KR20010006156A - 내연 기관의 작동 방법 - Google Patents

Abstract

특히 자동차용의 내연 기관(1)이 기재되어 있다. 이 내연 기관(1)에는, 연료가 제 1 작동 유형에서는 압축 과정 중에 또는 제 2 작동 유형에서는 흡입 과정 중에 직접 연소실(4)에 분사되게 하는 분사 밸브(8)가 구비되어 있다. 또한, 두 작동 유형 사이의 절환을 위한, 또한 내연 기관(1)의 실제 모멘트에 영향을 주는 작동량들을 설정 모멘트에 의존하여 두 작동 유형에서 상이하게 제어 및/또는 조절하기 위한 제어 장치(16)가 구비되어 있다. 절환 과정 중의 실제 모멘트(Md)의 변화가 제어 장치(16)에 의해 인식되고, 그 변화에 의존하여 작동량들 중의 적어도 하나가 제어 장치(16)에 의해 영향받는다.

Description

내연 기관의 작동 방법{METHOD FOR OPERATING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

내연 기관의 연소 공간 내에 직접 연료를 분사하는 시스템은 일반적으로 알려져 있다. 그리고 제 1 작동 유형으로서의 소위 층상 작동과 제 2 작동 유형으로서의 소위 균질 작동은 구별된다. 층상 작동은 특히 작은 부하의 경우 사용되고, 균질 작동은 내연 기관에 인가되는 큰 부하의 경우 사용된다.

층상 작동에 있어서는, 연료가 내연 기관의 압축 과정 중 점화 시점 내에 연료 운무가 점화전의 바로 부근에 있도록 연소실 내에 분사된다. 이 분사는 상이한 방법으로 행해질 수 있다. 그래서 분사된 연료 운무가 이미 분사중 또한 분사 직후 점화전 가까이 있어 이 점화전에 의해 점화될 수 있다. 마찬가지로 분사된 연료 운무가 장입 동작에 의해 점화전에 도달하여 비로소 점화된다. 이 두 연소 공정에서는 균일한 연료 분포는 없고 층상 장입만이 있다.

이 경우 층상 작동의 이점은 대단히 적은 양의 연료로 가해지는 작은 부하가 내연 기관에 의해 처리 수행될 수 있다는 데 있다. 물론 큰 부하는 층상 작동에 의해 수행될 수 없다.

이러한 큰 부하를 위해 제공되는 균질 작동에서는, 연료가 내연 기관의 흡입 과정 중, 와류가 형성되어 연료가 바로 연소 공간 내에 분포되도록 분사된다. 그런 만큼 균질 작동은 통상의 방법에 있어 연료가 흡입관 내에 분사되는 내연 기관의 작동 방법에 상당한다. 필요한 경우에는 소 부하인 때에도 균질 작동이 사용될 수 있다.

층상 작동에서는 드로틀 플랩이 연소 공간에 이르는 흡입관 내에 넓게 개방되어 있고 연소가 사실상 오직 분사될 연료량에 의해 제어 및/또는 조절된다. 균질 작동에서는 드로틀 플랩이 요구되는 모멘트에 의존하여 개방되고 폐쇄되며 분사될 연료량은 흡입된 공기량에 의해 제어 및/또는 조절된다.

두 작동 유형, 즉 층상 작동 및 균질 작동에 있어서, 분사될 연료 질량은 추가로 다수의 작동량(작동 변수)들에 따라서 연료 절약, 폐가스 감소 등을 고려한 최적치로 제어 및/또는 조절된다. 이 경우 제어 및/또는 조절은 양 작동 유형에 있어 상이하다.

내연 기관을 층상 작동으로부터 균질 작동으로 절환하고 또한 다시 그 역방향으로 절환할 필요가 있다. 층상 작동에서는 드로틀 플랩이 충분히 개방되어 공기가 사실상 억제되지 않고 공급되는 한편, 균질 작동에서는 드로틀 플랩이 단지 부분적으로 개방되고 따라서 공기의 공급이 감소한다. 특히 층상 작동으로부터 균질 작동으로 절환될 경우에는 연소실에까지 이르는 흡입관이 공기를 저장할 능력이 있는가의 여부가 고려되어야 한다. 이것이 고려되지 않으면, 절환했을 때에 내연 기관에 의해 발생된 모멘트가 증가할 수도 있다.

본 발명은 연료가 압축 과정 동안에는 제 1 작동 유형으로 또는 흡입 과정 동안에는 제 2 작동 유형으로 직접 연소 공간 내로 분사되고, 두 작동 유형 사이에서 절환되고, 내연 기관의 제 1 모멘트에 영향을 주는 작동량은 설정 모멘트에 의존하여 두 작동 유형에서 상이하게 제어 및/또는 조절되는 특히 자동차를 위한 내연 기관의 작동 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 연료가 압축 과정 동안에는 제 1 작동 유형으로 또는 흡입 과정 동안에는 제 2 작동 유형으로 직접 연소 공간 내로 분사되게 하는 분사 밸브를 구비하고, 두 작동 유형 사이에서 절환하기 위한 또한 설정 모멘트에 의존하여 내연 기관의 제 1 모멘트에 영향을 주는 작동량을 두 작동 유형에 있어 상이하게 제어 및/또는 조절하기 위한 제어 장치를 구비한 특히 자동차를 위한 내연 기관에도 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 자동차 내연 기관의 실시예의 개략적 블록도.

도 2는 도 1의 내연 기관의 작동을 위한 본 발명에 의한 방법의 실시예를 예시하는 개략적 경과도.

도 3은 도 2에 의한 방법의 실시시 도 1의 내연 기관의 신호의 개략적 시간 다이어그램.

