KR20020068072A - 배기 가스 후처리 시스템의 제어 방법 및 장치 - Google Patents

배기 가스 후처리 시스템의 제어 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 특히 엔진의 배기 가스 후처리 시스템의 제어 방법 및 장치에 관한 것이다. 제1 변수(SIMP)는 제1 작동 상태에서 배기 가스 후처리 시스템에 공급된 물질의 양을 나타내는 제1 작동 변수를 기초로 하여 결정된다. 제2 변수(SIMR)는 제2 작동 상태에서 배기 가스 후처리 시스템으로부터 제거된 연료량을 나타내는 제2 작동 변수를 기초로 하여 결정된다. 제1 및 제2 변수는 오류 인식을 위해 비교된다.

Description

배기 가스 후처리 시스템의 제어 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR CONTROLLING AN EXHAUST GAS AFTERTREATMENT SYSTEM}
엔진의 배기 가스 후처리 시스템의 제어 방법 및 장치는 독일 특허 제199 06 287호에 공지되어 있다. 상기 특허에서 배기 가스 후처리 시스템은 특히 직접 분사 엔진에 사용되는 입자 필터를 포함한다. 입자 필터의 충전은 상태 변수로 검출된다. 일정 값의 초과시, 기기는 특수 작동 상태를 개시하고, 상기 상태에서 입자 필터는 적절한 조치를 통해 재생된다.
차압, 즉 필터의 입구와 출구 사이의 압력 차이는 충전 상태의 인지를 위해 자주 평가된다. 입자 필터의 손상, 예를 들어 균열이 있는 경우, 배기 가스의 일부가 균열을 통해 흘러 나오므로, 필터의 충전 상태는 차압에 대하여 더 이상 인식되지 않는다. 또한 배기 가스 방출 한계값 초과의 원인이 되는 입자가 주위에 도달할 것이다.
본 발명은 독립항의 전제부에 따른 특히 엔진의 배기 가스 후처리 시스템의 제어를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명은 이하 도면에 도시된 실시예를 참조로 설명된다.
도1은 본 발명에 따른 제어 장치의 블록선도이다.
도2는 본 발명에 따른 방법의 설명을 위한 흐름도이다.
입자 필터가 재생되는 제2 작동 상태에서 제2 작동 변수를 기초로 하여 배기가스 후처리 시스템으로부터 추출된 물질의 양을 나타내는 제2 변수가 결정됨으로써 그리고 배기 가스 후처리 시스템으로 공급된 물질의 양을 나타내는 변수가 제1 변수와 비교됨으로써 배기 가스 후처리 시스템이 간단하고 확실하게 감시될 수 있다. 양호하게는 상기 두 변수가 서로 다르면, 오류가 검출된다.
양호하게는 입자 필터의 방법이 사용되고, 정상 작동에서 입자 필터에 수집된 입자량이 재생 중 연소된 입자량과 비교된다.
특히 입자 필터 전후의 온도 평가를 통해 추출된 물질의 양이 간단하고 정확하게 결정될 수 있다. 입자 필터의 재생 중에 입자의 반응은 센서를 사용하여 센서 전후에서 비교적 쉽게 인식될 수 있는 온도 상승을 발생한다. 상기 두 변수의 비교를 기초로 하여 필터의 오류가 확실하게 인식될 수 있다.
신호는 특히 양호한 제2 변수로 판명되어, 배기 가스 내의 산소량이 특징지어 진다. 배기 가스 내의 산소 함유량이 필터의 전후에서 검출된다. 전환된 산소의 질량으로부터 재생된 입자량이 결정된다.
도1에는 엔진의 배기 가스 후처리 시스템의 기본 요소들이 도시된다. 엔진은 도면 부호 100으로 표시된다. 공기는 공기 도관(105)을 통해 엔진으로 공급된다. 엔진(100)의 배기 가스는 배기 가스 도관(110)을 통해 외부에 도달한다. 배기 가스 후처리 시스템(115)은 배기 가스 도관 내에 배치된다. 여기에서 이는 촉매 컨버터 및/또는 입자 필터를 의미한다. 또한 상이한 유해 물질에 대한 복수의 촉매 컨버터 또는 적어도 하나의 촉매 컨버터와 적어도 하나의 입자 필터의 조합이 제공될 수 있다.
