KR102473810B1

KR102473810B1 - 매연저감장치의 모니터링 진단 시스템 및 진단 방법

Info

Publication number: KR102473810B1
Application number: KR1020210001084A
Authority: KR
Inventors: 이진욱; 조인수; 김우택
Original assignee: 숭실대학교 산학협력단
Priority date: 2021-01-05
Filing date: 2021-01-05
Publication date: 2022-12-05
Also published as: KR20220099040A

Abstract

본 발명은 매연저감장치의 모니터링 진단 시스템 및 진단방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 디젤 차량의 배기가스 중 PM(Marticulate Matter)를 포집하여 제거하기 위해 배기관에 마련되는 매연저감장치(DPF)의 모니터링 진단 시스템에 있어서, 상기 차량에 형성되는 센서들에 의해 감지되는 신호를 처리하는 전자제어장치(ECU)와 상기 차량 내부에서 통신하여 신호들을 모니터링하도록 마련되는 OBD장치; 상기 매연저감장치의 후단에 형성되며, 통과하는 배기의 PM농도를 감지하는 PM센서; 및 상기 매연저감장치의 전단과 후단의 압력차에 의해 형성되는 전후단 차압값을 측정하는 차압센서;를 포함하고, 상기 OBD장치에서 모니터링하는 상기 PM센서 및 상기 차압센서의 감지 신호를 분석하여 상기 매연저감장치의 손상여부를 진단하는 것을 특징으로 하는 매연저감장치의 모니터링 진단 시스템을 제공할 수 있다.

Description

매연저감장치의 모니터링 진단 시스템 및 진단 방법{Diagnostic System and Methods for Diesel Particulate Filter-trap by Monitoring using OBD Devices}

본 발명은 매연저감장치의 모니터링 진단 시스템 및 진단방법에 관한 것으로 더욱 자세하게는 ECU와 통신하여 차량을 모니터링하는 것이 가능한 OBD를 이용하여 매연저감장치의 전후단 차압값과 일정 주행거리 내에서의 매연저감장치의 재생횟수를 분석하여 매연저감장치의 손상 여부를 판단하는 것이 가능한 매연저감장치의 모니터링 진단 시스템 및 진단방법에 관한 것이다.

DPF(매연저감장치, Diesel Particulate Filter-trap)는 디젤 차량의 배기가스 중 PM(미세입자, Particulate Matters)를 포집(물질 속 미량 성분을 분리하여 모음)하고, 연소시켜 제거하는 후처리 장치이다. DPF의 구조상 배기가스가 유입되는 전단부터 DPF의 필터를 구성하기 위한 담체를 지나 배출되는 흐름이 발생되는데, 이는 PM의 포집뿐 아니라 재생과정에도 영향을 미치게 된다. 특히 자연재생방식의 경우 고온의 배출가스로 DPF 담체 전단부 PM의 재생은 원활하게 진행되지만, 후단부로 갈수록 배출가스의 온도가 하락하고, PM의 불완전한 재생이 발생하게 된다. 이러한 현상이 누적되면 담체 중단 이후에 Ash가 누적되고, 온도와 압력구배가 증가하게 되고, 결과적으로 DPF의 필터로 구성되는 세라믹 담체의 크랙이나 용융과 같은 파손이 발생한다. 이렇게 파손된 담체는 미세입자 필터링 성능이 하락하여, 본래 DPF 성능을 발휘하지 못해 유해한 미세입자의 배출량이 증가하게 된다.

한편, 종래의 DPF는 PM의 포집효율을 측정하기 위하여 DPF 전후단의 차압값을 측정하여 재생시기를 추정하였으며, 전단과 후단의 차압 변화량을 감지하였을 때 정정 수준 이상의 값이 검출 시 DPF를 구성하는 필터 즉, 담체의 파손으로 판단하도록 하였으나, 이러한 방식의 DPF 진단방식은 담체가 완전히 파손되는 경우에 한하여 검출이 가능한 한계가 있었으며, 전단과 후단의 차압값의 변화가 작은 경우에는 검출하는 것에 어려움이 있었다.

한편, DPF를 진단하기 위한 장치 및 방법의 예로써, 한국공개특허 제10-2007-0062309호 '디젤 자동차의 매연 포집필터 진단장치 및 그 방법'에서는 상기 매연 포집필터의 후단에 동일한 재질의 필터로 구성되는 다른 하나의 진단용 매연 포집필터가 장착되고, 진단용 매연 포집필터의 양측에 차압센서가 각각 장착되며, 상기 차압센서의 신호로부터 매연 포집필터의 파손 여부를 진단하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 자동차의 매연 포집필터 진단장치에 대해 게시되어 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 DPF 진단장치는 차압센서에 의해 검줄되는 차압을 이용하여 매연 포집필터를 진단하는 진단장치에 대해 기재되어 있을 뿐, PM센서의 재생을 감지하여 PDF의 파손여부를 진단하는 다른 어떠한 구성도 게시되지 않았다.

