KR102431892B1 - 전압 람다 특성 곡선의 적어도 일부에서 전압 오프셋을 검출하는 방법 - Google Patents

전압 람다 특성 곡선의 적어도 일부에서 전압 오프셋을 검출하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내연 기관의 배기 가스 채널에 배치된 2점 람다 센서의 전압 람다 특성 곡선(10)의 적어도 일부에서 2점 람다 센서의 기준 전압 람다 특성 곡선(12)에 대한 전압 오프셋을 검출하는 방법에 관한 것이다. 2점 람다 센서는 내연 기관에 공급되는 공기/연료 혼합물을 조정하기 위한 제어 시스템의 부분이고, 상기 전압 람다 특성 곡선(10)과 상기 기준 전압 람다 특성 곡선(12)의 편차는 람다 = 1 일 때 정정된다. 검사될 람다(28) 및 검사될 전압(26)을 갖는 기준 전압 람다 특성 곡선(12) 상의 검사될 값 쌍(24)에 기초하여, 내연 기관에 공급되는 공기/연료 혼합물의 조성이 람다 = 1이 될 때까지 변화되고, 람다의 실제 값(30)은 람다 = 1이 될 때까지 공기/연료 혼합물의 조성의 변화로부터 추론된다. 제 1 방법 단계에서, 제어 시스템의 지연 시간이 결정되고, 제 2 방법 단계에서, 공기/연료 혼합물의 조성은 검사될 값 쌍(24)에 기초하여 람다 = 1이 될 때까지 변화되며, 상기 조성의 변화는 제어 시스템의 지연 시간을 사용하여 정정되고, 상기 값 쌍(24)에서 람다의 실제 값(30)은 공기/연료 혼합물의 조성의 정정된 변화로부터 결정되고, 전압 람다 특성 곡선(10)의 전압 오프셋은 검사될 람다(28)의 값과 람다의 실제 값(30)의 편차로부터 검출된다. 제 1 방법 단계 및 제 2 방법 단계는 내연 기관에 공급되는 연료 분사량의 특성이 임계값을 초과하거나 임계값에 미달하는 경우에 실시된다.

Description

전압 람다 특성 곡선의 적어도 일부에서 전압 오프셋을 검출하는 방법{METHOD FOR DETECTING A VOLTAGE OFFSET AT LEAST IN A PORTION OF A VOLTAGE LAMBDA CHARACTERISTIC CURVE}
본 발명은 전압 람다 특성 곡선의 적어도 일부에서 전압 오프셋을 검출하는 방법에 관한 것이다.
측정 가스 챔버에서 측정 가스의 적어도 하나의 특성을 검출하기 위한 다수의 센서 요소 및 방법은 종래 기술로부터 알려져 있다. 상기 특성은 기본적으로 측정 가스의 임의의 물리적 및/또는 화학적 특성 일 수 있으며, 이 경우 하나의 또는 다수의 특성이 검출될 수 있다. 본 발명은 이하에서 특히 측정 가스의 가스 성분의 비율을 정성적 및/또는 정량적으로 검출하는 것과 관련하여, 특히 측정 가스 분량 중의 산소 비율을 검출하는 것과 관련하여 설명된다. 상기 산소 비율은 예를 들어 분압의 형태로 및/또는 백분율의 형태로 검출될 수 있다. 그러나 대안으로서 또는 추가로, 예를 들어 온도와 같은 측정 가스의 다른 특성도 검출될 수 있다.
예를 들어, 이러한 센서 요소는 예를 들어 Konrad Reif(eds.): Sensoren im Kraftfahrzeug(자동차의 센서), 제 1 판 2010, 160-165 페이지에서 알려진 바와 같이, 소위 람다 센서로서 설계될 수 있다. 광대역 람다 센서, 특히 평면 광대역 람다 센서에 의해, 배기 가스 중의 산소 농도가 넓은 범위에서 결정될 수 있으며, 따라서 연소실 내의 공연비가 추론될 수 있다. 공기 비 λ는 상기 공연비를 나타낸다.
종래 기술로부터, 특정 고체의 전해 특성, 즉 상기 고체의 이온 전도 특성에 기초한 세라믹 센서 요소가 공지되어 있다. 특히, 상기 고체는 예를 들어 이산화 지르코늄(ZrO2), 특히 산화 알루미늄(Al2O3) 및/또는 산화 규소(SiO2)의 적은 첨가제를 포함할 수 있는, 이트륨 안정화된 이산화 지르코늄(YSZ) 및 스칸듐 도핑된 이산화 지르코늄(ScSZ)과 같은 세라믹 고체 전해질 일 수 있다.
유해 물질 배출 및 배기 가스 후처리를 최적화하기 위해, 최신 내연기관에는 배기 가스의 조성을 결정하고 내연 기관을 제어하기 위한 람다 센서가 사용된다. 람다 센서는 배기 가스 중의 산소 함량을 결정하는데, 이는 내연 기관에 공급되는 공기/연료 혼합물을 제어하기 위해, 그에 따라 촉매 변환기 이전에 배기 가스 람다를 제어하기 위해 사용된다. 이 경우, 내연 기관에 공기 및 연료 공급은 람다 제어 회로를 통해, 배기 가스 후처리를 위해 내연 기관의 배기 가스 채널에 제공된 촉매 변환기에 의해 배기 가스의 최적의 조성이 달성되도록, 제어된다. 가솔린 엔진의 경우, 일반적으로 1의 람다, 즉 연료와 공기의 화학량론적 비율로 조절된다. 따라서, 내연 기관의 유해 물질 배출이 최소화될 수 있다.
