KR20030084936A - 온도 변수 검출 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

온도 변수 특히 엔진의 배기 가스 후처리 시스템의 상태를 나타내는 온도 변수 결정 장치 및 방법이 설명된다. 온도 변수는 배기 가스 후처리 시스템 내 질량 흐름을 나타내는 변수 및/또는 배기 가스 후처리 시스템의 전방 온도를 나타내는 제2 온도 변수를 기초로 하여 사전 설정된다.

Description

온도 변수 검출 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR DETECTING A TEMPERATURE VARIABLE}
배기 가스 후처리 시스템의 제어 및/또는 감시를 위해, 배기 가스 후처리 시스템 내의 상태 특히 흐름 상태의 정확한 인식이 요구된다. 이러한 상태는 특히 배기 가스 후처리 시스템 내의 온도를 통해 결정된다. 그러나, 온도는 단지 고비용으로만 정확히 검출될 수 있다.
본 발명은 온도 변수 검출 방법 및 장치에 관한 것이다.
이하, 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참조로 설명된다.
도1은 배기 가스 후처리 시스템의 블록 선도이다.
도2는 본 발명에 따른 방법을 나타내는 선도이다.
도3은 방법의 흐름도이다.
예를 들어 배기 가스 후처리 시스템 내 질량 흐름 같은 엔진 및/또는 배기 가스 후처리 시스템의 상태를 나타내는 다른 변수 및 배기 가스 후처리 시스템의 전방 온도를 나타내는 제2 변수를 기초로 하여 온도 변수가 사전 설정됨으로써, 입자 필터 및/또는 입자 필터 후방의 배기 가스의 중간 온도를 정확히 결정하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 방법은 입자 필터에 제한되지 않고, 모든 배기 가스 후처리 시스템에서 사용될 수 있다. 이는 특히 모든 유형의 촉매 컨버터에도 유효하다.
이는 본 발명에 따른 온도 변수의 결정을 통해 더 신속히 제공된다. 따라서, 입자 필터의 상태를 신속히 인식하는 것이 가능하다. 특히, 입자 필터의 부하도 또는 입자 필터의 결함이 확실히 더 신속하게 인식될 수 있다. 상태를 조기 인식함으로써 배기 가스 후처리 시스템을 더 정확히 제어, 조정 및/또는 감시하는 것이 가능하다.
배기 가스 후처리 시스템 내 질량 흐름을 나타내는 변수가, 엔진에 공급되는 공기량을 나타내는 공기 변수 및/또는 엔진에 공급되는 연료 질량을 나타내는 연료 변수를 기초로 하여 결정되는 것은 특히 바람직하다. 상기 변수는 추가의 센서가 필요 없이 매우 간단하고 정확하게 결정될 수 있다. 공기 변수가 통상적으로 제어 유닛 내에 제공되는데, 이는 상기 공기 변수가 엔진 특히 분사된 연료량 및/또는 공기량을 제어하기 위해 사용되기 때문이다. 통상적으로 이 변수는 엔진의 흡입관 내의 센서에 의해 측정된다. 또한, 연료 변수도 제어 장치 내에 제공된 변수이다. 예를 들어 모멘트 요구로부터 유도된 변수 및/또는 양을 결정하는 액추에이터의 제어 신호로부터 유도된 변수가 사용될 수 있다.
바람직하게는 상기 방법으로 배기 가스 후처리 시스템의 온도 및/또는 배기 가스 후처리 시스템 후방의 가스 온도가 결정된다.
본 발명에 따른 방법은 바람직하게는 적어도 하나의 입자 필터를 포함하는 배기 가스 후처리 시스템에 적합하다. 입자 필터 이외에 배기 가스를 처리하기 위해 사용되는 다른 시스템이 존재할 수 있다.
결정된 온도가 예를 들어 다이내믹 상태 같은 소정의 상태에서 배기 가스 후처리 시스템을 제어 및/또는 조정하기 위해 사용된다면 특히 바람직하다.
