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KR101628048B1 - 주입 시스템에서 주입제 공급을 조절하기 위한 방법 - Google Patents

주입 시스템에서 주입제 공급을 조절하기 위한 방법 Download PDF

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KR101628048B1
KR101628048B1 KR1020117015925A KR20117015925A KR101628048B1 KR 101628048 B1 KR101628048 B1 KR 101628048B1 KR 1020117015925 A KR1020117015925 A KR 1020117015925A KR 20117015925 A KR20117015925 A KR 20117015925A KR 101628048 B1 KR101628048 B1 KR 101628048B1
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injector
exhaust
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요리스 포크켈만
잉고 쿱스
Original Assignee
콘티넨탈 오토모티브 게엠베하
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Publication date
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Abstract

본 발명은 주입 시스템(1)을 갖는 배기-가스 정화 시스템에 대해 주입 매체 공급을 조절하기 위한 방법으로서, 상기 주입 시스템(1)이 주입 매체 탱크(2), 주입기(5), 하나 이상의 라인(4)을 통해 상기 주입기(5)에 연결된 펌프(3), 및 상기 펌프(3)의 하류의 라인(4)에 배열된 압력 토출 밸브(9)를 포함하고 : a) 주위 압력에 대해 상기 펌프(3)의 하류의 라인(4)에서 주입 매체 압력에 대한 공칭값을 설정하는 단계, b) 미리 결정된 시간(t) 동안 압력 토출 밸브(9)를 개방하는 단계, c) 상기 공칭값과 b) 단계 직후 주입 매체 압력 사이에서, 단계 b)에서의 개방에 의해 야기된 압력 차를 결정하는 단계, d) 상기 배기-가스 정화 시스템에서 배기-가스 압력에 대해 상기 펌프(3)의 하류의 라인(4)에서의 주입 매체 압력에 대한 공칭 압력을 설정하는 단계, e) 미리 정해진 시간(t) 동안 주입기(5)를 개방하는 단계, f) 상기 공칭 압력과 e) 단계 직후 주입 매체 압력 사이에서, e) 단계에서 개방에 의해 야기된 압력차를 결정하는 단계, g) c) 단계와 f) 단계로부터의 압력 차이들을 비교하는 단계, 및 h) 필요하다면 상기 주입기 개방 시간을 조절하는 단계를 포함하는 주입 시스템(1)을 갖는 배기-가스 정화 시스템에 대해 주입 매체 공급을 조절하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

주입 시스템에서 주입제 공급을 조절하기 위한 방법{METHOD FOR ADAPTING THE INJECTION AGENT SUPPLY IN AN INJECTION SYSTEM}
본 발명은 주입 시스템에서 주입 매체 공급을 조절하기 위한 방법에 관한 것이다.
오염물의 감소를 위해, 특히 질소 산화물의 감소 및 디젤 입자상 물질제거 필터들(diesel particle filters)의 재생을 위해, 환원 유체(reducing fluids)(가스 또는 액체)들이 내연기관의 배기 시스템 내로 유입되는 상이한 방법들이 구축된다.
질소 산화물을 줄이기 위해, 암모니아 또는 암모니아로 변환될 수 있는 상응하는 전구체 물질에 의해, 배기 가스에 포함된 질소 산화물(NOx)이 선택적으로 환원되어 질소 및 물을 형성하는 SCR(selective catalytic reduction, 선택적 촉매 저감) 기술이 특히 적절하다는 것이 증명되었다. 여기서, 바람직하게 수성 우레아 용액(aqueous urea solutions)을 사용한다. 우레아 용액은 가수분해 촉매 변환기에 의해, 또는 직접 SCR 촉매 변화기 상에서 가수분해되어서 암모니아 이산화물을 형성한다. 이를 위해, 우레아 용액은 특정 도싱 시스템에 의해 가수분해 촉매 변환기 또는 SCR 촉매 변환기의 상류에 배기-가스 흐름으로 주입된다. 이것은 먼저 최적의 환원제 양을 결정하는 문제를 초래하고, 둘째로 또한 환원제의 안정적인 공급 및 도싱을 보장하는 문제를 초래한다.
