KR20140020980A - 내연기관의 배기 가스 시스템에 연결된 배기물 방출 제어 유닛 내로 열 에너지를 공급하기 위한 방법 - Google Patents

내연기관의 배기 가스 시스템에 연결된 배기물 방출 제어 유닛 내로 열 에너지를 공급하기 위한 방법 Download PDF

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베티나 바이어
베른트 마우레르
클라우스 슈레베
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에이치제이에스 에미션 테크놀러지 게엠베하 운트 코. 카게
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Abstract

본 발명은 배기물 방출 제어 유닛(2)으로 유동하는 배기 가스를 가열함으로써 내연기관의 배기 가스 시스템으로 연결된 배기물 방출 제어 유닛(2) 내로 열 에너지를 공급하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 배기 가스는 설정(SET) 온도로 가열된다. 상기 방법에서, 내연기관으로부터 배출된 배기 가스가 상기 배기 가스의 유동 방향으로 직렬-연결된 두 개의 산화 촉매 변환기(7, 10)들에서 계량된 탄화수소(HC)들을 배기 가스 유동으로 변환함으로써 설정(SET) 온도로 가열된다.

Description

내연기관의 배기 가스 시스템에 연결된 배기물 방출 제어 유닛 내로 열 에너지를 공급하기 위한 방법 {METHOD FOR FEEDING THERMAL ENERGY INTO AN EXHAUST EMISSION CONTROL UNIT CONNECTED IN THE EXHAUST GAS SYSTEM OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 배기물 방출 제어 유닛으로 유동하는 배기 가스를 설정(SET) 온도로 가열함으로써, 내연기관, 특히 디젤 엔진의 배기 가스 시스템에 연결된 배기물 방출 제어 유닛 내로 열 에너지를 공급하기 위한 방법에 관한 것으로, 이 방법에서 상기 내연기관으로부터 배출된 배기 가스는 상기 배기 가스의 유동 방향으로 직렬-연결된 두 개의 산화 촉매 변환기들에서 계량된 탄화수소(HC)들을 배기 가스 유동으로 변환함으로써 설정(SET) 온도로 가열되며, 상기 두 개의 산화 촉매 변환기들 중에서 상기 배기 가스의 유동 방향으로 내연기관에 더 근접한 상기 제 1 산화 촉매 변환기는 보조 시스템 내에 배열되고 배기 가스 시스템 내에서 제 1 산화 촉매 변환기의 하류에 연결된 제 2 산화 촉매 시스템은 병합된(merging) 주 및 보조 시스템들 다음에 배열된다.
내연기관들, 특히 오늘날 디젤 엔진들은 유해하거나 바람직하지 않은 방출물들을 감소시키기 위하여 배기 가스 시스템에 연결되는 제어 유닛들을 포함한다. 이 같은 제어 유닛은 예를 들면 산화 촉매 변환기, 입자 필터, 및/또는 SCR 스테이지일 수 있다. 입자 필터는 내연기관에 의해 배출된 매연 입자들을 수집하기 위해 사용된다. 배기 가스 내에 연행되는(entrained) 매연은 입자 필터의 상류측 표면상에 축적된다. 연속 매연 축적 과정 동안 배기 가스 역압에서의 과잉 증가를 방지하도록 및/또는 필터를 폐색하는 위험을 방지하도록, 입자 필터의 매연 부하가 충분한 수준에 도달할 때 재생 공정이 촉발(trigger)된다. 이 같은 재생 공정에서, 필터 상에 축적되는 매연은 태워져 제거된다(산화된다). 이 같은 매연 산화의 완료 후, 입자 필터가 재생된다. 단지 비연소성 재(ash) 잔여물만이 남는다. 발생되는 매연 산화를 위해, 매연은 소정의 온도에 있어야 한다. 대체로, 이 온도는 대략 600 ℃이다. 예를 들면 산화 온도가 첨가물에 의해 또는 NO2를 제공함으로써 감소되는 경우, 이 같은 매연 산화가 시작하는 온도가 낮아질 수 있다. 매연이 이의 산화 온도 아래의 온도에 있는 경우, 이때 열 에너지는 이러한 방식으로 재생을 능동적으로 촉발할 수 있도록 재생 공정을 촉발하기 위해 공급되어야 한다. 능동 재생은 배기 가스가 보다 고온으로 배출되도록 연소 공정을 변화시킴으로써 엔진-내부 조치(measure)들을 이용하여 시작될 수 있다. 다양한 적용 분야들에서, 특히 논-로드(non-road) 분야에서, 그러나, 포스트(post)-엔진 조치들이 능동 재생을 생산하기 위해 바람직하다. 많은 경우들에서, 배기물 방출 제어의 맥락에서 엔진을 기반으로 한 조치들 상에 영향을 미치는 것이 가능하지 않다.
DE 20 2009 005 251 U1호로부터, 배기물 방출 제어 유닛이 공지되며, 여기에서 입자 필터의 재생을 능동적으로 생산하기 위해, 배기 가스 시스템은 주 배기 가스 시스템 및 보조 배기 가스 시스템으로 나누어진다. 촉매 버너는 보조 시스템에 연결되며, 촉매 버너에 의해 보조 시스템을 통하여 유동하는 부분 배기 가스 유동이 가열되고 후속적으로 주 시스템을 통하여 유동하는 부분 배기 가스 유동과 합쳐져서, 이러한 방식으로 혼합된 배기 가스 질량 유동이 확실히 더 높은 온도에 있게 된다. 배기 가스 유동의 온도에서의 증가는 재생 공정을 촉발하도록 충분한 온도로 입자 필터의 상류측 상에 축적된 매연을 가열하기 위해 사용된다. 보조 시스템 내에 배열된 상류 탄화수소 분사를 가지는 산화 촉매 변환기는 촉매 버너로서 사용된다. 보조 시스템, 배기 가스 플랩을 통하여 유동하는 배기 가스 질량 유동을 제어하기 위해, 배기 가스 플랩에 의해 주 시스템 내에서 자유 유동을 허용하는 횡단면적이 설정될 수 있다. 보조 시스템에 연결된 산화 촉매 변환기를 이의 라이트-오프(light-off) 온도 - 즉 소망하는 발열성 HC 변환이 촉매 표면상에 발생하기 시작하는 온도 -로 가열하기 위해, 전열 가열 요소는 상기 변환기의 상류에 연결된다. 이러한 산화 촉매 변환기가 그의 라이트-오프 온도로 가열되어야 할 때 전열 가열 요소가 작동된다. 상기 공보는 또한 이러한 방식으로 유동 방향으로 입자 필터의 바로 상류에 제 2 산화 촉매 변환기에 탄화수소들을 공급하도록 보조 시스템에 연결된 촉매 버너가 과 분무(overspray)될 수 있어, 이러한 탄화수소들이 이러한 제 2 산화 촉매 변환기의 촉매 표면상에서 동일한 발열 반응으로 반응할 수 있다는 것을 설명한다. 이러한 방식으로, 배기 가스의 두-단계 가열은 이러한 이전에 알려진 방출 제어 설비에서 수행될 수 있다. 제 2 산화 촉매 변환기로부터 유동하는 배기 가스는 이어서 매연이 산화되도록 입자 필터의 상류측 상에 축적된 매연을 충분히 가열하기 위하여 요구된 온도에 있다.
유사하게, 산화 촉매 변환기 또는 SCR 스테이지가 더 신속하게 이들의 작동 온도로 되도록 예를 들면 산화 촉매 변환기의 또는 SCR 스테이지의 다른 배기물 방출 제어 유닛들의 온도를 증가시키는 것이 바람직할 수 있다.
