KR101404878B1 - 연소 엔진의 시동 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 함수(T, T1, T2)가 소정의 크랭크 축 각도에서 제어 유닛에 의해 시작되며, 상기 함수는 연소 엔진의 시동부터 종료 조건의 도달까지 상대 각도(△KW)만큼 나중의 크랭크 축 각도로 변위되는 연소 엔진의 개시 방법에 관한 것이다.
상대 각도, 크랭크 축, 휠, 분사, 갭

Description

연소 엔진의 시동 방법 {METHOD FOR STARTING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 적어도 하나의 함수가 제어 유닛에 의해 소정의 크랭크 축 각도에서 시작되는 연소 엔진의 개시 방법에 관한 것이다.
동기화를 위해 즉, 시동 시의 연소 엔진의 크랭크 축의 크랭크 축 각도의 위치 확인을 위해 현재 다양한 방법들이 사용된다. 제1 방법에서, 크랭크 축의 정지 위치가 연소 엔진이 꺼져 있는 동안에 결정되고, 이러한 정보가 재시동까지 엔진 제어부에 저장된다. 이러한 방법은 정지 인식이라고도 하는데, 연소 엔진이 예를 들어 점화가 차단되고 이에 따라 제어 유닛이 차단될 때 불확실성이 생긴다. 예컨대, 기어가 삽입된 채로 차량이 이동하는 경우에 그러하다. 이러한 제1 방법은 동기화 단계(1)이라고도 한다. 제2 방법에서 캠 축 센서의 신호 평가가 행해진다. 이에 따라, 가능한 한 빠른 크랭크 축 각도 위치 확인이 가능하도록 관련된 캠 축 센서 휠은 이에 맞게 실행될 수 있다. 이러한 센서 휠은 신속 시동-센서 휠이라고도 한다.
이러한 유형의 동기화는 조절 가능한 캠 축을 갖는 연소 엔진에서는 캠 축이 시동시 실수로 결합되지 않을 수 있기 때문에 불확실성을 갖는다. 이러한 방법은 동기화 단계(2)라고도 한다. 제3의 방법에서 크랭크 축-센서 휠 내의 갭의 시점에서 크랭크 축 및 캠 축 센서의 평가가 행해진다. 이러한 동기화 유형은 센서 휠 갭에 속하는 크랭크 축 및 캠 축 위치가 확실히 결정될 수 있기 때문에 가장 작은 불확실성을 갖는다. 이러한 방법은 동기화 단계(3)라고도 한다.
상술한 동기화 방법들은 서로 병행하여 진행될 수 있다. 동기화 방법의 발전으로 크랭크 축 각도의 결정의 불확실성은 감소되었다. 연소 엔진의 시동 시에 연소 엔진의 크랭크 축의 회전 개시 동안에 각각의 달성된 동기화 단계는 예를 들어 제어 유닛에서 도출된 변수에 의해 지시된다.
동기화가 실행되는 즉시, 예를 들어 실린더의 연료 분사 또는 점화를 개시시키는 각도 동기화식 컴퓨팅 그리드(태스크라고도 함)가 실행된다. 일반적으로 각도 동기화된 컴퓨팅 그리드의 위치는 기준 실린더의 상사점에 대하여 조절될 수 있다. 다른 크랭크 축 각도들에서 다른 함수들을 갖는 다른 컴퓨팅 그리드들이 실행될 수 있다.
연소 엔진의 시동 동안에, 즉 크랭크 축의 회전 운동이 시작되는 즉시, 각도 동기화식 컴퓨팅 그리드는 동기화 단계(1) 또는 동기화 단계(2)에서 정지 인식 또는 캠 축 센서의 정보에 따라 시작될 수 있다. 이러한 각도 동기화식 컴퓨팅 그리드들에서 처리되는 예를 들어 분사 또는 점화와 같은 엔진 제어 함수들은 연소 엔진의 시동 시에 호출될 수 있지만, 예를 들어 분사 밸브의 구동 또는 점화 등과 같은 당해 출력단의 실질적인 제어는 동기화 단계(3)가 달성될 때까지, 즉 크랭크 축 각도 결정의 최대 정확성이 제공될 때까지 억제되어야 한다.
