KR101231408B1

KR101231408B1 - 디젤매연 촉매여과필터의 재생 제어장치

Info

Publication number: KR101231408B1
Application number: KR1020060060294A
Authority: KR
Inventors: 박상현
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2013-02-07
Also published as: KR20080001867A

Abstract

본 발명은 디젤엔진의 운전중 오버런의 발생시 배기가스중 포함된 질소 성분을 흡기계통으로 재공급하여 흡입공기의 산소 농도를 낮추도록 함으로써, 디젤매연 촉매여과필터의 재생을 회피하고 그로 인한 필터의 열해를 방지할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

전술한 바의 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 엔진의 배기경로상에 설치된 디젤매연 촉매여과필터와; 상기 배기경로로부터 분기되어 상기 엔진의 흡기경로와 연통되도록 설치된 분기경로; 상기 분기경로상에 설치되어 배기가스를 질소와 산소 성분으로 각각 분리하여 질소 성분만을 상기 흡기경로에 제공하는 배기가스 성분 분리부; 상기 흡기경로와 상기 분기경로상에 각각 설치되어 흡기와 배기의 유동을 각각 조절하는 개폐조절밸브; 상기 엔진의 부하를 검출하는 부하 검출부 및; 상기 부하 검출부로부터 상기 엔진의 오버런 검출시, 상기 개폐조절밸브의 개폐를 각각 조절하여 흡입공기의 산소 농도를 저하시켜 상기 디젤매연 촉매여과필터의 재생을 방지하는 제어 유니트를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

디젤매연 촉매여과필터의 재생 제어장치{control device for regenerating catalyzed particulate filter}

도 1은 본 발명에 따른 디젤매연 촉매여과필터의 재생 제어장치의 구성을 도시한 도면.

도 2는 도 1에 도시된 배기가스 성분 분리부의 구성을 도시한 도면.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10-엔진 12-배기경로

14-디젤매연 촉매여과필터 16-흡기경로

18-분기경로 20-배기가스 성분 분리부

22-개폐조절밸브 24-부하 검출부

26-제어 유니트

본 발명은 디젤매연 촉매여과필터의 재생 제어장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진의 동작중 오버런 진입시 배기가스중 포함된 과도한 산소성분에 의한 촉매여과필터의 열해에 의한 손상을 방지하는 디젤매연 촉매여과필터의 재생 제어장치에 관한 것이다.

최근 들어, 선진 각국에서는 대기오염의 방지를 위해 디젤차량에 대한 배기가스의 규제를 점차 강화하고 있는 추세인 바, 미국의 경우 현재 시행중인 연방규제를 2004년 이후 대폭 강화하였고, 유럽연합의 경우에도 2000년 Euro-3, 2005년 Euro-4의 규정을 각각 적용하고 있으며, 아울러 향후 적용될 Euro-5의 규정에서는 현재 Euro-4의 규정이 허용하는 기준에 50%의 수준으로 질소 산화물과 입자상 물질에 대한 규제를 각각 강화할 예정이다.

즉, 디젤엔진을 탑재하고 있는 차량에 있어 대기 오염의 원인은 주로 질소 산화물(NOx)과 매연(Soot)이라 지칭되는 입자상 물질(PM;Particulate Matter)에 의해 발생되는 것이므로, 디젤 차량의 배기규제는 주로 질소 산화물과 입자상 물질에 해당되는 것이다.

이에 따라, 종래 디젤차량에서는 Euro-4 규제를 맞추기 위해 배기계통에 디젤매연 촉매여과필터(CPF; Catalyzed Particulate Filter, 촉매가 코팅된 디젤매연 여과필터[DPF; Diesel Particulate Filter]로서 촉매코팅 매연필터 또는 디젤매연 여과장치로도 지칭됨)와 같은 후처리 장치를 필수적으로 적용하고 있는 바, 상기 디젤매연 촉매여과필터의 경우에는 적절한 배기가스의 온도와 산소의 농도를 유지하여 필터의 재생시기를 조절하고 제어하는 기술이 가장 중요한 요소중 하나이다.

