KR20190053868A - 내연기관에서 포트 연료 분사와 직접 분사 간의 분배를 변경하는 방법 - Google Patents

내연기관에서 포트 연료 분사와 직접 분사 간의 분배를 변경하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제 1 분사 계수로부터 제 2 분배 계수로, 분사 유형으로서 포트 연료 분사와 직접 분사를 갖는 내연기관(100)에서 포트 연료 분사와 직접 분사 간의 분배를 변경하는 방법에 관한 것이며, 제 2 분배 계수에 따라 내연기관(100)의 각각의 연소실(103) 내로 도입될 연료량은 각각의 분사 유형에 의해 결정되고, 각각의 연소실(103)에 대한 점화 각(Δφ)은 내연기관(100)에 대한 적어도 하나의 토크 요구량을 고려해서 결정되고, 결정된 연료량 및 결정된 점화 각(Δφ)은 조절된다.

Description

내연기관에서 포트 연료 분사와 직접 분사 간의 분배를 변경하는 방법
본 발명은 분사 유형으로서 포트 연료 분사 및 직접 분사를 갖는 내연 기관에서 포트 연료 분사와 직접 분사 간의 분배를 변경하는 방법 및 그 실행을 위한 컴퓨터 유닛 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
가솔린 엔진에서 연료 분사를 위한 한 가지 가능한 방법은 포트 연료 분사이며, 이 포트 연료 분사는 점점 더 연료 직접 분사로 대체된다. 후자의 방법은 연소실에서의 연료 분배를 훨씬 개선하여 연비를 줄이고 출력을 향상시킨다.
또한, 포트 연료 분사와 직접 분사를 조합한, 소위 이중 시스템을 가진 가솔린 엔진이 있다. 이는 포트 연료 분사가 예를 들면 중간 부하 범위에서 직접 분사보다 더 양호한 배출 값을 갖기 때문에 점점 더 엄격해지는 배출 요구 사항 또는 배출 한계치의 면에서 바람직하다.
그러나 상이한 유형의 분사에서 상이한 출력으로 인하여, 2 가지 유형의 분사 간의 분배의 변경 시 내연기관에 의한 토크 출력이 변경될 수 있고, 이는 출력 저하 또는 출력 증가로 인해 운전자에게 예를 들면 저크(jerk)로 감지될 수 있다.
본 발명의 과제는 내연기관에서 포트 연료 분사와 직접 분사 간의 분배를 변경하는 방법을 개선하는 것이다.
본 발명에 따르면, 독립 청구항의 특징들을 가진, 내연기관에서 포트 연료 분사 및 직접 분사 간의 분배를 변경하는 방법, 이 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 유닛, 및 컴퓨터 프로그램이 제안된다. 바람직한 실시예들은 종속 청구항들 및 하기 설명에 제시된다.
본 발명에 따른 방법은 제 1 분배 계수로부터 제 2 분배 계수로, 분사 유형으로서 포트 연료 분사와 직접 분사를 가진 내연기관에서 포트 연료 분사와 직접 분사 간의 분배를 변경하기 위해 사용된다. 이를 위해, 제 2 분배 계수에 따라 내연 기관의 각각의 연소 챔버 내로 도입될 연료량은 각각의 분사 유형에 의해 결정된다. 또한, 각각의 연소실에 대한 점화 각은 내연기관에 대한 적어도 하나의 토크 요구량를 고려하여 결정되고, 결정된 연료량 및 결정된 점화 각은 조절된다.
두 가지 분사 유형 간의 분배가 변경되는 경우 점화 각의 조정에 의해, 변경 후 조절되는 토크가 영향을 받을 수 있고, 상기 토크가 경우에 따라 점화 각의 조정에 의해 변경될 수 있다. 이는 점화 각의 변경이 각각의 연소실에서 형성된 토크의 변화를 야기하기 때문에 가능하다. 따라서, 분배의 변경 전후에 예를 들어, 전체적으로, 즉 두 가지 분사 유형에 걸쳐 볼 때 연료량이 동일하면, 내연기관에 의한 토크 출력이 변하지 않거나 미미하게만 변하는 것이 달성될 수 있다. 점화 각의 이러한 조정이 없다면, 2 가지 분사 유형에서 상이한 출력으로 인해 일반적으로 상당히 다른 토크가 발생할 것이다. 분배의 변경과 동시에 점화 각의 조정이 없으면, 원하는 값으로의 토크 조정은 나중에야 수행될 수 있을 것이다. 제안된 방법에서, 관련 자동차의 운전자는 상이한 작동 점들에서 승차감에 대한 어떠한 영향도 느끼지 않는다. 동시에, 분배의 변경에 의해 예를 들어, 내연 기관의 배출 값 및 연비가 개선될 수 있다.
