KR102580091B1 - 계량 공급 시스템의 압력 제어 방법 - Google Patents

계량 공급 시스템의 압력 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 계량 공급 시스템의 압력을 제어하기 위한 방법에 관한 것이며, 이러한 방법은 상기 제어가 2점 제어이며, 상기 제어의 참조 입력 변수가 계량 공급 요구량의 함수인 것을 특징으로 한다.

Description

계량 공급 시스템의 압력 제어 방법{METHOD FOR REGULATING A PRESSURE OF A DOSING SYSTEM}
본 발명은 계량 공급 시스템의 압력 제어 방법, 컴퓨터 프로그램, 기계 판독 가능한 저장 매체, 및 전자 제어 유닛에 관한 것이다.
선행 기술에는 예를 들어 SCR 시스템과 같은 계량 공급 시스템 내 압력 수준을 유지하기 위해 펌프의 구동이 압력에 따라 적응되는 것이 공지되어 있다. 고전적인 2점 제어기(two-point controller)의 사용 시에는, 각각의 구성 요소들이 한계값 초과시 활성화된다. 그러나, 특히 처리량 또는 동적 요구량이 클 때는 일시적으로 확연한 시스템 압력 변화가 발생하는데, 이는 이러한 제어가 압력의 편차에만 반응하기 때문이다. 이러한 효과는 제어 장치의 반응 시간 및 시스템의 감쇠를 통해 강화되며, 이들을 통해서 압력 펄스는 시스템 압력을 변화시키며, 이는 지연된 후에야 측정 가능하다.
계량 공급 시스템의 압력을 제어하기 위한 방법에서, 상기 제어는 2점 제어이며, 상기 제어의 참조 입력 변수는 계량 공급 요구량의 함수이다.
계량 공급 요구량은 각각의 시점에 계량 공급 시스템의 제어 유닛을 통해 연산되므로, 제어 유닛 내에서 이용 가능하다.
상기 제어 기술에 따라, 참조 입력 변수는 제어 변수가 제어되어야 하는 값이다. 이러한 값은 외부에서 사전 결정된다. 상기 제어는 참조 입력 변수와 제어 변수 간의 제어 편차를 형성하며, 이에 상응하게 제어 요소를 통해, 제어될 시스템에 영향을 미친다. 가열기에서는 예를 들어 온도가 제어 변수이며, 서모스탯에서 설정되는 온도는 참조 입력 변수이다. 제어 편차는 설정된 온도와 실제 온도 간의 차이며, 이에 상응하게 가열력이 상승되거나 하강된다. 참조 입력 변수의 순간값은 설정값이다. 참조 입력 변수가 시간이 지나도 변화하지 않는다면, 두 개념들, 즉 참조 입력 변수와 설정값은 동의어로 사용될 수 있다.
제어 회로는 통상 하기와 같이 기능한다. 실제값으로도 불리는 제어 변수[y(t)]는 제어 경로로 불리거나 짧게는 경로로도 불리는 기존 다이내믹 시스템의 측정 가능 변수이다. 제어 변수[y(t)]는 조작 변수[u(t)]와 방해 변수[d(t)]에 좌우된다. 제어 변수[y(t)]는 참조 입력 변수[w(t)]와 비교된다. 제어 편차[e(t)]는 실제값과 설정값 간의 차이다. 이 경우, "e(t) = w(t) - y(t)"의 식이 적용된다. 이러한 제어 편차는 제어기에 공급되며, 이로부터 제어기는 제어 회로의 원하는 시간 거동에 상응하게 조작 변수[u(t)]를 형성한다. 제어 요소는 제어기의 구성 부품일 수 있지만, 대개의 경우 이는 별도의 장치를 의미한다.
2점 제어기는 2개의 출력 상태들을 갖는 불연속 작동하는 제어기이다. 실제값이 설정값보다 큰지 작은지에 따라, 상단 출력 상태 또는 하단 출력 상태가 취해진다. 2점 제어기는 통상적으로, 조작 변수가 연속적으로 변화하는 것이 아니라 2개의 상태(예를 들어 켜짐/꺼짐)만을 취할 수 있을 때 사용된다. 2점 제어기는 정상 상태(steady state)에 도달하지만, 결코 중지되지는 않는다. 참조 입력 변수가 심하게 변화할 때, 이러한 2점 제어기는 제어 편차를 다른 제어 방법에 의해 가능한 것보다 더 신속하게 조정할 수 있다. 2점 제어기의 공지된 예로서는 가열 장치 또는 냉각 장치를 일정한 출력으로 제어하는 서모스탯이 있다.
제어의 참조 입력 변수는 계량 공급 요구량의 함수이다. 이는 예비 필터에 상응한다. 이로 인해, 바람직하게는 계량 공급 요구의 변화시 제어 장치의 응답 거동 가속화가 달성될 수 있다. 또한, 큰 유동량에서의 압력 드리프트가 저지될 수 있다.