또한, 한국등록특허 제10-2029779호 'DPF 보호 방법 및 이를 적용한 후처리 시스템'에서도 차량의 ECU가 상기 DPF의 현재 온도를 포함하는 후처리 시스템의 정보와 상기 엔진의 정보를 입력받는 정보 입력 단계와, 상기 ECU가 상기 DPF가 상기 DPF에 수트(soot)로 축적된 상기 입자상 물질을 연소시켜 상기 DPF를 재생시키는 지를 판단하는 DPF 재생 판단 단계와, 상기 ECU가 상기 DPF의 현재 온도가 상기 DPF 온도의 오버슈팅으로 판단하는 DPF 오버슈팅 판단 온도보다 높은 지를 판단하는 DPF 오버슈팅 판단 단계와, 상기 DPF의 온도가 오버슈팅으로 판단되면, 상기 엔진의 상태가 아이들 상태인지를 판단하는 엔진 아이들 판단 단계와, 상기 엔진이 아이들 상태로 판단되면, 상기 DPF 내부의 온도가 낮아지도록 상기 DPF의 재생을 위해 후분사되는 연료를 조절하거나, 상기 DPF를 유동하는 공기량을 조절하는 DPF 오버슈팅 방지 단계를 포함하는 DPF 보호 방법 및 시스템이 게시되어 있으나, OBD장치를 통해 차량을 모니터링하며, PM센서의 재생시점을 분석하여 DPF의 파손여부를 진단하는 다른 어떠한 구성도 게시되지 않았다.

따라서, 상기의 문제를 해결하기 위한 연구개발이 필요한 실정이다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 제안되는 것으로, ECU와 통신하는 OBD장치를 이용하여 디젤 차량에서 배기가스 중의 미세입자를 제거하기 위한 매연저감장치의 전후단 차압값과 일정한 주행거리 내에서의 미세입자를 제거하기 위한 재생횟수를 비교하여 매연저감장치의 파손여부를 진단하는 매연저감장치의 모니터링 진단 시스템 및 진단방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 매연저감장치의 모니터링 진단 시스템은, 디젤 차량의 배기가스 중 PM(Marticulate Matter)를 포집하여 제거하기 위해 배기관에 마련되는 매연저감장치(DPF)의 모니터링 진단 시스템에 있어서, 상기 차량에 형성되는 센서들에 의해 감지되는 신호들을 모니터링하도록 마련되는 OBD장치; 상기 매연저감장치의 후단에 형성되며, 통과하는 배기의 PM농도를 감지하는 PM센서; 및 상기 매연저감장치의 전단과 후단의 압력차에 의해 형성되는 전후단 차압값을 측정하는 차압센서;를 포함하고, 상기 OBD장치에서 모니터링하는 상기 PM센서 및 상기 차압센서의 감지 신호를 분석하여 상기 매연저감장치의 손상여부를 진단할 수 있다.

이때, 상기 매연저감장치는, 상기 배기관과 연결되는 하우징; 상기 하우징 내측에 일정 간격으로 격벽의 형태로 마련되는 복수의 세라믹 담체와 상기 복수의 세라믹 담체의 일단에 마련되어 상기 세라믹 담체의 격벽 형상에 의해 형성되는 통로의 일단을 폐쇄하는 형태로 형성하는 세라믹 플러그로 마련되는 필터부; 및 상기 매연저감장치의 전단과 후단에 분기관의 형태로 형성되어 바이패스밸브에 의해 배기가 통과하도록 형성되는 바이패스배관;를 포함하고, 상기 차압센서는, 상기 필터부의 전단과 후단에 형성되는 감지부에 의해 상기 필터부를 통과하는 배기가스에 대한 전후단 차압값을 측정할 수 있다.

이때, 상기 PM센서는, 무한 전기 저항을 갖도록 마련되는 복수의 전극; 및 상기 복수의 전극 또는 표면에 증착되는 PM을 연소하기 위한 내부히터;를 포함하고, 상기 복수의 전극 사이에 증착되는 PM에 의해 전기 저항이 감소하여 기 설정된 임계 전류값에 도달시 상기 내부히터를 이용하여 증착된 PM을 연소할 수 있다.

한편, 상기 OBD장치는, 주행하는 차량의 상기 매연저감장치의 최초 재생 시점에서의 상기 차압센서 및 PM센서에 의해 측정되는 측정값으로부터 최초 동작정보를 입력하며, 상기 최초 동작정보가 입력된 이후에 상기 차량이 주행하는 과정에서 상기 차압센서 및 PM센서에 의해 측정되는 측정값으로부터 현재 동작정보를 입력하고, 상기 최초 동작정보와 현재 동작정보를 비교하여 상기 매연저감장치의 손상여부를 진단할 수 있다.

이때, 상기 동작정보는, 상기 차압센서에서 감지하는 전후단 차압값과 상기 PM센서에 계산되는 재생값을 포함하고, 상기 재생값은, 바이패스 재생횟수로부터 DPF재생횟수를 차감하여 계산되며, 상기 바이패스 재생횟수는, 상기 바이패스 배관을 통과하는 배기가스에 의해 재생되는 PM센서의 재생횟수이고, 상기 DPF재생횟수는, 매연저감장치를 통과하는 배기가스에 의해 재생되는 PM센서의 재생횟수인 것을 특징으로 할 수 있다.

이때, 상기 OBD장치는, 상기 현재 동작정보에 입력되는 전후단 차압값 및 재생값이 상기 최초 동작정보에 입력되는 수치보다 증가하는 경우 상기 매연저감장치에 대한 손상 신호를 생성할 수 있다.

또한, 상기 OBD장치는, 상기 현재 동작정보의 전후단 차압값과 재생값 중 하나라도 증가하지 않을 시 상기 매연저감장치에 대하여 정상으로 판단하여 상기 현재 동작정보를 초기화 할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시 예에 다른 매연저감장치의 모니터링 진단시스템의 진단방법은, 디젤 차량의 배기가스 중 PM(Marticulate Matter)를 포집하여 제거하기 위해 배기관에 마련되는 매연저감장치(DPF)를 파손여부를 판단하기 위한 매연저감장치 OBD 진단방법에 있어서, 상기 매연저감장치의 최초 동작정보를 입력하는 최초입력단계; 상기 매연저감장치의 현재 동작정보를 입력하는 현재입력단계; 상기 현재 동작정보 및 상기 최초 동작정보를 비교하여 상기 매연저감장치를 연산하는 연산단계; 상기 연산단계의 결과를 분석하여 상기 매연저감장치의 손상여부를 판단하는 진단단계;를 포함할 수 있다.

