KR102566574B1 - 측정 가스 내 입자를 검출하기 위한 센서의 작동 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 측정 가스 내 입자, 특히 수트(soot) 입자를 검출하기 위한 센서(10)의 작동 방법에 관한 것이다. 상기 센서는 센서 요소(12)를 포함하고, 상기 센서 요소(12)는 기판(14), 적어도 하나의 제 1 전극(16) 및 적어도 하나의 제 2 전극(18)을 포함하며, 상기 제 1 전극(16) 및 상기 제 2 전극(18)은 기판(14) 상에 배치된다. 상기 방법에서, 시간 간격을 둔 측정 단계들에서, 제 1 전극(16) 및 제 2 전극(18)은 전류 및/또는 전압 측정을 수행하며, 적어도 측정 단계가 중단되는 경우 중단된 측정 단계가 계속될 수 있는지의 여부가 검사되고, 예상되는 트리거링 시간 후에 전류 및/또는 전압 측정의 값이 임계값 아래로 떨어지면, 상기 중단된 측정 단계가 계속될 수 있는 것으로 식별되고 이어서 센서(10)가 비활성화되며, 전류 및/또는 전압 측정의 값이 임계값을 초과하면, 센서 요소(12)로부터 입자를 제거하기 위해 센서 요소(12)의 재생이 수행되고 이어서 센서(10)가 비활성화된다.
Description
본 발명은 측정 가스 내 입자를 검출하기 위한 센서의 작동 방법에 관한 것이다.
수트(soot) 또는 먼지 입자와 같은 입자를 검출하기 위한 수많은 방법 및 장치가 종래 기술에 알려져 있다.
본 발명은 이하에서 특히 내연 기관의 배기 가스 흐름 내 입자, 특히 수트(soot) 입자를 검출하기 위한 센서를 참조하여 설명되지만, 다른 실시예 및 응용도 가능하다.
세라믹에 배치된 2개의 전극에 의해, 배기 가스 내 수트 또는 먼지 입자와 같은 입자의 농도를 측정하는 것이 실제로 알려져 있다. 이는 예를 들어 2개의 전극을 분리하는 세라믹 재료의 전기 저항을 측정함으로써 수행될 수 있다. 전압이 전극들에 인가될 때 이들 사이로 흐르는 전류가 더 정확하게 측정된다. 수트 입자는 정전기력으로 인해 전극들 사이에 침적되고, 시간이 지남에 따라 전극들 사이에 전기 전도성 브릿지를 형성한다. 이러한 브릿지가 많을수록, 측정된 전류가 더 많이 증가된다. 이에 따라 전극의 단락이 증가된다. 센서 요소는 통합된 가열 요소에 의해 적어도 700℃로 가열되어 수트 침적물을 연소시키는 방식으로 주기적으로 재생된다.
이러한 센서는 내연 기관, 예를 들어 디젤 타입의 내연 기관의 배기 라인에서 사용된다. 이 센서는 일반적으로 배출 밸브 또는 수트 입자 필터의 하류에 배치된다.
종래 기술에 알려진, 입자를 검출하기 위한 장치들의 수많은 장점에도 불구하고, 이들은 여전히 개선의 여지가 있다. 종래의 센서들은 주기적 측정 원리에 기초한다. 센서 측정 사이클은 점화의 매 활성화마다 센서의 이슬점 릴리즈 후에 센서 요소의 재생으로 시작된다. 입자 센서의 전극에 침적된 수트는 규정된 세라믹 온도로의 열 가열에 의해 연소된다. 후속 열화 단계 동안, 세라믹 센서 요소와 배기 가스 사이에 열 평형이 이루어진다. 센서 요소에서의 온도가 임계값 아래로 떨어지면, 온보드 진단 측정 사이클의 요구 및 센서 요소에 측정 전압의 인가에 의해 측정 단계가 수행된다. 입자 필터에 결함이 있는 경우, 수트가 센서 요소에 침적된다. 수트 침적으로 인해 센서 전류가 측정 가능하게 증가하고 특정 전류 임계값에서부터 선형 상승으로 이어져서, 온보드 진단 법에 따라 결함이 있는 입자 필터가 검출될 수 있다. 이 경우, 예측되는 트리거링 시간 후 센서 전류는 전류 임계값보다 커야 한다. 센서 측정 단계를 종료한 후, 새로운 센서 재생이 시작되면 새로운 센서 측정 사이클이 수행된다. 측정 단계 동안 센서 온도가 응축물 임계 온도 아래로 떨어지지 않아서, GUT-DPF가 결함(FALSE FAIL)으로 잘못 검출될 정도로 센서 전류가 응축물에 의해 급상승하지 않는다. 기존 센서의 현재 작동 전략을 사용하면 입자 필터 진단 결과가 하나의 주행 사이클 내에서만 제공될 수 있다. 따라서, 주행 사이클은 이슬점의 끝에 도달하고, 센서를 재생성하며, 측정 단계 동안 센서 트리거링 또는 진단 결과를 위한 충분한 수트를 공급할 정도로 충분히 길어야 한다. 완전한 측정 사이클 동안 센서에 지속적으로 전원이 공급되어야 한다.
본 발명의 과제는 알려진 작동 방법의 단점을 갖지 않는, 입자를 검출하기 위한 센서의 작동 방법을 제공하는 것이다.
따라서, 알려진 작동 방법의 단점을 적어도 대부분 피하고, 입자 필터 진단의 소위 사용중 모니터링 성능 비율(In Use Monitoring Performance Ratio)을 증가시키기 위해 센서의 작동 전략의 조정 및 온보드 진단 인증(On-Board-Diagnose-Certification)시 입증 능력의 개선을 허용하는, 입자, 특히 수트 입자를 검출하기 위한 센서의 작동 방법이 제안된다. 특히, 상기 방법은 센서 측정 사이클을 다수의 주행 사이클로 나눌 수 있어야 한다. 센서는 주행 사이클들 사이에서 비활성화될 수 있어야 한다.
