KR102256491B1 - 구동 시스템의 배기가스 내 함수량을 결정하기 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 자동차 구동 시스템의 배기가스 내 함수량(w)을 결정하기 위한 방법에 관한 것이다. 이 방법에서는, 물 분사 시스템이 물을 공기/연료 혼합물 내로 분사한다. 또한, 하나 이상의 람다 센서가 구동 시스템의 배기가스관 내에 배치된다. 이 방법은 다음과 같은 단계들을 포함한다: 먼저, 물 분사 장치가 비활성화된다(204). 람다 센서 내 펌핑 전압(Up)을 상승시킴으로써(205), 수증기의 전기 분해가 실시된다(206). 기준 측정에서(207), 수증기의 전기 분해(206)로부터 생성된 배기가스의 제1 산소 함량이 람다 센서에 의해 측정되고, 그로부터 공칭 수량이(WN) 결정된다(208). 그 다음에, 사전 설정된 수량이 공기/연료 혼합물 내로 분사된다(209, 213). 이어서 실제 측정(211, 216)이 후속되며, 여기서 전기 분해(210, 215)로부터 생성된 배기가스의 제2 산소 함량이 사전 설정된 작동점에서 람다 센서에 의해 측정된다. 계속해서, 제2 산소 함량과 제1 산소 함량 간의 차(Δ)가 계산되고(212, 단계(217), 이 차가 공칭 수량(WN)과 함께 함수량(w)의 계산(213, 218)을 위해서 이용된다.

Description

구동 시스템의 배기가스 내 함수량을 결정하기 위한 방법
본 발명은, 구동 시스템의 배기가스 내 함수량(water content)을 결정하기 위한 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 컴퓨터상에서 실행될 경우 상기 방법의 각각의 단계를 실행하는 컴퓨터 프로그램 및 이 컴퓨터 프로그램을 저장하는 기계 판독 가능 저장 매체에 관한 것이다. 마지막으로, 본 발명은 상기 방법을 실행하도록 설계된 전자 제어 장치에 관한 것이다.
최근에는 공기/연료 혼합물 내로 물을 분사하여 다양한 엔진 파라미터를 변경한다. 예컨대, 이로써 연소 엔진 내 점화 시점이 변경될 수 있다. 물은, 연소 엔진의 상류에 있는 물 분사 장치를 통해서 배기가스관 내부로 분사된다. 또한, 물 분사 장치가 물을 연소 엔진의 실린더 내부로 직접 분사하는 시스템도 공지되어 있다. 수량(water quantity)은 한 편으로 차량의 출력에, 그리고 다른 한 편으로는 배기가스의 조성에 영향을 미치기 때문에, 물 분사 시스템의 모니터링이 필수적이다. 게다가, 조성에 미치는 영향은, 관련 법규가 시스템의 진단을 요구하는 결과를 낳는다. 통상적으로는, 개별적인 물 분사 구성 요소들의 전기적 진단 방식이 사용되지만, 이와 같은 방식은 예컨대 출력 손실과 같은 전기적인 오류만을 검출할 수 있다. 더 나아가, 배기가스관 내에서 배기가스의 추가 성분도 모니터링된다. 이 추가 성분에는, 특히 배기가스관 내에 배치된 람다 센서에 의해 모니터링되는 산소 함량도 속한다.
DE 10 2010 021 281 A1호는, 배기가스 센서, 예를 들어 연소 엔진의 배기가스 장치와 연결된 산소 센서를 위한 시스템에 관한 것이다. 또한, 이 문헌은, 배기가스 센서가 산소량 외에 추가로 연료 내 수량을 지시하는 방법과도 관련이 있다. 펌핑 흐름이 변경될 수 있고, 이로 인해 전술한 성분들 중 어느 성분이 검출될 지가 선택될 수 있다. 수량을 결정하기 위해 펌핑 흐름이 증가됨으로써, 물 분자 내에 함유된 산소량이 배기가스 센서에 의해 측정될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은, 물 분사 시스템, 및 자동차 내 구동 시스템의 배기가스관과 관련이 있다. 구동 시스템은 연소 엔진, 그리고 연소 엔진과 모두 연결되어 있는 흡입관 및 전술한 배기가스관을 포함한다. 배기가스관 내에서 연소 엔진의 하류에는, 배기가스 내 산소 함량의 결정을 가능하게 하는 하나 이상의 람다 센서가 배치된다. 물 분사 시스템은 연소 엔진의 상류에서 흡입관에 배치되고, 사전 설정된 수량이 공기/연료 혼합물 내로 분사되도록 설계된다. 그 결과, 고정된 함수량을 갖는 공기/연료 혼합물이 연소 엔진에 도달하게 된다. 분사된 물은, 다양한 엔진 파라미터 및 이로써 자동차의 출력에 영향을 미칠 뿐만 아니라, 배기가스에도 영향을 미친다. 그렇기 때문에, 분사된 수량 및 물 분사 장치 자체를 모니터링이 매우 중요하다. 이 방법에서는, 배기가스의 함수량을 결정하고 이로써 물 분사 장치의 시스템 에러를 검출하기 위하여, 기존의 람다 센서가 이용된다. 이로 인해, 필요한 경우에 대응 조치들이 도입될 수 있다.
