KR101176252B1 - 배기 가스 흐름 내에 배치된 촉매 컨버터 진단 방법 및상기 방법을 실행하기 위한 장치 - Google Patents

배기 가스 흐름 내에 배치된 촉매 컨버터 진단 방법 및상기 방법을 실행하기 위한 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배기 가스 흐름(ms_abg) 내에 배치된 촉매 컨버터(15, 16, 17)를 진단하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이며, 이는 촉매 컨버터(15, 16, 17)의 흡습 특성의 평가에 기초한다.
배기 가스 흐름, 촉매 컨버터, 온도 플래토, 특성 변수, 제어 장치

Description

배기 가스 흐름 내에 배치된 촉매 컨버터 진단 방법 및 상기 방법을 실행하기 위한 장치{METHOD FOR THE DIAGNOSIS OF A CATALYTIC CONVERTER LOCATED IN AN EXHAUST GAS FLOW, AND DEVICE FOR CARRYING OUT SAID METHOD}
본 발명은 특허 청구 범위 독립항의 개념에 따른, 배기 가스 흐름 내에 배치된 촉매 컨버터의 진단 방법 및, 상기 방법을 실행하기 위한 장치에 관한 것이다.
독일 공보 제DE 44 26 020 A1호에는, 촉매 컨버터 내에서 경우에 따라 발생하는 발열 반응에 의해서 영향을 받는 적어도 하나의 온도 평가에 기초한, 배기 가스 흐름 내에 배치된 촉매 컨버터의 진단 방법이 공지되어 있다. 공지된 촉매 컨버터 진단은 2개의 온도 신호를 토대로 실행된다. 유동 하류측 촉매 컨버터 후방에 배치된 온도 센서가 제1 온도 신호를 제공한다. 제2 온도 신호는 촉매 컨버터의 온도 모델에 의해서 주어진다. 2개의 온도 신호는, 그 배기 가스 영역 내에 촉매 컨버터가 배치된 엔진의 사전 설정된 작동 상태일 때 서로 조정된다. 온도 모델에 의해서 주어진 온도는 기능상 완전한 촉매 컨버터와, 기능상 불완전한 촉매 컨버터, 또는 소위 한계 촉매 컨버터에 기초해서 형성될 수 있으며, 한계 촉매 컨버터는 이들 사이에서 극단에 위치하면서 법적인 요구 조건을 그런대로 충족하는 변환 능력을 갖는다.
독일 공보 제DE 197 51 58 A1호에는, 배기 가스 내의 산소 농도에 대한 적어도 하나의 수치의 평가에 기초한, 배기 가스 흐름 내에 배치된 촉매 컨버터의 진단 방법이 공지되어 있다. 유동 하류측 촉매 컨버터 후방에 배치된 람다 센서가 산소 농도에 대한 제1 수치를 제공한다. 촉매 컨버터 후방의 유동 하류측 산소 농도에 대한 제2 수치는 촉매 컨버터 모델에 의해서 얻어진다. 측정된 수치와 계산된 수치 사이의 차이에 대한 수치가 평가된다. 촉매 컨버터 진단은 촉매 컨버터의 산소 저장 능력의 평가에 기초하며, 이로부터는 새로운 촉매 컨버터가 노후화된 촉매 컨버터보다 더 높은 저장 능력을 갖는 것이 전제된다. 공지된 방법에 의해 특히, 측정된 람다 신호의 진폭이 평가되며, 상기 진폭은 유동 상류측 촉매 컨버터 전방에서 사전 설정된 람다 변동으로 인해 유동 하류측 촉매 컨버터 후방에서 발생한다.
독일 공보 제DE 41 28 823 A1호에는, 배기 가스 내의 산소 농도에 대한 적어도 하나의 수치의 평가에 기초한, 배기 가스 흐름 내에 배치된 촉매 컨버터를 진단하기 위한 다른 방법이 공지되어 있다. 촉매 컨버터 진단은 촉매 컨버터의 산소 저장 능력의 검출에 기초한다. 산소 저장 능력은, 그 배기 가스 영역 내에 촉매 컨버터가 배치된 엔진에 의해서 흡입된 공기 유동 및 유동 상류측 촉매 컨버터 전방의 배기 가스 람다를 고려하는 적분에 의해서 검출된다. 이러한 적분은, 예컨대 의도한 대로 사전 설정될 수 있는 람다 변동이 유동 상류측 촉매 컨버터 전방에서 발생할 때 시작된다. 상기 적분은, 유동 하류측 촉매 컨버터 후방에 배치된 람다 센서가, 람다 변동으로 인해서 유동 상류측 촉매 컨버터 전방에서 발생한 배기 가스 람다의 변동을 검출할 때 종료된다.
배기 가스 흐름 내에 배치된 촉매 컨버터의 진단을 위한 다른 가능성은, 제거된 적어도 하나의 배기 가스 성분을 직접적으로 측정하고 평가하는 것이다. 상응하는 방법은 독일 공보 제DE 199 63 901 A1호에 설명되어 있다. 유동 하류측 NOx 저장 촉매 컨버터 후방에 배치된 NOx 감지 센서는 유동 하류측 NOx 저장 촉매 컨버터 후방의 NOx 농도에 대한 수치를 제공하며, 상기 수치는 NOx 저장 촉매 컨버터의 진단을 위해 직접적으로 사용된다.