도 4는 도 2의 방법과는 반대의 방법의 실시시 도 1의 내연 기관의 신호의 개략적 시간 다이어그램.

도 5는 도 2 내지 4에 의한 절환을 위한 본 발명에 의한 방법의 실시예의 개략적 경과도.

도 6은 도 1의 내연 기관의 실린더의 주행 불안정치의 개략적 시간 다이어그램.

본 발명의 목적은 작동 유형들 사이의 절환을 개선할 수 있는 내연 기관의 작동 방법을 제공하는 것이다.

이 목적은, 서두에 언급한 유형의 방법에 있어 또한 서두에 언급한 유형의 내연 기관에 있어 본 발명에 따라, 절환 과정 중 실제 모멘트의 변화가 인식되며 그것에 따라 적어도 한 작동량이 영향을 받도록(조절되도록) 함으로써 달성된다.

절환 과정 중의 실제 모멘트의 변화를 구하는 것에 기초하여 절환중 주행 불안정 및 충격(요동)을 인식하는 것이 가능하다. 충격의 인식 후, 작동량을 조절함으로써 불안정에 대처할 수 있다. 그래서 전체적으로 균질 작동으로부터 층상 작동으로 또는 그 반대로 절환할 때의 작동 불안정 또는 충격이 감소될 수 있다. 그래서 양 작동 유형간의 절환 과정은 특히 작동 안정성의 상승과 안락성의 증가라는 관점에서 크게 개선된다.

본 발명의 바람직한 양태에 있어 실제 모멘트는 절환 과정의 이전 및 이후에 구해진다. 이것은 특히 실제 모멘트의 변화를 파악하는 간단한 방법을 의미한다.

본 발명의 유리한 추가 양태에 있어서, 실제 모멘트의 변화는 내연 기관의 파악된 회전 속도에 의존하여 인식된다. 그럼으로써 기존의 회전 속도 센서를 사용하여 실제 모멘트의 변화 및 그것에 따른 충격 등이 파악될 수 있다. 따라서, 추가의 센서들 또는 기타의 추가 부품들은 불필요하다.

본 발명의 유리한 양태에 있어서는, 각각의 실린더를 위한 주행 불안정치가 구해진다. 이 주행 불안정치로부터 내연 기관의 실제 모멘트의 변화가 결정될 수 있다. 따라서 주행 불안정치를 사용함으로써 회전 속도 변동 또는 내연 기관의 충격을 인식하는 것이 가능하다. 이 때 주행 불안정치는 다양한 유형에서 구해질 수 있다. 따라서 주행 불안정치를 측정하기 위한 주행 불안정 센서를 배치할 수 있다. 또한 주행 불안정치는 예컨대 내연 기관의 회전 속도로부터 유추될 수도 있다. 주행 불안정치가 연속되는 실린더들 사이의 회전 속도 차에 관한 크기를 나타낸다는 것은 중요하다.

본 발명의 유리한 추가 양태에 있어서는, 양 작동 유형에 있어 내연 기관의 상호 대응 작동점에서 실제 모멘트에 영향을 주는 작동량들 중의 적어도 하나가 변하고 그런 다음 제 1 작동 유형의 주행 불안정치 중의 적어도 하나가 제 2 작동 유형의 주행 불안정치들 중의 적어도 하나와 비교된다. 따라서 양 작동 유형에 있어서, 내연 기관은 그때그때 어떤 변화에 노출된다. 이 변화의 결과가 주행 불안정치의 변화의 형태로 구해진다. 그 결과, 이 주행 불안정치의 변화로부터 두 작동 유형간의 가능한 회전 모멘트 차가 파악된다. 두 작동 유형간의 절환시의 충격은 미리 인식되어 방지될 수 있다.

연속되는 실린더들의 발생 모멘트가 변하더라도 모든 모멘트의 총 모멘트는 일정하게 유지되도록 작동량들이 실린더 특성에 따라 변하면 특히 유리하다. 따라서 변화들은 실린더 특성에 따라 수행된다. 그럼으로써 모든 모멘트의 총합 모멘트는 대략 일정하게 유지될 수 있게 된다. 그러나 실린더들 사이에는 발생 모멘트에 있어서의 차이가 생기고, 이 차이는 두 작동 유형간의 절환시에 있을 수 있는 회전 속도 변동을 인식하는 데 이용될 수 있다.

또한 한 실린더로부터 발생된 모멘트는 감소하고 또한 다른 실린더로부터 발생된 모멘트는 적당히 상승되게 할 때에 특히 유리하다. 따라서 총합 모멘트는 대략 일정하게 유지되고 그래서 이용자에게는 아무런 안락감도 상실되지 않는다.

본 발명의 유리한 양태에 따라서는, 양 작동 유형에 있어서 그때그때 작동 불안정치들이 결정되고 그런 후 서로 비교된다. 이 때 특히 두 주행 불안정치의 비교로부터 회전 모멘트 차가 구해지면 바람직하다. 이 회전 모멘트 차는 정상적 절환 충격(요동)을 나타내는 데 이 충격에 대해서는 내연 기관의 작동량에 적당히 영향을 가함으로써 감소의 방향으로 대응 조치된다.

본 발명의 유리한 추가 양태에 있어서는, 비교에 따라 내연 기관의 작동량이 조절된다. 따라서 제 1 작동 유형의 주행 불안정치가 제 2 작동 유형의 주행 불안정치로부터 일정한 편차를 가질 때 내연 기관의 작동량들을 그 편차가 감소하거나 또는 영이 되도록 조절하는 것이 가능하다. 따라서 양 작동 유형간의 절환시 있을 수 있는 충격은 최소화 되거나 또는 완전히 영으로 감소될 수 있다.

