KR20100106420A - 고정식 가스 모터를 조절하기 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고정식 가스 모터(1)를 조절하기 위한 방법을 제안하며, 상기 방법에서는 속도 조절편차가 목표 속도 및 실제 속도에서 산출되고, 제어 변수로서 목표 토크는 속도 조절기에 의해 상기 속도 조절편차에서 결정되며, 상기 목표 토크는 토크 제한을 통해서 공기 비율-제한 토크로 제한되고, 그리고 상기 방법에서는 목표 용적 흐름(VSL)이 혼합물 스로틀 밸브 각도(DKW1, DKW2) 및 가스 스로틀 밸브 각도를 결정하기 위하여 제한된 상기 목표 토크에서 결정된다.

Description

고정식 가스 모터를 조절하기 위한 방법 {METHOD FOR REGULATING A STATIONARY GAS MOTOR}
본 발명은 고정식 가스 모터를 조절하기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 방법에서는 속도 조절편차가 목표 속도(desired speed) 및 실제 속도(actual speed)에서 산출되고, 제어 변수로서 목표 토크가 속도 조절기에 의해 상기 속도 조절편차에서 결정되며, 상기 목표 토크는 토크 제한을 통해서 공기 비율-제한 토크(air ratio-limiting moment)로 제한된다. 또한, 상기 방법에서는 혼합물 스로틀 밸브 각도 및 가스 스로틀 밸브 각도를 결정하기 위하여 목표 용적 흐름이 제한된 상기 목표 토크에서 결정된다.
고정식 가스 모터들은 전력을 발생시키기 위해 사용된다. 이 경우에는 가스 모터가 예컨대 1.7의 람다값(lambda value)에서, 다시 말해 과잉 공기를 갖는 린 작동(lean operation) 모드로 작동된다. 가스 모터는 대개 가스-공기 혼합물 내의 가스 함량을 결정하기 위한 가스 스로틀 밸브, 가연성 가스와 공기를 결합하기 위한 혼합기, 배기가스 터보 과급기의 부분으로서 압축기, 방열기 및 혼합물 스로틀 밸브를 포함한다. 혼합물 스로틀 밸브에 의해서는 가스 모터의 흡입 밸브들 앞에 설치된 리시버 파이프 내에 흡입된 용적 흐름이 결정되고, 그와 더불어 리시버 파이프 내의 혼합물 압력도 결정된다.
EP 1 158 149 A1호에는 제너레이터를 구동하기 위한 고정식 가스 모터가 공지되어 있다. 기준 변수로서 목표 람다가 특성 곡선을 통해 모터 출력에서 산출됨으로써 가스 모터가 제어된다. 전자식 모터 제어부는 목표 람다에 의해 가스 스로틀 밸브를 조절하기 위한 가스량 목표값을 산출한다. 제 2 실시예에서 목표 람다값은 혼합물 압력 조절편차에서 산출된다. 혼합물 압력 조절편차는 리시버 파이프 내에서 검출된 실제 혼합물 압력 및 목표 혼합물 압력에서 결정되고, 상기 목표 혼합물 압력은 재차 특성 곡선을 통해 모터 출력에서 결정된다. 제 2 실시예에 대해 보충적으로 제 3 실시예에서는, 가스 스로틀 밸브를 조절하기 위한 가스량 목표값이 압축기-바이패스 밸브의 위치 및 속도 조절편차에 따라 보정된다. 3개의 실시예 모두에 해당하는 공통적인 특징은 가스 스로틀 밸브가 목표 람다값으로 조절된다는 점이다. 실제 작동에서 출력 규정이 변경될 경우에는 우선적으로 출력 제어 장치로서 혼합물 스로틀 밸브의 위치가 변경된다. 이러한 위치 변경은 흡입된 혼합물 용적 흐름도 마찬가지로 변경시킨다. 처음에는 가스 스로틀 밸브의 위치가 일정하게 유지되기 때문에, 가스 용적 흐름 역시 변하지 않는다. 이것에 의하여, 변동되는 실제 람다가 얻어진다. 예를 들어 혼합물 스로틀 밸브가 폐쇄 방향으로 작용할 경우 혼합물의 씨닝(thinning)이 야기되고, 그로 인해 가스 모터의 출력이 변동된다. 이러한 출력 변동에 대한 반응으로서 추후에는 목표 람다값, 가스량 목표값 및 가스 스로틀 밸브의 위치가 변경된다. 이러한 방식의 조절에서는 예컨대 부하가 변경될 경우 반응 시간이 임계적인데, 그 이유는 시스템과 관련하여 람다 조절에의 개입이 더디게 나타나기 때문이다.
