KR100885226B1 - 자동차의 입자 필터의 재생 방법 및 재생 제어 시스템 - Google Patents

자동차의 입자 필터의 재생 방법 및 재생 제어 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 필터의 충전 수치가 소정의 한계치를 초과할 경우 필터의 재생 수단을 작동시키는 자동차의 입자 필터(36)의 재생 방법에 관한 것이다. 이러한 방법은 재생 수단의 작동 조건의 대표적인 변수를 연산하는 단계와, 이러한 변수의 값에 따라 재생 수단의 작동을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

자동차의 입자 필터의 재생 방법 및 재생 제어 시스템{METHOD FOR REGENERATING A MOTOR VEHICLE PARTICLE FILTER AND SYSTEM FOR CONTROLLING REGENERATION OF SUCH A FILTER}
본 발명은 자동차의 입자 필터의 재생 방법 및 이러한 필터의 재생을 제어하기 위한 시스템에 관한 것이다.
자동차, 특히 디젤 자동차의 연소 과정에서의 불균질성으로 인해 자동차에서 효과적으로 연소될 수 없는 탄소 입자가 배출된다. 이에 의해, 배기관의 출구에서는 디젤 엔진의 특징인 검은 연기가 배출되게 된다. 이러한 현상은 특히 시동 단계시 그리고 강력한 가속시 두드러진다.
엔진의 배기관에 입자 필터가 존재하면 대기로 배출되는 입자, 먼지 및 기타 그을음의 양을 상당히 감소시킬 수 있으며 환경 오염 방지 기준도 충족할 수 있게 된다.
이러한 재생 장치는 필터에 포획된 입자를 주기적으로 연소시킬 수 있어 필터가 입자로 폐색되는 것을 방지할 수 있다.
이는 입자 필터 내의 온도를 550℃∼600℃의 온도까지 승온시킴으로써 수행되며, 이러한 온도는 필터 내에 보유된 탄소 입자를 자발적으로 연소시키게 된다.
이러한 입자의 연소는 엔진의 작동 조건에 따라서 에너지 방출을 야기하게 된다. 이러한 에너지는 엔진으로부터 배출되는 배기 가스 흐름에 의하여 배기되며, 필터를 충전시키는 그을음층으로 전달되며, 입자 필터 또는 일반적으로는 오염 방지 시스템의 구성의 일부를 이루는 각종 부품에 전달될 수 있다.
또한, 자동차의 운행 조건에 따라서, 탄소 입자의 연소에 의하여 방출된 에너지가 더 이상 배기되지 않는 일이 발생할 수도 있다. 이러한 상황은 생성된 화학 반응 속도 및 반응의 가속을 상당히 증가시킨다. 이러한 유형의 과정은 입자의 여과 시스템의 열화를 초래할 경우 발생하게 된다.
그래서, 여과 시스템의 작동 상태의 진단 장치는 일반적으로 입자 필터 내에 축적된 그을음의 양이 완벽하게 제어 가능한 조건하에서 재생을 실시할 수 있도록 할 경우, 일반적으로 재생을 개시하게 된다.
그럼에도 불구하고, 예를 들면 도시 환경에서와 같은 매우 특수한 운행 조건에서는, 재생의 개시를 위한 필수 조건에 도달되지 않을 수도 있다. 이러한 조건에서의 재생의 개시는 여과 시스템에 대하여 유해한 결과를 도출할 수도 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 자동차의 운행 조건에 따라서 여과 시스템에 대한 재생의 결과를 결정할 수 있는 입자 필터의 재생 방법을 제공하고자 하는 것이다.
이에 따라, 본 발명은 필터의 충전 레벨이 소정의 한계치를 넘게 되면 필터 재생 수단을 바로 실행하는 자동차의 입자 필터의 재생 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일반적인 특징에 따르면, 재생 수단의 작동 조건의 대표적인 변수 를 연산 처리하고, 이러한 변수의 값에 따라서 재생 수단의 직동을 제어한다.
이러한 재생 방법의 기타의 특징에 따르면, 변수의 연산은 자동차의 운행 중 연속적으로 수행된다.
이러한 변수의 연산은 예를 들면 재생 수단의 작동 중에 수행된다.
본 발명에 따른 방법의 기타의 특징에 의하면, 재생 수단의 작동의 대표적인 변수는 소정의 기간 동안, 자동차로부터 배출된 배기 가스의 유량과, 재생 수단의 가동 중에 연소된 그을음의 질량의 비율로 이루어진다.
