KR101251481B1 - 디젤 차량의 배기가스 제어장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

디젤 차량에서 엔진 시동 직후 차량의 내구에 따라 시동 보조장치인 가열 플러그 및 에어 히터의 후열 제어로 산화 촉매의 활성화 온도 도달시간을 단축시켜 배기가스를 저감 제어하는 것으로,

엔진 시동이 검출되면 주행 누적거리가 설정된 배기가스 내구 보증 거리 이내인지 판단하는 과정과, 주행 누적거리가 배기가스 내구 보증 거리 이내이면 가열 플러그의 과열이 방지되는 시간을 기준으로 설정한 일정시간 동안 가열 플러그의 후열 제어로 배기가스의 온도를 상승 제어하는 과정과, 주행 누적거리가 배기가스 내구 보증거리를 초과한 상태이면 780초 동안 가열 플러그를 통한 후열 제어 온/오프를 반복적으로 수행하는 과정을 포함하며, 주행 누적거리가 배기가스 내구 보증거리를 초과한 상태이면 780초 동안 가열 플러그 및 에어 히터를 동시에 작동시키는 후열 제어 온/오프를 반복적으로 수행하는 과정을 포함한다.

디젤 차량, 후열, 시동 보조장치, 가열 플러그, 에어 히터

Description

디젤 차량의 배기가스 제어장치 및 방법{EMISSION CONTROL SYSTEM OF DIESEL VEHICLE AND METHOD THEREOF}

도 1은 본 발명에 따른 디젤 차량의 배기가스 제어장치에 대한 일 실시예의 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 디젤 차량에서 예열 플러그만이 장착되는 경우 배기가스 제어에 대한 흐름도.

도 3은 본 발명에 따른 디젤 차량에서 예열 플러그와 에어 히터가 장착되는 경우 배기가스 제어에 대한 흐름도.

도 4는 본 발명에 따른 디젤 차량에서 배기가스 제어에 대한 결과 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 시동 스위치 20 : RPM 검출부

30 : 제어부 40 : 적산계

50 : 예열 플러그

본 발명은 디젤 차량에 관한 것으로, 더 상세하게는 엔진의 시동 직후 차량 의 내구에 따라 시동 보조장치인 가열 플러그 및 에어 히터의 후열 제어로 산화 촉매의 활성화 온도 도달시간을 단축시켜 배기가스를 저감 제어하는 디젤 차량의 배기가스 제어장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 가솔린 엔진은 스파크 플러그(Spark Plug)에 의한 불꽃 방전으로 연소실에 흡입되어 압축되는 혼합기의 폭발을 유도하고 있으나, 디젤 엔진은 연소실에 흡입된 혼합기의 압축에 의한 자연 발화를 이용한다.

자연 발화를 이용하는 디젤 엔진에서는 겨울철이나 혹한지에서의 시동성 확보를 위하여 추가적인 시동 보조장치가 적용되고 있다.

시동 보조장치로는 엔진의 흡기 다기관(Intake Manifold)에 에어 히터(Air Heater)를 장착하여 흡기 다기관을 통해 엔진측으로 유입되는 공기를 가열하는 방법이 적용되고 있다.

또하나의 방법으로는 연소실에 가열 플러그(Glow Plug)를 장착하여 연소실 내부에서 흡입된 혼합기의 온도를 높여주는 방법이다.

상기한 시동 보조장치의 적용에 따라 흡기온이 낮은 조건에서도 연소실 내부의 연료에 대한 자연 발화온도를 확보하여 시동성을 개선하고, 동시에 시동 초기에 발생되는 미연소되는 연료로 인한 스모그(그을음)의 발생을 저감시키고 있다.

시동 보조장치로 가열 플러그나 에어 히터가 장착되는 경우 이들에 대한 제어는 다음과 같은 작동 영역으로 구분된다.

