KR102017972B1 - 펌프의 다이어프램의 온도를 결정하기 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 펌프의 다이어프램의 온도를 결정하기 위한 방법에 관한 것이며, 상기 펌프는 다이어프램의 모션에 의해 탱크로부터 토출 포인트로 유체를 펌핑하고, 상기 펌프는 탱크에 고정되며, 상기 다이어프램의 온도는 적어도 탱크에서의 유체의 온도에 의존하여 추정된다.

Description

펌프의 다이어프램의 온도를 결정하기 위한 방법
본 발명은 특허 청구항 1에 청구된 바와 같이 펌프의 다이어프램의 온도를 결정하기 위한 방법에 관한 것이다.
예를 들면, 다이어프램의 도움으로 탱크로부터 촉매 변환기로 환원제를 전달하는 다이어프램 펌프가 종래 기술에서 알려져 있다. 펌프의 동작의 정밀한 방법을 위해 다이어프램의 온도를 아는 것이 중요하다. 이를 위해, 온도 센서가 종래 기술에서 사용된다.
본 발명의 목적은 펌프의 다이어프램의 온도를 추정하기 위한 보다 간단한 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 특허 청구항 1에 청구된 바와 같은 방법에 의해 및 특허 청구항 10에 청구된 바와 같은 제어 유닛에 의해 달성된다.
설명되는 방법의 유리한 실시예는 종속 청구항에서 특정된다.
설명되는 방법의 하나의 이점은 다이어프램의 온도가 측정되어야 하기보다는, 오히려 이용 가능한 측정 데이터에 기초하여 추정될 수 있다는 데 있다. 이러한 방식으로, 다이어프램을 위한 온도 센서가 생략될 수 있다. 또한, 센서 신호의 검출 및 평가가 요구되지 않는다. 이것은 다이어프램의 온도가 탱크에서의 유체의 온도에 의존하는 방식으로 추정된다는 사실에 의해 달성된다. 펌프에 의해 전달되는 유체의 온도는, 유체의 온도가 비교적 확연한 정도로 다이어프램의 온도에 영향을 줄 수 있으므로, 다이어프램의 온도의 추정에 적합하다.
방법의 일 실시예에서, 다이어프램의 온도는 펌프의 하우징의 온도에 의존하는 방식으로 추정된다. 상기 펌프의 하우징의 온도는 또한 상기 다이어프램의 온도에 영향을 미치며, 그러므로 상기 다이어프램의 온도의 추정을 위해 사용될 수 있다. 그 결과, 상기 다이어프램의 온도의 추정은 추가로 개선된다.
추가 실시예에서, 상기 다이어프램의 온도는 상기 펌프가 위치되는 공간에서의 온도에 의존하는 방식으로 추정된다. 상기 공간의 온도는 또한 상기 다이어프램의 온도에 영향을 미친다. 이러한 방식으로, 상기 다이어프램의 온도의 추정의 추가 개선이 달성된다.
추가 실시예에서, 상기 다이어프램의 온도는 상기 펌프에 의해 펌핑되는 유체의 양에 의존하는 방식으로 추정된다. 이러한 방식으로, 상기 다이어프램의 온도의 추정의 추가 개선은, 유체가 다이어프램으로 열을 공급하거나 또는 상기 다이어프램으로부터 열을 소멸시키므로, 달성될 수 있다.
추가 실시예에서, 상기 다이어프램의 온도는 드라이브의 열의 발생에 의존하는 방식으로 추정되며, 상기 드라이브는 상기 다이어프램을 작동시키기 위해 제공된다. 이러한 방식으로, 상기 다이어프램의 온도에 대한 상기 드라이브의 영향은 또한 상기 다이어프램의 온도의 추정의 추가 개선을 달성하기 위해 사용될 수 있다.
추가 실시예에서, 펌프의 다운 시간 후 상기 다이어프램의 온도는 상기 다운 시간의 지속 기간에 의존하는 방식으로 상기 추정 동안 상이한 시작 값을 할당받는다. 여기에서, 비교적 짧은 다운 시간의 경우에, 상기 다이어프램의 온도는 상기 시작 동안 상기 다이어프램의 온도에 대해 가장 최근에 추정되고 저장된 값으로 고정된다.
