KR20030084996A - 배기 가스 후처리 시스템 감시 방법 및 장치 - Google Patents

배기 가스 후처리 시스템 감시 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

배기 가스 후처리 시스템 감시 방법 및 장치가 설명된다. 소정 작동 상태의 존재 시 작동 특성 변수가 기대한 바와 같이 변하지 않으면 에러가 인식된다.

Description

배기 가스 후처리 시스템 감시 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR MONITORING AN EXHAUST GAS TREATMENT SYSTEM}
독일 특허 제199 062 87호에는 배기 가스 후처리 시스템을 제어하기 위한 방법 및 장치가 공지되어 있다. 상기에 설명된 시스템에서 배기 가스 내에 포함된 입자를 여과하는 입자 필터가 장착된다. 상기 입자 필터는 일정한 간격으로 재생되어야 한다. 여기에 배기 가스 온도가 상승하고 이것을 통해 입자 감량이 발생되는 것이 제공된다. 배기 가스 온도 상승을 위해 통상적으로 산화 촉매 컨버터가 장착된다. 재생을 위해 산화 촉매 컨버터 내에서 반응하고 배기 가스 온도를 상승시키는 탄화수소가 배기 가스로 공급되는 것이 제공된다.
이러한 배기 가스 후처리 시스템으로부터 매우 높은 효율성 및 유용성이 요구된다. 산화 촉매 컨버터의 효율성은 투입 시간과 더불어 감소한다. 효율성 저하는 산화층의 질 및 무엇보다 형성된 작동 조건에 따르고, 따라서 예견할 수 없다. 산화 촉매 컨버터 효율성 장애 및/또는 저하 그리고 이와 연결된 배기 가스 방출의 가능한 상승을 인식하기 위해 산화 촉매 컨버터의 검사가 필요하다.
본 발명은 배기 가스 후처리 시스템 감시 방법 및 장치에 관한 것이다.
이하, 본 발명은 도면에 도시되고 실시예를 참조로 설명된다.
도1은 본 발명에 따른 장치의 블록선도이다.
도2는 본 발명에 따른 구성의 흐름도이다.
에러가 인식되는 것을 통해, 소정의 작동 상태 존재 시 작동 특성 변수가 기대한 바와 같이 변하지 않으면 배기 가스 후처리 시스템의 정상 작동 감시가 차량 작동 중에 가능하다.
작동 특성 변수가 기대한 바와 같이 변하는지가 온도 효과적인 후분사에서 검사되는 것이 특히 바람직하다. 상기 작동 특성 변수가 기대한 바와 같이 변하지 않으면 에러가 인식된다. 이는 소정의 작동 상태에서 온도 효과적인 후분사가 인식된다는 것을 의미한다. 온도 효과적인 후분사는 특히 후분사에서 분배된 연료량(NE) 및/또는 후분사(BNE)의 분사 개시가 소정 범위 내에 놓이면 인식된다. 따라서, 후분사가 배기 가스 온도 상승을 촉진하는 것이 보장된다.
소정 시간 내의 소정 작동 상태에서 제1 작동 특성 변수가 기대한 바와 같이 변하고 제2 작동 특성 변수가 상수에 근접하여 지속되면 에러 없는 배기 가스 후처리 시스템이 인식되는 것은 특히 바람직하다.
바람직하게는 소정 시간 내의 후분사에서 온도가 감시하는 배기 가스 후처리 시스템 후방에 기대한 바와 같이 변하고 특히 상승하면 그리고 온도가 감시하는 배기 가스 후처리 시스템 전방에 상수에 근접하여 지속되면 에러 없는 배기 가스 후처리 시스템이 인식된다.
이를 통해 추가 센서 및 다른 하드웨어 요소가 필요치 않다. 배기 가스 후처리 시스템의 효과 감소 또는 완전한 장애는 조기에 인식될 수 있다.
작동 상태가 종료되면 이러한 경우에 확실한 에러 인식 및/또는 완벽한 인식이 더 이상 가능하지 않기 때문에 진단은 중단된다.
