KR20050021008A - Method for regenerating a motor vehicle particle filter and system for controlling regeneration of such a filter - Google Patents
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Abstract
본 발명은 필터의 충전 수치가 소정의 한계치를 초과할 경우 필터의 재생 수단을 작동시키는 자동차의 입자 필터(36)의 재생 방법에 관한 것이다. 이러한 방법은 재생 수단의 작동 조건의 대표적인 변수를 연산하는 단계와, 이러한 변수의 값에 따라 재생 수단의 작동을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a method for regenerating a particle filter 36 of an automobile which activates the regeneration means of the filter when the fill value of the filter exceeds a predetermined limit. The method is characterized in that it comprises calculating representative variables of the operating conditions of the reproducing means, and controlling the operation of the reproducing means in accordance with the values of these variables.
Description
본 발명은 자동차의 입자 필터의 재생 방법 및 이러한 필터의 재생을 제어하기 위한 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method for regenerating a particle filter of an automobile and to a system for controlling the regeneration of such a filter.
자동차, 특히 디젤 자동차의 연소 과정에서의 불균질성으로 인해 자동차에서 효과적으로 연소될 수 없는 탄소 입자가 배출된다. 이에 의해, 배기관의 출구에서는 디젤 엔진의 특징인 검은 연기가 배출되게 된다. 이러한 현상은 특히 시동 단계시 그리고 강력한 가속시 두드러진다.Inhomogeneities in the combustion process of automobiles, especially diesel vehicles, result in the release of carbon particles that cannot be effectively burned in the vehicle. As a result, black smoke, which is characteristic of the diesel engine, is discharged from the outlet of the exhaust pipe. This is especially true at the start-up stage and during strong acceleration.
엔진의 배기관에 입자 필터가 존재하면 대기로 배출되는 입자, 먼지 및 기타 검댕의 양을 상당히 감소시킬 수 있으며 환경 오염 방지 기준도 충족할 수 있게 된다.The presence of a particle filter in the engine's exhaust pipe can significantly reduce the amount of particles, dust and other soot emitted to the atmosphere and meet environmental protection standards.
이러한 재생 장치는 필터에 포획된 입자를 주기적으로 연소시킬 수 있어 필터가 입자로 폐색되는 것을 방지할 수 있다.Such a regeneration device can periodically burn particles trapped in the filter, thereby preventing the filter from being blocked by the particles.
이는 입자 필터 내의 온도를 550℃∼600℃의 온도까지 승온시킴으로써 수행되며, 이러한 온도는 필터 내에 보유된 탄소 입자를 자발적으로 연소시키게 된다.This is done by raising the temperature in the particle filter to a temperature of 550 ° C. to 600 ° C., which will spontaneously burn the carbon particles retained in the filter.
이러한 입자의 연소는 엔진의 작동 조건에 따라서 에너지 방출을 야기하게 된다. 이러한 에너지는 엔진으로부터 배출된 배기 가스 흐름에 의하여 배기되며, 필터를 충전시키는 검댕층으로 전달되며, 입자 필터 또는 일반적으로는 오염 방지 시스템의 구성에 유입된 각종 엘리먼트에 전달될 수 있다.The combustion of these particles causes energy release depending on the operating conditions of the engine. This energy is exhausted by the exhaust gas stream exiting the engine, delivered to the soot bed which fills the filter, and can be delivered to various elements introduced into the particulate filter or generally in the construction of a pollution prevention system.
또한, 자동차의 운행 조건에 따라서, 탄소 입자의 연소에 의하여 방출된 에너지가 더 이상 배기되지 않는 일이 발생할 수도 있다. 이러한 상황은 생성된 화학 반응 속도 및 반응의 가속을 상당히 증가시킨다. 이러한 유형의 과정은 입자의 여과 시스템의 열화를 초래할 경우 발생하게 된다.In addition, depending on the driving conditions of the vehicle, it may occur that the energy released by the combustion of the carbon particles is no longer exhausted. This situation significantly increases the rate of chemical reaction produced and the acceleration of the reaction. This type of process occurs when it results in degradation of the filtration system of the particles.
