KR102356313B1 - 엔진의 실린더 내 총 압력을 결정하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 하기 단계들을 포함하는, 크랭크샤프트(14)의 각도 위치(crk)의 함수로서 그리고 가능하게는 여러 분사에서 분사될 연료의 양으로부터 엔진의 실린더 내 총 압력(P_cyl)을 결정하는 방법(45)에 관한 것이다:

연소가 없을 때 상기 실린더 내 압력을 결정하는 단계 - 상기 압력은 연소 없는 압력(P_{cyl _m})이라고 언급됨 - ,

각 분사(inj_i)마다, 해당 분사(inj_i) 동안 분사된 연료의 양이 연소하는 것에 의해 야기되는 압력의 서브-변동의 곡선(ΔP_comb__i)을 결정하는 단계로서, 상기 곡선의 형상은 분사될 연료의 양(MF_i)과 그 대응하는 분사의 분사 시작 각도 위치(SOI_i)의 함수로서 추정되는, 상기 곡선을 결정하는 단계, 및

각 분사(inj_i)의 압력 서브-변동 곡선(ΔP_comb__i)에 의해 주어지는 압력과 연소 없는 압력(P_{cyl _m})을 함께 추가하는 것에 의해 상기 실린더 내 총 압력(P_cyl)을 결정하는 단계.

Description

엔진의 실린더 내 총 압력을 결정하는 방법{METHOD FOR DETERMINING THE TOTAL PRESSURE IN THE CYLINDER OF AN ENGINE}

본 발명은 일반적으로 엔진 실린더 내 총 압력을 결정하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 엔진으로 분사되는 연료의 양을 제어하는 것에 관한 것이다.

본 발명은, 특히, 자동차 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 직접 분사 엔진에서 사용된다.

직접 분사 엔진은 연료가 인젝터를 사용하여 분사되는 적어도 하나의 실린더를 포함한다. 피스톤은 실린더 내에서 이동하며, 실린더 내에 위치된 가스 혼합물을 압축한다. 엔진의 동작을 보다 잘 관리하기 위하여, 한편으로, 예상되는 것보다 더 적은 연소 작용을 피스톤에 야기할 수 있는 너무 적은 연료를 분사하는 것을 방지하고, 다른 한편으로, 연료의 소비를 쓸데 없이 증가시킬 수 있는 너무 많은 연료를 분사하는 것을 방지하기 위하여, 분사될 연료의 양은 극히 정밀하게 제어되어야 한다. 인젝터에 의해 분사되는 연료의 양은, 첫째, 인젝터에 공급되는 연료의 압력에 의존하고, 둘째, 인젝터의 개방 시간에 의존한다. 그러나, 실린더 내 압력은 연료 분사에 대항하여 작용하여, 분사되는 연료의 양에 영향을 미친다. 실린더 내 압력 또는 인젝터의 관점에서 역-압력은, 피스톤에 의해 공기가 압축되는 것으로 인해 그리고 분사된 연료가 연소하는 것에 의해 "초과 압력"이 발생하는 것으로 인한 것이다.

최근에 대다수의 직접 분사 모터는 인젝터를 명령하기 위하여 실린더에 나타나는 압력을 고려하지 않는다. 실제, 이 파라미터는 연료 분사에 미치는 영향이 거의 없는 것으로 고려되었기 때문에 무시된다. 그러나, 새로운 설계의 엔진에서는 실린더 내로 분사되는 연료의 양이 상기 실린더 내에 나타나는 압력에 매우 민감하다. 실제, 실린더로 분사되는 연료의 양은, 예를 들어, 디젤 엔진의 경우 엔진의 부하에 따라 200 바(bar) 내지 2000 바에서 변하는 공급 레일의 압력과, 0 바 내지 100 바에서 변하는 실린더 내 압력 사이의 차이와 연관된다. 엔진 부하가 크면 클수록, 공급 레일의 압력이 더 높아지고, 그리하여 실린더 내 압력이 분사되는 연료의 압력에 비해 보다 더 무의미하게 된다. 이에 비해, 작은 부하 구역, 그리하여 낮은 압력 구역은 실린더 내에 나타나는 압력에 매우 민감해진다. 새로운 엔진은 그리하여 극히 정확한 분사를 획득하기 위하여 실린더 내 압력을 고려하는 것이 필요하다.

