KR101281121B1

KR101281121B1 - Ｈｉｌｓ 시스템 기반의 실시간 자동차 배기계 시험장치

Info

Publication number: KR101281121B1
Application number: KR1020110115283A
Authority: KR
Inventors: 고영진; 박경민; 노윤식
Original assignee: 재단법인 전북자동차기술원
Priority date: 2011-11-07
Filing date: 2011-11-07
Publication date: 2013-07-02
Also published as: KR20130050116A

Abstract

본 발명은 HILS 시스템을 기반으로 하는 자동차 배기계 시험장치에 관한 것으로, 자동차 운행환경에 따라 달라지는 연료 소모량, 흡입공기 및 배출가스 유량에 관한 정보를 수집하는 HILS 시스템을 기반으로 한 배출가스 정보 수집부(100)와; 상기 배출가스 정보 수집부(100)에 의해 수집된 정보에 기초하여 혼합가스를 실시간으로 생산하여 공급하는 혼합가스 공급부(200)와; 상기 혼합가스 공급부(200)의 하류측에 위치되어 상기 혼합가스 공급부(200)로부터 공급된 혼합가스를 연소시켜 공급하는 배출가스 생성부(300) 및; 상기 배출가스 생성부(300)에 의해 공급된 배출가스에 의해 배출가스 후처리장치를 시험하는 시험부(400)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 구성에 의해 본 발명은 배출가스 후처리장치를 실제로 차량에 장착하지 않고도 실험실 등에서 쉽게 시험할 수 있다.

Description

ＨＩＬＳ 시스템 기반의 실시간 자동차 배기계 시험장치{TEST APPARATUS FOR EXHAUST GAS SYSTEM OF VEHICLE BASED ON HILS}

본 발명은 HILS 시스템 기반의 실시간 자동차 배기계 시험장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 HILS(Hardware-In-The-Loop Simulation) 시스템을 기반으로 한 가상현실에서 이루어지는 자동차 운행모사를 통해 연료 소모량과 흡입공기 및 배출가스 유량을 검출하고, 이 검출된 연료 소모량과 흡입 및 배출가스 유량에 근거하여 도출된 배출가스에 상당하는 혼합가스를 연소시켜 자동차 배기계에 공급할 수 있도록 함으로써 후처리장치 등을 시험할 수 있도록 하는 HILS 시스템 기반의 실시간 자동차 배기계 시험장치에 관한 것이다.

자동차에 장착된 내연기관, 특히 디젤기관에서 배출되는 배출가스 중 이산화탄소(CO₂), 질소산화물(NOx) 등의 유해가스는 인간에게 해로울 뿐만 아니라 대기환경을 크게 오염시키는데, 이에 따라 각국은 좀 더 친환경적인 디젤엔진과, 이러한 디젤엔진으로부터 배출되는 가스에 포함된 유해물질을 제거하기 위한 후처리장치 예를 들면, DPF(매연여과장치, Diesel Particulate Filter), DOC(산화촉매장치, Diesel Oxidation Catalyst) 및 SCR(선택적 환원촉매장치, Selective Catalyst Reduction) 등의 성능을 개선하기 위해 많은 연구와 노력을 경주하고 있으며, 그 결과 더욱 우수한 성능을 가지는 디젤엔진과 후처리장치가 개발되고 있다.

이렇게 새로운 후처리장치를 개발하는 과정에서부터 이들 장치를 양산하기까지 먼저 성능 구현여부 및 유효성을 검증하여야 하는데, 이를 위해 종래에는 새로이 개발된 후처리장치를 엔진이 장착된 동력계 및 실차에 장착하여 테스트를 수행하였으며, 이 경우 값 비싼 장비를 구축하거나 타 기관의 장비를 이용하여야 하기 때문에 상당한 비용과 시간이 소요된다는 문제점이 있다.

