KR100552722B1

KR100552722B1 - 디젤 엔진의 배출가스 저감 장치 및 방법

Info

Publication number: KR100552722B1
Application number: KR1020020042750A
Authority: KR
Inventors: 장경익
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2002-07-20
Filing date: 2002-07-20
Publication date: 2006-02-20
Also published as: KR20040008982A

Abstract

본 발명은 디젤 엔진의 냉시동시 적은양의 연료로 촉매를 신속히 활성화시킬 목적으로;

터보 인터쿨러 디젤 엔진 차량에서, 배기 메니폴드와 배기관를 연결하는 바이패스 통로와, 상기 바이패스 통로를 제어하는 바이패스 밸브와, 상기 바이패스 밸브를 제어하는 액츄에이터가 더 구비되어 있어서, 냉시동시 배출가스를 저감할 수 있고, DPF에 포집되어 있는 검뎅이(PM)를 저감할 수 있다.

Description

디젤 엔진의 배출가스 저감 장치 및 방법{a device and the method for a reduction NOx and PM of diesel engine}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디젤 엔진의 배출가스 저감 시스템 구조도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디젤 엔진의 배출가스 저감 장치 구성 블럭도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 디젤 엔진의 배출가스 저감 방법 동작 순서도 이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 엔진 20 : 배기 메니폴드 30 : 터보차저

40 : 배기관 50 : DOC 60 : DPF

100 : 차량 동작상태 검출수단 110 : 엔진 회전수 검출부

115 : 가속페달 개도 검출부 120 : 대기온 검출부

125 : 제1 온도 검출부 130 : 제2 온도 검출부

135 : 제1 압력 검출부 140 : 제2 압력 검출부

145 : 버큠 압력 검출부 150 : 액츄에이터 상태 검출부

155 : 솔레노이드 밸브 상태 검출부 200 : 엔진 제어 수단

300 : 구동수단 310 : 인젝터 구동부

320 : 솔레노이드 밸브 330 : 경고부

400 : 바이패스 관 410 : 바이패스 밸브

본 발명은 디젤 엔진의 배출가스 저감 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 디젤 엔진 차량에서 가장 필수적으로 줄여야 하는 배출가스는 NOx와 PM이다.

NOx 저감으로는 EGR 시스템이 보편적으로 적용되어 효과를 가져오고 있으나, NOx와 트레이드 오프 관계에 있는 PM을 어떻게 줄이는가에 대한 연구가 계속되고 있다.

따라서, 종래의 터보 인터 쿨러 디젤 엔진에 있어서, 터보는 배기가스에 의해 흡기 공기를 고압화 하여 엔진 성능 향상 및 연비 개선과 배출가스 저감을 가능케 하였다.

그러나, 배기가스 에너지에 의해 터빈이 일을 하기 때문에 일반적으로 터보를 통과한 배기가스 온도는 약 100 ~ 150℃의 온도 저감이 발생한다.

이러하 배기가스 온도 때문에 엔진 냉시동시와 PM 연소시에 보다 많은 연료량이 필요한 문제점과 그에 따른 배출가스 규제에 대응하기 어려운 문제점을 내포하고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 터보 인터쿨러 디젤엔진에서 냉시동시 적은 연료량을 가지고 효과적인 배출가스 저감을 도 모하기 위한 디젤 엔진의 배출가스 저감 장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

터보 인터쿨러 디젤 엔진 차량에서, 배기 메니폴드와 배기관를 연결하는 바이패스 통로와, 상기 바이패스 통로를 제어하는 바이패스 밸브와, 상기 바이패스 밸브를 제어하는 액츄에이터가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 다른 본 발명은,

차량의 동작상태 변화에 따라 가변되는 차량 동작상태 변화를 검출하는 차량 동작상태 검출수단과;

상기 차량동작상태 검출수단에서 검출되어 인가되는 검출신호를 입력받아, 각종 검출센서의 고장여부를 판단하여 정상동작시 냉시동 및 밀입자 필터의 압력차에 따라 바이패스 밸브 제어신호 및 연료 제어신호를 출력하고, 상기 검출센서 고장시 경고신호를 출력하는 엔진 제어 수단과;

상기 엔진 제어 수단에서 출력되는 제어신호에 동기되어 바이패스 밸브의 개방 및 닫음 동작을 수행하고, 연료 분사량을 조절하며, 경고등을 점등시키는 구동수단으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 또 다른 본 발명은,

터보 인터쿨러 디젤엔진에서 있어서, 엔진이 시동되면, 각종 검출센서 고장여부를 판단하는 단계와;

엔진 냉시동 및 밀입자 필터의 압력차를 판단하여 바이패스 밸브 제어신호 및 연료 분사 제어신호를 출력하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디젤 엔진의 배출가스 저감 시스템 구조도 이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디젤 엔진의 배출가스 저감 장치 구성 블록도 이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 디젤 엔진의 배출가스 저감 방법 동작 순서도 이다.

