KR20190126362A - How to control thickening in ignition controlled internal combustion engines - Google Patents

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KR20190126362A
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다비드 이사르텔
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르노 에스.아.에스.
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Abstract

본 발명은, 높은 부하에서 작동 중에 배기 회로를 구성하는 부품들의 온도를 제한할 수 있는, 점화 제어식 내연 엔진의 농후도(richness)(r)를 조절하기 위한 방법을 제안한다. 전부하(full load) 가까이에서 작동 중에, 배기가스를 예냉시키기 위해 상기 농후도는 제1 농후도 값(R1)으로 조절된다. 배기가스의 온도(Qech)가 부품들의 신뢰성 한계에 대응되는 제2 온도 임계값(θ2)보다 낮은 제1 온도 임계값(θ1)에 도달한 때, 상기 농후도 값은 제1 농후도 값(r1)으로부터 많아도 제2 농후도 값(r2)으로, 예를 들어 선형으로, 점진적으로 증가하며, 제2 농후도 값(r2)에서 배기가스의 온도는 제2 온도 임계값(θ2)과 동일하게 된다. 상기 농후도가 제2 농후도 값(r2)에 도달하기 전에 배기가스의 온도(Qech)가 제2 임계값(θ2)에 도달한 경우에는, 상기 농후도는 제2 농후도 값(r2)으로 즉시 조절된다.The present invention proposes a method for adjusting the richness (r) of an ignition controlled internal combustion engine, which can limit the temperature of components constituting the exhaust circuit during operation at high loads. During operation near full load, the richness is adjusted to the first richness value R1 to precool the exhaust gas. When the temperature Q ech of the exhaust gas reaches a first temperature threshold θ 1 which is lower than the second temperature threshold θ 2 corresponding to the reliability limit of the parts, the richness value is the first richness value. The value of the exhaust gas is gradually increased from the value r 1 to the second richness value r 2 , for example, linearly, gradually, and at the second richness value r 2 , the temperature of the exhaust gas is determined by the second temperature threshold ( θ 2 ). When the temperature Q ech of the exhaust gas reaches the second threshold value θ 2 before the richness reaches the second richness value r 2 , the richness is the second richness value ( r 2 ) immediately.

Description

점화 제어식 내연 엔진에서 농후도를 조절하기 위한 방법How to control thickening in ignition controlled internal combustion engines

본 발명은 (특히 가솔린으로 작동되는) 점화 제어식(controlled-ignition type) 내연 엔진에서 공기-연료 혼합물의 농후도(richness)를 조절하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 자동차 분야에 유리한 애플리케이션을 찾는다.The present invention relates to a method for controlling the richness of an air-fuel mixture in a controlled-ignition type internal combustion engine (especially operated with gasoline). The present invention finds an advantageous application in the automotive field.

(가솔린으로 작동되는) 점화 제어식의 내연 엔진, 더욱 구체적으로, 자동차의 내연 엔진에서, 차량을 운전하는데 요구되는 적어도 엔진 속도와 토크를 포함하는 엔진 작동 파라미터들의 집합(collection)에 근거하여 공기-연료 혼합물의 농후도를 결정하는 것은 알려진 관행이다. 차지(charge), 또는 엔진으로 도입되는 공기의 양은 특히 엔진 버터플라이 밸브의 개방도에 의해 조절되며, 농후도는 상기 차지에 따라 연료가 엔진 내부로 분사되는 동안의 시간을 조절함으로써 조절된다.In an ignition controlled internal combustion engine (operated by gasoline), more specifically in an internal combustion engine of an automobile, an air-fuel based on a collection of engine operating parameters including at least engine speed and torque required to drive the vehicle. It is a known practice to determine the richness of a mixture. The charge, or amount of air introduced into the engine, is in particular controlled by the opening of the engine butterfly valve, and the richness is controlled by adjusting the time during which fuel is injected into the engine according to the charge.

엔진 배기관 내에 장착된, 3원 촉매 변환기 타입의 촉매 변환기가 엔진 연소 가스들로부터 오염물을 제거할 수 있도록 하기 위해, 이러한 엔진의 농후도를 대부분의 엔진 작동점들(operating points)에서 대략 화학양론 값(stoichiometric value), 즉 대략 농후도 1로 설정하는 것 자체는 알려져 있다. 예를 들어, 촉매 변환기의 유입구에 장착된 적어도 하나의 산소 프로브(oxygen probe)로부터의 표시의 사용을 통해, 농후도를 조절하기 위해 폐루브(closed-loop)를 사용함으로써, 상기 촉매 변환기는 촉매 윈도우(catalytic window)에서 엔진 연소 가스들 내에 생성된 질소산화물(NOx)을 감소시키고 미연소 탄화수소(HC)와 일산화탄소(CO)를 산화시키도록 작동될 수 있다. In order to enable a three-way catalytic converter type catalytic converter, mounted in an engine exhaust pipe, to remove contaminants from engine combustion gases, the enrichment of this engine is approximately the stoichiometric value at most engine operating points. The stoichiometric value, i.e., setting it to approximately 1 richness is known per se. For example, by using a closed-loop to control the thickening, through the use of an indication from at least one oxygen probe mounted at the inlet of the catalytic converter, the catalytic converter is a catalyst. It can be operated to reduce nitrogen oxides (NOx) generated in engine combustion gases and to oxidize unburned hydrocarbons (HC) and carbon monoxide (CO) in a catalytic window.

그러나, 전부하(full load) 부근에서, 엔진의 배기 회로를 구성하는 부품들은 매우 높은 온도에 도달할 수 있으며, 이는 그들의 기계적 강도를 감소시키고 차량의 신뢰성을 위태롭게 할 수도 있다는 것도 알려져 있다. 미리 결정된 임계값보다 높은 토크(또는 부하)의 값이 차량을 구동시키기 위해 필요한 것으로 검출된 때, 배기 온도를 제한하기 위해, 공기-연료 혼합물은 일반적으로, 예를 들어 1.2보다 더 클 수 있는 농후도 값으로 농후화 된다. However, it is also known that near full load, the components making up the exhaust circuit of the engine can reach very high temperatures, which may reduce their mechanical strength and endanger vehicle reliability. When it is detected that a value of torque (or load) higher than a predetermined threshold is needed to drive the vehicle, the air-fuel mixture is generally rich, for example greater than 1.2, in order to limit the exhaust temperature. It is enriched by degrees.