상기 펌프의 비교적 긴 다운 시간의 경우에, 상기 다이어프램의 온도는 상기 시작 동안 상기 펌프가 위치되는 공간의 온도와 동일한 레벨에서 설정된다. 이러한 방식으로, 상기 다이어프램의 온도의 추정의 보다 빠른 개선이 설명된 방법에 의해 달성될 수 있다.
추가 실시예에서, 상기 펌프는 환원제를 촉매 변환기로 전달하기 위해 제공된다. 특히, 촉매 변환기로의 환원제의 미터링 동안, 상기 펌프의 동작의 정밀한 방법 및 상기 환원제의 정밀한 미터링이 유리하다.
추가 실시예에서, 상기 다이어프램의 추정된 온도는, 펌프에 의해 방출되는 유체의 양을 결정하기 위해, 특히 정정하기 위해 사용된다. 이러한 방식으로, 실제로 상기 펌프에 의해 토출되는 유체의 양의 개선이 달성된다.
다음의 텍스트에서, 본 발명은 도면을 사용하여 보다 상세히 설명될 것이다:
도 1은 펌프를 가진 탱크의 도식적 예시를 도시한 도면;
도 2는 다이어프램을 가진 탱크의 도식적 예시를 도시한 도면;
도 3은 펌프의 하우징에 대한 열적 모델의 도식적 예시를 도시한 도면;
도 4는 다이어프램에 대한 열적 모델의 도식적 예시를 도시한 도면;
도 5는 펌프의 짧은 정지의 경우에 다이어프램의 온도 프로파일에 대한 다이어그램을 도시한 도면; 및
도 6은 펌프의 비교적 긴 정지의 경우에 다이어프램의 온도 프로파일에 대한 다이어그램을 도시한 도면.
도 1은 예를 들면, 환원제(2)의 형태로, 유체가 위치되는 탱크(1)의 도식적 예시를 도시한다. 환원제(2)는, 예를 들면, 물에서 32.5% 요소의 용액일 수 있다. 더욱이, 탱크(1)는 공간(3)을 갖는다. 공간(3)은 적어도 탱크(1)의 외부 측면 상에서 탱크(1)에 인접한 방식으로 구성된다. 예를 들면, 공간(3)은 탱크(1)의 압입부의 형태로 구성될 수 있다. 펌프(4)는 공간(3)에서 제공된다. 펌프(4)는 흡입 영역을 통해 탱크(1)에 연결된다. 흡입 영역을 통해, 펌프(4)는 탱크(1)로부터 환원제를 빨아들이며 환원제를 토출 포인트로 전달한다. 토출 포인트는, 예를 들면, 내연 기관의 환원 촉매 변환기일 수 있다. 예를 들면, 내연 기관은 차량에 배열될 수 있다.
펌프(4)는 전기 모터(5)의 형태에서 드라이브의 도움으로 구동된다. 더욱이, 제1 센서(6)는 탱크(1)에서 환원제(2)의 온도를 검출하기 위해 제공된다. 또한, 제2 센서(7)는 공간(3)에서 제공되며, 제2 센서(7)는 공간(3)에서의 온도를 검출한다. 제1 및 제2 센서(6, 7)는 데이터 메모리(9)를 갖는 제어 유닛(8)에 연결된다. 또한, 제어 유닛(8)은 제어 라인(도시되지 않음)을 통해 펌프(4)의 모터(5)에 연결된다. 제어 유닛(8)은, 펌프(4)가 탱크(1)로부터 토출 포인트로, 특히 촉매 변환기로 환원제의 원하는 세트포인트 양을 전달하도록 하는 방식으로, 환원제의 미리 정의된 세트포인트 양에 의존하는 방식으로 모터(5)를 작동시키기 위해 구성된다. 또한, 발열체(10)가 또한 공간(3)에 제공될 수 있으며, 발열체(10)는, 환원제(2)를 가열하기 위해 또는 동결된 환원제(2)를 해동시키기 위해, 전기적으로 전류를 공급받는다.
