KR101896833B1 - 퓨얼 컷시 ｇｐｆ 소손을 방지하는 엔진의 제어방법 - Google Patents

퓨얼 컷시 ｇｐｆ 소손을 방지하는 엔진의 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가솔린 엔진이 장착된 차량에서 퓨얼 컷 직후 산소 퍼지시 수트의 온도가 급격히 상승하여 GPF가 파손되는 것을 방지하도록 한 퓨얼 컷시 GPF 소손을 방지하는 엔진의 제어방법에 관한 것으로서, 엔진시동 후, 상기 엔진의 회전수, 차량의 속도, 상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 유량 및 상기 촉매의 입구와 출구의 온도를 입력받는 제어조건 입력 단계(S110)와, 상기 촉매의 입구의 온도가 퓨얼 컷 이전에 촉매 입구의 최대 허용 온도보다 낮은 지를 판단하는 촉매 입구 온도 판단 단계(S130)와, 차량이 감속하면, 퓨얼 컷 제어를 수행하는 퓨얼 컷 수행 단계(S140)와, 상기 촉매 입구의 온도와 상기 촉매로 유입되는 배기가스의 유량이 GPF가 과열된 것으로 미리 설정된 조건을 충족하는 지를 판단하는 제어 진입 조건 만족 판단 단계(S150)와, 상기 엔진의 회전수를 정해진 양 만큼 상승시키고, EGR량을 증대시켜 산소농도를 저감시키는 엔진 운전 조건 변경 단계(S161)와, 상기 엔진의 내부에서 이론공연비보다 농후하게 연소시켜 상기 촉매에 저장된 산소를 소모시키는 제1 O2 퍼지 단계(S162)와, 상기 엔진 운전 조건 변경 단계(S161)에서 변경된 엔진의 회전수와 EGR량을 상기 엔진 운전 조건 변경 단계(S161) 이전으로 복원시키는 엔진 운전 조건 복귀 단계(S163)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

퓨얼 컷시 ＧＰＦ 소손을 방지하는 엔지의 제어방법{ENGINE CONTROL METHOD FOR PREVENTING GPF FROM DAMAGE DURING FUEL CUT}
본 발명은 가솔린 엔진이 장착된 차량에서 퓨얼 컷 직후 산소 퍼지시 수트(soot)의 온도가 급격히 상승하여 GPF가 파손되는 것을 방지하도록 한 퓨얼 컷시 GPF 소손을 방지하는 엔진의 제어방법에 관한 것이다.
배기가스 규제를 충족하기 위해 엔진으로부터 배기가스가 배출되는 배기관에 설치된 삼원 촉매에서 CO와 HC를 산화시키고, NOx를 환원시켜, 배기가스에 포함된 유해물질을 저감시켜 배기가스 규제가 충족되도록 하였다.
그러나, 최근에는 상기 배기가스 규제가 점점 강화되고 있어서, PN(Particulate Number), PM(Particulate Matter) 규제가 추가되고 있고, 기존 유해물질의 배출허용량은 점점 줄어들고 있다.
가솔린엔진이 장착된 차량에서도 강화되는 배기가스 규제를 충족하기 위해 상기 배기관에 GPF(Gasoline Particulate Filter)가 장착되고 있다.
상기 CO, HC, NOx를 저감시키기 위해서, 상기 가솔린 엔진은 이론공연비 조건(λ=1)에서 운전되고 있고, 이러한 조건을 만족하기 위하여 산소센서를 상기 배기관에 설치하여 close-loop 제어 한다. 또한, 상기 이론공연비 조건에 변동을 주어, 상기 CO, HC, NOx의 정화성능을 제어한다. 예컨대, 이론공연비보다 산소가 많게 제어하면(λ>1), 상기 CO, HC의 산화가 증대하여, 상기 CO, HC의 정화성능이 향상된다. 또한, 이론공연비보다 산소를 적게 제어하면(λ>1), NOx의 정화 성능을 높일 수 있다. 상기 삼원촉매의 내부에는 산소저장물질(Oxygen　Storage Capacity,　OSC)이 구비되어, 배기가스에 포함된 산소의 농도에 따라, 산소를 흡장하거나 배출하여, 환원 또는 산화를 촉진시킨다. 즉, 이론공연비보다 산소가 많으면(λ>1), 상기 OSC에서 산소를 저장하여 NOx의 환원을 돕고, 이론공연비보다 산소가 적으면(λ<1), 상기 OSC에서 산소를 방출하여 상기 CO, HC의 산화를 돕는다.
한편, 상기 GPF의 내부에 퇴적된 수트(soot)는 상기 GPF의 성능을 유지하기 위하여 제거되어야 한다. 디젤엔진에 적용되는 DPF (Diesel Particulate Filter)는 주기적은 강제 재생을 통하여, 내부에 퇴적된 상기 수트를 제거하지만, 가솔린엔진은 배기가스의 온도가 높기 때문에, 고속 주행에 의한 자연재생에 의해 상기 GPF 내부의 수트를 제거한다.
그러나 상기 가솔린엔진이 적용된 차량은 연비 개선을 위하여, 감속구간에서 퓨얼 컷(Fulel Cut)에 진입하면, 일실적으로 배기가스에 산소가 많아진다. 이러한 상태에서는 일시적으로 상기 삼원촉매가 산소를 과도하게 많아 저장하게 되어, 상기 퓨얼 컷 직후에는 NOx의 정화성능이 순간적으로 떨어진다. 이를 개선하기 위해서 상기 퓨얼 컷 직후에 상기 가솔린엔진에서 이론공연비보다 산소가 적어지도록(λ<1)하는 O2퍼지(Purge) 제어를 수행하여, 상기 삼원촉매의 OSC에 저장된 산소가 소모시킨다. 이때, 상기 삼원촉매의 후단에 위치한 산소센서의 신호를 통하여 상기 삼원촉매가 충분히 O2퍼지 제어가 되었는지 확인하고, Lean한 상태에서 Rich한 상태로 변경될 때 O2 퍼지 제어를 종료하게 된다.
