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KR20190057393A - 엔진 토크를 최대화시키는 방법 - Google Patents

엔진 토크를 최대화시키는 방법 Download PDF

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KR20190057393A
KR20190057393A KR1020197013156A KR20197013156A KR20190057393A KR 20190057393 A KR20190057393 A KR 20190057393A KR 1020197013156 A KR1020197013156 A KR 1020197013156A KR 20197013156 A KR20197013156 A KR 20197013156A KR 20190057393 A KR20190057393 A KR 20190057393A
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하로우씨 파트마 라쯔가브
로랑 투이에
세드릭 르페브르
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르노 에스.아.에스.
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Abstract

본 발명은 콘트롤러(2)를 이용하여, 신뢰성의 제한 및 작동 사이클 변화를 겪는 엔진에 의해 제공되는 토크를 최대화시키는 방법에 관한 것으로서, 상기 콘트롤러(2)는 엔진 파라미터 설정점(setpoint)을 나타내는 신호(setpoint_Pcylmax) 및 엔진 파라미터의 측정치를 나타내는 신호(Pcylmax)에 기초하여 인젝션 전진 보정을 나타내는 신호를 발생시키기에 적절하다. 상기 방법은 특히 : 최대 실린더 압력 설정점(setpoint_Pcylmax)을 정의하는 단계; 콘트롤러(2)의 작동 범위를 정의하는 단계; 최대 실린더 압력(Pcylmax)의 측정을 위한 안정성 판단 기준을 정의하는 단계; 인젝션 진전을 제어하는 단계; 및 인젝션을 보정하는 단계를 포함한다.

Description

엔진 토크를 최대화시키는 방법
본 발명은 내부 연소 엔진의 실린더 안의 압력을 최대화시키는 방법 및 관련된 제어 장치에 관한 것이다. 본 발명은 유리하게는 내부 연소 엔진이 제공된 모터 차량, 특히 디젤 엔진에서 유리하게 사용된다.
본 발명은 보다 상세하게는 엔진 파라미터의 사양 및 측정치들을 나타내는 신호를, 인젝션 진전 보정을 나타내는 신호로서 나타낼 수 있게 하는 방법에 관한 것이다.
엔진의 개발은, 필요한 성능 레벨을 달성하기 위하여, 인젝션 사양(injection specification)의 생산 및 제조의 변화를 고려함으로써 신뢰성 제한(reliability constraints)에 부합되도록 한다.
오늘날, 이러한 제한들은 "공칭(nominal)"으로서 지칭되는 기준 엔진상에서 얻어지는 성능 레벨들에 대한 마진(margin)을 제공함으로써 부합된다.
실린더 안에서의 압력 사이클의 최대치 레벨은 이러한 마진들에 부합되기 위하여 점검된다. 제조된 대부분의 엔진들에 대하여, 이것은 생산된 각각의 엔진의 성능 잠재력의 미사용(underuse)을 초래하며, 상기 성능 잠재력은 압력 사이클들의 최대 레벨이 각각의 엔진에 대하여 정의되는 방식에 의존한다.
실린더 안의 압력, 특히 각각의 압력 사이클의 실린더 안의 압력의 최대 레벨의 측정치를 실시간으로 사용함으로써, 엔진의 "공칭" 사양 시트(specification sheet)에 의해 인가된 실린더들 안의 최대 압력에 대하여 부과된 상기 마진을 감소시키는 것이 소망스럽다.
특히, 이것은 사양 시트(specification sheet)에 의해 인가된 실린더 안의 최대 압력을 초과하는 것을 회피함으로써, 신뢰성의 한계까지 실린더 안의 압력의 최대 레벨을 제어하는 것을 포함한다.
본 발명은, 이론적인 한계에 대하여 취해진 마진(margin)을 유리하게 감소시킬 수 있도록 하기 위하여, 엔진의 각각의 실린더에 대한 압력 센서, 또는 엔진마다의 실린더들에 있는 단일 압력 센서의 선택적인 사용에 관한 것이다.
미국 특허 US 8942912 에는 실린더 안의 압력의 일시적인 증가에 기초하여 오염 배출의 분산 문제를 해소하는 해법이 이미 설명되어 있다. 이러한 방법은 정지 엔진 모드(stationary engine mode)를 위하여 사용될 수 없는데, 엔진을 조기에 열화(degrading)시키는 단점을 가지기 때문이다.
