KR102085904B1

KR102085904B1 - 배기 가스 미립자 필터를 이용한 배기 가스 저감 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR102085904B1
Application number: KR1020180157543A
Authority: KR
Inventors: 김성호
Original assignee: 현대오트론 주식회사
Priority date: 2018-12-07
Filing date: 2018-12-07
Publication date: 2020-03-06

Abstract

본 발명은 배기 가스 미립자 필터를 이용한 배기 가스 저감 시스템 및 방법에 관한 것으로, 본 발명은 일 실시예로 가솔린 엔진에서 발생되는 배기 가스를 저감시키기 위한 시스템에 있어서, 배기 가스에 포함된 미립자 물질을 포집하는 가솔린 미립자 필터; 상기 가솔린 미립자 필터의 차압을 측정하는 차압 센서; 엔진의 구동 시간을 측정하는 타이머; 및 엔진의 운전 영역을 구분하고, 해당 운전 영역에서의 상기 차압 센서에서 측정된 미립자 필터의 차압 변화량과 상기 타이머에서 측정된 엔진의 구동 시간을 토대로 연소 인자를 조절하는 제어부;를 포함하는 배기 가스 저감 시스템을 제공함으로써, 엔진에서 발생되는 미립자 물질의 양을 최소화할 수 있다.

Description

배기 가스 미립자 필터를 이용한 배기 가스 저감 시스템 및 방법{System and method for reducing exhaust gas using Gasoline Particulate Filter}

본 발명은 배기 가스 저감 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 가솔린 차량의 배기 가스 미립자 필터(Gasoline Particulate Filter)와 상기 미립자 필터에 퇴적되는 미립자 물질(PM)의 양을 측정할 수 있는 차압 센서를 이용하여 운전 영역에 따른 미립자 물질 배출량을 측정하고, 측정된 미립자 물질 배출량을 토대로 연소 인자를 조절함으로써, 미립자 물질 배출을 줄일 수 있는 배기 가스 미립자 필터를 이용한 배기 가스 저감 시스템 및 방법에 관한 것이다.

전 세계적으로 배기 가스 배출 규제가 강화되고, 유가가 급상승하게 됨에 따라 연비 향상을 위하여 기존의 포트 분사 방식의 가솔린 엔진(Multi Point Injection engine) 보다 연비를 향상시킬 수 있는 새로운 방식의 가솔린 엔진 개발이 요구되었고, 이에 따라 연료를 연소실에 직접 분사하여 고정밀도의 연소 제어로 매우 희박한 혼합기에서도 고효율의 연소를 가능케 하는 직접 분사 방식의 가솔린 엔진(GDI 엔진, Gasoline Direct Injection engine)의 개발되었다.

직접 분사 방식의 가솔린 엔진은 포트 분사 방식 가솔린 엔진의 압축비(compression ratio) 한계를 넘는 높은 압축비를 구현할 수 있어 연비를 극대화할 수 있을 뿐만 아니라, 출력 향상 효과를 달성할 수 있다는 장점이 있어 많은 연구가 진행되었다.

다만, 종래에 제안되었던 직접 분사 방식의 가솔린 엔진은 포트 분사 방식 가솔린 엔진에 비하여 미립자 물질(PM)의 질량뿐만 아니라 개수농도까지 크게 증가한다는 문제가 있었고, 최근 들어 디젤 엔진뿐만 아니라 가솔린 엔진에 대한 배기 가스 규제도 점차 엄격해지고 있는 바, 가솔린 엔진에서 발생되는 배기 가스에 포함된 미립자 물질을 저감시킬 수 있는 새로운 기술이 요구되었다.

이에 따라, 매연 촉매 장치와 별도로 배기 가스 배출 배관에 가솔린 미립자 필터(Gasoline Particulate Filter)를 장착함으로써, 배기 가스에 포함된 미립자 물질을 저감시키려는 방안이 제안된 바 있으나,

현재까지 제안된 방안들은 엔진 내 연소 과정과 상관 없이 가솔린 미립자 필터에 퇴적되는 미립자 물질을 포집하고, 포집된 미립자 물질을 제거하는 것에만 중점을 두어, 가솔린 미립자 필터 재생 과정에서 발생하는 엔진 손실에 대해서는 고려하지 않았다.

즉, 엔진에서 배출되는 미립자 물질의 양이 많아질수록 가솔린 미립자 필터 재생 과정에서 발생하는 엔진 손실이 증가함에도 종래에 제안된 방안들은 가솔린 미립자 필터 재생 시 발생하는 엔진 손실을 줄일 수 없다는 문제점이 있었으므로, 상기 문제점을 해결할 수 있는 새로운 방안이 요구되는 실정이다.