DE 103 46 983 A1호 역시 연료 혼합물을 조절하기 위한 방법 및 가스 모터를 기술하고 있다. 상기 방법의 제 1 단계에서는, 벤투리 혼합기(venturi mixer)에서의 공기 유동량의 실제 압력차가 검출되고, 제 2 단계에서는 공기 유동량의 목표 압력차가 가스 모터의 측정된 실제 출력에서 결정된다. 그 다음 제 3 단계에서는 가스 스로틀 밸브의 위치에 의해, 공급되는 가스량이 변경됨으로써, 상기 실제 압력차가 상기 목표 압력차에 근접해진다. 제 4 단계에서는 가스모터에서 나타나는 실제 출력이 새로 검출되고, 상기 벤투리 혼합기 내의 공기 유동량의 압력차의 목표-실제-편차가 감소되도록 혼합물 스로틀 밸브가 조절된다. 이러한 순차적 과정은 압력차의 목표-실제-편차가 한계값보다 더 작게 될 때까지 반복적으로 실시된다. 혼합물 스로틀 밸브의 위치 변경은 가스 모터의 출력 변경을 야기하므로, 가스 스로틀 밸브의 위치는 가스 모터의 출력 변경을 보정하기 위하여 재조정되어야 한다. 이러한 재조정은 경우에 따라 제어 변수들의 오버슈트(overshoot)를 야기할 수 있다.
출원 번호 DE 10 2007 045 195.9호를 갖는 (선행하여 공개되지 않은) 독일 특허 출원에는 고정식 가스 모터를 조절하기 위한 방법이 공지되어 있으며, 상기 방법에서는 가스 스로틀 밸브 및 혼합물 스로틀 밸브가 그들의 제어 변수, 이 경우: 목표 용적 흐름에 따라 시간적으로 동시에 구동된다. 목표 용적 흐름은 목표 토크에 의해 결정되고, 상기 목표 토크는 제어 변수로서 속도 조절기에 의해 속도들의 목표-실제-편차에서 산출된다. 작동 안정성을 개선하기 위하여 토크 제한이 제공되고, 목표 토크는 상기 토크 제한을 통해 에러-현상 신호, 기계적으로 허용되는 최대 토크 및 실제 속도에 따라 제한된다. 상기 에러-현상 신호는 예컨대 센서 고장시에 세팅된다. 파워 시프팅(power shifting)시 나타나는 높은 동력학(high dynamics)으로 인해, 상기 조절 시스템에서는 너무 농후한(fat) 혼합물이 생성될 수 있다. 너무 농후한 혼합물은 상대적으로 높은 부품 부하, 상승된 연소 온도 및 그와 더불어 상대적으로 낮은 배기가스 값들을 야기한다.
본 발명의 기본이 되는 과제는, 혼합물의 허용성과 관련하여 전술한 방법을 개선하는 것이다.
상기 과제는 속도 조절편차가 목표 속도 및 실제 속도에서 산출되고, 제어 변수로서 목표 토크가 속도 조절기에 의해 상기 속도 조절편차에서 결정되며, 상기 목표 토크가 토크 제한을 통해 공기 비율-제한 토크로 제한되는 방법에 의해 해결된다. 또한, 상기 방법에서는 목표 용적 흐름이 혼합물 스로틀 밸브 각도 및 가스 스로틀 밸브 각도를 결정하기 위하여 제한된 상기 목표 토크에서 결정된다.
