KR101131336B1 - 배기가스 재순환 장치를 갖는 내연기관을 작동시키기 위한방법 및 그 방법을 실행시키기 위한 장치 - Google Patents

배기가스 재순환 장치를 갖는 내연기관을 작동시키기 위한방법 및 그 방법을 실행시키기 위한 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배기가스 재순환-조절 장치(26) 및 내연기관(10)의 흡기 영역(11)의 유입부에 오리피스(27)를 포함하는 배기가스 재순환부(25)를 갖는 내연기관을 작동시키기 위한 방법 및 상기 방법을 실행시키기 위한, 배기가스 재순환-조절 장치(26) 다음의 하류에서 압력(p_nAGRV)을 측정하는 장치에 관한 것이다. 측정된 압력(p_nAGRV)에 의해 배기가스 재순환-조절 장치(26)를 통해 흐르는 실제 배기가스 재순환-질량 흐름(ms_agr_Ist)은 적어도 배기가스 재순환 신호(St)에 따라 측정될 수 있다. 본 발명에 따른 과정은 소정의 배기가스 재순환-질향 흐름(ms_agr) 또는 보정 신호(Korr)에 의해 보정된 배기가스 재순한 신호(St)와의 소정의 배기가스 재순환 비율에 대한 정밀한 조절을 가능케 한다.
내연기관, 배기가스 재순환 조절 장치, 교정 신호, 질량 흐름, 흡기 영역

Description

배기가스 재순환 장치를 갖는 내연기관을 작동시키기 위한 방법 및 그 방법을 실행시키기 위한 장치{METHOD FOR OPERATING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH EXHAUST GAS RECIRCULATION AND DEVICE FOR ACCOMPLISHING THE METHOD}
도면은 본 발명에 따른 방법이 실행되는 기술적인 주변 영역을 도시한다.
도면은 흡기 영역(11)에 공기 측정부(12), 흡기관 압력(p_saug)을 측정하기 위한 흡기관-압력 센서(13) 및 흡기관 온도(te_saug)를 측정하기 위한 흡기관-온도 센서(14)가 배치되어 있는 내연기관(10)을 도시한다.
내연기관(10)의 배기가스 영역(15)에 배기가스 압력(p_abg)을 측정하기 위한 배기가스-압력 센서(16) 및 배기가스 온도(te_abg)를 측정하기 위한 배기가스-온도 센서(17)가 배치된다.
공기 측정부(12)는 제어기(20)에 공기 신호(ms_L)를 전달하며, 흡기관-압력 센서(13)는 흡기관 압력-측정 신호(p_saug_mess)를, 흡기관-온도 센서(14)는 흡기관 온도-측정 신호(te_saug_mess)를, 배기가스 압력 센서(16)는 배기가스-측정 신호(p_abg_mess)를, 그리고 배기가스-온도 센서(17)는 배기가스 온도-측정 신호(te_abg_mess)를 전달한다.
내연기관(10)은 제어기(20)에 회전 신호(n)를 제공하고 제어기(20)는 연료-계량 장치(21)에 연료 신호(m_K)를 제공한다.
배기가스 영역(15)과 흡기 영역(11) 사이에 배기가스 재순환-조절 장치(26) 및 오리피스(27)를 포함하는 배기가스 재순환부(25)가 제공된다. 오리피스(27)는 배기가스 재순환부(25)를 흡기 영역(11)에 유입시킨다. 배기가스 재순환-조절 장치(26)는 제어기(20)에 의한 배기가스 재순환 신호(St)를 통해 제어된다.
배기가스 재순환부(25)에 배기가스 재순환-질량 흐름(ms_agr), 배기가스 재순환-조절 장치(26) 전의 상류에 압력(p_vAGRV), 배기가스 재순환-조절 장치(26) 다음의 하류에 압력(p_nAGRV), 및 오리피스(27)에 압력 차이(dp)가 나타난다.