도 2는 펌프(4)의 부분 세부사항의 도식적 예시를 도시하며, 펌프(4)는 단지 도식적으로 도시되는 하우징(11) 및 다이어프램(12)을 갖는다. 환원제를 전달하기 위해, 다이어프램(12)은 환원제(2)의 고정된 세트포인트 양이 토출 포인트로 수송되도록 하는 방식으로 모터(5)에 의해 이동된다.
펌프(4)는 다이어프램(12)의 온도가 환원제(2)의 실제로 전달된 양에 영향을 미치도록 하는 방식으로 구성된다. 다이어프램(12)의 온도는, 환원제(2)의 온도에 의해, 하우징(11)의 온도에 의해, 및 공간(3)의 온도에 의해 영향을 받는다. 다이어프램(12)의 온도를 추정하기 위해, 유체의 온도 및/또는 공간(3)의 온도가 고려된다.
일 실시예에서, 탱크에서의 유체(2)의 온도는 제1 센서(6)의 도움으로 제어 유닛(8)에 의해 검출된다. 그에 의해 다이어프램의 온도가 유체의 온도에 의존하는 방식으로 추정될 수 있는, 표, 특성 곡선 또는 산출 프로세스가 데이터 메모리(9)에 저장된다.
추가 실시예에서, 다이어프램(12)의 온도를 추정하기 위해, 제어 유닛(8)은 부가적으로 또한 공간(3)에서의 온도를 고려하며, 온도는 제2 센서(7)의 도움으로 검출된다. 그에 의해 다이어프램의 온도가 유체의 온도에 의존하는 방식으로 그리고 공간(3)의 온도에 의존하는 방식으로 추정될 수 있는, 특성 곡선, 다이어그램, 특성 다이어그램 및/또는 산출 프로세스가 데이터 메모리(9)에 저장된다.
추가 실시예에서, 다이어프램의 온도를 추정하기 위해, 제어 유닛은 또한 유체의 온도 및 공간의 온도 외에, 펌프(4)가 제어 유닛(8)에 의한 작동에 따라 전달하는 유체의 세트포인트 양을 고려한다. 대응하는 다이어그램, 특성 곡선 및/또는 산출 프로세스는 또한, 유체의 세트포인트 양에 의존하는 방식으로 다이어프램의 온도를 추정하는 것이 가능하도록, 이를 위해 데이터 메모리에 저장된다.
추가 실시예에서, 제어 유닛(8)은 다이어프램(12)의 온도를 추정하는 것이 가능하도록, 펌프(4)의 하우징(11)의 온도를 고려한다. 대응하는 특성 곡선, 다이어그램 및/또는 산출 프로세스가 이를 위해 데이터 메모리(9)에 저장된다.
추가 실시예에서, 제어 유닛(8)은 다이어프램(12)의 온도를 추정하는 것이 가능하도록, 모터(5)에 의해 발생되는 열의 양을 부가적으로 고려한다. 그에 의해 다이어프램의 온도의 추정이 발생할 수 있는, 특성 곡선 및/또는 특성 다이어그램은 모터의 작동 파라미터에 의존하는 방식으로 이를 위해 저장된다.
더욱이, 제어 유닛(8)은 다이어프램(12)의 추정된 온도에 의존하는 방식으로, 펌프(4)에 의해 전달되는 유체의 세트포인트 양을 정정하기 위해 구성될 수 있다. 그에 의해 펌프(4)에 의해 전달되는 세트포인트 양이 다이어프램(12)의 온도에 의존하는 방식으로 유체의 실제로 전달된 양으로 정정될 수 있는, 특성 곡선, 다이어그램 및/또는 산출 프로세스가 이를 위해 데이터 메모리(9)에 저장된다.
도 3은 펌프(4)의 하우징(11)에 대한 열 흐름의 도식적 예시를 도시한다. 제1 열 흐름(Q1)은 하우징(11) 및 다이어프램(12) 사이에서 발생한다. 제2 열 흐름(Q2)은 하우징(11) 및 공간(3) 사이에서 발생한다. 하우징(11)에 대한 전체 열 흐름(Q3)은 Q1 및 Q2 사이에서의 차이로부터 기인한다. 제2 열 흐름(Q2)은 다음의 공식에 따라 산출될 수 있으며: Q2 = αㆍAㆍ(TC-TD), α는 열 전달 계수를 기술하고, A는 면적을 기술하고, TC는 하우징(11)의 온도를 기술하며, TD는 공간(3)의 온도를 기술한다.
