KR102517136B1 - 내연기관의 배기 시스템 내 액체의 분포량 계산 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도로용 자동차의 내연기관(10)의 배기 시스템(14) 내 액체의 분포량을 계산하기 위한 방법에 관한 것이며, 배기 시스템(14)의 내부에서 발생하는 배기가스로부터의 액체의 응축과 배기 시스템의 내부에서 발생하는 액체의 증발이 분포량에 미치는 영향이 상기 계산 동안에 고려된다. 각각의 또 다른 독립 청구항은 제어 유닛, 컴퓨터 프로그램, 및 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.

Description

내연기관의 배기 시스템 내 액체의 분포량 계산 방법{METHOD FOR CALCULATING A DISTRIBUTION OF LIQUIDS IN AN EXHAUST SYSTEM OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 도로용 자동차(road motor vehicle)의 내연기관의 배기 시스템 내 액체의 분포량을 계산하기 위한 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 본원의 방법을 실행하도록 구성된 제어 유닛, 컴퓨터 프로그램, 및 컴퓨터 프로그램 제품에도 관한 것이다.

내연기관의 배기 시스템 내에서, 물은 압력 및 온도에 따라서 응축되고 증발된다. 물의 증발은 배기 시스템의 부품들 및/또는 배기가스에서 상대적으로 많은 열을 빼앗는다. 이와 반대로, 물의 응축 동안에는 상대적으로 많은 열이 방출된다. 또한, 액상 물의 열 용량은 배기가스의 열 용량보다 훨씬 더 크다. 그로 인해, 배기 시스템 내에 존재하는 물의 양(water quantity)은 배기 시스템 내부의 온도 거동에 강한 영향을 미친다. 종래에는, 배기 시스템 내에서 상기 물의 양 및 그 분포량을 측정하는 것을 제공하지 않았다.

배기 시스템 내 물의 분포량에 대한 정보는, 예컨대 내연기관의 시동 후에, 자신의 적절한 기능을 위해 특정한 작동 온도를 필요로 하는 배기가스 센서 세라믹의 전기 가열을 최대한 적시에 활성화할 수 있도록 하기 위해 유리하다. 이 경우, 여전히 액상인 물이 배기 시스템 내 배기가스 센서의 장착 위치에서 발생한다면, 가열은 활성화되어서는 안 되는데, 그 이유는 고온의 배기가스 센서 세라믹이 액상 물과의 접촉을 통해 열 충격에 의해 손상될 수도 있기 때문이다.

본 발명은, 그 방법 양태들과 관련하여, 배기 시스템의 내부에서 발생하는 배기가스로부터의 액체의 응축과 배기 시스템의 내부에서 발생하는 액체의 증발이 배기 시스템 내 물의 분포량에 미치는 영향이 고려되는 것을 특징으로 한다. 제어 유닛과 관련하여, 본 발명은 청구항 제11항의 특징들을 특징으로 한다. 컴퓨터 프로그램과 관련하여, 본 발명은 청구항 제13항의 특징들을 특징으로 하며, 컴퓨터 프로그램 제품과 관련해서는, 본 발명은 청구항 제14항의 특징들을 특징으로 한다.

바람직한 구현예는, 배기 시스템의 내부에서 발생하는 액체의 이송이 분포량에 미치는 영향을 추가로 고려하는 것을 특징으로 한다.

내연기관의 배기 시스템 내 액상 물의 분포량은 배기 시스템 내의 각각의 위치에서 증발되고 응축되는 물의 양에서, 그리고 경우에 따라 추가로 액체에 작용하는 힘들을 통해 구동되는 배기 시스템 내 액상 물의 유동에서 기인한다.

이와 관련하여, 본 발명은 배기 시스템 내 물의 분포량의 계산을 허용한다. 이는, 통상의 방법들에서 이용되는 것과 같은 열량 임계값을 통한 우회 경로 없이, 센서 가열의 상대적으로 더 정확한 활성화(enabling)를 달성한다. 또한, 부품 손상의 방지를 이유로 사전 설정된 한계 이내에 있어야 하는 배기 시스템의 부품들의 온도들도 더 정확하게 계산될 수 있다. 이는 특히 하이브리드 구동 장치 및/또는 스타트-스톱 기능을 구비한 신규 차량 컨셉을 위해 중요한데, 그 이유는 상기 개념들의 경우 더 빈번하게 내연기관의 셧오프가 발생하기 때문이다. 내연기관의 셧오프를 통해 배기 시스템은 그에 상응하게 더 빈번하게 냉각되며, 모델링 대상 효과들은 그에 상응하게 계속하여 증가한다.

