KR20030036742A - 가변적인 공기 흡기 및 엔진 온도에서의 특성영역으로부터 산화 질소 질량 흐름 결정을 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

엔진의 작동 매개 변수로부터 엔진의 배기 가스 내에 산화 질소 저장 촉매 컨버터의 입구에서 산화 질소 질량 흐름의 결정을 위한 방법이 설명되고, 이는 결정 시 흡기 공기 온도 및 엔진 오일 온도가 고려되는 것을 특징으로 한다.

Description

가변적인 공기 흡기 및 엔진 온도에서의 특성 영역으로부터 산화 질소 질량 흐름 결정을 위한 방법{METHOD FOR DETERMINING NOX MASS FLOW FROM CHARACTERISTICS MAP DATA WITH A VARIABLE AIR INLET AND ENGINE TEMPERATURE}
독일 특허 제1 97 39 848.0호에는 산화 질소 저장 촉매 컨버터의 모델링, 저장 작동과 재생 작동 사이의 변경의 제어 및 조절 및 촉매 컨버터 진단을 제공하는 산화 질소 저장 촉매 컨버터를 장착한 연료 직접 분사식 엔진(BDE)을 위한 엔진 제어 방법이 공지되어 있다. 입력 변수 엔진 속도에 대한 특성 영역 데이터로부터 촉매 컨버터 입력부에서 산화 질소 원료 질량 흐름의 산출, 상대적 연료 질량 전달(전부하와 관련하여), 배기 가스 재순환 부분 및 목표 람다는 중요한 요소이다.
본 발명은 가변적인 공기 흡기 및 엔진 온도에서의 특성 영역으로부터 산화 질소 질량 흐름 결정을 위한 방법에 관한 것이다.
도1은 본 발명의 기술적 주변 환경을 도시하는 도면이다.
도2 내지 도4는 본 발명의 실시예의 기능 블록도이다.
예를 들어, 영하 20℃의 스칸디나비아 겨울 및 영상 40℃의 열대성 또는 남열대성 여름에서의 흡기 공기 온도와 예를 들어 외부 온도에서 상온 시동에 상응하고 지속적 전부하에서 최대 허용 엔진 오일 온도까지 상승할 수 있는 엔진 블록 온도 내의 차이는 공지된 산출에서 고려되지 않는다.
연료 직접 분사식 엔진에 대한 공지된 제어에 있어서 흡기 공기 온도 및 엔진 온도로부터 압축 개시 즈음에 포함된 혼합 기체에 대한 특성 온도가 결정된다(Tein).
본 발명은 종래 기술을 바탕으로 촉매 컨버터 입구에서 산화 질소 원료 질량 흐름의 모델링 개선을 목적으로 한다.
상기 목적은 모델링 시 흡기 공기 온도 및 엔진 오일 온도를 고려함으로써 해결된다.
흡기 공기 온도 및 엔진 오일 온도는 현대식 엔진 제어에서 측정 신호로써 사용된다.
본 발명에 따르면 상기 데이터 사용 및 엔진 속도, 상대적 연료 질량, 배기 가스 재순환비 및 목표 람다값에 대한 산화 질소 특성 영역을 통해 촉매 컨버터 입구에서의 산화 질소 질량 흐름이 지금까지 보다 더 정확하게 산출된다. 바람직한 실시예에서 흡기 공기의 수증기 함유량을 고려하여 정확성이 상승될 수 있다.
본 발명의 실시예는 촉매 컨버터 전방의 산화 질소 질량 흐름(msnovk)이 정의된 표준 상태에 대해 고려된 기본값(msnovk0) 및 온도에 따른 인자(exp(FNOXBAKT＊delTemv))로부터의 결과물로써 산출되는 것을 제공한다.
다른 실시예는 온도에 따른 인자는 흡기 온도 변수(Tein) 변경의 결과로써 공기 및 엔진 온도로부터 결합하여 연소 온도의 변경(delTemv)에 대해 비례적인 것을 제공한다.
