KR20160055279A - 내연 엔진을 동작시키기 위한 디바이스 - Google Patents

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콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
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Abstract

내연 엔진은, 분사 밸브가 각각 할당된 복수의 실린더와, 배기 가스 촉매 컨버터와 람다 탐침을 구비하는 배기 가스 구획을 포함한다. 측정 신호의 함수로서 실린더에-특정된 측정 신호를 결정하도록 설계된 제1 할당 유닛이 제공된다. 나아가, 람다 탐침의 센서 모델을 포함하는 관찰자가 제공되고, 이 센서 모델은 관찰자의 피드백 분기에 배열된다. 관찰자는, 입력 측에서 실린더에-특정된 측정 신호가 공급되고, 출력 측에서 각 실린더와 관련된 관찰자 출력 변수가 이용가능하게 만들어지는 방식으로 설계된다. 실린더에-특정된 혼합물 차이로 만들어진 미리 한정된 간섭 패턴에 영향을 미치고, 각각 미리 한정된 간섭 패턴에 반응하여, 각 실린더와 관련된 관찰자 출력 변수의 함수로서 람다 탐침의 측정 신호와 람다 신호 사이의 할당 규칙을 적응시키도록 설계된 교정 유닛이 제공된다. 나아가, 할당 규칙에 의해 측정 신호와 람다 신호 사이에 할당을 수행하도록 설계된 제2 할당 유닛이 제공된다.

Description

내연 엔진을 동작시키기 위한 디바이스{DEVICE FOR OPERATING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연 엔진을 동작시키기 위한 디바이스에 관한 것이다.
내연 엔진이 배열된 자동차에 허용되는 오염물 방출량에 관한 법적 요구조건이 점점 더 엄격해져서 내연 엔진의 동작 동안 오염물 방출량을 가능한 한 낮게 유지하는 것이 필요하다. 이것은, 한편으로, 각 실린더에서 공기/연료 혼합물이 연소하는 동안 일어나는 오염물의 방출량을 감소시키는 것에 의해 수행될 수 있다. 다른 한편으로, 배기 가스 후-처리 시스템은 내연 엔진에 사용되고, 상기 시스템은 각 실린더 내 공기/연료 혼합물이 연소되는 공정 동안 생성되는 오염물의 방출분을 유해하지 않은 물질로 변환한다.
이를 위해, 일산화탄소, 탄화수소 및 산화질소를 유해하지 않은 물질종으로 변환하는 촉매 컨버터가 사용된다.
연소 동안 오염물을 방출하는데 영향을 미치고 촉매 컨버터에 의해 이 오염물 성분을 높은 효율 레벨로 변환하기 위해 각 실린더 내 공기/연료 비율을 매우 정확히 설정할 것이 요구된다.
매뉴얼 "Handbuch Verbrennungsmotor [내연 엔진 매뉴얼]"(published by Richard von Basshuysen, Fred Sch
Figure pct00001
fer, 2nd Edition, Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, June 2002, pages 559 to 561)이 배기 가스 촉매 컨버터의 업스트림(upstream)에 배열된 이진 람다 탐침(binary lambda probe)을 갖는 이진 람다 제어 시스템을 개시한다. 이 이진 람다 제어 시스템은 PI 제어기를 포함하고, 이 P 및 I 성분은 엔진 속력과 부하의 특성 다이어그램으로 저장된다. 이 이진 람다 제어 시스템에서, 람다 변동이라고도 지칭되는 촉매 컨버터를 여기(excitation)시키는 것은 암시적으로 2-지점 제어(two-point control)의 결과로 일어난다. 람다 변동의 진폭은 대략 3%로 설정된다.
특히, 오염물의 방출량에 관한 법적 요구조건을 만족시키기 위하여, 촉매 컨버터가 엔진에 가까이에 있는 것이 점점 더 많이 사용된다. 상기 촉매 컨버터는 많은 경우에 배기 가스 뱅크(bank)의 개별 실린더 내 공기/연료 비율에 매우 낮은 공차를 요구하는데, 구체적으로 출구 밸브로부터 촉매 컨버터까지 혼합 구획이 짧은 것으로 인해 엔진으로부터 원격 지점에 촉매 컨버터가 배열된 경우보다 상당히 더 낮은 공차를 요구한다. 이 상황에서, 실린더에-특정된 람다 제어가 사용될 수 있다.
DE 19846393 A1은 이산 레벨 탐침(discrete-level probe)으로 구현된 람다 탐침을 구비하는 다중-실린더 내연 엔진 내 공기/연료 비율의 실린더에-따라-선택적인 제어를 개시한다. 실린더에-따라-선택적인 제어를 하는 범위 내에서, 인접한 실린더의 전압 신호에 대한 하나의 실린더의 람다 탐침 전압 신호의 전압 차이가 형성된다. 이 분사는 이후 차이 값으로 보정된다. 이것은 정확히 화학량론적인 공기/연료 비율의 구역에서는 탐침 전압의 변화가 실제 강하여 최적의 공기/연료 비율의 차이가 작은 경우에도 이를 검출할 수 있다는 것을 고려한다.
DE 10 2007 015 362 A1은 적어도 하나의 이산 레벨 람다 탐침을 구비하는 내연 엔진에서 람다 제어 방법을 개시하는데, 여기서 이산 레벨 람다 탐침은 내연 엔진의 배기 가스를 전달하는 배기 가스 시스템에서 배기 가스 정화 디바이스의 업스트림에 배열되고, 배기 가스의 산소 함량에 따라 제1 측정 신호를 생성하도록 구성된다. 제1 측정 신호는 적어도 2개의 지점에서 사용되고 보정된다.
