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KR20170123304A - 조절 장치를 갖는 내연기관 - Google Patents

조절 장치를 갖는 내연기관 Download PDF

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KR20170123304A
KR20170123304A KR1020170141346A KR20170141346A KR20170123304A KR 20170123304 A KR20170123304 A KR 20170123304A KR 1020170141346 A KR1020170141346 A KR 1020170141346A KR 20170141346 A KR20170141346 A KR 20170141346A KR 20170123304 A KR20170123304 A KR 20170123304A
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KR
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internal combustion
combustion engine
regulator
actual
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KR1020170141346A
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요하네스 후버
헤르베르트 코페체크
니콜라우스 스피라
미하엘 발트하르트
Original Assignee
게 옌바허 게엠베하 운트 콤파니 오게
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Filing date
Publication date
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Abstract

조절 장치(C)를 갖는 내연기관(1)으로서, 조절 장치에 의해 조정 가능한 연소 공기비(λ)를 갖는 공기-연료 혼합물이 내연기관 내에서 연소되고, 조절 장치(C)는
- 람다값(λ)을 조정하여 내연기관(1)의 실제 출력(Pg)을 내연기관(1)의 기준 파워 출력(Pd g)으로 조절하도록 구성된 파워 출력 조절 회로, 및
- 급기 압력 기준값(pd im)이 내연기관의 각각의 기준 파워 출력(Pd g)에 대해 설정될 수 있도록, NOx 배출에 대한 대체 파라미터로서 급기 압력에 영향을 미치는 액추에이터를 급기 압력에 의해 작동시키기 위해 함수관계(2)를 통해 조절되는 NOx 배출 조절 회로를 포함하는 내연기관(1)이 개시된다.

Description

조절 장치를 갖는 내연기관 {INTERNAL COMBUSTION ENGINE HAVING A REGULATING DEVICE}
본 발명은 조절 장치(regulating device)를 갖는 내연기관에 관한 것이다.
EP 0 259 382 B1호로부터 공지된 조절 전략에서, 급기 압력 기준값이 내연기관의 측정된 실제 파워 출력에 따라 발생되고, 람다값(공연비)은 실제 급기 압력이 급기 압력 기준값에 대응하도록 기준값-실제값 비교를 통해 제1 조절 회로(급기 압력 조절기)에 의해 조정되고, 이 급기 압력 기준값에서, NOx 배출과 관련하여 소정의 목표값이 존재한다. NOx 배출은 직접적으로 알려져 있지 않기 때문에, 급기 압력이 보조 조절 파라미터로서 사용된다. 함수관계(functional relationship)는 집합된 곡선의 형태인데, 여기서 소정의 NOx 값에 대한 각각의 곡선은 실제 파워 출력과 급기 압력 기준값 사이의 관계를 지정한다. 따라서, 이와 관련하여, 급기 압력 조절기는 실제로 NOx 배출과 관련하여 배출 제어 회로이다(NOx 배출 제어 회로).
람다값의 조정은 가스 계량 장치에 영향을 미침으로써 이루어진다. 람다값의 변화는 그 자체만으로 내연기관의 파워 출력의 변화를 유도할 것인데, 이는 제2 조절 회로(출력 조절 회로)에 의해 보상되어야 한다. 파워 조절 회로의 이 보상 효과는 급기 압력에 직접 영향을 미치는 액추에이터(스로틀 플랩 및 압축기 바이패스)를 통해 구현된다. 따라서, 급기 압력은 람다값에 의해 간접적으로 조절된다. 이 조절 전략은 LEANOX® 방법으로서 공지되어 있다.
이에 따라, 엔진의 입구 밸브의 상류측에 지배적이며 비교적 용이하게 측정될 수 있는 급기 압력과 파워 출력 사이의 함수관계가 사용된다.
이 목적으로, 급기 압력 측정 수단의 출력은 제1 조절 회로의 실제값 입력에 접속된다. EP 0 259 382 B1호(급기 압력 조절기)의 제1 조절 회로 내에는 파워 출력 측정 수단에 의해 공급된 파워 출력 측정 신호로부터, 급기 압력을 위한 파워 출력 종속 기준값을 산출하기 위한 프로그램이 가능한 장치가 배열되어 있다.
