KR101512531B1 - 탱크 시스템 내의 누설을 감지하기 위한 방법 - Google Patents

탱크 시스템 내의 누설을 감지하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 외부로부터 야기된 압력 변동에 대한 반응으로서 탱크 시스템 내의 압력 변화로부터 누설의 존재가 추론되는, 특히 차량의 탱크 시스템(1) 내의 누설을 감지하기 위한 방법에 관한 것이다. 이 경우, 사전 설정 가능한 누설 크기에 대해 온도에 좌우되는, 탱크 시스템(1) 내의 예상될 압력 변화가 측정되고, 실제 압력 변화와 예상될 압력 변화의 비교로부터 누설의 존재가 추론됨으로써, 탱크 시스템(1) 내의 온도의 영향이 고려된다.

Description

탱크 시스템 내의 누설을 감지하기 위한 방법{METHOD FOR DETECTING LEAKS IN A TANK SYSTEM}
본 발명은 특히 차량의 탱크 시스템 내의 누설을 감지하기 위한 방법에 관한 것이며, 외부로부터 야기된 압력 변동에 대한 반응으로서 탱크 시스템 내의 압력 변화로부터 누설의 존재가 추론된다.
예를 들어 미국, 캐나다, 한국과 같은 여러 시장에서, 연료 배기 가스 배출의 가능한 근원을 감지하여 가능한 한 제거하기 위해 탱크 또는 탱크 시스템 내의 밀봉 누설(누설)의 감지를 요구하는 관련 법규가 이미 존재한다. 이를 위해 존재하는 방법들은 흔히 외부의 압력 변동에 대한 반응으로서 탱크 시스템 내에서 발생하는 압력 변화의 감지에 기초한다. 외부의 압력 변동은 온도 변동과 같은 주변 조건을 통해 야기될 수 있거나, 의도한 개입을 통해 야기될 수 있다. 탱크 누설부가 존재하는 경우, 밸브가 폐쇄될 때는 상기 방식으로 탱크 시스템 내에 야기되는 저압 또는 과압이 서서히 상승하거나 하강하는데, 이는 주변 공기가 누설부를 통해 탱크 내로 유입될 수 있기 때문이다. 따라서, 간단한 압력 측정을 통하여 탱크 내에 또는 전체 탱크 설비 내에 누설부가 존재함이 확인된다. 상기 유형의 압력 변화는 예를 들어 연료 탱크 내에 배치된 압력 센서를 통해 측정된다.
예를 들어, 탱크 또는 활성탄 캐니스터와 흡입관 사이의 탱크 배기 밸브가 개방됨으로써 흡입관 내의 무부하 시 존재하는 저압을 통해 연료 증기가 탱크 설비로부터 흡입되므로, 시스템 내에 저압이 발생할 수 있다. 밀폐된 탱크 설비에서 존재하고 있는 저압은 밸브가 폐쇄될 때 더 긴 시간에 걸쳐 탱크 또는 탱크 설비 내에 존재하도록 유지된다. 밀봉 누설 또는 누설이 존재하는 경우 이러한 저압은 더 빠르게 강하하므로, 압력 센서에 의해 측정되는 압력 상승 또는 저압의 강하로부터 이러한 밀봉 누설의 존재가 추론될 수 있다.
다른 방법에서는 누설을 감지하기 위해 예를 들어 전기식 펌프를 통해 탱크 내로 과압 또는 저압이 제공된다. 이 경우, 압력 하강 또는 압력 상승의 속도는 예를 들어 센서에 의해 직접적으로 또는 펌프의 전력 요구량의 모니터링을 통해 간접적으로 측정되고, 이로부터 누설이 추론된다. 또한, 정지 단계에서 탱크를 폐쇄하고, 자연적인 온도 변동이 상응하는 압력 변화를 어느 정도 야기하는지를 모니터링하는 것이 가능하다. 확인된 압력 변화에 따라, 탱크 시스템 내에 밀폐 상태 또는 누설이 추론될 수 있다.
그러나 밀폐 상태를 검사하기 위해서 예를 들어 탱크 내용물의 가열을 통한 과압의 활용은 연료를 함유하는 기체 또는 증기가 밀봉 누설이 존재할 때 활성탄 캐니스터를 거치지 않고 대기 중으로 유출될 수 있다는 결정적인 단점이 있다. 따라서, 예를 들어 DE 100 12 778 A1호에는 밀폐 상태를 검사할 때 기체 온도 또는 증기 온도가 고려된다. 이에 의해, 주변의 상응하는 압력과 다른, 연료 탱크 설비 내의 과압이 예상될 수 있는지가 예측된다. 이러한 경우, 밀폐 상태는 검사되지 않고 연료 증기는 활성탄 캐니스터를 통해 포집된다.