본원의 방법의 바람직한 구현예는, 액체가 물이고, 맨 먼저 내연기관의 연소실들에서 기체 상태로 유출되는 물의 양이 결정되는 것을 특징으로 한다.

또한, 바람직하게, 상기 양은 직접적으로 연소 생성물로서 발생하는 물의 양 및 주변 대기의 상대 공기 습도를 기반으로 결정된다.

또한, 바람직하게, 배기 시스템은 배기가스에 의해 차례로 관류되는 섹션들의 형태인 복수 개(n)의 밸런스 요소(balance element)로 분할되며, 제i 밸런스 요소에 대한 기상 물의 유입 농도는, 제i 밸런스 요소의 직상류에 배치되는 제(i-1) 밸런스 요소의 유입 농도와, 제(i-1) 밸런스 요소 내에서 응축 및 증발을 통해 발생하는 농도 변화량으로부터 결정된다.

또 다른 바람직한 구현예는, 각각의 밸런스 요소에 대해 해당 밸런스 요소 내에 얼마나 많은 물이 존재하는지가 계산되는 것을 특징으로 한다.

또한, 바람직하게, 각각의 밸런스 요소에 대해, 밸런스 요소 내에서 얼마나 많은 물이 증발되는지 그리고 밸런스 요소 내에서 얼마나 많은 물이 응축되는지가 계산된다.

또한, 바람직하게, 밸런스 요소 내에 존재하는 물의 양은 해당 밸런스 요소 내에서 증발되거나 응축되는 액체의 양과; 자신의 이웃한 밸런스 요소들로부터 해당 밸런스 요소로 유입되거나, 상기 이웃한 밸런스 요소들 내로 유출되는 액상 물의 추가 양으로부터 결정된다. 또한, 바람직하게는, 맨 먼저, 액상 물에 작용하는 힘들이 배기가스와 액상 물 사이에서 작용하는 마찰력으로서, 그리고/또는 액상 물에 작용하는 관성력으로서 결정될 수 있다.

또한, 바람직하게, 이웃한 밸런스 요소들로부터 일측 밸런스 요소로 유입되거나, 상기 이웃한 밸런스 요소들 내로 유출되는 액상 물의 양이 계산되며, 그에 이어서 상기 힘들의 작용하에 그리고 배기 시스템의 기하구조에서 기인하는 제약 조건들(constraint)의 고려하에 발생하는 액상 물의 유동이 고려된다.

또한, 바람직하게는, 각각의 밸런스 요소에 대해 적어도 하나의 온도가 계산되고, 해당 밸런스 요소 내에서 발생하는 응축은 계산된 온도에 상승하도록 작용하며, 해당 밸런스 요소 내에서 발생하는 증발은 계산된 온도에 감소하도록 작용한다.

바람직하게는, 각각의 밸런스 요소에 대해 배기 시스템의 관련 섹션의 관벽(tube wall)의 온도 및 관련 섹션 내에 우세하게 존재하는 배기가스의 온도가 계산된다.

또 다른 장점들은 종속 청구항들, 본원의 명세서, 및 첨부한 도면들에 제시된다.

자명한 사실로서, 앞에서 언급하고 하기에서 재차 설명될 특징들은, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서, 각각 명시된 조합 형태로뿐만 아니라, 또 다른 조합 형태들로도, 또는 독립적으로도 이용될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 도면들에 도시되어 있고 하기 기재내용에서 더 상세하게 설명된다. 여기서 여러 도면에서 동일한 도면부호들은 각각 동일하거나, 적어도 그 기능에 따라 대응하는 요소들을 가리킨다. 도면들은 각각 개략적 형태로 도시되어 있다.

도 1은 본 발명의 기술적 주변 환경을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에서 이용되는 하나의 밸런스 요소를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 방법의 실시예로서의 흐름도이다.

