KR20200015405A - Scr 촉매 컨버터 시스템의 계량 공급 시스템을 작동하기 위한 방법 - Google Patents

Scr 촉매 컨버터 시스템의 계량 공급 시스템을 작동하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 SCR 촉매 컨버터 시스템의 계량 공급 시스템을 작동하기 위한 방법(100)에 관한 것이다. 본원에서, 배기 가스가 SCR 촉매 컨버터 시스템을 통해 선택적으로 촉매 환원되는 내연 기관의 차단 이후에는, 계량 공급 모듈 내에 위치한 UWS가 내연 기관의 차단 이후의 사전 결정된 기간 후에 계량 공급 시스템의 토출 펌프로부터 재흡입된다(110). 이러한 재흡입은 3개 이상의 매개 변수들에 따라 실행된다.

Description

SCR 촉매 컨버터 시스템의 계량 공급 시스템을 작동하기 위한 방법{METHOD FOR OPERATING A DOSING SYSTEM OF AN SCR-CATALYTIC CONVERTER SYSTEM}
본 발명은 SCR 촉매 컨버터 시스템의 계량 공급 시스템을 작동하기 위한 방법과, 컴퓨터 프로그램, 기계 판독 가능한 저장 매체, 및 전자 제어 장치에 관한 것이다.
내연 기관의 배기 가스 내에 함유된 질소 산화물(NOx)을 환원제의 존재 하에 질소로 환원시키는 SCR 촉매 컨버터[Selective Catalytic Reduction(선택적 촉매 환원)]가 배치된 배기 가스 영역을 구비하는, 특히 자동차들에서의 내연 기관을 작동하기 위한 방법 및 장치들이 공지되어 있다. 이를 통해, 배기 가스 내 질소 산화물의 비율은 현저하게 감소될 수 있다. 반응 과정을 위해, 배기 가스에 혼합되는 암모니아(NH3)가 환원제로서 필요하다. 따라서, NH3 또는 NH3 분리 시약이 첨가제로서 사용된다. 대개, 이를 위해 SCR 촉매 컨버터 이전에 계량 공급 장치에 의해 배기 가스 라인 내로 분사되는 수성 요소 용액(aqueous urea solution)이 사용된다. 대안적으로, 수성 요소 용액은 "요소 수용액(Urea Water Solution: UWS)"으로 불릴 수 있다. 이러한 요소 용액이 "AdBlue®"라는 명칭으로 시판 중이다. 환원제로서 요소 용액을 저장하기 위해, 환원제 탱크가 제공된다.
촉매 컨버터들이 아직 액체 상태인 첨가제의 충돌에 민감하고, 계량 공급된 첨가제의 증발률이 너무 낮을 때 촉매 컨버터의 손상이 우려되므로, 첨가제를 가능한 한 균일하게 분배하여, 특히 가능한 한 높은 증발률로 배기 가스 내에 계량 공급하는게 필요하다. 계량 공급 부재들로서는, 액체 첨가제를 노즐 장치를 통하여 압력 하에 배기 가스 시스템 내로 분사하는 계량 공급 밸브 또는 분사 밸브가 사용된다. 작동 중에 계량 공급 밸브에는 항상 액체 첨가제가 공급된다. 이러한 첨가제가 대개 수용액일 것이며, 응결 시에는 그 부피가 팽창하기 때문에, 계량 공급 장치 및 특히 계량 공급 밸브가 첨가제의 빙점 미만의 온도에서 파열 및 여타 손상으로부터 보호되는 것이 중요하다. 예를 들어, 요소 수용액 AdBlue®(AUS32)의 빙점은 -11.5℃이며, 이에 따라 겨울에 실제로 규칙적으로 도달하는 것과 같은 온도 범위에 있다. AdBlue®는 -11℃ 미만에서 결정화되며, 온도가 높을 때는 12개월 간의 보관 가능성을 손상시키지 않기 위해 비교적 긴 기간에 걸쳐 30℃를 초과하는 온도로 보관되지 말아야 한다. 이는 마찬가지로 직사광선에 노출되지 않아야 한다.
