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KR101875303B1 - 내연 기관의 밸브 제어 시간을 식별하기 위한 방법 - Google Patents

내연 기관의 밸브 제어 시간을 식별하기 위한 방법 Download PDF

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KR101875303B1
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콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
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Abstract

내연 기관의 제어 시간, 특히 밸브 제어 시간을 식별하기 위한 방법이 기술된다. 이러한 목적으로, 동적 압력 요동은 내연 기관의 영향받는 계열의 유입 및/또는 유출계에서 측정되고 그리고 크랭크샤프트 위치 피드백-신호가 결정된다. 참조 내연 기관 및/또는 그로부터 유도된 모델 함수의 참조 밸브 제어 시간 및 참조 위상 각도의 고려 하에, 이산 푸리에 변환을 사용하여, 측정된 압력 요동의 선택된 신호 주파수의 위상 각도가 결정되고 그리고 이들 위상 각도에 기반하여 내연 기관의 영향받는 계열의 밸브 제어 시간이 결정된다. 상기 수단에 의해, 제어 시간의 특히 정확한 식별의 실행은 단순하고 비용-효과적인 방식에 성공하고, 그 수단에 의해 배기, 소모, 운전 정숙, 및 출력에 대한 이점은 물론 기관의 제어 및 조정에서의 개선도 달성될 수 있다.

Description

내연 기관의 밸브 제어 시간을 식별하기 위한 방법{METHOD FOR IDENTIFYING VALVE CONTROL TIMES OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연 기관의 밸브 제어 시간을 식별하기 위한 방법에 관한 것이다.
내연 기관은 복수의 작동 행정에 의해 구별된다. 흡기 행정이라고 지칭되는 것 동안 작동실은 새로운 가스 충전(공기 또는 공기/배출 가스)으로 채워진다. 배기 행정이라고 지칭되는 것 동안 작동실은 비워진다. 기계의 흡기 섹션 또는 배출 가스 섹션에 대한 작동실 또는 연소실의 획정은 보통은 밸브에 의해(2-행정 기관의 경우, 그렇지 않으면 제어 슬릿이라고 지칭되는 것에 의해) 구현된다.
당업계의 현 기술 수준에 의하면, 이들 밸브는 적어도 하나의 캠샤프트에 의해 작동된다. 밸브와 캠샤프트 사이에는 보통은 또한 힘을 전달하기 위한 기계적 컴포넌트가 있으며, 그 컴포넌트는 또한 밸브 플레이 보상을 포함할 수 있다(예컨대, 버킷 태핏, 토글 레버, 로커 레버, 푸시 라드, 유압 태핏 등).
캠샤프트 또는 샤프트의 구동은 내연 기관 자체를 통하여 제공된다. 이러한 목적으로, 캠샤프트 또는 샤프트는 제어 체인 또는 톱니형 벨트를 사용하여 적합한 어댑터에 의해 크랭크샤프트에 연결된다. 캠샤프트 또는 샤프트의 위치에 대한 크랭크샤프트의 위치는 이러한 연결(제어 시간)에 의해 정의된다. 이러한 제어 링크 내에는, 크랭크샤프트 또는 샤프트와 캠샤프트 또는 샤프트 간 소망 위상 오프셋을 초래하는 작동 요소가 존재할 수 있다. 이들 작동 요소는 가변 밸브 드라이브(VVD)에 대한 위상 편이기라고 알려져 있다.
(배기, 소모, 출력, 정숙 운전 등에 대한) 내연 기관의 최적화된 동작을 위해, 흡기 행정 동안 흡입되는 새로운 가스 충전은 가능한 잘 알려져 있어야 한다. 여기서 이러한 새로운 가스 충전은 선택된 제어 시간(유입 밸브 및 유출 밸브 또는 제어 슬릿)에 종속한다.
당업계의 현 기술 수준에 의하면, 참조 내연 기관이라고 지칭되는 것은 발생하는 모든 동작 상태(회전 속도, 부하, 모든 액추에이터의 작동, 여러 다른 밸브 행정, 플랩의 작동, 유입 및 유출 밸브에 대한 위상 편이기의 작동, 배출 가스 터보차저, 압축기 등)에서 측정되고 그리고 이들 값(또는 그로부터의 유도된 것 또는 거동을 표현하는 모델 접근법)은 대응하는 계열-생산 내연 기관의 기관 제어 유닛에 저장된다. 동일한 계열의 모든 구조적으로 똑같은, 계열-생산된 내연 기관은 이러한 발생된 참조 데이터 세트로 동작된다.
계열-생산 내연 기관에서 참조 위치로부터 캠샤프트와 크랭크샤프트 간 실제 상대적 위치의 편차(제어 시간의 편차)는 실제로 흡입된 새로운 가스 충전이 참조로서 결정되는 새로운 가스 충전과는 다르게 야기한다. 여기서 (참조 내연 기관에서 결정된 참조 각도 대비) 캠샤프트 상의 개개의 캠의 각도 오프셋은 (참조 내연 기관에서 결정된 참조 위치에 대비) 캠샤프트 및 크랭크샤프트의 각도 오프셋과 동일한 결함 패턴을 초래한다. 기관의 동작 동안, 이들 결함은 배기, 소모, 출력, 정숙 운전 등에 대해 부정적 효과를 초래할 수 있다.