탱크 내의 압력이 변화하는, 선행 기술의 누설을 감지하기 위한 이러한 방법은 본 발명이 실행되는 동안 이와 동시에 온도의 영향에 의한 추가 온도 변화가 발생될 수 있으므로, 누설의 감지가 왜곡될 수 있다는 문제가 있다. 온도 변동은 팽창 또는 압축과, 액체상(liquid phase)에서 기체상(gas phase)으로의 연료의 증발 또는 기체상에서 액체상으로의 응축을 발생시킬 수 있다. 상기 유형의 추가 효과를 통해 누설 진단의 정확성은 감소한다. 최악의 경우, 누설부가 존재하는데도 감지되지 않거나, 시스템은 밀폐되어 있는데도 누설부가 진단되는 왜곡이 발생할 수 있다.
자연적인 온도 변동에 의해 발생되는 압력 변화에 대한 누설 진단을 보조하는 선행 기술의 방법에서, 이러한 온도 변동은 일반적으로 정량적으로 고려되지 않는다. 오히려 탱크 내의 온도 변화가 특정 변동폭을 초과하는지가 단지 포괄적으로 고려될 뿐이다. 이로부터 시스템의 밀폐 상태가 추론된다. 특정 변동폭을 초과하지 않는 경우, 누설이 존재하는 것으로 추론될 수 있다. 자연적인 온도 변동이 매우 상이하게 나타날 수 있으므로, 이 경우 누설 감지 임계값에 있어 매우 큰 허용 오차가 얻어진다.
이미 독일 공개 공보 DE 101 43 327 A1호에는 연료 온도에 좌우되는 보정 변수가 이러한 방법에 제공됨으로써, 누설 진단 시에 연료 증발에 대한 온도의 영향이 고려된다.
오늘날의 법적 기준은 0.5㎜의 직경을 갖는 누설을 감지할 것을 요구한다. 이상적인 경우에 누설 감지 임계값이 예를 들어 0.35㎜가 되도록 진단을 위한 임계값을 설정할 가능성이 있다. 현재 조건이 누설 감지 임계값을 위로 이동시킴에도, 0.5㎜의 누설부가 아직 확실히 감지된다. 반대의 경우, 즉 조건이 감지 임계값을 아래로 이동시킴에도, 0.0㎜의 누설부, 즉 밀폐된 시스템이 여전히 밀폐된 것으로 감지된다.
하지만 특히, 여러 가지 하이브리드 차량에서 사용될 때와 같이 여러 부분으로 이루어진 탱크 시스템에서, 오늘날 요구되는 감지 임계값은 문제가 있다. 예를 들어 2개의 부분으로 이루어진 탱크 시스템에서, 2개의 부분 챔버가 각각 누설과 관련하여 진단되어야 한다. 이 경우, 0.5㎜의 임계값은 모든 누설의 총합에 적용된다. 즉, 부분 챔버에 대한 누설 진단은 0.5㎜보다 더 정밀한 임계값으로 실행되어야 한다. 따라서, 온도 변동에 의한 누설 감지 임계값의 매우 큰 변동을 수반하는 누설을 감지하기 위한 공지된 방법들은 특히 상기 유형의 시스템에서 확실한 진단을 가능하도록 하기에 덜 적합하다.
따라서 본 발명의 목적은 선행 기술의 상술한 단점들을 방지하는, 누설을 감지하기 위한 방법을 제공하는 것이다. 특히, 이러한 방법은 탱크 시스템 내의 밀봉 누설을 확실하고 신뢰 가능하게 진단할 수 있도록, 변화하는 주변 조건들에 의해 야기되는 누설 감지의 변동폭을 감소시켜야 한다.
특히 차량의 탱크 시스템 내의 누설을 감지하기 위한 본 발명에 따른 방법은 외부로부터 야기된 압력 변동에 대한 반응으로서 발생하는 탱크 시스템 내의 압력 변화로부터 누설의 존재를 추론한다. 외부로부터 야기된 이러한 압력 변동은 변화하는 주변 조건을 통해 야기될 수 있거나, 의도한 개입을 통해 야기될 수 있다. 이 경우, 본 발명에 따라 탱크 시스템 내의 온도의 영향이 고려된다. 이 경우, 사전 설정 가능한 누설 크기에 대해, 온도에 좌우되는 탱크 시스템 내의 예상될 압력 변화가 측정되고, 실제 압력 변화와 예상될 압력 변화의 비교로부터 누설이 존재함이 추론된다. 이러한 방법은 종래의 방법에서 가능한 것보다 더 높은 누설 진단 변별력으로서 탱크 시스템 내의 누설을 훨씬 더 정확하고 더욱 신뢰 가능하게 감지할 수 있도록 한다. 이러한 방법을 실행할 때 온도의 고려는 온도에 좌우되는 부피 변화, 특히 압축 또는 팽창의 정량적인 측정과, 연료 증기의 증발 또는 응축을 통한 연료의 집합 상태(aggregate state) 변화의 정량적인 측정을 가능하게 한다. 종래의 방법에서는 이러한 효과를 임계값의 상응하는 응용 허용 오차를 통해 고려하는 것이 요구된다. 본 발명에 따른 방법에서 이러한 효과는 본 발명의 실행 또는 평가에 직접적으로 포함되므로, 더 높은 누설 진단 변별력이 달성된다. 누설 감지 임계값은 본 발명에 따른 방법에 의해, 통상의 임계값 또는 법적으로 요구되는 0.5㎜의 임계값보다 훨씬 아래로 낮춰질 수 있다. 이는 특히 개별 부분 챔버 내에서 상응하게 낮은 임계값에 의해 진단되어야 하는, 여러 부분으로 이루어진 탱크 시스템에서 바람직하다. 장래에도 법적으로 요구될 수 있는 낮은 임계값은 곧 본 발명에 따른 방법에 의해 확실히 진단될 수 있다.
