KR100774757B1

KR100774757B1 - 디젤매연여과장치의 재생장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR100774757B1
Application number: KR1020060020586A
Authority: KR
Inventors: 김창대
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2006-03-03
Filing date: 2006-03-03
Publication date: 2007-11-08
Also published as: KR20070090633A

Abstract

본 발명에 따른 디젤매연여과장치의 재생장치 및 그 방법은 산화 촉매 전 배기 온도와, DPF 촉매 전 배기 온도, 디젤매연여과장치의 차압 등의 정보를 통해 K값을 모니터링하고, 상기 K값이 재생 조건에 부합한 경우 상기 DPF 촉매 후 배기 온도 또는 상기 DPF 촉매 전,후 온도차가 기 설정치 이상이면 상기 디젤매연여과장치가 파괴되기 전에 상기 디젤매연여과장치의 재생을 하기 때문에 상기 디젤매연여과장치의 파괴가 방지될 수 있다.

디젤매연여과장치, 산화 촉매, DPF 촉매, 재생, 파괴 방지

Description

디젤매연여과장치의 재생장치 및 그 방법{REGENERATION APPARATUS AND THE METHOD OF DIESEL'S FILTER SYSTEM}

도 1은 종래 기술에 따른 디젤매연여과장치의 재생장치를 나타낸 도면이다,

도 2는 종래 기술에 따른 디젤매연여과장치의 재생장치에 의한 매연 축적량과 흐름 저항값의 상관관계를 나타낸 그래프이다.

도 3a는 종래 기술에 따른 디젤매연여과장치의 재생장치 적용시 디젤매연여과장치의 파괴된 상태를 나타낸 도면이다.

도 3b는 종래 기술에 따른 디젤매연여과장치의 재생장치 적용시 디젤매연여과장치가 파괴되고 있는 상태를 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 디젤매연여과장치의 재생장치를 나타낸 도면이다.

도 5은 본 발명에 따른 디젤매연여과장치의 재생장치에 의해 획득한 온도 정보를 나타낸 그래프이다.

도 6은 본 발명에 따른 디젤매연여과장치의 재생장치에 의한 재생시 온도 컨트롤 과정을 나타낸 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

1 : 디젤매연여과장치 2 : 산화 촉매

4 : DPF 촉매 12 : 제1온도센서

14 : 제2온도센서 16 : 제3온도센서

18 : 차압 검출 파이프

본 발명은 디젤매연여과장치의 재생장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 특히 DPF 촉매 후 배기 온도 또는 상기 DPF 촉매 전,후 배기 온도 차이 정보를 통해 디젤매연여과장치의 파괴를 방지할 수 있는 디젤매연여과장치의 재생장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 디젤매연여과장치는 도 1에 도시된 바와 같이 차량에서 발생된 매연을 산화촉매(100)와 DPF 촉매(102)를 이용하여 물리적으로 거르고, 주기적으로 축적된 매연을 연소시키는 장치로서, 상기 디젤매연여과장치의 분리 및 청소 작업 없이 재생하여 반영구적으로 사용할 수 있도록 개발되고 있는 추세이다.

상기 디젤매연여과장치의 재생방법으로는 상기 산화촉매(100) 전, 후단에 각각 온도 센서(110)(112)를 장착하고, 상기 산화촉매(100)의 전단 그리고 DPF 촉매의(102) 후단 압력을 검출할 수 있는 차압 검출 파이프(114)로 연결한다.

그러면 상기 디젤매연여과장치의 주기적인 재생을 위해 ECU에서 상기 온도 센서와 차압 검출 파이프를 통해 온도 및 차압을 모니터링하고, 이를 재생조건과 부합하는 지를 판단하여 강제재생을 위한 포스트 인젝션(Post Injection)을 진행한다.

상기 재생조건으로는 엔진 rpm이 1000~4000rpm이고, 주행거리가 200km, 엔진부하가 약 0.7bar, 차량 속도가 50kph, 냉각수 온도가 50도 이상이다.

상기 포스트 인젝션은 엔진 배기 가스의 온도를 상승시키기 위해 엔진에서 메인 분사 이후에 분사되는 연료량으로 배기가스의 배기 행정 중에 연료를 분사하여 연소시키면서 배출하고, 이를 이용해 배기가스의 온도를 상승시키는 것이다. 또한, 상기 포스트 인젝션은 미연소 가스 성분을 산화촉매로 추가 산화 반응을 거침으로써 반응열을 확보하는 것이다. 이러한 배기계 내의 확보된 열로 축적되어 있는 매연을 연소(600도 이상)시킨다.

