KR20200094675A - 하이브리드 머신에서 배기가스 후처리 방법 - Google Patents

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KR20200094675A
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combustion engine
heating
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크리스토프 오제만
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 전동기(2) 및 하나의 연소 엔진(3)을 구비한 하이브리드 머신에서 배기가스 후처리를 위한 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 전동기(2)만 스위치-온되어 있고 연소 엔진(3)은 스위치-오프되어 있는 제1 작동 모드에서 하이브리드 머신을 작동시키는 단계; 하이브리드 머신의 배기가스 후처리 시스템(20)의 가열이 필요한지의 여부를 결정하는 단계; 및 가열이 필요한 경우, 배기가스 후처리 시스템(20)의 가열을 위해 연소 엔진(3)을 적어도 일시적으로 스위치-온하는 단계;를 포함한다.

Description

하이브리드 머신에서 배기가스 후처리 방법{METHOD FOR THE AFTER-TREATMENT OF EXHAUST GASES IN A HYBRID MACHINE}
본 발명은 하이브리드 머신에서 배기가스의 후처리를 위한 방법, 그리고 상기 방법의 실행을 위한 컴퓨터 유닛 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
이하 짧게 "하이브리드(hybrid)"라고도 지칭되는, 예컨대 하이브리드 차량과 같은 하이브리드 머신들에는 정의에 따라 연소 엔진 및 전기 구동부(electric drive)가 탑재된다.
차량 또는 머신의 시동 과정 동안 일반적으로 가장 먼저 전동기가 사용된다. 이어서 추가 작동 동안 총 출력의 증가, 전기 소모량의 감소, 및/또는 운행 거리 및 작동 기간의 증가를 위해, 연소 엔진이 적어도 부분적으로 스위치-온되거나, 전기 구동부 대신 작동된다.
이용되는 연소 엔진은 종래의 머신들에서처럼 연소 엔진으로부터 인출되는 출력에 상응하게 연소 가스(combustion gas)를 생성한다. 그러나 종래의 구동부에서와 달리, 하이브리드의 연소 엔진은 반드시 머신이 정지해 있을 때 시동되어야 할 필요는 없고, 주로 주행 모드 중에 비로소 시동된다. 그 밖에도, 일반적으로 출력이 더 많이 인출될수록, 엔진의 배출이 더 높아지는 점이 적용된다.
이 경우, 실제 도로 주행 배출가스량(RDE, real driving emissions)은 흔히 실험실에서 법적 테스트 주기로 검출되는 배출가스보다 훨씬 더 높다는 점이 적용된다. 상기 배출가스는, 예컨대 2017년 6월 7일자 유럽 위원회 법령 제2017/1154호에 명시된 것과 같은, 규정된 RDE 값에 의해서도 규제되고 있다. 목표는 기본적으로, 하이브리드에서도 종래 구동부들의 경우와 필적하는 배출값들을 달성하고, 적어도 그 한계값들을 준수하는 것이다.
배출값에 대한 상기 한계들을 준수하기 위해, 종래의 경우에서처럼, 배기가스 후처리가 필요하다. 그러나 배기가스 후처리 시스템은, 규제되는 배출가스의 준수를 위해 필요한 유해 가스의 변환을 보장하기 위해 소정의 작동 온도를 요구하며, 단지 특정 온도 범위에서만 최적으로 작동한다. 그러므로 바람직하게는, 배기가스 후처리 시스템이 신속하게 가열되고 그의 최저 작동 온도는 작동 중에도 하회되지 않는다.
배기가스 후처리 시스템들은 종래에는 배기가스 흐름에 의해 가열되었으나, 이 경우 배기가스 후처리 시스템의 작동 온도에 도달할 때까지 불충분하게 처리된 유해물질 흐름이 상당하며, 허용되지 않을 정도로 높을 수 있다. 이는, 특히 하이브리드 시스템의 경우, 고출력이 연소 엔진에 의해 종종 자발적으로 그리고 불규칙적으로 인출되는 반면, 다른 단계들에서는 전기 구동부만 스위칭되는 문제를 초래한다. 즉, 연소 엔진이 주행 모드 중에 요구되는 출력으로 인해 단시간 연결된다면, 상기 시점에 아직 충분히 가열되지 않은 (또는 더 이상 가열되지 않는) 배기가스 후처리 시스템은 유해 가스를 충분히 변환시킬 수 없다. 그러므로 이런 상황은 종래 구동부를 탑재한 차량 및 머신의 경우보다 배기가스 후처리를 위해 더 많은 비용을 필요로 한다.
본 발명에 따라서, 특허 독립 청구항들의 특징들을 갖는, 하이브리드 머신, 특히 하이브리드 차량에서 배기가스 후처리를 위한 방법, 그리고 상기 방법을 수행하기 위한 컴퓨터 유닛 및 컴퓨터 프로그램이 제안된다. 바람직한 구현예들은 종속 청구항들 및 하기 설명의 대상이다.
본 발명은, 전동기 및 연소 엔진을 탑재한 하이브리드 머신에서, (이산화탄소도 속하는) 배출값을 감소시키고 그에 상응하게 전기 작동 모드 중에도 가열을 위해 연소 엔진을 적어도 일시적으로 스위치-온하기 위해, 배기가스 후처리 시스템의 가열이 필요한지의 여부를 검사하는 조치를 기반으로 한다. 그에 따라, 연소 엔진의 목표한 스위치-온은 배기가스 후처리 시스템으로 하여금 추후 시점에 필요한 보다 더 높은 엔진 출력을 준비시킬 수 있다.
일 실시예에서, 배기가스 후처리 시스템의 가열이 필요한지의 여부의 결정은 측정 데이터의 평가를 기반으로 수행될 수 있고, 측정 데이터는 적어도 부분적으로 하이브리드 머신의 현재까지의 작동 중에 수집되었으며, 상기 측정 데이터는 예컨대 배기가스 후처리 시스템의 온도, 전동기 및/또는 연소 엔진의 출력(power) 데이터, 또는 배기가스 흐름의 조성에 대한 값들을 포함한다.
