KR20170127023A - 연료 계량을 제어하기 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 연료 계량을 제어하기 위한 방법에 관한 것이다. 측정된 신호 프로파일에 근거하여, 밸브의 스위칭 시점을 특성화하는 특징이 검출된다. 이 특징은 실제 변수로서 제어기에 공급된다. 특징의 기준이 결정되며, 이 경우 제어기는 특징의 기준을 고려한다.

Description

연료 계량을 제어하기 위한 방법
본 발명은, 독립 청구항의 카테고리에 따른 방법에 근거한다. 본 발명의 대상에는 컴퓨터 프로그램, 기계 판독 가능 저장 매체 및 제어 장치도 포함된다.
DE 43 08 811호로부터, 자기 밸브 제어식 분사를 제어하기 위한 방법 및 장치가 공지되어 있다. 이 문헌에서는, 부하(load)를 통해 흐르는 전류의 평가를 통해 자기 밸브의 스위칭 시점이 결정된다. 이를 위해, 전류 및 시점에 대한 이산 값쌍들이 결정된다. 2개의 최적선(best fit line)의 교차점이 밸브의 스위칭 시점을 정의한다. 이 교차점은 스위칭 시점을 특성화하는 특징으로서 이용된다. 특히, 교차점이 놓여 있는 시점이 스위칭 시점으로서 이용된다.
검출된 스위칭 시점은 연료 계량을 제어하는 데 이용된다.
통상적으로, 내연 기관에서 연료를 분사하기 위한 자기 밸브는 개회로 제어식으로 작동된다. 이하, 자기 밸브는 밸브라고 지칭된다. 통상적으로 밸브는 밸브의 제어에 따라 연소실 내부로 또는 흡기 시스템으로 연료를 계량 공급하는 인젝터의 주요 구성 부품이다. 밸브의 개방 거동 및 폐쇄 거동에서 나타나는 인젝터별 편차를 보상하기 위해, 폐회로 제어 방법도 사용된다. 이 경우, 밸브의 개방 시점 및/또는 폐쇄 시점이 검출되고, 검출된 개방 시점 및/또는 폐쇄 시점 혹은 이로부터 유도된 변수가 사전 설정 값으로 조정된다.
바람직하게는, 밸브의 개방 기간이 구동을 위한 실제 변수 및 목표 변수로서 사용된다. 개방 기간은, 밸브가 개방되어 있는 동안의 지속 시간이다. 상기 기간은, 밸브의 구동 기간, 개방 지연 시간 및 폐쇄 지연 시간으로부터 계산된다. 개방 지연 시간은 구동 시작과 개방 시점의 간격에 상응한다. 폐쇄 지연 시간은 구동 종료와 폐쇄 시점의 간격에 상응한다.
제어되거나 적응된 작동을 위해 중요한 것은, 폐쇄 시점 및 개방 시점의 결정이다. 폐쇄 시점은, 밸브 니들이 자신의 시트에 도달하여 인젝터를 통과하는 연료 흐름을 중단시키는 순간을 지칭한다. 개방 시점은, 밸브 니들이 인젝터를 통과하는 연료 흐름을 허용하는 순간을 지칭한다. 이하에서, 스위칭 시점이라는 용어는 "폐쇄 시점 및 개방 시점"의 개념에 대해 사용된다.
스위칭 시점을 계산하기 위한 기초는 밸브의 구동 이후에 측정된 전기 신호이다. 이 경우, 예를 들어 밸브에 인가되는 코일 전압 또는 밸브를 통해 흐르는 전류가 사용될 수 있다. 스위칭 시점에는 측정된 신호 프로파일 상에, 적합한 검출 방법을 통해 검출되는 특정 특징이 형성된다. 상기 종래 기술에 따른 실시예에서는 전류 프로파일이 전환점을 갖는다.
밸브의 특성 및 밸브가 작동되는 경계 조건에 따라, 스위칭 시점의 검출은 상이한 품질 또는 선명성을 갖는다. 특히, 스프링력, 마찰, 자기 회로, 접착력 및 그 밖의 변수들이 밸브의 특성을 결정한다. 압력, 온도, 예를 들어 점도와 같은 매체 특성, 목표량 및 그 밖의 변수들이 경계 조건을 결정한다.