또는, 도 2에 나타난 바와 같은 배기가스의 총 흐름 저항값(Flow Resistance, K 값)을 모니터링 하였다가 일정한 영역 이상의 조건으로 모니터링 될 때, 재생시키는 방법이 있다. 즉 도 2의 선형 그래프를 그리기 위해 알고 있는 매연량이 담긴 매연여과장치를 차량에 달고 K값을 구하고, 이를 ECU에 재생로직으로 넣으면 K값에 따라 재생이 가능하게끔 하고 있다.

그러나 상기한 바와 같은 종래 기술은 디젤매연여과장치의 재생 과정에서 생겨날 수 있는 Uncontrolled burning을 완전히 방지하기 어려운 문제점이 있다.

또한 차량 마일리지 및 K 값(흐름저항 값)에 따른 매연강제재생을 유도한다 고 하여도 디젤매연여과장치 내부의 온도 급상승 및 축적된 매연의 일시적인 연소에 따라 순간적으로 발생할 수 있는 디젤매연여과장치의 Failure에 대한 방지책은 현실적으로 찾기 어려운 문제점이 있다.

즉 통상적으로 상기 디젤매연여과장치의 재질로는 SIC 재질로서, 강하나 부서지기 쉽지만 녹는점(Melting Point)이 1500℃ 이상으로 고온에서 견디는 내열성이 탁월하다. 하지만 상기 Uncontrolled burning 현상이 발생되면, 도 3a 또는 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 디젤매연여과장치 내부가 파괴되어 구멍이 생기는 것을 볼 수 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, DPF 촉매 후 배기 온도 또는 DPF 촉매 전,후 배기 온도 차이에 따라 디젤엔진의 연료 공급을 일시 중단하여 디젤매연여과장치의 파괴를 방지할 수 있는 디젤매연여과장치의 재생장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 디젤매연여과장치의 재생장치는 산화 촉매 전 배기 온도를 검출하는 제1온도센서와; DPF 촉매 전 배기 온도를 검출하는 제2온도센서와; 상기 DPF 촉매 후 배기 온도를 검출하는 제3온도센서와; 상기 산화 촉매 전 압력과 상기 DPF 촉매 후 압력을 검출하는 차압 검출 파이프와; 상기 DPF 촉매 후 배기 온도가 기 설정치 이상이면, 재생과정이 실시되게 하는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 상기 DPF 촉매 전,후 온도차가 기 설정치 이상이면, 상기 재생과정이 실시되게 하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는 상기 DPF 촉매 후 배기 온도가 550℃ 내지 650℃ 이상이면, 상기 재생과정이 실시되게 하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 디젤매연여과장치의 재생방법은 디젤엔진이 구동되면, 산화 촉매 전 배기 온도와, DPF 촉매 전,후 배기 온도와, 상기 산화 촉매 전 압력과 상기 DPF 촉매 후 배기 압력 차이를 검출하는 정보획득단계와; 상기 정보획득단계의 정보를 통해 K값을 연산, 모니터링하는 K값 모니터링 단계와; 상기 K값을 재생 조건과 비교하는 재생조건비교단계와; 상기 K값이 재생 조건에 부합하면, 상기 DPF 촉매 후 배기 온도와 기 설정치를 비교하는 정보비교단계와; 상기 DPF 촉매 후 배기 온도가 기 설정치 이상인 동안 재생 과정이 실시되게 하는 파괴방지단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 정보비교단계는 상기 DPF 촉매 전,후 배기 온도 차이를 기 설정치와 비교하고, 상기 파괴방지단계는 상기 DPF 촉매 전,후 배기 온도 차이가 기 설정치 이상인 동안 상기 재생과정이 실시되게 하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 디젤매연여과장치의 재생장치를 나타낸 도면이고, 도 5은 본 발명에 따른 디젤매연여과장치의 재생장치에 의해 획득한 온도 정보를 나타낸 그래프이고, 도 6은 본 발명에 따른 디젤매연여과장치의 재생장치에 의한 재생시 온도 컨트롤 과정을 나타낸 그래프이다.

