KR20180006425A

KR20180006425A - 배기 가스 미립자 필터의 로드 조건을 결정하기 위한 방법 및 디바이스

Info

Publication number: KR20180006425A
Application number: KR1020177035713A
Authority: KR
Inventors: 위르겐 딩글; 롤랜드 슈바르츠
Original assignee: 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
Priority date: 2015-06-17
Filing date: 2016-04-14
Publication date: 2018-01-17
Also published as: US20180094565A1; DE102015211151A1; WO2016202481A1; DE102015211151B4; CN107690515A

Abstract

본 발명은 터보차징되는 내연 기관의 배기 경로에 위치하는 배기 가스 미립자 필터의 로드 조건을 결정하기 위한 방법 및 디바이스에 관한 것이다; 배기 가스 미립자 필터의 로드 조건을 결정하기 위해, 과급 압력 컨트롤러의 거동 또는 터보차저의 과급 압력이 분석된다.

Description

배기 가스 미립자 필터의 로드 조건을 결정하기 위한 방법 및 디바이스

본 발명은 배기 가스 미립자 필터(exhaust gas particulate filter)의 로드 조건(load condition)을 결정하기 위한 방법 및 디바이스에 관한 것이다.

디젤 기관을 갖는 현대의 자동차는 일반적으로는 미립자 배출에 관한 법적 요건을 준수할 수 있기 위해 배기 가스를 처리하기 위한 배기 가스 미립자 필터 시스템이 설비되어 있다. 그렇지만, 휘발유 기관의 경우에서도, 배기 가스 미립자 배출에 관한 법적 요건은 더 엄격하게 될 것으로 예상되며 그 결과 장래에는 휘발유 기관을 갖는 차량 또한 배기 가스 미립자 필터가 설비되어야 할 수 있다.

배기 가스 미립자 필터 시스템은 기관 연소 동안 산출되는 매연 미립자를 필터링해 내는 목적을 갖는다. 배기 가스 미립자 필터의 매연 미립자 보관 능력은 한정되어 있으므로, 대응하여 높은 부하의 경우에 배기 가스 미립자 필터를 재생하는 것이 필요하다. 이러한 재생 절차 동안, 필터에 수집되어 있던 매연 미립자는 태워지며 그 결과 새로운 매연 미립자가 재생된 배기 가스 미립자 필터에 수집될 수 있다.

배기 가스 미립자 필터는 전형적으로는 실제 운전 동작 동안 일어나든지 기관 파라미터의 대응하는 조절에 의해 요구시 발생되든지 하는 높은 온도에서 재생된다. 그러한 인공적 재생 절차는 일반적으로는 배기 가스 미립자 필터의 로드 조건에 종속하여 활성화되고, 상기 로드 조건은 전형적으로는 미립자 부하가 증가함에 따라 증가하는 배기 가스 배압을 참조하여 결정된다.

미립자 필터를 가로지르는 배기 가스 배압 또는 차압이 기관의 동작 동안 미리 결정된 임계 값을 초과하면, 배기 가스 온도는, 예로서 동작 온도 및 기관 회전 속도와 같은 추가적 파라미터를 고려하여, 매연 미립자가 연소되는 온도 위로 기관 파라미터의 대응하는 조절에 의해 증가된다.

배기 가스 시스템에서 배기 가스 미립자 필터의 상류측에, 그리고 적합한 경우, 그 하류측에도 설치되는 배기 가스 압력 센서를 사용하여, 또는 필터 시스템을 가로지르는 압력 증가를 측정하는 차압 센서를 사용하여 배기 가스 배압 증가를 결정하는 것이 이미 알려져 있다.

이러한 접근법의 하나의 단점은 위에서 언급된 센서가 배기 가스에 의해 야기된 오염 및 설치 위치와 연관되는 높은 배기 가스 온도 때문에 심하게 스트레스를 받는다는 사실에 있다. 이것은, 한편으로는, 적합한 센서를 위한 높은 비용 및, 또한, 다른 한편으로는, 센서의 고장에 대한 취약성 증가를 초래한다.

