KR100504087B1 - 디젤 엔진의 과잉 공기율 제어 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

NOx 촉매(28A)와 디젤 미립자 필터(28B)가 제공된 디젤 엔진(1)은, 통상 운전중에는 린번 동작, NOx 촉매(28A)의 재생중에는 리치번 동작, NOx 촉매(28A)의 디설페이팅중에는 이론 공연비하의 동작, 및 NOx 촉매(28A)의 디설페이팅 후의 필터를 재생하도록 약간 린 공연비하의 동작을 수행한다. 린번 동작이 적용되면, 컨트롤러(31)는, 먼저 연료 분사량을 제어하고, 이 연료 분사량에 기초하여 공기 공급량을 제어한다. 리치번 동작이 적용되면, 컨트롤러(31)는 먼저 공기 공급량을 제어하고 이 공기 공급량에 기초하여 연료 분사량을 제어한다. 이 제어에 의해, 목표 과잉 공기율의 변동을 수바나흔 토크 변동을 방지하면서 과잉 공기율 제어의 응답이 향상된다.

Description

디젤 엔진의 과잉 공기율 제어 장치 및 방법{EXCESS AIR FACTOR CONTROL OF DIESEL ENGINE}
본 발명은 디젤 엔진의 과잉 공기율의 제어에 관한 것이다.
차량용 디젤 엔진의 배기 가스 정화 기술은 크게 2종류로 분류되는데, 하나는 공기-연료 혼합물의 연소를 향상시켜 독성 물질의 생성을 감소시키는 것이고, 다른 하나는 배기 가스에 포함된 독성 물질을 정화하는 것이다.
전자의 기술에 대하여는, 1994년 일본국 특허청에 의해 공개된 특개평 6-346763호에, 배기 가스 재순환(EGR)을 수행하여 착화 지연, 즉, 연료 분사의 개시와 연소의 개시 사이의 지연을 상당히 길게 만드는 것이 개시되어 있다.
EGR은 연소 온도의 하락을 초래하여 그 결과 질소 산화물(NOx)의 발생을 감소시킨다.
착화 지연이 상당히 길게 되면, 엔진 발열 패턴은 단단(single stage)이 되고 공기와 연로의 혼합이 촉진되어, 연료 방식은 예혼합(pre-mixing) 연소가 될 것이다. 예혼합 연소는 미립자(PM)의 발생을 억제하는 효과가 있다.
후자의 기술에 대해서는, 1994년 일본국 특허청에 의해 공개된 특개평 6-272541호 및 특개평 6-159037호에, NOx 포획 촉매 및 디젤 미립자 필터(DPF)가 개시되어 있다.
NOx 포획 촉매는 디젤 엔진이 린(lean) 공연비로 연소를 수행할 때 배기 가스의 NOx를 포획하고, 이 엔진이 이론 공연비 또는 리치(rich) 공연비로 연소를 수행할 때 배기 가스의 탄화수소(HC)와 일산화탄소(CO) 등의 작용제를 감소시킴으로써 포획된 NOx를 감소시킨다.
이론 또는 리치 공연비로 연소를 주기적으로 수행함으로써, NOx는 정화되며 촉매의 NOx 포획 기능이 재생된다.
디젤 미립자 필터는 디젤 엔진의 배기 가스에 포함된 PM을 포획하고, 포획된 PM이 일정량에 도달하면, 엔진은 포획된 PM을 이론 또는 약간 희박한 공연비로 연소시켜 PM을 정화하여 필터를 재생한다.
도 1은 본 발명에 의한 디젤 엔진의 과잉 공기율 제어 장치의 개략도,
도 2는 디젤 엔진의 동작 범위를 도시하는 도면,
도 3은 엔진 동작 조건, 연소 방식, 및 공연비간의 관계를 도시하는 도면,
도 4는 본 발명에 의한 프로그램 가능한 컨트롤러의 기능을 도시하는 블록도,
도 5는 컨트롤러에 의해 수행된 목표 새로운 공기량, 목표 연료 분사량, 및 목표 연료 분사 타이밍을 산출하기 위한 프로세스를 도시하는 블록도,
도 6a 내지 도 6g는 과잉 공기율의 연료 기반 제어를 도시하는 타이밍 차트,
도 7a 내지 도 7g는 과잉 공기율의 공기 기반 제어를 도시하는 타이밍 차트,
도 8a 내지 도 8e는 엔진 출력 토크의 연료 기반 제어를 도시하는 타이밍 차트,
도 9a 내지 도 9e는 엔진 출력 토크의 공기 기반 제어를 도시하는 타이밍 차트,
도 10a 내지 도 10e는 본 발명에 의한 과잉 공기율 제어하에서 린번 동작에서 리치번 동작으로 이행할 때의 엔진 출력 토크의 변화를 도시하는 타이밍 차트,
도 11은 컨트롤러에 의해 기억되는 목표 새로운 공기 기본값량(tQacb)의 맵의 특성을 도시하는 도면,
도 12는 컨트롤러에 의해 기억되는 과잉 공기율 전환 계수(kQaclm)의 맵의 특성을 도시하는 도면,
도 13은 컨트롤러에 의해 기억되는 목표 엔진 출력 토크(Ttrq)의 특성을 도시하는 도면,
도 14는 컨트롤러에 의해 기억되는 목표 과잉 공기율 기본값(Tlamb0)의 맵의 특성을 도시하는 도면,
도 15는 컨트롤러에 의해 기억되는 목표 EGR률(Megr)의 맵의 특성을 도시하는 도면,
도 16은 컨트롤러에 의해 기억되는 연료 기반 제어의 목표 연료 분사량(TQfF)의 맵의 특성을 도시하는 도면,
도 17은 컨트롤러에 의해 기억되는 목표 연료 분사 타이밍 기본값(MIT)의 맵의 특성을 도시하는 도면이다.
이와 같은 배기 가스 정화 장치가 구비된 디젤 엔진은 통상 과잉 공기율이 1.4 이상인 린 공연비하에서 동작된다.
NOx 포획 촉매 또는 디젤 미립자 필터를 재생하는 것이 필요할 때에는, 엔진은 과잉 공기율이 1미만인 리치 공연비 또는 과잉 공기율이 1인 이론 공연비로 동작된다.
목표 과잉 공기율을 실현하기 위한 제어로서는, 미국 특허 제6,247,311호에 먼저 차량의 액셀레이터 페달의 감소량 및 엔진 회전 속도에 따라 목표 연료 분사량이 결정되는 과잉 공기율 제어 시스템이 개시되어 있다.
그 다음에, 목표 흡입 공기량이 목표 연료 분사량과 목표 과잉 공기율로부터 산출된다. 이 시스템은 흡기 스로틀의 개도, 터보차저의 터보 과급압, 및 배기 가스 재순환 밸브의 개도를 제어하여 목표 흡입 공기량이 실현된다.
연료가 비압축성 유체이고, 연료 인젝터가 디젤 엔진의 엔진 연소 챔버 또는 그 부근에 설치되기 때문에, 연료 분사량의 제어는 시간 지연을 수반하지 않는다.
한편, 흡입 공기량을 조절하는 터보차저와 흡기 스로틀 모두가 엔진의 연소 챔버로부터 떨어진 위치에 설치되고, 공기가 압축성 유체이기 때문에, 흡입 공기량의 제어는 큰 시간 지연을 수반한다.
따라서, NOx 포획 촉매 또는 디젤 미립자 필터의 재생을 위해 목표 과잉 공기율을 1.4 이상에서 1.0 이하의 값으로 이행시킬 때, 새로운 목표 과잉 공기율을 달성하는 가장 민감한 제어의 방법은 연료 분사량을 증가시키는 것이다.
