KR101998456B1 - 고체 물질들로 오염된 배기 시스템의 필터 요소를 재생하는 방법 및 배기 시스템 - Google Patents

고체 물질들로 오염된 배기 시스템의 필터 요소를 재생하는 방법 및 배기 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배기 시스템(14)이 입자 필터(38)를 구비한 메인 배기 가스 경로(16) 및 입자 필터(38)의 하류에서 메인 배기 가스 경로(16)로부터 분기된 EGR 경로(22)를 포함하되, 필터 요소(30)가 EGR 경로(22)에 배치되는 배기 시스템(14)에서 고체 물질들로 오염된 필터 요소(30)를 재생하는 방법에 관한 것으로, 본 방법은 입자 필터(38)를 재생하는 동안 EGR 경로(22)를 통해 재순환되는 배기 가스 흐름(31)을 필터 요소(30)를 통해 유동시키되, 입자 필터(38)의 재생에 의해 일어나는 재순환 배기 가스 흐름(31)의 가열을 이용하여 필터 요소(30)의 재생을 일으키는 단계를 포함한다. 또한, 본 발명은 본 발명에 따른 방법을 수행하도록 구성되는 배기 시스템(14)에 관한 것이기도 하다.

Description

고체 물질들로 오염된 배기 시스템의 필터 요소를 재생하는 방법 및 배기 시스템{METHOD FOR REGENERATING A FILTER ELEMENT CONTAMINATED WITH SOLID MATERIALS IN AN EXHAUST GAS SYSTEM, AND EXHAUST GAS SYSTEM}
본 발명은 고체 물질들로 오염된 배기 시스템의 필터 요소를 재생하는 방법에 관한 것으로, 여기서 배기 시스템은 입자 필터를 구비한 메인 배기 가스 경로 및 입자 필터의 하류에서 메인 배기 가스 경로로부터 분기된 EGR(exhaust gas recirculation 배기 가스 재순환) 경로를 포함하되, 필터 요소가 EGR 경로에 배치된다. 또한, 본 발명은 본 발명에 따른 방법을 수행하도록 구성된 배기 시스템에 관한 것이기도 하다.
내연 기관의 배출 가스 감소 및 현재의 배기 가스 법령들의 준수를 위해, 배기 가스 재순환(EGR; exhaust gas recirculation)을 위한 시스템들이 사용되고 있다. 그러한 EGR 시스템은 예컨대 고압 배기 가스 재순환 장치로서 구현될 수 있다. 이때, 재순환되는 배기 가스 흐름은 터보 차저의 터빈의 상류에서 메인 배기 가스 흐름으로부터 인출되어 터보 차저의 압축기의 하류에서 내연 기관의 흡기에 공급된다. 그러나 EGR 시스템은 재순환되는 배기 가스 흐름이 터빈의 하류에서 인출되어 압축기의 상류에서 공급되는 저압 배기 가스 재순환 장치로서 형성될 수도 있다. EGR 시스템의 EGR 밸브는 내연 기관의 흡기로 재순환되는 배기 가스를 정량하는 역할을 한다.
DE 103 47 834 A1로부터, 입자 필터 및 그 입자 필터의 상류에서 분기되는 고압 배기 가스 재순환 장치를 구비한 디젤 엔진의 배기 시스템이 공지되어 있다. EGR 라인은 EGR 냉각기 및 그를 우회하는 바이패스 라인을 수용한다. 재순환되는 배기 가스의 온도는 바이패스 라인으로 이송되는 배기 가스 질량 유량을 통해 디젤 엔진의 작동점(operating point)에 의존하여 제어된다. 입자 필터의 신속한 재생을 달성하기 위해, 재순환되는 배기 가스의 냉각이 수행되지 않는다.
US 6,625,978 B1은 저압 배기 가스 재순환 장치를 개시하고 있다. 입자 필터가 위치하는 EGR 채널의 시작 섹션은 메인 배기 가스 흐름을 정화하는 역할을 하는 촉매 내에 매립된다. 촉매의 여열이 열전도에 의해 EGR 채널의 시작 섹션을 통해 입자 필터에 도입되고, 그럼으로써 전기 가열과 더불어 입자 필터의 재생을 이루게 된다. 입자 필터를 통해 흐르는 배기 가스는 입자 필터 이후에 EGR 냉각기 및 EGR 밸브를 통해 흐른다.
