KR20140094604A - 자동차 파워 플랜트의 내연기관의 연소실 내의 기체 혼합물의 농후도를 평가하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

자동차 파워 플랜트의 내연기관의 연소실 내의 기체 혼합물의 농후도를 평가하기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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니콜라스 퀘숑
필리프 오베르네세
뱅상 뒤그
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르노 에스.아.에스.
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Abstract

자동차 파워 플랜트의 내연기관(1)의 연소실 내의 기체 혼합물의 농후도를 평가하기 위한 시스템으로서, 상기 평가 시스템은, 상기 기관의 외기 흡입 회로(3)로 추가적 가연성 기체를 분사하기 위한 수단(43), 상기 외기 흡입 회로(3) 내의 상기 추가적 기체의 농도 및 기체 배출 회로(4) 내의 상기 추가적 기체의 농도를 각각 측정하기 위한 수단들(36, 44), 상기 흡입 회로 내의 상기 추가적 기체의 농도의 측정값과 상기 배출 회로 내의 상기 추가적 기체의 농도의 측정값 사이의 비율(ratio)을 판별하기 위한 수단(46) 및 상기 판별 비율(determined ratio)로부터 상기 기관의 상기 연소실 내의 기체 혼합물의 농후도를 평가하기 위한 수단(47)을 포함한다.

Description

자동차 파워 플랜트의 내연기관의 연소실 내의 기체 혼합물의 농후도를 평가하기 위한 시스템 및 방법 {System and method for estimating the richness of the gaseous mixture in the combustion chamber of an internal combustion engine of a motor vehicle power plant}
본 발명은 자동차 파워 플랜트의 내연기관, 특히 2행정 유형의 내연기관의 연소실 내의 기체 혼합물의 농후도(richness)를 평가함에 관한 것이다.
직접-분사 2행정 또는 4행정 기관의 어떠한 유형에 대해서도, 상기 기관은 연소 사이클에 있어 모두 동일한 수의 국면들을 갖는 바, 즉, 흡입, 배출, 압축 및 팽창이다. 그런데 2행정 기관의 연소 사이클은 4행정 기관의 연소 사이클과 다른데, 2행정 기관의 크랭크샤프트는 2회전보다 1회전을 만들기 때문이다. 따라서 흡입 및 배출에 사용가능한 시간 주기(period of time)는 2행정 기관에서보다 짧다. 게다가 2행정 기관에서 흡입 및 배출 국면은 상당한 범위로 겹치는 바, 이 겹침(overlapping)은 횡단(crossing; croisement)으로도 알려져 있으며, 소기(掃氣; scavenging) 현상이 발생한다.
상기 소기 현상은, 기관으로 들어간 기체의 일부가 실린더들의 연소실들을 우회(short-circuit; court-circuite)하여 연소됨 없이 기체 배출 회로 안으로 직접 통과하는 사실에 대응된다. 달리 말하자면, 상기 기관으로 들어간 외기(fresh air)의 양 전체가 상기 연소실 내에 가둬지지 않는다. 만약 4행정 기관들이 상기 흡입 국면 및 배출 국면 사이에 작은 겹침(overlap)을 갖는다면, 상기 소기 현상은 그러한 기관들 내에서도 발생한다. 특히, 예를 들어 흡입 국면 동안에 배출 밸브가 다시 열리는 방법들(strategies) 동안에 흡입 및 배출 밸브들이 동시에 열리는 주기를 갖는 4행정 기관들에 있어서 소기가 현저할 수 있다.
연소실들에 실제로 가둬진 공기의 양 또는 (IGR로 불리는) 잔류 기체의 양을 모두를 알지 못하면 상기 기관의 정확한 제어(예컨대 운전자의 요구에 응답하기 위해 적절한 세팅을 판별(determine)하는 것)가 어려워진다. 효율을 최적화하는 것, 특히 상기 기관의 연료 소모를 최적화하는 것, 그리고 상기 연소실 내 공기 및 잔류 기체의 혼합 상태에 고도로 의존하는 방출 오염물질의 수준을 제어하는 것도 어렵다.
