KR20190100053A - 질소산화물 저장 촉매 컨버터의 모니터링 방법 - Google Patents

질소산화물 저장 촉매 컨버터의 모니터링 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 환원제에 의해 질소산화물의 환원이 수행되는, 엔진의 배기가스 라인 내 질소산화물 저장 촉매 컨버터의 모니터링을 위한 방법에 관한 것이다. 질소산화물 저장 촉매 컨버터의 재생 중에 다음의 단계들이 실행된다. 즉, 질소산화물 저장 촉매 컨버터에서 흡수되지 않은 환원제의 슬립율(Qmess)이 산출되는 측정(10)이 실행된다. 이와 더불어, 하나 이상의 모델(20, 30)로부터 환원제의 슬립율에 대한 적어도 하나의 예상값(EWPA, EBPU)이 산출된다. 그에 이어서, 측정(10)으로부터 산출된 환원제의 슬립율(Qmess)과; 환원제의 슬립율에 대한 적어도 하나의 예상값(EWPA, EBPU);을 이용하여 모니터링 변수(Qnom)의 계산(100)이 수행된다. 마지막으로, 모니터링 변수(Qnom)에 근거하여 질소산화물 저장 촉매 컨버터의 저장 용량의 진단(110)이 실행된다.

Description

질소산화물 저장 촉매 컨버터의 모니터링 방법{METHOD FOR MONITORING A NITROGEN OXIDE STORAGE CATALYTIC CONVERTER}
본 발명은 엔진의 배기가스 라인 내에서 질소산화물 저장 촉매 컨버터의 모니터링을 위한 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 컴퓨터에서 실행될 때 상기 방법의 각각의 단계를 수행하는 컴퓨터 프로그램 및 상기 컴퓨터 프로그램을 저장하는 기계 판독 가능 저장 매체에 관한 것이다. 마지막으로, 본 발명은 본 발명에 따른 방법을 실행하도록 구성된 전자 제어 장치에 관한 것이다.
요즘에는 질소산화물(NOx)의 배출을 감소시키기 위해, 엔진 내에서 질소산화물 저장 촉매 컨버터(NSC: Nitrogen Oxide Storage Catalyst)가 이용된다. 연료를 절약하기 위해, 요즘에는 엔진이 특히 연소 공기비(λ)(공기/연료 비)가 1보다 큰 희박 연소 모드(lean-burn mode)로 작동되며, 다시 말하면 완전한 연소를 위해 필요한 것보다 더 많은 산소가 엔진 내로 유입된다. 그 결과, 엔진이 희박 연소 모드로 작동되는 경우 배기가스 내에 증가된 농도의 질소산화물이 존재한다. 질소산화물 저장 촉매 컨버터는 엔진의 배기가스 라인 내에 배치되어, 엔진으로부터 배출되는 배기가스 중 질소산화물을 흡수하여 이를 저장한다.
때때로 질소산화물 저장 촉매 컨버터는 재생되어야 하며, 다시 말하면 저장된 질소산화물이 질소산화물 저장 촉매 컨버터로부터 제거되어야 한다. 이를 위해, 엔진은 연소 공기비(λ)가 1보다 작은 농후 연소 모드로 작동되며, 그로 인해 완전한 연소를 위해 필요한 것보다 더 적은 산소가 엔진 내로 유입된다. 그 결과, 저장된 질소산화물이 질소로 환원되며, 그런 다음 상기 질소는 배기가스 라인을 통해 방출된다.
유해물질 환원 시 주요 구성요소로서, 질소산화물 저장 촉매 컨버터는, 법적 규정들에 부합하도록 하기 위해, 그 저장 용량 및 유해물질 저감 작용과 관련하여 온보드 진단(OBD)에 의해 모니터링된다. 모니터링 시, 소위 WPA(Worst Part Acceptable) 패턴 및 소위 BPU(Best Part Unacceptable) 패턴이 기능성의 평가를 위해 이용된다. 질소산화물 저장 촉매 컨버터가 WPA 패턴에서 제공되는 평가값들에 도달하거나 이를 상회한다면, 질소산화물 저장 촉매 컨버터는 완전히 정상 작동하는 것으로 평가될 수 있다. 질소산화물 저장 촉매 컨버터가 BPU 패턴에서 제공되는 평가값들을 하회한다면, 질소산화물 저장 촉매 컨버터는 확실히 결함이 있는 것으로 판단된다. 평가값들이 WPA 패턴과 BPU 패턴 사이에 놓인다면, 이는 저장 촉매 컨버터의 손상을 암시하며, 이 경우 상기 손상은 아직은 유지보수 조치가 반드시 수행될 필요가 없는 허용 가능한 범위 내에 있다.
