KR102676523B1 - 프로브 작동 준비 상태가 존재하지 않을 때, 배기가스 성분을 위한 촉매 컨버터의 어큐뮬레이터의 충전 레벨을 제어하기 위한 방법 및 제어 장치 - Google Patents

프로브 작동 준비 상태가 존재하지 않을 때, 배기가스 성분을 위한 촉매 컨버터의 어큐뮬레이터의 충전 레벨을 제어하기 위한 방법 및 제어 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내연기관(10)의 배기가스 내 촉매 컨버터(26)의 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 충전을 제어하기 위한 방법에 관한 것이며, 상기 방법에서는 촉매 컨버터(26) 상류에서 배기가스 흐름 내로 돌출되어 작동 준비 상태일 때 배기가스 성분의 농도를 검출하는 제1 배기가스 프로브(32)의 신호들(λin,meas)이 공급되는 제1 시스템 모델(100)을 구비한 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 실제 충전 레벨()이 검출된다. 상기 방법은, 제1 제어 회로(22, 32, 128, 130, 132)를 위한 람다 목표값(λin,set)이 람다 목표값 파일럿 제어를 통해 사전 설정되고, 제1 배기가스 프로브(32)가 작동 준비되지 않은 경우에는 시스템 모델(100)에 제1 배기가스 프로브(32)의 신호를 위한 대체 신호가 공급되고, 이러한 대체 신호는 람다 목표값 파일럿 제어에서 람다 목표값을 위한 초기값으로서 사용되는 것을 특징으로 한다. 한 독립 청구항은 상기 방법을 수행하도록 구성된 제어 장치를 대상으로 한다.

Description

프로브 작동 준비 상태가 존재하지 않을 때, 배기가스 성분을 위한 촉매 컨버터의 어큐뮬레이터의 충전 레벨을 제어하기 위한 방법 및 제어 장치{METHOD AND CONTROL DEVICE FOR CONTROLLING A FILLING LEVEL OF A ACCUMULATOR OF A CATALYTIC CONVERTER FOR AN EXHAUST GAS COMPONENT WHEN THE PROBE IS NOT READY FOR OPERATION}
본 발명은, 청구항 1의 전제부에 따라 내연기관의 배기가스 내 촉매 컨버터의 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 충전을 제어하기 위한 방법에 관한 것이다. 장치 측면에서 본 발명은 장치 독립항의 전제부에 따른 제어 장치에 관한 것이다.
상기 방법 및 상기 제어 장치는 배기가스 성분으로서의 산소를 위해 독일 공보 DE 103 39 063 A1호로부터 각각 공지되어 있다. 공지된 방법 및 제어 장치에서는, 촉매 컨버터 상류에서 배기가스 흐름 내로 돌출되어 작동 준비 상태일 때 배기가스 성분의 농도를 검출하는 제1 배기가스 프로브의 신호들이 공급되는 제1 시스템 모델을 구비한 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 실제 충전 레벨이 검출된다.
오토 엔진에서 공기/연료 혼합물의 불완전 연소 시, 질소(N2), 이산화탄소(CO2) 및 물(H2O) 이외에도 여러 연소 생성물이 배출되는데, 그 중 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO) 및 산화질소(NOx)는 법적으로 제한된다. 현재 종래 기술에 따르면, 자동차에 적용 가능한 배기가스 한계값은 배기가스의 촉매 후처리에 의해서만 준수될 수 있다. 삼원 촉매 컨버터를 사용하여, 언급한 유해 성분들이 변환될 수 있다.
HC, CO 및 NOx에 대해 동시에 높은 변환율은 삼원 촉매 컨버터의 경우 화학량론적 작동점(람다 = 1) 주변의 좁은 람다 범위, 이른바 촉매 컨버터 윈도우(catalytic converter window)에서만 달성된다.
촉매 컨버터 윈도우 내에서 삼원 촉매 컨버터를 작동시키기 위해, 오늘날의 엔진 제어 시스템에서는 일반적으로 상기 삼원 촉매 컨버터의 상류 및 하류에 배치된 람다 프로브의 신호들에 기반한 람다 제어가 사용된다. 내연기관의 연료/공기비의 조성의 척도인 공기비 람다의 제어를 위해, 삼원 촉매 컨버터 상류에서 배기가스의 산소 함량이 그곳에 배치된 전방 배기가스 프로브에 의해 측정된다. 이 측정값에 따라, 제어부가 파일럿 제어 기능에 의해 기본값의 형태로 사전 설정된 연료량 또는 분사 펄스 폭을 보정한다.
이러한 파일럿 제어의 범주에서는, 예를 들어 내연기관의 회전수 및 부하에 따라 분사될 연료량의 기본값이 사전 설정된다. 보다 정확한 제어를 위해, 추가로 삼원 촉매 컨버터 하류에서 배기가스의 산소 농도가 또 다른 배기가스 프로브에 의해 검출된다. 이러한 후방 배기가스 프로브의 신호는, 삼원 촉매 컨버터 상류에서 전방 배기가스 프로브의 신호에 기반하는 람다 제어에 중첩되는 마스터 제어에 사용된다. 삼원 촉매 컨버터 하류에 배치된 배기가스 프로브로서 일반적으로, 람다 = 1일 때 매우 가파른 특성곡선을 가짐으로써 람다 = 1을 매우 정확하게 표시할 수 있는 이산 레벨 람다 프로브(discrete level lambda probe)가 이용된다[Kraftfahrtechnisches Taschenbuch(자동차 공학 포켓북) 23판, 524쪽].
일반적으로 람다 = 1과의 작은 편차만을 보정하고 비교적 서서히 진행되는 마스터 제어에 추가로, 현재의 엔진 제어 시스템에는 일반적으로, 람다 = 1과의 큰 편차에 따라 람다 파일럿 제어의 형태로, 촉매 컨버터 윈도우가 신속하게 다시 달성되게 하는 기능이 있으며, 이는 예컨대 삼원 촉매 컨버터가 산소로 포집되는 코스팅 비활성화 단계 이후에 중요하다. 이는 NOx 변환을 악화시킨다.
삼원 촉매 컨버터의 산소 저장 용량으로 인해, 삼원 촉매 컨버터의 상류에서 농후 또는 희박 람다(rich or lean lambda)가 설정된 후에, 삼원 촉매 컨버터의 하류에서는 여전히 수 초에 걸쳐서 람다 = 1이 될 수 있다. 이처럼 산소를 일시적으로 저장하는 삼원 촉매 컨버터의 특성은, 삼원 촉매 컨버터의 상류에서 람다 = 1과의 단시간 편차를 보상하기 위해 이용된다. 삼원 촉매 컨버터의 상류에서 상대적으로 더 오랜 시간에 걸쳐 1이 아닌 람다가 존재한다면, 산소 충전 레벨이 람다 >1(산소 과량)일 때 산소 저장 용량을 상회하는 즉시, 또는 삼원 촉매 컨버터 내에서 람다 < 1일 때 산소가 더 이상 저장되지 않는 즉시, 삼원 촉매 컨버터의 하류에서도 동일한 람다가 설정된다.
이 시점에, 삼원 촉매 컨버터의 하류에서 이산 레벨 람다 프로브도 촉매 컨버터 윈도우의 이탈을 표시한다. 그러나 이 시점까지, 삼원 촉매 컨버터 하류의 람다 프로브의 신호는 임박한 파과(breakthrough)를 지시하지 않으며, 그로 인해 상기 신호를 기반으로 하는 마스터 제어는, 연료 계량 공급이 더 이상 파과 전 적시에 반응할 수 없을 정도로 늦게 반응하는 경우가 많다. 그 결과, 테일 파이프 배출량(tail pipe emission)이 증가한다. 그러므로 현재의 제어 컨셉은, 삼원 촉매 컨버터 하류에서 이산 레벨 람다 프로브의 전압에 따라 촉매 컨버터 윈도우의 이탈을 늦게서야 검출한다는 단점이 있다.