한국공개특허공보(제10-2017-0123157호) “가솔린엔진 배출물 저감장치 및 그 운용방법”

본 발명은 배기 가스 미립자 필터와 상기 미립자 필터에 퇴적되는 미립자 물질의 양을 측정할 수 있는 차압 센서를 이용하여 운전 영역에 따른 미립자 물질 배출량을 측정하고, 측정된 미립자 물질 배출량을 토대로 연소 인자를 조절함으로써, 미립자 물질 배출을 줄일 수 있는 배기 가스 저감 시스템 및 방법을 제공함으로써, 미립자 물질 배출을 줄임과 동시에 가솔린 미립자 필터 재생 과정에서 발생하는 엔진 손실을 최소화하는 것을 목적으로 한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 일 실시예로 가솔린 엔진에서 발생되는 배기 가스를 저감시키기 위한 시스템에 있어서, 배기 가스에 포함된 미립자 물질을 포집하는 가솔린 미립자 필터; 상기 가솔린 미립자 필터의 차압을 측정하는 차압 센서; 엔진의 구동 시간을 측정하는 타이머; 및 엔진의 운전 영역을 구분하고, 해당 운전 영역에서의 상기 차압 센서에서 측정된 미립자 필터의 차압 변화량과 상기 타이머에서 측정된 엔진의 구동 시간을 토대로 연소 인자를 조절하는 제어부;를 포함하는 배기 가스 저감 시스템을 제공한다.

여기서, 상기 제어부는 엔진 구동 시, 엔진의 회전 속도와 엔진 부하를 토대로 엔진의 운전 영역을 구분하는 운전 영역 구분부; 상기 차압 센서와 상기 타이머로부터 상기 운전 영역 구분부에서 구분된 엔진 운전 영역에서의 가솔린 미립자 필터의 차압 변화량과 엔진 구동 시간 데이터를 수집하는 데이터 수집부; 상기 데이터 수집부에서 수집된 가솔린 미립자 필터의 차압 변화량을 토대로 연소 인자 제어 조건이 충족되었는지 판단하는 조건 판단부; 및 상기 조건 판단부에서 연소 인자 제어 조건이 충족된 것으로 판단되면, 상기 데이터 수집부에서 수집된 엔진 구동 시간 데이터를 토대로 연소 인자를 조절하는 연소 인자 조절부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 조건 판단부는 상기 데이터 수집부에서 수집된 가솔린 미립자 필터의 차압 변화량이 기 설정된 임계 값 이상인 경우에 연소 인자 제어 조건이 충족된 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 연소 인자 조절부는 상기 조건 판단부에서 연소 인자 제어 조건이 충족되는 것으로 판단될 때까지의 엔진 구동 시간 데이터 값이 제1 설정 값보다 작은 경우, 스파크 플러그의 드웰 타임과 연료 분사 압력을 조절하고, 다단 분사를 적용시키는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 연소 인자 조절부는 상기 조건 판단부에서 연소 인자 제어 조건이 충족되는 것으로 판단될 때까지의 엔진 구동 시간 데이터 값이 제1 설정 값 이상이고, 제2 설정 값보다 작은 경우, 스파크 플러그의 드웰 타임을 조절하고, 다단 분사를 적용시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 연소 인자 조절부는 상기 조건 판단부에서 연소 인자 제어 조건이 충족되는 것으로 판단될 때까지의 엔진 구동 시간 데이터 값이 제2 설정 값 이상인 경우, 스파크 플러그의 드웰 타임을 조절하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위한 또 다른 실시예로 가솔린 미립자 필터와 차압 센서를 이용하여 가솔린 엔진에서 발생되는 배기 가스를 저감시키는 방법에 있어서, 엔진 구동 시, 엔진의 회전 속도와 엔진 부하를 토대로 엔진의 운전 영역을 구분하는 운전 영역 구분 단계; 상기 운전 영역 구분 단계에서 구분된 엔진 운전 영역에서의 가솔린 미립자 필터의 차압 변화량을 측정하는 차압 변화량 측정 단계; 상기 차압 변화량 측정 단계에서 측정된 가솔린 미립자 필터의 차압 변화량을 토대로 연소 인자 제어 조건 충족 여부를 판단하는 제어 조건 판단 단계; 상기 제어 조건 판단 단계에서 연소 인자 제어 조건이 충족된 것으로 판단될 때까지의 엔진 구동 시간을 측정하는 구동 시간 측정 단계; 및 상기 제어 조건 판단 단계에서 연소 인자 제어 조건이 충족된 것으로 판단되는 경우, 상기 구동 시간 측정 단계에서 측정된 엔진 구동 시간을 토대로 연소 인자를 조절하는 연소 인자 제어 단계;를 포함하는 배기 가스 저감 방법을 제공한다.

