KR102525853B1 - 계량공급 밸브의 개방 지연 및 폐쇄 지연의 적응 방법 - Google Patents

계량공급 밸브의 개방 지연 및 폐쇄 지연의 적응 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 계량공급 밸브의 개방 지연(delayA) 및 폐쇄 지연(delayB)의 적응을 위한 방법에 관한 것이며, 예측 지연과 측정 지연 간의 편차들이 향후 작동 기간(act)의 매칭을 위해 이용된다.

Description

계량공급 밸브의 개방 지연 및 폐쇄 지연의 적응 방법{METHOD FOR THE ADAPTATION OF AN OPENING DELAY AND A CLOSING DELAY OF A METERING VALVE}
본 발명은, 향후 작동 시간의 매칭을 이용한 계량공급 밸브의 개방 지연 및 폐쇄 지연의 적응을 위한 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 컴퓨터에서 실행될 경우 상기 방법의 각각의 단계를 실행하는 컴퓨터 프로그램, 및 이 컴퓨터 프로그램을 저장하는 기계 판독 가능 저장 매체에 관한 것이다. 마지막으로, 본 발명은 상기 방법을 실행하도록 구성된 전자 제어 장치에 관한 것이다.
특히 자동차에서 내연기관의 배기가스 라인 내에, 환원제의 존재 하에 내연기관의 배기가스 내에 함유된 질소산화물(NOx)을 질소로 환원하는 SCR(Selective Catalytic Reduction) 촉매 컨버터가 배치되어 있는 내연기관을 작동시키기 위한 방법들 및 장치들이 공지되어 있다. 이로써, 배기가스 내 질소산화물의 비율이 대폭 감소할 수 있다. 반응의 실행을 위해 암모니아(NH3)가 요구된다. 환원제로서는, 배기가스에 첨가 혼합되는 NH3 분리 시약들이 이용된다. 이를 위해, 일반적으로, SCR 촉매 컨버터의 상류에서 배기가스 라인 내로 계량 투입되는 요소수가 이용된다.
환원제 용액은 통상 자동차 내의 환원제 탱크 내에 보유된다. 요소수의 이송 및 계량공급을 위해 일반적으로, 이송 펌프, 압력 라인, 하나 이상의 계량공급 밸브를 구비한 계량공급 모듈, 그리고 필요한 센서 장치 및 전자 제어 장치를 포함하는 유압 계량 시스템이 제공된다. 이송 펌프는 환원제 탱크로부터 압력 라인을 경유하여 계량공급 모듈 내로 요소수를 이송한다. 수요에 맞는 계량공급을 위해, 환원제 용액의 필요한 또는 원하는 계량공급량이 계량공급 밸브(들)를 통해 배기가스 라인 내로 계량 투입된다.
계량공급 밸브는 솔레노이드, 그리고 밸브 니들과 연결되어 있는 가동 솔레노이드 전기자를 구비한 솔레노이드 밸브로서 구성된다. 전류 비공급 상태에서, 밸브 스프링은 스프링 힘을 통해 밸브 니들을 폐쇄된 상태로 유지한다. 전류가 솔레노이드에 통전되면, 자력이 솔레노이드 전기자에 작용하고, 그 결과 솔레노이드 전기자는 밸브 스프링의 스프링 힘에 대항하여 솔레노이드 쪽으로 당겨지며, 그럼으로써 밸브 니들이 계량공급 밸브를 개방하게 된다. 분사 기간 시작점(BIP: Begin of Injection Period)에서 밸브는 완전하게 개방된다. 전류가 더 이상 솔레노이드를 통해 흐르지 않으면, 계량공급 밸브는 다시 폐쇄되고 계량 투입은 분사 기간 종료점(EIP: End of Injection Period)에서 종료된다. 그 결과, 환원제 용액의 계량공급량은 계량공급 밸브가 개방되어 있는 계량공급 기간 및 환원제 유동을 통해 조정된다.
그러나 이 경우 유념할 사항은, 솔레노이드가 전류를 공급받는 작동 기간이 계량공급 기간과 상이하다는 점이다. 계량공급 밸브로의 전류 공급 이후, 밸브 니들이 계량공급 밸브를 개방하기 전에 개방을 위해 필요한 자력이 형성되는 개방 지연이 발생한다. 동일한 방식으로, 계량공급 밸브가 개방된 상태에서 다시 폐쇄될 때 폐쇄 지연이 발생하는데, 그 이유는 자기장이 다시 소멸되어야 하기 때문이다. 그 외에, DE 10 2008 000 695 A1호에는, 폐쇄 지연을 결정적으로 증가시키는 또 다른 효과가 기술되어 있다. 솔레노이드 전기자를 위한 정지부 상에 마모에 의해 평탄화된 표면들이 발생할 수 있고, 이러한 표면들에서는 계량공급 밸브를 폐쇄할 때 솔레노이드 전기자가 정지부 상에 고착되는 원인이 되는 윤활 간극 유동이 나타날 수 있다. 이러한 효과를 유압 고착(hydraulic sticking)이라고도 한다.
