KR101664687B1

KR101664687B1 - 배기가스 후처리장치용 냉각팬 제어 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101664687B1
Application number: KR1020150065711A
Authority: KR
Inventors: 김동혁
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2015-05-12
Filing date: 2015-05-12
Publication date: 2016-10-10

Abstract

본 발명은 차량의 배기가스 후처리장치용 냉각팬 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 후처리장치의 열해 개선을 위한 냉각팬 제어를 함에 있어서 전동냉각팬의 제어 신뢰성을 확보하고 동절기에 불필요한 냉각팬 제어를 방지하기 위한 배기가스 후처리장치용 냉각팬 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
이에 본 발명에서는, 엔진에서 발생되는 배기가스 중에 입자상 물질을 제거하는 DPF(Diesel Particulate matter Filter)를 구비한 후처리장치의 냉각을 위한 것으로, 상기 후처리장치의 냉각을 위한 전동냉각팬; 상기 후처리장치의 온도 검출을 위한 온도센서; 외기온도 정보와 상기 후처리장치의 DPF 재생 정보 및 상기 온도센서의 후처리장치 온도 정보를 기반으로 상기 전동냉각팬의 작동을 제어하는 냉각팬 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리장치용 냉각팬 제어 장치를 제공한다.

Description

배기가스 후처리장치용 냉각팬 제어 장치 및 방법 {Device and method for controlling cooling fan of exhaust gas aftertreatment system}

본 발명은 차량의 배기가스 후처리장치용 냉각팬 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 후처리장치의 열해 개선을 위한 냉각팬 제어를 함에 있어서 전동냉각팬의 제어 신뢰성을 확보하고 동절기에 불필요한 냉각팬 제어를 방지하기 위한 배기가스 후처리장치용 냉각팬 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 배기가스는 엔진으로부터 연소된 혼합기가 배기관을 통하여 대기 중으로 방출되는 가스를 말하며, 이러한 배기가스에는 주로 일산화탄소(CO), 질소산화물(NOx), 미연소탄화수소(HC) 등의 유해물질이 포함되어 있다.

특히 디젤엔진 차량은 연비 및 출력 면에서 우수함에도 불구하고 가솔린 엔진과는 달리 배기가스 내에 질소산화물과 입자상 물질이 상당히 많이 함유되어 있다.

이에 엔진의 배기시스템은 배기가스 중에 함유된 유해물질인 디젤 입자상 물질(PM) 및 질소산화물(NOx) 등을 저감하기 위하여, 배기가스를 정화시키는 DOC(Diesel Oxidation Catalyst), DPF(Diesel Particulate matter Filter), 및 SCR(Selective Catalyst Reduction) 등과 같은 배기가스 정화장치를 구비하고 있다.

이 중에서 DPF는 입자상 물질을 줄이기 위해 가장 일반적으로 사용하는 기술로서 배기가스 성분 중 입자상 물질을 포집하고 포집된 입자상 물질을 가열하여 제거하는 기능을 수행하며, 여기서 입자상 물질을 제거하는 과정을 재생(regeneration)이라고 한다.

상기 DPF는 수동 재생시에는 운전자에 의해 재생 기능을 수행하여 배기가스 내 입자상 물질(PM)인 슈트(soot)를 저감하게 되고, 자동 재생시에는 주행중 기설정된 온도 조건을 만족할 때 자동적으로 재생 기능을 수행하여 배기가스 내 슈트(soot)를 저감하게 된다.

그리고, SCR은 인젝터를 통해 배기가스의 스트림 방향으로 분사되는 환원제(요소)가 배기가스의 열에 의해 암모니아(NH3)로 전환되고, SCR 촉매에 의한 배기가스 중의 질소산화물과 암모니아의 촉매 반응으로서 질소산화물을 질소가스(N2)와 물(H2O)로 환원시키는 기능을 한다.

상기와 같은 DOC, DPF, 및 SCR을 채용한 종래 기술의 배기가스 후처리장치는 일 예로서 도 1에서와 같이, 배기파이프(1)의 중앙 또는 내부에 DOC(2)와 DPF(3)를 배기가스의 스트림 방향으로 장착하고, DPF(3)의 후단에 SCR(4)을 장착한다.

그리고, DPF(3)의 후단과 SCR(4)의 전단 사이는 환원제와 배기가스의 혼합 영역으로서 그 혼합 영역에는 환원제를 분사하기 위한 배기가스 후처리장치용 도징모듈(Dosing Module)을 장착한다.

