KR20190015759A - 내연기관 작동과 관련된 연료량을 제어하는 시스템 및 제어 방법 - Google Patents

내연기관 작동과 관련된 연료량을 제어하는 시스템 및 제어 방법 Download PDF

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수산나 야콥슨
안드레아스 구스타브슨
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스카니아 씨브이 악티에볼라그
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Abstract

본 발명은 맵 함수를 사용하여 엔진 작동 조건들과 엔진 과급 압력에 기초하는 내연기관 작동과 관련된 연료량을 제어하는 방법에 관한 것이다. 엔진 작동 조건은 엔진 속도와 주위 공기 압력을 포함한다. 본 방법은 낮은 및/또는 음의 엔진 과급 압력에서, 운전성을 고려하여 배기가스 매연 한계에 기초하는 가용 토크를 결정할 수 있도록 하기 위해 토크 값들을 명시하는 맵 함수를 사용하는 단계; 및 손실 및 연소 효율을 감안하여 상기 결정된 가용 토크에 기초하는 최대 허용 가능 연료량을 결정하는 단계를 포함한다.

Description

내연기관 작동과 관련된 연료량을 제어하는 시스템 및 제어 방법
본 발명은 엔진 과급 압력(boost pressure) 및 엔진 작동 조건에 기초하는 청구항 제1항의 전제부에 따른 내연기관 작동과 관련된 연료량을 제어하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 엔진 과급 압력 및 엔진 작동 조건에 기초하는 내연기관 작동과 관련된 연료량을 제어하는 시스템에도 관한 것이다. 본 발명은 또한 차량에도 관한 것이다. 본 발명은 또한 컴퓨터 프로그램 및 컴퓨터 프로그램 제품에도 관한 것이다.
예컨대 엔진의 회전수와 필요한 부하를 포함하는 특정 파라미터들에 기초하여 내연기관의 엔진이 작동하는 중에 연소실 내로 분사되어야 하는 연료량이 결정된다. 과잉의 연료가 분사되면 그을음이 생성되고 미연소 성분들이 증가되어서 매연 한계를 초과하게 된다. 이에 따라 매연 한계를 초과하지 않으면서 우수한 운행성을 위한 충분한 양의 연료가 제공되도록 내연기관의 작동과 관련된 연료량을 제어하는 것이 요망된다.
초기에 낮은 과급 압력으로 회전하는 엔진 속도로부터 요구되는 토크를 포함하는 엔진 작동과 관련하여, 맵 함수에는 엔진에서 나오는 매연을 허용 가능한 양을 초과하여 배출/방출하지 않으면서 승인 가능한 운전성을 위해 분사되어야 하는 최대 허용 연료량이 기재되어 있다. 이러한 맵 함수는 엔진 속도에 따라 연료량을 언급하는 것이 일반적이며, 주위 압력 및 과급 압력과 관련된다. 스로틀 밸브를 구비하는 엔진에서, 스로틀 밸브가 사용될 때 운전성과 배출되는 매연 사이에 인정될 수 있는 양립되는 양을 얻는 것이 어려울 수 있다. 스로틀 밸브가 사용될 때 즉 스로틀링 하는 중에, 매연 한계를 초과하지 않으면서 승인 가능한 운전성을 확보하기 위해, 낮은 초기 연료량을 제공하는 제2 맵 함수로의 전환이 실시되며, 스로틀 밸브가 분리될 때, 통상의 맵 함수로의 재전환이 수행된다.
이러한 해법이 안고 있는 문제는 2개의 별개의 맵 함수들의 교정(calibration)과 맵 함수들 사이의 전환/램핑에 필요한 시간을 최적화하기가 어렵다는 것이다. 또한, 예컨대 작동 조건과 주변 조건에 따라 운전성과 매연 배출에 영향을 줄 수 있는 마찰 손실, 냉각 손실 및 펌프 손실이 고려되지 않는다.
EP1479899호는 배출되는 매연이 허용 한계 내에 유지되는 동시에 연료량을 최적화하기 위한 방법을 개시하고 있다. 온도 의존 맵 함수가 사용된다.
그러나 내연기관의 작동 특히 낮은 과급 압력과 음의 과급 압력과 관련하여 연료량의 제어를 개선시킬 필요가 여전히 존재한다.
본 발명의 목적은 엔진 과급 압력과 엔진 작동 조건에 기초하여 내연기관의 작동과 관련된 연료량의 개선된 제어 방법을 제공하는 것으로, 개선된 제어 방법은 과급 압력이 낮고 음인 상태에서 연료량을 더욱 효과적으로 교정할 수 있게 함으로써, 매연 한계를 초과하지 않으면서도 운전성을 최적화할 수 있게 한다.
본 발명의 다른 목적은 엔진 과급 압력과 엔진 작동 조건에 기초하여 내연기관의 작동과 관련된 연료량의 개선된 제어 시스템을 제공하는 것으로, 개선된 제어 시스템은 과급 압력이 낮고 음인 상태에서 연료량을 더욱 효과적으로 교정할 수 있게 함으로써, 매연 한계를 초과하지 않으면서도 운전성을 최적화할 수 있게 한다.
아래의 발명의 설명으로부터 자명해지는 이들 목적 및 다른 목적은, 첨부된 독립 청구항들에 기재되어 있는, 방법, 시스템, 차량, 컴퓨터 프로그램 및 컴퓨터 프로그램 제품에 의해 달성된다. 본 발명 방법 및 본 발명 시스템의 바람직한 실시형태들이 첨부된 종속 청구항들에 정의되어 있다.
좀 더 상세하게는, 본 발명의 목적은 맵 함수를 사용하여 엔진 작동 조건들과 엔진 과급 압력에 기초하는 내연기관 작동과 관련된 연료량을 제어하는 방법에 의해 달성된다. 엔진 작동 조건들은 엔진 속도와 주위 공기 압력을 포함한다. 이 방법은, 낮은 및/또는 음의 엔진 과급 압력에서, 운전성을 고려하여 배기가스 매연 한계에 기초하는 가용 토크를 결정할 수 있도록 하기 위해 토크 값들을 명시하는 맵 함수를 사용하는 단계; 및 손실 및 연소 효율을 감안하여 상기 결정된 가용 토크에 기초하는 최대 허용 가능 연료량을 결정하는 단계를 포함한다.
토크 값들을 명시하는 맵 함수는 운전성을 고려하여 배기가스 매연 한계에 기초하는 가용 토크 결정을 용이하게 하는 임의의 적당한 함수일 수 있다. 일 실시형태에 따르면, 토크 값들을 명시하는 맵 함수는 운전성을 고려하며 매연 한계를 초과하지 않도록, 다양하게 낮은 그리고 음의 엔진 과급 압력에서 그리고 다양한 엔진 속도에서 가용/허용 가능한 토크에 관한 정보를 포함한다. 일 실시형태에 따르면, 토크 값들을 명시하는 맵 함수는 엔진을 사용하여 다양하게 낮은/음의 과급 압력의 경우에 있어서 다양한 엔진 속도에서 다양한 토크들에 대한 매연 한계를 결정하기 위해 매연, 입자들, 가스상 배기물을 결정하는 단계를 포함하는 시험으로부터 얻은 다양하게 낮은 그리고 음의 엔진 과급 압력 및 다양한 엔진 속도에 대한 가용 토크에 대응하는 토크 값들의 데이터를 포함한다.
2개의 별개의 맵 함수를 교정하지 않고 이에 따라 맵 함수들 사이에 전환/램핑 시간을 최적화 할 필요가 없다는 점에서, 매연 한계를 초과하지 않으면서 운전성을 최적화하기 위한 과급 압력이 낮고 음인 상황 중에 올바른 양의 연료 확보가 더욱 효율적으로 이루어질 수 있다. 이와 같이 토크 값들을 명시하는 맵 함수를 사용함으로써, 매연 한계를 초과하지 않으면서 운전성을 최적화하기 위해 사용되는 연료량이 예를 들어 엔진 온도나 가변 손실과는 무관하게 정확해진다는 점에서, 마찰 손실, 냉각 손실 및 펌프 손실 같은 손실과 연소 효율을 고려한 연료량 결정이 용이해진다.
일 실시형태에 따르면, 본 발명은 현재 상황이 과급 압력이 낮고 및/또는 음인 상황을 구성하는지를 결정하는 단계를 포함한다. 일 실시형태에 따르면, 현재 상황이 과급 압력이 낮고 및/또는 음인 상황을 구성하는지를 결정하는 단계는 본 발명에 따른 방법을 수행하기 전에 실시된다.
현재 상황이 과급 압력이 낮고 및/또는 음인 상황을 구성하는 것으로 결정되면, 본 발명에 따른 방법 단계 즉 운전성을 고려하여 배기가스 매연 한계에 기초하는 가용 토크를 결정할 수 있도록 하기 위해 토크 값들을 명시하는 맵 함수를 사용하는 단계; 및　 손실 및 연소 효율을 감안하여 상기 결정된 가용 토크에 기초하는 최대 허용 가능 연료량을 결정하는 단계가 적용된다.