또한, 결정된 온도가 에러 감시를 위해 사용된다면 바람직하다. 바람직하게는 온도 측정값이 계산값과 비교되고, 이 비교를 기초로 하여 에러가 인식될 수 있다.
본 발명의 바람직하고 유리한 실시예 및 구성은 종속항에서 설명된다.
이하, 본 발명에 따른 방법이 입자 필터의 예에서 설명된다. 본 발명에 따른 방법은 입자 필터의 사용에 제한되지 않고, 다른 배기 가스 후처리 시스템 특히 촉매 컨버터에도 사용될 수 있다.
도1에는 엔진 배기 가스 후처리 시스템의 기본 요소가 되시되어 있다. 엔진은 도면부호 100으로 표시된다. 엔진에는 공기 라인(105)을 통해 공기가 공급된다. 엔진(100)의 배기 가스는 배기 가스 라인(110)을 통해 외부에 도달한다. 배기 가스 라인에는 배기 가스 후처리 시스템(115)이 배치되어 있다. 여기서 이는 촉매 컨버터 및/또는 입자 필터일 수 있다. 또한, 상이한 유해 물질을 위한 복수의 촉매 컨버터 또는 적어도 하나의 촉매 컨버터 및 하나의 입자 필터의 조합이 제공되는 것도 가능하다.
또한, 적어도 하나의 엔진 제어 유닛(175) 및 배기 가스 후처리 제어 유닛(172)을 포함하는 제어 유닛(170)이 제공된다. 엔진 제어 유닛(175)은 제어 신호를 통해 연료 분배 시스템(180)을 작동시킨다. 배기 가스 후처리 제어 유닛(172)은 엔진 제어 유닛(175) 및 일 실시예에서 배기 가스 라인에서 배기 가스 후처리 시스템 이전 또는 배기 가스 후처리 시스템 내에 배치되는 조정 요소(182)를 제어 신호를 통해 작동시킨다.
또한, 배기 가스 후처리 제어 유닛 및 엔진 제어 유닛에 신호를 공급하는 다양한 센서가 제공될 수 있다. 엔진에 공급되는 공기의 상태를 나타내는 신호를 공급하는 적어도 하나의 제1 센서(194)가 제공된다. 제2 센서(177)는 연료 분배 시스템(180)의 상태를 나타내는 신호를 공급한다. 적어도 하나의 제3 센서(191)는 배기 가스 후처리 시스템 전방의 배기 가스 상태를 나타내는 신호를 공급한다. 적어도 하나의 제4 센서(193)는 배기 가스 후처리 시스템(115)의 상태를 나타내는 신호를 공급한다.
또한, 적어도 하나의 센서(192)는 배기 가스 후처리 시스템 후방의 배기 가스 상태를 나타내는 신호를 공급한다. 바람직하게는 온도값 및/또는 압력값을 검출하는 센서가 사용된다.
후술되는 실시예에서 센서(191)는 온도 센서로서 형성된다. 상기 센서는 배기 가스 후처리 시스템의 전방 온도를 나타내는 신호(TV)를 공급한다. 센서(192)는 온도 센서로서 형성된다. 상기 센서(192)는 배기 가스 후처리 시스템의 후방 온도를 나타내는 신호(TN)를 공급한다. 또한, 상기 신호(TN)는 다른 변수를 기초로 하여 계산될 수 있다.
바람직하게는, 배기 가스 후처리 제어 유닛(172)은 제1 센서(194), 제3 센서(191), 제4 센서(193) 및 제5 센서(192)의 출력 신호에 의해 작동된다. 바람직하게는, 엔진 제어 유닛(175)은 제2 센서(177)의 출력 신호부와 작동된다. 또한, 운전자 요구에 관한 신호 또는 다른 주변- 또는 엔진 작동 상태를 나타내는 도시되지 않은 센서가 제공될 수 있다.
