KR102089817B1

KR102089817B1 - 차량용 배기 가스 후처리 시스템에서 유압 누출-방지성을 검사하기 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR102089817B1
Application number: KR1020147036876A
Authority: KR
Inventors: 미카엘 니엔호프; 파울 로다츠
Original assignee: 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
Priority date: 2012-06-06
Filing date: 2013-06-05
Publication date: 2020-03-17
Anticipated expiration: 2033-06-05
Also published as: US9625346B2; WO2013182617A1; CN104603413B; CN104603413A; DE102012209538B4; KR20150024356A; DE102012209538A1; US20150153244A1

Abstract

본 발명은 내연 기관의 배기 가스 후처리 유닛 내의 유압 구성요소의 누출-방지성을 검사하기 위한 방법에 의해 특징지어진다. 배기 가스 후처리 유닛은 액체 환원제로 작동되고, 전기 모터에 의해 구동되는 그리고 환원제 저장소로부터 환원제 라인을 통해 폐쇄되어 유지되는 환원제 주입기로 환원제를 펌핑하는 환원제 펌프를 구비한다. 환원제 펌프는 제1 사전결정된 기간(t2-t1) 동안 작동되고, 상기 제1 기간 중에, 전기 모터에 의해 소비되는 전류(I)가 검출된다. 사전결정된 정지 시간(t4-t2)이 경과된 후, 환원제 펌프가 제1 기간(t2-t1)과 동일한 제2 기간(t5-t4) 동안 다시 작동되고, 상기 제2 기간(t5-t4) 중에, 전기 모터에 의해 소비되는 전류(I)가 검출된다. 두 기간(t2-t1, t5-t4) 동안 검출된 전류(I)가 서로 비교되고, 환원제 펌프의 하류의 유압 구성요소가 비교의 결과에 기초하여 상기 유압 구성요소의 누출-방지성에 관하여 평가된다.

Description

차량용 배기 가스 후처리 시스템에서 유압 누출-방지성을 검사하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR CHECKING THE HYDRAULIC LEAK-TIGHTNESS IN AN EXHAUST GAS AFTERTREAMENT SYSTEM FOR A MOTOR VEHICLE}

본 발명은 차량용 배기 가스 후처리 시스템 내의 유압 구성요소의 기능을 검사하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

오염 물질의 감소를 위해, 특히 초과의 공기로 작동하는 내연 기관, 특히 디젤 엔진의 배기 가스 내의 질소 산화물의 감소를 위해, 내연 기관의 배기 시스템 내로의 환원 유체(reducing fluid)(기체 또는 액체)의 도입을 위한 다양한 방법이 확립되었다.

특히, 질소 산화물의 감소를 위해, 산소-풍부 배기 가스 내에 함유된 질소 산화물(NO_X)이 암모니아(NH₃) 또는 암모니아로 변환될 수 있는 대응하는 전구체 물질의 도움으로 선택적으로 환원되어 원소 질소(N)와 물(H₂O)을 형성하는 SCR(selective catalytic reduction (선택적 촉매 환원)) 기술이 확립되었다. 여기에서, 바람직하게는 수성 요소 용액이 사용된다. 요소 용액은 가수 분해 촉매 변환기에 의해 또는 직접 SCR 촉매 변환기로 가수 분해되어 암모니아와 이산화탄소를 형성한다. 이러한 목적을 위해, 요소 용액이 특수한 주입 시스템에 의해 가수 분해 촉매 변환기 또는 SCR 촉매 변환기의 상류에서 배기 가스 스트림 내로 주입된다. 여기에서, 환원제의 신뢰성 있는 공급과 정확한 주입이 보장되어야 한다.

환원제의 불충분한 주입(underdosing)의 경우에, 배기 가스로부터 질소 산화물의 효율적인 제거가 가능하지 않다. 반면에, 환원제의 과다 주입(overdosing)은 예를 들어 암모니아의 원하지 않는 배출 - 이른바 환원제의 브레이크스루(breakthrough) - 을 초래할 수 있다.

질소 산화물의 최고 가능 변환율을 얻기 위해, 일반적으로 요구에 따라 정확한 방식으로 주입되도록 사용되는 환원제가 필요하며, 여기에서 환원제의 브레이크스루가 최대한 방지되어야 한다.

통상의 수성 요소 용액과 같은 액체 환원제의 경우에, 주입은 주입 밸브 또는 주입기에 의해 수행될 수 있다. 이 경우에 주입기의 작동 시간과 따라서 개방 시간이 배기 가스 후처리 시스템에 공급되는 환원제의 양에 결정적이다.

