KR20130140575A - 내연기관의 토크 적응 방법 및 그 장치 - Google Patents

내연기관의 토크 적응 방법 및 그 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고려될 내연기관(2) 손실 토크를 명시하는 고려될 손실 토크 데이터를 적응시키기 위한 방법에 관한 것이며, 상기 적응 방법은
- 요구되는 정지에 따른 내연기관(2) 내에서의 최종 연소 과정 이후에, 내연기관(2)의 작동 중지 거동과 관련하여 시간별 회전수 기울기를 명시하는 회전수 기울기 데이터를 산출하는 단계(S2, S3, S4)와,
- 시간별 회전수 기울기에 대한 데이터에 따라서, 순간 손실 토크를 명시하는 순간 손실 토크 데이터를 결정하는 단계(S5)와,
- 순간 손실 토크 데이터를 이용하여, 고려될 손실 토크 데이터를 보정하는 단계(S7)를 포함한다.

Description

내연기관의 토크 적응 방법 및 그 장치{METHOD AND DEVICE FOR ADAPTING THE TORQUE OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은, 자동차를 작동시키기 위한 엔진 시스템 또는 정지형 애플리케이션에서의 내연기관에 관한 것이며, 특히 내연기관의 손실 토크 또는 드래그 토크를 적응시키기 위한 방법에 관한 것이다.
엔진 시스템의 작동을 위해서는, 결정적으로 구동 엔진의 내부 마찰에 의해 결정되는 구동 엔진의 드래그 토크 또는 보조 유닛들의 손실 토크들을 결정해야 한다. 이는 지금까지 예컨대 작동 점에 따라 또는 구동 엔진의 상태 변수들에 따라 드래그 토크 또는 손실 토크를 결정하는, 예컨대 특성 곡선 또는 특성맵 형태의 적합한 모델 함수들을 이용하여 수행되었다. 엔진 시스템의 수명에 걸쳐 발생하며 특성 곡선 또는 특성맵에 명시되는, 손실 토크에 대한 값들의 편차를 보상하기 위해, 상기 값들은 대개 영구적으로, 지속적으로, 또는 규칙적으로 적응되거나 조정된다.
손실 토크 적응은 지금까지 내연기관들의 경우 매우 제한된 작동 조건들 하에서만 실행되었다. 상기 작동 조건들은, 외부 부하의 분리 시 파워 트레인의 분리를 통해 회전수가 사전 설정된 아이들링 회전수로 조정되는 아이들링 단계를 전제 조건으로 한다. 아이들 회전수 제어 장치는 PID 제어기를 포함하고, 이 PID 제어기의 적분기는 적분 비율을 산출한다. 아이들링 작동 중 적분 비율이 정상 상태(steady-state)라면, 상기 적분 비율의 값은 모델 함수로부터 산출된 손실 토크의 적응을 위한 보정값의 산출을 위해 이용될 수 있다.
그러나 내연기관을 구비한 신형 구동 시스템들에서는, 아이들링 중에 내연기관이 작동되는 작동 시간이 예컨대 스타트-스톱 전략의 적용을 통해 현저히 감소하는 작동 전략의 이용이 점차 증가하고 있다. 그러므로 손실 토크의 적응을 허용하는 작동 조건은 매우 한정되어 있다.
독일 공보 DE 10 2008 054 757 A1에서는, 손실 토크의 온도에 따른 변동을 보상하기 위해, 내연기관의 순간 작동 점에 따라 보정값이 준비되고, 손실 토크에 순간 작동 점에서 기준 함수에 상응하게 상기 보정값이 인가되는 방법이 제안된다.
본 발명에 따라서, 청구항 제1항에 따른 내연기관의 손실 토크를 적응시키기 위한 방법과, 대등의 독립 청구항들에 따른 장치, 엔진 시스템, 컴퓨터 프로그램 및 컴퓨터 프로그램 제품이 제공된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 구성들은 종속 청구항들에 제시된다.
