KR20020089507A

KR20020089507A - 온도 신호의 보정을 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20020089507A
Application number: KR1020027014057A
Authority: KR
Inventors: 플로테홀거; 크라우터안드레아스; 발터미햐엘
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2001-02-21
Filing date: 2002-02-07
Publication date: 2002-11-29
Also published as: EP1409976A1; JP2004518857A; DE10108181A1; WO2002066944A1; US20040013165A1

Abstract

본 발명에서는 특히 엔진에 공급되고 그리고/또는 엔진으로부터 방출되는 가스의 온도를 나타내는 온도 신호의 보정을 위한 장치 및 방법이 설명된다. 제1 보정은 센서의 응답 특성을 고려한다. 제2 보정은 엔진 및/또는 배치된 구성 요소의 시간적 특성을 고려한다.

Description

온도 신호의 보정을 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR CORRECTING A TEMPERATURE SIGNAL}

하나 이상의 온도 센서가 이른바 배기 가스 후처리 장치의 제어 및/또는 모니터링을 위해 배기 가스 트레인 내에 제공된다. 통상적인 센서는 측정 원리를 기초로 하여 비활성이다. 따라서 동적 엔진 작동에서, 측정된 온도 진행은 실제 온도 진행에 비해 시간적 지연을 갖는다. 특히 변수의 모니터링 및/또는 제어에서 동적인 센서 및 전체 시스템의 비활성으로부터 문제가 발생한다. 모니터링에서 특히 문제가 되는 것은 비활성 온도 센서가 동적으로 개선된 센서에 의해 검출되거나 그 신호들로부터 산출되는 다른 변수들과 비교되는 것이다.

본 발명은 온도 신호의 보정을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명은 이하에서 도면에 도시된 실시예를 참조로 설명된다.

도1은 배기 가스 후처리 시스템의 블록선도이다.

도2 내지 도5는 본 발명에 따른 방법의 다양한 실시예의 도면이다.

도6은 다양한 신호의 도면이다.

센서의 응답 특성을 고려하는 제1 보정의 온도 신호 및 엔진의 시간적 특성 및/또는 배치된 구성 요소를 고려하는 제2 보정의 온도 신호를 통하여 온도 신호의 정확성이 확실히 개선될 수 있다. 특히 신호의 동적 특성은 작동 변수의 변경 시 개선될 수 있다.

센서의 응답 특성의 보정에 사용되는 보정값이 사전 설정 가능하면, 특히 바람직하다. 이 보정값은 온도 신호와 실제 온도 사이의 편차가 최소화되도록 구성된다.

바람직하게는 상기 보정값은 분사된 연료량, 온도 및/또는 공기량에 따라서 사전 설정 가능하다. 특히 온도 센서 및/또는 공기량 센서의 출력 신호가 사용된다. 상기 변수들은 센서의 응답 특성에 큰 영향을 미친다. 선택적으로는 공기량에 대하여 배기 가스 질량을 나타내는 변수들 또는 간소화된 실시예에서 엔진의 속도가 사용될 수 있다.

보정값이 작동 상태(QK, ML)의 변화 시에 센서의 지연 시간이 보정되도록 사전 설정 가능하면 특히 바람직하다.

본 발명의 양호하고 바람직한 구성예는 종속항에 나타난다.

도1에는 엔진의 배기 가스 후처리 시스템의 기본적인 요소가 도시된다. 엔진은 100으로 표시된다. 공기가 공기 도관(105)을 통하여 엔진에 공급된다. 엔진(100)의 배기 가스는 배기 가스 도관(110)을 통하여 외부에 도달한다. 배기 가스 도관에는 배기 가스 후처리 시스템(115)이 배치되어 있다. 여기서 이는 촉매컨버터 및/또는 입자 필터이다. 또한, 다양한 유해 물질에 대한 다수의 촉매 컨버터 또는 적어도 하나의 촉매 컨버터와 입자 필터의 조합이 제공되는 것이 가능하다.

또한 적어도 하나의 엔진 제어 유닛(175) 및 배기 가스 후처리 제어 유닛(172)을 포함하는 제어 유닛(170)이 제공된다. 엔진 제어 유닛(175)은 제어 신호를 이용하여 연료 공급 시스템(180)을 작동시킨다. 배기 가스 후처리 유닛(172)은 엔진 제어 신호를 이용하여 제어 유닛(175)을 작동시키고, 일 실시예에서는 배기 가스 후처리 시스템 이전의 배기 가스 도관 내에 또는 배기 가스 후처리 시스템 내에 배치되는 위치 요소(182)를 작동시킨다.