안정적인 도싱이 보장되지 않는다면, 배기 가스로부터 질소 산화물들(NOx)의 효율적인 제거를 달성하는 것이 불가능하다. 한편으로, 환원제의 오버도싱은, 예를 들어 암모니아의 목표되지 않은 방출, 소위 환원제 침투(reducing agent breakthrough)를 초래할 수 있다. 다른 한편, 언더도싱(underdosing)은 질소 산화물들의 부적절한 환원을 초래할 수 있다.
또한 동일한 것이 이에 대응하여 연료의 주입에 의해 발생되는 디젤 입자 물질 제거 필터들(diesel particle filters)의 재생에 적용될 수 있다.
기존의 우레아 용액 또는 연료와 같은 액체 환원제들의 경우에서, 도싱(dosing)은 주입기에 의해 수행될 수 있다. 여기에서, 활성화 시간 및 이에 따른 주입기의 개방 시간은 배기 가스 사후처리 시스템에 공급된 환원제의 수량을 결정한다.
가능한 가장 효과적인 분무(atomization)를 달성하기 위해, 높은 주입 압력이 사용된다. 이것은 동시에 암모니아가 환원제 용액으로부터 더 용이하게 방출될 수 있는 장점을 갖는다. 이를 위해, 주입기는 환원제 펌프에 대한 라인을 통해 연결된다.
주입된 환원제의 실제양을 결정하기 위해, 주입의 공칭 수량(nominal quantity)은 일정한 값으로 설정되며, 오직 주입들 사이의 간격 시간들이 필요한 경우 가변된다. 일정한 공칭 수량은 일정한 주입 수량에 상응하는 주입기의 결정되는 일정한 활성 기간에 의해 설정된다. 여기서, 동일한 환원제 수량이 특정 활성 기간 동안 항상 예상될 수 있다는 것이 중요하다. 따라서, 상기 과정의 시간에 걸쳐, 2 개의 주입들 사이의 간격 시간들의 변경의 결과, 주입된 양은 항상 일정 주입 수량의 배수(multiple)이다. 지금까지 실제 주입 수량을 반영하는 시스템으로부터 어떠한 피드백도 없었다는 점에서 이러한 정보는 중요하다. 주입기의 변하는 활성 기간을 사용하여 환원제 공급을 가변하는 것이 또한 가능하다. 그러나, 이런 목적을 위해, 주입기의 특성 곡선이 알려져야만 한다. 그러므로 지금까지 생산 공차 또는 시스템 노화의 결과로서 편차들이 고려되는 것이 불가능했었다.
어떤 경우에서도, 모든 작동 상태들에서 요구사항들에 따라 주입을 허용하도록 하기 위해 작동 동안 가능한 효과적으로 주입 시스템을 통해 분배된 환원제의 주입 수량을 제어할 수 있는 것이 일정하게 모색된다.

DE 199 47 197 A1은 환원제를 저장하기 위한 탱크를 구비하고 탱크에서 나온 환원제를 주입 밸브에 운반하기 위한 펌프를 구비한, 촉매 배기-가스 후처리를 위해 사용된 환원제, 특히 우레아(urea) 또는 우레아-수용액을 도싱하기 위한 장치 및 방법을 개시한다. 분사 밸브에 의해, 환원제가 혼합 챔버 내로 유입되고, 여기서 탱크, 펌프 및 주입 밸브가 탱크와 펌프 사이의 제 1 라인 및 펌프와 주입 밸브 사이의 제 2 라인을 갖는 라인 시스템에 의해 서로 연결된다. 또한, 제 2 라인으로부터 분기하여 탱크로 다시 커플링되는 제어 가능한 벤틸레이션 회로(ventilation circuit)가 제공된다. 여기서, 밴틸레이션 회로는 클록 방식으로 작동될 수 있고 라인 시스템에서의 압력을 수정하도록 작동될 수 있는 벤틸레이션 밸브를 구비한다.
