KR100340825B1

KR100340825B1 - 내연기관의배기가스제어방법

Info

Publication number: KR100340825B1
Application number: KR1019960702265A
Authority: KR
Inventors: 슈타인브렌너 율리히; 와그너 볼프강; 에른스트 슈레더 크리스티안
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 1993-10-28
Filing date: 1994-10-12
Publication date: 2002-12-26
Also published as: JPH09504070A; DE59409109D1; US5706784A; KR960706018A; WO1995012062A1; DE4336775A1; EP0725893A1; BR9407902A; RU2133854C1; EP0725893B1

Abstract

노킹을 억제하기 위해 점화-지연 제어에 따라 엔진에 공급되는 공기/연료-혼합기를 변화시켜 노킹 제어를 하는 내연 기관(10)에서 배기 온도를 제어하기 위해, 상기 점화-지연 제어가 노킹 제어 장치(15)에 의해 실행되어, 지연 제어량이 증가함에 따라 혼합기의 농도가 증가되는 방법 및 장치에 있어서, 상기 농도 증가가 실린더(11.1 - 11 4)에 대해 각각의 점화-지연 제어에 따라 실린더-선택적으로 변경된다.

Description

내연기관의 배기가스 제어 방법

본 발명은 노킹 제어 장치를 가진 내연기관에서 배기가스 온도의 제어를 위한 방법에 관한 것이다.

이하에서 부하와 부하 신호(load signal)에 관해 언급된다. 여기서 신호는 실질적으로 긴 기간보다는 순간적으로 요구되는 출력(power output)을 나타내는 신호이다. 부하 신호는 각각의 엔진 제어 플랜(engine control plan), 예를 들어 스로틀 밸브의 조절 각도, 흡입 다기관에서의 진공압 또는 흡인된 공기의 유량에 의존한다.

종래 기술

독일, 슈투트가르트에 소재한 보쉬 게엠베하(Bosch GmbH)의 MOTRONIC 제어 장치는 수년전부터 노킹 제어와 관련하여 전역적인(global) 분사 시간 연장 및 실린더마다 선택하는(cylinder-selective) 노킹 제어를 제공하였다. 상기 노킹 제어 장치가 실린더에서 노킹 현상을 확인하면, 상기 실린더에 대해 점화를 보다 큰 시간간격으로 지연시킨 다음에 더 이상 점화 지연이 존재하지 않거나 또는 어떠한 새로운 노킹도 발생하지 않을 때까지, 보다 작은 시간 간격으로 상기 점화지연을 실행한다. 점화가 지연되면, 전보다 더 적은 양의 연소 에너지만이 기계적인 에너지로 변환될 수 있고, 이는 상기 배기가스의 온도가 상승된다. 따라서 상기 엔진 또는 배기 다기관(manifold)의 열 과부하가 발생하는 것을 막기 위해, 모든 실린더를위한 점화지연 제어값의 합이 예정된 값을 초과하면, 상기 합의 증대된 값에 비례하여 상기 분사 시간이 연장된다. 이 경우 앞서 진행되고 있는 람다 제어(lambda control)가 스위칭 오프된다. 상기 분사 시간의 연장을 통해 흡입된 공기/연료-혼합기가 증가되어, 냉각이 달성된다.

상기 MOTRONIC-제어 장치는 청구범위 1항의 전제부에 따른 방법을 실행하는 장치이고, 여기서 분사 시간-수정 장치는, 상기 언급한 합의 값에 따라 각각의 실린더에 대해 분사 시간-제어 장치에 의해 계산된 분사 시간을 연장하도록 되어 있다.

US-A-4,825,836호에는 내연 기관을 위한 노킹 제어가 공지되어 있고, 여기서 검출된 노킹에 따라 모든 실린더에 대한 점화 진각(ignition-advance angle)이 지연된다. 점화 진각-지연 제어에 의해 야기되는 배기가스 온도의 상승은, 모든 실린더에 대해 상기 흡입 공기/연료-혼합기의 농도가 증가되므로써 제한된다.

