KR20010053574A - 내연기관의 제어 방법 및 장치 - Google Patents

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레우츠마르쿠스
파플레안드레아스
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클라우스 포스, 게오르그 뮐러
로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

내연기관을 제어하기 위한 방법 및 장치가 기재되어 있다. 내연기관의 폐가스에 영향을 미치는 수단들이 배치되어 있다. 특정 조건이 갖추어질 때 폐가스의 상승된 에너지 함량에 도달하는 특수 작동 상태가 도입된다. 특수 작동 상태에서는 폐가스 온도가 상승하도록 연소 중심점이 영향을 받는다.

Description

내연기관의 제어 방법 및 장치{Method and device for controlling an internal combustion engine}
미공개된 DE 199 06 287로부터 내연기관의 제어를 위한 방법 및 장치가 공지되어 있다. 거기에 기재되어 있는 시스템에서는 폐가스에 함유되어 있는 입자를 여과 제거하는 입자 여과기가 사용되고 있다. 입자 여과기는 일정한 작동 상태에서 적당한 조치에 의해 재생된다. 재생을 위해서는 폐가스 온도를 상승시켜야 한다. 그런데 폐가스 온도를 상승시켜 작동을 계속하면 결과적으로 연료 소모가 상승하게 된다.
그 외에도 내연기관의 제어를 위한 방법 및 장치가 알려져 있다. 거기에서는, 폐가스에 함유된 에너지가 장입 장치에 의해 내연기관에 공급되는 공기를 압축하는데 이용된다. 그런데 그런 장입 장치는 특정 작동 상태에서는, 예컨대, 회전 속도가 낮을 때에는, 응답 거동이 지연되는 결점을 갖는다.
본 발명은 내연기관의 제어를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 장치의 블록도.
도 2a 및 도 2b는 연료 배급을 위한 조종신호의 시간적 경과를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명에 의한 장치의 일부의 블록도.
도 4는 본 발명에 의한 방법의 흐름도.
본 발명의 목적은, 폐가스 후처리 시스템을 갖춘 내연기관을 제어하기 위한 방법 및 장치에 있어서, 입자 여과기가 사용상 유리하게 재생될 수 있고 및/또는 장입 장치의 거동이 개선될 수 있는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구 범위 독립항의 특징에 의해 달성된다.
이하에서는, 연료 분배가 소위 공통-레일-시스템에 의해 제어되는, 예컨대 자기 점화형 내연기관의 본 발명 장치를 설명하고 있다. 그러나 본 발명에 의한 방법 및 장치는 그와 같은 시스템에 한정되는 것은 아니다.
도면 부호 100은 흡인관(102)을 통해 신선한 공기를 공급받고 배기관(104)을 통해 폐가스를 배출하는 내연기관이 표시되어 있다. 배기관(104)에는 폐가스 후처리 수단(110)이 배치되어 있는데, 이 수단에 의해 정제된 폐가스는 관(106)을 통해 주변에 도달한다. 폐가스 후처리 수단(110)은 대체로 소위 예비 촉매 장치(112)를 포함하고 하류에 여과기(114)를 포함하고 있다. 바람직하게는 예비 촉매 장치(112)와 여과기(114) 사이에는 온도 신호(T)를 형성하는 온도 센서(124)가 배치되어 있다. 예비 촉매 장치(112) 전단과 필터(114)의 후단에는 각각 센서(120a 및 120b)가 배치되어 있다. 이들 센서는 차압 센서(120)로서 작용하고 폐가스 후처리 수단의 입구와 출구 사이의 압력 차를 나타내는 차압 신호(DP)를 형성한다.
배기관(104)에는 터빈(162)이 배치되어 있고, 이 터빈은 흡인관(102)에 배치된 압축기를 축(164)을 통해 구동한다.
내연기관(100)에는 연료 배급 유닛(140)을 통해 연료가 배급된다. 이 유닛은 분사기(141, 142, 143 및 144)를 통해 내연기관(100)의 각 실린더에 연료를 배급한다. 바람직하게는 연료 배급 유닛은 소위 공통-레일-시스템이다. 고압 펌프가 연료를 압력 용기에 공급하고 그 용기로부터 연료는 분사기들을 통해 내연기관에 도달한다.
연료 배급 유닛(140)에는 연료 배급 유닛의 상태를 표시하는 신호를 조성하는 여러 센서들(151)이 배치되어 있다. 여기서 공통-레일-시스템에서의 신호는 예컨대 압력 용기에서의 압력(P)에 관한 것이다. 내연기관(100)에는 내연기관의 상태를 나타내는 센서들(152)이 배치되어 있다. 이들 센서는 바람직하게는 회전 속도 신호(N)를 나타내는 회전 속도 센서 및 도시되지 않은 부가의 센서들이다.