삼원 촉매 컨버터의 하류에 배치되는 람다 프로브의 신호를 기반으로 하는 삼원 촉매 컨버터의 제어에 대한 대안은 삼원 촉매 컨버터의 평균 산소 충전 레벨의 제어이다. 이 평균 충전 레벨은 측정될 수는 없지만, 도입부에 언급한 DE 103 39 063 A1호에 따라 계산을 통해 모델링될 수 있다.
그러나 삼원 촉매 컨버터는 시변 시스템 매개변수들을 갖는 복잡한 비선형 시스템이다. 더 나아가, 삼원 촉매 컨버터의 모델을 위해 측정되거나 모델링된 입력 변수들에는 통상 불확실성이 있다. 따라서, 다양한 작동 상태들(예를 들어, 다양한 엔진 동작점들 또는 다양한 촉매 컨버터 노후화 단계들)에서의 삼원 촉매 컨버터의 거동을 충분히 정확하게 표현할 수 있는 보편 타당한 촉매 컨버터 모델이 일반적으로 엔진 제어 시스템에 제공될 수 없다.
본 발명은, 청구항 제1항의 특징부의 특징들에 의해, 그리고 독립 장치 청구항의 특징부의 특징들에 의해, 상기 종래 기술과 구분된다.
본 발명에서는, 제1 제어 회로를 위한 람다 목표값이 람다 목표값 파일럿 제어를 통해 사전 설정되고, 제1 배기가스 프로브가 작동 준비되지 않은 경우에는 시스템 모델에 제1 배기가스 프로브의 신호를 위한 대체 신호가 공급되고, 이러한 대체 신호는 람다 목표값 파일럿 제어에서 람다 목표값을 위한 초기값으로서 사용된다.
삼원 촉매 컨버터 상류에 배치된 배기가스 프로브의 신호에 기반한 삼원 촉매 컨버터의 충전 레벨의 제어는, 촉매 컨버터 윈도우에서의 임박한 이탈이 삼원 촉매 컨버터 하류에 배치된 배기가스 프로브의 신호를 기반으로 하는 마스터 제어에서보다 더 이른 시점에 검출될 수 있으므로, 공기/연료 혼합물의 의도한 조기 보정을 통해 촉매 컨버터 윈도우에서의 이탈이 저지될 수 있다는 장점이 있다.
이와 관련해서, 본 발명은 내연 기관의 시동 이후에 그리고 제1 배기가스 프로브의 에러 발생 시에 더욱 개선된 파일럿 제어 또는 촉매 컨버터 윈도우에서의 이탈이 조기에 검출되어 방지되게 하는, 촉매 컨버터 체적 내에 저장된 산소량의 제어를 가능하게 한다. 본 발명에 의해, 충전 레벨의 파일럿 제어 및 제어는 가능한 한 가장 조기의 유용한 시점에 활성화된다. 이러한 활성화는, 특히 파일럿 제어 및 제어를 위해 무조건 필요하지는 않은 배기가스 프로브들의 작동 준비 상태의 도달 이전에 실행된다. 배기가스 프로브들은 냉간 시동 직후에 아직 작동 준비 상태에 있지 않는데, 이는 배기가스 프로브들이 자신의 기능을 위해 냉간 시동 시에는 아직 존재하지 않는 최소 온도를 가져야 하기 때문이다. 이는 촉매 컨버터들에 동일하게 적용된다. 그러나, 이들의 작동 준비 상태 온도는 일반적으로 배기가스 프로브들보다 더 조기에 도달하므로, 배기가스가 적합한 조성을 갖는 경우, 배기가스 내 오염 물질을 조기에 변환할 수 있다. 따라서, 충전 제어의 시작을 위한 가능한 한 가장 조기의 유용한 시점은 예를 들어, 촉매 컨버터가 자신의 작동 준비 상태 온도에 도달하는 시점이다. 본 발명은 제1 배기가스 프로브의 신호를 위한 대체 신호에 기초하는, 특히 삼원 촉매 컨버터 충전의 모델 기반 제어의 파일럿 제어의 활성화를 통해, 제1 배기가스 프로브의 작동 준비 상태 도달 이전에 이미 촉매 컨버터의 충전의 설정을 가능하게 한다.
대체 신호에 의한 파일럿 제어의 정확도가 일반적으로, 작동 준비된 제1 배기가스 프로브의 신호에 의한 것만큼 높지 않더라도, 촉매 컨버터는 활성화된 촉매 컨버터 윈도우 내에서, 활성화된 파일럿 제어가 없을 때보다 더 양호하게 작동될 수 있다. 이로 인해, 효과적인 배기가스 정화가, 전방 배기가스 프로브의 작동 준비 상태를 가정하는 종래 기술에서보다 더욱 조기에 설정된다. 이로 인해, 내연 기관의 시동 이후의 그리고 제1 배기가스 프로브의 에러 발생 시의 배기구 이미션(tail pipe emission)은 감소된다. 더욱이, 본 발명은 이와 동시에, 기존 제어 컨셉보다 더욱 균형잡힌 충전 레벨 예비량을 제공하며, 이는 동적 교란 시에 바람직하게 작용한다. 그 결과 이미션이 저감될 수 있다. 더 엄격한 법적 요건들은 삼원 촉매 컨버터의 더 적은 비용으로 충족될 수 있다.
바람직한 일 실시예는, 제1 배기가스 프로브의 신호를 위한 대체 신호로서, 내연 기관의 공기/연료 혼합물의 조성의 파일럿 제어로부터의 람다 신호가 사용된다는 것을 특징으로 한다.
이러한 파일럿 제어를 위해, 엔진 제어에 의해 일반적으로, 흡입 공기량 및 사용된 연료량으로부터 나타나거나 이러한 변수들을 함께 결정하는 람다 신호가 사전 설정된다. 적절한 파일럿 제어 시에, 이러한 람다 신호는 제1 배기가스 프로브의 신호에 대한 양호한 근사치를 나타내며, 저온에서도 사용 가능하다는 장점을 갖는다.
바람직한 추가의 일 실시예는, 제1 제어 회로를 위한 람다 목표값이 람다 목표값 파일럿 제어를 통해 사전 설정되고, 이러한 람다 목표값 파일럿 제어는, 람다 목표값을 위한 초기값을 제1 시스템 모델과 동일한 제2 시스템 모델을 통해 가상 충전 레벨로 변환하고, 이러한 가상 충전 레벨을 목표값 발생기로부터 송출된 충전 레벨에 대한 목표값과 비교하여, 비교 결과가 충전 레벨에 대한 목표값과 가상 충전 레벨 간의 차이를 나타내고 이러한 차이가 사전 설정된 크기보다 큰 경우에는 람다 목표값을 비교 결과에 따라 반복적으로 변화시키고, 비교 결과가 충전 레벨에 대한 목표값과 가상 충전 레벨 간의 차이를 나타내지 않는 경우에는 람다 목표값을 변화시키지 않도록 구성된다.
또한, 바람직하게는 실제 충전 레벨과 기결정된 목표 충전 레벨의 편차가 검출되어 충전 레벨 제어를 통해 람다 목표값-보정값이 되도록 처리되고, 람다 목표값과 람다 목표값-보정값의 합이 구해지고, 이러한 합은 내연 기관의 하나 이상의 연소실에 대한 연료 측정에 영향을 미치는 보정값을 구하기 위해 사용된다.