배기 내의 주어진 최대 온도, 예를 들어 주어진 배기 매니폴드 온도 또는 (과급 엔진의 경우에) 주어진 터보차저 터빈 온도를 얻기 위해 설정되는 농후도의 값은, 엔진 시험 베드(test bed)에서 속도와 토크를 일정하게 유지함으로써 안정된 모드로 수행된 사전 시험(prior testing)에 의해 결정될 수 있다. 농후도 값은 실제로 배기가스 온도 자체가 주어진 미리 결정된 값과 동일하게 되도록 설정되며, 이 값은 재료의 관성과 관련된 어떤 시간의 경과 후에 엔진의 배기 회로의 구성요소들의 온도가 된다. The value of the richness set to obtain a given maximum temperature in the exhaust, for example a given exhaust manifold temperature or a given turbocharger turbine temperature (in the case of a supercharged engine), is determined by the speed and torque in the engine test bed. By keeping constant, it can be determined by prior testing performed in a stable mode. The richness value is actually set such that the exhaust gas temperature itself is equal to a given predetermined value, which is the temperature of the components of the engine's exhaust circuit after a certain period of time associated with the material's inertia.

자동차의 농후도를 조절하기 위한 많은 방법들과, 이 방법들에서 엔진의 부하가 전부하에 가까운 값에 도달한 때 농후도는 1보다 높은 값으로 증가한다는 것은 종래 기술로부터 알려져 있다. It is known from the prior art that many methods for controlling the richness of an automobile and in these methods the richness increase to a value higher than 1 when the load of the engine reaches a value close to full load.

예를 들어, 특허 문헌 JP-S-6043144호는, 엔진의 작동 조건들에 따라 연료 분사 시간을 설정하기 위한 방법을 개시하고 있으며, 이는 배기 회로가 과열되는 것을 방지하는 것을 목표로 하고 있다. 임계값 위의 부하가 검출된 때, 온도 센서는 배기가스들의 온도를 측정하고, 농후도는 상기 가스 온도의 감소함수(decreasing function)인 미리 결정된 지연 후에 증가된다. For example, patent document JP-S-6043144 discloses a method for setting a fuel injection time according to operating conditions of an engine, which aims to prevent the exhaust circuit from overheating. When a load above the threshold is detected, the temperature sensor measures the temperature of the exhaust gases, and the enrichment is increased after a predetermined delay, which is a decreasing function of the gas temperature.

상기 지연(delay)은 연료의 불필요한 과소비를 방지하는 것을 목표로 한다. 구체적으로, 배기 회로를 구성하는 구성요소들은 특정 열용량을 가지며 이에 따라 엔진이 높은 부하에서 작동될 때 배기가스들로부터 유래된 열에 의해 구성요소들의 신뢰성 면에서의 제한 온도까지 즉각적으로 올라가지 않기 때문에, 높은 부하가 검출되자마자 즉시 농후도를 증가시킬 필요가 없다. 따라서, 이 성질을 엔진의 신뢰성을 해치지 않고 농후도의 증가를 지연시키는 데 유익하게 사용할 수 있으며, 이론상 연료 절약이 이루어지도록 할 수 있다. The delay aims to prevent unnecessary overconsumption of fuel. Specifically, the components constituting the exhaust circuit have a specific heat capacity and, therefore, when the engine is operated at high loads, the heat derived from the exhaust gases does not immediately rise to the limit temperature in terms of reliability of the components. There is no need to increase thickening immediately as soon as a load is detected. Therefore, this property can be advantageously used to retard the increase in thickness without compromising the reliability of the engine, and in theory, fuel saving can be achieved.

그러나, 이 방법은 높은 부하의 검출 후에 센서에 의해 측정된 온도는 엔진의 배기 회로의 구성요소들의 온도를 동시에 정확하게 나타내지 않기 때문에 부정확하다. 더욱 구체적으로, 구성요소들의 온도는 높은 부하가 검출되기 전에 상기 구성요소들에 공급된 열의 양에 의존하며, 상기 구성요소들에 공급된 열에너지의 양이 더 많을수록 온도는 더 높아질 것이다. However, this method is inaccurate because the temperature measured by the sensor after detection of high load does not accurately accurately represent the temperature of the components of the exhaust circuit of the engine at the same time. More specifically, the temperature of the components depends on the amount of heat supplied to the components before a high load is detected, and the higher the amount of thermal energy supplied to the components, the higher the temperature will be.

따라서, 측정된 가스 온도가 더 높을 때 지연(delay)이 감소될 경우, 배기 회로의 구성요소들의 온도가 아직 측정된 가스 온도 값까지 상승하지 않았는데도 불구하고, 그리고 그 특정 시기에 농후도를 수정할 필요가 없는데도 불구하고 농후도가 거의 즉각적으로 증가하는 상황에 부딪친다. Thus, if the delay is reduced when the measured gas temperature is higher, although the temperature of the components of the exhaust circuit has not yet risen to the measured gas temperature value, it is necessary to correct the thickening at that particular time. In spite of this, there is a situation in which the thickening increases almost immediately.

또한, 특허 문헌 US-A-5239965호로부터, 농후도를 조절하기 위한 방법이 알려져 있으며, 여기서 증가된 농후도 값의 적용은 지연되고, 그 지연의 길이는 배기 회로의 구성요소들의 열적 상태에 의존하며, 상기 상태는 전용 측정 수단에 의해 측정된다. Furthermore, from patent document US-A-5239965, a method for controlling the thickening is known, wherein the application of the increased thickening value is delayed, the length of the delay being dependent on the thermal state of the components of the exhaust circuit. The state is measured by dedicated measuring means.

