KR20190058646A - 동일한 위상 위치 및 진폭의 라인을 사용하는 내연 기관의 입구 밸브 행정 위상차와 출구 밸브 행정 위상차의 조합된 식별을 위한 방법 - Google Patents

동일한 위상 위치 및 진폭의 라인을 사용하는 내연 기관의 입구 밸브 행정 위상차와 출구 밸브 행정 위상차의 조합된 식별을 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내연 기관의 실린더의 입구 밸브 행정 위상차와 출구 밸브 행정 위상차의 조합된 식별을 위한 방법에 관한 것으로, 본 방법은 각각의 실린더에 할당될 수 있는, 공기 흡입관 내의 흡입 공기의 동적인 압력 발진으로부터 기인하는 크랭크샤프트의 위상각 신호에 대한 압력 발진의 선택된 신호 주파수의 위상 위치 및 진폭의 결정에 기초한다. 입구 밸브 행정 위상차 및 출구 밸브 행정 위상차는 그 후 동일 위상 위치의 라인 및 동일 진폭의 라인의 도움으로 이러한 위상 위치 및 진폭에 기초하여 결정된다. 이러한 방식으로, 단순하고 비용-효과적인 방식으로 제어 시간의 특히 정확한 식별을 수행할 수 있으며, 이에 의해 방출, 소비, 주행 원활성 및 동력에 관한 이점뿐만 아니라 기관의 제어 가능성 및 제어에서의 향상이 달성될 수 있다.

Description

동일한 위상 위치 및 진폭의 라인을 사용하는 내연 기관의 입구 밸브 행정 위상차와 출구 밸브 행정 위상차의 조합된 식별을 위한 방법
본 발명은 동작 중에 왕복-피스톤 내연 기관의 입구 밸브 및 출구 밸브의 밸브 행정의 위상차가 흡입 공기의 공기 흡입관에서 측정된 동적 압력 발진의 평가를 통해 결합된 형태로 식별될 수 있는 방법에 관한 것이다.
이하 축약형으로 단지 내연 기관으로도 칭해질 것인 왕복-피스톤 내연 기관은, 각각의 경우에 하나의 왕복 피스톤이 배치된 하나 이상의 실린더를 갖는다. 왕복-피스톤 내연 기관의 원리를 설명하기 위해, 이하 도 1을 참조할 것이며, 도 1은 예시의 방식으로, 또한 아마도 가장 중요한 기능적 유닛과 함께 다중-실린더 내연 기관인 내연 기관의 실린더를 나타낸다.
각각의 왕복 피스톤(6)은 각각의 실린더(2)에서 선형으로 이동 가능한 방식으로 배치되고, 실린더(2)와 함께 연소 챔버(3)를 둘러싼다. 각각의 왕복 피스톤(6)은 소위 커넥팅 로드(7)에 의해 크랭크샤프트(9)의 각각의 크랭크핀(8)에 접속되며, 여기서, 크랭크핀(8)은 크랭크샤프트 회전축(9a)에 대해 편심되어 배치된다. 연소 챔버(3) 내의 연료-공기 혼합물의 연소의 결과로서, 왕복 피스톤(6)은 선형으로 "하향으로" 구동된다. 왕복 피스톤(6)의 병진 행정 운동은 커넥팅 로드(7)와 크랭크핀(8)에 의해 크랭크샤프트(9)에 전달되어 크랭크샤프트(9)의 회전 운동으로 변환되며, 이는 왕복 피스톤(6)이 실린더(2)의 하사점(bottom dead center)을 통과한 후, 상사점(top dead center)까지 반대 방향으로 다시 "상향으로" 이동되게 한다. 실린더(2)의 소위 작업 사이클 동안, 내연 기관(1)의 연속 동작을 허용하기 위해, 우선 연소 챔버(3)가 연료-공기 혼합물로 충진되고, 연료-공기 혼합물이 연소 챔버(3)에서 압축된 후 왕복 피스톤(6)을 구동하기 위해 팽창 방식으로 점화 및 연소되는 것이 필요하고, 마지막으로 연소 후에 잔류하는 배기 가스가 연소 챔버(3)로부터 배출되는 것이 필요하다. 이러한 시퀀스의 연속적인 반복은 내연 기관(1)의 연속 동작을 초래하고, 연소 에너지에 비례하는 방식으로 작업이 출력된다.
기관의 개념에 따라, 실린더(2)의 작업 사이클은 하나의 크랭크샤프트 회전(360°)에 걸쳐 분포된 2개의 행정(2-행정 기관) 또는 2회의 크랭크샤프트 회전(720°)에 걸쳐 분포된 4개의 행정(4-행정 기관)으로 분할된다.
현재까지, 4-행정 기관이 자동차용 구동 장치로서 확립되었다. 흡입 행정에서, 왕복 피스톤(6)의 하향 이동으로, 연료-공기 혼합물 또는 (연료 직사의 경우) 기타 신선 공기만이 공기 흡입관(20)으로부터 연소 챔버(3)로 도입된다. 후속하는 압축 행정 동안, 왕복 피스톤(6)의 상향 운동으로, 연료-공기 혼합물 또는 신선 공기가 연소 챔버(3) 내에서 압축되고, 적절하다면 연료 공급 시스템에 속하는 분사 밸브(5)에 의해 연료가 연소 챔버(3)에 직접 별도로 분사된다. 후속하는 작업 행정 동안, 연료-공기 혼합물은 점화 플러그(4)에 의해 점화되고, 팽창 액션으로 연소되고 왕복 피스톤(6)의 하향 운동으로 팽창되어 작업을 출력한다. 마지막으로, 배기 행정에서, 왕복 피스톤(6)의 또 다른 상향 운동으로, 잔류 배기 가스가 연소 챔버(3)로부터 배기-가스 배출관(30)으로 배출된다.
내연 기관의 공기 흡입관(20) 또는 배기-가스 배출관(30)에 대한 연소 챔버(3)의 경계는 일반적으로, 특히 본원에서 기초로 취해지는 예에서, 입구 밸브(22) 및 출구 밸브(32)에 의해 실현된다. 현재의 종래 기술에서, 상기 밸브는 적어도 하나의 캠샤프트에 의해 작동된다. 나타낸 예는 입구 밸브(22)를 작동시키기 위한 입구 캠샤프트(23)를 갖고, 출구 밸브(32)를 작동시키기 위한 출구 캠샤프트(33)를 갖는다. 통상적으로 밸브와 각각의 캠샤프트 사이에 제공된 힘 전달을 위한 더욱 추가적인 기계적 구성 요소(여기서 나타내지는 않음)가 있으며, 이러한 구성 요소는 또한 밸브 유격 보상 수단(예를 들어, 버킷 태핏(bucket tappet), 로커 레버(rocker lever), 핑거형 로커, 태핏 로드, 유압 태핏 등)을 포함할 수 있다.
입구 캠샤프트(23) 및 출구 캠샤프트(33)는 내연 기관(1) 자체에 의해 구동된다. 이 목적을 위해, 입구 캠샤프트(23) 및 출구 캠샤프트(33)는 크랭크샤프트(9)에 대해 톱니 기어, 스프로킷(sprocket) 또는 벨트 풀리(pulley)로서 대응되게 구현되는 대응하는 크랭크샤프트 제어 어댑터(10)에 의해 서로에 대해, 그리고 크랭크샤프트(9)에 대해 사전에 규정된 위치에, 예를 들어, 톱니 기어 메커니즘, 제어 체인 또는 톱니 제어 벨트를 갖는 제어 기구(40)를 사용하여 예를 들어, 톱니 기어, 스프로킷 또는 벨트 풀리와 같은 적절한 입구 캠샤프트 제어 어댑터(24) 및 출구 캠샤프트 제어 어댑터(34)에 의해 각각의 경우에 커플링된다. 이러한 접속에 의해, 크랭크샤프트(9)의 회전 위치에 대한 입구 캠샤프트(23) 및 출구 캠샤프트(33)의 회전 위치가 원칙적으로 규정된다. 예를 들어, 도 1은 벨트 풀리 및 톱니 제어 벨트에 의한 입구 캠샤프트(23)와 출구 캠샤프트(33)와 크랭크샤프트(9) 사이의 커플링을 나타낸다.