또한, 바람직하게는 배기가스 성분은 산소이고, 제1 제어 회로에서는 람다 실제값으로서 제1 배기가스 프로브의 신호가 처리되는 람다 제어가 실행되고, 람다 목표값은 제2 제어 회로에서 구해지고, 제1 촉매 컨버터 모델에 의해 모델링된 충전 레벨과 필터링된 충전 레벨 목표값의 편차로서 충전 레벨 제어 편차가 구해지고, 이러한 충전 레벨 제어 편차는 충전 레벨 제어 알고리즘에 공급되고, 이러한 충전 레벨 제어 알고리즘은 이로부터 람다 목표값-보정값을 구하며, 이러한 람다 목표값-보정값은, 경우에 따라 반복적으로 변화하는 람다 목표값에 가산되고, 이와 같이 계산된 합은 람다 목표값을 형성한다.
또한, 바람직하게 제1 시스템 모델은 촉매 컨버터 모델을 포함한다.
본원에서 시스템 모델이란, 계산된 출력 변수들이 실제 객체의 출력 변수들에 가능한 정확하게 상응하도록, 시스템 모델에 의해 재현된 실제 객체에도 작용하는 입력 변수들을 출력 변수들과 관계시키는 알고리즘이다. 이에 고려되는 경우에, 실제 객체는 입력 변수와 출력 변수 사이에 놓인 전체의 물리적 구간이다.
또한, 바람직하게 제1 촉매 컨버터 모델은 입력 이미션 모델, 충전 레벨 모델, 및 이미션 모델을 포함한다.
바람직한 추가의 일 실시예는 제1 촉매 컨버터 모델이 부분 모델들을 가지며, 이러한 부분 모델들 각각은 실제 삼원 촉매 컨버터의 부분 체적에 할당되는 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게 촉매 컨버터 모델은, 제1 촉매 컨버터 모델에 의해 계산된 개별 배기가스 성분들의 농도들을, 촉매 컨버터 하류에 배치되어 배기가스에 노출되는 제2 배기가스 프로브의 신호와 비교 가능한 신호로 변환하도록 구성되는 출력 람다 모델을 포함한다.
바람직한 추가의 일 실시예는 이미션 모델에 의해 계산된 신호가 상기 추가의 배기가스 프로브에 의해 측정된 신호에 의해 조정되는 것을 특징으로 한다.
이러한 조정은 시스템 모델 내로 입력되는 측정값들 또는 모델값들의 부정확성을 보상할 수 있도록 한다.
또한, 바람직하게, 기결정된 목표값은 삼원 촉매 컨버터의 최대 산소 저장 용량의 10% 내지 50%, 특히 25% 내지 35%이다.
제어 장치의 실시예와 관련해서는, 제어 장치가 상기 방법의 바람직한 실시예들 중 하나의 실시예에 따른 방법의 시퀀스를 제어하도록 구성되는 것이 바람직하다.
또 다른 장점들은 본원 명세서 및 첨부한 도면들을 참조한다.
자명한 사실로서, 전술한 특징들 및 하기에 추가로 설명될 특징들은 여기에 명시된 조합뿐만 아니라 다른 방식으로 조합된 형태로 또는 단독으로도, 본 발명의 범주 내에서 적용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예들은 도면들에 도시되며, 하기에 더 상세히 설명된다. 이 경우, 상이한 도면들에서 동일한 도면부호들은 각각 동일한 요소들, 또는 적어도 자신들의 기능에 따라 필적하는 요소들을 지칭한다. 도면들은 각각 개략적인 형태로 도시되어 있다.
도 1은 본 발명의 기술 분야로서의 배기가스 시스템을 구비한 내연 기관을 도시한 도면이다.
도 2는 시스템 모델의 기능 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 방법 및 제어 장치의 일 실시예에 대한 기능 블록도이다.
본 발명은 하기에서 삼원 촉매 컨버터의 예에서, 그리고 저장될 배기가스 성분으로서의 산소에 대해 기술된다. 그러나 본 발명은 다른 촉매 컨버터 유형들, 그리고 산화질소 및 탄화수소와 같은 다른 배기가스 성분들에도 그 의미에 부합하게 전용될 수 있다. 하기에서는 간소화 측면에서, 하나의 삼원 촉매 컨버터를 포함하는 배기가스 시스템이 가정된다. 본 발명은 복수의 촉매 컨버터를 포함하는 배기가스 시스템들에도 그 의미에 부합하게 전용될 수 있다. 이 경우, 하기에 기술되는 전방 및 후방 구역들(zone)은 복수의 촉매 컨버터에 걸쳐서 연장될 수 있거나, 상이한 촉매 컨버터들 내에 위치할 수 있다.
세부적으로 도 1에는, 공기 공급 시스템(12); 배기가스 시스템(14); 및 제어 장치(16);를 포함하는 내연기관(10)이 도시되어 있다. 공기 공급 시스템(12) 내에는 공기 유량계(18) 및 이 공기 유량계(18)의 하류에 배치된 스로틀 밸브 유닛(19)의 스로틀 밸브가 있다. 공기 공급 시스템(12)을 통해 내연기관(10) 내로 유입되는 공기는, 내연기관(10)의 연소실들(20) 내에서, 분사 밸브들(22)을 통해 연소실들(20) 내로 직접 분사되는 연료와 혼합된다. 본 발명은 직접 분사 방식 내연기관에만 한정되지 않으며, 흡기관 분사 방식 또는 가스 작동식 내연기관과 함께 사용될 수도 있다. 그에 기인하는 연소실 충전량은 점화 장치들(24), 예컨대 점화 플러그들에 의해 점화되고 연소된다. 회전각 센서(25)는 내연기관(10)의 샤프트의 회전 각도를 검출하며, 그럼으로써 제어 장치(16)로 하여금 샤프트의 기결정 각도 위치들에서의 점화를 트리거하도록 허용한다. 연소에 기인하는 배기가스는 배기가스 시스템(14)을 통해 배출된다.
배기가스 시스템(14)은 촉매 컨버터(26)를 포함한다. 촉매 컨버터(26)는 예컨대 공지된 바와 같이 3개의 반응 경로에서 3개의 배기가스 성분, 즉, 산화질소, 탄화수소 및 일산화탄소를 변환하고 산소를 저장하는 작용을 하는 삼원 촉매 컨버터이다. 산소 저장 작용 때문에, 그리고 산소가 배기가스 구성 성분이기 때문에, 촉매 컨버터는 배기가스 성분 어큐뮬레이터를 갖는다. 삼원 촉매 컨버터(26)는 도시된 예에서 제1 구역(26.1)과 제2 구역(26.2)을 갖는다. 두 구역 모두 배기가스(28)에 의해 관류된다. 전방의 제1 구역(26.1)은 유동 방향으로 삼원 촉매 컨버터(26)의 전방 영역에 걸쳐 연장된다. 후방의 제2 구역(26.2)은 제1 구역(26.1)의 하류에서 삼원 촉매 컨버터(26)의 후방 영역에 걸쳐 연장된다. 자명한 사실로서, 전방 구역(26.1)의 상류와 후방 구역(26.2)의 하류에, 그리고 두 구역 사이에도 추가 구역들이 놓이며, 이 추가 구역들에 대해서도 필요 시 마찬가지로 각각의 충전 레벨이 계산 모델에 의해 모델링된다.