측정 가스 내 입자, 특히 수트 입자를 검출하기 위한 센서의 본 발명에 따른 작동 방법에서, 센서는 센서 요소를 포함하고, 상기 센서 요소는 기판, 적어도 하나의 제 1 전극 및 적어도 하나의 제 2 전극을 포함하며, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극은 기판 상에 배치된다. 상기 작동 방법에서, 시간 간격을 둔 측정 단계들에서, 제 1 전극 및 제 2 전극은 전류 및/또는 전압 측정을 수행한다. 적어도 측정 단계가 중단되는 경우 중단된 측정 단계가 계속될 수 있는지의 여부가 검사된다. 예상되는 트리거링 시간 후에 전류 및/또는 전압 측정의 값이 임계값 아래로 떨어지면, 상기 중단된 측정 단계가 계속될 수 있는 것으로 식별되고, 이어서 센서가 비활성화된다. 전류 및/또는 전압 측정의 값이 임계값을 초과하면, 센서 요소로부터 입자를 제거하기 위해 센서 요소의 재생이 수행되고, 이어서 센서가 비활성화된다.
특히, 측정을 계속할 수 있는 기준들이 충족되면, 측정 단계는 계속될 수 있는 것으로 식별된다. 이 경우, 새로운 주행 사이클에서 센서 재생이 생략된다. 이 방법의 다른 옵션은 점화 또는 내연 기관의 비활성화 후 주행 사이클의 종료시 센서 요소를 재생하는 것이다. 이 경우, 다음 주행 사이클에서, 센서 요소의 재생 없이 센서의 측정 단계로의 직접 전환이 가능하다.
예를 들어, 주행 사이클이 종료되면, 중단된 측정 단계가 계속될 수 있는지의 여부가 검사된다. 전류 및/또는 전압 측정의 값이 임계값 아래로 떨어지거나 센서 진단 기능의 예측된 트리거링 시간의 비율이 미리 정해진 범위 내에 있으면, 측정 단계는 계속될 수 있는 것으로 식별되고, 이어서 센서가 비활성화된다.
따라서, 본 방법은 특정 전제 조건들이 충족되는 경우, 측정 단계가 센서의 다수의 작동 사이클로 분할될 수 있게 한다. 따라서, 측정 결과들이 더 일찍 또는 더 자주 결정될 수 있다. 임계값의 초과는 예를 들어 센서의 단락을 나타낸다.
계속의 경우, 측정 가스는 내연 기관의 배기 가스이다. 이 경우, 내연 기관의 활성화시 미리 정해진 테스트 기준들이 충족되면, 계속될 수 있는 것으로 식별된 측정 단계가 계속된다. 내연 기관의 활성화시 미리 정해진 테스트 기준들 중 적어도 하나가 충족되지 않으면, 센서 요소로부터 입자를 제거하기 위해 센서 요소의 재생이 수행된다.
예를 들어, 측정 가스는 내연 기관의 배기 가스이다. 이 경우, 내연 기관의 활성화시 미리 정해진 테스트 기준들이 충족되면, 계속될 수 있는 것으로 식별된 측정 단계가 계속된다. 내연 기관의 활성화시 미리 정해진 테스트 기준들이 충족되면, 센서 요소로부터 입자를 제거하기 위한 센서 요소의 재생이 수행되지 않으면서 측정 단계로의 직접 전환이 이루어진다. 적어도 하나의 테스트 기준이 충족되지 않으면, 센서 요소로부터 입자를 제거하기 위해 센서 요소의 재생이 수행된다.
따라서, 센서의 (새로운) 작동 전에, 센서가 이전 측정 단계의 계속을 위한 준비가 되어있는지의 여부가 검사된다. 따라서, 테스트 기준들이 충족되면 측정 결과가 더 빨리 또는 더 자주 결정될 수 있다.
계속의 경우, 재생 후 및 내연 기관의 활성화 시에, 미리 정해진 테스트 기준들이 충족되면 측정 단계가 시작된다. 따라서, 테스트 기준들이 충족되면 측정 결과가 더 빨리 또는 더 자주 결정될 수 있다.
계속의 경우, 오버런 상태에서 재생 후 및 내연 기관의 새로운 활성화 시에, 미리 정해진 테스트 기준들이 충족되면 측정 단계가 시작된다. 따라서, 테스트 기준들이 충족되면 측정 결과가 더 빨리 또는 더 자주 결정될 수 있다.
계속의 경우, 미리 정해진 테스트 기준들은 적어도 측정 가스의 이슬점의 초과, 내연 기관의 비활성화와 후속하는 활성화 사이의 미리 정해진 기간의 미달, 및 센서 요소의 미리 정해진 온도 또는 배기 시스템의 다른 온도 또는 외부 온도의 초과를 포함한다. 따라서, 검사를 위한 중요한 기준이 고려된다.
계속의 경우, 센서 요소의 온도가 미리 정해진 온도 아래로 떨어지면, 센서 요소가 가열된다. 따라서, 응축수에 의한 결과 왜곡이 방지된다.
계속의 경우, 센서 요소의 온도가 미리 정해진 온도 아래로 떨어질 때, 전류 및/또는 전압 측정의 값이 미리 정해진 디바운스 시간 후에 임계값을 초과하면, 센서 요소가 가열된다. 따라서, 측정이 응축수에 의해 왜곡되는지의 여부가 검사된다.
계속의 경우, 측정 가스의 온도가 이슬점 아래로 떨어지면, 센서 요소가 가열된다. 따라서, 응축수에 의한 결과 왜곡이 방지된다.
계속의 경우, 측정 가스의 온도가 이슬점 아래로 떨어질 때, 전류 및/또는 전압 측정의 값이 미리 정해진 디바운스 시간 후에 임계값을 초과하면, 센서 요소가 가열된다. 따라서, 측정이 응축수에 의해 왜곡되는지의 여부가 검사된다.
계속의 경우, 센서 요소는 미리 정해진 최대 지속 시간에 도달할 때까지 가열되고, 최대 지속 시간에 도달하면 측정 단계가 중단된다. 따라서, 수트가 많이 축적되는 결함 있는 입자 필터가 추론될 수 있다.