1. 엔진의 크랭킹(Cranking) 전 이그니션 스위치의 온 접점에서 작동되며 통상적으로 클러스터 내에 구비되는 가열 램프의 점등과 동시에 작동되어 연소실로 흡입되는 공기 혹은 연소실내에 흡입되어진 혼합기를 가열하여 자연 발화온도를 높여주는 예열 동작(Pre Glow).

2. 클러스터내 구비되는 가열 램프의 소등 이후 엔진의 크랭킹이 이루어지기 이전 일정시간 동안 연소실로 흡입되는 공기 혹은 연소실에 흡입되어진 혼합기를 가열하여 자연 발화온도를 높여주는 크랭킹 준비 예열 동작(Start Ready Glow).

3. 엔진이 크랭킹을 시작하고 엔진 관리 시스템(Engine Management System : EMS)이 시동 완료를 판정하기 이전까지 연소실로 흡입되는 공기 혹은 연소실에 흡입되어진 혼합기를 가열하여 자연 발화온도를 높여주는 시동 예열 동작(Start Glow).

4. 엔진 관리 시스템(EMS)에 의해 시동 완료가 판정된 이후 설정된 일정시간 동안 그을음(Soot)의 발생을 저감시키고 아이들(Idle) 안정성을 확보하기 위하여 작동되는 후열 동작(Post Glow).

5. 겨울철 경사로의 강판 조건 등에서 화이트(White)/블루(Blue)스모그의 저감을 위해 작동되는 중간 가열 동작(Intermediate Glow).

상기한 바와 같이 구분되는 시동 보조장치의 동작 영역에서 차량의 배기가스(Tail Pipe Exhaust Emission) 저감을 위해 효과적으로 사용되는 항목은 후열이며, 이는 가열 히터를 사용함으로써 배기가스의 측정구간에서 엔진의 연소 개선을 통한 배기가스 저감 효과를 높이는데 사용되고 있다.

디젤 차량에 적용되는 엔진은 차량의 내구가 진행됨에 따라 엔진이 가지고 있는 마찰력이 줄어들어 결과적으로 연료 분사량이 저감되어 연비가 개선되는 효과 는 있으나 배출되는 배기가스의 온도가 저하된다.

따라서, 엔진의 운전시간에 비례하여 산화촉매에서 촉매 활성화 온도( LOT: Light Off Temperature)까지의 도달 시간이 늘어나게 된다.

결과적으로 차량의 주행거리가 누적됨에 따라 후처리 장치인 산화 촉매의 활성화 지연이 발생되며, 이에 따라 배기가스가 늘어나게 되는 문제점이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 엔진의 시동직후 차량의 내구에 따라 가열 히터 및 에어 히터의 후열을 제어하여 배기가스의 온도를 높여 줌으로써 산화 촉매의 활성화 온도 도달시간을 단축시켜 배기가스의 저감 제어가 수행되도록 한 것이다.

즉, 엔진의 시동 직후에 가열 플러그 혹은 에어 히터를 작동시켜 후열을 제공하고, 일정시간 가열 플러그 혹은 에어 히터를 냉각시킨 다음 재작동시키는 동작을 내구 차량에 대하여 설정된 일정시간, 바람직하게는 780초 동안 반복적으로 수행하도록 함으로써 산화 촉매의 활성화 온도 도달 시간을 단축시키도록 한 것이다.

또한, 시동 보조장치로 가열 플러그와 에어 히터가 동시에 장착되는 경우 내구의 진행에 따라 배기가스 보증 기간이 중간인 경우에는 엔진의 시동 직후 에어 히터만을 이용한 반복적인 동작의 제어로 산화 촉매의 활성화 온도의 도달 시간을 단축시키도록 하고, 배기가스 보증 기간이 말기인 경우에는 가열 플러그를 통한 후열과 에어 히터를 통한 후열을 동시에 반복적으로 제어하여 산화 촉매의 활성화 온도 도달 시간을 단축시키도록 한 것이다.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 시동 스위치와 RPM 검출부, 가열 플러그 및 에어 히터가 장착되는 디젤 차량에 있어서, 엔진의 시동 직후 차량의 내구에 따라 가열 플러그 및 에어 히터를 통한 후열 제어로 배기가스의 온도를 상승시켜 산화 촉매의 활성화 도달 시간을 단축 제어하는 제어부를 더 포함한다.

