KR102309474B1 - 내연기관의 배기가스장치 내 scr 촉매 컨버터의 환원제 용액의 계량공급 시스템을 작동하는 방법 - Google Patents

내연기관의 배기가스장치 내 scr 촉매 컨버터의 환원제 용액의 계량공급 시스템을 작동하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 내연기관의 배기가스장치(10) 내 SCR 촉매 컨버터(11)의 환원제 용액을 위한 계량공급 시스템을 작동하는 방법에 관한 것으로, 상기 계량공급 시스템은 냉각제 회로(30)에 연결되어 있는 하나 이상의 냉각 가능한 계량공급 모듈(20)을 포함한다. 계량공급 모듈(20)의 냉각은 냉각제 회로(30)의 냉각 능력의 요구에 의해 실시된다. 본 발명에 따라, 냉각 능력의 요구 시 냉각제의 온도가 고려되고, 상기 냉각제의 온도는 계량공급 모듈(20) 내로의 유입 영역에서 모델에 기반하여 결정된다. 모델 내에는, 계량공급 모듈(20)로부터 멀리 떨어져 있는 냉각제의 온도에 관한 하나 이상의 정보 및 계량공급 모듈(20)의 영역 내 온도에 관한 하나 이상의 정보가 유입된다.

Description

내연기관의 배기가스장치 내 SCR 촉매 컨버터의 환원제 용액의 계량공급 시스템을 작동하는 방법{METHOD FOR OPERATING OF A DOSING SYSTEM FOR SOLUTION OF REDUCING AGENT OF A SCR CATALYTIC CONVERTER IN THE EXHAUST GAS SYSTEM OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은, 내연기관의 배기가스장치 내 SCR 촉매 컨버터의 환원제 용액의 계량공급 시스템을 구동하는 방법에 관한 것으로, 상기 계량공급 시스템은 냉각제 회로, 특히 냉각수 회로에 연결되어 있는 하나 이상의 냉각 가능한 계량공급 모듈을 포함한다.
특히, 내연기관의 배기가스 내에 함유된 질소산화물(NOx)을 환원제를 이용하여 질소로 환원시키는 SCR(Selective Catalytic Reduction) 촉매 컨버터가 배기가스 영역 내에 배치되어 있는 자동차에서 내연기관을 구동하기 위한 방법 및 장치가 공지되어 있다.
SCR 촉매 컨버터의 원리는, 환원제로서 NH3가 존재할 때 촉매 컨버터 표면에 있는 질소산화물 분자들이 원소상 질소(elemental nitrogen)로 환원되는 것이다. 필요한 환원제는 통상 수성 요소 용액의 형태로 배기가스장치 내로 계량 주입된다. 이를 위해, 필요한 환원제 용액을 SCR 촉매 컨버터의 상류에서 배기가스장치 내로 계량 주입하는 계량공급 모듈을 구비한 계량공급 장치 또는 계량공급 시스템이 제공된다.
계량공급 모듈은 배기가스장치 내 장착 위치에 따라, 구성부품을 손상시키거나 심지어 고장을 유발할 수 있는 고온에 노출될 수 있다. 이러한 열적 부하를 감소시키려는 목적으로, 계량공급 모듈을 위해 이론상으로 상이한 두 가지 냉각 컨셉이 공지되어 있다. 그 중 하나는, 순수 기냉식 계량공급 모듈을 사용하는 점이다. 다른 하나는, 수냉식 계량공급 모듈을 사용하는 것으로, 이 경우 상기 계량공급 모듈은 자동차 내에 제공되는 냉각수 회로에 연결된다. 계량공급 모듈 내에 존재하는 계량공급 밸브의 끝단에 대한 온도 모델에 기반하여, 상기 계량공급 모듈은 소정의 작동 조건하에서 액체 환원제의 최소 계량공급량의 요구에 의해 추가로 냉각될 수 있다. 기냉식 계량공급 모듈의 경우, 엔진 작동 중에 환원제의 상기 최소 계량공급량의 요구에 의해서만 능동 제어 냉각이 가능한 반면, 수냉식 계량공급 모듈에서는 냉각 회로의 SCP(specific cooling power)의 요구에 의해서도 냉각에 능동적으로 영향이 미칠 수 있다. 그러나, 계량공급 모듈로의 유입 시 냉각제(냉각수)의 온도는 통상 정확하게 인지할 수 없다. 이를 위해, 계량공급 모듈에서 멀리 떨어진 곳에서 검출되는 온도 측정값들이 대체값으로서 사용된다.
