KR20140071241A

KR20140071241A - 직분사형 내연 기관의 개회로 제어 방법

Info

Publication number: KR20140071241A
Application number: KR1020130146305A
Authority: KR
Inventors: 아르민 하쓰덴토이펠; 구이도 포르텐; 맛티아스 발츠; 우베 뮐러; 알렉산드라 푹스바우어
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2012-12-03
Filing date: 2013-11-28
Publication date: 2014-06-11
Also published as: DE102012222101A1

Abstract

본 발명은 직분사형 내연 기관의 개회로 제어 방법에 관한 것이다. 이러한 방법은 분사된 연료량과 관련하여 내연 기관의 모든 실린더의 모든 분사 밸브들을 균일화하는 단계, 내연 기관의 희박 작동(lean operation)에서 내연 기관의 분사된 연료량의 에러를 인식하는 단계, 및 내연 기관의 균질 작동(homogeneous operation)에서 내연 기관의 공급된 공기량의 에러를 인식하는 단계를 포함한다.

Description

직분사형 내연 기관의 개회로 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING A COMBUSTION ENGINE WITH DIRECT INJECTION}

본 발명은 직분사형 내연 기관의 개회로 제어 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 연산 장치 또는 개회로 제어 장치에서 실행될 때, 본 발명에 따른 방법의 모든 단계들을 실행하는 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다. 마지막으로, 본 발명은 이러한 프로그램이 연산 장치에서 실행될 때, 본 발명에 따른 방법의 실행을 위해, 기계 판독 가능한 매체에 저장된 프로그램 코드를 갖는 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.

전자 개회로 제어식 연료 분사형 내연 기관의 공기/연료 혼합기를 폐회로 제어하기 위해, 공기/연료 혼합비 람다가 양호하게 사전 개회로 제어되고 적절히 설정되는 것이 소위 람다 폐회로 제어 및 혼합기 매칭을 통해 보장된다. 이 경우, 분사된 상대 연료량(rk)은 수학식(1)을 통해 보정된다.

[수학식 1]

이 경우, rlp는 기대하는 상대 공기 충전률이고, fr은 람다 폐회로 제어의 폐회로 제어 계수이며, fra는 연료량에 대한 곱셈 보정값이고, rka는 연료량에 대한 덧셈 보정값이며, lamsbg는 람다 폐회로 제어에 의해 설정될 공기/연료 혼합비(λ)에 대한 설정값이다. 즉, 이는 공기/연료 혼합비의 전체 에러가 연료 경로로부터 발생하며, 즉 분사된 상대 연료량(rk)을 통해 야기된다는 사실에 기초한다. 따라서, 공기/연료 혼합비(λ)에 대한 설정값(lamsbg)을 얻기 위해, 수학식(1)에 따라 상대 연료량(rk)만이 보정된다. 이로 인해, 원하는 공기/연료 혼합비가 달성된다. 그러나 상대 공기 충전률(rl) 및 상대 연료량(rk)에 대한 값은 실존하는 값에 상응할 필요가 없다.

DE 102 56 906 A1호에는 분사된 연료량의 에러 및 공급된 공기량의 에러의 분리된 매칭 보정을 위해, 내연 기관의 실린더 내 연소 과정을 위한 복수의 분사 과정들을 갖는 연료의 다중 분사 시에 이러한 각각의 분사 과정에 대한 분사된 연료량의 보정이 실행됨으로써, 공기/연료 혼합비의 매칭을 위한 분사된 연료량이 보정되는 방법이 제시된다. 연료량에 대한 보정값은 상이한 수의 분사 과정을 갖는 연소 과정에 대해, 사전 설정된 공기/연료 혼합비의 설정을 위한 대략 동일한 폐회로 제어 계수가 얻어지도록 매칭된다. 연료량에 대한 보정값의 매칭이 종료된 이후에 남아 있는, 원하는 값으로부터의 폐회로 제어 계수의 편차는 공급된 공기량에 대한 보정값의 매칭을 통해 보상된다.