현대의 무공기(air-free) SCR 시스템의 경우에, 훨씬 더 높은 주입 압력이 사용된다. 해당 압력의 생성을 위해, 주입기가 라인을 통해 환원제 펌프에 연결된다. 보다 높은 주입 압력은 원자화가 더욱 미세하여, 암모니아가 보통 수성 환원제 용액으로부터 더욱 쉽게 유리될 수 있는 이점을 갖는다.

반면에, 훨씬 더 높은 압력으로 인해, 주입기에서의 누출, 또는 환원제 펌프의 출구와 주입기 사이의 라인 시스템에서 발생하는 누출의 위험이 증가된다. 환원제 펌프가 일반적으로 환원제를 저장하는 탱크에 근접하여 또는 그것 내에 배치되고, 주입기가 배기 가스 후처리 시스템에 할당되기 때문에, 환원제 펌프와 주입기 사이에 몇몇 경우에는 수 미터의 긴 라인 거리가 형성되어, 보통 차량의 하부를 따른 배치로 인한 기계적 하중과 시효(노화)(aging)로 인해, 보통 플라스틱 호스로부터 형성되는 이러한 라인 분기부에서의 누출의 위험이 증가된다. 또한, 주입기는 내연 기관의 배기관에서 그것의 노출된 위치로 인해 증가된 하중을 받는다. 예를 들어 주입기의 노즐이 코킹(coking)으로 인해 더 이상 완전히 폐쇄되지 않아, 환원제의 정확한 계량이 더 이상 보장되지 않는 상황이 발생할 수 있다.

그러한 누출이 차량의 오염 물질 배출에 직접적인 영향을 미치기 때문에, 상기 구성요소가 정확한 기능에 관하여 검사되어야 한다.

DE 10 2009 014 809 B3은 산화 촉매 컨버터 및 입자 필터의 상류의 위치에서 내연 기관의 배기관 내로 촉매 산화가능 환원제를 도입하기 위한 주입 장치를 검사하기 위한 방법 및 장치를 개시한다. 내연 기관의 연료 분사가 정지되고 입자 필터의 재생이 요구되지 않는, 내연 기관의 오버런 컷오프(overrun cut-off) 작동 상태에서, 산화 촉매 변환기의 하류에서의 배기 가스 온도가 검출되고 저장된다. 폐쇄되어 유지되는 주입 장치는 주입 장치가 개방된 상태에서의 환원제의 주입 동안의 압력보다 높은 압력을 사전규정된 시간 동안 받는다. 이러한 시간이 경과된 후, 산화 촉매 변환기의 하류에서의 배기 가스 온도가 검출되고, 두 배기 가스 온도가 서로 비교된다. 주입 장치는 이어서 비교의 결과에 의존하는 방식으로 그것의 누출-방지성(leak-tightness)에 관하여 평가된다. 주입 장치는 압력 증가 후 배기 가스 온도의 값이 압력 증가 전 배기 가스 온도의 값보다 높으면 결함이 있는 것으로 간주된다.

DE 10 2010 029 852 A1은 선택적 촉매 환원에 의한 내연 기관의 배기 가스 스트림의 정화를 위한, 제어 신호에 의해 제어될 수 있는 배기 가스 정화 장치의 진단을 위한 방법을 기술한다. 개선된 진단을 허용하기 위해, 다음이 제공된다:

- 선택적 촉매 환원에 필요한 환원제의 체적 유동이 펌프 장치에 의해 이러한 펌프 장치의 하류에 연결되는 그리고 배기 가스 스트림에 할당되는 주입 장치로 전달되고,

- 배기 가스 정화 장치의 제어 신호가 규정된 방식으로 변화되거나 조절되며,

- 제어 신호의 변화에 대한 펌프 장치와 주입 장치 사이의 체적 유동의 압력의 반응이 결정되고,

- 이러한 반응이 배기 가스 정화 장치를 진단하기 위해 해석된다.

본 발명에 의해 다루어지는 문제는 차량의, 전기 구동식 환원제 펌프를 포함하는 배기 가스 후처리 장치 내의 유압 구성요소의 기능을 간단하고 저렴한 방식으로 검사할 수 있게 하는 방법 및 장치를 규정하는 것이다.

이러한 목적은 특허청구범위 독립항의 특징에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 개선이 특허청구범위 종속항에 특징지어진다.

본 발명은 환원제 펌프를 구동시키는 전기 모터에 의해 소비되는 전류와 환원제 펌프에 의해 형성되는 압력 사이에 상관관계가 있다는 인식에 기초한다.