또한, 배기가스 후처리 시스템의 가열이 필요한지의 여부의 결정은 특정 시간 범위 내에서 예상되는 향후 측정 데이터의 예측을 포함하며, 상기 예측은, 예컨대 현재까지의 작동에서 또는 다른 차량들의 수집된 차량 데이터에서 유래할 수도 있는 저장된 측정 데이터를 기반으로 계산된다. 그 대안으로 또는 그에 추가로, 예측은 기결정된 향후 시간 범위 내에서 예측상 필요한 구동 출력을 결정하는 데이터를 기반으로 수행될 수도 있다. 상기 데이터는 시각, 역일(calendar day), 내부 및 외부 온도 및 날씨 데이터(온도, 대기 중 습도, 광도, 강우, 자동차 휠들의 구름 저항 및 슬립의 측정값들), 광학 교통표지 인식, 에너지 저장 장치들("축전지들")의 충전 상태 및 예보(예: 지역 일기예보)일 수 있다. 상기 데이터는 예컨대 구간 프로파일, 속도 제한, 오르막길, 반환점 및/또는 정거장을 식별하는 데 기반이 될 수 있는 내비게이션 데이터일 수도 있다. 상기 데이터는 예컨대 차간 거리 경보 레이다(distance warning radar)의 측정을 통한 현재 교통 상황 및 전방 구간의 예상 교통 상황, 그 교통 밀도, 통행 속도(예: 정체 예측)에도 근거할 수 있고 이들을 토대로 계산될 수 있다. 현재 운전자에 의해 선택된 차량 설정들(특히 이른바 "드라이브 모드", 예컨대 자율 주행, 부분 자율 주행, 보조 시스템 지원 주행 또는 순수 수동 주행, 연비 최적화 주행, 승차감 지향 주행, 시간 최적화 주행 또는 다이내믹 주행), 및 이력 데이터를 근거로 하는 운전자 프로파일들(특히 출력의 인출 또는 전기 에너지 회수를 야기하더라도, 특히 가속 거동, 차간 거리 유지 거동, 타행 거동 및 제동 거동과 같은 주행 다이내믹 특성들) 및 차량 작동 전(예컨대 예비 냉각 또는 보조 난방) 및 차량 작동 중(특히 높은 출력이 요구될 때) 온도 조절 및 공기 조절과 관련한 선호 사항들은 향후 측정값들의 예측을 위해 고려될 수 있는 또 다른 예들이다.
수집되고 계산되는 데이터의 적용이 필연적으로 단일 머신으로 한정되지는 않는다. 하나의 클러스터(cluster) 또는 서로 연결된 복수의 클러스터에서 2개의, 소수의, 또는 더 많은 수의 머신들의 직간접적인 통신이 유리하다. 추후의 유사하거나 또 다른 사용을 위해 상기 데이터를 전송, 저장 및 평가하기 위해, 머신을 인터넷에 연결하는 것도 바람직하다. 평가 시, 일 실시예에 따라, 바람직하게는 측정된, 그리고/또는 예측된 측정 데이터가 하나 이상의 기설정 임계값과 비교되며, 하나 이상의 기설정 임계값을 하회하거나 상회할 때(예컨대 배기가스 후처리 시스템의 온도가 너무 낮은 경우), 가열이 필요한 것으로 결정된다. 이렇게, 배기가스 후처리 시스템이 항상 최저 또는 최적의 작동 온도의 범위 내에서, 또는 충분히 빠르게 재가열이 가능해지는 결정된 최저 온도에서 유지되는 점이 보장될 수 있다.
또 다른 한 실시예에서, 연소 엔진의 스위치-온은 기결정 시간에, 그리고/또는 기결정 기간 이내에 수행될 수 있다. 상기 시간들은 저장될 수 있으며, 그 자체만으로 준수될 수 있거나, 다른 평가들 및 예측들과 조합될 수 있다. 선택적으로, 상기 스위치-온의 기결정 시간 및/또는 기결정 기간은 작동 중에 저장된 데이터 또는 수집된 측정 데이터에 따라 변동될 수 있다. 이 변동은 한 번 수행될 수 있거나, 지속적인 변동으로서 저장될 수 있다.
또 다른 한 실시예에서, 연소 엔진이 배기가스 후처리 시스템의 가열을 위해 스위치-온되기 전의 기설정 시간 범위 내에, 배기가스 후처리 시스템의 적어도 일부분의 전기 가열이 수행될 수 있다. 이런 방식으로, 연소 엔진이 가열을 위해 스위치-온되어 있어야 하는 시간이 더 짧게 유지될 수 있거나, 상기 시간 동안에는 연소 엔진으로부터 적은 출력이 인출될 수 있다.
모든 방법 단계를 수행하기 위한 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램 또는 컴퓨터 프로그램 제품의 형태로 본 발명에 따른 방법을 구현하는 것도 바람직한데, 그 이유는 특히 실행하는 제어 장치가 여전히 또 다른 작업들을 위해서도 이용됨에 따라 어차피 존재하는 경우에는, 상기 방식이 특히 적은 비용을 야기하기 때문이다. 컴퓨터 프로그램의 제공을 위해 적합한 데이터 저장 매체는 특히, 예컨대 하드 디스크, 플래시 메모리, EEPROM, DVD 등과 같은 자기식, 광학식 및 전자식 메모리이다. 컴퓨터 네트워크(인터넷, 인트라넷, 모바일 무선 통신 등)를 통한 프로그램의 다운로드도 가능하다.