WO 2011/018134 A1도 또한 저압 배기 가스 재순환 장치를 구비한 배기 시스템을 개시하고 있다. 메인 배기 가스 트레인에는, 배기 가스 흐름 방향으로 촉매, 입자 필터, 및 또 다른 필터 요소(예컨대, 시브(sieve) 또는 와이어 메쉬(wire mesh))가 배치된다. 그러한 또 다른 필터 요소는 입자 필터의 바로 하류에 배치될 수 있고, 그럼으로써 입자 필터의 정기적인 재생의 범위 내에서 적어도 하나의 또 다른 필터 요소의 연소 잔재가 정화될 수 있다.
DE 10 2008 015 600 A1은 입자 필터의 하류에 저압 배기 가스 재순환 장치를 구비한 내연 기관의 작동 방법을 개시하고 있다. 입자 필터의 재생 중에, 저압 EGR 필터가 적어도 부분적으로 개방된다. 입자 필터 재생 동안 배기 가스가 재순환됨으로써, 유해 물질 배출의 감소 및 입자 필터를 통한 체적 유량의 증대로 인한 입자 필터의 연소 잔재 거동의 개선이 달성된다.
DE 10 2006 038 706 A1은 메인 배기 가스 경로에 배치된 제1 입자 필터의 하류에 저압 배기 가스 재순환 장치를 구비한 내연 기관을 개시하고 있다. 저압 배기 가스 재순환 장치는 50 마이크로미터 이상의 필터 메쉬 크기를 갖는 제2 입자 필터, 예컨대 와이어 메쉬 또는 시브를 포함하고, 따라서 필터 메쉬 크기 미만의 지름을 갖는 입자들은 통과할 수 있고, 필터 메쉬 크기 이상의 지름을 갖는 입자들은 걸리게 된다. 그럼으로써, 제2 입자 필터의 하류에 있는 부품들이 예컨대 제1 입자 필터로부터 빠져 나올 수 있는 충돌 입자들에 의한 손상으로부터 충분히 보호된다. 또한, 제2 입자 필터가 막히지 않는 것이 보장되게 된다. 작동 시에 떨어져 나올 수 있는, 제1 입자 필터(디젤 입자 필터)로부터의 입자들은 그 일부가 제작 공정(용접 비드들, 부스러기들)으로부터 유래된 것이고, 다른 일부가 제1 입자 필터의 모노리쓰(monolith)로부터 유래된 것이다.
따라서 배기 시스템은 EGR 시스템 내의 또는 흡기관 내의 부품들을 손상으로부터 보호하기 위해, 재순환되는 배기 가스로부터 고체들을 걸러 제거하는 역할을 하는 필터 요소를 포함한다. 그러한 필터 요소는 작동 시에 입자들로 막혀 배기 가스 재순환을 저하시키거나 심지어 방해할 수도 있다. 그 결과, 규정된 배출 거동을 더 이상 지키기 못하고/못하거나 내연 기관의 연료 소비가 증가할 수 있다. 그로 인해, 필터 요소의 교환 또는 심지어 배기 가스 재순환 라인 전체의 교환이 필요할 수 있다.
본 발명의 근간이 되는 과제는 신뢰성 향상을 가능하게 하는 방법 및 배기 시스템을 제공하는 것이다.
그러한 과제는 배기 시스템이 입자 필터를 구비한 메인 배기 가스 경로 및 입자 필터의 하류에서 메인 배기 가스 경로로부터 분기된 EGR 경로를 포함하되, 필터 요소가 EGR 경로에 배치되는 배기 시스템에서 고체 물질들로 오염된 배기 시스템의 필터 요소를 재생하는 방법으로서, 본 방법은
- 입자 필터를 재생하는 동안 EGR 경로를 통해 재순환되는 배기 가스 흐름을 필터 요소를 통해 유동시키되, 입자 필터의 재생에 의해 일어나는 재순환 배기 가스 흐름의 가열을 이용하여 필터 요소의 재생을 일으키는 단계를 포함하는 재생 방법에 의해 해결된다.