DE 10 2013 211 781 A1는 미립자 필터의 재생 절차를 제어하기 위한 방법 및 디바이스를 개시하고 있다. 이러한 기지의 방법은 미립자 필터를 포함하는 배기 가스 후-처리 시스템에 유동 결합되고 흡입 공기 압축기 시스템을 포함하는 내연 기관에서 사용된다. 그 방법은 기관에서 퇴장하고 있는 매연의 정상-상태 발생률(steady-state generation rate)을 결정하기 위해 기관 동작점을 사용하는 것, 기관에서 퇴장하고 있는 매연의 정상-상태 발생률을 흡입 공기 압축기 시스템의 과급 압력(charging pressure)에서의 과도 변화에 대한 반응으로서 설정하는 것, 및 기관에서 퇴장하고 있는 매연의 설정된 정상-상태 발생률에 대한 반응으로서 미립자 필터의 재생 절차를 제어하는 것을 포함한다. 기관에서 퇴장하고 있는 매연의 설정된 발생률에 대한 반응으로서 미립자 필터의 재생을 제어하는 것은 기관에서 퇴장하고 있는 매연의 설정된 연대순 정상-상태 발생률을 연대순으로 집적하는 것, 및 기관에서 퇴장하고 있는 매연의 연대순으로 집적된 설정된 발생률이 미리 결정된 임계 값을 초과하면 미립자 필터의 재생을 지시하는 것을 포함한다.

DE 10 2007 003 153 A1는 미립자 필터를 가로질러 결정된 차압 값 상에 타당성 체크를 수행하기 위한 방법을 개시하고 있다. 이러한 타당성 평가는 차압 값을 결정하기 위한 제1 측정 유닛 및 내연 기관의 과급 압력을 결정하는 제2 측정 유닛을 사용하여 수행된다. 내연 기관의 과급 압력 값은 각각의 차압 값에 배정된다. 2개의 특성 값은 특성 선도 저장 디바이스에 저장된다. 측정된 차압 값이 내연 기관의 각각의 결정된 과급 압력에 할당 및 저장되어 있는 차압 값에 대한 미리 결정가능한 상위 및 하위 임계 값 범위 밖에 있으면 잘못된 차압 값이 식별된다.

본 발명의 목적은 배기 가스 압력 센서를 필요로 하지 않는 그럼에도 불구하고 배기 가스 미립자 필터의 재생 절차가 있어야 하는 시점을 신뢰할만하게 결정하는 배기 가스 미립자 필터의 로드 조건을 결정하기 위한 방법을 제공하는 것에 있다.

이러한 목적은 청구항 제1항에서 개시되는 특징을 갖는 방법에 의해 달성된다. 본 발명의 유익한 실시형태 및 추가적 개량은 종속 청구항에서 제공된다. 독립 청구항 제7항은 배기 가스 미립자 필터의 로드 조건을 결정하기 위한 디바이스를 포함한다.

본 발명에 의해, 터보차저에 의해 과급되는 내연 기관의 배기 가스 경로에 배열되는 배기 가스 미립자 필터의 로드 조건을 결정하기 위한 방법이 제공되고 그리고 상기 방법에서는 배기 가스 미립자 필터의 로드 조건을 결정하도록 배기 가스 터보차저의 과급 압력 컨트롤러의 거동이 분석된다.

이러한 방식으로 로드 조건을 간접적으로 결정하는 절차를 실행하는 것은 배기 가스 압력 센서를 사용하여 미립자 필터의 상류측에서 그리고 하류측에서 배기 가스 압력을 측정하는 것을 필요 없게 한다. 차압 센서도 필요하지 않다. 결과로서, 내연 기관의 뜨거운 배기관에서의 그러한 센서의 배열 때문에 기지의 방법의 경우에서 일어나는 문제가 회피된다.

본 발명의 추가적 유익한 특성은 도 1을 참조하여 이러한 예시적 설명으로부터 분명하게 된다. 이것은 배기 가스 미립자 필터의 로드를 결정하기 위한 디바이스의 블록 선도를 예시한다.

예시된 디바이스는 내연 기관(1), 터빈(3) 및 압축기(5)를 포함하는 배기 가스 터보차저(2), 배기 가스 미립자 필터(6), 제어 유닛(7), 동작 프로그램 저장 디바이스(8) 및 데이터 저장 디바이스(9)를 포함한다. 터빈(3)은 내연 기관(1)의 뜨거운 배기 가스를 공급받고 그리고 상기 뜨거운 배기 가스를 사용하여 터빈 휠을 구동한다. 터빈 휠은 샤프트(4)에 비-회전식으로 연결된다. 순차로 샤프트(4)는 압축기(5)에 배열되는 압축기 휠에 비-회전식으로 연결되며 그 결과 터빈 휠의 회전은 압축기 휠에 전달된다. 압축기에 공급되는 외기는 압축기 휠의 회전에 의해 압축된다. 압축된 외기는 내연 기관(1)에 공급되고 그리고 상기 기관의 동력을 증가시키는데 사용된다.

더욱, 예시된 디바이스는 바람직하게는 자동차의 제어 디바이스인 제어 유닛(7)을 포함한다. 제어 유닛(7)은 제어 유닛의 동작 프로그램이 저장되어 있는 동작 프로그램 저장 디바이스(8)에 접속된다. 더욱, 제어 유닛(7)은 자동차의 동작 동안 제어 유닛(7)에 의해 필요로 되는 특성 선도에 특히 대응하는 데이터가 저장되어 있는 데이터 저장 디바이스(9)에 접속된다.