본 발명에 따른 컴퓨터 유닛, 예컨대 자동차의 제어 장치는 특히 프로그램 기술상 본 발명에 따른 방법을 수행하도록 구성된다.
본 발명은 실시예들에 따라서 도면에 개략적으로 도시되어 있고 하기에서 도면을 참조하여 보다 더 구체적으로 기술된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 전반적인 방법을 나타낸 예시적인 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 예시적인 하위 방법 단계들을 나타낸 예시적인 순서도이다.
도 1에는, 본 발명에 따른 방법이 적용될 수 있는, 예컨대 차량과 같은 예시의 시스템이 개략적으로 도시되어 있다. 이 경우, 구동 시스템(1)은 전동기(2) 및 연소 엔진(3)이 조합되어 하이브리드로서 작동된다. 연소 엔진의 배기가스는 라인 시스템(22)을 통해 배기가스 후처리 시스템(20)으로 안내된다. 선택적으로 배기가스 후처리 시스템의 부분들을 가열하기 위해 전기 히터(24)가 제공될 수 있다.
제어 장치(10)는 엔진들(2, 3)의 제어를 위해 사용될 수 있으며, 본 발명의 범주에서 배기가스 후처리 시스템(20)의 작동 온도의 제어 및 모니터링을 위해서도 사용될 수 있다. 제어 장치가 본원에서는 단일 모듈로서 형성되어 있더라도, 상기 제어 장치는 상이한 임무를 가진 복수의 분리된 또는 연결된 모듈일 수도 있다. 제어 장치에는 적합한 메모리 장치(11)가 연결될 수 있다.
예를 들어, 배기가스 후처리 시스템(20)에, 엔진들(2, 3)에, 배기가스 라인들(22)에, 또는 기타 적합한 위치들에 다양한 센서들(31, 32, 33, 34)이 장착될 수 있으며, 이들 센서의 데이터를 제어 장치가 판독 출력할 수 있거나, 다른 위치로부터 제어 장치로 전송될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 기본적인 구성은 도 2에 예시로서 도시되어 있다.
하이브리드 머신에서 제1 실시예에 따라, 하이브리드는 단계 200에서 먼저 전기 구동 모드로, 다시 말해 연소 엔진(3)이 스위치-오프되어 있는 동안 전동기(2)만을 이용하여 작동된다. 통상 하이브리드의 제어 장치(10) 또는 여타의 제어 장치는, 예컨대 구동 출력의 증대를 위해 또는 전기 에너지의 절약을 위해, 연소 엔진이 스위치-온되는 시점 및 기간을 제어한다.
일 실시예에 따라, 이제 단계 210에서 추가로, 배기가스 후처리 시스템(10)의 가열이 필요한지의 여부가 결정된다. 가열이 필요한 경우라면, 단계 230에서, 배기가스 후처리 시스템의 가열을 위해 연소 엔진의 스위치-온이 개시될 수 있다. 선택적으로, 사전에 이미 하기에서 훨씬 더 상세하게 기술되는 것처럼, 예컨대 전기 히터를 통한 컴포넌트들의 가열(220)이 실행될 수 있다.
예컨대, 한 간단한 실시예에서, 전기 구동 모드에서 결정된 시간 간격들로 연소 엔진이 가열을 위해 스위치-온되는 것으로 결정될 수 있다. 연소 엔진의 스위치 온 기간 및 이를 위해 선택된 작동 상태도 마찬가지로 사전에 결정될 수 있으며, 그럼으로써 불규칙적인 또는 규칙적인 주기의 스위치-온이 발생하게 된다. 그 대안으로, 특히 다른 방식으로는 배기가스 후처리 시스템의 필요 작동 온도에 도달할 수 없다면, 연소 엔진은 지속적인 스위치-온에 이르기까지 (예컨대 선택된 작동 상태들에서 기결정 출력들로) 더 긴 시간 범위에 걸쳐서, 선택적으로 상황에 따라 변조된 출력 인출 및 그에 상응하게 변동하는 작동 상태들로, 작동될 수 있다. 이런 방식으로, 연소 엔진의 스위치-온이 수행되어야 하는 기준이 되는 시간 규칙(rule)이 결정되고 저장될 수 있다. 제어 장치는 상기 규칙들을 다시 호출할 수 있고, 그에 상응하게 연소 엔진의 스위치-온을 개시할 수 있다.
예컨대 일 실시예에서, 전기 구동 모드에서 연소 엔진이 가열을 위해 스위치-온되고, 이때 생성되는 출력은 상황에 따른 조건들에 상응하게 차량의 추진을 위해[또는 그에 상응하게 예컨대 농업용 기계 또는 건설 기계의 경우에는 기계 일(mechanical work)을 위해], 또는 전기 에너지 저장 장치들("축전지들")의 충전을 위해 이용되는 것으로 결정될 수 있다. 이 경우, 연소 엔진은 특히 배기가스 후처리 시스템으로의 열 방출, 배출 및 연료 소모와 관련하여 특히 유리하게 작동될 수 있다. 이는, 특히 연소 엔진의 출력이 기계 일(예컨대 추진)의 수행에 전혀 또는 상당 부분 이용되지 않아야 하는 상황들에서도 달성된다. 연소 엔진의 스위치-온 기간 및 이를 위해 선택된 작동 상태도 마찬가지로 사전에 결정될 수 있으며, 그럼으로써 불규칙적이거나 규칙적인 주기적 스위치-온이 발생하게 된다.
이와 마찬가지로, 제어 장치는 측정되거나 저장된 데이터를 기반으로, 가열이 필요한지의 여부의 결정 및 연소 엔진의 스위치-온의 제어를 실행할 수 있거나, 상기 데이터를 기반으로 연소 엔진의 스위치-온을 위한 기결정 조건들도 작동 중에 수정할 수 있다.