독일 공보 제DE 43 38 342 A1호에는, 배기 가스 온도에 대한 수치 및/또는 배기 가스 센서 온도 및/또는 촉매 컨버터 온도를 시뮬레이션하기 위한 방법이 공지되어 있으며, 여기서는 엔진의 작동 특성 변수 외에 적어도 하나의 유체 신호가 고려되며, 상기 유체 신호로써 엔진의 배기 가스 영역 및/또는 촉매 컨버터 내의 유체의 발생이 예상된다. 온도에 대한 수치를 시뮬레이션할 경우, 유체의 증발이 고려된다. 언급한 방법은 예컨대 배기 가스 영역 내에 배치된 센서의 전기 가열을 제어하기 위해 사용될 수 있으며, 이 경우 가열과 동시에, 센서 표면 상에 유체가 침전되면 센서가 파손될 위험이 있다.
일반적으로 유체는 이슬점 아래에 있을 때 표면 상에 응축되는 물이다. 엔진의 배기 가스 영역 내의 조건들로 인해서, 물에 대한 이슬점 온도는 주변 공기에서보다 낮다. 이러한 편차는 한편으로, 배기 가스 내의 수증기 농도가 주변 공기에서보다 낮기 때문이며, 다른 한편으로는 일반적으로 엔진의 배기 가스 영역 내의 배기 가스 압력이 주변 공기압보다 높기 때문이다.
독일 공보 제DE 100 65 125 A1호에는 앞서 언급한 독일 공보 제DE 43 38 342 A1호에 설명된 방식의 변형예가 공지되어 있으며, 여기서는 유체 증발의 영향 외에 추가로 배기 가스 유동에 의한, 응축된 유체의 배출이 고려된다.
마지막으로, 독일 공보 제DE 10 2005 041 661호(미공개)에는 엔진의 배기 가스 영역 내에 배치된 세라믹 센서의 가열 소자를 작동하기 위한 방법이 설명되어 있으며, 엔진이 배기 가스 영역 내에 유체가 존재하는 것으로 예상되지 않는 작동 상태에 있을 때에만 가열 소자가 작동된다. 일정 시간 동안 가산되고 배기 가스 유동에 의해서 보유된 열 흐름이 사전 설정된 임계값을 초과할 때, 이와 같은 특정 작동 상태의 존재가 추론된다.
본 발명의 목적은, 간단하게 구현되며 확실한 진단을 가능하게 하는, 배기 가스 흐름(exhaust gas flow) 내에 배치된 촉매 컨버터를 진단하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 독립항에 제시된 특징들에 의해 달성된다.
배기 가스 흐름 내에 배치된 촉매 컨버터를 진단하기 위한, 본 발명에 따른 방법은 촉매 컨버터의 흡습 특성의 평가에 기초한다.
노출된 수막 표면에서는 물의 증발 시 극복되어야 하는 물 분자 사이의 힘만 발생하는 반면, 촉매 컨버터 내에서는 촉매 컨버터의 내부 표면과 상기 표면 상에 응축된 수막의 물 분자 사이의 상호 작용도 분명히 하나의 역할을 하는데, 이는 추가로 발생하거나, 또는 물 분자 사이의 힘보다 더 강할 수 있다. 따라서 흡습 특성은, 촉매 컨버터의 내부 표면과 상기 표면에 위치한 물 사이의 상호 작용의 모든 유형으로서 이해된다. 물은 이하에서 수막이라 지칭된다.
촉매 컨버터의 흡습 특성은 촉매 컨버터의 활성에 비례하게 제공될 수 있는 촉매 컨버터 표면과 연관된다. 따라서 배기 가스 흐름 내에 배치된 촉매 컨버터를 진단하기 위한 본 발명에 따른 방법은 간접적으로, 촉매 컨버터의 품질에 대한 수치로서 사용될 수 있는, 활성 촉매 컨버터 표면에 대한 수치의 검출 또는 평가에 기초한다.
본 발명에 따른 방식의 바람직한 변형예와 실시예들은 종속항들에 제시된다.
촉매 컨버터의 흡습 특성을 평가하기 위한 실시예는 우선 촉매 컨버터 온도에 대한 수치의 측정을 제공한다. 또한 경우에 따라 촉매 컨버터 내에 존재하는 수막의 증발 중에 발생하는, 측정된 온도 플래토(plateau)의 특성 변수가 평가된다.
수막 증발 과정은, 배기 가스를 통해 유입된 에너지로부터 제공되는 에너지를 필요로 한다. 따라서 온도 플래토는 수막이 증발될 때까지 형성된다.
온도 플래토의 특성 변수로는, 바람직하게 플래토 온도 자체가 사용된다. 양호한 촉매 컨버터의 경우 불량한 촉매 컨버터에서보다 더 높은 플래토 온도가 발생한다는 사실을 실험을 통해 밝힐 수 있었다. 대안적으로 또는 추가로 온도 플래토의 지속 시간이 고려될 수 있다. 특히 유동 상류측 촉매 컨버터 전방의 배기 가스 온도 및/또는 촉매 컨버터를 통해서 흐르는 배기 가스 흐름이 온도 플래토 중에 공차 범위 내에 위치할 때, 온도 플래토의 지속 시간은 마찬가지로 촉매 컨버터의 진단을 위해 사용될 수 있으며, 더 개선된 촉매 컨버터에는, 짧은 지속 시간 보다 긴 지속 시간이 관련된다.