예상될 압력 변화를 측정하기 위해 바람직하게는 적어도 하기의 단계들이 제공된다. 우선 연료(HC)의 평형 상태 증기압은 주어진 온도에서 부분압으로서 측정된다. 온도에 좌우되어 각각의 연료에서 연료 증기(기체상)와 액체상 사이의 평형 상태가 설정된다. 이러한 평형 상태 증기압(pHCequi)은 각각의 연료에 대해 온도 함수로서 나타난다. 온도에 대한 평형 상태 증기압의 함수 관계에 의해, 공지된 온도에서 평형 상태 증기압은 측정된다. 이러한 이론적인 평형 상태 증기압(pHCequi)과 실제 증기압 사이에는 대개 편차가 존재한다. 제1 합산점(summation point)에서 "pHCequi"와 모델링된 부분압(pHC) 사이의 편차가 측정된다. 모델링된 부분압(pHC)은 연료의 실제 증기압을 반영한다. 추가의 단계에서는 연료의 증발률이 측정된다. 이는 바람직하게 증발률이 실질적으로 "pHCequi"와 "pHC"의 편차에 비례한다는 가정 하에 실행된다.
가정된 누설부를 통해 탱크 시스템으로부터 유출되는 HC 질량을 고려하기 위해, 추가의 합산점에서 순수 증발률이 선행 단계에서 측정된 증발률과 모델링된 HC 누설 흐름 사이의 오차로서 측정된다. 시간에 걸친 순수 증발률의 적분을 통해 증기 형태의 HC 질량이 측정된다. 증기 형태의 HC 질량은 탱크 시스템 또는 탱크 저장소 내의 연료의 기체상을 나타낸다. 증발률 또는 HC 누설 흐름이 더 큰가에 따라, HC 질량의 시간에 따른 변화는 양의 부호를 갖거나 음의 부호를 갖는다. 주어진 온도에서, 탱크 시스템 내의 주어진 부피를 고려하여 그리고 밀도 계수(density factor)를 고려하여, 증기 형태의 HC 질량으로부터 부분압(pHC)이 측정될 수 있는데, 이러한 부분압은 모델링된 부분압(pHC)으로서 상술된 단계에서 "pHCequi"과 모델링된 부분압(pHC) 사이의 편차를 측정하기 위해 입력된다.
부분압(pHC) 변화의 모델링에 상응하게 공기의 부분압(pair)의 변화도 측정된다. 이 경우, 간소화된 방식에 따르면, 탱크 내의 공기 질량 변화의 모델링을 위해 누설 유동량만이 고려되어야 하고 아직 추가의 증발항 또는 응축항은 고려되지 않아야 한다. 바람직한 방식으로, 공기 누설 흐름의 고려하에 시작 공기 흐름은 이와 같이 저장소, 특히 탱크 시스템 내의 전체 공기 질량을 측정하기 위해 시간에 걸쳐 적분된다. 공지된 부피에서 그리고 공지된 온도에서 밀도 계수를 고려하여 전체 공기 질량으로부터 공기의 부분압(pair)이 연산되며, 이러한 공기의 부분압은 사전 설정 가능한 크기의 누설부를 통한 전체 유출 질량의 연산에 입력된다.
공기와 "HC"를 위한 모델링된 부분압에 의해, 모델링된 전체 압력이 2개 부분압들의 총합으로서 얻어진다. 이러한 모델링된 전체 압력으로부터 또는 대안적으로는 측정된 전체 압력으로부터도 열역학의 공지된 방법에 의해, 사전 설정 가능한 누설 크기에서의 누설 유동량이 연산될 수 있다. 공기 성분 및 HC 성분으로 누설 유동량을 분배하기 위해, 냉크 내의 HC 증기와 공기가 충분히 균일하게 혼합된다는 것이 가정되므로, 부분 유동량들은 부분압들로부터 미분 가능한 질량 농도에 상응하게 거동한다.