데이터의 평가 및 스위치-온의 제어를 위해 다양한 가능성들이 존재한다. 도 3에는, 도 2에서의 결정 단계(210)의 또 다른 방법 다이어그램 형태의 상세한 시퀀스가 예시적으로 도시되어 있으며, 여기서 단계들은 반드시 모두 실행될 필요가 없으며, 반드시 도시된 순서로 실행되지 않아도 된다. 또한, 도면에는 도시되어 있지 않은 또 다른 방법 단계들도 실행될 수 있다. 기술한 시퀀스는 단지 가능한 실시예 중 하나만을 언급한 것일 뿐이다.
단계 310에서, 제어 장치는 센서들로부터 측정 데이터를 수신받는다. 그 대안으로, 상기 데이터가 다른 장치에 의해 판독 출력되어 전송될 수 있다.
단계 320에서, 상기 데이터는 이제 평가되고 처리되며, 예컨대 특정 시간 범위에 걸쳐 검출되거나, 기설정 형태로 전환되거나, 또는 기결정 계산 방법들을 통해 적합한 값으로 전환된다.
그에 뒤이어, 단계 330에서, 상기 수득된 값들이 하나 또는 복수의 한계값과 비교된다. 값들이 기결정 범위 이내에 놓이면, 제어 장치는 측정값들의 연속적인 검사를 지속하고, 다음 순서의 측정된 데이터를 평가하며, 다시 단계 310(또는 그 대안으로 320)으로 되돌아간다. 그러나 배기가스 후처리 시스템의 가열 필요성을 지시하는 기결정 한계값 또는 임계값이 상회되면, 상기 가열은 단계 340에서 시작된다. 이는 연소 엔진의 즉각적인 스위치-온일 수 있거나, 배기가스 후처리 시스템의 사전 전기 가열일 수 있거나, 또는 가열이 개시되는 특정 시간의 결정일 수 있다. 이 경우, 상기 후속 단계들은 다시 도 2에서의 단계들 220 내지 230에 상응한다.
마찬가지로, 평가된 현재 측정 데이터를 단계 330에서 직접 임계값들과 비교(만) 하는 것이 아니라, 그 대신 기존 값들을 기반으로 다양한 계산 방법을 통해 향후 값들에 대한 예측을 수행할 수 있다(단계 370).
적합한 예측이 수행되었다면, 이렇게 수득된 특정 향후 시점 또는 시간 범위를 위한 값들은 다시 단계 380에서 임계값들과 비교될 수 있다. 계산된 향후 값들이 기설정 한계들 이내에 놓이는 경우, 가열은 계획되지 않고 또 다른 값들이 평가되거나 예측되며, 다시 단계 370으로 되돌아간다. 그러나 결정을 위해 관계가 있는 예측된 값들 중 적어도 하나가 기설정 한계들에서 벗어나는(각각의 값에 따라 한계들을 초과하고, 그리고/또는 그 미만인) 경우, 단계 340에서 배기가스 후처리 시스템의 가열이 시작된다. 이는, 다시 즉각적인 가열일 수 있거나, 가열이 개시되어야 하거나 연소 엔진이 스위치-온되어야 하는 시점의 결정일 수 있거나, 또는 스위치-온 및 가열을 결정하는 규칙들의 수정일 수 있다. 단계 310 또는 320에서 유래하는 현재 측정 데이터도 단계 370에서의 예측에 포함될 수도 있다.
단계 320 및 370에서 현재 측정 데이터를 기반으로 한 평가 내지 예측 대신, 또는 그에 추가로, 제어 장치는 결정 시 다른 소스로부터 수신받거나, 또는 제어 장치 내에, 또는 그와 연관되어 저장된 또 다른 데이터도 이용할 수 있다. 제어 장치는 단계 360에서 호출을 통해 메모리 장치에서부터 또는 통신 링크를 통해 상기 데이터를 수신받는다. 그 다음, 상기 데이터는 단독으로 또는 현재 데이터와 함께, 바로 또는 사전 처리되어, 임계값들의 비교에 포함될 수 있다.
예컨대 하이브리드의 현재까지의 작동 중에 수집된 측정값들은 센서들(31, 32, 33, 34) 및 다른 요소들로부터 수득(310)되어 평가(320)될 수 있다. 이를 위해, 가령 현재 및 지속적으로 측정되는 값들이 사용될 수 있고, 그리고/또는 더 오랜 시간에 걸쳐 측정되어 저장된 데이터, 또는 통신 링크를 통해 가용한 데이터가 이용될 수 있다. 상기 측정값들은 예컨대 배기가스 시스템 내 하나 또는 복수의 위치에서의 온도, 특히 적합한 위치에서 센서(31)를 통해 측정되는 배기가스 후처리 시스템의 온도를 포함할 수 있으며, 그 대안으로 또는 그에 추가로 배기가스 후처리 시스템의 상류(33) 또는 하류(34)에서의 배기가스 흐름의 온도들도 포함할 수 있다. 또한, 측정값들은, 배기가스 흐름 및 특히 그에 함유된 유해물질들의 성분들 및/또는 농도들 및/또는 체적들 및/또는 조성, 또는 이들에 대한 귀납적 추론을 허용하는 데이터에 관련된 배기가스 특성값들도 포함할 수 있다. 상기 측정값들은 마찬가지로 배기가스 후처리 시스템의 상류 및/또는 하류에서 센서들(32)을 통해 측정될 수 있거나, 또는 데이터를 토대로 계산될 수 있다. 예컨대 기설정 시간 범위에 걸친 평균 출력 또는 인출된 최대 출력과 같은 엔진들의 출력 데이터는, 예컨대 에너지 소모량 및 연료 소모량과 동일하게 평가될 수 있다. 상기 및 추가 데이터 모두는, 배기가스 후처리 시스템의 가열을 제어하기 위해 개별적으로 또는 서로 조합되어 평가될 수 있다. 데이터는 저장된 형태로 존재할 수 있거나, 현재 측정 데이터를 보충하기 위해 적합한 방식으로 호출될 수 있다(360). 자명한 사실로서, 측정값들의 평가는 앞서 기술한 것처럼 결정된 시간 간격들과 조합되어 적용될 수 있다.
