KR20190070865A - 내연 기관의 목표 흡입관 압력을 결정하기 위한 방법 및 제어 장치 - Google Patents

내연 기관의 목표 흡입관 압력을 결정하기 위한 방법 및 제어 장치 Download PDF

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폭스바겐 악티엔 게젤샤프트
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Abstract

본 발명은, 반복 방법을 이용해서 내연 기관(1)의 목표 흡입관 압력을 결정하기 위한 방법에 관한 것으로서, 이 경우에는 반복 방법 동안 반복된 흡입관 압력(pI1)을 위해 실린더 충전량(rpI1)이 결정되고(단계 55), 결정된 실린더 충전량(rpI1)에 따라 목표 흡입관 압력이 결정된다(단계 57). 또한, 본 발명은, 본 발명에 따른 방법을 실시하기 위한 제어 장치와도 관련이 있다.

Description

내연 기관의 목표 흡입관 압력을 결정하기 위한 방법 및 제어 장치{METHOD AND CONTROL DEVICE FOR DETERMINING A TARGET INTAKE PIPE PRESSURE OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은, 반복 방법을 이용해서 특히 자동차 내연 기관의 목표 흡입관 압력을 결정하기 위한 방법 및 제어 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 고정 소수점 반복(fixed point iteration)에 의해서 예를 들어 자동차 내연 기관의 목표 배기가스 역압을 결정하기 위한 방법 및 제어 장치와도 관련이 있다.
목표 흡입관 압력, 다시 말해 내연 기관의 흡입관 내의 목표 압력 값은, 통상적으로 목표 위치를 고려해서 내연 기관을 제어하기 위하여, 내연 기관의 스로틀 밸브 및 터보차저의 목표 위치를 결정하는 데 사용된다.
DE 199 44 178 A1호는, 스로틀 밸브를 제어하기 위한 방법을 개시하며, 사전 설정 가능한 목표 공기 질량 흐름으로부터 목표 흡입관 압력이 결정되고, 이 목표 흡입관 압력을 토대로 해서 스로틀 밸브 위치가 추론된다.
목표 흡입관 압력을 결정하기 위해, 통상적으로는 내연 기관의 차지 교환(charge changing) 모델이 반전된다. 하지만, 이와 같은 차지 교환 모델의 반전은 위치에 따라 부정확할 수 있으며, 이와 같은 상황은 차량 내연 기관의 그리고 차량 자체의 응답 특성을 느리게 하고 토크 불균일성을 야기한다.
또한, 반전 불가능한 차지 교환 모델도 존재한다. 예컨대, 밀러 엔진은 실린더 공기 충전량에 대한 캠 샤프트 위치의 높은 의존성으로 인해 확장된 차지 교환 모델을 야기한다. 이와 같은 차지 교환 모델은 분석적으로 반전될 수 없다.
본 발명의 과제는, 전술된 단점들을 적어도 부분적으로 극복하는 목표 흡입관 압력을 결정하기 위한 방법 및 제어 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제는, 청구항 1에 따른 목표 흡입관 압력을 결정하기 위한 본 발명에 따른 방법, 청구항 13에 따른 목표 배기가스 역압을 결정하기 위한 본 발명에 따른 방법 및 청구항 15에 따른 제어 장치에 의해서 해결된다.
제1 양상에 따르면, 본 발명은, 반복적인 방법을 이용해서 내연 기관의 목표 흡입관 압력을 결정하기 위한 방법과 관련이 있으며, 이 경우에는 반복 방법 동안 반복된 흡입관 압력을 위해 실린더 충전량이 결정되고, 결정된 실린더 충전량에 따라 목표 흡입관 압력이 결정된다.
제2 양상에 따르면, 본 발명은, 고정 소수점 방법을 이용해서 내연 기관의 목표 배기가스 역압을 결정하기 위한 방법과 관련이 있으며, 이 경우에는 반복된 배기가스 역압이 하기 수학식
Figure pat00001
Figure pat00002
의 2차 근사(quadratic approximation)로부터 결정되며, 상기 수학식에서
Figure pat00003
는 목표 배기가스 질량 흐름이고, A 유효 는 스로틀의 유효 개방 면적이며, p 3 는 목표 배기가스 역압이고, p 4 는 터빈 뒤에서의 목표 압력이며, R S 는 배기가스의 비기체상수(specific gas constant)이고, T 3 는 터빈 앞에서의 배기가스 온도이며, c d 는 터빈 관류 계수이고,
Figure pat00004
는 관류 함수이며, 이 경우 목표 배기가스 질량 흐름은 선행적으로 반복된 배기가스 역압에 의존한다.
제3 양태에 따르면, 본 발명은, 제1 양태 또는 제2 양태에 따른 방법을 실시하도록 형성된 프로세서를 구비하는 제어 장치와 관련이 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예들은, 종속 청구항들 및 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 이하의 설명으로부터 명백해진다.
본 발명은, 반복 방법을 이용해서 내연 기관의 목표 흡입관 압력을 결정하기 위한 방법에 관한 것이다. 목표 흡입관 압력은, 통상적으로 내연 기관의 실린더 내로 신선한 공기를 공급하도록 형성된 내연 기관의 흡입관 내에서 우세한 목표 압력이다.
