KR100514862B1 - 디젤 엔진의 입자상 물질 제거용 필터의 재생 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디젤 엔진의 입자상 물질 제거용 필터의 재생 방법에 관한 것으로, 디젤 엔진용 입자상 물질의 제거 시스템에서 필터에 포집된 입자상 물질에 대한 제거 시점을 적산되는 주행 거리 또는 배기계에 구비된 필터의 전/후단에서 발생하는 압력차이를 통해 단순하게 판단하여 연료의 후분사에 따른 입자상 물질의 제거 작업을 수행하도록 함으로써, 입자상 물질의 제거 효율을 향상시킴과 더불어 시스템에 적용되는 제어 유니트를 단순하게 구성할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 엔진이 시동되면 시스템을 초기화하고, 차량의 각종 정보를 지속적으로 모니터링하는 단계와; 배기계통에 설치된 필터에 연료의 후분사 시기를 적산되는 주행 거리로부터 판단하는 단계 및; 상기 단계에서 연료의 후분사 시기가 도래하면, 상기 필터에 연료의 후분사를 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

디젤 엔진의 입자상 물질 제거용 필터의 재생 방법{method for regenerating a filter adpted for eliminating particulate material of diesel engine}

본 발명은 디젤 엔진의 입자상 물질 제거용 필터의 재생 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디젤 엔진의 연소후 배출되는 입자상 물질을 포집하는 필터의 재생 시기를 주행 거리의 변화와 배기계의 압력차를 통해 판단하고서 이에 연료의 후분사 제어를 통한 배기 가스의 온도 상승을 매개로 필터에 포집된 입자상 물질을 연소/제거함으로써, 필터의 효과적인 재생을 도모할 수 있도록 하는 디젤 엔진의 입자상 물질 제거용 필터의 재생 방법에 관한 것이다.

일반적으로 디젤 엔진은 가솔린 엔진에 비해 뛰어난 연비와 출력 등의 장점을 갖고 있음에도 불구하고, 연소후 유해 물질의 일종인 질소 산화물(NOx)의 배출이 심하다는 특성을 가지고 있다. 이에 따라, 디젤 엔진에서는 연소후 배기 계통을 통해 배출되는 배기 가스중 포함된 미연소 배기 가스를 다시 흡기 계통으로 공급하여 연소실내에서 재연소될 수 있도록 하는 배기 가스 재순환 장치(EGR;exhaust gas recirculation)가 채택되고 있는 실정이다.

그런데, 상기 배기 가스 재순환 장치는 연소후 배출되는 배기 가스중 유해 물질의 일종인 질소 산화물의 함유를 줄이는 데에는 효과적이나, 배기 가스의 재연소를 위한 순환중 입자상 물질(PM;Particulate Material)과 같은 다른 오염 물질을 다량으로 배출하게 되는 맹점이 있다.

이와 같은 현상은 미연소 배기 가스를 재연소시키는 과정에서 필연적으로 수반되는 것이다. 이에 따라 현재에는 입자상 물질과 같은 유해한 오염 물질의 저감을 위한 많은 노력들이 경주되고 있는 실정이다.

또한, 최근 들어 상기 입자상 물질이 대기를 오염시키는 데 가장 중요한 원인으로 작용하고, 이와 더불어 인체에도 많은 악영향을 미치는 것으로 보고되고 있어, 최근에는 입자상 물질을 줄이는 데 각광을 받는 기술이 개발되고 있는 바, 그 중에 하나가 디젤 엔진용 입자상 물질의 제거 시스템(DPF; Diesel Particulate Material Filtering System)이다.

즉, 상기 디젤 엔진용 입자상 물질의 제거 시스템은 연소후 배출되는 입자상 물질을 배기계에 구비된 필터를 통해 일정량 포집하였다가, 포집된 입자상 물질을 연소후 배출되는 배기 가스의 온도를 이용하여 연소시켜 제거하는 기술로서, 이 시스템에서 배기계에 구비되는 필터는 연소후 배출되는 배기 가스중 포함된 오염 물질인 입자상 물질을 효과적으로 포집할 수 있는 것으로 검증받은 바 있다.

그런데, 종래 디젤 엔진용 입자상 물질의 제거 시스템에서 배기계에 구비된 필터내에 포집된 입자상 물질은 연소후 배출되는 배기 가스의 온도에 의해 연소되도록 되어 있으나, 디젤 엔진은 이의 특성상 연소후 배출되는 배기 가스의 온도가 입자상 물질을 연소시키는 데 필요한 550 내지 600℃ 보다 훨씬 낮은 대략 200 내지 300℃이므로, 필터에 포집된 입자상 물질을 연소시키는 데에 곤란한 단점이 있다.

