KR102401511B1 - 매연저감장치를 구비한 시동지연시스템 - Google Patents

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조재득
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Abstract

본 발명은, 차량에 설치되는 시동지연시스템으로서, 차량의 시동시작신호 또는 시동종료신호가 입력되는 시동신호모듈(110); PM-NOx 저감모듈(170)에 공급되는 요소수를 저장하도록 구성된 요소수탱크(140)로서, 요소수의 상태를 검출하여 요소수정보를 생성하는 센싱유닛(142)을 구비하는 요소수탱크(140); 상기 센싱유닛(142)으로부터 상기 요소수정보를 제공받도록 구성되며, 상기 정보를 기반으로 미리 설정된 기준에 의해, 이벤트메시지를 생성하여 운전자에게 제공하는 자기진단장치(OBD, On Board Diagnostics)(150); 및 상기 센싱유닛(142)으로부터 제공받은 상기 요소수정보를 기반으로, 요소수 상태의 이상여부를 판단하는 프로세서부(122)를 포함하는 ECU(electronic control unit) 모듈(120)로서, 차량의 시동시작신호가 입력된 경우, 상기 프로세서부(122)를 통해 상기 요소수 상태가 비정상으로 판단된 경우, 미리 설정된 방식으로 차량의 동력수단(160)을 제어하도록, 구성된 ECU 모듈(120); 을 포함하며, 상기 ECU 모듈(120)은, 상기 시동신호모듈(110)에 시동시작신호가 입력될 때, 상기 요소수상태가 비정상으로 판단된 경우에는 상기 동력수단(160)의 실제시동시작을 미리 설정된 시간만큼 지연시키도록 구성된, 시동지연시스템을 제공한다.

Description

매연저감장치를 구비한 시동지연시스템{Start-up delay system with smoke reduction device}
본 발명은 차량의 매연저감장치를 구비한 시동지연시스템에 관한 것이다.
최근 환경오염에 관한 문제가 주요 이슈로 부각되기 시작하면서 자동차의 경우에도 화석연료를 사용하지 않는 친환경 자동차인 전기 자동차, 수소 자동차, 태양열 자동차 및 하이브리드 자동차가 활발하게 개발 및 시판되고 있다.
이와 같은 친환경 자동차들의 등장에도 아직까지는 가솔린이나 디젤을 연료로서 사용하는 자동차가 자동차 시장의 주를 이루고 있으며, 앞으로도 상당 기간 동안 그 명맥을 유지할 것으로 판단된다.
이와 같이 가솔린이나 디젤과 같은 화석연료를 사용하는 내연기관 자동차의 경우에는 배기가스에 의한 환경오염이 심각하다는 문제가 있다. 특히 버스나 트럭과 같은 디젤 자동차의 경우에는 매연과 질소 산화물(NOx) 그리고 매연을 포함한 미세먼지의 배출이 심각한 문제로 인식되고 있으며, 각 국에서는 이와 같은 디젤 차량의 배기가스 문제를 해결하기 위하여 관련 규정을 마련하여 배기가스의 방출을 엄격하게 규제하고 있다.
이러한 배기가스를 처리하는 방법으로는 산화촉매법 및 NOx촉매법 매연을 포함한 미세먼지 제거를 위한 DPF(Diesel Particulate Filter)법 등이 알려져 있다. 디젤 엔진은 대부분 영역에서 공기 과잉 상태로 운전되기 때문에 배기중 다량의 산소가 배출된다. 이러한 산소의 존재를 기본으로 NOx를 저감하는 방법에는 구리나 철이온을 코팅한 SCR(Selective Catalytic Reduction)촉매와 환원제 암모니아를 사용하여 NOx를 선택적으로 분해하는 방법이 있다.
이러한 SCR 시스템에서는 환원제 암모니아가스 대신 요소수(urea)를 이용하여 암모니아를 발생시키는데 요소수 저장탱크의 내부에 저장된 요소수를 필요한 양만큼씩 도우징 유닛(Dosing unit)으로 자동 공급하도록 하는데, 보통 연료의 소모량 대비 약 4% 정도의 요소수가 소모된다.
종래의 SCR 시스템에서는 요소수 탱크측에 요소수 감지센서 적용하여 요소수 잔량과 성분을 측정하여 요소수 고갈 상황과 불량 여부를 판별한다. 현재 북미나 유럽의 SCR 요소수 관련 법규는 요소수의 고갈 및 불량시 경고수단을 갖추도록 제정되어 있다. SCR 시스템을 적용중인 대부분의 차량들은 시각적인 경고에 많이 의존하고 있다.
차주의 장치에 대한 인식이 부족하고, 요소수용액 충전의 불편함 등으로 인해, 요소수용액을 미보충하는 사례가 다수 발생하고 있다. 현재 대다수의 차주는 장착된 OBD 단말기를 통해 차주가 요소수용액을 직접 구매하거나, A/S 현장을 방문하여 요소수용액을 충전하고 있다. 요소수용액의 부족시 알람표시만 있을 뿐, 추가적인 패널티장치가 없는 바, 차주의 자발적인 보충을 기대하기는 어렵다.
만약, 요소수용액 탱크에 요소수용액이 부족할 경우 넣어주지 않거나 요소수용액이 아닌 다른 성분을 주입할 경우, 그리고 SCR 장치가 정상 작동되지 않을 경우 질소산화물(NOx)의 감소효과는 기대하기 어렵다는 문제점이 있다.