이 때, 상기 제어 조건 판단 단계는 상기 차압 변화량 측정 단계에서 측정된 가솔린 미립자 필터의 차압 변화량이 기 설정된 임계 값 이상인 경우에 연소 인자 제어 조건이 충족된 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 연소 인자 제어 단계는 상기 구동 시간 측정 단계에서 측정된 엔진 구동 시간에 따라, 스파크 플러그의 드웰 타임 또는 연료 분사 압력을 조절하거나, 다단 분사를 적용 유무를 조절하는 것을 특징으로 한다.

보다 구체적으로, 상기 연소 인자 제어 단계는 상기 구동 시간 측정 단계에서 측정된 엔진 구동 시간이 제1 설정 값보다 작은 경우, 스파크 플러그의 드웰 타임과 연료 분사 압력을 조절하고, 다단 분사를 적용시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 연소 인자 제어 단계는 상기 구동 시간 측정 단계에서 측정된 엔진 구동 시간이 제1 설정 값 이상이고, 제2 설정 값보다 작은 경우, 스파크 플러그의 드웰 타임을 조절하고, 다단 분사를 적용시키는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 연소 인자 제어 단계는 상기 구동 시간 측정 단계에서 측정된 엔진 구동 시간이 제2 설정 값 이상인 경우, 스파크 플러그의 드웰 타임을 조절하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 운전 영역에 따른 미립자 물질 배출량을 측정하고, 측정된 미립자 물질 배출량을 토대로 연소 인자를 조절함으로써, 엔진에서 배출되는 미립자 물질의 양을 저감시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 상기와 같은 과정을 거쳐 미립자 물질의 양을 저감시킴으로써, 가솔린 미립자 필터 재생 과정에서 발생하는 엔진 손실을 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 가스 저감 시스템의 개념도이다.
도 2는 제어부의 구성 요소들을 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 가스 저감 시스템의 연소 인자를 조절하고, 미립자 물질 배출을 저감시키는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배기 가스 저감 방법에 대한 순서도이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대해 상세한 설명은 생략한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다. 또한, 본 명세서 전체에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치한다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.

본 출원에서, “포함하다.” 또는 “가지다.” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

먼저, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 가스 저감 시스템에 대하여 살펴보도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 가스 저감 시스템의 개념도이고, 도 2는 제어부의 구성 요소들을 나타낸 개념도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 가스 저감 시스템의 연소 인자를 조절하고, 미립자 물질 배출을 저감시키는 과정을 도시한 흐름도이다.

본 발명은 일 실시예로 가솔린 엔진에서 발생되는 배기 가스를 저감시키기 위한 시스템에 있어서, 배기 가스에 포함된 미립자 물질(PM)을 포집하는 가솔린 미립자 필터(Gasoline Particulate Filter, 100), 상기 가솔린 미립자 필터(100) 양단의 차압을 측정하는 차압 센서(200), 엔진의 구동 시간을 측정하는 타이머(300) 및 엔진의 운전 영역을 구분하고, 해당 운전 영역에서의 상기 차압 센서(200)에서 측정된 미립자 필터의 차압 변화량과 상기 타이머(300)에서 측정된 엔진의 구동 시간을 토대로 연소 인자를 조절하는 제어부(400)를 포함하는 배기 가스 저감 시스템을 제공한다.

본 발명의 배기 가스 저감 시스템은 엔진의 운전 영역을 구분하고, 차압 센서(200)를 통해 측정된 가솔린 미립자 필터(100) 양단의 차압을 토대로 해당 엔진 운전 영역에서 상기 가솔린 미립자 필터(100)에 포집된 미립자 물질(PM)의 양을 추정하며, 추정된 미립자 물질(PM)의 양에 따라 연소 인자를 조절하여 엔진의 구동 과정에서 발생되는 미립자 물질을 저감시킬 수 있다는 점에서 종래에 제안되었던 가솔린 미립자 필터가 구비된 배기 가스 저감 시스템과 차별성을 갖는다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 가스 저감 시스템의 구성 요소에 대하여 구체적으로 살펴보도록 한다.

먼저, 가솔린 미립자 필터(100)는 배기 가스 관에 위치하여, 가솔린 엔진으로부터 배출되는 배기 가스 내에 포함된 미립자 물질(PM)을 포집하는 역할을 한다.

이 때, 상기 가솔린 미립자 필터(100)에 포집될 수 있는 미립자 물질의 양은 한계가 있어, 가솔린 미립자 필터(100)에서 지속적으로 미립자 물질을 포집하기 위해서는 포집된 미립자 물질을 제거하는 재생 과정이 필요하다.

