KR100489453B1 - 다실린더내연기관의실린더식별장치 - Google Patents

Abstract

다이나믹한 동작시 회전수가 크게 변동되도록 실린더 식별에 악영향이 미치지 않는 다실린더 내연기관의 실린더 식별장치가 제공된다.

캠축과 동기해서 회전되는 발신기 디스크가 검출기에 의해 주사된다. 발신기 디스크는 실린더수에 대응되는 갯수의 각도 마크를 갖추고 있다. 1개의 각도 마크는 다른 각도 마크와 다르다. 다른 각도 마크는 미리 정해진 1개의 실린더에 대응되어 있고 계산 장치를 사용하여 하기와 같이 식별된다. 세그멘트 디스크가 반영되는 센서 신호의 앞 가장자리와 뒤 가장자리 사이의 시간 간격이 구해지며 앞 가장자리와 뒤 가장자리 사이의 시간 간격(ti)과 동종의 옆 가장자리간의 시간 간격(Ti)의 비가 형성되어 서로 관련된다.

Description

다실린더 내연기관의 실린더 식별장치{Device for cylinder identification in a multicylinder internal combustion engine}

본 발명은 독립 청구항의 전제부에 따른 다실린더 내연기관의 실린더 식별장치에 관한 것이다.

다실린더 내연기관에 있어서 실린더를 식별하기 위한 방법 또는 장치는 이미 알려져 있으며 내연기관의 캠 축과 고정되게 결합된 발신기 디스크에 복수의 마크가 부착되어 있고, 상기 마크의 수는 실린더의 수에 상응한다. 그들 마크중 1개는 나머지 마크와는 달리 형성되어 있다. 상기 마크는 기준 마크를 발생시키기 위해 사용되며, 이를 이용함으로써 내연기관의 각도 위치가 결정될 수 있다. 이 기준 마크는 통상 소정의 실린더의 상사점에 대응된다.

상술된 발신기 디스크는 예를 들면 홀 센서와 같은 검출기에 의해 주사된다. 검출기의 출력 신호는 처리 회로에서 직사각형 신호로 처리된다. 이 경우 평가회로에 의해 직사각형 신호의 소정의 에지들 사이의 시간 간격이 구해지고 구해진 시간 간격의 평가에 의해 기준 마크가 식별된다. 상기와 같은 원리에 따라 동작하는 실린더 식별장치는 예를 들면 독일연방공화국 특허출원 제4131004호에 공지되어 있다.

가속 또는 제동시에, 회전수의 다이나믹 특성의 영향을 줄일 목적으로, 독일 특허출원 제4030433호 명세서에 의하면, 먼저 서술한 방법과 유사하게 동작하지만 그것과는 달리 실린더 식별을 위해 비율이 형성되는 다실린더 내연기관용 실린더 식별 방법이 제안된다. 상기 비율 형성은, 평가 회로에 의해 형성된 직사각형 신호에 의해, 전방 에지와 후방 에지 사이의 지속 시간이 각각 2개의 후방 에지사이의 지속 시간과 관련되도록 행해지고, 이 비율의 형성이 각 직사각형 펄스마다 실시된다. 구해진 비의 값을 소정의 기준치와 비교해서, 상기 비의 값이 상기 기준치와 다를 때에 기준 마크를 식별할 수 있다. 1개의 실린더가 식별되면 통상은 다른 실린더의 위치도 식별된다. 그 이유는 선택가능한 1개의 실린더에 대한 나머지 실린더의 위치는 항상 알려지기 때문이다.

청구항 제 1 항의 특징을 구비한 본 발명에 따른 다실린더 내연기관의 실린더 식별장치는 종래 기술 수단에 비해서 다이나믹한 동작시 회전수가 크게 변동되어도 즉 현저한 가속이나 제동시에도 실린더 식별에 악영향이 미치지 않는다는 이점을 가지며 상기 이점은 하기에 의해 얻어지는 것이다. 즉, 실린더 식별을 위해 발신기의 출력 신호 예를 들면 캠축과 접속된 발신기 디스크의 특성 표면을 주사하는 캠 축 발신기의 출력 신호가 평가되고 이때 직사각형 신호의 특정 영역의 2중의 비가 형성되며 직사각형 신호의 다른 에지들 사이의 시간 간격과 직사각형 신호의 같은 영역의 동일한 에지들 사이의 시간 간격과의 비가 형성되고 상기 비가 동일한 방식으로 형성된 선행의 비에 의해 정규화된다. 상기에서 얻어진 값(X)으로 부터 최종적으로 실린더 식별이 행해진다.

