KR20180072571A - 품질 신호의 진단 방법, 제어 유닛, 제어 유닛 프로그램, 및 제어 유닛 프로그램 제품 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 시약 계량공급 시스템(10)에서 사용되는 품질 센서(24)가 공급하는 품질 신호(26)를 진단하는 방법에 관한 것으로, 이 방법에서 시약 계량공급 시스템(10)은 품질 센서(24)에 의해 품질이 검사될, 탱크(12) 내에 보관된 요소 수용액(14)을 SCR 촉매컨버터(20)의 상류에 계량공급한다. 이 방법은, 품질 센서(24)가 클럭 신호(38)를 공급하는 클럭 발생기(36)를 구비한 신호 처리 장치(34)를 포함하고; 품질 센서(24)는 시간 기반 측정에 기초하여 품질 신호(26)를 검출하며; 품질 신호(26)는 클럭 신호(38)의 주기 지속시간에 따라 인터페이스(40, 42)를 통해 제어 유닛(28)으로 전송되고; 제어 유닛(28)에서는 클럭 신호(38)의 주기 지속시간에 대한 척도(52, 56, 58)가 검출되며; 주기 지속시간에 대한 척도(52, 56, 58)는 하나 이상의 주기 지속시간 임계값(46, 48)과 비교되고, 클럭 신호(38)의 주기 지속시간에 대한 척도(52, 56, 58)가 주기 지속시간 임계값(46, 48)과 차이가 나면 에러 신호(50)가 공급되는; 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 처리 방식은 OBD 진단을 가능케 한다.

Description

품질 신호의 진단 방법, 제어 유닛, 제어 유닛 프로그램, 및 제어 유닛 프로그램 제품{METHOD FOR DIAGNOSING A QUALITY SIGNAL, CONTROL UNIT, CONTROL UNIT PROGRAM AND CONTROL UNIT PROGRAM PRODUCT}
본 발명은, 시약 계량공급 시스템에서 사용되는 품질 센서가 공급하는 품질 신호를 진단하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 시약 계량공급 시스템은 요소 수용액을 내연기관의 배기가스 채널 내로 SCR 촉매컨버터의 흐름 상류에서 계량공급한다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 진단 방법을 수행하도록 특수 설계된 제어 유닛에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 제어 유닛에서 실행될 경우 본 발명에 따른 진단 방법의 모든 단계를 실행하는 제어 유닛 프로그램에 관한 것이다.
마지막으로 본 발명은, 상기 프로그램이 제어 유닛에서 실행될 경우 본 발명에 따른 진단 방법을 수행하기 위해 기계판독 가능 매체에 저장된, 프로그램 코드를 가진 제어 유닛 프로그램 제품에 관한 것이다.
점점 더 엄격해지는 판매법 규정을 충족시키기 위해서는, 내연기관, 특히 디젤 엔진의 배기가스 내 질소산화물을 감소시켜야 한다. 이를 위해, 내연기관의 배기가스 덕트 내에서, 내연기관의 배기가스 내에 함유된 질소산화물을(NOx)을 환원제와 반응시켜 질소로 환원하는 SCR 촉매컨버터(Selective Catalytic Reduction)를 배치하는 점이 공지되어 있다. 그럼으로써 배기가스 내 질소산화물의 함량이 현저히 감소할 수 있다. 반응을 실행하기 위해서는, 배기가스에 첨가될 암모니아(NH3)가 적합하다. 따라서 환원제로서 NH3 또는 NH3-분리 시약이 사용된다. 일반적으로는 이를 위해, 배기가스 덕트 내에서 SCR 촉매컨버터의 상류에 분사되는 환원제의 전구체(precursor)로서 요소 수용액이 사용된다. 상기 용액으로부터 환원제로서 작용하는 암모니아가 생성된다. 32.5% 요소 수용액이 AdBlue®라는 상표명으로 시중에 유통되고 있다.
요소 수용액은 내연기관 조작자에 의해 보충될 수 있다. 재충전된 물질이 올바른 요소 수용액인지의 여부, 또는 요소 수용액 내 요소 함량이 관련 표준 ISO 22241 또는 DIN 70070에 부합하는지에 대한 검사를 통해, 필요한 NOx 환원율의 준수를 보장한다. 관련 법규는, 요소 수용액의 재충전 시 있을 수 있는 사기 시도를 인지하여, 예컨대 가능한 내연기관 스타트 횟수의 제한 또는 내연기관 토크의 감소와 같은 상응하는 조치들을 개시할 수 있게 하기 위한 검사를 요구하고 있다.
요소 수용액의 진단을 위해, 요소 수용액의 품질을 검출하는 품질 센서가 제공된다. 그러한 품질 센서를 구비한 시약 계량공급 시스템의 예가 공개공보 DE 101 39 142 A1호로부터 공지되어 있다.
