KR980009824A - 가변 밸브 제어기의 위치를 모니터링하는 방법 및 장치 - Google Patents

가변 밸브 제어기의 위치를 모니터링하는 방법 및 장치 Download PDF

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슈바르젠탈 디트마르
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쥐르겐 헤르만
독토르 잉그. 에이치. 씨. 에프. 포르세 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은 가변 밸브 제어기의 위치를 모니터링하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 구조적비용은 절감시키는 가변 밸브 제어기를 모니터링하기 위해, 크랭크축의 이상(異狀) 회전수의 실린더 특성 분석을 행하고, 이로부터 각 실린더이 가능한 밸브 제어기의 작동 상태를 개별적으로 결정하는 것이 제시하고 있다.

Description

가변 밸브 제어기의 위치를 모니터링하는 방법 및 장치
그에 반해 본 발명의 과제는, 가변 밸브 제어기의 위치 모니터링을 위한 방법 및 장치를 제공하고, 상기 방법에서 구조적인 비용을 감소시키는 데에 있다.
본 과제는 독립 특허 청구의 범위의 특징으로 해결된다. 본 발명은 그때에, 개개 실린더 내에 연소 공정이 가변 밸브 제어기의 작동 거동 내지 작동 상태에 종속된다는 사실을 기초로 하고 있다. 특히 가변 밸브 제어기의 시프팅 동안에 개개 실린더의 연소 상태는 크게 변한다. 이러한 연소 공정 및/또는 그 변화는 공지된 크랭크축의 각속도 분석, 정확히 말하면 크랭크축의 이상(異狀)회전의 분석으로 감지될 수 있다.
가변 밸브 제어기의 작동 상태에 대한 정보는 연소 공정 내지 감지된 이상 회전으로부터 추론된다.
특히 본 발명의 장점은, 크랭크축의 각도 위치를 감지하기 위한 센서가 기존 내연 기관의 경우 항상 제공되기 때문에, 계측 기술의 비용을 줄이는 것 외에, 현재 가변 밸브 제어기의 작동 상태만이 가변 밸브 제어기로부터 영향을 받는 내연 기관의 연소 상태를 근거로 결정된다는 점이다. 이것은 특히, 법적으로 규정된 배기 가스 값(OBD II)의 준수를 모니터링하고 감지하기 위해, 가변 밸브 제어기의 상기 모니터링이 필요한 경우, 매우 중요하다. 계측 기술의 비용을 줄이는 것 외에, 본 발명의 또 다른 장점은, 엔진 제어 장치에서 가변 밸브 제어기의 제어 뿐만 아니라 모니터링도 행해진다는 점이다. 상기 엔진 제어 장치가 항상 크랭크축 각 센서로부터 신호를 수신하므로, 본 발명은 엔진 제어 장치 내에서 제어 장치의 부수적인 도선 또는 핀을 필요로 하지 않고도 실현될 수 있다.
본 발명의 또 다른 장점은 종속 특허 청구의 범위 내에 기술되어 있다.
본 발명은 크랭크축의 이상 회전수의 분석은 실린더 특성 방법으로 행하고 평가하며, 이로부터 연소 상태를 다시 실린더 특성 방법으로 결정하고, 이를 다른 실린더의 연소 상태와 비교하는 것이다. 모든 실린더 내에 연소 상태의 평균값으로부터의 개개 실린더의 연소 상태의 편차는 가변 밸브 제어기의 작동 오류에 대한 정보를 개개 실린더에 관하여 제공한다.
제안된 바와 같이, 크랭크축 각 센서의 신호는 메모리안의 정규 또는 기준 값으로 저장된 한계치와 비교되고 내연 기관의 부하 및 회전수에 종속되어 결정된 크랭크축의 이상 회전수에 의해 평가된다면 본 발명의 설계가 보다 용이하다.
크랭크축 각 센서의 신호를 평가하기 위해, 이상 회전수의 곡선을 조사하고, 이를 주어진 곡선과 비교하는 것을 제시하고 있다. 여기서 이상 회전수의 곡선이 임계적일 때에, 이러한 평가은 외부 외란과 비교함으로써 상당히 감지할 수 없다. 간단히 말하면, 가변 밸브 제어기의 위치가 변경될 경우에만, 이러한 평가이 실현될 수 있도록 제공된다. 이것으로써, 제어 장치는 휴지 시간 동안의 이러한 모니터링 과제의 부담이 줄어들게 된다.