도 1에는, 흡기 시스템(12), 배기 시스템(14) 및 제어 유닛(16)뿐 아니라 다양한 센서들 및 최종 제어 부재들을 포함한 내연기관(10)이 좀 더 구체적으로 도시되어 있다. 내연기관(10)은, 바람직하게는 발전기로서, 그리고 전기 모터로서 작동될 수 있는 전기 기계(18)와 연결된다. 이런 점에서, 도 1에는, 하이브리드 구동 장치 역시도 도시되어 있는 것이며, 내연기관(10)과 전기 기계(18)의 연결은 도 1에 간소화되어 도시된 유형 및 방식으로 제한되어서는 안 된다. 전기 기계(18)의 존재는 본 발명을 위해 중요하지는 않다.

도 1에서 제어 유닛(16)은, 공기 질량 센서(20), 경우에 따라 흡기 시스템의 벽부에 선택적으로 장착되어 공기의 상대 습도를 검출하는 습도 센서(22)의 신호들; 오직 예시로서만, 내연기관의 회전속도 및 냉각제 온도와 같은 내연기관의 추가 작동 매개변수들을 공급하는 또 다른 센서들(24)의 신호들; 및 경우에 따라 배기 시스템의 벽부 내에 장착되고 배기가스 흐름 내로 돌출되어 예컨대 배기가스 성분의 농도 또는 온도를 측정하는 하나 이상의 배기가스 센서(26)의 신호들;을 처리한다. 운전자 요구 센서(28)는 토크 요구사항을 검출하여 이를 제어 유닛(16)으로 전송한다. 추가로, 도시된 예시에서는, 가속도 센서(27) 및 차량 기울기 센서(29)도 제어 유닛(16)에 연결되어 있다. 습도 센서가 제공되어 있지 않으면, 상대 공기 습도는 모델링된다.

상기 신호들 및 경우에 따른 추가 또는 또 다른 신호들에서, 제어 유닛(16)은 내연기관 및/또는 전기 기계의 최종 제어 부재들(30)을 위한 제어 신호들을 생성한다. 내연기관의 최종 제어 부재들은 특히 연료 분사 밸브, 또는 복수의 연료 분사 밸브의 어셈블리이지만, 그러나 이로만 제한되지는 않는다.

또한, 제어 유닛(16)은, 특히 내연기관(10)의 배기 시스템 내 액체의 분포량을 계산하도록 구성되며, 특히 프로그램되며, 제어 유닛은, 배기 시스템의 내부에서 발생하는 액체의 응축 및 증발이 분포량에 미치는 영향을 고려하도록 프로그램된다. 이를 위해, 제어 유닛(16)은 특히 기계 판독 가능한 형태로 컴퓨터 프로그램을 보유한 컴퓨터 프로그램 제품(31)을 포함하며, 컴퓨터 프로그램은 본 발명에 따른 방법, 및/또는 본원의 방법의 하나 이상의 구현예의 일 실시예를 형성한다. 컴퓨터 프로그램 제품은 예컨대 제어 유닛의 메모리이다.

배기 시스템(14), 또는 이 배기 시스템(14)의 하나 이상의 배기가스 라인은, i는 1, 2, ...n인 복수 개(n)의 섹션(14.i)을 포함하며, 이 섹션들은 배기가스 라인의 배출 개구부로 향하는 배기가스의 경로에서 배기가스에 의해 차례로 관류된다. 이 경우, 내연기관의 배기 밸브의 직하류에 위치하는 섹션(14.i)은 n개의 섹션(14.i) 중 제1 섹션이다.

각각의 섹션(14.i)은 유입구와 유출구를 포함한다. 최종 섹션(14.n)을 제외하고, 제i 섹션의 유출구는 각각 바로 다음에 후속하는 제(i+1) 섹션의 유입구를 형성한다.

제1 섹션(14.1)에서부터 제n 섹션(14.n)의 단부에 이르기까지 연속적으로 모든 위치에서 100℃를 초과하는 고온의 배기 시스템(14)의 전제조건에서, 배기 시스템 내 기상 물의 농도는, 예컨대 촉매 컨버터 내에서 발생하는 것과 같은 배기가스 흐름 내에서 추가 물을 방출하는 후 반응(after-reaction)을 통해 기껏해야 사소한 정도로만 변동된다. 도 1에서, 섹션(14.4)은 예컨대 촉매 컨버터이거나, 파티큘레이트 필터이다.