다양한 형태의 람다 센서가 사용된다. 연속 또는 선형 람다 센서라고도 하는 광대역 람다 센서는 람다 = 1 부근의 넓은 범위에서 배기 가스 중의 람다 값을 측정할 수 있게 한다. 따라서, 예를 들어 내연 기관은 초과량의 공기를 갖는 희박 작동으로 조절될 수 있다.
센서 특성 곡선을 선형화함으로써, 더 경제적인 2점 람다 센서로, 제한된 람다 범위에도 촉매 변환기 이전에서 연속 람다 제어가 가능하다. 점프 센서 또는 네른스트(Nernst) 센서라고도 하는 이러한 2점 람다 센서의 경우, 전압 람다 특성 곡선은 λ = 1에서 점프형 강하를 나타낸다. 따라서, 이는 실질적으로 초과량의 연료로 내연 기관의 작동시 농후한 배기 가스(λ<1)와 초과량의 공기로 작동시 희박 배기 가스(λ> 1) 사이의 구별을 허용하고, 1의 람다로 배기 가스의 조절을 가능하게 한다.
2점 람다 센서에 의한 연속 람다 제어의 전제 조건은 2점 람다 센서의 센서 전압과 람다 사이에 명확한 관계가 있는 것이다. 이 관계는 2점 람다 센서의 전체 수명 동안 존재해야 하는데, 그 이유는 그렇지 않으면 제어의 정확도가 충분하지 않아서 허용되지 않는 큰 배출이 발생할 수 있기 때문이다. 2점 람다 센서의 제조 공차 및 에이징 효과로 인해, 상기 전제 조건이 충족되지 않는다. 그 대신, 실제 센서 특성 곡선은 다수의 중첩된 효과에 의해 기준 센서 특성 곡선에 대해 시프트될 수 있다.
따라서, 촉매 변환기 이전에서 주로 2점 제어를 갖는 2점 람다 센서가 사용된다. 이는, 예를 들어 촉매 변환기 진단을 위해 또는 부품 보호를 위해, 희박한 또는 농후한 공기/연료 혼합물이 필요한 작동 모드에서, 목표 람다는 사전 제어 방식으로만 조정될 수 있고 제어될 수 없다는 단점을 갖는다.
DE 10 2012 211 687 A1은 전압 람다 특성 곡선의 전압 오프셋을 검출하는 방법을 기술한다.
전압 오프셋을 검출하기 위한 종래 기술로부터 알려진 방법의 장점들에도 이들은 여전히 개선의 여지를 갖는다.
최후에 언급한 종래 기술에는, 기준 센서 특성 곡선에 대한 실제 센서 특성 곡선의 시프트를 검출하고 보상할 수 있는 방법이 개시된다. 따라서, 촉매 변환기 이전에 2점 람다 센서에 의한 연속 람다 제어가 가능하다. 온도에 기인한 특성 곡선 시프트를 검출하기 위해, 상기 방법은 2점 람다 센서의 기준 전압 람다 특성 곡선상의 검사될 값 쌍으로부터 시작하여 람다 = 1에 이르기까지 공기/연료 혼합물의 변화를 사용한다. 람다 = 1에 이르기까지 공기/연료 혼합물의 조성 변화로부터 변화 전 람다의 실제 값이 추론된다. 이러한 조치는 상기 변화가 명확히 규정된 프로파일로, 예를 들어 명확히 규정된 기울기로 램프 형태로 이루어지는 것을 전제로 한다.
상기 전제 조건은 일반적으로 모든 엔진 작동 점에서 충족되지 않는다. 특히, 짧은 분사 시간의 경우, 분사 시간에 대한 분사된 연료량의 의존성을 나타내는 분사 밸브 특성 곡선은 일반적으로 파형이다. 제어 장치에 저장된 기준 분사 밸브 특성 곡선은 상기 파형을 고려하지만, 부품 공차로 인해, 실제 분사 밸브 특성 곡선과 기준 분사 밸브 특성 곡선 사이에 편차가 있을 수 있다. 이러한 편차는 상응하는 엔진 작동 점에서 2점 람다 센서의 온도에 기인한 특성 곡선 시프트가 부정확하게 결정될 수 있다는 사실을 초래한다. 이러한 부정확성은 가솔린 직접 분사 방식이고 작은 배기량을 갖는 엔진에서 더 두드러질 수 있는데, 그 이유는 짧은 분사 시간이 비교적 빈번하게 나타나기 때문이다.
본 발명의 과제는, 상기 방법의 적용 가능성의 범위를 확장하고, 특히 분사 밸브 특성 곡선의 공차가 2점 람다 센서의 특성 곡선 시프트의 검출 시에 고려될 수 있는, 전압 람다 특성 곡선의 적어도 일부에서 전압 오프셋을 검출하는 방법을 제공하는 것이다.
