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KR100840803B1 - 내연기관의 작동을 위한 방법, 컴퓨터 프로그램이 저장된, 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체, 제어 장치 및 이에 상응하는 내연기관 - Google Patents

내연기관의 작동을 위한 방법, 컴퓨터 프로그램이 저장된, 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체, 제어 장치 및 이에 상응하는 내연기관 Download PDF

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KR100840803B1
KR100840803B1 KR1020037013270A KR20037013270A KR100840803B1 KR 100840803 B1 KR100840803 B1 KR 100840803B1 KR 1020037013270 A KR1020037013270 A KR 1020037013270A KR 20037013270 A KR20037013270 A KR 20037013270A KR 100840803 B1 KR100840803 B1 KR 100840803B1
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KR
South Korea
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internal combustion
combustion engine
injection duration
injection
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벤츨러토마스
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

연료는 내연기관 작동을 위한 방법에서 적어도 하나의 분사 밸브를 통해 공급된다. 분사된 연료량은 분사 지속 시간을 통해 영향을 받는다. 내연기관이 최적의 안락성 및 배출로 작동될 수 있도록, 요구 분사 지속 시간이 최대 가능 분사 지속 시간보다 큰 지의 여부가 예측된다. 상기와 같은 경우가 발생될 수 있다고 예측되면, 연소를 위해 중요한 변수는 토크가 서서히 감소하도록 영향을 받는다.
분사 밸브, 분사 지속 시간, 감지 임계값, 공기 충전, 드로틀 밸브, 충전 압력

Description

내연기관의 작동을 위한 방법, 컴퓨터 프로그램이 저장된, 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체, 제어 장치 및 이에 상응하는 내연기관{METHOD, COMPUTER READABLE STORAGE MEDIUM STORING COMPUTER PROGRAM, AND CONTROL DEVICE FOR OPERATING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND CORRESPONDING INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연기관 작동을 위한 방법에 관한 것이며, 여기서 연료는 적어도 하나의 분사 밸브를 거쳐 분사되고, 분사된 연료량은 분사 지속 시간을 통해 영향을 받는다.
상기 유형의 방법은 이미 공지되어 있다. 이 경우에 연료는 분사 밸브를 거쳐 흡입관으로 분사된다. 흡입관 내에는 분사된 연료가 분무되고, 내연기관의 연소실로 운반된다. 연료는 대체로 일정한 압력을 갖는 연료 도관에 의해 분사 밸브로 공급된다. 예를 들어 사용자가 고부하를 요구하는 경우, 분사 밸브는 비교적 오래 개방되도록 제어된다. 이와 같은 방법으로 많은 연료량이 흡입관에 도달된다.
그러나, 분사 밸브의 최대 가능 분사 지속 시간은 제한된다. 흡입관 분사 시, 극단적인 경우 분사 밸브는 지속적으로 개방될 수 있다. 그러나 개방된 흡입 밸브로는 가능한 한 분사되지 않아야 하므로, 개별 개방 과정이 더 바람직하다. 따라서, 개방된 흡입 밸브에서 분사 밸브는 가능한 한 폐쇄되어야 한다. 지속적으로 개방된 분사 밸브의 상태는 "연속선"로 나타난다. 마찬가지로 이미 공지된 연료 직접 분사에서, 연료는 연소실에 직접 분사된다. 경우에 따라서는 최대 가능 분사 지속 시간은 압축 행정의 흡입에 추가된 시간과 동일하다.
내연기관 사용자에 의해 높은 부하, 즉 예를 들어, 경우에 따라서 높은 내연기관 회전수인 경우, 높은 토크가 요구되면, 분사 밸브의 요구 분사 지속 시간이 최대 가능 분사 지속 시간보다 길어질 수 있다. 그러나 최대 가능 분사 지속 시간이 내연기관의 조건에 따라 제한되기 때문에, 높은 요구 분사 지속 시간에도 불구하고 최대 가능 분사 지속 시간에 상응하는 양만이 분사된다. 그러나 동시에, 요구된 높은 토크에 상응하는 많은 공기 충전이 연소실에 공급되므로, 연소실에 도달하는 혼합기는 전체적으로 매우 희박하다. 이는 한편으로는, 최적화되지 않은 배출 동작을 야기하고, 다른 한편으로는 내연기관 및 배기 가스의 온도 상승을 야기한다.
또한, 내연기관 회전수가 상승될 때, 실제 분사 지속 시간이 최대 가능 분사 지속 시간을 통해 제한되는 경우, 토크가 갑작스럽게 감소하여 내연기관 회전수 상승이 갑작스럽게 지연될 수 있다. 이는 예를 들어 차량 탑승자 또는 운전자가 가속 시 흔들림을 실제로 느끼도록 한다. 이를 통해 내연기관 사용 시의 안락성이 제한된다.
따라서 본 발명은, 상술된 유형의 방법이 상기와 같이 작동되는 내연기관의 사용 시 안락성이 가능한 한 적게 제한되고 동시에 내연기관이 최적의 배출 동작을 나타내는 것을 목적으로 한다.
상기 목적은, 도입부에 언급된 유형의 방법에서 분사 밸브의 요구 분사 지속 시간이 최대 가능 분사 지속 시간보다 길어지는지의 여부가 예측되고, 길어질 수 있다고 예측되면, 연소를 위해 중요한 적어도 하나의 연소 관련 변수는, 토크가 서서히 감소되도록 영향을 받음으로써 달성된다.
