KR20140059205A - 내연 기관의 노크를 제어하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 장치 (arrangement) 는, 실린더 특정 조정 유닛들에 대한 노크 제어 명령을 형성하도록 배치되고 실린더 특정 제 1 센서들 (3) 에 연결가능한 제어 유닛 (1) 을 포함한다. 또한, 제어 유닛은 적어도 두 개의 상이한 유형들의 제 2 센서들 (2) 에 연결가능하다. 상기 장치는 제 1 센서들 및 제 2 센서들의 값들을 맵핑하기 위한 맵 (4) 을 추가로 포함한다. 제 1 센서들의 값들은 특정하게 (specifically) 실린더의 노크 상태를 나타내고, 제 2 센서들의 값들은 기관의 적어도 두 개의 변수들을 나타낸다. 또한, 맵 (4) 은 변수들 및 노크 상태와 관련하여 기관의 노크 영역 (22) 과 작동 지점 (23) 을 나타낸다.

Description

내연 기관의 노크를 제어하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING KNOCK IN AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 왕복 기관의 위험한 사건들을 제어하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 구체적으로는, 본 발명은 노크를 제어하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 기관은, 예를 들어, 디젤 기관, 가스 기관 또는 다수의 상이한 연료들을 사용할 수 있는 기관일 수 있다. 추가로, 기관은 저속 기관 또는 중속 기관일 수 있다.

왕복 기관은 오늘날 전자적으로 제어된다. 이러한 방식으로, 기관의 우수한 구동 특성이 가능해지고, 기관은 최적 레벨에 대해 작동될 수 있고, 여기서 낮은 배출로 효율이 우수해진다. 최적 레벨에서의 작동에도 불구하고, 위험한 사건들이 발생할 수 있다. 실린더, 피스톤 및 크랭크 메커니즘에 손상을 줄 수 있는 위험한 실린더 압력 및 압력 진동을 회피하기 위하여 내연 기관의 노크가 검출되는 것이 중요하다. 노크를 검출하기 위한 많은 공지된 해결책들이 존재한다. 가장 일반적인 방법은 연소 챔버의 부근에서 진동 레벨을 측정하는 것이다. 예를 들어 EP 2189643, US 2010106392, WO 2010013663, US 2009223280, WO 2009031378 및 US 2008264150 은 진동 측정의 사용을 설명한다.

노크 상태를 회피하는 것이 목적이고, 이러한 이유로 노크 상태를 나타내기 위한 임계값이 사용된다. 공지된 해결책들은 노크 상태를 나타내는 파라미터를 따르고, 임계값이 초과되는 때에, 노크 제어가 노크를 제거하기 위해 반응한다. 공지된 해결책들이 만족스럽게 작동하지만, 더 나은 품질을 제공할 수 있는 제어 디바이스를 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명의 목적은 이전의 해결책들과 같이 더 나은 제어 응답을 제공할 수 있는 제어 장치를 만드는 것이다. 본 발명의 목적은 독립 청구항들에서 설명된 해결책들로 달성된다. 종속 청구항들은 본 발명의 상이한 실시형태들을 설명한다. 본 출원이 기관의 위험한 사건으로서 노킹을 주로 설명하지만, 위험한 사건은 착화실패 (misfiring) 와 같은 다른 유형의 원치 않은 상태일 수 있다. 다른 유형의 경우에, 제어 장치는 특정 유형의 위험한 사건에 적합해진다.

본 발명의 개념은, 노크의 반응에 더하여, 사전에 노크를 회피하고 또한 기관을 이전의 해결책들에서 보다 더 유연하게 제어하기 위하여 노크 상태에 관해 기관의 작동 상태를 규정하는 것이다.

본 발명의 장치는 제어 유닛을 포함하고, 상기 제어 유닛은 실린더 특정 조정 유닛들에 대한 노크 제어 명령을 형성하도록 배치되고 실린더 특정 제 1 센서들에 연결가능하다. 또한, 제어 유닛은 적어도 두 개의 상이한 유형의 제 2 센서들에 연결가능하다. 추가로, 장치는 제 1 센서들과 제 2 센서들의 값들을 맵핑하기 위한 맵을 포함한다. 제 1 센서들의 값들은 특정하게 실린더의 노크 상태들을 나타내고, 제 2 센서들의 값들은 기관의 적어도 두 개의 변수들을 나타낸다. 또한, 맵은 변수들 및 노크 상태에 관하여 기관의 노크 영역 및 작동 지점을 나타낸다.