또한 적어도 하나의 모터 제어 유닛(175) 및 배기 가스 후처리 제어 유닛(172)을 포함하는 제어 유닛(170)이 제공된다. 모터 제어 유닛(175)은 연료 공급 시스템(180)에 제어 신호를 수신한다. 배기 가스 후처리 제어 유닛(172)은 모터 제어 유닛(175) 및 일 실시예에서 배기 가스 도관에서 배기 가스 후처리 시스템의 이전에 또는 배기 가스 후처리 시스템 내에 배치되는 조절 요소(182)의 조절 신호를 수신한다.
또한 배기 가스 후처리 제어 유닛과 모터 제어 유닛에 신호를 제공하는 다양한 센서가 구비된다. 이와 같이, 엔진으로 공급되는 공기의 상태를 나타내는 신호를 공급하는 적어도 하나의 제1 센서(194)가 구비된다. 제2 센서(177)는 연료 공급 시스템(180)의 상태를 나타내는 신호를 공급한다. 적어도 하나의 제3 센서(191)는 배기 가스 후처리 시스템 이전의 배기 가스 상태를 나타내는 신호를 공급한다. 적어도 하나의 제4 센서(193)는 배기 가스 후처리 시스템(115)의 상태를 나타내는 신호를 공급한다. 그 외 적어도 하나의 센서(192)는 배기 가스 후처리 시스템 이후의 배기 가스 상태를 나타내는 신호를 공급한다. 양호하게는 온도값 및/또는 압력값을 검출하는 센서들이 사용된다. 또한 배기 가스 및/또는 흡입공기의 화학적 조성을 나타내는 센서도 장착될 수 있다. 여기에는 예를 들면 람다 센서, NOX-센서 또는 HC-센서가 있다.
양호하게는 배기 가스 후처리 제어 유닛(172)은 제1 센서(194), 제3 센서(191), 제4 센서(193) 및 제5 센서(192)의 출력 신호를 수신한다. 양호하게는 모터 제어 유닛(175)은 제2 센서(177)의 출력 신호를 수신한다. 또한, 운전자 요구 또는 다른 환경 또는 모터 작동 상태에 관련된 신호를 나타내는 다른 도시되지 않는 센서가 제공될 수 있다.
모터 제어 유닛과 배기 가스 후처리 제어 유닛이 하나의 구조적 유닛을 형성하면 특히 유리하다. 그러나, 이들이 공간적으로 서로 분리된 두 개의 제어 유닛으로서 형성될 수도 있다.
이하에서는 특히 직접 분사 엔진에서 사용되는 입자 필터의 예에서 본 발명에 따른 방법이 설명된다. 그러나 본 발명에 따른 방법은 이 적용예에 한정되지 않고, 배기 가스 후처리 시스템을 갖는 다른 엔진의 경우에도 적용될 수 있다. 특히 상기 방법은 촉매 컨버터와 입자 필터가 조합된 배기 가스 후처리 시스템에 적용될 수 있다. 또한 상기 방법은 단지 촉매 컨버터만이 설치된 시스템의 경우에 적용될 수 있다.
제공된 센서 신호를 기초로 모터 제어 장치(175)는 연료 공급 시스템(180)의 작동을 위한 조절 신호를 산출한다. 그 후 연료 공급 시스템은 상응하는 연료량을 엔진(100)으로 공급한다. 연소 시 배기 가스 내에는 입자가 발생할 수 있다. 이 입자들은 배기 가스 후처리 시스템(115)의 입자 필터에 의해 흡수된다. 작동이 진행됨에 따라 입자 필터(115)에는 상응하는 입자량이 수집된다. 이는 입자 필터 및/또는 엔진의 기능에 악영향을 미친다. 따라서 소정의 간격으로 또는 입자 필터가 소정의 충전 상태에 도달되면 재생 과정이 개시된다. 이 재생 과정은 특수 작동으로 표시될 수 있다.