본 발명에 따른 방법에서는 실제 분사 지속 시간이 최대 가능 분사 지속 시간을 통해 강제적으로 제한될 때까지 대기하는 것이 아니라, 상기와 같은 상태에 도달하기 전에 이미 간섭하는 것이다. 이를 위해, 분사 밸브의 요구 분사 지속 시간이 최대 가능 분사 지속 시간보다 길어지는 상태가 발생될 수 있는 지의 여부가 예측되는 것이 요구된다. 이에 상응하는 방법이 실행되지 않는 경우, 상기 유형의 상태가 실제로 곧 발생되는 것이 예측되면, 본 발명에 따른 방법에서는 분사 밸브의 요구 분사 지속 시간이 최대 가능 분사 지속 시간을 초과할 수 없는 방법이 유도되도록 즉시 반응된다.
상기 방법은 간단하고, 효과적이다. 즉, 내연기관에 의해 발생된 토크가 서서히 감소된다. "서서히" 감소된다는 것은 토크가 갑작스럽게 감소되는 것이 아니라 지속적으로 감소되는 것을 의미하고, 변경 속도가 매우 작아, 내연기관 사용자, 예를 들어, 차량 탑승자가 불편함을 느끼지 않는다. 이 때, 실제 분사 지속 시간이 최대 분사 지속 시간 이하로 유지되는 동안, 예를 들어 배출을 이유로 또는 배기 가스 온도를 낮추기 위해 요구되는 연료-공기 혼합기의 충분한 공급이 가능하도록 토크가 감소될 수 있다.
이 때, 본 발명에 따라 작동되는 내연기관의 배출 및 안락성 동작은 추가 구성 요소가 요구되지 않으므로, 본 발명에 따른 방법을 통해 매우 저렴하고 간단하게 개선될 수 있는 것에 주목해야 한다.
본 발명의 바람직한 추가 실시예는 종속항에 나타난다.
제1 실시예에는, 토크의 감소 속도가 한계값보다 작은 것이 나타난다. 따라서, 토크가 본 방법을 기초로 하여 시간 당 감소될 수 있는 정도는 최대값으로 제한된다. 상기 토크 변경 속도의 제한을 통해, 본 발명에 따라 작동되는 내연기관의 사용 시 최적의 안락성이 달성된다. 차량에 장착된 내연기관에서의 토크 변경 속도는 예를 들어, 본 발명에 따른 방법을 통해 수행된 차량 가속도 변경 시, 운전자 및 탑승자가 불편함을 느끼지 않도록 제한될 수 있다.
다른 실시예에서는 토크의 시간 당 변경에 대한 한계값이 내연기관 사용자의 감지 임계값을 통해 중요한다. 본 발명에 따르면, 예를 들어 차량에서 가속 변경 시 탑승자가 단지 소정의 강도부터 감지할 수 있는 것이 중요한다. 본 발명에 따른 한계값의 선택이 고려된다. 극단적인 경우, 토크 감소가, 연소를 위해 중요한 변수에 대해 영향을 줌으로써, 내연기관 사용자가 전혀 감지할 수 없게 될 수 있다.
최대 가능 분사 지속 시간과 요구 분사 지속 시간 간의 차이를 한계값과 비교함으로서, 그리고 상기 차이의 변경 속도를 한계값과 비교함으로서 예측될 수 있다. 분사 밸브의 최대 가능 분사 지속 시간이 초과될 수 있다는 상기 유형의 예측이 특히 용이하게 구현될 수 있다. 상기 예측은, 분사 밸브의 요구 분사 지속 시간이 최대 가능 분사 지속 시간의 소정의 값에 근접한 경우와 소정의 최소 속도로 근접이 수행된 경우에만, 최대 가능 분사 지속 시간이 초과될 수 있다는 가정을 기초로 한다.
특히 바람직한 실시에에 따르면, 최대 가능 분사 지속 시간과 요구 분사 지속 시간 간의 차이의 변경 속도에 대한 한계값은 차이의 크기에 따른다. 이로써, 한편으로는 매우 큰 변경 속도의 경우, 및 요구 분사 지속 시간과 최대 가능 분사 지속 시간 간의 비교적 큰 간격의 경우에서 최대 가능 분사 지속 시간이 초과될 수 있고, 다른 한편으로는 그와는 반대로 낮은 변경 속도의 경우에서도 요구 분사 지속 시간과 최대 가능 분사 지속 시간 간의 적은 간격에서 상기 유형의 상태가 발생될 수 있다.
본 발명의 방법에 따른 다른 실시예에서 예측은 관찰 방법 특히, 루엔베르거(Luenberger) 관찰 방법 또는 칼만-부시-필터(Kalman-Bucy-Filter)를 통해 수행되는 것이 제안된다.
특히 연소를 위해 관련된 중요한 변수는 연소실에 존재하는 공기 충전이다. 이로써 본 발명에 따르면, 최대 가능 분사 지속 시간이 초과될 수 있다고 예측되는 경우, 영향을 받는 것은 연소실의 공기 충전이 변경되는 것을 포함한다. 이는 특히 드로틀 밸브 각도의 조정을 통해 간단히 수행될 수 있다.