그래서, 여과 시스템의 작동 상태의 진단 장치는 일반적으로 입자 필터 내에 축적된 검댕의 양이 완벽하게 제어 가능한 조건하에서 재생을 실시할 수 있도록 할 경우, 일반적으로 재생을 개시하게 된다.Thus, the diagnostic apparatus of the operating state of the filtration system generally starts regeneration when the amount of soot accumulated in the particle filter allows regeneration to be performed under perfectly controllable conditions.
그럼에도 불구하고, 예를 들면 도시 환경에서와 같은 매우 특수한 운행 조건에서는, 재생의 개시를 위한 필수 조건이 도달되지 않을 수도 있다. 이러한 조건에서의 재생의 개시는 여과 시스템에 대하여 유해한 결과를 도출할 수도 있다.Nevertheless, in very specific operating conditions, for example in an urban environment, the necessary conditions for the initiation of regeneration may not be reached. Initiation of regeneration at these conditions may lead to deleterious consequences for the filtration system.
따라서, 본 발명의 목적은 자동차의 운행 조건에 따라서 여과 시스템에 대한 재생의 결과를 결정할 수 있는 입자 필터의 재생 방법을 제공하고자 하는 것이다.It is therefore an object of the present invention to provide a method for regenerating a particle filter which can determine the result of regeneration for a filtration system in accordance with the driving conditions of an automobile.
이에 따라, 본 발명은 필터의 충전 레벨이 소정의 한계치를 넘게 되면 필터 재생 수단을 실행하는 자동차의 입자 필터의 재생 방법에 관한 것이다.Accordingly, the present invention relates to a method for regenerating a particle filter of an automobile which executes filter regenerating means when the filling level of the filter exceeds a predetermined limit.
본 발명의 일반적인 특징에 따르면, 재생 수단의 작동 조건의 대표적인 변수를 연산 처리하고, 이러한 변수의 값에 따라서 재생 수단의 직동을 제어한다.According to a general feature of the present invention, the representative variable of the operating conditions of the reproducing means is arithmetic and the linearity of the reproducing means is controlled in accordance with the value of this variable.
이러한 재생 방법의 기타의 특징에 따르면, 변수의 연산은 자동차의 운행 중 영구적으로 수행된다.According to another feature of this regeneration method, the calculation of the variable is carried out permanently during driving of the vehicle.
이러한 변수의 연산은 예를 들면 재생 수단의 실시 중에 수행된다.The calculation of these variables is carried out, for example, during the implementation of the reproducing means.
본 발명에 따른 방법의 기타의 특징에 의하면, 재생 수단의 작동의 대표적인 변수는 소정의 기간 동안, 자동차로부터 배출된 배기 가스의 유량과, 재생 수단의 가동 중에 연소된 검댕의 중량의 비율로 이루어진다.According to another feature of the method according to the invention, a representative variable of the operation of the regeneration means consists of the ratio of the flow rate of exhaust gas discharged from the motor vehicle and the weight of soot burned during operation of the regeneration means for a predetermined period of time.
예를 들면, 재생 수단의 작동 조건의 대표적인 변수는 배기 가스의 순간 유량 및 검댕의 연소 속도의 비율로 이루어진다.For example, a representative variable of the operating conditions of the regeneration means consists of the ratio of the instantaneous flow rate of the exhaust gas and the combustion rate of soot.
본 발명의 실시예에 따르면, 재생 수단의 작동은 상기 변수값과 메모리에 저장된 1 이상의 한계치 간의 비교로부터 제어된다.According to an embodiment of the invention, the operation of the reproducing means is controlled from a comparison between the variable value and one or more threshold values stored in the memory.