이때, 상기 동작정보는, 상기 매연저감장치의 전단과 후단에 형성되는 차압센서에서 감지하는 전후단 차압값 및 상기 매연저감장치의 후단에 형성되는 PM센서가 PM을 연소시키기 위해 재생하는 횟수에 의해 계산되는 재생값을 포함할 수 있다.

이때, 상기 재생값은, 상기 차량이 일정거리를 주행하는 동안 상기 매연저감장치에 형성되는 바이패스 배관을 통과하는 배기가스에 의해 동작하는 PM의 재생횟수와 상기 매연저감장치를 통과하는 배기가스에 의해 동작하는 PM의 재생횟수를 차감하여 계산될 수 있다.

이때, 상기 진단단계는, 상기 최초입력단계에서 입력된 최초 동작정보의 전후단 차압값과 현재 동작정보의 전후단 차압값을 비교하는 차압값 비교단계; 상기 최초입력단계에서 입력된 최초 동작정보의 최초재생값과 현재 동작정보의 현재재생값을 비교하는 재생값 비교단계 및 상기 현재 동작정보의 기록사항을 삭제하는 초기화 단계;를 포함할 수 있다.

한편, 상기 진단단계는, 상기 차압값 비교단계에서 현재 동작정보의 전후단 차압값이 최초 동작정보의 전후단 차압값보다 높은 경우 상기 재생값 비교단계로 진행되며, 현재 동작정보의 전후단 차압값이 최초 동작정보의 전후단 차압값보다 낮은 경우 상기 초기화 단계로 진행될 수 있다.

또한, 상기 진단단계는, 상기 차압값 비교단계과 상기 재생값 비교단계가 동시에 진행되도록 하며, 상기 차압값 비교단계와 상기 재생값 비교단계에서 현재 동작정보에 기록되는 전후단 차압값과 재생값이 최초 동작정보에 기록되는 전후단 차압값과 재생값보다 증가하는 경우 매연저감장치에 대해 손상 신호를 생성하도록 할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 매연저감장치의 모니터링 진단 시스템 및 진단방법은 차량의 ECU와 통신이 가능한 OBD장치를 이용하여 수신하는 차압센서와 PM센서의 감지신호를 이용하여 진단하기 힘든 DPF의 필터 손상이나 크랙에 대한 진단을 실시할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 매연저감장치의 모니터링 진단 시스템의 기본 구성을 보여주는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 매연저감장치의 모습을 보여주는 예시도이다.
도 3은 PM센서의 일반적인 구조를 보여주는 모식도이다.
도 4는 OBD장치에 의해 매연저감장치의 파손여부를 감지하는 알고리즘의 제1실시예를 보여주는 파손감지 흐름도이다.
도 5는 OBD장치에 의해 매연저감장치의 파손여부를 감지하는 알고리즘의 제2실시예를 보여주는 파손감지 흐름도이다.

이하, 도면을 참조한 본 발명의 설명은 특정한 실시 형태에 대해 한정되지 않으며, 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있다. 또한, 이하에서 설명하는 내용은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하의 설명에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되는 용어로서, 그 자체에 의미가 한정되지 아니하며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 명세서 전체에 걸쳐 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 이하에서 기재되는 "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로 해석되어야 하며, 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.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 갖는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 매연저감장치의 모니터링 진단 시스템에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 매연저감장치의 모니터링 진단 시스템의 기본 구성을 보여주는 블록도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 매연저감장치의 모습을 보여주는 예시도이고, 도 3은 PM센서의 일반적인 구조를 보여주는 모식도이고, 도 4는 OBD장치에 의해 매연저감장치의 파손여부를 감지하는 알고리즘의 제1실시예를 보여주는 파손감지 흐름도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 매연저감장치의 모니터링 진단 시스템은 OBD장치(200), PM센서(300) 및 차압센서(400)를 포함하여 구성될 수 있다.

먼저, 본 발명의 실시 예에 따른 매연저감장치의 모니터링 진단 시스템은 OBD(On-Board Diagnostics, 온보드 진단기)장치를 이용하여 디젤 차량의 운행 중 발생하는 배기를 배출하기 전 배기에 포함되어 있는 PM(미세입자, Particulate Matters)를 처리하기 위한 매연저감장치(DPF, Diesel Particulate Filter-trap)의 손상여부를 진단하는 것이 가능한 진단시스템을 제공하는 것이다.

OBD장치(200)는 차량의 정보를 획득하기 위해 마련되는 각종 센서들의 신호를 수집하는 ECU(전자제어유닛, Electronic Control Unit)과 통신하여 수집하는 신호들을 모니터링하도록 마련될 수 있으며, 차량에 형성되는 OBD스캐너 혹은 OBD단자에 삽입하도록 할 수 있다.

이때, OBD장치(200)는 OBD-1 또는 OBD-2 등 다양한 방식으로 마련될 수 있으나, 이에 한정되지 아니하고, 센서들로부터 신호를 수집하는 ECU(500)와 통신하여 신호를 모니터링하는 것이 가능한 다양한 수단을 이용하도록 할 수 있다.

