KR20200076624A

KR20200076624A - 가솔린 작동식 내연기관의 배기가스 시스템에 배열된 입자 필터를 진단하는 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20200076624A
Application number: KR1020190169291A
Authority: KR
Inventors: 미카엘 니엔호프; 하오 첸; 폴 로다츠
Original assignee: 비테스코 테크놀로지스 게엠베하
Priority date: 2018-12-19
Filing date: 2019-12-17
Publication date: 2020-06-29
Anticipated expiration: 2039-12-17
Also published as: US20200200063A1; DE102018222247A1; KR102354297B1; CN111335991A; US11136911B2; CN111335991B

Abstract

본 발명은 가솔린 작동식 내연기관(10)의 배기가스관(20) 내 입자 필터(22)의 존재를 결정하는 방법에 관한 것으로서, 해당 방법은, 상기 입자 필터(22)의 설치 위치(35)의 상류의 상기 배기가스관(20)에서 발생하는 제1 배기가스 온도 곡선(T_up)을 결정하는 단계; 상기 입자 필터(22)의 설치 위치(35)의 하류에 배열된 제1 온도 센서(25)에 의해 제2 배기가스 온도 곡선(T_dw)을 측정하는 단계; 제1 배기가스 질량 흐름(m'_1), 제1 비열용량(cp_1) 및 상기 제1 배기가스 온도 곡선(T_up)에 의해 결정될 수 있는 제1 열 흐름 곡선(Q'_up)을 특정 시간에 걸쳐 적분하는 것에 의해 제1 열량(Q_up)을 결정하는 단계; 제2 배기가스 질량 흐름(m'_2), 제2 비열용량(cp_2) 및 상기 제2 배기가스 온도 곡선(T_dw)에 의해 결정될 수 있는 제2 열 흐름 곡선(Q'_dw)을 상기 특정 시간에 걸쳐 적분하는 것에 의해 제2 열량(Q_dw)을 결정하는 단계; 및 올바른 입자 필터(22)의 존재를 결정하기 위해 상기 제1 열량(Q_up) 및 상기 제2 열량(Q_dw)을 평가하는 단계를 포함한다.

Description

가솔린 작동식 내연기관의 배기가스 시스템에 배열된 입자 필터를 진단하는 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR DIAGNOSIS OF A PARTICLE FILTER ARRANGED IN THE EXHAUST GAS SYSTEM OF A PETROL-OPERATED INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 내연기관의 배기가스 시스템에 배열된 입자 필터를 진단하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

점점 더 엄격한 법적 배출 제한 값은 자동차의 배기가스 시스템에 점점 더 높은 요구 사항을 부과한다. 이러한 요구 사항을 충족하려면 여러 배기가스 배출 감소 전략을 동시에 적용해야 한다. 이들 여러 배기가스 배출 감소 전략은 관련 센서를 각각 포함하는 여러 구성 요소를 사용한다.

연료 소비 감소 및 그리하여 CO₂ 배출 감소뿐만 아니라 필수적인 개발 목표는 하나 이상의 배기가스 촉매 변환기를 통해 CO, NO_x 및 HC의 가스 배출을 줄이고 입자 필터를 통해 입자 배출을 줄이는 것이다.

종종 그을음 필터라고도 하는 디젤 내연기관용 입자 필터가 오랫동안 사용되어 왔으며 실제로 성공적인 것으로 입증되었다.

나아가, 특히 연료를 고압으로 연소실로 직접 도입하여 매우 미세하게 분무하는 직접 연료 분사를 하는 가솔린 작동식 내연기관의 배기가스관에서는 또한 입자들이 발생하는 것으로 이미 알려져 있다. 그리하여 입법자들은 또한 직접 연료 분사를 하는 가솔린 작동식 내연기관의 입자 배출량의 제한 값을 줄였다. 따라서 유로 6c 배출 표준이 도입된 것으로 인해 최대 6×10¹² 입자/㎞의 적용 가능한 제한 값을 준수해야 한다.

이를 위해 사용되는 입자 필터는 실질적으로 하우징(또는 캔) 및 이 하우징에 삽입된 단일체(monolith)로 구성된다. 이것은 배기가스로부터 입자를 대부분 여과하는데, 연소 동안 발생하는 그을음 입자를 주로 여과한다. 분리된 입자는, 입자 필터에 나타나는 조건(예를 들어, 고온, 배기가스 중 산소)이 입자 필터를 재생(regeneration)시키지 않는 한, 입자 필터에 유지된다.

입자 필터가 설치되지 않았거나 나중에 제거되었거나 또는 입자 필터의 하우징이 설치되었지만 적어도 작동 가능한 입자 필터가 존재한다는 광학적 인상을 제공하기 위해 단일체(들)만이 제거되는 일이 있을 수 있다.

입자 필터는 배기가스 촉매 변환기 및 배기가스 센서와 같은 방식으로 배출과 관련된 구성 요소이기 때문에 입법자들은 온보드 상태에서 진단하는 상황에서 입자 필터의 필터 단일체가 설치되지 않았거나 존재하지 않는다는 것을 신뢰성 있게 검출할 것을 요구한다.

입자 필터가 설치된 것을 점검하기 위한 이전의 방법은 입자 필터의 상류 및 하류에서 시간적으로 발생하는 온도를 평가하는 데 기초하였다. 또한 차압(differential pressure)의 시간 구배를 분석한 것에 기초하여 설치 상태를 점검하는 것이 가능하다. 디젤 입자 필터 양단의 차압과 달리, 입자 필터 양단의 차압은 일반적으로 매우 작기 때문에, 이 방법은 일반적으로 비교적 부정확하다.