예를 들면, 재생 수단의 작동 조건의 대표적인 변수는 배기 가스의 순간 유량 및 그을음의 연소 속도의 비율로 이루어진다.
본 발명의 실시예에 따르면, 재생 수단의 작동은 상기 변수값과 메모리에 저장된 하나 이상의 한계치 간의 비교로부터 제어된다.
본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 배기 가스의 유량은 자동차의 엔진 동작을 관리하는 중앙 컴퓨터 중의 메모리에 저장된 매핑(mapping)으로부터 취출된다.
연소된 그을음의 질량은, 예를 들면 중앙 컴퓨터의 메모리에 저장된 매핑으로부터 취출된다. 또한, 이러한 질량은 먼저 연소된 그을음의 질량 및 필터의 재생 속도로부터 결정될 수 있다.
유리한 실시예에 따르면, 필터의 재생 속도는 입자 필터의 내부 온도에 따라서 자동차의 작동을 관리하는 중앙 컴퓨터 중의 메모리에 저장된 매핑으로부터 취출된다.
마지막으로, 입자 필터의 내부 온도 Tfap는 예를 들면 하기 수학식 1로부터 연산된다.
Figure 112004059116369-pct00001
상기 수학식에서,
Te는 입자 필터의 입구 온도를 나타내며,
Ts는 입자 필터의 출구 온도를 나타내며,
a는 중앙 컴퓨터의 매핑으로부터 입구 온도(Te)및 출구 온도(Ts)간의 차이에 따라 결정되는 계수이다.
본 발명에 따르면, 재생 수단의 작동을 유발하기 위한 입자 필터의 충전 레벨의 제어 수단을 포함하는 자동차의 입자 필터 재생의 제어 시스템에 관한 것이다.
이러한 시스템의 실시예에 따르면, 상기 변수값에 따른 재생 수단의 작동을 제어하기 위하여 재생 수단의 작동 조건의 대표적인 변수의 연산 수단을 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 목적, 특징 및 잇점은 하기에서 예로서 제시하는 비제한적인 실시예에 의하여, 본 발명의 방법을 구현하는 입자 필터가 장착된 내연 기관의 구조를 개략적으로 도시하는 첨부 도면을 참조하면 명백할 것이다.
도 1에서, 도면 부호 10으로 나타낸 엔진은 터보컴프레서에 의하여 과잉 공급되는 디젤형 엔진을 나타낸다.
도시한 예에서, 엔진(10)은 예를 들면 선으로 표시한 도면 부호 12의 4 개의 실린더를 포함한다. 이는 유량계(18)가 장착되어 있으며 공기 필터(도시하지 않음)를 구비한 공급 도관(16)에 의하여 공급되는 유입 분배기(14)에 의하여 신선한 공기를 공급하게 된다.
또한, 엔진(10)에는, 실질적으로 접촉 산화 반응 포트(24) 및 입자 필터 (26)로 이루어진 입자 여과 시스템이 장착된 배기 라인(22)과 연통 상태로 배기 수집기(20)가 장착된다.
재순환 밸브(30)가 장착된 배기 가스의 재순환 회로(28)는 연소로부터의 배기 가스의 일부분을 회수하여 유입 분배기(14)로 재분사한다.
엔진(10)은 공급 회로(32)에 의하여 연료를 공급한다. 예를 들면, 이러한 공급 회로는 공통의 사면 및 고압 회로가 된다.
마지막으로, 도면 부호 34로 표시한 적합하게 프로그래밍된 컴퓨터는 운전자에 의하여 요구되는 우력을 전달하기 위하여 엔진 점화 순간에 또는 분사된 연료의 함량을 관리하게 된다.
특히, 컴퓨터(34)는 유입 도관(16)을 구비한 유량계(18)로부터 입자 필터(26)의 하류 및 상류에서 배기 라인을 구비한 36과 같은 센서로부터의 측정 신호를 수신하고, 당업자에게 공지되어 있는 바와 같이 엔진의 기타의 작동 변수, 예컨대 엔진 작동의 운행 속도, 주위 공기 온도, 작동 유체의 온도 등의 측정치를 대입시킨다.