한편, 상기 퓨얼 컷 종류 후 상기 삼원촉매 내부가 산소가 많은 분위기에서 O2 퍼지 제어시 'λ<1' 이하의 분위기를 유지하기 위하여 일반적인 운전 상태(λ=1) 보다 많은 양의 연료를 촉매의 내부로 유입시키는데, 이대, 상기 삼원촉매의 OSC에 산소와 급격한 산화 반응에 의해 상기 삼원촉매의 온도가 과잉 산소가 소모될 때까지 상승한다. 배기유량이 충분하면, 상기 삼원촉매의 내부에서 발생한 열이 배기관을 통하여 배출되지만, 배기량이 낮은 조건(예컨대, 아이들 상태)에서는 상기 삼원촉매의 내부에서 발생한 열이 외부로 배출되지 못하여, 상기 삼원촉매의 내부의 온도가 급격히 상승한다.
이렇게 상기 삼원촉매의 내부에서 발생한 열이, 상기 삼원촉매의 후단에 설치된 상기 GPF의 내부로 유입되면, 상기 삼원촉매 후단의 높은 배기온과 상기 GPF 내에 퇴적된 수트의 산화반응에 의해 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 GPF의 내부의 온도가 GPF를 구성하는 재질의 한계온도를 넘어서게 되어, 상기 GPF가 파손되는 문제점이 있다.
한편, 하기의 선행기술문헌에는 'ＣＤＡ 적용 차량의　ＧＰＦ　손상 방지방법'에 관한 기술이 개시되어 있다.
KR 10-2013-0025584 A
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 가솔린엔진에서 퓨얼 컷 직후 O2 퍼지제어 시점에 상기 가솔린엔진에서 배출되는 배기가스에 포함된 산소의 양을 감소시켜, 삼원촉매의 발열량을 낮추어, GPF로 고온의 배기가스가 유입되는 것을 사전에 방지하여, 상기 GPF의 내부의 온도가 상기 GPF의 재질의 허용온도를 유지할 수 있도록 하는 퓨얼 컷시 GPF 소손을 방지하는 엔진의 제어방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 퓨얼 컷시 GPF 소손을 방지하는 엔진의 제어방법은, 엔진으로부터 배기된 배기가스가 배출되는 배기관에 촉매와 필터가 순차적으로 설치되는 엔진의 제어방법에 있어서, 엔진시동 후, 상기 엔진의 회전수, 차량의 속도, 상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 유량 및 상기 촉매의 입구와 출구의 온도를 입력받는 제어조건 입력 단계와, 상기 촉매의 입구의 온도가 퓨얼 컷 이전에 촉매 입구의 최대 허용 온도보다 낮은 지를 판단하는 촉매 입구 온도 판단 단계와, 차량이 감속하면, 차량이 관성주행할 수 있도록 퓨얼 컷 제어를 수행하는 퓨얼 컷 수행 단계와, 상기 촉매 입구의 온도와 상기 촉매로 유입되는 배기가스의 유량이 GPF가 과열된 것으로 미리 설정된 조건을 충족하는 지를 판단하는 제어 진입 조건 만족 판단 단계와, 상기 엔진의 회전수를 정해진 양 만큼 상승시키고, EGR(Exhaust Gas Recirculation)량을 증대시켜 산소농도를 저감시키는 엔진 운전 조건 변경 단계와, 상기 엔진의 내부에서 이론공연비보다 농후하게 연소시켜 상기 촉매에 저장된 산소를 소모시키는 제1 O2 퍼지 단계와, 상기 엔진 운전 조건 변경 단계에서 변경된 엔진의 회전수와 EGR량을 상기 엔진 운전 조건 변경 단계 이전으로 복원시키는 엔진 운전 조건 복귀 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어 진입 조건 만족 판단 단계는, 상기 촉매의 입구의 온도가 상기 필터 입구의 최대 허용 온도와 O2 퍼지시 촉매 전후의 온도차와의 차이보다 크고, 상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 유량이 미리 정해진 최소 배기가스 유량보다 많은지를 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어조건 입력 단계와 상기 촉매 입구 온도 판단 단계 사이에는, 상기 촉매가 신품일 때의 상기 O2 퍼지시 엔진 회전수 상승량, EGR 증대량 및 상기 촉매 입구와 출구의 온도차이를 설정하는 초기 제어량 설정 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
상기 제어 진입 조건 만족 판단 단계에서, 상기 촉매의 입구의 온도가 상기 필터 입구의 최대 허용 온도와 O2 퍼지시 촉매 전후의 온도차와의 차이보다 높은 지를 비교할 때, 상기 촉매가 신품일 때의 O2 퍼지시의 상기 촉매 입구와 출구의 온도차이를 이용하는 것을 특징으로 한다.
상기 엔진 운전 조건 변경 단계에서는, 상기 엔진 운전 조건 변경 단계 이전의 엔진 회전수에 상기 초기 제어량 설정 단계에서 설정한 O2 퍼지시 엔진 회전수 상승량만큼 엔진의 회전수를 높이는 것을 특징으로 한다.
상기 엔진 운전 조건 변경 단계에서는, 상기 엔진 운전 조건 변경 단계 이전의 EGR량에 상기 초기 제어량 설정 단계에서 설정한 O2 퍼지시 EGR 증대량만큼 EGR양을 증대시키는 것을 특징으로 한다.
상기 촉매 입구 온도 판단 단계에서 상기 촉매의 입구의 온도가 상기 필터 입구의 최대 허용 온도보다 낮지 않으면, 상기 촉매 입구 온도 판단 단계가 다시 수행되는 것을 특징으로 한다.
상기 엔진 운전 조건 복귀 단계가 완료된 이후에는, 상기 제어 조건 입력 단계로 리턴되는 것을 특징으로 한다.