최근 새로이 개발된 부품을 실차에 장착하여 테스트하는데 따른 상기한 바와 같은 문제점을 해소하고 실험실 내에서의 다양한 시험방법을 통해 그 유효성을 검증하기 위해 HILS(Hardware-In-the-Loop Simulation) 시스템이 제안되어 사용되고 있으며, 실제로 이미 많은 자동차 개발업체들이 HILS 시스템을 적용하여 새로운 대상차량 모델과 새로이 개발된 부품의 성능을 검증하고 있는 추세이며, 그 단편적인 예로서 자동차의 배기계를 재현하여 시험할 수 있도록 한 특허 제929585호(버너를 이용한 차량용 후처리장치의 성능 시험장치)를 들 수 있으나, 이 성능 시험장치는 HILS를 기반으로 하는 시스템을 고려하지 않고 있다.

상기 문헌의 시험장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 일정한 비율로 연료를 연소시키는 버너(5a)를 포함하는 연소챔버(5)와, 배출가스에서 유해물질을 제거하는 후처리장치(6a)가 내장되는 시험 배출관(6)과, 배출가스를 일정한 압력으로 흡입하여 배출하는 흡입 블로어(7)와, 시험 배출관(6)의 인입되는 배출가스의 상태와 시험 배출관(6)에서 배출되는 배출가스의 상태를 측정하여 후처리장치의 성능을 분석하는 성능 분석수단(8) 및 배출가스의 온도를 시험조건에 맞추어 변화시키는 냉각챔버(9)로 구성된다.

그런데 실제 도로에서 운행되는 자동차는 운행 중에 가속페달의 작동 정도, 노면의 상태, 도로의 경사도, 제동장치의 동작여부 등에 따라 연료의 소모량이 계속 달라짐에도 상기 문헌의 시험장치는 이러한 가변요인을 전혀 고려하지 않고 일률적으로 정적인 상태에서 동일한 양의 연료를 연소시켜 생성된 배출가스를 이용하여 후처리장치를 시험하기 때문에 실제의 차량 운행상태가 반영되지 못하고 있으며, 결과적으로 배출가스 후처리장치의 성능을 제대로 시험할 수 없다는 문제가 있다.

즉, 실제 자동차의 운행에 따른 연료 소모량과 배출가스는 정적인 상태보다는 과도상태의 운행조건에 많은 영향을 받는데, 그러함에도 상기 문헌의 성능 시험장치는 실제 자동차의 운행환경을 구현하지 못 하기 때문에 실제로 생성되는 자동차 배출가스와 상당한 차이가 발생될 수 있고, 그 결과 정확하게 그 성능을 검증할 수 없다는 문제가 있다.

따라서 자동차의 실제 운행상황에 따라 달라지는 연료 소모량과 흡입 및 배출가스 유량과 같은 데이터를 실시간으로 획득하고, 이 획득된 데이터에 기초하여 혼합가스를 연소시킨 결과 생성된 배출가스를 배기계 시험장치에 공급함으로써 좀 더 실제에 가까운 동작환경에서 후처리장치 등을 시험할 수 있도록 하는 배기계 시험장치의 개발이 요구된다.

본 발명은 상기와 같은 요구에 부응하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 HILS 시스템을 기반으로 하여 자동차의 실제 운행상황에 따라 달라지는 배출가스를 실제와 유사하게 자동차 배기계 시험장치에 공급함으로써 좀 더 실제와 가까운 동작환경에서 배출가스 후처리장치 등을 시험할 수 있도록 하는 HILS 시스템 기반의 실시간 자동차 배기계 시험장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 자동차 운행환경에 따라 달라지는 연료 소모량, 흡입공기 및 배출가스 유량에 관한 정보를 수집하는 HILS 시스템을 기반으로 한 배출가스 정보 수집부(100)와; 상기 배출가스 정보 수집부(100)에 의해 수집된 정보에 기초하여 혼합가스를 실시간으로 생산하여 공급하는 혼합가스 공급부(200)와; 상기 혼합가스 공급부(200)의 하류측에 위치되어 상기 혼합가스 공급부(200)로부터 공급된 혼합가스를 연소시켜 공급하는 배출가스 생성부(300) 및; 상기 배출가스 생성부(300)에 의해 공급된 배출가스에 의해 배출가스 후처리장치를 시험하는 시험부(400)로 이루어진 HILS 시스템을 기반으로 한 실시간 자동차 배기계 시험장치에 의해 달성된다.