그러나, 영향을 받는 것은 충전 압력 및/또는 흡입관 압력이 감소되는 것을 포함하는 것도 가능하다. 전자는 당연히 흡입 공기가 사전 압축된 상기 유형의 내연기관에만 해당된다. 충전 압력의 상기 유형의 감소는 예를 들어, 이른바 웨이스트 게이트(Waste-Gate)를 통해 특히 간단하게 구현될 수 있다.
이를 위해, 선택적 또는 이에 추가적으로, 영향을 받는 것은 연료압이 상승되는 것을 포함할 수 있다.
연소실의 공기 충전에 직접 영향을 주는 것 대신에, 영향을 미치는 것은 목표 토크를 감소시키는 것을 포함할 수 있다. 따라서, 이러한 경우, 연료 공기 혼합기의 하나의 구성 요소가 선택적으로 변경되는 것이 아니라, 상당히 이른 시점에 제어 경로에서 간섭한다. 이는 혼합기 조정이 그대로 유지되는 장점을 가진다.
특히 바람직하게는 영향을 받는 것은 특성 곡선을 통해 행해지며, 특성 곡선의 입력 변수는 요구 분사 지속 시간과 최대 가능 분사 지속 시간 간의 차이이다. 이와 같은 방법으로 영향을 받는 범위는 간단하게 내연기관의 현재 작동 상태에 따라 결정될 수 있다.
이를 위해, 선택적으로는 제어기 특히, PD 또는 PID 제어기에 의해 영향을 받는 것이 행해지고, 상기 제어기의 제어 변수는 요구 분사 지속 시간과 최대 가능 분사 지속 시간 간의 차이이다. 영향을 받는 것은 상기 유형의 제어기를 통해, 한편으로는 매우 정확하게, 다른 한편으로는 매우 서서히 수행될 수 있다.
특히 바람직하게는 추가 제어 변수로써 토크의 변경 속도가 사용될 수 있다. 상기 방법을 통해, 연소를 위해 중요한 변수에 대한 영향에 상응하게, 변경 속도가 사용자에 의해 단지 약하게, 또는 전혀 감지될 수 없는 영역에서 유지되도록 즉시 수행될 수 있기 때문에, 이는 본 발명에 따른 내연기관 작동에서의 안락성에 바람직하다.
또한, 본 발명은 컴퓨터 상에서 실행되면, 상술된 방법을 실행하기 위해 적절한 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다. 특히 바람직하게는 컴퓨터 프로그램이 메모리, 특히 플래시 메모리 상에 기억된다.
또한, 본 발명은 분사 밸브의 분사 지속 시간에 대한 목표값을 출력하는, 연료 공급을 위한 적어도 하나의 분사 밸브를 장착한 내연기관 작동을 위한 제어 및/또는 제어기에 관한 것이다.
내연기관의 모든 작동 상태에서 최적의 배출 및 안락성 작동을 보장할 수 있도록, 본 발명에 따라 제어 및/또는 제어기가 분사 밸브의 요구 분사 지속 시간이 최대 가능 분사 지속 시간보다 길어지는 지의 여부를 예측하는 수단을 포함하고, 상기 장치는, 상기와 같은 경우가 발생될 수 있다고 예측되면, 연소를 위해 중요한 변수는, 토크가 서서히 감소하도록 영향을 미치는 수단을 포함하는 것이 제안된다.
특히 바람직하게는, 제어 및/또는 제어기에는 상술된 유형의 컴퓨터 프로그램이 제공된다.
마지막으로 본 발명은 연료 공급을 위한 적어도 하나의 분사 밸브를 장착한 내연기관에 관한 것이다. 상기 유형의 내연기관에서 최적의 배출 및 안락성 작동을 보장하기 위해, 내연기관은 상술된 유형의 제어 및/또는 제어기를 포함하는 것이 제안된다.
본 발명의 실시예는 이하에서 첨부된 도면과 관련하여 상세하게 설명된다.
도1은 내연기관의 블록도이다.
도2는 도1의 내연기관을 작동시키기 위한 방법의 흐름도이다.
도3은 도2의 방법에 대한 일 부분의 흐름도이다.
도4는 도2에 따른 방법이 작동되는 경우, 도1의 내연기관 회전수를 시간에 대하여 도시한 그래프이다.
도5는 요구 분사 지속 시간 및 최대 가능 분사 지속 시간을 시간에 대하여 도시한 도4와 유사한 그래프이다.
도6은 공기 충전에 대한 목표값, 상응하는 토크 및 상응하는 가속력을 도시한 도4와 유사한 그래프이다.
도7은 시간 당 토크 변경(변경 속도) 및 시간 당 상응하는 가속력 변경을 시간에 대하여 도시한 도4와 유사한 그래프이다.
도1에는 내연기관 전체가 도면 부호(10)로 도시된다. 내연기관은 도시되지 않은 흡기 밸브를 통해 흡입관(14)과 연결되는 연소실(12)을 포함한다. 또한, 연소실(12)은 마찬가지로 도시되지 않은 배기 밸브를 통해 배기관(16)과 연결된다.
