KR102163793B1

KR102163793B1 - Dpf 이상 시 차량 비상 제어 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR102163793B1
Application number: KR1020190039149A
Authority: KR
Inventors: 최연수; 박홍섭
Original assignee: 현대오트론 주식회사
Priority date: 2019-04-03
Filing date: 2019-04-03
Publication date: 2020-10-08

Abstract

DPF 이상 시 차량 비상 제어 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 DPF 이상 시 차량 비상 제어 시스템은, 터빈 및 컴프레서를 포함하는 터보차저, 배기가스에 포함된 입자상 물질을 정화하는 DPF, DPF 전단의 배기라인과 후단의 배기라인에 각각 설치되며 DPF 상태에 따라 선택적으로 개폐되는 제1, 제2 DPF 밸브, 제1 DPF 밸브 상류의 배기라인에서 분기되고 상기 제2 DPF 밸브 하류의 배기라인에 접속되어 배기가스가 상기 DPF를 우회하여 흐르도록 구비되는 바이패스 라인, 바이패스 라인 상에 설치되며 바이패스 라인을 따라 흐르는 배기가스에 포함된 입자상 물질을 정화하는 보조 DPF, 보조 DPF 전단과 후단의 바이패스 라인에 각각 설치되며 DPF의 상태에 따라 선택적으로 개폐되는 제1, 제2 바이패스 밸브 및 DPF 전단과 후단의 압력 센서가 제공하는 압력 정보에 기초하여 상기 DPF의 이상 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 상기 바이패스 라인을 통한 배기가스의 우회 여부를 결정하며, 그 결정에 맞춰 상기 제1, 제2 DPF 밸브와 제1, 제2 바이패스 밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 포함하며, 이러한 구성에 따라 DPF 재생에도 불구하고 DPF 상태가 정상으로 회복되지 않은 경우 발생하는 DPF의 손상이나 파손을 방지하고 연비 악화를 최소화할 수 있다.

Description

DPF 이상 시 차량 비상 제어 시스템 및 방법{Vehicle Emergency Control System and method in case of DPF failure}

본 발명은 DPF 이상 시 차량 비상 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 DPF 재생에도 불구하고 DPF 상태가 정상으로 회복되지 않은 경우 발생하는 DPF의 손상이나 파손을 방지하고 연비 문제를 최소화하기 위한 DPF 이상 시 차량 비상 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.

대기 오염물질 발생의 최소화와 대기환경 보존을 위한 디젤엔진 배기가스 후처리 장치로서, 디젤 산화 촉매(Diesel Oxidation Catalyst, 이하 'DOC'라 한다)와 디젤 입자 필터(Diesel Particulate Filter, 이하 'DPF'라 한다)를 결합시킨 촉매형 매연 여과 장치가 당업계에서 널리 채택되고 있다.

그 중 DPF는 엔진과 머플러 사이에 장착되어 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기가스에 포함된 이물질 중 미세 크기의 입자성 유해물질(Particulate matter, 이하 'PM'이라 한다)을 제거하는 역할을 한다. 이러한 DPF는 일반 승용차부터 산업용 차량, 그리고 선박에 이르기까지 각종 운송체 및 설비에 이용되는 엔진까지 모든 디젤 엔진에 범용적으로 사용되고 있다.

도 1은 종래 디젤 엔진에 일반적으로 적용되는 DPF의 단면도이다.

도 1을 참조하면, DPF는 주로 벌집모양의 구조로 설계되고, 한 쪽이 막혀 있는 공기구멍들로 이루어져 있다. 열려 있는 공기구멍으로 들어온 배기가스는 반대편 끝이 막혀 있기 때문에 구멍 사이를 구획하는 세라믹 소재의 벽이 형성하는 작은 구멍들을 통해 옆 칸의 공기통로로 이동되고 반대 방향으로 뚫려 있는 구멍으로 빠져나가게 된다.

이 과정에서 구멍 사이를 구획하는 벽에 미세 오염물들이 걸러져 여과처리가 이루어지는 것이다. 즉 DPF를 벌집모양으로 구획하는 다수의 벽이 필터로서 기능을 하는 것이며, 때문에 시간이 경과할수록 필터 역할을 하는 벽면 및 구멍 안에는 포집된 애시(Ash)와 기타 미세 먼지들 그리고 탄소가루 등이 누적될 수밖에 없다.