배기 시스템이 연결된 내연 기관의 작동 중에 매연(또는 그 매연 입자), 즉 검댕 입자들이 필터 요소(필터)에 침적된다. 또한, 필터 요소는 그를 통해 흐르는 배기 가스로부터 제작 잔류물도 또한 걸러낸다. 입자 필터(전형적으로 매연 입자 필터, 예컨대 디젤 매연 입자 필터인)의 재생 시에는, 입자 필터에 축적된 매연 입자들을 태워 없앤다. 이때, 방출되는 열은 메인 배기 가스 흐름(메인 배기 가스 질량 유량)에 전달된다. 메인 배기 가스 흐름은 입자 필터를 통해 흐르는 배기 가스 흐름이다. 입자 필터의 하류에서는, 메인 배기 가스 흐름의 일부(재순환 배기 가스 흐름)가 EGR 경로(EGR은 배기 가스 재순환의 약자임)를 통해 이송된다. 따라서 가열된 재순환 배기 가스 흐름이 필터 요소를 통해 흐르고, 그에 의해 필터 요소 및 그 위에 또는 그 속에 있는 고체들이 최적으로 가열된다. 그 결과, 필터 요소가 재생된다. 즉, 그 위에 있는 매연 입자들이 타서 없어지는데, 그러한 매연 입자들은 걸러진 고체 입자들의 부분 분량을 나타낼 수 있다. 이때, 입자 필터의 재생에 의해 일어나는 재순환 배기 가스 흐름의 가열은 필터 요소를 재생하기에 충분하다.
매연 입자들은 입자 필터를 통한 입자들의 누출에 기인한다. 따라서 본 발명에 따른 방법은 내연 기관이 디젤 엔진인 경우에 매우 유리하다.
필터 요소를 통한 유동은 입자 필터의 재생의 부분 시간 동안 수행될 수 있거나, 입자 필터의 재생의 전체 시간 동안 수행될 수도 있다. 따라서 필터 요소의 재생의 시작과 종료를 최적으로 제어하는 것이 가능하다.
즉, 입자 필터의 재생 시에 EGR 경로(예컨대, 저압 배기 가스 재순환 라인)를 적어도 부분적으로 개방하거나 적어도 부분적으로 개방 상태로 놓아 둔다. 이때, 입자 필터의 재생은 배기 가스 온도가 상대적으로 높은 내연 기관의 엔진 작동 중에 이루어지거나 적어도 그러한 엔진 작동 시에 시작된다. 그와 관련하여, 높은 배기 가스 온도란 입자 필터에의 유입 시에 적어도 550℃, 특히 적어도 600℃에 달하는 온도를 의미한다.
필터 요소를 통한 유동은 재순환에 선행하여 EGR 경로에 배치된 배기 시스템의 EGR 밸브를 적어도 부분적으로 개방하거나 적어도 부분적으로 개방 상태로 놓아 두는 단계에 의해 수행되는 것이 바람직하다. EGR 경로에 있는 EGR 밸브는 EGR 경로를 통한 유동에 영향을 미치는 간단히 구현될 수 있는 수단이다.
본 방법은 통과 유동의 단계에 선행하여 다음의 단계들을 더 포함하도록 구성되는 것이 바람직하다:
- 재순환율(EGR rate), 필터 요소의 직상류의 온도, 및/또는 필터 요소의 직상류의 람다(lambda) 값의 현재치가 필터 요소의 재생에 필요한(미리 정해진) 각각의 범위 내에 있는지 확인하는 단계, 및
- 현재치가 필요한 각각의 범위 내에 있지 않으면, 현재치가 필요한 범위 내에 놓일 때까지 배기 시스템의 EGR 밸브를 조정하고/조정하거나 내연 기관의 작동점을 매칭시키는 단계.
따라서 현재 재순환율, 필터 요소의 직상류의 현재 온도, 및/또는 필터 요소의 직상류의 람다 값(및 그에 따른 산소 질량 분율)을 파악한다. 이어서, 검출된 값들 또는 검출된 값이 필요한 (각각의) 범위 내에 있는지 확인한다. 그러한 기준이 충족되지 않으면, 그 기준이 충족될 때까지 EGR 밸브를 개폐하고/개폐하거나 내연 기관의 작동점을 변경한다. 이때, 내연 기관의 작동 점의 매칭은 모멘트 중립적으로(moment neutral) 수행되는 것이 바람직하다. 그럼으로써, 내연 기관으로부터 공급받거나 수용하는 토크가 적어도 거의 일정하게 유지된다. 따라서 작동점의 매칭이 내연 기관의 사용자에게 인지되지 않게 된다.