바람직하게는, 연료량 및/또는 점화 각의 결정은 각각의 연소실에 대해 개별적으로 수행된다. 이러한 방식으로, 연소실-개별적인 점화 각 조정으로 인해 연소실-개별적인 토크가 요구되는 토크에 상응하기 때문에, 내연기관의 가급적 균일한 작동이 달성될 수 있다.
바람직하게는, 내연기관에 대한 적어도 하나의 토크 요구량으로서 하나의 토크 요구량이 분배의 변경 전 및/또는 후에 사용된다. 이러한 방식으로, 가급적 소정 토크가 내연 기관에 의해 출력될 수 있다.
바람직하게는, 분배의 변경 전후의 토크 요구량들은 5% 이하, 특히 2% 이하만큼 서로 차이 난다. 분배 변경 전후의 토크 요구량들 간의 편차가 발생하지 않는 것이 특히 바람직하다. 달리 표현하면, 이러한 방식으로 토크 요구량과 관련하여 일정하거나 적어도 거의 일정한 동작점이 분사 유형들 간의 분배의 변경에도 실현된다. 따라서, 예를 들어 배출 값 개선이 달성됨에도 분배 변경이 운전자에게 감지되지 않거나 적어도 거의 감지되지 않는다.
점화 각이 제 2 분배 계수를 고려해서 순수 포트 연료 분사 및 순수 직접 분사에 대한 대응 점화 각도들 사이에 보간되는 것이 바람직하다. 순수 포트 연료 분사 및 순수 직접 분사에 대한 점화 각은, 특히 상이한 토크 요구량 및/또는 연료량에 대해, 표 또는 맵으로 바람직하게 저장될 수 있다. 이 경우, 2 가지 분사 유형에서 동일한 토크 요구량에 대한 점화 각도들은 일반적으로 다르다는 것에 유의해야 한다. 두 가지 분사 유형 중 어느 것에서 점화 각이 더 빠른지는 관련 내연기관의 구성 및 기하학적 구조에 따라 좌우될 수 있다. 따라서, 적절한 보간에 의해, 혼합 작동, 즉 동시에 포트 연료 분사 및 직접 분사를 위한 적절한 점화 각이 매우 간단히 결정되고 조절될 수 있다.
바람직하게는, 제 2 분배 계수에 따라 내연 기관의 각각의 연소실 내로 도입될 연료량을 각각의 분사 유형에 의해 결정하는 범위에서, 연료량의 조정은 내연기관에 대한 적어도 하나의 토크 요구량을 고려해서 이루어진다. 이러한 방식으로, 분사 유형들 간의 분배의 변경 및 그에 따라 각각의 분사 유형에 대한 각각의 연료량의 분배의 변경으로 인한 토크 차이가 추가로 초과 연료량 또는 부족 연료량에 의해 고려될 수 있다. 이는 소정 토크의 더 나은 유지를 가능하게 한다.
바람직하게는, 각각의 연소실에 대한 공기 충전이 내연기관에 대한 적어도 하나의 토크 요구량을 고려하여 결정되고 조절된다. 이는, 공급되는 공기량에 의해 연소 및 그에 따른 토크 출력이 조절될 수 있기 때문에, 소정 토크의 더 나은 유지를 가능하게 한다. 또한, 이러한 방식으로 배출 값들이 개선될 수 있다.
본 발명에 따른 컴퓨터 유닛, 예를 들어 자동차의 제어 유닛, 특히 엔진 제어 유닛은 특히 프로그램 기술로 본 발명에 따른 방법을 실행하도록 설계된다.
또한, 컴퓨터 프로그램의 형태로 상기 방법을 실시하는 것이 바람직한데, 그 이유는 특히 실행 제어 유닛이 다른 과제를 위해서도 사용되고 따라서 이미 존재하는 경우 비용이 매우 낮아지기 때문이다. 컴퓨터 프로그램을 제공하기 위한 적절한 데이터 캐리어는 특히 자기, 광학 및 전기 메모리, 예를 들면, 하드 디스크, 플래시 메모리, EEPROM, DVD 등이다. 컴퓨터 네트워크(인터넷, 인트라넷 등)를 통해 프로그램의 다운로드도 가능하다.
본 발명의 다른 장점들 및 실시예들은 상세한 설명 및 첨부한 도면들에 제시된다.