GB-A-2 262 615호에 공지된 방법에서는, 검출된 노킹이 사라지도록 각각의 실린더에 대해 연료 공급 및 점화 시점이 제어된다. 공급된 연료량(또는 분사 지속기간)과 노킹 정도 사이에는 직접적인 관계가 형성된다. 이 문헌에서는 공급된 연료량이 상기 배기 가스 온도에 연관하여 설명되어 있지 않다.

본 발명의 목적은 엔진 및 배기 다기관의 국지적인 열 과부하를 방지할 수 있는 노킹 제어 장치를 갖는 내연 기관에서 배기 온도를 제어하기 위한 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 방법은 제1항의 구성에 의해 제공된다. 본 발명은 노킹 제어장치에 의해 출력된 실린더 고유의 점화지연값이 점화에 대해 실린더마다 상이한 고유의 값을 구성하므로, 실린더 및 해당 배기 다기관에서의 점화지연으로 인해 예상되는 온도 증가에 대한 잠정적인 측정 값을 나타낸다는 인식에 근거한다. 결과적으로, 배기가스 온도는 특정한 실린더에 대한 점화지연값에 따라 연료의 농도가 실린더마다 선택적으로 농후해져 실린더들에 대해 선택적으로 실질적으로 일정하게 유지될 수 있다.

회전수와 부하의 값을 통하여 어드레싱(addressing)가능한 연료 농후화에 대한 최대값이 저장되어 있는 특성값 맵(characteristic map)을 사용하는 것이 편리하다. 이 최대값은 점화각이 허용 최대까지 지연된 때에 적용되며 소정의 배기가스 온도를 넘지 않는 값이다. 이러한 최대값들은, 실제 점화지연값(설정값)이 점화와 관련한 최대 가능한 설정 값 이하일 때, 상기 농도 증가(과정)를 위해 부분적으로만 이용된다. 이러한 제어는 과다한 농도 증가가 일어나지 않아, 허용할 수 없는 오염된 배기가스 또는 허용할 수 없는 높은 연료 소비값에 도달하지 않도록 보장한다.

본 발명에 따른 방법은 종래 기술과 비교하여 연료 농도를 보다 적게 증가시키면서 국지적인 열 과부하가 안전하게 회피될 수 있다. 종래 기술에서는 단일 실린더에서만 노킹이 발생하여도, 모든 실린더에 대해 상기 혼합기의 농도가 증가되었다. 그러나 부적절한 배기가스 특성값 및 너무 높은 연료 소비를 회피하기 위해, 종래 기슬에서는 실시될 수 있는 최소한의 가능한 농도 증가만이 제공되었다. 그러나 이는 하나의 실린더에서만 심한 노킹 현상이 발생할 때, 이 실린더가 충분히 냉각될 수 없게 한다. 본 발명에 의해 이러한 모든 단점이 제거된다.

도면

제 1 도는 점화진각 조정의 경우에 혼합기의 농도를 증가시키는 배기가스 온도제어를 위한 장치와 점화 블록과 분사 밸브를 갖는 내연기관의 개략도.

제 2 도는 상기 배기 가스 온도 재어 장치의 블록 회로도.

실시예의 상세한 설명

제 1 도에는 특히 4개의 실린더 (11.1 내지 11.4)를 가진 내연 기관(10)이 도시되어 있다. 각각의 실린더에 4개의 점화 플러그(12.1 내지 12.4) 중 하나가, 그리고 4개의 분사 밸브(13.1 내기 13.4) 중 하나가 할당되어 있다. 실린더 블록에는 두 개의 노킹 센서(14.1 및 14.2)가 장착되어 있고, 이것은 그 출력 신호를 노킹 제어 장치(15)에 전송한다. 상기 점화 플러그에 대한 점화 시점은 점화 시기(점화 진각) 제어장치(16)로부터의 출력 신호와 함께, 상기 노킹 제어 장치로부터의 출력 신호에 의해 설정된다. 상기 분사 밸브의 작동은 4개의 분사 시점-수정 유니트(18.1 내지 18.4)의 각각의 출력 신호와 함께 공동의 분사 시점-제어 장치(17)의 출력 신호에 의해 정해진다.