이 경우, 단계 330에서는, 가열이 필요한지의 여부 및 가열을 위해 어떠한 조치들이 강구될지를 결정하기 위해 하나 또는 복수의 임계값이 적용될 수 있다. 그 다음, 임계값의 하회(예컨대 필요한 또는 최적의 작동 온도의 하회) 및/또는 상회(예컨대 배기가스 흐름 내 유해 물질들의 상회) 시, 단계 340에서 연소 엔진이 스위치-온될 지의 여부 및 그 시점이 판단될 수 있다. 선택적으로, 시스템은, 현재 구간에서 그리고 기설정되거나 현재 예측되는 전방 구간에서 어떤 임계값들이 유효한지를 판단할 수도 있는데, 요컨대 차량이 예를 들어 특정 규제(예: 규제법)가 있는 특정 지역에 있고 차량의 위치 측정 시스템을 통해 공지되어 있다면, 현재 사용되는 임계값들은 그에 상응하게 매칭될 수 있으며, 예컨대 특정 지역 구역들의 국소 경계 지역들, 예컨대 도심과 같은 도시 생활권, 마을 및 (예컨대 콤바인이 경작지로 향하는 길에 마을을 벗어난 지방도로에서와 다른 모드로 작동되는) 농장, 해안 지역, [자유 수면(free water surface) 및 공해 영역과 구분되는) 항구에 매칭될 수 있다. 이런 방식으로 예컨대 시간에 따라 제한된, 또는 국소적인, 예컨대 도심에서의 연소 엔진 작동 제한이 고려될 수 있다.
또한, 측정 데이터 및/또는 예측되는 데이터는 단계 340에서 연소 엔진의 스위치-온을 위해 이미 결정된 규칙들을 수정하는 데 이용될 수 있다. 예컨대 측정 데이터의 평가에 의해, 특정 상황들에서 규칙적으로 결정된 한계값들 또는 임계값들에 도달된다면, 가열을 위한 다음 스위치-온 시까지의 앞서 결정된 시간 간격은 상응하게 그 출력 호출에서 매칭될 수 있거나, 또는 시간적으로 단축될 수 있다. 이런 매칭은 지속적으로도 결정될 수 있다. 이런 방식으로, 스위치-온을 위한 규칙들은 하이브리드의 작동 중에 가변적으로, 특히 현재 적용되는 규칙들이 모든 컴포넌트의 최적의 작동에 상응한지의 여부가 지속적으로 검사되고, 상응하지 않은 경우에는 규칙들이 매칭되는 일종의 피드백 제어에 따라 매칭될 수 있다. 다양한 작동 모드들을 위한, 즉, 순수 전기 구동 모드, 순수 연소 엔진 모드, 그리고 전동기와 연소 엔진의 조합 구동 모드를 위한 상이한 규칙들이 결정될 수도 있다.
측정 데이터의 직접적인 평가 및 상기 측정 데이터를 기반으로 하는 판단 외에도, 본 발명의 가능한 한 실시예에 따라, 단계 370에서 예측도 결정될 수 있다. 이러한 예측은 측정 데이터를 기반으로 결정된 향후 시간 범위에 대한 수치 외삽법(numerical extrapolation)을 포함할 수 있거나, 예컨대 퍼지 논리 방법(fuzzy logic method) 및 신경망처럼 보다 더 복잡한 예측 및 피드백 방법을 포함할 수 있다. 예컨대 현재까지의 작동을 토대로 또는 저장된 데이터(360)를 토대로, 연소 엔진의 스위치-온에 따라 배기가스 내 배출값들이 어떻게 증가하거나 감소하는지를 알고 있다면, 상기 데이터는, 적합한 계산들을 통해 향후에 예상되는 온도 및 배출값의 거동을 추정하고 이를 기반으로 연소 엔진의 스위치-온을 위한 제어를 결정하는 데 이용될 수 있다(370). 이를 위해, 예측된 데이터는 단계 380에서 또다시, 현재의 측정값들에 대한 단계 330과 유사하게, 한계값들과 비교된다.
또한, 가열이 필요한지의 여부의 결정, 및 그에 상응하는 기설정 시간 범위에 대한 예측은 내비게이션 데이터, 교통 예측, 일기 예측 및 그와 유사한 예측을 기반하여서도 수행될 수 있다. 예컨대 차량의 내비게이션 시스템을 통해 차량이 어느 구간에 있는지가 결정될 수 있다면, 적어도 제한된 시간 범위에 대해, 예컨대 다음 분기점까지 예측할 수 있는 전방 구간들에 대한 데이터가 도출될 수 있다. 상기 데이터는, 그곳에 있는 차량들의 속도 프로파일; 정체와 같은 지체 상황; 교통 신호등; 논밭 경계 및 바다 경계 표시; 및/또는 오르막길, 내리막길, 속도 제한 구간과 같은 구간 프로파일;에 대한 정보들, 그리고 통신 링크들에서 유래하는 추가 정보들, 예컨대 인터넷에서 획득된 지역 기상 조건들을 포함할 수도 있다. 운전자에 의해 선택되는 차량 설정들(예: 자율 주행 및 연비 최적화 주행) 및 전형적인 운전자 프로파일들, 그리고 예컨대 차량 실내 공기 조절, 가속 거동 및 제동 거동과 같은 사용자 선호 사항들도 상기 예측들을 위해 고려될 수 있다. 그 다음, 이를 기반으로 시스템은 다음 시간에 호출되는 출력 값들을 추정할 수 있고, 결정된 규칙들에 따라서 배기가스 후처리 시스템의 작동 온도가 예측에 따라 임계값 미만이 되어 가열이 필요한지의 여부 및 그 시점을 결정할 수 있다. 또 다시, 상기 데이터는, 값들을 최대한 정확하게 예측할 수 있도록 하기 위해, 하이브리드의 작동을 토대로 앞서 기술한 것과 같은 현재 또는 더 이전의 측정값들과도 조합될 수 있다. 전술한 추가 정보들의 고려 하에 온도와 출력과 배출값들 간의 관계들을 기술하고 계산 및 예측을 위해 적용될 수 있는 특정 특성 데이터들도 예컨대 제조업체 측에서 시스템 내에 사전 저장될 수 있거나, 통신 링크를 통해 호출될 수 있다.