현재 상황이 과급 압력이 낮거나 음이 아닌 상황을 구성하는 것으로 결정되면, 즉 엔진이 자연적으로 흡인되지 않는 것으로 결정되어서 과급 압력이 특정 압력 레벨을 상회하는 것으로 결정되면, 연료량은 예를 들어 람다 값 즉 공기/연료 관계에 기초하여 필요한 연료량을 결정하는 단계를 포함하는 임의의 적당한 방식으로 결정될 수 있다. 여기서, 과급 압력과 주위 압력은 초기 파라미터로 사용될 수 있다.
현재 상황이 과급 압력이 낮고 및/또는 음인 상황을 구성하는 것인지 여부를 결정하는 단계는 엔진이 공회전 속도로 작동하는 지를 결정하는 단계를 포함한다.
현재 상황이 과급 압력이 낮고 및/또는 음인 상황을 구성하는 것인지 여부를 결정하는 단계는 엔진이 모터에 의해 작동하는 지를 결정하는 단계를 포함한다.
현재 상황이 과급 압력이 낮고 및/또는 음인 상황을 구성하는 것인지 여부를 결정하는 단계는 과급 압력을 검출하는 단계를 포함한다.
현재 상황이 과급 압력이 낮고 및/또는 음인 상황을 구성하는 것인지 여부를 결정하는 단계는 스로틀 기능이 작동하는 지를 결정하는 단계를 포함한다.
토크 값들을 명시하는 맵 함수는 엔진 속도 및 과급 압력에 기초하는 토크 값들을 명시하도록 구성되어 있다.
일 실시형태에 따르면, 본 발명 방법은 현재 엔진 과급 압력을 결정하는 단계; 현재 주위 압력을 결정하는 단계; 이렇게 결정된 압력들 중에서 최저 압력을 선택하는 단계; 및 상기 가용 토크를 결정하기 위해 상기 최저 압력을 상기 맵 함수에 공급하는 단계를 추가로 포함한다. 이에 의해, 예를 들어 고도에 의한 다양한 주위 공기 압력 및/또는 스로틀 밸브에 의한 스로틀 기능의 활성화에 의한 낮고/음인 압력을 고려함으로써, 연료량을 더욱 정확하게 결정할 수 있다.
본 방법의 일 실시형태에 따르면, 상기 작동 조건들은 엔진으로의 공기 공급을 제한하기 위해 스로틀 기능을 사용하는 것을 포함한다.
본 방법의 일 실시형태에 따르면, 상기 손실은 펌프 손실, 냉각 손실 및 마찰 손실을 포함한다.
일 실시형태에 따르면, 본 방법은 펌프 손실, 냉각 손실 및 마찰 손실과 연소 효율을 감안하여 상기 결정된 가용 토크에 기초하여 최대 허용 가능 연료량을 결정하는 단계를 포함하되, 연료량은 예를 들어 토크 값으로부터 손실과 연소 효율과 함께 이렇게 얻은 토크를 사용하는 계산 수단에 의해 얻어진다. 일 실시형태에 따르면, 본 방법은, 토크 값들을 명시하는 맵 함수 및 최대 허용 가능 연료량을 결정하기 위해 낮은/음의 과급 압력 즉 자연 흡인되는 엔진과 양의 과급 압력 모두에서 과급 압력이 양인 경우에 적당한 맵 함수를 사용하는 단계; 및 토크 값들을 명시하는 맵 함수 및 과급 압력이 양인 경우에 적당한 맵 함수에 의해 결정된 연료량을 비교하는 단계; 및 비교된 연료량들 중에서 최대 양을 선택하는 단계를 포함한다. 이렇게 함으로써, 현재 상황이 과급 압력이 낮고 및/또는 음인 상황을 구성하는지를 결정할 필요가 없다.
본 방법은 낮은 및/또는 음의 엔진 과급 압력에서, 배기가스 매연 한계에 기초하여 가용 토크를 결정하기 위해, 토크 값들을 명시하는 맵 함수를 사용하는 단계를 포함한다. 이는 상기 배기가스 매연 한계를 초과하지 않으면서 우수한 운전성을 확보하기 위한 것이다.
손실과 연소 효율을 감안하여 상기 결정된 가용 토크에 기초하여 최대로 허용 가능한 연료량을 결정하는 단계는 상기 결정된 가용 토크, 손실들 및 연소 효율에 기초하여 최대로 허용 가능한 연료량을 결정하는 단계를 포함한다.
상기 결정된 가용 토크, 손실들 및 연소 효율에 기초하여 최대로 허용 가능한 연료량을 결정하는 단계는 상기 결정된 가용 토크로부터 상기 손실들을 차감하고, 그 값을 상기 연소 효율로 나누는 단계를 포함한다.
일 실시형태에 따르면, 본 방법은 손실들을 결정하는 단계를 포함한다. 일 실시형태에 따르면, 손실들을 결정하는 단계는 테스트 셀 장치로 수행된다. 일 실시형태에 따르면, 하나 또는 그 이상의 센서는 상기 손실을 결정하기 위해, 정보를 제공하게 배치되어 있다. 테스트 셀 장치는 광범위한 상황들/조건들에서 상실 손실들을 시험하게 구성되어 있다. 이에 따라, 일 실시형태에 따르면, 손실들을 결정하기 위한 단계는 테스트 셀 장치에 의해 수행되되, 상기 센서들로부터 오는 현재 상황/조건들 및 상기 테스트 셀 장치로부터의 결과에 기초하여 현재 상황/조건들에 대한 손실들이 결정된다.
일 실시형태에 따르면, 손실들을 결정하는 단계는 냉각 손실을 결정하는 단계를 포함한다. 일 실시형태에 따르면, 냉각 손실을 결정하는 단계는 테스트 셀 장치에 의해 수행된다. 일 실시형태에 따르면, 상기 냉각 손실을 결정하기 위해, 하나 또는 그 이상의 센서들이 정보를 제공하게 배치된다. 테스트 셀 장치는 상기 냉각 손실을 결정하기 위한 기초로 넓은 온도 범위에서 시험을 수행한다. 따라서, 일 실시형태에 따르면, 냉각 손실을 결정하는 단계는 테스트 셀 장치에 의해 수행되되, 현재 상황/조건에서 냉각 손실은 상기 테스트 셀 장치로부터의 결과 및 상기 센서들로부터 오는 현재의 상황/현재의 조건에 기초하여 결정된다.
일 실시형태에 따르면, 손실들을 결정하는 단계는 마찰 손실을 결정하는 단계를 포함한다. 일 실시형태에 따르면, 마찰들 손실을 결정하는 단계는 테스트 셀 장치에 의해 수행된다. 일 실시형태에 따르면, 마찰 손실을 결정하기 위해, 하나 또는 그 이상의 센서들은 정보를 제공하게 배치된다. 테스트 셀 장치는 마찰 손실을 결정하기 위한 기초로 넓은 온도 범위에서 시험을 수행한다. 따라서, 일 실시형태에 따르면, 마찰 손실을 결정하는 단계는 테스트 셀 장치에 의해 수행되되, 현재 상황/조건에서 마찰 손실은 상기 테스트 셀 장치로부터의 결과 및 상기 센서들로부터 오는 현재의 상황/현재의 조건에 기초하여 결정된다.
일 실시형태에 따르면, 손실들을 결정하는 단계는 펌프 손실을 결정하는 단계를 포함한다. 일 실시형태에 따르면, 펌프 손실을 결정하는 단계는 테스트 셀 장치에 의해 수행된다. 일 실시형태에 따르면, 일 실시형태에 따르면, 펌프 손실을 결정하기 위해, 하나 또는 그 이상의 센서들은 정보를 제공하게 배치된다. 따라서, 일 실시형태에 따르면, 펌프 손실을 결정하는 단계는 테스트 셀 장치에 의해 수행되되, 현재 상황/상태에서 펌프 손실은 상기 테스트 셀 장치로부터의 결과 및 상기 센서들로부터 오는 현재의 상황/현재의 조건에 기초하여 결정된다.
일 실시형태에 따르면, 본 방법은 연소 효율을 결정하는 단계를 포함한다. 일 실시형태에 따르면, 상기 연소 효율을 결정하는 단계는 테스트 셀 장치에 의해 수행된다. 테스트 셀 장치는 광범위한 상황들/조건들에서 상기 연소 효율을 위한 시험을 한다. 따라서 일 실시형태에 따르면, 연소 효율을 결정하는 단계는 테스트 셀 장치에 의해 수행되되, 현재 상황/조건에서 연소 효율은 상기 테스트 셀 장치로부터의 결과 및 상기 센서들로부터 오는 현재의 상황/현재의 조건에 기초하여 결정된다.
좀 더 상세하게는, 본 발명의 목적은 엔진 과급 압력과 엔진 작동 조건들에 기초하는 내연기관의 작동과 관련된 연료량을 제어하기 위한 시스템에 의해 달성된다. 엔진 작동 조건은 엔진 속도와 주위 공기 압력을 포함한다. 이 시스템은, 낮은 및/또는 음의 엔진 과급 압력에서, 운전성을 고려하여 배기가스 매연 한계에 기초하는 가용 토크를 결정할 수 있도록 하기 위해 토크 값들을 명시하는 맵 함수를 사용하기 위한 수단; 및 손실 및 연소 효율을 감안하여 상기 결정된 가용 토크에 기초하는 최대 허용 가능 연료량을 결정하기 위한 수단을 포함한다.