삼원 촉매 컨버터(26)의 상류에서, 배기가스(28)에 노출되는 전방 배기가스 프로브(32)는 삼원 촉매 컨버터(26) 직상류에 배치된다. 삼원 촉매 컨버터(26)의 하류에서, 마찬가지로 배기가스(28)에 노출되는 후방 배기가스 프로브(34)는 삼원 촉매 컨버터(26) 직하류에 배치된다. 전방 배기가스 프로브(32)는, 바람직하게는 넓은 공기비 범위에 걸쳐 공기비(λ)의 측정을 허용하는 광대역 람다 프로브이다. 후방 배기가스 프로브(34)는 바람직하게, 이러한 배기가스 프로브(34)의 신호가 공기비(λ= 1)에서 급격히 변화되기 때문에 상기 공기비(λ= 1)가 특히 정확하게 측정될 수 있게 하는 이른바 이산 레벨 람다 프로브이다. 보쉬 자동차 공학 포켓북, 23판, 524쪽 참조.
도시된 실시예에서, 배기가스(28)에 노출된 온도 센서(36)는 배기가스(28)와 열적으로 접촉하도록 삼원 촉매 컨버터(26)에 배치되며, 상기 온도 센서는 삼원 촉매 컨버터(26)의 온도를 검출한다.
제어 장치(16)는 공기 유량계(18), 회전각 센서(25), 전방 배기가스 프로브(32), 후방 배기가스 프로브(34) 및 온도 센서(36)의 신호들을 처리하며, 이 신호들을 토대로 스로틀 밸브의 각도 위치의 조정, 점화 장치(24)를 통한 점화의 트리거링, 및 분사 밸브들(22)을 통한 연료의 분사를 위한 제어 신호들을 형성한다. 그 대안으로 또는 보충안으로, 제어 장치(16)는 도시된 액추에이터들, 또는 추가의, 또는 다른 액추에이터들의 제어를 위한 다른 또는 추가의 센서들의 신호들, 예컨대 가속 페달 위치를 검출하는 운전자 요청 인코더(40)의 신호도 처리한다. 연료 공급을 차단하는 코스팅 모드는 예컨대 가속 페달에서 발을 떼는 동작을 통해 트리거된다. 이런 기능 및 하기에서 계속 설명될 기능들은 내연기관(10)의 작동 중에 제어 장치(16) 내에서 실행되는 엔진 제어 프로그램(16.1)을 통해 구현된다.
본 출원에서는 시스템 모델(100), 촉매 컨버터 모델(102), 반전된 촉매 컨버터 모델(104, 도 3 참조) 및 출력 람다 모델(106)이 관련된다. 상기 모델들은 각각 알고리즘들, 특히 제어 장치(16) 내에서 실행되거나 계산되며, 알고리즘들에 의해 계산된 출력 변수들이 실제 객체의 출력 변수들에 최대한 정확하게 상응하도록, 계산 모델에 의해 재현된 실제 객체에도 작용하는 입력 변수들을 출력 변수들과 관계시키는 연립방정식들이다.
도 2에는, 시스템 모델(100)의 기능 블록도가 도시되어 있다. 시스템 모델(100)은 촉매 컨버터 모델(102)과 출력 람다 모델(106)로 구성된다. 촉매 컨버터 모델(102)은 입력 이미션 모델(108)과 충전 레벨 및 출력 이미션 모델(110)을 포함한다. 더 나아가, 촉매 컨버터 모델(102)은 촉매 컨버터(26)의 평균 충전 레벨()의 계산을 위한 알고리즘(112)을 포함한다.
입력 이미션 모델(108)은, 입력 변수들로서 삼원 촉매 컨버터(26)의 상류에 배치된 배기가스 프로브(32)의 신호(λin,meas)를 후속 충전 레벨 및 출력 이미션 모델(110)을 위해 필요한 입력 변수들(win,mod)로 변환하도록 구성된다. 예컨대 입력 이미션 모델(108)을 이용하여 삼원 촉매 컨버터(26) 상류에서의 O2, CO, H2 및 HC의 농도로 람다를 환산하는 것이 바람직하다.
입력 이미션 모델(108)에 의해 계산된 변수들(win,mod) 및 경우에 따라 추가 입력 변수들[예: 배기가스 온도 또는 촉매 온도, 배기가스 질량 유량, 및 삼원 촉매 컨버터(26)의 현재 최대 산소 저장 용량]을 사용하여, 충전 레벨 및 출력 이미션 모델(110)에서는 삼원 촉매 컨버터(26)의 충전 레벨()및 삼원 촉매 컨버터(26) 배출구에서의 개별 배기가스 성분들의 농도들(wout,mod)이 모델링된다.
충전 및 배출 과정들을 더 사실적으로 맵핑할 수 있도록 하기 위해, 삼원 촉매 컨버터(26)는 바람직하게는 알고리즘을 통해, 이론적으로는, 배기가스(28)의 유동 방향으로 연이어 놓인 복수의 구역 또는 부분 체적부(26.1, 26.2)로 분할되며, 상기 구역들(26.1, 26.2) 각각에 대해 반응 운동학(reaction kinetics)의 도움으로 개별 배기가스 성분들의 농도가 결정된다. 이들 농도는 다시 각각 개별 구역들(26.1, 26.2)의 충전 레벨로, 바람직하게는 현재 최대 산소 저장 용량으로 정규화된 산소 충전 레벨로 환산될 수 있다.
개별 구역들 또는 모든 구역(26.1, 26.2)의 충전 레벨들은 적합한 가중에 의해, 삼원 촉매 컨버터(26)의 상태를 반영하는 총 충전 레벨로 통합될 수 있다. 예컨대 모든 구역(26.1, 26.2)의 충전 레벨들은 가장 간단하게는 모두 똑같이 가중되며, 그에 따라 평균 충전 레벨이 산출될 수 있다. 그러나 적합한 가중에 의해, 삼원 촉매 컨버터(26)의 하류에서의 순간적인 배기가스 조성에 대해 삼원 촉매 컨버터(26)의 배출구에서의 비교적 작은 구역(26.2) 내 충전 레벨이 결정적인 한편, 삼원 촉매 컨버터(26)의 배출구에서의 상기 작은 구역(26.2) 내 충전 레벨의 전개에 대해서는 그 상류에 위치하는 구역(26.1) 내 충전 레벨 및 이 충전 레벨의 전개가 결정적인 점도 고려될 수 있다. 단순화를 위해, 하기에서는 평균 산소 충전 레벨이 가정된다.
출력 람다 모델(106)의 알고리즘은, 시스템 모델(100)의 적응을 위해, 촉매 컨버터 모델(102)에 의해 계산된, 촉매 컨버터(26) 배출구에서의 개별 배기가스 성분들의 농도들(wout,mod)을, 촉매 컨버터(26)의 하류에 배치된 배기가스 프로브(34)의 신호(λout,meas)와 비교될 수 있는 신호(λout,mod)로 변환한다. 바람직하게는 삼원 촉매 컨버터(26) 하류의 람다가 모델링된다. 출력 람다 모델(106)이 목표 산소 충전 레벨에 기반하는 파일럿 제어를 위해 반드시 필요한 것은 아니다.
그에 따라, 시스템 모델(100)은 한편으로, 촉매 컨버터(26)가 확실하게 촉매 컨버터 윈도우 이내에 위치되는 목표 충전 레벨로 조정되는, 촉매 컨버터(26)의 하나 이상의 평균 충전 레벨()의 모델링을 위해 이용된다. 다른 한편으로, 시스템 모델(100)은, 촉매 컨버터(26)의 하류에 배치된 배기가스 프로브(34)의 모델링된 신호(λout,mod)를 제공한다. 계속하여 하기에서는, 후방 배기가스 프로브(34)의 상기 모델링된 신호(λout,mod)가 어떻게 시스템 모델(100)의 적응을 위해 바람직하게 이용되는지가 더 상세하게 설명된다. 시스템 모델의 입력 변수들, 특히 촉매 컨버터 상류의 람다 프로브의 신호에 영향을 미치는 불확실성을 보상하기 위해 적응이 수행된다. 파일럿 제어와 경우에 따라서는 제어기 매개변수도 마찬가지로 적응된다.