제1 열 흐름(Q1)은 다음의 공식에 따라 산출될 수 있으며: Q1 = αㆍAㆍ(TC-TM), α는 열 전달 계수를 나타내고, A는 면적을 나타내고, TC는 하우징(11)의 온도를 나타내며, TM은 다이어프램(12)의 온도를 나타낸다.
제3 열 흐름(Q3)은 하우징(11)에 대한 전체 열 흐름이며, 다음의 공식에 따라 산출된다: Q3 = Q2 - Q1.
하우징(11)의 온도(TC)는 다음의 공식에 따라 산출될 수 있으며: TC = Ti ± ∫(Q3/CC)ㆍdt, Ti는 미리 정의된 초기 온도를 나타내고, t는 시간을 나타내며, CC는 하우징(11)의 열 용량을 나타낸다.
다이어프램의 온도를 결정하기 위해, 온도 균등화를 고려하는 온도 모델이 사용된다. 다이어프램의 온도는 동작 동안 또는 펌프의 다운 시간 동안 열 균형에 의해 매 상태에서 식별된다. 온도 모델은 하우징, 공간, 유체 및 다이어프램 사이에서의 온도 차를 사용하여 이용된다. 온도 모델은, 상이한 온도를 갖는다면, 하우징, 공간, 유체 및 다이어프램 사이에서의 평균 온도를 산출한다.
하우징의 온도를 산출하기 위해, 공간 및 하우징 사이에서 그리고 다이어프램 및 하우징 사이에서의 온도 차가 고려된다. 상기 온도 차는 하우징의 온도 변화에 책임이 있다.
다이어프램(12)의 온도의 추가 온도 변화는 펌프(4)에 의해, 즉 다이어프램(12)에 의해 펌핑되는 유체에 의해 생성된다. 여기에서 하나의 간단한 실시예에서, 유체가 다이어프램(12)에 도달할 때, 유체는 여전히 유체가 탱크(1)의 온도에 있다고 가정된다. 보다 정밀하게 보면, 유체가 탱크(1)로부터 다이어프램(12)으로의 경로 상에서 열을 손실하거나 또는 얻는다는 것이 고려된다. 이러한 정보는 유체, 특히 환원제가 매우 낮은 온도, 예를 들면, 0℃에 가깝게 있다면 필수적일 수 있다.
다음의 공식은 다이어프램(12)에서 유체의 온도를 산출하기 위해 사용될 수 있으며: TF = αㆍAㆍ(TD-TF)ㆍf(V), α는 열 전달 계수를 나타내고, A는 면적을 나타내고, TD는 공간의 온도를 나타내고, TF는 탱크(1)에서 유체의 온도를 나타내며, f(V)는 펌프(4)에 의해 전달되는 유체의 체적 유량에 의존하는 함수를 나타낸다.
모터(5)의 작동은 열의 추가 기여를 할 수 있다. 다이어프램(12)의 온도는, 마찰 열이 모터(5)의 작동 동안 생성되므로, 모터(5)의 작동에 의해 영향을 받을 수 있다. 모터(5)에 의한 열의 발생은 다음의 공식에 의해 추정될 수 있으며: Q4 = Eㆍŋ - FP, FP는 유체 펌프 에너지를 나타내고 E는 모터의 전기 전력을 나타내며, ŋ는 효율도를 나타낸다. 전기 전력(E)은 다음의 공식에 의해 산출될 수 있다: E = 전압ㆍ전류. 평균 전류 값은 전류에 대한 값으로서 사용될 수 있다.
유체 펌프 에너지(FP)는 다음의 공식에 따라 산출될 수 있으며: FP = (PF - PA)ㆍV, PF는 펌프의 아래쪽 압력을 나타내고, PA는 펌프의 위쪽 압력을 나타내며, V는 펌프의 체적 유량을 나타낸다.