게다가 상기 방출 오염물질은 소기 현상에서 비롯된 공기의 양으로 희석된다. 이것은 그 후 농후도 프로브(richness probe)의 통상적인 이용과 간섭(interfere)된다. 특히 기관 배출에 있어 기체 혼합물의 농후도의 측정값이 상기 기관의 연소실 내의 기체 혼합물의 농후도와 일치하지 않는다. 상기 기관의 연소실 내의 기체 혼합물의 농후도는 당업자에게 알려진 파라미터이며, 일반적으로 상기 기관에 들어간 외기의 양에 대한 연료량의 비율, 즉 실린더들의 연소실들에 들어간 외기의 양에 대한 연료량의 비율과 일치한다.
특히 상기 연소실에 실제로 가둬진 외기의 양, 및 잔류 기체의 양을 판별하는 것이 어려운데, 왜냐하면 그렇게 하는 것은 상기 연소실로부터 기체의 샘플을 취함을 수반할 것인 바, 이는 대량 생산된 기관에서는 생각할 수 없기 때문이다.
따라서, 요구되는 수준의 기관 토크를 얻고 그을음(soot), 질소산화물(oxides of nitrogen), 탄화수소물 및 일산화탄소의 측면에서 오염물질 기준을 충족시키기 위해 분사되어야 할 연료량을 판별하는 것은 어렵다.
이것은 상기 방출 오염물질이 상기 연소실 내의 열역학적 상태에 고도로 종속적인 이유이다. 예를 들어, 그을음의 경우, 상기 기관 연소실 내의 기체 혼합물의 농후도에 대해 제어가 결정적으로 중요한데, 이는 특정 농후도 문턱값을 넘으면 그을음의 수준이 극히 신속하게 증가하기 때문이다. 특히, 만약 기관 작동점(engine operating point)에 대해 연료량이 너무 높거나, 상기 연소실 내에 가둬진 공기 질량이 너무 낮거나, 잔류 기체의 양이 너무 높으면, 그을음의 수준이 너무 높게 될 위험이 있다.
게다가, 질소 산화물 방출에 있어서, 잔류 기체의 비율이 매우 강한 영향력을 가짐에 따라, 이 수준을 정확하게 판별할 수 없음으로 인해 이 유형의 배출 오염물질을 최소화하는 관점으로 상기 기관을 제어하는 것은 매우 어렵게 된다.
따라서 특히 자동차 기관을 제어할 수 있고 동시에 동시에 연료 소비 및 배출 오염물질을 최적화하기 위한, 연소 사이클의 초기(start)에 상기 연소실 내의 기체 혼합물의 농후도를 평가하기 위한 시스템 및 방법이 제시된다.
상기 연소 사이클의 초기에 잔류 기체의 양을 주정하기 위한 수단도 제시된다.
본 발명의 일 양상에는 자동차 파워 플랜트의 내연기관의 연소실 내의 기체 혼합물의 농후도를 평가하기 위한 시스템이 제시된다.
상기 시스템은, 상기 기관의 외기 흡입 회로로 추가적 가연성 기체를 분사하기 위한 수단, 상기 외기 흡입 회로 내의 상기 추가적 기체의 농도 및 상기 기관의 기체 배출 회로 내의 상기 추가적 기체의 농도를 각각 측정하기 위한 수단들, 상기 흡입 회로 내의 상기 추가적 기체의 농도의 측정값과 상기 배출 회로 내의 상기 추가적 기체의 농도의 측정값 사이의 비율(ratio)을 판별하기 위한 수단 및 상기 판별 비율(determined ratio)로부터 상기 기관의 상기 연소실 내의 기체 혼합물의 농후도를 평가하기 위한 수단을 포함한다.
이 시스템은 제조하기 간단하며, 2행정 또는 4행정의 임의의 유형의 기관에 특히 충분히 적합(well suited)하다.
