KR20180093883A - 기관 제어 방법 및 기관 제어 장치 - Google Patents

기관 제어 방법 및 기관 제어 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20180093883A
KR20180093883A KR1020187012518A KR20187012518A KR20180093883A KR 20180093883 A KR20180093883 A KR 20180093883A KR 1020187012518 A KR1020187012518 A KR 1020187012518A KR 20187012518 A KR20187012518 A KR 20187012518A KR 20180093883 A KR20180093883 A KR 20180093883A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cylinder
engine
misfire
engine control
combustion
Prior art date
Application number
KR1020187012518A
Other languages
English (en)
Inventor
？ 까스
마띠아스 빨무요끼
Original Assignee
바르실라 핀랜드 오이
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 바르실라 핀랜드 오이 filed Critical 바르실라 핀랜드 오이
Publication of KR20180093883A publication Critical patent/KR20180093883A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
    • F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
    • F02D35/023—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions by determining the cylinder pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
    • F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
    • F02D35/025—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions by determining temperatures inside the cylinder, e.g. combustion temperatures
    • F02D35/026—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions by determining temperatures inside the cylinder, e.g. combustion temperatures using an estimation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00—Testing of engines
    • G01M15/04—Testing internal-combustion engines
    • G01M15/06—Testing internal-combustion engines by monitoring positions of pistons or cranks
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00—Testing of engines
    • G01M15/04—Testing internal-combustion engines
    • G01M15/11—Testing internal-combustion engines by detecting misfire
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/10—Parameters related to the engine output, e.g. engine torque or engine speed
    • F02D2200/1015—Engines misfires
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M15/00—Testing of engines
    • G01M15/04—Testing internal-combustion engines
    • G01M15/08—Testing internal-combustion engines by monitoring pressure in cylinders

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

본 발명은, 실린더내 압력 검출을 위한 적어도 하나의 압력 센서 및 전자 제어 유닛을 갖는 내연 기관의 실화를 검출하는데 사용되는 기관 제어 방법에 관한 것으로, 본 방법은 ⅰ) 실린더내 압력을 검출하는 단계; ⅱ) 기관 크랭크 위치를 결정하는 단계; ⅲ) 전자 제어 유닛에 의해 이상 기체 법칙을 통해, 측정된 기관 위치의 함수로서, 측정된 실린더내 압력 및 실린더 체적에 기초하여 온도 지수를 계산하는 단계; 및 ⅳ) 내연 기관의 현재의 팽창 행정 내에서 계산된 온도 지수로부터 현재의 팽창 행정에서 연소 이벤트가 발생하는지의 여부를 결정하는 단계를 포함한다.

Description

기관 제어 방법 및 기관 제어 장치
본 발명은 기관 제어 방법 및 기관 제어 장치, 실화 검출 방법 및 실화 검출 장치, 그리고 특히 선박 구동 분야에 폭넓게 사용되는 4 행정 중속 기관에 적합한 실화 검출에 관한 것이다.
실화 검출 시스템은 예를 들어 최근의 환경 문제 때문에 점점 더 중요해지고 있다. 일반적으로, 실화의 발생은 기관 효율을 감소시킨다. 조기 실화 진단은 또한 배기가스 배출 시스템의 손상 그리고 사용자에 대한 결과적인 비용을 방지할 수 있다. 오늘날, 단일 실화를 실시간으로 정밀하게 검출하기 위한 저비용의 방법이 거의 없고, 대부분은 실제로 값비싼 센서 (예컨대, 압력 센서) 또는 전용 회로 (예컨대, 이온화 전류 감지) 의 사용을 필요로 한다. 하나의 방법은 크랭크축 각속도와 그 변화의 실시간 분석에 기초할 수 있다. 이는 각 실화 이벤트가 적절한 신호 처리 알고리즘을 이용하여 검출될 수 있는 크랭크축 각속도의 급격한 섭동을 발생시키므로 가능하다.
위에서 언급한 바와 같이, 내연 기관에서의 실화 검출은 또한 일반적으로 실린더내 압력 측정에 기초한다. 실화 사이클을 검출하는 한 가지 방법은 해당 사이클 동안 실린더에 의해 수행된 작업을 계산하는 것이다. 이는 총 표시 평균 유효 압력 또는 순 표시 평균 유효 압력 (IMEP) 을 계산함으로써 획득될 수 있다.
표시 평균 유효 압력 (IMEP) 은 사이클당 실린더당 표시 작업을 실린더당 스웹 체적 (swept volume) 으로 나누어서 계산된다.