공기 비율-제한 토크는 최소 람다값 및 실제 혼합물 용적에서 산출된다. 최소 람다값은 특성 필드를 통해 실제 속도 및 제한된 목표 토크의 이전값에 따라 산출된다. 제한된 목표 토크의 이전값은 재차 앞선 프로그램 실행에서 산출된 제한된 목표 토크에 상응한다. 실제 혼합물 용적은 적어도 하나의 혼합물 온도 및 실제 혼합물 압력(상기 혼합물 온도 및 실제 혼합물 압력은 리시브 파이프에서 측정됨) 그리고 실제 속도에서 결정된다. 물론 실제 혼합물 용적은 산출되는 대신, 대안적으로 바로 측정될 수도 있다. 스타팅 과정을 개선하기 위하여 공기 비율-제한 토크는 사전에 설정 가능한 스타팅 토크로 세팅된다.
따라서, 본 발명은 DE 10 2007 045 195.9호에 공지된 토크 제한에 대한 보충으로서 사용될 수 있으며, 제한된 목표 토크는 최소값 선택을 통해 목표 토크, 공기 비율-제한 토크, 센서 고장시 에러 토크 또는 최대 토크의 가장 작은 값으로 세팅된다. 상기 최대 토크는 적어도 하나의 기계적으로 허용되는 최대 토크 및 한계 속도에 따른 토크에서 결정된다.
본 발명의 주요 장점으로는, 방출 가이드 라인 및 안전 작동 한계를 고려하여, 허용되지 않는 혼합물 씨닝이 역학적인 현상들에서도 방지된다는 점이다.
바람직한 실시예는 도면들에 도시된다.
도 1은 전체 모형도이고,
도 2는 가스 스로틀 밸브 및 혼합물 스로틀 밸브들을 구동하기 위한 블록 회로도이며,
도 3은 토크 제한의 블록 회로도이고,
도 4는 공기 비율-제한의 블록 회로도이며, 그리고
도 5는 파워 시프팅을 시간 단계 그래프(time-step diagram)로서 도시한 도면이다.
도 1은 V자형 장치로 형성된 고정식 가스 모터(1)의 전체 모형도를 보여주고 있다. 가스 모터(1)는 샤프트(2), 클러치(3) 및 샤프트(4)를 통해서 제너레이터(5)를 구동시킨다. 제너레이터(5)를 통해서 전기 에너지가 생성되고, 이 전기 에너지는 전기 파워 시스템에 공급된다. 가스 모터(1)에는 이하의 기계 부품들이 제공된다: 공급된 가스 용적 흐름, 예컨대 천연 가스(natural gas) 용적 흐름을 결정하기 위한 가스 스로틀 밸브(6), 공기와 가스를 결합시키기 위한 혼합기(7), 배기 가스 터보 과급기의 부분으로서 압축기(8), 방열기(9), 가스 모터(1)의 A-측 상의 제 1 혼합물 스로틀 밸브(10) 및 가스 모터(1)의 B-측 상의 제 2 혼합물 스로틀 밸브(11).
가스 모터(1)의 동작 모드는 전자식 모터 제어부(GECU)(14)에 의해 결정된다. 전자식 모터 제어부(14)는 마이크로 컴퓨터 시스템에 사용되는 구성 부품들, 예컨대 마이크로 프로세서, I/O-모듈들, 버퍼 및 메모리 모듈들(EEPROM, RAM)을 포함한다. 메모리 모듈들에는 가스 모터(1)의 작동과 관련한 작동 데이터들이 특성 필드들/특성 곡선들로 적용된다. 전자식 모터 제어부(14)는 출력값들을 상기 작동 데이터들을 통해 입력값들에서 산출한다. 도 1에는 입력값들로서 이하의 값들이 도시되어 있다: 제 1 실제 혼합물 압력(p1(IST)) 및 혼합물 온도(T1)(상기 두 값은 제 1 리시버 파이프(12)에서 측정됨), 제 2 실제 혼합물 압력(p2(IST))(상기 제 2 실제 혼합물 압력은 제 2 리시버 파이프(13)에서 측정됨), 가스 모터(1)의 실제 속도(nIST), 제너레이터(5)의 시스템 조절기(도시되지 않음)에 의해 사전 설정되는 목표 속도(nSL) 및 입력값(EIN). 입력값(EIN)에는 추가의 입력 신호들, 예컨대 오일 온도가 포함된다. 전자식 모터 제어부(14)의 출력값들로는 이하의 값들이 도시되어 있다: 가스 스로틀 밸브(6)를 구동하기 위한 목표 용적 흐름(VSL)의 신호, 제 1 혼합물 스로틀 밸브(10)를 구동하기 위한 제 1 혼합물 스로틀 밸브 각도(DKW1)의 신호, 제 2 혼합물 스로틀 밸브(11)를 구동하기 위한 제 2 혼합물 스로틀 밸브 각도(DKW2)의 신호 및 신호(AUS). 상기 신호(AUS)는 가스 모터(1)를 조절하고 제어하기 위한 추가 신호들을 나타낸다.