PM센서(300)는 매연저감장치(100)의 후단에 마련되는 것으로, 디젤 차량에서 발생하는 배기 즉, 매연에 포함되어 있는 PM농도를 측정하여 ECU에 신호를 전달하도록 할 수 있다.

이때, PM센서(300)는 매연저감장치(100)의 후단 또는 매연저감장치(100)가 형성되는 차량의 배기라인에 마련되어 매연저감장치(100) 또는 바이패스를 통과하는 배기가스의 PM농도를 측정하도록 할 수 있다.

이때, 후술하겠지만, PM센서(300)는 내부히터(310)를 포함할 수 있으며, PM센서(300)에서 감지하는 PM농도나 증착되는 PM의 수준에 따라서 내부히터(310)가 동작하여 증착되어 있는 PM을 연소하도록 할 수 있다.

차압센서(400)는 매연저감장치(100)의 전단과 후단, 즉 엔진 방향의 전단의 압력과 배기구가 형성되는 후단 방향의 압력의 차이를 측정하도록 할 수 있다.

이때, 차압센서(400)는 매연저감장치(100)의 전단과 후단에 각각 압력을 감지하기 위한 감지부(410)가 마련될 수 있으며, 각각의 감지부(410)가 한 쌍으로 마련되어 매연저감장치(100)의 전후단 압력의 차이를 측정하여 전후단 차압값을 감지하는 것을 특징으로 할 수 있다.

이때, OBD장치(200)는 PM센서(300)로부터 감지되는 PM농도 및 증착된 PM을 제거하기 위한 내부히터(310)의 동작에 대한 정보 즉, PM센서(300)의 재생횟수와 차압센서(400)로부터 감지되는 매연저감장치(100)의 전후단 차압값을 이용하여 매연저감장치(100)의 손상여부를 진단하도록 할 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 매연저감장치의 모니터링 진단 시스템의 매연저감장치(100)는 하우징(110), 필터부(120) 및 바이패스배관(130)을 포함하여 형성될 수 있으며, 상기의 차압센서(400)는 배기가스가 유입되는 필터부(120)의 전단부과 배출되는 후단부에 각각 하나 이상의 감지부(410)가 마련되어 전후단 차압값을 측정하도록 할 수 있다.

이때, 하우징(110)은 차량의 배기가스를 배출하기 위한 배기라인의 중간 부분에 형성될 수 있으며, 내측으로 형성되는 중공으로 세라믹 담체(121)와 세라믹 플러그(122)로 형성되는 필터부(120)가 마련될 수 있다.

이때, 세라믹 담체(121)는 다공성담체로 형성되어 배기가스 중의 PM을 포집하도록 할 수 있으며, 세라믹 플러그(122)는 전단에서 유입되는 배기가스의 흐름 방향을 제어하도록 형성될 수 있다.

매연저감장치(100)는 하우징(110)의 외측으로 분기관 형태의 바이패스배관(130)이 형성되어 배기가스가 필터부(120)를 통과하지 않고 배출되도록 형성될 수 있으며, 중간 부분에는 배기가스의 통과여부를 제어하는 것이 가능한 바이패스밸브(131)가 형성될 수 있다.

이때, 바이패스배관(130)은 필터부(120)가 형성되는 전단부에서 분기되어 후단부에서 다시 배기라인으로 합류하도록 형성될 수 있으며, PM센서(300)는 바이패스배관(130)의 합류지점 이후에 형성되도록 할 수 있다.

즉, PM센서(300)는 필터부(120)를 통과하는 배기가스의 PM농도를 측정하거나 바이패스배관(130)을 통과하는 배기가스의 PM농도를 측정하는 것이 모두 가능하도록 형성될 수 있으며, 바이패스밸브(131)의 동작에 따라서 측정되는 PM농도를 구분하도록 할 수 있다.

예컨대, 바이패스밸브(131)가 개방되어 있는 상태에서 PM센서(300)에 의해 측정되는 PM농도는 바이패스배관(130)을 통과하는 배기가스의 PM농도로 기록할 수 있으며, 바이패스밸브(131)가 폐쇄되어 있는 상태에서 측정되는 PM농도는 매연저감장치(100)를 통과하는 배기가스의 PM농도로 기록되도록 할 수 있다.

PM센서(300)는 도 3에 도시된 바와 같이, 전기 저항을 가지는 복수의 전극(320)과 전극(320) 표면에 증착되는 PM을 연소하기 위한 내부히터(310)를 포함하여 구성될 수 있다.

이때, PM센서(300)는 복수로 마련되는 전극(320)이 일정한 간격을 두고 형성될 수 있으며, 복수의 전극 사이에 증착되는 PM에 의해 전기 저항을 가지는 전극(320)의 전기 저항이 감소하는 수준에 따라서 감지되는 전류값을 측정하도록 하며, 기설정된 전류값 즉, 임계전류값에 도달하게 되면, 내부히터(310)에 의해 PM을 연소하도록 할 수 있으며, 이에 대핸 PM센서(300)가 재생한다고 말할 수 있다.

즉, PM센서(300)가 재생하는 것은 증착된 PM을 연소시켜 제거하기 위하여 내부히터(310)가 동작하는 것으로 볼 수 있다.

이때, PM센서(300)는 매연저감장치(100)를 통과하는 배기가스에 의해 필터부(120)에 증착되는 PM을 제거시키기 위해 재생할 수 있으며, 매연저감장치(100)를 통과한 배기가스에 의해 PM센서(300)가 재생되는 횟수와 매연저감장치(100)를 통과하지 않고 바이패스배관(130)을 통과하여 PM센서(300)에 증착되는 PM을 제거하기 위해 PM센서(300)가 재생되는 횟수에 대하여 별도로 구분하여 ECU로 신호를 전송할 수 있다.