본원 방법에서는 시작 시 물 분사 장치가 작동 정지된다. 이렇게 함으로써, 주변 습도의 기준 측정을 실시하는 것이 가능해진다. 그 다음에, 람다 센서의 펌핑 전압이 상승되고, 이로 인해 수증기의 전기 분해가 수행된다. 이때, 물이 수소와 산소로 분해된다. 이로부터 생성된 제1 산소 함량이 이제 기준 측정 단계에서 람다 센서에 의해 결정되고, 계속해서 공칭 수량이 계산된다. 공칭 수량은, 물의 추가 분사 없는 시스템 내 현재 수량을 지시한다.
그 다음에, 사전 설정된 수량이 공기/연료 혼합물 내로 분사된다. 실제 측정에서는, 사전 설정된 작동점에서 전술한 바와 같이 마찬가지로 물의 전기 분해에 의해 생성된 제2 산소 함량이 결정된다. 상기 제2 산소 함량은, 주변 공기 내 물의 양에 상응하는 제1 산소 함량과, 추가로 분사된 물에 상응하는 산소로 이루어진다. 제2 산소 함량과 제1 산소 함량 간의 차를 계산하면, 분사된 물에 의해 생성된 산소 함량에 대한 스테이트먼트(statement)를 얻게 된다. 하지만 물의 양은, 상기 차와, 기준 측정으로부터 결정되는 공칭 수량으로부터 계산된다.
방법의 또 다른 일 양태에 따라, 배기가스 내 희망 함수량을 결정하기 위하여, 또 다른 측정 변수를 사용하는 점이 제안될 수 있다. 희망 함수량과 위에서 계산된 배기가스 내 함수량 간의 비교로부터, 배기가스 내 지나치게 낮은, 그리고/또는 지나치게 높은 함수량이 도출될 수 있다. 추가로, 물 분사 시스템의 오작동이 진단될 수 있다. 예를 들어, 상기 측정 변수들은 엔진 온도, 운전 정지 시간 및/또는 주변 온도, 그리고 물 분사 장치의 제어이다. 이러한 정보를 토대로 하면, 희망 함수량에 도달하기 위한 적합한 조치의 도입이 가능하다는 장점이 있다.
바람직하게 이들 정보는 물 분사 장치를 제어하는 데 이용된다. 배기 가스 내 함수량이 지나치게 낮으면 물 분사 장치가 상응하게 재조정될 수 있고, 분사되는 수량이 증가할 수 있다. 그와 달리, 배기가스 내 함수량이 지나치게 높으면, 물 분사 장치가 작동 정지될 수 있다. 이로 인해, 물 분사를 통해 분사되는 수량이 최적화될 수 있고, 자동차의 조건에 매칭될 수 있다.
바람직하게, 물 분사 장치의 오작동이 진단되면, 이 사실이 자동차 운전자에게 안내될 수 있다. 이 경우, 운전자는 예를 들어 정비공장에 검사 및 필요에 따라서는 수리를 의뢰할 수 있다.
일 양태에 따라, 수증기의 전기 분해로부터 생성된 산소 함량의 실제 측정이 사전 설정된 복수의 작동점에서 수행되는 구성이 제안될 수 있다. 바람직하게, 이들 산소 함량은 사전 설정된 물의 분사량과 구별된다. 예를 들어, 최대로 가능한 수량(전량)이 분사될 수 있고, 실제 측정이 수행될 수 있다. 그 다음에, 분사된 수량이 이등분될 수 있고(절반량), 마찬가지로 실제 측정이 수행될 수 있다. 공칭 수량을 갖는 전량과 공칭 수량을 갖는 절반량으로부터 각각 차를 계산하면, 스테이트먼트의 정확도가 높아질 수 있다.