본 발명은 실제로 차량을 운행하지 않고도 실험실 등에서 HILS 시스템을 기반으로 한 운행 모사장치를 통해 나타난 결과에 근거하여 실제와 가까운 배출가스를 배기계 시험장치에 공급하여 후처리장치를 시험할 수 있기 때문에 경제적일 뿐만 아니라 더욱 정확하고 신뢰성 있는 결과를 얻을 수 있다.

또한 본 발명은 자동차의 운행모사가 실험실 내에서 이루어지고, 또한 운행환경도 쉽게 변경할 수 있기 때문에 다양한 형태의 실험을 통해 후처리장치의 성능을 더욱 정확하게 판단할 수 있는 이점이 있으며, 아울러 다양한 차종과 운전전략에 대한 후처리장치의 개발 여건을 제공할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 종래의 후처리장치의 성능 시험장치의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 HILS 시스템 기반의 실시간 자동차 배기계 시험장치의 구성도,
도 3은 본 발명의 연료 소모량, 흡입공기 및 배출가스 유량을 실시간으로 측정하기 위한 HILS 시스템 기반의 배출가스 정보 수집부의 구성도,
도 4는 도 3에서의 동작모듈에 대한 구성도,
도 5는 본 발명의 혼합가스 공급부, 배출가스 생성부 및 시험부의 구성도,
도 6은 본 발명의 배출가스 생성부 및 시험부의 구성도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 구성과 동작에 대해 상세히 설명한다.

본 발명은 HILS 시스템 기반의 실시간 자동차 배기계 시험장치에 관한 것으로, 첨부된 도면의 도 2는 본 발명에 따른 HILS 시스템 기반의 실시간 자동차 배기계 시험장치의 구성도이고, 도 3은 본 발명의 연료 소모량, 흡입공기 및 배출가스 유량을 실시간으로 측정하기 위한 HILS 시스템 기반의 배출가스 정보 수집부의 구성도, 도 5와 도 6은 본 발명의 혼합가스 공급부, 배출가스 공급부 및 시험부의 구성도를 나타낸 것인데, 이들 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 자동차 배기계 시험장치는 배출가스 정보 수집부(100), 혼합가스 공급부(200), 배출가스 생성부(300) 및 시험부(400)로 이루어진다.

배출가스 정보 수집부(100)는 자동차 운행환경에 따라 달라지는 연료 소모량, 흡입공기 및 배출가스 유량 등에 관한 정보를 수집하는 장치로서, 이를 위해 배출가스 정보 수집부(100)는 호스트 컴퓨터(110), HILS 시스템(120), 테스트 벤치(130) 및 ECU(140)로 이루어지고, 테스트 벤치(130)의 전·후단에는 각각 HILS 시스템(120)으로부터 ECU(140) 또는 ECU(140)으로부터 HILS 시스템(120)으로 데이터를 전송하기 위한 커넥터(150, 151)로 이루어진다.

호스트 컴퓨터(110)는 엔진 및 차량 모델링과 실시간 산출된 데이터를 출력하며, 실시간 차량거동을 시뮬레이션 할 수 있는 상용 프로그램이 탑재되는데, 이 시뮬레이션을 수행하기 위해서 엔진 모델, 변속기 모델, 엔진 토크에 대한 연비 맵, 엔진 회전수에 대한 연료 소모량, HEV용 모터에 대한 토크 및 출력 맵 등을 입력받아 HEV 차량 모델을 설정하고 실시간으로 측정된 연료 소모량을 모니터링할 수 있도록 디스플레이하며, 측정값 및 분석값은 저장한다.

여기서 실시간으로 차량 시뮬레이션 수행을 위한 호스트 프로그램은 시뮬링크(Simulink)로 설계된 모델이 사용될 수 있으며, RT_LAB에서 사용할 수 있는 코드로 재구성되어 실시간 해석이 가능하도록 구성된다. 즉, 호스트 프로그램은 실시간 시뮬레이터의 제원 및 운전 등을 위한 제어용 패널뿐만 아니라 시뮬레이션에 대한 자동화 프로그램이다.

또한, 엔진 모델 및 변속기 모델은 Matlab/Simulink 기반으로 모델링되어 실제 차량을 운전하는 운전자의 요구부하와 차량 속도를 기반으로 출력되는데, 이때 출력변수로는 엔진 속도, 엔지 정격출력 및 토크, 시간당 연료 소모량 및 배출가스 배출량 등이 있다.