미세 오염물질이 누적될수록 오염물질에 대한 여과 효율이 떨어지는 것은 물론, 배압(Back Pressure) 때문에 엔진 실린더 내 연소가 방해된다. 즉 시간 경과에 따라 NOx 및 PM이 DPF에 계속해서 쌓이게 되면 배기가스 통과 유동 면적이 좁아져 엔진 배압이 커지며, 결국 엔진의 출력 및 후처리 장치의 처리 성능이 저하된다.

때문에 DPF 내 NOx 및 PM을 제거하여 성능을 회복시키는 과정이 필요하다. 이를 일반적으로 DPF 재생(Regeneration)이라 한다. DPF 재생에서는 폭발행정 종료시점 혹은 배기행정 시작시점에 실린더 내에 연료를 직접 분사하는 후분사(Post injection)를 통해 배기가스의 온도를 높여 NOx 및 PM이 연소시켜 제거하는 방식을 주로 사용한다.

재생 시점은 오염물의 흡착/축적량이 증가하거나 일정 주기가 도래한 때 차압 센서를 통한 축적량 검출, 연료량 계산에 따른 축적량 예측 또는 ECU에 기 입력된 설정 주기로 결정될 수 있다. 또한 장치 오류나 운전조건, 환경에 따라 재생이 누락될 경우를 대비해 운전자의 조작으로 강제 재생(Manual regeneration)이 실행될 수 있도록 구성되기도 한다.

한편, 배기가스 배출 메커니즘 상 DPF 내 통상적인 공기 흐름은 일방향(One-way)이다. 때문에 전단의 열려 있는 공기구멍을 통해 DPF 안으로 들어온 PM은 반대편이 막혀 있는 DPF 후단부터 계속해서 쌓이게 되고, 이로 인해 재생 시 DPF 후단에 쌓인 PM은 DPF 전방의 후분사된 연료와 잘 혼합되지 않아 DPF 전단의 PM만 태워지게 된다.

이처럼 DPF 재생 시점에 재생이 제대로 이루어지지 않으면, 필터 역할을 하는 DPF 벽면에 잔류하는 NOx 및 PM의 양이 점차 증가하게 되어 DPF가 막히거나 DPF 재생 주기가 짧아 지게 되며, DPF 재생 주기가 짧아질수록 재생을 위한 후분사 횟수가 증가하여 연비가 악화되는 문제가 있다. 즉 잦은 DPF 재생으로 연비 악화가 초래되는 문제가 있다..

또한, DPF 재생이 제대로 이루어지지 못해 DPF가 막히면, 막힌 DPF에 지속적인 배기압이 작용함에 따라 DPF가 손상 또는 파손되는 문제가 있고, DPF가 막혀 배기가스 배출 장애로 배기압이 과도하게 상승하면 엔진 실린더 내 연소 상태가 불량해져 엔진 시동 꺼짐이 발생할 수 있으며, 심한 경우 엔진이 손상될 수도 있다는 문제가 있다.

한국공개특허 제2004-0003139호(공개일 2004. 01. 13) 일본등록특허 제4954010호(등록일 2012.3.23)

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, DPF 전단과 후단을 연결하는 바이패스 라인을 구성하고 DPF 재생으로도 DPF 상태가 정상으로 회복되지 않으면, 배기가스를 바이패스시켜 DPF 및 엔진의 손상이나 파손을 방지하고 연비 문제를 해소할 수 있는 DPF 이상 시 차량 비상 제어 시스템 및 방법을 제공하고자 하는 것이다.

과제의 해결 수단으로서 본 발명의 일 측면에 따르면,

터빈 및 컴프레서를 포함하는 터보차저;

배기가스에 포함된 입자상 물질을 정화하는 DPF;

상기 DPF 전단의 배기라인과 후단의 배기라인에 각각 설치되며 상기 DPF 상태에 따라 선택적으로 개폐되는 제1, 제2 DPF 밸브;

상기 제1 DPF 밸브 상류의 배기라인에서 분기되고 상기 제2 DPF 밸브 하류의 배기라인에 접속되어 배기가스가 상기 DPF를 우회하여 흐르도록 구비되는 바이패스 라인;

상기 바이패스 라인 상에 설치되며 바이패스 라인을 따라 흐르는 배기가스에 포함된 입자상 물질을 정화하는 보조 DPF;