그러나 일반적으로 상기 온도 조건은 충족되지 않는다. 그 결과로서, 배기가스에서 우선은 기상이었던 물의 일부분은 응축되며, 그에 부합하는 양일 때, 배기 시스템(14)의 내벽들 상에서 두께가 서로 상이할 수 있는 수막(water film)을 형성한다. 상기 막, 또는 심지어 상대적으로 더 많은 양의 액상 물이 배기 시스템(14) 내에서 형성되었다면, 그 즉시 상기 응축수의 일부분은 시간 단위별로 다시 증발된다.

또한, 액상 물은, 배기 시스템(14)의 기하구조, 및 주행 작동 중에 액상 물에 작용하는 힘들에 따라서, 액상 형태로 일측 섹션에서 타측 섹션 내로 유동할 수 있다.

본 발명에 따른 방법은, 예컨대 내연기관의 제어를 위해 이용되는 메인 프로그램의 서브 프로그램 내에서 실행된다.

본원의 방법의 실행을 위해, 배기 시스템의 계산 모델이 이용된다. 상기 계산 모델에서 배기 시스템(14)은 계산 대상 온도들과 관련하여 n개의 밸런스 요소(32.i)로 분할되며, 이 밸런스 요소들은 내연기관의 배기가스에 의해 차례로 관류된다. 이 경우, 지수 i를 갖는 밸런스 요소(32.i)는 동일한 지수 i를 갖는 섹션(14.i)에 할당된다. 이는 바람직하게는 모든 섹션(14.1 내지 14.n)에 적용된다. 이 경우, 제1 밸런스 요소는 다른 섹션들보다 내연기관(10)의 배기 밸브들에 더 가깝게 위치하는 배기 시스템(14)의 섹션(14.1)에 할당된다.

본 발명에 따른 방법의 제1 실시예에서, 본원의 방법은 엔진 제어를 위한 메인 프로그램의 서브 프로그램 내에서 반복해서 실행된다. 반복은 바람직하게는 시간 동기 방식으로 수행된다. 이 경우, 필요한 계산들은 바람직하게는 각각의 밸런스 요소(32.i)에 대해 실행된다.

도 2에는, 좌측에서 우측으로 배기가스에 의해 관류되는 상기 밸런스 요소(32.i)가 개략적인 형태로 도시되어 있다. 밸런스 요소(32.i)의 좌측 유입구(34)에서는 배기가스 질량 유량에 의해 이송되는 기상 물(36)이 밸런스 요소(32.i) 내로 유입된다. 그 다음, 유입구(34)에서는 배기가스 질량 유량 내 기상 물의 유입 농도가 우세하게 존재한다. 그로부터, 배기가스의 유입 질량 유량과 함께, 계산 간격으로 밸런스 요소(32.i) 내로 유입되는 기상 물(36)의 양이 발생한다. 동일한 계산 간격에서, 배기가스의 거의 동일한 유출 질량 유량이 밸런스 요소에서 우측으로 유출되어 유입 질량 유량으로서 바로 다음에 이웃하는 밸런스 요소 내로 유입된다. 맨 먼저 고려되는 밸런스 요소(32.i)에서, 배기가스 질량 유량 내 기상 물의 농도는, 물의 응축량(38)의 응축 및 밸런스 요소(32.i) 내에 상황에 따라 존재하는 액상 물(42)에서의 물의 증발량(40)의 증발을 통해 변동될 수 있다. 액상 물은 예컨대 수막으로서 배기 시스템의 내벽들(44) 상에서 발생한다. 열 에너지를 흡수하는 증발 및 열 에너지를 방출하는 응축은 밸런스 요소의 벽부들(44) 및 배기가스 질량 유량의 온도에 영향을 미친다.

액상 물(42)의 양은 증발량(40)에 영향을 미치고 응축량(38) 및 증발량(40)에 따라서 변동된다. 또한, 액상 물(42)의 양은 다른 한편으로 어느 정도의 물(47)의 양이 액상 형태로 이웃한 밸런스 요소들로부터 하나의 밸런스 요소 내로 유입되고, 그리고/또는 유출되는지에 따라서 변동된다.

밸런스 요소(32.i)의 우측 유출구에서, 배기가스 질량 유량에 의해 이송되는 기상 물(48)이 밸런스 요소(32.i)에서 유출된다. 그 다음, 유출구(46)에서는, 배기가스 질량 유량 내 기상 물의 유출 농도가 우세하게 존재한다. 그로부터, 배기가스의 유출 질량 유량과 함께, 계산 간격으로 하류에서 가장 가깝게 위치하는 밸런스 요소 내로 유입되는 기상 물(47)의 양이 발생한다.