배기관(16)에는 샤프트(20)를 통해 압축기(22)를 작동시키는 터빈(18)이 위치한다. 웨이스트-게이트(25)가 위치한 웨이스트-게이트 도관(23)이 터빈(18)을 우회한다. 상기 웨이스트-게이트는 흡입관(14) 내에 작용하는 압력을 통해 본원에서 자세히 다루어지지 않는 방법으로 제어되고, 이는 도관(27)으로 도시된다. 압축기(22)는 다시 흡입관(14)에 배치된다. 공기 순환 도관(24)은 압축기(22)의 흐름 방향 상부로 흡입관(14)으로부터 분기하고, 압축기(22)의 흐름 방향 하부로 흡입관(14)과 다시 연결된다. 공기 순환 도관(24)에는 공기 밸브(26)가 배치된다.
또한, 흡입관(14)에는 서보 모터(30)에 의해 각도가 설정되는 드로틀 밸브(28)가 제공된다. 드로틀 밸브(28)의 흐름 방향 상부에는 흡입관(14)을 통해 흐르는 공기 질량을 측정하는 고온 박막 공기 질량 센서(HFM-센서, 31)가 제공된다. 또한, 드로틀 밸브(28)와 연소실(12) 사이에는 흡입관(14) 내로 연료를 분사할 수 있는 분사 밸브(32)가 배치된다. 분사 밸브(32)는 연료 탱크(38)로부터 연료 도관(34), 연료 펌프 및 압력 조정 유닛(36)을 통해 공급된다.
제어 및 제어기(40)의 입구 측에는 가속 페달(44)의 위치 변환기(42) 및 HFM 센서(31)가 연결된다. 또한, 제어 및 제어기(40)는 크랭크 축(48)의 회전수를 결정하는 회전수 센서(46)로부터 신호를 수신한다. 제어 및 제어기(40)의 출구 측에는 웨이스트-게이트 도관(23)의 웨이스트-게이트(25), 드로틀 밸브(28)의 서보 모터(30), 분사 밸브(32), 연료 펌프 및 압력 조정 유닛(36)이 연결된다.
도1에 도시된 내연기관(10)은 도면에 도시되지 않은 차량에 장착되어 차량을 작동시킨다.
정상 작동의 경우, 내연기관(10)은 이하와 같이 작동된다.
공기는 흡기 행정 중 흡입관(14)을 통해 흡기된다. 사용자에 의해 요구된 부하는 위치 변환기(42)에 의해 중요한 가속 페달(44)의 위치에 따른 제어- 및 제어기(40)에 의해 제한되고, 공기 공급 시스템에서 드로틀 밸브(28)의 서보 모터(30)는 상응하게 제어된다. 경우에 따라서는 웨이스트-게이트(25)의 제어에서 간섭되어 충전 압력이 설정될 수 있다.
분사 밸브(32)는 제어- 및 제어기(40)에 의해, HFM 센서(31)에 의해 중요한 공기 질량에 따라 소정의 혼합기 조성에 도달되도록 제어된다. 따라서, 소정량의 연료가 흡입관(14) 내로 분사된다. 이 때, 연료량은 분사 밸브(32)의 개방 시간을 통해 결정된다. 연소실(12)로부터 발생된 배기 가스는 터빈(18)을 작동시키고, 상기 터빈은 다시 내연기관(10)의 소정의 작동 상태에서 샤프트(20)를 통해 배기관(16)에서 공기를 사전 압축시키는 압축기(22)를 작동시킨다.
선택적으로는 공기 질량 흐름이 흡기관 내의 압력 센서를 통해 결정될 수 있는 것이 주목된다.
소정의 상태에서는, 흡입관(14) 내의 압력을 감소시키는 것이 필요할 수도 있다. 이는 웨이스트-게이트(25)가 이를 개방하도록 제어됨으로써 실행될 수 있다. 이와 같은 경우, 배기 가스는 터빈(18)을 우회할 수 있기 때문에, 터빈(18) 및 이로 인해 압축기(22)도 적은 세기로 작동된다.
상술된 바와 같이, 분사된 연료량은 분사 밸브(32)의 분사 지속 시간에 의해 결정된다. 내연기관(10) 회전수가 높을수록, 연료를 분사할 수 있는 시간은 짧아진다. 특히, 높은 내연기관 회전수와 큰 성능 요구(높은 운전자 요구 토크)에서는, 연료를 분사할 수 있는 시간이 짧기 때문에, 내연기관(10) 사용자를 통해 성능 달성에 요구되는 연료량이 분사될 수 없는 상태가 발생될 수 있다. 따라서, 이와 같은 경우 분사 밸브(32)의 요구 분사 지속 시간이 최대 가능 분사 지속 시간보다 클 수 있다.
상기 유형의 상태는 예를 들어, 내연기관(10)이 이미 지속적으로 개방된 분사 밸브(32)에 의해 작동되지만, 터빈(18)의 가열 방지를 위해, 배기관(16) 내의 배기 가스 온도 감소를 유도하는 혼합기의 충분한 연료 공급이 수행되어야 하는 경우에, 발생될 수 있다. 또한, 이와 같은 경우, 분사 밸브(32)의 요구 분사 지속 시간이 최대 가능 분사 지속 시간을 초과하는 상태가 발생될 수 있다.
상술된 경우에서 내연기관(10)은 최적의 배출 및 안락성으로 작동될 수 있도록 도2 및 도3에 도시된 방법에 상응하게 수행된다(방법은 제어 및 제어기(40)에 컴퓨터 프로그램으로써 저장된다).