DE 10 2011 088 549 A1호로부터 공지된 SCR 시스템용 계량공급 모듈은, 냉각수 유량 제어가 구현되는 히트 싱크를 갖는다. 히트 싱크의 온도에 따라 냉각수 유량의 변동이 이루어지며, 이를 위해 온도 의존적 바이메탈 스트립(bimetallic strip)에 기반하는 수동 밸브가 사용된다.
독일공보 DE 10 2014 103 986 A1호로부터 계량공급 모듈의 열손상 방지 방법이 공지되어 있다. 여기서는 열손상을 방지하기 위해 필요한 냉각제 냉각량이 계산된다. 클러치 워터 펌프의 작동에 따라 변동되는 엔진 냉각제 냉각량의 계산이 실시된다. 필요한 냉각제 냉각량이 엔진 냉각제 냉갹량과 비교됨으로써, 클러치 워터 펌프의 작동 상태가 검사된다. 필요한 냉각제 냉각량이 엔진 냉각제 냉갹량보다 더 많도록 클러치 워터 펌프가 작동되면, 상기 클러치 워터 펌프가 멈추게 된다. 이때, 필요한 냉각제 냉각량은, 환원제 냉갹량과 엔진 냉각제 냉각량의 총합이 배기가스 전체 열에너지에 대해 보상되는 계량공급 모듈의 온도에 의해 결정된다.
본 발명에 따른 방법은 내연기관의 배기가스장치 내 SCR 촉매 컨버터의 환원제 용액의 계량공급 시스템을 작동하는 방법에 기반하며, 여기서 계량공급 시스템은 냉각제 회로, 특히 냉각수 회로에 연결되어 있는 하나 이상의 냉각 가능한 계량공급 모듈을 포함한다. 상기 냉각수 회로의 주 기능은 예컨대 내연기관의 냉각일 수 있다. 계량공급 모듈에서의 열손상을 방지하는 데 필요한 계량공급 모듈의 냉각은 냉각제 회로의 냉각 능력의 요구에 의해 실시된다. 본 발명에 따라, 냉각 능력의 요구 시 냉각제의 온도가 고려되는데, 이때 냉각제의 온도는 계량공급 모듈 내로의 유입 영역에서 모델에 기초하여 결정된다. 이와 관련하여 본 발명은, 상기 지점, 즉, 계량공급 모듈의 영역에는 냉각제 온도 측정 지점이 존재하지 않는 점을 전제로 한다. 필요에 맞는 냉각 능력 요구를 위해, 계량공급 모듈 내로의 유입 영역에서 모델에 기반하여 냉각제의 온도가 결정되는데, 이때 모델에는 계량공급 모듈에서 멀리 떨어진 곳에 존재하는 냉각제 온도에 관한 하나 이상의 정보 및 계량공급 모듈의 영역 내 온도에 관한 하나 이상의 정보가 산입된다. 이러한 모델링은, 계량공급 모듈 내로의 유입 시 냉각제의 온도는 2개의 한계값 사이에 놓인다는 데 기반한다. 하나의 한계값은 더 멀리 떨어진 곳에서, 예를 들어 냉각제 펌프의 영역에서 측정될 수 있거나 검출될 수 있는 냉각제 온도값에 의해 결정된다. 다른 한계값은 계량공급 모듈에서의 온도값에 의해 결정된다. 본 발명에 따라, 상기 두 한계값 사이의 적절한 온도 계산을 통해, 계량공급 모듈 내로의 유입시 냉각제의 온도가 근사 방식으로 검출되어, 냉각 능력의 필요에 맞는 요구에 이용될 수 있다. 종래의 방법에서는 보통 계량공급 모듈에서 멀리 떨어진 곳, 예컨대 냉각제 펌프의 영역에서 검출되는 냉각제 온도 측정값만이 고려된다. 