KR100907067B1 - 디젤차량의 후처리계 시스템 및 그것의 진단방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디젤차량에서 후처리계 시스템의 단순화하고, CPF((Catalyzed Particulate Filter)에 산소 저장능력을 부여하여 NMHC(Non Methane Hydrocarbons)의 변환과 OBD-2 진단을 제공하는 것이다.
본 발명은 배기 파이프 상에서 맨 상류측에 배치되며, NMHC변환기능을 실행하는 DOC 영역과 입자상 물질을 물리적으로 포집하는 필터로 구성되는 CPF, 상기 CPF의 하류측에 설치되어 우레아 수용액에서 분해되는 암모니아와의 배기가스에 포함된 NOx를 화학적으로 반응시켜 NOx를 정화하는 SCR촉매, 상기 CPF 양단간에 설치되어 배기가스에 포함된 산소의 농도를 검출하는 제1,제2람다센서, 상기 제1,제2람다센서에서 검출되는 공연비의 희박 → 농후 → 희박에 대한 응답성의 차이를 비교하여 CPF의 NMHC변환기능에 대하여 OBD-2 진단하는 제어부를 포함한다.
Figure R1020080026532
디젤차량, 후처리계, NMHC, CPF, OBD-2

Description

디젤차량의 후처리계 시스템 및 그것의 진단방법{SYSTEM FOR EMISSION REDUCE LINE OF DIESEL VEHICLE AND METHOD OF MONITORING THEREOF}
본 발명은 디젤차량에서 후처리계 시스템의 단순화하고, CPF((Catalyzed Particulate Filter)에 산소 저장능력을 부여하여 NMHC(Non Methane Hydrocarbons)의 변환과 OBD-2 진단을 제공하는 디젤차량의 후처리계 시스템 및 그것의 진단방법에 관한 것이다.
일반적으로 엔진에서 배출되는 배기가스는 배기 파이프의 중간에 배치되는 촉매장치(Catalytic Converter)로 유도되어 정화되고 머플러를 통과하면서 소음이 감쇄된 후 테일 배기 파이프를 통해 대기로 방출된다.
OBD 규제에서는 날로 강화되는 배기가스(Emission)의 규제뿐만 아니라 배기가스 관련 부품의 고장, 열화정도까지 감지하도록 하는 진단 능력의 향상과 개선, 그리고 A/S(After Service) 시장에서의 표준화와 관련된 여러 가지 규정을 만족하도록 요구하고 있다.
북미디젤 Tier2 BIN5 규제나 유로 6 배기가스 규제 중에서 NOx(질소산화물)의 규제를 만족시키기 위해서는 LNT(Lean NOx Trap)촉매, SCR((Selective Catalytic Reduction) 촉매 등과 같은 DeNOx 촉매가 적용되고 있다.
SCR 촉매는 NOx를 정화하기 위한 환원제로 암모니아(NH3)를 사용하는 것으로 NOx에 대한 선택도가 매우 우수할 뿐만 아니라 산소가 존재하는 경우에도 NOx와 암모니아 사이의 반응이 촉진되는 장점이 있어 디젤 차량에 적용되고 있다.
도 5는 종래의 디젤차량에 적용되는 후처리계 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
종래의 디젤 차량에 적용되는 후처리계 시스템은, 배기 파이프 상에서 맨 상류측에 배치되어 NMHC 변환의 주기능을 실행하는 DOC(Diesel Oxidation Catalyst ; 1), DOC 촉매(1)의 하류측에 배치되어 입자상 물질(Particulate Matters :PM)을 포집하는 CPF(5), CPF(5)의 하류측에 배치되며 V2O5/TiO2나 Pt/Al2O3 또는 Zeolite로 이루어지는 SCR 촉매(9)로 구성된다.
상기 DOC(1)는 배기가스에 포함된 유해한 물질인 CO, HC와 입자상 물질 중에서 용해성 유기물질(SOF)을 세라믹 담체에 코팅된 백금계 촉매와 반응시켜 NMHC인 CO2, H2O로 정화한다.
상기 CPF(5)는 배기가스에 포함된 입자상 물질을 필터를 이용하여 물리적으로 포집하고, 일정거리 주행 후 후처리 분사를 통해 배기가스 온도를 입자상 물질(PM)의 발화온도 이상으로 상승시켜 포집된 입자상 물질(PM)을 연소시킨다.
상기 SCR 촉매(9)는 분사되는 우레아(Urea) 수용액의 분해로 산출되는 암모니아와의 화학적 반응에 의해 배기가스에 포함된 NOx를 정화한다.