상기 제어 진입 조건 만족 판단 단계에서, 상기 촉매 입구의 온도와 상기 촉매로 유입되는 배기가스의 유량이 상기 GPF가 과열된 것으로 미리 설정된 조건을 충족하지 못하면, 상기 엔진을 이론공연비보다 농후하게 연소시켜 상기 촉매에 저장된 산소를 소모시키는 제2 O2 퍼지 단계가 수행되는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 O2 퍼지 단계가 수행된 이후에는, O2 퍼지 실시 전후의 상기 촉매의 온도차이와, 상기 O2 퍼지에 소요되는 시간을 계산하는 촉매 열화 판단 조건 입력 단계와, 상기 O2 퍼지 실시 전후의 필터의 온도차이와 O2 퍼지 소요 시간이 미리 설정된 촉매 열화 범위에 해당하면, 상기 촉매가 열화된 것으로 판단하는 촉매 열화 판단 단계와, 상기 촉매가 열화된 것으로 판단되면, 상기 촉매가 열화품일 때의 상기 O2 퍼지시 엔진 회전수 상승량, EGR 증대량 및 상기 촉매 입구와 출구의 온도차이를 설정하는 열화시 제어량 설정 단계가 수행되는 것을 특징으로 한다.
상기 열화시 제어량 설정 단계이후에는 상기 촉매 입구 온도 판단 단계가 수행되는 것을 특징으로 한다.
상기 촉매의 열화시에는, 상기 제어 진입 조건 만족 판단 단계에서, 상기 촉매의 입구의 온도가 상기 필터 입구의 최대 허용 온도와 O2 퍼지시 촉매 전후의 온도차와의 차이보다 높은 지를 비교할 때, 상기 열화시 제어량 설정 단계에서 설정된 상기 촉매가 열화품일 때의 O2 퍼지시의 상기 촉매 입구와 출구의 온도차이를 이용하는 것을 특징으로 한다.
상기 촉매가 열화된 것으로 판단되면, 상기 엔진 운전 조건 변경 단계에서, 상기 엔진 운전 조건 변경 단계 이전의 엔진 회전수에 상기 열화시 제어량 설정 단계에서 설정한 O2 퍼지시 엔진 회전수 상승량만큼 엔진의 회전수를 높이는 것을 특징으로 한다.
상기 촉매가 열화된 것으로 판단되면, 상기 엔진 운전 조건 변경 단계에서, 상기 엔진 운전 조건 변경 단계 이전의 EGR량에 상기 열화시 제어량 설정 단계에서 설정한 O2 퍼지시 EGR 증대량만큼 EGR양을 증대시키는 것을 특징으로 한다.
상기 촉매 열화 판단 단계에서, O2 퍼지 실시 전후의 촉매의 온도차이가 미리 설정된 촉매 열화 판단 온도차이보다 크면, 상기 촉매가 열화된 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 촉매 열화 판단 단계에서, O2 퍼지에 소요되는 시간이 미리 설정된 촉매 열화 판단 시간보다 크면, 상기 촉매가 열화된 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.
상기 열화시 제어량 설정 단계에서 설정되는 O2 퍼지시 엔진 회전수 상승량, EGR 증대량 및 상기 촉매 입구와 출구의 온도차이는, 상기 초기 제어량 설정 단계에서 설정되는 O2 퍼지시 엔진 회전수 상승량, EGR 증대량 및 상기 촉매 입구와 출구의 온도차이와 각각 다르게 설정되는 것을 특징으로 한다.
상기 열화시 제어량 설정 단계에서 설정되는 O2 퍼지시 엔진 회전수 상승량은, 상기 초기 제어량 설정 단계에서 설정되는 O2 퍼지시 엔진 회전수 상승량보다 작게 설정되는 것을 특징으로 한다.
상기 열화시 제어량 설정 단계에서 설정되는 O2 퍼지시 EGR 증대량은, 상기 초기 제어량 설정 단계에서 설정되는 O2 퍼지시 EGR 증대량보다 작게 설정되는 것을 특징으로 한다.
상기 촉매 열화 판단 단계에서, 상기 촉매가 열화되지 않은 것으로 판단되면, 상기 촉매 입구 온도 판단 단계가 수행되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 퓨얼 컷시 GPF 소손을 방지하는 엔진의 제어방법에 따르면, 가솔린엔진에서 퓨얼 컷 종료후 O2 퍼지 제어시 상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스에 포함된 산소의 농도를 낮추어, 상기 배기가스에 포함된 산소가 삼원촉매의 온도를 높이지 않도록 함으로써, GPF 내부로 고온의 배기가스가 유입되는 현상을 방지한다.
상기 GPF의 내부로 고온의 배기가스가 유입되지 않으므로, 상기 GPF에 퇴적된 수트가 산화되더라도, 상기 GPF의 온도가 상기 GPF를 구성하는 재질의 허용온도 이내이기 때문에, 과열에 의해 상기 GPF가 파손되는 현상을 방지할 수 있다.
도 1과 도 2는 가솔린 엔진의 배기관에 삼원촉매와 GPF가 설치된 예를 도시한 블록도.
도 3은 종래기술에 따라 퓨얼 컷 직후 O2 퍼지 제어시의 온도 변화를 도시한 그래프.
도 4는 본 발명에 따른 퓨얼 컷시 GPF 소손을 방지하는 엔진의 제어방법을 도시한 순서도.
도 5는 본 발명에 따라 퓨얼 컷 직후 O2 퍼지 제어시의 온도 변화를 도시한 그래프.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 퓨얼 컷시 GPF 소손을 방지하는 엔진의 제어방법에 대하여 자세히 설명하기로 한다.
도 1과 도 2에는 본 발명에 따른 퓨얼 컷시 GPF 소손을 방지하는 엔진의 제어방법이 적용되는 시스템의 블록도가 도시되어 있다.
본 발명에 따른 퓨얼 컷시 GPF 소손을 방지하는 엔진의 제어방법은, 엔진(11), 특히 가솔린 엔진으로부터 배기된 배기가스가 배출되는 배기관(12)에 촉매(13)와 GPF(Gasoline Particulate Filter, 14)가 순차적으로 설치되거나(도 1 참조), 상기 촉매(13)와 상기 GPF(14)가 순차적으로 서로 이격되어 설치(도 2 참조)되는 시스템에 적용할 수 있다.