모델링된 누설 흐름의 HC 성분은 상술한 바와 같이 모델링된 HC 누설 흐름과 증발률 사이의 오차로서 순수 증발률을 측정하기 위해 사용된다.
i.O. 시스템 또는 에러를 감지하기 위해, 모델링된 전체 압력은 측정된 전체 압력과 비교된다. (탱크 내 과압의 전형적인 예에서) 측정된 압력 상승이 특정 누설 크기의 가정 하에 모델링된 압력 상승보다 더 느리다면, 연산을 위해 가정된 누설 크기보다 더 큰 누설부가 존재함을 추론할 수 있다. 이와 반대로, 측정된 압력 상승이 모델링된 압력 상승보다 더 빠르면 작은 누설부가 존재하거나 이상적인 경우에는 누설부가 전혀 존재하지 않음을 추론할 수 있다. (탱크 시스템 내에 존재하지만 더 적은) 저압의 경우, 결론은 상응하게 반대이다. 즉, 실제 누설 크기가 연산에서 가정되는 누설 크기보다 큰 경우, 공기는 외부로부터 탱크 내로 추가 유동하고 실제 저압은 모델링된 것보다 더 천천히 형성된다. 반면, 더 작은 누설부를 갖는 탱크에서는 모델링 연산에 따른 것보다 더 빠르게 저압이 형성되는데, 이는 외부로부터 추가 유동되는 공기량이 더 적기 때문이다.
이러한 방법은 추론된 연산 알고리즘이며, 이러한 알고리즘에 의해서는 온도의 정보하에, 그리고 평형 상태 증기압과, 연료의 실제 증기압 또는 모델링된 증기압의 편차에 대한 증발률의 비례에 대한 상술한 가정하에, 특정 누설 크기에 대해 예상될 시간에 걸친 압력 변화가 산출된다. 특정 누설 크기에 대한 이러한 예상될 압력 변화는 실제 측정된 압력 변화와 비교된다. 실제 압력 변화가 계산을 통해 측정된 압력 변화보다 작은지 또는 큰지에 따라, 연산에 기초한 누설 크기보다 크거나 작은 누설부가 추론될 수 있다.
주지하는 바와 같이 이러한 추론 방법에서는 시작 조건을 알고 있을 것이 요구된다. 이러한 시작 조건에 대한 현실에 가까운 값을 얻기 위해, 특정 한계 조건(예를 들어 차량이 더 긴 시간 동안 정지되었고 강한 온도 변동이 존재하지 않았던 경우)하에서는 탱크 시스템이 평형 상태에 가깝다는 것이 가정된다. 따라서, 연산의 시작에서 부분압(pHC)을 평형 상태 증기압(pHCequi)과 동등하게 설정할 수 있다. 이 경우, 공기의 부분압(pair)은 측정된 전체 압력과 HC 평형 상태 증기압 사이의 오차로서 얻어진다. 따라서, 추론된 알고리즘을 위한 시작 조건이 인지된다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 일 실시예에서, 사전 설정 가능한 누설 크기 또는 누설부 크기는 0.1㎜ 내지 0.8㎜, 바람직하게는 0.3㎜ 내지 0.6㎜의 직경을 갖는 누설부에 상응한다. 0.5㎜의 직경을 갖는 사전 설정 가능한 누설 크기가 특히 바람직하다. 0.5㎜는 탱크 누설을 진단하기 위해 오늘날 법적으로 요구되는 임계값에 상응한다. 특히, 여러 부분으로 이루어진 탱크 시스템에서는 더 낮은 임계값, 예를 들어 0.3㎜의 직경이 연산에 기초하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 일 실시예에서, 본 발명에 따라 고려되는 온도가 탱크 시스템 내에서 측정된다. 이를 위해, 바람직하게 적합한 온도 센서가 제공된다. 대안적으로 또는 부가적으로, 탱크 시스템 내의 온도는 예상될 수 있다. 이는 예를 들어 열유입량의 평형을 반영하는 상응하는 모델의 적용을 통해 실행될 수 있다. 탱크 시스템 내의 온도 측정을 통해 온도는 경우에 따라 더 정확하고 더욱 신뢰 가능하게 측정될 수 있다. 적합한 모델을 통한 온도의 예상은 추가의 센서, 특히 온도 센서가 탱크 시스템 내에 필요하지 않다는 장점이 있다. 적합한 제어 장치 내에서 실행될 수 있는 온도의 예상 시에, 본 발명에 따른 방법을 위해서는 압력 변화를 측정하기 위해 제공되는 압력 센서만이 탱크 시스템 내에서 요구된다. 실제 압력 변화는 하나 또는 복수의 통상의 압력 센서에 의해 측정될 수 있다.
바람직한 추가의 일 실시예에서 외부 온도는 탱크 시스템 내의 온도를 측정하기 위해 사용된다. 본 발명에 따른 탱크 누설 진단의 실행은 경우에 따라 탱크 시스템 내의 온도를 외부 온도에 적응시킬 수 있도록 하기 위해서 바람직하게 외부 온도의 측정 이후에 예를 들어 약 한 시간가량 시간 지연되어 실행된다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 일 실시예에서, 예상되는 압력 변화를 측정하기 위해 연료의 증기압 그래프가 온도 함수로서 고려된다. 예를 들어 이러한 연료 증기압 곡선의 그래프는 제어 장치 내에 저장되고 호출된다. 특히 바람직하게, 전형적인 연료의 증기압 곡선이 사용된다. 이 경우, 특히 누설을 감지하기 위한 방법이 실행될 때 차량 내에서의 사용이 예상될 수 있는 전형적인 연료가 중요하다.