제어 유닛(7)은 배기 가스 터보차저(2)의 동작 동안 배기 가스 터보차저(2)의 과급 압력을 제어하도록 사용되는 과급 압력 컨트롤러(7a)를 포함한다.

제어 유닛(7)은, 자동차의 동작 동안, 동작 프로그램을 사용하여 그리고 저장 디바이스(9)에 저장되어 있는 데이터의 도움으로 상기 제어 유닛(7)에 공급되는 센서 신호(se1)에 종속하여 제어 신호(s1, s2, s3)를 결정 및 출력하는 목적을 갖는다. 제어 신호(s1)는 내연 기관(1)을 제어하도록, 제어 신호(s2)는 터빈(3)의 액추에이터를 제어하도록, 그리고 제어 신호(s3)는 압축기(5)의 액추에이터를 제어하도록 사용된다. 웨이스트 게이트 밸브 또는 가변 터빈 기하구조는 터빈(3)의 액추에이터와 연관되고, 그리고 상기 밸브의 개방 상태는 제어 신호(s2)에 의해 요구시 바뀐다. 바이패스 밸브는 압축기(5)의 액추에이터와 연관되고 그리고 압축된 공기는 요구시 상기 바이패스 밸브를 통하여 다시 압축기(5)의 입력으로 공급된다. 이러한 바이패스 밸브의 개방 상태는 제어 신호(s3)에 의해 설정된다.

전술한 제어 신호(se1)는, 특히, 가속기 페달의 작동을 표시하는 가속기 페달 센서의 출력 신호, 배기 가스 터보차저 상의 미리 결정된 위치에서 측정되는 온도에 관한 정보를 각각 제공하는 하나 또는 다수의 온도 센서의 출력 신호, 및 압축기의 출력에 존재하는 압축된 공기의 압력에 관한 정보를 제공하는 압력 센서의 출력 신호를 포함한다.

배기 가스 터보차저(2)의 액추에이터를 제어하는 것은 터빈(3)의 출력 동력이 터빈을 가로지르는 압력 강하로부터 결정되므로 배기 가스 배압에 특히 종속한다. 터빈을 가로지르는 이러한 압력 강하는 내연 기관의 유출구 밸브 또는 유출구 밸브들의 하류측에서의 배기 가스 배압에 의해 그리고 터빈의 하류측에서의 배기 가스 배압, 즉, 미립자 필터(6)의 상류측에서의 배기 가스 배압에 의해 정의된다. 내연 기관의 똑같은 동작점의 경우에, 미립자 필터(6)에서의 흐름 저항 증가의 결과로서 미립자 필터(6)의 상류측에서의 배기 가스 배압 증가는 그래서 터빈을 가로지르는 압력 강하 감소를 초래한다. 결과로서, 터빈에 의해 출력되는 동력은 저장된 특성 선도를 사용하여 제어 유닛(7)에 의해 결정되는 동력보다 더 작은데, 저장된 기관 특성 선도는 로딩되지 않은 배기 가스 미립자 필터의 경우에 터빈을 가로지르는 압력 강하에 기반하여 생성되었기 때문이다. 내연 기관의 동작 동안, 설정되어야 하는 기관 동작점에 대해 제어 유닛에 의해 요청되는 소망 과급 압력은 저장된 기관 특성 선도와 관련되는 파일럿 제어 절차로 전적으로 실현되지는 않는다. 결과로서, 소망 과급 압력과 실제 과급 압력 간 차이가 있고, 상기 차이는 제어 유닛에 존재하는 과급 압력 컨트롤러(7a)에 의해 보상된다. 이것은 배기 가스 미립자 필터(6)의 로드 조건에 또한 종속하는 컨트롤러 편차를 초래한다.

그래서, 과급 압력 컨트롤러(7a)의 거동은 배기 가스 미립자 필터(6)의 로드 조건을 결정하도록 사용될 수 있다. 결과로서, 배기 가스 미립자 필터의 필요한 재생 절차의 시점은 과급 압력 컨트롤러(7a)의 거동의 분석을 사용하여 결정될 수 있다.