배열은 이하의 공통 기능을 갖는다: 가스 스로틀 밸브(6)의 위치를 통해서는 혼합기(7)에 공급되는 가스 용적 흐름이 조절된다. 제 1 혼합물 스로틀 밸브(10)의 위치는 제 1 혼합물 용적 및 그와 더불어 가스 모터(1)의 흡입 밸브들 앞에 설치된 제 1 리시버 파이프(12) 내의 제 1 실제 혼합물 압력(p1(IST))을 규정한다. 제 2 혼합물 스로틀 밸브(11)를 통해서는 제 2 혼합물 용적 및 그와 더불어 가스 모터(1)의 흡입 밸브들 앞에 설치된 제 2 리시버 밸브(13) 내의 제 2 실제 혼합물 압력(p2(IST))이 결정된다.
도 2는 2개의 혼합물 스로틀 밸브(10 및 11) 및 가스 스로틀 밸브(6)를 구동하기 위한 블록 회로도를 도시하고 있다. 부호 15는 제너레이터의 시스템 조절기를 나타낸다. 부호 14는 축소된 블록 회로도로서 전자식 모터 제어부를 나타내며, 이때 도시된 요소들(element)은 실시될 수 있는 프로그램의 프로그램 단계들을 나타낸다. 상기한 도식에서 전자식 모터 제어부(14)의 입력값들은 목표 속도(nSL)(상기 목표 속도는 시스템 조절기(15)로부터 제공됨) 및 실제 속도(nIST) 및 추가 값(E)이다. 상기 추가 값(E)에는 목표 람다, 가스 모터 실린더의 행정 체적(displaced volume), 실린더 충전제 측면에서의 용적 효율 및 연료 특성이 포함된다. 출력값들은 제 1 혼합물 스로틀 밸브(10)를 구동하기 위한 제 1 혼합물 스로틀 밸브 각도(DKW1), 제 2 혼합물 스로틀 밸브(11)를 구동하기 위한 제 2 혼합물 스로틀 밸브 각도(DKW2) 및 가스 스로틀 밸브(6)를 구동하기 위한 목표 용적 흐름(VSL)이다. 전자식 모터 제어부(14) 내에 도시된 요소들은 다음과 같다: 제어 변수로서 목표 토크(MSL)를 결정하기 위한 속도 조절기(16), 토크 제한(17), 메모리(31), 효율 유닛(18) 및 목표 용적 흐름(VSL)을 혼합물 스로틀 밸브 각도로 환산하기 위한 혼합물량(19).
시스템 제어기(15)에 의해서는 희망 출력으로서 목표 속도(nSL)가 예컨대 1500 1/min로 사전 결정되고, 상기 목표 속도는 50Hz의 주파수에 상응한다. 지점(A)에서 속도 조절편차(dn)는 목표 속도(nSL) 및 실제 속도(nIST)에서 산출된다. 속도 조절기(16)는 제어 변수로서 목표 토크(MSL)를 속도 조절편차(dn)에서 산출한다. 실제로 속도 조절기(16)는 PIDT1-조절기로서 실현된다. 목표 토크(MSL)는 토크 제한(17)을 통해서 제한된다. 토크 제한(17)은 도 3에서 블록 회로도로서 도시되고, 상기 도 3과 관련하여 설명된다. 토크 제한(17)의 출력 신호는 제한된 목표 토크(MSLB)에 상응한다. 목표 토크(MSL)의 값이 허용되는 범위 내에 놓이면, 제한된 목표 토크(MSLB)의 값은 상기 목표 토크(MSL)의 값에 상응한다. 제한된 목표 토크(MSLB)는 메모리(31) 및 효율 유닛(18)의 입력값이다.