목표 흡입관 압력을 결정하는 경우에는, 반복 방법 동안 반복된 흡입관 압력을 위해 실린더 충전량이 결정된다. 내연 기관의 실린더 충전량은, 신선한 공기, 잔류 가스 및/또는 배출된 공기(purged air)와 같은 내연 기관의 실린더 내부를 채우는 충전 성분들의 다양한 양 비율로 구성된다. 실린더 충전량은 내연 기관의 소위 연하 곡선(swallowing curve)에 의해서 나타내질 수 있다. 실린더 충전량은, 반전 불가능한 차지 교환 모델을 토대로 할 수 있고, 목표 캠 축 위치, 내연 기관의 현재 작동 점에서의 현재 실제 회전수, 반복된 흡입관 압력을 위한 목표 배기가스 역압 및 반복된 흡입관 압력에 따라 결정될 수 있다.
그 다음에, 특정 실린더 충전량에 따라 목표 흡입관 압력이 결정된다. 목표 흡입관 압력의 결정은 이하에서 더욱 상세하게 설명될 것이다.
본 발명에 따른 방법에 의해서는, 목표 흡입관 압력이 또한 큰 수고 없이 반전 불가능한 차지 교환 모델을 위해서도 결정될 수 있다. 목표 흡입관 압력이 매우 정확하게 결정될 수 있음으로써, 결과적으로 공회전에 가까운 작동에서의 적은 점화각 개입으로 인한 CO2 절감 가능성, 동역학에서의 신속한 고조파 토크의 구성 및 분해, 그리고 압력 구간에서의 누설 진단을 위한 조건, 및 이로 인한 장치 보호 목적의 조기 오류 인식이 나타나게 된다.
몇몇 실시예에서, 반복 방법은 분할 방법(secant method)일 수 있다. 이 방법에서는, 바람직하게 2개의 시작점이 확정되고, 이들 시작점들 사이에 할선이 배치된다. 그 다음에, x-축, 본 경우에는 목표 흡입관 압력을 나타내는 축과 할선의 교차점이, 후속하는 반복을 위한 개선된 시작값을 나타내는 반복으로서 확정된다. 분할 방법에 의해서는, 또한 구별될 수 없는 연하 곡선들의 반복적인 반전도 실행될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제1 시작 흡입관 압력을 위해 실린더 충전량이 결정될 수 있고, 제1 시작 흡입관 압력을 위한 실린더 충전량이 내연 기관의 목표 실린더 충전량과 비교되며, 제2 시작 흡입관 압력이 제1 시작 흡입관 압력을 위한 실린더 충전량과 목표 실린더 충전량 간의 비교 결과에 따라 결정됨으로써, 제2 시작 흡입관 압력이 결정될 수 있다. 제2 시작 흡입관 압력(p S2 )을 결정하기 위하여, 예를 들어 다음과 같은 수학식이 적용된다:
Figure pat00005
Figure pat00006
상기 수학식에서, r 0 는 제1 시작 흡입관 압력을 위한 실린더 충전량이고, r 목표 은 내연 기관의 목표 실린더 충전량이다. 이들 값(pS2,최대 및 pS2,최소)은 특성 맵으로부터 판독될 수 있다. 특성 맵은 바람직하게 회전수 및 목표 실린더 충전량에 의존하며, 이 경우 특성 맵은 바람직하게, 목표 흡입관 압력을 위한 검색 영역이 가급적 작도록, 하지만 검색된 목표 흡입관 압력이 항상 상기 검색 영역 내부에 놓이도록 모수화 된다. 이어서, 제2 시작 흡입관 압력을 위해서 마찬가지로 실린더 충전량이 결정될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제1 시작 흡입관 압력은 실제 흡입관 압력일 수 있다. 실제 흡입관 압력은 현재 흡입관 내에서 우세한 압력일 수 있으며, 이 압력은 바람직하게는 흡입관 내에서 압력 센서에 의해 측정되거나 다른 측정된 파라미터로부터 결정된다.
몇몇 실시예에서, 제1 시작 흡입관 압력 및 제2 시작 흡입관 압력으로부터 출발하여 분할 방법을 이용해서, 반복된 흡입관 압력이 결정될 수 있다. 이 목적을 위해, 흡입관 압력에 의존하는 변수가 제1 시작 흡입관 압력을 위해 그리고 제2 시작 흡입관 압력을 위해 흡입관 압력에 대하여 도시될 수 있고, 할선은 흡입관 압력에 의존하는 변수에 의해서 제1 시작 흡입관 압력에 그리고 제2 시작 흡입관 압력에 배치될 수 있다. 이때, x-축(흡입관 압력 축)과 할선의 교차점은 반복된 흡입관 압력(제1 반복된 흡입관 압력)을 나타낼 수 있다. 이와 유사하게, 제2 시작 흡입관 압력 및/또는 제1 반복된 흡입관 압력으로부터 출발해서, 또 다른 반복된 흡입관 압력들이 결정될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 반복된 흡입관 압력은 또한 제1 시작 흡입관 압력을 위한 실린더 충전량 및 제2 시작 흡입관 압력을 위한 실린더 충전량에 따라서도 결정될 수 있다. 이로써, 예를 들어 제1 시작 흡입관 압력을 위한 실린더 충전량 및 제2 시작 흡입관 압력을 위한 실린더 충전량은 흡입관 압력에 대하여 도시될 수 있으며, 할선은 실린더 충전량에 의해서 제1 시작 흡입관 압력에 배치될 수 있고, 실린더 충전량은 제2 시작 흡입관 압력에 배치될 수 있다. 이때, x-축(흡입관 압력 축)과 할선의 교차점은 반복된 흡입관 압력(제1 반복된 흡입관 압력)을 나타낼 수 있다. 후속해서, 제1 반복된 흡입관 압력을 위한 실린더 충전량이 결정될 수 있고, 상기 실린더 충전량은 흡입관 압력에 대하여 도시될 수 있으며, 할선은 제2 시작 흡입관 압력에서의 실린더 충전량과 제1 반복된 흡입관 압력에서의 실린더 충전량 사이에 배치될 수 있고, x-축과 상기 할선의 교차점은 제2 반복된 흡입관 압력으로서 확인될 수 있다. 이와 유사하게, 제1 반복된 흡입관 압력에서의 실린더 충전량 및/또는 제2 반복된 흡입관 압력에서의 실린더 충전량으로부터 출발해서, 또 다른 반복된 흡입관 압력들이 결정될 수 있다.