그러나, 종래 디젤차량에서 디젤매연 촉매여과필터에서는 내부 온도를 대략 600℃ 정도로 유지하는 것이 필터에 축적된 매연의 연소에 따른 재생에 가장 최적 의 상태이었으나, 엔진의 운전 조건이 오버런으로 진입하는 경우에는 디젤매연 촉매여과필터로 유입되는 산소의 농도가 과다해져 급격한 매연의 연소가 발생하게 되므로, 이로 인해 디젤매연 촉매여과필터의 내부 온도는 대략 1000℃를 상회하게 되는 상황이 유발되는 문제가 있었다.

이러한 문제는 고온의 환경에서 디젤매연 촉매여과필터가 녹아 내리는 현상, 즉 제어되지 않은 필터의 재생이라는 현상이 발생하기 때문에 기인하는 것이다.

그럼에도 불구하고, 현재까지 엔진의 오버런시 디젤매연 촉매여과필터가 녹아내리는 열해의 현상을 보다 적극적으로 제어할 수 있는 기술이 개발되지 못해 디젤매연 촉매여과필터의 개발에 중요한 문제점으로 부각되고 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 디젤엔진의 운전중 오버런의 발생시 배기가스중 포함된 질소 성분을 흡기계통으로 재공급하여 흡입공기의 산소 농도를 낮추도록 함으로써, 디젤매연 촉매여과필터의 재생을 회피하고 그로 인한 필터의 열해를 방지할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 엔진의 배기경로상에 설치된 디젤매연 촉매여과필터와;

상기 배기경로로부터 분기되어 상기 엔진의 흡기경로와 연통되도록 설치된 분기경로;

상기 분기경로상에 설치되어 배기가스를 질소와 산소 성분으로 각각 분리하여 질소 성분만을 상기 흡기경로에 제공하는 배기가스 성분 분리부;

상기 흡기경로와 상기 분기경로상에 각각 설치되어 흡기와 배기의 유동을 각각 조절하는 개폐조절밸브;

상기 엔진의 부하를 검출하는 부하 검출부 및;

상기 부하 검출부로부터 상기 엔진의 오버런 검출시, 상기 개폐조절밸브의 개폐를 각각 조절하여 흡입공기의 산소 농도를 저하시켜 상기 디젤매연 촉매여과필터의 재생을 방지하는 제어 유니트를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진(10)의 배기경로(12)상에 디젤매연 촉매여과필터(14)가 설치되고, 상기 배기경로(12)로부터 분기되어 상기 엔진(10)의 흡기경로(16)와 연통되도록 분기경로(18)가 설치되며, 상기 분기경로(18)에는 배기가스의 성분을 질소 성분과 산소 성분으로 각각 분리하여 질소 성분만을 상기 흡기경로(16)에 제공하는 배기가스 성분 분리부(20)가 설치된다.

그리고, 상기 흡기경로(16)와 상기 분기경로(18)상에는 흡기와 배기의 유동을 각각 조절하는 개폐조절밸브(22)가 설치되고, 상기 흡기경로(16)에는 상기 엔진(10)의 부하를 검출하는 부하 검출부(24)가 설치된다.

또한, 제어 유니트(26)는 상기 부하 검출부(24)로부터 상기 엔진(10)의 오버 런 검출시, 상기 개폐조절밸브(22)의 개폐를 각각 조절하여 흡입공기의 산소 농도를 저하시켜 상기 디젤매연 촉매여과필터(14)의 재생을 방지하도록 구비된다.