모니터링이 질소산화물 저장 촉매 컨버터의 재생 중에 환원제의 슬립율(slip rate)에 기반하는 방법은 공지되어 있다. 슬립율은 슬립 환원제, 다시 말하면 질소산화물을 환원시키지 않고 배기가스 후처리부를 통과하는 환원제와 공급된 환원제 간의 농도, 질량 유량 또는 질량의 비율을 지시한다. 상기 환원제는 예컨대 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO) 및/또는 수소(H2)와 같은 환원용 배기가스 성분들이다. 상기 환원용 배기가스 성분들은, 질소산화물 저장 촉매 컨버터의 재생 시, 엔진이 1 미만의 연소 공기비로 작동될 때 점증적으로 발생한다. 질소산화물 저장 촉매 컨버터의 손상은 특히 촉매 코팅층의 환원력 악화를 야기하며, 이는 슬립율의 상승으로 이어진다. 환원제의 슬립율은 전형적으로 질소산화물 저장 촉매 컨버터의 하류에 배치된 람다 프로브에 의해 검출될 수 있다.
질소산화물 저장 촉매 컨버터의 모니터링은 한편으로, 최대한 높은 정확도의 진단이 가능한, 다시 말하면 진단 결과들의 산포도가 최대한 낮은 특정 모니터링 조건 하에서만 실행되어야 한다. 다른 한편으로, 진단은 가급적 자주 수행되어야 한다. 모니터링이 실행된 주기들과 모니터링이 실행되었을 수 있는 주기들의 총수;의 비를 IUMPR(In Use Monitoring Performance Ratio)라고 지칭하며, 규제법에 준하여 0.33의 최소값(최소한 매 세 번째 주기에서 성공적인 모니터링)을 하회하지 않아야 한다.
본 발명에 따라, 엔진의 배기가스 라인 내 질소산화물 저장 촉매 컨버터의 모니터링을 위한 방법이 제안된다. 질소산화물 저장 촉매 컨버터는 엔진으로부터 배출되는 배기가스 내에 있는 질소산화물을 흡수하여 이를 저장한다. 질소산화물 저장 촉매 컨버터의 재생 시, 환원제에 의해 질소로 질소산화물의 환원이 실시되고, 이어서 상기 질소는 배기가스 라인을 통해 질소산화물 저장 촉매 컨버터로부터 제거된다. 질소산화물 저장 촉매 컨버터의 재생을 위해, 엔진은 연소 공기비(공기/연료 비)가 1 미만인 농후 연소 모드(rich mode)러작동될 수 있다. 환원제로서는 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO) 및/또는 수소(H2)와 같은 환원용 배기가스 성분들이 이용되며, 이들 환원용 배기가스 성분은 질소산화물과 반응하여 이를 환원한다. 상기 환원용 배기가스 성분들은, 질소산화물 저장 촉매 컨버터의 재생 시, 엔진이 1 미만의 연소 공기비로 작동될 때 점증적으로 발생한다.
본원의 방법은 질소산화물 저장 촉매 컨버터에서 흡수되지 않는 환원제의 슬립율을 기반으로 한다. 슬립율은, 질소산화물을 환원시키지 않으면서 질소산화물 저장 촉매 컨버터를 통과하는 환원제, 다시 말해 슬립 환원제와, 공급되는 환원제 간의 농도, 질량 유량 또는 질량의 비율을 지시한다. 그러므로 슬립율은, 환원 반응을 촉진하는 저장 촉매 컨버터의 촉매 코팅층의 활성에 대한 척도이다.
본원 방법의 경우, 질소산화물 저장 촉매 컨버터의 재생 중에 하기에 기술되는 단계들이 수행된다.
한편으로는, 질소산화물 저장 촉매 컨버터에서 흡수되지 않는 환원제의 슬립율이 산출되는 측정이 수행된다. 바람직하게는, 환원제의 슬립율이 산출되는 측정이 하기와 같이 수행된다. 즉, 질소산화물 저장 촉매 컨버터 상류의 연소 공기비와 질소산화물 저장 촉매 컨버터 하류의 연소 공기비가 측정되며, 각각의 연소 공기비의 측정은 바람직하게 각각의 위치에 배치된 람다 센서를 통해 수행된다. 그 외에도 배기가스 질량 유량이 검출된다. 질소산화물 저장 촉매 컨버터 상류의 연소 공기비 및 질소산화물 저장 촉매 컨버터 하류의 연소 공기비로부터, 최종적으로 환원제의 순간 측정된 슬립율이 산출된다.
다른 한편으로는 하나 이상의 모델으로부터 환원제의 슬립율에 대한 적어도 하나의 예상값이 산출된다. 모델에 대한 매개변수들로서는 하기 매개변수들 중 적어도 하나가 이용될 수 있다:
- 질소산화물 저장 촉매 컨버터 상류의 연소 공기비;
- 질소산화물 저장 촉매 컨버터 상류의 연소 공기비의 설정값;
- 질소산화물 저장 촉매 컨버터 상류의 연소 공기비와 전술한 설정값 간의 편차;
- 배기가스 질량 유량;
- 질소산화물 저장 촉매 컨버터의 온도;
- 재생 진행을 위한 척도로서, 재생 시작 이후의 환원제, 예컨대 환원용 배기가스 성분들의 현재 소모량(ongoing consumption);
- 질소산화물 저장 촉매 컨버터의 질소산화물 포집도, 다시 말해 질소산화물 저장 촉매 컨버터 내에 저장된 질소산화물의 질량; 및/또는
- 배기가스의 황 포집도, 다시 말해 질소산화물 저장 촉매 컨버터 내에 저장된 황의 질량.