제어기(20)는 배기가스 재순환-조절 장치(26) 전의 상류에 압력(p_vAGRV), 배기가스 온도(te_abg), 흡기관 압력(p_saug), 흡기 온도(te_saug), 배기가스 재순환 신호(St) 및 배기가스 재순환-조절 장치(26) 다음의 하류에 압력의 이전 값(p_nAGRV_alt)이 제공되는 배기가스 재순환-질량 흐름-측정부(30)를 포함한다. 배기가스 재순환-질량 흐름-측정부(30)는 압력-측정부(31) 및 합산기(32)에 제공되는 계산된 실제 배기가스 재순환-질량 흐름(ms_agr_Ist)을 제공한다.
또한 압력-측정부(31)에 흡기관 압력(p_saug), 흡기관 온도(te_saug) 및 오리피스(27)의 개구 단면(Q)이 제공된다. 압력-측정부(31)는 배기가스 재순환-조절 장치(25)의 하류 위치에서 압력을 측정하여, 압력의 새로운 값(p_nAGRV_neu)을 제공한다.
합산기(32)는 계산된 배기가스-재순환-질량 흐름(ms_agr_Ist)과 소정의 목표-배기가스 재순환-질량 흐름(ms_agr_Soll) 간의 차이(33)를 측정하고, 소정의 목표-배기가스 재순환-질량 흐름(ms_agr_Soll)에 따라 배기가스 재순환 신호(St)를 전달하는 표(35)에 제공되는 보정 신호(Korr)를 측정하는 보정 측정부(34)의 차 이(33)를 제공한다.
본 발명은 배기가스 재순환 장치를 갖는 내연기관을 작동시키기 위한 방법 및 독립 청구항의 전제부에 따른 본 방법을 실행시키기 위한 장치에 관한 것이다.
내연기관의 실린더 내에서 연료가 연소될 때, 배기가스 재순환은 배기가스를 내연기관에 유입되는 신선한 공기에 혼합함으로써 NOx-형성을 감소시킨다. 배기가스 재순환은 연료의 연소 진행 과정 동안 최고 온도를 낮추어 NOx-형성을 위한 조건이 악화되도록 한다. 너무 많은 배기가스 재순환은 불완전 연소 과정으로 인해 내연기관의 입자 배출 증가를 초래한다. 너무 적은 배기가스 재순환은 NOx-형성을 감소시키기 위한 포텐셜을 충분히 이용하지 않는다. 이로 인해 최적화되는 경우에 NOx-배출 및 입자 배출이 고려되어야 한다.
배기가스 재순환부에는 목표-배기가스 재순환 비율을 조절하기 위해 배기가스 재순환 신호에 의해 제어되는 배기가스 재순환-조절장치가 배치된다. 목표-배기가스 재순환 비율은 내연기관의 상이한 작동 상태를 위한 적용 범위 내에서 측정되고 제어기의 저장기 내에 저장된다. 소정의 목표-배기가스 재순환 비율을 조절하기 위해 배기가스 재순환-조절 장치, 예를 들어 배기가스 재순환 밸브는 배기가스 영역과 흡기 영역 간의 압력 차이에 따라 제어될 수 있다. 압력은 흡기 영역에 서, 예를 들어 흡기관-압력 센서에 의해 측정되거나 또는 내연기관, 예를 들어 내연기관에 유입되는 공기 질량 흐름의 공지된 작동 변수에 의해 모델화된다. 압력은 배기가스 영역에서, 예를 들어 배기가스-압력 센서에 의해 측정되거나 또는 내연기관의 작동 변수에 의해 역시 모델화된다. 부피 흐름 대신 배기가스 재순환-질량 흐름을 측정하기 위해 측정되거나 또는 바람직하게는 모델화되는 온도의 숙지가 필요하다.
내연기관에 유입되는 신선한 공기-질량 흐름과 배기가스 재순환-질량 흐름의 양호한 혼합은 내연기관의 흡기 영역 내에서의 배기가스 재순환부의 유입 위치의 최적화에 의해 가능할 수 있다. 유입 위치의 형상에 따라 배기가스 재순환부 내에 압력비 또는 배기가스 재순환-질량 흐름에 영향을 미치는 오리피스 형상의 추가 부품이 생성된다.