상기 DOC(1)의 상류측과 하류측에 온도센서(2,3)가 각각 배치되고, CPF(5)의 하류측에 온도센서(6)가 배치되어 각 지점에서의 배기가스 온도를 검출하여 제어부(20)에 제공한다.
상기 CPF(5)의 양단간에 차압센서(4,7)가 배치되어 CPF(5)에 포집되는 입자상 물질(PM)의 흡장량에 대한 정보를 제어부(20)에 제공한다.
따라서, 제어부(20)는 CPF(5)의 흡장량이 재생이 필요한 상태이면 연료를 후분사 제어하여 배기가스의 온도를 설정된 온도 이상으로 상승시켜 CPF(5)에 흡장된 입자상 물질(PM)을 연소시킨다.
또한, 상기 SCR 촉매(9)의 양단간에 NOx센서(8,10)가 배치되어, SCR 촉매(9)의 NOx 정화율에 대한 정보가 제어부(20)에 제공되며, 제어부(20)는 NOx의 정화율에 따라 인젝터(11)를 통해 우레아 수용액의 분사량을 제어한다.
상기한 종래의 차량에 적용되는 후처리계 시스템은 CPF(5)의 양단간에 배치된 차압센서(4,7)의 신호에 따라 CPF(5)를 재생시키기 위한 후분사 제어가 실행되면, 고온으로 상승된 배기가스에 포함된 HC 성분이 DOC(1)의 세라믹 담체에 코팅된 백금계 촉매와 반응하여 산화되면서 발열한다.
이때, 제어부(20)는 HC의 산화에 의한 반응열은 촉매가 활성화(Aging)되는 량과 비례하여 감소하는 원리를 이용하여 DOC의 진단을 실행한다.
즉, DOC(1)의 상류측에 설치되는 온도센서(2)에서 검출되는 배기가스의 온도와 DOC(1)의 하류측에 설치되는 온도센서(3)에서 검출되는 배기가스의 온도로부터 DOC(1)의 반응열을 산출하여 적산된 값이 설정된 기준값 보다 작은 경우 DOC(1)가 정상적인 기능을 수행하지 못하는 것으로 판정하고, 엔진 경고등을 점등시킨다.
전술한 바와 같은 종래의 디젤 차량에 적용되는 후처리계 시스템은 NMHC의 변환기능과 입자상 물질의 포집 기능이 각각 독립되어 있어 후처리계 시스템의 배치 구조가 복잡하여 제작원가 및 수리비용의 상승을 발생시키는 문제점이 있다.
또한, DOC의 OBD-2의 진단이 CPF를 재생시키는 동작에서만 실행되므로 OBD-2의 상시적인 진단이 이루어지지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 디젤차량에서 배기가스 후처리 시스템에서 입자상 물질(PM)을 포집하는 CPF의 특정 영역에 특정의 성분의 추가로 산소저장능력을 부여하여 NMHC의 변환과 입자상 물질의 정화를 동시에 제공하여 후처리계 시스템의 단순화를 제공하는 것이다.
또한, CPF를 상시 모니터링하여 OBD-2의 진단에서 보다 정밀성을 확보하도록 하는 것이다.
상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명의 특징에 따른 디젤차량의 후처리계 시스템은, 배기 파이프 상에서 맨 상류측에 배치되며, NMHC변환기능을 실행하는 DOC 영역과 입자상 물질을 물리적으로 포집하는 필터로 구성되는 CPF;
상기 CPF의 하류측에 설치되어 우레아 수용액에서 분해되는 암모니아와의 배기가스에 포함된 NOx를 화학적으로 반응시켜 NOx를 정화하는 SCR촉매;
상기 CPF 양단간에 설치되어 배기가스에 포함된 산소의 농도를 검출하는 제1,제2람다센서;
상기 제1,제2람다센서에서 검출되는 공연비의 희박 → 농후 → 희박에 대한 응답성의 차이를 비교하여 CPF의 NMHC변환기능에 대하여 OBD-2 진단하는 제어부를 포함한다.
상기 CPF에 구성되는 DOC 영역은 엔진의 배기가스가 직접 인입되는 선단부에 형성되고, 귀금속 재료가 촉매로 코팅되어 DOC의 기능이 부여되며, 코팅막에 산화 세륨이 첨가되어 산소 저장능력을 부여된다.
