KR20180101578A - 내연기관에서 공기 질량을 결정하기 위한 방법 - Google Patents

내연기관에서 공기 질량을 결정하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내연기관의 흡입관에 배열된 공기 질량 유량계를 가지는 내연기관에서 보정된 공기 질량 유량값을 결정하기 위한 방법에 관한 것이다. 방법은 적어도 흡입관에 공기 질량 유량이 여전히 없는 적어도 제1 시간에 내연기관의 냉간 시동 조건을 결정하는 단계, 적어도 하나의 제1 시간에 공기 질량 유량계에 의해 적어도 하나의 기준 신호를 생성하는 단계, 및 공기 질량 유량계의 적어도 하나의 기준 신호로부터 적어도 하나의 공기 질량 유량 오프셋을 확인하는 단계를 더 포함한다. 본 발명에 따른 방법은, 적어도 하나의 제1 시간과 같지 않고 내연기관의 작동 기간에 놓인 적어도 제2 시간에 공기 질량 유량계에 의해 측정 신호를 생성하는 단계, 공기 질량 유량계의 측정 신호로부터의 공기 질량 유량값을 확인하는 단계, 및 적어도 하나의 공기 질량 유량 오프셋 및 공기 질량 유량값으로부터 보정된 공기 질량 유량값을 확인하는 단계를 또한 포함한다.

Description

내연기관에서 공기 질량을 결정하기 위한 방법
본 발명은 내연기관에서 공급된 공기 질량(air mass)을 결정하기 위한 방법에 관한 것으로, 특히 내연기관에서 결정된 공기 질량에서의 에러를 보정하기 위한 방법에 관한 것이다.
공기 질량계(air mass meter)는 내연기관의 실린더에서 흡인되어 실린더로 공급된 공기의 질량을 결정하도록 내연기관에 사용된다. 통상적으로, 공기 질량계는 터보 과급기와 입구 라인에서 상류에 배열된 공기 필터 사이에 위치된다. 공기 질량계는 예를 들어 "온도 차이 방법"을 사용하여 공기 질량을 결정할 수 있다. 또한, 가열 디바이스에 의해 공기 질량계의 영역의 온도를 가능한 일정하게 유지하고 가열 디바이스의 공급 전압 및 측정된 온도로부터 공기 질량 유량을 결정하는 것에 기초한 공기 질량계가 공지되어 있다. 공기 질량계를 작동시키기 위한 다른 방법은 열선 풍속계(hot wire anemometer) 또는 초음파 전파 시간 측정에 의한 측정이다.
작동 과정에서, 공기 질량계는 현재 공기 질량 유량에 더 이상 완전히 일치하지 않는 신호를 출력할 수 있다. 이러한 결함성 신호는 작동에서 시간이 증가함에 따라서 증가할 수 있으며, 더 이상 최적이 아닌 내연기관의 제어, 특히 배기 가스 재순환의 제어로 이어진다.
본 발명의 목적은 내연기관에서 현재 공기 질량을 가능한 정확하게 결정할 수 있는, 내연기관에서의 현재 공기 질량을 결정하는 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 독립항 제1항의 특징부에 의해 달성된다. 유익한 구성은 종속항들에서 명시된다.
본 발명은 내연기관의 냉간 시동의 경우에, 즉 입구 라인에서 공기 질량 유량이 없는 시간에, 공기 질량계에 의한 측정을 수행하고, 공기 질량계에 의해 공급된 이러한 기준 신호를 대응하는 공기 질량 유량 오프셋(air mass flow offset)으로 변환하는 개념에 기초한다. 예를 들어, 결함성 공기 질량계는 냉간 시동 측정 시간에 낮은 공기 질량 유량값을 나타내는 신호를 생성한다. 그러나, 본 발명에 따른 방법에 따라서, 결정된 공기 질량 유량 오프셋이 고려될 수 있고, 내연기관의 작동 동안 공기 질량계에 의해 연속적으로 검출되는 공기 질량 유량값에서 대응하여 보정될 수 있다. 보다 정확하도록, 냉간 시동의 경우에 공기 질량계에 의해 공급되는 공기 질량 유량 오프셋은 결정된 추가의 공기 질량값의 경우에 보정을 위해 사용될 수 있다.
