KR20070059212A - 내연기관의 람다값을 조절하기 위한 방법 - Google Patents

내연기관의 람다값을 조절하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

내연기관(1)의 람다값을 조절하기 위한 방법으로서, 내연기관은 내연기관의 배기 가스를 후속적으로 처리하기 위한 촉매 변환장치 및 상기 배기 가스의 조성을 판독하기 위해 촉매 변환장치의 상류에 배열된 이중 람다 탐침을 포함하고, 이 경우 람다 목표값은 린/리치 진폭과 중첩되며, 린/리치 진폭은 적분형 성분(I) 및 람다 목표값으로 되돌리는 불연속적 구성부분(P)을 가지고, 린/리치 진폭에 의해 생성된 배기 가스의 조성에서의 변화로부터 벗어나는 이탈(D)이 일어나면 적분형 성분(I)의 계수가 변하거나 및/또는 불연속 성분(P)이 적분형 성분에 추가되거나 삭제된다.

Description

내연기관의 람다값을 조절하기 위한 방법 {METHOD FOR REGULATING THE LAMBDA VALUE OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 배기 가스를 후속적으로 처리하기 위한 촉매 변환장치 및 촉매 변환장치의 상류에 배열된 이중 람다 탐침(binary lambda probe)을 구비한 내연기관의 람다값을 조절하기 위한 방법에 관한 것으로서, 이 경우 린/리치(lean/rich) 진폭이 람다 목표값과 중첩된다(superimpose).
이러한 형태의 조절 장치, 바람직하게는 캐스케이드(cascade) 조절 장치로, 촉매 변환장치의 상류 도는 하류에 배열된 람다 탐침을 이용하여, 배기 가스의 조성이 판독되고, 내연기관의 연료 공급의 주입량은 원하는 배기 가스의 조성에 최종적으로 다시 도달할 수 있도록 상응하게 제어된다. 이는 람다값이 원하는 범위 내에 있는 것을 보장하고, 그 결과로 HC, NOX 및 CO의 양이 최소로 감소된다.
배기 가스 방출값들은 조절 회로의 제어 속도에 의존하고, 특히 내연기관의 난기(warm-up) 단계에서 그러하다.
두 개의 이중 람다 탐침을 갖는 조절 방법에서, 배기 가스의 유동 방향으로, 하나는 촉매 변환장치의 상류에 배열되고, 다른 하나는 촉매 변환장치의 하류에 배열된다. 촉매 변환장치의 상류의 이중 람다 탐침의 전압은 이중 정보의 아이템 (item)으로 전환되고, 이 정보는 현재 리치된 배기 가스 농도인지 또는 린 배기 가스 농도인지를 특정한다. 값은 정보의 이러한 아이템에 기초하여 결정되고, 이 값과 함께 내연기관의 연료 공급장치에 주입된 연료량이 제어된다. 촉매 변환장치의 상류의 람다 탐침이 린 배기 가스의 조성을 판독한다면, 혼합물 형성의 값은 단계적으로 λ = 1.0의 값으로부터 0.98 ... 0.97로 감소되고, 이는 람다 탐침이 리치 배기 가스의 조성 상태를 판독할 때까지 그러하다. 리치 배기 가스의 조성을 인식한 결과, 혼합물 형성의 값은 이제 λ = 1.0까지 증분적으로(by an increment) 증가되고 이후 단계적으로 1.02 - 1.03까지 증가된다. 람다값에서 단계적인 증가 및/또는 감소는 적분형 성분으로서 지칭되고, 람다값의 급작스런 피드백은 불연속 성분으로서 지칭된다. 이 사이클은 소위 린/리치 진폭이라고 불리고, 리치 진폭은 예를 들어 람다값이 0.97로 추정되고, 린 상태는 람다값이 1.03으로 추정되며, 이는 1.0의 람다 목표값에 기초한 것이다.
그러나, 예상치 못한 변화가 일어나면, 혼합물의 리치화(enrichment) 및/또는 린화(enleanment)는, 배기 가스 탐침이 린으로부터 리치로의 및/또는 리치로부터 린으로의 상태 변화를 재탐지할 때까지, 람다값에서 제공되는 단계적 증가 및/또는 감소 후에도 계속된다. 따라서 조절 회로는 지연된 방식으로(delayed manner) 변화에 응답한다.
이러한 종래 기술에 기초하여, 본 발명의 목적은 내연기관의 람다값을 조절하기 위한 방법을 제공하는 것이고, 이탈의 경우에 증가된 제어 속도를 특징으로 하며 이에 의해 예정된 람다 목표값에 더욱 빠르게 도달한다.
이 목적을 이루기 위해, 청구항 제1항에 따른 방법이 제안되고, 이 방법에서 린/리치 진폭에 의해 생성된 배기 가스의 조성의 요동으로부터 벗어나는 이탈이 인식된다면, 불연속 성분이 적분형 성분으로부터 제거되거나 또는 추가되며 및/또는 적분형 성분의 계수가 변화된다. 불연속 성분은 정해진 방법으로 이탈에 상반되어 추가되고 및/또는 적분형 성분의 계수는 이탈에 상반되도록 증가된다.