우선, 시작 블록(50) 이후에 블록(52)에서는, 위치 변환기(42)에 의해 중요한 가속 페달(44)의 위치(wfp, 블록 54)에 상응하는 성능이 달성되어야 하는 경우, 분사 지속 시간(ti)이 어느 정도 지속되어야 하는지가 결정된다. 상기 결정은 HFM 센서(31)에 의해 중요한 공기 충전의 "우회"를 통해 수행된다. 이를 위해 우선 가속 페달(44)의 위치로부터 목표 토크가 중요한다. 상기 토크로부터 필요한 공기 충전이 중요한다. 연료 질량 및 이를 통해 나타나는 분사 지속 시간은 공기 충전 및 목표 혼합기 조성으로부터 유도되고, 목표 혼합기 조성을 통해 예를 들어, 배기 가스 온도가 영향을 미칠 수 있다.
이를 위해 동시에 블록(56)에서는 인자(K, 블록 58)로부터의 비율(timxth) 및 회전수 센서(46)에 의해 결정된 크랭크축(48)의 회전수(nmot, 블록 60)가 형성된다. 인자(K)는 최대 회전수에서 최대 가능 분사 지속 시간으로부터 초래되는 기계 특성적인 변수이다. 인자(K)는 분사 중 통과될 수 있는 최대 크랭크 각도에 상응한다. 상기 인자는 유닛으로부터 제공되는 고정 전환을 포함한다. 비율(timxth)은 현재 내연기관 회전수(nmot)에서 분사 밸브(32)의 최대 가능 분사 지속 시간에 상응한다. 블록(62)에는 요구 분사 지속 시간(ti)과 최대 가능 분사 지속 시간(timxth) 간의 차이(dtimx)가 형성된다.
타이머(64)로부터의 신호를 통해 블록(66)에서는 시간 당 요구 분사 지속 시간과 시간 당 최대 가능 분사 지속 시간 간의 차이(dtimx)의 변경, 즉, 변경 속도(ddtimx/dt)가 결정되고, 이로부터 차이(dtimx)에 대한 한계값(G1)이 형성된다. 또한, 요구 분사 지속 시간과 최대 가능 분사 지속 시간 간의 차이(dtimx)로부터 블록(68)에서는 변경 속도(ddtimx/dt)에 대한 제2 한계값(G2)이 형성된다. 상기 한계값 형성에 기초가 되는 고려 사항은 이하에서 상세히 언급된다.
두 한계값은 두 조건을 검사하는 블록(70)에 공급되는데, 한편으로는 요구 분사 지속 시간과 최대 가능 분사 지속 시간 간의 차이(dtimx)가 크기에 따라 블록(66)에서 중요한 한계값(G1) 이상인 지의 여부가 검사된다. 또한, 다른 한편으로는 블록(70)에서는 요구 분사 지속 시간과 최대 가능 분사 지속 시간 간의 차이를 변경시키는 속도(ddtimx/dt)가 크기에 따라 블록(68)에서 중요한 한계값(G2) 이상인 지의 여부가 검사된다.
두 조건이 충족되는 경우, 블록(70)에서는 "예"로 응답되고, 이는 요구 분사 지속 시간(ti)을 통해 최대 가능 분사 지속 시간(timxth)의 초과가 예측되는 것을 의미한다. 따라서, 블록(70)에서는 상응하는 대응책없이, 곧 요구된 연료량이 최대 가능 분사 지속 시간(timxth)을 통한 제한을 기초로 하여 더 이상 분사될 수 없는 상태가 발생되는지의 여부가 중요한다.
블록(70)에서 실행된 예측은 이하의 고려 사항을 기초로 한다.
요구 분사 지속 시간이 최대 가능 분사 지속 시간을 초과할 위험성은 실제로 두 인자에 따른다. 즉, 한편으로는 현재 최대 가능 분사 지속 시간과 현재 요구 분사 지속 시간의 간격, 다른 한편으로는 현재 요구 분사 지속 시간이 현재 최대 가능 분사 지속 시간의 방향으로 이동하는 속도에 따른다.
요구 분사 지속 시간과 최대 가능 분사 지속 시간 간의 간격이 비교적 큰 경우, 동일하게 가정될 필요 없이, 요구 분사 지속 시간이 최대 가능 분사 지속 시간을 초과하지 않고, 비교적 큰 속도가 허용된다. 이에 반해, 요구 분사 지속 시간과 최대 가능 분사 지속 시간 간의 간격이 비교적 작으면, 요구 분사 지속 시간이 최대 가능 분사 지속 시간 방향으로 이동하는 적은 속도가 요구 분사 지속 시간을 통해 최대 가능 분사 지속 시간을 초과할 수 있다.
이는 가변적인 한계값(G1, G2)의 결정을 통해 블록(66, 68)에서 고려된다. 적은 변경 속도 시 블록(66)에는 큰, 즉 덜 "급격한" 한계값이 상응하는 변수에서 큰 속도로 중요한다. 블록(68)에는 간격(dtimx)이 큰 경우에, 상응하게 큰 즉, 마찬가지로 덜 "급격한" 작은 간격으로 한계값이 중요한다. 블록(66, 68)에서의 한계값(G1, G2)의 결정은 예를 들어 특성 곡선을 통해 수행될 수 있다.