DE 10 2007 016 276 A1은 이진 람다 제어 시스템을 개시한다. 내연 엔진의 혼합물의 변화는 엔진 제어 시스템에 의해 파일럿 제어(pilot-controlled)된다. 람다 탐침의 저장된 특성 곡선은 혼합물의 파일럿 제어된 변화를 사용하여 적응된다.
DE 10 2007 029 029 A1은 혼합물을 형성하기 위한 엔진 제어 시스템과 전방 람다 탐침(front lambda probe)을 갖는 내연 엔진에서 람다 제어 방법을 개시하고, 상기 전방 람다 탐침은 내연 엔진의 배기 가스 시스템에 배열되고, 배기 가스 시스템에 배열된 촉매 컨버터의 업스트림에서 배기 가스 시스템으로 전달되는 배기 가스의 전방 산소 함량을 나타내는 전방 탐침 신호를 검출한다. 나아가, 배기 가스 시스템에서 촉매 컨버터의 업스트림에는, 배기 가스 시스템에서 촉매 컨버터의 다운스트림으로 전달되는 배기 가스의 후방 산소 함량을 나타내는 후방 탐침 신호를 생성하는 후방 람다 탐침(rear lambda probe)이 배열된다. 개선된 람다 제어 시스템을 이용가능하기 위해 전방 탐침 신호와 변환 규칙(conversion rule)에 의해 람다 값을 결정하는 것이 이루어진다. 나아가 후방 탐침 신호로부터 람다 차이를 결정하고, 결정된 람다 차이에 의해 변환 규칙을 적응시키는 것이 제공된다.
WO 2013/045526 A1은, 람다 제어기에 의해 특히 배기 가스 센서의 측정 신호의 함수로 계량되도록 의도된 연료량을 보정하는 보정 신호를 결정하는 것을 개시한다. 적어도 하나의 미리 한정된 조건이 만족된 경우, 내연 엔진의 미리 한정된 동작 범위 내에서, 평활하지 않은 동작을 고려한 것에 기초하여 오염물 방출량에 관한 실린더에-특정된 진단이 수행되고, 여기서 실린더에-특정된 진단은 람다 제어기의 수정된 적분 파라미터를 사용하는 대응하는 검출 위상에서만 능동적으로 수행되고, 이 적분 파라미터는 람다 제어기의 정상 동작 모드에서의 적분 파라미터에 비해 그 절대값 측면에서는 감소된다.
DE 10 2005 009 101 B3은 복수의 실린더, 상기 실린더에 할당(assigned)된 분사 밸브, 및 배기 가스 구획에 배열되고 각 실린더 내 공기/연료 비율을 나타내는 측정 신호를 제공하는 배기 가스 탐침을 구비하는 내연 엔진에서 각 실린더 내 공기/연료 비율에 영향을 미치는 보정 값을 결정하는 방법을 개시한다. 각 실린더의 피스톤의 기준 위치와 관련된 미리 한정된 샘플링 크랭크샤프트 각도에서 측정 신호가 검출되어 각 실린더에 할당된다. 각 실린더 내 공기/연료 비율에 영향을 미치는 제어기 값은, 각 실린더에 대해 검출된 측정 신호의 함수로서 각 경우에 하나의 제어기에 의해 결정된다. 제1 적응 값은 미리 한정된 제1 조건이 만족될 때 제어기 값의 함수로 결정되고, 상기 조건은 각 분사 밸브의 온도를 나타내는 온도의 미리 한정된 제1 온도 범위를 포함하고, 준-정상-상태의 동작 상태가 존재하는 것을 포함한다.
각 분사 밸브의 온도를 나타내는 온도의 미리 한정된 제2 온도 범위를 포함하고 준-정상-상태의 동작 상태가 존재하는 것을 포함하는 미리 한정된 제2 조건이 만족된 경우, 제2 적응 값이 제어기 값의 함수로 결정된다.
각 실린더 내 공기/연료 비율에 영향을 미치는 보정 값이 각 분사 밸브의 온도를 나타내는 온도의 함수로서 제1 적응 값 또는 제2 적응 값의 함수로 결정된다.
DE 10 2008 058 008 B3은, 분사 밸브가 각각 할당된 복수의 실린더, 배기 가스 촉매 컨버터를 포함하는 배기 가스 구획, 및 배기 가스 촉매 컨버터의 업스트림에 또는 이 배기 가스 촉매 컨버터의 내부에 배열된 람다 탐침을 구비하는 내연 엔진을 동작시키기 위한 디바이스를 개시한다.
람다 탐침의 측정 신호의 함수로서 실린더에-특정된 람다 신호를 결정하고, 실린더에-특정된 람다 신호들에 걸쳐 평균된 람다 신호에 대해 실린더에-특정된 람다 신호의 함수로서 각 실린더에 대한 람다 차이 신호를 결정하도록 설계된 할당 유닛(assignment unit)이 제공된다.
나아가, 람다 탐침의 센서 모델(sensor model)을 포함하는 관찰자(observer)가 제공되고, 이 센서 모델은 관찰자의 피드백 분기(feedback branch)에 배열된다. 이 관찰자는, 입력 측에서 실린더에-특정된 람다 차이 신호가 공급되고, 각 실린더와 관련된 관찰자 출력 변수가 미리 한정된 분사 특성으로부터 각 실린더의 분사 밸브의 분사 특성의 차이를 나타내도록 구현된다.
나아가, 실린더에-특정된 혼합물 차이로 구성된 간섭 패턴에 영향을 미치고, 각각 미리 한정된 간섭 패턴에 반응하여, 관찰자 출력 변수들 중 적어도 하나의 변수가, 미리 한정된 방식으로, 그 실린더에 할당된 간섭 패턴의 일부를 나타내고 적어도 하나의 검출 파라미터가 출력될 때까지 검출 파라미터로서 센서 모델의 적어도 하나의 파라미터를 변화시키도록 설계된 파라미터 검출 유닛이 제공된다.
