KR20090016677A - 내연기관을 작동시키기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

내연기관을 작동시키기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

다수의 실린더(Z1 내지 Z4) 및 배기 가스 프로브(42)가 배치되는 배기 가스 트랙트(4)를 가지며, 상기 배기 가스 프로브의 측정 신호(MS1)가 상기 실린더(Z1 내지 Z4)의 각 연소 챔버의 공연비를 나타내는, 내연기관을 작동시키기 위한 방법 및 장치가 개시된다. 제1 작동 상태(BZ1)에서 상기 실린더 중 하나(Z1)의 연료의 계량이 각 작동 사이클 동안 동일한 펄스 특성을 갖는 다수의 제1 계량 펄스(ZMP1)로 제어되며, 나머지 실린더(Z2 내지 Z4)의 연료의 계량이 각 작동 사이클 동안 상기 제1 계량 펄스(ZMP1)와 비교하여 상이한 펄스 특성을 갖는 하나 이상의 제2 계량 펄스(ZMP2)로 제어된다. 상기 제1 계량 펄스(ZMP1)의 펄스 특성 및 개수가 상기 하나 이상의 제2 계량 펄스(ZMP2)로 계량되는 것과 동일한 연료 질량이 계량되도록 상기 분사 밸브(18)의 추정된 특성에 기초하여 미리 결정된다. 상기 하나의 실린더(Z1)에 대한 보정값(KOR)이, 상기 분사 밸브(18)의 추정된 특성에 기초하여 연료를 계량하기 위하여 각 작동 사이클 동안 하나의 제1 계량 펄스(ZMP1)가 생성되는 제2 작동 상태(BZ2) 동안에, 상기 배기 가스 프로브(42)의 측정 신호(MS1)에 따라 결정된다. 상기 하나의 실린더에 대한 보정값(KOR)이 상기 제2 작동 상태(BZ2)에서 상기 제1 계량 펄스(ZMP1)를 조정하기 위하여 후속 작동과정 동안 사용된다.
배기 가스, 공연비, 펄스

Description

내연기관을 작동시키기 위한 방법 및 장치 {METHOD AND DEVICE FOR OPERATING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본원발명은 다수의 실린더를 갖는 내연기관을 작동시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
내연기관이 장착된 자동차에 의한, 허용 가능한 오염물질 배기와 관련된 더욱 강력한 규제로 인해서, 내연기관의 작동 중에 오염물질 배기를 가능한 한 낮게 유지할 필요가 있다. 이를 실행할 수 있는 방법 중 하나는 내연기관의 관련 실린더 내에서의 공기/연료 혼합물의 연소 중에 발생하는 배출가스를 감소시키는 것이다. 다른 방안은 관련 실린더 내에서의 공기/연료 혼합물의 연소 과정 동안 발생하는 배출가스를 무해한 물질로 변환시키는, 내연기관의 배출가스 취급 시스템을 사용하는 것이다. 이러한 목적으로 촉매 변환기(catalytic converter)가 사용되는데, 이는 일산화탄소, 탄화수소 및 질소 산화물을 무해한 물질로 변환시킨다. 배기 가스 촉매 변환기에 의한 높은 효율의 오염물질 성분의 변환 및 연소과정 동안의 오염물질 배기의 생성에 명백히 영향을 미치기 위해서는, 각각의 실린더에서 매우 정확하게 설정된 공연비를 필요로 한다.
특히, 오염물질 배기와 관련하여 촉매 변환기는 내연기관이 작동 개시되 바 로 직후 빠르게 작동 준비되는 것이 또한 유리한데, 이는 내연기관의 제1 작동 단계에서는 내연기관의 작동 온도가 아직 낮으므로 인해서 증가된 오염물질 배기가 생성되기 때문이다. 이를 위하여, 내연기관의 각 실린더의 연소 챔버로 연료를 분사하여 이러한 연료가 실질적으로 연소되지 않은 배기 가스 트랙트를 통과하면서 이곳에서 산화되고 이로써 방출된 열 에너지가 촉매 변환기를 급속히 가열하여 촉매 변환기의 작동이 빠르게 준비될 수 있게 하는 방안이 공지되어 있다.
배기 가스 촉매 변환기의 상류에 배치되는 선형 람다 프로브(linear Lambda probe)와 배기 가스 촉매 변환기의 하류에 배치되는 이진 람다 프로브(binary Lambda probe)를 구비하는 선형 폐-루프 람다 제어(Linear closed-loop Lambda control)가 Richard von Basshuysen, Fred Schaefer의 독일 책 "Handbuch Verbrennungsmotor", 2판, Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, 2002년 6월, 페이지 559-661 에 개시되어 있다. 람다 설정점 값(Lambda setpoint value)은 가스 지연 시간 및 센서 거동을 고려하는 필터에 의하여 필터링된다. 이러한 방식으로 필터링된 람다 설정점 값은 PII2D 람다 제어의 안내값(guide value)이며, 이러한 안내값의 처리된 값은 분사량 보정치이다.
본원발명의 목적은 다수의 실린더를 갖는 내연기관을 작동시키기 위한 간단한 장치 및 간단한 방법 모두를 생성하는 것이다.