추가로, 장치는 계산기 유닛 및 조절 유닛 6 을 포함한다. 계산기 유닛은 작동 지점과 노크 영역 사이의 최단 거리를 계산하도록 배치되고 또한 상기 거리의 구배를 계산하도록 배치된다. 조절 유닛은 상기 거리를 증가시키기 위한 구배에 대한 응답으로서 상기 변수들의 조정 유닛들에 대한 노크 제어 명령을 형성도록 배치된다.

다음으로, 본 발명은 첨부된 도면들로 더 상세하게 설명된다.

도 1 은 본 발명의 장치의 예를 도시한다.
도 2 는 본 발명의 맵 (map) 의 예를 도시한다.
도 3 은 본 발명의 방법을 보여주는 다이어그램의 예를 도시한다.

도 1 은 본 발명에 따른 장치의 예를 도시한다. 왕복 기관용 제어 장치는, 실린더 특정 조정 유닛들에 대한 노크 제어 명령 (8) 을 형성하도록 배치되고 실린더 특정 제 1 센서들 (3) 에 연결가능한 제어 유닛 (1) 을 포함한다. 또한, 제어 유닛은 적어도 두 개의 상이한 유형의 제 2 센서들 (2) 에 연결가능하다. 제 2 센서들 (2) 은 기관의 상이한 파라미터들을 측정한다. 이러한 파라미터들은 일정하지 않고, 따라서 이러한 파라미터들은 기관을 제어하기 위해 사용될 수 있는 변수들이다. 변수들은, 예를 들어, 매니폴드 공기압, 매니폴드 공기 온도, 주 연료 주입 시기, 주 연료 주입 기간, 배기 가스 재순환, 스파크 시기일 수 있다. 제어 변수 세트는 기관 및 연료 시스템 유형에 의존한다. 예를 들어, 커먼 레일 디젤 기관에서, 매니폴드 공기압, 매니폴드 공기 온도, 주 연료 주입 시기 및 주 연료 주입 기간은, 측정 및 제어될 변수에 대한 전형적인 선택안이다. 제 1 센서들 (3) 은 노크 상태를 나타내는 실린더 특정 파라미터를 측정한다.

장치는 제 1 센서들 (3) 및 제 2 센서들 (2) 의 값들을 맵핑하기 위한 맵 또는 모델 (4) 을 추가로 포함한다. 제 2 센서들의 값들은 기관의 적어도 두 개의 변수들을 나타낸다. 도 2 는 3 차원인 맵 (21) 의 예를 도시한다. 맵 (21) 은 변수들 (변수 1 및 변수 2) 및 노크 상태 (노크 인덱스) 에 관하여 기관의 노크 영역 (22) 및 작동 지점 (23) 을 나타낸다. 맵은, 예를 들어, 자기 조직화 (self-organizing) 맵일 수 있다. 모델은 뉴럴 네트워크 또는 미분 함수 (differential function) 와 같은 적어도 두 개의 신호들 사이의 관계를 설명할 수 있는 임의의 유형일 수 있다. 노크 상태 축 (또는 벡터), 즉 노크 인덱스 축은 측정값 스케일 또는 정규화된 측정값 스케일 (상대값 스케일) 에 기반한 스케일을 가질 수 있다. 노크 인덱스는 예를 들어 실린더 인근의 진동 레벨 또는 실린더의 압력을 나타낼 수 있다.

장치는, 작동 지점 (23) 과 노크 영역 (22) 사이의 최단 거리 (24), 보다 정확하게는 작동 지점 (23) 과 최인근 노크 지점 (25) 사이의 거리 (24) 를 계산하도록 배치된 계산기 유닛 (5) 을 추가로 포함한다. 또한, 계산기 유닛은 상기 거리 (24) 의 구배를 계산하기 위하여 배치된다. 구배는 변수들에 관한 부분 도함수를 포함한다. 게다가, 장치는 상기 거리를 증가시키기 위한 구배에 대한 응답으로서 상기 변수들의 조정 유닛에 대한 노크 제어 명령 (8) 을 형성하기 위하여 조절 유닛 (6) 을 포함한다. 조절 유닛은 노크 제어 명령을 형성하기 위하여 최대 부분 도함수를 선택하도록 배치될 수 있다. 이러한 방식으로, 작동 지점 (23) 과 최인근 노크 지점 (25) 사이의 거리를 빠르게 증가시킬 수 있다. 또한, 다른 변수들이 변하지 않고 최대 부분 도함수를 갖는 변수(들)의 소규모 변화가 상기 거리를 충분히 증가시킬 수 있으므로, 작동 지점을 가능한 한 작게 이동시킬 수 있다. 또한, 조절 유닛 (6) 은 기관의 보조 데이터 (10) 를 수용하도록 배치될 수 있고, 또한 노크 제어 명령을 형성하기 위하여 보조 데이터를 사용하도록 배치될 수 있다.