일 실시형태에 따르면, 본 시스템은 현재 엔진 과급 압력을 결정하기 위한 수단; 현재 주위 압력을 결정하기 위한 수단; 이렇게 결정된 압력들 중에서 최저 압력을 선택하기 위한 수단;을 추가로 포함하고, 상기 가용 토크를 결정하기 위해 상기 최저 압력이 상기 맵 함수에 공급되게 배치되어 있다.
본 시스템의 일 실시형태에 따르면, 상기 작동 조건들은 엔진으로의 공기 공급을 제한하기 위해 스로틀 기능을 사용하는 것을 포함한다.
본 시스템의 일 실시형태에 따르면, 상기 손실은 펌프 손실, 냉각 손실 및 마찰 손실을 포함한다.
내연기관 작동과 관련된 연료량을 제어하기 위한 시스템은 본 명세서에 기재되어 있는 방법을 수행하기에 적합하다.
본 발명에 따른 시스템은 대응하는 방법에 따른 이점들을 구비한다.
좀 더 상세하게는, 본 발명의 목적은 본 명세서에 기재되어 있는 발명에 E라는 시스템을 포함하는 차량에 의해 달성된다.
좀 더 상세하게는, 본 발명의 목적은 내연기관 작동과 관련하여 연료량을 제어하기 위한 컴퓨터 프로그램으로, 상기 컴퓨터 프로그램은 프로그램이 전자 제어 유닛 또는 전자 제어 유닛에 연결되어 있는 다른 컴퓨터에서 실행될 때 전자 제어 유닛이 본 발명에 따른 방법을 수행하도록 하는 컴퓨터 프로그램 코드를 포함하는, 컴퓨터 프로그램에 의해 달성된다.
좀 더 상세하게는, 본 발명의 목적은 컴퓨터 프로그램을 저장하고 있는 디지털 저장 매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에 의해 달성된다.
도 1은 본 발명에 따른 차량의 측면을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 터보차지 디젤 엔진을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 내연기관 작동과 관련하여 연료량을 제어하는 시스템을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 내연기관 작동과 관련하여 연료량을 제어하는 시스템을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 내연기관 작동과 관련하여 연료량을 제어하는 방법의 블록 다이어그램을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 컴퓨터를 개략적으로 도시하는 도면이다.
첨부된 도면들과 연관하여 아래의 발명의 설명을 읽으면 본 발명을 잘 이해할 수 있을 것이다. 도면들에서 유사한 참조부호들은 유사한 파트들을 가리킨다.
이하에서 "링크"(link)라는 용어는 광전자 통신 와이어 같은 물리적인 커넥터 또는 예컨대 라디오 또는 마이크로파 링크인 무선 연결과 같은 비-물리적 커넥터일 수 있는 통신 링크를 가리킨다.
이하에서 예컨대 "낮은 및/또는 음의 엔진 과급 압력에서, 운전성을 고려하며 배기가스 매연 제한에 기초하여 가용 토크를 결정할 수 있도록, 토크 값들을 명시하는 맵 함수를 사용하는 수단", "손실 및 연소 효율을 고려하여 상기 결정된 가용 토크에 기초하는 최대 가용 연료량을 결정하는 수단", 및 ""과 관련된 "하기 위한 수단"(means for)이란 용어는 "하기에 적합한 수단"(means adapted for)을 가리킨다.
이하에서 "우수한 운전성"(good driveability)이란 용어는 요구되는 토크로부터 분사되는 연료에 의해 축적되는 고른 초기 토크를 가리킨다.
이하에서 낮은 및/또는 음의 엔진 과급 압력에서, 배기가스 매연 한계에 기초하여 가용 토크를 결정할 수 있도록 토크 값들을 명시하는 맵 함수를 사용하는 것과 관련된 "운전성을 고려하여"(taking driveability into account)라는 용어는 배기가스 매연 한계를 초과하지 않으면서 우수한 운전성을 제공하는 것을 가리킨다.
본 발명에 따른 엔진은 임의의 적당한 수량의 실린더를 구비하는 임의의 적당한 내연기관일 수 있다. 본 발명에 따른 내연기관은 예컨대 5-기통 엔진, 6-기통 엔진 또는 8-기통 엔진일 수 있다. 실린더들은 예컨대 인라인 엔진 또는 V-엔진과 같이 임의로 적당하게 정렬될 수 있다. 도 2에는 6-기통 엔진에 대한 실시형태가 도시되어 있다. 본 발명에 따른 내연기관은 터보차지 내연기관과 같이 임의의 슈퍼차지 내연기관일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 차량(1)의 개략적인 측면도이다. 예시된 차량(1)은 트럭 형태의 중대형 차량이다. 본 발명에 따른 차량(1)은 버스나 승용차 같은 임의의 적당한 차량일 수 있다. 차량은 공기의 엔진 실린더 내로 압축하게 구성된 컴프레서에 의해 수퍼차지되는 내연기관에 의해 구동된다. 일 실시형태에 따른 차량은 공기의 엔진 실린더 내로 압축하게 구성된 터보 컴프레서에 의해 터보차지되는 내연기관에 의해 구동된다. 일 실시형태에 따른 차량은 실린더로 허용 가능한 연료량을 제한함으로써 연소하는 중에 배기가스 매연을 제한하는 배기가스 제한 기능을 구비하는 연소 엔진 제어 시스템을 포함한다.
차량(1)은 내연기관 작동과 관련하여 연료량을 제어하는 시스템(I)을 포함한다.
도 2는 터보차지 디젤 엔진(E)을 개략적으로 도시하고 있다.
본 실시예에서, 엔진(E)은 6개의 실린더들(C1, C2, C3, C4, C5, C6)을 구비하고 있다. 엔진(E)은 실린더들과 다른 엔진 작동 부품들을 수용하기 위한 엔진 블록(12)을 포함한다.
엔진(E)은 행정(stroke)을 제공하게 배치되어 있다. 일 실시형태에 따르면 엔진에 의해 제공되는 행정은 4 행정 사이클을 구성한다.
행정은 각 실린더(C1-C6)에 공기를 채우는 흡기 행정, 공기가 압축되며 여기서는 연료(F)가 실린더(C6)로 공급되는 것으로 도시되어 있는, 연소를 위해 연료가 분사되는 말기에서의 압축 행정, 팽창 행정 및 배기 행정을 포함한다.
엔진(E)은 주위 공기(A1)가 통과하여 여과된 공기(A2)가 얻어지는 공기 필터(20)를 추가로 포함한다. 주위 공기(A1)의 압력은 변할 수 있다. 고도가 높은 곳에서 주위 공기(A1)의 압력은 상당히 낮아지게 된다.
엔진(E)은 컴프레서(32)를 구비하는 터보차저(30), 터빈(34) 및 컴프레서(32)와 터빈(34)을 작동 가능하게 연결하는 샤프트(36)를 포함한다. 컴프레서(32)는 여과된 공기(A2)를 압축하도록 배치되어 압축된 공기(A3)가 얻어진다. 컴프레서를 통과하여 압축된 공기(A3)의 압력은 과급 압력(boost pressure)으로도 불린다.
엔진(E)은 냉각된 압축 공기(A4)를 얻기 위해, 압축된 공기(A3)를 냉각하는 인터쿨러(40)를 포함한다.
엔진(E)은 공기 즉 압축 공기(A4)를 실린더들(C1-C6)로 분배하기 위한 흡기 매니폴드(50)를 포함한다.
엔진(E)은 압축 공기(A4)의 실린더들(C1-C6)로의 분배를 제어하게 배치되는 스로틀 밸브(V1)를 포함한다. 스로틀 밸브(V1)가 작동할 때, 스로틀 밸브(V1)는 엔진에 공급되는 공기를 제한하는 스로틀 기능을 제공하게 배치되어 있다. 스로틀 밸브(V1)를 어느 정도로 작동시킬 때 즉 스로틀 밸브(V1)를 어느 정도 레벨로 폐쇄시키면 음의 과급 압력이 생성된다.
엔진(E)은 실린더들(C1-C6)에서 나온 배기가스(G1)를 터빈(34)으로 분배하는 배기 매니폴드(60)를 포함한다. 배기가스(G1)는 터빈(34)을 통과하여 터보차저(30)를 작동시켜서 컴프레서(32)가 여과된 공기(A2)를 압축시키도록 배치되어 있다.
배기 매니폴드(60)는 배기가스가 터빈(34)을 우회하여 배기 파이프(64)에 이르게 하는 폐기물 게이트(62)를 포함한다. 엔진(E)은 폐기물 게이트(62)를 통과하는 배기가스의 분배를 제어하도록 배치되는 밸브(V2)를 포함한다.
엔진(E)은 터빈의 하류와 폐기물 게이트의 하류에 배치되는 배기 브레이크(V3)를 포함한다. 배기 브레이크(V3)가 작동할 때, 배기 브레이크(V3)는 배기가스 유동의 배기 파이프(64) 통과를 더욱 어렵게 함으로써 배기 배압을 제공하게 구성되어 있다. 배기 배압은 엔진 속도를 제동하는 데에 사용된다. 따라서 발생된 배기 배압은 부하를 상승시키고 이에 따라 엔진 온도가 상승된다. 배기 배압은 엔진 온도 및 배기가스 온도를 상승시키는 데에 사용될 수 있으며, 이는, 엔진 속도가 낮을 때에는 배기가스의 온도가 배기 처리가 효율적으로 기능하기에 충분할 정도로 높은 온도에 도달하지 않기 때문에, 엔진 속도가 낮은 경우에 사용된다.
