KR20140094595A - 시약 주입기 제어시스템 - Google Patents

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제임스 제이. 3세 레이놀즈
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테네코 오토모티브 오퍼레이팅 컴파니 인코포레이티드
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Abstract

시약 주입기 제어 시스템은 펄스폭 변조(PWM)제어 모듈과 주입기 구동기 모듈을 포함한다. 이 PWM 제어 모듈은 주입 제어 싸이클 동안에 시약 주입기를 통하여 전류를 모티터하고, 상기 주입 제어 싸이클 동안에 주입되는 시약의 양에 근거하여 PWM 신호를 발생시키며, 전류에 근거한 주입 제어 싸이클 동안 PWM 신호의 듀티 싸이클을 선택적으로 증가 및 감소시킨다. 주입기 구동기 모듈은 PWM 신호에 근거한 전류를 구동 가능하게 하고,아울러 구동 정지시킨다. 시약 주입기는 개방되고 전류에 근거하여 배기 가스 시스템 속으로 시약을 주입시킨다. 배기가스 시스템은 엔진으로부터의 배기가스 출력을 받아들인다. 시약 주입기는 질소 산화물과 반응한다.

Description

시약 주입기 제어시스템{REAGENT INJECTOR CONTROL SYSTEM}
본 발명은 배기 가스 처리 시스템들에 관한 것으로 더욱 상세하게는 시약 주입기 제어시스템 및 방법에 관한 것이다.
여기에 제공된 배경 설명은 개시내용을 일반적으로 나타내기 위한 목적이다. 출원시에 선행기술로써 자격이 없는 상세한 설명의 분야 뿐만 아니라 배경 분야에서의 설명까지 여기 언급된 발명자의 연구작업은 본 발명에 대한 선행기술로 직접 또는 암시적으로도 인정되지 않는다.
내연기관의 엔진 동작 동안에 대기로 방출된 질소산화물과 바람직하지 않은 미립자들의 양을 감소시키기 위해서, 많은 배기 후처리시스템이 개발되어 왔다.
배출물을 감소시키기 위한 한 가지 방법이 선택적 촉매 환원(SCR)으로서 알려져 있다. 선택적 촉매 환원은 시약의 존재 하에서 질소산화물 농도를 감소시킬 수 있는, 활성 탄소와 같은 촉매, 혹은 백금, 바나듐(vanadium), 또는 텅스텐과 같은 금속을 포함하는 반응기를 통과하는 시약과 배기 가스 혼합물을 형성하기 위하여 엔진의 배기 스트림 내로 시약을 주입하는 단계를 포함할 수 있다.
수성 요소 용액이 디젤 엔진들을 위한 선택적 촉매 환원(SCR) 시스템들에서 효율적인 시약으로 알려졌다. 그러나, 수성 용액과 다른 시약들의 사용은 단점들을 포함할 수 있다. 요소는 매우 부식성이고 선택적 촉매 환원 시스템의 기계 부품들을 공격한다. 요소는 또한 디젤 배기 시스템들에서 발생하는 것과 같이, 높은 온도에서의 지속적인 노출 상에서 고형화되는 경향이 있다. 침전물을 생성하는 시약은 질소산화물을 감소시키는데 사용되지 않기 때문에 어려움이 존재한다.
디젤 엔진 배기 가스 처리를 위한 질소 산화물 주입시스템은 다른 오리지널 이퀴브먼트 메뉴팩쳐스( OEMS)가 다른 범위의 주입 흐름 비율(flow rate)을 갖는 시약 주입기를 특정화시킨다는 점에서 실질적으로 다양하다. 몇 개의 다른 OEM 특정들을 검토할 때 제공되는 전 범위의 시약 주입기 흐름 비율은 비용이 비쌀 수도 있다. 마찬가지로, 시약 주입기의 제조는 현재 몇 개의 다른 주입기를 제공하는 데, 그들 각각은 유사한 토털 플로우 비율을 갖지만, 크기는 최대 및 최소 값이 서로 이격되어 있다.
시약 주입기는 이 주입기를 개방시키고 패쇄시키도록 주입기 내에서 축방향으로 움직이는 축을 포함한다. 시약 주입기의 솔레노이드 코일은 상기 솔레노이드 코일을 통하는 전류 흐름에 근거한 자계를 발생시킨다. 축은 시약 주입기를 개방시키도록 자계에 근거한 복귀 스프링을 압축한다. 자계가 사라질 때, 복귀 스프링은 시약 주입기를 패쇄시키도록 축을 바이어스시킨다.
축은, 그러나, 시간이 지남에 따라 자기화될 수 있다. 만약 축이 자기화되면 시약 주입기는 더 느린 비율로 패쇄된다. 또한, 솔레노이드 코일을 통하여 흐르는 전류는 열을 발생시킨다. 전술한 바와 같이, 시약은 열에 대하여 부정적으로 반응한다. 그 결과, 시약 주입기를 개방시키기 위하여 발생된 열을 최소화시키기 위한 필요성이 요구된다. 또한 축이 영구적으로 자기화 되는 가능성을 최소화 시킬 필요가 있다.
본 섹션은 본 발명의 일반적인 요약을 제공하나, 본 발명의 모든 범위 또는 모든 특징의 포괄적인 내용은 아니다.
시약 주입기 제어 시스템은 펄스폭 변조(PWM)제어 모듈과 주입기 구동기 모듈을 포함한다. 이 PWM 제어 모듈은 주입 제어 싸이클 동안에 시약 주입기를 통하여 전류를 모니터하고, 상기 주입 제어 싸이클 동안에 주입되는 시약의 양에 근거하여 PWM 신호를 발생시키며, 전류에 근거한 주입 제어 싸이클 동안 PWM 신호의 듀티 싸이클을 선택적으로 증가 및 감소시킨다. 주입기 구동기 모듈은 PWM 신호에 근거한 전류를 구동 가능하게 하고,아울러 구동 정지시킨다. 시약 주입기는 개방되고 전류에 근거하여 배기 가스 시스템 속으로 시약을 주입시킨다. 배기가스 시스템은 엔진으로부터의 배기 가스 출력을 받아들인다. 시약 주입기는 질소 산화물과 반응한다.