작동 상태가 존재하고, 최후 진단 후에 최소 대기 시간이 만료하면 그리고/또는 최후 진단 중단 후에 최소 대기 시간이 만료하고 진단이 실행되면 특히 바람직하다. 따라서, 진단은 소정 작동 상태에서만 실행되는 것이 보장될 수 있다.
특히, 다른 바람직한 실시예는 종속항에 나타나있다.
본 발명에 따른 구성은 이하의 산화 촉매 컨버터의 실시예에서 설명된다. 상기 구성은 산화 촉매 컨버터에서의 적용에만 제한되는 것은 아니다. 상기 구성은 배기 가스 후처리 시스템의 효과에 근거하여 소정 작동 상태와 작동 특성 변수의 소속 변경 사이에 상호 관계가 존재하는 모든 배기 가스 후처리 시스템에 장착될 수 있다.
산화 촉매 컨버터 및 다음의 입자 필터를 포함하는 배기 가스 후처리 시스템에서 상기 구성의 사용은 특히 바람직하다.
이하, 예를 들어 자동 점화식 엔진의 본 발명에 따른 이른바 연료 분배가 커먼-레일-시스템에 의해 제어되는 장치가 설명된다. 본 발명에 따른 구성은 이러한 시스템에만 제한되는 것은 아니다. 상기 구성은 다른 엔진에도 장착될 수 있다.
흡입 라인(102)을 통해 공기를 공급받고 배기 가스 라인(104)을 통해 배기가스를 방출하는 엔진은 도면부호 100으로 나타내어진다. 배기 가스 라인(104) 내에 배기 가스 후처리 수단(110)이 배치되어 있고, 상기 배기 가스 후처리 수단으로부터 정화된 배기 가스가 라인(106)을 통해 주변에 도달한다. 실제로 배기 가스 후처리 수단(110)은 이른바 전방 촉매 컨버터(112) 및 하류에서 필터(114)를 포함한다. 바람직하게는 전방 촉매 컨버터(112) 및 필터(114) 사이에 온도 신호(TN)를 공급하는 온도 센서(124)가 배치된다. 또한, 온도 센서는 온도 신호(TV)를 공급하는 전방 촉매 컨버터(112) 전방에 배치된다.
또한, 바람직한 실시예에서 하나 및/또는 2개의 온도 신호가 다른 작동 특성 변수를 기초로 하여 계산 및/또는 시뮬레이션 되는 것이 제공될 수 있다.
또한, 흡입 라인(102) 내에 공급된 공기량의 양(ML)을 나타내는 신호를 검출하는 센서(126)가 배치될 수 있다. 여기에 바람직하게는 이른바 공기량 측정기가 장착된다.
연료는 연료 분배 유닛(140)을 통해 엔진(100)에 분배된다. 이는 인젝터(141, 142, 143 및 144)를 통해 엔진(100)의 각각의 실린더에 연료를 분배한다. 바람직하게는 연료 분배 유닛은 이른바 커먼-레일-시스템이다. 고압 펌프는 압력 탱크로 연료를 공급한다. 연료는 탱크로부터 인젝터를 통해 엔진에 도달한다.
연료 분배 유닛(140)에는 연료 분배 유닛의 상태를 나타내는 신호를 공급하는 다양한 센서(151)가 배치되어 있다. 여기서 커먼-레일-시스템에서 예를 들어 압력 탱크 내의 압력(P)이 문제이다. 엔진(100)에는 엔진의 상태를 나타내는센서(152)가 배치되어 있다. 여기서 바람직하게는 토크 신호(N)를 공급하는 토크 센서 및 도시되지 않은 다른 센서가 중요하다.