상기 촉매(13)는 배기가스에 포함된 CO와 HC를 산화시키고, NOx를 환원시키는 삼원촉매가 된다.
상기 촉매(13)의 입구와 출구에는 각각 상기 촉매(13)로 유입되는 배기가스의 산소농도와 상기 촉매(13)로부터 배출되는 배기가스의 산소농도를 측정하는 산소센서(21)(22)가 각각 설치된다.
또한, 촉매(13)의 입구와 출구에는 각각 상기 촉매(13)로 유입되는 배기가스의 온도와 상기 촉매(13)로부터 배출되는 배기가스의 온도를 측정하는 온도센서(23)(24)가 각각 설치된다.
본 발명에 따른 퓨얼 컷시 GPF 소손을 방지하는 엔진의 제어방법은 도 4에 도시된 바와 같이 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 퓨얼 컷시 GPF 소손을 방지하는 엔진의 제어방법은, 엔진시동 후, 상기 엔진의 회전수(rpm), 차량의 속도, 상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 유량 및 상기 촉매의 입구와 출구의 온도를 입력받는 제어조건 입력 단계(S110)와, 상기 촉매의 입구의 온도(Tf)가 퓨얼 컷 이전에 촉매 입구의 최대 허용 온도(Tmax)보다 낮은 지(Tf<Tmax)를 판단하는 촉매 입구 온도 판단 단계(S130)와, 차량이 감속하면, 차량이 관성주행할 수 있도록 퓨얼 컷 제어를 수행하는 퓨얼 컷 수행 단계(S140)와, 상기 촉매 입구의 온도(Tf)와 상기 촉매로 유입되는 배기가스의 유량이 GPF가 과열된 것으로 미리 설정된 조건을 충족하는 지를 판단하는 제어 진입 조건 만족 판단 단계(S150)와, 상기 엔진의 회전수를 정해진 양 만큼 상승시키고, EGR량을 증대시켜 산소농도를 저감시키는 엔진 운전 조건 변경 단계(S161)와, 상기 엔진의 내부에서 이론공연비보다 농후하게 연소시켜 상기 촉매에 저장된 산소를 소모시키는 제1 O2 퍼지 단계(S162)와, 상기 엔진 운전 조건 변경 단계(S161)에서 변경된 엔진의 회전수와 EGR량을 상기 엔진 운전 조건 변경 단계(S161) 이전으로 복원시키는 엔진 운전 조건 복귀 단계(S163)를 포함한다.
제어조건 입력 단계(S110)는 엔진시동 후, 상기 엔진의 회전수(rpm), 차량의 속도, 상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 유량 및 상기 촉매의 입구와 출구의 온도를 입력받는다.
초기 제어량 설정 단계(S120)는 상기 촉매(13)가 신품일 때의 O2 퍼지시 엔진 회전수 상승량(B), EGR 증대량(C) 및 상기 촉매(13)의 입구와 출구의 온도차이(ΔT)를 설정한다. 상기 촉매(13)는 신품일 때 보다 열화될수록, 상기 촉매(13)의 OSC에 저장되는 산소의 양이 변하고, 상기 OSC에 저장되는 산소의 양이 변함에 따라, 상기 촉매(13)의 발열량이 달라진다. 따라서, 초기, 즉 상기 촉매(13)가 신품일 때의 O2 퍼지시 엔진 회전수 상승량(B), EGR 증대량(C)와 상기 촉매 입구와 출구의 온도차이(ΔT)를 설정한다. 이후, 상기 촉매(13)의 열화가 진행됨에 따라 O2 퍼지시 엔진 회전수 상승량(B'), EGR 증대량(C') 및 상기 촉매 입구와 출구의 온도차이(ΔT')를 다르게 설정하여 적용한다.
촉매 입구 온도 판단 단계(S130)에서는 상기 촉매(13)의 입구의 온도(Tf)가 퓨얼 컷 이전에 촉매 입구의 최대 허용 온도(Tmax)보다 높은 지를 판단한다. 상기 촉매(13)에서 퓨얼 컷을 수행하기 전에 상기 촉매(13)의 입구에서 허용될 수 있는 최대 허용 온도(Tmax)는 상기 촉매(13)의 입구 온도(Tf)와 비교한다. 상기 촉매 입구의 최대 허용 온도(Tmax)는 상기 촉매(13)로부터 배출되는 배기가스가 상기 GPF(14)의 파손을 방지할 수 있을 정도로 온도로 설정된다. 상기 촉매의 입구에서 허용될 수 있는 최대 허용 온도(Tmax)는 상기 촉매가 열에 의해서 파손되지 않을 최대 온도가 될 수 있다. O2 퍼지시, 상기 촉매(13) 내부의 온도는 상승하므로, 상기 촉매(13)가 O2 퍼지에 의한 온도 상승을 감당할 수 있는지를 판단한다.
만약, 상기 촉매 입구 온도 판단 단계(S130)에서는 상기 촉매(13)의 입구의 온도(Tf)가 상기 촉매 입구의 최대 허용 온도(Tmax)보다 낮은 경우에만(Tf<Tmax), 후술되는 일련의 과정이 진행될 수 있다.
한편, 상기 촉매(13)의 입구의 온도(Tf)가 상기 촉매 입구의 최대 허용 온도(Tmax)보다 낮지 않다면, 후술되는 일련의 과정은 진행되지 않고, 상기 촉매 입구 온도 판단 단계(S130)가 반복 수행될 수 있다. 상기 촉매 입구의 온도(Tf)가 상기 촉매 입구의 최대 허용 온도(Tmax)보다 낮지 않다면, 상기 촉매(13)로 유입되는 배기가스의 온도가 높은 상태이고, 이 상태에서 퓨얼 컷, O2 퍼지시 수행되면, 상기 촉매(13)의 온도 상승으로 상기 GPF(14)로 유입되는 배기가스의 온도가 높아 GPF(14)의 파손을 방지할 수 있는 온도보다 높기 때문에, 더 이상 다음 단계가 수행되지 않도록 한다.
