KR20040031095A - 엔진 제어 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엔진 제어 장치 및 방법에 관한 것이다. 공급된 산소량을 나타내는 변수에 대한 실제값과 설정값의 비교에 따라, 엔진에 공급된 연료량 및/또는 엔진에 공급된 산소량에 영향을 주는 조절 요소의 제어를 위한 조절 변수가 사전 설정된다. 실제값 및/또는 설정값이 기준값에 대해 표준화된다.

Description

엔진 제어 방법 및 장치 {METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

실제 분사된 연료량과 원하는 연료량의 편차에 따라, 분사되는 연료량의 보정을 위한 보정값이 사전 설정되는 엔진 제어 방법 및 장치가 독일 특허 제195 286 96호로부터 공지되어 있다. 여기서 분사된 연료량은, 배기가스의 산소 농도를 나타내고 람다 센서에 의해 측정된 변수, 및 센서에 의해 측정된 공기량에 따라 결정된다.

또한, 제어 신호가 공기량 차이에 따라 결정되는 배기가스 재순환 제어 방법 및 장치가 독일 특허 제199 204 98호로부터 공지되어 있다.

공급된 산소량을 나타내는 변수에 대한 실제값과 설정값의 비교에 따라, 엔진에 공급된 연료량 및/또는 엔진에 공급된 산소량에 영향을 주는 조절 요소의 제어를 위한 조절 변수가 사전 설정되는 엔진 제어 방법 및 장치가 공지되어 있다. 특히, 재순환된 배기가스의 부분에 영향을 주는 조절 요소가 제어된다. 일반적으로, 이러한 제어는 최적 연소를 위해 필요한 산소량이 엔진에 공급되도록 행해진다. 나머지 가스량은 배기가스를 통해 채워진다.

또한, 종래기술에 따른 두 개의 방법에서는 공기량 센서가 필요하다. 이 센서는 모든 시스템에서 제공되는 것은 아니다. 특히 LKW 시스템에서 상기 센서는 비용상의 이유로 또는 많은 공기량을 측정하는 경우 부정확의 이유로 제공되지 않는다.

본 발명은 엔진 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명은 이하에서 도면에 도시된 실시예에 의해 설명된다.

도1은 전체 시스템의 블록도이다.

도2 및 도3은 각각 본 발명에 따른 방법의 구성예이다.

본 발명에 따르면, 실제값 및/또는 설정값이 기준값에 대해 표준화되는 것이 제안된다. 양호한 실시예에서, 이는 소정의 작동 상태에서 보정값이 측정 변수와 기준값 사이의 편차에 따라 결정되는 것을 의미한다. 소정의 작동 상태 외에는 이 보정값에 의해 측정 변수가 상응하게 보정된다.

양호하게는, 기준값으로서 기준 엔진에서 상응하는 조건의 경우에 발생되는 측정 변수가 사용된다.

이는 정보력 있게 그리고/또는 신뢰성 있게 측정 변수가 측정될 수 있는 소정의 작동 상태에서 측정 변수가 측정되고 기준값과 비교된다는 것을 의미한다. 이 비교에 따라, 측정 변수와 기준값 사이의 편차를 나타내는 보정값이 결정된다. 소정의 작동 상태에서 기준 엔진에 대한 각 엔진의 편차가 결정된다. 그 다음, 그 외의 작동 상태에서 보정값 및 실제 측정값에 의해, 기준 엔진에서 설정된 변수가 결정된다. 이와 같이 결정된 변수는 제어 회로를 위한 실제값으로 작용한다.

실시예에 따라 실제 변수로서 직접 배기가스의 산소 농도 또는 배기가스 재순환이 행해진 산소 농도와 배기가스 재순환이 행해지지 않은 산소 농도 사이의 차이값이 사용될 수 있다. 또한, 상응하게, 엔진에 공급된 산소량을 나타내는 다른변수, 예를 들면, 배기가스 재순환 속도, 공기량 또는 재순환된 배기가스량의 조절에 의해서도 행해질 수 있다.

양호하게는, 엔진에 공급된 연료량 및/또는 엔진에 공급된 산소량에 영향을 주는 조절 요소가 조절 변수에 의해 제어된다. 이는 양호하게는 재순환된 배기가스량에 영향을 주기 위한 조절 요소이다.

상기 방법은 배기가스의 산소 농도를 나타내는 측정 변수에 사용될 때 특히 유리하다.

양호하게는, 소정의 작동 상태는 적어도 회전수 및 분사량을 통해 한정된다. 특히 양호한 작동 상태에서 배기가스의 재순환은 행해지지 않는다.