환원제의 현재 소모량은, 질소산화물 저장 촉매 컨버터의 상류와 하류의 상호간의 연소 공기비들의 차와 배기가스 질량 유량의 곱의 적분으로서 계산될 수 있다.
바람직하게, 상기 매개변수들은 특성맵들 또는 특성곡선들의 형태로 모델 내에 산입된다. 바람직하게는, 질소산화물 저장 촉매 컨버터 상류의 연소 공기비; 및 상기 연소 공기비와 설정값 간의 편차;가 2차원 특성맵으로서, 그리고 추가 매개변수들은 1차원 특성곡선으로서 모델 내에 산입된다. 질소산화물 저장 촉매 컨버터에서 흡수되지 않는 환원제의 슬립율이 산출되는 측정과, 적어도 하나의 예상값의 산출은 임의의 순서로, 그리고 특히 상호간에 동시적으로도 수행될 수 있다.
일 양태에 따라, 예상값들 중 하나는, 정상 작동하는 질소산화물 저장 촉매 컨버터를 나타내는 WPA 패턴(Worst Part Acceptable)에 대한 모델에서 산출된다. 달리 말하면, 상기 모델의 매개변수들은 WPA 패턴에 따라 정상 작동하는 질소산화물 저장 촉매 컨버터를 모델링하도록 선택된다. 또 다른 양태에 따라, 예상값들 중 하나는, 결함이 있는 질소산화물 저장 촉매 컨버터를 나타내는 BPU 패턴(Best Part Unacceptable)에 대한 모델에서 산출된다. 달리 말하면, 상기 모델의 매개변수들은 BPU 패턴에 따라 결함이 있는 질소산화물 저장 촉매 컨버터를 모델링하도록 선택된다. WPA 패턴과 BPU 패턴이 상이하기 때문에, 매개변수들은 각각의 모델에 매칭되도록 선택된다.
측정으로부터 산출되는 환원제의 슬립율 및 환원제 슬립율의 적어도 하나의 예상값을 이용하여, 모니터링 변수, 특히 정규화된 슬립율이 계산된다. 바람직하게는, 산출된 모든 예상값이 모니터링 변수의 계산 시 산입된다. 마지막으로, 모니터링 변수에 기초하여 질소산화물 저장 촉매 컨버터의 저장 용량의 진단이 실행된다. 환원제의 슬립율에 대해 측정된 값과 적어도 하나의 모델링된 값에서 계산된 모니터링 변수는 환원제의 슬립율 예상값(들)과 측정된 슬립율 간의 차이를 지시하며, 질소산화물 저장 촉매 컨버터의 기능성의 진단을 위한 변수로서 이용된다. 그에 따라, 모니터링 변수는 정상 작동하는 질소산화물 저장 촉매 컨버터와 결함 있는 질소산화물 저장 촉매 컨버터 간의 구별을 위해 이용될 수 있다. 그 밖에도 모니터링 변수는, 진단 시 정량적 평가도 실시되는 장점을 제공한다. 정량적 진단은 하기에서 설명되는, 이미 기술한 특징들의 조합을 위해서 매우 간단하면서도 진술력이 있다.
WPA 패턴에 따른 모델의 매개변수들이 BPU 패턴에 따른 모델의 매개변수들과 구별되는, WPA 패턴 및 BPU 패턴에 따른 슬립율에 대한 전술한 예상값들이 모니터링 변수의 계산 시 사용될 경우, 그 값들은 적어도 3개의 값 범위로 분할될 수 있다. 즉, 모니터링 변수의 제1 범위는, WPA 패턴에 따른 상태보다 더 나은 것으로 진단되는, 다시 말하면 질소산화물 저장 촉매 컨버터가 (완전히) 정상 작동하는 것으로 진단되는 질소산화물 저장 촉매 컨버터의 상태를 나타낸다. 모니터링 변수의 제2 범위는, WPA 패턴에 따른 상태보다는 더 불량하지만, BPU 패턴에 따른 상태보다는 더 나은 것으로 진단되는 질소산화물 저장 촉매 컨버터의 상태를 나타낸다. 그에 따르라, 질소산화물 저장 촉매 컨버터의 손상은 존재하긴 하나, 상기 손상이 아직은 BPU 패턴과 관련된 레벨을 하회하고, 질소산화물 저장 촉매 컨버터는 (충분히) 정상 작동하는 것으로 진단된다. 제3 범위는, BPU 패턴에 따른 상태보다 더 불량한 것으로 진단되는, 다시 말하면 질소산화물 저장 촉매 컨버터에 결함이 있는 것으로 진단되는 질소산화물 저장 촉매 컨버터의 상태를 나타낸다.