상기 도징모듈은 DCU(Dosing Control Unit, 5)에 의해 제어되어 SCR(4)의 전방에서 배기가스의 유동 방향을 따라 환원제를 분사하기 위한 인젝터가 작동하게 되고, 상기 DPF(3)는 ECU(엔진 제어부, 6)에 의해 재생 기능을 수행하게 된다.

그런데, 상기와 같은 DPF(3)의 재생 기능이 수행되면 후처리장치의 내부 온도가 600℃ 수준까지 과열 상승하여 대형버스와 같은 상용차량의 시스템 구조상 주변 부품의 열해 문제가 발생하게 된다.

이러한 문제점을 개선하기 위하여, 종래에는 BCM(Body Control Module)을 활용하여 후처리장치의 전면에 장착된 온도센서를 모니터링하여 후처리장치용 전동냉각팬을 구동하였다.

상기 BCM은 온도센서가 검출한 후처리장치의 온도가 기설정된 온도 이상이면 전동냉각팬을 기설정된 시간 동안 작동시키고, 작동 후 기설정된 시간이 경과하면 다시 온도센서를 모니터링한다.

그런데, 상기와 같은 종래 기술은 후처리장치용 온도센서에만 의존하여 전동냉각팬을 제어하기 때문에 온도센서의 소손시 후처리장치의 과열에 의한 차량 화재가 발생할 수 있으며, 외기온도가 낮은 동절기에 불필요한 작동으로 인해 전동냉각팬의 내구력이 약화되는 문제점이 있다.

또한, 상기의 종래 기술에 따른 전동냉각팬의 제어에서는 후처리장치의 내부 공기 흐름에 따라 제어시점이 상이하여 와이어링 및 우레아호스의 소손 등과 같은 내부 열해 문제가 발생하고, 하절기에 주행중 DPF 재생이 수행되면 전동냉각팬의 제어가 지연되어 와이어링의 소손 등과 같은 열해 문제가 발생하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 후처리장치의 과열 방지를 위하여 후처리장치용 전동냉각팬의 작동을 제어함에 있어서 전동냉각팬의 제어 신뢰성을 확보하고 동절기에 불필요한 냉각팬 제어를 방지할 수 있는 배기가스 후처리장치용 냉각팬 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이에 본 발명에서는, 엔진에서 발생되는 배기가스 중에 입자상 물질을 제거하는 DPF(Diesel Particulate matter Filter)를 구비한 후처리장치의 냉각을 위한 것으로, 상기 후처리장치의 냉각을 위한 전동냉각팬; 상기 후처리장치의 온도 검출을 위한 온도센서; 외기온도 정보와 상기 후처리장치의 DPF 재생 정보 및 상기 온도센서의 후처리장치 온도 정보를 기반으로 상기 전동냉각팬의 작동을 제어하는 냉각팬 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리장치용 냉각팬 제어 장치를 제공한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 냉각팬 제어부는 차량에 탑재된 외기온도센서를 모니터링하여 외기온도 정보를 획득하는 도징모듈 제어부로부터 상기 외기온도 정보를 입력받고, 후처리장치의 DPF 재생을 제어하는 엔진 제어부로부터 상기 DPF 재생 정보를 입력받는다.

그 결과, 상기 냉각팬 제어부는, 외기온도가 후처리장치를 냉각 가능한 저온 상태로서 기설정된 온도 이상인 것으로 파악되고, 후처리장치의 DPF가 배기가스 정화를 위한 재생 상태인 것으로 파악되면, 전동냉각팬을 상시 작동시킨다.

그리고, 상기 냉각팬 제어부는, 외기온도가 후처리장치를 냉각 가능한 저온 상태로서 기설정된 온도 이하이거나 또는 후처리장치의 DPF가 미재생 상태인 것으로 파악되면, 후처리장치의 온도가 냉각이 필요한 고온 상태로서 기설정된 온도 이상인지 여부를 판단하고, 판단 결과 후처리장치가 냉각이 필요한 고온 상태인 것으로 판단되면 전동냉각팬을 기설정된 시간 동안 작동시킨다.

