KR20170008759A - 밸브 결함 검출 - Google Patents

Abstract

점화 스킵 작동 모드로 작동되는 내연기관에서 밸브 구동 결함을 검출하는 방법 및 시스템이 기재된다. 일 양태에서, 선택된 작동 범위 중에 예상 순 토크를 추정하기 위해 토크 모델을 사용한다. 토크 모델은 각각의 기통으로부터의 예상 토크 기여도를 고려하며, 각각의 기통으로부터의 예상 토크 기여도에 영향을 미치는 특정 점화 스킵 점화 결정의 효과를 참작한다. 실제 엔진 토크를 나타내는 파라미터를 또한 측정한다. 이후, 측정 파라미터와, 예상 순 토크에 적어도 부분적으로 기초하는 예상 파라미터값의 비교에 적어도 부분적으로 기초하여 밸브 구동 결함을 식별할 수 있다. 전술한 접근법들에 의하면, 밸브 구동 결함의 발생은 결함의 초기 발생의 일 엔진 사이클 내에 이루어질 수 있다.

Description

밸브 결함 검출{VALVE FAULT DETECTION}

관련 출원의 상호 참조

본 출원은 2014년 5월 23일에 출원된 가출원번호 제62/002,762호; 2014년 9월 16일에 출원된 제14/487,563호, 및 2014년 12월 23일에 출원된 제14/582,008호의 우선권을 주장한다.

본 발명은 전반적으로 엔진에서 밸브 작동을 감시하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명은 내연기관의 점화 스킵(skip fire) 작동 중에 밸브 구동 결함을 식별하는 데에 특히 유용하다.

많은 유형의 내연기관의 연비가 엔진의 배기량(displacement)을 변경함으로써 실질적으로 개선될 수 있다. 이는 필요시 최대 토크(full torque)를 이용 가능하게 할 수 있지만, 최대 토크가 필요하지 않을 때 더 작은 배기량을 사용함으로써, 펌핑 손실을 현저히 감소시키며 열역학적 효율을 개선할 수 있다. 오늘날 배기량을 변경하는 상업적으로 이용 가능한 유일한 방법은 실질적으로 동시에 기통들의 그룹을 비활성화시키는 것이다. 이 접근법에서는, 연료가 비활성화된 기통들에 전달되지 않고, 기통들이 비활성화된 상태로 남아있는 한, 관련 흡기 및 배기 밸브가 폐쇄된 상태로 유지된다. 예컨대, 8기통 가변 배기량 엔진은 남은 4개의 기통만을 사용하여 작동되도록 절반의 기통(즉, 4개의 기통)을 비활성화할 수 있다. 오늘날 유효한 상업적으로 이용 가능한 가변 배기량 엔진은 통상적으로 단 2개 또는 많아야 3개의 고정 모드 배기량을 지원한다.

엔진의 유효 배기량을 변경하는 다른 엔진 제어 접근법은 "점화 스킵" 엔진 제어로 지칭된다. 일반적으로, 점화 스킵 엔진 제어는 선택된 점화 기회 중에 소정의 기통들의 점화를 선택적으로 스킵하는 것을 의도한다. 그러므로, 특정 기통이 하나의 엔진 사이클 중에 점화될 수 있고, 이후 다음 엔진 사이클 중에 스킵될 수 있고, 이후 다음 엔진 사이클 중에 선택적으로 스킵되거나 점화될 수 있다. 이런 방식으로, 유효 엔진 배기량의 훨씬 더 미세한 제어가 가능하다. 예컨대, 4기통 엔진에서 매 3번째 기통을 점화하면, 기통들의 세트를 비활성화시키는 것만으로 얻을 수 없는 부분 배기량인, 최대 엔진 배기량의 1/3의 유효 배기량을 제공할 것이다. 개념상, 실제로 많은 실시예가 이용 가능한 점화 부분들, 시퀀스들, 또는 패턴들의 세트에 대한 작동을 제한함에도, 거의 모든 유효 배기량이 점화 스킵 제어를 이용하여 얻어질 수 있다. 본 출원인은 점화 스킵 제어에 대한 다양한 접근법을 기술하는 다수의 특허를 출원하였다.

점화 스킵 모드로 작동될 때, 흡기 및 배기 밸브가 정상적인 방식으로 개방된 경우와 같이, 공기가 스킵된 작업 사이클 중에 기통을 통과하지 않는다는 점에서, 스킵된 작업 사이클 중에 기통을 비활성화하는 것이 일반적으로 바람직하다. 많은 배기 제어 시스템(예컨대, 촉매 컨버터)이 다량의 공기를 처리하도록 설계되지 않기 때문에, 스킵된 작업 사이클 중에 기통을 비활성화하는 것은 (감소된 펌핑 손실로 인해) 연비를 개선하며 배기를 개선하는 경향이 있다. 따라서, 점화 스킵 제어를 실시할 때, 종래의 가변 배기량 엔진에서와 같이, 기통이 장기간 동안 세트 단위로 항상 활성화되거나 비활성화되는 경우보다 더 복잡한 방식으로 흡기 및 배기 밸브를 제어하는 것이 바람직하다.

밸브가 의도한 대로 활성화되거나 비활성화되지 않으면, 엔진의 성능에 악영향을 미칠 수 있다. 밸브가 예상된 방식으로 개방되지 않으면(예컨대, 밸브 개방 지속 시간이 예상과 다르거나 밸브 리프트 높이가 예상과 다르면), 역시 엔진 성능에 악영향을 미칠 수 있다. 그러므로, 채용되는 밸브 구동 전략과 무관하게, 밸브가 원하는 대로 작동되었음을 입증할 수 있고 제어 및 진단 목적 모두를 위해 밸브 구동 결함을 식별할 수 있는 것이 바람직하다.

본 출원인은 배기 밸브 및/또는 흡기 밸브가 특정 상황에서 개방되었는지 또는 폐쇄된 상태로 남아있는지 식별하는 다수의 접근법을 개발하였다. 밸브 작동을 감시하고/감시하거나 밸브 구동 결함을 식별하기 위해, 설명된 기법들은 개별적으로 또는 임의의 원하는 조합으로 사용될 수 있다. 결과적인 지식은 엔진의 점화 스킵 작동의 관리, 진단, 및/또는 제어를 돕고/돕거나, 밸브 구동 결함이 검출될 때 개선책을 취하기 위해 사용될 수 있다.

점화 스킵 작동 모드로 작동되는 내연기관에서 밸브 구동 결함 및/또는 고압 배기 스프링의 발생을 검출하는 다양한 방법 및 시스템이 기재된다.

일 양태에서, 선택된 작동 범위(operating window) 중에 예상 순 토크를 추정하기 위해 토크 모델을 사용한다. 일부 구현예들에서, 토크 모델은 각각의 기통으로부터의 예상 토크 기여도를 고려하며, 선택된 작동 범위 중에 각각의 기통으로부터의 예상 토크 기여도에 영향을 미치는 특정 점화 스킵 점화 결정의 효과를 참작한다. 선택된 작동 범위 중에 실제 엔진 토크를 나타내는 파라미터를 또한 측정한다. 이후, 측정 파라미터와, 예상 순 토크에 적어도 부분적으로 기초하는 예상 파라미터값의 비교에 적어도 부분적으로 기초하여 밸브 구동 결함을 식별할 수 있다. 전술한 접근법들에 의하면, 밸브 구동 결함의 발생은 결함의 초기 발생의 일 엔진 사이클 내에 이루어질 수 있다.

일부 구현예들에서, 측정 파라미터는 크랭크샤프트 가속도이며, 예상 파라미터는 모델 크랭크샤프트 가속도이다.

일부 구현예들에서, 측정 파라미터가 적어도 가변 임계량만큼 측정 파라미터를 초과할 때 밸브 구동 결함이 발생했다고 판단한다. 임계치는 다양한 기통의 점화/스킵 상태와 같은 인자들에 기초하여 달라질 수 있고/있거나, 밸브 구동 결함 엔진 작동 조건에 대해 평가되는 밸브와 관련되지 않게 선택될 수 있다. 예로서, 관련 엔진 작동 조건은 엔진 속도, 흡기 매니폴드 압력, 질량 공기 충전량(mass air charge), 스파크 타이밍, 캠 전진(cam advance), 부속품 부하(accessory load) 등과 같은 인자들을 포함할 수 있다. 일부 점화 스킵 제어기들이 스킵된 기통들을 비활성화하도록 배치된다. 이와 같은 시스템에서, 각각의 기통 작업 사이클의 활성화 상태는 제어기에 의해 고려될 수 있다.

전술한 접근법은 배기 밸브 구동 결함이 예상치 못한 고압 스프링의 발생을 야기하였을 때를 검출하기 위해 사용될 수 있다. 이와 같은 고압 스프링이 발생할 때, 대응하는 흡기 밸브(들)가 고압 배기 스프링 내로 개방되는 것이 바람직하게 방지된다.

일부 구현예들에서, 토크 모델은 각각의 점화된 기통 내의 압력 및 각각의 스킵된 기통 내의 압력을 예측하는 기통 압력 모델에 기초한다. 이와 같은 압력 모델은 선택되는 스킵된 기통들 내의 압력이 흡기 매니폴드 압력 아래로 내려가는 것을 참작하도록 배치될 수 있다.

전술한 접근법은 흡기 밸브 구동 결함, 배기 밸브 구동 타이밍 결함, 및 배기 밸브 리프트 에러를 비롯한 다른 밸브 구동 결함을 검출하기 위해 사용될 수 있다.

밸브 구동 결함, 특히 배기 밸브 구동 결함을 식별하는 것을 돕기 위해, 다양한 다른 기법이 토크 모델과 함께 또는 별개로 사용될 수 있다. 이는: (i) 스파크 플러그를 사용하여 선택된 기통 내의 가스의 전기적 특성을 감시하는 단계; (ii) 근접 센서를 사용하여 선택된 기통과 관련된 배기 밸브의 움직임을 감시하는 단계; (iii) 흡입 공기의 특성을 감시하는 단계; (iv) 배기 가스의 특성을 감시하는 단계; 및 (v) 엔진 블록 가속도를 감시하는 단계를 포함한다.

다른 양태에서, 크랭크샤프트 또는 캠샤프트의 회전 운동을 측정하고, 배기 밸브가 예상대로 구동되었는지의 판단은 측정 회전 운동과 예상 회전 운동의 비교에 적어도 부분적으로 기초한다.

본 발명 및 그 이점들은 첨부 도면과 함께 후술하는 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해될 수 있다.
도 1은 여러 다양한 밸브 구동 시나리오에서 대표적인 기통 내의 예상 압력을 나타낸 그래프이다.
도 2는 여러 다양한 밸브 구동 및 엔진 작동 시나리오에서 대표적인 기통의 예상 토크 출력을 나타낸 그래프이다.
도 3a는 1/3 점화 부분에서 작동되는 대표적인 8기통 엔진이 겪는 크랭크샤프트 가속도를 도시한다.
도 3b는 고압 배기 스프링이 시간(t₀)에 정상 배기를 대체할 때 도 3a의 엔진이 겪는 크랭크샤프트 가속도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 고압 배기 스프링을 검출하기 위한 알고리즘의 일부이다.
도 5는 일 구현예에 따른 고압 배기 스프링 검출을 위한 흐름도를 나타낸다.
도 6은 2개의 점근선 사이의 기통 압력의 내삽(interpolation)을 나타낸다.
도 7은 이상적인 오토 사이클(Otto cycle)에 대한 압력-체적(PV) 선도를 나타낸다.
도 8은 측정 기통 압력과 모델 기통 압력의 비교를 나타낸다
도 9는 크랭크샤프트 가속도를 위한 상이한 평균화 방법들의 비교를 나타낸다.
도 10a는 본 발명의 일 구현예에 따른 간략화된 전기적 개략도이다.
도 10b 및 도 10c는 본 발명의 일 구현예에 따른 신호 파형들이다.
도 11 및 도 12는 선택된 작동 조건 중에 기통 내의 연소 가스의 이온화 수준을 나타낸 그래프들이다.
도 13a는 표준 노크 센서를 나타낸다.
도 13b는 본 발명의 일 구현예에 따른 엔진 블록에 장착되는 표준 노크 센서 및 HPES 검출 가속도계를 나타낸다.
도 14는 본 발명의 일 구현예에 따른 고압 배기 스프링을 감지하기 위한 흐름도이다.
도면에서, 유사한 참조 번호들이 유사한 구조적 요소들을 나타내기 위해 종종 사용된다. 도면의 표시는 정확한 비율로 나타낸 것이 아니라 도식적인 것임을 또한 이해해야 한다.

