KR102202761B1 - 산화질소 센서를 작동시키기 위한 방법, 디바이스, 컴퓨터 프로그램 및 기록매체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 산화질소 센서(10)를 작동시키기 위한 방법에 관한 것이고, 산화질소 센서의 제1 측정 신호가 결정되고, 이 제1 측정 신호는 기준 전극(20)과 외부 전극(17) 간의 감지된 전압을 나타낸다. 산화질소 센서(10)의 측정 챔버(13) 내의 측정된 기체 함량을 나타내는 제2 측정 신호가 결정된다. 제1 측정 신호가 명시된 제1 문턱값과 비교되고, 그리고 제1 문턱값을 초과한다면, 제2 측정 신호는 NH3 배출과 연관된다.
Description
본 발명은 산화질소 센서를 작동시키기 위한 방법 및 디바이스에 관한 것이다. 본 발명은 또한 산화질소 센서를 작동시키기 위한 컴퓨터 프로그램 및 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.
내부에 내연기관이 배치되는 자동차에서 오염물질의 허용되는 배출과 관련된 늘 더 많은 엄격한 법적 요구조건은 내연기관의 작동 동안 오염물질의 배출을 가능한 적게 유지하는 것을 필요로 한다. 그것 때문에, 배기관 내의 오염물질 성분이 매우 정밀한 방식으로, 특히, 배기가스 후처리 시스템, 예컨대, 촉매 변환 장치의 사용 동안 결정되는 것이 필요하다.
배기가스의 산화질소 함량을 결정하기 위해서, 특히, 산화질소 센서가 사용된다.
ZrO2 세라믹에 기반을 두고 그리고 2개의 챔버를 가진 산화질소 센서는 참고서["Handbuch Verbrennungsmotoren"[Internal Combustion Engine Handbook](편집자: Richard von Basshuysen/Fred Schfer, 제2판, 2002년 6월, Friedrich Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH Braunschweig/Wiesbaden, 페이지 589 ff)]에 공지되어 있다. 배기가스에 함유된 산소의 일정한 분압은 펌핑 전류를 인가함으로써 제1 챔버에서 확립된다. 펌핑 전류는 예를 들어, 공기-대-연료 비에 비례한다. 배기가스에 함유된 산화질소는 추가의 전류를 인가함으로써 제2 챔버에서 분해된다. 이후에, 배기가스 내의 산화질소 함량과 비례하고 그리고 산화질소 센서의 측정 신호를 형성하는 전류가 제2 챔버 내의 측정 전극에서 측정될 수 있다.
본 발명의 목적은 NOx의 배출의 매우 정밀한 측정 및 NH3의 배출의 매우 정밀한 측정에 기여하는 방법 및 디바이스를 제공하는 것이다.
상기 목적은 특허 독립 청구항의 피처에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 디자인 실시형태는 종속 청구항에 기술되어 있다.
본 발명은 산화질소 센서를 작동시키기 위한 방법으로 유명하다. 본 발명은 또한 산화질소 센서를 작동시키기 위한 디바이스로 유명하고, 디바이스는 산화질소 센서를 작동시키기 위한 방법을 수행하도록 디자인된다.
방법에서, 기준 전극과 외부 전극 간의 검출된 전압을 나타내는 산화질소 센서의 제1 측정 신호가 결정된다. 산화질소 센서의 측정 챔버 내의 측정된 기체 함량을 나타내는 제2 측정 신호가 결정된다. 제1 측정 신호는 미리 획정된 제1 문턱값과 비교된다. 제1 문턱값을 초과할 때, 제2 측정 신호는 NH3의 배출에 할당된다.
외부 전극은 특히, 산화질소 센서의 외부에 배치되고 따라서 작동 동안 배기가스와 직접적으로 접촉되는 펌핑 전극이다. 기준 전극은 특히, 산화질소 센서의 외부에 배치되지 않은 전극이다. 예를 들어, 기준 전극은 산화질소 센서의 제1 챔버 내에 배치된다.