다른 실시예는 연소실에서 성층된 혼합 분포를 갖는 제1 작동 모드(성층 작동)와 연소실에서 균질한 혼합 분포를 갖는 제2 작동 모드(균질 작동)로 작동될 수 있는 엔진에서 촉매 컨버터 전방의 산화 질소 질량 흐름의 산출이 성층 작동에서 균질 작동과는 다르게 수행된다.
다른 실시예에 따르면 균질 작동에서 람다에 따른 산화 질소 형성 작동을 위한 인자가 추가로 고려된다.
다른 실시예는 흡기 공기에 대한 상승하는 수증기 부분이 산출 시 촉매 컨버터 전항의 산화 질소 질량 흐름에 대해 감소하면서 작용하는 것이 제공된다.
본 발명은 상술된 방법을 실행하는 전기 제어 장치에 관한 것이다.
본 발명의 형식은 큰 문제없이 엔진 제어로 통합될 수 있고, 존재하는 산화 질소 방출 특성 영역이 벗어난 흡기 공기 온도 및 엔진 공기 온도에 대해 추가로 보충되지 않도록 간단히 구조화된다. 다시 말하면, 표준 상태 및/또는 배기 가스 시험 조건에 고려된 기본 특성 영역이 계속 사용될 수 있고, 표준 상태와 실제 상태의 편차가 보정값을 통한 특성 영역값의 연결을 통해, 특히 곱셈의 연결을 통해 고려된다.
이로써, 산화 질소 질량 흐름의 산출은 더 신속하고 적은 저장 공간을 사용하여 소정의 추가 정보를 전달할 수 있다.
도1의 1은 엔진 실린더의 연소실을 나타낸다. 연소실로의 공기 공급 흐름은 흡기 밸브(2)를 통해 제어된다. 공기는 흡기관(3)을 통해 흡기된다. 흡기 공기량은 제어 장치(5)에 의해 제어되는 드로틀 밸브(4)를 통해 변경될 수 있다. 신호는 운전자의 토크 요구, 예를 들어 가속 페달(6)의 위치를 통해 속도 센서(7)의 엔진 속도(n)에 대한 신호, 공기량 측정 장치(8)의 흡기된 공기량(ml)에 대한 신호, 배기 가스 센서(12)의 배기 가스 성분 및/또는 배기 가스 온도에 대한 신호(Us)는 제어 장치에 공급된다. 배기 가스 센서(12)는 예를 들어, 네른스트(Nernst) 전압이 배기 가스 내의 산소 함유량을 나타내고, 내부 저항이 센서, 배기 가스 및/또는 촉매 컨버터 온도에 대한 기준으로써 고려되는 람다 센서일 수 있다. 배기 가스로부터 유해 물질이 컨버팅되고 그리고/또는 일시적으로 저장된 적어도 하나의 촉매 컨버터(15)에 배기 가스가 공급된다.
경우에 따라서는 상기 입력 신호 및 흡기 공기 및 냉각제 온도 등과 같은 엔진의 다른 매개 변수에 대한 다른 입력 신호로부터 제어 장치(5)는 설정 요소(9)를 통한 드로틀 밸브 각도(alpha)의 설정 및 연료가 엔진의 연소실 내에 분배되는 연료 분사 밸브(10)의 제어를 위한 출력 신호를 형성한다. 또한, 제어 장치에 의해 점화 장치(11)를 통한 점화 개시가 제어된다.
드로틀 밸브 각도(alpha) 및 분사 임펄스 넓이(ti)는 대체로 소정의 토크 구현을 위한 서로 조정될 설정 변수, 배기 가스 성분 및 배기 가스 온도이다. 상기 변수에 영향을 주는 다른 중요한 설정 변수는 상대적 피스톤 운동을 위한 점화각베어링이다. 토크 설정을 위한 설정 변수의 결정은 이점에 있어서 공개될 독일 특허 제1 98 51 990호 발명의 대상이다.