이러한 논의된 종래 기술을 기초로 하여, 본 발명의 목적은 특히 단시간에서 그리고 예를 들면 배기 가스 질량 유동들을 변화시키는 것과 같이 배기 가스 시스템 내의 환경들을 변화시킴으로써 적어도 주로 영향을 받지 않는 내연기관의, 예를 들면 차량의 디젤 엔진의 동적 작동 동안 재생 공정이 입자 필터를 재생하기 위해 목표된 방식으로 촉발할 수 있는 방법을 제안하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 1의 전제부의 특징들을 가지는 방법에 의해 본 발명에 따라 성취되며, 여기에서
- 배기물 방출 제어 유닛으로 유동하는 배기 가스의 실제(ACTUAL) 온도의 그리고 설정(SET) 온도의, 내연기관으로부터 배출된 총 배기 가스 유동의 질량에 따라, 그리고 성취될 온도 상승 및 배기 가스 유동을 고려하는 파일럿 제어 다이어그램(pilot control diagram)으로부터 취한 현 상태들에 대응하고 현 상태에 근접하게 되는 파일럿 제어 변수의 의해, 제 1 산화 촉매 변환기의 상류의 보조 시스템(4)에 탄화수소들 및/또는 보조 시스템을 통하여 유동하는 배기 가스 질량 유동을 공급하기 위한 HC 계량(metering)이 설정되며,
- 배기물 방출 제어 유닛으로 유동하는 배기 가스의 실제(ACTUAL) 온도가 반복적으로 결정되며, 그리고
실제(ACTUAL) 온도와 설정(SET) 온도 사이의 차이가 현저한 경우, HC 계량 및/또는 보조 시스템을 통하여 유동하는 배기 가스 질량 유동의 설정이 설정(SET) 온도에 도달하도록 수정되고, 온도 모니터링 단계들이 설정(SET) 온도에 도달할 때까지 필요한 만큼 자주 반복된다.
이러한 방법에서, 상기 시스템을 통하여 유동하는 배기 가스 질량에 대해, 그리고 배기물 방출 제어 유닛, 즉 예를 들면 입자 필터의 상류의 배기 가스 온도에 관하여, 배기 가스 시스템 내의 현 상태들이 고려된다. 여기서, 배기물 방출 제어 유닛이 대략 배기물 방출 제어 유닛으로 유동하는 배기 가스 유동의 온도에 있는 것이 추정된다. 제 1 단계에서, 내연기관이 배출하는 배기 가스 질량 유동이 결정된다. 또한, 상기-언급된 실제(ACTUAL) 온도가 결정된다. 이 데이터는 설정(SET) 온도-즉 배기물 방출 제어 유닛으로 유동하는 배기 가스가 되어야 할 온도-를 고려하여, 열 에너지의 공급을 제어하기 위해 요구된다. 입자 필터의 경우, 설정(SET) 온도는 필터의 재생 공정을 촉발시키기 위해 존재 되어야 하는 온도가 될 것이다. 설정(SET) 온도로 상기 유닛의 상류 측 상에서 가능한 단시간 내에 배기물 방출 제어 유닛으로 배기 가스가 유동하도록, 제 1 설정이 매개변수-제 1 산화 촉매 변환기에서 HC 계량뿐만 아니라 보조 시스템에서 상기 변환기 위로 안내되는 배기 가스 질량 유동-로부터 수행되며, 상기 매개 변수는 이러한 취지(effect)로 저장되었던 파일럿 제어 다이어그램으로부터 얻은 파일럿 제어 변수를 이용하여, 배기 가스 유동을 가열하기 위한 가열 공정에 영향을 미친다. 저장된 파일럿 제어 변수들의 다이어그램으로부터, 전류 값들에 대응하는 변수(성취되는 총 배기 가스 질량 유동 및 온도 상승)가 선택되거나, 이 같은 파일럿 제어 변수가 저장되어 있지 않은 경우, 파일럿 제어 변수에 근접하게 되는 변수가 선택된다. 상기 제어 다이어그램 내에 존재하는 파일럿 제어 변수가 없다면, 이들 파일럿 제어 변수들 주위에 있는(surrounding) 이용가능한 파일럿 제어 변수들 사이에서 보간법이 수행된다. 요구된 파일럿 제어 변수가 제어 다이어그램의 외부에 있다면, 보외법을 사용하는 것(extrapolate)이 가능하거나 상기 제어 다이어그램 내에 저장된 최신의 제어 매개변수가 사용될 수 있다. 보간법에 의해 또는 보외법에 의해 얻어진 제어 매개변수의 경우, 보외법은 촉매 버너의 작동을 위한 작동 매개변수들을 설정하기 위해 이용된다. 이 같은 파일럿 제어 다이어그램의 이용은 온도 상승을 결정하는 매개변수들의 목표 설정을 허용하며, 이의 결과로서, 설정(SET) 값에 도달하기 위해 걸리는 시간이 감소될 뿐만 아니라 이러한 공정은 자원 절약 방식으로 수행될 수 있다. 마지막으로, 이 같은 조치의 이용은 과도한 가열을 방지하고 이에 따라 과도한 연료 소모(HC 소모)를 방지한다.
실제(ACTUAL) 온도는 제 2 산화 촉매 변환기에 대해 아웃렛 측에서 반복적으로 결정된다. 배기 가스 유동이 배기물 방출 제어 유닛으로 유동할 때 이러한 온도는 배기 가스 유동의 온도이다. 이러한 방식으로, 발생된 온도 상승이 제어될 수 있다. 이러한 관찰의 맥락에서 실제(ACTUAL) 온도와 설정(SET) 온도 사이에서 차이가 검출된다면, 탄화수소들의 계량 및/또는 보조 시스템을 통하여 유동하는 배기 가스 질량 유동이 이에 따라 변화된다. 소망하는 온도 상승이 아직 파일럿 제어 설정에 의해 발생하지 않고 결론적으로 소망하는 설정(SET) 온도에 아직 도달되지 않은 경우, 예를 들면, HC 계량을 증가시키는 것이 가능하여 더 많은 가열을 성취한다. 다른 한편, 실제(ACTUAL) 온도가 설정(SET) 온도보다 확실히 더 높은 경우, HC 계량은 감소될 수 있다.
사전설정 다음(downstream)의 실제(ACTUAL) 온도의 반복된 결정에 의해, 파일럿 제어 다이어그램 내에 저장된 파일럿 제어 변수들을 제어하는 것 이상으로 제어하는 것이 가능하다. 실제로, 이러한 조치들, 변화들, 특히 배기 가스 시스템을 통하여 유동하는 배기 가스 질량 유동과 관련된 변화들에 의해, 파일럿 제어 변수들의 결정을 위한 기본으로서 사용된 상태들이 예를 들면 내연기관의 동적 작동에 의해 즉시 고려된다. 작동 상태에서의 변화의 결과로서, 배기 가스 질량 유동이 증가하고 이러한 경우 냉각 효과를 가지는 경우, 이는 특히 저온 상태에서 내연기관의 동적 작동에 적용된다. 이 같은 경우, HC 계량은 이에 따라 증가될 것이다.
실제(ACTUAL) 온도의 관측 또는 결정, 그리고 본 실시예의 맥락에서 모니터링된 온도로서 지칭되는, 설정(SET) 온도와 상기 온도의 비교 단계들은 설정(SET) 온도에 도달할 때까지, 종종 요구된 만큼 반복되거나 연속적으로 수행된다. 그러나, 설정(SET) 온도가 계속적으로 유지되는 것을 체크하는 특정 시간 간격에 걸쳐 모니터링이 발생되는 설계를 이용하는 것이 바람직하다. 배기물 방출 제어 유닛으로서 입자 필터에서, 온도 모니터링은 통상적으로 재생 공정의 전체 지속 동안 수행되어, 재생 공정이 의도된 대로 발생하는 것을 보장한다.
이러한 방법에서, 이단(two-step) 가열이 유용한데, 이는 산화 촉매 변환기들의 가변 설계를 허용하기 때문이다. 따라서, 보조 시스템 내에 배열된 산화 촉매 변환기는 주 시스템 내에 위치된 것보다 상당히 더 작은 크기를 가질 수 있다. 따라서, 보조 시스템 내에 배열된 촉매 버너는 주 시스템 내에 배열된, 더 큰 버너를 통상적으로 가열하기 위해 사용되어, 더 큰 버너는 라이트-오프 온도로 가열된다. 바람직한 실시예에서 제공된 바와 같이, 보조 시스템 내에 배열된 산화 촉매 변환기가 이 산화 촉매 변환기의 하류에 연결된 제 2 산화 촉매 변환기보다 더 높은 귀금속 부하(noble metal load)를 가지는 것이 또한 바람직하다. 이는 비용 장점들을 수반한다.