또한 본 발명에서는, 엔진에서 발생하는 배기가스 중에 입자상 물질을 제거하는 DPF를 구비한 후처리장치의 냉각을 위하여, (a) 외기온도가 후처리장치를 냉각 가능한 저온 상태로서 기설정된 온도 이상인지 여부를 판단하는 과정; (b) 후처리장치의 DPF가 배기가스 정화를 위한 재생 상태인지 여부를 판단하는 과정;(c) 상기 (a) 과정에서 외기온도가 기설정된 온도 이상이고 상기 (b) 과정에서 후처리장치의 DPF가 재생 상태인 것으로 판단되면, 상기 후처리장치의 냉각을 위한 전동냉각팬을 상시 작동시키는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리장치용 냉각팬 제어 방법을 제공한다.

상기의 배기가스 후처리장치용 냉각팬 제어 방법은, 상기 (a) 과정에서 외기온도가 기설정된 온도 이하이거나 또는 상기 (b) 과정에서 후처리장치의 DPF가 미재생 상태인 것으로 판단되면, 상기 후처리장치의 온도가 냉각이 필요한 고온 상태로서 기설정된 온도 이상인지 여부를 판단하고, 판단 결과 후처리장치의 온도가 냉각이 필요한 고온 상태이면 상기 후처리장치의 냉각을 위한 전동냉각팬을 기설정된 시간 동안 작동시킨다.

본 발명에 따른 배기가스 후처리장치용 냉각팬 제어 장치 및 방법에 의하면, 다양한 입력조건을 기반으로 전동냉각팬의 작동을 제어하므로 전동냉각팬의 제어 신뢰성을 확보하는 동시에, 하절기에는 종래기술 대비 DPF 재생 동작시 전동냉각팬의 제어 응답성을 증대할 수 있으며, 이에 따라 후처리장치의 과열에 의한 차량 화재를 방지할 수 있어 차량 안정성을 확보 가능한 이점이 있다.

또한 본 발명에 따른 배기가스 후처리장치용 냉각팬 제어 장치 및 방법에 의하면, 동절기에 불필요한 전동냉각팬 제어를 방지하게 되므로 전동냉각팬의 내구력을 강화할 수 있다.

도 1은 종래의 배기가스 후처리장치를 나타낸 도면
도 2는 본 발명에 따른 배기가스 후처리장치용 냉각팬 제어 장치를 나타낸 도면
도 3은 본 발명에 따른 배기가스 후처리장치용 냉각팬 제어 방법을 나타낸 도면

이하, 본 발명을 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다.

본 발명에서는 차량의 배기가스 후처리장치의 제어를 위한 도징모듈 제어부(DCU, Dosing Control Unit)와 엔진 제어부(ECU) 등으로부터 획득한 정보를 이용하여 전동냉각팬의 제어를 상시 작동과 일시 작동으로 이원화함으로써 후처리장치용 온도센서에만 의존한 전동냉각팬의 종래 제어 방식을 탈피하여 전동냉각팬의 제어 신뢰성을 확보하고 내구력을 강화할 수 있도록 한다.

본 발명에 따른 배기가스 후처리장치의 냉각팬 제어 장치는, 엔진에서 발생하는 배기가스 중의 유해물질을 저감하기 위한 후처리장치를 탑재하고 있는 차량에 구성되는 것으로서, 도 2에 나타낸 바와 같이, 후처리장치의 냉각을 위한 전동냉각팬(10)과 전동냉각팬(10)의 작동을 제어하는 냉각팬 제어부(20)를 포함한다.

상기 전동냉각팬(10)은 후처리장치의 냉각을 위하여 냉각 공기를 공급할 수 있도록 후처리장치의 일측에 장착 구비된 것으로, 냉각팬 제어부(20)에 의해 제어되어 일정 조건에서 상시(항시) 작동되거나 또는 기설정된 시간 동안 일시적으로 작동된다.

상기 냉각팬 제어부(20)는 외기온도 정보와 후처리장치의 DPF 재생 정보 및 후처리장치 온도 정보를 기반으로 전동냉각팬(10)의 작동을 제어하며, 차량 내 기탑재된 BCM(Body Control Module)일 수 있다.

냉각팬 제어부(20)는 차량에 탑재된 외기온도센서(32)를 모니터링하여 외기온도 정보를 획득하는 도징모듈 제어부(DCU, 30)로부터 캔(CAN) 통신을 통해 상기 외기온도 정보를 입력받고, 후처리장치의 DPF 재생을 제어하는 엔진 제어부(ECU, 40)로부터 캔(CAN) 통신을 통해 상기 DPF 재생 정보를 입력받고, 후처리장치의 온도 검출을 위한 후처리장치용 온도센서(50)로부터 상기 후처리장치 온도 정보를 입력받는다.

