KR20160125897A - 자동차 내연 기관의 전환 가능한 밸브, 특히 분사 밸브의 소음 저감식 제어를 위한 방법 - Google Patents

자동차 내연 기관의 전환 가능한 밸브, 특히 분사 밸브의 소음 저감식 제어를 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 내연 기관의 전환 가능한 밸브, 특히 분사 밸브를 제어하기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 방법에서는, 하나 이상의 밸브를 제어할 때 밸브 동작을 느리게 하는 하나 이상의 제동 펄스가 추가로 제어되며, 특히, 하나 이상의 제동 펄스의 위치 및/또는 길이가 변동되고(415), 하나 이상의 제동 펄스의 제어 변동에 의해 야기된 내연 기관의 토크 변동이 평가되며(440), 상기 토크 변동의 평가 결과에 따라 하나 이상의 제동 펄스의 제어가 조정된다(445).

Description

자동차 내연 기관의 전환 가능한 밸브, 특히 분사 밸브의 소음 저감식 제어를 위한 방법{NOISE-REDUCING CONTROL METHOD OF SWITCHABLE VALVES, IN PARTICULAR INJECTION VALVES OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE OF A MOTOR VEHICLE}
본 발명은, 청구항 1의 전제부에 따른, 자동차 내연 기관의 전환 가능한 밸브, 특히 분사 밸브를 제어하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명의 대상에는 컴퓨터 프로그램, 이 컴퓨터 프로그램을 저장하기 위한 기계 판독 가능 데이터 매체, 및 본 발명에 따른 방법을 수행할 수 있는 전자 제어 장치도 포함된다.
외부 점화식 내연 기관(오토 엔진)의 흡입 채널들 또는 연소실들 내부로 흡입관을 통해 연료를 제어 분사하기 위한 2륜차 또는 다륜 자동차에서 사용되는, 대부분 단순하고 경제적인 솔레노이드 밸브는 공지된 바에 따라 차내 전력공급 시스템 전압 혹은 배터리 전압에 의해 작동되거나, 배터리 전압에 비해 증강된 부스터 전압에 의해 작동된다. 분사 압력은 수 바아(bar)에 불과하고, 제어는 이와 같은 분사 밸브의 전기 드라이버 코일(electric driver coil)에 일정한 배터리 전압을 인가함으로써 이루어진다. 제어의 종료 시, 코일이 배터리 전압으로부터 분리된다.
이와 같은 분사 밸브의 개방 시, 솔레노이드 전기자(solenoid armature)가 상부 행정 스토퍼에 소리가 들릴 정도로 충돌한다. 이와 같은 동작은 특히 2륜차의 경우, 차량 섀시에 의해 소음이 상대적으로 적게 감쇠됨으로 인해 쾌적성을 저하시킨다. 그렇기 때문에, 2륜차의 경우에는, 솔레노이드 전기자가 상부 행정 스토퍼에 전술한 바와 같이 충돌하기 직전에, 개별 분사 밸브의 전류 회로가 공지된 방식으로, 바람직하게는 경험적으로 결정된, 특정 기간 동안 스위치-오프되거나 작동을 멈추며, 이로써 밸브 동작을 느리게 하는 제동 펄스가 생성된다. 이 경우, 전술한 배터리 전압의 가능한 변동이 상기 스위치-오프의 시점 및 기간에 강한 영향을 미침으로써, 제동 펄스의 소음 감소 효력이 현저히 악화된다.
또한, 본원과 관련된 분사 밸브를 스위치-오프하거나 폐쇄할 때 상응하게 처리하는 것, 다시 말해 솔레노이드 전기자가 하부 행정 스토퍼에 충돌하기 직전에 밸브를 특정 기간 동안, 역시 바람직하게는 경험적으로 결정된 기간 동안 단시간에 걸쳐 재차 스위치-온하거나 짧은 추가 제어 펄스를 제어하는 점도 공지되어 있으며, 이에 의해서는 밸브의 폐쇄 동작도 상응하게 느려지게 하는 제동 펄스가 생성된다.
또한, 독일 공개 특허 출원서 XX XXXX XXX XXX A1호(출원인 참조번호: R 352476)에는 전술한 제동 펄스를 적응 제어하는 점이 개시되며, 이 경우 현재 존재하는 배터리 전압에 따라 전술한 제동 펄스가 제어되고, 전술한 충돌 시점에 미치는 제동 펄스의 작용이 검출된다. 제동 펄스가 소음 저감 효과를 갖지 않으면, 제동 펄스의 시점 및/또는 기간이 변경되고, 이렇게 변경된 제동 펄스가 제어된다. 그에 상응하게, 적합한 제동 펄스가 나타날 때까지 계속 처리된다.
