KR100506671B1 - Detected method of regeneration point articulate's amount of Diesel Particulate Filter system for diesel engine - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디젤 엔진의 입자상물질(PM) 제거용 필터 시스템의 재생시점 결정방법에 관한 것으로서, 입자상물질이 필터에 포집되어 더 이상 기능을 제대로 발휘하지 못할 시에 필터의 기능을 차량의 운전 중에 회복시켜주는 재생 처리방법을, 각(各) 열전대의 온도 변화율에 대한 상관 관계를 적용한 제어 로직에 의해 수행되도록 함으로써, 필터의 재생시점을 정확히 알아낼 수 있게 되어 필터 시스템의 내구성을 향상시킬 수 있는 디젤 엔진의 입자상물질 제거용 필터 시스템의 재생시점 결정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for determining the regeneration time of a particulate filter (PM) removal filter system of a diesel engine, and recovers the function of the filter during operation of the vehicle when the particulate matter is collected in the filter and no longer functions properly. The diesel engine can improve the durability of the filter system by precisely determining the regeneration time of the filter by performing a regeneration treatment method by a control logic applying a correlation to the temperature change rate of each thermocouple. A method for determining the regeneration time of a filter system for removing particulate matter.

Description

디젤 엔진의 입자상물질（ＰＭ）제거용 필터 시스템의 재생시점 결정방법{Detected method of regeneration point articulate's amount of Diesel Particulate Filter system for diesel engine} Detected method of regeneration point articulate's amount of Diesel Particulate Filter system for diesel engine}

본 발명은 디젤 엔진의 입자상물질(PM) 제거용 필터 시스템의 재생시점 결정방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 입자상물질이 필터에 포집되어 더 이상 기능을 제대로 발휘하지 못할 시에 필터의 기능을 차량의 운전 중에 회복시켜주는 재생 처리방법을, 각(各) 열전대의 온도 변화율에 대한 상관 관계를 적용한 제어 로직에 의해 수행되도록 함으로써, 필터의 재생시점을 정확히 알아낼 수 있게 되어 필터 시스템의 내구성을 향상시킬 수 있는 디젤 엔진의 입자상물질 제거용 필터 시스템의 재생시점 결정방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for determining the regeneration time of a particulate matter (PM) filter system for a diesel engine. More particularly, the present invention relates to a method in which a particulate matter is collected in a filter and no longer functions properly. The regeneration process to recover during operation is performed by the control logic applying the correlation to the temperature change rate of each thermocouple, so that the regeneration time of the filter can be accurately determined, thereby improving the durability of the filter system. The present invention relates to a method for determining the regeneration time of a filter system for removing particulate matter of a diesel engine.

일반적으로, 디젤엔진은 저연비이면서 우수한 신뢰성을 바탕으로 자동차, 선박, 일반산업용 등 산업 전반에서 사용 용도가 다양하고, 고출력 및 고부하 운전이 가능하여 수요가 계속 증가하고 있다. In general, diesel engines are low in fuel consumption and have excellent reliability, and thus are widely used in industries such as automobiles, ships, general industries, etc., and high power and high load operation enable demand to increase.

또한, 저연비 차량을 목표로 추진되고 있는 3L 자동차 프로그램(3L Car Program) 또는 슈퍼카 프로젝트(Super Car Project)에서 디젤엔진 채용이 기정 사실화되고 있는 등 디젤엔진 차량의 증가가 예상되고 있다. In addition, diesel engines are expected to increase in 3L Car Program or Super Car Project, which is being promoted for low fuel consumption.

그러나, 선진 각국에서는 이러한 디젤자동차가 총 대기오염의 40%를 차지 할 정도로 대기오염의 주범으로 인식되고 있기도 하다. However, in advanced countries, such diesel vehicles account for 40% of the total air pollution.

이에 대응하기 위하여 각국에서는 디젤엔진의 배기가스 규제를 강화시키고 있다.To cope with this, countries are tightening emission regulations for diesel engines.