DE 10 2016 225 758 A1은 또한 단일체가 입자 필터의 하우징 내에 존재하는지 또는 제거되었는지의 여부를 점검할 수 있는, 내연기관의 배기가스 시스템에 배열된 입자 필터를 모니터링하기 위한 방법 및 장치를 개시한다. 여기서, 내연기관의 2차 공기 압력 센서에 의해 제공되는 압력 측정 신호가 평가된다. 입자 필터를 모니터링하는 상황에서, 2차 공기 압력 센서의 출력 신호로부터 결정된 압력 신호 곡선은 2차 공기 압력 모델의 압력 신호 곡선과 비교되고, 2차 공기 압력 센서에 의해 제공되는 압력 측정 신호를 사용하여 결정된 압력 신호 곡선의 압력 값이 2차 공기 압력 모델의 압력 신호 곡선의 압력 값보다 더 낮으면, 입자 필터의 하우징 내에 단일체가 존재하지 않는 것으로 검출된다. 2차 공기 압력 센서에 의해 제공되는 압력 측정 신호를 사용하여 결정된 압력 신호 곡선의 압력 값이 2차 공기 압력 모델의 압력 신호 곡선의 압력 값에 대응하는 경우, 입자가 로딩되지 않은 단일체가 입자 필터의 하우징 내에 존재하는 것으로 검출된다.

DE 10 2011 002 438 A1은 내연기관의 배기가스 덕트에서 입자 필터의 부하를 결정하기 위한 방법 및 장치를 기술하고, 여기서 압력 증가 장치에 의해, 가스 스트림이 입자 필터의 상류의 배기가스관으로 도입될 수 있고, 입자 필터의 상류에 있는 제1 압력 센서가 가스 압력을 결정하고, 입자 필터의 부하를 결정하기 위해, 압력 증가 장치에 의해, 입자 필터의 상류의 배기가스 덕트로 가스 스트림이 도입되고, 상기 부하는 입자 필터의 상류 및 하류의 가스 압력의 차이로부터 결정된다. 여기서 압력 증가 장치는 2차 공기 펌프이다. 또한, 입자 필터의 상류 및 하류의 가스 압력의 차이는 설치가 올바로 이루어졌는지에 관해 결론을 내릴 수 있게 하기 때문에 입자 필터가 잘못 설치되었거나 존재하지 않는다는 것을 검출할 수 있다.

본 발명의 목적은 가솔린 작동식 내연기관의 배기가스 시스템에 올바르게 배열된 입자 필터의 존재 유무를 신뢰성 있게 점검할 수 있는 방법 및 장치를 제시하는 것이다.

상기 목적은 독립 청구항의 특징에 의해 달성된다. 유리한 실시형태 및 개선 사항은 종속 청구항에 제시된다.

본 발명에 따르면, 가솔린 작동식 내연기관의 배기가스관 내 입자 필터의 존재를 결정하는 방법은 다음의 단계들을 포함한다:

- 상기 입자 필터의 설치 위치의 상류의 상기 배기가스관에서 발생하는 제1 배기가스 온도 곡선을 결정하는 단계;

- 상기 입자 필터의 설치 위치의 하류에 배열된 제1 온도 센서에 의해 제2 배기가스 온도 곡선을 측정하는 단계;

- 제1 배기가스 질량 흐름, 제1 비열용량(specific heat capacity) 및 상기 제1 배기가스 온도 곡선에 의해 결정될 수 있는 제1 열 흐름 곡선을 특정 시간에 걸쳐 적분하는 것에 의해 제1 열량(heat quantity)을 결정하는 단계;

- 제2 배기가스 질량 흐름, 제2 비열용량 및 상기 제2 배기가스 온도 곡선에 의해 결정될 수 있는 제2 열 흐름 곡선을 상기 특정 시간에 걸쳐 적분하는 것에 의해 제2 열량을 결정하는 단계; 및

- 상기 입자 필터의 존재를 결정하기 위해 상기 제1 열량 및 상기 제2 열량을 평가하는 단계.

설치 위치는 입자 필터를 배열할 배기가스관 내의 위치이다. 입자 필터의 설치 위치의 상류 위치는 내연기관의 배기가스의 흐름 방향으로 입자 필터의 상류에 있는 임의의 위치이다. 일 실시형태에 따르면, 예를 들어 배기가스 촉매 변환기는 입자 필터의 설치 위치의 상류에 배열된다. 따라서, 배기가스는 먼저 배기가스 촉매 변환기를 통과한 다음 입자 필터를 통과한다. 입자 필터의 설치 위치의 하류 위치는 내연기관의 배기가스의 흐름 방향으로 입자 필터의 하류에 있다.

제1 배기가스 온도 곡선은 입자 필터의 설치 위치의 상류의 배기가스의 온도 곡선이고, 일 실시형태에 따르면, 입자 필터의 바로 상류의 배기가스의 온도 곡선이고, 예를 들어, 배기가스 촉매 변환기와 입자 필터 사이의 배기가스의 온도 곡선이다.