컴퓨터(34)에서 메모리에 저장된 매핑(38)으로부터 엔진의 여러 가지 작동 변수, 예를 들면 연료의 분사, 유입 및 배기 밸브의 들어올림, 재순환된 가스의 양을 제어하는 임의의 소재 수단 및 소프트웨어를 혼입할 수 있다.
특히, 입자 필터의 충전 레벨을 감시하며, 이러한 측정치가 소정의 한계치를 초과할 경우 필터 재생 수단(26)을 작동하게 된다. 이러한 재생 수단은 당업자에게 공지되어 있는 바와 같이 통상의 유형의 수단에 의하여 이루어진다. 이는 이하에서 상세히 설명하지 않기로 한다.
그럼에도 불구하고, 이러한 수단은 필터(26)에 포함된 탄소 입자의 자발적인 점화에 필요한 에너지를 가하기 위하여 550℃∼600℃의 온도에서 가열되는 입자 필터에서의 특정 가스 환경을 생성할 수 있는 수단으로 이루어진다.
필터 충전 레벨의 측정과 관련하여, 이것은 즉 입자 필터의 상류 및 하류에서 존재하는 압력차를 측정함으로써 여러 가지 수단에 의하여 수행할 수 있다.
또한, 가스 유출물의 처리 시스템의 구조에 유입되는 부품을 열화시킬 수도 있는 조건에서 재생을 수행하지 않도록 하기 위하여, 컴퓨터(34)는 자동차 운행 중에, 그리고 특히 재생 중에 재생 수단의 작동 조건의 대표적인 변수를 연산하며, 수행된 화학 반응의 가속을 나타내는 그을음의 연소에 의하여 방출되는 에너지가 더 이상 배기되지 않는 상황에서 재생을 실시하지 않도록, 연산된 변수의 값에 따라 이러한 재생 수단을 가동시킨다.
이러한 제어 변수는, 예를 들면 배기 가스의 유량과, 연소된 그을음의 질량의 비율로 이루어진다. 이러한 비율은 재생 중에, 재생 단계에 해당하는 하나의 기간까지의 제2의 단계가 될 수 있는 기간 동안 주기적으로 연산한다.
주지된 바와 같이, 이러한 기간이 초 단위인 경우, 이러한 비율은 사실상 배기 가스의 순간 유량과 그을음의 연소 속도간의 비율에 해당한다.
그리하여, 컴퓨터(34)는 메모리에 로드되고 선행의 학습에 의하여 얻어진 제1 한계치(d1ref) 및 제2 한계치(d2ref)간의 차를 연산한다.
그리하여, 연산된 변수가 제1 한계치(d1ref)보다 낮을 경우, 재생이 정상적으로 진행된 것으로 간주한다. 화학 반응의 실시에 의하여 생성된 에너지는 배기 가스 흐름에 의하여 완전 배기된다. 반대로, 변수가 d1ref 및 d2ref 사이에 포함될 경우, 재생이 가속될 우려가 있다.
운행 조건 및 이에 따른 운전자의 요청은 이러한 가속의 분배에 영향을 미치게 된다. 이러한 조건에서는 입자 필터가 손상될 잠재적 위험성이 있다. 재생 속도를 제한 또는 감소시키도록 즉, 필요할 경우 재생을 중지하도록 컴퓨터(34)는 재생 수단의 제어 절차를 실행하게 된다.
마지막으로, 이러한 계산된 변수가 제2 한계치(d2ref)보다 클 경우, 재생이 가속되며, 필터가 손상된 것으로 간주한다. 이러한 변수와 한계치 d2ref와의 차이는 손상의 정도를 표시하게 된다. 자동차 운전자는 이러한 상황을 보고받게 되며, 이는 확인 및 정비를 위하여 차고로 가게 된다.
재생 수단 작동의 제어 변수의 연산 절차와 관련하여, 가스 유량은 자동차의 작동 변수에 따른 매핑(30)을 취출하게 되는 값이다. 또한, 연소된 그을음의 양은 매핑(38)를 취출할 수 있다. 변형예에서, 이는 선행의 연산 기간 중 미리 연소된 그을음의 양 및 필터 재생 속도로부터 연산할 수 있다.
환언하면, 순간 i+1에서의 그을음의 양 M(i+1)은 하기의 수학식 2로부터 결정된다.
Figure 112004059116369-pct00002
상기 수학식에서, M(i)은 순간 i에서의 그을음의 양을 나타내며,
V(i)는 순간 i에서의 재생 속도를 나타낸다.
