KR101697445B1

KR101697445B1 - 계량 장치의 동작 방법

Info

Publication number: KR101697445B1
Application number: KR1020157006431A
Authority: KR
Inventors: 얀 호드슨; 페테르 바우에르; 스벤 스키퍼스
Original assignee: 콘티넨탈 에미텍 페어발퉁스 게엠베하
Priority date: 2012-08-14
Filing date: 2013-08-09
Publication date: 2017-01-17
Also published as: US20150159536A1; US9599003B2; CN104583552B; IN2015DN01040A; KR20150039891A; EP2898197B1; JP2015524899A; RU2015108833A; RU2607120C2; WO2014026912A1; DE102012107430A1; EP2898197A1; CN104583552A

Abstract

본 발명은 액체 첨가제를 펌프하기 위해 펌핑 동작들을 수행하는 이동식 펌프 요소(3)를 갖춘 적어도 하나의 펌프(2)를 포함하며, 압력 라인(5)을 통해 펌프(2)의 가압측(20)에 연결되고 액체 첨가제를 계량하기 위해 개방될 수 있는 적어도 하나의 인젝터(4)를 포함하는 액체 첨가제용 계량 장치(1)를 동작시키기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 방법에 있어서, 인젝터(4)는 단계 a)에서 개방된다. 이후 단계 b)에서, 액체 첨가제가 계량되고 펌핑 동작들은 계량 프로세스 동안 카운트된다. 이후 단계 c)에서, 인젝터(4)가 폐쇄된다. 이후 단계 d)에서, 단계 b)에서 확인된 펌핑 동작들의 수가 계량 장치(1)의 동작의 진단을 수행하기 위해 단계 a)와 단계 c)간 인젝터(4)의 개방 시간과 비교된다.

Description

계량 장치의 동작 방법{Method for operating a metering device}

본 발명은 액체 첨가제용 계량 장치의 동작 방법에 관한 것이다. 액체 첨가제용 계량 장치는 예컨대 내연기관의 배기 가스 처리 장치 내에 액체 첨가제를 공급하기 위해 자동차 분야에 이용된다.

액체 첨가제가 공급되는 배기 가스 처리 장치는 자동차 분야에 널리 이용되고 있다. 이러한 종류의 배기 가스 처리 장치에 있어서, 예컨대 선택적 촉매 감소(SCR 방법)가 수행된다. 이러한 방법에 있어서, 내연기관으로부터의 배기 가스 내의 산화질소 성분은 환원제의 도움으로 질소, 물 및 이산화탄소와 같은 무해한 물질로 변형된다. 이러한 목적을 위해 종종 암모니아가 환원제로 사용된다. 자동차에 있어서, 암모니아는 종종 직접적으로 저장되진 않지만 환원제 전구용액(precursor solution)의 형태로 저장된다. 이러한 목적을 위해 특히 빈번하게 사용되는 하나의 환원제 전구용액은 요소 수용액이 있다. 예컨대 상표명 AdBlue^®의 32.5%의 요소 수용액이 이용가능하다. 이러한 환원제 전구용액은 계량 장치에 의해 탱크로부터 액체 첨가제로서 이용가능하며, 이후 배기 가스 처리 장치 내의 배기 가스 내에서 그리고/또 이러한 목적을 위해 특별히 제공된 반응기 내의 배기 가스 밖에서 암모니아로 변환된다. 이하의 문장에 있어서, 용어 "첨가제"는 그와 같은 환원제 또는 특히 환원제 전구체를 포함한다.

배기 가스 처리 장치의 성공적인 동작을 위해, 액체 첨가제가 용이하게 이용가능해야 하고 계량 장치에 의해 정확하게 계량되는 것이 바람직하다. 특히, 요구조건에 따라 정확하게 할당된 계량이 바람직하다. 동시에, 액체 첨가제용 계량 장치가 가능한 한 저렴해야 한다. 계량 장치에서 정확하면서 신뢰할 수 있는 계량을 달성하기 위해 제공된 요소(예컨대, 펌프, 밸브 및 센서)들이 가능한 한 적으면서 단순해야 한다.

액체 참가제용 계량 장치의 동작에서 종종 야기되는 한가지 문제는 그 계량 장치 내의 공기 방울이다. 한편, 상기 계량 장치 내의 공기 방울은 계량 장치에 의해 전달된 액체 첨가제의 양을 변화시키는데, 즉 그러한 계량 장치 내의 액체 첨가제가 공기 방울을 포함하면 정확한 계량을 불가능하게 한다. 한편, 공기 방울은 특히 액체 첨가제를 펌핑하기 위한 펌프가 동일한 방식으로 또는 유사한 방식으로 액체 첨가제에서 공기를 펌핑할 수 없을 경우 전체적인 전달을 방해하거나 또는 심지어 못하게 할 수도 있다. 이는 특히 비용의 이유 때문에 액체 첨가제용 계량 장치에 사용된 값싼 펌프의 경우에 발생한다.

이러한 상황을 감안한 본 발명의 목적은 상술한 기술적 문제들을 해결하거나 또는 적어도 완화시키는데 있다. 특히, 본 발명은 현저히 높은 계량의 정확도 및 현저히 높은 신뢰성을 제공하는 액체 첨가제용 계량 장치를 동작시키는 방법, 및 저비용으로 생산된 계량 장치를 기술한다.

이들 목적은 청구항 1의 형태에 따른 방법에 의해 달성된다. 더욱이, 그러한 방법의 장점 실시예들이 종속 청구항들에 나타나 있다. 청구항들에 개별적으로 제공된 형태들은 소정의 기술적으로 실행가능한 방식으로 조합될 수 있고, 그러한 설명으로부터의 예시의 재료들에 의해 보충됨으로써, 발명의 또 다른 변형 실시예들을 이끌어낼 수 있다.