이때, 매연저감장치(100)를 통과하는 배기가스에 의해 PM센서가 재생되는 동작에 대해서 DPF재생횟수로 인식하여 기록하고, 바이패스배관(130)을 통과하는 배기가스에 의해 PM센서(300)가 재생되는 동작에 대하여 바이패스 재생횟수로 인식하여 기록할 수 있다.

이때, OBD장치(200)는 바이패스 재생횟수와 DPF재생횟수를 연산하여 재생값을 계산할 수 있으며, 더 자세하게는, 하기에 서술하기로 한다.

즉, 배기가스의 흐름에 따라 PM센서(300)의 재생횟수를 별도로 구분하여 ECU(500)로 전송할 수 있으며, OBD장치(200)에서는 ECU(500)에서 수집하는 PM센서(300)에 대한 신호로부터 계산되는 재생값 및 차압센서(400)에 의해 감지되는 전후단 차압값을 모니터링하여 매연저감장치(100)의 손상여부를 진단하도록 할 수 있다.

이때, ECU(500)는 PM센서(300)가 재생하는 시점에서 바이패스밸브(131)의 개방 여부에 따라서 바이패스 재생횟수와 DPF재생횟수로 구분하는 것도 가능하다.

예컨대, 바이패스밸브(131)가 개방된 상태에서 PM센서(300)가 재생하게 되면, 바이패스 재생횟수로 인식하도록 할 수 있으며, 바이패스밸브(131)가 폐쇄된 상태에서 PM센서(300)가 재생하게 될 경우에는 DPF재생횟수로 기록하도록 할 수도 있으나, 이에 한정되지 아니하고, 다양한 방식으로 바이패스 재생횟수와 DPF재생횟수를 구분하도록 할 수도 있다.

도 4는 OBD장치에 의해 매연저감장치의 파손여부를 감지하는 알고리즘의 제1실시예를 보여주는 파손감지 흐름도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 매연저감장치의 모니터링 진단 시스템은 OBD장치(200)가 ECU(500)에서 수집하는 각 센서들의 신호 특히, PM센서(300)로부터 수집하는 신호들과 차압센서(400)로부터 수집하는 전후단 차압값을 이용하여 매연저감장치(100)의 손상여부를 판단하도록 할 수 있다.

이때, OBD장치(200)는 차량의 주행 시 최초 매연저감장치(100)가 재생하는 시점에서의 차압센서(400)와 PM센서(300)로부터 측정되는 측정값에 대하여 최초 동작정보로 기록할 수 있다.

더 자세하게는, OBD장치(200)는 매연저감장치(100)에 증착된 PM을 제거하기 위해 PM센서(300)가 최초로 재생하는 시점에서 차압센서(400)와 PM센서(300)에 의해 측정되는 측정값에 대한 동작정보를 입력하도록 할 수 있으며, 이때 입력되는 정보에 대하여 최초 동작정보로 기록하도록 할 수 있다.

이때, 동작정보는 차압센서(400)에 의해 측정되는 매연저감장치(100)에 대한 전후단 차압값 및 PM센서(300)에 의해 확인되는 재생값을 포함할 수 있다.

이때, 상술한 바와 같이 OBD장치(200)는 PM센서(300)에 의해 기록되는 바이패스 재생횟수와 DPF재생횟수를 이용하여 재생값을 연산할 수 있으며, 바이패스 재생횟수로부터 DPF재생횟수를 차감하여 계산된 값을 재생값으로 기록할 수 있다.

더 자세하게는, OBD장치(200)는 차량이 일정거리를 주행하는 동안 기록되는 바이패스 재생횟수와 DPF재생횟수를 이용하여 재생값을 계산하도록 하며, 이때, 재생값은 바이패스 재생횟수로부터 DPF재생횟수를 차감하여 계산되는 값으로 기록될 수 있다.

한편, 상기에서 설명하는 매연저감장치(100)에 증착된 PM을 제거하기 위한 PM센서(300)의 재생으로 기록되는 DPF재생횟수는 PM센서(300)의 재생으로 한정되지 아니하고, 매연저감장치(100)에 증착되어 있는 PM을 제거하기 위해 적용 가능한 다양한 방식의 재생방법이 적용될 수 있으며, 해당 방법을 적용하여 PM을 제거하기 위한 재생에 대하여 그 횟수를 기록하여 DPF재생횟수로 기록할 수도 있다.

OBD장치(200)는 도 4에 도시된 바와 같이 최초 동작정보가 입력된 이후에 차량을 주행 시 매연저감장치(100)의 파손여부를 진단하기 위하여 차압센서(400)와 PM센서(300)로부터 측정되는 측정값을 모니터링할 수 있다.

더 자세하게는, 최초 동작정보가 입력된 시점 이후로 차량이 주행하는 경우에 입력되는 동작정보에 대하여 현재 동작정보로 기록할 수 있으며, OBD장치(200)는 현재 동작정보가 입력되는 경우에 최초 동작정보에 기록된 수치와 현재 동작정보에 기록된 수치를 비교하여 매연저감장치(100)의 파손여부를 진단하도록 할 수 있다.

이때, OBD장치(200)는 도 4에 도시된 바와 같이 최초 동작정보에 기록되는 전후단 차압값과 재생값과 현재 동작정보에 기록되는 전후단 차압값과 재생값을 비교하여 최초 동작정보에 기록되는 수치가 현재 동작정보에 기록되는 수치보다 더 높게 측정되는 경우 매연저감장치(100)에 대해 정상으로 판단할 수 있다.

