KR101945457B1 - 적어도 하나의 배기 파이프 내의 입자 질량과 관련된 물리량의 감시를 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

적어도 하나의 배기 파이프 내의 입자 질량과 관련된 물리량의 감시를 위한 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 연소 엔진의 하류에 배치된 적어도 하나의 배기 파이프 내에서 입자 질량(M)과 관련된 양을 감시하는 방법 및 시스템을 제공한다. 본 시스템은 적어도 하나의 연소 엔진의 하류에 배치된 적어도 하나 또는 다수의 입자 필터들에 걸쳐서의 압력 차이(dP)의 감소량(Δ)을 결정하기 위하여 배치된 제1 결정 장치를 포함한다. 이러한 감소량(Δ)은 적어도 하나 또는 다수의 대응 기준 입자 필터들에 걸쳐서의 압력 차이(dP)와 관련된다. 본 시스템은 입자 질량(M)과 관련된 양을 결정하기 위하여 배치된 제2 결정 장치를 또한 포함하고, 그 결정은 압력 차이(dP)의 결정된 감소량(Δ) 및 감소량(Δ)과 입자 질량(M)과 관련된 양 사이의 사전-결정 상호-관계에 기초하며, 따라서 적어도 하나의 배기 파이프 내의 하나 또는 다수의 매연 센서의 이용이 회피될 수 있다. 본 시스템은 양을 설정 문턱 값(Mth)과 비교하기 위하여 배치된 비교 장치를 또한 포함한다. 본 시스템은 비교의 결과와 관련된 적어도 하나의 지시를 제공하기 위하여 배치된 제공 장치를 또한 포함한다.

Description

적어도 하나의 배기 파이프 내의 입자 질량과 관련된 물리량의 감시를 위한 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR MONITORING OF A PHYSICAL QUANTITY RELATED TO A PARTICULATE MASS IN AT LEAST ONE EXHAUST PIPE}
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 적어도 하나의 배기 파이프 내의 입자 질량(particulate mass)과 관련된 적어도 하나의 양의 감시를 위한 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 청구항 27의 전제부에 따른 적어도 하나의 배기 파이프 내의 입자 질량과 관련된 양을 감시하기 위하여 배치된 시스템과, 본 발명에 따른 방법을 실시하는 컴퓨터 프로그램 및 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 관한 것이다.
이하의 배경 설명은 본 발명에 대한 배경의 설명에 관한 것이며, 따라서 반드시 종래 기술을 규정하기 위한 것은 아니다.
엔진, 예를 들면 차량 또는 선박 내에 포함된 엔진은, 일반적으로, 엔진 내에서의 연소 중에 발생하는 배기물(exhaust)의 정화를 위한 배기 처리 시스템을 구비한다. 주로 도시 지역에서의 공해 및 대기질(air quality)에 관한 정부의 관심 증가와 관련하여, 여러 관할 구역에서, 연소 엔진으로부터의 배출에 관한 배출 기준 및 규정이 입안되어 왔다.
그와 같은 배출 기준은, 흔히, 예를 들면 차량 내의 연소 엔진으로부터의 배기 배출의 허용 한계를 규정하는 요건들로 이루어진다. 예를 들면, 질소 산화물(NOx), 탄화수소(CxHy), 일산화탄소(CO) 및 입자상 물질(PM)의 배출 수준은 대부분의 유형의 차량에 대한 그와 같은 기준에 의하여 흔히 규제된다. 연소 엔진을 구비한 차량은 전형적으로 다양한 정도로 그와 같은 배출을 일으킨다. 본 명세서에서, 본 발명은 주로 차량 내의 적용에 대하여 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 연소 엔진이 사용되는 실질적으로 모든 적용 분야에, 예를 들면 선박 또는 항공기/헬리콥터와 같은 이동체(vessel) 내에 사용될 수 있으며, 그와 같은 적용을 위한 규정 및 기준은 연소 엔진으로부터의 배출을 제한한다.
이러한 배출 기준을 준수하기 위한 노력의 일환으로, 연소 엔진의 연소에 의해 발생하는 배기물은 배기 처리 시스템 내에서 처리(정화)된다. 그와 같은 배기 처리 시스템은, 흔히, 예를 들면 배기 기류 내의 매연 입자(soot particle)와 같은 입자를 포집하기 위하여 배치된 적어도 하나의 입자 필터를 포함한다.
정상적으로 작용하는 입자 필터에 의하여, 배기 기류 내의 거의 대부분의 입자들이 입자 필터 내에 포집되며, 따라서 배출 기준 내의 요건이 충족될 수 있다. 그러나, 포집된 입자들은 입자 필터 내에 저장되어, 여과 기능 및 그에 따라 입자를 포집하는 능력에 영향을 미친다. 입자 필터의 소정 저장 수준에서는, 필터가 정화될 필요가 있으며, 이는 필터의 재생(regeneration)에 의하여 달성될 수 있다. 재생이 언제 실시되어야 하는지를 알아내기 위하여, 종래 기술에 따르면, 입자 필터 전후의 압력 차이가 측정되었다. 이러한 측정에 기초하여, 입자의 재생이 필요한 경우에 활성화되었다. 재생이 언제 활성화되어야 하는지를 결정하기 위하여, 예를 들면, 매연 퇴적(soot build-up), 매연 산화 및 입자 필터 내로의 회분 침투(ash intercalation)에 관한 모델을 이용하는 것이 가능하다. 종래 기술에 있어서는, 배기 파이프 내의 입자 질량을 측정하기 위하여, 일부 시장(market)의 차량에 대하여 배기 파이프 내에 매연 센서가 또한 사용되어 왔다.
입자 필터에 손상, 마모 및/또는 그 외의 파손이 일어날 수 있는 위험성이 있으며, 그에 따라 입자를 포집하는 능력이 또한 저하될 수 있다. 종래 기술에 따르면, 입자 필터가 온전한지 또는 손상/파손되었는지를 결정하기 위하여, 입자 필터 전후의 압력 차이의 측정치가 온-보드 진단 장치(OBD; On Board Diagnostic)에 이용되어 왔다. 대형 화물 차량에 관한 유로(Euro) VI 요건을 충족하는 차량에 관한 규제 체계에 따르면, 주어진 측정 사이클 동안에 기준 필터에 대하여 압력 차이가 40% 감소하는 경우에는 오류 코드(error code)가 생성되어야 한다. 따라서, OBD 코드는 입자 필터가 손상/파손되었는지를 나타낸다. 배기 파이프 내에 매연 센서를 구비하는 차량에 있어서는, 배기 파이프 내의 입자 질량을 매연 센서로 측정함에 의하여, 입자 필터에 손상, 마모 또는 그 외의 파손이 일어났는지의 결정 시에도 매연 센서가 이용될 수 있다.
입자 필터가 손상 및/또는 파손되었는지를 결정하기 위하여 입자 필터 전후의 압력 차이의 측정치를 차량의 온-보드 진단 장치에 이용하는 차량은, 위에 언급된 규제 요건을 준수하기 위하여, 다시 말하자면 손상 및/또는 파손된 입자 필터를 알아내기 위하여 그러한 측정을 실시한다. 이 경우에, 입자 필터 전후의 압력 차이에 기초하여 차량으로부터 대기 중으로 방출되는 입자 질량(M)에 대해서는 전혀 평가가 이루어지지 않는다.
일부 차량들은, 위에 언급된 바와 같이, 입자 필터 진단의 목적으로, 다시 말하자면 입자 필터가 파손되어 교체될 필요가 있는지를 결정하기 위하여, 배기 파이프 내에 매연 센서를 이용한다. 그와 같은 매연 센서는 차량으로부터 대기 중으로 배출되는 입자 질량(M)을 결정하기 위하여 이용될 수도 있다. 그러나, 배기 파이프 내에 매연 센서의 이용은 여러 단점을 갖는 것으로 밝혀졌다. 또한, 현재로서는 배기 파이프 내의 입자 질량 및/또는 매연의 측정에 관한 규제 요건이 존재하지 않으므로, 위에 언급된 바와 같이, 모든 차량들이 배기 파이프 내에 매연 센서를 구비하는 것은 아니다.
매연 센서로서 현재 사용되는 저항 센서, 정전기 센서 및 기타 유형의 센서들은 고가이다. 더욱이, 이러한 센서들은 비교적 최근에 개발되었으며, 그 신뢰성이 낮고 때로는 일정하지도 않다.
배기물은, 전형적으로, 측정을 방해하고 심지어는 센서를 오염시키는 입자들을 포함하기 때문에, 배기 파이프는 센서에 대해서는 문제가 있는 환경이다. 따라서, 종래 기술의 방안은, 다소간의 입자들의 발생을 식별하는 것이 곤란할 수도 있는 환경에서, 흔히 오염된 센서에 의해 실시되는 측정에 의존하여 왔다. 더욱이, 이러한 센서들은 오염으로 인하여 자주 교체되거나 소제될 필요가 있으며, 이는, 재료비와 인건비로 인하여 그리고 차량이 사용-중지되어야 하므로, 센서의 이용에 많은 비용이 소요된다는 것을 의미한다.
일반적으로, 이전에는 입자 필터 전후의 압력 차이에 기초하여 손상 및/또는 파손된 입자 필터가 확인되었으며, 입자 질량의 배출에 관한 정보를 얻는 것은 가능하지 않았다. 차량으로부터의 입자 질량의 배출은, 그 대신에, 일부 차량에 대하여 그리고 일부 시장에 있어서는, 배기 파이프 내에 센서를 사용하는 고비용의 부정확한 비신뢰적 저항 센서 기술에 기초하여 결정되었다. 그와 같이 부정확하고 비신뢰적인 입자 질량 배출의 결정은, 입자 질량의 배출 한계 값이 초과될 위험성이 있다는 것을 의미한다.
따라서, 본 발명의 목적은 위에 언급된 종래 기술의 문제점들 중에서 하나 또는 다수를 적어도 부분적으로 해결하는 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
이러한 목적은, 위에 언급된 방법에 있어서 청구항 1의 특징부에 따른 방법을 통하여 달성된다. 또한, 그 목적은, 위에 언급된 시스템에 있어서 청구항 27의 특징부에 따른 시스템과, 위에 언급된 컴퓨터 프로그램 및 컴퓨터 프로그램 제품에 의하여 달성된다.
본 발명은 적어도 하나의 연소 엔진의 하류에 배치된 적어도 하나의 배기 파이프 내의 입자 질량(M)과 관련된 양을 감시하는 방법 및 시스템을 제공한다. 본 시스템은 적어도 하나의 연소 엔진의 하류에 배치된 적어도 하나 또는 다수의 입자 필터들에 걸쳐서의 압력 차이(dP)의 감소량(reduction)(Δ)을 결정하기 위하여 배치된 제1 결정 장치를 포함한다. 이러한 감소량(Δ)은 적어도 하나 또는 다수의 대응 기준 입자 필터들에 걸쳐서의 압력 차이(dPref)와 관련된다. 본 시스템은 입자 질량(M)과 관련된 양을 결정하기 위하여 배치된 제2 결정 장치를 또한 포함하며, 그 결정은 압력 차이(dP)의 결정된 감소량(Δ) 및 감소량(Δ)과 입자 질량(M)에 관련된 양 사이의 사전-결정 상호-관계(predetermined correlation)에 기초한다. 따라서, 적어도 하나의 배기 파이프 내에 하나 또는 다수의 매연 센서의 사용이 회피될 수 있다. 본 시스템은 양을 설정 문턱 값(defined threshold value)(Mth)과 비교하기 위하여 배치된 비교 장치를 또한 포함한다. 본 시스템은 비교의 결과와 관련된 적어도 하나의 표시(indication)를 제공하기 위하여 배치된 제공 장치를 또한 포함한다.