하나의 작업 사이클 동안 크랭크샤프트에 의해 커버되는 회전각은 이후에는 작업 위상 또는 단순히 위상으로 지칭될 것이다. 따라서, 하나의 작업 위상 내에서 크랭크샤프트에 의해 커버되는 회전각은 위상각으로 지칭된다. 크랭크샤프트(9)의 각각의 현재의 크랭크샤프트 위상각은 크랭크샤프트(9), 또는 크랭크샤프트 제어 어댑터(10)에 접속된 위치 인코더(43) 및 연관된 크랭크샤프트 위치 센서(41)에 의해 연속적으로 검출될 수 있다. 여기서, 위치 인코더는 예를 들어, 원주에 걸쳐 등거리로 분포되도록 배치된 다수의 톱니를 갖는 톱니 기어로서 형성될 수 있으며, 여기서 개별 톱니의 개수는 크랭크샤프트 위상각 신호의 해상도를 결정한다.
적절하다면, 입구 캠샤프트(23) 및 출구 캠샤프트(33)의 현재 위상각이 대응하는 위치 인코더(43) 및 연관된 캠샤프트 위치 센서(42)에 의해 연속적으로 검출되는 것이 추가적으로 가능할 것이다.
사전 규정된 기계적 커플링으로 인해, 각각의 크랭크핀(8), 및 이와 함께 왕복 피스톤(6), 입구 캠샤프트(23), 및 이와 함께 각각의 입구 밸브(22), 출구 캠샤프트(33), 및 이와 함께 각각의 출구 밸브(32)가 서로에 대해 사전 규정된 관계로, 그리고 크랭크샤프트 회전에 의존하는 방식으로 움직이므로, 상기 기능적 구성 요소는 크랭크샤프트에 대해 동기하여 각각의 작업 위상을 통과한다. 그러므로, 왕복 피스톤(6), 입구 밸브(22) 및 출구 밸브(32)의 각각의 회전 위치 및 행정 위치는 각각의 변속비를 고려하여 크랭크샤프트 위치 센서(41)에 의해 사전 규정된 크랭크샤프트(9)의 크랭크샤프트 위상각과 관련하여 설정될 수 있다. 따라서, 이상적인 내연 기관에서, 모든 특정 크랭크샤프트 위상각이 특정 크랭크핀 각도(HZW)(도 2), 특정 피스톤 행정, 특정 입구 캠샤프트 각도, 및 따라서 특정 입구 밸브 행정 및 또한 특정 출구 캠샤프트 각도, 및 따라서 특정 출구 밸브 행정을 할당받을 수 있다. 즉, 언급된 모든 구성 요소는 회전하는 크랭크샤프트(9)와 동위상이거나, 동위상으로 움직인다.
그러나, 현대의 내연 기관(1)에서, 예를 들어, 입구 캠샤프트 어댑터(24)와 출구 캠샤프트 어댑터(34)에 통합되는 방식으로, 크랭크샤프트(9)와 입구 캠샤프트(23)와 출구 캠샤프트(33) 사이의 기계적 커플링 경로 내에 추가적인 위치 설정 요소가 제공될 수 있으며, 이러한 위치 설정 요소는 크랭크샤프트(9)와 입구 캠샤프트(23)와 출구 캠샤프트(33) 사이에서 원하는 제어 가능한 위상 시프트를 초래한다. 이는 소위 가변 밸브 드라이브의 소위 위상 조정기로 알려져 있다.
또한, 다양한 센서 신호를 수신하기 위한 신호 입력 및 대응하는 위치 설정 유닛을 작동시키기 위한 신호 및 전력 출력 및 기관 기능을 제어하기 위한 액추에이터를 구비한 전자적인, 프로그램 가능한 기관 제어 유닛(50)(CPU)이 또한 기호적으로 나타내어져 있다.
(배출, 소비, 동력, 주행 원활성 등과 관련하여) 내연 기관의 최적의 동작을 위해, 흡입 행정 중에 연소 챔버로 도입된 신선-가스 충전량은 예를 들어, 공급되고, 가능하게는 직접 분사되는 연료량과 같이, 연소에 대한 추가적인 파라미터가 함께 조정될 수 있도록 최적의 가능한 정도까지 알려져야 한다. 소위 충전(charge) 교환, 즉, 신선 가스의 흡입과 배기 가스의 배출은 이 경우에 입구 밸브(22) 및 출구 밸브(32)의 제어 타이밍, 즉, 피스톤 행정의 시간에 대한 프로파일과 관련하여 각각의 밸브 행정의 시간에 대한 프로파일에 크게 의존한다. 즉, 동작 중에, 충전 교환은 크랭크샤프트 위상각에 대한, 및 그에 따라 왕복 피스톤의 위상 위치에 대한 입구 및 출구 밸브의 위상 위치에 의존한다.
신선-가스 충전을 얻고 이와 내연 기관의 제어 파라미터를 조정하기 위한 종래 기술은 모든 발생하는 동작 상태에서, 예를 들어, 회전 속도, 부하, 적절하다면 위상 조정기에 의해 사전 규정될 수 있는 밸브 제어 타이밍, 적절하다면 배기-가스 터보 충전기 또는 슈퍼 충전기 등의 동작 파라미터의 함수로서 소위 기준 내연 기관을 측정하고, 대응하는 시리즈-생산 내연 기관의 기관 제어 유닛에 대한 거동을 나타내는 이러한 측정값 또는 그 파생값 또는 모델 근사치를 저장하는 것을 포함한다. 그 후, 모두 구조적으로 동일한, 동일 유형 시리즈의 시리즈-생산된 내연 기관이 생성된 이러한 기준 데이터세트로 동작된다.
입구 밸브와 출구 밸브 사이의 실제 상대 위치 및 기준 내연 기관의 이상적인 기준 위치에 대한 시리즈-생산 내연 기관의 크랭크샤프트 위상각 또는 왕복-피스톤 위치의, 예를 들어, 제조 공차에 기인하는 편차, 즉, 입구 밸브 행정의, 출구 밸브 행정의, 및 적절하다면 크랭크샤프트 위치 센서에 의해 사전 규정된 크랭크샤프트 위상각 또는 크랭크샤프트의 위상 위치에 대한 피스톤 행정의 위상차는, 실제로 인입되는 신선-가스 충전이 기준으로서 결정되는 신선-가스 충전으로부터 벗어나고, 그에 따라 기준 데이터세트에 기초한 제어 파라미터가 최적이 아닌 효과를 갖는다. 내연 기관의 동작 중에, 이러한 오류는 배출, 소비, 동력, 주행 원활도 등과 관련하여 역효과를 가질 수 있다.
시리즈-생산 내연 기관에서 발생되는 가능한 편차의 설명을 위해, 그리고 상기 편차의 명칭의 정의를 위해, 이하 도 2를 참조하며, 이는 도 1로부터의 내연 기관을 나타내지만, 보다 나은 개관을 위해, 도 1에 나타낸 참조 표기는 생략되었고, 대응 편차만이 표기된다.
그 위치 인코더의 위상각이 크랭크샤프트 위치 센서(41)에 의해 검출되는, 크랭크샤프트 제어 어댑터(10) 상에 배치된 위치 인코더(43)의 기준 위치로부터 진행하여, 이하 이상적인 기준 위상 위치에 대한 왕복 피스톤(6), 입구 밸브(22) 및 출구 밸브(32)의 위상차로도 칭해지는, 위상 위치의 편차로 이어지는 결과적인 복수의 공차 체인이 있다.
여기서, 피스톤 행정 위상차(ΔKH)는 예를 들어, 크랭크샤프트 위치 센서(41)의 기준 위치에 대한 크랭크핀 각도(HZW)의 편차, 소위 크랭크핀 각도차(ΔHZW)로부터, 그리고 커넥팅 로드(7) 및 왕복 피스톤(6)의 상이한 치수 공차(미도시)에 기인한다.
또한, 입구 밸브 행정 위상차(ΔEVH)는 예를 들어, 입구 캠샤프트 제어 어댑터(24) 및 제어 기구(40)의 기계적 공차(미도시)와 함께, 캠 위치의 편차, 소위 입구 캠샤프트 각도차(ΔENW)에 기인한다. 입구 캠샤프트에 대한 위상 조정기가 존재한다면, 또한 입구 캠샤프트 조정 각도(ENVW) 또는 설정점으로부터의 그 편차에 대한 고려가 가능할 수 있다.