유리한 추가 양태에 있어서는, 특정 작동량의 조절은 적응하는 정도에 의존하여 수행된다. 따라서 절환 과정의 일정한 교정이 행해질 수 있다. 그래서 예컨대 사용 시간, 특히 마모 현상 등에 의한 내연 기관의 변화를 보상하는 것이 가능하다. 또한 시동시에 같은 형의 여러 내연 기관들 간의 편차를 동화 보정하는 것이 가능하다.

두 작동 유형의 계산 표준(모델)들이 적응정도에 따라 서로 동화되게 하면 특히 유리하다. 이것은, 내연 기관의 작동량들의 적응적 영향 인가에 부가하여 또는 그 대신으로 행해질 수 있다. 이 조치에 의해 정상 절환 충격이 감소될 수 있다.

본 발명의 추가의 유리한 양태에 있어서는, 작동량들 중 하나의 조절이 다음 절환 과정을 위해 먼저 실행된다. 그래서 본 발명에 의한 두 절환 과정 사이의 계산은, 충분한 시간 여유가 있는 가운데 수행될 수 있다.

제 1 작동 유형에 있어, 특히 분사되는 연료 질량이 증가되는 방향으로 영향을 받게 하면 유리하다. 또한 두 작동 유형에 있어 점화 각도 및 점화 시점이 특히 지연 조절의 방향으로 영향을 받게 하면 유리하다. 이 조치에 의해 절환 과정중 주행 불안정이 인식될 때 내연 기관의 제 1 모멘트에 영향을 주어 주행 불안정을 감소시킬 수 있다. 특히 이 조치에 의해 두 작동 유형은 절환 시점에서 서로 변화된다.

특히 자동차의 내연 기관의 제어 장치를 위해 제공되는 제어 소자 형태에 대한 본 발명에 의한 방법의 실현은 특히 중요하다. 이 경우 컴퓨터 상에서, 특히 마이크로프로세서 상에서 운영 가능하고 본 발명에 의한 방법을 수행하기에 적합한 프로그램이 제어 소자에 저장된다. 따라서 이 경우 본 발명은 제어 소자에 저장된 프로그램에 의해 실현되고, 따라서 프로그램이 구비된 이 제어 소자는, 실행하는데 그 프로그램이 사용되는 방법과 같은 방식으로, 발명을 구성한다. 제어 소자로는 전기적 기억 매체, 특히 ROM이 사용된다.

본 발명의 추가의 특징, 응용 가능성 및 이점은 도면에 표시된 다음의 발명의 실시예의 설명으로부터 얻게 될 것이다. 그리고 모든 설명된 또는 표시된 특징들은, 그 자체로서 또는 임의로 조합된 형태로서, 청구 범위들 또는 전항 인용에 그것들이 요약되어 있는가에 상관없이 또한 명세서 및 도면에 그것이 명확하게 설명 또는 표시되어 있는가에 상관없이 본 발명의 대상을 구성한다.

도 1에는 피스톤(2)이 실린더(3) 내에서 왕복 이동될 수 있는 내연 기관(1)이 도시되어 있다. 실린더(3)에는 연소실(4)이 있고, 그 연소실에는 밸브(5)를 통해 흡입관(6)과 배기관(7)이 연결되어 있다. 또한 연소실에는, 신호(TI)로 제어 가능한 분사 밸브(8) 및 신호(ZW)로 제어 가능한 점화전(9)이 배치되어 있다.

흡입관(6)에는 공기량 센서(10)가 또한 배기관(7)에는 람다 센서(11)가 배치되어 있다. 공기량 센서(10)는 흡입관(6)에 공급된 신선한 공기의 공기 질량을 측정하고 거기에 따라 신호(LM)를 발생한다. 람다 센서(11)는 배기관(7)에 있는 폐가스의 산소 함량을 측정하여 거기에 따라 신호를 발생한다.

흡입관(6)에는 드로틀 플랩(12)이 설치되어 있고 이 플랩의 회전 위치는 신호(DK)에 의해 조절될 수 있다.

내연 기관(1)의 층상 작동인 제 1 작동 유형에서는, 드로틀 플랩(12)이 충분히 개방된다. 연료는 피스톤(2)에 의한 압축 과정 동안 분사 밸브(8)에 의해 연소실(4) 내에 분사되고 상세하게는 공간적으로는 점화전(9)의 바로 인근에 또한 시간적으로는 점화 시점 전 적당한 시간에 분사된다. 그러면 점화전(9)에 의해 연료가 점화되고, 그래서 피스톤(2)은 점화된 연료의 팽창에 의해 그 다음의 공정 단계로 구동된다.

내연 기관(1)의 균질 작동인 제 2 작동 유형에서는, 드로틀 플랩(12)은 원하는 공급 공기 질량에 따라 부분적으로 개방 또는 폐쇄된다. 연료는 피스톤(2)에 의한 흡입 과정 중 분사 밸브(8)에 의해 연소실(4) 내에 분사된다. 동시에 흡입된 공기에 의해 분사되는 연료는 와류화되고 그럼으로써 연소실(4) 내에서 실질적으로 균질하게 분포된다. 그런 후 연료/공기 혼합물은 압축 과정 동안에 압축되고 그런 뒤 점화전(9)에 의해 점화된다. 점화된 연료의 팽창에 의해 피스톤(2)은 구동된다.

