KR20190008561A - 스톱 밸브, scr 시스템, 그리고 누출 검출 및/또는 계량량 편차 식별 방법 - Google Patents

스톱 밸브, scr 시스템, 그리고 누출 검출 및/또는 계량량 편차 식별 방법 Download PDF

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KR20190008561A
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첸 초우
지몬 미햐엘 하잇처
옥케 베네캄프
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 자기 요크(101); 자기 코일(102); 압축 스프링(107); 탄성 멤브레인(106)이 배치되는 전기자(105);를 포함하는 스톱 밸브(100)에 관한 것이다. 이 경우, 멤브레인(106)은 하나 이상의 유체 연결부(108, 109) 상에 기밀하게 압착될 수 있다. 또한, 스톱 밸브(100)는 전기자(105)와 연결되는 가이드 핀(110) 및 가이드(111)도 포함한다. 마지막으로, 압축 스프링(107)은 자기 코일(102)을 둘러싸도록 배치된다. 스톱 밸브(100)를 포함하는 SCR 시스템에서 실시되는 누출 검출 및/또는 계량량 편차 식별을 위한 방법은 스톱 밸브(100)의 개방 단계를 포함한다. 그에 이어, 압력 라인은 환원제로 충전되고 스톱 밸브(100)는 폐쇄된다. 그리고 후속하여 스톱 밸브(100) 상류의 압력은 펌프의 작동 중단을 통해 감소된다. 마지막으로, 압력 센서를 이용한 스톱 밸브(100) 하류의 압력의 모니터링을 통해 누출 검출 및/또는 계량량 편차 식별이 실행된다.

Description

스톱 밸브, SCR 시스템, 그리고 누출 검출 및/또는 계량량 편차 식별 방법
본 발명은 스톱 밸브에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 스톱 밸브를 포함하는 SCR 시스템, 그리고 상기 SCR 시스템 내에서 누출 검출 및/또는 계량량 편차 식별을 위한 방법에도 관한 것이다. 더 나아가, 본 발명은, 컴퓨터에서 실행될 때 상기 방법의 각각의 단계를 실시하는 컴퓨터 프로그램, 그리고 이 컴퓨터 프로그램을 저장하는 기계판독 가능 저장 매체에도 관한 것이다. 마지막으로, 본 발명은 상기 방법을 실행하도록 구성된 전자 제어 장치에 관한 것이다.
스톱 밸브들은 유체 이동의 제어를 위해 이용된다. 이 경우, 스톱 밸브들은 개방된 상태에서 유체의 유동 방향을 기설정하고, 폐쇄된 상태에서는 유체의 이동을 방지한다. 스톱 밸브들은 오늘날 SCR 시스템에서 환원제(AdBlue®)의 이동을 제어하기 위해 이용되고 있다. 특히 스톱 밸브들은 SCR 시스템의 압력 라인 내에서 이송 모듈과 계량 모듈 사이에 배치된다. 그곳에서, 스톱 밸브들은 압력 라인 내로 환원제의 누출을 방지해야 하는데, 그 이유는 그렇지 않을 경우 환원제가 동결되고 민감한 부품들이 손상되는 가능성이 존재하기 때문이다.
앞에서 기재한 것과 같은 스톱 밸브에 대한 예는 독일 공보 DE 10 2011 090 070 A1호에서 제공된다. 상기 독일 공보는 SCR 시스템에서 이용되는 스톱 밸브에 관한 것이다. 상기 스톱 밸브는, 멤브레인 슬라이드가 멤브레인 스프링에 의해 멤브레인 상으로 밀착되는 2/2 방향 제어 밸브이다. 통과 상태는 자기 코일을 통해 실현되고 그런 다음 시스템 내의 통과 방향으로 최소 압력에 도달할 때 독립적으로 개방된 상태로 유지될 수 있다. 스톱 밸브는 폐쇄된 상태에서, 또는 멤브레인 슬라이드가 폐쇄된 경우 누출을 방지한다.
동일하게, 독일 공보 DE 10 2012 204 104 A1호도 배기가스 후처리 시스템의 환기를 위한 장치 내에 배치되는 스톱 밸브에 관한 것이다. 이 경우, 스톱 밸브는 이송 라인 내에서 이송 모듈과 계량 모듈 사이에 배치된다. 2/2 방향 제어 밸브는 액추에이터를 통해 유압으로 작동되며, 그로 인해 여기서는 자석이 필요하지 않다. 이송 라인으로부터는, 액추에이터를 제어하기 위해 이용되는 제어 라인이 분기된다. 한편, 이송 모드에서, 이송 라인 내에 초과 압력이 우세하게 존재하면, 액추에이터는 활성화되어 밸브를 개방한다.