구체적으로, 상기 가솔린 미립자 필터(100)의 재생 과정은 연소 과정을 희박 연소로 제어하여, 가솔린 엔진으로부터 배출되는 배기 가스에 포함되는 산소 농도를 높이며, 배기 가스 내에 산소 농도가 높아짐에 따라 가솔린 미립자 필터(100)에 포집된 미립자 물질의 연소가 촉진되는 방식으로 이루어진다.

가솔린 미립자 필터(100) 내에 포집된 미립자 물질의 양이 많아질수록 희박 연소 과정이 유지되는 시간이 길어지게 되고, 이 과정에서 가솔린 엔진의 손실이 발생하게 되는 바, 본 발명의 배기 가스 저감 시스템은 가솔린 엔진으로부터 미립자 물질 배출량을 줄여 가솔린 미립자 필터(100) 과정에서 발생하는 엔진 손실을 줄이고자 하며, 상기 과정에 대한 구체적인 설명은 후술하도록 한다.

다음으로, 차압 센서(200)는 압력 센서의 일종으로 상기 가솔린 미립자 필터(100)의 양단의 차압을 측정하는 역할을 하며, 상기 차압 센서(200)는 가솔린 미립자 필터(100) 양단의 차압을 실시간으로 측정함으로써, 시간에 따른 가솔린 미립자 필터(100)의 차압 변화량까지 측정할 수 있다.

여기서, 가솔린 미립자 필터(100)의 양단이라고 함은 가솔린 미립자 필터(100)의 선단과 후단을 의미하며, 차압 센서(200)에서는 가솔린 미립자 필터(100) 선단의 압력과 후단의 압력의 차이를 토대로 미립자 필터(100) 양단의 차압을 측정할 수 있다.

이 때, 상기 차압 센서(200)에서 측정된 가솔린 미립자 필터(100) 양단의 차압은 가솔린 미립자 필터(100)에 포집된 미립자 물질의 양과 비례하는 관계에 있으므로, 본 발명의 배기 가스 저감 시스템은 상기 차압 센서(200)에서 측정된 미립자 필터(100) 양단의 차압을 통하여 가솔린 엔진으로부터 배출되는 배기 가스에 포함된 미립자 물질의 양을 추정할 수 있고, 후술할 제어부(400)에서는 상기 차압 센서(200)를 통해 추정된 미립자 물질의 양을 토대로 연소 인자 제어를 수행한다. 다만, 제어부(400)의 연소 인자 제어 과정에 대한 자세한 설명은 후술하도록 한다.

다음으로, 상기 타이머(300)는 가솔린 엔진 구동 시, 엔진 구동 시간을 측정하는 역할을 하며, 상기 타이머(300)에서 측정된 엔진 구동 시간 데이터는 제어부(400)로 송신되어 연소 인자 제어에 활용될 수 있다.

마지막으로, 본 발명의 배기 가스 저감 시스템의 핵심적인 구성 요소인 제어부(400)에 대하여 살펴보도록 한다.

상기 제어부(400)는 엔진의 운전 영역을 구분하고, 해당 운전 영역에서의 상기 차압 센서(200)에서 측정된 미립자 필터의 차압 변화량과 상기 타이머(300)에서 측정된 엔진의 구동 시간을 토대로 연소 인자를 조절하는 역할을 하며, 도 3에 도시된 바와 같이 운전 영역 구분부(410), 데이터 수집부(420), 조건 판단부(430), 연소 인자 조절부(440)를 포함하는 것이 특징이다.

먼저, 상기 제어부(400)를 구성하는 운전 영역 구분부(410)는 가솔린 엔진 구동 시, 엔진의 회전 속도(RPM)와 엔진 부하(Load)를 토대로 현재 엔진의 운전 영역을 구분하는 역할을 한다.

이 때, 상기 운전 영역 구분부(410)는 일 예시로 엔진의 회전 속도(RPM)와 엔진 부하(Load)에 따라 엔진 운전 영역을 ① 저 RPM - 저 부하 영역, ② 저 RPM - 중 부하 영역, ③ 저 RPM - 고 부하 영역, ④ 중 RPM - 저 부하 영역, ⑤ 중 RPM - 중 부하 영역, ⑥ 중 RPM - 고 부하 영역, ⑦ 고 RPM - 저 부하 영역, ⑧ 고 RPM - 중 부하 영역, ⑨ 고 RPM - 고 부하 영역 9가지 영역으로 나누고, 현재 엔진의 회전 속도와 엔진 부하 값을 토대로 현재 엔진이 저 RPM - 고 부하 영역에 속하거나, 고 RPM - 저 부하 영역에 속한다고 판단할 수 있다.