2점 람다 센서의 기준 전압 람다 특성 곡선에 대한 내연 기관의 배기 가스 채널 내에 배치된 2점 람다 센서의 전압 람다 특성 곡선의 적어도 일부에서 전압 오프셋을 검출하는 본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 2점 람다 센서는 내연 기관에 공급되는 공기/연료 혼합물을 조정하기 위한 제어 시스템의 부분이고, 상기 전압 람다 특성 곡선과 상기 기준 전압 람다 특성 곡선의 편차는 람다 = l 일 때 정정되고, 검사될 람다 및 검사될 전압을 갖는 기준 전압 람다 특성 곡선 상의 검사될 값 쌍에 기초하여, 내연 기관에 공급되는 공기/연료 혼합물의 조성이 람다 = 1이 될 때까지 변화되고, 람다의 실제 값은 람다 = 1이 될 때까지 공기/연료 혼합물의 조성의 변화로부터 추론되고, 제 1 방법 단계에서, 제어 시스템의 지연 시간이 결정되고, 제 2 방법 단계에서, 공기/연료 혼합물의 조성은 검사될 값 쌍에 기초하여 람다 = 1이 될 때까지 변화되며, 상기 조성의 변화는 제어 시스템의 지연 시간을 사용하여 정정되고, 상기 값 쌍에서 람다의 실제 값은 공기/연료 혼합물의 조성의 정정된 변화로부터 결정되고, 전압 람다 특성 곡선의 전압 오프셋은 검사될 람다 값과 람다의 실제 값의 편차로부터 검출되고, 제 1 방법 단계 및 제 2 방법 단계는 내연 기관에 공급되는 연료 분사량의 특성이 임계값을 초과하거나 임계값에 미달하는 경우에 실시된다.
임계값을 초과하는, 내연 기관에 공급되는 연료 분사량의 특성은 분사 시간일 수 있다. 임계값은 2.0 ms, 바람직하게는 2.5 ms일 수 있다. 임계값은 내연 기관의 적어도 하나의 작동 점에 따라 변화될 수 있다. 작동 점은 예를 들어, 내연 기관의 레일 압력의 감소, 단일 분사, 점화 각도 조정 및 적어도 하나의 실린더의 셧다운으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 이 방법을 실시하기 위해, 내연 기관의 작동 점에 기초하여 임계값을 초과할 때까지 및/또는 임계값을 초과하도록 내연 기관의 작동 점이 변경될 때까지 대기될 수 있다. 상기 방법은 반복해서 실시될 수 있다. 상기 방법은 내연 기관의 작동 점에 기초하여 임계값을 초과할 때까지 대기된 후에 수행될 수 있고, 후속해서 상기 방법은 임계값을 초과하도록 내연 기관의 작동 점이 변경된 후에 실시된다. 상기 방법은 임계값을 초과하도록 내연 기관의 작동 점이 변경된 후에 실시될 수 있고, 후속해서 상기 방법은 내연 기관의 작동 점에 기초하여 임계값을 초과할 때까지 대기된 후에 실시된다. 제 1 방법 단계에서, 검사될 값 쌍을 기초하여 람다 = 1을 초과하는 공기/연료 혼합물의 조성의 급격한 변화가 실시될 수 있고, 상기 지연 시간은 공기/연료 혼합물의 조성의 급격한 변화와 2점 람다 센서의, 람다 = 1에 상응하는 출력 전압의 도달 간의 시간 차이로부터 결정된다. 제 2 방법 단계에서, 검사될 값 쌍에 기초하여, 람다 = 1을 넘는 공기/연료 혼합물의 조성의 변화가 적어도 람다 = 1 부근의 범위에서 공기/연료 혼합물의 조성의 제 2의 램프 형태 변화와 함께 실시될 수 있고, 검사될 값 쌍에서 실제 람다는 2점 람다 센서의, 람다 = 1에 상응하는 출력 전압의 도달까지 공기/연료 혼합물의 조성의 변화로부터 제어 시스템의 지연 시간 동안 공기/연료 혼합물의 조성의 변화를 뺀 것으로부터 결정된다. 전압 람다 특성 곡선의 검출된 전압 오프셋은 람다의 실제 값으로 정정될 수 있고 및/또는 검출된 전압 오프셋에 따라 전압 오프셋에 대한 하나 이상의 원인이 추론될 수 있고, 상기 원인을 피하거나 또는 줄이기 위한 조치들이 취해질 수 있다. 제 1 방법 단계에서, 공기/연료 혼합물의 조성의 제 1 램프 형태 변화는 상기 제어 시스템의 지연 시간을 결정하기 위해 제공될 수 있고, 제 2 램프 형태 변화의 기울기는 내연 기관의 작동 점에 적응될 수 있고 및/또는 상기 제 2 방법 단계에서, 상기 공기/연료 혼합물의 조성의 제 2 램프 형태 변화의 기울기는 내연 기관의 작동 점에 적응될 수 있다. 검사될 값 쌍에서 공기/연료 혼합물의 조성은 2점 람다 센서의 출력 신호의 안정화 지속 시간 동안 일정하게 유지될 수 있다. 전압 오프셋은 상이한 람다 범위에 대해, 특히 농후 람다 범위 및 희박 람다 범위에 대해 검출될 수 있다. 검사될 값 쌍들은 미리 정해진 설정 람다가 시간 평균으로 유지되도록 선택될 수 있다. 전압 오프셋의 검출은 동일한 값 쌍에서 반복 측정에 의해 또는 상이한 값 쌍에서 측정에 의해 타당성 검사될 수 있다. 전압 오프셋의 검출은 내연 기관의 추력 셧다운 시에 타당성 검사될 수 있다. 검사 될 값 쌍은 의도적으로 조정될 수 있고 및/또는 전압 오프셋은 내연 기관의 작동 중에 발생하는 한 쌍의 값에서 검출될 수 있다. 전압 오프셋의 검출은 검출의 지속 시간 동안 일정한 내연 기관의 하나의 작동 점 동안 실시될 수 있다. 전압 오프셋의 재검출 이전에, 내연 기관의 선행 작동 사이클로부터의 전압 오프셋의 정정이 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 방법의 모든 단계를 실행하도록 설계된 컴퓨터 프로그램이 제안된다.
또한, 그러한 컴퓨터 프로그램이 저장된 전자 저장 매체가 제안된다.