DE 10 2009 047 453 A1호에 개시된 분사 밸브 작동 방법에서는, 밸브 개방 동작의 종료 시 솔레노이드 전기자의 전기자 권선에서 발생하는 전류 또는 전압을 평가함으로써 충격(impact) 정보가 획득된다. 획득된 충격 정보에 기반한 밸브 제어를 통해, 솔레노이드 전기자의 충돌 속도 및 그와 더불어 소음 방출이 감소할 수 있다.
본 발명은, 특히 자동차의 내연 기관에서 전술한 제동 펄스의 효력이 전술한 솔레노이드 전기자 혹은 전술한 밸브 니들의 동작과 관련한 정확한 제어 위치 및 제동 펄스의 제어 길이와 같은 내부 매개변수에 따라 강하게 좌우된다는 인식에 기초한다. 또한, 솔레노이드 전기자 혹은 밸브 니들의 동작은, 예컨대 폐쇄 탄성력 또는 밸브 행정과 같은 내부 밸브 매개변수의 편차의 결과로, 예시 의존적인 편차를 갖는다. 또한, 이 동작은, 예컨대 배터리 전압 혹은 차내 전력 시스템 전압, 연료 특성, 연료 온도 또는 코일 온도와 같은 외부 매개변수 혹은 조건들에 의해서도 영향을 받는다. 그렇기 때문에, 제동 펄스의 제어는 전술한 외부 조건들에도 대해서도 매우 정확하게 조정될 수 있다.
또한, 제동 펄스의 제어 위치 및/또는 제어 기간이 올바르지 못하게 또는 부정확하게 사전 설정되면, 소음 저감 효과가 나타나지 않게 되고, 최악의 경우에는 심지어 의도치 않게 분사가 중단되거나 추가될 수도 있으며, 이는 자동차의 주행 거동 또는 안락감 및/또는 내연 기관의 유해 물질 방출에 상당한 부정적인 작용을 한다.
본 발명은, 실질적으로 실시간에 가능한, 바람직하게는 반복적인 적응 프로세스에 기초하여, 본원과 관련된 제동 펄스의 계산을 수행한다는 사상을 토대로 하며, 이와 같은 적응 프로세스에서는 바람직하게, 예컨대 회전수 센서로부터 제공되는 회전수와 같은, 회전수 기반 특징 혹은 회전수 관련 특징이 입력 정보로서 이용된다. 실시간 처리 가능성에 의해, 반복적인 적응 프로세스는 내연 기관 혹은 자동차의 작동 진행 중에 실시될 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서는 특히, 전술한 제동 펄스의 제어, 다시 말해 펄스의 제어 위치 혹은 위치 설정 및/또는 제어 길이가 시스템적으로 변동 혹은 변화하고, 이와 같은 변화에 의해 야기되는 분사량 변동 결과로 나타나는 토크 변동이 전술한 회전수 관련 특징에 기반하여 평가된다. 전술한 제동 펄스의 변경은, 연속으로 실행되는 개방 및 폐쇄에 의해, 혹은 하나 이상의 제동 펄스의 스위치-온/오프에 의해, 또는 제동 펄스의 변동에 의해, 분사 사이클마다 그리고 그로 인해 연소 시마다 주기적으로 수행될 수 있다.
전술한 회전수 관련 특징에 기반한 전술한 토크 변동 평가 시, 상기 회전수 관련 특징은 내연 기관의 한 연소 사이클의 압축 단계의 시작 시 또는 그 이전에, 그리고 내연 기관의 연소 단계의 종료 시 또는 종료 이후에 검출될 수 있다.
이 방법은, 제동 펄스의 제어 위치 및/또는 제어 기간의 원하는 변동을 통해 측정 가능한 분사량 변동을 유도한다는 기술적 효과를 토대로 한다. 이러한 분사량 변동은 토크에 영향을 미치며, 상기 토크는 회전수에 기초하여 추정될 수 있다. 그러므로, 역으로 회전수를 통해, 제동 펄스의 현재 위치 및/또는 현재 기간이 추론될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은, 선행 기술에 비해 더욱 견고한 제동 펄스의 계산 혹은 데이터 처리, 그리고 이로 인해 특히 외부 점화식 내연 기관(오토 엔진)의 흡입관-분사 밸브의 현저히 개선된 소음 저감 방식의 제어를 가능하게 한다. 이 방법은, 제동 펄스의 정확한 위치 혹은 위치 설정 및 제어 기간에 의해 특히 상기와 같은 분사 밸브들의 전술한 스위칭 소음이 현저히 감소할 수 있으면서도, 바람직하게 분사 밸브에서 도입부에 언급한 전류 및 전압을 검출하기 위한 추가의 측정 기술 없이, 혹은 선행 기술에 비해 적어도 훨씬 감소한 측정 기술 비용으로 실현될 수 있다. 더 나아가, 본 발명에 따른 방법은 본원과 관련된 밸브 부품들의 기계적 마모를 더 감소시킨다.