스킵된 작업 사이클 중에 또는 다른 목적을 위해 기통을 효과적으로 비활성화하도록 점화 스킵 제어 중에 사용될 수 있는 다수의 밸브 구동 전략이 있다. 예컨대, 흡기 밸브(들)가 각각의 스킵된 작업 사이클의 "흡기" 행정 중에 폐쇄된 상태로 유지될 수 있고, 배기 밸브(들)가 대응하는 "배기" 행정 중에 폐쇄된 상태로 유지될 수 있다. 이와 같은 일이 발생할 때, 이전 점화 작업 사이클로부터의 배기 가스가 실질적으로 배출될 것이지만, 소량의 잔여 배기 가스가 통상적으로 기통 내에 포획된 상태로 남아있을 것이다. 4기통 엔진에서, 잔여 배기 가스는 각각의 스킵된 작업 사이클 중에 2번 팽창 및 압축된다. 기통 내의 압력은 배기 밸브가 폐쇄되는 시점에 상대적으로 대기압에 가까운 경향이 있다-그에 따라 비활성 "흡기" 행정 중의 팽창은 기통 내의 부대기압(sub-atmospheric pressure)을 초래하므로, 잔여 배기 가스를 팽창시키기 위해 소정량의 에너지가 비활성 "흡기" 행정 중에 요구된다. 기통 내의 부대기압이 피스톤을 배기 밸브가 폐쇄된 위치쪽으로 끌어당기는 것을 효과적으로 돕기 때문에, 이 에너지는 다음 행정 중에 대부분 재포착된다. 모든 밸브들이 폐쇄된 상태로 남아있는 한, 동일한 과정이 엔진의 각각의 왕복운동 중에 반복된다. 이로써, 기통 내에 포획된 잔여 가스는 다음 밸브 구동 이벤트가 발생할 때까지 엔진의 각각의 왕복운동 중에 가스 스프링처럼 작용한다. 기통 내의 잔여 가스의 압력이 비교적 낮기 때문에, 이와 같은 접근법은 본원에서 종종 저압 가스 또는 배기 스프링(LPES) 밸브 구동 스킴으로 지칭된다.

다른 기통 비활성화 접근법은 연소 이벤트 후에 배기 밸브(들)를 폐쇄 상태로 유지하는 것을 고려하는데, 모든 고온 배기 가스가 기통 내에 포획되도록, 바로 뒤따르는 흡기 밸브 역시 폐쇄 상태로 유지된다. 이러한 일이 발생할 때, 비활성화된 배기 행정(및 뒤따르는 압축 행정) 중에 기통 내에 포획된 고온 연소 가스를 압축하기 위해 상당량의 에너지가 요구되고, 이 에너지의 대부분은 개재된 비활성 "흡기" 및 "압축" 행정 중에 반환되는데, 이는 다음 밸브 구동 이벤트가 발생할 때까지 기통이 고압 가스 스프링처럼 작용하는 결과를 가져온다. 이와 같은 접근법은 본원에서 종종 고압 가스 또는 배기 스프링(HPES) 밸브 구동 스킴으로 지칭된다. 실제로, 포획된 가스 중 일부는 고압 가스 스프링이 사용될 때 피스톤 링들을 지나 빠져나가는 경향이 있으므로, 기통 내의 압력은 시간에 따라 약화될 것이다. 포획된 가스의 온도 역시 점진적으로 더 감소하여, 기통 내의 압력의 점진적인 약화에 기여한다.

또 다른 스킵된 작업 사이클 밸브 구동 전략은, 스킵된 작업 사이클의 흡기 행정 중에 정상적인 방식으로 기통에 공기를 밀어 넣지만, 스킵된 작업 사이클의 관련 "연소" 및 "배기" 행정 중에 공기를 연소 또는 배출하지 않는 것을 고려한다. 즉, 스킵된 작업 사이클 중에 흡기 밸브는 개방되지만 배기 밸브는 개방되지 않는다. 이와 같은 상황에서, 밸브들이 폐쇄된 상태의 왕복운동 중에 기통 내에 공기 충전량이 존재한다. 이와 같은 접근법은 본원에서 종종 공기 스프링(AS) 밸브 구동 스킴으로 지칭된다.

또한 점화 스킵 제어 중에 사용되거나 접할 수 있는 다수의 다른 밸브 구동 시나리오가 있다. 예컨대, 스킵된 작업 사이클 중에 흡기 밸브를 비활성화하지만 각각의 작업 사이클의 끝에 배기 밸브를 개방하는 것이 상황에 따라 바람직할 수 있다. 이 접근법은 종종 재배기 접근법으로 지칭된다. 반대로, 상황에 따라, 각각의 스킵된 작업 사이클 중에 흡기 밸브를 개방하지만 배기 밸브를 폐쇄된 상태로 유지하는 것이 바람직할 수 있다.

도 1은 HPES, LPES, 및 AS 사례에 대한 4행정 내연의 다수의 작업 사이클을 통한 기통 압력 대 시간을 나타낸다. 4사이클 엔진이 작업 사이클을 완료하기 위해 2번의 크랭크샤프트 회전(720도)을 이행한다. 각각의 작업 사이클에서, 피스톤은 상사점(TDC) 위치를 2번, 하사점(BDC) 위치를 2번 통과한다. 도 1에서, 가로축은 크랭크샤프트 각도, 세로축은 기통 압력이다. 연소 이벤트(101)가 약 180도의 크랭크샤프트 각도에서 발생한다. 기통 압력의 급격한 증가는 연소 이벤트와 관련된다. 하나의 경우에, 연소 이벤트 후, 흡기 및 배기 밸브는 모두 폐쇄된 상태로 남아서 HPES를 형성한다. 곡선(102)은 기통 내의 HPES를 초래하는 기통 압력을 표시한다. 다른 경우에, 배기 밸브는 연소 이벤트 후에 개방되어 LPES를 형성한다. 곡선(104)은 기통 내의 LPES를 초래하는 기통 압력을 표시한다. 도 1의 검토로부터 알 수 있는 바와 같이, HPES 사례의 기통 압력은 약 540°의 크랭크샤프트 각도에서 40바를 초과할 수 있다. 이는 연소 이벤트(101)에 이은 파워 행정(110)의 완료 후에 기통 압력이 항상 2바 미만인 LPES 사례와 비교된다. 기통 내의 가스가 냉각 중이며 기통으로부터 약간의 가스 누출이 있기 때문에, 540도 후의 후속 TDC 위치들은 HPES 사례(102)에 대해 더 낮은 최대 압력을 가진다. LPES 사례(104)는 연속 TDC 위치들 사이에서 본질적으로 동일하다. 표시된 마지막 사례는 공기 스프링(AS) 곡선(106)의 사례이다. 이 사례는 흡기 및 배기 밸브 모두가 연소 이벤트(101) 후에 개방되는 것에 대응한다. 그러나, 흡기 이벤트 후에, 엔진은 점화되지 않으며, 흡기 및 배기 밸브는 모두 후속 엔진 사이클 중에 폐쇄된 상태로 남아있다. 여기서 압력은 HPES 및 LPES 사례의 중간이다. HPES 사례처럼, TDC에서의 피크 압력은 피스톤 링들을 지난 누출 때문에 후속 엔진 사이클에서 점차적으로 감소한다. 초기 충전량이 연소에 의해 가열되지 않으며 피스톤 링들 주위의 누출이 더 낮은 압력으로 인해 더 적기 때문에, 상대적인 감소는 HPES 사례보다 느리다.

전술한 바와 같이, 밸브가 의도한 대로 활성화되거나 비활성화되지 않으면, 엔진의 성능에 악영향을 미칠 수 있다. 밸브가 예상된 방식으로 개방되지 않으면(예컨대, 밸브 개방 지속 시간이 예상과 다르거나 밸브 리프트 높이가 예상과 다르면), 역시 엔진 성능에 악영향을 미칠 수 있다. 그러므로, 채용되는 밸브 구동 전략과 무관하게, 밸브가 원하는 대로 작동되었음을 입증할 수 있고 제어 및 진단 목적 모두를 위해 밸브 구동 결함을 식별할 수 있는 것이 바람직하다.

본 출원인은 배기 밸브 및/또는 흡기 밸브가 특정 상황에서 개방되었는지 또는 폐쇄된 상태로 남아있는지 식별하는 다수의 접근법을 개발하였다. 설명된 기법들은 밸브 작동을 감시하고/감시하거나 밸브 구동 결함을 식별하기 위해 개별적으로 또는 임의의 원하는 조합으로 사용될 수 있다. 결과적인 지식은 엔진의 점화 스킵 작동을 관리, 진단, 및/또는 제어하는 것을 돕고/돕거나, 밸브 구동 결함이 검출될 때 개선책을 취하기 위해 사용될 수 있다.

식별해야 하는 하나의 특히 중요한 결함은 기통 점화 후에 필요시 기통을 통기시키는 것의 실패이다. 대부분의 흡기 밸브 시스템은 기통 내의 고압 가스에 대항하여 개방되도록 설계되지 않는다. 그러므로, 기통 점화와 관련된 배기 가스가 통기되지 않은 경우, 흡기 밸브의 개방을 시도하면, 흡기 밸브가 개방될 때 기통 내에 수용된 고압 때문에 밸브 트레인 내의 밸브, 푸시 로드, 로커(rocker), 리프터, 또는 다른 부품을 잠재적으로 손상시킬 수 있다. 따라서, 기통이 흡기 밸브의 활성화 전에 통기된 것을 입증하는 것이 바람직하다. 이후, 고압 배기 스프링이 발생할 때 뒤따르는 흡기 밸브 구동을 불가능하게 하기 위해 안전 회로를 채용할 수 있다.

토크 모델

하나의 전술한 밸브 구동 검출 접근법은 예상 순 엔진 토크를 결정하기 위해 토크 모델을 사용한 후, 예상 순 엔진 토크를 실제 측정 토크와 비교한다. 임의의 주어진 기통의 토크는 기통과 크랭크샤프트 사이의 유효 레버 암 및 기통 압력의 곱과 비례한다. 레버 암은 작업 사이클에 걸쳐 달라진다. 상사점(TDC) 및 하사점(BTC)에서, 레버 암은 0이므로, 두 점에서 발생되는 토크는 0이다. 예상 토크와 측정 토크의 차를 분석함으로써, 다양한 밸브 구동 결함을 식별할 수 있다. 임의의 시점에서의 점화 시퀀스 및 엔진 작동 조건이 주지되어 있거나 합리적으로 추정될 수 있기 때문에, 임의의 시점에서 예상되는 순 크랭크샤프트 토크를 계산할 수 있다. 즉, 각각의 해당 기통이 임의의 기간 중에 크랭크샤프트에 기여하거나 그로부터 인출할 것으로 예상되는 토크를 계산할 수 있다. 공조기 또는 다른 부속품으로부터의 부하와 같은 다른 토크를 마찬가지로 추정할 수 있다. 이러한 기통 토크 기여도 및 임의의 다른 기여도의 합이 예상 순 크랭크샤프트 토크이다. 측정 토크와 예상 토크의 차의 크기는 소정 유형의 결함을 고도로 암시할 수 있다. 토크라는 용어가 본 명세서에 사용되지만, 모델 및 측정은 크랭크샤프트의 회전 속도, 또는 회전 가속도나 저크(jerk)와 같은 그 임의의 시간 도함수를 비롯한 토크를 합리적으로 나타내는 임의의 파라미터를 고려하고/고려하거나 이에 기초할 수 있음을 이해해야 한다.

각각 본원에 참조로 포함되는, 2014년 3월 12일에 출원된 미국 특허출원번호 제14/207,109호(TULAP033), 및 2013년 10월 30일에 출원된 가출원번호 제61/897,686호(TULAP033P)에는, 실화(misfire) 이벤트를 검출하는 토크 모델의 사용이 기재되어 있다. 매우 일반적으로, 임의의 단계에서의 예상 토크(또는 크랭크샤프트 가속도 또는 엔진 속도와 같은 토크를 나타내는 파라미터)를 계산하고, 실화를 식별하기 위해 예상 토크와 실제 측정 토크의 차를 분석한다. 토크 모델은 전체 엔진 토크에 최대의 예상된 영향을 미치는 기통들의 서브세트, 또는 각각의 기통에 의해 가해진 토크 기여도/인출도를 합산할 수 있다. 소정의 밸브들이 예상대로 개방 및/또는 폐쇄되었는지 판단하기 위해, 동일한 유형의 모델들이 사용될 수 있다. 예컨대, 배기 밸브가 정상적인 방식으로 개방될 때, 상사점(TDC)을 통한 배기 행정의 후반부 중의 기통 내의 압력은 통상적으로 대기압(예컨대, 1바)에 꽤 가까울 것이다. 반대로, 엔진이 실질적으로 언스로틀(unthrottled) 상태로 작동될 때, 고압 스프링의 첫 번째 발생 중에 TDC에서의 점화된 기통 내의 압력은 도 1에 나타낸 바와 같이 40바를 초과할 수 있다. 그러므로, 배기 밸브가 개방되지 않으면 배기 행정 중에 연소 가스를 압축하기 위해 굉장한 양의 에너지를 소비할 수 있다. 반대로, 배기 행정은 배기 밸브가 개방될 때 상대적으로 적은 에너지를 소비한다. 물론, 기통 내의 실제 압력은 엔진 특성(예컨대, 압축비) 및 작동 파라미터(예컨대, 질량 공기 충전량(MAC), 스파크 타이밍 등), 엔진 온도, 피스톤 링들을 지난 가스 누출 등에 기초하여 광범위하게 달라질 것이다. 그러나, 크랭크샤프트 가속도를 감시함으로써, 이러한 유형의 차를 쉽게 검출할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이 여러 상이한 시나리오에서 대표적인 기통의 토크 기여도를 비교함으로써, 차의 잠재적인 크기를 도식적으로 확인할 수 있다.