끝으로, 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위한 본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램을 갖는 상기 전자 저장 매체를 포함하는 전자 제어 장치가 제안된다.
본 발명의 기본 아이디어는 2점 람다 센서의 특성 곡선 시프트의 검출을 분사 밸브 특성 곡선의 공차가 무시될 수 있는 엔진 작동 점으로 제한하고 및/또는 검출에 매우 적합한 분사 시간을 액티브하게 유도하는 것이다. 이 방법의 장점은 2점 람다 센서의 특성 곡선 시프트의 검출의 정확도 및/또는 빈도가 개선된다는 것이다. 이는 저렴한 2점 람다 센서에 의한 연속 람다 제어의 정확도를 높인다.
이하에서, 예를 들어, 짧은 분사 시간은 2점 람다 센서의 특성 곡선 시프트의 검출에 부정적인 영향을 미칠 수 있다고 가정한다. 그러나 본 발명은 바람직하지 않은 다른 분사 시간 범위에도 적용 가능하다. 본 발명은 원칙적으로 개별적으로 또는 조합하여 사용될 수 있는 2 가지 유형의 방법을 제공한다.
패시브 방법에서는 2점 람다 센서의 특성 곡선 시프트의 검출이 충분히 긴 분사 시간을 갖는 엔진 작동 점으로 제한된다. 특히, 온도에 기인하는 특성 곡선 시프트의 검출은, 공기/연료 혼합물의 조성 변화가 명확히 규정된 프로파일로 이루어진다는 전술한 전제 조건이 충족되는 엔진 작동 점으로 제한된다. 상기 제한은 예를 들어 분사 시간이 너무 짧을 때 검출이 활성화되지 않게 하는 스위치 온 조건에 의해 이루어진다. 바람직하게는 분사 시간에 대한 임계값이 결정되며, 그 임계값 이하에서는 분사 밸브 특성 곡선의 파형이 충분히 정확한 검출을 제공할 것으로 기대될 수 없다. 상기 임계값의 일반적인 값은 2.5 ms 이다. 분사 시간이 상기 임계값 아래로 떨어지면 검출은 활성화되지 않는다. 임계값을 다른 조건, 예를 들어 엔진 작동 점에 따라 가변하게 형성하는 것이 바람직하다.
패시브 방법은 2점 람다 센서의 특성 곡선 시프트의 검출의 정확도를 향상시킨다. 동시에, 예를 들어 드물게 충분히 큰 분사 시간이 달성되는 경우와 같이 바람직하지 않은 주행 프로파일의 경우 검출 기회가 줄어든다.
패시브 방법의 이러한 단점을 피하기 위해, 액티브 방법의 경우, 2점 람다 센서의 특성 곡선 시프트의 검출 동안 의도적으로 더 긴 분사 시간이 유도되는데, 그 이유는 더 긴 분사 시간의 경우 분사 밸브 특성 곡선의 파형이 대개 낮아서 상기 검출에 부정적인 영향을 미치지 않기 때문이다. 이를 위해, 특성 곡선 시프트를 검출하기 위한 기능은 엔진 제어 시스템에 의해 분사 시간의 증가를 액티브하게 요구한다. 엔진 제어 시스템의 다른 기능에 대한 영향을 가능한 한 최소화하기 위해, 이러한 액티브한 요구는, 바람직하게는 분사 시간이 충분히 증가할 수 있고 이러한 증가가 성공적으로 검출을 제공할 것으로 기대되는 조건이 주어질 때에만 이루어진다. 분사 시간을 증가시킬 수 있는 가능성에 대한 예는 레일 압력의 감소, 다중 분사 대신 단일 분사, 더 낮은 효율을 달성하기 위한 점화 각도 조정, 또는 개별 실린더의 셧다운이다. 2점 람다 센서의 특성 곡선 시프트의 검출은 더 긴 분사 시간에서 이루어지므로 더 정확하다. 검출이 종료되면 즉시 분사 시간이 다시 감소한다.
다른 대안으로는, 두 가지 방법의 조합이 제공된다. 이 경우 먼저 패시브 방법이 사용될 수 있다. 이로 인해, 특성 곡선 시프트를 검출하기 위한 측정이 너무 짧은 분사 시간에 의해 왜곡되지 않는 것이 보장된다. 예를 들어 분사 시간이 너무 짧기 때문에 더 긴 시간 동안 패시브 방법에 의해 검출이 불가능하면, 현재 분사 시간이 너무 짧지만 액티브 분사 시간이 예상되는 작동 조건이 대기된다. 상기 작동 조건이 주어지면 즉시 분사 시간의 증가가 액티브하게 요구된다. 즉, 액티브 방법으로 바뀌어, 더 긴 분사 시간 동안 더 정확한 측정이 가능해진다. 검출 후에, 다시 패시브 방법으로의 전환이 이루어진다.
이전에 측정이 이루어지지 않았다면, 예를 들어 차량 조립 직후 또는 람다 센서의 교환 후에, 특성 곡선 시프트의 확실한 검출 및 보상을 위해 단일 측정이 보통 충분하지 않기 때문에, 이러한 경우에 먼저 신속하게 첫 번째 신뢰할 수 있는 보상을 허용하기 위해 액티브한 방법을 활성화한 다음, 패시브 방법으로 넘어가는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 추가의 선택적인 세부 사항들 및 특징들은 도면에 개략적으로 도시된 바람직한 실시 예에 대한 하기 설명에 제시된다.
도 1은 기준 전압 람다 특성 곡선에 대한 전압 오프셋을 갖는 2점 람다 센서의 전압 람다 특성 곡선을 나타내고,
도 2는 전압 오프셋을 검출하기 위한 시간에 따른 람다 프로파일을 나타낸다.
