KR20140119086A - 내연기관을 제어하기 위한 방법 - Google Patents

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뵈른 비쇼프
우도 슐츠
브라힘 바카쎄
마르쿠스 헤르니어
티바우트 베이라트
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 다음의 단계들을 포함하여 내연기관을 제어하기 위한 방법에 관한 것으로, 제1 단계(40)에서는 압력 센서 방법을 이용해서 제1 인젝터(20d)를 위해 요구된 연료량이 제1 실린더(12d) 내부로 분사되는 제1 구동 기간(tvorL)이 결정되고, 상기 제1 구동 기간(tvorL)은 제1 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 장치(38) 내부에 비휘발성으로 저장된다. 제2 단계(42)에서는 제1 인젝터(20d)가 제1 구동 기간(tvorL)으로 구동되며, 그 결과로 나타나는 연료량 대체 신호가 구동계 매개변수에 따라 학습 특성맵에 기록되고, 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 장치(38) 내에 비휘발성으로 저장되며, 제3 단계(44)에서는 제2 단계(42)에서 결정된 목표값으로서의 연료량 대체 신호에 도달할 때까지, 모든 추가 실린더(20)에 대해 최소 연료량 보정을 이용하여 실린더들(20)에 할당된 인젝터들(12)의 구동 기간이 변동되며, 이렇게 결정된 구동 기간은 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 장치(38) 내에 비휘발성으로 저장된다.

Description

내연기관을 제어하기 위한 방법{METHOD FOR CONTROLLING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연기관을 제어하기 위한 방법에 관한 것이다.
예를 들어 커먼 레일 디젤 분사 시스템과 같은 본원과 관련된 형태의 최근의 연료 분사 시스템에서는, 혼합물 처리의 개선을 위해 시간상 본질적인 주 분사 이전 또는 이후의 부분 분사들은 상대적으로 적은 연료량으로 실시된다. 이 경우 통상적으로 운전자의 토크 요구를 토대로 산출되는 전체 분사량은 예를 들어 두 번의 예비 분사 및 한 번의 주 분사로 분배된다. 이때 예비 분사의 분사량은 이미션의 단점들을 피하기 위해 가급적 적어야 한다. 다른 측면에서는, 모든 공차 원인을 고려해서도 항시 연소 공정에 필요한 최소 연료량이 분사되도록 하기 위해 예비 분사량이 충분해야 한다. 이 경우, 주요 공차 원인은 노후화에 기인하는 인젝터의 드리프트(drift) 현상이다.
독일 공개 특허 출원 DE 199 45 618 A1호에는, 인젝터의 드리프트 현상을 소위 최소 연료량 보정(Zero Fuel Calibration)을 통해 적응시키고 보상하는 방법이 공지되어 있다. 이 공보에서는 소위 연료량 대체 신호(quantity replacement signal)의 변동이 발생할 때까지, 구동 기간 및 그와 더불어 각각의 개별 인젝터의 분사된 연료량이 내연기관의 코스팅 모드에서 변동된다. 분사된 연료량을 직접 측정할 수 없기 때문에, 분사된 연료량과 상관 관계가 있는 연료량 대체 신호를 이용한다.
연료량 대체 신호는 예를 들어 크랭크 샤프트의 회전수 변화, 람다 센서의 출력 신호, 또는 이온 전류 센서의 출력 신호이다. 연료량 대체 신호의 변동이 발생하는 인젝터 구동 기간이 최소 구동 기간으로서 저장되고, 인젝터의 드리프트 현상을 보상하기 위해 사용된다.
독일 공개 특허 출원 DE 10 2008 002 482 A1호는, 앞에서 언급된 최소 연료량 보정 시 도출되는 최소 구동 기간의 값과 개별 분사량 사이의 관계를 회귀(regression) 계산법을 이용해서 평가하고, 이를 이용하여 최소 연료량 보정 값의 학습을 개선하는 방법을 기술하고 있다.
예비 분사량을 조절하고 적응시키기 위한 방법(압력 센서 방법)이 독일 공개 특허 출원 DE 10 2004 001 119 A1호에 공지되어 있다. 이 공보에 공지된 방법에서는, 실린더에 배치된 압력 센서를 이용하여 연소 동안의 압력 변동, 소위 열발생 변동을 토대로 부분 분사량이 결정되고, 목표값에 맞추어 조절된다.
독일 공개 특허 출원 DE 10 2006 026 640 A1호에는, 회전수 차이 및/또는 회전수 변동이 실질적으로 연소 상태에 의존하는 내연기관의 여러 작동 상태에서 상기 회전수 차이 및/또는 회전수 변동을 줄이기 위해 연료 분사 시점을 적응시키는 방법도 공지되어 있다.
본 발명의 근본적인 문제는 청구항 1에 따른 방법에 의해 해결된다. 바람직한 개선예들은 종속 청구항들에 기재되어 있다. 본 발명에 중요한 특징들은 이하의 상세한 설명 부분 및 도면에서도 드러나며, 이 특징들은 이와 관련하여 재차 명시되지 않더라도 - 단독으로도 또는 다양하게 조합된 형태로도 본 발명에 중요할 수 있다.
본 발명의 기본 사상은, 첫 번째로 공지된 "압력 센서 방법"과 두 번째로 공지된 방법, 소위 "최소 연료량 보정" 방법에서 나타나는 주요 단점들, 말하자면 압력 센서 방법에서 평가 회로 및 소프트웨어를 구비한 추가 압력 센서 장치로 인한 고비용의 단점과, 최소 연료량 보정 방법에서의 높은 적용 복잡성의 단점을 최대한 방지하기 위해, 상기 두 방법을 조합하는 것이다.
