KR20160054418A - 내연기관을 작동하기 위한 방법 및 제어장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄화수소 산화 활성을 포함하는 촉매 컨버터를 가진 배기가스 처리 시스템을 구비한 내연기관을 작동하기 위한 방법에 관한 것으로, 적어도 하기 단계들, 즉 촉매 컨버터의 하류의 배기가스 내 산소 함량 및/또는 질소 함량이 적어도 하나의 센서에 의해 측정 기술적으로 결정되고, 탄화수소 산화 활성을 포함하는 촉매 컨버터의 상류의 배기가스 내 산소 함량 및/또는 질소 함량이 적어도 하나의 센서에 의해 측정 기술적으로 또는 대안으로서 계산에 의해 결정되며, 촉매 컨버터의 상류의 배기가스 내 산소 함량과 촉매 컨버터의 하류의 배기가스 내 산소 함량 사이의 산소 함량차 및/또는 촉매 컨버터의 상류의 배기가스 내 질소 함량과 촉매 컨버터의 하류의 배기가스 내 질소 함량 사이의 질소 함량차가 결정되고, 산소 함량차 및/또는 질소 함량차로부터 적어도 하나의 특성값이 결정되며, 상기 특성값에 의존해서, 내연기관은 탄화수소 산화 활성을 포함하는 촉매 컨버터의 손상이 방지되도록 작동되는 단계를 포함한다.

Description

내연기관을 작동하기 위한 방법 및 제어장치{A METHOD AND CONTROL DEVICE FOR OPERATING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연기관을 작동하기 위한 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 내연기관을 작동하기 위한 제어장치에 관한 것이다.
실제로 공개된 내연기관들은, 내연기관의 유해 물질 방출을 줄이기 위해 배기가스 처리 시스템을 포함한다. 따라서 실제로, 내연기관의 배기가스 처리 시스템은 촉매 컨버터, 예를 들어 내연기관의 질소 방출을 줄이기 위한 촉매 컨버터를 포함하는 것이 공개되어 있다. 이 경우 예를 들어 소위 SCR-촉매 컨버터 또는 산화 촉매 컨버터일 수 있다. 또한 실제로, 이러한 촉매 컨버터는 탄화수소 산화 활성을 포함하고, 이로써 즉 촉매 컨버터 내에서 탄화수소가 산화될 수 있는 것이 공개되어 있다. 탄화수소의 산화는 탄화수소의 산화를 위한 반응 온도라고도 하는 특정 온도부터 산화가 이루어진다. 내연기관의 비교적 오래 걸리는 저온 시동이 이루어지는 경우에, 촉매 컨버터 내에 다량의 불연소된 또는 비산화된 탄화수소가 축적될 수 있고, 이러한 탄화수소는 반응 온도에 도달시 촉매 컨버터 내에서 갑자기 산화된다. 탄화수소의 산화는 발열 반응이기 때문에, 이 경우 촉매 컨버터 내부에서 심한 온도 상승이 이루어질 수 있고, 이러한 온도 상승은 촉매 컨버터의 열 손상을 야기할 수 있다. 이것은 바람직하지 않다.
DE 10 2009 007 764 A1호에, 촉매 컨버터 내에 침전된 탄화수소의 양이 모델에 의해 평가되는 방법이 공개되어 있다. 이러한 선행기술에 공개된 방법은 비교적 부정확하다.
본 발명의 과제는, 내연기관을 작동하기 위한 신규한 방법 및 제어장치를 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구범위 제1항에 따른 내연기관을 작동하기 위한 방법에 의해 해결된다.