도 3에는 본 발명에 따른 방법 및 제어 장치의 일 실시예에 대한 기능 블록도가 도시되어 있다. 도 3에는 특히 제1 배기가스 프로브(32)를 위한 작동 준비 상태 인식(200)과, 기능 블록들 간의 연결이 체결 및 개방되도록 하는 다양한 스위치들(210, 220, 230 및 240)과, 그리고 스위치들(210, 220, 230 및 240)이 동시에 작동되도록 하는 신호 경로(250)가 도시되어 있다. 이러한 스위치들(210, 220, 230 및 240)은 기능들의 활성화 및 비활성화를 나타내므로, 물리적으로 구현된 스위치로서 실현될 필요는 없다.
하기의 설명은 우선, 스위치(210)는 제1 배기가스 프로브(32)와 시스템 모델(100) 사이의 연결을 체결하고, 스위치(220)는 블록(140)을 블록(32')과 연결시키며, 스위치(230)는 블록(32')을 블록(100') 및 연산부(126)와 연결시키고, 스위치(240)는 개방되는 상태와 관련된다. 이러한 상태는 제1 배기가스 프로브(32)가 작동 준비된 경우에 발생한다.
도 3에는 제1 배기가스 프로브(32)가 작동 준비되지 않은 경우에 발생하는 대안적인 스위칭 상태가 도시된다. 제1 배기가스 프로브가 작동 준비되지 않은 이러한 경우에, 작동 준비 상태 인식(200)은, 스위치(210)가 시스템 모델(100)을 제1 배기가스 프로브(32)로부터 분리하여 대체 신호 발생기(250)와 연결시키고, 스위치(220)가 블록(140)의 출력부를 람다 실제값 발생기 블록(32')과 연결시키며, 스위치(230)가 람다 실제값 발생기 블록(32')을 시스템 모델(100') 및 연산부(126)로부터 분리하고, 스위치(240)가 대체 신호 발생기(250')를 시스템 모델(100') 및 연산부(126)와 연결시키도록, 스위치들(210, 220, 230 및 240)을 작동시킨다.
제1 배기가스 프로브(32)를 위한 작동 준비 상태 인식(200)은 예를 들어 온도에 따른 내부 저항 및/또는 제1 배기가스 프로브(32)에 의해 생성된 신호들을 평가한다. 이를 위해, 작동 준비 상태 인식(200)은 연결부(260)을 통해 제1 배기가스 프로브(32)와 연결된다.
더 세부적으로, 도 3에는 시스템 모델(100)의 출력 람다 모델(106)에 의해 모델링된 후방 배기가스 프로브(34)의 신호(λout,mod)가 어떻게 후방 배기가스 프로브(34)의 실제 출력 신호(λout,meas)에 의해 조정되는지가 도시되어 있다. 이를 위해, 2개 신호들(λout,mod 및 λout,meas)은 적응 블록(114)에 공급된다. 적응 블록(114)은 2개 신호들(λout,mod 및 λout,meas)을 서로 비교한다. 예컨대 배기가스 프로브(34)로서 삼원 촉매 컨버터(26)의 하류에 배치된 이산 레벨 람다 프로브는, 삼원 촉매 컨버터(26)가 언제 완전히 산소로 충전되는지, 또는 언제 산소가 완전히 배출되는지를 명확하게 지시한다. 이는, 희박 또는 농후 단계에 따라서, 모델링된 산소 충전 레벨을 실제 산소 충전 레벨과 일치시키거나, 모델링된 출력 람다(λout,mod)를 삼원 촉매 컨버터(26)의 하류에서 측정된 람다(λout,meas)와 일치시키고, 편차가 있는 경우에 시스템 모델(100)을 적응시키기 위해 이용될 수 있다. 예를 들어, 이러한 적응은, 삼원 촉매 컨버터(26)로부터 나오도록 유동하는 배기가스에 대해 모델링된 람다값(λout,mod)이 이곳에서 측정된 람다값(λout,meas)에 상응할 때까지, 적응 블록(114)이 점선으로 도시된 적응 경로(116)를 통해 시스템 모델(100)의 알고리즘의 매개변수를 연속적으로 변화시킴으로써 실행된다.
이로 인해, 시스템 모델(100) 내로 입력되는 측정값들 또는 모델값들의 부정확성이 보상된다. 모델링된 값(λout,mod)이 측정된 람다 값(λout,meas)에 상응하는 상황으로부터, 시스템 모델(100)에 의해 또는 제1 촉매 컨버터 모델(102)에 의해 모델링된 충전 레벨()도, 온보드 수단들(On-board means)에 의해 측정될 수 없는 삼원 촉매 컨버터(26)의 충전 레벨에 상응한다는 점이 추론될 수 있다. 이 경우, 수학적 변형을 통해 제1 촉매 컨버터 모델(102)의 알고리즘으로부터 얻어지는, 제1 촉매 컨버터 모델(102)에 대해 반전된 제2 촉매 컨버터 모델(104)도 모델링된 구간의 거동을 올바르게 기술한다는 점도 추론될 수 있다.
이는, 반전된 제2 촉매 컨버터 모델로서 실현되는 파일럿 제어(104)에 의해 람다 목표값을 계산하기 위해 이용될 수 있다. 이를 위해, 반전된 제2 촉매 컨버터 모델(104)에는 선택적 필터링부(120)를 통해 필터링된 충전 레벨 목표값()이 입력 변수로서 공급된다. 필터링부(120)는, 제어 구간이 전체적으로 따를 수 있는, 반전된 제2 촉매 컨버터 모델(104)의 입력 변수들의 변경만을 허용할 목적으로 수행된다. 이 경우, 아직 필터링되지 않은 목표값()은 제어 장치(16)의 메모리(118)에서 판독 출력된다. 이를 위해, 메모리(118)는 바람직하게 내연기관(10)의 현재 작동 특성값들로 어드레싱된다. 작동 특성값들은 예컨대, 반드시 그런 것은 아니지만, 회전수 센서(25)에 의해 검출된 내연기관(10)의 회전수, 및 공기 유량계(18)에 의해 검출된 내연기관(10)의 부하이다.
필터링된 목표값()은 반전된 제2 촉매 컨버터 모델(104)에 의해 기본 람다 목표값(BLSW)이 되도록 처리된다. 이런 처리에 병행하여, 연산부(122)에서는 충전 레벨 제어 편차(FSRA)가, 필터링된 충전 레벨 목표값()과, 시스템 모델(100) 또는 제1 촉매 컨버터 모델(102)에 의해 모델링된 충전 레벨()의 편차로서 구해진다. 상기 충전 레벨 제어 편차(FSRA)는 충전 레벨 제어 알고리즘(124)으로 공급되며, 이를 토대로 충전 레벨 제어 알고리즘은 람다 목표값 보정값(LSKW)을 구한다. 상기 람다 목표값 보정값(LSKW)은 연산부(126) 내에서 반전된 시스템 모델(104)에 의해 계산된 기본 람다 목표값(BLSW)에 가산된다.