시스템 및 구성 요소들의 결빙 손상을 방지하기 위해, AdBlue®는 엔진 정지 시에 AdBlue® 탱크 내로 재흡입된다. AdBlue®의 재흡입은 특히 계량 공급 모듈의 분사 밸브로부터 부분적으로만 성취된다. 적은 잔량이 항상 분사 밸브 내에 남아 있다. 선행 기술에 따라, 이러한 시스템은 엔진 정지 이후 신속하게 재흡입된다. 계량 공급 모듈은 배기 가스 시스템에 조립되어 있기 때문에, 배기 가스 시스템 내에 축적된 열에 의해 가열된다. 선행하는 주행에서의 엔진 부하가 높을수록(열간 정지), 계량 공급 모듈에 공급되는 폐열은 높아진다. 배기 가스의 열은 AdBlue®의 물 성분의 증발을 야기하므로, AdBlue® 내에 함유된 염이 결정화될 수 있다. 이러한 분사 밸브 내부의 염분 결정 형성은 밸브 니들의 끼임을 야기할 수 있으므로, 다음 작동 재개 시에 분사의 부재를 통해 이상이 발생할 수 있다. 이러한 밸브 끼임의 효과는, 밸브가 열간 정지 이후에도 AdBlue®로 충전되는 경우에 방지될 수 있다.
본원의 방법은 SCR 촉매 컨버터 시스템의 계량 공급 시스템의 작동을 위해 사용된다. 특히, 본원의 방법은 하나 이상의 외부 매개 변수에 따른, 계량 공급 모듈 내에 위치한 UWS의 재흡입을 위해 사용된다. 이 경우, "외부"라는 개념은 내연 기관의 외부를 의미한다. 따라서, 외부 매개 변수는 내연 기관 외부의 조건들에 좌우되는 매개 변수이다.
본원의 방법에 따라, 배기 가스가 SCR 촉매 컨버터 시스템을 통해 선택적으로 촉매 환원되는 내연 기관의 차단 이후에는, 계량 공급 모듈 내에 위치한 UWS가 내연 기관의 차단 이후의 사전 결정된 기간 후에 계량 공급 시스템의 토출 펌프로부터 재흡입된다. 이 경우, 재흡입은 하나 이상의, 바람직하게는 2개 이상의, 더욱 바람직하게는 3개 이상의 매개 변수에 따라 실행된다. 이러한 매개 변수들은 외부 매개 변수이다.
사전 결정된 정지 시간으로도 불리는, 내연 기관의 차단 이후의 사전 결정된 기간은 바람직하게는, 매개 변수화 가능한 정지 시간일 수 있다.
"매개 변수화"라는 개념은 하나 이상의 매개 변수의 하나 이상의 값의 설정을 의미한다.
본원의 방법, 특히 사전 결정된 기간 이후의 UWS의 재흡입, 즉 재흡입 전략은 바람직하게, 한편으로는 열간 정지 시에 AdBlue® 내에 함유된 염이 결정화될 수 없고, 다른 한편으로는 예를 들어 수확기(harvester)의 장기간 정지 시에 UWS가 시스템 내에 허용되지 않는 긴 기간 동안 남아 있는 것이 방지되는 장점을 달성한다.
바람직한 일 실시예에 따라, 내연 기관의 차단 이후의 각각의 시점에, 3개의 매개 변수들을 변수로서 갖는 2진값 함수를 통해 재흡입의 실행이 설명된다. 본원에서, 2진값 함수란 단지 2개의 값들을 함수값들로서 취할 수 있는 함수를 의미한다. 예를 들어, 이러한 값들은 "0"과 "1"일 수 있다. 함수가 값 "1"을 취하는 경우에는 재흡입이 실행되고, 함수가 값 "0"을 취하는 경우에는 재흡입이 실행되지 않는다. 이는 예를 들어 3차원 특성 맵(3D-특성 맵)을 통해 구현될 수 있다.