이들 센서의 출력 신호는, 제 1 부분 제어부(132)와 제 2 부분 제어부(134)로 표시되어 있는 제어부(130)에 도달한다. 바람직하게는 두 부분 제어부가 한 구성 단위를 구성한다. 바람직하게는 제 1 부분 제어부(132)는, 연료 배급에 영향을 미치는, 바람직하게는 제어 신호(AD)에 의해 연료 배급 유닛(140)을 제어한다. 이를 위해 제 1 부분 제어부(132)는 연료량 제어부(136)를 포함하고 있다. 이 제어부는 분사 최종량을 나타내는 신호(ME)를 제 2 부분 제어부(134)에 공급한다.
내연기관은 폐가스에 영향을 미치는 수단이 구비되어 있다. 이 수단은 표시된 실시예에 있어서는 장입 장치 및/또는 입자 여과기이다. 이것 외에, 폐가스에 영향을 미칠 수 있는 다른 수단이 설치될 수도 있다. 폐가스 처리를 위한 상기와 같은 수단은 예컨대 촉매 장치이다.
제 2 부분 제어부(134)는 바람직하게는 폐가스 후처리 시스템을 제어하고 이를 위해 해당하는 센서 신호를 파악한다. 그 위에 제 2 부분 제어부(134)는 특히 분사되는 연료량(ME)을 통해 제 1 부분 제어부(132)와 신호를 교환한다. 바람직하게는 두 제어부는 센서 신호 및 내부 신호를 상호간에 이용한다.
엔진 제어부(132)로서도 표시되어 있는 제 1 부분 제어부는, 내연기관(100)의 작동 상태, 연료 배급 유닛(140)의 상태 및 주위 조건을 나타내는 여러 신호, 및 내연기관에 의해 소망되는 동력 및/또는 토크를 표시하는 신호에 의존하여, 연료 배급 유닛(140)을 조종하기 위한 조종 신호(AD)를 제어한다. 그와 같은 장치는 공지되어 있고 다방면에 사용된다.
특히 디젤 내연기관의 경우에는 폐가스 내로의 입자 방출이 일어날 수 있다. 그 때문에 폐가스 후처리 수단(110)이 폐가스로부터 그들 입자를 여과 제거하도록 하고 있다. 이 여과 과정에 의해 여과기(114)에는 입자들이 축적된다. 그런 뒤 이들 입자는 일정 작동 상태에서 및/또는 일정 시간 경과 후 여과기를 청소하기 위해 소각된다. 이 경우 보통, 여과기(114)를 재생하기 위해 폐가스 후처리 수단(110)에서의 온도는 입자가 소각되는 만큼 상승되게 한다.
빈번히 내연기관에서는 촉매 장치가 폐가스 후처리 수단으로 사용된다. 특히 소위 DENOX-촉매는 일정 간격으로 재생되어야 한다. 이것은, 상승된 폐가스 온도에 의해 퇴적물, 특히 황 및/또는 황화합물이 제거되는 것을 의미한다.
입자 여과기에는 온도 상승을 위해 예비 촉매 장치(112)가 설치되어 있다. 온도 상승은 예컨대 폐가스 중에 연소되지 않은 탄화수소 부분을 상승시킴으로써 이루어진다. 그 경우, 상기 연소되지 않은 탄화수소는 예비 촉매 장치(112)에서 반응함으로써 장치의 온도, 따라서 여과기(114) 내에 도달하는 폐가스의 온도를 또한 상승시킨다.
촉매 장치 및 폐가스의 온도 상승은 높은 연료 소모를 필요로 하며 따라서 그것이 필요할 때, 즉 여과기(114)에 일정 분량의 입자가 충진되었을 때에만 실시되어야 한다. 폐색 상태(부하 상태)를 인식하는 가능한 방법은, 폐가스 후처리 수단의 입구와 출구 사이의 차압(DP)을 파악하고 이것에 기초하여 폐색 상태를 결정하는 것이다. 이것은 차압 센서(120)를 필요로 한다.
여러 센서에 의해 여과기(114)의 폐색 상태를 나타내는 양(B)이 구해진다. 그러면 폐색 상태에 대한 상기 양(B)은 폐가스 후처리 시스템의 제어를 위해 사용되는 것으로, 즉 폐색 상태에 의존하여 이하에서는 재생이라고도 불리는 특수 작동 상태가 도입된다.