따라서, 최근에는 차주에게 요소수용액의 자발적인 충전을 유도함으로써, 질소산화물 등의 오염물질을 저감시키는 기술에 대한 필요성이 증대되는 실정이다.
(특허문헌 1) 한국공개특허 제10-2016-0071510호
(특허문헌 2) 한국등록특허 제10-1662145호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것이다.
차주에게 요소수용액의 자발적인 충전을 유도하고 요소수 품질불량, PM-NOx 저감장치 오작동 및 임의탈거/조작을 제한함으로써, 질소산화물 등의 오염물질을 저감시키는 기술을 제안하고자 한다.
특히, 차주(또는 운전자)에게 평상시 시동에 큰 영향을 주지 않으면서, 요소수 저장량 부족, 요소수 품질불량, PM-NOx 저감장치 오작동 및 임의탈거/조작시 패널티를 부가하여 차주를 상기시킬 수 있는 안정적인 시동지연방식을 제안하고자 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 차량에 설치되는 시동지연시스템으로서, 차량의 시동시작신호 또는 시동종료신호가 입력되는 시동신호모듈(110); PM-NOx 저감모듈(170)에 공급되는 요소수를 저장하도록 구성된 요소수탱크(140)로서, 요소수의 저장량 및 요소수 농도를 검출하는 센싱유닛(142)을 구비하는 요소수탱크(140); 상기 센싱유닛(142)으로부터 요소수의 저장량에 따른 정보를 제공받도록 구성되며, 상기 정보를 기반으로 미리 설정된 기준에 의해, 이벤트메시지를 생성하여 운전자에게 제공하는 자기진단장치(OBD, On Board Diagnostics)(150); 및 상기 센싱유닛(142)으로부터 요소수의 저장량 및 농도에 따른 정보를 기반으로, 요소수 저장량부족 및 농도, PM-NOx 저감장치 오작동 및 임의탈거/조작을 판단하는 프로세서부(122)를 포함하는 ECU(electronic control unit) 모듈(120)로서, 차량의 시동시작신호가 입력된 경우, 상기 프로세서부(122)를 통해 요소수 저장량부족 또는 농도 이상, PM-NOx 저감장치 오작동 및 임의탈거/조작으로 판단된 경우, 미리 설정된 방식으로 차량의 동력수단(160)을 제어하도록, 구성된 ECU 모듈(120); 을 포함하며, 상기 ECU 모듈(120)은, 상기 시동신호모듈(110)에 시동시작신호가 입력될 때, 상기 요소수탱크(140)가 요소수 저장량부족 또는 농도 이상, PM-NOx 저감장치 오작동 및 임의탈거/조작으로 판단된 경우에는 상기 동력수단(160)의 실제시동시작을 미리 설정된 시간만큼 지연시키도록 구성되는, 시동지연시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 자기진단장치(150)는, 상기 시동신호모듈(110)로부터 제N 시동종료신호가 입력된 경우, 상기 센싱유닛(142)으로부터 요소수의 저장량과 농도에 따른 최종정보를 제공받도록 구성되며, 상기 프로세서부(122)는, 제N+1 시동시작신호가 입력된 경우, 상기 최종정보를 기준으로, 요소수 저장량 부족 및 농도 이상을 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 프로세서부(122)는, 상기 요소수탱크 전체용량 대비 비율값을 기준으로 하는 요소수 저장량부족의 기준량이 미리 설정되며, 상기 최종정보가 상기 요소수 저장량부족의 기준량 미만일 경우, 요소수 저장량부족으로 판단하며, 상기 요소수 저장량부족의 기준량 미만의 구간은, 제1 구간 내지 제K 구간으로 미리 구분되며, 상기 제1 구간 내지 제K 구간 각각에, 차등적으로 시동지연 적용시간이 미리 설정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 프로세서부(122)는, 상기 요소수탱크 농도값을 기준으로 하는 요소수 농도의 기준값이 미리 설정되며, 상기 최종정보가 상기 요소수 농도의 기준량 미만일 경우, 요소수 농도 불량으로 판단하며, 상기 요소수 농도불량 구간은, 제1 구간 내지 제K 구간으로 미리 구분되며, 상기 제1 구간 내지 제K 구간 각각에, 차등적으로 시동지연 적용시간이 미리 설정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 프로세서부(122)는, 기존 PM-NOx 저감장치 오작동 및 임의탈거/조작을 판단하기 위하여 PM-NOx 저감장치에 부착된 온도센서 및 NOx 센서 값이 평소 입력되던 센서 값 범위와 상이하면 오작동 및 임의 탈거/조작을 판단 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 자기진단장치(150)는, 상기 제N+1 시동시작신호가 입력된 경우, 상기 센싱유닛(142) 및 PM-NOx 저감장치에 부착된 센서들로부터 요소수의 저장량에 따른 현재정보를 더 제공받고, 상기 최종정보 및 현재정보의 비교를 통해 이상여부를 판단하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 시동신호모듈(110)은, 상기 차량에 고유하게 부여된 식별키(201)를 통해, 시동시작신호 또는 시동종료신호가 입력되는 키박스모듈(210)로 구성되며, 상기 키박스모듈(210)은, 시동지연용 릴레이모듈(130)을 통해, 상기 ECU 모듈(120)로 상기 시동시작신호 및 시동종료신호가 전달되도록 구성되되, 상기 시동지연용 릴레이모듈(130)은 NC(Normal Close) 상태로 연결되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 ECU 모듈(120)의 상기 미리 설정된 시간은, 시동시작신호의 입력 직후부터 상기 ECU 모듈(120)이 동작되기 전까지 상기 동력수단(160)의 실제시동시작을 지연시키는 제1 시간으로서, 상기 시동지연용 릴레이모듈(130)의 지연회로(132)를 통해 수행되는, 제1 시간; 및 상기 프로세서부(122)를 통해, 요소수 저장량부족 및 농도 이상, PM-NOx 저감장치 오작동 및 임의탈거/조작으로 판단된 경우, 상기 동력수단(160)의 실제시동시간을 지연시키는 제2 시간; 의 총합으로 구성되고, 상기 시동지연용 릴레이모듈(130)은, 상기 제1 시간 동안 개방(Open) 상태로 유지된 후, 상기 제1 시간이 경과하면 다시 폐쇄(Close) 상태로 변경되도록 설정될 수 있다.