특징의 조절을 위해 사용되는 제어기는, 원하는 목표값에 가급적 신속하게 도달하면서도 너무 강하게 진동하거나 불안정해지지 않도록 설계되어야 한다. 이때, 제어기의 설계는 항상 절충안과 결부되는데, 그 이유는 명확하고 정확한 스위칭 시점뿐만 아니라 불분명한, 그래서 심지어 오류가 있는 스위칭 시점도 계산되어야 하기 때문이다. 스위칭 시점이 불분명한 경우, 다시 말해 오류가 있는 경우에 큰 제어 이득이 선택되면, 이는 오버슈트(overshoot) 또는 제어 불안정성을 야기할 수 있다. 한편, 스위칭 시점이 명확한 경우에는 신속한 조정이 가능하도록 하기 위해 높은 제어 이득이 바람직하다.
본 발명의 장점
그에 비해, 독립 청구항들의 특징들을 갖는 본 발명에 따른 장치 및 본 발명에 따른 방법은, 제어 거동이 뚜렷하게 개선된다는 장점이 있다. 제어 거동의 뚜렷한 개선은, 불분명하고 그로 인해 상황에 따라 오류가 있는 스위칭 시점이 제어에 전혀 관여되지 않거나 약하게만 관여됨으로써 도출된다. 그럼으로써, 스위칭 시점이 불분명한 경우에 개별 이상점(outlier)으로 인한 제어 진동이 제어 이득 감소를 통해 방지되거나 감소할 수 있다. 그와 동시에, 스위칭 시점들이 명확한 경우에는 높은 제어 이득 및 이로 인한 신속한 조정이 가능하다.
상기와 같은 장점은, 예를 들어 스위칭 시간의 결정 시마다 스위칭 시점의 품질 및/또는 발현 강도에 대한 기준도 계산하려는 목적으로, 측정된 신호 프로파일의 추가 평가가 수행됨으로써 달성된다. 바람직하게 상기 기준은 측정된 신호 프로파일로부터 결정된다. 다시 말해, 스위칭 시점을 결정하기 위해서 사용되는 동일한 신호가 기준의 결정을 위해서도 사용된다. 대안적으로는, 제2 측정 신호가 사용될 수도 있다.
특히 바람직하게는 제어기의 거동이 기준에 따라 선택된다. 스위칭 시점의 품질을 특성화하는 이와 같은 기준은, 불분명하고 그로 인해 심지어 불확실하게 결정된 스위칭 시점을 후속 제어 시 전혀 고려하지 않거나 약하게만 가중하여 고려하기 위해서 사용된다. 고품질로 검출되는 스위칭 시점들은 큰 제어 이득으로써 조정된다.
제어로서는, 특징의 실제값과 목표값 간의 편차에 근거한 제어값의 적응 또는 제어값의 사전 설정이 제공될 수 있다. 적응 시에는, 측정된 특징과 예측된 특징 간의 편차에 따라 바람직하게 특성맵 내에 저장되어 있는 제어값이 학습된다.
특히 바람직하게는, 다음과 같은 신호들, 다시 말해 스위칭 시점에서의 신호 프로파일의 기울기 변동, 스위칭 시점에서의 신호 프로파일의 고차 도함수(higher derivate) 및/또는 스위칭 시점에서 필터링된 신호 프로파일 중 하나 또는 이들 신호의 조합이 기준으로서 사용된다. 여기서 신호 프로파일이란, 측정된 신호 프로파일뿐만 아니라 상기 측정된 신호 프로파일로부터 계산된 신호 프로파일로도 이해될 수 있다. 특히, 신호 프로파일은 측정된 신호 프로파일로부터 비선형 연산에 의해 획득될 수 있다.
또 다른 양태에서, 본 발명은, 제어 장치상에서 실행될 수 있는 컴퓨터 프로그램을 작성하기 위한 처리 명령, 특히 컴파일러 명령 및/또는 링킹(linking) 명령을 함께 구비한 프로그램 코드와 관련되며, 이때 프로그램 코드가 처리 명령에 따라 실행 가능한 컴퓨터 프로그램으로 변환되는 경우, 다시 말해 특히 컴파일링 및/또는 링킹되는 경우, 상기 프로그램 코드는 기술된 방법들 중 한 방법의 모든 단계를 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램을 나타낸다. 상기 프로그램 코드는 특히, 예를 들어 인터넷 서버로부터 다운로드 가능한 소스 코드에 의해 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 도면들에 도시되어 있고, 이하의 명세서에서 더 상세하게 설명된다.
도 1은 제1 실시예의 블록 다이어그램이다.