본 발명에 따른 방법의 일 실시예에서, 내연기관의 배기 시스템 내 액상 물의 분포량의 계산을 위해 하기 변수들이 이용된다.

- 내연기관의 연소실들로부터 기체 상태로 유출되는 물의 양;

- 상기 양의 부분량으로서 직접적으로 연소 생성물로서 발생하는 물의 양;

- 상기 양의 추가 부분량이 발생하는 주변 대기의 상대 공기 습도;

- 각각의 밸런스 요소(32.i)에 대한 기상 물(36)의 유입 농도;

- 개별 밸런스 요소들(32.i) 내에서 물의 응축량(38)의 응축 및 증발량(40)의 증발을 통한 농도의 변화량;

- 해당 밸런스 요소(32.i) 내에 각각 존재하는 액상 물(42)의 양;

- 2회의 방법 실행 주기 사이에서 자신의 이웃하는 밸런스 요소들로부터 밸런스 요소(32.i)로 유입되거나, 상기 이웃하는 밸런스 요소들 내로 유출되는 액상 물(47)의 추가 량.

상기 변수들의 값들은 본원의 방법의 실행 주기가 반복되는 동안 끊임없이 업데이트된다. 내연기관(10)의 시동 후에 수행되는 본원의 방법의 제1 실행 주기들 동안, 부분적으로 여전히 실제로 계산되지 않은 값들도 존재한다. 이런 경우에, 맨 먼저, 본원의 방법을 실행하는 제어 유닛(16)의 메모리에 저장되어 있는 사전 결정된 시작 값들이 계산들을 위해 이용된다. 상기 시작 값들은 이전 이력(pre-history)에 따라서 결정될 수 있다. 자동차가 예컨대 상대적으로 오랜 주행 후 배기가스 온도가 높은 상태에서 주차된다면, 배기 시스템(14) 내에 상대적으로 많은 양의 액상 물(42)이 존재하지 않는다는 것을 상정할 수 있다. 제1 방법 실행 주기들을 통해 검출되는 실제 값들이 존재하면, 그 즉시 상기 실제 값들은 후속 계산들에서 이용된다.

도 3에는, 본 발명에 따른 방법의 실시예로서의 컴퓨터 프로그램(49)의 흐름도가 도시되어 있다.

하기에서 열거되는 단계들은 도 3의 도면과 다른 순서로도 실행될 수 있으며, 상기 단계들은 곧바로 연속해서 실행되지 않아도 된다. 그러므로 제어 유닛(16)이 상위에 배치되어 블록(50)을 통해 표현되는 엔진 제어 프로그램의 우선순위 상위의 프로그램 부분들을 실행하지 않는다면, 항상 상기 단계들은 예컨대 제어 유닛(16)에 의해 실행될 수 있다. 여기서 핵심은, 단계 시퀀스가 도시된 순서로, 또는 또 다른 순서로 예컨대 내연기관의 회전속도에 상응하는 충분히 높은 빈도수로 반복될 수 있다는 것이다.

부분 프로그램(52)에서, 제1 밸런스 요소에 대해 기상 물(36)의 유입 농도가 결정된다. 제1 밸런스 요소의 경우, 유입 농도는, 배기가스 질량 유량 내에서 내연기관(10)의 연소실들에서 기체 상태로 유출되는 물의 농도이다.

제1 밸런스 요소의 유입 농도의 산출을 위해, 맨 먼저, 내연기관(10)의 연소실들에서 기체 상태로 유출되는 물의 양이 결정된다. 이를 위해, 상기 양은 직접적으로 연소 생성물로서 발생하는 물의 양 및 주변 대기의 상대 공기 습도를 기반으로 결정된다. 연소 생성물로서 발생하는 물의 양은, 분사되는 연료의 양과 연료의 연소에 관여하는 공기에서 제어 유닛(16) 내에서 수행되는 계산들을 통해 구해진다. 두 값은 현대적 제어 유닛들(16) 내에 존재해 있다. 상대 공기 습도는 바람직하게는 습도 센서(22)에 의해 검출된다. 습도 센서(22)는, 내연기관(10) 내로 유입되는 신선 공기의 상대 공기 습도를 검출하도록, 예컨대 내연기관(10)의 흡기 시스템(12)의 벽부 내에 배치된다. 그 다음, 유입 농도는, 내연기관(10)에서 기체 상태로 유출되는 물의 값이 배기가스 질량의 관련 값을 통해 나누어지는 것을 통해 산출된다. 배기가스 질량 유량의 값은 흡입된 공기량과 분사된 연료에서 기인한다.