이러한 특징은, 상술한 2진값 함수를 통해 대단히 간단한 방법 및 방식으로, 어떠한 상태 하에서 재흡입이 실행될지 설정될 수 있다는 장점을 갖는다.
바람직한 일 실시예에 따라, 3개의 매개 변수들은 엔진 온도, UWS의 온도, 및 주변 온도이다. 엔진 온도에 대해 대안적으로 또는 추가적으로, 특히 촉매 컨버터 이전의 배기 가스 라인 내 온도가 사용될 수 있다.
이 경우, 엔진 온도는 예를 들어 냉각수 온도로부터 또는 오일 온도로부터 검출될 수 있다. 상술한 매개 변수들, 특히 UWS의 온도는 UWS가 결정화되는지 여부에 있어서 중요하다. 따라서, 이러한 3개의 매개 변수들에 의한 2진값 함수의 사용은, UWS가 언제 계량 공급 시스템으로부터 재흡입되어야 하는지를 설정하기 위해 대단히 바람직하다.
바람직한 일 실시예에 따라, 2진값 함수는 2차원 특성 맵(엔진 온도/대기 온도) 및 1차원 특성 곡선(UWS 온도)에 의해 구현된다.
상술한 3D-특성 맵을 통해 구현되는 함수는 본 실시예에 따라, 2D-특성 맵 및 특성 곡선의 순차 실행을 통해 달성될 수 있다. 이러한 특징을 통해, 상술한 3D-특성 맵의 까다로운 취급이 방지되는 장점이 달성된다.
바람직한 일 실시예에 따라, UWS의 온도가 위에서부터, 사전 결정된 온도값에 도달한 경우, 재흡입이 실행된다. 이 경우, "위에서부터"라는 개념은 이러한 온도값이 더 큰 온도값들로부터 시작하여 사전 결정된 온도값에 접근한다는 것을 의미한다. 사전 결정된 온도값은 바람직하게는 매개 변수화 가능하다. 바람직하게, 재흡입 전략의 온도에 따른 제어는 시스템의 결빙을 방지한다. 본 실시예의 특징은 상술한 3개의 매개 변수들에 대한 일종의 한계 조건들로서 간주될 수 있다.
바람직한 일 실시예에 따라, 사전 결정된 온도값은 -11.5℃를 초과한다. 본 실시예의 특징은 바람직하게, 사용된 UWS, 즉 요소 수용액 AdBlue®(AUS32)가 -11.5℃에서 동결되므로, UWS가 결빙될 수 없는 장점이 달성된다. 탱크 내 UWS의 온도가, 2 내지 3℃의 센서 허용 오차를 갖는 온도 센서에 의해 측정되므로, 본 실시예의 특징은 온도 센서에 의해 측정되는 온도값이 -11.5℃에 센서 허용 오차(2 내지 3℃)를 더한 것보다 큰 값을 갖는다는 사실과 동일하다. 따라서, 바람직하게는 온도 센서에 의해 측정되는 온도값은 -9.5℃보다 크거나, 더욱 바람직하게는 -8.5℃보다 크다.
바람직한 일 실시예에 따라, 본원의 방법은 내연 기관의 현재 소재 위치에 대해 또는 내연 기관의 현재 소재 위치에 대해 사전 결정된 값을 초과하는 확률로 주변 온도가 -11.5℃ 미만으로 떨어지지 않으면 종료된다. 이를 위해 필요한 기후 정보 또는 온도 데이터는 내연 기관에 관련하는 자동차 내에, 예를 들어 자동차의 제어 장치 또는 내장 컴퓨터(on-board computer) 내에 저장될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 필요한 온도 데이터는 차량의 제어 장치 또는 내장 컴퓨터에 연결된 인터넷 접속 또는 클라우드 저장소를 통해 공급받을 수 있다. 다른 일 실시예에 따라, 본원의 방법의 종료 대신에 외부 온도가 모니터링되어, 외부 온도가 -11.5℃ 미만으로 떨어질 확률이 다른 사전 결정된 값보다 높은 경우, 본원의 방법이 재실행될 수 있다. 이러한 결정은 특정 위치의 캘린더 또는 과거 온도 데이터에 기초해서만 내려질 수도 있다.
