KR20200015395A - 액상 환원제용 계량공급 시스템, 그리고 유압 시스템의 2개 이상의 계량공급 밸브의 작동 방법 - Google Patents

액상 환원제용 계량공급 시스템, 그리고 유압 시스템의 2개 이상의 계량공급 밸브의 작동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유압 시스템(1)의 2개 이상의 계량공급 밸브(110, 120)를 동시에 작동시키기 위한 액상 환원제용 계량공급 시스템에 관한 것으로, 상기 계량공급 시스템은 2개 이상의 계량공급 밸브(110, 120)를 포함한다. 2개 이상의 계량공급 밸브(110, 120) 중 각각의 계량공급 밸브(110, 120)는 각각 하나의 고유 전자 제어 시스템을 포함한다. 또한, 본 발명은 유압 시스템(1)의 2개 이상의 계량공급 밸브를 동시에 작동시키기 위한 방법에 관한 것이다. 이 방법에서는, 2개 이상의 계량공급 밸브의 전자 제어 시스템들의 동시 제어가 수행되며, 2개 이상의 계량공급 밸브 중 각각의 계량공급 밸브는 각각 하나의 고유 전자 제어 시스템을 포함한다.

Description

액상 환원제용 계량공급 시스템, 그리고 유압 시스템의 2개 이상의 계량공급 밸브의 작동 방법{METERING SYSTEM FOR A LIQUID REDUCING AGENT AND METHOD FOR OPERATING AT LEAST TWO METERING VALVES OF A HYDRAULIC SYSTEM}
본 발명은 액상 환원제를 위한 계량공급 시스템, 및 유압 시스템의 2개 이상의 계량공급 밸브를 작동시키기 위한 방법, 그리고 컴퓨터 프로그램, 기계 판독 가능 저장 매체, 및 전자 제어 장치에 관한 것이다.
오늘날, 내연기관의 배기가스 후처리 시, 배기가스 내 질소산화물(NOx)을 환원하기 위해, SCR 방법(SCR: Selective Catalytic Reduction)이 이용된다. DE 103 46 220 A1호는 기본 원리를 기술하고 있다. 여기서는, 상업적으로 AdBlue®로도 공지되어 있는 32.5%의 요소 수용액(UWS)이 산소 농후 배기가스 내로 계량공급된다. 이를 위해, 통상적으로 SCR 촉매 컨버터의 상류에서 배기가스 유량 내로 UWS를 계량공급하기 위해, 계량공급 모듈 내부에 계량공급 밸브가 제공된다. SCR 촉매 컨버터 내에서, UWS가 반응하여 암모니아를 생성하며, 이 암모니아가 이어서 질소산화물과 화합하여 물과 질소가 생성된다. UWS는 이송 펌프를 구비한 이송 모듈에 의해 환원제 탱크로부터 압력 라인을 통해 계량공급 모듈로 이송된다.
또한, 복합적으로 배기가스에 작용하는 복수의 SCR 촉매 컨버터가 배기가스 라인 내에 배치된 SCR 시스템들도 공지되어 있다. 여기서는 더욱이 배기가스 라인이 SCR 촉매 컨버터들의 상류에서 분기될 수 있다. 이 경우, UWS의 계량공급은 두 SCR 촉매 컨버터의 상류에 배치된 하나의 공통 계량공급 밸브를 통해 또는 복수의 계량공급 밸브를 통해 수행되며, 각각의 SCR 촉매 컨버터에는 상류에 선두 배치된 계량공급 밸브가 할당된다. 이 계량공급 밸브를 통해, 원하는 환원제 용액량이 정확하게 계량공급될 수 있다. 통상적으로 계량공급 밸브들은 하나의 공통 이송 모듈과 연결되며, 이 경우 계량공급 밸브들은 공통 압력 라인의 적어도 일부분을 공유한다.
SCR 계량공급 시스템들 내의 계량공급 밸브들은, 유지 전류 제어를 실현할 수 있도록 하기 위해, 하이 사이드 및 로우 사이드 전류 제어를 통해 제어된다.
종래 기술에서는 그러한 밸브들이 출력단 전체를 공유하고 밸브들 간에 예컨대 릴레이를 통해 전환되거나, 하나의 공통 하이 사이드 및 각자 하나의 고유 로우 사이드를 갖는다.
하나의 시스템이 하나보다 많은 계량공급 밸브에 의해, 그러나 밸브 당 하나의 출력단 또는 하나의 출력단 쌍에 의해 작동될 경우, 하기의 제한들이 발생한다.