엔진 제어 유닛과 배기 가스 후처리 제어 유닛이 하나의 구성 유닛을 형성하면 특히 바람직하다. 그러나, 이는 공간적으로 서로 분리되어 있는 2개의 제어 유닛으로서 형성될 수도 있다.
본 발명에 따른 구성은 엔진 제어를 위해, 특히 배기 가스 후처리 시스템을 갖는 엔진에 장착된다. 특히, 촉매 컨버터 및 입자 필터가 조합된 배기 가스 후처리 시스템에 장착될 수 있다. 또한, 촉매 컨버터를 장착한 시스템에 장착될 수 있다.
엔진 제어 유닛(175)은 제공된 센서 신호를 기초로 하여 연료 분배 시스템(180)을 작동하기 위한 제어 신호를 계산한다. 상기 연료 분배 시스템은 상응하는 연료량을 엔진(100)에 분배한다. 연소 시 배기 가스에 입자가 생성될 수 있다. 이 입자는 배기 가스 후처리 시스템(115) 내에서 입자 필터에 의해 흡수된다. 작동 중에 입자에 상응하는 양이 입자 필터(115) 내에 축적된다. 이는 입자 필터 및/또는 엔진의 기능을 악화시킨다. 따라서, 소정 간격으로 또는 입자 필터가 소정의 부하 상태에 도달하면 재생 과정이 개시될 수 있다. 또한, 이 재생은특수 작동으로서 표시될 수 있다.
부하 상태는 예를 들어 다양한 센서 신호에 의해 인식된다. 한편으로는, 입자 필터(115)의 입력부와 출력부 사이의 압력차가 평가될 수 있다. 다른 한편으로는, 다양한 온도- 및/또는 다양한 압력값을 기초로 하여 부하 상태를 결정하는 것이 가능하다. 또한, 부하 상태를 계산 또는 시뮬레이션 하기 위한 다른 변수가 사용될 수 있다. 상응하는 구성은 예를 들어 독일 특허 제199 06 287호에 공지되어 있다.
배기 가스 후처리 제어 유닛이 입자 필터가 소정의 부하 상태에 도달한 것을 인식하면, 재생이 초기화된다. 입자 필터의 재생을 위해 다양한 가능성이 제공될 수 있다. 한편으로 배기 가스 후처리 시스템(115) 내에 상응하는 반응을 일으키는 소정의 물질이 조정 요소(182)를 통해 배기 가스에 공급될 수 있다. 추가적으로 분배되는 상기 물질은 무엇보다도 입자 필터 내의 온도 상승 및/또는 입자의 산화에 영향을 미친다. 예를 들어 조정 요소(182)에 의해 연료 및/또는 산화제가 공급될 수 있다.
일 실시예에서, 상응하는 신호가 엔진 제어 유닛(175)에 전달되고, 상기 엔진 제어 유닛이 이른바 후분사를 실행할 수 있다. 배기 가스 후처리 시스템(115)의 재생을 위한 온도 상승을 통해 발생되는 일정한 탄화수소를 배기 가스로 공급하는 것이 후분사에 의해 가능하다.
부하 상태가 다양한 변수를 기초로 하여 결정되는 것이 통상적으로 제공된다. 임계값과의 비교를 통해 상이한 상태가 인식되고 인식된 부하 상태에 따라 재생이 개시된다.
본 발명에 따라 입자 필터의 다이내믹한 온도 상태가 모델링된다. 입자 필터의 온도(TF) 모델은 대체로 입자 필터(115) 전방의 배기 가스 흐름의 온도(TV)에 기초한다. 이는 입자 필터의 열 계산을 위해 사용된다. 유입 또는 유출 열 흐름의 계산은 이하의 관계식으로 나타내어진다.