파일럿 제어 설정에 의해 성취된 온도 상승 다음의 제어는 통상적으로 설정들이 이러한 새로운 설정 매개변수들을 새로운 파일럿 제어 변수들로서 또는 파일럿 제어 다이어그램 내에 원래 존재하는 파일럿 제어 변수들을 대체하는 파일럿 제어 변수들로서 저장하도록 이러한 공정의 과정 동안 재설정되는 경우에 대해 사용된다. 이 같은 절차는 결론적으로 자체-학습되며, 그 결과 시스템-유발 변화들, 예를 들면 산화 촉매 변환기들의 노화 등에 의해 유발된 변화들이 자동적으로 보상된다. 동시에, 이는 처음에는 내연기관의 작동의 지속에 걸쳐 단지 소수의 파일럿 제어 변수들을 가지는 파일럿 제어 다이어그램에 상당히 더 많은 개수의 파일럿 제어 변수들을 적용하는 가능성, 또는 대안적으로 제어 다이어그램 내에 포함된 파일럿 제어 변수들을 교정하는 가능성을 제공한다.
모터 관리와의 인터페이스가 존재하거나 발생될 수 있는 경우, 내연기관에 의해 배출되는 총 배기 가스 질량 유동은 "부하" 및 "rpm" 함수들을 경유하여 결정될 수 있거나 제공될 수 있다. 부하는 예를 들면 흡입된 공기 양으로부터 결정될 수 있다. 대안적으로 또는 이에 부가하여, 이 유동이 규정된 에너지 양으로 가열되고, 후속적으로 이러한 에너지 양으로 성취된 온도 상승이 결정되어 총 배기 가스 질량 유동이 또한 결정될 수 있다. 배기 가스 질량 유동 내로 도입된 에너지 양은 이에 의해 성취될 수 있는 온도 상승에 비례한다. 결론적으로, 공급된 에너지 양 및 이에 의해 달성된 온도 상승이 알려진 경우, 배기 가스 질량 유동은 간단한 방식으로 계산될 수 있다. 이 같은 계산에서, 예를 들면, 특정 유동 섹션에 대한 냉각 등과 같은 교정 매개변수들은 온도 상승의 결정으로 고려된다. 이 같은 설계는 모터 관리와의 인터페이스가 존재하지 않거나 발생될 수 없는 이용의 경우에서 또는 새로 제공된 해결책(retrofitting solution)들에 대해 특히 적절하다.
이미 보조 시스템 내에 배열된 산화 촉매 변환기가 아직 라이트-오프 온도에 도달하지 않았을 때 상기 방법을 수행할 수 있도록, 일 실시예에 따라, 산화 촉매 변환기의 하류에 열전 가열 요소를 배열하기 위해 제공된다. 이러한 가열 요소는 보조 시스템을 통하여 유동하는 배기 가스 유동을 예열하기 위해 사용되며, 이 유동에 의해 가열 요소의 하류의 산화 촉매 변환기가 이어서 가열된다. 산화 촉매 변환기를 예열하기 위해, 가열은 일정한 전열 열 출력에서 가변 배기 가스 질량 유동으로 수행될 수 있거나 또한 가변 열 출력에서 일정한 배기 가스 질량 유동을 이용할 수 있다.
규정된 에너지 양이 부가될 때 온도 상승의 평가에 의한 위에서 설명된 총 질량 유동 결정은 산화 촉매 변환기 및 탄화수소의 대응하는 계량의 이용 및 또한 이 같은 전기 가열 요소의 이용 모두가 수행될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 이를 위해, 산화 촉매 변환기가 이미 이의 라이트-오프 온도이든지 또는 아니든지 또는 라이트-오프 온도를 초과하든지 또는 아니든지 관계없이, 총 질량 유동 결정이 수행될 수 있기 때문에, 열전 가열 요소를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 이 같은 가열 요소에서 부가된 에너지 양은 더 정밀하게 결정될 수 있는데, 이는 보조 시스템 내에 배열된 촉매 버너들이 이를 위해 사용되는 경우보다 더 적은 인자들이 배기 가스 유동의 가열에 영향을 받는 사실 때문이다.
적절한 제어 장치를 경유하여, 보조 시스템을 통하여 안내되는 배기 가스 질량 유동이 설정된다. 여기서, 예를 들면, 주 시스템 내에 배열된 배기 가스 플랩을 사용할 수 있는 것이 가능하다. 배기 가스 플랩 대신 설정가능한 트로틀들, 밸브들, 등을 또한 사용하는 것이 이해되어야 한다. 이 같은 장치는 또한 보조 시스템 또는 두 개의 시스템들 내에 배열될 수 있다.
배기 가스 유동이 자동 입자 필터 재생을 위해 요구되는 온도, 결론적으로 특히 저온 배기 가스 온도들, 예를 들면 엔진의 시동 후, 공회전 동안, 또는 저-부하 상태에서 배기 가스의 온도들에 아직 도달하지 않은 경우, 이러한 방법이 통상적으로 사용된다.
상기 방법의 바람직한 일 실시예에 따라, 보조 시스템에 배열된 산화 촉매 변환기는 주 시스템에 배열된 제 2 산화 촉매 변환기보다 낮은 라이트-오프 온도를 가진다. 이는 특히 예를 들면 이의 크기를 고려하여 특별히 높은 촉매 부하를 가지도록 배기물 방출 제어 유닛의 상류에 위치된, 제 2 산화 촉매 변환기에 대한 요구 없이, 상기 방법이 이미 낮은 온도들에서 사용될 수 있는 장점을 가진다. 자연적으로, 위에서 설명된 제 2 산화 촉매 변환기는 이미 배기물 방출 제어 유닛이 설정(SET) 온도로 될 수 있다. 이는 상당한 비용 장점들과 관련된다. 산화 촉매 변환기의 낮은 라이트-오프 온도를 얻기 위해, 산화 촉매 변환기는 대응적으로 높은 귀금속 부하를 가져야 한다. 상기 방법의 이러한 실시예에서, 이 상태는 보조 시스템에 배열되는 산화 촉매 변환기만을 적용하며, 이는 이어서 이의 구조 크기의 면에서 비교적 작다. 이의 구조 크기의 면에서 비교적 작은 제 1 산화 촉매 변환기의 설계는 단지 더 작은 질량이 가열될 것이 요구되기 때문에, 부가적으로 상기 변환기가 이의 라이트-오프 온도로 더 신속하게 될 수 있는 것을 초래한다.
제 2 산화 촉매 변환기에 공급하기 위한 HC 계량은 바람직하게는 HC 계량에 의해 발생되며, 이 HC 계량에 의해 탄화수소들은 제 1 산화 촉매 변환기에 공급된다. 여기서, 이용된 환경은 특정 HC 양만이 제 1 산화 촉매 변환기에서 변환될 수 있는 것이다. 이는 과잉 계량 - 소위 과 분무 - 의 경우, 변환되지 않는 탄화수소들이 제 1 산화 촉매 변환기로부터 나와서 제 2 산화 촉매 변환기에 연료로서 공급될 수 있는 것을 의미한다. 통상적으로, 단지 제 2 산화 촉매 변환기가 이의 라이트-오프 온도에 도달한 경우에만 이 같은 과 분무가 발생하는 것이 제공된다. 이는 예를 들면 약간 이격되어(at a short separation) 제 2 산화 촉매 변환기의 상류에 연결된 온도 센서에 의해 관측될 수 있다. 동시에 촉매 표면상의 원하는 반응을 촉발하도록, 가스 상태의 탄화수소들이 이러한 제 2 변환기에 공급되는 방식으로 제 2 산화 촉매 변환기에 탄화수소들을 공급하기 위해 HC 계량 및 배기 가스 질량 유도 조절이 수행되는 것이 바람직하다. 또한, 이는 제 2 산화 촉매 변환기에 이의 반응 표면상에 공급된 탄화수소들의 균일한 분배를 촉진한다.