다른 특징으로는, 시약 주입기 제어 시스템은 PWM 제어 모듈과 시약 구동기 모듈을 포함한다. PWM 제어 모듈은 주입 제어 싸이클 동안에 시약 주입기를 개방시키도록 100 퍼센트까지 PWM 신호의 듀티 싸이클을 셋팅시키고. 주입 제어 싸이클 동안에 시약 주입기 개방을 유지하도록 100 이하까지 PWM 신호가 듀티 싸이클을 선택적으로 셋(set)시킨다. 시약 주입기는 개방되고 전류에 근거하여 배기 가스 시스템 속으로 시약을 주입시킨다. 배기 가스 시스템은 엔진으로부터의 배기 가스 출력을 받아 들인다.시약은 질소 산화물(NOx)과 반응한다.
또 다른 특징으로는, 시약 주입기는 시약 인입구, 코일 및 축을 포함한다. 시약 인입구는 배기 가스 시스템 내로 주입을 위한 시약을 받아들이기 위한 것이다.배기 가스 시스템은 엔진으로부터의 배기가스 출력을 받아들인다. 시약은 질소 산화물과 반응한다. 코일은 코일에 흐르는 전류에 근거한 자계를 발생시킨다. 축은 축사프트와 축 헤드를 포함한다. 축 헤드는 무게 단위당 (중량비) 1 퍼센트의 적어도 실리콘을 갖는 솔레노이드 등급(grade)물질을 포함한다. 축 샤프트는 축 헤드와 결합된다.
본 명세서의 적용 범위는 이하 제시된 발명의 상세한 설명으로부터 명백할 것이다. 그것은 발명이 상세한 설명과 특정 실시 예가 단지 예시된 목적을 위한 것이지 본 발명의 범위를 한정하지는 않는다.
본 발명에 따른 시약 주입기 제어시스템은 제어신호를 이용 시약 주입기를 개방시키거나 폐쇄시킴으로써 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 효과적으로 처리할 수 있도록 할 수 있다.
여기서 설명되는 도면들은 단지 선택된 실시 예들의 설명의 목적을 위한 것이고 모든 가능한 구현은 아니며, 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 의도되어서는 안 된다.
도 1은 시약 주입 시스템을 구비하는 방출 제어 시스템을 갖는 일 예의 내연기관의 개략도이고,
도 2는 일 예의 시약 주입기의 단면도이며,
도 3은 본 발명에 따른 일 예의 주입기 제어시스템의 기능 블럭도이고,
도 4는 본 발명에 따른 PWM 신호와 시약 주입기에 대한 일 예의 상태 그래프를 포함하며,
도 5와 6은 본 발명에 따른 일 예의 주입기 제어 시스템의 개략도이다.
이제 첨부된 도면들을 참조하여 바람직한 실시 예들이 더 완전히 설명될 것이다.
비록 본 발명의 원리들이 디젤 엔진들과 질소산화물 배출가스의 감소와 관련하여 설명될 수 있으나, 본 발명의 원리는 예를 들면, 비 제한적인 예로써, 디젤, 가솔린, 터빈, 연료 전지, 제트 또는 충전 스트림을 출력하는 다른 동력원으로부터의 스트림들과 같은, 다수의 배기 스트림 중 어느 하나와 관련하여 사용될 수 있다. 게다가, 본 발명의 원리들은 다수의 바람직하지 않은 배기 가스들 중 어느 하나의 감소와 관련하여 사용될 수 있다. 예를 들면, 디젤 입자상 필터들의 재생을 위한 탄화수소들의 주입이 또한 본 발명의 범위 내에 존재한다. 부가적인 설명을 위하여, "Method And Apparatus For Injecting Automized Fluids"라는 발명의 명칭으로 2008년 11월 21일에 출원된, 미국특허출원 공보 제 2009/0179087A1을 주목하여야 하며, 이는 여기에 참조로써 통합된다.
도 1을 참조하면, 디젤 엔진 (21)에 의한 배기 출력 내에 질소 화합물을 감소시키는 배기 제어 시스템이 도 1에 제시되어 있고, 시스템의 구성 요소 사이의 실선은 시약을 위한 연료 라인을 나타내고, 구성 요소 사이의 점선은 전기적 연결을 나타낸다.
시스템(8)은 탱크(10)로부터 시약을 전달받기 위한 전달모듈(12)과 시약을 유지하는 시약 탱크(10)를 포함하고 있다. 시약은 질소 화합물 솔루션, 하이드로 카본, 알킬 에스터, 알콜, 유기화합물, 물 기타이며, 그것의 혼합물이거나 또는 조합물일 수 있다. 하나 또는 그 이상의 시약이 시스템(18)에 사용될 수 있다는 것과 하나 혹은 조합물이 이용 될 수 있다는 것은 충분하게 이해될 수 있음은 명백하다.
탱크(10) 및 전달 모듈(12)은 통합된 시약 탱크/전달 모듈을 형성할 수 있다. 또한 시스템(8)의 일부로서 전자 주입 컨트롤러(14), 시약 주입기(16), 및 배기 시스템(19)이 제공된다. 배기 시스템(19)은 적어도 하나의 촉매 장치(catalyst , 17)에 배기 스트림을 제공하는 배기 도관(18)을 포함한다.