상기 제2 배기가스 온도 곡선은 입자 필터의 설치 위치의 하류의 배기가스의 온도 곡선이고, 일 실시형태에 따르면, 입자 필터의 바로 하류의 배기가스의 온도 곡선이다. 제2 배기가스 온도 곡선은 제1 온도 센서에 의해 결정된다. 이를 위해, 제1 온도 센서는 입자 필터의 설치 위치의 하류의 배기가스관에 배열되어 이를 흐르는 배기가스의 온도를 검출한다. 온도는 예를 들어 이산적으로, 미리 정해진 시간 간격으로, 또는 연속적으로, 즉 특정 시간 기간 동안 갭 없이 응집적으로 검출될 수 있다. 온도가 이산적으로 검출된다면, 개별적으로 검출된 온도의 곡선은 예를 들어 다양한 수학적 접근법을 사용하여 계산될 수 있다.

질량 흐름은 시간 간격당 단면을 통해 이동하는 매체의 질량이다. 따라서, 제1 질량 흐름은 시간 간격당 입자 필터의 설치 위치의 상류의 배기가스관을 통해 이동하는 배기가스의 질량이다. 비열용량은 열 에너지를 저장하는 물질의 용량이다. 따라서, 제1 비열용량은 입자 필터의 설치 위치의 상류에서 열 에너지를 저장하는 배기가스의 용량이다.

열 흐름은 질량 흐름, 비열용량 및 배기가스 온도의 곱이다. 다른 실시형태에 따르면, 배기가스 온도 대신에, 배기가스 온도와 표준 온도의 차이가 사용된다. 표준 온도는 기준 온도이며, 일 실시형태에서 시간이 따라 일정하게 유지된다. 다른 실시형태에 따르면, 표준 온도는 20℃이다. 그 결과, 특정 시간에 제1 배기가스 온도 곡선으로부터 결정될 수 있는 제1 배기가스 온도와 표준 온도 사이의 차이와 제1 비열용량을 제1 배기가스 질량 흐름과 곱하면 특정 시간에 입자 필터의 설치 위치의 상류의 제1 열 흐름을 결정할 수 있다. 따라서 특정 시간 간격 동안 제1 열 흐름 곡선은 특정 시간 동안 얻어진 제1 배기가스 온도 곡선으로부터 결정될 수 있다.

일 실시형태에 따르면, 특정 시간에 제2 배기가스 온도 곡선으로부터 결정될 수 있는 제2 배기가스 온도와 표준 온도 사이의 차이와 제2 비열용량을 제2 배기가스 질량 흐름과 곱하면 특정 시간에 입자 필터의 설치 위치의 하류의 제2 열 흐름을 결정할 수 있다. 따라서 특정 시간 간격 동안 제2 열 흐름 곡선은 특정 시간 동안 얻어진 제2 배기가스 온도 곡선으로부터 결정될 수 있다.

열량은 시간 기간 내에 전달되는 열이다. 따라서, 특정 시간 기간 내에 열 흐름 곡선을 적분하면, 특정 시간 내에 전달된 열량을 결정할 수 있다.

그 결과 입자 필터의 설치 위치의 상류의 배기가스관을 통해 특정 시간 내에 전달된 제1 열량은 특정 시간 동안 제1 열 흐름 곡선을 적분함으로써 결정될 수 있다.

그 결과 입자 필터의 설치 위치의 하류의 배기가스관을 통해 특정 시간 내에 전달된 제2 열량은 특정 시간 동안 제2 열 흐름 곡선을 적분함으로써 결정될 수 있다.

제1 열량과 제2 열량을 쉽게 비교할 수 있기 위해, 제1 열 흐름 곡선을 적분하는 시간과 제2 열 흐름 곡선을 적분하는 시간은 실질적으로 동일하다. 일 실시형태에 따르면, 제1 열 흐름 곡선을 적분하는 시간과 제2 열 흐름 곡선을 적분하는 시간은 동일하다.

입자 필터는 하우징 및 적어도 하나의 단일체를 포함한다. 특정 온도를 갖는 배기가스는 입자 필터를 통해, 특히 단일체를 통해 흐르고, 이렇게 할 때 특정 열량을 방출한다. 입자 필터의 설치 위치의 상류의 배기가스관을 통해 지정된 시간 내에 전달된 제1 열량, 및 입자 필터의 설치 위치의 하류의 배기가스관을 통해 지정된 시간 내에 전달된 제2 열량을 결정함으로써, 입자 필터, 특히 단일체가 흡수한 열량을 결정할 수 있다.

따라서 입자 필터는 방열판(heat sink) 역할을 한다. 특히, 예열 단계(warm-up phase) 동안, 입자 필터가 흡수하는 열량은 비교적 크다.

입자 필터의 설치 위치 내 올바른 입자 필터(correct particle filter)가 설치되어 있지 않은 경우 또는 입자 필터로부터 단일체가 제거된 경우 제1 열량과 제2 열량 사이의 차이는 올바르게 설치된 입자 필터에 비해 작다.

따라서, 제1 열량 및 제2 열량으로부터 올바른 입자 필터가 배기가스관에 존재하는지의 여부를 신뢰성 있고 견실하게 결정할 수 있다. 제1 열량 및 제2 열량은 특정 기간 동안 결정된다. 따라서, 입자 필터의 설치 여부를 점검하기 위해 더 긴 기간이 평가된다. 따라서, 특히 입자 필터가 올바르게 설치되었는지의 여부를 신뢰성 있고 견실하게 결정할 수 있다.

올바른 입자 필터는 배기가스관의 배기가스로부터 필요한 수의 입자를 여과하여 올바르게 기능하는 입자 필터일 수 있다. 입자 필터를 잘못 설치하는 것은 예를 들어 단일체가 입자 필터의 하우징으로부터 완전히 또는 부분적으로 제거된 것이나 또는 전체 입자 필터가 배기가스관으로부터 제거된 것을 포함할 수 있다. 잘못된 입자 필터는 예를 들어 작동하지 않는 입자 필터일 수도 있는데, 즉 입자 필터는 입자를 전혀 여과하지 않거나, 배기가스로부터 필요한 수의 입자를 여과하지 않는 것일 수 있다.