후속 밸런스 요소들의 경우, 유입 농도는, 각각, 상류에서 직접적으로 이웃하는 밸런스 요소의 유출 농도이다. 상류에서 직접적으로 이웃하는 밸런스 요소의 유출 농도는 하기와 같이 구해진다.

부분 프로그램(54)에서, 각각의 밸런스 요소에 대해, 해당 밸런스 요소 내에 얼마나 많은 물이 존재하는지가 계산된다. 일측 밸런스 요소 내에 존재하는 물의 양은, 상기 물의 양의 시작 값을 기반으로, 상기 밸런스 요소에서 증발되는 물의 증발량(40); 상기 밸런스 요소에서 응축되는 응축량(38); 및 자신의 이웃하는 밸런스 요소들에서 상기 밸런스 요소로 유입되고, 그리고/또는 상기 이웃하는 밸런스 요소들 내로 유출되는 액상 물의 추가 량;에서 구해진다. 시작 값은, 맨 먼저, 이전 이력에 따라 결정되고 예컨대 (밸런스 요소가 고온인 경우) 영(0)일 수 있는 타당한 값이다.

부분 프로그램(54)에서, 시작 값과, 밸런스 요소, 또는 이 밸런스 요소 내 배기가스의 마지막에 측정된 온도를 기반으로, 상기 밸런스 요소 내에서 본원의 방법의 2회의 실행 주기 사이에서 증발량(40)으로서 얼마나 많은 물이 증발되는지, 그리고 상기 밸런스 요소 내에서 응축량(38)으로서 얼마나 많은 물이 응축되는지가 계산된다. 온도가 더욱 높아지고 밸런스 요소 내에 존재하는 물의 양이 더욱 많아질수록, 물은 더욱더 많이 증발되고 물은 더욱더 적게 응축된다. 정량 관계들(quantitative relation)은 바람직하게는 특성곡선들 또는 특성 맵들의 형태로 제어 유닛 내에 저장되고 그에 따라 제어 유닛에 의해 산출될 수 있다.

부분 프로그램(56)에서, 맨 먼저, 액상 물(42)에 작용하는 힘들이, 배기가스와 액상 물(42) 사이에서 작용하는 마찰력으로서, 그리고/또는 액상 물(42)에 작용하는 관성력으로서 결정된다. 마찰력은 밸런스 요소 내에서 액상 물(42)의 표면의 크기 및 배기가스 질량 유량의 크기에서 기인한다. 배기가스 질량 유량 및 표면이 더욱 커질수록, 표면에 작용하면서 물 유동을 구동하거나 제동하는 마찰력 역시도 더욱더 커진다. 관성력은 바람직하게는 주행 다이내믹 제어 시스템들을 장착한 현대적인 자동차들의 경우 여하히 제공되어 있는 것과 같은 가속도 센서를 통해 검출된다. 차량 기울기는 바람직하게는 기울기 센서를 통해 검출되거나, 자동차의 내비게이션 시스템의 데이터에서 도출된다. 정량 관계들은 바람직하게는 특성곡선들 또는 특성 맵들의 형태로 제어 유닛 내에 저장되고 그에 따라 제어 유닛에 의해 산출될 수 있다.

부분 프로그램(58)에서, 자신의 이웃하는 밸런스 요소들에서 일측 밸런스 요소로 유입되거나, 상기 이웃하는 밸런스 요소들 내로 유출되는 액상 물(47)의 양이면서, 부분 프로그램(56)에서 결정되는 힘들의 결과로서, 그리고 배기 시스템의 기하구조에서 기인하는 제약 조건들과 관성력들 및 중력의 고려하에 발생하는 상기 액상 물의 양이 계산된다. 밸런스 요소들에 할당된 섹션들, 즉 예컨대 배기가스 안내 횡단면의 감소 시 발생할 수 있는 것과 같은 상향 가이드 단차부들(upwards guide step)과 같은 장애물들의 (노면에 상대적인) 각각의 기울기, 및 가속력들과 원심력들에 따라서, 액상 물은 서로 이웃한 밸런스 요소들 간에 교환될 수 있다. 바람직한 구현예에서, 교환되는 물의 양의 계산은, 추가로, 액상 물의 점성에 따라서 수행되고, 점성은 바람직하게는 밸런스 요소 내에 우세하게 존재하는 온도에 따라서 제어 유닛에 의해 산출된다. 점성은 온도가 증가함에 따라 감소한다. 정량 관계들은 바람직하게는 특성곡선들 또는 특성 맵들의 형태로 제어 유닛 내에 저장되며 그에 따라 제어 유닛에 의해 산출될 수 있다.