본 발명의 이용에 의하여, 압력 차이(dP)와 입자 질량(M) 사이의 상호-관계/상관성의 이용을 통해, 적어도 하나의 배기 파이프 내의 입자 질량이 너무 높은지를 나타내는 하나 또는 다수의 표시가 얻어진다. 입자 질량이 너무 높으면, 이는 예를 들면 입자 필터가 파손되었기 때문일 수 있다. 본 발명에 따르면, 입자 질량이 너무 높은지에 대한 결정은, 하나 또는 다수의 입자 필터들에 걸쳐서 또는 하나 또는 다수의 입자 필터들과 배기 처리 시스템 내의 하나 또는 다수의 추가 구성요소들에 걸쳐서의 압력 차이의 변화에 기초할 수 있다.
본 발명의 이용을 통하여, 적어도 하나 또는 다수의 입자 필터들에 걸쳐서의 압력 차이 감소량(Δ)과 이러한 하나 또는 다수의 입자 필터들의 하류에서의 입자 질량(M) 사이의 상호-관계가 얻어질 수 있고, 차량으로부터 대기 중으로 배출되는 입자 질량(M)의 수준을 결정하기 위하여 이용될 수 있다. 따라서, 대기 중으로 배출되는 입자 질량(M)에 대한 정밀하고 신뢰적인 감시가 달성될 수 있다.
적어도 하나의 배기 파이프 내의 입자 질량을 결정하기 위하여, 이전에는 적어도 하나의 배기 파이프 내에 저항 및/또는 정전기 매연 센서가 일부 차량 내에 사용되어 왔지만, 본 발명의 이용에 의하여, 그러한 센서의 필요성이 제거된다. 본 발명은 위에 언급된 종래 기술 시스템의 문제에 대하여 비용-효율적이고 신뢰성이 있는 해결안을 제공한다.
본 발명은, 적어도 하나의 배기 파이프 내의 입자 질량이 너무 높은지에 대한 결정 시에, (매연 센서만큼 불안정하지 않고 더 높은 신뢰성을 또한 나타내는) 압력 센서를 그 대신에 이용함과 더불어, 압력 차이(dP)와 입자 질량(M) 사이의 상호-관계/상관성을 또한 이용한다. 너무 높은 입자 질량은, 예를 들면, 위에 언급되어 있는 바와 같이, 하나 또는 다수의 파손된 입자 필터의 결과일 수 있다.
본 발명의 실시 형태의 일례에 따르면, 적어도 하나 또는 다수의 입자 필터들에 걸쳐서의 압력 차이(dP)의 감소량(Δ)을 결정하기 위하여, 근래에 일반적으로 차량 내에 다른 목적으로 이미 설치되어 있는 적어도 하나의 센서가 이용될 수 있다. 결정된 압력 감소량(Δ)에 기초하여, 본 발명에 따른 압력 감소량(Δ)과 입자 질량(M) 사이의 사전-결정 상호-관계에 의하여, 문턱 값(Mth)과의 비교가 실시될 수 있으며, 따라서 입자 질량(M)에 대한 지나치게 높은 값이 확인/발견될 수 있다. 다시 말하자면, 본 발명의 이용에 의하여, 이미 설치된 센서는 본래의 목적과는 다른 목적으로 사용될 수 있으며, 이는 본 발명이 복잡성을 거의 증가시키지 않고 저비용으로 실시될 수 있다는 것을 의미한다.
입자 필터의 하류의 적어도 하나의 배기 파이프 내에 얼마나 많은 입자 질량이 존재하여도 되는지에 관한 다양한 규제 요건이 존재한다. 차량 내의 온-보드 진단 장치(OBD; On Board Diagnostic)에 있어서는 그와 같은 규제 요건의 일례가 25mg/kWh이며, 이는 적어도 하나의 배기 파이프 내에 입자 질량이 너무 높은지를 결정하기 위하여 문턱 값(Mth)으로서 이용될 수 있다. 그와 같은 규제 요건의 또 다른 예는, 필터가 손상되지 않는 엔진 인증(engine certification)의 경우에 10mg/kWh이다. 아래에 더욱 상세히 기재되어 있는 바와 같이, 다른 문턱 값들이 이용될 수도 있다.
따라서, 본 발명은, 감소량(Δ)과 입자 질량(M) 또는 입자 질량(M)과 관련된 양 사이의 상호-관계가 결정되어 있고 이용될 수 있으므로, 문턱 값(Mth)과의 비교가 압력 차이의 감소량(Δ)에 기초하여 실시될 수 있다는 점에서 장점을 갖는다. 따라서, 적어도 하나의 배기 파이프 내의 입자 질량의 결정에 관한 비용 및 신뢰성 모두와 관련하여, 본 발명의 이용에 의하여 상당한 단순화 및 개선이 달성된다.
이러한 표시는, 예를 들면 차량 내의 하나 또는 다수의 제어 시스템에 제공될 수 있고/있거나, 운전자 인터페이스를 통하여, 예를 들면 램프 또는 다른 계기(instrument)에 의한 표시 방식으로 차량의 운전자에게 제공될 수 있다.
이하에는 첨부 도면과 함께 본 발명이 더욱 상세히 설명되어 있으며, 도면에 있어서 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호가 사용되어 있다.
도 1은 본 발명이 실시될 수 있는 예시적 차량을 나타낸다.
도 2는 배기 처리 시스템의 예를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 형태의 일례에 따른 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 4a는 본 발명의 실시 형태의 일례에 따른 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 4b는 본 발명의 실시 형태의 일례에 따른 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 5는 압력 차이의 예를 배기 용적 유량의 함수로 나타낸다.
도 6은 압력 차이 감소 및 입자 질량(M)의 예를 입자 필터의 손상의 함수로 나타낸다.
도 7은 본 발명이 실시될 수 있는 제어 장치를 나타낸다.
도 1은 배기 처리 시스템(150)을 포함하는 예시적 차량(100)을 개략적으로 나타내며, 차량은 이하에 더욱 상세히 기재되어 있는 본 발명에 따른 시스템을 포함한다. 차량은 하나의 연소 엔진(101)을 포함하는 동력-트레인(powertrain)을 구비하며, 연소 엔진은 통상의 방식으로 연소 엔진(101) 상의 출력 샤프트(output shaft)를 통하여, 일반적으로는 플라이휠을 통하여, 클러치(106)를 거쳐 기어박스(103)에 연결된다. 차량의 동력-트레인은, 통상의 자동 기어박스를 구비하는 유형, 하이브리드 동력-트레인을 구비하는 유형, 하나 이상의 엔진을 포함하는 유형 등과 같은 또 다른 유형일 수도 있다.
기어박스(103)로부터의 출력 샤프트(107)는, 최종 구동기(final drive)(108), 예를 들면 통상의 차동 장치(differential)와 상기 최종 구동기(108)에 연결된 구동 샤프트(104, 105)를 통하여, 차륜(110, 111)을 구동한다.
차량(100)은, 연소 엔진 내에서 실린더들로 이루어질 수 있는 연소 체임버 내의 연소에 기인하는 배기 배출물의 처리/정화를 위하여, 위에 언급된 배기 처리 시스템/배기 정화 시스템(150)을 또한 포함한다. 배기물은 배기 파이프(151)에 의하여 배기 처리 시스템(150)으로 그리고 배기 처리 시스템으로부터 안내된다. 배기물은 그 후에 배출구(152)에서 대기 중으로 배출된다. 연소 엔진(101)에는, 연료 시스템(120)에 의하여 연료가 공급된다.
차량은, 이하에 더욱 상세히 기재되어 있는 본 발명에 따른 제1 결정 장치(141), 제2 결정 장치(142), 비교 장치(143) 및 제공 장치(144)를 포함하는 제어 장치(140)를 또한 포함한다.
도 2는 예시적 배기 처리 시스템(150)을 나타내는데, 이는 예를 들면 유로 VI-시스템을 설명할 수 있고 배기 도관/배기 파이프(151)를 통하여 연소 엔진(101)에 연결되며, 연소 시에 생성된 배기물, 다시 말하자면 배기 기류(203)는 화살표로 표시되어 있다. 본 발명은 다른 유형의 배기 처리 시스템 내에 이용될 수도 있으며, 따라서 도 2에서의 배기 처리 시스템(150)은 교시적인 비-제한적 예로 간주되어야 한다. 단순화를 위하여, 도면에는 그리고 설명문의 일부에도, 흔히 하나의 배기 파이프의 사용이 도시되고/되거나 설명되어 있다. 그러나, 본 발명의 다른 실시 형태에 따라 다수의 배기 파이프가 사용될 수도 있으며, 따라서 도면 및 설명문은 적어도 하나의 배기 파이프를 도시하고/하거나 설명하는 것으로 해석되어야 한다는 점에 유의하여야 한다. 배기 기류(203)는 디젤 산화 촉매(DOC)(210)를 통하여 디젤 입자 필터(DPF)(220)로 안내된다. 연소 엔진 내에서의 연소 중에, 위에 기재된 바와 같이 입자가 형성되며, 입자 필터(DPF)(220)는 이러한 입자를 포집하기 위하여 사용된다. 배기 기류(203)는 여기에서 필터 구조를 통해 안내되며, 통과하는 배기 기류(203)로부터 입자가 포집되어 입자 필터(220) 내에 저장된다.
산화 촉매(DOC)(210)는 여러 기능을 가지며, 배기 처리 중에, 주로 배기 기류(203) 내의 잔류 탄화수소(CxHy)(HC라고도 지칭)와 일산화탄소(CO)를 이산화탄소(CO2)와 물(H2O)로 산화시키기 위하여 일반적으로 사용된다. 산화 촉매(DOC)(210)는 배기 기류 내에 존재하는 대부분의 일산화질소(NO)를 이산화질소(NO2)로 산화시킬 수도 있다. 일산화질소(NO)로부터 이산화질소(NO2)로의 산화는, 입자 필터 내에서 이산화질소 기반의 매연 산화에 중요하며, 질소 산화물(NOx)의 잠재적 후속 환원에 또한 바람직하다. 이러한 점에서, 배기 처리 시스템(150)은 입자 필터(DPF)(220)의 하류에 배치된 SCR(선택적 촉매 환원(Selective Catalytic Reduction)) 촉매(230)를 또한 포함한다. SCR 촉매는, 배기 기류 내의 질소 산화물(NOx)의 환원을 위한 첨가제로서, 암모니아(NH3) 또는 암모니아가 생성/형성될 수 있는 조성물, 예를 들면 우레아(urea)를 사용한다. 그러나, 이러한 환원 반응 속도는 배기 기류 내의 일산화질소(NO)와 이산화질소(NO2)의 비에 의하여 영향을 받으며, 따라서 환원 반응은 산화 촉매(DOC) 내에서 NO로부터 NO2로의 선행 산화에 의하여 양의 방향(positive direction)으로 영향을 받는다.