첫 번째 사례는, 밸브들이 하나의 출력단을 공유하는 경우이다. 이런 경우, 밸브들은 하나의 하이 사이드를 공유하면서, 별도의 로우 사이드 출력단을 갖는다. 이 경우, 밸브들은 거의 동시에 개방될 수 있다. 경우에 따라, 최대 전류 한계를 초과하지 않도록 하기 위해, 인입 전류가 두 밸브에 대해 시간 오프셋 방식으로 인가된다. 그러나 이 경우, 전류 특성곡선에서 개별 밸브에 대한 고유 특징, 예컨대 BIP(Begin of Injection Period) 또는 EIP(End of Injection Period)가 판독될 수 없다. 마찬가지로, 전류 측정, 예컨대 포화 전류 및 그에 따른 코일 저항 내지 코일 온도의 검출에 기반하는 다른 기능이 전류 특성곡선에서 판독될 수 없다. 온도 제어, 다시 말해 밸브의 가열 모드에서도 고유의 특징이 추론될 수 없다.
이런 모든 기능을 위해, 계량공급 이벤트들이 인위적으로 서로 분산되어야 할 수도 있는데, 그 이유는 공통 하이 사이드에 의해 항상 모든 밸브를 통해 흐르는 총 전류가 측정될 수도 있기 때문이다. 그 대안으로서 여전히 로우 사이드를 통한 전류 측정도 제공된다. 그러나 이 경우, 유지 전류 모드에서는 측정이 수행될 수 없고, 그럼으로써 EIP도 검출될 수 없다.
두 번째 사례는, 복수의 밸브를 위해 하나의 출력단 내지 하나의 출력단 쌍이 이용되는 경우이다. 이로써 밸브들은 원칙적으로 순차적으로만 제어될 수 있다. 이 경우 장점은, 첫 번째 사례에서 언급한 제한들이 이제 더 이상 유효하지 않다는 점, 다시 말해 현재 항상 하나의 밸브만이 작동되기 때문에 모든 전류 특징이 이제 개별적으로 측정될 수 있다는 점이다. 이 측정치들은 각각 활성 상태인 밸브에 할당될 수 있다. 이런 어셈블리의 단점은 밸브들의 사용 준비 상태에 있다. 이와 동시에 항상 밸브들 중 단 하나만 작동될 수 있으며, 그로 인해 최대로 가능한 총 계량 공급량이 매우 강하게 감소한다. 게다가 두 밸브 간의 전환 시 필요한 시간 오프셋이 발생한다. 예로서, 100㎳의 시간 간격 이내에 제1 밸브가 최대 40㎳ 동안 제어될 수도 있고, 그에 이어 10㎳의 일시 정지(pause)가 준수되어야 할 수도 있다. 그런 후에, 제2 밸브가 40㎳ 동안 제어될 수도 있고, 그에 이어 다시 10㎳의 일시 정지가 준수되어야 할 수도 있다. 다시 말해 상기 100㎳의 시간 범위(time window) 이내의 총 계량공급 기간은 두 밸브를 통틀어서 80㎳일 수도 있다.
각각 가용한 계량공급 기간을 초과하는 공급량 요구가 있을 시, 복잡하게 우선순위가 정해져야 하고, 요구되는 것보다 더 적은 양이 계량공급되어야 한다.
본원의 계량공급 시스템은 계량공급될 액으로서 액상 환원제를 사용하며, 유압 시스템의 2개 이상의 계량공급 밸브를 동시에 작동시키기 위해 이용된다. 또한, 본원의 계량공급 시스템은 2개 이상의 계량공급 밸브를 독립적으로 작동시키기 위해서도 이용된다. 여기서 "독립적으로"란 용어는 2개 이상의 계량공급 밸브의 전자 제어에 관련된다.
바람직하게 유압 시스템은 SCR 계량공급 시스템이다. 이 경우, 액상 환원제는 UWS이다. 이로써 바람직한 방식으로 계량공급 시스템은 디젤 엔진으로 작동되는 자동차에서 이용될 수 있다.
본원의 계량공급 시스템은 2개 이상의 계량공급 밸브를 포함하며, 2개 이상의 계량공급 밸브 중 각각의 계량공급 밸브가 각각 하나의 고유 전자 제어 시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이로써 일련의 장점들이 달성된다. 본원의 계량공급 시스템, 특히 SCR 계량공급 시스템을 위해, 제2 계량공급 밸브의 동시 제어를 통해, 두 SCR 촉매 컨버터의 충전 레벨 제어 내지 처리량이 동시에, 서로 독립적으로 보장될 수 있으며, 그럼으로써 더 충분한 처리량이 달성되고, 각각 다른 계량공급 지점에서의 계량 공급 시에도 충전 레벨이 감소하지 않는다.