본 발명이 기초로 하는 목적은 특히 간단한 방식으로 오염물의 방출량을 저감시키는데 기여하는 복수의 실린더를 갖는 내연 엔진을 동작시키기 위한 디바이스를 제공하는 것이다.
상기 목적은 독립 특허 청구항의 특징에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 개선은 종속 청구항의 특징이다.
본 발명은 일 개선예에 따라 분사 밸브가 각각 할당된 복수의 실린더, 배기 가스 촉매 컨버터를 구비하는 배기 가스 구획, 및 상기 배기 가스 촉매 컨버터의 업스트림에 또는 상기 배기 가스 촉매 컨버터의 내부에 배열된 람다 탐침을 구비하는 내연 엔진을 동작시키기 위한 디바이스를 특징으로 한다. 측정 신호의 함수로서 실린더에-특정된 측정 신호를 결정하도록 설계된 제1 할당 유닛이 제공된다.
상기 람다 탐침의 센서 모델을 포함하는 관찰자가 제공되고, 상기 센서 모델은 상기 관찰자의 피드백 분기에 배열되고, 상기 관찰자는, 입력 측에서 상기 실린더에-특정된 측정 신호가 공급되고, 출력 측에서 각 실린더와 관련된 관찰자 출력 변수가 이용가능하게 만들어지는 방식으로 구현된다.
나아가, 상기 배기 가스 탐침의 측정 신호의 대응하는 구획은 상기 할당 유닛에 의하여 실린더에-특정된 방식으로 각 실린더에-특정된 측정 신호에 할당된다.
상기 람다 탐침의 센서 모델은, 특히, 신호의 변화에 대한 응답기 거동을 나타낸다.
교정 유닛(calibration unit)이 제공되고 이 교정 유닛은 실린더에-특정된 혼합물 차이로 만들어진 미리 한정된 간섭 패턴에 영향을 미치도록 설계된다. 이 교정 유닛은, 각 실린더와 관련된 상기 관찰자 출력 변수의 함수로서 각각 미리 한정된 간섭 패턴에 반응하여, 상기 람다 탐침의 측정 신호와 람다 신호 사이에 할당 규칙을 적응시키도록 더 설계된다.
나아가, 제2 할당 유닛이 제공되고 이 제2 할당 유닛은 상기 할당 규칙에 의해, 상기 측정 신호와 상기 람다 신호 사이에 할당을 수행하도록 설계된다.
이런 방식으로, 특히 고속으로 또한 신뢰성 있는 교정이 수행될 수 있어서 상기 람다 탐침의 측정 신호와 상기 람다 신호 사이에 가장 정확한 할당을 가능하게 하는데 기여할 수 있다. 상기 간섭 패턴의 결과, 하나의 동작 사이클 내에서 상기 실린더의 개수에 대응하는 관찰자 출력 변수를 결정하고, 그리하여 특히 사실상 동일한 나머지 동작 조건 하에서 상기 변수를 사용하여 상기 할당 규칙을 적응시키는 것이 가능하여, 그 결과 다른 간섭 영향이 여기서 대부분 제거된다. 적절히 미리 한정(predefinition)하는 것에 의하여, 특히, 공기 계수 λ = 1을 갖는 화학량론적인 공기/연료 비율 부근의 매우 좁은 범위 밖에서도 높은 정확도로 할당 규칙을 교정하고, 그리하여 초화학량론적인 또는 부화학량론적인 공기/연료 비율을 갖는 내연 엔진의 동작 밖에서도 원하는 양의 연료를 정확히 설정하는데 매우 효과적으로 기여하는 것을 보장할 수 있다.
하나의 유리한 개선예에 따르면, 상기 교정 유닛은 각각 미리 한정된 간섭 패턴이 방출량에 중립적인(emission-neutral) 방식으로 구현된다. 이것은 상기 교정을 실행하는 동안에도 오염물 방출량을 가능한 최소로 생성하는데 기여한다.
추가적인 유리한 개선예에 따르면, 상기 교정 유닛은 상이한 공기/연료 비율이 적어도 2개의 실린더에 적용되는 방식으로 각각 미리 한정된 간섭 패턴이 미리 한정되는 방식으로 구현된다. 이런 방식으로, 대응하는 관찰자 출력 변수는 상이한 공기/연료 비율에 대해 신속히 결정될 수 있고, 상기 변수는, 특히, 사실상 동일한 동작 조건 하에서 결정될 수 있어서 상기 할당 규칙을 정확히 교정하는데 효과적으로 기여한다.
하나의 추가적인 유리한 개선예에 따르면, 상기 교정 유닛은 상이한 공기/연료 비율이 모든 할당된 실린더에 적용되는 방식으로 각각 미리 한정된 간섭 패턴이 미리 한정되도록 구현된다. 그리하여 동작 사이클마다 최대 개수의 상이한 공기/연료 비율을 설정하고 그리하여 이 공기/연료 비율에 할당되는 최대 개수의 관찰자 출력 변수를 결정하는 것이 가능하여, 동작 사이클마다 고속으로 정확히 교정하는데 매우 효과적으로 기여한다.
추가적인 개선예에 따르면, 상기 교정 유닛은 할당 규칙이 구획별(section-wise)로 적응되도록 구현된다. 이런 방식으로, 각 구획에 대해 대응하는 공기/연료 비율에 할당된 각 관찰자 출력 변수는 각 구획과 구체적으로 관련된 방식으로 각각 사용되고, 이런 방식으로 이들 구획이 정확히 적응된다. 예를 들어, 상기 할당 규칙은 특성 곡선을 포함할 수 있고, 이 특성 곡선은 개별 구획으로 분할될 수 있다.