제 1 산화 촉매 변환기 상류의 가열 요소는 유용하게는 또한 보조 시스템에서 계량된 탄화수소들이 상기 가열 요소 상에서 증발하는 것을 허용하기 위해 사용되어, 이러한 방식으로 제 1 산화 촉매 변환기에는 또한 가스 상태의 탄화수소들이 공급된다. 결과적으로, 반응 속도가 가속될 뿐만 아니라 이는 산화 촉매 변환기의 표면 위로 탄화수소들의 균등한 분배를 촉진하기 위해 사용된다. 또한, 공급된 탄화수소들의 이 같은 펼쳐진 분포(open distribution)의 경우, 산화 촉매 변환기와 탄화수소들의 접촉 전에, 열 손실들이 방지되는데, 그렇지 않으면, 액체 방울들이 촉매 표면과 충돌할 때를 견뎌야 한다. 따라서, 산화 촉매 변환기의 효율의 정도는 이에 의해 상당히 개선되지 않는다. HC 계량이 이 같은 실시예에서 가열 요소의 전방에서 발생하는 것이 유용하다. 제 1 산화 촉매 변환기가 충분히 가열된 경우, 가열 요소는 스위치 오프될 수 있으며, 이는 이때 자연 증발이 임의의 경우 산화 촉매 변환기 상에서 발생하기 때문이다. 이 같은 설계에서, 가열 요소의 출력이 특히 보조 시스템을 통하여 유동하는 배기 가스 질량 유동과 관계없는 것을 포함하여 가변적인 방식으로 가열 요소를 가동시키는 것이 유용하다. 상기 엔진의 하류에 탄화수소들의 분사는 엔진-내부 조치들을 이용하여 탄화수소들을 공급하는 것에 비해 더 높은 정도의 효율을 가질 뿐만 아니라 탄화수소들에 의한 오일 희석을 방지한다.
위에서 설명된 방법을 실시하기 위해, 제 1 산화 촉매 변환기의 작동의 시작 전에, 상기 유동을 가열하기 위해 보조 시스템을 통하여 내연기관에 의해 배출된 배기 가스 유동을 적어도 부분적으로 안내하는 것이 유용하다. 보조 시스템 내에 포함된 산화 촉매 변환기의 작동 페이스(operating phase)의 종료 후, 세척을 위해, 보조 시스템을 통하여 내연기관에 의해 배출된 배기 가스를 안내하는 것이 또한 유용하다. 이러한 목적은 한편으로 상기 산화 촉매 변환기를 통하여 유동하는 이의 온도에 비해 비교적 차가운 배기 가스에 의해 산화 촉매 변환기를 냉각하는 것이며, 이에 따라 상기 산화 촉매 변환기는 과열되지 않는다. 또한, 일부 환경들 하에서, 보조 시스템 내에 여전히 포함된 임의의 탄화수소들은 보조 시스템으로부터 제거된다. 위에서 설명된 보조 세척은 바람직하게는 제 1 산화 촉매 변환기의 촉매 작동 바로 다음에 수행된다. 산화 촉매 변환기는 이어서 여전히 충분히 데워져서 보조 시스템 내에 들어있는 탄화수소들은 상기 변환기 상에서 반응하고 이에 따라 탄화수소들로서 나오지 않는다. 이러한 방식으로 가능한 탄화수소 슬립(slip)이 이에 따라 방지된다.
본 발명의 부가 장점들 및 실시예들은 첨부된 도면들을 참조하여 실시예의 아래의 설명으로부터 초래된다.
도 1은 배기물 방출 제어 유닛의 개략도를 보여주며,
도 2는 NRTC 테스트를 실행할 때 배기물 방출 제어 유닛 내의 상이한 장소들에서 온도 거동을 나타내는 도면을 보여주며,
도 3은 WHTC 테스트를 실행할 때 배기물 방출 제어 유닛 내의 상이한 장소들에서 온도 거동을 나타내는 도면을 보여주며,
도 4는 도 2 및 도 3에 제시된, 테스트들의 결과들을 요약하는 개략도를 보여준다.
배기물 방출 제어 유닛(1)은 차량의 디젤 엔진의 하류에 연결된다. 디젤 엔진 자체는 도 1에 나타나지 않는다.
배기물 방출 제어 유닛으로서, 가스 방출 제어 설비(1)는 다른 부품들 중에서 입자 필터(2)를 포함한다. 입자 필터(2)의 상류에, 배기물 방출 제어 설비(1)의 배기 가스 시스템은 주 시스템(3) 및 보조 시스템(4)으로 분할된다. 주 시스템(3)은 적절한 배기 가스 시스템의 부품이고, 반면 보조 시스템(4)은 우회부로서 설계된다. 제시된 실시예에서, 자유 유동을 허용하는 횡단면적은 주 시스템(3)에서 그리고 보조 시스템(4)에서 동일하다. 보조 시스템(4) 내의 자유 유동을 허용하는 횡단면적이 주 시스템(3) 내에서보다 더 작거나 다른 한편으로 더 큰 설계들을 이용하는 것이 마찬가지로 가능하다. 배기 가스 시스템은 도면 번호 "5"로 표시된 위치에서 주 시스템(3) 및 보조 시스템(4)으로 나누어진다. 위치(6)에서, 보조 시스템(4)은 다시 주 시스템(3) 내로 배출한다. 입자 필터(2)는 위치(6)의 하류에 배열된다. 산화 촉매 변환기(7)는 상기 입자 필터의 상류 가까이에 연결된다.
보조 시스템(4)을 통하여 유동하는 배기 가스 질량 유동의 조절을 위해, 주 시스템(3)에 연결된 배기 플랩(8)은 제시되는 실시예에서 사용된다. 촉매 버너(9)는 보조 시스템(4)에 연결된다. 촉매 버너(9)는 산화 촉매 변환기(10) 및 보조 시스템(4) 내로의 탄화수소들을 계량하기 위해, 배기 가스의 유동 방향으로 상기 변환기의 상류에 연결되는 HC 포트(11)를 포함한다. 제시된 실시예에서, 전기 가열 요소(12)는 상기 변환기의 하우징 내의 산화 촉매 변환기(10)의 상류에 연결된다. 간단하게, 가열 요소(12)의 전기 연결이 제시되지 않으며 유사하게 엔진의 디젤 연료 공급원으로의 HC 포트(11)의 연결이 도시되지 않는다.
제시된 실시예의 배기물 방출 제어 설비(1)는 4개의 온도 센서(13, 13.1, 13.2, 13.3)들을 가진다. 온도 센서(13)는 분기점(5) 앞에 배열된다. 온도 센서(13.1)는 산화 촉매 변환기(10)의 아웃렛 온도를 결정하기 위해 사용된다. 온도 센서(13.2)는 산화 촉매 변환기(7)에 대해 인렛 측 상에 배열되며, 온도 센서(13.3)는 상기 변환기에 대해 아웃렛 측 상에 배열된다. 부분적으로, 온도 센서들은 또한 온도 모델들, 예를 들면 온도 센서(13 및/또는 13.2)들의 이용에 의해 대체될 수 있다.
디젤 엔진에 의해 배출된 배기 가스의 유동 방향으로, 배기 가스 플랩(8)을 가동시킴으로써, 보조 시스템(4)을 통하여 유동하는 배기 가스 질량 유동을 조절하는 것이 가능하며, 배기 가스 질량 유동은 디젤 엔진에 가장 근접한 제 1 산화 촉매 변환기(10) 위로 안내된다. 촉매 버너(9)의 작동 동안 가열되는 배기 가스는 산화 촉매 변환기(7) 앞에서 두 개의 시스템(3, 4)들의 병합 후 주 시스템(3)을 통하여 유동하는 배기 가스와 혼합되어, 산화 촉매 변환기(7)로 유동하는 배기 가스 유동이 부분 배기 가스 유동들의 각각의 부분들에 대응하는 혼합 온도를 가진다. 촉매 버너(10)는 산화 촉매 변환기가 이의 라이트-오프 온도 또는 더 높은 온도가 되도록 산화 촉매 변환기(7)를 가열하기 위해 이용된다.
디젤 엔진의 하류의 보조 시스템(4)에 배열된 산화 촉매 변환기(10)는 제 2 산화 촉매 변환기(7)에 비해 상당히 작은 설비 크기를 가진다. 또한, 두 개의 산화 촉매 변환기(7, 10)들의 촉매 부하가 상이하다. 산화 촉매 변환기(10)는 예를 들면 산화 촉매 변환기(7)로서 백금을 이용할 때, 더 높은 귀금속 부하를 가진다. 따라서, 산화 촉매 변환기(10)의 라이트-오프 온도는 이 산화 촉매 변환기의 하류에 연결된 제 2 산화 촉매 변환기(7)의 라이트-오프 온도보다 낮다. 도시된 실시예의 경우, 산화 촉매 변환기(10)의 부하는 상기 촉매가 대략 200℃의 라이트-오프 온도를 가지도록 설정된다. 산화 촉매 변환기(7)의 부하는 낮다. 제시된 실시예에서, 이의 라이트-오프 온도는 대략 250℃이다. 소망하는 경우, 이러한 온도는 또한 더 높을 수 있다.