그러나, 목표 과잉 공기율이 1 이상일 때, 즉, 린 공연비로, 연료 분사량이 증가되면, 엔진 출력 토크는 증가할 것이다.
NOx 포획 촉매 또는 디젤 미립자 필터가 재생될 때마다 엔진 출력 토크가 증가하는 것은 바람직하지 못하다.
엔진 출력 토크를 증가시키지 않고 단시간에 새로운 목표 과잉 공기율을 달성하는 다른 접근도 있다. 이것은 흡입 공기량의 지연 보상 제어이다. 이 제어에서는, 흡입 공기량 제어의 지연이 미리 평가되고 평가된 지연에 기초하여 지연 보상 프로세서에 의해 보상된다.
그러나, 흡입 공기량의 지연은 엔진 운전 상태에 따라 크게 변동하고, 각종 엔진 운전 상태하에서 충분한 정밀성으로 이 지연을 보상하기는 어렵다.
따라서 본 발명의 목적은 엔진 출력 토크를 변화를 방지하면서 과잉 공기율제어의 정밀성 및 응답을 증가시키는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 공기 공급 메커니즘에 의해 공급된 공기와 연료 공급 메커니즘에 의해 공급된 연료의 혼합물을 연소시키는 디젤 엔진의 과잉 공기율 제어 장치를 제공한다.
이 장치는, 디젤 엔진의 운전 상태를 검출하는 센서; 및 프로그램 가능한 컨트롤러를 포함한다. 이 프로그램 가능한 컨트롤러는, 운전 상태에 기초하여 혼합물의 목표 과잉 공기율을 설정하고, 목표 과잉 공기율이 이론 공연비에 동등한 값보다 크면 소정의 연료 공급량으로부터 산출된 목표 공기 공급량 및 목표 과잉 공기율로 공기 공급 메커니즘의 공기 공급량을 제어하고, 목표 과잉 공기율이 이론 공연비에 동등한 값보다 작으면 소정의 공기 공급량으로부터 산출된 목표 연료 공급량 및 목표 과잉 공기율로 연료 공급 메커니즘의 연료 공급량을 제어하도록 프로그램된다.
또한, 본 발명은, 디젤 엔진의 운전 상태를 검출하는 것, 운전 상태에 기초하여 혼합물의 목표 과잉 공기율을 설정하는 것, 목표 과잉 공기율이 이론 공연비에 동등한 값보다 크면 소정의 연료 공급량으로부터 산출된 목표 공기 공급량 및 목표 과잉 공기율로 공기 공급 메커니즘의 공기 공급량을 제어하는 것, 및 목표 과잉 공기율이 이론 공연비에 동등한 값보다 작으면 소정의 공기 공급량으로부터 산출된 목표 연료 공급량 및 목표 과잉 공기율로 연료 공급 메커니즘의 연료 공급량을 제어하는 것을 포함하는 디젤 엔진의 과잉 공기율 제어 방법을 제공한다.
명세서의 나머지 부분에서 본 발명의 다른 특징 및 이점 뿐만 아니라 상세함이 설명되며 첨부 도면에 도시된다.
도면들 중 도 1을 참조하면, 다기통 디젤 엔진(1)에는 배기 통로(2) 및 흡기 통로(3)가 제공되어 있다.
흡기 통로(3)는 컬렉터(3A)로부터 분기하는 흡기 매니폴드(3B)를 통해 각 기통에 제공된 흡기 포트(3C)에 접속된다.
배기 가스 통로(2)는 배기 매니폴드(2B)를 통해 각 기통에 제공된 배기 포트(2C)에 접속된다.
가변 용량 터보차저(21)의 압축기(23)로부터의 공기가 흡기 통로(3)로 공급된다.
가변 용량 터보차저(21)는 배기 통로(2)에 설치된 배기 가스 터빈(22)의 회전에 의해 압축기(23)를 구동시킨다.
배기 가스 터빈(22)에는 액츄에이터(25)에 의해 구동되는 가변 노즐(24)이 스크롤의 흡기구에 제공된다.
디젤 엔진(1)의 저회전 속도 영역에서는, 개도를 좁힘으로써 배기 가스 터빈(22)에 유입되는 배기 가스의 유속을 가변 노즐(24)이 증가시키고, 고회전 속도 영역에서는, 개도가 전부 개방되어 배기 가스 터빈(22)으로의 배기 가스의 유입 저항을 감소시킨다.
액츄에이터(25)는, 공급 압력에 따라 가변 노즐(24)을 구동시키는 다이아프램 액츄에이터(26), 및 다이아프램 액츄에이터(26)로 압력을 공급하는 압력 제어 밸브(27)를 포함한다.
압력 제어 밸브(27)는 프로그램 가능한 컨트롤러(31)가 다이아프램 액츄에이터(26)로 출력하는 압력 신호에 따라 압력을 공급한다.
디젤 엔진(1)의 흡입 공기량을 조절하는 흡기 스로틀(18)이 흡기 통로(3)의 컬렉터(3A)의 상류측에 설치된다.
흡기 스로틀(18)은 컨트롤러(31)로부터의 구동 신호에 응답하는 액츄에이터(19)를 통해 동작된다.
액츄에이터(38)에 의해 동작되는 스월 제어 밸브(8)는 흡기 포트(3C)에 설치된다. 흡입 공기의 속도는 디젤 엔진(1)의 흡입 공기량이 작을 때 스월 제어 밸브(8)를 밀폐시킴으로써 증가된다. 각 기통의 내부에 스월이 형성되고, 그럼으로써 공기와 연료의 혼합이 촉진된다.
액츄에이터(38)는, 공급된 압력에 따라 스월 제어 밸브(8)를 구동시키는 다이아프램 액츄에이터(36) 및 컨트롤러(31)로부터 공급된 압력 신호에 응답하여 다이아프램 액츄에이터(36)로 압력을 공급하는 압력 제어 밸브(37)를 포함한다.
각 기통에 제공된 연료 인젝터(17)는 흡기 통로(3)로부터의 각 기통에 의해 흡인된 공기에 연료를 분사시키고 공기와 연료의 혼합물이 각 기통에 생성된다.
디젤 엔진(1)은 압축 점화에 의해 이 공기-연료 혼합물을 연소시켜 추진력을 발생시킨다.
연료 공급 장치(10)로부터의 연료가 연료 인젝터(17)로 공급된다. 연료 공급 장치(10)에는 공급 펌프(14) 및 공통 레일(16)이 제공된다.
공급 펌프(14)는 도시되지 않은 연료 탱크에 연료를 가압하여 공통 레일(16)로 공급한다.
공통 레일(16)에는, 가압 챔버가 제공되어, 일정한 연료 압력하에서 각 연료 인젝터(17)로 연료를 공급한다. 연료 인젝터(17)는 컨트롤러(31)로부터의 연료 분사 신호에 따라 개방하며, 각 기통에 연료를 분사한다.
연료 분사 신호는 펄스 신호들을 포함하고, 펄스 폭은 연료 분사량에 상당한다. 펄스 신호의 출현 타이밍은 연료 분사 타이밍에 상당한다.
그러므로 연료 인젝터(17)는 디젤 엔진(1)의 연료 공급 메커니즘을 구성한다.
배기 포트(2C) 및 배기 매니폴드(2B)로부터 배기 통로(2)를 통해 대기로 공기-연료 혼합물의 연소 가스가 배출된다.
배기 통로(2)의 배기 가스의 일부는 배기 가스 재순환(EGR) 통로(4)를 통해 컬렉터(3A)로 재순환된다. EGR 통로(4)의 배기 가스 유량을 조절하기 위한 배기 가스 재순환(EGR) 밸브(6)가 EGR 통로(4)에 제공된다. EGR 밸브(6)는 컨트롤러(31)로부터의 구동 신호에 응답하는 다이아프램식 밸브이다.