또한, 독일 공보 DE 10 2012 211 112 A1호도, SCR 시스템에서 이용되는 스톱 밸브에 관한 것이다. 상기 시스템 내에서는 추가 개폐 밸브를 통해 이송 모드와 회수 모드 간의 전환이 달성된다. 상기 스톱 밸브는 전환 밸브와 2/2 방향 제어 밸브로 구성된다. 전환 밸브는 2가지 압력 레벨에서 2/2 방향 제어 밸브를 개방한다. 그 결과로 인해, 스톱 밸브는 이송 모드에서뿐만 아니라 재흡입 모드에서도 개방될 수 있다.
독일 공보 DE 10 2012 209 689 A1호는 SCR을 이용한 배기가스 후처리 장치에 관한 것이다. 여기서는, 이송 모듈 및 스톱 밸브가 기재된다. 스톱 밸브는 차단 부재를 이용하여 누출을 방지한다. 이는, 폐쇄된 상태에서 밀봉 시트(sealing seat) 상에 기밀하게 안착되는 밀봉 다이(sealing die)를 통해 실현된다. 개방된 상태는 쌍안정 스프링 부재(bistable spring element)에 의해 달성되며, 이 스프링 부재는 낮은 파지력으로 타격면(striking surface) 쪽으로 밀봉 다이를 밀착시킨다. 이런 경우, 쌍안정 스프링 부재는 높은 폐쇄력 및 낮은 파지력을 제공한다. 이는, 능동적인 제어(active control) 없이 밸브의 이용을 가능하게 하며, 그럼으로써 밸브는 상기 장치에서 바람직하게는 수동적(passive)으로 이용된다.
본 발명에 따라서, 유체 이동을 제어하도록 구성되는 스톱 밸브가 제안된다. 특히 스톱 밸브는 차단 모드를 취할 때, 유체의 이동 및 누출을 방지해야 한다. 이런 목적을 위해, 스톱 밸브는 자기 요크(magnetic yoke), 자기 코일 및 압축 스프링을 포함한다. 또한, 스톱 밸브는 가이드와, 이 가이드 내로 삽입되는 가이드 핀(guide pin)도 포함한다. 가이드는, 탄성 멤브레인이 배치되는 전기자와 연결되며, 멤브레인은 하나 이상의 유체 연결부 상으로 기밀하게 압착될 수 있다. 압축 스프링은 자기 코일 및 경우에 따라 전기자를 둘러싸도록 배치된다. 이 경우, 전기자는 특히 평형 전기자(flat-type armature)로서, 또는 플런저형 전기자(plunger-type armature)로서 형성될 수 있다.
각각의 실시예에 따라서, 가이드는 상이하게 형성될 수 있다. 일 형태에서, 가이드 부시들(guide bush)이 자기 코일 내부에 형성되고 상기 가이드 부시들 내로 가이드 핀이 삽입된다. 그 대안으로, 미끄럼 베어링 부시들 또는 미끄럼 베어링 층이 중간 와셔(intermediate washer) 상에 형성될 수 있고, 이 중간 와셔 상에서 전기자는 상기 미끄럼 베어링 부시들 또는 미끄럼 베어링 층을 따라서 마찰하고 그 결과 안내된다. 최대한 높은 내구성을 보장하기 위해, 미끄럼 베어링 부시들 또는 미끄럼 베어링 층은 바람직하게는 니켈, 또는 상대적으로 더 경질인 다른 코팅층들로 제조되며, 그리고 전기자는 자성 특수강으로 제조된다. 그에 추가로, 전기자는 바람직하게는 가이드 핀에 의해 지지된다. 가이드는, 전기자에 작용하는 횡력이 보상될 수 있다는 장점을 갖는다.
가이드의 또 다른 양태는 자기 코일에서부터 유체 연결부 쪽으로의 열 에너지의 전달에 관한 것이다. 가이드는 자기 요크 상에 안착되도록 형성될 수 있다. 그에 따라, 열 에너지가 자기 코일에서부터 가이드 핀 쪽으로 전달될 수 있도록 하는 열 전달면들이 형성된다. 가이드는 마찬가지로 전기자와 연결되어 있기 때문에, 열 에너지는 멤브레인을 경유하여 유체 연결부로 전달될 수 있다. 그 결과로서, 가이드는 유체 연결부 내 유체의 해동 과정에서, 또는 유체의 동결 방지에 기여하면서 추가적인 장점을 제공한다.
일 양태에 따라서, 스톱 밸브는 SCR 시스템 내에서 이용된다. SCR 시스템은 이송 모듈 내의 펌프와, 계량 모듈을 포함하며, 이 펌프와 계량 모듈은 압력 라인을 통해 서로 연결된다. 앞에서 기재한 스톱 밸브는 압력 라인 내에 배치된다. 또한, 압력 라인은 스톱 밸브와 계량 모듈 사이에 배치되는 압력 센서도 포함한다. 상기 SCR 시스템에는, 회전 방향 전환을 통해 이송하고 재흡입할 수 있는 펌프의 펌프 간극을 통한 기본 누출은 방지된다는 장점이 있다.