이러한 목적은 독립항의 특징에 의해 달성된다. 본원발명의 유리한 실시예는 종속항에 의해 나타난다.
본원발명은 다수의 실린더 및 배기 가스 트랙트를 갖는 내연 기관을 작동시키기 위한 방법 및 상응하는 장치로서 배기 가스 프로브가 배치되며 그 측정 신호가 실린더의 각 연소 챔버에서의 공연비를 나타내는 방법 및 장치를 특징으로 한다. 제1 작동 상태에서는, 실린더 중 하나의 연료의 계량(metering)이 각각의 경우에 한 작동 사이클 동안 동일한 펄스 특성을 갖는 다수의 제1 계량 펄스로 제어된다. 나머지 실린더와 관련하여서는, 제1 작동 상태에서 연료의 계량이 하나 이상의 제2 계량 펄스에 의하여 제어되며 상기 펄스는 제1 계량 펄스와 비교하여 그리고 각각의 경우에 나머지 실린더의 작동 사이클 동안 상이한 펄스 특성을 갖는다.
특히 바람직하게는, 제1 작동 상태가 낮은 부하 상태, 특히 낮은 부분 부하 범위(lower part load range) 또는 공회전(idling) 상태, 특히 고 회전(high revolution)에서의 공회전 상태이다.
제1 계량 펄스(metering pulse)의 펄스 특성 및 개수는 분사 밸브의 추정된 특성에 기초하여, 하나 이상의 제2 계량 펄스에서와 동일한 연료 질량이 계량되도록 미리 결정된다. 배기 가스 프로브의 측정 신호에 따라서, 하나의 실린더에 대해 보정값이 결정되며, 이는 제2 작동 상태에 대해 이루어지는데, 여기서는 분사 밸브의 추정된 특성에 기초하여 연료를 계량하기 위하여 각각의 경우의 작동 사이클 동안에 단일한 제1 계량 펄스가 형성될 것이다.
제2 작동 상태에서 제1 계량 펄스를 조정하기 위한 추가 작동 과정 동안에 하나의 실린더에 대한 보정값이 사용된다. 이러한 방식에서는 특히 제1 계량 펄스에 의해 표시되는 가장 작은 연료량이, 분사 밸브의 제조 공차와 거의 무관하게 그리고 분사 밸브의 노후 영향(ageing influences)에도 거의 무관하게, 매우 정확하게 계량될 수 있다.
따라서 본원발명은 제1 작동 상태의 각 분사 밸브의 거동이 다수의 제1 계량 펄스에서의 연료 계량의 경우에, 하나의 제1 분사 펄스로 표시되는, 작은 연료량의 계량으로 이동될 수 있으며, 따라서 보정값이 제1 작동 상태에서 매우 정확하게 결정될 수 있다. 이러한 점은 특히 유리한데, 이는 나머지 실린더로의 연료 계량을 위한 하나 이상의 적절한 제2 계량 펄스를 통해서, 나머지 실린더로의 매우 정확하고 매우 정밀한 실제 연료 계량이 가능하며, 따라서 측정 신호의 변화는 하나의 실린더로의 연료 계량 동안의 에러를 나타내기 때문이다.
또한, 제1 작동 상태에서 예를 들어 실린더-전용 람다 제어기(cylinder-individual Lambda control)에 의해 얻어진, 하나 이상의 제2 계량 펄스와 관련된 조정 정보(adaptation information)는, 필요하다면, 하나 이상의 제2 계량 펄스에 의해서 원하는 연료 계량을 매우 정확하게 구성하는데 사용될 수 있다.
펄스 특성은 각각의 계량 펄스의 성질을 나타내며, 예를 들어 그 펄스 폭 및/또는 펄스 높이 및/또는 펄스 상승(pulse rise) 및/또는 펄스 하강(pulse fall)일 수 있다.
본원발명의 유리한 실시예에 따르면, 제1 시험 상태의 제1 작동 상태에서 연료는, 각각의 작동 사이클 동안 하나 이상의 제2 계량 펄스에 의해서 제1 실린더 내에서 역시 제어된다. 또한, 실린더 중 하나의 연료 계량은 제2 시험 상태에서 동일한 펄스 특성을 갖는 다수의 제1 계량 펄스에 의해 각 작동 사이클 동안 제어된다. 실린더 중 하나에 대한 보정값은 제2 시험 상태 및 제1 시험 상태의 배기 가스 프로브의 측정 신호에 따라 결정된다. 이러한 방식에서 다수의 제1 계량 펄스에 의한 연료의 계량은 하나의 실린더와 관련된 하나 이상의 계량 펄스에 의한 원하는 연료량의 계량과 비교하여 매우 정확하게 탐지될 수 있으며, 따라서 보정값이 매우 정확하게 결정될 수 있다.
본원발명의 또 다른 유리한 실시예에 따르면, 제2 작동 상태에서 제1 계량 펄스를 조정하기 위한 보정값이 추가 작동과정 동안에 당시의 현재 작동 온도에 따라 조정되며, 제1 작동 상태에서 결정된 때에는 할당된 작동 온도로 조정된다. 연료 온도 또는 냉각수 온도는 이러한 목적에 특히 적합한 작동임이 밝혀졌다. 이러한 방식으로, 제2 작동 상태에서의 특히 정확한 연료 계량이 이루어질 수 있다.
