KR100749593B1 - 엔진 제어 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

엔진을 제어하기 위한 방법 및 장치가 설명된다. 흡기관 내 공기의 상태를 특징짓는 적어도 하나의 제어 변수와 적어도 하나의 측정 변수로부터 엔진으로 유입되는 산소량이 적어도 하나의 모델을 이용하여 결정된다. 온도 변수(T2)와, 압력 변수(P2)와, 회전수 변수(N)와, 연료량 변수(ME)와 공기 변수(ML2) 중 적어도 하나로부터 산소량(MO22)이 결정된다.
엔진, 드로틀 밸브, 공기량, 산소량, 흡기관, 배기 가스 복귀 라인, 공기량 측정기, 접속점, 출력부.

Description

엔진 제어 방법 및 장치 {METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 엔진을 제어하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
엔진 제어 방법 및 장치는 예를 들어, 독일 특허 제197 56 619호에 공지되어 있다. 상기 공보에는 흡기관 내에 배열된 드로틀 밸브를 통해 공기가 연소실로 공급되며, 공기 유동 질량이 드로틀 밸브에 의해 결정되는 엔진, 특히 차량 엔진을 작동하기 위한 시스템이 설명되어 있다. 또한, 배기 가스 복귀 라인 내에는 밸브가 배열되어 있으며, 공기 유동 질량은 마찬가지로 배기 가스 복귀 라인 내의 밸브를 통해 결정된다. 연소실 내로 공급되는 공기 유동 질량이 상기 양 공기 유동 질량으로부터 결정된다. 상기 장치의 문제점은 계산을 위해 필요한 다양한 변수들이 센서에 의해 단지 어렵게 파악될 수 있다는 것이다. 따라서, 다양한 변수들을 파악하기 위해 다수의 센서가 요구되는 것은 바람직하지 못하다.
본 발명의 방법에 따르면, 엔진 내로 유입되는 산소량이 결정될 수 있다. 보다 간단하며 보다 저렴한 센서에 의해 쉽게 파악될 수 있는, 몇몇의 측정 변수만이 요구된다. 또한, 엔진 제어 시에 제어 장치 내에 제공되는 변수가 사용된다.
측정 변수로써는, 엔진 회전수를 나타내는 적어도 하나의 회전수 값(N), 흡기관 온도를 나타내는 흡입 공기 온도(T2) 및/또는 흡기관 내의 압력을 나타내는 충전압(P2)이 사용된다.
본 발명의 바람직한 구성 및 개선은 종속 청구항에서 설명된다.
이하, 본 발명은 도면을 참조로 상세히 설명된다.
도1은 흡기 시스템을 포함하는 엔진을 개략도적으로 도시하는 블록 선도이다.
도2는 엔진 내로 유입되는 산소량을 결정하기 위한 모델의 블록 선도이다.
이하에서, 본 발명에 따른 방법은 예를 들어 디젤 엔진에 적용된다. 그러나, 본 발명은 디젤 엔진에 대한 적용에만 한정되는 것이 아니고, 다른 엔진, 특히 연료 직분식 엔진에도 적용될 수 있다.
소정의 산소 함유량(MO22)을 포함하는 일정한 공기량(ML22)이 고압 외기 라인(102)을 통해 엔진(100)으로 공급된다. 변수(MO22)는 연소되기 전의 산소 함유량으로써 나타난다. 고압 외기 라인(102) 내의 공기는 온도(T2) 및 압력(P2)을 가진다.
대기는 저압 외기 라인(108)을 통해 압축 장치(106)로 도달되어 고압 라인(102)으로 유동한다. 고압 외기 라인(102)은 흡기관으로도 표현된다. 공기량(ML21)은 압축 장치를 통해 산소 함유량(MO21)과 함께 고압 대기 라인(102) 으로 유동한다. 저압 외기 라인(108)을 통해 유동하는, 산소 함유량(MO21)을 갖는 공기량(ML21)은 압축 장치(106)를 통해 유동하는, 대응 산소 함유량을 갖는 공기량과 일치한다. 외부로부터 흡기관 내로 유입되는 공기량(ML21)은 공기량 측정 장치(105)에 의해 측정된다.