계산기 유닛 (5) 및 조절 유닛 (6) 이 하나의 유닛 (11) 을 형성하도록 배치될 수 있다는 것을 인지할 수 있고, 상기 대안은 도 1 에서 박스로서 점선으로 나타내어 졌다. 또한, 조절 유닛은 보수 인원에게 진단 정보 (9) 를 제공할 수 있다. 맵 또는 모델은 제 1 센서들 및 제 2 센서들의 값들을 고려하기 위하여 갱신되도록 배치될 수 있다. 이러한 방식으로 맵은 엔진 작동 환경 및 조건에 대해 항상 최신식이다. 초기 맵 또는 모델은 제조 테스트 또는 기관 실험실에서 작동하는 테스트에 기반할 수 있다.

또한, 본 발명은 왕복 기관의 노크를 제어하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 실린더 특정 조정 유닛들에 대한 노크 제어 명령을 형성하는 단계 (34) 를 포함한다. 상기 방법은 이하의 단계들, 즉 제 1 센서들 (3) 및 제 2 센서들 (2) 의 값들을 맵핑하는 단계 (31) 로서, 제 1 센서들의 값들은 특정하게 실린더의 노크 상태를 나타내고 제 2 센서들의 값들은 기관의 적어도 두 개의 변수들을 나타내는, 상기 맵핑하는 단계; 변수들 및 노크 상태에 관하여 기관의 노크 영역 (22) 및 작동 지점 (23) 을 나타내는 단계 (32); 작동 지점 (23) 과 노크 영역 (22) 사이의 최단 거리 (24) 및, 또한 상기 거리의 구배를 계산하는 단계 (33) 를 추가로 포함한다. 상기 노크 제어 명령 (8) 을 형성하는 단계 (34) 는 상기 거리 (24) 를 증가시키기 위한 구배에 대한 응답으로서 상기 변수들의 조정 유닛들에 대한 명령들을 형성하도록 되어 있다.

노크가 발생하거나 발생하기에 매우 가까울 때에, 본 발명의 장치는, 첫째로, 기관의 모든 실린더들이 노크 영역에 매우 근접하는지 또는 노크 영역에 있는지를 결정하도록 배치될 수 있다는 것이 또한 가능하다. 이러한 경우들에서, 기관의 일반적인 제어 변수들, 예를 들어 매니폴드 공기압, 매니폴드 공기 온도 및 배기 가스 재순환은 노크를 제한하거나 줄이는데 사용된다. 둘째로, 장치는 각 실린더에 대한 제어 변수들, 예를 들어 주 연료 주입 시기, 주 연료 주입 기간, 스파크 시기, 파일럿 연료 주입 시기 및 파일럿 연료 주입 기간을 이용하여 노킹 실린더들을 각 실린더에 대해 (cylinderwise) 제어하도록 배치된다.

본 발명은 맵 (4) 으로 삽입되는 하나의, 몇몇의 또는 전체 변수들을 조절할 수 있다. 그러므로, 제어 명령을 형성하기 위해 큰 유연성이 존재한다. 작동 지점과 노크 영역 사이의 거리가 더 클수록, 유연성은 더 커진다. 이로 인해, 종래 기술 장치에서보다 기관을 구동하기 위해 더 많은 방법이 존재하고, 또한 부하 조건을 더 상세하게 고려한다. 전술한 바와 같이, 구배의 최대 부분 도함수만이 변하는 때에, 제어 응답은 매우 빠르다.

본 발명의 장치를 달성하기 위한 많은 방법이 존재한다. 그러므로, 본 발명이 본 출원의 예들에 제한되지 않고, 본 발명이 청구 범위들의 범위 내에서 임의의 형태로 형성될 수 있다는 것은 자명하다.