모니터링 변수는, WPA 패턴에 따른 슬립율의 예상값과 측정된 슬립율 간의 차를, WPA 패턴에 따른 슬립율의 예상값과 BPU 패턴에 따른 슬립율의 예상값 간의 차로 나누는 계산법으로, 매우 간단한 방식으로 진술력 있게 계산되며, 이때 변수들은 각각 동일한 시간에 관련된다. 이 경우, 값 범위들은 매우 간단하게 선택될 수 있다. 모니터링 변수의 음의 값들은, 질소산화물 저장 촉매 컨버터가 (완전히) 정상 작동하는 것으로 진단되는 제1 범위를 형성한다. 0과 1 사이의 값들은, WPA 패턴에 따른 상태와 BPU 패턴에 따른 상태 사이의 제2 범위에서의 상태에 상응한다. 1을 초과하는 값들은, 질소산화물 저장 촉매 컨버터에 결함이 있는 것으로 진단되는 제3 범위를 형성한다.
그 대안으로, 환원제의 슬립율의 각각의 예상값들 및 측정값에 대해 각각 하나의 고유 평균값이 계산될 수 있다. 이를 위해, 각각의 모델 또는 측정으로부터 산출되는 환원제의 슬립율은, 질소산화물 저장 촉매 컨버터의 재생 중에 엔진의 농후 연소 모드에서 질소산화물 촉매 컨버터 상류의 연소 공기비 및 배기가스 질량 유량으로부터 계산될 수 있고, 그에 따라 질소산화물 촉매 컨버터 상류의 실제 환원제 유량을 나타내는, 공급된 환원제 질량 유량으로 가중되며, 다시 말해 공급된 환원제 질량 유량과 곱해지며, 그 값은 이어서 시간에 걸쳐 적분된다. 적분 시간은 바람직하게는 환원제의 슬립율이 산출되는 측정의 측정 시간에 상응한다. 그 결과, 측정 시간 이내에 적분 환원제 슬립 질량이 산출된다. 그런 다음 상기 값은, 관련 평균값을 얻기 위해, 적분된 공급 환원제 질량 유량으로 나누어진다. 이미 언급한 것처럼, 평균값들은 모니터링 변수의 계산 시 슬립율의 순시값들(instantaneous value) 대신 이용될 수 있다. 다시 말하면, 모니터링 변수는 적어도 하나의 모델 평균값과, 측정에서 산출된 환원제의 슬립율로부터 계산된다. 모니터링 변수에 대해 앞에서 기술한 값 범위들이 동일한 방식으로 선택될 수 있다.
선택적으로, 상이한 모델들에 대한 예상값들 중 2개로부터, 특히 WPA 패턴에 따른 모델에 대한 예상값 및 BPU 패턴에 따른 모델에 대한 예상값으로부터, 선택성 예상값(selectivity expectation value)이 산출될 수 있다. 선택성 예상값은 각각의 매개변수들을 가진 두 모델에 대한 두 예상값 간의 차이에 해당하는 값에 상응하며, 그에 따라 현재 모니터링 단계에서의 민감도에 대한 척도이다. 선택성 예상값은 선택성의 임계값과 비교될 수 있다. 선택성 예상값이 선택성의 임계값을 상회하는 경우에 진단이 유효한 것으로서 분류되는데, 그 이유는 두 모델이 차별화하기에 아주 충분히 차이가 나기 때문이다. 선택성 예상값이 선택성의 임계값을 하회한다면, 진단은 무효한 것으로서 분류되어 폐기되는데, 그 이유는 두 모델 간의 구별력이 유효한 진단을 수행하기에는 충분치 못하기 때문이다.
본원의 컴퓨터 프로그램은, 특히, 컴퓨터 또는 제어 장치에서 실행될 경우 각각의 방법 단계를 수행하도록 설계된다. 상기 컴퓨터 프로그램은, 종래의 전자 제어 장치에서 이 전자 제어 장치의 구조적 변경 없이도 방법을 구현할 수 있게 한다. 이를 위해 컴퓨터 프로그램은 기계 판독 가능 저장 매체에 저장된다.
상기 컴퓨터 프로그램을 종래의 전자 제어 장치에 설치함으로써, 질소산화물 저장 촉매 컨버터의 모니터링을 실행하도록 설계된 전자 제어 장치가 얻어진다.
본 발명의 실시예들은 도면들에 도시되고 하기에서 더 상세하게 설명된다.
도 1은, 본 발명에 따른 방법의 일 실시예에 의해 모니터링될 수 있는, 엔진의 배기가스 라인 내의 질소산화물 저장 촉매 컨버터의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 방법의 일 실시예를 나타낸 흐름도이다.