본 발명은 전기 모터에 의해 구동되는 그리고 환원제 저장 탱크로부터 환원제 라인을 통해 폐쇄되어 유지되는 환원제 주입기로 환원제를 전달하는 환원제 펌프를 구비하는, 내연 기관의, 액체 환원제로 작동되는 배기 가스 후처리 시스템 내의 유압 구성요소의 기능을 검사하기 위한 방법에 의해 특징지어진다. 환원제 펌프는 제1 사전결정된 기간 동안 작동되고, 상기 제1 기간 중에, 전기 모터에 의해 소비되는 전류가 검출된다. 환원제 펌프의 사전결정된 정지 시간이 종료된 후, 상기 환원제 펌프가 제1 기간과 동일한 제2 기간 동안 다시 작동되고, 상기 제2 기간 중에, 전기 모터에 의해 소비되는 전류가 검출된다. 두 기간 동안 검출된 전류가 서로 비교되고, 환원제 펌프의 하류의 유압 구성요소가 비교의 결과에 기초하여 그것들의 기능에 관하여 평가된다.

명시된 검사 방법에 의해, 환원제 펌프의 하류에 위치된 환원제 라인 및 환원제 주입기의 기능 둘 모두가 누출-방지성(leak-tightness)에 관하여 평가되는 것이 가능하다.

환원제 펌프를 구동시키는 전기 모터의 전류의 검출과 평가에 의해, 예를 들어 압력 및 관류(throughflow) 센서와 같은 센서의 어떠한 사용도 필요 없게 하는 것이 가능하다. 추가의 센서의 생략을 통해, 커넥팅 케이블이 필요 없어지고, 배기 가스 후처리 시스템을 제어/조절하는 주입 제어 유닛에 대한 그것의 인터페이스도 마찬가지이다.

본 발명의 유리한 개선에서, 두 기간 중 발생하는 전류의 최대값이 검출되고 서로 비교된다. 이는 특히 간단한 측정값 결정에 도움이 된다.

본 발명의 다른 유리한 개선에서, 두 기간 중 발생하는 전류의 평균값이 검출되고 서로 비교된다. 이는 특히 신뢰성 있는 측정값 결정에 도움이 된다.

또 다른 유리한 개선에서, 또한 속도와 낮은 연산력에 관하여, 그러한 진단은 차이값이 각각의 경우에 각각 전류의 최대값과 전류의 평균값으로부터 형성되면 수행될 수 있고, 각각의 차이값이 사전규정된 기준값보다 낮으면 환원제 펌프의 하류의 유압 구성요소 중 적어도 하나의 누출이 인식된다.

본 발명에 따른 방법의 또 다른 이점이 예시적인 실시 형태의 설명과 도면으로부터 도출될 것이다.

본 발명의 예시적 실시 형태가 도면에 예시되고, 하기의 설명에서 더욱 상세히 설명될 것이다.

본 발명에 의하면, 차량의, 전기 구동식 환원제 펌프를 포함하는 배기 가스 후처리 장치 내의 유압 구성요소의 기능을 간단하고 저렴한 방식으로 검사할 수 있게 하는 방법 및 장치가 제공된다.

도 1은 SCR 배기 가스 후처리 시스템과 관련 제어 장치를 갖춘 내연 기관의 매우 간단화된 블록 회로 다이어그램을 도시한다.
도 2는 SCR 배기 가스 후처리 시스템의 검사를 위해 사용되는 파라미터의 시간에 대한 프로파일을 갖는 다이어그램을 도시한다.

도 1은 적어도 부분적으로 초과의 공기로 작동하는 그리고 관련 배기 가스 후처리 시스템(11)을 구비하는 내연 기관(10)을 개략도로 도시한다. 여기에서, 본 발명을 이해하는데 필요한 구성요소만이 예시된다. 특히, 내연 기관(10)의 연료 공급 시스템이 생략되었다.

연소에 필요한 신선한 공기가 흡기관(12)을 통해 내연 기관(10)에 공급된다. 연료-공기 혼합물의 연소 중에 내연 기관(10)의 실린더(13) 내에 생성되는 배기 가스가 배기 라인(14)을 통해 배기 가스 후처리 시스템(11)으로 그리고 후자로부터 소음기(미도시)를 통해 대기 내로 유동한다. 내연 기관(10)의 작동 중에, 배기 가스는 배기 라인(14)을 통해 도시된 화살표의 방향으로 유동한다.

