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KR20130091681A - 내연기관의 공기 공급 채널 내 산소 센서의 신호 적응 방법 및 장치 - Google Patents

내연기관의 공기 공급 채널 내 산소 센서의 신호 적응 방법 및 장치 Download PDF

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KR20130091681A
KR20130091681A KR1020130013732A KR20130013732A KR20130091681A KR 20130091681 A KR20130091681 A KR 20130091681A KR 1020130013732 A KR1020130013732 A KR 1020130013732A KR 20130013732 A KR20130013732 A KR 20130013732A KR 20130091681 A KR20130091681 A KR 20130091681A
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Inventor
리햐르트 홀베르크
크리스티앙 라이혀르트
Original Assignee
로베르트 보쉬 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.)
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Publication date
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Abstract

본 발명은 내연기관의 공기 공급 채널 내 산소 센서의 신호 평가 방법에 관한 것으로서, 공기 공급 채널은 하나 이상의 EGR 밸브를 가지는 EGR 장치에 의해 내연기관의 배기가스 채널과 연결되며, 산소 센서가 공기 공급 채널에서 배기가스 재순환 도입부의 하류에 배치되며, 센서 신호는, 산소 농도 또는 이와 연관된 변수 및/또는 그외 물리적 변수에 대한 센서 신호의 의존도를 나타내는 하나의 특성값 또는 복수의 특성값에 기초하여 보정된다.
본 발명에 따라서 EGR 밸브가 닫혀있는 경우 내연기관의 하나 또는 복수의 작동점에서 산소 센서의 출력 신호들 및 그외 작동점 매개변수들이 검출되어 저장되고 이로부터, 가스 조성이 청정 공기의 조성에 상응한다는 가정하에 산소 센서의 변수의 적응치가 도출된다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 방법의 실시를 위한 장치에 관한 것이다.
상기 방법 및 방법의 실시를 위한 장치에 있어서 한 편으로는 특성 곡선 조정이 실시되고 다른 한 편으로는 특히 온도 및 압력 의존도의 보상이 달성될 수 있으므로, 공기 공급 채널 내에서 산소 센서의 신호의 정확성이 향상될 수 있다.

Description

내연기관의 공기 공급 채널 내 산소 센서의 신호 적응 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR ADAPTING SIGNALS OF AN OXYGEN SENSOR IN THE AIR SUPPLY CHANNEL OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연기관의 공기 공급 채널 내 산소 센서의 신호 평가 방법에 관한 것으로서, 상기 방법에서 공기 공급 채널은 하나 이상의 EGR 밸브를 가지는 EGR 장치에 의해 내연기관의 배기가스 채널과 연결되며, 산소 센서는 공기 공급 채널내에서 배기가스 재순환 도입부의 하류에 배치되며, 센서 신호는, 산소 농도 또는 이와 연관된 변수 및/또는 그외 물리적 변수들에 대한 센서 신호의 의존도를 나타내는 하나의 특성값 또는 복수의 특성값에 기초하여 보정된다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 방법의 실시를 위한 장치에 관한 것이다.
최근의 내연기관들은 흔히 외부 배기가스 재순환 장치(EGR)용 시스템을 이용한다. 이는, 배기가스 재순환 밸브(EGR 밸브)로 개폐될 수 있으며 경우에 따라 펌프 장치를 가질 수 있는 흡기관과 배기관과 사이의 관 연결을 의미한다. 이러한 관 연결 시, 연소 배기가스는 배기가스 배압과 흡기관 압력 사이의 구배에 의해 또는 펌프 장치를 통해 흡기관으로 되돌아 간다. 펌프 장치가 없는 변형예가 훨씬 더 흔하다.
내연기관에 배기가스 터보차저가 장착된 경우, 일반적으로 배기가스 배출 지점은 터빈의 상류에 놓이며, 흡기관으로의 공급 지점은 압축기의 하류에 위치한다. 또는 흡기관으로의 공급 지점이 압축기의 상류에 위치하는 것도 생각해 볼 수 있다. 흡입되는 공기에 배기가스가 혼합되면, 내연기관의 효율 및/또는 매연 배출이 개선될 수 있다.