또한, 국소 제어에 대한 대안으로 또는 그에 추가로, 측정 데이터는 또 다른 장소에서 통신 링크를 통해 예컨대 중앙 처리 위치로 전송될 수도 있으며, 이 중앙 처리 위치에서 상기 측정 데이터가 평가되고, 그리고/또는 상응하는 예측 데이터가 계산되며, 이로부터 도출되는 엔진의 스위치-온을 위한 규칙들만이 다시 국소 제어 장치로 역으로 전송된다.
필요한 작동 온도들을 달성하기 위한 또 다른 가능성은, 바람직하게 전기 가열(24)을 통한 배기가스 후처리 시스템(또는 전체 시스템)의 부분들의 직접 가열이다. 이렇게, 예컨대 센서들, 가스 혼합 요소들, 촉매 컨버터들, 튜브 라인들, 및 다른 컴포넌트들이 특정 영역들에서 또는 전체가 전기적으로 가열될 수 있다. 이는 이미 저전압 하이브리드에 의해 달성되긴 하지만, 더 높은 전압이 바람직하다.
특히 배기가스 후처리 시스템의 부분들의 전기 가열은 이미, 연소 엔진이 스위치-온되지 않거나 아직 스위치-온되어 있지 않을 때, 수행될 수 있다(도 2에서 단계 220 참조). 그 다음, 전기 가열은 계속해서, 결정된 간격들로 또는 각각 정의된 시간 범위 내에서 변함없이 변조된 출력으로 머신의 시동 전에 또는 연소 엔진의 스위치-온 전에 수행될 수 있다. 이 경우, 전기 가열은 구동 출력의 증대를 위해, 또는 본 발명에 따라서 배기가스 후처리 시스템의 온도의 상승을 위해 연소 엔진의 스위치-온이 수행되는지의 여부와 무관하게 실시될 수도 있다. 예컨대, 높은 구동 출력 및 그로 인해 구동을 위한 연소 엔진의 스위치-온이 예상되는 경우에 그 전에 미리 전기 히터를 통해 시스템을 예열하기 위해, 전술한 예측 모델이 사용될 수 있다.
연소 엔진의 스위치-온이 바로 수행되어야 하는 것으로 제어 장치가 결정한다면, 전기 가열을 위한 신호를 상응하는 요소들로 송신할 수 있다. 그 대안으로, 예컨대 연소 엔진이 스위치-오프된 조건에서, 비록 연소 엔진이 예측 가능한 시간 내에 스위치-온되지 않거나, 확실하게 스위치-온되지 않더라도 특정 시간 간격들로 전기 가열이 수행되는 것으로 결정될 수도 있다. 이와 마찬가지로, 다시 선택적인 온도 측정이 전기 가열을 위한 판단에 포함될 수 있으며, 그럼으로써 임계 온도의 하회 시, 원하는 최저 온도에 도달될 때까지, 배기가스 후처리 시스템의 전기 가열이 수행된다. 상기 최저 온도에 도달하면, 이어서 추가로 또는 그 대안으로, 연소 엔진이 스위치-온될 수 있다. 본 발명의 한 가능한 실시예에서, 연소 엔진의 스위치-온을 위한 신호는 배기가스 후처리 시스템의 기결정 온도에 도달할 때 비로소 제공된다.
엔진 제어 장치에 의해 고출력을 갖는 연소 엔진의 스위치-온이 결정되거나 예상되는 경우, 항상 가열을 위한 스위치-온의 선행하는 제1 단계가 먼저 수행될 수 있으며, 이 제1 단계에서는 연소 엔진이 저출력으로 작동되고 잔여 구동 출력은 계속해서 전동기에 의해 공급된다. 이어서, 결정된 시간 후에 또는 배기가스 후처리 시스템의 원하는 작동 온도에 도달한 후에, 연소 엔진의 출력이 증가될 수 있다. 마찬가지로, 연소 엔진의 출력은 가열 단계에서부터 단계적으로 또는 연속적으로 증가될 수 있다.
가열을 위한 연소 엔진의 스위치-온, 제어 데이터의 결정, 데이터의 예측, 및 예컨대 온도값들의 모니터링을 담당하는 제어 장치는 엔진의 제어 장치일 수 있다. 또는 다른 임무들을 담당하거나, 상기 제어를 위해서만 구성된 별도의 제어 장치 또는 다른 제어부일 수도 있다.
이 경우, 배기가스 후처리 시스템을 가열하기 위해 연소 엔진이 스위치-온되어야 한다면, 제어 장치에 의해 이상적으로는 배출이 항상 결정된 한계값들 미만에서 유지될 정도의 출력만이 허용된다. 즉, 연소 엔진의 스위치-온에 의해 발생한 배출은, 한계값들을 상회하지 않도록 하기 위해 가열의 제어 시 지속적으로 산입되어야 한다. 연소 엔진은 가열을 위해 비교적 낮은 출력으로 작동하며, 차량에 의해 호출되는 잔여 출력은 바람직하게 계속 전동기에 의해 공급된다.