본 발명에 따른 방법은 적어도 하기 단계들을 포함한다: 탄화수소 산화 활성을 포함하는 촉매 컨버터의 하류의 배기가스 내 산소 함량 및/또는 질소 함량이 적어도 하나의 센서에 의해 측정 기술적으로 결정된다; 탄화수소 산화 활성을 포함하는 촉매 컨버터의 상류의 배기가스 내 산소 함량 및/또는 질소 함량이 적어도 하나의 센서에 의해 측정 기술적으로 또는 대안으로서 계산에 의해 결정된다; 촉매 컨버터의 상류의 배기가스 내 산소 함량과 촉매 컨버터의 하류의 배기가스 내 산소 함량 사이의 산소 함량차 및/또는 촉매 컨버터의 상류의 배기가스 내 질소 함량과 촉매 컨버터의 하류의 배기가스 내 질소 함량 사이의 질소 함량차가 결정되고; 산소 함량차 및/또는 질소 함량차로부터 적어도 하나의 특성값이 결정되며, 상기 특성값에 의존해서, 내연기관은 탄화수소 산화 활성을 포함하는 촉매 컨버터의 손상이 방지되도록 작동된다.
본 발명에 따른 방법에 의해, 촉매 컨버터의 하류의 배기가스에서 측정 기술적으로 결정된 산소 함량 및/또는 측정 기술적으로 결정된 질소 함량에 기초한 결정된 산소 함량차 및/또는 질소 함량차에 의해서 적어도 하나의 특성값이 정확히 결정될 수 있고, 촉매 컨버터 내에 수집된 탄화수소의 발열 산화로 인한 촉매 컨버터의 손상을 안전하고 확실하게 방지하기 위해, 내연기관은 상기 특성값에 의존해서 작동된다.
바람직한 개선예에 따라, 특성값이 하한값보다 작으면, 내연기관의 작동은 상기 특성값에 의존해서 변경되지 않으며, 관련 특성값이 하한값보다 크고 상한값보다 작으면, 내연기관의 작동은 상기 특성값에 의존해서 제1 방식으로 변경되고, 관련 특성값이 상한값보다 크면, 내연기관의 작동은 상기 특성값에 의존해서 제2 방식으로 변경된다. 이는 내연기관의 특히 바람직한 작동을 가능하게 하고, 따라서 관련 특성값과 무관하게 내연기관의 작동에 규정대로 영향을 미칠 수 있다.
바람직한 개선예에 따라 적어도 촉매 컨버터의 하류의 배기가스 내의 질소 함량은 NOx-센서에 의해 측정 기술적으로 결정되고, 이 경우 촉매 컨버터의 상류의 배기가스 내 질소 함량은 다른 NOx-센서에 의해 측정 기술적으로 또는 계산에 의해 결정된다. 적어도 하나의 NOx-센서의 이용의 장점은, 촉매 컨버터 내에 침전된 탄화수소의 점화가 산소에 의해 아직 가능하지 않은 비교적 낮은 온도에서 촉매 컨버터 내의 질소 산화물은 탄화수소에 의해 촉매 작용으로 변환되는 것이다. 따라서 촉매 컨버터 내의 탄화수소가 산소에 의해 산화될 수 있기 전에, 촉매 컨버터의 탄화수소 도입 정도에 관한 정보가 제공되므로, 내연기관의 작동은 적절한 시간에 영향을 받을 수 있다.
바람직하게 추가로 촉매 컨버터의 하류의 배기가스 내 산소 함량은 람다 센서에 의해 측정 기술적으로 결정되고, 이 경우 촉매 컨버터의 상류의 배기가스 내 산소 함량은 다른 람다 센서에 의해 또는 공기 유량 센서에 의해 측정 기술적으로 또는 계산에 의해 결정된다. 적어도 하나의 NOx-센서와 적어도 하나의 람다 센서의 조합된 사용이 바람직한데, 그 이유는 이로 인해 더 큰 온도 범위에서 촉매 컨버터의 탄화수소 로딩 정도의 모니터링이 가능하기 때문이다.
내연기관을 작동하기 위한 제어장치는 청구범위 제8항에 규정된다.
본 발명의 바람직한 개선예들은 종속 청구항 및 하기 설명에 제시된다. 본 발명의 실시예들은 이에 제한되지 않으며, 도면을 참고로 설명된다.
도 1은 내연기관을 작동하기 위한 본 발명에 따른 방법을 설명하기 위해 배기가스 처리 시스템을 구비한 내연기관을 개략적으로 도시한 도면.