가장 중요한 자동차 시장에서 매연 배출 및 OBD(On-Board Diagnosis) 관련 규정 때문에 내연기관의 배기가스 채널에서 산소 센서의 사용은 불가피하다.
산소 센서 개념은 본 발명에서 산화 및 환원되는 가스 성분의 농도와 연관된 신호를 송출하는 모든 종류의 가스 센서를 말한다. 연소 전 산화 가스 성분 대 환원 가스 성분의 비는 람다값으로 규정된다. 과잉 공기가 충분히 큰 엔진 작동(희박 혼합기 작동) 시에는 배기가스 내에 환원 성분이 없으며, 산화 성분으로서 거의 산소만이 존재한다. 그러므로 이러한 작동점들에서의 람다 측정은 산소 농도의 측정을 의미한다.
내연기관용 상용 산소 센서는 배기가스 채널 내에서 사용하기 위해 개발되었으며, 일반적으로 주된 측정값이 람다값인 람다 프로브로서 형성되거나, 주된 측정값은 NOx 농도이지만 그 외에 람다 신호도 제공할 수 있는 NOx 센서로서 형성될 수 있다.
산소 센서의 신호들은 일반적으로 엔진 제어 장치에 제공되며, 엔진 제어 장치는 상기 신호들 및 그외 측정값들에 기반하여 내연기관의 작동 매개변수들을 제어한다. 또한, 엔진 제어 장치에서 산소 센서의 최적의 작동 및 온보드 진단을 위한 방법들이 실행된다. 여기에는 예를 들어 하기의 방법들이 속한다.
Figure pat00001
센서 온도와 연관된 산소 센서의 추가 신호의 발생 방법. 이는 예를 들어 저항값일 수 있다.
Figure pat00002
센서를 최적의 온도 영역(temperature window)에서 유지하기 위한, 산소 센서 가열의 폐루프 및 개루프 제어 방법. 이를 위해 앞서 설명한 온도 신호가 이용된다.
Figure pat00003
센서 온도가 목표 온도, 즉 센서 특성 곡선에 따라 규정된 값과 편차가 있을 경우, 산소 센서의 온도 의존도를 보상하는 방법.
Figure pat00004
센서 설치 위치에서의 압력이 센서 특성 곡선에 따라 규정된 값과 편차가 있을 경우, 산소 센서의 압력 의존도를 보상하는 방법.
Figure pat00005
특성 곡선 조정 방법. 이 경우, 센서 신호와 상관없이 산소 농도가 공지되어 있는 특별한 동작점에서, 센서 신호는 상기 산소 농도에 대해 특정된 신호값과 비교되고 그 비교치로부터 보정값이 검출되며, 추후 상기 보정값으로 센서 신호가 보정된다. 종래의 방법에서 센서 신호와 상관없이 공지되는 산소 농도는 청정 공기의 농도값이다. 만약 센서가 배기가스 채널 안에 설치되면, 산소 센서가 청정 공기에 노출되는 동작점은 당연히 드물고 짧다. 이를 위해 거의 모든 공지된 방법은 소위 코스팅(coasting) 모드를 지원한다. 문제는 코스팅 모드가 엔진 제어 장치에 의해 강제될 수 없고 오히려 운전자의 토크 요구에 의존한다는 데 있다.
내연기관의 흡기관 내에 설치된 산소 센서는 예를 들어 DE 2744844 A1호 및 US 2007/0044472 A1호에 공지되어 있다. 상기 센서의 신호에 기반하여 예를 들어 외부 EGR이 제어될 수 있다.
DE 2744844 A1호는 내연기관에 공급되는 혼합기의 공연비를 제어하는 방법을 소개하고 있으며, 상기 방법에서는 내연기관의 흡기관에서 센서를 이용하여 혼합기의 공연비를 나타내는 매개변수를 검출하며, 센서 온도가 센서의 작동이 시작될 수 있는 설정값을 하회하는 제1 상태 동안 센서를 가열하며, 상기 설정값을 상회하는 온도에 도달하면 센서의 가열을 중단하며, 혼합기의 생성을 위해 내연기관에 공급되는 연료의 유량을 조절함으로써 내연기관을 위해 생성된 혼합기의 공연비를 검출된 매개변수에 상응하게 희망하는 값으로 조절한다. 또한, 상기 방법의 실행을 위한 상응하는 장치가 소개되어 있다.