제1 관점에 따라서, 고려될 내연기관 손실 토크를 명시하는, 고려될 손실 토크 데이터를 적응시키기 위한 방법이 제공된다. 상기 적응 방법은,
- 요구되는 정지에 따른 내연기관 내에서의 최종 연소 과정 이후에, 내연기관의 작동 중지 거동과 관련하여 시간별 회전수 기울기를 명시하는 회전수 기울기 데이터를 산출하는 단계와,
- 시간별 회전수 기울기에 대한 데이터에 따라서, 순간 손실 토크를 명시하는 순간 손실 토크 데이터를 결정하는 단계와,
- 순간 손실 토크 데이터를 이용하여, 고려될 손실 토크 데이터를 보정하는 단계를 포함한다.
상기 적응 방법의 사상은, 내연기관의 정지 후에, 다시 말하면 연료의 최종 분사 후에 내연기관의 작동 중지 거동을 분석하는 것이다. 회전수 감분 또는 회전수 기울기가 산출되고, 상기 회전수 감분에 순간 손실 토크 데이터가 할당된다. 순간 손실 토크 데이터는 초기 손실 토크 또는 마지막으로 산출된 손실 토크 데이터와 비교된다. 마지막으로 산출된 손실 토크 데이터와 순간 손실 토크 데이터 사이에 편차가 있을 경우, 고려될 손실 토크 데이터의 보정이 실행될 수 있다.
상기 적응 방법은, 내연기관의 정지 시마다 간단한 방식으로, 자동차 운전자에 의한 호출에 의해, 내연기관의 정지 모드에서의 작동 전략들을 통해, 또는 스타트/스톱 작동 전략에 상응하게, 고려될 손실 토크 데이터의 보정을 실행할 수 있게 한다.
한 대안적 관점에 따라서, 고려될 내연기관 손실 토크를 명시하는, 고려될 손실 토크 데이터를 적응시키기 위한 방법이 제공되며, 상기 적응 방법은,
- 요구되는 정지에 따른 내연기관 내에서의 최종 연소 과정 이후에, 내연기관의 작동 중지 거동과 관련하여 시간별 회전수 기울기를 명시하는 회전수 기울기 데이터를 산출하는 단계와,
- 마지막으로 산출된 고려될 손실 토크 데이터를 기반으로, 예상되는 회전수 기울기를 명시하는 예상 회전수 기울기 데이터를 결정하는 단계와,
- 산출된 회전수 기울기 데이터와 예상 회전수 기울기 데이터 사이의 회전수 기울기 편차에 따라서, 고려될 손실 토크 데이터를 보정하는 단계를 포함한다.
상기 적응 방법의 사상은, 내연기관의 정지 시 내연기관의 작동 중지 거동을 분석하고, 마지막으로 산출된, 고려될 손실 토크 데이터로부터 생성되는 내연기관의 예상 회전수 감분에 대해 회전수 감분을 관련시키는 것이다. 예상 회전수 감분과 실제 회전수 감분 사이에 편차가 있을 경우, 예상 손실 토크의 보정이 실행될 수 있다.
상기 적응 방법과 달리, 마지막으로 산출된 고려될 손실 토크 데이터로부터 결정되는 예상 회전수 기울기 데이터와 산출된 회전수 기울기 데이터를 비교하는 대안적 적응 방법이 제공된다. 마지막으로 산출된 회전수 기울기 데이터와 산출된 회전수 기울기 데이터 사이에 편차가 있을 경우, 고려될 손실 토크 데이터의 보정이 실행될 수 있다.
또한, 산출된 회전수 기울기 데이터는, 최종 연소 과정 이후에 제1 회전수에서 제2 회전수로 내연기관의 회전수를 감소시키기 위해 필요한 지속 시간에 상응할 수 있다.
그 대안으로, 산출된 회전수 기울기 데이터는, 최종 연소 과정 이후에 사전 설정된 지속 시간 동안 발생하는 회전수 감분에 상응할 수 있다.
일 실시예에 따라, 고려될 손실 토크 데이터는 사전 설정된 초기 손실 토크에 보정 변수를 가하는 방식에 의해 적응될 수 있으며, 이때 보정 변수는 순간 손실 토크 데이터와 고려될 손실 토크 데이터 사이의 손실 데이터 편차에 따라서, 또는 회전수 기울기 편차에 따라서 조정된다.
