KR100371624B1 - 내연기관제어장치 - Google Patents

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Abstract

크랭크축과 캠축을 가지는 내연기관을 제어하는 장치로서 크랭크축의 각도 위치가 고정 센서에 의해 연속 결정되며 점화 및 분사에 필요한 데이타가 평가 장치에서 상기 각도 위치로부터 계산된다. 내연기관이 스위치 오프된 후에 시스템은 엔진이 작동정지될 때 정지될 때까지 크랭크축과 경축의 위치를 결정하도록 지속된다, 결정된 최종 각도 위치와 위상 위치가 저장되어 재시동시에 재차 계산된다. 재시동시에 내연기관의 일정 위상 위치는 저장된 각도 위치에 근거하여 취해지며 수반되는 계산으로 고려된다. 정확성을 증가시키기 위하여, 시스템은 시동 과정시에 취해진 위상 위치가 실제 위상 위치에 대응하는지를 체크하며, 만일 그렇지 않다면 실제 위상 위치가 결정되어 보정 위상 위치에 근거하여 제어가 진행된다.

Description

내연기관 제어장치{Device for controlling an internal combustion engine}
(종래 기술)
본 발명은 독립항의 전제부에 따른 내연기관제어 장치에 관한 것이다,
크랭크축과 캠축을 가지는 다중 실린더 내연기관에 있어서, 제어 유닛은 실린더에 대해 연료가 분사될때 연료가 얼마나 분사되어야 하는지를 계산해야 하며 그 연료가 정확한 시간에 정확한 량으로 각각의 실린더에 공급되어야하는 것이 보장되어야 한다. 동시에 점화가 정확한 시간에 트리거(triggered)되어야만 한다.
계산을 정확하게 수행하기 위하여, 내연기관의 캠축과 크랭크축의 각각의 위치는 공지되어야만 하며, 예를 들어 독일 특허출원 제 P 42 30 616.7 호에 개시된 바와 같이, 각 디스크에 연결될 크랭크축과 캠축이 디스크 표면에 대해 적어도 하나의 기준 마크가 적용되며, 부가적으로 크랭크축 디스크가 증분(increment)으로서 언급된 다수의 유사한 마크를 지지하는 것이 통상적이다.
각각 크랭크축과 캠축이 동시에 회전하는 두 디스크는 적합하게 고정된 픽업(pick-up)에 의해 스캔된다. 픽업에 의해 제공된 펄스의 시간 순차로부터, 제어 유닛은 크랭크축과 캠축의 위치에 대한 명확한 판단에 도달할 수 있으며 이로부터 점화 및 분사용의 필수적 제어 신호를 결정한다.
시동직후 크랭크축과 캠축의 정확한 각도 위치가 제어 유닛에 대해 이용되지 않고 이로 인해 내연기관의 공전이 지연되기 때문에, 상기 독일특허출원 제 P 42 30 616.7 호는 점화 및 분사가 차단된 후에 작동정지 검출이 수행되며 주행 단계시에 픽업에 의해 공급된 신호를 제어 유닛이 지속적으로 평가해야만 하는 것이 제안되었다.
이 상기 평가는 크랭크축과 캠축이 정지(halt)할 때만 완결될 수 있다. 상기 방법으로 결정된 두축의 최종 위치는 제어 유닛의 비휘발성 메모리에 저장되어 내연기관이 재시동 될 때 분사개시를 계산하는데 사용된다,
상기 공지된 내연기관용 제어 시스템은 캠축 센서에 부가하여 보정 실린더에 순차 점화 및 분사를 위해 캠축센서가 요구된다는 단점이 있다.
(발명의 잇점)
대조적으로, 내연기관을 제어하는 본 발명에 따른 장치는 캠축과 크랭크축의 위치는 공기되어 있으면 또한 내연기관이 작동되는 직후에 제어 유닛으로 공지된바대로 취해질 수 있어서 제어 유닛이 보정 실린더에 대해 분사 할당을 즉각 시작하며 또한 정확한 위상(in-phase)의 점화를 즉시 허용하는 잇점이 있다. 이를 성취하기 위하여, 위상 위치는 크랭크축의 각도 위치와 내연기관이 작동정지 후에 결정된 캠축의 각도 위치로부터 확인되며 상기 위상 위치는 저장되며, 재시동시에 기대되는 위상 위치는 저장된 위상 위치에 근거하여 결정된다.