메모리(31)에는 제한된 목표 토크(MSLB)의 현재 값이 등록된다. 이어지는 프로그램 실행에서는 제한된 목표 토크(MSLB)의 새로운 값이 산출된다. 그러나 메모리(31) 내의 현재 이전 값이 제한된 목표 토크(MSLB)의 새로운 값과 겹쳐지기(overwrite) 전에, 이전 값이 토크 제한(17)에 제공된다. 예컨대, 시점(t)에서 제한된 목표 토크(MSLB)가 존재하면, 이전 값은 시점(t-1)에서 제한된 목표 토크에 상응한다. 추가 텍스트에서 상기 이전 값은, 즉 시점(t-1)에서 제한된 목표 토크는 제한된 목표 토크의 이전값(MSLBA)으로서 표시된다.
효율 유닛(18)을 통해서는 목표 용적 흐름(VSL)이 실제 속도(nIST)에 따라 제한된 목표 토크(MSLB)에 할당된다. 이를 위해 효율 유닛(18)에는 상응하는 특성 필드가 기탁된다. 목표 용적 흐름(VSL)은 혼합물량(19)의 입력값인 동시에 가스 스로틀 밸브(6)의 입력값이다. 혼합물량(19)을 통해서는 제 1 혼합물 스로틀 밸브 각도(DKW1) 및 제 2 혼합물 스로틀 밸브 각도(DKW2)가 실제 속도(nIST) 및 입력값(E)에 따라 목표 용적 흐름(VSL)에서 산출된다. 혼합물량 유닛(19)에는 제 1 실제 혼합물 압력(p1(IST))을 조절하기 위한 제 1 조절기 회로 및 제 2 실제 혼합물 압력(p2(IST))을 조절하기 위한 제 2 조절기 회로가 포함된다. 제 1 혼합물 스로틀 밸브(10)는 제 1 혼합물 스로틀 밸브 각도(DKW1)에 의해 구동된다. 제 1 혼합물 용적(V1) 및 제 1 실제 혼합물 압력(p1(IST))은 제 1 혼합물 스로틀 밸브(10)를 통해서 조절된다. 제 2 혼합물 스로틀 밸브(11)는 제 2 혼합물 스로틀 밸브 각도(DKW2)에 의해 구동되고, 제 2 혼합물 용적(V2) 및 제 2 실제 혼합물 압력(p2(IST))은 상기 제 2 혼합물 스로틀 밸브(11)를 통해서 조절된다. 가스 스로틀 밸브(6)도 마찬가지로 목표 용적 흐름(VSL)에 의해 구동된다. 상기 가스 스로틀 밸브에는 전자 처리 장치(20)가 통합되어 있으며, 상응하는 횡단면 및 각도가 상기 전자 처리 장치를 통해서 목표 용적 흐름(VSL)의 값에 할당된다. 가스 스로틀 밸브(6)를 통해서는 가스-공기 혼합물의 가스 함량으로서 가스 용적 흐름(VG)이 조절된다. 2개의 혼합물 스로틀 밸브(10 및 11) 및 가스 스로틀 밸브(6)의 규정값, 이 경우: 목표 용적 흐름(VSL)에 따라 상기 밸브들의 시간적으로 동시 구동은 전체 시스템의 조절 가능성이 개선됨으로써 짧은 반응 시간 및 정학한 과도 현상을 야기한다. 또한, 동시 구동으로 인해 람다-보정이 요구되지 않는다.