배기 가스의 조성에 대한 변화가 있는 경우, 이는 조절 장치가 상기 변화에 더욱 빠르게 개별적으로 반응하는 것을 가능하게 한다.
계수 및/또는 불연속 성분은 이탈의 크기에 따라 개별적으로 선택될 수 있고, 이에 의해 각각의 이탈에 대해 개별적으로 반응할 수 있다.
또한, 린/리치 진폭은 예정된 사이클 시간의 특징을 나타내고, 이는 이탈이 없는 정상 작동을 확인하며, 이와 함께 이탈을 인식 가능하게 하는데, 이는 실제 사이클 시간이 예정된 사이클 시간으로부터 벗어나면 나타난다.
대안적으로, 산소 로딩 값이 예정된 값으로부터 벗어나면, 이후 이탈이 확인되면서, 촉매 변환장치에서의 산소 로딩이 결정될 수 있다.
본 발명은 바람직한 예시적 실시예를 참고하여 이하에서 더욱 자세하게 설명된다. 도면은 상세하게 다음을 도시한다.
도 1은 크랭크실 및 이의 하류에 배치된 촉매 변환장치를 갖는 내연기관을 도시한다.
도 2a는 이탈 및 추가된 불연속 성분을 갖는 린/리치 진폭을 도시한다.
도 2b는 이탈 및 일체형 구성부분의 변화된 계수를 갖는 린/리치 진폭을 도시한다.
크랭크실(1), 입구 채널(2) 및 출구 채널(3)을 갖는 내연기관(10)은 도 1에서 인식될 수 있다. 촉매 변환장치(4)는 출구 채널(3)에 배열되고, 여기서 내연기관(10)에 의해 생성된 배기 가스가 후속적으로 처리되고, 이에 의해 예정된 HC, NOX, 및 CO 값이 유지된다. 이중 람다 탐침(6)은 배기 가스의 유동 방향으로 촉매 변환장치(4)의 상류에 배열되고, 상기 람다 탐침(6)은 촉매 변환장치(4)의 상류에서 배기 가스의 조성을 측정한다. 제 2 이중 탐침(5)은 배기 가스의 유동 방향으로 촉매 변환장치(4)의 하류에 배열되고, 제 2 이중 탐침(5)에 의해 이후에 촉매 변환장치(4)에 의해 처리된 배기 가스의 조성이 측정될 수 있다.
도 2a에서, 본 발명에 따른 조절 방법이 추가적인 불연속 성분(Ps)와 함께 도시된다. 윗 도면에서 배기 가스의 조성은 시간에 따라 도시되고, 아래 도면에서 조절 방법에 의해 생성된 혼합물 형성이 시간에 의해 도시된다. 윗 도면에서, 정상 상태(A)는 시작에서 처음으로 도시되고, 여기서 배기 가스의 조성의 리치 상태의 방향으로 10% 변화(D)가 추가된다. 또한, 이후 불완전한 영역(faulty region)이 B로 확인된다. 도면의 아래 절반에서, 이후 생성되는 혼합물 형성이 확인될 수 있다. 시작에서, 정상 상태(A)는 린/리치 진폭이 어떻게 람다 목표값에 추가되는지 도시한다. 먼저 커브는 적분형 성분(integral component)(I)에 따라 증가하고, 이 는 약 1.02-1.03 람다값의 혼합 농도에 이를 때까지 증가한다. 이 상태가 촉매 변환장치(4)의 상류에 배열된 이중 람다 탐침(6)에 의해 리치로서 인식된다면, 커브는 불연속 성분(P)에 의해 1.0의 람다 목표값으로 되돌아오고, 적분형 성분이 새롭게 음의 방향으로 시작한다. 적분형 성분(I)의 지속 시간은 사이클 시간(T1)으로서 지칭된다. 정상 상태에서, 혼합물 형성은 1.03 내지 0.97의 값 사이에서 아래위로 일정하게 요동하고, 이에 의해 람다값 1.0의 원하는 목표 배기 가스의 조성이 유지된다. 이제 변화(D)가 리치가 된 배기 가스의 조성의 방향으로 일어난다면, 린 상태는 탐지되지 않고, 예정된 사이클 시간(T2)가 초과된다. 예정된 사이클 시간(T2)을 초과함에 의해, 변화(D)의 존재가 추정되고, 예정된 오차허용 시간(tolerance time)(Ts) 후, 불연속 성분(Ps)이 적분형 성분(I)에 추가된다. 불연속 성분(Ps) 후, 적분형 성분(I)이 불연속 성분(Ps) 이전과 동일한 계수로 진행되고, 이는 촉매 변환장치의 상류에 배치된 이중 람다 탐침(6)이 린 상태를 탐지할 때까지 진행된다. 이후 혼합물 형성은 불연속 성분(P)에 의해 새로운 람다 목표값으로 뛰어오르고, 린/리치 진폭을 이용하는 조절이 새롭게 시작한다. 얻어진 제어 시간은 시간(TR)이고, 이는 점선 및 실선 사이의 시간차와 같다.
대안적으로, 동일한 결과는, 변화(D)가 발생되고 적분형 성분(I)의 계수가 커진 후, 즉 커브가 Is에 따라 더욱 가파르게 떨어진 후(도 2b를 보라), 이루어질 수 있다.
이탈은 사이클 시간의 벗어남에 의해 도 2a 및 2b에서 탐지되나, 그럼에도 불구하고 대안적으로 촉매 변환장치(4)의 목표 산소 로딩에서 벗어남에 의해 측정 될 수 있다. 이를 위해, 촉매 변환장치로부터 밖으로 유동하는 배기 가스의 조성이 이중 탐침(5)에 의해 측정된다.