더욱 구체적으로, 엔진 부하가 (두문자어 PMOTP1로 나타낸) 높은 기준 부하보다 위인지를 검출하는 검출은 배기 회로의 구성요소들이 높은 부하 열적 상태인지를 결정하는 역할을 한다. 시험의 결과가 긍정적인 경우, 이는 배기가스들로부터 오는 열 때문에 구성요소들의 온도가 증가한다는 것과 농후도가 증가하지 않을 경우에 구성요소들이 과열될 수 있다는 것을 의미한다. More specifically, the detection of whether the engine load is above the high reference load (indicated by the acronym PMOTP1) serves to determine if the components of the exhaust circuit are in a high load thermal state. If the result of the test is positive, this means that the temperature of the components increases due to the heat from the exhaust gases and that the components can overheat if the thickening does not increase.

이러한 높은 부하 상태하에서, 높은 부하의 검출 전에, 가스들로부터의 열의 결과로서 배기 회로의 구성요소들의 온도가 증가되는 비율들을 나타내는, 지연 카운터(delay counter)의 값(두문자어 COTPCY로 표현됨)은 정기적으로 점증되며, 상기 카운터의 값은 엔진을 통과하는 공기의 처리량에 따라 미리 교정된 기준 지연 임계값(두문자어 QAOTP로 표현됨)에 대해 비교된다. 상기 지연 임계값은 처리량의 감소함수이다.Under this high load condition, the value of the delay counter (expressed by the acronym COTPCY), which indicates the rate at which the temperatures of the components of the exhaust circuit increase as a result of heat from the gases, before the detection of the high load, is regularly Incrementally, the value of the counter is compared against a pre-calibrated reference delay threshold (expressed by the acronym QAOTP) according to the throughput of air passing through the engine. The delay threshold is a reduction function of throughput.

카운터의 값이 임계값 아래인 동안은, 배기가스들의 구성요소들은 매우 짧은 기간 내에는 과열되지 않을 것이고, 농후화(enrichment) 조치는 시행되지 않는다. 이와 대조적으로, 카운터의 값이 임계값보다 위일 때, 카운터의 값은 임계값을 넘어가는 바로 그때의 값에서 동결되고, 농후도는 즉시 증가된다. While the value of the counter is below the threshold, the components of the exhaust gases will not overheat within a very short period of time and no enrichment measures will be implemented. In contrast, when the value of the counter is above the threshold, the value of the counter is frozen at the value just beyond the threshold, and the thickness is immediately increased.

이러한 방법은 지연 임계값들을 미리 교정하는데 많은 양의 작업을 수반한다. 더욱이, 지연 임계값들은 정하기 위해 오직 엔진을 통과하는 공기의 처리량만 고려된다. 채택된 임계값들의 부정확성은 허용 온도가 초과되는 위험(임계값이 너무 높게 설정된 경우에, 이는 너무 늦은 농후화로 이어진다) 또는 과도한 연료 소모(임계값이 너무 낮게 설정된 경우에, 이는 농후화가 너무 빨리 수행되도록 한다)를 초래한다. This method involves a large amount of work to calibrate the delay thresholds in advance. Moreover, only the throughput of air passing through the engine is considered to determine the delay thresholds. The inaccuracies of the adopted thresholds are the risk of exceeding the permissible temperature (if the threshold is set too high, which leads to too late enrichment) or excessive fuel consumption (if the threshold is set too low, this may cause the enrichment to proceed too quickly). Should be done).

또한, 특허 문헌 US-A-4400944호로부터, 엔진의 터보차저의 열 파손(thermal failure)을 방지하도록 시도하는 농후도를 조절하기 위한 방법이 알려져 있으며, 더욱 구체적으로, 엔진이 매우 늦은 점화 진각(ignition advance)으로 설정된 경우에 높은 속도와 높은 부하에서 높은 터보차저 온도를 권장한다. In addition, patent document US-A-4400944 discloses a method for adjusting the richness which attempts to prevent thermal failure of the turbocharger of the engine, and more specifically, the engine has a very late ignition advance ( High turbocharger temperatures are recommended at high speeds and high loads when set to ignition advance.

그 문헌에 따르면, 터보차저를 통과하는 배기가스들의 온도가 미리 결정된 목표값(T1으로 표시됨) 아래이고, 상기 온도가 시간이 가면서 증가할 때, 농후도는 개방-루프(open-loop) 제어를 사용하여 화학양론적 혼합물에 대응되는 분사 시간에 연료 분사 시간 수정값을 가산함으로써 조절되며, 상기 수정은 온도와 온도 목표 사이의 차이에 의존한다. According to that document, when the temperature of the exhaust gases passing through the turbocharger is below a predetermined target value (indicated by T1), and the temperature increases over time, the thickening is subject to open-loop control. Is adjusted by adding a fuel injection time correction to the injection time corresponding to the stoichiometric mixture. The correction depends on the difference between the temperature and the temperature target.

다른 한편, 온도가 목표값 아래이고, 혼합물이 농후하며 온도가 시간이 가면서 감소할 때, 농후도는 화학양론적 혼합물에 대응되는 분사 시간으로부터 연료 분사 시간 수정값을 감산함으로써 조절된다. On the other hand, when the temperature is below the target value, the mixture is rich and the temperature decreases over time, the richness is adjusted by subtracting the fuel injection time correction value from the injection time corresponding to the stoichiometric mixture.

농후도가 변할 수 있는 이러한 방법은 배기가스의 온도가 목표값으로 조절될 수 있도록 하며 농후도를 1보다 큰 값으로 증가시키기 위해 지연 시간을 선택하는 작업을 요구하지 않는다. 그러나, 이 방법은 목표를 지나치는 단계들을 포함하며, 이는 배기 회로를 구성하는 구성요소들의 신뢰성의 손실, 연료의 과소모, 및 엔진으로부터 오염물질의 배출 증가로 이어질 수 있다. This method, in which the concentration can be varied, allows the temperature of the exhaust gas to be adjusted to the target value and does not require selecting a delay time to increase the concentration to a value greater than one. However, the method includes steps beyond the target, which can lead to loss of reliability of the components constituting the exhaust circuit, excessive consumption of fuel, and increased emissions of pollutants from the engine.