이러한 냉각팬 제어부(20)는, 외기온도가 동절기에 주행풍 등의 외기에 의해 후처리장치를 냉각 가능한 저온 상태로서 기설정된 온도 이상인 것으로 파악되고, 다시 말해 외기온도가 저온 상태의 외기에 의해 후처리장치를 냉각 가능한 온도값 이상이고, 후처리장치의 DPF가 배기가스 정화를 위한 재생 상태인 것으로 파악되면, 전동냉각팬(10)을 상시 작동시켜 후처리장치를 냉각시킨다.

또한 냉각팬 제어부(20)는 외기온도가 외기에 의해 후처리장치를 냉각 가능한 저온 상태로서 기설정된 온도 이하이거나 또는 후처리장치의 DPF가 미재생(재생 중단/정지) 상태인 것으로 파악되면, 후처리장치의 온도가 전동냉각팬(10) 등을 이용한 냉각이 필요한 고온 상태로서 기설정된 온도 이상인지 여부를 판단하고, 상기 판단 결과 후처리장치의 온도가 전동냉각팬(10) 등을 이용한 냉각이 필요한 고온 상태인 것으로 판단되면 전동냉각팬(10)을 기설정된 시간 동안 일시적으로 작동시켜 후처리장치를 냉각시킨다.

예를 들어, 상기 냉각팬 제어부(20)는, 후처리장치의 DPF가 미재생 상태인 것으로 파악되나, 후처리장치의 온도가 전동냉각팬(10) 등을 이용한 냉각이 필요한 고온 상태인 것으로 파악되면, 전동냉각팬(10)을 기설정된 시간 동안 일시적으로 작동시킨다.

일례로, 차량의 정차시, DPF 재생이 정지되긴 하나, 후처리장치는 DPF 재생에 의해 이미 고온 상태이므로 냉각이 필요하다. 정차시에는 전동냉각팬(10)의 구동이 정지되고 주행풍도 미발생하므로, 상기 냉각팬 제어부(20)에 의해 전동냉각팬(10)을 작동시켜 후처리장치를 냉각시키는 것이 바람직하다.

한편, 앞서 언급한 바와 같이, 배기가스 후처리장치는 DOC(Diesel Oxidation Catalyst), DPF(Diesel Particulate matter Filter), 및 SCR(Selective Catalyst Reduction) 등을 포함하여 구성될 수 있으며, 이중에서 DPF는 엔진에서 발생하는 배기가스 성분 중 입자상 물질을 포집하고 포집된 입자상 물질을 가열하여 제거하는 기능을 하며, 여기서 입자상 물질을 제거하는 과정을 재생(regeneration)이라고 한다. 그리고, 상기 DPF의 후단과 SCR의 전단 사이에는 환원제를 분사하기 위한 도징모듈(Dosing Module)이 장착된다.

상기 도징모듈은 도징모듈 제어부(DCU)에 의해 작동 제어되며, 상기 도징모듈 제어부는 통상 OBD(On-Board Diagnostics)를 이용한 차량 진단을 위하여 외기온도센서를 모니터링하여 외기온도 정보를 획득한다.

여기서, 상기한 구성을 기반으로 하는 본 발명의 후처리장치용 냉각팬 제어 방법을 첨부한 도 3을 참조로 설명하면 다음과 같다.

도 3을 참조하면, DPF를 포함하여 구성되는 후처리장치의 냉각을 위하여, 먼저 외기온도가 외기에 의해 후처리장치를 냉각 가능한 저온 상태로서 기설정된 온도 이상인지 여부를 판단하고, 후처리장치의 DPF가 배기가스 정화를 위한 재생 상태인지 여부를 판단한다.

상기 판단 결과, 외기온도가 상기 기설정된 온도 이상이고 후처리장치의 DPF가 배기가스 정화를 위한 재생 상태이면, 후처리장치의 냉각을 위한 전동냉각팬(10)을 상시 작동시켜 후처리장치에 냉각 공기를 공급한다.