내연기관의 흡입관(intake tract)에 배열된 공기 질량계를 가지는 내연기관의 보정된 공기 질량 유량값을 결정하기 위한 본 발명에 따른 방법은, 흡입관에서 공기 질량 유량이 여전히 없는 적어도 하나의 제1 시간에 내연기관의 냉간 시동 조건을 결정하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따른 방법은 적어도 하나의 제1 시간에 공기 질량계에 의해 적어도 하나의 기준 신호를 생성하는 단계, 및 공기 질량계의 적어도 하나의 기준 신호로부터 적어도 하나의 공기 질량 유량 오프셋을 결정하는 단계를 더 포함한다. 또한, 본 발명에 따른 방법은, 적어도 하나의 제1 시간과 같지 않고 내연기관의 작동 기간에 있는 적어도 하나의 제2 시간에 공기 질량계에 의해 측정 신호를 생성하는 단계, 공기 질량계의 측정 신호에 기초하여 공기 질량 유량값을 결정하는 단계, 및 적어도 하나의 공기 질량 유량 오프셋 및 공기 질량 유량값으로부터 보정된 공기 질량 유량값을 결정하는 단계를 포함한다.
적어도 하나의 제1 시간은 바람직하게 내연기관의 냉간 시동 직전이다. 예를 들어, 적어도 하나의 제1 시간은 내연기관의 점화의 활성화와 내연기관의 시동의 시작 사이의 시간 간격 내에 있다. 즉, 공기 질량계의 기준 신호는 내연기관의 시동 직전에 전달된다. 이러한 제1 시간에, 내연기관의 흡기관에 공기 질량 유량이 없고, 결과적으로 공기 질량 유량값은 0이라고 가정한다.
공기 질량계의 신호로부터 공기 질량 유량값의 결정은 공기 질량계의 사전 결정된 특성 곡선을 사용하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 사전 결정된 특성 맵은 예를 들어 신호가 공기 질량 유량에 대해 도표화되는(plotted) 다이어그램의 형태로 공기 질량계에 저장된다. 이러한 신호 특성은 바람직하게 적어도 부분적으로 비선형적이다. 예를 들어, 신호 특성은 루트 함수(root function)와 실질적으로 유사하다.
유익한 실시예에서, 본 명세서에 개시된 방법은 적어도 하나의 공기 질량 유량 오프셋으로부터 공기 질량 유량 보정값을 결정하는 단계를 더 포함한다. 평균 공기 질량 유량 오프셋은 예를 들어 바람직하게 상이한 제1 시간들에 결정된 복수의 공기 질량 유량 오프셋으로부터 공기 질량 유량 보정값으로서 결정된다. 예를 들어, 공기 질량 유량 보정값은 복수의 공기 질량 유량 오프셋의 산술 평균(arithmetic mean)이다.
본 명세서에 개시된 방법의 다른 바람직한 실시예에 따라서, 보정된 공기 질량 유량값은 공기 질량 유량값으로부터 공기 질량 유량 보정값을 감산하는 것에 의해 결정된다. 이러한 감산에 기초하여, 공기 질량계에 의해 결정된 신호 및 이로부터 계산된 공기 질량 유량값은, 제1 시간에 존재하는 공기 질량 유량 에러가 고려되고 내연기관의 작동 동안 공기 질량 유량계의 신호의 평가에 통합되도록 보정된다. 결과적으로, 실제 공기 질량 유량값은 더욱 큰 정확성으로 결정될 수 있으며, 이러한 것은 내연기관의 제어, 특히 배기 가스 재순환의 제어를 더욱 개선할 수 있다.
내연기관의 보정된 공기 질량 유량값을 결정하기 위한 바람직한 방법에서, 공기 질량 유량 보정값의 사전 결정된 비율만이 공기 질량 유량값으로부터 감산된다. 완전한 질량 유량 보정값의 감산에서, 에러의 과잉 보상(overcompensation)이 있다. 이러한 이유 때문에, 공기 질량 유량 보정값의 사전 결정된 비율이 약 50% 내지 약 99%의 범위, 특히 약 70% 내지 약 95%의 범위에 있으면 유익하다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 공기 질량 유량 보정값의 사전 결정된 비율은 공기 질량계의 감도 및/또는 미가공 특성 곡선(raw characteristic curve)에 의존한다. 예시적인 실시예에서, 공기 질량계의 교정에 이어서, 각각의 공기 질량계에 대한 교정에 의존하여 관련 사전 결정된 비율(백분율로)을 나타낼 수 있는 내연기관의 제어를 위한 대응 프로토콜의 생성이 이어질 수 있다.
