KR101734254B1 - 배출가스의 바이패스 제어방법 - Google Patents

배출가스의 바이패스 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 배출가스의 바이패스 제어방법은, 엔진의 운행조건을 감지하는 단계, 및 상기 감지된 운행조건에 따라서 배출가스가 촉매유닛을 바이패스하도록 바이패스밸브를 제어하는 단계를 포함하고, 상기 운행조건은, 냉각수온, 연료분사량, 가속도, 또는 배출가스 온도를 포함할 수 있다.

Description

배출가스의 바이패스 제어방법{BYPASS CONTROL METHOD OF EXHAUST GAS}
본 발명은 디젤산화촉매(DOC)나 디젤매연필터(DPF)의 온도를 안정적으로 유지함으로서 배출가스의 정화율을 안정적으로 유지하도록 하는 배출가스의 바이패스 제어방법에 관한 것이다.
현재, 승용 디젤 엔진에서 배출가스규제에 대응하기 위해서, 디젤산화촉매(DOC)와 디젤매연필터(DPF), 질소산화물정화유닛(LNT, lean NOx trap), 및 선택적환원촉매유닛(SCR, selective catalytic reduction unit) 등이 고려되고 있다.
DOC, LNT, SCR 등 배출가스 저감을 목적으로 장착된 후처리 시스템은 화학 반응을 위한 기본 온도가 필요하다.
통상 엔진 냉간 상태(냉각수온 90도 이하)에서는 배기온도가 낮으며, 이러한 영역에서 후처리 장치가 활성화 되기 이전에 과다한 배출가스가 배출되고 있는 상황이다.
따라서, 냉간 영역에서 연비 희생을 통한 배기온 상승 전략을 적용하여 냉간 배기 가스 저감을 하고 있다.
그러나, 연소 전략을 통하여 배기온 상승은 가능하나, 오버런(타력 주행, 미연소 상태)과 같은 운행조건일 경우에, 후처리 시스템의 온도를 낮추고 활성화 온도 도달시점을 지연 시킬 수 있다. 아울러, 배기가스 규제의 강화로 인하여, 냉간 상태에서 배기가스 정화율을 높이기 위해서 촉매 웜업 시간을 단축할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 운행조건에 따라서 배출가스가 촉매유닛을 바이패스 하도록 함으로써, 상기 촉매유닛의 온도를 안정적으로 유지하고, CO/THC/PM의 배출양을 줄여서 전체적인 배기가스의 질을 향상시킬 수 있는 배출가스의 바이패스 제어방법을 제공하는 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 배출가스의 바이패스 제어방법은, 엔진의 운행조건을 감지하는 단계, 및 상기 감지된 운행조건에 따라서 배출가스가 촉매유닛을 바이패스하도록 바이패스밸브를 제어하는 단계를 포함하고, 상기 운행조건은, 저부하조건 또는 오버런조건을 포함할 수 있다.
상기 저부하조건은 상기 냉각수온이 제1설정값 미만이고, 상기 배출가스 온도가 제4설정값 미만인 경우를 포함할 수 있다.
상기 오버런조건은 상기 연료분사량이 제2설정값 미만이고, 상기 가속도값이 제3설정값 미만인 경우를 포함할 수 있다.
한 실린더에 디젤 연료를 직접분사하는 인젝터를 포함할 수 있다.
상기 냉각수온이 제1설정값 이상이거나, 상기 연료분사량이 제2설정값 이상이거나, 상기 가속도값이 제3설정값 이상이거나, 상기 배출가스 온도가 제4설정값 이상이면, 배출가스가 상기 촉매유닛을 통과하도록 상기 바이패스밸브를 제어할 수 있다.
상기 촉매유닛은 상기 배출가스에 포함된 유해물질을 산화시켜 제거하는 디젤산화촉매(DOC), 및 상기 배출가스에 포함된 입자상물질을 걸러내고, 산화시켜 제거하는 디젤매연필터(DPF)를 포함할 수 있다.