바람직하지 않은 경우에, 내연기관이 작동하지 않게 되는 동안 위상 위치로 이동될 수 있기 때문에, 특정 개시 연산은 내연기관이 시동되는 직후에 수행되며, 상기 연산은 점화 및 분사를 계산하기 시작할 때 사용된 저장 단계 위치가 정확한지 또는 단계 위치에 대해 재동기화(resynchronization)가 수행되어야만 하는지를 확인할 수 있다. 특히 내연기관 시동시에 저장된 데이타로부터 현존 위상 위치에 대해 모든 정보를 수용하고 시동후에 즉각 필요하다면 정확성을 위해 체크되며 보정되는 크랭크축 센서의 출력 신호로부터 단지 상기 데이터가 결정되기 때문에 제공된 위상 센서없이 내연기관이 조작되는 잇점이 있다.
본 발명의 또다른 잇점은 종속항에 기재되어 있다. 특히 시동직후에 계속되는 개시 연산은 분사 및 점화와 수반되는 엔진 속도 변화로 규정된 이동에 대한 엔진의 반응으로서 구성된다는 잇점이 있다.
(실시예의 설명)
본 발명은 도면 및 하기 실시예를 참조로 하여 더 상세히 설명될 것이다.
제 1 도에 있어서, 본 발명을 설명하는데 필요한 내연기관의 부품이 도시되었다. 제 1 도에서 센서 디스크 (10)는 내연기관의 크랭크축(11)에 견고하게 연결되어 있으며 그 주변상에 다수의 유사각도 마커(12)를 가진다. 두개의 각도 마커를 생략함으로써 형성된 기준 마커(13)는 유사한 각도 마커(12)에 부가하여 제공된다.
시동 또는 정상 작동시에 위상을 결정하기 위한 적합한 방법에 의하여 캠축 위치 또한 결정될 수 있기 때문에 시스템적으로 위상 센서가 캠축에 연결되며 제공된 픽업(pick-up)에서 위상 위치의 결정을 위한 펄스를 발생하는 마크부를 가지는 제 2 센서 디스크는 필요하지 않다. 상기 방법은 각각의 점화로 순차 분사 또는 정지 점화 분포에 대한 엔진의 반응을 평가한다. 제 1 도에서 도면부호 15 는 캠축이며, 17 은 크랭크축과 캠축간의 연동장치(link)이다,
제 1 도의 센서 디스크는 각도 위치의 검출을 허용하는 다른 실시예가 가능한 것을 나타낸다.
센서 디스크(10)는 유도 픽업 장치 또는 홀센서 같은 픽업 장치(18)에 의해스캔되며, 각도 마커가 지나갈 때 픽업 장치에 발생된 신호는 제어 유닛(20)으로 공급되며, 적합한 방법으로 예를 들어 하나의 펄스를 발생하는 마커의 각 플랭크가 조절된다. 상기 펄스 또는 그 시간 순차는 제어 유닛(20)에서 처리된다.
다양한 다른 입력부를 거쳐서 제어 유닛(20)은 내연기관의 개방 루프 또는 폐쇄 루프 제어에 필요한 다른 입력 변수를 수용하며 이러한 입력 변수는 다양한 다른 센서에 의해 측정된다. 그와 같은 센서의 예는 엔진 온도를 측정하는 온도센서(21), 쓰로틀 밸브의 위치를 기록하는 쓰로틀 밸브 센서(22), 흡입 파이프내의 압력 또는 내연기관의 실린더내의 압력을 측정하는 압력 센서(23)이다. 점화 스위치(25)가 폐쇄될 때 점화 스위치의 단자 KL15 에 의해 공급된 점화(ignition on)신호는 또한 입력부(24)를 거쳐 공급된다.
출력부측상의 계산 및 저장 수단(도시 않음)과 영구적인 메모리부(30)를 구비하는 제어 유닛(20)은 내연기관의 부품(상세히 설명되지 않음)에 상응하는 점화 및 분사에 대한 신호를 이용할 수 있다. 이 신호는 제어 유닛(20)의 출력부(26, 27)를 거쳐 출력된다.
필요 조건에 따라 제어 유닛에 공급되는 다른 신호가 이용될 수 있으며 제어 유닛(20)은 내연기관을 제어 하는데 필요한 다른 신호를 동일하게 출력한다. 도시된 모든 센서가 반드시 존재할 필요는 없다.
내연기관의 작동시와 스위치(29)를 거쳐 엔진의 스위치 오프(switch-off)에 따른 주행 단계동안에 제어 유닛(20)에 연결된 배터리(28)의 도움으로 통상적인 방법으로 제어 유닛(20)에 동력(power)이 공급된다.
제 1 도의 장치는 내연기관의 작동시에 두축(11, 15)의 위치가 어느때나 기록되는 것을 허용한다. 크랭크축과 캠축과의 관계와 캠축 위치와 각각의 실린더의 현상태가 공지되었기 때문에, 기준 마커의 검출에 따라서 동기화가 수행될 수 있으며 동기화가 수행된 후 분사 및 점화가 공지된 방법으로 제어 또는 조절될 수 있다. 내연기관의 그와 같은 제어는 예를 들어 독일 공개공보 제 3923478 호에 개시되어 있으며 본원에서는 상세히 설명하지 않는다.