즉, OBD장치(200)는 최초 동작정보가 입력된 이후 차량을 주행하는 상태에서 일정 주기 또는 일정 주행거리마다 입력되는 현재 동작정보에 대하여 모니터링을 실시하여 최초 동작정보와 비교하고, 각각의 동작정보에 입력되어 있는 전후단 차압값과 재생값의 증감을 비교하여 매연저감장치(100)에 대해 손상 가능성이 있는지에 대한 여부를 판단하도록 할 수 있다.

즉, OBD장치(200)는 도 4에 도시된 바와 같이, 차압센서(400)에 의해 감지되는 매연저감장치(100)에 대한 전후단 차압값 및 PM센서(300)의 재생횟수를 이용하여 계산되는 재생값을 이용하여 매연저감장치(100)의 손상여부를 진단하도록 할 수 있다.

이때, OBD장치(200)는 매연저감장치(100)의 최초 재생 시점에서의 전후단 차압값보다 현재 재생 시점에서의 전후단 차압값이 증가하는 경우에 각 동작정보에 기록된 재생값을 모니터링하도록 하며, 재생값을 모니터링한 결과, 현재 동작정보의 재생값이 최초 동작정보의 재생값보다 증가하는 것이 확인되는 경우에는 매연저감장치(100)가 손상되는 것으로 판단할 수 있다.

이때, OBD장치(200)에 의한 매연저감장치(100)의 손상은 세라믹 담체(121)이나 세라믹 플러그(122)를 포함하는 필터부(120)의 크랙이 발생하거나 막힘현상 즉, 클로깅이 발생하는 것으로 판단할 수 있으나, 이에 한정되지 아니하고, 매연저감장치(100)의 세부 구성에 대한 손상이 발생할 수 있는 것으로 간주하여 OBD장치(200)에 의해 매연저감장치(100)에 대해 손상으로 진단되는 경우에는 전체적으로 정밀 진단하도록 요청할 수 있다.

이때, OBD장치(200)는 차압센서(400)에서 감지하는 신호를 바탕으로 전후단 차압값이 증가하는 것이 확인되더라도, 현재 동작정보에 기록되는 재생값이 최초 동작정보의 재생값보다 낮거나 동일한 경우 즉, 현재 시점에서의 PM센서(300)의 재생횟수가 최초 시점보다 증가하지 않을 경우에는 매연저감장치(100)가 손상되지 않은 것으로 판단할 수 있다.

다음으로, 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 매연저감장치의 모니터링 진단시스템의 진단방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 OBD장치에 의해 매연저감장치의 파손여부를 감지하는 알고리즘의 제1실시예를 보여주는 파손감지 흐름도이고, 도 5는 OBD장치에 의해 매연저감장치의 파손여부를 감지하는 알고리즘의 제2실시예를 보여주는 파손감지 흐름도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 매연저감장치의 모니터링 진단시스템의 진단방법은, 최초입력단계(S10), 현재입력단계(S20), 연산단계(S30), 및 진단단계(S40)를 포함할 수 있다.

최초입력단계(S10)는 주행하는 차량의 매연저감장치(100)가 최초 재생 시 입력되는 정보를 기록하는 단계이며, 차량의 ECU(500)를 통해 수집되는 센서들로부터 최초 동작정보를 기록하도록 할 수 있다.

이때, 최초 동작정보는 매연저감장치(100)에 형성되는 차압센서(400)에서 감지되는 전후단 차압값 및 PM센서(300)에 의해 측정되는 재생값을 포함할 수 있다.

이때, 최초 동작정보는 매연저감장치(100)가 최초로 재생하는 시점에서 측정되는 전후단 차압값과 재생값을 기록하도록 할 수 있다.

이때, 상기의 재생값은 바이패스 재생횟수로부터 DPF재생횟수를 차감하여 계산되는 값으로 기록될 수 있다.

현재입력단계(S20)는 최초입력단계(S10)에서 최초 동작정보가 입력된 이후 차량이 주행하는 과정에서 PM센서(300)와 차압센서로부터 수집되는 신호들을 모니터링하는 단계이며, 현재 주행 시점에서 매연저감장치(100)의 PM을 제거하기 위한 PM센서(300) 재생 시의 전후단 차압값 및 현재 재생 시점에서 계산되는 재생값 즉, 현재재생값을 입력하도록 할 수 있다.

연산단계(S30)는 최초입력단계(S10)에서 입력된 최초 동작정보와 현재입력단계(S20)에서 입력된 현재 동작정보를 비교하는 단계이다.

더 자세하게는 현재입력단계(S20)에서 기록된 전후단 차압값과 최초입력단계(S10)에서 기록된 전후단 차압값을 비교하도록 하고, 현재입력단계(S20)에서 입력된 현재재생값과 최초입력단계(S10)에서 입력된 최초재생값을 비교하도록 할 수 있다.

진단단계(S40)는 연산단계에서 비교되는 각 정보들을 이용하여 매연저감장치(100)의 손상여부를 비교하기 위한 단계이며, 차압값 비교단계(S41)와 재생값 비교단계(S42)를 포함할 수 있다.

차압값 비교단계(S41)는 현재입력단계(S20)에서 입력된 전후단 차압값이 최초입력단계(S10)에서 입력된 전후단 차압값보다 증가하는지에 대한 여부를 비교하는 단계이며, 재생값 비교단계(S42)는 현재입력단계(S20)에서 현재 동작정보에 기록되는 재생값과 최초입력단계(S10)에서 입력되는 최초 동작정보의 재생값을 비교하여 재생값의 증감여부를 비교하는 단계이다.