추가적인 개선예에 따르면, 상기 람다 탐침은 이진 람다 탐침으로 구현되고, 복수의 실린더에 할당된 람다 제어기를 구비하는 제어기 유닛을 포함하고, 상기 람다 제어기는, 제어 입력 변수가 상기 람다 신호에 의존하고, 그 제어기 작동 신호가 계량될 연료량에 영향을 미치는 방식으로 구현된다. 이것으로, 특히, 가능한 한 비용 효과적으로 설계할 수 있다.
추가적인 개선예에 따르면, 상기 람다 제어기는 제어 입력 변수가 상기 람다 신호와 미리 한정된 설정점(setpoint) 신호의 함수로 형성된 제어 차이에 의존하는 방식으로 구현된다.
그리하여 상기 람다 제어기는 2-지점 제어기가 없고, 상기 제어 차이의 절대 값과 부호가 제어기 작동 신호에 영향을 미친다. 이것으로, 이진 람다 탐침으로도, 이진 람다 제어기에서 일어나는 것과 같은, 상대적으로 현저히 농후로 조절(enrichment adjustment)하는 것과 희박으로 조절(lean adjustment)하는 것을 회피하면서 특히 정확히 제어할 수 있다. 나아가, 이런 방식으로 오염물의 방출량을 낮추면서도 동시에 이진 람다 탐침으로 화학량론적인 공기/연료 비율 밖에서도 람다 제어를 수행하는데 기여할 수 있다.
추가적인 개선예에 따르면, 상기 제어기 유닛은 각 실린더 내 공기/연료 비율을 등화(equalization)시키는데 기여하도록 설계된 각 실린더에-특정된 람다 제어기를 포함한다. 이런 방식으로, 특히, 각 실린더의 분사 밸브 또는 또한 가스 입구에서 특정 차이를 고려할 수 있고 이런 방식으로 각 실린더에 대해 공기/연료 비율을 특히 정확히 설정할 수 있다.
추가적인 개선예에 따르면, 상기 교정 유닛은, 상이한 실린더에서 각 공기/연료 비율을 등화시키는 것이 수행되는 경우, 활성화되도록 구성된다.
이런 방식으로, 예를 들어, 각 분사 밸브 또는 가스 입구 밸브의 특성이 상이한 것으로 인해 각 실린더 내 실제 공기/연료 비율이 상이한 것으로부터 유발되는 영향을 대부분 제거하는데 효과적으로 기여하여, 할당 규칙을 특히 정확히 교정할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예는 개략 도면을 참조하여 아래에서 보다 상세히 설명된다.
도 1은 제어 디바이스를 갖는 내연 엔진을 도시하는 도면,
도 2는 제어 디바이스의 관련 블록의 블록도,
도 3은 람다 제어기의 블록 다이어그램, 및
도 4는 할당 규칙의 기능도.
동일한 설계 또는 기능을 갖는 소자는 도면 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호로 표시된다.
내연 엔진(도 1)은 흡입 구획(1), 엔진 블록(2), 실린더 헤드(3) 및 배기 가스 구획(4)을 포함한다. 흡입 구획(1)은 바람직하게는 스로틀 밸브(5), 나아가 다기관(6), 및 흡입 파이프(7)를 포함하고 이 흡입 파이프는 엔진 블록(2)으로 가는 입구 덕트를 통해 실린더(Z1)로 이어진다. 엔진 블록(2)은 커넥팅 로드(10)를 통해 실린더(Z1)의 피스톤(11)에 결합된 크랭크샤프트(8)를 더 포함한다.
실린더 헤드(3)는 가스 입구 밸브(12)와 가스 출구 밸브(13)를 갖는 밸브 구동부(valve drive)를 포함한다.
실린더 헤드(3)는 분사 밸브(18)와 스파크 플러그(19)를 더 포함한다. 대안적으로, 분사 밸브(18)는 흡입 파이프(7)에도 배열될 수 있다.
바람직하게는 삼방(three-way) 촉매 컨버터로 구현되고, 예를 들어, 출구 밸브(13)가 할당된 출구에 매우 가까이 배열된 배기 가스 촉매 컨버터(21)가 배기 가스 구획(4)에 배열된다.
나아가, 예를 들어, NOx 촉매 컨버터(23)로 구현된 추가적인 배기 가스 촉매 컨버터가 배기 가스 구획(4)에도 배열될 수 있다.
제어 디바이스(25)가 제공되고, 이 제어 디바이스에는 센서가 할당되고, 이 센서는 여러 측정 변수를 검출하고 측정 변수의 값을 각각 결정한다. 동작 변수는 측정 변수뿐만 아니라 이로부터 유도된 변수를 포함한다.
제어 디바이스(25)는, 동작 변수들 중 적어도 하나의 동작 변수의 함수로서, 작동 변수를 결정하도록 설계되고, 이 작동 변수는 이후 대응하는 서보-구동부(servo-drive)에 의해 작동체 소자(actuator element)를 제어하는 하나 이상의 작동 신호로 변환된다. 제어 디바이스(25)는 내연 엔진을 제어하는 디바이스 또는 내연 엔진을 동작시키기 위한 디바이스라고도 지칭될 수 있다.
이들 센서에는, 가속기 페달(27)의 가속기 페달 위치를 검출하는 페달 위치 신호 생성기(26), 스로틀 밸브(5)의 업스트림에서 공기량 흐름을 검출하는 공기량 센서(28), 흡입 공기 온도를 검출하는 제1 온도 센서(32), 다기관(6)에서 흡입 파이프 압력을 검출하는 흡입 파이프 압력 센서(34), 및 회전 속력(N)이 할당된 크랭크샤프트 각도를 검출하는 크랭크샤프트 각도 센서(36)가 있다.