바람직하게 공차 범위는, 그 배기 가스 영역 내에 촉매 컨버터가 배치된 엔진의, 온도 플래토 측정 시작 시의 온도 및/또는 배기 가스 흐름 및/또는 배기 가스 온도에 따라 정해진다.
이미 언급한 바와 같이, 촉매 컨버터는 예컨대 엔진의 배기 가스 흐름 내에 배치된다. 엔진의 저온 시동 후 및/또는 엔진의 오버런 연료 차단 후 및/또는 엔진이 정지한 다음 재시동된 후에 촉매 컨버터 진단이 제공될 수 있다. 엔진의 이러한 작동 상태에서는, 응축된 수막 발생을 야기하는 배기 가스 영역 내 수증기의 이슬점 미달이 사전에 예측되었으므로, 온도 플래토가 발생할 것으로 가정될 수 있다.
온도 플래토의 발생에 의해서는, 촉매 컨버터 온도가 플래토 온도에 대한 기대 온도 이하로 감소한 후 온도 플래토의 측정이 언제 실시되는지를 어떠한 경우에도 예상할 수 있다. 엔진이 계속 작동되는 한, 온도 플래토가 다시 발생한다고 가정할 수 있다. 상기 실시예의 한 개선예에 따라, 기대 온도가 진단 결과에 따라 적응된다. 앞서 양호한 것으로 평가된 촉매 컨버터의 경우, 불량한 것으로 평가된 촉매 컨버터에서보다 플래토 온도에 대해 더 높은 기대 온도가 제공될 수 있다.
배기 가스 흐름 내에 배치된 촉매 컨버터의 진단을 위한 본 발명에 따른 장치는 우선, 특별히 상기 방법의 실행을 위해 설치된 제어 장치에 관한 것이다. 바람직하게 제어 장치는, 방법 단계들이 컴퓨터 프로그램으로서 저장되어 있는 적어도 하나의 전기 메모리를 포함한다.
본 발명에 따른 방식의 바람직한 다른 변형예와 실시예들은 추가의 종속항들과 이하의 상세한 설명에 제시된다.
도1은 배기 가스 흐름 내에 배치된 촉매 컨버터의 진단을 위한 본 발명에 따른 방법이 실행되는 기술적인 환경을 도시한 도면이다.
도2a, 도2b는 시간에 따른 촉매 컨버터 온도를 도시한 그래프이다.
도1에는 엔진의 흡기 영역(11) 내에 공기 측정부(12)가 배치되고 엔진의 배기 가스 영역(13) 내에는 배기 가스 온도 센서(14) 및 촉매 컨버터(15)가 배치된 엔진(10)이 도시된다. 촉매 컨버터(15)는 제1 촉매 컨버터 부분 영역(16)과 제2 촉매 컨버터 부분 영역(17)으로 분할된다. 엔진(10)은 엔진 온도(te_mot)를 갖는다.
촉매 컨버터(15)는 촉매 컨버터 온도(te_Kat)를 갖는다. 제1 촉매 컨버터 온도 센서(18)는 제1 촉매 컨버터 부분 영역(16)의 온도를, 제2 촉매 컨버터 온도 센서(19)는 제2 촉매 컨버터 부분 영역(17)의 온도를 측정한다.
배기 가스 영역(13)에서는 배기 가스 흐름(ms_abg)과, 유동 상류측 촉매 컨버터(15) 전방으로 배기 가스 온도(te_abg)가 발생한다.
엔진(10)에는 엔진 온도 센서(20)와 연료 계량 공급부(21)가 할당된다.
공기 측정부(12)는 공기 신호(ms_L)를, 엔진(10)은 회전수(n)를, 엔진 온도 센서(20)는 엔진 온도 측정 신호(te_mot_mess)를, 배기 가스 온도 센서(14)는 배기 가스 온도 측정 신호(te_abg_mess)를, 제1 촉매 컨버터 온도 센서(18)는 제1 촉매 컨버터 온도 측정 신호(te_Kat1_mess)를, 제2 촉매 컨버터 온도 센서(19)는 제2 촉매 컨버터 온도 측정 신호(te_Kat2_mess)를 제어 장치(30)에 제공한다. 제어 장치(30)는 연료 계량 공급부(21)에 연료 신호(m_K)를 제공한다.
제어 장치(30)는, 공기 신호(ms_L), 회전수(n) 및 토크 설정값(Md_Soll)을 제공 받으며, 연료 신호(m_K), 배기 가스 흐름(ms_abg)에 대해 계산된 수치(ms_abg_mod) 및 배기 가스 온도(te_abg)에 대해 계산된 수치(te_abg_mod)를 제공하는 연료 신호 결정부(31)를 포함한다.
또한 제어 장치(30)는, 엔진 시동 신호(St), 오버런 연료 차단 신호(S_A) 및 제1 내지 제4 인에이블 신호(F1 - F4)를 제공받으며, 온도 플래토 측정부(33)에 제공되는 진단 인에이블 신호(D_F)를 검출하는 진단 인에이블부(32)를 포함한다.