그러나 흡기관 내에 산소 센서를 설치하는 방법은 내연기관의 배기가스 채널 내에 설치하는 방법보다 훨씬 덜 보급되어 있다. 그러므로 흡기관 내에서 산소 센서를 작동시키기 위한 방법으로서, 배기가스 채널 내에서의 작동의 경우처럼 고도로 발달된 방법은 아직 존재하지 않는다.
DE 102005056152 A1호는 예를 들어 내연기관의 배기가스 영역에 배치된 광대역 람다 센서에 의해 제공되는 람다 측정 신호를 보정하는 방법 및 상기 방법의 실시를 위한 대응 장치를 소개하고 있으며, 여기서는 보정값이 람다 실제값에 대한 측정치의 검출에 이용되고, 이때 상기 보정값은, 연료 공급이 이루어지지 않고 내연기관의 회전 속도가 문턱값을 상회하는 내연기관의 한 사전설정된 작동 상태 동안 광대역 람다 센서의 센서 온도에 기초하여 검출된다. 따라서 상기 방법은 배기가스 채널 안에 람다 프로브가 있는 경우 온도 의존도를 학습하는 방법을 소개하고 있다.
예를 들어 앞에서 설명한 것처럼, 배기관에서의 작동을 위한 일련의 방법의 경우, 배기가스 채널 내 환경 조건에 대한 흡기관 내 환경 조건의 차이점들이 관련된다. 흡기관 내 환경 조건들 일부는 새로운 해법을 요구하는 특별한 난점들을 제공한다. 그러나 또 다른 일부는, 배기가스 채널 내 환경 조건이 바람직할지라도 이러한 환경 조건들로는 불가능한 방법들에 대한 가능성들을 제공한다. 흡기관 내 에서 또는 일반적으로는 공기 공급 채널 내에서 산소 센서를 작동할 경우의 특별한 도전은 특히 온도 의존도이다. 공기 공급 채널 내 산소 센서는 차가운 공기에 노출되고 고온 배기가스에 노출되지 않기 때문에, 센서 가열 성능이 센서를 목표 온도에 도달시키기에 불충분할 확률이 높다.
그러므로 본 발명의 과제는, 공기 공급 채널 내 산소 센서의 출력 신호의 정확성을 향상시킬 수 있으며, 특히 온도 의존도 및/또는 압력 의존도를 보상할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 과제는 상기 방법의 실시에 적절한 장치를 제공하는 것이다.
상기 방법과 관련한 과제는 제1항 내지 제9항의 특징들을 통해 해결된다.
본 발명에 따라, EGR 밸브가 닫혀있는 경우 내연기관의 하나 또는 복수의 작동점에서 산소 센서의 출력 신호들 및 그외 작동점 매개변수들이 검출되어 저장되고, 이로부터 가스 조성이 청정 공기의 조성에 상응한다는 가정하에 산소 센서의 특성값들의 적응치가 도출된다. 이 경우 상기 방법은, EGR 밸브가 닫혀 있는 경우 공기 공급 채널 내 산소 센서가 청정 공기에 노출되는 점을 이용한다. 그러므로 배기가스 채널에서의 상황과 달리, 산소 센서가 안정적이면서 상대적으로 큰 청정 공기의 흐름에 노출되는 작동점들이 자주 나타난다. 이는 한 편으로 특성 곡선 조정을 실시하고 다른 한 편으로 특히 압력 의존도 및 온도 의존도의 보상을 달성하기 위해 유리한 전제 조건들이므로, 공기 공급 채널 내 산소 센서의 신호의 정확성이 향상될 수 있다.
이 경우, 특성값들을 통해 센서 신호에 미치는 영향을 설명하는 추가 물리적 변수는 센서의 위치에서의 압력(p) 및/또는 센서 온도(T)이다.
