KR101933857B1

KR101933857B1 - 선형 람다 탐침의 작동 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101933857B1
Application number: KR1020147017951A
Authority: KR
Inventors: 옌스 파겔; 지르코 슐레겔
Original assignee: 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
Priority date: 2011-11-29
Filing date: 2012-11-21
Publication date: 2019-01-02
Also published as: CN103946699B; US20140367276A1; CN103946699A; WO2013079368A1; US9658185B2; DE102011087310B3; KR20140098224A

Abstract

배기 섹션에서 흐르는 가스에 대한 공연비를 나타내는, 특히 상기 가스의 연소 전의 공연비를 나타내는 신호를 의미하는, 선형 람다 탐침으로부터의 신호는 펌프 전류를 기초로 하여 알아낸다. 차등 신호(DS)는 펌프 전압 신호와 네른스트 전압 신호 사이의 차이를 기초로 하여 형성된다. 측정된 신호(MS)의 오프셋 에러는 공연비에 대한 대략 화학량론적으로 사전규정된 비처리 설정 값(LAM_SP_RAW)에 대한 차등 신호(DS)를 기초로 하여 알아내며, 공연비에 대한 설정 값(LAM_SP)은 비처리 설정 값과 강제 여기 신호를 기초로 하여 알아낸다.

Description

선형 람다 탐침의 작동 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR OPERATING A LINEAR LAMBDA PROBE}

본 발명은 내연 기관의 배기 섹션에 배열된 선형 람다 탐침(linear lambda probe)을 작동시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

내연 기관이 내부에 배열된 자동차로부터의 허용되는 오염물질 배출물에 관한 보다 더 엄격한 법률 규제는 내연 기관의 작동 동안에 오염물질 배출물을 최소화하는 것을 필요하게 한다. 하나의 접근 방법에 있어서, 이것은 내연 기관의 각 실린더 내의 공기/연료 혼합물의 연소 동안에 발생되는 오염물질 배출물을 감소시킴으로써 이뤄질 수 있다. 다른 접근 방법은 각 실린더 내의 공기/연료 혼합물의 연소 프로세스 동안에 발생된 오염물질 배출물을 유해하지 않은 물질로 변환하는 배기 가스 후처리 시스템을 내연 기관 내에서 이용하는 것을 포함한다. 이러한 목적을 위해서, 일산화탄소, 탄화수소 및 질소 산화물을 유해하지 않은 물질로 변환하는 배기 가스 촉매 컨버터를 사용하고 있다.

연소 동안에 오염물질 배출물의 발생의 목표가 된 영향과, 또한 배기 가스 촉매 컨버터에 의해 높은 효율을 갖는 오염물질 성분의 변환을 포함한 양자는 각각의 실린더 내의 매우 정밀하게 설정된 공연비(air/fuel ratio)를 상정하고 있다. 이와 관련하여, 람다 탐침, 예를 들면 특히 선형 람다 탐침을 사용하고 있으며, 더 정확하게는 람다 제어와 관련해서 선형 람다 탐침을 사용하고 있다. 선형 람다 탐침은 또한 광대역 탐침으로서 설계될 수 있다.

본 발명이 기초로 하는 목적은 내연 기관의 신뢰성 있고 낮은 배출 작동에 기여할 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은 독립항의 특징부에 의해 성취된다. 본 발명의 유리한 구성은 종속항에서 특징지어 진다.

제 1 실시형태에 따르면, 본 발명은, 배기 가스 측 상에 배열된 제 1 전극과, 각각 측정 챔버에 인접하여 배열된 제 2 및 제 3 전극과, 기준 공기 체적에 인접하여 배열된 제 4 전극을 포함하는, 내연 기관의 배기 섹션 내에 배열된 선형 람다 탐침을 작동시키는 방법 및 대응하는 장치에 의해 구별되며, 고체 전해질은 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 그리고 제 3 전극과 제 4 전극 사이에 각각 위치되며, 확산 배리어는 측정 챔버의 자유 부피(free volume)와 배기 섹션 사이에 형성되며, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이의 전위차는 펌프 전압 신호를 형성하며, 상기 제 4 전극과 상기 제 3 전극 사이의 전위차는 네른스트 전압 신호(Nernst voltage signal)를 형성한다.

상기 선형 람다 탐침의 측정 신호는 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 부여된 펌프 전류에 의존하여 결정되며, 상기 측정 신호는 배기 섹션에서 흐르는 가스의 공연비, 더 정확하게는 상기 가스의 연소 이전의 공연비를 나타내기 위한 것이다. 차등 신호는 펌프 전압 신호와 네른스트 전압 신호 사이의 차이에 의존하여 형성된다. 상기 측정 신호의 오프셋 에러는 공연비의 대략 화학량론적으로 사전규정된 비처리(raw) 설정 값의 경우에 차등 신호에 의존하여 결정된다.

공연비의 설정 값은 비처리 설정 값 및 강제 여기 신호에 의존하여 결정된다. 강제 여기 신호는 특히 직사각형 주기 신호 프로파일을 갖고 있다. 사전규정된 비처리 설정 값은, 이것이 화학량론적 공연비 근처의 좁은 영역 내에 있다면, 즉 예를 들면 단지 몇 퍼센트, 따라서 예를 들면 대략 +/- 5% 또는 특히 대략 +/-3% 내에서 화학량론적 공연비로부터 벗어나 있다면 대략 화학량론적이다.