기술된 편차에 대한 가능한 원인은 예컨대 다음과 같을 수 있다:
- 제조 공차의 결과로서 또는 조립 동안 참조 위치 대비, 캠샤프트와, 예컨대, 구동 톱니형 휠 또는 구동 풀리와 같은 대응하는 커플링 요소 간 목표로 한 상대적 위치의 각도 편차, 및
- 제조 공차의 결과로서 또는 조립 동안 서로에 대한 캠샤프트 상의 개개의 캠의 목표로 한 위상 각도 오프셋에 대한 각도 편차, 및
- 캠샤프트 및 크랭크샤프트가 결합되게 하는 톱니형 벨트의 또는 제어 체인의 늘어남.
기술된 문제의 해법은 여기에서는 원칙적으로 보정 또는 보상을 위한 대응하는 조치를 수행할 수 있기 위해 참조 내연 기관과 계열-생산 내연 기관 간 발생하는 편차의 검출 및 정량화이다.
이러한 문제에 대항하기 위해, 이전에는 가급적 제조 공차를 최소화하는 것이 시도되었다, 예컨대, 캠샤프트와 대응하는 커플링 요소는 기계적 도움으로 조립된다. 부가적으로, 제어 시간은 밸브 행정 조절, 캠 컨투어 등에 기반하여 각각의 정지한 계열-생산 내연 기관 상에서 측정되고 그리고 내연 기관은 조립 동안 조절된다.
가장 현재 알려져 있는 시스템은 참조점 시스템(위치 피드백)으로 동작한다. 여기서, 각각의 경우에 센서로 검출될 수 있는 위치 마크는 캠샤프트 또는 커플링 요소 또는 존재 가능한 위상 편이기 등 상의 그리고, 예컨대, 크랭크샤프트의 플라이휠 상의 어느 소망 지점에라도 배치된다. 결과로서, 크랭크샤프트와 캠샤프트 간 상대적 위치는 결정될 수 있고 그리고 목표로 한 참조 값으로부터의 편차는 식별될 수 있다. 그 후, 이들 편차의 원치않는 효과는 결정된 편차의 함수로서 대응하는 제어 변수를 보정 또는 적응시킴으로써 제어 유닛에서 보상될 수 있다.
그렇지만, 관여된 원리에 의하면, 이러한 방법으로는 발생하는 공차의 일부만이 검출될 수 있다. 예컨대, 그리하여, 제조 공차(실린더-특정 편차)의 결과로서 또는 조립 동안 서로에 대한 개개의 캠의 목표로 한 위상 각도 오프셋에 대한 각도 편차 또는 캠샤프트에 대한 캠샤프트 인코더 휠의 위치의 편차 때문에 각도 편차를 검출하는 것이 가능하지 않다.
노킹 센서 신호의 평가 또는 실린더 압력 신호의 평가와 같은 추가적 방법도 알려져 있다.
US 6,804,997 B1은 흡기 공기 압력 진동을 모니터링함으로써 기관 위상 및 크랭크샤프트 위치를 결정하기 위한 기관 제어 디바이스를 개시하고 있다. 제어 디바이스는 그것이 흡기 공기 이벤트 및 그래서 특정 크랭크샤프트 위치는 물론 기관 사이클의 그 대응하는 주기도 나타내는 흡기 공기 압력 진동을 결정하는 그러한 방식으로 구체화된다. 제어 디바이스는 기관의 점화 거동 및 연료 분사를 제어하기 위해 크랭크샤프트 위치 및 크랭크샤프트 회전 속도를 결정하도록 이러한 정보를 사용한다.
더욱, 문서 DE 10 2005 007 057는 내연 기관의 흡기 섹션에서, 조정될, 스로틀-밸브 공기흐름에 대한 조정 방법으로서, 맥동이 또한, 특히, 내연 기관의 밸브 제어 시간에 의해 좌우되는, 흡기 섹션에서의 압력 맥동이 유체 흐름의 조정 동안 고려되는 것을 개시하고 있다. 이러한 목적으로, 압력 맥동은 고속 푸리에 변환에 의해 분석되고, 그리고 진폭 정보는, 예컨대, 스로틀-밸브 공기흐름의 다-차원 수학적 조정 모델에 대해 부가적 입력 변수로서 사용되는 왜곡 인자에서 조합된다. 내연 기관의 밸브 제어 시간에 대한 특정 결론은 이러한 방법에 의해 도출될 수 없다.