본원발명의 또 다른 유리한 실시예에 따르면, 추가 작동의 제2 작동 상태에서 제1 계량 펄스를 조정하기 위한 보정값이 당시의 현재 연료 압력에 따라, 그리고 제1 작동 상태에서 결정된 경우에는 할당된 연료 압력에 따라 조정된다. 이러한 방식으로, 상당히 관련성 있는 것으로 입증된 연료 압력의 영향이 매우 잘 고려될 수 있다. 이에 추가하여, 제1 작동 상태에서의 보정값 결정시의 연료 압력은 제2 작동 상태에서의 제1 계량 펄스의 조정과정 동안의 압력과 매우 차이가 나며, 따라서, 특히 내삽(interpolation)이나 외삽(extrapolation)을 통해, 고려될 수 있다.
본원발명의 예시적인 실시예가 개략적인 도면을 참조하여 이하에서 매우 상세하게 설명된다.
도면들은 각각 다음과 같다:
도 1은 제어 장치를 구비하는 내연기관을 도시한다.
도 2는 제어 장치에서 실행되는 프로그램의 제1 순서도이다.
도 3은 제어 장치에서 실행되는 추가적 프로그램의 순서도이다.
동일한 구성을 갖는 부재나 동일한 방식으로 기능하는 부재는 모든 도면에서 동일한 참조 부호로 표시되었다.
내연기관(도 1)은 흡기 트랙트(1), 엔진 블록(2), 실린더 헤드(3) 및 배기 가스 트랙트(4)을 포함한다. 흡기 트랙트(1)는 바람직하게 스로틀 밸브(5), 수집기(6) 및 흡기 파이프(7)를 포함하며, 흡기 파이프는 엔진 블록(2)의 입구 채널을 통해 실린더(Z1)로 안내된다. 또한, 엔진 블록(2)은 크랭크 샤프트(8)를 포함하며, 이 크랭크 샤프트는 커넥팅 로드(10)를 통해 실린더(Z1)의 피스톤(11)에 결합된다.
실린더 헤드는 가스 입구 밸브(12) 및 가스 배기 밸브(13)를 가진 밸브 기어를 포함한다.
또한, 실린더 헤드(3)는 분사 밸브(18) 및 점화 플러그(19)를 포함한다. 대안적으로 분사 밸브(18)는 입구 매니폴드(7)에 배치될 수도 있다.
배기 가스 촉매 변환기(21)는 배기 가스 트랙트 내에 배치되고, 바람직하게는 3방향 촉매 변환기로서 구성된다. 또한, 추가적인 배기 가스 촉매 변환기가 배기 가스 트랙트 내에 배치될 수 있는데, 이는 NOx 배기 가스 촉매 변환기로서 구현될 수 있다.
제어 장치(25)가 제공되는데, 여기에는 상이한 측정 변수를 탐지하고 각각의 경우에 상기 측정 변수의 값을 결정하는 센서가 할당된다. 작동 변수 및 측정 변수는 이들로부터 유도된 변수도 포함한다. 제어 장치(25)는, 하나 이상의 작동 변수에 따라서, 제어 변수를 결정하고, 이 제어변수는 상응하는 액츄에이터에 의해 작동 부재를 제어하기 위한 하나 또는 그보다 많은 제어 신호로 변환된다. 제어장치(25)는 내연 기관을 작동시키기 위한 장치로 언급될 수도 있다.
센서는 가스 페달(27)의 위치를 기록하는 페달 위치 센서(26), 스로틀 밸브(5) 하류의 공기 질량 유량을 기록하는 공기 질량 센서(28), 흡입 공기 온도를 기록하는 제1 온도 센서(32), 수집기(6) 내의 흡기 매니폴드 압력을 기록하는 흡기 매니폴드 압력 센서(48), 후에 속도로 정해지는 크랭크 샤프트 각도를 기록하는 크랭크 샤프트 각도 센서(36)이다.
또한, 제2 온도 센서(38)가 제공되는데, 이는 작동 온도(BT), 특히 냉각수 온도나 연료 온도를 탐지한다. 또한, 압력 센서(39)가 제공되는데, 이는 연료 압력, 특히 연료 공급장치의 고압의 축압기(accumulator) 내의 연료 압력을 탐지한다.
추가로 배기 가스 프로브(42)가 제공되는데, 이는 촉매 변환기(42) 내에 또 는 그 상류에 배치되어 배기 가스의 잔여 산소 수준을 탐지하며, 그 측정 신호(MS1)는 연료의 산화 이전의 제1 배기 가스 프로브 상류에서의 그리고 실린더(Z1)의 연소 챔버에서의 공연비에 대한 지표(characteristic)이며, 아래에서는 실린더(Z1-Z4)에서의 공연비로서 언급된다.
배기 가스 프로브(42)는 바람직하게는 선형 람다 프로브(linear Lambda probe)이지만, 기본적으로는 이진 람다 프로브(binary Lambda probe)일 수도 있다.
본원발명의 실시예에 따라, 상기 센서들 중 일부만 존재할 수도 있거나 추가 센서가 존재할 수도 있다.