과급 압력 컨트롤러(7a)의 거동의 이러한 분석에 대해 여러 다른 가능성이 있다. 일반적으로, 배기 가스 미립자 필터를 재생하는 것이 필요한 시점에 대해 배기 가스 미립자 필터를 로딩하는 절차는 비교적 더 긴 시간이 걸린다. 결과로서, 과급 압력 컨트롤러(7a)의 거동의 그래서 또한 배기 가스 터보차저(2)의 파일럿 제어 요건의 장기 관찰을 수행하는 것이 필요하다. 배기 가스 터보차저의 파일럿 제어 절차의 필요한 적응의 분석은 그러한 장기 관찰에 적합하다. 과급 압력 오버슈트 및 과급 압력 언더슈트의 장기 관찰 또한 적합하다.

재생 절차의 실행 직후의 시점은 이러한 유형의 장기 관찰을 위한 시작 시점으로서 유익한 방식으로 선택된다. 이러한 시점에서 터보차저의 파일럿 제어에 대한 위에서 언급된 적응 값은 리셋된다. 이러한 시점으로부터 시작하여, 배기 가스 터보차저의 미리 설정된 제어 절차에 대한 적응 값의 새로운 장기 관찰이 수행되어야 한다.

그것에 부가적으로 또는 대안으로, 장기적으로 과급 압력 컨트롤러에 의해 출력되는 제어 신호의 특성 변화가 일어나는지에 관한 체크를 수행하는 것 또한 가능하다. 더욱, 그것에 부가적으로 또는 대안으로, 장기적으로 과급 압력 소망 값과 과급 압력 실제 값 간 특성 편차가 일어나는지에 관한 체크를 수행하는 것이 가능하다.

위에서 언급된 모든 체크 절차는 배기 가스 배압에서 일어나는 변화에 종속하여 수행된다.

본 발명은, 배기 가스 미립자 필터의 증가된 로딩에 의해 야기되는, 배기 가스 미립자 필터에서의 배기 가스 배압 증가의 결과로서 터빈을 가로지르는 압력 강하 변화에 응답하여 배기 가스 터보차저의 수정된 파일럿 제어를 수행하는 것이 필요하다는 결론이 도출되는 디바이스 및 방법을 제공한다는 것이 된다.

Claims

배기 가스 터보차저(2)에 의해 과급되는 내연 기관(1)의 배기 가스 경로에 배열되는 배기 가스 미립자 필터(6)의 로드 조건(load condition)을 결정하기 위한 방법으로서,
상기 배기 가스 미립자 필터(6)의 상기 로드 조건을 결정하도록 과급 압력 컨트롤러(7a)의 거동 또는 상기 배기 가스 터보차저(2)의 과급 압력이 분석되는 것을 특징으로 하는, 배기 가스 미립자 필터의 로드 조건을 결정하기 위한 방법.
제1항에 있어서, 상기 배기 가스 미립자 필터(6)의 상기 로드 조건을 결정하도록 상기 과급 압력 컨트롤러(7a)의 상기 거동 또는 상기 배기 가스 터보차저의 상기 과급 압력의 장기 관찰이 수행되는 것을 특징으로 하는, 배기 가스 미립자 필터의 로드 조건을 결정하기 위한 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 과급 압력 컨트롤러(7a)는 상기 배기 가스 터보차저(2)에 제어 신호(s2, s3)를 제공하고 그리고 상기 제어 신호의 평가는 상기 배기 가스 터보차저(2)의 파일럿 제어 절차에 대한 적응 값을 결정하기 위해 수행되고, 그리고 장기적으로 상기 적응 값에서의 변화가 일어나는지에 관하여 체크가 수행되는 것을 특징으로 하는, 배기 가스 미립자 필터의 로드 조건을 결정하기 위한 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 장기적으로 상기 과급 압력 컨트롤러(7a)에 의해 출력되는 제어 신호에서의 특성 변화가 일어나는지에 관하여 체크가 수행되는 것을 특징으로 하는, 배기 가스 미립자 필터의 로드 조건을 결정하기 위한 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 장기적으로 과급 압력 소망 값과 과급 압력 실제 값 간 특성 편차가 일어나는지에 관하여 체크가 수행되는 것을 특징으로 하는, 배기 가스 미립자 필터의 로드 조건을 결정하기 위한 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배기 가스 미립자 필터(6)가 재생된 직후의 시점은 상기 과급 압력 컨트롤러(7a)의 상기 거동의 분석을 위한 시작 시점으로서 선택되는 것을 특징으로 하는, 배기 가스 미립자 필터의 로드 조건을 결정하기 위한 방법.
배기 가스 터보차저(2)에 의해 과급되는 내연 기관(1)의 배기 가스 경로에 배열되는 배기 가스 미립자 필터(6)의 로드 조건을 결정하기 위한 디바이스로서,
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에서 청구된 바와 같은 방법을 제어하도록 구체화되는 제어 유닛(7)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 배기 가스 미립자 필터의 로드 조건을 결정하기 위한 디바이스.