동일한 방식으로, 출구 밸브 행정 위상차(ΔAVH)는 예를 들어, 출구 캠샤프트 제어 어댑터(24) 및 제어 기구(40)의 기계적 공차(미도시)와 함께, 캠 위치의 편차, 소위 출구 캠샤프트 각도차(ΔANW)에 기인한다. 출구 캠샤프트에 대한 위상 조정기가 존재한다면, 또한 출구 캠샤프트 조정 각도(ANVW) 또는 설정점으로부터의 그 편차에 대한 고려가 가능할 수 있다.
설명된 편차의 가능한 원인은 예를 들어 다음과 같을 수 있다:
- 관련 기계적 구성 요소의 제조 및/또는 조립 공차, 및
- 예를 들어, 크랭크샤프트 및 캠샤프트가 이에 의해 커플링되는 제어 체인 또는 톱니 벨트의 길이 연장과 같은 마모 현상, 및
- 높은 기계적 하중 상태로 인한 탄성 또는 플라스틱 변형 현상.
여기서, 현재의 선행 기술에 따른 설명된 문제에 대한 이전의 해결책은 원칙적으로, 제어 파라미터의 적응을 통한 보정 또는 보상의 대응하는 측정을 구현할 수 있도록 기준 내연 기관과 시리즈-생산 내연 기관 사이에서 발생하는 편차를 검출하고 정량화하는 데 있다.
또한, 지금까지 제조 및 조립 공차를 최소화함으로써 이 문제에 대처하기 위해 시도해 왔다. 또한, 예를 들어, 제어 타이밍은 밸브 행정 위치, 캠 윤곽 등에 기초하여 각각의 정적인 시리즈-생산 내연 기관에 대해 측정되고, 내연 기관은 이에 대응하여 조립 프로세스 중에 조정된다.
또한, 현재 알려진 대부분의 시스템은 기준점 시스템(위치 피드백)으로 동작한다. 여기서, 각각의 경우에, 센서에 의해 검출될 수 있는 하나의 위치 마크는 크랭크샤프트 및 입구 캠샤프트 및/또는 출구 캠샤프트 상에, 또한 각각의 크랭크샤프트 제어 어댑터 및 입구 캠샤프트 제어 어댑터 및/또는 출구 캠샤프트 제어 어댑터 상에, 또는 제공될 수도 있는 위상 조정기 등의 상에 배치된다. 이러한 방식으로, 크랭크샤프트와 각각의 입구 캠샤프트 및/또는 출구 캠샤프트 사이의 상대 위상 위치가 획득될 수 있고, 원하는 기준값과 관련된 편차가 식별될 수 있다. 상기 편차의 원하지 않는 효과는 그 후 획득된 편차에 의존하는 방식으로 대응하는 제어 파라미터의 적응 또는 보정에 의해 제어 유닛에서 대처될 수 있다.
그러나, 원칙적으로, 발생하는 공차 중 일부만이 이 방법에 의해 식별될 수 있다. 예를 들어, 그에 따라 캠샤프트에 대한 각각의 위치 마크 자체의 위치 편차에 의한 각도 편차, 또는 각각의 기준 위치에 대한 입구 캠샤프트 각도차(ΔENW) 또는 출구 캠샤프트 각도차(ΔANW)를 식별할 수 없다.
실린더 압력 신호를 평가하는, 노크(knock) 센서 신호를 평가하는 것과 같은 추가적인 방법이 마찬가지로 알려져 있다.
또한, 미국 제6,804,997 B1호는 공기 흡입관 내의 흡입 공기의 압력 변동을 모니터링 및 평가함으로써 크랭크샤프트의 위상 위치를 결정하기 위한 기관 제어 디바이스를 개시한다. 제어 디바이스는 공기 흡입 이벤트를 나타내는 흡입 공기 압력 변동, 및 그에 따라 이와 관련된 크랭크샤프트 위상 위치 및 기관 사이클의 그 대응하는 주기를 결정하도록 설계된다. 제어 디바이스는 기관의 연료 분사 및 점화 특성을 제어하기 위해 이러한 정보의 항목을 이용하여 크랭크샤프트 회전 속도 및 크랭크샤프트의 위상 위치를 획득한다. 입구 밸브 및 출구 밸브의 제어 타이밍, 즉, 적절하다면 입구 밸브 행정 위상차 및 출구 밸브 행정 위상차는 이 경우 고려되지 않으며, 일부 상황에서는 결과에 상당한 영향을 미칠 수 있다.
문헌 독일 10 2005 007 057호는 내연 기관의 흡입관에서 폐-루프 방식으로 제어되는 스로틀 플랩(throttle flap) 공기 스트림에 대한 폐-루프 제어 방법을 개시하고 있으며, 여기서 그 중에서도 내연 기관의 밸브 제어 타이밍에 의해 또한 영향을 받는 공기 흡입관 내의 흡입 공기의 압력 맥동이 유체 스트림의 폐-루프 제어에서 고려된다. 이 목적을 위해, 압력 맥동은 고속 푸리에(Fourier) 변환에 의해 분석되고, 진폭 정보는 예를 들어, 스로틀 플랩 공기 스트림의 다-차원 수학적 폐-루프 제어 모델에 대한 추가적인 입력 변수로서 고려되는 왜곡 인자로 요약된다. 내연 기관의 밸브 제어 타이밍, 즉, 또한 존재할 수 있는 입구 밸브 행정 위상차 및 출구 밸브 행정 위상차에 관한 구체적인 결론은 이 방법에 의해서는 도출될 수 없다.
문헌 독일 35 06 114 A1호는 내연 기관의 개(open)-루프 또는 폐-루프 제어에 대한 방법을 개시하며, 여기서, 예를 들어, 가스 압력 신호와 같은 정보로서 내연 기관의 발진 스펙트럼의 적어도 일부를 포함하는 동작 변수에 의존하는 방식으로, 내연 기관의 적어도 하나의 조작된 변수가 제어된다. 이러한 목적으로, 검출된 동작 변수에 포함된 값 스펙트럼이 이산 푸리에 변환에 의해 발진 스펙트럼의 일부로서 이로부터 결정되고, 측정 스펙트럼으로서 사용되고 기준 스펙트럼과 비교된다. 제어될 내연 기관의 조작된 변수는 그 후 측정 스펙트럼과 기준 스펙트럼 사이의 편차의 함수로서 제어된다. 내연 기관의 밸브 제어 타이밍 및 피스톤 행정 위치에 관한 구체적인 결론은 이 방법에 의해서도 쉽게 도출될 수 없다.
문헌 미국 2009 0 312 932 A1호는 내연 기관 내에서 연소에 대한 진단을 수행하기 위한 방법을 개시하고, 여기서 연소 위상 설정값은 고속 푸리에 변환에 의해 크랭크샤프트 각속도로부터 생성되고, 상기 값은 예측되는 연소 위상 설정값과 비교되고, 허용 가능한 연소 위상 설정차보다 큰 상기 값들 사이의 차가 식별된다.
전술한 것에 대한 기준 기관과 시리즈-생산 기관 사이의 편차를 결정하기 위한 유사한 접근법이 또한 미국 2010 0 063 775 A1호에 개시되어 있다.
본 발명은, 이에 의해 입구 밸브 및 출구 밸브의 정확한 위상 위치의 특히 정확한 식별이 가능하고/가능하거나, 입구 밸브 행정 위상차(ΔEVH) 및 출구 밸브 행정 위상차(ΔAVH)가 내연 기관의 진행 동작 중에 신뢰성 있게 결정될 수 있는, 도입부에 설명된 유형의 단순하고 비용-효과적인 방법을 제공하는 목적에 기초한다.
상기 목적은, 주 청구항에 따른, 동작 중에 시리즈-생산 내연 기관의 실린더의 입구 밸브 행정 위상차와 출구 밸브 행정 위상차의 조합된 식별을 위한 방법에 의해 본 발명에 따라 달성된다.
종속항들은 본 발명에 따른 주제의 예시적인 실시예 및 개선에 관한 것이다.
동작 중인 시리즈-생산 내연 기관의 실린더의 입구 밸브 행정 위상차와 출구 밸브 행정 위상차의 조합된 식별을 위한 본 발명에 따른 방법에서, 각각의 시리즈-생산 내연 기관의 공기 흡입관에서, 동작 중에 각각의 실린더에 할당 가능한 동적인 압력 발진이 측정되고, 대응하는 압력 발진 신호가 이로부터 생성된다. 크랭크샤프트 위상각 신호가 동시에 획득된다. 압력 발진 신호로부터, 크랭크샤프트 위상각 신호와 관련하여 측정된 압력 발진의 적어도 하나의 선택된 신호 주파수의 위상 위치 및 진폭이 이산 푸리에(Fourier) 변환을 사용하여 획득된다.