문서 US6782737은 압력 센서, 온도 센서, 부하와 분사되는 연료의 양 사이의 비율을 결정하는 수단, 및 분사 시작을 결정하는 제어 컴퓨터를 포함하는, 실린더 내 압력 최대 피크를 추정하는 시스템을 제안한다. 압력 최대 피크는 압력과 연료의 온도, 상기 비율, 및 분사 시작의 함수로 추정된다. 이 추정은 질소 산화물(NO_x) 방출을 제한하기 위한 데이터로 사용된다.

이 문서는 메인 분사에 대응하는 압력 최대 피크를 추정하는데 초점을 둔다. 그러나, 현재 엔진은 각 분사가 그 다음 분사에 영향을 미치는 다중-분사 시스템을 포함한다. 이 문서의 시스템에 의해 제공되는 추정의 정확도는 그리하여 개선될 수 있다.

나아가, 이 문서에 의해 개시된 압력 추정 시스템은 압력을 소급적으로 측정하는 센서를 사용한다. 이 문서에 의해 제안된 솔루션은 그리하여 추정 예측 모델로 효과적으로 사용될 수 없다.

나아가, 이 시스템은 실시간 추정에 적합하지 않은 복잡한 계산을 포함한다.

또한 내연 엔진의 실린더 내 압력을 추정하는 방법에 관한 문서 WO2005/103640A2, FR2892459A3, DE102012221245A1, 및 DE102008044013A1이 알려져 있다.

본 발명은 종래 기술의 전술한 단점의 전부 또는 일부를 제거하거나 또는 적어도 감소시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적은 엔진 사이클의 적어도 일부를 따라 실린더 내 총 압력의 값을 정확히 그리고 예측가능하게 결정하는 방법을 제안하는 것이다.

유리하게는, 본 발명은 또한 실린더에 나타나는 압력 레벨의 함수로서 분사될 연료의 양을 정밀히 제어하기 위하여 실시간으로 작동할 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 또한 바람직하게는 용이한 조절 및/또는 극히 높은 신뢰성 및/또는 적절한 원가를 제공할 수 있다.

이를 위해, 본 발명은 크랭크샤프트의 각도 위치의 함수로서 그리고 가능하게는 여러 분사에서 분사될 연료의 양으로부터 엔진의 실린더 내 총 압력을 결정하는 방법을 제안한다. 본 발명에 따라, 상기 방법은 다음 단계들을 포함한다:

연소가 없을 때 실린더 내 압력을 결정하는 단계 - 상기 압력은 연소 없는 압력이라고 언급됨 - ,

각 분사마다, 해당 분사 동안 분사되는 연료의 양이 연소하는 것에 의해 야기되는 압력의 서브-변동의 곡선을 결정하는 단계로서, 상기 곡선의 형상은 분사될 연료의 양과 그 대응하는 분사의 분사 시작 각도 위치의 함수로서 추정되는, 상기 곡선을 결정하는 단계, 및

각 분사의 압력 서브-변동 곡선에 의해 주어지는 압력과 연소 없는 압력을 함께 추가(add)하는 것에 의해 상기 실린더 내 총 압력을 결정하는 단계.

이에 따라 본 방법은, 직접 분사 엔진에서, 상기 실린더 내 총 압력을 신뢰성 있게 결정할 수 있다. 수행된 테스트에 따르면 이러한 방법은 상기 실린더 내 압력을 정확히 예측하고 엔진 컴퓨터에 설치되기에 특히 매우 적합하다는 것을 보여주었다.

더욱이, 본 방법은 유리하게는, 너무 오랜 시간이 걸려서 실시간 계산에 적합하지 않은, 열역학적 계산 또는 엔탈피 평형(enthalpy balance) 또는 에너지 평형 또는 질량 평형과 같은, 일부 계산을 제거할 수 있다.

정확도에 영향을 상당히 미침이 없이 상기 계산을 간략화하는 유리한 실시예에 따라 상기 연소 없는 압력은 상기 실린더 내에 포함된 가스 혼합물이 압축되고 팽창되는 것이 단열 상태에서 이루어지고, 상기 혼합물이 이상 가스로 거동하고, 상기 결정은 냉각 온도와 배기 가스 재순환율의 함수로서 선형으로 보정되는 것을 고려하는 것에 의해 결정된다.