도 3은, 도 2에서 본 발명에 따른 방법의 실시예에서 이용되는 것과 같은 모델들의 결정을 위한 흐름도이다.
도 1에는, 엔진(1); 배기가스 라인(2); 및 본 발명에 따른 방법의 일 실시예에 의해 모니터링될 수 있는 질소산화물 저장 촉매 컨버터(3)를 구비한 배기가스 후처리부;가 개략도로 도시되어 있다. 엔진(1)의 배기가스 질량 유량(QA)은 배기가스 라인(2)을 통해 배기가스 후처리부 쪽으로 안내된다. 배기가스 후처리부는, 질소산화물 저장 촉매 컨버터(3) 외에도, 유해물질, 특히 질소산화물의 환원을 위한 추가 구성요소를 포함할 수 있다.
전자 제어 장치(6)가 엔진(1), 특히 엔진의 (별도로 도시되지 않은) 연료 분사부를 제어한다. 연료 절약을 위해 엔진(1)은 주로 희박 연소 모드로 작동되는데, 이러한 희박 연소 모드에서는 엔진(1) 내에 연료의 완전 연소를 위해 필요한 것보다 더 많은 산소가 존재하며, 그럼으로써 증가된 농도의 질소산화물이 엔진(1)으로부터 배출된다. 이 모드에서 배기가스 내에 점점 더 많이 존재하는 질소산화물은 질소산화물 저장 촉매 컨버터(3)에 의해 흡수되어 그곳에 임시 저장된다. 질소산화물 저장 촉매 컨버터(3)의 재생을 위해 엔진(1)은 농후 연소 모드로 작동되며, 이러한 농후 연소 모드에서는 엔진(1) 내에 연료의 완전 연소를 위해 필요한 것보다 더 적은 산소가 존재하고, 그럼으로써 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO) 및 수소(H2)가 점차 더 많이 배출된다. 상기 환원될 배기가스 성분들은 질소산화물 저장 촉매 컨버터(3) 내에서 질소산화물을 위한 환원제로서 이용되어 질소산화물을 환원시켜 질소를 생성하며, 그에 이어서 상기 질소는 배기가스 라인(2)에서 배출된다.
더 나아가, 질소산화물 저장 촉매 컨버터(3)의 상류에는, 질소산화물 저장 촉매 컨버터(3) 상류의 연소 공기비(λv)를 측정하여 전자 제어 장치(6)로 전송하는 제1 람다 센서(4)가 배치된다. 또한, 질소산화물 저장 촉매 컨버터(3)의 하류에는, 질소산화물 저장 촉매 컨버터(3) 하류의 연소 공기비(λn)를 측정하여 전자 제어 장치(6)로 전송하는 제2 람다 센서(5)가 배치된다.
도 2에는, 본 발명에 따른 방법의 일 실시예의 흐름도가 도시되어 있다. 질소산화물 저장 촉매 컨버터(3)의 재생 중에, 질소산화물 저장 촉매 컨버터(3) 상류의 연소 공기비(λv) 및 질소산화물 저장 촉매 컨버터(3) 하류의 연소 공기비(λn)의 측정(10)이 수행되며, 이로부터 식 1에 따라 측정된 슬립율(Qmess)이 산출된다.
Figure pat00001
(식 1)
이와 더불어, [이하 축약하여 WPA 모델(20)이라 지칭되는] WPA 패턴에 따른 슬립율에 대한 모델(20) 및 [이하 축약하여 BPU 모델(30)이라 지칭되는] BPU 패턴에 따른 슬립율에 대한 모델(30)도 제공된다. 두 모델(20, 30)의 상세한 설명은 도 3에 관련된 실시예를 참조한다. 두 모델(20, 30) 모두에 각각 하기 매개변수들이 산입되며, 이 경우 WPA 모델(20)과 BPU 모델(30)에 대한 매개변수들은 서로 구별된다:
- 질소산화물 저장 촉매 컨버터(3) 상류의 연소 공기비(λv);
- 질소산화물 저장 촉매 컨버터 상류의 연소 공기비(λv)의 설정값(λs);
- 질소산화물 저장 촉매 컨버터(3) 상류의 연소 공기비(λv)와 설정값(λs) 간의 편차(Δλvs);
- 배기가스 질량 유량(QA);
- 질소산화물 저장 촉매 컨버터(3)의 온도(Tkat);
- 재생 진행을 위한 척도로서 재생 시작 이후의 환원제의 현재 소모량(mV);
- 질소산화물 저장 촉매 컨버터(3) 내에 저장된 질소산화물의 질량(mkatNOx); 및/또는
- 질소산화물 저장 촉매 컨버터(3) 내에 저장된 황의 질량(mkatS).