본 발명의 또다른 실시예에 따르면, 배기 가스의 유량은 자동차의 엔진 작동 관리의 중앙 연산기에서 메모리에 저장된 카르토그램(cartogram)으로부터 추출된다.According to another embodiment of the present invention, the flow rate of the exhaust gas is extracted from a cartogram stored in a memory in the central calculator of the engine operation management of the vehicle.
연소된 검댕의 중량은, 예를 들면 중앙 연산기의 메모리에 저장된 카르토그램으로부터 추출된다. 또한, 이러한 중량은 먼저 연소된 검댕의 중량 및 필터의 재생 속도로부터 결정될 수 있다.The weight of the burnt soot is extracted from, for example, a cartogram stored in the memory of the central operator. This weight can also be determined from the weight of the soot burned first and the regeneration rate of the filter.
유리한 실시예에 따르면, 필터의 재생 속도는 입자 필터의 내부 온도에 따라서 자동차의 작동 관리의 중앙 연산기에서 메모리에 저장된 카르토그램으로부터 추출된다.According to an advantageous embodiment, the regeneration rate of the filter is extracted from the cartogram stored in the memory in the central calculator of the motor vehicle's operation management in accordance with the internal temperature of the particle filter.
마지막으로, 입자 필터의 내부 온도 Tfap는 예를 들면 하기 수학식 1로부터 연산된다.Finally, the internal temperature T fap of the particle filter is calculated from Equation 1 below.
상기 수학식에서,In the above equation,
Te는 입자 필터의 유입 온도를 나타내며,T e represents the inlet temperature of the particle filter,
Ts는 입자 필터의 배출 온도를 나타내며,T s represents the discharge temperature of the particle filter,
a는 중앙 연산기의 카르토그램으로부터 유입 온도(Te)및 배출 온도(Ts)간의 차이에 따라 결정되는 계수이다.It is a coefficient that is determined by the difference between the inlet temperature (T e) and a discharge temperature (T s) from a cartogram of the central computing unit.
본 발명에 따르면, 재생 수단의 작동을 야기하기 위한 입자 필터의 충전 레벨의 제어 수단을 포함하는 자동차의 입자 필터 재생의 제어 시스템에 관한 것이다.According to the invention, a control system for regenerating a particle filter of an automobile is provided which comprises means for controlling the filling level of the particle filter for causing the operation of the regenerating means.
이러한 시스템의 실시예에 따르면, 상기 변수값에 따른 재생 수단의 작동을 제어하기 위하여 재생 수단의 작동 조건의 대표적인 변수의 연산 수단을 더 포함한다.According to an embodiment of such a system, it further comprises means for calculating a representative variable of operating conditions of the reproducing means for controlling the operation of the reproducing means according to the variable value.
본 발명의 또다른 목적, 특징 및 잇점은 하기에서 예로서 제시하는 비제한적인 실시예에 의하여, 본 발명의 방법을 구현하는 입자 필터가 장착된 내연 기관의 구조를 개략적으로 도시하는 첨부 도면을 참조하면 명백할 것이다.Further objects, features, and advantages of the present invention refer to the accompanying drawings, which schematically illustrate the structure of an internal combustion engine equipped with a particle filter embodying the method of the present invention, by way of non-limiting example, which is presented by way of example below. Will be clear.
도 1에서, 도면 부호 10으로 나타낸 엔진은 터보컴프레서에 의하여 과잉 공급되는 디젤형 엔진을 나타낸다.In Fig. 1, the engine indicated by 10 denotes a diesel engine that is oversupplied by a turbo compressor.
도시한 예에서, 엔진(10)은 예를 들면 선으로 표시한 도면 부호 12의 4 개의 실린더를 포함한다. 이는 유량계(18)가 장착되어 있으며 공기 필터(도시하지 않음)를 구비한 공급 도관(16)에 의하여 공급되는 유입 분배기(14)에 의하여 신선한 공기를 공급하게 된다.In the example shown, the engine 10 comprises four cylinders, for example indicated by lines 12. It is supplied with fresh air by an inlet distributor 14 which is equipped with a flow meter 18 and is supplied by a supply conduit 16 with an air filter (not shown).