이러한 디젤자동차의 대기오염은 주로 질소산화물(NOx)과 입자상물질(PM)에 의해 발생한다. Air pollution of these diesel vehicles is mainly caused by nitrogen oxides (NOx) and particulate matter (PM).

따라서, 디젤자동차 배기 규제의 주요한 대상물질은 질소산화물(NOx)과 입자상물질(PM)인 바, 이의 대응기술로는 연료 분사시기 지연과, 배기가스 재순환 장치(Exhaust Gas Recirculation)에 의한 질소산화물 농도저감과, 입자상물질을 저감하기 위한 엔진의 연소성능 개선 및 개량에 중점을 두고 개발되었다. Therefore, the main targets of diesel vehicle emission regulation are nitrogen oxides (NOx) and particulate matter (PM). As a countermeasure, the fuel injection timing is delayed, and the nitrogen oxide concentration by exhaust gas recirculation. It was developed with a focus on reducing and improving and improving combustion performance of engines for reducing particulate matter.

즉, 디젤 자동차 배기 규제의 구체적인 대응책으로 엔진의 개량과 후처리 기술로 구분되고 있다. In other words, it is divided into engine improvement and aftertreatment technology as a concrete countermeasure for the regulation of diesel vehicle emissions.

우선, 디젤자동차의 엔진 개량기술로는 연료실 개량, 흡기계 개량(터보차져+인터 쿨러), 연료 분사계 개량(전자 조절 고압 연료분사 장치), 배기가스 재순환장치 등이 적용되고 있거나 개발 중에 있다. First of all, the engine improvement technology of diesel vehicles has been applied or under development such as improved fuel chamber, improved intake system (turbocharger + inter cooler), improved fuel injection system (electronically controlled high-pressure fuel injection device), and exhaust gas recirculation device. .

또한, 후처리 기술로는;Also, post-treatment techniques;

(1) 입자상물질(PM) 중 고비점 탄화수소를 정화하기 위한 산화촉매,(1) an oxidation catalyst for purifying high boiling hydrocarbons in particulate matter (PM),

(2) 과잉 산소 분위기 하에서 질소산화물(NOx)을 분해 또는 환원하는 DeNOx 촉매,(2) a DeNOx catalyst for decomposing or reducing nitrogen oxides (NOx) in an excess oxygen atmosphere,

(3) 입자상물질(PM)을 필터로 걸러주는 입자상물질 제거용 필터(Diesel Particulate Filter : DPF) 시스템 등이 있다 (3) Diesel Particulate Filter (DPF) system that filters particulate matter (PM) through a filter

이러한 후처리 기술 중 입자상물질(PM) 제거용 필터시스템은 매연을 확실히 포집하여 배출량을 줄일수 있다는 장점은 있지만 포집된 입자상물질(PM)을 연소시켜 제거시키는 재생장치와 이를 운용할 수 있는 재생 제어로직이 적절치 않아 필터의 재생중에 과잉 열의 발생과 필터 내부의 부조화된 열의 발생으로 필터가 파손되어 입자상물질(PM) 제거용 필터시스템의 내구성을 극복하지 못하는 문제점이 있다. Among these post-treatment technologies, the particulate matter (PM) removal filter system has the advantage of reducing the emissions by reliably capturing soot, but a regeneration device that burns and removes the collected particulate matter (PM) and a regeneration control that can operate the same. Since the logic is not appropriate, the filter is damaged due to the generation of excess heat during the regeneration of the filter and the generation of discordant heat inside the filter, and thus the durability of the filter system for removing particulate matter (PM) is not overcome.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 입자상물질이 필터에 포집되어 더 이상 기능을 제대로 발휘하지 못할 시에 필터의 기능을 차량의 운전 중에 회복시켜주는 재생 처리방법을, 각(各) 열전대의 온도 변화율에 대한 상관 관계를 적용한 제어 로직에 의해 수행되도록 함으로써, 필터의 재생 중, 과잉 열이나 필터 내부의 부조화된 열이 발생되지 않도록 하여 필터의 내구성을 향상시킬 수 있는 디젤 엔진의 입자상물질(PM) 제거용 필터 시스템의 재생시점 결정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made in order to solve the above problems, a regeneration treatment method for restoring the function of the filter while driving the vehicle when particulate matter is collected in the filter and can no longer function properly, Diesel can improve the durability of the filter by preventing excess heat or discordant heat inside the filter during regeneration of the filter by applying a correlation to the temperature change rate of each thermocouple. It is an object of the present invention to provide a method for determining a regeneration time of a filter system for removing particulate matter (PM) of an engine.