도 2는 4가지 상이한 시나리오에서 대표적인 기통의 예상 토크 출력의 그래프를 도시한다. 선(85)은 흡기 및 배기 밸브가 정상적인 방식으로 개방되는 "정상" 기통 점화 중에 기통의 토크 기여도를 나타낸다. 반대로, 선(86)은, 기통이 제1 TDC(90) 인근에서 정상 흡기 및 점화를 갖지만, 이어서 배기 밸브 및 흡기 밸브가 폐쇄 상태로 유지되어 고압 배기 스프링을 초래하는 이벤트에서 기통의 토크 기여도를 나타낸다. 선(87)은 저압 배기 스프링 밸브 구동 스킴을 이용한 스킵된 작업 사이클 중에 기통의 토크 기여도를 나타낸다. 선(88)은 밸브들이 정상적인 방식으로 개방되는 실화 이벤트 중에 기통의 잠재적인 토크 기여도를 나타낸다. 고압 배기 스프링의 영향이 굉장히 뚜렷함을 알 수 있다. 특히 제2 TDC(91)(배기 밸브가 폐쇄된 후의 최초 TDC) 인근에서, HPES 사례(86)의 토크 시그니처는 다른 사례들의 토크 시그니처들과 상당히 다르다.

도 3a 및 도 3b의 그래프를 비교함으로써 알 수 있는 바와 같이, 전체 엔진 토크에 대한 고압 배기 스프링의 영향 역시 매우 뚜렷할 수 있다. 도 3a는 저압 배기 스프링 모드로 1/3의 점화 부분에서 작동되는 8기통 4행정 엔진이 겪는 크랭크샤프트 가속도를 도시한다(즉, 각각의 점화 작업 사이클이 2개의 스킵된 작업 사이클로 이어지며 배기 밸브는 연소 이벤트 후에 개방된다). 반대로, 도 3b는 고압 배기 스프링이 시간(t₀)에 정상 배기를 대체할 때 동일 엔진이 겪는 크랭크샤프트 가속도를 도시한다. 다시, 효과가 굉장히 극적임을 알 수 있다.

(의도한 것이든 그렇지 않든) 고압 스프링의 토크 영향이 굉장히 두드러지기 때문에, 크랭크샤프트 가속도, 또는 순 엔진 토크를 나타내는 임의의 다른 파라미터를 감시함으로써, 이를 쉽게 검출할 수 있다. 하나의 접근법은 연소 이벤트에 이은 배기 행정의 일부에 대응하는 범위(window)에 걸쳐 크랭크샤프트 가속도를 감시한다. 분석되는 범위의 크기 및 위치는 정보를 활용하는 제어, 감시, 및/또는 진단 시스템의 필요에 기초하여 달라질 수 있다. 일반적으로, 고압 스프링 대 개방된 배기 밸브의 차별적 효과는 배기 밸브가 연소 이벤트에 이어 종례의 방식으로 개방될 때 시작될 것이며, 피스톤이 제1 배기 행정의 상사점에 도달하기 전의 시점에 가장 클 것이다. 이후, 이러한 영향은, 배기 스프링이 흡기 또는 배기 밸브 중 하나를 개방함으로써 해제될 때까지(일반적으로 배기 밸브의 개방이 선호됨), 또는 기통 내의 압력이 냉각 및 누출 효과로 인해 약화될 때까지, 다수의 엔진 사이클에 대해 계속될 것이다. 배기 스프링의 가변적인 영향을 감안하면, 분석을 위한 범위(들)의 선택은 (배기 밸브 구동 결함의 발생 시에 개방되는 뒤따르는 흡기 밸브를 비활성화하기 위해 요구될 수 있는) 조기 정보의 필요성, 검출의 용이함과 견고함, 및 더 완전한 정보의 유용성 사이의 트레이드오프를 수반할 수 있다.

안전 회로를 위한 근거로 사용될 때, 분석된 범위는, 흡기 밸브가 바로 뒤따르는 작업 사이클에서 개방되지 않도록 보장하기 위해, 적절한 경우, 흡기 밸브가 비활성화될 수 있거나 활성화 방지될 수 있기에 충분한 것이 중요하다. 최대 토크 차가 통상적으로 상사점 전의 30 내지 50도 인근에서 발생하기 때문에, 예상치 못한 고압 스프링의 검출 후에 흡기 밸브의 개방을 방지할 시간이 충분하다. 엔진 사이클에서 훨씬 더 일찍 토크 시그니처의 약간의 차이가 있으므로, 경우에 따라, 흡기 밸브 비활성화를 위한 여분의 시간을 허용하기 위해, 더 일찍 토크 비교를 이행하는 것이 바람직할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 의도치 않은 고압 배기 스프링을 초래하는 배기 밸브 구동 결함의 검출 시에, 밸브 제어기가 관련 배기 밸브의 개방을 지시하거나 재지시하도록 배치될 수 있다. 이러한 유형의 제어는 전자기 제어식 밸브를 위해 특히 적용 가능하다.

크랭크 각가속도는 측정 크랭크 가속도 계산 모듈(550; 도 5)에서 계산될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 계산을 90도 이동 범위에 걸쳐 수행하며 6도마다(크랭크 톱니마다) 업데이트할 수 있다. 90도 범위는 추가로 2개의 세그먼트(각각 42도)로 분할되며 6도 갭에 의해 분리될 수 있다. 이렇게 하는 목적은, 대부분의 연소 이벤트가 위치하는 곳의 주파수의 외부에서 잡음원을 배제하기 위해, 검출 영역을 주파수 대역-제한하기 위함이다. 이는 각가속도가 각속도의 도함수이며 도함수 연산이 본질적으로 고역-통과 필터이기 때문에 중요하다(그렇지 않으면 고압 배기 스프링의 검출을 교란할 수 있는 고주파 잡음을 증폭할 것이다). 상이한 세그먼트 길이 및 갭이 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 이후, 계산된 각가속도는 8기통 엔진의 경우 90도 간격으로 각각의 기통에 대해 래칭될 수 있다. 이러한 90도 래칭 간격은 사이클당 720도 크랭크 각도가 엔진 기통들의 개수로 나뉘어지는 것으로부터 기인한 것이며, 반드시 90도 필터링 범위와 같아야 하는 것은 아님을 지적해야 한다.

토크 모델 구현예는 공칭 크랭크샤프트 각가속도를 계산하기 위해 기통 압력 모델을 사용한다. 이 검출 방법은 기통 압력으로부터 계산되는 예상 각가속도와 크랭크샤프트 위치 센서로부터의 측정 각가속도의 비교에 의존한다. 도 5는 이 방법에 수반되는 단계들을 도시한 흐름도이며, 이하에 더 상세히 설명된다. 전략의 견고함을 보장하도록 입력 신호의 무결성을 판단하기 위해, 입력 신호 합리성 검사가 각각의 모듈에서 수행될 수 있음을 또한 주목해야 한다.

점화 스킵 작동의 효과를 비롯한 다양한 작동 조건에서 기통 토크를 추정하기 위해, 내연기관의 이상적인 연소 행정에 기초한 분석 기통 압력 모델이 개발될 수 있다. 모델은 연소 이벤트를 특징으로 하는 적절한 값들을 이용하여 오토(Otto), 앳킨슨(Atkinson), 밀러(Miller), 디젤(Diesel) 등과 같은 많은 유형의 엔진 사이클에 적용 가능하다. 모델은 점화 사이클뿐만 아니라 스킵된 사이클 중에도 각각의 기통 내의 압력을 예상한다. 이후, 모델 기통 압력은 간단한 크랭크-슬라이더 메커니즘에 기초하여 표시 토크를 계산하기 위해 사용될 수 있다.

분석 압력 모델의 주요 개념은 기통 압력(p(q))이 도 6에 도시된 바와 같이 2개의 점근 압력 트레이스 사이의 내삽으로서 모델링되는 것을 가정한다. 압축 행정(612)은 폴리트로프 지수(k_c), 및 흡기 밸브 폐쇄(IVC)에서의 열역학적 상태를 특징으로 하는 폴리트로프 과정(polytropic process)에 의해 모델링된다. IVC에서의 기준 상태는 실험 데이터로부터 결정된다. 이 트레이스들은 점화까지 압축 점근선을 한정한다. 이 과정을 위한 압력 및 온도의 식은 다음과 같다.

팽창 점근선(610)이 또한 폴리트로프 지수(k_e)를 이용한 폴리트로프 과정에 의해 표현된다. 수량(p₃, T₃, V₃)이 도 7에 도시된 압력-체적(P-V) 선도에 나타낸 이상적인 오토 사이클의 점(3)에 대응한다. 모델 연소 과정은 P-V 선도 상의 점들(2, 3) 사이에서 움직인다.

연소로 인한 온도 상승(DT_comb)을 T₂에 추가하고, (P₂,T₂)의 상태를 식(1) 및 (2)로부터 얻을 수 있다.

여기서, 연료 질량(m_f), 발열량(q_HV), 변환 효율(e), 비열(c_v), 및 총 질량(m_tot)이 사용된다.

2개의 점근선 사이의 내삽은, 실험 데이터로부터 유래될 수 있는 파라미터(a), 연소각(q_SOC)의 시작, 연소 지속기간(Dq), 및 지수(m)에 의해 표현되는 주지의 위베 함수(Wiebe function)를 이용한 적절한 방열에 기초한 압력비 접근법에 기초한 내삽 압력(614)이다. 압력비는 다음과 같이 모델링된다.

이후, 이는 내삽을 위해 사용될 수 있다.

상기의 절차는 흡기 밸브 폐쇄(IVC)와 배기 밸브 개방(EVO) 사이의 압력에 대한 간단하고 완벽한 모델을 제공한다. 가스 교환 중의 압력은 흡기 매니폴드 압력으로 설정될 수 있다. 그러나, 스킵된 사이클의 경우, 압력은 흡기 행정 중에 흡기 매니폴드 압력 아래로 내려갈 것이다. 스킵된 사이클 중의 압력 전개를 적절하게 모델링하기 위해, 배기 밸브 폐쇄(EVC)로 지칭되는 폴리트로프 과정이 사용될 수 있다. 점화 사이클에 대한 배기 밸브 폐쇄(EVC)에서의 압력은 실험 데이터로부터 유래될 수 있다.

모델 기통 압력(904)과 측정 기통 압력(902)의 비교가 도 8에 나타나 있다. 점화 사이클뿐만 아니라 스킵된 사이클 중의 압력이 다음에 설명되는 바와 같이 정확한 토크 예측을 위해 충분히 잘 포착된다. 명료함을 위해, 곡선(902; 실선)의 처음 부분을 생략하고, 곡선(904; 파선)의 마지막 부분을 생략한다. 도 8의 검토에 의하면, 모델은 기통 압력을 예측 시에 잘 기능한다.

크랭크 슬라이더 메커니즘을 이용한 로드에 의해 크랭크샤프트에 연결된 피스톤에 작용하는 가스력은 각각의 순간에 "표시 토크(indicated torque)"를 발생시킨다.

여기서, P_crank, r, d, l, 및 A는 각각 크랭크케이스 압력, 크랭크 반경, 핀 오프셋, 연결 로드 길이, 및 피스톤면 단면적이다. 결과적인 엔진 표시 토크는 단지 각각의 기통으로부터의 기여도들의 합이다.