DE 10 2006 040 743 A1호에는 내연 기관의 실린더의 연소실 내로 연료를 분사하기 위한 제1 연료 분사 시스템과, 흡입관 분사를 위한 제2 연료 분사 시스템을 구비한 내연 기관의 작동 방법이 공지되어 있으며, 이때, 공기/연료 혼합비의 매칭을 위한 분사된 연료량이 보정되고, 제1 연료 분사 시스템을 위한 하나 이상의 제1 보정값과, 제2 연료 분사 시스템을 위한 하나 이상의 제2 보정값이 사용된다. 제1 및 제2 매칭값은 내연 기관의 공기 시스템 내 에러를 추론하기 위해 평가된다.

본 발명에 따른 직분사형 내연 기관의 개회로 제어 방법은 분사된 연료량과 관련하여 내연 기관의 모든 실린더의 모든 분사 밸브들을 균일화하는 단계, 내연 기관의 희박 작동에서 내연 기관의 분사된 연료량의 에러를 인식하는 단계, 및 내연 기관의 균질 작동에서 내연 기관의 공급된 공기량의 에러를 인식하는 단계를 포함한다. 이 경우 희박 작동이란 본 발명에 따라 λ>1를 갖는 내연 기관의 작동을 의미하고, 균질 작동이란 λ<=1를 갖는 내연 기관의 작동을 의미한다.

본 발명에 따른 방법에 따르면 공급된 공기량 및 분사된 연료량의 에러들을 실린더별로 분리할 수 있다. 검출된 변수들은 추가로 여타의 적용, 예를 들어 실린더 람다의 균일화, 실린더 충전률의 균일화, 및 공기 균일 분배의 진단을 위해 사용될 수 있다.

내연 기관의 모든 실린더의 모든 분사 밸브들을 균일화하는 것은 바람직하게는 양에 대한 에러 보상을 통해 실행된다. 이와 같은 양에 대한 에러 보상은 예를 들어 DE 10 2007 020 964 A1호에 공지되어 있다. 이는 희박 작동에서 내연 기관의 양에 대한 에러가 인식되는, 회전수에 기초한 방법이다. 이러한 방법에서, 모든 실린더들은 동시에 희박화되며, 즉 λ>1로 설정되고, 실린더의 불균일 작동에 대한 실린더별 특징이 평가된다. 내연 기관의 균질 작동과 대조적으로, 희박 작동에서 내연 기관의 토크는 연료 분사량과 선형적 상관 관계가 있다. 이는 내연 기관의 불균일 작동에 기인한 분사 연료량의 에러 인식을 가능하게 한다. 이러한 방법을 배기 가스 중립 상태로 실행할 수 있도록 그리고 λ=1의 포괄적인 λ를 얻을 수 있도록, 내연 기관의 희박 작동에서 토크 중립 상태의 연료 후분사, 특히 지연된 후분사가 실행되는 것이 바람직하다. 실린더의 연소실 내에 연소실 압력 센서가 장착되면 본 발명에 따라, 실린더들의 분사 밸브들의 균일화가 실린더들의 지정된 중간 압력들의 균일화를 통해 달성되는 것도 가능하다.

희박 작동에서의 밸브들의 균일화를 통해, 균질 작동에서는 각각의 실린더 내에 동일한 연료량이 제공된다. 상황에 따라 존재하는 실린더들 사이의 지정된 중간 압력들/토크들의 차이는 균질 작동에서 균일화된 연료량을 통해 충전률 차이를 통해서만 야기될 수 있다.

내연 기관이 연소실 압력 센서를 갖고 있을 때는 본 발명에 따라, 균질 작동에서 특히 규정된 작동점의 내연 기관의 토크 및 출력에 대한 실린더들의 지정된 중간 압력들의 비교가 바람직하다. 실린더들의 지정된 중간 압력들 서로 간의 편차로부터, 공급된 공기량의 에러 또는 공기 불균일 분배가 인식될 수 있다. 그러나, 분사된 연료량과 관련한 실린더들의 상술한 균일화가 사전에 보장되어야 한다.