도 3은 토크 제한(17)을 블록 회로도로서 보여주고 있다. 목표 토크(MSL), 제한된 목표 토크의 이전값(MSLBA), 실제 속도(nIST), 에러-현상 신호(FM)는 입력값들이다. 출력값은 제한된 목표 토크(MSLB)에 상응한다. 블록 회로도의 요소들은 공기 비율-제한 토크(MLAM)를 산출하기 위한 공기 비율-제한(21), 에러 토크(MFM)를 결정하기 위한 센서 결함 유닛(22), 최대 토크(MMAX)를 결정하기 위한 기타 제한 유닛(23) 및 최소값 선택(24)이다. 공기 비율-제한(21)을 통해서는 공기 비율-제한 토크(MLAM)가 실제 속도(nIST), 제한된 목표 토크의 이전값(MSLBA), 제1 실제 혼합물 압력(p1(IST)) 및 제 2 실제 혼합물 압력(p2(IST))에 의해 산출된다. 공기 비율-제한(21)은 도 4에서 블록 회로도로서 도시되고 상기 도 4와 관련하여 설명된다. 신호 검출에서 에러가 공지될 경우, 예컨대 혼합물 온도 센서의 고장시에는 사전 결정된 에러 토크(MFM)가 센서 결함 유닛(22)을 통해 세팅된다. 에러-현상 신호(FM)는 입력 신호들을 검사하는 전자식 모터 제어부(14)에서 생성된다. 최대 토크(MMAX)는 기타 제한 유닛(23)을 통해서 입력값(E)에 따라 산출되고, 상기 최대 토크는 기계적으로 허용되는 토크, 실제 속도를 제한하기 위한 한계 속도에 따른 토크 및 시스템 특유의 최대 토크를 나타낸다. 최소값 선택(24)을 통해서는 상기 최소값 토크가 가장 작은 값을 갖는 제한된 목표 토크(MSLB)로서 세팅된다.
도 4에는 공기 비율-제한(21)이 블록 회로도로서 도시되어 있다. 입력값들은 실제 속도(nIST), 제한된 목표 토크의 이전값(MSLBA), 제 1 실제 혼합 압력(p1(IST)) 및 제 2 실제 혼합 압력(p2(IST))이다. 출력값은 공기 비율-제한 토크(MLAM)에 상응한다. 블록 회로도의 요소들은 최소 람다값(LAM(MIN))을 결정하기 위한 특성 필드(25), 가스 용적 흐름(VG)을 결정하기 위한 계산 유닛(26), 최소값 선택(27), 실제 혼합물 용적(VGM(IST))을 결정하기 위한 계산 유닛(28), 환산(29) 및 최대값 선택(30)이다.
특성 필드(25)를 통해서는 최소 람다값(LAM(MIN))이 실제 속도(nIST) 및 제한된 목표 토크의 이전값(MSLBA)에 따라, 다시 말해 작동 시점에 종속하여 산출되고, 상기 최소 람다값은 계산 유닛(26)의 제 1 입력값이다. 제 2 입력값은 계산 유닛(28)을 통해서 결정되는 실제 혼합물 용적(VGM(IST))이다. 실제 혼합물 용적(VGM(IST))은 이하의 관계식에 따라 산출되며:
VGM(IST)=0.5[VHㆍLGㆍnISTㆍ(pR(IST)/pNORM)ㆍ(TNORM/T1)]
이 경우 VH는 행정 체적이고, LG는 용적 효율이며, nIST는 실제 속도이고, pR(IST)는 대표 실제 혼합물 압력이며, pNORM은 표준 공기 압력(1013mbar)이고, TNORM은 표준 온도(273.15K)이며, 그리고 T1은 리시버 파이프 내의 혼합물 온도이다. 대표 실제 혼합물 압력(pR(IST))은 최소값 선택(27)으로 인해 제 1 실제 혼합물 압력(p1(IST)) 값을 적용하거나, 아니면 제 2 실제 혼합물 압력(p2(IST)) 값을 적용할 수 있다. 최소값 선택(27)에 의해 작동 안정성이 상승하는데, 그 이유는 상대적으로 작은 실제 혼합물 압력이 결정적으로 공기 비율-제한 토크(MLAM)를 결정하기 때문이다. 계산 유닛(26)을 통해서는 가스 용적 흐름(VG)이 최소 람다값(LAM(MIN)) 및 실제 혼합물 용적(VGM(IST))에 의해 산출되고, 상기 가스 용적 흐름은 실제 혼합물 용적(VGM(IST))에 비례하고, 역으로 실제 혼합물 용적은 최소 람다값(LAM(MIN))에 비례한다. 환산(29)을 통해서는 가스 용적 흐름(VG)이 토크(M1)로 환산된다. 최소값 선택(30)을 통해서는 제한된 목표 토크(MSLB)가 토크(M1) 값으로 세팅되거나, 아니면 사전 설정 가능한 스타팅 토크(MSTART)로 세팅된다.
