KR20080005089A - 과류 공기를 이용하여 엔진을 작동시키기 위한 방법 및제어 장치 - Google Patents

과류 공기를 이용하여 엔진을 작동시키기 위한 방법 및제어 장치

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KR20080005089A
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Abstract

본 발명은 연소실(12), 연소실(12)의 가스 교환 밸브들(16, 18)의 가변의 제어부, 흡입 시스템(20) 및, 터보 과급기(26)와 적어도 하나의 촉매 컨버터(52)를 갖는 배기 가스 시스템(22)을 구비한 엔진(10)을 제어하기 위한 방법에 관한 것이다. 이 경우 가스 교환 밸브들(16, 18)의 밸브 오버랩 시에, 흡입 시스템(20)으로부터 배기 가스 시스템(22)으로 과류하는 공기량(mL_abg)의 값은 가변의 제어부에 대한 관여에 의해서 제어된다. 상기 방법은, 연소실-연료/공기 혼합물의 농후화의 제1 정도가 요구되며, 그리고 촉매 컨버터(52)에 대한 과열 위험(TR)이 있는지, 과열 위험(TR)이 존재할 때 촉매 컨버터(52) 내의 발열 반응에 의해서 발생한 열량(Q)을 제한하는 조치가 취해지는지의 여부가 조사되는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 방법의 진행을 제어하기 위한 제어 장치(30)가 제안된다.

Description

과류 공기를 이용하여 엔진을 작동시키기 위한 방법 및 제어 장치{METHOD AND CONTROLLER FOR OPERATING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE USING OVERFLOW AIR}
본 발명은 제1항의 전제부에 따른 방법 및 제10항의 전제부에 따른 제어 장치에 관한 것이다. 여기서, 엔진은 각각 복수의 연소실들, 터보 과급기 및 촉매 컨버터를 포함할 수 있다.
터보 과급기는 엔진 회전수가 낮을 때 일반적으로, 엔진의 효율적인 충전을 위한 충분한 과급압을 제공하지 않는다. 이 경우 효율적인 충전은, 자유로이 흡입되는 엔진에 비교할 때, 연소실 충전 및 이로써 회전 모멘트의 현저한 상승을 의미한다. 이는 낮은 회전수일 때 배기 가스의 낮은 엔탈피에 기인한다. 그 결과 터보-충전된 엔진은 일반적으로 대략 1500 내지 2000분-1 에 위치하는 회전수 임계에서야 비로소, 갑작스럽게 더 많은 과급압 및 이로써 더 많은 회전 모멘트를 발생시킨다. 회전수 임계를 초과할 때와 미달될 때의 완전 부하 시 발생된 값에 비해, 회전수 임계에 미달될 때 발생된 회전 모멘트의 값이 매우 낮으므로, 터보랙이 언급된다. 주행 안정성을 개선하기 위해 일반적으로, 충전된 엔진에 의해서, 높은 부하 및 낮은 회전수일 때 발생된 회전 모멘트를 상승하는 것이 추구된다.
흡기 캠 샤프트 및/또는 배기 캠 샤프트의 가변적 제어 시, 회전 모멘트는 흡입 시스템으로부터 흡입 공기가 연소실을 통해서 배기 가스 시스템으로 과류됨으로써 확대될 수 있다. 이를 위해 배기 밸브들은 충전 교환-OT(OT=상사점) 시, 더 늦게 폐쇄되고 그리고/또는 흡기 밸브들은 더 일찍 개방된다. 이로써 확대된 밸브 오버랩 시 또한 이와 동시에 연소실의 흡기 밸브와 배기 밸브가 개방될 때, 흡입 시스템으로부터 배기 가스 시스템으로 과류된 공기량은, 후속해서 밸브가 폐쇄될 때 실행되는 연소실 내의 연소에 참여하지 않는다. 그러나 공기량은 엔진에 의해서 발생된 회전 모멘트를 두 가지 이유에 의해 바람직하게 상승시킨다. 첫 번째로, 연소실 충전의 잔여 가스 성분이 과류로 인해 줄어들므로, 후속하는 연소를 위해 산소가 더 이상 제공되지 않는 것이며, 두 번째로 과류하는 공기량이 배기 가스 유동량을 증가시킴으로써 터보 과급기의 출력을 상승시키는 것이다. 잔여 가스 함량의 감소로 인한 노킹 경향의 증가는, 효율적인 점화를 가능하게 하는, 연소실 내의 연료/공기-혼합물의 농후화에 의해 방지될 수 있다. 농후화의 개념은 이하에서, 화학량적 연료/공기-혼합물과 비교해서 과잉되는 연료에 대한 수치로서도 사용된다.
그러나 농후화에 의해, 과류된 공기량의 산화 성분과 함께 촉매 컨버터에서 발열 반응하는, 환원된 배기 가스 성분이 발생한다. 이는 과류된 공기에 의해 엔진이 더 길게 지속적으로 작동할 때, 촉매 컨버터를 불리하게 심하게 가열시켜서 열 손상을 일으킬 수 있다.