문서 DE 35 06 114 A1는 내연 기관의 적어도 하나의 조작되는 변수가, 예컨대, 가스 압력 신호와 같은 정보로서 내연 기관의 진동 스펙트럼의 적어도 일부분을 포함하고 있는 동작 변수의 함수로서 제어되는, 내연 기관의 개-루프 또는 폐-루프 제어를 수행하기 위한 방법을 개시하고 있다. 이러한 목적으로, 검출된 동작 변수에 포함되어 있는 값 스펙트럼은 이산 푸리에 변환에 의해, 진동 스펙트럼의 일부분으로서, 그로부터 결정되고 그리고 측정 스펙트럼으로서 사용되고 참조 스펙트럼과 비교된다. 제어되어야 하는 내연 기관의 조작되는 변수는 그 후 측정 스펙트럼과 참조 스펙트럼 간 편차의 함수로서 제어된다. 내연 기관의 밸브 제어 시간에 대한 특정 결론은 이러한 방법을 사용해서도 용이하게 도출될 수 없다.
문서 US 2009 0 312 932 A1는 내연 기관 내에서의 연소를 진단하기 위한 방법으로서, 연소 위상-조절 값이 고속 푸리에 변환에 의해 크랭크샤프트 각도 속도로부터 발생되고, 그리고 이러한 값이 예상된 연소 위상-조절 값과 비교되고, 허용가능한 연소 위상-조절 차이보다 더 큰 이들 값들 간 차이가 식별되는 것을 개시하고 있다.
위에서 기술된 바와 같이 참조 기관과 계열-생산 기관 간 편차를 결정하기 위한 유사한 절차가 또한 문서 US 2010 0 063 775 A1에 개시되어 있다.
본 발명은 위에서 기술된 유형의 단순하고 비용-효과적인 방법을 이용가능하게 하려는 목적에 기반하며, 그 방법에 의해 밸브 제어 시간의 특히 정밀한 식별이 가능하다.
이러한 목적은, 각각의 계열-생산 내연 기관의 유입 섹션 및/또는 유출 섹션에서의 동적 압력 진동이 측정되고 그리고 크랭크샤프트-위치 피드백 신호가 부가적으로 결정된다는 점에서 특정된 유형의 방법에서의 본 발명에 따라 달성되되, 방법은 측정된 압력 진동의 선택된 신호 주파수의 위상 각도가 이산 푸리에 변환을 사용하여 크랭크샤프트-위치 피드백 신호 및 측정된 압력 진동으로부터 결정된다는 사실에 의해 구별된다. 결정된 위상 각도에 기반하여, 각각의 내연 기관의 밸브 제어 시간은 참조 내연 기관의 그리고/또는 그로부터 유도된 모델 함수의 압력 진동의 동일한 신호 주파수에 대한 연관된 참조 밸브 제어 시간 및 참조 위상 각도를 사용하여 결정된다.
본 발명은 기관의 유입 섹션 및 유출 섹션에서의 동적 압력 진동과 제어 시간(유입 및 유출 밸브 또는 제어 슬릿) 간 고유하게 정의된 관계가 있다는 깨달음에 기반한다. 예컨대, 그러한 관계는 VVD 내연 기관(가변 밸브 드라이브를 갖는 내연 기관)에서의 유입 밸브의 밸브 제어 시간과 내연 기관의 유입 섹션에서의 동적 압력 진동에 대해 밝혀져 있다. 이러한 맥락에서, 위상 편이 디바이스에 의해 설정된, 캠샤프트 각도 위치의, 그래서 크랭크샤프트 각도 위치에 대한 밸브 제어 시간의 위상 편이는 흡기 섹션에서의 압력 진동 신호의 측정가능한 편이를 초래한다. 여기서 압력 진동 신호 자체(진폭, 그래디언트 등)는 변화할 수 있다. 초반에 기술된 공차-유발된 또는 마모-유발된 편차도 바로 그러한 편이를 초래할 것이다.
압력 진동 신호를 분석하기 위해, 후자는 이산 푸리에 변환(DFT)을 받게 된다. 이러한 목적으로, 고속 푸리에 변환(FFT)이라고 알려져 있는 알고리즘이 DFT를 효율적으로 계산하는데 사용될 수 있다. DFT에 의해, 그 후 압력 진동 신호는 그들 진폭 및 위상 위치에 대해 단순화된 방식으로 별개로 후속하여 분석될 수 있는 개개의 신호 주파수로 분해된다. 현 경우에서, 특히 압력 진동 신호의 선택된 신호 주파수의 위상 위치는 내연 기관의 밸브 제어 시간과 종속 관계에 있음이 분명해졌다. 이러한 목적으로 내연 기관의, 기본 주파수 또는 제1 고조파로서, 흡기 주파수 또는 흡기 주파수의 배수, 즉, 제2 내지 제n 고조파에 대응하는 그들 신호 주파수만이 사용되는 것이 유익하며, 여기서 재차 흡기 주파수는 내연 기관의 회전 속도와 고유하게 정의된 관계에 있다. 이들 선택된 신호 주파수에 대해, 그 후, 크랭크샤프트 회전 각도에 대한 선택된 신호 주파수의, 이러한 맥락에서는 위상 각도라고 지칭되는, 위상 위치는 병렬로 검출되는 크랭크샤프트-위치 피드백 신호를 사용하여 결정된다.