본 발명은 농후도를 조절하기 위한 알려진 방법들의 결점들을 극복할 것을 제안한다. The present invention proposes to overcome the drawbacks of known methods for controlling thickening.

본 발명은 더욱 구체적으로, 과도한 온도에 대해 엔진 배기 회로를 보호할 수 있으며, 시행이 간단하고, 오염물질 배출에 뚜렷하게 불리한 영향을 미치지 않으면서 엔진의 연료의 과소모를 제한할 수 있는, 농후도를 조절하기 위한 방법을 제안한다. The present invention more specifically provides a richness, which can protect the engine exhaust circuit against excessive temperatures, is simple to implement, and can limit the overconsumption of fuel in the engine without significantly adversely affecting pollutant emissions. Suggest ways to adjust.

이를 위해, 본 발명은 점화 제어식 내연 엔진의 농후도(richness)를 조절하기 위한 방법을 제안하며, 상기 농후도의 값은, 엔진이 전부하(full load) 근처에서 작동하지 않을 때 대략 화학양론 값(stoichiometric value)으로 설정되고, 엔진 토크가 최대 엔진 토크보다 낮은 토크 임계값(torque threshold)보다 위일 때 대략 화학양론 값보다 더 높은 값으로 설정된다. To this end, the present invention proposes a method for adjusting the richness of an ignition controlled internal combustion engine, the value of which is approximately a stoichiometric value when the engine is not operating near full load. It is set to a stoichiometric value, and is set to a value approximately higher than the stoichiometric value when the engine torque is above the torque threshold lower than the maximum engine torque.

상기 토크가 상기 토크 임계값보다 위일 때, 상기 방법은:When the torque is above the torque threshold, the method:

- 엔진의 배기가스의 온도 값)이 제1 온도 임계값보다 아래일 때, 상기 농후도 값은 화학양론 값보다 더 높은 제1 농후도 값으로 설정되는 단계;When the temperature value of the exhaust gas of the engine is below the first temperature threshold, the richness value is set to a first richness value that is higher than the stoichiometric value;

- 상기 온도 값이 제2 온도 임계값보다 위일 때, 상기 농후도 값은 즉시 상기 제1 농후도 값보다 더 높은 제2 농후도 값으로 설정되는 단계로서, 상기 제2 임계값은 상기 제1 임계값보다 더 높은, 단계; 및When the temperature value is above a second temperature threshold, the enrichment value is immediately set to a second enrichment value that is higher than the first enrichment value, wherein the second threshold is the first threshold. Higher than the value; And

- 상기 온도 값이 상기 제1 임계값과 상기 제2 임계값 사이에 포함될 때, 상기 농후도 값은 상기 제1 농후도 값으로부터 많아도 상기 제2 농후도 값으로 점진적으로 증가되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. When the temperature value is comprised between the first threshold value and the second threshold value, the richness value is gradually increased from the first richness value to the second richness value at most; It is characterized by.

본 발명의 추가적인 특징들과 이점들은 첨부된 도면들에 관한 하나의 비제한적인 실시예로부터 명백하게 될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 방법의 실시에 적합한 점화 제어식 내연 엔진의 일례를 도시하며;
도 2는 방법의 일 실시예에 따른 농후도를 조절하기 위한 방법의 단계들의 흐름도이다. Additional features and advantages of the invention will be apparent from one non-limiting embodiment of the accompanying drawings.
1 shows an example of an ignition controlled internal combustion engine suitable for the implementation of the method according to the invention;
2 is a flowchart of steps of a method for adjusting thickening according to one embodiment of the method.

도 1은 (특히 가솔린에서 작동하는) 점화 제어식 내연 엔진을 도시하며, 더욱 구체적으로 엔진 블록의 하나의 실린더(1)를 통과하는 단면도이다. 흡기 회로(intake circuit)(2) 및 배기 회로(exhaust circuit)(3)는 각각 상기 실린더(1)의 흡기 덕트(4) 및 배기 덕트(5)와 연통된다. 1 shows an ignition controlled internal combustion engine (particularly operating in gasoline), more particularly in cross section through one cylinder 1 of the engine block. An intake circuit 2 and an exhaust circuit 3 communicate with the intake duct 4 and the exhaust duct 5 of the cylinder 1, respectively.

상기 흡기 회로(2)는 비제한적으로, 공기가 순환하는 방향의 상류로부터 하류로, 엔진을 과급(supercharge)하기 위해 사용되는 터보차저(turbocharger)(7)의 압축기(6), 공기 유량 조절 밸브(8) 또는 버터플라이 밸브(8), 및 흡기 매니폴드(9) 또는 스플리터(splitter)(9)를 포함한다. The intake circuit 2 includes, but is not limited to, a compressor 6 of a turbocharger 7, an air flow control valve, which is used to supercharge the engine from upstream to downstream in the direction in which air circulates. (8) or butterfly valve (8), and intake manifold (9) or splitter (9).

이 경우에, 상기 엔진은 비제한적으로 간접 분사 엔진의 형태이며: 연료 분사기(10)는 가솔린을 흡기 덕트(4) 내부로 분사하는 방식으로 흡기 덕트(4) 내부로 개방된다. 도시되지 않은 대안으로서, 엔진은 직접 분사 타입일 수 있다. In this case, the engine is in the form of, but not limited to, an indirect injection engine: the fuel injector 10 is opened into the intake duct 4 by injecting gasoline into the intake duct 4. As an alternative not shown, the engine may be a direct injection type.