상기 디젤산화촉매 또는 상기 디젤매연필터를 바이패스하는 바이패스라인; 을 포함하고, 상기 바이패스밸브는 상기 바이패스라인에 설치될 수 있다.
상기 냉각수온이 제1설정값 미만이면 상기 배출가스가 상기 촉매유닛을 바이패스하도록 상기 바이패스밸브를 제어할 수 있다.
상기 연료분사량이 제2설정값 미만이면, 상기 배출가스가 상기 촉매유닛을 바이패스하도록 상기 바이패스밸브를 제어할 수 있다.
상기 가속도값이 제3설정값 미만이면, 상기 배출가스가 상기 촉매유닛을 바이패스하도록 상기 바이패스밸브를 제어할 수 있다.
상기 배출가스 온도가 제4설정값 미만이며, 상기 배출가스가 상기 촉매유닛을 바이패스하도록 상기 바이패스밸브를 제어할 수 있다.
상기 엔진의 운행조건이 설정된 저부하조건인 것으로 판단되면, 상기 바이패스밸브를 열어줄 수 있다.
상기 엔진이 오버런 조건으로 판단되면, 상기 바이패스밸브를 열어줄 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배출가스의 바이패스 제어시스템은, 연소실에서 배출되는 배출가스의 유해물질을 저감시키도록 배치되는 촉매유닛, 및 상기 촉매유닛을 바이패스하도록 배치되는 바이패스라인, 상기 바이패스라인에 설치되는 바이패스밸브, 및 상기 바이패스밸브를 제어하도록 설정된 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 냉각수온, 연료분사량, 가속도, 또는 배출가스 온도에 따라서 상기 바이패스밸브를 제어할 수 있다.
상기 냉각수온이 제1설정값 미만이고, 상기 연료분사량이 제2설정값 미만이고, 상기 가속도값이 제3설정값 미만이고, 상기 배출가스 온도가 제4설정값 미만인 경우에, 상기 제어부는 상기 배출가스가 상기 촉매유닛을 바이패스하도록 상기 바이패스밸브를 제어할 수 있다.
상기 냉각수온이 제1설정값 이상이거나, 상기 연료분사량이 제2설정값 이상이거나, 상기 가속도값이 제3설정값 이상이거나, 상기 배출가스 온도가 제4설정값 이상이면, 상기 제어부는, 배출가스가 상기 촉매유닛을 통과하도록 상기 바이패스밸브를 제어할 수 있다.
상기 촉매유닛은 상기 배출가스에 포함된 유해물질을 산화시켜 제거하는 디젤산화촉매(DOC), 및 상기 배출가스에 포함된 입자상물질을 걸러내고, 산화시켜 제거하는 디젤매연필터(DPF)를 포함할 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따라서, 운행조건에 따라서 배출가스가 촉매유닛을 바이패스 하도록 함으로써, 상기 촉매유닛의 온도를 안정적으로 유지하고, CO/THC/PM의 배출양을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배출가스 바이패스 제어시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배출가스 바이패스 제어방법을 보여주는 플로우차트이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배출가스 바이패스 제어시스템의 일부 사시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배출가스 바이패스 제어시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 배출가스 바이패스 제어시스템은 흡기라인(100), 터보차저(140), 인터쿨러(120), 흡기매니폴드(132), 엔진(130), 인젝터(136), 배기매니폴드(134), 고압이지알라인(180), 고압이지알쿨러(185), 배기라인(110), 촉매유닛(150), 디젤산화촉매(152), 디젤매연필터(154), 바이패스라인(160), 바이패스밸브(170), 및 제어부(190)를 포함한다.
상기 흡기라인(100)을 통해서 유입된 외기는 상기 터보차저(140), 상기 인터쿨러(120), 및 상기 흡기매니폴드(132)를 통해서 상기 엔진(130)의 연소실로 전달되고, 상기 인젝터(136)는 상기 연소실로 연료를 분사한다.