환원제의 현재 소모량(mV)은 하기 식 2에 따라, 질소산화물 저장 촉매 컨버터(3) 상류의 상호간의 연소 공기비(λv)와 질소산화물 저장 촉매 컨버터(3) 하류의 상호간의 연소 공기비(λn)의 차와 배기가스 질량 유량(QA)의 곱의 적분으로서 계산된다. 이 경우, 적분 시작은, 질소산화물 저장 촉매 컨버터(3) 상류의 연소 공기비(λv)가 1 미만이 되기 시작하는 시점(t0)에 상응한다.
Figure pat00002
(식 2)
WPA 모델(20)로부터는 WPA 패턴에 따라 모델링된 슬립율(QWPA)이 산출되고, BPU 모델(30)로부터는 BPU 패턴에 따라 모델링된 슬립율(QBPU)이 산출된다. 또한, 질소산화물 저장 촉매 컨버터(3) 상류의 연소 공기비(λv)와 배기가스 질량 유량(QA)으로부터, 공급된 환원제 질량 유량(QRa)이 산출된다(40). WPA 패턴에 따라 모델링된 슬립율(QWPA)의 산출과 BPU 패턴에 따라 모델링된 슬립율(QBPU)의 산출뿐만 아니라 환원제 질량 유량(QRa)의 산출(40)도 상호 동시에 그리고/또는 측정된 슬립율(Qmess)의 측정(10) 시에 수행될 수 있거나, 임의의 순서로 수행될 수 있다.
공급된 환원제 질량 유량(QRa)과 WPA 패턴에 따라 모델링된 슬립율(QWPA)의 곱셈(51)이 수행되고, 그에 이어서 측정(10)의 측정 시간(t)에 걸친 상기 곱의 적분(61)이 수행됨으로써, WPA 모델(20)의 적분 환원제 슬립 질량에 대한 예상값(EWPA)이 산출된다. 이와 유사하게, BPU 패턴에 따라 모델링된 슬립율(QBPU)과 공급된 환원제 질량 유량(QRa)의 곱셈(52)이 수행되고, 그에 이어서 측정(10)의 측정 시간에 걸친 상기 곱의 적분(62)이 실행됨으로써, BPU 모델(30)에 대한 예상값(EBPU)이 산출된다. 또한, 공급된 환원제 질량 유량(QRa)이 마찬가지로 측정(10)의 측정 시간(t)에 걸쳐 적분된다(60). 적분된 공급 환원제 질량 유량(∫QRa)으로 WPA 모델(20)의 적분 환원제 슬립 질량에 대한 예상값(EWPA)을 나눗셈(71)하여, [이하 "WPA 모델에 대한 평균값(
Figure pat00003
)"으로 지칭되는] WPA 모델(20)에 따라 모델링된 슬립율(QWPA)의 평균값(
Figure pat00004
)이 획득된다. 이와 유사하게, 적분된 공급 환원제 질량 유량(∫QRa)으로 BPU 모델(30)에 대한 예상값(EBPU)을 나눗셈(72)하여, [이하 "BPU 모델에 대한 평균값(
Figure pat00005
)"으로 지칭되는] BPU 모델(30)에 따라 모델링된 슬립율(QBPU)의 평균값(
Figure pat00006
)이 획득된다. 동일한 방식으로, 측정된 슬립율(Qmess)을 공급된 환원제 질량 유량(QRa)과 곱하고(53), 그에 이어서 측정(10)의 측정 시간(t)에 걸쳐 적분하며(63), 마지막으로 상기 적분된 공급 환원제 질량 유량(∫QRa)으로 나눔으로써(73), 측정된 슬립율(Qmess)의 평균값(
Figure pat00007
)이 획득된다. 적분들(60 ~ 63)은 동시에 수행되지만, 임의의 순서로도 수행될 수 있다.
