KR100188596B1 - 디젤 자동차 매연 여과 장치의 필터 재생방법 - Google Patents

디젤 자동차 매연 여과 장치의 필터 재생방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디젤 자동차 매연 여과 장치 및 필터 재생 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디젤 엔진의 배기 장치에 설치되어 배기 가스에 포함되어 있는 매연을 여과해 주는 필터에 축적된 매연을 제거함으로써 필터의 기능을 재생시켜 주는 디젤 자동차 매연 여과 장치 및 제어 방법에 관한 것으로, 엔진 블록(15) 내 다수의 배기 밸브로부터 배기 가스를 모아 배출시켜 주는 배기 매니폴드(7)와 테일 파이프(10) 사이에 연결된 바이패스 관(9)과; 상기한 바이패스 관(9)에 병렬로 연결된 필터(11)와; 상기한 바이패스관(9)의 입구를 개폐시켜 주는 바이패스 밸브(5)와; 상기한 필터(11)의 입구를 개폐시켜 주는 트로틀 밸브(6)와; 상기한 트로틀 밸브(6)에 매연이 가득차면 배기 가스의 압력을 상승시킴으로써 배가 가스를 소정의 온도로 높여 매연을 연소시켜 제거해 주도록 제어해 주는 제어 수단(13)으로 구성된다.

Description

디젤 자동차 매연 여과 장치의 필터 재생 방법
본 발명은 디젤 자동차 매연 여과 장치의 필터 재생 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디젤 엔진의 배기 장치에 설치되어 배기 가스에 포함되어 있는 매연을 여과해 주는 필터에 축적된 매연을 제거함으로써 필터의 기능을 재생시켜 주는 디젤 기관 자동차 매연 여과 장치의 필터 재생 방법에 관한 것이다.
일반적으로 ,자동차용 디젤 엔진은 실린더안에 공기만을 흡입, 압축하여 공기의 온도가 높아졌을 때 디젤 연료(경유)를 안개 모양으로 고압 분사하여, 이 분사연료가 공기의 압축 열에 의해 자기 착화하여 연소되어 폭발할 때 발생하는 팽창 에너지를 이용하는 것으로, 엔진 본체와 이에 부속된 윤활, 냉각, 연료, 흡배기 장치 등 기본적인 구조는 가솔린 기관과 거의 같으나, 크게 다른 점은 디젤 엔진에서는 전기 점화 장치가 필요하지 않고 그 대신 연료 분사 장치가 필요하다.
한편, 디젤 엔진의 배기 장치, 즉, 연소되어 기계적 에너지로 변환된 연소 가스를 배출시켜 주는 배기 장치는 크게 배기 매니폴드와, 프리 사이렌서, 메인 사이렌서, 테일 파이프로 구성된다.
그런데, 가솔린 엔진의 경우에는 촉매를 이용한 배기 가스 정화 장치를 사용하여 배기 가스를 정화시켜 배출하고 있지만, 디젤 엔진에서는 이와 같은 장치가 없기 때문에 불완전 연소에 의해 발생하는 매연이 대기 중으로 그대로 방출되었다.
상기한 바와 같이 종래 기술에 의한 디젤 엔진은 불완전 연소 등에 의해서 발생하는 매연이 그대로 대기 중으로 방출되어 대기 환경을 크게 오염시키는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 디젤 엔진의 배기 매니폴드의 후단에 배기 가스 중에 포함되어 있는 매연을 포집하는 필터를 설치함으로써 매연을 제거하여 대기 오염을 방지해주는 디젤 자동차 매연 여과 장치의 필터 재생 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
제1도는 본 발명이 적용된 디젤 자동차 매연 여과 장치의 구성도.