상기 실린더(1) 위에 엔진의 실린더 헤드(11)가 배치된다. 상기 실린더 헤드(11)는 흡기 덕트(4)를 개폐하는데 사용되는 흡기 밸브(12)와 배기 덕트(5)를 개폐하는데 사용되는 배기 밸브(13)를 수용한다. 상기 실린더(1)는 실린더(1)의 보어(bore)(15) 내부에서 하사점(BDC) 위치와 상사점(TDC) 위치 사이에서 왕복 운동으로 이동할 수 있는 피스톤(14)을 둘러싸며, 연소실(16)은 피스톤(14)과 실린더 헤드(11) 사이에 한정된 공간 내에 형성된다. 점화 플러그(17)는 실린더 헤드(11)에 장착되고, 그 전극은 연소실(16) 내부로 이어진다. The cylinder head 11 of the engine is arranged above the cylinder 1. The cylinder head 11 houses an intake valve 12 used to open and close the intake duct 4 and an exhaust valve 13 used to open and close the exhaust duct 5. The cylinder 1 surrounds a piston 14 which can move in a reciprocating motion between a bottom dead center (BDC) position and a top dead center (TDC) position within a bore 15 of the cylinder 1, and the combustion chamber 16 is formed in a space defined between the piston 14 and the cylinder head 11. The spark plug 17 is mounted to the cylinder head 11, the electrode of which leads into the combustion chamber 16.

상기 배기 회로(3)는 비제한적으로, 연소가스가 순환하는 방향의 상류로부터 하류로, 배기 매니폴드(18), 압축기(6)와 터빈에 공통인 샤프트(20)에 장착된 터보차저(7)의 터빈(19), 및 엔진 연소가스로부터 오염물질을 제거하기 위한 장치(21), 예를 들어 3원 촉매 변환기(21)를 포함한다. The exhaust circuit 3 is, but is not limited to, a turbocharger 7 mounted to the exhaust manifold 18, the compressor 6, and the shaft 20 common to the turbine, from upstream to downstream in the direction in which the combustion gas circulates. Turbine 19, and an apparatus 21 for removing contaminants from engine combustion gases, for example a three-way catalytic converter 21.

온도 센서(22)는 배기 회로(3) 내에서 터빈(19)의 유입구에 장착된다. 상기 온도 센서는 터빈 상류의 배기가스의 온도값을 측정할 수 있다. The temperature sensor 22 is mounted at the inlet of the turbine 19 in the exhaust circuit 3. The temperature sensor can measure the temperature value of the exhaust gas upstream of the turbine.

농후도 센서(richness sensor)(23), 또는 산소 프로브(oxygen probe)(23)는 엔진의 배기 회로(3) 내에서 3원 촉매 변환기(21)의 상류에 장착된다. 상기 농후도 센서는 엔진 배기가스의 산소 농도의 값을 측정할 수 있다. A richness sensor 23, or oxygen probe 23, is mounted upstream of the three-way catalytic converter 21 in the exhaust circuit 3 of the engine. The rich sensor may measure a value of the oxygen concentration of the engine exhaust gas.

그 자체가 알려진 방식에서, 엔진 제어 유닛(미도시)은, 적어도 엔진 토크(C)와 엔진 속도(N)를 포함하는, 엔진의 작동을 나타내는 파라미터들의 집합(collection)에 따라, 적어도 하나의 부하(또는 차지(charge)-공기 유량)(Qair)의 값, 분사된 연료의 유량(Qfuel)과 상사점에 대하여 연료 전달의 시기(timing)의 값, 및 점화 진각(AA)을 위한 값을 결정할 수 있는 수단들을 포함한다. In a manner known per se, the engine control unit (not shown) comprises at least one load in accordance with a collection of parameters indicative of the operation of the engine, including at least engine torque C and engine speed N. Determine the value of (or charge-air flow rate) Qair, the timing of fuel delivery relative to the injected fuel flow rate (Qfuel) and top dead center, and the value for ignition advance (AA) Means that can.

종래의 방식에서, 상기 제어 유닛은 버터플라이 밸브(8)의 개방도를 조절함으로써 차지(Qair)를 조절하며, 및/또는 터빈 웨이스트 게이트 밸브(또는 배출 밸브)(미도시)의 개방도를 통해 터빈의 파워(power)를 조절한다. 상기 제어 유닛은, 상사점에 대하여 연료 분사기(10)의 분사 시간(Ti), 보다 구체적으로, 개방 시작 시점(start-of-opening instant)과 개방 종료 시점(end-of-opening instant)을 조절함으로써 연료 유량(Qfuel)과 연료의 분사 시기(timing)를 조절한다. 상기 제어 유닛은, 실린더(1)의 상사점에 대하여 엔진 사이클 내의 주어진 각도에서 스파크가 점화 플러그(17)의 전극들의 단자들을 뛰어넘도록 함으로써 점화 진각(AA)을 조절한다. In a conventional manner, the control unit adjusts the charge by adjusting the opening of the butterfly valve 8 and / or through the opening of the turbine waste gate valve (or discharge valve) (not shown). Adjust the power of the turbine. The control unit adjusts the injection time Ti of the fuel injector 10, more specifically, the start-of-opening instant and the end-of-opening instant with respect to the top dead center. Thereby controlling the fuel flow rate Qfuel and the timing of injection of the fuel. The control unit adjusts the ignition advance AA by causing the spark to jump over the terminals of the electrodes of the spark plug 17 at a given angle in the engine cycle with respect to the top dead center of the cylinder 1.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 농후도를 조절하기 위한 방법은 아래의 단계들을 포함할 수 있으며, 이 단계들은 상기 엔진 제어 유닛에 의해 시행되고 이전 시점(tn)으로부터 일정한 시간 간격(dt)으로 분리된 각각의 시점(tn+1)에서 반복하여 수행된다. Referring to FIG. 2, the method for adjusting the thickening according to the present invention may include the following steps, which are carried out by the engine control unit and have a constant time interval dt from the previous time point t n . Repeated at each time point (t n + 1 ) separated by).

상기 방법은 단계(100)로 시작되며, 이 단계 동안에 상기 엔진 제어 유닛은 차량을 구동시키기 위해 요구되는 엔진 속도 값(N)과 토크 기준 값(C)을 결정한다. 상기 속도 값은 엔진 크랭크 샤프트의 단부에 장착된 센서(도 1에 미도시됨)로부터 올 수 있으며, 상기 토크 값은 운전자가 쓰로틀 페달을 누른 정도로부터 추정될 수 있다. The method begins with step 100, during which the engine control unit determines the engine speed value N and torque reference value C required to drive the vehicle. The speed value may come from a sensor (not shown in FIG. 1) mounted at the end of the engine crankshaft, and the torque value may be estimated from the degree to which the driver presses the throttle pedal.

