KR102518598B1 - 재생 후 가솔린 여과 필터에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 방법 및 이를 이용한 가솔린 여과 필터의 재생 방법 및 시스템 - Google Patents

재생 후 가솔린 여과 필터에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 방법 및 이를 이용한 가솔린 여과 필터의 재생 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배기가스 후처리 시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것으로, 구체적으로 가솔린 여과 필터의 전단 및 후단의 온도를 기반으로 가솔린 여과 필터의 수트 연소 량을 예측할 수 있는 배기가스 후처리 시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배기가스 후처리 시스템은 엔진에서 배출되는 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하는 가솔린 여과 필터, 상기 가솔린 여과 필터의 전단 및 후단 각각에 배치되어 전단 온도 및 후단 온도를 측정하는 제1 및 제2 온도 센서, 상기 가솔린 여과 필터를 제어하기 위한 차량 상태 데이터를 검출하는 데이터 검출기, 및 상기 차량 상태 데이터를 기반으로 연료 차단(Fuel cut)을 수행하고, 상기 제1 및 제2 온도 센서에서 측정한 온도 정보를 이용하여 제어 조건에 만족하는지를 판단하고, 제어 조건에 만족하면 상기 가솔린 여과 필터 내의 수트 량을 초기화하는 제어기를 포함한다

Description

재생 후 가솔린 여과 필터에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 방법 및 이를 이용한 가솔린 여과 필터의 재생 방법 및 시스템{METHOD OF CALCULATIONG SOOT AMOUNT TRAPPED IN GASOLINE PARTICULATE FILTER AFTER REGERATION AND METHOD AND SYSTEM OF REGENERATING GASOLINE PARTICULATE FILTER USING THE SAME}
본 발명은 가솔린 여과 필터에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 방법 및 이를 이용한 가솔린 여과 필터의 재생 방법 및 시스템에 관한 것으로, 구체적으로 가솔린 여과 필터의 전단 및 후단의 산소량을 기반으로 가솔린 여과 필터에서 연소된 수트량을 예측하고, 상기 연소된 수트량으로부터 가솔린 여과 필터에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하며, 상기 잔존 수트량을 이용하여 가솔린 여과 필터의 재생을 제어하는 가솔린 여과 필터에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 방법 및 이를 이용한 가솔린 여과 필터의 재생 방법 및 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 내연기관에서 연비 및 성능을 개선하기 위해서는 가솔린 직접 분사(Gasoline Direct Injection: GDI) 기술이 개발되고 있다. 이러한 가솔린 직접 분사가 적용된 엔진은 연료를 흡기관 내부로 분사하지 않고, 연소실로 직접 분사하는 가솔린 엔진에서의 분사 방식을 말한다.
이는 점화 플러그 주위의 공연비를 농후하게 하므로 희박한 공연비에서도 엔진 작동이 가능한데, 가솔린 직접 분사 기술 개발로 인하여 연소실 내의 불완전 연소 구간의 증가에 따라 입자상 물질(Particulate Matters: PM) 발생이 문제되고 있다.
특히, 최근에 입자상 물질은 인체에 큰 해를 미치며, 대기를 오염시키는 가장 중요한 주원인으로 각종 매체에서 보도되고 있다.
이러한 입자상 물질을 줄이는 수단으로 가솔린 자동차의 배기계에 가솔린 여과 필터(Gasoline Particulate Filter: GPF)를 장착하고 있다.
엔진에서 배출된 배기가스가 가솔린 여과 필터를 지나갈 때, 배기가스 내의 입자상 물질이 가솔린 여과 필터에 포집된다. 그런데, 가솔린 여과 필터에 포집된 입자상 물질의 양이 증가하면, 배압이 증가하게 되어 엔진 성능이 저하되게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 가솔린 여과 필터 내에 포집된 입자상 물질은 주기적으로 제거해야 하며, 입자상 물질을 제거하기 위해 널리 사용되는 방법은 입자상 물질을 태우는 것이다. 이를 "재생"이라고 한다. 즉, 가솔린 여과 필터 내에 포집된 입자상 물질(즉, 수트)의 양이 일정 수준 이상이 되면, 배기 가스의 온도를 발화 온도 이상으로 상승시켜 수트를 태워 제거하게 된다.
