KR100772853B1 - 센서의 모니터링 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 센서, 특히 내연기관에 공급되는 공기의 압력을 나타내는 압력 변수를 검출하기 위한 센서의 모니터링 방법 및 장치에 관한 것이다. 분사된 연료량을 나타내는 작동 변수의 변동이 센서 출력 변수의 상응하는 변동을 야기하지 않으면, 에러가 검출된다.
센서, 압력 변수, 연료량, 출력 변수.

Description

센서의 모니터링 방법 및 장치{Method and device for monitoring a sensor}
본 발명은 청구범위 독립항의 전제부에 따른 센서의 모니터링 방법 및 장치에 관한 것이다.
내연기관에 공급되는 공기의 압력에 상응하는 압력 변수를 검출하는 센서를 모니터링 하기 위한 방법 및 장치는 독일 특허 공개 제 40 32 451 A1호에 공지되어 있다. 여기서는 부스트(boost) 압력 센서를 모니터링하기 위한 여러 가지 방법 및 조치가 개시된다. 부스트 압력 센서의 출력 신호가 기준 변수와 비교된다. 기준 변수로는 제 2 부스트 압력 센서의 출력 신호가 사용된다. 다른 실시예에서는 특정 작동 상태에서, 예컨대 부하가 작고 회전 속도가 낮을 때 부스트 압력 센서의 출력 신호가 대기압 센서의 출력 신호와 비교된다. 정적 작동 상태에서 측정된 값이 연료량 및 엔진 회전 속도를 기초로 산출된 값과 비교된다.
이러한 조치에서는 한편으로는 부가의 센서가 필요하거나 또는 특정 작동 상태에서만 체크가 이루어질 수 있다는 단점이 있다. 상기 작동 상태가 드물게 나타나면, 경우에 따라 결함을 가진 부스트 압력 센서로 오랜 시간 작동이 이루어진다.
분사된 연료량을 나타내는 작동 변수의 변동이 센서 출력 변수의 상응하는 변동을 야기하지 않으면 에러가 검출됨으로써, 특히 내연기관의 다이내믹 작동 시에도 확실한 검출이 이루어질 수 있다. 분사될 연료량을 나타내는 작동 변수로는 여러 가지 변수가 사용될 수 있다. 즉, 상이한 토크(torque) 변수, 예컨대 요구되는 토크, 액추에이터 제어 신호 또는 내연기관용 제어 장치에 주어지는 다른 변수가 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 조치가 내연기관에 공급되는 공기의 압력을 검출하는 부스트 압력 센서에 사용되는 것이 특히 바람직하다. 물론, 상기 조치는 다른 센서에도 사용될 수 있다.
예컨대 센서의 동결과 같은 특정 에러는 특정한 작동 상태에서만 나타나기 때문에, 센서의 모니터링이 특정 작동 상태의 유무에 따라 이루어지는 것이 바람직하다.
센서의 동결은 공기 온도의 특정 범위에서만 나타난다. 따라서, 공기 온도를 나타내는 변수가 한계치 보다 작을 때 모니터링이 이루어진다.
특정 회전 속도 값 및/또는 연료량 값이 주어질 때만 모니터링이 확실하고 및/또는 높은 정확도로 이루어질 수 있다. 따라서, 회전 속도 및/또는 분사된 연료량에 대한 특정 값이 주어질 때 모니터링이 이루어진다.
에러의 검출 시에 대체값이 사용되는 것이 특히 바람직하다. 대체값은 회전 속도 및 분사될 연료량으로부터 매우 간단히 계산된다. 대체값의 사용에 의해 에러의 경우에도 내연기관의 부가 작동이 가능해지며, 내연기관 제어의 정확도가 현저히 떨어지지 않는다.
본원에서 사용된 "분사된 연료량" 용어는 실제로 분사되는 연료량을 의미한다. 본 발명에 따른 조치에서는 분사된 연료량을 나타내는 값이 평가된다. 상기 분사된 연료량을 나타내는 값은 실제로 분사된 연료량에 대한 측정값 또는 등가값(치환값, 대체값)이 사용된다. 등가값으로는 예컨대 제어 장치 내부의 값이 사용된다. 분사된 연료량으로서 통상, 얼마나 많은 연료가 내연기관에 조량되는지를 나타내는, 제어 장치 내부의 값이 사용된다. 예컨대, 제어 회로의 설정값 또는 연료 결정 액추에이터의 제어를 위한 조절 값이 사용된다.
본 발명의 바람직한 실시예 및 개선예는 청구범위 종속항에 제시된다.
이하, 본 발명의 도면에 도시된 실시예를 참고로 구체적으로 설명한다.