전달 모듈(12)은 탱크(10)로부터 공급 라인(9)을 거쳐 시약을 공급하는 펌프를 포함할 수 있다. 시약 탱크(10)는 폴리프로필렌(polyprophylene), 에폭시 코팅 탄소강, 폴리 염화 비닐(PVC), 또는 스테인리스 강일 수 있으며 적용(예를 들면, 차량 크기, 차량의 사용 목적 등)에 따라 크기화될 수 있다. 미리 결정된 압력 설정점(예를 들면, 약 60-80 psi의 상대적으로 낮은 압력, 또는 일부 실시 예들에서 약 60-150 psi의 압력)에서 시스템을 유지하기 위하여 압력 조절기(pressure regulator, 도시되지 않음)가 제공될 수 있으며 시약 주입기(16)로부터 리턴 라인(return line, 35) 내에 위치될 수 있다. 시약 주입기(16)에 이르게 하는 공급 라인(9) 내에 압력 센서가 제공될 수 있다. 시스템은 또한 냉동 시약을 녹이거나 또는 시약의 냉동을 방지하기 위하여 다양한 냉동 방지 전략을 포함할 수 있다. 시스템 작동 동안에, 주입기가 시약을 배기 가스들 내로 방출하는 것과 관계없이, 주입기를 냉각시키고 시약이 서늘한 상태를 유지하도록 주입기 내의 시약의 체류 시간을 최소화하기 위하여 시약은 탱크(10)와 시약 주입기(16) 사이에서 연속적으로 순환될 수 있다. 엔진 배기 시스템에서 경험될 수 있는 것과 같은 300℃ 내지 650℃의 상승된 온도에서의 노출에서 고형화되는 경향이 있는 액상 요소와 같은, 온도-민감성 시약들을 위하여 연속적인 시약 순환이 필요할 수 있다.
게다가, 시약의 고형화가 방지되는 것을 보장하기 위하여 시약 혼합물을 140℃ 이하, 바람직하게는 5℃와 95℃ 사이의 낮은 작동 범위로 유지하는 것이 바람직할 수 있다. 만일 형성하도록 허용되면, 고형화된 시약은 가동부 및 주입기의 개구부를 더럽힐 수 있다.
필요한 시약의 양은 하중, 배기 가스 온도, 배기 가스 흐름, 엔진 연료 주입 타이밍, 원화는 질소산화물 감소, 기압, 상대 습도, 배기 가스 재순환율 및 엔진 냉각수 온도에 따라 다양할 수 있다. 질소산화물 센서 또는 질소산화물 미터(25)가 촉매 장치(17)로부터 하류에 위치된다. 질소산화물 센서는 배기 질소산화물 함량을 표시하는 신호를 엔진 제어 유닛(27)에 출력하도록 작동할 수 있다. 엔진 작동 파라미터들 모두 또는 일부는 엔진 제어 유닛(27)으로부터 엔진/차량 데이터버스를 거쳐 시약 전자 주입 컨트롤러(14)로 공급될 수 있다.
배기 가스 온도, 배기 가스 흐름과 배기 가스 배압(back pressure) 및 다른 차량 작동 파라미터들이 각각의 센서들에 의해 측정될 수 있다.작동 파라미터의 모두 또는 일부는 엔진/ 자동차 데이터 버스를 통하여 엔진 제어 시스템 유닛(27)으로부터 전자 주입 제어 시스템(14)에 까지 제공될 수 있다. 전자 주입 제어기(14)는 엔진 제어 유닛(27)의 일부분일 수 있다.
도 2를 참조하면, 시약 주입기(16)의 일 예의 단면도가 제시되어 있다. 시약 주입기(16)는 리테이너 너트(100)과 같이 리테이너에 의해 배기 가스 유도관(18)과 결합되어 있다. 시약 주입기(16)는 촉매장치(17)의 상류 측에 배기 가스 유도관(18)과 결합되어 있다. 시약 주입기(16)는 시약 주입기(18)가 주입용 시약을 받아들이는 인입 유도관(18)을 포함한다. 시약 경로(108)는 시약 주입기(16)의 하부 몸체(112) 내에 형성된다.
시약은 시약 경로(108)를 통하여 흐르고, 오르피스 플레이트(118) 내의 오르피스(116)를 통하여 배기가스 유도관(18) 내로 주입된다. 또한 시약은 시약 주입기(16)의 축 샤프트(120)가 개방 위치에 있을 때, 주입된다. 축 샤프트(120)가 폐쇄 위치에 있을 때, 오르피스(116)는 차단되어 시약이 주입되지 않는다. 축 샤프트(120)는 예를 들어 CPMS90V 타입 스테인리스 철강로 만들어진다.
축 샤프트(120)는 축 헤드(124)와 기계적으로 결합되어 있다. 솔레노이드 코일(128)을 통하여 전류가 흐를 때 솔레노이드 코일(128)에 의해 생성된 자계는 챔버(132) 내에서 축으로 축 헤드(124)를 작동시킨다. 축 헤드(124)와 축 샤프트(120)이 기계적으로 결합되어 있기 때문에 축 헤드(124)의 작동은 또한 축 샤프트를 축으로 움직이게 한다.
복귀 스프링(136)은 오르피스(116)의 방향으로 축 헤드(124)에 힘을 가한다. 전류가 솔레노이드 코일(128)에 인가될 때, 복귀 스프링(136)은 시약 주입을 방해하도록 폐쇄 위치로 축 샤프트를 바이어스 한다. 솔레노이드 코일(128)을 통하여 흐르는 전류는 복귀스프링(136)의 힘을 극복할 수 있고, 복귀스프링(136)을 압축할 수 있는 자계를 생성시킨다. 복귀스프링(136)은 축 헤드(124)가 폴 피스(140)의 밑면을 접촉할 때까지 압축될 수 있고, 그 위치에서 축 샤프트(120)가 개방위치에 있게 된다. 솔레노이드 코일(128)을 통하여 흐르는 전류가 이동할 때, 복귀 스프링(136)은 시약 주입기(16)에 접근하도록 하는 폐쇄 위치까지 축 샤프트(120)로 복귀한다.