여기서, 상기 운전 영역 구분부(410)에서 저 RPM, 중 RPM, 고 RPM, 저부하, 중부하, 고부하 영역으로 분류하는 기준은 차량마다 기 설정된 기준에 의해 정해지며, 상기 운전 영역 구분부(410)에서 운전 영역을 9개의 영역으로 나누는 것은 본 발명의 일 실시예에 불과하며, 차량의 종류, 운전 환경 등에 따라 운전 영역을 6개의 영역으로 나눌 수도 있고, 3개의 영역으로 나눌 수도 있음은 당연하다.

다음으로, 상기 데이터 수집부(420)는 상기 운전 영역 구분부(410)에서 현재 엔진의 운전 영역이 구분되면, 상기 차압 센서(200)와 상기 타이머(300)로부터 해당 운전 영역에서의 가솔린 미립자 필터(100)의 차압 변화량과 엔진 구동 시간에 대한 데이터를 수집하는 역할을 하며, 상기 데이터 수집부(420)에서 수집된 가솔린 미립자 필터(100)의 차압 변화량을 토대로 해당 운전 영역에서 가솔린 엔진으로부터 배출된 배기 가스 내에 포함된 미립자 물질의 양을 추정할 수 있으며, 기 설정된 양만큼의 미립자 물질이 배출되는데 걸리는 시간까지도 파악할 수 있다.

다음으로, 상기 조건 판단부(430)는 상기 데이터 수집부(420)에서 수집된 가솔린 미립자 필터(100)의 차압 변화량을 토대로 연소 인자 제어 조건이 충족되었는지 판단하는 역할을 한다.

보다 구체적으로, 차압 센서(200)의 측정 오차를 고려했을 때, 차압 센서(200)에서 측정되는 가솔린 미립자 필터(100)의 차압 변화량의 값이 작은 경우에는 그 값을 신뢰하기 어려우며, 신뢰할 수 없는 결과를 토대로 연소 인자를 제어하다가는 엔진의 연비 또는 출력이 오히려 줄어들 수도 있는 바, 상기 조건 판단부(430)에서는 ⅰ) 가솔린 미립자 필터(100)의 차압 변화량이 기 설정된 임계 값 이상인 경우(가솔린 미립자 필터의 차압 변화량 ≥ 임계 값)에만 차압 센서(200)의 측정 결과를 신뢰할 수 있는 것으로 보아, 연소 인자 제어 조건이 충족된 것으로 판단하고, ⅱ) 가솔린 미립자 필터(100)의 차압 변화량이 기 설정된 임계 값보다 작은 경우(가솔린 미립자 필터의 차압 변화량 < 임계 값)에는 차압 센서(200)의 측정 결과를 신뢰할 수 없는 값으로 보아, 연소 인자 제어 조건이 충족되지 않은 것으로 판단한다.

다음으로, 상기 연소 인자 조절부(440)는 상기 조건 판단부(430)에서 연소 인자 제어 조건이 충족된 것으로 판단되는 경우, 스파크 플러그의 드웰 타임(Dwell time) 또는 연료 분사 압력을 조절하거나, 다단 분사를 적용 유무를 조절하여 가솔린 엔진으로부터 배출되는 미립자 물질의 양을 줄이는 역할을 한다.

상기 스파크 플러그의 드웰 타임, 연료 분사 압력, 다단 분사 유무에 해당하는 연소 인자는 엔진 공통으로 세팅된 연소 인자이면서, 가솔린 엔진으로부터 배출되는 미립자 물질의 양과 관련성이 큰 연소 인자이므로, 상기 연소 인자 조절부(440)는 상기 데이터 수집부(420)에서 수집된 데이터들을 토대로 스파크 플러그의 드웰 타임(Dwell time) 또는 연료 분사 압력을 조절하거나, 다단 분사를 적용 유무를 조절 한다.

이 때, 상기 연소 인자들은 연료 분사 압력, 다단 분사 유무, 스파크 플러그의 드웰 타임 순서대로 가솔린 엔진으로부터 배출되는 미립자 물질의 양에 영향을 준다.

특히, 연소 인자 조절부(440)는 상기 데이터 수집부(420)로부터 상기 조건 판단부(430)에서 연소 인자 제어 조건이 충족되는 것으로 판단될 때(즉, 가솔린 미립자 필터의 차압 변화량이 기 설정된 임계 값에 도달할 때)까지의 엔진 구동 시간 데이터 값을 수신하여 가솔린 미립자 필터의 차압 변화량이 기 설정된 임계 값에 도달하는데 걸리는 시간을 파악할 수 있고, 이를 토대로 엔진의 현재 운전 영역에서 미립자 물질 배출 정도를 파악할 수 있다.