산화 촉매 변환기(7)가 탄화수소들을 수용하고 산화 촉매 변환기는 HC 포트(11)를 경유하여 배기 가스 유동을 가열하기 위해 그리고 특히 산화 촉매 변환기(10)에 의해 변환될 수 있는 양보다 더 많은 HC 양을 계량함으로써 요구된다. 산화 촉매 변환기(10) 상에서 변환되지 않는 탄화수소들은 이어서 소망하는 발열 효과에 의해 산화 촉매 변환기(7) 상에서 변환된다.
배기물 방출 제어 설비(1)의 센서들 및 액추에이터들은 더 상세하게 제시되지 않는 제어 유닛에 연결된다. 이 제어 유닛에 의해, 센서들, 여기서 특히 온도 센서(13, 13.1, 13.2, 13.3)들이 판독될 수 있고, 액추에이터들, 여기서 HC 포트(11), 가열 요소(12), 및 배기 가스 플랩(8)이 또한 가동된다. 제어 유닛은 파일럿 제어부로 접근할 수 있으며, 파일럿 제어부에서 배기물 방출 제어 설비(1)의 위에서 설명된 액추에이터들의 설정들이 그 안에 함유된 산소 성분의 그리고 입자 필터(2)의 재생이 발생되는 설정(SET) 온도에 대한 이의 온도의 디젤 엔진에 의해 배출된 배기 가스 질량 유동에 따라 저장된다.
배기물 방출 제어 설비(1)의 위에서 설명된 실시의 결과로서, 2단 촉매 버너는 입자 필터(2)를 재생 온도로 가열하기 위해 형성되며, 이에 의해 심지어 차가운 배기 가스가 디젤 엔진의 동적 작동 동안을 포함하는 단시간에 재생 공정을 촉발하기 위해 소망하는 온도로 가열될 수 있다. 여기서, 그 안으로 연결된 배기 가스 플랩(8)을 구비한 병렬 주 시스템(3)과 함께, 보조 시스템(4) 내에 포함된 촉매 버너는 가열 모듈을 형성한다. 입자 필터의 재생을 위해, 배출된 배기 가스의 가열은 아래의 공정 단계들에 의해 발생된다:
입자 필터(2)의 재생이 낮은 배기 가스 온도들, 즉 매연 산화가 동시에 발생되지 않는 온도들에서 수행되는 경우, 배기물 방출 제어 설비(1)의 액추에이터(8, 11, 12)들은 현재 배출된 배기 가스 질량 유동 및 이의 온도에 따라 배기 가스 유동 내로 부가 열을 공급하기 위해 설정된다. 이 같은 파일럿 제어 변수를 취함으로써 단시간 내에 입자 필터(2)에 대해 상류 측 상의 배기 가스 온도가 설정(SET) 온도에 도달하는 것을 성취하는 것을 가능하게 한다. 제시된 실시예에서, 배기물 방출 제어 설비(1)는 또한 람다 탐침(14)을 포함하며, 람다 탐침에 의해 배기 가스 유동 내에 들어있는 산소 성분이 결정될 수 있다. 산소 성분은 또한 취할 파일럿 제어 변수에 대한 상태로서 파일럿 제어 다이어그램 내에 저장된다.
파일럿 제어 다이어그램으로부터 취한 파일럿 제어 변수에 의해, 이어서 액추에이터(8, 11 및 12)들이 설정된다. 제시된 실시예에서, 산화 촉매 변환기(10)의 상류에 연결되는 가열 요소(12)는 산화 촉매 변환기를 이의 라이트-오프 온도로 되게 하거나 라이트-오프 온도를 초과하게 하도록 산화 촉매 변환기(10)로 유동하는 배기 가스 유동을 예열하기 위해서 뿐만 아니라 HC 포트(11)를 경유하여 계량된 HC 양을 증발시키기 위해 사용된다. 따라서, 가열 요소(12)에 대해 아웃렛 측 상에, 배기 가스 질량 유동이 가스 상태로 그 안에 들어 있는 탄화수소들로 부화된다. 배기 가스 유동이 산화 촉매 변환기(10)로 유동할 때 배기 가스 유동 내의 탄화수소들의 특히 적절하게 동일한 분포를 가지도록, 도면들에 도시되지 않은 실시예에서 가열 요소(12)를 균일한 탄화수소들에 대해 중앙에 노출시키기 위해 제공된다. 또한 가열 요소(12)는 HC 포트(11)가 가열 요소(12) 거의 바로 앞에 배열될 수 있는 장점을 가진다. 결과적으로, 배기물 방출 제어 설비(1)는 매우 컴팩트한 구성을 가지도록 설계될 수 있다. 배기 가스 플랩(8)의 위치에 따라, 전체 배기 가스 질량 유동은 설정에 따라, 보조 시스템(4)을 통하여 또는 보조 시스템의 일 부분만을 통하여 유동한다.
제시된 실시예에서, 현재 디젤 엔진에 의해 배출된 배기 가스 질량 유동은 모터 관리에 의해 이용가능하게 되는 데이터, 여기서 부하 및 rpm에 의해 결정된다.
보조 시스템(4)을 통하여 유동하는 배기 가스 질량 유동을 가열함으로써, 제 2 산화 촉매 변환기(7)가 가열되어 이의 라이트-오프 온도를 초과하는 온도가 된다. 이러한 가열은 온도 센서(13.2 또는 13.3)들에 의해 제어된다. 산화 촉매 변환기(7)가 이의 라이트-오프 온도에 도달하면, 산화 촉매 변환기(10)를 과 분무함으로써 산화 촉매 변환기(7)에 대한 소망하는 발열 반응을 위해 요구된 탄화수소들을 공급하기 위하여 HC 계량이 증가된다. 온도 센서(13.3)를 경유하여, 산화 촉매 변환기(7)에 대한 아웃렛 측 상 및 이에 따른 입자 필터(2)에 대한 상류 측 상의 배기 가스 유동의 온도가 결정된다. 실제(ACTUAL)-설정(SET) 온도 비교에 의해, 이루어지는 설정이 소망하는 온도 상승이 초래되었는지 여부가 결정된다. 실제(ACTUAL) 온도와 설정(SET) 온도 사이의 차이가 있는 경우, HC 계량 및/또는 보조 시스템(4)을 통하여 유동하는 배기 가스 질량 유동에 대한 설정은 배기 가스 플랩(8)의 적절한 설정에 의해 변화된다. 산화 촉매 변환기(7)에 대한 아웃렛 측 상의 이러한 온도 모니터링의 결과로서, 파일럿 제어 다이어그램 내에 저장된 파일럿 제어 변수가 제어될 뿐만 아니라 결과적으로, 무엇보다도 디젤 엔진의 작동에서의 변화들이 거의 즉시 검출되며, 설정(SET) 온도를 유지하기 위해 보조 시스템(4)을 통하여 유도된 배기 가스 질량 유동의 또는 HC 계량의 설정에서의 대응하는 변화에 의해 적어도 가능한 정도로 보상된다. 소망하는 경우, 변화된 설정은 또한 파일럿 제어 다이어그램 내의 새롭거나 선택적인 부가 파일럿 제어 변수로서 저장될 수 있으며, 이때 미래 재생 공정들을 위해 이용가능하다.
입자 필터(2)로 유동하는 배기 가스 유동이 매연 산화 온도 초과 온도, 즉 대략 600℃ 내지 610℃인 경우, 소망하는 재생 공정이 시작한다. 제시된 실시예에서, 위에서 설명된 온도 모니터링은 재생 공정을 촉발하기 위해 사용될 뿐만 아니라 재생 공정의 지속 동안, 적어도 요구된 매연 산화 온도를 가지는 배기 가스가 입자 필터(2)로 유동하는 것을 보장하기 위해 사용된다. 여기서, 필터 표면상에 축적된 매연 양의 사전 결정에 의해, 재생 지속이 결정되거나 추정되는 것이 제공될 수 있다. 이러한 지속 동안, 위에서 설명된 온도 모니터링은 필요한 경우 배기물 방출 제어 설비(1)의 각각의 액추에이터들의 적절한 적응과 함께 수행된다. 재생 공정의 완료 후, 배기 가스 플랩(8)은 배기 가스 유동이 주로 주 시스템(3)을 경유하여 유동하도록 하는 위치가 된다.
