KR100828783B1 - 배기가스 후처리 장치의 재생시간 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 배기가스 후처리 장치(CPF)의 재생시간 제어방법에 관한 것으로, 필터 내에 포집된 매연을 산화시켜 제거하는 재생(Regeneration) 동작을 수행하면서 재생 시간을 카운트하는 1단계와, 재생 온도가, 기준 온도 범위 이내이면, 현재 카운트되는 시간을, 상기 재생 시간에 포함시키는 2단계와, 재생 시간이 시전에 설정된 소정 시간이 되면, 재생 동작을 종료시키는 3단계를 포함하여 이루어지는 것으로, 상기 재생 동작은. 주기적 재생 요구 또는 엔진 보호에 의한 재생 요구에 의해 수행되는 것이고, 상기 단계들은, 엔진 컨트롤 유니트 내에 제어 로직으로 적용되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 재생 효율에 직접적으로 영향을 미치는 재생 온도를 기준으로 재생시간을 카운트하여, 주기적인 틀어짐 또는 엔진 보호에 의한 재생 시간이 불필요하게 길어지게 되는 것을 방지함으로써, 재생 효율과, 엔진 희석 정도, 그리고 연료 소모율 등을 효율적으로 개선할 수 있게 되는 효과가 있다.

배기가스 후처리 장치(CPF), 필터, 매연, 재생 시간, 재생 온도, 엔진 컨트로 유니트

Description

배기가스 후처리 장치의 재생시간 제어방법 {Method for controlling regeneration time of catalyzed particulate filter}

도 1은 배기가스 후처리 장치에 대한 구성을 나타낸 도면,

도 2는 배기가스 후처리 장치의 작동 원리를 나타낸 도면,

도 3은 배기가스 후처리 장치의 주기적 재생시간을 나타낸 도면,

도 4는 배기가스 후처리 장치의 주기적 재생시간을 그래프로 나타낸 도면,

도 5는 종래의 재생시간 제어 로직을 나타낸 도면,

도 6은 본 발명의 재생시간 제어 로직을 나타낸 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 산화 촉매 11 : 촉매 필터

12 : 차압 센서 13 : 온도 센서

본 발명은, 배기가스 후처리 장치의 재생시간 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 디젤 승용차에 장착되는 배기가스 후처리 장치(CPF: Catalyzed Particulate Filter)에서 포집한 매연(Soot)을 산화시켜 제거하는 재생 시간(Regeneration Time)을 효율적으로 제어할 수 있도록 하기 위한 배기가스 후처리 장치의 재생시간 제어방법에 관한 것이다.

최근에 강화된 배기가스 규제(EURO-Ⅳ)를 만족하기 위하여, 디젤 승용차에 매연 여과 장치, 예를 들어 'CPF'라고 통칭되는 배기가스 후처리 장치를 장착하는 것은 이제 선택이 아니라 필수가 되었다.

한편, 상기 배기가스 후처리 장치(CPF)는, 일반 촉매 여과 장치와는 달리 엔진에서 배출되는 매연(Soot)을 포집하였다가, 일정 조건이 되면 산화시켜 매연을 제거하고, 새롭게 매연을 포집하는 장치로서, 상기와 같이 매연을 산화시켜 제거하는 것을 재생(Regeneration)이라고 한다.

그리고, 상기 배기가스 후처리 장치(CPF)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 산화 촉매(10), 촉매 필터(11), 차압 센서(12), 온도 센서(13)로 구성되는 데, 상기 촉매 필터(11)는, 사각 기둥의 요소를 조합하여 입자를 포집 및 연소시키고, 상기 차압 센서(12)는, 입/출구의 압력을 검출하고, 상기 온도 센서(13)는, 재생에 필요한 발열 온도를 검출한다.

또한, 상기 온도 센서(13)와 차압 센서(12)에서 검출된 값을 입력받는 엔진 컨트롤 유니트(ECU)에서는, 재생 시작 및 종료 시점을 제어하게 되는 데, 도 2에 나타낸 바와 같이, 배기가스 후처리 장치의 작동 원리는, 입자 물질을 포집하는 단계와, 재생 시기를 판단하는 단계와, 재생하는 단계 등으로 이루어진다.

한편, 상기 재생 요구의 종류에는, 여러 가지가 있으나, 크게는 3 가지의 재생 요구로 구분된다. 예를 들어 주행거리, 엔진 운전 시간, 연료 소모율 등에 의한 주기적 재생 요구와, 포집된 매연 량에 의한 재생 요구, 그리고 엔진 보호에 의한 재생 요구가 있다.