분할 방법을 이용한 반복은, 예를 들어 2회 또는 3회의 반복 단계 후에 종료될 수 있다. 다시 말해, 예를 들어, 먼저 현재의 흡입관 압력을 위한 2개의 시작값 계산 및 흡입관 압력을 위한 경계 값이 (최대-특성 맵 및 최소-특성 맵을 통해서 결정됨) 결정되고, 이어서 2회 또는 3회의 반복 단계가 후속된다. 최대 횟수의 반복 단계, 예를 들어 2회 또는 3회의 반복 단계는 예를 들어 어플리케이터에 의해서 사전에 확정될 수 있다.
반복된 흡입관 압력을 위한 실린더 충전량은 목표 터보차저 회전수에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 목표 터보차저 회전수는 반복 단계의 기초가 되는 흡입관 압력에 따라 결정될 수 있다. 예컨대, 제1 시작 흡입관 압력을 위한 실린더 충전량을 결정하기 위한 터보차저 회전수는 제1 시작 흡입관 압력으로부터 결정될 수 있고, 제2 시작 흡입관 압력을 위한 실린더 충전량을 결정하기 위한 터보차저 회전수는 제2 시작 흡입관 압력으로부터 결정될 수 있으며, 제1 반복된 흡입관 압력을 위한 실린더 충전량을 결정하기 위한 터보차저 회전수는 제1 반복된 흡입관 압력으로부터 결정될 수 있다. 이와 유사하게, 또 다른 반복된 흡입관 압력을 위한 실린더 충전량을 결정하기 위한 터보차저 회전수는 또 다른 반복된 개별 흡입관 압력에 의존할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 반복된 흡입관 압력을 위한 실린더 충전량은 목표 배기가스 역압에 따라 결정될 수 있으며, 이 경우 상기 목표 배기가스 역압은 반복 단계의 기초가 되는 흡입관 압력에 따라 결정될 수 있다. 예컨대, 제1 시작 흡입관 압력을 위한 실린더 충전량을 결정하기 위한 목표 배기가스 역압은 제1 시작 흡입관 압력으로부터 결정될 수 있고, 제2 시작 흡입관 압력을 위한 실린더 충전량을 결정하기 위한 목표 배기가스 역압은 제2 시작 흡입관 압력으로부터 결정될 수 있으며, 제1 반복된 흡입관 압력을 위한 실린더 충전량을 결정하기 위한 목표 배기가스 역압은 제1 반복된 흡입관 압력으로부터 결정될 수 있다. 이와 유사하게, 또 다른 반복된 흡입관 압력을 위한 실린더 충전량을 결정하기 위한 목표 배기가스 역압은 또 다른 반복된 개별 흡입관 압력에 의존할 수 있다. 바람직하게, 목표 배기가스 역압은 또한 상응하는 단계에서 결정된 목표 터보차저 회전수에 따라 결정될 수도 있다.
따라서, 목표 배기가스 역압은 공지되어 있지 않으며, 공정 진행 중에, 특히 각각의 계산 단계 또는 반복 단계 동안에 결정된다. 바람직하게는, 또한 제1 시작 흡입관 압력을 위한 그리고 제2 시작 흡입관 압력을 위한 실린더 충전량을 결정하기 위해서도 목표 배기가스 역압이 결정된다. 다시 말해, 원칙적으로, 목표 충전량으로부터 목표 흡입관 압력을 계산하기 위해서는, 목적 캠 샤프트 위치를 위한 연하 곡선, 목적 배기가스 역압 및 현재의 회전수가 반전되어야만 한다. 목적 캠 샤프트 위치는 바람직하게는 공지되어 있으며, 예컨대 회전수 및 토크에 의존하는 특성 맵으로부터 그리고/또는 회전수 및 충전량에 의존하는 특성 맵으로부터 결정될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 목표 배기가스 역압은 하기 수학식
Figure pat00007
Figure pat00008
의 2차 근사로부터 결정되며, 상기 수학식에서
Figure pat00009
는 목표 배기가스 질량 흐름이고, A 유효 는 스로틀의 유효 개방 면적이며, p 3 는 목표 배기가스 역압이고, p 4 는 터빈 뒤에서의 목표 압력이며, R S 는 배기가스의 비기체상수이고, T 3 는 터빈 앞에서의 배기가스 온도이며, c d 는 터빈 관류 계수이고,
Figure pat00010
는 관류 함수이다. 배기가스의 비기체상수(R S )는 예를 들어 R S = 288 J/kgK 또는 그와 유사한 값으로서 추정될 수 있다. 배기가스 역압(p 3 )에 따라 풀린 수학식 (1)의 2차 근사는 다음과 같은 형태를 가질 수 있다:
Figure pat00011
Figure pat00012
상기 수학식에서, K 배기 는 배기가스의 등 엔트로피(isentropic) 지수이다. 등 엔트로피 지수는 예를 들어, K 배기 = 1.37 또는 그와 유사한 값일 수 있다.