이에 따라, 연소 인자 조절부(440)는 상기와 같이 파악된 미립자 물질 배출 정도에 따라 제어하는 연소 인자의 종류를 달리 할 수 있으며, 보다 구체적으로 상기 연소 인자 조절부(440)는 ⅰ) 상기 조건 판단부(430)에서 연소 인자 제어 조건이 충족되는 것으로 판단될 때까지의 엔진 구동 시간 데이터 값이 제1 설정 값보다 작은 경우(연소 인자 제어 조건이 충족되는 것으로 판단될 때까지의 엔진 구동 시간 데이터 < 제1 설정 값)에는 짧은 시간 동안 많은 양의 미립자 물질이 배출된 것으로 판단하여, 스파크 플러그의 드웰 타임과 연료 분사 압력을 조절하고, 다단 분사를 적용시킴으로써 미립자 물질 배출량을 줄이며,

ⅱ) 상기 조건 판단부(430)에서 연소 인자 제어 조건이 충족되는 것으로 판단될 때까지의 엔진 구동 시간 데이터 값이 제1 설정 값 이상이고, 제2 설정 값보다 작은 경우(제1 설정 값 ≤ 연소 인자 제어 조건이 충족되는 것으로 판단될 때까지의 엔진 구동 시간 데이터 < 제2 설정 값)에는 미립자 물질 배출량이 상대적으로 적은 것으로 판단하여, 엔진 연비에 영향을 줄 수 있는 연료 분사 압력은 조절하지 않고, 다단 분사와 스파크 플러그의 드웰 타임만을 조절하여 미립자 물질 배출량을 줄인다.

또한, 상기 연소 인자 조절부(440)는 ⅲ) 상기 조건 판단부(430)에서 연소 인자 제어 조건이 충족되는 것으로 판단될 때까지의 엔진 구동 시간 데이터 값이 제2 설정 값 이상인 경우(연소 인자 제어 조건이 충족되는 것으로 판단될 때까지의 엔진 구동 시간 데이터 > 제2 설정 값)에는 미립자 물질 배출량이 많지 않은 것으로 판단하여, 플러그의 드웰 타임만을 조절하여 미립자 물질 배출량을 줄인다.

즉, 상기 연소 인자 조절부(440)는 해당 운전 영역에서의 미립자 물질 배출량 정도에 따라 ⅰ) 연료 분사 압력, 다단 분사, 스파크 플러그의 드웰 타임을 모두 조절하거나, ⅱ) 다단 분사와 스파크 플러그의 드웰 타임만 조절하거나, ⅲ) 다른 연소 인자 제어 없이 엔진 연비에 큰 영향을 미치지 않는 스파크 플러그의 드웰 타임만을 조절하여 미립자 물질 배출량을 저감시킬 수 있다.

이 때, 상기 제1 설정 값과 제2 설정 값은 차량의 종류, 운전 환경 등에 따라 가변될 수 있는 값이며, 상기 연소 인자 조절부(440)는 실험된 데이터 값을 토대로 스파크 플러그의 드웰 타임, 연료 분사 압력 조절하여 가솔린 엔진으로부터 배출되는 미립자 물질 배출량을 저감시킬 수 있다.

다음으로, 도 4를 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배기 가스 저감 방법에 대하여 살펴보도록 한다.

이 때, 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배기 가스 저감 방법에 대한 순서도이며, 본 발명의 배기 가스 저감 방법의 각 단계에 대한 구체적인 설명은 앞서 설명한 바와 동일하므로, 이하에서는 중복되는 내용에 대한 설명은 생략하도록 한다.

본 발명은 또 다른 실시예로 가솔린 미립자 필터와 차압 센서를 이용하여 가솔린 엔진에서 발생되는 배기 가스를 저감시키는 방법에 있어서, 엔진 구동 시, 엔진의 회전 속도와 엔진 부하를 토대로 엔진의 운전 영역을 구분하는 운전 영역 구분 단계(S210), 상기 운전 영역 구분 단계(S210)에서 구분된 엔진 운전 영역에서의 가솔린 미립자 필터의 차압 변화량을 측정하는 차압 변화량 측정 단계(S220), 상기 차압 변화량 측정 단계(S220)에서 측정된 가솔린 미립자 필터의 차압 변화량을 토대로 연소 인자 제어 조건 충족 여부를 판단하는 제어 조건 판단 단계(S230), 상기 제어 조건 판단 단계(S230)에서 연소 인자 제어 조건이 충족된 것으로 판단될 때까지의 엔진 구동 시간을 측정하는 구동 시간 측정 단계(S240) 및 상기 제어 조건 판단 단계(S230)에서 연소 인자 제어 조건이 충족된 것으로 판단되는 경우, 상기 구동 시간 측정 단계(S240)에서 측정된 엔진 구동 시간을 토대로 연소 인자를 조절하는 연소 인자 제어 단계(S250)를 포함하는 배기 가스 저감 방법(S200)을 제공한다.