도 1에는 장입 장치와 입자 여과기(114)를 포함하는 폐가스 후처리 수단(100)을 갖는 장치가 도시되어 있다. 본 발명에 의한 조치는 단지 장입 장치만을 구비한 또는 폐가스 후처리 수단만을 구비한 시스템에도 사용될 수 있다.
본 발명에 따라서는 폐가스 온도를 상승시킴으로써 재생 과정이 개시되거나 또는 지원될 수 있다. 폐가스 온도를 상승시키기 위해서는 연소 중심점을 지연 방향으로 이동시킨다. 이것은 분사의 대부분이 상사점(OT)을 지난 다음에야 비로소 행해지는 것을 의미한다. 지연 분사의 경우에는 보통 여러 폐가스 방출이 있게 된다. 그러나 이것에 대해서는 원주 분사 이전에 적어도 두 번의 예비 분사를 실시함으로써 대처할 수 있다.
본 발명에 따라서는 폐가스의 온도 상승이, 장입 장치가 구비된 내연기관의 경우 비상 작동 상태가 존재할 때에 행해진다. 그런데 장입 장치가 구비된 내연기관에서는 다음 문제가 일어날 수 있다. 낮은 부하, 즉 작은 분사량 및/또는 낮은 회전 속도 때에 내연기관의 가속이 필요한 경우에는, 장입 장치는 일정한 시간 지연을 가져야 비로소 반응하게 되는데, 그 이유는 이런 동작 상태에서는 장입 장치는 압축을 위해 단지 작은 에너지밖에 이용할 수 없기 때문이다. 그런데 본 발명에 따라서는 그런 작동 상태를 폐가스 온도 상승 조치를 도입해야 할 비상 작동 상태로 간주하고 있다.
도 2a 및 도 2b에는, 분사기(141 내지 144) 중의 하나를 위한 조종 신호(A)의 시간에 대한 경과가 표시되어 있다. 도 2a에는 정상 작동시의 관계가 표시되어 있다. 대부분의 연료가 내연기관에 분배 공급되는 주 분사(HE)는 상사점(OT)의 부위에서 일어난다. 주 분사(HE) 전에 제 1 예비 분사(VE1)가 행해진다. 이 분사는 연소실을 콘디쇼닝 하는 역할을 한다. 예비 분사에 의해 방출, 특히 음향 방출이 현저히 감소된다. 연소를 더욱 개선시키기 위해서 점선으로 표시되어 있는 제 2 예비 분사(VE2)가 행해진다. 두 개의 예비 분사는 분명히 상사점 전에 행해진다.
도 2b에는 비상 작동 상태가 존재할 경우의 관계가 표시되어 있다. 연료의 대부분이 내연기관에 공급되는 주 분사(HE)는 분명히 지연 방향으로 이동되어 있다. 주 분사는 상사점(OT) 이 후에 일어나고 있다. 주 분사(OT) 전에 제 1 예비 분사(VE1)가 일어나고 있다. 이 분사는 주 분사 전에 연소실을 콘디쇼닝하는 역할을 한다. 제 1 예비 분사(VE1) 전에 연소실을 콘디쇼닝하기 위해 제 2 예비 분사(VE2)가 제공된다. 제 1 예비 분사는 상사점 직전에 또는 부근에서 일어난다. 그 위에 제 1 예비 분사(VE1)에서는 정상 작동에 비해 상승된 연료량이 공급된다.
도 3에는, 본 발명에 의한 장치가 블록도로 도시되어 있다. 이미 도 1에 도시된 요소들은 같은 도면 부호로 나타내었다.
제 2 부분 제어부(134)는 비상 작동 상태가 존재하는지의 여부를 표시하는 교정치 결정부(300)에 양(값)을 공급한다. 입자 여과기를 가진 내연기관의 경우 이 값은 여과기(114)의 폐색 상태를 표시하는 양(B)이다. 교정치 결정부(300)는 교정부(310)에 교정치(DFB 및 DME)를 공급한다. 제 1 부분 제어부는 교정부(310)에 신호(FB 및 ME)를 제공한다. 그러면 교정부는 신호(AD)를 연료 배급 유닛에 공급한다.