변속기 모델에 따른 입력항목은 자동/수동, 전륜/후륜 구동 및 변속기 종류를 선택하도록 설정되어 다양한 차량을 시뮬레이션할 수 있도록 구성된다.

HILS 시스템(120)은 자동차의 시스템 제원을 설정하고 시험방법을 구성하여 시뮬레이션을 수행하는 중 3개의 타겟 컴퓨터들 사이의 신호를 송수신할 수 있는 응용 프로그램이 탑재되어 하기에서 설명될 ECU(140)와 상위 제어기에 의해 구동되는 자동차의 동역학적 해석과 연산 및 자동차의 전장시스템을 해석하고 이를 연산/해석하여 호스트 컴퓨터(110)로 전송한다.

본 발명에서는 HILS 시스템(120)을 3개의 타겟 컴퓨터로 분리하여 자동차의 동작을 실시간으로 해석하도록 구성되는데, 이 3개의 타겟 컴퓨터는 동역학적 해석과 연산을 담당하는 제1 타겟 컴퓨터(121), 자동차의 전장시스템을 해석하는 제2 타겟 컴퓨터(122) 및 외부 시스템과의 입출력 및 통신을 담당하는 제3 타겟 컴퓨터(123)로 이루어진다. 또한, 인터페이스(124)는 ECU(140)와 제1,2,3 타겟 컴퓨터들(121, 122, 123) 사이의 디지털 입출력 인터페이스, 아날로그 입출력 인터페이스 및 통신을 담당한다.

ECU(140)는 실제 자동차에 장착되는 실물의 엔진제어기가 사용되며, 자동차의 주행에 따라 엔진을 제어한다.

본 발명에서는 ECU(140)뿐만 아니라 커넥터에 의해 연결된 다양한 제어기가 포함될 수 있으며, 이러한 제어기에는 도 3에 도시된 바와 같이 차량 제어기(HCU, 141), 변속기 제어기(TCU, 142), 모터 제어기(MCU, 143), 배터리 제어기(BMS, 144) 등이 있고, 이 제어기들로부터 입력되는 신호에 따라 테스트 벤치(130)의 동작모듈(131)에 구성된 센서(132), 액추에이터(133) 및 에뮬레이터(134)를 동작시키거나 모사하며 모사된 동작신호가 제어기들을 동작시키도록 구성된다.

다음으로 테스트 벤치(130)에 대해서 설명한다.

전자 제어식 시스템에서는 종래 기계식 디젤엔진보다 많은 센서 종류가 구비되는데 ECU의 정상동작을 위해서 관련 센서에 대한 에뮬레이션(Emulation) 처리를 통한 환경모사가 요구되는데, 본 발명의 테스트 벤치(130)는 이러한 실제 환경과 동일한 환경을 제공하기 위해 센서(132) 및 액추에이터(133) 대신 일부 에뮬레이터(134)로 구성된다.

테스트 벤치(130)는 ECU(140)와 HILS 시스템(120) 사이에 구비되며 상기 ECU(140)의 제어에 의해 구동되는 센서(132), 액추에이터(133) 및 에뮬레이터(134)의 동작모듈(131)로 구성되어 동작모듈(131)의 구동 데이터를 HILS 시스템(120)으로 전송하거나 HILS 시스템(120)의 동작신호를 ECU(140)로 전송한다. 이때 동작모듈(131)은 에뮬레이터보드(134A)와 MCU(134B, Micro Control Unit)을 포함한다.

그리고 센서(132) 및 액추에이터(133)는 인젝터의 솔레노이드, 연료압력 조절밸브, 연료압력 센서, 온도센서, 엔진속도(RPM)센서 및 캠(CAM)센서 등이 있고 시뮬레이션을 하고자 하는 자동차에 따라 이 중에서 선택되는 하나 이상으로 구성된다.