따라서 본 발명의 목적은 주입 시스템에서 주입 매체 공급을 조절하기 위한 방법을 제공하는 것이고, 이러한 방법은 간단한 방법으로, 공급된 주입 수량의 일정성의 모니터링 및 최적화를 허용하며 추가적인 구성요소들 없이 가능한 실현될 수 있다.
이것은 특허 청구항 제1항에 따라 내연 기관의 배기 가스에서 질소 산화물의 제거를 위한 SCR 촉매 변환기를 가지며 적어도 하나의 주입 매체 공급 장치를 갖는 배기-가스 처리 시스템 내로 주입 매체 공급을 조절하기 위한 방법에 의해 본 발명에 따라 달성된다. 종속항들은 각 경우에서 본 발명의 바람직한 세부 사항들을 특정한다.
본 발명은 주입 시스템을 갖는 배기-가스 정화 시스템에 대해 주입 매체 공급을 조절하기 위한 방법으로서, 상기 주입 시스템이 주입 매체 탱크, 주입기, 하나 이상의 라인을 통해 상기 주입기에 연결된 펌프, 및 상기 펌프의 하류에서의 라인에 배열된 압력 토출 밸브를 포함하고 :
a) 주위 압력에 대해 상기 펌프의 하류에 라인에서 주입 매체 압력에 대한 공칭값을 설정하는 단계,
b) 미리 결정된 시간(t) 동안 압력 토출 밸브를 개방하는 단계,
c) 상기 공칭값과 b) 단계 직후 주입 매체 압력 사이에서, 단계 b)에서의 개방에 의해 야기된 압력 차를 결정하는 단계,
d) 상기 배기-가스 정화 시스템에서 배기-가스 압력에 대해 상기 펌프의 하류의 라인에서의 주입 매체 압력에 대한 공칭값을 설정하는 단계,
e) 미리 정해진 시간(t) 동안 주입기를 개방하는 단계,
f) 상기 공칭 압력과 e) 단계 직후 주입 매체 압력 사이에서, e) 단계에서 개방에 의해 야기된 압력차를 결정하는 단계,
g) c) 단계와 f) 단계로부터의 압력 차이들을 비교하는 단계, 및
h) 필요한 경우 주입기 개방 시간을 조절하는 단계를 포함하는 주입 시스템을 갖는 배기-가스 정화 시스템에 대해 주입 매체 공급을 조절하기 위한 방법을 제공한다.
단계 a) 및 d)에서의 라인에서의 주입 매체 압력의 공칭값에 대한 값들은 상이한 기준값들을 갖는다. 이것에 대한 배경은 단계 a) 내지 c)에서, 압력 토출 밸브의 개방 후에 압력 강하를 결정하는 것을 모색하는 것이고, 여기서 압력 토출 밸브는 주입 매체가 배기-가스 정화 시스템 밖의 주변으로 새나가도록 한다. 대조적으로, 단계 d) 내지 f)에서, 압력 강하는 주입기의 개방 후에 결정되고, 주입기는 배기-가스 압력에 의해 작용하는 배기-가스 정화 시스템 내로 주입 매체를 주입한다. 주위 압력 및 배기-가스 압력은 일반적으로 같지 않아서, 바람직하게 상기 차이는 결정된 압력 차이들을 비교하기 위해 본 발명에 따른 방법에서 고려된다. 압력 토출 밸브의 작동을 위해 주위 압력에 대한 또는 주입기의 작동에 대한 배기-가스 압력에 대한 각 경우에서 주입 매체 압력의 같은 공칭값을 설정하는 것이 특히 가능하다. 이를 위해 주입 매체 압력은 바람직하게 펌프에 의해 구축될 수 있다. 그것은 예를 들어 약 5 bar의 초과압이 기준 압력과 관련하여 각각의 경우에서 설정되는 것이 가능하다. 배기 가스 압력은 압력 센서들에 의해 결정되거나 배기 가스 압력 모델들에 의해 결정될 수 있다.