배기 가스 정화 장치(28)는 배기 통로(3)의 배기 가스 터빈(22)의 하류측에 설치된다. 이 배기 가스 정화 장치(28)는 단일 케이싱에 수용된 디젤 미립자 필터(DPF)(28B) 및 NOx 포획 촉매(28A)를 포함한다.
NOx 포획 촉매(28A)는, 린 공연비하의 배기 가스에 포함된 NOx를 포획하고, 리치 공연비 또는 이론 공연비하에서 발생된 배기 가스의 HC와 CO에 의해 무해한 질소와 무해한 산소로 NOx를 감소시킨다. 포획된 NOx의 감소에 기인하여, NOx 포획 촉매(28A)의 NOx 포획 기능이 재생된다.
DPF(28B)는 배기 가스의 미립자(PM)를 포획한다. 포획된 PM은 이론 공연비에 대해 약간 린 공연비로 디젤 엔진(1)의 동작에 의해 연소된다. 포획된 PM을 연소시킴으로써 DPF(28B)의 PM 포획 기능이 재생된다.
디젤 엔진(1)은 EGR을 수행함으로써 흡입 공기의 산소 농도를 낮추고, 공기-연료 혼합물의 연소 온도를 낮춤으로써 NOx 발생량을 감소시킨다.
또한, PM 발생량은 단단 발열 패턴에 의해 착화 지연을 상당시 길게 하고 예혼합 연소를 실현함으로써 감소된다.
예혼합 연소를 실현하기 위해서, 연소 온도와 착화 지연을 소정 범위내로 유지하는 것이 필요하다.
높은 EGR 가스 온도의 디젤 엔진(1)의 고부하 영역, 또는 짧은 연소 주기의 고회전 속도 영역에서는, 예혼합 연소가 불가능하다.
따라서, 예혼합 연소가 불가능한 영역에서는, 연료와 공기를 혼합하면서 연소가 수행되는 소위 확산 연소가 수행된다.
도 2를 참조하면, 엔진 회전 속도(Ne)와 엔진 출력 토크에 의해 특정된 예혼합 연소 영역 A에서 예혼합 연소가 수행되고, 다른 영역 B와 C에서 확산 연소가 수행된다.
또한, 영역 A와 영역 B에서는, 린 공연비가 적용되고, 영역 C에서는 리치 공연비가 적용된다.
린 공연비하의 동작에서는, NOx 포획 촉매(28A)에 의해 NOx가 포획된다. 이 포획된 양이 일정량에 도달하면, 디젤 엔진(1)의 동작은 포획된 NOx를 감소시키고 NOx 포획 촉매(28A)의 포획 능력을 재생하기 위해서 리치 공연비하에서 수행될 것이다.
NOx 포획 촉매(28A)는 배기 가스에 함유된 매우 소량의 SOx에 의해 활성이 억제된다. 따라서, NOx 포획 촉매(28A)의 SOx 침전량이 공차 범위에 도달하면, 디젤 엔진(1)의 동작은 배기 가스 온도를 높여 침전된 SOx가 NOx 포획 촉매(28A)로부터 방출되게 하게 위해서 이론 공연비에 근접하여 수행된다. 이 프로세스를 디설페이팅(desulphating)이라고 한다.
디젤 미립자 필터(DPF)(28B)에 의해 포획된 PM이 최대 허용 가능 양에 도달하면, 배기 가스 온도는 300℃ 부근으로 상승되고, PM이 연소되며, 디젤 미립자 필터(DPF)(28B)가 재생된다. 이 동작에는 이론 공연비에 대해 약간 린 공연비가 적용된다.
이들 공연비의 제어는, 연료 인젝터(17), 가변 노즐(24), 및 EGR 밸브(6)를 동작시킴으로써 컨트롤러(31)에 의해 수행된다.
아이들(idle) 회전 부근의 저부하 영역에서 터보차저(6)만이 동작되면, 소망의 리치 공연비 또는 이론 공연비로 연소가 용이하게 실현되지 않는다. 따라서, 아이들 회전 부근의 저부하 영역에서는, 흡기 스로틀(18)을 조절함으로써 리치 공연비 또는 이론 공연비가 달성되어 흡입 공기량을 억제한다. 흡기 스로틀(18) 대신에, 배기 스로틀이 제공되어도 된다.
EGR 밸브(6)는, 배기 가스 재순환량을 변화시키고, 그 총 흡입 가스량에서 디젤 엔진(1)에 의해 흡인된 새로운 공기량의 비율을 변화시킨다.
상기 가변 노즐(24), 흡기 스로틀(18), 및 EGR 밸브(6)는 이 디젤 엔진(1)에서 공기 공급 메커니즘을 구성한다.
이제 도 3을 참조하면, 각종 조건들이 만족될 때에만 NOx의 감소, 디설페이팅, 및 PM 연소를 위한 디젤 엔진(1)의 동작이 수행된다. 다음 설명에서는, 이들 특정 목적의 엔진 동작들을 총칭적으로 특정 동작이라고 부른다.
한편, 디젤 엔진(1)이 린 공연비 하에서 예혼합 연소 또는 확산 연소를 수행하는 상태를 통상 동작이라고 한다. 디젤 엔진(1)의 린 공연비의 공기-연료 혼합물의 연소에 의한 동작을 린번 동작(lean burn operation)이라고 하며, 리치 공연비의 공기-연료 혼합물의 연소를 리치번 동작(rich burn operation)이라고 한다.
통상 동작중에 NOx의 감소가 필요하게 되면, 리치번 동작에 의한 NOx의 감소가 특정 동작으로서 수행될 것이고, 엔진은 이 동작의 완료 후에 린번 동작에 의한 통상 동작으로 복귀할 것이다. 통상 동작중에 디설페이팅이 필요하게 되면, 이론 공연비의 엔진 동작에 의한 디설페이팅이 특정 동작으로서 수행된 다음에, 약간 린 공연비의 엔진 동작에 의한 PM의 연소가 특정 동작으로서 수행되며, 엔진은 이 동작의 완료 후에 통상 동작으로 복귀할 것이다.
린번 동작 중에 과잉 공기율의 제어에서는, 공기 기반 제어가 적용되고, 이론 공연비의 엔진 동작과 리치번 동작 중에는, 연료 기반 제어가 적용된다.
또한, 연료 분사 타이밍도 연소 방식에 적합하도록 제어된다.
컨트롤러(31)에 의해 수행되는 상기 과잉 공기율 및 연료 분사 제어가 표 1에 요약되어 있다.
린번 동작에서 리치번 동작 또는 이론 공연비 동작으로의 전환 또는 그 반대의 전환이 있으면, 컨트롤러(31)는 목표 연료 분사 타이밍 기본값 및 목표 과잉 공기율 기본값에 지연 처리를 수행한다.
이제, 공기 기반 제어와 연료 기반 제어 사이의 차이가 설명된다.
목표 과잉 공기율 및 목표 EGR률이 다음의 식(1) 및 (2)로 주어진다.
(1)
(2)
여기서, Tlamb = 목표 과잉 공기율
Gac = 목표 기통 흡입 공기량
Gfc = 목표 연료 분사량
EGRr = 목표 EGR률
Gegr = 목표 EGR량, 및
BLAMB# = 이론 공연비=14.7이다.
또한, 공기 기반 제어와 연료 기반 제어에서는, 목표 과잉 공기율(Tlamb) 및 목표 EGR률(ERGr)이 각각 제어 목표값으로서 적용된다.
연료 기반 제어에서는, 목표 연료 분사량(Gfc)이 엔진 부하를 나타내는 액셀레이터 페달 누름양(APS) 및 엔진 회전 속도(Ne)에 기초하여 산출된다.