또한, 본 발명의 특징에 따른 디젤차량의 후처리계 시스템의 진단방법은,
엔진의 초기 시동이 온 되면 DOC 영역이 형성되는 CPF의 양단에 설치되는 제1,제2람다센서의 신호를 검출하는 과정;
상기 제1,제2람다센서의 신호가 예열구간 및 정상운전구간에서 설정된 상한 임계값과 하한 임계값을 넘는 시간을 추출하는 과정;
상기 추출된 각각의 시간을 연산하여 시간 차이가 설정된 기준시간 미만으로 검출되는지 판단하는 과정;
상기 시간 차이가 기준시간 미만이 아니면 CPF의 DOC 영역은 정상적인 NMHC의 변환기능이 제공되고, 기준시간 미만이면 CPF의 DOC 영역은 NMHC의 변환기능이 상실된 것으로 판단하여 경고등 점등 및 엔진 출력 제한 제어를 실행하는 과정을 포함한다.
전술한 구성에 의하여 본 발명은 디젤차량에서 후처리계 시스템의 단순화를 제공하여 제작 원가 및 수리비용이 절감되는 효과를 기대할 수 있다.
또한, CPF에 대한 상시 모니터링을 제공하여 OBD-2의 진단에 정밀성 및 신뢰성이 기대된다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.
도 1은 본 발명 실시예에 따른 디젤차량의 후처리계 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.
본 발명은 배기 파이프 상에서 맨 상류측에 배치되는 CPF(100), CPF(100)의 하류측에 배치되는 SCR촉매(200) 및 제어부(300)를 포함한다.
상기 CPF(100)는 DOC 영역(110)과 필터(120)로 구성되며, DOC 영역(110)은 엔진의 배기가스가 직접적으로 인입되는 선단부의 영역으로, 귀금속 재료가 촉매로 코팅되어 DOC의 기능이 부여되고, 여기서 산화 세륨(Ceria)이 첨가되어 산소 저장능력을 부여된다.
따라서, 상기 CPF(100)는 DOC영역(110)에서 배기가스에 포함된 유해한 물질 인 CO, HC와 입자상 물질 중에서 용해성 유기물질(SOF)을 코팅된 귀금속 재료인 촉매와 반응시켜 NMHC의 변환기능으로 CO2, H2O로 정화하고, 필터(120)에 의해 입자상 물질(PM)이 포집되어 배기가스의 정화가 제공된다.
상기 CPF(100)의 양단간에는 배기가스에 포함된 산소의 농도를 검출하여 제어부(300)에 제공하는 제1,제2람다센서(130)(140)와, CPF(100) 양단간의 차압을 검출하여 제어부(300)에 제공하는 제1,제2차압센서(150)(160)가 설치된다.
상기 제1람다센서(130)는 CPF(100)에 형성되는 DOC 영역(110)에서의 산소저장능력이나 반응효율에 관계없이 항상 공연비의 변화에 즉각적으로 반응한다.
제2람다센서(130)는 CPF(100)에 형성되는 DOC 영역(110)에서의 산소저장능력이나 반응효율에 반응하며, NMHC 변환의 기능이 정상적인 경우에는 전단의 공연비가 변화되더라도 DOC 영역(110)의 산소저장능력에 의해 일정시간 지연을 갖고 반응한다.
상기 SCR 촉매(200)는 V2O5/TiO2나 Pt/Al2O3 또는 Zeolite로 이루어지며, 제어부(300)에 의해 작동되는 인젝터(230)를 통해 분사되는 우레아(Urea) 수용액에서 분해되는 암모니아와의 배기가스에 포함된 NOx를 화학적으로 반응시켜 하기의 수학식과 같이 NOx를 정화한다.
NOx + NH3(암모니아) → N2 + H2O
제어부(300)는 CPF(100)의 양단간에 설치되는 제1,제2차압센서(150)(160)의 신호를 분석하여 입자상 물질(PM)의 흡장량이 재생이 필요한 상태이면 연료를 후분 사 제어하여 배기가스의 온도를 설정된 온도 이상으로 상승시켜 CPF(100)의 필터(120)에 흡장된 입자상 물질(PM)을 연소시킨다.
상기 SCR촉매(200)의 양단간에 제1, 제2NOx센서(210)(220)가 배치되어, SCR 촉매(200)의 NOx 정화율 정보가 제어부(300)에 제공되며, 제어부(300)는 NOx의 정화율에 따라 인젝터(230)를 통해 우레아 수용액의 분사량을 제어한다.
