KR20090116758A - 내연 기관의 동작 장치 및 진단 방법 - Google Patents

내연 기관의 동작 장치 및 진단 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20090116758A
KR20090116758A KR1020097017984A KR20097017984A KR20090116758A KR 20090116758 A KR20090116758 A KR 20090116758A KR 1020097017984 A KR1020097017984 A KR 1020097017984A KR 20097017984 A KR20097017984 A KR 20097017984A KR 20090116758 A KR20090116758 A KR 20090116758A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
nox
exhaust gas
gas sensor
cat
internal combustion
Prior art date
Application number
KR1020097017984A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101464937B1 (ko
Inventor
게르트 뢰젤
Original Assignee
콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하 filed Critical 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
Publication of KR20090116758A publication Critical patent/KR20090116758A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101464937B1 publication Critical patent/KR101464937B1/ko

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1493Details
    • F02D41/1495Detection of abnormalities in the air/fuel ratio feedback system
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/22Safety or indicating devices for abnormal conditions
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9404Removing only nitrogen compounds
    • B01D53/9409Nitrogen oxides
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9495Controlling the catalytic process
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N11/00Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity
    • F01N11/007Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity the diagnostic devices measuring oxygen or air concentration downstream of the exhaust apparatus
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N9/00Electrical control of exhaust gas treating apparatus
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/04Introducing corrections for particular operating conditions
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14Introducing closed-loop corrections
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/146Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an NOx content or concentration
    • F02D41/1463Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an NOx content or concentration of the exhaust gases downstream of exhaust gas treatment apparatus
    • F02D41/1465Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an NOx content or concentration of the exhaust gases downstream of exhaust gas treatment apparatus with determination means using an estimation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/02Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor
    • F01N2560/023Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor for measuring or detecting HC
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00Input parameters for engine control
    • F02D2200/02Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/08Exhaust gas treatment apparatus parameters
    • F02D2200/0816Oxygen storage capacity
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1439Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the position of the sensor
    • F02D41/1441Plural sensors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1454Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio
    • F02D41/1456Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio with sensor output signal being linear or quasi-linear with the concentration of oxygen
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40Engine management systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

내연 기관은 배기 가스 촉매, λ 제어에서 사용될 수 있는 방식으로 배치된 제1 배기 가스 센서, 그리고 트림 제어에서 사용될 수 있는 방식으로 배치된 제2 배기 가스 센서를 포함한다. 상기 제2 배기 가스 센서의 측정 신호(VLS_DOWN)에 따라서 상기 배기 가스 촉매의 산소 저장 능력을 나타내는 HC 품질값(EFF_CAT_HC)을 결정한다. 상기 제2 배기 가스 센서의 측정 신호(VLS_DOWN)에 따라서 즉, 잔여 산소의 존재를 나타내는 신호 성분들을 따라서 NOx 보정값(COR_NOX)을 결정한다. 상기 HC 품질값(EFF_CAT_HC) 및 상기 NOx 보정값(COR_NOX)에 따라서 NOx 품질값(EFF_CAT_DIAG_NOX)을 결정한다.

Description

내연 기관의 동작 장치 및 진단 방법{DIAGNOSTIC METHOD AND DEVICE FOR OPERATING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 촉매 컨버터와, λ 폐-루프 제어 동작에 사용될 수 있도록 배치된 제1 배기 가스 센서와, 그리고 트림 폐-루프 제어 동작에 사용될 수 있도록 배치된 제2 배기 가스 센서를 포함하는 내연 기관의 동작 장치 및 방법에 관한 것이다.
내연 기관들을 구비하는 자동차에 의한 오염물 배출 허용을 규정하는 법규들이 점점 더 엄격해지면서, 내연 기관의 동작 동안 오염물 배출을 가능한 한 낮게 유지하는 것이 요구된다. 첫째로 개개의 실린더들 내 공기/연료 혼합물의 연소 동안 발생하는 오염물 배출을 줄여서, 이를 행할 수 있다. 둘째로 내연 기관들 내 배기 가스 후 처리 시스템을 사용하는 것인데, 배기 가스 후 처리 시스템은 개개의 실린더 내 공기/연료 혼합물의 연소 과정 동안 발생되는 배출된 오염물을 무해한 물질로 변환한다. 특히 가솔린 내연 기관에서 3 방향 촉매 컨버터들을 촉매 컨버터로서 사용한다. 촉매 컨버터를 사용하여 높은 레벨의 효율로 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 및 질소 산화물(NOx)과 같은 오염 성분을 변환하기 위하여, 실린더 들 내에서 정확하게 조정된 공연비(air/fuel ratio)가 선결적으로 요구된다.