층상 작동뿐 아니라 균질 작동에 있어, 구동된 피스톤에 의해 크랭크 축(14)은 회전 운동을 하게되고 그 회전 운동을 통해 자동차의 차륜이 구동된다. 크랭크 축(14)에는 회전 속도 센서(15)가 배치되어 있고, 이 센서는 크랭크 축(14)의 회전 운동에 따라 신호(N)를 발생한다.

층상 작동 및 균질 작동에 있어 분사 밸브(8)로부터 연소 공간(4) 내에 분사되는 연료 물질은 제어 장치(16)에 의해 특히 적은 연료 소모 및/또는 적은 유해 물질 발생을 고려하여 제어 및/또는 조절된다. 이 목적을 위해 제어 장치(16)에는 상기 제어 및/또는 조절을 수행하기에 적당한 프로그램을 기억 매체, 특히 ROM 내에 저장해 갖고 있는 마이크로프로세서가 배치되어 있다.

제어 장치(16)에는 센서에 의해 측정된 내연 기관의 작동량을 나타내는 입력 신호가 공급된다. 예컨대 제어 장치(16)는 공기 질량 센서(10), 람다 센서(11) 및 회전 속도 센서(15)와 연결되어 있다. 또한 제어 장치(16)는, 운전자에 의해 조작된 주행 페달의 위치, 따라서 운전자에 의해 요구된 모멘트를 표시하는 신호(FP)를 발생하는 주행 페달 센서(17)와 연결되어 있다. 제어 장치(16)는 출력 신호를 발생하고, 이 신호에 의해 작동기는 통해 내연 기관이 원하는 방향으로 제어 및/또는 조절되도록 할 수 있다. 예컨대 제어 장치(16)는 분사 밸브(8), 점화전(9) 및 드로틀 플랩(12)과 연결되어 있고, 조종에 필요한 신호(TI,ZW,DK)를 발생한다.

도 2 및 도 3에는, 본 발명의 제어 장치(16)에 의한 층상 작동으로부터 균질 작동으로의 절환을 위한 방법이 설명된다. 따라서 도 2에 표시된 블록들은, 예컨대 소프트웨어 등의 형태로 제어 장치(16)에서 실현되는 공정들의 기능을 나타낸다.

도 2에 있어 블록(21)은 내연 기관(1)이 정적 층상 작동 중에 있는 것을 전제로 하고 있다. 그리고 블록(22)에서는 예컨대 운전자에 의해 요구되는 자동차의 가속도에 기초하여 균질 작동으로의 천이가 요구되고 있다. 균질 작동의 요구 시점은 도 3에 의해서도 역시 알 수 있다.

그런 후 블록(23,24)에 의해 완충이 행해지고, 이것에 의해 단시간적인 층상 작동과 균질 작동간의 연속적 왕복 절환이 방지된다. 균질 작동이 발생되면, 층상 작동으로부터 균질 작동으로의 천이가 블록(25)에 의해 개시된다. 절환 공정이 시작되는 시점은 도 3에서 번호 40으로 표시되어 있다.

상기한 시점(40)에서는 드로틀 플랩(12)이 블록(26)에 의해 균질 작동을 위해, 층상 작동시의 충분히 개방된 상태(wdksch)로부터 적어도 부분적으로 개방 또는 폐쇄된 상태(wdkhom)로 제어된다. 이 때 균질 작동시 드로틀 플랩(12)의 회전 상태는 특히 양론적 연료/공기 혼합물이 얻어지도록 혼합비 = 1에 맞추어지고 그 위에 예컨대 내연 기관(1)에 요구되는 모멘트 및/또는 회전 속도(N)에 의존한다. 그러나 연료/공기 혼합물을 농후하게 또는 희박하게, 즉 혼합비를 1 이상이나 1 미만으로 선정하는 것도 가능하다.

드로틀 플랩(12)의 조절에 의해 내연 기관(1)은 정상(定常) 층상 작동으로부터 비정상 층상 작동으로 천이된다. 이 작동 상태에서는, 연소실(4)에 공급되는 공기량이 층상 작동시의 충만(rlsch)으로부터 서서히 낮은 충전으로 강하한다. 도 3으로부터 이것을 알 수 있다. 연소실(4)에 공급되는 공기 질량(rl) 또는 그 충전은 제어 장치(16)에 의해 특히 공기 질량 센서(10)의 신호(LM)로부터 구해진다. 블록(27)에 따라 내연 기관(1)은 계속 층상 작동으로 작동된다.

그런 후, 도 2의 블록(28)에 의해 비정상(非定常) 균질 작동으로의 절환이 행해진다. 이것은 도 3에서는 시점(41)에 해당한다.

블록(29)에 따라 균질 작동에서는 연소실(4)에 분사되는 연료(rk)는 연소실(4)에 공급된 공기 질량에 따라 특히 양론적 연료/공기 혼합물이 얻어지도록, 즉 혼합비=1이 되도록 제어 및/또는 조절된다. 그러나 연료/공기 혼합물을 그 혼합비가 0.7 내지 1.5 사이의 값이 되도록 조절하는 것도 가능하다.

이 방식으로 연료 질량(rk)이 조절된 결과로 - 적어도 일정한 시간 동안은 - 내연 기관(1)에 의해 발생된 모멘트(Md)가 상승될 것이다. 그런데 이것은, 시점(41)에서, 균질 작동으로의 절환과 더불어 점화 각도(ZW)가 값(zwsch)에 기초하여 발생된 모멘트(Md)가 특히 요구되는 모멘트로부터 발생된 설정 모멘트(mdsoll)를 유지시켜 대략 일정하도록 조절되기 때문에 그것에 의해 보상된다.