상기 발명에 따른 가변 밸브 제어기의 모니터링은 차량(방법)을 위한 프로그램 제어된 제어 장치의 일 부분으로써 뿐만 아니라 개별 회로(장치)로써 나타내고 동일한 장점으로 나타난다.
본 발명은 다음에서 도면에 도시된 실시예에 의해 자세히 설명되어 질 것이다.
제1도는 가변 밸브 제어기 및 제어장치를 구비한 내연 기관의 개략도이다.
제2도는 제어장치 내에 위치된 평가 장치 및 모니터링 장치로 구성된 제1 실시예의 블록도.
제3도는 제2 실시예로써 제어장치 내에 진행되는 프로그램 공정의 플로우챠트.
제4도는 작동을 설명하기 위하여 시간(t)의 함수로써, 크랭크축의 이상(異狀) 회전수, 이상 회전수의 평균값, 이상 회전수의 정규값, 그리고 제어장치로부터의 출력 신호(VC)를 도시한 도표이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1：내연 기관 2：가변 밸브 제어기
3：캠축 4：크랭크축
본 발명은 가변 밸브 제어기의 위치를 모니터링을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
가변 밸브 제어기가 구비되는 내연 기관에 있어서, 이러한 가변 밸브 제어기의 기능을 정기적으로 모니터링하는 것은 필요하다. 이미 공지된 모니터링 방법은 밸브 제어기의 실제적인 위치를 감지하도록 밸브 제어기를 조정하도록 사용되는 구성 요소의 위치를 조사한다. 그렇지만 그런 모니터링 방법은 현시점에서 밸브 제어기가 어떠한 방법으로 제어되는가 하는 일반적 개념만을 제공한다.
내연 기관내에서 실린더의 1작동 싸이클 동안에, 크랭크축의 각속도 곡선의 분석에 기초하여 내연 기관에서의 연소 중지를 감지하는 방법은 이미 공지되었다. 그때 연소중지는 정규 상태에 반해 속도 곡선의 특정 변경을 발생시킨다. 그런 방법은 예를 들어 독일 특허 공개 제40 09 285 A1호에 공시되어 있다.
도1은 본 경우에 흡입단 캠축(intake camshaft)(4)인 캠축(3)의 각 위치 비가 크랭크축(4)의 각 위치에 대하여 조정 장치(5)에 의해 변경될 수 있는 가변 밸브 제어기(2)를 장착한 내연 기관(1)을 개략적으로 나타낸 것이다. 조정 장치(5)는 크랭크축 센서(7)로부터 도시되지 않은 신호에 부언하여 크랭크축(4)의 각 위치를 위한 신호(KW)와 내연 기관(1)에 있는 부하에 대응하는 스로틀 센서(8)로부터의 신호(DK)를 수신하는 제어 장치(6)에 의해 제어된다. 표시 장치(9)는 마찬가지로 제어장치(6)에 의해 제어된다.
바람직한 실시예의 설명
제1 실시예에서, 제어장치(6)는 특히 밸브 제어 장치(10), 평가 장치(11) 및 모니터링 장치(12)를 갖고 있다. 평가 장치(11) 및 모니터링 장치(12)는 이러한 경우에 크랭크축(4)의 이상 회전수의 감지를 위한 센서장치로써 작용하는 크랭크축 센서(7)와 함께 가변 밸브 제어기(2)의 위치 모니터링 장치를 형성한다.
도2에 따른 블록도에서, 평가 장치(11)와 함께 모니터링 장치(12)가 자세히 도시되어 있다. 평가 장치(11)는 크랭크축 센서(7)로부터 크랭크축(4)의 각도 위치에 준하는 상기 신호(KW)를 갖는다. 본 실시예에서 이러한 신호는 펄스 트레인으로 이루어지며, 각 펄스는 크랭크축(4)에 의해 후퇴한(sweep) 각도의 특정 부분과 대응한다. 크랭크축의 소정 위치에 특정 펄스를 생성하여 크랭크축의 절대 위치를 결정하는 것이 가능하도록 하는 표시(13)를 한다.