여기서, 상기 제어 조건 판단 단계(S230)는 차압 센서의 측정 오차를 고려했을 때, 차압 센서에서 측정되는 가솔린 미립자 필터의 차압 변화량의 값이 작은 경우에는 그 값을 신뢰하기 어려우며, 신뢰할 수 없는 결과를 토대로 연소 인자를 제어하다가는 엔진의 연비 또는 출력이 오히려 줄어들 수도 있으므로 ⅰ) 상기 차압 변화량 측정 단계(S220)에서 측정된 가솔린 미립자 필터의 차압 변화량이 기 설정된 임계 값 이상인 경우에 연소 인자 제어 조건이 충족된 것으로 판단하고, ⅱ) 상기 차압 변화량 측정 단계(S220)에서 측정된 가솔린 미립자 필터의 차압 변화량이 기 설정된 임계 값보다 작은 경우에는 연소 인자 제어 조건이 충족되지 않은 것으로 판단하여 연소 인자 제어 단계(S250)에서는 연소 인자 제어를 수행하지 않는다.

또한, 상기 연소 인자 제어 단계(S250)는 상기 구동 시간 측정 단계(S240)에서 측정된 엔진 구동 시간을 토대로 현재 엔진의 운전 영역에서의 미립자 물질 배출 정도를 파악하고, 미립자 물질 배출 정도에 따라 스파크 플러그의 드웰 타임 또는 연료 분사 압력을 조절하거나, 다단 분사를 적용 유무를 조절한다.

보다 구체적으로 상기 연소 인자 제어 단계(S250)는 ⅰ) 상기 구동 시간 측정 단계(S240)에서 측정된 엔진 구동 시간이 제1 설정 값보다 작은 경우(연소 인자 제어 조건이 충족되는 것으로 판단될 때까지의 엔진 구동 시간 데이터 < 제1 설정 값)에는 짧은 시간 동안 많은 양의 미립자 물질이 배출된 것으로 판단하여, 스파크 플러그의 드웰 타임과 연료 분사 압력을 조절하고, 다단 분사를 적용시킴으로써 미립자 물질 배출량을 줄이며,

ⅱ) 상기 구동 시간 측정 단계(S240)에서 측정된 엔진 구동 시간이 제1 설정 값 이상이고, 제2 설정 값보다 작은 경우(제1 설정 값 ≤ 연소 인자 제어 조건이 충족되는 것으로 판단될 때까지의 엔진 구동 시간 데이터 < 제2 설정 값)에는 미립자 물질 배출량이 상대적으로 적은 것으로 판단하여, 엔진 연비에 영향을 줄 수 있는 연료 분사 압력은 조절하지 않고, 다단 분사와 스파크 플러그의 드웰 타임만을 조절하여 미립자 물질 배출량을 줄인다.

또한, 상기 연소 인자 제어 단계(S250)는 ⅲ) 상기 구동 시간 측정 단계(S240)에서 측정된 엔진 구동 시간이 제2 설정 값 이상인 경우(연소 인자 제어 조건이 충족되는 것으로 판단될 때까지의 엔진 구동 시간 데이터 > 제2 설정 값)에는 미립자 물질 배출량이 많지 않은 것으로 판단하여, 스파크 플러그의 드웰 타임만을 조절하여 미립자 물질 배출량을 줄인다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예 및 응용예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 응용예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

또한, 본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 가솔린 미립자 필터
200 : 차압 센서
300 : 타이머
400 : 제어부
410 : 운전 영역 구분부
420 : 데이터 수집부
430 : 조건 판단부
440 : 연소 인자 조절부