도 1은 기준 전압 람다 특성 곡선(12)에 대한 전압 오프셋을 갖는 2점 람다 센서의 전압 람다 특성 곡선(10)을 도시한다. 특성 곡선(10, 12)은 센서 전압(14)의 축에 대해 그리고 람다(16)의 축에 대해 도시된다.
도시된 람다 범위는 람다 = 1에서의 마킹(18)에 의해 람다 < 1인 농후 람다 범위(20)과 람다 > 1인 희박 람다 범위(22)로 나뉜다.
검사될 값 쌍(24)은 검사될 전압(26)과 검사될 람다(28)에 의한 기준 전압 람다 특성 곡선(10) 상의 2개의 파선의 교점에 도시된다. 람다의 실제 값(30)은 전압 람다 특성 곡선(10)에서 검사될 전압(26)에 대해 표시된다. 내연 기관에 공급된 공기/연료 혼합물의 변화로 인한 람다 변화(32), 즉 람다로부터 람다 = 1 까지의 변화가 양방향 화살표로 표시된다.
기준 전압 람다 특성 곡선(12)은 배기 가스 조성의 변화 시에 내연 기관의 배기 가스 채널 내의 온전한, 에이징되지 않은 2점 람다 센서의 출력 신호의 파형에 상응한다. 이는 람다 = 1에서 최대 기울기를 갖는다. 높은 출력 전압으로부터 낮은 출력 전압으로의 점프는 상대적으로 작은 람다 윈도우에서 발생한다. 2점 람다 센서의 에이징, 제조 공차 또는 작동 조건 변화에 의해, 상기 람다 센서의 출력 전압이 기준 전압 람다 특성 곡선(12)에 대해 전압 오프셋만큼 시프트될 수 있다.
본 실시 예에서, 전압 람다 특성 곡선(10)은 기준 전압 람다 특성 곡선(12)에 대해 양의 전압 오프셋만큼 시프트된다. 이 경우, 전압 오프셋은 농후 람다 범위(20)보다 희박 람다 범위(22)에서 더 크게 나타난다. 전압 오프셋의 이러한 프로파일은 예를 들어, 너무 높은 온도에서 작동되는 2점 람다 센서에 대해 공지되어 있으며, 상기 센서는 전체 특성 곡선에 걸쳐 일정한 전압 오프셋을 갖는다.
촉매 변환기 이전에 연속 람다 제어를 위해 2점 람다 센서의 사용은 상응하는 배기 가스 람다가 특정 센서 전압에 명확히 할당될 수 있는 것을 전제로 한다. 이는 기준 전압 람다 특성 곡선(12)의 경우에 해당한다. 기준 전압 람다 특성 곡선(12)에 대한 실제 전압 람다 특성 곡선(10)의 전압 오프셋이 존재하면, 상기 할당은 더 이상 맞지 않는다. 도시된 실시 예에서 나타나는 바와 같이, 더 높은 센서 전압에 대한 전압 오프셋의 경우, 미리 정해진 센서 전압은 너무 희박한 람다로 조정된다. 더 낮은 센서 전압에 대한 오프셋의 경우, 동일한 센서 전압은 너무 농후한 람다로 조정된다. 따라서, 양의 전압 오프셋만큼 시프트된 전압 람다 특성 곡선(10)을 갖는 람다 제어는 너무 희박한 배기 가스를 초래하는 반면, 음의 전압 오프셋만큼 시프트된 전압 람다 특성 곡선(10)은 너무 농후한 배기 가스를 초래하고, 이는 각각 내연 기관의 유해 물질 배출을 증가시킨다.
전압 람다 특성 곡선(10)의 전압 오프셋은, 람다 = 1이 될 때까지 내연 기관에 공급된 공연비의 의도적인 변경으로부터 2점 람다 센서의 검사될 전압(26)에서 람다의 실제 값(30)이 결정되어 검사될 람다(28)와 비교됨으로써 검출될 수 있다. 편차의 경우에, 람다의 실제 값(30)이 검사될 전압(26)에 할당될 수 있고, 따라서 전압 람다 특성 곡선(10)이 정정될 수 있다. 이 경우에, 전압 람다 특성 곡선(10)은 바람직하게는 더 큰 범위에서, 예를 들어 농후 람다 범위(20)에서 정정된다. 본 발명에 따르면, 람다의 실제 값(30)을 결정할 때, 2점 람다 센서의 가능한 동적 효과가 고려된다. 동적 효과는 2점 람다 센서의 에이징으로 인한 동적 손실에 기인할 수 있으며, 그 영향은 람다의 실제 값(30)의 결정 전에 결정되어야한다.
전압 람다 특성 곡선(10)의 정정에 대한 대안으로서 또는 상기 정정에 추가해서, 전압 오프셋으로부터 또는 전압 오프셋의 프로파일로부터 전압 오프셋의 원인이 추론될 수 있고, 상기 원인의 영향을 피하거나 줄이기 위한 조치들이 취해진다. 도시된 실시 예에서, 예를 들어 정전압 오프셋이 먼저 정정된 다음, 전압 람다 특성 곡선(10)을 기준 전압 람다 특성 곡선(12)에 적응시키기 위해 2점 람다 센서의 온도가 감소할 수 있다.
전압 오프셋의 전술한 검출을 위한 전제 조건은, 람다 1 점의 가능한 시프트 및 전압 람다 특성 곡선(10)의 일정한 오프셋이 공지된 방법에 따라 이미 보상되었으므로, 람다 1 점에서 전압 람다 특성 곡선(10)이 기준 전압 람다 특성 곡선(12)과 일치하는 것이다.