판별기 유닛(14)은 크랭크축 신호(KW)의 도움으로 크랭크축(4)의 위치를 평가하고, 내연 기관(1)의 실린더(15)내에 연소 공정이 수행되는 매시간에 신호를 발생시킨다. 판별기(4)와 병렬로, 크랭크축 신호(KW)는 크랭크축의 각운동의 균일성의 결함을 나타내는 신호(DN)를 얻을 수 있도록 미분기(16)에 의해 미분된다. 이상 신호(DN)는 스위치(17)에 의해 평균값 형성기(18)로 공급되고, 거기서 스위치(17)는 판별기(14)로부터의 출력 신호에 의해 제어되고, 판별기(14)가 연소 공정을 감지할 경우에만 폐쇄된다. 따라서, 신호(MDN)은 평균값 형성기(18)의 출력측에 가해지며, 이 신호는 실린더(15) 내에서 연소 공정이 수행되는 시간에 이 지점에서의 크랭크축(4)의 이상 각 운동의 평균값을 나타낸다. 모니터링 장치(12)는 평균값 신호(MDN) 및 크랭크축 신호(KW) 이외에 스로틀 센서(8)의 신호(DK)도 수신한다. 스로틀 센서(8)의 신호(DK)와 크랭크축 센서(7)의 신호(KW)에 따라 크랭크 축의 이상 회전수의 평균값(MDN)에 대한 정규값은 메모리(19) 내에 저장된다. 비교기(20)는 이상 회전수의 실제적인 평균값(MDN)을 사전에 조사된 이상 회전수의 정규값(NDN)과 비교하고, 2개의 값의 차가 수정 값을 초과하면, 표시 장치(9)의 제어를 위해 신호(VC)를 전송한다. 가변 밸브 제어기(2)는 단지 2 개의 위치로 세트 가능한 본 실시예에서, 출력 신호(VC)는 가변 밸브 제어기(2)가 내연 기관이 고출력을 발생하는 작동 위치에 있음을 표시하고, 출력 신호(VC)가 없으면 가변 밸브 제어기는 휴지 위치에 있고 내연 기관이 저출력을 발생한다.
평가 장치(11)와 모니터링 장치(12)에 공급된 신호(V)는 밸브 제어기(10)에 의해 발생되고, 이는 밸브 제어기(10)가 조정 장치(5)를 제어하고 이로 인해 가변 밸브 제어기(2)를 작동 상태로 움직이는 것을 나타낸다. 상기 신호(V)는 평가 장치(11) 뿐만 아니라 모니터링 장치(12)에 이용된다. 즉, 2개의 장치는, 밸브 제어기(10)가 가변 밸브 제어기(2)의 조정을 수행하는 경우에만 작동한다.
상술한 바와 같이, 개별 구성 유니트를 구성하는 것보다는, 본 발명은 물론 제어장치(6)가 프로그램 메모리가 있는 제어장치일 때에 프로그램된 공정의 한 과정으로써 나타낼 수 있다. 그러한 프로그램 공정 은 제3도에서 제2 실시예로써 플로우챠트의 형태로 나타낸다. 이러한 공정은 상기 가변 밸브 제어기(2)의 위치가 변환될 것인지의 여부를 검사하게 되는 단계(30)로부터 시작된다. 이것이 해당되지 않을 경우에, 프로그램은 즉시 종료되고, 그렇지 않으면 단계(31)로 계속된다. 단계(31)에서 크랭크축 센서(7)로부터의 신호(KW) 및 스로틀 센서(8)로부터의 신호(DK)가 입력값으로 감지된다. 그 다음 단계(32)에서 이러한 정보는 제1 실시예에서 처럼 크랭크축 회전수(N)와 크랭크축의 이상 회전수(DN)를 결정하도록 사용된다. 다음의 단계(33)에서 이 크랭크축의 이상 회전수(ND)로부터 평균값(MDN)이 계산되고, 계산은 연소 공정 동안에 감지된 크랭크축의 이상 회전수(DN)의 값만이 계산된다. 이와 관련하여 크랭크축 각(KW)은 연소 공정이 수행되는지 여부를 결정하는 데 도움을 준다. 마지막으로, 단계(34)에서, 스로틀 위치(DK) 및 크랭크축 회전수(N)에 종속된 특성 맵으로부터 크랭크 축의 상기 이상 회전수에 대한 정규값(MDN)이 판독된다. 단계(35)에서 크랭크축의 이상 회전수의 계산된 평균값(MDN)은 평균값(MDN)이 정규값(NDN)을 초과하는지의 여부를 검사하는 방법으로 크랭크축의 이상 회전수의 정규값(NDN)과 비교된다. 이에 해당될 경우에는 단계(36)에서 출력 신호 VC=1이 출력된다. 그에 반해, 비교가 마이너스의 결과를 초래하면, 단계(37)에서 선택적으로 출력 신호 VC=0이 출력된다. 단계(36) 내지 단계(37)에서 상기 프로그램은 종료된다.
