KR102344102B1 - Method for operating a feeding and dosing system for solution of reducing agent of a scr catalytic converter - Google Patents

Abstract

본 발명은, 내연 기관의 배기가스 장치 내 SCR 촉매 컨버터의 환원제 용액의 이송 및 계량공급 시스템의 작동 방법에 관한 것으로, 이 방법에서는 시스템의 부품에서 빙압 손상을 방지하기 위해, 액체 상태로부터 고체 상태로의 환원제 용액의 상 변화의 모니터링이 상 변화 모델을 이용하여 수행된다. 액체 상태로부터 고체 상태로의 상 변화가 예측되는 경우에만, 빙압 손상을 방지하기 위한 하나 이상의 대응 조치가 수행된다. 필요에 맞는 대응 조치의 도입을 통해, 이송 및 계량공급 시스템의 마모 및 에너지 소모가 최소화된다. The present invention relates to a method of operating a system for transporting and metering a reducing agent solution of an SCR catalytic converter in an exhaust gas system of an internal combustion engine, wherein the method is used to convert from a liquid state to a solid state, in order to prevent ice pressure damage in parts of the system. Monitoring of the phase change of the reducing agent solution is performed using a phase change model. Only when a phase change from a liquid state to a solid state is predicted, one or more countermeasures are taken to prevent ice pressure damage. Wear and energy consumption of conveying and metering systems are minimized by introducing countermeasures tailored to the needs.

Description

SCR 촉매 컨버터의 환원제 용액의 이송 및 계량공급 시스템을 구동하는 방법{METHOD FOR OPERATING A FEEDING AND DOSING SYSTEM FOR SOLUTION OF REDUCING AGENT OF A SCR CATALYTIC CONVERTER}The method of driving the transport and metering supply system of the reducing agent solution of the SCR catalytic converter

본 발명은 내연 기관의 배기가스 장치 내의 SCR 촉매 컨버터의 동결 위험이 있는 환원제 용액의 이송 및 계량공급 시스템 작동 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 본 발명에 따른 방법을 수행하도록 구성되거나 제공된 컴퓨터 프로그램과 기계 판독 가능 저장 매체 및 전자 제어 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method of operating a system for conveying and metering a reducing agent solution to which there is a risk of freezing of an SCR catalytic converter in an exhaust gas system of an internal combustion engine. The invention also relates to a computer program configured or provided for carrying out the method according to the invention, a machine-readable storage medium and an electronic control device.

특히, 내연 기관의 배기가스 내에 함유된 질소 산화물을 환원제를 이용하여 질소로 환원하는 SCR(Selective Catalytic Reduction) 촉매 컨버터가 그 배기가스 영역 내에 배치되어 있는 자동차에서 내연기관을 구동하는 방법 및 장치가 공지되어 있다. 이러한 촉매 반응을 위해 요구되는 환원제는 통상 요소 수용액(예를 들어 AdBlue^®)의 형태로 배기가스 장치 내로 계량 주입된다. 이를 위해, 계량공급 장치가 SCR 촉매 컨버터의 상류에 제공된다. 액체 환원제 용액의 필요에 따른 계량공급을 위해 유압 이송 및 계량공급 시스템이 공지되어 있는데, 이는 통상, 탱크로부터 용액을 이송하기 위한 하나 이상의 이송 펌프, 유압 공급 라인, 계량공급 모듈 및 경우에 따라 가열 장치를 포함한다. 액체 환원제 용액은, 그 조성에 따라 예컨대 약 -10℃ 미만의 온도에서 동결되는 동결 가능 용액이기 때문에, 라인 및 밸브 내 빙압에 의한 동해 손상(frost damage)과 관련하여, 내연 기관의 정지 후에 상기 시스템의 오버런 시 시스템을 부분적으로 또는 완전히 비우는 작업이 종종 행해진다. 시스템 내 라인들을 위해 주로 특별한 목적으로, 동결 중 환원제 용액의 팽창을 보상할 수 있는 탄성 라인이 사용된다. 예를 들어 펌프, 계량공급 밸브, 센서 및 연결 편과 같은 여타의 부품들은 일반적으로 비움 작업(emptying)을 통해서만 빙압에 대해 충분히 보호될 수 있다. 또한, 주위 온도가 낮은 경우 시스템이 작동 중에 동결될 위험이 있다. 이를 방지하기 위해, 주위 온도에 따라 필요 시 시스템 가열 능력(heating capacity)이 요구될 수 있다. In particular, the method of the (S elective C atalytic R eduction) catalytic converter SCR to reduce the NOx contained in the exhaust gas of an internal combustion engine to nitrogen using a reducing agent driving the internal combustion engine in a car, which is disposed in the exhaust region and The device is known. The reducing agent required for this catalytic reaction is usually metered into the exhaust gas unit in the form of an ^{aqueous urea solution (eg AdBlue ® ).} For this purpose, a metering device is provided upstream of the SCR catalytic converter. Hydraulic conveying and metering systems are known for on-demand metering of liquid reducing agent solutions, which usually include one or more conveying pumps for conveying the solution from the tank, a hydraulic supply line, a metering module and optionally a heating device. includes Since the liquid reducing agent solution is a freezeable solution that, depending on its composition, is frozen at, for example, a temperature below about -10°C, the system after shutdown of the internal combustion engine with respect to frost damage from ice pressure in lines and valves. Partial or complete emptying of the system is often done in case of overrun. For the lines in the system, mainly for special purposes, elastic lines are used which can compensate for the expansion of the reducing agent solution during freezing. Other components, such as pumps, metering valves, sensors and connecting pieces, for example, can normally only be sufficiently protected against ice pressure by emptying. Also, there is a risk that the system will freeze during operation if the ambient temperature is low. To prevent this, the system heating capacity may be required as required depending on the ambient temperature.