따라서, 액체 첨가제용 계량 장치를 동작시키기 위한 방법이 제안되며, 상기 계량 장치는 액체 첨가제를 펌프하기 위해 전달 동작들을 수행하는 이동식 펌프 요소를 갖춘 적어도 하나의 펌프를 구비하고, 압력 라인에 의해 펌프의 가압측에 연결되고 액체 첨가제를 계량하기 위해 개방될 수 있는 적어도 하나의 인젝터를 구비하며, 상기 방법은:

a) 상기 인젝터를 개방하는 단계;

b) 상기 액체 첨가제를 계량하고, 이 계량 프로세스 동안 전달 동작들을 카운팅하는 단계;

c) 상기 인젝터를 폐쇄하는 단계; 및

d) 상기 계량 장치의 동작을 진단하기 위해 상기 단계 a)와 단계 c)간 상기 인젝터의 개방 시간과 상기 단계 b)에서 확인된 전달 동작들의 수를 비교하는 단계를 적어도 포함한다.

상기 기술된 방법에 의해 동작될 수 있는 계량 장치는 특히 탱크로부터 액체 첨가제(특히 요소 수용액)를 취해 그 액체 첨가제를 소정 부분의 배기 가스 처리 장치로 공급하도록 디자인되어 셋업된다. 바람직하게 상기 계량 장치의 펌프는 흡입측 및 가압측을 구비한다. 탱크로부터 액체 첨가제를 인출하기 위해, 펌프의 흡입측은 흡입 라인에 의해 탱크에 연결된다. 액체 첨가제는 흡입 라인을 통해 인출될 수 있다. 인젝터로 이어지는 압력 라인은 펌프의 가압측에 연결된다. 상기 인젝터는 액체 첨가제의 방출을 콘트롤하기 위해 사용될 수 있다. 상기 인젝터는 배기 가스 처리 장치에 직접 바로 배열될 수 있다. 또한, 인젝터가 배기 가스 처리 장치로부터 거리를 두고 배열되게 하기 위해, 인젝터와 배기 가스 처리 장치 사이에 배열되도록 다른 라인 세그먼트(배기 가스 외측)가 가능하다. 바람직하게, 인젝터에 의한 배기 가스 처리 장치 내에 계량된 액체 첨가제의 추가는 배기 가스 처리 장치 내에 액체 첨가제의 균일한 분배 또는 스프레이를 보장하는 (패시브) 노즐 또는 주입 포인트에 의해 달성된다. 바람직하게, 상기 노즐 또는 주입 포인트는, 유동의 관점에서 펌프로부터 보는 바와 같이, 인젝터와 배기 가스 처리 장치 사이 또는 인젝터 다음에 위치한다.

바람직하게, 상기 펌프는 펄스 방식으로 동작하는 펌프이며, 그러한 펌프 요소는 펌핑을 위한 전달 동작들과 같은 전달 스트로크(delivery stroke)를 수행한다. 통상 그러한 전달 스트로크는 기술된 방법에 따라 알 수 있는 전달 동작들이다. 전달 동작(또는 전달 스트로크) 동안, 상기 펌프 요소는 동작 범위 내에서 전후방으로 이동하며, 여기서 펌프 챔버는 일정한 형태의 크기로 확장 및 감소한다. 펌프 챔버가 좀더 작아지는 한편, 액체 첨가제는 펌프의 가압측을 향해 유동되어, 펌프의 밖으로 또는 그 펌프의 펌프 챔버 밖으로 유동된다. 펌프 챔버 볼륨이 크기가 증가하는 한편, 액체 첨가제는 펌프의 흡입측에서 출발하여 펌프 내로 또는 펌프 챔버 내로 유동된다. 펌프의 흡입측 및/또는 가압측 상에는, 바람직하게 밸브가 제공되며, 이에 따라 펌프를 통한 액체 매질의 유동의 방향을 결정한다. 특히, 펌프가 가압측 상에만 밸브를 구비하고 흡입측 상에 밸브가 제공되지 않을 경우 바람직하며, 여기서 흡입측 상의 밸브의 동작은 펌프에 걸친 액체 첨가제의 유동 경로의 적절한 구성에 의해 달성된다. 특히 이러한 종류의 펌프는 저렴하며, 이에 따라 계량 장치에 사용하는데 특히 유용하다.

펌프의 이동식 펌프 요소는 예컨대 피스톤으로서 또는 다이어프램(diaphragm)으로서 구현될 수 있다. 또한, 피스톤, 다이어프램 및 상기 피스톤의 동작을 다이어프램으로 전달하는 전달 수단으로 이루어진 조합된 이동식 펌프 요소가 사용될 수 있다. 이러한 종류의 전달 수단은 예컨대 고체(기계적) 전달 수단(태핏(tappet), 슬라이드, 연결 로드 또는 캠(cam) 구조와 같은) 또는 전달 유체와 같은 액체 전달 수단이 될 수 있다. 전달 유체는 피스톤에 의해 이동될 수 있으며, 이런 식으로 다이어프램을 유압식으로 움직인다. 바람직하게 상기 이동식 펌프 요소는 드라이브에 의해 구동된다. 이러한 드라이브는 예컨대 전자기 선형 드리이브가 될 수 있다. 이러한 형태의 드라이브는 특히 이러한 종류의 드라이브를 갖춘 펌프가 특히 저렴하기 때문에 바람직하다. 그러나, 일부 다른 드라이브, 예컨대 전달 수단을 갖춘 회전 드라이브가 사용될 수도 있으며, 상기 전달 수단은 회전 드라이브의 회전 동작을 이동식 펌프 요소의 선형 동작으로 변환시킨다.

또한 펌핑을 위한 전달 동작들을 수행하는 다른 펌프들을 사용할 수도 있다. 기술된 방법에 대한 가장 중요한 포인트는 어떻게든 카운트될 수 있는 전달 동작들을 그러한 펌프가 수행할 수 있다는 것이다. 기술된 방법에서 펄스와 유사한 또는 펄스 방식으로 펌핑이 일어나는 것은 중요치 않다. 예컨대, 펌프의 회전 드라이브의 완전한 회전 동작은 기술된 방법을 실행하기 위해 쉽게 카운트될 수 있다. 용적식 펌프(positive displacement pump)와 그리고 또 동적 펌프 모두는 펌핑을 위한 회전 동작들을 수행하는(카운트할 수 있는) 드라이브를 구비할 수 있다.