도 2는 디젤 엔진이 과도 운전 모드(Non Road Transient Cycle (NRTC))를 기반으로 하여 작동되는 테스트 성능의 재생 프로토콜을 보여준다. 이는 동적 테스트이다. 도 2의 상부 다이어그램에서, 총 배기 가스 질량 유동이 플로트(plot)된다. 디젤 엔진의 동적 작동은 관련된 가시적 변동들에서 명백하게 된다. 또한 최상부 다이어그램에 플로트된 것은 보조 시스템(4)을 통하여 안내되는 배기 가스 질량 유동의 설정 값이다. 중간 다이어그램은 HC 포트(11)를 통하여 공급된 HC 양을 보여준다. 온도 곡선들은 바닥 다이어그램에 플로트된다.
이러한 테스트에서, 테스트("배기 가스" 곡선)의 초기에 디젤 엔진에 의해 배출된 배기 가스 온도는 대략 100℃이다. 이러한 배기 가스 온도에서, 입자 필터 재생이 발생된다. 제 1 단계에서, 보조 시스템(4) 내에 배열된 산화 촉매 변환기(10)는 이의 라이트-오프 온도 또는 더 높은 온도로 된다. 이를 위해, 부분 배기 가스 유동은 보조 시스템(4)을 통하여 안내되고 가열 요소(12)는 상기 유동에 노출된다. 가열 요소(12)의 온도 곡선은 하부 다이어그램에 도시되고 "HE"로 표시된다. 이러한 테스트에서 가열 요소(12)는 산화 촉매 변환기(10)가 확실히 대략 200℃의 라이트-오프 온도를 초과하여 가열된 후, 시간(t1)에서 스위치 오프되었다. 이어서, HC 포트(11)를 경유하여, 탄화수소들은 보조 시스템(4)을 통하여 유동하는 배기 가스 유동 내로 계량된다. 공급된 탄화수소들의 촉매 변환은 온도 곡선 "DOC I 후" 에서 t2(대략 120초)에서 확실한 온도 증가가 명백하게 된다. 산화 촉매 변환기(7)가 이의 라이트-오프 온도에 도달되었으면, 또한 이러한 산화 촉매 변환기(7)로 소망하는 변환을 촉발하기 위한 탄화수소들을 공급하기 위해, HC 계량은 시간(t3)에서 증가된다. HC 포트(11)를 경유하여 공급된 이러한 탄화수소들은 산화 촉매 변환기(10) 상에서 변환되지 않으며, 탄화수소들은 가스 상태로 산화 촉매 변환기(7)에 인가된다. 산화 촉매 변환기(7)로의 탄화수소들의 인가는 시간(t3) 직후 온도 곡선 "DOC II 후"의 급속한 증가에서 검출될 수 있다.
파일럿 제어 다이어그램으로부터 취한 파일럿 제어 변수에 의해 온도 상승이 발생된 경우, 배기물 방출 제어 설비(1)의 액추에이터들을 가동시키기 위해 대략 600℃의 설정(SET) 온도에 도달하도록 산화 촉매 변환기(7)(곡선 "DOC II 후")에 대해 아웃렛 측 상에서 아직 충분하지 않으며, 이때 온도 곡선 "DOC II 후"의 추가 증가에서 볼 수 있는 바와 같이 배기물 방출 제어 설비의 액추에이터들의 설정들이 변화된다.
도 2의 바닥 다이어그램에 기록된 온도 곡선들 "DOC I 후" 및 "DOC II 전"의 비교는 주 시스템(3)을 통하여 안내된 부분 배기 가스 유동과 보조 시스템(4)으로부터 안내된 부분 배기 가스 유동의 혼합에 의해 성취된 제 2 산화 촉매 변환기(7)로의 배기 가스 유동의 온도의 균일한 분포를 확실히 보여준다. 또한, 산화 촉매 변환기(7)(DOC II)를 작동함으로써 성취된 온도 상승은 곡선 "DOC II 후 "에서 도시된 바와 같이 명확하게 된다. 이에 따라, 이러한 방법에 의해, 재생 공정이 수행되든 수행되지 않던 관계없이 특히 급속 온도 변화를 회피하기 위해 입자 필터(2)의 그리고 제 2 산화 촉매 변환기의 온도를 모니터하는 것이 가능하다. 결과적으로, 산화 촉매 변환기 및 입자 필터의 유용한 수명은 특히 이들이 세라믹 기판으로 제조된 경우 상당히 증가된다.
배향에 대해, 이러한 온도 다이어그램에서, 산화 촉매 변환기(10)의 라이트-오프 온도가 T1으로서 기록되고 T2. T3로서의 산화 촉매 변환기(7)의 라이트-오프 온도는 매연 산화가 발생하기 시작하는 온도이다.
도 3은 도 2의 테스트 실시와 원칙적으로 대응하는 부가 테스트 실시를 보여준다. 도 3의 테스트 구성(setup)은 다른 사이클이 작동되었다는 점에서 도 2의 테스트 구성과 상이하다. 도 3에 따른 사이클은 세게 조화 과도 사이클(WHTC)를 기반으로 하여 작동되었다.
두 개의 테스트 성능들은 디젤 엔진의 동적 작동 동안 큰 변동들에도 불구하고, 제 2 산화 촉매 변환기(7)에 대해(곡선 "DOC II 후") 아웃렛 측 상에, 단지 약간의 변동들이 가해지는 배기 가스 온도가 관측될 수 있다는 것이 확실히 예시된다. 이는 위에서 설명된 방법을 이용하여, 동적 변동들에 대해 더 짧은 반응 시간으로 반응할 뿐만 아니라 심지어 이 같은 변동들의 경우 및 매우 낮은 배기 가스 온도의 경우, 입자 필터(2)의 재생 공정이 의도된 대로 발생할 수 있다는 것이 확실히 보여준다.
도 4에서, 이의 재생을 위해 입자 필터(2) 상에 매연 산화를 유도하기 위한 배기 가스 유동의 가열은 도 2 및 도 3에 따른 연구의 결과의 요약으로서 도표로 보여준다. 온도 데이터(T1, T2, T3)는 도 2 및 도 3의 온도 데이터에 대응한다. 도 4는 가열 요소(12)의 이용에 의해, 구성 크기가 작을수록 보조 시스템(4)에 배열된 산화 촉매 변환기(10)(DOC I)의 귀금속 부하가 더 높아지며, 이 산화 촉매 변환기는 주 시스템(3)(DOC II) 내에 배열된 산화 촉매 변환기(7) 보다 더 급속하게 가열되는 것을 확실히 보여준다.
위에서 설명된 가동 및 조절 공정은 보조 시스템(4)에 연결된 산화 촉매 변환기(10)의 온도의 제어 또는 관찰에 의해 제어되어(ovrelie), 상기 산화 촉매 변환기가 이의 허용가능한 최대 온도를 초과하여 가열되지 않는다. 상기 변환기가 과도하게 뜨거워진 경우, HC 계량이 감소되고 및/또는 보조 시스템(4)을 통하여 안내되는 배기 가스 질량이 증가된다.
보조 시스템(4)에 연결된 가열 요소(12)는 이어서 배기 가스 플랩(8)의 작동 신뢰성을 확인하기 위해 이용될 수 있다. 이는 측정의 지속 동안 가능한 변화되지 않은 상태로 남아 있어야 하는 디젤 엔진의 작동 상태하에서 발생된다. 디젤 엔진에 의해 배출된 배기 가스 질량을 기본으로서 이용하고 가열 요소(12)의 가열을 위한 소정의 에너지 양의 부가를 후속하여 특정 온도 상승이 예상된다. 관측된 온도 상승이 예상된 온도 상승과 상당히 상이한 경우, 이는 배기 가스 플랩(8)이 정확한 위치에 있지 않은 것의 신호이며, 따라서 요구된 배기 가스 유동은 보조 시스템(4)을 통하여 지나가지 않는다.
설명된 배기물 방출 제어 설비에서, CO는 또한 주 시스템 내에 위치된 산화 촉매 변환기(7)에서 산화되고, 그 결과 CO 배출량이 감소된다. 결론적으로, 배기물 방출 제어 유닛의 작동 온도가 모니터링될 때, 상기 변환기의 하류에 연결된 입자 필터 없이 단지 산화 촉매 변환기를 또한 사용할 수 있다는 것이 이해된다.