도 2는 제2 실시예의 블록 다이어그램이다.
도 1에는, 내연 기관의 연료 계량을 제어하기 위한 장치가 도시되어 있다. 본 도면에는 주요 부품들만 도시되어 있다. 배터리의 양극(Ubat)은, 전자기 부하(120) 및 스위칭 수단(110)으로 이루어진 직렬 회로를 통해 배터리의 접지 단자와 연결되어 있다. 측정 수단이 부하에 인가되는 전압을 검출한다. 특징 검출부(140)는 측정 수단(130)의 신호 프로파일을 평가한다. 특징 검출부(140)는, 한 편으로는 연결점(145)의 제1 입력에 특징 신호(M)를 공급하고, 다른 한 편으로는 제어기(150)에 기준(K)을 공급한다. 연결점(145)의 제2 입력에는 목표값 사전 설정부(155)의 출력 신호(S)가 공급된다. 연결점(145)의 출력 신호는 제어기(150)의 입력에 도달한다. 제어기(150)는, 제어기(150)의 출력 신호에 기초하여 스위칭 수단(110)에 구동 신호(A)를 인가하는 제어 유닛(100)을 작동시킨다.
전자기 부하(120) 및 스위칭 수단(110)의 배열은 예시일 뿐이며, 다른 순서로도 배열될 수도 있다. 또한, 추가 스위칭 수단이 제공될 수도 있다. 또 다른 일 실시예에서는, 측정 수단이 도시된 바와 같이 부하에서 강하하는 전압을 검출하지 않고, 부하를 통해 흐르는 전류를 저항을 이용해서 검출할 수 있다.
상기 실시예에서는, 특징에 대한 목표값으로 특징의 실제값을 조절하는 장치가 관련된다. 상기 장치는 다음과 같이 작동하는데, 즉, 제어 유닛(100)이 제어기(150)의 신호에 기초하여 스위칭 수단(110)에 작용하기 위한 구동 신호(A)를 계산한다. 상기 스위칭 수단(110)은 바람직하게 전계 효과 트랜지스터로서 구현된다. 그러나 예컨대 트랜지스터와 같은 다른 구현도 가능하다. 스위칭 수단(110)의 작동에 의해 전자기 부하(120)에 전류가 공급된다.
전자기 부하는 바람직하게 전자기 밸브이다. 전자기 밸브는, 전류가 부하를 통해 흐르는지에 따라 상이한 위치를 취하는 가동 밸브 니들을 포함한다. 스위칭 수단이 작동되면, 소정의 시간 후에 밸브 니들이 자신의 새로운 위치로 전환된다. 스위칭 시점으로서 지칭되는 이 시점에 전압 프로파일이 전환점을 갖는다. 이는, 전압이 매우 신속하게 변동함을 의미한다. 전환점 직전 또는 직후에는 전압이 시간에 걸쳐 거의 선형으로 진행한다.
스위칭 시점의 영역에서의 전압 프로파일은 제1 근사에서 2개의 직선을 이용하여 기술될 수 있다. 전환점 전후에서의 전압 상승 또는 2개 직선의 기울기는 서로 현저히 다르다. 전환점에서는 전압 상승 또는 미분된 전류 프로파일이 상당히 변동된다.
도시된 실시예에서는, 스위칭 시점을 검출하기 위해 측정 수단(130) 및 특징 검출부(140)가 제공되어 있다. 특징 검출부(140) 내에서의 상응하는 평가에 의해 스위칭 시점이 확인된다. 전압 프로파일 내 전환점의 평가 외에 다른 특징들도 평가될 수 있다. 특징 검출부(140)는, 밸브가 자신의 최종 위치에 도달하는 시점을 연결점(145)에 제공한다. 목표값 사전 설정부(155)는, 원하는 스위칭 시점에 상응하는 목표값(S)을 제공한다. 특징(M)은, 사전 설정된 목표값(S)으로 특징을 조절하는 제어기(150)의 실제값으로서 이용된다. 특징과 특징 목표값의 편차에 기초하여, 제어기(150)는 제어 변수를 제어 유닛(100)에 제공한다.
그 다음에, 상기 제어 변수에 따라, 제어 유닛이 스위칭 수단(110)을 상응하게 구동한다.