나아가, 촉매 컨버터의 상류에서의 혼합물 조성이 규정된 변화(defined variation)를 나타내야 하고, 그래서 과다한 공기를 가진 및 공기가 결핍된 내연 기관의 의도적인(purposeful) 동작이 필요한데, 촉매 컨버터의 산소 저장소(oxygen store)를 채우고 비우는 것을 성취하기 위함이다. 산소 저장소에 산소를 저장하는 것은 질소 산화물을 특히 감소시키고, 반면 산호 저장소를 비우는 것은 산화를 돕고 저장된 산소 분자들에 의한 촉매 컨버터의 소구역들(sub-regions)의 비활성화를 더 방지한다.
특히 산소 저장소는 매우 짧은 기간에 거쳐서 산소를 저장하고 그리고, 필요한 경우, 이 산소를 묶어두거나 내놓도록 설계된다. 산소 저장소는 산소를 저장하기 위한 표면 저장소와 표면 아래 저장소를 포함한다.
기술 매뉴얼 "내연 기관 매뉴얼"(edited by Richard von Basshuysen, Fred Schaefer, 2판, 2002년 6월, Friedrich Vieweg & Sohn Verlaggesellschaft mbH, Braunschweig/Wiesbaden)의 559쪽 내지 561쪽으로부터, 가솔린 내연 기관 용의 λ 폐-루프 제어 동작과 연계된 폐-루프 제어 동작이 알려져 있다. λ 폐-루프 제어 동작에 의해서 오염 성분 CO, HC 및 NOx를 가능한 한 효율적으로, 즉 3-방향 촉매 컨버터의 형태로 촉매 컨버터를 사용하는 것과 관련하여, 변환하는 것을 보장할 수 있다.
λ 폐-루프 제어 동작은 촉매 컨버터 효율을 최적화하기 위해 공연비의 셋포인트값 시 강제 여기(forced excitation)의 변조를 포함한다. 촉매 컨버터의 상류 에서의 선형 λ 센서의 신호에 따라서 공연비의 실제값이 결정되고 그래서 λ 제어기에 대하여 시스템 편차가 결정되는데, λ 제어기는 PII2D 제어기의 형태를 취하고 그 출력에서 계량될 연료량을 보정하는 보정값이 결정된다. 보정값에 의해서 보정되는 개량될 연료량은 연료 분사 밸브들에 의해서 실린더들의 연소 챔버들 내로 할당된다.
트림 제어기는 PI 제어기의 형태를 취하고 더 작은 교차 민감도(cross sensitivity)를 겪는 캣(cat)의 하류에서 센서 신호를 이용한다.
동일한 기술 매뉴얼, pp. 568 ff로부터 촉매 컨버터의 모니터링이 알려져 있다. 이를 목적으로, 촉매 컨버터에서 탄화 수소 변환과 상호관련하는 촉매 컨버터의 산소 저장 능력을 이용한다. 증가된 강제 여기가 촉매 컨버터 진단에 대하여 사용된다. 상대적으로 높은 산소 저장 능력을 가지는 새로운 촉매 컨버터에서, 이들 제어 진동들은 현저하게 댐핑되고 그 결과 촉매 컨버터의 하류에서 센서 신호는 단지 작은 진동 진폭을 가질 뿐이다. 촉매 컨버터의 상류에서의 진동이 촉매 컨버터의 하류에서 배기 가스 센서에 상응하게 더 큰 충격을 가하는 결과, 노화된 촉매 컨버터는 현저하게 더 나쁜 산소 저장 성질을 가진다. 따라서 촉매 컨버터를 모니터링하기 위해서, 촉매 컨버터들의 상류 및 하류에서 λ 센서들의 신호 진폭들을 평가하고 이어서 진폭들의 비율(quotient)을 형성한다. 이러한 진폭 비를 사용하여 촉매 컨버터의 변환률을 평가한다.
또한 가능한 질소 산화물 배출에 관해서 모니터링을 수행하는 것과 또한 특 히 NOx 배출을 추정하는 것이 점점 더 빈번하게 요구된다.
본 발명의 목적은 배출을 용이하게 추산할 수 있도록 하는 내연 기관 동작 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은 독립항들의 특징들에 의해서 성취된다. 본 발명의 이로운 개량들이 종속항들에서 지시된다.
본 발명은 촉매 컨버터, λ 폐-루프 제어 동작에 사용될 수 있도록 특히 상기 촉매 컨버터의 상류에 또는 상기 촉매 컨버터의 내부에 배치된 제1 배기 가스 센서, 트림 폐-루프 제어 동작에 사용될 수 있도록 즉, 특히 촉매 컨버터의 하류에 또는 선택적으로 또한 여전히 촉매 컨버터의 내부이되, 어떤 경우든 상기 제1 배기 가스 센서의 하류에 배치된 제2 배기 가스 센서를 포함하는 내연 기관을 동작하는 방법 및 상응하는 장치에 대하여 두드러진다.