이 때, 가솔린 여과 필터에 포집된 수트 량이 너무 많으면, 재생 시 가솔린 여과 필터의 온도가 과도하게 상승하여 가솔린 여과 필터가 파손될 위험이 있다. 따라서 수트의 재생을 제어 하기 위해서 가솔린 여과 필터에 잔존하는 수트 량을 정확히 예측할 필요가 있고, 이를 위하여 재생 시 연소되는 수트 량을 정확히 예측할 필요가 있다.
재생 시 연소되는 수트 량을 예측하는 종래의 방법은 GPF의 온도, GPF에 공급되는 산소량, GPF에 흘러가는 배기가스의 유량에 따른 수트 연소 량을 맵 데이터에 저장하고, 현재의 GPF 온도, 현재 공급되는 산소량, 현재 배기가스의 유량을 맵 데이터에 입력하여 재생 시 연소되는 수트 량을 예측하고 있다.
그러나 가솔린 여과 필터의 실제 수트 연소 량은 재(ash)가 많이 포집된 경우, 온도 센서 값이 부정확한 경우, 수트가 극단적으로 가솔린 여과 필터의 가장 자리에 몰려 있는 등 불균등하게 포집된 경우 등 다양한 경우에 영향을 받는 바, 수트 연소 량 예측 방법의 보완이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 가솔린 여과 필터(Gasoline Particulate Filter: GPF)의 전단과 후단에 각각 산소 센서를 장착하여 재생 후 가솔린 여과 필터에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 방법 및 이를 이용한 가솔린 여가 필터의 재생 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 재생 후 가솔린 여과 필터(Gasoline Particulate Filter: GPF)에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 방법은 배기 가스가 가솔린 여과 필터를 지나가며 감소된 산소량을 계산하는 단계; 상기 감소된 산소량과 가솔린 여과 필터의 산소 저장 능력에 따라 재생 시 수트 연소에 사용된 산소량을 계산하는 단계; 상기 수트 연소에 사용된 산소량을 기초로 수트 연소량을 계산하는 단계; 그리고 이전 재생 후 수트 포집량과 수트 연소 량을 기초로 가솔린 여과 필터에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 단계;를 포함할 수 있다.
재생 후 가솔린 여과 필터에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 방법은 연료 컷 상태에서 수행될 수 있다.
재생 후 가솔린 여과 필터에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 방법은 연료 컷 상태에서 가솔린 여과 필터 전단의 배기가스에 포함된 산소의 량이 설정 량 이상인 경우 수행될 수 있다.
상기 가솔린 여과 필터의 전단 및 후단에는 각각 제1, 2 산소센서가 장착되어 있고, 상기 제1, 2 산소센서의 측정 값을 기초로 배기 가스가 가솔린 여과 필터를 지나가며 감소된 산소량을 계산할 수 있다.
상기 가솔린 여과 필터의 산소 저장 능력은 가솔린 여과 필터에 포함된 산소 저장 물질의 양에 따라 결정될 수 있다.