몇몇 실시예에서, 목표 배기가스 역압은 반복적인 방법에 의해서 결정될 수 있다. 목표 배기가스 역압을 결정하기 위한 반복적인 방법은 고정 소수점 반복일 수 있다. 이 경우에는, 바람직하게 수학식(3)에 기초하여 반복적으로 배기가스 역압이 결정될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 시작 배기가스 역압은 제1 시작 흡입관 압력, 제2 시작 흡입관 압력 또는 반복된 흡입관 압력일 수 있다. 제1 시작 흡입관 압력을 위한 실린더 충전량을 결정하기 위해서 사용되는 목표 배기가스 역압을 결정하는 경우에는, 시작 배기가스 역압이 제1 시작 흡입관 압력일 수 있다. 제2 시작 흡입관 압력을 위한 실린더 충전량을 결정하기 위해서 사용되는 목표 배기가스 역압을 결정하는 경우에는, 시작 배기가스 역압이 제2 시작 흡입관 압력일 수 있다. 제1 반복된 시작 흡입관 압력을 위한 실린더 충전량을 결정하기 위해서 사용되는 목표 배기가스 역압을 결정하는 경우에는, 시작 배기가스 역압이 제1 반복된 흡입관 압력일 수 있다. 이와 유사하게, 또 다른 반복된 흡입관 압력들은 개별 목표 배기가스 역압을 결정할 때에 시작 배기가스 역압으로서 사용될 수 있다.
몇몇 실시예에서는, 시작 배기가스 역압 또는 반복된 배기가스 역압에 따라, 감소된 배기가스 질량 흐름 및 VTG를 갖는 터보차저의 VTG-제어-듀티 사이클(VTG - 가변적인 터빈 기하학적 구조)이 결정되고, 이들에 따라 후속하는 반복된 배기가스 역압이 결정된다. 이 경우에는, 또한 감소된 질량 흐름에 의해서 VTG-제어-듀티 사이클도 결정될 수 있다. 특히, 시작 배기가스 역압으로부터 출발하여, 반복적으로, 감소된 질량 흐름이 결정될 수 있고, 이 감소된 질량 흐름을 토대로 해서 VTG-제어-듀티 사이클(VTG-제어)이 결정될 수 있으며, 마지막으로 반복된 배기가스 역압이 계산될 수 있다. 각각의 반복에서 VTG-제어-듀티 사이클을 결정하기 위해, 바람직하게 기초가 되는 배기가스 역압 및 감소된 질량 흐름에 의존하는 정적인 예비 제어-특성 맵이 평가될 수 있다.
VTG-제어-듀티 사이클에 대해 대안적으로 또는 추가로, 터보차저의 웨이스트 게이트 액추에이터의 설정이 웨이스트 게이트 액추에이터에 의해서 결정될 수 있고, 후속하는 반복된 배기가스 역압을 결정할 때에 고려될 수 있다. 이와 같은 조치는 바람직하게 VTG를 갖는 터보차저에서의 조치와 유사하다.
고정 소수점 반복을 이용한 반복은, 예를 들어 2회 또는 3회의 반복 단계 후에 종료될 수 있다. 다시 말해, 먼저, 시작 배기가스 역압을 위한, 예를 들어 현재의 흡입관 역압(실제 흡입관 압력)을 위한 시작값 계산이 실행되고, 이어서 2회 또는 3회의 반복 단계가 후속된다. 최대 횟수의 반복 단계는 예를 들어 어플리케이터에 의해서 사전에 확정될 수 있다.
정지 상태에서 목표 배기가스 역압이 실제 배기가스 역압의 값을 취하면, 목표 배기가스 역압이 정적으로 소멸될 수 있다. 이때, 실제 배기가스 역압은 센서에 의해 측정된 배기가스 역압일 수 있다. 정적인 소멸은 정확도를 증가시킨다.
대안적으로, 각각의 계산 단계 또는 반복 단계에서 배기가스 역압은 수학식 (3)을 통해서 계산될 수 있고, 감소된 질량 흐름이 결정될 수 있다. 이 목적을 위해, 예를 들어 하기 수학식을 이용해서 근사가 이루어질 수 있다:
Figure pat00013
Figure pat00014
상기 수학식으로부터, VTG-제어-듀티 사이클 및/또는 터보차저의 액추에이터의 설정이 웨이스트 게이트에 의해서 결정될 수 있다.
몇몇 실시예에서는, 대안적으로 배기가스 역압이 터빈 뒤에서의 목표 압력 및 터빈 및 압축기의 출력 균형으로부터 결정될 수 있다. 이는, 수학식 (3)의 평가에 비해 단순해졌으나 덜 정확한 결과를 유도한다.