일 실시형태에 따르면, 상기 제1 배기가스 온도 곡선은 상기 입자 필터의 설치 위치의 상류에 배열된 제2 온도 센서에 의해 결정된다. 이를 위해, 제2 온도 센서는 입자 필터의 설치 위치의 상류의 배기가스관에 배열되어, 이를 흐르는 배기가스의 온도를 검출한다. 온도는 예를 들어 이산적으로, 미리 정해진 시간 간격으로, 또는 연속적으로, 즉 특정 시간 기간 동안, 갭 없이 응집적으로 검출될 수 있다. 온도가 이산적으로 검출된다면, 개별적으로 검출된 온도의 곡선은 예를 들어 다양한 수학적 접근법을 사용하여 결정될 수 있다. 제1 배기가스 온도 곡선 및 제2 배기가스 온도 곡선이 모두 센서에 의해 결정된다면, 임의의 결함이 쉽게 검출될 수 있다. 또한, 제1 배기가스 온도 곡선이 특히 정확하게 검출될 수 있다. 이를 통해 입자 필터의 존재를 특히 신뢰성 있고 견실하게 결정할 수 있다.

일 실시형태에 따르면, 상기 제1 배기가스 온도 곡선은 미리 정해진 온도 모델을 사용하여 결정된다. 입자 필터의 상류에 나타나는 제1 배기가스 온도 곡선은 예를 들어 메모리에 저장된 온도 모델을 사용하여 결정되는 것으로 생각할 수 있다. 이를 위해, 계산 유닛은 예를 들어 회전 속도 등과 같은 내연기관의 파라미터 및/또는 예를 들어 주위 온도와 같은 주변 데이터에 기초하여 제1 배기가스 온도 곡선을 결정할 수 있다. 이러한 방식으로, 제2 온도 센서를 생략할 수 있고, 이에 의해 유리하게는 간단하게 방법을 작동시킬 수 있다. 또한 측정 부정확성과 측정 에러를 피할 수 있다.

일 실시형태에 따르면, 상기 제1 배기가스 온도 곡선이 특정 임계값에 도달하자마자 제1 열 흐름 곡선과 제2 열 흐름 곡선의 적분이 먼저 시작된다. 제1 배기가스 온도 곡선이 특정 임계값에 도달하자마자 방법 단계들 중 하나의 단계가 먼저 개시되는 것을 생각할 수 있다. 일 실시형태에 따르면, 제1 임계값은 100℃이다. 특히, 배기가스관의 예열 단계에서, 제1 배기가스 온도 곡선이 특정 임계값을 초과한 때에만 특정 방법 단계가 개시되는 것이 적합할 수 있다. 이러한 방식으로, 입자 필터의 존재와 관련된 임의의 잘못된 결과를 피할 수 있으며, 내연기관의 시동 직후 모든 방법 단계를 개시하면 이러한 결과를 결정할 수 있다. 따라서 잘못될 수 있는 결과는 올바르게 결정되지 않을 수 있다. 이것은 입자 필터의 존재를 특히 신뢰성 있게 결정할 수 있다.

일 실시형태에 따르면, 제1 열량 또는 제1 배기가스 온도 곡선이 다른 미리 정해진 임계값에 도달하자마자 제1 열 흐름 곡선과 제2 열 흐름 곡선의 적분이 종료된다. 일 실시형태에 따르면, 제1 배기가스 온도 곡선의 다른 미리 정해진 임계값은 200℃, 특히 250℃이다.

다른 실시형태에 따르면, 제1 열 흐름 곡선과 제2 열 흐름 곡선의 적분이 시작하자마자 시작되는 미리 정해진 시간 기간 후에 제1 열 흐름 곡선과 제2 열 흐름 곡선의 적분이 종료된다. 미리 정해진 시간 기간은 예를 들어 메모리에 저장될 수 있다. 따라서, 특히 간단한 방식으로, 제1 열량과 제2 열량을 특히 간단히 비교하기 위하여 정확히 동일한 시간 기간 동안 적분하는 것이 항상 가능할 수 있다.

다른 실시형태에 따르면, 제1 열량을 결정하기 위해, 제1 배기가스 온도 곡선의 변화 및/또는 화학양론적 공기 비율의 변화에 기초하여 제1 비열용량의 변화가 고려된다.

다른 실시형태에 따르면, 제2 열량을 결정하기 위해, 제2 배기가스 온도의 변화 및/또는 공기 비율의 변화에 기초하여 제2 비열용량의 변화가 고려된다.

배기가스의 제1 비열용량 및 제2 비열용량은 일반적으로 상태 변수, 특히 온도에 의존한다. 배기가스 온도가 변하면 이에 따라 비열용량이 변한다. 제1 배기가스 온도 곡선 및 제2 배기가스 온도 곡선은 시간에 따라 변한다. 따라서, 제1 열량 및 제2 열량을 결정하기 위해, 대응하는 비열용량을 결정하기 위해 배기가스 온도 곡선의 변화를 고려하는 것이 적합할 수 있다. 이러한 방식으로, 입자 필터가 설치 위치에 올바르게 존재하는지의 여부를 특히 유리하게는 신뢰성 있고 견실한 방식으로 결정할 수 있다.

