KR20200049579A - 계량 공급 장치 내의 침전물을 감소시키기 위한 방법 - Google Patents

계량 공급 장치 내의 침전물을 감소시키기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 내연 기관용 SCR-시스템 내의 액체 매질을 계량 공급하기 위한 계량 공급 장치 내의 침전물을 감소시키기 위한 방법에 관한 것이다. 이 목적을 위해, 내연 기관의 정지 작동이 존재하는지의 여부가 체크된다. 내연 기관의 정지 작동이 검출되면, 하나 이상의 계량 공급 밸브의 계량 공급량이 변경된다.

Description

계량 공급 장치 내의 침전물을 감소시키기 위한 방법{METHOD FOR REDUCING DEPOSITS IN A DOSING UNIT}
본 발명은, 내연 기관용 SCR-시스템 내의 액체 매질을 계량 공급하기 위한 계량 공급 장치 내의 침전물을 감소시키기 위한 방법에 관한 것이다.
자동차 기술 분야에는, 요소 수용액(Urea-Water Solution: UWS)의 계량 공급에 의해서 질소 산화물을 환원하기 위한 SCR-촉매 시스템이 공지되어 있다.
요소 수용액은, 물이 증발할 때에 결정 층을 형성할 수 있다. 이와 같은 상황은, 특히 요소 수용액이 하나 이상의 계량 공급 밸브에 의해서 배기가스 시스템 내로 계량 공급되는 계량 공급 지점의 영역에서 딱딱한 덩어리 형성 및 막힘을 야기할 수 있다. 적당한 부하 또는 고부하 하에서 이루어지는 내연 기관의 정상 작동 동안에는, 요소 수용액이 대략 0.25 내지 1 Hz로 분사되고, 이로써 경우에 따라 계량 공급 지점에서 형성된 결정이 용해되거나 분사되어 떨어진다.
매우 긴 정지 작동 단계가 계속되는, 엔진 작동의 특별한 작동 상황들이 존재한다. 특히 건설 기계 및 운송 기계 외에도 다양한 유형의 전동식 특수 기계가 해당되는 소위 오프-하이웨이-영역에서는, 내연 기관이 비교적 긴 시간 간격에 걸쳐 정지 작동 상태에서 작동되는 경우가 빈번하게 발생한다. 배기가스 장치 내에서 유량, 온도 및 계량 공급량이 비교적 긴 시간에 걸쳐 일정하게 유지되면, 침전물 형성의 위험이 특히 크다.
종래 기술에는, 이와 같은 침전물의 형성을 감소시켜야만 하는 기능들이 공지되어 있다. 종래 기술에서는 예를 들어 환원제의 분무가 실행되는데, 이 경우 환원제 분무는 세정 목적만으로, 사전에 이미 형성된 결정을 용해시키거나 분사하여 떨어뜨리기 위한 목적으로 계량 공급 밸브에 의해서 배기가스 시스템 내로 제공된다. 하지만, 이와 같은 기능은 배기가스 시스템에 대해 단점이 되는데, 그 이유는 내연 기관의 개별적인 작동 상황에서 정상적으로 변환되지 않는 불필요한 환원제가 배기가스관 내부에 도달함으로써, 원치 않는 가스가 배기가스 시스템을 벗어날 수 있기 때문이다. 그렇기 때문에, 한 편으로는 배기가스 변환의 목적으로 배기가스 시스템 내로 수요에 적합한 계량 공급이 항상 이루어질 수 있도록 그리고 다른 한 편으로는 계량 공급 지점에서 침전물의 감소가 이루어질 수 있도록, SCR-촉매 변환기 시스템을 가급적 모든 작동 상황에서 작동시키는 것이 바람직할 것이다.
본 발명은, 내연 기관용 SCR-시스템 내의 액체 매질을 계량 공급하기 위한 계량 공급 장치 내의 침전물을 감소시키기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따라, 내연 기관의 정지 작동이 존재하는지의 여부가 체크된다. 이와 같은 내연 기관의 정지 작동이 검출되면, 하나 이상의 계량 공급 밸브의 계량 공급량이 표준 값에 대하여 변경된다. 이와 같은 사실은, 정지 작동에서는 통상적인 방식으로 총 계량 공급량도 마찬가지로 표준 값으로서도 지칭되는 일정한 값을 취한다는 것을 의미한다. 더 상세하게 말하자면, 정지 작동에서 계량 공급량은 통상적으로 표준 값을 취한다. 본 발명에 따르면, 정지 작동에서는 통일적으로 일정한 계량 공급량이 분배되는 것이 아니라 오히려 가변적인 계량 공급량이 분배된다. 이와 같은 가변적인 계량 공급량은, 유해 성분의 제한 없이 정상적인 배기가스 세정이 보장되도록 그리고 침전물이 전혀 형성되지 않도록 설계된다.