바람직하게, 단계 g) 및 h)에서, 주입기 개방 시간이 일정하게 유지되면서 이들의 비교로부터 압력 차이들 사이의 차가 거기로부터 추출된 결과적인 주입 매체 수량을 조절하는데 사용될 수 있다. 새로운 주입 매체의 주입량은 예를 들어 이전에 가정으로 주입된 주입량을 단계 g)로부터 결정된 압력차 비율과 곱함으로써 결정될 수 있다. 또는, 단계 g)로부터 결정된 압력차 비율과 주입량 수정 사이의 관계가 미리 검사대(test stand) 상에서 검출되어 제어기에 특성맵으로서 저장될 수 있다. 시스템 강성(system rigidity) 및 단계 g)로부터의 압력차 비율을 기초로, 실제 주입된 주입 매체의 수량을 유추할 수 있다.
주입 매체로서, 예를 들어 암모니아 용액 또는 예컨대 우레아 용액과 같은 암모니아로 변환될 수 있는 전구체 물질의 수성 용액 중 하나를 사용할 수 있다. 더욱이, 그러나, 본 발명의 관계 내에서, 연료들은 주입 매체로 지칭되고, 상기 연료들은 예를 들어 입자 물질 제거 필터들의 재생을 위한 배기 시스템으로 주입된다.
따라서, 본 발명에 따라, 일정한 주입 수량이 주입 시스템에서 간단한 방식으로 실현될 수 있고 주입기의 주입 수량의 모리터링이 가능하게 할수 있는 방법이 제공된다. 이러한 방법으로, 본 발명에 따른 방법에 의해, 주입 시스템의 안정성은 추가적인 시스템 구성요소들에 대한 큰 지출을 할 필요없이 증가될 수 있다. 본 발명에 따른 방법은 주입 시스템에서 일반적으로 이미 제공된 압력 토출 밸브가 주입기와 매우 유사한 주입 시스템에서 제공되는 압력 배출 밸브, 인젝터에 매우 비슷한 관통유동(throughflow) 특성을 갖는다는 사실을 활용한다. 압력 배출 밸브는 바람직하게 또한 주입기에 동일한 구성이도록 선택될 수 있다. 압력 토출 밸브가 주입 매체 시스템의 펌프의 하류에서의 라인들 중 하나에 배열된다는 사실로 인해, 상기 압력 토출 밸브는 주입기와 대조적으로 배기 가스의 로딩을 받지 않는다. 또한, 주입기의 연속적인 작동의 결과로서 수명은 주입기보다 오직 더 적은 범위까지만 작동되는 압력 토출 밸브에 대해, 무시될 수 있는 것으로 가정될 수 있다. 따라서 압력 토출 밸브는 주입기의 관통유동 특성을 체킹하기 위한 기준으로서 특히 적절하다. 이러한 사실은 바람직하게 주입기의 주입 수량의 조절 및 모니터링을 위한 본 발명에 따른 방법에 의해 활용된다. 바람직하게 압력 토출 밸브의 기준값은 모든 관류(run-through) 동안 새롭게 결정되어서 누설 또는 변경된 시스템 강성과 같은 환경적 영향들이 제거되는 것이 본 발명에 따른 방법에서의 경우이다. 더욱이, 본 발명에 따라 결정된 압력차이들 사이의 차이가 너무 크다면, 주입기는 더 이상 기능하지 않는다고 결론 내릴 수 있다. 주입기의 작동 상태의 이러한 모니터링은 지금까지 가능하지 않았다.