엔진 온도(te_mot) 및 엔진 온도 비교 신호(S1)가 제공되는 제1 비교기(34)가 제1 인에이블 신호(F1)를 제공한다. 배기 가스 흐름(ms_abg) 및 배기 가스 흐름 비교 신호(S2)가 제공되는 제2 비교기(35)가 제2 인에이블 신호(F2)를 제공한다. 배기 가스 온도(te_abg) 및 배기 가스 온도 비교 신호(S3)가 제공되는 제3 비교기(36)가 제3 인에이블 신호(F3)를 제공한다. 촉매 컨버터 온도(te_Kat) 및 플래토 온도 기대값(te_P_E)이 제공되는 제4 비교기(37)가 제4 인에이블 신호(F4)를 제공한다. 제1 내지 제3 비교 신호(S1 - S3)는 진단 인에이블부(32)에 의해서 제공된다.
온도 플래토 측정부(33)는 진단 인에이블 신호(D_F) 외에, 제1 촉매 컨버터 온도 측정 신호(te_Kat1_mess)와 제2 촉매 컨버터 온도 측정 신호(te_Kat2_mess)를 제공받는다. 온도 플래토 측정부(33)는 진단 인에이블부(32)에 플래토 신호(P)를 송출한다.
온도 플래토 측정부(33)는 플래토 온도 비교기(38)에 플래토 온도(te_P)를, 플래토 지속 시간 비교기(39)에는 플래토 지속 시간(ti_P)을 제공한다.
또한 플래토 온도 비교기(38)에는 플래토 온도 기준 사전 설정부(40)에 의해 제공된 플래토 온도 기준값(te_P_Ref)이 제공된다. 플래토 온도 비교기(38)는 플래토 온도 진단 신호(te_P_D)를, 플래토 기대값 결정부(41) 및 진단 검출부(42)에 제공한다.
또한 플래토 온도 비교기(39)에는 플래토 지속 시간 기준 사전 설정부(43)에 의해 제공된 플래토 지속 시간 기준값(ti_P_Ref)이 제공된다. 플래토 지속 시간 비교기(39)는 플래토 지속 시간 진단 신호(ti_P_D)를, 진단 검출부(42)에 제공한다.
진단 검출부(42)는 진단 결과(D_E)를 출력한다.
플래토 기대값 결정부(41)는 플래토 온도 기대값(te_P_E)을 검출한다.
도2a에는 시간(t)에 따른 촉매 컨버터 온도(te_Kat)가 도시된다. 제1 시점(ti1)에서, 온도 시작값(te_S)으로 시작하는 제1 및 제2 촉매 컨버터 온도 측정 신호(te_Kat1_mess, te_Kat2_mess)가 도시된다.
2개의 촉매 컨버터 온도 측정 신호(te_Kat1_mess, te_Kat2_mess)는, 예컨대 55℃에 위치한 플래토 온도(te_P)가 발생하는 온도 플래토(P1, P2)를 포함한다. 온도 플래토(P1, P2)는 각각 하나의 플래토 지속 시간(ti_P)을 갖는다.
제1 촉매 컨버터 온도 측정 신호(te_Kat1_mess)의 제1 온도 플래토(P1)는 제2 시점(ti2)에 시작해서 제4 시점(ti4)에 종료되는 제1 플래토 지속 시간(ti_P1)을 포함한다. 제2 촉매 컨버터 온도 측정 신호(te_Kat2_mess)의 제2 온도 플래토(P2)는 제3 시점(ti3)에 시작해서 제5 시점(ti5)에 종료되는 제2 플래토 지속 시간(ti_P2)을 포함한다.
도2b에는 마찬가지로 시간(t)에 따른 촉매 컨버터 온도(te_Kat)가 도시된다. 2개의 촉매 컨버터 온도 측정 신호(te_Kat1_mess, te_Kat2_mess)는 각각 하나의 온도 플래토(P1, P2)를 포함하며, 플래토 온도(te_P)는 예컨대 90℃에 위치한다.
본 발명에 따라 다음과 같이 실행된다.
연료 신호 결정부(31)는 예컨대 공기 신호(ms_L) 및/또는 회전수(n) 및/또는 토크 설정값(Md_Soll)에 따라 연료 신호(m_K)를 결정한다. 토크 설정값(Md_Soll)은 엔진(10)이 구동 엔진으로서 사용된, 자세히 도시되지 않은 차량의 마찬가지로 자세히 도시되지 않은 가속 페달에 의해서 제공된다. 연료 신호(m_K)는 예컨대 엔진(10)의 개별 실린더 내에 분사된 연료량과 분사 시점을 결정한다.
또한 연료 신호 검출부(31)는 제공된 신호에 의해서, 배기 가스 흐름(ms_abg)에 대해서 계산된 수치(ms_abg_mod)와 배기 가스 온도(te_abg)에 대해서 계산된 수치(te_abg_mod)를 유동 상류측으로 촉매 컨버터(15) 전방에서 검출할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 배기 가스 온도(te_abg)는 배기 가스 온도 측정 신호(te_abg_mess)를 제공하는 배기 가스 온도 센서(14)에 의해서 측정될 수 있다.