본 발명의 실시예는 도면에 개략적으로 도시되어 있으며, 이하에서 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 방법에 사용될 수 있는 2개의 내연기관을 개략적으로 도시하고,
도 2는 본 발명에 따른 방법에 사용될 수 있는 내연기관의 실린더를 개략적으로 도시하며,
도 3은 바람직한 실시예에서 본 발명에 따른 방법의 시퀀스를 도시한다.
도 1a는 본 발명에 따른 방법에 사용될 수 있는 내연기관(100)을 개략적으로 도시한다. 예로서, 내연기관(100)은 4 개의 연소실(103), 및 각각의 연소실(103)에 연결된 하나의 흡입관(106)을 포함한다.
흡입관(106)은 각각의 연소실(103)에 대해 연료 분사기(107)를 포함하고, 상기 연료 분사기(107)는 연소실 직전에 흡입관의 각각의 섹션 내에 배치된다. 따라서, 연료 분사기(107)는 포트 연료 분사를 위해 사용된다. 또한, 각각의 연소실(103)은 직접 분사용 연료 분사기(111)를 포함한다.
도 1b는 본 발명에 따른 방법에 사용될 수 있는 다른 내연기관(200)을 개략적으로 도시한다. 예로서, 내연기관(100)은 4개의 연소실(103), 및 각각의 연소실(103)에 연결된 하나의 흡입관(206)을 포함한다.
흡입관(206)은 모든 연소실(103)에 대해 공통 연료 분사기(207)를 포함하고, 상기 연료 분사기(207)는 흡입관 내에, 예를 들어, 여기에 도시되지 않은 스로틀 밸브 직후에 배치된다. 따라서, 제 1 연료 분사기(207)는 포트 연료 분사를 위해 사용된다. 또한, 각각의 연소실(103)은 직접 분사용 연료 분사기(111)를 포함한다.
2 개의 도시된 내연기관(100, 200)은 소위 이중 시스템, 즉 포트 연료 분사 및 직접 분사를 갖는다. 차이점은 포트 연료 분사의 유형에만 있다. 예를 들어, 도 1a에 도시된 포트 연료 분사가 예를 들어, 고품질의 내연 기관용으로 사용될 수 있는 바와 같이, 각각의 연소실에 대해 개별적으로 연료 계량을 허용하는 한편, 도 1b에 도시된 포트 연료 분사는 그 구성 및 그 제어가 더 간단하다. 도시된 2 개의 내연 기관은 특히 가솔린 엔진일 수 있다.
도 2에는 내연기관(100)의 실린더(102)가 개략적으로 도시되지만, 도 1a에서보다 더 상세히 도시되어 있다. 실린더(102)는 피스톤(104)의 이동에 의해 확대되거나 축소되는 연소실(103)을 포함한다. 피스톤의 위치는 예를 들어 피스톤이 그 최고점(도면과 관련하여)에 도달한 소위 상사점(OT)과 관련하여 제시될 수 있다. 본 내연기관은 특히 가솔린 엔진일 수 있다.
실린더(102)는 연소실(103) 내로 공기 또는 연료-공기 혼합물을 도입하기 위한 유입 밸브(105)를 포함한다. 공기는 연료 분사기(107)가 위치하는 공기 공급부의 부분인 흡입관(106)을 통해 공급된다. 흡입된 공기는 유입 밸브(105)를 통해 실린더(102)의 연소실(103) 내로 유입된다. 공기 공급 시스템 내의 스로틀 밸브(112)는 실린더(102) 내로 필요한 공기 질량 유량을 조절하는데 사용된다. 예를 들어 열막식 공기 질량 계량기 형태의 공기 질량 계량기(120)에 의해, 흡입관(106)을 통해 연소실(103) 내로 유입되는 공기량이 결정될 수 있다.
내연기관은 포트 연료 분사 중에 작동될 수 있다. 연료 분사기(107)의 도움으로, 상기 포트 연료 분사 중에 연료가 흡입관(106) 내로 분사되어, 거기서 공기-연료 혼합물이 형성되고, 이 공기-연료 혼합물은 유입 밸브(105)를 통해 실린더(102)의 연소실(103) 내로 유입된다.
내연기관은 또한 직접 분사 중에도 작동될 수 있다. 이를 위해, 연료 분사기(111)는 연료를 연소실 내로 직접 분사하도록 실린더(102)에 장착된다. 이러한 직접 분사의 경우, 연소에 필요한 공기-연료 혼합물이 실린더(102)의 연소실(103) 내에 직접 형성된다.