이하, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 대해 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the features of the present invention for achieving the above object are as follows.

본 발명에 따른 디젤 엔진의 입자상물질(PM) 제거용 필터 시스템의 재생시점 결정방법은 배기가스 입구, 촉매, 필터, 배기가스 출구를 포함하여 구성된 필터 시스템에 있어서,Regeneration time determination method of the particulate matter (PM) filter system of the diesel engine according to the present invention is a filter system comprising an exhaust gas inlet, catalyst, filter, exhaust gas outlet,

디젤엔진의 입자상물질(PM) 제거용 필터의 전단 또는 전,후단에 일정한 간격을 두고 두개 이상의 열전대를 설치하고, Install two or more thermocouples at regular intervals before or after the diesel particulate filter (PM) removal filter.

실험횟수의 초기값을 0으로 하여 카운터를 실시하는 단계와; Performing a counter with an initial value of the number of experiments as 0;

상기 필터 전방에 소정간격을 두고 장착된 제1열전대의 초기 온도값 및 제2열전대의 초기 온도값과 초기 시간을 입력한 후, 카운터를 1회 증가시키는 단계와; Incrementing the counter once after inputting an initial temperature value of the first thermocouple, an initial temperature value of the second thermocouple, and an initial time mounted at a predetermined interval in front of the filter;

상기 카운터의 횟수가 2회인지의 여부를 판단하여 2회이면 상기 입력값을 바탕으로 각 열전대의 온도 변화율(k1, k2)을 연산하고, 카운터의 횟수가 2회가 아니면 시작단계로 돌아가는 단계와; Determining whether the number of times of the counter is two or not, and calculating the temperature change rate (k1, k2) of each thermocouple based on the input value, and returning to the start step if the number of times of the counter is not two; ;

연산된 온도 변화율(k1, k2)이 비례 관계인지를 판단하여 비례 관계이면 필터의 재생 처리를 시작하고, 비례관계가 아니면 시작단계로 돌아가는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다. It is determined whether the calculated rate of change of temperature (k1, k2) is a proportional relationship, and if it is a proportional relationship, the filter regeneration process is started.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 디젤 엔진의 입자상물질(PM) 제거용 필터 시스템의 구성 및 작용에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail with respect to the configuration and operation of the particulate matter (PM) filter system of the diesel engine of the present invention.

도 1은 본 발명에 따른 디젤 엔진의 입자상물질(PM) 제거용 필터 시스템을 나타내는 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 디젤 엔진의 입자상물질(PM) 제거용 필터 시스템의 재생시점을 결정하는 방법의 제어로직을 나타내는 순서도이며, 도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 디젤 엔진의 입자상물질(PM) 제거용 필터 시스템의 온도변화를 나타내는 그래프이다. 1 is a schematic diagram showing a particulate matter (PM) filter system of the diesel engine according to the present invention, Figure 2 is a method for determining the regeneration time of the particulate matter (PM) filter system of the diesel engine according to the present invention. Figure 3a and Figure 3b is a flow chart showing the control logic of the graph showing the temperature change of the particulate matter (PM) filter system of the diesel engine according to the present invention.