Figure pct00001
펌핑 손실 (펌핑 작업) PMEP 는 사이클당 실린더당 펌핑 작업을 실린더당 스웹 체적으로 나누어서 계산된다.
Figure pct00002
따라서, 순 IMEP 는 총 IMEP 로부터 펌핑 손실 PMEP 를 빼서 계산된다.
순 IMEP = 총 IMEP - PMEP
Figure pct00003
표시 평균 유효 압력 (IMEP) 은 기관 사이클 (4행정에서 720°, 2행정에서 360°) 에 걸친 실린더내 압력으로부터 평균한 실린더내 압력으로부터 계산된 평균 유효 압력이다. 직접 IMEP 측정에는 연소 압력 감지 장비가 또한 필요하다.
표시 평균 유효 압력 (IMEP) 은
Figure pct00004
에 따라 계산되며, 여기서 α 는 순 IMEP 에 대해서는 360 이고 총 IMEP 에 대해서는 180 이다.
전형적으로, 제어 시스템이 다음 사이클에서 분사 전에 액션을 취할 수 있는 것을 보장하기 위해, 연소에 도달한 후 다음 하사점 전에 실화 상태가 필요하다. IMEP 계산의 특성상, 이는 불가능하다. 도 1 에, IMEP 기반의 실화 검출 방법이 도시되어 있다.
기관 제어를 향상시키기 위해, 종래 기술에 대한 대안적인 접근이 요구된다.
또한, 제어 시스템이 다음 사이클 분사가 시작되기 전에 카운터 액션을 취하기에는 너무 늦게 실화 사이클을 검출하는 문제를 극복하기 위해, 실화 검출을 위한 대안적인 방법이 필요하다.
즉, 도 1 에는 본 발명의 기초가 되는 문제점이 도시되어 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 상사점/연소 전 -180 도로부터 상사점/연소 후 180 도까지의 (실린더내) 압력 값은 예컨대 총 IMEP 의 계산에 필요하다. 그러나, 도 1 에 도시된 바와 같이, 계산 결과는 다음 사이클에서 추가 실화를 방지하도록 적절한 기관 제어를 보장하기 위해 상사점/연소 후 약 120 도에 있는 데드 라인 상에 있어야 한다. 다시 말해서, 검출 또는 계산 결과가 데드 라인 (예컨대, TDC (상사점) 후 120 도) 후에 제공되는 경우, 기관 제어가 다음 사이클에서 실화를 방지할 수 있다는 것이 보장될 수 없다.
본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 이루어진 것이다.
상기한 문제점은 청구항 1 또는 청구항 2 에 따른 기관 제어 방법 및 청구항 9 에 따른 기관 제어 장치에 의해 해결된다. 다른 유리한 발전은 종속항의 주제이다.
실린더내 압력 검출을 위한 적어도 하나의 압력 센서 및 전자 제어 유닛을 갖는 내연 기관의 실화를 검출하는데 사용되는 기관 제어 방법은, ⅰ) 실린더내 압력을 검출하는 단계; ⅱ) 기관 크랭크 위치를 결정하는 단계; ⅲ) 전자 제어 유닛에 의해 이상 기체 법칙을 통해, 측정된 기관 위치의 함수로서, 측정된 실린더내 압력 및 실린더 체적에 기초하여 온도 지수를 계산하는 단계; 및 ⅳ) 내연 기관의 현재의 팽창 행정 내에서 계산된 온도 지수로부터 현재의 팽창 행정에서 연소 이벤트가 발생하는지의 여부를 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 양태는 공지된 방법에 비해 연소 상사점에 더 근접한 실화 이벤트를 검출하기 위한 알고리즘에 대응하며, 따라서 제어 시스템이 다음 사이클 분사 명령 전에 실화에 대한 카운터액션 (counteraction) 을 취할 수 있게 한다.
본 발명은 기관 위치의 함수로서 실린더 체적을 계산하기 위해 실린더 압력의 측정, 기관 위치, 및 기관 기하학적 형상에 대한 지식에 의존할 수 있다.
본 발명은 발화 실린더의 TDC 에 이미 근접한 실화 표시 (misfiring indication) 를 생성하는데 사용될 수 있다. 실화 표시 카운터액션의 사용은 다음 연소 사이클 전에 이미 제어 시스템에 의해 취해질 수 있다. 카운터 액션은 예컨대 연소 타이밍 (스파크 타이밍, 파일럿 타이밍 및 연료 분사 타이밍), 연료 지속기간 및/또는 밸브 타이밍일 수 있다.