이 목적을 위해 양론적 연료/공기 혼합물을 고려하여 연소실(4)에 공급되는공기 질량(rl)으로부터 연료 질량(rk)을 구한다. 또한 설정 모멘트(mdsoll)에 따라 지연 점화의 방향으로 점화 각도(ZW)가 조절된다. 그래서 이 지연 조절의 고려 하에 정상 작동으로부터 일정한 편의가 있게되고 이 편의에 의해 일시적으로 과다 공급된 공기와 이로인하여 과다하게 발생된 내연 기관(1)의 모멘트가 제거된다.

블록(30)에서는 연소실(4)에 공급된 공기 질량(rl)이 종국적으로 양론적 연료/공기 혼합물의 경우에 정상 균질 작동에 속할 충전 수준으로 강하했는지 하는 것이 조사된다. 아직 그 경우가 되지 못하면, 역행하여 블록(29)을 통해 더 대기한다. 그러나 그 경우가 되었으면, 내연 기관(1)은 블록(31)에 의한 점화 각도 조절 없이 정상 균질 작동으로 계속 작동된다. 도 3에서는 이것이 번호 42로 표시된 시점의 경우이다.

이 정상 균질 작동에서는, 연소실(4)에 공급된 공기 질량은 균질 작동에 대한 충전 수준(rlhom)에 해당하고 점화전(9)의 점화 각도(zwhom) 역시 균질 작동에 대한 각도에 해당한다. 드로틀 플랩(12)의 회전 위치(wdkhom)도 이와 마찬가지로 성립한다.

도 3에서는 정상 층상 작동은 영역(A)으로, 비정상 층상 작동은 영역(B)으로, 비정상 균질 작동은 영역(C)으로, 또한 정상 균질 작동은 영역(D)으로 표시되어 있다.

도 4에는 균질 작동으로부터 층상 작동으로의 절환이 표시되어 있다. 여기서는, 예컨대 내연 기관(1)의 작동량에 기초하여 정상 층상 작동으로 이행될 필요가 있는 정상 균질 작동으로부터 시작되고 있다.

층상 작동으로의 절환은 제어 장치(16)에 의해 균질 작동의 요구가 철회됨으로써 개시된다. 완충 후 층상 작동으로의 절환이 기동되고 드로틀 플랩(12)은 층상 작동에 제공되는 회전 위치로 제어된다. 그런데 그것은 드로틀 플랩(12)이 충분히 개방되는 그 회전 위치이다. 도 4에서 wdkhom으로부터 wdksch로의 천이가 표시되어 있다.

그런데 이 천이는 드로틀 플랩-과진동기를 고려하거나 또는 고려하지 않고 제어 장치(16)에 의해 추진될 수 있다. 이것이 도 4에서는 실선 또는 점선으로 표시되어 있다.

드로틀 플랩(12)이 개방된 결과 연소실(4)에 공급되는 공기 질량(rl)은 증가한다. 이것을 도 4에서는 rlhom의 경과로부터 알 수 있다. 그런 후 상기한 비정상 균질 작동으로부터 비정상 층상 작동으로의 절환이 행해진다. 이것은 도 4에서는 시점(43)에서의 경우이다.

층상 작동으로의 절환 전에 연소실(4)에 공급된 증가하는 공기 질량은 분사된 연료 질량(rk)이 증가되고 점화 각도(ZW)가 지연쪽으로 조절됨으로써 보상된다. 이것이 도 4에서는 rkhom 및 zwhom의 경과로 나타나 있다.

층상 작동으로의 절환 후 분사된 연료 질량(rk)은 층상 작동을 위한 값(rksch)으로 조정된다. 점화 각도(ZW)도 이와 마찬가지로 층상 작동을 위한 값(zwsch)으로 조절된다.

도 4에서는 정상 균질 작동은 영역(A)으로, 비정상 균질 작동은 영역(B)으로, 비정상 층상 작동은 영역(C)으로, 또한 정상 층상 작동은 영역(D)으로 표시되어 있다.

도 5에는 도 2 및 3에 따라 층상 작동으로부터 균질 작동으로 절환되는 동안 사용될 수 있는 방법(공정)이 표시되어 있다. 이 방법은 절환 과정 중 내연 기관(1)의 회전 모멘트 변화, 즉 발생된 실제 모멘트(Md)의 변화를 인식하는 데 사용된다. 도 5에 표시된 블록들은 예컨대 제어 장치(16) 내 소프트웨어 모듈 등의 형태로 실현되는 공정의 기능들을 나타낸다.

블록(51)에서는 정상 층상 작동이 기초가 되며, 내연 기관(1)이 이 상태에 처해 있고 또한 여기서 내연 기관(1)이 제어 장치(16)에 의해 후에 수행될 수 있는 일정한 작동점을 가진다.

층상 작동의 이 작동점에서는 블록(52)에서 내연 기관의 실제 모멘트(Md) 자체가 예컨대 10 % 만큼 감소되도록 실린더 x 공급된 연료 질량(rk)의 감소가 행해진다. 동시에 다른 실린더에 공급되는 연료(rk)는 내연 기관(1)의 실제 모멘트가 10 % 만큼 상승하도록 증가된다. 이 결과 전체적으로 내연 기관(1)의 실제 모멘트는 불변하고 따라서 모든 실린더의 총합 모멘트는 대략 일정하게 유지된다. 이 방법에 의해 내연 기관(1)에는, 한편으로는 각 실린더들(3)의 발생 모멘트들을 변화시키게 되지만 전체적으로는 모든 실린더(3)의 총합 모멘트를 변화시키지 않는 소위 회전 모멘트 표준이 형성된다.