도 4는 다이어프램(12)의 열 흐름의 도식적 예시를 도시한다. 예를 들면, 다이어프램(12) 상에서의 열 흐름을 산출하기 위해, 유체의 온도 및 다이어프램의 온도 사이에서의 온도 차가 고려된다. 또한, 하우징의 온도 및 다이어프램의 온도 사이에서의 온도 차가 고려될 수 있다. 더욱이, 모터의 동작으로 인한 다이어프램이 가열이 고려될 수 있다. 상기 열 흐름은 펌프(4)에서 다이어프램(12)의 온도 변화에 상당히 책임이 있다.
Q5는 다이어프램 및 유체 사이에서의 열 흐름을 정의하며 다음의 공식에 따라 산출될 수 있고: Q5 = αㆍAㆍ(TM-TA), α는 열 전달 계수를 기술하고, A는 면적을 기술하고, TM은 다이어프램의 온도를 기술하며, TA는 유체의 온도를 기술한다.
Q4는 모터의 마찰의 결과로서 열 흐름을 기술한다. Q6은 다이어프램의 전체 열 흐름을 나타내고, Q6은 다음의 공식에 따라 산출되는 것이 가능하다: Q6 = Q4 - Q5 - Q1.
다이어프램의 온도(TM)는 다음의 공식에 따라 산출될 수 있으며: TM = Ti±∫(Q6/CM)dt, Ti는 시작 온도를 나타내며 CM은 다이어프램의 열 용량을 나타낸다.
설명되는 방법의 하나의 이점은 어떤 부가적인 센서도 다이어프램의 온도를 결정하는데 요구되지 않는다는데 있다. 또한, 다이어프램의 추정된 온도는 펌프에 의해 토출된 유체의 양을 정정하기 위해 사용될 수 있다. 대응하는 특성 곡선, 다이어그램 및/또는 공식은 이를 위해 데이터 메모리(9)에 저장된다.
도 5는 다이어프램(12)의 온도(13)의 시간적 프로파일을 다이어그램의 도식적 예시에 도시한다. 온도(13)는 설명되는 방법에 따라 추정되는 펌프(4)의 다이어프램(12)의 상기 온도이다. 시간 t1 및 t2 사이에서, 내연 기관은 미리 정의된, 짧은 시간 동안 스위치 오프되며, 펌프(4)는 또한 결과로서 미리 정의된 짧은 시간(t2-t1) 동안 구동되지 않는다. 짧은 시간은 예를 들면, 5 내지 10분을 의미하는 것으로 이해된다. 제2 시간(t2)에서 펌프의 시작 후, 시간(1)에서 가장 최근에 추정되고 데이터 메모리(9)에 저장된 온도는 다이어프램의 온도에 대한 시작 온도(Ti)로서 사용된다. 또한, 도 5는 공간(3)의 온도(14)를 도시한다. 온도(14)는 제2 센서(7)의 도움으로 검출된다. 여기에서 다이어프램(12)의 온도(13)는 공간(3)의 온도(14)의 상당히 위에 있다는 것이 보여질 수 있다.
도 6은 제1 시간(t1)에서 펌프(4)의 비교적 긴 휴지 후 공간의 온도(14) 및 다이어프램의 온도(13)의 도식적 예시를 도시한다. 이 경우에, 펌프(4)는, 다이어프램의 온도(13)가 경험적 값에 따라 공간(3)의 온도에 대략 일치한다는 결과로, 비교적 긴 시간 기간 동안 작동되지 않았다. 비교적 긴 시간 기간은 15분 이상을 의미하는 것으로 이해된다. 그러므로, 제1 시간(t1)에서 비교적 긴 시간 기간 후 펌프(4)의 시작의 경우에, 다이어프램의 온도(13)는 시작 값(Ti)으로서 공간(3)의 온도(14)와 동일하게 설정될 수 있다.