전술한 바와 같은 기능이 포함되는 본 발명에 따른 디젤차량에 적용되는 후처리계 시스템의 동작에 대하여 설명하면 다음과 같다.
후처리계 시스템에 SCR촉매(200)가 적용된 디젤차량에서 엔진의 시동이 온 되면(S101) SCR촉매(200)의 온도가 설정된 온도, 대략적으로 200℃에 도달하기 이전에는 NOx의 정화율이 거의 제로(Zero)를 유지한다.
이때, 제어부(300)는 연료의 후분사를 제어하여 배기가스의 온도를 높여주게 되며, 이로써 SCR촉매(200)의 온도를 최대한 빨리 끌어올려 NOx의 정화율이 정상을 유지하도록 하는 예열구간을 실행한다.
상기 예열구간에서는 다량의 후분사가 수행하게 되고, 이로 인하여 공연비가 농후한 상태를 지속적으로 유지하게 된다.
그리고, SCR촉매(200)의 온도가 설정된 온도로 상승하게 되면 후분사 제어에서 정상적인 이론 공연비의 제어를 실행한다.
따라서, 엔진의 초기 시동 온에 따라 SCR촉매(200)의 활성화를 위하여 후분사 제어가 실행되고, SCR촉매(200)의 활성화가 완료되면 이론 공연비의 분사가 실행되므로, 공연비는 희박 → 농후 → 희박의 조건으로 변화된다.
이때, CPF(100)의 전단에 설치되는 제1람다센서(130)의 신호는 CPF(100)의 산소저장능력이나 반응효율에 관계없이 항상 공연비의 변화에 즉시 반응하여 그에 대한 정보를 제어부(300)에 제공한다.
또한, CPF(100)의 후단에 설치되는 제2람다센서(140)는 DOC 영역(110)의 산소저장능력에 의해 NMHC의 변환이 정상적으로 실행되는 경우 전단의 공연비가 변화하더라도 일정시간의 지연을 가지고 반응하는 신호가 검출되어 제어부(300)에 인가한다.
따라서, 제어부(300)는 CPF(100)의 산소저장능력이 촉매의 효율과 비례한다는 원리를 이용하여 CPF(100)에 대한 NMHC의 저감기능에 대하여 OBD-2의 진단을 실행한다.
즉, CPF(100)의 전단에 설치되는 제1람다센서(130)에서 검출되는 신호와 후단에 설치되는 제2람다센서(140)에서 검출되는 신호의 공연비가 희박 → 농후 → 희박으로 변화하는 조건에 대한 응답성의 차이를 분석하여 CPF(100)의 DOC 영역에 대한 OBD-2의 진단이 가능하게 된다.
도 2를 참조하여 OBD-2의 진단에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 후처리계 시스템이 장착되는 디젤차량의 엔진 시동이 온 되면 제어부(300)는 CPF(100)의 전단에 설치되는 제1람다센서(130)와 후단에 설치되는 제2람다센서(140)의 신호를 판독한다(S102).
상기 제1람다센서(130)에서 검출되는 신호는 공연비의 변화에 즉시 반응하고, 제2람다센서(140)에서 검출되는 신호는 CPF(140)의 산소저장능력이나 반응효율 에 의해 반응하여 CPF(100) 전단의 공연비가 변화하더라도 일정시간 지연되어 출력된다.
이때, 상기 제어부(300)는 검출되는 제1,제2람다센서(130)(140)의 신호가 임계값을 넘는 시간을 검출한다(S103).
예를 들어, 도 3 및 도 4에서 보라색 점선은 상한 임계값을 의미하고, 녹색은 하한 임계값을 의미한다.
따라서, 제1,제2람다센서(130)(140)에서 검출되는 신호가 초기 운전 → 예열구간 → 정상운전구간으로의 변화에 대해 반응하여 설정된 상한 임계값과 하한 임계값을 넘는 각각의 시간에 대하여 a/b/c/d로 측정할 수 있다.
이후, 제1,제2람다센서(130)(140)의 신호가 상한 임계값과 하한 임계값을 넘는 각각의 시간 값을 다음과 같이 연산하여(S105) 설정된 기준시간 미만으로 검출되는지 판단한다(S105).
(b - a) + (d - c) < 기준시간
상기 S105의 판단에서 연산된 시간이 설정된 기준시간 미만으로 검출되면 제어부(300)는 CPF(100)의 고장으로 판단하여(S106) 경고등을 점등시키고 동시에 엔진 출력을 제한 제어한다(S107)(S108).