정정 및 원인 보상은 전압 람다 특성 곡선(10)의 상이한 영역에서 별도로 실시될 수 있다. 완전한 보상이 이루어지면, 전압 람다 특성 곡선(10)은 기준 전압 람다 특성 곡선(12)과 일치한다. 따라서, 에이징된 2점 람다 센서에서도 센서 전압과 람다 사이의 명확한 관계가 얻어질 수 있다. 따라서 촉매 변환기 이전에 연속 람다 제어는 제한된 람다 범위에서, 광대역 람다 센서와 비교하여 저렴한 2점 람다 센서로도 실시될 수 있다.
도 2는 지연 반응 2점 람다 센서의 경우 전압 오프셋을 검출하기 위한 시간에 따른 람다 프로파일(34)을 일 실시 예로 도시한다. 람다 프로파일(34)은 설정 람다(36)의 축에 대해 그리고 시간 축(38)에 대해 도시된다. 희박 람다(40), 설정 람다 = 1(42) 및 도 1에 도시된 검사될 람다(28)는 설정 람다(36)의 축에 대해 점선으로 표시된다. 상응하게, 제 1 시점(44), 제 2 시점(46), 제 3 시점(48), 제 4 시점(50) 및 제 5 시점(52)은 시간 축(38)에 대해 표시된다.
검사될 람다(28)는 2점 람다 센서의 기준 전압 람다 특성 곡선(12) 상의 도 1에 도시된, 검사될 값 쌍(24)에 속한다. 상기 실시 예에서, 검사될 람다(28)는 예를 들어 0.95의 값을 갖는다.
2점 람다 센서는 내연 기관에 공급되는 공기/연료 혼합물을 조정하기 위한 제어 시스템의 부분이다. 제어 시스템의 지연 시간을 결정하기 위한 제 1 방법 단계에서, 제 1 시점(44)에 내연 기관에 공급되는 공기/연료 혼합물은 기준 전압 람다 특성 곡선(10)에 따라 검사될 람다(28)가 존재하도록 변화된다. 센서 전압에 대한 미리 정해진 안정화 시간 후, 제 2 시점(46)에, 람다 = 1을 지나 예를 들어 1.05의 희박 람다(40)로 점프형 람다 변화가 이루어진다.
농후 람다로부터 희박 람다(40)로 점프형 람다 변화는 람다 = 1에서 센서 전압의 점프를 일으킨다. 센서 전압의 이러한 점프는 동적 효과 때문에 지연된다. 점프형 람다 변화의 발생과 람다 = 1에서 센서 전압의 점프 사이의 지연 시간이 측정된다.
제어 시스템의 지연 시간이 결정된 후, 제 2 방법 단계에서 제 3 시점(48)에, 검사될 람다(28)가 다시 조정되고 안정화 시간 동안 일정하게 유지된다. 제 4 시점(50)에, 2점 람다 센서의 출력 전압이 측정된다. 제 4 시점(50) 이후, 검사될 람다(28)로부터 시작하여, 희박 람다 값의 방향으로 램프 형태 람다 변화가 이루어진다. 램프 형태 람다 변화의 기울기는 바람직하게는 일정하고 내연 기관의 작동 점에 적응된다.
농후 람다로부터 희박 람다로의 램프 형태 람다 변화는 람다 = 1에서 센서 전압의 점프를 일으킨다. 상기 점프는 또한 제 5 시점(52)에서 지연된다. 지연 시간은 제 1 방법에서 측정된 지연 시간에 상응한다.
람다 = 1에서 센서 전압의 점프 직후에, 램프 형태 람다 변화가 중단될 수 있고 원하는 설정 람다가 조정될 수 있다.
제 4 시점(50)에서 램프 형태 람다 변화가 바로 시작될 때 람다의 실제 값(30)은 센서 전압이 제 5 시점에서 람다 = 1일 때 점프할 때까지 필요했던 람다 변화로부터 제 1 방법 단계에서 측정된 지연 시간 동안 나타났던 람다 변화를 뺀 것에 상응한다.
제 4 시점(50)에서 결정된 람다의 실제 값(30)과 제 4 시점(50)에서 기준 전압 람다 특성 곡선(12)에 따른 출력 전압에서 기대되고 검사될 람다(28) 사이의 편차는, 전압 람다 특성 곡선(10)의 상기 점에서의 특성 곡선 오프셋에 상응한다.
람다의 실제 값(30)이 측정되기 직전에 동적 효과의 영향을 측정함으로써, 람다 측정은 지금까지의 방법에 비해 훨씬 더 정확해진다. 결정된 특성 곡선 오프셋은 이하에서 센서 특성 곡선의 적응을 위해 또는 오프셋을 초래한 원인의 보상을 위해 사용될 수 있다.
제 1 방법 단계 및 제 2 방법 단계에서 설명된 점프 형태 또는 램프 형태 람다 변화는 특성 곡선 오프셋의 신속하고 정확한 검출을 위해 특히 바람직하다. 그러나 원칙적으로, 특정 센서 전압에서의 람다의 실제 값(30)의 결정뿐만 아니라 동적 효과의 영향의 결정을 허용하는 다른 유형의 람다 변화도 가능하다.
안정화 시간 및 램프 기울기는 검출 정확도를 높이기 위해 내연 기관의 각각의 작동점에 적응될 수 있다.
도 1의 실시 예에 도시된 바와 같이, 특성 곡선 오프셋이 전압 람다 특성 곡선(10)의 상이한 영역에서 상이하게 나타나면, 상기 방법은 검사될 다수의 값 쌍들(24)에 대해 적용될 수 있고 전압 오프셋들은 부분적으로 결정될 수 있다.