제2 배기 가스 센서의 측정 신호에 따라서 촉매 컨버터의 산소 저장 능력을 나타내는 HC 품질값을 결정한다. 상기 제2 배기 가스 센서의 측정 신호에 따라서 즉, 잔여 산소의 존재를 나타내는 신호 성분들을 따라서 NOx 보정값을 결정한다. 상기 HC 품질값 및 상기 NOx 보정값에 따라서 NOx 품질값을 결정한다. 이런 방식으로 HC 품질값이 NOx 품질값 및 이로써 NOx 배출과 관하여 특정한 상관 관계가 있다는 지식을 이용할 수 있다. 또한 NOx 보정값을 고려함으로써 훨씬 나은 정확도로 NOx 품질값을 결정할 수 있고 그리고 이로써 NOx 배출의 더 명확한 식별(identification)이 가능하다는 지식을 또한 이용한다.
이것은 또한 부가적인 센서들의 사용 없이도 가능할 수 있다는 다른 잇점이 있다. 이런 방식으로, 실질적으로 탄화수소 배출을 포함하는 특히 콜드-스타트 배출 및 실질적으로 질소 산화물을 포함하는 핫 배출을 개별적으로 평가한다.
NOx 품질값 및 소정의 NOx 품질 제한 값에 따라서 진단 지표(diagnosis indicator)가 결정되고 이로써 촉매 컨버터의 하류에서 NOx에 관한 진단이 용이하게 가능할 수 있다면, 이것은 특히 이롭다.
이하 개략적인 도면들을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예들을 상세히 설명한다;
도 1은 제어 장치를 구비한 내연 기관을 나타내고,
도 2는 제어 장치의 부분들의 블록 다이어그램을 나타내고,
도 3은 신호 특성을 나타낸다.
모든 도면들에서 구조적으로 또는 기능적으로 동일한 구성 요소들에는 동일한 참조 부호를 표기하였다.
내연 기관은 흡입관(1), 엔진 블록(2), 실린더 헤드(3) 및 배기관(4)을 포함한다. 바람직하게는 흡입관(1)은 쓰로틀 밸브(5), 수집기(6) 및 흡입 매니폴드(7) 를 포함한다. 흡입 매니폴드(7)는 엔진 블록(2) 내에서 실린더(Z1) 방향으로 연장하는 흡입 채널 내로 통한다(open out). 엔진 블록(2)은 커넥팅 로드(10)에 의해 실린더(Z1)의 피스톤(11)에 커플링되는 크랭크축(8)을 더 포함한다.
실린더 헤드(3)는 가스 유입 밸브(12)와 가스 배출 밸브(13)를 구비하는 밸브 동작 기구를 포함한다. 실린더 헤드(3)는 분사 밸브(18)와 스파크 플러그(19)를 더 포함한다. 대안적으로, 분사 밸브(18)는 흡입 매니폴드(7)에 배치될 수 있다.
배기관(4)에 배치되는 촉매 컨버터(21)는 바람직하게는 3-방향 촉매 컨버터의 형태를 취한다. 배기관(4)에 부가적으로 배치될 수 있는 다른 촉매 컨버터(23)는 예를 들어 또한 특별한 NOx 촉매 컨버터일 수 있다.
내연 기관이 더 포함하는 제어 장치(25)는 또한 내연 기관 동작 장치로서 기술될 수 있다. 개개의 측정된 변수들을 취득하는 센서들이 제어 장치(25)에 연계된다. 동작 변수들은 상기 측정된 변수들에 부가적으로 그로부터 파생된 변수들을 또한 포함한다.
또한 제어 장치에는 내연 기관의 최종 제어 요소들에 작용하는 제어 장치 액추에이터들이 연계된다.
제어 장치는 하나 이상의 동작 변수들에 따라서, 이후 해당하는 액추에이터들에 의해서 최종 제어 요소들을 제어하는 하나 이상의 액추에이팅 신호들로 변환되는 조작 변수들을 결정하도록 설계된다. 제어 장치는 저장된 프로그램들을 실행하기 위한 산술 논리 유닛뿐만 아니라 데이터 및 프로그램들을 저장하는 메모리 유 닛을 포함한다. 제어 장치는 또한 해당 액추에이팅 신호들을 생성하기 위한 구동 유닛을 더 포함한다.