동기화 단계(3)에 이르는 것은, 비동기 피치를 갖는 센서 휠에서 센서 휠 갭 또는 크랭크 축 센서 휠 갭을 보상하는 톱니 또는 톱니 홈의 비동기 배열이 탐지되어야 한다는 것을 의미한다. 상기 센서 휠 갭은 센서 휠의 조립에 의해 규정되고, 연소 엔진의 각각의 모델에 따라 달라지며, 예를 들어 기준 실린더의 상사점(OT) 이전에 크랭크 축 각도 50°로 위치할 수 있다.
다양한 한계 조건들은 소정의 각도 동기화식 컴퓨팅 그리드들이 상사점 이전에 규정된 각도에 위치되어야 하는 것을 요구할 수 있다. 추가적으로, 이러한 컴퓨팅 그리드에서 계산되는 엔진 제어 함수의 정확성은 연소 엔진의 시동 시에 계산 또는 계산 출력이 동기화 단계(3)에서 비로소 실행될 수 있는 것, 즉, 엔진의 시동 시에 소정의 함수성이 그것의 구현으로 근본적으로 센서 휠에 인식된 갭을 기다려야 하는 것을 요구하는 경우가 있을 수 있다.
연소 엔진의 시동이 함수를 위한 각도 동기화식 컴퓨팅 그리드가 현재 초과된 크랭크 축 각도로 시작되는 경우가 있을 수 있다. 예를 들어 연소 엔진의 시동이 실린더의 상사점 이전에 크랭크 축 각도 50°에서 시작되고 특별한 함수를 위한 각도 동기화식 컴퓨팅 그리드가 예를 들어 실린더의 상사점 이전에 크랭크 축 각도 60°에서 시작된다면, 이러한 함수는 실린더의 상사점 이전에 50°의 크랭크 축 각도의 재도달 후에만 실행된다. 이것은 관련된 함수가 상당히 나중의 시점에서만, 즉 크랭크 축 회전 후에 실행되는 것을 의미한다.
본 발명의 목적은 연소 엔진의 시동 시에 각도 동기화식 컴퓨팅 그리드를 가능하면 이른 시점에서 구현되도록 하는 방법, 장치 및 컴퓨터 프로그램을 제공하는 것이다.
이 문제는 적어도 하나의 함수가 크랭크 축 각도에서 제어 유닛에 의해 시작되어서, 연소 엔진의 시동부터 종료 조건에 이를 때까지 함수가 상대 각도만큼 나중의 크랭크 축 각도로 변위되는 연소 엔진의 개시 방법에 의해 해결된다. 상기 함수의 개시는 각도 동기화식 컴퓨팅 그리드에서 일어나며, 상기 함수는 규정된 크랭크 축 각도에서 시작된다. 여기서 함수들은 엔진의 각 유형의 계산 함수, 제어 함수 또는 조절 함수, 예컨대 점화시점의 결정, 분사시점의 개시의 결정, 분사량의 결정 등으로 이해된다. 연소 엔진의 시동은 크랭크 축이 회전하지 않은 채 제어 유닛이 연결되는 것으로 이해된다. 연소 엔진의 시동은 스타팅 모터의 작동 또는 크랭크 축의 회전 개시가 일어나는 때로 정의될 수도 있다. 나중의 크랭크 축 각도는 시간적으로 나중에 도달하게 되는 것으로 예상되는 크랭크 축 각도로 이해된다. 이에 따라, 상대 각도는 회전 방향으로 양으로 정의된다. 바람직하게는 함수는 함수의 개시 후 실행 각도만큼 형성되는 이벤트를 제어하며, 상대 각도는 실행 각도보다 작다. 소정의 크랭크 축 각도에서 시작된 함수는 소정의 크랭크 축 각도를 지나서 실행 각도에 위치하는 이벤트를 계산하거나 제어한다. 따라서, 상기 함수는 함수의 결과가 제시될 때까지 소정의 시간 및 소정의 재설정된 크랭크 축 각도를 필요로 하게 된다. 