상기 기관은 여러 개의 실린더들을 포함할 수 있으며, 상기 평가 수단은 상기 판별 비율로부터 상기 실린더들 내의 잔류 기체의 유량을 평가하고 상기 잔류 기체의 평가된 유량으로부터 상기 기관의 상기 연소실 내의 기체 혼합물의 농후도를 평가하도록 더 구성된다.
상기 기관의 오염물질 방출을 더 정확하게 제어할 수 있도록 잔류 기체의 양을 평가하기 위한 수단이 제공된다.
상기 추가적 기체는 5개 미만의 탄소들을 포함하는 탄소 사슬을 갖는 탄화수소일 수 있으며, 상기 추가적 기체는 바람직하게는 메탄이다.
상기 파워 플랜트는 상기 외기 흡입 회로에 연결된 부분적 배출 기체 재순환 회로를 포함할 수 있다.
상기 내연기관은 2행정 유형일 수 있다.
상기 평가 수단은, 상기 기관의 속력, 외기 유량, 상기 기관 내에 분사되는 연료의 유량 및 상기 재순환되는 배출 기체의 유량의 함수로서 상기 판별 비율의 맵(map)을 정하도록(establish) 더 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 일 양상에서는 자동차 파워 플랜트의 내연기관의 연소실 내의 기체 혼합물의 농후도를 평가하기 위한 방법이 제시된다.
상기 방법은, 상기 기관의 외기 흡입 회로 안으로 추가적 가연성 기체를 분사함, 상기 외기 흡입 회로 내의 상기 추가적 기체의 농도의 측정값과 상기 기관의 기체 배출 회로 내의 상기 추가적 기체의 농도의 측정값 사이의 비율을 판별함 및 상기 판별 비율(determined ratio)로부터 상기 기관의 연소실 내의 기체 혼합물의 농후도를 평가함을 포함한다.
상기 기관은 여러 개의 실린더들을 포함할 수 있으며, 상기 평가 방법은 판별 비율로부터 상기 실린더들 내의 잔류 기체의 유량을 중간에 평가함(intermediate estimate)을 포함하며, 상기 기관의 연소실 내의 기체 혼합물의 농후도를 평가함의 단계는 상기 잔류 기체의 평가된 유량으로부터 상기 농후도를 평가함을 포함한다.
상기 파워 플랜트는 상기 외기 흡입 회로에 연결된, 배출 기체의 부분적 재순환을 위한 회로를 포함할 수 있으며, 상기 평가 방법은, 상기 기관의 속력, 외기 유량, 상기 기관 내로 분사되는 연료의 유량 및 상기 재순환되는 배출 기체의 유량의 함수로서 상기 판별 비율의 맵을 정함(formulate)을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 목적들, 특징들 및 장점들은, 첨부된 도면들을 참조하여 이루어지고 오로지 비한정적인 예시들로서 주어지는 다음 설명으로부터 분명해질 것이다.
도 1은 내연기관의 소기 현상의 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 기관의 연소실 내의 기체 혼합물의 농후도를 평가하기 위한 방법의 일 실시예의 핵심 단계들의 개념도이다.
도 3에는 본 발명에 따른 내연기관의 연소실 내의 기체 혼합물의 농후도를 평가하기 위한 시스템의 일 실시예가 개념적으로 도시된다.
도 1에는 자동차 내연기관(1)의 소기 현상이 개념적으로 도시된다. 디젤 또는 가솔린 또는 다른 임의의 연료로 작동하는 상기 기관(1)은 4행정 기관일 수 있으며, 바람직하게는 2행정 기관일 수 있다. 게다가 상기 기관(1)은 자동차, 해양 선박(marine craft), 모터 사이클(motor cycle)에 장착될 수 있다.