본 발명의 목적은 이러한 손상을 확실히 방지할 수 있는 서두에 언급한 유형의 방법 및 제어 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은 독립항 제1항 및 제10항의 특징에 의해서 달성된다.
연소실-연료/공기 혼합물의 농후화의 제1 정도에 대한 요구, 촉매 컨버터에대한 과열 위험이 있는지에 대한 조사 및, 촉매 컨버터 내의 발열 반응에 의해 발생된 열 에너지를 과열 위험이 있을 경우에 제한하는 조치의 실행과 같은 특징에 의해, 과류 공기에 의한 엔진의 작동 시 발생하는 촉매 컨버터의 가열은, 촉매 컨버터의 온도가 임계값을 취하기 전에, 적시에 줄어들 수 있다.
또한, 촉매 컨버터의 현재 온도에 따라 또한, 발열 반응으로 인해 환원 및 산화된 배기 가스 성분에 기인한 온도 상승에 따라 평가를 실행하는 것도 바람직하다. 이 두 변수들은 과열 위험을 특징화한다. 따라서 이에 대한 고려는 촉매 컨버터의 열적 손상의 위험 없이 과류를 제어할 수 있게 한다.
바람직한 실시예는, 촉매 컨버터의 기능을 위해서 필요한, 환원 및 산화된 배기 가스 성분들의 비율이 배기 가스 내에 형성되도록 농후화의 제1 정도가 사전 설정되는 것을 제시한다. 일 실시예에서 연료는, 농후한 연소실 충전의 연소가, 미연소된 탄화수소 및 일산화탄소와 같이 환원된 배기 가스 성분을, 과류된 공기량의 산소와 함께 배기 가스 내에 화학량적 비율을 제공하는 양으로 발생시키도록, 계량 공급될 수 있다. 바람직한 결과로서, 3-방향-촉매 컨버터에 의해서 실행되는 배기 가스 정화가 유지될 수 있다.
또한, 촉매 컨버터를 보호하기 위해서 실행되는 조치가, 과류 공기량의 감소 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 이로써 배기 가스 시스템 내의 발열 반응을 위해서 제공된 산소가 제한된다. 그 결과, 이러한 반응 시 방출된 열 에너지가 제한되므로, 과열이 방지된다.
다른 실시예는, 촉매 컨버터의 보호를 위해서 실행되는 조치가 연소실-연료/공기-혼합물의 농후화의 제2 정도에 대한 요구를 포함하는 것을 특징으로 하며, 이 경우 제2 정도는, 과류된 공기량의 일부분만이 촉매 컨버터 내에서 발열 반응할 수 있도록 책정된다.
상기 실시예는, 큰 공기량을 과류시키고, 발열 반응 시 발생된 열을 발열 반응을 위해서 제공된 연료의 제한을 통해서 제한할 수 있는 가능성을 제시한다. 과류된 큰 공기량은 배기 가스 유동량 및, 이로써 터보 과급기를 위한 구동 출력을 확대시킨다.
또한, 농후화의 제2 정도가, 완전한 발열 반응 시에 촉매 컨버터의 과열을 일으키지 않는 과류된 공기량의 연료 등가(equivalence)로서 결정되는 것이 바람직하다.
여기서 등가란, 등가의 연료량이, 설정값에 상응하게 과류된 공기량과 함께 화학량적 혼합비를 제시하는 것을 의미한다. 이 경우 과류된 총 공기량의 상기 부분만이, 촉매 컨버터 내에서 등가의 연료량과 반응한다. 과류된 공기량의 잔여 부분은 반응하지 않지만, 터빈의 구동을 위해서 제공된다. 이러한 실시예에서, 큰 공기량을 과류시킬 가능성은 촉매 컨버터에 대해서 허용될 수 있는 연소실-연료/공기-혼합물의 농후화와 결합된다. 과류된 큰 공기량은 배기 가스 유동량 및, 이로써 터보 과급기를 위한 구동 출력을 확대시킨다. 농후화는 NOx-배출의 제한에 기여하며 또한, 배기 가스 시스템 내에서 촉매 컨버터의 유동 상류에 배치된 터보 과급기와 같은 부품을 과열에 대해서 보호하는, 냉각된 배기 가스에도 기여한다.
그러한 부품들을 과열에 대해서 확실히 보호하기 위해 추가의 실시예는, 엔진의 연소실-연료/공기 혼합물의 농후화의 제3 정도가, 배기 가스의 유동 방향으로 촉매 컨버터 앞에 놓인 배기 가스 시스템의 부품들의 온도에 따라 형성되는 것을 제시하며, 제3 정도는 제1 정도와 비교되고 농후화는 더 큰 정도로써 세팅된다.
상기 실시예에 의해, 부품들의 보호 이후 또한, 가능한 양호한 배기 가스 정화 이후의 요구 조건들 사이의 최적의 절충이 구현된다.
