KR101554122B1 - 내연 기관의 동작 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

내연 기관의 동작 방법 및 장치가 제공된다. 내연 기관의 시동(ST) 동안 회전 속도 프로파일에 특징적인 변수에 따라서 시동량 적응값(ST_AD)을 적응시킨다. 준-정적 동작 상태일 것을 요하는 기결정된 조건(COND)이 충족되면, λ 제어기의 적어도 하나의 제어 파라미터(LAM_RP)에 따라서 λ 적응값(LAM_AD)을 적응시킨다. λ 적응값(LAM_AD)의 마지막 적응 이후의 시동량 적응값(ST_AD)의 변화에 따라서 중간 보정값(ZW_KOR)을 적응시킨다. 내연 기관의 적어도 하나의 동작 변수(BG)에 따라서 계량될 연료량(MFF)을 결정한다. 내연 기관의 시동(ST) 동안 시동량 적응값(ST_AD)에 의해서 계량될 연료량(MFF)을 보정한다. 내연 기관의 시동(ST) 이후에는 λ 적응값(LAM_AD)에 따라서 계량될 연료량(MFF)를 보정한다. 각각의 시동(ST) 후 처음으로 λ 적응값(LAM_AD)이 적응될 때까지 중간 보정값(ZW_KOR)에 따라서 계량될 연료량(MFF)을 보정한다.

Description

내연 기관의 동작 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR OPERATING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연 기관의 동작 방법 및 장치에 관한 것이다.
내연 기관들을 구비하는 자동차에 의한 유해 물질 배출 허용에 대한 규정들이 점점 더 엄격해지면서, 내연 기관의 동작 동안 유해 물질 배출을 가능한 한 낮게 유지하는 것이 요구된다. 이를 달성할 수 있는 방법들 중 하나는 내연 기관의 각각의 실린더 내 공기-연료 혼합물의 연소 동안 발생하는 유해 물질 배출을 줄이는 것이다. 다른 하나는 내연 기관들 내에 배기 처리 시스템들을 사용하는 것인데, 이로써 각각의 실린더 내 공기/연료 혼합물의 연소 과정 동안 발생하는 유해 물질이 무해한 물질로 변환된다. 이런 목적으로 일산화탄소, 탄화수소 및 아산화질소(nitrous oxide)를 무해한 물질로 변환하는 촉매 컨버터들이 사용된다. 연소 동안 유해 물질의 생성에 의도한 영향을 미치기 위하여, 또한 촉매 컨버터를 사용하여 높은 효율로 유해 물질을 변환하기 위하여, 각각의 실린더 내에서 매우 정밀하게 조정된 공기-연료 혼합물을 필요로 한다.
촉매 컨버터의 상류에(upstream) 배치된 선형 λ 프로브와 촉매 컨버터의 하 류에(downstream) 배치된 이진 λ 프로브를 구비하는 선형 λ 제어기가 교재(textbook) "내연 기관 매뉴얼"(published by Richard von Basshuysen, Fred Schaefer, 2판, Vieweg & Sohn Verlaggesellschaft mbH, 2002년 6월)의 559쪽 내지 561쪽에 개시되어 있다. λ 셋포인트 값을 가스 분석 상의 지연과 센서 응답을 고려하는 필터를 사용하여 필터링한다. 이렇게 필터링되는 λ 셋포인트 값은 PI2D λ 제어기의 제어 변수인데, 이것의 조작 변수(manipulated variable)는 분사량 보정(injection quantity correction)이다.
나아가, 동일한 교재의 동일한 쪽에 2진 λ 제어기가 또한 개시되어 있는데, 2진 λ 제어기는 촉매 컨버터의 상류에 배치된 2진 λ 프로브를 구비한다. 2진 λ 제어기는 PI 제어기를 포함하는데, P 및 I 인자(components)는 엔진 속도- 및 부하 특성 맵(characteristic maps)에 저장된다. 2진 λ 제어기의 경우, λ 변동(fluctuation)으로도 알려진 촉매 컨버터의 여기가 2 단계 제어에 의해 내재적으로(implicitly) 발생한다. λ 변동의 진폭은 약 3%로 설정된다.
DE 19702556 A1에는 내연 기관의 연료 성질(properties)을 탐지하는 장치가 개시되어 있는데, 이 장치는 엔진이 시동되는 동안의 동작 상태로부터 엔진에 의해 사용되는 연료의 성질을 탐지하고 탐지된 연료 성질을 나타내는 신호를 내보낸다. 내연 기관의 시동 성능(starting performance)을 나타내는 파라미터와 시동 동안의 회전수 변화를 나타내는 파라미터를 기초로 사용된 연료의 성질이 결정된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 단순하고 정확한 내연 기관의 동작 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제는 독립항들의 특징들에 의해서 해결된다. 본 발명의 바람직한 실시예들이 종속항들에서 특징지워진다.