축 헤드(124)는 F430 타입 스테인리스 철강 또는 FR 430 타입 스테인리스 철강으로 만들어질 수 있다. 축 헤드(124)는 솔레노이드 등급 스테인리스 철강의 타입이나, 적어도 1 퍼센트 실리콘을 갖는 다른 형태의 스테인리스 철강으로 만들어질 수 있다. 이러한 물질로 만들어진 핀 헤드(124)는 축 헤드(124)가 영구 자석화되는 것을 방지하는 데 도움이 된다. 축 헤드(124)의 영구 자석화는 개방위치에서 폐쇄위치까지 축 샤프트(120)를 작동케 하는 복귀 스프링(136)에 필요한 기간을 증가시키거나 감소시킬 수 있다. 개방 위치에서부터 폐쇄 위치까지 축 샤프트(120)를 작동케하는 기간이 증가함에 따라, 시약 주입기(16)의 폐쇄 동안에 시약 주입기에 의해 주입된 시약의 양은 역시 증가된다. 축 샤프트(120)와 축 헤드(124)는 축에서와 같이 총괄하여 언급될 수 있다.
도 3을 참조하면 주입 제어 시스템의 일 예의 기능적 블럭도가 도시되어 있다. 전자적 주입 제어가 (14)는 PWM 제어 모듈과 주입기 구동기 모듈(208)을 포함한다.
PWM 제어 모듈(204)은 PWM 신호(216)을 발생시킨다. PWM 제어 모듈(204)은 주입 제어 싸이클에 대하여 결정된 목표 시약 주입 양(220)에 근거하여 주어진 PWM 제어 싸이클용 PWM 신호를 발생시킨다. 시약이 일정 압력에서 시약 주입기(16)에 의해 제공될 때, 목표 시약 주입량(220)은 시약 주입기(16)가 주입 제어 싸이클 동안 소정 기간 동안 개방될 때 주입된다.
목표 시약 주입량(220)은 각각 주입 제어 싸이클에 대하여 결정되거나/업데이트된다. 주입 제어 싸이클은 두 개의 연속적인 시약 주입이 시작되는 시점 사이의 소정 기간에 대하여 관련될 수 있다. PWM 제어 싸이클은 PWM 제어 모듈(204)이 PWM 신호(216)를 발생시키거나/업데이트 시키는 두 연속적인 시간 사이의 소정 기간을 관련될 수 있다. PWM 제어 싸이클은 주입 제어 싸이클 보다 적다. 다른 말로는 PWM 제어 모듈(204)는 목적 시약 주입량(220)이 결정되거나/업데이트 시키는 것 보다 더 자주 PWM 신호(216)을 결정하거나/업데이트 시킨다. 목표 시약 주입량(220)이 결정되는 주파수는 예를 들어 1 헤르쯔와 10 헤르쯔 사이일 수 있거나 다른 적당한 주파수일 수도 있다. 5 헤르쯔의 주파수는 200 밀리 세컨드 주입 제어 싸이클에 해당한다. 대조적으로, PWM 제어모듈(204)이 PWM 신호(216)을 발생시키거나/업데이트 시키는 주파수는, 예를 들어 100 헤르쯔(10 밀리 세컨드의 PWM 제어 싸이클에 해당) 또는 그 이상일 수 있도 있다. 주어진 주입 제어에 대한 목표 시약 주입량(220)이 촉매제 또는 촉매장치(17)의 온도, 엔진 로드, 배기 가스에서의 질소 산화물의 양, 기타 작동 파라미터와 같은 하나 또는 그 이상의 작동 파라미터에 근거를 하여 정해질 수 있다.
주입기 구동 모듈(208, 도 5 및 6 참조)은 PWM 신호(216)의 상태에 근거하여 스위치시키는 하나 또는 그 이상의 스위치를 포함하고 있다. 주입기 구동기 모듈(208)은 배터리(224)와 같은 하나 또는 그 이상의 전원으로부터 전력을 받아들인다. 주입기 구동기 모듈(208)은 시약 주입기(16)의 단자에 인가되는 전압(228)을 조정한다. 전류는 전압(228)에 근거하여 시약 주입기(16)를 통하여 흐른다. 시약 주입기(16)는 시약 주입기(16)를 통하여 흐르는 전류에 근거하여 개방되거나 폐쇄된다.
도 4는 타임(236)의 기능으로써 시약 주입기(16)의 상태와 PWM 신호의 그래프 일 예를 포함하고 있다. 도 4의 그래프 예는 5 헤르쯔의 주입 제어 주파수에 근거하고 있지만, 주입 제어 주파수는 다른 적절한 주파수일 수 있다.
하나의 주입 제어 싸이클(200ms)은 상부 그래프 내의 시간 T1과 T2 사이에서 발생된다. 하나의 주입 제어 싸이클 동안에, 시약 주입기(16)는 주입 제어 싸이클에 대한 목표 시약 주입량(220)을 달성하도록 시간 T1과 T2 사이에서 개방될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, PWM 제어 모듈(204)은 주어진 시간에 동작 상태(즉, 5 볼트)와 비동작 상태(즉, 0 볼트) 중의 하나에 PWM 신호(216)를 셋(set)시킨다. PWM 제어 모듈(204)은 시약 주입기(16)를 통하여 흐르는 전류와 전압을 제어하도록 PWM 신호(216)의 듀티 싸이클을 제어한다. PWM 신호(216)의 듀티 싸이클은 PWM 제어 싸이클의 기간에 대하여 PWM 제어 싸이클 동안에 PWM 신호(216)가 작동 상태에 있는 기간의 비율과 관련될 수 있다.
각각의 주입 제어 싸이클은 시약 주입기가 개방되어 있는 기간과, 시약주입기가 폐쇄되어 있는 기간 동안의 기간을 포함한다. 도 3의 상부 그래프에서, 시간 T1과 T2 사이의 주입 제어 싸이클은 시간 T1 과 T3 개방기간과 시간 T3와 T2 사이의 폐쇄기간을 포함한다. 주입 제어 싸이클에 대한 목표 시약 주입량(220)이 증가함에 따라, 주입 제어 싸이클의 개방 기간도 증가한다.