상기 기관(1)은 여러 개의 실린더들을 포함하며 간단화를 위해 하나의 실린더의 연소실(2)이 도시되었다. 상기 연소실(2)은 첫째로 외기를 상기 연소실(2)에 분사(inject)하기 위한 흡입 매니폴드(3)에 연결되고, 상기 외기는 배출 기체의 일부와 혼합될 수 있며, 상기 연소실은 둘째로 배출 매니폴드(4)에 연결된다.
상기 기관(1)은 상기 배출 매니폴드(4)와 상기 흡입 매니폴드(3) 사이에서 꺼내어지는(tapped off) 배출 기체(5)의 부분적 재순환을 위한 회로도 포함할 수 있다.
도 1에는 번호(6)로 참조되는 우회 순환(short-circuit circulation)도 도시되는데, 단지 개념적 도시의 방법으로써, 소기 현상 동안에 직접적으로 상기 흡입 매니폴드(3)로부터 상기 배출 매니폴드(4)로 통과하는 기체의 순환이 도시된다.
게다가, 번호(7)로 참조되는 내부 재순환(internal recirculation)이 도시되었고, 순전히 개념적 도시의 방법으로써, 기체를 배출하는 국면 동안에 상기 연소실(2) 내에 가둬진 채로 남는, 잔류 기체로 불리는, 배출 기체 일부의 내부 재순환이 도시된다.
상기 기관(1)은 분사 파이프(9)를 통해 여기서 선영(hatching)으로 표시된 연료량을 상기 연소실(2)로 분사하는 분사기(injector; 8)도 포함하며, 여기서 상기 연료량은, 상기 흡입 매니폴드(3)로 들어간 외기와는 분리되고 선영 없이 표시된 공기의 양과 함께 분사될 가능성이 있다.
일반적으로, 도 1의 화살표들은 유체 유동의 방향들을 표시하고, 상기 선영으로 표시된 부분들은 연료의 분사를 표시하는 부분을 제외하고는 연소된 기체의 유동을 나타내며, 선영으로 표시되지 않은 부분들은 외기의 순환을 표시한다.
연소실(2) 내의 기체의 연소도 도시되었으며, 번호(10)로 참조된다.
연소 사이클 동안에 상기 기관(1) 내 기체의 질량 유량을 표시(indicate)하기 위해, 다음의 데이터가 도 1 상에 주석으로 달렸다(annotated):
- Qair(kg/h 단위): 상기 연소실(2)에 들어간 외기의 질량 유량;
- Qtrap(kg/h 단위): 상기 연소실(2)에 들어간 기체의 질량 유량;
- Qscav(kg/h 단위): 상기 기관(1)이 소기하는 기체의 질량 유량;
- Qair_scav(kg/h 단위): 상기 기관(1)이 소기하는 외기의 질량 유량, 혹은 환언하면 기체 흡입 국면 동안에 직접적으로 상기 배출 매니폴드(4)로 통과하는 외기의 양;
- Qair_trap(kg/h 단위): 상기 연소실(2)에 가둬지는 외기의 질량 유량;
- Qegr(kg/h 단위): 재순환되는 배출 기체(외기 및 연소된 기체)의 질량 유량;
- Qegr_scav(kg/h 단위): 상기 기관(1)이 소기하는 재순환된 배출 기체의 질량 유량;
- Qegr_trap(kg/h 단위): 상기 연소실(2)에 가둬지는 재순환된 배출 기체의 질량 유량;
- Qair_egr_trap(kg/h 단위): 상기 연소실(2)에 가둬지는 재순환된 배출 기체에 포함된 외기의 질량 유량;
- Qfuel(kg/h 단위): 상기 연소실(2)에 들어간 연료의 질량 유량;
- Qair_fuel(kg/h 단위): 상기 연소실(2)에 상기 연료와 함께 분사되는 공기의 질량 유량;
- Qigr(kg/h 단위): 잔류 기체의 질량 유량, 혹은 환언하면 기체를 배출하는 국면 동안에 상기 연소실(2)에 남는 기체(외기 및 연소된 기체)의 기체의 양;
- Qair_igr(kg/h 단위): 상기 잔류 기체에 포함된 외기의 질량 유량;
- Qexh(kg/h 단위): 배출 기체의 질량 유량;
- Qair_exh(kg/h 단위): 배출 기체에 포함된 외기의 질량 유량;
- Qexh'"(kg/h 단위): 상기 배출 기체(5)의 부분적 재순환 전의 상기 배출 기체의 질량 유량;
- Qexh"(kg/h 단위): 상기 배출 기체(5)의 부분적 재순환 전의, 그리고 우회 순환(6) 전의 상기 배출 기체의 질량 유량;
- Qexh'(kg/h 단위): 상기 내부 재순환(7) 전의 상기 배출 기체의 질량 유량.