특히 바람직한 제1 실시예에서는, 2개의 계량 공급 밸브들이 존재하는 경우, 제1 계량 공급 밸브의 계량 공급량은 특정 양만큼 증가하고, 제2 계량 공급 밸브에서의 계량 공급량은 동일한 양만큼 감소하는 것이 제공되었다. 총합에서는, 총 계량 공급량이 동일하게 유지됨으로써 촉매 변환기 시스템의 정상적인 작동이 보장되었다. 계량 공급량의 증가 또는 감소에 의해서는, 개별 계량 공급 밸브에서, 변하는 그리고 이로써 일정하지 않은 계량 공급량이 나타나고, 이와 같은 상황은 침전물의 형성을 방지하거나 기존의 침전물을 제거한다.
또 다른 일 실시예에서는, 계량 공급량이 제어할 때마다 각각 특정 양만큼 증가하고, 후속하는 제어에서 재차 동일한 양만큼 감소하는 것이 제안되었다. 이와 같은 상황은, 계량 공급량이 시간에 걸쳐 조절된다는 것을 의미한다. 예를 들어, 계량 공급량에는 사인파 형태의 신호가 중첩될 수 있다.
또 다른 바람직한 일 실시예에서는, 내연 기관의 제어가 상응하게 변경되어 환원제의 수요가 변경되는 것이 제안되었다. 이 경우에는, 조합된 상태에서 내연 기관의 토크 및/또는 회전 속도에 눈에 띄는 영향을 미치지 않는 작동 파라미터들이 변경된다. 이와 같은 사실은, 촉매 환원 전 배기가스 내에서 더 높은 질소 산화물이 발생하는 작동 상태가 선택된다는 것을 의미하며, 이와 같은 더 높은 질소 산화물은 매칭되었기 때문에 증가된 요소 수용액의 계량 공급에 의해서 재차 환원된다. 이와 같은 접근 방식에 의해서는, 정지 작동이 외견상 중단되고, 계량 공급량은 더 이상 일정하지 않게 된다.
또 다른 일 양태에서, 본 발명은, 제어 장치 상에서 실행 가능한 컴퓨터 프로그램을 생성하기 위한 처리 명령을 함께 갖는 새로운 프로그램 코드, 특히 컴파일링 명령 및/또는 링크 명령을 갖는 소스 코드와 관련이 있으며, 이 경우 상기 프로그램 코드는, 처리 명령에 따라 실행 가능한 컴퓨터 프로그램으로 변환되는 경우에, 다시 말하자면 특히 컴파일링 되고/컴파일링 되거나 링크되는 경우에, 기술된 방법들 중 하나의 방법의 모든 단계를 실시하기 위해 상기 컴퓨터 프로그램을 제공한다. 상기 프로그램 코드는, 특히 예를 들어 인터넷에서 서버에 의해 다운로드 가능한 소스 코드에 의해서 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 장점들 및 실시예들은 상세한 설명 및 첨부 도면으로부터 나타난다.
도 1은 SCR-촉매 변환기 시스템용 계량 공급 장치를 개략적으로 도시하며,
도 2는 본 발명에 따른 방법의 일 실시예를 흐름도를 참조하여 도시한다.
도 1에는, 장치가 도시되어 있다.
도 1에는, 다만 암시적으로만 도시된 자동차의 내연 기관(11)의 배기가스 라인(10) 내로 요소 수용액(UWS)을 계량 공급하기 위한 SCR-촉매 변환기 시스템의 계량 공급 장치(9)가 도시되어 있다. SCR-촉매 변환기 시스템은, 선택적인 촉매 환원(SCR)을 이용해서 자체적으로 공지된 방식으로 내연 기관(11)의 배기가스 내의 질소 산화물을 환원하기 위해 이용된다. 환원을 위해, 환원제(UWS)가 계량 공급 밸브(13)를 통해 SCR-촉매 변환기(12) 상류에서 배기가스 라인(10) 내로 분사된다.