결정된 전압 오프셋은 전압 람다 특성 곡선(10)의 동일 점 또는 다른 점들에서 측정을 반복함으로써 타당성 검사될 수 있다. 측정 결과를 평균화하거나 필터링함으로써, 검출이 개선될 수 있다.
추력 조정을 허용하는 내연 기관의 경우, 결정된 특성 곡선 오프셋은 추력 조정 시에 측정에 의해 타당성 검사될 수 있다.
내연 기관의 선행 작동 사이클에서 결정된 특성 곡선 오프셋을 저장하고 다음 작동 사이클에서 이를 채택하는 것이 바람직하다. 특성 곡선 오프셋은 서서히 변화되는 것으로 가정한다. 따라서, 다음 작동 사이클에서, 즉시 2점 람다 센서의 정정된 전압 람다 특성 곡선(10)이 주어진다.
설명된 람다 변화는 전압 오프셋을 검출하기 위해 능동적으로 조정될 수 있다. 대안으로서 또는 추가로, 예를 들어 촉매 변환기 진단을 위해, 배기 가스 센서의 진단을 위해 또는 2점 람다 제어의 단계에 제공되는 것과 같은, 시스템에 의해 결정되는 액티브 람다 변화가 검출을 위해 사용될 수 있다.
전압 람다 특성 곡선(10)의 농후 람다 범위(20)에서의 측정에 이어서, 상응하는 측정이 희박 람다 범위(22)에서 이루어질 수 있고, 그 역도 가능하다. 결과적으로, 설정 람다는 시간 평균으로 유지되고, 이 방법은 배출 가스 중립적으로 실시될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 방법은 내연 기관에 공급되는 연료 분사량의 특성이 임계값을 초과하거나 임계값에 미달하면 실시된다. 이 특성은 예를 들어 분사 시간이다. 임계값은 통상 2.0 ms, 바람직하게는 2.5 ms 일 수 있다. 임계값은 내연 기관의 적어도 하나의 작동 점에 따라 변경될 수 있다. 작동 점은 예를 들어, 내연 기관의 레일 압력의 감소, 단일 분사, 점화 각도 조정 및 적어도 하나의 실린더의 셧다운으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 상기 방법, 특히 제 1 방법 단계 및 제 2 방법 단계를 실시하기 위해, 내연 기관의 작동 점에 기초하여 임계값을 초과할 때까지 대기될 수 있다. 이 조치는 본 발명의 범위에서 패시브 방법이라고도 한다. 대안으로서 또는 추가로, 임계값을 초과하도록 내연 기관의 작동 점이 변경된다. 이 조치는 본 발명의 범위에서 액티브 방법이라고도 한다. 이 방법은 반복해서 실시될 수 있다. 이 방법은, 예를 들어, 내연 기관의 작동 점에 기초하여 임계값을 초과할 때까지 대기된 후에 실시될 수 있고, 후속해서 이 방법은 임계값을 초과하도록 내연 기관의 작동 점이 변경된 후에 실시된다. 이 방법은, 임계값을 초과하도록 내연 기관의 작동 점이 변경된 후에 실시될 수 있고, 후속해서 이 방법은 내연 기관의 작동 점에 기초하여 임계값을 초과할 때까지 대기된 후에 실시된다.
전술한 패시브 방법에서, 2점 람다 센서의 특성 곡선 시프트의 검출은 충분히 긴 분사 시간을 갖는 엔진 작동 점으로 제한된다. 다시 말해서, 엔진 작동 점에 따라 분사 시간이 임계값을 초과할 때까지 대기된다. 특히, 온도로 인한 특성 곡선 시프트의 검출은, 공기/연료 혼합물의 조성 변화가 명확히 규정된 프로파일로 이루어지는 전술한 전제 조건이 충족되는 엔진 작동 점으로 제한된다. 이 제한은, 예를 들어 스위치 온 조건으로서 사용되며 너무 짧은 분사 시간에서 검출이 활성화되지 않게 하는 임계값에 의해 이루어진다. 바람직하게는, 분사 시간에 대한 임계값이 사용되며, 이 임계값 이하에서는 분사 밸브 특성 곡선의 파형이 충분히 정확한 검출을 제공할 것으로 기대될 수 없다. 이에 대한 전형적인 값은 2.5 ms 이다. 분사 시간이 상기 임계값 아래로 떨어지면, 검출은 활성화되지 않는다. 임계값을 다른 조건, 예를 들어 엔진 작동 점에 따라 가변하게 형성하는 것이 바람직하다.
전술한 액티브 방법에서, 작동 점은 임계값의 초과를 일으키도록 변경된다. 예를 들어, 분사 시간이 더 길면 분사 밸브 특성 곡선의 파형이 대개 낮아서 검출에 부정적으로 영향을 미치지 않기 때문에, 2점 람다 센서의 특성 곡선 시프트를 검출하는 동안 의도적으로 더 긴 분사 시간이 유도된다. 이를 위해, 특성 곡선 시프트를 검출하기 위한 기능은 엔진 제어 시스템에 의해 분사 시간의 증가를 액티브하게 요구한다. 엔진 제어 시스템의 다른 기능에 대한 영향을 가능한 한 최소화하기 위해, 이러한 액티브한 요구는 바람직하게는, 분사 시간이 충분히 증가될 수 있고 이러한 증가가 성공적인 검출을 제공할 것으로 기대되는 조건이 존재할 경우에만 이루어진다. 분사 시간을 증가시킬 수 있는 가능성의 예는 레일 압력의 감소, 다중 분사 대신 단일 분사, 더 낮은 효율을 달성하기 위한 점화 각도 조정, 또는 개별 실린더의 셧다운이다. 2점 람다 센서의 특성 곡선 시프트의 검출은 더 긴 분사 시간 동안 이루어지기 때문에, 더 정확하다. 검출이 종료되면 즉시 분사 시간이 다시 감소한다. 대안으로서, 전술한 액티브 방법에서, 작동 점은 예를 들어 미리 정해진 레일 압력 또는 점화 각도의 미달과 같은 임계값의 미달을 일으키도록 변경될 수 있다.