조절 부재에는 예를 들어 스로틀 밸브(5), 가스 입구 및 출구 밸브(12, 13), 분사 밸브(18) 또는 점화 플러그(19)가 있다.
실린더(Z1)뿐만 아니라, 다른 실린더(Z2 내지 Z4)도 제공될 수 있는데, 여기에는 상응하는 작동 부재 및 필요한 곳에 센서도 할당된다. 따라서 내연기관은 어떠한 개수의 실린더도 구비할 수 있다.
기본적으로, 내연기관은 다수의 실린더 뱅크(cylinder bank), 예를 들어 두 개의 실린더 뱅크도 구비할 수 있으며, 이들 각각에는 별도의 제1 배기 가스 프로브(42)가 할당된다. 이 경우에는, 각각의 경우의 각 실린더에 대하여 이하의 내용이 적용된다.
바람직하게는, 제어 장치(25) 내에 실린더-전용 람다 제어기(cylinder-individual Lambda control; CILC) 및 람다 제어기(Lambda control; LC)가 제공된다.
람다 제어기(LC)는 이론 공연비(stochiometric air/fuel ratio)와 동일하거나 대체로 근사한 실제 공연비(raw air/fuel ratio)의 상세한 내용(specification)을 포함한다. 사각파(square-wave) 신호 형태의 강제 여기(forced excitation)가 특정된 실제 공연비에 대해 조절된다(modulated). 이는 이후에 람다 제어기(LC)의 제어 변수를 형성한다. 이후 람다 제어기에는 배기 가스 프로브(42)의 측정 신호(MS1)에 따라 결정된 제어 변수와 탐지된 공연비 사이의 차이가 전달된다. 람다 제어기는 PII2D 제어기로서 정식적으로 구현된다. 람다 제어기의 보정 신호는 람다 제어 인자인데, 이에 의해서 실린더(Z1 내지 Z4)의 연소 챔버로 계량될 연료 질량이 보정된다. 각각의 경우에, 별도의 배기 가스 센서(42)가 각각 할당되어 있는 내연 기관의 각 실린더 뱅크에 대해 하나의 람다 제어기가 할당된다. 따라서 계량될 분사 연료의 양의 보정 및 할당된 모든 실린더에 관하여 분사 밸브에 대한 상응하는 작동 신호의 보정이 람다 제어기에 의하여 이루어진다.
공연비의 실린더 특유의 편차를 보정하기 위하여, 각각의 실린더(Z1 내지 Z4)에 대해 실린더-전용 람다 제어기(CILC)가 제공된다.
실린더-전용 람다 제어기(CILC)의 구조 내에서 배기 가스 프로브(42)의 측정 신호(MS1)가 샘플링되며, 샘플링된 측정 신호는 미리 결정 가능한 측정 영역 내에서 각각의 실린더(Z1 내지 Z4)에 개별적으로 할당되어 탐지된 실린더-전용 공연비(cylinder-individual air/fuel ratio)가 결정된다. 각각의 실린더-전용 공연비와 평균 실린더-전용 공연비의 평균값 사이의 차이가 제어 차이(control difference)로서 형성된다.
실린더-전용 람다 제어기(CLIC)는 바람직하게 I2 성분을 포함한다.
작동 신호로서 실린더-전용 람다 제어 인자를 생성하는데, 이는 각각의 실린더에서 계량될 연료 질량의 실린더-전용 보정에 사용되며, 따라서 각각의 보정 신호의 조정(adaptation)을 이끌어내게 된다. 바람직하게는 미리 결정된 간격(intervals)으로 조정이 이루어지거나 또는, 미리 결정된 작동 조건이 존재한다면, 람다 제어기의 보정 신호의 사전 결정 가능한 비율이 미리 결정된 방식으로 조정값으로 이동됨으로써 조정이 이루어진다. 이러한 방식에서, 필요하다면 불활성화된 실린더 전용 람다 제어기(CILC)로도, 실린더 전용 람다 제어기(CILC) 동안 얻어진 정보를 사용할 수 있다.
실린더 전용 람다 제어의 작동 상태에 대해서는, 배기 가스 프로브(42)의 측정 신호(MS1)의 적절한 샘플링의 통해 모든 실린더에 대해 기본적으로 동일한 연료 계량을 하여 각각의 실린더(Z1 내지 Z4)의 각 공연비에 대한 직접 할당이 이루어질 수 있다는 것이 중요하다. 그러나 이는 낮은 부분 부하로부터 높은 부하로 가는 작동 상태에서만 신뢰성있게 보장될 수 있다. 적은 공기의 관통유동(throughflow)으로 인해서 각각의 실린더에 대해 할당될 배기 가스 패키지(package)의 강한 와류가 발생하며 따라서 실린더-전용 할당이 더 이상 가능하지 않다는 사실에 의해 야기된다. 따라서 실린더-전용 람다 제어는 제한된 방식으로만, 특히 매우 한정된 부하를 갖는 공회전 모드(idling mode)와 같이 매우 작은 분사량을 갖는 작동 상태 에서만 사용될 수 있다. 그러나 낮은 부하 범위에서의 사용에 있어서 실린더-전용 람다 제어 인자(CILC)를 따르는 조정이 공회전 또는 낮은 부분 부하의 부하 범위로 전달되는 것으로 시험 결과 밝혀졌다. 이는 내연기관의 이러한 작동 범위에서 실린더-전용 람다 제어에 의해 얻어진 정보가 원하는 연료량의 정확한 계량에 사용될 수 있다는 것을 의미한다.