UWS(22)는 UWS-탱크(14) 내에 저장된다. UWS(22)를 추출하기 위해, 흡입 라인(15)이 제공되어 있으며, 이 경우 UWS(22)는 토출 펌프(16)를 통해 UWS-탱크(14)로부터 외부로 토출된다. UWS(22)는 배기가스 라인(10) 내로 정확하게 그리고 수요에 따라 분사된다. 이 목적을 위해서는 압력 라인(17) 내의 UWS(22)의 압력이 결정적이며, 그렇기 때문에 상기 압력은 사전 설정 가능한 설정 압력으로 조절된다. 압력 라인(17) 내의 압력을 검출하기 위해, 검출된 압력 신호를 제어 장치(19)로 전달하는 압력 센서(18)가 제공될 수 있음으로써, 결과적으로 토출 펌프(16)는 제어 장치(19)의 시그널링을 통해, 사전 설정 가능한 설정 압력을 조정할 수 있다. SCR-촉매 변환기 시스템의 작동 상태에 관한 데이터를 엔진 제어 장치(100)로 전송하기 위하여 그리고/또는 내연 기관(11)의 작동 상태에 관한 데이터를 제어 장치(19)로 전송하기 위하여, 제어 장치(19)는, 또한 내연 기관(11)의 제어를 위해 제1 신호 라인(102)을 통해서 내연 기관에 연결된 엔진 제어 장치(100)와 또 다른 신호 라인(104)을 통해서 연결되어 있다.
일 실시예에서는, 또한 복수의 계량 공급 밸브가 배기가스 장치 내에 설치될 수 있으며, 이들 또 다른 계량 공급 밸브(13a)는 바람직하게 또 다른 촉매 변환기(12a) 앞에 배열되어 있다.
계량 공급 밸브(13)의 제어는 마찬가지로 제어 장치(19)의 시그널링을 통해서 이루어진다. 계량 공급 밸브(13)에 의한, 단위 시간당 계량 공급량에 상응하는 계량 공급 속도의 제어는, 상기 밸브가 한 편으로는 특정 주파수로 개방되고, 다른 한 편으로는 또한 밸브의 개별적인 개방 기간도 제어됨으로써 이루어진다. 전형적인 주파수는 0.25 Hz 내지 1 Hz의 범위 내에 놓여 있다. 전형적인 개방 기간은 5 ms 내지 950 ms의 범위 내에 놓여 있다.
또한, UWS(22) 내에 침지되는 UWS-품질 센서(20)가 UWS-탱크(14) 내에 배열될 수 있으며, 상기 센서에 의해서는 UWS(22)의 요소 함량이 측정된다. 측정은, 공지된 방식으로, 예컨대 음향 신호의 전파 시간 측정에 의해서 이루어질 수 있다. 하지만, 본 발명의 틀 안에서는, 이 경우에 사용되는 측정 기술이 중요하지 않다. 품질 센서(20)에 의해 검출된 또는 생성된 신호는, 추가 처리를 위해 신호 경로(21)를 통해서 제어 장치(19)에 공급된다.
이하에서 기술되는 방법은, 바람직하게 도 1에 도시된 제어 장치(19) 내에서 실시된다. 하지만, 이 방법의 실시 장소는 중요하지 않기 때문에, 상기 방법은 또한 별도의 제어 장치, 특히 내연 기관(11)을 제어하기 위한 엔진 제어 장치(100) 내에서도 실시될 수 있다.
본 발명에 따라, 엔진의 더 긴 일정한 동력 출력에서는, 특히 더 긴 일정한 회전 속도 및/또는 일정한 토크에서는, 배기가스 장치 내에서의 계량 공급량이 변하는 것이 제안되었다. 다시 말하자면, 정지 회전 속도 및/또는 토크에서 가변적인 계량 공급량이 나타난다.
특히 바람직한 제1 실시예에서는, 2개의 계량 공급 밸브들이 존재하는 경우, 제1 계량 공급 밸브의 계량 공급량은 특정 양만큼 증가하고, 제2 계량 공급 밸브의 계량 공급량은 동일한 양만큼 감소하는 것이 제안되었다. 총합에서는, 총 계량 공급량이 동일하게 유지됨으로써 촉매 변환기 시스템의 정상적인 작동이 보장되었다. 계량 공급량의 증가 또는 감소에 의해서는, 개별 계량 공급 밸브에서 변하는 그리고 이로써 일정하지 않은 계량 공급량이 나타나고, 이와 같은 상황은 침전물의 형성을 방지하거나 기존의 침전물을 제거한다.
또 다른 일 실시예에서는, 계량 공급량이 제어할 때마다 각각 특정 양만큼 증가하고, 후속하는 제어에서 재차 동일한 양만큼 감소하는 것이 제안되었다. 이와 같은 상황은, 계량 공급량이 시간에 걸쳐 조절된다는 것을 의미한다. 예를 들어, 계량 공급량에는 사인파 형태의 신호가 중첩될 수 있다.