특히, 보정 변수는, 손실 토크 편차 또는 회전수 기울기 편차의 절대값이 사전 설정된 임계값을 초과할 때에만, 조정될 수 있다.
또한, 보정 변수는 손실 토크 편차 또는 회전수 기울기 편차의 레벨에 따라서 증분 또는 감분 방식으로 조정될 수 있다.
또 다른 한 관점에 따라서, 내연기관의 손실 토크를 적응시키기 위한 장치, 특히 처리 유닛이 제공되며, 상기 장치는,
- 요구되는 정지에 따른 내연기관 내에서의 최종 연소 과정 이후에, 내연기관의 작동 중지 거동을 명시하는 시간별 회전수 기울기에 대한 데이터를 산출하고,
- 시간별 회전수 기울기에 대한 데이터에 따라서, 순간 손실 토크를 명시하는 순간 손실 토크 데이터를 결정하며,
- 순간 손실 토크 데이터를 이용하여 손실 토크 데이터를 결정하도록 형성된다.
또 다른 한 관점에 따라서, 내연기관의 손실 토크를 적응시키기 위한 장치, 특히 처리 유닛이 제공되며, 상기 장치는,
- 요구되는 정지에 따른 내연기관 내에서의 최종 연소 과정 이후에, 내연기관의 작동 중지 거동과 관련하여 시간별 회전수 기울기를 명시하는 회전수 기울기 데이터를 산출하고,
- 마지막으로 산출된 고려될 손실 토크 데이터를 기반으로, 예상 회전수 기울기를 명시하는 예상 회전수 기울기 데이터를 결정하며,
- 산출된 회전수 기울기 데이터와 예상 회전수 기울기 데이터 사이의 회전수 기울기 편차에 따라서, 고려될 손실 토크 데이터를 보정하도록 형성된다.
또 다른 한 관점에 따라서,
- 내연기관과,
- 내연기관의 회전수를 검출하기 위한 회전수 센서와,
- 상기 장치를 포함하는 엔진 시스템이 제공된다.
또 다른 한 관점에 따라서, 컴퓨터 프로그램이 컴퓨터 또는 상기 장치에서 실행될 때 상기 적응 방법의 모든 단계를 실행하도록 하기 위한 프로그램 코드 수단들을 포함하는 컴퓨터 프로그램이 제공된다.
또 다른 한 관점에 따라서, 컴퓨터 판독 가능한 데이터 캐리어에 저장되어 있으면서, 데이터 처리 장치에서 실행될 때 상기 적응 방법을 실행하는 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품이 제공된다.
본 발명의 바람직한 실시예들은 하기에서 첨부된 도면에 따라 더욱 상세하게 설명된다.
도 1은 내연기관을 포함하는 엔진 시스템이다.
도 2는 도 1의 엔진 시스템의 내연기관의 손실 토크를 적응시키기 위한 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 1에는 내연기관(2)을 포함하는 엔진 시스템(1)이 도시되어 있다. 내연기관(2)은 오토 엔진, 디젤 엔진 또는 기타 유형의 내연기관에 상응할 수 있다. 내연기관(2)은, 외부에서 사전 설정된 토크 요건(M)으로서 사전 설정된 운전자 요구 토크에 상응하게 엔진 토크를 공급하기 위해, 엔진 제어 장치(3)에 의해 제어된다.
엔진 시스템(1)은 복수의 센서(4)를 포함하고, 이들 센서는 내연기관(2)의 작동 상태들을 검출하며, 이들 작동 상태들에 따라 내연기관(2)의 제어가 엔진 제어 장치(3)에 의해 실행된다. 내연기관(2)의 크랭크 샤프트(5)에는, 내연기관(2)의 회전수를 검출하기 위해, 회전수 센서(6)가 배치된다.
내연기관(2)은 엔진 제어 장치(5)에 의해 공지된 방식으로, 예컨대 공급되는 공기량을 사전 설정하기 위한 스로틀 밸브의 위치 조정, 내연기관(2)의 실린더들 내로의 연료 분사 시점 및 분사될 연료의 양을 결정하기 위한 분사지속 시간의 결정, 내연기관(2)의 실린더들 내에서 연료/공기 혼합기를 점화하기 위한 점화 장치들의 점화 시점의 사전 설정 등을 위한 제어 신호들(AS)을 이용하여, 작동된다. 이를 위해, 엔진 제어 장치(5)는 외부로부터 사전 설정된 토크 요건(M)에 대한 데이터를 수신하고, 내연기관(2)을 제어하기 위해 상기 데이터를 공지된 방식으로 상응하는 제어 신호들(AS)로 변환한다.