유럽 출원 EP 0145480 는 압전 장치(piezoelectric devices)를 이용하여 실린더 안의 압력 변화의 측정치를 이용하는 것이 개시되어 있지만, 실린더 안의 압력을 최대화시키기 위하여 어느 파라미터가 조절되어야 하는지 개시하지 않는다.
국체 출원 공개 WO 9015244 는, 시작 위치에 대하여 관찰될 수 있는 피스톤의 각도 또는 피스톤 경로의 길이의 센서들을 이용하여 점화 진전(ignition advance)을 나타내는 값을 제어하는 것을 제공한다. 그러나, 이러한 문헌은 실린더 안의 압력의 최대치가 최대화되거나 또는 실린더 안의 압력이 목표 값 둘레에서 조절되는 것을 제공하지 않는다.
독일 출원 DE 295 2073 은 엔진의 일련의 생산 변화를 자동적으로 보상하는 방법을 제안한다. 이러한 문헌은 실린더 안의 압력 센서를 이용하여 최대 압력 값을 사이클별로(cycle by cycle) 계산하는 방법을 구현한다.
센서에 의해 주어진 실린더 안의 압력 최대치를 나타내는 값은 콘트롤러에 보내지지만, 이것은 사양 값(specification value) 주변에서 실린더 안의 압력을 제어하는 기능을 가지지 않는다. 콘트롤러는 엔진의 실린더 안에서 공기/연료 혼합물의 작용(work)을 증가시킴으로써 엔진 성능을 최대화시키는 역할을 한다.
본 발명의 목적은 주기적인 분산(cyclical dispersion) 및 신뢰성의 제한(constraints of reliability)을 겪는 엔진에 의해 엔진에 의해 공급되는 토크를 최대화시키는 방법을 제공하는 것이다.
따라서 본 발명은 콘트롤러를 포함하고 주기적인 분산(cyclical dispersion) 및 신뢰성의 제한(constraints of reliability)을 겪는 엔진에 의해 공급되는 토크를 최대화시키기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 콘트롤러는 엔진의 파라미터의 사양을 나타내는 신호 및 엔진 파라미터의 측정치들을 나타내는 신호에 기초하여 인젝션 진전 보정을 나타내는 신호를 발생시킬 수 있다. 이것은 다음의 단계들을 포함한다:
- 실린더 안의 압력 최대치의 사양을 정의하는 단계;
- 상기 콘트롤러의 작동 범위를 정의하는 단계;
- 실린더들 안의 압력 최대치의 측정의 안정성 판단 기준(stability criterion)을 정의하는 단계;
- 인젝션 진전(injection advance)을 제어하는 단계; 및,
- 인젝션 진전을 보정하는 단계.
방법의 실시예에 따르면, 실린더의 압력 최대값의 사양을 정의하는 단계는 실린더 안의 압력 최대값의 사양을 나타내는 신호의 발생을 포함한다.
방법의 다른 실시예에 따르면, 콘트롤러의 작동 범위를 정의하는 단계는 엔진 속도 및 엔진 토크 요청을 나타내는 값들과, 콘트롤러의 작동에 적절한 엔진 토크 쓰레숄드의 비교를 포함한다.
일 실시예에서, 콘트롤러의 작동 범위를 정의하는 단계는 실린더 안의 압력 최대값을 나타내는 값을 안정화(stabilizing)하기 위한 조건을 포함한다.
제어 단계는 비례 적분형(proportional integral type)의 콘트롤러를 사용하여 구현될 수 있으며, 상기 콘트롤러는, 인젝션 진전 교정(injection advance correction)을 나타내는 발생 신호가 엔진의 파라미터의 사양 값(specification value)을 초과하지 않도록 캘리브레이션된다.
더욱이, 엔진의 파라미터는 실린더 안의 압력 최대값일 수 있다.
방법의 특징에 따르면, 보정 단계는 상기 콘트롤러에 의해 수행된다.
방법의 다른 실시예에 따르면, 인젝션 진전을 보정하는 단계는, 인젝션 진전의 제한된 보정(a limited correction of the injection advance)을 나타내는 신호를 제어 유닛에 공급한다.
특히, 상기 방법은 엔진의 실린더 안으로 주입된 연료의 유동을 보정하는 단계를 포함할 수 있다.
방법의 다른 실시예에 따르면, 주입된 유동의 보정 단계는 엔진 토크 보충(engine torque supplement)을 발생시키도록 인젝션 유동의 보정을 나타내는 신호를 발생시킨다.
방법의 다른 실시예를 따르면, 인젝션 유동의 보정 단계는 일정하거나 또는 실질적으로 일정한 배기 온도를 유지하도록 수행된다.