위에서 설명된 데이터로 다음의 등식들이 산출된다:
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
도 2에는, 도 1에서 설명된 상기 내연기관(1)의 연소실 내의 기체 혼합물의 농후도를 평가하기 위한 방법에 있어서의 주요 단계들이 개념적으로 도시된다.
제1 단계(S1)에서, 추가적 가연성 기체가 상기 흡입 매니폴드(3) 안으로 분사된다. 분사(injection)는 상기 추가적 가연성 기체 및 외기의 균일한 혼합이 보장되도록 상기 기관(1)의 상류에서 충분히 수행되는 바, 예를 들어 부분적 배출 재순환 회로(5)와 상기 흡입 매니폴드(3) 사이의 접합부(junction)의 상류에서 수행된다. 따라서 소기 국면 동안에서 상기 추가적 기체 질량의 일부가 상기 연소실(2) 내에 가둬지고, 상기 추가적 기체의 다른 부분(another proportion)은 상기 배출 매니폴드(4)로 들어간다. 외기 및 추가적 기체의 혼합물의 균일성으로 인해, 상기 추가적 기체의 상기 부분의 질량비는, 상기 연소실(2) 내에 가둬지는 외기의 질량과 상기 배출 매니폴드(4)에 들어간 외기의 소기된 질량 사이의 비율과 동일하다. 상기 추가적 가연성 기체는 에탄, 프로판 또는 부탄일 수 있으며, 바람직하게는 메탄(CH4)이다. 상기 추가적 기체는 연소(combustion) 중에 상기 가둬진 부분이 연소될 수 있도록 하기에 적절한 연료이다.
제2 단계(S2) 동안, 상기 기관의 흡입 측의 상기 추가적 가연성 기체의 농도(%GCadm) 및 배출 측의 상기 추가적 가연성 기체의 농도(%GCexh)가 측정되고, 그 후 상기 농도들의 비율 RC = %GCadm/%GCexh가 계산된다(S3). 상기 농도들의 계산된 비율(RC)로부터 다음의 등식(5)을 이용하여 가둬진 공기의 비율(TA)이 판별된다(S4):
Figure pct00005
여기서,
- %GCadm: 상기 흡입 매니폴드(3) 내의 추가적 가연성 기체의 농도;
- %GCexh: 상기 매출 매니폴드(4) 내의 추가적 가연성 기체의 농도.
특정 분사 시스템들에 대하여, 공기의 양(Qair_fuel)이 연료 유량(Qfuel)에 추가됨이 주목될 것이다. 다른 시스템들에 대하여, 분사된 공기의 질량 유량(Qair_fuel)은 영(zero)이다.
가둬진 공기 비율(TA)은, 상기 연소실에 가둬진 공기의 질량을 상기 연소실(2)에 들어간 외기의 질량으로 나눈 몫과 일치한다. 상기 가둬진 공기 비율(TA)은, 상기 기관의 속력, 외기 유량(Qair)의 측정값, 상기 기관 내로 분사된 연료 유량(Qfuel)의 측정값, 상기 연료와 함께 분사된 공기의 유량(Qair_fuel)의 측정값 및 상기 재순환된 배출 기체의 유량(Qegr)의 함수로서 맵핑(map)될 수도 있다. 그 후 상기 비율(TA)의 맵은 상기 차량이 작동하고 있는 때에 다른 기관 제어 파라미터를 판별하기 위해 이용될 수 있다.