스톱 밸브는 바람직하게는 하기 모드들을 취할 수 있도록 형성된다. 차단 모드에서, 멤브레인은 전기자를 통해 유체 유입구뿐만 아니라 유체 유출구 상으로도 밀착되어 이 둘을 기밀하게 폐쇄한다. 이는, 스톱 밸브가 차단 모드에서 유체 유입구에서뿐만 아니라 유체 유출구에서도 부압 및 초과 압력에 대한 차단을 보장한다는 장점이 있다. 또한, 스톱 밸브가 결정된 압력에서부터 유압으로 전류 공급 없이 개방되어 압력을 통해 개방 상태로 유지되는 계량 모드도 제공된다. 그 결과로서, SCR 시스템의 계량 작동 모드에서 능동적인 제어 및 그에 따른 연속 전류 공급 모두 필요하지 않다. 더 나아가, 자기 요크와 전기자 사이의 자력이 스톱 밸브를 개방 위치로 유지하는 재흡입 모드도 제공된다. 이는 SCR 시스템의 압력 라인에서부터 환원제의 재흡입을 가능하게 한다.
스톱 밸브의 또 다른 양태는 SCR 시스템의 동결 압력 보호에 관한 것이다. 동결된 환원제는 동결 압력을 야기하고, 이 동결 압력은 체적의 변동을 야기할 수 있다. 멤브레인은, 스톱 밸브가 통과되지 않으면서, 유체 유입구 상에서 밸브 내부의 방향으로 밀착될 수 있다. 그 결과로서, 동결 압력 변위 체적이 정의된다.
누출 검출 및/또는 계량량 편차 식별을 위한 본원의 방법은, 스톱 밸브를 포함하는 앞에서 기재한 SCR 시스템에서 이용된다. 이런 경우, 본원의 방법은 하기 단계들을 포함한다. 개시 시점에 스톱 밸브가 개방되며, 그럼으로써 압력 라인으로 환원제의 충전이 가능하게 된다. 그로 인해서, 스톱 밸브는 폐쇄되고 스톱 밸브 하류, 다시 말해 스톱 밸브와 계량 모듈 사이의 압력은 압력 라인 내에 내포된다. 내포된 압력은 압력 센서를 통해 모니터링된다. 한편, 스톱 밸브 상류, 다시 말해 스톱 밸브와 이송 모듈 사이의 압력은 펌프의 작동 중단을 통해 감소된다. 추가 단계에서, 스톱 밸브 하류의 압력이 앞에서 기재한 것처럼 압력 센서에 의해 모니터링되는 점이 활용되면서, 누출 검출 및/또는 계량량 편차 식별이 실행될 수 있다.
선택에 따라, 스톱 밸브는 압축 스프링의 스프링 힘을 통해 폐쇄될 수 있다. 이는, 전류가 공급될 필요 없이, 스톱 밸브가 독립적으로 폐쇄되어 그 상태로 유지되기도 한다는 장점을 제공한다. 압축 스프링은, 스톱 밸브 상류의 압력이 감소될 때 유체 유입구 및 유체 유출구 쪽으로 멤브레인을 밀착시키기 위해, 추가로 힘을 가할 수 있다. 그 결과로서, 두 개구부의 동시 폐쇄가 달성된다. 그 결과로 인해, 펌프로 인한 스톱 밸브 상류의 부압이나, 내포된 압력을 통한 스톱 밸브 하류의 초과 압력 모두 스톱 밸브를 개방시키지 못하게 된다. 또한, 누출 검출 및/또는 계량량 편차 식별 동안 스톱 밸브로 전류를 공급할 필요도 없다.
일 양태에 따라서, 압력 라인에 환원제를 충전할 때, 제1 압력이 시스템 내에 형성될 수 있다. 상기 제1 압력은 특히 5.8bar 내지 10bar의 범위 이내이다. 그에 이어서, 압력은 특히 2bar와 5.5bar 사이인 제2 압력으로 감소되며, 그로 인해서 스톱 밸브는 폐쇄된다. 그 결과로서, 압력이 SCR 시스템 내 전체에서 보상되는 점이 보장된다. 압력 강하는 예컨대 스톱 밸브 상류에서 압력 라인의 섹션과 리턴부를 연결하는 스로틀 밸브 또는 체크 밸브를 통해 실현될 수 있다. 그에 따라, 제2 압력은 스톱 밸브와 계량 모듈 사이의 압력 라인 내에 내포되며, 그리고 누출 검출을 위해, 그리고/또는 계량량 편차 식별을 위해 이용될 수 있다. 그로 인해서 스톱 밸브 상류의 압력은 펌프를 통해 1bar와 2bar 사이의 제3 압력으로 감소된다. 이는, 스톱 밸브의 유체 유입구와 유체 유출구 사이에서 스톱 밸브의 폐쇄를 유발하는 압력 차이를 야기한다.