본 발명의 다른 양태는 실화를 검출하기 위한 기관 제어 방법을 제공하는데, 이 방법은 실린더내 압력을 검출하는 단계; 기관 위치를 결정하는 단계; 및 연소가 개시되어야 하는 해당 실린더의 상사점 위치 후 상당한 온도 상승이, 계산된 온도 지수에 기초하여 추정되지 않는다면, 팽창 행정에서 실화를 결정하는 단계를 포함한다.
이 온도 지수는 이상 기체 법칙에 근거하여 계산된다. 각각의 단일 크랭크각에서의 온도는 측정된 개별 실린더내 압력 및 크랭크각에 의존하는 실린더의 개별 체적에 근거하여 계산될 수 있다. 이로 인해, 2 개의 측정치, 즉 압력 측정치와 상응하게 알려진 실린더 체적들 사이의 차동 온도가 계산될 수 있다. 따라서, 실린더 내부의 트래핑된 질량에 관련된 인자 nR 과 계산된 차동 온도의 곱 (product) 은 온도 지수를 제공한다.
온도 지수는 연료의 연소로 인해 가스량으로 크기조정된 (scaled) 온도 상승을 측정하거나 표시하는데 사용될 수 있다. 이는, 온도 지수의 변화가 0 보다 크면, 실린더에서의 연료 연소가 온도를 증가시켰음을 의미한다. 온도 지수의 변화가 0 이면, 실린더에서의 연료 연소가 온도를 증가시키지 않았다. 또한, 연료 연소에 의해 생성된 에너지보다 더 많은 에너지가 실린더로부터 누출되면, 온도 지수의 변화가 0 보다 작을 수 있다. 어쨌든 0 이하의 온도 지수 변화는 실화로 해석되고, 연소로 인한 상당한 온도 상승은 없다.
환언하면, 측정된 압력 값과 직접 관련되는 종래의 실화 검출과 대조적으로, 본 발명에 따른 실화 검출은 실화가 발생했는지의 여부를 더 신속하게 결정할 수 있다. 이는 실제 실린더 체적에 근거하여 계산된 온도 지수를 사용함으로써 달성될 수 있다. 그러므로, 실화 이벤트 및 비실화 이벤트의 온도 지수들이 TDC (또는 지시된 점화 타이밍) 직후에 사이가 멀어지는 사실로 인해, 조기 식별이 이루어질 수 있다. "TDC 직후" 는, 도 3 에서 가장 잘 알 수 있는 것처럼, TDC 후 10 내지 100, 바람직하게는 10 내지 75, 더 바람직하게는 10 내지 50 도의 크랭크각을 의미한다.
상기한 IMEP 검출과 대조적으로, 본 발명에 따른 방법은 현재의 사이클에서 실화가 발생하는지의 여부를 더 신속하게 결정할 수 있게 한다. 따라서, 상세하게는, 상사점 (TDC) 후 120 도와 근본적으로 동일한, 예상 연소 후 약 120 도에서의 데드 라인 이전에 실화 검출이 달성될 수 있다. 2행정 기관에서, 각 상사점은 자가 점화 또는 스파크 점화에 의해 유도되는지의 여부에 상관없이 연소 개시를 제공해야 한다. 4행정 기관에서, 상사점의 매초 통과만이 연소 개시를 제공해야 한다. 스파크 점화 기관에 관하여, 스파크 플러그에 의해 연료가 점화되어야 하기 전에 상당한 온도 상승이 결정되거나 계산되는 경우 조기점화 검출을 위해 실화 결정 방법이 또한 사용될 수 있다.
TDC 후 180 도 크랭크각의 통과 후에만 수행될 수 있는 종래의 IMEP 계산과 달리, 본 발명은 점화/연소의 시작이 추정된 TDC 후 적어도 120 도 크랭크각과 TDC 사이에서 실화 검출을 허용한다. 그러므로, 본 발명의 실화 검출은 IMEP 계산을 포함하는 종래 기술에서보다 더 일찍 이루어질 수 있다.
상당한 온도 상승은 실린더 내의 단열 온도 상승과 명확히 구별될 수 있다.
기관 제어 방법은 바람직하게는, 다음 사이클 분사 명령 전에 실화를 방지하기 위한 복수의 카운터액션들 중 적어도 하나를 취하는 것을 포함한다. 이러한 카운터액션은 연소 타이밍 또는 스파크 타이밍의 조정, 및/또는 파일럿 분사 타이밍 및/또는 주 연료 분사 타이밍의 조정, 연료 분사량 및/또는 연료 분사 지속기간의 조정, 및/또는 밸브 타이밍을 포함할 수 있다. 근본적으로 가능한 카운터액션은 기관의 기본 구조에 따라 약간 다르다. 다시 말해, 4행정 가솔린 기관에 대한 카운터액션은 2행정 디젤 기관에 대한 카운터액션과 다소 다를 수 있다.