표시 토크는 표시 토크 모듈(560; 도 5)에서 전술한 방법을 이용하여 결정될 수 있다. 표시 토크 모듈(560)로의 입력은 엔진 작동 조건(562), 하드웨어 파라미터(564), 연소 파라미터(566), 및 기통 비활성화 플래그(568)를 포함한다. 엔진 작동 조건(562)은 엔진 속도(572), 흡기 매니폴드 절대 압력(MAP), 흡기 매니폴드 공기 온도, 기통당 공기, 캠 페이징, 및 기타 변수들을 포함할 수 있다. 하드웨어 파라미터(564)는 연결 로드 길이, 압축비, 밸브 개방 범위, 핀 오프셋, 및 기타 설계 파라미터들을 포함할 수 있다. 연소 파라미터(566)는 분사 타이밍, 스파크 타이밍, 연소 중의 방열 특성, 및 연소 상세를 기술하는 기타 파라미터들을 포함할 수 있다. 기통 비활성화 플래그(568)는 기통이 점화되는지 또는 스킵되는지 기술한다.

표시 토크 모듈(560)에 의해 기통 압력 모델을 사용하는 것으로부터 얻어진 표시 엔진 토크(574)는 예측 크랭크 가속도 모듈(580)에서 크랭크 각가속도를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 도함수를 위해 사용되는 엔진 동적 모델은 다음과 같다.

여기서,

q는 크랭크 각도이며,

및

는 각각 크랭크샤프트의 각속도 및 각가속도이다. l은 연결 로드 길이이며 r은 크랭크 반경이다. J_eq는 크랭크샤프트, 플라이휠, 기어, 및 연결 로드의 회전부의 관성 모멘트이며, M_eq는 피스톤, 링, 핀, 및 연결 로드의 선형 운동부의 질량이다. T_i(q), T_fp(q), 및 T_L(q)는 각각 표시 엔진 토크(574), 마찰 토크(582), 및 부하 토크(576)이다. 부속품 부하와 같은 기타 입력들(578)이 식(15)에서 고려될 수 있다. 이 식의 도함수는 예컨대 Zweiri 등의 문헌("과도 엔진 작동을 위한 순간 마찰 성분 모델(Instantaneous friction components model for transient engine operation)", Proc. Inst. Mech. Eng. Part J. Automob. Eng. Vol. 214, no.7 pp. 809-824, 2000년 7월)에서 발견될 수 있다.

크랭크 각도(q), 크랭크 각속도(

), 및 등가 질량(M_eq)은 측정될 수 있고, 표시 엔진 토크(T_i(q); 574)는 전술한 모델에 의해 주어진다. 마찰 토크(T_fp(q); 582)는 크랭크 RPM을 마찰 토크와 관련시키는 실험으로부터 얻어진 룩업 테이블에 의해 결정될 수 있다. 크랭크샤프트, 플라이휠, 기어, 및 연결 로드의 회전부의 복합 관성 모멘트(J_eq) 역시 각각의 기어에 대해 실험적으로 결정될 수 있다. 부하 토크(T_L(q); 576)는 토크 컨버터 및 토크 컨버터 클러치에 대해 식(18)을 통해 엔진 속도와 터빈 샤프트 속도의 차로부터 추정될 수 있다. T_p는 토크 컨버터 토크이며, T_tcc는 토크 컨버터 클러치 토크이다. K_i는 실험으로부터 얻어진 룩업 테이블에 의해 계산되며, 토크 컨버터 클러치 이득(K_tcc) 및 상수(a) 역시 실험적으로 결정될 수 있다.

w_e 및 w_i는 각각 크랭크샤프트 및 터빈 샤프트의 각속도이다. 고주파수 성분을 제거하기 위해, 이산-시간 저역-통과 필터가 T_p 및 T_tcc에 적용될 수 있다. 저역-통과 필터는 다음과 같은 전달 함수에 의해 주어질 수 있다.

여기서, a 및 b는 필터 상수이다.

식(15)는 다음과 같은 식을 통해 측정 크랭크 각속도(

)를 이용하여

에 대해 해결될 수 있다.

고압 배기 스프링이 발생할 때, 측정

는 스프링의 효과를 포함하고, 엄밀히 말하면, 측정

는 모델로부터

를 얻기 위해 사용되지 않아야 한다. 그러나, 효과는 고압 배기 스프링 검출의 목적을 위해 무시할 만한 것으로 간주된다.

전술한 모델을 이용하여 예측 크랭크 가속도 모듈(580)에 의해 얻어진 예측 크랭크 가속도(586)를, 측정 크랭크 가속도 모듈(550)에 의해 결정되는 측정 크랭크 각가속도(588)와 비교할 수 있다. 측정 크랭크 가속도(588)는 6도 각도 도메인에서 측정 크랭크 각속도로부터 산정될 수 있되, 크랭크 각속도는 도함수를 얻는 동시에 측정 잡음의 효과를 감소시키기 위해 다음과 같은 식에 의해 6도 크랭크 각도마다 샘플링된다.

r(n)은 6도 각도 도메인의 시간 간격(time step; n)에서의 크랭크 각속도이다. 가속도 식(21)은 또한 이하에 나타낸 가속도의 이중 평균으로서 개산될 수 있다.

여기서, T_d(n)이라는 용어는 고려되는 시간 간격 중에 상수로 취급되고, 오일러 법칙이 r(n)과 가속도(a(n)) 사이의 관계를 유추하기 위해 사용된다. 도 9는 실질적으로 정상-상태 조건에서 작동되는 엔진에 대한 크랭크샤프트 가속도 대 시간의 그래프를 도시한다. 도 9는 검증 목적을 위해 발생되는 동일한 각속도 신호에 적용되는, 식(21), 곡선(910)에 기초하며 식(23), 곡선(912)에 기초하는 2가지 평균화 방법을 비교한다. 곡선들(910, 912)의 정점은 기통 점화에 대응하며 저점은 스킵된 점화 기회에 대응한다. 명료함을 위해, 곡선(912; 파선)의 처음 부분을 생략하고, 곡선(910; 실선)의 마지막 부분을 생략한다. 도 9의 검토에 의하면, 2가지 방법의 차이는 무시할 만하다. 이러한 비교는 엔진 역학 모델로부터 얻어진 가속도가 6도 도메인에서 필터링될 수 있고, 식(21)으로부터 얻어진 측정 가속도와 비교될 수 있음을 입증한다.

이후, 고역-통과 필터가 측정 가속도 및 모델 가속도 모두에 적용될 수 있다. 고역-통과 필터는 가속도 추정치에서 평균값 오프셋 에러를 제거하여, 고압 배기 스프링 검출에 관련된 측정 가속도 및 시뮬레이션 가속도의 특성들을 비교하는 것을 용이하게 한다. 고역-통과 필터는, 부하 또는 기타 토크의 변동 때문일 수 있는, 측정 가속도와 모델 가속도 사이의 임의의 dc 차를 간단히 제거한다. 고역-통과 필터는 다음과 같은 식에 의해 주어질 수 있다.

여기서, a₀, a₁, b₀, b₁, 및 b₂는 실험 데이터에 의해 결정되는 적절한 필터 계수들이다.

HPES 검출 모듈(590)이 정상 배기 밸브 개방과 관련된 시간 범위(time window) 중에 측정 크랭크샤프트 회전 가속도(588)와 예측 크랭크샤프트 회전 가속도(586)를 비교하기 위해 사용될 수 있다. 메트릭이 측정 크랭크샤프트 회전 가속도(588)와 예측 크랭크샤프트 회전 가속도(586)의 차를 비교하는 다수의 상이한 방법에 기초하여 고안될 수 있고, 메트릭이 임계치를 초과하면, 고압 배기 스프링이 시험 중 기통 내에 더 이상 존재하지 않을 때까지 흡기 밸브를 비활성화하기 위해 또는 흡기 밸브의 개방 전에 배기 밸브를 활성화하기 위해, 결함-검출 신호(592)를 안전 회로 또는 임의의 다른 엔진 제어 부품에 전송할 수 있다.

배기 행정 중의 측정 크랭크샤프트 회전 가속도(588)와 예측 크랭크샤프트 회전 가속도(586)의 비교는 또한 다른 유형의 배기 밸브 구동 결함을 진단하기 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 배기 밸브 타이밍(예컨대, 밸브가 실제로 개방되는 시간)이 오프이면, 측정 토크/크랭크샤프트 회전 가속도는 추정 토크/크랭크샤프트 회전 가속도 프로파일과 어느 정도 다른 해당 시그니처를 가질 것이다. 마찬가지로, 밸브 개방 지속 시간(즉, 밸브가 실제로 개방되어 있는 시간)의 변동은 또한 검출될 수 있는 별개의 크랭크샤프트 회전 가속도 프로파일들을 초래할 것이다. 그러므로, 실제 크랭크샤프트 회전 가속도와 토크 모델 예측 크랭크샤프트 가속도를 비교함으로써, 다양한 있을 수 있는 배기 밸브 구동 결함(예컨대, 밸브 타이밍 에러, 밸브 리프트 에러 등)을 식별할 수 있다-또는 있을 수 있는 문제로서 플래깅할 수 있다.

배기 밸브 구동 결함 및 실화/비점화가 순 엔진 토크에 가장 큰 영향을 미치는 경향이 있지만, 실제 크랭크샤프트 회전 가속도 프로파일과 예측 크랭크샤프트 회전 가속도 프로파일을 비교함으로써, 흡기 밸브 구동 결함을 또한 식별할 수 있다. 예컨대, 흡기 밸브가 활성(점화) 작업 사이클 중에 개방되어야 할 때 개방되지 못하면, 결과적인 토크/회전 가속도 프로파일이 정상 점화와 매우 다를 것이므로, 대부분의 흡기 밸브 결함을 식별할 수 있다. 도 2의 선들(85, 87)을 비교함으로써, 이러한 차의 성질을 알 수 있다. 정상 작업 사이클과 관련된 토크 프로파일을 나타내는 선(85)은, 실패 또는 비활성화된 흡기의 결과인, 저압 배기 스프링과 관련된 토크 프로파일(선(87))과 꽤 다르다. 흡기 행정 자체 중에 상대적으로 작은 토크차가 있음을 알 수 있다. 차는 압축 행정 중에 더 크다. 연소가 LPES 중에 발생하지 않기 때문에, 연소/팽창 행정 중의 차는 훨씬 더 심하다. 따라서, 흡기 밸브 구동 결함도 토크 모델 기초 접근법을 이용하여 검출될 수 있다. 직접 분사 엔진의 경우, 연료가 기통 내로 분사되기 전에 흡기 밸브 개방 결함을 식별하는 것이 특히 바람직할 수 있다-그에 따라 안전 루틴은 결함 있는 작업 사이클 중에 기통으로의 연료의 전달을 불가능하게 할 수 있다.

크랭크샤프트 속도 및 회전 가속도는 크랭크샤프트의 회전 속도를 감시하는 종래의 크랭크샤프트 속도 센서를 사용하여 검출될 수 있다. 대안적으로, 플라이휠, 또는 크랭크샤프트 회전 속도 및/또는 가속도를 정확하게 검출할 수 있는 임의의 다른 위치에서의 회전 속도를 감지하기 위해, 유사한 센서가 배치될 수 있다. 대안적으로, 토크 및 회전 가속도/속도 도메인들 사이의 변환(translation)을 요구함 없이 추정 크랭크샤프트 토크와 직접 비교될 수 있는 크랭크샤프트 토크를 결정하기 위해, 크랭크샤프트 토크 센서가 사용될 수 있다.

포함된 '109 및 '686 응용에 기재된 바와 같이, 모델에서 실제로 고려되는 기통들의 개수는 식별 중인 결함의 유형 및 예상 작동 조건에 기초하여 달라질 수 있다. 예컨대, 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 점화된 작업 사이클 중의 연소 행정의 토크 영향 및 고압 배기 스프링들(압축 및 팽창 모두)의 영향은 기타 행정들의 영향보다 극적으로 더 높은 경향이 있다. 그러므로, 분석된 범위 중에 고압 배기 스프링을 포함할 것으로 예상되는 임의의 기통들, 및 분석된 범위 중에 잠재적으로 연소 행정을 가질 수 있는 기통들의 서브세트의 토크 기여도들을 고려하는 것만으로, 모델을 종종 단순화할 수 있다. 이러한 유형의 단순화는 분석 중인 이벤트가 예상치 못한 고압 가스 스프링 또는 실화/비점화와 같은 큰 토크 영향을 미칠 때 특히 적용 가능하다. 결함을 식별하거나 규정하기 위해 더 정확한 추정치가 필요함에 따라, 토크 모델에서 더 많은 다른 기통의 영향을 고려하는 것이 통상적으로 바람직하다.