본 발명에 따르면, 내연기관의 실린더에 압력 센서가 제공된다. 이와 같은 "가이드 실린더" 또는 이 가이드 실린더에 할당된 인젝터에 대해, 우선 제1 단계에서 압력 센서 방법에 의해 연료의 예비 분사가 조절되고 적응된다. 이로써, 상기 가이드 실린더에 할당된 인젝터에 대해, 이 인젝터가 요구된 연료량을 가이드 실린더 내부로 분사하는 구동 기간이 공지된다.
분사된 연료량이 무엇보다 레일 압력에 의존하기 때문에, 상기 제1 단계는 상이한 별개의 레일 압력들에 대해 실시된다. 이렇게 결정된 구동 기간은 내연기관의 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 장치의 데이터 메모리 내부에 비휘발성으로 저장된다.
제2 단계에서는, 가이드 실린더의 인젝터가 제1 단계에서 결정되고 적응된 구동 기간으로 일정하게 작동된다. 이 경우 최소 연료량 보정의 제2 방법에 상응하게 예를 들어 크랭크 샤프트의 회전수 변동과 같은 연료량 대체 신호가 측정되고, 내연기관의 회전수 및 기어 변속비를 포함하는 구동계(drive train) 매개변수에 따라 학습 특성맵(learning characteristic map)에 기록되고, 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 장치의 데이터 메모리 내에 비휘발성으로 저장된다.
본 발명에 따른 방법의 제3 단계에서는 모든 추가 실린더 혹은 이 추가 실린더에 할당된 인젝터가 최소 연료량 보정에 상응하게 작동되고, 그 결과로 나타나는 연료량 대체 신호가 검출된다. 이 경우, 제2 단계에서 검출된 가이드 실린더 혹은 가이드 인젝터의 연료량 대체 신호가 목표값으로서 사용된다. 보정될 실린더의 연료량 대체 신호가 목표값에 도달하면, 이와 관련된 구동 기간 또는 공칭값과의 편차가 저장되고, 선행 기술과 유사하게 내연기관의 발화 모드 시 드리프트 보상을 위해 사용된다.
또한, 제1 단계와 제2 단계를 동시에 실행하는 점이 제안된다. 내연기관의 발화 모드 시 압력 센서 방법에 따른 구동 기간의 조절 및/또는 적응은, 개별 분사에 대해 압력 변동 혹은 열발생 변동을 명확하게 할당하기 위해 부분 분사들의 간격이 크게 선택되어야 한다는 점을 전제로 한다. 그렇기 때문에, 부분 분사들의 간격은 일반적으로 이미션 거동, 연료 소비율 및/또는 주행 정숙성과 관련된 내연기관의 최적 조건을 벗어나게 된다.
그에 비해 가이드 실린더를 위한 구동 기간의 조절 및/또는 적응은 최적의 조건들을 토대로 매우 신속하게 이루어짐으로써, 구동계 매개변수의 훨씬 더 느린 적응이 동시에 이루어질 수 있다. 그 결과, 본 발명에 따른 방법의 기간이 바람직하게 단축된다.
또 다른 한 실시예에서는, 제1 단계에서 레일 압력 함수로서의 특성 곡선으로부터 구동 기간이 추론된다. 상이한 레일 압력들이 적응될 수 있도록 하기 위해, 제1 단계의 기간 동안 적어도 잠깐은 레일 압력을 일정하게 유지하는 것이 필요하다. 대안적으로, 제1 단계에서의 구동 기간의 조절 혹은 적응은 레일 압력이 가변적인 경우에도 실시될 수 있다. 이 경우 구동 기간은 적응 특성 곡선 내에서 레일 압력의 함수로서 산출되어 적응된다. 이로써, 압력 센서 방법을 위한 작동 조건들이 바람직하게 간소화된다.
또 다른 한 실시예에서는, 제2 단계에서 검출된 연료량 대체 신호의 실제값에 대한 연료량 대체 신호의 목표값의 비율이 구동계 매개변수에 따라 적응된다. 상기 비율은 최소 연료량 보정에서 선행 기술에 따라 적용되어야 하는 구동계 이득에 상응한다. 이러한 방식으로 본 발명에 따른 방법은 적용 복잡성을 감소시킨다.
이를 보완하여, 제2 단계에서 제1 구동 기간으로 제1 실린더 내부로 분사되는 제1 인젝터의 제1 부분 분사과 동시에, 제2 구동 기간으로 제2 실린더 내부로 분사되는 제2 인젝터의 제2 부분 분사가 실행되고, 그 결과로 나타나는 연료량 대체 신호가 제1 실린더에 의한 제1 여기 상태와 제2 실린더에 의한 제2 여기 상태의 중첩으로서 검출되며, 상기 연료량 대체 신호로부터 제1 여기 상태 및 제2 여기 상태가 재구성되어 개별 인젝터의 개별 구동 기간에 할당되며, 제1 실린더에 대해 제1 단계에서 압력 센서 방법을 이용하여 제1 연료 분사량이 검출되고, 상기 제1 연료 분사량이 기준치로 사용되며, 제2 여기 상태로부터 상기 기준치를 이용해서 제2 인젝터의 제2 구동 기간 동안 제2 실린더 내부로 분사된 제2 연료량이 산출된다.