계량공급량의 정확한 조정을 위해, 작동 기간 및 계량공급 기간의 모니터링이 필요하다. DE 10 2014 200 346 A1호에는 계량공급 밸브의 보정을 위한 방법 및 장치가 개시된다. 여기서는 계량공급 과정의 종료 시점에 솔레노이드에 단계적으로 변동되는 소거 전압이 공급되고, 각각 솔레노이드를 통과하는 전류의 시간 거동이 기록된다. 그 다음, 그로부터 사전 설정된 시간 프레임 내에서 EIP가 결정된다. 또한, 평가를 통해 폐쇄 지연이 결정되고, 최종적으로 작동 기간이 보정된다.
본 발명은 특히 SCR 시스템의 부분으로서 계량공급 모듈과 함께 배기가스 라인 내로 환원제 용액의 계량 투입을 위해 이용되는 계량공급 밸브의 개방 지연 및 폐쇄 지연의 적응을 위한 방법에 관한 것이다. 계량공급 밸브는 통상 솔레노이드 밸브로서 형성되며; 솔레노이드, 그리고 밸브 니들과 연결되어 있는 솔레노이드 전기자를 포함한다. 솔레노이드에 전류가 공급되면, 솔레노이드 전기자가 밸브 스프링을 통해 가해지는 스프링 힘에 대항하여 상승함으로써 밸브 니들이 밸브를 개방하게 된다. 이때, 상술한 개방 지연이 발생한다. 솔레노이드에 더 이상 전류가 공급되지 않으면 스프링 힘이 우세해지며, 그 결과로 계량공급 밸브는 폐쇄되고 폐쇄 지연이 발생한다. 본원의 방법에서는, 각각 개방 지연 및 폐쇄 지연에 대해 예측 지연(predicted delay) 및 측정 지연(measured delay)이 결정된 다음, 서로 비교된다. 경우에 따라 발생하는 편차들은 향후 작동 기간의 매칭을 위한 토대를 형성한다.
바람직하게 향후 작동 기간의 매칭은 선행된 계량 투입의 편차들을 근거로 할 뿐만 아니라 이전의 적응들을 고려해서도 수행된다. 더 바람직하게는, 이를 위해, 전술한 편차들이 산입되는, 계량공급 밸브의 개방 지연 및 폐쇄 지연의 적응을 위한 장기간 적응 함수(long-term adaptation function)가 이용된다. 그에 따라, 특히 개방 지연 및 폐쇄 지연의 노후화 관련 변화량(age-related changes) 및 표본 분산 관련 편차들(sample-variance related deviations)이 보상될 수 있다.
개방 지연은 주로, 솔레노이드 전기자에 전류가 공급될 때 솔레노이드 전기자의 자기장이 즉시 형성되는 것이 아니라 시간에 걸쳐 형성된다는 점에서 기인한다. 자력이 밸브 스프링의 스프링 힘과 계량공급 밸브 내의 압력차에서 비롯되는 힘을 초과할 때 비로소 계량공급 밸브가 개방된다. 그에 상응하게, 밸브 스프링의 스프링 힘, 그리고 솔레노이드의 인덕턴스 및 저항이 개방 지연에 미치는 영향으로서 작용한다. 이와 반대로, 폐쇄 지연은 복수의 근원을 갖는다. 한편으로, 자력은 개방 지연과 유사하게 시간에 걸쳐 소멸되며, 그럼으로써 계량공급 밸브는, 자력이 스프링 힘을 다시 하회할 때 비로소 폐쇄된다. 다른 한편으로, 폐쇄 과정 동안 솔레노이드 전기자를 개방된 상태로 유지시키는 압력 및 온도 의존적인 유압 고착이 발생한다. 유압 고착의 효과는 노후화된 밸브들의 폐쇄 지연에서 명백히 우세하게 나타난다. 다시 말해, 개방 지연과 폐쇄 지연은 서로 상이한 현상들에 기인하기 때문에, 상기 두 지연은 서로 독립적으로 서로 상이한 적응 함수들을 통해 적응되는 것이 바람직하다.