특히 산화질소 트랩 재생 단계에서, 산화질소 센서는 산화질소 센서가 NH3에 대해 교차-감응식(cross-sensitive)이기 때문에, NOx의 측정 그리고 NH3의 측정 둘 다를 위해 사용될 수 있다. 위에서 설명된 방법에 의해, NOx의 배출로부터 NH3의 배출로의 전환점이 매우 정밀하게 결정될 수 있어서, NOx의 배출의 매우 정밀한 측정과 NH3의 배출의 매우 정밀한 측정이 수행될 수 있다. 대안적으로, 결정을 위한 모델을 사용하는 것이 가능하지만, 이것은 이러한 NOx의 배출의 정밀한 측정 또는 NH3의 배출의 정밀한 측정을 수행하는 것이 불가능하도록 매우 정밀하지 않다. 대안적으로 전환 시간을 결정하도록 람다 센서를 사용하는 것이 또한 가능하다. 이 맥락에서, 산화질소 트랩의 상류의 람다 센서의 신호 프로파일과 산화질소 트랩의 하류의 람다 센서의 신호 프로파일이 관찰된다. 이 2개의 신호 프로파일은 산화질소 트랩 재생 단계에서 교차한다. 그래서 교차점의 상류에서, 산화질소 센서의 측정 신호가 NOx의 배출에 할당되고 그리고 상기 점의 하류에서, 측정 신호가 NH3의 배출에 할당된다. 그러나, 이 할당은 또한 위에서 설명된 방법만큼 정밀하지 않다. 게다가, 위에서 설명된 방법은 람다 센서를 필요로 하지 않는다.
하나의 유리한 실시형태에 따르면, 제2 측정 신호가 미리 획정된 제2 문턱값과 비교되고, 그리고 제2 문턱값에 도달하지 못할 때, 제2 측정 신호는 제1 측정 신호가 미리 획정된 제1 문턱값에 도달하지 못한다면 NOx의 배출에 할당된다.
그 결과, NOx의 배출로 다시 쉽게 전환하는 것이 가능하다. 즉, 제1 측정 신호가 미리 획정된 제1 문턱값에 도달하지 못한 후, 제2 측정 신호가 제2 문턱값과 비교되고 그리고 제2 문턱값에 도달하지 못할 때, 제2 측정 신호가 NOx의 배출에 할당된다.
추가의 유리한 실시형태에 따르면, 방법은 산화질소 트랩 재생 단계 동안 수행된다.
NH3의 정밀한 측정은 특별히 산화질소 트랩 재생 단계에서, 특히 선택적 촉매 환원(SCR: selective catalytic reduction) 제어를 위해 특히 중요하다. 산화질소 트랩은 특히, 희박 NOx 트랩(Lean NOx trap: LNT)이다.
추가의 유리한 실시형태에 따르면, 미리 획정된 제1 문턱값은 대략 450㎷이다.
대략 450㎷에서, NOx의 배출로부터 NH3의 배출로의 전환이 발생하고, 즉, 대략 450㎷에서, NOx의 배출이 0으로 다가가고 그리고 NH3의 배출이 증가하기 시작하여, 매우 정밀한 측정이 450㎷의 제1 문턱값에서 실제로 발생할 수 있다. 대략 450㎷는 여기서 예를 들어, 450㎷ ± 10%를 포함한다.
추가의 유리한 실시형태에 따르면, 미리 획정된 제2 문턱값은 대략 10ppm이다.
NH3의 배출이 0으로 다가간다면, NH3의 매우 낮은 배출이 있을 때, NOx의 측정으로 다시 전환하는 것이 가능하도록, NH3의 추가의 배출이 발생하지 않는다고 가정될 수 있다. 대략 10ppm은 여기서 예를 들어, 5 내지 15ppm을 포함한다.
추가의 양상에 따르면, 본 발명은 컴퓨터 프로그램으로 유명하고, 컴퓨터 프로그램은 산화질소 센서를 작동시키기 위한 방법을 수행하도록 또는 산화질소 센서를 작동시키기 위한 방법의 유리한 실시형태로 디자인된다.
추가의 양상에 따르면, 본 발명은 실행 가능한 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품으로 유명하고, 프로그램 코드는 데이터 처리 디바이스에 의한 실행의 경우에, 산화질소 센서를 작동시키기 위한 방법을 실행하도록 또는 산화질소 센서를 작동시키기 위한 방법의 유리한 실시형태로 디자인된다.
컴퓨터 프로그램 제품은 특히, 데이터 처리 디바이스에 의해 판독될 수 있고 그리고 프로그램 코드가 저장되는 매체를 포함한다.
