KR100807795B1

KR100807795B1 - 디젤 엔진 매연 필터 재생 장치, 방법, 및 상기 방법을실행시키기 위한 컴퓨터 판독 가능한 프로그램을 기록한매체

Info

Publication number: KR100807795B1
Application number: KR1020060033284A
Authority: KR
Inventors: 오무남
Original assignee: 주식회사 유투에스
Priority date: 2006-04-12
Filing date: 2006-04-12
Publication date: 2008-02-27
Also published as: KR20070101741A

Abstract

디젤 엔진 매연 필터 재생 장치, 방법, 및 상기 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 판독 가능한 프로그램을 기록한 매체가 개시된다. 디젤 엔진 매연 필터 재생 장치는 전단 측정부, 연료 분사부, 및 제어부를 포함한다. 전단 측정부는 매연 필터 전단의 온도와 압력을 측정한다. 연료 분사부는 측정된 압력이 소정의 정상 동작 압력보다 크고 측정된 온도가 소정의 정상 동작 온도보다 큰 경우 매연 필터로 연료를 분사하고, 측정된 압력이 소정의 동작 종료 압력 이하로 되는 경우 연료 분사를 중단한다. 제어부는 전단 측정부, 및 연료 분사부를 제어한다 엔진의 배기 가스에 연료를 분사함으로써, 저온의 배기 가스가 배출되는 경우에도 매연 물질을 강제로 산화시켜 디젤 엔진의 매연 필터를 더욱 효과적으로 재생시킬 수 있게 된다.

디젤 엔진, 매연 필터, 재생, 제어, 센서

Description

디젤 엔진 매연 필터 재생 장치, 방법, 및 상기 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 판독 가능한 프로그램을 기록한 매체{Apparatus and method for regenerating diesel particulate filter, and a medium having computer readable program executing the method}

도 1은 본 발명에 따른 디젤 엔진 매연 필터 재생 장치의 일 실시예의 사용 상태도.

도 2는 도 1의 제어기의 개략적인 블록도.

도 3a 내지 3c는 본 발명에 따른 디젤 엔진 매연 필터 재생 방법의 일 실시예를 수행하기 위한 개략적인 흐름도.

도 4는 도 3에서의 측정 시간들을 도시한 도면.

도 5는 도 1의 디젤 엔진 매연 필터 재생 장치가 제공하는 모니터링 화면.

도 6은 종래의 연속 재생 방식과 본 발명에 따른 제어기 방식의 배출 가스 시험 결과의 도표.

도 7은 제어기 방식의 배출 가스 배출 시험 분석 결과의 표.

도 8은 연료 분사를 통한 디젤 엔진용 매연 감소 장치의 온도 변화 분석 시험 결과의 도표.

도 9는 연료 분사를 통한 디젤 엔진용 매연 감소 장치 제어시 유해 가스 발 생 분석 결과의 도표.

도 10은 연료 분사를 통한 디젤 엔진용 매연 감소 장치 제어시 연료 분사량을 분석한 결과의 도표.

도 11a는 디젤 엔진용 매연 감소 장치와 제어기의 실차 적용시 온도 변화를 분석한 결과의 도표.

도 11b는 디젤 엔진용 매연 감소 장치와 제어기의 실차 적용시 온도 변화를 누적 분포로 분석한 것의 도표.

본 발명은 자동차 매연 필터 재생 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 디젤 엔진의 매연 필터를 재생하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

디젤 엔진은 연비가 뛰어나고 힘이 좋을 뿐만 아니라 엔진 수명이 길고 내구성이 뛰어난 많은 장점을 가진다. 그러나 대기 오염에 심각한 영향을 미치는 입자상 물질을 포함하는 매연을 배출하는 문제가 있다.

이러한 매연의 배출을 방지하기 위해 매연 필터(Diesel Particulate Filter; DPF)를 사용한다. 일반적으로 매연 필터는 경유 차량 배출 가스 중 유해한 입자상 물질이 산화 촉매와 촉매가 코팅된 세라믹 필터를 통과시 코팅된 촉매와 반응시켜 무해한 물질로 정화시키는 장치로서, 황피독에 강한 저온 활성 백금계 촉매를 이용하여 필터에 포집된 입자상 물질을 차량의 운행 중에 발생하는 배기열에 의해 연속 적으로 산화시켜 필터를 재생하는 구조를 가진다. 작동 원리는 저온 활성 백금계 촉매를 이용하여 필터에 포집된 입자성 물질을 자체 배기열로 산화시켜 제거하는 것이다.

배기 가스의 온도는 엔진의 고속 운행시 높기 때문에 입자성 물질이 원활하게 산화된다. 하지만, 저속 운행시에는 배기 온도가 낮아 입자상 물질이 완전히 산화되지 못하고 필터에 축적된다. 이 경우 필터의 기능이 떨어지는 것은 물론 고가 장비인 필터의 파손 원인이 되기도 한다. 이러한 문제는 마을 버스와 같이 주로 저속으로 운행하는 자동차의 디젤 엔진의 경우 더욱 심각하다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 저온의 배기 가스가 배출되는 경우에도 디젤 엔진의 매연 필터를 효과적으로 재생시킬 수 있는 장치, 방법, 및 상기 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 판독 가능한 프로그램을 기록한 매체를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 매연 필터 재생 장치는 전단 측정부, 연료 분사부, 및 제어부를 포함한다. 전단 측정부는 매연 필터 전단의 온도와 압력을 측정한다. 연료 분사부는 측정된 압력이 소정의 정상 동작 압력보다 크고 측정된 온도가 소정의 정상 동작 온도보다 큰 경우 매연 필터로 연료를 분사하고, 측정된 압력이 소정의 동작 종료 압력 이하로 되는 경우 연료 분사를 중단한다. 제어부는 전단 측정부, 및 연료 분사부를 제어한다.