이 구성에서, 급기 압력의 조절은 공기-가스 혼합물 내의 연소 공기비(람다)의 조절에 의해 간접적으로 실행되는데, 여기서 예를 들어 혼합물의 희박화(leaning)(람다의 증가)는 입구 밸브 상류측의 급기 압력의 증가를 유발한다(일정한 엔진 파워 출력의 수요를 요구하는 상황에서). 그러나, 예를 들어 안정성 문제점 및 유해한 과도 거동(transient behaviour)[요구된 슬로우 스타트(slow start)]와 같은 다양한 문제점들이 NOx 배출의 목표값을 유지하면서, 급기 압력의 조절과 파워 출력 조절의 결합(직접적인 NOx 배출 조절의 대안으로서)에 기인하여 발생한다는 것이 주목될 수 있을 것이다.
본 발명의 목적은 NOx 배출과 관련하여 목표값을 준수하면서 전술된 단점들을 방지하고 특히 적당한 과도 거동을 갖는 조절 장치를 갖는 내연기관을 제공하는 것이다.
이 목적은 청구항 1에 설명된 바와 같은 조절 장치를 갖는 내연기관에 의해 얻어진다. 유리한 구성이 종속 청구항에 규정되어 있다.
본 발명에서는 또한 NOx 배출 조절이 급기 압력의 보조 파라미터에 의해 실행되지만, 파워 출력은 람다값에 의해 조절된다.
이 목적으로, 본 발명에 따르면, 파워 출력 조절 회로는 내연기관의 실제 파워 출력을 람다값의 조정에 의해 내연기관의 기준 파워 출력과 일치하도록 조절되고, NOx 배출 조절 회로는 목표 급기 압력이 내연기관의 각각의 기준 파워 출력에 대해 설정될 수 있도록, NOx 배출에 대한 대체 파라미터(alternative parameter)로서 급기 압력에 영향을 미치는 액추에이터를 급기 압력에 의해 작동하기 위하여 기준 파워 출력과 급기 압력 사이의 - 자체로 공지된 - 함수관계에 의해 조절된다.
따라서, 종래 기술과는 달리, 본 발명에서는 급기 압력이 급기 압력에 영향을 미치기 위한 대응 액추에이터에 직접 작용하는, 즉 파워 출력 조절의 수반이 없는, 급기 압력 조절기에 의해 설정된다. NOx 배출 조절 회로는 목표 급기 압력이 내연기관의 각각의 기준 파워 출력에 대해 설정되는 방식으로 급기 압력에 영향을 미치기 위한 액추에이터를 작동한다. 급기 압력에 영향을 미치는 액추에이터의 예는 예를 들어, 압축기 바이패스 밸브, 스로틀 플랩, 가변 압축기 형상, 폐기물 게이트 및 가변 터빈 형상이다. 급기 압력에 영향을 미치기 위한 액추에이터의 작동은 따라서, 파워 출력 조절 회로 내에서 영향을 받지 않지만, NOx 배출 조절 회로에서 직접적으로 그리고 실제 파워 출력이 아니라 단지 기준 파워 출력에 의존하여 영향을 받는다. 따라서, 조절 회로와 관련하여, NOx 배출 조절과 파워 출력 조절의 어떠한 결합도 존재하지 않고, 단지 내연기관 내의 필수 불가결한 물리적 관계에 의한 결합만이 존재한다.
바람직하게는, NOx 배출 조절 회로는 급기 압력 조절기를 갖고, 이 급기 압력 조절기에 의해 실제 급기 압력이 급기 압력 기준값으로 조절될 수 있고, 급기 압력 조절기는 제1 비교기 및 제1 PID 조절기의 형태 또는 모델-기반 조절기의 형태인 것이 제공된다.
파워 출력 조절 회로는 제1 조절기를 갖고, 이 제1 조절기에 의해, 연소 가스 질량 유동(ugas)에 영향을 미치는 액추에이터 - 바람직하게는, 포트 분사 밸브 또는 가스 혼합기의 가스 계량 장치 - 가 구동 가능하고, 조절기는 제2 비교기 및 제2 PID 조절기이거나 또는 모델-기반 조절기의 형태인 것이 제공될 수 있다.
바람직하게는, 연소 가스의 부재시에 어떠한 연소도 내연기관의 선택된 실린더 내에서 발생하지 않도록, 연소 가스 질량 유동에 대해 제1 조절기를 작동하도록 구성되고 기준 파워 출력이 입력으로서 공급될 수 있는 착화 스킵(skip fire) 조절 모듈이 부가적으로 파워 출력 조절 회로 내에 제공되어 있는 것이 제공될 수 있다.