센서(132) 및 액추에이터(133) 중 자동차의 연료소모에 직접적으로 관여하는 것은 엔진 RPM센서, 캠 센서, 연료압력 조절밸브 및 인젝터의 솔레노이드인데, 엔진 RPM센서 및 캠 센서는 실제 차량에서 신호를 검출한 후 에뮬레이션 처리하여 에뮬레이터보드(134A)에서 이 엔진 RPM센서 및 캠 센서의 신호를 발생함으로써 ECU(140)의 정상동작을 확인할 수 있다.

에뮬레이터보드(134A)는 실제 차량에서 신호 데이터를 취득하고, 취득된 데이터에 근거하여 신호를 모사하기 위한 것으로, 이 에뮬레이터보드(134A)에는 MCU(134B)가 탑재(embeded)되고, 이 MCU(134B)는 목표 엔진 RPM 값을 구동펄스폭(PWM)으로 입력받아 엔진 속도를 계산하고 엔진 RPM 센서 및 캠 센서의 신호를 동기화하여 발생시킨다.

그리고 연료압력 조절밸브와 인젝터의 솔레노이드 부분은 직접 ECU(140)에 연결되어 동작이 확인된다.

본 발명은 상기와 같은 구성에 의해 연료압력 센서, 엔진 RPM 센서 및 인젝터의 솔레노이드 구동 신호를 분석하여 엔진의 연료 소모량과 공기비를 산출할 수 있다. 즉 연료압력 센서에 의해 검출된 연료압력과, 인젝터의 솔레노이드 구동신호의 펄스폭(PWM, Pulse Width Modulation) 및 엔진 RPM 센서에 의한 엔진 RPM을 검출함으로써 연료 소모량과 흡입공기 및 배출가스 유량 등을 산출할 수 있다.

상기와 같은 과정에 의해 연료 소모량과 흡입공기 및 배출가스 유량 등이 산출되며, 장착된 엔진의 배출가스 룩업테이블(Look-up table)을 참조함으로써 배출가스에 포함된 가스이 각 성분과 유량을 도출해내게 되는데, 이를 위해 호스트 컴퓨터(110)에는 장착된 엔진에 대한 배출가스 룩업 테이블이 미리 저장된다.

이와 같이 배출가스에 포함된 각 가스의 유량과 성분이 도출되면 이러한 정보는 CAN 통신 등을 통해 후술하는 혼합가스 공급부(200)에 실시간으로 전송된다.

상기와 같은 과정에 의해 배출가스 정보 수집부(100)로부터 배출가스의 성분과 유량 정보가 수신되면 혼합가스 공급부(200)는 이 수신된 배출가스 성분과 유량 정보에 기초하여 혼합가스를 제조하여 시험시스템에 공급하게 되는데, 이를 위해 본 발명의 혼합가스 공급부(200)는 도 5에 도시된 바와 같이 혼합가스 제어부(210), 다중 가스저장부(220), 혼합가스 제조부(230)로 구성된다.

혼합가스 제어부(210)는 수신된 배출가스의 유량과 성분에 대한 정보에 기초하여 혼합가스 발생부(200)의 동작을 제어하여 적절한 성분과 유량의 혼합가스가 후술하는 배출가스 생성부(300)에 공급되도록 한다.

혼합가스 제조부(230)는 상기 혼합가스 제어부(210)의 제어에 의해 혼합가스를 혼합하는 부분으로서 이를 위해 혼합가스 제조부(230)에는 각 저장용기마다 다른 종류의 가스가 저장된 다중 가스저장부(220)가 연결 설치된다.

그리고 상기 다중 가스저장부(220)에는 다수의 가스저장용기(221)와, 다수의 전자유량 밸브(222)가 구비되는데, 전자유량 조절밸브(222)는 각각의 가스저장용기(221)에 1조씩 설치되고, 이에 의해 혼합가스 제어부(210)의 제어에 따라 전자유량 조절밸브(222)의 개도가 조절되고, 따라서 적정량의 가스가 각각의 가스저장용기(221)로부터 배출되어 혼합가스 제조부(230)에 유입된다.

그리고 가스저장용기(221) 각각에는 가압상태의 일산화질소(NO), 이산화탄소(CO2) 등의 가스가 저장된다.

그리고 후술하는 시험부(400)에 장착된 매연저감장치(DPF)를 시험할 수 있도록 가스저장용기(221)에는 수트(soot) 저장용기가 추가로 마련될 수 있다.