제2도는 본 발명에 따른 디젤 자동차 매연 여과 장치의 필터 재생 방법에 대한 순서도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 진공 펌프 2 : 공압 라인
3,4 : 솔레노이드 밸브 5 : 바이패스 밸브
6 : 트로틀 밸브 7 : 배기 매니폴드
9 : 바이패스 관 10 : 테일 파이프
11 : 필터 13 : ECU
14 : 쿨링 팬 15 : 엔진 블록
본 발명은 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 엔진 블록(15) 내 다수의 배기 밸브로부터 배기 가스를 모아 배출시켜 주는 배기 매니폴드(7)와 테일 파이프(10) 사이에 연결된 바이패스 관(9)과; 상기한 바이패스 관(9)에 병렬로 연결된 필터(11)와; 상기한 바이패스 관(9)의 입구를 개폐시켜 주는 바이패스 밸브(5)와; 상기한 필터(11)의 입구를 개폐시켜 주는 트로틀 밸브(6)와; 상기 필터(11)의 재생시기 검출을 위한 필터 입구 온도를 측정하기 위한 제1온도 센서(A)와, 상기 필터(11)의 과열 방지를 위한 필터 후방 온도를 측정하는 제2온도 센서와, 매연 포집량을 검출하기 위해 필터 전방 압력을 측정하는 압력센서(C)와, 상기 온도 센서 및 압력 센서로부터 온도와 압력을 수신하여 상기 필터(11)에 매연이 가득찬 것을 판단하여 상기 밸브(5,6)를 제어하여 배기 가스의 압력을 상승시킴으로써 배기 가스를 소정의 온도로 높여 필터 내부에 매연을 연소시켜 제거해 주도록 제어해 주는 제어 수단(13)으로 구성된 디젤 자동차 매연 여과 장치를 제어함에 있어서, 바이패스 밸브는 닫고 트로틀 밸브를 열은 다음, 최근 수회의 필터 재생 후의 평균 압력과 임의로 설정한 필터 내의 유효 압력을 비교하는 제1단계와; 상기 제1단계의 비교 결과 평균 압력이 크면 알람을 발생하고 시스템을 리셋시킨 다음 상기한 제1단계로 복귀하고, 상기 비교 결과 평균 압력이 크지 않으면 필터 입구의 압력과 필터가 견딜 수 있는 최고 압력치와 비교하는 제2단계와; 상기 제2단계의 비교 결과, 최고 압력치가 크면 트로틀 밸브는 닫고 바이패스 밸브를 열은 다음, 필터 입구의 온도가 매연이 연소되는 온도보다 크면 현재의 엔진 회전수와 필터가 재생 될 때의 엔진 회전수를 비교하는 제3단계와; 상기 제3단계의 비교 결과, 현재 엔진의 회전수가 높으면 트로틀 밸브는 부분적으로 열고 바이패스 밸브는 닫은 다음, 필터 출구의 온도와 과열을 방지하기 위해 설정한 최고 온도와 비교하는 제4단계와; 상기 제2단계의 비교 결과, 필터 입구의 압력이 크지 않으면 필터 입구의 압력이 필터 재생 후 엔진 회전수에 대한 소정의 압력치보다 크지 않으면 상기한 제1단계로 복귀하고, 그렇지 않고 필터 입구의 온도가 필터의 재생이 시작되는 최저 온도보다 크지 않으면 상기한 제1단계로 복귀하고, 그렇지 않으면 상기 제4단계를 수행하는 제5단계와; 상기 제4단계의 비교 결과, 필터 출구의 온도가 높으면 바이패스 밸브는 열고 트로틀 밸브는 닫은 다음 자동차 속도의 고·저속을 판단하여 저속이면 상기 제4단계의 온도 비교 단계로 복귀하고, 필터 출구의 온도가 낮으면 상기한 제1단계로 복귀하는 제6단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이 구성되어 동작하는 본 발명은, 디젤 엔진을 장착한 자동차의 배기 가스 중에 포함되어 있는 매연을 포집하는 필터를 설치함으로써 매연을 제거하여 대기 오염을 방지해 주고, 필터의 성능을 영구적으로 자동 재생시켜 사용함으로써 경제적인 부담을 덜어 주는 효과를 얻을 수 있다.
[실시예]
이하에, 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 디젤 자동차 매연 여과 장치의 필터 재생 방법에 대한 일 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
첨부한 제1도는 본 발명이 적용된 디젤 자동차 매연 여과 장치의 구성도이고, 제2도는 본 발명에 따른 디젤 자동차 매연 여과 장치의 필터 재생 방법에 대한 순서도이다.