다른 바람직한 실시예에서, 파워 출력 조절 회로 내의 제1 조절기는 다른 실제 파라미터가 입력으로서 조절기에 공급될 수 있도록 구성되고, 조절기는 실제 파라미터의 한계값이 도달될 때, 람다값의 제어 파라미터에서 실제 파라미터에 추가적으로 악영향을 미칠 수 있는 방향으로의 어떠한 추가적인 변화도 발생하지 않도록(no further change in the control parameter of the lambda value occurs in a direction which further adversely influences the actual paramenter(s)), 다른 실제 파라미터를 기준으로 람다값의 제어 파라미터를 제한하는 것이 제공될 수 있다. 유해한 영향은 예를 들어, 내연기관의 배출구 측에서 이미 높은 배기 가스 온도로의 추가의 농후화(더 낮은 람다값) 또는 내연기관의 실린더의 실화(misfire) 신호의 존재하에 일어나는 희박화 효과(더 높은 람다값)일 것이다.
파워 출력 조절 회로와 NOx 배출 조절 회로의 상류측에 배치되는 궤적 발생기는 사용자에 의한 기준 파워 출력의 비연속 급격 사전 설정값(non-continuous abrupt presetting)을 연속 궤적(continuous trajectory)을 위한 기준 파워 출력으로 변환하도록 구성된다.
궤적 발생기는 실제 파워 출력을 입력으로서 추가로 수신하고 과도하게 큰 편차의 경우에 기준 파워 출력의 연속 궤적이 실제 파워 출력을 초과하는 소정값으로 제한되도록 연속 함수(continuous function)에 따른 기준 파워 출력의 순시값과 실제 파워 출력 사이의 편차를 모니터링하도록 구성되는 것이 바람직하게 제공될 수 있다.
또한, 기준 파워 출력, 실제 파워 출력 및 실제 급기 압력을 일정 시간에 취득하고 이들을 부동 시간(dead time)(D)에 의해 미래에 예측된 형태의 출력으로서 재차 출력하도록 구성된 부동 시간 보상 장치가 제공되어 있을 수 있다. 부동 시간(D)은 적합한 모델에 의해 작동 중에 계속 평가되거나 시험으로부터 시작하도록 결정된다.
바람직하게는, 부동 시간 보상 장치의 출력을 입력으로서 취득하고 입력에 의존하여 람다값에 대한 기준값을 출력하도록 구성된 추가 조절기가 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 장점 및 상세한 사항은 이하 도 2 내지 도 7을 참조하여 예로서 다양한 실시예에 대해 설명될 것이다.
이 목적은 청구항 1에 설명된 바와 같은 조절 장치를 갖는 내연기관에 의해 얻어진다. 유리한 구성이 종속 청구항에 규정되어 있다.
본 발명에서는 또한 NOx 배출 조절이 급기 압력의 보조 파라미터에 의해 실행되지만, 파워 출력은 람다값에 의해 조절된다.
이 목적으로, 본 발명에 따르면, 파워 출력 조절 회로는 내연기관의 실제 파워 출력을 람다값의 조정에 의해 내연기관의 기준 파워 출력과 일치하도록 조절되고, NOx 배출 조절 회로는 목표 급기 압력이 내연기관의 각각의 기준 파워 출력에 대해 설정될 수 있도록, NOx 배출에 대한 대체 파라미터(alternative parameter)로서 급기 압력에 영향을 미치는 액추에이터를 급기 압력에 의해 작동하기 위하여 기준 파워 출력과 급기 압력 사이의 - 자체로 공지된 - 함수관계에 의해 조절된다.