공기 함유량(MO31)을 갖는 공기량(ML31)은 엔진(100)으로부터 고압 배기 가스 라인(110)으로 유동한다. 변수(MO31)는 연소된 후의 산소 함유량으로 표시된다.
배기 가스는 고압 배기 가스 라인(110)으로부터 터빈(112)을 거쳐 저압 배기 가스 라인(114)으로도 표시되는 배기 라인(114)으로 도달된다.
터빈(112)은 축(111)을 통해 압축 장치(106)를 구동시킨다. 터빈 액츄에이터(113)를 이용하여 터빈 효율과 전체 충전에 영향을 미칠 수 있다. 엔진에는 충전기가 배치되지 않을 수도 있다.
고압 배기 가스 라인(110)과 고압 외기 라인(102) 사이에는 배기 가스 복귀 라인(116)으로 표시되는 연결부가 형성된다. 산소량(MOA)을 함유하는 공기량(MA)은 상기 배기 가스 복귀 라인(116)을 통해 유동된다. 배기 가스 복귀 라인(116)의 횡단면은 배기 가스 복귀 밸브(118)에 의해 바람직하게 제어될 수 있다.
엔진의 크랭크축 및/또는 캠축의 회전수(N)는 회전수 센서(101)에 의해 양호하게 검출된다. 또한, 엔진으로 공급되는 분사 연료량(ME)을 결정하는 액츄에이터(103)가 제공된다. 상기 액츄에이터(103)는 공급량 신호(ME)에 의해 가동된다.
엔진 또는 액츄에이터(113, 118)를 정확히 제어하기 위해, 설명된 변수가 다양하게 제공되어야 한다. 특히, 엔진으로 공급되는 산소량 또는 산소 함유량(MO22)을 알아야 한다. 산소량은 분사량(ME)과, 배기 가스 방출량, 특히 디젤 엔진의 미립자 방출량(exaust particulate emmission)을 결정한다.
본 발명에 따른 방법에 의해 공기량은 유익하게 처리된다. 그러나, 공기 체적 변수가 처리될 수도 있다. 이하에서 변수는 공기량 변수로써 설명된다. 설명되는 변수는 특히 유익한 구성을 나타낸다. 설명되는 변수 대신에, 상기 변수에 상응하거나, 그리고/또는 계산 인자에 의해 상기 변수에 연결된 다른 변수들도 사용될 수 있다.
도2에는 흡기관 및 연소를 위한 모델이 도시된다. 흡기관을 위한 모델은 도면 부호 200으로 연소를 위한 모델은 도면 부호 210으로 표시된다. 원으로 표시된 다양한 센서들에 의해 서로 다르게 간단히 측정 가능한 변수들이 파악된다. 이러한 변수들은 흡기관 내의 압력을 나타내는 충전압(P2), 흡기관(102) 내 공기의 온도를 나타내는 충전 공기 온도(T2), 엔진 회전수(N), 외부로부터 흡기관(102) 내로 유입되는 외기량(ML21) 및 분사되는 연료량(ME) 등이다. 분사될 연료량(ME)은 분사될 연료량 또는 분사된 연료량 또는, 예를 들어 인젝터 및/또는 분사 밸브의 제어 시간과 같은 상기 연료량을 특징짓는 변수를 나타낸다. 회전수 신호(N)는 엔진 제어보다 우선되는데, 이는 상기 신호가 엔진 제어에 사용되기 때문이다.
충전압(P2) 및 충전 공기 온도(T2)는 공기량 결정부(212)에 전송된다. 회전수는 충전도 결정부(214)에 전송되며, 공기량(ML21)은 한편으로는 접속점(216)으로, 다른 한편으로는 음의 부호를 가지며 접속점(218)으로 전송된다. 흡기관 내 공기량에 상응하는, 공기량 결정부(212)의 출력 신호(MM2)는 접속점(22)로, 그리고 미분기(224)로 전송된다.