도 1에 도시되어 있는 디젤 엔진의 배출가스 저감 시스템은 디젤엔진(10)의 배기포트(미부호)와 연결되어 있는 배기 메니폴드(20)와 배기관(40)를 연결하는 바이패스 통로(400)와, 상기 바이패스 통로(400)를 제어하는 바이패스 밸브(410)와, 상기 바이패스 밸브(410)를 제어하는 액츄에이터(321)로 구비되어 이루어져 있다.

상기에서 액츄에이터(321)는 솔레노이드 밸브(320)와 연결되어 있고, 솔레노이드 밸브(320)는 버큠 펌프(301)와 연결되어 있다.

상기 솔레노이드 밸브(320)는 엔진 제어 장치(200)에서 출력되는 제어신호에 의해 동작상태가 제어된다.

또한, 상기 배기 메니폴드(20)와 배기관(40) 사이에는 터보차저(30)의 터빈(31)이 연결되어 있다.

상기 배기관(40)에는 디젤 엔진(10)에서 배출되는 배출가스를 정화하기 위한 촉매(DOC :50)가 연결 구비되어 있고, 그 후단에 매연 밀입자(검뎅이:PM)를 걸러주는 DPF(DIESEL PARTICULATE FILTER:60)가 연결 구비되어 있다.

상기 촉매(DOC:50) 전단에는 디젤 엔진(10)에서 배출되는 배출가스 온도를 검출하기 위한 제1 온도센서(125)가 구비되어 있고, 그 후단에는 촉매(50)를 통과하여 나오는 배출가스 온도를 검출하기 위한 제2 온도센서(130)가 구비되어 있다.

또한, 상기 DPF(60)전단에는 제1 압력 센서(135)가 구비되어 있고, 그 후단에는 제2 압력센서(140)가 구비되어 있어, DPF(60)의 압력차를 검출한다.

디젤 엔진의 배출가스 저감 제어 장치는 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 차량 동작상태 검출장치(100)가 차량 동작상태 변화에 따라 가변되는 차량 동작상태 변화를 검출하고, 엔진 제어 장치(200)는 상기 차량 동작상태 검출장치(100)에서 검출되어 인가되는 검출신호를 입력받아, 각종 검출센서의 고장여부를 판단하여 정상동작시 냉시동 및 밀입자 필터의 압력차에 따라 바이패스 밸브 제어신호 및 연료 제어신호를 출력하고, 상기 검출센서 고장시 경고신호를 출력한다.

구동장치(300)는 상기 엔진 제어 장치(200)에서 출력되는 제어신호에 동기되어 바이패스 밸브의 개방 및 닫음 동작을 수행하고, 연료 분사량을 조절하며, 경고등을 점등시킨다.

상기에서 차량 동작상태 검출장치(100)는 차량의 동작상태 변화에 따라 가변되는 엔진 회전수 변화를 검출하는 엔진 회전수 검출부(110)와;

운전자의 가속페달 조작상태 변화에 따라 가변되는 가속페달 개도 변화를 검출하는 가속페달 개도 검출부(115)와;

차량 운행 지역 변화에 따라 가변되는 대기온의 변화를 검출하는 대기온 검출부(120)와;

차량 동작상태 변화에 따라 가변되는 배출가스 온도 변화를 검출하는 제1 온도 검출부(125)와;

촉매를 통과하여 배출되는 배출가스 온도 변화를 검출하는 제2 온도 검출부(130)와;

차량 동작상태 변화에 따라 가변되는 DPF 전단의 압력를 검출하는 제1 압력 검출부(135)와;

차량 동작상태 변화에 따라 가변되는 DPF 후단의 압력을 검출하는 제2 압력 검출부(140)와;

차량 동작상태 변화에 따라 가변되는 버큠펌프의 압력 변화를 검출하는 버큠 압력 검출부(145)와;

차량 동작상태 변화에 따라 가변되는 액츄에이터 동작상태를 검출하는 액츄에이터 상태 검출부(150)와;

차량 동작상태 변화에 따라 가변되는 솔레노이드 밸브 동작상태를 검출하는 솔레노이드 상태 검출부(155)로 이루어져 있다.