본 발명은 배기가스의 온도 변화를 이용하는 방법으로서, 필터에 포집된 입자상물질의 양에 따라 일정한 거리마다 배기가스의 온도 변화율의 차이가 발생하는 것을 알 수 있다. The present invention is a method of using the temperature change of the exhaust gas, it can be seen that the difference in the temperature change rate of the exhaust gas occurs at a certain distance according to the amount of particulate matter collected in the filter.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 필터 시스템은 필터의 전방으로, 20cm의 일정한 거리 사이에 2개의 제1열전대(10) 및 제2열전대(11)를 장착하고, 이때의 두 열전대 사이의 온도 변화율을 비교하면 두 열전대의 온도의 증가율 또는 감소율이 각각 차이가 발생함을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 1, the filter system according to the present invention is equipped with two first thermocouples 10 and a second thermocouple 11 between a predetermined distance of 20 cm in front of the filter, and between the two thermocouples. Comparing the rate of change of the temperature, the increase or decrease of the temperature of the two thermocouples can be seen that the difference occurs.

따라서, 본 발명은 이 온도의 증가율 또는 감소율을 이용하여 포집된 입자상물질을 빠른 시간내에 태워서 필터가 다시 입자상물질을 포집할 수 있도록 하는 재생시점을 판단하는 방법이다. Therefore, the present invention is a method for determining the regeneration time by using the increase or decrease rate of this temperature to burn the collected particulate matter in a short time so that the filter can collect the particulate matter again.

즉, 입자상물질이 많이 포집되어 있으면 필터에서의 배기가스의 흐름이 원활하지 않아 열전달이 늦어지기 때문에 배기가스의 온도변화에 따라 제1열전대(10)의 온도 변화율이 그대로 후방의 제2열전대(11)로 전달된다. That is, when a large amount of particulate matter is collected, the flow of exhaust gas from the filter is not smooth and heat transfer is delayed, so that the rate of change of the temperature of the first thermocouple 10 is maintained as it is, according to the temperature change of the exhaust gas. Is delivered.

물론, 중간에 장착되어 있는 촉매에 의해 두 온도의 절대적인 차이는 있지만 온도 변화율은 비슷하다. Of course, there is an absolute difference between the two temperatures depending on the catalyst in the middle, but the rate of change of temperature is similar.

그러나, 입자상물질이 필터에 포집되어 있지 않으면 필터에서의 배기가스의 흐름이 원활하여 열전달이 쉽게 일어나므로 배기가스의 온도 변화에 따라 제2열전대(11)의 온도 변화율이 제1열전대(10)의 온도 변화율보다 작아지게 된다. However, if particulate matter is not collected in the filter, the flow of exhaust gas from the filter is smooth and heat transfer occurs easily. Therefore, the temperature change rate of the second thermocouple 11 is changed according to the temperature change of the exhaust gas. It becomes smaller than the rate of change of temperature.

따라서, 입자상물질의 재생시점을 알기 위해서는 제1열전대(10)와 제2열전대(11)의 온도 변화율이 비례 관계로 판단되는 시점을 결정하면 된다. Therefore, in order to know the regeneration time of the particulate matter, it is necessary to determine the time when the rate of change of the temperature of the first thermocouple 10 and the second thermocouple 11 is determined to be proportional.

도 2는 입자상물질의 재생시점을 결정하기 위한 제어로직을 나타내는 순서도로서, 여기서 재생시점을 결정해 주는 인자의 범위는 실험적으로 정해져야 하며, 그 인자값은 예시된 값이다. 2 is a flowchart showing a control logic for determining the regeneration time of the particulate matter, wherein a range of factors for determining the regeneration time should be determined experimentally, and the factor value is an exemplary value.

이하, 본 발명을 첨부된 순서도를 참조하여 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying flowchart.

여기서, C는 카운터로서, 실험 횟수를 나타낸다. Here, C is a counter and represents the number of experiments.