이와 관련하여, 차등 신호가 원칙적으로 바이너리 람다 탐침(binary lambda probe)의 측정 신호의 것과 유사한 신호 특성을 갖고 있는 통찰력이 사용되고 있다. 이와 관련하여, 차등 신호의 도움으로 화학량론적 비율 근처의 공연비의 설정 값의 작은 변동은 실제의 화학량론적 공연비의 간단한 검출과, 그에 따라 선형 람다 탐침의 측정 신호의 오프셋의 결정을 가능하게 한다.

그에 따라 결정된 오프셋 에러는 예를 들면 선형 람다 탐침의 진단의 맥락에서 사용될 수 있다. 이와 관련하여, 예로서, 측정 신호의 오프셋과 관련된 진단은 추가 람다 탐침에 의한 대응하는 진단으로 추가로 또는 변형으로서 실행될 수 있으며, 상기 추가 람다 탐침은 예를 들면 바이너리 람다 탐침이며, 예를 들면 배기 섹션의 배기 가스 촉매 컨버터의 하류에 배열되어 있다. 이와 관련하여, 원칙적으로 예로서 다음에 이러한 제 2 람다 탐침도 함께 제공될 수 있다.

제 2 실시형태에 따르면, 본 발명은, 배기 가스 측 상에 배열된 제 1 전극과, 각각 측정 챔버에 인접하여 배열된 제 2 및 제 3 전극과, 기준 공기 체적에 인접하여 배열된 제 4 전극을 포함하는, 내연 기관의 배기 섹션 내에 배열된 선형 람다 탐침을 작동시키는 방법 및 대응하는 장치에 의해 구별되며, 고체 전해질은 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 그리고 제 3 전극과 제 4 전극 사이에 각각 위치되며, 확산 배리어는 측정 챔버의 자유 부피와 배기 섹션 사이에 형성되며, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이의 전위차는 펌프 전압 신호를 형성하며, 상기 제 4 전극과 상기 제 3 전극 사이의 전위차는 네른스트 전압 신호를 형성한다.

상기 선형 람다 탐침의 측정 신호는 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 부여된 펌프 전류에 의존하여 결정되며, 상기 측정 신호는 배기 섹션에서 흐르는 가스의 공연비, 더 정확하게는 상기 가스의 연소 이전의 공연비를 나타내기 위한 것이다.

보정된 측정 신호는 측정 신호 및 오프셋 보정 값에 의존하여 결정된다. 다음에 보정 측정 신호는 예를 들면 람다 제어의 맥락에서 사용된다.

차등 신호는 펌프 전압 신호와 네른스트 전압 신호 사이의 차이에 의존하여 형성된다. 보정된 측정 신호의 오프셋은 공연비의 대략 화학량론적으로 사전규정된 비처리 설정 값의 경우에 차등 신호에 의존하여 결정된다. 공연비의 설정 값은 비처리 설정 값 및 강제 여기 신호에 의존하여 결정된다. 오프셋 보정 값은 결정된 오프셋에 의존하여 적응된다. 제 1 실시형태와 관련된 설명은 또한 제 2 실시형태에도 유사하게 적용된다.

오프셋 보정 값에 의한 측정 신호의 보정의 결과로서, 그에 따라 오프셋 상쇄는 단순한 방법으로 실행될 수 있으며, 람다 제어에서의 보정된 측정 신호의 사용과 관련하여, 그에 따라 상기 선형 람다 탐침의 작동 동안에 변화되는 선형 람다 탐침의 완전한 오프셋의 값의 경우일지라도, 예를 들면 고품질의 제어가 성취될 수 있다. 원칙적으로, 제 2 실시형태와 관련하여, 오프셋 및/또는 오프셋 보정 값은 또한 예를 들어 선형 람다 탐침의 진단의 맥락에서 사용될 수 있다.

하나의 유리한 구성에 따르면, 측정 신호의 오프셋 에러 또는 보정된 측정 신호의 오프셋은 차등 신호의 변동 특성 값에 의존하여 결정된다. 변동 특성 값은 특히 차등 신호의 변동의 진폭을 나타내며, 또한 적절하다면 적어도 사전규정된 진폭을 갖는 차등 신호의 변동의 일시적인 주파수와 관련되어 적절하게 나타낸다. 이러한 방법에서, 특히 대략 화학량론적인 실제의 공연비의 범위는 이 범위로부터 벗어나는 공연비로부터 확인 또는 구별될 수 있다.

다른 유리한 구성에 따르면, 강제 여기 신호의 짧은 지속 기간의 경우에, 변동 특성 값이 제 1 역치를 초과했는지를 알아내기 위해서 체크가 이뤄지며, 변동 특성 값이 제 1 역치를 초과하지 않았다면, 오프셋 에러 또는 오프셋은 차등 신호에 의존하여 결정된다. 강제 여기 신호의 짧은 지속 기간의 경우에, 선형 람다 탐침의 센서-고유의 작용과 관련하여, 차등 신호는 단지 불완전하게 공연비의 설정 값의 프로파일을 추종할 수 있다. 그러나, 변동 특성 값은, 실제의 공연비가 화학량론적 비율에 대략 대응한다면, 특히 화학량론적 비율에 정확하게 대응한다면, 적절하게 사전규정된 제 1 역치를 초과한다. 다음에, 이것은 제 1 역치가 초과되지 않는 경우에 이후에 차등 신호에 의존하여 오프셋 에러 또는 오프셋을 결정하기 위해서 이용될 수 있다.