본 발명에 따라, 도시된 실시예에서 적어도 2개의 촉매 컨버터 부분 영역(16, 17)으로 분할되는 촉매 컨버터(15)의 진단이 제공된다. 진단을 실행하기 위해서는, 촉매 컨버터 온도(te_Kat)의 측정이 요구된다. 적어도 2개의 촉매 컨버터 부분 영역(16, 17)으로의 분할에 의해 이에 상응하게, 제1 촉매 컨버터 온도 측정 신호(te_Kat1_mess) 또는 제2 촉매 컨버터 온도 측정 신호(te_Kat2_mess)를 제공하는 적어도 2개의 촉매 컨버터 온도 센서(18, 19)가 제공된다. 부분 영역(16, 17)으로의 분할이 필수적이지는 않다. 원리적으로, 예컨대 촉매 컨버터(15)의 후방 부분 또는 바람직하게 유동 하류측 촉매 컨버터(15) 후방에 배치되는 단 하나의 촉매 컨버터 온도 센서로 충분하다. 진단될 촉매 컨버터(15)의 촉매 컨버터 온도(te_Kat)에 대한 적어도 하나의 수치인, 측정된 신호의 제공이 중요하다.
본 발명에 따라, 촉매 컨버터 진단은 촉매 컨버터(15)의 흡습 특성의 평가에 기초한다. 흡습 특성은 물리적 효과와는 무관하게, 촉매 컨버터(15)의 내부 표면에 발생하는 수막과 표면 사이의 모든 상호 작용으로 이해된다.
엔진(10)의 작동 중, 배기 가스 영역(13)에서는 항상 수증기의 발생이 고려된다. 수증기는 엔진(10) 내에서 공기 연료 혼합물이 연소할 때 발생한다. 또한 엔진(10)에 의해서 흡입된 주변 공기의 습도로 인해서 수증기가 유입된다. 엔진(10)의 배기 가스 영역(13) 내의 수증기 농도는, 엔진(10)에 의해서 흡입된 공기의 비교적 낮은 습도를 전제로 할 때, 대략 12.5%이다. 배기 가스 내에 포함된 수증기는 배기 가스 수증기 농도와 배기 가스 압력에 따르는 배기 가스 수증기압을 포함한다.
이슬점에 미달하는 경우, 배기 가스 내에 포함된 수증기는 촉매 컨버터(15)를 포함한 배기 가스 영역(13) 내의 냉각된 표면 상에 수막으로서 침전될 수 있다.
이슬점에 미달함으로 인해, 촉매 컨버터(15)의 내부 표면 상에 수막이 제공되면, 수막과 촉매 컨버터 표면 사이의 전환 영역에는 세부적으로는 설명되지 않는 효과가 발생한다. 이러한 효과는 수막의 분자들간의 상호 작용과 특히 촉매 컨버터 표면과의 상호 작용에 기인한다. 이러한 효과는 본원의 범주에서 촉매 컨버터(15)의 흡습 특성으로서 지칭된다. 흡습 특성은 무엇보다 흡착 과정 및/또는 흡수 과정에 의해서 결정된다. 모세관 효과가 제공되는 것도 고려될 수 있다. 수막과 촉매 컨버터(15)의 내부 표면 사이의 표면 장력 및/또는 인력이 하나의 역할을 수행할 수 있다.
촉매 컨버터(15)의 내부 표면상의 수막은 수막 온도에 따르는 수막 증기압을 갖는다. 이하에서는, 촉매 컨버터 온도(te_Kat)가 수막의 온도에 상응하는 것이 가정된다. 수막 증기압으로 인해 수막이 증발하는 반면, 배기 가스 수증기압은 이러한 과정과 반대로 작용한다. 수막 증기압과 배기 가스 수증기압이 동일할 때, 열역학적 평형이 존재한다. 그 후 수막은 증가하지도, 증발하지도 않는다. 배기 가스 수증기 농도가 12.5%이고 공기압에 비해 배기 가스 압력이 증가한 경우, 흡입된 주변 공기가 건조하다면, 수막의 이슬점 온도는 대략 55℃이다. 엔진(10)에 의해서 흡입된 주변 공기의 습도가 비교적 높을 경우, 배기 가스 수증기 농도도 12.5% 이상으로 증가하기 때문에, 온도는 대략 5℃ 만큼 상승한다.
이러한 온도는 수막의 증발 중에도 형성된다. 여기서 플래토 온도(te_P)로서 표현된 온도는 증발 중에 단지 미미하게만 변동한다. 단위 시간당 증발된 수막의 양 또는 응축된 수증기의 양은 수막과 배기 가스 수증기 사이의 증기압 증감에 정비례한다.
도시된 실시예에서 플래토 온도(te_P) 아래에 위치한 시작 온도(te_S)로부터, 예컨대 제2 시점(ti2)에서 엔진(10)의 작동 중 배기 가스 온도(te_abg)의 상승에 의해, 촉매 컨버터(15)의 제1 부분 영역(16)의 제1 온도 플래토(P1)에 도달되며, 도시된 실시예에서 플래토 온도(te_P)는 예컨대 55℃에 위치한다. 유동 하류측 제1 촉매 컨버터 부분 영역(16) 후방에 제2 촉매 컨버터 부분 영역(17)이 공간적으로 배치됨으로써, 제2 촉매 컨버터 부분 영역(17)의 제2 온도 플래토(P2)는 제2 시점(ti2) 이후 제3 시점(ti3)에서야 도달된다. 2개의 촉매 컨버터 부분 영역(16, 17)의 플래토 온도(te_P)는 동일하다.