본 방법은 이하의 추가 단계에 의해 추가적으로 구분된다:
- 각각 선택된 신호 주파수의 획득된 위상 위치 및 진폭에 기초하여, 라인이 입구 밸브 행정 위상차 및 출구 밸브 행정 위상차에 의존하는, 각각 동일 신호 주파수의 동일 위상 위치의 라인 및 동일 진폭의 라인이 획득된다. 이는 기준 라인이 기준 라인 특성도에 저장되거나 각각의 대수 모델 함수에 의해 획득되는, 각각의 신호 주파수의 동일 위상 위치의 기준 라인 및 동일 진폭의 기준 라인을 사용하여 수행된다.
- 입구 밸브 행정 위상차 및 출구 밸브 행정 위상차에 의해 펼쳐진 공통 평면으로의 투사에 의해 각각의 신호 주파수의 동일 위상 위치의 획득된 라인과 동일 진폭의 획득된 라인의 각각의 공통 교점이 획득된다.
- 각각의 신호 주파수의 동일 위상 위치의 라인과 동일 진폭의 라인의 획득된 공통 교점으로부터 입구 밸브 행정 위상차 및 출구 밸브 행정 위상차가 결정된다.
본 기술 분야의 통상의 기술자는 실린더의 각각의 연소 챔버로의 공기의 공급을 담당하고, 따라서 내연 기관의 "공기 흡입관" 또는 또한 간단히 "흡입관", "흡입 시스템" 또는 "입구관"이라는 용어 하에 소위 공기 경로를 규정하는 모든 구성 요소를 포함할 것이다. 이들 용어는 예를 들어, 공기 필터, 흡입 파이프, 흡입 매니폴드 또는 분배 파이프 또는 축약하여 흡기 파이프, 스로틀 플랩(throttle flap) 밸브뿐만 아니라, 적절하다면 컴프레서 및 실린더의 흡입 개구 및/또는 실린더의 입구 덕트(duct)를 포함할 수 있다.
압력 발진 신호의 분석을 위해, 압력 발진 신호는 이산 푸리에 변환(discrete Fourier transformation: DFT)된다. 이를 위해 고속 푸리에 변환(fast Fourier transformation: FFT)으로 알려진 알고리즘이 DFT의 효율적인 계산을 위해 사용될 수 있다. DFT에 의해, 압력 발진 신호가 이제 개별 신호 주파수로 분할되며, 이는 그 후 그 진폭 및 위상 위치와 관련하여 단순화된 방식으로 개별적으로 분석될 수 있다.
본 경우에, 압력 발진 신호의 선택된 신호 주파수의 위상 위치 및 진폭 모두는 밸브 제어 타이밍, 즉, 내연 기관의 입구 밸브 행정 및 출구 밸브 행정의 위상 프로파일에 의존한다는 것이 밝혀졌다. 신호 주파수의 위상 위치는 여기서 크랭크샤프트 회전각 신호에 대한 신호 주파수 신호의 상대 위치를 특징으로 하며, 진폭은 중심선에 대한 신호 주파수 신호의 편향량의 척도이다.
이러한 문맥에서, 동일한 신호 주파수 또는 상이한 신호 주파수가 동일 위상 위치의 각각의 라인을 획득하고, 동일 진폭의 각각의 라인을 획득하기 위헤 사용되었는지 여부는 무관하다. 따라서, 각각의 경우에 동일한 신호 주파수 또는 상이한 신호 주파수의 동일 위상 위치의 라인 및 동일 진폭의 라인, 즉, 예를 들어, 제1 신호 주파수의 동일 위상 위치의 라인 및 추가 신호 주파수의 동일 진폭의 라인이 각각의 교점을 획득하는 데 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 추가적인 센서 없이, 크랭크샤프트 위상각과 관련하여, 위상 위치 및 진폭, 그에 따라 내연 기관의 입구 밸브 및 출구 밸브의 현재 행정 위치가 높은 정확도로 획득될 수 있고, 그에 따라 충전 교환 프로세스의 정확한 계산 및 내연 기관의 제어 파라미터의 조정을 위해 사용될 수 있는 이점을 갖는다.
전술한 방법의 하나의 개선은 복수의 선택된 신호 주파수의 위상 위치 및 진폭이 획득되고, 이러한 선택된 신호 주파수의 동일 위상 위치 및 동일 진폭의 각각의 라인이 각각의 선택된 신호 주파수의 획득된 위상 위치 및 진폭에 기초하여 획득되는 것을 특징으로 한다. 그러면, 각각의 경우에 선택된 신호 주파수의 동일 위상 위치의 획득된 라인 및 동일 진폭의 획득된 라인의 복수의 공통 교점을 획득할 수 있다. 입구 밸브 행정 위상차 및 출구 밸브 행정 위상차가 그 후 평균(mean)값을 형성함으로써 복수의 교점으로부터 획득된다. 따라서, 이러한 점에서, 각각의 경우에 동일 신호 주파수 또는 상이한 신호 주파수의 동일 위상 위치의 라인 및 동일 진폭의 라인, 즉, 예를 들어, 제1 신호 주파수의 동일 위상 위치의 라인 및 추가 신호 주파수의 동일 진폭의 라인이 각각의 교점을 획득하는 데 사용되는지 여부에 또한 무관하다. 이는 본 방법의 정확도를 더욱 향상시키고, 그에 따라 획득된 입구 밸브 행정 위상차 및 획득된 출구 밸브 행정 위상차의 정확도를 향상시킨다.
본 방법의 일 실시예에서, 이는 본 발명에 다른 전술한 방법에 선행하는 단계들을 포함하며, 이러한 단계는, 기준 입구 밸브 행정 위상차 및 기준 출구 밸브 행정 위상차의 함수로서 공기 흡입관 내의 압력 발진 신호의 선택된 신호 주파수의 동일 위상 위치의 기준 라인 및 동일 진폭의 기준 라인을 결정하기 위해 기준 내연 기관을 측정하는 단계, 및 기준 입구 밸브 행정 위상차 및 기준 출구 밸브 행정 위상차의 함수로서 압력 발진 신호의 선택된 신호 주파수의 동일 위상 위치의 기준 라인 및 동일 진폭의 기준 라인을 기준 라인 특성도에 저장하는 단계이다.
이러한 방식으로, 입구 밸브 행정 위상차 및 출구 밸브 행정 위상차의 획득이 간단한 방식으로 수행될 수 있다.
전술한 기준 라인 특성도는 각각의 시리즈-생산 내연 기관의 이미 존재하는 기관 제어 유닛의 메모리 영역에 유리하게 저장될 수 있으며, 그에 따라 별도의 메모리 수단의 필요 없이, 시리즈-생산 내연 기관의 동작 중에 전술한 방법에서의 사용을 위해 즉시 이용 가능할 수 있다.
추가적인 유리한 방식으로, 압력 발진 신호의 선택된 신호 주파수의 동일 위상 위치의 각각의 기준 라인의 프로파일 및 동일 진폭의 각각의 기준 라인의 프로파일을 나타내는 대수 모델 함수가 기준 입구 밸브 행정 위상차 및 기준 출구 밸브 행정 위상차의 함수로서 각각의 신호 주파수에 대한 압력 발진 신호의 선택된 신호 주파수의, 전술한 바와 같이 획득된 기준 라인 특성도로부터 유도될 수 있다. 이러한 방식으로, 동일 위상 위치의 기준 라인 및 동일 진폭의 기준 라인의 각각의 수학적 공식이 이용 가능하게 되며, 이는 동일 위상 위치의 라인과 동일 진폭의 라인의 공통 교점, 및 그에 따른 입구 밸브 행정 위상차 및 출구 밸브 행정 위상차의 식별의 분석적 획득을 위한 추가적인 방법 중에 사용될 수 있다.
본 발명의 개선에서, 선택된 신호 주파수에 대해 전술한 바와 같이 획득된 대수 모델 함수는 각각의 시리즈-생산 내연 기관의 기관 제어 유닛의 메모리 영역에 저장될 수 있다. 이러한 방식으로, 모델 함수는 제어기에서 즉시 이용 가능하고, 동일 위상 위치의 라인의 각각의 현재의 획득을 위해 용이하게 사용될 수 있다. 따라서, 다량의 데이터를 포함하여 증가된 메모리 공간 요건을 발생시키는, 메모리 내의 대응하는 기준 라인 특성도를 저장할 필요가 없다.