센서들은, 가속도 페달(27)의 가속도 페달 위치를 탐지하는 페달 위치 센서들(26), 쓰로틀 밸브(5)의 상류에 배치되고 거기서 공기-질량 흐름을 탐지하는 공기-질량 센서(28), 흡입 공기 온도를 탐지하는 온도 센서(32), 흡입 매니폴드 압력을 취득하는 흡입 매니폴드 압력 센서(34), 내연 기관의 회전 속도(N)가 연계되는 크랭크 축 각을 취득하는 크랭크축 각 센서(36)의 형태를 취한다.
센서들은 또한 제1 배기 가스 센서(42)를 더 포함하는데, 이것은 λ 폐-루프 제어 동작에서 사용될 수 있는 방식으로 배치된다. 제1 배기 가스 센서(42)는 바람직하게는 배기관(4)에서 촉매 컨버터(21)의 상류에 배치된다. 그러나 이와 달리 촉매 컨버터(21)에 배치될 수도 있다. 배기 가스의 잔여 산소량을 탐지하도록 제1 배기 가스 센서(42)가 설계된다. 따라서 그것의 측정 신호(VLS_UP)는 연료의 산화 이전에 배기 가스 센서(42)의 상류에서 및 실린더(Z1)의 연소 챔버에서의 공연비를 나타낸다. 제1 배기 가스 센서(42)는 바람직하게는 선형 λ센서의 형태를 취한다. 이러한 선형 λ센서의 예시적인 개량이 예를 들어 도입부에서 이미 인용한 "내연 기관 매뉴얼"의 589쪽에 개시되어 있고, 이로써 이에 관하여 상기 메뉴얼의 내용이 본 명세서에 포함된다.
제2 배기 가스 센서(43)가 더 제공되는데, 이것은 트림 폐-루프 제어 동작에 사용될 수 있도록 배치된다. 제2 배기 가스 센서(43)는 바람직하게는 2진 λ센서의 형태를 취하는데, 상기 2진 λ센서는 이산-레벨 센서(discrete-level sensor)로 서도 알려져 있다. 제2 배기 가스 센서(43)는 바람직하게는 촉매 컨버터(21)의 하류에 배치된다. 그러나 이와 달리 촉매 컨버터(21)의 내부에 배치될 수 있다. 그러나 이 경우에 어찌되었든 제1 배기 가스 센서(42)의 하류에 배치된다.
제2 배기 가스 센서(43)의 측정 신호(VLS_DOWN)는 제2 배기 가스 센서(43)의 영역에서 배기 가스의 잔여 산소량을 나타낸다.
상기 센서들 또는 대안적으로 이들의 부분집합 또는 대안적으로 부가적인 센서들이 제어 장치(25)에 연계될 수 있다.
최종 제어 요소들은 예를 들어 쓰로틀 밸브(5), 가스 유입 및 가스 배출 밸브들(12, 13), 분사 밸브(18) 또는 스파크 플러그(19)이다.
바람직하게는 실린더(Z1) 이외에도, 해당 최종 제어 요소들 및 마찬가지로 연계된 선택적인 센서들을 구비하는 다른 실린더들(Z2 내지 Z4)이 제공된다.
이하 도 2의 블록 다이어그램을 참조하여 제어 장치의 부분들을 상세히 설명한다. 블록 다이어그램은 블록들(B1 내지 B14)를 포함하고, 이들은 또한 기능 블록들로서도 알려져 있고 그 기능은 바람직하게는 제어 장치에 프로그램들의 형태로 저장되고 그 후에 바람직하게는 내연 기관의 동작 동안 실행된다.
다른 기술되지 않은 기능에 의해 정의될 수 있거나 또는 대안적으로 원칙적으로 미리 정의될 수 있는 공연비의 기본 셋포인트 값(LAMB_SP_RAW)이 블록(B1)의 입력 측에 제공된다. 공연비의 기본 셋포인트 값(LAMB_SP_RAW)은 바람직하게는 화학양론적인(stoichiometric) 공기-연료 혼합물에 근접하게 놓여지는 값을 가진다.
또한 강제 여기 진폭(A) 및 강제 여기 주파수(F)가 블록(B1)에 제공된다. 강제 여기 진폭(A) 및 강제 여기 주파수(F)에 의존하여, 블록(B1)에에서 공연비의 기본 셋포인트 값(LAMB_SP_RAW)상에서 강제 여기가 변조되고, 그 결과 촉매 컨버터(21)의 촉매 컨버터 효율을 최적화하기 위한 λ 변화(variation)를 조정한다. 블록(B1)의 출력 측에서 해당 강제 여기를 겪은 공연비의 셋포인트 값(LAMB_SP)이 출력이고 블록(B2)의 입력 측에 제공된다.