요약해서 말하자면, 본 발명은, 대략 선형의 엔진 연하 특성 곡선의 반전과 조합된 차지 교환 모델의 반복적인 계산 방식을 특징으로 하며, 이 경우 배기가스 역압의 목표 값 계산은 목적점에서 실행되어야 한다. 이 경우에는, 종래의 방법에서 사용되는 차지 교환 모델의 방향 유도는 전혀 필요치 않다.
또한, 본 발명은, 고정 소수점 방법을 이용해서 내연 기관의 목표 배기가스 역압을 결정하기 위한 방법과도 관련이 있으며, 이 경우에는 반복된 배기가스 역압이 하기 수학식
Figure pat00015
Figure pat00016
의 2차 근사로부터 결정되며, 상기 수학식에서
Figure pat00017
는 목표 배기가스 질량 흐름이고, A 유효 는 스로틀의 유효 개방 면적이며, p 3 는 목표 배기가스 역압이고, p 4 는 터빈 뒤에서의 목표 압력이며, R S 는 배기가스의 비기체상수이고, T 3 는 터빈 앞에서의 배기가스 온도이며, c d 는 터빈 관류 계수이고,
Figure pat00018
는 관류 함수이며, 이 경우 목표 배기가스 질량 흐름은 시작 배기가스 역압 또는 선행적으로 반복된 배기가스 역압에 의존한다. 위의 수학식 (3)은 2차 근사를 나타낼 수 있다.
몇몇 실시예에서, 목표 배기가스 역압은 2회 또는 3회의 반복 단계 후의 반복된 배기가스 역압에 상응할 수 있다.
목표 배기가스 역압을 결정하기 위한 방법의 추가의 세부 사항은, 목표 흡입관 압력을 결정하기 위한 방법과 관련하여 더 위에서 상술되었다. 이들 특징은, 목표 배기가스 역압을 결정하기 위한 방법에 유사하게 적용된다.
또한, 본 발명은, 반복 방법을 이용해서 내연 기관의 목표 흡입관 압력을 결정하기 위한 방법을 실시하도록 형성된 프로세서를 구비하는, 내연 기관용 제어 장치와도 관련이 있으며, 이 경우에는 반복 방법 동안 반복된 흡입관 압력을 위해 실린더 충전량이 결정되고, 상기 결정된 실린더 충전량에 따라 목표 흡입관 압력이 결정된다. 특히, 프로세서는, 목표 흡입관 압력을 결정하기 위한 전술된 방법을 실시하도록 형성되어 있다.
제어 장치는 예를 들어 엔진 제어부일 수 있다. 제어 장치는, 또한 특성 맵, 계산 법칙, 반복 명령, 확정된 파라미터 및/또는 그와 유사한 것들을 저장하기 위한 데이터 메모리를 구비할 수 있다. 또한, 제어 장치는, 예를 들어 측정 데이터 또는 다른 데이터와 같은 데이터를 수신하기 위한 신호 입력부, 및 내연 기관으로, 특히 내연 기관의 제어 가능한 구성 요소들로 제어 신호를 출력하기 위한 신호 출력부를 구비할 수 있다.
또한, 본 발명은, 전술된 바와 같이, 목표 배기가스 역압을 결정하기 위한 방법을 실시하도록 형성된 프로세서를 구비하는 내연 기관용 제어 장치와도 관련이 있다.
본 발명의 실시예들은 이제 예시적으로 그리고 첨부된 도면들을 참조해서 기술된다.
도 1은 내연 기관을 개략적으로 도시하며,
도 2는 목표 흡입관 압력을 결정하기 위한 방법을 실시하기 위한 제어 장치를 개략적으로 도시하고,
도 3은 목표 흡입관 압력을 결정하기 위한 방법의 일 실시예의 흐름도를 개략적으로 도시하며,
도 4는 실린더 충전량을 결정하기 위한 방법의 흐름도를 개략적으로 도시하고,
도 5는 분할 방법의 기본 원리를 개략적으로 도시하며, 그리고
도 6은 목표 배기가스 역압을 결정하기 위한 반복 방법의 흐름도를 개략적으로 도시한다.
도 1에는, 내연 기관이 개략적으로 도시되어 있다. 실린더(1)는, 분사 밸브(11)를 통해서 분사되는 연료의 연소가 이루어지는 연소실(10)을 구비한다. 실린더(1)는 흡기 밸브(12)를 통해서 흡입 파이프(13)와 결합되어 있고, 이 흡입 파이프로부터 흡기 밸브(12)를 통해서 신선한 공기가 연소실(10) 내부에 도달한다. 또한, 실린더(1)는 배기 밸브(14)를 통해서 배기가스 매니폴드(15)와 결합되어 있고, 이 배기가스 매니폴드를 통과해서 배기가스 또는 잔류 가스가 연소실(10)로부터 배기가스 매니폴드(15) 내부로 안내된다. 또한, 크랭크 샤프트(도시되지 않음)에 의해서 구동되는 실린더 피스톤(16)이 존재한다. 흡기 밸브(12) 바로 앞에서 흡입관(13) 내에는, 흡입관 압력을 검출하도록 형성된 흡입관 압력 센서(2)가 배열되어 있다. 배기 밸브(14) 바로 뒤에서 배기가스 매니폴드(15) 내에는, 배기가스 역압을 검출하도록 형성된 배기가스 역압 센서(3)가 배열되어 있다. 도 1에서, 실린더(1)는, 흡기 밸브(12) 및 배기 밸브(14)가 개방되어 있고 밸브 오버랩이 존재하는 시점에 도시되어 있다.