본 발명의 목적은 배기가스 재순환부를 갖는 내연기관을 작동시키기 위한 방법 및 상기 방법을 실행시키기 위한, 배기가스 재순환-질량 흐름의 정확한 조절을 가능케 하는 장치를 제공하는 것이다.
문제점은 독립 청구항에 주어진 특징들에 의해 각각 해결된다.
배기가스 재순환-조절 장치 및 내연기관의 흡기 영역 내에서의 유입부에 오리피스를 포함하는 배기가스 재순환부를 갖는 내연기관을 작동시키기 위한 본 발명에 따른 방법은 배기가스 재순환-조절 장치 다음의 하류 또는 오리피스 전에 압력 측정부를 구비한다.
본 발명에 따른 과정을 통해, 배기가스 재순환-조절 장치에 나타나는 압력 차이 및 배기가스 재순환 신호를 통해 알 수 있는 배기가스 재순환-조절 장치의 소정의 개구 단면적을 이용하여 배기가스 재순환-질량 흐름을 산출하는 것이 가능하다. 이러한 원리를 이용하면, 배기가스 재순환 신호에 의해 소정의 배기가스 재순환-질량 흐름이 정밀하게 조절될 수 있다. 배기가스 재순환-질량 흐름은 공지된, 내연기관으로부터 흡입된 신선 공기-질량 흐름을 고려하여 배기가스 재순환 비율로 전환될 수 있다. 이하 배기가스 재순환-질량 흐름 및 배기가스 재순환 비율에 대한 개념은 동일한 의미로 사용된다.
본 발명에 따른 과정은 내연기관의 흡기 영역 내에서의 유입부 전의, 배기가스 재순환부 내에 배치된 오리피스의 자유로운 형상을 가능케한다. 오리피스의 구조적인 형상을 통해 배기가스 재순환-질량 흐름의 내연기관에 유입되는 신선 공기-질량 흐름과의 최적화된 혼합이 가능할 수 있다. 본 발명에 따른 과정에서는, 오리피스가 배기가스 재순환부에서 압력 비율에 미치는 영항이 고려됨으로써, 소정의 배기가스 재순환 비율이 상이한 작동 상태에서 유지될 수 있도록 한다.
본 발명에 따른 과정의 바람직한 개선 및 구조는 종속 청구항에 나타난다.
이러한 구조에 따라 먼저 배기가스 재순환-질량 흐름이 측정된다. 그 다음으로, 측정된 배기가스 재순환-질량 흐름, 흡기관 압력, 오리피스의 개구 단면 및 경우에 따라서는 흡기관 온도 등으로부터 오리피스에 나타나는 압력 차이가 산출된다. 이러한 구조를 통해 배기가스 재순환-조절 장치 하류의 압력이 간단한 방법으로, 즉 내연기관의 흡기 영역 내에서의 공지된 압력에 오리피스에 나타난 압력 차이가 추가되는 것을 통해 얻어진다.
배기가스 재순환부를 갖는 내연기관을 작동하기 위한 본 발명에 따른 장치는 상기 방법을 실행시키기 위해 특수하게 적용된 제어기에 관한 것이다.
상기 제어기는 특히 오리피스에 나타나는 압력 차이를 측정하기 위한 압력 차이-측정부를 포함한다.
또한 상기 제어기는 바람직하게는 과정들이 컴퓨터 프로그램으로서 저장되는 적어도 하나의 전기 저장기를 포함한다.
본 발명에 따른 바람직한 추가적인 개선 및 구조는 추가적인 종속 청구항 및 다음의 설명에 의해 나타난다.
본 발명에 따른 방법은 다음과 같이 작동한다.