한편, 본 발명은 전술한 시동지연시스템을 이용한 방법으로서, (a) 상기 시동신호모듈(110)에서 제N 시동종료신호가 입력된 경우, 상기 센싱유닛(142)으로부터 요소수의 저장량 및 농도, PM-NOx 저감장치 센서에 따른 최종정보가 상기 자기진단장치(150)로 전송되는 단계; (b) 차량의 운전자가 제N+1 시동시작신호를 입력하는 단계; (c) 상기 프로세서부(122)에서, 미리 설정된 요소수 저장량부족의 기준량 및 농도 기준량, PM-NOx 저감장치 센서 최종정보를 비교하는 단계로서, 상기 최종정보가 상기 요소수 저장량부족의 기준량 및 농도 기준량 이상, PM-NOx 저감장치 센서 이상일 경우, 비정상으로 판단하는 단계; 및 (d) 상기 (c) 단계에서, 요소수 저장량부족 및 농도 이상, PM-NOx 저감장치 센서 이상으로 판단된 경우, 시동지연용 릴레이모듈(130)을 통해, 상기 동력수단(160)의 실제시동시작을 미리 설정된 시간만큼 지연시키는 단계로서, 상기 차량의 클러스터(180)에 요소수 저장량부족 및 농도 이상, PM-NOx 저감장치 이상(저감장치 오작동, 장치 임의 탈거/조작)에 관한 이벤트메시지를 디스플레이하는 단계; 를 포함하는 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (c) 단계는, (c1) 상기 센싱유닛(142)으로부터 요소수의 저장량 및 농도에 따른 현재정보를 더 제공받고, 상기 최종정보 및 현재정보의 추가적인 비교를 통해 요소수 충전여부를 판단하는 단계; 를 더 포함하며, 상기 (c1) 단계에서, 상기 제N 시동종료신호가 발생된 시점과 상기 제N+1 시동시작신호가 발생된 시점 사이에 상기 요소수탱크(140)의 요소수 충전이 수행된 것으로 판단된 경우, 상기 차량 클러스터(180)의 시동지연표시를 시동가능으로 전환하여 표시하도록 설정될 수 있다.
또한 PM-NOx 저감장치 센서로부터 현재정보를 더 제공받고, 상기 최종정보 및 현재정보의 추가적인 비교를 통해 PM-NOx 저감장치의 정상 여부를 판단하는 단계; 를 더 포함하며, 상기 제N 시동종료신호가 발생된 시점과 상기 제N+1 시동시작신호가 발생된 시점 사이에 상기 PM-NOx 저감장치 센서로부터 저감장치의 수리나 기타 장치를 제대로 작동하게 하는 행위가 수행된 것으로 판단된 경우, 상기 차량 클러스터(180)의 시동지연표시를 시동가능으로 전환하여 표시하도록 설정될 수 있다.
첫째, 차주에게 요소수용액의 자발적인 충전을 유도함으로써, 질소산화물 등의 오염물질을 저감시킬 수 있다.
둘째, 요소수 저장량 부족시 패널티를 부가하여 차주가 상기하도록 안정적으로 시동지연을 수행할 수 있는 구조를 제공한다. 특히, 특정한 방식으로 시동지연용 릴레이모듈을 적용함으로써, 차주(또는 운전자)에게 평상시 시동에 큰 영향을 주지 않는 바, 안정성을 크게 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 시동지연시스템의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 시동지연시스템을 이용하여 요소수 저장량부족 및 농도 이상을 판단하는 과정을 개략적으로 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 시동지연시스템에서 시동지연 적용시간을 차등적으로 설정한 것을 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명에 따른 시동지연시스템이 적용된 차량에서, 클러스터의 OBD 알람표시의 일 예시를 보여준다.
도 5는 본 발명에 따른 시동지연시스템의 시동지연용 릴레이모듈의 동작을 개략적으로 나타내는 모식도이다.
도 6은 본 발명에 따른 시동지연시스템을 이용한 방법의 순서도이다.
도 7은 본 발명에 따른 시동지연시스템에서 요소수 저장량 이외에, 요소수와 관련된 추가적인 상태를 판단하여 실제시동시작을 지연시키는 것을 나타내는 모식도이다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 본 발명은 특정 실시예에 대해 한정되지 아니며, 본 발명의 실시예들의 다양한 변경(modification), 균등물(equivalent), 및/또는 대체물(alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
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본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 문서에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 문서에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 문서의 실시예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
이하에서는, 도면을 참고하여 본 발명에 따른 시동지연시스템에 대해 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 시동지연시스템은 차량에 적용되는 것을 전제로 하며, 차량의 종류, 크기, 형태, 방식, 용도 등에는 제한되지 않음을 미리 명시하는 바 이다.