또 다른 바람직한 일 실시예에서는, 내연 기관의 제어가 상응하게 변경되어 환원제의 수요가 변경되는 것이 제안되었다. 이 경우에는, 내연 기관의 토크 및/또는 회전 속도에 전혀 영향을 미치지 않는 작동 파라미터들이 변경된다. 이와 같은 사실은, 촉매 환원 전 배기가스 내에서 더 높은 질소 산화물이 발생하는 작동 상태가 선택된다는 것을 의미하며, 이와 같은 더 높은 질소 산화물은 매칭되었기 때문에 증가된 요소 수용액의 계량 공급에 의해서 재차 환원된다. 이와 같은 접근 방식에 의해서는, 정지 작동이 외견상 중단되고, 계량 공급량은 더 이상 일정하지 않게 된다.
상기 과정은, 엔진 출력의 변경 없이 예를 들어 연료량의 분사 시점, 분사 프로파일, 배기가스 피드백 또는 스로틀 밸브 위치와 같은 작동 파라미터의 변경에 의해서 이루어질 수 있다. 이 경우에는, 상기와 같은 작동 파라미터들 중 하나가 변경될 수 있거나 또한 복수도 변경될 수 있다. 더욱이, 배기가스 장치 내로의 요소 수용액의 계량 공급은, 질소 산화물의 환원이 악영향을 전혀 받지 않도록 변할 수 있다. 이 경우에는, 촉매 변환기 내에서의 저장 효과가 활용된다.
도 2에는, 본 발명에 따른 방법의 가능한 일 실시예가 흐름도를 참조하여 도시되어 있다. 제1 단계 "200"에서는, 측정 변수의 평균값(M1)이 소정의 기간에 걸쳐 형성된다. 이어서, 단계 "210"에서는, 측정 변수의 제2 평균값(M2)이 동일한 기간에 걸쳐 형성된다. 후속하는 질의 단계 "220"은, 2개 평균값들(M2와 M1) 간의 차이가 0 또는 임계값보다 큰지의 여부, 다시 말해 단계 "200" 및 단계 "210"에서 이루어진 2회 측정들 간의 평균값이 뚜렷하게 변경되었는지의 여부를 체크한다. 뚜렷하게 변경된 경우에는, 다시 말해 측정값의 평균값이 변경된 경우에는, 단계 "230"에서 프로그램이 종료되는데, 그 이유는 정지 작동 상태가 중단되었기 때문이다. 질의 단계 "220"이, 평균값이 변경되지 않았다는 것을 검출하면, 질의 단계 "235"는, 시간(T1) 이후로 평균값이 변경되었는지의 여부를 체크한다. 변경된 경우에는, 다시 말해 평균값이 시간 간격(T1) 내에 이미 한 번 변경된 경우에는, 평균값(M1)이 평균값(M2)으로 오버라이팅 되는 단계 "240"이 후속하고, 그 다음에는 평균값(M2)이 재차 새로이 계산되는 단계 "210"이 후속한다. 질의 단계 "235"가, 평균값이 시간 간격(T1)에 걸쳐 더 이상 변경되지 않았다는 것을 검출하면, 질의 단계 "250"이 후속한다. 이 질의 단계에서는, 제2 시간 간격(T2)이 경과했는지의 여부가 체크된다. 경과한 경우에는, 프로그램(230)이 종료된다. 경과하지 않은 경우에는, 단계 "260"에서 계량 공급량이 변경된다. 그 다음에, 새로이 단계 "240"이 이루어진다.
정지 작동 상태를 검출하기 위하여, 측정 변수가 연속적으로 모니터링 된다. 특히, 가속 페달 위치, 엔진 회전 속도, 엔진 토크, 공기 질량 흐름, 배기가스 질량 흐름, 배기가스 온도 및/또는 요구되는 계량 공급량이 측정 변수로서 적합하다. 정지 작동이 존재하는지의 여부를 확인하기 위한 취지로, 상기 변수들 중 하나 또는 복수가 체크될 수 있다. 정지 작동을 검출하기 위해, 측정된 변수들이 특정 시간 간격에 걸쳐 평균된다. 2개의 평균값들이 서로 비교된다. 2개의 평균값들이 다만 약간만 서로 상이하면, 다시 말해 2개 평균값들의 차이가 거의 0이면, 정지 작동이 검출된다. 이와 같은 검출 과정은 단계 "220"에서 이루어진다.