본 발명은 내연 기관의 배기가스 장치 내 SCR 촉매 컨버터의 환원제 용액의 이송 및 계량공급 시스템을 작동하는, 특히 에너지 효율적인 시스템 작동을 허용하는 방법을 제공한다. 이 경우, 시스템의 부품에서의 빙압 손상을 방지하기 위해, 액체 상태로부터 고체 상태로의 환원제 용액의 상 변화의 모니터링이 상 변화 모델을 참조로 수행된다. 액체 상태로부터 고체 상태로의 상 변화가 예측되는 경우에만, 즉, 액체의 동결 시에만, 빙압 손상의 방지를 위한 하나 이상의 대응 조치가 수행된다. 이러한 방법은, 빙압 손상의 방지를 위한 에너지 및 시간 소모적인 대응 조치가 사실상, 실제 빙압 손상이 우려되는 경우에만 개시되는 특별한 장점이 있다. 예를 들어, 가열 능력 요구 또는 시스템으로부터 환원제 용액 재순환은, 빙압에 민감한 시스템 내에서 용액의 상 변화 방지를 위해 필요할 경우에만 수행된다. 이로써, 본 발명에 따른 방법에 따라, 대응 조치의 빈도를 최소화하여 이송 및 계량공급 시스템 내 마모 및 에너지 소모를 줄일 수 있다. 이 방법은 시스템의 작동 진행 중에, 즉, 내연 기관의 작동 중에 수행될 수 있다. 또한, 매우 바람직하게, 상기 방법은 내연 기관의 오버런 시, 즉, 내연 기관에 의해 구동되는 시스템, 예를 들어 자동차의 정지 후에 수행될 수도 있다. 경우에 따라, 변하는 주변 조건들, 예를 들어 외부 온도의 하강에 대해 반응할 수 있도록, 상기 방법이 오버런의 종료 이후에도 수행될 수 있다. The present invention provides a method of operating, in particular allowing energy-efficient system operation, of a feeding and metering system of a reducing agent solution of an SCR catalytic converter in an exhaust gas system of an internal combustion engine. In this case, in order to prevent ice pressure damage in the parts of the system, the monitoring of the phase change of the reducing agent solution from the liquid state to the solid state is carried out with reference to the phase change model. Only when a phase change from the liquid state to the solid state is predicted, ie only upon freezing of the liquid, one or more countermeasures for the prevention of ice pressure damage are carried out. This method has a special advantage that energy and time-consuming countermeasures for preventing ice pressure damage are, in fact, initiated only when actual ice pressure damage is concerned. For example, heating capability requirements or recirculation of reducing agent solution from the system is only performed when necessary to prevent phase change of the solution in ice pressure sensitive systems. Thus, according to the method according to the invention, it is possible to minimize the frequency of countermeasures, thereby reducing wear and energy consumption in conveying and metering systems. This method can be carried out during operation of the system, ie during operation of the internal combustion engine. Also very preferably, the method may be carried out during an overrun of the internal combustion engine, ie after a system driven by the internal combustion engine is stopped, for example a motor vehicle. Optionally, the method may also be carried out after the end of the overrun so as to be able to react to changing ambient conditions, for example a drop in external temperature.

본 발명에 따른 방법의 한 바람직한 구성에서, 상 변화 모델에서 이송 및 계량공급 시스템의 부분 영역들이 개별적으로 매핑(mapping)된다. 예를 들어, 이송 및 계량공급 시스템이 빙압에 대한 민감도가 상이한 영역들로 분할될 수 있다. 또한, 특히 바람직하게는, 시스템의 토폴로지를 매핑하는 관련 부분 영역들로의 전체 시스템의 분할이, 빙압 손상을 방지하기 위한 대응 조치의 수행 시, 상이한 빙압 위험 영역들에 대해 상이하게 그리고 요구에 맞게 반응할 수 있다. In one preferred configuration of the method according to the invention, the partial regions of the conveying and metering system are mapped individually in the phase change model. For example, the transport and metering system may be divided into regions with different sensitivities to ice pressure. Furthermore, it is particularly advantageous that the division of the entire system into relevant subregions mapping the topology of the system is different and tailored to the needs of different ice pressure hazardous areas, when carrying out countermeasures to prevent ice pressure damage. can react