본 발명은 또한 주기적인 분산(cyclical dispersion) 및 신뢰성의 제한을 겪는 엔진에 의해 공급되는 토크를 최대화시키는 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것으로, 이것은 엔진의 파라미터의 사양을 나타내는 신호 및 엔진의 파라미터의 측정치들을 나타내는 신호에 기초하여 인젝션 진전 보정을 나타내는 신호를 발생시킬 수 있는 콘트롤러를 포함한다.
장치는, 인젝션 진전의 제한된 보정을 나타내는 신호 및/또는 실린더 안으로 주입된 연료 유동의 보정을 나타내는 신호에 따라서, 엔진의 실린더 안으로의 인젝션을 제어하도록 구성된 제어 유닛을 포함한다.
본 발명의 다른 목적, 장점 및 특징들은 첨부된 도면에 도시된 본 발명의 비 제한적인 실시예에 대한 상세한 설명을 읽음으로써 명백해질 것이며, 상기 도면은 엔진에 의해 공급되는 토크를 최대화시키는 방법의 주 단계들 및, 관련 장치의 구조적인 요소들을 개략적으로 도시한다.
첨부된 도면은 엔진에 의해 공급되는 토크를 최대화시키기 위한 방법의 주 단계들 및, 토크를 최대화시키도록 의도된 본 발명에 따른 장치의 요소들을 도시한다. 이러한 도면에서, 방법의 단계들은 마름모 형상으로 도시된 반면에, 장치의 구조 요소들은 사각형으로 도시되어 있다.
토크를 최소화시키기 위한 장치는 주기적인 분산 및 신뢰성의 제한을 겪는 모터 차량의 내부 연소 엔진의 실린더내 압력을 최소화시키도록 의도된다.
이러한 장치는 비교기(1) 및 콘트롤러(2)를 포함하고, 상기 콘트롤러는 실린더 안의 최대 압력 에러를 나타내는 에러 신호(erreur _ P cylmax )를 수신한다. 이것은 엔진 실린더 안의 압력을 측정할 수 있는 압력 센서(7) 및, 콘트롤러(2)로부터 기원된 인젝션 진전 보정 신호에 기초하여 엔진의 실린더 안의 공기/연료 혼합물의 인젝션을 제어하는 제어 유닛(6)을 포함한다.
방법은 콘트롤러(2)의 작동 범위를 정의하는 제 1 단계(A) 및, 실린더 안의 압력 최대값의 측정의 안정성 판단 기준(stability criterion)을 정의하는 단계(B)를 포함한다. 콘트롤러(2)는 인젝션 진전 제어(injection advance control)를 수행할 수 있다.
상기 방법은 인젝션 진전 보정을 제한하는 단계(C), 주입된 연료 유동의 보정을 계산하는 단계(D), 실린더 안의 최대 압력 그래디언트를 계산하는 단계(E) 및, 필터링(filtering)의 단계(F)를 포함한다.
위에서 설명된 바와 같이, 콘트롤러(2) 안에 통합될 수 있는 비교기(1)는, 피스톤의 상사점(top dead center, TDC)의 영역에서 실린더들의 압력 최대 사양(pressure maximum specification)을 나타내는 사양 신호(consigne _P cylmax ) 및, 실린더 안의 압력 최대값의 필터링된 측정치들을 나타내는 신호(P cylmax _ filtree)를 수신할 수 있는 2 개의 입력을 비교한다. 비교기(1)는 이들 2 개의 입력으로부터 에러 신호(err_P cylmax )를 발생시키며, 이것은 실린더 안에서 압력 최대 에러를 나타낸다.
예를 들어, 비교기(1)는 다음의 공식을 이용하여 이러한 값을 계산할 수 있다.
err_ P cylmax = consigne _ P cylmax - P cylmax _ filtree
실린더들 안의 압력 최대 에러를 나타내는 에러 신호(err_ P cylmax )는 콘트롤러(2)로 보내진다. 콘트롤러는 제 2 안정성 신호(stab_ P cylmax )를 수신하도록 제공되며, 제 2 안정성 신호는 실린더 안의 압력 최대값의 측정의 안정성 상태를 나타낸다.
이러한 신호는 안정성 판단 기준을 통과해야 한다. 따라서 본 발명의 방법은 단계(B)를 수행하는데, 상기 단계 동안 준수되어야 하는 안정성 판단 기준이 정의됨으로써 에러 신호는 콘트롤러에 도달할 수 있다. 다른 실시예에서, 안정성 판단 기준은 콘트롤러(2)에 의해 검증되고 그것의 활성화에 대한 추가적인 조건이다.