본 발명은 배기가스 처리 시스템을 구비한 내연기관, 특히 연료의 연소를 위해 과잉 산소로 작동되는 내연기관을 작동하기 위한 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명은 방법을 실시하기 위한 제어장치에 관한 것이다.
도 1은 내연기관(10)의 배기가스 처리 시스템(12)과 다수의 실린더(11)를 가진 내연기관(10)을 개략적으로 도시하고, 이 경우 도 1에 배기가스 처리 시스템(12) 중에 예시적으로 촉매 컨버터(13)가 도시되며, 상기 촉매 컨버터에 내연기관(10)에서 배출된 배기가스(14)가 공급될 수 있고, 이 경우 정화된 배기가스(14')는 촉매 컨버터(13)에서 배출된다. 촉매 컨버터(13)는 탄화수소 산화 활성을 포함하는 촉매 컨버터이며, 상기 촉매 컨버터에서 탄화수소는 그것의 산화에 의해 변환되고 또는 연소될 수 있고, 이 경우 이러한 촉매 컨버터는 예를 들어, 질소 방출의 감소를 위한 V2O5 기반의 SCR-촉매 컨버터이거나 또한 질소의 산화를 위한 귀금속 함유 산화 촉매 컨버터일 수 있다.
촉매 컨버터(13)의 영역에 축적되는 탄화수소의 산화는, 촉매 컨버터(13)가 규정된 반응 온도에 도달할 때에야 이루어질 수 있다.
내연기관(10)의 저온 시동이 실패하거나 오래 걸리면, 내연기관(10)의 엔진 시동 중에 촉매 컨버터(13)에 연소되지 않고 또는 산화되지 않은 비교적 다량의 탄화수소가 축적될 수 있고, 상기 탄화수소는 반응 온도에 도달시 갑자기 산화되고 촉매 컨버터(13) 내에서 심한 온도 상승을 야기한다. 그러나 이것은 이로 인해 촉매 컨버터(13)의 열 손상의 위험이 있기 때문에 바람직하지 않다.
본 발명에 따라, 촉매 컨버터(13)의 하류의 배기가스(14') 내 산소 함량 및/또는 질소 함량은 적어도 하나의 센서에 의해 측정 기술적으로 결정된다. 도 1의 실시예에서, 촉매 컨버터(13)의 하류의 배기가스(14') 내 산소 함량 및 질소 함량을 측정 기술적으로 결정하기 위해, 탄화수소 산화 활성을 포함하는 촉매 컨버터(13)의 하류에 직접 한편으로는 NOx-센서(15)가 제공되고 다른 한편으로는 람다 센서(16)가 제공된다. 또한 본 발명에 따라, 촉매 컨버터(13)의 상류의 배기가스(14) 내 산소 함량 및/또는 질소 함량이 결정되고, 즉 적어도 하나의 센서에 의해 측정 기술적으로 또는 대안으로서 계산에 의해 결정된다. 도 1의 실시예에서 탄화수소 산화 활성을 포함하는 촉매 컨버터(13)의 상류에 직접 센서들이 제공될 수 있고, 즉 다른 NOx-센서(17) 및 다른 람다 센서(18)가 제공되므로, 촉매 컨버터(13)의 상류의 배기가스(14) 내 산소 함량과 질소 함량이 측정 기술적으로 결정될 수 있다. 이것은 바로, 관련 센서(15, 16, 17, 18)와 탄화수소 산화 활성을 포함하는 손상으로부터 보호될 촉매 컨버터(13) 사이에 다른 촉매 활성 어셈블리 및/또는 배기가스 처리 시스템의 입자 필터 또는 그와 같은 것이 위치 설정되지 않는 것을 의미한다.
촉매 컨버터(13)의 상류의 배기가스(14) 내 산소 함량은 대안으로서 연소된 연료량과 조합하여 공기 유량 센서에 의해 결정될 수도 있다.