누출 검출은, 바람직하게는, 스톱 밸브 하류의 내포된 압력(제2 압력)이 0.5 내지 30초의 결정된 시간 간격에 걸쳐서 압력 센서에 의해 검출되면서 실시된다. 상기 시간 간격 동안 내포된 압력이 변하면, 압력 라인 내에서, 또는 계량 모듈 내에서 누출이 추론될 수 있다.
누출 검출 및/또는 계량량 편차 식별이 종료되면, 스톱 밸브 상류, 다시 말해 펌프 쪽의 압력은 다시 제4 압력으로 증가될 수 있다. 제4 압력은 다시금 특히 4.8bar 내지 10bar의 범위 이내일 수 있다. 그 결과로서, SCR 시스템은 진단되면서 계량 공급 가능하게 된다.
본원의 컴퓨터 프로그램은, 특히 컴퓨터 또는 제어 장치에서 실행될 때, 본원의 방법의 각각의 단계를 실행하도록 구성된다. 본원의 컴퓨터 프로그램은 구조적인 변경을 실행할 필요 없이, 종래 전자 제어 장치에서 본원의 방법의 구현을 가능하게 한다. 이를 위해, 본원의 컴퓨터 프로그램은 기계판독 가능 저장 매체에 저장된다.
종래 전자 제어 장치에 본원의 컴퓨터 프로그램을 설치하는 것을 통해, 누출 검출 및/또는 계량량 편차 식별을 실행하도록 구성되는 전자 제어 장치가 확보된다.
본 발명의 실시예들은 도면들에 도시되어 있고 하기의 기재내용에서 더 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 스톱 밸브를 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 스톱 밸브를 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 스톱 밸브를 도시한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 SCR 시스템을 도시한 개략도이다.
도 5는 본 발명에 따른 방법의 일 실시예의 흐름도이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 SCR 시스템에서 압력 라인의 제1 섹션 내 압력을 시간에 걸쳐서 나타낸 그래프이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 SCR 시스템에서 압력 라인의 제1 섹션 내 압력을 시간에 걸쳐 나타낸 그래프이다.
도 1에는, 본 발명의 제1 실시예에 따른 스톱 밸브(100)가 도시되어 있다. 상기 스톱 밸브는, 코일 포머(103)에 의해 파지되는 자기 코일(102)을 구비한 자기 요크(101)를 포함한다. 자기 코일(102)을 포함하여 자기 요크(101) 및 코일 포머(103)는 자기 외함부(104)(magnetic envelopment)에 의해 둘러싸인다. 또한, 스톱 밸브(100)는 평형 전기자(105)를 포함하며, 이 평형 전기자 상에는 탄성 멤브레인(106)이 배치된다. 이 경우, 멤브레인(106)은 HNBR(수화 아크릴니트릴 부타디엔 고무)로 구성되며, 그리고 평형 전기자(105) 상에 분무 도포되거나 가황 처리된다. 다른 한편으로, 평형 전기자(105)는, 이 평형 전기자(105)의 측면 표면의 테두리를 에워싸는 압축 스프링(107)의 일측 단부와 연결된다. 또 다른 실시형태에서, 평형 전기자(105) 대신, 플런저형 전기자가 이용될 수 있다. 압축 스프링(107)의 타측 단부는, 압축 스프링(107)이 자신의 내부에서 자기 코일(102)을 포함하여 코일 포머(103)를 둘러싸는 방식으로 자기 요크(101)와 연결된다. 유체 유입구(108)와 유체 유출구(109)는, 멤브레인(106)이 상기 유입구 및 유출구 모두 상에 기밀하게 압착될 수 있고 그에 따라 그 둘을 폐쇄하도록 배치된다.
또한, 스톱 밸브(100)는, 평형 전기자(105)와 연결되는 가이드 핀(110); 및 이 가이드 핀(110)이 삽입될 수 있는 가이드 부시(111);도 포함한다. 가이드 부시(111)는, 자기 코일(102)의 내부에서 자신들의 코일 축을 따라서 공통 라인 상에 배치되는 2개의 부재로 구성된다. 가이드 핀은 스톱 밸브의 개방된 상태에서 두 가이드 부시(111) 위로 자기 요크(101)의 테두리까지 연장된다. 그 결과로서, 가이드 핀(110)은 단지 압축 스프링(107)의 축을 따라서만 이동되는 방식으로, 가이드 부시(111)에 의해 파지된다. 이런 이유에서, 가이드 핀(110)은, 가이드 부시(111)와 함께, 평형 전기자(105)를 위한 가이드로서 작용한다.
