KR101966403B1

KR101966403B1 - 입자 필터를 통한 유동 저항을 결정하기 위한 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101966403B1
Application number: KR1020177020241A
Authority: KR
Inventors: 니클라스 카르페; 크리스터 피터슨; 로버트 스븐슨
Original assignee: 스카니아 씨브이 악티에볼라그
Priority date: 2015-02-17
Filing date: 2016-01-18
Publication date: 2019-04-08
Also published as: BR112017014456A2; US20180087431A1; SE541017C2; SE1550173A1; US10724418B2; KR20170117391A; WO2016133443A1; EP3259460A1; EP3259460B1

Abstract

배기 시스템에서 내연 기관(1)의 하류에 위치하는 입자 필터(3)를 통한 유동 저항을 결정하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법은, 입자 필터를 통한 제1 차압(ΔP₁)을 측정하는 단계, 입자 필터를 통한 제2 차압(ΔP₂)을 측정하는 단계, 제1 차압과 제2 차압의 압력 비(ΔP₁/ΔP₂)를 결정하는 단계, 상기 압력 비로부터, 입자 필터를 통한 유동 저항을 결정하는 단계를 포함한다. 제2 차압은 선택적 촉매 환원 시스템(4)을 가로질러 측정된다.

Description

입자 필터를 통한 유동 저항을 결정하기 위한 시스템 및 방법 {A METHOD AND A SYSTEM FOR DETERMINING A FLOW RESISTANCE ACROSS A PARTICULATE FILTER}

본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 배기 시스템 내에서 입자 필터를 가로지르는 유동 저항을 결정하는 방법 및 독립 시스템 청구항에 따라 그러한 결정을 하기 위한 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 컴퓨터 프로그램, 컴퓨터 프로그램 제품, 전자 제어 유닛 및 모터 차량에도 관한 것이다.

내연 기관 특히 디젤 엔진은 엔진이 연소하는 중에 다양한 입자들을 생성한다. 그 이유는 주로 연료/공기 혼합물의 불완전 연소에 기인하며, 생성되는 입자들의 종류는 엔진의 종류와 사용되는 연료의 종류에 따라 다를 수 있다. 내연 기관에서 발생되는 그을음과 다른 입자들은 일반적으로 유해하며 대기 중에서 입자 물질 오염에 기여하기 때문에, 내연 기관에서 발생되는 입자 물질의 배출을 최소로 하기 위해, 많은 국가들이 점점 더 엄격한 배출 기준을 적용하고 있다. 이러한 배출을 줄이기 위한 하나의 방법은 내연 기관의 배기 시스템 내에 입자 필터를 설치하는 것이다. 그러한 필터가 엔진의 배기 가스에서 나오는 입자 물질을 효율적으로 제거할 수 있다. 그러나, 이 필터는 시간이 지남에 따라 그을음에 의해 막히게 되어, 그 필터를 통한 유동 저항이 증가하게 된다. 이에 따라, 통상적으로 온도를 증가시켜 막고 있는 그을음 입자들을 태워 없애기 위해 자주 필터를 재생하고 있다.

입자 필터를 재생할 필요성은 예컨대 그 필터를 가로지르는 유동 저항을 탐구함으로써 결정될 수 있다. 유동 저항은 통상적으로 필터를 통하는 압력 측정 결과와 필터를 통하는 배기가스의 체적 유동(volume flow)의 추정을 조합함으로써 지정된다. 그러나, 누설, 온도 변동, 증발 등과, 예컨대 스로틀 작동과 난류의 변동에 의해 시간이 지남에 따라 유동 변동이 크기 때문에 필터를 통한 배기가스의 체적 유동을 정밀하게 추정하는 것이 어렵다.

DE 4226055호는 배기 시스템 내에서 입자 필터를 통한 유동 저항을 결정하는 방법을 개시하고 있다. 이 방법에서는 입자 필터를 통한 제1 차압을 측정하는 데에 제1 압력 감지 장치가 사용되고, 입자 필터의 하류에서 배기 시스템의 단면 감소부를 통한 제2 차압을 측정하는 데에 제2 압력 감지 장치가 사용된다. 제1 및 제2 차압들은 문턱 값과 비교되는 압력 비를 결정하는 데에 사용된다. 문턱 값과 그 압력 비 사이의 차이가 사전에 정해진 설정값(setpoint)보다 작은 경우에, 필터 재생이 시작된다.