제 2 도는 기능 블록도로서, 상기 수정 유니트(18.1 내지 18.4)의 기능을 더욱 명확하게 예시한다. 이 경우 단일의 수정 유니트(18)가 앞서 언급한 4개를 대표해서 도시되어 있다. 이 수정 유니트(18)는 최대 농후화 맵(19; maximum enrichment map), 감소 계수 맵(20; reduction-factor map), 감산(subtract) 지점(21), 곱셈 지점(22) 및 가산 지점(23; summing point)을 구비한다. 이 수정유니트(18)의 출력 신호는 계수 곱셈 지점(24)에서 분사 시점 제어장치(17)의 출력 신호와 곱해진다; 이렇게 형성된 분사 시점 신호는, 상기 수정 유니트(18)가 속해 있는 상기 분사 밸브(13.1 내지 13.4)의 각각에 공급된다.

일정한 회전수(n)와 일정한 부하(L)를 갖는 상기 엔진(10)이 구동되면, 상기 점화 시기 제어장치(16)에 의해 모든 실린더에 대해 해당 점화 진각이 함께 정해진다. 이 점화 진각으로 엔진이 구동되면, 상기 실린더 중 적어도 하나에 노킹 현상이 발생할 수 있고, 이는 상기 노킹 센서(14.1 및 14.2)에 의해 확인되어 두 개의 센서 신호를 생성한다. 상기 두 신호로부터, 어떤 실린더에서 노킹을 발생시키는 연소가 이루어지는지를 노킹 제어장치(15)가 인식한다. 이 제어장치는 이 실린더에 대해 점화 시기 수정값(Δαz; 점화 진각의 변화량)을 출력한다. 이 값은 각도 가산 지점(25; angle summing point)에서 상기 점화 시기 제어장치(16)에 의해 생성된 점화 진각(αz)에 가산된 다음에, 문제가 발생한 상기 해당 실린더의 점화 플러그는 상기 합산된 점화 전각에 따라 점화된다. 동시에 각도 수정값 신호인 점화 시기 수정값(Δαz)이 상기 수정 유니트(18)에 공급된다.

각도 수정값 신호인 점화 시기 수정 값(Δαz)이 상기 수정 유니트(18)에서 어떠한 효과를 가져오는지 설명하기 전에, 상기 최대 농후화 맵(19)의 기능이 설명된다. 이는 다음과 같다. 엔진이 노킹을 방지하기 위해 허용가능한 최대의 각도 수정값으로 지연되어야(지연방향으로 변환(shift)되어야)하는 매우 강한 노킹 경향을 갖도록, 매우 따뜻한 흡입 공기와 함께 가솔린으로 구동된다. 그 다음에, 상기 엔진에 공급되는 혼합기의 농도가 얼마나 많이 증가되어야 하는지가 결정되어, 배기가스 온도가 허용값을 넘는 것을 방지한다. 상기 농도의 정도는 농후화 계수로 표현된다. 상기 계수는 예를들어 값 2까지 증가할 수 있으므로, 상기 엔진에 화학량론적으로 필요한 것보다 두 배까지의 연료가 공급될 수 있다. 이러한 농후화 계수는 상기 회전수(n)와 부하(L)의 다양한 조합에 대해 정해지며, n과 L의 순간적인 값으로 처리될 수 있는 계수로서 상기 최대 농후화 맵에 입력된다.

엔진이 최대 농후화 맵의 리스트(list)에 대해 조정된 경우보다도 유리한 조건에서 구동되면 최대 가능한 각도변화보다도 작은 각도 변화로 노킹을 방지할 수 있게 된다 최대 가능한 각도변화(Δαz)가 예를 들어 15°이면, 값 n과 L의 소정의 조합에서는 배기가스 온도가 소정의 값을 넘지 않도록 하기 위해서는 1.5의 최대 농후화 계수가 필요하다. 이에 대해, 동일한 n과 L의 값에 있어서 온도가 상기 값을 상회하지 않도록 5°의 각도변화로 충분하면, 농후화 계수는 1.1이다. 따라서, 최대 농후화 계수는, 각각 존재하는 각도 수정값(Δαz)에 의존하여 수정되지 않으면 안된다. 이를 위해 감소 계수 특성 맵(20)이 사용된다.