공기 비율은 완전 연소에 필요한 최소 공기량에 대해 소정량의 공급 연료를 연소시키기 위해 공급된 공기량의 비율을 제공한다. 배기가스의 제1 비열용량 및 제2 비열용량은 또한 공기 비율에 의존한다. 발생하는 공기 비율이 결정될 수 있다. 따라서, 제1 열량 및 제2 열량을 결정하기 위해, 대응하는 비열용량을 결정하기 위해 공기 비율의 변화를 고려하는 것이 적합할 수 있다. 이러한 방식으로, 에러를 회피할 수 있고, 입자 필터가 설치 위치에 올바르게 존재하는지의 여부를 유리하게는 신뢰성 있고 견실한 방식으로 결정할 수 있다.

일 실시형태에 따르면, 평가를 위해, 제1 열량과 제2 열량의 비율이 결정된다. 제1 열량과 제2 열량의 비율은 유리하게는 매우 쉽게 평가할 수 있는 값을 제공한다. 이 값은 예를 들어 메모리에 저장된 비교 값과 비교될 수 있다. 이후 이 비교로부터 입자 필터가 설치 위치에 올바르게 존재하는지의 여부를 매우 쉽게 결정할 수 있다. 일 실시형태에 따르면, 비율의 피제수(dividend)는 제1 열량이고, 비율의 제수(divisor)는 제2 열량이다.

개선예에 따르면, 비율의 피제수는 제1 열량과 제2 열량 사이의 차이이고, 비율의 제수는 제1 열량이다. 이 비율로부터, 입자 필터가 설치 위치에 올바르게 설치되었는지의 여부를 유리하게 결정할 수 있다.

이 비율을 계산하는 수식은 다음과 같다:

여기서 i는 비율이고, Q_up은 제1 열량이고 Q_dw는 제2 열량이다.

일 실시형태에 따르면, 비율의 피제수가 제1 열량과 제2 열량 사이의 차이이고, 비율의 제수가 제1 열량인 한, 입자 필터가 설치 위치에 설치되어 있다면 이 비율은 비교적 크다. 다른 실시형태에 따르면, 비율의 피제수가 제1 열량과 제2 열량 사이의 차이이고, 비율의 제수가 제1 열량인 한, 올바른 입자 필터가 설치 위치에 설치되어 있지 않다면 이 비율은 비교적 작다. 일 실시형태에 따르면, 0.1 내지 0.3의 값 범위 내의 값을 갖는다면 이 비율은 비교적 작다. 일 실시형태에 따르면, 0.6 내지 0.8의 값 범위 내의 값을 갖는다면 이 비율은 비교적 크다.

일 실시형태에 따르면, 제1 열량 및 제2 열량을 평가한 것이 입자 필터가 설치 위치에 올바르게 설치되지 않았다는 것을 나타내면 결함 메모리에 입력이 이루어진다. 결함 메모리에 입력되는 것으로 인해, 입자 필터가 올바르게 설치되었는지의 여부를 비교적 쉽게 점검할 수 있다. 이러한 방식으로, 입자 필터가 존재하지 않는 것을 은폐하는 것을 피할 수 있다.

다른 실시형태에 따르면, 결함 표시 장치는 제1 열량 및 제2 열량을 평가한 것이 입자 필터가 설치 위치에 올바르게 설치되지 않았다는 것을 나타내면 신호를 제공한다. 결함 표시 장치는 예를 들어 운전자에 결함 또는 문제를 표시한다. 그리하여, 입자 필터가 설치 위치에 올바르게 설치되지 않았거나 올바른 입자 필터가 설치되지 않았다는 것을 결함 표시를 통해 운전자에게 알리는 것이 적합할 수 있다. 다른 실시형태에 따르면, 본 발명에 따른 방법이 입자 필터가 올바르게 설치되지 않았다고 결정하면, 당국 또는 내연기관의 제조업체에 데이터 전송이 이루어질 수 있고, 전송된 데이터는 입자 필터가 이 배기가스관에 올바르게 설치되지 않았다는 것을 당국 또는 제조업체에 나타낸다.

또한, 가솔린 작동식 내연기관의 배기가스관 내 입자 필터의 존재를 결정하기 위한 장치가 개시되며, 상기 장치는 본 발명에 따른 방법을 제어하도록 구성된 제어 유닛을 포함한다.

본 발명의 예시적인 실시형태는 도면에 도시되어 있으며, 다음의 설명을 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다. 도면은 다음을 도시한다:

도 1은 제1 실시형태에 따라 관련된 배기가스 후처리 시스템을 갖는 내연기관의 개략도;
도 2는 단일체가 입자 필터에 올바르게 설치되었을 때 제2 실시형태에 따라 배기가스 후처리 시스템의 다양한 파라미터의 시간적인 발생 선도; 및
도 3은 단일체가 입자 필터 내에 없을 때 제3 실시형태에 따라 배기가스 후처리 시스템의 다양한 파라미터의 시간적인 발생 선도.

도 1은 배기가스관(20)을 갖는 내연기관(10)의 블록도를 도시한다. 배기가스관(20)은 내연기관(10)의 적어도 하나의 연소 챔버로부터 배기가스(36)를 배출하고 배기가스(36)를 후처리하는 역할을 한다. 따라서, 배기가스(36)는 배기가스관(20)을 통해 흐른다. 배기가스관(20)은 배기가스 촉매 변환기(21) 및 이 배기가스 촉매 변환기(21)의 하류에 배열된 입자 필터(22)를 갖는다. 따라서, 배기가스관(20)은 제1 배기가스 센서(23) 및 제2 배기가스 센서(24)를 포함한다. 제1 배기가스 센서(23)는 배기가스 촉매 변환기(21)의 상류에 배열되고, 제2 배기가스 센서(24)는 배기가스 촉매 변환기(21)의 하류에 배열된다.