상술된 본 발명에 따른 방법의 하나의 특히 유리한 실시예는, 동일 진폭의 라인 및 동일 위상 위치의 라인이 입구 밸브 행정 위상차와 출구 밸브 행정 위상차에 의해 펼쳐진 공통 평면으로 투사되고, 이러한 라인의 공통 교점이 대수 함수에 기초하여 획득된다는 것이다. 따라서, 보다 잘 설명하기 위해 상징적으로 제시된 본 방법은 대수 함수, 즉, 본 실시예에서 수학 공식으로 변환된다. 이러한 방식으로, 본 방법은 전자 컴퓨터 유닛, 예를 들어, 대응하는 프로그램 알고리즘을 사용하는 프로그램 가능 기관 제어 유닛 상에서 특히 용이하게 수행될 수 있다.
본 방법은 유리하게도 각각의 시리즈-생산 내연 기관의 전자식의 프로그램 가능 기관 제어 유닛 상에서 실행될 수 있다. 이는, 별도의 제어 또는 프로세싱 유닛이 필요하지 않으며, 본 방법의 알고리즘이 기관 제어 프로그램의 대응하는 시퀀스에 통합될 수 있다는 이점을 갖는다.
본 발명의 개선된 실시예에서, 제어 변수 또는 제어 루틴, 예를 들어, 분사될 연료 질량, 분사의 개시 시간, 점화 시간, 캠샤프트의 위상 조정기의 작동 등의 적응은 획득된 입구 밸브 행정 위상차 및 획득된 출구 밸브 행정 위상차에 대한 보정 또는 적응과 관련하여 기관 제어기에서 수행된다. 따라서, 연소 프로세스가 각각의 시리즈-생산 내연 기관의 실제 조건에 대해 최적화될 수 있고, 따라서 연료 수요 및 배출값이 감소될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 실행을 위해, 선택된 신호 주파수는 유리하게는 기본 주파수 또는 흡입 주파수의 1차 고조파 및 추가적인 배수, 즉 내연 기관의 상기 흡입 주파수의 소위 "고조파"의 2차 내지 n차로서 흡입 주파수에 대응한다.
여기서, 흡입 주파수는 차례로 내연 기관의 회전 속도에 고유하게 관련된다. 그 다음, 상기 선택된 신호 주파수에 대해, 병렬로 검출된 크랭크샤프트 위상각 신호를 고려하여, 선택된 신호 주파수의, 이러한 맥락에서 위상각이라 칭해지는 위상 위치가 크랭크샤프트 위상각과 관련하여 획득된다.
이는 특히 명확한 결과를 산출하며, 이는 그에 따라 동일 위상 위치의 라인과 동일 진폭의 라인이 획득될 때 평가하기 쉬워 이는 결과의 높은 정확도로 귀결된다.
또한, 임의의 경우에 이미 제공되는 시리즈-생산-형 압력 센서를 사용하여 공기 흡입관 내의 동적 압력 발진이 측정되는 것이 유리하게 가능하다. 이는, 추가의 센서가 제공될 필요가 없으므로, 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위해 추가 비용이 발생하지 않는다는 이점을 갖는다.
본 발명에 따른 방법의 실행에 필요한 크랭크샤프트 위상각 신호는 크랭크샤프트에 접속된 톱니 기어 및 홀(Hall) 센서에 의해 획득될 수 있다. 이러한 센서 배치는 마찬가지로 다른 목적을 위해 현대의 내연 기관에 이미 제공된다. 상기 센서 배치에 의해 생성된 크랭크샤프트 위상각 신호는 본 발명에 따른 방법에 의해 용이하게 공동 이용될 수 있다. 이는 추가의 센서가 제공될 필요가 없으므로, 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위해 추가 비용이 발생하지 않는다는 이점을 갖는다.
본 발명이 기초로 하는 관계의 상세한 고려가 도면을 참조하여 이하에 제시될 것이다. 도면에서:
도 1은 왕복-피스톤 내연 기관의 단순화된 개략도;
도 2는 왕복-피스톤 내연 기관의 중요한 구성 요소의 가능한 위치 및 각도 편차의 라벨링을 갖는, 도 1에 따른 개략도;
도 3은 입구 캠샤프트 각도차 및 출구 캠샤프트 각도차에 대한 공기 흡입관에서 측정된 압력 발진 신호의 각각의 선택된 신호 주파수의 위상 위치(PL_SF) 및 진폭(Amp_SF)의 의존성을 나타내는 2개의 3차원 도면;
도 4는 입구 캠샤프트 각도차 및 출구 캠샤프트 각도차에 의해 펼쳐진 평면으로 투사된, 공기 흡입관에서 측정된 압력 발진 신호의 각각의 선택된 신호 주파수에 대한 동일 위상 위치의 라인 및 동일 진폭의 라인을 나타내는 2개의 2차원 도면;
도 5는 입구 캠샤프트 각도차와 출구 캠샤프트 각도차의 결정된 조합에 대한 교점을 갖는 각각의 신호 주파수의 동일 위상 위치의 표시된 라인 및 동일 진폭의 표시된 라인을 갖는, 도 4에 따른 2차원 도면;
도 6은 각각의 경우 3개의 상이한 신호 주파수에 대해 도 4에서와 동일한 위상 위치의 라인 및 동일한 진폭의 라인에 대한 2차원 도면; 및
도 7은 본 방법을 나타내는 단순화된 블록도.
기능 및 표기의 관점에서 동일한 부분은 도면 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호로 표기된다.
본 발명은 이하의 실현에 기초한다:
"이상적인" 기준 내연 기관에 대한 입구 밸브 행정 위상차(ΔEVH) 및 출구 밸브 행정 위상차(ΔAVH)가 변하고, 이하에서 축약하여 압력 발진 신호로 칭해지는 공기 흡입관 내의 압력 발진 신호가 이산 푸리에 분석에 의해 분석되고 각각의 경우에 흡입 주파수 또는 흡입 주파수의 배수에 대응하는 개별의 선택된 신호 주파수를 고려할 때, 개별 선택된 신호 주파수의 위상 위치 및 진폭 모두, 즉, 크랭크샤프트 위상각 신호와 관련한 압력 발진 신호의 상대 위치 및 신호 행정의 크기는 입구 밸브 행정 위상차(ΔEVH) 및 출구 밸브 행정 위상차(ΔAVH)에 의존한다.
도 3은 각각의 신호 주파수 X 및 신호 주파수 Y에 대한 위상 위치(PL_SF)(상단 도면) 및 진폭(Amp_SF)(하단 도면)에 대한 이러한 의존성을 각각 나타낸다.
흡입 밸브 행정 위상차(ΔEVH) 및 출구 밸브 행정 위상차(ΔAVH)를 변화시키기 위해, 입구 캠샤프트의 각도차(ΔENW) 및 출구 캠샤프트 각도차(ΔANW)는 각각의 위상 조정기에 의한 -5°와 +5°사이의 범위에서 변하는 이러한 목적을 위한 것이었고, 각각의 신호 주파수의 각각 연관된 위상 위치(PL_SF) 및/또는 압력 발진 신호의 각각 연관된 진폭(Amp_SF)은 이러한 방식으로 펼쳐진 ΔENW-ΔANW 평면 위에 수직으로 플롯팅되었다. 따라서, 선택된 신호 주파수 X에 대해, 펼쳐진 3차원 공간에서 결과적인 경사 위상 표면(100) 및 각각 경사진 진폭 표면(200)이 존재한다. ΔENW-ΔANW 평면에 평행하게 놓인 섹션 평면(110, 120, 210, 220)이 이제 각각의 신호 주파수 X, Y의 상이한 위상 위치(PL_SF) 및/또는 진폭(Amp-SP)의 레벨에서 배치되는 경우, 각각의 위상 표면(100) 및/또는 진폭 표면(200)을 갖는 교차 라인이 각각 획득되고, 그 라인은 동일 위상 위치의 라인(111, 121) 또는 동일 진폭의 라인(211, 221)으로 칭해진다. 즉, 동일 위상 위치는 이러한 동일한 위상 위치의 라인을 따라 위치된 모든 ΔENW-ΔANW 조합에 대해 획득되고, 압력 발진 신호의 각각의 선택된 신호 주파수 X, Y의 동일 진폭이 이러한 동일 진폭의 라인을 따라 위치된 모든 ΔENW-ΔANW 조합에 대해 획득된다. 반대로, 이는 압력 발진 신호의 각각의 신호 주파수의 획득된 위상 위치와 획득된 진폭이 고유한 ΔENW-ΔANW 조합을 할당받을 수 없음을 의미한다.