도면에 도시한 장치에 대해, 소위 주행 단계에서 작동정지에 대한 내연기관의 위치 검출이 가능하다. 주행 단계는 내연기관의 통상적인 공지의 조작을 따른다.
위상 센서없이, 즉 캠축의 위치를 결정하는 센서 없이 작동하는 4 행정 내연기관의 제어에 있어서, 크랭크축 센서에 공급된 기준 마커 신호는 크랭크축이 캠축의 공전을 위해 두번 회전되기 때문에 모호하다는 문제점이 있다. 그럼에도 불구하고 성취된 신호가 위상 신호에 대응하고 기준 마커 신호의 모호성을 제거하기 위하여 주행시에 공지된 위상 위치는 이 기간동안 저장되어 재사용되며 내연기관이 재차 시동될 때 최초로 보정되게 된다. 재시동시에 정확한 위상의 분사 및 점화는 상기 저장된 위상 신호로부터 추론된다. 또다른 작동, 즉 소위 정상 작동을 위해, 대응 펄스를 계산함으로써 위상이 이용될 수 있다. 상기 신호에 근거하여 제어 유닛에 의해 모든 위상 종속 과정이 제어될 수 있다.
그러나 일정한 초기 조건하에서 내연기관의 작동정지 위치와 그로인한 위상 정보는 이용되지 않는다. 이것은 제어 유닛에 의해 부정확한 재설정(incorrectreset)의 경우에 중간시기에 동력 공급이 되지 않는 경우 또는 엔진이 정지되는 경우이다. 저장된 작동정지 위치는 예를 들어 엔진 정지에 연동되어 차량이 변위되거나 작업장에서 엔진 정지와 함께 크랭크축이 회전된다면 재시동시에 실질적인 시동 위치에 대응되지 않을 가능성이 있다.
제 1 의 경우에, 제어 유닛은 즉각 시동 위치의 부재를 검출한다. 후술될 시동 연산이 개시된다. 제 2 의 경우에 제어 유닛은 개연성 체크후에 저장된 위치가 보정되지 않는 것을 검출한다. 동기화가 수행된 후에 보정되며 그 처리는 제공된 보정 위상 신호와 연속된다.
시동 위치의 부재로 시동후에 위상 위치가 검출되거나 시동후에 부정확한 시동 위치를 체크하는 것에 따라, 시동 연산을 위한 다수 방법을 고려할 수 있다.
회전 고전압 분배 또는 두 점화 코일(twin-spark coil)을 가지는 시스템에 있어서, 위상 위치는 중요하지 않으며 초기의 위상 위치의 부정확한 선택은 어떤 허용할 수 없는 작동 상태로 되지는 않는다. 하나의 순차 분사만이 부정확한 위상위치를 발생한다. 이 경우에 위상 동기화는 시동 위상시 또는 시동후에 발생된다.
시동 단계에서 이중 점화로 작동되며 위상 검출후에만 개별 점화로 변환을 개시하는 시스템에 있어서, 점화 및 분사의 스킵(skip)에 대한 엔진의 반응은 작동중에 수행된다.
각각의 점화 및 순차 분사를 가지는 시스템에 있어서, 시동시의 위상 위치의 검출은 특정 실린더로의 제 1 순차 분사와 엔진 속도의 제 1 증가에 의해 특징지워지며 이중 점화에 의해 개시되는 제 1 연소간의 관계에 의하여 가능해진다.
제 2A 도 및 제 2B 도에 있어서, 점화 및 분사에 중요한 변수가 크랭크각 αkw 에 대해 구성되어 있으며 제 2A 도는 작동정지 검출로 취해진 보정 위상 위치를 가지는 시동 단계를 나타내며 제 2B 도는 부정확한 위상 위치가 취해질 때의 상황을 나타낸다. 여기에서 St 는 시동 위치를, BMN/tr 은 개시 마커를, I 는 증분펄스를, Sy 는 동기화를, ZOT 는 점화 TDC 를, LWOT 는 로드변화 TDC 를, 31 은 개방 입구 밸브를, 32 는 점화부를, 33 은 점화 발생부를, 34 는 또다른 영역을, αv 는 ZOT 에 대한 전진이 발생되는 것을, α ≠ αv 는 ZOT 에 대한 전진이 발생되지 않는 것을, n>는 엔진 속도 변화가 발생된 것을, n= 상수는 엔진 속도에 변화가 없는 것을 나타낸다.
위상 검출을 수행하기 위한 다른 가능성은 검출 밸브 충격 잡음 또는 하나 이상의 노크 센서를 경유한 연소와 상기 노크 센서에 의해 공급된 신호의 평가를 포함하며, 이 접근은 독일공개공보 제 4,022,228 호에 개시되어 있다.