또한 농후화의 제3 정도가 농후화의 제2 정도와 비교되고, 이 경우 제2 정도가 제3 정도보다 작을 때, 과류된 공기량의 값이 줄어드는 것이 바람직하다.
그 결과, 과류된 공기량은 부품 보호가, 과류된 공기량과 함께 임계적으로 큰 열 방출을 일으킬 수 있는 농후화를 요구할 때에만, 제한된다. 따라서 부품 보호에는, 필요할 때에만 더 높은 우선권이 부여된다. 이로써 바람직한 과류는 가능한 길게 유지될 수 있다.
촉매 컨버터의 온도와 무관하고, 과류된 공기량을 기초값으로 세팅할 때 과류된 공기량이 없을 때보다 엔진이 더 많은 회전 모멘트를 발생시키도록, 사전 설정된 과류 공기량의 기초값을, 추가의 실시예의 범위 내에서 사전 설정함으로써, 소정의 회전 모멘트 증가를 위해 과류된 공기량의 최적의 값은, 회전수가 작을 때 완전 부하를 갖는 작동점을 위한 초기값으로서 결정될 수 있다.
추가의 장점들은 상세한 설명 및 첨부된 도면으로부터 제시된다.
앞서 언급한 그리고, 추후에 더 설명할 특징들은 제시된 통합 형태에서만 사용되는 것이 아니라, 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 다른 통합 형태로도 또는 단독으로 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 도면들에 도시되며, 추후의 상세한 설명에서 더 자세히 설명된다.
본 발명에 따른면, 과류 공기에 의한 엔진의 작동 시 발생하는 촉매 컨버터의 가열은 촉매 컨버터의 온도가 임계값을 취하기 이전에 적시에 줄어들 수 있다.
도1은 본 발명의 기술적 주변부로서 엔진을 도시한 도면.
도2는 본 발명에 따른 방법의 제1 실시예의 흐름도.
도3은 본 발명에 따른 방법의 제2 실시예인 추가의 흐름도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 엔진 12 : 연소실
14 : 피스톤 16, 18 : 가스 교환 밸브
20 : 흡입 시스템 22 : 배기 가스 시스템
24 : 터빈 26 : 터보 과급기
30 : 제어 장치 40, 44, 46, 48 : 센서
mL : 공기량 zw : 점화각
n : 회전수 TR : 과열 위험
Q : 열량
도1은 이동 가능하게 피스톤(14)에 의해서 밀봉된 적어도 하나의 연소실(12)을 갖는 엔진(10)을 도시한다. 도시된 위치에서, 상향 운동하는 피스톤(14)은 흡기 밸브(16)가 이미 개방된 반면 배기 밸브(18)는 아직 개방 중인 소위 충전 교환-상사점에 가까워진다. 밸브 오버랩으로서 표현되는 상기 위치에서, 공기량(mL_abg)은 흡입 시스템(20)으로부터 연소실(12)을 통해 배기 가스 시스템(22)으로 유동한다. 과류된 공기량(mL_abg)은 터보 과급기(26)의 터빈(24) 위의 배기 가스 유동량(m_abg)을 확대시키며, 그 플러싱 작용을 통해 연소실(12)의 충전에의 잔여 성분을 추가로 줄인다. 두 가지 효과는 터보 과급기(26)의 터빈(24) 및 압축기(28)에 전달되는 용량을 확대시킨다. 바람직한 결과로서, 터빈의 이송 용량은 회전수가 낮을 때 그리고 회전 모멘트 요구가 높을 때 확대된다.
밸브 오버랩의 크랭크 샤프트 각 범위는 엔진(10)의 작동 파라미터들에 따르는 제어 장치(30)에 의해, 조절 신호들(WEV(각각의 흡기 밸브) 및/또는 WAV(각각의 배기 밸브))로써 제어된다. 이를 위해, 도1에 도시된 실시예는 흡기 밸브(16)의 밸브 리프트 곡선을 조절하기 위한 제1 조절 부재(32) 및/또는 배기 밸브(18)의 밸브 리프트 곡선을 조절하기 위한 제2 조절 부재(34)를 포함한다. 조절 부재들(32, 34)은 일 실시예에서, 배기 캠 샤프트(38)에 대한 흡기 캠 샤프트(36)의 위상 위치 및, 이로써 밸브 오버랩을 나타낸다. 그러나 예컨대 밸브 오버랩을 제어하기 위해 밸브 행정의 조절이 사용될 수 있는 다른 조절 메카니즘도 이해된다.
흡입 시스템(20)을 통해서 엔진(10) 내로 유동하는 공기량(mL)은 도1에서 화살표 42로 도시된다. 그 수치는 공기량 미터(40)에 의해서 측정되어 신호 mL로서 제어 장치(30)에 전달된다. 제어 장치(30)는 추가의 센서들(44, 46, 48)의 신호들도 처리한다. 센서(44)는 운전자 소망(FW) 및 이로써, 엔진에 의해서 구동되는 차량의 운전자를 통한 회전 모멘트 요구도 측정한다. 각 센서(46)는, 크랭크 샤프트에 커플링된 센서 휠(50)의 각 위치로서 크랭크 샤프트각(KWW)을 측정한다. 바람직하게 3 방향 촉매 컨버터(52) 앞에 배치된 배기 가스 센서(48)는 3 방향 촉매 컨버터(52) 내에 유입되기 전, 환원 및 산화된 배기 가스 성분들의 농도에 대한 수치로서 신호(Lambda)를 제공한다.