또한, 재생 속도 V(i)는 하기의 수학식 3으로부터 입자 필터 (26)의 내부 온도에 따라서 카르토그램(38)으로부터 취출된다:
Figure 112004059116369-pct00003
상기 수학식에서,
Te는 입자 필터의 입구 온도를 나타내며,
Ts는 입자 필터의 출구 온도를 나타내고,
a는 중앙 컴퓨터에서 매핑으로부터 입구 온도 Te와 출구 온도 Ts간의 차이에 따라 결정된 계수이다.
또는, 연소된 그을음의 질량을 연산하기 위하여, 컴퓨터(34)는 전술한 수학식으로부터 입자 필터의 내부 온도의 계산 및, 해당 재생 속도를 매핑(38)으로부터 취출하여 이러한 재생 속도로부터 연소된 그을음의 질량을 연산할 수 있게 된다.
주지하는 바와 같이, 본 발명은 재생 중에 재생 조건에 관련된 위험을 표시하고, 입자 필터의 모든 열화를 방지하도록 재생 수단의 기능을 변형시킬 수 있다.

Claims (12)

  1. 필터 충전의 레벨 수치가 소정의 한계치를 초과할 경우 필터의 재생 수단을 바로 작동시키는 자동차의 입자 필터(36)의 재생 방법으로서, 재생 수단의 작동 조건의 대표적인 변수를 연산하는 단계와, 이러한 변수의 값에 따라 재생 수단의 작동을 제어하는 단계를 포함하고, 재생 수단의 작동 조건의 대표적인 변수는 소정의 기간 동안 자동차 엔진으로부터 배출되는 배기 가스의 유량과 연소된 그을음의 질량 간의 비율을 연산함으로써 결정되거나, 배기 가스의 순간 유량과 그을음의 연소 속도 간의 비율에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 자동차의 입자 필터의 재생 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 변수의 연산은 자동차의 운행 중에 연속적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 자동차의 입자 필터의 재생 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 변수의 연산은 재생 수단의 작동 중에 수행되는 것을 특징으로 하는 자동차의 입자 필터의 재생 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 재생 수단의 작동은 상기 변수의 값과 메모리에 저장된 하나 이상의 한계치 간의 비교에 의하여 제어되는 것을 특징으로 하는 자동차의 입자 필터의 재생 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 배기 가스 유량은 자동차 엔진의 동작을 관리하는 중앙 컴퓨터 중의 메모리에 저장된 매핑(mapping)(38)으로부터 취출되는 것을 특징으로 하는 자동차의 입자 필터의 재생 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 연소된 그을음의 질량은 중앙 컴퓨터 중의 메모리에 저장된 매핑(38)으로부터 취출되는 것을 특징으로 하는 자동차의 입자 필터의 재생 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 연소된 그을음의 질량은 미리 연소된 그을음의 질량 및 필터의 재생 속도로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 자동차의 입자 필터의 재생 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 필터의 재생 속도는 입자 필터의 내부 온도의 함수로서 자동차 엔진의 동작을 관리하는 중앙 컴퓨터 중의 메모리에 저장된 매핑(38)으로부터 취출되는 것을 특징으로 하는 자동차의 입자 필터의 재생 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 입자 필터의 내부 온도 Tfap는 하기 수학식,
    Figure 112008068320326-pct00004
    으로부터 연산되고, 상기 수학식에서,
    Te는 입자 필터의 입구 온도를 나타내며,
    Ts는 입자 필터의 출구 온도를 나타내고,
    a는 중앙 컴퓨터에서 매핑된 함수에 의하여 입구 온도 Te와 출구 온도 Ts간의 차이에 따라 결정된 계수인 것을 특징으로 하는 자동차의 입자 필터의 재생 방법.
  10. 필터 재생 수단의 작동을 유발하기 위하여 입자 필터의 충전 레벨의 모니터링 수단(34)을 포함하는 자동차의 입자 필터(26)의 재생 제어 장치로서, 제1항 또는 제2항에 따른 재생 방법에 의해 변수값에 따른 재생 수단의 작동을 제어하기 위하여 재생 수단의 작동 조건의 대표적인 변수의 연산 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 입자 필터의 재생 제어 장치.
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WO2001048358A2 (fr) * 1999-12-23 2001-07-05 Renault Procede de gestion du fonctionnement d'un filtre a particules pour moteur a combustion
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