이를 위해, 한 가능한 실시예에 따라서, 연소 엔진의 스위치-온 후에, 하나 또는 복수의 센서를 통해, 배기가스 흐름의 체적 및/또는 조성이 적어도 일시적으로 그리고 부분적으로 측정되거나; 또는 저장되어 있거나 통신 링크를 통해 호출된 데이터를 토대로 계산된다. 이러한 결정은 지속적으로 또는 결정된 간격들로 실행될 수 있다. 예컨대 엔진 제어 장치와 같은 제어 장치는 센서 신호들을 처리하고 임계값들의 준수를 모니터링한다. 임계값들로서는 지역별로 규정된 한계값들, 다시 말해 예컨대 법적 한계값들이, 여타의 또는 추가의, 상기 법적 한계값들과 다른(예컨대 제조업체 측에서 결정한) 임계값들과 동일하게 이용될 수 있다. 예를 들면, 배출값들의 향상을 위한 여러 가지 조치들의 시작을 결정하기 위해 법적 한계값들을 하회하는 다양한 차등화된 임계값들을 사용하는 점이 고려될 수도 있다.
임계값들은 바람직하게는 처리하는 제어 장치의 메모리 유닛에 저장된다.
측정되어 제어 장치에서 수신되는 센서 신호들이 배기가스 흐름 내에서 임계값의 상회를 지시하는 경우, 이제 제어 장치는 배기가스 후처리 시스템의 최저 작동 온도 또는 특정한 희망 작동 온도에 도달할 수 있는 추가 조치들을 시작할 수 있다.
이 경우, 배기가스 후처리 시스템을 계속하여 가열하기 위해 다양한 방법들이 가능하다. 예컨대 지속적으로 또는 제한된 시간 동안, 예컨대 600초 미만의 시간 동안, 바람직한 방식으로는 60초 미만의 시간 동안, 특히 바람직하게는 단 수 초 동안만, 후속하는 더 높은 배기가스 흐름을 위해 배기가스 후처리 시스템을 가열하는 제한된, 그리고 특히 가열에 적합한 배기가스 흐름이 배기가스 후처리 시스템으로 안내될 수 있다.
이를 위해, 예컨대 배기가스 흐름에는, 배기가스 후처리 시스템의 온도를 상승시키기에 적합한 다양한 물질들이 첨가될 수 있다. 한가지 가능성은, 엔진 내부에서 배기가스 흐름에 또는 직접 배기가스 후처리 시스템에 가연성 물질을 공급함으로써, 상기 가연성 물질이 적어도 부분적으로 연소 과정을 통해 열로 변환될 수 있다는 것이다. 상기 물질들은 예컨대 적합한 위치에서 분사될 수 있는 연료, 산화질소(NO), 메탄올, 및 당업계에 공지된 기타 첨가제들일 수 있다. 그 대안으로 또는 그에 추가로, 흡착성/흡수성 물질들이 연소 가스 내에 농축될 수 있고, 그리고/또는 배기가스 흐름으로 공급될 수 있으며, 그 다음 상기 물질들은 적어도 부분적으로 배기가스 후처리 시스템을 가열시킨다. 이를 위해 적합한 물질들은 마찬가지로 공지된 바와 같이 예컨대 물, 요소수(UWS), 암모니아(NH3), 산화질소(NO, NO2)이다. 추후 임의의 시점에 배기가스 후처리 시스템의 흡착/흡수 위치들은 재생되어야 한다.
또한, 배기가스 후처리 시스템의 가열을 위한 하기와 같은 다양한 조치들: 예컨대 (경우에 따라 나중에서야 비로소) 가스로 관류되는, 바람직하게는 기능적인 하나 이상의 유닛(예: 혼합 튜브, 가스 믹서, 촉매 컨버터 등)을 이들의 최저 작동 온도로 조정하기 위한, 상기 하나 이상의 유닛의 전자 가열; 예컨대 환원제(예: NH3, UWS, 프로필렌 등)의 계량 공급의 결과로서, 그리고/또는 불완전 연소 연료의 공급 및 흡착으로 인한 분자들의 흡수를 통한 배기가스 후처리 시스템 내 흡수열의 발생; 고압 EGR(배기가스 재순환) 및/또는 저압 EGR을 포함하여 배기가스 온도의 상승을 위한 엔진 내부적인 조치들; 배기가스 후처리 시스템 내 연소열을 발생시키기 위해 산화 촉매 성분들로 산화성 분자들(탄화수소, 불완전 연소 연료, NH3 등)의 공급;이 서로 조합되는 방법도 바람직한데, 이들이 반드시 전부, 그리고 반드시 상기 순서로 행해져야 하는 것은 아니다.
본 발명에 따른 방법은 예컨대 저전압 하이브리드, 고전압 하이브리드, 플러그인 하이브리드, 레인지 익스텐더 하이브리드(Range-Extender Hybrid), 특히 하이브리드 차량과 같은 각종 하이브리드 머신에 적용된다. 마찬가지로, 기술한 방법은, 예컨대 버스를 포함하여 로우 듀티(LD), 미디엄 듀티(MD) 및 하이 듀티(HD) 하이브리드; 모터 보트, 비행기, 예컨대 소형 비행기, 기관차, 또는 예컨대 선박용 대형 엔진을 포함하여 오프-하이웨이(OHW) 머신;과 같은 하이브리드 머신의 유형과 무관하게 적용된다. 본원의 방법은 연소 엔진의 각각의 형태로 하이브리드 머신에 적용될 수 있으며, 특히 디젤 엔진, 가솔린 엔진, 가스 또는 메탄올 작동 엔진을 탑재한 하이브리드에 적용될 수 있다.