나아가, 바람직한 실시예에서, 각 압력 서브-변동 곡선은 연소 효율, 분사될 연료의 양, 상기 크랭크샤프트의 각도 위치에 대한 실린더의 볼륨, 상기 압력 서브-변동 곡선의 연소 시작 기울기, 상기 크랭크샤프트의 연소 시작 각도 위치, 상기 압력 서브-변동 곡선의 연소 종료 기울기, 및 상기 크랭크샤프트의 연소 종료 각도 위치 사이의 관계에 의해 결정된다.

모든 분사의 영향을 고려하는 본 방법은 유리하게는 다중-분사 시스템에서 실린더 내 압력을 경험적으로 결정할 수 있게 한다.

단독으로 또는 조합으로 본 발명의 실시예에 따른 각 압력 서브-변동을 결정하는 이러한 단계는,

· 연소 효율이 분사시 연료의 냉각 온도와 연료의 압력의 함수로서 보정되는 기본 값(base value)으로부터 결정되고,

· 각 연소 시작 기울기는 분사되는 연료의 양, 배기 가스 재순환율, 및 이전의 분사와 그 대응하는 분사 사이의 시간의 함수로서 보정되는 기본 값으로부터 결정되고,

· 상기 크랭크샤프트의 연소 시작 각도 위치는 분사 시작 각도 위치와 시상수(time constant)를 함께 추가하는 것에 의해 결정되고, 상기 시상수 그 자체는, 분사될 연료의 양과 상기 배기 가스 재순환율의 함수로서 선형으로 보정된 기본 값으로부터 결정된다,

· 상기 연소 종료 기울기는 분사 시작 각도 위치의 함수로서 선형 관계에 의해 결정되고,

· 연소 종료 각도 위치는 연소 시작 각도 위치, 연소 율, 및 분사될 연료의 양 사이의 선형 관계에 의해 결정되도록 이루어질 수 있다.

여기서 제안된 계산은 선형적이어서 상기 실린더 내 압력이 간단하고 신속한 방식으로 결정될 수 있어서, 그리하여 비용을 감소시킬 수 있다.

또한 본 발명은 본 발명에 따른 방법 단계를 각각 구현하는 수단을 포함하는, 크랭크샤프트의 각도 위치의 함수로서 엔진 실린더의 총 압력을 결정하는 디바이스에 관한 것이다. 엔진을 제어하는 컴퓨터에 직접 설치된 이 디바이스는, 유리하게는, 추정 계산 속력을 개선시킬 수 있다. 실제, 이 디바이스는 분사 전에 실린더 내 총 압력을 실시간으로 그리고 예측가능하게 추정할 수 있다. 이것은, 유리하게는, 실린더 내에 압력 센서를 요구하지 않는다.

마지막으로, 본 발명은, 전술한 실린더 내 총 압력을 결정하는 디바이스를 포함하는, 실린더 내 총 압력의 함수로서 엔진 실린더로 분사되는 연료의 양을 제어하는 디바이스에 관한 것이다. 이 디바이스는 유리하게는, 실린더 내 총 압력을 추정하는 것으로 인해, 보다 정밀하고 제어된 분사를 생성할 수 있다. 그리하여 이에 의해 원하는 엔진 성능에 더 잘 맞고 이에 더 가까운 연소를 달성할 수 있어서, 손실과 그리하여 연료 소비를 감소시킬 수 있다.

본 발명의 상세 및 장점은 첨부된 개략 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명을 읽을 때 보다 명확히 드러날 것이다:

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 결정 디바이스를 도시하는 블록도;
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 크랭크샤프트의 각도 위치의 함수로서 실린더 내 압력의 일반적인 그래프를 도시하는 도면;
도 3은 본 발명을 검증하는 그래프를 도시하는 도면; 및
도 4는 본 발명에 따른 방법을 도시하는 흐름도.

도 1은 엔진의 크랭크샤프트(14)의 각도 위치(crk)의 함수로서 엔진의 실린더 내 압력(P_cyl)을 결정하는 결정 디바이스(10)의 일 실시예의 일반적인 구조를 도시한다.