상기 가솔린 여과 필터의 산소 저장 물질은 세륨 일 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 가솔린 여과 필터의 재생 방법은 이전 재생 시 수트 잔존량을 계산하는 단계; 이전 재생 후 가솔린 여과 필터 내에 포집되는 수트 포집량을 축적하는 단계; 상기 수트 잔존량과 상기 수트 포집량을 기초로 가솔린 여과 필터 내의 수트량을 계산하는 단계; 그리고 상기 가솔린 여과 필터 내의 수트량이 설정 량 이상이 되면 가솔린 여과 필터를 재생하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 이전 재생 시 수트 잔존량을 계산하는 단계는 배기 가스가 가솔린 여과 필터를 지나가며 감소된 산소량을 계산하는 단계; 상기 감소된 산소량과 가솔린 여과 필터의 산소 저장 능력에 따라 재생 시 수트 연소에 사용된 산소량을 계산하는 단계; 상기 수트 연소에 사용된 산소량을 기초로 수트 연소량을 계산하는 단계; 그리고 이전 재생 후 수트 포집량과 수트 연소량을 기초로 가솔린 여과 필터에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 단계;를 통해 계산하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 가솔린 여과 필터의 재생 시스템은 연료와 공기의 혼합기를 연소시켜 동력을 생산하고, 연소 과정에서 발생한 배기 가스를 배기 파이프를 통하여 외부로 배출하는 엔진; 상기 배기 파이프에 장착되어 있으며, 배기가스의 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물을 저감시켜주는 삼원 촉매(Three Way Catalyst: TWC); 상기 삼원 촉매의 후단 상기 배기 파이프에 장착되어 있으며, 엔진에서 배출되는 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하는 가솔린 여과 필터(Gasoline Particulate Filter: GPF); 상기 GPF의 전단 및 후단의 배기파이프에 각각 장착되어 있으며, 상기 GPF의 전단 및 후단에 유입되는 배기가스의 산소 농도를 측정하는 제1 및 제2 산소센서; 상기 GPF 를 제어하기 위한 차량 상태 데이터를 검출하는 데이터 검출기; 및
상기 차량 상태 데이터를 기반으로 연료 차단 상태인지 판단하고, 상기 제1 및 제2 산소 센서의 측정 값을 이용하여 GPF 에 잔존하는 수트 재생 후 수트 잔존량을 계산하고, 수트 재생 후 수트 잔존량과 재생 후 GPF에 포집되는 수트 포집량을 기초로 GPF 내의 수트량을 계산하며, 상기 GPF 내의 수트량이 설정량 이상이 되면 GPF 를 재생시키도록 하는 제어기;를 포함하며, 상기 제어기는 상기 본 발명의 실시예에 따라 재생 후 GPF에 잔존하는 수트 잔존량을 계산할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 가솔린 여과 필터의 전단 및 후단의 산소 센서 시그널을 기반으로 하여 수트 연소 량을 간접적으로 계산할 수 있고, 이를 통해 가솔린 여과 필터에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하여 수트 재생을 제어하는 바, 가솔린 여과 필터의 파손을 막을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가솔린 여과 필터의 재생 시스템을 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수트 재생 후 가솔린 여과 필터에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가솔린 여과 필터 내에 있는 수트 재생을 제어하는 방법을 나타낸 순서도이다.
이하 첨부된 도면과 설명을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 배기가스 후처리 시스템 및 이의 제어 방법에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 다만, 하기에 도시되는 도면과 후술되는 상세한 설명은 본 발명의 특징을 효과적으로 설명하기 위한 여러 가지 실시 예들 중에서 바람직한 하나의 실시 예에 관한 것이다. 따라서, 본 발명의 실시 예들은 하기의 도면과 설명에만 한정되어서는 아니 될 것이다.
또한, 하기에서 본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 이하 실시 예는 본 발명의 핵심적인 기술적 특징을 효율적으로 설명하기 위해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 명백하게 이해할 수 있도록 용어를 적절하게 변형, 또는 통합, 또는 분리하여 사용할 것이나, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 결코 아니다.
이하, 본 발명의 일 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 가솔린 여과 필터 내의 수트 재생 시스템을 도시한 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 가솔린 여과 필터의 수트 재생 시스템은 엔진(100), 배기 파이프(110), 삼원 촉매(120), 가솔린 여과 필터(Gasoline Particulate Filter; GPF)(130), 제1 산소 센서(140), 제2 산소 센서(145), 데이터 검출기(160) 및 제어기(170)를 포함한다.