각 주입 제어 싸이클의 개방 기간은 개방 기간과 유지 기간을 포함한다. 시약 주입기(16)는 개방 기간 동안에 폐쇄에서 개방으로 변이시킨다. 시약 주입기(16)는 유지 (holding) 기간 동안에 유지를 개방시킨다. 유지 기간이 종료될 때, 폐쇄 기간이 시작된다. 시약 주입기(16)는 폐쇄 기간 동안에 개방으로부터 폐쇄로 변이된다. 폐쇄 기간은 시약 주입기(11)는 시약 주입기(16)가 페쇄될 때 시작된다. 시약 주입기(16)는 빨라도 다음 주입 제어 싸이클이 시작될 때까지 폐쇄로 유지된다.
도 4의 하부 그래프에서, 개방 기간의 예는 도 3의 상부 그래프에서 보는 바와 같이, 시간 T1 및 T3 사이에서 발생된다. 하부 그래프에서, 개방 기간의 예는 시간 T1 및 T4에서 발생된다. 개방 기간은 미리 정해진 기간이다. 예를 들면, 미리 정해진 기간은 시약 주입기(16,즉, 복귀 스프링 136)의 특성에 의해 정해질 수도 있고, 2 밀리 세컨드( ms)와 10 밀리 세컨드( ms) 사이일 수도 있거나 아니면 적절한 기간일 수도 있다.
개방 기간 동안에, PWM 제어 모듈(204)은 100 퍼센트 까지 PWM 신호(216)의 듀티 싸이클을 정한다. 이러한 방법으로, PWM 신호(216)는 개방 기간 전체를 통하여 작동 상태로 유지된다. 작동 상태에서 PWM 신호(216)를 유지하는 것은 미리 정해진 유지 전류보다 크게 시약 주입기(16)를 통하여 전류를 일으킨다. 특히 PWM 신호(216)의 듀티 싸이클은 전압(228)을 제어하고, 전압(228)에 근거하여 시약 주입기(16)를 통하여 흐르는 전류를 제어한다. 미리 정해진 유지 전류는 시약 주입기(16)가 이미 개방되어 있을 때 그 시약 주입기(16)가 계속 개방을 유지하도록 하기 위해 필요한 전류와 관련이 있다. 시약 주입기(16)를 통하여 흐르는 미리 정해진 유지 전류는, 시약 주입기(16)가 개방될 때 복귀스프링(136)에 의해 인가된 힘보다 약간 더 큰 축상의 힘을 반대 방향으로 부과할 수 있다.
유지 기간 동안에, PWM 제어 모듈(204)은 대략 미리 정해진 유지 전류에서 시약 주입기(16)를 통하여 흐르는 전류를 유지시켜 준다. 감지 저항(240), 전류 센서 기타 등은 시약 주입기(16)를 통하여 흐르는 전류를 측정하는 데 이용된다. PWM 제어 모듈(204)은 미리 정해진 유지 전류에서 전류를 유지하기 위해서 측정된 전류에 근거한 유지 기간 동안에 PWM 신호(216)의 듀티 싸이클을 다양하게 할 수 있다. PWM 모듈(204)은 유지 기간 동안 20 퍼센트와 80 퍼센트 사이에서 또는 적절한 범위 내에서 PWM 신호(216)의 듀티 싸이클을 한정할 수 있다.
유지 기간 동안에 시약 주입기(16)를 통하여 흐르는 전류는 개방 기간 동안에 시약 주입기(16)를 흐르는 전류보다 적다. 이것은 축 헤드(124)가 영구적으로 자기화되는 것을 최소화하는 데 도움이 된다. 부가적으로, 전류가 인가될 때 시약 주입기(16)는 저항열(I2R)을 발생시키기 때문에, 더 적은 전류일 수록 시약 주입기(16)의 온도를 최소화시킬 수 있다.
플라이 백 다이오드(244) 시약 주입기(16)와 관련하여 병렬로 연결되어 있다. PWM 신호(216)가 작동 상태에 있을 때, 주입기 구동기 모듈(208)은 시약 주입기(16)로 흐르는 전류를 막으며, 플라이 백 다이오드(244)는 전류를 방전시킨다(자기장을 붕괴시킴). 예를 들면, 플라이 백 다이오드(244)는 제너 다이오드, 저전압 다이오드, 아니면 적절한 형태의 다이오드일 수도 있다. 플라이 백 다이오드(244)로서 제너 다이오드를 사용하는 것은 자계를 붕괴시킬 수 있고, 다른 타입의 다이오드보다 더 빨리 전류를 방전시킬 수 있다.
도 5를 참조하면, 주입기 제어 시스템의 개략적 예가 도시되어 있다. 주입기 구동모듈(208)은 제 1 스위칭 장치(304), 제 2 스위칭 장치(308), 다이오드(312) 및 캐패시터(316)를 포함한다.
DC 공급 전압(320)은 제 1 스위칭 장치(304)의 제 1 터미널(304)에 인가되고, 제 1 스위칭 장치(304)의 제 2 터미널은 노드(324)에 연결될 수 있다. PWM 신호(216)는 스위칭 장치(304)의 제어 터미널에 연결된다. 예를 들면, 제 1 스위칭 장치(304)는 도 5의 예로 도시된 PNP 트랜지스터를 포함할 수도 있고, 다른 형태의 스위칭 장치를 포함할 수도 있다. DC 공급 전압(320)은 배터리 224(예로써 전압 레귤레이터를 이용) 또는 다른 적당한 소스로부터의 전력으로부터 발생될 수 있다. DC 공급 전압(320)은 24 볼트 DC 또는 다른 적절 전압일 수도 있다.