본 발명에 따른 방법의 또 다른 한 실시예에 따라, 본 발명에 따른 방법의 수행 중 안락감 혹은 정숙성을 개선하기 위해 전술한 토크 변동의 보상이 실시될 수 있다. 본 발명에 따른 짧은 적응 시간 동안 내연 기관의 정숙성의 변화는 약간만 나타난다. 하지만, 토크 변동을 보상하기 위해, 일 분사 사이클의 주 분사 및/또는 보조 분사가 상응하게 조정될 수 있으며, 특히 바람직하게는 상응하는 제어기에 의해 조정될 수 있다.
또 다른 한 실시예에 따라, 본 발명에 따른 방법은 선행 기술에 공지된 방식에 대한 보완책으로서, 분사 밸브에서 전류 및 전압을 측정함으로써 수행될 수도 있다. 이와 같은 조합된 접근 방식에서도, 상응하게 인가된 제동 펄스에 의한 양 변동의 평가 및 적응을 위해 전술한 회전수 정보가 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램은, 특히 이 컴퓨터 프로그램이 계산기 또는 제어 장치에서 실행될 때 본 발명에 따른 방법의 각각의 단계를 수행하도록 설계된다. 이는, 전자 제어 장치의 구조적 변경을 수행하지 않고도, 상기 전자 제어 장치에서 본 발명에 따른 방법이 구현될 수 있게 한다. 이를 위해, 본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램이 저장된, 기계 판독 가능한 데이터 매체가 제공된다. 전자 제어 장치에서 본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램이 실행됨으로써, 본 발명에 따른 방법을 이용해서 자동차 내연 기관의 전환 가능한 밸브, 특히 분사 밸브 혹은 상응하는 분사 시스템을 제어하도록 설계된, 본 발명에 따른 전자 제어 장치가 얻어진다.
본 발명은 기본적으로, 소음 저감을 위해 관련 제동 펄스가 제어될 수 있고, 본원에 기술된 장점들을 갖춘 모든 전환 가능 밸브에서 사용될 수 있다. 자동차 내연 기관의 분사 밸브들에서, 쾌적성 혹은 소음 형성 그리고 기계적 마모와 관련된 특별한 장점들이 드러난다.
본 발명의 또 다른 장점들 및 실시예들은 상세한 설명 및 첨부 도면들로부터 드러난다.
전술한 특징들 및 하기에 추가로 설명될 특징들은 여기에 제시된 조합뿐만 아니라 다른 방식으로 조합된 형태로 또는 단독으로도 본 발명의 범주 내에서 적용될 수 있다.
도 1은 선행 기술에 공지된, 본원과 관련된 유형의 솔레노이드 밸브? 개략적 단면도이다.
도 2는 내연 기관의 분사 밸브에서, 본원 방법에 따른 일반적인 제어 펄스 및 제동 펄스를 도시한 그래프이다.
도 3a 내지 도 3d는 본원과 관련된 제동 펄스의 적응을 위한 본 발명에 따른 제어의 두 가지 실시예에 따른 정성적 펄스 파형도이다.
도 4는 본 발명에 따른 방법의 한 실시예의 흐름도이다.
DE 10 2009 047 453 A1호에 이미 기술된 바와 같이, 도 1은 인젝터(11) 내에서 내연 기관으로의 연료 직접 분사 또는 흡입관 분사를 위한 분사 밸브로서 사용될 수 있는 솔레노이드 밸브(10)의 요소들을 개략적으로 보여준다. 본 도면에서는 솔레노이드 밸브(10)가 닫혀 있다. 전류 공급 시 전기자 권선(12) 내부로 당겨지는 전기자(14)를 구비한 전기자 권선(12)이 도시되어 있다. 전기자(14)의 운동은 하부 행정 스토퍼(16) 및 상부 행정 스토퍼(18)에 의해 제한된다.