모든 배기가스 후처리 시스템은 유해 가스들의 변환을 위해, 주변 온도를 상회하는 최저 온도를 요구하기 때문에, 기술한 방법은, 하이브리드들의 각각의 배기가스 후처리 방법 및 이들의 모든 조합 방법에 적용될 수 있으며, 특히 NSC(NOx storage converter) 및 삼원 촉매 컨버터(TWC)와 같은 NOx 저장 촉매 컨버터들; 예컨대 SCR(selective catalytic reduction) 촉매 컨버터와 같은 NH3 저장 장치들; 예컨대 DOC(디젤 산화 촉매 컨버터), NSC, TWC, AMOX(NH3 산화 촉매 컨버터)와 같은 산화 촉매 컨버터들; 및 예컨대 SCR, NSC, TWC와 같은 환원 촉매 컨버터들; 산화 또는 환원 코팅층을 포함하거나 포함하지 않는 미립자 필터들;에 적용될 수 있다. 한계 온도들은 필요한 최적의 작동 온도들에 상응하게 매칭될 수 있다.
이 경우, 본원 방법은, 특히 측정 데이터의 수집, 요소들의 가열, 및 첨가제들과 작동 조건들의 제어 시, 임의의 배기가스 후처리 컴포넌트들, 예컨대 가스 믹서 및 2-물질 믹서; 자체의 연결 포트들, 케이블들 및 소프트웨어를 포함한 (유압식, 기계식 및 전기식으로 작동되는) 액체 무화기 및 증발기; 촉매 컨버터 하우징(canning), 필터, 사이클론, 가스 세정기, 튜브 라인들, 분리 요소들, 혼합 챔버들 및 그 외 금속으로 제조되고 특히 상호 간에 분리될 수 있는 부품들; 자체의 연결 단자들, 케이블들 및 소프트웨어를 포함한 (체적 유량, 온도, NOx, 미립자, 람다, NH3, O2, NO, NO2, N2O, 절대 압력, 압력차, 산화 전위, 전도도 등을 검출하는)센서들; 그리고 이들의 임의의 조합체들;을 포함할 수 있다.
여기서 한 번 더 강조할 점은, 원하는 구동 출력 및 연비 최적화 조건에서 최적의 배출가스 거동을 쾌적하게 달성하기 위해, 예컨대 연소 엔진의 사전 정의된 스위치-온, 출력 피크들의 예측, 측정 데이터의 평가, 향후 측정 데이터의 예측, 사전 정의된 스위치-온 규칙들의 변경 등과 같은 열거된 방법 단계들이 임의로 상호 조합되거나, 또는 병행하여 사용될 수 있다는 것이다.

Claims (11)

  1. 적어도 하나의 전동기(2) 및 하나의 연소 엔진(3)을 구비한 하이브리드 머신에서 배기가스 후처리를 위한 방법으로서,
    전동기(2)만 스위치-온되어 있고 연소 엔진(3)은 스위치-오프되어 있는 제1 작동 모드에서 하이브리드 머신을 작동시키는 단계(200);
    상기 하이브리드 머신의 배기가스 후처리 시스템(20)의 가열이 필요한지의 여부를 결정하는 단계(210); 및
    가열이 필요한 경우, 배기가스 후처리 시스템(20)의 가열을 위해 연소 엔진(3)을 적어도 일시적으로 스위치-온하는 단계(230);를 포함하는, 배기가스 후처리 방법.
  2. 제1항에 있어서, 배기가스 후처리 시스템의 가열이 필요한지의 여부를 결정하는 단계(210)는 측정 데이터의 평가를 기반으로 수행되며(320), 상기 측정 데이터는 적어도 부분적으로 하이브리드 머신의 현재까지의 작동에서 수집되었으며, 상기 측정 데이터는, 배기가스 후처리 시스템의 온도, 전동기 및/또는 연소 엔진의 출력(power) 데이터, 배기가스 흐름의 조성에 대한 값들 중 적어도 하나를 포함하는, 배기가스 후처리 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 배기가스 후처리 시스템의 가열이 필요한지의 여부를 결정하는 단계는 특정 시간 범위 내에서 예상되는 향후 측정 데이터(370)의 예측을 포함하며, 상기 예측은, 저장된 그리고/또는 통신 링크를 통해 접근 가능한 데이터 및/또는 현재 측정 데이터를 기반으로 계산되는, 배기가스 후처리 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 예측은, 기결정된 향후 시간 범위 내에서 예측상 필요한 구동 출력을 결정하는 데이터를 기반으로 계산되는, 배기가스 후처리 방법.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 측정된, 그리고/또는 예측된 측정 데이터가 하나 이상의 기설정 임계값과 비교되며(330, 380), 하나 이상의 기설정 임계값을 하회하거나 상회하는 경우, 가열이 필요한 것으로 결정되는(340), 배기가스 후처리 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 연소 엔진의 스위치-온 단계(230)는 기결정 시간에, 그리고/또는 기결정 기간 이내에, 그리고/또는 기결정 인출 출력으로 수행되는, 하이브리드 머신에서 배기가스 후처리 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 스위치-온 단계의 기결정 시간 및/또는 기결정 기간, 및/또는 상기 기결정 인출 출력은 저장된 데이터, 전송된 데이터 또는 수집된 측정 데이터 중 적어도 하나에 따라 작동 중에 변동되는, 배기가스 후처리 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 연소 엔진이 배기가스 후처리 시스템의 가열을 위해 스위치-온되기 전, 그리고/또는 스위치-온되어 있는 동안(230)의 기설정 시간 범위 내에서 배기가스 후처리 시스템의 적어도 일부분을 전기 가열하는 단계(220)를 더 포함하는, 배기가스 후처리 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 방법의 모든 방법 단계를 수행하도록 구성된 컴퓨터 유닛.
  10. 컴퓨터 유닛에서 실행될 경우, 상기 컴퓨터 유닛으로 하여금 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 방법의 모든 방법 단계를 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램.
  11. 제10항에 따른 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 기계 판독 가능한 저장 매체.
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