미분기(224)의 출력 신호(M2)는 흡기관 내의 공기량의 시간적 변화를 나타낸다. 상기 신호(M2)는 양(positive)의 부호(sign)를 가지며 마찬가지로 가산점에 전송된다.
충전도 결정부(214)의 출력 신호(E)도 접속점(220)에 전송된다. 접속점(220)의 출력 신호(ML22)는 엔진 내로 유입되는 공기량을 나타난다. 상기 신호(M22)는 양의 부호를 가지며 한편으로는 접속점(218)의 입력부로, 다른 한편으로는 접속점(226)으로 전송된다. 또한, 엔진으로 유입되는 공기량에 대한 상기 신호(ML22)는 연소 모델(210)의 접속점(250)으로 전송된다.
접속점(216)의 제2 입력부에는 상수의 입력 신호(C)가 제공된다. 흡기관(102) 내로 유입되는 산소량에 대응하는, 접속점(216)의 출력 신호(MO21)는 접속점(228)에 전송된다. 접속점(228)의 제2 입력부에는 배기 가스 복귀 라인 내에서 유동되는 산소량을 나타내는 신호(MOA)가 할당된다. 상기 신호(MOA)는 연소 모델(210)로부터 할당된다. 흡기관(102) 내 산소량의 변화를 나타내는 접속점(228)의 출력 신호(MO2)는 적분기(230)로 전송되며, 적분기의 출력부에는 흡기관 내 산소량을 나타내는 신호(MMo2)가 전송된다.
흡기관 내 산소량에 대한 상기 신호(MMO2)는 제2 변수로써 접속점(222)에 전송된다. 엔진으로 유입되는 공기 내의 산소 함유량을 나타내는, 접속점(222)의 출력 신호(O22)는 접속점(226)에 도달된다. 접속점(226)의 출력부에는 엔진 내로 유 입되는 산소량을 나타내는 신호(MO22)가 할당된다.
상기 신호(MO22)는 음(negative)의 부호를 가지며 접속점(228)로 전송되며, 양의 부호를 가지며 연소 모델(210)의 접속점(252)으로 전송된다. 엔진으로부터 유동되는 산소량에 상응하는, 접속점(252)의 출력 신호(MO31)는 접속점(254)으로 전송되며, 상기 접속점(254)의 제2 입력부에는 접속점(250)의 출력 신호가 할당된다. 접속점(250)의 제2 출력부에는 연료량 신호(ME)가 할당된다. 또한, 연료량 신호(ME)는 음의 부호를 가지며 접속점(252)으로 전송된다. 접속점(256)에서 상수(C2)와 상기 신호는 결합된다. 엔진으로부터 유동되는 공기 내의 산소량에 상응하는, 접속점(254)의 출력 신호(O31)는 접속점(258)을 통해 연소 모델(210)의 출력부에 전송된다. 접속점(256)의 제2 출력부에는 배기 가스 복귀 라인 내의 공기량을 나타내는, 접속점(218)의 출력 신호(MA)가 할당된다.
흡기관 내에 존재하는 전체 공기량(MM2)은 충전압(P2)과 충전 공기 온도(T2)와 흡기관 체적(V)로부터의 최적의 가스 평형을 이용하여 공기량 결정(212)를 계산한다. 체적은 상수로서 간주된다. 흡기관(MM2) 내 공기량은 DT1-회로로써 구성된 미분기(224)에 의해 미분된다. 이로써, 흡기관 내의 공기량(M2)의 시간적 변화가 형성된다.
엔진 내로 유입되는 공기량(ML22)은 흡기관 내 기체의 밀폐도에 대해 비례적이며, 따라서 공기량(MM2)에 대해서도 비례적이다. 비례 인자(E)는 실제 엔진 회전수(N)에 따른 특성 곡선으로써 충전 결정부(214)에 의해 소정된다.