본 발명의 일 실시예는 내연 기관의 동작 방법 및 장치에 관한 것으로서, 내연 기관은 연소 챔버와 계량된 연료를 제공하는 분사 밸브(18)를 구비하는 적어도 하나의 실린더(Z1 내지 Z4)와 λ 제어기를 포함한다. 내연 기관의 각각의 시동 동안 회전 속도 프로파일에 특징적인 변수에 따라서 시동량 적응값을 적응시킨다. 준-정적 동작 상태(quasi-stationary operating state)일 것을 요하는 기결정된 조건이 충족되면, λ 제어기의 적어도 하나의 제어 파라미터에 따라서 λ 적응값을 적응시킨다. λ 적응값의 마지막 적응 이후의 시동량 적응값의 변화에 따라서 중간(intermediate) 보정값을 적응시킨다. 내연 기관의 적어도 하나의 동작 변수에 따라서 계량될 연료량을 결정한다. 시동량 적응값에 의해서 내연 기관의 시동 동안 계량될 연료량을 보정한다. 내연 기관의 시동 이후에는 λ 적응값에 따라서 계량될 연료량을 보정한다. 각각의 시동 후 처음으로 λ 적응값이 적응될 때까지 중간 보정값에 따라서 계량될 연료량을 보정한다. 이런 방식으로 특히 각각의 시동 후에 λ 적응값의 처음 적응까지 내연 기관의 정밀한 제어를 할 수 있고, 이로써, 한편으로, 원치 않는 유해 물질이 배출되는 것을 억누를 수 있고, 또한 다른 한편으로 내연 기관의 부드러운 주행을 보증한다. 계량될 보정된 연료량의 계량(metering)을 위하여, 특히 분사 밸브에 대한 액추에이트 신호가 생성된다.
이런 방식으로, 적응값의 마지막 적응 이후의 시동량 적응값 변화를 알면, 마지막으로 λ 제어기의 적어도 하나의 제어 파라미터에 의한 λ 적응값의 정밀한 적응이 가능해지기 전에, 역시 내연 기관의 시동 이후에 계량될 연료량 결정을 위한 적응 요건(requirement)을 추정할 수 있다. 따라서 이 중간 구간에서 내연 기관을 매우 정밀하게 제어할 수 있다. 특히, 각각의 시동 후에 발생하는 λ 적응값의 처음 적응 후에 중간 보정값이 중립값으로 설정될 수 있다.
바람직한 일 실시예에 따르면, 중간 보정값의 적응은, 시동량 적응값(ST_AD)의 변화가 중간 보정값의 변화에 상대적으로 더 작은 영향을 미치도록 행해진다. 따라서, 시동 동안 이미 발생하는 내연 기관의 관성의 극복 뿐만 아니라 내연 기관의 시동 후 시간 경과에 따른(as an increasing amount of time passes) 내연 기관의 특히 냉각제의 온도 상승에 의한 효과(effect)를 이롭게 고려할 수 있어서, 시동 후에 및 시동 전에 발생하는 λ 적응값의 처음 적응 후에, 특히 정밀한 연료 계량(metering), 즉 특히 조정되어야 할 공연비와 관련하여 정밀한 연료 계량이 실현될 수 있다.
바람직한 다른 실시예에 따르면, 중간 보정값의 적응은, λ 적응값의 마지막 적응 후의 시동량 적응값의 변화가 기결정된 임계값를 초과하는 경우에만 행해진다. 따라서 λ 적응값에 의한 충분히 정밀한 보정과 함께, 중간 보정값의 불필요한 적응을 피할 수 있다.
바람직한 다른 실시예에 따르면, 각각의 시동(ST) 후 기결정된 온도, 특히 냉각제의 온도의 달성 및/또는 기결정된 구간이 만료되면 상기 중간 보정값에 의한 보정(correcting)은 시간에 따른 램프 함수에 중립값으로 되돌려진다. 이런 방식으로 특히 부드러운(gentle) 천이를 얻을 수 있고, 이로써 또한 특히 연속적으로 정밀하게 조정된 공연비를 보증할 수 있다.
바람직한 다른 실시예에 따르면, 기결정된 조건은 회전 속도 및/또는 부하 변수에 따른다. 이런 방식으로, 정밀하게 조정된 공기-연료 혼합물에 관하여 계량될 보정된 공기-연료량의 정밀한 결정의 관점에서 특히 효과적으로 λ 적응값의 적응이 실현될 수 있다.
이하 개략적인 도면들을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예들을 상세하게 설명한다.
도면들에서 동일한 구성 요소 또는 동일한 방식으로 기능하는 요소들에 대하여 동일한 참조 부호를 사용하였다.
내연 기관(도 1)은 흡입관(1), 엔진 블록(2), 실린더 헤드(3) 및 배기관(4)을 포함한다. 흡입관(1)은 바람직하게는 쓰로틀 밸브(5), 수집기(6)(collector)와, 엔진 블록(2)의 흡입 채널을 통해 실린더(Z1)의 방향으로 연장되는 흡입 매니폴드(7)를 포함한다. 엔진 블록(2)은 또한 커넥팅 로드(10)에 의해 실린더(Z1)의 피스톤(11)에 연결되는 크랭크축(8)을 포함한다.