Claims

가솔린 엔진에서 발생되는 배기 가스를 저감시키기 위한 시스템에 있어서,
배기 가스에 포함된 미립자 물질을 포집하는 가솔린 미립자 필터;
상기 가솔린 미립자 필터의 차압을 측정하는 차압 센서;
엔진의 구동 시간을 측정하는 타이머; 및
엔진의 운전 영역을 구분하고, 해당 운전 영역에서의 상기 차압 센서에서 측정된 미립자 필터의 차압 변화량과 상기 타이머에서 측정된 엔진의 구동 시간을 토대로 연소 인자를 조절하는 제어부;
를 포함하는 배기 가스 저감 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
엔진 구동 시, 엔진의 회전 속도와 엔진 부하를 토대로 엔진의 운전 영역을 구분하는 운전 영역 구분부;
상기 차압 센서와 상기 타이머로부터 상기 운전 영역 구분부에서 구분된 엔진 운전 영역에서의 가솔린 미립자 필터의 차압 변화량과 엔진 구동 시간 데이터를 수집하는 데이터 수집부;
상기 데이터 수집부에서 수집된 가솔린 미립자 필터의 차압 변화량을 토대로 연소 인자 제어 조건이 충족되었는지 판단하는 조건 판단부; 및
상기 조건 판단부에서 연소 인자 제어 조건이 충족된 것으로 판단되면, 상기 데이터 수집부에서 수집된 엔진 구동 시간 데이터를 토대로 연소 인자를 조절하는 연소 인자 조절부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 저감 시스템.
제2항에 있어서,
상기 조건 판단부는,
상기 데이터 수집부에서 수집된 가솔린 미립자 필터의 차압 변화량이 기 설정된 임계 값 이상인 경우에 연소 인자 제어 조건이 충족된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 저감 시스템.
제2항에 있어서,
상기 연소 인자 조절부는,
상기 조건 판단부에서 연소 인자 제어 조건이 충족되는 것으로 판단될 때까지의 엔진 구동 시간 데이터 값이 제1 설정 값보다 작은 경우, 스파크 플러그의 드웰 타임과 연료 분사 압력을 조절하고, 다단 분사를 적용시키는 것을 특징으로 하는 배기 가스 저감 시스템.
제2항에 있어서,
상기 연소 인자 조절부는,
상기 조건 판단부에서 연소 인자 제어 조건이 충족되는 것으로 판단될 때까지의 엔진 구동 시간 데이터 값이 제1 설정 값 이상이고, 제2 설정 값보다 작은 경우, 스파크 플러그의 드웰 타임을 조절하고, 다단 분사를 적용시키는 것을 특징으로 하는 배기 가스 저감 시스템.
제2항에 있어서,
상기 연소 인자 조절부는,
상기 조건 판단부에서 연소 인자 제어 조건이 충족되는 것으로 판단될 때까지의 엔진 구동 시간 데이터 값이 제2 설정 값 이상인 경우, 스파크 플러그의 드웰 타임을 조절하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 저감 시스템.
가솔린 미립자 필터와 차압 센서를 이용하여 가솔린 엔진에서 발생되는 배기 가스를 저감시키는 방법에 있어서,
엔진 구동 시, 엔진의 회전 속도와 엔진 부하를 토대로 엔진의 운전 영역을 구분하는 운전 영역 구분 단계;
상기 운전 영역 구분 단계에서 구분된 엔진 운전 영역에서의 가솔린 미립자 필터의 차압 변화량을 측정하는 차압 변화량 측정 단계;
상기 차압 변화량 측정 단계에서 측정된 가솔린 미립자 필터의 차압 변화량을 토대로 연소 인자 제어 조건 충족 여부를 판단하는 제어 조건 판단 단계;
상기 제어 조건 판단 단계에서 연소 인자 제어 조건이 충족된 것으로 판단될 때까지의 엔진 구동 시간을 측정하는 구동 시간 측정 단계; 및
상기 제어 조건 판단 단계에서 연소 인자 제어 조건이 충족된 것으로 판단되는 경우, 상기 구동 시간 측정 단계에서 측정된 엔진 구동 시간을 토대로 연소 인자를 조절하는 연소 인자 제어 단계;
를 포함하는 배기 가스 저감 방법.
제7항에 있어서,
상기 제어 조건 판단 단계는,
상기 차압 변화량 측정 단계에서 측정된 가솔린 미립자 필터의 차압 변화량이 기 설정된 임계 값 이상인 경우에 연소 인자 제어 조건이 충족된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 저감 방법.
제7항에 있어서,
상기 연소 인자 제어 단계는,
상기 구동 시간 측정 단계에서 측정된 엔진 구동 시간에 따라, 스파크 플러그의 드웰 타임 또는 연료 분사 압력을 조절하거나, 다단 분사를 적용 유무를 조절하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 저감 방법.
제9항에 있어서,
상기 연소 인자 제어 단계는,
상기 구동 시간 측정 단계에서 측정된 엔진 구동 시간이 제1 설정 값보다 작은 경우, 스파크 플러그의 드웰 타임과 연료 분사 압력을 조절하고, 다단 분사를 적용시키는 것을 특징으로 하는 배기 가스 저감 방법.
제9항에 있어서,
상기 연소 인자 제어 단계는,
상기 구동 시간 측정 단계에서 측정된 엔진 구동 시간이 제1 설정 값 이상이고, 제2 설정 값보다 작은 경우, 스파크 플러그의 드웰 타임을 조절하고, 다단 분사를 적용시키는 것을 특징으로 하는 배기 가스 저감 방법.
제9항에 있어서,
상기 연소 인자 제어 단계는,
상기 구동 시간 측정 단계에서 측정된 엔진 구동 시간이 제2 설정 값 이상인 경우, 스파크 플러그의 드웰 타임을 조절하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 저감 방법.