상기와 같이 구해진 합은 종래 람다 제어의 람다 목표값(λin,set)으로서 이용될 수 있다. 상기 람다 목표값(λin,set)에서, 제1 배기가스 프로브(32)가 작동 준비되었다는 전제 하에, 제1 배기가스 프로브(32)로부터 공급된 람다 실제 값(λin,meas)이 연산부(128)에서 감산된다. 이렇게 구해진 제어 편차(RA)는 통상의 제어 알고리즘(130)을 통해 설정 변수(SG)로 변환되며, 이 설정 변수는 연산부(132)에서 예컨대 내연기관(10)의 작동 매개변수들에 따라 기결정된 분사 펄스폭(tinj)의 기본값(BW)과 곱해진다. 기본값들(BW)은 제어 장치(16)의 메모리(134) 내에 저장된다. 작동 매개변수들은 여기서도 바람직하게는 내연기관(10)의 부하 및 회전수이지만, 강제적인 것은 아니다. 상기 곱에서 도출되는 분사 펄스폭(tinj)에 의하여, 분사 밸브들(22)을 통해 연료가 내연기관(10)의 연소실들(20) 내로 분사된다.
이런 방식으로, 제1 제어 회로 내에서 수행되는 종래의 람다 제어에, 제2 제어 회로 내에서 수행되는 촉매 컨버터(26)의 산소 충전 레벨의 제어가 중첩된다. 이 경우, 시스템 모델(100)에 의해 또는 제1 촉매 컨버터 모델(102)에 의해 모델링된 평균 산소 충전 레벨()은 예컨대, 희박 모드 및 농후 모드에 따른 파과의 확률을 최소화하여 최소의 이미션을 유도하는 목표값()으로 조정된다. 이 경우, 기본 람다 목표값(BLSW)은 반전된 제2 시스템 모델(104)을 통해 계산되므로, 모델링된 평균 충전 레벨()이 사전 필터링된 목표 충전 레벨()과 동일하다면, 충전 레벨 제어의 제어 편차는 영(0)이 된다. 충전 레벨 제어 알고리즘(124)은 그렇지 않은 경우에만 개입한다. 충전 레벨 제어의 파일럿 제어로서 작용하는, 기본 람다 목표값의 어느 정도의 계산은 제1 촉매 컨버터 모델(102)의 반전된 제2 촉매 컨버터 모델(104)로서 실현되므로, 이러한 파일럿 제어는 제1 촉매 컨버터 모델(102)의 적응과 유사하게, 삼원 촉매 컨버터(26) 하류에 배치된 제2 배기가스 프로브(34)의 신호(λin,meas)에 기반하여 적응될 수 있다. 이는 도 3에, 반전된 시스템 모델(104)로 이어지는 적응 경로(116)의 분기에 의해 도시되어 있다.
시스템 모델의 반전으로서의 파일럿 제어의 구현은, 시스템 모델에 의해 모델링된 촉매 컨버터의 실제 충전 레벨이, 필터링된 충전 레벨 목표값() 또는 필터링되지 않은 충전 레벨 목표값()과 상이한 경우에만 충전 레벨 제어 알고리즘(124)이 개입되면 된다는 장점을 갖는다. 시스템 모델(100)이 촉매 컨버터 상류의 입력 람다를 촉매 컨버터의 평균 산소 충전 레벨로 환산하는 동안, 반전된 시스템 모델(104)로서 구현된 파일럿 제어는 평균 목표 산소 충전 레벨을 촉매 컨버터 상류의 상응하는 목표 람다로 환산한다.
반전된 시스템 모델로서 실현되는 파일럿 제어(104)는 분석적으로 존재하는 요소, 즉 연립 방정식의 형태로 존재하고 시스템 모델(100)에 대해 반전된 요소일 수 있다. 그러나 촉매 컨버터는 일반적으로 비선형 연립 미분 방정식만을 통해 표현될 수 있는, 시변 시스템 매개변수들을 갖는 복잡한 비선형 시스템이다. 이는 전형적으로, 반전된 시스템 모델로서 구현되는 파일럿 제어(104)를 위한 연립 방정식을 분석적으로 풀 수 없도록 한다.
이러한 해를 구하는데 있어서의 문제점들은, 파일럿 제어(104)가 분석적인 반전된 시스템 모델로 대체되는 것이 아니라, 알려진 것으로 가정되는 촉매 컨버터(26)에 대한 제1 시스템 모델(100)에 기초하는 수치상 반전된 계산 모델로 대체됨으로써 방지된다. 파일럿 제어(104)는, 제1 시스템 모델(100)의 연립 방정식과 동일하지만 다른 입력 변수들이 제공되는 연립 방정식을 갖는 제2 시스템 모델(100')을 포함한다.
본 발명은 하기의 고려에 기초한다. 람다 실제값 발생기 블록(32')에 의해서는 파일럿 제어(136)의 제2 시스템 모델(100')에 대한 초기 입력 변수들로서 가상값(λin,fictitious)이 사전 설정된다. 제1 배기가스 프로브(32)가 작동 준비된 경우에는 예를 들어 제1 배기가스 프로브(32)의 현재 신호가 존재한다. 제2 시스템 모델(100')에 의해, 상기 입력 변수로부터는 촉매 컨버터(26)의 평균 산소 충전 레벨에 대한 가상값()이 얻어진다. 연산부(138)에서는, 가상의 평균 충전 레벨()과, 선택적 필터링부(120)에 의해 필터링된 충전 레벨 목표값() 또는 필터링되지 않은 충전 레벨 목표값()의 편차가 계산된다. 2개의 값들[ 및 (또는 )]이 동일한 경우, 편차는 0이다. 이는, 사전 설정된 가상 람다값(λin,fictitious)이, 목표 산소 충전 레벨에 도달하기 위해 사전 제어되어야 하는 람다 목표값(BLSW)에 상응함을 의미한다. 임계값 블록(140)에서는, 가상의 평균 충전 레벨()과, 선택적 필터링부(120)에 의해 필터링된 충전 레벨 목표값() 또는 필터링되지 않은 충전 레벨 목표값()의 편차가, 사전 설정된 임계값과 비교된다. 임계값의 크기의 선택에 의해 설정 가능한 이러한 편차의 양이 충분히 작으면, 임계값 블록(140)은 이러한 사실을 나타내는 신호를 람다 실제값 발생기 블록(32')에 전달한다. 이러한 신호에 대한 반응으로서, 람다 실제값 발생기 블록(32')은 이에 따라 자신의 적절하다고 인식된 출력 신호(λin,fictitious)를 유지하고, 이러한 신호를 기본 람다 목표값(BLSW)으로서 연산부(126)로 전달한다.
그에 반해, 가상의 평균 충전 레벨()과, 선택적 필터링부(120)에 의해 필터링된 충전 레벨 목표값() 또는 필터링되지 않은 충전 레벨 목표값()의 편차가 임계값보다 큰 경우, 이는 사전 설정된 가상 람다값(λin,fictitious)이, 목표 산소 충전 레벨에 도달하기 위해 사전 제어되어야 하는 실제 람다 목표값(BLSW)에 아직 상응하지 않음을 의미한다. 임계값 블록(140)에서는, 가상의 평균 충전 레벨()과, 선택적 필터링부(120)에 의해 필터링된 충전 레벨 목표값() 또는 필터링되지 않은 충전 레벨 목표값()의 편차가, 사전 설정된 임계값을 초과한다. 이러한 경우, 임계값 블록(140)은 이러한 사실을 나타내는 신호를 람다 실제값 발생기 블록(32')에 전달한다. 이러한 신호에 대한 반응으로서, 람다 실제값 발생기 블록(32')은 이에 따라 자신의 적절하지 않다고 인식된 출력 신호(λin,fictitious)를 반복적으로 변화시키기 시작하고, 이러한 반복적으로 변화하는 출력 신호(λin,fictitious)를 특히 시스템 모델(100')로 전달한다. 이러한, 제1 시스템 모델(100)에 대한 제2 시스템 모델(100')은, 파일럿 제어의 요구되는 정확도에 도달하기 위해, 제1 시스템 모델(100)과 동일한 매개변수 및 초기에 동일한 상태 변수들에 의해여, 제2 시스템 모델(100')에 의해 계산된 충전 레벨()과, 필터링된 충전 레벨 목표값() 또는 필터링되지 않은 충전 레벨 목표값()의 편차가 그 양에 있어 충분히 작을 때까지 가변 입력 람다(λin,fictitious)에 의해 반복된다. 요구되는 정확도는 블록(140) 내에서 임계값의 선택을 통해 설정 가능하다. 이후, 이와 같이 발견된 입력 람다(λin,fictitious)에 대한 값은 제1 제어 회로를 위한 기본 람다 목표값(BLSW)으로서 사용된다. 이러한 편차 계산은 가상의 평균 충전 레벨()과, 선택적 필터링부(120)에 의해 필터링된 충전 레벨 목표값() 또는 필터링되지 않은 충전 레벨 목표값()을 비교하는 실시예만을 나타낸다. 비교는 예를 들어 비율 형성에 기반하여서도 실행될 수 있다.