바람직하게는, 상 변화 모델에 현재 위치 데이터 및/또는 온도 데이터 및/또는 날씨 데이터가 포함된다. 매우 바람직하게는, 상 변화 모델 내에 특히 주위 온도를 매핑하는 온도 모델이 포함된다. 이러한 온도 모델도 마찬가지로 이송 및 계량공급 시스템의 다양한 부품을 개별적으로 매핑하는 부분 영역들로 분할될 수 있다. 바람직하게는, 온도 모델의 부분 영역들이 전술한 상 변화 모델의 부분 영역들에 상응한다. 상 변화 모델 및 경우에 따라 온도 모델 내에 포함되는 데이터는 내연 기관에 의해 구동되는 시스템의 적합한 센서, 예를 들어 온도 센서로부터 유래한다. 또는, 외부 온도 데이터, 예를 들어 기상 관측소 등의 온도 데이터도 상 변화 모델 및 경우에 따라 온도 모델에 포함될 수 있으며, 이러한 데이터는 내연 기관에 의해 구동되는 시스템의 적합한 인터페이스를 통해 예를 들어 제어 장치로 공급된다. Preferably, current location data and/or temperature data and/or weather data are included in the phase change model. Very preferably, a temperature model is included within the phase change model, in particular mapping the ambient temperature. This temperature model can likewise be partitioned into sub-regions that individually map the various parts of the conveying and metering system. Preferably, the partial regions of the temperature model correspond to the partial regions of the aforementioned phase change model. The data included in the phase change model and optionally the temperature model are from a suitable sensor of the system driven by the internal combustion engine, for example a temperature sensor. Alternatively, external temperature data, for example temperature data from a weather station, etc., may also be included in the phase change model and optionally the temperature model, which data may be included, for example via a suitable interface of a system driven by an internal combustion engine, for example to a control device. is supplied with

상 변화 모델의 계산은 내연 기관에 의해 구동되는 시스템의 제어 장치에서, 예를 들어 자동차의 제어 장치에서 수행될 수 있다. 또한, 상응하는 계산이 외부 유닛을 통해, 예를 들어 클라우드 서버상에서 수행되는 것도 가능하다. 상응하는 상태 변수들은 예를 들어 주기적으로 그리고/또는 시스템의 셧 다운 이전에, 즉, 내연 기관에 의해 구동되는 시스템의 정지 이후 오버런 중에 클라우드 서버에 전송될 수 있다. 이는 예를 들어 상응하는 위치 정보 및 날씨 데이터를 이용하여 상 변화의 예측을 수행할 수 있으며, 응답으로서 내연 기관에 의해 구동되는 시스템의 제어 장치에, 경우에 따라 재순환 권고 또는 빙압 방지를 위한 다른 대응 조치를 부여할 수 있다. 이 경우, 외부 유닛에서 상 변화 모델의 계산, 특히 클라우드 서버에 기반하는, 대응 조치 개시 권고가 내연 기관에 의해 구동되는 시스템의 제어 장치에 통지된다. The calculation of the phase change model can be performed in a control unit of a system driven by an internal combustion engine, for example in a control unit of a motor vehicle. It is also possible for the corresponding calculation to be performed via an external unit, for example on a cloud server. Corresponding state variables may for example be transmitted to the cloud server periodically and/or during an overrun before shutdown of the system, ie after shutdown of a system driven by an internal combustion engine. It can, for example, perform a prediction of a phase change using the corresponding location information and weather data, and as a response to the control unit of a system driven by an internal combustion engine, in some cases a recirculation recommendation or other response to prevent ice pressure. action can be given. In this case, the calculation of the phase change model in the external unit, in particular the recommendation to initiate the corresponding action, based on the cloud server, is notified to the control device of the system driven by the internal combustion engine.

전체적으로, 본 발명에 따른 방법을 이용하여, 불필요한 비움 및 재충전 과정이 절약될 수 있고, 그로 인해 한편으로 에너지 효율이 증대된다. 다른 한편으로는, 시스템 내 펌프(들)의 작동 시간 및 관련 밸브의 스위칭 주기가 단축됨으로써, 또 다른 매우 바람직한 효과로서 시스템 내 마모가 감소한다. Overall, with the method according to the invention, unnecessary emptying and recharging processes can be saved, thereby increasing energy efficiency on the one hand. On the other hand, the operating time of the pump(s) in the system and the switching cycle of the associated valves are shortened, thereby reducing wear in the system as another very desirable effect.

본 발명에 따른 방법의 매우 바람직한 한 구성에서, 상 변화 모델의 출력 변수로서, 상 변화까지의 예측 기간을 지시하는 하나 이상의 기간이 출력된다. 즉, 대응 조치가 취해지지 않는 한, 그 경과 후 시스템의 동결이 예상될 수 있는 기간이 표시된다. 바람직하게는, 상기 기간의 최소 기간에 못 미칠 경우, 빙압 손상을 방지하기 위한 하나 이상의 대응 조치가 수행된다. In a very preferred configuration of the method according to the invention, as an output variable of the phase change model, at least one period indicating a predicted period until a phase change is output. That is, unless countermeasures are taken, the period after which the freezing of the system can be expected is indicated. Preferably, if the minimum period of said period is not reached, one or more countermeasures are taken to prevent ice pressure damage.

