KR20020031395A - 자동차 내연 기관 작동 방법 - Google Patents

자동차 내연 기관 작동 방법 Download PDF

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KR20020031395A
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에스테그랄고라마바스
말레브라인게오르그
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클라우스 포스, 게오르그 뮐러
로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 특히 자동차의 내연 기관 작동 방법에 관한 것이며, 상기 방법에서 공기와 연료의 혼합물은 탱크로부터 활성탄 필터 및 탱크 배기 밸브(2)를 거쳐서 연소실로 공급된다. 상기 탱크 배기 밸브(2)는 탱크 가스 방출 모델(10) 및/또는 활성탄 필터 모델(10)에 따라서 제어 및/또는 조절된다.

Description

자동차 내연 기관 작동 방법{Method for operating an internal combustion engine, especially of a motor vehicle}
가솔린 작동되는 엔진을 구비한 자동차의 경우, 연료 탱크에서는 연료 온도, 연료 타입 및 외부압에 따라 서로 다른 양의 연료 증기가 생긴다. 요즘의 가솔린 분사 엔진의 경우 상기의 연료 증기는 우선 활성탄 필터에서 여과된 다음, 탱크 배기 단계에서, 전기 제어될 수 있는 탱크 배기 밸브를 통해서, 모터에서 흡인된 공기 흐름과 혼합된다.
상기와 같이 작동되는 탱크 배기부는 활성탄 필터가 탄화 수소로 얼마나 포화되었는지와는 가능한 무관하게 특히 전체 연소 혼합물을 원하는 농도로 유지해야 한다. 또한 분사된 연료량은 탱크 배기 밸브가 개방될 경우 이에 상응하게 감소된다.
탱크 배기 밸브를 통과하는 실제 가스 유동량, 엔진에 필요한 실제 연료 흐름, 실제 람다값 및 람다 조절부를 통해서 이미 실행된 혼합물 보정값의 결과로부터, 재생 가스 흐름의 실제 탄화 수소 농도[차징(charging)이라고도 함]가 적응 조절될 수 있으며 분사된 연료량은 상기 실제 탄화 수소 농도에 의해서 보정 또는 제어 및/또는 조절될 수 있다. 재생 가스 흐름의 탄화 수소 농도는 임의로 신속하게 적응 조절될 수 없는데, 이는 각각의 분사 밸브와, 배기 가스 흐름에서의 람다 프로브 사이의 구간의 지연 시간이 최대 적응 조절 속도를 제한하기 때문이다.
상기 적응 조절 과정 중 재생 가스 흐름의 실제 탄화 수소 농도는, 람다 조절부가 λ=1 로 작동되거나 또는 혼합물 편차가 제로로 될 때까지 변한다.
실제로 물리적 탄화 수소 농도 프로파일은 일정하지 않다. 특히 활성탄 필터링이 충분한 버퍼링을 가지지 않으며 재생 가스 유동량이 예컨대 재생 포즈(pause) 후에 빠르게 변할 때, 농도 급상승이 발생한다. 이 경우 화학량론적 공기 연료비, 즉 값 λ=1과의 일시적인 점프형 편차가 고려되어야 한다.
본 발명은 특히 자동차 내연 기관 작동 방법에 관한 것이며, 상기 방법에서 공기와 연료의 혼합물은 탱크로부터 활성탄 필터 및 탱크 배기 밸브를 통해 연소실로 공급된다. 본 발명은 마찬가지로 내연 기관용 제어 장치 및, 자동차용 내연 기관에 관한 것이다.
도 1은 조절 방법의 바람직한 실시예를 실행하는, 탱크 배기부를 구비한 시스템을 개략적으로 도시한 기능 블록도.
도 2는 탱크 가스 방출 모델 및 활성탄 필터의 모델을 포함하는 도 1에 따른 기능 블록(10)의 개략도.
도 3은 활성탄 필터 모델을 계산하기 위해 사용되는 부피 흐름 모델의 개략도.
본 발명의 목적은, 재생 가스 유동량이 빠르게 변할 때 나타나는 급상승을 고려할 수 있는 내연 기관 작동 방법을 제공하는 것이다.
서두에 언급된 종류의 방법의 경우 상기 과제는 본 발명에 따라, 탱크 배기 밸브가 탱크 가스 방출 모델에 따라 제어 및/또는 조절됨으로써 해결된다.
서두에 언급된 종류의 방법의 경우 상기 과제는 마찬가지로 본 발명에 따라, 탱크 배기 밸브가 활성탄 필터 모델에 따라 제어 및/또는 조절됨으로써 해결된다.