보조 시스템에 연결된 산화 촉매 변환기를 이의 작동 온도로 되도록, 내연기관에 의해 배출된 배기 가스가 충분한 온도에 있는 경우, 특정 지속 동안 보조 시스템을 통하여 전체적으로 또는 부분적으로 배기 가스 유동을 안내하는 것이 가능하다. 상기 변환기가 이의 작동 온도로 되도록, 이는 배기 가스의 열에 의해 가능한 정도로 보조 시스템 내에 배열된 산화 촉매 변환기를 예열하는 목적을 담당한다. 이러한 조치의 경우에서, 전체 배기 가스 유동은 보조 시스템을 통하여 안내될 수 있다. 통상적으로, 이 같은 조치는 입자 필터의 제공된 재생 다음(upstream)을 담당한다. 또한, 보조 시스템 내에 연결된 가열 요소가 또한 산화 촉매 변환기를 예열하기 위해 사용될 수 있다.
또한, 위에서 설명된 방법은 개별적으로 또는 서로 조합하여 사용될 수 있는 진단 기능들을 포함할 수 있다. 이러한 맥락에서, 예를 들면, 특히 어쨌든 간에 상기 방법이 실시될 수 있는지 여부를 결정하는 취지로 예비 확인이 상기 방법을 수행하기 전에 이루어질 수 있다. 이는 임의의 에러들의 존재에 대한 방법을 수행하는데 참가하는 구성요소들의 기능성 확인을 포함한다. 통상적으로, 이는 또한 보조 시스템에서 포함된 산화 촉매 변환기에서 온도의 결정을 포함한다. 예를 들면, 이의 온도가 여전히 이의 라이트-오프 온도 아래 있는 결정이 이루어지는 경우, 에러 메시지가 발생될 수 있고 및/또는 상기 촉매 변환기가 이의 라이트-오프 온도에 다시 도달할 때까지 탄화수소들의 분사가 지연될 수 있다. 특히 단지 제 2 산화 촉매 변환기가 이의 라이트-오프 온도와 동일하거나 이 온도를 초과하는 온도에 도달한 경우에만 제 1 산화 촉매 변환기의 과 분무가 허용되는 취지로, 동일한 것이 이에 따라 제 2 산화 촉매 변환기의 작동에 적용된다.
부가 진단 기능들은 두 개의 산화 촉매 변환기들의 변환 속도들에 대해 사용될 수 있다. 산화 촉매 변환기들의 기능 확인이 예를 들면 미리 규정된 탄화수소 양을 산화 촉매 변환기에 유동하는 배기 가스 질량 유동 내에 도입함으로써 그리고 배기 가스 질량 유동이 알려진 경우 실제로 달성된 온도 상승과 상기 양으로부터 계산될 수 있는 온도 상승을 비교함으로써 수행될 수 있다. 이러한 방식으로, 산화 촉매 변환기들 상에 예상하지 못한 노화 현상이 검출될 수 있다. 다른 한편으로, 산화 촉매 변환기들의 노화를 일으키는 시스템 및 재료가 진단에서 고려될 것이다.
또 다른 진단 기능은 설정 요소를 확인하기 위해 실시될 수 있으며, 이 설정 요소에 의해 보조 시스템을 통하여 유동하는 배기 가스 유동이 조절될 수 있다. 이미 위에서 설명된 상기 방법 이외에, 이러한 설정 요소는 또한 배기 가스 질량 유동에 탄화수소들을 혼합하지 않고 실시될 수 있다. 이는 주 시스템 및 보조 시스템이 상이한 열 손실들을 가지는 환경을 이용함으로써 성공된다. 이 변수들이 알려지기 때문에, 온도 센서(13) 및 온도 센서(13.2)에서 측정된 배기 가스 온도들과, 제어 요소의 예를 들면 배기 가스 플랩(8)의 미리 결정된 설정을 위해 이로부터 결정된 열 손실을 비교함으로써 이들의 기능을 확인하는 것이 가능하다. 폐쇄된 배기 가스 플랩의 경우, 전체 배기 가스 질량 유동이 보조 시스템을 통하여 유동하여, 온도 센서(13.2)에서, 배기 가스 질량 유동이 알려진 경우, 이때 보조 시스템의 열 손실의 추정에 따라 온도 센서(13)에서 측정된 온도에 대응하는 온도가 측정될 수 있다. 동일한 것이 즉 배기 가스 플랩이 개방되고 전체 배기 가스 질량 유동이 주 시스템을 통하여 유동할 때, 배기 가스 플랩의 다른 단부 위치에 적용된다.
열 에너지 공급 방법은 유용하게는 HC 슬립(slip)이 가능한 작게 유지되거나 심지어 완전히 방지하는 방식으로 수행된다. 위에서 설명된 진단 방법들은 이 목표를 달성하는데 도움이 된다. 또한, 공급될 HC 양에서의 증가가 필요하게 되는 경우, 이를 램프형(ramp-like) 증가로서 설계하고 HC 계량 양이 급격히 증가하지 않는 것이 가능하다.
본 발명은 더 높은 귀금속 부하의 결과로서, 보조 시스템 내의 산화 촉매 변환기의 라이트-오프 온도가 주 시스템 내에 그리고 위에서 언급된 산화 촉매 변환기의 하류에 배열되는 산화 촉매 변환기의 라이트-오프 온도보다 낮은 실시예를 참조하여 설명된다. 원칙적으로, 이는 필요하지 않다. 오히려, 보조 시스템 내에 배열된 산화 촉매 변환기가 다른 수단, 예를 들면 적절히 설계된 가열 장치에 의해 이 산화 촉매 변환기의 하류에 연결된 다른 산화 촉매 변환기보다 더 신속하게 이의 라이트-오프 온도로 될 수 있는 경우, 보조 시스템 내에 배열된 산화 촉매 변환기가 또한 주 시스템 내에 배열된 변환기의 라이트-오프 온도 또는 다른 라이트-오프 온도에 대응하는 라이트-오프 온도를 가질 수 있다.
본 발명의 설명은, 설명된 방법에 의해 내연기관의 배기 가스 시스템 내에 연결된 배기물 방출 제어 유닛, 예를 들면 입자 필터가 설정(SET) 온도로 되는 것이 가능할 뿐만 아니라 이 방법을 이용하여 또한 배기물 방출 제어 유닛의 온도 관리의 균일한 분포를 달성하는 것이 가능한 것을 확실히 보여준다.
본 발명의 설명이 실시예들을 참조하여 설명되었다. 유효한 청구범위를 벗어나지 않으면서, 당업자들은 본 발명을 규현하는 부가 실시예들을 실시할 수 있으며, 이들은 상세하게 설명될 필요가 없다. 유사하게, 이러한 실시예들은 또한 이들의 설명의 공개 내용의 일 부분을 형성한다.