본 발명의 다른 유리한 구성에 따르면, 강제 여기 신호의 긴 지속 기간의 경우에, 차등 신호가 공연비의 설정 값과 연관되는가를 알아내기 위해서 체크가 이뤄지며, 사전규정된 연관성이 확인되지 않았다면, 오프셋 에러 또는 오프셋은 차등 신호에 의존하여 결정된다. 이와 관련하여, 짧은 지속 기간과 비교하여 대응적으로 긴 지속 기간의 경우에, 센서-내부 특성을 고려하여, 차등 신호는 공연비의 설정 값으로 그리고 또한 그에 따라 그 강제 여기로, 더 정확하게는 실제의 공연비가 강제 여기에 따른 화학량론적 비율 근처에서 변동하고 있는 좁은 범위에서 적절하게 연관된다는 것이 이해된다.

본 발명의 예시적인 실시예들은 도식적인 도면을 참조하여 이하에 보다 상세하게 설명된다.

도 1은 할당된 제어 장치를 구비한 내연 기관의 배기 섹션을 도시하는 도면이다.
도 2는 선형 람다 탐침을 작동시키기 위한 제 1 프로그램의 흐름도이다.
도 3은 선형 람다 탐침을 작동시키기 위한 제 2 프로그램의 흐름도이다.
도 4는 선형 람다 탐침을 작동시키기 위한 제 3 프로그램의 흐름도이다.
도 5는 선형 람다 탐침을 작동시키기 위한 제 4 프로그램의 흐름도이다.
도 6은 제 1 신호 프로파일을 도시하는 도면이다.
도 7은 제 2 신호 프로파일을 도시하는 도면이다.
도 8은 제 3 신호 프로파일을 도시하는 도면이다.

동일한 구성 또는 기능을 갖는 요소들은 도면에 있어서 동일한 도면부호로 표시되어 있다.

내연 기관은 복수의 실린더를 구비하며, 각각의 실린더는 적어도 하나의 가스 입구 밸브를 할당하며, 이 가스 입구 밸브에 의해 공기의 공급이 조정 가능하다. 또한, 각각의 실린더는 각각의 분사 밸브를 할당하며, 이 분사 밸브에 의해 각각의 실린더의 연소실로 연료가 공급된다. 또한, 내연 기관은 배기 섹션(1)(도 1)을 구비하며, 이 배기 섹션을 통해서 실린더의 각 연소실로부터 배기 가스가 배출된다. 이와 관련하여, 내연 기관은 각각의 가스 출구 밸브를 구비하며, 이 가스 출구 밸브에 의해 연소실로부터 배기 섹션(1)으로의 배기 가스의 배출이 제어 가능하다.

선형 람다 탐침(3)은 배기 섹션(1) 내에 배열되어 있다. 이러한 선형 배기 가스 탐침의 기본적인 구성은 예를 들면 "the Handbuch Verbrennungsmotor (Handbook of Internal Combustion Engines), 2 판, 2002년 6월, Friedrich Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig/Wiesbaden, ISBN 3-528-13933-1 589 페이지"에 개시되어 있으며, 이 문헌의 내용은 인용에 의해 본원에 포함된다.

선형 람다 탐침(3)은 배기 가스 측 상에 배열된 제 1 전극을 구비한다. 또한, 선형 람다 탐침(3)은 제 2 및 제 3 전극을 구비하며, 각 전극은 측정 챔버에 인접하여 배열된다. 또한, 선형 람다 탐침(3)은 기준 공기 체적에 인접하여 배열된 제 4 전극을 구비한다. 특히 산소-이온-전도 지르코늄디옥사이드로 구성되는 고체 전해질은 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 그리고 제 3 전극과 제 4 전극 사이에 각각 위치되어 있다. 또한, 확산 배리어는 측정 챔버의 자유 부피와 배기 섹션 사이에 형성된다. 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 전위차는 펌프 전압 신호(U_P)를 형성한다. 제 4 전극과 제 3 전극 사이의 전위차는 네른스트 전압 신호(U_N)를 형성한다. 선형 람다 탐침(3)의 측정 신호(MS)는 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 부여된 펌프 전류(I_P)에 의존하여 결정되며, 상기 측정 신호는 배기 섹션에서 흐르는 가스의 공연비, 더 정확히 말하자면 상기 가스의 연소 이전의 공연비를 나타내기 위한 것이다.

또한, 특히 내연 기관에 할당된 다양한 센서로부터의 다양한 입력 신호가 공급되는 제어 장치(5)가 마련된다. 이와 관련하여, 그 중에서도 선형 람다 탐침(3)의 펌프 전압 신호(U_P), 네른스트 전압 신호(U_N) 및 측정 신호(MS)는 입력측상에서 제어 장치에 공급된다. 제어 장치(5)는, 이 제어 장치에 공급된 측정 신호 또는 신호들에 따라서, 내연 기관의 장치들, 예를 들면 분사 밸브, 스로틀 밸브, 배기 가스 재순환 밸브 또는 그 밖에 유사한 것을 가동시키기 위한 가동 신호를 발생시키도록 설계된다.

제어 장치(5)는 내연 기관을 작동시키기 위한 하나 또는 복수의 프로그램들이 저장되어 있는 데이터 및 프로그램 메모리를 구비하며, 다음에 상기 프로그램들은 내연 기관의 작동 동안에 처리될 수 있다. 이러한 목적을 위해서 제어 장치(5)는 또한 그 중에서도 마이크로프로세서 및/또는 컨트롤러를 포함하는 컴퓨팅 유닛을 구비한다. 게다가, 제어 장치(5)는 또한 하나 또는 복수의 출력 스테이지를 구비한다.