상기 촉매 입구 온도 판단 단계(S130)는 상기 엔진(11)이 아이들상태 또는 저속/저부하상태인지를 판단하기 위해 수행된다.
퓨얼 컷 수행 단계(S140)는 차량의 감속시, 차량이 관성주행할 수 있도록 퓨얼 컷 제어를 수행한다. 상기 엔진(11)에서 퓨얼 컷에 진입하면, 상기 엔진(11) 내부는 이론공연비보다 산소가 많은 분위기로 연소가 제어되고, 이로 인하여, 상기 엔진(11)으로부터 배출되는 배기가스에는 다량의 산소가 포함되어, 이는 상기 촉매(13) 내부의 OSC에 저장된다.
제어 진입 조건 만족 판단 단계(S150)는 상기 촉매 입구의 온도(Tf)와 상기 촉매로 유입되는 배기가스의 유량(M)이 상기 GPF가 과열된 것으로 미리 설정된 조건을 충족하는 지를 판단하는 과정이다.
상기 제어 진입 조건 만족 판단 단계(S150)에서는 상기 촉매 입구의 온도(Tf)가 상기 필터, 즉 GPF(14) 입구의 최대 허용 온도(Tlim)와 O2 퍼지시 촉매 전후의 온도차(ΔT)와의 차이보다 큰 지, 즉 'Tf > (Tlim - ΔT)'인 지를 판단한다.
또한, 상기 제어 진입 조건 만족 판단 단계(S150)에서는 상기 엔진(11)으로부터 배출되는 배기가스의 유량(M)이 미리 정해진 최소 배기가스 유량(Mmin)보다 많은 지(M > Mmin)를 판단한다.
상기 제어 진입 조건 만족 판단 단계(S150)에서는 상기 온도조건과 상기 배기가스 유량 조건 중 어느 하나만 만족하는 경우에 후술되는 엔진 운전 조건 변경 단계(S161)가 수행되도록 할 수도 있으나, 상기 온도조건과 상기 배기가스 유량 조건을 모두 충족하는 경우, 후술되는 엔진 운전 조건 변경 단계(S161)가 수행되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 제어 진입 조건 만족 판단 단계(S150)에서, 상기 촉매의 입구의 온도(Tf)가 상기 필터 입구의 최대 허용 온도(Tlim)와 O2 퍼지시 촉매 전후의 온도차(ΔT)와의 차이보다 높은 지를 비교할 때, 후술되는 열화시 제어량 설정 단계(S174)가 수행되지 않은 상태라면, 상기 촉매가 신품일 때의 O2 퍼지시의 상기 촉매 입구와 출구의 온도차이(ΔT)를 이용하도록 한다.
엔진 운전 조건 변경 단계(S161)는 상기 제어 진입 조건 만족 판단 단계(S150)에서 상기 온도조건과 상기 배기가스 유량 조건을 만족하는 경우, 상기 엔진의 회전수를 정해진 양 만큼 상승시키고, EGR(Exhaust Gas Recirculation)량을 증대시켜 산소농도를 저감시킨다.
이때, 엔진(11)의 회전수는 상기 엔진 운전 조건 변경 단계(S161) 이전의 엔진 회전수(R)에 상기 초기 제어량 설정 단계(S120)에서 설정한 O2 퍼지시 엔진 회전수 상승량(B)만큼 엔진의 회전수를 높인다(R'=R+B). 이와 같이, 상기 엔진(11)의 회전수를 높임으로써(R→R'), 배기유량이 증대시켜, 상기 촉매(13) 내부의 열이 신속하게 외부로 배출되도록 한다.
또한, EGR양은 상기 엔진 운전 조건 변경 단계(S161) 이전의 EGR량(E)에 상기 초기 제어량 설정 단계(S120)에서 설정한 O2 퍼지시 EGR 증대량(C)만큼 EGR양을 증대시키도록 한다(E'=E+C). EGR량을 증대시킴으로써(E→E'), 상기 촉매(13)로 유입되는 배기가스의 온도와 산소농도를 낮춘다.
상기 엔진 운전 조건 변경 단계(S161)에서 상기 엔진(11)의 회전수(R')와 EGR량(E')이 증대된 상태에서, 상기 엔진의 내부에서 이론공연비보다 농후하게 연소시켜 상기 촉매에 저장된 산소를 소모시키는 제1 O2 퍼지 단계(S162)가 수행된다. 상기 엔진 운전 조건 변경 단계(S161)에서 상기 엔진(11)의 회전수(R')와 EGR양(E')이 증대된 상태로 상기 엔진(11)이 운전되어, 상기 촉매(13)에 저장된 산소 중 일부를 미리 소모하게 되므로, 상기 제1 O2 퍼지 단계(S162)가 수행되더라도, 상기 촉매(13)의 온도 상승이 적어져, O2 퍼지시 상기 촉매(13)로부터 배출되는 배기가스의 온도가 상기 필터(14)의 최대 허용 온도 보다 낮게 유지함으로써, 상기 필터(14)가 O2 퍼지 후 상기 촉매(13)로부터 배출되는 고온의 배기가스로 소손되는 현상을 방지할 수 있다.
엔진 운전 조건 복귀 단계(S163)는 상기 엔진 운전 조건 변경 단계(S161)에서 상승된 엔진(11)의 회전수(R')와 EGR량(E')을 상기 엔진 운전 조건 변경 단계(S161) 이전의 엔진(11)의 회전수(R)와 EGR량(E)으로 원복시킨다.
상기 엔진 원전 복귀 조건 단계(S163)가 수행된 이후에 상기 엔진(11)이 작동중이면, 다시 상기 제어조건 입력 단계(S110)로 리턴되어, 상기의 과정에 반복 수행되도록 한다.