내연 기관(10)의 제어와 조절을 위해, 공지된 전자 엔진 제어 유닛(ECU)(40)이 데이터 및 제어 라인(여기에서 단지 개략적으로 예시됨)을 통해 또는 전기 버스 시스템(41)을 통해 내연 기관(10)의 전기/전자/전기기계 구성요소에 연결된다. 예를 들어, 센서(흡기 공기, 과급 내연 기관의 경우에 가급 공기, 냉각제를 위한 온도 센서, 부하 센서, 회전 속도 센서, 배기 가스 센서 등)의 신호와 액추에이터 및 제어 요소(예를 들어 분사 밸브, 제어 요소 등)를 위한 신호가 상기 데이터 및 제어 라인을 통해 또는 상기 버스 시스템(41)을 통해 내연 기관(10)과 엔진 제어 유닛(40) 사이에서 전송된다.

배기 가스 후처리 시스템(11)은 배기 라인(14) 내에 배치되는 그리고 환원 촉매 변환기의 역할을 하는 그리고 예를 들어 직렬로 연결된 다수의 촉매 변환기 유닛을 포함하는 SCR(선택적 촉매 환원) 촉매 변환기(15)를 포함한다. SCR 촉매 변환기(15)의 상류에, 산화 촉매 변환기(미도시)가 또한 배치될 수 있다. 상기 산화 촉매 변환기는 NO를 산화시켜 NO_X를 형성할 수 있으며, 따라서 선택적 촉매 환원을 위한 SCR 촉매 변환기(15)의 작동에 특히 편리한 NO 대 NO_X의 비율을 실현할 수 있다.

배기 가스 후처리 시스템(11)은 또한 폐쇄가능한 충전 개구를 구비하는 그리고 배기 가스 후처리 목적을 위해 사용되는 액체 환원제(17)가 내부에 저장되는 환원제 저장 탱크(16)를 구비한다. 이 예시적인 실시 형태에서, 수성 요소 용액이 환원제로서 사용된다.

환원제 저장 탱크(16) 상에 또는 그것 내에, 필터(19), 전기 가열 장치(20), 및 전기 모터(21)에 의해 구동되는 환원제 펌프(22)가 내부에 통합되는 펌프 모듈(18)이 배치된다. 환원제 펌프(22)로서, 펌프가 정지하여 있는 동안 환원제 저장 탱크(16) 내로의 환원제(17)의 역류와 따라서 펌프 그 자체에서의 그리고 펌프 출구에 연결된 유압 구성요소 내에서의 압력 소산이 발생할 수 없도록, 정지 상태에서 환원제(17)의 전달 방향에 대항하여 차단 작용을 보이는 임의의 유형의 전기 구동식 펌프가 사용될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 바람직하게는 체크 밸브를 갖춘 전기 구동식 피스톤 펌프가 사용될 수 있다.

환원제 펌프(22)는 요구되는 환원제 압력을 생성하고, 환원제 라인(23)에 의해 환원제(17)를 위한 주입 장치의 역할을 하는 그리고 전기 신호에 의해 제어될 수 있는 환원제 주입기(24)(이하에서 약칭하여 주입기로 지칭됨)에 연결된다. 여기에서, 주입기는 환원제를 배기 라인(14) 내로 필요한 만큼 도입하기 위해 SCR 촉매 변환기(15)의 상류의 위치에서 배기 라인(14) 내에 배치된다.

주입기(24)로서, 바람직하게는 그 구조 설계(환원제-저항 재료, 노즐 개구)가 사용되는 환원제에 그리고 지배적인 압력(전형적인 값은 대략 5-10 바임)에 맞추어지는 종래의 전기적으로 제어가능한 연료 분사 밸브가 사용될 수 있다.

배기 가스의 온도의 검출을 위해, 마찬가지로 SCR 촉매 변환기(15)의 상류의 위치에서, 온도 센서(25)가 배기 라인(14) 내에 제공된다. 배기 가스 내의 NO_X 농도를 검출하기 위한 NO_X 센서(26)가 SCR 촉매 변환기(15)의 하류에 연결된다.

배기 가스 후처리 시스템(11)의 작동을 위해, 전용 기능 유닛의 형태를 갖는 그리고 환원제(17)의 전달, 제어 및/또는 조절 및 주입에 필요한 기능 모두를 수행하는 전자 주입 제어 유닛(DCU)(50)이 제공된다. 이러한 목적을 위해, 주입 제어 유닛(50)은 전술된 센서(25, 26)로부터의 신호뿐만 아니라 배기 가스 후처리 시스템(11)의 작동에 필요한 또 다른 센서로부터의 신호도 또한 제공받는다. 특히, 환원제 저장 탱크(16) 내의 환원제(17)의 충전 레벨 및/또는 온도를 위한, 환원제 저장 탱크(16)에 할당된 센서(28, 29)로부터의 신호가 제공된다. 주입 제어 유닛(50)은 또한 환원제(17)의 빙점 아래의 온도에서도 신뢰성 있는 주입이 보장되도록, 환원제 저장 탱크(16) 내에 또는 그것 상에 배치되는 전기 가열 장치(30)를 제어한다.