상기 보조 DPF 전단과 후단의 바이패스 라인에 각각 설치되며 상기 DPF의 상태에 따라 선택적으로 개폐되는 제1, 제2 바이패스 밸브; 및

상기 DPF 전단과 후단의 압력 센서가 제공하는 압력 정보에 기초하여 상기 DPF의 이상 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 상기 바이패스 라인을 통한 배기가스의 우회 여부를 결정하며, 그 결정에 맞춰 상기 제1, 제2 DPF 밸브와 제1, 제2 바이패스 밸브의 개폐를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 DPF 이상 시 차량 비상 제어 시스템을 제공한다.

여기서 상기 제어부는, 상기 DPF 전단과 후단의 압력차가 설정값을 초과한 경우, 상기 DPF의 이상으로 판단하고 상기 바이패스 라인을 통한 배기가스의 우회를 결정할 수 있다.

또한, 바이패스 라인을 통한 우회 결정에 따라 상기 제어부는, 상기 제1, 제2 DPF 밸브를 모두 닫아 상기 DPF를 통한 배기가스 유동을 차단하는 동시에, 상기 제1, 제2 바이패스 밸브를 모두 개방시켜 배기가스가 상기 바이패스 라인을 따라 흐르면서 상기 보조 DPF를 통과하도록 할 수 있다.

또한 본 발명의 일 측면에 따른 DPF 이상 시 차량 비상 제어 시스템은, 상기 DPF 하류의 배기라인과 상기 컴프레서 상류의 신기 측 흡기라인을 연결하는 LP EGR 라인에 설치되어 상기 LP EGR 라인을 따라 흡기라인으로 환류하는 배기가스의 양을 조절하는 LP EGR 밸브 및 상기 터빈 상류의 배기라인과 컴프레서 하류의 흡기라인을 연결하는 HP EGR 라인에 설치되어 상기 HP EGR 라인을 따라 흡기라인으로 환류하는 배기가스의 양을 조절하는 HP EGR 밸브를 더 포함할 수 있으며, 상기 제어부는 DPF의 이상 판단 시 상기 LP EGR 밸브는 닫고 HP EGR 밸브를 개방시켜 상기 HP EGR 라인을 통해 배기 측에서 흡기 측으로 일부 배기가스가 환류하도록 제어할 수 있다.

또한, DPF의 이상 판단 시 상기 제어부는, 엔진 경고등을 점등시키고 전자식 웨이스트 게이트 액추에이터(EWGA; Electronic Waste Gate Valve Actuator)를 통해 상기 터보차저의 베인(Vane) 각을 최소로 하여 터보차저가 구동되지 않도록 하는 제어를 수행할 수 있다.

또한, DPF의 이상 판단 시 상기 제어부는, 차량 주행 모드를 비상 주행 모드인 림프홈 모드(Limp-Home Mode)로 전환시킬 수 있다.

과제의 해결 수단으로서 본 발명의 다른 측면에 따르면,

DPF 전단과 후단의 압력을 검출하는 단계;

검출된 DPF 전단과 후단의 압력값의 차이(압력차)가 설정값을 초과하면 DPF 재생 모드로 전환하는 단계; 및

DPF 재생 모드를 통한 DPF 재생에도 DPF 전단과 후단의 압력값의 차이가 상기 설정값을 초과한 상태로 유지되면, DPF 이상으로 판단하고 비상 제어 모드를 실행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 DPF 이상 시 차량 비상 제어 방법을 제공한다.

여기서 상기 비상 제어 모드를 실행하는 단계는, DPF 전단과 후단에 설치된 제1, 제2 DPF 밸브를 모두 닫아 DPF를 통한 배기가스 유동을 차단하고, 상기 DPF와 병렬로 연결된 바이패스 라인 상의 제1, 제2 바이패스 밸브는 모두 개방하여 상기 바이패스 라인을 개방시키는 과정을 포함할 수 있다.

또한 상기 비상 제어 모드를 실행하는 단계는, DPF 하류의 배기라인과 터보차저의 컴프레서 상류의 신기 측 흡기라인을 연결하는 LP EGR 라인 상의 LP EGR 밸브를 닫고, 상기 터보차저의 터빈 상류의 배기라인과 컴프레서 하류의 흡기라인을 연결하는 HP EGR 라인 상의 HP EGR 밸브를 개방시키는 과정을 더 포함할 수 있다.