또한 제어 장치는 연소실 내의 연료 공기 혼합기의 효율적인 연소 달성을 위한 다른 기능, 예를 들어 도시되지 않은 배기 가스 재순환 및/또는 연료 탱크 누출을 제어한다. 연소로부터 발생된 가스력은 피스톤(13) 및 크랭크 작동(14)을 통해 토크로 변환된다.
촉매 컨버터로의 산화 질소 전달 모델링을 위해, 제어 장치는 배기 가스 내 산소 과잉 시 촉매 컨버터로의 산화 질소 질량 흐름(mNox)을 엔진의 작동 매개 변수로부터 산출한다. 이는 예를 들어 현재의 산화 질소 방출이 작동 시점에 따라 저장되는 특성 영역의 송출을 통해 발생될 수 있다. 이와 관련하여, 중요한 작동 매개 변수로써 엔진 속도, 상대적 연료량, 배기 가스 재순환 비율 및 목표 람다값을 들 수 있다. 희박 구간에서 방출되는 산화 질소의 전체량은 적분을 통해 나타난다.
연소로부터 발생되는 산화 질소 질량 흐름의 모델링 특징은 이점에 있어서 공개될 독일 특허 제1 97 39 848호에 설명된다.
본 발명의 범주 내에서 사용된 추가 영향 변수 흡기 공기 온도(Tans) 및 엔진 오일 온도(Tmotor)는 산화 질소 형성에 의해 희박 내에서 결정되는 연료 공기 혼합기의 연소 온도에 작용한다. 상기 조건 하에 첼도비히-장치(열적 질소)에 따른 질소가 형성된다. 상기 장치는 공지된 작동 에너지를 통해 그 외의 동일한 조건에서 아레니우산스 명제의 온도에 따른 지수항이 다른 흡기 온도에 대해 선형화될 수 있는 것이 평가될 수 있다(식1). 높은 습도에서와 같은 강한 효과를 고려하기 위해 제공된 지수 기능을 기초로 한 특성 곡선의 사용이 추천된다. 상기 접근에서 다양한 온도의 작용에 대한 영향 인자(FNOXBAKT)가 각 차량 유형에 대한 산화 질소 질량 흐름에 대해 적용된다. 이로써 상기 형식은 산화 질소 형성 장치에 따르지 않으며 (바람직하게는 농후에서) 예를 들어 현저히 작은 작동 에너지를 통해 첼로도비히-질소로 형성되는 프롬프트-질소에 해당된다.
촉매 컨버터 전방의 산화 질소 질량 흐름의 산출(msnovk)을 위해 이하의 식이 제안된다.(식1 및 식2)
(1) msnovk = msnovk0 * exp(FNOXBAKT*delTemv)
(선형화: msnovk = msnovk0 * (1 + FNOXBAKT*delTemv))
언급된 특성 영역으로부터의 촉매 컨버터 전방의 산화 질소 흐름은 msnovk0와 상응하고 FNOXBAKT는 온도에 따른 산화 질소 형성 작동을 나타내는 인자와 상응한다. 예를 들어, FNOXBAKT = 0.003/켈빈이다.
(2) delTemv = FT0_TV * (Tein - TBEZUG) - FTWASDA * antwasda
delTemv는 흡기 효과를 통한 연소 온도의 변경과 상응한다. Tein은 흡기 온도 변수를 나타내고 공기 및 엔진 온도로부터 결합한다. TBEZUG는 특성 영역이 포함되는 온도(Tein)와 상응한다. 특성 영역에 대한 TBEZUG가 일정하지 않은 경우, 평균값의 형성이 수행되고 비상 시, 개별 특성 영역 지점의 재계산이 특성 영역의 공급 이전에 엔진 제어에서 평균값에 대해 수행된다. FT0_TV는 Tein 변경의 연소 온도에 대한 강화 인자의 효율을 나타낸다. 예시: FT0_TV = 2.1. 변수(antwasda)는 부피 퍼센트(절대)의 흡기 공기에서 수증기 부분을 나타낸다. 이는 측정 변수를 의미한다. 인자(FTWASDA)는 연소 온도에 대한 수증기 부분의 영향을 나타낸다. 제안: FTWASDA = 26.6. 변수(Tans)는 엔진의 흡기 공기의 측정된 온도이며, Tmotor는 측정된 엔진 오일 온도이다.