먼저, 본 발명이 적용될 디젤 자동차 매연 여과 장치의 구성은 제1도에 도시한 바와 같이, 디젤 엔진을 냉각시켜 주기 위한 쿨링 팬(14)이 설치된 엔진 블록(15)내 다수의 배기 밸브로부터 배기 가스를 모아 배출시켜 주는 배기 매니폴드(7)와 테일 파이프(10) 사이에 연결된 바이패스 관(9); 상기한 바이패스 관(9)에 병렬로 연결되어 매연을 포집하기 위한 세라믹 필터(11)와; 상기한 바이패스 관(9)의 입구를 개폐시켜 주는 것으로 엔진 블록에 설치된 진공 펌프(1)에 의한 공압 밸브로 이루어져 제1솔레노이드 밸브(3)에 의해 제어되는 바이패스 밸브(EV1)(5)와; 상기한 필터(11)의 입구를 개폐시켜 주는 것으로 상기한 진공 펌프(1)에 의한 공압 밸브로 이루어져 제2솔레노이드 밸브(4)에 의해 제어되는 트로틀 밸브(6)와; 상기 필터(11)에 매연이 가득 차면 배기 가스의 압력을 상승시킴으로써 배기 가스를 소정의 온도 즉, 매연을 연소시킬 수 있을 정도의 온도로 높여 매연을 연소시켜 제거해 주도록 제어해 주는 ECU(13)로 구성된다.
또한 필터(11)의 재생시기를 검출하기 위해 필터 입구 온도를 측정하는 제1온도 센서(A)와, 필터 과열방지를 위해 필터 후방온도를 측정하는 제2온도 센서(C)와, 매연 포집량을 검출하는 압력 센서(B)와의 출력이 ECU(13)의 압력에 접속되어 있다.
상기한 바와 같이 구성된 디젤 자동차 매연 여과 장치의 필터 재생 방법을 제2도에 도시한 순서도를 참조하여 설명한다.
상기한 바와 같은 구성으로 이루이진 본 발명에 따른 디젤 자동차 매연 여과장치가 가동되면 먼저, 바이패스 밸브(5)는 닫고 트로틀 밸브(6)를 열은 다음(S1), 최근 수회의 필터(11) 재생 후의 평균 압력(Parg)과 임의로 설정한 필터(11) 내의 유효 압력(Plow)을 비교하는 제1단계(S2)와; 상기 제1단계(S2)의 비교 결과 평균 압력(Parg)이 크면 알람을 발생하고(S21), 시스템을 리셋시킨 다음 상기한 제1단계(S2)로 복귀하고(S22), 상기 비교 결과 평균 압력(Parg)이 크지 않으면 필터(11) 입구의 압력(P)과 필터(11)가 견딜 수 있는 최고 압력치(Pmax)와 비교하는 제2단계(S3)와; 상기 제2단계(S3)의 비교 결과, 최고 압력치(Pmax)보다 더 크면 트로틀 밸브(6)는 닫고 바이패스 밸브(5)를 열은 다음, 필터(11) 입구의 온도(Tin)가 매연이 연소되는 온도(Tset)보다 크면 현재의 엔진 회전수(rpm)와 필터(11)가 재생될 때의 엔진 회전수(rpmset)를 비교하는 제3단계(S6)와; 상기 제3단계(S6)의 비교 결과, 현재 엔진의 회전수(rpm)가 높으면 트로틀 밸브(6)는 부분적으로 열고 바이패스 밸브(5)는 닫은 다음(S7), 필터(11) 출구의 온도(Tout)와 과열을 방지하기 위해 설정한 최고 온도(Thigh)와 비교하는 제4단계(S8)와; 상기 제2단계(S3)의 비교 결과, 필터(11) 입구의 압력(P)이 엔진 회전수에 대한 소정의 압력치 (Pset)보다 크지 않으면 상기한 제1단계(S1)로 복귀하고(S31), 그렇지 않고 필터(11) 입구의 온도(Tin)가 필터(11)의 재생이 시작되는 최저 온도(Tlow) 보다 크지 않으면 상기한 제1단계(S1)로 복귀하고(S32), 그렇지 않으면 상기 제4단계(S8)를 수행하는 제5단계(S32)와; 상기 제4단계(S8)의 비교 결과, 필터(11) 출구의 온도(Tout)가 높으면 바이패스 밸브(5)는 열고 트로틀 밸브(6)는 닫은 다음(S9) 자동차 속도의 고·저속을 판단하여(S10) 저속이면 상기 제4단계(S8)의 온도 비교 단계로 복귀하고, 필터(11) 출구의 온도(Tout)가 낮으면 상기한 제1단계(S1)로 복귀하는 제6단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기한 작용 설명을 기능적으로 요약하여 다시 설명하면 다음과 같다.