특히 상기 재순환된 배출 기체의 질량 유량(Qegr)은, 다음의 등식(6)으로부터 상기 기관(1)의 흡입 측과 배출 측의 이산화탄소 농도의 측정값들(%CO2)에 대하여 계산될 수 있다:
Figure pct00006
여기서,
- %CO2adm: 상기 흡입 매니폴드(3) 내의 이산화탄소 농도;
- %CO2exh: 상기 배출 매니폴드(4) 내의 이산화탄소 농도;
- %CO2atm: 표준 온도 압력(standard temperature and pressure: STP) 조건 하에서 대기 중의 이산화탄소 농도.
제5 단계(S5)에서, 단계(S4)에서 판별된 상기 가둬진 공기 비율(TA)로부터 다음의 등식(7)을 이용하여 잔류 기체의 질량 유량(Qigr)이 평가된다:
Figure pct00007
여기서,
Figure pct00008
Figure pct00009
- cpadm(kJ/(kg·K)): 상기 흡입 기체의 발열량(calorific value);
- n: 상기 기관(1)의 실린더들의 개수;
- N(분당 회전수; revolutions per minute; rpm): 상기 기관의 속력;
- PRFA: 흡입 밸브 또는 흡입 포트의 폐쇄 순간(moment of closure)의 상기 연소실(2) 내의 압력;
- VRFA: 상기 흡입 밸브 또는 상기 흡입 포트의 폐쇄 순간의 상기 연소실(2)의 부피;
- r = 287 J/(kg·K): 이상 기체 상수;
- cpexh(kJ/(kg·K)): 상기 배출 기체의 발열량(calorific value);
Figure pct00010
Figure pct00011
Figure pct00012
Figure pct00013
Figure pct00014
Figure pct00015
- T2(K): 상기 기관의 흡입 온도;
- T3(K): 상기 기관의 배출 온도;
- T4(K): 냉각된 재순환된 배출 기체의 온도.
온도들(T2 내지 T4)은 온도 센서들을 이용하여 측정된다.
상기 잔류 기체의 질량 유량(Qigr)이 평가되면, 다음의 등식(16)을 이용하여 잔류 기체의 수준(Tigr)이 계산될 수 있다:
Figure pct00016
다음에, 상기 기관의 연소실 내의 기체 혼합물의 농후도(Rmot)가 다음의 등식(17)을 이용하여 계산된다:
Figure pct00017
여기서,
- PCO = 14.7: 상기 연료의 화학양론적 양(le pouvoir comburivore du carburant);
Figure pct00018
Figure pct00019
- FMB: 연소된 질량 분율(mass fraction) 또는 연소 효율(combustion efficiency);
Figure pct00020
도 3에는 도 1에서 설명된 상기 내연기관의 연소실 내의 기체 혼합물의 농후도(Rmot)를 평가하기 위한 시스템(20)이 개념적으로 도시된다. 또한 상기 평가 시스템(20)은 위의 평가 방법을 수행하기 위하여 구성된다.