내연 기관(1)에 영향을 가할 수 있는 다른 방법도 고려해 볼 수 있다는 것을 확실히 유의해야 할 것이다. 중요한 것은 차례로 실린더들의 발생 모멘트가 변화되는 것이다.

블록(53)에서는 각 실린더(3)의 주행 불안정치가 구해진다. 이것은 회전 모멘트 표준에 대응하여 소위 주행 불안정 표준을 나타낸다.

이 주행 불안정치는 내연 기관(1)의 주행 불안정이나 주행 안정을 나타내는 각 값과 관계가 있다. 예컨대 내연 기관(1)에는 내연 기관(1)의 주행 불안정 또는 주행 안정을 파악할 수 있는 센서를 배치할 수 있다. 마찬가지로 내연 기관(1)의 주행 불안정을 특히 이미 존재하는 내연 기관(1)의 다른 작동량으로부터 구하는 것도 가능하다. 특히 주행 불안정을 내연 기관(1)의 회전 속도(N)로부터 산출하는 것도 가능하다.

내연 기관(1)의 주행 불안정 및 주행 안정은 내연 기관(1)의 실제 모멘트(Md)의 변화 정도를 나타낸다. 특히 주행 불안정 및 주행 안정은 내연 기관(1)의 순차로 점화되는 실린더들(3) 사이의 회전 모멘트 차이에 대한 정도를 나타낸다. 이 목적을 위해 주행 불안정 또는 주행 안정이 내연 기관(1)의 각 실린더(3)에 할당될 수 있다.

이하 내연 기관(1)의 주행 불안정 및 주행 안정을 구하는 방법을 설명하겠다. 여기에 설명되는 방법은 단지 예시적 성격을 갖는 것이고 주행 불안정 및 주행 안정을 결정하는 임의의 다른 방법에 의해 대체 및/또는 보완될 수 있음을 분명히 유의해야 할 것이다.

내연 기관(1)의 주행 불안정을 구하기 위해 내연 기관(1)의 작동 중 시간 세그먼트들(ts)을 측정한다. 그리고 매 연소시에 하나의 시간 세그먼트(ts)를 측정한다. 각 연소에는 번호(n)가 주어져 소속하는 시간 세그먼트는 대응적으로 ts(n)으로 표시된다. 세그먼트로서는 예컨대 360 도의 크랭크축 각도를 실린더 수의 반으로 나눈 값이 채택되고 내연 기관(1)의 각 실린더에 할당된다. 특히 세그먼트를 각 실린더(3)의 상사점에 대칭으로 할당하는 것이 가능하다.

연소에 따른 시간 세그먼트들(ts(n))은, 예컨대 각 세그먼트가 기준점을 통과하는 시간 길이를 측정하는 센서에 의해 파악된다. 센서는 특히 회전 속도 센서(15)일 수 있다. 센서에 의해 측정된 시간 세그먼트들(ts(n))은 동시에 회전 속도 정보를 나타내고 그 정보로부터 각 실린더(3)에 대해 회전 속도 및 이에 따른 회전 속도 변동도 도출해 낼 수 있다.

비교 기능 및 경우에 따라서는 적응 기능에 의해 시스템에 의해 정해지는 회전 속도 변동을 구하여 주행 불안정의 계산시에 보정하거나 무시할 수가 있다. 그리고 그 변동은 예컨대 제조 공차 또는 진동 등일 수 있다. 따라서 이렇게 보정된 시간 세그먼트(tsk(n))는 실질적으로 오직 실린더의 개별적인 회전 모멘트 변동에 의존한다.

이 보정된 시간(tsk(n))으로부터 주행 불안정치는 예컨대 다음과 같이 계산된다:

각 연소(n)에 대응하여 일련 번호가 붙여진 주행 불안정치(lut(n))를 내연 기관(1)의 예컨대 z 실린더(3)에 할당함에 의해 작업 유휴(j) 당 실린더별 주행 불안정치(lut(z,j))가 얻어진다. 이 주행 불안정치(lut(z,j))는 대응하는 알고리즘에 의해 필터될 수 있다. 예컨대 돌발적 방해를 억제하기 위해서는 디프 필터링이 행해진다. 그렇게 필터된, 실린더별 주행 불안정치(flut(z,j))는, 내연 기관(1)의 차례로 점화된 실린더들(3) 사이의 회전 모멘트 차이에 대한 상기 정도를 나타낸다.

블록(53)에서 예컨대 상기 방법에 따라 주행 불안정치 lut(n) 및/또는 lut(z,j) 및/또는 flut(z,j)가 결정되면, 이들 값은 다음에 설명하는 방법으로 추가적으로 사용된다. 그러나 이미 언급한 것처럼, 다르게 결정된 주행 불안정치도 다음에 설명하는 방법에서 적절히 사용될 수 있을 것이다.

위에서 마지막으로 사용된 주행 불안정치는 이미 언급한 바와 같이 층상 작동의 일정한 작동점에 관계된 것으로 도 5에서는 LUT_S로 표시되어 있다.

나중의 시점에서는 내연 기관(1)은 앞에서 언급한 층상 작동의 작동점에 대응하는 균질 작동의 작동점에 있다. 이것이 제어 장치(16)에 의해 인식되는데 그것이 도 5에서는 화살표(54)로 표시되어 있다. 그래서 내연 기관(1)은 블록(55)에서는 상기한 정상 균질 작동의 대응 작동점에 있다.

그 경우이면, 블록(52)에서 정상 층상 작동의 대응하는 작동점에서 만들어진 것과 같은 내연 기관(1)의 회전 모멘트 표준이 블록(56)에서 만들어진다. 그러나 블록(52)에서는 연료 질량(rk)이 조절되었던데 반하여, 이제는 블록(56)에서는 점화 각도(ZW) 및 점화 시점이 변할 수 있다.