종속 청구항에 기재된 구성에 의해 본 발명의 다른 이점이 실현된다. 각도 마크의 길이를 적절하게 선정함으로써 즉, 소위 세그먼트와 일치되는 주기를 갖는 직사각형 신호를 형성할 수 있다. 상기 경우 직사각형 신호의 다른 에지간의 시간 간격은 1개의 부분 세그먼트에 상응한다.

특히 유리하게는 실린더 식별은 내연기관의 제어 장치 또는 제어 장치의 마이크로프로세서에서 행해진다. 실린더 식별이 행해진 후 제어 장치에 의해 곧바로 상응하는 제어를 실행시킬 수 있고 예를 들자면 순차 연료분사, 점화, 노킹 조정 등을 위한 제어를 실행시킬 수 있다.

본 발명에 따른 다른 이점은 부분 세그먼트가 내연기관의 개개의 싸이클중에 있는 전체 세그먼트에 관련됨으로써, 실린더 동작에 에러가 있을 경우에도 실린더 식별을 확실하고 또 신속하게 행할 수 있다는 것이다. 이를 위해 특히 바람직하게는, 캠축 발신기 디스크로서 각각 다른 각도 마크를 가진 소위, 고속시동 발신기 디스크가 사용된다. 상기 경우 크랭크 축 발신기가 고장이 난 경우에도 긴급 동작이 가능하다.

도 1 에는 내연기관중 본 발명에 주요한 구성부품이 도시된다. 도면부호 10은 발신기 디스크를 나타내며, 이것은 캠 축(11)과 접속되어 있어 그것과 동기로 회전된다. 발신기 디스크(10)에는 각도 마크(12, 13, 14, 15)가 설치되며, 그때 각도마크(12, 13, 14)는 같고, 각도마크(15)는 특성적 방식으로 상이한데 예를 들면 상기 각도마크가 이루는 각도가 다른 것보다 작게된 것이 다르다. 상기 각도마크를 기준마크 또는 기준 세그먼트라고도 한다.

1개의 각도 마크의 1개의 에지와 다음 각도마크의 동일한 에지사이의 간격은 통상 세그먼트(S)라 한다. 도 1에 도시된 4실린더 내연기관의 실시예에서는 각도 내지 세그먼트(S)의 길이는 90° 이다. 도 1 의 발신기 디스크의 형태에 의하면 각 도 마크의 에지들(R)간의 모든 간격은 등간격(90° )이다. 도 1 에 도시된 발신기 디스크는 단지 하나의 실시예이며 내연기관의 크랭크 축과 접속될 수도 있다. 발신기 디스크는 캠 축의 2배의 빠르기로 회전되기 때문에, 이 경우에는 각도마크 갯수가 실린더 수의 절반의 갯수와 같아야 한다.

각도 마크를 포함하는 발신기 디스크(10)는 검출기(16)에 의해 주사된다. 검출기(16)는 예를 들면 홀 센서이며 이에 의해 출력 신호(S1)가 공급되고 상기 신호는 직사각형 신호로의 처리후에 발신기 디스크(10)의 표면 구조를 반영하기 때문에, 각도마크가 검출기(16)를 통과할 때에는 신호(S1)는 높고 다른 시간동안에는 낮다. 도 2A 및 2B는 4실린더 엔진에서 얻어지는 신호(S1)에 대한 2개의 다른 신호 경과 특성이 도시되며, 이 경우 기준 각도 마크(15) 및 그에 따라서 기준 각도 세그먼트는 그밖의 각도 마크보다 한번은 짧고 한번은 길다. 또한, 도 2에는 개개의 실린더의 상사점도 도시된다.

검출기(16)의 출력 신호(S1)는 마이크로프로세서(17)에서 평가된다. 마이크로프로세서는 예컨대 내연기관의 제어 장치일 수 있다. 마이크로프로세서(17)에는 도면부호 18로 표시된 다른 입력변수, 예를 들면 회전수 n, 흡입관 압력 p, 부하신호 L, 또는 온도 예를 들면 엔진 온도 T 등이 인가된다. 마이크로 프로세서(17)는 도시되지 아니한 다른 입력 및 처리 유닛 외에 처리단(19)과 4개의 메모리 셀(SZ1, SZ2, SZ3, SZ4)도 갖추고 있다. 상기 메모리 셀의 갯수가 각도 마크의 갯수 내지는 내연기관의 실린더의 갯수와 일치되면 각 메모리 셀에 1개의 시간이 기입될 수 있다.