상기와 같은 과정에 의해 적정 양과 적정 성분의 혼합가스가 혼합가스 제조부(230)에 의해 제조되면 이 제조된 혼합가스는 혼합가스 제조부(230)의 하류측에 위치하는 배출가스 생성부(300)에 공급된다.

배출가스 생성부(300)는 혼합가스 제조부(230)에 의해 제조된 혼합가스를 버너에 의해 연소시켜 자동차에서 실제로 배출되는 배출가스와 유사한 상태의 배출가스를 생산하여 하류측에 위치하는 시험부(400)에 공급하는 부분으로서, 이러한 배출가스 생성부(300)는 버너(310), 연소챔버(320), 냉각챔버(330), 공기공급 조절밸브(도면에 미표시) 및 연료공급 조절밸브(도면에 미표시) 등으로 이루어지는데, 이들 구성 부품들 역시 혼합가스 제어부(210)의 제어에 의해 그 동작이 제어된다.

상기와 같은 구성에 의해 배출가스 생성부(300)는 혼합가스 제어부(210)의 제어에 따라 공기공급 조절밸브와 연료공급 조절밸브를 조절하여 적정 양의 공기와 연료를 버너(310)에 공급하고, 이에 의해 연소챔버(320)에서 혼합가스 제조부(230)로부터 공급된 혼합가스를 연소시켜 시험부(400)에 공급할 수 있다.

이때 연소챔버(320)의 하류측에는 연소된 혼합가스(배출가스)의 온도가 실제의 자동차 배기계에 공급되는 배출가스의 온도에 근접하도록 배출가스를 냉각시키는 냉각챔버(330)가 구비될 수 있으며, 이러한 냉각챔버(330)에는 온도센서와 냉각코일(도면에 도시하지 않음)을 설치하여 빠른 시간에 배출가스가 설정된 온도에 도달되도록 하는 것이 바람직하다.

시험부(400)는 시험대상이 되는 배출가스 후처리장치 등이 설치되어 시험이 이루어지도록 하는 부분으로서, 이를 위해 도 6에 도시된 바와 같이 시험부(400)에는 배출가스관(410), 제1센서(411), 제2센서(412), 선택적 환원촉매장치(420, SCR, Selective Catalytic Reduction), 우레아 인젝터(430), 매연저감장치(DPF, Diesel Particulate Filter), 디젤산화촉매(DOC, Diesel Oxidation Catalyst) 등이 설치된다. 이에 더하여 시험부(400)에는 최종적으로 배출되는 배출가스의 성분을 분석하기 위한 배출가스 분석장치(500)가 포함될 수 있다.

배출가스관(410)은 배출가스 생성부(300)의 연소챔버(320) 또는 냉각챔버(330)에 연결되어 배출가스 생성부(300)로부터 공급되는 배출가스가 흐르는 유로로서 기능하며, 배출가스관(410)의 유로 상에는 선택적 환원촉매장치(420), 매연저감장치(DPF), 디젤산화촉매(DOC) 등이 설치되는데, 이 중 선택적 환원촉매장치(420)는 환원제로서 우레아(Urea, 또는 암모니아(NH3))를 사용하여 배출가스 내의 NOx를 정화하기 위한 장치로서, NOx에 대한 선택도가 매우 우수할 뿐만 아니라 산소가 존재하는 경우에도 NOx와 우레아 사이의 반응이 촉진되는 장점이 있다.

즉, 배출가스 생성부(300)에 의해 공급된 배출가스는 배출가스관(410)으로 안내되어 흐르는 과정에서 선택적 환원촉매장치(420)에 의해 배출가스 내의 NOx가 정화되는데, NOx의 정화를 위해 선택적 환원촉매장치(420)의 전단(상류) 입력측에는 환원제인 우레아(Urea)를 분사시키는 우레아 인젝터(430)가 구비되고, 이러한 우레아 인젝터(430)는 배출가스 내의 NOx의 양에 따라 그 분사량이 제어된다.