개방 지연의 독립적인 적응을 위해, 예측 개방 지연(predicted opening delay)은 적어도 주변 환경에 따른 개방 지연 및 개방 지연 계수로부터 계산될 수 있다. 바람직하게 주변 환경에 따른 개방 지연은 적합한 도표에서 판독될 수 있거나, 밸브 니들의 유입구 측과 배출구 측의 압력차 및 계량공급 밸브의 솔레노이드의 전압과 저항의 함수를 통해 계산될 수 있다. 개방 지연 계수는 개방 지연에 작용하는 각각의 계량공급 밸브의 특성들을 나타내며, 상기 특성들은 실질적으로 밸브 스프링의 스프링 힘 및 솔레노이드의 저항에서의 공차이다. 출발점으로서는 밸브 스프링의 "공칭 상태"를 나타내는 주변 환경에 따른 개방 지연이 고려된다. 개방 계수는 이제 선행 작동의 개방 지연 및 주변 환경에 따른 개방 지연으로부터 결정될 수 있으며, 이때 바람직하게 비율(quotient)이 계산된다. 이런 경우, 개방 계수는 "공칭 상태"로부터 스프링 힘의 편차를 나타낸다. 밸브 스프링의 스프링 힘은 복수의 계량 투입 주기에 걸쳐서 (심지어 계량공급 밸브의 전체 유효 수명에 걸쳐 일정하지 않을 때에도) 일정한 것으로서 간주될 수 있으며, 그럼으로써 개방 지연 계수가 시간에 걸쳐 일정하다고 가정될 수 있다. 그 결과, 개방 지연 계수는, 예측 개방 지연을 얻기 위해, 주변 환경에 따른 개방 지연의 함수와 곱해진다. 선택적으로, 개방 지연을 결정할 때 필터링이 제공될 수 있다.
폐쇄 지연의 독립적인 적응을 위해, 예측 폐쇄 지연은 적어도 공칭 폐쇄 지연과 추가 폐쇄 지연으로부터 계산될 수 있으며, 추가 폐쇄 지연은 폐쇄 지연에 대한 오프셋으로서 이용되고, 예측 폐쇄 지연을 얻기 위해 공칭 폐쇄 지연에 가산된다. 그 결과, 계량공급 밸브의 노후화에 기인한 편차들이 학습된다. 바람직하게 추가 폐쇄 지연은 공칭 폐쇄 지연에 가산되기 전에 필터링을 통과한다. 필터링 시, 개별 측정 에러가 제거될 수 있고, 예컨대 계량공급 밸브의 구성요소의 교환과 같은 관련 변경들은 단계별로 매칭될 수 있다.
일 양태에 따라서, 공칭 폐쇄 지연은, 밸브 스프링의 스프링 강도; 및 솔레노이드의 인덕턴스, 저항 및 전압을 통해 표현될 수 있는 솔레노이드의 자력의 시간 특성곡선;으로부터 그리고 솔레노이드(20)가 셧다운되는 에너지 레벨을 통해 계산될 수 있다.
또 다른 양태에 따라서, 공칭 폐쇄 지연은 SCR 시스템을 위한 고정 공칭값으로서 예컨대 전자 제어 장치 내에, 또는 기계 판독 가능 저장 매체에 저장되어 있을 수 있다. 그에 따라 공칭 폐쇄 지연에 대한 고정 공칭값은 계량공급 밸브가 이용되기 전에, 예컨대 이미 제조 중에 결정될 수 있다. 그 결과, 계량공급 밸브의 작동 중에는 공칭 폐쇄 지연의 계산이 생략될 수 있다.
바람직하게는, 필터링 시 필터링된 추가 폐쇄 지연은, 측정 폐쇄 지연(measured closing delay)이 결정된 임계값보다 더 빈번하게 (마찬가지로 필터링된 추가 폐쇄 지연에 좌우되는) 예측 폐쇄 지연과 상이한 경우에, 재설정된다. 이 때, 측정 폐쇄 지연이 지속적으로 예측 폐쇄 지연과 상이한 경우도 고려된다. 그에 따라, 구성요소 교체에 대해 자동으로 신속하게 반응할 수 있다.
본원의 컴퓨터 프로그램은, 특히 컴퓨터 또는 제어 장치에서 실행될 때 본원 방법의 각각의 단계를 실행하도록 구성된다. 본원의 컴퓨터 프로그램은, 종래 전자 제어 장치에서 구조적인 변경을 수행하지 않고도 본원 방법의 구현을 가능하게 한다. 이를 위해, 본원의 컴퓨터 프로그램은 기계 판독 가능 저장 매체에 저장된다.
종래의 전자 제어 장치에 본원의 컴퓨터 프로그램을 설치함으로써, 개방 지연 및 폐쇄 지연을 적응시키도록 구성된 본 발명에 따른 전자 제어 장치가 확보된다.
본 발명의 실시예들은 도면들에 도시되며 하기에서 더 상세하게 설명된다.
도 1은 자신의 개방 지연 및 폐쇄 지연이 본 발명에 따른 방법의 일 실시예에 의해 적응되는 계량공급 밸브를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 방법의 일 실시예에서 시간에 걸친 계량공급 과정 동안 도 1의 계량공급 밸브의 밸브 니들 위치 및 작동, 그리고 측정된 전류를 나타낸 그래프이다.
도 3a는 개방 지연이 본 발명에 따른 방법의 일 실시예에 의해 적응되는 흐름도의 제1 부분을 나타낸 도면이다.
도 3b는 폐쇄 지연이 본 발명에 따른 방법의 일 실시예에 의해 적응되는 흐름도의 제2 부분을 나타낸 도면이다.
도 3c는 본 발명에 따른 방법의 일 실시예의 흐름도에서 도 3a의 제1 부분 및 도 3b의 제2 부분에 연속되는 제3 부분을 나타낸 도면이다.