또한 제어 장치 또는 서두에 언급된 종류의 내연 기관의 경우 상기 과제는상응된 방식으로 해결된다.
재생 가스 흐름에서의 실제 탄화 수소 성분을 참고하기 위해서, 분사량을 보정하기 위한 보정값을 계산하는 조절부의 경우, 탱크 가스 방출 모델 및/또는 활성탄 필터를 이용하여 탱크 배기 밸브의 지점에서 탄화 수소 농도를 예측하고 재생 포즈 후 상기 예측에 의해 보정값 자체를 확실하고 신속하게 생성하기 위해, 탱크에서 탄화 수소 가스 생산을 조정하는 탱크 가스 방출 모델 및/또는 활성탄 필터의 모델이 제공되므로, 역학적 엔진 작동의 경우 람다 편차는, 민감한 운전자도 감지할 수 없을 정도로 감소될 수 있다.
본 발명에 따른 방법을 제어 소자의 형태로 실행하는 것은 특수한 의미를 가지며, 상기 소자는 특히 자동차 내연 기관의 제어 장치를 위해 제공된다. 상기 제어 소자에는, 계산 장치, 특히 마이크로 프로세서에서 진행될 수 있는, 본 발명에 따른 방법을 실시하기에 유용한 프로그램이 기억된다. 이 경우 본 발명은 제어 소자에 기억된 프로그램을 통해서 실시될 수 있으므로, 상기 프로그램은 상기 프로그램이 제공된 제어 소자와 함께, 상기 프로그램을 실시하기에 유용한 방법과 동일한 방식으로 본 발명을 나타낸다. 제어 소자로서는 특히 전기 메모리 매체, 예를 들어 판독 전용 메모리 또는 플래시 메모리가 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징, 사용 가능성 및 장점은 도면에 도시된 하기의 본 발명의 실시예에 제시된다. 이때 설명되거나 도시된 모든 특징들은, 청구항 또는 그 인용항과 무관하게, 그리고 상세한 설명 또는 도면에 구성하고 도시하는 것과는 무관하게, 단독으로 또는 임의로 조합해서 본 발명을 구성한다.
상기 실시예는 직접 분사되는 자동차-가솔린 엔진을 위한 본 발명에 따른 제어 방법 및/또는 조절 방법을 예시로 설명하며, 상기 방법은 탱크 가스 방출 모델을 구비한 활성탄 필터의 결합 형태를 포함한다.
도 1로 개략적으로 도시된 시스템 개관도에서는, 본 발명에 따른 조절 방법을 사용함으로써 산출된 분사량(rk)이 도시되지 않은 분사 밸브를 통해서 가솔린 엔진(1)에 분사되며, 상기 분사량은 파일럿 제어부(rlp), 람다 목표값(lambsbg), 출력값(fr), 가솔린 엔진(1)의 배기 가스관(6)에 있는 람다 프로브(7)와 연결된 람다 조절부(8) 및 탱크 배기 시스템(9)의 보정 텀(rkte)의 함수로서 계산된다. 도시되지 않은 가솔린 탱크로부터 마찬가지로 도시되지 않은 활성탄 필터를 거쳐서 안내되는 관에는 전기적으로 제어 가능한 탱크 배기 밸브(TEV; 2)가 제공되며, 상기 밸브에는 탱크 배기 단계에서 신호(tateout)가 전송된다. TEV(2)를 통한 재생 가스 흐름은 가솔린 모터(1)에 의해 흡인된, 스로틀 밸브의 상류측에 있는 흡입관(4)에있는 공기 흐름에 혼합된다. 또한 배기 가스 재순환관(5)에는 배기 가스 재순환 밸브(3)가 제공된다.
상기 탱크 배기 시스템(9)에서 블록(11)은 신호(mstesoll) 형태로 블록(12)에 공급되는 바람직한 플러싱(flushing) 흐름을 계산하며, 상기 블록(12)은 탱크 배기 밸브(2)를 통한 탱크 배기 단계를 위해 필요한 신호(tateout)의 펄스 듀티 팩터를 계산하며 상기 신호(tateout)를 TEV(2)에 제공한다.
분사된 연료량(rk)을 보정하거나 조절하기 위한, 상기 탱크 배기 시스템(9)으로부터 제공된 보정 텀(rkte)은 기능 블록(13)에서, TEV(2)의 실제 유동량(mste), 실제 탄화 수소 농도 또는 재생 가스 흐름의 차징(ftead)으로부터 계산된다.
상기 보정 텀(rkte)을 기능 블록(13)에서 계산하기 위해서는 하기의 수학식이 사용된다.