대응 조치로서, 예를 들어 전체 이송 및 계량공급 시스템 및/또는 상기 이송 및 계량공급 시스템의 하나 이상의 부분 영역을 위한 가열 능력이 요구될 수 있다. 예를 들어, 특히 빙압에 민감한 계량공급 모듈을 위한 가열 능력이 요구될 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 대응 조치로서, 부분 영역들로부터 또는 전체 이송 및 계량공급 시스템으로부터 환원제 용액의 재순환이 요구될 수 있다. 또한, 대응 조치로서 원칙적으로, 이송 및 계량공급 시스템의 라인 섹션들 또는 부분 영역들을 블록킹하기 위한 의도적인 냉각 조치를 통한 제어된 동결이 요구될 수 있다. 이와 관련하여, 동 출원인의 아직 공개되지 않은 특허 출원 제10 2015 210 509.1호가 참조되며, 제어된 동결을 통한 목표한 블록킹과 관련된 상기 출원의 공개 내용은 본 발명의 특징들과 결합하여 종속적으로 공개되고 청구될 수 있게 적용된다. 이를 위한 전제 조건은, 상응하는 라인 섹션들의 영역 내에 적절한 냉각 소자가 배치되어야 한다는 것이다. 이러한 냉각 조치를 통해, 시스템의 특정 영역에서, 재순환 과정 이후 의도하지 않은 환원제 용액의 재충전으로부터 라인 시스템을 보호하는 의도적인 결빙이 유도될 수 있다. 이를 위해, 바람직하게는, 필요한 효과에 따라 가열 소자 또는 냉각 소자로서 구동될 수 있는 펠티에 소자가 사용될 수 있다. 이는 예를 들어 구동 전류 방향에 의해 제어될 수 있다. 펠티에 소자의 상응하는 구동을 통해, 특정 위치에서 환원제 용액이 동결되도록, 상기 위치에서 냉각 능력이 조정될 수 있다. 이 경우, 바람직하게는, 인접한 영역들에서, 그곳에 각각 배치된 펠티에 소자가 반대 방향으로, 즉, 가열 작용을 하도록 작동될 수 있음으로써, 원하지 않는 영역의 동결이 방지된다. 이러한 방식으로, 그러한 목적의 차단을 통해, 특히 계량공급 밸브 또는 펌프와 같이 빙압에 민감한 부품들이 라인 내의 "보호성" 결빙 차단을 통해 비움 이후 재충전으로부터 보호될 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 이러한 양태와 관련하여 제어 장치가 그에 연결된 온도 감지기를 구비함으로써, 제어 장치가 원하는 지점에서 차단을 유도하고 경우에 따라 이를 지속시키기 위해, 가열 및 냉각 소자가 활성화되어야 하는지를 판단할 수 있다. As a countermeasure, a heating capability may be required, for example, for the entire conveying and metering system and/or for one or more partial areas of the conveying and metering system. For example, heating capabilities may be required, especially for metering modules that are sensitive to ice pressure. Additionally or alternatively, as a countermeasure, recirculation of the reducing agent solution from partial zones or from the entire conveying and metering system may be required. In addition, as a countermeasure, in principle, controlled freezing through intentional cooling measures to block line sections or partial areas of the conveying and metering system may be required. In this regard, reference is made to the as yet unpublished patent application No. 10 2015 210 509.1 of the applicant, and the disclosure contents of the application related to targeted blocking through controlled freezing are disclosed dependently in combination with the features of the present invention, and applicable to claim. A prerequisite for this is that a suitable cooling element be arranged in the area of the corresponding line sections. These cooling measures can induce intentional icing in certain areas of the system which protects the line system from unintentional refilling of the reducing agent solution after the recirculation process. For this purpose, preferably, a Peltier element which can be driven as a heating element or a cooling element depending on the required effect can be used. This can be controlled, for example, by the drive current direction. By means of a corresponding actuation of the Peltier element, the cooling capacity at a specific position can be adjusted so that the reducing agent solution is frozen at that position. In this case, preferably, in adjacent regions, the Peltier elements respectively arranged therein can be operated in the opposite direction, ie to have a heating action, whereby undesired freezing of the region is prevented. In this way, by means of a shut-off for that purpose, in particular parts sensitive to ice pressure, such as metering valves or pumps, can be protected from recharging after emptying by means of a “protective” ice shut-off in the line. Preferably in connection with this aspect of the invention the control device has a temperature sensor connected thereto, whereby the control device determines whether the heating and cooling elements should be activated in order to induce and optionally sustain a shut-off at a desired point. can do.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 방법의 단계를 수행하도록 구성된 컴퓨터 프로그램을 포함한다. 또한, 본 발명은 상기 유형의 컴퓨터 프로그램이 저장된 기계 판독 가능 저장 매체 및 본 발명에 따른 방법의 단계를 수행하도록 구성된 전자 제어 장치를 포함한다. 본 발명에 따른 방법을 컴퓨터 프로그램으로서, 또는 기계판독 가능 저장 매체로서, 또는 전자 제어 장치로서 구현할 경우, 본 발명에 따른 방법이 예컨대 기존의 자동차에서도 또는 내연 기관에 의해 구동되는 다른 상응하는 시스템에서도, SCR 촉매 컨버터의 환원제 용액의 이송 및 계량공급 시스템이 매우 에너지 효율적이고 시스템 보호적인 방식으로 작동될 수 있도록 사용되는 장점이 있다. The invention also comprises a computer program configured to perform the steps of the method according to the invention. The invention also comprises a machine-readable storage medium on which a computer program of the above type is stored and an electronic control device configured to perform the steps of the method according to the invention. If the method according to the invention is implemented as a computer program, or as a machine-readable storage medium, or as an electronic control device, the method according to the invention can be implemented, for example, in a conventional motor vehicle or in another corresponding system driven by an internal combustion engine, The advantage is that the transport and metering system of the reducing agent solution of the SCR catalytic converter is used so that it can be operated in a very energy-efficient and system-protective manner.