도 1에는, 미도시한 배기가스 라인 내로 환원제 용액의 계량 투입을 위한, 더 상세히 도시되지 않은 SCR 시스템의 부분으로서의 계량공급 밸브(10)가 도시되어 있다. 계량공급 밸브(10)는 솔레노이드 밸브로서 형성되어 있고, 솔레노이드(20); 및 밸브 니들(30)과 연결된 솔레노이드 전기자(21);를 포함한다. 또한, 계량공급 밸브(10)는, 유입 개구부(51), 배출 개구부(52) 및 압력 챔버(53)를 포함하는 하우징(50)에 의해 에워싸인다. 도 1에는, 폐쇄된 계량공급 밸브(10)가 도시되어 있으며, 밸브 스프링(40)은 스프링 힘(F_s)을 이용하여 밸브 니들(30)을 배출 개구부(52) 쪽으로 밀착시키고, 그럼으로써 상기 배출 개구부는 폐쇄된다.
솔레노이드(20)에 전류가 공급되면 자력(F_m)이 형성되며, 이 자력은 밸브 스프링(40)의 스프링 힘(F_s)에 대항하여 솔레노이드 전기자(21) 및 이 솔레노이드 전기자와 연결된 밸브 니들(30)을 끌어당긴다. 솔레노이드(20)의 자력(F_m)이 밸브 스프링(40)의 스프링 힘(F_s)을 극복하면, 밸브 니들(30)은 배출 개구부(52)로부터 멀어져서 솔레노이드(20)의 방향으로 당겨지며, 그 결과로 계량공급 밸브(10)가 개방되고 환원제 용액이 배출 개구부(52)를 통해 관류할 수 있게 된다. 계량공급 밸브가 개방된 경우, 환원제 용액의 흐름은 화살표들(61 및 62)을 통해 도시되어 있다. 환원제 용액은 화살표(61)를 따라서 이송 모듈과 연결된 압력 라인(이송 모듈 및 압력 라인 모두 미도시)에서부터 유입 개구부(51)를 통과하여 계량공급 밸브(10)의 압력 챔버(53) 내로 유입된다. 계량공급 밸브(10)가 개방된 경우, 환원제는 화살표(62)를 따라서 배출 개구부(52)를 통과하여 압력 챔버(53)에서 배출되어 배기가스 라인 내로 계량 투입된다.
개방된 계량공급 밸브(10)를 다시 폐쇄하기 위해, 솔레노이드(20)로 향하는 전류는 차단되며, 그럼으로써 자력(F_m)은 소멸된다. 그로 인해 자력(F_m)이 스프링 힘(F_s)보다 더 작으면, 밸브 니들(30)은 다시 배출 개구부(52) 쪽으로 밀착되면서 상기 배출 개구부를 폐쇄한다. 계량공급 밸브(10)의 개방 및 폐쇄는, 적어도 솔레노이드(20)과 연결되어 상기 솔레노이드의 전류 공급을 제어하는 전자 제어 장치(70)에 의해 제어된다. 그 외에, 솔레노이드(20)를 통해 관류하는 전류, 및/또는 솔레노이드(20)에 인가되는 전압이 측정될 수 있다.
도 2에는, 본 발명에 따른 방법의 일 실시예에 대해 시간(t)에 걸친 계량 과정 동안 도 1의 계량공급 밸브의 니들 위치(100) 및 작동(110), 그리고 측정된 전류(120)를 나타낸 그래프가 도시되어 있다. 그래프는 하기에서 더 상세하게 다루어지는 상이한 영역들로 분할된다. 계량공급 요구가 존재하면, 전술한 것처럼 솔레노이드(20)에 전류가 공급됨으로써 제어 장치(70)를 통한 작동(110)이 수행된다. 그 결과로서, 밸브 니들 위치(100)는 폐쇄된 위치에서 개방된 위치로 변경된다. 그러나 이는, 그래프에서 알 수 있는 것처럼, 즉시 수행되는 것이 아니라, 개방 지연(delayA)으로서 지칭되는 기간에 걸쳐서 수행된다. 달리 말하면, 개방 지연(delayA)은, 계량공급 밸브(10)를 개방하기 위한 작동(110)에서부터 밸브 니들(30)의 최대 개방 위치[분사 기간 시작점(BIP)]에 도달할 때까지 경과하는 기간을 지시한다.