본 발명에 따른 학습값들의 결정은 선행 기술에 따른 최소 연료량 보정에서와 마찬가지로 코스팅 모드에서 수행될 수 있다. 하지만, 학습 과정과 관련하여 제안된 이 방법은 각각 자율적으로 2개의 인젝터에 대해 병행 실시된다. 2개 인젝터의 각각의 테스트 분사 결과 구동계의 여기 상태가 나타난다. 이와 같은 여기 상태들은 병렬로 또는 적어도 대략 동시에 나타나기 때문에 구동계에서 중첩된다. 이를 토대로 상응하는 회전수 신호 평가가 전체 여기의 크기 및 위상을 결정한다. 그로부터 벡터 가산 원리에 따라 개별 인젝터의 여기가 재구성된다. 그 다음에는 개별 인젝터를 위해 재구성된 연료량 대체 신호를 토대로 하여, 선행 기술에 따른 최소 연료량 보정에서와 마찬가지로 각각의 인젝터를 위한 보정이 자율적으로 실시된다. 이때 본 발명에 따른 방법의 장점은, 신호 대 잡음비의 악화를 감수하지 않아도 보정 속도를 배가시킬 수 있다는 데 있다.
분사들 중 하나가 가이드 실린더에서 이루어지면, 상기 분사에 대해 압력 센서 방법을 이용하여 분사된 연료량이 산출된다. 이 경우, 상기 연료량을 기준값으로 사용하여, 제2 분사의 재구성된 연료량 대체 신호로부터 이때 분사된 연료량이 결정될 수 있다. 이로써, 본 발명에 따른 방법은 전술한 제2 단계에 상응하는 복잡한 구동계 적응 과정을 실행하지 않고도 분사된 절대 연료량을 결정할 수 있는 가능성을 제공해준다.
최소 연료량 보정이 코스팅 모드에서, 또는 내연기관의 시동 및/또는 정지 중에 실시되는 경우, 본 발명에 따른 방법은 더 원활하게 진행된다.
본 발명에 따르면, 최소 연료량 보정은 바람직하게 내연기관의 정지 과정 중에 실시된다. 내연기관의 정지 상태에 돌입하기 전에 보정될 인젝터를 위한 조건에 도달하기 위해, 분사 순서상 보정될 인젝터에 선행하는 인젝터에 의해 비로소 분사의 규칙적인 중단이 이루어지기는 하지만, 반드시 점화 또는 분사의 중단에 바로 후속하는 인젝터에 의해 이루어질 필요는 없다. 점화 또는 분사의 중단 후에 내연기관이 실린더의 작동 범위 이상으로 더 회전하면, 1개 이상의 실린더 혹은 이들 실린더에 할당된 인젝터에 대해서도 최소 연료량 보정이 실시될 수 있다.
원칙적으로, 본 발명에 따른 방법은 내연기관의 스타트 단계 또는 출발 단계 동안에도 실시될 수 있다. 이 경우에는 정지해 있는 내연기관의 위치 검출에 근거하여, 예를 들면 선행된 정지 단계에 근거하여, 분사 및 점화가 실시될 수 있는 다음 실린더가 결정되고, 이 실린더 혹은 관련 인젝터에 대해 최소 연료량 보정이 적용될 수 있다.
이어서 선행 기술에 공지된, 분사 순서상 그 다음 실린더를 위한 일반적인 스타트 기능이 실시된다. 내연기관을 이용한 종래의 구동 컨셉에 있어서 본 발명에 따른 방법의 장점은 코스팅 단계 동안 보정 기간이 단축된다는 것이다. 예를 들어 병렬 하이브리드 구동 방식에서 순수 전기만을 사용한 주행, 또는 내연기관이 정지한 상태에서의 소위 "순항(sailing) 모드"와 같이 내연기관의 정지를 허용하는 대안적인 구동 컨셉들의 경우, 선행 기술에 따른 최소 연료량 보정을 위해 코스팅 단계가 이용되지 않는다. 그렇기 때문에, 본 발명은 코스팅 단계 없이 최소 연료량 보정을 실행할 수 있는 가능성을 제공해준다.
보완적으로는, 제1 단계에서 제1 실린더에 대해 최소 연료량 보정을 이용하여 제1 인젝터의 제1 구동 기간을 검출하는 것이 제안된다. 이 경우, 내연기관의 출발 단계 및/또는 정지 단계에서 제1 인젝터의 제1 구동 기간이 검출된다. 그 다음에, 이렇게 검출된 제1 구동 기간을 이용하여 본 발명에 따라 제2 단계에서 구동계 매개변수가 적응되고, 그 결과 제2 단계에서 검출된 연료량 대체 신호가 추가 실린더 혹은 그와 관련된 인젝터의 보정을 위한 기준값으로서 이용된다. 그럼으로써, 가이드 실린더에 압력 센서를 설치하는, 고비용을 수반하는 작업이 생략될 수 있다.
전솔한 것처럼 2개의 실린더 내에서 병행하여 또는 거의 동시에 분사가 실시되는 경우에도 제1 실린더의 기준값이 사용될 수 있음은 자명하다. 이 경우, 기준값은 압력 센서 방법에 의해 결정되는 것이 아니라, 내연기관의 출발 단계 및/또는 정지 단계에서의 최소 연료량 보정에 의해 결정된다.
본 발명의 또 다른 특징들, 가능한 용례들 및 장점들은 각각의 도면에 도시된 본 발명의 실시예들에 대한 이하의 상세한 설명을 참조한다. 상세한 설명 부분에서 기술되거나 도시되는 모든 특징은, 특허 청구항 또는 그 인용항들에 요약되어 있는 내용과 무관하게, 그리고 상세한 설명 부분 혹은 도면 부분에서의 기재 방식 혹은 도시 방식과 무관하게, 단독으로 또는 임의의 조합 형태로 본 발명의 대상을 형성한다.
도 1은 본 발명의 주변 환경을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 방법의 흐름도이다.
도 3은 2개 진폭 신호의 중첩 상태를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따라 제1 인젝터와 함께 보정된 제2 인젝터의 구동 기간 특성맵이다.