본 발명의 예시적인 실시형태는 개략도에 의해 아래에 더 상세히 설명될 것이다.
도 1은 산화질소 센서를 도시한 도면,
도 2는 산화질소 센서의 작동과 관련된 흐름도, 및
도 3은 다양한 신호 프로파일을 도시한 도면.
도 2는 산화질소 센서의 작동과 관련된 흐름도, 및
도 3은 다양한 신호 프로파일을 도시한 도면.
도 1은 산화질소 센서(10)를 도시한다. 산화질소 센서(10)는 특히, 차량의 배기관에 배치된다.
차량은 특히, 제1 산화질소 센서(10), 제2 산화질소 센서(10) 및 산화질소 트랩을 갖고, 제1 산화질소 센서(10)는 배기가스의 흐름 방향으로 산화질소 트랩의 상류에 배치되고 그리고 제2 산화질소 센서(10)는 배기가스의 흐름 방향으로 산화질소 트랩의 하류에 배치된다. 산화질소 트랩은 특히, LNT이다. 차량은 부가적으로 예를 들어, 2개 람다 센서를 갖고, 람다 센서는 배기가스의 흐름 방향으로 산화질소 트랩의 상류에 배치되고 그리고 다른 람다 센서는 배기가스의 흐름 방향으로 산화질소 트랩의 하류에 배치된다.
산화질소 센서(10)는 유입구(25)를 갖고, 예를 들어, 유입구를 통해 배기가스가 제1 챔버(11) 내로 흐를 수 있다. 게다가, 산화질소 센서(10)는 확산 경로(15) 및 측정 챔버(13)를 갖는다. 게다가, 산화질소 센서(10)는 추가의 챔버 및 추가의 확산 경로를 가질 수 있다.
특히, 산화질소 센서(10)는 각각의 챔버(11, 13)를 위한 외부 전극(17)을 갖거나 또는 도시된 바와 같이, 공통 외부 전극(17)을 갖는다. 외부 전극(17)은 특히, 펌핑 전극으로서 포함된다.
게다가, 기준 전극(20)이 제1 챔버(11) 내에 배치된다. 기준 전극(20)은 또한 산화질소 센서(10)에서 일부 다른 위치에 배치될 수 있다. 또한, 기준 전극은 제1 챔버(11) 및 측정 챔버(13)를 위한 접지 전극(19, 21)을 개별적으로 또는 챔버 둘 다를 위해 공통으로 갖는다. 게다가, 측정 전극(23)이 측정 챔버(13) 내에 배치된다.
외부 전극(17) 및 접지 전극(19)에 의해, 예를 들어, 파열 기체(disruptive gas)가 유입구(25)로부터 다시 흐르는 방식으로 제1 펌핑 전류를 제1 챔버(11) 내에서 확립하는 것이 가능하여, 측정될 기체의 기체 함량이 측정 챔버(13) 내에서 측정될 수 있고, 상기 기체는 확산 경로(15)를 통해 측정 챔버(13)에 진입한다. 이것은 예를 들어, 제1 펌핑 전류를 인가함으로써 배기가스 내에 함유된 산소의 일정한 분압을 생산함으로써 달성된다. 제1 펌핑 전류는 예를 들어, 공기-대-연료 비에 비례한다.
외부 전극(17) 및 접지 전극(21)에 의해, 예를 들어, 측정될 기체가 측정 챔버(13) 내에서 분해되는 방식으로 제2 펌핑 전류를 확립하는 것이 가능하다.
전압은 기준 전극(20)과 외부 전극(17) 사이에서 측정될 수 있다. 이 전압은 제1 측정 신호를 형성한다.
배기가스 내의 측정될 기체 함량에 비례하는 전류는 측정 전극(23)에 걸쳐 측정된다. 이 전류는 산화질소 센서(10)의 제2 측정 신호를 형성한다.
산화질소 센서(10)는 특히, NOx 기체 함량을 결정하도록 디자인된다. 그러나, 산화질소 센서가 또한 NH3에 대해 교차-감응식이어서, NH3 기체 함량이 또한 결정될 수 있다.