목표 기통 흡입 공기량(Gac)은 목표 연료 분사량(Gfc) 및 목표 과잉 공기율(Tlamb)로부터 식 (1)에 의해 산출된다.
그 다음, 목표 EGR률(ERGr) 및 목표 기통 흡입 공기량(Gac)은 식 (2)로 대체되어 목표 배기 가스 재순환량(Gegr)을 산출한다. 이 제어 프로세스는 기본적으로 전술한 미국 특허 제6,247,311호에 의해 개시된 제어 방법과 동일하다.
한편, 공기 기반 제어에서는, 측정된 흡입 새로운 공기량이 목표 기통 흡입 공기량(Gac)으로 여겨지고, 목표 기통 흡입 공기량(Gac) 및 목표 과잉 공기율로부터 목표 연료 분사량(Gfc)이 산출된다.
목표 기통 흡입 공기량(Gfc) 및 목표 EGR률(EGRr)은 식(2)로 대체되어 목표 EGR량(Gegr)을 산출한다.
상기 제어를 수행하기 위해서, 차량에 구비되는 액셀레이터 페달의 누름양(APS)을 검출하는 액셀레이터 페달 누름 센서(32), 디젤 엔진(1)의 회전 속도(Ne) 및 크랭크 각도를 검출하는 크랭크 각도 센서(33), 및 압축기(23)로부터 흡기 통로(3)로 공급되는 새로운 공기의 유량을 검출하는 공기 유량계(35)로부터 컨트롤러(31)로 검출 데이터가 입력된다. 컨트롤러(31)는, 중앙처리장치(CPU), 리드 온리 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM) 및 I/O 인터페이스(I/O interface)를 구비한 마이크로컴퓨터를 포함한다. 또한 복수의 마이크로컴퓨터로부터 컨트롤러(31)를 구성하는 것이 가능하다.
다음에, 전술한 제어를 수행하는 위한 컨트롤러(31)의 기능이 도 4를 참조하여 설명된다.
컨트롤러(31)에는, 특정 동작 요구 판정부(41), 목표 토크 설정부(42), 목표 과잉 공기율 기본값 설정부(43), 목표 EGR률 설정부(44), 흡입 새로운 공기량 산출부(45), 목표값 설정부(46), 연료 인젝터 제어부(47), EGR 밸브 제어부(48), 터보차저 제어부(49) 및 흡기 스로틀 제어부(50)가 제공된다.
이들 유닛은 컨트롤러(31)의 기능을 설명하기 위한 가상의 유닛으로 실제로 존재하지 않는다.
특정 동작 요구 판정부(41)는 디젤 엔진(1)의 동작 시간에 기초하여 배기 가스 프로세서(28)의 NOx 촉매(28A)의 NOx 포획량 및 황 중독량을 판정한다.
즉, NOx의 감소를 수행한 후에 디젤 엔진(1)의 누적 동작 시간이 소정 시간에 도달할 때, NOx 포획량이 포화되었다고 판정한다.
마찬가지로, 디설페이팅을 수행한 후에 디젤 엔진(1)의 누적 동작 시간이 소정 시간에 도달하면, 황 중독량이 한계에 도달하였다고 판정한다.
특정 동작 요구 판정부(41)는, 이들 판정 결과에 기초하여, 통상 동작, NOx 감소, 디설페이팅, 및 DPF(28B)의 재생 중에서 디젤 엔진(1)의 동작 방식을 선택한다.
여기서, DPF(28B)의 재생은 항상 디설페이팅 후에 행해진다.
목표 엔진 토크 설정부(42)는 가속 페달 누름양(APS)과 엔진 회전 속도(Ne)에 기초하여 도 13에 도시된 특성을 갖는 맵을 참조함으로써 디젤 엔진(1)의 목표 출력 토크(Ttrq)를 산출한다.
목표 과잉 공기율 기본값 설정부(43)는 다음 프로세스에 의해 목표 과잉 공기율 기본값(Tlamb0)을 설정한다.
(1) 통상 동작 중에, 목표 엔진 출력 토크(Ttrq)와 엔진 회전 속도(Ne)로부터 도 14에 도시된 특성을 갖는 맵을 참조함으로써 목표 과잉율 기본값(Tlamb0)이 산출된다. 여기서 산출된 Tlamb0는 1.4보다 큰 값이다.
(2) 특정 동작 중에, 목표 과잉 공기율 기본값(Tlamb0)은 동작 방식에 따라 미리 정해진 값으로 설정된다.
구체적으로 NOx의 감소에서, Tlamb0는 1.0보다 작은 값으로 설정된다.
디설페이팅 프로세스에서, Tlamb0는 1.0으로 설정된다.
DPF(28B)의 재생에서, Tlamb0는 1.0보다 약간 큰 값으로 설정된다.
목표 EGR률 설정부(44)는 목표 엔진 출력 토크(Ttrq)와 엔진 회전 속도(Ne)로부터 도 15에 도시된 특성을 갖는 맵을 참조함으로써 목표 EGR률(Megr)을 산출한다.
목표 EGR률(Megr)은 목표 엔진 출력 토크(Ttrq)와 엔진 회전 속도(Ne)가 변하지 않는 한 디젤 엔진(1)의 동작이 통상 동작에서 특정 동작으로 전환할 때에도 동일한 값으로 유지된다.
흡입 새로운 공기량 산출부(45)는 공기 유량계(35)에 의해 검출된 공기 유량에 데드 타임 및 제1차 지연의 처리를 더함으로써 기통의 스트로크당 흡입 새로운 공기량(Qac)을 산출한다.
공기 유량계(35)의 검출 유량으로부터 흡입 새로운 공기량(Qac)을 산출하는 방법은 미국 특허 제5, 964, 820호에 개시되어 있다.
목표값 설정부(46)는, 목표 과잉 공기율 기본값 설정부(43)에 의해 설정된 목표 과잉 공기율 기본값(Tlamb0)이 실현될 수 있도록, 목표 새로운 공기량(TQa), 목표 연료 분사량(TQf) 및 목표 연료 분사 타이밍(MITF)을 설정한다.
이제 이 목표값 설정부(46)의 기능이 도 5를 참조하여 상세히 설명된다.
도 5는 목표값 설정부(46)의 내부 구성을 도시한다.
이 도면에 도시된 유닛(62-74)도 목표값 설정부(46)의 기능을 설명하기 위한 가상의 유닛이다.
지연 처리부(73)는 목표 과잉 공기율 기본값(Tlamb0)을 가중 평균한다.
후술되는 제어 플래그가 0일 때, 스위치(74)는 목표 과잉 공기율(Tlamb)을 목표 과잉 공기율 기본값(Tlamb0)과 동등하게 설정한다.
제어 플래그가 1일 때, 지연 처리부(73)에 의해 산출된 가중 평균값은 목표 과잉 공기율(Tlamb)로 설정된다.
전환부(62) 및 목표 연료 분사량 산출부(63)는 공기 기반 과잉 공기율 제어의 목표 새로운 공기량(TQaA) 및 목표 연료 분사량(TQfA)을 산출한다.
전환부(62)는 배기 가스 재순환량을 고려하여 목료 과잉 공기율(Tlamb)을 목표 새로운 공기량(TQaA)으로 전환한다. 이를 위해, 전환부(62)는 먼저 목표 엔진 토크 설정부(42)에 의해 설정되는 목표 엔진 토크(Ttrq) 및 엔진 회전 속도(Ne)로부터 도 11에 도시된 특성을 갖는 맵을 참조함으로써 목표 새로운 공기량 기본값(tQacb)을 산출한다.