특히 바람직하게, 복수의 증기압 곡선 또는 증기압 그래프는 여러 가지 연료를 위한 온도의 함수로서 저장된다. 이 경우, 이러한 실시예에 따라 적합한 증기압 곡선이 선택되어 본 발명에 따른 방법을 위해 고려된다. 바람직하게 현재 차량 내에서 사용되는 연료 또는 이에 가장 가까운 연료의 증기압 곡선이 선택되어 고려된다. 본 발명에 따라 측정되는 탱크 시스템 내 압력 변화와 관련한, 상이한 연료들의 특성들은 서로 확연히 구별될 수 있다. 이는 누설 감지에서의 부정확성을 야기할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 방법으로 현재 사용되는 연료의 증기압 곡선이 사용됨으로써, 여러 가지 연료들의 이러한 상이한 특성을 고려하는 것이 본 발명에 따라 제공된다. 상응하는 증기압 곡선은 여러 가지 기준들에 의해 선택될 수 있다. 예를 들어 각각의 연료의 감지는 통상의 방법에 따라 실행될 수 있는데, 이는 이러한 정보에 의해 상응하는 증기압 곡선을 선택하기 위해서이다.
특히 바람직한 일 실시예에서, 이를 위해 연료의 휘발성이 측정되어 이러한 기준에 의해 상응하는 곡선이 선택된다. 예를 들어 대개 동절기 연료와 하절기 연료에서 상이한, 연료의 휘발성 또는 도산성(fugacity)을 고려하는 것이 특히 장점이 있는데, 이는 본 발명에 따라 탱크 시스템 내의 압력 변화가 측정될 때, 각각의 연료의 휘발성이 미치는 영향이 사소하지 않기 때문이다. 다른 실시예에서 연료 감지는 예를 들어 연료 품질 센서에 의해, 동적 부하 변동 시의 배기 가스값의 특성(변환 보상)에 의해 또는 시동 시의 엔진의 특성(시동 적응)을 통해 측정될 수 있다. 각각 사용되는 연료에 대한 추론을 가능하게 하는 다른 가능한 요소들은 계절을 고려하거나, 예를 들어 인공 위성 시스템을 통한 차량의 지리적인 위치를 고려하거나, 또는 주변 온도의 장기간의 변화를 관찰하는 것이다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 일 실시예에서, 외부로부터 야기된 압력 변동은 자연적인 압력 변동, 즉 별도의 압력원에 기초하지 않는 압력 변동이다. 이에 대한 예시들은 변화하는 주변 압력이다. 다른 바람직한 일 실시예에서, 예를 들어 공기가 탱크 안으로 펌핑되거나(과압) 기체가 탱크로부터 흡입됨으로써(저압), 외부로부터 야기된 압력 변동은 별도의 압력원으로부터 야기될 수 있다. 탱크 시스템 내의 저압은 예를 들어 내연 기관의 흡입관 내부가 무부하 상태일 때 존재하는 저압을 통해 달성될 수 있다. 특히 바람직하게, 상응하는 포지티브 또는 네거티브 유동량은 본 발명에 따른 방법에서 상응하게 고려된다.
또한, 본 발명은 컴퓨터 프로그램이 연산 장치, 예를 들어 제어 장치에서 실행될 때 본 발명의 상술한 단계들을 실행하는 컴퓨터 프로그램을 포함한다. 마지막으로, 본 발명은 프로그램이 컴퓨터 또는 제어 장치에서 실행될 때 상술한 방법을 실행하기 위한, 기계 판독 가능한 매체에 저장되는 프로그램 코드를 구비한 컴퓨터 프로그램 제품을 포함한다. 특히 바람직하게, 본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램 또는 컴퓨터 프로그램 제품은 차량에서 탱크 누설을 진단하기 위해 또는 탱크 시스템 내의 누설을 감지하기 위해 상응하는 제어 장치 내에서 실행된다.
본 발명의 추가의 장점 및 특징들은 하기의 실시예들과 관련한 도면의 상세한 설명에 제시되어 있다. 이 경우, 여러 가지 특징들은 각각 그 자체로, 또는 서로 조합되어 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위한 탱크 시스템의 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 방법의 바람직한 일 실시예에 따라, 예상될 압력 변화를 측정하기 위한 블록 회로도이다.