또한, 배기 가스 후처리 제어 유닛과 엔진 제어 유닛에 신호를 공급하는 다양한 센서들이 제공된다. 따라서 엔진에 공급된 공기의 상태를 나타내는 신호를 공급하는 적어도 하나의 제1 센서(194)가 제공된다. 제2 센서(177)는 연료 공급 시스템(180)의 상태를 나타내는 신호를 공급한다. 적어도 하나의 제3 센서(191)는 배기 가스 후처리 시스템 이전의 배기 가스의 상태를 나타내는 신호를 공급한다. 적어도 하나의 제4 센서(193)는 배기 가스 후처리 시스템(115)의 상태를 나타내는 신호를 공급한다. 또한, 적어도 하나의 센서(192)는 배기 가스 후처리 시스템 이후의 배기 가스의 상태를 나타내는 신호를 공급할 수 있다. 온도값 및/또는 압력값을 검출하는 센서가 사용되는 것은 바람직하다.

배기 가스 후처리 제어 유닛(172)이 제1 센서(194), 제3 센서(191), 제4 센서(193) 및 제5 센서(192)의 출력 신호를 수신하는 것은 바람직하다. 엔진 제어유닛(175)이 제2 센서(177)의 출력 신호를 수신하는 것은 바람직하다. 또한, 도시되지는 않았지만, 운전자 요구 또는 다른 외부 상태 또는 엔진 작동 상태와 관련된 신호를 나타내는 센서들이 제공될 수 있다.

엔진 제어 유닛 및 배기 가스 후처리 제어 유닛이 구조적으로 하나의 유닛을 구하는 것은 특히 바람직하다. 그러나, 공간적으로 서로 분리된 두 개의 제어 유닛으로 구성될 수도 있다.

본 발명에 따른 방법은 바람직하게는 엔진의 제어를 위해, 특히 배기 가스 후처리 시스템을 장착한 엔진에서 사용된다. 이는 특히, 촉매 컨버터 및 입자 필터가 조합된 배기 가스 후처리 시스템에서 사용될 수 있다. 또한, 촉매 컨버터만 장착한 시스템에서 사용될 수 있다.

엔진 제어(175)는 제공된 센서 신호를 근거로 하여 엔진 공급 시스템(180)을 작동시키기 위한 제어 신호를 산출한다. 상기 시스템은 상응하는 연료량을 엔진(100)에 할당한다. 연소 시, 배기 가스 내에서 입자가 발생할 수 있다. 이는 배기 가스 후처리 시스템(115) 내의 입자 필터에 의해 흡수된다. 작동 중에 입자 필터(115) 내에는 상응하는 입자량이 수집된다. 이는 입자 필터 및/또는 엔진의 기능을 약화시킨다. 따라서, 입자 필터가 소정의 충전 상태에 도달하면, 일정한 간격으로 재생 과정이 유도된다. 상기 재생은 특수 작동으로 표시될 수 있다.

충전 상태는 예를 들어 다양한 센서 신호를 근거로 하여 인식된다. 이를 위해 한편으로는 입자 필터(115)의 입력과 출력 사이의 압력 차이가 평가된다. 또한 다양한 온도값 및/또는 다양한 압력값에 따라 충전 상태를 결정하는 것은 바람직하다. 산출 또는 충전 상태의 시뮬레이션을 위한 다른 변수들이 고려될 수 있다. 상응하는 방법은 예를 들어 독일 특허 제199 06 287호에 공지되어 있다.

배기 가스 후처리 제어 유닛이, 입자 필터가 일정한 충전 상태에 도달한 것을 인식하면 재생은 초기화된다. 입자 필터의 재생을 위해 다양한 가능성이 제공될 수 있다. 또한, 한편으로는 배기 가스 후처리 시스템(115) 내에서 상응하는 반응을 발생시키는 소정의 물질이 위치 요소(182)를 통하여 배기 가스에 공급될 수 있다. 이 추가적으로 공급된 물질은 특히 온도 상승 및/또는 입자 필터 내에서 입자의 산화에 작용한다. 따라서 예를 들어, 위치 요소(182)를 통하여 연료 및/또는 산화제가 공급될 수 있다.

일 실시예에서 상응하는 신호가 엔진 제어 유닛(175)에 전달되어 이른바 후분사를 실행할 수 있다. 후분사에 의해, 온도 상승을 통하여 배기 가스 후처리 시스템(115)의 재생에 기여하는 목적을 갖는 산화 수소가 배기 가스 내로 유입될 수 있다.