이에 따라, 디젤 엔진에서 연소후 배출되는 배기 가스의 온도를 상승시키기 위해 많은 연구들이 수행되었는 데, 이의 일환으로 연구되고 있는 것이 커먼 레일 엔진에서 연료의 메인 분사(main injection)후 이루어지는 연료의 후분사(post injection)와, 배기계에서 산화 촉매를 이용한 배기 가스 온도의 상승 또는, 연료 첨가제의 주입 등을 들 수 있는 데, 이와 같은 방안들은 현재 개발중이거나, 실제 차량에 적용되는 경우는 거의 없는 실정이다.

또한, 상기와 같이 디젤 엔진에서 배기 가스의 온도를 상승시키고자 연구되고 있는 방안중에서, 연료의 후분사의 경우에는 이를 제어하기 위한 각종 시스템이 복잡해지며, 잦은 연료의 후분사로 인해 연비 및 출력의 저하를 초래하는 단점이 있다.

그리고, 상기 언급한 각종 방법들을 조합하여 시스템을 구성할 경우, 엔진 등 각종 차량의 정보를 받아 이를 연산하여 출력하는 제어 유니트의 제어 로직이 복잡해지며, 더욱 정밀한 수준의 제어 유니트의 개발이 필요로 하는 단점이 있다.

또한, 상기 시스템의 적용에 있어, 필터의 재생 시점을 결정하는 경우에는 필터에 포집된 입자상 물질의 양에 대한 제한값을 결정해야 하는 데, 이때 제한값은 필터의 종류와 재질이 변경될 경우에는 새롭게 설정해야 하므로, 제어 유니트의 로직을 변경해야 하는 번거러움이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 디젤 엔진용 입자상 물질의 제거 시스템에서 필터에 포집된 입자상 물질에 대한 제거 시점을 적산되는 주행 거리 또는 배기계에 구비된 필터의 전/후단에서 발생하는 압력차이를 통해 단순하게 판단하여 연료의 후분사에 따른 입자상 물질의 제거 작업을 수행하도록 함으로써, 입자상 물질의 제거 효율을 향상시킴과 더불어 시스템에 적용되는 제어 유니트를 단순하게 구성할 수 있도록 하는 디젤 엔진의 입자상 물질 제거용 필터의 재생 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 엔진이 시동되면 시스템을 초기화하고, 차량의 각종 정보를 지속적으로 모니터링하는 단계와; 배기계통에 설치된 필터에 연료의 후분사 시기를 적산되는 주행 거리로부터 판단하는 단계 및; 상기 단계에서 연료의 후분사 시기가 도래하면, 상기 필터에 연료의 후분사를 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 연료의 후분사 시기를 판단하는 단계는 적산되는 차량의 주행거리의 증가량과 설정치를 비교하여 판단하거나, 배기계통에 설치된 필터의 전/후단 사이의 압력차와 설정치를 비교하여 판단하도록 된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 연료의 후분사 시기를 판단하는 단계는 연료의 후분사가 가능한 지의 여부를 판단한 다음 시행되도록 하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이, 디젤 엔진의 회전수를 검출하는 엔진 회전수 검출부(10)와, 주행중 스로틀 개도의 변화를 검출하는 스로틀 개도량 검출부(12), 주행중인 차량에서 차속의 변화를 검출하는 차속 검출부(14), 주행중인 차량의 주행 거리의 변화를 검출하는 주행 거리 검출부(16) 및, 배기 계통에 설치된 필터의 전/후단 압력 차이를 검출하는 배기계 압력차 검출부(18)를 각각 입력 수단으로 구성한다.

여기서, 상기 엔진 회전수 검출부(10)는 크랭크 샤프트에 설치된 톤휠로부터 엔진 회전수를 검출하는 크랭크 각센서(CAS;crank angle sensor)로 구현하고, 상기 스로틀 개도량 검출부(12)는 스로틀 바디에 설치되어 스로틀 밸브의 개도량을 검출하는 스로틀 위치 센서(TPS;throttle position sensor)로 구현하며, 상기 차속 검출부(14)는 변속기 하우징에 설치되어 톤휠의 신호를 검출하는 통상의 차속센서(VSS;vehicle speed sensor)로 구현하는 한편, 상기 주행 거리 검출부(16)는 변속기 출력축에 설치되어 출력축의 회전각을 검출하는 통상의 주행 거리 센서로 구현하고, 상기 배기계 압력차 검출부(18)는 배기계통에 구비된 필터의 전/후로 설치된 압력검출용 센서로 구현한다.