공기량 측정기(105)에 의해 측정된 공기량(ML21)과, 엔진으로 유입되는 예상 공기량(ML22)과, 흡기관 내 공기량(M2)의 변화량으로부터 배기 가스 복귀 라인을 통해 유동되는 공기량(MA)을 위한 추정값이 접속점(218)에서 계산된다. 즉, 흡기관 내 공기량이 평형된다.
또한, 흡기관 내 전체 공기량(MM2)에 대한 흡기관 내에 포함되어 있는 산소량(MMO2)이 추정된다. 이를 위해 산소 유동량(MO2)은 적분된다. 산소 유동량은 3개의 부분으로 구성된다.
제1 부분은 공기량 측정기(105)를 통해 유동되는 산소량(MO21)이며, 이는 공기량 측정기를 통해 유동되는 공기량(ML21)에 대해 비례적이다. 비례 상수(C)는 외기 중의 산소 함유량에 일치한다. 엔진으로 유입되는 필요 산소량(MO22)의 제2 부분은 엔진으로 유입되는 공기량(ML22)에 대해 비례적이다. 비례 상수(O22)는 엔진으로 유입되는 산소 함유량에 상응한다. 변수(O22)는 산소량(MMO2)과 공기량(MM2)의 몫으로써 형성된다. 엔진으로 유입되는 산소 유동량 이 흡기관의 산소량으로부터 파악될 수 있기 때문에, 음의 부호를 갖는 상기 몫이 고려된다. 제3 부분은 배기 가스 밸브를 통해 흡기관으로 공급되는 산소량(MOA)이다. 상기 산소 유동량은 배기 가스 밸브를 통해 유동되는 공기량(MA)에 대해 비례적이다. 비례 상수는 엔진으로부터 유동되는 공기 내 산소 함유량(O31)이다.
엔진으로부터 유동되는 공기 내 산소 함유량(O31)을 결정하기 위해 연소 모델이 사용된다. 이는 분사된 전체 연료량이 연소시켜 연소실 내의 혼합기로부터 산소를 제외시킴으로써 연소 전의 산소량(MO22)이 연소 후의 산소량으로 감소된다. 감소된 산소량 및 연료량은 이론비(C2)에 의해 서로에 대해 비례적이 된다.
연소 후의 산소 함유량(O31)은 산소량(MO31) 및 엔진으로부터 유동되는 전체 공기량의 몫으로 형성된다. 엔진으로부터 유동되는 공기량은 엔진으로 유입되는 공기량(ML22)과 분사된 연료량(ME22)으로부터의 합으로 형성된다.
설명된 방법에 의해, 간단한 방법으로 측정되는 변수로부터 엔진으로 유입되는 산소량(MO22)이 결정되며, 배기 가스 복귀와 배기 가스 내 산소 함유량의 작용이 고려된다. 이는 엔진의 희박 작동 시에 특히, 디젤 엔진에서 현저해질 수 있다.
본 발명에 따르면, 적어도 온도 변수(T2), 압력 변수(P2), 회전수(N), 연료량(ME) 및 공기량(ML21)으로부터 엔진으로 유입되는 산소량(MO22)이 결정된다. 온도 변수(T2)는 흡기관 내 공기의 온도를 나타낸다. 압력 변수(P2)는 흡기관 내 공기압을 나타낸다.
배기 가스 복귀 라인을 통해 유동되는 공기량(MA)은 배기 가스관 내 공기량의 평형에 의해 결정된다. 배기 가스과 내 산소량(MMO2)은 적어도 외부로부터 흡기관으로 유입되는 산소량(MO21), 엔진으로 유입되는 산소량(MO22) 및 배기 가스 복귀 라인을 통해 유동되는 산소량(MOA)으로부터 결정된다. 상기 산소량들은 각각의 상응되는 공기량 및 산소 함유량으로부터 결정된다.