따라서, 종래 기술과는 달리, 본 발명에서는 급기 압력이 급기 압력에 영향을 미치기 위한 대응 액추에이터에 직접 작용하는, 즉 파워 출력 조절의 수반이 없는, 급기 압력 조절기에 의해 설정된다. NOx 배출 조절 회로는 목표 급기 압력이 내연기관의 각각의 기준 파워 출력에 대해 설정되는 방식으로 급기 압력에 영향을 미치기 위한 액추에이터를 작동한다. 급기 압력에 영향을 미치는 액추에이터의 예는 예를 들어, 압축기 바이패스 밸브, 스로틀 플랩, 가변 압축기 형상, 폐기물 게이트 및 가변 터빈 형상이다. 급기 압력에 영향을 미치기 위한 액추에이터의 작동은 따라서, 파워 출력 조절 회로 내에서 영향을 받지 않지만, NOx 배출 조절 회로에서 직접적으로 그리고 실제 파워 출력이 아니라 단지 기준 파워 출력에 의존하여 영향을 받는다. 따라서, 조절 회로와 관련하여, NOx 배출 조절과 파워 출력 조절의 어떠한 결합도 존재하지 않고, 단지 내연기관 내의 필수 불가결한 물리적 관계에 의한 결합만이 존재한다.
바람직하게는, NOx 배출 조절 회로는 급기 압력 조절기를 갖고, 이 급기 압력 조절기에 의해 실제 급기 압력이 급기 압력 기준값으로 조절될 수 있고, 급기 압력 조절기는 제1 비교기 및 제1 PID 조절기의 형태 또는 모델-기반 조절기의 형태인 것이 제공된다.
파워 출력 조절 회로는 제1 조절기를 갖고, 이 제1 조절기에 의해, 연소 가스 질량 유동(ugas)에 영향을 미치는 액추에이터 - 바람직하게는, 포트 분사 밸브 또는 가스 혼합기의 가스 계량 장치 - 가 구동 가능하고, 조절기는 제2 비교기 및 제2 PID 조절기이거나 또는 모델-기반 조절기의 형태인 것이 제공될 수 있다.
바람직하게는, 연소 가스의 부재시에 어떠한 연소도 내연기관의 선택된 실린더 내에서 발생하지 않도록, 연소 가스 질량 유동에 대해 제1 조절기를 작동하도록 구성되고 기준 파워 출력이 입력으로서 공급될 수 있는 착화 스킵(skip fire) 조절 모듈이 부가적으로 파워 출력 조절 회로 내에 제공되어 있는 것이 제공될 수 있다.
다른 바람직한 실시예에서, 파워 출력 조절 회로 내의 제1 조절기는 다른 실제 파라미터가 입력으로서 조절기에 공급될 수 있도록 구성되고, 조절기는 실제 파라미터의 한계값이 도달될 때, 람다값의 제어 파라미터에서 실제 파라미터에 추가적으로 악영향을 미칠 수 있는 방향으로의 어떠한 추가적인 변화도 발생하지 않도록(no further change in the control parameter of the lambda value occurs in a direction which further adversely influences the actual paramenter(s)), 다른 실제 파라미터를 기준으로 람다값의 제어 파라미터를 제한하는 것이 제공될 수 있다. 유해한 영향은 예를 들어, 내연기관의 배출구 측에서 이미 높은 배기 가스 온도로의 추가의 농후화(더 낮은 람다값) 또는 내연기관의 실린더의 실화(misfire) 신호의 존재하에 일어나는 희박화 효과(더 높은 람다값)일 것이다.
파워 출력 조절 회로와 NOx 배출 조절 회로의 상류측에 배치되는 궤적 발생기는 사용자에 의한 기준 파워 출력의 비연속 급격 사전 설정값(non-continuous abrupt presetting)을 연속 궤적(continuous trajectory)을 위한 기준 파워 출력으로 변환하도록 구성된다.
궤적 발생기는 실제 파워 출력을 입력으로서 추가로 수신하고 과도하게 큰 편차의 경우에 기준 파워 출력의 연속 궤적이 실제 파워 출력을 초과하는 소정값으로 제한되도록 연속 함수(continuous function)에 따른 기준 파워 출력의 순시값과 실제 파워 출력 사이의 편차를 모니터링하도록 구성되는 것이 바람직하게 제공될 수 있다.
또한, 기준 파워 출력, 실제 파워 출력 및 실제 급기 압력을 일정 시간에 취득하고 이들을 부동 시간(dead time)(D)에 의해 미래에 예측된 형태의 출력으로서 재차 출력하도록 구성된 부동 시간 보상 장치가 제공되어 있을 수 있다. 부동 시간(D)은 적합한 모델에 의해 작동 중에 계속 평가되거나 시험으로부터 시작하도록 결정된다.