실린더 헤드(3)는 가스 흡입 밸브(12)와 가스 배기 밸브(13)를 구비하는 밸 브 동작 기구를 포함한다.
실린더 헤드(3)는 또한 분사 밸브(18)와 스파크 플러그(19)를 포함한다. 이와 달리 분사 밸브(18)는 흡입 매니폴드(7) 내에 배치될 수 있다.
3-방향 촉매 컨버터로 형태로 촉매 컨버터가 배기관 내에 배치된다. 또한 바람직하게는 다른 촉매 컨버터가 배기관 내에 배치되는데 NOx 촉매 컨버터(23)로서 구체화된다.
제어 장치(25)가 제공되는데, 제어 장치(25)에는 다양한 측정량들을 탐지하고 각 경우에서 측정량의 값을 결정하는 센서들이 할당된다. 제어 장치(25)는 적어도 하나의 측정량들에 따라서 조작 변수들을 결정하는데, 조작 변수들은 이 후 상응하는 최종 제어 요소 오퍼레이터(operators)에 의해서 최종 제어 요소들을 제어하기 위하여 하나 이상의 액츄에이터 신호들로 변환된다. 제어 장치(25)는 또한 내연 기관의 제어 장치로서도 지칭될 수 있다.
센서들은 가속도 페달(27)의 가속도 페달 위치를 탐지하는 페달 위치 센서(26), 쓰로틀 밸브(5)의 상류의(upstream) 공기 흐름(air flow)을 탐지하는 공기 흐름 센서(28), 흡입 공기 온도를 탐지하는 제1 온도 센서(32), 수집기(6) 내에서 흡입 매니폴드 압력을 탐지하는 흡입 매니폴드 압력 센서(34), 및 후에 회전 속도(rpm)(N)가 할당되는 크랭크축 각을 탐지하는 크랭크축 각 센서(36)이다.
또한 배기 가스 프로브(42)가 제공되는데, 배기 가스 프로브(42)는 3 방향 촉매 컨버터(21)의 상류에 또는 3 방향 촉매 컨버터(21) 내에 배치되고, 배기 가스의 잔존 산소량을 탐지하는데, 그것의 측정 신호(MS1)는, 이하 실린더(Z1 내지 Z4) 내 공연비로 지칭되는, 실린더(Z1)의 연소 챔버 내의 그리고 연료의 산화 전에 배기 가스 프로브(42)의 상류의(upstream) 공연비(air-fuel ratio)에 대하여 특징적이다.
배기 가스 프로브(42)는 선형 λ 프로브 또는 이진 λ 프로브일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라서, 전술한 센서들의 어떤 바람직한 서브세트(subset)가 제공될 수 있거나 또한 부가적인 센서들이 제공될 수 있다.
최종 제어 요소들은 예를 들어 쓰로틀 밸브(5), 가스 흡입 및 가스 배기 밸브(12, 13), 분사 밸브(18) 또는 스파크 플러그(19)이다.
바람직하게는 실린더(Z1)뿐만 아니라, 다른 실린더들(Z2 내지 Z4)에도 상응하는 최종 제어 요소들이 또한 제공되고 선택적인 센서들이 또한 할당된다.
제1 실시예에 따른 제어 장치(25) 일부의 블록 다이어그램이 도 2에 도시되어 있다. 특히 간단한 실시예에서 기결정된 원시(raw) 공연비(LAMB SP_RAW)가 설정(establish)될 수 있다. 그러나 바람직하게는 예를 들어, 균일한(homogenous) 또는 쉬프트(shift) 동작과 같은 내연 기관의 현재의 동작 모드에 따라서, 및/또는 내연 기관의 동작 변수들에 따라서 결정된다. 특히 기결정된 원시 공연비(LAMB SP_RAW)는 말하자면 화학량론적인(stoichiometric) 공연비로서 정의될 수 있다. 동작 변수들은 측정 변수들과 이들로부터 도출된 변수들을 포함한다.
블록(B1)에서 양성 여기(positive excitation)가 결정되고 제1 합산점(SUM1)에서 기결정된 원시 공연비(LAMB SP_RAW)와 합산된다. 양성 여기는 사각파 신호이다. 그러면 합산점의 출력 변수는 실린더(Z1 내지 Z4)의 연소 챔버들 내 기결정된 공연비(LAMB_SP)가 된다. 기결정된 공연비(LAMB_SP)는 앞먹임 제어(feedforward control)를 포함하는 블록(B2)에 제공되고 기결정된 공연비(LAMB_SP)에 따라서 λ 앞먹임 제어 계수(LAMB_FAC_PC)가 생성된다.
제2 합산점(SUM2)에서, 기결정된 공연비(LAMB_SP)와 취득된 공연비(LAMB_AV)에 따라서 뺄셈에 의해 블록(B4)에의 입력 변수인 제어 차이(D_LAMB)(control difference)가 결정된다. 블록(B4)에서 선형 λ 제어기가 구체화되는데, 바람직하게는 PII2D 제어기 형태로 구체화된다. 블록(B4)의 선형 λ 제어기의 조작 변수는 λ 제어 계수(LAM_FAC_FB)이다.