엔진(100)은 연료와 공기가 혼합된 혼합기를 연소시켜 화학적 에너지를 기계적 에너지로 변환한다. 즉, 엔진(100)은 흡기 매니폴드(103)에 연결되어 연소실(105) 내부로 공기를 유입받으며, 연소실(105)에는 인젝터(109)가 장착되어 연소실(105) 내부로 분사한다. 여기서는 가솔린 직접 분사 엔진을 예시하나, 이에 한정되지 아니한다. 즉, 엔진(100)은 흡기 매니폴드(103)로부터 혼합기를 공급 받을 수 있다.
엔진(100)은 배기 매니폴드(107)에 연결되어 연소 과정에서 발생된 배기가스는 배기 매니폴드(107)에 모인 후 차량의 외부로 배출된다. 이러한 배기가스에는 입자상 물질(Particulate Matter: PM)이 포함되어 있으며, 입자상 물질은 수트, 유기성용해물질 및 가본입자 등을 포함하고 있다.
배기 파이프(110)는 배기 매니폴드에 연결되어 배기가스를 차량의 외부로 배출시킨다. 배기 파이프(110) 상에는 삼원 촉매(120) 및 GPF(130)가 장착되어 배기가스 내에 포함된 유해 물질 및 입자상 물질을 제거한다.
삼원 촉매(120)는 배기 파이프(110)에 배치되어 배기가스의 유해성분인 탄화수소계 화합물, 일산화탄소 및 질소산화물(NOX)과 반응하여 이들 화합물을 CO2, H20, N2등으로 변환시켜 주는 촉매이다. 주로 Pt/Rh, Pd/Rh 또는 Pt/Pd/Rh계가 이용된다.
GPF(130)는 배기 파이프(110) 상에 배치되며, 배기가스에 포함된 입자상 물질을 걸러주기 위한 필터이다.
입자상 물질의 대부분을 차지하는 것은 수트라고 불리는 탄화수소인데, 이러한 수트는 연료가 제대로 연소되지 않을 때 발생하는 것이다. 이에 GPF(130)는 촉매 필터를 이용하여 수트를 포함한 입자상 물질을 포집한다.
GPF(130)는 엔진(100)에서 배출한 배기가스에 포함된 수트를 포집하여 여과하고, 내부의 포집된 수트량에 따라 자동으로 재생 과정으로 거치게 된다. 이러한 재생 과정은 엔진(100)의 배기행정에 연료를 후분사하여 배기가스의 온도를 상승시킴으로써 촉매를 활성화시켜 수트의 산화를 돕거나 남아있는 입자상 물질을 태워 재로 만드는 과정이다.
제1 산소 센서(140)는 GPF(130)의 전단에 배치되어 GPF(130)로 유입되는 배기가스의 산소 농도를 측정한다. 제1 산소 센서(140)는 측정한 산소 농도 정보를 제어기(170)에 제공한다.
제2 산소 센서(145)는 GPF(130)의 후단에 배치되어 GPF(130)에서 배출되는 배기가스의 산소 농도를 측정한다. 제2 산소 센서(145)는 측정한 산소 농도 정보를 제어기(170)에 제공한다.
데이터 검출기(160)는 차량의 운전 상태를 판단하기 위한 차량 상태 데이터를 측정하고, 상기 차량 상태 데이터를 제어기(170)에 전달한다. 차량 상태 데이터에는 브레이크 페달 위치 값, 가속페달 위치 값, 차속, 현재 계합된 변속단, 연료 분사량 및 연료 분사 시기 등을 포함할 수 있다.
제어기(170)는 제1 산소 센서(140)에서 측정한 산소 농도 정보 및 제2 산소 센서(145)에서 측정한 산소 농도 정보를 기초로 엔진(100)을 제어한다.