상대 각도는 함수의 결과가 존재하는 크랭크 축 각도가 변위되지 않도록 배치된다. 바람직하게는 상대 각도는 시간적으로 센서 휠 갭 이전에 위치하는 컴퓨팅 그리드가 변위 후 센서 휠 갭 이후에 위치되도록 매우 크게 선택된다. 갭을 통해 동기화 단계(3)가 달성되고 분사가 변위된 컴퓨팅 그리드에서 즉시 개시된다. 상기 함수는 이들이 시작되는 크랭크 축 각도의 변위에 의해 더 빨리 결과를 제공해야 하며, 이는 연소 엔진의 시동 동안에 작은 크랭크 축 속도에 의해 보장된다. 바람직하게는 종료 조건은 입증된 절대-크랭크 축 각도를 위한 센서 휠 표시의 인식, 특히 센서 휠 갭의 인식이다. 유사하게 종료 조건은 크랭크 축의 최소 회전 수의 도달이 될 수 있다. 종료 조건에 이르게 될 때, 변위는 상대 각도만큼 취소된다. 바람직하게는 함수는 연소 엔진의 적어도 하나의 실린더의 분사 파라미터 및/또는 점화 시기의 계산을 포함한다. 바람직하게는 분사 파라미터는 적어도 분사의 분사 개시를 포함한다.
앞서 언급된 문제는 장치, 특히 본 발명에 따른 방법의 실행을 위해 장착된 제어 유닛 또는 엔진, 및 컴퓨터에서 프로그램이 실행될 때 본 발명에 따른 방법의 모든 단계의 실행을 위한 프로그램 코드를 갖는 컴퓨터 프로그램에 의해 해결된다.
이하에서는 본 발명의 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명된다.
도1은 4-실린더-연소 엔진을 위한 함수의 시간적 순서를 도시한다.
도1에는 크랭크 축 각도에 걸쳐 다양한 엔진 함수들의 실시예를 도시하는 그래프가 도시되어 있다. 크랭크 축 각도(OKW)는 4-실린더-연소 엔진의 실린더 (1 내지 4)의 상사점(OT)에 의해 참조된다. 실린더(1)의 상사점은 OT Zyl. 1로 참조되며, 실린더(2)의 상사점은 OT Zyl. 2로 참조되며, 실린더(3)의 상사점은 OT Zyl. 3으로 참조되며, 실린더(4)의 상사점은 OT Zyl. 4로 참조된다. 크랭크 축 센서의 신호(SKW)는 연속선으로 도시되며, 센서 휠 갭은 각각 GL로 참조된다. 연소 엔진의 시동은, 화살표(ST)로 참조되며 약간의 각도만큼 센서 휠 갭을 지나서 위치하는 크랭크 축 각도에서 발생한다. 센서 휠 갭(GL)의 재도달까지 이러한 크랭크 축 각도는 수직으로 도시된 선(GL2)에 의해 지시되며, 센서 휠 갭에 따른 크랭크 축의 센서 신호의 동기화는 없다. 크랭크 축 각도(GL2)에서 센서 휠 갭의 도달 후 동기화가 존재한다. 도1에서 함수의 호출(태스크라고도 함)은 각각 선의 끝으로서 정사각형을 갖는 수직의 선으로 참조된다. 이러한 함수들 중 하나는 도면 부호(T)로 지시된다. 함수의 호출은 연소 엔진의 제어 변수 또는 조정 변수의 결정에 사용되거나 또는 분사의 중지 또는 점화 플러그의 점화와 같은 연소 엔진의 소정의 작동에 사용되며, 상기 함수들은 제어 유닛 또는 제어 유닛에서 실행되는 컴퓨터 프로그램에 의해 실행된다. 상기 함수들(T)은 실행 각도(A)만큼 함수들의 개시 후에 실행되는 이벤트를 제어한다. 