DC 유지 전압(328)은 다이오드(312)의 에노드에 인가되고, 다이오드(312)의 캐소드 단자는 노드(324)에 연결된다. DC 유지 전압(328)은 DC 공급 전압(320)보다 작다. DC 유지 전압(328)은 배터리(224 즉 전압 레귤레이터를 이용한) 또는 다른 전원으로부터의 전력으로부터 발생될 수 있다. 예를 들어, DC 유지 전압은 약 13.5 볼트 DC 또는 다른 적절한 전압일 수도 있다. 커패시터(316)의 제 1 터미널은 노드(324)에 연결되고, 커패시터(316)의 제 2 터미널은 접지(332)에 연결된다.
제 2 스위칭 장치(308)의 제 1 터미널은 노드(324)와 연결되고, 제 2 스위칭 장치(308)의 제 2 터미널은 제 2 노드(336)와 연결된다. PWM 신호(216)는 또한 제 2 스위칭 장치(308)의 제어 단자와 연결된다. 예를 들어, 제 2 스위칭 장치(308)는 도 5의 일 예에 도시된 바와 같은 NPN 트랜지스터 또는 적절한 타입의 스위칭 장치를 포함할 수 있다.
감지 트랜지스터(240)의 제 1 터미널은 제 2 노드(336)과 연결되고, 감지 트랜지스터(240)의 제 2 터미널은 시약 주입기(16)의 제 1 터미널과 연결될 수 있다. 시약 주입기(16)에 흐르는 전류는 감지 저항(240)과 감지 저항(240)의 저항값을 통한 전압에 근거하여 측정될 수 있다.
시약 주입기(16)는 인덕터(340)와 직렬로 연결된 저항(344)로 나타낼 수 있다. 시약 주입기(16)의 제 2 터미널은 접지 전위(332)에 연결된다. 플라이 백 다이오드(244)의 에노드는 접지 전위(322)에 연결되고, 플라이 백 다이오드(244)의 캐소드는 제 2 노드(336)에 연결된다.
PWM 신호(216)가 비작동 상태에 있을 때, 제 1 스위칭 장치(304)는 온(ON) 되고, 제 2 스위칭 장치(308)는 오프(OFF) 된다. 커패시터(316)는 따라서 PWM 신호(216)가 비작동 상태일 때 DC 공급 전압(320)으로 충전된다. 따라서, PWM 신호(216) 비작동 상태에서 작동상태로 변이될 때, 전압(228)은 DC 유지 전압(328)보다 더 크게 될 수 있다.
PWM 신호(216)가 작동 상태일 때, 제 1 스위칭 장치(304)는 오프(OFF) 되고, 제 2 스위칭 장치(308)는 온(ON) 된다. 커패시터(316)는 따라서 방전되고, 시약 주입기(16)를 통하여 전류가 흐른다. 커패시터(316)가 방전되므로, 전압(228)은 DC 유지 전압(328)으로 램프 다운(ramp down)된다. 전압(228)은 최종적으로 DC 유지 전압(328)과 거의 동일하게 된다.
도 6을 참조하면, 주입기 제어시스템(400)의 개략적인 예로 보여주고 있다. 주입기 구동기 모듈(208)은 제 1 스위칭 장치(404), 제 2 스위칭 장치(408), 제 3 스위칭 장치, 다이오드(416), 및 커패시터(420)를 포함할 수 있다.
제 2 스위칭 장치(408)의 제 1 터미널은 DC 공급 전압(424)에 연결되고, 제 2 스위칭 장치(408)의 제 2 터미널은 노드(428)에 연결될 수 있다. 제 3 스위칭 장치(412)의 제 1 터미널은 노드(428)에 연결될 수 있고, 제 3 스위칭 장치(412)의 제 2 터미널은 접지 전위(432)에 연결될 수 있다. 다이오드(416)의 에노드는 DC 공급 전압(424)에 연결될 수 있고, 다이오드(416)의 캐소드는 노드(436)에 연결될 수 있다. 커패시터는 노드(436)의 하나의 터미널에 연결될 수 있고, 아울러 노드(428)의 다른 단자와 연결될 수 있다.
제 1 스위칭 장치(404)의 제 1 터미널은 노드(436)와 연결될 수 있고, 제 1 스위칭 장치(404)의 제 2 터미널은 제 2 노드(336)와 연결될 수 있다. PWM 신호(216)는 제 1, 제 2, 제 3 스위칭 장치들(404, 408, 412)의 제어 터미널들과 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 것과 같이, 제1, 제2, 제3 스위칭 장치(404, 408, 412)는 NPN, NPN, PNP 스위치 일 수 있고, 또는 다른 적절한 스위칭 장치일 수도 있다.
PWM 신호(216)가 작동상태에 있을 때, 제 1 스위칭 장치(404)는 오프 되고, 시약 주입기(16)으로 전류가 흐른다. PWM 신호(216)가 비작동 상태일 때 제 2 스위칭 장치(408)가 오프 된다. 제 3 스위칭 장치(412)는 그러나 PWM 신호가 비작동 상태일 때 온 된 커패시터(420)는 따라서 PWM 신호(216)가 비작동 상태일 때 DC 공급 전압(424)으로 충전시킨다.
PWM 신호(216)가 작동상태일 때, 제 1 스위칭 장치(404)는 온 되고, 제 2 스위칭 장치(408)도 온 되고, 제 3 스위칭 장치(412)는 오프 된다. 따라서, PWM 신호(216)가 작동상태일 때, 캐피시터(420)과 DC 공급 전압(424)은 직렬로 연결되어 시약 주입기(16)로 나타나고, 그 결과 전압(228)은 DC 공급 전압(424)과 캐피시터(420) 상의 전압의 합과 거의 동일하게 된다. 커패시터(420)는 방전되는 반면, PWM 신호(216)는 작동 상태에 있고, 전압(228)은 DC 공급 전압(424)에 대하여 감소시킨다.