제1 시험 단계(200)에서, 엔진 토크가 전부하(full load)에 가까운지 여부를 확인한다. 다시 말해서, 토크(C)가 엔진이 발생시킬 수 있는 최대 토크(Cmax)보다 작거나 또는 동일한 토크 임계값(Cs)과 최대 토크(Cmax) 사이에 포함되는지를 확인한다. 상기 토크 임계값(Cs)과 최대 토크(Cmax)는 속도(N)에 의존한다. 이들은 작동점(operating points)들의 범위를 한정하며, 여기서, 공기-연료 혼합물의 농후도(r)가 1과 동일한 경우에, 상기 터빈의 상류에서 (센서(22)에 의해 측정된) 엔진 연소가스의 온도(θexh)는 신뢰성 한계(reliability limit)(일반적으로 대략 950℃ 내지 980℃의 온도)에 대응되는 임계값보다 위일 것이다. In a first test step 200, it is checked whether the engine torque is close to full load. In other words, it is checked whether the torque C is included between the torque threshold Cs and the maximum torque Cmax that is less than or equal to the maximum torque Cmax that the engine can generate. The torque threshold Cs and the maximum torque Cmax depend on the speed N. They limit the range of operating points, where the engine combustion gas (measured by sensor 22) upstream of the turbine, when the richness r of the air-fuel mixture is equal to one. temperature (θ exh) is of wiil than the threshold value corresponding to a reliability threshold (limit reliability) (generally a temperature of approximately 950 ℃ to 980 ℃).

상기 시험의 결과가 부정적인 경우에, 즉 토크가 전부하에 가깝지 않은 경우에(다시 말해서 토크가 토크 임계값(Cs) 아래인 경우에), 상기 방법은 단계(300)로 향하며, 여기서 공기-연료 혼합물의 농후도(r)는 대략 화학양론적 농후도(stoichiometric richness)(농후도 1)로 설정되며, 그 다음에 단계(100)로부터 다시 시작한다. If the result of the test is negative, i.e. if the torque is not close to full load (ie, the torque is below the torque threshold Cs), the method proceeds to step 300, where the air-fuel mixture The richness r of is set to approximately stoichiometric richness (rich 1), and then starts again from step 100.

만약 상기한 바와 반대인 경우에, 상기 방법은 단계(400)로 향하며, 여기서 농후도(r)는 약간 농후한 혼합물에 대응되는, 예를 들어 1.00 내지 1.05 사이에 포함되는 제1 농후도 값(r1)으로 설정된다. If contrary to the above, the method proceeds to step 400, where the concentration r corresponds to a slightly thicker mixture, for example a first enrichment value comprised between 1.00 and 1.05 ( r 1 ).

유리하게는, 차량의 질소산화물이 방출되는 심각한 장애 없이 엔진 배기가스가 즉시 예냉되도록 하기 위해, 상기 제1 농후도 값은 실질적으로 1.01과 동일하며, 상기 농후도는 즉시 1.01과 동일한 제1 농후도 값으로 설정된다. 도시되지 않은 대안으로서, 상기 제1 농후도 값은 실질적으로 1.05와 동일할 수 있으며, 상기 농후도를 제1 농후도 값으로 설정하는 것은 점진적으로, 예를 들어 화학양론 값(stoichiometric value)으로부터 실질적으로 1.05와 동일한 제1 농후도 값까지 시간의 일차 함수로서 달성된다. Advantageously, the first enrichment value is substantially equal to 1.01 and the enrichment level is equal to 1.01 immediately so that the engine exhaust gas is immediately precooled without serious disturbances in the release of nitrogen oxides from the vehicle. It is set to a value. As an alternative, not shown, the first enrichment value may be substantially equal to 1.05, and setting the enrichment to the first enrichment value is incrementally, for example, from stoichiometric values. Up to a first enrichment value equal to 1.05 is achieved as a linear function of time.

상기 방법은 단계(500)를 계속하며, 여기서 예를 들어 온도 센서(22)를 사용하여 배기가스 온도(θexh)가 측정된다. 도시되지 않은 대안으로서, 단계들(400과 500)의 순서는 뒤바뀔 수 있다. The method continues with step 500 where the exhaust gas temperature θ exh is measured using, for example, a temperature sensor 22. As an alternative not shown, the order of steps 400 and 500 may be reversed.

단계(600)에서, 상기 온도(θexh)는 예를 들어 대략 900℃인 제1 온도 임계값(θ1)과 비교된다. 상기 온도가 상기 제1 임계값보다 아래일 경우, 상기 방법은 단계(100)에서 다시 시작한다. 다시 말하면, 농후도는 화학양론 값으로 계속 설정된다. 만약 상기한 바와 반대인 경우에, 즉 온도가 제1 임계값보다 위일 경우에, 상기 방법은 추가 시험 단계(700)를 계속하며, 여기서 상기 온도(θexh)는, 예를 들어 대략 950℃ 내지 980℃이며 상기 배기 회로의 열기계적 한계에 대응되는 제2 온도 임계값(θ2)과 비교된다. 상기 방법은 상기 제2 온도 임계값(θ2)을 초과하지 않을 것을 제안한다. In step 600, the temperature θ exh is compared with a first temperature threshold θ 1 , for example approximately 900 ° C. If the temperature is below the first threshold, the method restarts at step 100. In other words, the richness continues to be set at the stoichiometric value. If the opposite is true, ie if the temperature is above the first threshold, the method continues with the further test step 700, where the temperature θ exh is, for example, from about 950 ° C. to It is compared with a second temperature threshold θ 2 at 980 ° C. and corresponding to the thermomechanical limit of the exhaust circuit. The method proposes not to exceed the second temperature threshold θ 2 .