또한, 상기 3 가지의 재생 요구에 의해서, 상기 배기가스 후처리 장치(CPF) 내부에 포집된 매연은, 높은 배기 온도에 의해서 산화되는 데, 이와 같은 3 가지의 재생 요구는, 각각 다른 조건에 의해 재생이 종료가 된다. 예를 들어, 주기적 재생의 경우, 도 3에 나타낸 바와 같이 재생 단계(EGT_st=2)에서 소정 시간(예: 600초)이 경과하면, 재생을 종료한다.

반면, 매연 량에 의한 재생의 경우, 현재의 매연 량이 기 설정된 기준값(Threshold) 미만이 되면, 재생을 종료하고, 엔진 보호에 의한 재생의 경우, 상기 주기적 재생과 동일한 조건, 즉 도 3에 나타낸 바와 같이 재생 단계(EGT_st=2)에서 소정 시간(예: 600초)이 경과하면, 재생을 종료한다.

한편, 일반적인 디젤 승용차에 장착되는 배기가스 후처리 장치에서는, 예를 들어, 상기 주기적 재생 또는 엔진 보호에 의한 재생 동작을 수행하는 경우, 재생 온도와는 무관하게, 사전에 정해진 재생 시간(예: 600초)을 획일적으로 적용시키기 때문에, 재생 시간이 불필요하게 길어지게 된다.

그런데, 상기와 같이, 재생 시간이 길어지게 되면, 목표 재생 온도에 도달한 후에도, 필터 내부에 산화되는 매연 량이 많아지게 되므로, 재생 효율이 100%가 되어, 필터 내부에 쌓여 있는 매연이 모두 없어지게 되며, 이후 매연을 다시 포집하여 재생 동작을 수행하게 되므로 재생 주기가 길어지게 된다.

그리고, 이와 같이 재생 시간이 길어지게 되면, 엔진 오일 희석(Dilution)이 나빠지게 되며, 연료 소모율도 급격히 나빠지게 되는 문제점이 발생하게 되므로, 상기 주기적인 재생 또는 엔진 보호에 의한 재생 동작을 수행하는 경우, 재생 시간을 보다 합리적으로 제어할 수 있는 개선된 방법이 요구되고 있는 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점과 실정을 감안하여 창작된 것으로서, 디젤 승용차에 장착되는 배기가스 후처리 장치(CPF)에서, 주기적인 재생 또는 엔진 보호에 의한 재생 동작을 수행하는 경우, 목표 재생 온도를 기준으로 재생 시간을 카운트하여, 재생 동작을 종료시킴으로써, 재생 시간이 비합리적으로 길어지지 않도록 하기 위한 배기가스 후처리 장치의 재생시간 제어방법을 제공하는 데, 그 목적이 있는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배기가스 후처리 장치의 재생시간 제어방법은, 필터 내에 포집된 매연을 산화시켜 제거하는 재생 동작을 수행하면서 그 재생 시간을 카운트하고, 상기 재생 시간의 카운트값이 설정량에 이르면 재생 동작을 종료시키는 배기가스 후처리 장치의 재생시간 제어방법에 있어서,
상기 재생 시간은 재생 온도가 목표 재생 온도 범위 이내이면 카운트되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 재생 동작은. 주기적 재생 요구 또는 엔진 보호에 의한 재생 요구에 의해 수행된다.

이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 배기가스 후처리 장치의 재생시간 제어방법을 설명하기 이전에 앞서 재생시간을 합리적으로 제어해야만 하는 이유를 보다 상세히 설명한다.

일반적으로 배기가스 후처리 장치의 재생시간은, 재생 효율, 오일 희석(Oil Dilution) 정도, 그리고 연료 소모율 측면에서 아주 중요한 의미를 가지고 있는 데, 예를 들어 재생 효율 측면에서 재생 시간이 길어지면, 전술한 바와 같이, 목표 재생 온도 달성 후에도, 필터 내부에 산화되는 매연 량이 많아지므로, 재생 주기가 길어지게 된다.

그리고, 상기 재생 시간이 길어지게 되면, 엔진 오일 희석 정도가 나빠지게 되며, 연료 소모율도 나빠지게 되는 데, 종래의 배기가스 후처리 장치에서는, 예를 들어 주기적 재생 시간의 경우, 사전에 설정된 재생 단계에서 정해진 시간만큼 재생이 되도록 제어하고 있다.