(토크 모델 없는) 크랭크샤프트 속도 센서

일부 구현예들에서, HPES의 판단은 연소 이벤트에 이은 배기 밸브의 개방 실패 후에 제1 TDC 인근의 시간 범위에 걸쳐 크랭크샤프트 저크를 측정함으로써 이루어질 수 있다. 도 2의 검토에 의하면, HPES 기통에 의해 발생되는 토크는 TDC(91)에서 급격히 변화되며, 다른 사례들에 의해 발생되는 토크와 많이 다르다. 엔진 속도, 및 TDC(91) 인근의 엔진 속도의 다양한 시간 도함수가 크랭크샤프트 속도 센서를 사용하여 결정될 수 있다. 센서는 고정된 기준점을 지나는 크랭크샤프트 상의 기준 마크들 사이의 경과 시간을 측정함으로써 엔진 속도를 결정할 수 있다. 크랭크샤프트 기준 마크들은 약 6도 간격으로 크랭크샤프트 주위에 균등하게 분포될 수 있다. 그에 따라, 이 6도 크랭크샤프트 간격에 걸친 평균 엔진 속도를 결정할 수 있다.

HPES를 판단하는 이러한 방법의 예시적인 실시예가 도 4에 나타나 있다. 크랭크샤프트 회전 속도의 2번의 순차적 측정이 크랭크샤프트가 TDC에 도달하기 전의 기간(1) 및 기간(2)에 대해 이루어질 수 있다. 기간들(4, 5)에 대한 크랭크샤프트 회전 속도의 2번의 순차적 측정이 TDC 후에도 이루어질 수 있다. 이러한 측정들은 갭(기간(3))에 의해 이격될 수 있다. TDC 전의 측정들로부터, 기간(1)과 기간(2) 사이의 크랭크샤프트 회전 속도의 변화를 판단함으로써, 크랭크샤프트 가속도를 계산할 수 있다. 마찬가지로, TDC 후의 측정들로부터, 기간(4)과 기간(5) 사이의 크랭크샤프트 회전 속도의 변화를 판단함으로써, 크랭크샤프트 가속도를 계산할 수 있다. 이 2개의 가속도값들의 비교는 이 2개의 간격들 사이의 크랭크샤프트 가속도의 변화, 즉 차동 크랭크샤프트 가속도의 판단을 가능하게 한다. 기간(3)이 0에 상응하게 설정되면, 측정은 크랭크샤프트 저크(가속도의 시간 도함수)를 나타낸다. 기간(3)이 0이 아닌 경우에 대해, 결과적인 값은 저크에 관련되지만, 정확하게 이 양은 아니다. 이 양은 도 4에 나타낸 바와 같이 HPES 검출 메트릭으로 정의될 수 있다. 타이밍 범위들 및 이들의 TDC에 대한 배치는 단지 예시적인 것임을 이해해야 한다. 도 4에서, 타이밍 범위는 90도이며, 실제로 타이밍 범위는 더 크거나 더 작을 수 있다. 도 4에서, 기간들(1~5)은 모두 크랭크샤프트 상의 3개의 기준 마크의 통과에 대응하는 18도로 나타나 있다. 기간들(1~5)은 이 길이일 필요가 없으며, 반드시 균등한 길이를 가질 필요가 없다. 기간들(1, 2) 및 기간들(4, 5)은 순차적일 필요가 없다. 경우에 따라, 다수의 측정 기간이 TDC 주위에 균등하게 분포되지 않을 수 있다. 경우에 따라, 측정수를 감소시키기 위해 기간(3)을 삭제할 수 있고 기간들(2, 4)을 결합할 수 있다. 경우에 따라, 차동 크랭크샤프트 속도, 2개의 비순차적인 시간 간격들 사이의 속도차가 HPES 검출 메트릭을 계산 시에 사용될 수 있다. 다기통 엔진에서, 전술한 유형의 측정은 정상 흡기 행정의 시작에 대응하는 TDC 인근에서 각각의 기통에 수행될 수 있다.

상기에 계산되는 HPES 검출 메트릭을, 속도(RPM), 기통당 공기 변화(APC), 및 각각의 기통의 점화/스킵 정보와 같은 엔진 파라미터들에 기초하여 결정되는 임계값과 비교할 수 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 크랭크샤프트 회전에 대한 고압 배기 스프링의 영향이 제2 TDC(91) 인근에서 가장 뚜렷하기 때문에, HPES 메트릭과 임계치의 비교는 대향 기통(opposing cylinder)이 연소 TDC 인근에 있는 시간 범위 중에 이루어질 수 있다. 대향 기통은 다음과 같이 설명될 수 있다. 예컨대, 엔진 사이클마다 2번의 엔진 회전이 발생하는 4행정 엔진을 고려한다. 이와 같은 설계에서, 타겟 점화 기회가 타겟 기통에서 이용 가능할 때(예컨대, 타겟 기통용 피스톤이 파워 행정의 시작에 TDC에 있을 때), 피스톤이 일반적으로 동일한 위치에 있는 다른 기통이 존재한다(예컨대, 다른 기통용 피스톤 역시 TDC에 있다). 이 다른 기통은 대향 기통으로 지칭될 수 있다. 4행정 엔진을 수반하는 이러한 예에서, 대향 작업 챔버는 타겟 기통으로부터 1회전 멀리 있거나 360도 떨어져 있다.

이 구현예에서, 대향 기통의 점화 기회가 스킵 또는 점화인지 고려할 필요가 있다. 대향 기통의 스킵 또는 점화는 크랭크샤프트 각가속도 또는 저크에 실질적으로 영향을 미칠 수 있으므로, 임계값(결함 없는 HPES 메트릭의 예상 공칭값)에 현저히 영향을 미칠 수 있다. 추가적으로, 포함된 '109 및 '686 응용에 기재된 바와 같이, 시간적으로 인접한 기통들의 스킵 또는 점화는 또한 특정 점화 또는 스킵 이벤트를 위한 측정 크랭크샤프트 각가속도에 실질적인 영향을 미칠 수 있으므로, 대향 기통 점화 기회를 바로 앞서는 적어도 하나의 점화 기회 및 대향 기통 점화 기회를 바로 뒤따르는 적어도 하나의 점화 기회를 또한 고려하는 것이 바람직할 수 있다. 이 예시적인 실시예에서, 고압 배기 스프링 결함을 검출하기 위한 임계치는 대향 기통 및 이웃 기통들의 스킵/점화 결정에 기초하여 표 A에 기재된 8가지 범주들 중 하나로부터 결정될 수 있다.

[표 A]

또 다른 실시예들에서, 완전한 엔진 사이클, 즉 720도의 크랭크샤프트 회전에 걸친 모든 점화 기회들이 HPES 메트릭 임계치를 설정하기 위해 사용될 수 있다. 다시 말하면, 타겟 작업 챔버에 대한 고압 배기 스프링 판단이 할당된 범위 중에 엔진 파라미터(예컨대, 크랭크샤프트 각가속도 또는 저크)의 측정에 기초한다고 가정할 때, HPES 판단 및/또는 메트릭 임계치는 모든 다른 기통들에 대한 점화 명령에 적어도 부분적으로 기초할 수 있다.

근접 센서

각각 본원에 참조로 포함되는, 2013년 9월 18일에 출원된 가출원번호 제61/879,481호(TULAP031P), 및 2013년 10월 15일에 출원된 제61/890,671호(TULAP031P2)에는, 밸브가 적절하게 개방되었는지 판단하는 근접 센서의 사용이 기재되어 있다. 일부 구현예들에서, 근접 센서는 각각의 감시되는 밸브 인근에 위치한다. 근접 센서는 밸브의 작은 움직임을 감시할 수 있으므로, 센서의 출력은 밸브 구동(즉, 개폐)뿐만 아니라 밸브가 개방되어 있는 지속 시간을 나타내는 신호를 제공할 수 있다. 따라서, 근접 센서 출력의 감시는 (배기 밸브 또는 흡기 밸브일 수 있는) 밸브가 적절하게 개방된 때를 신뢰할 만하게 식별할 수 있다. 여러 다양한 유형의 근접 센서가 사용될 수 있지만, 이들의 관련 능력, 감도, 및 비용은 선택되는 특정 센서에 따라 달라질 것이다. 예로서, 홀 효과 센서, 와전류 센서, 자기 리드 센서, 근접 감지 코일(예컨대, 유도 코일) 또는 기타 근접 감지 장치들이 사용될 수 있다. 센서가 밸브 구동을 신뢰할 만하게 나타내는 움직임을 검출할 수 있는 한, 센서의 물리적인 위치 역시 달라질 수 있다. 예컨대, 센서는 밸브 자체의 위치 또는 움직임, 밸브 리프터의 움직임, 밸브를 구동하는 캠의 위치 등을 검출하도록 위치할 수 있다.

일부 구체적인 실시예들에서, 홀 효과 센서는 이동 밸브 상에 장착되는 자석의 위치에 응하여 출력 전압을 변경하도록 배치될 수 있다. 다른 실시예들에서, 자기 리드 센서는 자기장의 존재(또는 부재) 시에 2개의 와이어 사이의 전기 접촉을 이행하도록(또는 중단하도록) 배치될 수 있다. 홀 효과 센서와 같이, 이동 밸브 상에 장착되는 자석의 운동은 양 센서의 진동 출력을 초래할 것이며, 이는 자석이 센서에 근접하는지 판단하기 위해 사용될 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 유도 코일 센서는 인쇄 회로 기판 상의 나선형 도전 패턴 또는 와이어 코일로 구성될 수 있다. 유도 코일은 회로 공진 주파수와 같은 전기적 특성이 회로 인덕턴스에 따라 변화되는 유도성-용량성(LC) 탱크 회로의 일부로 통합될 수 있다. 밸브가 자기 재료로 형성되기 때문에, 회로 인덕턴스는 센서에 대한 밸브 위치의 함수로 변화된다. 그러므로, 밸브의 위치를 유추할 수 있다. 센서 유형과 무관하게, 다기통 엔진 상의 센서들 모두 또는 센서들의 그룹으로부터의 신호들을 함께 다중화하며, ECU 및/또는 임의의 다른 엔진 제어 또는 진단 요소로 안내할 수 있다.

일반적으로, 배기 밸브 구동 결함의 검출은 흡기 밸브 구동 결함의 검출보다 더 중요한 것으로 보인다. 따라서, 비용 감소를 위한 노력으로, 상황에 따라 배기 밸브를 위한 근접 센서만을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 다른 응용들에서, 근접 센서는 흡기 및 배기 밸브 모두에 대해 제공될 수 있다. 경우에 따라, 단일 근접 센서가 인접한 기통들 상의 2개의 배기 밸브 사이에 위치할 수 있고, 그에 따라 단일 센서가 양 밸브의 운동을 검출할 수 있다. 유사한 구성이 2개의 흡기 밸브와 함께 사용될 수도 있다.

기통 가스 감시

다른 접근법에서는, 배기 또는 흡기 밸브가 적절하게 개방되었는지 유추하기 위해, 기통 내의 가스의 선택된 특성의 검출이 사용될 수 있다. 예컨대, 임의의 시점에 기통들 내의 가스의 성질을 판단하는 하나의 효과적인 방법은 기통 압력을 직접 감시하기 위해 각각의 기통을 위한 압력 센서를 제공하는 것이다. 도 1을 참조함으로써 알 수 있는 바와 같이, 임의의 주어진 시점에서의 기통 내의 압력 및/또는 작은 시간 범위에 걸친 기통 압력의 변화는 고압 스프링(102), 저압 스프링(104), 또는 공기 스프링(106)이 기통 내에 존재하는지 매우 잘 나타내며, 밸브 구동 상태의 매우 좋은 지표이다. 압력 센서가 이러한 목적을 위해 잘 기능할지라도, 이는 상업적으로 이용 가능한 엔진의 표준 부품이 아니며, 이와 같은 압력 센서의 추가가 항상 실용적인 것은 아니다. 그러므로, 본 출원인은 기통 내의 가스의 성질을 검출하는 몇몇 다른 접근법을 개발하였다.

기통 가스의 다양한 전기적 특성은, 연소된 가스가 배기되었고/배기되었거나 공기 충전량이 기통 내에 존재할 때와 비교하여, 연소된 배기 가스가 기통 내에 포획된 상태로 남아있을 때 상당히 다르다. 따라서, 작업 사이클 중의 선택된 시점에 기통 내의 가스의 선택된 전기적 특성을 감시하기 위해, 감시 회로가 제공될 수 있다. 결과적인 정보는 배기 밸브가 배기 가스를 배출하기 위해 개방되었는지 유추하기 위해 사용될 수 있다. 많은 내연기관이 기통 가스의 소정의 특성을 감시하기 위해 사용될 수 있는 스파크 플러그의 형태로 연소 챔버 내에 존재하는 전기 부품을 이미 구비하고 있다.