블록(57)에서는 각 실린더(3)의 주행 불안정치가 결정된다. 회전 모멘트 표준에 대응하여 그 값은 소위 주행 불안정 표준에 상당한다.

이 주행 불안정치는 블록(53)과 관련하여 이미 설명한 것과 같은 유형 및 방법으로 구해진다. 주행 불안정치인 lut(n) 및/또는 lut(z,j) 및/또는 flut(z,j)가 결정되면, 이들 값은 다음에 설명하는 방법으로 계속 사용된다. 그러나 이미 언급한 바와 같이 다르게 결정된 주행 불안정치도 다음에 설명하는 방법에서 대응적으로 사용될 수 있을 것이다.

위에서 마지막으로 사용된 주행 불안정치는 이미 언급한 바와 같이 균질 작동의 일정한 작동점에 관계된 것으로 도 5에서는 LUT_h로 표시되어 있다.

주행 불안정치(LUT_S및 LUT_h)의 결정은 반대 순서로 행해질 수 있고 따라서 먼저 블록(55,56,57)에서 그리고 그런 후 블록(51,52,53)에서 수행될 수 있다. 그리고 이 경우에는 화살표(54)가 블록(57)의 출구로부터 블록(51)의 입구로 진행한다.

주행 불안정치(LUT_S및 LUT_h)가 존재하면, 방법은 블록(59)으로 계속된다. 이것이 두 화살표(58)에 의해 표시되어 있다.

블록(59)에서는, 두 주행 불안정치(LUT_S및 LUT_h)로부터 모멘트 차(Md)에 대한 크기가 결정된다. 이것이 다음 도 6에 따라 설명된다.

도 6에는 실린더(3)의 두 주행 불안정치(LUT_S및 LUT_h)의 시간 도표가 표시되어 있다. 주행 불안정치(LUT_S)는 그 크기에 있어 주행 불안정치(LUT_h)와 상이하다는 것을 알 수 있다. 이 차이는, 내연 기관(1)이 층상 작동 및 균질 작동에 있어서의 서로 대응하는 작동점들에서 발생하는 상이한 모멘트에 기초한다. 따라서 이 차이는 두 작동 유형간의 모멘트 차에 대한 크기를 나타낸다. 이 경우 다음이 성립한다:

상기에서 k = 내연 기관에 따른 비례 상수.

이 모멘트 차(Md)는 블록(59)에서 제어 장치(16)에 의해 구해진다. 그때 경우에 따라서는 내연 기관(1)의 추가의 작동량들을 고려할 필요가 있다. 또한 경우에 따라서는 이 계산을 내연 기관(1)의 작동 기간에 걸쳐 적응시킬 필요가 있다.

다음의 블록(60)에서는 내연 기관(1)이 모멘트 차(Md)가 가급적 작거나 또는 아주 영이 되도록 조절된다. 그래서 내연 기관(1)의 작동량들은 모멘트 차가 더 작아지도록 변화된다.

이 목적을 위해 작동량들은 두 작동 유형 중의 한 유형으로 또는 경우에 따라서는 두 작동 유형으로 영향받는다. 층상 작동에서 예컨대 연소실(4)에 공급되는 연료 질량(rk)이 변할 수 있다. 균질 작동에서는 예컨대 점화 각도(ZW) 및 점화 시점의 지연 조절이 변화될 수 있다.

도 5의 방법에 따라 내연 기관(1)의 실제 모멘트(Md)의 변화, 그러니까 절환 공정 중의 모멘트 차(Md)가 인식되면, 상기와 같이 블록(60)에서는 일정한 조치가 도입된다. 이 조치란 내연 기관(1)의 실제 모멘트(Md)에 영향을 줄 수 있는 내연 기관(1)의 작동량들의 변화를 말한다.

영역(A)과 (D) 사이의 회전 모멘트 변화가 고정된 경우 영역(A)에서는 연소실(4)에 분사되는 연료 질량(rk)은 그 고정된 회전 모멘트 변화가 보다 작도록 감소 또는 증가된다. 그와는 달리 또는 부가적으로, 균질 작동에서 영역(A)과 (D) 사이의 회전 모멘트 변화가 일정한 경우 그 회전 모멘트 변화가 감소되도록 공기 질량(rl) 및/또는 연료 질량(rk) 및/또는 경우에 따라서는 점화 각도(ZW)나 점화 시점을 조절하는 것이 가능하다. 영역(A)과 (D) 사이의 회전 모멘트 변화가 일정한 경우란 각각의 상기한 작동량들을 적응적으로 변화시킴에 의해 일정적으로 교정될 수 있는 정상 회전 모멘트 변화를 말한다.

도 4에 따라 균질 작동으로부터 층상 작동으로의 절환 과정시에는, 영역(A)과 (D)에서의 회전 모멘트 변화가 일정한 경우 공기 질량(rl)과 충전 수준 및/또는 연료 질량(rk)은 회전 모멘트 변화가 감소되도록 조절된다. 부가적으로 또는 다른 방법으로서, 영역(A)과 (D)에서의 회전 모멘트 변화가 일정한 경우, 연소실(4)에 분사될 연료 질량(rk)을, 그 일정한 회전 모멘트 변화가 보다 적어지도록, 감소 또는 증가시키는 것이 가능하다. 영역(A)과 (D)에서의 회전 모멘트 변화가 일정하다는 것은 각각의 상기한 작동량들을 적응적으로 변화시킴에 의해 일정적으로 교정될 수 있는 정상 회전 모멘트 변화를 말한다.