솔레노이드 밸브(10)가 폐쇄되면, 전기자(14)는 하부 행정 스토퍼(16) 상에 놓인다. 전기자(14) 내 축방향 보어를 통해 밸브 니들(20)이 안내되고, 도면에서 이 밸브 니들의 상부 단부가 디스크 모양의 플레이트(22)와 고정 연결되어 있다. 상기 플레이트에 코일 스프링(24)이 작용하여 밸브 니들(20)을 폐쇄 방향으로 가압한다.
도면에서 인젝터(11)의 하부 단부에는 밸브 시트 혹은 밀봉 시트(26)가 배치되어 있다. 밸브 니들(20)이 밀봉 시트(26) 위에 놓이면 배출 개구(28)가 폐쇄된다. 그 외에, 예컨대 연료 채널과 같은 솔레노이드 밸브(10)의 요소들은 도면에 도시되어 있지 않다. 모든 운동은 도 1과 관련한 수직 방향으로 실행된다.
또한, 이하에서 기술되는 방법에 따라 솔레노이드 밸브(10)를 제어하기 위해 이용되고, 컴퓨터 프로그램(29) 및 기계 판독 가능 저장 매체(31)를 갖춘 제어 및/또는 제어 장치(27)도 기호로 도시되어 있다.
차내 전력 시스템 전압(Ubat)을 인가함으로써 전기자 권선 혹은 전기자 코일(12)에 전류를 공급할 경우, 전기자(14)에 자기력이 작용하게 되고, 이로써 전기자(14)는 전류가 공급된 전기자 권선(12)의 방향으로, 다시 말해 도면을 기준으로 상향으로 움직인다. 그럼으로써, 밸브 니들(20)이 자신의 밀봉 시트(26)로부터 멀어지고, 분사가 릴리스된다. 이와 같은 운동에서는, 전기자가 먼저 디스크 모양의 플레이트(22)에 충돌하고, 밸브 니들(20)과 함께 코일 스프링(24)의 힘에 대항해서 상기 플레이트를 구동한다. 전기자(14)의 운동은 상부 행정 스토퍼(18)에서 끝난다.
제어 종료 시, 전기자 코일(12)이 차내 전력 시스템 전압으로부터 분리되고, 이로써 코일 전류는 예컨대 (도면에 도시되지 않은) 제너 다이오드를 통해 방출된다. 그럼으로써, 전술한 자기력이 점점 사라지고, 전기자 및 밸브 니들은 예압된 코일 스프링(24)에 의해 다시 자신의 출발 위치로, 다시 말해 하부 행정 스토퍼(16)로 이동되며, 밀봉 시트(26)가 다시 밀봉되고 분사가 종료된다.
내연 기관의 분사 밸브의 제동 펄스를 본 발명에 따라 제어하는 경우에 이하에서 사용되는 명명법(nomenclature)을 설명하기 위하여, 도 2는, 상응하는 전기 제어 전압 파형 및 이로부터 분사 밸브의 전술한 드라이버 코일에서 나타나는 전류 파형, 그리고 상기 전압 파형 혹은 전류 파형으로부터 나타나는, 도 1에 도시된 솔레노이드 밸브의 전기자 혹은 밸브 니들의 행정 거동을 보여준다. 제동 펄스의 개별 제어의 전압 값들(200, 205)은 실질적으로 구형파 형태로 진행하고, 이에 종속하는 전류 파형은 시간적으로 이들 값에 후속하여 지연됨에 따라, 도면에 도시된 램프(ramp) 모양의 전류 세기 값들(210, 215)이 나타나게 된다.
도시된 제동 펄스의, 도 2에 도시된 펄스 기간[220, 225, 230 (IT0, IT1, IT2)]은 전류가 공급된 분사 밸브에 상응하는 반면, 펄스 기간[230, 240 (P0, P1)]은 상기 제동 펄스의 본 발명에 따른 단시간의 스위치-오프 혹은 중단에 상응한다. 마찬가지로 도 2에 도시된, 전기자 혹은 밸브 니들의 제동 행정 거동(245)은 여기에 도시된 행정 상승 에지(250)의 영역에서 제동 펄스[235(P0)]의 단시간의 중단에 의해 상응하게 변형된다.
도 3a 내지 도 3d를 참조하여 본 발명에 따른 방법의 두 가지 실시예가 기술되는데, 특히 도 3a 및 도 3c에서는 제동 펄스가 시간에 따라 연속으로 짧게 스위치-온/오프 되는 제1 실시예가 기술되고, 도 3b 및 도 3d에서는 제동 펄스가 주기적으로 변경되는 제2 실시예가 기술되며, 이 경우 반복적인 적응 혹은 조정이 실시된다.