내연 기관이 연소실 압력 센서를 갖고 있지 않을 때는 본 발명에 따라, 균질 작동에서 실린더들의 회전수 신호들로부터 보조 변수들이 연산되고, 이러한 보조 변수들은 공급된 공기량의 에러를 인식하기 위해 서로 비교되는 것이 바람직하다. 양호하게 지정된 중간 압력과 상관 관계가 있는 보조 변수들은 예를 들어 투스 타임(tooth time)에 기초하여 연산될 수 있다. 상기 유형의 보조 변수들이 내연 기관의 실린더의 분사 밸브의 보정을 위해 사용되는 방법은 예를 들어 DE 10 2008 054 690 A1호에 공지되어 있다.

대안적으로 본 발명에 따라, 희박 작동에서 그리고 균질 작동에서, 내연 기관의 불균일 작동을 나타내는 각각 하나의 변수가 검출되고, 이러한 2개의 변수들은 공급된 공기량의 에러를 인식하기 위해 서로 비교되는 것이 바람직하다. 이를 위해, 예를 들어 DE 10 2009 000 134 A1호에 공지된 바와 같은 진단 방법이 적용될 수 있다.

본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램은 연산 장치 또는 개회로 제어 장치에서 실행될 때, 본 발명에 따른 방법의 모든 단계들을 실행한다. 이는 구조적 변경을 실행할 필요없이, 제공된 개회로 제어 장치에서 본 발명에 따른 방법을 구현할 수 있도록 한다. 이를 위해, 상기 프로그램이 컴퓨터 또는 개회로 제어 장치에서 실행될 때, 본 발명에 따른 프로그램 코드를 갖는 컴퓨터 프로그램 제품은 기계 판독 가능한 매체에 저장되어 본 발명에 따른 방법의 실행에 사용된다.

본 발명의 실시예는 도면들에 도시되어 있으며, 하기 설명부에 더 상세하게 설명된다.

도 1은 선행 기술에 따른 직분사형 내연 기관을 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 도 1에 따른 내연 기관의 실린더를 도시한 단면도.
도 3a는 도 1에 따른 내연 기관의 실린더 내의 MWF 및 PMI의 추이를 도시한 그래프.
도 3b는 도 1에 따른 내연 기관의 다른 실린더 내의 MWF 및 PMI의 추이를 도시한 그래프.
도 3c는 도 1에 따른 내연 기관의 또 다른 실린더 내의 MWF 및 PMI의 추이를 도시한 그래프.
도 3d는 도 1에 따른 내연 기관의 또 다른 실린더 내의 MWF 및 PMI의 추이를 도시한 그래프.

도 1에는 4개의 실린더(10, 11, 12, 13)를 구비한 내연 기관(1)이 도시되어 있으며, 이러한 내연 기관은 개회로 제어 장치(2)에 의해 개회로 제어된다. 실린더(10)의 단면이 도 2에 개략적으로 도시되어 있다. 분사 밸브(101) 및 점화 플러그(102)는 실린더(10)의 연소실(103) 내에 배치된다. 연소실(103)로는 유입 밸브(104)를 통해 신선한 공기가 공급된다. 배출 밸브(105)는 람다 센서가 내부에 배치된 배기 가스관과 연소실(103)을 연결한다. 실린더(10, 11, 12, 13)는 연소실 압력 센서를 가지고 있지 않다.