끝으로, 일정 실린더에서 분사 및 점화가 변경되고 발생되는 엔진 속도의 변화가 평가될 때 내연기관의 반응을 관찰할 수 있다. 실린더 작업이 분사된 연료의 연소에 의해 수행되고 그 실린더에서 먼저 분사되는 연료없이 점화가 단지 트리거되어 연소가 발생하지 않는 결정에 대해 평가가 수행된다면 위상 위치를 검출할 수 있다.
위상 검출의 가능성에 대해, 시동후 또는 시동중에 그리고 저장된 위상 위치가 부정확하거나 없는 경우에만 위상 위치의 재결정이 수행된다.
제 1 도는 필수적 계산이 수행되는 제어 유닛 및 관련 센서와 함께 크랭크축과 캠축 배치의 개략 평면도.
제 2A 도는 작동정지(run-down) 검출로부터 보정 위상 위치가 취해진 시동위상을 나타내는, 크랭크각(αkw)에 대해 점화 및 분사를 위한 중요 변수가 도시된 도면.
제 2B 도는 부정확한 위상 위치가 취해질 때의 상황을 나타내는, 크랭크각(αkw)에 대해 점화 및 분사를 위한 중요 변수가 도시된 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 센서 디스크 11 : 크랭크축
15 : 캠축 18 : 픽업장치
20 : 제어유닛 21 : 온도센서
22 : 쓰로틀 밸브센서 23 : 압력센서
24 : 입력부 25 : 점화 스위치
30 : 메모리부

Claims (11)

  1. 그 각도 위치가 고정 센서에 의해 연속적으로 결정되는 캠축과 크랭크축 및 점화 및 분사의 제어를 위해 고려되는 각도 위치를 결정 및 저장하는 평가 장치를 갖는 내연기관 제어 장치로서, 캠축 또는 크랭크축의 각도 위치의 결정은 점화의 차단 후 정지될 때 까지 지속되며, 결정된 마지막 각도 위치가 저장되어 재시동시에 다시 고려되는, 내연기관 제어장치에 있어서,
    각도 위치들에 대한 저장값들을 기초로 특정 위상 위치가 취해지며 대응하여 실린더 선택적 분사 및 점화가 트리거(triggered)된 다음, 위상 위치가 체크되며, 필요시 위상 위치의 보정 및 재동기화가 실행되는 것을 특징으로 하는 내연기관 제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내연기관의 시동시 또는 시동직후에 실제 위상 위치를 검출하거나 취해진 위상 위치를 체크하기 위해, 개연성 체크(plausibility check)가 실행되고 그 결과들로 부정확한 위상 위치가 검출되는 것을 특징으로 하는 내연기관 제어장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 개연성 체크는 제 1 순차 분사의 위치에 대한 엔진 속도의 제 1 변화의 위치를 평가함으로서 수행되고, 제 1 순차 분사 및 엔진 속도의 제 1 변화간의 간격이 정확한 위상 간격에 대응되지 않는다면 부정확한 위상 위치가 검출되는 것을 특징으로 하는 내연기관 제어장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    부정확한 위상 위치가 검출되면 보정 수단이 개시되는 것을 특징으로 하는 내연기관 제어장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
    위상 위치가 주어지면 개별의 점화가 시작되며, 엔진 속도의 증가가 제 1 순차 분사 실린더에서 일어나지 않으면 위상 위치에 대한 보정이 수행되거나 이중 점화로 전환되는 것을 특징으로 하는 내연기관 제어장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 개연성 체크는, 크랭크축 신호와 하나 이상의 연소과정 센서, 특히 연소실 압력 센서 또는 하나 이상의 노크 센서의 신호와의 비교를 포함하거나, 작동시에 점화 및 분사의 스킵(skip)에 대한 내연기관의 반응에 관련되거나 특정 실린더 내의 분사 및 점화에 반응하여 엔진 속도의 변화를 평가하는 것을 특징으로 하는 내연기관 제어장치.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
    개연성 체크전에는 이중 점화가 이루어지고, 개연성 체크가 끝나고 위상 위치가 명확하게 검출된 후에는 개별 점화가 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연기관 제어장치.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시동 단계가 경과하고 개연성 체크의 종료후에 통상의 순차 연료 분사 및 노크 제어가 활성화되는 것을 특징으로 하는 내연기관 제어장치.
  9. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 정지 고전압 분배를 갖는 시스템에 사용되는 것을 특징으로 하는 내연기관 제어장치.
  10. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 회전 고전압 분배를 갖는 시스템에 사용되는 것을 특징으로 하는 내연기관 제어장치.
  11. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 두 점화 코일을 갖는 시스템에 사용되는 것을 특징으로 하는 내연기관 제어장치.
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