내연기관의 냉간 시동 조건의 결정은 바람직하게 내연기관의 점화가 활성화되었다고 결정하는 단계를 포함한다. 부가적으로 또는 대안으로서, 내연기관의 냉간 시동 조건의 결정은 내연기관의 속도가 0이라고 결정하는 단계, 및/또는 내연기관의 온도(예를 들어, 내연기관의 오일 또는 물 온도)가 사전 결정된 임계 온도 아래라고 결정하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 내연기관의 오일 온도가 주위 공기 온도 부근(예를 들어, ± 10℃)의 범위 내에 또는 부근에 있으면, 내연기관의 냉간 시동 조건이 결정될 수 있다.
본 명세서의 문맥에서, "공기 질량 유량값"이라는 표현은 예를 들어 단위 [kg/h]를 사용하여 흡입관에서의 현재 공기 질량 유량을 나타내는 값을 나타낸다. 또한, "공기 질량 유량 오프셋"이라는 표현은 내연기관의 작동 기간 동안 결정된 공기 질량 유량값을 결정할 때 고려되는 내연기관의 냉간 시동 전에 결정된 공기 질량 유량값을 나타낸다. 즉, 공기 질량 유량 오프셋은 공기 질량 유량이 없을 때 공기 질량계의 보정값 또는 교정값을 나타낸다. 공기 질량계가 생성하는 본 명세서에서 설명된 측정 신호 및 기준 신호는 별도의 제어 유닛, 예를 들어, 내연기관의 제어 유닛에 의해 대응 공기 질량 유량값으로 변환되는 신호이다. 예를 들어, 공기 질량계의 측정 신호 및 기준 신호는 "SENT"(Single Edge Nibble Transmission) 신호를 형성한다.
본 발명에 따른 방법의 다른 특징 및 실시예는 아래의 단일 도면을 참조하여 알 수 있다. 도 1은 내연기관의 예시적인 공기 질량 유량이 시간에 대해 도표화되는 다이어그램을 예시로서 도시한다.
도 1은 예시로서 내연기관(도시되지 않음)의 3개의 작동 기간(10, 20, 30)을 도시하는 도면이다. 3개의 작동 기간(10, 20, 30) 동안, 상이한 공기 질량 유량, 및 결과적으로 내연기관 내의 상이한 공기 질량 유량값이 일어난다.
제1 작동 기간(10)은 내연기관의 속도가 여전히 0인 시간(t01)과 내연기관의 속도가 다시 0인 시간(t10) 사이의 시간 간격을 나타낸다. 유사한 방식으로, 제2 및 제3 작동 기간(20, 30)은 시간(t02 및 t20) 사이 또는 시간(t03 및 t30) 사이의 시간 간격을 나타낸다.
제1 시간(t11)에, 내연기관의 냉간 시동 조건이 검출된다. 예를 들어, 내연기관의 점화가 활성화되었고, 그러므로 이러한 제1 시간(t11)에서, 내연기관의 흡입관에 배열된 공기 질량계(도시되지 않음)에서 흐름이 지금 존재한다고 결정된다. 공기 질량계는 내연기관의 흡입관에서 현재 공기 질량 유량을 나타내는 신호를 생성하도록 설계된다. 예를 들어, 제1 시간(t11)은 내연기관이 시동되는 시간(t01)의 약 200㎳ 전이다.
결과적으로, 제1 기준 신호는 제1 시간(t11)에서 공기 질량계에 의해 생성되고, 예를 들어 내연기관 컨트롤러에 이용 가능하게 만들어진다. 제1 시간(t11)에서 생성된 제1 기준 신호로부터, 내연기관 컨트롤러는 제1 공기 질량 유량 오프셋을 생성할 수 있다. 제1 공기 질량 유량 오프셋은 공기 질량계에 의해 부정확하게 표시된 공기 질량값을 나타내는 공기 질량 유량값이다. 공기 질량 유량 오프셋은 통상적으로 단위 [kg/h]로 표시된다.