재순환 배기 가스 흐름이 필터 요소의 직상류에서 적어도 500℃, 특히 적어도 550℃, 바람직하게는 적어도 600℃의 온도를 갖도록 구성된다. 매연 입자들의 산화를 위한 최소 온도로도 지칭될 수 있는 600℃의 온도로부터, 필터 요소의 촉매 코팅이 없어도 매연 입자들의 산화가 충분히 신속하게 진행한다. 그러나 필터 요소는 최소 온도를 낮추는 촉매 코팅을 구비하고, 그럼으로써 500℃ 미만의 온도에서도 충분히 신속한 매연 입자들의 산화가 일어날 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 구성에 따르면, 필터 요소의 직상류에서의 재순환 배기 가스 흐름이 적어도 1.05, 특히 적어도 1.1, 바람직하게는 적어도 1.15의 람다 값을 갖도록 구성된다. 따라서 고체들의 산화에 충분한 산소가 재순환 배기 가스 중에 존재하는 것이 보장된다.
재순환율이 5% 내지 40%, 특히 10% 내지 30%, 바람직하게는 15% 내지 25%가 되도록 구성되는 것이 바람직하다. 가능한 재순환율의 하한은 최소한으로 필요한 필터 요소 통과 유량에 의해 형성된다. 재순환율이 높으면 높을수록(그 밖의 파라미터들이 불변인 경우) 필터에 있는 또는 필터 내의 고체들이 더욱더 빨리 가열되고 고체들에 더욱더 빨리 산소가 인가된다. 그러나 재순환율이 너무 높으면, 재순환 배기 흐름의 람다 값 및 온도가 하락하므로, 재순환율은 위쪽으로 제한된다.
본 방법은 필터 요소의 상류에서의 압력과 필터 요소의 하류에서의 압력 간의 차압을 확인하는 단계를 포함하되, 그 차압이 미리 정해진 차압 임계치보다 큰 경우에만 본 방법을 수행하도록 구성되는 것이 바람직하다. 따라서 필터 요소의 재생의 필요성이 존재하는 경우에만 본 발명에 따른 방법이 시작되거나 속행된다.
또한, 필터 요소의 재생을 구현하기 위해, 입자 필터의 재생을 능동적으로 일으키도록 구성되는 것이 바람직하다. 따라서 필터 요소의 재생 필요성이 확인되고 나면, 입자 필터의 재생에 대한 필요성이 존재하지 않아도 필터 요소의 재생이 수행된다.
필터 요소는 메쉬형 구조, 특히 다수의 와이어들에 의해 형성된 메쉬형 구조를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 필터 요소는 직물 또는 천공된 시트를 포함하는 것이 바람직하다. 메쉬 크기 또는 천공 구멍들의 크기는 최대 0.100 mm이자 적어도 0.050 mm, 바람직하게는 최대 0.085 mm이자 적어도 0.065 mm인 것이 바람직하다. 그럼으로써, 필터 작용과 유동 저항 간의 양호한 절충이 주어진다. 메쉬 크기는 천공 구멍들의 크기와 유사하게 필터 요소의 개구들의 크기를 지칭한다. 메쉬 크기 또는 천공 구멍들의 크기 미만의 입자들은 배기 가스 흐름으로부터 걸러지지 않는다.
필터 요소는 대략 이차원적으로 형성되고, 특히 시브이거나 그러한 시브를 포함하는 것이 바람직하다. 특히, 배기 가스 흐름 방향(재순환 배기 가스 흐름)에 대해 직각으로의 필터 요소의 연장은 배기 가스 흐름 방향으로의 그 연장의 적어도 5배, 바람직하게는 적어도 10배, 특히 20배이다.
필터 요소는 대체로 금속으로 제조되는 것이 바람직하다. 필터 요소의 재료로서 금속을 사용함으로써, 예상되는 배기 가스 온도 하에서 필터 요소의 필요한 구조가 구현될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 방법을 수행하도록 형성되는 배기 시스템이 제공된다. 본 발명에 따른 배기 시스템은 그 신뢰성이 매우 높다는 것을 특징으로 한다.
따라서 배기 시스템은 입자 필터의 재생 시에 가열되는 재순환 배기 가스 흐름에 의해 필터 요소의 재생이 일어나게끔 필터 요소를 가열하도록 형성된다.
입자 필터의 재생 시에 EGR 경로를 통해 재순환되는 배기 가스 흐름이 고체들을 태워 없애도록 필터 요소가 입자 필터와 일정 간격을 두고 배치되는 것이 바람직하다. 따라서 입자 필터를 지난 후의 열 손실이 필터 요소의 직상류에서의 재순환 배기 가스 흐름의 온도를 고체들의 산화를 위한 매연 입자들의 산화에 필요한 최소 온도 아래로 낮출 만큼에 이르지 않도록 간격이 선택된다. 예컨대, 입자 필터로부터 유출 시의 배기 가스 흐름의 온도는 약 550℃ 내지 630℃이고, 그러므로 입자 필터와 필터 요소 사이의 짧은 간격이 유리할 것임이 명백하다.