통상적으로 충전 상태가 다양한 변수들을 근거로 하여 결정된다. 임계값과의 비교를 통하여 상이한 상태들이 인식되고, 인식된 충전 상태에 따라서 재생이 유도된다.

다음의 설명된 실시예에서 센서(191)는 온도 센서로 구성된다. 이 센서는 보정 곡선을 통하여 상응하는 온도값으로 전환되는 전압 신호를 공급한다. 이 온도값은 엔진 및/또는 배기 가스 후처리 시스템의 제어를 위해 사용된다.

본 발명에 따른 방법에서는 동적으로 빠른 변수로부터 보정값(K)이 결정됨으로써 상기 값이 수정된다. 특히 분사된 연료량(QK), 공기량(ML) 또는 상기 변수를 나타내는 변수들이 사용된다. 이 때, 대체로 두 가지 효과가 고려된다. 즉, 센서의 지연 특성 자체 및/또는 전체 시스템의 지연 특성이다.

센서 특성은 특히 열 전달 계수를 통하여, 즉, 외부와의 에너지 교환을 통하여 결정된다. 상기 특성은 공기량 흐름을 통하여 접근되는 배기 가스 흐름 속도에 따른다. 공기량 신호의 갑작스런 변경은 배기 가스 온도 센서에서 지연 또는 데드 타임을 발생시킨다. 양호하게는 이 지연 또는 데드 타임은 엔진 속도에 따른다. 상기 효과는 데드 타임 및/또는 지연 요소를 통해 고려된다. 또한 센서의 응답 특성이 온도에 따르기 때문에, 센서 특성은 실제 온도 레벨에 따른다.

온도의 정상적인(stationary) 최종값은 대체로 작동점을 통해 결정된다. 작동점은 바람직하게는 분사량(QK) 및 엔진의 속도(N)를 통해 결정된다. 변수들의 빠른 변경에서 온도 센서의 실제 신호를 보정하는 온도 보정값이 결정된다. 변경의 시간 지연 및 작동 시간은 마찬가지로 필터링을 통해 고려된다.

상기 필터링은 기본적으로 지연 요소 및/또는 데드 타임 요소로 구성된다.

본 발명에 따라서 두 영향을 고려하는 보정 계수가 산출된다. 산출된 보정값은 바람직한 방법으로 제한된다.

이러한 방법은 배기 가스 후처리 시스템의 일례에서 설명된다. 그러나, 제안된 보정은 다른 온도 변수, 특히 엔진에 공급된 공기의 온도의 변수에서 사용된다.

도6에는 다양한 변수들이 시간(t)에 대해 도시된다. 부분 도면 6a에는 엔진의 작동 상태를 나타내는 변수가 도시된다. 시점(t1)에서 변수는 상승하는 형태로 변한다. 분사된 연료량(QK)이 예시적으로 도시된다.

상승 형태의 연료량 증가는 배기 가스 도관(110) 내에서 실제 온도의 증가를 야기한다. 실제 온도(T1)는 부분 도면 6b에 도시된다. 작동 상태의 변경은 온도(T1)에 대한 지연 및/또는 데드 타임에 영향을 미친다. 이는 실제 온도(T1)가 제1 데드 타임 이후에 제1 지연과 함께 상승하는 것을 의미한다.

온도의 상승은 지연 및/또는 데드 타임과 함께 온도 신호(T)에 영향을 미친다. 이는 온도 신호(T)가 제2 데드 타임 이후에야 비로소 제2 지연과 함께 상승하는 것을 의미한다.

도2에는 본 발명에 따른 방법의 제1 실시예가 도시된다. 도1에 설명된 요소들은 동일한 부호로 표시된다. 센서(191)는 배기 가스 도관(110) 내의 배기 가스 온도를 나타내는 신호를 공급한다. 이 신호는 한편으로는 제1 특성 곡선(200)에 도달하고, 다른 한편으로는 연결점(220)에 도달한다. 제1 특성 곡선(200)의 출력 신호는 연결점(205)을 통해 연결점(210)에 도달한다. 연결점(210)의 출력 신호는 제한기(215)를 통해 연결점(220)의 제2 입력부에 도달한다. 연결점(220)의 출력부에는 제어부(172)에 의해 추가 처리될 수 있는 보정된 온도 신호(TK)가 존재한다.