주입 제어 유닛(50)은 상호간의 데이터 전송을 위해 데이터 및 제어 라인 또는 전기 버스 시스템(42)을 통해 엔진 제어 유닛(40)에 연결된다. 버스 시스템(42)을 통해, 주입될 환원제(17)의 양의 계산에 관련되는 내연 기관(10)의 작동 파라미터, 예를 들어 엔진 회전 속도, 공기 질량, 연료 질량, 분사 펌프의 제어 이동, 배기 가스 질량 유량, 작동 온도, 과급-공기 온도, 분사 시기 등이 주입 제어 유닛(50)으로 전송된다.

일반적으로 하나 이상의 마이크로프로세서를 포함하는 상기 유형의 주입 제어 유닛은 공지되어 있으며, 따라서 본 발명과 관련되는 구성과 그것의 작동 모드만이 아래에서 논의될 것이다.

주입 제어 유닛(50)은 프로그램 메모리(52)에 결합되는 컴퓨터(프로세서)(51)를 구비한다. 프로그램 메모리(52) 내에, 특히 바람직하게는 주입 제어 유닛(50)에 제공된 신호에 기초한, 주입될 환원제(17)의 양의 계산을 위한 특성 맵-기반 함수(characteristic-map-based function)가 소프트웨어 형태로 구현된다.

또한, 프로그램 메모리(52) 내에, 아래에서 도 2의 진단 순서에 기초하여 더욱 상세히 설명될 바와 같이, 배기 가스 후처리 시스템(11)의 유압 구성요소[환원제 라인(23), 주입기(24)]의 기능을 검사하기 위한 방법을 실행하는 제어 프로그램(P1)이 저장된다.

또한, 컴퓨터(51)는 특히 전술된 프로그램의 실행에 필요한 특성 맵, 파라미터 값 및 기준값이 내부에 저장되는 값 메모리(value memory)(데이터 메모리)(53)에 결합되며, 이것의 중요성은 마찬가지로 도 2의 설명에 기초하여 더욱 상세히 설명될 것이다.

또한, 컴퓨터(51)는 상이한 진단 결과, 특히 배기 가스 후처리 시스템(11)의 유압 구성요소의 기능을 검사하기 위한 방법으로부터의 진단 결과를 저장하고 판독하기 위한 폴트 메모리(fault memory)(54)에 결합된다. 부정적인 진단 결과가 폴트 메모리(54) 내에 저장될 뿐만 아니라, 또한 내연 기관(10)을 사용하여 구동되는 차량의 운전자에게 청각적으로 및/또는 시각적으로 전송될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 주입 제어 유닛(50)에 연결되는 폴트 출력 유닛(55)이 제공된다. 폴트 메모리(54)에는 또한 발생하는 폴트 결과의 수를 합산하는 주파수 카운터(57)가 할당된다.

배기 가스 후처리 시스템(11) 내에서 환원제(17)의 압력의 조절을 위해, 압력 센서의 신호가 사용될 수 있거나, 또는 펌프 스트로크 중에, 환원제 펌프(22)를 구동시키는 전기 모터(21)의 전류의 측정에 기초하여 압력이 추정된다. 환원제(17)의 압력은 실질적으로 전기 모터(21)에 의해 소비되는 전류(I)의 함수인데, 왜냐하면 상기 전류가 예를 들어 피스톤 펌프의 경우에, 피스톤 펌프가 추가의 환원제(17)를 전달하기 위해 작동되어야 하는 힘에 대한 척도를 나타내기 때문이다.

도 2의 설명에 기초하여 설명될 바와 같이, 펌프 스트로크 중에 전기 모터(21)에 의해 소비되는 전류(I)와 그러한 과정에서 생성되는 환원제(17)의 압력(p) 사이의 상관관계가 환원제 펌프(22)의 하류의 유압 구성요소의 기능을 검사하기 위해 고려된다.

기능 검사는 환원제(17)의 주입이 일어나지 않는, 즉 주입기(24)가 폐쇄되는 시간 윈도우 내에, 예를 들어 내연 기관(10)이 정지하여 있는 동안 수행된다. 이러한 기능 검사의 전제 조건은 환원제 펌프(22)의 정확한 작동이 보장되는 것이다. 이는 알려진 진단 루틴에 의해 사전에 검출될 수 있다.