또한 촉매 컨버터(13)의 상류의 배기가스(14) 내 산소 함량과 촉매 컨버터(13)의 하류의 배기가스(14') 내 산소 함량 사이의 산소 함량차 및/또는 촉매 컨버터(13)의 상류의 배기가스(14) 내 질소 함량과 촉매 컨버터(13)의 하류의 배기가스(14') 내 질소 함량 사이의 질소 함량차가 결정된다. 도 1에 도시된 실시예에서 산소 함량차 및 질소 함량차가 결정된다.
산소 함량차 및/또는 질소 함량차로부터 적어도 하나의 특성값이 결정되고, 상기 특성값에 의존해서 촉매 컨버터(13)의 손상이 방지되도록 내연기관(10)이 작동된다. 산소 함량차 및/또는 질소 함량차로부터 특성값으로서 촉매 컨버터(13)의 탄화수소 로딩 및/또는 촉매 컨버터(13) 내에 수집된 탄화수소의 산화시 촉매 컨버터(13)의 나타나는 온도 상승 및/또는 촉매 컨버터(13) 내 탄화수소의 연소 속도가 결정된다. 적어도 하나의 이러한 특성값을 기초로 내연기관의 작동은 촉매 컨버터(13)의 손상이 방지되도록 제어 또는 조절된다.
적어도 하나의 특성값, 예를 들어 촉매 컨버터(13)의 탄화수소 로딩이 한계값보다 작으면, 내연기관의 작동은 상기 특성값에 의존해서 변경되지 않는다. 그와 달리, 관련 특성값, 예를 들어 촉매 컨버터(13)의 탄화수소 로딩이 한계값보다 크면, 내연기관(10)의 작동은 상기 특성값에 의존해서 변경된다.
관련 특성값, 예를 들어 촉매 컨버터(13)의 탄화수소 로딩이 상한 및 하한값과 비교되는 경우에, 특히 바람직한 작동이 제공되고, 즉 관련 특성값, 예를 들어 촉매 컨버터(13)의 탄화수소 로딩이 하한값보다 작으면, 내연기관(10)의 작동은 상기 특성값에 의존해서 변경되지 않고, 관련 특성값이 하한값보다 크고 상한값보다 작으면, 내연기관의 작동은 상기 특성값에 의존해서 제1 방식으로 변경되고, 관련 특성값이 상한값보다 크면, 내연기관의 작동은 상기 특성값에 의존해서 제2 방식으로 변경된다.
이와 관련해서, 촉매 컨버터(13)의 탄화수소 로딩이 하한값보다 크고 상한값보다 작은 경우에, 내연기관(10) 내로 연료 분사량이 감소하고, 촉매 컨버터(13)의 탄화수소 로딩이 상한값보다 큰 경우에, 내연기관(10) 내의 연소 공기량은 예를 들어 내연기관(10)의 스로틀 밸브 조절의 작용에 의해 감소하며, 바람직하게는 추가로 내연기관(10) 내로 연료 분사량도 감소한다.
산소 함량차 또는 질소 함량차로부터 촉매 컨버터(13)의 탄화수소 로딩은 예를 들어 하기 화학 방정식에 따른 n-데칸 C10H22으로 재현되어 결정될 수 있다:
C10H22 + 15.5O2 -> 10CO2+ 11H2O
C10H22 + 31NO -> 15.5N2 + 10CO2+ 11H2O
촉매 컨버터(13) 내 탄화수소의 산화시 형성되는 온도 상승 ΔT은 하기 관계식에 따라 결정될 수 있다:
ΔT = mc*MABGAS*αABGAS*HUc/ΔtAUF
상기 식에서 mC는 촉매 컨버터(13) 내 탄소 질량이고, MABGAS는 촉매 컨버터(13)를 통과하는 배기가스 유동이며, αABGAS는 배기가스 열용량이고, HUc는 탄소의 열값이며, ΔtAUF는 촉매 컨버터(13)의 가열 지속시간이다.
촉매 컨버터(13)의 가열 지속시간 ΔtAUF 또는 탄화수소의 연소 속도는 산소 함량차의 기울기로부터 결정될 수 있다.