도 1은 또한 실린더 내 압력(P_cyl)의 함수로서 상기 엔진 실린더로 분사되는 연료의 양을 제어하는 디바이스(11)의 일 실시예의 일반적인 구조를 개략적으로 도시한다.

제어 디바이스(11)는 결정 디바이스(10)가 설치된 제어 유닛(12), 예를 들어, 마이크로프로세서를 포함한다. 제어 디바이스(11)는 정보가 제어 유닛(12)으로 전달되는 명령(13), 예를 들어, 차량 페달을 통해 사용자로부터 정보를 수신한다. 이 정보는 엔진에 요구되는 토크를 결정하고 그리하여 인젝터(15) 및 선택적으로 흡기 밸브(16)와 배기 밸브(17)와 같은 여러 블록을 관리할 수 있게 한다. 더욱이, 제어 유닛(12)은 각 분사(inj_i)마다 실린더로 분사될 연료의 양(MF_i)을 한정하도록 배열된 유닛(18)을 포함한다.

결정 디바이스(10)는,

· 각 분사(inj_i)마다 연소에 대응하는 압력 서브-변동 곡선(ΔP_comb__i)을, 계산에 의해, 결정하도록 배열된 유닛(19),

· 연소가 없을 때 실린더 내 연소 없는 압력(P_{cyl_m})이라고 언급되는 압력을, 계산에 의해, 결정하도록 배열된 유닛(20), 및

· 전술한 유닛에 의해 제공되는 정보로부터 실린더 내 압력(P_cyl)을, 계산에 의해, 결정하도록 배열된 유닛(22)을 포함한다.

상기 유닛(19)은, 바람직하게는, 압력 서브-변동 곡선(ΔP_comb__i)을 결정하는데 필요한 파라미터를 각각 결정하는 여러 블록으로 형성된다. 이 유닛은 그리하여,

· 연소 효율(η)을 결정하도록 배열된 블록(23),

· 각 분사(inj_i)마다 연소 시작시(SOC_i) 크랭크샤프트(14)의 각도 위치를 결정하도록 배열된 블록(24),

· 각 분사(inj_i)마다 연소 종료시(EOC_i) 상기 크랭크샤프트(14)의 각도 위치를 결정하도록 배열된 블록(25),

· 각 분사(inj_i)마다 상기 곡선의 연소 시작 기울기(σ_i)를 결정하도록 배열된 블록(26), 및

· 각 분사(inj_i)마다 상기 곡선의 연소 종료 기울기(α_i)를 결정하도록 배열된 블록(27)을 포함한다.

도 2는 결정 디바이스(10)를 구현하는 일례의 결과를 도시한다. 도 2는 그리하여 바 단위의 실린더 내 총 압력(P_cyl), 및 크랭크샤프트(14)의 도 단위의 각도 위치(crk)의 함수로서 mg 단위로 분사될 연료의 양(MF_i)(MF₁=0.8 mg, MF₂=0.8 mg, MF₃=14.2 mg)을 나타내는 그래프를 도시한다. 각도 위치 범위는 연료 분사에 대한 사이클만을 나타내도록 선택되었다. 따라서, 도 2에서 (도 3에 관해), 크랭크샤프트(14)의 각도 위치는 -40° 내지 +40°에서 변하고, 여기서 점 0°은 해당 실린더에 대응하는 피스톤의 상사점(upper dead center)(PMH)에 대응한다.

곡선(30)은 실린더 내 총 압력(P_cyl)을 나타내고, 이 압력은 엔진 사이클이 일어나기 전에 결정 디바이스 (10)에 의해 추정된다. 실린더 내에 도입되는 가스 혼합물은 피스톤에 의해 압축되고 연료가 분사된다. 본 예시적인 실시예에서, 3개의 연속적인 분사, 즉: 제1 파일롯 예비-분사(inj₁), 제2 파일롯 예비-분사(inj₂), 이후 메인 분사(inj₃)가 존재하는 것으로 가정된다. 실린더 내 총 압력(P_cyl)은 각 연료 분사마다 증가되고, 특히 메인 분사 동안 증가되고, 이후 연소가 종료되고 피스톤이 아래로 내려갈 때 감소하고, 곡선(30)은 최소 압력으로 가는 것이 명확히 관찰된다.