온도 플래토(P1, P2)가 제공되는지는 온도 플래토 측정부(33)에 의해서 검출된다. 이러한 검출은 예컨대 촉매 컨버터 온도(te_Kat)의 증감의 관찰에 기초한다. 도시된 실시예에서 제1 및 제2 촉매 컨버터 온도 측정 신호(te_Kat1_mess, te_Kat2_mess)는 분리되어 평가된다.
바람직한 실시예에 따라, 온도 플래토 측정부(33)는 진단 인에이블부(32)로부터 제공되는 진단 인에이블 신호(D_F)가 제공될 때에만, 경우에 따라 제공되는 온도 플래토(P1, P2)를 검출한다.
진단 인에이블 신호(D_F)는 엔진(10)의 시작 신호(St)에 좌우될 수 있다. 온도 플래토(P1, P2)는, 엔진(10)의 저온 시동 후 또는 엔진(10)의 재시동 후에 발생할 확률이 높다. 촉매 컨버터(15)를 냉각시킬 수 있는 엔진(10)의 비교적 긴 작동 정지는 특히 주행 작동 중 엔진(10)이 정지되는 하이브리드 차량에 엔진(10)이 설치될 때 발생한다.
또한 진단 인에이블 신호(D_F)는 제1 비교기(34) 내에서 엔진 온도 비교 신호(S1)와 비교되는 엔진 온도(te_mot)에 따를 수 있으며, 비교기는 비교 결과에 따라 제1 인에이블 신호(F1)를 제공한다. 엔진 온도 비교 신호(S1)는 예컨대 진단 인에이블부(32)에 의해서 제공되며, 임계값이거나 공차 범위일 수 있다.
또한 오버런 연료 차단 신호(S_A)가 고려될 수 있다. 오버런 연료 차단 신호(S_A)는, 엔진(10)의 작동 중 연료 공급이 완전히 억제될 때 발생한다. 오버런 연료 차단 신호(S_A)가 발생되는 동안, 배기 가스 영역(13) 내에는 에너지가 제공되지 않으므로, 경우에 따라 이와 동시에 제공되는 배기 가스 영역(13) 내의 높은 공기 유동량으로 인해 촉매 컨버터(15)가 냉각되거나, 적어도 촉매 컨버터 온도(te_Kat)가 상승하지 않는다.
또한 배기 가스 흐름(ms_abg)이 고려될 수 있다. 배기 가스 부피 흐름으로서 또는 바람직하게 배기 가스 질량 흐름으로서 제공될 수 있는 배기 가스 흐름(ms_abg)은 제2 비교기(35)에서 배기 가스 흐름 비교 신호(S2)와 비교된다. 제2 비교기(35)는 비교 결과에 따라 제2 인에이블 신호(F2)를 제공한다. 배기 가스 흐름 비교 신호(S2)는 예컨대 진단 인에이블부(32)에 의해서 제공되며, 임계값이거나 공차 범위일 수 있다.
또한 배기 가스 온도(te_abg)가 고려될 수 있다. 배기 가스 온도(te_abg)의 계산된 수치(te_abg_mod) 또는, 배기 가스 온도 센서(14)로부터 제공된 배기 가스 온도 측정 신호(te_abg_mess)가 사용될 수 있다. 제3 비교기(36)는 배기 가스 온도(te_abg)와 배기 가스 온도 비교 신호(S3)를 비교해서 비교 결과에 따라 제3 인에이블 신호(F3)를 제공한다. 배기 가스 온도 비교 신호(S3)는 예컨대 진단 인에이블부(32)로부터 제공되며, 임계값이거나 공차 범위일 수 있다.
특히 바람직하게 촉매 컨버터 온도(te_Kat)가 고려된다. 도시된 실시예에서, 제4 비교기(37)는 촉매 컨버터 온도(te_Kat)와 플래토 온도 기대값(te_P_E)을 비교한다. 플래토 온도 기대값(te_P_E)은 플래토 기대값 결정부(41)로부터 시작값으로서 또는 선행된 적어도 하나의 진단으로부터 적응된 값으로서 제공된다.
도시된 실시예에서, 온도 플래토 측정부(36)는 플래토 온도(te_P) 및 플래토 지속 시간(ti_P)을 검출한다. 플래토 지속 시간(ti_P)은 제1 촉매 컨버터 부분 영역(16)에 대해서 제1 플래토 지속 시간(ti_P1)으로서, 그리고 제2 촉매 컨버터 부분 영역(17)에 대해서는 제2 플래토 지속 시간(ti_P2)으로서 별도로 검출되어 제공된다.
도시된 실시예에서, 제1 플래토 지속 시간(ti_P1)이 제2 시점(ti2), 예컨대 20초일 때 시작하고, 제4 시점(ti4), 예컨대 40초일 때 종료되는 것으로 가정된다. 또한 도시된 실시예에서, 제2 플래토 지속 시간(ti_P2)이 제3 시점(ti3), 예컨대 25초일 때 시작하고, 제5 시점(ti5), 예컨대 60초일 때 종료되는 것으로 가정정된다. 2개의 온도 플래토(P1, P2)의 플래토 온도(te_P)가 적어도 거의 동일하다는 점이 중요하다. 도2a의 실시예에 따라 플래토 온도(te_P)는 예컨대 55℃에 위치하며, 도2b에서는 90℃에 위치한다.