이제, 한편으로는 측정된 슬립율의 평균값(
Figure pat00008
)과 WPA 모델(20)에 대한 평균값(
Figure pat00009
) 간의 차(80)가 계산되고, 다른 한편으로는 BPU 모델에 대한 평균값(
Figure pat00010
)과 WPA 모델에 대한 평균값(
Figure pat00011
) 간의 차(90)가 계산되며, 이때 BPU 모델에 대한 평균값(
Figure pat00012
)과 WPA 모델에 대한 평균값(
Figure pat00013
) 간의 차(90)는 선택성 예상값(ETS)을 나타내고, 이 선택성 예상값의 함수는 차후 설명된다. 마지막으로, 질소산화물 저장 촉매 컨버터(3)의 손상도를 재현하는 모니터링 변수, 본 실시예에서는 정규화된 슬립율(Qnorm)을 획득하기 위해, 하기 식 3에 따라, 측정된 슬립율의 평균값(
Figure pat00014
)과 WPA 모델(20)에 대한 평균값(
Figure pat00015
) 간의 차(80)를, BPU 모델에 대한 평균값(
Figure pat00016
)과 WPA 모델에 대한 평균값(
Figure pat00017
) 간의 차(90)로 나눈다(100):
Figure pat00018
(식 3)
마지막으로, 정규화된 슬립율(Qnorm)에 근거하여 진단(110)이 수행된다. 이 경우, 정규화된 슬립율(Qnorm)이 어느 값 범위 내에 있는지 검사된다. 정규화된 슬립율(Qnorm)이 0을 하회하는 제1 범위 내에 있다면, 다시 말해 정규화된 슬립율(Qnorm)이 음의 값을 취한다면, 질소산화물 저장 촉매 컨버터(3)의 상태는 WPA 패턴에 따른 상태보다 더 나은 것으로서 진단되며, 다시 말하면 질소산화물 저장 촉매 컨버터는 완전히 정상적인 것으로서 진단된다(111). 정규화된 슬립율(Qnorm)이 0과 1 사이의 제2 범위 내에 있다면, 질소산화물 저장 촉매 컨버터(3)의 상태는 WPA 패턴에 따른 상태보다는 더 불량하지만, BPU 패턴에 따른 상태보다는 더 나은 것으로서 진단된다. 그에 따라, 질소산화물 저장 촉매 컨버터(3)의 손상이 존재하긴 하나, 상기 손상은 아직 BPU 패턴에 관련된 레벨을 하회하며, 질소산화물 저장 촉매 컨버터는 충분히 정상적으로 작동한다고 진단된다(112). 정규화된 슬립율(Qnorm)이 1을 상회하는 제3 범위 내에 있다면, 질소산화물 저장 촉매 컨버터(3)의 상태는 BPU 패턴에 따른 상태보다 더 불량한 것으로 진단되며, 다시 말하면 질소산화물 저장 촉매 컨버터(3)는 결함이 있는 것으로 진단된다(113).
그 밖에도, 현재 모니터링 단계에서 민감도에 대한 척도인 선택성 예상값(ETS)이 선택성에 대한 임계값(STS)과 비교된다. 선택성 예상값(ETS)이 선택성에 대한 임계값(STS)을 상회한다면, 진단(110)은 유효한 것으로서 분류된다. 그러나 선택성 예상값(ETS)이 선택성에 대한 임계값(STS)을 하회한다면, 진단(110)은 무효한 것으로서 분류되어(121), 앞서 기술한 결과는 폐기된다.
도 3에는, 본 발명에 따른 방법의 일 실시예에 따르는 모델들(20, 30)의 결정을 위한 흐름도가 도시되어 있다. 하기에 기술되는 결정은 WPA 패턴에 따른 모델(20) 및 BPU 패턴에 따른 모델(30)에 대해 동일하게 적용될 수 있으며, 하기에 기술되는 매개변수만이 두 패턴에서 서로 상이하게 선택되고 그리고/또는 가중된다. 매개변수들을 모델링된 슬립율(QWPA 또는 QBPU)로 이전하기 위해 특성맵들 또는 특성곡선들(210 ~ 215)이 이용된다. 특성곡선들(210 ~ 215)은 서로 상이하게 매개변수화되며, 그럼으로써 매개변수들은 서로 상이하게 가중된다. 시작 시, 질소산화물 저장 촉매 컨버터(3) 상류의 연소 공기비(λv)와, 상기 질소산화물 저장 촉매 컨버터(3) 상류의 연소 공기비(λv)에 대한 설정값(λs) 간의 차(200)가 계산됨으로써, 상기 두 변수 간의 편차(Δλvs)가 산출된다. 2차원 특성맵(210)은 연소 공기비에 대한 설정값(λs)과; 연소 공기비(λv)와 설정값(λs) 간의 편차(Δλvs);에 따르는 슬립율에 대한 모델 기본값을 지시한다. 배기가스 질량 유량(QA); 질소산화물 저장 촉매 컨버터(3)의 온도(Tkat); 환원제의 현재 소모량(mV); 질소산화물 저장 촉매 컨버터 내에 저장되어 있는 질소산화물의 질량(mkatNox) 및 황의 질량(mkatS);에는 각각 별도의 1차원 특성곡선(211 ~ 215)이 적용되며, 이 경우에 획득된 값들은, 각각의 패턴에 대한 모델링된 슬립율(QWPA 또는 QBPU)을 획득하기 위해, 보정 계수들의 형태로 슬립율에 대한 모델 기본값과 곱해진다(220).

Claims (12)

  1. 환원제에 의해 질소산화물의 환원이 수행되는, 엔진(1)의 배기가스 라인(2) 내 질소산화물 저장 촉매 컨버터(3)의 모니터링을 위한 방법에 있어서,
    상기 질소산화물 저장 촉매 컨버터(3)의 재생 중에 하기 단계들, 즉:
    - 질소산화물 저장 촉매 컨버터(3)에서 흡수되지 않은 환원제의 슬립율(Qmess)이 산출되는 측정을 수행하는 단계(10);
    - 하나 이상의 모델(20, 30)로부터 환원제의 슬립율에 대한 적어도 하나의 예상값(EWPA, EBPU)을 산출하는 단계(61, 62);
    - 상기 측정(10)으로부터 산출된 환원제의 슬립율(Qmess)과, 환원제의 슬립율에 대한 적어도 하나의 예상값(EWPA, EBPU)을 이용하여 모니터링 변수(Qnom)를 계산하는 단계(100); 및
    - 상기 모니터링 변수(Qnom)에 근거하여 질소산화물 저장 촉매 컨버터(3)의 저장 용량의 진단을 실행하는 단계(110);가 수행되는 것을 특징으로 하는, 질소산화물 저장 촉매 컨버터의 모니터링 방법.