바람직한 일 실시예에 따라, 2점 제어의 개입 한계, 즉 참조 입력 변수가 "p공칭 - Δp/2"와 "p공칭" 사이에서 변화한다. 이 경우, "p공칭"은 상기 제어를 통해 평균적으로 도달될 압력, 말하자면 상기 방법의 진행에 걸쳐 평균화된 설정 압력이며, "Δp"은 펌프 행정 당 압력 상승분이다. 바람직하게 행정 당 압력 상승은 사전 결정된 압력차이다. 정상 작동에서 설정 압력에 대한 가능한 적은 절대 편차를 달성하기 위해, 계량 공급 요구량에 좌우되지 않는 참조 입력 변수 성분은 "p공칭 - Δp/2"으로 설정된다. 이에 따라, 2점 제어가 "p공칭 - Δp/2"의 압력에서 개입하고, "Δp"의 펌프 행정을 발생시키는 경우, 압력은 "p공칭 + Δp/2"로 상승한다. 이로 인해, 바람직하게 압력이 "p공칭"만큼 변동하는 것이 달성되는데, 이는 달성되어야만 하는 것이다.
바람직한 추가의 일 실시예에 따라, 상기 제어의 참조 입력 변수는 계량 공급 요구량의 1차 함수이다. 이 경우, 1차 함수는 바람직하게는 양의 기울기를 갖는다. 이러한 경우, 바람직하게 참조 입력 변수는 요구 유동량이 증가하는 경우에, 이미 더 높은 압력에서, 즉 설정 압력과의 편차가 더 적을 때 펌프 행정을 발생시키기 위해 상승한다. 추가의 장점은, 계량 공급 요구량에 후속하며 마찬가지로 증가하는 밸브 활성으로부터 초래되는 저압이 이러한 방식으로 예방된다는 것이다.
바람직한 추가의 일 실시예에 따라, 참조 입력 변수는 하기 함수에 의해 얻어지며,
Figure 112018118081664-pat00001
이때, "
Figure 112018118081664-pat00002
"은 계량 공급 요구량이며, "
Figure 112018118081664-pat00003
"는 최대 계량 공급 요구량이다. 이러한 함수는 바람직하게는 개입 한계, 즉 참조 입력 변수가 "p공칭 - Δp/2"와 "p공칭" 사이에서 변화하는 특성 뿐만 아니라, 제어의 참조 입력 변수가 양의 기울기를 갖는 계량 공급 요구량의 1차 함수인 특성도 충족한다.
최대 계량 공급 요구량은 바람직하게는 일정하다. 이는 항상 동일한 개입 임계값을 갖는 특정 요구량에 반응된다는 장점이 있다. 그러나, 바람직한 추가의 일 실시예에 따라, 최대 계량 공급 요구량은 각각의 시점에 변화할 수 있다. 이는 시스템이 더욱 가변적이라는 장점이 있다.
바람직한 일 실시예에 따라, 상기 2점 제어는 히스테리시스(hysteresis)를 갖는다. 이는 하나의 출력 상태로부터 다른 출력 상태로의 제어기 스위칭이 사전 결정된 실제값 변화를 필요로 한다는 장점이 있다. 이는 재차 제어기의 너무 빈번한 스위칭을 방지한다.
바람직한 다른 추가의 일 실시예에 따라, 상기 계량 공급 시스템은 SCR 시스템이다. 이로 인해, 바람직하게 SCR 시스템의 압력은 제어될 수 있다.
컴퓨터 프로그램은 특히 전자 제어 유닛 또는 연산 유닛에서 실행될 때 상기 방법의 각각의 단계를 실행하도록 구성된다. 이는 구조 변경을 실행할 필요 없이 종래의 제어 유닛에서 상기 방법을 구현 가능하게 한다. 이를 위해, 컴퓨터 프로그램은 기계 판독 가능한 저장 매체에 저장된다. 상기 컴퓨터 프로그램을 종래의 전자 제어 유닛에 설치함으로써, 계량 공급 시스템의 압력을 제어하도록 구성된 전자 제어 유닛이 얻어진다.
본 발명의 실시예는 도면들에 도시되어 있으며, 하기 설명부에서 더 상세히 설명된다.
도 1은 선행 기술에 따른, SCR 촉매 컨버터의 환원제 용액을 위한 계량 공급 모듈을 구비한 계량 공급 시스템의 구성 요소들을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 계량 공급 시스템의 압력 제어 방법을 실행하기 위한, 계량 공급량에 따른 제어기 개입 한계를 도시한 도면이다.
도 3은 압력 뿐만 아니라 설정 유동량에도 좌우되는, 본 발명의 일 실시예에 따른 계량 공급 펌프의 구동을 도시한 도면이다.
도 1에는 자동차 내연 기관(13)의 배기 가스 분기 장치(10)의 일부가 도시되어 있다. 배기 가스 분기 장치(10)는 내연 기관(13)의 배기 가스에 의해 유동 방향(12)으로 관류되는 SCR 촉매 컨버터 장치(11)를 포함한다. SCR 촉매 컨버터 장치(11)의 상류에는 SCR 촉매 컨버터 장치(11)를 위해 필요한 환원제 용액을 필요에 따른 방식으로 분사하는 계량 공급 모듈(20)이 위치한다. 이러한 계량 공급 모듈(20)에는 탱크(21) 내에 저장된 환원제 용액이 공급된다. 토출 펌프(22)에 의해, 환원제 용액은 흡입 라인(23)을 통하여 탱크(21)로부터 추출되어, 압력 하에 공급 라인(24)을 통하여 계량 공급 모듈(20)로 토출된다. 공급 라인(24) 내에는 토출 펌프(22)와 마찬가지로 제어 유닛(26)과 연결되는 압력 측정 장치(25)가 접속된다.
선행 기술에서는 공급 라인(24) 내 압력 제어를 위해 2점 제어를 사용하는 것이 공지되어 있다.