실린더(102)는 연소를 시작하기 위해 연소실(103) 내에서 스파크를 발생시키는 점화 장치(110)를 추가로 포함한다. 혼합물의 점화가 연소실에서 수행되는 점화 각, 즉 크랭크 샤프트(130)의 각은 예를 들어 도시된 각 Δφ로 제시될 수 있다. 값 Δφ = 0 °는 상사점에 대응하고, 점화 각은 예를 들어 상사점 이후일 수 있다. 4 행정 내연기관에서는 2 개의 상사점이 존재한다는 것에 유의해야 하고, 매 제 2 상사점의 부근에서만 점화 과정이 이루어진다.
연소 배출 가스는 연소 후에 실린더(102)로부터 배기관(108)을 통해 배출된다. 배출은 실린더(102) 상에 배치된 배출 밸브(109)의 개방에 좌우된다. 유입 및 배출 밸브(105, 109)는 알려진 방식으로 내연기관(100)의 4 행정 작동을 수행하도록 개폐된다.
내연기관(100)은 직접 분사, 포트 연료 분사 또는 혼합 작동으로 작동될 수 있다. 이는 현재 작동 점에 따라 내연기관(100)을 작동시키기 위한 최적의 작동 모드의 선택을 허용한다. 예를 들어, 내연기관(100)은 저속 및 저 부하로 작동되는 경우 포트 연료 분사 모드로 작동될 수 있고, 고속 및 고 부하로 작동되는 경우 직접 분사 모드로 작동될 수 있다. 그러나 넓은 작동 범위에 걸쳐, 연소실(103)에 공급되는 연료의 양이 비례적으로 포트 연료 분사 및 직접 분사에 의해 공급되는 혼합 작동으로 내연기관(100)을 작동시키는 것이 바람직하다.
또한, 내연기관(100)을 제어하기 위한 제어 유닛(115)으로서 설계된 컴퓨터 유닛이 제공된다. 제어 유닛(15)은 내연기관(100)을 직접 분사, 포트 연료 분사 또는 혼합 작동으로 작동시킬 수 있다. 또한, 제어 유닛(115)은 공기 질량 계량기(120)의 값을 검출할 수 있다.
도 2를 참조하여 더 상세하게 설명되는 내연 기관(100)의 기능은 도 1b에 따른 내연기관(200)에도 적용될 수 있다. 다만, 모든 연소실 또는 실린더에 대해 단 하나의 공통 연료 분사기가 제공된다는 것이 차이점이다. 따라서, 포트 연료 분사 또는 혼합 작동의 경우, 흡입관 내의 단일 연료 분사기가 작동된다.
도 3은 바람직한 실시예에서 본 발명에 따른 방법의 시퀀스를 개략적으로 도시한다. 이 경우, 포트 연료 분사와 직접 분사 간의 분배는 제 1 분배 계수(A)로부터 제 2 분배 계수(A')로 변경되어야 한다.
또한, 상기 분배의 변경 시, 변경 전의 토크 요구량(D)과 변경 후의 토크 요구량(D')이 고려되어야 한다. 특히, 이들 2 가지 토크 요구량이 동일할 수 있다. 즉, D = D'. 이는 일정한 작동 점에서 토크 요구량 또는 토크 방출량에 관련한 분배의 변경이 이루어져야 함을 의미한다. 이것은 예를 들어, 관련 자동차의 운전자가 분배의 변경을 느끼지 않거나 또는 적어도 가능한 적게 느끼기 때문에 바람직할 수 있다.
2 개의 분배 계수(A 및 A')는 포트 연료 분사 또는 직접 분사의 각각의 비율에 대한 각각의 연료량(MS 및 MD 또는 M'S 및 M'D)에 상응한다. 가장 간단한 경우, 분배의 변경 전후에 각각의 총 연료량은 동일하게 유지될 수 있다. 즉, MS + MD = M'S + M'D. 그러나, 예를 들어 변경 후 연료량(M'S과 M'D)의 추가 조정도 가능하다.
또한, 분배의 변경 시, 토크 요구량이 고려되어야 한다. 맵에서, 예를 들어 상이한 토크 요구량에 대해, 순수 포트 연료 분사 및 순수 직접 분사에 대한 대응 점화 각이 저장될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 토크 요구량(D')에 대하여, 순수 포트 연료 분사에 대한 점화 각(ΔφS) 및 순수 직접 분사에 대한 점화 각(ΔφD)이 저장될 수 있다.