엔진의 배기 가스에 연료를 분사함으로써, 저온의 배기 가스가 배출되는 경우에도 매연 물질을 강제로 산화시켜 디젤 엔진의 매연 필터를 더욱 효과적으로 재생시킬 수 있게 된다.

연료 분사부는 측정된 온도가 소정의 기준 동작 온도보다 큰 경우 인젝션 노즐 듀티비를 소정의 정상 인젝션 듀티비로 설정하고, 측정된 온도가 소정의 기준 동작 온도보다 크지 않은 경우 인젝션 노즐 듀티비를 소정의 최소 인젝션 듀티비로 설정하여 연료를 분사할 수 있다.

배기 가스에 연료를 분사하는 경우에도 배기 가스의 온도가 정상 연소 온도까지 이르지 못하는 경우에는 인젝션 듀티비를 작게 함으로써 온도에 따른 효과적인 연료 분사 제어가 가능하다.

디젤 엔진 매연 필터 재생 장치는 매연 필터 후단의 온도를 측정하는 후단 측정부를 더 포함하고, 연료 분사부는 후단 측정부에서 측정된 필터 후단의 온도가 소정의 정상 동작 온도보다 큰 경우에만 매연 필터로 연료를 분사할 수 있다.

이는 필터 전단의 배기 가스의 온도가 높아지는 경우에도 전체 배기 가스의 온도가 충분히 오르지 못하는 경우에는 연료를 분사하더라도 배기 가스가 자연 연소되지 못할 수 있기 때문에 이를 방지하기 위한 구성이다.

매연 필터 재생 장치는 후단 측정부에서 측정된 필터 후단의 온도가 소정의 과열 온도보다 큰 경우 비상 신호를 출력하는 비상 신호 출력부를 더 포함할 수 있으며, 또한, 전단 측정부에서 측정된 온도 또는 압력이 소정의 측정 범위를 벗어나는 경우 비상 신호를 출력할 수 있다.

이와 같은 구성은 재생 장치가 고장난 경우나 매연 필터에 심각한 위험을 초래할 수 있는 상황이 발생한 경우, 이를 신속하게 사용자에게 통보할 수 있도록 한다.

연료 분사부는 전단 측정부에서 측정된 압력이 소정의 측정 시작 압력보다 큰 기간이 소정의 유지 기간보다 큰 경우 연료를 분사할 수 있고, 또한, 유지 기간보다 큰 경우가 소정의 횟수 이상인 경우 연료를 분사할 수 있다.

엔진이 정상 동작 상태에 있지 않더라도 전단 측정부에서 측정된 압력이 순간적으로 측정 시작 압력보다 커지는 경우가 있으므로, 이러한 구성은 엔진이 완전히 정상적으로 동작한 이후에 매연 필터 재생 장치를 동작시킨다.

측정된 압력이 소정의 측정 시작 압력보다 큰 경우 검출 시작 시간을 설정하고 검출 시작 시간이 소정의 압력 검출 시간보다 큰 경우 장치를 초기화할 수 있다.

이와 같은 구성은 미리 지정된 압력 검출 설정 시간 내에서만 매연 필터 재생 장치가 동작을 하도록 함으로써 장치의 오동작 유발 요소를 제거할 수 있도록 한다.

매연 필터 재생 장치는 전단 측정부, 및 연료 분사부의 동작을 기록하는 저장부나 외부 장치와 통신하기 위한 통신부를 더 포함할 수 있다. 저장부와 통신부를 통해 사용자는 매연 필터, 또는 매연 필터 재생 장치의 상태를 현재 또는 과거의 상태를 파악할 수 있게 된다.

아울러, 상기 장치 발명을 방법의 형태로 구현한 방법 발명과 그 방법을 실 행시키기 위한 컴퓨터 판독 가능한 프로그램을 기록한 매체 발명이 청구된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 디젤 엔진 매연 필터 재생 장치의 일 실시예의 사용 상태도이다.

도 1에는 디젤 엔진 매연 필터로 구현된 디젤 엔진용 매연 감소 장치와 제어기의 구성이 디젤 엔진과 함께 개략적으로 도시되어 있다.

디젤 엔진용 매연 감소 장치 제어기는 배기 가스의 분진을 제거하기 위한 엔진(10)의 배기 다기관(30)과 연결되는 배기 파이프 필터(20)와 배기 파이프(20)의 전단부에 구비되어 온도와 압력을 감지하기 위한 전단 입력 센서부(40)와 배기 파이프의 필터 후단부에 구비되어 온도를 감지하기 위한 후단 입력 센서부(50)와 데이터의 비교 및 연산 제어 처리를 위한 엔진용 매연 감소 장치 제어기(60)와, 엔진용 매연 감소 장치 제어기(60)에 의해 제어되는 알람 지시기(90)와, 연료 공급이 가능하도록 연료 펌프(Fuel pump; 70)와 제어 라인으로 연결되며 인젝션 노즐(Injection Nozzle; 90) 과 연결되어 동작된다.