제1 실시예에서 기술된 장치 및/또는 제2 실시예에서 기술된 방법은 도4에서 도시된 도표에 의해 설명된다. 제4도에 따른 도표에서 예를 들면 크랭크축의 이상 회전수(DN), 이상 평균값(MDN), 이상 회전수의 정규값(NDN), 그리고 출력 신호(VC)는 시간(t)의 함수로 도식화되어 있다. 간단히 말하면, 내연 기관은 정상의 작동 상태에 위치해 있고, 이것으로써 스로틀 위치 신호(DK) 그리고 크랭크축의 회전수(N)은 상수값을 취한다. 이러한 전제 아래, 이상 회전수(DN)에 대해 하나의 펄스 곡선을, 연소 공정 동안 크랭크 축(4)에 가해진 토오크 때문에 윈도우(38)를 통해 표시된 연소 공정 동안에 나타난 크랭크축(4)으로부터의 회전 모멘트를 기초로 이상 회전수의 상승값과 함께 얻을 수 있다. 이상 회전수(DN)가 윈도우(38)내에서만 감지되고 평가됨으로써, 이상 회전수(MDN)에 대한 평균값으로써 이상 회전수(MDN)의 정상 부분에서 대응하는 곡선을 얻을 수 있다.
시점(t1)에 대해 밸브 제어기(2)는 내연 기관(1)은 고 회전 모멘트를 발생하는 방법으로 제어된다. 캠축(3)이 실제로 조정되고, 거기에다 크랭크축(4)에 실제로 고 회전 모멘트가 가해지는 지점까지 실린더(15)내에서 연소 공정이 변화되자마자, 이는 이상 회전수(DN) 및 이상 회전수의 평균값(MDN)의 증가로 나타난다.
시점(t2)에서, 이상 회전수의 평균값(MDN)이 이상 회전수의 정규값(NDN)을 초과하고, 그에 대해 출력 신호(VC)는 상태 0에서 상태 1로 변경된다.
이러한 신호(VC)는 2가지 실시예에서 매우 상이한 방법으로 적용된다. 가장 간단한 형태에 있어서, 표시 장치(9)는 신호(VC)의 도움으로 제어되고, 운전자에게는 밸브 제어기(2)가 작동 상태에 있음을 보여준다. 동일한 방법으로 또 다른 제어장치로부터의 신호(VC)를 평가할 수 있다. 밸브 제어기(10)가 밸브 제어기(2)의 조정 그리고 조정 장치(5)의 안전 기능의 성능의 검사로써 신호(VC)를 평가하는 것은 의미있는 일이다.
본 발명은 가변 밸브 제어기의 위치를 모니터링하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 구조적 비용을 감소시키는 가변 밸브 제어기를 모니터링하기 위해, 크랭크축 이상 회전의 실린더 특성 분석을 수행하고, 모든 개개 실린더에 대해 밸브 제어기의 작동 상태를 결정하는 것을 용이하게 한다.

Claims (14)

  1. 내연 기관의 가변 밸브 제어기의 위치를 모니터링하기 위한 방법에 있어서, 내연 기관의 크랭크 축의 이상(異狀)회전수를 감지하는 단계와, 내연 기관의 연소 상태에 관해 이상 회전수를 평가하는 단계와, 가변 밸브 제어기 위치와 연소 상태를 관련시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 연소 상태에 대하여 이상 회전수를 평가하기 위해 이상 회전수의 평균값을 모든 실린더에 대해 평가하고, 가변 밸브 제어기의 위치와 연소 상태를 관련시키기 위해 적어도 내연 기관의 부하 상태 및 회전수에 종속되는 정규값으로부터 평균값의 편차를 형성하고, 편차도가 가변 밸브 제어기의 실제적인 위치와 관련되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 연소 상태에 대하여 이상 회전수를 평가하기 위해 이상 회전수의 평균값을 모든 실린더에 대해 평가하고, 상기 가변 밸브 제어기의 위치와 연소 상태를 관련시키기 위해 평균값이 적어도 내연 기관의 부하 상태와 이상 회전수에 종속되는 한계값과 비교되며, 한계값 초과는 가변 밸브 제어기의 제어된 위치와 관련되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 연소 상태에 대하여 이상 회전수를 평가하기 위해 우선 이상 회전수의 평균값이 모든 실린더에 대해 평가되고 그 연후에 모든 실린더에서의 이상 회전수의 평균값의 곡선이 도표화(plotted)되고, 가변 밸브 제어기의 위치와 연소 상태를 관련시키기 위해 적어도 내연 기관의 부하 위치 및 회전수에 적어도 종속되는 정규값 곡선을 갖는 곡선의 편차를 형성하고, 편차도는 가변 밸브 제어기의 실제적인 위치와 관련되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서 연소 상태에 대하여 이상 회전수를 평가하기 위해 우선 이상 회전수의 평균값이 모든 실린더에 대해 평가되고 그 연후에 모든 실린더에서의 이상 회전수의 평균값의 곡선이 도표화되고, 