방법의 바람직한 일 개선예에서는, 수증기의 전기 분해 전에, 측정 동안에도 배기가스의 일정한 품질을 보장하기 위하여, 추가의 단계들이 수행될 수 있는데, 그 이유는 측정 동안에는 람다 센서가 사용되고, 이를 위해 람다 제어가 단시간 동안 중단되기 때문이다. 이를 위해, 한 편으로는 람다 센서의 적응이 수행되고, 다른 한 편으로는 람다 제어가 과도되었는지의 여부가 체크된다. 또한, 진단을 위한 작동 파라미터도 질의된다. 진단을 위한 작동 파라미터가 충족되는 경우, 방법이 전술된 바와 같이 개시된다. 그렇지 않은 경우에는 진단이 수행되지 않는다.
또 다른 일 양태에 따르면, 진단에 필요한 작동점들이 전자 제어 장치에 의해 조정될 수 있으며, 이들 작동점은 운전자에 의해 시동되어서는 안 된다. 이로 인해, 진단이 의도한 바대로 시작될 수 있다.
컴퓨터 프로그램은, 특히, 컴퓨터 또는 제어 장치에서 실행될 경우 각각의 방법 단계를 수행하도록 설계된다. 상기 컴퓨터 프로그램은, 종래의 전자 제어 장치에서 이 전자 제어 장치의 구조적 변경 없이도 방법을 구현할 수 있게 한다. 이를 위해 컴퓨터 프로그램은 기계 판독 가능 저장 매체에 저장된다.
상기 컴퓨터 프로그램을 종래의 전자 제어 장치에 설치함으로써, 전술한 방법을 이용해서 배기가스 내 함수량의 결정을 제어하도록 설계된 전자 제어 장치가 얻어진다.
본 발명의 실시예들은 각각의 도면에 도시되어 있고, 이하에서 더 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 방법에 의해 제어될 수 있는 구동 시스템; 물 분사 장치가 배치된 흡입관; 및 람다 센서가 내부에 배치된 배기가스관;을 나타낸 개략도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 방법의 일 실시예의 흐름도의 제1 부분도이다.
도 2b는 도 2a에 도시된 제1 부분도로부터 연속되는, 본 발명에 따른 방법의 일 실시예의 흐름도의 제2 부분도이다.
도 1에는, 연소 엔진(110), 그리고 상기 연소 엔진(110)과 연결된 흡입관(120) 및 배기가스관(130)을 포함하는 구동 시스템(100)이 도시되어 있다. 물 분사 장치(121)는 연소 엔진(110)의 상류에서 흡입관(120)에 배치된다. 물 분사 장치는 사전 설정된 수량을 흡입관(120) 내부로 분사한다. 배기가스관(130) 내에서 연소 엔진(110)의 하류에 하나 이상의 람다 센서(131)가 배치됨음으로써, 배기가스가 상기 람다 센서를 스쳐서 흐르게 된다. 람다 센서(131)에 의해, 배기가스 내 산소 함량을 측정할 수 있다. 본 발명에 따른 방법의 본 실시예는, 상기 람다 센서(131)에 의해서 배기가스 내의 함수량(w)까지도 측정할 수 있는 가능성을 개시한다. 전자 제어 장치(140)는 연소 엔진(110), 물 분사 장치(121) 및 람다 센서(131)와 연결되어 있고, 이들을 제어 및 모니터링할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는, 본 발명에 따른 방법의 실시예의 흐름도를 보여준다. 도 2a와 관련해서는, 방법 시작 시, 시스템 내에서 람다 센서(131)의 적응(200)이 실시된다. 조건에 따라, 함수량을 상기 조건에 매칭시키기 위하여, 시스템은 물 분사 장치(121)의 분사에 의해 함수량이 변경되는 람다 제어(202)를 수행할 수 있다. 본 발명에 따른 방법이 올바르게 진행되도록 하기 위하여, 람다 제어(202)가 종결되고, 이는 제2 단계(201)에서 체크되는 구성이 제안된다. 람다 제어(202)가 종결되지 않아야 하는 경우에는, 방법이 종료된다(227). 더 나아가, 진단을 위한 작동 파라미터의 질의(203)가 개시된다. 상기 작동 파라미터들이 충족되지 않으면, 마찬가지로 방법이 종료된다(227).