바람직하게는, 부동 시간 보상 장치의 출력을 입력으로서 취득하고 입력에 의존하여 람다값에 대한 기준값을 출력하도록 구성된 추가 조절기가 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 장점 및 상세한 사항은 이하 도 2 내지 도 7을 참조하여 예로서 다양한 실시예에 대해 설명될 것이다.
도 1은 EP 0 259 382 B1호에 따른 종래 기술을 도시하고 있다.
설명된 논리적 장치는 물리적 부품의 형태일 필요는 없지만, 내연기관의 조절 장치 내의 회로의 형태로 구체화될 수도 있다.
도 1은 EP 0 259 382 B1호에 따른 종래 기술을 도시하고 있다. 이 도면은 연소 가스 질량 유동(ugas)이 공급되는 내연기관(1)을 개략적으로 도시하고 있다. 연소 가스 질량 유동(ugas)은 적합한 액추에이터(예를 들어, 포트 분사 밸브 또는 가스 혼합기용 가스 계량 장치)를 작동하는 조절기(5)의 영향을 받을 수 있다.
도 1의 상부에 도시되어 있는 조절 회로는 NOx 배출 조절 회로이다. 이 경우에, NOx 배출 조절 회로는 참조 부호 2, 3, 4, 5에 의해 나타낸 구조적 유닛 또는 논리적 관계와 각각의 입력 및 출력 파라미터를 포함한다. 이는 적합한 형태인[예를 들어, 룩업 테이블(Look-up Table) 또는 함수의 형태], 곡선의 형태의 소정의 NOx 값에 대해 급기 압력 기준값(pd im)[함수관계(2)의 출력으로서]과 실제 파워 출력(Pg)[함수관계(2)의 입력으로서] 사이의 함수관계(2)를 포함한다. 비교기(3)는 급기 압력 기준값(pd im)과 실제 급기 압력(pim) 사이의 기준-실제 비교를 구현한다. 편차(pd im-pim)가 PID 조절기(4)로 전달된다. 이 PID 조절기는 연소 가스 질량 유동(ugas)에 영향을 미치는 액추에이터를 작동하기 위한 조절기(5)의 입력으로서 기능하는 람다값에 대한 기준값(λd)을 출력한다. 이 조절기(5)는 또한 개루프 제어의 형태일 수 있는데, 이는 목표 파라미터(λd)의 피드백이 없다는 것이다.
도 1의 하부에 도시되어 있는 회로는 파워 출력 조절 회로이다. 이 회로는 다른 비교기(7)에서 측정된 기준 파워 출력(Pd g)과 실제 파워 출력(Pg) 사이의 편차(Pd g-Pg)를 입력으로서 공급받는 다른 PID 조절기(6)를 포함한다. PID 조절기(6)는 한편으로는 실제 급기 압력(pim)에, 다른 한편으로는 실제 파워 출력(Pg)에 영향을 미치는 액추에이터(예를 들어, 압축기 바이패스 밸브 또는 스로틀 플랩 밸브)로의 실제 급기 압력(pim)에 영향을 미치기 위한 적합한 신호(up)를 출력으로서 생성하여, 이에 의해 NOx 배출 조절 회로와 파워 출력 조절 회로 사이의 전술된 강한 결합을 제공한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예를 도시하고 있고, 동일한 참조 부호는 도 1에서와 동일한 구성 요소 또는 논리적 절차를 나타낸다.
도 1과의 비교시에, 처음으로 보이는 차이점은, NOx 배출 조절 회로에서 함수관계(2)의 입력으로서 내연기관(1)의 실제 파워 출력(Pg) 대신에 내연기관(1)의 기준 파워 출력(Pd g)을 수반하다는 것이다. 본 경우에, 따라서 이는 곡선 형태의 소정의 NOx 값에 대해 급기 압력 기준값(pd im)[함수관계(2)의 출력]과 기준 파워 출력(Pd g)[함수관계(2)의 입력] 사이의 관계를 제공한다.