이 경우, 참조 입력 변수(w)는 일정한 설정값, 즉 일정한 압력값이다. 제어 편차는 압력 측정 장치(25)를 통해 측정된 공급 라인(24) 내 압력과 일정한 압력값 간의 차이다. 이 경우, 제어 요소는 토출 펌프(22)의 활성 상태를 변화시키는, 즉 토출 펌프(22)의 행정 또는 비행정을 야기하는 액츄에이터이다. 제어 경로는 탱크(21), 토출 펌프(22), 공급 라인(24), 및 계량 공급 모듈(20)로 구성된다. 이 경우, 제어 변수는 압력 측정 장치(25)를 통해 측정된 공급 라인(24) 내 압력이다.
이 경우, 2점 제어는 하기와 같이 기능한다. SCR 시스템의 계량 공급 모듈(20)은 필요한 환원제 용액이 각각 배기 가스 분기 장치(10)에 분사되도록 제어 유닛(26)에 의해 개회로 제어된다. 그러나, 이와 동시에 2점 제어는 공급 라인(24)에서 측정된 압력을 폐회로 제어한다. 공급 라인(24)에서 측정된 압력이 소정의 임계값에 미달하는 경우, 액츄에이터가 활성화되며, 이러한 액츄에이터는 "Δp"만큼의 압력 상승을 달성하는 펌프 행정을 야기한다. 공급 라인(24) 내 압력이 압력 임계값에 도달한 경우, 액츄에이터가 더 이상 활성화되지 않으므로, 압력은 더 이상 상승하지 않는다.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른, 펌프 구동을 위한 계량 공급량에 따른 제어기 개입 한계(w)가 도시되어 있다. 본 2점 제어의 경우에는 참조 입력 변수가 개입 한계로도 불릴 수 있는데, 이는 이러한 제어가 대응하는 값에서 개입하기 때문이다. 도 2에는 압력의 단위로 측정된 펌프 구동을 위한 제어기 개입 한계가, 표준화된 계량 공급 요구량에 대해 도시되어 있다. 표준화된 계량 공급 요구량은 최대 계량 공급 요구량(
Figure 112018118081664-pat00004
)에 대한 계량 공급 요구량()의 비이다. 따라서, 이러한 비율은 0의 값과 1의 값 사이에서 변화한다. 이 경우, 최대 계량 공급 요구량은 상수이다.
개입 한계는 하기 함수로 표현된다.
Figure 112018118081664-pat00006
도 2에서 개입 한계는 계량 공급 요구량이 없을 때는 6.0바아와 6.1바아 사이, 대략 6.03바아이며, 계량 공급 요구량이 최대일 때는 6.5바아이다. 따라서, "p공칭"은 6.5바아이고, "Δp"은 대략 0.94바아이다. 이 경우, 최대 계량 공급 요구량에 대해 4kg/h가 전형적인 값이다.
도 3에는 압력 뿐만 아니라 설정 유동량에도 좌우되는, 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프의 구동이 도시되어 있다.
도 3에서, 윗쪽 부분 그래프에는, 공급 라인(24)에서 측정된 바아 단위의 압력(p)이, 초단위로 측정된 시간에 대해 도시되어 있다. 도 3의 아랫쪽 부분 그래프에는, 표준화된 계량 공급 요구량이, 도 3의 윗쪽 부분 그래프와 동일한 시간축에 대해 도시되어 있다.
폐회로 제어는 하기와 같이 실행된다. 시간축 상에 도시된 표준화된 계량 공급 요구량의 각각의 값에 대해, 도 2에 의해 개입 한계가 얻어진다. 측정된 압력을 통한 각각의 시점에 개입 한계에 미달하는 경우 2점 제어가 개입되고, 사전 결정된 압력값만큼 시스템 내 압력을 상승시키는 펌프 행정을 발생시킨다. 도 3의 윗쪽 부분 그래프에서 이는 각각 0.26바아의 값이다.
도 3의 윗쪽 부분 그래프에는 "p공칭", 즉 6.5바아에 상응하는, 공급 라인 내 압력에 대한 임계값이 기재되어 있다. 또한, 2점 제어가 개입되는 시점들(t0 및 t1)에 대해 상응하는 압력값들이 기재되어 있다. 시점 "t0"에서는, 도 3의 아랫쪽 부분 그래프에서 표준화된 계량 공급 요구량이 82%인 것으로 나타난다. 도 2에는 표준화된 계량 공급 요구량의 값에 대해 80%보다 약간 더 높을 때, 개입 한계가 약 6.42바아에 상응하는 것으로 나타난다. 이는 정확하게 도 3의 윗쪽 부분 그래프에 기재된, 2점 제어가 개입하는 값(p0)이다. 0.26바아만큼 상승한 이후에, 시스템 압력은 도 3의 윗쪽 부분 그래프에도 나타나는 6.68바아의 값을 갖는다.
"t0" 이후의 추가 진행에서 시스템 압력은 2점 제어가 재차 개입할 때까지 복수의 단계들로 강하된다. 시점 "t0"과 시점 "t1" 사이에서 이는 2차례 더 발생한다. 시점 "t1"에서, 표준화된 계량 공급 요구량은 70%의 값을 갖는다. 도 2로부터는 이러한 값에 대해 약 6.35바아의 개입 한계가 얻어지며, 이는 도 3의 윗쪽 부분 그래프에 기재된, 2점 제어가 개입하는 "p1"으로서의 값이다. 0.26바아의 상승 이후에, 시스템 압력은 도 3의 윗쪽 부분 그래프에도 나타나는 6.61바아의 값을 갖는다.