① 매연 포집 기능
엔진에서 배출되는 매연을 필터(11)에서 포집될 수 있도록 바이패스 밸브(5)는 밀폐시키고 트로틀 밸브(6)는 개방시켜서 다공성 물질은 세라믹 소재로 된 필터(11)에 의해 매연이 여과되어 매연 이외의 가스는 테일 파이프(10)로 방출된다.
② 매연이 가득 찬 필터(11)의 재생 기능
엔진이 일정 시간 운전하면 필터(11)에 매연이 포집되므로 이것을 재생시키기 위해 바이패스 밸브(5)는 밀폐 상태에서 트로틀 밸브(6)는 부분적으로 밀폐되어 엔진에서 배출되는 압력이 증가하게 되고, 압력 증가에 의해 배기가스가 상승하게 된다. 또한 배기가스의 압력 증가로 엔진 부하가 증가되어 고부하 상태로 되므로 배기 가스의 온도가 상승하게 된다. 이 때, 상승된 배기 가스는 필터(11) 전방으로 유입되어 필터(11) 온도가 상승하게 되므로(약 600℃) 포집된 매연은 이 열에 의해 산화되어 필터(11)의 기능이 재생된다.
③ 배기 가스 바이패스 기능
매연이 포집된 필터(11)의 기능을 재생할 때의 필터(11) 내의 온도는 상승하게 되고 매연이 산화될 때 발생하는 열에 의한 온도가 필터(11)의 용융점까지 상승될 수 있으므로, 이것을 방지하기 위하여 필터(11) 후방 온도가 일정 온도 이상으로 상승되면 필터(11)에 유입되는 배기 가스의 유입을 차단하고 바이패스 관(9)으로 우회시킨다.
④ 필터의 매연 포집 기능
필터(11)의 기능을 재생시킨 후 필터(11)의 후방 온도가 소정 온도 이하이고 필터(11)의 전방 압력이 재생 개시 압력 이하일 때 바이패스 밸브(5)를 닫고 트로틀 밸브(6)를 열어 매연을 포집한다.
⑤ 필터 재생시기 결정 기능
필터 재생시기는 하기와 같이 필터 압력을 구하여 결정한다.
매연 포집으로 발생되는 필터 압력=일반 주행에서 발생되는 엔진 회전수에 대한 필터 전방 압력-(무부하시 엔진 회전수에 대한 필터 전방압력+부하량 증가로 발생되는 온도 상승압력)
상기 매연 포집으로 발생되는 필터 압력이 재생목표 압력일 때 필터 재생제어를 실행한다.
⑥ 애쉬(ash) 제거시기 판별기능
애쉬 제거시기는 하기 방법으로 결정한다.
애쉬 축적으로 발생되는 필터압력=매연 재생 후 엔진 회전수에 대한 필터압력-(무부하시 엔진 회전수에 대한 필터 전방 압력+부하량 증가로 발생되는 온도 상승압력)
매연 재생 후 애쉬 축적으로 발생되는 필터 압력을 수회 측정하고 최종측정치의 3회 이상을 평균치로 계산하여 애쉬 축적량을 판정한다.
⑦ 고속 주행 제어 기능
필터 입구 온도(Tin)가 자연 재생온도(Test) 범위이고 차속(Car Speed)이 고속 주행(High)인 구간에서 필터(11)의 1차 재생 종료 후 계속 고속 주행이 진행 중일 때 바이패스 밸브(EV1)와 트로틀 밸브(EV2)가 모두 개방상태로 전환되어 고속 주행을 우선 제어한다.
⑧ 영구 바이패스 해제 기능
차량 운전 상태가 저속 운전 상태로 계속 진행 중이거나 재생 범위 이하에서 장시간 운전될 때는 재생되지 않고 축적만 계속하게 되어 필터 입구 압력이 상승하게 되어 차량 출력 감소요인으로 작용한다.
따라서 엔진 운전상태가 고속 운전 영역에서 필터 입구 온도(Tin)가 자연 재생 허용 온도 범위에 있을 때 영구 바이패스 기능은 자동 해제되고 강제 재생시킨다.