제어기(170)는 차량 상태 데이터를 기반으로 연료 차단(Fuel cut)을 수행한다.
제어기(170)는 연료 차단 시, 제1 산소 센서(140) 및 제2 산소 센서(145)에서 측정한 산소 농도를 이용하여 GPF(130)에서 감소된 산소량을 계산하고, 감소된 산소량을 기반으로 수트 연소시 사용된 산소량을 계산하여 수트 연소량을 계산한다. 재생 후 수트 잔존량과 이전 재생 후 GPF에 포집되는 수트 포집량을 기초로 GPF 내의 현재 수트량을 계산한다. GPF 내의 현재 수트량이 설정량 이상이 되면 제어기(170)는 엔진(100)을 제어하여 GPF를 강제 재생시킨다.
상기 설정 량은 시스템마다 다를 수 있으며, 일반적으로 GPF에 포집된 수트량이 3g/L 이상이면 자연 재생 시 GPF가 고온에 노출 될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수트 재생 후 GPF에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수트 재생 후 GPF에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 방법은 GPF(130)의 전단 및 후단 각각에 배치된 제1, 제2 산소 센서(140, 145)를 이용하여 GPF 전/후단의 산소 농도를 측정함으로써 시작된다(S200).
또한, 제어기(170)는 데이터 검출기(160)에서 검출된 차량 상태 데이터를 기초로 차량 운행 상태가 연료 차단 상태인지를 판단한다(S210). 연료 차단 상태를 판단하는 방법은 당업자에게 널리 알려져 있으므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
S210 단계에서 차량 운행 상태가 연료 차단 상태가 아니면, S200 단계로 돌아가 GPF 전/후단의 산소 농도를 계속하여 측정한다. S210 단계에서 차량 운행 상태가 연료 차단 상태이면, 제어기(170)는 GPF 전단의 산소 농도가 설정 값 이상인지를 판단한다(S220). 비록 제1 산소 센서(140)의 측정값에 오차가 있다고 하더라도, 연료 차단 상태가 되어 대기 중의 산소가 GPF에 유입되는 경우 제1 산소 센서(140)가 측정한 GPF 전단의 산소 농도는 설정 값 이상이 된다. 만일 GPF 전단의 산소 농도가 설정 값 이상이면 GPF에 공급되는 산소 농도는 대기 중의 산소 농도와 같다고 가정한다.
S220 단계에서 GPF 전단의 산소 농도가 설정 값 미만이면, 제어기(170)는 대기 중의 산소가 GPF에 공급되지 아니한다고 판단하고, S200 단계로 돌아가 GPF 전/후단의 산소 농도를 계속하여 측정한다. S220 단계에서 GPF 전단의 산소 농도가 설정 값 이상이면, 제어기(170)는 GPF에서 감소된 산소량을 계산한다(S230).
GPF에서 감소된 산소량을 계산하는 방법을 간단히 설명하면 다음과 같다.
앞에서 언급한 바와 같이, GPF에는 대기 중의 산소 농도(예를 들어, 20.6%)를 가진 공기가 공급된다고 가정한다. 제2 산소 센서(145)는 GPF 후단의 산소 농도를 측정하고 제어기(170)는 GPF에 공급된 산소 농도와 GPF 후단의 산소 농도를 이용하여 GPF 전/후단의 산소 농도 차이를 구하고, 배기유량에 상기 산소 농도 차이를 곱하여 GPF에서 감소된 산소량을 계산한다.