충전 상태는 예를 들면 다양한 센서 신호에 의해 인식된다. 따라서 한편으로는 입자 필터(115)의 입구와 출구 사이의 차압이 평가될 수 있다. 다른 한편으로는 상이한 온도 및/또는 상이한 압력값을 기초로 하여 충전 상태가 결정될 수 있다. 또한 충전 상태의 산출 또는 시뮬레이션(simulation)을 위한 다른 변수들도 사용될 수 있다. 상응하는 방법은 예를 들면 독일 특허 제199 06 287호에 공지되어 있다.
입자 필터가 소정의 충전 상태에 도달되었다는 것이 배기 가스 후처리 제어 유닛에 의해 검출되면 재생 과정은 개시된다. 입자 필터의 재생을 위해 다양한 가능성이 제공된다. 한편으로는, 소정의 물질이 조절 요소(182)를 통해 배기 가스로 도입되어 배기 가스 후처리 시스템(115)에서 상응하는 반응을 발생시키는 것이 제안될 수 있다. 추가적으로 공급된 상기 물질은 입자 필터 내에서 특히 온도 상승 및/또는 입자의 산화를 발생시킨다. 따라서 예컨대 조절 요소(182)에 의해 연료 물질 및/또는 산화 수단이 공급되는 것이 제안될 수 있다.
일 실시예에서 상응하는 신호가 모터 제어 유닛(175)으로 전달되고 이 모터 제어 유닛이 소위 사후 분사(after-injection)를 실행하는 것이 제안된다. 사후 분사에 의해, 목표한 탄화 수소를 배기 가스 안으로 반입하는 것이 가능한데, 상기탄화 수소는 온도 상승을 통해 배기 가스 후처리 시스템(115)을 재생시키는데 기여한다.
통상적으로 충전 상태가 다양한 변수를 기초로 하여 결정되는 것이 제안된다. 임계값과의 비교를 통해 다양한 상태가 인식되고, 인식된 충전 상태에 따라 재생 과정이 개시된다.
양호한 일 실시예에서, 입자 필터 이전의 센서(191)가 제1 온도 센서로써, 입자 필터 이후의 센서(192)가 제2 온도 센서로써 구성된다.
다른 양호한 일 실시예에서, 입자 필터 이전의 센서(191)가 제1 람다 센서로써, 그리고 입자 필터 이후의 센서(192)가 제2 람다 센서로써 구성된다. 상기 두 람다 센서는 배기 가스의 산소 농도를 나타내는 신호를 공급한다.
일 실시예에서 입자 필터 이후에 배치되는 람다 센서만 사용된다. 입자 필터 이전의 산소 농도는 다양한 작동 변수를 기초로 하여 산출되거나 특성 영역으로부터 읽혀진다. 또한, 재생 과정 이전의 산소 농도를 기초로 하여 입자 필터 이전의 산소 농도를 결정하는 것이 가능하다.
도2는 흐름도를 참조로 하여 배기 가스 후처리 시스템의 영역에서의 오류 인식을 위한 본 발명에 따른 방법을 도시한다. 엔진의 정상 작동과 일치하는 제1 작동 상태에서, 생성된 입자는 입자 필터에 침적된다. 침적된 입자량은 제1 단계(200)에서 결정된다. 상기 침적량은 이하 제1 변수(SIMP)로 표시된다. 제1 변수(SIMP)는 배기 가스 후처리 시스템에 공급된 물질의 양을 나타낸다. 예를 들어 입자 필터의 충전 상태는 제1 변수로 사용되거나 또는 충전 상태를 기초로 제1변수가 결정된다.
다음의 질문(210)은 제2 작동 상태가 존재하는지의 여부를 검사한다. 상기 유형의 제2 작동 상태가 존재하지 않으면 제1 변수가 결정되는 단계(200)가 다시 실행된다. 제2 작동 상태의 존재 여부를 묻는 질문(210)이 인식되면 단계(220)가 이어진다.