도 5에는 파워 시프팅이 시간 단계 그래프로서 도시되어 있다. 도 5는 부분 도면들(5A 내지 5E)로 이루어진다. 상기 도면들은 각각 시간 단계로 도시된다: 목표 출력(PSOLL)(도 5A), 1/min로 나타낸 실제 속도(nIST)의 파형(도 5B), ㎥/h로 나타낸 가스 용적 흐름(VG)(도 5C), ppm으로 나타낸 NOx의 파형(도 5D) 및 측정된 람다(도 5E)(상기 측정된 람다는 프로세스의 입력값이 아니라, 단지 비율을 명확하게 하기 위해 도시되었음). 도면들에서 선행 기술(DE102007045195.9)에 따른 파형은 실선으로 나타난다. 파선은 본 발명에 따른 파형을 나타낸다. 추가로 기술하자면 일정한 목표 속도(nSL)는 1500 1/min에서부터 시작한다.
시점(t1)에서는 시스템이 고정된 상태로 존재하며, 다시 말해 가스 모터가 1.7의 일정한 람다값에서 작동되고, 실제 속도(nIST)는 약 40 ㎥/h의 일정한 가스 용적 흐름(VG) 및 약 150 ppm의 일정한 NOx-값과 함께 1500 1/min의 일정한 목표 속도(nSL)에 상응한다. 시점(t2)에서는 출력에 대한 요구가 더욱 높은 힘 이동이 실행된다. 도 5A에서는 힘이 값(P1)에서 값(P2)으로 점프된 더욱 높은 출력 요구가 나타난다.
선행 기술(실선)에 따른 파형에서는, 시점(t2)에서부터 실제 속도(nIST)가 급격히 하강하고, 시점(t3)에서는 상기 실제 속도의 최소값, 예컨대 1400 1/min에 도달한다. 이제 네거티브 조절 편차로 인해 속도 조절기는 상대적으로 높은 목표 토크를 산출하고, 이 목표 토크에서 상대적으로 높은 목표 용적 흐름이 결정된다. 혼합물 스로틀 밸브들 및 가스 스로틀 밸브의 동시 구동으로 인해 상대적으로 높은 혼합물 용적 흐름과 상대적으로 높은 가스 용적 흐름(VG)이 조절된다. 도 5C에서는, 이 때문에 가스 용적 흐름(VG)이 약 90 ㎥/h의 값까지 증가한다. 그러나 낮은 실제 속도(nIST)로 인해 가스 모터는 일반적으로 상응하는 혼합물 용적 흐름을 이송할 수 없는데, 다시 말해 가스-공기 혼합물 내에서 공기 함량은 어느 정도 일정하게 유지되는 반면, 가스 함량은 증가한다. 이러한 상황은 람다 감소를 야기하고(도 5E), 즉 더욱 농후한(fat) 혼합물 증가를 야기하고, 배기 가스 내의 NOx-함량의 급격한 증가를 야기한다(5 D). 시점(t3)에서부터는 시스템이 다시 서서히 회복한다. 이제 조절 편차가 감소할 경우에는 마찬가지로 가스 용적 흐름(VG)도 감소하도록 설정된다. 가스 모터가 상대적으로 높은 가스 용적을 이송하기 때문에 람다값은 다시 증가한다. 시점(t4)에서는 실제 속도(nIST)가 목표 속도 넘어서 진동하고, 시점(t5)에서 다시 1500 1/min의 목표 속도(nSL)로 진동한다.
본 발명(파선)에 따른 파형에서는, 시점(t2)에서부터 마찬가지로 네거티브 조절 편차가 증가할 경우 상대적으로 높은 목표 토크가 산출되지만, 상기 목표 토크는 공기 비율-제한 토크로 제한된다. 따라서, 선행 기술에 따른 파형에 비해 비교적 낮은 목표 용적 흐름, 비교적 낮은 가스 용적 흐름(VG) 및 비교적 낮은 혼합물 용적이 발생한다. 도 5C에서 알 수 있듯이, 가스 용적 흐름(VG)의 파선형 프로파일은 시간 영역(t2/t3)에서 실선으로 도시된 프로파일보다 두드러지게 낮게 유지된다. 그에 상응하게 람다값이 비교적 덜 하강하고(도 5E), 그에 상응하게 NOx-값이 비교적 덜 급격히 상승한다. 시점(t5)에서 실제 속도(nIST)는 목표 속도(nSL)를 넘어서 진동하고 시점(t6)에서부터 목표 속도(nSL)의 레벨로 안정화된다. 마찬가지로 시점(t6)에서 람다값 및 NOx-값도 다시 그들의 출력값에 도달한다.