도 5는 본 발명에 따라 제2 인젝터와 함께 보정된 제1 인젝터의 구동 기간 특성맵이다,
도 6은 90°의 배수와 같지 않은 각(T)을 형성하도록 상호 배치된 2개의 진폭 신호의 중첩 상태를 도시한 그래프이다.
도 7은 내연기관의 정지 단계를 나타낸 그래프이다.
도 8은 스로틀 밸브의 위치에 따라서 상이하게 나타나는 정지 위치들을 도시한 그래프이다.
도 9는 내연기관의 스타트 단계를 나타낸 그래프이다.
도 10은 연료량 대체 신호와 압력 센서 신호 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.
내연기관은 도 1에서 전체적으로 도면 부호 (10)을 갖는다. 내연기관은 도면에 도시되어 있지 않은 자동차를 구동하기 위해 이용되며, 4개의 연소 챔버(14a 내지 14d)를 구비한 4개의 실린더(12a 내지 12d)를 포함한다. 각각의 연소 챔버(14a 내지 14d)는 흡기관(18)에 연결된 흡기 밸브(16a 내지 16d)를 구비한다. 흡기관(18) 및 흡기 밸브(16a 내지 16d)를 통해서 연소 공기가 개별 연소 챔버(14a 내지 14d) 내에 도달한다. 흡기관(18) 내에는 스로틀 밸브(도면에 미도시)가 배치된다. 상기 스로틀 밸브를 이용하여, 개별 연소 챔버(14a 내지 14d) 내부에 도달하는 연소 공기의 양이 내연기관(10)의 작동 상태에 따라 조절된다. 연료는 각각 하나의 인젝터(20a 내지 20d)를 통해 연소 챔버(14a 내지 14d) 내부로 분사된다. 인젝터(20a 내지 20d)는 "레일"로도 불리는 연료 고압 어큐뮬레이터(22)에 연결되어 있다.
연소 챔버(14a 내지 14d) 내에 있는 연료/공기 혼합물은 압축 행정 후에, 외부 점화 방식에 의해 또는 자체 점화 방식에 의해 점화된다. 고온 연소 가스는 연소 챔버(14a 내지 14d)로부터 배출 밸브(24a 내지 24d)를 통해 배기관(26) 내로 유도된다. 상기 배기관은 배기 가스 장치(28)까지 뻗으며, 이 배기 가스 장치는 배기 가스 내에 포함된 유해 물질의 화학적 변환을 통해 배기 가스를 세정한다. 흡기관(18) 내 스로틀 밸브에 대한 대안으로서 또는 그와 병행하여, 배기관(26) 내에 연소 챔버(14a 내지 14d) 내부의 연소 공기량을 조절하는 배기 플랩이 배치될 수도 있다.
내연기관(10)의 작동 중에는 크랭크 샤프트(30)가 회전하게 되며, 상기 크랭크 샤프트의 회전수 또는 회전 속도 및 회전 가속도는 고해상도 크랭크 샤프트 센서(32)에 의해 검출된다.
흡기관(18)을 통해 연소 챔버(14a 내지 14d)로 흘러가는 신선 공기 질량은 공기 질량 센서(34)에 의해 검출된다. 또한, 내연기관(10)에는 내연기관(14d) 내부의 압력을 검출하는 연소 챔버 압력 센서(36)가 배치된다. 상기 실린더(12d)를 "가이드 실린더"라 칭한다.
내연기관(10)의 작동은 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 장치(38)에 의해 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어된다. 상기 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 장치는 특히 크랭크 샤프트 센서(32), 공기 질량 센서(34) 및 연소 챔버 압력 센서(36)로부터 신호를 얻는다. 상기 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 장치(38)에 의해 특히 인젝터(20)가 제어된다. 이와 관련하여, 어떠한 구성 요소에 지수 "a 내지 d"를 명시하지 않은 경우에는 항상 상응하는 실시예들이 모든 구성 요소(a 내지 d)에 적용된다는 의미이다.
인젝터(20)에 의해 연소 챔버(14) 내부로 분사되는 연료량(Q)은 압력이 일정한 경우 인젝터의 구동 기간(T)에 비례한다. 또한, 연료량(Q)은 크랭크 샤프트(30)에 작용하는 실린더별 회전 모멘트(M)에도 영향을 미친다.
도 2는 본 발명에 따른 방법의 일 실시예의 흐름도이다. 제일 먼저, 단계(40)에서는 예컨대 독일 공개 공보 DE 10 2004 001 119 A1호에 공지된 가이드 실린더(12d)에 대해 압력 센서 방식에 따라 예비 분사가 조절되고 적응된다. 이로써, 가이드 실린더(12d)에 대해 구동 기간(tvorL)이 공지되며, 이 구동 기간은 드리프트 현상과 관련이 있는 가이드 실린더(12d)의 인젝터(20d)를 통해 요구된 연료량이 가이드 실린더(12d) 내부로 분사되도록 계산된다. 상기 구동 기간(tvorL)은 상이한 레일 압력들에 대해 개별적으로 결정되고, 이때 결정된 결과들은 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 장치(38)의 데이터 메모리에 비휘발성으로 기록된다.
본 발명에 따라, 제1 단계(40)는 "발화" 모드 동안, 즉 연료 분사 동안뿐 아니라 코스팅 단계 동안에도 수행될 수 있다. 발화 모드 중에 제1 단계(40)를 실시하기 위한 전제 조건은, 개별적인 부분 분사가 실린더(12) 내에서 검출된 열발생 변동에 명확하게 할당될 수 있을 정도의 크기로 부분 분사들의 간격이 선택되어야 한다는 것이다.