도 3a에서 상부에는 하나의 분사 밸브에서 수행된 홀수 분사 사이클에 대한 제어 파형이, 그리고 하부에는 짝수 분사 사이클에 대한 상응하는 제어 파형이 개략적으로 도시되어 있다. 결과로서 도출되는, 짝수 분사 사이클과 홀수 분사 사이클 사이의 엔진 토크의 비교를 통해, 예시로 든 본 발명에 따른 제동 펄스의 적응이 이루어진다. 제동 펄스는 스위치-오프 길이(P0)만큼의 단시간의 제어 중단에 의해 실현되고, 선행 제어 펄스(IT0)의 선택에 의해 제동 펄스의 위치가 변경된다. 본 발명에 따라, 제동 펄스의 효력을 적응시키기 위하여, 선행 제어 펄스(IT0)가 반복적으로 변동된다(300). 주목해야할 점은, 본 실시예에서는 펄스 길이(P0)가 실질적으로 고정된 상태에서 중단 위치만 변동된다는 것이다.
도 3c에는, 도 3a에서와 마찬가지로, 상부에 홀수 분사 사이클에 대한 제어 파형이, 그리고 하부에 짝수 분사 사이클에 대한 제어 파형이 개략적으로 도시되어 있다. 재차, 본 발명에 따라, 결과로서 도출되는, 짝수 분사 사이클과 홀수 분사 사이클 사이의 엔진 토크를 비교함으로써, 펄스 매개변수화의 적응이 이루어진다. 도 3a와 반대로, 펄스 기간(P1)만큼 단시간 동안 제어가 중단되었다가 후속하여 실행 복귀됨으로써 형성되는 후행 제동 펄스(IT2)의 반복적인 조정이 이루어진다. 본 실시예에서는 도 3a에 도시된 실시예에서와 유사하게, 제어 중단(P1)의 길이가 반복적으로 변동됨으로써 후행 제동 펄스(IT2)의 위치가 변동된다(310).
도 3b는, 단시간 동안의 제어 중단에 의해 발생하는 제동 펄스(P0)의 적응을 위한 분사 밸브의 또 다른 가능한 제어를 개략적으로 보여준다. 일시적 중단(P0)의 위치의 주기적인 변동 및 반복 조정 혹은 이동(320)을 통해, 발생하는 주기적인 토크 변동을 평가함으로써, 재차 적응이 실현될 수 있다. 도 3a 및 도 3c의 실시예들과 비교할 때, 제동 펄스가 주기적으로 스위치-온/오프되는 것이 아니라, 오히려 조정되는 위치(ITO_ref)만큼 주기적으로 변경된다. 이로써, 제동 펄스 위치(ITO_ref)의 연속 조정이 적응의 의미를 가지며, 이때 상기 위치만큼의 주기적인 변경은 시스템을 의도한 바대로 여기하는 데 이용된다.
도 3d는, 한 후행 제동 펄스(IT2)의 적응을 위한 분사 밸브의 한 가능한 제어를 개략적으로 보여주며, 여기서도 마찬가지로 단시간 동안의 제어 중단(P1, 330)에 의해 후행 제동 펄스(IT2)가 형성된다. 본 발명에 따라, 상기 중단 혹은 억압(P1, 330)의 기준 길이(P1_ref) 만큼의 주기적인 변경은, 시스템을 여기시키기고 주기적인 토크 비교를 통해 제동 펄스(IT2)의 현재 효력에 대한 확인 응답을 발생시키는 데 이용된다. 그런 다음, 제동 펄스의 효력을 최적화하기 위해, 상기 확인 응답을 토대로 기준 길이(P1_ref)가 적응될 수 있다.
도 3을 참조해서 기술된 상기 두 실시예의 한 대안적인 개선예에 따르면, 쾌적성 및 내연 기관의 정숙성을 개선하기 위하여, 적응 프로세스에서 단시간 동안 나타나는 주기적인 토크 변동의 보상이 수행된다. 이와 같은 토크 편차가 검출되는 즉시, 예컨대 제어기가 전체 제어의 길이를 이하에서 기술되는 바와 마찬가지로 주기적으로 변경시킴으로써 상기 토크 편차를 보상한다. 이때, 제동 펄스를 매개변수화하기 위한 제어 변수로서, 더 이상 주기적인 토크 변동이 이용되는 것이 아니라, 오히려 이하에서 기술되는 바와 같이, 제동 펄스의 매개변수가 주기적으로 변경되어도 내연 기관의 가급적 높은 정숙성을 보장하기 위해 필요한, 제어 펄스(IT1)의 보상 시간(ΔIT1)만큼의 주기적인 조정이 이용된다.