그리고, 상기 판단 결과, 외기온도가 상기 기설정된 온도 이하이거나 또는 후처리장치의 DPF가 미재생(재생 중단/정지) 상태인 것으로 파악되면, 후처리장치의 온도가 전동냉각팬(10) 등을 이용한 냉각이 필요한 고온 상태로서 기설정된 온도 이상인지 여부를 판단하고, 상기 판단 결과 후처리장치의 온도가 전동냉각팬(10) 등을 이용한 냉각이 필요한 고온 상태이면 전동냉각팬(10)을 기설정된 시간 동안 일시적으로 작동시켜 후처리장치를 냉각시킨다.

상기와 같은 본 발명의 배기가스 후처리장치용 냉각팬 제어 장치 및 방법은 외기온도 정보를 활용하여서 동절기 전동냉각팬의 작동 빈도를 감소하고 DPF 재생 정보를 활용하여서 기존에 후처리장치용 온도센서에만 의존된 전동냉각팬 제어를 탈피할 수 있으며, 이에 의해 전동냉각팬의 제어 신뢰성을 확보하고 내구력을 강화할 수 있으며, 또한 이러한 시스템 구성을 위한 추가 비용이 발생하지 않는 장점이 있다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

10 : 후처리장치용 전동냉각팬
20 : 냉각팬 제어부
30 : 도징모듈 제어부
32 : 외기온도센서
40 : 엔진 제어부
50 : 후처리장치용 온도센서

Claims

엔진에서 발생되는 배기가스 중에 입자상 물질을 제거하는 DPF(Diesel Particulate matter Filter)를 구비한 후처리장치의 냉각을 위한 것으로,
상기 후처리장치의 냉각을 위한 전동냉각팬;
상기 후처리장치의 온도 검출을 위한 온도센서;
외기온도 정보와 상기 후처리장치의 DPF 재생 정보 및 상기 온도센서의 후처리장치 온도 정보를 기반으로 상기 전동냉각팬의 작동을 제어하는 냉각팬 제어부;를 포함하며,
상기 냉각팬 제어부는, 외기온도가 후처리장치를 냉각 가능한 저온 상태로서 설정된 온도 이상인 것으로 파악되고, 후처리장치의 DPF가 배기가스 정화를 위한 재생 상태인 것으로 파악되면, 전동냉각팬을 상시 작동시키는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리장치용 냉각팬 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 냉각팬 제어부는 차량에 탑재된 외기온도센서를 모니터링하여 외기온도 정보를 획득하는 도징모듈 제어부로부터 상기 외기온도 정보를 입력받는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리장치용 냉각팬 제어 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 냉각팬 제어부는 후처리장치의 DPF 재생을 제어하는 엔진 제어부로부터 상기 DPF 재생 정보를 입력받는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리장치용 냉각팬 제어 장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 냉각팬 제어부는, 외기온도가 후처리장치를 냉각 가능한 저온 상태로서 기설정된 온도 이하이거나 또는 후처리장치의 DPF가 미재생 상태인 것으로 파악되면, 후처리장치의 온도가 냉각이 필요한 고온 상태로서 기설정된 온도 이상인지 여부를 판단하고, 판단 결과 후처리장치가 냉각이 필요한 고온 상태인 것으로 판단되면 전동냉각팬을 기설정된 시간 동안 작동시키는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리장치용 냉각팬 제어 장치.
엔진에서 발생하는 배기가스 중에 입자상 물질을 제거하는 DPF를 구비한 후처리장치의 냉각을 위하여,
(a) 외기온도가 후처리장치를 냉각 가능한 저온 상태로서 기설정된 온도 이상인지 여부를 판단하는 과정;
(b) 후처리장치의 DPF가 배기가스 정화를 위한 재생 상태인지 여부를 판단하는 과정;
(c) 상기 (a) 과정에서 외기온도가 기설정된 온도 이상이고 상기 (b) 과정에서 후처리장치의 DPF가 재생 상태인 것으로 판단되면, 상기 후처리장치의 냉각을 위한 전동냉각팬을 상시 작동시키는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리장치용 냉각팬 제어 방법.
청구항 6에 있어서,
상기 (a) 과정에서 외기온도가 기설정된 온도 이하이거나 또는 상기 (b) 과정에서 후처리장치의 DPF가 미재생 상태인 것으로 판단되면, 상기 후처리장치의 온도가 냉각이 필요한 고온 상태로서 기설정된 온도 이상인지 여부를 판단하고, 판단 결과 후처리장치의 온도가 냉각이 필요한 고온 상태이면 상기 후처리장치의 냉각을 위한 전동냉각팬을 기설정된 시간 동안 작동시키는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리장치용 냉각팬 제어 방법.