상기에서 구동장치(300)는 상기 엔진 제어 장치(200)에서 출력되는 제어신호에 동기되어 엔진으로 분사하는 연료량을 조절하는 인젝터 구동부(310)와;

상기 엔진 제어 장치(200)에서 출력되는 제어신호에 동기되어 동작상태가 가변되는 솔레노이드 밸브(320)와;

상기 엔진 제어 장치(200)에서 출력되는 제어신호에 동기되어 출력되는 경고신호에 따라 경고등을 점등시키는 경고부(330)로 이루어져 있다.

상기한 구성으로 이루어진 디젤 차량의 배출가스 저감 방법을 첨부한 도면을 참조하여 예를 들어 설명한다.

차량을 주행시키기 위해 운전자가 차량의 엔진에 시동을 걸면, 차량 동작상태 검출장치(100)는 차량 동작상태 변화에 따라 가변되는 엔진 회전수, 가속페달 개도, 대기온, 제1 온도, 제2 온도, 제1 압력, 제2 압력, 버큠압력, 액츄에이터 동작상태, 솔레노이드 동작상태 등을 검출한다(S100).

이에, 엔진 제어 장치(200)는 상기 차량 동작상태 검출장치(100)에서 검출되는 엔진 회전수, 가속페달 개도, 대기온, 제1 온도, 제2 온도, 제1 압력, 제2 압력, 버큠압력, 액츄에이터 동작상태, 솔레노이드 동작상태 등을 입력받고자 소정의 제어신호를 출력하면, 차량 동작상태 검출장치(100)는 검출되는 엔진 회전수, 가속페달 개도, 대기온, 제1 온도, 제2 온도, 제1 압력, 제2 압력, 버큠압력, 액츄에이터 동작상태, 솔레노이드 동작상태 등을 출력한다.

엔진 제어 장치(200)는 상기 차량 동작상태 검출장치(100)에서 출력되는 엔진 회전수, 가속페달 개도, 대기온, 제1 온도, 제2 온도, 제1 압력, 제2 압력, 버큠압력, 액츄에이터 동작상태, 솔레노이드 동작상태 등을 입력받아 인가되는 검출부들의 고장여부를 판단한다(S110).

상기 차량 동작상태 검출장치(100)에서 인가되는 엔진 회전수, 가속페달 개도, 대기온, 제1 온도, 제2 온도, 제1 압력, 제2 압력, 버큠압력, 액츄에이터 동작상태, 솔레노이드 동작상태 등이 정상동작함이 판단되면, 엔진 제어 장치(200)는 디젤 차량의 엔진이 냉시동 또는 DPF(60)가 막혀있는가를 판단한다(S120).

상기에서 엔진의 냉시동 판단은 엔진이 시동 된 후, 차량이 시동되는 환경의 대기온을 검출하여, 상기 대기온이 소정의 제1 설정온도(예:-25℃)이하인가를 판단한다.

상기에서 대기온이 소정의 제1 설정온도(예:-25℃)이하이면, 엔진이냉시동 상태임을 판단한다.

또한, 엔진이 냉시동 상태가 아닌 상온에서 시동되었거나 또는 시동 후, DPF(60)의 전, 후방에 구비된 제1 압력(135)과 제2 압력(140)의 차(△P)가 소정의 제2 설정 값(예:400mbar)이상임이 판단되면 DPF(60)가 매연에 의한 검뎅이(PM)에 의해 막힌 것으로 판단한다.

따라서, 엔진 제어 장치(200)는 냉시동시 특히 터보차저(30)의 동작에 의해 배기 메니폴드(20)를 거쳐 배출되는 배출가스 온도가 터빈(31)에 의해 낮아져 시동초기 촉매(50)의 활성화를 저해함에 따라, 배출가스 규정에 벗어나는 CO 또는 HC 등의 배출가스가 다량 발생하는 문제점이 발생된다.