이로써, 도 3a에 따른 제1 실시예에서는, 일시적으로 중단된 선행 제동 펄스를 보상하기 위해 제2 제동 펄스 기간(IT1)이 상응하는 보상 시간(ΔIT1)만큼 연장된다(305). 도 3c에 따라, 일시적으로 중단된 후행 제동 펄스를 보상하기 위해 제1 제동 펄스 기간(IT1)이 상응하는 보상 시간(ΔIT1) 만큼 빨라지는 방향으로 확장 혹은 연장된다(315).
마찬가지로, 도 3b에 따른 제2 실시예에서는, 도 3a에서와 유사하게, 제동 펄스의 주기적인 변경을 보상하기 위해 제2 제어 펄스 기간(IT1)이 상응하는 보상 시간(ΔIT1) 만큼 연장된다(325). 도 3d에 따라서는, 도 3c에서와 유사하게, 후행 제동 펄스의 주기적인 변경을 보상하기 위해 제1 제어 펄스 기간(IT1)이 상응하는 보상 시간(ΔIT1) 만큼 빨라지는 방향으로 확장 혹은 연장된다(335).
도 4에는, 본 발명에 따른 방법의 한 실시예가 프로세스 흐름도에 기초하여 도시되어 있다. 본 도면에 도시된 방법에서는, 분사된 연료량에 미치는 제동 펄스의 영향이 변수(IT0 혹은 P1)의 전술한 반복 조정에 의해 변동되는 기술적 효과가 토대가 된다. 그 이유는, 제동 펄스의 전술한 주기적인 스위치-온/오프 및/또는 제동 펄스 위치의 주기적인 이동에 의해서, 분사된 연료량에 미치는 영향이 하나의 분사 사이클 혹은 연소 사이클로부터 다음 분사 사이클까지 변동되기 때문이다. 연속 분사 사이클들에서 결과적으로 도출되는 토크들이 비교되고, 상이한 제동 펄스의 영향을 기준으로 평가된다.
상기 평가에서는 나아가 다음과 같은 효과, 다시 말해 분사 밸브가 개방된 경우 제동 펄스의 스위치-온/오프 시 IT0의 너무 짧은 매개변수화는 특징적인 주기적 토크 변동을 야기하는 효과가 활용되는데, 그 근거는 IT0의 제어 시에는 아직 분사 밸브의 개방이 전혀 시작되지 않았기 때문이다. 이에 반해, 너무 긴 제동 펄스(IT0)는, 스위치-온된 제동 펄스들과 스위치-오프된 제동 펄스들 사이에 분사 사이클마다 측정 가능한 토크 변동을 전혀 발생시키지 않는데, 그 이유는 이와 같은 제어 상황에서는 제동 펄스가 작용하지 않기 때문이다.
분사량 변동으로부터 나타나는 전술한 (회전-)토크 변동은 본 실시예에서 DE XX XXXX XXX XXX A1호(출원인 참조번호: R 340722)에 이미 기술된, 그리고 도 4에서 볼 수 있는 바와 같은, 본 발명에 따라 변형된 방법을 통해 평가된다. 상기 방법에서는, 내연 기관의 크랭크 샤프트의 회전수 평가에 기반하는 특징으로부터 토크의 값이 추론된다. 이때, 상기 특징은, 연소 전, 특히 연소 사이클의 압축 단계의 시작 시 또는 그 이전의 하나 이상의 영역에서, 그리고 연소 후, 특히 연소 단계의 종료 시 또는 그 이후의 하나 이상의 영역에서 결정되는 회전수 값들로부터 계산된다. 특히, 이 경우에는 이와 같이 결정된 회전수 신호 모델 기반 평가가 실시된다.
도 4에 도시된 루틴의 시작 단계(400) 이후 먼저, 새로운 연소 사이클의 시작이 존재하는지의 여부와, 규정 가능한 경계 조건들에 기초한 제동 펄스의 적응이 필요한지의 여부, 다시 말해 예컨대 마지막 적응이 규정 가능한 시간 임계치보다 더 오래 전에 수행되었는지의 여부가 검사된다(405). 상기 조건(405)이 충족되어야 비로소 후속 단계들이 실시되며, 이 경우 파선(410)으로 둘러싸인 단계들은 2회 이상 연속으로 실시된다.