그 후, 제어기(170)는 수트 연소시 사용된 산소량을 계산한다(S240). GPF에서 감소된 산소량은 수트 소모에 사용된 산소량과 GPF에 저장된 산소량을 포함한다. GPF에 저장된 산소량은 GPF에 포함된 산소 저장 물질의 양에 따라 달라지며, 이는 GPF의 종류에 따라 달라진다. 예를 들어, 산소 저장 물질이 세륨인 경우, Ce2O3 + 1/2O2-> CeO2 반응에 의해 GPF에 공급된 산소 중 일부가 저장된다. 따라서, GPF에 저장된 산소량은 GPF에 포함된 Ce의 양에 따라 정해지거나 수트 없는 GPF에 산소를 공급하여 저장된 산소량을 직접 측정함으로써 계산될 수 있다. 일반적으로는 GPF의 산소 저장량은 0.5이상 2g 이하의 값을 가질 수 있으며, 이는 촉매의 종류 및 GPF의 열화도에 따라 정해질 수 있다. 따라서, 제어기(170)는 GPF에서 감소된 산소량에서 GPF에 저장된 산소량을 빼서 수트 연소 시 사용된 산소량을 구할 수 있다.
그 후, 제어기(170)는 탄소가 산소와 반응하여 이산화탄소가 만들어지는 반응식(C + O2 -> CO2 )과 상기 수트 연소시 사용된 산소량을 이용하여 수트 재생에 사용된 수트 연소량을 계산한다(S250).
예를 들어, 산소 소모량이 6.36 g이고 GPF의 촉매에 저장된 산소량이 1.07 g이라면, 수트 연소 시 사용된 산소 소모량은 6.36 g - 1.07 g 인 5.29 g 이다. 탄소의 산화 식을 이용하면 수트 연소량은 5.29*12/32 인 1.99g 이 된다.
그 후, 제어기(170)는 수트 재생 전의 수트 포집량에서 S250 단계에서 구한 수트 연소량을 빼서 이전 재생 후 수트 잔존량을 구한다(S260). 수트 재생 전의 수트 포집량은 수트 재생 전 GPF의 온도, 수트 재생 전 공급되는 산소량, 수트 재생 전 배기가스의 유량을 맵 데이터에 입력하여 간접적으로 구할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 GPF 내에 있는 수트 재생을 제어하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 GPF 내에 있는 수트 재생을 제어하는 방법은 수트 재생 후 GPF에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 것에서 시작된다(S310). 수트 재생 후 GPF에 잔존하는 수트 잔존량은 S260 단계에서 구한 값으로 할 수 있다.
그 후, 제어기(170)는 수트 재생 후 GPF에 포집되는 수트 포집량을 축적한다(S320). GPF에 포집되는 수트 포집량은 수트 재생 전 GPF의 온도, 수트 재생 전 공급되는 산소량, 수트 재생 전 배기가스의 유량을 맵 데이터에 입력하여 간접적으로 구할 수 있다.
또한 제어기(170)는 S260 에서 구한 수트 재생 후 수트 잔존량에 수트 재생후수트 포집량을 합하여 GPF내의 수트량을 계산한다(S330).
제어기(170)는 GPF내의 수트량이 설정량 초과인지 판단한다(S340). GPF내의 수트량이 설정량 미만이면 제어기(170)는 S320 단계로 돌아가 수트 재생 후 수트 포집량을 축적한다. S340 단계에서 GPF내의 수트량이 설정량 초과이면, 제어기(170)는 수트의 강제 재생을 실시한다(S350).