바람직한 일 실시예에 따라, 내연 기관의 현재 소재 위치에 대해 사전 결정된 값을 초과하는 확률로 -11.5℃ 미만의 온도가 발생하지 않는 경우, 본원의 방법은 종료된다. 바람직하게는 GPS 센서를 사용하여 결정되는 특정 위치가 일년 내내 -11.5℃ 미만의 온도를 갖지 않는 경우, 본원의 방법의 결정은 소재 위치에 의해서만 내려질 수 있다. 그러나, 이러한 위치가 -11.5℃ 미만의 온도를 갖는 경우, 결정을 내리기 위해 날짜 또는 시각도 사용되어야 한다. 날짜 또는 시각은 내장 컴퓨터의 캘린더 시스템에 의해 결정될 수 있다.
본원의 컴퓨터 프로그램은 특히 전자 제어 장치 또는 연산 장치에서 실행될 때 본원의 방법의 각각의 단계를 실행하도록 구성된다. 이는 구조적 변경을 수행할 필요 없이 종래의 제어 장치에서 본원의 방법이 구현 가능하도록 한다. 이를 위해, 컴퓨터 프로그램은 기계 판독 가능한 저장 매체에 저장된다. 컴퓨터 프로그램이 종래의 전자 제어 장치에 인스톨됨으로써, SCR 촉매 컨버터 시스템의 계량 공급 시스템을 작동하기 위한 방법을 실행하도록 구성된 전자 제어 장치가 얻어진다.
본 발명의 실시예는 도면에 도시되어 있으며, 하기의 상세한 설명부에 더 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 1에 도시된 방법(100)은 단계 "101"에서, 배기 가스가 SCR 촉매 컨버터 시스템을 통해 선택적으로 촉매 환원되는 내연 기관이 차단되었는지 여부에 대한 질의를 시작한다. 그렇지 않은 경우, 본 방법은 단계 "101"로 회귀한다. 여기서, 체크 표시는 질의에 대한 긍정을 나타내고, 십자 표시는 질의에 대한 부정을 나타낸다. 내연 기관이 차단된 경우, 본 방법은 내연 기관의 엔진 온도가 검출되는 단계 "102"로 계속된다.
후속하는 단계 "103"에서는 UWS의 온도가 검출된다. 그 다음 단계 "104"에서는 내연 기관 또는 관련 자동차의 주변 온도가 검출된다.
후속하는 단계 "105"에서는 UWS의 온도가 위에서부터 -11.5℃의 온도에 도달했는지 여부가 질의된다.
그러한 경우, 본 방법은 하기에 더 상세히 설명되는 단계 "110"으로 계속된다. 그렇지 않은 경우, 본 방법은 내연 기관의 현재 소재 위치에 대해 또는 내연 기관의 현재 소재 위치 및 현재 계절에 대해 90%를 초과하는 확률로 -11.5℃ 미만의 온도가 발생하지 않는지 여부가 질의되는 단계 "106"으로 계속된다.
그러한 경우, 본 방법은 단계 "107"로 계속되고, 그렇지 않은 경우, 본 방법은 단계 "120"로 계속된다.
단계 "107"에서는 내연 기관의 현재 소재 위치 및 현재 계절에 대해 10%를 초과하는 확률로 -11.5℃ 미만의 온도가 발생하는지 여부가 질의된다. 그렇지 않은 경우, 본 방법은 단계 "107"로 회귀한다. 그러한 경우에는, 본 방법은 단계 "101"로 회귀한다. 단계 "107"의 대안으로서, 본 발명은 종료될 수 있다.