일 실시예에서, 각각의 밸런스 요소에 대해 존재하는 데이터에서 적어도 하나의 온도가 계산된다.

이를 위해, 부분 프로그램(60)에서, 맨 먼저, 섹션의 온도의 기본 값(basic value), 예컨대 섹션의 내벽(44)(관벽)의 온도의 기본 값이 결정된다. 상기 기본 값은 예컨대 최종적으로 선행하는 프로그램 실행 주기에서의 자신의 선행 값(predecessor value) 및 밸런스 요소 내 실제 배기가스 온도에 따라서 결정된다. 제1 밸런스 요소에 대해, 실제 배기가스 온도는 내연기관의 배기 밸브들 직하류에서의 배기가스의 온도이다. 상기 배기가스 온도는 예컨대 내연기관의 현재 작동 매개변수들에서 결정된다. 예컨대 배기가스 온도가 내연기관에 의해 실제로 생성되는 토크에 대해 사전 설정된 관계로 관련이 있다는 것은 기지 사항(known)이다. 토크는 현대적 엔진 제어 장치들의 경우 제어 유닛 내에 존재하는 변수이며, 그럼으로써 제어 유닛은 관련된 배기가스 온도 역시도 결정할 수 있다. 제1 밸런스 요소의 하류에 위치하는 밸런스 요소들의 경우에, 실제 배기가스 온도는 예컨대 배기 밸브들의 직하류에서 배기 밸브들에서부터 해당 밸런스 요소에 이르기까지의 가스 유동 시간에 상응하는 시간 간격 전에 우세하게 존재했으면서 자신의 진폭은 해당 밸런스 요소로 향하는 경로에서 점점 더 감쇠되는 배기가스 온도를 기반으로 한다.

그에 이어서, 부분 프로그램(62)에서, 배기가스로부터의 물의 응축량의 응축이면서 밸런스 요소의 내부에서 2회의 계산 실행 주기 사이에서 발생하는 상기 응축의 영향이 계산된다. 상기 응축은 방출되는 응축열을 통해 배기가스 온도에 상승하도록 작용한다. 이와 유사하게, 마찬가지로 밸런스 요소 내에 존재하는 액상 물에서의 물의 증발량의 증발이면서 2회의 계산 실행 주기 사이에서 발생하는 상기 증발의 영향도 계산된다. 상기 증발은 배기가스 온도에 감소하도록 작용한다. 응축 및 증발의 영향이 계산되는 순서는 중요하지 않다.

그에 따라, 결과적으로, 도로용 자동차의 내연기관(10)의 배기 시스템(14) 내 온도들이 계산되며, 배기 시스템의 내부에서 발생하는 배기가스로부터의 물의 응축, 및 배기 시스템의 내부에서 발생하는 물의 증발이 온도들에 미치는 영향은 온도들의 계산 동안에 고려된다.

Claims (15)