또한 본 발명은 방법을 실시하기 위한 제어장치에 관한 것으로, 상기 제어장치는 바람직하게 내연기관(10)의 전자 엔진 제어장치이다. 상기 제어장치는 본 발명에 따른 방법을 실시하기 위한 수단을 포함한다. 이러한 수단은 본 발명에 따른 방법의 실시에 관련된 어셈블리와 데이터 교환을 위한 데이터 인터페이스, 데이터 처리를 위한 프로세서 및 데이터 저장을 위한 데이터 메모리이다.
10 : 내연기관 11 : 실린더
12 : 배기가스 처리 시스템 13 : 촉매 컨버터
14, 14' : 배기가스 15 : NOx-센서
16 : 람다 센서 17 : NOx-센서
18 : 람다 센서

Claims (8)

  1. 탄화수소 산화 활성을 포함하는 촉매 컨버터를 가진 배기가스 처리 시스템을 구비한 내연기관을 작동하기 위한 방법에 있어서,
    촉매 컨버터의 하류의 배기가스 내 산소 함량 및/또는 질소 함량이 적어도 하나의 센서에 의해 측정 기술적으로 결정되고,
    탄화수소 산화 활성을 포함하는 촉매 컨버터의 상류의 배기가스 내 산소 함량 및/또는 질소 함량이 적어도 하나의 센서에 의해 측정 기술적으로 또는 대안으로서 계산에 의해 결정되며,
    촉매 컨버터의 상류의 배기가스 내 산소 함량과 촉매 컨버터의 하류의 배기가스 내 산소 함량 사이의 산소 함량차 및/또는 촉매 컨버터의 상류의 배기가스 내 질소 함량과 촉매 컨버터의 하류의 배기가스 내 질소 함량 사이의 질소 함량차가 결정되고,
    산소 함량차 및/또는 질소 함량차로부터 적어도 하나의 특성값이 결정되며, 상기 특성값에 의존해서, 내연기관은 탄화수소 산화 활성을 포함하는 촉매 컨버터의 손상이 방지되도록 작동되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 특성값으로서 산소 함량차 및/또는 질소 함량차로부터 촉매 컨버터의 탄화수소 로딩 및/또는 탄화수소의 산화시 나타나는 촉매 컨버터의 온도 상승 및/또는 탄화수소의 연소 속도가 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 특성값이 한계값보다 작으면, 내연기관의 작동은 상기 특성값에 의존해서 변경되지 않고, 관련 특성값이 한계값보다 크면, 내연기관의 작동은 상기 특성값에 의존해서 변경되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 특성값이 하한값보다 작으면, 내연기관의 작동은 상기 특성값에 의존해서 변경되지 않고, 관련 특성값이 하한값보다 크고 상한값보다 작으면, 내연기관의 작동은 상기 특성값에 의존해서 제1 방식으로 변경되고, 관련 특성값이 상한값보다 크면, 내연기관의 작동은 상기 특성값에 의존해서 제2 방식으로 변경되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 관련 특성값이 하한값보다 크고 상한값보다 작으면, 연료 분사량이 감소하고, 관련 특성값이 상한값보다 크면, 연소 공기량 및 바람직하게는 추가로 연료 분사량이 감소하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 촉매 컨버터의 하류의 배기가스 내 질소 함량은 NOx-센서에 의해 측정 기술적으로 결정되고, 촉매 컨버터의 상류의 배기가스 내 질소 함량은 다른 NOx-센서에 의해 측정 기술적으로 또는 계산에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 추가로 촉매 컨버터의 하류의 배기가스 내 산소 함량은 람다 센서에 의해 측정 기술적으로 결정되고, 촉매 컨버터의 상류의 배기가스 내 산소 함량은 다른 람다 센서에 의해 또는 공기 유량 센서에 의해 측정 기술적으로 또는 계산에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 배기가스 처리 시스템을 구비한 내연기관을 작동하기 위한 제어장치에 있어서,
    상기 제어장치는 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실시하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어장치.
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