또한 상기 비상 제어 모드를 실행하는 단계는, 엔진 경고등을 점등시키고 전자식 웨이스트 게이트 액추에이터(EWGA; Electronic Waste Gate Valve Actuator)를 통해 상기 터보차저의 베인(Vane) 각을 최소로 하여 터보차저가 구동되지 않도록 하는 과정을 더 포함할 수 있다.

또한 상기 비상 제어 모드를 실행하는 단계는, DPF의 이상 판단 시 차량 주행 모드를 비상 주행 모드인 림프홈 모드(Limp-Home Mode)로 전환하는 과정을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 많은 재(Ash)가 쌓여 통상적인 DPF 재생에도 불구하고 DPF의 상태가 정상으로 회복되지 않으면(DPF 기능이 상실되면), DPF 전단과 후단을 연결하는 바이패스 라인으로 배기가스를 바이패스시킴으로써 DPF 및 엔진 손상이나 파손을 방지할 수 있으며, 잦은 재생으로 인한 연비 악화를 최소화할 수 있다.

또한, 바이패스 라인 상에 보조 DPF가 설치됨으로써 배기가스를 바이패스시키는 비상 제어 모드에서도 배기가스에 대한 정화처리가 가능하며, DPF 기능 상실 시 이를 경고함으로써 운전자가 신속한 후속조치(DPF 청소 또는 교체)를 취할 수 있으며, DPF 기능 상실 시 차량 주행 모드를 비상 주행 모드인 림프홈 모드(Limp-Home Mode)로 전환시킴으로써 엔진을 보호할 수 있다.

또한, 배기가스를 바이패스시키는 비상 제어 모드에서 LP EGR 밸브를 닫고 HP EGR 밸브를 개방시켜 HP EGR 라인을 통해 배기가스 일부가 흡기라인으로 환류하도록 구성됨으로써, 터보차저의 흡기단 손상을 방지할 수 있으며, 비상 제어 모드에서도 정상적인 EGR 기능 실행으로 질소산화물의 발생을 줄일 수 있다.

도 1은 종래 디젤 엔진에 일반적으로 적용되는 DPF의 단면도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 DPF 이상 시 차량 비상 제어 시스템의 개략 구성도.
도 3은 도 2의 DPF부를 확대 도시한 요부 확대도.
도 4는 비상 제어 모드로 전환된 때 공기의 흐름을 도시한 본 발명의 실시 예에 따른 차량 비상 제어 시스템의 운전 모식도.
도 5는 DPF 이상 시 차량 비상 제어 시스템에 의해 행해지는 차량 비상 제어 과정을 설명하기 위한 순서도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명을 설명함에 있어 이하 명세서에서 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.

또한, 본 명세서에서 "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.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

더하여, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일도면 참조부호를 부여하기로 하며 동일 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 DPF 이상 시 차량 비상 제어 시스템의 개략 구성도이며, 도 3은 도 2의 DPF부를 확대 도시한 요부 확대도이다. 그리고 도 4는 비상 제어 모드로 전환된 때 공기의 흐름을 도시한 본 발명의 실시 예에 따른 차량 비상 제어 시스템의 운전 모식도이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 DPF 이상 시 차량 비상 제어 시스템은, 터빈(T) 및 컴프레서(C)를 포함하는 터보차저(40)와 배기가스에 포함된 입자상 물질을 정화하는 DPF(60)를 포함한다. 터빈(T)은 배기라인(50) 상에 설치되어 엔진으로부터 배출된 배기가스에 의해 회전하고, 컴프레서(C)는 흡기라인(10) 상에 설치되며 상기 터빈(T)에 의해 회전하면서 흡기를 과급한다.

DPF(60) 전단의 배기라인(50)과 후단의 배기라인(50)에는 상기 DPF(60)의 상태에 따라 선택적으로 개폐되는 제1 DPF 밸브(66)와 제2 DPF 밸브(68)가 설치된다. 그리고 DPF(60)에는 바이패스 라인(70)이 병렬로 연결되며, DPF(60) 이상 시 배기가스는 상기 바이패스 라인(70)을 통해 DPF(60)를 우회하여 배출된다.