엔진에 공급된 공기량을 나타내는 센서(194)의 출력 신호(ML)는 제2 특성 영역(230) 및 미분기(240)에 도달한다. 제2 특성 영역(230)의 출력 신호는 지연부(235)를 통해 연결점(205)의 제2 입력부에 도달한다. 미분기(240)의 출력 신호는 제3 특성 영역(245)에 도달한다. 제3 특성 영역(245)의 출력 신호는 연결점(260)에 도달한다.

제어부(250)에 의해 제공되는, 분사된 연료량(QK)과 관련된 신호는 미분기(250)를 통해 제4 특성 영역(255)에 도달하고, 여기로부터 연결점(260)의 제2 입력부에 도달한다. 연결점(260)의 출력 신호는 지연부(265)를 통해 연결점(210)의 제2 입력부에 도달한다.

바람직하게는 지연 시간이 엔진 속도(N)에 따르는 지연 요소(235, 265)가 지연 요소 및/또는 데드 타임 요소로 구성된다.

연결점(205, 210)은 바람직하게는 신호의 곱셈에 작용하고, 연결점(220, 260)는 바람직하게는 신호의 덧셈에 작용한다.

제1 특성 곡선(200)은 센서(191)의 온도에 따른 응답 특성과 그 비선형성을 고려한다. 이 특성 곡선(200)은 상기 효과를 보상하는 보정 신호를 제공한다. 여기서 이는 바람직하게는 센서 생산에 의해 사전 설정된 보정값이다.

제2 특성 곡선(230)은 배기 가스로부터 센서로의 열 전달을 고려한다. 이 특성 곡선은 더 상승된 공기량 흐름이 센서를 적은 공기량 흐름보다 더 강하게 냉각 또는 가열하는 것을 고려한다. 또한, 지연부(235)는 엔진의 입력부 측에서 측정되는 공기량에서의 변동이 배기 가스 트레인에서 소정의 지연 시간 및/또는 데드 타임에 의해 작용을 받는다는 고려한다. 여기서 이는 시험대에서 결정된 보정값이다.

지연 요소(235)의 출력부에 인가된 신호는 배기 가스로부터 센서로의 열 전달을 고려한다. 센서의 비선형 특성을 고려하는 보정이 특성 곡선(200)과 함께 발생된다.

미분기 요소(240)는 공기량(ML)의 변경을 나타내는 신호를 결정한다. 상응하게는 미분기(250)는 분사된 연료량(QK)의 변경을 나타내는 신호를 결정한다. 제3 및 제4 특성 곡선(245, 255)은 각각 상기 변경으로부터 보정값을 산출한다. 이 보정값은 배기 가스 후처리 시스템과 같은 배치된 구성 요소 및/또는 엔진의 시간적 지연 특성을 보상한다. 여기서 이는 바람직하게는 테스트 벤치에서 결정된 보정값이다.

이렇게 형성된 보정값은 지연부(265)에 의해 엔진 또는 배치된 구성 요소의 시간적 특성에 적응된다.

도3에는 보정의 다른 실시예가 도시된다. 도1 및 도2에 설명된 요소들은 동일한 부호로 표시된다.

센서(191)와 센서(194)의 출력 신호는 제1 특성 영역(300)에 도달한다. 상기 특성 영역의 출력 신호는 지연부(335)를 통해 연결점(310)에 도달한다. 미분기 요소(240, 250)의 출력 신호는 제2 특성 영역(305)에 도달하고, 제2 특성 영역의 출력 신호는 지연 요소 및/또는 데드 타임 요소(365)를 통해 연결점(310)의 제2 입력부에 도달한다. 제한기(215)는 연결점(310)의 출력 신호에 의해 작동된다.

본 실시예는 대체로 특성 곡선(200, 230)이 특성 영역(300)으로 통합되고, 지연부(335)가 대체로 지연부(235)와 일치함으로써 도2의 실시예와 구별된다. 상응하게는 특성 곡선(245, 255)이 특성 영역(305)으로 통합된다. 또한 지연부(365)와 지연부(265)가 상응한다. 연결점(310)은 도2의 연결점(210)과 상응한다.

제1 특성 영역(300)에는, 온도 센서(191)의 특성을 나타내고 제1 특성 영역이 배기 가스로부터 센서로 또는 역으로의 열 전달과 비선형성을 고려하는 보정값이 위치한다. 지연 요소(335)는 시간적 특성을 고려한다.