다양한 프로그램이, 내연기관의 작동 동안에 제어 장치에서 작동하는 제어장치(25)의 메모리에 저장된다.
제1 프로그램은 단계(S1)에서 시작한다(도 2). 단계(S1)에서 변수들은 초기화될 수 있다. 프로그램은 작동 중에 정기적 간격을 두고 단계(S1)에서 개시될 수 있거나 또는, 미리 결정가능한 조건이 내연 기관의 작동 중에 충족되면 단계(S1)에서 개시될 수 있다.
단계(S2)에서 제1 작동 상태(BZ1)가 존재하는지 여부에 관해 검사가 이루어진다. 제1 작동 상태는 예를 들어 내연기관의 낮은 부분 부하 모드 또는 공회전 모드일 수 있다. 이는 바람직하게, 각각의 실린더(Z1 내지 Z4)의 각각의 작업 사이클에 대해서 가장 작은 연료량의 정수배가 계량된다는 것을 특징으로 하며, 여기서 배수는 가장 작은 량의 2배 또는 3배인 것이 바람직하다. 또한, 작업 사이클마다 각각의 실린더(Z1 내지 Z4)로 계량될 연료량은 더 큰 정수배가 될 수도 있다. 가장 작은 연료량은, 예를 들어, 촉매 변환기를 가열하는데 사용될 수 있는 연료의 사후 분사(post-injection)의 체계 내에서 계량될 연료량의 범위에 놓일 수 있다. 그러나 예를 들어, 특히 디젤 내연기관에 있어서, 사전 분사(pre-injection)의 체 계 내에서 분사될 연료의 양의 범위 내에 놓일 수도 있다. 예를 들어 가장 작은 양은 약 2 내지 3 mg 이다. 이는 예를 들어 제1 작동 상태(BZ1)가 작동 사이클마다 각각의 실린더(Z1 내지 Z4)에 대해 6 내지 9 mg의 연료량이 계량될 것을 특징으로 할 수 있다는 것을 의미한다.
단계(S2)의 조건이 충족되지 않으면, 프로그램은 단계(16)에서 바람직하게 종료된다. 그러나 단계(S2)의 조건이 충족되면, 바람직하게는 단계(S4)에서, 제1 시험 상태(PZ1)가 취해진다.
제1 시험 단계(PZ1)에서, 실린더(Z1 내지 Z4)로의 연료 계량은 각각의 작동 사이클 동안 하나 이상의 제2 계량 펄스(ZMP2)에 의해 제어된다. 따라서 제2 계량 펄스(ZMP2)는 각 실린더(Z1 내지 Z4)의 각 분사 밸브(19)에 대한 작동 신호(SG)를 나타내며, 실린더 전용 람다 제어기(CILC)가 제1 작동 상태(BZ1)에서 활성화되지 않는다 하여도 실린더 전용 람다 제어기(CILC)의 체계 내에서 얻어지는 정보를 포함한다. 따라서 원하는 연료량의 매우 정확한 계량이 보장된다.
제1 시험 상태(PZ1)에서 각 실린더(Z1 내지 Z4)의 각 연소 챔버로 각각의 작동 사이클에서 분사될 연료 질량의 계량은 실린더(Z1 내지 Z4)마다 하나의 제2 계량 펄스에 의해 바람직하게 이루어진다. 그러나 예를 들어 2개의 제2 계량 펄스(ZMP2)가 있을 수도 있다.
단계(S6)에서 배기 가스 프로브(42)의 할당된 제1 측정 신호(MS1PZ1)가 탐지되어 버퍼링된다(buffered). 정기적 간격에서 제1 시험 상태(PZ1)에 대해 단 계(S6)에서 탐지된 측정 신호(MS1PZ1)는 본질적으로 이론 공연비를 나타낸다.
단계(S8)에서 제2 시험 상태(PZ2)가 취해진다. 제2 시험 상태(PZ2)에서, 예를 들어 아래의 실린더(Z1)을 사용하는, 실린더에 관한 연료 계량은 각각의 경우에서 한 작동 사이클 동안 동일한 펄스 특성을 갖는 다수의 제1 계량 펄스(ZMP1)에서 제어된다. 나머지 실린더(Z2 내지 Z4)에서 연료는 하나 이상의 제2 계량 펄스(ZMP2)에 의해 계속 계량된다.
제2 계량 펄스(ZMP2)는 제1 계량 펄스(ZMP2)와 비교하여 다른 펄스 특성을 갖는다. 제1 계량 펄스(ZMP1)의 펄스 특성 및 개수는, 취해진 분사 밸브(18)의 특성에 기초하여, 나머지 실린더(Z2 내지 Z4)의 하나 이상의 제2 계량 펄스(ZMP2)에서와 동일한 연료 질량이 실린더(Z1)로 계량되도록 미리 결정된다. 바람직하게는 계량 펄스의 펄스 특성이 엔진 맵(map)에 따라 결정되며, 이러한 엔진 맵에는 계량될 연료 질량 유동(MFF)뿐만 아니라, 예를 들어 현재 작동 온도나 현재 연료 압력(P_FUELAKT)과 같은 내연기관의 추가적인 작동 변수도 고려될 수 있다. 또한, 이와 관련하여, 예를 들어 조정값과 같이 실린더-전용 람다 제어 인자에 따라 존재하는 정보가 바람직하게 사용된다.