또한, 총 계량 공급량이 증가할 수 있다. 시스템 아키텍처는 실질적으로 간소화되는데, 그 이유는 추가 밸브들이 모듈 식으로 부가되거나 제거될 수 있기 때문이다. 하나의 밸브에 밸브 고유의 전자 제어 시스템이 종속되므로, 여러 계량공급 밸브 간의 상호작용은 발생하지 않는다. 바람직하게 하나의 밸브에는 하나의 공급량 경로, 하나의 드라이버 및 하나의 출력단이 속해 있다. 공급량 경로는, 공급량 요구에 기인하는 제어 요구의 검출 시까지 소프트웨어 내부에서 계량공급 시스템 외부로부터의 공급량 요구(계량공급 전략의 요구)의 처리를 의미한다.
또한, 각각의 밸브에 대해 별도의 전류 측정의 가능성을 통해, 예컨대 개방 지연 또는 폐쇄 지연과 같은 동적 효과들이 보정될 수 있으며, 그럼으로써 공급량 정확성이 상당히 증대된다.
코일 저항 및 그에 따른 코일 온도의 검출을 통해, 컴포넌트 손상이 예방될 수 있을 뿐만 아니라, 온도에 따른 공급량 편차도 보정될 수 있다.
스위칭 시스템에 비해 계량공급 빈도가 증가할 수 있다는 장점이 있는데, 그 이유는 계량공급 밸브들이 강제적인 일시 정지 상태를 취할 필요가 없기 때문이다.
또 다른 장점은, 시스템이 상대적으로 더 신속하게 비워질 수 있고, 재충전 시 신속하게 배기될 수 있다는 점인데, 그 이유는 두 밸브가 동시에 개방 유지될 수 있기 때문이다.
또 다른 한 장점은, 고착된 밸브들이 상대적으로 더 신속하게 분리될 수 있다는 점인데, 그 이유는 분리 기능이 두 밸브에서 동시에 사용될 수 있기 때문이다.
한 바람직한 실시예에 따라서, 본원의 계량공급 시스템은 2개 이상의 계량공급 모듈을 포함하며, 각각의 계량공급 모듈은 2개 이상의 계량공급 밸브 중 각각 하나의 계량공급 밸브를 포함한다.
한 바람직한 실시예에 따라, 2개 이상의 계량공급 밸브의 각각의 전자 제어 시스템은 각각 하나의 출력단을 포함하거나, 하나의 출력단으로 구성된다. 하나의 계량공급 밸브가 하나의 출력단 쌍에 의해 제어되는 경우, 2개 이상의 계량공급 밸브의 각각의 전자 제어 시스템은 각각 하나의 출력단 쌍을 포함한다. 이 경우, 2개 이상의 계량공급 밸브의 각각의 전자 제어 시스템은 각각 하나의 드라이버를 포함한다. 그에 따라, 각각의 계량공급 밸브에는 하나의 드라이버 및 하나의 출력단 내지 하나의 출력단 쌍이 할당된다. 이런 특징과 결부되는 장점들은 상기에서 전자 제어 시스템의 장점들과 관련하여 이미 언급하였다.
한 바람직한 실시예에 따라서, 2개 이상의 계량공급 밸브의 각각의 전자 제어 시스템이 각각 하나의 제어 장치 내에 배치된다. 이러한 제어 장치를 도메인 제어 유닛(Domain Control Unit, DCU)이라고도 한다. 이런 특징을 통해, 바람직한 방식으로, 각각의 계량공급 밸브가 각각 하나의 제어 장치와 함께 전체로서 장착될 수 있는 하나의 별도의 모듈을 형성할 수 있다.
한 바람직한 실시예에 따라서, 2개 이상의 계량공급 밸브의 전자 제어 시스템들이 하나의, 특히 단일의 제어 장치 내에 배치된다. 상기 제어 장치는 예컨대 엔진 제어 장치일 수 있다. 이 경우, 각각의 계량공급 밸브를 위한 계량공급 시스템의 각각의 제어 장치는 각각의 계량 공급량 또는 그에 기인하는 제어를 계산한다. 각각의 계량 공급량의 계산 또는 각각의 제어는 각각의 제어 장치 내에서 바람직하게 자립적으로 수행된다.
본원의 방법은 유압 시스템의 2개 이상의 계량공급 밸브를 작동시키는 데 이용된다.