제2 특성 영역(305)은 온도 신호의 정상적인 값을 변경시키는 질량 변화 및 공기 변화를 고려한다. 지연부(365)는 엔진 및 배치된 구성 요소의 시간적 특성과 일치한다.

다른 실시예는 도4에 도시된다. 도2 및 도1에 설명된 요소들은 동일한 부호로 표시된다. 도4에 도시된 실시예는 도2에 따른 실시예의 간단한 구현을 나타낸다. 이 실시예는 대체로 미분기 요소(240)와 제3 특성 곡선(245)이 생략되고, 지연부 요소(235, 265)가, 제한기 이전에 직접 배치되고 보정 신호를 전체적으로 지연시키는 지연부 요소(420)로 통합됨으로써 도2에 따른 실시예와 구분된다. 상기 실시예는, 배기 가스로부터 센서로의 열 전달에 대한 작용에 의해 고려되는 것으로써 간소화된다.

도5에는 다른 실시예가 도시된다. 이전의 도면들에서 도시된 요소들은 동일한 부호로 표시된다.

분사된 연료량(QK)과 관련된 신호와 엔진 속도와 관련된 신호는 제3 특성 영역(500)과 제4 특성 영역(510)에 공급된다. 상기 두 특성 영역은 신호를 이용하여 연결점(520)을 작동시키고, 상기 신호는 다시 연결점(530)을 작동시킨다. 연결점(530)의 제2 입력부에 센서의 신호(T)가 인가된다. 연결점(530)의 출력 신호는 DT1 요소와 지연부 요소/데드 타임 요소(215)를 통해, 제1 입력부에 센서의신호(T)가 인가된 연결점(220)에 도달한다.

제1 특성 영역(500)에는 엔진 속도(N)와 분사된 연료량(QK)을 통해 정의된, 소정의 작동 상태에서 정상적인 목표 온도가 저장된다. 이 정상 목표 온도는 정상 상태에서 작동 특성 변수의 존재 시 도달되는 온도를 나타낸다. 제2 특성 영역(510)에는 다양한 영향으로 인한 온도 손실을 나타내는 방열 계수가 저장된다. 값들은 마찬가지로 작동점에 따라 저장된다.

특성 영역으로부터 읽혀지는 두 값을 근거로 하여 기대되는 정상 온도(ST)가 연결점(520)을 통하여 산출된다. 연결점은 온도(ST)를 측정된 온도(T)와 비교한다. 여기서 발생한 편차는 동적으로 처리된다. 바람직하게는 DT1 요소(540)와 지연 요소(215)를 통하여 수행된다.

바람직한 실시예에서 지연부 요소(540, 215)의 시간 상수는 배기 가스 질량 흐름으로부터 사전 설정 가능하다. 선택적으로는 배기 가스 질량 흐름을 위해 엔진 속도(N) 및/또는 공기량(ML) 사용될 수 있다.

특히, 바람직하게는 센서(191)의 결함시에는 치환값이 사용된다. 센서의 결함시에는 온도값(ST)이 치환값으로 사용된다.

Claims

특히 엔진에 공급되고 그리고/또는 엔진으로부터 방출되는 가스의 온도를 나타내는 온도 신호의 보정을 위한 방법이며, 센서의 응답 특성을 고려하는 제1 보정과, 엔진 및/또는 배치된 구성 요소의 시간적 특성을 고려하는 제2 보정이 수행되는 방법.
제1항에 있어서, 특히 센서의 응답 특성의 보정에 사용되는 보정값이 사전 설정 가능한 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서, 보정값이 온도 및/또는 공기량에 따라 사전 설정 가능한 것을 특징으로 하는 방법.
상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 보정값이 작동 상태(QK, ML)의 변경 시에 전체 시스템의 지연 시간의 보정에 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
제4항에 있어서, 보정값이 연료량, 공기량 및/또는 속도에 따라 사전 설정 가능한 것을 특징으로 하는 방법.
상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 또는 복수의 보정값이 제한되는 것을특징으로 하는 방법.
상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 또는 복수의 보정값이 지연부 요소에 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 센서 신호에 대한 치환값이 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
특히 엔진에 공급되고 그리고/또는 엔진으로부터 방출되는 가스의 온도를 나타내는 온도 신호의 보정을 위한 장치이며, 센서의 응답 특성을 고려하는 제1 보정과, 엔진 및/또는 배치된 구성 요소의 시간적 특성을 고려하는 제2 보정을 수행하는 수단을 포함하는 장치.