제2 작동 상태에서 입자 필터의 재생이 실행되는데, 이는 필터에 침적된 입자가 산화되거나 연소되는 것을 의미한다. 여기서 배기 가스의 산소 함유량이 감소되고 배기 가스의 온도가 상승한다. 상기 두 변수를 기초로 하여 배기 가스 후처리 시스템으로부터 추출될 수 있는 물질의 양을 나타내는 제2 변수(SIMR)가 결정된다.
이는 단계(220)에서 입자 필터의 전후의 온도값의 차이를 기초로 하여, 자유롭게 되는 발열량이 산출되는 것을 의미한다. 특히 양호한 실시예에서, 발열량 산출시에 온도차를 기초로 하는 입자 필터의 열용량 및/또는 열교환, 특히 외부로의 에너지 산출이 고려된다. 특히 입자 필터의 열용량은 고려될 다이나믹한 영향을 제공한다.
다양한 변수를 기초로, 특히 입자 필터의 특정 발열값의 변수를 기초로 하여, 재생시 연소되거나 또는 필터로부터 제거된 입자량이 발열량으로부터 결정된다.
방법의 일 실시예에서, 연소된 입자량은 단계(220)에서 배기 가스 내의 산소 농도를 나타내는 변수를 기초로 하여 결정된다. 양호하게는 이러한 산출을 입자필터 내의 산소 농도의 감소를 기초로 하여 수행된다. 산소 농도의 감소를 기초로 하여 연소된 입자량이 전환된 산소량 및 상기 산소량으로부터 결정된다.
재생이 종료된 후에 질문(230)은 변수(SIMR) 및 변수(SIMP)가 거의 동일한지의 여부를 검사한다. 즉, 이는 질문(230)이 제1 변수 및 제2 변수가 대체적으로 서로 다른지의 여부를 검사하는 것을 의미한다. 이는 변수(SIMR 및 SIMP)의 차이값이 임계값보다 큰 경우에 해당한다. 상기 임계값은 변수(SIMR 및 SIMP) 결정의 부정확성을 통하여 결정된다. 상기 두 변수가 거의 동일하면, 다시 단계(220)가 실행된다. 값이 서로 상당히 다르면, 단계(240)에는 오류가 인식된다. 공급된 입자량이 연소된 입자량과 분명히 다르면 입자 필터의 영역에서 오류가 인식된다.

Claims (6)

  1. 배기 가스 후처리 시스템에 공급된 물질의 양을 나타내는 제1 변수(SIMP)가 제1 작동 상태에서 제1 작동 변수를 기초로 하여 결정되는, 특히 엔진의 배기 가스 후처리 시스템의 제어 방법에 있어서,
    배기 가스 후처리 시스템으로부터 제거된 연료량을 나타내는 제2 변수(SIMR)가 제2 작동 상태에서 제2 작동 변수를 기초로 하여 결정되고, 상기 제1 및 제2 변수가 오류 인식을 위해 비교되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 두 변수가 서로 분명히 다르면 오류가 인식되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 변수는 입자 필터에 침적한 입자량인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 상기 항 중 어느 한항에 있어서, 제2 변수는 입자 필터의 재생시 제거된 입자량인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 상기 항 중 어느 한항에 있어서, 제2 변수의 결정을 위하여 배기 가스 온도 및/또는 배기 가스의 산소량을 나타내는 변수가 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 배기 가스 후처리 시스템에 공급된 물질의 양을 나타내는 제1 변수(SIMP)가 제1 작동 상태에서 제1 작동 변수를 기초로 하여 결정되는, 특히 엔진의 배기 가스 후처리 시스템의 제어 장치에 있어서,
    배기 가스 후처리 시스템으로부터 제거된 연료량 나타내는 제2 변수(SIMR)가 제2 작동 상태에서 제2 작동 변수를 기초로 하여 결정되고, 상기 제1 및 제2 변수가 오류 인식을 위해 비교되는 것을 특징으로 하는 장치.
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