이미 전술한 것처럼, 유압 시스템은 바람직하게 SCR 계량공급 시스템이다. 이 경우, 액상 환원제는 UWS이다. 이로써, 바람직한 방식으로, 계량공급 시스템이 디젤 엔진으로 작동되는 자동차에서 사용될 수 있다.
본원 방법의 제1 단계에 따라서, 2개 이상의 계량공급 밸브의 전자 제어 시스템들이 동시에 제어된다. 이 경우, 2개 이상의 계량공급 밸브 중 각각의 계량공급 밸브가 각각 하나의 고유 전자 제어 시스템을 포함한다. 이런 특징과 결부되는 장점들은 이미 위에서 본원 계량공급 시스템과 관련하여 기술하였다.
한 바람직한 실시예에 따라서, 2개 이상의 계량공급 밸브 중 각각의 계량공급 밸브가 하나의 고유 공급량 경로를 포함하며, 즉, 공급량 요구 및 그에 기인하는 밸브 제어의 계산의 별도의 통합부를 포함한다.
한 바람직한 실시예에 따라서, 2개 이상의 계량공급 밸브 중 적어도 2개는 서로 상이한 개방 빈도로 작동된다. 이런 특징은, 바람직한 방식으로, 차량의 운전자에게 들릴 수 있는 소음 레벨이 변경될 수 있도록 한다.
본원의 컴퓨터 프로그램은, 특히 전자 제어 장치 또는 컴퓨터에서 실행될 때 본원 방법의 각각의 단계를 수행하도록 구성된다. 이는, 종래의 전자 제어 장치에서 이 전자 제어 장치의 구조적 변경 없이도 방법을 구현할 수 있게 한다. 이를 위해, 본원의 컴퓨터 프로그램은 기계 판독 가능 저장 매체에 저장된다. 종래의 전자 제어 장치에 본원의 컴퓨터 프로그램을 설치함으로써, 유압 시스템의 2개 이상의 계량공급 밸브를 작동시키기 위한 방법을 수행하도록 구성된 전자 제어 장치가 획득된다.
본 발명의 일 실시예는 도면에 도시되어 있고 하기 기재내용에서 더 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 2개의 SCR 촉매 컨버터를 위한 2개의 계량공급 밸브를 포함하는 SCR 계량공급 시스템의 개략도이다.
도 1에는, 내연기관(3)의 하나의 공통 배기가스 라인(30) 내에 있는 2개의 SCR 촉매 컨버터(21, 22)를 위한 2개의 계량공급 모듈(11, 12)을 포함하는 SCR 시스템(1)이 개략도로 도시되어 있다. 제1 계량공급 모듈(11)은 제1 계량공급 밸브(110)를 포함하며, 이 제1 계량공급 밸브를 통해 환원제 용액이 제1 SCR 촉매 컨버터(21)의 상류에서 배기가스 라인(30) 내로 계량공급된다. 마찬가지로, 제2 계량공급 모듈(12)은 제2 계량공급 밸브(120)를 포함하며, 이 제2 계량공급 모듈을 통해 환원제 용액이 제2 SCR 촉매 컨버터(22)의 상류에서, 그리고 본 실시예에서는 제1 SCR 촉매 컨버터(21)의 하류에서 계량공급된다. 계량공급 모듈들(11, 12)은 압력 라인(13)을 통해 이송 모듈(14)과 연결되며, 이 이송 모듈은, 환원제 탱크(15)에서부터 환원제 용액을 압력 라인(13) 내로 이송하는 이송 펌프(140)를 포함한다. 압력 라인(13)은 하나의 공통 섹션(130)의 하류에서 제1 계량공급 모듈(11)로 이어지는 제1 섹션(131)과 제2 계량공급 모듈(12)로 이어지는 제2 섹션(132)으로 분할된다. 이송 모듈(14)의 이송 펌프(140)에 의해, 환원제 용액은 계량공급을 위해 압력 라인(13)의 제1 섹션(131)을 통해 제1 계량 공급 밸브(110)로 공급되고, 압력 라인(13)의 제2 섹션(132)을 통해 제2 계량공급 밸브(120)로 공급된다. SCR 시스템(1)은, 이송 펌프(140)를 통해 이송된 환원제 용액의 질량이 완전히 계량공급 밸브들(110, 120)을 통해 계량공급되는 체적계량 모드로 작동한다. 이송 펌프(140)는, 두 계량공급 밸브(110, 120)를 위해 필요한 환원제 용액의 총 요구 질량, 다시 말해 두 계량공급 밸브(110, 120)를 위해 각각 개별적으로 필요한 환원제 용액의 질량의 합을 이송하도록 제어된다. 그 결과, 수요에 따라 각각의 계량공급 밸브(110, 120)에 환원제 용액의 총 요구 질량의 백분율이 할당된다. 예로서, 제1 계량공급 밸브(110) 및 그에 따라 제1 SCR 촉매 컨버터(21)에도 환원제 용액의 총 요구 질량의 20%가 할당되며, 그 결과 제2 계량공급 밸브(120) 및 제2 SCR 촉매 컨버터(22)에는 환원제 용액의 총 요구 질량의 80%가 할당된다. 본 실시예에서, 제1 섹션(131)은 제2 섹션(132)보다 더 짧게 도시되어 있다. 일반적으로 제2 섹션(132)이 제1 섹션(131)보다 더 길 수 있거나, 두 섹션(131, 132)이 동일한 길이일 수도 있다. SCR 시스템(1)을 완전히 비우기 위해, 압력 라인(130)으로부터 환원제 탱크(15) 내로 환원제 용액을 재순환시키는 재순환 펌프(145)가 이송 모듈(140) 내에 제공된다.