또한, 람다 제어는 제어 장치(5)에서 실현되며, 더 정확하게는 예를 들면 각각의 분사 밸브 및 내연 기관과 같은 대응 가동 장치 및 선형 람다 탐침(3)의 상호작용으로 실현된다. 이와 관련하여, 측정 신호(MS)는 블록(B1)으로 공급된다. 블록(B1)은 측정 신호(MS)에 따라서 공연비의 실제 값(LAM_AV)을 결정하도록 설계된다. 이러한 목적을 위해서, 바람직하게 블록(B1)은 사전규정된 특성 곡선을 구비하며, 적절하다면, 대응하는 적응은 또한 트리밍 값에 의해 실행되며, 상기 트리밍 값은 적절하다면 트리밍 컨트롤러의 출력 변수이며, 추가 람다 탐침의 측정 신호, 특히 배기 가스 촉매 컨버터(도시하지 않음)의 하류에 배열된 바이너리 람다 탐침의 측정 신호에 의존하여 결정되며, 다음에 상기 배기 가스 촉매 컨버터는 선형 람다 탐침(3)의 하류에 배열되어 있다.

이것은 특히 측정 신호(MS)의 오프셋(OFFS)의 상쇄에 이용된다. 오프셋(OFFS)의 상쇄의 이러한 절차는 외부 오프셋 상쇄로서 또한 설계될 수 있다. 공연비의 비처리(raw) 설정 값(LAM_SP_RAW)은 합산점(SUM1)에 공급되며, 상기 값은 특히 제어 장치(5)의 하나 이상의 입력 변수에 의존하여 결정되고, 그에 따라 예를 들면 내연 기관에 대한 작동점 및/또는 작동 상태에 의존하여 결정된다.

내연 기관의 소위 린(lean) 작동에 있어서, 비처리 설정 값(LAM_SP_RAW)은 초화학량론적(superstoichiometric) 값을 갖는 반면에, 비처리 설정 값(LAM_SP_RAW)은 내연 기관의 소위 리치(rich) 작동에 있어서 아화학량론적(substoichiometric) 값을 갖고 있다. 1 또는 특히 대략 1의 공기 비율을 갖는 작동을 위해서, 비처리 설정 값(LAM_SP_RAW)은 화학량론적 값을 갖고 있다.

공연비의 설정 값(LAM_SP)은 비처리 설정 값(LAM_SP_RAW)으로 조절된 강제 여기 신호(ZWA)에 의해 제 1 합산점(SUM1)에서 형성된다. 바람직하게, 강제 여기 신호(ZWA)는 주기적으로 반복되는 직사각형 프로파일을 갖고 있다. 강제 여기 신호(ZWA)의 진폭은 적절하다면 내연 기관 또는 작동 상태에 따라서 차등적으로 사전규정될 수 있다. 이것은 또한 강제 여기 신호(ZWA)의 지속 기간에도 적용된다.

화학량론적으로 사전규정된 비처리 설정 값(LAM_SP_RAW)의 경우에, 설정 값(LAM_SP)이 각각의 경우에 린 혼합물을 향해 그리고 다른 한편으로 리치 혼합물을 향해 몇 퍼센트까지 화학량론 값으로부터 선택적으로 벗어나도록, 강제 여기 신호(ZWA)는 설계된다.

합산점(SUM3)에 있어서, 제어 차이는 실제 값(LAM_AV)과 설정 값(LAM_SP) 사이의 차이에 의존하여 형성된다. 제어 차이는 예를 들면 PID 컨트롤러로서 설계될 수 있는 람다 컨트롤러를 포함하는 블록(B3)으로 공급된다. 블록(B3) 내의 컨트롤러의 출력측에 있어서, 람다 보정 값은 다음에 람다 컨트롤러의 가동 신호로서 제공된다. 곱셈점(M1)에서, 상기 람다 보정 값은 계량될 연료량(fuel mass)(MFF_SP)과 곱셈으로 조합되며, 그에 따라 계량될 보정된 연료량(MFF_SP_KOR)이 결정된다. 보정된 연료량(MFF_SP_KOR)은 각각의 분사 밸브를 대응적으로 구동시키는데 사용된다. 계량될 연료량(MFF_SP)은 블록(B5)에서, 더 정확하게는 예를 들어 내연 기관의 회전 속도 및/또는 공기량 흐름 및/또는 흡입 파이프 압력에 따라서 결정된다.

선형 람다 탐침(3)의 작동을 위해서, 제어 장치(5)의 데이터 및 프로그램 메모리에 다양한 프로그램이 저장되는 것이 바람직하며, 상기 프로그램은 도 2 내지 도 5를 참조하여 이하에 상세하게 설명된다.

제 1 프로그램은 스텝(S1)(도 2)에서 개시되며, 이 경우에 적절하다면 변수들은 초기화될 수 있다. 예를 들면 선형 배기 가스 탐침(3)의 측정 신호(MS)의 오프셋(OFFS)의 에러를 확인하기 위해서, 더 정확하게는 외부 오프셋 상쇄, 및 강제 여기 신호의 짧은 지속 기간의 경우를 확인하기 위해 개시가 이뤄지는 것이 바람직하다.