상응하는 접근 방식이 현재 이미 최신 차량들에서 사용되고 있다. 이 경우, 분사 시작 시의 전자기 부하(120)의 스위칭 시점 또는 분사 종료를 결정하는 스위칭 시점이 특징으로서 제어부에 공급될 수 있다. 바람직한 일 실시예에서는, 2개의 변수 모두 제어를 거칠 수도 있다. 스위칭 시점에 대한 대안으로 또는 보완적으로, 분사 과정을 특성화하는 다른 특징들도 상응하는 제어를 거칠 수 있다. 그러한 특징의 예는 밸브 니들 또는 인젝터의 다른 부재들이 특정 위치에 도달하는 시점이다. 이 경우, 특정 전압 값 또는 전류 값에 도달하는 시점도 특징으로서 이용될 수 있다.
바람직하게는, 밸브의 개방 기간이 특징으로서 사용된다. 개방 기간은, 밸브가 개방되어 있는 동안의 기간이다. 이 개방 기간은 밸브 구동 기간, 개방 지연 시간 및 폐쇄 지연 시간으로부터 계산된다. 개방 지연 시간은 구동 시작과 개방 시점의 간격에 상응한다. 폐쇄 지연 시간은 구동 종료와 폐쇄 시점의 간격에 상응한다. 이는, 개방 기간이 스위칭 시간에 좌우됨을 의미한다.
문제는, 상이한 품질의 특징이 존재한다는 것이다. 전환점에서의 전류 프로파일 또는 전압 프로파일의 기울기가 미세하게만 변할 경우, 다시 말해 전환점이 뚜렷하지 않은 경우, 스위칭 시점의 품질이 낮아진다. 다시 말해, 스위칭 시점이 낮은 정확도로만 검출될 수 있다.
제어기(150)에서의 후속 제어가 상기와 같은 특징을 토대로 낮은 품질로 수행되면, 이는 제어 회로의 불안정성을 야기할 수 있다.
그러므로 본 발명에 따라, 특징 검출부(140)가 특징의 품질을 지시하는 기준(K)을 추가로 제공한다. 이 기준은 바람직하게 신호 프로파일에 근거하여 결정된다. 이 경우, 측정 수단(130)에 의해서 측정된 전압 또는 전류의 신호 프로파일이 사용될 수 있다. 또한, 측정된 신호 프로파일로부터 계산된 신호 프로파일이 기준의 결정을 위해 사용될 수 있다. 특히, 이 신호 프로파일은 측정된 신호 프로파일로부터 비선형 연산에 의해 획득될 수 있다.
특히 바람직하게는, 스위칭 시점에서의 신호 프로파일의 기울기 변동, 스위칭 시점에서의 신호 프로파일의 고차 도함수 및/또는 스위칭 시점에서 필터링된 신호 프로파일이 기준으로서 사용된다.
품질에 대해 가능한 기준은 다음의 변수들 중 하나 또는 복수의 변수일 수 있다. 즉, 예컨대 스위칭 시점에서의 기울기 변동 또는 그로부터 유도되는 변수가 사용될 수 있다. 기울기 변동이 크면, 기준은 큰 값을 취한다. 기울기 변동이 작으면, 기준은 작은 값을 취한다. 이는, 신호의 품질이 나쁘다는 표시이다. 기준으로서 도함수 또는 고차 도함수 또는 스위칭 시점에 주파수 필터링된 신호도 사용될 수 있다. 대안적으로는, 측정된 신호로부터 유도된 신호도 사용될 수 있다.
기준은 이어서 제어 변수의 결정 시 제어기(150)에 의해 고려된다. 예를 들면, 기준(K)에 따라 제어기 이득이 증가하거나 감소한다. 이를 위해, 예를 들어 기준의 값이 큰 경우, 즉, 특징의 품질이 높은 경우에는 기준의 값이 작은 경우보다 더 큰 제어기 이득이 사용된다.
도 2에는, 본 발명에 따른 접근 방식의 또 다른 일 실시예가 도시되어 있다. 대부분에서 2개의 실시예가 동일하다. 동일한 블록들은 동일하게 표기되어 있다. 본 실시예에서는, 특성맵 값들의 학습을 위한 적응 또는 방법이 다루어진다. 이하에서는 도 1과의 차이점만 기술한다. 측정값 결정부(140)에 의해 결정되는 특징(M) 및 기준(K)이 적응부(200)에 도달한다. 적응부(200)의 제2 입력에 특징에 대한 기대값(E)이 인가된다. 적응부(200)의 출력 신호가 제어부(100)에 공급된다. 목표값 사전 설정부(155)는, 특징에 대한 목표값(S)을 제어부(100)에 공급한다.