이 경우, 온도 측정 지점에서부터 계량공급 모듈까지의 경로 상에서의 냉각제의 열적 영향은 고려되지 않는다. 상기 경로 상에서의 냉각제 온도는 상당히 변동할 수 있기 때문에, 상기와 같이 계량공급 모듈로부터 멀리 떨어진 곳에서 측정된 냉각제 온도값에만 기반한 냉각 능력 요구는 필요에 맞지 않다. 따라서, 계량공급 모듈의 영역에서의 냉각제에 대한 온도값의 본 발명에 따른 모델링을 통해, 필요에 맞게 그때그때의 조건에 정확히 매칭되는 SCP의 요구가 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서는, 계량공급 모듈에서 멀리 떨어진 곳의 냉각제 온도에 관한 정보가 바람직하게는 계량공급 모듈에서 멀리 떨어진 곳에 위치하는 냉각제 온도 센서의 측정값으로부터, 또는 계량공급 모듈에서 멀리 떨어진 곳에 위치하는 상기 냉각제 온도 센서의 대체값으로부터 유도된다. 이 경우, 상기 온도 센서는 예컨대, 그 냉각 회로 내에 계량공급 모듈이 통합되어 있는 연소 엔진의 냉각기(예: 수냉식 냉각기)의 출력부에 장착될 수 있다. 온도 센서가 없는 냉각 회로들도 가능하다. 이 경우, 냉각 회로의 온도와 관련이 있는 다른 센서의 값이 온도값을 대체하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 계량공급 모듈은 흡입 공기의 냉각 회로 내에 통합될 수 있는데, 이 경우 냉각 회로 내 온도에 대한 대체값으로서 측정된 주변 온도가 사용될 수 있다. 냉각제 온도 센서 값의 대체값은 예컨대, 이미 공지된 방식으로 냉각제 온도값으로서 계산되는 모델링된 값도 될 수 있다.
계량공급 모듈의 영역 내 온도에 관한 정보는 바람직하게 계량공급 모듈 자체에서의 온도값이다. 통상 계량공급 모듈은 전기 제어식 계량공급 밸브를 포함하기 때문에, 예컨대 솔레노이드의 온도값, 즉 코일 온도값이 사용될 수 있다. 코일 온도값은 이미 공지된 방식으로 계량공급 모듈 내 계량공급 밸브의 능동 전류 공급 동안의 저항 및 전류로부터 결정될 수 있다.
또한, 바람직하게는 계량공급 모듈의 영역에서의 냉각제 온도를 계산하기 위한 모델에, 냉각제 회로 내 냉각제 펌프의 현재 이송 용량에 관한 하나 이상의 정보가 산입된다.
매우 바람직하게는, 계량공급 모듈 내로의 유입 시 냉각제 온도의 모델링을 위한 모델은, 계량공급 모듈에서 멀리 떨어진 곳에서의 냉각제 온도에 관한 정보와, 계량공급 모듈의 영역 내 온도에 관한 정보 사이의 선형 보간에 기반한다. 특히, 보간 계수에 기초한 선형 보간법이 수행될 수 있다. 또한, 매우 바람직하게는, 상기 보간 계수의 계산에 냉각제 펌프의 현재 이송 용량에 관한 정보가 산입된다. 또한, 상기 보간 계수의 산출 시 필터링 및/또는 평활화(smoothing)가 수행될 수 있다.