제어 장치(30)는 주변 압력, 주위 온도, 배기 가스 온도, 촉매 컨버터-온도, 냉각수 온도, 연소실 압력, 연소 소음 등과 같은 엔진의 작동 파라미터에 대해서 추가의 센서들의 신호들을 선택적으로 또는 보충적으로 처리할 수 있다. 따라서 본 발명은 센서들(40, 44, 46, 48)을 갖는 도시된 센서 부품의 사용에 국한되지 않는다. 그러나 실질적으로, 제어 장치(30)는 사용된 센서들의 신호로부터, 회전수(n)가 낮을 때 높은 회전 모멘트 요구를 갖는 작동 상태들을 검출하며, 또한 배기 가스 내의 공기 량(Lambda_abg) 및 연소실(12) 내의 공기 량(lambda_br)을 검출할 수 있다. 더욱이 연소실(12) 내의 연소에 참여하지 않는, 과류된 공기의 량(mL_abg)이 결정될 수 있어야 한다. 엔진(10) 내로 유동하는 총 공기량(mL)은 제어 장치(30) 내에서, 공기량 미터(40)에 의한 측정을 통해서 또는, 스로틀 밸브의 조절 부재에 대한, 그리고 신호(KWW)로부터 도출된 회전수(n)에 대한 공기량의 모델링을 통해서 가능하다. 과류된 공기의 성분 및 연소실(12) 내에 포함된 공기의 성분은 가스 교환 밸브들(16, 18)의 제어 및 흡입 시스템(20)과 배기 가스 시스템(22) 내의 압력에 따르며 제어 장치(30)에서 예컨대 상기 변수들에 따라 모델링된다. 이 경우 흡입 시스템(20) 및/또는 배기 가스 시스템(22) 내의 압력 자체가 측정 또는 모델링될 수 있다.
도1의 실시예에서 혼합물 형성은 연소실(12)에서 발생하며, 여기서 연소실(12) 내의 공기에는 인젝터(54)를 통해 연료가 분사된다. 이를 위해 인젝터(54)는 제어 장치(30)에 의해서 분사 펄스 폭(ti)으로 개방된다. 제어 장치(30)에 의해서 점화 신호(zw)(점화각)로써 제어되는 점화 플러그(56)는 연소실(12)의 충전물을 점화하기 위해서 사용된다. 공기를 갖는 연소실(12)의 충전물은 제어 장치(30)로부터 충전물 조절 부재에 의해 조정된다. 흡기 밸브(16)의 행정의 가변의 제어 시, 흡기 밸브(16)가 충전물 조절 부재로서 사용될 수 있다. 선택적으로 또는 보충적으로, 제어 장치(30)는 충전물 조절 부재인 스로틀 밸브(58)의 개방각을 조절 신호(DK)로써 제어한다.
도2는 본 발명에 따른 방법의 제1 실시예를, 제어 장치(30)에 의해서 실시되는 흐름도의 형태로 도시한다. 따라서 제어 장치(30)는, 본 출원서에 설명된 방법 단계들 중 적어도 하나를 실시 또는 제어하기 위해서 프로그래밍되도록 실행된다. 제어 장치(30)는 바람직하게, 현대식 엔진(10)에 이미 제공되어 있는 제어 장치이다. 도2의 흐름도의 단계(60)는 이 경우 엔진(10)을 제어하기 위한 상위의 메인 프로그램(HP)을 나타내며 즉, 공기를 갖는 연소실(12)의 충전물에 대한 관여, 이에 맞게 조정된 연료 계량 공급 및 점화의 개시에 대한 관여를 통해 엔진(10)의 회전 모멘트 및 혼합물 형성을 제어하기 위한 프로그램을 나타낸다.
메인 프로그램(60)으로부터, 주기적으로 또는 인터럽트-제어식으로 단계(62)에 도달되며, 여기서는 엔진(10)이 과류된 공기량(mL_abg)으로 작동되어야 하는지가 조사된다. 이는 예컨대 엔진의 회전수(n)가 낮고 동시에 회전 모멘트 요구가 큰 경우이다. 단계(62)에서의 질의가 승인되고, 조정되어 과류된 공기량(mL_abg)에 대한 설정값(mL_abg_soll)의 형성이 이루어지며, 일 실시예에서 상기 형성은 회전수(n) 및 회전 모멘트 요구에 따라 형성된다. 단계(64)에서 형성된, 과류된 공기량(mL_abg)의 설정값(mL_abg_soll)은 우선, 회전 모멘트 베이스로부터 소정의 과류가 주어지는 기초값(mL_abg_opt)으로 세팅된다. 단계(65)에서는, 단계(64)에서 형성된 설정값(mL_abg_soll)이, 충분히 큰 밸브 오버랩을 일으키는 조절 신호들(WEV 및/또는 WAV)의 출력에 의해서 조정된다. 단계(64)에서 형성된 설정값(mL_abg_soll)과 이를 위해 필요한 조절 신호(WEV 및/또는 WAV) 사이의 관계는 제어 장치(30) 내에서, 사전 설정된 작동 파라미터들에 따른 특성 필드 액세스 또는 모델 형성에 의해서 형성된다.