예로서, 본원에 참조로 포함되는, 2014년 1월 8일에 출원된 가출원번호 제61/925,157호(TULAP037P)에는, 기통 내의 조건을 유추하기 위해 스파크 갭의 영역에서 가스의 전기적 특성을 감시하는 몇몇 장치가 기재되어 있고, 이후 배기 또는 흡기 밸브가 적절하게 개방되었는지 유추하기 위해 사용될 수 있다. 일부 구현예들에서, 기통 스파크를 구동하기 위해 사용되는 정상 전기 회로에 추가되는 보조 전기 회로가 스파크 플러그의 스파크 갭에 걸쳐 전기 특성을 감시하도록 배치된다. 측정되는 전기 특성은 전압 강하, 전류 누출, 이온화 수준 등일 수 있다.

일부 특정 구현예들에서, 시험 스파크(즉, 연소를 개시하도록 의도되지 않은 스파크)가 비연소 공기 및 연료가 기통 내에 있지 않을 때 선택된 시점에 플러그의 스파크 갭에 걸쳐 점화된다. 스파크 이벤트 중에, 통상적으로 갭에 걸쳐 전압의 큰 변화가 있을 것이다. 저압이 기통 내에 존재할 때, 전압은 스파크 이벤트 중에 하강할 것이다. 반대로, 고압이 기통 내에 존재할 때(이는 고압 스프링 또는 기통 점화 때문일 수 있다), 스파크 갭에 걸친 전압은 스파크 이벤트 중에 상승할 것이다. 그러므로, 시험 스파크 중에 스파크 갭에 걸쳐 전압 강하를 감시하는 것이 시험 스파크 시에 기통의 내용물의 성질을 판단하기 위해 사용될 수 있다. 스파크 시험을 이행하는 하나의 적절한 시점은 피스톤이 배기 행정 중에 상사점에 접근했을 때인데, 이때 압력이 가장 높기 때문이다. 그러나, 앞서 언급한 바와 같이, 일부 실시예들에서, 예기치 못한 고압 배기 스프링의 검출에 응하여 흡기 밸브를 비활성화하기에 충분한 시간을 제공하기 위해 배기 행정에서 더 일찍 시험하는 것이 바람직할 것이다.

몇몇 특정 보조 회로가 본원에 참조로 포함되는 '157 응용에 기재되어 있다. 또 다른 있을 수 있는 보조 회로가 본 출원의 도 10a에 도시되어 있다. 도 10a는 기통 스파크를 구동하고 기통 가스의 전기적 특성을 측정하기 위해 사용될 수 있는 예시적인 전기 회로(300)를 나타낸다. 단순화된 전기 회로(300)와 동일하거나 유사한 전기 회로가 다기통 엔진의 각각의 기통에 장착될 수 있지만, 이는 필수요건이 아니다. 전기 회로(300)는 1차 구역(302) 및 2차 구역(304)으로 분할될 수 있다. 스위치(308)가 변압기(310)의 1차 코일(309)을 통해 배터리(306)로부터의 전류 흐름을 제어한다. 스위치는 전계 효과 트랜지스터와 같은 신속 활성화 고체 상태 부품일 수 있다. 스위치(308)를 개방하면, 변압기(310)의 1차 코일(309)을 통해 전류의 급속한 강하를 야기한다. 이 전류는 선택적인 저항기(307), 1차 코일(309)의 저항, 또는 기타 인자들에 의해 제한될 수 있다. 1차 코일(309)을 통한 전류의 갑작스런 강하는 변압기(310)의 2차 코일(311) 상에 고압을 발생시킨다. 고압은 스파크 플러그(190)의 스파크 갭(191)에 걸쳐 나타나서, 절연파괴를 야기하며, 스파크 갭(191)에 걸쳐 기통에서 연소를 개시하는 스파크를 발생시킨다. 앞서 언급한 바와 같이, 시험 스파크가 기통 내의 가스의 특성을 감지하기 위해 엔진 사이클의 다른 시점에 발생될 수도 있다.

2차 구역(304)은 보조 감시 회로(422)를 포함한다. 도시된 구현예에서, 보조 회로(422)는 전압 분배기를 형성하는 2개의 저항기(416, 418)를 포함한다. 또한, 보조 회로(422)는 2개의 다이오드(다이오드 제너(470) 및 제너 다이오드(472)) 및 커패시터(474)를 포함한다. 제너 다이오드(472)는 600 내지 800 볼트 범위의 항복 전압을 가질 수 있지만, 더 높은 전압 및 더 낮은 전압이 사용될 수 있다. 제너 다이오드(472)는 일련의 개별 제너 다이오드들로 구성될 수 있다. 신호(420)가 2개의 저항기(416, 418) 사이에서 얻어지며, 기통 내의 상태를 판단하기 위해 엔진 제어기(미도시)로 안내되거나 소정의 방식으로 사용될 수 있다. 특히, 기통 내의 고압 또는 저압 스프링의 존재를 유추하기 위해, 스파크 중의 신호(420)의 변화가 사용될 수 있다. 고압 배기 스프링 또는 연소 이벤트로부터의 기통 내의 고압의 존재는 신호(420)의 전압의 양의 변화에 의해 검출될 수 있다. 기통 내의 저압의 존재는 신호(420)의 전압의 음의 변화에 의해 검출될 수 있다. 다른 경우에, 신호(420)의 전압의 변화의 부호는 유사할 수 있지만, 변화의 크기는 고압 또는 저압 스프링이 검출될 수 있도록 상이할 수 있다. 신호(420)의 전압의 변동은 50 내지 100 V의 범위일 수 있지만, 상세한 실시에 따라 더 높은 변화 및 더 낮은 변화가 발생할 수 있다. 다른 경우에, 더 복잡한 파형 시그니처가 상이한 기통 조건과 관련될 수 있다. 도 10b는 신호(420; 도 10a)의 레벨, 2번의 정상 점화(502)가 LPES(504)를 가진 2번의 스킵으로 이어지는 관련 파형을 나타낸다. 도 10c는 2번의 점화(502)가 HPES(506)를 가진 2번의 스킵으로 이어지는 신호(420)의 레벨을 도시한다. 도 10b 및 도 10c의 검토에 의하면, 이러한 상이한 기통 시나리오들과 관련된 파형들은 별개이다. 현재 기통 상태를 검출하기 위해, 파형의 차이를 감지하며 회로에 통합할 수 있다.

또 다른 기통 가스 감시 접근법은 고온/고압 배기 가스가 이온화되는 경향이 있으므로 전기전도성이라는 점을 이용한다. 그러므로, 기통 내의 가스의 상대 이온화 수준을 직접적으로 또는 간접적으로 검출함으로써, 기통 내의 가스의 성질을 유추할 수 있다. 도 11 및 도 12는 이러한 차이의 성질을 도시한다. 구체적으로, 도 11 및 도 12는 이온 감지 코일에 의해 검출되는 바와 같이 상이한 작동 조건(즉, 상이한 엔진 속도 및 기통 질량 공기 충전량(MAC))에서의 기통 내의 이온화 수준 및 압력 수준을 나타낸다. 도 11은 1000 rpm의 엔진 속도에 대응하는 반면, 도 12는 1750 rpm의 더 높은 엔진 속도에 대응한다. 도 11은 550 mg의 MAC에 대응하는 반면, 도 12는 610 mg MAC의 더 높은 기통 부하에 대응한다. LPES 신호 분포의 상위 3s(s=표준 편차)값을 또한 나타낸다.

이 그래프들에서 알 수 있는 바와 같이, 고압 배기 스프링과 저압 배기 스프링 사이의 이온화 수준에 상당한 차이가 있다. 도 11 및 도 12에서, "HPES 제1 피크"로 지시된 데이터 포인트는, 배기 밸브가 폐쇄된 상태로 유지되어 고압 배기 스프링을 초래할 때, 피스톤이 점화를 바로 뒤따르는 "배기" 행정의 상사점에 접근함에 따라 관찰되는 이온화 수준을 나타낸다. 반대로, "LPES"로 지시된 데이터 포인트는, 배기 가스가 정상적인 방식으로 배출될 때(이는 저압 배기 스프링 중의 조건을 반영한다), 동일한 피스톤 위치에서 관찰되는 이온화 수준을 나타낸다. HPES 제1 피크 데이터 포인트와 LPES 데이터 포인트를 비교함으로써, 고압 및 저압 배기 스프링과 관련된 이온화 수준들의 차를 확인할 수 있다. 양 도면에서, HPES 제1 피크 데이터 포인트와 LPES 분포의 상위 3s값 사이에 분명한 오프셋이 있어서, HPES의 사실상 명확한 감지를 가능하게 한다.

"HPES 제3 피크"로 지시된 데이터 포인트는 HPES 제1 피크 후의 고압 배기 스프링 일 작업 사이클(2번의 피스톤 왕복운동)에서 관찰되는 이온화 수준을 나타낸다. HPES 제1 피크 데이터 포인트와 HPES 제3 피크 데이터 포인트를 비교함으로써 알 수 있는 바와 같이, 이온화 수준은 엔진 작동 조건에 기초하여 일반적으로 예측 가능한 방식으로 엔진의 후속 왕복운동 중에 약화되는 경향이 있다. 도 12에서 엔진 속도가 더 크기 때문에, 도 11보다 도 12에서 HPES 제3 피크 데이터 포인트의 약화가 더 적고, 그에 따라 후속 엔진 사이클들 사이의 약화 시간이 더 적다.

고압 배기 스프링의 배기 가스와 관련된 이온화 수준이 저압 가스 스프링 또는 공기 스프링과 관련된 기통 가스의 이온화 수준보다 훨씬 더 높을 것이기 때문에, 스파크 갭에 걸쳐 전류 누출 또는 이온화 수준을 감시함으로써, 고압 가스 스프링의 존재 또는 부재를 검출할 수 있다. 이온화 수준은 이온 감지 코일 또는 임의의 다른 적절한 이온 센서를 사용하여 검출될 수 있다.

흡기 및 배기 감시

밸브의 개폐도 흡기 및 배기 시스템 내의 가스의 성질 및/또는 조건에 영향을 미친다. 따라서, 다양한 흡기 및 배기 가스 관련 센서가 또한 밸브 구동을 감시하는 것을 돕기 위해 사용될 수 있다. 이 센서는 흡기 매니폴드 압력 센서, 흡기 매니폴드 공기 유동 센서, 배기 가스 산소 센서, 배기 매니폴드 압력 센서, 및 배기 가스 유동 센서를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 일부 센서는 이미 일부 현대 차량의 표준 부품이므로, 밸브 구동을 감시하는 것을 돕기 위해 이들의 데이터를 사용하는 것은 적은 추가 비용을 초래한다.

배기측에서, 배기 매니폴드 내의 압력은 각각의 배기 이벤트에 따라 달라질 것이다. 이러한 압력 변동의 성질은 배기 이벤트의 덜 빈번한 발생 및 각각의 배기 이벤트와 함께 통상적으로 배출되는 더 큰 체적의 가스로 인해 점화 스킵 작동 중에 증폭되는 경향이 있다. 그러므로, 배기 이벤트가 발생 중이고/중이거나 발생되었을 때를 신뢰할 만하게 나타내기 위해, 배기 매니폴드 압력 센서에 의해 감지되는 배기 매니폴드 내의 압력의 변동을 감시할 수 있다. 배기 가스 압력 변동은 배기 매니폴드 및 배기 매니폴드에 바로 인접한 배기 파이프에서 가장 큰 경향이 있다. 그러나, 압력 변동이 지속적인 방식으로 배기 시스템을 통해 진행되고, 그에 따라 배기 밸브 구동을 식별하고 밸브 구동 결함을 검출하는 것을 돕기 위해, 배기 시스템 내의 다양한 위치에서 전개되는 배기 가스 압력 센서의 출력을 분석할 수 있다. 압력 센서가 배기 시스템에서 더 하류에 위치할수록, 배기 밸브 구동과 관련 압력 상승의 검출 사이의 시간 지연이 더 크다-이는 바로 뒤따르는 작업 사이클에서 대응하는 흡기 밸브를 비활성화하기에 충분히 빠르게 배기 밸브 구동 결함을 검출하는 데에 있어서 하류 압력 센서를 덜 유용하게 만들 수 있다. 그러나, 배기 매니폴드 및 배기 매니폴드와 인접한 배기 파이프(예컨대, 일부 배기 시스템에서 사용되는 Y-파이프) 내의 압력 센서는 뒤따르는 흡기 밸브 활성화를 불가능하게 하는 것을 용이하게 할만큼 충분히 빠르게 배기 이벤트와 관련된 압력 서지(또는 부족)를 통상적으로 검출할 수 있다. 배기 파이프 압력 센서를 위한 편리한 위치는, 배기 가스 촉매에 인접하거나 이와 일체화된 위치를 비롯하여, 다른 센서(예컨대, 산소 센서)가 이미 배치되어 있는 위치를 포함한다.