배기 파이프 필터(20)는 적정 온도의 범위 내에서 포집된 입자 물질을 연소하여 제거한다. 전단 입력 센서부(40)에서는 배기 파이프 필터(20) 전단부의 배기 파이프에 고정 설치되어, 배기 다기관(30)에서 배출되는 배기 가스의 압력을 검출한다. 후단 입력 센서부(50)는 배기 파이프 필터(20)의 후단부의 배기 파이프에 고정 설치되며 필터와 바로 인접 위치하여 필터의 온도를 측정하도록 하는 것이 바람직하다.

디젤 엔진 매연 감소장치 제어기(60)는 전단 입력 센서부(40)와 후단 입력 센서부(50)에서 감지된 신호를 내부 알고리즘을 통하여 가공 연산 처리하고, 그 데이터의 처리 결과에 따라 연료 펌프(Fuel Pump; 70)를 동작시키고 인젝션 노즐(Injection Nozzle; 90)을 동작시켜서 배기 파이프 필터(20) 내의 포집된 매연을 완전 연소 되도록 유도한다.

또한, 디젤 엔진 매연 감소장치 제어기(60)는 전단 입력 센서부(40)와 후단 입력 센서부(50)에서 감지된 신호를 가공 연산하여 전단 입력 센서부(40)와 후단 입력 센서부(50)의 동작 상태 및 배기 파이프 필터(20)가 적정한 작동 조건을 벗어난 경우에는 운전자가 적절한 조치를 취할 수 있도록 알람 지시기(80)에 알람을 작동시킨다.

도 2는 도 1의 제어기의 개략적인 블록도이다.

외부 장치 통신부는(102) 컴퓨터 등 외부 장비와 RS-232C 통신이 가능하도록 연결되며 외부 입력 장치부(103)는 전단 입력 센서부(40)와 후단 입력 센서부(50)와 연결되며 외부 장치 제어부(106)는 연료 펌프(70)와 인젝션 노즐(90)과 연결되며 알람 지시부(107)는 외부 알람 지시기(80)와 연결되어 있다.

또한, 외부 장치 통신부는(102) 컴퓨터 등 외부의 RS-232C를 지원하는 장비와 통신이 가능하며 수집된 정보를 분석하여 추출된 최적의 값들을 제공되는 컴퓨터 설정 프로그램을 통해 디젤 엔진용 매연 감소 장치 제어기의 자료 저장 장치부(105)로 저장한다.

이때, 설정된 값들은 제어 알고리즘부(101)에서 외부 입력 장치부(103)를 통해 입력된 온도와 압력 값을 판단하고 제어하는 기준값이 된다. 여기서 가공되고 계산된 값을 통하여 자료 저장 장치부(105)로 자료가 저장되고 외부 장치 제어부(106)를 통해 연료 펌프(70)와 인젝션 노즐(90)을 제어하며 알람 발생시 알람 지시부(107)를 통하여 발생된 알람을 알람 지시기(80)로 신호를 보낸다.

상기 제어기(60)는 매연 감소 장치의 제작사에 관계없이 다양한 매연 감소 장치에 적용이 가능하다. 또한, 차종별 온도와 압력 특성에 따른 자료를 분석 적용할 수 있는 알고리즘을 포함함으로써 최적의 매연 감소 장치 제어 알고리즘을 구현하므로 차량 제작사별 차량 엔진별 매연 발생 특성을 분석하여 최적의 매연 감소 기능을 제공하며 또한 온도와 압력을 기록 장치에 기록하여 분석함으로써 차종별 엔진 개체별 데이터 수집 및 분석이 가능하다.

또한, 기존의 연속 재생식 DPF 가 저온의 배기 가스 배출시 동작이 되지 않는 기술적 약점을 보완하여 배기 가스의 온도가 낮을 경우에도 직접 연료 분사를 통해 배기 가스의 온도를 상승시켜서 연소시킬 수 있다.

디젤 엔진용 매연 감소 장치 제어기의 온도 센서 입력부는 온도 입력의 범위가 -100℃ ~ 800℃로 K Type의 입력을 가지며, 압력 센서는 실제로 4~20mA로 내부 입력값을 가지며, 디젤 엔진용 매연 감소장치 제어기는 일반적으로 0 ~ 2Bar로 설정된다.

또한, 매연 감소 장치 제어기는 압력과 온도의 입력에 이상이 발생하여 소정 시간 동안 지속 될 경우 입력 장치 오류라는 알람 제어 신호를 생성한다.

매연 감소 장치 제어기의 외부 장치 제어부(106)는 엔진용 매연 감소 장치의 제어 부품인 솔레노이드 2개와 연료 공급 펌프와 연료 분사 장치인 인젝터를 구동하는 구동 신호를 생성하고, 입력된 자료를 분석 가공 연산 제어하는 알고리즘에 의해 결정된 결과값을 통해서 솔레노이드와 연료 공급 펌프와 연료 인젝터를 제어하는 신호를 생성한다.

외부 장치 제어부(106)는 3개의 PWM(Pulse Width Modulation)으로 출력 신호를 만들어 내며 최소 1Hz~400KHz까지 출력신호를 생성한다.

매연 감소 장치 제어기의 데이터를 수집, 저장하는 자료 저장 장치부(105)는 CF(Compact Flash) Memory Card나 SD/MMC(Secure Digital/ multi-media card) Memory Card에 저장할 수 있는 기능을 제공하며 사용된 매체의 크기에 따라 자료 저장 주기가 결정되며 64MByte의 경우에는 일주일 주기로 24시간 저장한다.