재생값 비교단계(S42)에서는 재생값의 비교는 현재입력단계(S20)에서 입력되는 현재 동작정보에 기록되는 재생값에서 최초입력단계(S10)에서 입력되는 최초 동작정보의 재생값을 비교할 수 있으며, 현재 동작정보의 재생값이 최초 동작정보의 재생값보다 증가하는지에 대한 여부를 모니터링하여 매연저감장치(100)를 진단할 수 있다.

이때, 진단단계(S40)는 도 5에 도시된 바와 같이 차압값 비교단계(S41)를 통해 차압값에 대해 먼저 진단을 실시하도록 하며, 차압값 비교단계(S41)에서 비교를 분석한 결과 현재입력단계(S20)에서 입력된 전후단 차압값이 최초의 값보다 증가할 시 재생값 비교단계(S42)로 진입하게 된다.

만약, 전후단 차압값이 최초의 값보다 증가하지 않는 경우에는 매연저감장치(100)에 이상이 없는 것으로 진단할 수 있으며, 초기화 단계(S43)으로 진행하도록 할 수 있다.

차압값 비교단계(S41)에서 전후단 차압값이 최초의 값보다 증가하여 재생값 비교단계(S42)가 진행되는 경우 재생값 비교단계(S42)에서 현재 동작정보의 재생값이 최초 동작정보의 재생값보다 증가하는지에 대한 여부를 비교하여 진단을 실시할 수 있다.

이때, 현재 동작정보의 재생값이 최초의 재생값보다 증가하는 경우에는 매연저감장치(100)에 대하여 손상되는 것으로 진단할 수 있다.

반면, 현재 동작정보의 재생값이 최초의 재생값보다 증가하지 않는경우에는 매연저감장치(100)가 손상되지 않는 것으로 판단하여 초기화 단계(S43)으로 진행하도록 할 수 있다.

초기화 단계(S43)에서는 차압값 비교단계(S41)에서 전후단 차압값이 최초 매연저감장치(100)의 재생 시점보다 증가하지 않거나, 재생값 비교단계(S42)에서 현재 동작정보에 기록된 재생값이 초기 동작정보의 재생값보다 감소하거나 동일한 경우 즉, 매연저감장치(100)가 정상으로 진단되는 경우에 최초입력단계(S10)의 이후 단계로 다시 복귀하도록 하여 매연저감장치(100)에 대한 모니터링을 지속적으로 실시하도록 할 수 있다.

이때, 초기화 단계(S43)는 최초입력단계(S10)로 복귀하면서 현재입력단계(S20)에서 입력된 현재 동작정보에 대한 기록을 삭제하여 OBD장치(200)에 저장된 정보를 초기화하도록 할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 매연저감장치의 모니터링 진단 시스템 및 진단방법은 매연저감장치의 최초 재생 시점에서의 최초 동작정보가 입력된 상태에서 차량을 운행하는 과정에서 입력되는 현재 동작정보를 모니터링하여 매연저감장치의 손상여부를 진단할 수 있으며, 정상으로 판별되는 경우 현재 동작정보를 초기화하여 지속적으로 모니터링을 실시하도록 할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100: 매연저감장치
110: 하우징
120: 필터부
130: 바이패스배관
200: OBD장치
300: PM센서
310: 내부히터
320: 전극
400: 차압센서
410: 감지부
500: ECU
S10: 최초입력단계
S20: 현재입력단계
S30: 연산단계
S40: 진단단계
S41: 차압값 비교단계
S42: 재생값 비교단계
S43: 초기화 단계