단계(S10)에서 제2 시험 상태(PZ2)와 관련하여 제1 측정 신호가 탐지되고 버퍼링된다. 따라서 제1 시험 상태에서의 측정 신호(MS1PZ1)로부터 제2 시험 상태에서의 측정 신호(MS1PZ2)의 편차는, 실린더(Z1)의 제1 시험 상태(PZ1)에서 실제로 측정된 연료 질량과 비교하면 제2 시험 상태(PZ2)에서 실제로 측정된 실린더(Z1)의 측정 연료 질량의 편차의 지표이다. 이는, 제1 계량 펄스(ZMP1)에 있어서 예를 들어 제조 편차나 분사 밸브(18)의 노후(ageing)와 같은 비교적 파괴적인 영향이, 계량 펄스에 대해 더 큰 연료량이 계량되는 제2 계량 펄스(ZMP2)에 있어서 더욱 큰 영향을 갖는다는 점에 기인한다.
또한, 단계(S12)에서 작동 온도(BTPZ2)가 제2 시험 상태에서 탐지되고/탐지되거나 연료 압력(P_FUELPZ2)이 제2 시험 상태에서 탐지된다. 대안적으로, 단계(S12)는 제1 시험 단계(PZ1)에서 정확하게 이러한 방식으로 실행될 수 있다. 여기에 더하여, 단계(S2)의 조건이 다수의 미리 결정된 범위 중 하나 내에 또는 미리 결정된 범위 내에 놓인 연료 압력 및/또는 작동 온도를 포함할 수 있다.
단계(S14)에서, 실린더(Z1)에 대한 보정값(KOR)이 결정되며, 이는 제2 작동 상태(BZ2)에 대해 실행되는데, 여기서는, 분사 밸브(18)의 추정된 특성에 기초하여 연료를 계량하기 위하여, 각각의 경우에 보정값을 고려하지 않은 채 계량될 연료 질량에 기초하여 하나의 작동 사이클 동안 단일한 제1 계량 펄스(ZMP2)가 형성된다. 이와 관련하여 중요한 인자는 제2 작동 단계(BZ2)에서 분사 밸브(18)의 추정된 특성에 기초하여 제1 계량 펄스(ZMP1)에 할당될 연료 질량이 정확하게 계량될 것이라는 점이다. 그러나 이는 제2 작동 단계(BZ2)에서 추가의 연료 질량도 계량될 것이라는 점을 배제하는 것은 아니다.
제2 작동 상태(BZ2)는 예를 들어 내연기관이 개시되는 시점에 가까운, 촉매 변환기 가열의 일부로 가정될 수 있으며, 여기서는 본질적으로 산화되지 않은 상태 에서 배기 가스 트랙트(4)로 들어가 촉매 변환기를 급속하게 가열시키는 발열 반응을 일으키는 방식으로 내연기관의 실린더(Z1-Z4)로 가장 작은 연료량이 분사된다.
이에 더하여, 예를 들어 전체 공간 점화(whole space ignition)와 같이 가솔린 내연기관에서 이루어지는 새로운 연소 공정 내에서 또는 디젤 내연기관에서의 경우와 같이, 제2 작동 상태(BZ2)에서 가장 작은 양이 사전-분사의 일부로서 각각의 실린더(Z1 내지 Z4) 내로 계량될 수도 있다.
단계(S14)에서, 제1 시험 상태에서의 측정 신호(MS1PZ1), 제2 시험 상태에서의 측정 신호(MS1PZ2) 및 제2 시험 상태에서의 연료 압력(P_FUELPZ2)과 작동 온도(BTPZ2)에 따라 보정값이 결정되며, 따라서 제1 계량 펄스(ZMP1)의 펄스 특성의 보정에 의하여 원하는 연료량이 요구되는 정확도의 일부로서 하나의 실린더(Z1)로 계량되도록 이루어진다. 이와 관련하여 보정값(KOR)은 상응하는 연료량(MFF) 및 작동 온도(BT) 또는 연료 압력(P_FUEL)에 바람직하게 할당된다. 이는 예를 들어 상응하는 엔진 맵에 저장됨으로써 이루어질 수 있다.
단계(S16)에서 프로그램이 종료된다. 바람직하게는, 제2 작동 상태(BZ2)에서 계량될 가능한 많은 상이한 연료 질량 유량에 유용한, 상응하는 보정값(KOR)을 갖기 위하여, 내연기관의 작동 동안에 프로그램이 여러 번 실행된다.