가이드 부시(111)는 가이드 핀(110) 및 자기 요크(101)와, 그리고 그에 따라 자기 코일(102)과도 연결되어 있기 때문에, 열 에너지는 자기 코일(102)과 가이드 핀(110) 사이에서 열 전달면들을 경유하여 전달될 수 있다. 그에 이어서, 열 에너지는 평형 전기자(105)를 경유하여 계속하여 멤브레인(106)으로 전달되며, 그런 다음 멤브레인은 열 에너지를 유체 연결부들(108 및 109) 내로 방출할 수 있으며, 여기서 열 에너지는 액체의 해동 또는 액체의 동결 방지에 기여하게 된다.
도 2에는, 본 발명에 따른 스톱 밸브(100)의 제2 실시예가 도시되어 있다. 스톱 밸브는, 가이드 부재들을 제외하고, 실질적으로 도 1에서 기재한 동일한 부품들을 포함하며, 그리고 상기 부품들은 실질적으로 동일한 기능을 보유한다. 그러므로 상기 부품들에 대한 재기재는 생략된다. 본 실시예에서, 가이드 핀(120)은 마찬가지로 평형 전기자(105)와 연결된다. 상기 평형 전기자는 또 다른 실시형태에서 플런저형 전기자로서 형성될 수 있다. 이 경우, 가이드 핀(120)은 스톱 밸브(100)의 멤브레인 측에서부터 평형 전기자(105) 안쪽으로 연장되며, 그리고 이 평형 전기자에 의해 둘러싸이며, 그럼으로써 상기 가이드 핀은 상기 평형 전기자를 지지한다. 자기 외함부(104) 상에 배치되는 중간 링(121) 상에는 미끄럼 베어링 부시(122)가 배치된다. 평형 전기자(105)는 미끄럼 베어링 부시(122)의 내면을 따라서 마찰하면서, 상기 미끄럼 베어링 부시에 의해 안내된다. 주지할 사항은, 가이드 핀(120)이, 제1 실시예에서처럼 자기 코일(102)의 안쪽으로 억지로 삽입되는 것이 아니라, 실질적으로 미끄럼 마찰 부시의 길이로 제한된다는 점이다.
도 3에는, 본 발명에 따른 스톱 밸브(100)의 제3 실시예가 도시되어 있다. 제3 실시예는, 단지 가이드의 구조에서만 도 2에서의 제2 실시예와 다르다. 그러므로 동일한 부품들의 재기재는 생략된다. 제3 실시예에서, 가이드 핀(130)은 제2 실시예와 유사하게 평형 전기자(105)와 연결된다. 상기 평형 전기자는 또 다른 실시형태에서 플런저형 전기자로서 형성될 수 있다. 동일한 정도로, 가이드 핀(130)은 스톱 밸브(100)의 멤브레인 측에서부터 평형 전기자(105) 안쪽으로 연장되며, 그리고 이 평형 전기자에 의해 둘러싸이며, 그럼으로써 상기 가이드 핀은 상기 평형 전기자를 지지한다. 자기 외함부(104) 상에 배치되는 중간 링(131) 상에는, 미끄럼 베어링 부시(122) 대신, 미끄럼 베어링 층(132)이 도포된다. 이제, 평형 전기자는 중간 링(131)의 미끄럼 베어링 층(132)을 따라서 마찰하며, 그 결과로서 상기 미끄럼 베어링 층을 통해 안내된다. 여기서도, 가이드 핀(120)은 제1 실시예에서처럼 자기 코일(102)의 안쪽으로 억지로 삽입되는 것이 아니라, 실질적으로 미끄럼 마찰 부시의 길이로 제한된다.
제2 및 제3 실시형태에서, 미끄럼 베어링 부시(122) 또는 미끄럼 베어링 층(132)을 위해 마모 없이 다량의 양정을 가능하게 하는 각각 적합한 재료가 이용된다. 이런 경우, 10만 ~ 1000만 회의 양정을 극복하는 니켈이 이용된다. 평형 전기자(105)는 미끄럼 베어링 부시(122) 또는 미끄럼 베어링 층(132)에서 마찰하는 표면에서 연삭되거나 연마된다.
스톱 밸브(100)는 각각의 조건 또는 용도에 따라서 상이한 모드들을 취할 수 있다. 차단 모드에서, 압축 스프링(107)은 평형 전기자(105)를 유체 유입구(108) 및 유체 유출구(109)의 방향으로 밀착시키며, 그럼으로써 멤브레인(106)은 유입구 및 유출구 모두를 동시에 폐쇄하게 된다. 그에 따라, 스톱 밸브(100)는 압축 스프링(107)의 스프링 힘을 통해 폐쇄되며, 그리고 전류 공급은 요구되지 않는다. 그 결과로서, 유체가 스톱 밸브를 통과하여 관류할 수 있는 점은 방지된다. 압축 스프링(107)의 스프링 힘은, 유체 유입구(108) 및/또는 유체 유출구(109) 상에 부압 또는 초과 압력이 존재할 때 상기 압력이 충분히 낮은 한, 예컨대 5.6bar 미만인 한 스톱 밸브를 마찬가지로 폐쇄된 상태로 유지한다.