나아가, 람다 탐침(42)이 제공되고, 이 람다 탐침은 배기 가스 촉매 컨버터(21)의 업스트림에 또는 배기 가스 촉매 컨버터(21)의 내부에 배열되고, 배기 가스의 잔류 산소 함량을 검출하고, 그 측정 신호(MS1)는, 아래에서 실린더(Z1) 내 공기/연료 비율이라고도 지칭되는, 연료 산화 전에 람다 탐침(42)의 업스트림에서 실린더(Z1)의 연소 챔버 내 공기/연료 비율을 나타낸다. 람다 탐침(42)은 촉매 컨버터 볼륨의 일부분이 람다 탐침(42)의 업스트림에 위치되는 방식으로 배기 가스 촉매 컨버터에 배열될 수 있다. 람다 탐침(42)은, 예를 들어, 이산 레벨 탐침으로 구현될 수 있고, 그리하여 이진 람다 탐침(binary-level probe)이라고도 지칭된다. 람다 탐침은, 예를 들어, 선형 람다 탐침으로도 지칭되는 광대역 탐침으로도 지칭될 수 있다.
광대역 탐침과는 달리, 이진 람다 탐침의 동적 거동은, 특히 희박한 위상과 농후한 위상 사이에 위상이 전이하는 경우에 매우 비-선형이다. 비선형 범위에서 측정 신호를 평가하고 그리하여 실린더에-특정된 람다 차이를 평가하는 것은, 측정 신호의 하강이나 상승이, 특정 상황에서, 탐침의 동적 상태에 따라 동작 사이클의 시간 기간보다 더 신속히 일어날 수 있기 때문에 문제시된다. 나아가, 전이 위상에서, 람다에 대한 감도가 이 구역에서는 매우 낮기 때문에 측정 신호를 람다 신호로 변환하는 것은 상당히 부정확하다.
기본적으로, 배기 가스 탐침은 배기 가스 촉매 컨버터(21)의 다운스트림에 배열될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따라, 지정된 센서의 임의의 원하는 서브셋이 존재할 수 있고, 또는 추가적인 센서가 존재할 수도 있다.
작동체 소자에는, 예를 들어, 스로틀 밸브(5), 가스 입구 밸브(12)와 가스 출구 밸브(13), 분사 밸브(18) 또는 스파크 플러그(19)가 있다.
실린더(Z1)에 더하여, 추가적인 실린더(Z2 내지 Z4)가 더 제공되고, 대응하는 작동체 소자와, 적절한 경우, 센서가 이에 더 할당된다. 그리하여 예를 들어 실린더(Z1 내지 Z4)를, 예를 들어, 배기 가스 뱅크에 할당하고, 공통 람다 탐침(42)을 할당할 수 있다. 나아가, 예를 들어, 제2 배기 뱅크에 할당된 것과 같은 추가적인 실린더가 물론 또한 제공될 수 있다. 그리하여 내연 엔진은 임의의 원하는 개수의 실린더를 포함할 수 있다.
제어 디바이스(25)의 관련 블록이 도 2의 블록 회로 다이어그램을 참조하여 아래에서 보다 상세히 설명된다. 블록은, 예를 들어, 미리 한정된 데이터를 포함할 수 있고, 이 데이터는 제어 디바이스의 데이터 메모리에 저장되고, 제어 디바이스의 메모리, 특히 프로그램 메모리에 저장된 프로그램 코드를 더 포함할 수 있고, 제어 디바이스의 동작 동안 처리될 수 있다.
블록(B1)은, 람다 탐침(42)의 측정 신호(MS1)의 함수로서 실린더에-특정된 측정 신호(V_Z1, V_Z2, V_Z3 및 V_Z4)를 결정하도록 설계된 제1 할당 유닛을 포함한다. 이 상황에서, 특히 전환 스위치(changeover switch)를 포함하는 블록(B2)이 제공된다. 이런 방식으로, 추정된 가스 동작 시간의 함수로서, 그리고, 적절한 경우, 람다 탐침(42)의 응답 거동의 함수로서 할당이 수행된다. 연대적인 할당은 여기서는 실린더에-특정된 람다 제어 동안, 예를 들어, DE 10 2008 058 008 B3에 보다 상세히 설명된 바와 같은 절차와 기본적으로 유사하고 이 문헌의 내용은 이런 점에서 대응하여 여기에 포함된다.
실린더에-특정된 측정 신호(V_Z1, V_Z2, V_Z3 및 V_Z4)는 입력 측에서 관찰자를 포함하는 블록(B44)에 공급된다. 실린더에-특정된 측정 신호(V_Z1, V_Z2, V_Z3 및 V_Z4)는 블록(B4)에서 제1 감산점(subtractor point)(SUB1)에 공급되고, 이 감산점(SUB1)에서 상기 측정 신호(V_Z1, V_Z2, V_Z3, V_Z4)와 모델 측정 신호(MS_MOD) 사이의 차이가 형성된다. 모델 측정 신호(MS_MOD)는 블록(B13)에 포함된 센서 모델의 출력 신호이다. 이 차이는 증폭기(K)에서 증폭되고 나서, 블록(B2)의 것과 동기적으로 스위칭되는 전환 스위치를 더 포함하는 블록(B6)에 공급된다.
블록(B6)의 출력 측은, 스위칭된 위치에 따라, 블록(B8), 블록(B10), 블록(B12) 또는 블록(B14)에 결합된다. 블록(B8 내지 B14)은 그 입력에 존재하는 신호를 적분하는 I 소자, 다시 말해, 적분 소자를 각각 포함한다. 블록(B8 내지 B14)의 출력 변수는 대응하는 방식으로 각 실린더(Z1 내지 Z4)와 각각 관련된 관찰자 출력 변수(OBS_Z1, OBS_Z2, OBS_Z3, OBS_Z4)이다.