도 3의 상단 도면에서, 신호 주파수 X에 대해, 위상 표면(100) 및 예를 들어, 2개의 섹션 평면(110, 120)은 위상 위치 263° 및 260°에서 표시된다. 동일 위상 위치의 라인(111)은 위상 위치 263°에 대해 획득되고, 동일 위상 위치의 라인(121)은 위상 위치 260°에 대해 획득된다.
도 3의 하단 도면에서, 신호 주파수 Y에 대해, 진폭 표면(200) 및 예를 들어, 2개의 섹션 평면(210, 220)은 진폭 0.0163 및 0.0160에서 표시된다. 동일 진폭의 라인(221)은 진폭 0.0160에 대해 획득되고, 동일 진폭의 라인(211)은 진폭 0.0163에 대해 획득된다.
관계를 추가적으로 조사할 목적으로, 압력 발진 신호의 각각 선택된 신호 주파수의 동일 위상 위치의 라인, 그리고 또한 동일 진폭의 라인이 이제 ΔENW-ΔANW 평면으로 투사되었다. 이는 위상 위치(PL_SF)(상단 도면) 및 진폭(PL_SF)(하단 도면)에 대해 도 3과 유사한 방식으로 도 4에 별도로 나타내어진다. 263° 및 260°에서의 신호 주파수 X에 대한 동일 위상 위치의 대응 라인(111, 121) 및 또한 0.0163 및 0.0160에서의 신호 주파수 Y에 대한 동일 진폭의 라인(211, 221)은 또한 이 도면에서 대응하는 참조 부호에 의해 표기된다. 각각 선택된 신호 주파수의 동일 위상 위치의 라인 및 동일 진폭의 라인은 반대 방향으로 기울기를 갖는 것으로 나타내어진다. 동일 위상 위치의 라인(111) 및 동일 진폭의 라인(211)에 기초하여 도 5에 나타낸 바와 같이, 동일 위상 위치의 라인 및 동일 진폭의 라인이 이제 ΔENW-ΔANW 평면에서 다른 하나의 위에 투사된 하나인 경우, 동일 위상 위치의 라인 및 동일 진폭의 라인(211)은 공통 교점(300)에서 교차한다는 것이 명백해지며, 이는 따라서 표시된 점선의 화살표로 나타낸 바와 같이 단일 ΔENW-ΔANW 조합을 나타낸다. 이상적인 기준 기관을 기초로 하여, 입구 밸브(22)와 입구 캠샤프트(23)의, 그리고 출구 밸브(32)와 출구 캠샤프트(33)의 직접적이고 영향을 받지 않는 상호 작용을 가정할 수 있으므로, 입구 캠샤프트 각도차(ΔENW)는 특정 입구 밸브 행정 위상차(ΔEVH)를 할당받을 수 있고, 출구 캠샤프트 각도차(ΔANW)는 특정 출구 밸브 행정 위상차(ΔAVH)를 할당받을 수 있다.
따라서, 다르게 이상적인 관계가 가정되면, 그에 따라 압력 발진 신호의 각각의 선택된 신호 주파수의 위상 위치 및 진폭을 획득하고, 각각의 신호 주파수의 동일 위상 위치 및 동일 진폭의 알려진 할당 가능한 라인을 고려하고 중첩함으로써, 동일 위상 위치의 라인 및 동일 진폭의 라인의 단일 교점을 획득할 수 있고, 이로부터 입구 밸브 행정 위상차(ΔEVH) 및 출구 밸브 행정 위상차(ΔAVH)의 값을 결정할 수 있다.
도 6에서, 관계를 더욱 명확히 하기 위해, 3개의 상이한 신호 주파수에 대해 각각의 경우에, ΔENW-ΔANW 평면 상에 투사된 동일 위상 위치의 라인을 갖는 3개의 도면이 도 4의 상단 도면과 유사한 방식으로 이제 좌측에 나타내어져 있고, ΔENW-ΔANW 평면 상에 투사된 동일 진폭의 라인을 갖는 3개의 도면이 도 4의 하단 도면과 유사한 방식으로 우측에 나타내어져 있다. 이들은 흡입 주파수 자체(1차 고조파), 상단 도면, 흡입 주파수의 2배(2차 고조파), 중간 도면, 및 3차 흡입 주파수(3차 고조파), 하단 도면을 포함한다.
신호 주파수가 상승함에 따라, 동일 위상 위치의 라인의 경우와 동일 진폭의 라인의 경우 모두에서 음의 기울기 또는 양의 기울기가 증가하고, 라인들 사이의 거리가 감소한다는 것이 명백할 수 있다. 이제, 동일 위상 위치의 라인과 동일 진폭의 라인의 조합의 경우에, 동일 신호 주파수의 라인 또는 상이한 신호 주파수의 라인이 각각 교점에서 만나도록 되든지, 2개의 라인의 교점에서 발견될 수 있는 결과와는 관련이 없음이 명백해졌다.
그럼에도 불구하고, 동일 신호 주파수의 동일 위상 위치의 라인 및 동일 진폭의 라인이 각각 조합되는 것이 적절하게 보인다.
원칙적으로, 복수의 각각 대응하는 신호 주파수에 대한 동일 위상 위치의 라인 및 동일 진폭의 라인의 페어링의 교점을 획득할 때, 또는 복수의 각각 상이한 신호 주파수에 대해 동일 위상 위치의 라인 및 동일 진폭의 라인의 페어링을 변화시킴으로써 동일한 교점이 각각 획득된다. 그러나, 편차 및 공차의 결과로서 측정 동안 교점의 약간의 정도의 변동이 발생한다. 평균(mean)값을 형성함으로써, 교점, 및 그에 따라 각각의 경우에 복수의 교점으로부터 입구 캠샤프트 각도차(ΔENW) 및/또는 입구 밸브 행정 위상차(ΔEVH) 및 출구 캠샤프트 각도차(ΔANW) 및/또는 출구 밸브 행정 위상차(ΔAVH)에 대한 값을 획득할 수 있다.
도 3 내지 도 6에 그래픽으로 나타낸 관계는 본 방법의 원리를 이해하기 쉽게 하기 위해 제공된다. 상기 관계는 대응하는 대수 공식(algebraic formulation)에 기초하여 자명하게 표현될 수 있으며, 본 방법은 이를 기초로 실행될 수 있다. 이 목적을 위해서, 예를 들어, 동일 위상 위치의 라인을 나타내기 위해, 대수 모델 함수가 수학적-물리 법칙을 기초로 유도되며, 이 함수는 공통 교점 및 필요한 위상 시프트를 획득하는 데 사용될 수 있다.
동작 중에 내연 기관의 입구 밸브 행정 위상차(ΔEVH)와 출구 밸브 행정 위상차(ΔAVH)의 조합된 식별을 위한 본 발명의 방법은 위에서 제시된 실현에 기초하고, 다음과 같은 일례에서 그에 따라 제시된다:
내연 기관의 작동 중에, 공기 흡입관 내의 동적 압력 발진이 연속적으로 측정된다. 이는 바람직하게는 내연 기관의 특정의 선택된 동작점에서 수행된다. 각각의 측정은 압력 발진 신호로 귀결된다. 상기 압력 발진 신호는 내연 기관의 제어 유닛에 공급된다. 제어 유닛에서, 압력 발진 신호는 내부에 저장된 프로그램 알고리즘에 의해 이산 푸리에 변환되고, 크랭크샤프트 위상각 신호와 관련하여, 공기 흡입관 내의 흡입 공기의 측정된 압력 발진의 적어도 하나의 선택된 신호 주파수의, 바람직하게는 내연 기관의 흡입 주파수의 1차 고조파 및/또는 추가적인 고조파의 위상 위치 및 진폭이 획득된다. 후속적으로, 각각의 선택된 신호 주파수에 대해, 각각의 경우에 동일 위상 위치의 대응 라인과 동일 진폭의 라인이 획득된 각각의 위상 위치 및 진폭에 기초하여 이제 획득된다. 이것은 각각의 경우에 대응하는 내연 기관 시리즈의 전형이고 제어 유닛의 메모리 영역에 저장된 기준 라인 특성도로부터 동일 위상 위치 또는 진폭의 기준 라인의 선택에 의해, 또는 대응하는 내연 기관 시리즈에 전형이고 제어 유닛의 메모리 영역에 저장되는 각각의 대수 모델 함수에 의한 계산에 의해 수행된다.