상기 연소실에서 연소된 연소가스는 상기 배기매니폴드(134), 및 상기 배기라인(110)을 통해서 외부로 배출되는데, 배출가스는 상기 배기라인(110)에 설치되는 촉매유닛(150)을 거치면서 유해물질이 저감된다.
상기 촉매유닛(150)는 상기 디젤산화촉매(152)와 상기 디젤매연필터(154)를 포함한다. 여기서, 상기 디젤산화촉매(152)는 LNT기능을 포함하여, 질소산화물을 저감시킬 수 있고, 상기 디젤매연필터(154)는 배출가스에 포함된 입자상물질을 필터링하고, 이를 연소/산화시켜 제거할 수 있다.
상기 바이패스라인(160)은 상기 촉매유닛(150) 즉, 상기 디젤산화촉매(152)나 상기 디젤매연필터(154) 중 적어도 하나를 바이패스하는 구조로, 배출가스가 상기 디젤산화촉매(152)나 상기 디젤매연필터(154)를 바이패스하도록 한다.
아울러, 상기 배기라인(110)에는 상기 터보차저(140)를 바이패스하는 라인이 형성되고, 상기 배기라인(110)에서 상기 흡기라인(100)으로 배출가스를 재순환시키는 상기 고압이지알라인(180)이 배치되고, 상기 고압이지알라인(180)에 상기 고압이지알쿨러(185)가 배치된다.
본 발명의 실시예에서, 엔진의 운행조건에 따라서 상기 바이패스밸브(170)를 제어하여 상기 촉매유닛(150)의 웜업시간을 단축할 수 있다.
즉, 상기 제어부(190)는 냉각수온센서를 통해서 냉각수의 온도를 감지하고, 상기 인젝터(136)의 연료분사량을 감지하며, 차량의 가속도값을 감지하고, 상기 배기라인(110)의 일측을 흐르는 배출가스의 온도를 감지할 수 있다.
특히, 상기 냉각수온, 상기 연료분사량, 상기 가속도값, 및 상기 배출가스의 온도에 따라서 상기 바이패스밸브(170)를 제어함으로써, 상기 촉매유닛(150)의 온도를 안정적으로 유지하여 배출가스의 질을 효과적으로 높일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 제어부(190)는 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 마이크로 프로세서로 구현될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 후술하는 본 발명의 실시예에 따른 방법을 수행하기 위한 일련의 명령을 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배출가스 바이패스 제어방법을 보여주는 플로우차트이다.
도 2를 참조하면, S200에서 상기 엔진(130)을 시동시키고, S210에서 상기 엔진(130)을 순환하는 냉각수온이 감지되고, 그 감지된 냉각수온이 설정값(섭씨 70도) 미만인지 판단된다. 냉각수온이 설정값 미만이면, S220을 수행하고, 냉각수온이 설정값 이상이면, S260을 수행한다.
S220에서 상기 인젝터(136)에서 분사되는 연료분사량이 감지되고, 그 감지된 연료분사량이 설정값(약 3.5mg/stroke) 미만인지 판단된다. 연료분사량이 설정값 미만이면, S230을 수행하고, 연료분사량이 설정값 이상이면, S260을 수행한다.
본 발명의 실시예에서 하나의 실린더에 대응하는 상기 인젝터(136)에서 분사되는 연료분사량이 감지되고, 이는 한 흡입, 압축, 폭발, 및 배기의 한 스트로크 동안에 분사되는 양일 수 있다.
S230에서 차량의 가속도가 감지되고, 그 감지된 가속도가 설정값(0) 미만인지 판단된다. 감지된 가속도값이 설정값 미만이면, S240을 수행하고, 가속도값이 설정값 이상이면, S260을 수행한다.
S240에서 배출가스의 온도가 감지되고, 그 감지된 배출가스 온도가 설정값(섭씨 220도) 미만이면, S250을 수행하고, 배출가스 온도가 설정값 이상이면, S260을 수행한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 배출가스의 온도는 상기 터보차저(140)와 상기 배기매니폴드(134) 사이에서 감지될 수 있다.