예를 들어, 함수(T)는 실행 각도(A)만큼 함수들(T)의 개시보다 더 늦게 개시되는 점화(Z)를 제어한다. 각각의 실린더에 있어서의 흡입 위상은 연속 수평선에 의해 참조되며, 쉽게 식별되도록 흡입 위상 중 하나가 다시 도면 부호(AN)에 의해 지시된다. 흡입 위상(AN) 이전에 위치된 배기 위상(AU)은 여기서 음영 처리된 장방형으로 도시된다. 층상 분사(SE)는 나란히 배치되어 선으로 연결된 마름모로 도시되고, 균질 분사(HE)는 나란히 배열되어 선으로 연결된 장방형으로 도시된다. 분사(Z)는 각각 삼각형으로 도시된다. 실린더(1 내지 4)는 Zyl.1 내지 Zyl.4로 지시되며, 해당 함수들 또는 프로세스는 도1의 도면에서 겹쳐서 도시되어 있고, 당해 실린더 표시는 점선으로 제공된다.
도1은 크랭크 축 센서의 신호 곡선을 아래에 도시하며, 연소 엔진의 시동 위치는 센서 휠 갭 다음에 바로 채택된다. 개별 실린더를 위한 180°주기의 함수들이 도시되는데, 이 경우 함수들은 센서 휠에서 첫번째 갭이 인식될 때까지 오른쪽을 향해 (나중을 향해) 조절된다. 이에 따라, 동기화 단계(3), 즉 센서 휠 갭에 따른 동기화의 발생을 요구하는 함수가 가능한 한 빠르게 구현될 수 있다. 함수가 예를 들어 분사 출력을 의미하는 경우에는, 이러한 조치에 의해 도1의 실시예에서 실린더(3)의 점화가 유도될 수 있는 반면, 상대 각도(△KW)만큼 본 발명에 따른 변위가 없었다면 실린더(4)의 분사만이 가능했을 것이다.
실린더(2)의 함수(T1)와 실린더(3)의 함수(T2)는 연소 엔진의 시동(ST)과 센서 휠 갭(GL)이 최초로 인식되는 크랭크 축 각도의 사이에 배치된다. 두 개의 함수(T1, T2)는 크랭크 축 각도에서 연소 엔진의 시동(ST)과 크랭크 축 각도(GL2)에서 보장된 동기화의 존재 사이에서 나타난다. 본 발명에 따르면, 이러한 함수들은 상대 각도(△KW)만큼 나중의 크랭크 각도로 변위된다. 상기 상대 각도(△KW)는 각각 물결 화살표로 도시되며, 함수(T1)는 상대 각도(△KW)만큼 함수(T1')로 변위되며, 함수(T2)는 상대 각도(△KW)만큼 함수(T2')로 변위된다. 이는 도1에 도시된 실시예에서 함수(T2')가 크랭크 축 각도(GL2)에서 휠 갭 센서(GL)의 인식 후에 호출되며, 따라서 함수(T2')에 있어서 크랭크 축 각도 동기화가 있게 되나, 이는 함수(T2)가 변위되지 않았다면 그렇지 않은 결과를 가질 것이다. 상대 각도(△KW)만큼 본 발명에 따른 변위가 없다면, 함수(T2)는 두 개의 크랭크 축 속도를 늦게, 최초로 T2x에서 호출될 것이다. T1/T1'의 위치는 불확실성이 가해진다. 따라서, 높은 정확도를 요구하지 않는 함수들만이 T1'에서 계산된다. 따라서, T1'에서 예를 들어 실린더(3)를 위한 균질 분사량이 계산되어 출력될 수 있다. 점화에 있어서도 그런 것처럼, 층상 분사에 있어서 정확성은 충분하지 않게 된다. 그러나, 점화는 실린더(3)를 위한 소정의 정확성으로 T2'에서 계산될 수 있다.