상기 내연기관(1)은 여러 개의 실린더들을 포함하는데, 간단화를 위해 하나의 실린더(21)가 도시되었으며, 그 실린더 안에서 피스톤(22)은 상기 피스톤을 크랭크샤프트(24)에 연결하는 커넥팅 로드(connecting rod; 23)에 의해 움직인다. 제1 실시예에 따라 상기 기관(1)의 연소실(2)은 상기 실린더(21), 상기 피스톤(22) 및 실린더 헤드(25)에 의해 한정되며, 상기 실린더 헤드(25)에는, 상기 연소실(2)이 상기 흡입 매니폴드(3)와 상기 배출 매니폴드(4)에 각각 연결됨을 가능하게 하는 적어도 2개의 밸브들(26, 27)이 갖춰진다. 제2 실시예에서, 상기 실린더 헤드(25)는 밸브들을 갖지 않고 대신 그 자리에, 상기 연소실(2)을 상기 흡입 매니폴드(3)에 연결하는 흡입 포트(port) 또는 도관(duct), 및 상기 연소실(2)을 상기 배출 매니폴드(4)에 연결하는 배출 포트 또는 도관을 갖는다. 상기 제2 실시예는, 상기 2행정 기관의 작동, 특히 연소 국면 및 팽창 국면 동안에 상기 피스톤(22)의 움직임이 흡입 및 배출 포트들을 폐쇄하고 다른 한편으로는 흡입 국면 및 배출 국면 동안에 상기 포트들이 상기 연소실(2)과 소통할 수 있도록 하는 방식이 당업자에게 알려져 있는 2행정 기관에 특히 적합한데,
상기 배출 기체(5)의 부분적 재순환을 위한 회로는 EGR 밸브로 불리는 밸브(28), 기체를 냉각시키기 위한 장치(29), 유량(Qegr)을 측정하기 위한 유동 미터기(30)를 포함한다. 상기 유량(Qegr)의 측정값은 접속부(connection; 31)에 의해 전자 제어 유닛(electronic control unit; ECU)에 전송된다.
상기 평가 시스템(1)은, 흡입 측의 이산화탄소의 질량 농도(%CO2adm) 및 배출 측의 이산화탄소의 질량 농도(%CO2exh)를 각각 측정하고 이 정보들을 각각의 접속부들(34, 35)을 통해 상기 ECU에 전송하기 위한 센서들(32, 33)을 더 포함한다.
상기 시스템은 상기 흡입 매니폴드(3) 내의 추가적 가연성 기체의 농도(%GCadm)를 측정하고, 이것을 접속부(37)에 의해 상기 ECU에 전송하기 위한 센서(36)를 포함한다.
상기 배출 매니폴드(4)의 하류에 위치한 유동 미터기(38)는 상기 배출 기체의 유량(Qexh)을 측정하고 이 측정값을 접속부(m1)를 통해 상기 ECU에 전송한다.
상기 흡입 매니폴드(3)의 상류에 위치한 유동 미터기(39)는 상기 외기의 유량(Qair)을 측정하고 이 측정값을 접속부(40)를 통해 상기 ECU에 전송한다. 연료 분사기(8)에 결합된 유동 미터기(41)는 상기 연료의 유량(Qfuel)을 측정하고, 그 측정값을 접속부(42)를 따라 상기 ECU에 전송한다.
분사기(43)는 상기 추가적 가연성 기체를 상기 기관의 외기 흡입 회로 안으로 분사한다. 상기 분사기(43)는 상기 흡입 매니폴드(3)의 상류에, 예를 들어 상기 유동 미터기(39)와 상기 흡입 매니폴드(3) 사이에 위치한다. 상기 추가적 가연성 기체 분사기(43)에 결합된 유동 미터기(44)는 추가적 기체의 유량을 측정하고, 그 측정값을 접속부(45)를 따라 상기 ECU에 전송하여, 상기 ECU는 상기 흡입 매니폴드(3) 내의 추가적 가연성 기체의 농도(%GCadm)를 계산할 수 있다.
상기 ECU는, 상기 센서(36)에 의해 전달된 측정값 및 상기 유동 미터기(44)에 의해 전달된 측정값으로부터 농도 비율 RC = %GCadm / %GCexh을 판별하도록 구성되는 판별 수단(46)을 포함한다. 상기 ECU는 상기 농도 비율(RC)로부터 유량(Qigr)을 평가하고 상기 유량(Qigr)으로부터 상기 기관의 연소실 내의 기체 혼합물의 농후도(Rmot)를 평가하기 위한 평가 수단(47)도 포함한다.