상기한 바와 같이 구성되어 동작하는 본 발명은 디젤 엔진을 장착한 자동차의 배기 가스 중에 포함되어 있는 매연을 포집하는 필터를 설치함으로써 매연을 제거하여 대기 오염을 방지해 주고, 필터의 기능을 영구적으로 자동 재생시켜 사용함으로써 경제적인 부담을 덜어 주는 효과를 제공한다.

Claims (1)

  1. 엔진 블록(15) 내 다수의 배기 밸브로부터 배기 가스를 모아 배출시켜 주는 배기 매니폴드(7)와 테일 파이프(10) 사이에 연결된 바이패스 관(9)과; 상기한 바이패스 관(9)에 병렬로 연결되어 매연을 포집하기 위한 세라믹된 필터(11)와; 상기한 바이패스 관(9)의 입구를 개폐시켜 주는 바이패스 밸브(5)와; 상기한 필터(11)의 입구를 개폐시켜 주는 트로틀 밸브(6)와; 상기 필터(11)의 재생시기 검출을 위한 필터 입구 온도를 측정하기 위한 제1온도 센서(A)와, 상기 필터(11)의 과열 방지를 위한 필터 후방 온도를 측정하는 제2온도 센서와, 매연 포집량을 검출하기 위해 필터 전방 압력을 측정하는 압력센서(C) 및 상기 온도 센서 및 압력 센서로부터 온도와 압력을 수신하여 상기 필터(11)에 매연이 가득찬 것을 판단하여 상기 밸브(5,6)를 제어하여 배기 가스의 압력을 상승시킴으로써 배기 가스를 소정의 온도로 높여 필터 내부에 매연을 연소시켜 제거해 주도록 제어해 주는 제어 수단(13)으로 구성된 디젤 자동차 매연 여과 장치를 제어함에 있어서, 매연 여과장치가 가동되면 바이패스 밸브는 닫고 트로틀 밸브를 열은 다음 최근 수회의 필터 재생 후의 평균 압력과 임의로 설정한 필터 내의 유효 압력을 비교하는 제1단계(S2)와; 상기 제1단계(S2)의 비교 결과 평균 압력(Parg)이 크면 알람을 발생하고(S21), 시스템을 리셋시킨 다음 상기한 제1단계(S2)로 복귀하고(S22), 상기 비교 결과 평균 압력(Parg)이 크지 않으면 필터(11) 입구의 압력(P)과 필터(11)가 견딜 수 있는 최고 압력치(Pmax)와 비교하는 제2단계(S3)와; 상기 제2단계(S3)의 비교 결과, 최고 압력치(Pmax)보다 더 크면 트로틀 밸브(6)는 닫고 바이패스 밸브(5)를 열은 다음, 필터(11) 입구의 온도(Tin)가 매연이 연소되는 온도(Tset)보다 크면 현재의 엔진 회전수(rpm)와 필터(11)가 재생될 때의 엔진 회전수(rpmset)를 비교하는 제3단계(S6)와; 상기 제3단계(S6)의 비교 결과, 현재 엔진의 회전수(rpm)가 높으면 트로틀 밸브(6)는 부분적으로 열고 바이패스 밸브(5)는 닫은 다음(S7), 매연을 재생시키는 도중에 필터(11) 출구의 온도(Tout)와 과열을 방지하기 위해 설정한 최고 온도(Thigh)와 비교하는 제4단계(S8)와; 상기 제2단계(S3)의 비교 결과, 엔진 회전수에 대한 소정의 압력치 (Pset)보다 필터의 입구 압력이 더 크지 않으면 상기한 제1단계(S1)로 복귀하고(S31), 그렇지 않고 필터(11) 입구의 온도(Tin)가 필터(11)의 재생이 시작되는 최저 온도(Tlow) 보다 크지 않으면 상기한 제1단계(S1)로 복귀하고(S32), 그렇지 않으면 상기 제4단계(S8)를 수행하는 제5단계(S32)와; 상기 제4단계(S8)의 비교 결과, 필터(11) 출구의 온도(Tout)가 높으면 바이패스 밸브(5)는 열고 트로틀 밸브(6)는 닫은 다음(S9) 자동차 속도의 고·저속을 판단하여(S10) 저속이면 상기 제4단계(S8)의 온도 비교 단계로 복귀하고, 필터(11) 출구의 온도(Tout)가 낮으면 상기한 제1단계(S1)로 복귀하는 제6단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 디젤 자동차 매연 여과 장치의 필터 재생 방법.
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