또한, 엔진 (10)에는, 실질적으로 접촉 산화 반응 포트(24) 및 입자 필터 (26)로 이루어진 입자 여과 시스템이 장착된 배기 라인(22)과 연통 상태로 배기 수집기(20)가 장착된다.The engine 10 is also equipped with an exhaust collector 20 in communication with an exhaust line 22 equipped with a particle filtration system consisting essentially of a contact oxidation reaction port 24 and a particle filter 26.
재순환 밸브(30)가 장착된 배기 가스의 재순환 회로(28)는 연소로부터의 배기 가스의 일부분을 회수하여 유입 분배기(14)로 재분사한다.An exhaust gas recycle circuit 28 equipped with a recycle valve 30 recovers a portion of the exhaust gas from combustion and re-injects it into the inlet distributor 14.
엔진(10)은 공급 회로(32)에 의하여 연료를 공급한다. 예를 들면, 이러한 공급 회로는 공통의 사면 및 고압 회로가 된다.The engine 10 supplies fuel by the supply circuit 32. For example, these supply circuits become common slope and high voltage circuits.
마지막으로, 도면 부호 34로 표시한 적합하게 프로그래밍된 연산기는 운전자에 의하여 요구되는 우력을 전달하기 위하여 엔진 점화 순간에 또는 분사된 연료의 함량을 관리하게 된다.Finally, a suitably programmed calculator, indicated at 34, will manage the amount of fuel injected or at the moment of engine ignition to deliver the required force by the driver.
특히, 연산기(34)는 유입 도관(16)을 구비한 유량계(18)로부터 입자 필터(26)의 하류 및 상류에서 배기 라인을 구비한 36과 같은 센서로부터의 측정 신호를 수신하고, 당업자에게 공지되어 있는 바와 같이 엔진의 기타의 작동 변수, 예컨대 엔진 작동의 운행 속도, 주위 공기 온도, 작동 유체의 온도 등의 측정치를 대입시킨다.In particular, operator 34 receives measurement signals from sensors such as 36 with exhaust lines downstream and upstream of particle filter 26 from flow meter 18 with inlet conduit 16 and known to those skilled in the art. As indicated, substitutions are made for measurements of other operating parameters of the engine, such as running speed of engine operation, ambient air temperature, temperature of working fluid, and the like.
연산기(34)에서 메모리에 저장된 카르토그램(38)으로부터 엔진의 여러 가지 작동 변수, 예를 들면 연료의 분사, 유입 및 배기 밸브의 들어올림, 재순환된 가스의 양을 제어하는 임의의 소재 수단 및 소프트웨어를 혼입할 수 있다.Any material means for controlling various operating parameters of the engine from the cartogram 38 stored in memory in the calculator 34, for example fuel injection, inlet and exhaust valve lift, amount of gas recycled and You can incorporate software.
특히, 입자 필터의 충전 레벨을 감시하며, 이러한 측정치가 소정의 한계치를 초과할 경우 필터 재생 수단(26)을 작동하게 된다. 이러한 재생 수단은 당업자에게 공지되어 있는 바와 같이 통상의 유형 수단에 의하여 이루어진다. 이는 이하에서 상세히 설명하지 않기로 한다.In particular, the filling level of the particle filter is monitored and the filter regenerating means 26 is activated when this measurement exceeds a predetermined limit. Such regeneration means is accomplished by conventional type means as is known to those skilled in the art. This will not be described in detail below.
그럼에도 불구하고, 이러한 수단은 필터(26)에 포함된 탄소 입자의 자발적인 점화에 필요한 에너지를 가하기 위하여 550℃∼600℃의 온도에서 가열되는 입자 필터에서의 특정 가스 환경을 생성할 수 있는 수단으로 이루어진다.Nevertheless, this means consists of means capable of creating a specific gaseous environment in the particle filter heated at a temperature of 550 ° C. to 600 ° C. in order to apply the energy required for spontaneous ignition of the carbon particles contained in the filter 26. .