실험횟수의 초기값을 0으로 하여 카운터를 실시하고, 초기 제1열전대(10) 온도값 및 초기 제2열전대(11) 온도값과 초기 시간을 입력한 후, 카운터를 1회 증가시키고, 그 카운터의 횟수가 2회인지의 여부를 판단한다. The counter is counted with the initial value of the number of experiments as 0. After inputting the initial temperature of the first thermocouple 10 and the initial temperature of the second thermocouple 11 and the initial time, the counter is incremented once, and the counter It is determined whether the number of times is two times.

상기 카운터의 횟수가 2회가 아니면 상기의 모든 과정을 다시 시작하고, 상기 카운터의 횟수가 2회이면 그때의 시간의 변화량 △t에 대한 제1열전대(10)의 온도의 변화량 △T1의 변화율인 제1열전대(10)의 온도 변화율(k1)을 연산하고, 시간의 변화량 △t에 대한 제2열전대(11)의 온도의 변화량 △T2의 변화율인 제2열전대(11)의 온도 변화율(k2)을 연산한다. If the number of times of the counter is not two times, all the above processes are restarted, and if the number of times of the counters is two times, the rate of change of the temperature Δt1 of the temperature change of the first thermocouple 10 with respect to the time Δt of time at that time is The temperature change rate k1 of the first thermocouple 10 is calculated, and the temperature change rate k2 of the second thermocouple 11, which is the change rate of the change amount ΔT2 of the temperature of the second thermocouple 11, with respect to the change amount Δt of time. Calculate

이후, 상기 제1열전대(10)의 온도 변화율(k1)과, 제2열전대(11)의 온도 변화율(k2)을 비교하여 그 비교값이 비례 관계가 아니면 필터의 재생시점이 아니므로 상기의 모든 과정을 다시 시작하고, 그 비교값이 비례 관계이면 필터의 재생시점이므로 입자상물질(PM)을 제거하기 위한 재생과정을 시작하게 된다. Thereafter, the temperature change rate k1 of the first thermocouple 10 and the temperature change rate k2 of the second thermocouple 11 are compared, and if the comparison value is not proportional, it is not the time of regeneration of the filter. The process starts again, and if the comparison value is a proportional relationship, the regeneration process for removing particulate matter (PM) is started since the filter regeneration time.

한편, 도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 디젤 엔진의 입자상물질(PM) 제거용 필터 시스템의 시간에 대한 온도의 변화를 나타내는 것으로서, 도 3a는 제1열전대(10) 및 제2열전대(11)의 재생 전과 재생 중일 때의 온도 변화를 나타내고, 도 3b는 재생 완료된 후의 제1열전대(10) 및 제2열전대(11)의 온도 변화를 나타내는 것으로서, 재생 중일 때, 각 열전대(10, 11)의 온도가 상승한다는 것을 알 수 있다. 3A and 3B illustrate changes in temperature with respect to time of a particulate matter (PM) filter system of a diesel engine according to the present invention, and FIG. 3A illustrates a first thermocouple 10 and a second thermocouple 11. ) Shows the change in temperature before and during regeneration, and FIG. 3B shows the change in temperature of the first and second thermocouples 10 and 11 after regeneration is completed. It can be seen that the temperature of is increased.