NOx 배출 조절 회로에서, 급기 압력 기준값(pd im)은 입력으로서 급기 압력 조절기(8)에 전달된다. 이 급기 압력 조절기(8)는 확실히 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 비교기(3)와 PID 조절기(4)의 형태일 수 있다. 그러나, 현재 지배적인 실제 급기 압력(pim)에 추가하여 입력으로서 급기 압력 기준값(pd im)을 또한 필요로 하는 모델-기반 조절기 형태의 구성이 바람직하다. 도 1과는 달리, 급기 압력 조절기(8)의 출력은 실제 급기 압력(pim)에 영향을 미치는 액추에이터(예를 들어, 비교기 바이패스 밸브 또는 스로틀 플랩 밸브)로의 제어 신호(up)의 형태로 구현된다. 이들 제어 신호(up)는 도 1에서 PID 조절기(6) 그리고 이어서 파워 출력 조절 회로의 출력이었다. 도 2에서 이들 제어 신호(up)는 NOx 배출 조절 회로의 부분이기 때문에, 도 1의 NOx 배출 조절 회로와 파워 출력 조절 회로 사이의 강한 결합이 본 발명에 의해 발생하지 않는다.
도 2의 파워 출력 조절 회로는, 연소 가스 질량 유동(ugas)에 영향을 미치는 액추에이터(예를 들어, 포트 분사 밸브 또는 가스 혼합기의 가스 계량 장치)를 작동하는 조절기(5)가 파워 출력 조절 회로 내에 배열되어 있다는 점만이 도 1과 상이하다. 비교기(7) 및 PID 조절기(6)의 구성 대신에, 모델-기반 조절기를 제공하는 것이 또한 가능할 것이다.
가장 간단한 경우에, 함수관계(2)는 간단한 곡선으로서 전술된 형태로 발생한다. EP 0 259 382 B1호에서 발견된 사양으로부터 이미 공지되어 있는 바와 같이, 함수관계(2)는 점화 시기, 입구 온도 등과 관련된 보정을 추가하여 보정될 수 있다.
요약하면, 다양한 장점이 본 발명에 연계되는데:
- 부하 변화와 관련하여 더 고속의 적응 제어가 가능하고[기준 출력(Pd g)의 변화에 대응하여 내연기관(1)의 실제 파워 출력(Pg)을 더 고속으로 적응],
- NOx에 대한 목표 배출값이 부하 변화시에 실질적으로 조기에 얻어질 수 있고,
- 함수관계(2)가 더 용이하게 추적될 수 있기 때문에, NOx에 대한 배출값이 부하 변화 중에 원하는 값에 더 가깝게 미리 유지된다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예를 도시하고 있다. 도 2와의 비교시에, 파워 출력 조절 회로는 기준 파워 출력(Pd g)이 입력으로서 전달되는 스킵 파이어 조절 모듈(9)을 추가로 갖는다. 스킵 파이어 조절 모듈(9)의 출력은 내연기관(1)의 선택된 실린더 내에서, 연소 가스의 부재시에 어떠한 연소도 발생하지 않도록 연소 가스 질량 유동(ugas)을 제어하는 조절기(5)로 진행한다. 또한, 이는 부하 변화에 대한 신속 적응을 허용한다. 이는 포트 분사 내연기관에 대해 유리하다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예를 도시하고 있다. 도 2와의 비교시에, 이는 부가적으로 다른 실제 파라미터들(y)[여기서, 내연기관(1)의 배출측 또는 제공되었을 수도 있는 배기 가스 후처리 유닛(도시 생략)의 흡기측에서의 배기 가스 온도 및/또는 내연기관(1)의 실린더의 노킹(knock) 또는 실화 신호 및/또는 파워 출력 조절 회로 내의 PID 조절기(6)의 입력으로서 실린더의 상류측의 오일 온도 및/또는 냉각수 온도 및/또는 급기 공기 온도]의 피드백을 포함한다. 이들 파라미터는 실제 파라미터의 한계값이 도달할 때 실제 파라미터에 악영향을 미치는 방향으로의 λd의 어떠한 변화도 존재하지 않도록 제어 파라미터(λd)를 제한한다. 악영향은 예를 들어, 내연기관의 배출구 측에서 이미 높은 배기 가스 온도로의 추가의 농후화(더 낮은 람다값) 또는 내연기관의 실린더의 실화 신호의 존재하에 일어나는 희박화 효과(더 높은 람다값)일 것이다. 따라서, 다른 실제 파라미터들(y)의 피드백은 안전 루프(safety loop)를 표현하는데, 이 안전 루프에 의해 제어 파라미터(λd)의 조정이 단지 내연기관(1)에 대해 허용 가능한 한계 내에서만 발생한다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예를 도시하고 있고, 도 2와의 비교시에 궤적 발생기(10)가 함수관계(2)의 상류측에 배치되어 있다. 이 궤적 발생기는 사용자에 의한 기준 파워 출력(Pd,step g)의 비연속 급격 사전 설정값을 기준 파워 출력(Pd g)의 연속 궤적으로 변환한다. 기준 파워 출력(Pd g)의 현재 지배적인 값 및 기준 파워 출력(Pd g)과 관련하여 목표 최종값으로부터 시작하여, 이들 값을 연결하는 연속 함수가 예를 들어 (바람직하게는 선형) 경사의 형태로 또는 다항식 등의 형태로 선택된다. 게다가, 실제 파워 출력(Pg)은 궤적 발생기(10)에 입력으로서 공급될 수 있다. 이 방식으로, 과도한 편차의 경우에, 기준 파워 출력(Pd g)의 연속 함수가 실제 파워 출력(Pg)을 초과하는 소정의 값으로 제한되도록, 연속 함수에 따른 기준 파워 출력(Pd g)의 순시값과 실제 파워 출력(Pg) 사이의 편차를 모니터링하는 것이 가능하다. 이 경우는 예를 들어 냉각 내연기관(a cold internal combustion engine; 1)과 관련될 수 있다.