콘트롤러(2)는 엔진 토크 요청을 나타내는 값(TQI) 및 엔진 속도를 나타내는 값(N)을 수행하는 특정의 작동 범위를 포함한다. 이러한 작동 범위는 단계(A)에서 정의된다.
이것은 예를 들어, 엔진 토크 요청을 나타내는 값(TQI)이 콘트롤러의 작동에 적절한 엔진 토크를 나타내는 쓰레숄드(C max )에 실질적으로 인접할 것을 활성화 조건이 요구하기 때문이다.
이러한 조건은, 콘트롤러(2)의 인터로게이션(interrogation) 이후에, 활성화(activation)를 인가하거나 또는 인가하지 않기 위하여 응답 신호가 그것에 송신될 때 검증된다.
콘트롤러(2)는 예를 들어, 특히 낮은 비례 항(proportional term)을 가지는 비례 적분 유형의 콘트롤러로서, 이것은 실린더 안의 압력 최대값의 사양의 폐쇄 루프에서 자동적인 제어가 수행될 수 있게 한다. 이것은 사양을 초과하지 않도록 캘리브레이션된다.
콘트롤러(2)는 인젝션 진전 보정(injection advance correction)을 나타내는 출력 보정 신호(corr _ avance)를 발생시킨다.
인젝션 진전 보정은, 인젝션 진전 보정의 충분히 느린 다이나믹(dynamics)을 보장하기 위하여, 인젝션 진전 보정을 제한하기 위한 단계(C) 동안에 제한된다.
이러한 인젝션 진전 보정은, 제어 유닛(6)에 도달한 이후에, 엔진의 인젝션 진전의 수정(modification)을 가져온 것이고, 또한 엔진의 다른 주기적인 분산들중에서, 실린더 안의 압력 최대값의 변화를 가져온 것이다.
동시에, 일정하게 주입된 연료 유동으로써, 인젝션 진전의 수정은 배기 온도(T avt )에 영향을 미친다. 이것은 인젝션 진전이 증가할수록, 배기 온도가 감소하기 때문이다
본 발명은 유리하게는 단계(D)에서, 엔진 토크의 보충을 획득하기 위하여 주기 동안에 실질적으로 일정한 배기 온도(T avt )를 유지하면서, 인젝션 진전의 각각의 변화에 대하여, 주입된 연료의 유동 보정을 계산하는 것을 제안한다.
이러한 계산은 첨부된 도면에 도시되지 않은 계산 유닛에 의해 수행될 수 있는데, 계산 유닛은 제어 유닛(6)에 통합될 수 있고, 주입된 유동 보정(injected flow correction)을 나타내는 보정 신호(corr _debit)를 발생시킨다.
위에서 지적된 바와 같이, 실린더형 압력 센서(7)는 각각의 주기에서 실린더들 안의 압력을 측정한다.
이러한 측정치는 필터링 단계(F)에서 필터링되고, 엔진이 가동되는 한 되풀이하여 반복되는 주기를 생성하기 위하여 비교기(1)로 보내진다.
그러나, 필터링은 지연(delay)을 도입하며, 상기 지연은 잠재적으로 그리고 일시적으로 콘트롤러(2)에 의하여 사양이 초과되게 할 수 있다.
콘트롤러의 작동 범위는 유리하게는 필터링 지연의 단점이 극복될 수 있게 한다.
더욱이, 최대 압력값(P cylmax )의 그래디언트(grad_P cylmax )는 측정치의 안정성 판단 기준을 정의하기 위하여 단계(E) 동안 계산되며, 따라서 유리하게는 시스템의 낮은 다이나믹(low dynamic)이 보장될 수 있다.
안정성 신호(stab_ P cylmax )가 발생되고, 엔진이 가동하는 한 되풀이하여 반복되는 주기를 생성하기 위하여 콘트롤러(2)로 송신된다.
방법의 실시예에서, 콘트롤러는 통상적인 PID(proportional integral derivative) 콘트롤러이지만, 사양이 초과되는 단점을 가진다.
방법의 다른 실시예에서, 콘트롤러의 작동 판단 기준은 엔진 속도 및 엔진 토크의 그래디언트에 관한 조건을 포함한다.