제2 O2 퍼지 단계(S171)는 상기 제어 진입 조건 만족 판단 단계(S150)에서 상기 촉매 입구의 온도(Tf)와 상기 촉매로 유입되는 배기가스의 유량이 상기 GPF(14)가 과열된 것으로 미리 설정된 조건을 충족하지 못하면, 상기 엔진(11)을 이론공연비보다 농후하게 연소시켜 상기 촉매에 저장된 산소를 소모시킨다.
촉매 열화 판단 조건 입력 단계(S172)는 상기 제2 O2 퍼지 단계(S171)가 수행된 이후에 수행된다. 상기 촉매 열화 판단 조건 입력 단계(S172)에서는 O2 퍼지 실시 전후의 상기 촉매의 온도차이와, 상기 O2 퍼지에 소요되는 시간을 계산함으로써, 상기 촉매(13)의 열화여부를 판단하게 된다.
촉매 열화 판단 단계(S173)는 상기 촉매 열화 판단 조건 입력 단계(S172)에서 상기 O2 퍼지 실시 전후의 필터의 온도차이와 O2 퍼지 소요 시간이 미리 설정된 촉매 열화 범위에 해당하면, 상기 촉매(13)가 열화된 것으로 판단한다.
상기 촉매 열화 판단 단계(S173)에서는 상기 제2 O2 퍼지 단계(S171)에서 O2퍼지 실시 전후의 촉매의 온도차이(ΔT)가 미리 설정된 촉매 열화 판단 온도차이보다 크면, 상기 촉매가 열화된 것으로 판단할 수 있다.
또는, 상기 촉매 열화 판단 단계(S173)에서는 상기 제2 O2 퍼지 단계(S171)에서 O2 퍼지에 소요되는 시간이 미리 설정된 촉매 열화 판단 시간보다 크면, 상기 촉매가 열화된 것으로 판단할 수 있다.
상기 촉매 열화 판단 단계(S173)에서는 상기 온도조건과 상기 시간조건 중 어느 하나만 만족하면, 상기 촉매(13)가 열화된 것으로 판단할 수도 있지만, 상기 온도조건과 상기 시간조건이 모두 만족하는 경우에 수행되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 촉매 열화 판단 단계(S173)에서 상기 O2 퍼지 실시 전후의 필터의 온도차이와 O2 퍼지 소요 시간이 미리 설정된 촉매 열화 범위에 해당하지 않는다면, 상기 상기 촉매 입구 온도 판단 단계(S130)가 수행되도록 한다. 상기 촉매(13)가 열화되지 않은 것으로 판단되면, 상기 촉매 입구 온도 판단 단계(S130) 내지 엔진 운전 조건 복귀 단계(S163)가 수행되는데(단, 촉매 입구 온도 판단 단계(S130), 제어 진입 조건 만족 판단 단계(S150)의 조건을 만족하는 경우에 한 함), 이때 상기 엔진 운전 조건 변경 단계(S161)에서 적용되는 엔진(11)의 회전수 상승량(B)과 EGR 증대량(C)은 상기 촉매(13)가 신품일 때 설정된 값으로 적용되도록 한다.
열화시 제어량 설정 단계(S174)는 상기 촉매(13)가 열화된 것으로 판단되면, 상기 촉매가 열화품일 때의 상기 O2 퍼지시 엔진 회전수 상승량(B'), EGR 증대량(C') 및 상기 촉매 입구와 출구의 온도차이(ΔT')를 설정하는 단계이다. 상기 열화시 제어량 설정 단계(S174)에서 설정되는 O2 퍼지시 엔진 회전수 상승량(B'), EGR 증대량(C') 및 상기 촉매 입구와 출구의 온도차이(ΔT')는, 상기 초기 제어량 설정 단계(S120)에서 설정되는 O2 퍼지시 엔진 회전수 상승량(B), EGR 증대량(C) 및 상기 촉매 입구와 출구의 온도차이(ΔT)와 각각 다르게 설정되는 것이 바람직하다.
특히, 상기 열화시 제어량 설정 단계(S174)에서 설정되는 O2 퍼지시 엔진 회전수 상승량(B')은, 상기 초기 제어량 설정 단계(S120)에서 설정되는 O2 퍼지시 엔진 회전수 상승량(B)보다 작게 설정되도록 한다(B > B'). 또한, 상기 열화시 제어량 설정 단계(S174)에서 설정되는 O2 퍼지시 EGR 증대량(C')은, 상기 초기 제어량 설정 단계(S120)에서 설정되는 O2 퍼지시 EGR 증대량(C)보다 작게 설정되는 것이 바람직하다(C > C').
상기 열화시 제어량 설정 단계(S174)이후에는 상기 엔진(11)이 작동중이면, 상기 촉매 입구 온도 판단 단계(S130)로 리턴되어 상기 촉매 입구 온도 판단 단계(S130)부터 재수행 된다.
즉, 상기 열화시 제어량 설정 단계(S174)이후에 촉매 입구 온도 판단 단계(S130), 제어 진입 조건 만족 판단 단계(S150)의 조건을 만족하면, 상기 촉매 입구 온도 판단 단계(S130) 내지 엔진 운전 조건 복귀 단계(S163)가 수행되는데, 이때 상기 엔진 운전 조건 변경 단계(S161)에서 적용되는 엔진(11)의 회전수 상승량(B')과 EGR 증대량(C')은 상기 촉매(13)가 열화되었을 때 값으로 적용되도록 한다.
즉 상기 열화시 제어량 설정 단계(S174)가 수행된 이후, 상기 제어 진입 조건 만족 판단 단계(S150)가 수행되면, 상기 촉매의 입구의 온도(Tf)가 상기 필터 입구의 최대 허용 온도(Tlim)와 O2 퍼지시 촉매 전후의 온도차(ΔT')와의 차이보다 높은 지를 비교할 때, 상기 열화시 제어량 설정 단계(S174)에서 설정된 상기 촉매가 열화품일 때의 O2 퍼지시의 상기 촉매 입구와 출구의 온도차이(ΔT')를 이용한다.