블록(70)에서 요구 분사 지속 시간을 통한 최대 가능 분사 지속 시간이 초과될 수 없는 것으로 결정되면, "아니오"로 응답되고, 블록(72)에서 연소실(12) 내의 공기 충전은 통상적으로 매개 변수(x, y 등)에 따라 중요한다. 매개 변수(x, y)는 예를 들어, 요구된 토크, 주변 압력 등 일 수 있다. 공기 충전의 결정은 바람직하게는 하나 이상의 특성 영역을 통해 수행된다. 중요한 공기 충전(rls)으로부터 블록(74)에서는 드로틀 밸브(28) 각도(wdk)가 결정되고, 서보 모터(30)는 상응하게 제어된다. 상기 방법은 최종 블록(76)에서 종료된다.
그러나, 블록(70)에서의 예측이 상응하는 대응책없이 요구 분사 지속 시간이 최대 가능 분사 지속 시간을 초과할 수 있는 경우, 블록(70)에서는 "예"로 응답되고, 공기 충전(rls, 도3 비교)의 적응이 블록(78)에서의 PID 제어기에서 발생한다. PID-제어기는 제어 변수로써 요구 분사 지속 시간(ti)과 최대 가능 분사 지속 시간(timxth) 간의 차이(dtimx)를 포함한다. 블록(80)에는 액츄에이팅 변수로써 공기 충전(rls)이 제공된다(액츄에이팅 변수는 목표 공기 충전을 산출하는 목표 토크일 수 있다). 공기 충전에 대한 목표값(rls)으로부터 상응하는 드로틀 밸브 각도(wdk)가 블록(84)에서 결정되고, 서보 모터(30)는 상응하게 제어된다. 상응하는 실제 공기 충전은 HFM 센서(31)에 의해 검출되고, 블록(82)에는 예를 들어 특성 영역으로부터 소정의 혼합기 조성에 상응하게 새로운 요구 분사 지속 시간(ti)이 중요한다.
도2의 블록(80)에는 도시의 이유로 인해 간소화 된 공기 충전(rls)과 분사 지속 시간(dtimx) 간의 직접적인 관계가 주목된다. 그러나, 실제로 제어기는 dtimx에 대한 연산자이다. PID 제어기의 특수한 경우, 관계는
Figure 112003037766231-pct00001
이다.
분사 밸브(32)는 블록(82) 내에서 중요한 요구 분사 지속 시간(ti)에 상응하게 제어된다. 예를 들어 내연기관(10)의 연소실(12) 및 크랭크 축(48)을 포함하는 제어 경로를 통해 드로틀 밸브 각도(wdk) 및 분사 지속 시간(ti)으로부터 소정의 최대 가능 분사 지속 시간(timxth)을 야기하는 소정의 내연기관 회전수(nmot)가 제공된다. 이러한 분사 지속 시간은 폐쇄된 제어 경로의 의미에서 제어 변수(dtimx)의 형성에 다시 유도된다.
도2 및 도3에 도시된 방법의 효과는 도4 내지 도7과 관련하여 설명된다.
이하에서는 내연기관(10) 사용자가 가속 페달(44)을 일정하게 작동시키고, 내연기관(10)에 의해 작동된 차량이 내연기관(10)의 일정하게 상승하는 내연기관 회전수(nmot)에서 가속한다고 가정한다. 최대 가능 분사 지속 시간(timxth)은 회전수에 상반된다. 우선 도4에 도시된 내연기관 회전수(nmot)의 선형 상승이 나타나고, 이로써 도5에는 최대 가능 분사 지속 시간(timxth, 점으로 도시)에 대한 쌍곡선 진행이 나타난다. 이와 반대로, 요구 분사 지속 시간(ti)은 도5에 도시된 바와 같이, 일정하다. 해결책이 제안되지 않는 경우, 요구 분사 지속 시간(ti)과 최대 가능 분사 지속 시간(timxth) 간의 차이(dtimx)는 시점(t2)에서 0이 될 때까지 지속적으로 감소된다.
분사 지속 시간은 시점(t2)부터 최대 가능 분사 지속 시간(timxth)을 통해 제한된다. 상응하게는 요구 분사 지속 시간(ti)이 최대 가능 분사 지속 시간(timxth)을 따를 수 있으며, 이는 시점(t2)에서 점선으로 도시된 곡선(ti)의 꺽임으로 나타난다. 소정의 혼합기 조성이 유지되어야 하는 경우, 공기 충전에 대한 목표값(rls)은 최대 공기 충전값(rlsmxth)에 대해 제한되어야 한다(도6 참조). 이는 마찬가지로 도6의 시점(t2)에서 연소실(12)의 공기 충전에 대한 목표값(rls)에 대해 점선으로 도시된 곡선의 꺽임으로 나타난다.
내연기관(10)에 의해 출력된 토크(M) 및 통상적으로 차량 및 그 탑승자에 작용하는 가속력(F)은 공기 충전에 비례하여 제공될 수 있으므로, 토크(M) 및 그에 상응하는 가속력(F)은 시점(t2)에서 이와 같은 꺽임을 포함한다(각각 점선으로 도시됨, 도시를 이유로 토크(M) 및 가속력(F)에 대해 도6에는 고유의 곡선이 도시되지 않지만, 상기 곡선은 도6에 도시된 목표 공기 충전(rls)에 대한 곡선과 특성상 상응한다).