Claims (9)

  1. 계량 공급 시스템의 압력을 제어하기 위한 방법에 있어서,
    상기 제어는 2점 제어이며, 상기 제어의 참조 입력 변수는 계량 공급 요구량의 함수이며,
    상기 2점 제어의 개입 한계가 "p공칭 - Δp/2"와 "p공칭" 사이에서 변화하며, "p공칭"은 상기 제어를 통해 평균적으로 도달될 압력이며, "Δp"는 펌프 행정 당 압력 상승분인 것을 특징으로 하는, 계량 공급 시스템의 압력 제어 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어의 참조 입력 변수는 계량 공급 요구량의 1차 함수인 것을 특징으로 하는, 계량 공급 시스템의 압력 제어 방법.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 참조 입력 변수는 하기 함수에 의해 얻어지며,
    Figure 112023088232181-pat00007

    이때, ""은 계량 공급 요구량이며, ""는 최대 계량 공급 요구량인 것을 특징으로 하는, 계량 공급 시스템의 압력 제어 방법.
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 2점 제어는 히스테리시스(hysteresis)를 갖는 것을 특징으로 하는, 계량 공급 시스템의 압력 제어 방법.
  6. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 계량 공급 시스템은 SCR 시스템인 것을 특징으로 하는, 계량 공급 시스템의 압력 제어 방법.
  7. 기계 판독 가능한 저장 매체에 저장되어 있고, 제1항 또는 제3항에 따른 방법의 각각의 단계를 실행하도록 구성된, 컴퓨터 프로그램.
  8. 제7항에 따른 컴퓨터 프로그램이 저장된, 기계 판독 가능한 저장 매체.
  9. 제1항 또는 제3항에 따른 방법의 각각의 단계를 실행하도록 구성된, 전자 제어 유닛.
KR1020180148079A 2017-11-30 2018-11-27 계량 공급 시스템의 압력 제어 방법 KR102580091B1 (ko)

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