상기 센서의 출력 신호는 제1 부분 제어부(132) 및 제2 부분 제어부(134)로서 도시되는 제어부(130)에 도달한다. 바람직하게는 2개의 부분 제어부는 하나의 구조 유닛을 형성한다. 제1 부분 제어부(132)는 바람직하게는 연료 분배에 영향을 미치는 제어 신호(AD)를 갖는 연료 분배 유닛(140)을 제어한다. 제1 부분 제어부(132)는 엔진 제어부(136)를 포함한다. 이는 제2 부분 제어부(134)에 분사되는 양을 나타내는 신호(ME)를 공급한다.
제2 부분 제어부(134)는 바람직하게는 배기 가스 후처리 시스템을 제어하고 상응하는 센서 신호를 검출한다. 또한, 제2 부분 제어부(134)는 신호, 특히 분사된 연료량(ME)을 통해 제1 부분 제어부(132)와 교환된다. 바람직하게는 2개의 제어부는 서로 센서 신호 및 내부 신호를 이용한다.
엔진 제어부(132)로서도 표시되는 제1 부분 제어부는 엔진(100)의 작동 상태, 연료 분배 유닛(140)의 상태 및 주변 조건을 나타내는 다양한 신호 및 엔진의 소정 출력 및/또는 토크를 나타내는 신호에 따라 연료 분배 유닛(140)을 제어하기 위한 제어 신호(AD)를 제어한다. 이러한 장치는 공지되고 빈번히 장착된다.
특히 디젤 엔진에서 입자 방출이 배기 가스 내에 발생할 수 있다. 여기에 배기 가스 후처리 수단(110)이 배기 가스로부터 입자 방출을 여과하는 것이 제공된다. 이러한 필터 과정을 통해 필터(114) 내에 입자가 축적된다. 필터를 정화하기 위해 상기 입자는 소정의 작동 상태, 부하 상태 및/또는 소정의 시간 경과 후에 또는 연료량 또는 주행 거리에 대한 미터기 상태에서 연소된다. 여기에 통상적으로 필터(114)의 재생을 위해 배기 가스 후처리 수단(110) 내의 온도가 상승하여 입자가 연소하는 것이 제공된다.
온도 상승을 위해 전방 촉매 컨버터(112)가 제공된다. 상기 온도 상승은 예를 들어 연소되지 않은 탄화수소 양이 배기 가스 내에서 상승되는 것을 통해 실행된다. 상기 연소되지 않은 탄화수소는 전방 촉매 컨버터(112) 내에서 반응하고 전방 촉매 컨버터의 온도 및 필터(114)로 도달하는 배기 가스의 온도를 상승시킨다.
본 발명의 요지는 촉매 컨버터의 접촉 작용 코팅에 목표되고 첨가된 탄화수소의 산화가 발열 반응의 결과에 의한 온도 상승에 의하여 인식되는 것이다. 악화된 산화 촉매 컨버터는 감소된 온도 상승에 의해 조기에 인식될 수 있다.
에러 인식을 위해 산화 촉매 컨버터 전방의 온도 센서 및 산화 촉매 컨버터 후방의 온도 센서가 필요하다. 온도 센서가 입자 필터의 목표된 재생 제어를 위해 이미 제공되어 있기 때문에 입자 필터를 갖는 차량에서 하드웨어에 대한 더 높은 비용이 발생되지 않는다.
산화 촉매 컨버터의 진단은 개시된 입자 필터 재생의 경우에서 촉매 컨버터의 전후 온도 관계의 평가를 기초로 한다. 필터 내에 저장된 그을음 입자를 산화시키기 위해 배기 가스 온도를 상승시키는 것이 재생을 위해 필요하다. 통상적으로 배기 가스는 산화 촉매 컨버터에서 소정의 온도 초과시에 발열 반응하는 탄화수소와 정화된다. 이는 예를 들어 다음 후분사 및 축적된 후분사로 도달될 수 있다.