바람직한 방법의 실시예에서, 단계 a) 내지 c) 및/또는 d) 내지 f)의 순서는 한번 이상 반복될 수 있다. 이러한 방법으로, 밸브 또는 주입기의 개방에 의해 발생된 절대 압력 차이는 충분히 크게 선택될 수 있어서 압력 센서들에 의해 안정적으로 검출될 수 있다. 여기에서, 반복의 횟수는 바람직하게 평균값이 형성될 수 있도록 등록되고 저장된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 펌프의 하류에서의 라인에서 주입 매체 압력은 라인의 압력 센서에 의해 측정될 수 있다. 이러한 방법으로, 주입 매체 압력은 바람직하게 직접 결정될 수 있다.
마찬가지로 주입 매체 압력은 펌프에 의해 발생되는 것이 바람직하다. 이러한 방법으로, 위에 설명된대로 공칭값의 설정은 추가적인 물질 지출없이 안정적으로 실현될 수 있다.
주입기의 개방 시간(t)는 바람직하게 단계 c) 및 f)로부터의 압력 차이들 사이의 차가 가능한 작도록 조절될 수 있다. 특히 압력 토출 밸브 및 주입기에 대해 구조적으로 동일한 밸브들을 사용할 때, 이것은 간단한 방식으로 주입 매체 수량의 최적화된 조절(adaptation) 및 일정성을 허용한다.
더 바람직한 방법의 변형예에서, 암모니아 또는 암모니아의 전구체 물질, 바람직하게 우레아 용액, 및/또는 연료가 주입 매체로서 사용되는 것이 제공될 수 있다.
주입 매체 탱크, 주입기, 하나 이상의 라인을 통해 상기 주입기에 연결된 펌프, 및 상기 펌프의 하류에서의 라인에 배치된 압력 토출 밸브를 가지는 배기-가스 정화 시스템에 대한 주입 시스템을 제어하기 위한 장치에서, 상기 주입기 및 압력 토출 밸브의 개방 시간을 제어하기 위한 수단 및 상기 라인에서의 주입 매체 압력의 미리 정해진 공칭값과 상기 주입기 또는 상기 압력 토출 밸브의 개방에 의해 야기된 압력 강하 사이의 압력 차이들을 결정하여 비교하기 위한 수단이 제공된다.
전술된 바와 같이, 특히 배기-가스 처리 시스템에서 예를 들어 환원제 공급 장치에서와 같은 고압 주입 시스템의 경우에서, 주입기에 의해 주입된 수량은 가능한 정확해야 한다. 주입기를 모니터링하고 주입량을 조절하기 위한 기준으로서 고려되는 압력 토출 밸브의 관통유동 특성에 의해 간단한 방식으로 본 발명에 따른 장치에 의해 가능할 수 있다.
압력 토출 밸브는 펌프에서 주입기로의 주입 매체에 대한 공급 라인과 주입 매체 탱크 사이에 제공된 복귀 라인에 배열될 수 있다.
또한, 주입 매체 압력을 측정하기 위한 압력 센서는 펌프의 하류의 라인에 배열된다. 이러한 방식으로, 주입 매체 압력의 직접 측정값이 얻어져서, 먼저 압력의 공칭값들의 설정 및 둘째로 각각의 압력 강하의 결정이 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위해 상기 배열에 의해 안정적으로 수행될 수 있다.

본 발명은 도면에 근거하여 예시에 의해 하기에 설명될 것이다.
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삭제
단일 도면은 본 발명에 따라 제어되는, 이러한 주입기 시스템을 사용하는 액체 환원제를 위한 주입 매체 공급 장치에 대한 시스템의 설계를 개략적으로 도시한다.