나아가, 입력 측에서 관찰자 출력 변수(OBS_Z1, OBS_Z2, OBS_Z3 및 OBS_Z4)가 공급되는 추가적인 전환 스위치는 블록(B16)에 제공된다. 블록(B16)의 전환 스위치는 블록(B2 및 B6)의 것과 동기적으로 스위칭된다. 블록(B16)의 출력 신호는 블록(B18)의 입력 변수이다.
블록(B18)은 람다 탐침(42)의 센서 모델을 포함한다. 이 센서 모듈은 예를 들어, PT1 소자의 형태로 구현되지만, 이 센서 모듈은 추가적인 소자를 더 포함할 수 있다. 이 센서 모듈은, 파라미터로서, 예를 들어, 이득 계수와 상승 시간 파라미터를 포함한다. 블록(B18)의 출력 측에서는 모델 측정 신호(MS_MOD)가 센서 모델의 출력으로 생성된다. 예를 들어, DE 10 2008 058 008 B3에 상세히 설명된 것과 같은 실린더에-특정된 람다 제어와는 달리, 블록(B1 내지 B18)에서는 측정 신호(MS1)를 대응하는 람다 값으로 할당하는 것, 다시 말해 람다 신호로 변환하는 것이 수행되지 않는다.
나아가, 교정 유닛을 포함하는 블록(B20)이 제공된다. 나아가, 제2 할당 유닛을 포함하는 블록(B22)이 제공된다. 나아가, 제어기 유닛을 포함하는 블록(B24)이 제공된다. 제어기 유닛은, 블록(B26)에서, 복수의 실린더(Z1 내지 Z4)에 할당되는, 다시 말해, 예를 들어, 배기 가스 구획의 모든 실린더에 할당되는 람다 제어기를 포함한다.
나아가, 제어기 유닛은 바람직하게는 실린더에-특정된 람다 제어기를 각각 포함하는 블록(B28, B30, B32 및 B34)을 더 포함한다. 실린더에-특정된 람다 제어기는, 예를 들어, DE 10 2008 058 008 B3에 보다 상세히 설명된 것에 대응하는 방식으로 구현되고 이 문헌의 내용은 이런 점에서 여기에 포함된다.
블록(B26)에서 람다 제어기의 제어기 유닛의 예시적인 설계는 도 3의 블록 회로 다이어그램을 참조하여 아래에서 보다 상세히 더 설명된다.
람다 탐침(42)의 측정 신호(MS1)의 함수로서 할당 규칙에 의해 결정된 람다 신호(LAM_S)가 감산점(SUB2)에 공급된다. 할당 규칙은 블록(B20 및 B22)을 참조하여 아래에서 보다 상세히 더 설명된다.
나아가, 설정점 신호(LAM_SP)가 감산점(SUB2)에 공급되고 이 감산점에서 둘 사이의 차이가 형성되고, 이 차이는 이후 제어 차이(RDIFF)에 할당된다.
설정점 신호(LAM_SP)는, 입력 측에서 원시 설정점 신호(raw setpoint signal)(LAM_RAW_SP)와 강제 여기(forced excitation)(ZWA)가 공급되는 블록(B36)의 출력 신호이다. 이 상황에서, 예를 들어 원시 설정점 신호(LAM_RAW_SP)는 동작점(operating point)의 함수로 미리 한정될 수 있고, 예시적인 동작점에서, 화학량론적으로 공기/연료 혼합물을 미리 한정한 것을 나타낸다. 강제 여기(ZWA)는, 예를 들어, 구형파 신호(square-wave signal)이다. 설정점 신호(LAM_SP)는, 예를 들어, 원시 설정점 신호(LAM_RAW_SP)와 강제 여기(ZWA)를 대응하여 합산한 것에서, 예상된 배기 가스 전달 시간 및/또는 예상된 센서 거동, 특히 응답 거동을 고려하여 결정된다.
제어 차이(RDIFF)는, 입력 측에서, 예를 들어, PID 제어기로 구현될 수 있는 제어기를 포함하는 블록(B38)에 공급된다. 그러나, 이 제어기는 기본적으로 예를 들어, P, PI 또는 PD 제어기와 같은 임의의 다른 알려진 제어기로 구현될 수도 있다.
블록(B38)의 출력 측에서는, 최종적으로 계량되는 연료량에 영향을 미치는 람다 제어기의 제어기 작동 신호(LAM_FAC_FB)가 출력된다. 람다 제어기의 제어기 작동 신호(LAM_FAC_FB)는 승산점(multiplier point)(M1)에 공급되고 이 승산점에서 계량될 보정된 연료량(MFF_COR)은 계량될 연료량(MFF)과 승산하는 것에 의해 결정된다.
블록(B40)이 제공되고 여기서 계량될 연료량(MFF)은 예를 들어, 회전 속력(N)과 부하(LOAD)의 함수로 결정된다. 이를 위해, 예를 들어 엔진 테스트 벤치에서, 미리 결정된 예를 들어 하나 이상의 특성 다이어그램이 제공될 수 있다.
각 실린더에-특정된 람다 제어기의 각 출력 신호는 입력 측에서 승산점(M1)에 공급될 수도 있다.
블록(B42)은, 계량될 보정된 연료량(MFF_COR)의 함수로서, 특히 각 실린더(Z1 내지 Z4)의 분사 밸브(18)에 대한 작동 신호(SG)를 결정하도록 설계된다.