도 1은 부스트 압력을 검출하기 위한 시스템의 블록 다이어그램.
도 2는 부스트 압력의 모니터링을 나타낸 세부도.
도 3은 부스트 압력에 대한 대체값을 형성하기 위한 블록 다이어그램.
하기에서는 부스트 압력 센서의 실시예에서 본 발명에 따른 조치를 설명하지만, 본 발명의 적용이 이것에 국한되는 것은 아니다. 본 발명에 따른 조치는 작동 변수의 변동이 센서 출력신호의 상응하는 변동을 초래하는 모든 센서에 적용될 수 있다. 특히 본 발명에 따른 조치는 공기량 또는 부스트 압력과 상관되는 변수 또는 부스트 압력을 나타내는 변수를 검출하기 위한 센서에 사용될 수 있다. 특히, 상기 조치는 공기량을 검출하기 위한 센서에도 사용될 수 있다.
도 1에서, 부스트 압력을 검출하기 위한 센서 및 그것에 속한 아날로그/디지탈 변환기가 도면부호 100으로 표시된다. 이것은 부스트 압력에 상응하는 신호(UP)를 특성 곡선부(110)에 제공한다. 거기서, 상기 변수는 신호(PR)로 변환되어 필터(120)에 공급된다. 필터(120)의 출력 신호(P)는 제 1 스위칭 수단(130)을 통해 제어 장치(140)에 전달되고, 상기 제어 장치(140)는 상기 신호를, 내연기관 또는 내연기관에 배치된 액추에이터를 제어하기 위해 처리한다.
제 1 스위칭 수단(130)의 제 2 입력에는 시뮬레이션 수단(135)의 출력 신호(PS)가 인가된다. 상기 시뮬레이션 수단(135)은 여러 변수를 기초로 시뮬레이트된 부스트 압력(PS)을 계산한다.
스위칭 수단(130)은 제 1 모니터링 수단(150)에 의해 제어될 수 있다. 즉, 에러의 검출 시에 제 1 모니터링 수단(150)은 제 1 스위칭 수단(130)을, 시뮬레이션 수단(135)의 출력 신호(PS)가 제어 장치(140)에 전달되는 위치로, 스위칭한다. 제 1 모니터링 수단(150)은 여러 센서(160)의 신호, 예컨대 분사될 연료량(QK) 및/또는 내연기관의 회전수(N)를 나타내는 신호를 평가한다. 바람직하게는 특성 곡선부(110)의 출력 신호(PR)가 에러 모니터링을 위해 평가된다. 대안으로서, 또는 보충적으로, 필터(120)의 출력 신호(P) 또는 센서(100)의 A/D 변환기의 출력 신호(UP)가 직접 처리될 수도 있다.
다른 실시예는 파선으로 도시된다. 여기서는, 제 1 스위칭 수단(130)과 제어 장치(140) 사이에 제 2 스위칭 수단(170)이 배치된다. 상기 스위칭 수단(170)은 제 2 모니터링 수단(180)에 의해 제어된다. 에러의 경우에는, 제 2 모니터링 수단(180)이 스위칭 수단(170)을, 지연 소자(175)의 출력 신호(PA)가 제어 장치(140)에 전달되도록, 제어한다. 이로 인해, 에러의 검출 시에, 결국 에러가 없는 것으로 검출되는 값이 유지되게 된다.
A/D 변환기에 의해 제공되는 센서의 출력 신호는 특성 곡선부(110)에 의해, 압력에 상응하는 변수(PR)로 변환된다. 제 1 모니터링 수단 및/또는 제 2 모니터링 수단에 의한 여러 신호의 평가에 따라 여러 가지 에러가 검출된다.
제 1 스위칭 수단(130) 및/또는 제 2 스위칭 수단(170)의 적합한 제어에 의해, 에러의 검출 시에 대체 값(PS) 또는 이전에 저장된 값(PA)이 대체 값으로서 내 연기관의 제어를 위해 제어 장치(140)에 의해 사용될 수 있다. 이것을 위해, 지연 소자(175)는 최후에 에러가 없는 것으로 검출되는 값을 저장한다. 이 경우, 지연 소자(175)에 저장된 이전 값(PA)이 내연기관의 제어를 위해 사용된다.
제 1 모니터링 수단 및/또는 제 2 모니터링 수단에 의해 여러 가지 에러가 검출될 수 있다. 예컨대, 신호(UP) 또는 신호(PR)의 최소값 및/또는 최대값에 대한 신호 범위 체크가 이루어질 수 있다. 또한, 특정 작동 조건에서 대기압 센서와 같은 부가의 센서에 의한 개연성 체크가 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따라 부스트 압력에 큰 영향을 주는 분사량 및/또는 다른 작동 변수에 의한 개연성 체크가 이루어질 수 있다. 이러한 개연성 체크는 바람직하게는 작동 변수의 변동이 센서 출력 변수의 상응하는 변동을 야기하지 않으면, 에러가 검출되는 방식으로 이루어진다.