Claims (8)

1. 제어 유닛 (1) 을 포함하는 왕복 기관용 노크 제어 장치 (arrangement) 로서,
   상기 제어 유닛 (1) 은 실린더 특정 조정 유닛들에 대한 노크 제어 명령 (8) 을 형성하도록 배치되고, 실린더 특정 제 1 센서들 (3) 에 연결가능하며,
   상기 제어 유닛 (1) 은 적어도 두 개의 상이한 유형의 제 2 센서들 (2) 에 연결가능하고, 상기 노크 제어 장치는 상기 제 1 센서들 (3) 및 상기 제 2 센서들 (2) 의 값들을 맵핑 (mapping) 하기 위하여 맵 또는 모델 (4, 21) 을 추가로 포함하고, 상기 제 1 센서들의 값들은 특정하게 (specifically) 실린더의 노크 상태를 나타내고 상기 제 2 센서들의 값들은 기관의 적어도 두 개의 변수들을 나타내며, 상기 맵 또는 모델은 상기 변수들 및 상기 노크 상태에 관하여 상기 기관의 노크 영역 (22) 및 작동 지점 (23) 을 나타내고,
   상기 노크 제어 장치는, 상기 작동 지점 (23) 과 상기 노크 영역 (22) 사이의 최단 거리 (24) 를 계산하도록 배치되고 또한 상기 거리의 구배를 계산하도록 배치되는 계산기 유닛 (5) 을 추가로 포함하고,
   상기 노크 제어 장치는 상기 거리 (24) 의 증가를 위한 상기 구배에 대한 응답으로서 상기 변수들의 조정 유닛들에 대한 상기 노크 제어 명령 (8) 을 형성하기 위하여 조절 유닛 (6) 을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 왕복 기관용 노크 제어 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 조절 유닛 (6) 은 상기 노크 제어 명령을 형성하기 위하여 상기 구배의 최대 부분 도함수 혹은 도함수들을 선택하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 왕복 기관용 노크 제어 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 조절 유닛 (6) 은 상기 기관의 보조 데이터 (10) 를 수용하도록 배치되고, 또한 상기 노크 제어 명령 (8) 을 형성하기 위하여 상기 보조 데이터를 사용하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 왕복 기관용 노크 제어 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 계산기 유닛 (5) 및 상기 조절 유닛 (6) 은 하나의 유닛 (11) 을 형성하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 왕복 기관용 노크 제어 장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 맵 또는 모델 (4, 21) 은 상기 제 1 센서들 (3) 및 상기 제 2 센서들 (2) 의 값들을 고려하기 위해 갱신되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 왕복 기관용 노크 제어 장치.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 2 센서들 (2) 의 값들은 다음의 변수들: 매니폴드 공기압, 매니폴드 공기 온도, 주 (main) 연료 주입 시기, 주 연료 주입 기간, 배기 가스 재순환, 스파크 시기 중 적어도 두 개의 변수들을 나타내는 것을 특징으로 하는 왕복 기관용 노크 제어 장치.
7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 노크의 경우에, 상기 노크 제어 장치는, 첫째로, 상기 기관의 모든 실린더들이 다음의 변수들: 매니폴드 공기압, 매니폴드 공기 온도 및 배기 가스 재순환 중 적어도 두 개의 변수들이 사용되는 노크 영역에 매우 근접하는지 또는 상기 노크 영역에 있는지를 결정하도록 배치되고,
   둘째로, 다음의 변수들: 주 연료 주입 시기, 주 연료 주입 기간, 스파크 시기, 파일럿 연료 주입 시기 및 파일럿 연료 주입 기간 중 적어도 하나의 변수를 이용하여 노킹 실린더들을 각 실린더에 대해 (cylinderwise) 제어하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 왕복 기관용 노크 제어 장치.
8. 왕복 기관의 노크를 제어하기 위한 방법으로서,
   상기 방법은 실린더 특정 조정 유닛들에 대한 노크 제어 명령을 형성하는 단계를 포함하고,
   상기 방법은 추가로,
   제 1 센서들 (3) 및 제 2 센서들 (2) 의 값들을 맵핑하는 단계 (31) 로서, 상기 제 1 센서들의 값들은 특정하게 실린더의 노크 상태를 나타내고 상기 제 2 센서들의 값들은 상기 기관의 적어도 두 개의 변수들을 나타내는, 상기 맵핑하는 단계 (31),
   상기 변수들 및 상기 노크 상태에 관하여 상기 기관의 노크 영역 (22) 및 작동 지점 (23) 을 나타내는 단계 (32), 및
   상기 작동 지점 (23) 과 상기 노크 영역 (22) 사이의 최단 거리 (24) 및, 또한 상기 거리의 구배를 계산하는 단계 (33)
   를 포함하고,
   상기 노크 제어 명령 (8) 을 형성하는 단계 (34) 는 상기 거리 (24) 를 증가시키기 위한 상기 구배에 대한 응답으로서 상기 변수들의 조정 유닛들에 대한 상기 노크 제어 명령을 형성하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 왕복 기관의 노크를 제어하기 위한 방법.

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