전술한 전제 조건들이 충족되면, 물 분사 장치(121)의 작동 정지(204)에 의해서 상기 물 분사 장치(121)의 진단이 시작된다. 그 다음에, 람다 센서(131)의 펌핑 전압(Up)의 상승(205)이 실시된다. 이 과정이 수증기의 전기 분해(206)를 유도함으로써, 물이 수소와 산소로 분해된다. 기준 측정(207)에서는, 전기 분해(206)에 의해서 생성된 제1 산소 함량이 측정된다. 상기 제1 산소 함량은 외부 영향 변수에서 기인하는 주변 습기 또는 함수량에 의존한다. 그 다음에, 상기 제1 산소 함량으로부터, 전술된 영향 변수를 포함하는 공칭 수량(WN)이 결정될 수 있다(208).
물 분사 장치(121)를 모니터링하기 위하여, 전량의 분사(209)가 개시된다. 이는, 물 분사 장치(121)가 최대로 가능한 수량을 흡입관(120) 내부로 분사함을 의미한다. 람다 센서(131)의 상승된 펌핑 압력(Up)이 계속 존재하기 때문에, 추가로 분사된 수량은 전기 분해(210)에 의해서, 전기 분해(206)에 상응하게, 산소 및 수소로 분해된다. 이로써, 전량의 실제 측정(211)에서 제2 산소 함량이 결정될 수 있다. 제2 산소 함량은, 한 편으로는 제1 산소 함량 및 추가로 전량의 물 분사(209)로 인해 생성된 산소 함량을 포함한다. 실제 측정(211)과 기준 측정(207) 간의 차(Δ)를 계산함으로써(212), 상기 차(Δ) 및 공칭 수량(WN)에 의해 배기가스 내 함수량(w)의 계산(213)이 수행될 수 있다. 추가의 일 단계에서, 본 발명에 따른 방법은, 전량의 실제 측정(211)에 추가로 또 다른 수량을 검사하는 것을 제안한다. 이를 위해, 전량의 수량의 절반에 상응하는 절반량의 분사(214)가 개시된다. 분사된 절반량은, 전기 분해(210)에 상응하는 전기 분해(215)에 의해서 산소 및 수소로 분해된다. 전량의 실제 측정(211)과 동등하게, 절반량의 실제 측정(216)에서는 제2 산소 함량이 결정된다. 전술한 바와 동일한 방식으로, 실제 측정(216)과 기준 측정(207)의 차(Δ)가 계산된다(217). 상기 차(Δ)도 마찬가지로 배기가스 내의 함수량을 결정하기 위하여 공칭 수량(w)과 함께 사용된다. 사전 설정된 다양한 분사량에서 실제 측정을 여러 번 실시함으로써 더 높은 정확도가 도출된다.
흐름도는 도 2b로 계속된다. 즉, 도 2a에서의 전량의 실제 측정(211) 및 절반량의 실제 측정(216)으로부터, 계산된 함수량(w)이 결정된다. 또 다른 일 단계(220)에서는, 추가 측정 변수(219)가 관여됨으로써 희망 함수량(w0)이 결정된다. 상기 측정 변수(219)에는, 특히 엔진 온도, 운전 정지 시간 및 주변 온도, 그리고 물 분사 장치(121)의 제어가 속한다. 질의 단계(221)에서, 계산된 함수량(w)과 희망 함수량(w0) 간의 비율이 체크된다. 계산된 함수량(w)이 희망 함수량(w0)보다 작은 경우, 분사 수량을 증가시키는 물 분사 장치(121)의 재조정(222)이 수행된다. 이어서, 에러 메모리 엔트리(223)가 생성되고, 프로세스가 종료된다(227). 질의 단계(221)에서, 계산된 함수량(w)이 희망 함수량(w0)보다 큰 것으로 확인되면, 물 분사 장치(121)의 작동 정지(224)가 수행되며, 이는 배기가스 내 함수량(w)의 감소를 유도한다. 그 다음에, 에러 메모리 엔트리(223)가 생성되고, 프로세스가 종료된다(227). 계산된 함수량(w)이 희망 함수량(w0)과 일치하는 경우에는 프로세스가 즉시 종료된다(227). 더 나아가, 희망 함수량(w0)과 계산된 함수량(w)의 비교에 의해 물 분사 장치(121)의 오작동이 진단되면, 이 상황이 오작동의 질의 단계(225)에서 증명되어 운전자에게 안내된다(226). 물 분사 장치(121)의 오작동이 존재하지 않는 경우에는 프로세스가 종료된다(227).