도 2는, 목표 흡입관 압력을 결정하기 위한 방법을 실시하기 위한 제어 장치(4)의 개략도를 보여준다. 제어 장치(4)는, 데이터를 수신하기 위한 신호 입력부(41) 및 제어 명령을 내연 기관으로 출력하기 위한 신호 출력부(42)와 연결된 프로세서(40)를 구비한다. 또한, 제어 장치(4)는, 특성 맵, 계산 법칙, 반복 명령, 확정된 파라미터 등을 저장하기 위해 제공된 데이터 메모리(43)를 구비한다. 프로세서(40)는, 도 3 내지 도 6을 참조하여 후술되는 바와 같이, 목표 흡입관 압력을 결정하기 위한 방법을 실시하도록 형성되어 있다.
도 3은, 목표 흡입관 압력을 결정하기 위한 방법(5)의 흐름도를 보여준다.
단계 50에서, 먼저 제1 시작 흡입관 압력이 결정된다. 이 목적을 위해, 제1 시작 흡입관 압력으로서 이용되는 실제 흡입관 압력이 흡입관 압력 센서에 의해서 측정된다.
이어서, 단계 51에서, 제1 시작 흡입관 압력을 위한 실린더 충전량이 결정된다.
이 목적을 위해, 도 4의 다이어그램에 도시된 바와 같이, 단계 60에서 제1 시작 흡입관 압력에 따라 목표 터보차저 회전수가 결정된다. 제1 시작 흡입관 압력 및 특정의 목표 터보차저 회전수에 따라, 단계 61에서 목표 배기가스 역압이 결정된다. 목표 배기가스 역압의 계산은, 도 6을 참조하여 이하에서 더욱 상세히 설명될 것이다. 이어서, 단계 62에서는 제1 시작 흡입관 압력 및 목표 배기가스 역압에 따라 실린더 충전량이 결정된다.
도 3의 단계 52에서는, 제1 시작 흡입관 압력을 위한 실린더 충전량에 따라 제2 시작 흡입관 압력이 결정된다. 이 목적을 위해, 제1 시작 흡입관 압력을 위한 실린더 충전량이 내연 기관의 목표 실린더 충전량과 비교되고, 수학식 (2)에 따른 비교 결과에 따라서, 검색 영역을 확정하는 상기 특성 맵으로부터 상한값(pS2, 최대) 또는 하한값(pS2, 최소)이 제2 시작 흡입관 압력으로서 확정된다.
단계 53에서는, 제2 시작 흡입관 압력을 위한 실린더 충전량이 결정된다. 제2 시작 흡입관 압력을 위한 실린더 충전량의 결정은 제1 시작 흡입관 압력을 위한 실린더 충전량의 결정과 유사하다.
단계 54에서는, 분할 방법에 의해서 제1 흡입관 압력 반복이 결정된다. 이 목적을 위해, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 시작 흡입관 압력(ps1)을 위한 실린더 충전량(rps1) 및 제2 시작 흡입관 압력(ps2)을 위한 실린더 충전량(rps2)이 흡입관 압력{p(x-축)}에 대하여 도시되고, 할선(S1)은 이들 실린더 충전량들(rps1, rps2) 사이에 배치된다. x-축과 할선(S1)의 교차점은 제1 흡입관 압력 반복(pI1)을 나타낸다.
단계 55에서는, 특정의 제1 흡입관 압력 반복을 위한 실린더 충전량이 결정된다. 제1 흡입관 압력 반복을 위한 실린더 충전량의 결정은 제1 시작 흡입관 압력을 위한 실린더 충전량의 결정과 유사하게 이루어진다.
단계 56에서는, 반복이 중단될 수 있는지의 여부가 결정된다. 이와 같은 결정은, 이미 실행된 반복의 횟수에 따라 또는 제1 흡입관 압력 반복을 위한 실린더 충전량에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 제1 흡입관 압력 반복을 위한 충전량은 제2 시작 흡입관 압력을 위한 충전량과 비교될 수 있고, 그 비교 결과에 따라 반복이 중단될 수 있는지의 여부가 결정될 수 있다.
단계 56에서 반복이 중단될 수 있다고 결정되면, 단계 57에서 최종적으로 결정된 흡입관 압력 반복이 목표 흡입관 압력으로서 출력된다.
단계 56에서 반복이 중단될 수 없다고 결정되면, 단계 54 내지 단계 56이 반복된다. 이 경우에는, 도 5에 도시된 바와 같이, 할선(S2)이 제2 시작 흡입관 압력을 위한 실린더 충전량(rps2) 및 제1 흡입관 압력 반복을 위한 실린더 충전량(rpI1)에 의해서 배치되고, x-축과의 교차점이 제2 흡입관 압력 반복(pI2)으로서 확정됨으로써, 단계 54에서 제2 흡입관 압력 반복이 결정된다. 그 다음에, 단계 55에서는, 제2 흡입관 압력 반복을 위한 실린더 충전량이 결정되고, 단계 56에서는 반복이 중단될 수 있는지의 여부가 결정된다. 이 목적을 위해, 제2 흡입관 압력 반복을 위한 충전량이 제1 흡입관 압력 반복을 위한 충전량과 비교될 수 있고, 그 비교 결과에 따라 반복이 중단될 수 있는지의 여부가 결정될 수 있다. 반복이 중단될 수 없는 경우에는, 단계 54 내지 단계 56이 또 다른 흡입관 압력 반복을 위해서 유사하게 반복된다.