도 2의 하부 다이어그램은 환원제 펌프(22)의 작동 및 정지 시간을 도시한다. 시점 t1에서, 환원제 펌프(22)가 작동되며, 즉 전압이 전기 모터(21)에 인가되며, 환원제 펌프가 시점 t2에서 다시 정지된다. 기간 t2-t1은 이 경우에 환원제 펌프(22)의 펌프 스트로크에 대응한다. 이러한 과정에서 전기 모터(21)에 의해 소비되는 전류(I1)의 시간에 대한 전형적인 시간 프로파일이 실선에 의해 도 2의 중간 다이어그램에 예시되고, 도면 부호 100에 의해 표시된다. 전류(I1)의 최대값이 주입 제어 유닛(50)에 의해 검출되고, 값 메모리(53) 내에 비-휘발성 형태로 저장된다.

환원제(17)의 압력 레벨은 펌프 스트로크로 인해 증가된다. 압력(p)의 시간에 대한 프로파일이 예를 들어 실선에 의해 도 2의 상부 다이어그램에 예시되고, 도면 부호 300에 의해 표시된다. 기능 검사 중에 환원제(17)가 주입되지 않기 때문에, 압력은 무폴트(fault-free) 시스템의 경우에 또 다른 펌프 스트로크가 일어날 때까지 일정하게 유지되어야 한다.

시점 t4에서, 환원제 펌프(22)가 다시 작동되며, 즉 전압이 다시 전기 모터(21)에 인가되며, 상기 환원제 펌프는 시점 t5에서 다시 정지된다. 기간 t5-t4는 이 경우에 환원제 펌프(22)의 다음 펌프 스트로크에 대응하고, 기간 t2-t1에 대응한다. 환원제 펌프(21)의 하류의 유압 구성요소가 누출이 없으면, 이러한 과정에서 전기 모터(21)에 의해 소비되는 전류(I2)가 이전의 펌프 스트로크 중에서보다 상당히 높아야 하는데, 왜냐하면 제1 펌프 스트로크로 인해 이미 소정 압력 레벨이 형성되어 있기 때문이다.

환원제(17)의 압력(p)은 시점 t5에 도달한 후 일정한 값으로 안정되기 전에 시점 t4 이후로 더욱 증가한다.

무누출(leakage-free) 시스템의 경우에, 제2 펌프 스트로크 중에, 즉 기간 t5-t4 중에 전기 모터(21)에 의해 소비되는 전류(I2)의 시간에 대한 전형적인 프로파일이 도 2의 중간 다이어그램의 우측 부분에 예시되고, 도면 부호 200에 의해 표시된다.

제2 펌프 스트로크 중에 전류(I2)의 최대값이 마찬가지로 주입 제어 유닛(50)에 의해 검출되고, 값 메모리(53) 내에 비-휘발성 형태로 저장된다.

주입 제어 유닛(50)의 프로그램 메모리(52) 내의 제어 프로그램(P1)이 전류(I1, I2)에 대한 제1 및 제2 펌프 스트로크 중에 검출된 각각의 최대값을 비교하고, 환원제 펌프(22)의 하류에 위치된 유압 구성요소(23, 24)가 비교의 결과에 의존하는 방식으로 그것들의 기능에 관하여 평가된다.

전류(I1, I2)의 두 최대값의 평가에 대한 하나의 가능성은 두 최대값 사이의 차이 ΔI = I2 - I1을 계산하고, 상기 차이값 ΔI를 값 메모리(53) 내에 저장된 기준값 I_SW1과 비교하는데 있으며, 이때 상기 기준값은 무폴트 시스템의 특성이다. 상기 기준값 I_SW1은 예를 들어 실험적으로 결정될 수 있다.

차이값 ΔI가 기준값 I_SW1 아래에 놓이면, 전기 모터(21)는 기간 t5-t4 내의 펌프 스트로크 중에 감소된 전류를 소비하고, 무폴트 정상 상태와 비교하여 보다 낮은 유동 저항이 있어, 환원제 펌프(22)의 하류에서의 환원제(17)의 과도하게 낮은 압력과 환원제 펌프(22)의 하류에 위치된 유압 구성요소(23, 24)에서의 누출이 인식되는 것으로 결론지어진다.

이의 원인은 도 1에 누출점(56)에 의해 표시된 바와 같은 환원제 라인(23)에서의 누출, 또는 환원제 라인(23)과 주입기(24) 사이의 적어도 부분적으로 헐거워진 또는 헐거운 연결, 또는 주입기(24) 그 자체의 누출일 수 있다. 주입기(24)의 노즐 개구가 일반적으로 배기 가스 스트림 내로 돌출되기 때문에, 몇몇 상황 하에서 노즐 개구의 파울링(fouling) 및/또는 코킹이 일어날 수 있으며, 그 결과 주입기(24)가 더 이상 완전히 폐쇄될 수 없다. 환원제(17)의 결정화가 또한 주입기(24)에서 발생하는 영구적인 누출을 초래할 수 있다.