기준값 및/또는 측정 변수가 적어도 온도 및/또는 압력 변수에 따라 보정될 때 특히 정확한 제어가 이루어진다. 이를 통해, 온도 및 공기압의 영향이 보상될 수 있다.

본 발명에 따른 방법에 의해, 명백한 배기가스 방출의 감소를 가능케 하는, 배기가스 재순환 속도 또는 엔진에 공급된 공기량의 조절이 가능하다.

본 발명의 다른 유리하고 바람직한 실시예 및 변형례가 종속항에 개시되어 있다.

도1에는 엔진(100)의 제어 장치가 도시된다. 연료 공급 유닛(110)이 엔진에 배속된다. 또한, 예를 들면 엔진의 회전수와 같은 작동 변수를 측정하는 센서(120)가 제공된다. 센서의 출력 변수는 제어 유닛(130)에 도달되고, 또한, 이 제어 유닛(130)은 예를 들면 분사 연료량(QK)을 결정하는 제어 신호에 의해 연료 공급 유닛(110)을 제어한다.

공기가 공기관(150)을 통해 엔진으로 도달되고, 배기가스는 배기가스관(160)을 통해 엔진으로부터 유도된다. 배기가스관(160) 및 공기관(150)은 배기가스 재순환 도관(170)을 통해 연결된다. 배기가스 재순환 도관 영역에 배치된 배기가스 재순환 조절 유닛(140)에 의해, 재순환되는 배기가스의 양 및 이에 따른 엔진에 공급되는 공기의 양이 제어될 수 있다.

또한, 배기가스관에는, 공기관에 배치된 압축기(184)를 축(186)을 통해 구동하는 터보 과급기의 터빈(182)이 배치된다. 터빈 후방의 영역은 160c로도 표시되고, 터빈과 배기가스 재순환 도관(170)의 분기점 사이의 영역은 160b로 표시되며, 엔진과 분기점 사이의 영역은 160a로 표시된다.

또한, 압축기 전방에 있는 공기관 영역은 150a로 표시되며 압축기의 후방 영역은 150b로 표시된다. 특히 압축기 후방의 공기관에서, 도관 성분 150b 또는 150c 및 배기가스 재순환 도관(170)에는 가스를 냉각하는 냉각기(190)가 배치될 수 있다. 배기가스관(160), 양호하게는 160b 및/또는 160c 영역에는, 배기가스의 산소 농도를 나타내는 신호를 제공하는 센서(126)가 배치된다.

공기관(150c)에는, 엔진으로 공급되는 공기의 압력(P2) 및 온도(T2)에 대한 신호를 측정하는 센서(122, 124)가 배치된다.

특히 유리한 실시예에서는, 배기가스관 및/또는 공기관 또는 배기가스 재순환 도관 영역의 다른 압력 변수를 측정하는 다른 온도 및 압력 센서도 제공될 수 있다.

본 발명에 따르면, 압축기(184)가 엔진에 공급되는 공기를 압축하고 이 공기가 공기관을 통해 엔진에 도달되는 것이 제안된다. 엔진의 배기가스는 배기가스관 및 터빈(182)을 통해 유동되고, 그 후 주위에 도달된다.

터빈(182)은 축(186)을 통해 압축기를 구동한다. 배기가스 재순환 조절 유닛에 의해 배기가스의 일부가 공기관의 공기에 혼합될 수 있다.

양호하게는, 배기가스 재순환 조절 유닛(140)은 배기가스 재순환 도관(170)의 밸브로서 형성된다. 대안적으로 그리고/또는 보충적으로 스로틀밸브가 공기관, 특히 구간(150b)에 제공될 수 있다.

제어 유닛(130)은 신호(QK)를 통해 연료 공급 유닛(110)을 제어한다. 또한, 제어 유닛(130)은 배기가스 재순환 속도를 조절하기 위해 배기가스 재순환 조절 유닛(140)을 제어한다. 특히 유리한 실시예에서는 다른 변수의 제어를 위한 다른 조절 요소도 제공될 수 있다.

본 발명에 따르면, 배기가스의 산소량이 사전 설정된 값에 대해 조절되는 것이 제안된다. 이를 통해, 배기가스 방출이 명백히 감소될 수 있다. 산소량에 영향을 주는 본질적인 변수는 재순환 배기가스의 비율이다. 재순환 배기가스의 비율은 배기가스 방출 최적 연소를 위해 요구되는 산소량만이 엔진에 공급되도록 설정되어야 한다. 이를 위해, 조절된 배기가스 재순환이 실행되는 것이 필요하다. 이 조절을 위해, 공기량 측정 장치가 필요하다. 이는 매우 소모적이고, 비용 집약적이며, 많은 공기량으로 인해 종종 부정확하다. 상응하는 내용이 재순환된 배기가스량을 측정하는 센서에 대해서도 적용된다. 배기가스의 산소 농도를 통해 배기가스 재순환의 조절이 이루어질 때 특히 간단하다.