여기서, 상기 배기가스 성분 분리부(20)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 분기경로(18)상에 설치된 EP수지재의 수지판관부(20a)와, 상기 수지판관부(20a)의 내부에 길이방향을 따라 배치된 다수의 중공사막(20b)으로 이루어지되, 상기 중공사막(20b)은 세라믹 계열의 폴리아미드 성분으로 이루어진 멤브레인으로 구성된다.

또한, 상기 중공사막(20b)은 상기 배기경로(12)로부터 상기 흡기경로(16)를 향해 단면적이 점차 줄어드는 형태로 이루어진 단중공사막이다.

그리고, 상기 개폐조절밸브(22)는 상기 흡기경로(16)상에 설치되어 경로의 개폐를 조절하는 제1 개폐조절밸브(22a)와, 상기 분기경로(18)의 배기가스 성분 분리부(20) 후단에 설치되어 경로의 개폐를 조절하는 제2 개폐조절밸브(22b)로 이루어지는 바, 상기 제1 및 제2 개폐조절밸브(22a,22b)의 개폐는 상기 제어 유니트(26)에 의해 이루어짐은 물론이다.

또한, 상기 부하 검출부(24)는 상기 흡기경로(16)상에 설치되어 흡입공기의 유동량을 검출하는 공기 유동량 검출센서로 이루어진다.

아울러, 상기 제어 유니트(26)는 상기 엔진(10)의 오버런시 상기 제1 개폐조절밸브(22a)를 폐쇄시킴과 더불어 상기 제2 개폐조절밸브(22b)를 개방시키고, 정상 상태에서는 상기 제1 개폐조절밸브(22a)를 개방시키고 상기 제2 개폐조절밸브(22b)를 폐쇄시키도록 되어 있다.

한편, 도면중 미설명 부호 28은 상기 흡기경로(16)중에 설치되어 흡기중 포 함된 이물질을 제거하는 에어 필터이고, 30은 터보 차져이며, 32는 인터쿨러이다.

따라서, 상기 제어 유니트(26)는 엔진(10)의 가동중 상기 부하 검출부(24)를 매개로 오버런을 인식하게 되면, 상기 흡기경로(16)상에 설치된 제1 개폐조절밸브(22a)를 폐쇄시키고, 상기 배기경로(12)로부터 분지된 분기경로(18)상에 설치된 제2 개폐조절밸브(22b)를 개방시키게 된다.

이에 따라, 상기 분기경로(18)를 통해 유동되는 배기가스는 상기 배기가스 성분 분리부(20)에 의해 산소 성분과 질소 성분으로 각각 분리되는 바, 분리된 질소 가스는 상기 제2 개폐조절밸브(22b)를 통해 상기 엔진(10)의 흡기측으로 유입되어 연소후 배기경로(12)를 통해 배출되는 배기가스의 성분중 산소의 농도를 낮추게 되고, 이로 인해 상기 디젤매연 촉매여과필터(14)의 재생은 이루어지지 않게 된다.

이때, 연소후 배기경로(12)를 통해 배출되는 배기가스중 산소의 농도는 상기 디젤매연 촉매여과필터(14)가 재생에 요구되는 수준 보다 이하로 설정됨은 물론이고, 이는 상기 개폐조절밸브(22)의 개폐에 대한 제어를 통해 달성할 수 있다.

이 경우, 상기 배기가스 성분 분리부(20)에서는 세라믹 계열의 폴리아미드 성분으로 이루어진 중공사막(20b)에 의해 배기가스중 질소 및 산소 성분을 각각 분리하게 되는 바, 상기 배기가스 성분 분리부(20)의 고압측에서는 질소 성분이 발생하게 되고, 저압측에서는 산소 성분이 대기중으로 방사하게 된다.