곡선(30)의 추정은 곡선(32)으로 도시된 연소 없는 압력(P_{cyl_m})을 계산하는 것, 및 각 분사(inj_i)시에 발생하는 압력 서브-변동 곡선(ΔP_comb__i)을 계산하는 것에 기초한다.

도 2에서 각 분사는 연소 동안 상당한 압력 서브-변동을 생성한다. 각 분사(inj₁, inj₂, inj₃)는 각 분사 시작 각도 위치(SOI₁, SOI₂, SOI₃)에 각각 대응하는 크랭크샤프트(14)의 특정 각도 위치에서 시작된다. 각 분사 직후, 연소는 연소 시작 각도 위치(SOC₁, SOC₂, SOC₃)에서 각각 시작하고, 여기서 압력은 특정 지점에 이르기까지 증가하고, 이후 연소는 연소 종료 각도 위치(EOC₁, EOC₂, EOC₃)에서 각각 종료하고, 여기서 압력은 0에 접근할 때까지 감소한다. 곡선(33, 34, 35)은 분사(inj_i)로 인한 압력 서브-변동(ΔP_comb__i)을 도시한다.

곡선(35)은 분사되는 연료의 양이 최대인 것으로 인해 큰 압력 변동을 가진다. 메인 분사는 그리하여 실린더 내 압력(P_cyl)의 거동에 더 큰 영향을 미친다. 그러나, 곡선(33, 34)의 압력 서브-변동은 메인 분사(inj₃) 동안 0이 아닌 것으로 관찰된다. 그리하여, 이들 변동은 또한 이 분사에 영향을 미치고, 이에 따라, 실린더 내 전체 압력(P_cyl)에 영향을 미친다.

실린더 내 총 압력(P_cyl)을 계산하기 위하여, 이 압력을 결정하는 방법(45)이 본 문서에서 제안되고, 도 4를 사용하여 설명된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 분사될 연료의 양(MF_i)으로부터 시작하여, 제1 단계(37)는 연소 없는 압력(P_{cyl_m})을 결정하는 단계이고, 이후 각 압력 서브-변동 곡선(ΔP_comb__i)을 결정하는 단계(38)가 후속된다. 단계(37)와 단계(38) 사이의 연대적 순서는 변할 수 있다: 이들 단계는 독립적이기 때문에 심지어 병렬로 수행될 수도 있다. 나아가, 연소 없는 압력(P_{cyl_m})과 압력 서브-변동 곡선(ΔP_comb__i)은 크랭크샤프트(14)의 각도 위치(crk)의 함수로 계산된다.

단계(37)는 단열 압축과 팽창에 대응하는 관계(50)로부터 그리고 선형 보정 관계(51)로부터 연소 없는 압력(P_{cyl_m})을 계산하는 것이다.

관계(50)는 라플라스 계수(γ)를 고려하고, 상기 실린더의 흡기구의 압력(P_intake)과 각도 위치(crk)에 관한 볼륨에 의존한다. 관계(50)에서, 값(V_IVC)은 흡기 밸브가 닫힐 때 연소 챔버의 볼륨을 말하고, 값 V(crk)은 각도 위치(crk)에 관한 볼륨(V)을 말한다.

(50)

관계(51)는, 여러 선형 보정이 추가된, 관계(50)의 결과에 대응하는, 기본 값으로부터 형성된다. 여러 선형 보정은 상수로부터 그리고 분사(inj_i)의 파라미터에 관한 계수로부터 각각 형성될 수 있다. 이 경우에, 제1 보정(cor_TCO)은 냉각 온도(TCO)에 의존하고, 제2 보정(cor_EGR)은 배기 가스 재순환율(EGR)에 의존한다.

(51)

각 단계(38)는 압력 서브-변동 곡선(ΔP_{comb_i})을 계산하는 것으로, 보다 정확하게는, 대응하는 곡선의 형상을 결정하는 것이다. 이를 위해, 각 곡선은 연소 효율(η), 분사될 연료의 양(MF_i), 각도 위치(crk)에 관한 볼륨(V), 피스톤이 상사점(V_PMH)에 있을 때 실린더의 볼륨, 및 상기 곡선의 연소 시작 기울기(σ_i), 연소 시작 각도 위치(SOC_i), 상기 곡선의 연소 종료 기울기(α_i), 및 연소 종료 각도 위치(EOC_i)에 의존하는 관계(52)를 사용하여 동일한 방식으로 추정된다.