엔진(E)은 배기물을 감소시켜 처리된 배기가스(G2)가 배기가스 파이프(64)를 빠져나가도록 하기 위해, 배기가스를 처리하게 배치된 배기 처리 시스템(70)을 포함한다.
도 2는 터보차지 디젤 엔진(E)을 통과하는 배기가스 유동을 도시하고 있다. 주위 공기(A1)가 공기 필터(20)로 유입되고, 컴프레서(32)에서 압축된 후 인터쿨러(40)를 통해 흡기 매니폴드(50)로 안내된 후 실린더들(C1-C6)로 유입된다. 연료(F)가 분사되어 실린더들로 부가되며 연소 후, 배기가스(G1)는 터빈(34)을 통과하여 배기 처리 시스템(70)으로 간다.
본 발명은 엔진 과급 압력과 엔진 작동 조건에 기초하여 맵 함수를 사용하여 내연기관(E)의 작동과 관련된 연료량을 제어하는 것에 관한 것이다. 엔진 작동 조건은 엔진 속도 및 주위 공기 압력을 포함한다.
엔진 과급 압력이 낮거나 및/또는 음인 경우, 운전성을 고려하여, 배기가스 매연 한계에 기초한 가용 토크를 결정하기 위해 공기 압력 조건과 엔진 속도에 대한 토크 값들을 명시한 맵 함수가 사용된다. 손실 및 연소 효율을 고려하여 결정된 상기 가용 토크에 기초하여 최대로 허용 가능한 연료량이 결정된다. 손실은 펌프 손실, 냉각 손실 및 마찰 손실을 포함한다.
상기 맵 함수를 사용하여 가용/허용 가능한 토크를 결정하기 위해, 과급 압력 및 주위 공기 압력의 최저 압력이 사용된다.
　이에 따라, 현재의 엔진 과급 압력과 현재의 주위 압력이 결정되며, 이에 따라 결정된 압력들의 최저 압력이 선택된다. 상기 가용 토크를 결정하기 위해 최저 압력이 상기 맵 함수에 공급된다.
도 3은 내연기관을 작동과 관련하여 연료량을 제어하는 본 발명의 일 실시형태에 따른 시스템(I)을 개략적으로 도시하고 있다.
시스템(I)은 토크 값들을 명시하는 맵 함수(M)를 포함한다. 맵 함수(M)는 낮은 및/또는 음의 엔진 과급 압력에 사용하게 배치되어 있다.
일 실시형태에 따른 시스템(I)은 현재 상황이 과급 압력이 낮은 및/또는 음의 엔진 과급 압력 상황을 구성하는 지 여부를 결정하는 수단(110)을 포함한다.
시스템은 낮은 및/또는 음의 엔진 과급 압력에서, 운전성을 고려하여 배기가스 매연 한계에 기초하여 가용 토크를 결정하기 위해 토크 값들을 명시하는 맵 함수(M)를 사용하는 수단(120)을 포함한다.
시스템은 낮은 및/또는 음의 엔진 과급 압력에서, 배기가스 매연 한계에 기초하여 가용 토크를 결정하기 위해 토크 값들을 명시하는 맵 함수(M)를 사용하는 수단(120)을 포함한다. 이는 상기 배기가스 매연 한계를 초과하지 않으면서 우수한 운전성을 얻기 위한 것이다.
시스템(I)은 현재의 엔진 속도를 결정하기 위한 수단을 포함한다.
시스템은 현재의 과급 압력과 주위 공기 압력의 최저 공기 압력을 결정하기 위한 수단(140)을 포함한다.
최저 공기 압력을 결정하기 위한 수단(140)은 현재의 엔진 과급 압력을 결정하기 위한 수단(142)을 포함한다. 현재의 엔진 과급 압력을 결정하기 위한 수단(142)은 임의의 적당한 압력 센서 유닛을 포함할 수 있다. 따라서, 시스템(I)은 현재의 엔진 과급 압력을 결정하기 위한 수단(142)을 포함한다.
최저 공기 압력을 결정하기 위한 수단(140)은 현재의 주위 공기 압력을 결정하기 위한 수단(144)을 포함한다. 현재의 주위 공기 압력을 결정하기 위한 수단(144)은 임의의 적당한 압력 센서 유닛을 포함할 수 있다. 따라서, 시스템(I)은 현재의 주위 공기 압력을 결정하기 위한 수단(144)을 포함한다.
시스템(I)은 현재의 주위 공기 압력을 결정하기 위한 수단(144)을 포함한다. 현재의 주위 공기 압력을 결정하기 위한 수단(144)은 임의의 적당한 압력 센서 유닛을 포함할 수 있다.
최저 공기 압력을 결정하기 위한 수단(140)은 결정된 압력들 중에서 최저 압력을 선택하기 위한 수단(146)을 포함한다. 결정된 압력들 중에서 최저 압력을 선택하기 위한 수단(146)은 결정된 압력들을 비교하기 위한 수단을 포함한다. 따라서, 시스템(I)은 결정된 압력들 중에서 최저 압력을 선택하기 위한 수단(160)을 포함한다.
시스템(I)은 가용 토크를 결정하기 위해 상기 결정된 엔진 속도와 상기 결정된 최저 압력을 맵 함수(M)에 공급하도록 배치된다.
시스템(I)은 손실 및 연소 효율을 감안하여 상기 결정된 가용 토크에 기초하여 최대로 허용 가능한 연료량을 결정하기 위한 수단(170)을 포함한다.
손실 및 연소 효율을 감안하여 상기 결정된 가용 토크에 기초하여 최대로 허용 가능한 연료량을 결정하기 위한 수단(170)은 상기 결정된 가용 토크, 손실 및 연소 효율에 기초하여 최대로 허용 가능한 연료량을 결정하도록 배치되어 있다.
따라서 시스템(I)은 상기 결정된 가용 토크, 손실 및 연소 효율에 기초하여 최대로 허용 가능한 연료량을 결정하기 위한 수단(170)을 포함한다.
상기 결정된 가용 토크, 손실 및 연소 효율에 기초하여 최대로 허용 가능한 연료량을 결정하기 위한 수단(170)은 상기 결정된 가용 토크, 손실 및 연소 효율에 기초하여 최대로 허용 가능한 연료량을 계산하기 위한 수단을 포함한다. 최대로 허용 가능한 연료량을 계산하기 위한 수단은 상기 결정된 가용 토크에서 손실을 빼고, 감산된 가용 토크를 연소 효율로 나누도록 배치된다.
본 시스템의 일 실시형태에 따르면, 상기 손실은 펌프 손실, 냉각 손실 및 마찰 손실을 포함한다.
시스템(I)은, 보통 및 높은 과급 압력에서, 배기가스 매연 한계 함수에 기초하여 최대로 허용 가능한 연료량을 결정하기 위한 수단(180)을 포함한다. 보통 및 높은 과급 압력에서, 최대로 허용 가능한 연료량을 결정하기 위한 수단(180)은 람다 값 즉 연료/공기-관계에 기초하여 연료량을 결정하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 보통 및 높은 과급 압력이라는 것은 엔진이 자연적으로 흡인되지 않는 상황을 가리키는 것이다.
일 실시형태에 따르면, 시스템(I)은 맵 함수(M)를 사용하여 수단(170)에 의해 결정된 최대 연료량과 수단(180)에 의해 결정된 최대 연료량에서 최고 양을 결정하기 위한 수단(190)을 포함한다. 여기서 결정된 최대 연료량 중 최고 양이 연료 주입을 위해 사용된다.
일 실시형태에 따르면, 시스템(I)은 수단(110)을 구비하지 않는다. 일 실시형태에 따르면, 맵 함수(M)를 사용하는 수단(170)과 수단(180) 모두는, 엔진 과급 압력이 낮고 음인 경우 즉 엔진이 자연적으로 흡인되는 경우 및 과급 압력이 양인 경우 즉 엔진이 자연적으로 흡인되지 않는 경우에서, 엔진 과급 압력과 엔진 속도와 주위 공기 압력을 포함하는 엔진 작동 조건에 기초하여 연료량을 연속적으로 또는 간헐적으로 결정하도록 배치된다. 그런 다음, 맵 함수(M)를 사용하여 수단(170)에 의해 결정된 최대 연료량과 수단(190)을 사용하여 수단(180)에 의해 결정된 최대 연료량에서 최고 양을 결정함으로써, 수단(170)이 낮은/음의 과급 압력 즉 자연적으로 흡입되는 경우에서 최대 연료량을 제공하게 되고, 수단(180)은 과급 압력이 양이 경우/자연적으로 흡인되지 않는 엔진의 경우에 최대 연료량을 제공하게 된다.
도 4는 내연기관 작동과 관련하여 연료량을 제어하기 위한 본 발명의 일 실시형태에 따른 시스템(Ⅱ)을 개략적으로 도시하고 있다. 내연기관 작동과 관련하여 연료량을 제어하기 위한 시스템(Ⅱ)은 맵 함수를 사용하여 엔진 과급 압력과 엔진 작동 조건에 기초한다. 시스템(Ⅱ)의 일 실시형태에 따르면, 상기 작동 조건은 엔진으로의 공기 공급을 제한하는 스로틀 기능의 사용을 포함한다. 스로틀 기능의 사용은 엔진의 실린더들로의 공기 공급을 제한/방지하기 위해 스로틀 밸브를 활성화하는 것을 포함한다.