전술한 설명은 단순한 예시이고, 본 발명과 응용 또는 사용을 한정하는 것으로 의도되어서는 안 된다. 특정 실시 예의 개별 구성요소들 또는 특징들은 일반적으로 그러한 특정 실시 예에 한정되지 않으며, 만일 적용 가능하면, 구체적으로 도시되거나 설명되지 않더라도 교환될 수도 있고 선택된 실시 예에서 사용될 수 있다. 또한 다양한 방법으로 변경될 수도 있다. 그러한 변경들은 본 발명의 범위를 벗어난 것으로 고려되어서는 안 되며, 그러한 모든 변경들은 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다. 명확한 목적에 의해서 유사한 구성 요소를 동일시하기 위해 동일 부호가 도면에 사용되었다. 여기에 사용된 것과 같이, 적어도 하나의 A, B 및 C의 절은 논- 익스클루시브 로직 OR을 이용한 로직(A 또는 B 또는 C)를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 방법 내에서 하나 또는 그 이상의 스텝은 본 발명의 원칙을 변경함이 없이 다른 순서로(또는 동시에) 실행될 수 있다.
여기에 사용된 것과 같이, 언어"모듈"은 언급되거나 부분일 수도 있고 또는 포함할 수도 있는데 즉, 주문 생산형 집적회로(ASIC), 전자회로, 조합논리회로, 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 코드를 실행하는 프로세서(공유되고, 전용으로 설계된 그룹으로 된), 서술 기능을 제공하는 적절한 하드웨어 컴포넌트, 시스템-온-칩에서와 같은 상기 회로 모든 것의 일부 또는 전부의 조합을 포함한다. 언어 모듈은 프로세서에 의해 실행된 코드를 저장하는 메모리를 포함할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 언어"코드"는 소프트 웨어, 펌 웨어 및/또는 마이크로 코드일 수도 있고, 프로그램, 루틴, 기능, 절, 및/또는 목적을 언급할 수도 있다. 언어 "공유된"은 멀티플 모듈로부터의 약간 또는 모든 코드가 단독(공유) 프로세서를 사용하여 실행된다는 것을 의미한다. 부가하여, 멀티플 모듈로부터의 일부 또는 전부 코드는 단독(공유) 메모리에 의해 저장될 수 있다. 전술한 바와 같이, 언어"그룹"은 단독모듈로부터의 일부 혹은 전부 코드가 한 그룹의 프로세서를 사용하여 실행될 수도 있다. 또한, 단독 모듈로부터의 일부 또는 전부 코드는 한 그룹의 메모리를 사용하여 저장될 수도 있다.
여기에 설명된 장치와 방법은 하나 또는 그 이상의 프로세서에 의해 실행된 하나 또는 그 이상의 컴퓨터 프로그램에 의해 수행될 수 있고, 컴퓨터 프로그램은 반 영구적인 실제 컴퓨터 판독가능 미디엄 상에 저장된 프로세서-실행가능 명령을 포함한다. 컴퓨터 프로그램은 저장된 데이터일 수 있다. 반 영구적인 실제 컴퓨터 판독가능 미디엄의 제한없는 예시는 비휘발성 메모리, 마그네틱 스토리지, 광 스토리지이다.
10 : 시약 탱크
12 : 전달 모듈
14 : 전자 주입 컨트롤러
16 : 시약 주입기
17 : 촉매 장치(제)
18 : 배기 가스도관
19 : 배기 가스 시스템
21 : 디젤 엔진
25 : 질소산화물 미터
27 : 엔진 제어 유닛
35 : 리턴 라인
100 : 리테이너 너트
108 : 시약 경로
116: 오르피스
118: 오프피스 경로
120: 축샤프트
124 : 축 헤드
128 : 솔레노이드 코일
136 : 복귀 스프링
204 : PWM 제어 모듈
208: 시약기 구동기 모듈
216 : PWM 신호
220 : 시약 주입량
228: 전압
244: 플라이 백 다이오드

Claims (22)

  1. 자동차용 시약 주입기 제어 시스템에 있어서,
    주입 제어 싸이클 동안에 시약 주입기를 통하여 흐르는 전류를 모니터하고, 주입 제어 싸이클 동안에 주입된 시약의 양을 근거로 한 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 발생시키며, 전류를 근거로 한 주입 제어 싸이클 동안에 펄스 폭 변조(PWM )신호의 듀티 싸이클을 선택적으로 증가시키거나 감소시키는 펄스 폭 변조(PWM )제어 모듈; 및
    상기 PWM 신호를 근거로 한 전류를 선택적으로 인에이블과 디스 인에이블하는 주입기 구동기 모듈;로 구성되고,
    상기 시약 주입기는 전류를 근거로 한 배기시스템 내로 시약을 주입하도록 개방시키고,
    상기 배기 시스템은 엔진으로부터의 배기 가스 출력을 받아들이고,
    상기 시약은 질소 산화물(NOx)과 반응하는 것을 특징으로 하는 시약 주입기 제어 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 주입기 구동기 모듈에 연결된 제 1 터미널과,
    상기 시약주입기와 연결된 제 2 터미널을 갖는 감지 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시약 주입기 제어 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    시약주입기를 더 포함하고, 상기 감지 저항의 제2 터미널과 접지 전위 사이에 시약 주입기가 병렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 시약 주입기 제어 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 플라이 백 다이오드는 제너 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 시약 주입기 제어 시스템.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 시약 주입기는:
    코일을 통하여 흐르는 전류에 근거하여 자계를 발생시키는 코일;
    자계에 근거하여 축 방향으로 이동되고, F430 타입의 스테인리스 철강으로 구성된 축 헤드와, 상기 축 헤드와 결합된 축 샤프트를 포함하는 축;을
    포함하는 것을 특징으로 하는 시약 주입기 제어 시스템.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 시약 주입기는:
    코일을 통하여 흐르는 전류에 근거하여 자계를 발생시키는 코일;
    자계에 근거하여 축 방향으로 이동되고, FR430 타입의 스테인리스 철강으로 구성된 축 헤드와, 상기 축 헤드와 결합된 축 샤프트를 포함하는 축;을