그러나, DE 4226055호에 개시되어 있는 방법이 안고 있는 문제는, 제2 차압이 측정될 수 있는 단면 감소부가 배기 시스템 내에 필수적으로 설치되어야 한다는 것이다. 그러한 단면 감소부는 배기 시스템 전체에서 유동 저항을 증가시키기 때문에 바람직하지 않다. 그 이유는 예를 들어 필터를 통한 유동 저항을 측정하는 데에 일반적으로 시스템의 낮은 유동 저항이 필요하기 때문이다. 또한, 배기 시스템 내에 유동 저항이 높으면, 연료 소모가 증가될 수 있다.

본 발명의 목적은 전술한 문제점들을 극복하는 것으로, 배기 시스템 내에 단면 감소부 같은 특별한 장치를 사용하지 않고서도 입자 필터를 가로지르는 유동 저항을 결정할 수 있는 방법과 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 측면에 따르면, 이러한 목적은 서두에 규정되어 있는 바와 같은 방법에 의해 달성된다. 이 방법은 선택적 촉매 환원(SCR) 시스템을 가로지르는 제2 차압(ΔP₂)을 측정하는 것을 특징으로 한다. SCR 시스템은 질소산화물(NOx) 배기물을 환원하는 데에 사용되며, 많은 국가들에서의 배출 규제를 만족시키는 데에 필요하다. 본 발명 방법은 SCR 시스템을 가로지는 압력 강하 혹은 차압(differential pressure)이 입자 필터를 가로질러 발생하는 압력 강하와 동일한 수준이라는 인식에 기초하고 있다. 이에 따라 입자 필터의 유동 저항을 결정하는 데에 SCR 시스템을 기준으로 사용할 수 있게 된다. 입자 필터를 가로지르는 제1 차압은 필터 상태의 순간 측정을 제공하며, 제2 차압은 배기 시스템을 통한 배기가스의 체적 유동의 순간 추정을 제공하는데, 이는 SCR 시스템의 유동 저항은 시간이 경과하더라도 상당히 일정하기 때문이다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제1 차압과 제2 차압을 동시에 측정한다. 이렇게 함으로써 입자 필터를 가로지르는 유동 저항을 정확하게 결정할 수 있게 된다. 제1 차압과 제2 차압을 동시에 측정하는 것은, 입자 필터를 가로지르는 유동 저항을 결정하기 위해 배기 시스템을 통한 체적 유동이 높은 상태로 우호적인 환경을 찾는 데에도 유용하다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 하나의 단일 압력 감지 장치를 사용하여 제1 차압과 제2 차압을 측정한다. 단일의 압력 감지 장치를 사용함으로써, 압력 감지 장치에 영향을 주는 전위 왜곡(potential distortion)이 제2 차압뿐만 아니라 제1 차압을 측정하는 데에 영향을 주게 된다. 이에 의해, 배기 시스템 내에서 추정된 체적 유동의 에러가 쉽게 보상될 수 있게 된다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 이 방법은

- 배기 시스템을 통과하는 배기가스 유동이 사전에 정해진 문턱값을 초과하는 지를 결정하는 단계를 추가로 포함하되, 상기 문턱값을 초과하는 경우에만 유동 저항을 결정하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 한다. 유동 저항이 우호적인 환경에서만 결정되기 때문에, 이러한 방식에 따르면 유동 저항이 매우 정밀하게 결정될 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 제2 차압이 배기 시스템을 통과하는 배기가스 유동이 사전에 정해진 문턱값을 초과하는 지를 결정하는 단계에서 사용된다. 이렇게 함으로써, 배기 시스템을 통한 배기가스의 체적 유동을 신속하면서도 정밀하게 추정할 수 있게 된다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 결정된 유동 저항을 에러 판정기준에 대해 평가하여, 에러 판정기준을 충족시키면 에러 코드가 생성된다. 에러 판정기준은 예를 들어 유동 저항이 입자 필터가 막혀 있음을 지시하거나 입자 필터 내에 균열이 있음을 지시하는 경우에 발생되도록 설정될 수 있다. 이러한 방식으로 필터를 재생할 필요가 있는지 혹은 필터를 교환해야 하는지를 결정하는 데에 에러 코드가 사용될 수 있게 된다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 결정된 유동 저항이 사전에 정해진 상부 문턱 값을 초과하거나 또는 사전에 정해진 하부 문턱 값 미만으로 떨어지면, 에러 판정기준을 충족시키는 것으로 본다. 문턱 값을 사용함으로써 에러 판정기준을 간단하면서도 직접적인 방식으로 설정할 수 있게 된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 본 발명의 목적은 서두에 규정되어 있는 시스템으로, 제2 차압을 결정하기 위한 압력 감지 수단이 선택적 촉매 환원 시스템을 통한 제2 차압을 측정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 유동 저항 결정 시스템에 의해 달성된다. 이러한 시스템과 이러한 시스템들의 바람직한 실시형태들의 이점은 위에 제안되어 있는 방법과 관련하여 전술한 사항들로부터 명확하게 파악될 수 있다.