또 다른 모드는 유체 유입구에서부터 유체 유출구 쪽으로 유체가 유동하게 한다. 이런 계량 모드에서, 유체 유입구(108) 내에는, 멤브레인(106) 쪽으로, 그리고 그에 따라 평형 전기자(105) 쪽으로 밀착되면서 압축 스프링(107)의 스프링 힘을 극복할 정도로 큰 압력(p)이 우세하게 존재한다. 그 결과로서, 평형 전기자(105)는 자기 요크(101)의 방향으로 밀착되고 유체 유입구(108)와 유체 유출구(109) 사이의 연결부가 제공된다. 본 실시예에서, 상기 압력(p)은 5.6bar이다. 이런 모드 동안, 마찬가지로 전류 공급은 필요하지 않다. 멤브레인은 압력 지원 하에 개방되며, 그리고 시스템 내에 4 내지 10bar의 압력(p)이 인가된 경우 압력 손실을 제공하지 않는다.
더 나아가, 스톱 밸브(100)는, 자기 코일(102)이 제어되면서 재흡입 모드를 취할 수 있다. 상기 자기 코일은 자기 요크(101)와 평형 전기자(105) 사이에 자력을 공급하며, 그 결과로 인해 평형 전기자(105)는 자기 요크(101) 쪽으로 당겨지며, 그리고 압축 스프링(107)의 스프링 힘은 극복된다. 이 경우, 유체 유출구(109)와 유체 유입구(108) 사이에 연결부가 형성되고 유지되며, 이 연결부를 통과하여 유체가 유동할 수 있다.
멤브레인(106)은 탄성이기 때문에, 멤브레인을 변형시킬 수 있다. 그러므로 유체 유입구 상에서는, 멤브레인(106)을 평형 전기자(105)와 자기 외함부(104) 사이에서 스톱 밸브의 안으로 밀착시킬 수 있다. 그러나 멤브레인(106)은 차단 모드에서 유체 유입구(108)뿐만 아니라 유체 유출구(109) 역시도 변함없이 폐쇄한다. 이런 이유에서, 단지 추가 체적만이 형성된다. 이런 체적은, 유체가 동결 시 팽창되는 액체일 때, 동결 압력 변위 체적으로서의 기능을 수행하면서 이용될 수 있다.
도 4에는, 제1 또는 제2 실시예에 따른 스톱 밸브(100)를 포함하는 SCR 시스템(200)이 도시되어 있다. 또한, SCR 시스템은, 펌프(211)를 구비한 이송 모듈(210)도 포함하며, 상기 펌프는 환원제 탱크(220)에서부터 환원제를 이송하고 회전 방향 전환에 의해서는 환원제 탱크(220) 내로 환원제를 재흡입하도록 구성된다. 이송 모듈(210)은 압력 라인(240)을 통해 계량 모듈(230)과 연결된다. 스톱 밸브(100)는 압력 라인(240) 내에 배치되어, 상기 압력 라인을 2개의 섹션으로 분할한다. 압력 라인(240)의 제1 섹션(241)은 스톱 밸브(100)의 상류에서 상기 스톱 밸브와 이송 모듈(210) 사이에 위치된다. 압력 라인(240)의 제2 섹션(242)은 스톱 밸브(100)의 하류에서 상기 스톱 밸브와 계량 모듈(230) 사이에 위치된다. 또한, 압력 라인(240)의 제2 섹션(242) 내에는 압력 센서(243)가 배치되며, 이 압력 센서는 압력 라인(240)의 제2 섹션(242) 내, 그리고 경우에 따라서 스톱 밸브(100)가 개방된 경우에는 마찬가지로 그 제1 섹션(241) 내 압력(p)을 모니터링한다. 더 나아가, SCR 시스템(200)은, 환원제 탱크(220)와 압력 라인(240)의 제1 섹션(241)을 연결하는 재순환 라인(250)도 포함한다. 상기 재순환 라인(250) 내에는 리턴 스로틀 밸브(251) 및 체크 밸브(252)가 배치된다. 또 다른 실시형태에서, 리턴 스로틀 밸브(251) 또는 체크 밸브(252)는 제거될 수 있다. 스톱 밸브(100), 압력 센서(243) 및 이송 모듈(210)은 자신들을 제어하는 전자 제어 장치(260)와 연결된다.