바이패스 라인(70)은 바람직하게, 도면의 예시와 같이 상기 제1 DPF 밸브(66) 상류의 배기라인(50)에서 분기되고 상기 제2 DPF 밸브(68) 하류의 배기라인(50)에 접속될 수 있으며, 이러한 바이패스 라인(70) 상에는 보조 DPF(80)가 설치된다. 보조 DPF(80)는 DPF(60) 이상 시 상기 DPF(60)를 대신하여 바이패스 라인(70)을 따라 흐르는 배기가스에 포함된 입자상 물질을 정화한다.

보조 DPF(80) 전단과 후단의 바이패스 라인(70)에는 상기 DPF(60)의 상태에 따라 선택적으로 개폐되는 제1 바이패스 밸브(86)와 제2 바이패스 밸브(88)가 설치된다. 제1 바이패스 밸브(86)와 제2 바이패스 밸브(88)는 평상(DPF 정상 시) 시 닫혀 있는 상태로 유지되며, DPF(60) 이상 시 제어부(100)의 통제에 따라 개방 작동되어 바이패스 라인(70)을 통한 배기가스의 바이패스를 허용한다.

제1 DPF 밸브(66)와 제2 DPF 밸브(68), 그리고 상기 제1 바이패스 밸브(86)와 제2 바이패스 밸브(88)는 제어부(100) 제어에 따라 개폐 작동된다. 제어부(100)는 상기 DPF(60) 전단과 후단의 압력 센서(62, 64)가 제공하는 압력 정보에 기초하여 상기 DPF(60)의 이상 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 상기 바이패스 라인(70)을 통한 배기가스의 우회 여부를 결정한다.

제어부(100)는 바람직하게, 연료 후분사 제어를 통한 통상적인 DPF(60) 재생에도 상기 DPF(60) 전단과 후단의 압력값의 차이가 설정값을 초과한 상태로 유지되는 경우 DPF(60)에 이상이 있는 것으로 판단하며, 바이패스 라인(70)을 통한 배기가스의 우회를 결정한다. 그리고 이러한 배기가스 우회 결정에 맞춰 상기 제1, 제2 DPF 밸브(66, 68)와 제1, 제2 바이패스 밸브(86, 88)의 개폐를 제어한다.

제어부(100)는 구체적으로, 상기 우회 결정에 따라 제1, 제2 DPF 밸브(66, 68)를 모두 닫아 DPF(60)를 통한 배기가스 유동을 차단하는 동시에, 제1, 제2 바이패스 밸브(86, 88)를 모두 개방한다. 이에 따라 엔진 연소실(20)에서 배출된 배기가스는 상기 바이패스 라인(70)을 따라 DPF(60)의 전단에서 후단으로 바이패스 되며, 바이패스 과정에서 보조 DPF(80)에 의해 오염물질이 정화된다..

본 발명의 일 측면에 따른 DPF 이상 시 차량 비상 제어 시스템은 또한, LP EGR 밸브(Low Pressure Exhaust Gas Recirculation Valve, 92) 및 HP EGR 밸브(High Pressure Exhaust Gas Recirculation Valve, 32)를 포함한다.

LP EGR 밸브(92)는 DPF(60) 하류의 배기라인(50)과 컴프레서(C) 상류의 신기 측 흡기라인(10)을 연결하는 LP EGR 라인(90)에 설치되어 상기 LP EGR 라인(90)을 따라 흡기라인(10)으로 환류하는 배기가스의 양을 조절하며, LP EGR 밸브(92)는 터빈(T) 상류의 배기라인(50)과 컴프레서(C) 하류의 흡기라인(10)을 연결하는 HP EGR 라인(30)에 설치되어 상기 HP EGR 라인(30)을 따라 흡기라인(10)으로 환류하는 배기가스의 양을 조절한다.

LP EGR 라인(90)과 HP EGR 라인(30)에는 해당 EGR 라인을 따라 흡기라인(10)으로 환류되는 배기가스를 냉각시키는 EGR 쿨러(도면에는 LP EGR 쿨러(95)만 표시됨)가 설치될 수 있으며, 상기 LP EGR 밸브(92) 및 HP EGR 밸브(32)는 상기 제어부(100)의 제어에 따라 해당 EGR 라인을 통한 환류 배기가스의 유량을 조절하도록 작동되거나 해당 EGR 라인을 통한 배기가스 환류를 차단하도록 작동된다.