스텝(S3)에서, 공연비의 비처리 설정 값(LAM_SP_RAW)이 대략, 특히 정확하게 화학량론적으로 사전규정되었는 가를 알아내기 위해서 체크가 이뤄진다. 스텝(S3)의 조건이 맞지 않는다면, 다음에 오프셋(OFFS)이 이러한 경우에 체크될 수 없기 때문에 프로그램이 스텝(S5)에서 종료된다.

대조적으로, 스텝(S3)의 조건이 맞는다면, 다음에 스텝(S7)에서, 변동 특성 값(SWKW)이 차등 신호(DS)에 따라서 형성된다. 차등 신호(DS)는 펌프 전압 신호(U_P)와 네른스트 전압 신호(U_N) 사이의 차이에 의존하여 형성된다. 이것은 예를 들면 이러한 차이를 직접 나타낸다.

다음에, 스텝(S7)에서, 변동 특성 값(SWKW)이 사전규정된 제 1 역치(THD1)보다 큰가를 알아내도록 체크가 이뤄진다. 특히 사전규정된 제 1 역치(THD1)는 예를 들면 엔진 테스트 스탠드상의 대응하는 실험에 의해 또는 시뮬레이션에 의해서 결정된다. 만일 변동 특성 값(SWKW)이 스텝(S7)에서 사전규정된 제 1 역치(THD1)보다 크다면, 다음에 오프셋 에러의 부재가 스텝(S9)에서 확인된다. 대조적으로, 스텝(S7)의 조건이 맞지 않는다면, 다음에 스텝(S11)에서, 차등 신호(DS)가 내연 기관의 알려진대로 린 작동을 나타내고 있는가를 알아보는 체크가 이뤄진다. 만일 그렇다면, 다음에 스텝(S13)에서, 리치 혼합물의 방향에서의 오프셋 에러가 확인되며, 리치 시프트에 관련된 오프셋(OFFS)은 선택적으로 결정된다.

대조적으로, 스텝(S11)의 조건이 맞지 않는다면, 다음에 스텝(S15)에서, 린 혼합물의 방향에서의 오프셋 에러가 확인되며, 리치 시프트에 관한 오프셋(OFFS)은 선택적으로 결정된다.

추가 프로그램은 스텝(S17)(도 3)에서 개시되며, 여기에서 적절하다면 변수들이 초기화될 수 있다.

바람직하게, 외부 오프셋 상쇄가 실행되지 않고 그리고 강제 여기 신호(ZWA)가 짧은 지속 기간인 경우에 있어서 오프셋 에러 확인과 관련하여 도 3에서의 흐름도에 따른 프로그램은 스텝(S17)에서 개시된다.

스텝(S19) 및 스텝(S21)은 각각 스텝(S3) 및 스텝(S5)에 대응한다. 스텝(S19)의 조건이 맞는다면, 다음에 프로세싱은 스텝(S23)으로 진행된다. 스텝(S23)에서, 내부 오프셋 상쇄는, 더 정확하게는 보정된 연료량(MFF_SP_KOR)이 측정 신호(MS) 및 오프셋 보정 값(OFFS_KOR)에 의존하여 결정되는 사실에 의존하여 개시된다. 원칙적으로, 보정된 측정 신호(MS_KOR)는 또한 다른 스텝의 프로세싱과 동시에 결정된다.

스텝(S25)은 스텝(S7)에 대응한다. 스텝(S25)의 조건이 맞는다면, 다음에 오프셋 에러의 부재가 스텝(S9)에 대응하는 스텝(S27)에서 확인된다. 스텝(S25)의 조건이 맞지 않는다면, 다음에 스텝(S11)에 대응하는 스텝(S29)이 실행된다. 스텝(S29)의 조건이 맞는다면, 다음에 스텝(S31)이 진행되며, 이 스텝(S31)에서 오프셋 보정 값(OFFS_KOR)은 적응된다. 이러한 목적을 위해서, 스텝(S31)에서, 오프셋(OFFS)은 과도하게 리치 혼합물의 방향에 있는 것으로 결정되며, 오프셋 보정 값(OFFS_KOR)은 오프셋(OFFS)에 의존하여 대응하게 적응된다.

대조적으로, 스텝(S29)의 조건이 맞지 않는다면, 다음에 스텝(S33)에서, 오프셋(OFFS)은 린의 조건으로서 결정되며, 대응적으로 적합한 값이 할당되며, 오프셋 보정 값(OFFS_KOR)은 그에 따라 결정된 오프셋(OFFS)에 의존하여 적응된다.

그 후에, 프로세싱은 더 정확하게는 스텝(S33) 또는 각각의 스텝(S31) 이후에 스텝(S35)으로 진행된다. 스텝(S35)에서, 오프셋 보정 값(OFFS_KOR)이 사전규정된 제 2 역치(THD2)보다 큰가를 알아내도록 체크가 이뤄진다. 특히 제 2 역치(THD2)는, 그에 따라 예를 들면 엔진 테스트 스탠드상의 대응하는 실험에 의해 또는 시뮬레이션에 의해서 사전에 결정된다. 만일 스텝(S35)의 조건이 맞는다면, 다음에 오프셋 에러의 존재가 스텝(S37)에서 확인된다. 대조적으로, 스텝(S35)의 조건이 맞지 않는다면, 다음에 오프셋 보정 값(OFFS_KOR)은 측정 신호(MS)의 보정을 위해 그 후에 사용된다.