크랭크각은 크랭크각 센서에 의해 검출될 수 있다. 그러나, 기관 위치는 다른 측정, 예컨대 실린더 압력 측정으로부터 결정될 수도 있다.
또한, 실화를 검출하기 위한 기관 제어 방법에 따르면, 바람직하게는, 현재의 사이클에서 실화가 일어나는지의 여부를 결정하는 것은, 적절한 기관 제어를 보장하기 위해 해당 실린더의 상사점으로부터 상사점 또는 연소 후 약 120 도에 놓이는 데드 라인까지의 각도 범위 내에서, 바람직하게는 해당 실린더의 상사점으로부터 상사점 후 120 도까지의 범위 내에서, 더 바람직하게는 해당 실린더의 상사점으로부터 상사점 후 100 도까지의 범위 내에서, 가장 바람직하게는 해당 실린더의 상사점으로부터 상사점 후 75 도까지의 범위 내에서 행해진다. 이 데드 라인은 도 1 에서 예를 들어 TDC 와 도면의 우상측 180 도 크랭크각 사이의 TDC 후 약 120 도에 도시되어 있다.
압력 변화 시퀀스가 TDC 후 180 도까지 계속되어야 하는 종래 기술 (총 IMEP 참조) 과 대조적으로, 본 발명에 따른 결정은 TDC 후 120 도에 도달하기 전에 행해질 수 있다. 따라서, 종래 기술과 대조적으로, 기관을 제어하기 위해 사용되는 본 발명의 전자 제어 유닛은 후속 사이클에서 더 이상의 실화가 발생하지 않도록 카운터액션을 취하기에 충분한 시간을 갖는다. IMEP 계산에 따른 실화 검출에서, 전자 제어 유닛은 후속 사이클에서 더 이상의 실화가 발생하지 않도록 카운터액션을 취하기에 충분한 시간을 갖지 않는다. 따라서, 다음 사이클을 위해 기관 상태가 늦지 않게 변경될 수 없으므로, 다음 사이클에서 실화가 발생할 가능성이 높다. 실화 방지를 위한 전자 제어 유닛의 변경은 다음 사이클에 적용되지 않을 것이다. 환언하면, 본 발명의 기관 제어 방법과 비교하여, 종래의 기관 제어는 본 발명의 기관 제어에서의 하나의 실화 사이클 대신에 2 개의 실화 사이클을 포함한다.
실화를 검출하기 위한 기관 제어 방법에 따르면, 실제 사이클에서 실화가 검출되는 경우, 기관 제어가 실제의 공기 연료 혼합물을 실린더 내에 유지하도록 입구 밸브 및/또는 출구 밸브를 폐쇄 상태로 유지하고, 연료 분사량을 보정함으로써 다음 사이클에서 연소를 시도할 수 있다. 후속 사이클에 대한 이러한 신속한 제어는 본 발명에 따른 실화의 조기 검출로 인해 달성될 수 있다. 이러한 종류의 기관 제어에 따르면, 다음 사이클에서 실화 상태가 취소될 것이고, 실화 사이클의 비연소된 공기 연료 혼합물이 배기될 뿐만 아니라 후속 사이클을 위한 기관 제어에서 일부 조정 (예컨대, 다음 사이클에서 연소가능 혼합물을 달성하도록 기존 공기-연료 혼합물에의 연료의 추가 분사) 으로 후속 사이클에서 재사용되므로 기관 효율이 개선된다. 따라서, 이러한 제어는 종래 기술에 비해 더 큰 효율을 달성한다.
본 발명의 제 2 양태로서, 실화를 검출하기 위한 기관 제어 장치는, 적어도 하나의 실린더를 갖는 기관; 기관 크랭크 위치 결정 수단; 기관의 적어도 하나의 실린더 내의 실린더내 압력을 감지할 수 있는 압력 센서; 및 전자 제어 유닛을 포함한다. 전자 제어 유닛은 실린더내 압력 및 기관 크랭크 위치로부터 전자 제어 유닛에 의해 계산된 온도 지수에 기초하여 현재의 팽창 행정 내에서 실화를 결정할 수 있고, 따라서 전자 제어 유닛은 다음 사이클에서 실화를 방지할 수 있다.