계속의 경우, 미리 정해진 디바운스 시간 후에 전류 및/또는 전압 측정의 값이 임계값 아래로 떨어지면 측정 단계가 계속된다. 따라서, 입자 필터의 결함이 배제된다.
계속의 경우, 테스트 기준들은 또한 내연 기관의 미리 정해진 비활성화 시간의 미달, 내연 기관의 미리 정해진 누적된 비활성화 시간의 미달 및/또는 내연 기관의 특히 새로운 활성화시 배기 가스 온도 및 센서 요소의 온도에 대한 온도 임계값의 초과를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 방법의 각각의 단계를 수행하도록 설계된 컴퓨터 프로그램이 제안된다.
또한, 이러한 컴퓨터 프로그램이 저장된 전자 저장 매체가 제안된다.
또한, 이러한 전자 저장 매체를 포함하는 전자 제어 장치가 제안된다.
본 발명의 의미에서 입자는 미립자, 특히 수트 또는 먼지 입자와 같은 전기 전도성 입자를 의미한다.
본 발명의 맥락에서, 전극은 전류 및/또는 전압 측정에 적합한 부품을 의미한다. 제 1 및 제 2 전극의 지정은 본 발명의 맥락에서 전극을 개념적으로 구별하기 위해서만 사용되며, 이 부품들의 특정 순서 또는 가중치를 나타내지는 않는다.
본 발명의 맥락에서, 전류-전압 측정은 전류 및/또는 전압의 측정을 의미한다. 측정은 두 전극 사이에서 수행된다. 전극들에 특정 전압이 인가될 수 있고 전극들 사이의 전류 흐름이 측정될 수 있거나, 전극들에 전류가 인가될 수 있고 전극들 사이의 전압이 측정될 수 있다. 전류-전압 측정은 특히 저항 측정일 수 있으며, 전극 및 기판에 의해 형성된 구조물의 저항이 측정될 수 있다. 예를 들어, 전압 제어된 또는 전압 조절된 측정 및/또는 전류 제어된 및/또는 전류 조절된 측정이 수행될 수 있다. 전류 및/또는 전압은 연속 신호 형태로 및/또는 펄스 신호 형태로 인가될 수 있다. 예를 들어, 직류 전압 및/또는 직류가 인가될 수 있고 전류 응답 또는 전압 응답이 검출될 수 있다. 대안으로서, 펄스 전압 및/또는 펄스 전류가 인가될 수 있고 전류 응답 또는 전압 응답이 검출될 수 있다.
본 발명의 맥락에서, 기판은 판형, 정육면체, 직육면체 또는 임의의 다른 기하학적 구성을 갖는 물체를 의미하고, 상기 물체는 적어도 하나의 평평한 표면을 가지며 세라믹 재료, 금속 재료, 반도체 재료 또는 이들의 조합물로 제조된다.
본 발명의 맥락에서, 인터디지털 전극은 서로 맞물리도록, 특히 빗 형태로 서로 맞물리도록 배치된 전극을 의미한다.
본 발명의 맥락에서, 예상되거나 예측된 트리거링 시간은 센서 요소의 재생을 필요로 하는 전류 및/또는 전압 측정의 현재 값에 기초하여 임계값의 초과가 예상되거나 예측되는 시점을 의미한다. 예를 들어, 전류 및/또는 전압 측정의 현재 결정된 값은 입자 침적에 대한 파라미터가 변경되지 않는 경우 센서 요소가 4 시간 후에 재생되어야 하므로 예상되거나 예측되는 트리거링 시간은 4시간이라는 것을 나타낸다.
본 발명의 맥락에서, 디바운스 시간은 신호가 적어도 시스템의 입력부에 인가되어 시스템에 의해 검출되고 추가로 처리될 수 있는, 미리 정해진 기간을 의미한다. 상기 기간은 반드시 기술적으로 가능한 최단 시간일 필요는 없다. 디바운스 시간은 신호가 처음 나타날 때 시작되어 신호가 인가되는 동안 일정한 간격으로 증가되는 디바운스 카운터로 측정될 수 있다. 미리 정해진 임계값을 초과하는 경우에만 신호가 간섭으로 해석되지 않고 시스템에 의해 추가 처리된다. 디바운스 시간은 짧은 간섭들이 실수로 신호로 검출되는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본 발명의 기본 사상은 입자 필터 진단의 사용중 모니터링 성능 비율(In Use Monitoring Performance Ratio)을 증가시키기 위해 그리고 온보드 진단 인증(On-Board-Diagnose-Certification)시 입증 능력을 향상시키기 위해 입자 센서의 지금까지의 측정 전략을 확장하는 것이다. 이는 다음 조치에 의해 달성된다.
1. 센서의 온도가 결로 온도 임계값 아래로 떨어지더라도 측정 단계의 계속
2. 이슬점 끝 전에 측정 단계의 시작
3. 이슬점 끝 전에 비활성화된 센서로 주행 사이클에 걸친 조건부 측정
4. 내연 기관 또는 점화의 비활성화 후에 제어 장치 오버런에서 주행 사이클의 종료시 센서 요소의 재생. 다음 주행 사이클에서, 재생 없이 직접 측정 사이클로의 전환이 이루어질 수 있다.