한 바람직한 방법 변형예에 따라, 산소 센서의 특성값들의 최적의 적응이라는 점에서 산소 센서의 출력 신호들 및 그외 작동점 매개변수들로부터 스칼라 계수로서 산소 농도에 따른 센서 특성 곡선의 특성 곡선 구배(F_KL)를 위한 보정값, 온도 의존도를 보여주는 다항식(P_T(T))에 대한 계수, 압력(p)에 대한 센서 신호의 의존도를 나타내는 압력(p) 보정값(k), 또는 앞서 언급한 보정항들의 임의의 조합이 계산되고, 이들을 이용하여 산소 센서의 출력 신호가 보정 함수에 의해 보정될 수 있다. 따라서 특히 온도 영향 요소들 및 압력 영향 요소들의 제거가 보장될 수 있다. 이런 맥락에서, 온도의 의존도는 보정 시 가산 항으로서 산입될 수 있다는 점에 주의한다. 그러나 곱셈 항으로서 산입되는 다항식(P_T(T))이 바람직하다.
한 바람직한 방법 변형예로서, 산소 센서의 출력 신호들 및 그외 작동점 매개변수에 대한 많은 값이 검출되고, 보정항들은 과잉 결정된 연립 방정식, 잔여 편차의 최소화를 위한 최적화 방법, 회귀 분석 방법 또는 회귀 최소 자승법에 의해 결정된다. 상기 문헌에서 충분히 설명한 수학적 방법으로 보정항들이 맞춰질 수 있다. 값들이 충분히 제공되면, 특히 회귀 분석 방법에서 상관 계수가 커지고, 이는 계산의 통계적 신뢰성의 향상에 기여하여 적응을 개선한다.
방법의 실시와 관련하여, 작동점 매개변수의 검출 및 저장을 위해 센서 설치 위치에서 또는 그 근처에서 압력(p) 및 온도(T)가 측정되거나 모델에 의해 결정되는 것이 바람직한 것으로 판명되었다. 후자는, 센서의 부재로 인해 압력 및/또는 온도 정보로의 직접적 접근이 불가한 경우에 적용될 수 있다. 이러한 모델은 오늘날 이미 많은 경우에 엔진 제어 시스템에서 구현되고 있다. 이들 세 개의 값(S_roh, p, T)(여기서 S_roh는 보정되지 않은 센서 신호를 나타냄)은 상기 방법을 이용해 분석될 수 있다.
측정 노이즈의 최소화를 위해, 센서 신호 및/또는 작동점 매개변수는 기록을 위해 예를 들어 저역 통과 필터에 의해 시간에 따라 필터링되고, 그리고/또는 각각 미리 결정된 수의 측정값들에 대한 평균값이 이동 평균값으로서 산출될 수 있다.
산소 센서의 출력 신호 및 작동점 매개변수의 검출이 EGR 밸브의 폐쇄 후 적용가능한 지연 시간의 경과 후에 비로소 실시되면, 적어도 일정 공기량이 통과하고 청정 공기의 산소 부분 압력에 상응하는 산소 부분 압력이 조정된 점이 보장될 수 있다. 그러므로 에러가 최소화될 수 있다. 그외에도 작동 조건이 바뀔 때 발생할 수도 있는 과도 현상 역시 상기 지연 시간에서 제거될 수 있으며, 그렇지 않으면 상기 작동 조건이 결과를 왜곡시킬 수도 있을 것이다. 이 경우, 적용 가능한 지연 시간은 공기 공급 채널 내 기하학적 조건에 맞춰질 수 있다.
EGR 밸브는 목적한 대로 산소 센서의 출력 신호들 및 작동점 매개변수의 검출을 위해 소정의 시간에 그리고/또는 내연기관의 특정 작동 상태에 도달 시 닫히는 것이 유리하다. 그러므로 운전자의 토크 요구에 의존적인 코스팅 모드에서뿐만 아니라 에러 영향의 감소라는 관점에서 특히 유리한 작동 단계들의 경우에도, 또는 추가 작동점 매개변수가 기록되어야 하는 경우, 작동점들이 필요한 적응 상황에 맞추어 능동적으로 조정될 수 있다.
앞서 설명한 방법 변형예에서는, 측정하려는 물리적 변수에 기초하여 센서 신호를 기술하는 센서 특성 곡선은 람다값, 람다의 역수값 또는 산소 농도와 연관된 다른 변수의 함수로서 표현된다. 그러므로 다양한 센서 유형, 예를 들어 광대역 람다 프로브 또는 NOx-센서가 산소 센서로서 이용될 수 있다.