선행 기술에 따르면, 압력 센서 방법에 따라 제1 구동 기간(tvorL)을 조절하기 위해 이 방법을 실시하는 기간 동안 연료 고압 어큐뮬레이터(22) 내부의 압력을 일정하게 유지할 필요가 있다. 본 발명에 따르면, 이와 같은 조절은 레일 압력이 가변적인 경우에도 이루어질 수 있다. 이 목적을 위해, 제1 구동 기간(tvorL)은 상이한 별개의 레일 압력에서 검출되는 것이 아니라, 적응 특성 곡선으로부터 레일 압력 함수로서 검출되고 적응된다. 이 경우, 특성 곡선의 검출을 위해 회귀 분석이 수행될 수 있다.
제2 단계(42)에서는 가이드 실린더(12d)의 인젝터(20d)가 앞서 제1 단계(40)에서 검출된 구동 기간(tvorL)으로 일정하게 작동된다. 이 경우에는 예컨대 독일 공개 특허 출원서 DE 10 2008 002 482 A1호에 공지된 "최소 연료량 보정" 방법에 따라 소위 구동계 매개변수, 특히 크랭크 샤프트 회전수 및 변속비에 따라서 소위 연료량 대체 신호(S)가 검출되어 특성맵에 기록된다.
연료량 대체 신호(S)는 크랭크 샤프트의 회전 불규칙성을 특징짓는 변수, 람다 센서의 출력 신호 또는 이온 전류 센서의 출력 신호일 수 있다. 상기 연료량 대체 신호(S) 대신에, 상기 연료량 대체 신호(S)의 고정된 목표값과 측정된 실제값 간의 비율도 구동 매개변수에 따라서 적응될 수 있다. 상기 비율은 선행 기술에 따라 적용될 수 있는 구동계 이득에 상응한다. 본 발명에 의해 구동계 이득의 적용 과정이 생략된다.
압력 센서 방법으로 제1 구동 기간(tvorL)을 조절하는 제1 단계(40)가 최적화된 전제 조건으로 인해 매우 신속하게 수행되기 때문에, 구동계 매개변수의 비교적 느린 적응이 이루어지는 제2 단계(42)가 동시에 수행될 수 있다.
제3 단계(44)에서는, 가이드 실린더(12d) 외에 모든 실린더(12a 내지 12c)가 공지된 "최소 연료량 보정" 방법에 따라 구동되고, 연료량 대체 신호(S)가 검출된다. 이 방식은, 앞서 제2 단계(42)에서 검출된 연료량 대체 신호(S)를 목표값으로서 사용하는 것이다. 이때, 실린더(12)의 구동 기간(tvorZ)은 상기 측정된 연료량 대체 신호(S)가 목표값에 도달할 때까지 변동된다. 그와 관련된 구동 기간(T) 또는 이 구동 기간(T)의 공칭값과의 편차가 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 장치(38)의 데이터 메모리 내에 저장된다.
본 발명에 따르면, 가이드 실린더(12d)에 대한 테스트 분사와 동시에 추가 실린더(12) 내부로의 제2 테스트 분사가 이루어짐으로써, 구동계 매개변수의 적응이 이루어지는 제2 단계(42)가 회피될 수 있다. 이 경우, 가이드 실린더(12d) 내부로의 테스트 분사에 의해 릴리스되는 제1 연료량 대체 신호(S)와 추가 실린더(12) 내부로의 제2 테스트 분사에 의해 릴리스되는 제2 연료량 대체 신호(S)의 중첩으로부터 도출되는 연료량 대체 신호(S)가 결정된다.
도 3에는 본 발명에 따른 방법의 일 실시예의 부분으로서, 예를 들어 개별 테스트 분사가 동시에 이루어지는 2개의 인젝터(20)의 연료량 대체 신호(S)가 내연기관(10) 내부에서 구동계의 진동 가능한 부품들의 여기와 같은 측정된 연료량 대체 신호(S)로부터 재구성된 상태가 도시되어 있다.
본 경우에 4개의 실린더를 구비한 내연기관의 예에서는, 테스트 분사가 실시되는 2개의 인젝터(20) 혹은 그에 상응하게 할당된 실린더(12)가 서로 수직으로 놓여 있다고 가정된다. 그에 따라, 제1 인젝터(20d) 혹은 관련 가이드 실린더(12d)는 종 좌표축에 의해 표시되고, 제2 인젝터(20) 혹은 실린더(12)는 횡 좌표축에 의해 표시된다. 이때 측정된 진동은 우선 진폭(A12) 및 그에 상응하는 위상 위치(α)로써 표시된다. 이는 예를 들어 상응하는 회전수 신호의 푸리에 변환으로서 수행될 수 있다.
가이드 실린더(12d) 또는 제2 실린더(12)에서 나타나는 순수 여기 혹은 진동의 개별 위상들은 선행 기술로부터 공지된 것이며, 본 도면에 도시된 좌표계에서 축으로 사용된다. 그 다음에, 상기 진폭(A12) 및 위상(α)을 갖는 측정된 신호가 삼각 함수를 이용하여 2개의 축(1 및 2) 상에 투영된다.
Figure pct00001
상기 함수에서,
A12는 전체 진동의 진폭, 즉 개별 인젝터에 의해 유발된 두 가지 진동이 중첩된 진폭이며,
A1은 가이드 실린더(12d)의 재구성된 진폭이며,
A2는 실린더(12)의 재구성된 진폭이며,
α는 실린더(12) 혹은 가이드 실린더(12d)의 위상에 대한, 측정된 여기(A12)의 위상(위상 위치) 혹은 위상 변위이다.
결과적으로, 전체 여기를 유발하는 인젝터들(20d 및 20)의 두 가지 개별 여기가 간단한 방식으로 분리된다.