반복은 예컨대 최대 두 번 반복되고, 그 다음에 중단된다. 하지만, 최대 반복 횟수는 사전에 확정될 수 있다.
제1 실시예에서는, 시작 흡입관 압력 및 흡입관 압력 반복 각각을 위한 충전량을 결정하기 위해 목표 배기가스 역압이 목표 배기가스 역압을 결정하기 위한 방법(7)에 따라 결정된다.
단계 70에서는, 시작 배기가스 역압이 확정된다. 시작 배기가스 역압은, 목표 흡입관 압력을 결정하기 위한 방법(5)의 개별 단계에서 출발하는 흡입관 압력이다. 다시 말해, 방법(5)의 단계 51에서, 시작 배기가스 역압은 제1 시작 흡입관 압력이고, 단계 53에서는 제2 시작 흡입관 압력이며, 단계 55에서는 단계 54에서 반복된 흡입관 압력 반복이다.
단계 71에서는, 시작 배기가스 역압에 따라 감소된 질량 흐름이 결정된다.
그 다음에, 단계 72에서는, 시작 흡입관 압력 및 감소된 질량 흐름에 따라, VTG-제어-듀티 사이클 또는 웨이스트 게이트를 갖는 터보차저의 액추에이터의 설정이 결정된다.
단계 73에서는, 상기 수학식 (3)에 의해 배기가스 역압 반복이 결정된다. 단계 71 내지 73은 각각 고정 소수점 반복의 반복 단계를 나타낸다.
단계 74에서는, 반복이 중단될 수 있는지의 여부가 체크된다. 이 과정은, 이미 실행된 반복의 횟수에 따라 결정된다. 이 경우, 최대 반복 횟수는 2회이다.
단계 74에서 반복이 중단될 수 있다고 결정되면, 단계 75에서 마지막으로 결정된 배기가스 역압 반복이 목표 배기가스 역압으로서 출력된다.
단계 74에서 반복이 중단될 수 없다고 결정되면, 단계 71 내지 단계 74가 반복된다. 이 경우에는, 각각 배기가스 역압 반복에 따라 감소된 배기가스 질량 흐름, VTG-제어-듀티 사이클, 또는 웨이스트 게이트를 갖는 터보차저의 액추에이터의 설정 및 또 다른 배기가스 역압 반복이 결정된다.
제2 실시예에서는, 방법 5의 각각의 계산 단계 51, 단계 53, 단계 54에서 배기가스 역압이 상기 수학식 (3)을 통해 계산되고, 감소된 질량 흐름이 상기 수학식 (4)에 따라 결정된다. 그 다음에, 이로부터, VTG-제어-듀티 사이클 또는 웨이스트 게이트를 갖는 터보차저의 액추에이터의 설정이 결정된다.
제3 실시예에서는, 목표 배기가스 역압이 방법 5의 각각의 계산 단계 51, 단계 53, 단계 54에서, 터빈 뒤에서의 목표 압력 그리고 터빈 및 압축기의 출력 균형으로부터 결정된다.
1: 내연 기관의 실린더
10: 연소실
11: 분사 밸브
12: 흡기 밸브
13: 흡입관
14: 배기 밸브
15: 배기가스 매니폴드
16: 실린더 피스톤
2: 흡입관 압력 센서
3: 배기가스 역압 센서
4: 제어 장치
40: 프로세서
41: 신호 입력부
42: 신호 출력부
43: 데이터 메모리
5: 목표 흡입관 압력을 결정하기 위한 방법
50: 제1 시작 흡입관 압력을 결정하는 단계
51: 제1 시작 흡입관 압력을 위한 실린더 충전량을 결정하는 단계
52: 제2 시작 흡입관 압력을 결정하는 단계
53: 제1 시작 흡입관 압력을 위한 실린더 충전량을 결정하는 단계
54: 분할 방법을 이용해서 흡입관 압력 반복을 결정하는 단계
55: 흡입관 압력 반복을 위한 실린더 충전량을 결정하는 단계
56: 반복이 중단될 수 있는지의 여부를 결정하는 단계
57: 마지막으로 결정된 흡입관 압력 반복을 목표 흡입관 압력으로서 확정하는 단계
60: 터보차저 회전수를 계산하는 단계
61: 목표 배기가스 역압을 결정하는 단계
62: 실린더 충전량을 결정하는 단계
70: 시작 배기가스 역압을 확정하는 단계
71: 감소된 질량 흐름을 결정하는 단계
72: VTG-제어-듀티 사이클을 결정하는 단계
73: 배기가스 역압-반복을 결정하는 단계
74: 반복이 중단될 수 있는지의 여부를 결정하는 단계
75: 마지막으로 결정된 배기가스 역압 반복을 목표 배기가스 역압으로서 확정하는 단계
ps1: 제1 시작 흡입관 압력
ps2: 제2 시작 흡입관 압력
pI1: 제1 흡입관 압력 반복
pI2: 제2 흡입관 압력 반복
rps1: 제1 시작 흡입관 압력을 위한 실린더 충전량
rps2: 제2 시작 흡입관 압력을 위한 실린더 충전량
rpI1: 제1 흡입관 압력 반복을 위한 실린더 충전량
S1: 할선
S2: 할선

Claims (15)

  1. 반복 방법을 이용해서 내연 기관(1)의 목표 흡입관 압력을 결정하기 위한 방법이며,
    상기 반복 방법 동안 반복된 흡입관 압력(pI1)을 위해 실린더 충전량(rpI1)이 결정되고(단계 55), 상기 결정된 실린더 충전량(rpI1)에 따라 목표 흡입관 압력이 결정되는(단계 57), 내연 기관의 목표 흡입관 압력의 결정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 반복 방법은 분할 방법(단계 54)인, 내연 기관의 목표 흡입관 압력의 결정 방법.