도 1은 본 발명에 따른 시동지연시스템의 전체 구성도이다.
본 발명에 따른 시동지연시스템은 크게 시동신호모듈(110), ECU 모듈(120), 시동지연용 릴레이모듈(130), 요소수탱크(140), 자기진단장치(150), 동력수단(160), PM-NOx 저감모듈(170) 및 클러스터(180)를 포함한다.
시동신호모듈(110)은 차량의 시동신호를 조작하는 기능을 수행한다. 시동시작신호 또는 시동종료신호가 입력된다. 도 5를 함께 참고하면, 시동신호모듈(110)은 키박스모듈(210)로 구성될 수 있다. 키박스모듈(210)은 해당 차량마다 고유하게 부여된 식별키(201)를 통해 시동시작신호 및 시동종료신호가 입력되도록 구성된다.
식별키가 삽입되는 방식이 아닌, 스마트키 방식이 적용될 수 있으며, 운전석 일측에 배치된 '시동버튼(start button)'이 그 기능을 수행한다. 키박스모듈(210)이 설치됨을 기준으로 설명한다.
키박스모듈(210)의 시동신호선을 시동지연용 릴레이모듈(130)을 사용하여 NC(Normal Close) 상태로 연결할 수 있다. 이것은 시동지연용 릴레이모듈(130)의 미작동시 시동에 영향을 주지 않기 위함이다. ECU 모듈(120)에는 차량 동력수단(160)의 실제시동시간을 지연시키는 '시동지연 적용시간'이 미리 설정된다.
도 5를 먼저 참조하여 설명하면, 미리 설정된 시간인 시동지연 적용시간은 제1 시간 및 제2 시간의 총합으로 이루어진다. 제1 시간은 시동시작신호의 입력 직후부터 ECU 모듈(120)이 동작되기 전까지 동력수단(160)의 실제시동시작을 지연시키는 시간이다. 이것은 시동지연용 릴레이모듈(130)의 지연회로(132)를 통해 수행된다.
시동시작신호가 입력된 경우, 지연회로(132)를 통해 시동을 지연시키는 것은 ECU 모듈(120)이 동작하여, 요소수 저장량의 부족을 판단하기까지의 시간을 확보하는 것에 의미가 있다. 개략적으로, '1초 이내'의 지연회로(132)가 적용되는 것이 바람직하다. 제1 시간 자체가 '시동지연 적용시간'에 큰 비중을 갖는 것은 그리 바람직하지 않기 때문이다.
개략적으로 설명하면, ECU 모듈(120)의 프로세서부(122)에서 요소수정보를 기반으로 시동지연에 대한 패널티를 부여한다. 여기서, 요소수정보는 ①요소수탱크(140)에 저장된 요소수 저장량정보, ②센싱유닛(142)을 통해 검출된 요소수의 농도정보, ③PM-NOx 저감모듈(170)의 오작동정보 및 ④임의 탈거 및 조작에 대한 정보; 를 포함하는 정보군 중에서, 적어도 어느 하나를 포함하도록 구성된다.
이하에서는, 설명의 편의상 상기 정보 중 요소수탱크(140)에 저장된 요소수 저장량정보를 기준으로 시동지연에 대한 패널티 방식을 설명하도록 한다. 다만, 상기 정보 ① 내지 ④를 모두 판단하여 운전자에게 현재 요소수 상태의 이상여부를 알려주는 것이 가장 바람직하다.
구체적으로, 요소수 저장량부족 또는 농도 이상, PM-NOx 저감장치 오작동, 임의 탈거/조작으로 판단되어 시동지연에 대한 패널티가 부여되면 제1 시간 이후에, 제2 시간이 패널티로 적용된다. 반면에, 프로세서부(122)에서 '요소수 저장량부족' 또는 농도 이상, PM-NOx 저감장치 오작동, 임의 탈거/조작으로 판단하지 않는 경우, 제1 시간만 적용된 후, 바로 차량이 시동된다.
시동지연용 릴레이모듈(130)와 ECU 모듈(120)의 연결회로는 시동시작신호를 수신한 경우, 대략 1초 내지 2초간 시동지연용 릴레이모듈(130)의 연결상태를 '개방(OPEN) 상태'로 변경한다. 상기의 1초 내지 2초의 시간('상태변경시간'이라 함)은 설계자의 선택에 따라 적절하게 변경될 수 있다. 상태변경시간이 경과하면, 시동지연용 릴레이모듈(130)의 연결상태는 다시 폐쇄(Close) 상태로 자동 전환된다.
시동시작신호가 시동지연용 릴레이모듈(130)의 구동전원으로 사용되지 않을 때에는, 소비전력이 발생되지 않으며, NC(Normal Close) 상태로 연결되도록 구성되는 바, 회로의 문제가 발생될 경우에도, 차량의 시동에 문제를 제공하지 않는 안정성이 있다.