한 바람직한 방법 변형예에서는, 산소 센서의 압력 의존도가 식,
Figure pat00006
에 따른 보정 계수(F(p))로 표현되는 것이 바람직한 것으로 판명되었으며, 상기 식에서 p는 측정되거나 모델로부터 도출되는 압력이고, p0는 규정된 공칭 압력으로서, 이에 대해 센서 특성 곡선이 정의되며, k는 보정값이다. 만약 산소 센서가 압력 p = p0에서 작동되면, 계수는 값 1을 취한다. 보정값(k)을 이용하여 보정 계수(F(p))가 매개변수화될 수 있다.
앞서 변형예에서 이미 설명한 것처럼 상기 방법의 바람직한 사용은 산소 센서의 센서 신호로부터 산소 농도, 람다값 또는 이와 연관된 변수의 계산을 제공함에 따라, 내연기관에서 최적의 람다 제어 및 유해 물질 배출의 감소가 보장될 수 있다. 이때 상기 사용이 차량의 내연기관에 국한되지는 않는다.
본원에 따른 장치에 관한 과제는, 산소 센서가 엔진 제어 장치와 연결되고, 상기 방법의 기능이 앞서 변형예에서 설명한 것처럼 엔진 제어 장치에서 구현되며, 상기 엔진 제어 장치가 출력 신호들 및 작동점 매개변수들의 저장을 위한 대응 저장 유닛 및 센서 거동의 하나 또는 복수의 특성값에 대한 보정값을 결정하기 위한 계산 유닛들을 포함함으로써 해결된다. 이 경우 상기 기능은 소프트웨어로서 실행될 수 있으며, 이는 업데이트 시 장점들을 수반한다. 따라서 특히 차량 내 내연기관의 작동과 관련하여 입법부가 정한 OBD가 보장될 수 있다.
그럼으로써, 완전히 다른 환경 조건에도 불구하고, 일반적으로 내연기관의 배기가스 채널 내에 설치되는 상용 광대역 람다 프로브 또는 NOx 센서가 산소 센서로서 내연기관의 공기 공급 채널 내에 설치되어 작동될 수 있다.
하기에서는 도면에 도시된 실시예들을 참고로 본 발명을 상술한다.
도 1은 본 발명에 따른 방법이 적용될 수 있는 기술적 환경의 개략도이다.
도 1은 본 발명이 이용될 수 있는 기술 환경에 대한 예의 개략도로서, 상당히 간략하게 도시되어 있다. 도시된 내연기관(10)은 연료 공급 시스템(11)과, 공급 공기 흐름(21)이 안내되는 공기 공급 채널(20)과, 내연기관(10)의 배기가스 흐름(32)이 안내되는 배기가스 채널(30)을 포함하는 디젤 엔진이다.
공기 공급 채널(20)을 따라서, 공급 공기 흐름(21)의 유동 방향으로 터보차저(22)의 압축단(23) 및 스로틀 밸브(24)가 배치되어 있다. EGR 장치(25)는 EGR 밸브(26)에 의해 공기 공급 채널(20)과 배기가스 채널(30)을 연결한다. 그외에도 공기 공급 채널(20) 내에 산소 센서(27)가 배치되며, 이 산소 센서는 예를 들어 광대역 람다 프로브로서 또는 NOx-센서로서 형성될 수 있다.
배기가스 흐름(32)의 유동 방향으로 내연기관(10) 다음에 터보차저(22)의 배기가스 터빈(31)과, 배기가스 후처리 시스템(40)의 구성요소로서 제1 배기가스 프로브(43)와, 디젤 산화 촉매 컨버터 형태의 산화 촉매 컨버터(41)와, 제2 배기가스 프로브(44)와, 디젤 입자 필터 형태의 입자 필터(42)가 도시되어 있다. 배기가스 프로브(43, 44)는 람다 프로브로서 구현될 수 있다.