제어부(100)는 구체적으로, DPF(60)의 이상 판단 시 바이패스 라인(70)을 따라 배기가스를 우회시키는 제어와 더불어, HP EGR 밸브(32)를 개방시켜 HP EGR 라인(30)을 통해 배기 측에서 흡기 측으로 배기가스의 일부가 환류하도록 제어함으로써 DPF(60) 이상에 따른 비상 제어 모드에서도 EGR 기능은 정상적으로 실행되도록 하는 동시에, LP EGR 밸브(92)를 닫아 터보차저(40)의 흡기단 손상을 방지한다.

제어부(100)는 또한, DPF(60)의 이상 판단 시 전자식 웨이스트 게이트 액추에이터(EWGA; Electronic Waste Gate Valve Actuator, 도시 생략)를 통해 상기 터보차저(40)의 베인(Vane) 각을 최소로 하여 터보차저(40)가 구동되지 않도록 함으로써 출력을 제한한다. 또한 계기판의 엔진 경고등을 점등시킴으로써 운전자가 신속히 이를 인지하고 후속조치를 취할 수 있도록 한다.

DPF(60)의 이상 판단 시 제어부(100)는 또한, 차량 주행 모드를 비상 주행 모드인 림프홈 모드(Limp-Home Mode)로 전환시킨다. 림프홈 모드에서는 운전자의 가속페달 조작과 상관 없이 출력이 기 설정된 출력값으로 제한된다. 따라서 정비소까지 최소한의 운행이 가능하며, 출력이 제한됨에 따라 DPF 이상 시 과도한 출력 상승으로 인한 엔진 손상을 방지할 수 있다.

이하, 본 발명의 다른 측면에 다른 DPF 이상 시 차량 비상 제어 방법을 전술한 DPF 이상 시 차량 비상 제어 시스템의 작동과 연계하여 살펴보기로 하되, 제어부 동작을 중심으로 살펴보기로 한다. 설명의 편의를 위해 전술한 도 2에 도시된 구성은 해당 참조번호를 언급하여 설명하기로 한다.

도 5는 DPF 이상 시 차량 비상 제어 시스템에 의해 행해지는 차량 비상 제어 과정을 설명하기 위한 순서도로서, 도 5에서 S는 단계(STEP)를 의미한다.

도 5를 참조하면, 먼저 DPF(60) 전단과 후단의 압력을 검출하는 단계(S100)가 수행된다. DPF(60) 전단과 후단의 압력은 상기 DPF(60) 전단과 후단의 압력 센서(62, 64)를 통해 검출되며, 검출된 DPF(60) 전단과 후단의 압력값의 차이(압력차)가 설정값을 초과하면 통상적인 DPF 재생(연료 후분사 제어를 통한 DPF 재생) 모드로 전환하는 단계(S200)가 수행된다.

DPF 재생 모드를 통한 DPF(60) 재생에도 DPF(60) 전단과 후단의 압력값의 차이가 상기 설정값을 초과한 상태로 유지될 경우 제어부(100)는, DPF(60) 이상으로 판단하고 비상 제어 모드를 실행시키기 위한 제어를 수행한다(S300). S300단계에서는 바이패스 라인(70)을 개방시킴으로써 배기가스가 상기 바이패스 라인(70)이 형성하는 우회로를 따라 배출될 수 있도록 한다.

S300단계에서는 구체적으로, 전술한 DPF(60) 전단과 후단에 설치된 제1, 제2 DPF 밸브(66, 68)를 모두 닫아 DPF(60)를 통한 배기가스 유동을 차단하는 동시에, DPF(60)와 병렬로 연결된 바이패스 라인(70) 상의 제1, 제2 바이패스 밸브(86, 88)는 모두 개방하여 상기 바이패스 라인(70)을 통한 배기가스 배출을 허용함으로써, 상기 DPF(60) 막힘으로 인한 배기압의 상승을 방지한다.

S300단계에서는 또한, DPF(60) 하류의 배기라인(50)과 컴프레서(C) 상류의 신기 측 흡기라인(10)을 연결하는 LP EGR 라인(90) 상의 LP EGR 밸브(92)를 닫아 터보차저(40)의 흡기단 손상을 방지하고, 터보차저(40)의 터빈(T) 상류의 배기라인(50)과 컴프레서(C) 하류의 흡기라인(10)을 연결하는 HP EGR 라인(30) 상의 HP EGR 밸브(32)를 개방하여 일부 배기가스를 흡기 측으로 환류시킴으로써 질소 산화물 발생을 억제한다.