또한, 배기가스관(20)은 제1 배기가스 온도 센서(25) 및 제2 배기가스 온도 센서(26)를 포함한다. 제1 배기가스 온도 센서(25)는 입자 필터(22)의 설치 위치(35)의 하류에 배열되고, 제2 배기가스 온도 센서(26)는 입자 필터(22)의 설치 위치(35)의 상류에 배열된다.

제1 배기가스 온도 센서(25)는 입자 필터(22)의 하류의 배기가스(36)의 온도를 측정하도록 구성된다. 따라서, 제1 배기가스 온도 센서(25)는 입자 필터(22)의 하류의 배기가스 온도의 제2 배기가스 온도 곡선(T_dw)을 특정 시간에 걸쳐 측정하도록 구성된다.

제2 배기가스 온도 센서(26)는 입자 필터(22)의 상류의 배기가스(36)의 온도를 측정하도록 구성된다. 따라서, 제2 배기가스 온도 센서(26)는 입자 필터(22)의 상류에 나타나는 제1 배기가스 온도 곡선(T_up)을 특정 시간에 걸쳐 측정하도록 구성된다.

도 1은 또한 제어 유닛(30)을 갖는 엔진 제어 유닛(ECU)을 도시한다. 제어 유닛(30)은 입자 필터(22)의 존재를 점검하기 위한 블록(31), 온도 모델을 포함하는 블록(32), 및 결함 메모리(33)를 갖는다. 도 1은 또한 제어 유닛(30)에 의해 작동될 수 있는 결함 표시 장치(34)를 도시한다.

제1 배기가스 센서(23) 및 제2 배기가스 센서(24)의 측정 결과는 제어 유닛(30)으로 전달된다. 또한, 제1 배기가스 온도 곡선(T_up) 및 제2 배기가스 온도 곡선(T_dw)은 제어 유닛(30)으로 전달된다.

제1 표준 온도 곡선(T_01) 및 제2 표준 온도 곡선(T_02)은 또한 제어 유닛(30)에 저장된다. 또한, 제어 유닛(30)은 공기 비율(λ) 및 제1 배기가스 온도 곡선(T_up)으로부터, 입자 필터(22)의 설치 위치(35)의 상류의 배기가스(36)의 제1 비열용량(cp_1)을 결정하도록 구성된다. 또한, 제어 유닛(30)은 공기 비율(λ) 및 제2 배기가스 온도 곡선(T_dw)으로부터, 입자 필터(22)의 설치 위치(35)의 하류의 배기가스(36)의 제2 비열용량(cp_2)을 결정하도록 구성된다.

제어 유닛(30)은 또한 내연기관(10)의 데이터에 기초하여 입자 필터(22)의 설치 위치(35)의 상류의 배기가스(36)의 제1 질량 흐름(m'_1)을 결정하도록 구성된다. 제어 유닛(30)은 또한 입자 필터(22)의 설치 위치(35)의 하류의 배기가스(36)의 제2 질량 흐름(m'_2)을 결정하도록 구성된다. 일 실시형태에 따르면, 제1 질량 흐름(m'_1)은 제2 질량 흐름(m'_2)에 대응한다.

제어 유닛(30)은 제1 질량 흐름(m'_1), 제1 비열용량(cp_1), 제1 배기가스 온도 곡선(T_up) 및 제1 표준 온도 곡선(T_01)으로부터 제1 열 흐름 곡선(Q'_up)을 결정하도록 구성된다. 또한, 제어 유닛(30)은 제2 질량 흐름(m'_2), 제2 비열용량(cp_2), 제2 배기가스 온도 곡선(T_dw) 및 제2 표준 온도 곡선(T_02)으로부터 제2 열 흐름 곡선(Q'_dw)을 결정하도록 구성된다.

제어 유닛(30)은 또한 입자 필터(22)의 설치 위치(35)의 상류에서 특정 시간 동안 전달되는 제1 열량(Q_up)을 결정하도록 구성된다. 또한, 제어 유닛(30)은 입자 필터(22)의 설치 위치(35)의 하류에서 특정 시간 동안 전달되는 제2 열량(Q_dw)을 결정하도록 구성된다. 제어 유닛(30)은 제1 배기가스 온도 곡선(T_up)이 제1 임계값(40)을 초과하자마자 제1 열량(Q_up) 및 제2 열량(Q_dw)을 먼저 결정하기 시작하도록 구성된다. 또한, 제어 유닛(30)은 제1 배기가스 온도 곡선(T_up)이 제2 임계값(41)을 초과하자마자 제1 열량(Q_up) 및 제2 열량(Q_dw)의 결정을 종료하도록 구성된다. 다른 실시형태에 따르면, 제어 유닛(30)은 또한 미리 정해진 시간 기간이 경과하자마자 제1 열량(Q_up) 및 제2 열량(Q_dw)의 결정을 종료하도록 구성될 수 있고, 여기서 제1 배기가스 온도 곡선(T_up)이 제1 임계값(40)을 초과하자마자 시간 기간이 시작된다.

다른 실시형태에 따르면, 제어 유닛(30)은 또한 온도 모델 기능부(FKT_TEMP_MOD)에 의해 제1 배기가스 온도 곡선(T_up)을 결정하도록 구성될 수 있다.