1 배기물 방출 제어 설비
2 입자 필터
3 주 시스템
4 보조 시스템
5 위치
6 위치
7 산화 촉매 변환기
8 배기 가스 플랩
9 촉매 버너
10 산화 촉매 변환기
11 HC 포트
12 가열 요소
13, 13.1, 13.2, 13.3 온도 센서
14 람다 탐침

Claims (15)

  1. 배기물 방출 제어 유닛(2)으로 유동하는 배기 가스를 설정(SET) 온도로 가열함으로써 내연기관의 배기 가스 시스템으로 연결된 배기물 방출 제어 유닛(2) 내로 열 에너지를 공급하기 위한 방법으로서,
    상기 내연기관으로부터 배출된 배기 가스는 상기 배기 가스의 유동 방향으로 직렬-연결된 두 개의 산화 촉매 변환기(7, 10)들에서 계량된 탄화수소(HC)들을 배기 가스 유동으로 변환함으로써 설정(SET) 온도로 가열되며, 상기 두 개의 산화 촉매 변환기들 중에서 상기 배기 가스의 유동 방향으로 내연기관에 더 근접한 상기 제 1 산화 촉매 변환기(10)는 보조 시스템(4) 내에 배열되고 배기 가스 시스템 내에서 제 1 산화 촉매 변환기의 하류에 연결된 제 2 산화 촉매 시스템(7)은 병합된(merging) 주 및 보조 시스템(각각 3 및 4)들 다음에 배열되는, 내연기관의 배기 가스 시스템으로 연결된 배기물 방출 제어 유닛(2) 내로 열 에너지를 공급하기 위한 방법에 있어서,
    - 배기물 방출 제어 유닛(2)으로 유동하는 배기 가스의 실제(ACTUAL) 온도의 그리고 설정(SET) 온도의, 내연기관으로부터 배출된 총 배기 가스 유동의 질량에 따라, 그리고 성취될 온도 상승 및 배기 가스 유동을 고려하는 파일럿 제어 다이어그램으로부터 취한 현 상태들에 대응하고 현 상태에 근접하게 되는 파일럿 제어 변수의 의해, 제 1 산화 촉매 변환기(10)의 상류의 보조 시스템(4)에 탄화수소들 및/또는 보조 시스템(4)을 통하여 유동하는 배기 가스 질량 유동을 공급하기 위한 HC 계량이 설정되며,
    - 배기물 방출 제어 유닛(2)으로 유동하는 배기 가스의 실제(ACTUAL) 온도가 반복적으로 결정되며,
    - 실제(ACTUAL) 온도와 설정(SET) 온도 사이의 차이가 현저한 경우, HC 계량 및/또는 보조 시스템(4)을 통하여 유동하는 배기 가스 질량 유동의 설정이 설정(SET) 온도에 도달하도록 수정되고, 온도 모니터링 단계들이 설정(SET) 온도에 도달할 때까지 필요한 만큼 자주 반복되는 것을 특징으로 하는,
    내연기관의 배기 가스 시스템으로 연결된 배기물 방출 제어 유닛 내로 열 에너지를 공급하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배기물 방출 제어 유닛(2)의 특정 공정이 완료되거나 상기 공정이 종료될 때까지 온도 모니터링의 반복된 단계들이 연속적으로 반복되는 것을 특징으로 하는,
    내연기관의 배기 가스 시스템으로 연결된 배기물 방출 제어 유닛 내로 열 에너지를 공급하기 위한 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 산화 촉매 변환기(10)에 유동하는 배기 가스 유동은 상기 유동이 상기 산화 촉매 변환기(10)로 유동하기 전의 온도로 전열식으로 가열되고, 상기 온도는 상기 산화 촉매 변환기(10)의 라이트-오프 온도와 동일하거나 상기 라이트-오프 온도보다 큰 것을 특징으로 하는,
    내연기관의 배기 가스 시스템으로 연결된 배기물 방출 제어 유닛 내로 열 에너지를 공급하기 위한 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 산화 촉매 변환기(10)의 작동 상태의 시작 전 및/또는 완료 후, 상기 내연기관으로부터 배출된 배기 가스 유동은 상기 보조 시스템(4)을 통하여 적어도 부분적으로 안내되는 것을 특징으로 하는,
    내연기관의 배기 가스 시스템으로 연결된 배기물 방출 제어 유닛 내로 열 에너지를 공급하기 위한 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내연기관에 의해 배출된 배기 가스 질량 유동은 상기 보조 시스템을 통하여 이의 전부가 안내되며, 상기 보조 시스템 내에서의 배기 가스 질량 유동이 규정된 에너지 양에 의해 가열되며, 이에 후속하여 가열에 의해 성취된 온도 상승이 측정되며, 이에 후속하여 사용된 에너지 양 및 성취된 온도 상승에 따라, 상기 내연기관에 의해 배출된 배기 가스 질량 유동이 결정되는 것을 특징으로 하는,
    내연기관의 배기 가스 시스템으로 연결된 배기물 방출 제어 유닛 내로 열 에너지를 공급하기 위한 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내연기관에 의해 배출된 배기 가스 질량 유동은 상기 보조 시스템을 통하여 부분 배기 가스 유동 내에 안내되고, 상기 유동은 상기 보조 시스템 내에서 규정된 에너지 양에 의해 가열되고 이에 후속하여 가열에 의해 성취된 온도 상승이 측정되며, 이에 후속하여 이용된 에너지 양 및 성취된 온도 상승에 따라, 성취된 에너지 양에 따라 상기 부분 배기 가스 질량 유동 및 이에 따라 또한 상기 내연기관에 의해 배출된 배기 가스 질량 유동이 결정되는 것을 특징으로 하는,
    내연기관의 배기 가스 시스템으로 연결된 배기물 방출 제어 유닛 내로 열 에너지를 공급하기 위한 방법.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 보조 시스템을 통하여 안내되는 배기 가스 질량 유동이 전열식으로 가열되는 것을 특징으로 하는,
    내연기관의 배기 가스 시스템으로 연결된 배기물 방출 제어 유닛 내로 열 에너지를 공급하기 위한 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 2 산화 촉매 변환기(7)가 이의 라이트-오프 온도에 도달할 때, HC 계량 및 선택적으로 상기 보조 시스템(4)을 통하여 유동하는 배기 가스 질량의 설정들이 특히 HC 계량이 제 2 산화 촉매 변환기(7)에 탄화수소들을 공급하기 위해 증가되는 취지로 변화되는 것을 특징으로 하는,
    내연기관의 배기 가스 시스템으로 연결된 배기물 방출 제어 유닛 내로 열 에너지를 공급하기 위한 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 산화 촉매 변환기(10)의 라이트-오프 온도가 상기 제 2 산화 촉매 변환기(7)의 라이트-오프 온도보다 낮은 것을 특징으로 하는,
    내연기관의 배기 가스 시스템으로 연결된 배기물 방출 제어 유닛 내로 열 에너지를 공급하기 위한 방법.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 HC 계량 및 상기 보조 시스템(4)을 통하여 유동하는 배기 가스 질량 유동의 설정들이 설정되어, 상기 보조 산화 촉매 변환기(7)에 공급될 탄화수소들이 상기 변환기에 가스 상태로 도달하는 것을 특징으로 하는,
    내연기관의 배기 가스 시스템으로 연결된 배기물 방출 제어 유닛 내로 열 에너지를 공급하기 위한 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 산화 촉매 변환기(10)의 실제(ACTUAL) 온도는 상기 제 1 산화 촉매 변환기가 미리 결정된 최대 온도에 도달하였는지 여부를 결정하기 위해 모니터되고, 상기 최대 온도에 도달되었음이 검출될 때, 상기 보조 시스템(4)을 통하여 유동하는 상기 배기 가스 질량 유동이 증가되고 및/또는 HC 계랑이 감소되는 것을 특징으로 하는,
    내연기관의 배기 가스 시스템으로 연결된 배기물 방출 제어 유닛 내로 열 에너지를 공급하기 위한 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 HC 계량 및 상기 보조 시스템(4)을 통하여 유동하는 배기 가스 질량 유동의 설정시, 상기 배기 가스 내에 함유된 산소가 고려되는 것을 특징으로 하는,
    내연기관의 배기 가스 시스템으로 연결된 배기물 방출 제어 유닛 내로 열 에너지를 공급하기 위한 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보조 시스템(4)을 통하여 유동하는 배기 가스 질량 유동을 제어하기 위해, 상기 두 개의 시스템(3, 4)들 중 하나 이상에서의 자유 유동을 허용하는 횡단면적이 예를 들면 그 안에 배열된 배기 가스 플랩(8)에 의해 변화되는 것을 특징으로 하는,
    내연기관의 배기 가스 시스템으로 연결된 배기물 방출 제어 유닛 내로 열 에너지를 공급하기 위한 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배기물 방출 제어 유닛(2)으로 유동하는 배기 가스의 설정(SET) 온도에 도달하는 상기 HC 계량 및 상기 보조 시스템(4)을 통하여 유동하는 배기 가스 질량 유동에 관한 설정은 상기 파일럿 제어 다어어그램 내의 아웃렛 배기 가스 질량 유동 및 아웃렛 실제(ACTUAL) 온도에 대한 새로운 파일럿 제어 변수로서 저장되는 것을 특징으로 하는,
    내연기관의 배기 가스 시스템으로 연결된 배기물 방출 제어 유닛 내로 열 에너지를 공급하기 위한 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    입자 필터(2)의 재생 공정을 촉발하기 위한 방법이 수행되며 적용가능한 경우 재생 공정을 위한 방법이 수행되는 것을 특징으로 하는,
    내연기관의 배기 가스 시스템으로 연결된 배기물 방출 제어 유닛 내로 열 에너지를 공급하기 위한 방법.
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