제어 유닛에 저장된 대응 프로그램 알고리즘에 의해, 각각 선택된 신호 주파수의 이러한 방식으로 획득된 동일한 위상 위치의 라인 및 동일 진폭의 라인이 입구 밸브 행정 위상차(ΔEVH) 및 출구 밸브 행정 위상차(ΔAVH)로부터 펼쳐진 공통 평면에 투사되어, 각각의 공통 교점에서 만나게 된다. 그 후, 입구 밸브 행정 위상차(ΔEVH) 및 출구 밸브 행정 위상차(ΔAVH)로부터 펼쳐진 평면의 상기 공통 교점의 위치로부터 입구 밸브 행정 위상차(ΔEVH) 및 출구 밸브 행정 위상차(ΔAVH)를 결정할 수 있다.
본 방법의 정확도를 더욱 증가시키기 위해, 전술한 바와 같이 획득된 복수의 교점이 입구 밸브 행정 위상차 및 출구 밸브 행정 위상차의 획득을 위해 사용될 수 있으며, 평균(mean)값이 그 정확도에서 추가로 향상되는 명확한 결과를 얻기 위해 형성될 수 있다.
본 방법의 실행을 위해, 동일한 위상 위치의 기준 라인을 갖는 특정의 특성도 및 동일 진폭의 기준 라인을 갖는 특정의 특성도 또는 대응하는 대수 모델 함수가 이용 가능할 것이 필요하다. 이들은 내연 기관의 유형 시리즈/시리즈의 설계 유형 및 상세한 구조 설계에 의존하며, 따라서 시리즈의 전형인 구조적으로 동일한 기준 내연 기관에 대해 사전에 획득되어야 한다. 이러한 목적으로, 기준 내연 기관에 대해, 공기 흡입관 내의 흡입 공기의 압력 발진 신호는 가능한 최대 동작점, 특히 특정의 선택된 동작점에서, 입구 밸브 행정 위상차(ΔEVH) 및 출구 밸브 행정 위상차(ΔAVH)로 기록되고, 이산 푸리에 변환되고, 선택된 신호 주파수에 대한 위상 위치 또한 진폭이 입구 밸브 행정 위상차(ΔEVH) 및 출구 밸브 행정 위상차(ΔAVH)의 함수로서 저장된다. 여기서, 어떠한 피스톤 행정 위상차(ΔKH)도 그 위에 중첩되지 않고 결과를 위조하지 않는다는 것이 보장되어야 한다.
이러한 방식으로 획득된 이들 3차원 데이터 도면에 기초하여, 선택된 개별 신호 주파수에 대해 동일 위상 위치의 라인 및 동일 진폭의 라인을 획득하고 이들을 대응하는 특성도에 저장하거나, 동일 위상 위치의 라인과 동일 진폭의 라인의 계산을 위한 대수 모델 함수를 획득할 수 있다.
그 후 이러한 방식으로 획득된 특성도 및/또는 모델 함수는 모든 구조적으로 동일한 시리즈-생산 내연 기관의 제어 유닛의 메모리 영역에 저장되고, 본 발명에 따른 방법을 실행하는 데 사용될 수 있다.
도 7은 한번 더 중요한 단계를 나타내는 단순화된 블록도의 형태로, 동작 중에 시리즈-생산 내연 기관의 실린더의 입구 밸브 행정 위상차와 출구 밸브 행정 위상차의 조합된 식별을 위한 본 발명에 따른 방법의 실시예를 나타낸다.
개시내용에서, 각각의 시리즈-생산 내연 기관의 공기 흡입관 내의 흡입 공기의, 각각의 실린더에 할당될 수 있는 동적 압력 발진이 동작 중에 측정되고, 대응하는 압력 발진 신호가 이로부터 생성되고, 크랭크샤프트 위상각 신호가 병렬로 배치되고 DDS(동적 압력 발진 신호) 및 KwPw(크랭크샤프트 위상각 신호)로 표기되는 블록으로 나타내어진 것과 같이, 동시에 획득된다.
그 후, 압력 발진 신호 DDS로부터, 크랭크샤프트 위상각 신호(KwPw)와 관련하여 측정된 압력 발진의 적어도 하나의 각각 선택된 신호 주파수의 위상 위치 및 진폭이 이산 푸리에 변환 DFT를 사용하여 획득되며, 이는 DFT(이산 푸리에 변환), PL_SF(각 신호 주파수의 위상 위치) 및 Amp_SF(각 신호 주파수의 진폭)로 표기된 블록에 의해 나타내어진다. 이와 관련하여, 각각의 경우에, 상이한 신호 주파수(SF_1 내지 SF_X)의 대응하는 수에 대한 복수의 값들이 획득될 수 있다.
그 후, 각각의 선택된 신호 주파수(SF_1...SF_X)의 획득된 위상 위치(PL_SF) 및 진폭(Amp_SF)에 기초하여, 각각의 경우에 그 라인이 입구 밸브 행정 위상차 및 출구 밸브 행정 위상차에 의존하는, 각각 동일한 신호 주파수(SF_1...SF_X)의 동일한 위상 위치의 라인(L_PL) 및 동일 진폭의 라인(L_Amp)이 대응되게 표기된 블록에 의해 나타내어진 바와 같이 획득된다. 이것은 각각의 신호 주파수(SF_1... SF_X)의 동일 위상 위치의 기준 라인(RL-PL) 및 동일 진폭의 기준 라인(RL_Amp)을 사용하여 수행되며, 이러한 기준 라인은 기준 라인 특성도에 저장되거나 각각의 대수 모델 함수에 의해 획득된다. 이를 위해, 기관 제어 유닛(50)의 Sp_RL/Rf로 표기된 메모리 영역이 도 7의 도면에 나타내어지고, 메모리 영역으로부터 이용 가능하게 되는 동일 위상 위치의 기준 라인(RL_PL) 및 동일 진폭의 기준 라인(RL_Amp) 또는 그 밖의 대응 대수 모델 함수 Rf(PL) 및 각각의 Rf(Amp)가 이들 라인을 획득하기 위해 검색될 수 있다.
후속적으로, 각각의 신호 주파수(SF_1...SF_X)의 동일 위상 위치의 획득된 (L_PL) 및 동일 진폭의 획득된 라인(L_Amp) 중 적어도 각각 하나의 공통 교점이 SPEm(교점의 획득)으로 표기된 블록으로 나타낸 입구 밸브 행정 위상차와 출구 밸브 행정 위상차에 의해 펼쳐진 공통 평면으로의 투사에 의해 획득된다.
도면으로부터 명백한 바와 같이, 복수의 교점이 동일 위상 위치의 라인(L_PL)과 동일 진폭의 라인(L_Amp)의 복수의 페어링으로부터 여기서 획득되고, Mw_SP(교점의 평균(mean)값)로 표기되는 블록에 의해 나타내어진 평균값이 이로부터 획득된다. 이는 본 방법의 정확도를 높이는 역할을 한다.
최종적으로, 입구 밸브 행정 위상차(ΔEVH) 및 출구 밸브 행정 위상차(ΔAVH)가 대응되게 표기되는 블록에 의해 나타내어지는, 각각의 신호 주파수의 동일 위상 위치의 라인(L_PL)과 동일 진폭의 라인(L_Amp)의 교점(Mw_SP)의 획득된 평균값으로부터 결정된다.
또한, 도 7은 전술한 방법에 선행하여, 기준 입구 밸브 행정 위상차 및 기준 출구 밸브 행정 위상차의 함수로서 공기 흡입관 내의 압력 발진 신호의 선택된 신호 주파수의 동일 위상 위치의 기준 라인(RL_PL)과 동일 진폭의 기준 라인(RL_Amp)을 결정하기 위해 기준 내연 기관을 측정하는 단계, 및 RL_PL/RL_Amp로 표기된 블록에 의해 기호로 나타낸 바와 같이, 각각의 경우에 기준 입구 밸브 행정 위상차 및 기준 출구 밸브 행정 위상차의 함수로서 압력 발진 신호의 선택된 신호 주파수의 동일 위상 위치의 기준 라인 및 동일 진폭의 기준 라인을 기준 라인 특성도에 저장하는 단계를 나타낸다.