위에 언급되어 있는 바와 같이, SCR-촉매(230)는 배기 기류(203) 내에 예를 들면 질소 산화물(NOx)과 같은 화합물의 농도를 감소시키기 위하여 첨가제를 필요로 한다. 그와 같은 첨가제는 SCR-촉매(230)의 상류에서 배기 기류 내에 주입된다(도 2에는 도시 생략). 그와 같은 첨가제는 흔히 암모니아계 및/또는 요소계이거나, 암모니아가 추출되거나 방출될 수 있는 물질로 이루어진다. 요소는, SCR 촉매 내에서, 가열(열분해)(thermolysis) 시에 그리고 산화성 표면(oxidizing surface) 상에서 불균일 촉매작용(가수분해)(hydrolysis) 시에, 암모니아를 형성한다. 배기 처리 시스템(150)은, SCR-촉매(230) 후에 잔존할 수 있는 과잉의 암모니아를 산화시키기 위하여 배치된 슬립-촉매(암모니아 슬립 촉매(Ammonia Slip Catalyst; ASC))를 또한 구비한다. 따라서, 슬립-촉매(ASC)는 시스템의 전체 NOx-변환/환원을 개선시킬 가능성을 제공할 수 있다. 배기 기류는, 하나 또는 다수의 배기 파이프로 이루어질 수 있는 배기 파이프(151) 및 배출구 부분(152)까지 연속되며, 배출구 부분에서 배기물이 대기 중으로 방출된다.
도 2는 본 발명이 이용될 수 있는 여러 배기 처리 시스템들 중에서 단지 하나를 나타낸다는 점에 유의하여야 한다. 하나 또는 다수의 입자 필터를 포함하는 실질적으로 모든 배기 처리 시스템들은, 적어도 하나의 배기 파이프 내의 입자 질량(M)의 진단을 위하여 본 발명을 이용할 수 있다.
배기 처리 시스템(150)은, 배기 처리 시스템 내에서 입자 필터 및 일부 실시 형태들에 있어서는 입자 필터 이외에도 적어도 하나의 구성요소에 걸쳐서의 압력 차이(dP)의 결정을 위하여, 하나 또는 다수의 센서(261, 262)를 또한 포함한다. 이러한 센서(261, 262)는, 적어도 하나의 압력 차이 센서, 적어도 하나의 절대 압력 센서, 또는 입자 필터(220) 전후의 압력 차이와 관련된 양을 측정하도록 배치되어 이 양에 대한 측정 값에 기초하여 압력 차이(dP)가 계산될 수 있게 하는 적어도 하나의 센서 중에서 하나 또는 다수를 포함할 수 있다. 센서(261, 262)는 제어/센서 장치(260)에 연결될 수 있다. 주위 압력, 다시 말하자면 대기 압력 및 배기 처리 시스템 내의 적어도 하나의 다른 압력을 측정하는 것도 가능하며, 따라서 입자 필터(220) 전후의 압력 차이(dP)는 주위 압력과 적어도 하나의 다른 압력에 기초하여 결정될 수 있다.
배기 처리 시스템(150)이 입자 질량(M)의 측정을 위한 매연 센서를 구비하면, 그와 같은 매연 센서는 입자 필터(DPF)(220)의 하류에 배치된다. 따라서, 도 2에서는, 입자 필터(220)의 바로 하류에 매연 센서(263)가 개략적으로 도시되어 있지만, 이러한 매연 센서(263)는 당연히 배기 처리 시스템(150) 내의 입자 필터(DPF)(220)의 하류의 다른 위치에 배치될 수도 있다.
도 3은 본 발명에 따른 방법(300)에 대한 흐름도를 나타내며, 본 방법은 적어도 연소 엔진(101)의 하류에 배치된 적어도 하나의 배기 파이프(151) 내의 입자 질량(M)과 관련된 양을 감시하기 위하여 이용된다. 적어도 하나의 배기 파이프(151)는, 연소 엔진(101)으로부터 배기 처리 시스템(150) 내의 구성요소들로 그리고 구성요소들 사이로, 이어서 배출구(152)까지, 배기 기류를 안내하며, 배출구에서 잔여 배기물이 주위 대기 중으로 배출된다. 적어도 하나의 배기 파이프(151)와 관련하여, 이 표현은, 연소 엔진(101)과 배기 처리 시스템(150) 사이에, 다시 말하자면 연소 엔진(101)의 하류이고 배기 처리 시스템(150)에 대해서는 상류인 구간에 배치된 적어도 하나의 배기 파이프(151)의 부분, 배기 처리 시스템 내의 구성요소들 사이에 배치된 적어도 하나의 배기 파이프(151)의 부분 및/또는 배출구(152)의 근방에서 배기 처리 시스템(150)의 하류에 배치된 적어도 하나의 배기 파이프(151)의 부분과 관련될 수 있다.
예를 들면 위에 언급된 제1 결정 장치(141)를 이용하여 실시될 수 있는 본 방법의 제1 단계(301)에서는, 하나 또는 다수의 입자 필터(220)들에 걸쳐서의 압력 차이(dP)의 감소량(Δ)이 결정되며, 그와 같은 감소량(Δ)은 적어도 하나 또는 다수의 대응하는 기준 입자 필터들에 걸쳐서의 압력 차이(dPref)와 관련된다. 그와 같은 기준 입자 필터는, 실시 형태의 일례에 따르면, 설치되어 사용되기 전 다시 말하자면 작동되기 전의 입자 필터 자체로 구성될 수 있다. 기준 입자 필터는, 실시 형태의 일례에 따르면, 설치되어 소정 시간 동안 사용된 후의 입자 필터 자체로 구성될 수도 있으며, 입자 필터 내의 입자 질량 및/또는 회분에 대한 값이 압력 차이(dP)에 영향을 미치므로, 그 값은 용이하게 확인된다. 기준 입자 필터는, 실시 형태의 일례에 따르면, 사전-결정 특성을 갖는 사전-결정 표준 필터로 구성될 수도 있다. 다시 말하자면, 여기에서 감소량(Δ)은 적어도 하나 또는 다수의 입자 필터(220)에 걸쳐서의 압력 차이(dP)의 최적 및/또는 정상 값에 대한 차이를 나타낸다. 하나 또는 다수의 입자 필터(220)는, 위에 기재되어 있는 바와 같이, 적어도 하나의 연소 엔진(101)의 하류에 배치되고, 가능하게는 하나 또는 다수의 다른 배기 정화 구성요소들을 통하여, 적어도 하나의 배기 파이프(151)에 의하여 연소 엔진(101)에 연결될 수 있다. 이하에 더욱 상세히 기재되어 있는 실시 형태에 따르면, 연소 엔진(101)으로부터 유출되는 용적 유량이 높아야 하는 것으로 규정하는 보조 조건(auxiliary condition)이 충족되었을 때에만, 압력 차이(dP)의 감소량(Δ)이 결정된다. 따라서, 실시 형태의 일례에 따르면, 압력 차이(dP)의 감소량(Δ)은 소정 배기 용적 유량(exhaust volume flow)에서 그리고/또는 배기 용적 유량의 함수로 결정될 수 있다.
하나 또는 다수의 입자 필터는 여기에서 직렬 또는 병렬로 배치될 수 있는 하나 또는 다수의 입자 필터를 포함할 수 있다. 압력 차이(dP)와 관련하여, 필터가 아닌 적어도 하나의 추가 배기 처리 구성요소가 또한 포함될 수 있다. 따라서, 압력 차이(dP)는 여기에서, 실시 형태의 일례에 따르면, 하나 또는 다수의 입자 필터들에 걸쳐서의 압력 차이와 관련될 수 있다. 따라서, 또 다른 실시 형태에 따르면, 압력 차이(dP)는 여기에서 배기 처리 시스템 내의 하나 또는 다수의 입자 필터들 및 적어도 하나의 추가 구성요소에 걸쳐서의 압력 차이와 관련될 수 있다. 이는, 배기 처리 시스템(150) 및 적어도 하나의 배기 파이프(151) 내의 기존 압력 센서가 본 발명에 의해 이용될 수 있다는 것을 의미한다. 입자 필터는 여기에서, 적어도 하나의 DPF(디젤 입자 필터), 적어도 하나의 반-유량 필터(half flow filter), 적어도 하나의 전-유량 필터(full flow filter), 적어도 하나의 TERS-시스템(교통 배출 감소 시스템(Traffic Emission Reduction System)), 적어도 하나의 PERS-시스템(입자 배출 감소 시스템(Particle Emission Reduction System)), 적어도 하나의 CSF-필터(촉매화 매연 필터(Catalysed Soot Filter)), 적어도 하나의 CDPF-필터(촉매화 DPF) 및/또는 적어도 하나의 입자 트랩(particulate trap)으로 이루어질 수 있다.
예를 들면 위에 언급된 제2 결정 장치(142)를 이용하여 실시될 수 있는 본 방법의 제2 단계(302)에서는, 본 발명의 이용에 의해 감시될 입자 질량(M)과 관련된 양이 결정된다. 이 양의 결정은, 제1 단계(301)에서 결정된 압력 차이(dP)의 감소량(Δ)과, 압력 차이(dP)의 감소량(Δ)과 입자 질량에 관련된 양 사이의 사전-결정 관계에 기초한다. 이는 적어도 하나의 배기 파이프 내의 하나 또는 다수의 매연 센서의 사용이 회피될 수 있다는 것을 또한 의미한다.
예를 들면 위에 언급된 비교 장치(143)를 이용하여 실시될 수 있는 본 방법의 제3 단계(303)에서는, 제2 단계(302)에서 결정된 입자 질량(M)과 관련된 양이 설정 문턱 값(Mth)과 비교된다. 본 발명의 실시 형태의 일례에 따르면, 양은 구체적으로는 입자 질량(M)을 구성하고, 설정 문턱 값(Mth)은 구체적으로는 입자 질량에 대한 문턱 값을 구성하며, 따라서 문턱 값(Mth)과 관련하여 입자 질량(M)의 수준의 직접 제어가 달성될 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면, 양은 그 대신에, 예를 들면 입자 질량과 상관된 매연 및/또는 배연(smoke)의 양을 구성할 수 있으며, 따라서 설정 문턱 값(Mth)은 입자 질량 문턱 값과 상관된 문턱 값을 구성하고, 그에 의하여 문턱 값(Mth)과 관련하여 입자 질량(M)의 수준의 간접 제어가 달성될 수 있다.
예를 들면 위에 언급된 제공 장치(144)를 이용하여 실시될 수 있는 본 발명에 따른 방법의 제4 단계(304)에서는, 본 방법의 제3 단계(303)에서의 비교의 결과와 관련된 적어도 하나의 표시가 제공된다.
본 발명의 이용에 의하여, 입자 필터 또는 입자 필터와 하나 또는 다수의 추가 구성요소들에 걸쳐서의 압력 차이(dP)의 변화(Δ)에 기초하여, 입자 질량(M)이 허용 문턱 값(Mth)을 초과하는지를 나타낼 수 있는 하나 또는 다수의 표시가 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 입자 필터 또는 입자 필터와 하나 또는 다수의 추가 구성요소들에 걸쳐서의 압력 차이(dP)의 결정된 변화량/감소량(Δ)에 기초하여, 하나 또는 다수의 지표(indicator)를 제공하기 위하여 감시될 입자 질량(M)과 관련된 양이 결정된다. 따라서, 본 발명에 따르면, 적어도 하나의 배기 파이프 내의 매연 센서가 필요하지 않게 되는데, 이전에는 일부 적용 분야에서 적어도 하나의 배기 파이프 내의 입자 질량을 결정하기 위하여 매연 센서가 사용되어 왔다. 따라서, 적어도 하나의 배기 파이프가 매연 센서를 구비하지 않을 때에도, 달리 표현하자면, 입자 필터의 하류에 매연 센서의 필요성이 제거되어도, 하나 또는 다수의 지표가 결정되고/되거나 제공될 수 있다.