변수(CPF)는 필터의 열용량을 나타내고, 변수(CPA)는 배기 가스 흐름의 특정 열용량을 나타낸다. 배기 가스 흐름(M)은 특히 예를 들어 센서(194)에 의해 측정되는 공기량 및 엔진 제어 유닛(175)에 의해 제공되는 연료량(QK) 같은 다른 공지된 변수로부터 계산된다. 상기 변수 대신에 양을 결정하는 액추에이터의 제어 시간 또는 양을 결정하는 액추에이터의 제어 신호 같은 상응하는 대용 변수가 사용될 수 있다. 변수(TN)는 필터 후방 온도에 상응한다. 배기 가스 후처리 시스템 후방의 배기 가스에 따른 온도(TN)를 결정하기 위해 센서(192)가 사용되지 않으면, 온도(TN)는 특히 다음의 공식으로 결정된다.
TN = TF*BF + TV*(1-BF)
제1 계산에서 온도(TF)에 대한 초기화값은 사전 설정된다. 특히 스위치를 켤 때 측정된 온도(TV) 또는 다른 온도값이 개시값으로서 사용된다. 다음 계산에서는 상술한 계산 단계로부터 온도(TF)가 사용된다. 이는 필터의 온도가 프로그램 진행의 계산 시간보다 더 서서히 변하기 때문에 가능하다. 변수(BF)는 열교환에서필터와 관여하는 배기 가스 흐름의 부분을 나타내는 변수이다. 변수(1-BF)는 열교환 없이 필터를 통과하는 배기 가스 흐름의 부분을 나타낸다.
상응하는 실시예는 도2에 도시되어 있다.
도1에 도시된 요소는 도2에 상응하는 도면부호로 표시된다. 실제로 상기 공식에 따라 변수의 적분을 처리하는 적분기는 도면부호 200으로 표시된다. 곱셈 연산부(210)의 출력 신호가 상기 적분기에 공급된다. 상기 적분기의 입력부에는 엔진을 떠나는 배기 가스 흐름을 나타내는 변수(M)가 놓인다. 논리 연산부(210)의 제2 입력부에는 값설정부(230)의 출력 신호(CPA)를 공급하는 다른 곱셈 연산부(220)의 출력 신호가 놓여있다. 곱셈 연산부(220)의 제2 입력부에는 뺄셈 연산부(240)의 출력 신호가 인가된다. 뺄셈 연산부(240)에는 센서(191)의 출력 신호(TV) 및 논리 연산부(280)의 출력 신호(TN)가 인가된다.
또한, 다양한 적분 상수를 포함하는 값설정부(250)의 출력 신호(dt)가 적분기(200)에 공급된다. 또한, 적분 개시값이 저장된 개시값 설정부(255)의 출력 신호(T0)가 적분기(200)에 공급된다.
적분기(200)는 나눗셈부(215)에 신호를 전달하고, 적분기의 제2 입력부에는 신호(CPF)를 공급하는 값설정부(260)의 출력 신호(CPF)가 존재한다. 나눗셈부의 출력부에는 필터 온도를 나타내는 신호(TF)가 인가된다. 이는 제어 유닛(170) 및 특히 배기 가스 후처리 제어 유닛(172)에 공급된다. 또한, 신호(TF)는 곱셈부(275)에 도달하고, 곱셈부의 다른 입력부에 신호 설정부(270)의 신호(BF)가 인가된다. 덧셈부(280)는 곱셈부(275)의 출력 신호에 의해 작동된다. 또한, 덧셈부(280)에는 곱셈부(294)의 출력 신호가 인가되고, 상기 곱셈부에는 다시 센서(191)의 출력 신호(TV) 및 뺄셈 연산부(292)의 출력 신호가 인가된다. 상수값(1)과 변수(BF) 사이의 차이가 형성된다. 도2에 도시된 구성은 상술된 공식에 따른다.