본 발명의 제2 측면의 일 실시형태에 따르면, 압력 감지 수단이 제1 차압과 제2 차압을 측정하도록 구성된 단일 압력 감지 장치를 포함한다.

다른 측면에서, 본 발명은 제10항의 특징을 구비하는 컴퓨터 프로그램, 제11항의 특징을 구비하는 컴퓨터 프로그램 제품, 제12항의 특징을 구비하는 전자 제어 유닛 및 제13항과 제14항에 따른 모터 차량에도 관한 것이다.

첨부된 도면들을 참고하는 실시예를 통해 본 발명을 좀 더 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 시스템을 포함하는 배기 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 방법을 구현하기 위한 제어 유닛을 나타내는 개략도이다.

모터 차량 내의 내연 기관(1)의 배기 시스템이 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 배기 시스템은 디젤 산화 촉매 유닛(2), 그 디젤 산화 촉매 유닛(2) 하류에 위치하는 입자 필터(3) 및 그 입자 필터(3)의 하류에 추가의 선택적 촉매 환원(SCR) 시스템(4)을 포함한다. 배기 시스템은 차압 센서(5) 형태의 압력 감지 수단을 추가로 포함한다. 차압 센서(5)는 입자 필터(3)를 통한 제1 차압(ΔP₁)과 SCR 시스템(4)을 통한 제2 차압(ΔP₂)을 동시에 측정하도록 구성되어 있다. 이러한 목적을 위해, 압력 센서(5)는 각각이 입자 필터(3)의 상류, 입자 필터(3)와 SCR 시스템(4)의 사이 그리고 SCR 시스템(4) 하류에 위치하는 압력 유입 포트(8, 9, 10)를 구비한다. 처리 유닛(6) 형태의 처리 수단이 차압 센서(5)에 연결되어 있다. 처리 유닛(6)은 압력 비(ΔP₁/ΔP₂)를 계산하고, 그 압력 비에 기초하여 입자 필터(3)를 통한 유동 저항(R)을 계산하도록 구성되어 있다. 유동 저항은 압력 비에 대해 R=k·P₁/ΔP₂로 관련되어 있다. 여기서, k는 상수이다. 내연 기관(1)이 작동하는 중에, 배기 가스들이 생성되어 화살표 방향으로 배기 시스템을 통해 이동하여 배기 파이프(7)를 통해 배출된다.

도 2에 도시되어 있는 흐름도는 본 발명의 일 실시형태에 따른 방법을 설명하고 있다. 단계 S1에서, 차압 센서(5)를 사용하여, 입자 필터(3)를 통한 제1 차압(ΔP₁)과 SCR 시스템(4)을 통한 제2 차압(ΔP₂)이 동시에 측정한다. 단계 S2에서, 배기 시스템을 통과하는 배기가스의 체적 유동(Φ)이 사전에 정해진 문턱 값(Φ_T)을 초과하는 지를 체크한다. 이러한 결정은 체적 유동(Φ)에 비례하는 SCR 시스템(4)을 통한 제2 차압(ΔP₂)을 사용하여 수행한다. 만약 체적 유동(Φ)이 사전에 정해진 문턱 값(Φ_T)을 초과하는 것으로 결정되는 경우, 단계 S3에서 처리 유닛을 사용하여 압력 비(ΔP₁/ΔP₂)가 결정된다. 압력 비(ΔP₁/ΔP₂)로부터, 단계 S4에서 입자 필터(3)를 통한 유동 저항(R)이 계산된다.