본 발명에 따르면, 정지 작동이 특정 기간(T1)보다 더 오래 지속하는 경우에 비로소 계량 공급량이 변경된다. 다시 말하자면, 정지 작동이 사전에 설정된 기간(T1)보다 더 오래 지속하는 경우에 비로소 계량 공급량의 변화를 위한 상응하는 조치가 취해진다. 이와 같은 과정은 단계 "235"에서 체크된다. 증가된 침전 위험이 존재하는 정지 작동의 기간(T1)은 엔진 작동점에 따라 달라진다. 예컨대, 350℃를 초과하는 배기가스 온도에서 침전 위험이 매우 낮으면, 이 경우에는 일반적으로 대책이 전혀 필요치 않거나 정지 작동을 위해 허용되는 기간(T1)이 무한대로 설정될 수 있다. 그와 달리, 예를 들어 350℃ 미만에서는 침전이 빈번하게 발생한다. 상기 임계값 미만의 온도에 대해서는, 정지 작동이 지속할 수 있는 허용 기간(T1)이 비교적 낮게 사전 설정된다. 그렇기 때문에, 정지 작동이 존재할 수 있는 기간(T1)이, 계량 공급량의 증가 없이, 작동 상태에 따라 사전 설정되는 경우가 특히 바람직하다. 바람직한 방식으로, 상기 기간(T1)은 온도 값에 따라 사전 설정된다. 특히, 이 경우에 상기 기간(T1)은 배기가스 온도에 따라 또는 배기가스 장치 내에 있는 온도 센서에 따라 사전 설정된다.
본 발명에 따라, 소정의 시간(T2) 후에는 계량 공급량의 변경이 재차 철회되는 것이 제안될 수 있는데, 다시 말하자면, 기간(T2) 후에는 계량 공급량의 변화 없이 재차 정상 작동으로 넘어가고, 질의 단계 "250"에 의해서 보장된다.
정지 작동이 기간(T1)보다 더 오랫동안 검출되고, 계량 공급량이 아직까지 기간(T2)보다 더 오랫동안 변하지 않으면, 단계 "260"에서 계량 공급량이 계속 변한다.

Claims (10)

  1. 내연 기관용 SCR-시스템 내의 액체 매질을 계량 공급하기 위한 계량 공급 장치 내의 침전물을 감소시키기 위한 방법이며,
    내연 기관의 정지 작동이 존재하는지의 여부가 체크되며, 내연 기관의 정지 작동이 검출되면, 하나 이상의 계량 공급 밸브의 계량 공급량이 변경되는, 계량 공급 장치 내의 침전물을 감소시키기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 제1 계량 공급 밸브에서는 계량 공급량이 표준 값에 대하여 특정 양만큼 증가하고, 제2 계량 공급 밸브에서는 계량 공급량이 동일한 양만큼 감소하는 것을 특징으로 하는, 계량 공급 장치 내의 침전물을 감소시키기 위한 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 계량 공급 밸브의 제1 제어에서는 계량 공급량이 특정 양만큼 증가하고, 후속하는 계량 공급 밸브의 제2 제어에서는 계량 공급량이 동일한 양만큼 감소하는 것을 특징으로 하는, 계량 공급 장치 내의 침전물을 감소시키기 위한 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 내연 기관의 하나 이상의 제어 변수가 변경됨으로써, 결과적으로 계량 공급량이 변하는 것을 특징으로 하는, 계량 공급 장치 내의 침전물을 감소시키기 위한 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 작동 특성 변수의 평균값이 작동 특성 변수의 이전의 평균값에 대하여 임계값 미만만큼 변경된 경우에, 정지 작동이 검출되는 것을 특징으로 하는, 계량 공급 장치 내의 침전물을 감소시키기 위한 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 정지 작동이 사전 설정된 기간보다 더 오래 지속하면, 계량 공급량이 변경되는 것을 특징으로 하는, 계량 공급 장치 내의 침전물을 감소시키기 위한 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 방법들 중 하나의 방법의 모든 단계를 실시하도록 설계되어 있는, 컴퓨터 프로그램.
  8. 제7항에 따른 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는, 기계 판독 가능한 저장 매체.
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 방법들 중 하나의 방법의 모든 단계를 실시하도록 설계되어 있는, 제어 장치.
  10. 제어 장치 상에서 실행 가능한 컴퓨터 프로그램을 생성하기 위한 처리 명령을 함께 갖는 프로그램 코드이며,
    상기 프로그램 코드는 처리 명령에 따라 실행 가능한 컴퓨터 프로그램으로 변환되는 경우에, 제7항에 따른 컴퓨터 프로그램을 제공하는, 프로그램 코드.
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