블록(B2)는 λ 제어기를 포함하고, 이것은 바람직하게는 선형 λ 제어기의 제어를 취하고 바람직하게는 PII2D 제어기로서 설계된다. 이러한 선형 λ 제어기가 도입부에서 이미 인용한 "내연 기관 매뉴얼"의 559쪽 내지 561 쪽에 λ 폐-루프 제어 동작의 맥락으로 개시되어 있고, 이로써 이에 관하여 상기 쪽들의 내용이 본 명세서에 포함된다.
이어서 λ 제어기에 의해서 블록(B2)의 출력 측에서 λ 보정값(FAC_LAM)이 생성된다. 블록(B4)에서 조정될 로드에 따라서 개량될 연료 질량(MFF_SP)이 결정된다. 바람직하게는 이것은 회전 속도(N) 및 개개의 실린더들(Z1 내지 Z4)의 개개의 연소 챔버 내로 유동하는 공기 질량 흐름(MAF)에 따라서 결과된다.
결합 논리 포인트(VK)에서 계량될 연료 질량(MFF_SP)이 λ 보정값(FAC_LAM)과 결합되어 계량될 보정된 연료 질량(MFF_SP_COR)이 되고, 이것은 이어서 개개의 분사 밸브(18)의 구동을 위한 해당 엑추에이팅 신호로 변환된다.
블록(B6)는 트림 제어기를 포함한다. 제2 배기 가스 센서(43)의 측정 신 호(VLS_DOWN)와 트림 셋포인트 값(TRIM_SP)가 블록(B6)에 제공된다. 트림 셋포인트 값(TRIM_SP)은 바람직하게는 미리 선택되고 제2 배기 가스 센서(43)의 특정한 설계에 의존한다. 바람직하게는 예를 들어 650 mV 및 700 mV 사이의 값을 가진다. 트림 제어기는 바람직하게는 P 인자, D 인자 및 선택적으로 I 인자를 포함한다. 트림 제어기의 시스템 편차는 바람직하게는 제2 배기 가스 센서(43)의 측정 신호(VLS_DOWN) 및 트림 셋포인트 값(TRIM_SP)에 의존한다. 선택적으로, 시스템 편차 생성 이전에, 제2 배기 가스 센서(43)의 측정 신호(VLS_DOWN)이 또한 부가적으로 필터링된다.
트림 제어기의 I 인자에 의해 형성된 액추에이팅 신호 성분에 의존하여 예를 들어, 미리 결정된 시구간에 걸쳐서 예를 들어 I 인자의 평균 엑추에이팅 신호 성분으로부터 적응 값(adaptation value)을 부가적으로 결정하는 것이 또한 가능하다. 트림 제어기의 엑추에이팅 신호는 바람직하게는 특성의(characteristic) 특성 쉬프트의 형태로 유효하고, 이것에 의해서 제1 배기 가스 센서(42)의 측정 신호(VLS_UP)의 할당이 공연비의 실제값(LAMB_AV)에 결과된다. 따라서 트림 제어기는 특히 내연 기관의 동작에 걸친 제1 배기 가스 센서(42)의 특성 변화 보상을 가능케 한다.
블록(B8)은 제2 배기 가스 센서(43)의 측정 신호(VLS_DOWN) 및 제2 배기 가스 센서(43)의 측정 신호의 기준값(VLS_DOWN_REF)에 따라서 HC 품질 값(EFF_CAT_HC)을 결정하도록 설계된다. 이것은 바람직하게는 촉매 컨버터(42)의 산소 저장 능력의 점검의 형태로서 실현된다. 이를 목적으로, 바람직하게는 미리 선택된 동작 상태들(operating states)에서, 특히 준-정적 동작 상태에서, 정상 동작과 비교하여 강제 여기 진폭(A)이 증가하고, 그리고 강제 여기의 미리 정해진 수의 사이클들에 걸쳐서 예를 들어 대략 20 사이클들에 걸쳐서, 제2 배기 가스 센서(43)의 측정 신호의 기준값(VLS_DOWN_REF)에 관하여 제2 배기 가스 센서(43)의 측정 신호(VLS_DOWN)의 진동의 -그것과 함께 상관되는(correlating therewith)- 진폭에 따라서 HC 품질 값(EFF_CAT_HC)이 결정된다. 여기서 이 진동의 진폭이 더욱 작아질수록 촉매 컨버터(42)의 산소 저장 능력이 더 커진다는 지식을 이용한다. 특히 이것은 촉매 컨버터의 표면 산소 저장 성능의 매우 정확한 분석을 가능케 하는데, 여기서 표면 산소 저장 성능은 촉매 컨버터(42) 내부에서 HC 배출을 변환하는 능력을 나타낸다.