기관 위치 결정 수단은 크랭크 각 센서이거나 실린더내 압력에 따라 실린더 위치를 결정할 수 있는 장치일 수 있다. 그러나, 기관 위치, 즉 크랭크 샤프트의 현재 상태 또는 각 실린더의 현재 상태는 또한 압력 센서의 검출 결과를 분석함으로써 결정될 수도 있다. 예를 들어, 전자 제어 유닛이 단열 온도 변화를 계산할 수 있기 때문에, 전자 제어 유닛은 크랭크각에 의존하는 변하는 실린더 체적에 관하여 설정되는 압력 센서의 검출 결과로부터 기관 위치를 결정할 수 있다. 이러한 이유로, "기관 위치 결정 수단" 은 전자 제어 유닛 및 실린더내 압력 센서에 의해 구성될 수도 있다. 이러한 배치물은 기관 위치, 특히 상사점과 하사점을 결정하는 데 적합하다. 환언하면, 크랭크각 센서의 제공이 필수적인 것은 아니다. 보통 입구 밸브는 하사점 또는 상사점에서 개방 또는 폐쇄되기 때문에, "기관 위치 결정 수단" 이 개별 기관 위치를 인식하는 때에 밸브 작동, 즉 밸브 개방 또는 폐쇄에 대한 개별 제어 신호가 획득될 수 있다. 환언하면, 크랭크각 센서가 필수적인 것은 아니며, 상당한 제어 작업이 실린더내 온도 계산에 기반할 수 있다.
기관은 또한 2행정 기관일 수도 있다. 2행정 기관에서, 2 개의 후속 분사 명령들 또는 점화 명령들, 즉 2 개의 후속 연소들 사이의 완전한 시간은 4행정 기관에서보다 상당히 작다. 즉, 4행정 기관에서 연소는 매 720 도에서 실행되는 반면, 2행정 기관에서 연소는 매 360 도에서 실행된다.
기관은 중속 기관일 수도 있다. 이러한 맥락에서, "중속" 은 분당 500-1500 회전을 갖는 기관을 의미한다. 기관은 또한 저속 기관일 수도 있다. 이러한 맥락에서, "저속" 은 분당 500 회전 미만의 기관을 의미한다. 예를 들어, 탱커 또는 벌크 캐리어와 같은 대형 선박에 사용되며 본 발명이 매우 적합하게 적용되는 해양 기관은, 일반적으로 분당 60 내지 250 회전의 저속 기관이다. 분당 수천 회전의 고속 기관에 비해 연소 이벤트들 사이의 비교적 큰 시간주기로 인해, 전자 제어 유닛은 실화 결정을 행하기에 적절한 회전을 제공하기 위해 정기적인 실린더내 압력 측정 속도로 실린더내 온도 변화를 뒤따를 수 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 그리고 관련 기술의 IMEP 계산에 따른 실화 상태의 이용 가능성을 나타내는 개략도이다.
도 2 는 기관 사이클 중 온도 지수에 대한 일반적인 신호 기록을 보여준다.
도 3 은 실화가 없는 정상 연소 사이클과 실화가 있는 모터식 사이클로부터의 온도 지수의 신호 기록의 비교를 보여준다.
도 4 는 본 발명의 구조를 설명하기 위한 흐름도 및 다이어그램을 보여준다.
도 5 는 온도 지수를 사용한 입구 밸브 타이밍 추정을 보여준다.
본 발명에 따른 기관 제어 방법은 실린더내 압력 측정에 따라 계산된 온도 지수에 기초한 실화 검출 방법을 포함한다. 트래핑된 질량이 압축되고 연소됨에 따라 실린더의 온도가 증가한다. 실린더 벽으로부터의 열전달을 무시하면, 작업 사이클의 짧은 세그먼트에 대한 온도 증가는 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure pct00005
이상 기체의 단열 과정에 대한 포아송의 방정식이 압축 및 팽창 중 실린더의 압력 및 온도를 나타내는 데 사용될 수 있다는 것이 알려져 있다. 따라서, 압축 및 팽창 중에 다음의 관계가 적용된다.
Figure pct00006
따라서, 체적 변화에 기인하는 실린더 내의 온도 증가는 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure pct00007
연소에 기인하는 온도 증가는 체적 변화로 인한 온도 변화만큼을 뺀 총 온도 변화로서 계산될 수 있다.
Figure pct00008
이상 기체 법칙으로부터, 아래의 식이 알려져 있다.
Figure pct00009
연소에 기인하는 온도 증가에 대한 식에 대입하여 아래의 식을 얻는다.
Figure pct00010
실린더 내부의 트래핑된 질량을 알 수 없으므로, 식에 인자 nR 을 곱한다.