이러한 2 개의 점화 각(ΔφS 및 ΔφD)으로부터, 제 2 분배 계수(A')에 따라 조절될 점화 각(Δφ)이 결정될 수 있다. 점화 각(Δφ)은 예를 들어 2 개의 점화 각(ΔφS 및 ΔφD) 사이의 보간, 특히 선형 보간의 범위에서 결정될 수 있다. 이 점화 각은 각각의 연료량과 마찬가지로, 각각의 연소실에 대해 개별적으로 결정되어야 한다. 특히, 점화 각에서, 개별 연소실들의 점화 시점들이 내연기관의 크랭크 샤프트에 각각의 피스톤의 연결로 인해 서로 오프셋된다는 것에 주의해야 한다.
2 가지 유형의 분사 간의 분배의 변경 과정에서, 전술한 바와 같이 결정된 새로운 연료량 및 새로운 점화 각이 조절될 수 있다. 상기 점화 각의 고려에 의해, 상기 변경 후에 내연 기관에 의해 출력되는 토크가 상기 변경 이전에 비해 변화되지 않거나 또는 적어도 거의 변화되지 않는 것이 달성될 수 있다. 그러나 상황에 따라 토크의 의도된 변화도 달성될 수 있다.
엔진 제어 유닛에서 상기 방법의 실시는 예를 들어, 사용된 소프트웨어에서 상태 변수가 규정되는 방식으로 이루어질 수 있고, 상기 상태 변수는 전환 요구, 즉 분사 유형에 대한 분배의 소정 변화를 지시하거나 그러한 전환 요구 시에 상응하게 그 값을 변화시킨다. 이 상태 변수에 의해, 새로운 연료량의 결정과 새로운 점화 각의 결정이 개시될 수 있다. 이로 인해, 제안된 방법이 특히 간단하고 신속하게 실시될 수 있다.
100, 200 내연기관
103 연소실
115 컴퓨터 유닛

Claims (11)

  1. 제 1 분배 계수(A)로부터 제 2 분배 계수(A')로, 분사 유형으로서 포트 연료 분사 및 직접 분사를 가진 내연기관(100, 200)에서 포트 연료 분사와 직접 분사 간의 분배를 변경하는 방법으로서,
    상기 제 2 분배 계수(A')에 따라 상기 내연기관(100, 200)의 각각의 연소실(103) 내로 도입될 연료량(M'S, M'D)이 각각의 분사 유형에 의해 결정되고,
    상기 각각의 연소실(103)에 대한 점화 각(Δφ)이 상기 내연기관(100, 200)에 대한 적어도 하나의 토크 요구량(D, D')을 고려해서 결정되고,
    상기 결정된 연료량(M'S, M'D) 및 상기 결정된 점화 각(Δφ)이 조절되는, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 연료량(M'S, M'D) 및/또는 상기 점화 각(Δφ)의 결정이 각각의 연소실(103)에 대해 개별적으로 이루어지는, 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 내연기관에 대한 상기 적어도 하나의 토크 요구량으로서 하나의 토크 요구량이 상기 분배의 변경 전(D) 및/또는 변경 후(D')에 사용되는, 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 분배의 변경 전(D) 및 변경 후(D')의 상기 토크 요구량들이 5% 이하, 특히 2% 이하만큼 서로 차이가 나는, 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 점화 각(Δφ)은 상기 제 2 분배 계수(A')를 고려해서 순수 포트 연료 분사와 순수 직접 분사에 대한 대응하는 점화각들(ΔφS, ΔφD) 사이에서 보간되는, 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 순수 포트 연료 분사와 상기 순수 직접 분사에 대한 점화 각들(ΔφS, ΔφD)이 표 또는 맵으로 저장되는, 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 분배 계수(A')에 따라 상기 내연기관(100, 200)의 각각의 연소실(103) 내로 도입될 연료량(M'S, M'D)을 각각의 분사 유형에 의해 결정하는 범위에서, 상기 연료량(M'S, M'D)의 조정은 상기 내연기관(100, 200)에 대한 적어도 하나의 토크 요구량(D, D')을 고려해서 이루어지는, 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 연소실(103)에 대한 공기 충전은 상기 내연기관(100, 200)에 대한 상기 적어도 하나의 토크 요구량(D, D')을 고려해서 결정되고 조절되는, 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하도록 설계된, 컴퓨터 유닛(115).
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 방법이 컴퓨터 유닛(115)에서 실행되면, 상기 컴퓨터 유닛(115)이 상기 방법을 실행하게 하는, 컴퓨터 프로그램.
  11. 제 10 항에 따른 컴퓨터 프로그램이 저장된, 기계 판독 가능한 저장 매체.
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