본 발명에 따르면, 양호하게는 회전수 및/또는 분사량을 통해 한정되는 소정의 작동 시점에서 배기가스 재순환 도관이 차단될 때, 즉, 배기가스 재순환이 행해지지 않을 때, 측정된 람다 센서 신호(LM)가 특성 영역으로부터의 기준값(LR)과 비교되는 것이 제안된다. 특성 영역으로부터의 값은 기준 엔진, 소위 골던 엔진(Golden Motor)에서 결정되었다. 상기 비교 시 소위 적응값이 결정된다. 측정된 람다 신호(LM)가 이 적응값(LK)에 의해 조정되어 기준 특성 영역의 값에 대해 적합화된다.

제1 실시예에서, 배기가스 재순환 도관이 차단될 때 산소량을 나타내는 특성 영역값, 및 스로틀밸브가 개방될 때의 조정된 람다값(LA)에 따라, 차이값(LD)이 형성된다. 그 다음, 이 차이값(LD)은 설정값과 비교되어 조절기로 제공된다.

제2 실시예에서, 조정된 람다값(LA)이 직접 설정값에 대해 조절되는 것이 제안된다. 마찬가지로, 이 설정값도 골던 엔진에 대해 결정되었다.

특히 양호한 실시예에서, 특성 영역의 출력값 및/또는 양호하게는 공기의 압력 및 온도와 같은 여러 작동 변수에 대한 람다 센서의 측정값(LM)이 보정되는 것이 제안된다. 이는 람다 신호가 압력 및 온도에 따른다는 것을 기술로 하여 이루어진다. 특히 특성 영역의 보정을 통해 여러 주위 조건, 예를 들면 보다 높은 곳에서의 주행이 고려된다.

적응값(LK)의 결정을 위해 배기가스 재순환 도관이 차단되어야 한다. 이는 활성 실시예에서 이루어지는데, 즉, 소정의 작동 조건, 특히 정적 작동 조건이 검출될 때, 활성 배기가스 재순환 도관이 차단된다. 다른 실시예에서, 정상 작동 시, 배기가스 재순환이 차단될 때, 즉, 완전 부하 가속도에서 적응이 이루어지는 것이 제안된다. 이러한 경우 람다 센서 신호의 동적 보정이 유리하다.

적응값(LK)으로서 도시된 실시예에서 몫(quotient)이 사용된다. 몫에 대한 대안으로 차 또는 그 외 수학적 논리 결합, 예를 들면, 레벨 또는 특성 영역에 대한 값이 선택될 수도 있다.

실제값 및 설정값 사이의 비교가 차단된 배기가스 재순환과 개방된 배기가스 재순환 사이의 차, 또는 람다 센서 신호용 절대값에 의해 실행될 수 있다.

배기가스 재순환용 조절 장치는 스로틀밸브, 배기가스 재순환 조절 밸브 및/또는 충전기 및/또는 이러한 구성요소들의 조합일 수 있다. 또한, 예를 들면 파일럿 제어 장치와 같은 여러 구성요소들에 대한 제어 장치가 보충될 수도 있다.

도2에는 본 발명에 따른 방법의 제1 실시예가 도시된다. 이미 도1에서 설명된 요소들은 상응하는 도면 부호로 표시된다.

센서(120)에 의해 제공되거나 또는 제어 유닛(130)내에 존재하는, 회전수 및 분사 연료(QK)에 관한 신호가 산소 농도 특성 영역(200)으로 제공된다. 특성영역(200)의 출력 신호(LR)는 논리 소자(215)를 통해 논리 소자(220) 및 논리 소자(270)에 도달된다. 제1 압력 온도 보상부(210)의 출력 신호는 논리 소자(215)의 제2 입력부에 인가된다. 논리 소자(235)의 출력 신호는 논리 소자(220)의 제2 입력부에 인가된다. 배기가스의 산소 농도를 나타내는 신호를 제공하는 센서(126)의 출력 신호(L)가 논리 소자(235)의 제1 입력부에 인가된다. 제2 압력 온도 보상부(230)의 출력 신호는 논리 소자(235)의 제2 입력부에 인가된다. 제1 및 제2 압력 온도 보상부는 압력 및 온도값을 제공하는 센서(122, 124)의 신호(P2, T2)에 의해 제어된다.