시스템(Ⅱ)은 전자 제어 유닛(200)을 포함한다.
일 실시형태에 따르면, 시스템(Ⅱ)은 현재 상황이 과급 압력이 낮고 및/또는 음인 상황을 구성하는지를 결정하기 위한 수단(210)을 포함한다. 일 실시형태에 따르면, 시스템(Ⅱ)은 현재 상황이 과급 압력이 낮고 및/또는 음인 상황을 구성하는지를 결정하기 위한 수단으로부터 정보를 수신하도록 배치된다.
현재 상황이 과급 압력이 낮고 및/또는 음인 상황을 구성하는지를 결정하기 위한 수단(210)은 임의의 적당한 수단을 포함할 수 있다.
현재 상황이 과급 압력이 낮고 및/또는 음인 상황을 구성하는지를 결정하기 위한 수단(210)은 엔진이 공회전(idle) 속도로 작동하고 있는지를 결정하기 위한 수단을 포함할 수 있다.
현재 상황이 과급 압력이 낮고 및/또는 음인 상황을 구성하는지를 결정하기 위한 수단(210)은 엔진이 모터에 의해 작동하고 있는지를 결정하기 위한 수단을 포함할 수 있다.
현재 상황이 과급 압력이 낮고 및/또는 음인 상황을 구성하는지를 결정하기 위한 수단(210)은 엔진이 자연 흡인되고 있는지를 결정하기 위한 수단을 포함할 수 있다.
현재 상황이 과급 압력이 낮고 및/또는 음인 상황을 구성하는지를 결정하기 위한 수단(210)은 과급 압력을 검출하기 위한 수단을 포함할 수 있다.
현재 상황이 과급 압력이 낮고 및/또는 음인 상황을 구성하는지를 결정하기 위한 수단(210)은 스로틀 기능이 활성화 되어 있는지를 결정하기 위한 수단을 포함할 수 있다.
시스템(Ⅱ)은, 낮은 및/또는 음의 엔진 과급 압력에서, 운전성을 고려하여 배기가스 매연 한계에 기초하여 가용 토크를 결정할 수 있도록 토크 값들을 명시하는 맵 함수를 사용하기 위한 수단(220)을 포함한다.
시스템(Ⅱ)은, 낮은 및/또는 음의 엔진 과급 압력에서, 배기가스 매연 한계에 기초하여 가용 토크를 결정할 수 있도록 토크 값들을 명시하는 맵 함수를 사용하기 위한 수단(220)을 포함한다. 이는 상기 배기가스 매연 한계를 초과하지 않으면서 우수한 운전성을 얻기 위한 것이다.
시스템(Ⅱ)은 현재 엔진 속도를 결정하기 위한 수단(230)을 포함한다. 현재 엔진 속도를 결정하기 위한 수단(230)은 임의의 적당한 엔진 속도 센서 유닛을 포함할 수 있다.
시스템은 현재 과급 압력과 주위 공기 압력 중 최저 공기 압력을 결정하기 위한 수단(240)을 포함한다.
최저 공기 압력을 결정하기 위한 수단(240)은 현재 엔진 과급 압력을 결정하기 위한 수단(242)을 포함한다. 현재 엔진 과급 압력을 결정하기 위한 수단(242)은 임의의 적당한 압력 센서 유닛을 포함할 수 있다. 따라서 시스템(Ⅱ)은 현재 엔진 과급 압력을 결정하기 위한 수단(242)을 포함한다.
최저 공기 압력을 결정하기 위한 수단(240)은 현재 주위 공기 압력을 결정하기 위한 수단(244)을 포함한다. 현재 주위 공기 압력을 결정하기 위한 수단(244)은 임의의 적당한 압력 센서 유닛을 포함할 수 있다. 따라서 시스템(Ⅱ)은 현재 주위 공기 압력을 결정하기 위한 수단(244)을 포함한다.
시스템(Ⅱ)은 현재 주위 공기 압력을 결정하기 위한 수단(244)을 포함한다. 현재 주위 공기 압력을 결정하기 위한 수단(244)은 임의의 적당한 압력 센서 유닛을 포함할 수 있다.
최저 공기 압력을 결정하기 위한 수단(240)은 결정된 압력들 중 최저 압력을 선택하기 위한 수단(246)을 포함한다. 결정된 압력들 중 최저 압력을 선택하기 위한 수단(246)은 결정된 압력들을 비교하는 수단을 포함한다. 따라서 시스템(Ⅱ)은 결정된 압력들 중 최저 압력을 선택하기 위한 수단(260)을 포함한다.
시스템(Ⅱ)은 상기 가용 토크를 결정하기 위해 상기 결정된 엔진 속도와 상기 결정된 최저 압력을 맵 함수에 공급하게 배치되어 있다.
시스템(Ⅱ)은 손실 및 연소 효율을 고려하여 상기 결정된 가용 토크에 기초하여 최대 허용 가능 연료량을 결정하기 위한 수단(270)을 포함한다.
손실 및 연소 효율을 고려하여 상기 결정된 가용 토크에 기초하여 최대 허용 가능 연료량을 결정하기 위한 수단(270)은 상기 결정된 가용 토크, 손실 및 연소 효율에 기초하여 최대 허용 가능 연료량을 결정하게 배치된다.
따라서 시스템(Ⅱ)은 상기 결정된 가용 토크, 손실 및 연소 효율에 기초하여 최대 허용 가능 연료량을 결정하게 배치된다.
이 시스템의 일 실시형태에 따르면, 상기 손실은 펌프 손실, 냉각 손실 및 마찰 손실을 포함한다.
손실 및 연소 효율을 고려하여 상기 결정된 가용 토크에 기초하여 최대 허용 가능 연료량을 결정하기 위한 수단(270)은 펌프 손실, 냉각 손실 및 마찰 손실을 고려하는 것을 포함한다.
손실 및 연소 효율을 고려하여 상기 결정된 가용 토크에 기초하여 최대 허용 가능 연료량을 결정하기 위한 수단(270)은 최대 허용 가능 연료량을 계산하기 위한 계산 수단(272)을 포함한다.
최대 허용 가능 연료량을 계산하기 위한 수단(272)은 상기 결정된 가용 토크로부터 손실을 빼고, 차감된 가용 토크를 연소 효율로 나누도록 배치되어 있다.
수단(210)을 사용하여 현재의 상황이 과급 압력이 낮은 및/또는 음인 상황을 구성하는 것으로 결정되면, 시스템(Ⅱ)은 토크 값들을 명시하는 맵 함수를 사용하기 위한 수단(220); 및 손실과 연소 효율을 고려하여 상기 결정된 가용 토크에 기초하여 최대 허용 가능 연료량을 결정하기 위한 수단(270)을 포함한다.
현재 상황이 과급 압력이 낮거나 음인 아닌 상황 즉 파워트레인이 연결되어 엔진이 통상적으로 작동하는 것을 포함하는 상황과 같이 과급 압력이 어느 정도의 압력을 상회하는 상황인 것으로 결정되면, 예를 들어 람다 값에 기초하여 필요한 연료량을 결정하는 것을 포함하는 임의의 적당한 방식으로 연료량이 결정될 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 시스템(Ⅱ)은 상기 손실을 결정하기 위한 수단(280)을 추가로 포함한다.
손실을 결정하기 위한 수단(280)은, 손실을 모델링하기 위한 수단, 손실을 측정하기 위한 수단 및/또는 임의의 적당한 센서를 사용하여 손실을 검출하기 위한 수단을 포함하는, 임의의 적당한 수단을 포함할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 상기 손실을 결정하기 위한 수단(280)은 테스트 셀 장치(test cell arrangement)를 포함한다. 일 실시형태에 따르면, 손실을 결정하기 위한 수단(280)은 상기 손실과 관련된 현재의 상황/현재의 상태를 검출하기 위한 하나 또는 그 이상의 센서를 포함한다. 상기 하나 또는 그 이상의 센서는 상기 손실을 결정하기 위해, 정보를 제공하게 배치되어 있다. 테스트 셀 장치는 광범위한 상황들/상태들에서 상실 손실을 시험하게 구성되어 있다. 이에 따라, 손실을 결정하기 위한 수단(280)은 테스트 셀 장치를 포함하며, 현재 상황/상태에서 손실은 상기 테스트 셀 장치로부터의 결과 및 상기 센서들로부터 오는 현재의 상황/현재의 상태에 기초하여 결정되게 배치된다.
일 실시형태에 따르면, 상기 손실을 결정하기 위한 수단(280)은 냉각 손실을 결정하기 위한 수단(282)을 포함한다. 일 실시형태에 따르면, 냉각 손실을 결정하기 위한 수단(282)은 테스트 셀 장치를 포함한다. 일 실시형태에 따르면, 냉각 손실을 결정하기 위한 수단(282)은 상기 냉각 손실과 관련된 현재 상황/현재 상태를 검출하기 위한 하나 또는 그 이상의 온도 센서를 포함한다. 일 실시형태에 따르면, 상기 냉각 손실을 결정하기 위해, 상기 센서들은 정보를 제공하게 배치된다. 테스트 셀 장치는 상기 냉각 손실을 결정하기 위한 기초로 넓은 온도 범위에서 시험을 수행하게 구성되어 있다. 따라서, 냉각 손실을 결정하기 위한 수단(282)은 테스트 셀 장치를 포함하며, 현재 상황/상태에서 냉각 손실은 상기 테스트 셀 장치로부터의 결과 및 상기 센서들로부터 오는 현재의 상황/현재의 상태에 기초하여 결정되게 배치된다.