만약 배기가스의 체적 유동(Φ)이 사전에 정해진 문턱 값(Φ_T)보다 작은 경우라면, 체적 유동이 문턱 값을 초과할 때까지 압력 비(ΔP₁/ΔP₂)에 대한 결정을 수행하지 않는다.

입자 필터(3)를 통한 유동 저항(R)이 계산되면, 단계 S5에서 그 유동 저항은 미리 설정된 에러 기준에 대해 시험될 수 있다. 에러 기준이 충족되면, 단계 S6에서 에러 코드가 생성된다. 에러 기준은, 결정된 유동 저항(R)이, 입자 필터(3)가 막힌 것을 나타내는 사전에 정해진 상한 문턱 값(RU)을 초과하거나 또는 입자 필터(3) 내에 예컨대 균열이 있음을 나타내는 사전에 정해진 하한 문턱 값(RL) 미만으로 떨어질 때 충족되도록, 설정될 수 있다. 입자 필터(3)가 막힌 경우에는 에러 코드는 재생 공정이 시작되게 할 수 있고, 필터에 균열이 있는 경우에는 에러 코드는 배기 시스템 내에 위치하는 입자 필터(3)가 교환되어야 함을 차량 운전자에게 경고하는 경고 신호를 생성시키게 할 수 있다. 유동 저항과 관련된 데이터는 추후에 참고하기 위해 데이터베이스로 저장될 수도 있다.

본 발명에 따른 시스템은 차압들(ΔP₁, ΔP₂)을 각각 감지하기 위한 별개의 압력 감지 장치를 포함할 수도 있다. 압력 감지 수단은 배기 시스템에 적용될 수 있는 조건 하에서 차압을 측정하기에 적합한 임의의 종류의 공지되어 있는 압력 감지 장치를 포함할 수 있다. 유동 저항(R)이 결정되는 상태와 배기가스의 체적 유동(Φ)이 결정되는 상태가 동일함을 보증하기 때문에, 차압들(ΔP₁, ΔP₂)을 동시에 측정하는 것이 바람직하기는 하지만, 반드시 동시에 측정할 필요는 없다. 도시되어 있는 실시형태에서 제2 차압(ΔP₂)을 결정하는 데에 사용되는 압력 감지 장치는 SCR 시스템(4)의 상류 및 하류에 위치하는 압력 유입 포트(9, 10)를 구비한다. 그러나, SCR 시스템(4)의 하류에 위치하는 압력 유입 포트는 대기압 유입 포트로 대치될 수 있다.

도 3은 컴퓨터 프로그램을 실행하기 위한 중앙 처리 유닛(CPU) 같은 실행 수단(12)을 포함하는 전자 제어 유닛(11)을 매우 개략적으로 도시하고 있다. 실행 수단(12)은 예컨대 데이터 버스(14)를 통해 RAM 타입의 메모리(13)와 통신한다. 전자 제어 유닛(11)은 예컨대 플래쉬 메모리 또는 ROM, PROM, EPROM 또는 EEPROM 형태의 비-일시적 데이터 저장 매체(15)를 또한 포함한다. 실행 수단(12)은 데이터 버스(14)를 통해 데이터 저장 매체(15)와 통신한다. 본 발명에 따른 방법을 구현하기 위한 컴퓨터 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램이 데이터 저장 매체(15)에 저장된다.
본 발명에 따른 모터 차량은 트럭 또는 버스일 수 있다.

본 발명이 전술한 실시형태들만으로 한정되는 것은 물론 아니다. 그보다는, 첨부된 청구항들에 규정되어 있는 본 발명의 기본 사상을 벗어나지 않으면서 많은 변형이 이루어질 수 있음은 통상의 기술자에게 명확한 것이다.