단계 415에서는, IT0에 대한 값 또는 P1에 대한 값이 규정된, 바람직하게는 사전에 설정된 기준값(IT0_ref 혹은 P1_ref)만큼 주기적으로 변경됨으로써, 시스템의 여기가 발생한다. 단계 420에서는, 내연 기관의 현재 회전수가 검출되거나 내연 기관의 제어 장치로부터 판독 출력된다. 검출된 회전수 그리고 전술한 모델 기반 상관관계(430)에 기초하여, 단계 425에서 평가가 실시되고, 이 평가 결과는 계산된 회전수 기반 특징이 된다. 회전수 기반 특징을 토대로, 단계 435에서 전술한 방식으로 내연 기관의 토크의 현재 값이 계산된다.
단계 440에서는, 앞서 상응하게 계산된 토크 값과 최종적으로 계산된 토크 값의 비교가 실시된다. 단계 415 내지 435가 처음에 단 한 번만 실행되었다면, 이들 단계는 먼저 다음 연소 사이클을 위해 새로 실시된다. 상기 두 토크 값의 비교 결과, 토크 값들의 차가 경험적으로 사전 설정된 임계값 미만만큼 목표값과 차이가 난다면, 단계 445로 속행된다. 그렇지 않은 경우에는, ITO_ref 혹은 P1_ref의 값들이 이와 같은 토크 차를 토대로 적응되는 단계 441로 넘어간다. 그에 이어 단계 415로 되돌아가서, 적응된 기준값(ITO_ref 및 P1_ref) 만큼 제동 펄스의 제어가 새로 변동되고, 상응하는 새로운 토크 값이 계산되며, 이 새로운 토크 값은 추후 사전 설정된 혹은 마지막적으로 결정된 토크 값과 다시 비교된다.
대안적으로, 단계 415에서 기준값(ITO_ref 및 P1_ref) 만큼의 매개변수(IT0 및 P1) 변동이 수행되지 않고, 제동 펄스의 스위치-온/오프가 수행될 수 있다.
단계 445에서는, 루틴 내에서 조정된 제동 펄스 매개변수가 저장되고, IT0 및 P1의 변동 혹은 제동 펄스의 스위치-온/오프가 비활성화되며, 루틴이 종료된다(450).
모델 기반 평가는, 내연 기관의 실린더 내부로 분사된 연료량이 특정 경계 조건들하에서는 소위 pmi(indicated mean effective pressure; 도시 평균 유효 압력)뿐만 아니라 회전수 신호의 평가에 기반한 개별 실린더의 특징 MWF(mechanical work feature; 기계 일 특징)와도 상관되는 효과를 기초로 한다. 특정 작동 조건 혹은 경계 조건이란, 예를 들어 일정량의 연료가 가급적 완전히 변환되도록 하기 위한 화학량론적 연소 또는 희박 연소도 의미한다.
이 경우, pmi는, 행정 체적을 기준으로 했을 때 개별 실린더에 의해 수행된 일에 대한 척도이면서 토크에 비례하는, 일반적으로 공지된 도시 평균 유효 압력이다. 이 도시 평균 유효 압력은 다음과 같이 정의된다:
Figure pat00001
상기 식에서, V h는 실린더의 행정 체적이고, p는 실린더 내부의 주 압력이며,
Figure pat00002
는 실린더의 중심축과 크랭크 샤프트 사이의 각도이다.
이를 위해서는 다양한 접근 방식들을 생각할 수 있다. 예를 들어, 공지된 바에 따라 크랭크 샤프트의 회전수에 직접 비례하는 크랭크 샤프트의 상이한 투스 타임(tooth time) 또는 세그먼트 시간이 사용될 수 있다. 이 경우, 이들 회전 신호 값이 계산을 위한 입력 변수로서 기초가 될 수 있으며, 상기 계산은 토크를 결정하기 위한 전술한 회전수 기반 특징을 도출한다. 이때, 전술한 MWF(기계 일 특징)가 사용될 수 있고, 이러한 방식에서는 MWF는 상이한 각도 상태에 대한 크랭크 샤프트의 회전 에너지들(E rot )의 차에 상응하며, 다음과 같이 계산된다:
Figure pat00003
여기서,
Figure pat00004
는 관련 피스톤이 중앙 상사점(ZOT)에 있는 상태에 비해 크랭크 샤프트(KW)가 더 회전한 만큼의 각도 값(y)을 기술한다. 이와 유사하게,
Figure pat00005
는 상기 위치 이전의 각도 값을 기술한다. MWF에 의해서는, ZOT 이전의 상응하는 크랭크 샤프트 시스템의 상태와 ZOT 이후의 크랭크 샤프트 시스템 상태 간의 에너지 차가 비교된다. 결과적으로, MWF는 적은 계산 비용으로 결정될 수 있는, 그리고 내연 기관 내에서의 연소로 인해 수행된 일에 대한 특징이다.