배기 가스 유동 센서는 기통이 통기되었는지 확인하기 위해 전술한 배기 가스 압력 센서와 유사한 방식으로 사용될 수 있다.

또 다른 구현예들에서, 밸브 구동을 유추하는 것을 돕기 위해, 하나 이상의 배기 가스 산소 센서의 출력이 사용될 수 있다. 구체적으로, 산소 센서가 충분히 빠른 응답 시간을 가질 때, 개별 배기 가스 펄스의 산소 함량이 검출되며 구체적인 배기 이벤트와 관련될 수 있다. 일반적으로, 연소된 공기 충전량은 특정의 기통/작업 사이클 점화와 관련된 공기/연료비의 약간의 차로 인해 고유의 산소 함량 프로파일을 가지는 경향이 있다. 그러므로, 산소 센서 출력은 이후 밸브 구동에 대응하는 배기 펄스의 통과를 식별하기 위해 사용될 수 있고, 예상 가스 펄스의 부재는 배기 밸브 구동 결함을 나타낸다. 배기 밸브 구동을 감시하기 위해 산소 센서 출력 신호를 분석하는 이점은, 많은 현대 배기 시스템이 배기 제어 목적을 위해 산소 센서를 이미 활용하고 있고, 그에 따라 일부 실시예들에서 더 많은 응답 센서가 요구될 수 있다는 점을 제외하면, 이들의 데이터가 상대적으로 적은 한계 비용으로 사용될 수 있다는 것이다.

배기 가스 압력 및 산소 센서가 배기 밸브 구동을 감시하는 맥락에서 주로 설명되었지만, 기통을 통과하는 비연소 공기 충전량 역시 이와 같은 센서에 의해 쉽게 검출될 수 있음이 명확할 것이다.

흡기측에서, 흡기 매니폴드 압력 및 공기 유동은 각각의 흡기 이벤트에 따라 달라질 것이다. 따라서, 흡기 매니폴드 압력 센서 및/또는 흡기 매니폴드 공기 유동 센서가 실질적으로 동일한 방식으로 흡기 밸브 구동을 감시하기 위해 사용될 수 있다.

엔진 블록 가속도

엔진 블록 상에 장착되는 가속도계는 종종 엔진 노크를 검출하기 위해 사용된다(그러므로 종종 노크 센서로 지칭된다). 일반적으로, 임의의 특정 세트의 작동 조건에서 엔진의 작동은 엔진 블록 가속도계의 출력에 반영되는 관련 진통 패턴을 가지는 경향이 있을 것이다. 노크가 발생할 때, 엔진의 진동 패턴은 노크를 상당히 구분하는 경향이 있는 방식으로 변화되므로, 가속도계 출력 신호는 노크와 관련된 특유의 시그니처를 가진다. 통상적으로, 엔진 노크와 관련된 특성 주파수는 2 내지 4 kHz 주파수 범위에 있다. 따라서, 이 주파수 범위에서 엔진 블록 가속도계의 노크 시그니처를 탐색함으로써, 엔진 노크를 검출할 수 있다. 노크 시그니처가 검출될 때, 노크의 근원을 제거하기 위해 적절한 개선책을 취할 수 있다. 노크 센서는 단일 방향의 가속도를 측정하도록 구성될 수 있다. 일반적으로, 센서는 노크 검출을 최적화하기 위해 정렬된다. 다수의 센서가 감도 및 잡음 제거를 개선하기 위해 사용될 수 있다.

고압 배기 스프링은 순 엔진 토크에 상당한 영향을 미치고, 그에 따라 또한 엔진 진동에 특유의 영향을 미치는 경향이 있다. 엔진 진동은 엔진 블록 상에 장착되는 가속도계에 의해 검출될 수 있다-그리고 HPES 시그니처로 간주될 수 있다. 기통 실화와 관련된 시그니처와 달리, HPES에 의해 발생되는 진동 주파수는 더 낮은 주파수 범위(약 10 내지 500 Hz)일 수 있다. 그러므로, 엔진 블록 상에 장착되는 가속도계로부터의 신호에서 HPES 시그니처를 탐색함으로써, 고압 배기 스프링의 존재(또는 부재)를 또한 검출할 수 있다. 가속도계는 "노크" 주파수 범위 및 또한 "HPES" 주파수 범위 모두를 검출하기 위해 적절한 회로로 수정되는 노크 센서일 수 있다. 대안적으로, 가속도계는 HPES 검출만을 위해 특정 주파수 범위로 조정되는 독립형 장치일 수 있다. 예상치 못한 HPES가 검출될 때, 상기에 논의된 바와 같이 적절한 개선책을 취할 수 있다.

도 13a는 종래의 엔진 노크 센서(850)를 도시한다. 센서는, 엔진 블록으로부터 돌출되는 나사산 스터드 상에 노크 센서를 배치하고 볼트로 센서를 고정함으로써, 엔진 블록에 센서를 장착할 수 있게 하는 홀(852)을 구비한다. 도 13b는 엔진 블록(854)의 일 측에 장착되는 종래의 엔진 노크 센서(850)를 도시한다. HPES의 존재를 검출하는 가속도계(856)가 또한 나타나 있다. HPES 가속도계(856)는 표준 노크 센서와 동일한 나사산 스터드에 장착될 수 있다. 이 구현예에서, 센서들은 개별 유닛들이지만, 전술한 바와 같이 단일 유닛으로 결합될 수도 있다.

캠샤프트 속도 감시

흡기 및 배기 밸브의 개폐는 캠샤프트 상에 상당한 토크 부하를 가한다. 대부분의 현대 차량 엔진은 밸브 개폐 시간의 조절을 제공하기 위해 캠 페이저를 사용한다. 페이저는 통상적으로 약간의 순응성(compliance)을 가진 유체 결합구를 사용한다. 그러므로, 밸브 개폐와 관련된 부하는 캠샤프트의 회전 속도에 직접적인 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 특정 밸브 구동 이벤트가 발생했는지 여부 및 발생한 시점을 유추하기 위해, 캠샤프트의 회전 속도의 변동이 또한 사용될 수 있다. 더 구체적으로, 엔진이 점화 스킵 모드로 작동 중인 경우, 배기 밸브가 개방되기 시작할 때 연소 이벤트 후의 기통 내의 압력은 통상적으로 몇 바일 것이다. 이로써, 밸브를 개방하기 위해서는, 상대적으로 높은 힘이 배기 밸브에 인가되어야 한다. 밸브를 개방하기 위해 요구되는 힘은 캠샤프트의 약간의 감속을 야기할 것이며, 이는 배기 밸브가 개방되었는지 유추하기 위해 검출될 수 있다. 더 구체적으로, 밸브를 개방할 때, 부품들을 가속화하고 밸브 스프링을 붕괴시키기 위해 사용되는 힘은 캠샤프트를 감속할 것이다. 밸브가 정지되고 폐쇄될 때, 스프링 내의 운동 에너지 및 잠재 에너지의 일부가 캠샤프트로 반환되어, 캠샤프트를 가속한다. 적절한 시점에 이러한 가속 및 감속을 감시하는 것은 밸브가 개방되었는지 아닌지를 나타낼 것이다. 흡기 밸브를 개방하는 것은 또한 캠샤프트 회전 속도에 영향을 미치고, 이 역시 흡기 밸브 구동을 식별하거나 입증하기 위해 검출될 수 있다.

캠샤프트의 회전 속도의 예상 변동(또는 가속도나 저크)이 밸브 구동이 예상되지 않을 때 관찰되지 않고, 밸브 구동이 예상될 때 관찰되는 것을 확실히 하기 위해 캠샤프트 속도 센서의 출력을 감시함으로써, 밸브 구동을 입증할 수 있다. 캠샤프트에 작용하는 상당한 힘이 크랭크샤프트에 작용하는 힘보다 더 복잡한 경향이 있음을 이해해야 한다. 이는, 부분적으로는, 캠샤프트가 크랭크샤프트에 의해 구동되고, 그에 따라 크랭크샤프트의 회전 속도의 변동 역시 캠샤프트의 회전 속도에 직접적인 영향을 미치기 때문이다. 그러므로, 이는 임의의 시점에 캠샤프트의 예상 토크(및 결과적으로 회전 속도 및/또는 가속도)를 예측하기 위해 캠샤프트 토크 모델을 형성하는 데에 유용할 수 있다. 이후, 소정의 밸브 구동 이벤트가 발생했는지 판단하기 위해, 검출되는 실제 캠샤프트 회전 속도/가속도/토크를 예상값과 비교할 수 있다.

크랭크샤프트 회전 가속도(또는 균등하게 비틀림 진동)에 상당한 영향을 미치는 고압 배기 스프링 및 실화와 같은 이벤트는 캠샤프트의 회전 속도/가속도에도 영향을 미칠 것임을 이해해야 한다. 따라서, 크랭크샤프트에 대해 전술한 바와 실질적으로 동일한 방식으로 캠샤프트의 회전 속도를 감시함으로써, 이와 같은 이벤트를 검출할 수 있다. 더 복잡하긴 하지만, 캠샤프트 모델의 사용은 다양한 진단 및 제어 목적에 유용할 수 있는 별개의 밸브 구동 이벤트들 또는 비이벤트들의 영향을 더 직접적으로 식별할 수 있기 때문에, 크랭크샤프트 모델에 비해 소정의 이점을 가진다는 것을 주목한다.

솔레노이드 밸브 전류 파형

일부 구현예들에서, 밸브는 밸브의 개폐를 위해 편심 캠을 사용하여 제어된다. 스킵된 점화 사이클 중에 밸브의 비활성화를 용이하게 하기 위해, 밸브 트레인에 통합되는 절첩식 밸브 리프터 또는 래시 조절기가 사용될 수 있다. 절첩식 리프터는 솔레노이드를 사용하여 제어된다. 솔레노이드는, 리프터가 완전 신장 위치에 남아있도록 강제하거나(고정 상태), 리프터가 밸브를 폐쇄 위치에 남겨두면서 절첩될 수 있도록(압축 가능 상태), 절첩식 리프터에 (모터 오일과 같은) 작업 유체를 도입하는 것을 가능하게 한다. 복수의 오일 유로를 포함하는 오일 갤러리가 솔레노이드로부터 절첩식 리프터로 가압 오일을 전달하기 위해 사용될 수 있다. 많은 경우에, 작업 유체는 고정 상태와 압축 가능 상태 사이에서 절첩식 리프터를 이동시키기 위해 절첩식 리프터 내의 잠금핀의 위치를 이동시킨다. 핀에 가해진 가압 오일은 절첩식 리프터의 압축을 가능하게 하여, 밸브의 비활성화를 초래한다. 제어 솔레노이드의 전환 없이, 제어된 밸브는 상태를 전환하지 않을 것이다(활성화로부터 비활성화로 또는 그 역으로 전환하지 않을 것이다).

따라서, 제어 솔레노이드의 정확한 작동을 입증함으로써, 배기 밸브의 개방과 같은 밸브의 정확한 작동을 유추할 수 있다. 명령된 전환 중에 현재 파형을 감시함으로써, 솔레노이드가 위치를 전환했다는 확인을 달성할 수 있다. 전환 이벤트 중에, 전류는 솔레노이드 내의 전기자의 운동과 관련된 변곡점을 표시할 것이다. 이 변곡점은 전류 파형의 분석에 의해 검출될 수 있다. 변곡이 검출되지 않으면, 이는 솔레노이드가 전환하는 데에 실패했고 제어된 밸브가 마찬가지로 상태를 전환하는 데에 실패했음을 나타낸다. 그러므로, 솔레노이드에 대한 전류 파형의 감시가 기통 내의 HPES의 존재를 판단하기 위해 사용될 수 있다.

안전 회로

일부 구현예들에서, 고압 배기 스프링의 존재를 나타내는 신호는 흡기 밸브가 폐쇄 상태로 남아있도록 흡기 밸브의 무력화를 초래할 수 있다. 이는 흡기 밸브 또는 임의의 관련 기계 부품의 임의의 기계적 손상을 방지할 것이다. 각각 모든 목적을 위해 전체가 본원에 참조로 포함되는, 미국 가출원번호 제61/879,481호 및 제61/890,671호에 기재된 바와 같이, 이 신호는 안전 회로의 일부로 사용될 수 있다. 이러한 안전 회로는 잡음, 진동, 강도(NVH)의 최소화 또는 운전자 요청 토크의 제공과 같은 임의의 다른 제어기 요건에 우선할 수 있다. 이러한 안전 특징은 특히 점화 스킵 작동에서 중요한데, 점화된 기통들에 대한 평균 기통 부하가 모든 기통 작동에서 겪는 것에 비해 더 크기 때문이다. 따라서, 도 1의 곡선(102)에 나타낸 것처럼 기통 압력이 일반적으로 더 높고, 이러한 높은 압력 내로 개방되는 흡기 밸브의 손상 가능성이 증가한다.