숫자는 대략의 평가에 기인한다. 숫자는 경우에 따라서 실제 차량의 상태에 적응될 수 있다.
성층 작동에서 산화 질소의 주요 부분이 지역적 람다 영역 내에서 가장 높은 온도가 발생하므로 화학량론적 점(람다 = 1)으로 형성되는 것을 기초로 한다. 상기 유형의 영역은 층상 급기에서 람다 평균에 따르지 않고 항상 발생된다. 평균 람다를 통해 효율이 이미 특성 영역 내에서 고려된 공간적 팽창이 변경되고, 반면에 산화 질소 형성의 온도에 따른 특성은 람다에 의한 지역적 영역에의 배치에 의해 외부에서 대체로 1로 변경되지 않고 머무른다. 따라서, FNOXBAKT는 소정의 엔진에 대한 엔진 제어의 데이터 처리에 따라 매개 변수로써 성층 작동 내에서 일정하게 머무른다(식1).
균질 연소에서 지역적 최고 온도는 공기수 람다에 의해 특징지어지는 공연비에 강하게 따른다. 이와 같은 경우에 식1은 작동 인자의 온도에 따라 변경된다(도1a).
(1a) msnovk = msnovk0 * exp(FNOXBAKTL * lamda * * 2 * delTemv)
FNOXBAKTL는 람다에 따른 산화 질소 형성 작동에 대한 인자를 나타낸다. 예시 : FNOXBAKTL = 0.003/K
상기 식은 특성 영역-산화 질소-질량 흐름(msnovk0)에 관한 것이고, 측정 변수는 읽혀진 특성 영역값의 변경을 위해 흡기 공기 온도(Tans), 엔진 오일 온도(Tmotor) 및 수증기 부분(antwasda)을 사용한다. 제공된 특성 영역의 장점은 그대로 유지되고(식1) 언급된 측정 변수의 영향의 간단히 구조화된 설명을 통해 보충된다. 연소 최고 온도의 상승에 대한 기준으로 사용되는 보조 변수(delTemv) 내에서 모든 측정 변수의 집군(bunching)은 본 방법에 대해 특징적이다(식2). 흡기 공기의 수증기 부분(antwasda)은 히트 싱크(heat sink)로써 작용하고, 일정한 공기비에서 연소 온도는 건조한 공기와 비교하여 감소된다. 수증기 부분이 측정되지 않은 경우에 대해, 명백한 결합에 대한 이하의 고려가 불필요하게 될 수 있다. -30℃ 내지 -50℃의 흡기 공기 온도 영역 내에서 최대 절대 습도는 공기 온도와 강하게 결합된다. 상대 습도 평균의 선택을 통해 남아있는 매개 변수의 적응에 대한 문제가 감소하는 것이 달성된다. 특성 영역이 포함되는 온도(TBEZUG)의 흡기 공기 온도(Tans) 및 엔진 온도(Tmotor)의 효과가 통합되는 산출된 변수 흡기 온도(Tein)의 편차는 압축 및 연소 진행에 따라 인자(FT0_TV)로 강화된다(식2).