다시 말하자면, 입자 필터의 하류에 매연 센서가 존재하지 않을 때에도, 하나 또는 다수의 지표가 결정되고/되거나 제공될 수 있으며, 이는, 입자 필터 또는 입자 필터와 하나 또는 다수의 추가 구성요소들에 걸쳐서의 압력 차이(dP)에 대하여 결정된 변화량/감소량(Δ)에만 기초하여, 하나 또는 다수의 지표를 제공하기 위하여 감시되어야 하는 입자 질량(M)과 관련된 양이 결정되고/되거나 제공될 수 있다는 것을 의미한다.
본 발명의 이용에 의하여, 적어도 하나 또는 다수의 입자 필터에 걸쳐서의 압력 차이 감소량(Δ)과 이러한 적어도 하나 또는 다수의 입자 필터의 하류에서의 입자 질량(M) 사이의 상호-관계가 얻어질 수 있고, 차량으로부터 대기 중으로 배출되는 입자 질량(M)의 수준을 결정하기 위하여 이용될 수 있다. 얻어진 상호-관계에 기초하여, 압력 차이 감소량(Δ)이 결정되면, 입자 필터의 하류에서의 입자 질량(M)이 직접 결정될 수 있으며, 이 입자 질량은 대기 중으로 배출되는 입자 질량(M)이다. 본 발명은, 그에 따라, 적어도 하나의 입자 필터와 하나 또는 다수의 추가 구성요소들에 걸쳐서의 압력 차이의 측정에만 기초하여, 대기 중으로 배출되는 입자 질량(M)을 결정할 수 있도록, 그러한 상호-관계를 이용한다.
따라서, 대기 중으로 배출되는 입자 질량(M)의 결정은, 본 발명에 따르면, 하나 또는 다수의 압력 센서를 이용하여 실시되는 압력 차이와 관련된 측정에만 기초하며, 이는 하나 또는 다수의 배기 파이프 내에 매연 센서의 사용 없이 결정이 이루어질 수 있다는 것을 함축적으로 의미한다.
다시 말하자면, 적어도 하나의 배기 파이프로부터 대기 중으로 배출되는 입자 질량(M)은, 적어도 하나의 배기 파이프 자체의 내부가 아닌 배기 처리 시스템의 다른 위치에 배치된 센서에 의해, 예를 들면 입자 필터 내측에 또는 입자 필터와 연결되어 배치된 센서에 의해 실시되는 측정에 기초하여 결정된다. 따라서, 적어도 하나의 배기 파이프로부터 대기 중으로 배출되는 입자 질량(M)은, 적어도 하나의 배기 파이프의 상류에 배치된 압력 센서, 예를 들면 입자 필터에 연결되어 배치된 압력 센서에 의해 실시되는 측정에 기초하여 결정된다. 이를 달리 표현하자면, 대기 중으로 배출되는 입자 질량(M)은, 적어도 하나의 배기 파이프 내에서의 매연 센서 측정에 기초하여 결정되는 대신에, 압력 차이 감소량(Δ)과의 상호-관계/상관성에 기초하여 결정된다.
따라서, 대기 중으로 배출되는 입자 질량(M)의 정밀하고 신뢰적인 감시가 달성될 수 있다.
본 발명이 이용되면, 입자 함량 진단 시에, 고비용의 비신뢰적인 매연 센서의 이용이 회피될 수 있으며, 표시가 더욱 신뢰적으로 제공된다.
제3 단계에서의 비교의 결과와 관련된 적어도 하나의 표시는 여러 유형의 수용자(recipient)를 위하여 의도된 다양한 여러 표시들로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 매연 함량/입자 질량이 너무 높으면, 운전자 인터페이스(160) 내에, 램프의 점등 또는 색상 변화와 같은 표시가 실시될 수 있다. 따라서, 운전자는 입자 질량 및/또는 입자 필터의 상태에 관하여 알게 되고, 예를 들어 입자 필터가 파손/손상되었다면, 차량을 운전하여 정비소로 가는 등의 적절한 조치를 취할 수 있다.
대안적으로, 차량 내의 적어도 하나의 시스템 내에/시스템에 적어도 하나의 오류 코드가 표시될 수 있으며, 시스템 내에서의 결정은 이러한 오류 코드에 기초한다. 예를 들면, 표시는, 배기 처리 시스템(150)을 통해, 적어도 하나의 배기 기류(203)에 의하여 배기 정화와 관련된 시스템에 제공될 수 있으며, 따라서 배기 처리 시스템은, 표시에 의해 규정된 조건에서, 예를 들면 적어도 하나의 배기 파이프 내에 너무 높은 입자 질량이 존재(이는 입자 필터들 중에서 하나의 파손에 기인할 수 있음)한다는 정보에 기초하여, 가능한 한 적절한 방식으로 제어될 수 있다.
적어도 하나의 표시는 적어도 하나의 연소 엔진(101)과 관련된 제어 시스템에 제공될 수도 있다. 예를 들어 오류 코드를 포함할 수 있는 적어도 하나의 표시는, 이때에, 적어도 하나의 연소 엔진(101)에 의해 배출되는 입자 질량을 감소시키는 하나 또는 다수의 조치가 실시되어야 하는 것으로 엔진 제어 시스템에 의하여 해석될 수 있다. 여기에서, 예를 들면, 연료 시스템(120)으로부터의 연료 공급이 감소될 수 있으며, 이는 감소된 입자 질량/매연이 형성되어 배기물에 공급된다는 것을 의미한다. 적어도 하나의 배기 파이프(151) 내의 매연의 함량/입자 질량을 감소시키는 다른 조치, 예를 들면 적어도 하나의 연소 엔진(101)으로의 공기 공급의 조정 및/또는 적어도 하나의 연소 엔진(101)을 위한 점화의 조정이 실시될 수도 있다.
적어도 하나의 표시는 적어도 하나의 연소 엔진(101)과 관련된 제어 시스템에 제공될 수도 있으며, 엔진 제어 시스템의 적어도 하나의 표시는, 적어도 하나의 연소 엔진(101)에 의해 배출되는 용적 유량을 증가시키는 하나 또는 다수의 조치가 실시되어야 하는 것으로 해석된다. 따라서, 압력 차이(dP)가 증가될 수 있고, 이에 따라 더욱 견실하고 더욱 신뢰적인 입자 필터의 진단이 이루어지게 된다. 예를 들면, 증가된 용적 유량은, 적어도 하나의 연소 엔진에 대하여 증가된 엔진 속도를 달성함에 의해 얻어질 수 있으며, 이는 연료 공급을 증가시킴에 의하여 그리고/또는 기어박스(103) 내에서 저단 기어로의 기어 변경을 실시함에 의하여 제어될 수 있다.
실시 형태의 일례에 따르면, 위에 기재된 본 방법의 제3 단계(303)에서의 비교 시에 이용되는 설정 문턱 값(Mth)은, 적어도 하나의 연소 엔진(101)의 하류에서 입자 질량(M)의 허용량에 관한 법정 요건과 관련이 있다. 문턱 값(Mth)은 여기에서, 예를 들면, 적어도 하나의 배기 파이프의 배출구(152)와 같은 입자 필터(220)의 하류에서 입자 질량(M)의 허용량을 위하여 규정될 수 있으며, 위에 언급된 입자 질량(M)과 관련된 양은, 본 방법의 제2 단계(302)에서, 해당 위치에 대하여, 다시 말하자면 배출구(152)에서 결정된다. 문턱 값(Mth)은 적어도 하나의 배기 파이프(151) 및/또는 배기 처리 시스템(150)을 통과하는 배기 기류의 통로의 또 다른 위치에서의 입자 질량(M)의 허용량을 위하여 규정될 수도 있으며, 위에 언급된 입자 질량(M)과 관련된 양은 해당 위치에 대하여 결정된다.
본 발명의 실시 형태의 일례에 따르면, 문턱 값(Mth)은 1mg/kWh 내지 100mg/kWh 구간 내의 값을 갖는다. 본 발명의 실시 형태의 일례에 따르면, 문턱 값(Mth)은 10mg/kWh 내지 30mg/kWh 구간 내의 값을 갖는다. 실시 형태의 일례에 따르면, 문턱 값(Mth)은 25mg/kWh의 값을 갖는다; Mth = 25mg/kWh. 다시 말하자면, 문턱 값(Mth)은 1mg/kWh 내지 100mg/kWh 구간 내의 값, 바람직하게는 10mg/kWh 내지 30mg/kWh 구간 내의 값, 더욱 바람직하게는 25mg/kWh의 값을 갖는다. 예를 들어 Mth= 25mg/kWh인 경우에, 제2 단계(302)에서 결정된 입자 질량(M)과 관련된 양에 대한 값이 25mg/kWh를 초과하는 값에 해당하면, 적어도 하나의 오류 코드가 표시된다. 그와 같은 오류 코드는 이때에, 운전자 및/또는 차량 내의 제어 시스템에 의하여, 적어도 하나의 배기 파이프 내에 입자 질량이 너무 높은 것으로 해석될 수 있으며, 그 원인 자체는 입자 필터(220)가 파손/손상된 결과일 수 있다. 유사하게, 위에 규정된 구간 내에서 다른 문턱 값(Mth)들도 이용된다.
본 발명은, 위에 기재되어 있는 바와 같이, 본 발명의 제2 단계(302)에서 입자 질량(M)에 관련된 양의 값을 결정하기 위하여, 압력 차이(dP)의 감소량(Δ)과 입자 질량(M)에 관련된 양 사이의 상호-관계를 이용한다. 상호-관계 자체를 결정하는 다양한 방법들이 존재한다. 다양한 방법들은, 예를 들면 테스트 셀(test cell) 내에서의 측정 및/또는 하나 또는 다수의 입자 필터(220)에 관한 모델의 이용을 포함한다.
그와 같은 테스트 셀은, 엔진 또는 배기 기류를 배출하는 다른 장비뿐만 아니라, 예를 들면 온도, 배기 질량 유량, 배기 시스템 내의 압력 및 배기 처리 시스템(150)의 상류와 하류에서 배출을 결정하기 위한 측정 장비도 포함할 수 있다.
필터 모델은, 예를 들면 CFD(컴퓨터 유체 역학(computer fluid dynamics))을 통한 모델링을 포함할 수 있으며, 예를 들면 배기 기류, 온도, 압력, 여과 및/또는 입자 질량이 평가될 수 있다.
실시 형태의 일례에 따르면, 하나 또는 다수의 테스트에서, 압력 차이(dP)의 감소량(Δ)과 입자 질량(M)에 관련된 양 사이의 상호-관계를 결정함으로써, 예를 들면 설정 조건에서 적어도 하나 또는 다수의 입자 필터(220)의 다양한 손상 정도(degree of damage)를 이용하여 실시한 측정, 모델링 및/또는 시뮬레이션에 의하여, 적어도 하나 또는 다수의 입자 필터(220)에 걸쳐서의 압력 차이(dP)의 감소량(Δ)과 입자 질량(M)에 관련된 양 사이의 사전-결정 상호-관계가 결정될 수 있다. 다양한 필터 손상 정도는, 천공(perforation), 관통(piercing), 보링(boring), 하나 또는 다수의 마개(plug)의 제거, 하나 또는 다수의 밀봉부(seal)의 제거 및/또는 필터에 가해진 진동(shaking)에 의하여 달성될 수 있다. 테스트를 위한 설정 조건은, 테스트를 위한 하나 또는 다수의 특정 시간 길이, 테스트 시에 이용되는 (적어도 하나의 유형의 작동에 대응하는) 특정 엔진 속도, 테스트 시에 이용되는 (적어도 하나의 유형의 작동에 대응하는) 특정 엔진 토크 및/또는 테스트 시에 이용되는 (적어도 하나의 유형의 작동에 대응하는) 부하에 의하여 설정될 수 있다. 예를 들면, 설정 조건은, WHTC(국제 표준형 과도 사이클(World Harmonized Transient Cycle))과 같은 과도 작동을 위한 사전-결정 사이클 및/또는 WHSC(국제 표준형 정상 사이클(World Harmonized Stationary Cycle))과 같은 실질적으로 정상 작동을 위한 사전-결정 사이클에 의하여 규정된다.