필터 충전 레벨의 측정과 관련하여, 이것은 즉 입자 필터의 상류 및 하류에서 존재하는 압력차를 측정함으로써 여러 가지 수단에 의하여 수행할 수 있다.Regarding the measurement of the filter filling level, this can be done by various means, ie by measuring the pressure difference present upstream and downstream of the particle filter.
또한, 가스 유출물의 처리 시스템의 구조에 유입되는 부품을 열화시킬 수도 있는 조건에서 재생을 수행하지 않도록 하기 위하여, 연산기(34)는 자동차 운행 중에, 그리고 특히 재생 중에 재생 수단의 작동 조건의 대표적인 변수를 연산하며, 수행된 화학 반응의 가속을 나타내는 검댕의 연소에 의하여 방출되는 에너지가 더 이상 배기되지 않는 상황에서 재생을 실시하지 않도록, 연산된 변수의 값에 따라 이러한 재생 수단을 가동시킨다.In addition, in order not to perform regeneration under conditions that may deteriorate the components flowing into the structure of the gas effluent treatment system, the calculator 34 is configured to represent a representative variable of operating conditions of the regeneration means during driving of a vehicle and in particular during regeneration. This regeneration means is operated in accordance with the value of the calculated variable so that the regeneration is carried out in a situation where the energy released by the combustion of soot, which represents the acceleration of the chemical reaction performed, is no longer exhausted.
이러한 제어 변수는, 예를 들면 배기 가스의 유량과, 연소된 검댕의 중량의 비율로 이루어진다. 이러한 비율은 재생 중에, 재생 단계에 해당하는 하나의 기간까지의 제2의 단계가 될 수 있는 기간 동안 주기적으로 연산한다.This control variable consists of, for example, the ratio of the flow rate of the exhaust gas and the weight of the burned soot. This ratio is periodically calculated during the period of reproduction, which may be the second phase up to one period corresponding to the reproduction phase.
주지된 바와 같이, 이러한 기간이 초 단위인 경우, 이러한 비율은 사실상 배기 가스의 순간 유량과 검댕의 연소 속도간의 비율에 해당한다.As is well known, when this period is in seconds, this ratio actually corresponds to the ratio between the instantaneous flow rate of the exhaust gas and the burning rate of soot.
그리하여, 연산기(34)는 메모리에 이식되고 선행의 실시에 의하여 얻는 여연산치 및 한계치(d1ref 및 d2ref)간의 차를 연산한다.Thus, the operator 34 calculates the difference between the marginal values d1 ref and d2 ref that are implanted in the memory and obtained by the preceding implementation.
그리하여, 연산된 변수가 제1의 한계치(d1ref)보다 낮을 경우, 재생이 정상적으로 진행된 것으로 간주한다. 화학 반응의 실시에 의하여 생성된 에너지는 배기 가스 흐름에 의하여 완전 배기된다. 반대로, 변수가 d1ref 및 d2ref 사이에 포함될 경우, 재생이 가속될 우려가 있다.Thus, when the calculated variable is lower than the first limit d1 ref , it is regarded that playback has proceeded normally. The energy generated by carrying out the chemical reaction is completely exhausted by the exhaust gas stream. Conversely, when the variable is included between d1 ref and d2 ref , there is a fear that the reproduction is accelerated.
운행 조건 및 이에 따른 운전자의 요청은 이러한 가속의 분배에 영향을 미치게 된다. 이러한 조건에서는 입자 필터가 손상될 잠재적 위험성이 있다. 재생 속도를 제한 또는 감소시키도록 즉, 필요할 경우 재생을 중지하도록 연산기(34)는 재생 수단의 제어 절차의 수행을 야기하게 된다.The driving conditions and hence the driver's request will influence the distribution of this acceleration. Under these conditions there is a potential risk of damaging the particle filter. To limit or reduce the playback speed, i.e., to stop playback if necessary, the calculator 34 causes execution of the control procedure of the playback means.