Rf(PL)/Rf(Amp)로 표기된 블록은 이전에 획득된 기준 라인 특성도에 기초하여 기준 입구 밸브 행정 위상차 및 기준 출구 밸브 행정 위상차의 함수로서 압력 발진 신호의 선택된 신호 주파수의 동일 위상 위치의 각각의 기준 라인의 프로파일을 동일 위상 위치의 기준 라인 함수 Rf(PL)로서 나타내고, 동일 진폭의 각각의 기준 라인의 프로파일을 동일 진폭의 기준 라인 함수 RF(Amp)로서 나타내는 대수 모델 함수의 유도를 포함한다.
기준 라인 특성도 또는 동일 위상 위치의 기준 라인 함수 및 동일 진폭의 기준 라인 함수가 그 후 각각의 시리즈-생산 내연 기관의 기관 제어 유닛(50)(CPU)의 메모리 영역(Sp_RL/Rf)에 저장되고, 여기서 이들은 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 방법의 실행에 이용 가능하다.
블록도에서 대응 블록 주위의 점선으로 나타내어진 경계는, 본 방법이 실행되는 각각의 시리즈-생산 내연 기관의 전자적인 프로그램 가능 기관 제어 유닛(50)(CPU) 사이의 경계를 기호로 나타낸다.

Claims (11)

  1. 동작 중인 시리즈-생산 내연 기관의 실린더의 입구 밸브 행정 위상차와 출구 밸브 행정 위상차의 조합된 식별을 위한 방법으로서,
    - 상기 각각의 시리즈-생산 내연 기관의 공기 흡입관 내의 흡입 공기의, 실린더에 할당 가능한 동적인 압력 발진이 동작 중에 측정되고, 대응하는 압력 발진 신호가 이로부터 발생되고, 크랭크샤프트 위상각 신호가 동시에 획득되고,
    - 상기 압력 발진 신호로부터, 상기 크랭크샤프트 위상각 신호와 관련하여 측정된 압력 발진의 적어도 하나의 각각 선택된 신호 주파수의 위상 위치 및 진폭이 이산 푸리에(Fourier) 변환을 사용하여 획득되되,
    상기 방법은,
    - 상기 각각 선택된 신호 주파수의 획득된 위상 위치 및 진폭에 기초하여, 각각의 경우에 기준 라인이 기준 라인 특성도에 저장되거나 각각의 대수 모델 함수에 의해 획득되는, 상기 각각의 신호 주파수의 상기 동일 위상 위치의 기준 라인 및 상기 동일 진폭의 기준 라인을 사용하여, 라인이 상기 입구 밸브 행정 위상차 및 상기 출구 밸브 행정 위상차에 의존하는, 상기 각각 동일 신호 주파수의 동일 위상 위치의 라인 및 동일 진폭의 라인을 획득하는 단계;
    - 상기 입구 밸브 행정 위상차 및 상기 출구 밸브 행정 위상차에 의해 펼쳐진 공통 평면으로의 투사에 의해 상기 각각의 신호 주파수의 동일 위상 위치의 획득된 라인과 동일 진폭의 획득된 라인의 적어도 각각 하나의 공통 교점을 획득하는 단계;
    - 상기 각각의 신호 주파수의 동일 위상 위치의 상기 라인과 동일 진폭의 상기 라인의 상기 획득된 공통 교점으로부터 상기 입구 밸브 행정 위상차 및 상기 출구 밸브 행정 위상차를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 동작 중인 시리즈-생산 내연 기관의 실린더의 입구 밸브 행정 위상차와 출구 밸브 행정 위상차의 조합된 식별을 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 복수의 선택된 신호 주파수의 위상 위치 및 진폭이 획득되고, 상기 선택된 신호 주파수의 동일 위상 위치 및 동일 진폭의 각각의 라인이 상기 각각의 선택된 신호 주파수의 획득된 위상 위치 및 진폭에 기초하여 획득되고, 각각의 경우에 상기 선택된 신호 주파수의 동일 위상 위치의 획득된 라인 및 동일 진폭의 획득된 라인의 복수의 공통 교점이 획득되고, 상기 입구 밸브 행정 위상차 및 상기 출구 밸브 행정 위상차가 평균(mean)값을 형성함으로써 상기 복수의 교점으로부터 획득되는, 동작 중인 시리즈-생산 내연 기관의 실린더의 입구 밸브 행정 위상차와 출구 밸브 행정 위상차의 조합된 식별을 위한 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 방법은 다음의 선행 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 동작 중인 시리즈-생산 내연 기관의 실린더의 입구 밸브 행정 위상차와 출구 밸브 행정 위상차의 조합된 식별을 위한 방법:
    - 기준 입구 밸브 행정 위상차 및 기준 출구 밸브 행정 위상차의 함수로서 상기 공기 흡입관 내의 상기 압력 발진 신호의 선택된 신호 주파수의 동일 위상 위치의 기준 라인 및 동일 진폭의 기준 라인을 결정하기 위해 기준 내연 기관을 측정하는 단계, 및
    - 각각의 경우에 상기 기준 입구 밸브 행정 위상차 및 상기 기준 출구 밸브 행정 위상차의 함수로서 상기 압력 발진 신호의 상기 선택된 신호 주파수의 상기 동일 위상 위치의 기준 라인 및 상기 동일 진폭의 기준 라인을 기준 라인 특성도에 저장하는 단계.
  4. 제3항에 있어서, 상기 기준 라인 특성도는 상기 각각의 시리즈-생산 내연 기관의 기관 제어 유닛의 메모리 영역에 저장되는 것을 특징으로 하는, 동작 중인 시리즈-생산 내연 기관의 실린더의 입구 밸브 행정 위상차와 출구 밸브 행정 위상차의 조합된 식별을 위한 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 압력 발진 신호의 상기 선택된 신호 주파수의 동일 위상 위치의 각각의 기준 라인의 프로파일 및 동일 진폭의 각각의 기준 라인의 프로파일을 나타내는 대수 모델 함수이 상기 기준 입구 밸브 행정 위상차 및 상기 기준 출구 밸브 행정 위상차의 함수로서 상기 각각의 신호 주파수에 대한 상기 압력 발진 신호의 상기 선택된 신호 주파수의 상기 기준 라인 특성도로부터 유도되는 것을 특징으로 하는, 동작 중인 시리즈-생산 내연 기관의 실린더의 입구 밸브 행정 위상차와 출구 밸브 행정 위상차의 조합된 식별을 위한 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 선택된 신호 주파수에 대한 상기 대수 모델 함수은 상기 각각의 시리즈-생산 내연 기관의 기관 제어 유닛의 메모리 영역에 저장되는 것을 특징으로 하는, 동작 중인 시리즈-생산 내연 기관의 실린더의 입구 밸브 행정 위상차와 출구 밸브 행정 위상차의 조합된 식별을 위한 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 동일 진폭의 라인 및 동일 위상 위치의 라인이 상기 입구 밸브 행정 위상차 및 상기 출구 밸브 행정 위상차에 의해 펼쳐진 공통 평면으로 투사되고, 상기 라인의 상기 공통 교점은 대수 함수에 기초하여 획득되는 것을 특징으로 하는, 동작 중인 시리즈-생산 내연 기관의 실린더의 입구 밸브 행정 위상차와 출구 밸브 행정 위상차의 조합된 식별을 위한 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 상기 각각의 시리즈-생산 내연 기관의 전자식, 프로그램 가능 기관 제어 유닛 상에서 실행되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 획득된 입구 밸브 행정 위상차 및 상기 획득된 출구 밸브 행정 위상차에 대한 보정 또는 적응과 관련하여 제어 변수 또는 제어 루틴의 적응이 상기 기관 제어 유닛 상에서 수행되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 동작 중인 시리즈-생산 내연 기관의 실린더의 입구 밸브 행정 위상차와 출구 밸브 행정 위상차의 조합된 식별을 위한 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선택된 신호 주파수는 상기 내연 기관의 흡입 주파수 및 상기 흡입 주파수의 추가 배수를 포함하는 것을 특징으로 하는, 동작 중인 시리즈-생산 내연 기관의 실린더의 입구 밸브 행정 위상차와 출구 밸브 행정 위상차의 조합된 식별을 위한 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공기 흡입관 내의 상기 동적인 압력 발진은 공기 흡입관에 할당된 시리즈-생산-형 압력 센서를 사용하여 측정되는 것을 특징으로 하는, 동작 중인 시리즈-생산 내연 기관의 실린더의 입구 밸브 행정 위상차와 출구 밸브 행정 위상차의 조합된 식별을 위한 방법.
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