제 3 프로그램은 스텝(S41)(도 4)에서 개시되며, 여기에서 적절하다면 변수들은 초기화된다. 제 3 프로그램은 외부 오프셋 상쇄, 및 긴 지속 기간을 갖는 강제 여기 신호의 경우에 오프셋 에러를 확인하기 위해 사용된다.

다음 스텝(S43) 및 다음 스 텝(S45)은 각각 스텝(S3) 및 스텝(S5)에 대응한다. 스텝(S43)의 조건이 맞는다면, 다음에 프로세싱은 스텝(S47)으로 진행된다. 스텝(S47)에서, 차등 신호(DS)가 예상된 프로파일을 갖는가를 알아내기 위해 체크가 이뤄진다. 이와 관련하여, 예를 들면 차등 신호(DS)가 공연비의 설정 값(LAM_SP)으로 대응적으로 연관되는가를 알아내기 위해서 체크가 이뤄진다. 만일 대응 연관성이 스텝(S47)에서 확인된다면, 다음에 오프셋 에러의 부재가 스텝(S49)에서 확인된다.

그 외에는, 프로세싱은 스텝(S11)에 대응하는 스텝(S51)으로 진행된다. 스텝(S51)의 조건이 맞는다면, 다음에 프로세싱은 스텝(S13)에 대응하는 스텝(S53)으로 진행된다. 대조적으로, 스텝(S51)의 조건이 맞지 않는다면, 다음에 프로세싱은 스텝(S15)에 대응하는 스텝(S55)으로 진행된다.

제 4 프로그램은 스텝(S59)(도 5)에서 개시되며, 여기에서 적절하다면 변수들은 초기화될 수 있다. 특히, 제 4 프로그램은, 외부 오프셋 상쇄의 부재의 경우에 그리고 긴 지속 기간을 갖는 강제 여기 신호(ZWA)의 경우에, 오프셋 에러를 확인하기 위해 개시된다.

스텝(S61), 스텝(S63) 및 스텝(S65)은 각각 스텝(S19), 스텝(S21) 및 스텝(S23)에 대응한다. 스텝(S65)의 프로세싱 후에, 프로세싱은 스텝(S47)에 대응하는 스텝(S67)으로 진행된다. 스텝(S67)의 조건이 맞는다면, 다음에 프로세싱은 스텝(S49)에 대응하는 스텝(S69)으로 진행된다. 스텝(S67)의 조건이 맞지 않는다면, 다음에 프로세싱은 스텝(S29)에 대응하는 스텝(S71)으로 진행된다. 스텝(S71)의 조건이 맞는다면, 프로세싱은 스텝(S31)에 대응하는 스텝(S73)으로 진행된다. 스텝(S71)의 조건이 맞지 않는다면, 다음에 프로세싱은 스텝(S33)에 대응하는 스텝(S75)으로 진행된다. 스텝(S73) 또는 각각의 스텝(S75)의 프로세싱 후에, 프로세싱은 스텝(S35)에 대응하는 스텝(S77)으로 진행된다. 스텝(S77)의 조건이 맞는다면, 다음에 프로세싱은 스텝(S37)에 대응하는 스텝(S79)으로 진행된다.

도 6은 시간(t)에 대해서 좌표를 나타내는 다양한 신호 프로파일을 도시한 것이다. 설정 값(LAM_SP)의 그리고 실제 값(LAM_AV)의 차등 신호(DS)의 예시적인 프로파일이 이러한 경우에 나타내져 있다. 차등 신호(DS)의 각각의 값의 축척(scaling)은 좌측에 도시된 바와 같은 제 2 도시된 세로좌표 및 그 대응하는 값에 대한 것이며, 반면에 설정 값(LAM_SP) 및 실제 값(LAM_AV)은 좌측에 도시된 바와 같이 제 1 세로좌표에 대한 것이다. 이것은 또한 도 7 및 도 8에 따른 신호 프로파일에도 대응적으로 적용된다.

도 6 내지 도 8에서 차등 신호(DS)의 신호 프로파일은 오프셋 에러 및 오프셋(OFFS)의 부재에 대한 예시로서 각각 도시되어 있다. 그러나, 이들 신호 프로파일은 화학량론적 값으로부터 대응적으로 벗어나는 상이한 비처리 설정 값(LAM_SP_RAW)들에 대한 개별 다이어그램 내에 도시되어 있다. 따라서, 이후 차등 신호(DS)의 프로파일은 오프셋 에러 또는 오프셋(OFFS)의 존재 하에서 대응적으로 변경된다.

도 6은 높은 진폭 및 짧은 지속 기간을 갖는 강제 여기 신호(ZWA)의 경우에서의 프로파일을 도시한 것이다. 도 7에서, 강제 여기 신호(ZWA)의 지속 기간은 마찬가지로 짧지만 진폭은 작다. 도 8에 따른 프로파일에 있어서, 강제 여기 신호(ZWA)의 지속 기간은 길고, 강제 여기 신호(ZWA)의 진폭도 또한 크다.