또한, 본 발명은 엔진의 시동이 검출되면 주행 누적거리가 설정된 배기가스 내구 보증 거리 이내인지 판단하는 과정과; 주행 누적거리가 배기가스 내구 보증 거리 이내이면 가열 플러그의 과열이 방지되는 시간을 기준으로 설정한 일정시간 동안 가열 플러그의 후열 제어로 배기가스의 온도를 상승 제어하는 과정과; 주행 누적거리가 배기가스 내구 보증거리를 초과한 상태이면 780초 동안 가열 플러그를 통한 후열 제어 온/오프를 반복적으로 수행하는 과정과; 주행 누적거리가 배기가스 내구 보증거리를 초과한 상태이면 780초 동안 가열 플러그 및 에어 히터를 통한 후열 제어 온/오프를 동시에 반복적으로 수행하는 과정을 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 디젤 차량의 배기가스 제어장치는 시동 스위치(10)와 RPM 검출부(20), 제어부(30), 적산계(40) 및 가열 플러그(50)를 포함하여 구성된다.

시동 스위치(10)는 Lock/Acc/On/Start의 접점으로 구성되어 이그니션 스위치에 의해 선택되는 접점을 통해 배터리의 전원을 해당 부하측에 공급하고, "Start" 접점이 선택되는 경우 엔진의 시동 요구를 제어부(30)에 제공한다.

RPM 검출부(20)는 크랭크 샤프트의 회전수를 검출하여 현재의 엔진 RPM에 대한 정보를 제어부(30)에 제공한다.

제어부(30)는 엔진의 정상적인 시동 온이 검출되는 경우 차량의 내구에 따라 시동 보조장치인 가열 히터 및 에어 히터의 작동 시간을 제어하여 배기가스의 온도를 높여 줌으로써 산화 촉매의 활성화 온도 도달시간을 단축시켜 배기가스의 저감 제어가 수행되도록 한다.

상기 제어부(30)는 엔진의 시동 직후에 가열 플러그 혹은 에어 히터를 작동시켜 후열을 제공하고, 설정된 후열 작동시간이 경과하면 일정시간의 대기로 가열 플러그 혹은 에어 히터를 냉각시킨 다음 재작동시키는 동작을 내구 차량에 대하여 설정된 일정시간, 바람직하게는 780초 동안 반복적으로 수행하도록 함으로써, 산화 촉매의 활성화 온도 도달 시간을 단축시키도록 한 것이다.

상기 제어부(30)는 시동 보조장치로 가열 플러그와 에어 히터가 동시에 장착되는 경우 내구의 진행에 따라 배기가스 보증 기간이 중간인 경우에는 엔진의 시동 직후 에어 히터만을 이용한 반복적인 동작의 제어로 산화 촉매의 활성화 온도의 도달 시간을 단축시키도록 하고, 배기가스 보증 기간이 말기인 경우에는 가열 플러그를 통한 후열과 에어 히터를 통한 후열을 동시에 반복적으로 제어하여 산화 촉매의 활성화 온도 도달 시간을 단축시키도록 한다.

적산계(40)는 차량의 주행 누적 거리를 적산하여 제어부(30)의 엑세스에 따라 적산된 누적 거리의 정보를 제공한다.

가열 플러그(50)는 연소실에 장착되는 시동 보조장치로 제어부(30)에서 인가되는 제어신호에 따라 연소실내에 흡입된 혼합기를 가열하는 기능을 수행한다.