대안적으로, 몇몇 다른 방식으로, 예를 들어 제1 배기 사스 센서의 측정 신호(VLS_UP) 및 제2 배기 가스 센서(43)의 제2 측정 신호(VLS_DOWN)에 따르는 해당 산소 밸런스 연산에 의해서, HC 품질 값(EFF_CAT_HC)이 결정될 수 있다.
블록(B10)은 NOx 보정값(COR_NOX)를 결정하도록 설계된다. 제2 배기 가스 센서(43)의 측정 신호(VLS_DOWN), 제2 배기 가스 센서(43)의 측정 신호의 기준값(VLS_DOWN_REF) 및 공기-질량 흐름(MAF)에 따라서 이것이 결과된다. 이하 NOx 보정값(COR_NOX) 결정 절차를 도 3에 따르는 신호 특성들을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3은 시간(T)에 걸친 제2 배기 가스 센서(43)의 측정 신호(VLS_DOWN)의 예 시적인 신호 특성을 나타낸다. 이 예시적인 실시예에서 제2 배기 가스 센서(43)는, 그 측정 신호(VLS_DOWN)가 제2 배기 가스 센서(43)의 영역에서 잔여 산소량이 존재하는 경우에 기준값(VLS_DOWN_REF)보다 더 낮은 전압값을 가지도록 반면에 상응하는 잔여 산소량이 부존재하는 경우에는 기준값(VLS_DOWN_REF)보다 더 높은 전압값을 가지도록 설계된다.
NOx 계수들(FAC_NOx)에 예시적으로 제1 및 제2 임계값(VLS_DOWN_THD_1, VLS_DOWN_THD_2)이 정의되는데, 다시 말해서 제1 및 제2 NOx 계수 값들(FAC_NOx_1, FAC_NOx_2)이 이어서 할당된다. 바람직한 방식에서 이들은 미리 정의되고 예를 들어 적절한 실험들 또는 시뮬레이션에 의해서 결정된다. 바람직하게는 막 할당된 NOx 계수 및 공기-질량 흐름(MAF)의 개개의 값은 서로 결합되고 이어서 이 곱(product)이 적분된다. 이것은 도 3의 맨 아랫 부분에 표현된 NOx 적분(NOx_INT )의 특성을 제공한다. 이 경우, t_1 내지 t_6은 해당하는 시간 순간들을 표시한다. 바람직하게는 NOx 적분(NOx_INT)의 결정은 미리 선택된 구동 상황들에서, 예를 들어 높은 엔진 로드를 가진 등속도 상태에서 또는 대안적으로 가속도 상태들에서 실행된다.
이어서 NOx 적분(NOx_INT)에 따라서 NOx 보정값(COR_NOX)이 결정된다. 미리 선택된 조건이 충족되면, 이것이 결과될 수 있는데, 이것은 예를 들어 적분 동작의 구간에 관계가 있다.
NOx 보정값(COR_NOX)은 블록(B12)에 대한 입력 변수인데, 블록(B12)에는 마찬가지로 HC 품질값(EFF_CAT_HC)이 적용된다. 블록(B12)에서, HC 품질 값(EFF_CAT_HC) 및 NOx 보정값(COR_NOX)에 따라서, NOx 품질값(EFF_CAT_DIAG_NOX)이 결정된다. 이것은 바람직하게는 곱셈 동작에 의해서 실현된다. 그러나 예를 들어 덧셈 동작에 의해서도 결과될 수 있다.
바람직하게는 블록(B14)에서 NOx 품질값(EFF_CAT_DIAG_NOX)을 NOx 품질 제한 값(EFF_CAT_DIAG_NOX_LIM)과 비교하는 것이 결과되는데, NOx 품질 제한 값(EFF_CAT_DIAG_NOX_LIM)은 바람직하게는 미리 정의되고 예를 들어 소위 제한 촉매 컨버터 즉, 단지 미리 선택된 배기 가스 값들을 관찰하는 촉매 컨버터의 성능에 해당한다. 비교 결과에 따라서, 이어서 상응하는 특성값과 함께 진단 지표(diagnosis indicator)(DIAG)가 결정되는데, 이것은 비교의 결과에 의존하여, 특히 너무 높은 NOx 배출 때문에 결함(fault)을 나타내거나 결함 없음을 나타낸다.
진단 표시(DIAG)의 값에 의존하여, 이어서 고장 표시 램프(malfunction indicator lamp)(MIL)로서도 알려진 결함 표시가 예를 들어 상응하게 활성화되고 제어 장치(25)의 메모리에서 상응하는 결함 진입(entry)이 결과될 수 있다.