본 발명의 제 1 양상은 센서 온도가 액체 수에 대한 결로 온도 임계값 아래로 떨어지더라도 측정 단계가 계속되는 것이다. 이 경우, 제어 로직은 우수한 입자 필터가 응축물로 인한 센서 전류에 의해 결함이 있는 것으로(FALSE FAIL) 검출되는 것을 방지한다. 제어 로직을 사용하면, 상기 응축 효과를 방지하기 위해 센서 전류의 디바운스 시간 후에 센서 요소가 능동적으로 가열된다. 측정 범위의 확장은 특히 하이브리드 차량에서 긴 전기 주행으로 인해 센서 온도가 측정 단계 동안 떨어지는 경우 중요하다. 본 발명에 의해, 측정 중단이 감소되고 측정 결과의 수가 증가된다. 결과적으로, 사용중 모니터링 성능 비율(In Use Monitoring Performance Ratio)은 긴 엔진 정지 단계 및 긴 전기 주행과 같은 불리한 조건에서도 떨어지지 않는다. 센서 온도가 예를 들어 60℃ 내지 100℃의 사전 정의된 온도 아래로 떨어질 경우, 가열은 제한적으로만 이루어진다. 목적은 액체 수를 제거하는 것이다. 가열은 주행 사이클을 시작할 때뿐만 아니라 액체 수가 예상될 때 항상 이루어진다. 이러한 예상은 이슬점 기능으로 인해 액체 수가 예상되거나 센서 요소의 온도가 예를 들어 60℃ 내지 100℃의 미리 정해진 값 아래로 떨어질 때 나타난다. 따라서, 측정 단계 동안 센서에 액체 수의 응축에 의한 잘못된 수트 검출이 방지될 수 있다.
본 발명의 제 4 양상은 제어 장치의 오버런 상태에서 센서가 재생되는 것이다. 운전자가 차량을 주차하려고 하면, 운전자는 점화를 끈다. 예를 들어, 그는 점화 키를 돌린다. 그 다음에, 엔진 제어 장치가 오버런 상태로 되고 일정한 시간 후에 자동으로 비활성화된다. 이 시간 동안, 본 발명에 의해 센서 요소의 재생이 이루어진다. 재생 후 엔진 제어 장치가 비활성화될 수 있다. 그리고 나서, 센서 재생을 위한 이슬점을 기다릴 필요가 없기 때문에 다음 주행 사이클에서 직접 측정될 수 있다. 제어 장치 오버런에서 측정 단계로 유지될 수 있는지 또는 재생되는지의 여부에 대한 결정은 릴리즈 조건들에 기초해서 수행된다. 이들은 다음과 같을 수 있다:
- 현재 주행 사이클에서 진단 결과가 이미 달성되었나?
- 현재 측정 사이클에서 센서가 얼마나 오래 측정 단계에 있었고 진단 결과가 주어질 때까지 얼마나 오래 걸리나?
- 센서 요소의 온도
현재 전략에서, 센서 재생은 이슬점 끝에 도달한 후에만 시작된다. 센서 재생에 후속해서, 센서의 측정 단계가 시작된다. 본 발명의 제 2 양상은 이슬점 끝에 도달하기 전에 이미 측정 단계의 시작의 변위에 의해 센서 측정 전략이 변화되는 것이다. 제어 장치 오버런에서 센서 재생이 수행될 때 이슬점 끝 전에 측정의 장점은 온보드 진단 인증시 측정 결과가 더 일찍 달성되므로 인증 사이클에서 입자 필터 온보드 진단 결과가 더 확실하게 달성된다는 것이다. 또한, 이러한 조치에 의해, 측정 결과가 더 짧은 주행 사이클에서도 달성될 수 있기 때문에, 사용중 모니터링 성능 비율이 향상된다. 본 발명의 이 양상에서, 평가 또는 제어 로직은 이슬점 끝 전에 측정이 수행될 수 있도록 변경된다. 이슬점 끝에 미달된 경우, 웜 재시동과 같은 가열 릴리즈 조건을 고려하여 센서 요소가 가열되므로, 측정 시간은 이슬점 끝 전에 짧게 유지될 수 있다. 이 경우, 제어 로직은 이슬점 끝 전에 측정에 의해 우수한 입자 필터가 응축물로 인한 센서 전류에 의해 결함이 있는 것으로(FALSE FAIL) 검출되는 것을 방지해야 한다. 따라서, 이슬점 끝 전에 측정 단계가 시작될 수 있다.
본 발명의 제 3 양상은 새로운 주행 사이클에서 이슬점 끝 전에 추가 측정 전략과 함께 센서 측정 사이클을 다수의 주행 사이클로 분할하는 것이다. 이로 인해, 빈번한 엔진 정지 단계를 가진 운송 트래픽과 바람직하지 않은 주행 프로파일, 낮은 부하 또는 낮은 수트 방출 및 그에 따른 긴 센서 트리거링 시간을 가진 주행 프로파일에서 측정 중단 횟수가 줄어서, 사용중 모니터링 성능 비율이 높게 유지될 수 있다. 새로운 주행 사이클에서 측정 사이클을 계속할 때, FALSE FAIL 검출을 피하기 위해 다음 기준이 검사되어야 한다:
- 센서 진단 기능의 예측된 트리거링 시간의 온보드 진단 비율이 미리 정해진 범위 내에 있는지,
- 이전 주행 사이클의 종료 이후 최대 엔진 정지 시간이 초과되지 않는지,
- 이전 주행 사이클의 종료 이후 누적된 최대 엔진 정지 시간이 초과되지 않는지,
- 새로운 주행 사이클이 시작될 때 센서 요소 온도와 같은 온도 또는 가스 온도 값에 대한 임계값이 미달되는지.
센서는 주행 사이클들 사이에서 비활성화된다. 따라서, 주행 사이클 동안 측정이 수행될 수 있다.
본 발명의 추가의 선택적 세부 사항 및 특징은 도면에 개략적으로 도시된 바람직한 실시예에 대한 다음 설명에 제시된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자를 검출하기 위한 센서의 평면도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자를 검출하기 위한 센서의 작동 방법의 흐름도를 도시한다.
도 3은 입자를 검출하기 위한 센서의 작동 방법의 일 부분의 흐름도를 도시한다.
도 4는 입자를 검출하기 위한 센서의 작동 방법의 다른 부분의 흐름도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 입자를 검출하기 위한 센서의 작동 방법의 흐름도를 도시한다.
도 3은 입자를 검출하기 위한 센서의 작동 방법의 일 부분의 흐름도를 도시한다.