흡입 새로운 공기량으로의 과잉 공기율의 전환에 사용되는 전환 계수(kQaclm)도 도 12에 도시된 특성을 갖는 맵을 참조함으로써 목표 과잉 공기율(Tlamb) 및 엔진 회전 속도(Ne)로부터 산출된다.
공기 기반 제어의 목표 새로운 공기량(TQaA)은 이들 값을 사용하여 다음 식(3)에 의해 산출된다.
(3)
여기서, 는 EGR양의 보정 계수이다.
목표 연료 분사량 산출부(63)는 목표 과잉 공기율(Tlamb) 및 흡입 새로운 공기량(Qac)으로부터 다음 식(4)에 의해 공기 기반 제어의 목표 연료 분사량(TQfA)을 산출한다.
(4)
한편, 목표 연료 분사량 산출부(64) 및 목표 흡입 새로운 공기량 산출부(65)는 연료 기반 제어의 목표 연료 분사량(TQfF) 및 목표 새로운 공기량(TQaF)을 산출한다.
목표 연료 분사량 산출부(64)는 목표 엔진 토크(Ttrq) 및 엔진 회전 속도(Ne)로부터 도 16에 도시된 특성을 갖는 맵을 참조함으로써 연료 기반 제어의 목표 연료 분사량(TQfF)을 산출한다.
목표 흡입 새로운 공기량 산출부(65)는 목표 연료 분사량(TQfF) 및 목표 과잉 공기율(Tlamb)로부터 다음 식(5)에 의해 연료 기반 제어의 목표 새로운 공기량(TQaF)을 산출한다.
(5)
연소 판정부(66)는, 린번 동작, 리치번 동작, 또는 이론 공연비 동작중 어느 것이 적용되어야 하는 것에 대해 판정 결과에 따라 공기 기반 제어 또는 연료 기반 제어를 선택적으로 적용한다.
연소 판정부(66)는, 목표 과잉 공기율(Tlamb) 및 특정 동작 요구 판정부(41)의 판정 결과로부터 린번 동작, 리치번 동작, 또는 이론 공연비 동작중 어느 것이 적용되어야 하는 것에 대해 판정한다.
린번 동작이 적용되어야 하면, 제어 플래그는 1로 설정된다.
리치번 동작 또는 이론 공연비 동작이 적용되어야 하면, 제어 플래그는 0으로 설정된다.
여기서 다시 표 1을 참조하면, 제어 플래그는 DPF(28B)의 재생 및 통상 동작중에는 1이다.
제어 플래그는 NOx 감소 및 디설페이팅 중에는 0으로 설정된다.
스위치(67, 68)는 제어 플래그에 응답한다. 제어 플래그가 1이면, 스위치(67)는, 공기 기반 제어의 목표 연료 분사량(TQaA)을 목표 새로운 공기량(TQa)으로서 출력하고, 제어 플래그가 0이면, 연료 기반 제어의 목표 새로운 공기량(TQaF)이 목표 새로운 공기량(TQa)으로서 출력된다.
제어 플래그가 1이면, 스위치(68)는, 공기 기반 제어의 목표 연료 분사량(TQfA)을 목료 연료 분사량(TQf)으로서 출력하고, 제어 플래그가 0이면, 연료 기반 제어의 목료 연료 분사량(TQfF)이 목료 연료 분사량(TQf)으로서 출력된다.
목표 연료 분사 타이밍 기본값 설정부(69)는 목표 과잉 공기율 기본값(Tlamb0) 및 특정 동작 요구 판정부(41)의 판정 결과에 따라 다음과 같이 목표 연료 분사 타이밍 기본값(MIT)을 설정한다.
(1) 특정 동작 요구 판정부(41)의 판정 결과가 통상 동작이면, 목료 연료 분사 타이밍 기본값(MIT)이 목표 엔진 토크(Ttrq) 및 엔진 회전 속도(Ne)로부터 도 17에 도시된 특성을 갖는 맵을 참조함으로써 산출된다.
(2) 특정 동작 요구 판정부(41)의 판정 결과가 DPF(28B)의 재생이면, 목표 연료 분사 타이밍 기본값(MIT)이 도 2에 도시된 동작 영역 A 또는 B에 따라 선택적으로 설정된다.
(3) 특정 동작 요구 판정부(41)의 판정 결과가 NOx 감소 또는 디설페이팅이면, 통상 동작으로부터 10 내지 15도 진행에 의해 얻어진 값이 목표 연료 분사 타이밍 기본값(MIT)으로서 설정된다.
공연비가 변화하는 다음에 경우에, 과도 상태 판정부(70)는 목표 연료 분사 타이밍 기본값(MIT) 및 목표 과잉 공기율 기본값(Tlamb0)에 지연 처리를 수행하기 위한 과도 상태 플래그를 설정한다. 즉,
(1) 통상 동작에서 NOx 감소 동작으로의 전환,
(2) NOx 감소 동작에서 통상 동작으로의 전환,
(3) 통상 동작에서 디셀페이팅 동작으로의 전환, 및
(4) DPF(28B)의 재생에서 통상 동작으로의 전환이다.
과도 상태 판정부(70)는 연소 판정부(66)에 의해 출력되는 제어 플래그에 기초하여 현재의 동작 조건이 전술한 경우 (1)-(4)의 어느 과도 상태에 해당하는지를 판정한다.
과도 상태들 중 어느 하나가 이 조건에 해당하면, 일정 주기 동안 과도 상태 플래그를 1로 설정한다.
과도 상태들 중 어느 하나가 이 조건에 해당하지 않으면, 과도 상태 플래그를 0으로 설정한다.
지연 처리부(71)는 목표 분사 타이밍 기본값(MIT)을 가중 평균한다.
과도 상태 플래그가 0이면, 스위치(72)는 목표 연료 분사 타이밍(MITF)을 목표 연료 분사 타이밍 기본값 설정부(69)에 의해 산출되는 목표 분사 타이밍 기본값(MIT)과 동일하게 설정한다.
과도 상태 플래그가 1이면, 스위치(72)는 목표 연료 분사 타이밍(MITF)을 지연 처리부(71)에 의해 산출되는 값과 동일하게 설정한다.
이와 같이, 목표값 산출부(46)는 목표 연료 분사량(TQf) 및 목표 연료 분사 타이밍(MITF)을 산출한다.
도 4를 다시 참조하면, 연료 인젝터 제어부(47)는 목표 연료 분사 타이밍(MITF)과 일치하는 타이밍으로 목표 연료 분사량(TQf)에 따라 펄스폭을 가지는 연료 분사 신호를 연료 인젝터(17)로 출력한다.
EGR 밸브 제어부(48)는, 목표 EGR률 설정부(44)에 의해 설정되는 목표 새로운 공기량(TQa) 및 목표 EGR률(Megr)에 기초하여 목표 밸브 개도를 산출하고, 이 목표 밸브 개도를 듀티 신호로 전환하여, 이것을 EGR 밸브(6)로 출력한다.
터보차저 제어부(49)는, 목표 새로운 공기량(TQa) 및 목표 EGR률(Megr)에 기초하여 가변 노즐(24)의 목표 개도를 산출하고, 대응 신호를 압력 제어 밸브(27)로 출력한다.
흡기 스로틀 제어부(5)는, 목표 새로운 공기량(TQa) 및 목표 EGR률(Megr)에 기초하여 흡기 스로틀(8)의 목표 개도를 산출하고, 대응 신호를 압력 제어 밸브(37)로 출력한다.
다음에, 과잉 공기율 및 엔진 출력 토크에 대해 컨트롤러(31)에 의해 수행되는 상기 제어의 효과가 도 6a-6g, 7a-7g, 8a-8e, 9a-9e, 및 10a-10e를 참조하여 설명된다.