ECU 모듈(120)은 다수의 구성요소들과 통신 가능하도록 구성된다. 본 발명인 시동지연시스템은, 요소수의 저장량, 농도 이상, PM-NOx 저감장치 오작동, 임의 탈거/조작을 기반으로 차량의 시동을 지연시키는 구성으로서, 요소수 저장량부족 및 농도 이상, PM-NOx 저감장치 오작동, 임의 탈거/조작을 판단하는 것을 주기능으로 한다. 이러한 요소수 저장량부족 및 농도 이상은 프로세서부(122)에서 수행된다. 즉, ECU 모듈(120)의 프로세서부(122)가 연산처리를 수행한다.
ECU 모듈(120)은 차량의 시동시작신호가 입력된 경우, 프로세서부(122)를 통해 요소수 저장량부족 및 농도 이상, PM-NOx 저감장치 오작동, 임의 탈거/조작로 판단된 경우, 미리 설정된 방식으로 차량의 동력수단(160)을 제어한다. 구체적으로, 시동신호모듈(110)에 시동시작신호가 입력될 때, 요소수탱크(140)가 요소수 저장량부족 및 농도 이상, PM-NOx 저감장치 오작동, 임의 탈거/조작로 판단된 경우에는 동력수단(160)의 실제시동시작을 미리 설정된 시간만큼 지연시키는 방식이다.
요소수탱크(140)는 PM-NOx 저감모듈(170)에 공급되는 요소수를 저장하도록 구성된다. 요소수탱크(140)는 탱크 내의 요소수 저장량 및 농도를 검출하도록 센싱유닛(142)이 구비된다. 요소수 저장탱크(140)는 통상의 구성을 채용하며, 그 요소수탱크(140)에는 분해 유닛으로 요소수를 펌핑하기 위한 요소수 펌프가 구비된다. 센싱유닛(142)은 요소수에 대한 변동인자를 검출할 수 있는 변동인자와 관련된 센서를 포함하는 것으로, 예를 들면 요소수탱크(140) 내의 요소수의 불량 상태(요소수 성분의 불량 상태)를 판단하는 불량여부 검출센서, 및/또는 요소수탱크(140) 내에 충전되어 있는 요소수의 잔량을 검출하는 잔량검출센서를 모두 포함한다.
자기진단장치(150)는 OBD(On-Board Diagnosis)로 명명될 수 있다. 차량의 구성요소들의 상태를 지속적으로 센싱하며, 센싱정보를 기반으로, 해당 구성요소의 상태를 진단하는 구성이다. 또한, 블랙박스처럼 작동/이상여부 데이터를 저장할 수 있다. 구체적으로, 측정된 배기온도 및 동력수단(예로, 엔진)의 동작 상태는 자기진단장치(150)에 저장될 수 있다. 이를 위해, 자기진단장치(150)는 메모리부(미도시)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 페널티 적용시 저장된 정보의 센싱값과(흡기유량, 배기압력, 배기 위치별 온도, NOx 등) 페널티 적용 시간(시동지연 적용시간) 및 PM-NOx 저감장치 오작동, 임의 탈거 및 조작을 확인하여 분석 가능하다.
또한, 운전자가 변칙적인 방법 등으로 해당 기능을 회피하였을 경우 데이터를 통하여 이를 확인할 수 있고, 증빙이 가능하다는 점에서 의미가 있다.
동력수단(160)은 차량에 동력을 제공하는 장치로서, 연료를 제공받아 동력을 발생시킨 후, 배기 가스를 배출할 수 있다. 일 실시예에 따른 동력수단(160)은 디젤 엔진일 수 있다.
PM-NOx 저감모듈(170)은 배기가스 SCR 촉매를 구비하고, 요소수탱크(140)에서 펌핑된 요소수를 분사하여 배기가스를 배기가스(NOx)를 분해하는 분해유닛으로 구성된다. 클러스터(180)는 운전석 계기판의 공지된 구성일 수 있다. 클러스터(180)는 자기진단장치(150)로부터 이벤트메시지를 제공받도록 구성된다. 여기서, 이벤트메시지는 예를 들어, '요소수 저장량 부족', '5초 시동지연적용', '시동가능' 등의 문구나 기호로 제공될 수 있다. 물론, 램프(162)와 같이, 운전자에게 시각적인 방식으로 더 제공되거나, 부저(164)와 같은 청각적인 방식이 복합되어 제공될 수 있다.
한편, ECU 모듈(120), 요소수탱크(140) 및 자기진단장치(150) 등은 모두 CAN(Controller Area Network) 통신으로 정보를 송수신하도록 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 시동지연시스템을 이용하여 요소수 저장량부족을 판단하는 과정을 개략적으로 나타내는 모식도이다.
도 2를 참고하면, 자기진단장치(150)는 시동신호모듈(110)로부터 제N 시동종료신호가 입력된 경우, 센싱유닛(142)으로부터 요소수의 저장량에 따른 최종정보를 제공받도록 구성된다. 여기서, 최종정보는 제N 시동종료신호가 입력되어 차량의 시동이 종료될 때의 확인된 요소수의 저장량을 의미한다. 최종정보는 자기진단장치(150) 내의 메모리부에 저장될 수 있다.
프로세서부(122)는, 제N+1 시동시작신호가 입력된 경우, 최종정보를 기준으로, 요소수 저장량부족을 판단한다. 즉, 직전의 요소수 저장량을 확인하여, 시동시작신호가 입력되면, 운전자에게 이를 기반으로 시동지연에 대한 패널티를 주는 방식이다.