또한, 실린더(Z2 내지 Z4)에 대한 상응하는 보정값의 결정을 위하여 상응하는 적절한 프로그램도 실행된다. 제1 계량 펄스(ZMP1)의 개수는 각 실린더의 작동 사이클에 대한 제2 계량 펄스(ZMP2)의 2 내지 3배이다. 보정값(KOR)의 충분히 정 확한 측정을 여전히 보장한다면, 기본적으로는 이보다 더 큰 배수일수도 있다. 이와 관련하여, 하나의 실린더(Z1)에서의 다수의 제1 개량 펄스(ZMP1)에 의해 야기된 공연비의 변화가 배기 가스 프로브(42)의 측정 신호(MS1) 상에도 탐지가능하게 작용하도록, 도 2에 따른 프로그램의 실행의 체계 내에서 전체적으로 고려되어야만 하는 실린더(Z1-Z4)의 개수가 충분히 적은 개수를 갖는 것이 중요하다. 여기서 특히 유리한 것은 예를 들면, 각각의 경우에 실린더 뱅크마다 3개의 실린더로 나눠지며 이들 각각에 별도의 배기가스 프로브(42)가 할당되는, 총 6개의 실린더를 갖는 내연기관과 관련하여 프로그램을 사용하는 것이며, 그 결과 도 2에 도시된 프로그램은 각각의 실린더 뱅크에 대해 별도로 실행될 것이다.
이와 관련하여 한 실린더(Z1) 내의 공연비의 변화는, 만약 이것이 제1 계량 펄스(ZMP1)에 할당된 연료 질량 유동과 관련하여 연료 계량의 요구되는 정확성 범위 내에 놓이거나 그 이상이라면, 배기 가스 프로브(42)의 측정 신호(MS1)에서 탐지 가능한 변화를 초래한다는 점을 주목해야 한다. 가장 작은 연료량에 있어서 이러한 정확성 요구치는 예를 들어 약 10%가 될 수 있다.
이에 더하여, 각각의 실린더(Z1-Z4)로 유동하는 공기 질량이 가능한 한 정확하게 설정되는 것이 유리한데, 이는 이것도 역시 공연비에 영향을 미치기 때문이다.
단계(S16)에서 프로그램이 종료된다.
내연기관의 작동 동안에 추가적인 프로그램이 실행되는데, 이는 이하에서 도 3에 도시된 순서도를 참조하여 더욱 상세하게 설명된다. 이러한 프로그램은 단 계(S18)에서 시작되는데, 이는 예를 들어 내연기관이 작동개시되는 시각에 가까이 놓일 수 있다. 단계(S18)에서 변수들이 바람직하게 초기화된다.
단계(S20)에서 제2 작동 상태(BZ2)가 존재하는지에 관해서 검사가 실행된다. 만약 존재한다면, 추가적인 기능에 의하여 계량될 연료 질량 유동(MFF)이 결정되면, 이는 반드시 각각의 실린더(Z1 내지 Z4)의 작동 사이클에 걸쳐 계량될 연료 질량 유동일 필요는 없으나, 바람직하게는 예를 들어 촉매 변환기 가열의 체계 내에서의 사후 분사를 위해 필요한 연료 질량 유동(MFF) 또는 사전 분사를 실행하는데 필요한 연료 질량 유동이다.
단계(S20)의 조건이 충족되지 않으면, 단계(22)로 이어지는데, 여기서는 단계(20)에서 다시 한번 프로세스가 진행되기에 앞서 프로그램이 미리 결정된 대기 시간(T_W) 동안 바람직하게 중단된다. 미리 결정된 대기 시간은 예를 들어 내연기관의 속도에 종속될 수도 있다.
만약, 단계(S20)의 조건이 충족되면, 단계(S24)에서 현재 작동 온도(BTAKT) 및/또는 현재 연료 압력(P_FUELAKT)이 결정된다.
단계(S26)에서, 연료 질량 유동(MFF), 현재 작동 온도(BTAKT) 및/또는 현재 연료 압력(P_FUELAKT)에 따라서, 상응하는 할당된 보정값(KOR)이 각각의 실린더(Z1 내지 Z4)에 대해 결정된다. 이와 관련하여 단계(S14)가 실행되었을 때 결정된 보정값(KOR)이 사용된다.
단계(S28)에서 각각의 실린더(Z1 내지 Z4)의 각 분사 밸브(18)에 대한 각각 의 보정 신호(SG)가 보정값(KOR) 및 계량될 연료 질량 유동(MFF)에 따라 결정되며, 따라서 상응하게 조정된 제1 계량 펄스(ZMP1)가 생성된다. 이어서 프로세스는 단계(S22)로 이어진다.
대안적으로 단계(S4) 및 단계(S6)가 생략될 수도 있으며, 결과적으로 보정값(KOR)의 결정도, 제1 시험 상태에서의 배기 가스 프로브(42)의 측정 신호(MS1PZ1)와 무관하게, 단계(S14)에서 실행될 수 있다.