압력 차이(dP)의 감소량(Δ)과 입자 질량(M)에 관련된 양 사이의 상호-관계는, 도 4a의 흐름도로 설명되는 본 발명의 실시 형태의 일례에 따른 방법의 이용에 의하여 결정될 수 있다.
본 방법의 제1 단계(402a)에서는, 적어도 하나 또는 다수의 입자 필터(220)의 손상의 함수, 예를 들면 구멍 크기의 함수로서 압력 차이(dP)의 감소량(Δ)에 대한 적어도 하나의 값의 측정 및/또는 시뮬레이션이 실시된다. 위에 언급되어 있는 바와 같이, 함수는 다양한 필터 손상 정도를 갖는 입자 필터들의 측정을 통하여 결정될 수 있으며, 손상은 천공, 관통, 보링, 하나 또는 다수의 마개 제거 및/또는 하나 또는 다수의 밀봉부 제거를 통하여 달성될 수 있다.
도 5는 그와 같은 측정 및/또는 시뮬레이션에 대한 곡선의 예를 나타낸다. 더욱 구체적으로는, 도 5는, 공칭 입자 필터(nominal particulate filter) 및 다양한 손상 정도를 갖는 입자 필터에 대한 배기 용적 유량(V)의 함수로서 압력 차이(dP)를 나타낸다. 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 더 높은 용적 유량(V)은 더 큰 압력 차이를 발생시킨다.
상측 곡선(곡선 상의 별표)은, 위에 언급된 기준 입자 필터에 해당하는 공칭 입자 필터에 대한 값을 나타낸다. 위에서부터 2번째 곡선(파선)은, 필터 구조의 5%가 소실되었음을 의미하는 5% 구멍 크기를 갖는 입자 필터에 대한 값을 나타낸다. 아래에서부터 2번째 곡선(곡선 상의 X표)은 10% 구멍 크기를 갖는 입자 필터에 대한 값을 나타낸다. 하측 곡선(곡선 상의 사각형 기호)은 15% 구멍 크기를 갖는 입자 필터에 대한 값을 나타낸다. 도면에 의해 설명되는 바와 같이, 기준 입자 필터에 대한 상측 곡선과의 비교에 의한 압력 차이(dP)의 감소량(Δ)은, 다시 말하자면 여러 곡선들의 서로 다른 구배들은, 입자 필터에 가해진 손상이 심할수록 압력 차이(dP)의 감소량(Δ)이 증가하는 방식으로, 필터의 손상 정도에 의존한다. 다시 말하자면, 기준 필터 및 다른 필터들에 대한 곡선들 사이의 압력 차이(dP)의 값들 사이의 차이는 감소량(Δ)에 해당하며, 배기 용적 유량의 소정 값에서, 필터 손상이 더 큰 경우에, 그 차이는 증가한다.
도 5에서의 압력 차이(dP)는 2차 식으로 표현될 수 있으며, 식에서 k1 및 k2는 상수이고, V는 용적 유량이다.
dP = k1V + k2V2 (식 1)
도 4a에서의 본 방법의 제2 단계(402)에서는, 적어도 하나 또는 다수의 입자 필터(220)의 하류에서, 예를 들면 배출구(152)에서, 적어도 하나 또는 다수의 입자 필터(220)의 손상, 예를 들면 구멍 크기의 함수로서, 입자 질량(M)과 관련된 양에 대한 값의 측정 및/또는 시뮬레이션이 실시된다.
도 6은 그와 같은 측정 및/또는 시뮬레이션에 대한 곡선의 예를 나타낸다. 더욱 구체적으로는, 도 6은, 입자 필터의 손상의 함수로서, 기준 입자 필터와의 비교에 의한 압력 차이(dP)의 감소량(Δ)에 대한 곡선(곡선 상에 삼각형 표시)을 나타낸다. 이 곡선은 도 4a에서의 제1 단계(401a)(또는 도 3에서의 제1 단계(301)) 및 도 5로부터의 데이터에 기초하여 준비되었다.
도면은, 적어도 하나 또는 다수의 입자 필터의 구멍 크기와 같은 손상의 함수로서, 여기에서 입자 필터의 하류에서의 입자 질량(M)으로 예시된 입자 질량과 관련된 양에 대한 측정 곡선(곡선 상에 별표 구비)을 또한 나타낸다.
도 6에서 압력 차이(dP)의 감소량(Δ)에 대한 측정/시뮬레이션 값은, 예를 들면 식 2와 같이 표현될 수 있는 함수에 따라 곡선으로 적합화될 수 있으며, 식에서 a, b 및 c는 상수이다.
f(x) = aexbxc (식 2)
손상의 함수로서 양에 대한 측정 곡선(곡선 상에 별표 표시)의 형상은, 연소 엔진(101)으로부터의 배기물의 입자 질량에 의존한다는 점에 주목하여야 한다. 이는, 여러 엔진들이 연소 엔진(101)으로부터의 여러 입자 질량들과 관련되어 있으면, 이러한 측정 곡선의 형상이 여러 연소 엔진들마다 다르다는 것을 의미한다. 이는, 매연 값이 변경되도록 엔진이 보정되면, 하나의 동일한 엔진에 대해서도 곡선이 다른 형상을 나타낸다는 것을 또한 의미한다.
본 방법의 제3 단계(403a)에서, 압력 차이(dP)의 감소량(Δ)에 대한 측정 및/또는 시뮬레이션 값은, 상기 입자 질량(M)과 관련된 측정 및/또는 시뮬레이션 양과 서로 관련된다. 따라서, 압력 차이(dP)의 감소량(Δ)과 입자 질량(M)에 관련된 양 사이에 상호-관계가 얻어지며, 이는 본 발명에 따라 압력 차이(dP)의 감소량(Δ)과 입자 질량(M)에 관련된 양 사이의 사전-결정 관계로서 이용될 수 있다. 비-제한적 예로서, 도 6에 의해 명확히 설명되는 바와 같이, 25mg/kWh에 해당하는 문턱 값(Mth = 25mg/kWh)은 입자 필터 내에 대략 6%의 구멍을 나타내고(도 6에서 별표로 표시된 곡선), 이는 압력 차이(dP)의 대략 70%의 감소량(Δ)을 또한 나타낸다(6% 구멍에 대한 삼각형 표시 곡선).
따라서, 본 발명에 따르면, 압력 차이(dP)의 감소량(Δ)과 입자 질량(M)에 관련된 양 사이에 상호-관계가 결정되므로, 압력 차이(dP)의 감소량(Δ)에 대한 결정 값은, 적어도 하나의 배기 파이프 내에서 입자 질량(M)이 적정 값을 초과하는지를 결정하기 위하여 바로 이용될 수 있다.
압력 차이(dP)의 감소량(Δ)과 입자 질량(M)에 관련된 양 사이의 상호-관계는, 도 4b의 흐름도로 설명되어 있는 본 발명의 실시 형태의 일례에 따른 방법의 이용에 의해 결정될 수도 있다.
본 방법의 제1 단계(401b)에서는, 적어도 하나의 연소 엔진(101)에 의해 배출되는 입자 질량(Meng)에 대한 값이 측정되고/되거나 시뮬레이션된다.
제2 단계(402b)에서는, 적어도 하나 또는 다수의 입자 필터(220)에 걸쳐서의 압력 차이(dP)의 감소량(Δ)의 함수로서, 하나 또는 다수의 입자 필터(220)의 여과 능력(C)에 대하여 적어도 하나의 값이 측정되고/되거나 시뮬레이션된다. 이러한 값을 측정하는 하나의 방법은, 제1 단계(401a) 및 도 5에 대하여 위에 기재되어 있는 바와 유사한 방식으로, 다시 말하자면, 다양한 정도의 천공, 관통, 보링, 하나 또는 다수의 마개 제거, 필터 내의 하나 또는 다수의 밀봉부 제거, 균열 형성, 용융 및/또는 진동 시의 측정/시뮬레이션에 의하여, 필터의 여러 손상 정도에 대하여 여과 능력을 측정하는 것이다. 본 명세서에 기재된 진동은, 예를 들면 테스트 장비(test rig) 또는 다른 유사 장치에서의 장시간 테스트에 의하여 달성될 수 있다.
본 방법의 제3 단계(403b)에서는, 적어도 하나 또는 다수의 입자 필터(220)에 걸쳐서의 압력 차이(dP)의 감소량(Δ)의 함수로서 입자 질량(M)과 관련된 양이 결정된다. 결정은, 여기에서, 제1 단계(401b)에서 측정되고/되거나 시뮬레이션되는 적어도 하나의 연소 엔진(101)에 의해 배출되는 입자 질량(Meng)에 대한 값과, 제2 단계(402b)에서 측정되는 여과 능력(C)에 대한 값에 기초한다. 따라서, 압력 차이(dP)의 감소량(Δ)과 입자 질량(M)에 관련된 양 사이에 상호-관계가 얻어지며, 이는 본 발명에 따라 압력 차이(dP)의 감소량(Δ)과 입자 질량(M)에 관련된 양 사이의 사전-결정 상호-관계로 이용될 수 있다.
본 발명의 실시 형태의 일례에 따르면, 이용되는 사전-결정 상호-관계는 미리 결정되는데, 다시 말하자면, 작동 중의 차량 내에 실제로 이용되기 전에 결정된다. 예를 들면, 상호-관계는 테스트 셀 내에서 측정 시에 그리고/또는 모델링을 통하여 결정될 수 있으며, 그 후에, 이러한 사전-결정 상호-관계와 관련된 데이터는, 본 발명에 따라, 입자 질량과 관련된 양이 감시될 때에 이용을 위하여 활용될 수 있도록 저장된다.
그러나, 본 발명에 따른 방법의 제1 단계(301)에서 적어도 하나 또는 다수의 입자 필터(220)에 걸쳐서의 압력 차이(dP)의 감소량(Δ)의 결정은, 실시 형태의 일례에 따르면, 적어도 하나의 연소 엔진(101)의 작동 중에, 예를 들면 본 발명을 포함하는 차량의 운전 중에 실시된다.