본 발명의 일 실시예에서는 우선, 분사된 연료량과 관련하여 내연 기관(1)의 모든 실린더(10, 11, 12, 13)의 모든 분사 밸브들이 균일해진다. λ>1를 갖는 내연 기관(1)의 희박 작동이 발생한다. 이후, 토크 중립 상태의 지연된 연료 후분사의 중단하에 양에 대한 에러 보상이 실행된다. 공급된 연료량에 에러가 존재하면, 에러가 인식된다. 그렇지 않으면, λ=1를 갖는 내연 기관(1)의 균질 작동으로의 전환이 실행된다. 투스 타임에 기초하여, 양호하게 실린더(10, 11, 12, 13)의 지정된 중간 압력(PMI)과 상관 관계가 있는 보조 변수 "MWF"(Mechanical Work Feature)가 연산된다. 도 3a 내지 도 3d에는 각각 1000회의 작동 행정(A)에 대한 실린더(10, 11, 12, 13)의 지정된 중간 압력 "PMI" 및 보조 변수 "MWF"가 그래프로 도시되어 있다. PMI와 MWF 사이의 양호한 상관 관계가 인식 가능하다. 개별 실린더(10, 11, 12, 13)의 PMI와 MWF 사이의 편차로부터, 본 발명에 따른 방법에서는 경우에 따라, 공급된 공기량의 에러가 인식된다. 사전에 실행된 분사 밸브들의 균일화를 통해, 경우에 따라 존재하는 편차는 공급된 공기량의 차이를 통해서만 야기될 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 피에조 직분사형 내연 기관에서 충전 에러를 연료 에러로부터 분리하고, 희박 연소 방법에서 견고성의 상승을 달성하는데 특히 적합하다. 그러나, 이러한 방법은 예를 들어 솔레노이드 분사 밸브형 내연 기관에서도 사용될 수 있다.

Claims

직분사형 내연 기관(1)의 개회로 제어 방법이며,
- 분사된 연료량과 관련하여 내연 기관(1)의 모든 실린더(10, 11, 12, 13)의 모든 분사 밸브들(101)을 균일화하는 단계와,
- 내연 기관(1)의 희박 작동에서 내연 기관(1)의 분사된 연료량의 에러를 인식하는 단계와,
- 내연 기관(1)의 균질 작동에서 내연 기관(1)의 공급된 공기량의 에러를 인식하는 단계를 포함하는, 직분사형 내연 기관의 개회로 제어 방법.
제1항에 있어서, 내연 기관(1)의 실린더들(10, 11, 12, 13)의 분사 밸브들(101)을 균일화하는 것은 양에 대한 에러 보상을 통해 실행되는 것을 특징으로 하는, 직분사형 내연 기관의 개회로 제어 방법.
제1항에 있어서, 내연 기관(1)의 실린더들(10, 11, 12, 13)의 분사 밸브들(101)을 균일화하는 것은 실린더들(10, 11, 12, 13)의 지정된 중간 압력들의 균일화를 통해 실행되는 것을 특징으로 하는, 직분사형 내연 기관의 개회로 제어 방법.
제1항 및 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 내연 기관(1)의 희박 작동에서 토크 중립 상태의 연료 후분사가 실행되는 것을 특징으로 하는, 직분사형 내연 기관의 개회로 제어 방법.
제1항 및 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 균질 작동에서, 공급된 공기량의 에러를 인식하기 위해 실린더들(10, 11, 12, 13)의 지정된 중간 압력들(PMI)의 비교가 실행되는 것을 특징으로 하는, 직분사형 내연 기관의 개회로 제어 방법.
제1항 및 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 균질 작동에서 실린더들(10, 11, 12, 13)의 회전수 신호들로부터 보조 변수들(MWF)이 연산되고, 상기 보조 변수들(MWF)은 공급된 공기량의 에러를 인식하기 위해 서로 비교되는 것을 특징으로 하는, 직분사형 내연 기관의 개회로 제어 방법.
제1항 및 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 희박 작동에서 그리고 균질 작동에서, 내연 기관(1)의 불균일 작동을 나타내는 각각 하나의 변수가 검출되고, 상기 2개의 변수들은 공급된 공기량의 에러를 인식하기 위해 서로 비교되는 것을 특징으로 하는, 직분사형 내연 기관의 개회로 제어 방법.
프로그램이 컴퓨터 또는 개회로 제어 장치(2)에서 실행될 때, 제1항 및 제3항 중 어느 한 항에 따른 방법의 실행을 위해, 프로그램 코드를 갖는 컴퓨터 프로그램 제품이 저장된 기계 판독 가능한 매체.