또한, 제2 합산점(SUM2)에서의 뺄셈 이전에, 기결정된 공연비(LAMB_SP)가 필터링될 수 있다.
블록(B6)가 또한 제공되는데, 블록(B6)에서, 예를 들어 공기 흐름(air flow)일 수 있는 부하(LOAD)에 따라서, 계량될 연료량(fuel mass)(MFF)이 결정된다. 보정 블록(M1)에서, 예를 들어 계량될 연료량(MFF), λ 앞먹임 제어 계수(LAM_FAC_PC) 및 λ 제어 계수(LAM_FAC_FB)의 프로덕트(product)를 얻음으로써, 계량될 보정된 연료량이 결정된다.
실시예에 따라서, 예를 들어 λ 앞먹임 제어 계수(LAM_FAC_PC), λ 제어 계수(LAM_FAC_FB) 및 λ 적응값(LAM_AD)과 같은 하나 이상의 다른 값들의 합에 따라서 보정 계수를 결정하고, 이후 그것을 계량될 연료량(MFF)과 곱셈으로 연결(multiplicatively combine)하는 것도 가능하다. 이후 보정 블록(M1)에서 결정된 계량될 보정된 연료량(MFF_COR)은 분사 밸브(18)를 트리거(trigger)하기 위한 액츄에이트 신호(SG)(actuating signal)로 변환된다.
2진 λ 제어기를 구비하는 제2 실시예에서의 제어 장치(25) 일부를 도 3의 블록 다이어그램을 참조하여 상세히 설명한다.
블록(B10)은 2진 λ 제어기를 포함한다. 측정 신호(MS1)가 제어 변수로서 2진 λ 제어기에 제공된다. 이 연결에서, 배기 가스 프로브(42)는 2진 λ 프로브로서 구체화되므로 측정 신호는 실질적으로 2진 특성(nature)을 가지는데, 다시 말해서 촉매 컨버터(21)의 상류의 공연비가 린(lean)이면, 린 값(lean value)으로 가정되고, 상기 공연비가 리치(rich)이면, 리치 값(rich value)으로 간주된다. 매우 작은 중간(intermediate) 범위에서만이, 즉 예를 들어 정확한 화학양론적인 공연비의 경우에만이, 린 값(lean value) 및 리치 값(rich value) 간의 중간 값들(intermediate values)을 취한다. 측정 신호(MS1)의 이러한 2진 특성(nature) 때문에, 2진 λ 제어기는 2단계 제어기로서 구체화된다. 2진 λ 제어기는 바람직하게는 PI 제어기로서 구체화된다. P 인자(component)는 바람직하게는 비례 계단 변화(P_J)로서 블록(B10)에 제공된다.
블록(B12)가 제공되는데, 회전 속도(N) 및 부하(LOAD)에 따라서 비례 계단 변화(P_J)가 결정된다. 이를 위해서, 바람직하게는 특성 맵(characteristics map)이 제공되고, 영구적으로 저장될 수 있다.
2진 λ 제어기의 I 인자(component)는 바람직하게는 적분 증분(integral increment)(I_INC)에 따라서 결정된다. 적분 증분(I_INC)은 또한 바람직하게는 블 록(B14)에서 회전 속도(N) 및 부하(LOAD)에 따라서 결정된다. 이를 위해서, 마찬가지로 바람직하게는 예를 들어 특성 맵이 제공될 수 있다. 부하(LOAD)는 예를 들어 공기 흐름(air flow) 또는 이와 달리 예를 들어 흡입 매니폴드 압력일 수 있다.
나아가, 블록(B10)에는 입력 파라미터로서 블록(B16)에서 결정된 시간 지연(TD) 즉, 바람직하게는 도 7을 참조하여 상세히 설명한 보정값(K)에 따라서 결정된 시간 지연(TD)이 또한 제공된다. 2진 λ 제어기의 출력 측에 λ 제어 계수(LAM_FAC_FB)가 존재한다. 블록(B20)은 블록(B6)에 상응한다. 블록(B22)에서 각각의 분사 밸브(18)에 대한 액추에이트 신호(SG)가 계량될 보정된 연료량(MFF_COR)에 따라서 생성된다.
2진 λ 제어기의 동작 모드를 도 4를 참조하여 예시적으로 보다 상세히 설명한다. 시점 t0에서 λ 제어 계수(LAM_FAC_FB)는 중립값(neutral value), 예를 들어 1을 가지고, 시점 t0으로부터 시점 t1까지 적분 증분(I_INC)에 따라서 즉 시점 t1까지 증가한다. 이것은 예를 들어 기결정된 시간 프레임(frame)에서 발생하는데, 기결정된 시간 프레임에서 각 경우에서 λ 제어 계수(LAM_FAC_FB)의 현재값과 적분 증분(I_INC)이 증가한다. 시점 t1은 린 값(lean value)로부터 리치 값(rich valve)까지 변하는 제1 측정 신호(MS1)에 의해 특징지워진다.