도2에는 흐름도에 의거한 상응하는 구성이 도시되어 있다. 본 발명에 따른구성은 온도 상승을 위해 하나 또는 2개의 후분사가 제공될 수 있는 디젤 엔진에서 입자 필터를 위한 산화 촉매 컨버터의 예로써 설명된다. 본 발명에 따른 구성은 이러한 적용에만 제한되는 것은 아니다. 상기 구성은 제어 신호의 상응하는 조절을 통해 온도 상승이 배기 가스 후처리 시스템 내에서 영향을 미치는 모든 시스템에 장착될 수 있다. 또한, 온도 대신에 배기 가스 후처리 시스템의 기능을 나타내는 다른 신호가 평가될 수 있다. 또한, 상기 구성은 산화 촉매 컨버터에 제한되는 것이 아니고 원칙적으로 배기 가스 후처리 시스템에 장착될 수 있다.
엔진 제어부(136)에 의해 제1 후분사의 분사량을 나타내는 제1 신호(NE1) 및/또는 제1 후분사의 분사 개시를 나타내는 신호(BNE1) 및 분사량 및/또는 제2 후분사의 분사 개시를 나타내는 신호(NE2 및/또는 BNE2)는 사전 설정된다. 신호(NE1)는 비교기(200)에 도달하고 제1 임계값 조절부(201)의 출력 신호(S1)는 상기 비교기의 제2 입력부에 인가된다. 또한, 신호(BNE1)는 제2 비교기(202)에 도달하고 제2 임계값 조절부(203)의 출력 신호(S2)는 상기 비교기의 제2 입력부에 인가된다. 제1 비교기(200) 및 제2 비교기(202)의 출력 신호는 AND-게이트(208)를 통해 OR-게이트(210)에 도달한다.
신호(NE2)는 비교기(204)에 도달하고 제3 임계값 조절부(205)의 출력 신호(S3)는 상기 비교기의 제2 입력부에 인가된다. 또한, 신호(BNE2)는 제2 비교기(206)에 도달하고 제4 임계값 조절부(207)의 출력 신호(S4)는 상기 비교기의 제2 입력부에 인가된다. 비교기(204) 및 비교기(206)의 출력 신호는 AND-게이트(209)를 통해 OR-게이트(210)에 도달한다.
OR-게이트(210)의 출력 신호는 한편으로는 감소 인식부(250), AND-게이트(220) 및 다른 AND-게이트(234)에 도달한다. 무엇보다도 AND-게이트(220)는 개시 신호와 함께 타이머(230)를 작동시킨다. 타이머(230)는 다시 부정 부재(331)를 통해 AND-게이트(220) 및 감소 인식부(232)를 작동시킨다. 상기 감소 인식부(232)는 다시 AND-게이트(234)의 제2 입력부를 작동시킨다. 무결점 인식부(290)는 AND-게이트(234)의 출력 신호와 함께 작동한다.
AND-게이트(220)의 다른 입력부에는 감소 인식부(242)의 출력 신호가 인가되고, 상기 감소 인식부는 제2 타이머(240)에 의해 다시 작동된다. 상기 타이머(240)는 OR-게이트(252)의 신호에 의해 개시되고 상기 OR-게이트는 한편으로는 감소 인식부(250)에 의해 그리고 AND-게이트(234)에 의해 작동된다.
온도 센서(125)의 출력 신호(TV)는 한편으로는 메모리 요소(260) 및 차이 형성기(262)에 도달한다. AND-게이트(220)의 출력 신호가 "참"이면, 메모리 요소(260)는 온도 신호(TV)로 설명된다. 차이 형성기(262)의 출력 신호(DTV)는 비교기(264)에 도달하고 임계값 조절부(265)의 출력 신호(SV)는 상기 비교기의 제2 입력부에 인가된다. AND-게이트(280)는 비교기(264)의 출력 신호와 함께 작동하고 상기 AND-게이트는 다시 무결점 인식부(290)를 작동시킨다.
온도 센서(124)의 출력 신호(TN)는 한편으로는 메모리 요소(270) 및 차이 형성기(272)에 도달한다. AND-게이트(220)가 "참"이면, 메모리 요소(270)는 온도 신호(TN)로 설명된다. 차이 형성기(272)의 출력 신호(DTN)는 비교기(264)에 도달하고 임계값 조절부(275)의 출력 신호(SN)는 상기 비교기의 제2 입력부에 인가된다.AND-게이트는 비교기(274)의 출력 신호와 함께 작동되고 상기 AND-게이트는 무결점 인식부(290)를 작동시킨다.