제1 작동 기간(10) 동안, 공기 질량계는 내연기관의 흡입관 내의 현재 공기 질량 유량을 각각 나타내는 측정 신호를 연속적으로 생성한다. 예를 들어, 제1 시간(t11)과 같지 않고 제1 작동 기간(10)에 있는 제2 시간(t21)에, 공기 질량계는 내연기관의 컨트롤러에 이용 가능하게 만들어지는 측정 신호를 생성한다. 공기 질량계의 이러한 측정 신호로부터, 컨트롤러는 대응 공기 질량 유량값을 결정한다.
컨트롤러는 그런 다음 제2 시간(t21) 동안 이전에 결정된 제1 공기 질량 유량 오프셋 및 결정된 현재 공기 질량값을 사용하여 보정된 공기 질량 유량값을 결정할 수 있다. 이러한 것은, 예를 들어, 현재 공기 질량 유량값으로부터 제1 공기 질량 유량 오프셋을 감산하는 것에 의해 달성된다.
내연기관이 스위치 오프된 후에, 방법은 추가의 제1 시간(t12)에 내연기관의 다른 냉간 시동 직전에 새로운 기준 신호를 생성할 수 있으며, 이로부터 내연기관 컨트롤러는 제2 공기 질량 유량 오프셋을 결정할 수 있다. 추가의 제1 시간(t12)은 또한 시간(t02)에서 제2 작동 기간(20)의 내연기관의 냉간 시동 직전, 예를 들어 시간(t02)의 200㎳ 전이다. 제2 작동 기간(20) 동안, 컨트롤러는 추가의 제2 시간(t22)에, 제2 공기 질량 유량 오프셋을 고려하여 보정된 공기 질량 유량값을 연속적으로 결정할 수 있다.
방법은 내연기관의 제3 작동 기간(30) 동안 유사한 방식으로 진행될 수 있으며, 제3 공기 질량 유량 오프셋을 결정하는 제3 기준 신호는 추가의 제1 시간(t13)에 공기 질량계에 의해 생성된다. 보정된 공기 질량 유량 오프셋은 그런 다음 제3 공기 질량 유량 오프셋을 고려하여 추가의 제2 시간(t23)에 결정될 수 있다.
고려되는 방법은, 바람직하게 3개의 제1 시간(t11, t12, t13)에 결정된 3개의 공기 질량 질량 오프셋으로부터 공기 질량 유량 보정값을 결정하고, 각각의 공기 질량 유량 오프셋 대신에, 각각의 작동 사이클(10, 20, 30)에서 이러한 공기 질량 유량 보정값을 사용하고, 제2 시간(t21, t22, t23)에 보정된 공기 질량 유량값을 결정하도록 설계된다.
다른 실시예에서, 전체 공기 질량 유량 오프셋, 즉 각각의 공기 질량 유량 오프셋의 100%는 각각의 경우에 제2 시간(t21, t22, t23)에 보정된 공기 질량 유량값을 결정하는데 사용될 수 있다. 그러나, 이러한 것은 각각의 경우에 에러의 과잉 보상으로 이어질 수 있다. 이러한 이유 때문에, 각각의 결정된 공기 질량 유량 오프셋 중 사전 결정된 비율만이 보정된 공기 질량 유량값을 결정시에 고려되는, 예를 들어 감산되는 것이 바람직하다. 사전 결정된 비율은 예를 들어 각각의 공기 질량 유량 오프셋의 약 80%이다.
동일한 방식으로, 방법은 보정된 공기 질량 유량값을 결정할 때 복수의 공기 질량 유량 오프셋으로부터 결정된 공기 질량 유량 보정값의 비율, 예를 들어 약 90%만을 고려하도록 설계될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 또 다른 바람직한 실시예에서, 결정된 공기 질량 유량 오프셋은, 결정된 공기 질량 유량 오프셋이 결정된 공기 질량 유량 보정값으로부터 사전 결정된 값만큼, 예를 들어 50%보다 많이 벗어나면, 이러한 결정된 공기 질량 유량 오프셋이 공기 질량 유량 보정값의 연속적인 결정으로 통합되지 않는 방식으로 평가될 수 있다. 결과적으로, 이러한 종류의 벗어난 공기 질량 유량 오프셋은 저장되지 않는다. 예를 들어, 복수의 공기 질량 유량 오프셋으로부터 결정된 공기 질량 유량 보정값이 약 5 kg/h이지만, 결정된 새로운 공기 질량 유량 오프셋이 약 8 kg/h이면, 방법은 공기 질량 유량 보정값을 결정하기 위해 연속적인 평균화에서 이러한 벗어난 공기 질량 유량 오프셋을 통합하지 않도록 설계될 수 있다.