플래토 온도 측정부(33)는 진단 인에이블부(32)가 온도 플래토(P1, P2)를 검출하는 동안, 플래토 신호(P)를 제공하며, 상기 진단 인에이블부는 제공된 플래토 신호(P)에 따라 제1 내지 제3 비교 신호(S1 - S3)를 결정할 수 있다. 바람직하게, 제2 시점 또는 제3 시점(ti2, ti3)에서 온도 플래토(P1, P2)의 시작을 신호화하는 플래토 신호(P)의 발생에 의해, 제1 내지 제3 비교 신호(S1 - S3) 중 적어도 하나가 공차 범위로서 사전 설정되므로, 온도 플래토(P1, P2)의 추가의 검출, 특히 플래토 지속 시간(ti_P)의 검출은, 입력 변수가 공차 범위 내에 위치할 때에만 계속 진행된다. 그렇지 않은 경우 중단되는데, 이는 촉매 컨버터(15)로의 에너지 유입이 플래토 지속 시간(ti_P)에 영향을 미치기 때문이다. 실험에 의해서, 플래토 온도(te_P)에 미치는 영향은 낮은 것으로 확인되었다.
또한, 적어도 촉매 컨버터(15)의 흡습 특성이 상이한 플래토 온도(te_P) 또는 상이한 플래토 지속 시간(ti_P) 내에 반영되는 것이, 실험에 의해서 검출되었다. 상기 실험에서, 보다 높은 플래토 온도(te_P)는 보다 우수한 촉매 컨버터(15)에, 보다 낮은 플래토 온도(te_P)는 이에 상응하게 보다 불량한 촉매 컨버터(15)에 할당될 수 있는 것으로 확인되었다.
이에 따라 도2a에 도시된, 시간(t)에 따른 촉매 컨버터 온도(te_Kat)의 시간에 따른 추이는 비교적 불량한 촉매 컨버터(15)에 상응하는 반면, 도2b에 도시된 시간(t)에 따른 촉매 컨버터 온도(te_Kat)의 시간에 따른 추이는 보다 우수한 촉매 컨버터(15)에 상응한다. 이에 따라, 짧은 플래토 지속 시간(ti_P)보다는 긴 플래토 지속 시간(ti_P)이 보다 우수한 촉매 컨버터(15)에 상응한다.
수막과, 촉매 컨버터(15)의 내부 표면 사이의 상호 작용의 효과는 촉매 컨버터(15) 내의 활성 표면에 적어도 거의 비례하는 것으로 보인다. 촉매 컨버터(15)의 활성 표면이 커질수록, 촉매 작용이 더욱 향상된다. 높은 플래토 온도(te_P) 또는 긴 플래토 지속 시간(ti_P)일 경우 더 큰 활성 표면이 제공되므로, 낮은 플래토 온도(te_P) 또는 짧은 플래토 지속 시간(ti_P)일 때보다 촉매 컨버터(15)의 변환 능력이 향상된다고 가정된다.
플래토 온도(te_P)는 플래토 온도 기준 사전 설정부(40)가 제공하는 플래토 온도 기준값(te_P_Ref)과 플래토 온도 비교기(38)에서 비교된다. 바람직하게는 복수의 플래토 온도 기준값(te_P_Ref)과 플래토 온도(te_P)의 한 번의 비교 또는 바람직하게는 여러번의 비교에 의해, 촉매 컨버터(15)는 플래토 온도 진단 신호(te_P_D)에 의해서 분류된다. 플래토 온도 기준값(te_P_Ref)은 예컨대 각각의 촉매 컨버터 유형별로 별도로 결정된다.
이에 상응하게, 플래토 지속 시간(ti_P)은 플래토 지속 시간 기준 사전 설정부(43)가 제공하는 플래토 지속 시간 기준값(ti_P_D)과 플래토 지속 시간 비교기(39)에서 비교된다. 바람직하게는 복수의 플래토 지속 시간 기준값(te_P_Ref)과 플래토 지속 시간(ti_P)의 1회 비교 또는 바람직하게는 복수회 비교에 의해, 촉매 컨버터는 플래토 지속 시간 진단 신호(ti_P_D)에 의해 분류된다. 플래토 지속 시간 기준값(te_P_Ref)도 예컨대 각각의 촉매 컨버터 유형별로 별도로 결정된다.
최종적으로 진단 검출부(42)는 플래토 온도 진단 신호(te_P_D) 및/또는 플래토 지속 시간 진단 신호(ti_P_D)로부터, 촉매 컨버터(15)의 변환 능력에 대한 진술을 허용하는 진단 신호(D_E)를 검출한다. 한계 촉매 컨버터의 변환 능력과의 비교에 의해, 진단 신호(D_E)는 촉매 컨버터(15)의 교체 요구에 대한 표시로서 사용될 수 있다.
또한 플래토 온도 진단 신호(te_P_D)가 플래토 기대값 결정부(41)에 제공되며, 이로써 플래토 온도 기대값(te_P_E)은 촉매 컨버터(15)의 현재 상태에 맞게 조정될 수 있다.