입자 필터의 필터 구조체의 하류 측에 놓인 단부와 필터 요소 사이의 간격이 300 mm 미만, 특히 200 mm 미만, 바람직하게는 100 mm 미만이 되도록 구성되는 것이 바람직하다. 따라서 입자 필터와 필터 요소 사이의 열 손실이 너무 높지 않게 되는 것이 보장된다.
본 발명의 바람직한 구성에 따르면, 배기 가스 시스템이 입자 필터의 상류의 메인 배기 가스 경로에 터보 차저의 터빈 및/또는 촉매를 포함하도록 구성된다. 따라서 배기 가스 재순환 장치가 저압 배기 가스 재순환 장치가 될 수 있다. 촉매는 입자 필터의 가열을 일으켜 입자 필터의 재생을 가능하게 하거나 가속화할 수 있다.
또한, 배기 시스템은 제어 장치를 포함하되, 본 발명에 따른 방법을 수행하도록 구성된 소프트웨어가 제어 장치에 저장될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배기 시스템 및 내연 기관을 포함하는 차량이 제공된다. 내연 기관은 배출구 측에서 배기 시스템의 엔진 측 단부와, 그리고 흡입구 측에서 배기 시스템(EGR 경로)의 입구 측 단부와 각각 유체 역학적으로 연결된다. 본 차량은 신뢰성의 상승 및 유지보수 비용의 감소를 그 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 구성들은 종속 청구항들에 기재된 나머지 특징들로부터 명백할 것이다.
이하, 본 발명을 첨부 도면들에 의거하여 실시예들에서 설명하기로 한다.
도 1은 차량을 개략적인 부분도로 나타낸 도면이고;
도 2는 차량을 개략적인 부분 사시도로 나타낸 도면이며;
도 3은 차량의 배기 시스템을 개략적인 부분 사시도로 나타낸 도면이다.
도 1은 차량(10)의 개략적인 부분도를 도시하고 있다. 차량(10)은 내연 기관(12), 예컨대 디젤 엔진 및 배기 시스템(14)을 포함한다. 배기 시스템(14)은 메인 배기 가스 경로(16)를 포함한다. 메인 배기 가스 경로(16)는 내연 기관(12)에 연결된(배기 시스템(14)의 배기 가스 매니폴드(48)에 의해) 엔진 측 단부(18)와 내연 기관(12)의 배기 가스를 주위에 배기하는 역할을 하는 출구 측 단부(20) 사이에서 연장된다. 배기 시스템(14)은 메인 배기 가스 경로(16)로부터의 브랜치(23)와 입구 측 단부(24) 사이에서 연장되는 EGR 경로(22)(EGR은 배기 가스 재순환의 약자임)를 더 포함한다. 입구 측 단부(24)는 내연 기관(12)의 급기부(26)와 연결된다. 또한, 배기 시스템(14)은 EGR 경로(22)에 EGR 밸브(28)를 포함한다.
배기 시스템(14)은 엔진 측 단부(18)와 EGR 밸브(28) 사이에 필터 요소(30)를 또한 포함한다. 필터 요소(30)는 고체들을 걸러내도록 구성된다. 필터 요소(30)는 EGR 밸브(28)와 내연 기관(12)을 위한 보호 필터로서 그리고 급기부(26)에 대한 보호 필터로서 형성된다. 즉, 필터 요소(30)는 입자들의 침입을 방지하는데, 그렇지 않으면 입자들이 EGR 밸브(28)의 오염을 일으킬 수 있다. 또한, 필터 요소(30)와 EGR 밸브(28) 사이에 EGR 냉각기(25)가 배치될 수 있다.
필터 요소(30)는 대략 이차원적으로 형성되고, 그러므로 배기 가스 흐름 방향(재순환 배기 가스의)으로의 그 연장이 배기 가스 흐름 방향을 가로지르는 연장에 비해 매우 짧다. 필터 요소(30)는 다수의 메쉬들을 구비하고, 대략 디스크의 형태를 가질 수 있다. 예컨대, 필터 요소(30)는 금속 시브(조밀한 메쉬로 형성된)이다. 메쉬 크기의 변경을 통해, 배기 가스 흐름의 여과에 영향을 미칠 수 있다. 예컨대, 필터 요소(30)의 메쉬 크기는 약 75 마이크로미터일 수 있고, 그것은 여과 작용과 유동 저항 간의 양호한 절충에 해당한다.