이어서 단계(66)에서는, 3-방향-촉매 컨버터(52) 내에 유입되기 전 배기 가스에 대한 람다-설정값(Lambda_soll)의 형성이 이루어진다. 이 경우 람다-설정값(Lambda_soll)은 바람직하게 우선, 촉매 컨버터(52)의 기능을 위해서 필요한, 환원 및 산화된 배기 가스 성분들의 비율이 배기 가스 내에 형성되도록, 형성된다. 이는 3 방향 촉매 컨버터(52)를 위해 람다값이 1인 경우이다. 배기 가스가 과류된 공기를 포함하기 때문에, 촉매 컨버터(52)의 유입부에서 1의 람다값의 세팅은 연소실(12) 내에서 연소된 연료와 공기의 혼합물의 농후화를 필요로 한다. 연소실(12) 내의 연료/공기-혼합물의 농후화의 제1 정도는 제1 람다값(Lambda_1)에 상응하며, 촉매 컨버터(52)의 기능을 위해서 필요한, 환원 및 산화된 배기 가스 성분들의 비율이 배기 가스 내에 형성됨으로써 결정된다.
그 결과, 배기 가스 시스템(22)에는 산소와 미연소된 연료로 이루어진 반응성의 혼합물이 형성되며, 이는 촉매 컨버터(52) 내에서 발열 반응한다. 발열 반응시 발생한 열량(Q)은, 과류된 공기(mL_abg)의 양, 촉매 컨버터(52) 앞의 람다값 및 촉매 컨버터(52)의 온도에 따라서, 촉매 컨버터(52)가 과열될 수 있을 정도로 클 수 있다. 이와 같이 손상이 되는 과열을 방지하기 위해, 단계(68)에서는 촉매 컨버터(52)에 대해 상기와 같은 열적 위험(TR)이 있는지가 조사된다. 과열 위험(TR)은 일 실시예에서, 공기량(mL), 점화각(zw), 회전수(n), 차량 속도 및 주변 온도와 같은 엔진(10)의 작동 파라미터에 대한 배기 가스와 배기 가스 성분들의 온도를 모델링함으로써 모델링된다. 특히 촉매 컨버터(52) 내의 발열 반응이 모델링된다. 예컨대 이를 위해서는, 촉매 컨버터의 상류측 배기 가스의 온도가 화학적 반응 없이 모델링될 수 있다. 촉매 컨버터(52)의 온도는 이후, 상기 유입 온도 및, 촉매 컨버터(52) 내의 발열 반응에 근거한 추가의 가열에 의해서 평가된다. 추가로, 배기 가스 내에서 촉매 컨버터(52)의 상류측에서 부분적으로 실행된 발열 반응의 영향이 평가될 수 있다. 모델링된 온도, 발열 온도 상승 및 최대 온도로부터, 촉매 컨버터(52)가 아직은 손상되지 않을 최대 발열 가열이 결정된다. 상기 최대 발열 가열에는 최대로 허용된 과류 공기량이 할당되며, 상기 할당은 촉매 컨버터(52) 앞의 배기 가스 내에 화학량적 비율이 지배적이라는 가정 하에 유효하다. 회전 모멘트 베이스들로부터 조정된 최적의 과류 공기량(mL_abg_opt)이, 상기와 같이 결정된 최대의 허용 과류 공기량보다 크면, 단계(68)에서의 질의는 "예"로 응답된다. 상기 질의가 부정되면, 단계(70)가 이어지고, 여기서는 단계(66)에서 배기 가스를 위해서 형성된 람다-설정값이 연소실(12) 내의 람다값의 조절에 의해서 세팅된다. 이 경우 상기 세팅은, 개방된 제어 체인 또는 배기 가스 센서(48)에 의해서 폐쇄된 루프일 때 인젝터(54)에 의한 연료 계량 공급의 조정에 의해서 실행된다. 엔진은 그 후 우선 메인 프로그램(60)에서, 연료/공기-혼합물의 농후화의 상응하는 제1 정도 즉, 연소실(12) 내의 람다값(Lambda_1)으로써 작동한다.