상기 수정 유니트(18) 내의 다양한 기능 그룹(functional group)은 각각의 실린더(i)에 대해 하기 관계식을 만족하도록 상호작용한다:

FAR = FV_i(Δαz_i)·(FA_MAX-1)+1

이 식에서 FV_i는 상기 감소 계수 맵(20)으로부터 실제 각도 수정값인 실제 점화 시기 수정값(Δαz_i)에 관련하여 판독되는 감소 계수이다(1미만의 계수). FA_MAX는, n과 L의 실제값에 대해 상기 최대 농후화 계수 맵(19)으로부터 판독된최대 농후화 계수이다. 상기 관계식에 표시된 곱셈은 곱셈지점(22)에서 수행되고, 값 FA_MAX에서 값 1을 감산하는 것은 감산 지점(21)에서 수행되고, 값 1의 가산이 가산 지점(23)에서 이루어진다. 이와 같이 형성된 농후화 계수(FAR)는 계수 곱셈 지점(24)에서 상기 분사 시간 제어장치(17)로부터 출력된 분사 시간과 곱해진다. 이 때, 람다 제어는 상기 분사시간 제어장치(17) 내에서 스위칭 오프되는 반면, 상기 노킹 방지 기능으로 인해 상기 농도 증가가 개시된다. 상기 람다 제어를 중단하기 위해, 상기 분사 시간 제어장치(17)가 상기 노킹 제어 장치(15)로부터 신호를 받으며, 이 신호는, 이러한 큰 각도 수정량이 이로 인해 실제로 일어나는 온도 상승을 보상하기 위해 상기 연료의 농도가 증가되어야 함을 나타낸다.

상기 전술한 실시예에서 각각의 감소 계수(FV)가 각도 수정값인 점화시기 수정값(Δαz)에 따라서만 상기 감소 계수 맵(20)으로부터 판독된다. 그러나 이 맵은 부하 및 회전수에 의존할 수도 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 각각의 및 회전수 및 부하 쌍의 값에 대해 최대 농후화 계수(FA_MAX)로부터 출발하며 이것을 감소 계수에 의해 수정하는 대신에, 1보다 큰 농후화 계수가 상기 점화 시기 수정값(Δαz; 점화 진각의 변화량)의 함수로서 다른 값이 입력될 수 있는 특성 곡선 또는 맵으로부터 판독될 수 있고, 이 값은 회전수와 부하의 실제값에 따라 최대 허용가능한 값으로 제한된다. 그러나, 제 2 도에 따라 설명한 방법(procedure)은 특히 양호하게 적용될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에서 두 개 이상 또는 단기 한 개의 노킹센서를 이용할 수도 있다. 후자의 경우에도 모든 노킹 신호가 신뢰성 있게 검출될 수 있을때 실린더 선택적인 노킹 검출이 가능한데, 이는 검출된 노킹 신호가 항상 방금 점화된 실린더로부터만 올 수 있기 때문이다.

Claims

노킹을 방지하기 위해 노킹 제어장치(15)에 의해 점화 지연에 따라 내연기관에 도입되는 공기/연료 혼합기의 양을 변화시켜 노킹을 제어하며, 지연량이 증가함에 따라 연료 농도가 더 농후해지는 내연기관(10)의 배기가스를 제어하는 방법에 있어서,

연료 농도는 각각의 실린더(11.1-11.4)에서의 점화 지연에 따라 실린더들에 대해 선택적으로 변화되며, 최대 농후화 계수(FA-MAX)는 미리 결정된 회전수와 부하의 값의 쌍에 따라 결정되며, 배기가스 레벨을 악화시키고 연료소비를 증가시키는 공기/연료 혼합기의 과다한 농도 증가를 방지하기 위해 점화가 최대로 지연될 때 배기가스 온도가 소정의 값 이하로 항상 유지되도록 회전수, 부하 및 지연각 (retard-angle)의 현재값에 대한 각각의 현재의 최대 농후화 계수가, 현재의 지연각에 따라 변하며 1미만인 계수(FV)와 곱해져 수정되는 내연기관의 배기가스 제어방법.