본 발명에 따라 배기 가스 후처리 시스템 내 배기 가스 후처리 시스템의 온도(TF) 또는 배기 가스의 온도 및 배기 가스 후처리 시스템의 후방 온도(TN)는 배기 가스 후처리 시스템 내 질량 흐름을 나타내는 변수 및 배기 가스 후처리 시스템의 전방 온도를 나타내는 제2 온도를 기초로 하여 계산된다. 질량 흐름은 다시 엔진에 공급되는 공기량 및 연료량을 기초로 하여 결정된다. 또한, 공기량 및 연료량 대신에 이러한 변수를 나타내는 다른 변수가 사용될 수 있다. 또한, 배기 가스 후처리 시스템 내 온도(TF) 및 배기 가스 후처리 시스템의 후방 온도(TN) 대신에 상응하는 방법으로 다른 온도 변수가 결정될 수 있다.
본 발명에 따라 상기와 같이 계산된 온도 변수(TF 및/또는 TN)는 배기 가스 후처리 시스템을 제어하기 위해 사용된다. 이를 통해 예를 들어 센서(192, 193)가 제거될 수 있다.
계산된 변수가 소정의 작동 상태에서만 사용되면 특히 바람직하다. 상응하는 구성은 도3에 도시된다. 단계(300)에서 계산된 변수가 측정 변수 대신에 사용하도록 제공된 작동 상태가 존재하는지 검사된다. 상기 작동 상태는 특히 소정의 작동 변수가 빠르게 변화하는 다이내믹 상태에 존재한다. 예를 들어 운전자 요구, 토크의 분사된 연료량 및/또는 공기량의 변화가 임계값보다 큰 지가 검사될 수 있다. 만일 그렇다면, 즉 이러한 다이내믹 상태가 존재하면 단계(310)에서 계산된 온도에 따라 배기 가스 후처리 시스템의 제어가 실행된다.
질문(300)에 대해 이러한 상태가 존재하지 않는 것으로 되면, 단계(310)에서, 시뮬레이션 된 온도(TN 및/또는 TF) 및 측정된 온도(TN 및/또는 TF)의 차이값이 임계값보다 작은지가 검사된다. 만일 그렇다면, 측정된 온도는 단계(330)에서 엔진 및/또는 배기 가스 후처리 시스템을 제어하기 위해 사용된다. 만일 그렇지 않다면, 즉 측정되고 시뮬레이션 된 온도가 서로 차이가 나면, 단계(340)에서 에러가 인식된다.
또한, 본 발명에 따른 구성에서 제어를 위해 측정된 온도 및 시뮬레이션 된 온도는 항상 에러 인식을 위해서만 사용될 수 있다.

Claims (7)

  1. 온도 변수, 특히 엔진의 배기 가스 후처리 시스템의 상태를 나타내는 온도 변수 결정 방법에 있어서,
    상기 온도 변수는 배기 가스 후처리 시스템 내의 질량 흐름을 나타내는 변수 및/또는 배기 가스 후처리 시스템의 전방 온도를 나타내는 제2 온도 변수를 기초로 하여 사전 설정 가능한 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 배기 가스 후처리 시스템 내 질량 흐름을 나타내는 변수는 엔진에 공급되는 공기량을 나타내는 공기 변수 및/또는 엔진에 공급되는 연료량을 나타내는 연료 변수를 기초로 하여 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 온도 변수는 배기 가스 후처리 시스템 내의 가스 온도 및/또는 배기 가스 후처리 시스템의 후방 가스 온도를 나타내는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 결정된 온도는 특히 다이내믹 상태에서 배기 가스 후처리 시스템을 제어 및 조정하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 결정된 온도는 에러 감시를 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 온도 변수, 특히 엔진의 배기 가스 후처리 시스템의 상태를 나타내는 온도 변수 결정 장치에 있어서,
    배기 가스 후처리 시스템 내 질량 흐름을 나타내는 변수 및/또는 배기 가스 후처리 시스템의 전방 온도를 나타내는 제2 온도 변수를 기초로 하여 온도 변수를 사전 설정하는 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제6항에 있어서, 배기 가스 후처리 시스템은 적어도 하나의 촉매 컨버터 및/또는 입자 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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