일 실시형태에 따르면, 상기 손실을 결정하기 위한 수단(280)은 마찰 손실을 결정하기 위한 수단(284)을 포함한다. 일 실시형태에 따르면, 마찰 손실을 결정하기 위한 수단(284)은 테스트 셀 장치를 포함한다. 일 실시형태에 따르면, 마찰 손실을 결정하기 위한 수단(284)은 상기 마찰 손실과 관련된 현재 상황/현재 상태를 검출하기 위한 하나 또는 그 이상의 온도 센서를 포함한다. 일 실시형태에 따르면, 상기 마찰 손실을 결정하기 위해, 상기 센서들은 정보를 제공하게 배치된다. 테스트 셀 장치는 상기 마찰 손실을 결정하기 위한 기초로 넓은 온도 범위에서 시험을 수행하게 구성되어 있다. 따라서, 마찰 손실을 결정하기 위한 수단(284)은 테스트 셀 장치를 포함하며, 현재 상황/상태에서 마찰 손실은 상기 테스트 셀 장치로부터의 결과 및 상기 센서들로부터 오는 현재의 상황/현재의 상태에 기초하여 결정되게 배치된다.
일 실시형태에 따르면, 상기 손실을 결정하기 위한 수단(280)은 펌프 손실을 결정하기 위한 수단(286)을 포함한다. 일 실시형태에 따르면, 펌프 손실을 결정하기 위한 수단(286)은 테스트 셀 장치를 포함한다. 일 실시형태에 따르면, 펌프 손실을 결정하기 위한 수단(286)은 상기 펌프 손실과 관련된 현재 상황/현재 상태를 검출하기 위한 하나 또는 그 이상의 센서를 포함한다. 일 실시형태에 따르면, 상기 펌프 손실을 결정하기 위해, 상기 센서들은 정보를 제공하게 배치된다. 테스트 셀 장치는 상기 펌프 손실을 결정하기 위한 기초로 넓은 온도 범위에서 시험을 수행하게 구성되어 있다. 따라서, 펌프 손실을 결정하기 위한 수단(286)은 테스트 셀 장치를 포함하며, 현재 상황/상태에서 펌프 손실은 상기 테스트 셀 장치로부터의 결과 및 상기 센서들로부터 오는 현재의 상황/현재의 상태에 기초하여 결정되게 배치된다.
일 실시형태에 따르면, 시스템(Ⅱ)은 상기 연소 효율을 결정하기 위한 수단(290)을 포함한다. 일 실시형태에 따르면, 상기 연소 효율을 결정하기 위한 수단(290)은 테스트 셀 장치를 포함한다. 일 실시형태에 따르면, 연소 효율을 결정하기 위한 수단(290)은 상기 연소 효율과 관련된 현재 상황/현재 상태를 검출하기 위한 하나 또는 그 이상의 센서를 포함한다. 일 실시형태에 따르면, 상기 연소 효율을 결정하기 위해, 상기 센서들은 정보를 제공하게 배치된다. 따라서, 연소 효율을 결정하기 위한 수단(290)은 테스트 셀 장치를 포함하며, 현재 상황/상태에서 펌프 손실은 상기 테스트 셀 장치로부터의 결과 및 상기 센서들로부터 오는 현재의 상황/현재의 상태에 기초하여 결정되게 배치된다.
전자 제어 유닛(200)이 링크(210a)를 통해 현재 상황이 과급 압력이 낮은 및/또는 음인 상황을 구성하는지를 결정하기 위한 수단(210)에 작동 가능하게 연결되어 있다. 전자 제어 유닛(200)은 링크(210a)를 통해 현재 상황에서의 과급 압력에 대한 데이터를 나타내는 신호를 상기 수단(210)에 송신하게 배치되어 있다.
전자 제어 유닛(200)이 링크(210b)를 통해 현재 상황이 과급 압력이 낮은 및/또는 음인 상황을 구성하는지를 결정하기 위한 수단(210)에 작동 가능하게 연결되어 있다. 전자 제어 유닛(200)은 링크(210b)를 통해 현재 상황에서의 과급 압력에 대한 데이터를 나타내는 신호를 상기 수단(210)으로부터 수신하게 배치되어 있다.
전자 제어 유닛(200)이 링크(230a)를 통해 현재 엔진 속도를 결정하기 위한 수단(230)에 작동 가능하게 연결되어 있다. 전자 제어 유닛(200)은 링크(230a)를 통해 엔진 속도에 대한 데이터를 나타내는 신호를 상기 수단(230)으로부터 수신하게 배치되어 있다.
전자 제어 유닛(200)이 링크(242a)를 통해 현재 엔진 과급 압력을 결정하기 위한 수단(242)에 작동 가능하게 연결되어 있다. 전자 제어 유닛(200)은 링크(242a)를 통해 현재 과급 압력에 대한 데이터를 나타내는 신호를 상기 수단(242)으로 송신하게 배치되어 있다.
전자 제어 유닛(200)이 링크(244a)를 통해 현재 주위 공기 압력을 결정하기 위한 수단(244)에 작동 가능하게 연결되어 있다. 전자 제어 유닛(200)은 링크(244a)를 통해 현재 주위 공기 압력에 대한 데이터를 나타내는 신호를 상기 수단(244)으로 송신하게 배치되어 있다.
전자 제어 유닛(200)이 링크(246a)를 통해 결정된 압력들 중 최저 압력을 선택하기 위한 수단(246)에 작동 가능하게 연결되어 있다. 전자 제어 유닛(200)은 링크(246a)를 통해 최저 공기 압력에 대한 데이터를 나타내는 신호를 상기 수단(246)으로부터 수신하게 배치되어 있다.
전자 제어 유닛(200)이 링크(220a)를 통해, 낮은 및/또는 음의 엔진 과급 압력에서, 운전성을 고려하여 배기가스 매연 한계에 기초하여 가용 토크를 결정할 수 있도록 하기 위해 토크 값들을 명시하는 맵 함수를 사용하기 위한 수단(220)에 작동 가능하게 연결되어 있다. 전자 제어 유닛(200)은 링크(220a)를 통해 엔진 속도에 대한 데이터를 나타내는 신호를 상기 수단(220)으로 송신하게 배치되어 있다.
전자 제어 유닛(200)이 링크(220b)를 통해, 낮은 및/또는 음의 엔진 과급 압력에서, 운전성을 고려하여 배기가스 매연 한계에 기초하여 가용 토크를 결정할 수 있도록 하기 위해 토크 값들을 명시하는 맵 함수를 사용하기 위한 수단(220)에 작동 가능하게 연결되어 있다. 전자 제어 유닛(200)은 링크(220b)를 통해 현재 과급 압력과 주위 공기 압력 중 최저 압력에 대한 데이터를 나타내는 신호를 상기 수단(220)으로 송신하게 배치되어 있다.
전자 제어 유닛(200)이 링크(220c)를 통해, 낮은 및/또는 음의 엔진 과급 압력에서, 운전성을 고려하여 배기가스 매연 한계에 기초하여 가용 토크를 결정할 수 있도록 하기 위해 토크 값들을 명시하는 맵 함수를 사용하기 위한 수단(220)에 작동 가능하게 연결되어 있다. 전자 제어 유닛(200)은 링크(220c)를 통해 토크 값들에 대한 데이터를 나타내는 신호를 상기 수단(220)으로부터 수신하게 배치되어 있다.
전자 제어 유닛(200)이 링크(270a)를 통해, 손실 및 연소 효율을 고려하여 상기 결정된 가용 토크에 기초하여 최대로 허용 가능한 연료량을 결정하기 위한 수단(270)에 작동 가능하게 연결되어 있다. 전자 제어 유닛(200)은 링크(270a)를 통해 토크 값들에 대한 데이터를 나타내는 신호를 상기 수단(270)으로 송신하게 배치되어 있다.
전자 제어 유닛(200)이 링크(270b)를 통해, 손실 및 연소 효율을 고려하여 상기 결정된 가용 토크에 기초하여 최대로 허용 가능한 연료량을 결정하기 위한 수단(270)에 작동 가능하게 연결되어 있다. 전자 제어 유닛(200)은 링크(270b)를 통해 연료량에 대한 데이터를 나타내는 신호를 상기 수단(270)으로부터 수신하게 배치되어 있다.
전자 제어 유닛(200)이 링크(272a)를 통해 계산 수단(272)에 작동 가능하게 연결되어 있다. 전자 제어 유닛(200)은 링크(272a)를 통해 펌프 손실에 대한 데이터, 냉각 손실에 대한 데이터 및 마찰 손실에 대한 데이터를 포함하는 손실에 대한 데이터 및 연소 효율에 대한 데이터를 나타내는 신호를 상기 수단(272)으로 송신하게 배치되어 있다.