또한, 논리 소자(235)의 출력 신호(L)는 제1 절환 장치(242a)를 통해 논리 소자(260)에 도달된다. 마찬가지로, 논리 소자(220)의 출력 신호도 절환 장치(242b) 및 필터(250)를 통해 논리 소자(260)에 도달된다. 절환 장치(242a, 242b)는 회전수 및/또는 연료량에 대한 신호가 공급되는 논리(240)에 의해 제어된다. 논리 소자(260)의 출력 신호(LA)는 논리 소자(270)의 제2 입력부에 도달된다. 논리 소자(270)의 출력 신호(LD)는 논리 소자(290)에 도달되고, 이 논리 소자(290)의 제2 입력부에는 설정값 사전 설정부(280)의 출력 신호가 인가된다. 양호하게는, 산소 농도 특성 영역(200)에서와 동일한 변수들이 설정값 사전 설정부에 제공된다. 논리 소자의 출력 신호에 의해 조절기(295)가 제어되고, 이 조절기(295)는 다시 배기가스의 산소 농도에 영향을 주기 위한 여러 조절 요소를 제어한다. 이는 양호하게는 배기가스 재순환 조절 장치(140)이다.

산소 농도 특성 영역(200)에는 배기가스의 산소 농도용 기준값(LR)이 존재한다. 이 값은 이 실시예에서 회전수 및 분사 연료량으로 표시되는 소정의 작동 조건에서 엔진의 배기가스의 산소 농도를 나타낸다. 여기서, 도시된 실시예의 경우는 배기가스관으로부터 공기관으로의 배기가스의 재순환이 발생되지 않는 작동 상태이다. 회전수 및/또는 연료량 대신에, 이 변수들을 나타내는 다른 변수들 및 부가적 변수들도 고려될 수 있다. 양호하게는 기준값은 기준 엔진용 배기가스의 산소 농도를 나타낸다.

산소 농도의 측정값(LM)이 논리 소자(220)에서 이러한 기준값과 비교된다. 기준값(LR)은 배기가스 재순환이 행해지지 않을 때만 설정된다. 배기가스 재순환이 행해지지 않을 때 산소 농도에 대한 측정값(LM)과의 비교가 실행되는 것이 제안된다. 이는 절환 장치(242)가 논리(240)에 의해 상응하게 제어됨으로써 고려된다. 배기가스 재순환이 행해지는 작동 상태에서, 측정된 산소 농도(LM)는 기준값(LR)과 비교된다. 이 비교의 결과값은 필터링된다. 양호하게는, 저역 필터(250)에 의해 평균값이 형성된다. 이 값에 따라 보정값(LK)이 형성된다. 이 보정값(LK)은 기준 엔진에서 설정된 예상값과 산소 농도에 대한 측정값의 편차를 나타낸다. 이 보정값(LK)은 배기가스 재순환이 행해지지 않는 작동 상태에서 측정되고 모든 작동 상태에서 측정값(LM)의 보정을 위해 사용된다. 또한, 상기 값이 적용되지 않는 작동 상태, 즉, 배기가스 재순환이 행해지는 작동 상태에서, 절환 장치(242a)는 연결되고 절환 장치(242b)는 개방된다.

논리 소자(260)에서, 측정값(LM)은 보정값(LK)에 의해 보정된다. 도시된 도2의 실시예에서, 측정값에 곱해지는 계수가 형성된다. 논리 소자(260)의 출력부에서 산소 농도에 대한 조정값(LA)이 제공된다. 이 값(LA)은 배기가스 재순환이 행해지는 모든 작동 상태에서 기준 엔진에 대해 표준화된 배기가스의 산소 농도를 나타낸다. 논리 소자(270)에서 이 값은 배기가스 재순환이 행해지지 않는 기준 엔진의 산소 농도값(LR)과 비교된다. 그 다음, 이 신호(LD)는 논리 소자(290)에서 설정값과 비교되어 조절기(295)로 제공된다. 이는 설정값 사전 설정부(280)에 배기가스 재순환이 행해지는 산소 농도와 배기가스 재순환이 행해지지 않는 산소 농도 사이의 차이에 대한 설정값이 존재한다는 것을 의미한다. 그 다음, 이 설정값에 대해, 배기가스 재순환이 행해지는 산소 농도와 배기가스 재순환이 행해지지 않는 산소 농도 사이의 실제 차이값이 조정된다.