그리고, 상기 입력 수단들을 매개로 검출된 차량의 주행 정보를 통해 배기계통의 필터에 포집된 입자상 물질의 제거를 위한 연료의 후분사 시점을 결정함과 더불어, 재생 시점을 외부로 경고하도록 제어하는 제어부(20)를 제어 수단으로 구성한다.

특히, 상기 제어부(20)는 상기 주행 거리 검출부(16)를 매개로 하여 현재 주행 거리를 적산하여 산출한 다음, 적산된 주행 거리가 설정치(대략 1000km)에 도달하거나, 상기 배기계 압력차 검출부(18)를 매개로 하여 필터의 전/후로 압력차이가 설정치(대략 150mbar) 이상으로 발생하는 경우에 한해, 배기계통에 설치된 필터에 연료의 후분사를 실시하여 필터의 재생을 도모하도록 하는 제어 신호를 출력하도록 구성된다.

즉, 상기 제어부(20)는 종래와 같이 필터의 재생 시기를 검출한 다음, 연료의 후분사를 도모하는 것이 아니라, 적산된 주행 거리가 설정치에 도달하거나, 필터의 전/후단에서 검출된 압력의 차이가 설정치에 도달하는 경우에는 각각 무조건 필터에 대한 연료의 후분사를 도모하여, 필터에 포집된 입자상 물질을 연소시켜 제거하도록 하는 것이다.

또한, 상기 제어 수단으로부터 출력되는 제어 신호에 따라 디젤 엔진의 배기 계통으로 고압의 연료를 후분사시켜 입자상 물질의 연소를 도모하는 인젝터(22)와, 재생 시점을 외부로 경고하도록 점등되는 경고등(24)을 출력 수단으로 구성한다.

여기서, 상기 인젝터(22)는 배기계통에 구비된 필터에 소정의 연료를 후분사할 수 있도록 설치된 것이고, 상기 경고등(24)은 차실내의 인스트루먼트패널 등 운전자가 쉽게 인지할 수 있는 위치에 설치된 것이다.

따라서, 상기와 같이 구성된 본 발명의 디젤 엔진용 입자상 물질의 제거 시스템은 도 2에 도시된 바와 같은 로직을 통해 필터에 포집된 입자상 물질을 제거하게 된다.

즉, 상기 제어부(20)는 엔진의 시동이 걸리면, 시스템을 초기화하고 상기 입력 수단중 엔진 회전수 검출부(10)와 스로틀 개도량 검출부(12) 및 차속 검출부(14), 그리고 주행 거리 검출부(16)를 매개로 하여 엔진 회전수와 스로틀 개도량 및 차속, 그리고 현재의 주행 거리 등 각종 차량의 정보를 입력받게 된다.(S10,S12)

이어, 상기 제어부(20)는 상기 배기계 압력차 검출부(18)를 매개로 배기계의 온도 및 압력의 차이를 검출받게 된다.(S14)

이때, 상기 제어부(20)는 상기 주행 거리 검출부(16)를 통해 차량의 주행 거리를 적산하여 산출하게 되는 데, 이 경우 적산되는 주행 거리는 엔진이 시동과 관계없이 상기 제어부(20)에서 항상 기록되어 누적될 수 있도록 되어 있다.

이후, 상기 제어부(20)는 산출된 주행 거리를 설정치(예를 들어 1000km)와 비교하고(S16), 배기계의 압력차이를 설정치(예를 들어 150mbar)와 비교한 다음(S18), 각각의 경우에 설정치를 초과하는 경우에는 연료의 후분사를 실시한다.(S20)

이와 동시에, 상기 제어부(20)는 경고등(24)을 점등시키도록 한다.(S22)

한편, 상기 단계(S16,S18)에서 각각의 설정치를 초과하지 않는 경우에는 상기 단계(S12)로 복귀하여 이하의 과정을 순차적으로 반복하도록 한다.