본 발명의 다른 특징 및 장점은 도면과 관련되는 실시예의 이하의 설명으로부터 형성된다. 이 경우에, 개별 특징들은 각각 단독으로 또는 서로 조합되어 구현될 수 있다. Other features and advantages of the present invention are formed from the following description of embodiments in conjunction with the drawings. In this case, the individual features may each be implemented alone or in combination with each other.

도 1은 본 발명에 따른 방법의 상 변화 모델에 따라 SCR 촉매 컨버터의 환원제 용액의 이송 및 계량공급 시스템의 부분 영역을 매핑하는 개별 온도 셀의 개략도이다.
도 2는 시간 경과 중에 상 변화 발생까지의 예측 기간(tp_i)의 전개를 도시한 그래프이다. 1 is a schematic diagram of an individual temperature cell mapping the partial regions of the feeding and metering system of a reducing agent solution of an SCR catalytic converter according to a phase change model of the process according to the invention;
FIG. 2 is a graph showing the evolution _{of the prediction period tp i} until the occurrence of a phase change over time.

도 1은 본원 방법에 따른 상 변화 모델의 개별 온도 셀[z_i(z₁, z₂, z₃, z₄, z₅,...)]을 도시하며, 각각의 온도 셀(z_i)은 내연 기관의 배기가스 장치 내 SCR 촉매 컨버터의 환원제 용액의 이송 및 계량공급 시스템의 부분 영역을 매핑한다. 특히 바람직하게는, 그 빙압 위험이 구별되는 시스템의 상이한 부분 영역들 또는 토폴로지가 개별 온도 셀(z_i)을 통해 매핑된다. 개별 온도 셀(z_i)은 예를 들어 이송 및 계량공급 시스템의 토폴로지를 반영한다. 예를 들어, 빙압에 민감한 계량공급 모듈은 온도 셀(z₁)을 형성할 수 있고, 경우에 따라 상응하는 탄성에 의해 빙압에 덜 민감한 공급 라인은 또 다른 온도 셀(z₂)을 형성할 수 있다. 각각의 온도 셀(z_i)에는, 적용 변수로서 각각의 온도 셀(z_i)의 각각의 빙압 민감도를 반영하는 특정 온도 전도 계수[η_i(η₁, η₂, η₃,...)]가 할당된다. Q_i(Q₁, Q₂, Q₃,...)는 각각의 온도 셀(z_i)에 공급되는 열량을 나타낸다. 공급되는 열량(Q_i)은 특히 주위 온도에 좌우된다. 그러나 다른 인자들도 공급된 열량(Q_i)에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어 차량의 내연 기관에 의해 구동되는 시스템 내 각 부품들의 장착 위치가 중요하다. Q_i에 추가로 또는 대안적으로, 온도 셀[U_i(U₁, U₂, U₃,...)]이 온도 셀(z_i)에 부가된다. 상 변화 모델의 한 간단한 구성에서는, 온도 셀(U_i)이 외부 온도의 측정값으로 매핑될 수 있다. 또는, 이를 위해 외부 온도에 대한 온도 모델이 사용될 수도 있다. 특히 바람직하게는, 시스템의 개별 부분 영역들[온도 셀(z_i)]에 미치는 주위 온도의 작용을 매핑하는, 주위 온도를 위한 복수의 온도 셀(U_i)이 사용된다. 이러한 다양한 변수들을 고려하여, 모델의 출력 변수로서 각각의 온도 셀(z_i)에서 상 변화까지의 예측 기간, 즉, 대응 조치가 취해지지 않을 경우, 그 기간의 경과 후에 이송 및 계량공급 시스템의 각각의 부분 영역에서 환원제 용액의 동결을 예측할 수 있는 기간을 지시하는 예측 기간[tp_i(tp₁, tp₂, tp₃,...)]이 결정된다. 예측 기간(tp_i)을 위한 데이터는 제어 장치에서 처리될 수 있다. 이러한 데이터가 상응하는 인터페이스를 통해 외부 유닛, 예를 들어 클라우드 서버에 전달될 수도 있고, 그곳으로부터 경우에 따라 빙압 손상을 방지하기 위한 상응하는 대응 조치가 개시될 수도 있다. 상 변화 모델 및/또는 온도 모델의 계산도 외부 유닛에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 외부 서버(전문가 시스템) 상에서 시스템을 위한 상 변화 모델, 즉, 특히 온도 셀(z_1-n)이 위치 데이터 및 예를 들어 각각의 현재 위치에 대한 날씨 예보를 고려하여 계산될 수 있다. 예측된 상 변화 시간(tp_i)에 대한 최소 임계치의 하회 시, 내연 기관에 의해 구동되는 시스템의 제어 장치가 상응하는 연결 인터페이스를 통해 웨이크업되고, 빙압 손상을 방지하기 위한 적절한 대응 조치가 개시될 수 있다. 대응 조치가 종결되면 상응하는 데이터가 다시 전송될 수 있고, 내연 기관에 의해 구동되는 시스템의 제어 장치가 다시 셧 다운될 수 있다. 이러한 과정은, 경우에 따라 여러 번 주기적으로 반복될 수 있다. 예를 들어 클라우드 서버로 연결되는 인터페이스를 통해, 상 변화 시간(tp_i)만 전송될 수 있는 것은 아니다. 내연 기관에 의해 구동되는 각각의 시스템의 다양한 상태 변수(Q_i, U_i, η_i), 현재 위치 데이터, 식별 데이터 등도 인터페이스를 통해 양 방향으로 전송될 수 있다. _{1 shows an individual temperature cell [z i} (z ₁ , z ₂ , z ₃ , z ₄ , z ₅ ,...)] of a phase change model according to the method herein, each temperature cell (z _i ) maps the partial regions of the transport and metering system of the reducing agent solution of the SCR catalytic converter in the exhaust gas system of an internal combustion engine. Particularly preferably, the different subregions or topologies of the system from which their ice pressure hazards are distinguished are mapped via _{individual temperature cells z i .} The individual temperature cells z _i reflect, for example, the topology of the conveying and metering systems. For example, a metering module sensitive to ice pressure _{can form a temperature cell z 1} , and in some cases a supply line less sensitive to ice pressure by virtue of a corresponding elasticity can form _{another temperature cell z 2 .} have. Each temperature cell z _{i has a specific temperature conduction coefficient [η i} (η ₁ , η ₂ , η ₃ ,...) reflecting the respective ice pressure sensitivity of each _{temperature cell z i} as an applied variable. ] is assigned. Q _i (Q ₁ , Q ₂ , Q ₃ ,...) represents the amount of heat supplied to each temperature cell (z _{i ).} The amount of heat supplied Q _i depends in particular on the ambient temperature. However, other factors can also affect the amount of heat supplied (Q _i ). The mounting location of the individual components in a system driven by, for example, a vehicle's internal combustion engine is important. Additionally or alternatively to Q _i , a temperature cell [U _i (U ₁ , U ₂ , U ₃ ,...)] is added to the _{temperature cell z i .} In one simple configuration of the phase change model, a temperature cell U _i can be mapped to a measurement of the external temperature. Alternatively, a temperature model for the external temperature may be used for this purpose. _{With particular preference, a plurality of temperature cells U i} for ambient temperature are used, which map the action of ambient temperature on individual subregions of the system (temperature cell z _i ). In consideration of these various variables, _{the predicted period from each temperature cell z i} to the phase change as an output variable of the model, that is, after the lapse of that period if no corresponding action is taken, each _{A prediction period [tp i} (tp ₁ , tp ₂ , tp ₃ ,...)] indicating the period during which freezing of the reducing agent solution can be predicted in the partial region of is determined. Data for the prediction period tp _i may be processed in the control device. This data may be transmitted via a corresponding interface to an external unit, for example a cloud server, from which in some cases corresponding countermeasures to prevent ice pressure damage may be initiated. The calculation of the phase change model and/or the temperature model may also be performed by an external unit. For example, on an external server (expert system) a phase change model for the system, ie in particular the temperature cell z _{1 -n} , can be calculated taking into account the location data and for example the weather forecast for each current location. have. Upon falling below the minimum threshold for the predicted phase change time tp _i , the control unit of the system driven by the internal combustion engine wakes up via the corresponding connection interface and appropriate countermeasures to prevent ice pressure damage are initiated. can When the corresponding action is concluded, the corresponding data can be transmitted again and the control unit of the system driven by the internal combustion engine can be shut down again. This process may be periodically repeated several times in some cases. For example, only the phase change time tp _i may not be transmitted through an interface connected to the cloud server. _{Various state variables (Q i} , U _i , η _i ), current position data, identification data, etc. of each system driven by the internal combustion engine can also be transmitted in both directions via the interface.