Claims (9)

  1. 자동차의 구동 시스템(100)의 배기가스 내 함수량(water content)(w)을 결정하기 위한 방법으로서, 물 분사 시스템(121)이 물을 공기/연료 혼합물 내로 분사하고, 하나 이상의 람다 센서(131)가 구동 시스템(100)의 배기가스관(130) 내에 배치되며, 다음의 단계들:
    - 물 분사 장치(121)를 작동 정지시키는 단계(204);
    - 람다 센서(131) 내 펌핑 전압(Up)을 상승시켜(205), 수증기를 전기 분해하는 단계(206);
    - 람다 센서(131)에 의해, 수증기의 전기 분해(206)로부터 생성된 배기가스의 제1 산소 함량의 기준 측정을 실시하고(207), 그로부터 공칭 수량(nominal water quantity)(WN)을 결정하는 단계;
    - 사전 설정된 물 분사량을 공기/연료 혼합물 내로 분사하는 단계(209);
    - 사전 설정된 작동점에서 람다 센서(131)에 의해, 수증기의 전기 분해(210)로부터 생성된 배기가스의 제2 산소 함량을 실제 측정하는 단계(211);
    - 제2 산소 함량과 제1 산소 함량 간의 차(Δ)를 계산하는 단계(212);
    - 상기 차(Δ) 및 공칭 수량(WN)으로부터 함수량(w)을 계산하는 단계(213)를 포함하는, 구동 시스템의 배기가스 내 함수량의 결정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 추가의 측정 변수(219)에 의해서, 배기가스 내 희망 함수량이 결정되며, 배기가스 내 희망 함수량(w0)과 계산된 함수량(w) 간의 비교로부터 배기가스 내 낮은 그리고/또는 높은 함수량(w)이 도출되고, 그리고/또는 물 분사 시스템(121)의 오작동이 진단되는 단계(225)를 포함하는, 구동 시스템의 배기가스 내 함수량의 결정 방법.
  3. 제2항에 있어서, 함수량(w)이 낮으면 물 분사 장치(121)가 재조정되고(222), 함수량(w)이 높으면 물 분사 장치(121)의 작동 정지(224)가 수행되며, 각각 에러 메모리 엔트리(223)가 생성되는, 구동 시스템의 배기가스 내 함수량의 결정 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 물 분사 장치(121)의 오작동이 진단될 경우(225) 자동차 운전자에게 안내되는 단계(226)를 포함하는, 구동 시스템의 배기가스 내 함수량의 결정 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 수증기의 전기 분해(210, 215)로부터 생성된 산소 함량의 실제 측정(211, 216)이 사전 설정된 복수의 작동점에서 수행되며, 이들 산소 함량은 사전 설정된 물 분사량과 구별되는, 구동 시스템의 배기가스 내 함수량의 결정 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 수증기의 전기 분해 이전에 다음의 단계들:
    - 람다 센서를 적응시키는 단계(200;
    - 람다 제어(202)가 종결되었는지를 체크하는 단계(201);
    - 진단을 위한 작동 파라미터를 질의하는 단계(203)가 수행되는, 구동 시스템의 배기가스 내 함수량의 결정 방법.
  7. 기계 판독 가능한 저장 매체에 저장되어 있고 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 방법의 각각의 단계를 수행하도록 설계된 컴퓨터 프로그램.
  8. 제7항에 따른 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는, 기계 판독 가능 저장 매체.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 방법을 이용해서, 구동 시스템(100)의 배기가스 내 함수량(w)의 결정을 수행하는, 전자 제어 장치(140).
KR1020187035529A 2016-05-12 2017-05-10 구동 시스템의 배기가스 내 함수량을 결정하기 위한 방법 KR102256491B1 (ko)

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