그리고, 상기 제어부(20)는 상기 연료의 후분사를 도모하는 단계(S20)에서 차량의 정보를 모니터링하는 단계(S12)에서 입력받은 엔진 회전수와 스로틀 개도량 및 차속에 대한 정보를 매개로 현재 엔진의 상태가 아이들링 상태라고 판단되면, 연료의 후분사를 제한하도록 되어 있는 바, 이는 엔진에 무리가 가는 것을 방지하기 위함이다.

또한, 상기 제어부(20)는 연료의 후분사를 실시하는 과정과 동시에 실시하는 경고등(24)의 점등을 도모하는 단계(S22)는 연료의 후분사에 따라 수반되는 배기계통에서의 배압의 변화 등과 같은 상황에 따라 엔진의 출력 변화가 초래될 때, 이러한 이상 징후가 엔진이나 기타 차량의 부품에 이상이 있는 것이 아니라, 배기계통에 구비된 필터에 대한 재생이 이루어짐에 따라 수반되는 자연스러운 현상임을 운전자가 인지하고 안심할 수 있도록 하기 위함인 것이다.

따라서, 상기와 같은 일련의 제어 로직을 통해 상기 제어부(20)가 주행 거리 검출부(16)와 배기계 압력차 검출부(18)를 통해 디젤 엔진의 배기계통에 설치된 필터의 재생 시점과 무관하게 설정된 적산 주행 거리 또는 배기계통의 압력 차이만으로도 연료의 후분사를 도모하게 되면, 필터에 포집된 입자상 물질을 주기적으로 연소시켜 제거할 수 있음은 물론, 종래와 같이 제어부(20)가 필터의 재생 시점을 각종 데이터의 지속적인 검출과 그로부터 연산된 정보로부터 필터에 축적된 입자상 물질의 정도를 계산하는 것과 같은 일련의 복잡한 과정을 거치지 않아도 되므로, 제어부(20)의 로직은 단순해 질 수 있으며, 아울러 주기적인 입자상 물질의 제거를 통한 필터의 재생을 통해, 디젤 엔진용 입자상 물질의 제거 시스템에 있어, 입자상 물질의 제거 효율을 크게 증가시킬 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 디젤 엔진의 입자상 물질 제거용 필터의 재생 방법에 의하면, 디젤 엔진의 배기계에 구비된 필터에 포집된 입자상 물질에 대한 제거가 적산되는 주행 거리 또는 배기계의 압력차를 매개로 이루어짐으로써, 디젤 엔진의 입자상 물질 제거용 시스템에 적용되는 제어부(20)의 로직을 단순하게 할 수 있게 된다.

또한, 상기 제어부(20)는 차종이 변경되거나 배기계에 적용되는 필터의 종류 내지 재질의 변경에도 유연하게 적용될 수 있으므로, 부품의 범용적인 활용을 도모할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 디젤 엔진의 입자상 물질 제거용 필터의 재생 방법의 구현하기 위한 구성을 도시한 블럭도.

도 2는 본 발명에 따른 디젤 엔진의 입자상 물질 제거용 필터의 재생 방법을 도시한 플로우 챠트.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10-엔진 회전수 검출부 12-스로틀 개도량 검출부

14-차속 검출부 16-주행 거리 검출부

18-배기계 압력차 검출부 20-제어부

22-인젝터 24-경고등

Claims (6)

1. 엔진이 시동되면 시스템을 초기화하고, 엔진 회전수와 스로틀 개도량, 차속, 주행 거리 및, 배기계 압력차의 차량 정보를 지속적으로 모니터링하는 단계와;

   상기 단계에서 적산되는 차량의 주행 거리의 증가량이 설정치를 초과하거나, 배기계통에 설치된 필터의 전/후단 사이의 압력차가 설정치를 초과하면, 상기 필터의 재생을 위한 연료의 후분사 시기를 각각 판단하는 단계;

   상기 단계에서 연료의 후분사 시기가 도래함을 판단하면, 상기 필터에 연료의 후분사를 실시하는 단계 및;

   상기 연료의 후분사를 실시하는 단계에서 경고등을 점등시켜 연료의 후분사 과정을 운전자에게 경고하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 입자상 물질 제거용 필터의 재생 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 연료의 후분사를 실시하는 단계에서, 상기 차량 정보를 모니터링하는 단계에서 검출된 엔진 회전수와 스로틀 개도량 및 차속을 매개로 엔진이 아이들링 상태로 판단되면, 연료의 후분사를 제한하도록 구성된 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 입자상 물질 제거용 필터의 재생 방법.
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