도 2는 본 발명에 따른 상 변화 모델의 출력 변수로서 계산되는 상 변화 시간(tp_i)의 예시적인 시간별 전개 또는 거동을 도시한다. 상 변화 시간(tp_i)이 사전 설정 가능한 최소 임계치(tp_{i min})를 하회하는 경우, 시스템 내의 빙압 손상을 방지하기 위한 본 발명에 따른 대응 조치가 개시된다. 이러한 예에서, 예를 들어 시점(10)에 이송 및 계량공급 시스템의 해당 영역을 위한 가열 조치가 개시되는 경우, 예를 들어 계량공급 모듈이 목표한 대로 가열될 수 있다. 이러한 가열 조치가 공급된 열량(Q_i)에 영향을 미침으로써, 가열 조치 중에 계산 가능한 상 변화 시간(tp_i)이 다시 변경되기도 한다. 상 변화 시간(tp_i)은 가열 조치의 진행 중에 다시 증가한다. 허용 가능한 상 변화 시간(tp_{i akz})의 소정의 임계치에 도달하면, 가열 조치는 시점(20)에서 종료될 수 있다. 예측 가능한(계산 가능한) 상 변화 시간(tp_i)의 추가 진행 시마다, 상기 과정이 필요에 따라 반복될 수 있다. 2 shows an exemplary temporal evolution or behavior of _{a phase change time tp i} calculated as an output variable of a phase change model according to the present invention. If the phase change time tp _i is below the preset minimum threshold tp _{i min} , the countermeasure according to the invention is initiated to prevent ice pressure damage in the system. In this example, for example, the metering module can be heated as desired if, for example, at time 10 a heating action is initiated for that area of the conveying and metering system. As this heating action affects the amount of heat supplied (Q _i ), the computable phase change time (tp _i ) during the heating action also changes again. The phase change time tp _i increases again during the course of the heating action. Upon reaching a predetermined threshold of allowable phase change time tp _{i akz} , the heating action may be terminated at time point 20 . For each further progression of the predictable (calculable) phase change time tp _i , the above process may be repeated as needed.