전술한 바와 같은 기능을 포함하여 구성되는 본 발명에서 배기가스 저감 제어를 수행하는 동작에 대하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 2를 참조하여 시동 보조장치로 가열 플러그만이 장착되는 경우에 대하여 설명한다.

차량 엔진의 시동이 오프되어 있는 상태에서(S101) 제어부(30)는 RPM 검출부(20)의 정보를 판독하여 엔진의 정상적인 시동 온이 검출되었는지를 판단한다(S102).

엔진의 정상적인 시동 온이 검출되었으면 제어부(30)는 적산계(40)로부터 주행 누적거리를 엑세스하여(S103), 주행 누적거리가 설정된 기준거리인 "A" 보다 작은 상태인지를 판단한다(S104).

상기 기준거리 "A"는 차량에 설정되는 배기가스 내구 보증거리를 의미한다.

상기 S104의 판단에서 주행 누적거리가 배기가스 내구 보증거리를 초과하지 않은 상태이면 가열 플러그(50)를 통한 후열을 시작한다(S105).

이후, 가열 플러그(50)의 후열에 대한 경과시간을 카운터하여(S106) 설정된 제1기준시간이 경과하였는지를 판단한다(S107).

상기 제1기준시간은 가열 플러그가 과열되는 것을 방지하기 위해 설정되는 기준시간이다.

상기 S107의 판단에서 가열 플러그(50)의 후열에 대한 경과시간이 설정된 제 1기준시간을 경과하지 않은 상태이면 가열 플러그(50)를 통한 후열 동작을 지속적으로 유지하고, 설정된 제1기준시간이 경과하였으면 가열 플러그(50)를 통한 후열 제어를 종료한다(S120).

또한, 상기 S104의 판단에서 주행 누적거리가 배기가스 내구 보증거리를 초과한 상태이면 가열 플러그(50)를 통한 후열 제어를 시작한 후(S110) 후열 제어의 진행에 따른 경과시간을 카운터하여(S111), 설정된 제1기준시간이 경과하였는지를 판단한다(S112).

상기 S112의 판단에서 가열 플러그(50)를 통한 후열 제어가 설정된 제1기준시간을 경과하지 않은 상태이면 후열 동작을 지속적으로 유지하고, 설정된 제1기준시간이 경과하였으면 가열 플러그(50)를 통한 후열 제어를 종료한다(S113).

이후, 설정된 제2기준시간을 대기하여(S114) 가열 플러그(50)를 충분히 냉각하며, 가열 플러그(50)를 통한 후열 제어의 경과시간이 설정된 제3기준시간이 경과하였는지를 판단한다(S115).

상기 제2기준시간은 가열 플러그(50)이 충분한 냉각이 이루어지는 시간으로 차종에 따라 각기 다른 시간으로 설정된다.

또한, 상기 제3기준시간은 배기가스 내구 보증기간이 경과된 경우 가열 플러그(50)를 이용한 후열로 배기가스에 포함된 일산화탄소를 최소화되는 시간으로 차종별로 반복적인 시험을 통해 추출되는 시간이며, 바람직하게는 780초로 설정한다.

상기 S115의 판단에서 설정된 제3기준시간, 바람직하게는 780초가 경과되지 않은 상태이고, 가열 플러그(50)의 충분한 냉각이 이루어지는 제2기준시간이 경과 하였으면 상기 S110으로 리턴하여 가열 플러그(50)의 후열을 재개한다.

전술한 S110 내지 S114의 동작은 설정된 제3기준시간, 바람직하게는 780초가 경과되기까지 반복적으로 수행한다.

이후, 가열 플러그(50)를 통한 후열로 배기가스에 포함된 일산화탄소의 저감 제어에 대한 동작이 제3기준시간, 바람직하게는 780초 이내에서 반복적으로 수행되었으면, 가열 플러그(50)를 후열 제어에 대한 동작을 종료한다(S120).