공기 공급 채널(20)을 통해 내연기관(10)에 외부 공기가 공급된다. 이 경우 외부 공기는 터보차저(22)의 압축단(23)에 의해 압축되며, 상기 압축단은 배기가스 터빈(31)을 통해 배기가스 흐름(32)에 의해 구동된다. 스로틀 밸브(24)를 통해 공기 공급량이 조정될 수 있다. 유해 물질 저감을 위해, 배기가스 채널(30)로부터 내연기관(10)의 작동 매개변수에 따른 배기가스량이 EGR 장치(25)에 의해 공급 공기 흐름(21)에 혼합된다. 이 경우 배기가스 재순환율은 EGR 밸브(26)에 의해 조정될 수 있다.
예시적으로 도시된 배기가스 후처리 시스템(40)에서는 내연기관(10)이 배출하는 유해 물질이 변환 또는 여과된다. 그럼으로써 산화 촉매 컨버터(41)에서 탄화수소 및 일산화탄소가 산화되며, 입자 필터(42)는 매연 입자를 억류한다. 또한, 배기가스 후처리 시스템(40)을 위한 다른 장치들 또는 다른 유형의 내연기관(10)도 생각해 볼 수 있다.
내연기관(10) 및 배기가스 후처리 시스템(40)의 작동을 위해, 이에 필요한 폐루프 및 개루프 제어 기능들이 엔진 제어 장치(50)에 통합되어 있다. 이를 위해 산소 센서(27)의 신호들 및 배기가스 프로브(43, 44)의 신호들은 엔진 제어 장치(50)에 공급된다. 상기 신호들에 상응하게, 그리고 다른 데이터들의 고려하에, 도시된 예에서는 스로틀 밸브(24), 연료 공급 시스템(11) 및 EGR 밸브(26)가 제어된다.
산소 센서(27)의 출력 신호에서 온도 의존도 및 압력 의존도를 보상하기 위해, 본 발명에 따른 방법에서는 EGR 밸브(26)가 닫혀있는 경우 내연기관(10)의 하나 또는 복수의 작동점에서 산소 센서(27)의 출력 신호들 및 그외 작동점 매개변수들이 검출되어 저장되고, 이로부터 가스 조성이 청정 공기의 조성에 상응한다는 가정하에 산소 센서(27)의 변수들의 적응치가 도출된다.
이 경우 상기 방법은, EGR 밸브(26)가 닫혀 있을 때 공기 공급 채널(20) 내 산소 센서(27)가 청정 공기에 노출되는 점을 이용한다. 그러므로 배기가스 채널(30) 내 상황과 달리, 산소 센서가 청정 공기의 안정적이면서 상대적으로 큰 흐름에 노출되는 작동점들이 자주 나타난다. 또한, 상기 작동점들은 필요한 적응 상황에 맞추어 능동적으로 조정될 수 있다. 그에 반해 배기가스 채널(30) 내 프로브, 예를 들어 위에서 언급한 배기가스 프로브(43, 44)는 코스팅 모드 동안에만, 즉 운전자의 토크 요구에 따라서 청정 공기에 노출된다.
상기 방법은, 선험적으로 그 범위만 알고 있을 뿐 정확한 값은 알지 못하는, 센서 표본에 의존적인 하기의 센서 특성에 대한 보정값들을 실시예에 따라 독립적으로 또는 조합하여 적응시킨다.
Figure pat00007
특성 곡선 구배
Figure pat00008
온도 의존도
Figure pat00009
압력 의존도
또한 상기 방법은, 측정하려는 물리적 변수 람다 또는 산소 농도의 정확한 신호를 얻기 위해, 적응된 보정값들을 센서 신호에 적용하는 것을 포함한다.
적응 절차는 바람직한 방법 변형예에서 하기의 하부 단계들을 포함한다.
1. 보정값들의 정의 및 상기 보정값들을 센서 신호에 적용할 수 있도록 하는 데 사용되는 함수 관계의 설정.
2. 복수의 작동점에서 측정값들의 기록
3. 적응된 보정값들을 검출하기 위한 적응 절차의 실행
단계 1에서는 보정값들이 설정된다. 한 바람직한 방법 변형예에서는 하기의 보정값들이 설정된다.
Figure pat00010
특성 곡선 구배에 대한 값(F_KL)
Figure pat00011
온도 의존도에 대한 다항식(P_T(T))
Figure pat00012
압력 의존도에 대한 값(k)
이들은 하기의 보정 함수에 따라 센서 신호에 적용된다.