본 발명의 실시 형태의 일례에 따르면, 적어도 하나 또는 다수의 입자 필터(220)에 걸쳐서의 압력 차이(dP)의 감소량(Δ)의 결정 시에, 적어도 하나 또는 다수의 입자 필터의 압력을 측정하기 위하여 배치된 적어도 하나의 센서(261, 262)가 이용된다. 위에 언급되어 있는 바와 같이, 배기 처리 시스템(150)은, 입자 필터 및 일부 실시 형태들에 있어서는 배기 처리 시스템 내의 입자 필터 이외에도 적어도 하나의 구성요소에 걸쳐서의 압력 차이의 결정을 위하여 통상적으로 사용되는 하나 또는 다수의 센서(261, 262)를 포함한다. 이러한 센서(261, 262)는, 적어도 하나의 압력 차이 센서, 적어도 하나의 절대 압력 센서, 또는 입자 필터(220) 전후의 압력 차이(dP)에 관련된 양을 측정하기 위하여 배치되어 이러한 양에 대한 값에 기초하여 압력 차이(dP)가 계산될 수 있게 하는 적어도 하나의 센서 중에서 하나 또는 다수를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 센서(261, 262)의 도움으로 결정되는 압력 차이는 일반적으로 하나 또는 다수의 입자 필터의 진단을 위하여 이용되며, 진단은 하나 또는 다수의 입자 필터(220)가 교체되거나 재생되어야 한다는 것을 나타낼 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하여, 예를 들면 차량 내에 다른 목적으로 이미 설치된 적어도 하나의 센서(261, 262)는, 적어도 하나 또는 다수의 입자 필터(220)에 걸쳐서의 압력 차이(dP)의 감소량(Δ)을 결정하기 위하여 또한 사용될 수 있다. 이러한 압력 차이 감소량(Δ)의 결정에 기초하여, 압력 차이 감소량(Δ)과 입자 질량(M) 사이의 사전-결정 상호-관계에 의하여, 문턱 값(Mth)과의 비교가 실시될 수 있으며, 그에 의하여 배기 파이프 내의 높은 매연 수준이 확인/발견될 수 있다. 다시 말하자면, 이미 존재하는 센서가 본 발명의 이용에 의하여 다른 목적으로 사용될 수 있으며, 이는 본 발명이 복잡성을 거의 증가시키지 않으면서 저비용으로 실시될 수 있다는 것을 의미한다.
본 발명의 실시 형태의 일례에 따르면, 위에 언급된 본 발명에 따른 방법의 제1 단계(301)에서 압력 차이(dP)의 감소량(Δ)의 결정 시에, 배압(back pressure)에 관한 모델이 적어도 하나 또는 다수의 입자 필터(220)의 내에 이용된다. 감소량(Δ)의 결정은, 여기에서, 모델에 기초할 수 있고, 배기 질량 유량, 배기 압력, 배기 온도, 점도 및 입자 필터 특성과 관련된 파라미터와 같은 하나 또는 다수의 파라미터에 또한 기초할 수 있다. 배기 질량 유량, 압력 및 온도는 센서로 측정될 수 있거나 모델링될 수 있다. 그에 따라, 예를 들면 차량 내에서 이미 확인된 데이터를 적어도 부분적으로 이용하고/하거나 복잡성을 거의 증가시키지 않고 실시될 수 있는 감소량(Δ)의 결정이 달성된다.
본 발명의 실시 형태의 일례에 따르면, 압력 차이(dP)의 감소량(Δ)의 결정이 언제 실시되어야 하는지에 관한 보조 조건이 존재한다. 보조 조건은, 여기에서, 감소량(Δ)의 결정 시에 연소 엔진(101)으로부터의 용적 유량이 높아야 한다는 것이다. 이는 신호를 측정하기 위한 신호-노이즈-관계가 높은 용적 유량에서 더욱 유리하다는 점에서 장점을 가지며, 방법의 정밀도를 향상시키고 부정확한 결정의 위험성을 감소시킨다.
본 명세서에서 배기 기류(203)에 대한 높은 용적 유량은, 초당 500리터를 초과하는 유량; 적어도 하나의 연소 엔진에 대한 상표명(brand), 유형, 출력, 실린더의 수 및 실린더 용적과 같은 하나 또는 다수의 파라미터, 하나 또는 다수의 입자 필터에 대한 상표명 및 유형과 같은 하나 또는 다수의 파라미터, 및/또는 이용된 센서의 위치 및 측정 정밀도와 관련된 하측 유량 문턱 값을 초과하는 유량; 및 임의의 적절한 선택 값, 예를 들면 200리터/s인 하측 유량 문턱 값을 초과하고, 임의의 적절한 선택 값, 예를 들면 800리터/s인 상측 유량 문턱 값보다 작은 유량; 중에서 하나 또는 다수를 나타내는 유량을 의미한다.
주어진 온도, 주어진 엔진 속도(예를 들면, 최대 엔진 속도의 백분율) 및 주어진 부하(예를 들면, 최대 부하의 백분율)에서, 더 큰 출력, 더 많은 실린더 및/또는 더 큰 실린더 용적은 배기 기류에 대한 더 큰 용적 유량을 발생시키며, 이는 더욱 유리한 신호-노이즈-관계를 또한 발생시킨다.
입자 필터 파라미터와 관련하여, 하나 또는 다수의 입자 필터에 걸쳐서 증가된 압력 차이에 기여하는 파라미터는, 신호-노이즈 관계가 증가되는 현상을 또한 일으킨다. 증가된 신호-노이즈-관계는, 정밀도가 유지된 상태에서 유량 문턱 값이 감소될 수 있다는 것을 또한 의미한다. 그와 같은 입자 필터 파라미터는, 적어도 하나의 입자 필터에 대한 셀 밀도(cell density), 마개 두께, 벽 두께, 재료, 입자 필터의 유형 및/또는 폭-길이 관계의 변화를 포함한다.
본 발명의 실시 형태의 일례에 따르면, 압력 차이(dP)의 감소량(Δ)은 배기 용적 유량의 함수로서 결정된다.
본 발명의 실시 형태의 일례에 따르면, 측정, 시뮬레이션 및/또는 모델링을 통해 얻어진 값의 통계적 처리(statistical processing)가 실시될 수 있으며, 이는 본 발명에 따른 방법의 신뢰성이 증가한다는 것을 의미한다. 통계적 처리를 통하여, 부정확한 값의 영향이 감소될 수 있으며, 따라서 더욱 견실한 시스템이 제공된다. 또한, 본 발명에 따른 방법이 실시될 때에 소정 기간에 걸쳐서 측정/시뮬레이션/모델-값이 고려될 수 있으므로, 불안정하고 부정확한 표시가 방지될 수 있다.
통계적 처리는, 예를 들면, 평균화(averaging), 중앙값 계산(median calculation), 표준 편차 계산 및 필터링(filtering)을 포함할 수 있다. 통계적 처리는,
- 압력 차이(dP)의 감소량(Δ)에 대한 값;
- 연소 엔진(101)으로부터의 배기 용적 유량에 대한 값;
- 엔진 시스템에 의해 근래에 이미 이용되고 있는 센서 값 및/또는 진단을 분석함에 의하여 감시될 수 있는, 연소 엔진(101)으로부터의 배기 질량 유량에 대한 값;
- 입자 질량(M)과 관련된 양에 대한 값;
- 하나 또는 다수의 입자 필터(220)의 여과 능력(C)에 대한 값;
- 연소 엔진(101)의 배기 온도에 대한 값;
- 연소 엔진(101)의 배기 압력에 대한 값;
- 연소 엔진(101) 내의 하나 또는 다수의 실린더 내로의 공기/가스-혼합물의 유입 온도에 대한 값;
- 연소 엔진(101) 내의 하나 또는 다수의 실린더 내로의 공기/가스-혼합물의 유입 압력에 대한 값;
- 연소 엔진(101)의 연료 소비에 대한 값;
- 연소 엔진(101) 내의 하나 또는 다수의 실린더 내로의 연료의 주입 압력에 대한 값;
- 연소 엔진(101) 내의 하나 또는 다수의 실린더 내의 하나 또는 다수의 람다-관계(lambda-relationship), 다시 말하자면 공기/연료-관계에 대한 값;
- 연소 엔진(101) 내의 엔진 속도에 대한 값; 및
- 연소 엔진(101)의 부하에 대한 값;
중에서 하나 또는 다수에 대하여 실시될 수 있다.
당해 분야의 기술라면, 본 발명에 따른 적어도 하나의 배기 파이프 내의 입자 질량과 관련된 양의 감시를 위한 방법이 컴퓨터 프로그램 내에서 실시될 수도 있다는 것을 이해할 것이며, 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터 내에서 실행되면 컴퓨터로 하여금 본 발명을 실시하게 한다. 컴퓨터 프로그램은 일반적으로 컴퓨터 프로그램 제품(703)의 일부로 이루어지며, 컴퓨터 프로그램 제품은 컴퓨터 프로그램이 저장된 적절한 비-휘발성/영속성/지속성/내구성 디지털 저장 매체를 포함한다. 상기 비-휘발성/영속성/지속성/내구성 컴퓨터 가독형 매체(computer readable medium)는 적절한 메모리, 예를 들면 ROM(읽기-전용 메모리), PROM(프로그램화 가능한 읽기-전용 메모리), EPROM(소거 가능한(Erasable) PROM), 플래시(Flash), EEPROM(전기적으로 소거 가능한 PROM), 하드 디스크 장치 등으로 이루어진다.
도 7은 제어 장치를 개략적으로 나타낸다. 제어 장치(700)는, 실질적으로 적절한 유형의 프로세서 또는 마이크로컴퓨터, 예를 들면 디지털 신호 처리를 위한 회로(디지털 신호 프로세서, DSP) 또는 사전-결정된 특정 기능을 갖는 회로(용도 특정형 집적 회로(Application Specific Integrated Circuit, ASIC))로 이루어질 수 있는 연산 유닛(401)을 포함한다. 연산 유닛(701)은 제어 장치(700) 내에 설치된 메모리 유닛(702)에 연결되며, 메모리 유닛은 예를 들면 연산 유닛(701)이 연산을 실시할 수 있기 위하여 필요로 하는 저장 프로그램 코드 및/또는 저장 데이터를 연산 유닛(701)에 제공한다. 연산 유닛(701)은 연산의 중간 또는 최종 결과를 메모리 유닛(702) 내에 저장하도록 또한 구성된다.
또한, 제어 장치(700)는 입력 및 출력 신호들을 수신하고 전송하기 위한 장치(711, 712, 713, 714)들을 구비한다. 이러한 입력 및 출력 신호들은, 입력 신호의 수신을 위한 장치(711, 713)들에 의해 정보로서 검출될 수 있고 연산 유닛(701)에 의해 처리될 수 있는 신호로 변환될 수 있는 파형, 펄스 또는 기타 속성을 포함할 수 있다. 이러한 신호는 그 후에 연산 유닛(701)에 제공된다. 출력 신호를 전송하기 위한 장치(712, 714)들은, 연산 유닛(701)으로부터의 연산 결과를 차량의 제어 시스템의 다른 부분들 및/또는 신호가 사용되는 구성요소(들)에 전달하기 위한 출력 신호로 변환하도록 구성된다.
입력 및 출력 신호를 수신하고 전송하기 위한 장치로의 각각의 연결은, 케이블; CAN(제어기 영역 네트워크(Controller Area Network)) 버스, MOST(미디어 지향성 시스템 전송(Media Oriented System Transport)) 버스 또는 기타 버스 구성과 같은 데이터 버스; 또는 무선 연결 중에서 하나 또는 다수로 이루어질 수 있다.
당해 분야의 기술자라면, 위에 언급된 컴퓨터는 연산 유닛(701)으로 이루어질 수 있고, 위에 언급된 메모리는 메모리 유닛(702)으로 이루어질 수 있다는 점을 이해할 것이다.