EGR 밸브(28) 및 내연 기관(12)의 제어를 위해, 배기 가스 시스템(14)은 제어 장치(32)를 포함할 수 있는데, 그 제어 장치(32)는 람다 센서(34), 예컨대 광대역 람다 센서(34) 및 NOx 센서(36)와도 연결될 수 있다.
브랜치(23)의 상류의 메인 배기 가스 경로(16)에는 입자 필터(38) 및 촉매(40)가 배치된다. 또한, 필터 요소(30)의 상류의 메인 배기 가스 채널(16)에는 터보 차저의 터빈(42)이 배치된다. 터보 차저는 터빈(42) 이외에도, 압축기(46)를 기계적으로 연결하는 샤프트(44)를 포함한다. 압축기(46)는 내연 기관(12)의 급기부(26)의 일부이고, 입구 측 단부(24)의 하류에 배치된다. 특히, 압축기(46)는 필터 요소(30)에 의해 입자들로 인한 손상으로부터 보호된다. 또한, 압축기(46)는 흡기 매니폴드(50)를 통해 내연 기관(12)과 연결된다. 도시된 경우에는 EGR 경로(22)가 터보 차저의 저압 측에 배치되기 때문에, 저압 배기 가스 재순환 장치라 일컫는다.
도 2는 차량(10) 및 특히 배기 시스템(14)의 부분 사시도를 도시하고 있다. 개개의 구성 요소들은 이미 도 1에서 살펴본 것들로, 도 1에서 볼 수 있는 몇몇 구성 요소들, 특히 내연 기관(12), EGR 밸브(28)의 2개의 연결부들 사이의 연결 채널(52), 및 급기부(26)는 이해를 쉽게 하기 위해 도시되어 있지 않다. 촉매(40)와 입자 필터(38)는 장소를 절감하게 몰딩된 배기 가스 채널(54)에 의해 서로 연결된다. 도시된 배기 시스템(14) 또는 도시된 저압 EGR 시스템은 특히 소위 "모듈라 트랜스버스 키트(modular transverse kit)"에 사용하기 적합하다.
도 3은 도 2에서 볼 수 있는 배기 시스템(14)의 부분 사시도를 도시한 것으로, NOx 센서(36)의 상류의 메인 배기 가스 경로(16)에 있는 구성 요소들 및 필터 요소(30)의 하류의 EGR 경로(22)에 있는 구성 요소들은 도시되어 있지 않다. 그럼으로써, 필터 요소(30)의 가능한 구조를 알아볼 수 있다. 그에 따르면, 필터 요소(30)는 다수의 브리지들을 갖는 지지 구조체(58) 및 그 위에 부착된 시브(56)를 포함한다. 지지 구조체(58)는 미세 메쉬 형태로 형성된 시브(56)를 지지하기 위한 목적을 갖는다. 또한, 시브(56)와 지지 구조체(58) 사이에는, 시브(56)보다 두껍게 형성된 또 다른 지지 재료가 배치될 수 있다.
이하, 배기 시스템(14)을 장착한 전술한 차량(10)의 작동 방식을 바람직한 일 구성에 따라 설명하기로 한다.
내연 기관(12)은 그 작동 중에 상이한 크기의 매연 입자들을 생성한다. 입자 필터(38)는 내연 기관(12)의 메인 배기 가스 흐름(33)으로부터 매연 입자들을 걸러내는 목적을 갖는다. 그러나 통상적으로 입자 필터(38)는 실제로 입자 누출을 보이고, 그로 인해 상대적으로 적은 비율의 매연 입자들이 입자 필터(38)를 통과해 버린다. EGR 밸브(28)를 매연 입자들(특히 큰 매연 입자들), 즉 검댕 입자들 또는 검댕으로 인한 오염으로부터 보호하기 위해, 필터 요소(30)가 EGR 경로(22)에서 그러한 매연 입자들을 재순환 배기 가스 흐름(31)으로부터 걸러낸다. 따라서 매연 입자들이 필터 요소(30) 상에 침적되고, 그로 인해 작동 중의 그 투과성이 점차 줄어들게 된다. 또한, 필터 요소(30)는 상류에 놓인 구성 요소들의 제작 잔류물도 재순환 배기 가스 흐름(31)으로부터 걸러낸다.