따라서, 가열 플러그(50)의 후열 제어를 통해 배기가스의 온도를 높게 하고, 이에 따라 배기가스의 후처리 장치인 산화 촉매의 활성화 온도 도달 시간을 단축시킴으로써, 궁극적으로 배기가스에 포함된 일산화탄소의 농도를 최소화한다.

또한, 도 3을 참조하여 시동 보조장치로 가열 플러그와 에어 히터가 장착되는 경우 배기가스의 저감 제어에 대한 동작은 다음과 같다.

차량 엔진의 시동이 오프되어 있는 상태에서(S201) 제어부(30)는 RPM 검출부(20)의 정보를 판독하여 엔진의 정상적인 시동 온이 검출되었는지를 판단한다(S202).

엔진의 정상적인 시동 온이 검출되었으면 제어부(30)는 적산계(40)로부터 주행 누적거리를 엑세스하여(S203), 주행 누적거리가 설정된 기준거리인 "A" 보다 작은 상태인지를 판단한다(2104).

상기 기준거리 "A"는 차량에 설정되는 배기가스 내구 보증거리를 의미한다.

상기 S204의 판단에서 주행 누적거리가 배기가스 내구 보증거리를 초과하지 않은 상태이면 가열 플러그(50)를 통한 후열을 시작한다(S205).

이후, 가열 플러그(50)의 후열에 대한 경과시간을 카운터하여(S206) 설정된 제1기준시간이 경과하였는지를 판단한다(S207).

상기 제1기준시간은 가열 플러그가 과열되는 것을 방지하기 위해 설정되는 기준시간이다.

상기 S207의 판단에서 가열 플러그(50)의 후열에 대한 경과시간이 설정된 제1기준시간을 경과하지 않은 상태이면 가열 플러그(50)를 통한 후열 동작을 지속적으로 유지하고, 설정된 제1기준시간이 경과하였으면 가열 플러그(50)의 후열을 종료하고 제어를 종료한다(S208)(S220).

또한, 상기 S204의 판단에서 주행 누적거리가 배기가스 내구 보증거리를 초과한 상태이면 가열 플러그(50)를 통한 후열 제어를 시작한 후(S210) 후열 제어의 진행에 따른 경과시간을 카운터하여(S211), 설정된 제1기준시간이 경과하였는지를 판단한다(S212).

상기 S212의 판단에서 가열 플러그(50)를 통한 후열 제어가 설정된 제1기준시간을 경과하지 않은 상태이면 후열 동작을 지속적으로 유지하고, 설정된 제1기준시간이 경과하였으면 가열 플러그(50)를 통한 후열 제어를 종료한다.

이후, 배기가스의 온도를 높여주기 위한 가열 플러그의 후열 제어 경과시간이 설정된 제3기준시간이 경과하였는지를 판단한다(S213).

또한, 상기 제3기준시간은 내구 보증기간이 경과된 차량에서 후열 제어로 배기가스에 포함된 일산화탄소가 최소화되는 시간으로 차종별로 반복적인 시험을 통해 추출되는 시간이며, 바람직하게는 780초로 설정한다.

상기 S213의 판단에서 설정된 제3기준시간, 바람직하게는 780초가 경과되지 않은 상태이고, 흡기 다기관에 장착되어 있는 에어 히터를 통해 연소실로 흡입되는 흡기를 가열한다(S214).

이후, 에어 히터를 통한 흡기의 가열 시간이 에어 히터의 과열이 방지되는 것을 방지하기 위하여 설정한 기준시간인 제4기준시간을 경과하였는지를 판단한다(S215).

상기 에어 히터의 가열시간이 제4기준시간을 경과하지 않았으면 에어 히터의 가열을 지속적으로 유지하고, 에어 히터의 가열시간이 경과되었으면 에어 히터의 가열을 중지한 다음 일정시간 대기후 상기 S210으로 리턴하여 가열 플러그(50)의 후열을 재개한다.