Claims (12)

  1. 신뢰성의 제한 및 주기적인 분산(cyclical dispersions)들을 겪고 콘트롤러(2)를 포함하는 엔진에 의해 제공되는 토크를 최대화시키는 방법으로서, 상기 콘트롤러(2)는, 엔진 파라미터의 측정치를 나타내는 신호(P cylmax ) 및 엔진 파라미터의 사양을 나타내는 신호(consigne _ P cylmax )에 기초하여 인젝션 진전 보정(injection advance correction)을 나타내는 신호(corr _ avance)를 발생시킬 수 있고, 상기 방법은:
    실린더 안에서의 압력 최대치의 사양(consigne _ P cylmax )을 정의하는 단계;
    상기 콘트롤러의 작동 범위를 정의하는 단계;
    실린더 안의 압력의 최대치(P cylmax )의 측정의 안정성 판단 기준을 정의하는 단계;
    인젝션 진전을 제어하는 단계; 및,
    인젝션 진전을 보정하는 단계;를 포함하는, 엔진에 의해 제공되는 토크를 최대화시키는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 실린더들 안에서의 압력 최대치의 사양을 정의하는 단계는 실린더들 안에서 압력 최대치의 사양을 나타내는 신호(consigne _ P cylmax )를 발생시키는 것을 포함하는, 엔진에 의해 제공되는 토크를 최대화시키는 방법.
  3. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서, 콘트롤러의 작동 범위를 정의하는 단계는 엔진 속도 및 엔진 토크 요청을 나타내는 값(N, TQI)들을 콘트롤러의 작동에 적절한 엔진 토크 쓰레숄드(C max )와 비교하는 것을 포함하는, 엔진에 의해 제공되는 토크를 최대화시키는 방법.
  4. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서, 콘트롤러의 작동 범위를 정의하는 단계는 실린더 안의 압력 최대치를 나타내는 값(P cylmax )을 안정화시키는 조건을 포함하는, 엔진에 의해 제공되는 토크를 최대화시키는 방법.
  5. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서, 제어 단계는 비례 적분 유형의 콘트롤러(2)를 이용하여 구현되고, 상기 콘트롤러는 인젝션 진전 보정(injection advance correction)을 나타내는 발생된 신호(corr _ avance)가 엔진의 파라미터의 사양 값(specification value)을 초과하지 않도록 캘리브레이션되는, 엔진에 의해 제공되는 토크를 최대화시키는 방법.
  6. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서, 엔진의 상기 파라미터는 실린더 안의 압력 최대치인, 엔진에 의해 제공되는 토크를 최대화시키는 방법.
  7. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서, 인젝션 진전 보정 단계는 상기 콘트롤러(2)에 의해 수행되는, 엔진에 의해 제공되는 토크를 최대화시키는 방법.
  8. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서, 인젝션 진전을 보정하는 단계는 인젝션 진전의 제한된 보정을 나타내는 신호(corr _injection_ bornee)를 제어 유닛(6)에 제공하는, 엔진에 의해 제공되는 토크를 최대화시키는 방법.
  9. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서, 엔진의 실린더 안으로 주입된 연료의 유동을 보정하는 단계를 포함하는, 엔진에 의해 제공되는 토크를 최대화시키는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 주입된 연료의 유동을 보정하는 단계는 주입된 유동의 보정을 나타내는 신호(corr _debit)를 발생시켜서 엔진 토크의 보충(engine torque supplement)을 생성하는, 엔진에 의해 제공되는 토크를 최대화시키는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 주입된 유동을 보정하는 단계는 일정한 또는 실질적으로 일정한 배기 온도(T avt )를 유지하기 위하여 수행되는, 엔진에 의해 제공되는 토크를 최대화시키는 방법.
  12. 신뢰성의 제한 및 주기적인 분산(cyclical dispersions)들을 겪고 콘트롤러(2)를 포함하는 엔진에 의해 제공되는 토크를 최대화시키는 방법을 수행하는 장치로서, 상기 콘트롤러(2)는, 엔진 파라미터의 측정치를 나타내는 신호(P cylmax ) 및 엔진 파라미터의 사양을 나타내는 신호(consigne _ P cylmax )에 기초하여 인젝션 진전 보정(injection advance correction)을 나타내는 신호를 발생시킬 수 있고,
    인젝션 진전의 제한된 보정을 나타내는 신호(corr _ avance _ bornee) 및/또는 실린더 안으로 주입된 연료 유동의 보정을 나타내는 신호(corr _debit)에 따라서 엔진 실린더 안으로의 인젝션을 제어하도록 구성된 제어 유닛(6)을 포함하는, 엔진에 의해 제공되는 토크를 최대화시키는 방법을 수행하는 장치.
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