그에 반해, 단계(68)에서의 질의에서 과열 위험(TR)이 검출되면, 프로그램은 촉매 컨버터(52) 내의 발열 반응에 의해서 발생된 열량(Q)을 제한하는 조치가 취해지는 단계(72)로 계속해서 분기된다. 상기 제한은 바람직하게는 발열 반응을 위해서 제공된 반응 물질인 연료 및/또는 공기의 양이 배기 가스 내에서 감소함으로써 실행된다. 제1 실시예에서, 촉매 컨버터(52)의 보호를 위해서 취해진 조치는 과류된 공기량(mL_abg)의 감소 단계를 포함한다. 이는 도2에서 단계(72)와 단계(64)의 점선의 연결부(71)로써 나타나며, 이는 단계(64)에서의 설정값(mL_abg_soll) 형성에 대한 단계(72)의 제한된 영향을 상징화한다. 과류된 공기량(mL_abg)의 감소는, 촉매 컨버터(52) 앞 배기 가스 내에서 최적의 배기 가스 정화를 위해서 필요한 람다값이 촉매 컨버터(52) 내의 열 발생(Q)이 감소할 때에 유지될 수 있는 장점을 갖는다. 그러나, 과류된 공기량(mL_abg)의 감소는 엔진(10)의 회전 모멘트 발생에 대해서는 불리한데, 이는 터보 과급기(26)의 터빈(24)에 전달된 출력이, 과류 공기량(mL_abg)이 줄어듦에 따라 감소하기 때문이다.
상기 단점은, 과류 공기량(mL_abg)의 감소에 대해 보충적 또는 선택적으로, 발열 반응을 위해서 제공된 연료의 양이 연소실-연료/공기-혼합물의 감소된 농후화에 의해서 줄어들 때, 감소하거나 방지될 수 있다. 상기 실시예는 도2에서 블록 72, 66의 점선 연결부(73)로 상징화된다. 점선의 연결부(73)는, 촉매 컨버터(52)의 보호를 위해서 취해진 조치가 연소실-연료/공기-혼합물의 농후화의 제2 정도의 요구 단계를 포함하는 것을 상징하며, 이 경우 제2 정도는, 과류된 공기량의 일부분만이 촉매 컨버터(52) 내에서 발열 반응할 수 있도록 책정된다. 연소실(12) 내에 형성된 연료/공기-혼합물의 해당 람다값은 이하에서 Lambda_2로서 표현된다. 상기 실시예에 의해서, 회전 모멘트 베이스로부터는 촉매 컨버터(52)의 과열의 위험에도 불구하고 소정의 과류 공기량(mL_abg)이 유지될 수 있으며, 이 경우 상기 장점은 농후화의 제1 정도가 농후화의 더 작은 제2 정도로, 연소실-연료/공기-혼합물이 희박해짐으로써 부차적 배기 가스 정화의 단점에 의해 달성된다. 농후화의 제2 정도는 단계(72)에서 바람직하게는, 완전한 발열 반응 시 아직은 촉매 컨버터(52)의 과열을 일으키지 않는 과류된 공기량의 연료 등가로서 결정된다.
촉매 컨버터(52)의 온도는 측정될 수 있으며 그리고/또는 제어 장치(30)에서 계산된 촉매 컨버터 온도 모델에 의해서 평가될 수 있다. 이와 같은 모델은 종래 기술에 속하므로 여기서는 더 자세한 설명이 필요하지 않다.
추가의 실시예들은 열적 과부하에 대해 배기 가스 시스템(22)의 다른 부품들의 보호에 대한 추가의 요구 조건들을 고려한다. 특히 이와 관련해서, 그 온도가 마찬가지로 측정되고 또는, 온도 모델을 갖는 제어 장치(30)에 의해서, 엔진(10)의 다른 작동 파라미터로부터 계산되는 터보 과급기(24)가 위험하다.
도3은 상기 실시예의 흐름도를 도시한다. 도3의 흐름도는 도2의 단계(72)를 대체시킨다. 도3의 흐름도의 경우, 단계(68)에서 과열 위험(TR)이 검출되었을 때, 도2에서 이미 설명한 단계들(60 내지 70)에 단계(74)가 연결된다. 단계(74)에서, 연소실-연료/공기-혼합물의 농후화의 제2 정도는, 완전한 발열 반응 시에도 촉매 컨버터의 과열을 일으키지 않는 과류된 공기량의 연료 등가로서 결정된다. 제2 정도에는 제2 람다값(Lambda_2)이 상응하며, 제2 정도가 커질수록 Lambda_2는 작아진다. 이어서 단계(76)에서 연소실-연료/공기-혼합물의 농후화의 제3 수치가 결정되며, 이는 제3 람다값(Lambda_3)에 상응한다. 제3 수치는, 그 세팅 시 터보 과급기(26)가 과열에 대해서 보호되도록 결정된다. 과열 보호는, 과잉으로 계량 공급된 연료로 인한 불완전 연소에 의한 낮은 연소 엔탈피에 기초하며, 이는 배기 가스 온도를 낮춘다. 따라서 터보 과급기(26) 뿐만 아니라, 촉매 컨버터(52) 앞 배기 가스의 유동 방향으로 위치한 배기 가스 시스템(22)의, 또는 엔진(10)의 다른 부품들도 과열에 대해 보호될 수 있다. 배기 밸브(18)와 배기 가스 센서(48)는 그러한 부품들의 예시이다.