도 1에 도시된 탱크 시스템(1)은, 흡입관(3) 및 연료 조절 수단(4)을 통해 탱크(5)로부터 연료가 안내되는 내연 기관(2)을 포함한다. 탱크(5)로부터 증발하는 연료 또는 연료 증기는 활성탄 캐니스터(6)에서 포집되어 저장된다. 탱크 배기 밸브(7)가 개방됨으로써, 저장된 연료 증기는 흡입관(3)을 통해 내연 기관(2)에 공급될 수 있다. 이를 위해, 개방된 차단 밸브(8)를 통해서 신선한 공기가 흡입되며, 이 신선한 공기는 설정된 압력 조건에 의해 활성탄 캐니스터(6)를 세척하고 연료 증기를 흡수하고 내연 기관(2)에 안내된다. 밸브들(7 및 8)을 개회로 제어하기 위해 제어 장치(9)가 제공된다. 센서(10)를 통해 제어 장치(9)에는 예를 들어 회전수, 부하, 그리고 경우에 따라 추가의 변수들과 같이 내연 기관(2)의 작동 상태를 나타내는 신호들이 안내된다. 배기 가스관(12) 내의 배기 가스 센서(11)를 통해서는 배기 가스에 관련된 신호들이 제어 장치(9)에 전달된다. 압력 센서(13)는, 탱크 배기 시스템, 예를 들어 탱크(5) 내의 압력을 나타내는 신호들을 제공한다. 본 발명에 따라 이러한 정보들은, 외부로부터 야기된 압력 변동에 대한 반응으로서 탱크(5) 또는 탱크 시스템 내에 발생하는 압력 변화를 통해, 예상될 압력 변화와 비교되고, 탱크 시스템(1) 내에 누설의 존재가 추론된다. 외부로부터 야기된 압력 변동은 변화하는 주변 조건을 통해 또는 의도한 개입을 통해 야기될 수 있다. 예를 들어, 밸브(8)가 폐쇄되고 밸브(7)가 개방됨으로써, 내연 기관(2)의 흡입관(3) 내에 존재하는 저압을 통해 탱크 시스템, 특히 탱크(5) 및 활성탄 캐니스터(6)로부터 연료 증기가 흡입될 수 있으므로, 탱크 배기 시스템 내에는 저압이 발생한다. 특정 저압 수준이 도달되는 경우, 탱크 배기 시스템은 밸브(7)의 폐쇄를 통해 폐쇄된다. 압력 센서(13)를 통해 이러한 저압이 어느 정도로 강하하는지, 그리고 어떤 속도로 강하하는지가 시간의 경과에 따라 모니터링된다. 실제 압력 변화와 비교되는, 예상될 압력 변화를 측정할 때 탱크 시스템 내의 온도의 영향이 고려된다. 이를 위해, 바람직하게 온도 센서(14)가 탱크 시스템 내에 제공된다. 다른 실시예에서는 온도 센서가 존재하지 않고, 온도는 특히 제어 장치(9)에서 실행되는 예상을 통해 측정된다. 제어 장치(9)에는 본 발명에 따른 밀폐 상태 검사의 진단 결과를 표시할 수 있는 에러 램프(15)가 배치된다.
도 2에 도시된 블록 회로도는 온도에 좌우되는, 탱크 시스템 내의 예상될 압력 변화를 측정하기 위해 실행될 수 있는 단계들을 나타낸다. 이러한 단계들은 바람직하게 차량의 제어 장치 내에서 실행된다. 시작점은 특정 연료에 대한 온도 함수로서 하나 또는 복수의 연료의 증기압 곡선, 즉 증기압의 그래프이다. 경우에 따라, 현재 사용되는 연료의 특성에 상응하거나 이에 가장 가까운 증기압 곡선이 복수의 증기압 곡선들 중에서 선택될 수 있다. 단계(21)에서는 이러한 증기압 곡선으로부터, 주어진 온도에 의해 연료 증기에 대한 평형 상태 증기압(pHCequi)이 측정된다. 단계(22)에서는 평형 상태 증기압(pHCequi)과 모델링된 부분압(pHC)의 오차가 형성된다. 모델링된 부분압(pHC)은 하기에 설명된 단계들(26 내지 27)에서 형성된다. 예를 들어 0.25g/hPa h인, 평형 상태에 대한 편차에 따른 증기 형성 강도를 특성화하는 증발 상수를 고려하여, 단계(23)에서는 "pHCequi"과 "pHC" 사이의 오차 또는 편차로부터 연료의 증발률이 측정된다. 이는 증발률 또는 응축률이 평형 상태에 대한 증기압의 간격(선형 모델)에 비례한다는 가정 하에 실행된다. 단계(24)에서는 이러한 증발률로부터, 순수 증발률을 측정하기 위한 모델링된 HC 누설 유동량이 감해진다. 이어서, 모델링된 HC 누설 유동량의 형성은 단계(28)에서 설명된다. 단계(25)에서 시간에 걸친 이러한 오차의 적분으로부터 기체상의 전체 HC 질량이 얻어진다. 이러한 기체상의 전체 HC 질량으로부터, 단계(26 및 27)에서는 일반적인 기체 방정식에 의해 공지된 부피에서, 공지된 온도에서 그리고 밀도 계수를 고려하여 부분압(pHC)이 산출된다. 이러한 부분압은 단계(22)에서 입력 변수로서 입력된다. 단계들(29 내지 31)에서 연산이 설명되는 이러한 부분압(pHC) 및 부분압(pair)으로부터, 총합으로서 탱크 내의 전체 압력이 얻어진다. "pHC" 및 "pair"에 의해, 단계(28)에서는 예를 들어 0.3㎜ 또는 0.5㎜의 직경을 갖는 사전 설정 가능한 누설 크기일 때, 어떤 HC 유동량(HC 누설 흐름)과 어떤 공기 유동량(공기 누설 흐름)이 이러한 누설부로부터 유출되는지 또는 얼마나 많은 공기가 저압의 경우에 누설부로 유입되는지가 연산된다. 특정 크기의 누설부를 통한 유동량의 연산은 당업자에게 공지되어 있으며, 예를 들어 소위 스로틀링 방정식에 의해 측정 가능하다. 단계(24)에서 누설 유동량의 HC 성분(HC 누설 흐름)은 오차 형성에 입력된다. 단계(29)에서 시간에 걸친, 공기 누설 흐름을 고려한 공기의 초기 질량의 적분은 탱크의 기체상의 공기의 전체 질량을 나타낸다. 단계들(30 및 31)에서, 공기 질량으로부터는 일반적인 기체 방정식을 통해 재차 온도 및 부피, 그리고 밀도 계수를 고려하여 공기의 부분압(pair)이 산출된다. 산출된 공기의 부분압(pair)은 단계(28)에서 입력된다.