기술된 방법을 위한 계량 장치의 펌프는 바람직하게 5보다 큰, 바람직하게 10보다 큰, 보다 바람직하게 20보다 큰 다수의 동작들이 인젝터에 의한 (단일의) 통상 계량 프로세스에 필요한 그와 같은 인젝터에 따라 필요한 크기로 했다.

바람직하게, 그러한 계량 장치의 경우, 계량은 인젝터의 (능동 또는 콘트롤된)개방 및 폐쇄에 의해 달성된다. 여기서, 인젝터가 개방되는 동안의 시간은 액체 첨가제의 계량된 양에 비례한다. 이러한 목적을 위해, 바람직하게 펌프와 인젝터간 압력 라인에서의 압력은 미리 규정된 전달 압력으로 설정된다. 이는 펌프의 적절한 활성화 또는 콘트롤을 통해 달성된다. 바람직하게 제어 유닛이 압력 라인에서의 압력을 결정하거나 모니터하게 할 수 있는 압력 센서는 상기 압력 라인 상에 제공된다. 이후, 그러한 압력 센서로부터의 정보에 따라, 상기 제어 유닛은 펌프를 콘트롤한다. 압력 라인에서의 액체 첨가제의 규정된 압력과 그 개방된 인젝터의 일정한 개방 단부 및 액체 첨가제의 일정한 점성이 주어지면, 계량된 액체 첨가제의 양은 인젝터의 개방과 폐쇄간 인젝터의 개방 시간에 비례한다. 만약 압력 센서가, 예컨대 그 압력 센서와 인젝터간 라인 세그먼트로 인해, 인젝터와 거리를 두고 배열되면, 상기 압력 센서에 의해 측정된 압력은 계량을 위해 인젝터에서의 압력을 결정하기 위해 필터링되거나 또는 처리될 수 있다. 그러한 필터링/처리는 라인 세그먼트의 타입에 따라 각기 다른 방식으로 수행될 수 있다. 예컨대, 상기 필터링/처리는 감쇠(attenuation) 및/또는 타임 오프셋(time offset)을 포함할 수 있다.

방법의 단계 a) 내지 c)에 있어서, 액체 첨가제의 계량은 기술된 방식으로 인젝터의 도움으로 수행된다. 단계 b)에서 인젝터가 개방되면서 계량 장치의 압력 라인에서의 압력을 유지하기 위해, 펌프는 압력 라인으로 액체 첨가제를 펌프하고, 이러한 목적을 위해 전달 동작들을 수행한다. 단계 b)에 따라, 전달 동작들의 수가 이러한 프로세스 동안 결정된다. 참고로 본원에는 펌핑 변위의 수에 비례하거나 또는 그 특징을 나타내는 계량 장치(및 특히 펌프의 드라이브)의 동작 파라미터가 고려될 수도 있다는 것을 말해 둔다. 예컨대 작은 전달 동작들이 수행되는 경우, (완전한) 전달 동작들의 카운팅은 그러한 시스템에서 만족될 것이다(정확성 및/또는 비용의 이유로 인해). 그러한 작은 전달 동작들은 그 전달 동작들이 이동식 펌프 요소에 의해 수행되는 전달 스트로크일 때 특히 가능하다. 이후 펌프는 부분적 스트로크로 동작할 수 있다. 그러한 부분적-스트로크 동작에 있어서, 완전한 전달 스트로크(하부 사점(bottom dead center)에서 상부 사점(top dead center)까지)가 수행되지 않는다. 부분적 스트로크에서의 이동식 펌프 요소의 동작은 "작은" 전달 동작과 관련될 수 있다. 그러한 작은 전달 동작들은 그 전달 동작들을 카운팅할 때 적절하게 가중될 수 있다. 예컨대, 2개의 작은 전달 동작이 "정상" 전달 동작으로서 카운팅될 수 있다. 또한 그러한 전달 동작을 카운팅함에 있어 작은 전달 동작들을 무시할 수 있다. 그 외 및/또는 대안으로, 단일 전달 동작의 증분이 고려될 수도 있는데, 즉 예컨대 단일의 전달 스트로크 동안 펌프의 드라이브의 일부 단계를 고려함으로써, 펌프 요소의 동작의 좀더 정확한 모니터링이 달성되는 것을 보장한다. 펌프의 완전한 전달 스트로크는 전달된 소정의 액체 첨가제의 양에 각각 대응되고 기술된 방법에 따른 의미의 "전달 동작"으로 각각 간주되는 다수의 세그먼트로 분할될 수 있다. 상기한 상황은 다수의 전달 동작이 파라미터로서 취해지는 이하의 경우에 적용될 것이다.

단계 a)와 단계 c)간 인젝터의 개방 시간(실제 및/또는 측정된)과 단계 b)에서의 펌프 요소의 전달 동작들의 수의 비교에 있어서, 상기 개방 시간에 대응하는 계량된 양(비교 양 또는 비교 수)이 산출된다. 이는 또한, 예컨대 이하의 파라미터들의 보조에 의해 달성될 수 있다:

- 압력 라인에서의 압력;

- 액체 첨가제의 점성;

- 개방 상태에서의 인젝터의 개방 단부; 및

- 단계 a)와 단계 c)간 인젝터의 개방 시간.

그러한 대응되는 산출 데이터(비교 양 또는 비교 수)는 부분적으로 미리 결정되거나 산출되고 일정한 변환 파라미터(또는 특성 값 또는 특성 맵)들로 저장되어, 상기 방법 중에 신속하면서 적은 계산의 노력으로 상기 비교 양 및/또는 비교 수가 결정될 수 있도록 제어 유닛에서 검색에 이용될 수 있다.