마이크로프로세서는 신호(S1)의 개별 에지간의 시간 간격, 예를 들면 다른 신호 에지들 간의 시간 간격(ti)과 동일한 신호 에지들간의 시간 간격(Ti)을 구한다. 상기 시간간격으로 부터, 마이크로프로세서는 후술되는 방법에 따라 미리 정해진 1개의 실린더에 대응된 기준 마크(15)를 검출한다. 상기 기준 마크의 검출로부터 실린더 식별이 실시될 수 있고 실린더 식별이 행해진 후 공지된 방식으로 다른 실린더의 위치를 구할 수가 있다. 이렇게 하는 것은 모든 실린더가 서로 일정한 관계에 놓여져 있기 때문이다.

실린더 식별이 행해진 후 마이크로프로세서(17) 또는 내연기관의 제어 장치는 점화 및 분사를 위한 제어 펄스를 트리거하고 통상의 방식으로 나머지 공급된 변수에 따라 그리고 필요한 경우 특성 맵을 고려해서 계산이 행해진다. 따라서, 실린더 식별후 또는 동기화 이후 순차 연료분사, 점화 조정 혹은 노킹 제어가 활성화 될 수 있다.

본 발명에 따른 기준마크(15)의 검출 및 실린더 식별은 마이크로프로세서(17)에 의해 아래와 같이 행해진다:

기간(ti)이 각각 측정되고 그들이 마이크로프로세서(17)의 메모리에 저장된다. 또한, 세그먼트 시간이라고도 하는 기간(Ti)이 검출되어 마찬가지로 각각 마이크로프로세서의 메모리에 기입된다. 기간(ti, Ti)은 대부분이 같은 연소 싸이클중에 있도록 서로 대응되어 있다. 기준 마크 검출 또는 실린더 식별에 있어서 회전수 변동에 의한 다이나믹한 영향을 감소시키기 위해, 기간(ti)이 기간(Ti)에 관련되어 비(ti/Ti)가 형성된다. 상기 비는 직전의 비(t(i-1)/T(i-1))에 의해 정규화된다. 따라서 최종적으로 아래의 값이 형성된다.

Xi = (ti/Ti)/t(i-1)/T(i-1)

값(Xi)에 의존해서 다른 값(A)이 결정되고 상기 값은 각 실린더에 임의로 할당된 메모리 셀(SZi)에 저장된다. 메모리 셀(Szi)에서 소정의 경과가 검출된 후에 기준 마크가 검출되거나 또는 기준 실린더가 식별된다.

값(Xi)에 의존해서 값(A)를 구하는 것은 (Xi)의 값의 크기에 따라서 값(A)이 그때 그때 -1, 0 또는 +1을 취할 수 있도록 해서 행해진다.

도 2A에 도시된 신호 시퀀스에서 알 수 있는 것은 캠 축의 회전수가 일정한 경우 t2〉t1, t3, t4가 성립된다는 것이다. 즉, 기준마크에 대응되어 있는 기간(t2)은 다른 기간보다 항상크다. 이 경우 기간(t1, t3, t4)은 발신기 디스크의 제조 공차의 범위안에서 같다. 시간 간격(Ti)에 대해서는 T1=T2=T3=T4가 성립된다. 상기 관계를 고려하면 값(A)와 (Xi) 사이의 관계에 대해 아래의 사실이 성립된다.

Xi〈1이면 A=-1

Xi=1이면 A= 0

Xi〉1이면 A= 1

기준 마크의 기간(t2)이 다른 기간(t1, t3, t4) 보다도 짧은 도 2B 에 도시된 실시예에 의하면 (A)와 (Xi)의 관계는 정반대가 된다.

값(A)은 각 실린더에 대응된 메모리 셀(SZi)에 가해지고 상기 경우 통상적으로 메모리 셀은 시작 또는 리셋시에 제로로 셋트된다. 메모리 셀로의 기입은 그때그때 다음 값이 다음 메모리 셀에 기입되도록 되서 행해지며 셀의 내용은 ( Zi)로 부터 (Zi+A)로 변화하고 그때 값(A)은 기술된 바와 같이 값 -1, 0 또는 +1을 가질 수 있다.