계량 투입이 종료되어야 한다면 작동(110)은 영(0)으로 설정되며, 솔레노이드(20)에는 그에 상응하게 더 이상 전류가 공급되지 않는다. 여기서도, 밸브 니들 위치(100)는 개방된 위치에서 폐쇄된 위치로 즉시 변경되는 것이 아니라, 폐쇄 지연(delayB)으로서 지칭되는 기간에 걸쳐 변경된다. 달리 말하면, 폐쇄 지연(delayB)은, 계량공급 밸브(10)를 폐쇄하기 위한 작동(110)의 종료에서부터 밸브 니들(30)의 폐쇄된 위치에 도달할 때까지 경과하고 분사 기간 종료점(EIP)에서 계량 투입을 종료하는 기간을 지시한다. 환원제 용액이 분사 기간 시작점(BIP)과 분사 기간 종료점(EIP) 사이에서 계량 투입되는 시간은 절대 계량공급 기간(inj_total)으로서 지칭되고, 마찬가지로 도 2에 도시되어 있다. 도 2의 그래프에서는, 본 실시예의 경우 개방 지연(delayA)이 폐쇄 지연(delayB)보다 더 짧다는 점을 알 수 있다. 개방 지연(delayA)과 폐쇄 지연(delayB)의 기간이 상이한 원인은 하기에서 상세하게 설명되는 현상들에 있다. 계량공급 밸브(10) 및 작동(110)에 따라, 개방 지연(delayA)이 마찬가지로 폐쇄 지연(delayB)보다 더 길 수도 있고, 두 지연 모두 동일한 길이일 수도 있다.
그 밖에도, 도 2의 그래프에는 솔레노이드(20)를 위한 측정된 전류(120)가 도시되어 있다. 상기 측정된 전류(120)는 분사 기간 시작점(BIP) 및 분사 기간 종료점(EIP)을 추론할 수 있는 가능성을 제공한다. 마찬가지로, 솔레노이드(20)에 인가되는, 측정된 전압은 분사 기간 시작점(BIP) 및 분사 기간 종료점(EIP)의 결정을 위해 이용될 수 있다. 측정된 전류(120)의 특성곡선에서, 분사 기간 시작점(BIP)에서 국소 최솟값(121)이 확인되는데, 그 이유는 니들이 정지되어 더 이상 움직이지 않음에 따라 반대 방향으로 작용하는 유도(induction)를 종료하기 때문이다. 분사 기간 종료점(EIP)에서는, 마찬가지로 상호 유도(mutual induction)의 종료, 다시 말하면 니들 운동의 정지를 통해 야기되는 국소 최댓값(122)을 확인할 수 있다. 측정된 전류(120)가 시간(t)의 함수로서 재현되고, 그 다음 상기 함수가 유도됨으로써 간단한 평가가 달성된다. 분사 기간 시작점(BIP) 및 분사 기간 종료점(EIP)을 알고 있다면, 한편으로는 이들의 시간차로부터 절대 계량공급 기간(inj_total)이 계산된다. 다른 한편으로는, 전술한 것처럼, 측정된 전류(120)가 국소 최솟값(121)을 갖는, 작동(110)의 시작점과 분사 기간 시작점(BIP) 간의 기간으로서 개방 지연(delayA)이 계산된다. 이와 동일하게 폐쇄 지연(delayB)은, 측정된 전류(120)가 국소 최댓값(122)을 갖는, 작동(110)의 종료점과 분사 기간 종료점(EIP) 간의 기간으로서 계산된다. 이런 계산된 정보들에서, 요구되는 변수들과의 비교에 의해, 계량공급에서의 편차들이 검출되어 밸런싱된다. 그러나 상기 방법으로는 이미 수행된 계량공급만을 분석할 수 있다. 계량공급 밸브(10)의 작동(110)은 작동 기간(act)에 걸쳐서 수행된다.
도 3a, 3b 및 3c에는, 본 발명에 따른 방법의 일 실시예의 흐름도가 도시되어 있으며, 도 3a에서의 개방 지연(delayA)의 적응 및 도 3b에서의 폐쇄 지연(delayB)의 적응이 서로 독립적으로 수행되어, 도 3c에서 향후 작동 기간(act)을 매칭시키기 위해 통합된다.
도 3a에서 제1 단계(200)에서는 측정된 전류(120)가 기록된다. 추가로, 밸브 니들(30)의 유입구 측과 배출구 측의 압력차(Δp), 계량공급 밸브(10)의 솔레노이드(20)에서의 인덕턴스(L_coil) 및 저항(R_coil)의 함수를 통해 주변 환경에 따른 개방 지연(delayA_amb)이 계산된다(201). 또 다른 한 실시예에서는, 명시된 변수들에 대해 주변 환경에 따른 개방 지연(delayA_amb)이 도표에서 판독된다.
개방 지연(delayA)은 주로, 솔레노이드(20)의 작동(110) 시 솔레노이드가 임의의 기간에 걸쳐서 자력(F_m)을 형성함으로써 발생하며, 상기 자력(F_m)은, 밸브 니들 위치(100)가 개방된 위치의 방향으로 이동되도록 하기 위해, 밸브 스프링(40)의 스프링 힘(F_s) 및 계량공급 밸브 내의 압력차에서 비롯되는 힘을 초과해야 한다. 이제 주변 환경에 따른 개방 지연(delayA_amb)은, 자력(F_m)의 형성 시 압력차(Δp); 그리고 솔레노이드(20)의 인덕턴스(L_coil) 및 저항(R_coil);의 계속 변동하는 영향을 지시한다.