이러한 식으로 결정된, 위상 각도로부터 개별적으로 선택되는 압력 진동 신호의 신호 주파수에 기반하여 크랭크샤프트 위치에 대한 밸브 제어 시간의 위상 위치를 결정하기 위해, 서로에 대한 특정된 변수의 종속성 또는 관계는 명확히 알려져 있어야 한다. 그래서, 이러한 관계는 동일한 치수를 갖는 그리고 동일한 디자인의 참조 내연 기관의 정밀한 측정에 의해 미리 결정되어야 한다.
이러한 목적으로, 참조 내연 기관에서 압력 진동 신호의 개개의 유익하게 선택된 신호 주파수의 위상 각도는 여러 다른 기정의된 밸브 제어 시간에서 결정된다. 이러한 식으로 발생되는 이들 값 쌍들은, 예컨대, 대응하는 위상 각도 특성 선도에서 내연 기관의 다양한 동작점의 함수로서 저장될 수 있다. 이러한 위상 각도 특성 선도는 각각의 대응하는 구조적으로 똑같은 계열-생산 내연 기관의 기관 컨트롤러에 저장된다. 계열-생산 내연 기관의 동작 동안, 그때, 동일한 신호 주파수의 결정된 위상 각도에 기반하여, 연관된 밸브 제어 시간을 결정하도록, 저장된 위상 각도 특성 선도, 즉, 대응하는 참조 위상 각도를 사용하는 것이 가능하다.
더욱, 연관된 모델 함수, 즉, 컴퓨터 계산 모델을 유도하고 그리고 그 후 이러한 모델 함수를 계열-생산 내연 기관의 기관 컨트롤러에 저장하도록 선택된 신호 주파수의, 특정 제어 시간에서의 참조 내연 기관 상에서 결정된, 위상 각도를 사용하는 것도 가능하다. 모델 함수의 구성 및 범위에 종속하여, 그것은 결정된 위상 각도에 기반하여 밸브 제어 시간을 결정하기 위해, 적합한 경우 범위가 감축된, 위상 각도 특성 선도와 함께 또는 단독으로 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 일 개량에서, 결정된 밸브 제어 시간은 참조 내연 기관의 참조 밸브 제어 시간과 비교되고 그리고, 편차가 발생하는 경우에, 참조 밸브 제어 시간으로 보정되거나, 또는 기관 컨트롤러가 실제 결정된 밸브 제어 시간으로 적응된다.
밸브 제어 시간의 보정은 내연 기관이 캠샤프트에 대한 위상 편이기를 갖는 한 기관 컨트롤러에 의해 수행될 수 있다. 그렇지 않으면, 예컨대, 분사 시간, 분사 분량, 점화 시간 등과 같은 추가적 제어 변수 또는 제어 루틴은, 배출 가스의 발생 거의 없이 내연 기관의 효율적 동작을 보장하기 위해, 기관 컨트롤러에서 결정된 밸브 제어 시간으로 적응될 수 있다.
결과로서, 초반에 기술된 바와 같이, 참조 내연 기관의 측정치로부터 초래되는 기정의된 참조 값으로부터의 편차를 식별 및 정량화하는 것이 가능하다. 그래서, 현장에서 발견되게 되는 모든 구조적으로 똑같은 계열-생산 내연 기관은, 기술된 방법에 의해, 밸브 제어 시간에 대한 대응하는 개개의 보정을 받게 될 수 있다.
일례의 실시형태에서, 그러한 방법은 이러한 맥락에서, 예컨대, 이하의 단계를 포함할 수 있다:
- 참조 내연 기관을 측정하는 단계 및
- 참조 밸브 제어 시간 동안 유입 섹션 및/또는 유출 섹션에서 압력 진동 신호의 참조 위상 각도를 결정하는 단계;
- 예컨대, 특성 선도의, 특히 위상 각도 특성 선도의 형태로, 각각의 계열-생산 내연 기관의 제어 유닛 상에 참조 위상 각도 및 참조 밸브 제어 시간을 저장하는 단계;
- 유입 섹션 및/또는 유출 섹션에서 동적 압력 진동은 물론 계열-생산 내연 기관의 크랭크샤프트-위치 피드백 신호도 측정하고 그에 의해 그로부터 실제 밸브 제어 시간을 유도하는 단계
- 이산 푸리에 변환을 사용하여 계열-생산 내연 기관에서 측정된 압력 진동 및 크랭크샤프트-위치 피드백 신호로부터 선택된 신호 주파수의 위상 각도를 결정하는 단계, 및
- 참조 내연 기관의 압력 진동의 동일한 신호 주파수의 참조 밸브 제어 시간 및 참조 위상 각도를 사용하여 결정된 위상 각도에 기반하여 각각의 계열-생산 내연 기관의 밸브 제어 시간을 결정하는 단계, 및
- 참조 밸브 제어 시간과 실제 밸브 제어 시간 간 발생하는 편차를 검출하는 단계, 및
- 검출된 편차에 기반하여 참조 밸브 제어 시간에 대한 밸브 제어 시간의 대응하는 보상 조치 또는 보정 조치를 수행하는 단계.