도 4는 입자를 검출하기 위한 센서의 작동 방법의 다른 부분의 흐름도를 도시한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 가스 내 입자를 검출하기 위한 센서(10)의 평면도를 도시한다. 센서(10)는 내연 기관의 가스 흐름, 특히 배기 가스 흐름 내 수트(soot) 입자를 검출하도록 그리고 자동차의 배기 가스 라인에 설치되도록 설계된다. 예를 들어, 센서(10)는 수트(soot) 센서로서 설계되고 디젤 내연 기관을 구비한 자동차의 수트 입자 필터의 하류 또는 상류에 배치될 수 있다. 도시된 실시예에서, 측정 가스는 내연 기관의 배기 가스이다.
센서(10)는 센서 요소(12)를 포함한다. 센서 요소(12)는 기판(14)을 포함한다. 기판(14)은 예를 들어 실리콘 웨이퍼이다. 대안으로서, 기판(14)은 세라믹 재료로 제조된다. 기판(14)은 실질적으로 직육면체이다. 센서 요소(10)는 또한 제 1 전극(16), 제 2 전극(18), 제 1 공급 라인(20) 및 제 2 공급 라인(22)을 포함한다. 제 1 전극(16), 제 2 전극(18), 제 1 공급 라인(20) 및 제 2 공급 라인(22)은 기판(14)의 상부면(24) 상에 배치된다. 제 1 전극(16) 및 제 2 전극(18)은 인터 디지털 전극으로서 설계된다. 제 1 전극(16)은 제 1 공급 라인(20)에 연결된다. 제 2 전극(18)은 제 2 공급 라인(22)에 연결된다. 제 1 공급 라인(20) 및 제 2 공급 라인(22)은 제 1 전극(16)과 제 2 전극(18)을 전기적으로 접촉하도록 설계된 연결 접점을 형성한다. 제 1 전극(16) 및 제 2 전극(18)은 전류 및/또는 전압 측정을 수행하도록 설계된다. 센서(10)는 선택적으로 상세하게 도시되지 않은 보호 튜브 및/또는 가열 요소와 같은 추가 부품을 포함할 수 있다.
센서(10)는 전자 제어 장치(26)에 연결된다. 전자 제어 장치(26)는 예를 들어 내연 기관의 엔진 제어 장치이다. 전자 제어 장치는 컴퓨터 프로그램이 저장된 칩과 같은 전자 저장 매체(28)를 포함한다. 컴퓨터 프로그램은 센서(10)의 작동 방법을 수행하기 위한 명령들을 포함한다. 이러한 방법은 아래에서 더 상세히 설명된다.
도 2는 도 1에 도시된 센서(10)와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자를 검출하기 위한 센서(10)의 작동 방법의 흐름도를 도시한다. 제 1 전극(16) 및 제 2 전극(18)은 시간 간격을 둔 측정 단계들에서 전류 및/또는 전압 측정을 수행한다. 단계 S10에서, 예를 들어 측정 단계가 수행된다. 시점(T1)에서, 예를 들어, 내연 기관이 정지되기 때문에, 측정 단계가 중단된다. 측정 단계가 중단되면, 단계 S12에서, 중단된 측정 단계가 계속될 수 있는지의 여부가 검사된다. 특정 기준에 기초하여, 내연 기관의 다음 작동 사이클 또는 자동차의 주행 사이클에서 중단된 측정 단계를 계속하는 것이 적절한지에 대한 결정이 내려진다. 단계 S12에서, 예상되는 트리거링 시간 후에 전류 및/또는 전압 측정의 값이 임계값 아래로 떨어지면, 중단된 측정 단계가 계속될 수 있는 것으로 식별된다. 예를 들어, 센서 진단 기능의 예측된 트리거링 시간의 비율이 미리 정해진 범위 내에 있는지의 여부가 검사된다. 단계 S14에서, 센서(10)는 비활성화된다.
시점(T2)에서 내연 기관이 (다시) 시동되거나 활성화되면, 단계 S16에서 소정의 테스트 기준들이 충족되는지의 여부가 검사된다. 미리 정해진 테스트 기준들은 적어도 측정 가스의 이슬점의 초과, 센서(10)의 비활성화와 후속하는 활성화 사이의 미리 정해진 기간의 미달, 및 센서 요소(12)의 미리 정해진 온도의 초과를 포함한다. 모든 테스트 기준이 충족되면, 계속될 수 있는 것으로 식별된 측정 단계가 단계 S18에서 계속된다. 예를 들어, 다음 주행 사이클의 시작에서 다른 기준에 기초하여, 측정 단계가 계속될 수 있는지의 여부가 검사된다. 다음 주행 사이클을 시작할 때 가능한 테스트 기준은 센서 설치 위치에서 이슬점 끝이 여전히 존재하는지, 이전 주행 사이클의 종료 이후 최대 지속 시간이 초과되지 않는지, 그리고 센서 요소의 최소 온도가 미달되지 않는지이다. 계속에 대한 모든 기준이 충족되면, 센서(10)는 바로 다시 측정 단계로 되돌아간다. 센서(10)가 활성화될 때 미리 정해진 테스트 기준들 중 적어도 하나가 충족되지 않으면, 단계 S20에서, 센서 요소(12)로부터 입자를 제거하기 위해 센서 요소(12)의 재생이 수행된다. 그 후 단계 S22에서, 새로운 측정 단계가 시작될 수 있다. 예를 들어, 모든 기준이 충족되지 않는 경우, 센서 재생은 후속하는 새로운 측정 단계로 시작되어야 한다.
내연 기관의 비활성화 후 오버런 상태에서 단계 S12에서의 검사에서 테스트 기준들이 충족되지 않으면, 단계 S24에서, 센서 요소(12)로부터 입자를 제거하기 위해 센서 요소(12)의 재생이 수행된다. 그 후, 단계 S26에서 센서(10)가 비활성화된다. 따라서, 다음 주행 사이클을 시작할 때, 다음 측정 단계를 더 일찍 시작할 수 있도록 센서 재생이 생략될 수 있다.