본 발명은 또한, 본 발명에 따른 방법의 전술한 단계들을 수행하도록 구성된 컴퓨터 프로그램을 포함한다. 결과적으로 본 발명은, 그러한 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 기계판독 가능 저장 매체 및 본 발명에 따른 방법의 단계들을 수행하도록 구성된 전자제어장치를 포함한다. 본 발명에 따른 방법을 컴퓨터 프로그램으로서, 또는 기계판독 가능 저장 매체로서, 또는 전자제어장치로서 구현할 경우, 본 발명에 따른 방법이 기존의 자동차에서도 사용될 수 있게 하여 SCR 시스템용 계량공급 모듈의 냉각을 최적화할 수 있는 특별한 장점이 있다.
본 발명의 그 밖의 특징들 및 장점들은 하기의 도면들과 관련한 실시예들의 설명에서 도출된다. 여기서 개별 특징들은 그 자체로 또는 서로 조합되어 실현될 수 있다.
도 1은 선행 기술에 따른 SCR 촉매 컨버터의 환원제 용액을 위한 냉각 가능한 계량공급 모듈을 구비한 계량공급 시스템의 구성요소들의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 방법의 한 바람직한 구성에 따른, 계량공급 모듈 내로의 유입부에서의 냉각제 온도 모델링의 개략적인 구조도이다.
도 1에는 도시되지 않은 자동차 내연기관의 배기가스장치(10)의 한 섹션이 도시되어 있다. 배기가스장치(10)는, 내연기관의 배기가스가 유동 방향(12)으로 관류하게 되는 SCR 촉매컨버터(11)를 포함한다. SCR 촉매컨버터(11)의 상류에 계량공급 모듈(20)이 배치되고, 이 계량공급 모듈을 통해 필요에 맞게 SCR 촉매컨버터(11)에 필요한 환원제 용액이 분사된다. 계량공급 모듈(20)에는 탱크(21) 내에 저장되어 있던 환원제 용액이 공급된다. 이송 펌프(22)를 이용하여 상기 환원제 용액이 흡입 라인(23)을 통해 탱크(21)로부터 배출되어, 압력하에서 공급 라인(24)을 통해 계량공급 모듈(20)로 이송된다. 계량공급 모듈(20)을 냉각시킬 수 있도록, 상기 계량공급 모듈(20)은 냉각제 유입구(31) 및 냉각제 배출구(32)를 갖는 냉각제 회로(30)에 연결되어 있다. 냉각제 회로(30)는 특히, 자동차 내연기관의 냉각을 위해 우선적으로 제공되는 냉각수 회로이다. 여기에는 도시되지 않은, 내연기관용 냉각제 회로의 영역에는 냉각수 또는 냉각제의 온도 측정 장치가 제공된다. 그러나 계량공급 모듈(20)의 영역에서는 냉각제의 직접 온도 측정이 불가능하다. 본 발명에 따라, 계량공급 모듈(20) 내로의 냉각제 유입 시 온도의 모델링이 실시된다. 이 경우, 냉각제의 2개의 제한 온도 사이에 보간이 수행되고, 상기 두 제한 온도 중 하나는 계량공급 모듈에서 멀리 떨어전 곳에 있는 냉각제의 측정값 또는 대체값에 의해 형성되고, 다른 하나는 계량공급 모듈 자체에서의 온도값에 의해 형성된다.
도 2에는 전술한 보간에 기반하는, 계량공급 모듈 내로의 유입 시 냉각제의 온도에 대한 바람직한 모델링이 도시되어 있으며, 여기에는 도시되지 않은 냉각제 펌프의 현재 이송 용량이 모델에서 고려된다. 모델에는 먼저 계량공급 모듈로부터 멀리 떨어져 있는 냉각제의 온도값(110)이 산입된다. 계속해서, 계량공급 모듈의 영역에서 검출되는 온도값(120)이 산입된다. 이 경우, 특히, 계량공급 모듈의 전기 제어식 계량공급 밸브의 솔레노이드의 코일 온도값이 관여될 수 있으며, 이는 계량공급 밸브의 능동 전류 공급 동안의 저항 및 전류로부터 산출될 수 있다. 상기 온도값(110 및 120)은, 계량공급 모듈 유입측의 영역에서 냉각제의 온도값(150)을 모델링하기 위해, 보간 계수(130)의 고려하에 선형으로 보간된다. 보간 계수(130)의 계산에는 냉각제 펌프의 현재 이송 용량(140)이 산입된다. 이 경우, 보간 계수(130)는, 냉각제 펌프의 이송 용량에 따른 특성곡선(141)을 통해, 그리고 필터링 또는 평활화(142)의 고려하에 산출된다. 필터링 또는 평활화(142)에는 평활화를 위한 시간 상수로서 특성곡선(143)이 산입된다. 상기 변수들의 고려하에, 계량공급 모듈 내로의 유입 시 냉각제의 온도값(150)이 결정되고, 이 온도값은 계량공급 모듈을 위한 SCP의 적정한 요구의 기초가 된다.