본 발명에 따른 디젤매연여과장치의 재생장치는 배기 가스가 통과할 수 있도록 배기 가스를 안내하는 배기 가스 파이프 중간에 설치되고 산화 촉매(2)와 DPF 촉매(4)가 구비되어 매연을 방지하는 디젤매연여과장치(1)와, 상기 디젤매연여과장치(1)의 전단에 설치되어 상기 산화 촉매 전 온도(T1)를 검출하는 제1온도센서(12)와, 상기 디젤매연여과장치(1)의 중간에 설치되어 상기 DPF 촉매 전 온도(T2)를 검출하는 제2온도센서(14)와, 상기 디젤매연여과장치(1)의 후단에 설치되어 상기 DPF 촉매 후 온도(T3)를 검출하는 제3온도센서(16)와, 상기 디젤매연여과장치(1)의 전단과 상기 디젤매연여과장치(1)의 후단을 연결토록 설치되어 상기 산화 촉매(2) 전 압력과 상기 DPF 촉매(4) 후 압력을 검출하는 차압 검출 파이프(18)와, 상기 산화 촉매 전 온도(T1)와, 상기 DPF 촉매 전,후 온도(T2)(T3)와, 상기 디젤매연여과장치(1)의 차압에 따라 상기 디젤매연여과장치(1)가 재생될 수 있도록 제어하는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 산화 촉매(2)와 DPF 촉매(4)는 상기 디젤매연여과장치(1)의 외관을 이루는 하우징(1')의 내부에 배기 가스의 흐름방향으로 전후 배치된다.

상기 제어부는 상기 산화 촉매 전 온도(T1)와, 상기 DPF 촉매 전 온도(T2)와, 상기 디젤매연여과장치(1)의 차압 정보, 그리고 배기가스 총 볼륨 정보를 통해 흐름 저항값(Flow Resistance)인 K값을 연산, 모니터링하고, 상기 DPF 촉매 후 온 도(T3) 또는 상기 DPF 촉매 전,후 온도차(T2-T3) 정보 모니터링하여 상기 디젤매연여과장치(1)의 파괴 전에 상기 디젤매연여과장치(1)의 재생이 이루어지게 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 디젤매연여과장치의 재생방법을 살펴보면 다음과 같다.

시동 후 상기 디젤엔진에 연료가 공급되어 상기 디젤엔진이 구동되면, 상기 제1온도센서(12)를 통해 상기 산화 촉매 전 온도(T1) 정보를 획득하고, 상기 제2온도센서(14)를 통해 상기 DPF 촉매 전 온도(T2) 정보를 획득하고, 상기 제3온도센서(16)를 통해 상기 DPF 촉매 후 온도(T3) 정보를 획득하고, 상기 차압 검출 파이프(18)를 통해 상기 디젤매연여과장치(1)의 차압 정보를 획득하며, 상기 배기가스 총 볼륨 정보를 획득한다.

다음, 상기와 같은 정보들 중 상기 산화 촉매 전 온도(T1)와, 상기 DPF 촉매 전 온도(T2)와, 상기 DPF 촉매 후 온도(T3)와, 상기 디젤매연여과장치(1)의 차압을 통해 흐름 저항값인 k값을 연산, 모니터링한다.

상기와 같이 K값이 연산, 모니터링 후 수초 내지 수분이 경과되고 나면, 상기 연산,모니터링된 K값과 상기 디젤매연여과장치(1)의 재생조건을 비교하고, 그 비교 결과에 따라 상기 디젤매연여과장치(1)의 재생여부를 판단한다.

상기 디젤매연여과장치(1)의 재생이 필요하다고 판단 후, 상기 DPF 촉매 후 온도(T3)가 기 설정치(예를 들어 550℃ 내지 650℃)이상인지, 또는 상기 DPF 촉매 전,후 온도차(T2-T3)가 기 설정치 이상인지를 판단한다.

상기에서 상기 DPF 촉매 후 온도(T3)가 기 설정치 이상이거나 상기 DPF 촉매 전,후 온도차(T2-T3)가 기 설정치 이상이면, 상기 디젤매연여과장치(1)가 재생되어 상기 디젤매연여과장치(1)의 온도가 더 이상 상승되지 않도록 포스트 인젝션 또는 2차 인젝션이 이루어지게 한다(Fuel Cut). 그러면 상기 디젤매연여과장치(1)가 파괴되기 전에 상기 디젤매연여과장치(1)가 재생될 수 있다.