Figure pct00011
식 (8) 은 온도 지수 Tindex 에 대한 최종 표현을 제공한다. 도 2 에, 정상 기관 사이클에 대한 온도 지수의 전형적인 신호 기록이 도시되어 있다.
또한, 식 (8) 은 온도 지수 Tindex 가 연소에 기인하는 온도 상승 ΔTcombustion 에 인자 nR 을 곱함으로써 획득되는 것을 규정한다. 환언하면, 온도 지수 Tindex 는 기관의 임의의 기하학적 치수, 즉 연소 챔버 파라미터와 무관한 연소를 반영하거나 나타낼 수 있다.
하나의 주기 동안에 실화가 나타나면, 압축에서 팽창으로 이동하는 온도 지수의 레벨 변화가 나타나지 않는다. 연소 사이클 (= 실화 없음) 및 모터식 사이클 (= 실화) 에 대한 계산된 온도 지수 사이의 비교가 도 3 에 도시되어 있다.
도 3 에서 볼 수 있듯이, 연소가 일어났어야 함에도 온도 지수 기록의 레벨이 변하지 않는다는 사실은, 실화를 나타내는 것으로 해석되어야 한다. 연소 상사점 (TDC) 에 이미 근접한 실화 이벤트를 검출하는 것이 가능하다는 것에 주목해야 한다. TDC 에 근접하다는 것은 TDC 후 120 도의 범위 내, 바람직하게는 100 도의 범위 내, 더 바람직하게는 75 도의 범위 내에서 검출 또는 결정이 이루어질 수 있음을 의미한다.
다음으로, 밸브 타이밍 추정을 위한 온도 지수의 사용이 설명될 것이다. 도 2 의 온도 지수 신호 기록으로부터 알 수 있듯이, 온도 지수의 레벨은 압축 중에 (연소 전에) 그리고 팽창 중에 (연소 후에) 일정하다. 온도 지수 기록의 초기 부분 (-360 내지 -200 도의 크랭크각) 을 검사하면, 상승하는 온도 지수로부터 일정한 온도 지수로의 상태 변화가 존재함이 분명하다. 연소 사이클의 이러한 특정 간격에서 연소가 일어나지 않으므로, 상태 변화는 입구 밸브 폐쇄에 기인하는 것 같다. 그러므로, 초기 실화 검출에 사용되는 것처럼 동일한 온도 지수를 사용하여, 밸브 타이밍 추정이 획득될 수 있다. 도 5 에는, 전형적인 기관 사이클에 대한 온도 지수의 신호 기록이 추정된 입구 밸브 타이밍과 함께 도시되어 있다.
더 나아가, 배기 밸브 타이밍도 유사한 기술을 사용하여 추정될 수 있다.
온도 지수의 평가에 의해 획득될 수 있는 정보는 입구 밸브 및/또는 배기 밸브의 상태에 대한 상관된 정보를 또한 제공할 수도 있다. 예컨대, 이 정보는 입구 밸브 및/또는 배기 밸브의 임의의 고장에 대한 정보를 제공할 수도 있다. 환언하면, 계산된 온도 지수의 사용은 피드백 제어된 입구 및 출구 밸브의 누락이 발생할 수도 있다. 따라서, 단일 제어된 밸브가 입구 및 출구 밸브로서 사용될 수 있는 반면, 밸브의 개폐 상태에 관한 정보는 도 5 에서 볼 수 있는 것처럼 온도 지수-크랭크각 곡선을 해석함으로써 획득될 수 있다.
임의의 기관 제어에 유리하게 사용될 수 있는 입구 및 출구 밸브의 개폐 상태에 관한 부가적인 정보 외에, 실화 검출을 갖는 기관 제어는 이러한 정보의 이점을 또한 취할 수 있다. 즉, 현재의 사이클에서 사이클의 초기에, 예컨대 의도된 연소 (TDC) 후 첫 100 도 크랭크각 내에서 실화가 검출되는 경우, 기관 제어는 여전히 후속 사이클에서 실화가 발생하지 않도록 조치를 취하기에 충분한 시간을 갖는다. 전자 제어 유닛은 실화 사이클 동안에 입구 밸브 및/또는 출구 밸브를 폐쇄 상태로 유지하여, 후속 사이클에서 연소를 달성하기 위해 조정이 행해질 수 있도록 후속 사이클을 위해 기본적으로 동일한 공기-연료 혼합물이 해당 실린더에 존재하도록 할 수 있다. 이러한 조정은 후속 사이클을 위해 부가적으로 분사되는 연료 분사량이 이전의 실화 사이클의 비연소된 공기-연료 혼합물에 분사되는 것을 포함할 수도 있다. 이는, 이전의 실화 사이클의 비연소된 공기-연료 혼합물이 통상적으로 배기되고 완전히 새로운 (조정된) 공기-연료 혼합물이 이전의 사이클에서 실화가 일어난 실린더 내로 분사되는 기관 제어에 비해, 기관 효율을 향상시킨다.