(선공개되지 않은) 공개공보 DE 10 2015 212 622 A1호에는, 시약 계량공급 시스템에서 사용되는 초음파 품질 센서가 공급하는 품질 신호를 보정하기 위한 방법 및 장치가 기술되어 있다. 이 초음파 품질 센서는, 시약인 암모니아의 전구체로서 탱크 내에 보관되어 있는 요소 수용액에서의 음파 전파 시간을 검출한다. 품질 센서로부터 공급된 품질 신호는 시간 기반 측정에 기초한다.
특별히, 특히 상용차 응용분야에서 센서 데이터를 전달하기 위해, SAE(Society of Automotive Engineers, 자동차 기술자 협회)로부터 J2716이라는 명칭으로 규정된, www.SAE.org에서 입수 가능한 이른바 SENT 프로토콜이 개발되었다. 학술지 "Elektronik Praxis"(포겔 출판사, 2013년 5월 16일, http://www.electronikpraxis.vogel.de/messen-und-testen/articles/405111에도 공개됨)"에는 오실로스코프를 이용한 분석에 기반한 SENT 프로토콜이 기술되어 있다.
본 발명의 과제는, 품질 센서의 제대로 된 기능을 보장하며, 시간 기반 측정에 기반하여 획득된 품질 신호를 진단하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
시약 계량공급 시스템에서 사용되는 품질 센서가 공급하는 품질 신호를 진단하기 위한 본 발명에 따른 방법에서는, 품질 센서에 의해 품질이 검사될, 탱크 내에 보관된 요소 수용액을 시약 계량공급 시스템이 SCR 촉매컨버터의 상류에 계량공급하며, 상기 방법은, 품질 센서가 클럭 신호를 공급하는 클럭 발생기를 구비한 신호 처리 장치를 포함하고; 품질 센서는 클럭 신호에 기반한 시간 기반 측정을 이용하여 품질 신호를 검출하며; 품질 신호는 클럭 신호의 주기 지속시간에 따라 인터페이스를 통해 제어 유닛으로 전송되고; 제어 유닛의 신호 평가부에서 클럭 신호의 주기 지속시간에 대한 척도가 검출되며; 주기 지속에 대한 척도는 하나 이상의 주기 지속시간 임계값과 비교되고, 클럭 신호의 주기 지속에 대한 척도가 주기 지속시간 임계값과 차이가 나면 에러 신호가 공급되는; 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 처리 방식은 온 보드 진단(On-Board Diagnosis)을 실현하기 위한 품질 센서의 진단을 가능케 한다. 이 경우, 품질 센서는 시간 기반 측정을 이용하여 품질 신호를 검출하는 점이 전제가 된다. 시간 측정은 클럭 발생기의 클럭 신호에 기반한다. 품질 신호의 전송은 클럭 신호의 주기 지속시간에 따라 인터페이스를 통해 수행된다. 클럭 신호 또는 클럭 신호의 주기 지속시간은 예컨대 인터페이스, 예컨대 직렬 인터페이스, 예컨대 직렬 SENT 인터페이스를 통해 전송되는 펄스들의 지속시간을 결정하며, 이때 클럭 의존적 펄스 지속시간은 품질 신호의 정보를 코딩된 상태로 보유한다.
클럭 신호의 주기 지속시간에 대한 척도의 평가를 통해 품질 신호의 진단이 가능한 이유는, 시간 기반 측정 시 결함이 있는 클럭 신호는 그에 상응하게 결함이 있는 품질 신호를 야기하기 때문이다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 개진 및 구성은 각각 종속 방법 청구항들의 대상이다.
본 발명에 따른 장치는 본 발명에 따른 진단 방법을 수행하기 위한 제어 유닛의 특수 설계와 관련된다.
본 발명에 따른 제어 유닛 프로그램은 품질 신호의 진단을 위한 제어 유닛 내에 저장되어 있다.
상기 프로그램이 제어 유닛에서 실행될 경우, 기계판독 가능 매체에 저장된 프로그램 코드를 가진 본 발명에 따른 제어 유닛 프로그램 제품이 본 발명에 따른 진단 방법을 실행한다.
본 발명에 따른 진단 방법 및 본 발명에 따른 장치의 또 다른 바람직한 개진 및 구성은 명세서 내용을 참고한다.
도면은 시약 계량공급 시스템에서 사용되는 품질 센서의 진단을 위한 본 발명에 따른 방법이 실행되는 시약 계량공급 시스템을 도시한 도이다.