Claims (5)

  1. 다수의 실린더(Z1 내지 Z4) 및 배기 가스 프로브(42)가 배치되는 배기 가스 트랙트(4)를 갖는 내연기관을 작동시키기 위한 방법으로서,
    상기 배기 가스 프로브의 측정 신호(MS1)가 상기 실린더(Z1 내지 Z4)의 각 연소 챔버의 공연비를 나타내며,
    제1 작동 상태(BZ1)에서 상기 실린더 중 하나(Z1)의 연료의 계량이 각 작동 사이클 동안 동일한 펄스 특성을 갖는 다수의 제1 계량 펄스(ZMP1)로 제어되며, 나머지 실린더(Z2 내지 Z4)의 연료의 계량이 각 작동 사이클 동안 상기 제1 계량 펄스(ZMP1)와 비교하여 상이한 펄스 특성을 갖는 하나 이상의 제2 계량 펄스(ZMP2)로 제어되며,
    상기 제1 계량 펄스(ZMP1)의 펄스 특성 및 개수가 상기 하나 이상의 제2 계량 펄스(ZMP2)로 계량되는 것과 동일한 연료 질량이 계량되도록 상기 분사 밸브(18)의 추정된 특성에 기초하여 미리 결정되며,
    상기 하나의 실린더(Z1)에 대한 보정값(KOR)이, 상기 분사 밸브(18)의 추정된 특성에 기초하여 연료를 계량하기 위하여 각 작동 사이클 동안 하나의 제1 계량 펄스(ZMP1)가 생성되는 제2 작동 상태(BZ2) 동안에, 상기 배기 가스 프로브(42)의 측정 신호(MS1)에 따라 결정되며,
    상기 하나의 실린더에 대한 보정값(KOR)이 상기 제2 작동 상태(BZ2)에서 상기 제1 계량 펄스(ZMP1)를 조정하기 위하여 후속 작동과정 동안 사용되는,
    내연기관을 작동시키기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    제1 시험 상태(PZ1)의 제1 작동 상태(BZ1)에서 상기 하나의 실린더(Z1)의 각 작동 사이클 동안 하나 이상의 제2 계량 펄스(ZMP2)에 의하여 연료가 제어되며, 제2 시험 상태(PZ2)에서 동일한 펄스 특성을 갖는 다수의 제1 계량 펄스(ZMP1)에 의한 연료 계량이 각각의 경우에 상기 하나의 실린더(Z1)에서의 작동 사이클 동안 제어되며, 상기 하나의 실린더(Z1)에 대한 보정값(KOR)이 상기 제1 시험 상태(PZ1) 및 상기 제2 시험 상태(PZ2)에서의 배기 가스 프로브(42)의 측정 신호(MSPZ1)에 따라 결정되는,
    내연기관을 작동시키기 위한 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    추가 작동의 제2 작동 상태(BZ2)에서 제1 계량 펄스를 조정하기 위한 보정값(KOR)이 당시의 현재 작동 온도(BTAKT)에 따라, 그리고 제1 작동 상태에서 결정된 경우에는 할당된 작동 온도(BTPZ2)에 따라 조정되는,
    내연기관을 작동시키기 위한 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    추가 작동의 제2 작동 상태(BZ2)에서 제1 계량 펄스(ZMP1)를 조정하기 위한 보정값(KOR)이 현재의 연료 압력(P_FUELAKT)에 따라, 그리고 제1 작동 상태(BZ1)에서 결정된 경우에는 할당된 연료 압력(P_FUELPZ2)에 따라 조정되는,
    내연기관을 작동시키기 위한 방법.
  5. 다수의 실린더(Z1 내지 Z4) 및 배기 가스 프로브(42)가 배치되는 배기 가스 트랙트(4)를 갖는 내연기관을 작동시키기 위한 장치로서,
    상기 배기 가스 프로브의 측정 신호(MS1)가 상기 실린더(Z1 내지 Z4)의 각 연소 챔버의 공연비를 나타내며,
    제1 작동 상태(BZ1)에서 각 작동 사이클 동안 동일한 펄스 특성을 갖는 다수의 제1 계량 펄스(ZMP1)로 상기 실린더(Z1 내지 Z4) 중 하나의 연료의 계량을 제어하도록 그리고 상기 제1 계량 펄스(ZMP1)와 비교하여 상이한 펄스 특성을 갖는 하나 이상의 제2 계량 펄스(ZMP2)에 의하여 나머지 실린더(Z2 내지 Z4)의 연료의 계량을 제어하도록 구성되며,
    상기 제1 계량 펄스(ZMP1)의 펄스 특성 및 개수가 각 작동 사이클 동안 하나 이상의 제2 계량 펄스(ZMP2)로 계량되는 것과 동일한 연료 질량이 계량되도록 상기 분사 밸브(18)의 추정된 특성에 기초하여 미리 결정되며,
    상기 장치가, 상기 분사 밸브(18)의 추정된 특성에 기초하여 연료를 계량하기 위하여 각 작동 사이클 동안 하나의 제1 계량 펄스(ZMP1)가 생성되는 제2 작동 상태(BZ2) 동안에, 상기 배기 가스 프로브(42)의 측정 신호(MS1)에 따라 상기 하나의 실린더(Z1)에 대한 보정값(KOR)을 결정하도록 추가로 구성되며,
    상기 하나의 실린더(Z1)에 대한 보정값(KOR)이 상기 제2 작동 상태(BZ2)에서 상기 제1 계량 펄스(ZMP1)를 조정하기 위하여 후속 작동과정 동안 사용되는,
    내연기관을 작동시키기 위한 장치.
KR1020087029291A 2006-04-28 2007-04-12 내연기관을 작동시키기 위한 방법 및 장치 KR101443243B1 (ko)

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