(52)

방법(45)은, 각 단계(38) 내에, 여러 서브-단계를 포함하고, 각 서브-단계는 관계(52)의 파라미터들 중 하나의 파라미터를 계산하는 것이다.

서브-단계(39)는 선형 관계(53)를 사용하여 바/mg 단위의 연소 효율(η)을 계산하는 것이다. 이 관계는 여러 선형 보정이 추가된 기본 값(cste_η)을 포함한다. 각 보정은 상수로부터 그리고 분사(inj_i)의 파라미터에 관한 계수로부터 형성될 수 있다. 이 경우에, 제1 보정(cor_FUP)은 분사시 연료의 압력(FUP_i)에 의존하고, 제2 보정(cor_TCO)은 냉각 온도(TCO_i)에 의존한다. 실제, 엔진이 냉각되면 될수록, 연소 효율(η)이 더 감소하는데, 즉 미연소 잔류물이 증가한다.

(53)

이 예에서, 관계(55), 관계(56, 57) 및 관계(58)의 파라미터는 첫째 계산을 간략화하기 위해 초 단위로 추정되고, 이후 각도로 변환된다. 이를 위해, 변환은 이 경우에 관계(54)로부터 생성되고, 여기서 N은 엔진 속력이다.

(54)

연소 시작 각도 위치(SOC_i)는 관계(55)에 의해 결정되고, 여기서 τ_i는 도 2에 도시된 바와 같이 연료를 자동으로 점화하는 시간 기간이다.

(55)

자동-점화 시간 기간(τ_i)은 여러 선형 보정이 추가된 기본 값(cste_τ)을 포함하는 관계(56)에 의해 선형 방식으로 초 단위로 추정될 수 있다. 각 보정은 상수로부터 그리고 분사(inj_i)의 파라미터에 관한 계수로부터 형성될 수 있다. 자동-점화 시간 기간(τ_i) 동안, 제1 보정(cor_MF)은 연료의 양(MF_i)에 의존하고, 제2 보정(cor_EGR)은 배기 가스 재순환율(EGR_i)에 의존한다. 이 2개의 보정은 각각 전체 보정 값에 대해 대략 40%이다. 자동-점화 시간 기간(τ_i)은 또한 이전의 분사(inj_{i -1})와 분사(inj_i) 사이의 시간(T_DIFFi)에 의존하는 제3 보정(cor_TDIFF), 분사시 연료 압력(FUP_i)에 의존하는 제4 보정(cor_FUP), 및 냉각 온도(TCO_i)에 의존하는 제5 보정(cor_TCO)을 포함한다.

연소 시작 각도 위치(SOC_i)를 계산하기 위하여, 관계(56)의 자동-점화 시간 기간(τ_i)은 관계(54)에 의해 도 단위로 변환될 수 있다.

연소 종료 각도 위치(EOC_i)를 결정하는 서브-단계(41)는 관계(57)에 의해 결정되고 나서, °crk.s^{- 1} 단위로 변환되는데, 여기서 λ는 초기에 mg.s^-1 단위로 연소 율을 제공한다.

(57)

서브-단계(42)는 연소 시작시 해당 서브-변동 곡선의 기울기(σ_i)를 결정하는 것이다. 이 기울기는 여러 선형 보정이 추가된 기본 값(cste_σ)ㅈ을 포함하는 관계(58)에 의해 선형 방식으로 초 단위로 추정될 수 있다. 이들 보정은 각각 상수로부터 그리고 분사(inj_i)의 파라미터에 관한 계수로부터 형성될 수 있다. 이 경우에, 이 보정은 연료의 양(MF_i), 배기 가스 재순환율(EGR_i), 및 이전의 분사(inj_i-1)와 분사(inj_i) 사이의 시간(T_DIFFi)에 의존한다.