Claims (11)

  1. 내연기관의 배기가스장치(10) 내 SCR 촉매 컨버터(11)의 환원제 용액의 계량공급 시스템을 작동하는 방법으로서, 상기 계량공급 시스템은 냉각제 회로(30)에 연결되어 있는 하나 이상의 냉각 가능한 계량공급 모듈(20)을 포함하고, 계량공급 모듈(20)의 냉각은 냉각제 회로(30)의 냉각 능력의 요구에 의해 실시되는, 계량공급 시스템의 작동 방법에 있어서,
    냉각 능력의 요구 시 냉각제의 온도가 고려되고, 상기 냉각제의 온도는 계량공급 모듈(20) 내로의 유입 영역에서 모델에 기반하여 결정되며, 모델 내에는 계량공급 모듈(20)로부터 멀리 떨어져 있는 냉각제의 온도에 관한 하나 이상의 정보(110) 및 계량공급 모듈(20)의 영역 내 온도에 관한 하나 이상의 정보(120)가 유입되는 것을 특징으로 하는, 계량공급 시스템의 작동 방법.
  2. 제1항에 있어서, 계량공급 모듈(20)로부터 멀리 떨어져 있는 냉각제의 온도에 관한 하나 이상의 정보(110)는, 계량공급 모듈(20)로부터 멀리 떨어져 있는 냉각제 온도 센서의 측정값에서, 또는 계량공급 모듈(20)로부터 멀리 떨어진 곳의 냉각제 온도값에 대한 대체값에서 유래하는 것을 특징으로 하는, 계량공급 시스템의 작동 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 계량공급 모듈(20)의 영역 내 온도에 관한 정보(120)는 계량공급 모듈(20)에서의 온도값에서 유래하는 것을 특징으로 하는, 계량공급 시스템의 작동 방법.
  4. 제3항에 있어서, 계량공급 모듈(20)에서의 온도값은 계량공급 모듈 내부의 전기 제어 계량공급 밸브의 솔레노이드의 온도값인 것을 특징으로 하는, 계량공급 시스템의 작동 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 모델 내에는 추가로, 냉각제 회로의 냉각제 펌프의 현재 이송 용량에 관한 하나 이상의 정보(140)가 유입되는 것을 특징으로 하는, 계량공급 시스템의 작동 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 모델은, 계량공급 모듈(20)로부터 멀리 떨어져 있는 냉각제의 온도에 관한 하나 이상의 정보(110)와, 계량공급 모듈(20)의 영역 내 온도에 관한 정보(120) 사이의 선형 보간에 기반하는 것을 특징으로 하는, 계량공급 시스템의 작동 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 선형 보간은 보간 계수(130)에 기초하여 실시되고, 상기 보간 계수의 계산에 냉각제 회로(30)의 냉각제 펌프의 현재 이송 용량에 관한 정보(140)가 산입되는 것을 특징으로 하는, 계량공급 시스템의 작동 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 보간 계수(130)의 결정 시 필터링 및/또는 평활화가 실시되는것을 특징으로 하는, 계량공급 시스템의 작동 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 따른 방법의 단계들을 수행하도록 설계되고, 기계 판독 가능 저장 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
  10. 제9항에 따른 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 기계 판독 가능 저장 매체.
  11. 제1항 또는 제2항에 따른 방법의 단계들을 수행하도록 설계된 전자제어장치.
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