또한, 실질적으로 스프링 힘(F_s)의 편차들 및/또는 솔레노이드(20)의 저항(R_coil)에서의 공차들을 나타내는 개방 지연 계수(delayA_factor)는, 하기 공식 1에 따라서 선행 계량공급 과정에 대한 개방 지연(delayA)과 주변 환경에 따른 개방 지연(delayA_amb)의 비를 계산함으로써 결정된다(202).
Figure 112018083027216-pat00001
이를 근거로, 개방 지연 계수(delayA_factor)는 시간(t)에 걸쳐서 상이한 계량공급 밸브들(10) 또는 밸브 스프링들(40)에 대해서는 가변적이지만, 각각의 계량공급 밸브(10)에 대해서는 일정하게 유지된다. 개방 지연 계수(delayA_factor)는 대개, 계량공급 밸브(10) 또는 이 계량공급 밸브의 부분들이 그 기능과 관련하여 저하되거나, 교체될 때에만 변동된다. 예측 개방 지연(delayA_pre)을 결정하기 위해, 주변 환경에 따른 개방 지연(delayA_amb)과 개방 지연 계수(delayA_factor)를 하기 공식 2에 따라 서로 곱한다(203).
Figure 112018083027216-pat00002
추가 단계에서, 배기가스 라인 내로 환원제 용액의 계량공급(204)이 수행된다. 이 경우, 도 2와 관련하여 기술한 것처럼, 측정 개방 지연(delayA_meas)은 측정된 전류(120)의 특성곡선에서 결정된다(205). 그에 이어서, 예측 개방 지연(delayA_pre)을 이용한 측정 개방 지연(delayA_meas)의 타당성 검사(206)가 수행된다. 측정 개방 지연(delayA_meas)이 예측 개방 지연(delayA_pre)과 일치한다면, 다시 말해 그 차가 제1 임계값(S1) 미만이라면, 측정 개방 지연(delayA_meas)은 개방 지연(delayA)으로서 저장되어(207), 그 다음 절차에서 이용된다. 그러나 측정 개방 지연(delayA_meas)과 이론 개방 지연(delayA_pre) 간의 차가 제1 임계값(S1)을 상회한다면, 개방 지연(delayA)은 예측 개방 지연(delayA_pre)으로 재설정된다(208). 그 결과, 오측정된 개방 지연(delayA_meas)의 경우, 또는 다른 오류가 있는 경우, 복구점(recovery point)이 제공된다. 새로 결정된 개방 지연(delayA)은 후속 계량공급 과정에서 개방 지연 계수(delayA_factor)의 결정(202)을 위해 이용된다. 개방 지연(delayA)이 예측 개방 지연(delayA_pre)으로 재설정된(208) 경우에는, 개방 지연 계수(delayA-factor)가 1로 결정되며(202), 이는 공식 1과 공식 2의 조합으로부터 증명된다.
도 3b에는, 마찬가지로 제1 단계(300)에서 측정된 전류(120)가 기록된다. 이 경우, 측정된 전류(120)의 특성곡선이 적합한 기간(t)에 걸쳐 기록되었다면, 도 3a의 단계(200)에서 수행된 측정이 이용될 수 있다. 그에 이어서, 측정된 전류(120)로부터 측정 폐쇄 지연의 원시값(delayB_meas_raw)이 결정된다(301).
폐쇄 지연(delayB)은, 개방 지연(delayA)과 동일한 방식으로, 솔레노이드(20)의 작동(110)이 차단된 후에 자력(F_m)이 임의의 기간에 걸쳐 소멸되는지에 좌우되고, 이제, 밸브 니들 위치(100)가 폐쇄된 위치의 방향으로 이동되도록 하기 위해, 밸브 스프링(40)의 스프링 힘(F_s)이 자력(F_m)을 초과해야만 한다. 물론 상기 효과는 심하게 노후화된 계량공급 밸브들(10)의 경우 유압 고착에 비해 무시될만한 정도이다. 각각의 계량공급 밸브(10)에 대한 특성값으로서, 밸브 스프링(40)의 스프링 힘(F_s), 솔레노이드의 인덕턴스(L_coil), 저항(R_coil) 및 전압(U_coil), 그리고 솔레노이드(20)가 셧다운되는 에너지 레벨(ε)로부터, 공칭 폐쇄 지연(delayB_def)이 계산된다(302). 또 다른 실시예의 경우, 이미 계량공급 밸브(10)가 이용되기 전에, 예컨대 제조 중에, 공칭 폐쇄 지연(delayB_def)을 결정하여 고정 공칭값으로서 전자 제어 장치(70)에 저장할 수 있다.