블록(B20)의 교정 유닛은, 일 개선예에서, 상이한 실린더(Z1 내지 Z4) 내 각 공기/연료 비율을 등화시키는 것이 수행되는 경우, 활성화되도록 구성된다. 이 등화는, 특히, 실린더에-특정된 람다 제어기의 도움으로 수행된다.
나아가, 교정 유닛을 활성화하는 추가적인 조건이 또한 미리 한정될 수 있다. 그리하여, 예를 들어, 내연 엔진이 준-정상-상태의 동작 상태에서 동작하는데 필요할 수 있다.
교정 유닛은 실린더에-특정된 혼합물 차이로 만들어진 미리 한정된 간섭 패턴(PAT)에 영향을 미치도록 설계된다. 미리 한정된 간섭 패턴은 바람직하게는 방출량에-중립적이다. 각각 미리 한정된 간섭 패턴(PAT)은 상이한 공기/연료 비율이 적어도 2개의 실린더에 인가되는 방식으로 미리 한정될 수 있다. 상이한 공기/연료 비율이 모든 할당된 실린더(Z1 내지 Z4)에 인가되는 방식으로 간섭 패턴(PAT)을 미리 한정하는 것이 특히 효율적이다.
간섭 패턴(PAT)은, 특히, 대략 화학량론적인 공기/연료 비율을 일반적으로 미리 한정하는 동안, 예를 들어, 실린더(Z1)에서는 공기/연료 비율이 +10%만큼 희박(lean)으로 조절되고, 실린더(Z2)에서는 10%만큼 영향을 받고, 다시 말해 10%만큼 농후(enriched)해지고, 실린더(Z3)에서는 5%만큼 희박으로 조절되고, 실린더(Z4)에서는 5%만큼 영향을 받고, 다시 말해 5%만큼 농후해지는 방식으로 구현될 수 있다.
이런 상황에서, 이것은, 특히, 파일럿 제어 형태로 일어날 수 있고, 그리하여 승산점(M1)에 입력될 수 있다.
각각 미리 한정된 간섭 패턴에 반응하여, 람다 탐침(42)의 측정 신호(MS)와 람다 신호(LAM_S) 사이의 할당 규칙은 각 실린더(Z1 내지 Z4)와 관련된 관찰자 출력 변수(OBS_Z1, OBS_Z2, OBS_Z3, OBS_Z4)의 함수로 적응된다. 이런 상황에서, 특히 간섭 패턴(PAT)과 관련된 정보, 다시 말해 각 실린더(Z1 내지 Z4)와 관련된 알려진 농후로의 조절 또는 희박으로의 조절에 관한 정보와, 그 결과 각 관찰자 출력 변수들을 고려하여, 이에 따라 할당 규칙을 대응해서 적응시키는 것을 수행할 수 있다.
할당 규칙은 바람직하게는, 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같은 특성 곡선을 포함하고, 여기서 Y 축은 밀리볼트[mV] 단위의 전압 신호로 측정 신호(MS1)를 나타내고, X 축은 1.0의 화학량론적인 공기/연료 비율을 나타내고 각각 할당될 공기 계수를 나타낸다. KL1은 적응 전의 특성 곡선을 나타내고, KL2는 적응된 특성 곡선을 나타낸다.
예를 들어, 특성 곡선(KL1)을 적응시키는 것은 구획별로 수행될 수 있다. 그리하여, 예를 들어 화학량론적인 공기/연료 비율 주위의 전이 구역 밖에서, 간섭 패턴(PAT)의 범위 내에서 상대적으로 농후한 혼합물이 적용된 실린더에 대응하는 관찰자 출력 변수에 의하여 농후한 구역의 구획을 적응시킬 수 있다. 이는 특성 곡선(KL1)의 희박한 구역의 각 구획에도 적용된다. 나아가, 검출된 관찰자 출력 변수(OBS_Z1 내지 OBS_Z4)에 기초하여 특성 곡선을 회전시킨 것에 기초한 것과 같은 다른 수학적 방법을, 할당 규칙을 구획별로 적응시키는 것에 대한 대안으로 또는 이에 더하여 수행할 수 있다.
적응된 할당 규칙은 블록(B22)에서 사용될 수 있는데, 구체적으로, 특히, 거기서 제2 할당 유닛에서 사용될 수 있다. 적응된 할당 규칙에 의해, 각 측정 신호(MS1)는 각 람다 신호(LAM_S) 또는 실린더에-특정된 람다 신호로 할당되고, 이 신호들은 이후 블록(B26 또는 B28 내지 B34)에서 사용될 수 있다.