도 2의 상부 다이어그램에서, 환원제 펌프(22)의 두 연속 펌프 스트로크 사이의 기간 내의 시점 t3에 누출이 발생하면 압력(p)의 프로파일이 어떻게 변하는지를 예시하기 위해 일점쇄선 곡선(400)이 사용된다. 상기 시점 t3 이후로, 압력이 떨어지고, 상기 압력이 후속 펌프 스트로크 중에 다시 상승하지만, 무폴트 시스템에 대해 예상될 값으로 상승하지는 않는다. 누출로 인해, 환원제 펌프(22)의 피스톤이 낮은 힘에 의해 대항되기 때문에, 환원제 펌프(22)의 전기 모터(21)가 예를 들어 도 2의 중간 다이어그램의 우측 부분에 마찬가지로 일점쇄선 곡선(500)에 의해 예시된 바와 같이 보다 낮은 전류를 소비한다.

진단 확실성을 증가시키기 위해, 기준값 I_SW1의 일회성(one-off) 언더슈팅(undershooting)이 즉각적으로 폴트 엔트리(fault entry)가 폴트 메모리(54) 내에 기록되게 하고 폴트 출력 유닛(55)이 작동되게 하지 않으며; 오히려, 기준값 I_SW의 언더슈팅은 통계적 평가, 예를 들어 임의의 알려진 유형의 이른바 폴트 디바운싱(fault debouncing)을 받는다. 이러한 목적을 위해, 발생하는 폴트 이벤트의 수를 합산하는 주파수 카운터(57)가 폴트 메모리에 할당되고, 언더슈팅의 수가 사전규정된 최대 주파수를 초과할 때에만 유압 구성요소(23, 24)가 누출을 갖는 것으로 평가된다.

도시되고 기술된 예시적인 실시 형태에서, 배기 가스 후처리 시스템(11)의 주입 제어 유닛(50)과 내연 기관(10)의 엔진 제어 유닛(40)은 제어 및 데이터 라인을 통해 또는 버스 시스템(42)을 통해 서로 통신하는 별개의 기능 유닛으로서 예시된다. 주변 제어 유닛(40, 50)을 갖는 이러한 해법은 특히 배기 가스 후처리 시스템(11)이 개장되는 차량에 적합하다.

그러나, 주입 제어 유닛(50)의 기능이 내연 기관(10)의 엔진 제어 유닛(40) 내에 통합되는 것도 또한 가능하다. 이러한 경우에, 배기 가스 후처리 시스템(11) 내에 제공된 센서(25, 26, 28, 29)로부터의 신호가 엔진 제어 유닛(40)에 직접 제공되고, 후자는 환원제 펌프(22) 및 주입기(24)와 같은 제어 요소를 직접 제어한다.

10: 내연 기관 11: 배기 가스 후처리 시스템
12: 흡기관 13: 실린더
14: 배기 라인 15: SCR 촉매 변환기
16: 환원제 저장 탱크 17: 환원제, 수성 요소 용액
18: 펌프 모듈 19: 필터
20: 펌프 모듈의 전기 가열 장치 21: 환원제 펌프의 전기 구동 모터
22: 환원제 펌프 23: 환원제 라인
24: 환원제 주입기, 주입기 25: 배기 가스 온도 센서
26: NO_X 센서 28: 충전 레벨 센서
29: 환원제용 온도 센서
30: 환원제 저장 탱크의 전기 가열 장치
40: 엔진 제어 유닛, ECU
41, 42: 데이터 및 제어 라인, 버스 시스템
50: 주입 제어 유닛, DCU 51: 컴퓨터(프로세서)
52: 프로그램 메모리 53: 값 메모리(데이터 메모리)
54: 폴트 메모리 55: 폴트 출력 유닛
56: 누출점 57: 주파수 카운터
100: 무폴트 시스템에서 펌프 스트로크 중 시간에 대한 전류 프로파일
200: 무폴트 시스템에서 후속 펌프 스트로크 중 시간에 대한 전류 프로파일
300: 무폴트 시스템에서 시간에 대한 압력 프로파일
400: 누출 시스템에서 시간에 대한 압력 프로파일
500: 누출 시스템에서 후속 펌프 스트로크 중 시간에 대한 전류 프로파일
t: 시간 t1 내지 t5: 시점
p: 배기 가스 후처리 시스템에서 환원제의 압력
P1: 제어 프로그램 I: 전류
I1: 환원제 펌프의 제1 펌프 스트로크 중 전류 I의 최대값
I2: 환원제 펌프의 후속 펌프 스트로크 중 전류 I의 최대값
ΔI: 두 연속 펌프 스트로크에서 전류 값의 차이
I_SW1, I_SW2: 전류 값의 차이에 대한 기준값