상기 형태의 순환적인 연산 알고리즘을 위해서는 연산을 시작하기 위해 시작 조건, 이 경우에는 HC에 대한 부분압 및 공기에 대한 부분압을 알고 있을 것이 요구된다. 이를 위해, 예를 들어 큰 온도 변동도 발생하지 않은 더 긴 정지 상태 단계 이후에는, 탱크 시스템이 적어도 평형 상태에 가깝다는 것이 가정된다. 따라서 시작 조건으로서는 "pHC = pHCequi"가 설정될 수 있으며, 이는 단계(22)에서 제어 장치 내에 저장된 데이터 세트와, 측정되거나 모델링된 탱크 내 온도로부터 연산된 것이다. 탱크 내의 전체 압력은 탱크가 환기될 때 대개 대기압으로부터 얻어진다. 탱크 시스템이 폐쇄될 때, 전체 압력은 예를 들어 펌프의 유동 흡수량 또는 압력 센서를 통해 측정 가능하다. 이에 따라, "pHC"에 대한 시작값과 측정된 전체 압력 사이의 오차로서, 공기의 부분압에 대한 시작값이 얻어진다.
이러한 방식으로, 가정된 누설 크기를 위해서는 예상될 압력 변화가 연산된다. 이는 현재 온도를 고려하여 이루어진다. 이는 예를 들어 탱크 내의 온도 측정 또는 온도의 예상으로부터 설명된 방식으로 얻어질 수 있다. 도달된 값, 즉 "pHC" 및 "pair"의 총합의 시간에 걸친 변화는 압력 변화를 위해 측정된 값들과 비교된다. 이는 임계값으로서 가정된 누설 크기 이상의 누설이 존재함을 추론할 수 있도록 한다. 예를 들어 임계값으로서 0.3㎜의 직경을 갖는 누설 크기가 감지되어야 한다면, 0.3㎜의 누설 크기를 고려한 연산 방법이 사용된다. 시스템 내에 과압이 존재하는 경우, 측정된 압력 변화도가 모델링된 압력 변화도보다 더욱 포지티브한 경우, 이는 0.3㎜ 누설부에 상응하는 기체 손실보다 실제로 더 적은 기체 손실이 누설을 통해 발생한 것을 전제한다. 즉, 시스템은 "i.O."로서 식별될 수 있다. 시스템 내에 저압이 존재하는 경우, 0.3㎜로 모델링된 압력 변화도보다 측정된 압력 변화도가 더욱 네거티브한 경우, i.O. 시스템이 추론될 수 있는데, 이는 더 적은 기체가 누설을 통해 유입된다는 사실에서 추론할 수 있기 때문이다. 반면, 설명된 두 경우의 각각의 논리적 역(inverse)에 따라, 가정된 경우보다 더 많은 0.3㎜ 누설이 발생하는 시스템이 추론될 수 있다.
도 2에 도시된 연산 모델은 자연적인 압력 변동에 기초하며, 이러한 자연적인 압력 변동은 즉 시스템 내로의 공기 유동량 또는 기체 유동량의 안내 또는 배출을 포함하지 않는다. 그러나 이러한 방법은 시스템 내의 기체의 안내 또는 배출을 수반하는 별도의 압력원에도 적용된다. 과압을 발생시키기 위한 공기가 탱크 또는 탱크 시스템 안으로 펌핑되는 경우, 양의 부호를 갖는 추가의 공기 유동량이 단계(29)에 따른 적분기 내에서 고려된다. 저압을 발생시키기 위해 시스템으로부터 기체가 흡입되는 경우, 음의 부호를 갖는 기체 성분 또는 HC 성분이 단계(25 및 29)의 2개 적분기 내에서 고려된다.