바람직하게는 작동 변수로서, 분사된 연료량을 나타내는 변수가 사용된다. 이것을 위해, 한편으로는 분사될 연료량에 대한 설정값 및/또는 연료 결정 액추에이터의 제어에 사용되는 조절 변수가 사용될 수 있다. 예컨대, 전자기 밸브 또는 피에조 액추에이터의 제어 지속시간이 적합하다. 상기 모니터링은 도 2에 상세히 도시된다.
상응하는 에러가 검출되면, 제 1 스위칭 수단(130)은 시뮬레이트된 대체 신호(PS)로 스위칭된다. 즉, 센서의 기능이 모니터링되고, 에러가 있을 때 대체 신호(PS)가 사용된다. 대체 신호의 결정을 위해, 내연기관의 작동 상태를 나타내는 변수가 사용된다. 이렇게 형성된 값은 부가로 지연 소자를 가진 필터에 의해 필터링된다. 상기 대체값 형성에 대한 상세도가 도 3에 도시된다.
제 1 모니터링 수단(150)은 예컨대 도 2에 상세히 도시된다. 특정 작동 상태에서, 실제 부스트 압력이 변동됨에도 불구하고 부스트 압력값(UP)이 일정하게 유지되는 경우가 발생할 수 있다. 이러한 에러는 센서의 동결이라고도 한다. 이러한 에러를 검출하기 위해, 도 2에 도시된 에러 모니터링이 수행된다.
상기 모니터링은 본 발명에 따라 특정 작동 상태에서만 이루어진다. 흡기 온도가 한계치(TLS) 미만인 작동 상태가 주어지고 회전 속도 및 분사될 연료량이 일정한 값 범위 내에 있는 경우, 분사될 연료량 변동의 부호가 바뀌면 실제로 주어지는 양 및 실제로 주어지는 부스트 압력이 이전 값(QKA) 또는 (PA)로서 저장된다. 동시에, 타임 카운터가 시동된다. 대기 시간의 경과 후에, 분사량의 이전에 저장된 값(QKA)과 실제 값(QK) 사이의 차이(QKD)가 형성된다. 상응하게, 상기 대기 시간 동안 압력의 변동(PD)도 측정된다.
연료량 값들 사이의 차이값이 한계치(QKDS) 보다 크면, 부스트 압력의 변동값도 한계치(PDS) 보다 커야 한다. 그렇지 않은 경우에는 에러가 검출된다.
도 2에는 상기 모니터링 장치의 실시예가 도시된다. 흡기 온도에 상응하는 신호를 제공하는 온도 센서(160c)의 출력 신호(TL)가 제 1 비교기(200)에 공급된다. 또한, 한계치 프리세팅기(205)로부터 한계치(TLS)가 비교기(200)에 공급된다. 비교기(200)는 상응하는 신호를 AND-소자(210)에 공급한다. 특성 맵(220)의 출력 신호가 제 2 비교기(230)에 공급된다. 상기 특성 맵(220)의 입력에는 회전 속도 센서(160a)의 회전 속도 신호(N)가 인가된다. 또한, 특성 맵(220)은 분사될 연료량을 나타내는, 바람직하게는 양 제어 수단(160b)에 의해 제공된 변수(QK)를 처리한다. 한계치 프리세팅기(235)로부터 한계치(BPS)가 비교기(230)에 공급된다. 비교기(230)는 마찬가지로 상응하는 신호를 AND-소자(210)에 제공한다.
변수(QK)는 또한 부호 검출 수단(250) 및 필터(260)에 전달된다. 부호 검출 수단(250)의 출력 신호는 타임 카운터(270), 제 1 메모리(262) 및 제 2 메모리(265)에 공급된다.
필터(260)의 출력신호는 한편으로는 포지티브 부호로 직접 접속점(285)에 전달되고, 다른 한편으로는 제 1 메모리(262)를 통해 네거티브 부호로 접속점(285)의 제 2 입력에 전달된다. 접속점(285)은 변수(QKD)를 스위칭 수단(275)에 공급한다. 스위칭 수단(275)의 출력 신호(QKD)는 제 3 비교기(280)에 공급되고, 상기 비교기의 제 2 입력에는 한계치 프리세팅기(285)의 출력신호(QKDS)가 인가된다. 제 3 비교기(280)의 출력신호는 평가기(240)에 공급된다.