도 6a 내지 도 6g는 연료 기반 제어하의 과잉 공기율의 변동을 도시하고, 도 7a 내지 도 7g는 공기 기반 제어하의 과잉 공기율의 변동을 도시한다.
여기에서는 설명의 편의를 위해서, 목표 EGR률(Megr)이 상수로 설정되고 지연 처리는 생략된다고 가정한다.
디젤 엔진(1)의 통상 동작에서 특정 동작 요구 판정부(41)가 도 6a의 시간(t1)에서 NOx 감소를 판정하면, 요구되는 과잉 공기율은 린에서 리치로 변화한다. 따라서, 목표 과잉 공기율 기본값 설정부(43)는 즉시 목표 과잉 공기율 기본값(Tlamb0)을 린에서 리치로 변화시킨다. 그 결과, 도 6b에 도시된 바와 같이, 목표 과잉 공기율(Tlamb)은 린에서 리치로 변화된다.
한편, 목표값 산출부(46)에서는, 목표 연료 분사량 산출부(64)에 의해 산출된 연료 기반 제어의 목표 연료 분사량(TQfF)이 목표 연료 분사량(TQf)으로서 설정된다. 또한, TQfF에 기초하여 목표 흡입 새로운 공기량 산출부(65)에 의해 산출되는 연료 기반 제어의 목표 새로운 공기량(TQaF)은 목표 새로운 공기량(TQa)으로 설정된다.
연료 분사량 제어에서는 응답 지연이 없기 때문에, 연료 분사량은 즉시 증가하지만, 흡입 새로운 공기량의 제어가 시간 지연을 수반하기 때문에, 실제 흡입 새로운 공기량은, 도 6d의 파선으로 도시된 바와 같이, 목표 새로운 공기량(TQa)의 변화에 대해 1차 지연을 나타낸다.
따라서, 실제 과잉 공기율도, 도 6g의 파선으로 도시된 바와 같이, 1차 지연의 변화를 나타내며, 목표 과잉 공기율이 실현될 때까지 상당한 시간이 필요하게 된다.
도 6e의 파선으로 도시된 바와 같이 목표 연료 분사량(TQ)에 지연 보상을 더함으로써, 과잉 공기율은 도 6g의 직선으로 도시된 바와 같은 높은 응답으로 변화한다. 그러나, 동작 상태에 의해 흡입 공기량의 지연 특성이 크게 변화하기 때문에, 각종 동작 상태하에서 충분한 정밀성으로 지연을 보상하기는 어렵다.
한편, 도 7a에 도시된 바와 같이 공기 기반 제어에서도, 요구되는 과잉 공기율이 린에서 리치로 변화하면, 목표 과잉 공기율(Tlamb)은 도 7b에 도시된 바와 같이 즉시 린에서 리치로 변화된다.
목표값 산출부(46)에서는, 전환부(62)가 목표 새로운 공기량 기본값(tQacb)을 산출한다.
목표 연료 분사량 산출부(63)는, 목표 새로운 공기량 기본값(tQacb), 목표 과잉 공기율(Tlamb), 및 새로운 공기 흡입량(Qac)의 변동에 대한 연료 기반 제어의 목표 연료 분사량(TQfA)을 산출하고, 이 목표 연료 분사량(TQfA)을 목표 연료 분사량(TQf)으로서 설정한다.
이 경우, 새로운 공기 흡입량(Qac)에 따라 목표 연료 분사량(TQf)이 판정되기 때문에, 흡입 새로운 공기량의 변화시 시간 지연을 고려할 필요가 없고, 과잉 공기율은 지연없이 목표 과잉 공기율을 추종한다.
다음에, 도 8a 내지 도 8e는 연료 기반 과잉 공기율 제어하의 디젤 엔진(1)의 출력 토크의 변화를 도시하고, 도 9a 내지 도 9e는 공기 기반 과잉 공기율 제어하의 디젤 엔진(1)의 출력 토크의 변화를 도시한다.
도 8a 및 도 9a에 도시된 바와 같이, 일정 간격으로 목표 과잉 공기율이 주기적으로 변동하는 경우가 고려된다.
연료 기반 과잉 공기율 제어에서는, 목표 과잉 공기율의 변화에 의해, 도 8b에 도시된 바와 같이 목표 새로운 공기량(TQa)이 변화하고, 도 8c에 도시된 바와 같이 목표 연료 분사량(TQf)이 변화하지 않는다. 목표 새로운 공기량(TQa)의 변화는 도 8d에 도시된 바와 같이 흡기 스로틀(18)의 목표 개도의 변화를 초래한다.
린번 동작에서, 디젤 엔진(1)의 출력 토크는 연료량에 따라 변화한다.
리치번 동작에서, 디젤 엔진(1)의 출력 토크는 흡입 새로운 공기량에 따라 변화한다.
따라서, 도 8b에 도시된 바와 같이, 목표 새로운 공기량(TQa)이 변화하면, 린번 동작에서는, 도 8e에 도시된 바와 같이 출력 토크가 많이 변화하지 않지만, 리치번 동작에서는, 출력 토크가 도면의 실선으로 도시된 바와 같이 상당히 변동한다.
공기 기반 과잉 공기율 제어에서는, 목표 새로운 공기량(TQa)이, 도 9b에 도시된 바와 같이, 목표 과잉 공기율의 변화에 의해 변화하지 않으므로, 흡기 스로틀(18)의 목표 개도 또한 변화하지 않는다.
한편, 목표 연료 분사량(TQf)은 도 9c에 도시된 바와 같이 변화한다.
린번 동작에서는, 도 9e의 파선으로 도시된 바와 같이, 목표 연료 분사량(TQf)의 변화는 엔진 출력 토크에 큰 영향을 주고, 리치 환경에서는, 이 도면의 실선으로 도시된 바와 같이 이것은 크게 변화하지 않는다.
이제, 본 발명에 의한 과잉 공기율 제어 장치에서는, 도 5에 도시된 연소 판정부(66) 및 스위치(67, 68)가 린번 동작중에는 연료 기반 과잉 공기율 제어를 적용하고, 리치번 동작중에는 공기 기반 과잉 공기율 제어를 적용한다.
따라서, 과잉 공기율은 리치번 동작중 또는 린번 동작중에 엔진 출력 토크의 변화를 야기하기 않고 충분한 응답에 의해 제어될 수 있다.
도 10a 내지 도 10e를 참조하면, 특정 동작 요구 판정부(41)가 통상 동작에서 NOx 감소로의 전환을 판정하고, 목표 과잉 공기율(Tlamb)이 시간 t1에서 린에서 리치로 변화하면, 본 발명에 의한 과잉 공기율 제어 장치에서는 과잉 공기율이 공기 기반 제어에 의해 리치번 동작으로 제어된다.
이 때, 목표 과잉 공기율(Tlamb)이 도 10c의 실선으로 도시된 바와 같이 목표 과잉 공기율 기본값(Tlamb0)과 같이 계단식으로 변화하면, 디젤 엔진(1)의 출력 토크는 도 10e에 도시된 바와 같이 갑자기 변화할 것이다.
그러나, 본 발명에 의한 과잉 공기율 제어 장치에서는, 도 5에 도시된 과도 상태 판정부(70)가 과도 상태 플래그를 1로 설정한다. 따라서, 스위치(74)는 시간 t1으로부터 일정 시간이 경과할 때까지 지연 처리에 의해 처리되는 값과 동일하게 목표 과잉 공기율(Tlamb)을 설정한다.
따라서, 도 10c의 파선으로 도시된 바와 같이, 목표 과잉 공기율(Tlamb0)은 계단식으로 변화하지만, 목표 과잉 공기율(Tlamb)은 완만한 경사로 변화한다.