상기 수학식에서 mste는 TEV-실제 유동량이며,
ftead는 값 범위(0...30)을 갖는 재생 가스의 탄화 수소 농도이고,
nmot는 엔진 회전 속도이며,
KUMSRL은 상대적 충전물 내의 공기량에 대한 변환 상수이다.
본 발명에 따라 제공된 탱크 가스 방출 모델(102) 및 활성탄 필터 모델(103) 의 함수는 도 2에 의해 하기에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 기능 블록(10)에도시된다.
상기 기능 블록(10)의 입력값은, 람다 조절값(frm)과, 람다 목표값(lamsons)과 람다 실제값(lamsoni) 사이의 상대적 람다 편차와의 곱(fkakormt)이다.
도 2는 기능 블록(10)의 세부 사항을 도시하며, 상기 기능 블록은 재생 가스의 탄화 수소 농도에 대한 "관찰기"를 형성하고, 탱크의 탄화 수소 가스 생성을 적응 조절시키는 탱크 가스 방출 모델(102) 및, 활성탄 필터의 특성을 시뮬레이션하는 활성탄 필터 모델(103)을 실질적 성분으로서 포함한다.
우선, 먼저 설명된 바와 같이 계산된 입력값(fkakormt)으로부터, 적분기를 형성하는 기능 블록(101)에서 탄화 수소 농도 편차가 신속하게 적응 조절된 다음, 적응값(dkhc)이 제공된다.
상기 탱크 가스 방출 모델(102), 활성탄 필터(103) 및 지연 유닛(104)으로 구성된 분기는 TEV(2)에서 예상되는 탄화 수소 농도에 대한 예측값(khctev)을 생성한다. 이때 상기 지연 유닛(104)는 활성탄 필터 모델의 예측값(khcakf)을, 활성탄 필터로부터 탱크 배기 밸브(2)까지의 가스 전달 시간 만큼 지연시킨다. 지연된 예측값(khctev)은 적분기(101)에서 발생된 신속한 적응값(dkhc)과 연산되어, 기능 블록(10)의 출력값을 나타내는 차징(ftead), 즉 재생 가스의 탄화 수소 농도를 형성한다. 이는 하기의 수학식으로 실행된다.
상기 수학식에서 FUMRBRK(변환 인자)는 30이며,
khctev는 활성탄 필터(103)로부터 나온 탄화 수소 농도이고,
dkhc는 유지된, 필요한 혼합물 보정값을 나타낸다.
따라서, 기능 블록(10)의 출력값(ftead)은 변환 인자(FUMRBRK=30)와 범위(0...1)에 있는 탄화 수소 농도의 곱이다. hkcobs는 신속한 적응값(dkhc)과, 지연 부재(104)에 의해 제공된 값(khctev)의 합으로 계산된다. 특히, 재생 가스 흐름의 탄화 수소 농도를 TEV(2)에서 예측하는 블록(10)은 하기의 기능 방식을 갖는다.
물리적 탄화 수소 농도와, 탱크 배기 함수에서 계산된 탄화 수소 농도(ftead) 사이의 실제 편차는 혼합물 보정 인자(fkakormt)≠1.0 를 야기시킨다.
예를 들어, ftead는 매우 작을 수 있다. 그 경우, fkakormt ＜1,0 이며, 이는 탄화 수소량이 TEV(2)를 통해서 매우 적게 고려되기 때문이다. 이 경우, dkhc는 증가한다. 가스 방출을 적응 조절시키는 탱크 가스 방출 모델(102)의, 적분 함수를 통해, 상기 모델의 출력값(mkausg)은 포지티브값일 경우에 dkhc를 증가시킨다. 이는 활성탄 필터(103)의 출력값(khcakf)를 증가시킨 다음, 지연 부재(104)를 통해서 지연된 khctev도 동일한 플러싱 흐름일 경우에 증가시킨다. 분사 보정 텀(rkte)을 계산하기 위해 기능 블록(13)에서 생성된, 기능 블록(10)의 출력값(ftead)은, 탄화 수소 농도의 참값에 도달될 때까지 증가한다.
본 발명에 따른 방법에 의해, 탄화 수소 농도 프로파일이 예측될 수 있다. 상기 방법에는 탄화 수소 농도에 대한 파일럿 제어부가 있다. 따라서 탱크 배기 중람다 에러는 분명히 줄어든다.