제어 유닛(30)은 또한 제1 열량(Q_up) 및 제2 열량(Q_dw)으로부터 비율(i)을 형성하고, 이 비율(i)을 비교 값(43)과 비교하도록 구성된다(도 2, 도 3 참조). 제어 유닛(30)은 이 비교로부터 입자 필터(22)가 설치 위치(35)에 설치되었는지의 여부를 결론 내리거나, 또는 단일체가 입자 필터(22) 내에 존재하는지의 여부를 결론 내리도록 구성된다.

도 2 및 도 3은 각각 입자 필터(22)의 설치 위치(35)의 상류의 배기가스(36)의 온도, 및 입자 필터(22)의 설치 위치(35)의 하류의 배기가스(36)의 온도(T)를 시간(t)에 따라 도시하는 제1 선도(50)를 도시한다. 따라서, 제1 배기가스 온도 곡선(T_up) 및 제2 배기가스 온도 곡선(T_dw)이 도시된다. 또한, 제1 선도(50)는 각각 제1 임계값(40) 및 제2 임계값(41)을 도시한다. 제1 배기가스 온도 곡선(T_up)이 제1 임계값(40)을 초과하자마자 제1 열 흐름 곡선(Q'_up)을 먼저 적분하기 시작하는 것이 명백하다.

도 2의 제1 선도(50)와 도 3의 제1 선도(50)는 특히 제2 배기가스 온도 곡선(T_dw)이 상이하다. 도 2의 제1 선도(50)에서, 제2 배기가스 온도 곡선(T_dw)은 제1 배기가스 온도 곡선(T_up)이 비교적 천천히 상승하는 것을 따른다. 도 3의 제1 선도(50)에서, 제2 배기가스 온도 곡선(T_dw)은 제1 배기가스 온도 곡선(T_up)이 비교적 빠르게 상승하는 것을 따른다.

도 2 및 도 3의 제1 선도(50)는 또한 제1 시간(t1)과 시간적으로 후속하는 제2 시간(t2) 사이에서 제1 배기가스 온도 곡선(T_up) 아래로 연장되는 제1 영역(52)을 도시한다. 또한, 제1 시간(t1)과 제2 시간(t2) 사이에서 제2 배기가스 온도 곡선(T_dw) 아래로 연장되는 제2 영역(54)이 도시되어 있다. 또한, 제1 영역(52)과 제2 영역(54) 사이의 차이로부터 결정될 수 있는 차이 영역(56)이 도시되어 있다. 도 2의 제1 선도(50)의 차이 영역(56)은 도 3의 제1 선도(50)의 차이 영역(56)보다 훨씬 더 큰 것이 명백하다.

또한, 도 2 및 도 3은 각각 각 경우에 시간(t) 동안 결정된 제1 열량(Q_up)을 나타내는 제2 선도(60)를 도시한다. 이를 위해 제1 열 흐름 곡선(Q'_up)이 시간(t)에 걸쳐 도시된다. 이들 선도로부터, 전달된 제1 열량의 결정은 시간(t1)이 경과하자마자 시작하고, 제3 임계값(42)이 시간(t2)에 도달하자마자 종료된다는 것이 명백하다. 제1 열 흐름 곡선(Q'_up)을 나타내는 제2 선도(60)에 도시된 곡선 아래의 영역은 시간(t1) 내지 시간(t2)의 기간에 전달된 제1 열량(Q_up)을 나타낸다.

도 2 및 도 3은 각각 또한 각 경우에 특히 시간(t1) 내지 시간(t2)의 시간 동안 제1 열량(Q_up)과 제2 열량(Q_dw)의 비율(i)을 도시하는 제3 선도(70)를 도시한다. 또한, 비교 값(43)이 도시되어 있다. 도 2의 제3 선도(70)의 비율(i)은 영구적으로 비교 값(43) 위에 있는 반면, 도 3의 제3 선도(70)의 비율(i)은 영구적으로 비교 값(43) 아래에 있다는 점에서 도 2의 제3 선도(70)는 도 3의 제3 선도(70)와 상이하다. 따라서 이 경우, 도 2의 제1 선도(70)로부터, 입자 필터(22)가 올바르게 설치되었다고 결론 내릴 수 있고, 도 3의 제3 선도(70)로부터, 입자 필터(22)가 올바르게 설치되지 않았다고 결론 내릴 수 있다.

10: 내연기관
20: 배기가스관
21: 배기가스 촉매 변환기
22: 입자 필터
23: 제1 배기가스 센서
24: 제2 배기가스 센서
25: 제1 배기가스 온도 센서
26: 제2 배기가스 온도 센서
30: 제어 유닛
31: 입자 필터 점검 기능 블록
32: 온도 모델 블록
33: 결함 메모리
34: 결함 표시 장치
35: 설치 위치
36: 배기가스
40: 제1 임계값
41: 제2 임계값
42: 제3 임계값
43: 비교값
50: 제1 선도
52: 제1 영역
54: 제2 영역
56: 차이 영역
60: 제2 선도
70: 제3 선도
T: 온도
t: 시간
t1: 제1 시간
t2: 제2 시간
T_up: 제1 배기가스 온도 곡선
T_dw: 제2 배기가스 온도 곡선
T_01: 제1 표준 온도 곡선
T_02: 제2 표준 온도 곡선
ECU: 엔진 제어 유닛
FKT_DIAG_OPF: 입자 필터 점검 기능부
FKT_TEMP_MOD: 온도 모델 기능부
m'_1: 제1 질량 흐름
m'_2: 제2 질량 흐름
cp_1: 제1 비열용량
cp_2: 제2 비열용량
λ: 공기 비율
Q'_up: 제1 열 흐름 곡선
Q'_dw: 제2 열 흐름 곡선
Q_up: 제1 열량
Q_dw: 제2 열량
i: 비율