배기가스의 온도(θexh)가 제2 임계값(θ2)보다 위일 경우에, 상기 방법은 단계(800)로 향하며, 여기서 농후도는 즉시 제2 농후도 값(r2)으로 설정된다. 상기 제2 농후도 값(r2)은 제1 농후도 값(r1)보다 더 높다. 상기 제2 농후도 값(r2)은 배기 회로를 구성하는 구성요소들의 주어진 최대 온도, 예를 들어 주어진 배기 매니폴드 온도 또는 (과급 엔진의 경우에) 주어진 터보차저 터빈 온도를 얻는 방식으로 결정된다. 상기 제2 농후도 값(r2)은 엔진 시험 베드(test bed)에서 안정된 모드로, 즉 속도와 토크를 일정하게 유지하면서 수행된 예비 시험에 의해 결정될 수 있다. 상기 농후도 값은 실제로 배기가스 온도 자체가 주어진 미리 결정된 값과 동일하게 되는 방식으로 설정되며, 이 값은 재료의 관성과 관련된 어떤 시간의 경과 후에 엔진의 배기 회로의 구성요소들의 온도가 된다. If the temperature θ exh of the exhaust gas is above the second threshold θ 2 , the method proceeds to step 800, where the richness is immediately set to the second richness value r 2 . The second richness value r 2 is higher than the first richness value r 1 . The second richness value r 2 is determined in such a way as to obtain a given maximum temperature of the components constituting the exhaust circuit, for example a given exhaust manifold temperature or a given turbocharger turbine temperature (in the case of a supercharged engine). . The second richness value r 2 may be determined by a preliminary test performed in a stable mode in the engine test bed, ie keeping the speed and torque constant. The richness value is actually set in such a way that the exhaust gas temperature itself is equal to a given predetermined value, which is the temperature of the components of the engine's exhaust circuit after some time associated with the material's inertia.

각각의 주어진 속도 값(N)을 위해, 전부하에 가까운 토크(C)의 범위가 있으며, 이를 위해 농후도는 배기가스의 온도를 제한하기 위해 실제로 증가될 필요가 있다. 따라서, 속도와 토크에 의존하는 제2 농후도 값(r2)을 결정하는 것이 필요하다. For each given speed value N, there is a range of torques C near full load, for which the thickness needs to be actually increased to limit the temperature of the exhaust gas. Therefore, it is necessary to determine the second richness value r 2 depending on the speed and the torque.

그렇지 않은 경우에, 즉, 배기가스의 온도(θexh)가 제2 임계값(θ2)보다 아래인 경우에, 상기 방법은 단계(900)를 계속하고, 여기서 농후도는 점진적으로 증가되며, 즉 배기가스의 온도가 제1 및 제2 임계값들(θ1, θ2) 사이에 포함될 때마다 각각 시간 간격(dt)으로 잇따라 반복하여 제1 농후도 값(r1)으로부터 많아도 제2 농후도 값(r2)까지 증가된다. Otherwise, that is, if the temperature θ exh of the exhaust gas is below the second threshold θ 2 , the method continues with step 900, where the richness gradually increases, In other words, whenever the temperature of the exhaust gas is included between the first and second thresholds θ 1 and θ 2 , the second rich gas is repeated from the first richness value r 1 at a time interval dt. The degree value r 2 is increased.

유리하게는, 농후도는 시간의 일차 함수로서 증가되고, 이와 동시에 제2 농후도 값(r2)과 동일한 최대값에 의해 제한되며, 즉 아래의 방정식에 따른다.Advantageously, the richness is increased as a linear function of time and at the same time is limited by the maximum value equal to the second richness value r 2 , ie according to the equation below.

(방정식 1) rn+1 = max(r2; rn + k*(r2-r1)*dt)(Equation 1) r n + 1 = max (r 2 ; r n + k * (r 2 -r 1 ) * dt)

이 방정식에서:In this equation:

- rn+1은 상기 방법의 시점 tn+1에서 계산된 농후도 값을 나타내며;- r n + 1 represents the value calculated in FIG rich time t n + 1 of the method;

- rn은 상기 방법의 시점 tn에서 계산된 농후도 값을 나타내며;- r n denotes a rich degree value calculated at the time t n of the method;

- k는 농후도가 증가하는 속도를 나타내는 양의 상수 계수를 나타낸다.k represents a positive constant coefficient representing the rate at which the thickening increases.

단계(800) 또는 단계(900)의 끝에서, 상기 방법은 단계(100)로부터 다시 시작한다. 앞에서부터, 더욱 구체적으로 단계들(600 내지 900)의 연속으로부터, 엔진이 전부하에 가까운 상태로 들어간 때, 배기가스의 온도는 제2 온도 임계값(θ2)을 점점 접근하는 값들을 향해 연속적으로 증가하기 시작한다는 것을 이해할 것이다. 온도가, 경고 임계값(warning threshold)으로서 고려될 수 있는, 제1 온도 임계값(θ1)에 도달하자마자 농후도의 증가가 시작된다. 지연이 적용되지 않지만, 시행된 농후도는 모두 배기 회로의 화학양론적 한계에 대응되는 제2 농후도 값(r2)보다 아래이다. 따라서, 농후도가 증가하는 속도(이는 양의 상수 계수 k로 표현됨)가 상당히 늦는 한, 배기가스의 온도는 느리게 증가하며, 이는 일반적으로 배기 회로를 구성하는 부품들의 온도가 가스의 온도를 따라잡기 위한 시간을 부여한다. 이 값은, 배기 회로의 구성요소들의 온도의 상승에서 관성을 고려하기 위한 사전 시험에 의해 결정되거나, 또는 그 재료들의 열용량을 위한 값들의 함수로서 경험적으로 결정될 수 있다. At the end of step 800 or 900, the method starts over from step 100. From the front, more specifically from the continuation of the steps 600 to 900, when the engine enters near full load, the temperature of the exhaust gas is continuously toward the values gradually approaching the second temperature threshold θ 2 . You will understand that it starts to increase. As soon as the temperature reaches the first temperature threshold θ 1 , which can be considered as a warning threshold, the increase in thickening begins. Although no delay is applied, the thickenings implemented are all below the second thickening value r 2 , which corresponds to the stoichiometric limit of the exhaust circuit. Thus, as long as the rate of thickening (which is expressed as a positive constant coefficient k) is significantly slower, the temperature of the exhaust gas increases slowly, which generally means that the temperature of the components constituting the exhaust circuit keeps up with the temperature of the gas. Give time for This value can be determined by preliminary tests to take into account the inertia in the rise of the temperature of the components of the exhaust circuit, or empirically determined as a function of the values for the heat capacity of the materials.