입자 필터(38)에 적재되는 매연 입자들이 증가함에 따라 입자 필터(38)의 투과성도 역시 악화되고, 그 때문에 입자 필터(38)는 연속적으로 재생되거나 혹은 필요 시에만 재생된다. 그것은 예컨대 엔진 작동 파라미터에 의도적으로 영향을 미침으로써 입자 필터(38)로의 유입 전의 배기 가스 온도를 상승시켜 입자 필터(38)도 또한 가열시키는 것에 의해 이루어지게 된다. 매연 입자들의 산화를 위한 최소 온도를 넘어서고 나면, 매연 입자들이 타서 없어지고, 그럼으로써 입자 필터(38)에의 매연 적재가 줄어든다. 그러한 발열 연소에 의해, 입자 필터(38)의 하류에서의 메인 배기 가스 흐름(33)의 배기 가스 온도도 올라간다.
본 발명에 따른 방법을 개시하기 위해, 제어 장치(32)가 먼저 필터 요소(30)의 재생이 필요한지 확인한다. 그를 위해, 제어 장치(32)는 필터 요소(30)의 상류의 압력과 필터 요소(30)의 하류의 압력 간의 차압의 증가를 파악할 수 있다. 필터 요소(30)의 재생은 예컨대 차압이 미리 정해진 차압 임계치보다 큰 경우에 수행된다. 대안적으로, 입자 필터(38)의 재생 시마다 재순환 배기 가스 흐름(31)이 필터 요소(30)를 통해 이송되어 필터 요소(30)가 재생될 수도 있다. 또한, 필터 요소(30)의 필요한 재생을 위해, 입자 필터(38)의 재생을 능동적으로 일으킬 수도 있다.
필터 요소(30)의 최적의 재생을 보장하기 위해, 먼저 예컨대 재순환율(EGR rate), 필터 요소(30)의 직상류의 온도, 및/또는 필터 요소(30)의 직상류의 람다 값(lambda value)과 같은 여러 값들을 확인할 수 있다. 구성 여하에 따라, 그러한 값들 중의 하나, 다수, 또는 전부가 관여될 수 있다. 해당 값 또는 값들이 필터 요소(30)의 재생에 필요한 각각의 범위 내에 있지 않으면, EGR 밸브(28)를 조정하고/조정하거나 내연 기관(12)의 작동점을 매칭시킨다. 그것은 현재치 또는 현재치들이 각각의 필요한 범위 내에 놓일 때까지 계속해서 이루어진다.
구체적으로, 필터 요소의 재생에 있어 실제로 적용 가능한 것으로 판명된 값들을 들면 다음과 같다: 재순환율은 약 20%, 필터 요소(30)의 직상류에서의 재순환 배기 가스 흐름(31)의 람다 값은 약 1.2, 그리고 필터 요소(30)의 직상류에서의 재순환 배기 가스 흐름(31)의 온도는 약 600℃이다. 약 600℃의 온도에 도달하기 위해, 입자 필터(38)의 필터 구조체의 하류 측에 놓인 단부와 필터 요소(30) 사이의 간격은 약 100 mm인 것이 유리하다. 그럼으로써, 입자 필터(38)와 필터 요소(30) 사이의 열 손실이 대폭적으로 회피된다. 그것은 구성 여하에 따라 입자 필터(38)로부터의 유출 온도가 불과 600℃보다 약간 더 높은 정도에 지나지 않기 때문에도 필요할 수 있다. 약 15분 또는 20분에 달할 수 있는 입자 필터(38)의 재생의 지속 시간은 필터 요소(30)를 최적으로의 재생하는데 충분하다.
요약하면, 필터 요소(30)의 재생을 위해 EGR 경로(22)를 통해 재순환되는 배기 가스 흐름(31)이 필터 요소(30)를 통해 유동하도록 하는 것을 일으키거나 지속시킨다고 말할 수 있다. 재순환 배기 가스 흐름(31)은 브랜치(23)로 분기되는 메인 배기 가스 흐름(33)의 부분 흐름이다. 입자 필터(38)에서의 매연 입자들의 발열 연소에 의해, 메인 배기 가스 흐름(33)이 가열된다. 메인 배기 가스 흐름(33)은 필터 요소(30)에 도달하기까지 약간 냉각되기는 하지만, 여전히 매연 입자들의 산화를 위한 최소 온도보다도 높은 온도를 갖는다. 필요하다면, 필터 요소(30)의 촉매 코팅에 의해 그러한 온도를 낮출 수 있다.