도 2A 에 도시된 바와 같이 먼저 기간(t1)이 구해지면, (A)에 대한 해당 메모리 셀(SZ1)로 값 제로가 가해진다. 왜냐하면 비 Xi=(t1/T1)/(t4/T4)≤ 1이기 때문이다. 이와는 달리, t2 범위내의 비는 기준마크 앞의 기간이 대응하는 전체 기간과 관련되는지 또는 기준 마크뒤의 기간이 대응하는 전체 기간과 관련되는지에 따라서 제로보다 크거나 또는 작은 값을 갖는다.

에러 없는 동작에서 기준 마크는 항상 같은 위치에 나타나기 때문에, 1개의 메모리 셀에는 항상 값 -1이 기입되는 한편, 그것에 이어지는 메모리 셀에는 항상 값 +1이 기입된다. 그밖의 메모리 셀에는 각각 값 제로가 기입된다. 따라서 각 메모리 셀의 내용을 소정의 한계값과 비교함으로써 또는 각 메모리 셀을 서로 비교함으로써 메모리 셀에 대응된 기간 또는 대응된 각도 마크가 기준 마크 인가 아닌가에 관한 정보가 확실하게 얻어진다.

본 발명의 간략화된 1개의 실시예에 따르면 값(Xi)을 곧바로 1개 또는 복수의 적절한 한계값과 비교할 수가 있고 한계값 검출에 의해 기준 마크 및 해당되는 실린더를 식별할 수 있다.

기준 마크 검출 즉, 실린더 식별을 위한 다른 가능한 구성으로는 연속하는 복수의 비(Xi)를 서로 비교해서 예를 들면 X1〈X2〈X3이 성립하면 기준 마크를 검출하는 것이다. 그때 (X1)과 (X3)의 값은 기존 각도 마크의 길이에 정합되어야 하는 선정가능한 계수에 의해 부가적으로 가중될 수 있다.

소위, 고속 시동 발신기 디스크와 같이 다른 형상으로 구성된 발신기 디스크에 의해서도 평가 프로세스가 실행될 수 있다. 상기 경우에는 다른 것과 서로 같은 2개의 세그먼트 길이가 발생되고 상기 다른 세그먼트 길이는 기준 세그먼트의 길이보다 짧거나 길고 예를 들면 동일한 세그먼트 길이는 기준 세그먼트 보다도 짧고 다른 기준 세그먼트보다 길게 구성되어 있다. 그때 2개의 기준 세그먼트는 서로 직접 연이어지거나 또는 180° 오프셋된다. 이와 같은 발신기 디스크는 4 실린더 내연기관에 대해 도 4에 도시된 바와 같은 신호 경과 특성을 일으킨다.

도 3A 또는 3B 에 도시된 바와 같은 기간(t1, t2, T1, T2)을 가진 신호 경과특성을 발생시키는 발신기 디스크에 의하면 비의 형성은 실린더 식별을 위해 이미 충분하게 된다. 왜냐하면 도 3A 에 따른 신호 경과 특성에 대해,

[(t2/T2)/(t1/T1)]〈〈1

이 성립하거나 또는 도 3B 에 따른 신호 영역에서,

[(t2/T2)/(t1/T1)]〉〉1

이 성립하기 때문이다.

상술된 바와 같이 크랭크 축 발신기와 캠 축의 발신기를 구비한 내연기관에서, 크랭크 축 발신기의 고장이 검출되면, 본래는 크랭크 축 발신기로부터 공급되는 정보가 캠 축 발신기의 정보로부터 얻어지게 되는 긴급 동작이 가능하다.

본 발명은 다이나믹한 동작시, 회전수가 크게 변동되어도 즉 현저한 가속이나 제동시에도 실린더 식별에 악영향을 미치지 않는 다실린더 내연기관용 실린더 식별장치를 제공하는 것이다.

도 1은 독일 특허출원 공개 제4131004호 공보에 부분적으로 공지되어 있지만, 이와는 다른 방식으로 신호 평가가 행해지는, 본 발명에 따른 실시예의 제 1의 발신기 디스크가 도시된 도면.

도 2A 및 도 2B 는 대응하는 신호 경과 특성이 도시된 다이어그램.

도 3A 및 도 3B 는 고속 시동 발신기 디스크의 신호 경과 특성이 도시된 도면.