디젤 엔진용 매연 감소 장치 제어기는 필요한 데이터의 수집과 저장을 수행함에 있어 저장할 수 없는 오류 발생시에는 저장 오류라는 알람 제어 신호를 발생한다.

자료 저장 장치부(105)는 Windows나 기타 컴퓨터에서 사용하는 저장방식인 FAT16과 FAT32를 생성 저장함으로써 일반 컴퓨터에서도 별다른 변환 없이 EXCEL 등의 자료 분석 툴을 이용하여 자료 저장 현황과 기기 동작 상태를 확인할 수 있도록 자료를 생성하고 저장하여 공급한다.

알람 지시부(107)는 디젤 엔진용 매연 감소 장치 제어기의 알고리즘 제어부에 의해서 분석 가공 연산 제어된 결과를 토대로 알람 발생 여부를 판단하고 알람 발생 신호를 생성한다.

알람 지시부(107)는 또한, 정상 상태, 입력 오류, 저장 오류, 디젤 엔진용 매연 감소 장치 필터 과열 등의 알람 신호를 표현하고, 통신 제어부는 사용자의 입력을 수행하고 실시간 발생 자료를 사용자에게 보내는 신호를 생성한다.

제어 알고리즘부(101)는 전원이 인가되면 저장되어 있는 기준값들을 불러 온 다음 내부 메모리에 저장하여 사용 가능한 상태로 모드를 변경하고, 입력부의 변환 장치를 초기화하고 제어 신호를 인가함으로써 디젤 엔진용 매연 감소 장치의 온도 센서와 압력 센서에서 신호를 수집할 수 있는 상태로 모드를 변경한다.

또한, 제어 알고리즘부(101)는 출력부의 신호 변환 장치들을 초기화하고 솔레노이드와 연료 펌프와 연료 분사 장치에 제어 신호를 인가할 수 있도록 모드를 변경하고, 자료 저장 장치에 자료를 저장할 수 있도록 저장 장치를 초기화하고 저장할 수 있도록 모드를 변경한다.

또한, 제어 알고리즘부(101)는 통신 제어부를 초기화하고 활성화시켜 사용자의 입력에 대비하고, 입력된 온도와 압력값과 기준값들을 비교하여 디젤 엔진용 매연 감소 장치의 제어를 시작한다.

도 3은 본 발명에 따른 디젤 엔진 매연 필터 재생 방법의 일 실시예를 수행하기 위한 개략적인 흐름도이다.

도 3을 참조하여 도 1의 디젤 엔진용 매연 감소 장치 제어기의 제어 방법을 설명하면 다음과 같다.

전단 입력 센서부(40)와 후단 입력 센서부(50)에서 수집된 온도와 압력 정보는 디젤 엔진 매연 감소장치 제어기(60) 내부 회로를 통해서 입력 장치부(103)로 전달되며, 제어 알고리즘부(101)에서는 이것을 온도/압력 수집(201)이라고 해석한다.

이때 입력되는 온도와 압력은 전류와 전압의 형태를 띠는데 온도는 K type으로 그 범위가 -100℃ ~ 800℃이며, 압력은 차종에 따라 다르나 일반적으로는 0~2Bar의 압력값을 가지며 내부적으로는 4~20mA의 값을 갖는데 온도와 압력의 입력값이 해당 범위를 벗어날 경우 알람 발생 처리(203)를 하게 된다.

또한, 전단 입력 센서부(40)에서 수집된 압력이 동작 설정 압력값보다 크다면(204) 최초 검출 시간(t1)을 내부 타이머에 설정하는데, 이후 검출 시간(T1)이 설정된 압력 검출 설정 시간(T3)보다 클 경우(208)는 내부의 모든 요소들을 초기화(209)하여 지정된 압력 검출 설정 시간 내에 동작을 하도록 함으로써 오동작 유발 요소를 제거한다.

또한, 전단 입력 센서부(40)에서 수집된 압력이 동작 설정 압력값보다 크며 그 상태가 설정된 유지 시간(T2)보다 크다면(206) 그 상태가 몇 번인지를 확인하고(207) 확인된 수가 설정된 압력 설정 회수보다 많으면 인젝션(injection) 준비 시간 타이머(timer)에 20초를 설정하고 연료 펌프 제어 PWM 값을 70%로 설정하며 연료 펌프 동작 타이머를 온(On)시키고 외부 장치 제어부(106)를 통해 연료 펌프(70)와 솔레노이드 1, 2 밸브를 구동 한다(210).
연료 펌프를 가동해서 적정 압력이 유지되도록 하는 것인데, 그래야만 정확한 분사량을 유지할 수가 있기 때문이다. 듀티비를 70%로 설정한 이유는 펌프의 내부 압력을 올리고 유지하기 위한 예열(warming up) 과정이다.

도 4는 도 3에서의 측정 시간들을 도시한 도면이다.

도 4는 동작 설정 압력값이 1인 경우로서, 압력값이 1이 넘는 순간 최초 검출 시간(t1)을 설정하여 전체 검출 시간(T1)을 측정한다. 계기의 특성상 압력이 파 도처럼 출렁거리기 때문에 유효한 압력 발생 상황 횟수를 검출하기 위해 소요되는 전체 시간을 측정하는 것이다.