제어기(20)는 예를 들어 내연기관(10)이 차량 내에서의 구동 모터로서 제공되는 경우, 상세히 도시되지 않은 차량의 역시 상세히 도시되지 않은 주행 패달에 의해 주어지는 토크-목표값에 따라 연료-측정 장치(21)에 제공되는 연료 신호(m_K)를 결정한다. 토크-목표값 및 연료 신호(m_K)는 내연기관의 부하를 위한 척도로서 고려될 수 있다.
배기가스 재순환부(25)는 배기가스 영역(15)과 흡기 영역(11) 사이에서 내연기관(10)으로부터 흡입되는, 공기 신호(ms_L)를 반사하는 신선 공기 흐름에 내부 가스의 혼합을 가능케 한다. 고온의 배기가스의 혼합을 통해 중간 연소 온도가 확 실하게 상승되지만, 연소되는 동안 최고 온도는 하락하며, 이로써 NOx의 생성 조건이 악화된다. 연소가 불안정하기 때문에 배기가스 재순환 비율은 임의로 상승되지 못하며, 증가된 입자 배출과 결합된다.
배기가스 재순환-조절 장치(26)에 의해 배기가스 재순환 신호(St)에 따라 조절되는 미리 주어진 배기가스 재순환 비율은 바람직하게는 내연기관(10)의 상이한 작동 상태들을 위한 적용 범위 내에서 측정되며, 상세히 도시되지 않은 저장기에 저장된다. 배기가스 재순환 비율은 예를 들어 회전 신호(n), 내연기관(10)의 부하, 흡기관 압력(p_saug) 또는 이들의 조합에 따라 결정된다.
회전 신호(n)는 예를 들어 내연기관(10)의 회전수, 내연기관(10)의 샤프트의 위치 또는 이들의 조합에 관한 것이다. 흡기관 압력(p_saug)은 예를 들어 흡기관-센서(13)에 의해 측정될 수 있고 흡기관 압력-측정 신호(p_saug_mess)로서 제어기(20)에 제공될 수 있다. 형상은 흡기관 압력(p_saug)이 예를 들어 공기 신호(ms_L)에 따라, 그리고 흡기 영역(11) 내에서 흘러 들어가며 흘러나오는 공기 질량의 적분을 통한 내연기관(10) 내에서의 개별적인 실린더의 충전에 의해 모델화되는 것을 제공한다.
배기가스 재순환 신호(St)에 의해 주어지고 배기가스 재순환-조절 장치(26), 예를 들어 밸브에 의해 조절된 배기가스 재순환 비율은 일반적으로 측정되지 않으며, 공지된 변수에 의해 계산된다. 배기가스 재순환-질량 흐름(ms_agr)은 부품, 부품의 공지된 개구 단면에서의 압력 차이에 의해 질량 흐름에 기초를 둔 온도를 고려하여 측정될 수 있다.
도시된 실시예에는 먼저, 배기가스 압력(p_abg) 및 배기가스 온도(te_abg)가 측정되는 방식이 제공된다. 측정을 위해서 배기가스-압력 센서(16) 또는 배기가스-온도 센서(17)가 제공된다. 배기가스-압력 센서(16)는 제어기(20)에 배기가스 압력-측정 신호(p_abg_mess), 그리고 배기가스-온도 센서(17)는 배기가스 온도-측정 신호(te_abg_mess)를 제공한다. 온도 측정부(12)에 의해 측정된 각각의 공기 신호(ms_L), 연료 신호(m_K), 회전 신호(n) 및 특히 내연기관(10)의 부하는 계산에 기초를 둘 수 있다.
또한 실제 배기가스 재순환 비율 또는 배기가스 재순환-질량 흐름(ms_agr)을 측정하기 위해, 측정되거나 또는 공지된 내연기관(10)의 작동 변수에 의해 계산될 수 있는 흡기관 압력(p_saug) 및 흡기관 온도(te_saug)가 제공된다. 측정하기 위해, 한편으로는 흡기관-압력 센서(13), 그리고 다른 한편으로는 흡기관-온도 센서(14)가 제공된다. 흡기관-압력 센서(13)는 제어기(20)에 흡기관 압력-측정 신호(p_saug_mess), 그리고 흡기관-온도 센서(14)에 흡기관 온도-측정 신호(te_saug_mess)를 제공한다.