일반적으로, 근래의 차량 내의 제어 시스템은, 다수의 전자 제어 장치(ECU) 또는 제어기 및 차량의 소정 위치에 국한된 여러 구성요소들을 연결하기 위한 하나 또는 다수의 통신 버스로 이루어진 통신 버스 시스템으로 이루어진다. 그와 같은 제어 시스템은 다수의 제어 장치를 포함할 수 있으며, 특정 기능을 위한 담당은 하나보다 많은 장치들 간에 분담될 수 있다. 따라서, 도시된 유형의 차량은, 흔히, 도 1 및 도 7에 도시된 것보다 상당히 많은 제어 장치들을 포함하며, 이는 해당 기술 분야의 기술자에게 널리 공지되어 있다.
본 발명은, 도시된 실시 형태에 있어서는, 제어 장치(700) 내에서 실시된다. 그러나, 본 발명은, 차량 내에 이미 존재하는 하나 또는 다수의 다른 제어 장치 내에서, 또는 본 발명에 전용되는 제어 장치 내에서, 전체적으로 또는 부분적으로 실시될 수도 있다. 당해 분야의 기술자라면, 제어 장치는 본 발명에 따른 방법의 여러 실시 형태에 따라 변경될 수 있다는 점을 이해할 것이다.
본 발명의 하나의 양태에 따르면, 위에 언급된 입자 질량(M)과 관련된 양을 감시하기 위한 시스템이 제공되며, 그 양은 실시 형태의 일례에 따르면 적어도 하나의 연소 엔진(101)의 하류에 배치된 적어도 하나의 배기 파이프(151) 내의 입자 질량(M) 자체로 이루어질 수 있다.
본 시스템은 위에 언급된 제1 결정 장치(141)를 포함하며, 이는 적어도 하나의 연소 엔진(101)의 하류에 배치된 적어도 하나 또는 다수의 입자 필터들에 걸쳐서의 압력 차이(dP)의 감소량(Δ)의 결정을 위하여 배치된다. 이러한 감소량(Δ)은 적어도 하나 또는 다수의 대응 기준 입자 필터들에 걸쳐서의 압력 차이(dPref)와 관련된다. 따라서, 감소량(Δ)은 기준 입자 필터에 대한 압력 차이(dPref)와 적어도 하나의 실제 입자 필터에 대한 압력 차이(dP) 사이의 차이를 나타낸다. 그와 같은 기준 입자 필터는, 실시 형태의 일례에 따르면, 사용되는 입자 필터 자체로서, 사용되기 전, 다시 말하자면 작동되기 전의 입자 필터 또는 위에 기재된 바와 같이 소정 시간 동안 사용되었을 때의 입자 필터로 구성될 수 있다. 기준 필터는, 실시 형태의 일례에 따르면, 사전-결정 특성을 갖는 사전-결정 표준 필터로 구성될 수도 있다.
본 시스템은 위에 언급되어 있는 바와 같이 입자 질량(M)과 관련된 양을 결정하기 위하여 배치된 제2 결정 장치(142)를 또한 포함하며, 그 결정은, 압력 차이(dP)의 감소량(Δ)과, 감소량(Δ)과 입자 질량(M)에 관련된 양 사이의 사전-결정 상호-관계에 기초한다.
본 시스템은 위에 언급되어 있는 바와 같이 양과 설정 문턱 값(Mth)의 비교(303)를 위하여 배치된 비교 장치(143)를 또한 포함한다. 본 시스템은 위에 언급되어 있는 바와 같이 비교의 결과와 관련된 적어도 하나의 표시를 제공하기 위하여 배치된 제공 장치(144)를 또한 포함한다. 다시 말하자면, 제공 장치는, 예를 들면 운전자 인터페이스(160) 내의 하나 또는 다수의 표시를 통하여, 적어도 하나의 배기 파이프 내의 입자 질량이 너무 높은지에 관한 표시를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 시스템은 위에 기재된 방법과 청구항에 기재된 방법의 모든 실시 형태들을 실시하도록 배치될 수 있으며, 각각의 실시 형태에 대한 시스템은 각각의 실시 형태에 대하여 위에 기재된 장점들을 달성한다.
여기에서, 그리고 본 명세서에서, 장치들은 일반적으로 본 발명에 따른 방법 내의 단계들을 실시하도록 배치되어 있는 것으로 설명되어 있다. 이는 장치들이 방법 단계들을 실시하도록 구성되고/되거나 설정된다는 것을 또한 의미한다.
또한, 본 발명은 적어도 하나의 배기 파이프 내의 입자 질량(M)과 관련된 양의 감시를 위한 적어도 하나의 시스템을 포함하는 모터 차량(100), 예를 들면 트럭 또는 버스에 관한 것이다.
본 발명은 위에 기재된 본 발명의 실시 형태로 제한되는 것이 아니라, 첨부된 독립 청구항의 범위 내의 모든 실시 형태들과 관련되고 이를 포함한다.

Claims (29)

  1. 대기 중으로 배출되는 입자 질량(M)과 관련하여, 적어도 하나의 연소 엔진(101)의 하류에 배치된 적어도 하나의 배기 파이프(151) 내의 입자 질량(M)과 관련된 양을 감시하기 위한 방법(300)에 있어서,
    - 상기 적어도 하나의 연소 엔진(101)의 하류에 배치된 적어도 하나 또는 다수의 입자 필터(220)에 걸쳐서의 압력 차이(dP)의 감소량(Δ)을 결정하되, 대응하는 적어도 하나 또는 다수의 기준 입자 필터에 걸쳐서의 압력 차이(dPref)와 관련된 상기 감소량(Δ)을 결정(301)하고;
    - 상기 압력 차이(dP)의 상기 결정된 감소량(Δ)에 기초하여, 그리고 상기 압력 차이(dP)의 상기 감소량(Δ)과 상기 입자 질량(M)과 관련된 상기 양 사이의 사전-결정 상호-관계에 기초하여, 상기 입자 질량(M)과 관련된 상기 양을 결정(302)하여, 상기 적어도 하나의 배기 파이프 내에 하나 또는 다수의 매연 센서의 사용이 회피될 수 있게 하고;
    - 상기 입자 질량(M)과 관련된 상기 양을 설정 문턱 값(Mth)과 비교(303)하고;
    - 상기 비교의 결과와 관련된 적어도 하나의 표시를 제공(304)하는;
    것을 특징으로 하는, 입자 질량과 관련된 양을 감시하기 위한 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 하나 또는 다수의 입자 필터(220)에 대한 하나 또는 다수의 측정, 모델링 및 시뮬레이션 중 적어도 하나의 이용에 의하여, 상기 압력 차이(dP)의 상기 감소량(Δ)과 상기 입자 질량(M)과 관련된 상기 양 사이의 상기 사전-결정 상호-관계가 결정되는 것을 특징으로 하는, 입자 질량과 관련된 양을 감시하기 위한 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    설정 조건 하에서 상기 적어도 하나 또는 다수의 입자 필터(220)의 여러 손상 정도를 이용하여 실시한 하나 또는 다수의 측정, 모델링 및 시뮬레이션 중 적어도 하나를 통하여, 상기 압력 차이(dP)의 상기 감소량(Δ)과 상기 입자 질량(M)과 관련된 상기 양 사이의 상호-관계를 결정함으로써, 상기 압력 차이(dP)의 상기 감소량(Δ)과 상기 입자 질량(M)과 관련된 상기 양 사이의 상기 사전-결정 상호-관계가 결정되는 것을 특징으로 하는, 입자 질량과 관련된 양을 감시하기 위한 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 압력 차이(dP)의 상기 감소량(Δ)과 상기 입자 질량(M)과 관련된 상기 양 사이의 상기 상호-관계의 결정은,
    - 상기 적어도 하나 또는 다수의 입자 필터(220)의 상기 손상의 함수로서, 상기 압력 차이(dP)의 상기 감소량(Δ)에 대한 적어도 하나의 값을 측정 및 시뮬레이션 중 적어도 하나를 하는 단계;
    - 상기 적어도 하나 또는 다수의 입자 필터(220)의 상기 손상의 함수로서, 상기 하나 또는 다수의 입자 필터(220)의 적어도 하류에서 상기 입자 질량(M)과 관련된 상기 양에 대한 적어도 하나의 값을 측정 및 시뮬레이션 중 적어도 하나를 하는 단계; 및
    - 상기 압력 차이(dP)의 상기 감소량(Δ)에 대하여 상기 측정 및 시뮬레이션 중 적어도 하나에 의한 값과 상기 입자 질량(M)과 관련된 상기 측정 및 시뮬레이션 중 적어도 하나에 의한 양의 상호-관계를 결정하는 단계;를
    포함하는 것을 특징으로 하는, 입자 질량과 관련된 양을 감시하기 위한 방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 압력 차이(dP)의 상기 감소량(Δ)과 상기 입자 질량(M)과 관련된 상기 양 사이의 상기 상호-관계의 결정은,
    - 상기 적어도 하나의 연소 엔진(101)에 의해 방출되는 입자 질량(Meng)에 대한 값을 측정 및 시뮬레이션 중 적어도 하나를 하는 단계;
    - 상기 하나 또는 다수의 입자 필터(220)의 여러 손상 정도에서 상기 압력 차이(dP)의 상기 감소량(Δ)의 함수로서, 상기 적어도 하나 또는 다수의 입자 필터(220)의 여과 능력(C)에 대한 적어도 하나의 값을 측정 및 시뮬레이션 중 적어도 하나를 하는 단계; 및
    - 상기 적어도 하나의 연소 엔진(101)에 의해 방출되는 상기 입자 질량(Meng)과 상기 여과 능력(C)에 대하여 상기 측정 및 시뮬레이션 중 적어도 하나에 의한 값들에 기초하여, 상기 압력 차이(dP)의 상기 감소량(Δ)의 함수로서 상기 입자 질량(M)과 관련된 상기 양을 결정하는 단계;를
    포함하는 것을 특징으로 하는, 입자 질량과 관련된 양을 감시하기 위한 방법.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 설정 조건은,
    - 특정 시간 길이;
    - 적어도 하나의 유형의 작동에 대응하는 엔진 속도;
    - 적어도 하나의 유형의 작동에 대응하는 엔진 토크;
    - 적어도 하나의 유형의 작동에 대응하는 부하;
    - 과도 작동을 위한 사전-결정 사이클에 의하여 규정된 환경; 및
    - 실질적으로 정상 작동을 위한 사전-결정 사이클에 의해 규정된 환경;
    중에서 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 입자 질량과 관련된 양을 감시하기 위한 방법.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 하나 또는 다수의 측정, 모델링 및 시뮬레이션 중 적어도 하나를 할 때에 상기 적어도 하나 또는 다수의 입자 필터(220)의 상기 손상은,
    - 천공;
    - 관통;
    - 보링;
    - 하나 또는 다수의 마개 제거;
    - 하나 또는 다수의 밀봉부 제거;
    - 균열 형성;
    - 용융;
    - 진동;
    - 천공의 모델링;
    - 관통의 모델링;
    - 보링의 모델링;
    - 하나 또는 다수의 마개 제거의 모델링;
    - 하나 또는 다수의 밀봉부 제거의 모델링;
    - 균열 형성의 모델링;
    - 용융의 모델링;
    - 진동의 모델링;
    - 천공의 시뮬레이션;
    - 관통의 시뮬레이션;
    - 보링의 시뮬레이션;
    - 하나 또는 다수의 마개 제거의 시뮬레이션;
    - 하나 또는 다수의 밀봉부 제거의 시뮬레이션;
    - 균열 형성의 시뮬레이션;
    - 용융의 시뮬레이션;
    - 진동의 시뮬레이션;의
    그룹 중에서 하나 이상을 통하여 달성되는 것을 특징으로 하는, 입자 질량과 관련된 양을 감시하기 위한 방법.