따라서, 상기 제1열전대(10)의 온도 변화율(k1)과, 제2열전대(11)의 온도 변화율(k2)의 상관 관계에서 두 온도 변화율이 비례 관계일 시, 필터에서의 배기가스의 흐름이 원활하지 않다는 것을 보여주는 것으로서, 배기가스의 온도 변화에 따라 제1열전대(10)의 온도 변화율이 그대로 제2열전대(11)로 전달되므로 필터에 포집되어 있는 입자상물질을 제거시켜야 한다는 것이다. Therefore, when two temperature change rates are proportional to each other in the correlation between the temperature change rate k1 of the first thermocouple 10 and the temperature change rate k2 of the second thermocouple 11, the flow of exhaust gas from the filter is As it shows that it is not smooth, as the temperature change rate of the first thermocouple 10 is transferred to the second thermocouple 11 as it is, the particulate matter trapped in the filter should be removed.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 필터의 용량에 맞는 충분한 양의 입자상물질이 포집되어 더 이상 기능을 제대로 발휘하지 못하는 필터의 기능을 차량 운전 중에 회복시켜주는 재생 처리방법의 구현시점을 제어로직에 의해 정확히 결정되도록 함으로써, 필터의 재생 중, 과잉 열의 발생이나 필터 내부의 부조화된 열이 발생되지 않도록 하여 필터의 내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. As described above, according to the present invention, the point of implementation of the regeneration treatment method for recovering the function of the filter, which is no longer functioning properly and collects the particulate matter suitable for the capacity of the filter during the operation of the vehicle, is applied to the control logic. In this case, it is possible to improve the durability of the filter by preventing excessive generation of heat and discordant heat inside the filter during regeneration of the filter.

도 1은 본 발명에 따른 본 발명에 따른 디젤 엔진의 입자상물질(PM) 제거용 필터 시스템을 나타내는 개략도,1 is a schematic view showing a filter system for removing particulate matter (PM) of a diesel engine according to the present invention,

도 2는 본 발명에 따른 디젤 엔진의 입자상물질(PM) 제거용 필터 시스템의 재생시점을 결정하는 방법의 제어로직을 나타내는 순서도,2 is a flowchart showing a control logic of a method for determining a regeneration time of a particulate matter (PM) filter system of a diesel engine according to the present invention;

도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 디젤 엔진의 입자상물질(PM) 제거용 필터 시스템의 온도변화를 나타내는 그래프이다. 3a and 3b are graphs showing the temperature change of the particulate matter (PM) filter system of the diesel engine according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

10 : 제1열전대 11 : 제2열전대10: first thermocouple 11: second thermocouple

Claims (1)

배기가스의 온도변화를 이용하여 입자상물질(PM) 제거용 필터 시스템의 재생시점을 결정하는 방법에 있어서, In the method for determining the regeneration time of the filter system for removing particulate matter (PM) by using the temperature change of the exhaust gas, 디젤엔진의 입자상물질(PM) 제거용 필터의 전단에 일정한 간격을 두고 제1열전대와 제2열전대를 설치하고, 실험횟수의 초기값을 0으로 하여 카운터를 실시하는 단계와; Installing a first thermocouple and a second thermocouple at regular intervals at the front end of the particulate matter (PM) removal filter of the diesel engine, and performing a counter with an initial value of the number of experiments as 0; 상기 필터 전방에 소정간격을 두고 장착된 제1열전대의 초기 온도값 및 제2열전대의 초기 온도값과 초기 시간을 입력한 후, 카운터를 1회 증가시키는 단계와; Incrementing the counter once after inputting an initial temperature value of the first thermocouple, an initial temperature value of the second thermocouple, and an initial time mounted at a predetermined interval in front of the filter; 상기 카운터의 횟수가 2회인지의 여부를 판단하여 2회이면 상기 입력값을 바탕으로 각 열전대의 온도 변화율(k1, k2)을 연산하고, 카운터의 횟수가 2회가 아니면 시작단계로 돌아가는 단계와; Determining whether the number of times of the counter is two or not, and calculating the temperature change rate (k1, k2) of each thermocouple based on the input value, and returning to the start step if the number of times of the counter is not two; ; 연산된 온도 변화율(k1, k2)이 비례 관계인지를 판단하여 비례 관계이면 필터의 재생 처리를 시작하고, 비례관계가 아니면 시작단계로 돌아가는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 입자상물질(PM) 제거용 필터 시스템의 재생시점 결정방법.It is determined whether the calculated rate of change of temperature (k1, k2) is a proportional relationship, and if it is a proportional relationship, the particulate matter of the diesel engine (PM) is characterized in that the filter regeneration process is started, and if the proportional relationship is not proportional relationship, the process returns to the start stage. Determination of Regeneration Time of Removal Filter System
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