아울러, S300단계에서는 엔진 경고등을 점등시킴으로써 운전자에게 DPF 이상을 경고하여 신속한 후속조치를 취할 수 있도록 하며, 전자식 웨이스트 게이트 액추에이터(EWGA; Electronic Waste Gate Valve Actuator)를 통해 상기 터보차저(40)의 베인(Vane) 각을 최소로 하여 터보차저(40)가 구동되지 않도록 함으로써 엔진 출력을 제한한다.

S300단계에서는 또한, DPF(60)의 이상 판단 시 차량 주행 모드를 비상 주행 모드인 림프홈 모드(Limp-Home Mode)로 전환함으로써, 운전자의 가속페달 조작과 상관 없이 출력이 기 설정된 출력값으로 제한되도록 하며, 이를 통해 정비소까지 최소한의 운행은 가능하면서도 DPF 이상 시 과도한 출력 상승으로 인한 엔진 손상이 방지될 수 있도록 한다.

이상의 본 발명의 실시 예에 따르면, 많은 재(Ash)가 쌓여 통상적인 DPF 재생에도 불구하고 DPF 상태가 정상으로 회복되지 않으면(DPF 기능이 상실되면), DPF 전단과 후단을 연결하는 바이패스 라인으로 배기가스를 바이패스 시킴으로써 DPF 및 엔진 손상이나 파손을 방지할 수 있으며, 잦은 재생으로 인한 연비 악화를 최소화할 수 있다.

이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10 : 흡기라인
20 : 엔진 연소실
30 : HP EGR 라인(High Pressure Exhaust Gas Recirculation Line)
32 : HP EGR 밸브(High Pressure Exhaust Gas Recirculation Valve)
40 : 터보차저
50 : 배기라인
60 : DPF
62, 64 : 압력 센서
66 : 제1 DPF 밸브
68 : 제2 DPF 밸브
70 : 바이패스 라인
80 : 보조 DPF
90 : LP EGR 라인(Low Pressure Exhaust Gas Recirculation Line)
92 : LP EGR 밸브(Low Pressure Exhaust Gas Recirculation valve)
100 : 제어부