  8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 사전-결정 상호-관계는, 상기 압력 차이(dP)의 상기 감소량(Δ)의 결정이 실시되기 전에 결정되어 있고, 그에 따라 상기 사전-결정 상호-관계와 관련된 데이터는 입자 질량(M)과 관련된 양의 상기 감시 시에 이용 가능하도록 저장되어 있는 것을 특징으로 하는, 입자 질량과 관련된 양을 감시하기 위한 방법.
  9. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 적어도 하나 또는 다수의 입자 필터(220)에 걸쳐서의 압력 차이(dP)의 상기 감소량(Δ)의 결정은, 상기 적어도 하나 또는 다수의 입자 필터(220) 내의 압력 결정을 위하여 배치된 적어도 하나의 센서(261, 262)의 이용을 통하여 실시되는 것을 특징으로 하는, 입자 질량과 관련된 양을 감시하기 위한 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 적어도 하나 또는 다수의 입자 필터(220) 내의 압력의 결정을 위하여 배치된 상기 적어도 하나의 센서(261, 262)는,
    - 적어도 하나의 압력 차이 센서;
    - 적어도 하나의 절대 압력 센서; 및
    - 상기 압력 차이(dP)와 관련된 양을 측정하여, 상기 양에 기초하여 상기 압력 차이(dP)가 계산될 수 있게 하는 적어도 하나의 센서;의
    그룹 중에서 하나 또는 다수를 포함하는 것을 특징으로 하는, 입자 질량과 관련된 양을 감시하기 위한 방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 적어도 하나의 센서(261, 262)에 의해 결정된 상기 압력은, 상기 하나 또는 다수의 입자 필터의 진단을 위해서도 이용되는 것을 특징으로 하는, 입자 질량과 관련된 양을 감시하기 위한 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 진단은, 상기 하나 또는 다수의 입자 필터(220) 중에서 적어도 하나가 교체되어야 한다는 적어도 하나의 표시를 포함하는 것을 특징으로 하는, 입자 질량과 관련된 양을 감시하기 위한 방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 진단은, 상기 하나 또는 다수의 입자 필터(220) 중에서 적어도 하나가 재생되어야 한다는 적어도 하나의 표시를 포함하는 것을 특징으로 하는, 입자 질량과 관련된 양을 감시하기 위한 방법.
  14. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 적어도 하나 또는 다수의 입자 필터(220)에 걸쳐서의 압력 차이(dP)의 상기 감소량(Δ)의 상기 결정은, 상기 적어도 하나 또는 다수의 입자 필터(220) 내의 배압에 관한 모델의 이용을 통하여 실시되는 것을 특징으로 하는, 입자 질량과 관련된 양을 감시하기 위한 방법.
  15. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 비교의 결과와 관련된 상기 적어도 하나의 표시는,
    - 적어도 하나의 시스템 내에 적어도 하나의 오류 코드가 표시됨;
    - 운전자 인터페이스 내에 적어도 하나의 표시가 활성화됨;
    - 상기 적어도 하나의 배기 기류(203)의 배기 정화와 관련된 시스템에 적어도 하나의 표시가 제공됨;
    - 상기 적어도 하나의 연소 엔진(101)과 관련된 제어 시스템에 적어도 하나의 표시가 제공되고, 상기 제어 시스템의 상기 적어도 하나의 표시는 상기 적어도 하나의 연소 엔진(101)에 의해 방출되는 입자 질량을 감소시키는 하나 또는 다수의 조치가 실시되어야 하는 것으로 해석됨;
    - 상기 적어도 하나의 연소 엔진(101)과 관련된 제어 시스템에 적어도 하나의 표시가 제공되고, 상기 제어 시스템의 상기 적어도 하나의 표시는 상기 적어도 하나의 연소 엔진(101)에 의해 방출되는 용적 유량을 증가시키는 하나 또는 다수의 조치가 실시되어야 하는 것으로 해석됨;의
    그룹 중에서 적어도 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는, 입자 질량과 관련된 양을 감시하기 위한 방법.
  16. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 설정 문턱 값(Mth)은, 상기 적어도 하나의 연소 엔진(101)의 하류에서 입자 질량(M)의 허용량에 대한 규제 요건과 관련된 것을 특징으로 하는, 입자 질량과 관련된 양을 감시하기 위한 방법.
  17. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 문턱 값(Mth)은 1mg/kWh 내지 100/kWh의 구간 내의 값을 갖는 것을 특징으로 하는, 입자 질량과 관련된 양을 감시하기 위한 방법.
  18. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 적어도 하나 또는 다수의 입자 필터(220)에 걸쳐서의 상기 압력 차이(dP)의 상기 감소량(Δ)의 상기 결정(301)은, 상기 적어도 하나의 연소 엔진(101)의 작동 중에 실시되는 것을 특징으로 하는, 입자 질량과 관련된 양을 감시하기 위한 방법.
  19. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 적어도 하나 또는 다수의 입자 필터(220)에 걸쳐서의 상기 압력 차이(dP)의 상기 감소량(Δ)의 상기 결정(301)은, 상기 연소 엔진(101)으로부터의 높은 용적 유량 중에 실시되는 것을 특징으로 하는, 입자 질량과 관련된 양을 감시하기 위한 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 높은 용적 유량은,
    - 초당 500리터를 초과하는 유량;
    - 상기 적어도 하나의 연소 엔진 및 상기 하나 또는 다수의 입자 필터(220) 중 적어도 하나에 대한 하나 또는 다수의 파라미터와 관련된 하측 유량 문턱 값을 초과하는 유량; 및
    - 적정 선택 값을 갖는 하측 유량 문턱 값을 초과하고 적정 선택 값을 갖는 상측 유량 문턱 값보다 작은 유량;의
    그룹 중에서 하나를 구성하는 것을 특징으로 하는, 입자 질량과 관련된 양을 감시하기 위한 방법.
  21. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    - 상기 압력 차이(dP)의 상기 감소량(Δ)에 대한 값;
    - 상기 연소 엔진(101)으로부터의 용적 유량에 대한 값;
    - 상기 연소 엔진(101)으로부터의 배기 질량 유량에 대한 값;
    - 상기 입자 질량(M)과 관련된 상기 양에 대한 값;
    - 상기 하나 또는 다수의 입자 필터(220) 내의 여과 능력(C)에 대한 값;
    - 상기 연소 엔진(101) 내의 배기 온도에 대한 값;
    - 상기 연소 엔진(101) 내의 배기 압력에 대한 값;
    - 상기 연소 엔진(101) 내의 하나 또는 다수의 실린더 내로의 공기/가스-혼합물의 유입 온도에 대한 값;
    - 상기 연소 엔진(101) 내의 하나 또는 다수의 실린더 내로의 공기/가스-혼합물의 유입 압력에 대한 값;
    - 상기 연소 엔진(101)의 연료 소비에 대한 값;
    - 상기 연소 엔진(101) 내의 하나 또는 다수의 실린더 내로의 연료의 주입 압력에 대한 값;
    - 하나 또는 다수의 람다-관계에 대한 값;
    - 상기 연소 엔진(101)의 엔진 속도에 대한 값; 및
    - 상기 연소 엔진(101)의 부하에 대한 값;의
    그룹 중에서 하나 또는 다수에 대하여 통계학적 처리가 실시되는 것을 특징으로 하는, 입자 질량과 관련된 양을 감시하기 위한 방법.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 통계학적 처리는,
    - 평균화;
    - 중앙값 계산;
    - 표준 편차의 계산
    - 필터링; 및
    - 데이터 수집 및 분석;의
    그룹 중에서 하나 또는 다수를 포함하는 것을 특징으로 하는, 입자 질량과 관련된 양을 감시하기 위한 방법.
  23. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 압력 차이(dP)의 상기 감소량(Δ)은,
    - DPF(디젤 입자 필터);
    - 반-유량 필터;
    - 전-유량 필터;
    - TERS-시스템(교통 배출 감소 시스템);
    - PERS-시스템(입자 배출 감소 시스템);
    - CSF-필터(촉매화 매연 필터);
    - CDPF-필터(촉매화 DPF);
    - 입자 트랩;
    - 배기 처리 시스템 내의 입자 필터 이외의 적어도 하나의 구성 요소;의
    그룹 중에서 하나 또는 다수에 대하여 결정되는 것을 특징으로 하는, 입자 질량과 관련된 양을 감시하기 위한 방법.
  24. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 입자 질량(M)과 관련된 상기 양은,
    - 입자 질량(M);
    - 입자 수;
    - 매연; 및
    - 배연;의
    그룹 중에서 하나 또는 다수로 이루어진 것을 특징으로 하는, 입자 질량과 관련된 양을 감시하기 위한 방법.
  25. 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램이 포함되어 있는 컴퓨터-가독형 매체로,
    상기 프로그램 코드가 컴퓨터 내에서 실행되면, 상기 컴퓨터가 청구항 1 또는 청구항 2에 따른 방법을 실시하는 것을 달성하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터-가독형 매체.
  26. 삭제
  27. 대기 중으로 배출되는 입자 질량(M)과 관련하여, 적어도 하나의 연소 엔진(101)의 하류에 배치된 적어도 하나의 배기 파이프(151) 내의 입자 질량(M)과 관련된 양을 감시하기 위하여 배치된 시스템에 있어서,
    - 상기 적어도 하나의 연소 엔진(101)의 하류에 배치된 적어도 하나 또는 다수의 입자 필터(220)에 걸쳐서의 압력 차이(dP)의 감소량(Δ)을 결정하되, 대응하는 적어도 하나 또는 다수의 기준 입자 필터에 걸쳐서의 압력 차이(dPref)와 관련된 상기 감소량(Δ)을 결정하도록 배치된 제1 결정 장치(141);
    - 상기 압력 차이(dP)의 상기 결정된 감소량(Δ)에 기초하여, 그리고 상기 압력 차이(dP)의 상기 감소량(Δ)과 상기 입자 질량(M)과 관련된 상기 양 사이의 사전-결정 상호-관계에 기초하여, 상기 입자 질량(M)과 관련된 상기 양을 결정(302)하도록 배치되어, 상기 적어도 하나의 배기 파이프 내에 하나 또는 다수의 매연 센서의 사용이 회피될 수 있게 하는 제2 결정 장치(142);
    - 상기 입자 질량(M)과 관련된 상기 양을 설정 문턱 값(Mth)과 비교(303)하도록 배치된 비교 장치(143); 및
    - 상기 비교의 결과와 관련된 적어도 하나의 표시의 제공을 위하여 배치된 제공 장치(144);를
    포함하는 것을 특징으로 하는, 입자 질량(M)과 관련된 양을 감시하기 위하여 배치된 시스템.
  28. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 문턱 값(Mth)은 10mg/kWh 내지 30mg/kWh 구간 내의 값을 갖는 것을 특징으로 하는, 입자 질량과 관련된 양을 감시하기 위한 방법.
  29. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 문턱 값(Mth)은 25mg/kWh의 값을 갖는 것을 특징으로 하는, 입자 질량과 관련된 양을 감시하기 위한 방법.
KR1020167032448A 2014-05-08 2015-05-06 적어도 하나의 배기 파이프 내의 입자 질량과 관련된 물리량의 감시를 위한 방법 및 시스템 KR101945457B1 (ko)

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