Claims

가솔린 작동식 내연기관(10)의 배기가스관(20) 내 올바른 입자 필터(22)의 존재를 결정하기 위한 방법으로서,
- 상기 입자 필터(22)의 설치 위치(35)의 상류의 상기 배기가스관(20)에서 발생하는 제1 배기가스 온도 곡선(T_up)을 결정하는 단계;
- 상기 입자 필터(22)의 설치 위치(35)의 하류에 배열된 제1 온도 센서(25)에 의해 제2 배기가스 온도 곡선(T_dw)을 측정하는 단계;
- 제1 배기가스 질량 흐름(m'_1), 제1 비열용량(cp_1) 및 상기 제1 배기가스 온도 곡선(T_up)에 의해 결정될 수 있는 제1 열 흐름 곡선(Q'_up)을 특정 시간에 걸쳐 적분하는 것에 의해 제1 열량(Q_up)을 결정하는 단계;
- 제2 배기가스 질량 흐름(m'_2), 제2 비열용량(cp_2) 및 상기 제2 배기가스 온도 곡선(T_dw)에 의해 결정될 수 있는 제2 열 흐름 곡선(Q'_dw)을 상기 특정 시간에 걸쳐 적분하는 것에 의해 제2 열량(Q_dw)을 결정하는 단계; 및
- 상기 올바른 입자 필터(22)의 존재를 결정하기 위해 상기 제1 열량(Q_up) 및 상기 제2 열량(Q_dw)을 평가하는 단계를 포함하는, 배기가스관 내 올바른 입자 필터의 존재를 결정하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 배기가스 온도 곡선(T_up)은 상기 입자 필터(22)의 설치 위치(35)의 상류에 배열된 제2 온도 센서(26)에 의해 결정되는, 배기가스관 내 올바른 입자 필터의 존재를 결정하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 제1 배기가스 온도 곡선(T_up)은 미리 정해진 온도 모델(32)에 의해 결정되는, 배기가스관 내 올바른 입자 필터의 존재를 결정하는 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 배기가스 온도 곡선(T_up)이 특정 제1 임계값(40)에 도달하자마자 상기 제1 열 흐름 곡선(Q'_up)과 상기 제2 열 흐름 곡선(Q'_dw)을 먼저 적분하기 시작하는, 배기가스관 내 올바른 입자 필터의 존재를 결정하는 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 열량(Q_up)을 결정하기 위해, 상기 제1 배기가스 온도 곡선(T_up)의 변화 및/또는 공기 비율(λ)의 변화에 기초하여 상기 제1 비열용량(cp_1)의 변화를 고려하는, 배기가스관 내 올바른 입자 필터의 존재를 결정하는 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 열량(Q_dw)을 결정하기 위해, 상기 제2 배기가스 온도 곡선(T_dw)의 변화 및/또는 화학양론적 공기 비율(λ)의 변화에 기초하여 상기 제2 비열용량(cp_2)의 변화를 고려하는, 배기가스관 내 올바른 입자 필터의 존재를 결정하는 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 평가를 위해, 상기 제1 열량(Q_up)과 상기 제2 열량(Q_dw)의 비율(i)을 결정하는, 배기가스관 내 올바른 입자 필터의 존재를 결정하는 방법.
제7항에 있어서, 상기 비율(i)의 피제수(dividend)는 상기 제1 열량(Q_up)과 상기 제2 열량(Q_dw) 사이의 차이이고, 상기 비율(i)의 제수(divisor)는 상기 제1 열량(Q_up)인, 배기가스관 내 올바른 입자 필터의 존재를 결정하는 방법.
제8항에 있어서, 입자 필터(22)가 상기 설치 위치(35)에 설치된 경우 상기 비율(i)은 비교적 크고, 입자 필터(22)가 상기 설치 위치(35)에 올바르게 설치되지 않은 경우 상기 비율(i)은 비교적 작은, 배기가스관 내 올바른 입자 필터의 존재를 결정하는 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비율(i)을 평가하기 위해, 상기 내연기관(10)의 엔진 제어 유닛(ECU)의 메모리에 저장된 비교 값(43)을 사용하는, 배기가스관 내 올바른 입자 필터의 존재를 결정하는 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 열량(Q_up) 및 상기 제2 열량(Q_dw)을 평가한 것이 입자 필터(22)가 상기 설치 위치(35)에 올바르게 설치되지 않았다는 것을 나타내는 경우, 결함 메모리(33)에 입력이 이루어지는, 배기가스관 내 올바른 입자 필터의 존재를 결정하는 방법.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 열량(Q_up) 및 상기 제2 열량(Q_dw)을 평가한 것이 입자 필터(22)가 상기 설치 위치(35)에 올바르게 설치되지 않았다는 것을 나타내는 경우, 결함 표시 장치(34)가 신호를 방출하는, 배기가스관 내 올바른 입자 필터의 존재를 결정하는 방법.
가솔린 작동식 내연기관(10)의 배기가스관(20) 내 입자 필터(22)의 존재를 결정하기 위한 장치로서, 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 청구된 방법을 제어하도록 구성된 제어 유닛(30)을 포함하는, 배기가스관 내 입자 필터의 존재를 결정하기 위한 장치.