필터(120)의 출력신호(P)는 한편으로 포지티브 부호로 직접 접속점(287)에 공급되고 다른 한편으로는 제 2 메모리(265)를 통해 네거티브 부호로 접속점(287)의 제 2 입력에 공급된다. 접속점(287)은 변수(PD)를 스위칭 수단(276)에 공급한다. 스위칭 수단(276)의 출력 신호(PD)는 제 4 비교기(290)에 공급되며, 상기 비교기(290)의 제 2 입력에는 한계치 프리세팅기(295)의 출력 신호(PDS)가 인가된다. 비교기(290)의 출력 신호는 마찬가지로 평가기(240)에 공급된다.
제 1 비교기(200)는 측정된 흡기 온도(TL)를 한계치(TLS)와 비교한다. 측정된 흡기 온도(TL)가 한계치(TLS) 보다 작으면, 상응하는 신호가 AND 소자(210)에 공급된다. 특성 맵(220)은 적어도 회전 속도 및/또는 분사될 연료량을 기초로, 내연기관의 작동 상태를 나타내는 특성값을 형성한다. 상기 특성값은 제 2 비교기(230)에서 한계치(BPS)와 비교된다. 작동 상태에 대한 특성값이 한계치(BPS) 보다 크면, 상응하는 신호가 AND 소자(210)에 전달된다. 2개의 조건이 충족되면, 즉 공기의 온도가 한계치(TLS) 보다 작고 특정 작동 상태가 주어지면, 모니터링이 가능하다.
비교기(200) 및 (230), 한계치 프리세팅기(205) 및 (235), 특성 맵(220) 및 AND 소자로 이루어진 로직 유닛은 센서 신호의 모니터링이 특정 작동 상태의 유무에 따라 이루어지게 한다. 모니터링은 공기 온도가 한계치 보다 작고 회전 속도 및/또는 분사될 연료량에 대한 특정 값이 주어질 때만 이루어진다.
부호 검출 수단(250)에 의해, 연료량 변동의 부호 변동이 주어지는지가 체크된다. 즉, 시간에 대한 분사될 연료량의 도함수가 제로를 통과하는지의 여부가 체크된다. 이러한 경우에는, 분사될 연료량의 실제값이 이전 값(QKA)으로서 메모리(262)에 저장된다. 상응하게, 압력의 실제값이 이전 값(PA)으로서 제 2 메모리(265)에 저장된다. 분사될 연료량은 저장 전에 필터(260)에 의해 필터링되는 것이 특히 바람직하다.
부호 교체의 검출과 동시에, 타임 카운터(270)가 활성화된다. 연료량에 대한 실제값(QK)과 이전 값(QKA)을 기초로, 접속점(285)에서 차이 값(QKD)이 형성된다. 상기 차이 값은 최후의 부호 교체 이래 연료량 변동을 지시한다. 상응하게, 접속점(287)에서 압력에 대한 차이 값(PD)이 형성된다. 상기 차이 값은 최후의 부호 교체 이래 부스트 압력의 변동을 나타낸다.
타임 카운터가 일정 시간 작동하면, 즉 최후 부호 변동 시간 이래 일정한 대기 시간이 충족되면, 차이 신호(QKD)가 비교기(280)에 의해 한계치(QKDS)와 비교된다. 상응하게 차이 압력(PD)이 비교기(290)에서 상응하는 한계치(PDS)와 비교된다. 연료량(QKD)의 차이 및 차이 압력(PD) 에 대한 2개의 값이 한계치 보다 크면, 장치가 에러를 검출하지 않는다. 연료량(QKD)의 차이만이 한계치 보다 크고 압력에 대한 값(PD)이 한계치(PDS) 보다 작으면, 장치는 에러를 검출한다. 이 경우에는, 모니터링 수단(150)에 의해, 즉 평가기(240)에 의해 스위칭 수단(130)의 제어를 위한 상응하는 신호가 제공된다.
여기에서 설명된 조치는 하나의 실시예이다. 다른 실시예도 가능하므로, 다른 프로그램 단계를 이용한 체크도 가능하다. 다만, 작동 변수의 변동, 예컨대 분사될 연료량의 변동이 부스트 압력의 상응하는 변동을 야기하지 않으면, 에러가 검출된다는 것이 중요하다. 연료량 변동의 부호 교체 후에 연료량 변동이 압력 변수의 변동과 상관되면, 에러가 검출되지 않는다.
연료량 대신에, 분사될 연료량을 나타내는, 즉 연료량에 의존하는 또는 연료량에 의존하여 결정되는 다른 변수가 사용될 수도 있다. 예컨대 부하 변수, 토크 변수 및/또는 액추에이터의 제어 변수가 사용될 수 있다.