전자 제어 유닛(200)이 링크(272b)를 통해 토크 값에서 손실을 빼고, 이렇게 얻은 토크를 연소 효율로 나누기 위한 계산 수단(272)에 작동 가능하게 연결되어 있다. 전자 제어 유닛(200)은 링크(272b)를 통해 펌프 손실에 대한 데이터, 냉각 손실에 대한 데이터 및 마찰 손실에 대한 데이터를 포함하는 손실 및 연소 효율을 고려한 연료량에 대한 데이터를 나타내는 신호를 상기 수단(272)으로부터 수신하게 배치되어 있다.
전자 제어 유닛(200)이 링크(280a)를 통해 손실을 결정하기 위한 수단(280)에 작동 가능하게 연결되어 있다. 전자 제어 유닛(200)은 링크(280a)를 통해 손실에 대한 데이터를 신호를 상기 수단(280)으로부터 수신하게 배치되어 있다.
전자 제어 유닛(200)이 링크(282a)를 통해 냉각 손실을 결정하기 위한 수단(282)에 작동 가능하게 연결되어 있다. 전자 제어 유닛(200)은 링크(282a)를 통해 냉각 손실에 대한 데이터를 신호를 상기 수단(282)으로부터 수신하게 배치되어 있다.
전자 제어 유닛(200)이 링크(284a)를 통해 마찰 손실을 결정하기 위한 수단(284)에 작동 가능하게 연결되어 있다. 전자 제어 유닛(200)은 링크(284a)를 통해 마찰 손실에 대한 데이터를 신호를 상기 수단(284)으로부터 수신하게 배치되어 있다.
전자 제어 유닛(200)이 링크(286a)를 통해 펌프 손실을 결정하기 위한 수단(286)에 작동 가능하게 연결되어 있다. 전자 제어 유닛(200)은 링크(286a)를 통해 펌프 손실에 대한 데이터를 신호를 상기 수단(286)으로부터 수신하게 배치되어 있다.
전자 제어 유닛(200)이 링크(290a)를 통해 연소 효율을 결정하기 위한 수단(290)에 작동 가능하게 연결되어 있다. 전자 제어 유닛(200)은 링크(290a)를 통해 연소 효율에 대한 데이터를 신호를 상기 수단(290)으로부터 수신하게 배치되어 있다.
도 5는 맵 함수를 사용하여 엔진 과급 압력과 엔진 작동 조건에 기초하여 내연기관의 작동과 관련하여 연료량을 제어하는 본 발명의 일 실시형태에 따른 방법의 블록 다이어그램을 개략적으로 도시하고 있다. 엔진 작동 조건은 엔진 속도와 주위 공기 압력을 포함한다.
일 실시형태에 따르면, 내연기관의 작동과 관련하여 연료량을 제어하는 방법은 단계 S1을 포함한다. 이 단계에서, 낮은 및/또는 음의 엔진 과급 압력에서, 토크 값들을 명시하는 맵 함수가 사용된다.
일 실시형태에 따르면, 내연기관의 작동과 관련하여 연료량을 제어하는 방법은 단계 S2를 포함한다. 이 단계에서, 손실과 연소 효율을 감안하여 상기 결정된 가용 토크에 기초하여 최대로 허용 가능한 연료량이 결정된다.
두 개의 별개의 맵 함수를 교정하지 않고 이에 따라 맵 함수들 사이에 전환(switching)/램핑(ramping) 시간을 최적화할 필요가 없다는 점에서, 과급 압력이 낮고 음인 상황 중에 올바른 양의 연료를 매우 효율적으로 확보함으로써, 매연 한계를 초과하지 않으면서 운전성을 최적으로 할 수 있다. 토크 값들을 명시하는 맵 함수를 사용함으로써, 마찰 손실, 냉각 손실 및 펌프 손실과 같은 손실들을 고려한 연료량 결정이, 매연 한계를 초과하지 않으면서 운전성을 최적화하기 위해 사용되는 연료량이 예컨대 엔진 온도 또는 손실의 변화에 무관하게 정밀하게 되는 방식으로 용이하게 이루어질 수 있다.
토크 값들을 명시하는 맵 함수는 운전성을 고려하여 배기가스 매연 한계에 기초하여 가용 토크를 용이하게 결정하기 위한 임의의 적당한 함수일 수 있다. 일 실시형태에 따르면, 토크 값들을 명시하는 맵 함수는 운전성을 고려하여 매연 한계를 초과하지 않게 하는 다양한 낮은 그리고 음의 엔진 과급 압력 및 다양한 엔진 속도에 대한 가용/허용 가능 토크들에 관한 정보를 포함한다. 일 실시형태에 따르면, 토크 값들을 명시하는 맵 함수는 엔진을 사용하여 낮은/음의 과급 압력의 경우에 있어서 다양한 엔진 속도에서 다양한 토크들에 대한 매연 한계를 결정하기 위해 매연, 입자들, 가스상 배기물을 결정하는 단계를 포함하는 시험으로부터 얻은 다양한 낮은 그리고 음의 엔진 과급 압력 및 다양한 엔진 속도에 대한 가용 토크에 대응하는 토크 값들의 데이터를 포함한다.
일 실시형태에 따르면, 이 방법은 현재 상황이 과급 압력이 낮은 및/또는 음인 상황을 구성하는지를 결정하는 단계를 포함한다. 일 실시형태에 따르면, 현재 상황이 과급 압력이 낮은 및/또는 음인 상황을 구성하는지를 결정하는 단계는 본 발명에 따른 방법을 수행하기 전에 수행된다.
현재 상황이 과급 압력이 낮은 및/또는 음인 상황을 구성하는 것으로 결정되면, 본 발명에 따른 방법 단계들 즉 토크 값들을 명시하는 맵 함수를 사용하는 단계; 및 손실과 연소 효율을 고려하여 상기 결정된 가용 토크에 기초하여 최대로 허용 가능한 연료량을 결정하는 단계가 적용된다.
현재 상황이 과급 압력이 낮은 및/또는 음이 아닌 상황을 구성하는 것으로 결정되면, 즉 과급 압력이 어느 정도 레벨의 압력을 상회하는 것으로 결정되면, 예를 들어 람다 값에 기초하여 필요한 연료량을 결정하는 단계를 포함하는 임의의 적당한 방식으로 연료량이 결정될 수 있다.
현재 상황이 과급 압력이 낮은 및/또는 음인 상황을 구성하는지를 결정하는 단계는 엔진이 공회전 속도로 작동하는 지를 결정하는 단계를 포함한다.
현재 상황이 과급 압력이 낮은 및/또는 음인 상황을 구성하는지를 결정하는 단계는 엔진이 모터에 의해 작동하는 지를 결정하는 단계를 포함한다.
현재 상황이 과급 압력이 낮은 및/또는 음인 상황을 구성하는지를 결정하는 단계는 엔진이 자연적으로 흡인하는 지를 결정하는 단계를 포함한다.
현재 상황이 과급 압력이 낮은 및/또는 음인 상황을 구성하는지를 결정하는 단계는 과급 압력을 검출하는 단계를 포함한다.
현재 상황이 과급 압력이 낮은 및/또는 음인 상황을 구성하는지를 결정하는 단계는 스로틀 기능이 작동하는 지를 결정하는 단계를 포함한다.
토크 값들을 명시하는 맵 함수는 엔진 속도와 과급 압력에 기초하는 토크 값들을 명시하도록 구성되어 있다.
일 실시형태에 따르면, 이 방법은, 현재 엔진 과급 압력을 결정하는 단계; 현재 주위 압력을 결정하는 단계; 결정된 압력들 중 최저 압력을 선택하는 단계; 및 상기 가용 토크를 결정하기 위해 상기 최저 압력을 상기 맵 함수에 공급하는 단계를 추가로 포함한다. 이에 의해, 예컨대 고도에 의한 다양한 주위 공기 압력 및/또는 스로틀 밸브를 사용한 스로틀 기능의 활성화에 의한 낮은/음의 압력이 고려된다는 점에서, 연료량을 더욱 정밀하게 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 작동 조건들은 엔진으로의 공기 공급을 제한하기 위한 스로틀 기능의 사용을 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 손실들은 펌프 손실, 냉각 손실 및 마찰 손실을 포함한다.
일 실시형태에 따르면, 본 발명은 펌프 손실, 냉각 손실 및 마찰 손실을 고려한 상기 토크 값들에 기초하여 연료량을 결정하는 단계를 포함하며, 연료량은 예를 들면 토크 값들로부터의 손실과 이렇게 얻은 토크 그리고 연소 효율을 사용하는 계산 수단에 의해 얻어진다.
도 5를 참고로 하여 위에 기재한 방법 및 방법 단계들은 도 4에 따른 시스템(Ⅰ)을 사용하여 수행된다.
도 6을 참고하면, 장치(500)의 다이어그램이 도시되어 있다. 일 실시형태에 따르면, 도 3 및 도 4를 참고하여 설명한 시스템(Ⅰ) 및 시스템(Ⅱ)은 장치(500)를 포함한다. 장치(500)는 비휘발성 메모리(520), 데이터 처리 장치(510) 및 판독/기록 메모리(550)를 포함한다. 비휘발성 메모리(520)는 제1 메모리 부분(530)을 구비하며, 여기에는 장치(500) 기능을 제어하기 위한 오퍼레이팅 시스템 같은 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있다. 또한, 장치(500)는 버스 컨트롤러, 시리얼 통신 포트, I/O-수단, A/D 컨버터, 시간 날짜 엔트리 및 송신 유닛, 이벤트 카운터 및 인터럽트 컨트롤러(도시되어 있지 않음)를 포함한다. 비휘발성 메모리(520)는 또한 제2 메모리 부분(540)을 구비한다.