프로세서부(122)에는 요소수 저장량부족의 기준량이 미리 설정되어 있으며, 이는 설계자 또는 운전자에 의해 변경 가능할 수 있다. 이러한 저장량 및 기준량은 비율값을 기준으로 설정되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 요소수 저장량부족의 기준량은 20%로 설정될 수 있다. 만약, 상기의 최종정보에 포함된 저장량이 19%인 경우, 프로세서부(122)에 의해, 요소수 저장량부족으로 판단될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제N 시동종료신호 발생시점 및 제N+1 시동시작신호 발생시점 사이에 운전자에 의해, 요소수가 보충될 수 있다. 이러한 경우에도 최종정보를 기준으로, 요소수 저장량부족을 판단하는 것은 바람직하지 않은 바, 제N+1 시동시작신호가 입력된 경우 현재정보를 다시 생성하도록 구성된다.
즉, 제N+1 시동시작신호가 입력되면, 요소수탱크(140)의 요소수 저장량을 확인한 후, 상기의 최종정보 및 현재정보를 비교한 후, 요소수 저장량부족을 판단한다. 또한, 현재정보만을 이용하여, 요소수 저장량부족을 판단할 수도 있으나, 이러한 경우, 요소수 저장량을 센싱하고, 이를 기반으로 다시 프로세서부(122)에서 연산처리되는 시간이 소요되는 바, 연산처리와 관련된 시동지연시간을 최소화하기 위해서는 최종정보만을 이용하여, 요소수 저장량부족을 판단하는 것이 바람직할 수 있다.
도 3을 참고하면, 요소수탱크 전체용량 대비 비율값을 기준으로 하는 요소수 저장량부족의 기준량이 미리 설정되며, 상기 최종정보가 상기 요소수 저장량부족의 기준량 미만일 경우, 요소수 저장량부족으로 판단한다.
이 때, 요소수 저장량부족의 기준량 미만의 구간은, 제1 구간 내지 제K 구간으로 미리 구분되며, 제1 구간 내지 제K 구간 각각에, 차등적 또는 단계적으로 시동지연 적용시간이 미리 설정될 수 있다.
도 3에는 제1 구간 내지 제3 구간으로 구분된 상태가 도시된다. 요소수 저장량부족의 기준량은 20%로 설정된 경우를 예로 들어 설명한다. 제1 구간은 60초의 시동지연, 제2 구간은 30초의 시동지연, 제3 구간은 10초의 시동지연 적용시간이 설정될 수 있다. 물론, 시동지연 적용시간은 추가로 설정이 가능할 뿐만 아니라, 설계자에 의해 변경도 가능하다. 이러한 정보들은 모두 ECU 모듈(120)에 저장될 수 있다.
한편, 도 3에서는 요소수 저장량부족을 기준으로 차등적으로 시동지연을 구현하나, 요소수 저장량정보 이외에, 요소수의 농도정보를 기반으로, 차등적으로 시동지연을 구현할 수도 있다. 일 예시로써, 최종정보가 상기 요소수 농도의 기준량 미만일 경우, 요소수 농도 불량으로 판단하며, 상기 요소수 농도불량 구간은, 제1 구간 내지 제K 구간으로 미리 구분되며, 상기 제1 구간 내지 제K 구간 각각에, 차등적으로 시동지연 적용시간이 미리 설정될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 시동지연시스템이 적용된 차량에서, 클러스터의 OBD 알람표시의 일 예시를 보여준다. 클러스터(180)에서는 시동지연상태인지, 시동가능상태인지 운전자에게 정보를 제공하고, 요소수 보충이 필요한지 여부 및 시동지연상태일 경우, 구체적인 그 시간 및 요소수 저장량을 함께 제공하도록 구성될 수 있다. 디스플레이 방식이나 정보의 종류는 설계자의 선택에 따라 최적으로 선택될 수 있다.
도 6을 참조하여, 본 발명에 따른 시동지연시스템을 이용한 방법을 설명한다. 전술한 사항과 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
본 방법은 단계(S110) 내지 단계(S140)을 포함한다.
단계(S110)은 시동신호모듈(110)에서 제N 시동종료신호가 입력된 경우, 상기 센싱유닛(142)으로부터 요소수의 저장량에 따른 최종정보가 상기 자기진단장치(150)로 전송되는 단계이다.
단계(S120)은 차량의 운전자가 제N+1 시동시작신호를 입력하는 단계이다. 이는 전술한 키박스모듈(210) 방식으로 설계될 수 있다.
단계(S130)은 프로세서부(122)에서, 미리 설정된 요소수 저장량부족의 기준량 및 상기 최종정보를 비교하는 단계로서, 상기 최종정보가 상기 요소수 저장량부족의 기준량 미만일 경우, 요소수 저장량부족으로 판단하는 단계이다. 요소수 저장량부족으로 판단된 경우, 운전자에게 시동지연이라는 방식으로 패널티를 부가한다. 이는 단계(S140)에서 수행된다.
단계(S140)은 단계(S130)에서, 요소수 저장량부족으로 판단된 경우, 시동지연용 릴레이모듈(130)를 통해, 상기 동력수단의 실제시동시작을 미리 설정된 시간만큼 지연시키는 단계로서, 상기 차량의 클러스터에 요소수 저장량부족에 관한 이벤트메시지를 디스플레이하는 단계이다.
특히, 단계(S130)은 단계(S131)을 더 포함한다.
단계(S131)은 센싱유닛(142)으로부터 요소수의 저장량에 따른 현재정보를 더 제공받고, 상기 최종정보 및 현재정보의 추가적인 비교를 통해 요소수 충전여부를 판단하는 단계이다.