도 4 는 고속 시동 발신기 디스크의 신호 경과 특성이 도시된 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 발신기 디스크

12, 13, 14, 15 : 각도 마크

16 : 검출기

17 : 마이크로프로세서

19 : 처리단

SZ1, SZ2, SZ3, SZ4 : 메모리 셀

Claims (9)

1. 내연기관의 축(11)과 동기로 회전하는 발신기 디스크(10)와 고정된 검출기(16)가 설치되어 있으며, 상기 발신기 디스크는 실린더 수와 상관된 개수의 복수의 각도마크(12,13,14,15)를 가지며, 그 각도마크중 1개 이상의 각도마크는 다른 각도마크와는 달리 소정의 1개의 실린더의 위치를 특징짓는 기준 마크(15)를 형성하고 있으며, 상기 검출기는 상기 발신기 디스크(10)를 주사해서 각도 마크(12,13,14,15)에 대응되는 출력 신호(S1)를 공급하고, 상기 출력 신호(S1)는 평가수단(17)으로 공급되며 상기 평가 수단은 상기 출력 신호로부터 전방 에지와 후방 에지사이의 시간 간격(ti)과 동일한 에지사이의 시간 간격(Ti)을 검출하도록 구성되고, 값(Xi)을 구하기 위해 실제 비(ti/Ti) 대 선행 비(t(i-1)/T(i-1))가 형성되며 상기 값(Xi)으로 부터 기준 마크가 검출되는 다실린더 내연기관의 실린더 식별장치에 있어서,

   상기 값(Xi)은 선행 또는 후속 값(Xi-1, Xi+1)과 비교되며, 상기 값들의 차이로부터 기준 마크(15)가 검출되는 것을 특징으로 하는 다실린더 내연기관의 실린더 식별장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 평가 수단(17)은 내연기관용 제어 장치의 마이크로프로세서와 같은 마이크로프로세서(17)를 갖춘 것을 특징으로 하는 다실린더 내연기관의 실린더 식별장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 값(Xi)으로 부터 -1, 0 또는 +1인 다른값(A)이 형성되고, 상기 평가 수단(17)은 각 실린더(20,21,22,23)마다 1개의 메모리 셀을 가지며, 상기 값은 각각 관련 메모리 셀(20,21,22,23)내에 기입되는 것을 특징으로 하는 다실린더 내연기관의 실린더 식별장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 메모리 셀(20,21,22,23)의 내용은 1개의 메모리 셀(20,21,22,23) 내용이 한계값을 초과할 때까지 계속 업데이트되며, 상기 한계값의 초과가 검출되고 관련 메모리(20,21,22,23)에 대응된 각도 마크(12,13,14,15)가 기준 마크로서 검출되거나 또는 해당 메모리(20,21,22,23) 또는 해당 각도 마크(12,13,14,15)에 대응된 실린더가 기준 실린더(15)로서 검출되는 것을 특징으로 하는 다실린더 내연기관의 실린더 식별장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 메모리 셀(20,21,22,23)의 내용은 시작시 또는 리셋시에 제로에 셋트되는 것을 특징으로 하는 다실린더 내연기관의 실린더 식별장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 메모리 셀(20,21,22,23)에서 한계값의 특정 시퀀스가 초과되거나 미달될 때 기준마크 검출 및 그에 따라 실린더 식별이 행해지는 것을 특징으로 하는 다실린더 내연기관의 실린더 식별장치.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 발신기 디스크(10)는 나머지 각도 마크(12,13,14,15)와는 다른 2개의 각도 마크를 갖추며, 이에 의해 2개의 다른 세그먼트 길이가 생기고, 하나의 세그먼트 길이는 기준 세그먼트보다 짧고, 다른 기준 세그먼트는 길며, 2개의 기준 세그먼트는 직접 연달아 계속되거나 또는 180°의 각도로 오프셋되어 있는 것을 특징으로 하는 다실린더 내연기관의 실린더 식별장치.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 나머지 각도 마크(12,13,14,15)와는 다르지만, 서로 동일한 적어도 2개의 각도 마크를 갖는 발신기 디스크(10)가 사용되며, 이로 인해 형성된 다른 세그먼트 길이들은 기준 세그먼트보다 짧거나 또는 길고 상기 기준 세그먼트들은 직접 연달아 계속되는 것을 특징으로 하는 다실린더 내연기관의 실린더 식별장치.
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 내연기관의 동작 상태에 관한 다른 데이터가 공급되는 제어 장치는 상기 데이터 및 저장된 특성 맵으로 부터 실린더 식별후 즉 동기화후 점화 및/또는 분사를 위한 제어 신호 및 경우에 따라 다른 제어 신호를 송출하는 것을 특징으로 하는 다실린더 내연기관의 실린더 식별장치.

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