이러한 처리 방식의 장점은, 순방향 시스템 모델(100 또는 100')을 위한 연립 방정식만 다시 한번 풀면 되고, 높은 계산 수고를 들여서만 풀 수 있거나 결코 풀 수 없는, 도 3의 역방향 시스템 모델(104)을 위한 연립 방정식은 풀 필요가 없다는 것이다.
제어 장치(16)에서의 계산 수고를 최소화하기 위해, 바람직하게는 반복이 실행되는 범위를 결정하는, 입력 람다(λin,fictitious)에 대한 반복 한계들이 설정된다. 바람직하게 이러한 반복 한계들은 현재 작동 조건들에 따라 설정된다. 예를 들어, 이러한 반복을 가능한 작은 인터벌 내에서만, 예상될 목표 람다(BLSW)만큼 실행하는 것이 바람직하다. 또한, 반복 한계들의 설정 시, 목표 람다(BLSW)에 대한 충전 레벨 제어(124)의 개입 및 여타의 기능들의 개입을 고려하는 것이 바람직하다.
풀어야 할 연립 방정식은 예를 들어 이분법(bisection method) 또는 가중 분할(regula falsi)과 같은 포함(inclusion) 방법을 통해 이러한 인터벌 내에서 반복적으로 푼다. 가중 분할과 같은 포함 방법들은 일반적으로 공지되어 있다. 이러한 포함 방법들은 반복적 근사값들을 공급할 뿐만 아니라, 이들을 양 측에서 제한하기도 한다는 특징이 있다. 이로 인해, 관련된 기본 람다 목표값(BLSW)의 결정을 위한 계산 수고가 뚜렷하게 제한된다.
배기가스 시스템(14), 배기가스 프로브들(32, 34), 공기 유량계(18), 회전각 센서(25) 및 분사 밸브들(22)을 제외하고, 도 3에 도시된 모든 요소들은 본 발명에 따른 제어 장치(16)의 구성요소들이다. 이때, 메모리들(118, 134)을 제외하고, 도 3에서 모든 나머지 요소들은, 제어 장치(16) 내에 저장되어 거기서 실행되는 엔진 제어 프로그램(16.1)의 부분들이다.
요소들(22, 32, 128, 130 및 132)은, 람다 실제값으로서 제1 배기가스 프로브(32)의 신호(λin,meas)가 처리되는 람다 제어가 실행되는 제1 제어 회로를 형성한다. 제1 제어 회로의 람다 목표값(λin,set)은, 요소들(22, 32, 100, 122, 124, 126, 128, 132)을 포함하는 제2 제어 회로에서 구해진다.
제1 배기가스 프로브가 작동 준비되지 않은 경우, 작동 준비 상태 인식(200)은 제1 배기가스 프로브(32)의 신호에 따라 실행되는 람다 목표값의 형성을 스위치 오프하고, 대체 신호에 따라 람다 목표값의 형성을 스위치 온한다.
도 3에는 작동 준비 상태 인식(200)이 스위치들(210, 220, 230 및 240)을 도 3에 도시된 스위칭 위치로 전환함으로써 이루어지는 람다 목표값의 형성에서의 변화가 도시되어 있다. 블록(250)은 대체 신호 발생기를 나타낸다. 대체 신호는 바람직하게는 흡입 공기량 및 이에 대해 혼합물 파일럿 제어에 의해 할당된 연료량에 대한 실제값들로부터 얻어지는 람다 신호이다. 이러한 람다 신호는 엔진 제어부 내에 혼합물 파일럿 제어를 위한 목표값으로서 존재하거나, 엔진 제어부 내에 존재하는 데이터로부터 생성될 수 있다. 람다 신호는 일반적으로, 센서들(18 및 25)에 의해 제공되는 흡입 공기량 및 회전수에 따라 생성된다. 대체 신호에 따른 람다 목표값의 형성은 도 3에 도시된 스위치들(210, 220, 230 및 240)의 스위칭 위치에서 이루어진다. 스위치(210)의 도시된 스위칭 위치에서, 시스템 모델(100)에는 제1 배기가스 프로브(32)의 신호 대신에, 대체 신호 발생기(250')로부터의 대체 신호가 공급된다. 일 실시예에서 대체 신호 발생기(250')는 실제값 발생기 블록(32')의 작동 방식과 유사하게 작동하며, 즉 특히 실제값 발생기 블록(32')과 동일한 방식으로 반복된다. 대안의 일 실시예에서, 대체 신호 발생기(250')는 반복되지 않는다. 이는 대체 신호 발생기(250')가 활성화되는 기간이 일반적으로 시동 이후의 짧은 기간으로 제한되고, 이러한 짧은 기간에서는 전방 배기가스 프로브가 아직 작동 준비되지 않기 때문에 정당화 될 수 있다.

Claims (14)

  1. 내연기관(10)의 배기가스 내 촉매 컨버터(26)의 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 충전을 제어하기 위한 방법이며, 상기 방법에서는 촉매 컨버터(26) 상류에서 배기가스 흐름 내로 돌출되어 작동 준비 상태일 때 배기가스 성분의 농도를 검출하는 제1 배기가스 프로브(32)의 신호들(λin,meas)이 공급되는 제1 시스템 모델(100)을 구비한 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 실제 충전 레벨()이 검출되는, 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 충전 제어 방법에 있어서,
    제1 제어 회로(22, 32, 128, 130, 132)를 위한 람다 목표값(λin,set)이 람다 목표값 파일럿 제어를 통해 사전 설정되고, 제1 배기가스 프로브(32)가 작동 준비되지 않은 경우에는 제1 시스템 모델(100)에 제1 배기가스 프로브(32)의 신호를 위한 대체 신호가 공급되고, 상기 대체 신호는 람다 목표값 파일럿 제어에서 람다 목표값(λin,set)을 위한 초기값으로서 사용되고,
    제1 제어 회로(22, 32, 128, 130, 132)를 위한 람다 목표값(λin,set)이 람다 목표값 파일럿 제어를 통해 사전 설정되고, 상기 람다 목표값 파일럿 제어는, 람다 목표값을 위한 초기값을 제1 시스템 모델(100)과 동일한 제2 시스템 모델(100')을 통해 가상 충전 레벨()로 변환하고, 상기 가상 충전 레벨()을 목표값 발생기(118, 120)로부터 송출된 충전 레벨()에 대한 목표값과 비교하여, 비교 결과가 충전 레벨에 대한 목표값과 가상 충전 레벨 간의 차이를 나타내고 상기 차이가 사전 설정된 크기보다 큰 경우에는 람다 목표값을 비교 결과에 따라 반복적으로 변화시키고, 비교 결과가 충전 레벨에 대한 목표값과 가상 충전 레벨() 간의 차이를 나타내지 않는 경우에는 람다 목표값을 변화시키지 않도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 충전 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 제1 배기가스 프로브의 신호(32)를 위한 대체 신호로서, 내연 기관의 공기/연료 혼합물의 조성의 파일럿 제어로부터의 람다 신호가 사용되는 것을 특징으로 하는, 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 충전 제어 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 실제 충전 레벨()과 기결정된 목표 충전 레벨()의 편차가 검출되어 충전 레벨 제어(124)를 통해 람다 목표값-보정값이 되도록 처리되고, 기본 람다 목표값과 람다 목표값-보정값의 합이 구해지고, 상기 합은 내연 기관(10)의 하나 이상의 연소실(20에 대한 연료 측정에 영향을 미치는 보정값을 구하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는, 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 충전 제어 방법.