배기가스 재순환-질량 흐름-측정부(30)는 배기가스 재순환-조절 장치(26) 전 상류의, 적어도 거의 배기가스 압력(p_abg), 흡기관 압력(p_saug), 흡기관 온도(te_saug), 배기가스 재순환 신호(St) 및 배기가스 재순환-조절 장치(26) 다음의 하류에 압력(p-nAGRV_alt)의 이전 값과 상응하는 압력(p_vAGRV)으로부터의, 계산된 실제 배기가스 재순환-질량 흐름(ms_agr_Ist)을 측정한다. 또한, 적어도 거의 온 도 모델에 의해 측정될 수 있고 배기가스 온도(te_abg)에 의해 제공될 수 있는 배기가스 재순환-조절 장치(26)의 온도가 고려된다.
가능한 한 정확한 배기가스 재순환 비율을 배기가스 재순환 신호(St)에 의해 조절될 수 있도록, 배기가스 재순환-조절 장치(26) 다음의 하류에 이전의 압력 값(p_nAGRV_alt)이 필요하며, 목표-배기가스 재순환-질량 흐름(ms_agr_Soll)과 배기가스 재순환 신호(St) 사이의 관계는 표(36)에 저장된다.
배기가스 재순환-조절 장치(26) 다음의 하류에 이전의 압력 값(p_nAGRV_alt)이 오리피스(27) 전 상류의 압력과 동일하기 때문에, 오리피스(27)를 통해 흐르는 배기가스 재순환-질량 흐름(ms_agr)을 측정할 수 있도록, 배기가스 재순환-조절 장치(26) 다음의 하류에 이전의 압력 값(p_nAGRV_alt)이 필요하다.
삭제
배기가스 재순환-조절 장치(26) 다음의 하류에 새로운 압력 값(p_nAGRV_neu)은 계산된 실제 배기가스 재순환-질량 흐름(ms_agr_Ist), 흡기관 압력(p_saug), 흡기관 온도(te_saug) 및 공지된 오리피스(27)의 개구 단면(Q)으로부터의 압력-측정부(31) 내에서 계산되며, 배기가스 재순환-조절 장치(26) 다음의 하류에 새로운 압력 값(p_nAGRV_neu)으로서 제공된다. 계산 시간에 기초를 둔 배기가스 재순환-조 절 장치(26) 다음의 하류의 실제로 나타나는 압력(p_nAGRV)의 느린 변화로 인해 압력-측정부(31)의 출력부는 배기가스 재순환-질량 흐름 측정부(30)와 직접 연결될 수 있다. 배기가스 재순환-조절 장치(26) 다음의 하류에서 이전의 압력 값(p_nAGRV_alt)과 새로운 압력 값(p_nAGRV_neu)은 실제로 구분되지 않는다.
합산기(32)는 적어도 실제로 나타나는 배기가스 재순환-질량 흐름(ms_agr)을 위한 척도인, 계산된 배기가스 재순환-질량 흐름(ms_agr_Ist)을 목표-배기가스 재순환-질량 흐름(ms_agr_Soll)과 비교한다. 차이(33)가 나타나는 경우 보정-측정부(34) 내에서 보정 신호(Korr)가 측정되며, 표(35)에 제공된다. 표(35)는 배기가스 재순환 신호(St)를 준비하며, 예를 들어 표(35)에 목표-배기가스 재순환 비율(ms_agr_Soll)과 배기가스 재순환-조절 장치(26) 내에서의 영역 요소의 위치 사이의 관계를 결정하는 특성 곡선이 저장된다. 표(35) 내에서의 보정 대신 소정의 목표-배기가스 재순환-질량 흐름(ms_abg_Soll) 또는 목표-배기가스 재순환 비율의 보정이 발생할 수 있다.