따라서, 도 10e의 파선으로 도시된 바와 같이, 시간 t1에서의 디젤 엔진(1)의 출력 토크의 변동이 상당히 억제된다.
또한, 목표 연료 분사 타이밍(MITF)에 대해, 스위치(72)는, 과도 상태 플래그에 응답하여, 시간 t1으로부터 일정 시간이 경과할 때까지 지연 처리부(71)에 의해 처리된 값과 동일하게 목표 연료 분사 타이밍(MITF)을 설정한다.
따라서, 도 10e의 파선으로 도시된 바와 같이, 시간 t1에서의 디젤 엔진(1)의 출력 토크의 변화는 더욱 억제된다.
도 10a 내지 도 10e가 목표 과잉 공기율(Tlamb)이 린에서 리치로 변화하는 경우이지만, 목표 과잉 공기율(Tlamb)이 리치에서 린으로 변화할 때 과잉 공기율(Tlamb)이 갑자기 변화하면 디젤 엔진(1)의 출력 토크도 갑자기 변화할 것이다.
또한 이 경우에, 1의 과도 상태 플래그에 응답하여 목표 연료 분사 타이밍(MITF)을 얻기 위한 목표 연료 분사 타이밍 기본값(MIT)에 뿐만 아니라 목표 과잉 공기율(Tlamb)을 얻기 위한 목표 과잉 공기율 기본값(Tlamb0)에 지연 처리가 수행되기 때문에, 디젤 엔진(1)의 출력 토크의 변화는 작게 억제된다.
지연 처리부(71 및 73)에 의해 적용되는 시간 상수를 적절히 설정함으로써 바람직한 레벨로 과잉 공기율 제어의 반응과 엔진 출력 토크 제어의 응답을 각각 유지할 수 있다.
따라서, 이 과잉 공기율 제어 장치에 의하면, 린번 동작, 리치번 동작 또는 이론 공연비 동작 간의 전환시에 토크 충격의 발생이 방지될 수 있다.
일본에서 2001년 9월 18일 출원된 특원 2001-282638의 내용이 여기에 참조로 포함되어 있다.
본 발명이 본 발명의 어느 실시예를 참조하여 전술되었지만, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않는다. 당해 기술분야의 숙련된 자에게는 상기 가설에 비추어 전술한 실시예의 변형 및 변화가 가능하다.
예를 들면, 전술한 실시예에서는, 디젤 엔진(1)이 가변 노즐(24)이 구비된 가변 용량 터보차저(21)를 구비하고 있다.
그러나, 가변 노즐(24) 대신에 스크롤 또는 디퓨저의 구멍을 변화시키는 메커니즘이 구비된 터보차저를 사용할 수도 있다.
이러한 조절 메커니즘이 구비된 터보차저를 가변 지오메트리 터보차저라고 총칭적으로 부른다. 본 발명은 모든 종류의 가변 지오메트리 터보차가 구비된 디젤 엔진(1)에 적용 가능하다.
또한, 일정 용량 터보차저와 웨이스트게이트 밸브의 조합이 구비된 디젤 엔진에도 적용 가능하다.
가변 지오메트리 터보차저를 사용할 때, 터보차저 제어부(49)는 터보차저의 구멍 면적을 목표 새로운 공기량(TQa)에 상당하는 면적으로 제어한다.
웨이스트게이트 밸브가 구비된 일정 용량 터보차저를 사용할 때, 터보차저 제어부(49)는 웨이스트게이트 밸브의 밸브 개도를 목표 새로운 공기량(TQa)에 상당하는 개도로 제어한다.
전술한 바와 같이, 본 발명은, 디젤 엔진의 린번 동작중에는 연료 기반 과잉 공기율 제어를 적용하고, 리치번 동작중에는 공기 기반 과잉 공기율 제어를 적용한다.
따라서, NOx 감소 촉매의 재생에 리치번 동작을 수행하면서 통상 린번 동작을 수행하는 차량의 디젤 엔진에서, 엔진 출력 토크의 변화를 방지하면서 과잉 공기율 제어의 정밀성 및 응답이 향상된다.
독점권 또는 특권이 청구되는 본 발명의 실시예는 다음과 같이 한정된다.
표 1

Claims (16)

  1. 공기 공급 메커니즘(6, 18, 24)에 의해 공급되는 공기와 연료 공급 메커니즘(17)에 의해 공급되는 연료의 혼합물을 연소시키는 디젤 엔진(1)의 과잉 공기율 제어 장치에 있어서,
    상기 디젤 엔진(1)의 운전 상태를 검출하는 수단(31, 32, 33, 35);
    상기 운전 상태에 기초하여 혼합물의 목표 과잉 공기율을 설정하는 수단(43, 73, 74);
    목표 과잉 공기율이 이론 공연비에 상당하는 값보다 크면 소정의 연료 공급량으로부터 산출되는 목표 공기 공급량과 목표 과잉 공기율로 상기 공기 공급 메커니즘(6, 18, 24)의 공기 공급량을 제어하는 제1 수단(62, 66, 67); 및
    목표 과잉 공기율이 이론 공연비에 상당하는 값보다 작으면 소정의 공기 공급량으로부터 산출되는 목표 연료 공급량과 목표 과잉 공기율로 상기 연료 공급 메커니즘의 연료 공급량을 제어하는 제2 수단(63, 66, 68)을 포함하는 것인 디젤 엔진의 과잉 공기율 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 설정 수단, 제1 수단, 및 제2 수단은,
    상기 운전 상태에 기초하여 혼합물의 목표 과잉 공기율을 설정하고(43, 73, 74);
    목표 과잉 공기율이 이론 공연비에 상당하는 값보다 크면 소정의 연료 공급량으로부터 산출되는 목표 공기 공급량과 목표 과잉 공기율로 상기 공기 공급 메커니즘(6, 18, 24)의 공기 공급량을 제어하고(62, 66, 67);
    목표 과잉 공기율이 이론 공연비에 상당하는 값보다 작으면 소정의 공기 공급량으로부터 산출되는 목표 연료 공급량과 목표 과잉 공기율로 상기 연료 공급 메커니즘의 연료 공급량을 제어(63, 66, 68)하도록 프로그램되는 프로그램 가능한 컨트롤러(3)의 형태로 제공되는 것인 디젤 엔진의 과잉 공기율 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 운전 상태 검출 수단(31, 32, 33, 35)은 디젤 엔진(1)의 부하를 검출하는 센서(32) 및 디젤 엔진(1)의 회전 속도를 검출하는 센서(33)를 포함하고, 상기 컨트롤러(31)는, 목표 과잉 공기율이 이론 공연비에 상당하는 값보다 작으면, 디젤 엔진(1)의 부하 및 디젤 엔진(1)의 회전 속도(33)에 기초하여 목표 엔진 토크를 산출하고(42), 이 목표 엔진 토크와 디젤 엔진(1)의 회전 속도에 기초하여 목표 공기량 기본값을 산출하고(62), 목표 과잉 공기율과 디젤 엔진(1)의 회전 속도에 기초하여 전환 계수를 산출하고(62), 이 전환 계수를 목표 공기량 기본값에 곱함으로써 얻어지는 값과 동일하게 소정의 공기 공급량을 설정하며(62), 이 소정의 공기 공급량으로 공기 공급 메커니즘(6, 8, 24)의 공기 공급량을 제어(49, 50, 67)하도록 더 프로그램되는 것인 디젤 엔진의 과잉 공기율 제어 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 운전 상태 검출 수단(31, 32, 33, 35)은 디젤 엔진(1)의 부하를 검출하는 센서(52) 및 디젤 엔진(1)의 회전 속도를 검출하는 센서(35)를 포함하고, 상기 컨트롤러(31)는, 목표 과잉 공기율이 이론 공연비 상당값에 상당하는 값보다 크면, 디젤 엔진(1)의 부하 및 디젤 엔진(1)의 회전 속도에 기초하여 목표 엔진 토크를 산출하고(42), 이 목표 엔진 토크와 디젤 엔진(1)의 회전 속도에 기초하여 산출되는 값과 동일하게 소정의 연료 공급량을 설정하고(64), 이 소정의 연료 공급량으로 연료 공급 메커니즘(17)의 연료 공급량을 제어(47, 68)하도록 더 프로그램되는 것인 디젤 엔진의 과잉 공기율 제어 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 운전 상태 검출 수단(31, 32, 33, 35)은 디젤 엔진(1)의 운전 시간을 계수하도록 더 프로그램되는 컨트롤러(31)를 포함하는 것인 디젤 엔진의 과잉 공기율 제어 장치.