각각의 이송 및 계량공급 시스템의 구성에 따라, 빙압 손상을 방지하기 위한 개시되는 대응 조치가 다르게 보일 수 있다. 예를 들어, 대응 조치로서, 상 변화 모델 내의 하나 이상의 온도 셀(z_i)에서 예측된 상 변화 시간(tp_i)의 최소 임계치에 못 미치는 경우, 전체 이송 및 계량공급 시스템이 가열될 수 있다. 전체 시스템의 가열은 예를 들어, 상 변화 모델에서 시스템의 개별 부분 영역들로의 분할이 제공되지 않을 경우에도 적절한 조치일 수 있다. 이송 및 계량공급 시스템의 부분 시스템(들)을 의도적으로 가열할 경우, 본 발명에 따른 방법에 기반한 더 높은 에너지 효율이 달성될 수 있으며, 이 겨우 가열은, 상 변화, 즉, 환원제 용액의 동결 위험에 처한 시스템의 부분 영역들에서 의도적으로 수행된다. 바람직하게는, 이러한 구성에서, 상 변화 모델이 이송 및 계량공급 시스템의 개별 부분 영역들[온도 셀들(z_i)]로 세분화된다. 그로 인해, 대응 조치 시 매우 높은 에너지 효율이 달성되며, 이때 가열 공정은 공간별로 구분된다. 상응하는 가열 능력이 제공되지 않는 경우, 또는 상응하는 가열 능력에 추가로 또는 대안적으로, 대응 조치로서 전체 시스템의 재순환 또는 비움 작업, 또는 시스템의 부분 영역들의 비움 작업이 개시될 수 있으며, 이를 통해 개별 부품들이 빙압 손상으로부터 효과적으로 보호될 수 있다. 이때, 매우 바람직하게는, 필요한 경우에만 비움 작업이 실시되기 때문에, 과도한 비움 과정이 방지된다. 또 다른 대응 조치로서, 시스템 내 특정 위치에 결빙을 통해, 비움 이후 특정 부분 섹션의 의도치 않은 재충전을 방지하는 차단물을 구비하기 위해, 시스템의 특정 부분 또는 부분 섹션의, 예를 들어 냉각 작용을 하는 적절한 펠티에 소자에 의한, 제어된 동결을 통해 목표한 상 변화를 유도할 수 있다. Depending on the configuration of each conveying and metering system, the countermeasures disclosed to prevent ice pressure damage may look different. For example, as a countermeasure, if the minimum threshold of the predicted phase change time tp _{i in one or more temperature cells z i in the} phase change model is not reached, the entire conveying and metering system may be heated. Heating of the entire system may be an appropriate measure even if, for example, in the phase change model no division into individual subregions of the system is provided. Higher energy efficiencies based on the method according to the invention can be achieved if the partial system(s) of the conveying and metering systems are intentionally heated, in which case the heating only results in a phase change, ie the risk of freezing of the reducing agent solution. It is intentionally performed in subregions of the system in which it is located. Preferably, in this configuration, the phase change model is subdivided into _{individual subregions (temperature cells z i ) of the conveying and metering system.} As a result, very high energy efficiency is achieved during countermeasures, where the heating process is separated by space. If a corresponding heating capacity is not provided, or in addition to or as an alternative to the corresponding heating capacity, a recirculation or emptying operation of the entire system or an emptying operation of partial areas of the system can be initiated as a countermeasure, by means of which Individual parts can be effectively protected against ice pressure damage. In this case, it is very advantageous that the emptying operation is carried out only when necessary, so that an excessive emptying process is prevented. As another countermeasure, the cooling action, e.g., of certain parts or partial sections of the system, in order to provide barriers to prevent unintentional refilling of certain partial sections after emptying, by means of icing at certain locations within the system Targeted phase change can be induced through controlled freezing by an appropriate Peltier device.

Claims (17)

