밸브의 온도 및 정지 시간과 같은 작동 파라미터들의 함수로서 상기 언급된 방정식 시스템을 푸는 것에 의해 얻어지는 기본 누출량이 그 후 여전히 조절의 작동 지점들의 주위 조건들의 함수로서 모델에 의해 다른 적용 범위로 전환되어야만 하는 것을 의미한다.
게다가, 누출량 조절의 결과들은 연료 품질 조절의 결과들과 논리적으로 조합될 수 있고 작동 지점의 함수로서 적용될 수 있다.
제안된 방법은 시동 방출들 및 시동 시간에 대하여 최적화된 방식으로 비교적 높은 누출 값들을 가지고 분사 밸브들을 작동시키는 것을 가능하게 한다. 그 결과, 분사 밸브들의 사용 수명은 누출에 대하여 바람직하지 않은 주위 조건들 하에서 연장될 수 있고/있거나 분사 밸브 제조 프로세스 동안 수율은 증가될 수 있다.
100 추정 장치
102 측정 장치
104 분사된 연료량들을 결정하기 위한 장치
106 데이터 프로세싱 장치
212 누출 프로파일
214 누출 프로파일
216 누출 프로파일
330 람다 값의 함수로서 시작 인덱스(I)의 프로파일

Claims (11)

  1. 자동차의 정지 시간 동안 누설 분사 밸브로부터 자동차의 내연기관의 실린더 또는 흡입 섹션으로 침투하고, 시동 프로세스 동안 연소될 연료 혼합물에 첨가되는 누출 연료량(mFuelLeak)의 추정 방법으로서,
    제 1 시동 프로세스 동안 내연기관의 시동 거동을 특징으로 하는 제 1 시동 인덱스(I1)를 측정하는 단계,
    상기 제 1 시동 프로세스 동안 제 1 분사된 연료량(mFuel1)을 결정하는 단계,
    제 2 시동 프로세스 동안 내연기관의 시동 거동을 특징으로 하는 제 2 시동 인덱스(I2)를 측정하는 단계,
    상기 제 2 시동 프로세스 동안 제 2 분사된 연료량(mFuel2)을 결정하는 단계, 및
    상기 측정된 제 1 시동 인덱스(I1), 결정된 제 1 분사된 연료량(mFuel1), 측정된 제 2 시동 인덱스(I2) 및 결정된 제 2 분사된 연료량(mFuel2)에 근거하여 누출 연료량(mFuelLeak)을 추정하는 단계를 포함하는,
    누출 연료량의 추정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 누출 연료량(mFuelLeak)을 추정하는 단계는
    2 개 이상의 방정식들을 갖는 방정식 시스템의 설정 단계, 및
    상기 방정식 시스템을 푸는 단계를 포함하고,
    제 1 방정식(1)은 제 1 시동 프로세스와 관련되고 상기 제 1 방정식이 제 1 시동 인덱스(I1)와 추정될 누출 연료량(mFuelLeak) 사이의 선형 관계를 나타내도록 선택되고,
    제 2 방정식(2)은 제 2 시동 프로세스와 관련되고 제 2 방정식이 제 2 시동 인덱스(I2)와 추정될 누출 연료량(mFuelLeak) 사이의 선형 관계를 나타내도록 선택되며,
    - 상기 2 개의 방정식(1, 2)들에서의 비례 상수(F)는 동일한 값을 갖고,
    - 상기 2 개의 방정식들에서 상수(I0)는 동일한 값을 가지며,
    상기 비례 상수(F) 및/또는 상수(I0)는 내연기관에 대한 엔진 제어기의 이전에 공지된 특징 다이어그램으로부터 결정되는,
    누출 연료량의 추정 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 누출 연료량(mFuelLeak)의 하나 이상의 공칭 기본 프로파일이 자동차의 정지 시간의 함수로서 엔진 제어기의 특징 다이어그램에 저장되고, 상기 공칭 기본 프로파일은 누출 연료량(mFuelLeak)의 추정에 고려되는,
    누출 연료량의 추정 방법.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 방정식(1)은 또한 제 1 시동 인덱스(I1)와 추정될 누출 연료량(mFuelLeak) 사이의 고차 관계를 나타내고, 그리고
    상기 제 2 방정식(2)은 또한 제 2 시동 인덱스(I2)와 추정될 누출 연료량(mFuelLeak) 사이의 고차 관계를 나타내는,