더욱이, 전달 동작들의 수에 대응하는 전달 양은 예컨대 다른 비교 양 또는 비교 수로서 결정된다. 상기 전달 양은 예컨대 이하의 파라미터의 보조에 의해 결정될 수 있다:

- 펌프 챔버 볼륨;

- 펌프 및/또는 인젝터가 동작되는 전류 및/또는 전압;

- 펌프 및/또는 인젝터를 동작시키기 위한 전류 및/또는 전압에 대한 특성 또는 신호 특성과 같은 펌프의 콘트롤 파라미터;

- 전달 동작들의 수행 동안 적절한 이동식 펌프 요소의 속도;

- 액체 첨가제의 점성; 및

- 전달 동작들의 수.

또한 이들 데이터(비교 양 또는 비교 수)는 부분적으로 미리 결정되거나 산출되고, 특성 값 또는 특성 맵으로서 저장되어 제어 유닛에서 검색에 이용될 수 있다.

그러한 비교의 일부로서, 어느 하나가 인젝터의 개방 시간을 나타내고, 다른 하나가 수행된 전달 동작들을 나타내는, 2개의 결정된 전달 양(또는 비교 양 또는 비교 수)이 서로 비교된다. 양쪽 전달 양이 명확히 산출될 필요는 없다. 또한 그러한 전달 양들이 적절한 등가 변수를 이용하여 서로 비교될 수도 있다. 따라서, 용어 "비교 양" 및 "비교 수"는 또한 그와 같은 등가 변수를 상징한다. 예컨대, 양쪽 펌핑 양이 같아질 때 얻어진 비교 과정이 이용될 수 있다.

단계 d)에서 비교에 의해 수행된 진단에 의해, 계량 장치의 인젝터에 걸쳐 액체 첨가제의 손실이 야기되었는지, 인젝터를 통한 계량이 부정확한지 그리고/또 펌프에서 전달 양 또는 전달 압력의 손실이 있었는지를 확인할 수 있다. 그러한 비교에 있어서, 비교 수들간 또는 비교 양들간 편차가 확인될 수 있다. 단계 d)에서 상당한 편차가 확인되면, 예컨대 계량 장치의 동작(특히 계량 장치의 계량의 정확도)을 향상시키기 위해, 그 장치의 적어도 하나의 동작 파라미터의 정정이 수행될 수 있다. 만약 단계 d)에서 상당한 편차가 확인되면, 탑재된 진단 시스템에서 고장 신호가 출력될 수 있다.

상기 방법의 하나의 변형 실시예에 따르면, 방법 단계 a) 내지 c)는 단계 d)가 수행되기 전 다수의 반복으로 반복되고, 상기 다수의 반복에 대응하는 다수의 비교가 단계 d)에서 수행되며, 상기 비교들은 계량 장치의 동작을 진단하기 위해 연합하여 고려된다.

예컨대, 방법 단계 a) 내지 c)는 방법 단계 d)가 수행되기 전 5회와 20회 사이에서 수행될 수 있다. 이 때 인젝터 개방 기간 및 수행된 전달 동작들의 수는 방법 단계 a) 내지 c)의 각각의 실행을 위해 저장되거나, 또는 각각 대응하는 비교 양 또는 비교 수가 저장된다. 다음에 이들 인젝터 개방 기간 및 수들은 연합하여 고려되는 단계 d)에서 서로 비교될 수 있다. 이런 식으로, 예컨대 일정한 형태로 야기되는 계량 에러 또는 불규칙적으로 반복된 계량 에러가 발생하는지를 확인할 수 있다. 해당될 경우, 장애가 잠시 발생하고 이에 따라 정정 수단이 개시될 필요가 없다는 것을 알아 낼 수도 있다.

예컨대 비교 양 또는 비교 수에 있어서 허용할 수 없는 편차가 그러한 수행된 비교의 최소 비율로 발생되면 고장이 검출될 수 있다. 예컨대, 만약 허용할 수 없는 편차가 그 비교의 30% 이상으로 발생되면, 고장이 검출될 수 있다.

이런 식으로, 예컨대 사실상 영구한 고장은 아니고 단지 일시적인 장애일 때 자동차의 탑재된 진단 시스템이 고장 메시지를 출력하는 것을 방지할 수 있다.

상기 기술된 방법은 단계 a)와 단계 c)간 펌프된 액체 첨가제의 명확한(또는 실제의) 양이 다수의 전달 동작들을 이용하여 단계 d)에서 명확히 산출되는 경우 바람직하다.

전달된 양에 대해 이런 식으로 결정된 정보는, 예컨대 인젝터의 계량의 정확도를 검사하기 위해 사용될 수 있다. 계량 장치의 규칙적인(만족스러운) 동작에 있어서, 계량된 양은 인젝터의 개방 시간을 이용하여 지정한다. 전달 동작들에 의해 산출된 양의 도움으로, 인젝터의 추가의 교정이, 예컨대 제어 유닛에서 인젝터의 계량된 양과 개방 시간간 상관관계에 따라 정보를 업데이트하고, 적절한 경우 계량 장치에서 그것을 변경하도록 조정(예컨대, 계량 장치의 요소들의 노후 현상으로 인해)하기 위해 수행될 수 있다.

상기 방법은, 단계 d)에서, 다수의 전달 동작들의 수 또는 그 수에 대응하는 파라미터가 제1한계치보다 크면 계량 장치에 공기가 있다는 것이 확인되는 경우, 더 효과적이다.

여기서, 바람직하게 제1한계치는 인젝터의 개방 시간에 따라 규정된다.