맵 함수를 사용하여 엔진 과급 압력 및 엔진 작동 조건들을 기초로 하여 내연기관 작동과 관련된 연료량을 제어하기 위한 루틴을 포함하는 컴퓨터 프로그램(P)이 제공된다. 엔진 작동 조건들은 엔진 속도와 주위 공기 압력을 포함한다. 컴퓨터 프로그램(P)은 낮은 및/또는 음의 엔진 과급 압력에서, 운전성을 고려하여 배기가스 매연 한계에 기초하여 가용 토크를 결정할 수 있도록 토크 값들을 명시하는 맵 함수를 사용하기 위한 루틴을 포함한다. 컴퓨터 프로그램(P)은 손실 및 연소 효율을 감안하여 상기 결정된 가용 토크에 기초하여 최대로 허용 가능한 연료량을 결정하기 위한 루틴을 포함한다. 컴퓨터 프로그램(P)은 현재의 엔진 과급 압력을 결정하기 위한 루틴을 포함한다. 컴퓨터 프로그램(P)은 현재의 주위 압력을 결정하기 위한 루틴을 포함한다. 컴퓨터 프로그램(P)은 이렇게 결정된 압력들 중 최저 압력을 선택하기 위한 루틴; 및 상기 가용 토크를 결정하기 위해 상기 최저 압력을 상기 맵 함수에 공급하기 위한 루틴을 포함한다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 손실들은 펌프 손실, 냉각 손실 및 마찰 손실을 포함한다. 컴퓨터 프로그램(P)은 별개의 메모리(560) 및/또는 판독/기록 메모리(550)에 실행 가능한 방식으로 또는 압축된 상태로 저장될 수 있다.
데이터 처리 장치(510)가 특정 기능을 수행한다고 기재되어 있는 것은, 데이터 처리 장치(510)가 별도의 메모리(560)에 저장되어 있는 프로그램의 특정 파트 또는 판독/기록 메모리(550)에 저장되어 있는 프로그램의 특정 파트를 수행하는 것으로 이해하여야 한다.
데이터 처리 장치(510)는 데이터 버스(515)에 의해 데이터 통신 포트(599)와 통신할 수 있다. 비휘발성 메모리(520)는 데이터 버스(512)에 의해 데이터 처리 장치(510)와 통신하기에 적합하다. 별도의 메모리(560)는 데이터 버스(511)에 의해 데이터 처리 장치(510)와 통신하기에 적합하다. 판독/기록 메모리(550)는 데이터 버스(514)에 의해 데이터 처리 장치(510)와 통신하기에 적합하다. 데이터 통신 포트(599)에 예를 들어 컨트롤 유닛(100)에 연결되어 있는 링크들이 연결될 수 있다.
데이터 포트(599) 상에 데이터가 수신되면 데이터는 제2 메모리 부분(540)에 일시적으로 저장된다. 수신된 입력 데이터가 일시적으로 저장되면, 데이터 처리 장치(510)는 전술한 방식으로 코드를 실행할 준비를 한다. 데이터 포트(599) 상에 수신된 신호들은 장치(500)에 의해 낮은 및/또는 음의 엔진 과급 압력에서 운전성을 고려하여 배기가스 매연 한계에 기초하여 가용 토크를 결정할 수 있도록 토크 값들을 명시하는 맵 함수를 사용하는 데에 사용될 수 있다. 데이터 포트(599) 상에 수신된 신호들은 장치(500)에 의해 손실과 연소 효율을 감안하여 상기 결정된 가용 토크에 기초하여 최대로 허용 가능한 연료량을 결정하는 데에 사용될 수 있다. 데이터 포트(599) 상에 수신된 신호들은 장치(500)에 의해 현재의 엔진 과급 압력을 결정하는 데에 사용될 수 있다. 데이터 포트(599) 상에 수신된 신호들은 장치(500)에 의해 현재의 주위 압력을 결정하는 데에 사용될 수 있다. 데이터 포트(599) 상에 수신된 신호들은 장치(500)에 의해 결정된 압력들 중에서 최저 압력을 선택하고; 상기 가용 토크를 결정하기 위해 상기 최저 압력을 상기 맵 함수에 공급하는 데에 사용될 수 있다. 본 방법의 일 실시형태에 따르면, 상기 작동 조건들은 엔진으로의 공기 공급을 제한하기 위한 스로틀 기능의 사용을 포함한다. 본 방법의 일 실시형태에 따르면, 상기 손실은 펌프 손실, 냉각 손실 및 마찰 손실을 포함한다.
본 명세서에 기재되어 있는 방법들의 일부분들은 별도의 메모리(560) 또는 기록/판독 메모리(550)에 저장되어 있는 프로그램을 실행시키는 데이터 처리 장치(510)를 사용하여 장치(500)에 의해 수행될 수 있다. 장치(500)가 프로그램을 실행할 때, 본 명세서에 기재되어 있는 방법들의 일부분들이 실행된다.
위에 개시한 본 발명의 바람직한 실시형태에 대한 설명은 발명에 대한 설명과 도해를 위한 것이다. 이것이 본 발명을 기재되어 있는 형태 그대로로 한정되거나 배타적인 것을 의도한 것이 아니다. 많은 변형과 변조가 이루어질 수 있음은 통상의 기술자에게는 자명한 것이다. 본 발명의 원리를 가장 잘 설명하고 실용적으로 적용할 수 있는 실시형태들을 선택하여 설명하였고, 따라서 통상의 기술자라면 본 발명의 다양한 실시형태와 다양한 변형이 특정 사용에 적합할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (11)

  1. 맵 함수를 사용하여 엔진 속도와 주위 공기 압력을 포함하는 엔진 작동 조건들과 엔진 과급 압력에 기초하는 내연기관(E) 작동과 관련된 연료량을 제어하는 방법으로,
    - 낮은 및/또는 음의 엔진 과급 압력에서, 운전성을 고려하여 배기가스 매연 한계에 기초하는 가용 토크를 결정할 수 있도록 하기 위해 토크 값들을 명시하는 맵 함수(M)를 사용하는 단계(S1);
    - 손실 및 연소 효율을 감안하여 상기 결정된 가용 토크에 기초하는 최대 허용 가능 연료량을 결정하는 단계(S2);를 특징으로 하는 연료량 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    현재 엔진 과급 압력을 결정하는 단계; 현재 주위 압력을 결정하는 단계; 이렇게 결정된 압력들 중에서 최저 압력을 선택하는 단계; 및 상기 가용 토크를 결정하기 위해 상기 최저 압력을 상기 맵 함수에 공급하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 연료량 제어 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 작동 조건들은 엔진으로의 공기 공급을 제한하기 위해 스로틀 기능을 사용하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료량 제어 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 손실은 펌프 손실, 냉각 손실 및 마찰 손실을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료량 제어 방법.
  5. 맵 함수를 사용하여 엔진 과급 압력과 엔진 속도와 주위 공기 압력을 포함하는 엔진 작동 조건들에 기초하는 내연기관(E)의 작동과 관련된 연료량을 제어하기 위한 시스템(Ⅰ; Ⅱ)에 있어서,
    낮은 및/또는 음의 엔진 과급 압력에서, 운전성을 고려하여 배기가스 매연 한계에 기초하는 가용 토크를 결정할 수 있도록 하기 위해 토크 값들을 명시하는 맵 함수(M)를 사용하기 위한 수단(120; 220); 및 손실 및 연소 효율을 감안하여 상기 결정된 가용 토크에 기초하는 최대 허용 가능 연료량을 결정하기 위한 수단(170; 270)을 특징으로 하는 연료량 제어 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    현재 엔진 과급 압력을 결정하기 위한 수단(142; 242); 현재 주위 압력을 결정하기 위한 수단(144; 244); 이렇게 결정된 압력들 중에서 최저 압력을 선택하기 위한 수단(146; 246);을 추가로 포함하고, 상기 가용 토크를 결정하기 위해 상기 최저 압력이 상기 맵 함수에 공급되게 배치되는 것을 특징으로 하는 연료량 제어 시스템.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 작동 조건들은 엔진으로의 공기 공급을 제한하기 위해 스로틀 기능을 사용하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료량 제어 시스템.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 손실은 펌프 손실, 냉각 손실 및 마찰 손실을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료량 제어 시스템.
  9. 제7항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 시스템(Ⅰ)을 포함하는 차량(1).
  10. 컴퓨터 프로그램(P)으로, 상기 컴퓨터 프로그램(P)이 전자 제어 유닛(100) 또는 전자 제어 유닛(100)에 연결되어 있는 다른 컴퓨터(500)에서 실행될 때 전자 제어 유닛이 제1항 내지 제6항에 따른 단계들을 실행하게 하는 프로그램 코드를 포함하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램.
  11. 제14항에 따른 컴퓨터 프로그램을 저장하는 디지털 저장 매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품.
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