Claims (3)

  1. 촉매 컨버터 (21), λ 폐-루프 제어 동작에서 사용될 수 있는 방식으로 배치된 제1 배기 가스 센서(42), 그리고 트림 폐-루프 제어 동작에서 사용될 수 있는 방식으로 배치된 제2 배기 가스 센서(43)을 포함하는 내연 기관의 동작 방법으로서,
    - 상기 제2 배기 가스 센서(43)의 측정 신호(VLS_DOWN)에 따라서 상기 촉매 컨버터(21)의 산소 저장 능력을 나타내는 HC 품질값(EFF_CAT_HC)을 결정하고,
    - 상기 제2 배기 가스 센서(43)의 측정 신호(VLS_DOWN)에 따라서 즉, 잔여 산소의 존재를 나타내는 신호 성분들을 따라서 NOx 보정값(COR_NOX)을 결정하고,
    - 상기 HC 품질값(EFF_CAT_HC) 및 상기 NOx 보정값(COR_NOX)에 따라서 NOx 품질값(EFF_CAT_DIAG_NOX)을 결정하는,
    내연 기관의 동작 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 NOx 품질값(EFF_CAT_DIAG_NOX) 및 미리 선택된 NOx 품질 제한 값(EFF_CAT_DIAG_NOX_LIM)에 따라서 진단 지표(DIAG)가 결정되는,
    내연 기관의 동작 방법.
  3. 촉매 컨버터 (21), λ 폐-루프 제어 동작에서 사용될 수 있는 방식으로 배치 된 제1 배기 가스 센서(42), 그리고 트림 폐-루프 제어 동작에서 사용될 수 있는 방식으로 배치된 제2 배기 가스 센서(43)을 포함하는 내연 기관의 동작 장치로서,
    - 상기 제2 배기 가스 센서(43)의 측정 신호(VLS_DOWN)에 따라서 상기 촉매 컨버터(21)의 산소 저장 능력을 나타내는 HC 품질값(EFF_CAT_HC)을 결정하고,
    - 상기 제2 배기 가스 센서(43)의 측정 신호(VLS_DOWN)에 따라서 즉, 잔여 산소의 존재를 나타내는 신호 성분들을 따라서 NOx 보정값(COR_NOX)을 결정하고,
    - 상기 HC 품질값(EFF_CAT_HC) 및 상기 NOx 보정값(COR_NOX)에 따라서 NOx 품질값(EFF_CAT_DIAG_NOX)을 결정하도록 설계된,
    내연 기관의 동작 장치.
KR1020097017984A 2007-02-05 2008-02-04 내연 기관의 동작 장치 및 진단 방법 KR101464937B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007005684A DE102007005684B3 (de) 2007-02-05 2007-02-05 Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
DE102007005684.4 2007-02-05
PCT/EP2008/051362 WO2008095906A1 (de) 2007-02-05 2008-02-04 Diagnoseverfahren und -vorrichtung zum betreiben einer brennkraftmaschine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090116758A true KR20090116758A (ko) 2009-11-11
KR101464937B1 KR101464937B1 (ko) 2014-11-25

Family

ID=39154944

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020097017984A KR101464937B1 (ko) 2007-02-05 2008-02-04 내연 기관의 동작 장치 및 진단 방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8297040B2 (ko)
KR (1) KR101464937B1 (ko)
DE (1) DE102007005684B3 (ko)
WO (1) WO2008095906A1 (ko)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9217383B2 (en) * 2011-09-01 2015-12-22 GM Global Technology Operations LLC Imbalance re-synchronization control systems and methods
DE102011088296A1 (de) * 2011-12-12 2013-06-13 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Dynamiküberwachung von Gas-Sensoren
DE102018220474B3 (de) * 2018-11-28 2019-11-21 Audi Ag Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung sowie entsprechende Antriebseinrichtung
DE102018220478B3 (de) * 2018-11-28 2020-02-06 Audi Ag Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung sowie entsprechende Antriebseinrichtung
DE102018220475B3 (de) * 2018-11-28 2020-02-06 Audi Ag Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung sowie entsprechende Antriebseinrichtung
US11881093B2 (en) 2020-08-20 2024-01-23 Denso International America, Inc. Systems and methods for identifying smoking in vehicles
US11760169B2 (en) 2020-08-20 2023-09-19 Denso International America, Inc. Particulate control systems and methods for olfaction sensors
US12017506B2 (en) 2020-08-20 2024-06-25 Denso International America, Inc. Passenger cabin air control systems and methods
US11636870B2 (en) 2020-08-20 2023-04-25 Denso International America, Inc. Smoking cessation systems and methods
US11828210B2 (en) 2020-08-20 2023-11-28 Denso International America, Inc. Diagnostic systems and methods of vehicles using olfaction
US11932080B2 (en) 2020-08-20 2024-03-19 Denso International America, Inc. Diagnostic and recirculation control systems and methods
US11760170B2 (en) 2020-08-20 2023-09-19 Denso International America, Inc. Olfaction sensor preservation systems and methods
US11813926B2 (en) 2020-08-20 2023-11-14 Denso International America, Inc. Binding agent and olfaction sensor