도 5 및 도 6을 사용하여 설명되는 방법의 도움으로 다이어프램의 온도의 보다 정밀한 추정이 있다. 이것은 다이어프램(12)의 온도의 보다 정밀한 추정이 펌프(4)의 시작 후 보다 빠르게 가능하며, 펌프(4)에 의해 실제로 전달되는 유체의 양의 보다 정밀한 정정이 또한 결과로서 보다 빠르게 가능하다는 이점을 제공한다. 이러한 방식으로, 온도의 보다 빠르고 개선된 추정 및 그러므로 펌프(4)에 의해 전달되는 유체의, 특히 환원제(2)의 양의 보다 빠르고 개선된 정정이 실행될 수 있다.
펌프(4)에 의해 실제로 전달되는 유체의 양에 대한 정정된 값은, 원하는 세트포인트 양이 실제로 전달된다는 결과로, 대응하는 방식으로 펌프(4)의 작동을 적응시키기 위해 사용될 수 있다. 또한, 유체의 정정된 양은 촉매 변환기에서 배출 가스의 원하는 환원이 달성되도록 하는 방식으로 내연 기관의 연소의 동작 파라미터를 적응시키기 위해 사용될 수 있다.
또한, 다이어프램의 온도는 펌프의 동작의 정확한 방법을 확인하도록, OBD2에 따른 진단을 실행하기 위해 사용될 수 있다. 특히, 펌프의 유출구 측 상에서 펌프 시스템에서의 홀이 검출될 수 있다.
1: 탱크 2: 환원제
3: 공간 4: 펌프
5: 모터 6: 제1 센서
7: 제2 센서 8: 제어 유닛
9: 데이터 메모리 10: 발열체
11: 하우징 12: 다이어프램
13: 다이어프램의 온도 14: 공간의 온도

Claims (10)

  1. 펌프의 다이어프램의 온도를 결정하기 위한 방법으로서,
    상기 펌프는 상기 다이어프램의 움직임에 의해 탱크로부터의 유체를 토출 포인트로 펌핑하고, 상기 펌프는 상기 탱크에 고정되며, 상기 다이어프램의 온도는 적어도 상기 탱크에서의 유체의 온도에 의존하는 방식으로 추정되되,
    상기 다이어프램의 온도는 상이한 시작 값에 의해 다운 시간의 지속 기간에 의존하는 방식으로 상기 펌프의 시작 동안 추정되고, 상기 다이어프램의 온도는, 짧은 다운 시간의 경우에, 상기 다운 시간 전 메모리에 저장된 다이어프램의 온도값으로 상기 시작 동안 고정되며, 상기 다이어프램의 온도는, 비교적 긴 다운 시간의 경우에, 상기 펌프가 배열되는 공간의 온도와 동일한 레벨에서 상기 시작 동안 설정되는, 펌프의 다이어프램의 온도를 결정하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 다이어프램의 온도는 상기 펌프의 하우징의 온도에 의존하는 방식으로 추정되는, 펌프의 다이어프램의 온도를 결정하기 위한 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 펌프는 적어도 상기 탱크에 인접하는 방식으로 공간에 배열되며, 상기 다이어프램의 온도는 상기 공간에서의 온도에 의존하는 방식으로 추정되는, 펌프의 다이어프램의 온도를 결정하기 위한 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 다이어프램의 온도는 상기 펌프에 의해 전달되는 유체의 양에 의존하는 방식으로 추정되는, 펌프의 다이어프램의 온도를 결정하기 위한 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 다이어프램은 드라이브에 의해 작동되며, 상기 다이어프램의 온도는 상기 드라이브의 열의 발생에 의존하는 방식으로 추정되는, 펌프의 다이어프램의 온도를 결정하기 위한 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 유체는 촉매 변환기를 위한 환원제인, 펌프의 다이어프램의 온도를 결정하기 위한 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 촉매 변환기는 내연 기관의 배출 가스 섹션에 배열되는, 펌프의 다이어프램의 온도를 결정하기 위한 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 다이어프램의 추정된 온도는 상기 펌프에 의해 토출되는 유체의 양을 결정하기 위해 사용되는, 펌프의 다이어프램의 온도를 결정하기 위한 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 다이어프램의 추정된 온도는 상기 펌프에 의해 토출되는 유체의 양을 정정하기 위해 사용되는, 펌프의 다이어프램의 온도를 결정하기 위한 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하도록 구성되는 제어 유닛.
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