Claims (4)

  1. 내연기관(1)의 람다값을 조절하기 위한 방법으로서,
    상기 내연기관(1)은 상기 내연기관(1)의 배기 가스를 후속적으로 처리하기 위한 촉매 변환장치(4) 및 상기 배기 가스의 조성을 판독하기 위해 상기 촉매 변환장치(4)의 상류에 배열된 이중 람다 탐침(binary lambda probe, 6)을 포함하고,
    상기 방법은:
    - 적분형 성분(integral component, I) 및 람다 목표값에 근거한 불연속 성분(P)을 포함하는 린/리치(lean/rich) 진폭을 상기 람다 목표값과 중첩시키는 단계(superimposing);
    - 상기 린/리치 진폭에 의해 생성된 상기 배기 가스의 조성에서의 요동으로부터 벗어나는, 상기 배기 가스의 조성에서의 이탈(malfunction, D)을 인식하는 단계; 및
    - 향상된 제어 속도를 제공하기 위해, 상기 이탈(D)에 상반되도록 상기 적분형 성분(I)에 추가적인 불연속 성분(Ps)을 추가하고 및/또는 상기 이탈(D)에 상반되도록 상기 적분형 성분(I)의 계수를 크게 하는 단계를 포함하는,
    내연기관의 람다값을 조절하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이탈(D)에 개별적으로 반응할 수 있도록, 상기 이탈의 크기에 따라 상기 추가된 불연속 성분(Ps) 및/또는 상기 계수를 개별적으로 선택하는 것을 특징으로 하는,
    내연기관의 람다값을 조절하기 위한 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 린/리치 진폭이 예정된 사이클 시간(T1, T2)을 포함하고,
    상기 예정된 사이클 시간(T1, T2)으로부터 실제 사이클의 시간이 벗어나는 경우에 상기 이탈(D)이 탐지되는 것을 특징으로 하는,
    내연기관의 람다값을 조절하기 위한 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 촉매 변환장치(4)에서의 산소 로딩(O2 loading)이 측정되고,
    상기 산소 로딩 값이 예정된 값으로부터 벗어나는 경우에 상기 이탈(D)이 결정되는 것을 특징으로 하는,
    내연기관의 람다값을 조절하기 위한 방법.
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