내연기관(2)을 위한 제어 신호들(AS)은 작동 점에 따라 엔진 제어 장치(5) 내에서 산출되며, 이를 위해 엔진 제어 장치(5)는 내연기관(2)으로부터 작동 변수들(BG)을 수신한다. 작동 변수들(BG)은 예컨대 크랭크 샤프트(4)의 회전수의 회전수 신호와 같은 센서 변수들, 내연기관(2)으로 공급되는 내연기관(2)의 공기 공급 섹션 내 공기 유량에 대한 데이터, 람다 값 및 여타의 센서 변수들을 포함할 수 있다.
내연기관(2)의 출력 샤프트(7)는, 엔진 시스템(1)으로 작동되는 자동차 등의 구동을 위한 출력 토크를 공급하기 위해, 클러치(8)를 통해 출력 라인(9)과 연결될 수 있다.
엔진 시스템(1)을 작동시키기 위해, 그리고 특히 자동 변속기에서 필요한 사항으로서 가용 클러치 토크를 산출하기 위해, 또는 내연기관(2) 내 마찰 토크를 결정하기 위해, 내연기관(2)의 순간 손실 토크의 정보가 필요하다. 상기 손실 토크는, 내연기관(2)의 마찰 및 여타 영향에 의해 결정되며 내연기관(2)으로부터 공급되는 구동 토크를 상쇄하는 토크에 상응한다. 손실 토크를 드래그 토크라고도 한다. 실제 손실 토크는 수많은 요인에 좌우되며, 내연기관(2)의 수명에 걸쳐 주변 조건들에 따라 변할 수 있다.
그러므로 손실 토크를 적응시키기 위한 방법이 제공된다. 이와 관련하여 적응은, 물리적 조건들에 맞게 시스템 거동을 조정하기 위해, 예컨대 손실 토크에 대한 값, 또는 손실 토크에 가하기 위한 보정 변수와 같은 값을 실제 물리적 조건들에 맞게 조정하거나 매칭시키는 것을 의미한다.
하기에서는, 도 2의 흐름도와 관련하여, 내연기관(2)의 정지 과정을 기반으로 손실 토크를 적응시키기 위한 방법이 더욱 상세하게 설명된다.
질의 단계(S1)에서 내연기관(2)이 정지되어야 하는 점이 확인되면(택일: 예), 본원의 방법은 단계 S2로 계속 진행되고, 그렇지 않으면(택일: 아니오), 단계 S1으로 되돌아간다.
단계 S2에서는, 내연기관(2) 내에서의 최종 연소 직후에 순간 엔진 회전수가 회전수 센서(6)에 의해 검출되고, 시간 카운터가 작동 개시된다.
단계 S3에서는 순간 엔진 회전수가 사전 설정된 임계 회전수를 하회하는지의 여부가 검사된다. 만일 하회한다면(택일: 예), 본원의 방법은 단계 S4로 계속 진행되고, 그렇지 않으면(택일: 아니오), 단계 S3로 되돌아간다.
단계 S4에서는 시간 카운터가 정지되고, 단계 S5에서는 지속 시간들에 해당 손실 토크들을 할당하는 사전 설정된 손실 토크 특성맵을 이용하여, 또는 내연기관(2)의 질량 관성 모멘트의 정보에 포함된 함수 관계를 이용하여, 순간 손실 토크를 명시하는 손실 토크 데이터가 측정된 지속 시간에 할당된다. 지속 시간의 측정 대신에, 시간별 회전수 기울기에 대한 데이터가 다른 방식으로, 예컨대 사전 설정된 지속 시간 동안의 회전수 감분이 산출됨으로써, 결정될 수 있다. 그런 다음, 이처럼 산출된 회전수 기울기는 손실 토크 데이터에 할당될 수 있다.