그 후, 시점(T3)에서 예를 들어 새로운 주행 사이클이 시작되기 때문에 내연 기관이 다시 활성화되면, 단계 S28에서, 미리 정해진 테스트 기준들이 충족되는지의 여부가 검사된다. 모든 테스트 기준이 충족되면, 단계 S30에서, 계속될 수 없는 것으로 식별된 측정 단계가 재생 없이 계속된다. 다음 주행 사이클을 시작할 때 가능한 테스트 기준은 센서 설치 위치에서 이슬점 끝이 여전히 존재하는지, 이전 주행 사이클의 종료 이후 최대 지속 시간이 초과되지 않는지, 그리고 센서 요소의 최소 온도가 미달되지 않는지이다. 계속에 대한 모든 기준이 충족되면, 센서(10)는 다시 측정 단계로 되돌아간다. 센서(10)가 활성화될 때 미리 정해진 테스트 기준들 중 적어도 하나가 충족되지 않으면, 단계 S32에서, 센서 요소(12)로부터 입자를 제거하기 위해 센서 요소(12)의 재생이 다시 수행된다. 그 후 단계 S34에서, 새로운 측정 단계가 시작될 수 있다. 예를 들어, 모든 기준이 충족되지 않는 경우, 센서 재생은 후속하는 새로운 측정 단계로 시작되어야 한다. 다음 주행 사이클이 시작될 때, 예를 들어 측정 단계가 즉시 시작될 수 있는지의 여부가 검사된다. 모든 기준이 충족되지 않으면, 센서 재생은 후속하는 새로운 측정 단계와 함께 수행되어야 한다.
도 3은 입자를 검출하기 위한 센서(10)의 작동 방법의 일 부분의 흐름도를 도시한다. 도 3은 특히 온도가 결로 온도 임계값 아래로 떨어질 때 센서(10)에 의해 어떻게 측정되는지를 도시한다. 도 3에 도시된 흐름은 센서(10)의 온도가 결로 온도 임계값 아래로 떨어질 때 FALSE FAIL 검출을 피하기 위해 수행된다. 제 1 전극(16) 및 제 2 전극(18)은 시간 간격을 둔 측정 단계들에서 전류 및/또는 전압 측정을 수행한다. 단계 S40에서, 예를 들어 측정 단계가 수행된다. 단계 S42에서, 센서 요소(12)의 온도가 미리 정해진 온도 아래로 떨어지는지의 여부가 검사된다. 예를 들어, 단계 S42에서 온도가 결로 온도 아래로 떨어지는지의 여부가 검사된다. 온도가 미리 정해진 온도 아래로 떨어지지 않으면, 프로세스는 단계 S40으로 되돌아가서 측정 단계가 계속된다. 온도가 미리 정해진 온도 아래로 떨어지면, 단계 S44에서, 전류 및/또는 전압 측정의 값이 임계값을 초과하는지의 여부가 검사된다. 예를 들어, 단계 S44에서, 응축수 흐름(I)이 최대 허용 흐름(Imax)보다 큰지의 여부가 검사된다. 그렇지 않은 경우, 프로세스는 단계 S40으로 돌아가고 측정 단계는 계속된다. 전류 및/또는 전압 측정의 값이 임계값을 초과하면, 예를 들어 응축수 흐름(I)이 최대 허용 흐름(Imax)보다 크면, 단계 S46에서, 미리 정해진 디바운스 시간이 대기된다. 디바운싱은 단계 S48에서 미리 정해진 디바운스 시간이 지난 것이 검출될 때까지 수행된다. 미리 정해진 디바운스 시간이 초과되면, 단계 S50에서, 전류 및/또는 전압 측정의 값이 임계값을 초과하는지의 여부가 검사된다. 예를 들어, 단계 S50에서, 응축수 흐름(I)이 최대 허용 흐름(Imax)보다 큰지의 여부가 검사된다. 그렇지 않은 경우, 프로세스는 단계 S40으로 되돌아가서 측정 단계가 계속된다. 전류 및/또는 전압 측정의 값이 임계값을 초과하면, 예를 들어 응축수 흐름(I)이 최대 허용 흐름(Imax)보다 크면, 센서 요소(12)의 온도가 미리 정해진 온도 아래로 떨어질 때 미리 정해진 디바운스 시간 후에 센서 요소(12)가 가열된다. 단계 S52에서, 최대 총 가열 시간에 이미 도달했는지의 여부가 검사된다. 단계 S52에서 가열에 대한 최대 지속 시간에 이미 도달한 것이 검출되면, 단계 S54에서 측정 단계가 중단된다. 최대 총 가열 시간에 도달하지 않았으면, 단계 S56에서 센서 요소(12)는 결로 온도와 같은 미리 정해진 온도 이상으로 가열된다. 단계 S58에서, 가열 단계의 최대 지속 시간에 도달했는지의 여부가 검사된다. 가열 단계의 최대 지속 시간에 도달하지 않았으면, 프로세스는 단계 S56으로 돌아가고 센서 요소(12)는 더 가열된다. 단계 S58에서 가열 단계의 최대 지속 시간에 도달하면, 프로세스는 단계 S40으로 돌아가고 측정 단계가 계속된다. 요약하면, 결로 온도 임계값 미만의 온도에서 높은 센서 전류가 발생하면 디바운스 시간이 시작된다. 이 디바운스 시간 동안 센서 전류가 관찰된다. 이것이 다시 정상 수준으로 떨어지면 측정 단계가 계속된다. 그러나, 높은 전류 레벨이 디바운스 시간을 초과하여 유지되면, 센서 요소(12)는 결로 온도 임계값 이상으로 가열된다. 최소 가열 시간 후에, 센서 요소(12)의 가열이 종료되고 가열 없이 측정이 계속된다. 이러한 방식으로 수행된 총 가열 시간이 한계를 초과하면, 센서(10)의 측정 단계가 중단된다. 주행 사이클의 추가 과정에서, 이슬점의 끝이 존재하면 새로운 측정 단계가 센서 재생과 함께 준비될 수 있다.