Claims

터빈 및 컴프레서를 포함하는 터보차저;
배기가스에 포함된 입자상 물질을 정화하는 DPF;
상기 DPF 전단의 배기라인과 후단의 배기라인에 각각 설치되며 상기 DPF 상태에 따라 선택적으로 개폐되는 제1, 제2 DPF 밸브;
상기 제1 DPF 밸브 상류의 배기라인에서 분기되고 상기 제2 DPF 밸브 하류의 배기라인에 접속되어 배기가스가 상기 DPF를 우회하여 흐르도록 구비되는 바이패스 라인;
상기 바이패스 라인 상에 설치되며 바이패스 라인을 따라 흐르는 배기가스에 포함된 입자상 물질을 정화하는 보조 DPF;
상기 보조 DPF 전단과 후단의 바이패스 라인에 각각 설치되며 상기 DPF의 상태에 따라 선택적으로 개폐되는 제1, 제2 바이패스 밸브; 및
상기 DPF 전단과 후단의 압력 센서가 제공하는 압력 정보에 기초하여 상기 DPF의 이상 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라 상기 바이패스 라인을 통한 배기가스의 우회 여부를 결정하며, 그 결정에 맞춰 상기 제1, 제2 DPF 밸브와 제1, 제2 바이패스 밸브의 개폐를 제어하는 제어부;를 포함하며,
DPF의 이상 판단 시 상기 제어부는, 전자식 웨이스트 게이트 액추에이터(EWGA; Electronic Waste Gate Valve Actuator)를 통해 상기 터보차저의 베인(Vane) 각을 최소로 하여 터보차저가 구동되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 DPF 이상 시 차량 비상 제어 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 DPF 전단과 후단의 압력차가 설정값을 초과한 경우, 상기 DPF의 이상으로 판단하고 상기 바이패스 라인을 통한 배기가스의 우회를 결정하는 것을 특징으로 하는 DPF 이상 시 차량 비상 제어 시스템.
제 2 항에 있어서,
바이패스 라인을 통한 우회 결정에 따라 상기 제어부는,
상기 제1, 제2 DPF 밸브를 모두 닫아 상기 DPF를 통한 배기가스 유동을 차단하는 동시에,
상기 제1, 제2 바이패스 밸브를 모두 개방시켜 배기가스가 상기 바이패스 라인을 따라 흐르면서 상기 보조 DPF를 통과하도록 하는 것을 특징으로 하는 DPF 이상 시 차량 비상 제어 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 DPF 하류의 배기라인과 상기 컴프레서 상류의 신기 측 흡기라인을 연결하는 LP EGR 라인에 설치되어 상기 LP EGR 라인을 따라 흡기라인으로 환류하는 배기가스의 양을 조절하는 LP EGR 밸브; 및
상기 터빈 상류의 배기라인과 컴프레서 하류의 흡기라인을 연결하는 HP EGR 라인에 설치되어 상기 HP EGR 라인을 따라 흡기라인으로 환류하는 배기가스의 양을 조절하는 HP EGR 밸브;를 더 포함하며,
상기 제어부는 DPF의 이상 판단 시 상기 LP EGR 밸브는 닫고 HP EGR 밸브를 개방시켜 상기 HP EGR 라인을 통해 배기 측에서 흡기 측으로 일부 배기가스가 환류하도록 하는 것을 특징으로 하는 DPF 이상 시 차량 비상 제어 시스템.
제 1 항에 있어서,
DPF의 이상 판단 시 상기 제어부는,
상기 전자식 웨이스트 게이트 액추에이터(EWGA; Electronic Waste Gate Valve Actuator)를 통해 상기 터보차저의 베인(Vane) 각을 최소로 하여 터보차저가 구동되지 않도록 함과 동시에, 엔진 경고등을 점등시키는 것을 특징으로 하는 DPF 이상 시 차량 비상 제어 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제어부는 DPF의 이상 판단 시 차량 주행 모드를 비상 주행 모드인 림프홈 모드(Limp-Home Mode)로 전환하는 것을 특징으로 하는 DPF 이상 시 차량 비상 제어 시스템.
DPF 전단과 후단의 압력을 검출하는 단계;
검출된 DPF 전단과 후단의 압력값의 차이(압력차)가 설정값을 초과하면 DPF 재생 모드로 전환하는 단계; 및
DPF 재생 모드를 통한 DPF 재생에도 DPF 전단과 후단의 압력값의 차이가 설정값을 초과한 상태로 유지되면, DPF 이상으로 판단하고 비상 제어 모드를 실행하는 단계;를 포함하며,
상기 비상 제어 모드를 실행하는 단계는,
DPF 전단과 후단에 설치된 제1, 제2 DPF 밸브를 모두 닫아 DPF를 통한 배기가스 유동을 차단하고,
상기 DPF와 병렬로 연결된 바이패스 라인 상의 제1, 제2 바이패스 밸브는 모두 개방하여 상기 바이패스 라인을 개방시키는 과정과,
전자식 웨이스트 게이트 액추에이터(EWGA; Electronic Waste Gate Valve Actuator)를 통해 터보차저의 베인(Vane) 각을 최소로 하여 터보차저가 구동되지 않도록 하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 DPF 이상 시 차량 비상 제어 방법.
삭제
제 7 항에 있어서,
상기 비상 제어 모드를 실행하는 단계는,
LP EGR 라인 상의 LP EGR 밸브를 닫고,
HP EGR 라인 상의 HP EGR 밸브를 개방시키는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 DPF 이상 시 차량 비상 제어 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 비상 제어 모드를 실행하는 단계는,
상기 전자식 웨이스트 게이트 액추에이터(EWGA; Electronic Waste Gate Valve Actuator)를 통해 상기 터보차저의 베인(Vane) 각을 최소로 하여 터보차저가 구동되지 않도록 하는 동시에, 엔진 경고등을 점등시키는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 DPF 이상 시 차량 비상 제어 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 비상 제어 모드를 실행하는 단계는,
DPF의 이상 판단 시 차량 주행 모드를 비상 주행 모드인 림프홈 모드(Limp-Home Mode)로 전환하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 DPF 이상 시 차량 비상 제어 방법.