(58)

서브-단계(43)는 기울기(α_i)를 계산할 수 있다. 이 기울기는 해당 분사(inj_i)마다 분사 시작 각도 위치(SOI_i)의 함수로 변한다. 실제, 분사가 피스톤의 위치(PMH)로부터 멀어지면 멀어질수록, 연소 종료 기울기(α_i)가 더 느리게 진행한다. 기울기(α_i)는 그리하여 교정될 수 있다. 예를 들어, 이 기울기는 보간 테이블을 사용하여 계산된다.

단계(44)는 관계(59)를 사용하여 연소 없는 압력(P_{cyl_m})과 각 압력 서브-변동(ΔP_comb__i)을 함께 추가하는 것에 의해 최종 압력을 추정할 수 있고 여기서 n은 분사(inj_i)의 총 수이다.

(59)

도 3은, 도 2의 분사와 유사한 분사에 대해, 전술한 결정 방법으로 획득된 결과를 도시한다. 그러나, 도 3의 분사(inj₁, inj₂, inj₃)는 도 2의 분사와 약간 상이하다. 곡선(28)은 여러 분사를 도시한다. 도 2에 관해서, 이 예는 3개의 분사, 즉: 제1 파일롯 예비-분사, 제2 파일롯 예비-분사, 이후 메인 분사를 포함한다.

곡선(29)은 제안된 방법을 검증하기 위해 수행되는 실린더 내 압력(P_cyl)을 측정한 것을 도시한다. 곡선(30)은 엔진 사이클이 일어나기 전에 결정 디바이스(10)에 의해 추정된 실린더 내 총 압력(P_cyl)(예측 추정치)을 도식적으로 도시한다. 곡선(30)은 곡선(29)에 매우 근접한 것으로 관찰된다. 실제, 이 2개의 곡선들 사이의 차이는 압축 구역이라고도 언급되는 예비-분사 구역에서 간격(31)만큼 도 3에 도시된 +/- 5 바의 임계값, 및 연소 구역에서 +/-10 바의 임계값을 초과하지 않는다.

본 발명은 그리하여 매우 우수한 정확도를 달성하면서 엔진 실린더 내 압력을 간단히 예측할 수 있다.

본 발명은 또한 엔진 사이클의 분사를 모두 고려하는 것에 의해, 즉 예비-분사와 메인 분사 또는 이 메인 분사 이후 분사들을 모두 고려하는 것에 의해 실린더 내 압력을 추정할 수 있다.

분사를 명령하는 시간에 실린더 내 압력을 추정하는 것에 의해, 엔진으로 분사되는 연료의 양을, 예를 들어, 인젝터 개방 지속시간에 작용하는 것에 의해, 효과적으로 조절할 수 있다.

또한 본 발명은, 디바이스를 구현하는 엔진에서, 예를 들어, 디젤 엔진이라고도 언급되는 압축 점화 엔진 또는 가솔린 엔진이라고도 언급되는 양성 점화(positive ignition) 엔진에서 사용될 수 있다. 본 발명은 그리하여 상이한 엔진들에 용이하게 적용될 수 있다.

전술한 보정 파라미터는 엔진과 원하는 정확도 레벨에 의존한다. 그리하여 여기에 언급되지 않은 파라미터를 고려하기 위해 보정 계수를 추가하는 것은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다.

물론, 본 발명은 비-제한적인 예로서 전술한 실시예로 제한되지 않는다. 본 발명은 또한 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자의 범위 내에서 이후 청구범위 내에 있는 대안적인 실시예에 관한 것이다.

Claims (10)

1. 크랭크샤프트(14)의 각도 위치(crk)의 함수로서 그리고 가능하게는 여러 분사에서 분사될 연료의 양으로부터 엔진의 실린더 내 총 압력(P_cyl)을 결정하는 방법으로서,
   

   

   연소가 없을 때 상기 실린더 내 압력을 결정하는 단계로서, 상기 압력은 연소 없는 압력(P_{cyl _m})이라고 지칭되는, 상기 압력을 결정하는 단계,
   

   

   각 분사(inj_i)마다, 해당 분사(inj_i) 동안 분사되는 연료의 양이 연소하는 것에 의해 야기되는 압력의 서브-변동의 곡선(ΔP_comb__i)을 결정하는 단계로서, 상기 곡선의 형상은 분사될 연료의 양(MF_i)과 그 대응하는 분사의 분사 시작 각도 위치(SOI_i)의 함수로서 추정되는, 상기 곡선을 결정하는 단계, 및
   