상기와 같이 디젤매연여과장치(1)의 재생이 이루어지는 동안, 상기 DPF 촉매 후 온도(T3)가 기 설정치 미만이 되거나 상기 DPF 촉매 전,후 온도차(T2-T3)가 기 설정치 미만이 되면, 상기 디젤매연여과장치(1)의 재생과정이 완료된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 디젤매연여과장치의 재생장치 및 그 방법은 산화 촉매 전 배기 온도와, DPF 촉매 전 배기 온도, 디젤매연여과장치의 차압 등의 정보를 통해 K값을 모니터링하고, 상기 K값이 재생 조건에 부합한 경우 상기 DPF 촉매 후 배기 온도 또는 상기 DPF 촉매 전,후 온도차가 기 설정치 이상이면 상기 디젤매연여과장치가 파괴되기 전에 상기 디젤매연여과장치의 재생을 하기 때문에 상기 디젤매연여과장치의 파괴가 방지될 수 있는 이점이 있다.

따라서 실 차량에서의 데이터를 Soot 몇 g이 로딩된 것인지 쉽게 구별하여 동일한 데이터끼리 연결할 수 있고, 디젤엔진의 변수 및 외부 조건에 따라 변화하지 않아 기준치로 쉽게 사용할 수 있으며, 당 변수를 사용하여 개발기간을 상당기간 단축할 수 있고, 디젤엔진 및 차량개발의 기준치를 제공하여 시험의 변수를 잡을 수 있고, 타 차종으로의 활용이 매우 쉽고, 실차에서 디젤매연여과장치의 신뢰성을 향상시켜 휠씬 정확한 데이터를 실시간으로 제공받을 수 있고, 하나의 매연여과장치를 이용하여 계속적으로 많은 시험을 진행할 수 있고, 디젤매연여과장치의 자연재생의 정도 판단 기준으로 사용할 수 있고, 마일리지에 대한 변수를 적용하여 디젤매연여과장치를 보호할 수 있고, 디젤매연여과장치의 파손을 막을 수 있으며, 상품성을 향상시켜 독자적인 기술력을 확보할 수 있다.

Claims

산화 촉매 전 배기 온도를 검출하는 제1온도센서와;

DPF 촉매 전 배기 온도를 검출하는 제2온도센서와;

상기 DPF 촉매 후 배기 온도를 검출하는 제3온도센서와;

상기 산화 촉매 전 압력과 상기 DPF 촉매 후 압력을 검출하는 차압 검출 파이프와;

상기 DPF 촉매 후 배기 온도가 기 설정치 이상이면, 재생과정이 실시되게 하는 제어부를 포함하며,

상기 제어부는 상기 DPF 촉매 전,후 온도차가 기 설정치 이상이면, 상기 재생과정이 실시되게 하는 것을 특징으로 하는 디젤매연여과장치의 재생장치.
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삭제
디젤엔진이 구동되면, 산화 촉매 전 배기 온도와, DPF 촉매 전,후 배기 온도와, 상기 산화 촉매 전 압력과 상기 DPF 촉매 후 배기 압력 차이를 검출하는 정보획득단계와;

상기 정보획득단계의 정보를 통해 K값을 연산, 모니터링하는 K값 모니터링 단계와;

상기 K값을 재생 조건과 비교하는 재생조건비교단계와;

상기 K값이 재생 조건에 부합하면, 상기 DPF 촉매 후 배기 온도와 기 설정치를 비교하는 정보비교단계와;

상기 DPF 촉매 후 배기 온도가 기 설정치 이상인 동안 재생 과정이 실시되게 하는 파괴방지단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 디젤매연여과장치의 재생방법.
제 4 항에 있어서,

상기 정보비교단계는 상기 DPF 촉매 전,후 배기 온도 차이를 기 설정치와 비교하고, 상기 파괴방지단계는 상기 DPF 촉매 전,후 배기 온도 차이가 기 설정치 이상인 동안 상기 재생과정이 실시되게 하는 것을 특징으로 하는 디젤매연여과장치의 재생방법.