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19801625A1 (de) 1998-01-17 1999-07-22 Bosch Gmbh Robert Diagnose eines NOx-Speicherkatalysators beim Betrieb von Verbrennungsmotoren
DE19801626B4 (de) * 1998-01-17 2010-08-12 Robert Bosch Gmbh Diagnose eines NOx-Speicherkatalysators beim Betrieb von Verbrennungsmotoren
DE19953601C2 (de) * 1999-11-08 2002-07-11 Siemens Ag Verfahren zum Überprüfen eines Abgaskatalysators einer Brennkraftmaschine
DE10017931A1 (de) * 2000-04-11 2001-12-06 Siemens Ag Verfahren zur Diagnose einer Abgasreinigungsanlage einer lambdageregelten Brennkraftmaschine
US6415602B1 (en) * 2000-10-16 2002-07-09 Engelhard Corporation Control system for mobile NOx SCR applications
DE10100613C1 (de) * 2001-01-09 2002-06-13 Siemens Ag Abgasreinigungsanlage für eine Brennkraftmaschine
DE10220337B4 (de) * 2002-05-07 2006-04-20 Siemens Ag Verfahren zum Betreiben einer mit einem Dreiwegekatalysator ausgerüsteten Brennkraftmaschine
JP3963130B2 (ja) 2002-06-27 2007-08-22 トヨタ自動車株式会社 触媒劣化判定装置
DE10307010B3 (de) * 2003-02-19 2004-05-27 Siemens Ag Verfahren zur Einstellung einer definierten Sauerstoffbeladung mit binärer Lambdaregelung zur Durchführung der Abgaskatalysatordiagnose
DE10325338B4 (de) * 2003-06-04 2008-04-10 Siemens Ag Verfahren zur Dämpfung von Druckschwingungen im Messsignal einer Lambdasonde
DE10330367A1 (de) * 2003-06-30 2005-03-03 Volkswagen Ag Verfahren und Vorrichtung zur Entschwefelung eines Katalysators
DE102005007830B4 (de) * 2005-02-21 2007-07-12 Audi Ag Verfahren zur Diagnose der von einem Abgaskatalysator mit einem Sauerstoffspeicher geleisteten Konvertierung
DE102005045888B3 (de) 2005-09-26 2006-09-14 Siemens Ag Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Also Published As

Publication number Publication date
DE102007005684B3 (de) 2008-04-10
US8297040B2 (en) 2012-10-30
US20100089033A1 (en) 2010-04-15
WO2008095906A1 (de) 2008-08-14
KR101464937B1 (ko) 2014-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101464937B1 (ko) 내연 기관의 동작 장치 및 진단 방법
US7874285B2 (en) Method and device for monitoring an exhaust gas probe
KR101369788B1 (ko) 배기 가스 프로브 모니터링 장치 및 방법
US7997064B2 (en) Method and device for determining an oxygen storage capacity of a catalytic converter of an internal combustion engine and method and device for determining a dynamic time duration for exhaust probes of an internal combustion engine
US7849844B2 (en) Diagnostic method and device for operating an internal combustion engine
US8347700B2 (en) Device for operating an internal combustion engine
US7499792B2 (en) Diagnostic method for an exhaust gas probe and diagnostic device for an exhaust gas probe
KR101176685B1 (ko) 내연 기관의 배출 촉매의 산소 저장 용량을 결정하는 방법 및 장치와, 그리고 내연 기관의 배출 탐침의 지속 시간을 결정하는 방법 및 장치
KR20110021904A (ko) 내연 기관용 nox 센서의 진단 방법 및 장치
US7885753B2 (en) Method and device for operating an internal combustion engine
US7894972B2 (en) Method and device for operating an internal combustion engine
US9086008B2 (en) Method and device for operating an internal combustion engine
US7891170B2 (en) Method and apparatus for controlling an internal combustion engine
US8312707B2 (en) Method for operating an exhaust-gas catalytic converter of an internal combustion engine
KR101532536B1 (ko) 내연 기관의 작동 장치 및 방법
US7997257B2 (en) Method and a device for operating a internal combustion engine
KR20110021978A (ko) 내연 기관의 동작 방법 및 장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
J201 Request for trial against refusal decision
AMND Amendment
B701 Decision to grant
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171109

Year of fee payment: 4