  2. 제1항에 있어서, 환원제의 슬립율에 대한 예상값들(EWPA) 중 하나는 정상 작동하는 질소산화물 저장 촉매 컨버터(3)를 나타내는 WPA 패턴에 대한 모델(20)로부터 산출되는 것을 특징으로 하는, 질소산화물 저장 촉매 컨버터의 모니터링 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 환원제의 슬립율에 대한 예상값들(EBPU) 중 하나는 결함 있는 질소산화물 저장 촉매 컨버터(3)를 나타내는 BPU 패턴에 대한 모델(30)로부터 산출되는 것을 특징으로 하는, 질소산화물 저장 촉매 컨버터의 모니터링 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 적분 환원제 질량에 대한 적어도 하나의 예상값(EWPA, EBPU)은, 공급된 환원제 유량(QRa)과, 하나 이상의 모델(20, 30)로부터 산출된 환원제에 대한 슬립율(QWPA, QBPU)의 곱셈(51, 52); 및 그에 후속하는 시간 적분(61, 62);을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는, 질소산화물 저장 촉매 컨버터의 모니터링 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 적분 환원제 질량에 대한 적어도 하나의 예상값(EWPA, EBPU) 각각에 대해, 공급된 환원제 질량 유량(QRa)에 의한 나눗셈(71, 72)을 이용하여 환원제의 슬립율에 대한 평균값(
    Figure pat00019
    ,
    Figure pat00020
    )이 산출되며, 모니터링 변수(Qnom)는 상기 적어도 하나의 평균값(
    Figure pat00021
    ,
    Figure pat00022
    ) 및 상기 측정으로부터 산출된 환원제의 평균 슬립율(
    Figure pat00023
    )을 이용하여 계산되는 것을 특징으로 하는, 질소산화물 저장 촉매 컨버터의 모니터링 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 모델(20, 30)에서 하기의 매개변수들:
    - 질소산화물 저장 촉매 컨버터(3) 상류의 연소 공기비(λv);
    - 질소산화물 저장 촉매 컨버터(3) 상류의 연소 공기비(λv)의 설정값(λs);
    - 질소산화물 저장 촉매 컨버터 상류의 연소 공기비(λv)와 설정값(λs) 간의 편차(Δλvs);
    - 배기가스 질량 유량(QA);
    - 질소산화물 저장 촉매 컨버터(3)의 온도(Tkat);
    - 재생 진행을 위한 척도로서 재생 시작 이후의 환원제의 현재 소모량(mV);
    - 질소산화물 저장 촉매 컨버터(3)의 질소산화물 포집도(mkatNOx); 및/또는
    - 질소산화물 저장 촉매 컨버터(3)의 황 포집도(mkatS);
    중 적어도 하나가 이용되는 것을 특징으로 하는, 질소산화물 저장 촉매 컨버터의 모니터링 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 매개변수들은 특성맵들(210) 또는 특성곡선들(211~ 215)로서 모델(20, 30) 내에 산입되는 것을 특징으로 하는, 질소산화물 저장 촉매 컨버터의 모니터링 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 환원제의 슬립율이 산출되는 측정(10)은, 질소산화물 저장 촉매 컨버터(3) 상류의 연소 공기비(λv) 및 상기 질소산화물 저장 촉매 컨버터(3) 하류의 연소 공기비(λn)를 통해 수행되는 것을 특징으로 하는, 질소산화물 저장 촉매 컨버터의 모니터링 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상이한 모델들(20, 30)에 대한 예상값들(EWPA, EBPU) 중 적어도 2개로부터 선택성 예상값(ETS)이 산출되고(90), 상기 선택성 예상값(ETS)은 선택성에 대한 임계값(STS)과 비교되며, 상기 선택성 예상값(ETS)이 선택성에 대한 임계값(STS)을 상회한다면, 진단(110)은 유효한 것으로서 분류되며, 선택성 예상값(ETS)이 선택성에 대한 임계값(STS)을 하회한다면, 진단(110)은 무효한 것(121)으로서 분류되어 폐기되는 것을 특징으로 하는, 질소산화물 저장 촉매 컨버터의 모니터링 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 방법의 각각의 단계를 실행하도록 구성된 컴퓨터 프로그램.
  11. 제10항에 따른 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는, 기계 판독 가능 저장 매체.
  12. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 방법을 이용하여 질소산화물 저장 촉매 컨버터(3)의 모니터링을 실행하도록 구성된 전자 제어 장치(6).
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