예를 들어, 도 4는 배기가스 후처리 장치의 주기적 재생시간을 그래프로 나타낸 도면이고, 도 5는 종래의 재생시간 제어 로직을 나타낸 도면으로서, 종래의 제어 로직에서는, 일정한 재생 단계[EGT_st]에서 일정 시간(예: 600초)동안 재생이 이루어지도록 제어하고 있다.

그러나, 도 4에 나타낸 바와 같이, 재생 도중 다양한 여러 운전 조건에 의해서 실제 배기 온도가, 목표 재생 온도에 도달한 경우에도, 배기가스 후처리 장치를 보호하기 위한 다른 보호 측면의 이유로 재생 단계가 바뀌는 경우가 있는 데, 예를 들어, 고속 주행시 터빈 후단의 온도 변화에 의해서 재생단계[EGT_st]가 2에서 1로 변경된 후, 다시 1에서 2로 변경될 수 있다.

이 경우, 재생 온도는, 목표로 하는 재생 온도에 도달하고 있음에도 불구하고, 엔진 컨트롤 유니트(ECU)에서는, 재생 단계 2에서 소정 시간(예: 600 초)을 카운트하기 때문에, 중간에 변경된 재생 단계 1의 시간을, 재생 시간에서 제외하게 된다.

따라서, 상기와 같은 경우, 재생 단계 2에서의 카운트된 재생 시간이 587 초가 되며, 총 재생 시간[EGT_st=1& 2]는 659 초가 되므로, 72 초의 재생시간 차이가 나는 데, 상기의 경우에서는 72 초를 재생시킬 필요가 없음에도 불구하고, 불필요하게 재생을 길게 하여, 재생 효율, 오일 희석(Oil Dilution) 정도, 그리고 연료 소모율 등이 나빠지게 된다.

반면, 본 발명에서는, 재생 온도에 따라 재생 시간을 합리적으로 제어할 수 있는 제어 로직(Control Logic)을, 엔진 컨트롤 유니트(ECU)에 적용하여, 필요 이상의 재생으로 인한 재생 효율, 오일 희석 정도, 연료 소모율 등이 나빠지게 되는 것을 방지하게 된다.

한편, 도 6은, 본 발명의 재생시간 제어 로직을 나타낸 도면으로서, 상기 온도 센서(13)에서 측정된 재생 온도가, 사전에 설정된 목표 재생 온도, 예를 들어 제1 기준 재생 온도(A)보다는 높고 제2 기준 재생 온도(B) 보다는 낮은 적정 재생 온도 범위 이내가 되면, 현재 카운트되는 시간을, 재생시간 카운트 값에 포함시키게 된다.

이에 따라, 주기적 재생시간 또는 엔진 보호에 의해 재생 시간을 결정할 때, 재생 단계의 베이스(Base) 기준으로 재생 시간을 카운트하지 않고, 재생 온도가 목표 재생 온도의 범위 이내에 있으면, 재생 시간을 카운트하여, 불필요하게 재생 시간이 길어지게 되는 것을 방지하게 된다.

본 발명은 전술한 전형적인 바람직한 실시예들에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임은 당해 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체 또는 부가에 의한 실시가 이하의 첨부된 특허청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 보아야 한다.

이상과 같이 본 발명에 따르면, 재생 효율에 직접적으로 영향을 미치는 재생 온도를 기준으로 재생시간을 카운트하여, 주기적인 재생시간 또는 엔진 보호에 의한 재생 시간이 불필요하게 길어지게 되는 것을 방지함으로써, 재생 효율과, 엔진 희석 정도, 그리고 연료 소모율 등을 효율적으로 개선할 수 있게 되는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 필터 내에 포집된 매연을 산화시켜 제거하는 재생 동작을 수행하면서 그 재생 시간을 카운트하고, 상기 재생 시간의 카운트값이 설정량에 이르면 재생 동작을 종료시키는 배기가스 후처리 장치의 재생시간 제어방법에 있어서,

   상기 재생 시간은 재생 온도가 목표 재생 온도 범위 이내이면 카운트되는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 장치의 재생시간 제어방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 재생 동작은. 주기적 재생 요구 또는 엔진 보호에 의한 재생 요구에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 장치의 재생시간 제어방법.
3. 삭제

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