그 다음에 2개의 인젝터(20) 각각에 대해, 즉 제1 인젝터(20d) 및 제2 인젝터(20)에 대해 선행 기술에 따른 알고리즘이 실행되며, 이 경우 개별 인젝터(20)의 구동 기간은, 사전에 설정된 목표량에 도달한 후에 그로부터 전술한 선행 기술에 따른 학습값이 결정될 때까지 업데이트된다.
도 4는 본 발명에 따른 방법을 실시한 후에 4기통 엔진을 구비한 자동차에서 얻은 테스트 결과를 재현하고 있다. 이 경우, 획득된 제2 인젝터(20)의 구동 기간 특성맵(45)은 3회 산출된 것이다. 여기서는 제1 인젝터(20d)의 개별 구동 기간이 매개변수로서 사용되었고, 구동 기간을 140㎲, 180㎲ 및 220㎲로 가정하였다.
본원에서는 3회 산출된 구동 기간 특성 곡선(45a, 45b 및 45c)이 그래프 상에 표시되어 있으며, 이 그래프는 구동 기간(T)에 걸쳐 ㎲ 단위로 측정한 제2 인젝터(20)의 특정 연료량 대체 신호(S2)를 보여주고 있다. 이때 ,구동 기간 특성맵(45a)은 제1 인젝터(20d)의 구동 기간이 140㎲일 때 제2 인젝터(20)의 구동 기간 특성맵을 나타낸다. 구동 기간 특성맵(45b)은 제1 인젝터(20d)의 구동 기간이 180㎲일 때 기록되었으며, 구동 기간 특성맵(45c)은 220㎲에 해당하는 제1 인젝터(20d)의 구동 기간 동안 기록되었다. 이렇게 3회 산출된 제2 인젝터(20)의 구동 기간 특성맵들(45a, 45b 및 45c)은 사용된 회전수 평가 방법의 측정 정확도의 범주 내에서 서로 정확하게 중첩된다.
도 5에는 제1 인젝터(20d)에 상응하는 구동 기간 특성맵에 대한 그래프가 도시되어 있으며, 이 경우에는 도 3 및 도 4와 비교해볼 때 인젝터(20d)와 인젝터(20)의 역할이 서로 "바뀌어" 있다. 본 도면에 도시된 그래프에는 구동 기간(T)에 걸쳐 ㎲로 측정된, 제1 인젝터(20d)의 개별적인 특정 연료량 대체 신호(S1)가 도시되어 있다. 여기서는 제2 인젝터(20)의 구동 기간이 매개변수로서 사용되었으며, 구동 기간 특성맵(45a')의 경우 140㎲, 구동 기간 특성맵(45b')의 경우 180㎲, 그리고 구동 기간 특성맵(45c')의 경우 220㎲였다.
본 실시예에서도 인젝터(20d)를 위해 3회 산출된 구동 기간 특성맵들(45')은 회전수 평가 방법의 정확도의 범주 내에서 서로 정확하게 중첩되며, 이로써 본 발명에 따른 방법의 정확성을 증명한다.
수직을 이루는 2개의 인젝터(20d 및 20) 혹은 상응하는 가이드 실린더(12d)와 실린더(12)에 대해 개별 테스트 분사가 이루어지는 전술한 시나리오의 대안으로서, 반대 위상으로 놓인 2개의 인젝터(20) 혹은 실린더(12)도 여기될 수 있다. 개별 인젝터(20)에 대한 분사량이 동일한 경우에는, 두 진동이 모두 소멸된다. 이와 같은 상황은, 예를 들어 보상이 이루어지는 개별 분사의 절대값이 관련이 없는 경우, 2개의 인젝터(20)를 서로 정확하게 중첩시키기 위해 사용된다.
도 6은 본 발명에 따른 방법에 따라 실시된 재구성, 즉 제1 인젝터(20d) 및 제2 인젝터(20)에 의해 각각 여기된 진동들이 두 가지 진동에 의해 나타나는 전체 진동의 측정을 토대로 재구성된 상태를 보여주고 있다. 이때 인젝터들(20d 및 20)는 90°의 정수배와 같지 않은 각도(T)를 형성한다.
도 3에서와 유사하게 상기와 같은 관계도 마찬가지로 좌표계에 도시되어 있으며, 이 경우 제2 실린더(12) 혹은 인젝터(20)는 수평 축 상에 도시되어 있고, 가이드 실린더(12d) 혹은 제1 인젝터(20d)는 수평 축에 대해 각도(T)만큼 회전된 축 상에 도시되어 있다. 따라서, 이 좌표계의 축들은 각(T)을 형성하게 된다. 측정된 신호는 재차 진폭 및 위상을 갖는 도시 형태로 변환되어 본 좌표계에 상응하게 기재된다. 이때 진폭(A12)은 인젝터(20)에 대해 각(α)으로 표시되어 있다. 이 경우에 개별 진폭(A1 및 A2)의 재구성은 도 3에서의 재구성과 유사하게 사인 법칙의 적용에 의해 나타난다. 그럼으로써, 아래와 같은 일반화된 평가 관계가 도출된다.
Figure pct00002
가이드 실린더(12d)를 위해 압력 센서 방법을 이용하여 테스트 분사 동안 분사된 연료량이 산출되기 때문에, 상기 기준값으로서의 연료량을 이용하여, 검출된된 연료량 대체 신호들(S)로부터 제2 테스트 분사 동안 제2 실린더(12) 내부로 분사된 연료량이 산출될 수 있다. 그럼으로써, 구동계 적용 과정이 생략될 수 있다.
선행 기술에 따르면, 내연기관(10)의 코스팅 단계 동안에 최소 연료량 보정을 실행할 필요가 있다. 본 발명에 따른 방법의 일 실시예에 의해, 내연기관(10)의 점화가 중단된 후 최소 연료량 보정이 정지 단계로 변위될 수 있다. 내연기관(10)의 출발 단계 또는 스타트 단계에서 최소 연료량 보정을 실시하는 것도 고려해볼 수 있으며, 그 결과 출발 단계가 하나 이상의 실린더 세그먼트만큼 연장된다.