이는 멤브레인이 가지는 특성중 하나인 분자 단면적의 차이에 따른 투과 및 비투과의 특성으로 기인하는 바, 배기가스중 분자의 단면적이 큰 질소 성분은 멤브레인의 중공사막(20b)을 투과하지 못하고, 분자의 단면적이 상대적으로 작은 산소 성분만이 중공사막(20b)을 투과하여 외부로 배출됨에 따라 기인하는 현상이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 디젤매연 촉매여과필터의 재생 제어장치에 의하면, 엔진(10)의 가동중 오버런의 발생시 배기경로(12)를 통해 배출되는 배기가스중 일부를 흡기경로(16)로 재공급하여 연소후 배출되는 배기가스중 산소 성분을 낮추고, 이로 인해 디젤매연 촉매여과필터(14)에서 매연의 연소에 따른 필터 내부 온도의 급격한 상승을 방지하여 열해에 의한 필터의 손상을 억제할 수 있게 된다.

이때 흡기경로(16)로 재공급되는 배기가스는 배기가스 성분 분리부(20)를 통해 산소 및 질소 성분으로 분리되고, 분리된 질소 가스만을 흡기경로(16)를 통해 연소실로 공급하여 연소후 배출되는 배기가스중 포함된 산소 성분을 현저하게 줄일 수 있게 되는 것이다.

Claims

엔진의 배기경로상에 설치된 디젤매연 촉매여과필터와;

상기 배기경로로부터 분기되어 상기 엔진의 흡기경로와 연통되도록 설치된 분기경로;

상기 분기경로상에 설치되어 배기가스를 질소와 산소 성분으로 각각 분리하여 질소 성분만을 상기 흡기경로에 제공하는 배기가스 성분 분리부;

상기 흡기경로와 상기 분기경로상에 각각 설치되어 흡기와 배기의 유동을 각각 조절하는 개폐조절밸브;

상기 엔진의 부하를 검출하는 부하 검출부 및;

상기 부하 검출부로부터 상기 엔진의 오버런 검출시, 상기 개폐조절밸브의 개폐를 각각 조절하여 흡입공기의 산소 농도를 저하시켜 상기 디젤매연 촉매여과필터의 재생을 방지하는 제어 유니트를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 디젤매연 촉매여과필터의 재생 제어장치.
청구항 1에 있어서,

상기 배기가스 성분 분리부는 상기 분기경로상에 설치된 EP수지의 수지판관부와, 상기 수지판관부의 내부에 길이방향을 따라 배치된 다수의 중공사막으로 이루어지되, 상기 중공사막은 세라믹 계열의 폴리아미드 성분으로 이루어진 멤브레인 인 것을 특징으로 하는 디젤매연 촉매여과필터의 재생 제어장치.
청구항 2에 있어서,

상기 중공사막은 상기 배기경로로부터 흡기경로를 향해 단면적이 점차 줄어드는 단중공사막인 것을 특징으로 하는 디젤매연 촉매여과필터의 재생 제어장치.
청구항 1에 있어서,

상기 개폐조절밸브는 상기 흡기경로상에 설치되어 경로의 개폐를 조절하는 제1 개폐조절밸브와, 상기 분기경로의 상기 배기가스 성분 분리부 후단에 설치되어 경로의 개폐를 조절하는 제2 개폐조절밸브로 이루어진 것을 특징으로 하는 디젤매연 촉매여과필터의 재생 제어장치.
청구항 1에 있어서,

상기 부하 검출부는 상기 흡기경로상에 설치되어 흡입공기의 유동량을 검출하는 공기 유동량 검출센서로 이루어진 것을 특징으로 하는 디젤매연 촉매여과필터의 재생 제어장치.
청구항 4에 있어서,

상기 제어 유니트는 상기 엔진의 오버런시 상기 제1 개폐조절밸브를 폐쇄시킴과 더불어 상기 제2 개폐조절밸브를 개방시키고, 상기 엔진의 정상 상태에서는 상기 제1 개폐조절밸브를 개방시킴과 더불어 상기 제2 개폐조절밸브를 폐쇄시키는 것을 특징으로 하는 디젤매연 촉매여과필터의 재생 제어장치.