Claims (11)

  1. 내연기관의 흡입관에 배열된 공기 질량계(air mass meter)를 가지는 상기 내연기관에서 보정된 공기 질량 유량값을 결정하기 위한 방법으로서,
    - 상기 흡입관에서 공기 질량 유량이 여전히 없는 적어도 하나의 제1 시간에 상기 내연기관의 냉간 시동 조건을 결정하는 단계,
    - 상기 적어도 하나의 제1 시간에 상기 공기 질량계에 의해 적어도 하나의 기준 신호를 생성하는 단계,
    - 상기 공기 질량계의 적어도 하나의 기준 신호로부터 적어도 하나의 공기 질량 유량 오프셋을 결정하는 단계,
    - 상기 적어도 하나의 제1 시간과 같지 않고 상기 내연기관의 작동 기간에 있는 적어도 하나의 제2 시간에 상기 공기 질량계에 의해 측정 신호를 생성하는 단계,
    - 상기 공기 질량계의 측정 신호로부터 공기 질량 유량값을 결정하는 단계, 및
    - 상기 적어도 하나의 공기 질량 유량 오프셋 및 상기 공기 질량 유량값으로부터 상기 보정된 공기 질량 유량값을 결정하는 단계를 포함하는, 내연기관에서 보정된 공기 질량 유량값을 결정하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 공기 질량 유량 오프셋으로부터 공기 질량 유량 보정값을 결정하는 단계를 더 포함하는, 내연기관에서 보정된 공기 질량 유량값을 결정하기 위한 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 공기 질량 유량 보정값은 복수의 제1 시간에 결정된 복수의 공기 질량 유량 오프셋으로부터 결정되는, 내연기관에서 보정된 공기 질량 유량값을 결정하기 위한 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 보정된 공기 질량 유량값은 상기 공기 질량 유량값으로부터 상기 공기 질량 유량 보정값을 감산하는 것에 의해 결정되는, 내연기관에서 보정된 공기 질량 유량값을 결정하기 위한 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 결정된 공기 질량 보정값의 사전 결정된 비율은 상기 공기 질량값으로부터 감산되는, 내연기관에서 보정된 공기 질량 유량값을 결정하기 위한 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 사전 결정된 비율은 약 50% 내지 약 99%의 범위, 특히 약 70% 내지 약 95%의 범위에 있는, 내연기관에서 보정된 공기 질량 유량값을 결정하기 위한 방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 사전 결정된 비율은 상기 측정 신호를 생성하도록 배열된 상기 공기 질량계의 감도 및/또는 미가공 특성 곡선에 의존하는, 내연기관에서 보정된 공기 질량 유량값을 결정하기 위한 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 한 항에 있어서, 상기 냉간 시동 조건을 결정하는 단계는,
    - 상기 내연기관의 점화가 활성화되었다고 결정하는 단계, 및/또는
    - 상기 내연기관의 속도가 0이라고 결정하는 단계, 및/또는
    - 상기 내연기관의 온도가 사전 결정된 임계 온도 아래라고 결정하는 단계, 및/또는
    - 상기 내연기관의 온도가 주위 공기 온도 부근의 사전 결정된 범위에 있다고 결정하는 단계를 포함하는, 내연기관에서 보정된 공기 질량 유량값을 결정하기 위한 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 공기 질량 유량 오프셋의 결정 및/또는 상기 공기 질량값의 결정은 상기 공기 질량계의 사전 결정된 특성 곡선에 기초하는, 내연기관에서 보정된 공기 질량 유량값을 결정하기 위한 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 공기 질량계의 사전 결정된 특성 곡선은 적어도 부분적으로 비선형적인, 내연기관에서 보정된 공기 질량 유량값을 결정하기 위한 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 결정된 공기 질량 유량 오프셋이 상기 결정된 공기 질량 유량 보정값으로부터 사전 결정된 값만큼 벗어나면, 이러한 결정된 공기 질량 유량 오프셋은 상기 공기 질량 유량 보정값을 결정할 때 고려되는, 내연기관에서 보정된 공기 질량 유량값을 결정하기 위한 방법.
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