도 7은 스로틀 밸브(19)의 개방 상태 및 폐쇄 상태에서 연료 분사 없이 이루어지는 내연기관(10)의 정지 단계를 나타낸 그래프이다. 횡 좌표 상에는 크랭크 샤프트의 각도가 °KW로 도시되어 있으며, 종 좌표는 회전 속도를 분당 회전수로 표시하고 있다. 스로틀 밸브(19)의 개방 상태(곡선 46)에서는 마찰 토크 및 관성 토크에 대해 개별 실린더(12)의 가스 교환 토크가 우세하다. 스로틀 밸브(19)의 개방에 의해 스로틀 밸브(19)의 폐쇄 상태에 대해 더 많은 공기가 실린더(12) 내부로 흘러들어감으로써, 실린더 내부의 최대 압력이 증가하게 된다. 실린더(12) 내부의 최대 압력이 더 높아지면 크랭크 샤프트의 회전 부정률(cyclic irregularity)이 야기되며, 이 경우 회전수 영점 통과 전에 마지막 압축 실린더(12)에 의해 형성되는 가스 교환 토크가 회전 방향의 반전이 이루어질 정도로 크며, 내연기관(10)은 다시 회전 방향이 반전되어 내연기관(10)이 결국 정지하게 될 때까지 앞서 압축된 실린더(12)를 압축한다.
스로틀 밸브(19)가 폐쇄되면(곡선 48), 공기가 실린더(12) 내부로 덜 유입되어 실린더(12) 내부의 최대 압력이 감소한다. 회전수 거동은 더 균일해지며, 내연기관이 정지하기 전에 회전 방향의 반전을 야기하지 않는다. 가스 교환 토크는 관성 토크 및 마찰 토크에 비해 작다.
도 8은 스로틀 밸브의 상태가 내연기관(10)의 정지 위치에 미치는 영향을 나타낸 그래프이다. 횡 좌표 상에는 테스트의 일련 번호가 도시되어 있다. 종 좌표는 점화 상사점 이전의 크랭크 각도(°KW)를 나타낸다.
스로틀 밸브(19)의 폐쇄 상태(파선으로 연결된 선)에서는 내연기관(10)의 정지 위치들이 하사점(점화 상사점 180°KW 전)과 점화 상사점(점화 상사점 0°KW 전) 사이에서 변동된다. 따라서, 스로틀 밸브(19)의 폐쇄 상태에서는 정지 위치의 조절이 불가능하다. 그에 비해 스로틀 밸브의 개방 상태에서는 가스 교환 토크의 증가 및 두 번의 방향 반전에 의해, 모든 실린더(12)가 동일한 레벨에 있는 점화 상사점 대략 90°KW 전에 일종의 보상 위치가 존재하게 된다. 선(50)은 모든 테스트에서 보상 위치로부터의 편차가 대략 10°KW라는 것을 보여주고 있다.
최소 연료량 보정은 연료 분사를 확실하게 야기하지 않는 구동 기간에서 시작된다. 각각의 정지 단계에서 구동 기간은 연소에 의해 분사가 이루어질 때까지 점진적으로 증가한다. 검출은 측정된 연료량 대체 신호(S)의 비교에 의해 이루어지며, 본 경우에는 분사 및 연소가 확실하게 이루어지지 않는 기준 회전수 신호(도 7 참조)와 크랭크 샤프트 센서(32)의 신호가 비교된다. 이 경우에는 차를 형성하는 방법 및/또는 회전수 구배의 평가가 이루어질 수 있고/있거나 회전수 패턴의 비교가 사용될 수 있다.
내연기관(10)이 정지 상태에 이르기 전에, 정지 단계에서 개별 인젝터(20)에 대한 최소 연료량 보정을 위한 조건에 도달하기 위해, 점화 중단 후의 규칙적인 분사를 최초 실린더(12)를 이용해서 중단시키지 않고, 분사 및 그와 더불어 연소 과정을 속행하다가 분사 순서상 보정될 인젝터(20) 혹은 관련 실린더(12) 앞에서 종료시키는 것을 생각할 수 있다.
내연기관(10)이 점화 차단 후에 그리고 분사 중단 후에 하나 이상의 실린더(12) 만큼 더 회전하면, 후속하는 실린더(12) 혹은 관련 인젝터(20)를 위한 최소 연료량 보정이 실행된다.
최소 연료량 보정을 내연기관(10)의 스타트 단계 또는 출발 단계에서 실행하는 것도 가능하다. 이 경우에는 정지해 있는 내연기관(10)의 위치 검출에 근거하여, 예를 들면 선행하는 정지 단계에 근거하여, 분사 및 점화가 이루어질 수 있는 다음 실린더(12)가 결정된다. 상기 실린더(12) 혹은 이 실린더에 할당된 인젝터(20)에 최소 연료량 보정이 적용된다. 그 다음에 이어서 점화 순서상 다음 실린더(12)에 대한 선행 기술에 공지된 정상적인 스타트 기능이 적용된다.
도 9는 스타트 단계에 속하는 기준 회전수 신호를 보여주고 있다. 도면에 크랭크 각도의 함수로서 도시된 회전수 곡선은 일정하게 인가되는 스타트 토크에 따라 산출된다.