Claims

내연 기관(1)의 하류에 위치하는 배기 시스템 내의 입자 필터(3)를 가로지르는 유동 저항(R)을 결정하는 방법으로,
- 입자 필터(3)를 통한 제1 차압(ΔP₁)을 측정하는 단계,
- 입자 필터(3) 하류에서 제2 차압(ΔP₂)을 측정하는 단계,
- 제1 차압(ΔP₁)과 제2 차압(ΔP₂)의 압력 비(ΔP₁/ΔP₂)를 결정하는 단계,
- 상기 압력 비(ΔP₁/ΔP₂)로부터, 입자 필터(3)를 통한 유동 저항(R)을 결정하는 단계를 포함하는 유동 저항 결정 방법에 있어서,
선택적 촉매 환원 시스템(4)을 가로질러 제2 차압(ΔP₂)을 측정하고;
배기 시스템을 통과하는 배기가스 유동(Φ)이 사전에 정해진 문턱값(Φ_T)을 초과하는 지를 결정하는 단계를 추가로 포함하되, 상기 문턱값(Φ_T)을 초과하는 경우에만 유동 저항(R)을 결정하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 유동 저항 결정 방법.
제1항에 있어서,
제1 차압(ΔP₁)과 제2 차압(ΔP₂)을 동시에 측정하는 것을 특징으로 하는 유동 저항 결정 방법.
제2항에 있어서,
하나의 단일 압력 감지 장치(5)를 사용하여 제1 차압(ΔP₁)과 제2 차압(ΔP₂)을 측정하는 것을 특징으로 하는 유동 저항 결정 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
제2 차압(ΔP₂)이 배기 시스템을 통과하는 배기가스 유동(Φ)이 사전에 정해진 문턱값(Φ_T)을 초과하는 지를 결정하는 단계에서 사용되는 것을 특징으로 하는 유동 저항 결정 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
결정된 유동 저항(R)을 에러 판정기준에 대해 평가하여, 에러 판정기준을 충족시키면 에러 코드가 생성되는 것을 특징으로 하는 유동 저항 결정 방법.
제5항에 있어서,
결정된 유동 저항(R)이 사전에 정해진 상부 문턱 값(R_U)을 초과하거나 또는 사전에 정해진 하부 문턱 값(R_L) 미만으로 떨어지면, 에러 판정기준을 충족시키는 것을 특징으로 하는 유동 저항 결정 방법.
내연 기관(1)의 하류에 위치하는 배기 시스템 내의 입자 필터(3)를 통한 유동 저항(R)을 결정하기 위한 시스템으로,
- 입자 필터(3)를 통한 제1 차압(ΔP₁)과, 입자 필터(3) 하류에서 제2 차압(ΔP₂)을 결정하기 위한 압력 감지 수단(5),
- 제1 차압(ΔP₁)과 제2 차압(ΔP₂)의 압력 비(ΔP₁/ΔP₂)를 결정하도록 구성되어 있으며, 상기 압력 비(ΔP₁/ΔP₂)에 기초하여 입자 필터(3)를 통한 유동 저항(R)을 결정하도록 구성된 처리 수단(6)을 포함하는 유동 저항 결정 시스템에 있어서,
제2 차압(ΔP₂)을 결정하기 위한 압력 감지 수단(5)이 선택적 촉매 환원 시스템(4)을 통한 제2 차압(ΔP₂)을 측정하도록 구성되고, 배기 시스템을 통과하는 배기가스 유동(Φ)이 사전에 정해진 문턱값(Φ_T)을 초과하는 지를 결정하도록 구성되되, 상기 문턱값(Φ_T)을 초과하는 경우에만 시스템이 유동 저항(R)을 결정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 유동 저항 결정 시스템.
제7항에 있어서,
압력 감지 수단(5)이 제1 차압(ΔP₁)과 제2 차압(ΔP₂)을 측정하도록 구성된 단일 압력 감지 장치(5)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동 저항 결정 시스템.
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컴퓨터 프로그램 제품으로, 컴퓨터에 의해 판독될 수 있으며, 컴퓨터 프로그램이 컴퓨터에서 실행될 때, 컴퓨터가 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 방법을 구현하도록 하는 컴퓨터 프로그램의 프로그램 코드가 저장되어 있는 컴퓨터 프로그램 제품.
모터 차량의 전자 제어 유닛(11)으로, 실행 수단(12), 상기 실행 수단(12)에 연결되어 있는 메모리(13) 및 상기 실행 수단(12)에 연결되어 있으며 제10항에 따른 컴퓨터 프로그램의 컴퓨터 프로그램 코드가 저장되어 있는 데이터 저장 매체(15)를 포함하는 전자 제어 유닛.
제11항에 따른 전자 제어 유닛(11)을 포함하는 모터 차량.
제12항에 있어서,
모터 차량이 트럭 또는 버스인 것을 특징으로 하는 모터 차량.
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