  5. 제1항에 있어서, 배기가스 성분은 산소이고, 제1 제어 회로(22, 32, 128, 130, 132)에서는 람다 실제값으로서 제1 배기가스 프로브(32)의 신호(λin,meas)가 처리되는 람다 제어가 실행되고, 람다 목표값(λin,set)은 제2 제어 회로(22, 32, 100, 122, 124, 126, 128, 132, 22)에서 구해지고, 제1 촉매 컨버터 모델(102)에 의해 모델링된 충전 레벨()과 필터링된 충전 레벨 목표값()의 편차로서 충전 레벨 제어 편차가 구해지고, 상기 충전 레벨 제어 편차는 충전 레벨 제어 알고리즘(124)에 공급되고, 상기 충전 레벨 제어 알고리즘은 이로부터 람다 목표값-보정값을 구하며, 상기 람다 목표값-보정값은, 경우에 따라 반복적으로 변화하는 기본 람다 목표값에 가산되고, 이와 같이 계산된 합은 람다 목표값(λin,set)을 형성하는 것을 특징으로 하는, 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 충전 제어 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 시스템 모델(100)은 촉매 컨버터 모델(102)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 충전 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서, 촉매 컨버터 모델(102)은 입력 이미션 모델(108)과 충전 레벨 및 이미션 모델(110)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 충전 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 촉매 컨버터 모델(102)은 부분 모델들을 가지며, 부분 모델들 각각은 실제 촉매 컨버터(26)의 부분 체적에 할당되는 것을 특징으로 하는, 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 충전 제어 방법.
  9. 내연기관(10)의 배기가스 내 촉매 컨버터(26)의 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 충전을 제어하기 위한 방법이며, 상기 방법에서는 촉매 컨버터(26) 상류에서 배기가스 흐름 내로 돌출되어 작동 준비 상태일 때 배기가스 성분의 농도를 검출하는 제1 배기가스 프로브(32)의 신호들(λin,meas)이 공급되는 제1 시스템 모델(100)을 구비한 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 실제 충전 레벨()이 검출되는, 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 충전 제어 방법에 있어서,
    제1 제어 회로(22, 32, 128, 130, 132)를 위한 람다 목표값(λin,set)이 람다 목표값 파일럿 제어를 통해 사전 설정되고, 제1 배기가스 프로브(32)가 작동 준비되지 않은 경우에는 제1 시스템 모델(100)에 제1 배기가스 프로브(32)의 신호를 위한 대체 신호가 공급되고, 상기 대체 신호는 람다 목표값 파일럿 제어에서 람다 목표값(λin,set)을 위한 초기값으로서 사용되고,
    제1 시스템 모델(100)은 촉매 컨버터 모델(102)을 포함하고,
    촉매 컨버터 모델(102)은 입력 이미션 모델(108)과 충전 레벨 및 이미션 모델(110)을 포함하고,
    촉매 컨버터 모델(102)은, 제1 촉매 컨버터 모델(102)에 의해 계산된 개별 배기가스 성분들의 농도들을, 촉매 컨버터(26) 하류에 배치되어 배기가스에 노출되는 제2 배기가스 프로브(34)의 신호와 비교 가능한 신호로 변환하도록 구성되는 출력 람다 모델(106)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 충전 제어 방법.
  10. 제9항에 있어서, 출력 람다 모델(106)에 의해 계산된 신호는 상기 제2 배기가스 프로브(34)에 의해 측정된 신호에 의해 조정되는 것을 특징으로 하는, 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 충전 제어 방법.
  11. 제9항에 있어서, 제1 시스템 모델(100)의 매개변수들은, 삼원 촉매 컨버터(26)로부터 나오도록 유동하는 배기가스에 대해 모델링된 람다값(λout,mod)이 이곳에서 측정된 람다값(λout,meas)에 상응할 때까지 연속적으로 변화되는 것을 특징으로 하는, 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 충전 제어 방법.
  12. 제1항에 있어서, 충전 레벨의 목표값은 촉매 컨버터(26)의 최대 산소 저장 용량의 10% 내지 50%인 것을 특징으로 하는, 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 충전 제어 방법.
  13. 내연기관(10)의 배기가스 내 촉매 컨버터(26)의 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 충전을 제어하기 위한 제어 장치이며, 상기 제어 장치는 제1 시스템 모델(100)을 구비한 배기가스 성분 어큐뮬레이터의 실제 충전 레벨()을 검출하고, 촉매 컨버터(26) 상류에서 배기가스 흐름 내로 돌출되어 작동 준비 상태일 때 배기가스 성분의 농도를 검출하는 제1 배기가스 프로브(32)의 신호들(λin,meas)을 처리하도록 구성되는, 상기 제어 장치에 있어서,
    상기 제어 장치는, 제1 제어 회로(22, 32, 128, 130, 132)를 위한 람다 목표값을 람다 목표값 파일럿 제어를 통해 사전 설정하고, 제1 배기가스 프로브(32)가 작동 준비되지 않은 경우에는 제1 시스템 모델(100)에 제1 배기가스 프로브(32)의 신호를 위한 대체 신호를 공급하고, 람다 목표값 파일럿 제어에서 기본 람다 목표값을 위한 초기값으로서 사용하도록 구성되고,
    상기 제어 장치는, 람다 목표값 파일럿 제어를 통해 제1 제어 회로(22, 32, 128, 130, 132)를 위한 람다 목표값(λin,set)을 사전 설정하도록 구성되고, 상기 람다 목표값 파일럿 제어는, 람다 목표값을 위한 초기값을 제1 시스템 모델(100)과 동일한 제2 시스템 모델(100')을 통해 가상 충전 레벨()로 변환하고, 상기 가상 충전 레벨()을 목표값 발생기(118, 120)로부터 송출된 충전 레벨()에 대한 목표값과 비교하여, 비교 결과가 충전 레벨에 대한 목표값과 가상 충전 레벨 간의 차이를 나타내고 상기 차이가 사전 설정된 크기보다 큰 경우에는 람다 목표값을 비교 결과에 따라 반복적으로 변화시키고, 비교 결과가 충전 레벨에 대한 목표값과 가상 충전 레벨() 간의 차이를 나타내지 않는 경우에는 람다 목표값을 변화시키지 않도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 제어 장치(16).
  14. 제13항에 있어서, 상기 제어 장치는 제2항에 따른 방법의 시퀀스를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 제어 장치(16).
KR1020190176149A 2018-12-27 2019-12-27 프로브 작동 준비 상태가 존재하지 않을 때, 배기가스 성분을 위한 촉매 컨버터의 어큐뮬레이터의 충전 레벨을 제어하기 위한 방법 및 제어 장치 KR102676523B1 (ko)

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