본 발명에 따라 입자 필터(38)의 재생에 의해 가열된 재순환 배기 가스 흐름(31)을 필터 요소(30)를 통해 유동시킴으로써, 신속하고도 최대한으로 양호한 필터 요소(30)의 재생이 일어나게 된다. 타서 없어지지 않는 세라믹 또는 금속 입자들은 재생 후에도 필터 요소(30) 상에 잔류할 수 있다. 그러나 그것은 배기 가스 재순환의 기능에 영향을 미치지 않는다.
10: 차량 12: 내연 기관
14: 배기 시스템 16: 메인 배기 가스 경로
18: 엔진 측 단부 20: 출구 측 단부
22: EGR 경로 23: 브랜치
24: 입구 측 단부 25: EGR 냉각기
26: 급기부 28: EGR 밸브
30: 필터 요소 31: 재순환 배기 가스 흐름
32: 제어 장치 33: 메인 배기 가스 흐름
34: 람다 센서 36: NOx 센서
38: 입자 필터 40: 촉매
42: 터빈 44: 샤프트
46: 압축기 48: 배기 가스 매니폴드
50: 흡기 매니폴드 52: 연결부
54: 배기 가스 채널 56: 시브
58: 지지 구조체

Claims (10)

  1. 배기 시스템(14)이 입자 필터(38)를 구비한 메인 배기 가스 경로(16) 및 상기 입자 필터(38)의 하류에서 상기 메인 배기 가스 경로(16)로부터 분기된 EGR 경로(22)를 포함하되, 필터 요소(30)가 상기 EGR 경로(22)에 배치되는 배기 시스템(14)에서 고체 물질들로 오염된 상기 배기 시스템(14)의 상기 필터 요소(30)를 재생하는 방법으로서, 상기 방법이
    - 상기 입자 필터(38)를 재생하는 동안 상기 EGR 경로(22)를 통해 재순환되는 배기 가스 흐름(31)을 상기 필터 요소(30)를 통해 유동시키되, 상기 입자 필터(38)의 재생에 의해 일어나는 재순환 배기 가스 흐름(31)의 가열을 이용하여 상기 필터 요소(30)의 재생을 일으키는 단계를 포함하고,
    상기 입자 필터(38)의 필터 구조체의 하류 측에 놓인 단부와 상기 필터 요소(30) 사이의 간격이 최대 300mm이고,
    필터 요소(30)는 매연 입자들의 산화를 위한 최소 온도를 낮추는 촉매 코팅을 구비하고,
    상기 방법은 상기 필터 요소를 통해 유동시키는 단계에 선행하여
    - 재순환율(EGR rate), 상기 필터 요소(30)의 직상류의 온도, 및/또는 상기 필터 요소(30)의 직상류의 람다(lambda) 값의 현재치가 상기 필터 요소의 재생에 필요한 각각의 범위 내에 있는지 확인하는 단계, 및
    - 상기 현재치가 상기 필요한 각각의 범위 내에 있지 않으면, 상기 현재치가 상기 필요한 범위 내에 놓일 때까지 상기 배기 시스템(14)의 EGR 밸브(28)를 조정하고 내연 기관의 작동점을 매칭시키는 단계를 더 포함하고,
    상기 내연 기관의 작동점의 매칭은 모멘트 중립적으로 수행되는 것을 특징으로 하는, 재생 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 필터 요소(30)의 직상류에서의 상기 재순환 배기 가스 흐름(31)이 적어도 500℃의 온도를 갖는 것을 특징으로 하는, 재생 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 필터 요소(30)의 직상류에서의 상기 재순환 배기 가스 흐름(31)의 적어도 1.05의 람다 값을 갖는 것을 특징으로 하는, 재생 방법.
  5. 제1항에 있어서, 재순환율이 5% 내지 40%인 것을 특징으로 하는, 재생 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 방법은 상기 필터 요소(30)의 상류의 압력과 상기 필터 요소(30)의 하류의 압력 간의 차압을 확인하는 단계를 더 포함하되, 상기 차압이 미리 정해진 차압 임계치보다 큰 경우에만 상기 방법을 수행하는 것을 특징으로 하는, 재생 방법.
  7. 제1항에 따른 방법을 수행하도록 구성된 배기 시스템(14).
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제7항에 있어서, 상기 배기 시스템(14)은 상기 입자 필터(38)의 상류의 메인 배기 가스 경로(23)에 터보 차저의 터빈(42) 및/또는 촉매(40)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배기 시스템.
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