전체적으로, 상기 실시예에서 농후화의 3개의 정도 또는 요구가 결정된다. 여기서 제1 정도(또는 Lambda_1)는 배기 가스 정화가 최적이도록 결정된다. 제2 정도(또는 Lambda_2)는, 최대로 가능한 과류 공기량이 촉매 컨버터 내에서 농후한 배기 가스와 완전히 반응할 때에도 촉매 컨버터의 과열이 발생하지 않도록 결정된다. 발열의 열 발생은 과류된 공기량에 의해서가 아니라, 과잉된 연료에 의해서 제한된다. 제3 정도(또는 Lambda_3)는 배기 가스 시스템 내의 어떠한 부품들도 엔진의 배기 가스의 온도에 의해서 손상되지 않도록 결정된다. 부품들의 보호가 최우선 순위를 가져야 한다. 농후화의 제1 정도에서 이미 부품 보호가 보장되고 촉매 컨버터에 대해서 과열 위험이 아직 존재하지 않는 비임계적인 온도일 때, 농후화의 제1 정도는 배기 가스 정화를 최적화하기 위해서 세팅될 수 있다. 제2 정도는, 농후화의 제1 정도가 촉매 컨버터 손상을 일으킬 수 있고 이와 동시에 제2 정도가 부품 보호를 위해 충분할 때, 세팅된다. 제3 정도는, 상기 제3 정도가 제1 정도 및 제2 정도보다 클 때 세팅된다. 이 경우, 촉매 컨버터(52)의 과열을 방지하기 위해, 추가적으로 과류 공기량(mL_abg)이 제한되어야 한다. 도3의 실시예는 이러한 다양한 요구 조건들을 충족시킨다.
이를 위해, 단계(78)에서는 농후화의 제2 정도에 상응하는 람다값(Lambda_2)이 농후화의 제3 정도에 상응하는 람다값(Lambda_3)보다 작은지의 여부가 조사된다. 그렇다면, 프로그램은 계속해서 단계(80)로 분기되며, 여기서는 연소실(12)에서의 Lambda_2의 세팅 시에 발생된, 촉매 컨버터(52) 앞 배기 가스 내의 Lambda_2의 람다값(Lambda_abg)이 1보다 작은지의 여부가 조사된다. 그렇다면, 단계(82)에서는 Lambda_abg가 1과 동일한 연소실-람다값(Lambda_1)이 요구된다. 이에 반해, 희박한 또는 화학량적 배기 가스의 경우에서와 같이, 단계(80)에서의 질의가 부정되면, 단계(84)에서는 농후화의 제2 정도에 상응하게 람다값(Lambda_2)이 요구된다. 앞서 단계(78)에서 이미, 농후화의 제3 정도가 농후화의 제2 정도보다 큰 것이 검출되면, 단계(84)에서는 농후화의 제3 정도에 상응하는 람다값(Lambda_3)의 세팅이 요구된다. 단계(82, 84, 86)를 통해, 설명한 람다값들 중 정확히 하나가 요구되며, 점선(73)에 의해서 도2의 단계(66)로 전환되며, 여기서는 실제로 세팅된 람다-설정값이 연소실(12)에 대해서 결정된다.
또한 단계(88)에서는, 연소실(12)에서 세팅된 람다값(Lambda_Br)이 람다값(Lambda_2)보다 작은지가 조사된다. 이는 예컨대, 제2 람다값(Lambda_2)을 초과하는 제3 람다값(Lambda_3)이 앞서 단계(86)에서 요구되었을 때의 경우에 해당한다. 단계(88)에서의 질의의 긍정은, 과류된 공기와 연결되어서 촉매 컨버터(52)를 손상시킬 수도 있는 심한 농후화가 부품 보호를 위해서 요구되는 것을 의미한다. 따라서 단계(88)의 질의의 긍정 시, 단계(90)로 분기되며, 여기서는 과류된 공기(mL_abg)의 감소가 요구된다. 이에 반해, 단계(88)에서 질의가 부정되면, 과류된 공기량(mL_abg)은 촉매 컨버터(52)의 손상 위험 없이 계속해서 증가할 수 있다. 이에 상응하게, 단계(92)에서는 회전 모멘트 발생을 위한 최적의 값(mL_abg_opt)의 방향으로, 과류된 공기량(mL_abg)의 증가가 요구된다. 또한 단계(90 또는 92)에서 요구된, mL_abg에 대한 값들은, 실제로 세팅된 과류 공기량(mL_abg)의 값이 형성되는 도2의 단계(64)로 점선의 연결부에 의해서, 전환된다. 또한 상기 프로그램은 단계(60)의 메인 프로그램으로 다시 분기되는데, 이는 여기서부터 다시 주기적으로 또는 인터럽트-제어식으로 액세스되기 위함이다.