도면은 탱크(12) 내에 보관된 요소 수용액(14)을 SCR 촉매컨버터(20)의 상류에서 내연기관(18)의 배기가스 덕트(16) 내로 계량공급하는 시약 계량공급 시스템(10)을 보여준다. 내연기관(18)은 예컨대 자동차 내에 구동 엔진으로서 제공된다. 배기가스 덕트(16) 내에서 요소 수용액(14)으로부터 고온에서 암모니아(NH3)가 발생하며, 이 암모니아는 SCR 촉매컨버터(20)에서 내연기관(18)의 배기가스의 NOx 성분을 환원시키기 위한 환원제로서 이용된다.
요소 수용액(14)의 계량공급률 수요는 바람직하게 계량공급 밸브(22)를 이용하여 결정된다.
요소 함량의 올바른 농도에 대해 요소 수용액(14)을 진단하기 위해, 품질 신호(26)를 검출하여 제어 유닛(28)에 공급하는 품질 센서(24)가 제공된다.
요소 수용액(14)은 요소 수용액(14)이 분해되는 에이징 과정(ageing process)을 거치며, 이때 암모니아가 발생함에 따라 요소 농도가 감소한다. 또한, 그로 인해 요소 수용액(14)의 재충전 시, 예컨대 물 비율이 증가하도록 조작되는 점이 배제될 수 없다. 이 경우에도 요소 농도가 감소한다. 그러나 요소 수용액(14)의 요소 농도의 감소 시, 사전 설정된 계량공급률에서 계량공급 밸브(22)에 의해 효율이 너무 낮은 계량공급률에 도달함에 따라, SCR 촉매컨버터(20)에서의 NOx 환원이 더 이상 최대로 가능한 값에 도달하지 못하고, 그로 인해 경우에 따라 SCR 촉매컨버터(20) 하류에서의 사전 설정된 NOx 농도가 더 이상 유지되지 못하게 된다. 요소 수용액(14)의 요소 농도는 ISO 22241 또는 DIN 70070 표준에 따라 32.5% 중량퍼센트에 근접해야 한다.
품질 센서(24)는 시간 기반 측정을 수행한다. 적합한 방법 중 하나는 예컨대 초음파 신호(30)의 신호 전파 시간이 검출되는 초음파 측정이다. 이를 위해 품질 센서(24)는 초음파 센서(32) 및 신호 처리 장치(34)를 포함하고, 상기 신호 처리 장치는 클럭 신호(38)를 공급하는 클럭 발생기(36)를 포함한다. 초음파 센서는 도입부에 언급한 공개공보 DE 10 2015 212 622 A1호에 상세히 기술되어 있다.
클럭 신호(38)는 초음파 센서(32)뿐만 아니라 제1 인터페이스(40)에도 제공된다.
제1 인터페이스(40)는, 제어 유닛(28)에 전송되어 거기서 제2 인터페이스(42)에 의해 수신될 품질 신호(26)를 제공한다. 품질 신호(26)의 전송은 클럭 발생기(36)에 의해 공급된 클럭 신호(38)의 시간과 결부된다. 이러한 전송은 예를 들어 직렬 인터페이스를 통해, 예컨대 도입부에 언급한 SENT 프로토콜을 이용하여 가능하다.
인터페이스(40, 42)를 통해 전송된 품질 신호(26)의, 클럭 신호(38)에 대한 의존성은, 제어 유닛(28)이 클럭 신호(38) 또는 클럭 신호(38)의 주기 지속시간을 평가할 수 있게 한다.
도면에는 예컨대 SENT 프로토콜을 이용한 직렬 데이터 전송의 범주에서 품질 신호(26)의 시간에 따른 거동이 도시되어 있다.
본 발명에 따른 진단은, 제어 유닛(28)에서 주기 지속시간의 척도 내지는 클럭 신호(38)의 주파수를 검출하여 평가하는 것에 기반하며, 이때, 주기 지속시간이 임계값과 차이가 날 경우, 클럭 신호(38)에 결함이 있을 뿐만 아니라 그에 상응하게 품질 센서(24)에 의한 시간 기반 측정에도 오류가 있는 것으로 추정할 수 있다.
제어 유닛(28)은, 제1 및 제2 주기 지속시간 임계값(46, 48)을 제공받아 에러 발생 시 에러 신호(50)를 공급하는 신호 평가부(44)를 포함한다.
클럭 신호(38)의 주기 지속시간에 대한 척도(52, 56, 58)로서 예컨대, SENT 프로토콜의 동기화 펄스(54)의 지속시간(52)이 이용될 수 있다. 그 대안으로 또는 추가로, 직접 연속하는, 예컨대 SENT 프로토콜의 동기화 펄스들(54) 간의 시간 간격(56)이 평가의 기초가 될 수 있다. 그 대안으로 또는 추가로, 예컨대 SENT 프로토콜의 2개의 동기화 펄스(54) 간의 추가 시간 간격(58)이 클럭 신호(38)의 주기 지속시간에 대한 척도를 평가하는 기초가 될 수 있으며, 이때 상기 추가 시간 간격(58) 이내에 사전 설정된 복수의 동기화 펄스(54)가 위치한다.