다른 대안으로서, 두 가지 방법의 조합이 제공된다. 패시브 방법이 먼저 사용될 수 있다. 이로 인해 특성 곡선 시프트의 검출을 위한 측정이 너무 짧은 분사 시간에 의해 왜곡되지 않는 것이 보장된다. 예를 들어 분사 시간이 너무 짧기 때문에 패시브 방법으로 더 긴 시간이 검출될 수 없다면, 실제 분사 시간이 너무 짧지만 액티브 분사 시간이 예상되는 작동 조건이 기대된다. 이 경우 즉시 분사 시간의 증가가 액티브하게 요구된다. 즉, 액티브 방법으로 바뀌어, 더 긴 분사 시간 동안 더 정확한 측정이 가능해진다. 검출에 이어서, 다시 패시브 방법으로의 전환이 이루어진다.
이전에 측정이 이루어지지 않았다면, 예를 들어 차량 조립 직후 또는 람다 센서의 교환 후에, 특성 곡선 시프트의 확실한 검출 및 보상을 위해 단일 측정이 보통 충분하지 않기 때문에, 이러한 경우에 먼저 신속하게 첫 번째 신뢰할 수 있는 보상을 허용하기 위해 액티브한 방법을 활성화한 다음, 패시브 방법으로 넘어가는 것이 바람직할 수 있다.
10 전압 람다 특성 곡선
12 기준 전압 람다 특성 곡선
24 값 쌍

Claims (12)

  1. 내연 기관의 배기 가스 채널에 배치되고 상기 내연 기관에 공급되는 공기/연료 혼합물을 설정하는 제어를 위한 2점 람다 센서에 대한 방법으로서, 상기 방법은
    제1 제어에서;
    상기 2점 람다 센서의 각각의 전압 값과 각각의 람다 값을 각각 포함하는, 상기 2점 람다 센서의 기준 전압 람다 특성 곡선의 전압 및 람다 값 쌍들에 대해, 미리 정해진 람다 값으로부터 람다 = 1까지 상기 내연 기관에 공급되는 공기/연료 혼합물의 조성을 변화시키는 단계; 및
    상기 제1 제어에서 수행되는 상기 변화시키는 단계에 대응하여 람다 = 1에 대응하는 값에 도달하는 상기 전압 값의 제1 지연 시간을 결정하는 단계;를 구비하고,
    제2 제어에서:
    상기 기준 전압 람다 특성 곡선의 전압 및 람다 값 쌍들에 대해 상기 미리 정해진 람다 값으로부터 람다 = 1까지 상기 내연 기관에 공급되는 공기/연료 혼합물의 조성을 변화시키는 단계;
    상기 제1 제어에 대해 결정되는 상기 제1 지연 시간에 기초하여 상기 제2 제어에서 수행된 상기 조성의 변화의 특성을 결정하는 단계;
    상기 결정된 특성에 기초하여 상기 기준 전압 람다 특성 곡선의 미리 정해진 람다 값에 대응하는 상기 2점 람다 센서의 실제 전압 람다 특성 곡선에서의 실제 람다 값을 결정하는 단계; 및
    상기 미리 정해진 람다 값으로부터 람다의 실제 값의 편차에 기초하여 상기 기준 전압 람다 특성 곡선으로부터 상기 실제 전압 람다 특성 곡선의 전압 오프셋을 식별하는 단계를 구비하며,
    상기 제1 및 제2 제어는 상기 내연 기관에 공급되는 연료 분사량의 특성의 임계값에 도달했다는 결정에 반응하여 수행되는, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 특성은 분사 시간인, 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 임계값은 2.0 ms인, 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 임계값은 상기 내연 기관의 적어도 하나의 작동 점에 따라 변화될 수 있는, 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 작동 점은 상기 내연 기관의 레일 압력의 감소, 단일 분사, 점화 각도 조정 및 적어도 하나의 실린더의 셧다운으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법을 실시하기 위해, 상기 내연 기관의 작동 점에 기초하여 상기 임계값을 초과할 때까지 및/또는 상기 임계값을 초과하도록 상기 내연 기관의 작동 점이 변경될 때까지 대기되는, 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 방법은 반복해서 실시되는, 방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 내연 기관의 작동 점에 기초하여 상기 임계값을 초과할 때까지 대기된 후에 상기 방법이 실시되고, 후속해서 상기 임계값을 초과하도록 상기 내연 기관의 작동 점이 변경된 후에 상기 방법이 실시되는, 방법.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 임계값을 초과하도록 상기 내연 기관의 작동 점이 변경된 후에 상기 방법이 실시되고, 후속해서 상기 내연 기관의 작동 점에 기초하여 상기 임계값을 초과할 때까지 대기된 후에 상기 방법이 실시되는, 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 방법의 모든 단계를 실행하도록 설계된 매체에 기록된 컴퓨터 프로그램.
  11. 제 10 항에 따른 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 전자 저장 매체.
  12. 제 11 항에 따른 전자 저장 매체를 포함하는 전자 제어 장치.
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