도 5에는, SCR 시스템(200) 내에서 실시되는 것과 같은, 누출 검출 및/또는 계량량 편차 식별을 위한 본 발명에 따른 방법의 일 실시예의 흐름도가 도시되어 있다. 계량 모듈(230)은 본원의 전체 방법 동안 폐쇄된 상태로 유지된다. 제1 단계(300)에서 스톱 밸브(100)가 개방된다. 펌프(211)가 활성화된 경우, 압력 라인(240)의 환원제 충전(301)이 수행되며, 그럼으로써 압력 라인의 두 부분(241 및 242) 모두에서 압력(p)은 상승한다. 전체 압력 라인(240) 내의 압력(p)이 7bar인 제1 압력(p1)에 도달하면, 펌프(211)는 스위치 오프된다(302). 그 결과로서, 압력 라인(240) 내의 압력(p)은 강하한다. 한편, 압력(p)이 3.5bar인 제2 압력(p2)에 도달하면, 압축 스프링(107)의 스프링 힘은 압력(p)을 극복하고 스톱 밸브(100)는 폐쇄된다(303). 그 결과로서, 제2 압력(p2)은 압력 라인(240)의 제2 섹션(242) 내에 내포된다. 그에 이어서, 1.5bar인 제3 압력(p3)에 도달될 때까지, 압력 라인(240)의 제1 섹션(241) 내 압력(p)의 추가 감소(304)가 수행된다.
그에 이어서, 누출 검출 및/또는 계량량 편차 식별이 실행되는 추가 단계(305)가 실행된다. 누출 검출 동안, 압력 라인(240)의 제2 섹션(242) 내에 내포된 압력(p2)은 10초의 기설정 시간에 걸쳐 관찰된다. 압력(p)이 관찰되는 시간 동안 감소한다면, 유체의 일부분이 계량 모듈(230), 압력 라인(240), 스톱 밸브(100) 또는 그 사이에 위치하는 연결편들과 같은 부품들 중 어느 하나를 통해 새어나가야 한다. 스톱 밸브(100)는 누출을 최대한 가장 저지하도록 구성되어 있기 때문에, 그로부터 계량 모듈(230) 및/또는 압력 라인(240)의 누출이 검출될 수 있다. 또한, 압력 및 이송되는 환원제량을 통해, 압력 라인(240)의 제2 섹션(242) 내에 내포되는 실제 계량량과 요구되는 계량량 간의 편차가 식별될 수 있다.
누출 검출 및/또는 계량량 편차 식별이 종료되면, 추가 단계(306)에서 압력 라인(240)의 제1 섹션(241) 내 압력(p)은, 펌프(211)가 다시 스위치 온되면서, 다시 증가된다. 압력(p)이 제4 압력(p4)에 도달하면, 스톱 밸브(100)는 다시 개방되며(307), 그리고 시스템은 진단되면서 계량 공급 가능하게 된다.
도 6a 및 도 6b에는, 압력 라인(240)의 제1 섹션(241) 및 제2 섹션(242) 내의 압력 곡선을 시간(t)에 걸쳐 나타낸 그래프들이 도시되어 있다. 스톱 밸브(100)는 5.6bar의 압력(p)에서 개방된다(300). 제2 압력(p2)에서 스톱 밸브(100)의 개방(300)과 폐쇄(303) 간의 시간에, 압력 라인(240)의 제1 섹션(241) 및 제2 섹션(242) 내의 압력 곡선은 두 도면 모두에서 동일하다. 7bar의 압력(p1)에 도달되면, 압력(p)의 과도 진동(transient oscillation)이 확인된다. 이런 현상은 전체 압력 라인(240) 내에서 압력(p)의 보상에 기인한다. 그에 이어서, 펌프(211)의 작동 중단(302)이 수행된다. 압력은 3.5bar인 제2 압력(p2)으로 강하한다. 이런 제2 압력(p2)에서, 스톱 밸브(100)는, 앞에서 기재한 것처럼 폐쇄된다. 도 6a에 도시된 제1 섹션(241)에서의 압력 곡선은 이제 도 6b에서 압력 라인(240)의 제2 섹션(242)에서의 압력 곡선과 다르다. 제1 섹션(241) 내의 압력(p)이 1.5bar인 제3 압력(p3)으로 감소하는 반면, 압력은 우선 일정하게 유지된다. 도 6b에는 2가지 사례가 도시되어 있다. 한편으로, 압력(p)은 제2 압력(p2)에 도달한 시점부터 정압력(pk)에서 유지된다. 다른 한편으로는, 압력(pL) 쪽으로 압력(p)의 강하가 확인된다. 이런 압력(pL)의 강하에서, 앞에서 기재한 것처럼, 누출이 추론될 수 있다.