도 3은 CPF(100)의 DOC 영역(110)에 산소저장능력이 양호하고, 정화효율이 높은 촉매인 경우 제1,제2람다센서(130)(140)를 통해 검출되는 신호를 도시한 도면이다.
도 4는 CPF(100)의 DOC 영역(110)에 산소 저장능력이 떨어지고, 동시에 정화 효율이 떨어지는 촉매인 경우 제1,제2람다센서(130)(140)에서 검출되는 신호를 도시한 도면이다.
도 3의 경우 CPF(100)의 전단에 설치된 제1람다센서(130)의 신호가 상한 임계값을 넘는 시간(a)과 하한 임계값을 넘는 시간(b)에 비하여 후단에 설치된 제2람다센서(140)의 신호가 상한 임계값을 넘는 시간(c)과 하한 임계값을 넘는 시간(d)이 DOC 영역(110)에서 산소 저장능력에 비례하여 일정시간 지연되어 나타남을 알 수 있다.
이에 반하여 CPF(100)의 NMHC 기능이 저하된 경우 도 4에 도시된 바와 같이 CPF(100)의 전단에 설치된 제1람다센서(130)의 신호가 상한 임계값을 넘는 시간(a) 및 하한 임계값을 넘는 시간(b)은 후단에 설치된 제2람다센서(140)의 신호가 상한 임계값을 넘는 시간(c) 및 하한 임계값을 넘는 시간(d)에 비하여 거의 동일한 시간으로 반응함을 알 수 있다.
그리고, NMHC의 변환기능이 정상인 CPF(100)에서 전후단에 설치되는 제1,제2람다센서(130)(140) 신호간의 지연시간은 촉매의 체적과 산화 세륨의 코딩량에 따라 달라지고, NMHC의 변환기능이 상실한 CPF(100)를 판단하기 위한 최소 지연시간은 NMHC의 변환기능이 실행된 배기가스가 OBD-2의 규제치를 넘는 조건의 열화도를 적용하여 지연 시간으로 매핑할 수 있게 된다.
일 예를 들어 도 3 및 도 4에서 (b - a) + (d - c)의 값은 NMHC의 변환기능이 정상 효율을 갖는 촉매에서 대략적으로 10초이고, OBD-2의 규제치를 넘는 열화 촉매에서는 대략적으로 4초인 경우, 안전율을 고려하여 6초를 기준시간으로 설정하 며, 시간차가 6초 미만인 경우 촉매의 열화에 의한 고장으로 판단한다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디젤차량의 후처리계 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 디젤차량의 후처리계 시스템 진단 절차를 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 OBD-2의 진단에서 정상 촉매의 특성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 OBD-2의 진단에서 열화된 촉매의 특성을 도시한 도면이다.
도 5는 종래의 디젤차량에 적용되는 후처리계 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : CPF촉매 110 : 코팅부
120 : 필터부 130 : 제1람다센서
140 : 제2람다센서 150 : 제1차압센서
160 : 제2차압센서 200 : SCR촉매
210 : 제1NOx센서 220 : 제2NOx센서
230 : 인젝터 300 : 제어부

Claims (7)

  1. 배기 파이프 상에서 맨 상류측에 배치되며, NMHC변환기능을 실행하는 DOC 영역과 입자상 물질을 물리적으로 포집하는 필터로 구성되는 CPF;
    상기 CPF의 하류측에 설치되어 우레아 수용액에서 분해되는 암모니아와의 배기가스에 포함된 NOx를 화학적으로 반응시켜 NOx를 정화하는 SCR촉매;
    상기 CPF 양단간에 설치되어 배기가스에 포함된 산소의 농도를 검출하는 제1,제2람다센서;
    상기 제1,제2람다센서에서 검출되는 공연비의 희박 → 농후 → 희박에 대한 응답성의 차이를 비교하여 CPF의 NMHC변환기능에 대하여 OBD-2 진단하는 제어부를 포함하는 디젤차량의 후처리계 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 CPF에 구성되는 DOC 영역은 엔진의 배기가스가 직접 인입되는 선단부에 형성되고, 귀금속 재료가 촉매로 코팅되어 DOC의 기능이 부여되며, 코팅막에 산화 세륨이 첨가되어 산소 저장능력을 부여되는 디젤차량의 후처리계 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1람다센서는 공연비의 변화에 즉각적으로 반응하고, 제2람다센서는 CPF에 형성되는 DOC 영역의 산소 저장능력 및 NMHC의 반응효율에 반응하며, 제1람 다센서의 신호에 비하여 DOC 영역의 산소 저장능력에 따라 일정시간 지연을 갖고 반응하는 디젤차량의 후처리계 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 엔진의 초기 시동 후 상기 CPF의 양단에 설치되는 제1,제2람다센서의 신호가 상한 임계값과 하한 임계값을 넘는 시간을 검출하고, 시간 값의 연산 결과에 따라 CPF의 NMHC 변환기능에 대한 OBD-2의 진단을 실행하는 디젤차량의 후처리계 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제1,2람다센서의 신호가 상한 임계값과 하한 임계값을 넘는 시간에 대하여 연산한 결과 제2람센서의 신호가 공연비의 변화에 즉시 반응하는 상태이면 CPF의 고장으로 판정하는 디젤차량의 후처리계 시스템.