1. 도로용 자동차의 내연기관(10)의 배기 시스템(14) 내 액체의 분포량을 계산하기 위한 방법에 있어서,
   상기 배기 시스템(14)의 내부에서 발생하는 배기가스로부터의 액체의 응축과 배기 시스템의 내부에서 발생하는 액체의 증발이 상기 분포량에 미치는 영향이 상기 계산 동안에 고려되고,
   배기 시스템의 내부에서 발생하는 액체의 이송이 분포량에 미치는 영향이 추가로 고려되고,
   액체는 물이며, 맨 먼저, 내연기관(10)의 연소실들에서 기체 형태로 유출되는 물의 양이 결정되고,
   배기 시스템(14)은 배기가스에 의해 차례로 관류되는 섹션들(14.1)의 형태인 복수 개(n)의 밸런스 요소(32.1)로 분할되며, 제i 밸런스 요소(32.1)에 대한 기상 물의 유입 농도는, 제i 밸런스 요소의 직상류에 배치되는 제(i-1) 밸런스 요소의 유입 농도와, 제(i-1) 밸런스 요소 내에서 응축 및 증발을 통해 발생하는 농도 변화량으로부터 결정되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 배기 시스템 내 액체의 분포량 계산 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 양은 직접적으로 연소 생성물로서 발생하는 물의 양 및 주변 대기의 상대 공기 습도를 기반으로 결정되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 배기 시스템 내 액체의 분포량 계산 방법.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서, 각각의 밸런스 요소(32.i)에 대해, 해당 밸런스 요소(32.1) 내에 얼마나 많은 물이 존재하는지가 계산되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 배기 시스템 내 액체의 분포량 계산 방법.
7. 제6항에 있어서, 각각의 밸런스 요소(32.1)에 대해, 밸런스 요소(32.1) 내에서 얼마나 많은 물이 증발되는지 그리고 밸런스 요소(32.1) 내에서 얼마나 많은 물이 응축되는지가 계산되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 배기 시스템 내 액체의 분포량 계산 방법.
8. 제7항에 있어서, 일측 밸런스 요소(32.1) 내에 존재하는 물의 양은 해당 밸런스 요소 내에서 증발되거나 응축되는 물의 양과, 자신의 이웃한 밸런스 요소들로부터 상기 밸런스 요소(32.i)로 유입되거나, 상기 이웃한 밸런스 요소들 내로 유출되는 액상 물(47)의 추가 양으로부터 결정되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 배기 시스템 내 액체의 분포량 계산 방법.
9. 제8항에 있어서, 맨 먼저, 액상 물(42)에 작용하는 힘들이 배기가스와 액상 물(42) 사이에서 작용하는 마찰력으로서, 그리고/또는 액상 물(42)에 작용하는 관성력으로서 결정되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 배기 시스템 내 액체의 분포량 계산 방법.
10. 제9항에 있어서, 이웃하는 밸런스 요소들로부터 일측 밸런스 요소(32.i)로 유입되거나, 상기 이웃하는 밸런스 요소들 내로 유출되는 액상 물의 양이 계산되며, 그에 이어서 힘들의 작용하에 그리고 배기 시스템의 기하구조에서 기인하는 제약 조건들의 고려하에 발생하는 액상 물의 유동이 고려되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 배기 시스템 내 액체의 분포량 계산 방법.
11. 제1항에 있어서, 각각의 밸런스 요소(32.i)에 대해 적어도 하나의 온도가 계산되고, 상기 밸런스 요소(32.i) 내에서 발생하는 응축은 계산된 온도에 상승하도록 작용하며, 상기 밸런스 요소(32.i) 내에서 발생하는 증발은 계산된 온도에 감소하도록 작용하는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 배기 시스템 내 액체의 분포량 계산 방법.
12. 도로용 자동차의 내연기관의 배기 시스템(14) 내 액체의 분포량을 계산하도록 구성되는 제어 유닛(16)에 있어서,
    제어 유닛(16)은 배기 시스템(14)의 내부에서 발생하는 배기가스로부터의 액체의 응축과 배기 시스템의 내부에서 발생하는 액체의 증발이 상기 분포량에 미치는 영향이 상기 계산 동안에 고려되고,
    배기 시스템의 내부에서 발생하는 액체의 이송이 분포량에 미치는 영향이 추가로 고려되고,
    액체는 물이며, 맨 먼저, 내연기관(10)의 연소실들에서 기체 형태로 유출되는 물의 양이 결정되고,
    배기 시스템(14)은 배기가스에 의해 차례로 관류되는 섹션들(14.1)의 형태인 복수 개(n)의 밸런스 요소(32.1)로 분할되며, 제i 밸런스 요소(32.1)에 대한 기상 물의 유입 농도는, 제i 밸런스 요소의 직상류에 배치되는 제(i-1) 밸런스 요소의 유입 농도와, 제(i-1) 밸런스 요소 내에서 응축 및 증발을 통해 발생하는 농도 변화량으로부터 결정되는 것을 특징으로 하는, 제어 유닛(16).
13. 삭제
14. 기계 판독 가능한 매체에 저장되어 있고 제1항에 따른 방법의 시퀀스를 제어하도록 프로그램되는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 프로그램(49).
15. 제14항에 따른 컴퓨터 프로그램(49)이 저장되어 있는 기계 판독 가능한 매체.

Images