도 14는 HPES를 가진 기통을 검출하기 위해 사용될 수 있는 방법(800)을 도시한 흐름도이다. 방법(800)은 단계(802)에서 시작된다. 다음으로, 단계(804)에서 하나 이상의 엔진 파라미터를 측정한다. 이러한 파라미터는 크랭크샤프트 속도 및 그 시간 도함수, 기통 가스 전기적 특성, 흡기 또는 배기 시스템 유동 또는 압력, 엔진 블록 가속도, 캠샤프트 속도 및 그 시간 도함수, 및 솔레노이드 전류 파형일 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 예컨대, 제1 엔진 가속도를 결정하기 위해, 인접한 크랭크 각도 간격과 관련된 기간을 측정할 수 있다. 경우에 따라, 단계(806)에서 엔진 파라미터들의 선택적인 추가 세트를 측정할 수 있다. 예컨대, 제2 엔진 가속도를 결정하기 위해, 추후에 인접한 크랭크 각도 간격과 관련된 기간을 측정할 수 있다. 이후, 이러한 하나 이상의 측정 파라미터의 결과는 HPES 검출 메트릭을 계산하기 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 제1 가속도 및 제2 가속도가 HPES 검출 메트릭을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 다수의 파라미터가 HPES 검출 메트릭, 예컨대 엔진 가속도를 결정하기 위해 사용될 수 있고, 기통 가스 전기적 특성들이 적절한 값을 결정하기 위해 함께 사용될 수 있음을 주목한다. 이후, 단계(810)에서 HPES 검출 메트릭과 임계치의 비교를 수행할 수 있다. 임계치는 단계(820)에서 결정되는 시험 중인 기통 외에도 엔진 기통들의 그룹의 점화/스킵 상태에 부분적으로 기초한다. 이러한 그룹은 모두 엔진 기통들이거나, 이웃 및/또는 대향 기통들과 같은 기통들의 서브세트일 수 있다. 임계치는 또한 단계(822)에서 결정되는 엔진 속도, 흡기 매니폴드 압력, MAC, 스파크 타이밍, 캠 전진, 부속품 부하 등과 같은 엔진 작동 조건에 기초한다. 이러한 조건은 단계(824)에서 HPES 검출 임계치를 계산하기 위해 사용될 수 있다. 단계(810)에서 임계치를 초과하면, 단계(826)에서 HPES 결함을 검출한다. 이후, 시험 중인 기통의 흡기 밸브의 작동을 방지하기 위해, 신호(828)를 안전 회로에 전송할 수 있다. HPES가 검출되지 않으면, 루틴은 단계(804)로 되돌아가고, 사이클이 다음 기통에 대해 반복된다. 방법(800)은 단지 예시적인 것으로 고려되어야 하고, 다양한 구현예에서 다양한 단계가 생략되거나, 결합되거나, 재배열될 수 있다.

다른 구현예들에서, 흡기 밸브는 흡기 밸브가 저압 기통 내로 개방될 것임을 나타내는 LPES가 검출되는 경우에만 개방될 수 있다. 또 다른 구현예들에서, 고압 배기 스프링 신호의 존재는 배기 밸브의 개방을 야기하여, 기통을 통기시킬 것이다.

일반적으로, 고압 배기 스프링과 관련된 피크 압력은 몇몇 엔진 사이클에 걸쳐 누출 및 냉각을 통해 분산되는 경향이 있을 것이다. 그러므로, 일부 안전 회로는 흡기 밸브가 소정의 기간 또는 소정 개수의 엔진 사이클 후에 개방될 수 있도록 배치될 수 있다. 이러한 기간은 본원에 설명된 검출 조건들(예컨대, 크랭크샤프트 또는 캠샤프트 토크 모델, 기통 감시 등) 중 하나 이상에 기초하거나 기설정될 수 있다.

본 발명의 몇몇 구현예만이 상세히 설명되었지만, 본 발명은 본 발명의 정신 또는 범주를 벗어남 없이 다른 많은 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예컨대, "기통"이라는 용어가 여러 번 언급된다. 기통이라는 용어는 임의의 적절한 유형의 작업 챔버를 광범위하게 포괄하는 것으로 해석되어야 한다. 마찬가지로, 스파크 갭의 전기적 특성을 특정하는 보조 전기 회로의 특정 구현예가 설명되었지만; 이 회로 상의 많은 변형이 채용될 수 있다. 도면은 다양한 장치, 회로 설계, 및 대표적인 기통 및/또는 엔진 데이터를 도시한다. 이들 도면은 예시 및 설명을 위해 의도된 것이며, 다른 구현예들의 특징 및 기능은 도면에 도시된 바를 벗어날 수 있다는 것을 이해해야 한다. 본 발명은 또한 점화 스킵 제어를 사용하지 않는 엔진에서도 유용할 수 있다. 이는 밸브 작동을 입증하고 기통 실화, 기통 노크, 또는 임의의 다른 연소 진단을 검출하기 위해 차량의 내장 진단(OBD) 시스템에 통합될 수 있다. 따라서, 본 구현예들은 제한이 아닌 예시로 고려되어야 하며, 본 발명은 본원에 주어진 상세에 제한되지 않아야 한다.

Claims (23)

1. 점화 스킵 모드로 복수의 기통을 구비한 엔진을 작동시키는 단계;
   토크 모델을 사용하여 선택된 작동 범위 중에 예상 순 토크를 추정하는 단계로, 상기 토크 모델은 각각의 기통으로부터의 예상 토크 기여도를 고려하며, 상기 선택된 작동 범위 중에 각각의 기통으로부터의 상기 예상 토크 기여도에 영향을 미치는 특정 점화 스킵 점화 결정의 효과를 참작하는 것인 단계;
   상기 선택된 작동 범위 중에 실제 엔진 토크를 나타내는 파라미터를 직접적으로 또는 간접적으로 측정하는 단계; 및
   상기 측정 파라미터와, 상기 예상 순 토크에 적어도 부분적으로 기초하는 예상 파라미터값의 비교에 적어도 부분적으로 기초하여 밸브 구동 결함이 발생했는지 판단하는 단계로, 상기 판단은 상기 밸브 구동 결함의 발생의 일 엔진 사이클 내에 이루어지는 것인 단계를 포함하는, 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 측정 파라미터가 적어도 임계량만큼 상기 측정 파라미터를 초과할 때 상기 밸브 구동 결함이 발생했다고 판단하고;
   상기 임계치는 상기 밸브 구동 결함에 대해 평가되는 밸브와 관련되지 않은 하나 이상의 기통의 점화/스킵 상태에 적어도 부분적으로 기초하여 달라지는, 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 측정 파라미터가 적어도 임계량만큼 상기 측정 파라미터를 초과할 때 상기 밸브 구동 결함이 발생했다고 판단하고;
   상기 임계치는 하나 이상의 선택된 엔진 작동 조건에 적어도 부분적으로 기초하여 달라지는, 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 엔진 작동 조건(들)은 엔진 속도, 흡기 매니폴드 압력, 질량 공기 충전량, 스파크 타이밍, 캠 전진, 및 부속품 부하로 이루어진 그룹에서 선택되는, 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   배기 밸브 구동 결함이 선택된 기통에서 예상치 못한 고압 스프링의 발생을 야기하였을 때를 판단하도록 배치되되, 상기 선택된 기통과 관련된 흡기 밸브가 상기 고압 배기 스프링 내로 개방되는 것을 방지하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
6. 제5항에 있어서,
   고압 배기 스프링이 상기 선택된 기통 내에 존재한다고 판단될 때, 점화 스킵 점화 시퀀스를 수정하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 점화 스킵 점화 시퀀스는 제1 작업 사이클이 시작된 후에 제2의 뒤따르는 작업 사이클인 제2 작업 사이클 전의 판단에 응하여 수정되는, 방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 토크 모델은 각각의 점화된 기통 내의 압력 및 각각의 스킵된 기통 내의 압력을 예측하는 기통 압력 모델에 기초하는, 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 압력 모델은 선택되는 스킵된 기통들 내의 압력이 흡기 매니폴드 압력 아래로 내려가는 것을 참작하는, 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 선택된 작동 범위가 이동하고 상기 이벤트 판단이 점화 기회별로 적어도 하나의 점화 기회에 대해 이루어짐에 따라, 상기 예상 순 토크 추정 및 상기 파라미터 측정을 반복적으로 업데이트하는, 방법.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정 파라미터는 크랭크샤프트 가속도이며, 상기 예상 파라미터는 모델 크랭크샤프트 가속도인, 방법.
11. 제10항에 있어서,
    상기 측정 가속도와 모델 가속도 모두에 고역 통과 필터를 적용하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 이벤트 판단은 상기 필터링된 측정 가속도와 모델 가속도의 비교에 기초하여 이루어지는, 방법.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출된 이벤트는 흡기 밸브 구동 결함인, 방법.
13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출된 이벤트는 배기 밸브 구동 타이밍 결함 및 배기 밸브 리프트 에러로 이루어진 그룹에서 선택되는 배기 밸브 결함인, 방법.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선택된 작동 범위는 배기 행정의 일부를 포함하되, 상기 선택된 기통에서 왕복운동하는 피스톤은 상기 배기 행정의 상사점 전의 30 내지 50도 범위에 있고, 상기 판단은 상기 배기 행정이 완료되기 전에 이루어지는, 방법.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    밸브 구동 결함이 발생하였는지의 판단은 적어도 2개의 선택된 작동 범위의 분석에 적어도 부분적으로 기초하고, 상기 선택된 작동 범위들 중 첫 번째는 제1 작업 사이클의 배기 행정 부분 중에 발생하며, 상기 작동 범위들 중 두 번째는 상기 제1 작업 사이클을 바로 뒤따르는 스킵된 제2 작업 사이클의 흡기 행정 부분 중에 발생하는, 방법.
16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실제 엔진 토크를 나타내는 파라미터는 크랭크샤프트 가속도, 크랭크샤프트 속도, 및 크랭크샤프트 저크로 이루어진 그룹에서 선택되는 크랭크샤프트 운동을 나타내는 파라미터인, 방법.
17. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실제 엔진 토크를 나타내는 파라미터는:
    차동 크랭크샤프트 속도; 및
    차동 크랭크샤프트 가속도로 이루어진 그룹에서 선택되는 크랭크샤프트 운동을 나타내는 파라미터인, 방법.
18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고압 배기 스프링이 존재하는지의 판단은 추가로:
    스파크 플러그를 사용하여 선택된 기통 내의 가스의 전기적 특성을 검출하도록 배치되는 기통 가스 모니터;
    상기 선택된 기통과 관련된 배기 밸브의 움직임을 감시하도록 배치되는 근접 센서;
    흡입 가스 모니터;
    배기 가스 모니터; 및
    엔진 블록 가속도 모니터로 이루어진 그룹에서 선택되는 보조 모니터의 분석에 적어도 부분적으로 기초하는, 방법.
19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항의 방법을 수행하도록 배치되는 제어기.
20. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항의 방법을 수행하도록 배치되는 컴퓨터 코드.
21. 예상 토크를 계산하도록 배치되는 토크 계산 모델;
    상기 예상 토크에 기초하여 예상 크랭크샤프트 가속도를 계산하도록 배치되는 크랭크샤프트 가속도 예측 모델;
    실제 크랭크샤프트 가속도를 측정하도록 배치되는 크랭크샤프트 가속도 검출 모듈; 및
    상기 실제 크랭크샤프트 가속도와 상기 실제 크랭크샤프트 가속도의 비교에 적어도 부분적으로 기초하여 고압 배기 스프링의 발생을 검출하도록 배치되되, 상기 고압 배기 스프링의 최초 발생의 일 엔진 사이클 내에 상기 고압 배기 스프링의 발생을 검출하도록 배치되는 고압 배기 스프링 검출 모듈을 포함하는, 엔진 기통에서 고압 배기 스프링의 존재를 검출하는 시스템.
22. 제21항에 있어서,
    다기통 엔진에서 사용하도록 배치되되, 상기 엔진 토크 계산 모듈은 상기 예상 토크 계산 시에 각각의 기통의 예상 토크 기여도를 고려하는, 시스템.
23. 제21항 또는 제22항에 있어서,
    상기 각각의 기통은 비활성화 가능하며,
    상기 토크 계산 모델의 입력은:
    엔진 속도;
    예상 공기 충전량, 또는 상기 예상 공기 충전량을 결정하기에 적합한 파라미터의 표시;
    적어도 하나의 연소 특성 파라미터; 및
    각각의 기통 작업 사이클을 위한 활성화 상태를 포함하는, 시스템.

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