상기 계산 시, 예컨대 소음과 관련이 적은 회전수에 대한 값을 얻기 위해, 개별 각도 위치 주변의 좁은 범위로부터 복수의 회전수 값을 결정하여 이들의 평균값을 구할 수 있다. 또한, 연소 전후의 복수의 범위로부터 전술한 유형 및 방식으로 회전수에 대한 값들을 결정하여 이들 값을 연소 전후의 각도들에 대해 쌍으로 배치하거나, 연소 전의 하나의 값과 연소 후의 하나의 값으로 합쳐 MWF에서의 감산에 이용하는 것도 고려할 수 있다.
전술한 주기적인 토크 변동은 제동 펄스의 적응을 위한 제어 변수로서 이용된다. 이 경우, 원하는 주기적인 토크 변동이 세팅될 때까지, IT0 및 P0 혹은 P1 및 IT2의 값들이 반복적으로 변동된다(415). 원하는 주기적인 토크 변동에 도달하면, 바람직하게 세팅된 제동 펄스(445)가 유지되고, 도 4에 도시된 적응 프로세스가 적어도 일시적으로 종료되거나 비활성화된다(450). 예컨대, 배터리 전압 변동이 규정된 한계값을 초과하면, 전술한 적응 프로세스는 사전 설정된 시점들에서 또는 이벤트 제어 방식으로 반복된다. 전술한 방법은, 내연 기관을 제어하기 위한 전자 제어 장치용 제어 프로그램의 형태로 구현될 수 있거나, 하나 또는 복수의 상응하는 전자 제어 유닛(ECU)의 형태로 구현될 수 있다.

Claims (13)

  1. 하나 이상의 밸브를 제어할 때 밸브 동작을 느리게 하는 하나 이상의 제동 펄스가 제어되는, 내연 기관의 전환 가능한 밸브를 제어하기 위한 방법에 있어서,
    하나 이상의 제동 펄스의 위치 및/또는 길이가 변동되고(415),
    상기 하나 이상의 제동 펄스의 제어 변동에 의해 야기되는 내연 기관의 토크 변동이 평가되며(440),
    상기 토크 변동의 평가 결과에 따라 하나 이상의 제동 펄스의 제어가 조정되는(445) 것을 특징으로 하는, 밸브 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 제동 펄스의 제어의 변동은, 하나 이상의 제동 펄스의 스위치-온 및 스위치-오프, 또는 스위치-오프 및 스위치-온이 연속으로 수행됨으로써 이루어지는(235, 240) 것을 특징으로 하는, 밸브 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서, 전술한 하나 이상의 제동 펄스의 제어의 변동은 분사 사이클마다 주기적으로 이루어지는(320) 것을 특징으로 하는, 밸브 제어 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 전술한 하나 이상의 제동 펄스의 제어의 변동 및 상기 토크 변동의 평가는 반복적인 적응 프로세스(410)에 기초해서 이루어지는 것을 특징으로 하는, 밸브 제어 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 토크 변동의 평가는 모델 기반으로 이루어지는(430) 것을 특징으로 하는, 밸브 제어 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 토크 변동은 내연 기관의 회전수와 관련된 특징을 참조해서 산출되는(420, 430) 것을 특징으로 하는, 밸브 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서, 내연 기관의 회전수와 관련된 특징은, 내연 기관의 압축 단계의 시작 시 또는 그 이전에, 그리고 내연 기관의 연소 단계의 종료 시 또는 종료 이후에 검출되는(405) 것을 특징으로 하는, 밸브 제어 방법.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 제동 펄스의 제어 변동에 의해 야기된 내연 기관의 토크 변동은 하나 이상의 밸브의 제어 변동에 의해 보상되는 것을 특징으로 하는, 밸브 제어 방법.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 제동 펄스의 제어 변동 시, 제어 길이는 실질적으로 고정된 상태에서 제어 위치가 변동되는 것을 특징으로 하는, 밸브 제어 방법.
  10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 제동 펄스의 제어 변동 시, 제어 위치는 실질적으로 고정된 상태에서 제어 길이가 변동되는 것을 특징으로 하는, 밸브 제어 방법.
  11. 전자 제어 장치에서 실행될 경우, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 방법의 각각의 단계를 수행하도록 설계되고, 기계 판독 가능 데이터 매체에 저장되는 컴퓨터 프로그램.
  12. 제11항에 따른 컴퓨터 프로그램이 저장되는 기계 판독 가능 데이터 매체.
  13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 방법을 이용해서, 자동차 내연 기관의 전환 가능한 밸브 또는 상응하는 분사 시스템을 제어하도록 설계된, 전자 제어 장치.
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