내연 기관의 배기가스 장치 내 SCR 촉매 컨버터의 환원제 용액의 이송 및 계량공급 시스템의 작동 방법에 있어서,
시스템의 부품에서 빙압 손상을 방지하기 위해, 액체 상태로부터 고체 상태로의 환원제 용액의 상 변화의 모니터링이 상 변화 모델을 이용하여 수행되며, 액체 상태로부터 고체 상태로의 상 변화가 예측되는 경우에만, 빙압 손상을 방지하기 위한 하나 이상의 대응 조치(10)가 수행되고,
상 변화 모델의 출력 변수로서, 상 변화까지의 예측 기간을 지시하는 하나 이상의 기간이 출력되는 것을 특징으로 하는, 이송 및 계량공급 시스템의 작동 방법. A method of operating a system for transporting and metering a reducing agent solution of an SCR catalytic converter in an exhaust gas device of an internal combustion engine, the method comprising:
In order to prevent ice pressure damage in the components of the system, monitoring of the phase change of the reducing agent solution from the liquid state to the solid state is performed using a phase change model, and only if the phase change from the liquid state to the solid state is predicted, One or more countermeasures (10) are taken to prevent ice pressure damage;
A method of operating a conveying and metering system, characterized in that, as an output variable of the phase change model, at least one period indicating a predicted period until the phase change is output. 제1항에 있어서, 상 변화 모델에서 이송 및 계량공급 시스템의 부분 영역들이 개별적으로 매핑되는 것을 특징으로 하는, 이송 및 계량공급 시스템의 작동 방법.Method according to claim 1, characterized in that the partial regions of the conveying and metering system are mapped separately in the phase change model. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상 변화 모델에 현재 위치 데이터, 온도 데이터 또는 날씨 데이터가 포함되는 것을 특징으로 하는, 이송 및 계량공급 시스템의 작동 방법. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the current position data, temperature data or weather data are included in the phase change model. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상 변화 모델에 온도 모델이 포함되는 것을 특징으로 하는, 이송 및 계량공급 시스템의 작동 방법.Method according to claim 1 or 2, characterized in that a temperature model is included in the phase change model. 제4항에 있어서, 온도 모델에서 이송 및 계량공급 시스템의 부분 영역들이 개별적으로 매핑되는 것을 특징으로 하는, 이송 및 계량공급 시스템의 작동 방법.5. Method according to claim 4, characterized in that in the temperature model the partial regions of the conveying and metering system are individually mapped. 제1항 또는 제2항에 있어서, 내연 기관에 의해 구동되는 시스템의 제어 장치에서 또는 외부 유닛에서 상 변화 모델의 계산이 수행되는 것을 특징으로 하는, 이송 및 계량공급 시스템의 작동 방법.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the calculation of the phase change model is carried out in an external unit or in a control device of a system driven by an internal combustion engine. 제6항에 있어서, 외부 유닛에서의 상 변화 모델의 계산에 기반하는 대응 조치 개시 권고가, 내연 기관에 의해 구동되는 시스템의 제어 장치로 통지되는 것을 특징으로 하는, 이송 및 계량공급 시스템의 작동 방법.Method according to claim 6, characterized in that a recommendation to initiate a corresponding action based on the calculation of the phase change model in the external unit is notified to the control unit of the system driven by the internal combustion engine. . 삭제delete 제1항 또는 제2항에 있어서, 대응 조치로서, 전체 이송 및 계량공급 시스템 또는 상기 이송 및 계량공급 시스템의 하나 이상의 부분 영역을 위한 가열 능력(10)이 요구되는 것을 특징으로 하는, 이송 및 계량공급 시스템의 작동 방법.Conveying and metering according to claim 1 or 2, characterized in that, as a countermeasure, a heating capacity (10) is required for the entire conveying and metering system or for at least one partial region of the conveying and metering system. How the supply system works. 제1항 또는 제2항에 있어서, 대응 조치로서, 이송 및 계량공급 시스템의 부분 영역으로부터 또는 전체 이송 및 계량공급 시스템으로부터의 재순환이 요구되는 것을 특징으로 하는, 이송 및 계량공급 시스템의 작동 방법.Method according to claim 1 or 2, characterized in that, as a countermeasure, recirculation from a partial region of the conveying and metering system or from the entire conveying and metering system is required. 제1항 또는 제2항에 있어서, 대응 조치로서, 이송 및 계량공급 시스템의 라인 섹션들 또는 부분 영역들을 블록킹하기 위해 의도된 냉각 조치를 통한 제어된 동결이 요구되는 것을 특징으로 하는, 이송 및 계량공급 시스템의 작동 방법.Conveying and metering according to claim 1 or 2, characterized in that, as a countermeasure, controlled freezing with a cooling measure intended to block line sections or partial areas of the conveying and metering system is required. How the supply system works. 제1항 또는 제2항에 따른 방법의 단계를 수행하도록 구성되고 기계판독 가능 저장 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.A computer program stored on a machine-readable storage medium and configured to perform the steps of the method according to claim 1 or 2 . 제12항에 따른 컴퓨터 프로그램이 저장된 기계판독 가능 저장 매체. A machine-readable storage medium storing the computer program according to claim 12 . 제1항 또는 제2항에 따른 방법의 단계를 수행하도록 구성된 전자 제어 장치.An electronic control device configured to perform the steps of the method according to claim 1 or 2 . 제6항에 있어서, 외부 유닛은 클라우드 서버인 것을 특징으로 하는, 이송 및 계량공급 시스템의 작동 방법.The method according to claim 6, characterized in that the external unit is a cloud server. 제7항에 있어서, 외부 유닛은 클라우드 서버인 것을 특징으로 하는, 이송 및 계량공급 시스템의 작동 방법.The method according to claim 7, characterized in that the external unit is a cloud server. 제1항에 있어서, 상기 출력된 하나 이상의 기간이 상 변화까지의 예측 기간의 최소 기간에 못 미치는 경우, 빙압 손상을 방지하기 위한 하나 이상의 대응 조치(10)가 수행되는 것을 특징으로 하는, 이송 및 계량공급 시스템의 작동 방법.2. Transfer and, according to claim 1, characterized in that, if the outputted one or more periods is less than the minimum period of the predicted period until a phase change, one or more countermeasures (10) for preventing ice pressure damage are carried out. How the metering system works.

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