도2: 수식(식1 및 식2)에 대한 대안으로써 흡기 공기의 입력 온도(Tein) 및 수증기 함유량을 통한 특성 영역이 산화 질소 특성 영역 데이터에 곱셈을 위한 인자 또는 두 개의 특성 곡선 즉, Tein에 대한 특성 곡선 및 흡기 공기의 수증기 함유량에 대한 특성 곡선에 곱셈을 위해 이 점에 대해 사용된다. 블록(2.1)은 부하 및 속도와 같은 엔진 작동 변수를 통해 송출되는 특성 영역과 촉매 컨버터 전방의 산화 질소 질량 흐름에 대한 제1 값이 전달되는 것을 나타낸다. 블록(2.2 및 2.3)은 (엔진 오일 및 흡기 공기 온도에 대한 값을 사용하여 형성된)온도 영향 및 블록(2.4) 내에서 상호 간에 그리고 블록(2.5) 내에서 특성 영역(2.1)의 출력값과 연결되는 흡기 공기의 수증기 함유량 영향(절대 습도)의 보정에 대한 특성 곡선을 나타낸다.
도3: 수증기 함유량이 측정되지 않은 경우, 상대 습도가 예를 들어 0.5의 평균값으로 결정되는 Tans를 통한 특성 곡선이 사용될 수 있고, 도출 시 식1의 선형화 가능성이 사용되는 간단하게 구조화된 인자(식3)를 통한 곱셈을 통해 엔진 온도의 영향이 고려될 수 있다.
(3) msnovk = msnovk0 * 특성 곡선(Tans) * (1 + FTMOT) * (Tmotor - Tans))
도3에는 상기 산출의 기능 블록도가 도시된다. 엔진 온도는 습도 효과에 대한 영향을 전혀 포함하지 않기 때문에, Tein의 기능으로써 특성 곡선이 사용되는 것은 제안되지 않는다. 인자(FTMOT)는 Tein에 대한 엔진 온도의 부분 영향, 압축 단계에서 강화 및 산화 질소 형성 작동(FNOXBAKT)에 대한 인자(제안:FTMOT = 0.001/K)를 포함한다. 도3의 특성 영역의 영향 변수 통합은 도4에 나타난다.
둘 또는 셋의 다른 규격의 제공된 산화 질소-방출-특성 영역의 확장은 가능하지만, 그러나 저장 공간 및 산출 시간 문제로 인해 고려되지 않는다.

Claims (8)

  1. 엔진의 작동 매개 변수로부터 엔진의 배기 가스 내에 산화 질소 저장 촉매 컨버터 입구에서 산화 질소 질량 흐름의 결정을 위한 방법에 있어서,
    결정 시 흡기 공기 온도 및 엔진 오일 온도가 고려되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 촉매 컨버터 전방의 산화 질소 질량 흐름(msnovk)이 온도에 따른 기본값(msnovk0) 및 온도에 따른 인자(exp(FNOXBAKT * delTemv)로부터 결과물로써 산출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 온도에 따른 인자는 흡기 온도 변수(Tein) 변경의 결과로써 공기 및 엔진 온도로부터 결합하여 연소 온도의 변경(delTemv)에 대해 비례적인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 촉매 컨버터 전방의 산화 질소 질량 흐름(msnovk)의 산출 시 흡기 공기에 대한 수증기 부분이 추가로 고려되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 촉매 컨버터 전방의 산화 질소 질량 흐름의 산출은 연소실에서 성층된 혼합 분포에 의한 제1 작동 모드(성층 작동)로 작동되고, 연소실 내에서 균질 혼합 분포에 의한 제2 작동 모드(균질 작동)로 작동될 수 있는 엔진에서 성층 작동은 균질 작동과는 다르게 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 람다에 따른 산화 질소 형성 작동을 위한 인자가 균질 작동에서 추가로 고려되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제4항에 있어서, 흡기 공기에 대한 상승하는 수증기 부분은 산출 시 촉매 컨버터 전방의 산화 질소 질량 흐름에 대해 감소하면서 작용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항에 따른 방법의 실행을 위한 전기 제어 장치.
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