Figure pat00013
상기 식에서
S_roh는 보정되지 않은 센서 신호이며,
S_korr는 보정된 센서 신호이고,
p는 센서의 설치 위치에서 압력이며,
p0는 규정된 센서 특성 곡선에 대한 압력이고,
T는 센서 온도이다.
단계 2에서는 EGR 밸브(26)가 닫혀 있을 때 복수의 작동점에서의 값들(S_roh, p 및 T)이 기록된다. 상기 기록은, 산소 센서(27)의 설치 위치를 청정 공기가 지나가는 점을 보장하기 위해, EGR 밸브(26)가 닫힌 후 소정의 대기 시간이 지나야 비로소 시작된다. 또한, 상기 값들은 노이즈 제거를 위해 적절한 방식으로, 예를 들어 저역 통과 필터를 통해 또는 소정의 시간에 걸친 평균값 계산을 통해 여과될 수 있다. 만약 산소 센서(27)의 설치 위치 근처에서 압력 및/또는 온도 센서가 이용되지 못한다면, 압력(p) 및/또는 온도(T)에 대한 값들을 위해 모델링 기법의 출력값들이 이용될 수 있다. 그러나 일반적으로 온도(T)는 산소 센서(27)의 내부 저항으로부터 결정될 수 있다. 그러므로 일련의 값-트리플(S_roh, p, T)이 획득된다.
위에서 설명한 보정값들(F_KL, P_T(T) 및 k)은 단계 3에서 적응 방법에 의해 검출된다. 이는 하기의 식을 기초로 이루어진다.
Figure pat00014
상기 식에서 값(S_roh)은 청정 공기에 대한 규정 센서 특성 곡선의 값이다.
일반적으로 값-트리플(S_roh, p, T)의 측정은 예를 들어 측정 동안의 환경 조건들의 변화, 압력 측정 또는 온도 측정 내지는 그 모델링의 부정확성, 공기의 탄화수소-오염 등으로 인한 다양한 장애 요인들과 만난다. 그러므로 단계 2로부터 가능한 한 많은 값-트리플의 기록을 통해 F_KL, P_T(T) 및 k에 대한 과잉 결정된 연립 방정식을 산출하여 이를 적절한 회귀 분석 방법에 따라 해결하는 것이 유용하다. 이러한 방법은 예를 들어 최소 자승 오차법이거나, 상기 문헌에 기술된 다른 방법일 수 있다.
그러한 적응 방법이 온라인으로 실행되고, 새로 기록된 값-트리플로 갱신됨으로써, 요구된 보정값들에 대한 적응 방법이 도출된다.

Claims (13)

  1. 내연기관(10)의 공기 공급 채널(20) 내 산소 센서(27)의 신호 평가 방법으로서, 공기 공급 채널(20)이 하나 이상의 EGR 밸브(26)를 가지는 EGR 장치(25)에 의해 내연기관(10)의 배기가스 채널(30)과 연결되며, 산소 센서(27)는 공기 공급 채널(20)에서 배기가스 재순환 도입부의 하류에 배치되며, 센서 신호는, 산소 농도 또는 이와 연관된 변수 또는 그외 물리적 변수들에 대한 센서 신호의 의존도를 나타내는 하나의 특성값 또는 복수의 특성값에 기초하여 보정되는, 신호 평가 방법에 있어서,
    EGR 밸브(26)가 닫혀있는 경우 내연기관(10)의 하나 또는 복수의 작동점에서 산소 센서(27)의 출력 신호들 및 그외 작동점 매개변수들이 검출되어 저장되고, 이로부터 가스 조성이 청정 공기의 조성에 상응한다는 가정하에 산소 센서(27)의 특성값들의 적응치가 도출되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 공기 공급 채널 내 산소 센서의 신호 평가 방법.