Claims (10)

  1. 실린더내 압력 검출을 위한 적어도 하나의 압력 센서 및 전자 제어 유닛을 갖는 내연 기관의 실화를 검출하는데 사용되는 기관 제어 방법으로서,
    실린더내 압력을 검출하는 단계;
    기관 크랭크 위치를 결정하는 단계;
    상기 전자 제어 유닛에 의해 이상 기체 법칙을 통해, 측정된 기관 위치의 함수로서, 측정된 실린더내 압력 및 실린더 체적에 기초하여 온도 지수를 계산하는 단계; 및
    상기 내연 기관의 현재의 팽창 행정 내에서 계산된 온도 지수로부터 상기 현재의 팽창 행정에서 연소 이벤트가 발생하는지의 여부를 결정하는 단계
    를 포함하는, 기관 제어 방법.
  2. 실화를 검출하기 위한 기관 제어 방법으로서,
    실린더내 압력을 검출하는 단계;
    기관 위치를 결정하는 단계; 및
    연소가 개시되어야 하는 해당 실린더의 상사점 위치 후 상당한 온도 상승이, 계산된 온도 지수에 기초하여 추정되지 않는다면, 팽창 행정에서 실화를 결정하는 단계
    를 포함하는, 기관 제어 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상당한 온도 상승이 실린더 내의 단열 온도 상승과 명확하게 구별될 수 있는 것을 특징으로 하는, 기관 제어 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    다음 사이클 분사 명령 전에 실화를 방지하기 위한 복수의 카운터액션들 (counteractions) 중 적어도 하나를 취하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 기관 제어 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 카운터액션들은 연소 타이밍 또는 스파크 타이밍의 조정, 및/또는 파일럿 분사 타이밍 및/또는 주 연료 분사 타이밍의 조정, 연료 분사량 및/또는 연료 분사 지속기간의 조정, 및/또는 밸브 타이밍을 포함하는 것을 특징으로 하는, 기관 제어 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    현재의 팽창 행정에서 실화가 일어나는지의 여부를 결정하는 것은, 적절한 기관 제어를 보장하기 위해, 해당 실린더의 상사점으로부터 상사점 또는 연소 후 약 120 도에 놓이는 데드 라인까지의 각도 범위 내에서, 바람직하게는 해당 실린더의 상사점으로부터 상사점 후 80 도까지의 범위 내에서, 더 바람직하게는 해당 실린더의 상사점으로부터 상사점 후 50 도까지의 범위 내에서 행해지는 것을 특징으로 하는, 기관 제어 방법.
  7. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    현재의 팽창 행정에서 실화가 검출되는 경우, 기관 제어는 연료 분사량을 보정함으로써 다음 사이클에서 연소를 획득하려 하는 것을 특징으로 하는, 기관 제어 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 기관 제어는 다음 팽창 행정까지 가스 교환 밸브를 폐쇄 상태로 유지하고, 실화가 검출된 개별 실린더 내의 공연비를 적절하게 보정하는 것을 특징으로 하는, 기관 제어 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 기관 제어는 실린더로부터 미연소 공기 연료 혼합물을 배출하고 다음 연소 이벤트를 위해 상기 실린더에 조정된 공기 연료 혼합물을 충전하는 것을 특징으로 하는, 기관 제어 방법.
  10. 실화 검출을 위한 기관 제어 장치로서,
    적어도 하나의 실린더를 갖는 기관;
    기관 크랭크 위치 결정 수단;
    상기 기관의 상기 적어도 하나의 실린더 내의 실린더내 압력을 감지할 수 있는 압력 센서; 및
    전자 제어 유닛을 포함하고,
    상기 전자 제어 유닛은 상기 실린더내 압력 및 기관 크랭크 위치로부터 상기 전자 제어 유닛에 의해 계산된 온도 지수에 기초하여 현재의 팽창 행정 내에서 실화를 결정할 수 있어서, 상기 전자 제어 유닛은 다음 사이클에서 실화를 방지할 수 있는, 기관 제어 장치.