   

   각 분사(inj_i)의 압력 서브-변동 곡선(ΔP_comb__i)에 의해 주어지는 압력과 연소 없는 압력(P_{cyl _m})을 함께 추가하는 것에 의해 상기 실린더 내 총 압력(P_cyl)을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진의 실린더 내 총 압력을 결정하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 연소 없는 압력(P_{cyl_m})은 상기 실린더 내에 포함된 가스 혼합물이 압축되고 팽창되는 것이 단열 상태에서 이루어지고, 상기 혼합물이 이상 가스와 같이 거동하는 것으로 고려하는 것에 의해 결정되고, 상기 결정은 냉각 온도(TCO)와 배기 가스 재순환율(EGR)의 함수로서 선형으로 보정되는 것을 특징으로 하는, 엔진의 실린더 내 총 압력을 결정하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 각 압력 서브-변동 곡선(ΔP_comb__i)은 연소 효율(η), 상기 분사될 연료의 양(MF_i), 상기 크랭크샤프트(14)의 각도 위치(crk)에 대한 실린더의 볼륨, 상기 압력 서브-변동 곡선(ΔP_comb__i)의 연소 시작 기울기(σ_i), 상기 크랭크샤프트(14)의 연소 시작 각도 위치(SOC_i), 상기 압력 서브-변동 곡선(ΔP_comb__i)의 연소 종료 기울기(α_i), 및 상기 크랭크샤프트(14)의 연소 종료 각도 위치(EOC_i) 사이의 관계에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는, 엔진의 실린더 내 총 압력을 결정하는 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 연소 효율(η)은 상기 연료의 냉각 온도(TCO_i)와 분사시 상기 연료의 압력(FUP_i)의 함수로서 보정된 기본 값(ctse_η)으로부터 결정되는 것을 특징으로 하는, 엔진의 실린더 내 총 압력을 결정하는 방법.
5. 제3항에 있어서, 각 연소 시작 기울기(σ_i)는 분사될 연료의 양(MF_i), 상기 배기 가스 재순환율(EGR), 및 이전의 분사(inj_i-1)와 그 대응하는 분사(inj_i) 사이의 시간(T_DIFFi)의 함수로서 보정된 기본 값(ctse_σ)으로부터 결정되는 것을 특징으로 하는, 엔진의 실린더 내 총 압력을 결정하는 방법.
6. 제3항에 있어서, 상기 크랭크샤프트의 연소 시작 각도 위치(SOC_i)는 분사 시작 각도 위치(SOI_i)와 시상수(τ_i)를 함께 추가하는 것에 의해 결정되고, 상기 시상수 그 자체는 상기 분사될 연료의 양(MF_i)과 상기 배기 가스 재순환율(EGR)의 함수로서 선형으로 보정된 기본 값(ctse_τ)으로부터 결정되는 것을 특징으로 하는, 엔진의 실린더 내 총 압력을 결정하는 방법.
7. 제3항에 있어서, 상기 연소 종료 기울기(α_i)는 분사 시작 각도 위치(SOI_i)의 함수로서 선형 관계에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는, 엔진의 실린더 내 총 압력을 결정하는 방법.
8. 제3항에 있어서, 상기 연소 종료 각도 위치(EOC_i)는 상기 연소 시작 각도 위치(SOC_i), 연소 율(λ), 및 상기 분사될 연료의 양(MF_i) 사이의 선형 관계에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는, 엔진의 실린더 내 총 압력을 결정하는 방법.
9. 크랭크샤프트(14)의 각도 위치(crk)의 함수로서 엔진 실린더의 총 압력(P_cyl)을 결정하는 디바이스로서, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 방법 단계를 각각 구현하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 엔진 실린더의 총 압력을 결정하는디바이스.
10. 엔진 실린더 내 총 압력(P_cyl)의 함수로서 상기 엔진 실린더에 분사될 연료의 양을 제어하는 디바이스로서, 제9항의 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 하는, 엔진 실린더에 분사될 연료의 양을 제어하는 디바이스.

Images