그리고, 상기 열화시 제어량 설정 단계(S174)가 수행된 이후, 상기 엔진 운전 조건 변경 단계(S161)가 수행될 때에는, 상기 엔진 운전 조건 변경 단계(S161) 이전의 엔진 회전수(R)에 상기 열화시 제어량 설정 단계(S174)에서 설정한 O2 퍼지시 엔진 회전수 상승량(B')만큼 엔진의 회전수를 높인다(R'=R+C'). 또한, 상기 엔진 운전 조건 변경 단계(S161) 이전의 EGR량(E)에 상기 열화시 제어량 설정 단계(S174)에서 설정한 O2 퍼지시 EGR 증대량(C')만큼 EGR양을 증대시키도록 한다(E'=E+C').
상기와 같은 본 발명에 따른 퓨얼 컷시 GPF 소손을 방지하는 엔진의 제어방법에 따르면, 상기 엔진(11)이 아이들상태 또는 저속/저부하상태에서, 상기 엔진 운전 조건 변경 단계(S161)에서 상기 엔진(11)의 회전수를 증대시켜 배기가스의 유량을 증대시키면서, EGR량을 늘여 배기가스의 온도와 산소농도를 낮춤으로써, 상기 촉매(13)의 내부온도를 낮추고 상기 촉매(13)에 저장된 산소를 미리 소모하도록 한다. 이에 따라, O2 퍼지시 상기 촉매(13)의 온도가 급격히 상승하여, 고온의 배기가스가 상기 필터(14)로 유입됨에 따라 상기 필터(14)의 온도가 한계 온도를 넘어 상기 필터(14)가 파손되는 현상을 방지한다.
한편, 도 5에는 본 발명에 따른 효과를 도시한 그래프가 있는데, 아이들시 상기 촉매(13)의 온도를 낮추고, 배기가스의 유량을 늘임에 따라 상기 필터(14)로 유입되는 배기가스의 온도가 낮아져, 상기 필터(14)의 온도가 상기 필터(14)의 한계온도 이하로 유지됨을 알 수 있다.
11 : 엔진
13 :삼원촉매
14 : GPF
21, 22 : 산소센서
23, 24 : 온도센서
S110 : 제어조건 입력 단계
S120 : 초기 제어량 설정 단계
S130 : 촉매 입구 온도 판단 단계
S140 : 퓨얼 컷 수행 단계
S150 : 제어 진입 조건 만족 판단 단계
S161 : 엔진 운전 조건 변경 단계
S162 : 제1 O2 퍼지 단계
S163 : 엔진 운전 조건 복귀 단계
S171 : 제2 O2 퍼지 단계
S172 : 촉매 열화 판단 조건 입력 단계
S173 : 촉매 열화 판단 단계
S174 : 열화시 제어량 설정 단계

Claims (20)

  1. 엔진으로부터 배기된 배기가스가 배출되는 배기관에 촉매와 필터가 순차적으로 설치되는 엔진의 제어방법에 있어서,
    엔진시동 후, 상기 엔진의 회전수, 차량의 속도, 상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 유량 및 상기 촉매의 입구와 출구의 온도를 입력받는 제어조건 입력 단계와,
    상기 촉매의 입구의 온도가 퓨얼 컷 이전에 촉매 입구의 최대 허용 온도보다 낮은 지를 판단하는 촉매 입구 온도 판단 단계와,
    차량이 감속하면, 차량이 관성주행할 수 있도록 퓨얼 컷 제어를 수행하는 퓨얼 컷 수행 단계와,
    상기 촉매 입구의 온도와 상기 촉매로 유입되는 배기가스의 유량이 GPF가 과열된 것으로 미리 설정된 조건을 충족하는 지를 판단하는 제어 진입 조건 만족 판단 단계와,
    상기 엔진의 회전수를 정해진 양 만큼 상승시키고, EGR(Exhaust Gas Recirculation)량을 증대시켜 산소농도를 저감시키는 엔진 운전 조건 변경 단계와,
    상기 엔진의 내부에서 이론공연비보다 농후하게 연소시켜 상기 촉매에 저장된 산소를 소모시키는 제1 O2 퍼지 단계와,
    상기 엔진 운전 조건 변경 단계에서 변경된 엔진의 회전수와 EGR량을 상기 엔진 운전 조건 변경 단계 이전으로 복원시키는 엔진 운전 조건 복귀 단계를 포함하고,
    상기 제어 진입 조건 만족 판단 단계는, 상기 촉매의 입구의 온도가 상기 필터 입구의 최대 허용 온도와 O2 퍼지시 촉매 전후의 온도차와의 차이보다 크고, 상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 유량이 미리 정해진 최소 배기가스 유량보다 많은지를 판단하는 것을 특징으로 하는 퓨얼 컷시 GPF 소손을 방지하는 엔진의 제어방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어조건 입력 단계와 상기 촉매 입구 온도 판단 단계 사이에는,
    상기 촉매가 신품일 때의 상기 O2 퍼지시 엔진 회전수 상승량, EGR 증대량 및 상기 촉매 입구와 출구의 온도차이를 설정하는 초기 제어량 설정 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 퓨얼 컷시 GPF 소손을 방지하는 엔진의 제어방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어 진입 조건 만족 판단 단계에서, 상기 촉매의 입구의 온도가 상기 필터 입구의 최대 허용 온도와 O2 퍼지시 촉매 전후의 온도차와의 차이보다 높은 지를 비교할 때,
    상기 촉매가 신품일 때의 O2 퍼지시의 상기 촉매 입구와 출구의 온도차이를 이용하는 것을 특징으로 하는 퓨얼 컷시 GPF 소손을 방지하는 엔진의 제어방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 엔진 운전 조건 변경 단계에서는,
    상기 엔진 운전 조건 변경 단계 이전의 엔진 회전수에 상기 초기 제어량 설정 단계에서 설정한 O2 퍼지시 엔진 회전수 상승량만큼 엔진의 회전수를 높이는 것을 특징으로 하는 퓨얼 컷시 GPF 소손을 방지하는 엔진의 제어방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 엔진 운전 조건 변경 단계에서는,