도시된 실시예에서 배기가스 재순환부(25)는 배기가스 재순환-조절 장치(26) 외에 단지 하나의 추가적인, 오리피스(27)로서 형상된 부품을 포함한다. 본 발명에 따른 방법은 압력 차이(dp)가 나타나는 추가 부품들을 포함하는 배기가스 재순환부(25)의 경우에 유사하게 사용될 수 있다. 이러한 경우에 배기가스 재순환-질량 흐름-측정부(30)는 추가 부품들 다음 상류 및 하류의 압력에 상응하는 추가 입력 신호들을 위해 보정되며, 추가 압력들은 추가 압력-측정부(31)에 의해 반복적으로 측정된다.
본 발명에 따른 과정을 통해, 배기가스 재순환-조절 장치에 나타나는 압력 차이 및 배기가스 재순환 신호를 통한 배기가스 재순환-조절 장치의 공지된, 소정의 개구 단면에 의해 배기가스 재순환-질량 흐름을 측정하는 것이 가능하며, 이로써 배기가스 재순환 신호에 의해 소정의 배기가스 재순환-질량 흐름이 정밀하게 조절될 수 있다.

Claims (7)

  1. 배기가스 재순환 조절 장치(26) 및 내연기관(10)의 흡기 영역(11) 내에서의 유입부에 오리피스(27)를 포함하는 배기가스 재순환부를 갖는 내연기관을 작동시키기 위한 방법에 있어서,
    배기가스 재순환-조절 장치(26) 하류의 압력값(p_nAGRV)이 결정되고,
    상기 압력값(p_nAGRV)의 결정은 배기가스 재순환 조절 장치(26)와 오리피스(27) 사이에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연기관을 작동시키기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 먼저 실제 배기가스 재순환-질량 흐름(ms_agr_Ist)을 측정하고, 그 다음 측정된 실제 배기가스 재순환-질량 흐름(ms_agr_Ist), 내연기관(10)의 흡기 영역(11) 내에서의 흡기관 압력(p_saug) 및 오리피스(27) 개구 단면(Q)으로부터 압력(p_nAGRV)값을 결정하는 것을 특징으로 하는 내연기관을 작동시키기 위한 방법.
  3. 제2항에 있어서, 압력값(p_nAGRV)을 얻기 위해 오리피스(27)에 나타나는 압력 차이값(dp)이 결정되고 흡기관 압력(p_saug)에 합산되는 것을 특징으로 하는 내연기관을 작동시키기 위한 방법.
  4. 제2항에 있어서, 측정된 실제 배기가스 재순환-질량 흐름(ms_agr_Ist) 및 소정의 목표 배기가스 재순환-질량 흐름(ms_agr_Soll)으로부터 보정 신호(Korr)가 결정되는 것을 특징으로 하는 내연기관을 작동시키기 위한 방법.
  5. 제4항에 있어서, 보정 신호(Korr)는 배기가스 재순환-조절 장치(26)에 유입되는 배기가스 재순환 신호(St)를 보정하기 위해 고려되는 것을 특징으로 하는 내연기관을 작동시키기 위한 방법.
  6. 배기가스 재순환-조절 장치(26) 및 내연기관(10)의 흡기 영역(11) 내에서의 유입부에 오리피스(27)를 포함하는 배기가스 재순환부를 갖는 내연기관을 작동시키기 위한 장치에 있어서,
    제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행시키기 위한 적어도 하나의 제어기(20)를 구비하고,
    상기 제어기(20)는 배기가스 재순환-조절 장치(26)와 오리피스(27) 사이의 압력을 검출하는 것을 특징으로 하는 내연기관을 작동시키기 위한 장치.
  7. 제6항에 있어서, 제어기(20)는 배기가스 재순환-조절 장치(26) 하류의 압력(p_nAGRV)을 측정하기 위한 압력 측정부(31)을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관을 작동시키기 위한 장치.
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