압력이 적정선보다 높을 때 그 기간(t2)을 측정하는 데, 설정된 압력 범위를 넘는 순간부터 떨어질 때까지의 지연 시간을 측정하는 것이다. 이 기간(t2)이 미리 설정된 유지 시간(T2)을 초과하는 경우 그 횟수를 세지만 그보다 짧은 경우는 노이즈로 간주한다.

이미 언급한 바와 같이, 검출 시간(T1) 내에 유효한 압력 발생 상황이 소정의 횟수보다 많으면 동작을 실시하지만, 유효한 압력 발생 상황이 발생하지 않아 검출 시간(T2)이 설정된 압력 검출 설정 시간(T3; 미도시)보다 크게 되는 경우는 내부의 모든 요소들을 초기화하게 된다. T3는 미리 설정한 T1의 한계값으로 차량의 엔진에 따라 조금씩 다르며, 예를 들어, 10분으로 설정할 수 있다.

삭제

연료 펌프 동작 타이머가 20초 이상 유지가 되도록 기다리는데(211) 이렇게 되면 연료가 연료 펌프를 통해 인젝션 노즐까지 적정 압력으로 유지되게 된다. 무부하 상태에서 연료 펌프를 가동하면 약 10 내지 20초면 4Bar까지 도달하기 때문에 20초 정도의 지연 시간이 필요한 것이다.

20초가 지났다면 연료 펌프 PWM 값을 90%로 상승시켜 실제 연료 분사에 준비하고 연료 펌프 정상 가동 모드로 모드를 변환 한다(212). 다시 말해 연료 펌프의 듀티비를 70에서 90으로 올리고 실제 분사시에도 펌프의 내부 압력이 유지되도록 한다.

전단 입력 센서부(40)에서 수집된 온도가 전단 입력 온도 최소 설정치 보다 작을 경우(213) 비정상 동작 모드로 간주하고 현재 인젝션 노즐의 동작을 정지시키는데(214), 이는 전단 온도가 최소 설정치보다 작을 경우 자연 연소가 발생하지 않을 수 있기 때문이다.

전단 입력 센서부(40)에서 수집된 온도가 전단 입력 온도 최소 설정치보다 크고(213) 전단 온도 정상 설정치 보다 크면(215) 동작 모드를 정상으로, 전단 입력 온도 최소 설정치보다 크지만(213) 전단 온도 정상 설정치 보다 작으면(215) 동작 모드를 최소로 변경한다.

동작 모드가 정상이고 후단 입력 센서부(50)에서 수집된 온도가 후단 온도 설정치(216)보다 작을 경우는 내부적으로 온도가 상승하고 있으나, 연료 분사시 자연 연소할 수 있는 조건이 되도록 기다리고 후단 온도 설정치보다 클 경우 전단 입력 센서부(40)에서 수집된 온도가 전단 온도 동작 기준 설정치 보다 크고 전단 입력 센서부(40)에서 수집된 압력이 압력 동작 최소값보다 크다면(217) 인젝션 노즐 듀티(Injection Nozzle Duty) 비를 정상 인젝션 듀티비 설정치로 설정(218) 하고, 아니면 인젝션 노즐 듀티비를 최소 인젝션 듀티비 설정치로 설정한다(219).

인젝션 듀티비를 정상 인젝션 듀티비 설정치로 설정하는 경우 적정 온도와 압력일 경우로서 정상적인 연료량을 분사한다. 이 분사량에 의해 DOC(Diesel Oxidation Catalyst)의 내부 온도가 상승하고, 상승된 열로 인해 DOC 내부의 필터에 포집되었던 배기 가스가 완전 연소하게 된다.

동작은 가능하나 연료의 량이 많을 경우 연소에 가담하지 못하고 고이거나 배출되는 경우가 발생하는데, 이때 차량의 배기통에서 백색의 연기가 뿜어지는 백연이 발생하거나, 차량의 배기통에서 불꽃이 뿜어나오는 화염이 발생할 수 있다. 그러나 연료의 량이 부족하면 온도 하락이 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해 인젝션 듀티비를 최소 인젝션 듀티비 설정치로 설정하는 것이다.

또한, 외부 장치 제어부(106)를 통해 인젝션 노즐을 구동시키고 인젝션 구동 타이머를 구동 한다(220). 인젝션 구동 타이머가 20분이 지났으면(221) 외부 장치 제어부(106)를 통해 인젝션 노즐과 연료 펌프, 솔레노이드 1, 2의 구동을 정지시키고 내부 요소들을 초기화 한다(224).

20분이 지나지 않았다면 전단 입력 센서부(40)에서 수집된 압력이 압력 동작 최소값 설정치보다 작은지를 확인한다(222). 확인 결과 작으면 압력 최소 동작 시간 타이머를 구동시키고 압력 최소 동작 시간 타이머가 엔진 정지 압력 유지 시간 설정치(223)보다 크면 엔진이 정지된 것으로 판단하고 외부 장치 제어부(106)를 통해 인젝션 노즐과 연료 펌프, 솔레노이드 1, 2의 구동을 정지시키고 내부 요소들을 초기화 한다(224).

인젝션 타이머의 설정(221)은 실제 연료 분사의 전체 동작 시간을 설정하는 것이다. 너무 짧으면 포집된 매연을 모두 연소시킬 수 없고, 너무 길면 온도 과다 상승 등으로 필터를 손상시킬 수 있으며 이미 포집된 매연을 연소시키고 난 다음은 연료를 낭비시키는 결과가 되므로 적정 시간 동안 유지하는 것이 중요하다.