T1'에서 가장 높은 정확성을 요구하지 않는 계산들만이 실행되어야 한다. 따라서, 본 실시예에서, 컴퓨팅 그리드가 상사점 이전에 크랭크 축 각도 60°에 위치하며 함수, 예를 들어 다음 연소의 점화 각도를 계산한다. 그러나, 이러한 함수의 출력은 엔진 제어부가 가장 높은 신뢰도로 동기화되는 것을 요구하며, 따라서 예를 들어 본 경우에 상사점 이전에 크랭크 축 각도 50°에 위치하는 크랭크 축 센서의 갭을 기다려야 한다. 따라서, 갭이 인식되고 함수의 출력 또는 계산의 개시가 존재하면, 시동의 경우에 갭이 기다려져야 하고, 당해 컴퓨팅 그리드가 바로 끝나고, 4 실린더 엔진에서 통상 720°주기로 위치하며, 즉 본 예에서는 크랭크 축 각도 710°후에만 다시 나타나는 다음의 당해 컴퓨팅 그리드가 기다려져야 한다. 이러한 경우는 실린더(Zyl.3)의 예에서 명료해진다.
본 발명에 따르면, 연소 엔진의 시동 거동을 촉진시키기 위해 컴퓨팅 그리드는 시동의 경우에 다른 크랭크 축 각도 위치들로 단시간에 변위된다. 따라서, 시동의 경우에, 각도 동기화식 계산 그리드가 일시적으로 다른 각도 위치들로 변위된다. 참조된 예에서, 엔진의 정상 작동 시에 크랭크 축 각도 60°에 위치하는 컴퓨팅 그리드는 센서 휠에서 갭이 인식될 때까지 상사점 이전의 크랭크 축 각도 50°에서 변위할 정도로 오래 제공된다. 상기 장점은 가속화된 시동 거동이다. 참조된 예에서 180°크랭크 축 각도는 더 빠른 연소를 제공하고 따라서, 실린더의 상사점은 더 이르게 점화된다 (4 실린더 엔진에서 매 180°마다 크랭크 축 각도의 실린더의 상사점이 달성된다). 이에 의해 연소 엔진의 통상의 시동 시각 및 통상의 시동 회전수에서 대략 25%까지의 시동 가속이 얻어진다.

Claims (8)

  1. 적어도 하나의 함수(T, T1, T2)가 소정의 크랭크 축 각도에서 제어 유닛에 의해 개시되는 연소 엔진의 시동 방법이며,
    상기 함수는, 연소 엔진의 시동에서부터 종료 조건에 도달할 때까지, 상대 각도(△KW)만큼 더 늦은 크랭크 축 각도로 변위되는 것을 특징으로 하는 연소 엔진의 시동 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 함수는 실행 각도(A)만큼 함수의 개시 후에 실행되는 이벤트를 제어하며, 상기 상대 각도(△KW)는 실행 각도(A)보다 더 작은 것을 특징으로 하는 연소 엔진의 시동 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 종료 조건은 입증된 절대-크랭크 축 각도를 위한 센서 휠 표시의 인식인 것을 특징으로 하는 연소 엔진의 시동 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 종료 조건은 크랭크 축의 최소 회전수의 도달인 것을 특징으로 하는 연소 엔진의 시동 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 함수는 연소 엔진의 적어도 하나의 실린더의 점화 시점과 분사 파라미터 중 어느 하나 또는 이 둘 모두의 계산을 포함하는 것을 특징으로 하는 연소 엔진의 시동 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 분사 파라미터는 분사의 개시를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소 엔진의 시동 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 따른 방법의 실행을 위해 구성된 장치.
  8. 컴퓨터에서 프로그램이 실행되는 경우 제1항 또는 제2항에 따른 모든 단계의 실행을 위한 프로그램 코드를 갖는 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독 가능한 매체.
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