상응하게 분리되어 평가될 수 있는 적어도 제1 및 제2 촉매 컨버터 부분 영역(16, 17)으로 촉매 컨버터(15)가 분할됨으로써, 촉매 컨버터(15)의 변환 특성의 변동이 국부적으로 발생하는 것에 대한 추가의 정보가 제공될 수 있다. 또한 2개의 촉매 컨버터 부분 영역(16, 17)의 진단 결과의 비교에 의해, 촉매 컨버터 온도 측정 신호(te_Kat1_mess, te_Kat2_mess)의 제공 또는 다른 신호 처리에 대한 타당성이 조사될 수 있다.

Claims (14)

  1. 촉매 컨버터(15, 16, 17)의 흡습 특성의 평가에 기초해, 배기 가스 흐름(ms_abg) 내에 배치된 촉매 컨버터(15, 16, 17)를 진단하는 방법에 있어서,
    촉매 컨버터 온도(te_Kat)에 대한 수치(te_Kat1_mess, te_Kat2_mess)가 측정되며,
    촉매 컨버터(15, 16, 17) 내에 있는 수막의 증발 중에 발생하는 측정된 온도 플래토(P1, P2)의 플래토 온도(te_P)가 평가되고,
    플래토 온도(te_P) 평가는, 플래토 온도(te_P)가 높은 것이 플래토 온도(te_P)가 낮은 것에 비해 우수한 성능을 갖는 촉매 컨버터(15, 16, 17)인 것으로 평가되는 것을 특징으로 하는 촉매 컨버터 진단 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 플래토 지속 시간(ti_P, ti_P1, ti_P2)이 추가로 평가되는 것을 특징으로 하는, 배기 가스 흐름 내에 배치된 촉매 컨버터 진단 방법.
  5. 제4항에 있어서, 온도 플래토(P1, P2)의 플래토 지속 시간(ti_P, ti_P1, ti_P2)은, 온도 플래토 측정 동안에 아래 열거된 것들 중 하나 이상이 공차 범위 내에 있는 경우에만 측정되는 것을 특징으로 하는, 배기 가스 흐름 내에 배치된 촉매 컨버터 진단 방법.
    a. 배기 가스 흐름(ms_abg)
    b. 촉매 컨버터 전방에서의 배기 가스 온도(te_abg)
    c. 배기 가스 영역(13) 내에 촉매 컨버터(15, 16, 17)가 배치된 엔진(10)의 온도
  6. 제5항에 있어서, 상기 공차 범위는, 온도 플래토(P1, ti_P1)의 측정 시작시의 엔진(10)의 온도(te_mot), 배기 가스 흐름(ms_abg) 및 배기 가스 온도(te_abg) 중 하나 이상에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는, 배기 가스 흐름 내에 배치된 촉매 컨버터 진단 방법.
  7. 제1항에 있어서, 촉매 컨버터 진단은, 배기 가스 영역(13) 내에 촉매 컨버터(15, 16, 17)가 배치된 엔진(10)의 저온 시동 후에 제공되는 것을 특징으로 하는, 배기 가스 흐름 내에 배치된 촉매 컨버터 진단 방법.
  8. 제1항에 있어서, 촉매 컨버터 진단은, 배기 가스 영역(13) 내에 촉매 컨버터(15, 16, 17)가 배치된 엔진(10)의 오버런 연료 차단(S_A) 후에 제공되는 것을 특징으로 하는, 배기 가스 흐름 내에 배치된 촉매 컨버터 진단 방법.
  9. 제1항에 있어서, 촉매 컨버터 진단은, 배기 가스 영역(13) 내에 촉매 컨버터(15, 16, 17)가 배치된 엔진(10)이 정지한 다음 재시동(St)된 후에 제공되는 것을 특징으로 하는, 배기 가스 흐름 내에 배치된 촉매 컨버터 진단 방법.
  10. 제1항에 있어서, 촉매 컨버터 진단은, 배기 가스 흐름(msabg)이 임계값(S2) 이하에 위치할 때 제공되는 것을 특징으로 하는, 배기 가스 흐름 내에 배치된 촉매 컨버터 진단 방법.
  11. 제1항에 있어서, 촉매 컨버터는 적어도 2개의 촉매 컨버터 부분 영역(16, 17)으로 분할되며, 각각의 촉매 컨버터 부분 영역(16, 17)에 대해 촉매 컨버터 진단이 별도로 실행되는 것을 특징으로 하는, 배기 가스 흐름 내에 배치된 촉매 컨버터 진단 방법.
  12. 제1항에 있어서, 온도 플래토(P1, P2)의 측정은, 촉매 컨버터 온도(te_Kat)가 온도 플래토(P1, P2)의 온도 플래토 기대값(te_P_E) 이하로 감소한 후에 실시되는 것을 특징으로 하는, 배기 가스 흐름 내에 배치된 촉매 컨버터 진단 방법.
  13. 제12항에 있어서, 온도 플래토 기대값(te_P_E)은 플래토 온도 진단 신호(te_P_D)에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는, 배기 가스 흐름 내에 배치된 촉매 컨버터 진단 방법.
  14. 배기 가스 흐름(mg_abg) 내에 배치된 촉매 컨버터(15, 16, 17)의 진단 장치에 있어서,
    제1항 또는 제4항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하기 위해 설치된 적어도 하나의 제어 장치(30)가 제공되는 것을 특징으로 하는, 배기 가스 흐름 내에 배치된 촉매 컨버터 진단 장치.
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