도시된 SCR 시스템은 주입 매체에 대한 주입 매체 탱크(2)를 포함한다. 주입 매체 펌프(3)는 라인(4)에 배열된다. 라인(4)은 주입 매체 탱크(2)로부터 주입기(5)로 주입 매체 유체를 공급하기 위해 작용한다. 주입기(5)는 내연기관(7), 예를 들어 자동차의 엔진의 배기 라인(6)으로 주입 매체 용액의 유입을 조정할 수 있는 임의의 장치일 수 있다. 주입기(5)는 SCR 촉매 변환기(8)의 상류의 배기 라인(6)에 위치된다.
펌프(3)의 하류에서 압력을 검출하기 위해, 압력 센서(11)가 라인(4)에 배열된다. 복귀 라인(10)은 펌프(3)의 하류에 위치된 라인(4)의 일부로부터 분기하고, 상기 펌프(3)에 의해 복귀 라인 주입 매체가 주입 매체 탱크(2)에 다시 수행될 수 있다. 압력 토출 밸브(9)가 복귀 라인(10) 내에 배열된다.

Claims (11)

  1. 주입 시스템(1)을 갖는 배기-가스 정화 시스템에 대해 주입 매체 공급을 조절하기 위한 방법으로서,
    상기 주입 시스템(1)이 주입 매체 탱크(2), 주입기(5), 하나 이상의 라인(4)을 통해 상기 주입기(5)에 연결된 펌프(3), 및 상기 펌프(3)의 하류의 라인(4)에 배열된 압력 토출 밸브(9)를 포함하고,
    상기 방법은 :
    a) 주위 압력에 대해 상기 펌프(3)의 하류의 라인(4)에서 주입 매체 압력에 대한 공칭값(nominal value)을 설정하는 단계,
    b) 미리 결정된 시간(t) 동안 압력 토출 밸브(9)를 개방하는 단계,
    c) 상기 공칭값과 b) 단계 직후 주입 매체 압력 사이의, 단계 b)에서의 개방에 의해 야기된 압력 차를 결정하는 단계,
    d) 상기 배기-가스 정화 시스템에서 배기-가스 압력에 대해 상기 펌프(3)의 하류의 라인(4)에서의 주입 매체 압력에 대한 공칭값을 설정하는 단계,
    e) 미리 정해진 시간(t) 동안 주입기(5)를 개방하는 단계,
    f) 단계 d)의 공칭값과 e) 단계 직후 주입 매체 압력 사이의, 단계 e)에서의 개방에 의해 야기된 압력차를 결정하는 단계,
    g) c) 단계와 f) 단계로부터의 압력 차이들을 비교하는 단계, 및
    h) 상기 주입기(5)의 개방 시간(t)이 단계 c) 및 f)로부터의 압력차들 사이의 차이가 가능한 작아지도록 조절되는 단계를 포함하는
    주입 시스템(1)을 갖는 배기-가스 정화 시스템에 대해 주입 매체 공급을 조절하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    단계 a) 내지 c)의 순서, 단계 d) 내지 f)의 순서, 또는 단계 a) 내지 f)의 순서가, 1회 이상 반복되는
    주입 시스템(1)을 갖는 배기-가스 정화 시스템에 대해 주입 매체 공급을 조절하기 위한 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 라인(4)에서의 주입 매체 압력이 상기 라인에서의 압력 센서(11)에 의해 측정되는
    주입 시스템(1)을 갖는 배기-가스 정화 시스템에 대해 주입 매체 공급을 조절하기 위한 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 주입 매체 압력이 상기 펌프(3)에 의해 발생되는
    주입 시스템(1)을 갖는 배기-가스 정화 시스템에 대해 주입 매체 공급을 조절하기 위한 방법.
  5. 삭제
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    (i) 암모니아가, (ii) 암모니아의 전구체 물질(precursor substance of ammonia)이, 또는 (iii) 암모니아 및 암모니아의 전구체 물질 중의 한가지 및 연료가,
    주입 매체로서 사용되는
    주입 시스템(1)을 갖는 배기-가스 정화 시스템에 대해 주입 매체 공급을 조절하기 위한 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
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