Claims

전기 모터(21)에 의해 구동되는 그리고 환원제 저장 탱크(16)로부터 환원제 라인(23)을 통해 폐쇄되어 유지되는 환원제 주입기(24)로 환원제(17)를 전달하는 환원제 펌프(22)를 구비하는, 내연 기관(10)의, 액체 환원제(17)로 작동되는 배기 가스 후처리 시스템(11) 내의 유압 구성요소(23, 24)의 기능을 검사하기 위한 방법에 있어서,
a) 환원제 펌프(22)가 제1 사전결정된 기간(t2-t1) 동안 작동되고;
b) 상기 제1 기간(t2-t1) 중에, 전기 모터(21)에 의해 소비되는 전류(I)가 검출되며;
c) 환원제 펌프(22)의 사전결정된 정지 시간(t4-t2)이 종료된 후, 상기 환원제 펌프가 제1 기간과 동일한 제2 기간(t5-t4) 동안 다시 작동되고;
d) 상기 제2 기간(t5-t4) 중에, 전기 모터(21)에 의해 소비되는 전류(I)가 검출되며;
e) 두 기간(t2-t1, t5-t4) 동안 검출된 전류(I)가 서로 비교되고;
f) 환원제 펌프(22)의 하류의 유압 구성요소(23, 24)가 단계 e)에서의 비교의 결과에 기초하여 그것들의 기능에 관하여 평가되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
전류(I)의 각각의 최대값(I1, I2)이 검출되고 서로 비교되는 것을 특징으로 하는 방법.
제2항에 있어서,
- 전류의 최대값(I2, I1)으로부터 차이값(ΔI = I2 - I1)이 형성되고,
- 차이값(ΔI = I2 - I1)이 사전규정된 기준값(I_SW1)보다 낮으면 환원제 펌프(22)의 하류의 유압 구성요소(23, 24) 중 적어도 하나의 누출이 인식되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
전류(I)의 각각의 평균값이 검출되고 서로 비교되는 것을 특징으로 하는 방법.
제4항에 있어서,
- 전류의 평균값(I2, I1)으로부터 차이값이 형성되고,
- 차이값이 사전규정된 기준값(I_SW2)보다 낮으면 환원제 펌프(22)의 하류의 유압 구성요소(23, 24) 중 적어도 하나의 누출이 인식되는 것을 특징으로 하는 방법.
제3항 또는 제5항에 있어서,
기준값(I_SW1, I_SW2)은 무누출 배기 가스 후처리 시스템(11)에 대해 실험적으로 결정되고, 배기 가스 후처리 시스템(11)의 주입 제어 유닛(50)의 값 메모리(53) 내에 저장되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
환원제 펌프(22)로서 왕복-피스톤 펌프가 사용되고, 기간(t2-t1, t5-t4)은 각각의 경우에 단일 펌프 스트로크의 지속기간에 해당하는 것을 특징으로 하는 방법.
제3항 또는 제5항에 있어서,
기준값(I_SW1, I_SW2)의 차이값(ΔI)의 언더슈팅의 수를 계수하는 주파수 카운터(57)가 작동되고, 언더슈팅의 수가 사전규정된 최대 주파수를 초과하는 경우에만 유압 구성요소(23, 24)가 누출을 보이는 것으로 평가되는 것을 특징으로 하는 방법.
제8항에 있어서,
유압 구성요소(23, 24)의 누출이 인식될 때, 엔트리가 배기 가스 후처리 시스템(11)의 주입 제어 유닛(50)의 폴트 메모리(54) 내에 기록되고, 그리고/또는 시각 및/또는 청각 경고 메시지가 내연 기관(10)을 사용하여 구동되는 차량의 운전자에게 출력되는 것을 특징으로 하는 방법.
전기 모터(21)에 의해 구동되는 그리고 환원제 저장 탱크(16)로부터 환원제 라인(23)을 통해 폐쇄되어 유지되는 환원제 주입기(24)로 환원제(17)를 전달하는 환원제 펌프(22)를 구비하는, 내연 기관(10)의, 액체 환원제(17)로 작동되는 배기 가스 후처리 시스템(11) 내의 유압 구성요소(23, 24)의 기능을 검사하기 위한 장치로서,
장치는 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위해 설계되는 것을 특징으로 하는 장치.