Claims (16)

  1. 자기 요크(101); 자기 코일(102); 압축 스프링(107); 가이드(111, 122, 132); 가이드 핀(110, 120, 130); 및 탄성 멤브레인(106)이 배치되어 있고 가이드 핀(110, 120, 130)과 연결되는 전기자(105);를 포함하는 스톱 밸브(100)이며, 멤브레인(106)은 하나 이상의 유체 연결부(108, 109) 상에 기밀하게 압착될 수 있고, 압축 스프링(107)은 자기 코일(102)을 둘러싸도록 배치되는, 스톱 밸브(100).
  2. 제1항에 있어서, 상기 전기자는 평형 전기자 또는 플런저형 전기자인 것을 특징으로 하는, 스톱 밸브(100).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가이드는 자기 코일(102) 내부에서 하나 이상의 가이드 부시(111)로서 형성되며, 가이드 핀(110)은 상기 가이드 부시 내로 삽입되는 것을 특징으로 하는, 스톱 밸브(100).
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가이드는 미끄럼 베어링 부시들(122)로서 형성되며, 전기자(105)는 미끄럼 베어링 부시들(122)을 따라서 마찰하고 가이드 핀(120)에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는, 스톱 밸브(100).
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가이드는 미끄럼 베어링 층(132)으로서 형성되며, 전기자(105)는 상기 미끄럼 베어링 층(132)을 따라서 마찰하고 가이드 핀(120)에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는, 스톱 밸브(100).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스톱 밸브는
    - 상기 멤브레인이 유체 유입구뿐 아니라 유체 유출구 역시도 폐쇄하는 차단 모드;
    - 상기 스톱 밸브가 결정된 압력에서부터 유압으로 전류 공급 없이 개방되는 계량 모드; 및
    - 상기 자기 요크와 상기 전기자 사이의 자력이 상기 스톱 밸브를 개방 위치로 유지하는 재흡입 모드;를
    취할 수 있는 것을 특징으로 하는, 스톱 밸브(100).
  7. 압력 라인(240)을 통해 서로 연결되는 펌프(211) 및 계량 모듈(230); 그리고 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른, 압력 라인(240) 내의 스톱 밸브(100); 및 스톱 밸브(100)와 계량 모듈(230) 사이의 압력 라인(240) 내에 배치되는 압력 센서(243);를 포함하는 SCR 시스템(200).
  8. 제7항에 따른 SCR 시스템(200)에서 누출 검출 및/또는 계량량 편차 식별을 위한 방법이며, 스톱 밸브(100)는 압력 라인(240) 내의 압력(p)을 내포하고 상기 압력은 압력 센서(243)를 통해 모니터링되며, 상기 방법은
    - 스톱 밸브(100)의 개방 단계(300);
    - 압력 라인(240)의 환원제 충전 단계(301);
    - 스톱 밸브(100)의 폐쇄 단계(303);
    - 펌프(211)의 작동 중단(302)을 통한 스톱 밸브(100) 상류의 압력(p)의 감소 단계(304);
    - 압력 센서(243)를 이용하는, 스톱 밸브 하류의 압력(p)의 모니터링을 통한 누출 검출 및/또는 계량량 편차 식별의 실행 단계(305);를 포함하는, 방법.
  9. 제8항에 있어서, 스톱 밸브(100)는 압축 스프링(107)의 스프링 힘을 통해 폐쇄되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  10. 제9항에 있어서, 유체 유입구(108) 및 유체 유출구(109) 쪽으로 멤브레인(106)을 밀착시키는 힘은, 스톱 밸브(100) 상류의 압력(p)이 감소될 때(304), 압축 스프링(107)을 통해 가해지는 것을 특징으로 하는, 방법.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 압력 라인(240)에 환원제를 충전할 때(301), SCR 시스템(200) 내에 제1 압력(p1)이 형성되며, 상기 제1 압력은 이어서 상기 스톱 밸브(100)가 폐쇄되는 제2 압력(p2)으로 감소되며, 그런 다음 스톱 밸브(100) 상류의 압력(p)은 펌프(211)의 작동 중단(302)을 통해 제3 압력(p3)으로 감소되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 누출 검출을 위해, 상기 스톱 밸브(100) 하류에서 내포된 압력(p)의 감소가, 결정된 시간 간격에 걸쳐서 압력 센서(243)에 의해 검출되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  13. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 누출 검출 및/또는 계량량 편차 식별 후에 스톱 밸브(100) 상류의 압력(p)은 제4 압력(p4)까지 증가되며(306), 그리고 제4 압력(p4)이 초과되었다면 스톱 밸브(100)는 개방되는(307) 것을 특징으로 하는, 방법.
  14. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 방법의 각각의 단계를 실행하도록 구성되는 컴퓨터 프로그램.
  15. 제14항에 따른 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 기계판독 가능한 저장 매체.
  16. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 방법을 이용하여 누출 검출 및/또는 계량량 편차 식별을 실행하도록 구성되는 전자 제어 장치(260).
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