선택적 또는 보충적으로, 제3 람다값(Lambda_3)으로의 농후화에 의한 부품 보호는 Lambda_3과 Lambda_1의 비교에 의해서도 보장될 수 있다. Lambda_3이 Lambda_1보다 작으면, Lambda_3이 세팅된다. 부품 보호를 위한 농후화에 의한 람다값(Lambda_3)은, Lambda_3이 예컨대 화학량적 배기 가스를 나타내는 람다값(Lambda_1)보다 작을 때 도2의 단계(66)에서도 설정값(Lambda_soll)으로서 형성될 수 있다.

Claims (11)

  1. 연소실(12), 연소실(12)의 가스 교환 밸브들(16, 18)의 가변 제어부, 흡입 시스템(20) 및, 터보 과급기(26)와 적어도 하나의 촉매 컨버터(52)를 갖는 배기 가스 시스템(22)을 구비한 엔진(10)의 제어 방법이며, 가스 교환 밸브들(16, 18)의 밸브 오버랩 시에, 흡입 시스템(20)으로부터 배기 가스 시스템(22)으로 과류하는 공기량(mL_abg)의 값이 가변 제어부에 대한 간섭에 의해서 제어되는 엔진 제어 방법에 있어서,
    연소실-연료/공기 혼합물의 농후화의 제1 정도가 요구되며, 촉매 컨버터(52)에 대한 과열 위험(TR)이 있는지의 여부와, 과열 위험(TR)이 존재할 때 촉매 컨버터(52) 내의 발열 반응에 의해서 발생한 열량(Q)을 제한하는 조치가 취해지는지의 여부가 조사되는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 촉매 컨버터(52)의 현재 온도에 따라 그리고, 발열 반응으로 인해 환원 및 산화된 배기 가스 시스템(22) 내의 배기 가스 성분으로 인해서 예상되는 온도 상승에 따라 평가가 실행되는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 촉매 컨버터(52)의 작동을 위해서 필요한, 환원 및 산화된 배기 가스 성분들의 비율이 배기 가스 내에 형성되도록 농후화의 제1 정도가 사전 설정되는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매 컨버터(52)의 보호를 위해서 취해진 조치는 과류된 공기량(mL_abg)의 감소 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매 컨버터(52)의 보호를 위해서 취해진 조치는 연소실-연료/공기 혼합물의 농후화의 제2 정도의 요구 단계를 포함하며, 이 경우 제2 정도는, 과류된 공기량(mL_abg)의 일부분만이 촉매 컨버터(52) 내에서 발열 반응할 수 있도록 책정되는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 방법.
  6. 제5항에 있어서, 농후화의 제2 정도는, 완전한 발열 반응 시 아직은 촉매 컨버터(52)의 과열을 일으키지 않는 과류된 공기량의 연료 등가로서 결정되는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 엔진(10)의 연소실-연료/공기 혼합물의 농후화의 제3 정도는 배기 가스 시스템의 부품들의 온도에 따라 형성되며, 제3 정도가 제1 정도와 비교되고 농후화는 더 큰 정도로써 세팅되는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 방법.
  8. 제5항 및 제7항 또는 제6항 및 제7항에 있어서, 농후화의 제3 정도는 농후화의 제2 정도와 비교되고, 제2 정도가 제3 정도보다 작을 때, 과류된 공기량의 값이 줄어드는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 배기 가스 시스템(22) 내에서 과류된 공기량(mL_abg)의 기초값(mL_abg_opt)은, 과류된 공기량(mL_abg)을 기초값(mL_abg_opt)으로 세팅할 시, 과류된 공기량(mL_abg)이 없을 때보다 엔진(10)이 더 많은 회전 모멘트를 발생시키도록, 배기 가스 시스템 내의 온도와 무관하게 사전 설정되는 것을 특징으로 하는 엔진 제어 방법.
  10. 연소실(12), 연소실(12)의 가스 교환 밸브들(16, 18)의 가변의 제어부, 흡입 시스템(20) 및, 터보 과급기(26)와 적어도 하나의 촉매 컨버터(52)를 갖는 배기 가스 시스템(22)을 구비한 엔진(10)의 제어 장치(30)이며, 가스 교환 밸브들(16, 18)의 밸브 오버랩 시에, 흡입 시스템(20)으로부터 배기 가스 시스템(22)으로 과류하는 공기량(mL_abg)의 값을 가변의 제어부에 대한 관여에 의해서 제어하도록 실행되는 제어 장치(30)에 있어서,
    연소실-연료/공기 혼합물의 농후화의 제1 정도를 요구하도록, 그리고 촉매 컨버터(52)에 대한 과열 위험(TR)이 있는지의 여부와, 과열 위험(TR)이 존재할 때 촉매 컨버터(52) 내의 발열 반응에 의해서 발생한 열량(Q)을 제한하는 조치가 취해지는지의 여부를 조사하도록 실행되는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
  11. 제10항에 있어서, 제2항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 방법의 진행을 제어하도록 실행되는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
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