상기 활성탄 필터 모델(103)의 기능은, 예를 들어 긴 플러싱 포즈 후 탱크 배기가 TEV(2)를 재차 제어할 때, 분사 시간이 처음부터 활성탄 필터 모델이 없을 때보다 현저히 줄어들게 한다. 활성탄 필터 모델이 구성되지 않는다면, 이 경우 소정의 람다 편차가 검출될 수 있다.
도 3에는 활성탄 필터 모델(103)의 실시예가 도시된다. 이때 도 3은 활성탄 필터의 부피 흐름 모델을 도시한다.
활성탄 필터 모델(103)의 입력값은, TEV(2)에 의해 흡인 여과된 유동량(mste)과, 배기 가스 유동량(mkausg)이다.
출력값은 활성탄 필터의 출력에 있는 탄화 수소 농도(khcakf)이다.
도 3에 도시된 활성탄 필터의 부피 흐름 모델에는 관계식 및 환산식에 대한 하기의 사항이 적용된다.
탱크로부터 나온 연료 증기 흐름의 부피 흐름은:
mkausg/(ro_kr*ftho),
TEV에서 공기 유동량의 부피 흐름은:
mste/(ro_Lu*ftho),
우측에서 좌측 TEV로 버퍼링되지 않은, 부피 흐름은:
mkugep/(ro_Kr*ftho),
우측 챔버에서 탄소로의 부피 흐름은:
mkgepu/(ro_Kr*ftho),
탄소로부터 좌측 챔버로의, 탄화 수소와 공기의 부피 흐름은:
vgeste이며,
ro_Kr은 0℃ 및 1013 mbar일 경우, 표준 밀도의 연료 증기,
ro_Lu는 0℃ 및 1013 mbar일 경우, 표준 밀도의 공기,
ftho는 온도 인자 및 밀봉 보상 인자이고,
이때, ro_Kr = 2*ro_Lu 이다.
상기 활성탄 필터는 탄소 절반과 공기 절반으로 세분된다. 공기 절반은 다시 우측 절반(탱크로부터 유입)과 좌측 절반(TEV 방향으로 배기)으로 세분된다.
우측 챔버의 부피 흐름 결과:
탱크로부터 유출된 연료 증기의 부분은 TEV(2) 방향으로 직접 흡인 여과된다(mkugep). 다른 부분(mkgepu)은 우선 탄소에 의해 흡수된 다음, 거기에서 탄화 수소 농도를 높인다.
"mkugep/ro_Kr_norm*ftho"가 "mste/ftho" 보다 크지 않아야 하는 것이 고려되면, 이로써 우측의 부피 흐름 결과가 제시될 수 있다.
이때, mste는 공기와 관련되기 때문에, 밀도(ro_Lu_norm)와 함께 계산된다.
탄소로부터 플러싱 유동량 연료 증기 흐름(mksp):
플러싱 유동량(vgeste)은 공기 및 연료 증기로 구성된다. 연료 증기 흐름(mksp)이 중요한 사항이지만, 우선적으로는 전체 부피 흐름이 관찰되어야 한다.
하기에 설명된 바와 같이, 연료 유동량의 비례 성분과 탈착 성분은 구별된다.
탈착 성분은 네가티브일 수 있다(KAKFAD는 네가티브값을 갖는다).
공기 부피 흐름은 탄소의 차징에 따른다.
비례 연료 부피 흐름은 탄소의 차징에 따른다.
연료 결과 탄소/손실 - 연료:
활성탄 필터의 오버 플로우시의 손실:
활성탄 필터가 가득차면, mkcakfh = 제로(0)이다. 차이는 탄화 수소 손실로서 간주된다: mkverlte.
종래의 개념과 반대로, 탄화 수소 농도 프로파일은 활성탄 필터의 출력에서 예측될 수 있다. 이로써 탄화 수소 농도에 대한 파일럿 제어부가 형성된다. 탱크 배기 중 람다 에러는 분명히 줄어든다. 가솔린 직접 분사의 경우, 실제 모멘트와운전자가 원하는 모멘트 사이의 편차는 전체적으로 방지된다.
버퍼율, 메모리 용량 및 활성탄의 탈착율은 응용 파라미터이다. 이로써 모델은 모든 일반적인 활성탄 필터에 맞게 조정될 수 있다.