마지막으로, 이러한 계산된 변수가 제2의 한계치 d2ref보다 클 경우, 재생이 가속되며, 필터가 손상된 것으로 간주한다. 이러한 변수와 한계치 d2ref와의 차이는 손상의 정도를 표시하게 된다. 자동차 운전자는 이러한 상황을 보고받게 되며, 이는 확인 및 정비를 위하여 차고로 가게 된다.Finally, if this calculated variable is greater than the second threshold d2 ref , playback is accelerated and the filter is considered damaged. The difference between this variable and the limit d2 ref indicates the extent of the damage. The motorist will be informed of this situation and will go to the garage for confirmation and maintenance.
재생 수단 작동의 제어 변수의 연산 절차와 관련하여, 가스 유량은 자동차의 작동 변수에 따른 카르토그램(30)을 추출하게 되는 값이다. 또한, 연소된 검댕의 양은 카르토그램(38)를 추출할 수 있다. 변형예에서, 이는 선행의 연산 기간 중 미리 연소된 검댕의 양 및 필터 재생 속도로부터 연산할 수 있다.Regarding the calculation procedure of the control variable of the operation of the regeneration means, the gas flow rate is a value from which the cartogram 30 is extracted according to the operating variable of the vehicle. In addition, the amount of burned soot can extract the cartogram 38. In a variant, it can be calculated from the amount of soot previously burned and the filter regeneration rate during the preceding calculation period.
환언하면, 순간 i+1에서의 검댕의 양 M(i+1)은 하기의 수학식 2로부터 결정된다.In other words, the amount of soot M (i + 1) at the instant i + 1 is determined from Equation 2 below.
상기 수학식에서, M(i)은 순간 i에서의 검댕의 양을 나타내며,In the above equation, M (i) represents the amount of soot at the instant i,
V(i)는 순간 i에서의 재생 속도를 나타낸다.V (i) represents the playback speed at the instant i.
또한, 재생 속도 V(i)는 하기의 수학식 3으로부터 입자 필터 (26)의 내부 온도에 따라서 카르토그램 (38)으로부터 추출된다:Also, the regeneration rate V (i) is extracted from the cartogram 38 according to the internal temperature of the particle filter 26 from the following equation:
상기 수학식에서,In the above equation,
Te는 입자 필터의 유입 온도를 나타내며,T e represents the inlet temperature of the particle filter,
Ts는 입자 필터의 배출 온도를 나타내고,T s represents the discharge temperature of the particle filter,
a는 중앙 연산기에서 카르토그램으로부터 유입 온도 Te와 배출 온도 Ts간의 차이에 따라 결정된 계수이다.a is a coefficient determined by the difference between the inlet temperature T e and the outlet temperature T s from the cartogram in the central calculator.
또는, 연소된 검댕의 중량을 연산하기 위하여, 연산기(34)는 전술한 수학식으로부터 입자 필터의 내부 온도의 계산 및, 해당 재생 속도를 카르토그램(38)으로부터 추출하여 이러한 재생 속도로부터 연소된 검댕의 중량을 연산할 수 있게 된다.Alternatively, in order to calculate the weight of the burned soot, the calculator 34 calculates the internal temperature of the particle filter from the above-described equation, and extracts the corresponding regeneration rate from the cartogram 38 to burn it from this regeneration rate. The weight of the soot can be calculated.
주지하는 바와 같이, 본 발명은 재생 중에 재생 조건에 관련된 위험을 표시하고, 입자 필터의 모든 열화를 방지하도록 재생 수단의 기능을 변형시킬 수 있다.As will be appreciated, the present invention may indicate the risks associated with the regeneration conditions during regeneration and may modify the function of the regeneration means to prevent any deterioration of the particle filter.
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Legal Events
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
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Payment date: 20120213 Year of fee payment: 4 |
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