도 4는 입자를 검출하기 위한 센서(10)의 작동 방법의 다른 부분의 흐름도를 도시한다. 도 4는 특히 이슬점의 끝 전에 오버런(단계 24)에서 센서 재생 동안 센서(10)에 의해 어떻게 측정되는지를 그리고 이슬점의 끝 전에 주행 사이클에 걸친 조건부 측정을 도시한다. 도 4에 도시된 흐름은 제어 장치 오버런에서 센서 재생이 수행된 경우 점화의 재활성화 직후에 이슬점의 끝 전에 측정을 시작할 때 FALSE FAIL 검출을 피하기 위해 수행된다. 도 4에서, 방법은 도 2에서 이미 설명된 바와 같이, 단계 S10에서 측정 단계로 시작된다. 도 4의 흐름에서도 단계 S12, S14, S16, S20 및 S22는 동일하므로, 이는 다시 설명되지 않고, 그 대신 도 2의 설명이 참조된다. 그러나 단계 S20에서, 테스트 기준 및 이슬점 끝이 존재하지 않으면 센서 재생이 수행되는 것이 언급된다. 따라서, 방법은 단계 S16에 후속해서 설명된다. 단계 S16에서 릴리즈 또는 테스트 기준이 충족되는 것이 검출되면, 단계 S60에서 측정 가스의 이슬점이 초과되는지의 여부가 검사된다. 예를 들어, 이슬점의 끝이 충족되는지의 여부가 검사된다. 측정 가스의 이슬점이 초과되면, 단계 S62에서 중단된 측정 단계가 계속된다. 측정 가스의 이슬점이 초과되지 않으면, 단계 S64에서 전류 및/또는 전압 측정의 값이 임계값을 초과하는지의 여부가 검사된다. 전류 및/또는 전압 측정의 값이 임계값을 초과하면, 예를 들어 응축수 흐름(I)이 최대 허용 흐름(Imax)보다 크면, 센서 요소(12)의 온도가 미리 정해진 온도 아래로 떨어질 때 미리 정해진 디바운스 시간 후에 센서 요소(12)가 가열된다. 예를 들어, 단계 S64에서, 응축수 흐름(I)이 최대 허용 흐름(Imax)보다 큰지의 여부가 검사된다. 그렇지 않은 경우, 프로세스는 단계 S60으로 되돌아 가고 이슬점이 초과되었는지의 여부가 다시 검사된다. 전류 및/또는 전압 측정의 값이 임계값을 초과하면, 예를 들어 응축수 흐름(I)이 최대 허용 흐름(Imax)보다 크면, 단계 S66에서, 미리 정해진 디바운스 시간이 대기된다. 단계 S68에서 미리 정해진 디바운스 시간이 경과된 것이 검출될 때까지, 디바운싱이 수행된다. 미리 정해진 디바운스 시간이 초과되면, 단계 S70에서 전류 및/또는 전압 측정의 값이 임계값을 초과하는지의 여부가 검사된다. 예를 들어, 단계 S70에서, 응축수 흐름(I)이 최대 허용 흐름(Iamax)보다 큰지의 여부가 검사된다. 그렇지 않은 경우, 프로세스는 단계 S60으로 되돌아가서 이슬점이 초과되었는지의 여부가 다시 검사된다. 단계 S72에서, 미리 정해진 가열 조건이 충족되는지의 여부가 검사된다. 가열 조건들은 가열 작동을 위한 릴리즈 조건이다. 센서 요소 온도는 임계값을 초과해야 하고 최대 히터 전압 미만이어야 한다. 단계 S72에서 가열 조건들이 충족되지 않은 것이 검출되면, 단계 S74에서 측정 단계가 중단된다. 한편, 단계 S72에서 가열 조건들이 충족되는 것이 검출되면, 단계 S76에서 최대 총 가열 시간에 이미 도달했는지의 여부가 검사된다. 단계 S76에서 가열을 위한 최대 지속 시간에 이미 도달했다는 것이 검출되면, 프로세스는 단계 S74로 이동되고 측정 단계가 중단된다. 최대 지속 시간에 도달하지 않았으면, 단계 S78에서, 측정 가스의 온도가 이슬점 아래로 떨어질 때, 전류 및/또는 전압 측정의 값이 미리 정해진 디바운스 시간 후에 임계값을 초과하는 경우 센서 요소(12)가 가열된다. 단계 S80에서, 가열 단계의 가열 시간이 검사된다. 즉, 가열 단계의 최대 지속 시간에 도달했는지의 여부가 검사된다. 가열 단계의 최대 지속 시간에 도달하지 않았으면, 프로세스는 단계 S78로 돌아가고 센서 요소(12)는 더 가열된다. 단계 S80에서 가열 단계의 최대 지속 시간에 도달하면, 프로세스는 단계 S60으로 되돌아가고, 이슬점이 초과되었는지의 여부가 다시 검사된다.
요약하면, 제어 장치 오버런에서 센서 재생이 수행된 경우, 점화의 재활성화 직후 이슬점의 끝 전에 측정을 시작할 때 FALSE FAIL 검출을 피하기 위해, 센서 전류가 이슬점 끝 전에 급격히 상승하는 경우 후속 가열 단계를 가진 디바운싱이 제어 로직에서 수행되어야 한다. 이 경우, 이슬점의 끝 전에 높은 센서 전류가 발생하면 디바운스 시간이 시작된다. 이 디바운스 시간 동안 센서 전류가 관찰된다. 이것이 다시 정상 수준으로 떨어지면, 측정 단계가 계속된다. 그러나 높은 전류 레벨이 디바운스 시간을 초과해서 유지되면 센서 요소가 가열된다. 최소 가열 시간 후에, 센서 요소(12)의 가열이 종료되고 가열 없이 측정이 계속된다. 이러한 방식으로 수행된 총 가열 시간이 한계를 초과하면, 센서(10)의 측정 단계가 중단된다. 주행 사이클의 추가 과정에서, 이슬점의 끝이 존재하면 새로운 측정 단계가 센서 재생과 함께 준비될 수 있다.
내연 기관이 재활성화될 때, 계속될 수 있는 것으로 식별된 중단된 측정 단계의 계속을 위한 모든 테스트 기준이 충족되면, 센서(10)는 도 4에 도시된 제어 로직에 의해 이슬점의 끝 없이도 직접 다시 측정 단계로 이어질 수 있다. 모든 기준이 충족되지 않으면, 센서 재생이 후속하는 새로운 측정 단계로 시작되어야 한다.