또한, 후단 입력 센서부(50)에서 수집된 온도가 과열 설정 온도보다 클 경 우(224) 알람 발생 처리(203)를 하게 된다. 이러한 모든 상태들은 저장 장치에 기록된다(225).

이상의 실시예는 디젤 엔진용 매연 저감 장치 제어기 및 이 제어기의 제어 알고리즘에 관한 것으로, 매연 저감 장치에 탑재되어 있는 온도 센서와 압력 센서를 이용하여 온도차와 압력차를 이용한 최적의 제어 알고리즘 구현에 관한 것이다.

상기 제어기는 매연 감소 장치의 제작사에 관계없이 다양한 매연 감소 장치에 적용이 가능하다. 또한, 차종별 온도와 압력 특성에 따른 자료를 분석 적용할 수 있는 알고리즘을 포함함으로써 최적의 매연 감소 장치 제어 알고리즘을 구현하므로 차량 제작사별 차량 엔진별 매연 발생 특성을 분석하여 최적의 매연 감소 기능을 제공하며 또한, 온도와 압력을 기록 장치에 기록하여 분석함으로써 차종별 엔진 개체별 데이터 수집 및 분석이 가능하다.

또한, 종래의 연속 재생식 DPF가 가지고 있는 저온의 배기 가스 배출시 동작이 되지 않는 기술적 약점을 보완하여 온도가 낮을 경우 직접 연료 분사를 통해 배기 가스의 온도를 상승시켜서 연소시킨다.

상기 제어기는 디젤 차량 엔진에서 연소되어 배출되는 배기가스의 입자상 물질을 포집하여 제거하는 필터가 포함되는 디젤 엔진용 매연 저감 장치(디젤 엔진 매연 필터)를 재생하기 위한 것으로, 배기 가스의 분진을 제거하기 위한 엔진의 배기 계통과 연결되는 디젤 엔진용 매연 감소 장치의 전단부와 후단부에 압력을 감지하기 위한 압력 센서와 온도를 감지하기 위한 온도 센서를 통해 수집된 압력과 온도를 분석 계산 및 상태를 파악하여 제어한다.

상기 제어기에는 매연 감소 장치의 연료 공급 펌프와 연료 인젝터를 제어함으로써 매연 저감 장치 내에 포집된 매연을 완전 연소시키도록 제어하는 알고리즘이 포함되어 있다.

또한, 상기 제어기는 온도와 압력을 Flash Memory card/SD, MMC Card와 같은 저장 장치에 기록 저장하며, 출력 수단을 통해 운전자에게 현재 디젤 엔진용 매연 감소 장치의 상태를 보여줌으로써 이상 상황 발생시 경보(Alarm) 기능을 제공하며 최소의 연료 소모와 최상의 매연 감소 기능을 제공한다.

도 5는 도 1의 디젤 엔진 매연 필터 재생 장치가 제공하는 모니터링 화면이다.

도 5에서와 같이, 사용자는 컴퓨터 프로그램을 이용하여 매연 필터 재생 장치의 CF-Memory Card에 저장된 데이터나 RS-232C에서 실시간으로 전송되는 데이터를 분석할 수 있게 된다.

도 6은 종래의 연속 재생 방식과 본 발명에 따른 제어기 방식의 배출 가스 시험 결과의 도표이다. 현재 일반적으로 디젤 차량에 장착되어 있는 연속 재생 방식과 본 발명에 따른 제어기 방식의 온도별 동작 범위를 나타낸 누적 분포를 도시하고 있다.

도 6에서 확인할 수 있는 바와 같이, 연속 재생 방식의 그래프는 150℃ 내지 260℃에 집중되어 있어 사실상 포집 매연을 제거할 수 있는 최저 적정 온도인 280℃ 이상을 유지하기가 힘들고, 이로 인해 필터의 막힘 등의 현상이 나타나게 된다.

그러나 본 발명에 따른 방식에서는 온도 제어를 통해 260℃ 내지 400℃의 분 포를 제공함으로써 배출 가스를 자동 연소시킴으로써 매연을 감소시킬 수 있다.

도 7은 제어기 방식의 배출 가스 배출 시험 분석 결과의 표이다.

도 7의 결과는 본 발명에 따른 매연 감소 장치를 장착했을 때 배기 가스의 성분을 분석한 것이다. 표에서 주요 배기 가스 성분의 정화 효율이 높아졌음을 알 수 있다.

도 8은 연료 분사를 통한 디젤 엔진용 매연 감소 장치의 온도 변화 분석 시험 결과의 도표이다.

도 8의 그래프는 연료 분사시의 매연 감소 장치의 온도 변화를 나타내고 있다. 도 8에서 확인할 수 있는 바와 같이, 전단의 온도는 별로 변화가 없지만 연료 분사를 함으로써 후단 온도가 급격한 변화를 보인다.

도 9는 연료 분사를 통한 디젤 엔진용 매연 감소 장치 제어시 유해 가스 발생 분석 결과의 도표로서, 디젤 엔진용 매연 감소 장치 제어시 발생되는 유해 가스의 양과 종류를 분석한 것이다.