절환 과정 중의 주행 불안정 및 동요를 보상하기 위한 상기한 내연 기관(1)의 작동량의 조절(영향 인가)은 경우에 따라서는 실제 절환 과정중에 효과가 나타나도록 즉각 수행될 수 있을 것이다. 다음 절환 과정 시에야 비로소 효과가 있도록, 영향 인가가 행해질 수도 있다.

적응적 조치의 경우에는, 어떤 일정한 작동점에 대한 단 한 번의 모멘트 변화(Md)를 결정한 것에 기초하여 그때 그때의 작동 유형의 작동량이 변화되게 할 수 있다. 또한 이를 위한 모멘트 변화(차)는 다수의 작동점으로부터 또는 모든 작동점으로부터 얻어질 수 있다.

Claims (17)

1. 연료가 제 1 작동 유형에서는 압축 과정 중에 또는 제 2 작동 유형에서는 흡입 과정 중에 직접 연소실(4)에 분사되고, 두 작동 유형 사이에서 절환되며, 내연 기관(1)의 실제 모멘트(Md)에 영향을 주는 작동량들은 설정 모멘트(mdsoll)에 의존하여 두 작동 유형에서 상이하게 제어 및/또는 조절되는, 특히 자동차의 내연 기관(1)의 작동 방법에 있어서, 절환 과정 중의 실제 모멘트(Md)의 변화가 인식되며(도 5), 그 변화에 의존하여 작동량들 중의 적어도 하나가 영향받게 하는 것(60)을 특징으로 하는 내연 기관의 작동 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 실제 모멘트(Md)가 절환 과정 전에 또는 그 후에 구해지는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 실제 모멘트(Md)의 변화가 파악된 내연 기관(1)의 회전 속도(N)에 따라 인식되는 것(53, 57)을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 각각의 실린더(3)에 대한 주행 불안정치들이 인식되는 것(53, 57)을 특징으로 하는 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 두 작동 유형에 있어 내연 기관(1)의 서로 대응하는 작동점에서 실제 모멘트(Md)를 위한 방법에 영향을 주는 작동량들 중의 적어도 하나가 변화되며(52, 56), 그런 뒤 제 1 작동 유형의 적어도 한 주행 불안정치가 제 2 작동 유형의 적어도 한 주행 불안정치와 비교되는 것(59)을 특징으로 하는 방법.
6. 제 5 항에 있어서, 연속되는 실린더(3)의 발생된 모멘트가 변하고(52, 56) 그렇지만 모든 실린더(3)의 총합 모멘트는 일정하게 되도록, 작동량이 실린더 특성에 따라 변화되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 6 항에 있어서, 한 실린더(x)로부터 발생된 모멘트는 감소되고 다른 실린더(3)로부터 발생된 모멘트는 적절히 상승되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 4 항 내지 7 항 중의 어느 한 항에 있어서, 두 작동 유형에 있어 그때그때 한 주행 불안정치(LUT_S,LUT_h)가 인식되고 그런 후 서로 비교되는 것(59)을 특징으로 하는 방법.
9. 제 8 항에 있어서, 두 주행 불안정치(LUT_S,LUT_h)의 비교로부터 한 회전 모멘트 차(ΔMd)가 인식되는 것(59)을 특징으로 하는 방법.
10. 제 5 항 내지 9 항 중의 어느 한 항에 있어서, 비교에 따라(59) 내연 기관(1)의 작동량들이 영향을 받는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중의 어느 한 항에 있어서, 작동량들 중의 하나의 영향 인가가 적응적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중의 어느 한 항에 있어서, 두 작동 유형들의 계산 표준이 적응적으로 서로 동화(균등화)되는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제 1 항 내지 제 12 항 중의 어느 한 항에 있어서, 작동 유형들 중의 하나의 영향 인가가 다음 절환 과정을 위해 처음으로 행해지는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제 1 항 내지 제 13 항 중의 어느 한 항에 있어서, 제 1 작동 유형에서는 분사되는 연료 질량(rk)이 특히 증가되는 방향으로 영향받는 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제 1 항 내지 제 14 항 중의 어느 한 항에 있어서, 제 2 작동 유형에서는 공기 질량(rl) 및/또는 연료 질량(rk)이 영향받는 것을 특징으로 하는 방법.
16. 컴퓨터 상에서, 특히 마이크로프로세서 상에서 운영 가능하고 또한 청구항 1 내지 15 항 중의 어느 한 항에 의한 방법을 수행하기에 적합한 프로그램이 저장되어 있는, 특히 자동차의 내연 기관(1)의 제어 장치(16)를 위한 특히 ROM과 같은 제어 소자.
17. 연료가 제 1 작동 유형에서는 압축 과정 중에 또는 제 2 작동 유형에서는 흡입 과정 중에 직접 연소실(4)에 분사되게 하는 분사 밸브(8)를 구비하고, 두 작동 유형 사이의 절환을 위한, 또한 내연 기관(1)의 실제 모멘트(Md)에 영향을 주는 작동량들을 설정 모멘트(mdsoll)에 의존하여 두 작동 유형에서 상이하게 제어 및/또는 조절하기 위한 제어 장치(16)를 구비한, 특히 자동차용 내연 기관(1)에 있어서,

    절환 과정 중의 실제 모멘트(Md)의 변화가 제어 장치(16)에 의해 구해질 수 있으며(도 5), 그 변화에 의존하여 작동량들 중의 적어도 하나가 제어 장치(16)에 의해 영향받는 것(60)을 특징으로 하는 내연 기관(1).