단계(S131)은 상기 제N 시동종료신호가 발생된 시점과 상기 제N+1 시동시작신호가 발생된 시점 사이에 상기 요소수탱크(140)의 요소수 충전이 수행된 것으로 판단된 경우, 상기 차량 클러스터(180)의 시동지연표시를 시동가능으로 전환하여 표시하도록 설정된다.
도 7은 본 발명에 따른 시동지연시스템에서 요소수 저장량 이외에, 요소수와 관련된 추가적인 상태를 판단하여 실제시동시작을 지연시키는 것을 나타내는 모식도이다. 도 7을 참조하여, 본 발명에 따른 시동지연시스템에서 실제시동시작의 패널티를 부과하는 추가적인 사항을 설명한다.
요소수 저장량 이외에, 요소수용액과 관련된 추가적인 사항들이 존재한다. 요소수의 품질, NOx 저감장치 오작동, 촉매필터 및 시동지연시스템에 대한 임의 탈거 역시 운전자에게 경고가 필요하다. 본 발명에 따른 시동지연시스템은, 이러한 추가사항 역시 운전자에게 경고하기 위해, 시동지연을 적용한다.
구체적으로, 도 7의 (a)는 '요소수 품질'에 관한 것이다. 요소수의 품질이 미리 설정된 기준에 부합하지 않을 경우, SCR 장치가 정상 작동되기 어렵고, 질소산화물(NOx)의 감소효과가 발생하지 못하는 문제가 생기기 때문이다. 요소수의 품질은 요소함량을 기준으로 판단한다. 일 예시로, 적정요소함량은 26% 내지 40%로 설정될 수 있다. 상기 적정요소함량을 벗어날 경우, 시동지연을 적용하여 운전자에게 경고하는 것이 바람직하다. 이 때, 동력수단의 구동시간(예로, 엔진구동시간)을 기준으로 차등적으로 적용할 수 있다. 일 예시로, 동력수단의 구동시간이 10시간을 경과한 경우, 10초의 시동지연을 적용하고, 20시간을 경과한 경우, 60초의 시동지연을 적용할 수 있다.
도 7의 (b)는 NOx 저감장치 오작동에 관한 것이다. 오작동이 감지될 경우, 운전자에게 신속한 확인을 강제하기 위함이다. 일 예시로, 오작동 감지 이후, 동력수단의 구동시간이 10시간을 경과한 경우, 10초의 시동지연을 적용하고, 20시간을 경과한 경우, 60초의 시동지연을 적용할 수 있다.
도 7의 (c)는 운전자의 임의 탈거 및 조작에 관한 것이다. 운전자가 임의로 시동지연시스템을 변경 및 사용할 경우, 차량 및 PM-NOx 저감장치에 치명적인 문제를 야기시킬 수 있기 때문이다. 임의 탈거 및 조작의 판단은 미리 설정된 알고리즘에 의한다. ECU 모듈(120)이나 자기진단모듈(150)을 통해 확인되도록 설계될 수 있다. 이는 운전자에게 임의 탈거 및 조작을 경고하는데 1차적인 이유가 있으며, 2차적으로는 운전자가 임의 탈거 및 조작을 인지하지 못한 경우, 운전자의 일부 행위가 임의 탈거 및 조작에 해당됨을 알려주기 위한 이유도 있다. 이러한 이유들로 인해, 임의 탈거 및 조작의 경우, 운전자에게 시동지연을 통한 경고 알람을 제공하는 것이 바람직하다. 일 예시로, 임의 탈거 및 조작 감지 이후, 동력수단의 구동시간이 10시간을 경과한 경우, 10초의 시동지연을 적용할 수 있으며, 20시간을 경과한 경우, 60초의 시동지연을 적용할 수 있다.
도 7의 (a) 내지 (c)는 차량의 클러스터(180)를 통해 운전자에게 제공될 수 있으며, 상기의 수치적인 사항들은 설계자의 선택에 따라, 최적의 값으로 설정될 수 있다.