1: 가스 모터 2: 샤프트
3: 클러치 4: 샤프트
5: 제너레이터 6: 가스 스로틀 밸브
7: 혼합기 8: 압축기
9: 방열기 10: 제 1 혼합물 스로틀 밸브
11: 제 2 혼합물 스로틀 밸브 12: 제 1 리시버 파이프
13: 제 2 리시버 파이프 14: 전자식 모터 제어부(GECU)
15: 시스템 조절기 16: 속도 조절기
17: 토크 제한 18: 효율 유닛
19: 혼합물량 20: 전자 처리 장치
21: 공기 비율-제한 22: 센서 결함 유닛
23: 기타 제한 유닛 24: 최소값 선택
25: 특성 필드 26: 계산 유닛
27: 최소값 선택 28: 계산 유닛
29: 환산 30: 최대값 선택
31: 메모리

Claims (8)

  1. 고정식 가스 모터(1)를 조절하기 위한 방법으로서,
    속도 조절편차(dn)가 목표 속도(nSL) 및 실제 속도(nIST)에서 산출되고, 제어 변수로서 목표 토크(MSL)가 속도 조절기(16)에 의해 상기 속도 조절편차(dn)에서 결정되며, 상기 목표 토크는 토크 제한(17)을 통해 공기 비율-제한 토크(MLAM)로 제한되고, 혼합물 스로틀 밸브 각도(DKW1, DKW2) 및 가스 스로틀 밸브 각도를 결정하기 위하여 목표 용적 흐름(VSL)이 제한된 목표 토크(MSLB)에서 결정되는,
    고정식 가스 모터 조절 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    공기 비율-제한 토크(MLAM)가 최소 람다값(LAM(MIN)) 및 실제 혼합물 용적(VGM(IST))에서 산출되는 것을 특징으로 하는,
    고정식 가스 모터 조절 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 최소 람다값(LAM(MIN))이 특성 필드(25)를 통해 제한된 목표 토크(MSLB)의 이전값(MSLBA) 및 실제 속도(nIST)에 따라 산출되고, 이 경우 상기 이전값(MSLBA)이 앞선 프로그램 실행에서 산출된 상기 제한된 목표 토크(MSLB)에 상응하는 것을 특징으로 하는,
    고정식 가스 모터 제어 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 실제 혼합물 용적(VGM(IST))이 적어도 리시버 파이프(12, 13) 내의 혼합물 온도(T1), 실제 혼합물 압력(p1(IST), p2(IST)) 및 실제 속도(nIST)에 따라 산출되는 것을 특징으로 하는,
    고정식 가스 모터 제어 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 실제 혼합물 압력이 대표 실제 혼합물 압력(pR(IST))으로서 제 1 실제 혼합물 압력(p1(IST)) 또는 제 2 실제 혼합물 압력(p2(IST))에서 결정되는 것을 특징으로 하는,
    고정식 가스 모터 제어 방법.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 실제 혼합물 용적(VGM(IST))이 리시버 파이프(12, 13) 내에서 측정되는 것을 특징으로 하는,
    고정식 가스 모터 제어 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공기 비율-제한 토크(MLAM)가 스타팅 과정시 스타팅 토크(MSTART)로 세팅되는 것을 특징으로 하는,
    고정식 가스 모터 제어 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제한된 목표 토크(MSLB)가 최소값 선택(24)을 통해 목표 토크(MSL), 에러 토크(MFM), 공기 비율- 제한 토크(MLAM) 또는 최대 토크(MMAX)의 가장 작은 값으로 세팅되고, 이 경우 상기 최대 토크(MMAX)는 적어도 하나의 기계적으로 허용되는 최대 토크 및 한계 속도에 따른 토크에서 결정되는 것을 특징으로 하는,
    고정식 가스 모터 제어 방법.
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