도 7에 따른 강제 여기 신호(ZWA)의 경우에, 오프셋 에러는 높은 선택성을 갖고, 더 정확하게는 변동 특성 값(SWKW)에 의해 지지된 방식으로 확인될 수 있다. 도 8에 따르면 높은 진폭 및 긴 지속 기간을 갖는 강제 여기 신호(ZWA)의 경우에, 예를 들면 차등 신호(DS)의 일시적인 작용 및 진폭과 실제 값(LAM_AV)의 연관이 쉽게 이뤄질 수 있다. 그러나, 선형 람다 탐침(3)에서 연료의 계량과 검출 사이의 배기 가스 전파 시간은 위상 시프트를 야기시킨다. 이러한 영향을 상쇄하기 위해서, 이들이 직접 고려될 수 있거나, 또는 적당한 변동 특성 값(SWKW)에 의해서 평가가 또한 실행될 수 있으며, 이 경우에 특히 차등 신호(DS)의 프로파일의 진폭이 평가될 수 있다. 이러한 경우에, 변동 특성 값(SWKW)이 적당한 추가 역치 미만으로 떨어지는 경우, 즉 특히 진폭이 사전규정된 추가 역치보다 작은 경우에, 린 또는 리치의 방향에서의 오프셋 에러의 대응하는 확인이 이뤄질 수 있으며, 그리고 적절하다면 오프셋 보정값의 대응하는 적응이 이뤄질 수 있다.

작은 진폭 및 짧은 지속 기간을 갖는 강제 여기 신호의 경우에, 특히 차등 신호(DS)의 순수한 통계가 평가될 수 있다. 이와 관련하여, 예로서, 시간 간격 당 사전규정된 또 다른 역치보다 큰 진폭을 갖는 차등 신호의 변동의 수가 역치의 수보다 크다면, 이러한 경우에 오프셋 에러의 부재는 확인될 수 있다.

특히 이 절차는 선형 람다 탐침(3) 자체에 의해 발생된 신호로부터의 선형 람다 탐침(3)의 측정 신호 또는 보정된 측정 신호(MS_KOR)의 오프셋(OFFS)의 적용(plausibilization)을 가능하게 한다. 이러한 방법에서, 중요한 진단이 상당히 단순화될 수 있으며, 이것은 특히 선형 람다 탐침(3)의 경우에 진단될 부품을 감소시킬 수 있다.