  6. 엔진의 초기 시동이 온 되면 DOC 영역이 형성되는 CPF의 양단에 설치되는 제1,제2람다센서의 신호를 검출하는 과정;
    상기 제1,제2람다센서의 신호가 예열구간 및 정상운전구간에서 설정된 상한 임계값과 하한 임계값을 넘는 시간을 추출하는 과정;
    상기 추출된 각각의 시간을 연산하여 시간 차이가 설정된 기준시간 미만으로 검출되는지 판단하는 과정;
    상기 시간 차이가 기준시간 미만이 아니면 CPF의 DOC 영역은 정상적인 NMHC의 변환기능이 제공되고, 기준시간 미만이면 CPF의 DOC 영역은 NMHC의 변환기능이 상실된 것으로 판단하여 경고등 점등 및 엔진 출력 제한 제어를 실행하는 과정을 포함하는 디젤차량의 후처리계 시스템 진단방법.
  7. 제6항에 있어서,
    공연비 변화에 따라 제1람다센서에서 검출되는 신호에 비하여 제2람다센서에서 검출되는 신호가 설정된 일정시간 이상 지연되어 검출되면 DOC 영역이 형성되는 CPF를 정상으로 판정하고, 공연비의 변화에 따라 제1,제2람다센서의 신호가 근접하게 검출되면 CPF의 고장으로 판정하는 디젤차량의 후처리계 시스템 진단방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101063487B1 (ko) 2008-12-04 2011-09-07 현대자동차주식회사 디젤차량의 후처리계 진단장치 및 그 방법
CN104975922A (zh) * 2014-04-01 2015-10-14 福特环球技术公司 在微粒过滤器处泄漏检测的方法和系统
WO2021071299A1 (ko) * 2019-10-11 2021-04-15 서울대학교산학협력단 배기가스 후처리 시스템 제어 장치

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0777145A (ja) * 1993-07-14 1995-03-20 Hitachi Ltd エンジン制御装置
JP2001200718A (ja) 2000-01-18 2001-07-27 Mazda Motor Corp エンジンの排気浄化装置
KR20070049859A (ko) * 2005-11-09 2007-05-14 현대자동차주식회사 디젤 자동차의 배기가스 정화장치 및 그 재생방법
US20080000221A1 (en) 2006-06-29 2008-01-03 Silvis Thomas W Process and system for removing soot from particulate filters of vehicle exhaust systems

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0777145A (ja) * 1993-07-14 1995-03-20 Hitachi Ltd エンジン制御装置
JP2001200718A (ja) 2000-01-18 2001-07-27 Mazda Motor Corp エンジンの排気浄化装置
KR20070049859A (ko) * 2005-11-09 2007-05-14 현대자동차주식회사 디젤 자동차의 배기가스 정화장치 및 그 재생방법
US20080000221A1 (en) 2006-06-29 2008-01-03 Silvis Thomas W Process and system for removing soot from particulate filters of vehicle exhaust systems

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101063487B1 (ko) 2008-12-04 2011-09-07 현대자동차주식회사 디젤차량의 후처리계 진단장치 및 그 방법
CN104975922A (zh) * 2014-04-01 2015-10-14 福特环球技术公司 在微粒过滤器处泄漏检测的方法和系统
WO2021071299A1 (ko) * 2019-10-11 2021-04-15 서울대학교산학협력단 배기가스 후처리 시스템 제어 장치
KR20210043070A (ko) * 2019-10-11 2021-04-21 서울대학교산학협력단 배기가스 후처리 시스템 제어 장치
KR102257395B1 (ko) * 2019-10-11 2021-05-26 서울대학교산학협력단 배기가스 후처리 시스템 제어 장치

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