전달 동작들의 수 및/또는 그 전달 동작들의 수 또는 단계에 대응하는 파라미터(펌핑 양; PUMPING QUANTITY)에 대한 제1한계치는 인젝터의 개방 시간에 의해 결정된 계량된 양(METERED QUANTITY)을 이용하여, 그리고 통상 그 전달 동작들에 대응하는 전달 양을 이용하여 결정될 수 있다(즉, 계량 장치에 공기가 없을 때). 예컨대, 통상 상기 전달 동작들의 수에 대응하는 전달 양이 상기 계량된 양보다 큰 10% 이상이거나 또는 50% 이상이면, 계량 장치에 또는 그 계량 장치의 펌프에 그리고/또 압력 라인에 공기가 있다는 것을 추정할 수 있다. 이는, 이러한 경우, 그러한 전달 동작들을 수행함에 따라 펌프가 트랩된 공기로 인해 전체 전달 용량을 전개할 수 없으나 단지 적어도 부분적으로 이동식 펌프 요소에 의해 공기를 압축할 수 있을 뿐이라는 사실에 기인하며, 이후 다시 공기는 확장한다. 이 때 펌프의 전체 펌프 챔버 볼륨이 전달 액체 첨가제에 사용될 수 없다. 제1한계치(1GW)로서, 예컨대 편차에 대한 값이 규정될 수 있다. 따라서, 그 한계치는 예컨대 전달 동작들의 수에 의해 결정된 전달 양의 1.5배, 특히 1.3배 또는 심지어 상기 전달 양의 1.1배가 될 수 있다. 이로부터, 관계식 1GW = 1.2*PUMPING QUANTITY(METERED QUANTITY ＜ 1GW이면)에 의해, 시스템의 성질에 따라 계량 장치에서 공기가 검출되거나 결정된다. 이러한 과정에 의해, 추가의 센서의 필요성 없이 계량 장치에서 공기를 검출할 수 있다.

상기 방법은 전달 동작들의 수를 이용하여 상기 계량 장치에서의 가스량이 결정될 경우 더 효과적이다.

특히, 이는 통상 전달 동작들(만족스러운 동작의 경우)의 수에 대응하는 전달 양을 인젝터의 개방 시간에 대응하는 계량된 양과 비교함으로써 달성될 수 있다. 그러한 가스량의 크기는 인젝터에서의 계량된 양에 대한 펌프에서의 상기 전달 양의 비율에 따른다. 상기 가스량은 통상 계량 장치로 인출되는 공기 방울이다. 상기 계량 장치에서의 공기 방울 또는 가스량의 크기는 예컨대 이러한 비율에 비례하는 것으로 간주된다. 또한 좀더 복잡한 산출 과정(특성 맵)이 전달 동작들의 수로부터 공기 방울 또는 가스량의 크기 및 인젝터의 개방 시간을 결정하기 위해 이용될 수도 있다. 이러한 산출 과정에 있어서, 이하 파라미터들 중 적어도 하나를 추가로 고려할 수도 있다:

- 액체 첨가제의 점성;

- 요구된 계량된 양, 이에 의해 인젝터의 개방 시간이 얻어짐;

- 압력 라인에서의 압력; 및

- 가스량 또는 공기 방울의 점성.

따라서, 계량 장치에(특히, 계량 장치의 압력 라인 또는 펌프에) 공기 방울 또는 가스량이 얼마나 많은지 매우 간단한 방식으로 추정할 수 있다. 이후 이러한 정보는 어느 정도를 시스템에서 빼야 할지의 결정을 고려하거나 또는 심지어 결정할 수 있다.

상기 방법은 가스가 계량 장치에서 검출되어 그러한 계량 장치의 탈기가 수행될 경우 더더욱 효과적이다.

여기서, 그러한 가스는 특히 공기 및/또는 증기(첨가제의)가 될 수 있다. 계량 장치에서 가스를 제거함으로써, 계량 장치의 정확한 동작 또는 전체 전달 양을 신속하게 재확립시킬 수 있다. 여기서, 용어 "탈기"(또는 삼출)는 계량 장치 내의 액체 첨가제에서의 가스의 비율이 그 계량 장치의 수정 동작에 의해 감소된다는 것을 의미하기 위한 것이다. 특히, 상기 제1한계치는 탈기 과정이 수행된 후 다시 언더샷(undershot)된다.

또한, 상기 방법은 계량 장치가 펌프에서 인젝터로 확장되는 압력 라인 및 압력 라인으로부터 분기되는 리턴 라인을 구비할 경우 효과적이며, 여기서 그러한 탈기(즉, 가스 제거)는 다수의 전달 동작들이 제2한계치보다 클 때 리턴 라인을 통해 발생하고, 그렇지 않으면 가스 제거는 인젝터를 통해 발생한다.

가스량/공기 방울의 존재는 전달 동작들의 수가 소정의 전달 양에 대응하는 제1한계치보다 크다는 사실로부터 확인될 수 있다는 것을 앞서 이미 설명했다. 이제 계량 장치에 존재하는 가스량의 크기/양이 소정의 값을 초과하는지를 확인하기 위해 제2한계치가 사용되는 것에 대해 기술한다. 이는 마찬가지로 앞서 이미 기술한 바와 같이 실제 존재하는 가스량/공기량을 결정하기 위해 전달 동작들의 수가 사용될 수 있다는 사실로부터 기인한다.

이제 액체 첨가제용 계량 장치는 압력 라인으로부터 분기되고 압력 라인에서 다시 탱크로 확장되는 리턴 라인을 가질 수 있다. 이러한 종류의 리턴 라인에 의해, 액체 첨가제의 순환이 가능하다(예컨대, 흡입 라인, 펌프, 압력 라인 리턴 라인을 통해 다시 탱크로의 유동 방향으로). 그와 같은 순환에 의해, 계량 장치 내에 존재하는 가스 또는 공기는 인젝터에서 액체 첨가제의 계량을 왜곡시키지 않고 다시 탱크 내로 펌프될 수 있다. 그러나, 그와 같은 순환의 경우, 리턴 라인을 통한 순환이 콘트롤되는 리턴 밸브가 개방되면 상기 탈기 과정 동안 압력 라인에서의 압력이 저하되기 때문에, 인젝터를 통한 액체 첨가제의 동시 계량은 효과적이지 않다. 바람직하게, 상기 리턴 밸브는 가능한 한 가깝게 리턴 라인에 배열되거나 또는 압력 라인으로부터 리턴 라인의 분기 바로 뒤에 배열된다.