1 : 배기 섹션
3 : 선형 람다 탐침
5 : 제어 장치

Claims

내연 기관의 배기 섹션 내에 배열된 선형 람다 탐침(linear lambda probe)의 작동 방법으로서,
상기 선형 람다 탐침은 배기 가스 측 상에 배열된 제 1 전극, 측정 챔버에 인접하여 배열된 제 2 전극 및 제 3 전극, 기준 공기 체적에 인접하여 배열된 제 4 전극을 포함하고,
고체 전해질들은 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 그리고 상기 제 3 전극과 상기 제 4 전극 사이에 각각 위치되며, 확산 배리어는 상기 측정 챔버의 자유 부피(free volume)와 상기 배기 섹션 사이에 형성되며, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이의 전위차는 펌프 전압 신호를 형성하며, 상기 제 4 전극과 상기 제 3 전극 사이의 전위차는 네른스트 전압 신호(Nernst voltage signal)를 형성하며,
상기 방법은:
상기 제 1 전극 및 제 2 전극 사이에 인가된 펌프 전류에 기초하여 상기 선형 람다 탐침의 측정 신호를 결정하는 단계 ― 상기 측정 신호는 상기 가스의 연소 이전의 상기 배기 섹션에서 흐르는 가스의 공연비를 나타냄 ―;
상기 펌프 전압 신호와 상기 네른스트 전압 신호의 차이에 기초하여 차등 신호를 생성하는 단계;
상기 공연비의 비처리 설정 값 및 강제 여기 신호에 기초하여 상기 공연비의 설정 값을 결정하는 단계;
상기 공연비의 비처리 설정 값이 화학량론적으로(stoichiometrically) 사전규정되는지 여부를 결정하는 단계; 및
상기 공연비의 비처리 설정 값이 화학량론적으로 사전규정되었다는 결정에 응답하여, 상기 차등 신호에 기초하여 상기 측정 신호의 오프셋 에러를 결정하는 단계를 포함하는,
선형 람다 탐침의 작동 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 차등 신호의 변동 특성 값에 기초하여 상기 측정 신호의 오프셋을 결정하는 단계를 포함하는,
선형 람다 탐침의 작동 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 변동 특성 값이 제 1 역치 값을 초과했는지 여부를 결정하도록 체크를 수행하는 단계, 및
상기 변동 특성 값이 상기 제 1 역치 값을 초과하지 않았다는 결정에 응답하여, 상기 차등 신호에 기초하여 상기 오프셋 에러 또는 오프셋을 결정하는 단계를 포함하는,
선형 람다 탐침의 작동 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 차등 신호가 상기 공연비의 설정 값과 연관되는지 여부를 결정하도록 체크를 수행하는 단계, 및
사전규정된 연관성이 식별되지 않은 것에 응답하여, 상기 차등 신호에 기초하여 상기 측정 신호의 상기 오프셋 에러 또는 오프셋을 결정하는 단계를 포함하는,
선형 람다 탐침의 작동 방법.
내연 기관의 배기 섹션 내에 배열된 선형 람다 탐침의 작동 방법으로서,
상기 선형 람다 탐침은 배기 가스 측 상에 배열된 제 1 전극, 측정 챔버에 인접하여 배열된 제 2 전극 및 제 3 전극, 기준 공기 체적에 인접하여 배열된 제 4 전극을 포함하고,
고체 전해질들은 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 그리고 상기 제 3 전극과 상기 제 4 전극 사이에 각각 위치되며, 확산 배리어는 상기 측정 챔버의 자유 부피와 상기 배기 섹션 사이에 형성되며, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이의 전위차는 펌프 전압 신호를 형성하며, 상기 제 4 전극과 상기 제 3 전극 사이의 전위차는 네른스트 전압 신호를 형성하며,
상기 방법은:
상기 제 1 전극 및 제 2 전극 사이에 인가된 펌프 전류에 기초하여 상기 선형 람다 탐침의 측정 신호를 결정하는 단계 ― 상기 측정 신호는 상기 가스의 연소 이전의 상기 배기 섹션에서 흐르는 가스의 공연비를 나타냄 ―;
상기 측정 신호 및 오프셋 보정 값에 기초하여 보정된 측정 신호를 결정하는 단계;
상기 펌프 전압 신호와 상기 네른스트 전압 신호의 차이에 기초하여 차등 신호를 생성하는 단계;
상기 공연비의 비처리 설정 값 및 강제 여기 신호에 기초하여 상기 공연비의 설정 값을 결정하는 단계;
상기 공연비의 비처리 설정 값이 화학량론적으로 사전규정되는지 여부를 결정하는 단계;
상기 공연비의 비처리 설정 값이 화학량론적으로 사전규정되었다는 결정에 응답하여, 상기 차등 신호에 기초하여 상기 보정된 측정 신호의 오프셋을 결정하는 단계; 및
상기 결정된 오프셋에 기초하여 상기 오프셋 보정 값을 조절하는 단계를 포함하는,
선형 람다 탐침의 작동 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 차등 신호의 변동 특성 값에 기초하여 상기 측정 신호의 오프셋을 결정하는 단계를 포함하는,
선형 람다 탐침의 작동 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 변동 특성 값이 제 1 역치 값을 초과했는지 여부를 결정하도록 체크를 수행하는 단계, 및
상기 변동 특성 값이 상기 제 1 역치 값을 초과하지 않았다는 결정에 응답하여, 상기 차등 신호에 기초하여 상기 오프셋을 결정하는 단계를 포함하는,
선형 람다 탐침의 작동 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 차등 신호가 상기 공연비의 설정 값과 연관되는지 여부를 결정하도록 체크를 수행하는 단계, 및
사전규정된 연관성이 식별되지 않은 것에 응답하여, 상기 차등 신호에 기초하여 상기 측정 신호의 오프셋을 결정하는 단계를 포함하는,
선형 람다 탐침의 작동 방법.
내연 기관의 배기 섹션 내에 배열된 선형 람다 탐침을 작동하기 위한 장치로서,
상기 선형 람다 탐침은 배기 가스 측 상에 배열된 제 1 전극, 측정 챔버에 인접하여 배열된 제 2 전극 및 제 3 전극, 기준 공기 체적에 인접하여 배열된 제 4 전극을 포함하고,
고체 전해질들은 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 그리고 상기 제 3 전극과 상기 제 4 전극 사이에 각각 위치되며, 확산 배리어는 상기 측정 챔버의 자유 부피와 상기 배기 섹션 사이에 형성되며, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이의 전위차는 펌프 전압 신호를 형성하며, 상기 제 4 전극과 상기 제 3 전극 사이의 전위차는 네른스트 전압 신호를 형성하며,
상기 장치는:
프로세서; 및
비-휘발성 컴퓨터-판독가능 매체에 저장되고, 상기 프로세서에 의해 실행 가능한 컴퓨터 명령들을 포함하고,
상기 컴퓨터 명령들은:
상기 제 1 전극 및 제 2 전극 사이에 인가된 펌프 전류에 기초하여 상기 선형 람다 탐침의 측정 신호를 결정하고 ― 상기 측정 신호는 상기 가스의 연소 이전의 상기 배기 섹션에서 흐르는 가스의 공연비를 나타냄 ―,
상기 펌프 전압 신호와 상기 네른스트 전압 신호의 차이에 기초하여 차등 신호를 생성하고,
상기 공연비의 비처리 설정 값 및 강제 여기 신호에 기초하여 상기 공연비의 설정 값을 결정하며,
상기 공연비의 비처리 설정 값이 화학량론적으로 사전규정되는지 여부를 결정하고, 그리고
상기 공연비의 비처리 설정 값이 화학량론적으로 사전규정되었다는 결정에 응답하여, 상기 차등 신호에 기초하여 상기 측정 신호의 오프셋 에러를 결정하기 위해 상기 프로세서에 의해 실행가능한,
선형 람다 탐침을 작동하기 위한 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 컴퓨터 명령들은 상기 차등 신호의 변동 특성 값에 기초하여 상기 측정 신호의 오프셋을 결정하도록 구성되는,
선형 람다 탐침을 작동하기 위한 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 컴퓨터 명령들은 상기 변동 특성 값이 제 1 역치 값을 초과했는지 여부를 결정하도록 체크를 수행하고,
상기 변동 특성 값이 상기 제 1 역치 값을 초과하지 않았다는 결정에 응답하여, 상기 차등 신호에 기초하여 상기 오프셋 에러 또는 오프셋을 결정하도록 구성되는,
선형 람다 탐침을 작동하기 위한 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 컴퓨터 명령들은 상기 차등 신호가 상기 공연비의 설정 값과 연관되는지 여부를 결정하도록 체크를 수행하고,
사전규정된 연관성이 식별되지 않은 것에 응답하여, 상기 차등 신호에 기초하여 상기 측정 신호의 오프셋 에러 또는 오프셋을 결정하도록 구성되는,
선형 람다 탐침을 작동하기 위한 장치.