공칭 폐쇄 지연(delayB_def)에 추가로, 계량공급 밸브(10)의 제조 동안의 공차들 및 노후화 관련 편차들을 고려하는 추가 폐쇄 지연(delayB_add)이 제공된다. 추가 폐쇄 지연(delayB_add)은 공칭 폐쇄 지연(delayB_def)에 대한 측정 폐쇄 지연의 원시값(delayB_meas_raw)의 편차로서 결정된다(303). 이에 이어서, 필터링된 추가 폐쇄 지연(delayA_add_fil)을 얻기 위해, 추가 폐쇄 지연(delayA_add)의 장시간 필터링(304)이 수행된다. 이 필터링(304)은 계량공급 밸브(10)의 장시간 거동(long-term behavior)의 모니터링을 위해 이용되며, 그 때문에 필터링(304)은 한편으로 개별 측정 오류들을 제거하고, 다른 한편으로는 예컨대 밸브 스프링(40)과 같은 계량공급 밸브(10)의 구성요소 또는 계량공급 밸브(10) 자체가 교체될 때 신규 값들에 대한 단계별 매칭을 수행한다. 필터링(304)을 위해서는 디지털 저역통과 필터가 적합하다. 필터링된 추가 폐쇄 지연(delayB_add_fil)은, 예측 폐쇄 지연(delayB_pre)을 결정하기 위해, 하기 공식 3에 따라서 공칭 폐쇄 지연(delayB_def)에 가산된다(305).
Figure 112018083027216-pat00003
추가 단계에서, 배기가스 라인 내로 환원제 용액의 계량공급(306)이 수행되며, 이는 개방 지연과 관련한 도 2의 계량공급(204)에 상응할 수 있다. 현재 계량공급 과정을 위한 측정 폐쇄 지연(delayB_meas)은 측정된 전류(120)의 특성곡선에서 결정된다(307). 이에 이어서, 예측 폐쇄 지연(delayB_pre)을 이용한 측정 폐쇄 지연(delayB_meas)의 타당성 검사(308)가 수행된다. 측정 폐쇄 지연(delayB_meas)이 예측 폐쇄 지연(delayB_pre)과 일치한다면, 다시 말하면 이들의 차가 제2 임계값(S2)을 하회한다면, 측정 폐쇄 지연(delayB_meas)은 폐쇄 지연(delayB)으로서 저장되어(309), 후속하여 계량공급량의 결정(404)을 위해 이용된다. 그러나 예측 폐쇄 지연(delayB_pre)과 측정 폐쇄 지연(delayB_meas)의 차가 제2 임계값(S2)을 상회한다면, 오류 카운터(E)는 증가된다(310). 오류 카운터(E)가 질의 단계(311)에서 제3 임계값(S3)을 하회한다면, 폐쇄 지연(delayB)은 예측 폐쇄 지연(delayB_pre)으로 재설정된다(312). 그 결과, 오측정된 폐쇄 지연(delayB_meas)의 경우 또는 다른 오류가 있는 경우 복구점이 제공된다. 그러나 오류 카운터(E)가 제3 임계값(S3)을 상회한다면, 그 외에 필터링된 추가 폐쇄 지연(delayB_add_fil)은 재설정되며(313), 그럼으로써, 예컨대 계량공급 밸브(10)의 구성요소 또는 계량공급 밸브(10) 자체의 결함 또는 교체로 인해, 예측 폐쇄 지연(delayB_pre)의 결정(305)을 방해하는 아티팩트(artefact)가, 제3 임계값(S3)을 통해 결정된 횟수의 오류 반복 이후에 제거된다. 그에 이어서, 마찬가지로 폐쇄 지연(delayB)이 예측 폐쇄 지연(delayB_pre)으로 재설정된다(313). 필터링된 측정 폐쇄 지연(delayB_meas_fil)의 결정(304) 및 폐쇄 지연(delayB)의 결정(309)은 필터링된 추가 폐쇄 지연(delayB_add_fil)의 재설정(313)을 통해서만 서로 연결된다.
도 3c에는, 현재 작동 조건들을 위한 환원제의 요구 계량공급량(m_des)이 결정된 후에, 시작 시점에 환원제의 최대 질량 유량(dm_max)의 요구 계량공급 기간(inj_des)의 계산(400)이 하기 공식 4에 따라서 수행된다.
Figure 112018083027216-pat00004
요구 계량공급 기간(inj_des)으로부터 요구 작동 기간(act_des)이 하기 공식 5에 따라서 계산되며(401), 이때 도 3a에서의 예측 개방 지연(delayA_pre)은 요구 계량공급 기간(inj_des)에 가산되고, 도 3b에서의 예측 폐쇄 지연(delayB_pre)은 요구 계량공급 기간(inj_des)으로부터 감산된다.
Figure 112018083027216-pat00005
이제, 다음 번 계량 투입을 위한 향후 작동 기간(act)이 선행 작동 기간을 토대로 결정된다(402).
작동(110)이 완수되고, 솔레노이드(20)의 측정된 전류(또는 측정된 전압)으로부터 개방 지연(delayA) 및 폐쇄 지연(delayB)이 결정된(207; 309) 후에, 작동 기간(act)에 걸친 절대 계량공급 기간(inj_total)이 하기 공식 6에 따라서 도 3a에서 결정된 개방 지연(delayA) 및 도 3b에서 결정된 폐쇄 지연(delayB)을 이용하여 계산된다(403).