KR1020187012518A 2015-11-05 2015-11-05 기관 제어 방법 및 기관 제어 장치 KR20180093883A (ko)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2015/075793 WO2017076450A1 (en) 2015-11-05 2015-11-05 Engine control method and engine control device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20180093883A true KR20180093883A (ko) 2018-08-22

Family

ID=54478747

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020187012518A KR20180093883A (ko) 2015-11-05 2015-11-05 기관 제어 방법 및 기관 제어 장치

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP3371436A1 (ko)
KR (1) KR20180093883A (ko)
CN (1) CN108350817A (ko)
WO (1) WO2017076450A1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017218211A1 (en) * 2016-06-15 2017-12-21 Cummins Inc. Selective fuel on time and combustion centroid modulation to compensate for injection nozzle cavitation and maintain engine power output and emissions for large bore high-speed diesel engine
KR101891477B1 (ko) * 2018-04-23 2018-09-28 정균식 대형 저속 엔진의 연소분석장치 및 이를 이용한 엔진의 연소상태 판단방법
GB2576025A (en) * 2018-08-01 2020-02-05 Comb Order Ltd Synchronous real time dynamometer
CN109187033B (zh) * 2018-10-19 2020-12-18 安庆中船柴油机有限公司 一种凸轮上止点的获取方法及装置
CN114352419B (zh) * 2022-01-25 2023-05-23 潍柴动力股份有限公司 一种车辆排放控制方法及车辆

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4126782C2 (de) * 1990-08-13 2001-02-15 Mitsubishi Electric Corp Gerät und Verfahren zur Erfassung von Fehlzündungen bei einem Verbrennungsmotor
US20040107945A1 (en) * 2002-12-09 2004-06-10 Yeo Kok Seng Engine control method responsive to cylinder misfire detection
JP4096835B2 (ja) * 2003-08-06 2008-06-04 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置および内燃機関の失火判定方法
JP2005054753A (ja) * 2003-08-07 2005-03-03 Toyota Motor Corp 内燃機関の燃料噴射制御装置
FR2900974B1 (fr) * 2006-05-15 2008-08-08 Renault Sas Procede de detection d'une perte de combustion et application a la commande d'un moteur a taux de compression variable (vcr)
FR2904044B1 (fr) * 2006-07-21 2011-02-11 Renault Sas Procede de commande d'un moteur comprenant une etape amelioree de detection du debut d'une combustion.
FR2909413B1 (fr) * 2006-12-01 2013-04-26 Renault Sas Procede d'estimation et de reglage du debit de la combustion

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017076450A1 (en) 2017-05-11
EP3371436A1 (en) 2018-09-12
CN108350817A (zh) 2018-07-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6276319B2 (en) Method for evaluating the march of pressure in a combustion chamber
KR20180093883A (ko) 기관 제어 방법 및 기관 제어 장치
US6598468B2 (en) Apparatus and methods for determining start of combustion for an internal combustion engine
US5392642A (en) System for detection of low power in at least one cylinder of a multi-cylinder engine
JP4036138B2 (ja) 火花点火式内燃機関の燃焼制御装置
US8359909B2 (en) Abnormal combustion detection method for internal-combustion engines from several combustion indicators
JPH0750099B2 (ja) 内燃機関の燃料性状検出装置
JPH0623666B2 (ja) エンジン排気背圧の測定方法及び測定装置
JPH04365958A (ja) 内燃機関用失火検出装置
US6332352B1 (en) Engine torque-detecting method and an apparatus therefor
Corti et al. Transient spark advance calibration approach
JP2019190464A (ja) 大型低速エンジンの燃焼分析装置及びこれを利用したエンジンの燃焼状態判断方法
EP2843218A2 (en) Position based air/fuel ratio calculation in an internal combustion engine
Mittal et al. Fast mass-fraction-burned calculation using the net pressure method for real-time applications
JPH05125989A (ja) 動作行程識別方法および識別装置
EP1541846A1 (en) Engine controller
KR101917047B1 (ko) 불꽃 점화 내연 기관에서 자동-점화를 검출하기 위한 방법 및 디바이스
CA2029070A1 (en) Method and means for determining air mass in a crankcase scavenged two-stroke engine
US5503007A (en) Misfire detection method and apparatus therefor
JP5246144B2 (ja) 内燃機関の吸入空気量算出装置、内燃機関の制御装置
EP0709663B1 (en) Misfire detection by accelerations in one cycle
JP2527798B2 (ja) 内燃機関の燃焼状態検出装置
JP4385323B2 (ja) 内燃機関の制御装置および制御方法
Kramer et al. Experimental determination of the oxygen concentration in the start cylinder of a direct started engine
Thor et al. Estimation of combustion phasing using the combustion net torque method

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application