여러 신호에 기초하여 제 1 부분 제어부는 분사 개시(FB) 및 분사 기간(ME)을 결정하는 신호를 계산한다. 이 계산은 주 분사뿐 아니라 예비 분사를 위해 행해진다. 교정치 결정부(300)가 비상 상태가 존재한다는 것을 인식하면 이 결정부는 교정치(DFB 및 DME)를 교정부(310)에 공급한다. 신호(DFB)에 의해 분사의 개시가 교정되고 신호(DME)에 의해 분사의 기간이 결정된다. 교정치(DFB)는 분사가 도 2a 및 도 2b에 도시된 것 같이 지연 방향으로 이동되도록 선정된다. 교정치(DME)는, 내연기관에 의해 발생된 모멘트가 일정하게 유지되도록 선정된다. 또한, 특히 예비 분산시에는 교정치(DME)는 (폐가스) 방출이 감소되도록 선정된다.
도 4에는 본 발명에 의한 과정을 명백하게 설명하기 위한 흐름도가 도시되어 있다. 제 1 단계에는 여러 양들이 파악된다. 예컨대 여과기(114)의 폐색 상태가 결정된다. 이어지는 질문(410)은 비상 상태가 존재하는지를 점검한다. 이 상태는 예컨대 폐색 상태(B)가 임계값을 초과한 경우이다. 비상 상태가 존재하지 않으면(아니요) 새로이 단계(400)가 실시된다. 비상 상태가 존재하면(예), 단계(420)에서는 상기한 조치가 개시된다.
장입 장치를 갖춘 내연기관에서는 제 1 단계에서 회전 속도 및/또는 부하량과 같은 여러 양이 파악된다. 이어지는 질문(410)은 비상 상태가 존재하는지를 검사한다. 이것은 예컨대 회전 속도(N)가 역치보다 작고 및/또는 부하가 역치보다 큰 경우이다. 비상 상태가 존재하지 않으면 단계(400)가 새로이 행해진다.
비상 상태가 존재하면 단계(420)에서는 상기한 조치가 도입된다.
연소 중심점을 지연 방향으로 이동시킴으로써 폐가스 방출은 같은 수준을 유지하는 가운데 장입 장치의 터빈 동력을 현저히 상승시킬 수 있는 것은 특히 유리한 점이다.
연료 소모의 상승은, 예컨대 저 회전 속도로부터의 가속 및/또는 입자 여과기의 재생과 같은 특수(비상) 상태가 존재할 때에만 이 조치를 사용함으로써 감소시킬 수 있다.
제 2의 예비 분사에 의해 큰 방출을 발생시키지 않고도 주 분사를 대단히 멀리 뒤로 이동시킬 수 있다.
본 발명에 의한 조치에 의해 입자 여과기의 유리한 재생 및/또는 장입 장치의 거동의 개선이 가능해진다. 이것은 연소 중심점을 폐가스 온도 및/또는 폐가스의 에너지 함량이 상승되도록 조절함으로써 달성된다.
연소 중심점을 늦어지는 방향으로 옮기면 특히 유리하다. 그리고 연소에 대한 부정적 영향은 주 분사 전에 적어도 두 예비 분사를 실시함으로써 방지될 수 있다.
그 외의 특히 유리한 실시 양태들은 청구범위의 종속항들에 표시되어 있다.

Claims (7)

  1. 특정 조건이 갖추어질 때 폐가스의 상승된 에너지 함량에 도달하는 특수 작동 상태를 도입하며, 상기 특수 작동 상태에서는 폐가스 온도가 상승하도록 연소 중심점에 영향을 가하는, 내연기관의 폐가스에 영향을 미치는 수단을 포함하는 내연기관의 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 연소 중심점을 지연 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 내연기관의 제어 방법.
  3. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 상기 특수 작동 상태에서는 적어도 제 1 및 제 2 예비 분사를 주 분사 전에 실시하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 제어 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 폐가스에 영향을 미치는 수단은 장입 장치, 입자 여과기 및/또는 촉매 장치인 것을 특징으로 하는 내연기관의 제어 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 특수 작동 상태는 입자 여과기의 부하 상태를 나타내는 양이 임계값을 초과했을 때 도입되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 제어 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 특수 작동 상태는 장입 장치의 출력 상승이 필요할 때 도입되는 것을 특징으로 하는 내연기관의 제어 방법.
  7. 특수 작동 상태에서는 폐가스 온도가 상승하도록 연소 중심점에 영향을 가하는 수단을 구비한, 특정 조건이 갖추어질 때 폐가스의 상승된 에너지 함량에 도달하는 특수 작동 상태가 도입되는, 내연기관의 폐가스에 영향을 미치는 수단들을 포함하는 내연기관의 제어 장치.
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