단계(21)에서 사용된 증기압 곡선은 전형적인 연료에서의 온도 함수로서 증기압의 그래프를 반영할 수 있다. 특히 바람직한 다른 실시예들에서는 이 대신 2개 이상의 연료 증기압 곡선이 나타날 수 있다. 이러한 방법을 실행하기 위해, 이러한 증기압 곡선들 중, 현재 사용되는 연료의 특성을 나타내거나 이러한 특성에 가장 가까운 증기압 곡선이 선택된다. 각각 적합한 연료 증기 곡선의 선택은 바람직하게 현재 사용되는 연료를 측정함으로써 실행된다. 이러한 측정은 사용된 연료를 특성화하는 고정 변수에 의해, 예를 들어 연료 품질 또는 연료 휘발성의 측정을 통해 실행될 수 있다. 또한, 연료는 동적 부하 변동 시의 배기 가스값의 특성, 예를 들어 공기 계수 람다(변환 보상)에 의해 또는 시동 시의 엔진의 특성(시동 적응)을 통해 감지되거나 측정될 수 있다. 또한, 예를 들어 계절, 차량의 지리적인 위치 또는 주변 온도의 장기간의 변동과 같은 여러 가지 지표로부터, 사용된 연료가 추론될 수 있다.

Claims (11)

  1. 외부로부터 야기된 압력 변동에 대한 반응으로서 탱크 시스템 내의 압력 변화로부터 누설의 존재가 추론되는, 탱크 시스템(1) 내의 누설을 감지하기 위한 방법이며, 사전 설정 가능한 누설 크기에 대해 온도에 좌우되는, 탱크 시스템 내의 예상될 압력 변화가 결정되고, 실제 압력 변화와 예상될 압력 변화의 비교로부터 누설의 존재가 추론됨으로써, 탱크 시스템(1) 내의 온도의 영향이 고려되는 누설 감지 방법에 있어서,
    예상될 압력 변화를 결정하기 위해,
    - 주어진 온도에서 연료(HC)의 부분압으로서 평형 상태 증기압(pHCequi)을 결정하는 단계(단계 21)와,
    - "pHCequi"과 모델링된 부분압(pHC) 사이의 편차를 결정하는 단계(단계 22)와,
    - "pHCequi"과 "pHC" 사이의 편차로부터 연료의 증발률을 결정하는 단계(단계 23)와,
    - 상기 증발률과 모델링된 HC 누설 흐름 사이의 오차로서 순수 증발률을 결정하는 단계(단계 24)와,
    - 증기 형태의 HC 질량을 결정하기 위해 시간에 걸쳐 상기 순수 증발률을 적분하는 단계(단계 25)와,
    - 주어진 부피(단계 26) 및 주어진 온도(단계 27)에서 증기 형태의 HC 질량으로부터 모델링된 부분압(pHC)을 결정하기 위한 단계와,
    - 사전 설정 가능한 누설 크기일 때, 소정의 공기의 부분압(pair)에서 모델링된 "pHC"에 의해 모델링된 HC 누설 흐름을 결정하기 위한 단계(단계 28)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 누설 감지 방법.
  2. 제1항에 있어서, 사전 설정 가능한 누설 크기는 0.1㎜ 내지 0.8㎜의 직경을 갖는 누설부에 상응하는 것을 특징으로 하는 누설 감지 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 탱크 시스템 내의 온도는 측정되거나 예상되거나 이 둘 모두가 실행되는 것을 특징으로 하는 누설 감지 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 연료의 증기압 그래프는 온도 함수로서 고려되는 것을 특징으로 하는 누설 감지 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 증기압 그래프는 2개 이상의 연료를 위한 온도 함수로서 저장되고, 하나의 그래프가 선택되어 고려되는 것을 특징으로 하는 누설 감지 방법.
  6. 제5항에 있어서, 그래프는 특정 연료에 대한 추론을 가능하게 하는 계수를 고려함으로써 선택되며, 상기 계수는 연료 휘발성, 연료 품질, 동적 부하 변동 시의 배기 가스값, 시동 시의 엔진 특성, 계절, 지리적인 위치, 주변 온도의 변화 중 어느 하나 또는 이들의 하나 이상의 임의의 조합인 것을 특징으로 하는 누설 감지 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 외부로부터 야기된 압력 변동은 자연적인 압력 변동인 것을 특징으로 하는 누설 감지 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 외부로부터 야기된 압력 변동은 별도의 압력원으로부터 야기되는 것을 특징으로 하는 누설 감지 방법.
  9. 프로그램이 컴퓨터 또는 제어 장치에서 실행될 때, 제1항 또는 제2항에 따른 방법의 모든 단계들을 실행하기 위한, 프로그램 코드를 구비한 컴퓨터 프로그램이 저장되는, 기계 판독 가능한 매체.
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