도3에는 특히 유리한 다른 실시예가 도시된다. 상응하는 블록은 상응하는 도면 부호로 표시된다. 도3의 실시예는 배기가스 재순환이 행해지는 산소 농도와 배기가스 재순환이 행해지지 않는 산소 농도 사이의 차이값에 대해 조절이 이루어지는 것이 아니라, 조정된 산소 농도(LA)에 대해 조절이 이루어진다는 점에서 본질적으로 도2의 실시예와 다르다. 이는 기준 엔진에 대해 배기가스 재순환이 행해지지 않는 경우의 람다 농도에 대한 설정값이 설정값 사전 설정부(280)에 존재한다는 것을 의미한다.

두 개의 실시예는 센서의 출력 신호가 기준 엔진에서 설정된 값에 대해 표준화된다는 점에서 공통된다. 그 다음, 이 표준화된 신호 또는 이 표준화된 신호에 따라 계산된 변수는 조절을 위한 실제값으로 사용된다. 여기서, 특히 유리하게는, 조절 설정값을 위한 특성 영역(280)이 각 엔진에 대해 맞추어질 필요는 없다. 모든 엔진에 대해 자체의 특성 영역값이 사용될 수도 있고, 이를 통해 적용 영역의 비용이 명백히 감소된다. 기준 엔진에 대한 각 엔진의 편차는 적응값을 통해 보상된다.

또한, 프로그램 코드 수단을 포함하는 컴퓨터 프로그램 및 프로그램 코드 수단을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품 형태의 구현물은 특히 중요하다. 본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램은 이 프로그램이 컴퓨터, 특히 차량의 엔진용 제어 장치에서 실행될 때 본 발명에 따른 방법의 모든 단계를 실행하도록 프로그램 코드 수단을 포함한다. 이러한 경우, 본 발명은 제어 장치에 저장된 프로그램을 통해 구현되므로, 프로그램이 제공된 상기 제어 장치는 그 실행을 위해 상기 프로그램이 적합한 본 방법과 동일한 방식으로 본 발명을 구현한다. 본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램 제품은 이 프로그램 제품이 컴퓨터, 특히 차량의 엔진용 제어 장치에서 실행될 때 본 발명에 따른 방법을 실행하도록 컴퓨터 판독 가능한 데이터 기억 매체에 저장된 프로그램 코드 수단을 포함한다. 이러한 경우 본 발명은 데이터 기억 매체를 통해 구현되어, 본 발명에 따른 방법은 프로그램 제품 또는 데이터 기억 매체가 특히 차량의 엔진용 제어 장치에 일체될 때 실행될 수 있다. 데이터 기억 매체 또는 컴퓨터 프로그램 제품으로서 특히 전기 기억 매체, 예를 들면, 읽기전용 메모리(ROM), EPROM 또는 예를 들면 CD-ROM 또는 DVD와 같은 전기 비소멸성 기억 장치도 사용될 수 있다.

Claims (12)

1. 공급된 산소량을 나타내는 변수에 대한 실제값과 설정값의 비교에 따라, 엔진에 공급된 연료량 및/또는 엔진에 공급된 산소량에 영향을 주는 조절 요소의 제어를 위한 조절 변수가 사전 설정되는 엔진 제어 방법에 있어서,

   실제값 및/또는 설정값이 기준값에 대해 표준화되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 소정의 작동 상태에서 보정값이 측정 변수와 기준값(골던 엔진 특성 영역에 대한 값) 사이의 편차에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제2항에 있어서, 배기가스의 산소 농도가 측정 변수로 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 보정값은 엔진과 기준 엔진 사이의 편차를 나타내는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 보정값에 의해 실제값이 기준값에 대해 표준화되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 소정의 작동 상태는 적어도 회전수 및 분사량을 통해 한정되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 소정의 작동 상태에서 배기가스의 재순환이 행해지지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 배기가스 재순환 도관의 연결 후 배기가스관 및/또는 공기관의 측정 변수를 결정하기 위한 센서가 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 기준값 및/또는 측정 변수가 적어도 온도 및/또는 압력 변수에 따라 보정되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 공급된 산소량을 나타내는 변수에 대한 실제값과 설정값의 비교에 따라, 엔진에 공급된 연료량 및/또는 엔진에 공급된 산소량에 영향을 주는 조절 요소의 제어를 위한 조절 변수를 사전 설정하는 수단을 포함하는 엔진 제어 장치에 있어서,

    실제값 및/또는 설정값을 기준값에 대해 표준화하는 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
11. 프로그램이 컴퓨터, 특히 엔진용 제어 장치에서 실행될 때, 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 모든 단계를 실행하도록, 프로그램 코드 수단을 포함하는 컴퓨터 프로그램.
12. 프로그램 제품이 컴퓨터, 특히 엔진용 제어 장치에서 실행될 때, 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하도록, 컴퓨터 판독 가능한 데이터 기억 매체에 저장된 프로그램 코드 수단을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품.