실제로 분출되는 배기 가스에 연료를 추가로 분사할 경우 발생되는 전체 매연의 주요 성분을 나타내고 있다. 실험 초기에 보이던 CO의 량이 진행될수록 거의 나타나지 않는 것과 THC의 량이 50PPM을 넘지 않는 것을 확인할 수 있다.

도 10은 연료 분사를 통한 디젤 엔진용 매연 감소 장치 제어시 연료 분사량을 분석한 결과의 도표로서, 하루에 얼마나 분사되고 있는 지를 보여준다. 도 10에서 하루 약 1.2리터의 연료가 소모되고 있음을 알 수 있다.

도 11a은 디젤 엔진용 매연 감소 장치와 제어기의 실차 적용시 온도 변화를 분석한 결과의 도표이다. 도표에서 연료 분사량에 따른 DOC 후단 온도가 300℃ 이상으로 유지됨을 알 수 있다.

도 11b는 디젤 엔진용 매연 감소 장치와 제어기의 실차 적용시 온도 변화를 누적 분포로 분석한 것의 도표이다. 도표에서DOC 전단 온도와 후단 온도가 160℃ 내지 300℃에서 가장 많이 유지됨을 알 수 있다.

본 발명은 디젤 엔진 매연 필터에 탑재된 온도 센서와 압력 센서로 측정한 온도와 압력을 이용하여 매연 필터 내의 배기 가스의 온도를 효과적으로 제어함으로써, 저온의 배기 가스가 배출되는 경우에도 디젤 엔진의 매연 필터를 효과적으로 재생시킬 수 있게 된다.

본 발명이 비록 일부 바람직한 실시 예에 의해 설명되었지만 본 발명의 범위는 이에 의해 제한되어서는 아니 되고, 특허청구범위에 의해 뒷받침되는 상기 실시예의 변형이나 개량에도 미쳐야 할 것이다.

Claims

매연 필터 전단의 온도와 압력을 측정하는 전단 측정부;

상기 측정된 압력이 소정의 정상 동작 압력보다 크고 상기 측정된 온도가 소정의 정상 동작 온도보다 큰 경우 매연 필터로 연료를 분사하고, 상기 측정된 압력이 소정의 동작 종료 압력 이하로 되는 경우 연료 분사를 중단하는 연료 분사부; 및

상기 전단 측정부, 및 상기 연료 분사부를 제어하는 제어부를 포함하는 디젤 엔진 매연 필터 재생 장치로서,

상기 연료 분사부는 상기 측정된 압력이 소정의 측정 시작 압력보다 큰 기간이 소정의 유지 기간보다 큰 경우 연료를 분사하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 매연 필터 재생 장치.
제 1항에 있어서,

상기 연료 분사부는 상기 측정된 온도가 소정의 기준 동작 온도보다 큰 경우 인젝션 노즐 듀티비를 소정의 정상 인젝션 듀티비로 설정하고,

상기 온도가 소정의 기준 동작 온도보다 크지 않은 경우 인젝션 노즐 듀티비를 소정의 최소 인젝션 듀티비로 설정하여 연료를 분사하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 매연 필터 재생 장치.
제 1항에 있어서,

상기 매연 필터 후단의 온도를 측정하는 후단 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 매연 필터 재생 장치.
제 3항에 있어서,

상기 후단 측정부에서 측정된 필터 후단의 온도가 소정의 과열 온도보다 큰 경우 비상 신호를 출력하는 비상 신호 출력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 매연 필터 재생 장치.
제 4항에 있어서,

상기 비상 신호 출력부는 상기 전단 측정부에서 측정된 온도 또는 압력이 소정의 측정 범위를 벗어나는 경우 비상 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 매연 필터 재생 장치.
삭제
제 1항에 있어서,

상기 연료 분사부는 상기 측정된 압력이 소정의 측정 시작 압력보다 큰 기간이 상기 유지 기간보다 큰 경우가 소정의 횟수 이상인 경우 연료를 분사하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 매연 필터 재생 장치.
제 1항에 있어서,

상기 제어부는 상기 측정된 압력이 소정의 측정 시작 압력보다 큰 경우 검출 시작 시간을 설정하고 상기 검출 시작 시간이 소정의 압력 검출 시간보다 큰 경우 초기화하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 매연 필터 재생 장치.
제 1항에 있어서,

상기 연료 분사부는 상기 압력이 소정의 동작 종료 압력 이하로 되는 기간이 소정의 엔진 정지 시간보다 큰 경우 연료 분사를 중단하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 매연 필터 재생 장치.
제 1항에 있어서,

상기 전단 측정부, 및 상기 연료 분사부의 동작을 기록하는 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 매연 필터 재생 장치.
제 10항에 있어서,

외부 장치와 통신하기 위한 통신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 매연 필터 재생 장치.
매연 필터 전단의 온도와 압력을 측정하는 측정 단계;

상기 측정된 압력이 소정의 정상 동작 압력보다 크고 상기 측정된 온도가 소정의 정상 동작 온도보다 큰 경우 매연 필터로 연료를 분사하는 연료 분사 단계; 및

상기 측정된 압력이 소정의 동작 종료 압력 이하로 되는 경우 연료 분사를 중단하는 연료 분사 중단 단계를 포함하는 매연 필터 재생 방법으로서,

상기 연료 분사 단계는 상기 측정된 압력이 소정의 측정 시작 압력보다 큰 기간이 소정의 유지 기간보다 큰 경우 연료를 분사하는 것을 특징으로 하는 매연 필터 재생 방법.
제 12항에 있어서,