지금까지 설명되었던 방법 및 시스템으로 의하면, 연료 소비와 오염물질 방출이 최적화되는 방식으로 내연기관이 제어됨이 가능하게 된다. 특히 상기 기관의 연소실 내의 기체 혼합물의 농후도(Rmot) 및 유량(Qigr)의 평가가, 간단한 유량 및 온도 측정값들로부터 이루어진다. 오염물질 방출 및 기관 연료 소비를 제한하기 위해 상기 기관의 파라미터들, 예컨대 터보 부스트(turbo boost) 및 분사가, 상기 가둬진 공기 비율(TA)의 맵 및 선행하는 평가들에 의해 조정될 수 있다.

Claims (8)

  1. 자동차 파워 플랜트의 내연기관(1)의 연소실 내의 기체 혼합물의 농후도(richness)를 평가하기 위한 시스템으로서, 상기 평가 시스템은, 상기 기관의 외기 흡입 회로(3)로 추가적 가연성 기체를 분사하기 위한 수단(43), 상기 외기 흡입 회로(3) 내의 상기 추가적 기체의 농도 및 상기 기관의 기체 배출 회로(4) 내의 상기 추가적 기체의 농도를 각각 측정하기 위한 수단들(36, 44), 상기 흡입 회로 내의 상기 추가적 기체의 농도의 측정값과 상기 배출 회로 내의 상기 추가적 기체의 농도의 측정값 사이의 비율(ratio)을 판별하기 위한 수단(46), 및 상기 판별 비율(determined ratio)로부터 상기 기관의 상기 연소실 내의 기체 혼합물의 농후도를 평가하기 위한 수단(47)을 포함함을 특징으로 하는, 평가 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기관(1)은 여러 개의 실린더들을 포함하고, 상기 평가 수단(47)은 상기 판별 비율로부터 상기 실린더들 내의 잔류 기체의 유량을 평가하고 상기 잔류 기체의 평가된 유량으로부터 상기 기관의 상기 연소실 내의 기체 혼합물의 농후도를 평가하도록 더 구성되는, 평가 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 파워 플랜트는 상기 외기 흡입 회로(3)에 연결된 부분적 배출 기체 재순환 회로를 포함하는, 평가 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내연기관(1)은 2행정 유형인, 평가 시스템.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 평가 수단(47)은, 외기 유량, 상기 기관 내에 분사되는 연료의 유량, 및 상기 재순환되는 배출 기체의 유량의 함수로서 상기 판별 비율의 맵(map)을 정하도록(establish) 구성되는, 평가 시스템.
  6. 자동차 파워 플랜트의 내연기관의 연소실 내의 기체 혼합물의 농후도를 평가하기 위한 방법으로서, 상기 평가 방법은, 상기 기관의 외기 흡입 회로 안으로 추가적 가연성 기체를 분사함(S1), 상기 외기 흡입 회로 내의 상기 추가적 기체의 농도의 측정값과 상기 기관의 기체 배출 회로 내의 상기 추가적 기체의 농도의 측정값 사이의 비율을 판별함(S3), 및 상기 판별 비율로부터 상기 기관의 연소실 내의 기체 혼합물의 농후도를 평가함(S6)을 포함함을 특징으로 하는, 평가 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 기관은 여러 개의 실린더들을 포함하고, 상기 평가 방법은 판별 비율로부터 상기 실린더들 내의 잔류 기체의 유량을 중간에 평가함(intermediate estimate; S5)을 포함하며, 상기 기관의 연소실 내의 기체 혼합물의 농후도를 평가함(S6)의 단계는 상기 잔류 기체의 평가된 유량으로부터 상기 농후도를 평가함을 포함하는, 평가 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 파워 플랜트는 상기 외기 흡입 회로에 연결된, 배출 기체의 부분적 재순환을 위한 회로를 포함하고, 상기 평가 방법은, 상기 기관의 속력, 외기 유량, 상기 기관 내로 분사되는 연료의 유량 및 상기 재순환되는 배출 기체의 유량의 함수로서 상기 판별 비율의 맵을 정함(formulate)을 더 포함하는, 평가 방법.
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