제1 측정 신호(MS1)가 린 값(lean value)로부터 리치 값(rich valve)까지 변화했음이 인지되면, 이후 λ 제어 계수(LAM_FAC_FB)는 적분 증분(I_INC)에 의해 더 이상 증가(increment)하지 않고, 대신 그 값이 시간 지연(T_D) 동안, 다시 말해서 리치(rich)로의 변화가 발생하는 순간에는 리치(rich) 비례 계단 변화 시간 지 연(T_D_R) 동안, 그리고 린(lean)으로의 변화가 발생하는 순간에는 린(lean) 비례 계단 변화 시간 지연(T_D_L) 동안 유지된다. 시간 지연(T_D)이 만료되면, 예를 들어 이 경우에는 시점(t2)에서, 비례 계단 변화(P_J)에 따라서 λ 제어 계수(LAM_FAC_FB)가 감소한다.
λ 제어 계수(LAM_FAC_FB)의 계단 변화 후에 시점 t2에서, 이후 λ 제어 계수(LAM_FAC_FB)는 측정 신호(MS1)가 리치 값(rich value)으로부터 린 값(lean value)로의 계단 변화를 겪을(undergo) 때까지, 이 경우에는 시점(t3)까지, 적분 증분(I_INC)에 따라서 감소한다. 시점 t3로부터, λ 제어 계수(LAM_FAC_FB)는 기결정된 린(lean) 비례 계단 변화 시간 지연(T_D_L) 동안 그 값을 유지하고 이후 시점 t4에서 린(lean) 비례 계단 변화 시간 지연(T_D_L)이 만료되면, 다시 비례 계단 변화(P_J)에 의해 감소하고 이후 새로운 제어 구간(control period)이 시작된다.
이하 도 5의 시퀀스 다이어그램을 참조하여 내연 기관의 동작 동안 실행되는 프로그램을 상세히 설명하는데, 단계 S1으로 시작된다. 프로그램은 기본적으로 제어 장치(25)의 제1 실시예와 관련한 사용에 대하여 적절하지만, 제어 장치(25)의 제2 실시예와 관련하여서도 단계들의 선택적으로 적절한 적응이 주어진다.
프로그램은 바람직하게는 늦어도 내연 기관의 시동(ST)과 함께 개시되고, 단계 S1에서 예를 들어 변수들이 초기화된다.
단계 S2에서 내연 기관이 시동(ST)되는 동작 상태(ST)에 있는지를 체크한다. 시동되는 동작 상태는 예를 들어 약 400 rpm(revolutions per minute)일 수 있는 기결정된 회전 속도값에 회전 속도(N)가 아직 도달하지 않은 것으로서 특징지워질 수 있다. 단계 S2의 조건이 충족되면, 단계 S4로 실행이 계속되는데, 내연 기관의 시동(ST) 동안 회전 속도 프로파일(profile)에 특징적인 변수가 결정된다. 이를 위해서, 예를 들어 회전 속도 구배(GRAD_N)가 결정된다. 이와 관련하여, 일 실시예에서 프로그램은 단계 S4에서 실질적으로 시동(ST)되는 동작 상태(ST)의 전체 구간(entire duration) 동안 유지될 수 있다.
단계 S6에서 엔진 시동 동안의 회전 속도 프로파일에 특징적인, 즉 특히 회전 속도 구배(GRAD_N)에 특징적인 변수에 따라서, 시동량 적응값(ST_AD)이 적응된다. 단계 S6에서의 시동량 적응값(ST_AD) 적응은 예를 들어 기준 회전 속도 구배를 동시에 고려하는 동안 결과될 수 있는데, 기준 회전 속도 구배는 기결정될 수 있거나 프로그램이 실행 중 마지막에 결정된 회전 속도 구배(GRAD_N)에 상응할 수 있다. 따라서, 예를 들어 단계 S6에서 기준 회전 속도 구배 및 회전 속도 구배(GRAD_N) 간의 편차량에 따라서, 가장 단순한 예에서 단지 결정된 편차에 비례하여, 시동량 적응값(ST_AD)의 상응하는 변화가 야기될 수 있다. 그러나 여기서 당연히 원하는 다른 기능적인(functional) 보정이 사용될 수 있다.
이후 단계 S8에서 λ 적응값(LAM_AD)의 마지막 적응 이후의 시동량 적응값(ST_AD)의 변화에 따라서 중간 보정값(ZW_KOR)이 적응된다. 이 경우, 예를 들어 λ 적응값(LAM_AD)의 마지막 적응 이후의 시동량 적응값(ST_AD)의 변화는 중간 보정값(ZW_KOR)의 적응에 동일한(identical) 또는 변하는(varied) 한도(extent)까지 변할(convert) 수 있다. 그러나 바람직하게는, 시동량 적응값(ST_AD)의 변화가 중간 보정값(ZW_KOR)의 변화에 대하여 상대적으로 더 작은 영향을 미치도록 중간 보 정값(ZW_KOR)이 적응된다. 이로써, 시동(ST)과 비교하여 증가된 내연 기관의 온도, 즉 예를 들어 내연 기관에 할당되는 냉각제의 온도 및/또는 시동 후에 발생하는 내연 기관의 관성 모멘트의 극복을 용이하게 고려할 수 있다.