연소 상태를 가변 밸브 제어기의 위치와 관련시키기 위해 적어도 내연 기관의 부하 위치 및 회전수에 종속되는 한계값과 곡선이 비교되며, 한계값의 초과는 가변 밸브 제어기의 조정된 위치와 관련되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 연소 상태에 대하여 이상 회전수를 평가하기 위해 각 실린더의 실린더 특성 방법으로 이상 회전수를 결정하고 이상 회전수의 평균값을 모든 실린더에서 취하고, 상기 가변 밸브 제어기의 위치와 연소 상태를 관련시키기 위해 실린더의 이상 회전수를 이상 회전수의 평균값과 비교하고, 이상 회전수의 평균값으로부터의 이상 회전수의 편차를 실린더 특성 방법으로 결정하고, 적어도 내연 기관의 부하 상태 및 회전수에 종속되는 편차에 대한 한계값의 초과시에만 에러 메세지(error message)가 출력되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 상기 가변 밸브 제어기의 위치가 변경될 경우에만 실행되어 지는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 내연 기관의 가변 밸브 제어기의 위치를 모니터링을 하는 장치에 있어서, 내연 기관의 크랭크축의 이상 회전수를 감지하기 위한 센서 장치와, 내연 기관의 연소 상태에 대하여 이상 회전수를 평가하는 평가 장치와, 가변 밸브 제어기의 위치와 연소 상태를 관련시키는 모니터링 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 평가 장치는 모든 실린더에 대해 이상 회전수를 위한 평균값 형성기를 구비하고, 상기 모니터링 장치는 적어도 내연 기관의 부하 상태 및 회전수에 종속되는 이상 회전수의 정규값을 위한 메모리와, 비교기를 구비하고, 비교기는 정규값으로부터 평균값의 편차를 형성하고, 출력 유니트는 가변 밸브 제어기의 실제적 위치의 편차도를 할당 및 출력하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 평가 장치는 모든 실린더에 대해 이상 회전수를 위한 평균값 형성기를 구비하고, 상기 모니터링 장치는 적어도 내연기관의 부하 상태 및 회전수에 종속되는 이상 회전수의 한계값을 위한 메모리와 비교기를 구비하고, 비교기는 평균값을 한계값과 비교하며 한계값의 초과시 가변 밸브 제어기의 조정된 위치를 나타내는 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 평가 장치는 모든 실린더에 대해 이상 회전수를 위한 평균값 형성기와, 이에 연이어 이상 회전수의 평균값 곡선을 위해 표시 장치를 구비하고, 상기 모니터링 장치는 적어도 내연 기관의 부하 상태 및 회전수에 종속되는 이상 회전수의 한계값을 위한 메모리와 비교기를 구비하고, 비교기는 정규값 곡선으로부터 평균값 곡선의 편차를 형성하고, 출력 유니트는 가변 밸브 제어기의 실제적인 위치의 편차도를 할당 및 출력하는 것을 특징으로 하는 장치
  12. 제8항에 있어서, 상기 평가 장치는 모든 실린더에 대해 이상 회전수를 위한 평균값 형성기와, 이에 연이어 이상 회전수의 평균값 곡선을 위해 표시 장치를 구비하고, 상기 모니터링 장치는 적어도 내연 기관의 부하 상태 및 회전수에 종속되는 이상 회전수의 평균값의 한계값 곡선을 위한 메모리와 비교기를 구비하고, 비교기는 평균값 곡선을 한계 진행 곡선과 비교하며 한계값의 초과시 가변 밸브 제어기의 조정된 위치를 특징지우는 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 장치
  13. 제8항에 있어서, 상기 평가 장치는 이상 회전수의 실린더 특징적 상태의 감지를 위한 판별기와 모든 실린더에 대해 이상 회전수를 위해 평균값 형성기를 구비하고, 상기 평가 장치는 비교기를 구비하고, 비교기는 모든 개개의 실린더의 이상 회전수의 편차를 결정하고 적어도 내연 기관의 부하 상태 및 회전수에 종속되는 편차에 대하여 저장된 한계값이 초과하면 에러 메시지를 출력하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 작동 장치는, 상기 가변 밸브 제어기의 위치가 변경될때만 평가 장치를 작동시키는 것을 특징으로 하는 장치.
    ※ 참고사항：최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.
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