그러므로, 엔진 제어 장치(200)는 냉시동 초기에 빠른 촉매 활성화를 도모하기 위해 엔진(10)으로부터 배기 메니폴드(20)를 거쳐 배출되는 배출가스가 터보차저(30)의 터빈(31)에 의해 낮아지는 것을 방지하기 위해 바이패스 통로(400)로 배출될 수 있도록 바이패스 밸브(410)를 오픈시키기 위한 제어신호를 구동장치(300)인 솔레노이드 밸브(320)로 출력한다(S130).

구동장치(300)인 솔레노이드 밸브(320)는 상기 엔진 제어 장치(200)로부터 출력되는 제어신호에 동기되어 오픈된다.

상기에서 솔레노이드 밸브(320)의 일측에는 버큠펌프(301)가 연결되어 있고, 타측에는 상기 바이패스 밸브(410)와 연결되어 있는 액츄에이터(321)가 연결되어 있다.

따라서, 상기에서 솔레노이드 밸브(320)가 오픈됨에 따라, 버큠펌프(301)에 의한 부압이 액츄에이터(321)에 작용하여 상기 바이패스 밸브(410)를 오픈시킨다.

상기에서 배기 메니폴드(20)와 바이패스 통로(400) 사이를 가로막고 있는 바이패스 밸브(410)가 오픈됨에 따라, 엔진에서 배출되는 고온의 배출가스의 일부는 터보차저(30)의 터빈(31)을 통과하지 않고, 바로 바이패스 통로(400)를 거쳐 배기관(40)으로 배출됨에 따라, 촉매(50)의 빠른 활성화를 이룬다.

상기에서 고온의 배출가스에 의해 촉매가 빠르게 활성화됨에 따라, 배출가스에 포함된 CO 또는 HC 등이 촉매에 의해 정화되어 대기중으로 배출됨으로써, 환경에 유해한 배출가스가 저감되게 된다.

또한, 대기온이 상온이거나 또는 차량이 주행중인 상태로 촉매(50)가 완전히 활성화 된 후, DPF(60)가 검뎅이(PM)의 포집되어 막힌 경우, 엔진 제어 장치(200)는 DPF(60)에 포집된 검뎅이(PM)를 제거하기 위해 엔진에 더 많은 연료량을 공급하여 높은 온도의 배출가스에 의해 검뎅이(PM)가 연소되어 제거될 수 있도록, 인젝터 구동부(310)에 연료량 제어신호를 출력하고, 솔레노이드 밸브(320)에 바이패스 밸브(410) 오픈 제어신호를 출력한다.

하지만, 엔진 시동시 냉시동이 아니거나 또는 DPF(60)가 정상적인 압력을 유지하는 경우, 배출가스가 터보차저(30)의 터빈(31)을 거쳐 배출될 수 있도록 바 이패스 밸브(410)를 닫기 위한 소정의 제어신호를 출력한다(S140).

상기에서 바이패스 밸브를 닫기 위한 제어신호가 출력되면, 구동장치(300)인 솔레노이드 밸브(320)는 클로오즈(CLOSE)되어, 버큠펌프(301)의 부압이 액츄에이터(321)에 작용됨을 차단함으로써, 바이패스 밸브(410)가 닫혀져, 배기 메니폴드(20)와 배기관(40)사이를 연결하는 바이패스 통로(400)가 차단된다.

그러나, 상기(S110)에서 차량 동작상태 검출장치(100)에서 검출되는 검출센서 중 하나의 검출센서에 고장이 발생됨이 판단되면, 엔진 제어장치(200)는 운전자에게 검출센서 고장여부를 통보하기 위한 경고신호를 출력한다(S150).

구동장치(300)인 경고부(330)는 상기 엔진 제어장치(200)에서 출력되는 제어신호에 동기되어 운전석 앞 클러스터(미도시)의 소정의 위치에 구비된 엔진 점검 경고등을 점등시킨다.

이로써, 디젤 엔진 차량의 냉시동시 촉매를 신속히 활성화시킴으로써, 엔진으로부터 배출되는 배출가스를 저감할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 디젤 엔진의 냉시동시 적은양의 연료로 촉매를 신속히 활성화시킴으로써, 냉시동시 배출가스를 저감할 수 있고, DPF에 포집되어 있는 검뎅이(PM)를 저감할 수 있다.