  2. 제1항에 있어서, 특성값들을 통해 센서 신호에 미치는 영향을 나타내는 그외 물리적 변수는 센서의 위치에서의 압력(p) 또는 센서 온도(T)인 것을 특징으로 하는, 내연기관의 공기 공급 채널 내 산소 센서의 신호 평가 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 산소 센서(27)의 출력 신호들 및 그외 작동점 매개변수로부터 산소 농도에 따른 센서 특성 곡선의 특성 곡선 구배(F_KL)를 위한 보정값들, 온도 의존도를 나타내는 다항식(P_T(T))에 대한 계수, 압력(p)에 대한 센서 신호의 의존도를 나타내는 압력(p) 보정값(k), 또는 앞서 언급한 보정항들의 임의의 조합이 계산되고, 이들을 이용하여 산소 센서(27)의 출력 신호가 보정 함수에 의해 보정될 수 있는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 공기 공급 채널 내 산소 센서의 신호 평가 방법.
  4. 제3항에 있어서, 보정항들은 과잉 결정된 연립 방정식, 잔여 편차의 최소화를 위한 최적화 방법, 회귀 분석 방법 또는 회귀 최소 자승법에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 공기 공급 채널 내 산소 센서의 신호 평가 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 작동점 매개변수들의 검출 및 저장을 위해 센서 설치 위치 또는 그 근처에서의 압력(p) 및 온도(T)가 측정되거나 모델에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 공기 공급 채널 내 산소 센서의 신호 평가 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 센서 신호 또는 작동점 매개변수들이 시간에 따라 필터링되거나, 각각 미리 정할 수 있는 수의 측정값들에 대한 평균값이 산출되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 공기 공급 채널 내 산소 센서의 신호 평가 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 산소 센서(27)의 출력 신호 및 작동점 매개변수의 검출은 EGR 밸브(26)가 닫힌 후 적용가능한 지연 시간의 경과 후에 비로소 실시되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 공기 공급 채널 내 산소 센서의 신호 평가 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, EGR 밸브(26)는 산소 센서(27)의 출력 신호 및 작동점 매개변수의 검출을 위해 소정의 시간에 또는 내연기관(10)의 특정 작동 상태에 도달 시 닫히는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 공기 공급 채널 내 산소 센서의 신호 평가 방법.
  9. 제3항에 있어서, 센서 특성 곡선의 산소 농도 의존도는 람다값, 이의 역수값 또는 산소 농도와 연관있는 다른 변수에 기초하여 설명되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 공기 공급 채널 내 산소 센서의 신호 평가 방법.
  10. 제3항에 있어서, 산소 센서(27)의 압력 의존도는
    Figure pat00015
    에 따른 보정 계수(F(p))로써 설명되고, p는 측정되거나 모델에서 도출된 압력이며, p0는 규정된 공칭 압력으로서, 이에 대해 센서 특성 곡선이 정의되며, k는 보정값인 것을 특징으로 하는, 내연기관의 공기 공급 채널 내 산소 센서의 신호 평가 방법.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 방법은 산소 센서(27)의 센서 신호로부터 산소 농도, 람다값 또는 이와 연관된 변수를 계산하는 데 사용되는, 내연기관의 공기 공급 채널 내 산소 센서의 신호 평가 방법.
  12. 내연기관(10)의 공기 공급 채널(20) 내 산소 센서(27)의 신호 평가 장치로서, 공기 공급 채널(20)은 하나 이상의 EGR 밸브(26)를 가지는 EGR 장치(25)에 의해 내연기관(10)의 배기가스 채널(30)과 연결되며, 산소 센서(27)는 공기 공급 채널(20) 내에서 배기가스 재순환 도입부의 하류에 배치되며, 산소 센서(27)의 하나의 특성값 또는 복수의 특성값이 적응될 수 있는, 내연기관의 공기 공급 채널 내 산소 센서의 신호 평가 장치에 있어서,
    제1항 또는 제2항에 따른 방법의 기능은 엔진 제어 장치(50)에서 실행되고, 상기 엔진 제어 장치는 출력 신호들 및 작동점 매개변수들의 저장을 위한 대응 저장 유닛과, 센서 거동의 하나 이상의 특성값에 대한 보정값을 결정하기 위한 계산 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 공기 공급 채널 내 산소 센서의 신호 평가 장치.
  13. 제12항에 있어서, 산소 센서(27)는 광대역 람다 프로브로서 또는 NOx-센서로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 내연기관의 공기 공급 채널 내 산소 센서의 신호 평가 장치.
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