기술된 리턴 라인에 의한 계량 장치의 탈기의 대안으로서, 가스 또는 공기를 계량 장치의 인젝터를 통해 통과시킬 수도 있다. 이후 그러한 가스는 액체 첨가제와 함께 계량 장치의 인젝터를 통해 푸쉬(push)된다. 한편으로는 이러한 방식의 탈기의 경우, 인젝터에 의한 계량 동작이 방해받지 않을 지라도, 인젝터를 통해 통과하는 동시에 빠져나오는 가스량은 계량된 양의 왜곡을 이끈다.

본원에 기술된 상기 방법의 그러한 다른 향상된 접근 방식은 가스가 비교적 작기 때문에 그 가스의 작은 볼륨/양으로 이러한 왜곡을 수용할 수 있다는 것이다. 이후 삼출이 인젝터를 통해 일어나지만, 유효하게 계량 장치의 규칙적인 동작은 방해받지 않는다. 특히 공기 방울 또는 가스량이 소정의 크기를 초과할 경우, 그러한 인젝터에 의한 액체 첨가제의 부정확한 계량(가스량 또는 공기 방울에 의해 야기된)은 규칙적인 동작으로서 수용할 수 있게 하기에는 지나치게 클 수 있다. 가능한 한 빠르게 계량 장치의 고장 없는 동작을 확립시키기 위해, 이러한 경우의 탈기는 리턴 라인을 통해 행해진다.

상기 기술된 방법은 또한 이동식 펌프 요소의 속도가 단계 b) 동안 결정될 경우 유효하다.

이러한 프로세스 동안, a)와 c) 사이의 시간 및 전달 동작들의 수로부터 간단히 얻어지는 산출되는 이동식 펌프 요소의 평균 속도는 바람직하지 않다. 대신, 이동식 펌프 요소에 작용하는 구동력에 따라 단일의 전달 동작 동안 얻어지는 이동식 펌프의 속도가 결정되는 것이 바람직하다. 압력 라인에서의 압력이 높을 수록, 일정한 구동력이 이동식 펌프 요소에 가해질 경우 이동식 펌프 요소는 더 느리게 이동한다. 따라서, 상기 압력 라인에서의 압력은 이동식 펌프 요소의 속도 특성에 의해 상기 기술된 방식으로 매우 쉽게 그리고 저렴하게 결정될 수 있다(전달 동작 동안).

상기 압력 라인에서의 압력이 이러한 방법에 의해 결정되면, 그 압력 라인에서의 압력이 펌프 자체 내에서 검출될 수 있기 때문에 압력 라인 상에 추가의 압력 센서를 없앨 수 있다.

만약 가스량 또는 공기 방울이 기술된 방법에 의해 계량 장치에서(또는 압력 라인에서) 검출되면, 이것이 계량 장치에서 행해지는 경우 바람직하다. 계량 장치의 밖으로 가스량 또는 공기 방울을 운반하는 2개의 다른 방식이 앞서 이미 기술되었다. 제1변형에 따르면, 그러한 가스량은 인젝터를 통해 배기 가스 처리 장치로 배출될 수 있다. 제2변형에 따르면, 계량 장치 내의 가스가 리턴 라인에 의해 액체 첨가제용 탱크 내로 다시 운반되는 순환이 수행될 수 있다.

특히 상기 제1변형의 유효한 실시예가 본원에 기술될 것이다. 바람직하게, 전달 라인을 따라 탱크에서 인젝터로 액체 첨가제를 펌핑하기 위한 펌프를 갖춘 액체 첨가제용 계량 장치에서 가스(또는 공기 방울)를 삼출시키기 위한 방법은 적어도 이하의 단계들을 포함한다:

w) 전달 라인에서 가스량 또는 공기 방울을 검출하는 단계;

x) 인젝터를 개방하는 단계;

y) 펌프의 동작 속도를 증가시키는 단계; 및

z) 공기 방울을 배출하는 단계,

상기 증가된 펌프의 동작 속도는 전달 라인에서의 공기 및 액체 첨가제의 운동량(momentum)을 증가시킨다.

또한 이러한 방법은 본 출원에 기술된 다른 개념들과 독립되어 사용될 수 있으며, 이에 의해 종래기술 이상의 독립적인 향상을 나타낸다. 그러한 방법에 있어서, 바람직하게 인젝터는 공기 방울이 검출된 후 즉시 개방되며, 이후 단지 펌프의 동작 속도가 증가된다. 이에 따라 그러한 증가된 펌프의 동작 속도가 전달 라인에서 액체 첨가제 및 공기 방울을 충분히 가속시키는데 사용되는 것을 보장할 수 있으며, 만약 있다하더라도 단지 약간의 압력 증가만이 전달 라인에서 발생한다. 이에 의해 액체 첨가제 및 공기 방울의 특정 운동량이 최대가 된다. 바람직하게 그러한 펌프의 동작 속도는 펌프의 최대 동작 속도보다 낮은 10% 이하의 동작 속도로 단계 y)에서 증가한다. 그와 같은 방법에 의해, 전달 라인의 액체 첨가제 및 공기 방울은 그 전달 라인에서의 공기 방울에 대한 구속력이 그러한 특정 운동량에 의해 극복될 정도로 가속될 수 있다. 상기 구속력은 예컨대 액체 첨가제와 공기 방울간 경계면에서 작용하여 전달 라인에 공기 방울을 유지시키는 모세관력일 수 있다. 상기 공기 방울은 이를테면 상기 특정 운동량에 의해 전달 라인 밖으로 빼낼 수 있다.