단계 S6에서는 단계 S5에서 산출된 손실 토크 데이터가 앞서 선행하는 정지 과정에서 산출된 손실 토크 데이터로부터 사전 결정된 크기 이상의 편차를 나타내는지의 여부가 검사된다. 편차가 있다면(택일: 예), 단계 S7에서 앞서 선행하는 정지 과정에서 산출된 손실 토크 데이터의 보정이 단계 S5에서 산출된 손실 토크 데이터를 토대로 실행된다. 그렇지 않으면(택일: 아니오), 단계 S1으로 되돌아가고, 적응은 개시되지 않는다. 단계 S1에서 다시 시작되는 정지 과정이 대기된다.
단계 S7에서는 앞서 산출된 손실 토크 데이터의 보정이 단계 S5에서 산출된 손실 토크 데이터를 토대로 실행된다. 앞서 선행하는 정지 과정에서 산출된 손실 토크 데이터는, 적합한 방식으로, 예컨대 인수로서 초기 손실 토크를 인가하는 보정 변수에 따라서 사전 설정될 수 있다. 초기 손실 토크는, 내연기관(2)이 시동 시 보유했던 손실 토크에 상응한다. 보정 변수의 초기값은 1이며, 단계 S6에서 검출된 각각의 편차에 따라 보정된다. 보정 변수는, 초기 손실 토크의 공급에 이용되고 내연기관(2)의 수명에 걸쳐 영구적으로 조정되도록 결정된다. 다시 말해, 엔진 제어 장치(3) 내에서 내부 계산을 위해 이용되는 손실 토크 데이터는, 보정 변수의 값과 사전 설정된 초기 손실 토크로부터 생성된다.
보정 변수의 적응 또는 조정은, 선행하는 정지 과정에서 산출된 손실 토크 데이터와 단계 S5에서 산출된 손실 토크 데이터 사이의 편차의 대수 부호에 따라서 정해진 크기만큼 증분식으로 이루어질 수 있다. 또한, 손실 토크 데이터들 사이의 편차의 크기에 따라 보정 변수의 적응을 결정할 수도 있다. 결과적으로 상술한 손실 토크 데이터들 사이의 편차가 너무 큰 경우, 보정값의 적응은 제한될 수 있다.
또한, 보정 변수의 적응이 이루어지면, 가스 교환 손실, 마찰 손실 및 보조 유닛들에 의한 손실도 결정될 수 있다. 이 경우, 보정 사항들은 보조 유닛들에서의 주변 조건 및 스위치-온 조건에 따라서 각각 개별 보조 유닛들로 분배될 수 있다. 이를 위해, 예컨대 보정 변수의 적응 이후 보조 유닛들이 분리되면, 보조 유닛들 중 하나가 내연기관(2)과 연결되고, 내연기관(2)의 다음번 정지 또는 정지 과정에서 상응하는 측정이 실행될 수 있다. 측정된 손실 토크로부터 보정 변수가 가해진 내연기관(2)의 초기 손실 토크가 감산되고, 그럼으로써 상응하는 보조 유닛의 손실 토크가 구해진다. 이는 전술한 방식으로 보조 유닛의 손실 토크의 적응을 위해서도 이용될 수 있다.

Claims (11)

  1. 고려될 내연기관(2) 손실 토크를 명시하는, 고려될 손실 토크 데이터를 적응시키기 위한 방법이며,
    - 요구되는 정지에 따른 내연기관(2) 내에서의 최종 연소 과정 이후에, 내연기관(2)의 작동 중지 거동과 관련하여 시간별 회전수 기울기를 명시하는 회전수 기울기 데이터를 산출하는 단계(S2, S3, S4)와,
    - 시간별 회전수 기울기에 대한 데이터에 따라서, 순간 손실 토크를 명시하는 순간 손실 토크 데이터를 결정하는 단계(S5)와,
    - 순간 손실 토크 데이터를 이용하여, 고려될 손실 토크 데이터를 보정하는 단계(S7)를 포함하는, 고려될 손실 토크 데이터의 적응 방법.