차량이 주차될 때 현재 측정 단계의 계속이 바람직하지 않은 것으로 간주되면, 제어 장치의 오버런에서 센서 재생이 수행된다. 그런 다음, 센서가 비활성화된다. 따라서, 다음 측정 단계를 더 일찍 시작하기 위해, 다음 주행 사이클을 시작할 때 센서 재생이 생략될 수 있다. 다음 주행 사이클을 시작할 때, 측정 단계가 즉시 시작될 수 있는지의 여부가 검사된다. 모든 테스트 기준이 충족되지 않으면, 센서 재생이 후속하는 새로운 측정 단계과 함께 수행되어야 한다.
본 발명에 따른 방법은 센서 하우징 온도를 측정함으로써 검증될 수 있는데, 그 이유는 이 작동 전략에서 필요한 경우 제어 장치의 오버런에서 센서 재생이 수행되기 때문이다. 센서 하우징 온도의 증가가 제어 장치 오버런에서 개별적으로 측정될 수 있다면, 본 발명이 사용된다. 본 발명은 또한 테스터를 사용하여 검증될 수 있다. 이 경우, 웜 스타트에서, 현재 주행 사이클에서 사전 센서 재생 없이 입자 필터 온보드 진단 결과가 테스터에 표시된다.
10: 센서
12: 센서 요소
14: 기판
16: 제 1 전극
18: 제 2 전극
26: 제어 장치
28: 전자 저장 매체
12: 센서 요소
14: 기판
16: 제 1 전극
18: 제 2 전극
26: 제어 장치
28: 전자 저장 매체
Claims (14)
- 측정 가스 내 입자를 검출하기 위한 센서(10)의 작동 방법으로서, 상기 센서는 센서 요소(12)를 포함하고, 상기 센서 요소(12)는 기판(14), 적어도 하나의 제 1 전극(16) 및 적어도 하나의 제 2 전극(18)을 포함하며, 상기 제 1 전극(16) 및 상기 제 2 전극(18)은 상기 기판(14) 상에 배치되고, 시간 간격을 둔 측정 단계들에서, 상기 제 1 전극(16) 및 상기 제 2 전극(18)은 전류 및/또는 전압 측정을 수행하며, 적어도 측정 단계가 중단되는 경우 중단된 측정 단계가 계속될 수 있는지의 여부가 검사되고, 예상되는 트리거링 시간 후에 전류 및/또는 전압 측정의 값이 임계값 아래로 떨어지면, 상기 중단된 측정 단계가 계속될 수 있는 것으로 식별되고 이어서 상기 센서(10)가 비활성화되며, 상기 전류 및/또는 전압 측정의 값이 상기 임계값을 초과하면, 상기 센서 요소(12)로부터 입자를 제거하기 위해 상기 센서 요소(12)의 재생이 수행되고 이어서 상기 센서(10)가 비활성화되는, 센서의 작동 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 측정 가스는 내연 기관의 배기 가스이고, 상기 내연 기관의 활성화시 미리 정해진 테스트 기준들이 충족되면, 계속될 수 있는 것으로 식별된 상기 측정 단계가 계속되고, 상기 내연 기관의 활성화시 상기 미리 정해진 테스트 기준들 중 적어도 하나가 충족되지 않으면, 상기 센서 요소(12)로부터 입자를 제거하기 위해 센서 요소(12)의 재생이 수행되는, 센서의 작동 방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 측정 가스는 내연 기관의 배기 가스이고, 재생 후에 그리고 상기 내연 기관의 활성화시 미리 정해진 테스트 기준들이 충족되면 측정 단계가 시작되는, 센서의 작동 방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 미리 정해진 테스트 기준은 적어도 상기 측정 가스의 이슬점의 초과, 상기 내연 기관의 비활성화와 후속하는 활성화 사이의 미리 정해진 기간의 미달, 및 상기 센서 요소(12)의 미리 정해진 온도의 초과를 포함하는, 센서의 작동 방법.
- 제 1 항, 제 2 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서 요소(12)의 온도가 미리 정해진 온도 아래로 떨어지면, 상기 센서 요소(12)가 가열되는, 센서의 작동 방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 센서 요소(12)의 온도가 미리 정해진 온도 아래로 떨어질 때, 전류 및/또는 전압 측정의 값이 미리 정해진 디바운스 시간 후에 상기 임계값을 초과하면, 상기 센서 요소(12)가 가열되는, 센서의 작동 방법.
- 제 1 항, 제 2 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 측정 가스의 온도가 이슬점 아래로 떨어지면, 상기 센서 요소(12)가 가열되는, 센서의 작동 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 측정 가스의 온도가 이슬점 아래로 떨어질 때, 전류 및/또는 전압 측정의 값이 미리 정해진 디바운스 시간 후에 상기 임계값 아래로 떨어지면, 상기 센서 요소(12)가 가열되는, 센서의 작동 방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 센서 요소(12)는 미리 정해진 최대 지속 시간에 도달할 때까지 가열되고, 상기 최대 지속 시간에 도달하면 상기 측정 단계가 중단되는, 센서의 작동 방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 미리 정해진 디바운스 시간 후에 전류 및/또는 전압 측정의 값이 상기 임계값 아래로 떨어지면, 상기 측정 단계가 계속되는, 센서의 작동 방법.
- 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 테스트 기준은 상기 내연 기관의 미리 정해진 비활성화 시간의 미달, 상기 내연 기관의 미리 정해진 누적된 비활성화 시간의 미달 및/또는 상기 내연 기관의 새로운 활성화시 상기 센서 요소의 온도 및 배기 가스 온도에 대한 온도 임계값의 미달을 더 포함하는, 센서의 작동 방법.
- 삭제
- 제 1 항, 제 2 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 방법의 각각의 단계를 수행하도록 설계된 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 전자 저장 매체(28).
- 제 13 항에 따른 전자 저장 매체(28)를 포함하는 전자 제어 장치(26).
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