이후 실행은 단계 S2로, 선택적으로는 정의될 수 있는 시간 지연 또는 크랭크축 각 후에 새로이 계속된다.
단계 S2의 조건이 충족되지 않으면, 이후 단계 S10에서 기결정된 조건(COND)이 충족되는지를 체크하는데, 동작 상태(BZ)로서 준-정적 동작 상태(quasi-stationary operating state)를 요구할 수 있고, 예를 들어 부가적으로 회전 속도 및/또는 부하 변수(LOAD)에 따라서 달라질 수 있는데, 여기서 예를 들어 이 조건(COND)이 충족되는 것은 회전 속도(N)가 특정한 회전 속도 범위 내에 있고 부하 변수(LOAD)가 또한 특정한 기결정된 범위 내에 있을 것을 요구하거나, 이 값들이 정의될 수 있는 시간 구간 동안 기결정된 낮은 값만큼만 달라질 것이 요구할 수 있다. 준-정적 동작 상태는 특히 실질적으로는 변하지 않는다고 할 정도로 미량 변화하는 회전 속도(N) 및/또는 부하 변수(LOAD)에 의해 특징지워진다.
단계 S10의 조건이 충족되면, 이후 단계 S12에서 λ 제어 파라미터(LAM_RP)에 따라서 λ 적응값(LAM_AD)이 적응된다. 이것은 예를 들어 λ 적응값(LAM_AD)에 λ 제어 파라미터(LAM_RP)의 -중립값으로부터 변화하는- 값의 기결정된 인자(component)를 할당하는 것을 포함할 수 있다. 특히 바람직한 방식에서, λ 제어 파라미터(LAM_RP)는 예를 들어 각각의 관련된 λ 제어기의, 따라서 예를 들어 2진 λ 제어기의 또는 선형 λ 제어기의 적분 인자(integral component)이다.
단계 S14에서 중간 보정값(ZW_KOR)은 중립값으로 리셋되는데, 예를 들어 보정 계수로서 중간 보정값을 형성하는 경우에 값 1을 가질 수 있다.
이후 실행은 단계 S8에 따른 절차에 따라서 단계 S2로 새로이 계속된다. 단계 S6 이전에 단계 S5가 선택적으로 제공될 수 있고, 시동량 적응값(ST_AD)의 변화(D_ST_AD)가 기결정된 임계값(THD)보다 더 큰지를 체크하는데, 여기서 변화는 바람직하게는 λ 적응값(LAM_AD)의 마지막 적응에 관련된다. 이 경우 단계 S5의 조건이 충족되는 경우에만 이후 실행이 단계 S6로 계속되고, 그렇지 않으면 실행은 단계 S2로 계속된다.
도 6의 시퀀스 다이어그램에 따른 다른 프로그램은 단계 S16으로 시작하는데, 바람직하게는 내연 기관이 시동되는 바로 즉시에 시작한다. 단계 S16에서 변수들이 초기화될 수 있다.
단계 S18에서 계량될 연료량(MFF)이 결정되는데, 특히 예를 들어 회전 속도(N) 및/또는 부하 변수(LOAD)일 수 있는 적어도 하나의 동작 변수(BG)에 따라서 결정된다. 부하 변수(LOAD)는 예를 들어 공기 흐름 또는 흡입 매니폴드 압력일 수 있다.
바람직하게는 단계 S18은 설계 내역에 있어서 블록(B20)에 상응한다.
단계 S20에서 현재의 동작 상태(BZ)가 시동(ST)인지를 체크한다. 그러하다면, 시동량 적응값(ST_AD)에 따라서 및 계량될 연료량(MFF)에 따라서 계량될 보정된 연료량(MFF_COR)이 결정된다.
내연 기관의 냉 상태(cold state)에서 시동(ST) 동안, λ 프로브가 동작할 준비가 되어 있지 않고 동작할 준비가 되기 전에 먼저 기결정된 온도에 도달하기 때문에, λ 제어기가 비활성화되는데, 다시 말해서 λ 제어 계수(LAM_FAC_FB)가 중립값을 가져서 예를 들어 값 1을 가진다. 따라서 시동량 적응값(ST_AD)에 의해서 각각의 현재의 연료량의 영향을 고려할 수 있다. 이것은 탱크 내 연료에 따라서 현저한 변화를 나타낼 수 있고 특히 각 재연료 주입(refueling) 동작 후에 현저하게 변할 수 있다. 이 경우 단계 S6에서 시동량 적응값(ST_AD)의 적응은 바람직하게는 최소(least) 휘발성 연료가 낮은 증기압으로 탐지되자마자, 계량될 연료량(MFF)의 증가가 결과되도록 발생한다. 이 경우에서, 회전 속도 구배(GRAD_N)가 연료량과 충분한 관련성(good correlation)을 가짐이 증명되었다.