S250에서는 상기 바이패스밸브(170)를 개방하여, 배출가스가 상기 촉매유닛(150)을 지나지 않고, 상기 바이패스라인(160)을 통해서 외부로 배출되도록 한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 냉각수온이 설정값 미만이고, 상기 인젝터의 단위 연료분사량이 설정값 미만이고, 가속도값이 설정값 미만이고, 배기가스 온도가 설정값 미만인 경우에, 상기 바이패스밸브가 개방되는 것으로 설명하였다.
그러나, 본 발명의 실시예에서, 상기 냉각수온이 설정값 미만인 경우에, 상기 바이패스밸브가 열릴 수 있고, 상기 상기 인젝터의 단위 연료분사량이 설정값 미만인 경우에, 상기 바이패스밸브가 열릴 수 있다.
아울러, 상기 가속도값이 설정값 미만인 경우에, 상기 바이패스밸브가 열릴 수 있고, 상기 배기가스 온도가 설정값 미만일 경우에, 상기 바이패스밸브가 열릴 수 있다.
상기 엔진의 운행조건이 설정된 저부하조건인 것으로 판단되면, 상기 바이패스밸브를 열어줄 수 있고, 상기 엔진이 오버런 조건으로 판단되면, 상기 바이패스밸브를 열어줄 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배출가스 바이패스 제어시스템의 일부 사시도이다.
도 3을 참조하면, 상기 배기라인(110) 상에 상기 촉매유닛(150)이 배치되고, 상기 촉매유닛(150)을 바이패스하는 바이패스라인(160)이 형성되며, 상기 바이패스라인(160) 상에는 상기 바이패스밸브(170)가 배치된다.
상기 바이패스밸브(170)의 일측에는 바이패스밸브모터(172)가 장착되고, 상기 바이패스밸브 제어모터(172)가 상기 바이패스밸브(170)를 작동시키는 구조를 갖는다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
100: 흡기라인 110: 배기라인
120: 인터쿨러 130: 엔진
132: 흡기매니폴드 134: 배기매니폴드
140: 터보차저 150: 촉매유닛
152: 디젤산화촉매 154: 디젤매연필터
160: 바이패스라인 170: 바이패스밸브
172: 모터 180: 고압이지알라인
185: 고압이지알쿨러 136: 인젝터
190: 제어부

Claims (15)

  1. 엔진의 운행조건을 감지하는 단계; 및
    상기 감지된 운행조건에 따라서 배출가스가 촉매유닛을 바이패스하도록 바이패스밸브를 제어하는 단계; 를 포함하고,
    상기 운행조건은, 저부하조건 또는 오버런조건을 포함하고,
    상기 저부하조건은 냉각수온이 제1설정값 미만이고, 상기 배출가스 온도가 제4설정값 미만인 경우에 만족되고,
    상기 오버런조건은 연료분사량이 제2설정값 미만이고, 가속도값이 제3설정값 미만인 경우에 만족되며,
    상기 저부하조건과 상기 오버런조건이 만족되면,
    상기 배출가스가 상기 촉매유닛을 바이패스하도록 상기 바이패스밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 배출가스의 바이패스 제어방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에서,
    상기 촉매유닛은
    상기 배출가스에 포함된 유해물질을 산화시켜 제거하는 디젤산화촉매(DOC); 및
    상기 배출가스에 포함된 입자상물질을 걸러내고, 산화시켜 제거하는 디젤매연필터(DPF)를 포함하는 배출가스의 바이패스 제어방법.
  7. 제6항에서,
    상기 디젤산화촉매 또는 상기 디젤매연필터를 바이패스하는 바이패스라인; 을 포함하고,
    상기 바이패스밸브는 상기 바이패스라인에 설치된 것을 특징으로 하는 배출가스의 바이패스 제어방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
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