외부로부터 유입되는 공기량 중 산소 함유량은 상수(C)와 관련된다. 배기 가스 복귀 라인을 통해 유동되는 공기량의 산소 함유량(O31)은 연소 모델에 의해 결정된다. 엔진으로 유입되는 공기량의 산소 함유량(022)은 흡기관 내 산소량(MMO2)과 흡기관 내 공기량으로부터 계산된다.
엔진으로 유입되는 산소량(MO22)은 적어도 흡기관 내 산소량(MMO2), 흡기관 내 공기량(MM2) 및 엔진으로 유입되는 공기량(ML22)으로부터 결정된다. 엔진으로 유입되는 공기량(ML22)은 적어도 흡기관 내 공기량(MM2)과 회전수(N)로부터 결정된다.
흡기관 내 공기량(MM2)은 적어도 온도 변수(T2)와 압력 변수(P2)로부터 결정된다.

Claims (10)

  1. 엔진 내로 유동하는 산소량(MO22)이 적어도 하나의 조작 변수와 적어도 하나의 흡기관 내 공기의 상태를 특징짓는 적어도 하나의 측정 변수로부터 모델을 이용하여 결정되는 엔진 제어 방법에 있어서,
    적어도 하나의 온도 변수(T2)와, 적어도 하나의 압력 변수(P2)와, 적어도 하나의 회전수 변수(N)와, 적어도 하나의 연료량 변수(ME)와 외부로부터 흡기관 내로 유동하는 공기량을 특징짓는 적어도 하나의 공기 변수(ML21)로부터 상기 산소량(MO22)이 결정되며, 배기 가스 복귀 라인을 통해 유동하는 공기량(MA)이 흡기관 내 공기량의 평형에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 흡기관 내 공기 온도를 특징짓는 온도 변수(T2), 흡기관 내 공기 압력을 특징짓는 압력 변수(P2) 및 외부로부터 흡기관 내로 유동하는 공기량을 특징짓는 공기 변수(ML21)가 센서에 의해 검출되는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 흡기관 내 산소량(MMO2)은, 외부로부터 흡기관 내로 유동하는 적어도 하나의 산소량(MO21), 엔진 내로 유동하는 산소량(MO22) 및 배기 가스 복귀 라인을 통해 유동하는 산소량(MOA)으로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 산소량은 상응하는 공기량과 각각의 산소 함유량으로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 방법.
  6. 제4항에 있어서, 배기 가스 복귀 라인을 통해 유동하는 공기량 내 산소 함유량(O31)은 연소 모델에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 엔진으로 유동하는 산소량(MO22)은 적어도 흡기관 내 산소량(MMO2), 흡기관 내 공기량(MM2) 및 엔진으로 유동하는 공기량(ML22) 으로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서, 엔진으로 유동하는 공기량(ML22)이 적어도 흡기관 내 공기량(MM2) 및 회전수(N)로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 방법.
  9. 제7항에 있어서, 흡기관 내 공기량(MM2)이 적어도 온도 변수(T2) 및 압력 변수(P2)로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 방법.
  10. 흡기관 내 공기의 상태를 특징짓는 적어도 하나의 측정 변수와 적어도 하나의 조작 변수로부터, 적어도 하나의 모델을 이용하여 엔진으로 유동하는 산소량(MO22)을 결정하는 엔진 제어 장치에 있어서,
    적어도 하나의 온도 변수(T2)와, 적어도 하나의 압력 변수(P2)와, 적어도 하나의 회전수 변수(N)와, 적어도 하나의 연료량 변수(ME)와 외부로부터 흡기관 내로 유동하는 공기량을 특징짓는 적어도 하나의 공기 변수(ML21)로부터 산소량(MO22)을 결정하며, 배기 가스 복귀 라인을 통해 유동하는 공기량(MA)을 흡기관 내 공기량의 평형에 의해 결정하는 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 장치.
KR1020017015645A 2000-04-06 2001-03-23 엔진 제어 방법 및 장치 KR100749593B1 (ko)

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