위에서 기술된 방법은, 특히, VVD 내연 기관에 적합하지만, 고정된 밸브 제어 시간을 갖는 기관(4-행정 및 2-행정 기관)을 배제하지는 않는다. VVD 내연 기관의 경우에, 예컨대, 캠샤프트의 위상 위치의 능동적 조절이 크랭크샤프트 각도 위치 및 그래서 밸브 제어 시간에 대해 수행되고, 그래서 결함이 보정되는 것이 가능하다. 고정된 제어 시간을 갖는 기관의 경우에, 밸브 제어 시간의 검출된 편차의 함수로서 다양한 데이터 세트 또는 특성 선도에, 예컨대 제어 루틴의 시퀀스에서, 액세스하고 이에 의해 편차를 보상하는 것이 가능하다. 편차의 식별 및 정량화 후에 기관의 재-조절 또는 개개의 컴포넌트의 총 정비도 배제되지 않는다(예컨대, 매우 큰 편차가 검출될 때 오차 메모리 입력에 의함).
전술한 방법은 압력 진동 신호의 선택된 신호 주파수의 위상 각도와 밸브 제어 시간 간 관계를 모델링하는 모델 함수가 압력 진동 신호의 선택된 신호 주파수의 참조 위상 각도 및 배정된 참조 밸브 제어 시간으로부터 유도되는 그러한 방식으로 추가적 실시형태로 확장 또는 부가될 수 있다.
밸브 제어 시간과 동적 압력 진동 간 전술한 관계는 유입 밸브 또는 유입 제어 슬릿과 조합한 유입 섹션에는 물론 유출 밸브 또는 유출 제어 슬릿과 조합한 유출 섹션에도 적용된다. 그래서, 이것은 또한 본 발명에 따라 수행되는 단계에도 적용된다.
예컨대, 밸브 오버랩, 외부 배출 가스 재순환 등에 의해 유출 섹션과 유입 섹션의 커플링에서는, 유입 섹션에서의 동적 압력과 유출 밸브 간, 또는 그 역의 상호작용이 있을 수 있다. 전술한 관계는 또한 에너자이징된 및 비-에너자이징된 기관 동작 모드(예컨대, 타력 운전 때 오버런 모드 등) 양자에서 제어 시간과 동적 압력 진동 간에 있다. 그래서, 본 발명에 따라 수행되는 단계는 또한 이들 변종에 관한 것이다.
본 발명에 따른 방법은 유익하게도 또한 흡기 행정 동안 흡입되는 새로운 가스 충전을 결정하도록 사용될 수 있다.
유입 섹션에서의 동적 압력 진동은 흡기 매니폴드에서 어느 경우에라도 보통은 존재하는 계열-생산-유형 압력 센서, 예컨대, 압전-저항 압력 센서를 사용하여 측정될 수 있다. 크랭크샤프트-위치 피드백 신호는, 예컨대, 기어휠(60-2 기어휠) 및 홀 센서로 기지의 방식으로 결정될 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서, 밸브 제어 시간은 그래서 계열-생산 흡기 매니폴드 압력 센서의 신호로부터 결정되는 것이 바람직하다. 예컨대, 캠샤프트 인코더 신호에 의해, 지금까지 사용된 접근법은 발생하는 공차 중 일부만을 검출할 수 있다. 예컨대, 지금까지는 캠샤프트 상의 캠 위치에서의 각도 편차를 검출하는 것이 가능하지 않았다. 이것은 본 발명에 따른 방법에 의해 가능하게 된다. 그 방법은, 바람직하게는 이미 존재하는 흡기 매니폴드 압력 센서가 사용되므로, 어떠한 부가적 하드웨어도 요구하지 않는다.
본 발명은 특히 일례의 실시형태를 참조하여 아래에서 설명될 것이다. 그 예의 실시형태는 유입 섹션에서의 동적 압력 진동과 유입 밸브의 밸브 제어 시간 간 관계를 평가하기 위한 방법에 관한 것이다.
그렇지만, 본 발명은 또한 배출 가스 섹션에서의 동적 압력 진동과 유출 밸브의 밸브 제어 시간 간 관계는 물론 유입 섹션과 유출 섹션 간, 2개의 시스템의 커플링을 통한, 전술한 상호작용도 평가하는 방법을 포함함은 말할 것도 없다.