제어 디바이스(1)는 산화질소 센서(10), 특히, 제2 산화질소 센서(10)를 작동시키도록, 즉, 특히, 산화질소 센서(10)의 외부 전극(17)을 활성화시키도록 그리고 제1 및 제2 측정 신호를 수신하도록 디자인된다. 이 목적을 위해, 제어 디바이스(1)는 특히, 처리 장치, 프로그램과 데이터 메모리 및 예를 들어, 하나 이상의 통신 인터페이스를 갖는다. 프로그램과 데이터 메모리 및/또는 처리 장치 및/또는 통신 인터페이스는 단일의 모듈 내에 형성될 수도 있고/있거나 수개의 모듈 간에 분산될 수도 있다.
제어 디바이스(1)는 또한 산화질소 센서(10)를 작동시키기 위한 디바이스로서 지칭될 수 있다.
이 목적을 위해, 산화질소 센서(10)를 작동시키기 위한 프로그램은 특히, 제어 디바이스(1)의 데이터와 프로그램 메모리에 저장된다.
도 2는 산화질소 센서(10), 특히, 제2 산화질소 센서(10)를 작동시키기 위한 프로그램의 흐름도를 도시한다. 프로그램은 변수가 임의로 초기화될 수 있는 단계(S1)에서 시작된다. 프로그램은 특히, 산화질소 트랩 재생 단계로 실행된다.
단계(S3)에서, 기준 전극(20)과 외부 전극(17) 간의 검출된 전압을 나타내는 산화질소 센서(10)의 제1 측정 신호가 결정된다.
단계(S5)에서, 산화질소 센서(10)의 측정 챔버(13) 내의 측정된 기체 함량을 나타내는 제2 측정 신호가 결정된다.
단계(S7)에서, 제1 측정 신호가 미리 획정된 제1 문턱값과 비교된다.
단계(S9)에서, 제1 문턱값을 초과할 때, 제2 측정 신호가 NH3의 배출에 할당된다.
제1 측정 신호가 문턱값을 초과하기 전에, 제2 측정 신호가 NOx의 배출에 할당된다. 즉, 제2 측정 신호가 처음에 NOx의 배출에 할당되고 그리고 NH3의 배출이 0으로 설정된다. 제1 측정 신호가 문턱값을 초과한 후에, 제2 측정 신호가 NH3의 배출에 할당된다. 즉, 값을 초과한 후에, 제2 측정 신호가 NH3의 배출에 할당되고 그리고 NOx의 배출이 0으로 설정된다. 따라서, NOx 또는 NH3만은 항상 측정된다.
미리 획정된 제1 문턱값은 예를 들어, 400 내지 500㎷이고, 특히, 450㎷이다.
NH3의 배출의 할당 후에, NH3의 배출의 종료를 검출하는 것이 또한 임의로 가능하고 그리고 NOx의 할당이 다시 발생할 수 있다. 따라서, 제1 측정 신호는 먼저 미리 획정된 제1 문턱값과 비교된다. 값에 도달하지 못할 때, 예를 들어, 제2 측정 신호가 미리 획정된 제2 문턱값과 비교되고 그리고 제2 문턱값에 도달하지 못할 때 제2 측정 신호가 NOx의 배출에 할당된다. 즉, 값에 도달하지 못한 후, 제2 측정 신호가 NOx의 배출에 할당되고 그리고 NH3의 배출이 0으로 설정된다.
미리 획정된 제2 문턱값은 예를 들어, 3ppm 내지 15ppm이고, 특히, 5 또는 10ppm이다.
단계(S11)에서, 프로그램이 종료되고 그리고 필요한 경우 단계(S1)에서 다시 시작될 수도 있다.
도 3은 위에서 설명된 방법의 이점을 예시한다. 도 3a는 시간에 대해 플롯팅된 제1 측정 신호의 예시적인 시퀀스를 도시한다. 도 3b는 시간에 대해 플롯팅된 람다 센서의 측정된 값을 도시한다. 방형파 신호는 본 명세서에서 배기가스의 흐름 방향으로 산화질소 트랩의 상류에 배치되는 람다 센서의 측정 신호에 해당한다. 교차 신호는 본 명세서에서 배기가스의 흐름 방향으로 산화질소 트랩의 하류에 배치되는 람다 센서의 측정 신호에 해당한다. 사방형 신호는 설정된 작동 모드를 나타낸다. 작동 모드(1)는 농축 혼합물을 사용한 작동, 즉, 특히, 0.9 미만의 람다 값에 해당한다. 작동 모드(2)는 희박 혼합물을 사용한 작동, 즉, 특히, 1 초과의 람다 값에 해당한다.