본 발명에 따른 조절 방법에 사용된 활성탄 필터 모델의 작용은, 회전 속도값이 낮고 탱크 배기 단계 중 활성탄 필터가 완전히 차징된 경우, 엔진의 공기량이 미리 검출되고 기본 분사 시간이 계산되었을 때, 오실로스코프를 이용하여 분사 시간 및 TEV(2)의 펄스 듀티 팩터(tateout)를 관찰함으로써, 관찰될 수 있다. 계산된 분사 시간과 실제 분사 시간의 편차는, 활성탄 필터 모델을 이용하여 탱크 배기를 보정하기 위한 값이다. 탱크 배기 밸브를 통한 유동량은 검출된다. 제어 장치에서 적응되는 차징은 유동량과 분사 감소 사이의 비례성 팩터이다. 본 발명에 따른 방법에 따라, 상기 비례성 팩터는 포지티브 부하 급상승의 경우 작아져야 한다.
분사 시간 및 TEV(2)에서의 펄스 듀티 팩터의 관찰에 의한, 전술한 활성탄 필터 기능 검출은, 특히 버퍼링되지 않은 활성탄 필터를 구비한 자동차에서 실행될 수 있다.

Claims (13)

  1. 공기와 연료의 혼합물이 탱크로부터 활성탄 필터 및 탱크 배기 밸브(2)를 거쳐서 연소실로 공급되는, 특히 자동차 내연 기관(1) 작동 방법에 있어서,
    상기 탱크 배기 밸브(2)는 탱크 가스 방출 모델(10)에 따라서 제어 및/또는 조절되는 것을 특징으로 하는 자동차 내연 기관 작동 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 탱크 배기 밸브(2)의 지점에서 기대되는 탄화 수소 농도에 대한 예측값(khctev)은 편차(fkakormt)로부터 검출되는 것을 특징으로 하는 자동차 내연 기관 작동 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 편차(fkakormt)는, 람다 조절부(8)로부터 생성된 제 1 혼합물 보정값(frm)을, 람다 목표값(lamsons)과 람다 실제값(lamsoni)과의 편차와 곱함으로써 검출되는 것을 특징으로 하는 자동차 내연 기관 작동 방법.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 예측값(khctev)은 사전에 지연 유닛(104)에 의해서, 활성탄 필터로부터 탱크 배기 밸브(2)로까지 가스 전달 시간 만큼 지연되는 것을 특징으로 하는 자동차 내연 기관 작동 방법.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 예측값(khctev)은편차(dkhc)와 연산되며, 상기 편차는 편차(fkakormt)로부터 적분(101)에 의해서 검출되는 것을 특징으로 하는 자동차 내연 기관 작동 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 탱크 가스 방출 모델(10, 102)은 탱크 가스 방출(mkausg)에 대한 값을 발생시키며, 상기 값은 적분된 편차(fkakormt)에 따르는 것을 특징으로 하는 자동차 내연 기관 작동 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탱크 배기 밸브(2)는 활성탄 필터 모델(10, 103)에 따라 제어 및/또는 조절되는 것을 특징으로 하는 자동차 내연 기관 작동 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 탱크 가스 방출(mkausg)에 대한 값은 활성탄 필터 모델(10, 103)에 입력되는 것을 특징으로 하는 자동차 내연 기관 작동 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 활성탄 필터 모델(10, 103)은 탱크 가스 방출(mkausg)에 대한 값과 실제 가스 유동량(mste)으로부터, 탄화 수소 농도(khcakf)를 활성탄 필터의 출력에서 검출하는 것을 특징으로 하는 자동차 내연 기관 작동 방법.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 활성탄 필터 모델(10, 103)을 통해서,메모리 용량 및/또는 상기 활성탄 필터의 탈착성이 고려되는 것을 특징으로 하는 자동차 내연 기관 작동 방법.
  11. 자동차 내연 기관의 제어 장치용 제어 소자, 특히 판독 전용 메모리 또는 플래시 메모리로서, 상기 제어 소자에는, 제어 장치, 특히 마이크로 프로세서에서 실행되고, 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하기에 적합한 프로그램이 저장되는 것을 특징으로 하는 제어 소자.
  12. 공기와 연료로 된 혼합물이 탱크로부터 활성탄 필터 및 탱크 배기 밸브(2)를 거쳐서 연소실로 공급될 수 있는, 자동차 내연 기관(1)용 제어 장치에 있어서,
    상기 탱크 배기 밸브(2)는 탱크 가스 방출 모델(10, 102)에 따라 상기 제어 장치를 통해서 제어 및/또는 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
  13. 공기와 연료로 된 혼합물이 탱크로부터 활성탄 필터 및 탱크 배기 밸브(2)를 거쳐 연소실로 공급될 수 있는, 자동차 내연 기관(1)에 있어서,
    상기 탱크 배기 밸브(2)는 탱크 가스 방출 모델(10, 102)에 따라 제어 장치를 통해서 제어 및/또는 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 내연 기관.
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