앞서 설명한 바와 같이 가상현실에서 차량의 운행을 모사할 때 차량이 급가속 또는 경사로를 운행하는 경우 배출가스 정보 수집부(100)에서는 단시간에 많은 양의 연료가 공급되는 것으로 산출되고, 이에 따라 연료의 과잉공급으로 불완전 연소 등에 의해 배출가스 내에 많은 양의 NOx가 포함될 수 있다.

따라서 배출가스 내의 NOx량에 따라 분사되는 우레아의 양을 조절할 필요가 있고, 이 NOx의 양을 검출하기 위해 선택적 환원촉매장치(420)의 전단(상류)에는 NOx의 양을 검출하는 제1센서(411)가 구비된다.

또한 선택적 환원촉매장치(420)를 통과한 배출가스에서 NOx가 어느 정도 정화되었는지를 판단하거나 판단된 정도에 따라 선택적 환원촉매장치(420)의 전단(상류)에 우레아의 분사량을 조절하도록 선택적 환원촉매장치(420)의 후단(하류)에도 NOx의 양을 검출하는 제2센서(412)가 구비된다.

다만, 선택적 환원촉매장치(420)의 전/후단에 각각 제1 및 제2센서(411, 412)가 설치되고, 우레아 인젝터(430)도 이 선택적 환원촉매장치(420)의 전단(상류)에 설치되지만 우레아 인젝터(430)는 제1센서(411)의 후단(하류) 즉, 선택적 환원촉매장치(420)와 제1센서(411) 사이에 설치되어 우레아 인젝터(430)에서 분사되는 우레아에 의해 제1센서(411)의 NOx 성분의 검출을 방해하지 않도록 구성된다.

배출가스 내에 포함된 NOx 함량에 따라 우레아 인젝터(430)의 분사량을 제어하기 위해 시험부(400)에는 분사조절장치(DCU, Dosing Control Unit)가 구비되는데, 이러한 분사조절장치(DCU)는 배출가스 정보 수집부(100)로부터 전송된 연료 소모량, 흡입공기 및 배출가스 유량, 제1센서(411) 및 제2센서(412)에서 검출된 배출가스의 상태 데이터 등에 근거하여 우레아 인젝터(430)로부터 공급되는 우레아의 양을 제어하고, 이를 위해 분사조절장치(DCU)는 CAN 통신에 의해 ECU와 연결되며, 우레아 인젝터(430)에는 우레아 인젝터(430)의 노즐을 개폐하는 솔레노이드(도면에 미표시)가 설치된다.

그리고 시험부(400)의 배출가스관(410)의 후단에는 최종 처리된 배출가스의 성분을 분석함으로써 시험대상 후처리장치의 성능을 검증할 수 있도록 배출가스 분석장치(500)가 더 구비될 수 있으며, 이때 배출가스 분석장치(500)와 연계하여 배출가스 분석장치(500)에서 검출 분석된 배출가스 성분을 표시하는 디스플레이장치(도면에 미표시)를 통해 표시되도록 구성될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 배출가스 후처리장치 등을 실제로 차량에 장착하지 않고도 실험실 등에서 배출가스 후처리장치를 실시간으로 시험할 수 있기 때문에 경제적일 뿐만 아니라 다양한 형태의 실험을 통해 후처리장치의 성능을 더욱 정확하게 시험할 수 있다.

100 : 배출가스 정보 수집부 110 : 호스트 컴퓨터
120 : HILS 시스템 121 : 제1 타겟 컴퓨터
122 : 제2 타겟 컴퓨터 123 : 제3 타겟 컴퓨터
130 : 테스트 벤치 131: 동작모듈
132: 센서 133: 액추에이터
134: 에뮬레이터 134A: 에뮬레이터보드
134B: MCU 140 : ECU
141: 차량 제어기 142: 변속기 제어기
143: 모터 제어기 144: 베터리 제어기
150, 151 :　커넥터 200 : 혼합가스 공급부
210: 혼합가스 제어부 220: 다중 가스저장부
230: 혼합가스 제조부 300: 배출가스 생성부
310: 버너 320: 연소챔버
330: 냉각챔버 400 : 시험부
410: 배출가스관 411: 제1센서
412: 제2센서 420: 선택적 환원촉매장치
430: 우레아 인젝터 500: 배출가스 분석장치