    누출 연료량의 추정 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각각의 시동 인덱스(I1, I2)는 각각의 시동 프로세스에 대한 실제 시간 기간과 각각의 시동 프로세스에 대한 미리 결정된 설정 지점 시간 기간 사이의 비의 함수이거나, 또는
    상기 각각의 시동 인덱스(I1, I2)는 각각의 시동 프로세스에 대한 실제 회전 속도 구배와 각각의 시동 프로세스에 대한 미리 결정된 설정 지점 회전 속도 구배 사이의 비의 함수인,
    누출 연료량의 추정 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은 자동차의 다양한 작동 조건들 및/또는 주위 조건들에 대하여 실행되고, 상기 누출 연료량(mFuelLeak)에 대한 대응하는 값들이, 내연기관에 대한 엔진 제어기의 메모리 내의 특징 다이어그램 내에, 다양한 작동 조건들 및/또는 주위 조건들을 설명하는 파라미터들과 함께 저장되는,
    누출 연료량의 추정 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    누설 분사 밸브로부터의 누출 연료량(mFuelLeak)이 존재하는지 여부를 결정하는 단계를 또한 포함하며, 상기 방법은 누출 연료량(mFuelLeak)이 미리 정해진 누출 역치를 초과할 때에만 실행되는,
    누출 연료량의 추정 방법.
  8. 자동차의 내연기관의 시동 프로세스의 과정에서 누설 분사 밸브에 의해 분사될 연료량의 결정 방법으로서,
    상기 내연기관의 최적의 시동을 위해 적합한 전체 연료량을 결정하는 단계,
    제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 누출 연료량(mFuelLeak)을 추정하는 단계, 및
    상기 전체 연료량과 누출 연료량(mFuelLeak) 사이의 차이로부터 분사될 연료량을 결정하는 단계를 포함하는,
    분사될 연료량의 결정 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 누출 연료량(mFuelLeak)에 의해 이루어지는 전체 연료량의 비율을 계산하는 단계, 및
    이러한 비율이 미리 정해진 역치를 초과한다면, 상기 분사 밸브를 세척하는 단계를 또한 포함하는,
    분사될 연료량의 결정 방법.
  10. 자동차의 정지 시간 동안 누설 분사 밸브로부터 자동차의 내연기관의 실린더 또는 흡입 섹션으로 침투하고, 시동 프로세스 동안 연소될 연료 혼합물에 첨가되는 누출 연료량(mFuelLeak)의 추정 장치(100)로서,
    제 1 시동 프로세스 동안 내연기관의 시동 거동을 특징으로 하는 제 1 시동 인덱스(I1)를 측정하고, 제 2 시동 프로세스 동안 내연기관의 시동 거동을 특징으로 하는 제 2 시동 인덱스(I2)를 측정하기 위한 측정 장치(102),
    상기 제 1 시동 프로세스 동안 제 1 분사된 연료량(mFuel1)을 결정하고 제 2 시동 프로세스 동안 제 2 분사된 연료량(mFuel2)을 결정하기 위한 장치(104), 및
    상기 측정된 제 1 시동 인덱스(I1), 결정된 제 1 분사된 연료량(mFuel1), 측정된 제 2 시동 인덱스(I2) 및 결정된 제 2 분사된 연료량(mFuel2)에 근거하여 누출 연료량(mFuelLeak)을 추정하기 위한 데이터 프로세싱 장치(106)를 포함하는,
    누출 연료량의 추정 장치.
  11. 자동차의 정지 시간 동안 누설 분사 밸브로부터 자동차의 내연기관의 실린더 또는 흡입 섹션으로 침투하고, 시동 프로세스 동안 연소될 연료 혼합물에 첨가되는 누출 연료량(mFuelLeak) 추정 컴퓨터 프로그램으로서,
    프로세서에 의해 실행될 때, 상기 컴퓨터 프로그램은 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하도록 구성되는,
    누출 연료량 추정 컴퓨터 프로그램.
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