도 6은 도 2와의 비교시에 부동 시간 보상 장치(11)가 제공되어 있는 본 발명의 제5 실시예를 도시하고 있다. 이는 혼합-급기 내연기관(1)에 특히 유리하다. 부동 시간 보상 장치(11)로의 입력은 기준 파워 출력(Pd g), 실제 파워 출력(Pg) 및 실제 급기 압력(pim)이다. 시간(t)에서의 입력 신호[Pd g(t), Pg(t), pim(t)]는 부동 시간(D)[내연기관 질량 유동의 변화와 이에 대응되는 내연기관(1)의 실제 파워 출력(Pg) 변화 사이의 시간]에 의해 미래의 t+D로 예측된 Pd g(t+D), Pg(t+D), pim(t+D) 형태의 출력으로서 재차 출력된다. 이 출력은 입력에 따라 람다값(λd)에 대한 기준값을 출력하는 조절기(12)에 대한 입력으로서 사용 가능하다. 예측은 이들 파라미터의 동적 거동을 기술하는 미분 방적식의 적분에 의해 모델-기반 방법으로 공지된 방식으로 실행된다. 미분 방적식은 당 기술 분야의 숙련자에게 잘 알려져 있다.
도 7은 전술된 실시예의 모든 수단이 결합되어 제공되어 있는 본 발명의 실시예를 도시하고 있다. 일반적으로, 개별 수단을 생략하는 것이 여기서 또한 가능할 것이다. 개루프 제어/폐루프 제어를 위해 요구되는 구조적 유닛 및 논리적 관계는 모든 실시예에 대해 조절 장치(C)에서 함께 조합된다. 본 발명의 문맥에서 용어 "조절기"는 반드시 물리적 유닛을 의미하는 것은 아니고, 예를 들어 회로, 메모리 등에 의해 구현될 수 있는 기능을 의미한다.
1: 내연기관
2: 함수관계
3: 제1 비교기
4: 제1 PID 조절기
5: 제1 조절기
6: 제2 PID 조절기
7: 제2 비교기
8: 급기 압력 조절기
9: 스킵 파이어 조절 모듈
10: 궤적 발생기
11: 부동 시간 보상 장치
12: 추가 조절기
λd: 기준 람다값(연소 공기비에 대한 기준값)
λ: 람다값(연소 공기비)
Pd g: 기준 파워 출력
Pg: 실제 파워 출력
Pd,step g: 기준 출력의 급격한 사전 설정값
Pim: 실제 급기 압력
pd im: 급기 압력 기준값
t: 시간

Claims (10)

  1. 조절 장치(C)를 갖는 내연기관(1)으로서,
    상기 조절 장치에 의해 조정 가능한 연소 공기비(λ)를 갖는 공기-연료 혼합물이 상기 내연기관 내에서 연소되고, 상기 조절 장치(C)는
    - 람다값(λ)을 조정하여 상기 내연기관(1)의 실제 파워 출력(Pg)을 상기 내연기관(1)의 기준 파워 출력(Pd g)으로 조절하도록 구성된 파워 출력 조절 회로,
    - 급기 압력 기준값(pd im)이 상기 내연기관의 각각의 기준 파워 출력(Pd g)에 대해 설정될 수 있도록, NOx 배출에 대한 대체 파라미터(alternative parameter)로서 급기 압력에 영향을 미치는 액추에이터를 급기 압력에 의해 작동시키기 위해 함수관계(functional relationship; 2)를 통해 조절되는 NOx 배출 조절 회로, 및
    - 사전 결정 가능한 부동 시간(D)이 공급될 수 있는 부동 시간 보상 장치(11)를 포함하고,
    상기 액추에이터의 작동은 상기 실제 파워 출력(Pg)이 아니라 단지 기준 파워 출력(Pd g)에 의존하는 것인 내연기관(1).