위상 편이기에 의해 크랭크샤프트 각도와 관련하여 조절될 수 있는 캠샤프트 각도 위치로 내연 기관에서의 밸브 제어 시간을 계산하기 위한 이하의 예는 다음과 같이 처음에는 참조 내연 기관의 측정에 기반한다:
a) 제어 시간 편이 없이 기지의 유입 제어 시간(StZ_RefMo_0)으로 작동 사이클에 걸쳐 참조 내연 기관의 유입 섹션 및/또는 유출 섹션에서 동적 압력 진동을 계산한다;
b) 기지의 참조 제어 시간 편이(StZ_RefMo_RefV)에 의해 조절되는 밸브 제어 시간으로 측정을 반복한다;
c) 흡기 매니폴드 압력 신호의 선택된 신호 주파수(예컨대, 흡기 주파수 및 흡기 주파수의 고조파) 중 적어도 하나에 대해 a) 및 b)로부터 데이터의 이산 푸리에 변환에 의해 제어 시간(StZ_RefMo_0)에 대한 적어도 하나의 위상 각도(PhW_RefMo_0) 및 제어 시간(StZ_RefMo_RefV) 중 적어도 하나에 대한 적어도 하나의 위상 각도(PhW_RefMo_RefV)를 결정한다; 그리고
d) 참조 위상 각도 및 참조 밸브 제어 시간을, 예컨대, 위상 각도 특성 선도의 형태로, 각각의 계열-생산 내연 기관의 기관 제어 유닛에 저장한다.
미지의 유입 제어 시간(StZ_SeMo_Act)을 갖는 계열-생산 내연 기관에서, 이러한 제어 시간은 그때, 다음과 같이, 예컨대 전술한 위상 각도 특성 선도로부터, 참조 값을 사용하여 방법의 추가적 실시형태에서 결정될 수 있다:
1) 각각의 계열-생산 내연 기관의 유입 섹션 및/또는 유출 섹션에서 흡기 매니폴드 압력의 동적 압력 진동을 측정한다;
2) 압력 진동의 선택된 신호 주파수에 대해 이산 푸리에 변환을 사용하여 주어진 위상 각도(PhW_SeMo_Act)를 결정한다, 그리고
3) 예컨대, 선형 접근법에 기반하는 이하의 모델 함수에 따라, 이전에는 미지인 유입 제어 시간(StZ_SeMo_Act)을 계산한다:
StZ_SeMo_Act　=　StZ_RefMo_0　+　(StZ_RefMo_RefV - StZ_RefMo_0)　*　((PhW_SeMo_Act　- PhW_RefMo_0)　/　(PhW_RefMo_RefV　- PhW_RefMo_0))
위에서 설명된 바와 같이, 밸브 제어 시간의 편이와 압력 진동 신호의 선택된 신호 주파수의 위상 각도의 편이 간 깔끔하게 정의된 관계가 여기에서 가정되고, 그리고 위에서 예시된 선형 모델 함수(1차 다항식)는 참조 내연 기관의 결정된 참조 값으로부터 유도된다.
이러한 선형 모델은, 특히, 개개의 참조 값 그룹(StZ_RefMo_0/Phw_RefMo_0 및 StZ_RefMo_RefV/PhW_RefMo_RefV)을 고려할 때 적합하다.
복수의 참조 값 그룹의 사용의 결과로서, 방법의 정확도는, 적합한 경우, 증가될 수 있다. 그때, 대응하여 유도되게 되는 모델 함수는 비교적 고차 다항식을 초래한다.
다음의 본문에서, 본 발명에 따른 방법의 실용적 응용이 추가적 예를 사용하여 재차 설명될 것이다.
우선, 이러한 목적으로, 아래에서는 줄여서 위상 편이기라고 지칭되는, 캠샤프트의 위상 조절을 위한, 즉, 크랭크샤프트에 대한 밸브 제어 시간을 조절하기 위한 디바이스, 및 비교적 새로운 디자인의 내연 기관에 어느 경우에라도 존재하는 흡기 매니폴드 압력 센서를 구비하는 참조 내연 기관이 이용가능하게 된다. 이러한 참조 내연 기관에서, 여러 다른 설정된 밸브 제어 시간에서의 흡기 매니폴드에서의 압력 진동은 동작 동안 흡기 매니폴드 압력 센서에 의해 측정되고, 그리고 대응하는 압력 진동 신호는 추가적 프로세싱을 위해 저장된다.
고속 푸리에 변환(FFT)을 사용하여, 다양한 밸브 제어 시간에 대한, 즉, 유입 밸브의 캠샤프트의, 위상 편이기에 의해 설정될 수 있는, 다양한 위상 위치에 대한 개개의 선택된 신호 주파수에 대한 위상 각도는 결정된 압력 진동 신호로부터 이제 결정된다.
각각의 밸브 제어 시간의, 즉, 캠샤프트의 각각 설정된 위상 조절에서의 위상 위치는 아래에서는 IV_VCP_X(흡기 밸브 밸브 캠샤프트 위치)라고 지칭된다. 이러한 표기에 덧붙여지는 X는 현실 기관 상에서 위상 편이기의 기계적 스톱에 대응하고 그래서 고유하게 정의되는 °CA(도 크랭크샤프트 각도)에서의 위상 조절 없는 참조 위치(IV_VCP_0)에 대한 밸브 제어 시간의 각각의 위상 조절을 나타낸다.