  2. 고려될 내연기관(2) 손실 토크를 명시하는, 고려될 손실 토크 데이터를 적응시키기 위한 방법이며,
    - 요구되는 정지에 따른 내연기관(2) 내에서의 최종 연소 과정 이후에, 내연기관(2)의 작동 중지 거동과 관련하여 시간별 회전수 기울기를 명시하는 회전수 기울기 데이터를 산출하는 단계와,
    - 마지막으로 산출된, 고려될 손실 토크 데이터를 기반으로, 예상되는 회전수 기울기를 명시하는 예상 회전수 기울기 데이터를 결정하는 단계와,
    - 산출된 회전수 기울기 데이터와 예상 회전수 기울기 데이터 사이의 회전수 기울기 편차에 따라서, 고려될 손실 토크 데이터를 보정하는 단계(S7)를 포함하는, 고려될 손실 토크 데이터의 적응 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 산출된 회전수 기울기 데이터는 최종 연소 과정 이후에 제1 회전수에서 제2 회전수로 내연기관(2)의 회전수를 감소시키기 위해 필요한 지속 시간에 상응하는, 고려될 손실 토크 데이터의 적응 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 산출된 회전수 기울기 데이터는 최종 연소 과정 이후에 사전 설정된 지속 시간 동안 발생하는 회전수 감분에 상응하는, 고려될 손실 토크 데이터의 적응 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 고려될 손실 토크 데이터는, 사전 설정된 초기 손실 토크에 보정 변수를 가함으로써 적응되고, 상기 보정 변수는 순간 손실 토크 데이터와 고려될 손실 토크 데이터 사이의 손실 토크 편차에 따라서, 또는 회전수 기울기 편차에 따라서 조정되는, 고려될 손실 토크 데이터의 적응 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 보정 변수는, 손실 토크 편차 또는 회전수 기울기 편차의 절대값이 사전 설정된 임계값을 초과할 때에만 조정되는, 고려될 손실 토크 데이터의 적응 방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 보정 변수는, 손실 토크 편차 또는 회전수 기울기 편차의 레벨에 따라서 증분 조정되거나 감분 조정되는, 고려될 손실 토크 데이터의 적응 방법.
  8. 내연기관(2)의 손실 토크를 적응시키기 위한 장치(3)에 있어서,
    상기 장치는,
    - 요구되는 정지에 따른 내연기관(2) 내에서의 최종 연소 과정 이후에, 내연기관(2)의 작동 중지 거동을 명시하는 시간별 회전수 기울기에 대한 데이터를 산출하고,
    - 시간별 회전수 기울기에 따라서, 순간 손실 토크를 명시하는 순간 손실 토크 데이터를 결정하며,
    - 순간 손실 토크 데이터를 이용하여 손실 토크 데이터를 결정하도록 설계되는, 고려될 손실 토크 데이터를 적응시키기 위한 장치.
  9. 내연기관(2)의 손실 토크를 적응시키기 위한 장치(3)에 있어서,
    상기 장치는,
    - 요구되는 정지에 따른 내연기관 내에서의 최종 연소 과정 이후에, 내연기관(2)의 작동 중지 거동과 관련하여 시간별 회전수 기울기를 명시하는 회전수 기울기 데이터를 산출하고,
    - 마지막으로 산출된, 고려될 손실 토크 데이터를 기반으로, 예상되는 회전수 기울기를 명시하는 예상 회전수 기울기 데이터를 결정하며,
    - 산출된 회전수 기울기 데이터와 예상 회전수 기울기 데이터 사이의 회전수 기울기 편차에 따라서 고려될 손실 토크 데이터를 보정하도록 형성되는, 고려될 손실 토크 데이터를 적응시키기 위한 장치.
  10. - 내연기관(2)과,
    - 내연기관(2)의 회전수를 검출하기 위한 회전수 센서(6)와,
    - 제8항 또는 제9항에 따른 장치(3)를 포함하는 엔진 시스템(1).
  11. 컴퓨터 프로그램이 컴퓨터 또는 데이터 처리 장치에서 실행될 때, 제1항 또는 제2항에 따른 방법의 모든 단계를 실행하도록 하기 위한 프로그램 코드 수단들을 포함하는 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는, 컴퓨터 판독가능 데이터 캐리어.
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