스타트 토크가 45Nm인 경우에 제1 실린더(12)가 완전히 채워진 상태에서는 제1 상사점에 도달하지 않는다. 내연기관(10)의 운동 에너지는, 대략 160°KW의 높은 가스 교환 토크 범위에서 제1 압축 실린더(12)가 자신의 상사점(180°KW)을 통과하도록 제1 압축 실린더를 회전시킬 만큼 충분치 않다. 내연기관은 정지 상태를 그대로 유지한다.
기준 회전수 신호는 예를 들어 온도 의존적인 내연기관의 마찰, 인젝터의 구동 기간, (스타트 단계에서 최소 연료량 보정을 위한) 스타터 회전수, 스로틀 밸브(19)의 상태 등과 같은 추가 관련 데이터를 측정 및 저장함으로써 개선된다. 기준 회전수 신호가 정확할수록, 최소 연료량 보정은 그만큼 더 신뢰성 있고 더 나은 품질로 실시된다.
물론, 크랭크 샤프트 센서(32)의 회전수 신호 대신 연소 챔버 압력 센서(36)의 신호도 내연기관(10)의 소위 스타트 모드 및/또는 스톱 모드에서 최소 연료량 보정을 위해 사용될 수 있다. 도 10은 종 좌표 축 상에 도시된 최소 연료량 보정으로부터 얻은 연료량 대체 신호(S)와 횡 좌표 축 상에 도시된 압력 센서 방법으로부터 얻은 신호 사이에서 측정된 관계를 도시하고 있다. 직접적인/선형의 관계가 존재함에 따라, 2개의 신호는 등가물로서 간주될 수 있다.

Claims (11)

  1. 하기의 단계들을 포함하여 내연기관(10)을 제어하기 위한 방법이며,
    - 제1 단계(40)에서는, 압력 센서 방법을 이용해서 제1 인젝터(20d)를 위해 요구된 연료량이 제1 실린더(12d) 내부로 분사되는 제1 구동 기간(tvorL)을 결정하고 저장하며,
    - 제2 단계(42)에서는, 제1 인젝터(20d)를 제1 구동 기간(tvorL)으로 구동하고, 그 결과로 나타나는 연료량 대체 신호(S)를 구동계 매개변수에 따라 학습 특성맵에 기록하고 저장하며,
    - 제3 단계(44)에서는, 상기 제2 단계(42)에서 결정된 목표값으로서의 연료량 대체 신호(S)에 도달할 때까지 모든 추가 실린더(20)에 대해 최소 연료량 보정을 이용하여 실린더(20)에 할당된 인젝터(12)의 구동 기간을 변동시키며, 이렇게 결정된 구동 기간(T)을 저장하는, 내연기관 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 제1 단계(40)와 제2 단계(42)를 동시에 실행하는 것을 특징으로 하는, 내연기관 제어 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 단계(40)에서는 연료 고압 어큐뮬레이터(22) 내 압력의 함수로서의 특성 곡선으로부터 구동 기간을 추론하는 것을 특징으로 하는, 내연기관 제어 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 단계(42)에서는 검출된 연료량 대체 신호(S)의 실제값에 대한 연료량 대체 신호(S)의 목표값의 비율을 구동계 매개변수에 따라 적응시키는 것을 특징으로 하는, 내연기관 제어 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 단계(42)에서는 제1 구동 기간(T)으로 가이드 실린더(12d) 내부로 분사되는 제1 인젝터(20d)의 제1 부분 분사과 동시에, 제2 구동 기간(T)으로 제2 실린더(12) 내부로 분사되는 제2 인젝터(20)의 제2 부분 분사를 실행하고, 그 결과로 나타나는 연료량 대체 신호(S)를 가이드 실린더(12d)에 의한 제1 여기 상태와 제2 실린더(12)에 의한 제2 여기 상태의 중첩으로서 검출하며, 상기 연료량 대체 신호(S)로부터 제1 여기 상태 및 제2 여기 상태를 재구성하여 개별 인젝터(20)의 개별 구동 기간(T)에 할당하며, 가이드 실린더(12d)에 대해 제1 단계(40)에서 압력 센서 방법을 이용하여 제1 연료 분사량을 검출하고, 상기 제1 연료 분사량을 기준치로 사용하며, 제2 여기 상태로부터 상기 기준치를 이용해서 제2 인젝터(20)의 제2 구동 기간(T) 동안 제2 실린더(12) 내부로 분사된 제2 연료량을 산출하는 것을 특징으로 하는, 내연기관 제어 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 최소 연료량 보정은 내연기관(10)의 코스팅 모드, 출발 단계 및/또는 정지 단계에서 실행하는 것을 특징으로 하는, 내연기관 제어 방법.
  7. 제5항에 있어서, 내연기관(10)의 정지 후, 분사 순서상 보정될 인젝터(20)에 선행하는 인젝터(20)에 도달할 때 비로소 분사 중단을 실행하는 것을 특징으로 하는, 내연기관 제어 방법.
  8. 제5항에 있어서, 내연기관(10)의 출발 단계에서 정지해 있는 내연기관(10)의 위치 검출에 근거하여 분사 및 점화가 실시될 수 있는 다음 실린더(12)를 결정하고, 상기 실린더(12)에 할당된 인젝터(20)를 보정하는 것을 특징으로 하는, 내연기관 제어 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 단계(40)에서는 가이드 실린더(12d)에 대해 최소 연료량 보정을 이용해서 제1 인젝터(20d)의 제1 구동 기간(tvorL)을 검출하는 것을 특징으로 하는, 내연기관 제어 방법.
  10. 컴퓨터 프로그램에 있어서,
    제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 방법에 사용하기 위해 프로그래밍된 것을 특징으로 하는, 컴퓨터 프로그램.
  11. 내연기관(10)용 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 장치(38)에 있어서,
    제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 방법에 사용하기 위해 프로그래밍된 것을 특징으로 하는, 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 장치(38).
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