Figure 112018083027216-pat00006
마지막으로, 실제 계량공급량(m)은, 공식 4에서의 요구 계량공급 기간(inj_des) 대신 단계(403)에서 계산된 절대 계량공급 기간(inj_total)이 이용됨으로써 계산된다(404). 또 다른 실시예의 경우, 그 대안으로, 계량공급 동안 수행되는 계량공급량의 적분 결정이 바로 위에서 계산된 정확한 절대 계량공급 기간(inj_total)만큼 보정될 수 있다.

Claims (14)

  1. 계량공급 밸브(10)의 개방 지연(delayA) 및 폐쇄 지연(delayB)의 적응을 위한 방법으로서, 예측 지연(delayA_pre, delayB_pre)과 측정 지연(delayA_meas, delayB_meas) 간의 편차들이 향후 작동 기간(act)의 매칭을 위해 이용되고,
    예측 폐쇄 지연(delayB_pre)은, 적어도 공칭 폐쇄 지연(delayB_def)과, 폐쇄 지연(delayA)에 대한 오프셋으로서 이용되는 추가 폐쇄 지연(delayB_add, delayB_add_fil)으로부터 계산되는(305) 것을 특징으로 하는, 계량공급 밸브의 개방 지연 및 폐쇄 지연의 적응 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 편차들은 장기간 적응 함수(delayA_factor, delayB_add_fil)에 포함되며, 상기 장기간 적응 함수(delayA_factor, delayB_add_fil)는 개방 지연(delayA) 및 폐쇄 지연(delayB)의 적응을 위해 이용되는 것을 특징으로 하는, 계량공급 밸브의 개방 지연 및 폐쇄 지연의 적응 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 개방 지연(delayA)과 폐쇄 지연(delayB)은 서로 독립적으로 적응되는 것을 특징으로 하는, 계량공급 밸브의 개방 지연 및 폐쇄 지연의 적응 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 예측 개방 지연(delayA_pre)은 적어도 주변 환경에 따른 개방 지연(delayA_amb) 및 개방 지연 계수(delayA_factor)로부터 계산되는(203) 것을 특징으로 하는, 계량공급 밸브의 개방 지연 및 폐쇄 지연의 적응 방법.
  5. 제4항에 있어서, 주변 환경에 따른 개방 지연(delayA_amb)은 도표에서 판독되거나; 밸브 니들(30)의 유입구 측과 배출구 측의 압력차(Δp), 그리고 계량공급 밸브(10)의 솔레노이드(20)에서의 전압(U_coil) 및 저항(R_coil)의 함수를 통해 계산되는(201); 것을 특징으로 하는, 계량공급 밸브의 개방 지연 및 폐쇄 지연의 적응 방법.
  6. 제4항에 있어서, 개방 지연 계수(delayA_factor)는 선행 작동의 개방 지연(delayA) 및 주변 환경에 따른 개방 지연(delayA_amb)으로부터 결정되는(202) 것을 특징으로 하는, 계량공급 밸브의 개방 지연 및 폐쇄 지연의 적응 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 공칭 폐쇄 지연(delayB_def)은, 밸브 스프링(40)의 스프링 강도(F_s); 및 솔레노이드(20)의 인덕턴스(L_coil), 저항(R_coil) 및 전압(U_coil); 그리고 상기 솔레노이드(20)가 셧다운되는 에너지 레벨(ε);로부터 계산되는(302) 것을 특징으로 하는, 계량공급 밸브의 개방 지연 및 폐쇄 지연의 적응 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 공칭 폐쇄 지연(delayB_def)은 각각의 SCR 시스템(1)을 위한 고정 공칭값으로서 저장되는 것을 특징으로 하는, 계량공급 밸브의 개방 지연 및 폐쇄 지연의 적응 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 추가 폐쇄 지연(delayB_add)은 필터링(304)을 통과하는 것을 특징으로 하는, 계량공급 밸브의 개방 지연 및 폐쇄 지연의 적응 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 필터링(304) 시, 측정 폐쇄 지연(delayB_meas)이 결정된 임계값(S3)보다 더 빈번하게 예측 폐쇄 지연(delayB_pre)과 상이하면, 필터링된 추가 폐쇄 지연(delayB_add_fil)이 재설정되는(313) 것을 특징으로 하는, 계량공급 밸브의 개방 지연 및 폐쇄 지연의 적응 방법.
  11. 기계 판독 가능한 저장 매체에 저장되어 있고 제1항 또는 제2항에 따른 방법의 각각의 단계를 수행하도록 구성된 컴퓨터 프로그램.
  12. 제11항에 따른 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 기계 판독 가능 저장 매체.
  13. 제1항 또는 제2항에 따른 방법을 이용하여 계량공급 밸브(10)의 개방 지연(delayA) 및 폐쇄 지연(delayB)의 적응을 수행하도록 구성된 전자 제어 장치(70).
  14. 삭제
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