상기 장치는 다음과 같이 작동한다. 비교기(200)는 제1 후분사(NE1)의 분사량이 제1 임계값보다 큰 지의 여부를 검사한다. 그에 상응하게 제2 비교기(202)는 제1 후분사의 분사 개시(BNE1)가 제2 임계값(S2)보다 작은 지의 여부를 검사한다. 제1 후분사의 분사량(NE1)이 임계값(S1)보다 크고 분사 개시가 제2 임계값(S2)보다 늦으면 AND-게이트(208)의 출력부에 신호가 인가된다. 즉, 온도 효과적인 후분사가 존재하면 신호가 인가된다. 그에 상응하게 제2 후분사의 연료량(NE2) 및 분사 개시(BNE2)가 임계값(S3 및 S4)보다 크거나 늦으면 신호가 제2 AND-게이트(209)에 인가된다. 제1 후분사(NE1) 또는 제2 후분사(NE2)가 인식되면 신호는 OR-게이트(210)의 출력부에 인가된다.
특히, 후분사만을 갖는 시스템에 장착되는 단순화된 실시예에서 요소(204 내지 209)는 제거된다.
온도 효과적인 후분사가 존재하고 AND-게이트(220)를 통해 검사된 다른 조건이 충족되는 경우라면 제1 타이머(230)가 개시되고 온도(TV)의 실제값이 메모리(260)에 저장된다. 그에 상응하게 온도(TN)의 실제값은 메모리(270)에 저장된다.
제2 타이머(240)가 개시되는 지의 여부가 AND-게이트(220)에 의해 제2 조건으로서 검사된다. 검사가 종료되거나 후분사가 더 이상 존재하지 않으면, 즉 종료되면 상기 제2 타이머(240)가 개시된다. 후분사의 종료는 감소 인식(250)을 통해인식된다. 검사가 실행되는 것을 나타내는 신호는 AND-게이트(234)의 출력부에 인가된다. 이러한 2개의 신호는 OR-게이트(252)를 통해 연결된다. 상기 신호의 하나가 존재하면 테스트가 최소 시간 만료 전에 새로이 실행되는 것을 방지하는 타이머(240)가 개시된다. 이것은 타이머(230)가 이미 작동되는 지의 여부가 다른 조건으로서 AND-게이트(220)에 의해 검사됨으로써 실행된다. 만일 그렇다면, 타이머는 새로이 개시되지 않고 테스트는 더 이상 실행되지 않는다.
타이머(230)가 작동되었으면 후분사가 존재하고, 이는 감소 인식(232) 및 AND-게이트(234)를 통해 인식되고, 온도 신호가 제1 타이머(230)의 개시 이후에 변하였는지의 여부가 검사된다. 여기에 차이 형성기(262 및 272)가 실제 온도값 및 타이머의 개시에서 저장된 온도값의 차이를 형성한다. 이는 비교기(264 및 274) 내에서 임계값과 비교된다.
산화 촉매 컨버터 전방의 온도(TV) 변화가 임계값(SV)보다 작고 산화 촉매 컨버터 후방의 온도 변화가 임계값(SN)보다 크면, 에러 없는 산화 촉매 컨버터가 무결점 인식부(290)에 의해 인식된다.
산화 촉매 컨버터의 진단은 2개의 후분사 중에서 적어도 하나를 인식하는 것을 기초로 한다. 산화 촉매 컨버터 전방 또는 후방의 온도는 하나의 후분사를 실행한 후에 직접 저장되고 제1 타이머(230)가 개시된다. 제1 타이머(230)의 종료 후에 저장된 온도와 실제 온도의 차이(DTV 및 DTN)가 형성된다. 상기 차이가 산화 촉매 컨버터 후에 사전 설정 가능한 변수 배열(SN)을 초과하면 산화 촉매 컨버터는 충분히 정상 작동 가능한 것으로서 인식된다. 이는 제1 타이머(230)의 전체 종료중에 후분사가 지속적으로 작동하고 산화 촉매 컨버터 전방에 온도 차이가 한계값(SV)보다 작으면 실행된다.