도 3c는 시간에 대해 플롯팅된 제2 산화질소 센서(10)의 측정된 값을 도시한다. 교차 신호는 본 명세서에서 NH3 및 NOx로 이루어진 합 신호에 해당한다. 삼각형 신호는 위에서 설명된 방법에 의해 결정된 NOx의 배출에 해당한다. 교차 신호는 위에서 설명된 방법에 의해 결정된 NH3의 배출에 해당한다. 도 3c에서 파선의 경우에, 제1 측정 신호가 제1 문턱값을 초과하고(도 3a 참조) 그리고 따라서 NOx의 배출이 0으로 설정되고 그리고 제2 측정 신호가 시간 기간(C)의 나머지 동안 NH3의 배출에 할당된다. 교차 신호로부터 분명해질 바와 같이, 이 방식으로 NOx의 실제 배출과 NH3의 실제 배출을 매우 정밀하게 모델링하는 것이 가능하다.
대안적으로, 람다 센서는 도 3b에서 알 수 있는 바와 같이, 전환 시간을 결정하도록 사용될 수 있다. 이 맥락에서, 2개 람다 신호의 교차점은 전환 시간으로서 사용된다. 교차 전에, 제2 측정 신호가 NOx의 배출에 할당되고(시간 기간(A)) 그리고 이어서 NH3의 배출에 할당된다(시간 기간(B)). 그러나, 알 수 있는 바와 같이, 이 맥락에서 NH3로의 과도하게 늦은 전환이 발생해서, 측정이 덜 정밀하게 된다.
Claims (8)
- 산화질소 센서(10)를 작동시키기 위한 방법으로서,
- 기준 전극(20)과 외부 전극(17) 간의 검출된 전압을 나타내는 상기 산화질소 센서(10)의 제1 측정 신호가 결정되고,
- 상기 산화질소 센서(10)의 측정 챔버(13) 내의 측정된 기체 함량을 나타내는 제2 측정 신호가 결정되고,
- 상기 제1 측정 신호가 미리 획정된 제1 문턱값과 비교되고, 그리고
- 상기 제1 문턱값을 초과할 때, 상기 제2 측정 신호가 NH3의 배출에 할당되는, 산화질소 센서(10)를 작동시키기 위한 방법. - 제1항에 있어서, 상기 제2 측정 신호가 미리 획정된 제2 문턱값과 비교되고, 그리고 상기 제2 문턱값에 도달하지 못할 때, 상기 제2 측정 신호는 상기 제1 측정 신호가 상기 미리 획정된 제1 문턱값에 도달하지 못한다면 NOx의 배출에 할당되는, 산화질소 센서(10)를 작동시키기 위한 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 산화질소 트랩 재생 단계 동안 수행되는, 산화질소 센서(10)를 작동시키기 위한 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 미리 획정된 제1 문턱값은 450㎷인, 산화질소 센서(10)를 작동시키기 위한 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 미리 획정된 제2 문턱값은 10ppm인, 산화질소 센서(10)를 작동시키기 위한 방법.
- 산화질소 센서(10)를 작동시키기 위한 디바이스(1)로서, 상기 디바이스(1)는 처리 장치, 데이터 메모리 및 통신 인터페이스를 포함하고, 상기 디바이스(1)는,
- 기준 전극(20)과 외부 전극(17) 간의 검출된 전압을 나타내는 상기 산화질소 센서(10)의 제1 측정 신호를 수신하고,
- 상기 산화질소 센서(10)의 측정 챔버(13) 내의 측정된 기체 함량을 나타내는 제2 측정 신호를 수신하고,
- 상기 제1 측정 신호를 미리 획정된 제1 문턱값과 비교하고,
- 상기 제1 문턱값을 초과할 때, 상기 제2 측정 신호를 NH3의 배출에 할당하는, 산화질소 센서(10)를 작동시키기 위한 디바이스(1). - 제1항 또는 제2항에 따른 방법을 실행시키기 위해 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
- 제1항 또는 제2항에 따른 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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