전술한 S210 내지 S215의 동작은 설정된 제3기준시간, 바람직하게는 780초가 경과되기까지 반복적으로 수행하며, 설정된 제3기준시간이 경과되었으면 가열 플러그 및 에어 히터의 가열 동작을 종료한다.

따라서, 가열 플러그 및 에어 히터를 통한 후열 제어로 통해 배기가스의 온도를 높게 하고, 이에 따라 배기가스의 후처리 장치인 산화 촉매의 활성화 온도 도달 시간을 단축시킴으로써, 궁극적으로 배기가스에 포함된 일산화탄소의 농도를 최소화한다.

상기한 바와 같이 후열 동작을 통해 배기가스의 온도를 상승시켜 배기가스에 포함된 일산화탄소를 저감 제어하는 실험 결과는 도 4와 같다.

즉, 그래프의 청색과 같이 엔진의 배기가스 내구 보증기간에 포함되는 경우 엔진 시동후 대략적으로 300초 이후에 산화 촉매가 활성화 온도에 도달함에 따라 배기가스에서 일산화탄소가 거의 검출되지 않게 안정성을 보인다.

그러나, 그래프의 적색과 같이 엔진의 배기가스 내부 보증기간이 경과한 경우 엔진 시동 후 대략적으로 780초 이후에나 산화 촉매가 활성화 온도에 도달하여 배기가스에서 일산화탄소가 검출되지 않는 안정성을 보이고 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 디젤 차량에서 엔진의 시동 직후에 차량의 내구에 따라 시동 보조장치로 장착되는 가열 플러그 및 에어 히터를 제어하여 배기가스의 온도를 높게 함으로써 후처리 장치인 산화 촉매의 활성화 온도 도달시간을 단축시켜 배기가스에 포함된 일산화탄소의 저감제어를 안정되게 수행하는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 시동 스위치와 RPM 검출부, 가열 플러그 및 에어 히터가 장착되는 디젤 차량에 있어서,

   엔진의 시동 직후 차량의 주행 누적거리에 따라 가열 플러그 및 에어 히터를 이용한 후열 제어로 배기가스의 온도를 상승시켜 산화 촉매의 활성화 도달 시간을 단축 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 차량의 배기가스 제어장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제어부는 가열 플러그 혹은 에어 히터를 이용한 후열 제어에서 과열 방지 설정시간이 경과되면 후열을 중지한 다음 설정시간 대기하여 가열 플러그 혹은 에어 히터를 냉각시킨 다음 내구에 따라 설정된 시간 이내에서 재작동시키는 동작을 반복적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 디젤 차량의 배기가스 제어장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제어부는 시동 보조장치로 가열 플러그와 에어 히터가 동시에 장착되는 경우 가열 플러그를 이용한 후열과 에어 히터를 이용한 후열을 동시에 반복적으로 제어하는 것을 특징으로 하는 디젤 차량의 배기가스 제어장치.
4. 엔진의 시동이 검출되면 주행 누적거리가 설정된 배기가스 내구 보증 거리 이내인지 판단하는 과정과;

   주행 누적거리가 배기가스 내구 보증 거리 이내이면 가열 플러그의 과열이 방지되는 시간을 기준으로 설정한 일정시간 동안 가열 플러그의 후열 제어로 배기가스의 온도를 상승 제어하는 과정과;

   주행 누적거리가 배기가스 내구 보증거리를 초과한 상태이면 780초 동안 가열 플러그를 통한 후열 제어 온/오프를 반복적으로 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 차량의 배기가스 제어방법.
5. 제4항에 있어서,

   상기 주행 누적거리가 배기가스 내구 보증거리를 초과한 상태이면 780초 동안 가열 플러그 및 에어 히터를 통한 후열 제어 온/오프를 동시에 반복적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 디젤 차량의 배기가스 제어방법.

Images