위상 조절 없는 IV_VCP_0의 경우에, 즉, 0° 위상 조절의 경우에 선택된 신호 주파수의 결정된 위상 각도는 그때 각각 고려된 신호 주파수에 대한 참조로서 정의되고 아래에서는 "위상_영_참조-패턴"(P_Z_RP)이라고 지칭된다.
예컨대 IV_VCP_X(여기서 X　=　1, 2, 4, 7 또는 10)의 위상 조절의 경우에 각각 결정된 위상 각도는 유사하게 "위상_X_참조-패턴"(P_X_RP)이라고 지칭되며, 여기서 X는 참조(IV_VCP_0)에 대한 °CA(도 크랭크샤프트 각도)에서의 제어 시간의 편이를 나타낸다.
기법(P_X_RP　-　P_Z_RP)에 따라 각각 선택된 신호 주파수에 대한 추가적 제어 시간에서의 각각의 위상 각도와 IV_VCP_0 간 위상 각도 편이가 이제 계산된다.
이러한 기법에 따라, 예컨대, 참조 제어 시간의 위상 각도(IV_VCP_0)와 10°CA만큼 조절된 제어 시간에서의 위상 각도(IV_VCP_10) 간 거리가 그 후 계산된다. 후속하여, 이러한 거리는 제어 시간의 선택된 조절(이 경우에서는 10°CA)로 나누어진다. 그래서, 이러한 식으로 획득되는 값은 밸브 제어 시간이 1°CA만큼 조절되면 선택된 신호 주파수의 위상 각도가 변화하는 증분 또는 양을 특정하고, 아래에서는 "증분-위상-오프셋-값"(IPOV)이라고 지칭된다.
이하의 등식 1)에서 이러한 계산이 재차 예시된다:
등식 1): IPOV　=　(P_10_RP　-　P_Z_RP)/10
그래서, 계산된 값(IPOV)을 통한 선형 접근법은 (대응하는 신호 주파수에 대해) 제어 시간 편이와 위상 각도 편이 간 변환 가능성을 구성한다.
값(IPOV)을 사용함으로써, 그 후, 흡기 매니폴드에서 측정된 압력 진동 신호에 기반하여 동일한 디자인 및 치수의 계열-생산 내연 기관에서 정확한 밸브 제어 시간을 결정하는 것이 가능하다. 이것은 예로서 아래에 주어진다:
계열-생산 내연 기관의 처음에는 미지인 밸브 제어 시간은 값(IV_VCP_X-SM)에 대응하며, 여기서 이 경우에서의 X는, 예컨대, 공차 또는 마모에 기반하는 밸브 제어 시간 편이, 즉, 위상 오차의 미지의 변수이고, 그리고 확장자(SM)는 계열-생산 내연 기관의 특성을 나타낸다.
각각의 선택된 신호 주파수에 대한 변환비에 대한 증분 값(IPOV)은, 위에서 설명된, 참조 내연 기관에 대한 고려로부터 알려져 있다.
그때, 우선 압력 진동 신호의 선택된 신호 주파수의 위상 각도는 계열-생산 내연 기관의 흡기 매니폴드에서 결정되어야 한다. 상기 신호 주파수는 아래에서는 위에서 선택된 표기에 유추하여 P_X_RP-SM라고 지칭된다.
이러한 목적으로 개개의 밸브 제어 시간(IV_VCP)의 계산은 등식 2)에서 예시된 선형 모델 함수에 따라 수행된다.
등식 2): IV_VCP_X-SM　=　[(P_X_RP-SM　-　P_Z_RP)　/　IPOV]
여기서, P_Z_RP는, 위에서 이미 제시된 바와 같이, 위상 조절 없는, 즉, 참조 내연 기관의 0° 위상 조절에서의 IV_VCP_0에서의 선택된 신호 주파수의 위상 각도를 나타낸다.
위상 각도를 결정하는데 특히 잘 맞는 신호 주파수의 적합한 선택이 주어지면 방법의 정확도는 증가될 수 있음이 분명하다.
본 발명에 따른 방법에 의해, 참조 기관과 동일한 계열의 모든 계열-생산 기관 간, 초반에 언급된, 편차를 식별 및 정량화하는 것이 가능하다. 결과로서, 적응이 제어 유닛에서 수행될 수 있고 그리고 흡입되는 새로운 가스 충전의 계산에서의 개선이 달성될 수 있다(제어 시간에서의 위상 오프셋의 소거). 이것은 배기, 소모, 정숙 운전, 출력, 조정 능력, 및 기관의 제어에 대한 이점을 초래한다.