본원에는 액체 첨가제를 펌프하기 위해 전달 동작들을 수행하는 이동식 펌프 요소를 갖춘 적어도 하나의 펌프를 구비하고, 압력 라인에 의해 펌프의 가압측에 연결되고 액체 첨가제를 계량하기 위해 개방될 수 있는 적어도 하나의 인젝터를 구비하며, 상기 기술된 방법을 수행하도록 셋업되는 제어 유닛을 구비한 탱크에서 배기 가스 처리 장치 내로 액체 첨가제를 펌프하기 위한 계량 장치가 더 제안된다. 이러한 목적을 위해, 상기 제어 유닛은 적절한 메모리 요소, 계산 요소 및 데이터 라인을 구비하며, 특히 데이터 라인은 펌프, 인젝터 쪽으로(직접/간접적으로) 이어지며, 특히 적용가능한 압력 센서가 제공된다. 특히, 상기 계량 장치는 액체 요소 수용액을 펌프 및 계량하도록 디자인 및 셋업된다.

내연기관, 내연기관의 배기 가스를 정화시키기 위한 배기 가스 처리 장치, 액체 첨가제용 탱크 및 탱크에서 배기 가스 처리 장치 내로 계량된 형태로 액체 첨가제를 공급하도록 기술 및 셋업되는 계량 장치를 구비한 자동차가 더 기술된다. 특히, 그러한 자동차는 내연기관과 같은 디젤 엔진을 갖춘 승용차 또는 트럭이고, 상기 배기 가스 처리 장치는 SCR 촉매를 갖추며, 요소 수용액은 SCR 촉매의 상류로 주입된다(적절한 가압 가스의 도움으로).

본 발명 및 그 기술적 배경을 도면을 참조하여 이하 좀더 상세히 설명한다. 특히 도면은 바람직한 예시의 실시예들을 나타내며, 그러한 발명으로 한정하진 않는다. 특히, 도시된 도면 그리고 특히 크기 비율들은 단지 개략적이라는 것을 알아야 한다.
도 1은 액체 첨가제용 계량 장치의 제1변형 실시예를 나타내고,
도 2는 액체 첨가제용 계량 장치의 제2변형 실시예를 나타내고,
도 3은 계량 장치를 위한 펌프를 나타내고,
도 4는 계량 장치를 갖춘 자동차를 나타내며,
도 5는 기술된 방법의 순서도를 나타낸다.

도면에서 동일한 요소들에는 동일한 참조부호가 제공되며, 이에 따라 개별 도면과 관련된 설명들은 동일한 요소들 및 다른 도면들로 이동하여 설명될 수 있다. 본원에 명확히 나타내거나 또는 다른 조합이 기술적으로 명백히 불가능할 경우에만 도면의 요소들(구성품들)의 조합이 "반드시 연관된" 것으로 간주될 수 있다는 사실에 주의를 기울여야 한다. 따라서, 많은 경우에, 한 도면으로부터의 구성품/기능들이 다른 변형 실시예들에 통합(선택적으로 그리고/또 중복으로)되는 변형들도 발명의 범주 내에서 가능하다.

기술된 방법의 도움으로 동작될 수 있는 계량 장치(1)들의 다른 변형 실시예들이 도 1 및 2에 기술되어 있다. 그러한 계량 장치(1)들은 각각 탱크로부터 액체 첨가제(특히 요소 수용액)를 취해 배기 가스 처리 장치(9)로 전달한다. 상기 계량 장치(1)들은 각각 흡입 라인(13)에 의해 탱크(8)에 연결된 펌프(2)를 구비한다. 상기 펌프(2)는 또한 계량된 형태로 상기 액체 첨가제를 배기 가스 처리 장치(9)로 공급하도록 셋업되는 인젝터(4)에 압력 라인(5)에 의해 연결된다. 흡입 라인(13)에 인접해 있는 것은 압력 센서(14)이며, 이 압력 센서에 의해 흡입 라인(13)에서의 압력이 결정되거나 모니터될 수 있다. 상기 펌프(2), 압력 센서(14) 및 인젝터(4)는 제어 유닛(10)에 연결되며, 상기 제어 유닛(10)에 의해 상기 계량 장치(1)의 동작이 콘트롤 또는 모니터될 수 있다.

도 2에 나타낸 계량 장치의 변형 실시예는 추가로 리턴 라인(6)을 구비하며, 그 리턴 라인은 압력 라인(5)으로부터 분기되고, 그를 통해 상기 계량 장치(1)의 탈기(degasification)/삼출(bleeding)이 일어날 수 있다. 상기 리턴 라인(6)은 리턴 밸브(15)를 구비하며, 그 리턴 밸브에 의해 리턴 라인(6)이 개방 및 폐쇄될 수 있다.

도 3은 펌프(2)를 나타낸다. 그 펌프는 전달 동작 방식의 화살표로 나타낸 동작을 수행할 수 있는 이동식 펌프 요소(3)를 구비한다. 그러한 전달 동작 동안, 펌프 챔버(18)의 볼륨은 증가 및 감소된다. 그 펌프 챔버 볼륨이 증가하면, 액체 첨가제는 펌프의 흡입측(7)에서 유동 경로(16)를 따라 펌프 챔버(18) 내로 유동한다. 상기 펌프 챔버 볼륨이 감소하면, 액체 첨가제는 밸브(19)를 통해 펌프의 가압측(20)의 방향으로 유출한다. 상기 이동식 펌프 요소(3)는 바람직하게 전자기 선형 드라이브(electromagnetic linear drive)로 실시되는 드라이브(17)에 의해 구동된다.