클럭 신호(38)의 주기 지속시간에 대한 척도(52, 56, 58)는 신호 평가부(44)에서 1개의 또는 2개의 주기 지속시간 임계값(46, 48)과 비교될 수 있다. 클럭 신호(38)의 주기 지속시간에 대한 척도(52, 56, 58)가 제1 주기 지속시간 임계값(46)을 초과하거나, 제2 주기 지속시간 임계값(48)에 미달되는 경우, 에러 신호(50)가 공급된다.
에러 신호(50)는 추가 신호 처리 장치에서 처리될 수 있고, 그리고/또는 예컨대 디스플레이로 전송될 수 있다. 에러 신호(50)의 발생은, 클럭 신호(38)의 주기 지속시간에서 편차가 발생하였고, 그 결과 품질 센서(24)로부터 잘못된 품질 신호(26)가 제어 유닛(28)으로 전송되었음을 의미한다. 에러 신호(50)가 발생한 경우 품질 센서(24)의 검사가 필요하며, 상기 품질 센서는 수리되거나 교체될 수 있다. 에러 신호(50)를 이용하여 경우에 따라 전술한 온보드 진단이 수행될 수 있다.

Claims (9)

  1. 시약 계량공급 시스템(10)에서 사용되는 품질 센서(24)가 공급하는 품질 신호(26)를 진단하는 방법이며, 상기 시약 계량공급 시스템(10)은 품질 센서(24)에 의해 품질이 검사될, 탱크(12) 내에 보관된 요소 수용액(14)을 SCR 촉매컨버터(20)의 상류에 계량공급하는, 품질 신호 진단 방법에 있어서,
    상기 품질 센서(24)는 클럭 신호(38)를 공급하는 클럭 발생기(36)를 구비한 신호 처리 장치(34)를 포함하고, 품질 센서(24)는 시간 기반 측정에 기초하여 품질 신호(26)를 검출하며, 품질 신호(26)는 클럭 신호(38)의 주기 지속시간에 따라 인터페이스(40, 42)를 통해 제어 유닛(28)으로 전송되고, 제어 유닛(28)에서는 클럭 신호(38)의 주기 지속시간에 대한 척도(52, 56, 58)가 검출되며, 주기 지속시간에 대한 척도(52, 56, 58)는 하나 이상의 주기 지속시간 임계값(46, 48)과 비교되고, 클럭 신호(38)의 주기 지속시간에 대한 척도(52, 56, 58)가 주기 지속시간 임계값(46, 48)과 차이가 나면 에러 신호(50)가 공급되는 것을 특징으로 하는, 품질 신호 진단 방법.
  2. 제1항에 있어서, 2개의 주기 지속시간 임계값(46, 48)이 사전 설정되고, 주기 지속시간에 대한 척도(52, 56, 58)가 주기 지속시간 상한값(46)을 초과하거나 주기 지속시간 하한값(48)에 미달되는 경우 에러 신호(50)가 공급되는 것을 특징으로 하는, 품질 신호 진단 방법.
  3. 제3항에 있어서, 품질 신호(26)는 SENT 인터페이스(40, 42)를 통해 전송되는 것을 특징으로 하는, 품질 신호 진단 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 주기 지속시간에 대한 척도(52, 56, 58)는 인터페이스(40, 42)의 동기화 펄스(54)의 지속시간(52)으로부터 도출되는 것을 특징으로 하는, 품질 신호 진단 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 주기 지속시간에 대한 척도(52, 56, 58)는 인터페이스(40, 42)의 2개의 동기화 펄스(54)간의 시간 간격(56, 58)으로부터 도출되는 것을 특징으로 하는, 품질 신호 진단 방법.
  6. 제1항에 있어서, 품질 센서(24)는 요소 수용액(14) 내에서 흐르는 초음파 신호(30)의 전파 시간을 평가하고, 전파 시간에 대한 척도를 인터페이스(40, 42)를 통해 전송하는 것을 특징으로 하는, 품질 신호 진단 방법.
  7. 시약 계량공급 시스템(10)의 탱크(12) 내에서 사용되는 품질 센서(24)를 진단하기 위한 장치에 있어서,
    제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 진단 방법을 수행하기 위해 특수 설계된 제어 유닛(28)이 제공되는 것을 특징으로 하는, 품질 센서 진단 장치.
  8. 품질 신호(26)를 진단하기 위해 제7항에 따른 제어 유닛(26) 내에 저장된 제어 유닛 프로그램.
  9. 프로그램이 제어 유닛(28)에서 실행될 경우 품질 신호(26)를 진단하기 위해, 제7항에 따른 제어 유닛(26)을 위한, 기계판독 가능 매체에 저장된 프로그램 코드를 가진 제어 유닛 프로그램 제품.
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