도 3에는 시뮬레이션 수단(135)이 상세히 도시된다. 도 1에서 이미 설명한 엘리먼트는 도 1과 동일한 도면 부호를 갖는다. 회전 속도 센서(160a)의 신호(N) 및 분사될 연료량에 대한 신호(QK)는 특성 맵(300)에 공급된다. 상기 특성 맵의 출력 변수는 필터(310)를 통해 스위칭 수단(130)에 공급된다. 회전 속도(N)는 특성 곡선부(320) 및 접속점(330)을 통해 마찬가지로 필터(310)에 공급된다. 접속점(330)의 제 2 입력에는 부호 결정 수단(340)의 출력 신호가 인가된다.
내연기관의 작동 상태에 따라 부스트 압력(P)에 대한 값이 특성 맵(300)에 저장된다. 상기 저장된 값은 정적 상태에서 부스트 압력에 상응한다. 다이내믹 상태를 고려하기 위해, 필터(310)가 제공된다. 상기 필터(310)는 바람직하게는 PT1-필터로 형성되고, 작동 상태의 변동 시에 시간에 따른 압력의 변동을 시뮬레이션한다. 상기 필터의 전송 특성은 내연기관의 작동 상태에 따라 가변되는 것이 특히 바람직하다. 이것을 위해, 특히 적어도 회전 속도(N)에 따라 변수가 저장된 특성 곡선부(320)가 제공되며, 상기 변수는 필터(310)의 시상수가 가중된 필터의 전송 특성을 결정한다. 상기 PT1-필터는 1차 지연 소자로서, 입력 신호의 급격한 변동시에 PT1-필터의 출력 신호는 시간적 지연을 가지고만 상기 입력 신호를 따른다. 즉, 출력 신호는 지수 함수로 새로운 최종값에 가까워진다. 이러한 PT1-필터는 종종 저역 필터(low-pass)로 표현된다.
또한, 압력 변동의 부호에 따라 특성 맵(320)의 출력 신호를 보정하기 위한 보정 변수를 프리세팅하는 부호 결정 수단에 의해 전송 특성이 결정된다. 부호 결정 수단은 압력이 상승하는지 또는 강하하는지의 여부를 검출한다. 부호 결정 수단에 대한 입력 변수로서, 바람직하게는 특성 맵(300)의 출력 신호가 사용된다. 2개의 특성 곡선부(320)들이 제공됨으로써, 압력이 상승하는지 또는 강하하는지에 따라 하나의 특성 곡선 또는 다른 특성 곡선이 사용되는 것이 특히 바람직하다.

Claims (9)

  1. 센서, 특히 내연기관에 공급되는 공기의 압력을 나타내는 압력 변수를 검출하기 위한 센서의 모니터링 방법에 있어서,
    분사된 연료량을 나타내는 작동 변수의 변동이 센서 출력 변수의 상응하는 변동을 야기하지 않으면, 에러가 검출되는 것을 특징으로 하는 센서의 모니터링 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 센서의 모니터링이 특정 작동 상태의 유무에 따라 이루어지는 것을 특징으로 하는 센서의 모니터링 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    공기 온도를 나타내는 변수가 한계치 보다 작으면, 모니터링이 이루어지는 것을 특징으로 하는 센서의 모니터링 방법.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    회전 속도 및/또는 분사된 연료량에 대한 특정 값들이 주어지면, 모니터링이 이루어지는 것을 특징으로 하는 센서의 모니터링 방법.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    연료량 변동의 부호 교체 후에 연료량 변동이 압력 변수의 변동과 상관되는 것을 특징으로 하는 센서의 모니터링 방법.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    연료량 변동의 부호 교체 후 일정 지속시간이 지난 후 연료량 실제값이 부호 교체 시점에서의 연료량의 값과 비교되는 것을 특징으로 하는 센서의 모니터링 방법.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    에러의 검출 시에, 제어를 위해 대체값이 사용되는 것을 특징으로 하는 센서의 모니터링 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 대체값이 회전 속도 및/또는 분사될 연료량을 기초로 결정되는 것을 특징으로 하는 센서의 모니터링 방법.
  9. 센서, 특히 내연기관에 공급되는 공기의 압력을 나타내는 압력 변수를 검출하기 위한 센서의 모니터링 장치에 있어서,
    분사된 연료량을 나타내는 작동 변수의 변동이 센서 출력 변수의 상응하는 변동을 야기하지 않으면, 에러를 검출하는 수단들을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서의 모니터링 장치.
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