Claims (9)

  1. 계열-생산 내연 기관의 밸브 제어 시간을 식별하기 위한 방법으로서,
    - 각각의 상기 계열-생산 내연 기관의 유입 섹션 및/또는 유출 섹션에서의 동적 압력 진동이 측정되고 그리고 부가적으로 크랭크샤프트-위치 피드백 신호가 결정되되,
    - 측정된 상기 압력 진동의 선택된 신호 주파수의 위상 각도는 이산 푸리에 변환을 사용하여 상기 크랭크샤프트-위치 피드백 신호 및 측정된 상기 압력 진동으로부터 결정되고, 그리고
    - 결정된 상기 위상 각도에 기반하여
    - 각각의 상기 계열-생산 내연 기관의 상기 밸브 제어 시간은 참조 내연 기관의 그리고/또는 그로부터 유도된 모델 함수의 상기 압력 진동의 동일한 신호 주파수에 대한 참조 밸브 제어 시간 및 참조 위상 각도를 사용하여 결정되는 것을 특징으로 하는, 계열-생산 내연 기관의 밸브 제어 시간을 식별하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 결정된 상기 밸브 제어 시간은 상기 참조 내연 기관의 상기 참조 밸브 제어 시간과 비교되고 그리고 상기 참조 밸브 제어 시간으로 보정되거나, 또는
    추가적 제어 변수 또는 제어 루틴은 기관 컨트롤러에서 결정된 상기 밸브 제어 시간으로 적응되는 것을 특징으로 하는, 계열-생산 내연 기관의 밸브 제어 시간을 식별하기 위한 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 방법은 선행하는,
    상기 참조 밸브 제어 시간 동안 상기 유입 섹션 및/또는 상기 유출 섹션에서의 압력 진동 신호의 상기 선택된 신호 주파수의 상기 참조 위상 각도를 결정하기 위해 상기 참조 내연 기관을 측정하는 단계, 및
    각각의 상기 계열-생산 내연 기관의 기관 제어 유닛 상에 상기 참조 위상 각도 및 상기 참조 밸브 제어 시간을 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 계열-생산 내연 기관의 밸브 제어 시간을 식별하기 위한 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 압력 진동 신호의 상기 선택된 신호 주파수의 상기 위상 각도와 상기 밸브 제어 시간 간 관계를 모델링하는 모델 함수는 상기 압력 진동 신호의 상기 선택된 신호 주파수의 상기 참조 위상 각도 및 배정된 상기 참조 밸브 제어 시간으로부터 유도되는 것을 특징으로 하는, 계열-생산 내연 기관의 밸브 제어 시간을 식별하기 위한 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 참조 내연 기관을 측정하는 단계는
    - 제어 시간 편이 없는 제어 시간(StZ_RefMo_0) 동안 그리고 정의된 참조 제어 시간 편이 있는 적어도 하나의 추가적 제어 시간(StZ_RefMo_RefV) 동안 작동 사이클에 걸쳐 각각의 경우에 상기 참조 내연 기관의 상기 유입 섹션 및/또는 상기 유출 섹션에서의 동적 압력 진동을 측정하는 단계, 및
    - 상기 압력 진동의 상기 선택된 신호 주파수에 대해 이산 푸리에 변환을 사용하여 상기 제어 시간(StZ_RefMo_0)에 대한 적어도 하나의 위상 각도(PhW_RefMo_0) 및 상기 제어 시간(StZ_RefMo_RefV) 중 적어도 하나에 대한 적어도 하나의 위상 각도(PhW_RefMo_RefV)를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 계열-생산 내연 기관의 밸브 제어 시간을 식별하기 위한 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    - 각각의 상기 계열-생산 내연 기관의 상기 유입 섹션 및/또는 상기 유출 섹션에서의 상기 동적 압력 진동을 측정하고,
    - 상기 압력 진동의 상기 선택된 신호 주파수에 대해 이산 푸리에 변환을 사용하여 주어진 위상 각도(PhW_SeMo_Act)를 결정하고, 그리고
    - 결정될 제어 시간(StZ_SeMo_Act)을, 상기 모델 함수 StZ_SeMo_Act　=　StZ_RefMo_0　+　(StZ_RefMo_RefV　-　StZ_RefMo_0)　*　((PhW_SeMo_Act　-　PhW_RefMo_0)　/　(PhW_RefMo_RefV　-　PhW_RefMo_0))에 따라, 계산하는 것을 특징으로 하는, 계열-생산 내연 기관의 밸브 제어 시간을 식별하기 위한 방법.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선택된 신호 주파수는 흡기 주파수 그리고 더 상기 흡기 주파수의 배수를 포함하는 것을 특징으로 하는, 계열-생산 내연 기관의 밸브 제어 시간을 식별하기 위한 방법.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 동적 압력 진동은 흡기 매니폴드에서의 계열-생산-유형 압력 센서를 사용하여 측정되는 것을 특징으로 하는, 계열-생산 내연 기관의 밸브 제어 시간을 식별하기 위한 방법.
  9. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 크랭크샤프트-위치 피드백 신호는 기어휠 및 홀 센서로 결정되는 것을 특징으로 하는, 계열-생산 내연 기관의 밸브 제어 시간을 식별하기 위한 방법.
KR1020167036239A 2014-06-25 2015-06-17 내연 기관의 밸브 제어 시간을 식별하기 위한 방법 Active KR101875303B1 (ko)

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