도 4는 내연기관(12) 및 이 내연기관(12)의 배기 가스를 정화시키기 위한 배기 가스 처리 장치(9)를 구비한 자동차(11)를 나타낸다. 액체 첨가제는 계량 장치(1)에 의해 상기 배기 가스 처리 장치(9) 내로 공급될 수 있다. 상기 계량 장치(1)는 상기 배기 가스 처리 장치(9) 내에 액체 첨가제(특히 SCR 촉매(21) 상류의 요소 수용액)의 계량을 콘트롤하는 인젝터(4)를 구비한다. 상기 계량 장치(1)는 탱크(8)로부터 액체 첨가제를 받고 제어 유닛에 의해 콘트롤된다. 적절한 경우, 본원에 파선으로 나타낸 바와 같은 압축 공기 시스템(22) 또한 제공될 수 있으며, 이 분야의 통상의 기술자에게 잘 알려진 바와 같이, 그 압축 공기 시스템에 의해 그러한 첨가제의 주입이 어시스트된다.

도 5는 기술된 방법의 순서도를 나타낸다. 이는 그러한 기술된 방법의 실행시 루프 형태의 일정한 방식으로 반복적으로 수행되는 방법 단계 a) 내지 d)를 나타낸다.

상기 기술된 방법에 의해, 다양한 요소들 상호간 상당히 유효한 콘트롤이 이루어질 수 있기 때문에 매우 저렴한 개별 요소들로 구성될 수 있는 아주 정확하면서 신뢰할 수 있는 계량 장치의 동작이 가능하다.

[참조부호 리스트]

1 계량 장치

2 펌프

3 이동식 펌프 요소

4 인젝터

5 압력 라인

6 리턴 라인

7 흡입측

8 탱크

9 배기 가스 처리 장치

10 제어 유닛

11 자동차

12 내연기관

13 흡입 라인

14 압력 센서

15 리턴 밸브

16 유동 경로

17 드라이브

18 펌프 챔버

19 밸브

20 가압측

21 SCR 촉매

22 압축 공기 시스템

Claims

액체 첨가제용 계량 장치(1)를 동작시키기 위한 방법으로서,
상기 계량 장치는 액체 첨가제를 펌프하기 위해 전달 동작들을 수행하는 이동식 펌프 요소(3)를 갖춘 적어도 하나의 펌프(2)를 구비하고, 압력 라인(5)에 의해 펌프(2)의 가압측(20)에 연결되고 액체 첨가제를 계량하기 위해 개방될 수 있는 적어도 하나의 인젝터(4)를 구비하며, 상기 방법은 적어도:
a) 상기 인젝터(4)를 개방하는 단계;
b) 상기 액체 첨가제를 계량하고, 이 계량 프로세스 동안 전달 동작들을 카운팅하는 단계;
c) 상기 인젝터(4)를 폐쇄하는 단계; 및
d) 상기 계량 장치(1)의 동작을 진단하기 위해 상기 단계 a)와 단계 c)간 상기 인젝터(4)의 개방 시간에 대응하는 계량된 양과 상기 단계 b)에서 확인된 전달 동작들의 수에 대응하는 전달 양을 비교하는 단계를 포함하는, 액체 첨가제용 계량 장치(1) 동작 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 단계 a) 내지 c)는 단계 d)가 수행되기 전 다수의 반복으로 반복되고, 상기 다수의 반복에 대응하는 다수의 비교가 단계 d)에서 수행되며, 상기 비교들은 계량 장치(1)의 동작을 진단하기 위해 연합하여 고려되는, 액체 첨가제용 계량 장치(1) 동작 방법.
청구항 1에 있어서,
단계 a)와 단계 c)간 전달된 액체 첨가제의 양은 전달 동작들의 수를 이용하여 단계 d)에서 명확히 산출되는, 액체 첨가제용 계량 장치(1) 동작 방법.
청구항 1에 있어서,
단계 d)에서, 전달 동작들의 수 또는 그 전달 동작들의 수에 대응하는 파라미터가 제1한계치보다 크면 계량 장치(1)에 가스가 있다는 것을 확립하는, 액체 첨가제용 계량 장치(1) 동작 방법.
청구항 4에 있어서,
제1한계치는 인젝터(4)의 개방 시간에 따라 규정되는, 액체 첨가제용 계량 장치(1) 동작 방법.
청구항 4에 있어서,
계량 장치(1) 내의 가스량은 전달 동작들의 수를 이용하여 결정되는, 액체 첨가제용 계량 장치(1) 동작 방법.
청구항 4에 있어서,
계량 장치(1)에서 가스가 검출되면 계량 장치(1)의 삼출이 수행되는, 액체 첨가제용 계량 장치(1) 동작 방법.
청구항 6에 있어서,
계량 장치는 펌프(2)에서 인젝터(4)로 확장되는 압력 라인(5), 및 상기 압력 라인(5)으로부터 분기되는 리턴 라인(6)을 구비하며, 가스 제거는 전달 동작들의 수가 제2한계치보다 클 때 리턴 라인(6)을 통해 발생하고, 그렇지 않으면 가스 제거는 인젝터(4)를 통해 발생하는, 액체 첨가제용 계량 장치(1) 동작 방법.
청구항 1에 있어서,
이동식 펌프 요소(3)의 속도는 단계 b)에서 결정되는, 액체 첨가제용 계량 장치(1) 동작 방법.
탱크(8)에서 배기 가스 처리 장치(9) 내로 액체 첨가제를 펌프하기 위한 계량 장치(1)로서,
상기 계량 장치는 액체 첨가제를 펌프하기 위해 전달 동작들을 수행하는 이동식 펌프 요소(3)를 갖춘 적어도 하나의 펌프(2)를 구비하고, 압력 라인(5)에 의해 펌프(2)의 가압측(20)에 연결되고 액체 첨가제를 계량하기 위해 개방될 수 있는 적어도 하나의 인젝터(4)를 구비하며, 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 청구된 방법을 수행하도록 셋업되는 제어 유닛(10)을 구비한, 계량 장치(1).
내연기관(12), 이 내연기관(12)의 배기 가스를 정화시키기 위한 배기 가스 처리 장치(9), 액체 첨가제용 탱크(8) 및 이 탱크(8)에서 배기 가스 처리 장치(9) 내로 계량된 형태로 액체 첨가제를 공급하도록 셋업되는 청구항 9에 청구된 계량 장치(1)를 구비한, 자동차(11).