계량공급 밸브들(110, 120)의 제어를 위해 개별 전류(I1, I2)가 이용되며, 이때 제1 계량공급 밸브는 제1 전류(I1)를 통해 제어되고, 제2 계량 공급 밸브는 제2 전류(I2)를 통해 제어된다. 계량공급 밸브들(110, 120)을 위해 전자 제어 장치들(4, 5)이 제공된다. 이 경우, 전자 제어 장치(4)는 제1 계량공급 밸브(110)에 대해 제1 전류계(41)를 이용하여 제1 전류(I1)를 측정하며, 전자 제어 장치(5)는 제2 계량공급 밸브(120)에 대해 제2 전류계(42)를 이용하여 제2 전류(I2)를 측정한다. 전자 제어 장치들(4, 5)은 적어도 이송 모듈(14) 또는 이송 펌프(140) 및 재순환 펌프(145), 그리고 두 계량공급 모듈(11, 12) 내지 두 계량공급 밸브(110, 120)와 연결되어 이들을 제어한다. 두 전자 제어 장치(4, 5) 대신, 단 하나의 단일 제어 장치만 이용될 수도 있다.

Claims (10)

  1. 유압 시스템(1)의 2개 이상의 계량공급 밸브(110, 120)를 동시에 작동시키기 위한 액상 환원제용 계량공급 시스템으로서, 2개 이상의 계량공급 밸브(110, 120)를 포함하는 액상 환원제용 계량공급 시스템에 있어서,
    상기 2개 이상의 계량공급 밸브(110, 120) 중 각각의 계량공급 밸브(110, 120)가 각각 하나의 고유 전자 제어 시스템(4, 5)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 액상 환원제용 계량공급 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 2개 이상의 계량공급 밸브(110, 120)의 각각의 전자 제어 시스템이 각각 하나의 출력단 또는 각각 하나의 출력단 쌍을 포함하는 것을 특징으로 하는, 액상 환원제용 계량공급 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 2개 이상의 계량공급 밸브의 각각의 전자 제어 시스템이 각각 하나의 제어 장치 내에 배치되는 것을 특징으로 하는, 액상 환원제용 계량공급 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 2개 이상의 계량공급 밸브의 전자 제어 시스템들이 하나의 제어 장치 내에 배치되는 것을 특징으로 하는, 액상 환원제용 계량공급 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유압 시스템은 SCR 계량공급 시스템인 것을 특징으로 하는, 액상 환원제용 계량공급 시스템.
  6. 유압 시스템(1)의 2개 이상의 계량공급 밸브를 동시에 작동시키기 위한 방법으로서,
    2개 이상의 계량공급 밸브 중 각각의 계량공급 밸브가 각각 하나의 고유 전자 제어 시스템을 포함하는 조건에서, 상기 2개 이상의 계량공급 밸브의 전자 제어 시스템들을 동시에 제어하는 단계를 포함하는, 유압 시스템의 2개 이상의 계량공급 밸브의 작동 방법.
  7. 제6항에 있어서, 2개 이상의 계량공급 밸브 중 적어도 2개는 서로 상이한 개방 빈도로 작동되는 것을 특징으로 하는, 유압 시스템의 2개 이상의 계량공급 밸브의 작동 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 따른 방법의 각각의 단계를 수행하도록 구성된 컴퓨터 프로그램.
  9. 제8항에 따른 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 기계 판독 가능한 저장 매체.
  10. 제6항 또는 제7항에 따른 방법의 각각의 단계를 수행하도록 구성된 전자 제어 장치.
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