단계 S24에서 분사 밸브(18)를 트리거하기 위한 액추에이트 신호(SG)가 생성되는데, 단계 S24는 또한 예를 들어 블록(B20)에 의해 이루어진다.
이후 실행은 단계 S18로, 필요하면 예를 들어 정의될 수 있는 시간 구간 또는 정의될 수 있는 크랭크축 각 후에 계속된다 .
단계 S20의 조건이 충족되지 않으면, 즉 내연 기관이 시동(ST) 중이 아니면, 이후 실행은 단계 S26으로 계속된다.
단계 S26에서 중간 보정값(ZW_KOR) 및 시동량 적응값(LAM_AD)에 따라서 계량될 연료량(MFF)이 보정된다. 이후 실행은 단계 S24로 계속된다.
보정의 특성(nature)에 기인하여 단계 S26 및 이로 인한 계량될 보정된 연료량(MFF_COR)의 결과되는(effected) 결정에 따라서, 단계 S12에서 λ 적응값(LAM_AD)의 후속하는 첫 적응 전 그리고 시동(ST) 후 시간 구간에서, 유해 물질 의 작은 배출 및/또는 원하는 부드러운 운행을 위해 필요한 계량될 보정된 연료량(MFF_COR)이 특히 효과적으로 고려될 수 있다.
λ 적응값(LAM_AD)의 적응이 단계 S10의 기결정된 조건(COND)의 충족과 관련되므로, 원칙적으로 이러한 적응이 내연 기관의 시동이 끝나는 시점 후 비교적 긴 시간까지 발생하지 않을 수 있거나 또는 심지어 엔진의 운전 전체에 걸쳐서 발생하지 않을 수 있다. λ 적응값(LAM_AD)의 마지막 적응 후 시동량 적응값(ST_AD)의 변화로 나타나는 현재의 연료량에 관한 정보를 이용하여서, 예를 들어, 계량된 연료량(fuel mass)의 경우, 심지어 λ 적응값(LAM_AD)의 적응 전에도 현재의 연료량을 고려할 수 있다. .
중간 보정값(ZW_KOR)을 단계 S14에서 중립값으로 재설정함으로써, 단계 S12에서 λ 적응값(LAM_AD)의 적응에 의해서 λ 제어기의 제어 파라미터(LAM_RP)에 따른 적응의 결과로서 그 당시 현재 연료량이 정확히 고려된다는 사실이 감안된다. 이 한도에서, 단계 S14의 실행 후 및 단계 S8의 새로운 실행 전에 중간 보정값(ZW_KOR)이 계량될 보정된 연료량(MFF_COR)에 영향을 미치지 않는다.
이 한도에서, 또한 단계 S26는 단계 S14의 실행 후 및 단계 S8의 실행 전에 계량될 보정된 연료량(MFF_COR)이 중간 보정값(ZW_KOR)과 무관하게 결정되도록 구체화될 수 있다.
단계 S26는 또한 각각의 시동(ST) 후 기결정된 온도의 달성 및/또는 기결정된 시간 구간이 만료되면, 중간 보정값(ZW_KOR)에 의한 보정이 시간에 따른 램프 함수에 의해서 중립값으로 되돌아가도록 설계될 수 있다.
선행하는 청구항들의 하나에서 청구된 방법에서 각각의 시동(ST) 후 기결정된 온도의 달성 및/또는 기결정된 시간 구간이 만료되면, 중간 보정값(ZW_KOR)에 의한 보정이 시간에 따른 램프 함수에 의해서 중립값으로 되돌아간다.
단계 S26에 따른 절차에 의해서, 연료의 냉-시동-임계(cold-start-critical) 연료로의 변화 및 후속하는 엔진의 냉(cold) 시동에도 불구하고, 공기-연료 혼합물의 혼합물 희석이 후속 동작 동안 임계(critical) 혼합물 희석으로 이어지지 않도록 보증할 수 있다.
λ 적응값(LAM_AD)은 바람직하게는 각 경우에서 다른 온도 범위들에 대하여 개별적으로 결정되고 바람직하게는 이들에 대하여 또한 개별적으로 적응된다. 이 경우 또한, 단계 S14에서 중간 보정값(ZW_KOR)의 재설정이 발생하는데, 즉 이 때 적어도 하나의 온도 범위에 대하여 단계 S12에서 각각의 시동(ST) 후에 처음으로 각각의 λ 적응값(LAM_AD)이 적응될 때, 발생한다. 바람직하게는 이 경우 각각의 온도 범위는 예를 들어 냉각제 온도를 나타낸다.