Claims

HILS 시스템을 기반으로 한 자동차 운행모사를 통해 배출가스 후처리장치를 시험할 수 있도록 하는 자동차 배기계 시험장치에 있어서,
자동차 운행환경에 따라 달라지는 연료 소모량, 흡입공기 및 배출가스 유량에 관한 정보를 수집하는 HILS 시스템을 기반으로 한 배출가스 정보 수집부(100)와;
상기 배출가스 정보 수집부(100)에 의해 수집된 정보에 기초하여 혼합가스를 실시간으로 생산하여 공급하는 혼합가스 공급부(200)와;
상기 혼합가스 공급부(200)의 하류측에 위치되어 상기 혼합가스 공급부(200)로부터 공급된 혼합가스를 연소시켜 공급하는 배출가스 생성부(300) 및;
상기 배출가스 생성부(300)에 의해 공급된 배출가스에 의해 배출가스 후처리장치를 시험하는 시험부(400)로 이루어지고,
상기 혼합가스 공급부(200)는 수신된 배출가스의 유량과 성분에 대한 정보에 기초하여 혼합가스 발생부(200)의 동작을 제어하여 혼합가스가 배출가스 생성부(300)에 공급되도록 하는 혼합가스 제어부(210), 각 저장용기마다 다른 종류의 가스가 저장되는 다중 가스저장부(220), 상기 혼합가스 제어부(210)의 제어에 의해 혼합가스를 혼합하는 혼합가스 제조부(230)를 포함하여 구성되며,
상기 다중 가스저장부(220)는 다수의 가스저장용기(221)와, 상기 다수의 가스저장용기(221)에 각각 설치되어 상기 혼합가스 제어부(210)의 제어에 따라 가스가 상기 혼합가스 제조부(230)에 유입되도록 하는 전자유량 조절밸브(222)로 이루어지는 것을 특징으로 HILS 시스템 기반의 실시간 자동차 배기계 시험장치.
청구항 1에 있어서,
상기 배출가스 정보 수집부(100)로부터 상기 혼합가스 공급부(200)에 전송되는 정보는 연료 소모량, 흡입공기 및 배출가스 유량에 기초하여 도출된 배출가스 유량 및 성분으로서 CAN 통신에 의해 전송되는 것을 특징으로 하는 HILS 시스템 기반의 실시간 자동차 배기계 시험장치.
청구항 1에 있어서,
상기 배출가스 정보 수집부(100)는 자동차의 운행 모사에 대한 결과를 실시간으로 수신하여 디스플레이하는 호스트 컴퓨터(110)와;
상기 호스트 컴퓨터(110)의 제어 신호에 따라 자동차의 동역학적 해석 및 연산을 수행하고, 자동차의 전장 시스템을 해석하여 동작신호를 발생하는 HILS 시스템(120)과;
자동차의 운행모사를 제어하는 ECU(140) 및 ;
상기 ECU(140)와 상기 HILS 시스템(120) 사이에 구비되는 테스트 벤치(130)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 HILS 시스템 기반의 실시간 자동차 배기계 시험장치.
청구항 3에 있어서,
상기 테스트 벤치(130)는 상기 ECU(140)의 제어에 의해 구동되는 센서(132)와, 액추에이터(133) 및 에뮬레이터(134)의 동작모듈(131)로 구성되어 상기 동작모듈(131)의 구동 데이터를 상기 HILS 시스템(120)으로 전송하거나 상기 HILS 시스템(120)의 동작신호를 상기 ECU(140)로 전송하는 것을 특징으로 하는 HILS 시스템 기반의 실시간 자동차 배기계 시험장치.
청구항 4에 있어서,
상기 동작모듈(131)은 신호를 모사하기 위한 에뮬레이터보드(134A)와, 상기 에뮬레이터보드(134A)에 탑재되어 엔진의 속도를 계산하고 신호를 동기화하여 발생시키는 MCU(134B)를 포함하는 것을 특징으로 하는 HILS 시스템 기반의 실시간 자동차 배기계 시험장치.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시험부(400)는 배출가스관(410), 선택적 환원촉매장치(420) 및 우레아 인젝터(430)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 HILS 시스템 기반의 실시간 자동차 배기계 시험장치.