    포함하는 것을 특징으로 하는 시약 주입기 제어 시스템.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 시약주입기는:
    코일을 통하여 흐르는 전류에 근거하여 자계를 발생시키는 코일;
    자계에 근거하여 축 방향으로 이동되고,
    중량비로 적어도 1 퍼센트 실리콘을 갖는 솔레노이드 등급 물질을 포함하는 축 헤드; 및
    상기 축 헤드와 결합된 축 샤프트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 시약 주입기 제어 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 PWM 모듈은 주입 제어 싸이클 동안에 미리 정해진 기간에 대해 100 퍼센트까지 PWM 신호의 듀티 싸이클을 정하고, 주입 제어 싸이클 동안 미리 정해진 기간 이후 전류를 근거로 한 PWM 신호의 듀티 싸이클을 선택적으로 감소시키거나 증가시키는 것을 특징으로 하는 시약 주입기 제어 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 주입기 구동기 모듈은 PWM 신호가 비작동 상태에서는 충전시키고, PWM 신호가 작동 상태에서는 방전시키는 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 시약 주입기 제어 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 주입기 구동 모듈은:
    상기 PWM 신호가 비작동 상태일 때 시약 주입기로 흐르는 전류를 차단시키고,
    상기 PWM 신호가 작동 상태일 때 시약 주입기에 흐르는 전류를 인에이블(소통) 시키도록 구성된 적어도 하나의 스위칭 장치; 및
    상기 PWM 신호가 비작동 상태일 때 커패시터의 충전을 가능하도록 구성된 적어도 다른 하나의 스위칭 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 시약 주입기 제어 시스템.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 PWM 제어 모듈은, 미리 정해진 전류와 전류의 비교에 근거한 주입 제어 싸이클 동안에 PWM 신호의 듀티 싸이클을 선택적으로 감소시키는 것을 특징으로 하는 시약 주입기 제어 시스템.
  12. 자동차용 시약 주입기 제어 시스템에 있어서,
    주입 제어 싸이클 동안에 시약 주입기를 개방시키기 위해서 100 퍼센트까지 PWM 신호의 듀티 싸이클을 셋 시키고, 주입 제어 싸이클 동안에 시약 주입기의 개방을 유지하도록 100 퍼센트보다 작게 PWM 신호의 듀티 싸이클을 선택적으로 셋 시키는 펄스폭 변조 제어 모듈; 및
    상기 PWM 신호의 듀티 싸이클에 근거한 시약주입기에 대한 전류를 출력시키는 주입기 구동기 모듈;을 포함하되,
    상기 시약주입기는 전류에 근거한 배기가스 시스템 내로 개방시키고 시약을 주입시키며,
    상기 배기 가스 시스템은 엔진으로부터 배기가스 출력을 받아들이고,
    상기 시약은 질소 산화물과 반응하는 것을 특징으로 하는 시약 주입기 제어 시스템.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 PWM 제어모듈은, 미리 정해진 전류와 전류의 비교에 근거로 한 주입 제어 싸이클 동안에 시약 주입기의 개방을 유지하기 위해 100 퍼센트 이하까지 PWM 신호의 듀티싸이클을 선택적으로 셋 시키는 것을 특징으로 하는 시약 주입기 제어 시스템.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 주입기 구동기 모듈과 결합된 제 1 터미널과, 상기 시약 주입기에 연결된 제 2 터미널을 갖는 감지 저항을 더 포함하고, 상기 PWM 제어 모듈은 감지 저항의 양단에 걸린 전압을 근거로 한 전류를 결정하는 것을 특징으로 하는 시약 주입기 제어 시스템.
  15. 청구항 14에 있어서,
    시약 주입기를 포함하고, 상기 감지 저항의 제 2 터미널과 접지 전위 사이에 시약 주입기와 병렬로 연결된 플라이 백 다이오드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시약 주입기 제어 시스템.
  16. 청구항 15에 있어서, 상기 플라이 백 다이오드는 제너 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 시약 주입기 제어 시스템.
  17. 청구항 12에 있어서, 상기 시약 주입기 제어 시스템은 상기 시약 주입기로 개방시키도록 미리 정해진 기간 동안 100 퍼센트까지 PWM 신호의 듀티 싸이클을 셋팅시키는 것을 특징으로 하는 시약 주입기 제어 시스템.
  18. 청구항 12에 있어서, 상기 주입기 구동기 모듈은 PWM 신호가 비작동 상태일 때 충전시키고, PWM 신호가 작동 상태일 때 방전시키는 적어도 하나의 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 시약 주입기 제어 시스템.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 주입기 구동기 모듈은 PWM 신호가 작동 상태일 때 시약주입기에 전류가 흐르는 것을 막고, PWM 신호가 비작동 상태일 때 시약 주입기로 전류가 흐르도록 구성된 적어도 하나의 스위칭 장치: 및
    상기 PWM 신호가 비작동 상태일 때 캐피시터에 충전을 가능하도록 구성된 적어도 다른 하나의 스위칭 장치;를 포함하는 시약 주입기 제어 시스템.
  20. 배기 가스 시스템 내로 주입하기 위한 시약을 받아들이고, 상기 배기 가스 시스템은 엔진으로부터 배기 가스 출력을 받아들이며, 상기 시약은 질소산화물과 반응하는 시약 인입구;
    흐르는 전류에 근거하여 자계를 발생시키는 코일;
    상기 자계에 근거하여 축상으로 이동하는 축이고, 상기 축은 중량비 1 퍼센트 실리콘을 갖는 솔레노이드 등급 물질을 포함하는 축 헤드와, 상기 축 헤드에 결합된 축 샤프트를 구비한 축:을 포함하는 시약 주입기.
  21. 청구항 20에 있어서, 상기 솔레노이드 등급 물질은 FR430 타입 스테인레스 철강인 것을 특징으로 하는 시약주입기.
  22. 청구항 20에 있어서, 상기 솔레노이드 등급 물질은 F430 타입의 스테인레스 철강인 것을 특징으로 하는 시약 주입기.
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