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디젤 엔진(1)은, 혼합물의 과잉 공기율이 이론 공연비에 상당하는 값보다 크면 디젤 엔진(1)의 배기 가스의 질소 산화물을 포획하고, 혼합물의 과잉 공기율이 이론 공연비에 상당한 값보다 크면 포획된 질소 산화물을 감소시킴으로써 질소 산화물 포획 촉매의 질소 산화물 포획 기능을 재생하는 질소 산화물 포획 촉매(28A)를 포함하고, 상기 컨트롤러(31)는, 질소 산화물 포획 기능의 재생이 운전 상태로부터 요구되는지 아닌지를 판정하고(41), 재생이 요구되지 않으면 이론 공연비에 상당하는 값보다 큰 값으로 목표 과잉 공기율을 설정하고(43), 재생이 요구되면 이론 공연비에 상당하는 값보다 작은 값으로 목표 과잉 공기율을 설정(43)하도록 더 프로그램되는 것인 디젤 엔진의 과잉 공기율 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 질소 산화물 포획 촉매(28 A)는, 목표 과잉 공기율이 이론 공연비에 상당하는 값보다 크면 배기 가스에 황을 축적하고, 목표 과잉 공기율이 이론 공연비에 상당하는 값과 동일하면 축적된 황을 방출하는 디설페이팅(desulphating)을 수행하고, 상기 컨트롤러(31)는, 디설페이팅이 운전 상태로부터 요구되는지 아닌지를 판정하고(41), 디설페이팅이 요구되지 않으면 이론 공연비에 상당하는 값보다 큰 값으로 목표 과잉 공기율을 설정하고(43), 디설페이팅이 요구되면 이론 공연비에 상당하는 값과 거의 동일하게 목표 과잉 공기율을 설정(43)하도록 더 프로그램되는 것인 디젤 엔진의 과잉 공기율 제어 장치.
  8. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디젤 엔진(1)은 미립자를 포획하고 소정의 린 공연비하에서 포획된 미립자를 연소시키는 미립자 필터(28B)를 포함하고, 상기 컨트롤러(31)는, 포획된 미립자의 연소가 요구되는지 아닌지를 판정하고, 포획된 미립자의 연소가 요구되지 않으면 이론 공연비에 상당하는 값보다 큰 제1 값으로 목표 과잉 공기율을 설정하고 포획된 미립자의 연소가 요구되면 이론 공연비에 상당하는 값보다 크지만 상기 제1 값보다 작은 제2 값으로 목표 과잉 공기율을 설정(43)하도록 더 프로그램되는 것인 디젤 엔진의 과잉 공기율 제어 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 컨트롤러(31)는 디설페이팅이 요구되면 포획된 미립자의 연소가 요구되는지 아닌지를 판정하고 디젤 엔진(1)이 이론 공연비에 상당하는 값과 거의 동일한 목표 과잉 공기율로 동작된 후에 상기 제2 값으로 목표 과잉 공기율을 설정(43)하도록 더 프로그램되는 것인 디젤 엔진의 과잉 공기율 제어 장치.
  10. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컨트롤러(31)는 목표 과잉 공기율이 이론 공연비에 상당하는 값보다 큰 값과 이론 공연비에 상당하는 값보다 작은 값 사이로 변화할 때 목표 과잉 공기율에 지연 처리를 적용(73)하도록 더 프로그램되는 것인 디젤 엔진의 과잉 공기율 제어 장치.
  11. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연료 공급 메커니즘(17)은 디젤 엔진(1)에 연료를 분사하는 연료 인젝터(17)를 포함하고, 상기 컨트롤러(31)는, 목표 분사 타이밍으로 연료 인젝터(17)의 연료 분사 타이밍을 제어하고 목표 과잉 공기율이 이론 공연비에 상당하는 값보다 큰지 아닌지에 따라 목표 분사 타이밍을 변화(69)시키도록 더 프로그램되는 것인 디젤 엔진의 과잉 공기율 제어 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 컨트롤러(31)는 목표 과잉 공기율이 이론 공연비에 상당하는 값보다 큰 값과 이론 공연비에 상당하는 값보다 작은 값 사이로 변화할 때 목표 분사 타이밍에 지연 처리를 적용(71)하도록 더 프로그램되는 것인 디젤 엔진의 과잉 공기율 제어 장치.
  13. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공기 공급 메커니즘(6, 18, 24)은 가변 지오메트리 터보차저(21)를 포함하고, 상기 컨트롤러(31)는 이 가변 지오메트리 터보차저(21)의 터보 과급압을 변화시킴으로써 공기 공급량을 제어하도록 더 프로그램되는 것인 디젤 엔진의 과잉 공기율 제어 장치.
  14. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공기 공급 메커니즘(6, 18, 24)은 디젤 엔진(1)의 배기 가스의 일부를 상기 공기 공급 메커니즘(6, 18, 24)에 의해 공급되는 공기로 재순환시키는 배기 가스 재순환 밸브(6)를 포함하고, 상기 컨트롤러(31)는 이 배기 가스 재순환 밸브(6)의 배기 가스 재순환량을 변화시킴으로써 공기 공급량을 제어(48)하도록 더 프로그램되는 것인 디젤 엔진의 과잉 공기율 제어 장치.
  15. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디젤 엔진(1)은 흡기 통로(3)를 포함하고, 상기 공기 공급 메커니즘(6, 18, 24)은 이 흡기 통로(3)에 제공된 흡기 스로틀(18)을 포함하고, 상기 컨트롤러(31)는 이 흡기 스로틀(18)의 스로틀 개도를 변화시킴으로써 공기 공급량을 제어(50)하도록 더 프로그램되는 것인 디젤 엔진의 과잉 공기율 제어 장치.
  16. 공기 공급 메커니즘(6, 18, 24)에 의해 공급되는 공기와 연료 공급 메커니즘(17)에 의해 공급되는 연료의 혼합물을 연소시키는 디젤 엔진(1)의 과잉 공기율 제어 방법에 있어서,
    디젤 엔진(1)의 운전 상태를 검출하는 것;
    상기 운전 상태에 기초하여 혼합물의 목표 과잉 공기율을 설정하는 것;
    목표 과잉 공기율이 이론 공연비에 상당하는 값보다 크면 소정의 연료 공급량으로부터 산출되는 목표 공기 공급량과 목표 과잉 공기율로 공기 공급 메커니즘(6, 18, 24)의 공기 공급량을 제어하는 것; 및
    목표 과잉 공기율이 이론 공연비에 상당하는 값보다 작으면 소정의 공기 공급량으로부터 산출되는 목표 연료 공급량과 목표 과잉 공기율로 상기 연료 공급 메커니즘의 연료 공급량을 제어하는 것을 포함하는 것인 디젤 엔진의 과잉 공기율 제어 방법.
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