Claims

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차량의 동작상태 변화에 따라 가변되는 엔진 회전수 변화를 검출하는 엔진 회전수 검출부와; 운전자의 가속페달 조작상태 변화에 따라 가변되는 가속페달 개도 변화를 검출하는 가속페달 개도 검출부와; 차량 운행 지역 변화에 따라 가변되는 대기온의 변화를 검출하는 대기온 검출부와; 차량 동작상태 변화에 따라 가변되는 배출가스 온도 변화를 검출하기 위해 촉매의 전단에 구비된 제1 온도 검출부와; 촉매의 후단에 구비되어 촉매를 통과하여 배출되는 배출가스 온도 변화를 검출하는 제2 온도 검출부와; 차량 동작상태 변화에 따라 가변되는 DPF 전단의 압력을 검출하는 제1 압력 검출부와; 차량 동작상태 변화에 따라 가변되는 DPF 후단의 압력을 검출하는 제2 압력 검출부와; 차량 동작상태 변화에 따라 가변되는 버큠펌프의 압력 변화를 검출하는 버큠 압력 검출부와; 상기 버큠펌프에 연결 설치되어 차량 동작상태 변화에 따라 가변되는 버큠 압력 검출부의 압력 변화에 따라 구동 제어되는 솔레노이드 밸브의 동작상태를 검출하는 솔레노이드 밸브 상태 검출부와; 상기 솔레노이드 밸브에 연결 설치되어 솔레노이드 밸브의 온,오프 동작에 의해 구동 제어되는 액츄에이터 동작상태를 검출하는 액츄에이터 상태 검출부를 포함하는 차량 동작상태 검출수단,

상기 차량동작상태 검출수단에서 검출되어 인가되는 신호를 입력 받아 각종 검출센서의 고장여부를 판단한 후 정상동작시 냉시동 및 밀입자 필터의 압력차에 따라 배기 메니폴드와 배기관을 연결하는 바이패스 통로상에 설치되어 배기가스를 배출하는 바이패스 밸브의 구동을 제어하되, 상기 차량 동작상태 검출수단의 솔레노이드 밸브 오픈 구동시 상기 버큠펌프의 부압에 의한 상기 액츄에이터의 구동으로 오픈 구동되어 배기가스를 배출하는 바이패스 밸브 제어신호 및 연료 제어신호를 출력하며, 상기 검출센서 고장시 경고신호를 출력하는 엔진 제어 수단, 및

상기 엔진 제어 수단에서 출력되는 제어신호에 동기되어 바이패스 밸브의 개방 및 닫음 동작을 수행하고 연료 분사량을 조절하며 경고등을 점등시키기 위한 수단으로서, 엔진 제어 수단에서 출력되는 제어신호에 동기되어 엔진으로 분사하는 연료량을 조절하는 인젝터 구동부와; 상기 엔진 제어 수단에서 출력되는 제어신호에 동기되어 동작상태가 가변되는 솔레노이드 밸브와; 상기 엔진 제어 수단에서 출력되는 제어신호에 동기되어 출력되는 경고신호에 따라 경고등을 점등시키는 경고부를 포함하는 구동수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 배출가스 저감 제어 장치.
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엔진이 시동된 후 각종 검출센서 고장여부를 판단하는 단계와;

상기 센서의 동작이 비정상인 경우 경고신호를 출력하지만, 상기 센서의 동작이 정상인 경우 엔진 냉시동 및 밀입자 필터의 압력차를 판단하는 단계와;

상기 엔진 냉시동 및 밀입자 필터의 압력차를 판단한 결과, 엔진 시동시의 대기온이 제1 설정온도 이하인 냉시동 상태이거나 밀입자 필터의 압력차가 제2 설정압력 이상인 경우 배기 메니폴드와 배기관을 연결하는 바이패스 통로상에 설치되어 배기가스 배출을 위해 구동 제어되는 바이패스 밸브 오픈 제어신호 및 연료 분사 제어신호를 출력하지만, 상기 엔진 시동시의 대기온이 제1 설정온도보다 크고 밀입자 필터의 압력차가 제2 설정압력보다 작은 경우 바이패스 밸브 클로즈 제어신호를 출력하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 배출가스 저감 제어 방법.
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