도 1과 달리, 본 실시예에서는 목표값(S)에 따라 스위칭 수단의 제어가 수행된다. 제어부는 실질적으로, 목표값(S) 또는 또 다른 변수에 따라 구동 신호(A)가 도출되는 특성맵을 포함한다. 이 경우에도, 특징(M)은 도 1에서와 유사하게 검출되어 적응부(200)에 실제값으로서 공급된다. 적응부(200)는, 검출된 특징을 사전 설정부(210)로부터 제공되는 기대값(E)과 비교한다. 이 두 값이 서로 상이하면, 적응부(200)는 제어 유닛(100) 내에 있는 특성맵을 상응하게 적응시키기 위한 값을 가 상기 특성맵에 제공한다. 이는, 특징의 실제값을 기대값(E)에 근사시키는 변동 유형을 일컫는다.
적응부(200)는 (폐회로) 제어기라고도 지칭될 수 있다. 이 경우, 상기 (폐회로) 제어기는 (개회로) 제어기를 위한 제어 변수가 아닌, 특성맵을 위한 보정값을 사전 설정한다.
이는, 특징(M)이 적응부(200) 내에서 사전 설정부(210)로부터 제공되는 특징에 대한 목표값과 비교됨을 의미한다. 이들 값이 서로 상이하면, 특징(M)이 목표값에 근사하도록, 적응부(200)가 제어부의 특성맵을 보정한다.
상기와 같은 접근 방식에서, 기준(K)은, 상기 기준의 값에 따라 그리고 이로써 특징 검출의 품질에 따라 특징(M)에 가중치를 부여하기 위해 이용된다. 다시 말하자면, 특성맵의 적응을 위해 사용되는 특징의 가중된 검출이 수행된다.
따라서, 예를 들어 가중된 특징(Mw)은 검출된 복수의 특징(Mn) 및 상응하는 기준(Kn)에 기초하여 하기 공식에 따라 계산될 수 있다.
Figure pct00001
그 다음에, 상기와 같이 검출된 값은, 제어부(100)에서 특성맵을 적응시키기는 데 이용될 값을 계산하기 위해, 적응부(200)에 의해 사용된다.

Claims (11)

  1. 측정된 신호 프로파일에 근거하여, 밸브의 스위칭 시점을 특성화하거나 스위칭 시점에 좌우되는 특징을 검출하는, 연료 계량을 제어하기 위한 방법에 있어서,
    상기 특징을 제어기에 실제 변수로서 공급하고,
    상기 특징의 기준을 결정하며, 제어기가 상기 특징의 기준을 고려하는 것을 특징으로 하는, 연료 계량 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 제어기가 제어 변수를 적응시키는 것을 특징으로 하는, 연료 계량 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서, 특징의 기준은 스위칭 시점을 특성화하는 특징의 품질 및/또는 발현 강도를 기술하는 것을 특징으로 하는, 연료 계량 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서, 측정된 신호 프로파일에 근거하여 기준을 결정하는 것을 특징으로 하는, 연료 계량 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서, 기준에 따라 제어기의 특성을 선택하는 것을 특징으로 하는, 연료 계량 제어 방법.
  6. 제2항에 있어서, 적응 시 기준에 따라 특징에 가중치를 부여하는 것을 특징으로 하는, 연료 계량 제어 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 스위칭 시점에서의 신호 프로파일의 기울기 변동, 스위칭 시점에서의 신호 프로파일의 고차 도함수 및/또는 스위칭 시점에서 필터링된 신호 프로파일과 같은 신호들 중 하나 또는 이들의 조합을 기준으로서 사용하는 것을 특징으로 하는, 연료 계량 제어 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 방법들 중 한 방법의 모든 단계를 실행하도록 구성된 컴퓨터 프로그램.
  9. 제8항에 따른 컴퓨터 프로그램이 저장된 기계 판독 가능 저장 매체.
  10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 방법들 중 한 방법의 모든 단계를 실행하도록 구성된 제어 장치.
  11. 제어 장치상에서 실행될 수 있는 컴퓨터 프로그램을 작성하기 위한 처리 명령을 함께 구비한 프로그램 코드로서, 상기 프로그램 코드가 처리 명령에 따라 실행 가능한 컴퓨터 프로그램으로 변환되는 경우, 상기 프로그램 코드는 청구항 8에 따른 컴퓨터 프로그램을 나타내는, 프로그램 코드.
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