1: 흡입 구획 2: 엔진 블록
3: 실린더 헤드 4: 배기 가스 구획
5: 스로틀 밸브 6: 다기관
7: 흡입 파이프 8: 크랭크샤프트
10: 커넥팅 로드 11: 피스톤
12: 가스 입구 밸브 13: 가스 출구 밸브
18: 분사 밸브 19: 스파크 플러그
21: 배기 가스 촉매 컨버터 23: NOx 촉매 컨버터
25: 제어 디바이스 26: 페달 위치 신호 생성기
27: 가속기 페달 28: 공기량 센서
32: 제1 온도 센서 34: 흡입 파이프 압력 센서
36: 크랭크샤프트 각도 센서 38: 제2 온도 센서
42: 람다 탐침 44: 추가적인 람다 탐침
MS1: 이진 람다 탐침의 측정 신호
LAM_FAC_FB: 람다 제어기의 제어기 작동 신호
N: 회전 속력 LOAD: 부하
MFF: 계량될 연료량 MFF_COR: 계량될 보정된 연료량
SG: 작동 신호
V_Z1, V_Z2, V_Z3, V_Z4: 실린더에-특정된 측정 신호
LAM_MOD: 모델 측정 신호
OBS_Z1, OBS_Z2, OBS_Z3, OBS_Z4: 각 실린더와 관련된 관찰자 출력 변수
PAT: 간섭 패턴 LAM_S: 람다 신호
LAM_SP: 설정점 신호 LAM_RAW_SP: 원시 설정점 신호
ZWA: 강제 여기 RDIFF: 제어 차이
KL1: 특성 곡선 KL2: 적응된 특성 곡선
B1: 블록(제1 할당 유닛) B2: 블록(전환 스위치)
B4: 블록(관찰자) K: 증폭기
SUB1, SUB2: 감산점 B6: 블록(전환 스위치)
B8, B10, B12, B14: 블록(I 소자) B16: 블록(전환 스위치)
B18: 블록(센서 모델 - PT1 소자) B20: 블록(교정 유닛)
B22: 블록(제2 할당 유닛) B24: 블록(제어기 유닛)
B26: 블록(람다 제어기)
B28, B30, B32, B34: 블록(실린더에-특정된 람다 제어기)
B36, B38, B40, B42: 블록 M1: 승산점

Claims (9)

  1. 분사 밸브(18)가 각각 할당된 복수의 실린더(Z1, Z2, Z3, Z4), 배기 가스 촉매 컨버터(21)를 포함하는 배기 가스 구획(4), 및 상기 배기 가스 촉매 컨버터(21)의 업스트림에 또는 상기 배기 가스 촉매 컨버터의 내부에 배열된 람다 탐침(lambda probe)(42)을 구비하는 내연 엔진을 동작시키기 위한 디바이스로서,
    - 측정 신호(MS1)의 함수로서 실린더에-특정된 측정 신호(V_Z1, V_Z2, V_Z3, V_Z4)를 결정하도록 설계된 제1 할당 유닛(assignment unit),
    - 상기 람다 탐침(42)의 센서 모델을 포함하는 관찰자(observer)로서, 상기 센서 모델은 상기 관찰자의 피드백 분기에 배열되고, 상기 관찰자는, 입력 측에서 상기 실린더에-특정된 측정 신호(V_Z1, V_Z2, V_Z3, V_Z4)가 공급되고, 출력 측에서 각 실린더(Z1, Z2, Z3, Z4)와 관련된 관찰자 출력 변수(OBS_Z1, OBS_Z2, OBS_Z3, OBS_Z4)가 이용가능하게 만들어지는 방식으로 구현되는, 상기 관찰자,
    - 교정 유닛(calibration unit)으로서,
    -- 실린더에-특정된 혼합물 차이로 만들어진 미리 한정된 간섭 패턴(PAT)에 영향을 미치고,
    -- 상기 각 실린더(Z1 내지 Z4)와 관련된 상기 관찰자 출력 변수(OBS_Z1, OBS_Z2, OBS_Z3, OBS_Z4)의 함수로서 각각 미리 한정된 간섭 패턴(PAT)에 반응하여, 상기 람다 탐침(42)의 상기 측정 신호(MS1)와 람다 신호(LAM_S) 사이의 할당 규칙을 적응시키도록 설계된, 상기 교정 유닛, 및
    - 상기 할당 규칙에 의해, 상기 측정 신호(MS1)와 상기 람다 신호(LAM_S) 사이에 할당을 수행하도록 설계된 제2 할당 유닛을 포함하는, 내연 엔진을 동작시키기 위한 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    각각 미리 한정된 간섭 패턴(PAT)은 방출량에 중립적인(emission-neutral) 방식으로 상기 교정 유닛이 구현되는, 내연 엔진을 동작시키기 위한 디바이스.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상이한 공기/연료 비율이 적어도 2개의 실린더에 적용되는 방식으로 각각 미리 한정된 간섭 패턴(PAT)이 미리 한정된 방식으로 상기 교정 유닛이 구현되는, 내연 엔진을 동작시키기 위한 디바이스.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상이한 공기/연료 비율이 모든 할당된 실린더에 적용되는 방식으로 각각 미리 한정된 간섭 패턴(PAT)이 미리 한정된 방식으로 상기 교정 유닛이 구현되는, 내연 엔진을 동작시키기 위한 디바이스.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 할당 규칙이 구획별로 적응되도록 상기 교정 유닛이 구현되는, 내연 엔진을 동작시키기 위한 디바이스.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 람다 탐침(42)은 이진 람다 탐침(binary lambda probe)으로 구현되고,
    - 복수의 실린더(Z1, Z2, Z3, Z4)에 할당된 람다 제어기를 포함하는 제어기 유닛을 포함하며, 상기 람다 제어기는, 제어 입력 변수가 상기 람다 신호(LAM_S)에 의존하고, 그의 제어기 작동 신호(LAM_FAC_FB)가 계량될 연료량에 영향을 미치는 방식으로 구현되는, 내연 엔진을 동작시키기 위한 디바이스.
  7. 제6항에 있어서,
    제어 입력 변수가 상기 람다 신호(LAM_S)와 미리 한정된 설정점 신호(LAM_SP)의 함수로 형성된 제어 차이(RDIFF)에 의존하는 방식으로 상기 람다 제어기가 구현되는, 내연 엔진을 동작시키기 위한 디바이스.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 실린더에-특정된 람다 제어기를 구비하는 제어기 유닛을 포함하고, 상기 람다 제어기는 상기 각 실린더(Z1, Z2, Z3, Z4) 내 공기/연료 비율을 등화시키는데 기여하도록 설계된, 내연 엔진을 동작시키기 위한 디바이스.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상이한 실린더(Z1, Z2, Z3, Z4) 내 각 공기/연료 비율을 등화시키는 것이 수행되는 경우, 상기 교정 유닛이 활성화되도록 구성된, 내연 엔진을 동작시키기 위한 디바이스.
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