상기 GPF내의 수트량의 설정량은 시스템에 따라 다르며, 일반적으로 GPF내에 수트량의 설정량은 3g/L 정도이다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 엔진
103: 흡기 매니폴드
105: 연소실
107: 배기 매니폴드
109: 인젝터
110: 배기 파이프
120: 삼원 촉매(TWC)
130: 가솔린 여과 필터(GPF)
140: 제1 산소센서
145: 제2 산소센서

Claims (9)

  1. (a) 배기 가스가 가솔린 여과 필터(Gasoline Particulate Filter: GPF)를 지나가며 감소된 산소량을 계산하는 단계;
    (b) 상기 감소된 산소량과 GPF 의 산소 저장 능력에 따라 재생 시 수트 연소에 사용된 산소량을 계산하는 단계;
    (c) 재생 시 상기 수트 연소에 사용된 산소량을 기초로 수트 연소량을 계산하는 단계; 그리고
    (d) 재생 전 수트 포집량과 상기 수트 연소량을 기초로 GPF 에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 단계;
    를 포함하는 재생 후 GPF 에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계 내지 (d) 단계는 연료 컷 상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는 재생 후 GPF 에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 (a) 단계 내지 (d) 단계는 연료 컷 상태에서 GPF 전단의 배기가스에 포함된 산소 농도가 설정 농도 이상인 경우 수행되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 재생 후 GPF 에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 가솔린 여과 필터의 전단 및 후단에는 각각 제1, 2 산소센서가 장착되어 있고,
    상기 (a) 단계는 상기 제1, 2 산소센서의 측정 값을 기초로 수행되는 것을 특징으로 하는 재생 후 GPF 에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 GPF 의 산소 저장 능력은 GPF 에 포함된 산소 저장 물질의 양에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 재생 후 GPF 에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 산소 저장 물질은 세륨계 물질인 것을 특징으로 하는 재생 후 GPF에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 방법.
  7. 수트 재생 후 GPF 에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 단계;
    수트 재생 후 GPF 에 포집되는 수트 포집량을 축적하는 단계;
    상기 수트 잔존량과 상기 수트 포집량을 기초로 GPF 내의 수트량을 계산하는 단계; 그리고
    상기 GPF 내의 수트량이 설정량 이상이 되면 GPF 를 재생시키는 단계;
    를 포함하며,
    상기 수트 재생 후 GPF 에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 단계는 제1항의 방법에 따라 계산하는 것을 특징으로 하는 GPF의 재생 방법.
  8. 연료와 공기의 혼합기를 연소시켜 동력을 생산하고, 연소 과정에서 발생한 배기 가스를 배기 파이프를 통하여 외부로 배출하는 엔진;
    상기 배기 파이프에 장착되어 있으며, 배기가스의 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물을 저감시켜주는 삼원 촉매(Three Way Catalyst: TWC);
    상기 삼원 촉매의 후단 상기 배기 파이프에 장착되어 있으며, 엔진에서 배출되는 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하는 가솔린 여과 필터(Gasoline Particulate Filter: GPF);
    상기 GPF 의 전단 및 후단의 배기파이프에 각각 장착되어 있으며, 상기 GPF의 전단 및 후단에 유입되는 배기가스의 산소 농도를 측정하는 제1 및 제2 산소센서;
    상기 GPF 를 제어하기 위한 차량 상태 데이터를 검출하는 데이터 검출기; 및
    상기 차량 상태 데이터를 기반으로 연료 차단 상태인지 판단하고, 상기 제1 및 제2 산소 센서의 측정 값을 이용하여 GPF 에 잔존하는 수트 재생 후 수트 잔존량을 계산하고, 수트 재생 후 수트 잔존량과 재생 후 GPF에 포집되는 수트 포집량을 기초로 GPF 내의 수트량을 계산하며, 상기 GPF 내의 수트량이 설정량 이상이 되면 GPF 를 재생시키도록 하는 제어기;를 포함하는 GPF 의 재생 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어기는
    배기 가스가 가솔린 여과 필터(Gasoline Particulate Filter: GPF)를 지나가며 감소된 산소량을 계산하고,
    상기 감소된 산소량과 GPF 의 산소 저장 능력에 따라 재생 시 수트 연소에 사용된 산소량을 계산하며,
    재생 시 상기 수트 연소에 사용된 산소량을 기초로 수트 연소량을 계산하고,
    재생 전 수트 포집량과 상기 수트 연소량을 기초로 상기 재생 후 GPF 에 잔존하는 수트 잔존량을 계산하는 것을 특징으로 하는 GPF 의 재생 시스템.
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