촉매 컨버터 후방의 온도 상승이 부하 상승 및 배기 가스 온도 상승으로 환원되지 않고 실제로 발열 반응을 통해 발생하는 것이 촉매 컨버터 전방의 온도 상태 검사로 보장된다.
이는 후분사가 실행되고 검사되는 배기 가스 후처리 시스템 전의 온도가 변하지 않는 동안 진단이 실행되는 것을 의미한다. 제1 타이머(230)를 통해 지정되는 소정 시간 내에 후분사 존재 시 감시되는 배기 가스 후처리 시스템 후의 온도가 상승하고 감시되는 배기 가스 후처리 시스템 전방의 온도가 상수에 근접하여 지속되면 에러 없는 배기 가스 후처리 시스템이 인식된다.
촉매 컨버터 특히 촉매 컨버터 코팅이 노후 됨에 따라 탄화수소의 변환비가 감소하고, 온도 기울기가 미달되고 촉매 컨버터가 결함으로서 인식될 때까지 온도 상승이 점점 작아진다.
타이머(230)가 작동하는 중에 후분사 및/또는 후분사들의 비활성화는 진단 작동을 중단한다. 다시 지정된 상태를 보장하기 위해 동시에 제2 타이머에 의해 검사의 시간적 차단이 새로운 진단이 허용될 때까지 실행된다. 또한, 진단의 차단은 종료된 진단 후에 AND-게이트(234)의 출력 신호를 통해 실행된다.
이는 후분사가 제거되고, 마지막 진단 이후에 최소 대기 시간이 종료되지 않고 그리고/또는 진단의 마지막 차단 이후에 최소 대기 시간이 종료되지 않았다면 진단 또는 진단들이 차단되는 것이 실행된다는 것을 의미한다.

Claims (10)

  1. 배기 가스 후처리 시스템 특히 산화 촉매 컨버터 감시 방법이며,
    소정의 작동 상태 존재 시 작동 특성 변수가 기대한 바와 같이 변하지 않으면 에러가 인식되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 소정의 작동 상태 내에서 온도 효과적인 후분사가 인식되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 소정 시간 내에 소정 작동 상태 존재 시 제1 작동 특성 변수가 기대한 바와 같이 변하고 제2 작동 특성 변수가 상수에 근접하여 지속되면 에러 없는 배기 가스 후처리 시스템이 인식되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 작동 상태가 조기에 종료되면 진단이 차단되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 작동 상태가 존재하고, 마지막 진단 이후에 최소 대기 시간이 종료되고 그리고/또는 진단의 마지막 차단 이후에 최소 대기 시간이 종료되면 진단이 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 작동 특성 변수는 배기 가스 후처리 시스템 전방 그리고/또는 후방의 온도를 나타내는 온도 변수인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 소정 시간 내의 온도 효과적인 후분사의 존재 시 온도가 감시되는 배기 가스 후처리 시스템 후방에 기대한 바와 같이 상승하고 온도가 감시되는 배기 가스 후처리 시스템 전방에 상수에 근접하여 지속되면 에러 없는 배기 가스 후처리 시스템이 인식되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 후분사의 존재 시 온도가 기대한 바와 같이 상승하지 않으면 에러가 인식되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 후분사 시 후분사의 분배된 연료량 및/또는 분사 시점이 소정 범위 내에 놓이면 감시가 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 배기 가스 후처리 시스템 특히 산화 촉매 컨버터 감시 장치이며,
    소정 작동 상태의 존재 시 작동 특성 변수가 기대한 바와 같이 변하지 않으면 에러를 인식하는 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
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