  3. 제2항에 있어서, 제1 시작 흡입관 압력(ps1)을 위해 실린더 충전량(rps1)이 결정되고, 제1 시작 흡입관 압력을 위한 실린더 충전량(rps1)이 내연 기관(1)의 목표 실린더 충전량과 비교되며, 제1 시작 흡입관 압력(ps1)을 위한 실린더 충전량(rps1)과 목표 실린더 충전량 간의 비교 결과에 따라 제2 시작 흡입관 압력(ps2)이 결정됨으로써, 제2 시작 흡입관 압력(ps2)이 결정되는, 내연 기관의 목표 흡입관 압력의 결정 방법.
  4. 제3항에 있어서, 제1 시작 흡입관 압력(ps1)은 실제 흡입관 압력인, 내연 기관의 목표 흡입관 압력의 결정 방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 제1 시작 흡입관 압력(ps1) 및 제2 시작 흡입관 압력(ps2)으로부터 출발해서 분할 방법에 의해, 반복된 흡입관 압력(pI1)이 결정되는, 내연 기관의 목표 흡입관 압력의 결정 방법.
  6. 제5항에 있어서, 반복된 흡입관 압력(pI1)은 또한 제1 시작 흡입관 압력(ps1)을 위한 실린더 충전량(rps1) 및 제2 시작 흡입관 압력(ps2)을 위한 실린더 충전량(rps2)에 따라 결정되는, 내연 기관의 목표 흡입관 압력의 결정 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 반복된 흡입관 압력(pI1)을 위한 실린더 충전량(rpI1)은 목표 배기가스 역압에 따라 결정되며, 상기 목표 배기가스 역압은 상기 반복된 흡입관 압력(pI1)에 따라 결정되는, 내연 기관의 목표 흡입관 압력의 결정 방법.
  8. 제7항에 있어서, 목표 배기가스 역압이 하기 수학식
    Figure pat00019

    의 2차 근사로부터 결정되며, 상기 수학식에서
    Figure pat00020
    는 목표 배기가스 질량 흐름이고, A 유효 는 스로틀의 유효 개방 면적이며, p 3 는 목표 배기가스 역압이고, p 4 는 터빈 뒤에서의 목표 압력이며, R S 는 배기가스의 비기체상수이고, T 3 는 터빈 앞에서의 배기가스 온도이며, c d 는 터빈 관류 계수이고,
    Figure pat00021
    는 관류 함수인, 내연 기관의 목표 흡입관 압력의 결정 방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 목표 배기가스 역압은 반복적인 방법에 의해 결정되는(단계 70 내지 단계 75), 내연 기관의 목표 흡입관 압력의 결정 방법.
  10. 제9항에 있어서, 반복된 흡입관 압력(pI1)이 시작 배기가스 역압인, 내연 기관의 목표 흡입관 압력의 결정 방법.
  11. 제10항에 있어서, 시작 배기가스 역압에 따라, 감소된 배기가스 질량 흐름 및 VTG-제어-듀티 사이클이 결정되고, 상기 감소된 배기가스 질량 흐름 및 VTG-제어-듀티 사이클에 따라, 반복된 배기가스 역압이 결정되는, 내연 기관의 목표 흡입관 압력의 결정 방법.
  12. 제7항에 있어서, 목표 흡입관 압력은 터빈 뒤에서의 목표 압력, 그리고 터빈 및 압축기의 출력 균형으로부터 결정되는, 내연 기관의 목표 흡입관 압력의 결정 방법.
  13. 고정 소수점 방법을 이용해서 내연 기관(1)의 목표 배기가스 역압을 결정하기 위한 방법이며, 반복된 배기가스 역압이 하기 수학식
    Figure pat00022

    의 2차 근사로부터 결정되며, 상기 수학식에서
    Figure pat00023
    는 목표 배기가스 질량 흐름이고, A 유효 는 스로틀의 유효 개방 면적이며, p 3 는 목표 배기가스 역압이고, p 4 는 터빈 뒤에서의 목표 압력이며, R S 는 배기가스의 비기체상수이고, T 3 는 터빈 앞에서의 배기가스 온도이며, c d 는 터빈 관류 계수이고,
    Figure pat00024
    는 관류 함수이며, 상기 목표 배기가스 질량 흐름은 선행적으로 반복된 배기가스 역압에 의존하는, 내연 기관의 목표 흡입관 압력의 결정 방법.
  14. 제13항에 있어서, 목표 배기가스 역압은 2회의 반복 단계 후의 반복된 배기가스 역압에 상응하는, 내연 기관의 목표 흡입관 압력의 결정 방법.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실시하도록 형성된 프로세서(40)를 구비하는, 내연 기관(1)용 제어 장치.
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