도면들은 각각:
도 1은 제어 장치를 구비하는 내연 기관을,
도 2는 제1 실시예에 따른 내연 기관의 제어 장치의 일부를 나타내는 블록 다이어그램을,
도 3은 제2 실시예에 따른 내연 기관의 제어 장치의 일부를 나타내는 다른 블록 다이어그램을,
도 4는 λ 제어 계수의 시간 특성을,
도 5는 내연 기관 동작 용도의 제1 시퀀스 다이어그램을,
도 6은 내연 기관 동작 용도의 제2 시퀀스 다이어그램을 나타낸다.

Claims (6)

  1. 연소 챔버와 연료를 계량하기 위해 제공되는 분사 밸브(18)를 구비하는 적어도 하나의 실린더(Z1 내지 Z4)와 λ 제어기를 포함하는 내연 기관의 동작 방법으로서,
    - 상기 내연 기관의 시동(ST) 동안 회전 속도 프로파일의 특징적인 변수에 따라서 시동량 적응값(ST_AD)을 적응시키고,
    - 준-정적 동작 상태(quasi-stationary operating state)일 것을 요하는 기결정된 조건(COND)이 충족되면, 상기 λ 제어기의 적어도 하나의 제어 파라미터(LAM_RP)에 따라서 λ 적응값(LAM_AD)을 적응시키고,
    - 상기 λ 적응값(LAM_AD)의 마지막 적응 이후의 상기 시동량 적응값(ST_AD)의 변화에 따라서 중간(intermediate) 보정값(ZW_KOR)을 적응시키고,
    - 상기 내연 기관의 적어도 하나의 동작 변수(BG)에 따라서 계량될 연료량(MFF)(fuel mass)을 결정하고,
    - 상기 내연 기관의 시동(ST) 동안 상기 시동량 적응값(ST_AD)에 의해서 상기 계량될 연료량(MFF)을 보정하고,
    - 상기 내연 기관의 시동(ST) 이후에 상기 λ 적응값(LAM_AD)에 따라서 상기 계량될 연료량(MFF)를 보정하고,
    - 각각의 시동(ST) 후 처음으로 상기 λ 적응값(LAM_AD)이 적응될때까지 상기 중간 보정값(ZW_KOR)에 따라서 상기 계량될 연료량(MFF)을 보정하는 것을 포함하는,
    내연 기관의 동작 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 중간 보정값(ZW_KOR)의 적응은, 상기 시동량 적응값(ST_AD)의 변화가 상기 중간 보정값(ZW_KOR)의 변화에 상대적으로 더 작은 영향을 미치도록 행해지는,
    내연기관의 동작 방법.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 중간 보정값(ZW_KOR)의 적응은, 상기 λ 적응값(LAM_AD)의 마지막 적응 후의 상기 시동량 적응값(ST_AD)의 변화가 기결정된 임계값(THD)를 초과하는 경우에만 행해지는,
    내연기관의 동작 방법.
  4. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    각각의 시동(ST) 후 기결정된 온도가 달성되고 그리고/또는 기결정된 시간 구간이 만료되면 상기 중간 보정값(ZW_KOR)에 의한 보정(correcting)은 시간에 따른 램프(ramp) 함수에 따라서 중립값으로 되돌려지는,
    내연기관의 동작 방법.
  5. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 기결정된 조건(COND)은 회전 속도(N) 및/또는 부하 변수(LOAD)에 따르는,
    내연기관의 동작 방법.
  6. 연소 챔버와 연료를 계량하기 위해 제공되는 분사 밸브(18)를 구비하는 적어도 하나의 실린더(Z1 내지 Z4)와 λ 제어기를 포함하는 내연 기관의 동작 장치로서,
    - 상기 내연 기관의 시동(ST) 동안 회전 속도 프로파일의 특징적인 변수에 따라서 시동량 적응값(ST_AD)을 적응시키고,
    - 준-정적 동작 상태(quasi-stationary operating state)일 것을 요하는 기결정된 조건(COND)이 충족되면, 상기 λ 제어기의 적어도 하나의 제어 파라미터(LAM_RP)에 따라서 λ 적응값(LAM_AD)을 적응시키고,
    - 상기 λ 적응값(LAM_AD)의 마지막 적응 이후의 상기 시동량 적응값(ST_AD)의 변화에 따라서 중간 보정값(ZW_KOR)을 적응시키고,
    - 상기 내연 기관의 적어도 하나의 동작 변수(BG)에 따라서 계량될 연료량(MFF)(fuel mass)을 결정하고,
    - 상기 내연 기관의 시동(ST) 동안 상기 시동량 적응값(ST_AD)에 의해서 상기 계량될 연료량(MFF) 을 보정하고,
    - 상기 내연 기관의 시동(ST) 이후에 상기 λ 적응값(LAM_AD)에 따라서 상기 계량될 연료량(MFF)를 보정하고,
    - 각각의 시동(ST) 후 처음으로 상기 λ 적응값(LAM_AD)이 적응될때까지 상기 중간 보정값(ZW_KOR)에 따라서 상기 계량될 연료량(MFF)을 보정하도록 설계된,
    내연 기관의 동작 장치.
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