시간에 따른 토크(M)의 변경 즉, 변경 속도(dm/dt) 및 시간에 따른 가속(F)의 변경 즉, 변경 속도(dF/dt)는 도7에 도시된다. 여기서, 요구 분사 지속 시간(ti)이 시점(t2)에서 최대 가능 분사 지속 시간(timxth) 및 공기 충전을 통해 갑자기 제한될 때, 발생되는 경우가 점선으로 도시된다.
이전의 일정한 가속력(F)은 감소되는 토크(M)를 기초로 하여 마찬가지로 감소되기 때문에, 도7에 WS로 도시된 감지 임계값을 초과하여 차량 탑승자가 분명히 감지할 수 있는 도7에 도시된 가속시의 흔들림이 나타난다. 탑승자의 안락성을 개선해야 하는 경우, 가속(F)을 변경시키는 속도(dF/dt)는 차량의 탑승자에 의해 더 이상 감지될 수 없는 방법으로 제한되어야 한다. 따라서, 속도(dF/dt)는 감지 임계값(WS) 이상으로 유지되어야 한다. 이는 도2 및 도3에 설명된 방법을 통해 달성된다.
상술된 바와 같이, 시점(t1)에서는 상응하는 대응책없이 시점(t2)에서 요구 분사 지속 시간(ti)이 최대 가능 분사 지속 시간(timxth)을 초과하는 지의 여부가 예측된다. 따라서, 도2 및 도3의 블록(78)에서 PID 제어기를 통해 시점(t1)에서 내연기관(10) 내의 토크(M)가 약간 감소함으로써 공기 충전에 대한 목표값(rls)은, 도2 및 도3의 블록(80)에서 감소되고, 이에 따라 분사 지속 시간(ti)이 블록(82)에서 감소된다.
도4 내지 도6에 도시된 바와 같이, PID 제어기를 통해 상응하는 곡선에서의 급격한 꺽임이 회피되고, 그 대신에 서서히 전환된다. 상응하게는 토크(M) 및 가속력(F)에 대한 곡선이 급격한 꺽임을 포함하지 않기 때문에, 도7에는 상응하는 흔들림이 발생되지 않는다. 그 대신에 가속 변경은 비교적 서서히 수행되고, 변경 속도(dM/dt, dF/dt)는, 감지 임계값(WS)을 초과하지 않고 이로써 차량의 탑승자가 전혀 감지할 수 없을 정도에 위치한다.
도시되지 않은 실시예에는 블록(70)에서 최대 가능 분사 지속 시간 초과의 예측이 관찰 방법 특히, 루엔베르거 관찰 방법 또는 칼만-부시-필터를 통해 실행된다. 또한, 내연기관(10)의 연소실(12) 내의 공기 충전에 대한 목표값(rls)에 영향을 주는 것 대신에 흡입관(14) 내의 압력 충전이 웨이스트-게이트(25)의 상응하는 제어를 통해 수행될 수 있다. 또한, 내연기관(10)에 의해 유도된 토크(M)에 대한 목표값이 직접 감소될 수 있다. 기본적으로 연소실(12)의 연소를 위해 중요한 연소 관련 변수에 대해 영향을 주는 모든 것이 특성 곡선을 통해 수행될 수 있다.
상술된 실시예에는 블록(78)에서 PID 제어기에 대한 조정 변수로써 요구 분사 지속 시간(ti)과 최대 가능 분사 지속 시간(timxth) 간의 차이(dtimx)가 사용된다. 그러나, 추가 조정 변수로써 토크(M)의 변경 속도(dM/dt)가 사용된다.
또한, 설명된 방법의 사용은 흡기관 분사 내연기관에 제한되지 않고, 연료 직접 분사 내연기관에도 사용될 수 있다. 이 때, 최대 가능 분사 지속 시간은 특히 분사 밸브가 지속적으로 개방되는 "연속선"에 상응하지 않고, 내연기관 행정을 통해 사전 설정된 분사창에 상응한다. 이는 상기 방법이 가솔린 및 디젤 내연기관에서 동일하게 사용될 수 있는 것을 의미한다. 디젤 내연기관 및 (성층 작동의) 연료 직접 분사 내연기관에서는 특히 액츄에이팅 변수로써 공기 충전 대신에 연료 질량이 사용되어야 한다.

Claims (20)

  1. 연료가 적어도 하나의 분사 밸브(32)를 통해 분사되고, 분사된 연료량은 분사 지속 시간에 의해 영향을 받는 내연기관(10)의 작동을 위한 방법에 있어서,
    분사 밸브(32)의 요구 분사 지속 시간(ti)이 최대 가능 분사 지속 시간(timxth) 보다 길어지는 지의 여부가 예측되고(70), 분사 밸브(32)의 요구 분사 지속 시간(ti)이 최대 가능 분사 지속 시간(timxth) 보다 길어지는 경우가 발생될 수 있다고 예측(70)되면, 토크(M)가 서서히 감소하도록, 적어도 하나의 연소 관련 변수가 영향을 받는 것(78, 80, 84)을 특징으로 하는 내연기관의 작동을 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 토크(M)의 변경 속도(dM/dt)는 제1 한계값보다 작은 것을 특징으로 하는 내연기관의 작동을 위한 방법.