    상기 엔진 운전 조건 변경 단계 이전의 EGR량에 상기 초기 제어량 설정 단계에서 설정한 O2 퍼지시 EGR 증대량만큼 EGR양을 증대시키는 것을 특징으로 하는 퓨얼 컷시 GPF 소손을 방지하는 엔진의 제어방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 촉매 입구 온도 판단 단계에서 상기 촉매의 입구의 온도가 상기 필터 입구의 최대 허용 온도보다 낮지 않으면, 상기 촉매 입구 온도 판단 단계가 다시 수행되는 것을 특징으로 하는 퓨얼 컷시 GPF 소손을 방지하는 엔진의 제어방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 엔진 운전 조건 복귀 단계가 완료된 이후에는, 상기 제어 조건 입력 단계로 리턴되는 것을 특징으로 하는 퓨얼 컷시 GPF 소손을 방지하는 엔진의 제어방법.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 제어 진입 조건 만족 판단 단계에서,
    상기 촉매 입구의 온도와 상기 촉매로 유입되는 배기가스의 유량이 상기 GPF가 과열된 것으로 미리 설정된 조건을 충족하지 못하면,
    상기 엔진을 이론공연비보다 농후하게 연소시켜 상기 촉매에 저장된 산소를 소모시키는 제2 O2 퍼지 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 퓨얼 컷시 GPF 소손을 방지하는 엔진의 제어방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 O2 퍼지 단계가 수행된 이후에는,
    O2 퍼지 실시 전후의 상기 촉매의 온도차이와, 상기 O2 퍼지에 소요되는 시간을 계산하는 촉매 열화 판단 조건 입력 단계와,
    상기 O2 퍼지 실시 전후의 필터의 온도차이와 O2 퍼지 소요 시간이 미리 설정된 촉매 열화 범위에 해당하면, 상기 촉매가 열화된 것으로 판단하는 촉매 열화 판단 단계와,
    상기 촉매가 열화된 것으로 판단되면, 상기 촉매가 열화품일 때의 상기 O2 퍼지시 엔진 회전수 상승량, EGR 증대량 및 상기 촉매 입구와 출구의 온도차이를 설정하는 열화시 제어량 설정 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 퓨얼 컷시 GPF 소손을 방지하는 엔진의 제어방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 열화시 제어량 설정 단계이후에는 상기 촉매 입구 온도 판단 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 퓨얼 컷시 GPF 소손을 방지하는 엔진의 제어방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 촉매의 열화시에는, 상기 제어 진입 조건 만족 판단 단계에서, 상기 촉매의 입구의 온도가 상기 필터 입구의 최대 허용 온도와 O2 퍼지시 촉매 전후의 온도차와의 차이보다 높은 지를 비교할 때,
    상기 열화시 제어량 설정 단계에서 설정된 상기 촉매가 열화품일 때의 O2 퍼지시의 상기 촉매 입구와 출구의 온도차이를 이용하는 것을 특징으로 하는 퓨얼 컷시 GPF 소손을 방지하는 엔진의 제어방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 촉매가 열화된 것으로 판단되면, 상기 엔진 운전 조건 변경 단계에서,
    상기 엔진 운전 조건 변경 단계 이전의 엔진 회전수에 상기 열화시 제어량 설정 단계에서 설정한 O2 퍼지시 엔진 회전수 상승량만큼 엔진의 회전수를 높이는 것을 특징으로 하는 퓨얼 컷시 GPF 소손을 방지하는 엔진의 제어방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 촉매가 열화된 것으로 판단되면, 상기 엔진 운전 조건 변경 단계에서,
    상기 엔진 운전 조건 변경 단계 이전의 EGR량에 상기 열화시 제어량 설정 단계에서 설정한 O2 퍼지시 EGR 증대량만큼 EGR양을 증대시키는 것을 특징으로 하는 퓨얼 컷시 GPF 소손을 방지하는 엔진의 제어방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 촉매 열화 판단 단계에서, O2 퍼지 실시 전후의 촉매의 온도차이가 미리 설정된 촉매 열화 판단 온도차이보다 크면, 상기 촉매가 열화된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 퓨얼 컷시 GPF 소손을 방지하는 엔진의 제어방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 촉매 열화 판단 단계에서, O2 퍼지에 소요되는 시간이 미리 설정된 촉매 열화 판단 시간보다 크면, 상기 촉매가 열화된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 퓨얼 컷시 GPF 소손을 방지하는 엔진의 제어방법.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 열화시 제어량 설정 단계에서 설정되는 O2 퍼지시 엔진 회전수 상승량, EGR 증대량 및 상기 촉매 입구와 출구의 온도차이는,
    상기 초기 제어량 설정 단계에서 설정되는 O2 퍼지시 엔진 회전수 상승량, EGR 증대량 및 상기 촉매 입구와 출구의 온도차이와 각각 다르게 설정되는 것을 특징으로 하는 퓨얼 컷시 GPF 소손을 방지하는 엔진의 제어방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 열화시 제어량 설정 단계에서 설정되는 O2 퍼지시 엔진 회전수 상승량은, 상기 초기 제어량 설정 단계에서 설정되는 O2 퍼지시 엔진 회전수 상승량보다 작게 설정되는 것을 특징으로 하는 퓨얼 컷시 GPF 소손을 방지하는 엔진의 제어방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 열화시 제어량 설정 단계에서 설정되는 O2 퍼지시 EGR 증대량은, 상기 초기 제어량 설정 단계에서 설정되는 O2 퍼지시 EGR 증대량보다 작게 설정되는 것을 특징으로 하는 퓨얼 컷시 GPF 소손을 방지하는 엔진의 제어방법.
  20. 제10항에 있어서,
    상기 촉매 열화 판단 단계에서,
    상기 촉매가 열화되지 않은 것으로 판단되면, 상기 촉매 입구 온도 판단 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 퓨얼 컷시 GPF 소손을 방지하는 엔진의 제어방법.


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