상기 연료 분사 단계는 상기 측정된 온도가 소정의 기준 동작 온도보다 큰 경우 인젝션 노즐 듀티비를 소정의 정상 인젝션 듀티비로 설정하고,

상기 온도가 소정의 기준 동작 온도보다 크지 않은 경우 인젝션 노즐 듀티비를 소정의 최소 인젝션 듀티비로 설정하여 연료를 분사하는 것을 특징으로 하는 매연 필터 재생 방법.
제 12항에 있어서,

상기 온도 압력 측정 단계는 상기 매연 필터 후단의 온도를 더 측정하는 것을 특징으로 하는 매연 필터 재생 방법.
제 14항에 있어서,

상기 후단 온도가 소정의 과열 온도보다 큰 경우 비상 신호를 출력하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 매연 필터 재생 방법.
제 12항에 있어서,

상기 측정 단계는 상기 측정된 온도 또는 압력이 소정의 측정 범위를 벗어나는 경우 비상 신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 매연 필터 재생 방법.
삭제
제 12항에 있어서,

상기 측정된 압력이 소정의 측정 시작 압력보다 큰 기간이 상기 유지 기간보다 큰 경우가 소정의 횟수 이상인 경우 연료를 분사하는 것을 특징으로 하는 매연 필터 재생 방법.
제 12항에 있어서,

상기 연료 분사 단계는 상기 측정된 압력이 소정의 측정 시작 압력보다 큰 경우 검출 시작 시간을 설정하고 상기 검출 시작 시간이 소정의 압력 검출 시간보다 큰 경우 초기화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 매연 필터 재생 방법.
제 12항에 있어서,

상기 연료 분사 중단 단계는 상기 압력이 소정의 동작 종료 압력 이하로 되는 기간이 소정의 엔진 정지 시간보다 큰 경우 연료 분사를 중단하는 것을 특징으로 하는 매연 필터 재생 방법.
제 12항에 있어서,

상기 각 단계의 동작을 기록하는 저장 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 매연 필터 재생 방법.
제 21항에 있어서,

외부 장치와 통신하는 통신 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 매연 필터 재생 방법.
제 12항 내지 16, 18항 내지 22항 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 판독 가능한 프로그램을 기록한 매체.
매연 필터 전단의 센서로부터 매연 필터 전단의 온도와 압력 데이터를 입력받는 데이터 입력부; 및

상기 입력된 데이터의 압력이 소정의 정상 동작 압력보다 크고 온도가 소정의 정상 동작 온도보다 큰 경우 매연 필터로 연료를 분사하고 상기 입력된 데이터의 압력이 소정의 동작 종료 압력 이하로 되는 경우 연료 분사를 중단하도록 하는 제어 명령을 연료 분사 장치로 출력하는 연료 분사 제어부를 포함하는 디젤 엔진 매연 필터 재생 장치로서,

상기 연료 분사 제어부는 상기 입력된 압력이 소정의 측정 시작 압력보다 큰 기간이 소정의 유지 기간보다 큰 경우 연료를 분사하도록 하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 매연 필터 재생 장치.
제 24항에 있어서,

상기 연료 분사 제어부는 상기 측정된 온도가 소정의 기준 동작 온도보다 큰 경우 인젝션 노즐 듀티비를 소정의 정상 인젝션 듀티비로 설정하고,

상기 온도가 소정의 기준 동작 온도보다 크지 않은 경우 인젝션 노즐 듀티비를 소정의 최소 인젝션 듀티비로 설정하여 연료를 분사하도록 하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 매연 필터 재생 장치.
제 24항에 있어서,

상기 데이터 입력부는 상기 매연 필터 후단의 센서로부터 상기 매연 필터 후단의 온도를 입력받는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 매연 필터 재생 장치.
제 26항에 있어서,

상기 매연 필터 후단의 센서에서 측정된 필터 후단의 온도가 소정의 과열 온도보다 큰 경우 비상 신호를 출력하는 비상 신호 출력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 매연 필터 재생 장치.
제 27항에 있어서,

상기 비상 신호 출력부는 상기 매연 필터 전단의 센서에서 측정된 온도 또는 압력이 소정의 측정 범위를 벗어나는 경우 비상 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 매연 필터 재생 장치.
삭제
제 24항에 있어서,

상기 연료 분사 제어부는 상기 입력된 압력이 소정의 측정 시작 압력보다 큰 기간이 상기 유지 기간보다 큰 경우가 소정의 횟수 이상인 경우 연료를 분사하도록 하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 매연 필터 재생 장치.
제 24항에 있어서,

상기 연료 분사 제어부는 상기 입력된 압력이 소정의 측정 시작 압력보다 큰 경우 검출 시작 시간을 설정하고 상기 검출 시작 시간이 소정의 압력 검출 시간보다 큰 경우 초기화하도록 하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 매연 필터 재생 장치.
제 24항에 있어서,

상기 연료 분사 제어부는 상기 압력이 소정의 동작 종료 압력 이하로 되는 기간이 소정의 엔진 정지 시간보다 큰 경우 연료 분사를 중단하도록 하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 매연 필터 재생 장치.
제 24항에 있어서,

상기 데이터 입력부, 및 상기 연료 분사 제어부의 동작을 기록하는 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 매연 필터 재생 장치.
제 33항에 있어서,

외부 장치와 통신하기 위한 통신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진 매연 필터 재생 장치.