어떠한 특히 가혹한 운전 사이클에서, 배기가스의 온도는 그럼에도 불구하고 농후도가 제2 농후도 값(r2)에 도달하기 전에 제2 온도 임계값(θ2)에 도달하는 경우에는, 상기 방법은, 보수적인 조치로서, 농후도(r)를 제2 농후도 값(r2)으로 즉시 증가시키는 것을 예상하고 있으며, 이는 배기가스의 온도가 추가적으로 증가하는 것을 즉각적으로 방지하고 배기 회로를 구성하는 구성요소들의 온도가 제2 온도 임계값(θ2)을 초과하는 것을 허용하지 않으며, 이에 의해 구성요소들의 신뢰성을 보장한다.In some particularly severe operating cycles, if the temperature of the exhaust gas nevertheless reaches a second temperature threshold θ 2 before the richness reaches the second richness value r 2 , the method As a conservative measure, it is anticipated to immediately increase the richness (r) to the second richness value (r 2 ), which immediately prevents further increases in the temperature of the exhaust gases and constitutes the exhaust circuit. Does not allow the temperature of these to exceed the second temperature threshold θ 2 , thereby ensuring the reliability of the components.

Claims (6)

점화 제어식 내연 엔진의 농후도(richness)(r)를 조절하기 위한 방법으로서,
상기 농후도의 값은, 엔진이 전부하(full load) 근처에서 작동하지 않을 때 대략 화학양론 값(stoichiometric value)으로 설정되고, 엔진 토크(C)가 최대 엔진 토크(Cmax)보다 낮은 토크 임계값(torque threshold)(Cs)보다 위일 때 대략 화학양론 값보다 더 높은 값으로 설정되며,
상기 토크(C)가 상기 토크 임계값(Cs)보다 위일 때, 상기 방법은:
- 엔진의 배기가스의 온도 값(Qexh)이 제1 온도 임계값(θ1)보다 아래일 때, 상기 농후도 값(r)은 화학양론 값보다 더 높은 제1 농후도 값(r1)으로 설정되는 단계(400);
- 상기 온도 값(Qexh)이 제2 온도 임계값(θ2)보다 위일 때, 상기 농후도 값(r)은 즉시 상기 제1 농후도 값(r1)보다 더 높은 제2 농후도 값(r2)으로 설정되는 단계(800)로서, 상기 제2 임계값(θ2)은 상기 제1 임계값(θ1)보다 더 높은, 단계(800); 및
- 상기 온도 값(Qexh)이 상기 제1 임계값(θ1)과 상기 제2 임계값(θ2) 사이에 포함될 때, 상기 농후도 값은 상기 제1 농후도 값(r1)으로부터 많아도 상기 제2 농후도 값(r2)으로 점진적으로 증가되는 단계(900);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 농후도를 조절하기 위한 방법.A method for adjusting the richness (r) of an ignition controlled internal combustion engine,
The richness value is set to approximately stoichiometric value when the engine is not operating near full load, and the torque threshold value at which the engine torque C is lower than the maximum engine torque Cmax. is above the stoichiometric value when it is above the torque threshold (Cs),
When the torque C is above the torque threshold Cs, the method:
When the temperature value Q exh of the exhaust gas of the engine is below the first temperature threshold θ 1 , the richness value r is a first richness value r1 higher than the stoichiometric value. Set 400;
When the temperature value Q exh is above the second temperature threshold θ 2 , the enrichment value r immediately becomes a second enrichment value higher than the first enrichment value r 1 ( r 2 ), wherein the second threshold value θ 2 is higher than the first threshold value θ 1 ; And
When the temperature value Q exh is included between the first threshold value θ 1 and the second threshold value θ 2 , the richness value is higher from the first richness value r 1 . Gradually increasing to the second richness value (r 2 ) (900). 제1항에 있어서,
상기 제1 농후도 값(r1)은 1.00과 1.05 사이에 포함되는, 농후도를 조절하기 위한 방법.The method of claim 1,
The first enrichment value (r 1 ) is comprised between 1.00 and 1.05. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 농후도 값(r1)은 실질적으로 1.01과 동일한, 농후도를 조절하기 위한 방법.The method according to claim 1 or 2,
And wherein said first enrichment value r 1 is substantially equal to 1.01. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 농후도 값(r2)은 엔진 속도(N)와 엔진 토크(C)에 따라 설정되되, 엔진이 상기 속도(N)와 상기 토크(C)로 안정화된 작동점(operating point)에서 작동할 때 엔진의 배기가스의 온도(Qexh)가 상기 제2 온도 임계값(θ2)과 동일하게 되도록 상기 제2 농후도 값(r2)이 설정되는, 농후도를 조절하기 위한 방법.The method of claim 1, wherein
The second richness value r 2 is set according to the engine speed N and the engine torque C, but at an operating point at which the engine is stabilized at the speed N and the torque C. And the second enrichment value r 2 is set such that when operating the temperature Q exh of the engine's exhaust gas is equal to the second temperature threshold θ 2 . 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 온도 임계값(θ2)은 950℃와 980℃ 사이에 포함되는, 농후도를 조절하기 위한 방법.The method of claim 1, wherein
Wherein the second temperature threshold (θ 2 ) is comprised between 950 ° C. and 980 ° C. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 농후도 값(r1)으로부터 많아도 상기 제2 농후도 값(r2)으로의 상기 농후도 값의 점진적인 증가는 시간의 일차 함수인, 농후도를 조절하기 위한 방법.The method of claim 1, wherein
The progressive increase in the richness value from the first richness value r 1 to the second richness value r 2 is a linear function of time.
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