이상, 본 명세서에는 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 본 발명의 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
110: 시동신호모듈
120: ECU 모듈
130: 시동지연용 릴레이모듈
140: 요소수탱크
150: 자기진단장치
160: 동력수단
170: PM-NOx 저감모듈
180: 클러스터

Claims (9)

  1. 차량에 설치되는 시동지연시스템으로서,
    차량의 시동시작신호 또는 시동종료신호가 입력되는 시동신호모듈(110);
    PM-NOx 저감모듈(170)에 공급되는 요소수를 저장하도록 구성된 요소수탱크(140)로서, 요소수의 상태를 검출하여 요소수정보를 생성하는 센싱유닛(142)을 구비하는 요소수탱크(140);
    상기 센싱유닛(142)으로부터 상기 요소수정보를 제공받도록 구성되며, 상기 요소수정보는, (a) 상기 요소수탱크(140)에 저장된 요소수 저장량정보, (b) 상기 센싱유닛(142)을 통해 검출된 요소수의 농도정보, (c) 상기 PM-NOx 저감모듈(170)의 오작동정보 및 (d) 임의 탈거 및 조작에 대한 정보를 포함하는 정보군 중에서 적어도 어느 하나를 포함하며, 상기 요소수정보를 기반으로 미리 설정된 기준에 의해, 이벤트메시지를 생성하여 운전자에게 제공하는 자기진단장치(OBD, On Board Diagnostics)(150); 및
    상기 센싱유닛(142)으로부터 제공받은 상기 요소수정보를 기반으로, 요소수 상태의 이상여부를 판단하는 프로세서부(122)를 포함하는 ECU(electronic control unit) 모듈(120)로서, 차량의 시동시작신호가 입력된 경우, 상기 프로세서부(122)를 통해 상기 요소수 상태가 비정상으로 판단된 경우, 미리 설정된 방식으로 차량의 동력수단(160)을 제어하도록, 구성된 ECU 모듈(120); 을 포함하며,
    상기 ECU 모듈(120)은,
    상기 시동신호모듈(110)에 시동시작신호가 입력될 때, 상기 요소수 상태가 비정상으로 판단된 경우에는 상기 동력수단(160)의 실제시동시작을 미리 설정된 시간만큼 지연시키도록 구성되고,
    상기 시동신호모듈(110)은,
    상기 차량에 고유하게 부여된 식별키(201)를 통해, 시동시작신호 또는 시동종료신호가 입력되는 키박스모듈(210)로 구성되며,
    상기 키박스모듈(210)은,
    시동지연용 릴레이모듈(130)을 통해, 상기 ECU 모듈(120)로 상기 시동시작신호 및 시동종료신호가 전달되도록 구성되되, 상기 시동지연용 릴레이모듈(130)은 ECU 모듈(120)에(도면을 기반으로 수정) NC(Normal Close) 상태로 연결되도록 구성되며,
    상기 ECU 모듈(120)의 상기 미리 설정된 시간은,
    시동시작신호의 입력 직후부터 상기 ECU 모듈(120)이 동작되기 전까지 상기 동력수단(160)의 실제시동시작을 지연시키는 제1 시간으로서, 상기 시동지연용 릴레이모듈(130)의 지연회로(132)를 통해 수행되는, 제1 시간; 및
    상기 프로세서부(122)를 통해, 요소수 저장량부족으로 판단된 경우, 상기 동력수단(160)의 실제시동시간을 지연시키는 제2 시간; 의 총합으로 구성되고,
    상기 시동지연용 릴레이모듈(130)은,
    상기 제1 시간 동안 개방(Open) 상태로 유지된 후, 상기 제1 시간이 경과하면 다시 폐쇄(Close) 상태로 변경되도록 설정되는,
    시동지연시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 자기진단장치(150)는,
    상기 시동신호모듈(110)로부터 제N 시동종료신호가 입력된 경우, 상기 센싱유닛(142)으로부터 요소수의 저장량에 따른 최종정보를 제공받도록 구성되며,
    상기 프로세서부(122)는,
    제N+1 시동시작신호가 입력된 경우, 상기 최종정보를 기준으로, 요소수 저장량부족을 판단하는,
    시동지연시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 프로세서부(122)는,
    상기 요소수탱크 전체용량 대비 비율값을 기준으로 하는 요소수 저장량부족의 기준량이 미리 설정되며, 상기 최종정보가 상기 요소수 저장량부족의 기준량 미만일 경우, 요소수 저장량부족으로 판단하며,
    상기 요소수 저장량부족의 기준량 미만의 구간은, 제1 구간 내지 제K 구간으로 미리 구분되며, 상기 제1 구간 내지 제K 구간 각각에, 차등적으로 시동지연 적용시간이 미리 설정되는,
    시동지연시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 자기진단장치(150)는,
    상기 제N+1 시동시작신호가 입력된 경우, 상기 센싱유닛(142)으로부터 요소수의 저장량에 따른 현재정보를 더 제공받고, 상기 최종정보 및 현재정보의 비교를 통해 요소수 충전여부를 판단하도록 구성된,
    시동지연시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항 및 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 시동지연시스템을 이용한 방법으로서,
    (a) 상기 시동신호모듈(110)에서 제N 시동종료신호가 입력된 경우, 상기 센싱유닛(142)으로부터 요소수의 저장량에 따른 최종정보가 상기 자기진단장치(150)로 전송되는 단계;
    (b) 차량의 운전자가 제N+1 시동시작신호를 입력하는 단계;
    (c) 상기 프로세서부(122)에서, 미리 설정된 요소수 저장량부족의 기준량 및 상기 최종정보를 비교하는 단계로서, 상기 최종정보가 상기 요소수 저장량부족의 기준량 미만일 경우, 요소수 저장량부족으로 판단하는 단계; 및
    (d) 상기 (c) 단계에서, 요소수 저장량부족으로 판단된 경우, 시동지연용 릴레이모듈(130)을 통해, 상기 동력수단(160)의 실제시동시작을 미리 설정된 시간만큼 지연시키는 단계로서, 상기 차량의 클러스터(180)에 요소수 저장량부족에 관한 이벤트메시지를 디스플레이하는 단계;
    를 포함하는, 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    (c1) 상기 센싱유닛(142)으로부터 요소수의 저장량에 따른 현재정보를 더 제공받고, 상기 최종정보 및 현재정보의 추가적인 비교를 통해 요소수 충전여부를 판단하는 단계;
    를 더 포함하며,
    상기 (c1) 단계에서,
    상기 제N 시동종료신호가 발생된 시점과 상기 제N+1 시동시작신호가 발생된 시점 사이에 상기 요소수탱크(140)의 요소수 충전이 수행된 것으로 판단된 경우,
    상기 차량 클러스터(180)의 시동지연표시를 시동가능으로 전환하여 표시하도록 설정된, 방법.
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