  2. 제1항에 있어서, 상기 NOx 배출 조절 회로는 급기 압력 조절기(8)를 가지며, 상기 급기 압력 조절기에 의해 실제 급기 압력(pim)이 급기 압력 기준값(pd im)으로 조절될 수 있고, 상기 급기 압력 조절기(8)는 비교기(3) 및 PID 조절기(4)의 형태 또는 모델-기반 조절기의 형태인 내연기관(1).
  3. 제1항에 있어서, 상기 파워 출력 조절 회로는 조절기(5)를 가지며, 상기 조절기에 의해, 연소 가스 질량 유동(ugas)에 영향을 미치는 액추에이터가 구동 가능하고, 상기 조절기(5)는 비교기(7) 및 PID 조절기(6)를 포함하거나 또는 모델-기반 조절기의 형태인 내연기관(1).
  4. 제1항에 있어서,
    연소 가스의 부재시에 어떠한 연소도 상기 내연기관의 선택된 실린더 내에서 발생하지 않도록 상기 연소 가스 질량 유동(ugas)에 대해 조절기(5)를 작동하도록 구성되고 기준 파워 출력(Pd g)이 입력으로서 공급될 수 있는 스킵 파이어 조절 모듈(9)이 부가적으로 상기 파워 출력 조절 회로 내에 제공되어 있는 내연기관(1).
  5. 제1항에 있어서, 상기 파워 출력 조절 회로 내의 조절기(5)는 다른 실제 파라미터(y)가 입력으로서 상기 조절기(5)에 공급될 수 있도록 구성되고, 상기 조절기(5)는 실제 파라미터의 한계값이 도달될 때, 실제 파라미터(y)에 추가적으로 악영향을 미치는 방향으로 기준 람다값(λd)의 어떠한 추가의 변화도 발생하지 않도록 다른 실제 파라미터(y)에 따라 제어 파라미터 기준 람다값(λd)을 제한하는 내연기관(1).
  6. 제1항에 있어서, 상기 파워 출력 조절 회로와 NOx 배출 조절 회로의 상류측에 배치되는 궤적 발생기(10)는 사용자에 의한 기준 파워 출력(Pd,step g)의 비연속 급격 사전 설정값을 기준 파워 출력(Pd g)의 연속 궤적으로 변환하도록 구성된 내연기관(1).
  7. 제6항에 있어서, 상기 궤적 발생기(10)는 입력으로서 실제 파워 출력(Pg)을 추가로 수신하고, 연속 함수에 따른 기준 파워 출력(Pd g)의 순시값과 실제 파워 출력(Pg) 사이의 편차를 모니터링하여, 과도하게 큰 편차의 경우에 상기 기준 파워 출력(Pd g)의 연속 궤적이 실제 파워 출력(Pg)을 초과하는 소정값으로 제한되도록 구성되는 내연기관(1).
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부동 시간 보상 장치(11)는 일정 시간(t)에서 기준 파워 출력[Pd g(t)], 실제 파워 출력[Pg(t)] 및 실제 급기 압력[pim(t)]을 취득하고 이들을 미래의 t+D로 예측된 형태인 Pd g(t+D), Pg(t+D), pim(t+D)의 출력으로서 출력하도록 구성되는 내연기관(1).
  9. 제8항에 있어서, 상기 부동 시간 보상 장치(11)의 출력을 입력으로서 취득하고 상기 입력에 의존하여 기준 람다값(λd)을 출력하도록 구성된 추가 조절기(12)가 제공되어 있는 내연기관(1).
  10. 제3항에 있어서, 상기 액추에이터는 포트 분사 밸브 또는 가스 혼합기의 가스 계량 장치인 내연기관(1).
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