Claims

디젤 차량의 배기가스 중 PM(Particulate Matter)를 포집하여 제거하기 위해 배기관에 마련되는 매연저감장치(DPF)의 모니터링 진단 시스템에 있어서,
상기 차량에 형성되는 센서들에 의해 감지되는 신호들을 모니터링하도록 마련되는 OBD장치;
상기 매연저감장치의 후단에 형성되며, 통과하는 배기의 PM농도를 감지하는 PM센서; 및
상기 매연저감장치의 전단과 후단의 압력차에 의해 형성되는 전후단 차압값을 측정하는 차압센서;를 포함하고,
상기 OBD장치에서 모니터링하는 상기 PM센서 및 상기 차압센서의 감지 신호를 분석하여 상기 매연저감장치의 손상여부를 진단하는 것을 특징으로 하되,
상기 OBD장치는,
주행하는 차량의 상기 매연저감장치의 최초 재생 시점에서의 상기 차압센서 및 PM센서에 의해 측정되는 측정값으로부터 최초 동작정보를 입력하며,
상기 최초 동작정보가 입력된 이후에 상기 차량이 주행하는 과정에서 상기 차압센서 및 PM센서에 의해 측정되는 측정값으로부터 현재 동작정보를 입력하고,
상기 최초 동작정보와 현재 동작정보를 비교하여 상기 매연저감장치의 손상 여부를 진단하는 것을 특징으로 하며,
상기 동작정보는,
상기 차압센서에서 감지하는 전후단 차압값 및 상기 PM센서가 PM을 연소시키기 위해 재생하는 횟수에 의해 계산되는 재생값을 포함하는 매연저감장치의 모니터링 진단 시스템.
제1항에 있어서,
상기 매연저감장치는,
상기 배기관과 연결되는 하우징;
상기 하우징 내측에 일정 간격으로 격벽의 형태로 마련되는 복수의 세라믹 담체와 상기 복수의 세라믹 담체의 일단에 마련되어 상기 세라믹 담체의 격벽 형상에 의해 형성되는 통로의 일단을 폐쇄하는 형태로 형성하는 세라믹 플러그로 마련되는 필터부; 및
상기 매연저감장치의 전단과 후단에 분기관의 형태로 형성되어 바이패스밸브에 의해 배기가 통과하도록 형성되는 바이패스배관;를 포함하고,
상기 차압센서는,
상기 필터부의 전단과 후단에 형성되는 감지부에 의해 상기 필터부를 통과하는 배기가스에 대한 전후단 차압값을 측정하는 것을 특징으로 하는 매연저감장치의 모니터링 진단 시스템.
제1항에 있어서,
상기 PM센서는,
무한 전기 저항을 갖도록 마련되는 복수의 전극; 및
상기 복수의 전극 또는 표면에 증착되는 PM을 연소하기 위한 내부히터;를 포함하고,
상기 복수의 전극 사이에 증착되는 PM에 의해 전기 저항이 감소하여 기 설정된 임계 전류값에 도달시 상기 내부히터를 이용하여 증착된 PM을 연소하는 것을 특징으로 하는 매연저감장치의 모니터링 진단 시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 재생값은,
바이패스 재생횟수로부터 DPF재생횟수를 차감하여 계산되며,
상기 바이패스 재생횟수는, 매연저감장치의 전단과 후단에 분기관의 형태로 형성된 바이패스 배관을 통과하는 배기가스에 의해 재생되는 PM센서의 재생횟수이고,
상기 DPF재생횟수는, 매연저감장치를 통과하는 배기가스에 의해 재생되는 PM센서의 재생횟수인 것을 특징으로 하는 매연저감장치의 모니터링 진단시스템.
제1항에 있어서,
상기 OBD장치는,
상기 현재 동작정보에 입력되는 전후단 차압값 및 상기 PM센서에서 계산되는 재생값이 상기 최초 동작정보에 입력되는 수치보다 증가하는 경우 상기 매연저감장치에 대한 손상 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 매연저감장치의 모니터링 진단시스템.
제1항에 있어서,
상기 OBD장치는,
상기 현재 동작정보의 전후단 차압값과 상기 PM센서에서 계산되는 재생값 중 하나라도 증가하지 않을 시 상기 매연저감장치에 대하여 정상으로 판단하여 상기 현재 동작정보를 최초화하는 것을 특징으로 하는 매연저감장치의 모니터링 진단시스템.
디젤 차량의 배기가스 중 PM(Particulate Matter)를 포집하여 제거하기 위해 배기관에 마련되는 매연저감장치(DPF)를 파손여부를 판단하기 위한 매연저감장치 OBD 진단방법에 있어서,
상기 매연저감장치의 최초 동작정보를 입력하는 최초입력단계;
상기 매연저감장치의 현재 동작정보를 입력하는 현재입력단계;
상기 현재 동작정보 및 상기 최초 동작정보를 비교하여 상기 매연저감장치를 연산하는 연산단계;
상기 연산단계의 결과를 분석하여 상기 매연저감장치의 손상여부를 판단하는 진단단계;를 포함하되,
상기 동작정보는,
상기 매연저감장치의 전단과 후단에 형성되는 차압센서에서 감지하는 전후단 차압값 및 상기 매연저감장치의 후단에 형성되는 PM센서가 PM을 연소시키기 위해 재생하는 횟수에 의해 계산되는 재생값을 포함하는 것을 특징으로 하는 매연저감장치의 모니터링 진단시스템의 진단방법.
삭제
제8항에 있어서,
상기 재생값은,
상기 차량이 일정거리를 주행하는 동안 상기 매연저감장치에 형성되는 바이패스 배관을 통과하는 배기가스에 의해 동작하는 PM의 재생횟수와 상기 매연저감장치를 통과하는 배기가스에 의해 동작하는 PM의 재생횟수를 차감하여 계산되는 것을 특징으로 하는 매연저감장치의 모니터링 진단시스템의 진단방법.
제8항에 있어서,
상기 진단단계는,
상기 최초입력단계에서 입력된 최초 동작정보의 전후단 차압값과 현재 동작정보의 전후단 차압값을 비교하는 차압값 비교단계;
상기 최초입력단계에서 입력된 최초 동작정보의 최초재생값과 현재 동작정보의 현재재생값을 비교하는 재생값 비교단계 및
상기 현재 동작정보의 기록사항을 삭제하는 초기화 단계;를 포함하고,
상기 재생값 비교단계의 재생값은 상기 PM센서가 PM을 연소시키기 위해 재생하는 횟수에 의해 계산되는 재생값을 의미하는 것을 특징으로 하는 매연저감장치의 모니터링 진단시스템의 진단방법.
제11항에 있어서,
상기 진단단계는,
상기 차압값 비교단계에서 현재 동작정보의 전후단 차압값이 최초 동작정보의 전후단 차압값보다 높은 경우 상기 재생값 비교단계로 진행되며,
현재 동작정보의 전후단 차압값이 최초 동작정보의 전후단 차압값보다 낮은 경우 상기 초기화 단계로 진행되는 것을 특징으로 하는 매연저감장치의 모니터링 진단시스템의 진단방법.
제11항에 있어서,
상기 진단단계는,
상기 차압값 비교단계과 상기 재생값 비교단계가 동시에 진행되도록 하며, 상기 차압값 비교단계와 상기 재생값 비교단계에서 현재 동작정보에 기록되는 전후단 차압값과 재생값이 최초 동작정보에 기록되는 전후단 차압값과 재생값보다 증가하는 경우 매연저감장치에 대해 손상 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 매연저감장치의 모니터링 진단시스템의 진단방법.