  3. 제2항에 있어서, 시간 당(dt) 토크(M)의 변경(dM)에 대한 제1 한계값이 내연기관(10) 사용자의 감지 임계값(WS)을 통해 결정되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 작동을 위한 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 예측(70)은 최대 가능 분사 지속 시간(timxth)과 요구 분사 지속 시간(ti) 간의 차이(dtimx)를 제2 한계값(GI)과 비교함으로서, 그리고 상기 차이의 변경 속도(ddtimx/dt)를 제3 한계값(G2)과 비교함으로서 예측되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 작동을 위한 방법.
  5. 제4항에 있어서, 최대 가능 분사 지속 시간(timxth)과 요구 분사 지속 시간(ti) 간의 차이(dtimx)의 변경 속도(ddtimx/dt)에 대한 제3 한계값(G2)은 차이(dtimx)의 크기에 따르는 것을 특징으로 하는 내연기관의 작동을 위한 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 예측은 관찰 방법을 통해 실행되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 작동을 위한 방법.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 연소 관련 변수가 영향을 받는 것(78, 80, 84)은 연소실(12)의 공기 충전(rls)이 변경되는 것(80)임을 특징으로 하는 내연기관의 작동을 위한 방법.
  8. 제7항에 있어서, 적어도 하나의 연소 관련 변수가 영향을 받는 것(78, 80, 84)은 드로틀 밸브(28)의 각도(wdk)가 조정되는 것(84)임을 특징으로 하는 내연기관의 작동을 위한 방법.
  9. 제7항에 있어서, 적어도 하나의 연소 관련 변수가 영향을 받는 것은 충전 압력이 감소되는 것, 흡기관 압력이 감소되는 것, 또는 충전 압력 및 흡기관 압력이 감소되는 것임을 특징으로 하는 내연기관의 작동을 위한 방법.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 연소 관련 변수가 영향을 받는 것은 연료압이 상승되는 것임을 특징으로 하는 내연기관의 작동을 위한 방법.
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 연소 관련 변수가 영향을 받는 것은 목표 토크가 감소되는 것임을 특징으로 하는 내연기관의 작동을 위한 방법.
  12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 연소 관련 변수가 영향을 받는 것은 특성 곡선을 따라 실행되며, 상기 특성 곡선의 입력 변수는 요구 분사 지속 시간과 최대 가능 분사 지속 시간 간의 차이인 것을 특징으로 하는 내연기관의 작동을 위한 방법.
  13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 연소 관련 변수가 영향을 받는 것은 제어기에 의해 실행되며, 상기 제어기의 제어 변수는 요구 분사 지속 시간(timx)과 최대 가능 분사 지속 시간(timxth) 간의 차이(dtimx)인 것을 특징으로 하는 내연기관의 작동을 위한 방법.
  14. 제13항에 있어서, 토크의 변경 속도가 추가 제어 변수로써 사용되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 작동을 위한 방법.
  15. 컴퓨터 상에서 실행되는 경우, 청구항 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 저장된, 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체.
  16. 제15항에 있어서, 메모리 상에 기억되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램이 저장된, 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체.
  17. 연료 공급을 위한 적어도 하나의 분사 밸브(32)를 포함하는 내연기관(10)의 작동을 위한 제어 장치에 있어서,
    상기 제어 장치는 분사 밸브의 분사 지속 시간에 대한 목표값(ti)을 출력하며, 상기 제어 장치는 분사 밸브(32)의 요구 분사 지속 시간(ti)이 최대 가능 분사 지속 시간(timxth)보다 길어지는 지의 여부를 예측(70)하는 수단을 포함하고, 분사 밸브(32)의 요구 분사 지속 시간(ti)이 최대 가능 분사 지속 시간(timxth)보다 길어지는 경우가 발생될 수 있다고 예측(70)되면, 토크(M)가 서서히 감소하도록, 적어도 하나의 연소 관련 변수에 대해 영향을 미치는(78, 80, 84) 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
  18. 연료 공급을 위한 적어도 하나의 분사 밸브(32)를 포함하는 내연기관(10)의 작동을 위한 제어 장치에 있어서,
    상기 제어 장치는
    분사 밸브의 분사 지속 시간에 대한 목표값(ti)을 출력하는 수단과,
    분사 밸브(32)의 요구 분사 지속 시간(ti)이 최대 가능 분사 지속 시간(timxth)보다 길어지는 지의 여부를 예측(70)하는 수단과,
    분사 밸브(32)의 요구 분사 지속 시간(ti)이 최대 가능 분사 지속 시간(timxth)보다 길어지는 경우가 발생될 수 있다고 예측(70)되면, 토크(M)가 서서히 감소하도록, 적어도 하나의 연소 관련 변수에 대해 영향을 미치는(78, 80, 84) 수단과,
    제15항에 따른 컴퓨터 프로그램이 저장된, 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
  19. 연료 공급을 위한 적어도 하나의 분사 밸브를 장착한 내연기관에 있어서,
    제17항에 따른 제어 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  20. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 예측은 루엔베르거 관찰 방법 또는 칼만-부시-필터를 이용하는 방법을 통해 실행되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 작동을 위한 방법.
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