단계 "120"에서는 엔진 온도, UWS의 온도, 및 주변 온도를 변수로서 갖는 2진값 함수가 산출된다.
후속하는 단계 "121"에서는 단계 "120"에서 산출된 2진값 함수가 1의 값을 갖는지 또는 0의 값을 갖는지 여부가 질의된다. 2진값 함수의 값이 1인 경우, 단계 "110"으로 계속 진행되고, 2진값 함수의 값이 0인 경우, 방법은 단계 "101"으로 계속된다.
단계 "110"에서는 계량 공급 모듈 내에 위치한 UWS가 계량 공급 시스템의 토출 펌프로부터 재흡입되고, 이로 인해 본 방법이 종료된다.

Claims (12)

  1. SCR 촉매 컨버터 시스템의 계량 공급 시스템을 작동하기 위한 방법(100)에 있어서,
    배기 가스가 SCR 촉매 컨버터 시스템을 통해 선택적으로 촉매 환원되는 내연 기관의 차단 이후에는, 계량 공급 모듈 내에 위치한 UWS가 내연 기관의 차단 이후의 사전 결정된 기간 후에 계량 공급 시스템의 토출 펌프로부터 재흡입되고(110), 재흡입(110)은 2개 이상의 매개 변수들에 따라 실행되는 것을 특징으로 하는, SCR 촉매 컨버터 시스템의 계량 공급 시스템을 작동하기 위한 방법(100).
  2. 제1항에 있어서, 재흡입(110)은 3개 이상의 매개 변수들에 따라 실행되는 것을 특징으로 하는, SCR 촉매 컨버터 시스템의 계량 공급 시스템을 작동하기 위한 방법(100).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 내연 기관의 차단 이후의 각각의 시점에, 2개 이상의 매개 변수들을 변수로서 갖는 2진값 함수를 통해 재흡입(110)의 실행이 설명되는(120) 것을 특징으로 하는, SCR 촉매 컨버터 시스템의 계량 공급 시스템을 작동하기 위한 방법(100).
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 3개의 매개 변수들은 엔진 온도, UWS의 온도, 및 주변 온도인 것을 특징으로 하는, SCR 촉매 컨버터 시스템의 계량 공급 시스템을 작동하기 위한 방법(100).
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 2진값 함수는 2차원 특성 맵 및 1차원 특성 곡선에 의해 구현되는 것을 특징으로 하는, SCR 촉매 컨버터 시스템의 계량 공급 시스템을 작동하기 위한 방법(100).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, UWS의 온도가 위에서부터, 사전 결정된 온도값에 도달한 경우(105), 재흡입이 실행되는(110) 것을 특징으로 하는, SCR 촉매 컨버터 시스템의 계량 공급 시스템을 작동하기 위한 방법(100).
  7. 제6항에 있어서, 사전 결정된 온도값은 -11.5℃를 초과하는 것을 특징으로 하는, SCR 촉매 컨버터 시스템의 계량 공급 시스템을 작동하기 위한 방법(100).
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 내연 기관의 현재 소재 위치 및 현재 계절에 대해 사전 결정된 값을 초과하는 확률로 -11.5℃ 미만의 온도가 발생하지 않는 경우, 상기 방법은 종료되는 것을 특징으로 하는, SCR 촉매 컨버터 시스템의 계량 공급 시스템을 작동하기 위한 방법(100).
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 내연 기관의 현재 소재 위치에 대해 사전 결정된 값을 초과하는 확률로 -11.5℃ 미만의 온도가 발생하지 않는 경우, 상기 방법은 종료되는 것을 특징으로 하는, SCR 촉매 컨버터 시스템의 계량 공급 시스템을 작동하기 위한 방법(100).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 방법(100)의 각각의 단계를 실행하도록 구성된 컴퓨터 프로그램.
  11. 제10항에 따른 컴퓨터 프로그램이 저장된 기계 판독 가능한 저장 매체.
  12. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 방법(100)의 각각의 단계를 실행하도록 구성된 전자 제어 장치.
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