KR20080055044A - 디젤매연필터의 비정상 연소 방지 방법 - Google Patents

디젤매연필터의 비정상 연소 방지 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디젤매연필터의 비정상 연소 방지 방법에 관한 것으로, 특히 차량의 운전 조건에 대한 제약으로부터 비교적 자유롭고, 추가적인 하드웨어 요구 없이 간단한 로직의 추가로, 비정상 연소가 일어날 확률이 높은 경우를 판단하여, 재생 속도가 상대적으로 느린 맵을 사용하여 필터의 느린 재생을 유도함으로써, 필터의 내구성을 향상시킬 수 있는 디젤매연필터의 비정상 연소 방지 방법에 관한 것이다.
본 발명의 디젤매연필터의 비정상 연소 방지 방법은, 디젤 차량의 디젤매연필터(CPF)에서 발생하는 비정상 연소(Uncontrolled Burning)을 방지하기 위한 방법에 있어서, 필터의 상태 정보 및 에러 발생 여부를 감시하는 단계(S10)와; 상기(S10) 단계 이후, 비정상 연소가 발생할 가능성을 판단하는 단계(S20)와; 상기 (S20) 단계에서 비정상 연소가 발생할 가능성이 있는 경우, 일반적인 필터 재생 맵(MAP)을 적용하는 단계(S30)와; 상기 (S20) 단계에서 비정상 연소가 발생할 가능성이 없는 경우, 비정상 연소 방지 재생 맵을 적용하는 단계(S40)로서, 상기 비정상 연소 방지 재생 맵은, 느린 재생 효율을 가지는 재생 온도를 유지하기 위한 공기량, 후분사량 및 타이밍 맵을 적용하는 것을 특징으로 한다.

Description

디젤매연필터의 비정상 연소 방지 방법{UNCONTROLLED BURNING PREVENTING-METHOD FOR CPF}
도 1은 온도에 따른 필터의 재생 효율을 도시한 그래프; 그리고,
도 2는 본 발명에 따르는 디젤매연필터의 비정상 연소 방지 방법을 도시한 플로우 챠트이다.
본 발명은 디젤매연필터의 비정상 연소 방지 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 차량의 운전 조건에 대한 제약으로부터 비교적 자유롭고, 추가적인 하드웨어 요구 없이 간단한 로직의 추가로, 비정상 연소가 일어날 확률이 높은 경우를 판단하여, 재생 속도가 상대적으로 느린 맵을 사용하여 필터의 느린 재생을 유도함으로써, 필터의 내구성을 향상시킬 수 있는 디젤매연필터의 비정상 연소 방지 방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 동력을 발생시키는 내연기관에서는 연료의 연소시 많은 양의 유해 미립자가 배출되게 되는데, 특히 디젤기관(Diesel engine)의 내연기관에서는 분사된 연료가 공기의 압축열로 자기 착화를 일으켜 연소되는 과정에서 열 에 너지가 기계적 에너지로 바뀌면서 입자상 물질, 질소 산화물, 미연 탄화수소, 일산화탄소, 냄새물질 등과 같은 많은 양의 유해 미립자(soot; 이하, '매연'이라 함)가 배출된다.
이러한 디젤기관의 연소과정에서 완전 연소되지 못한 연료는 매연이 되어 차량의 배기가스와 함께 대기 중으로 배출되므로 이러한 매연은 오존층 파괴와 같은 엄청난 결과를 초래할 뿐만 아니라, 각종 질환을 유발하는 대기오염의 주범으로 널리 알려져 있다. 최근 들어, 이러한 대기오염에 대한 심각성이 사회 전반의 시급한 해결과제로 대두됨에 따라 이러한 문제는 곧 세계 각국의 환경규제 조치와 맞물리게 되면서 상기한 차량의 배기가스에 대한 규제도 점점 엄격해지고 있는 것이 사실이다.
이를 위해 일반적으로 디젤연료를 사용하는 차량은 공해방지를 위해 배기가스를 배출하는 배기관 또는 기타 부분에 상기 배기가스가 외부로 배출되기 전에 배기가스 상에 포함된 유해한 입자상 물질을 걸러주기 위해 디젤매연필터(DPF 혹은 CPF)가 설치되어 있다.
그러나 이러한 필터를 교체하지 않고 장기간 사용하게 되면 배기가스의 입자상 물질이 필터의 수용능력 이상으로 포집되므로 결국에는 배기계통의 배압이 상승하게 되어 필터가 파손 또는 손상되는 등의 치명적인 문제점이 발생되므로 이를 위해 상기 필터의 전방에는 포집된 매연을 주기적으로 연소 및 제거시켜줄 수 있는 별도의 장치나 매연의 재생온도를 낮추어 줄 수 있는 촉매 등이 요구된다.
일반적으로 필터에 포집된 입자상 물질은 제거하는 방법(즉, 필터를 재생하 는 방법)으로는 열적 재생(Thermal regeneration)방법이 사용되고 있다. 필터에 포집된 입자상 물질을 열적 재생하기 위해서는 일반적으로 550~650℃의 온도가 요구되지만, 실제 디젤 엔진의 배기가스의 온도는 이에 미치지 않는다. 따라서 상기한 열적재생방법을 사용하기 위해서 연료버너, 전기히터, 마이크로 웨이브 혹은 후분사(post injection)와 같이 배기가스를 가열하는 등의 방법이 이용되고 있는 실정이다.
한편, 필터 파손의 주요 원인으로 비정상 연소(uncontrolled burning)가 있으며, 이는 특히 언덕을 오를 때 필터 내 매연이 발화되고 언덕을 넘은 후 오버런 상태가 되면, 발화된 필터에 공기가 과잉 공급되어 필터 내 온도가 급상승되고 배기압이 필터에 작용하여 필터가 파손되는 현상을 말한다. 이러한 비정상 연소로 인해서 필터가 파손되면 DPF 시스템의 수명이 단축되는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 종래에는 1) 애초에 과도한 매연이 쌍히는 것을 방지하는 방법과, 2) 재상 온도에 올라갔을 때, 후분사(post injection)량을 줄이거나 산소 농도를 낮춤으로써 추가적인 열 발생을 억제하고, 배기유량을 늘려서 이미 발생한 열을 뺏어 온도를 낮추는 크게 두 가지의 방안이 있었다.
그러나 위 1) 방법의 경우 적절한 시기에 차량의 조건이 맞지 않아 재생에 들어가지 못할 경우 또는 차량의 단품 문제 등에 의하여, 순간적으로 많은 매연이 쌓일 경우 대비가 어려웠다. 그리고 2) 방법의 경우 비정상 연소가 이미 발생한 뒤에 제어에 들어가므로 어느 정도의 필터 파손은 피할 수 없으며, 또 열의 특성상 제어 속도가 느리다는 단점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 차량의 운전 조건에 대한 제약으로부터 비교적 자유롭고, 추가적인 하드웨어 요구 없이 간단한 로직의 추가로, 비정상 연소가 일어날 확률이 높은 경우를 판단하여, 재생 속도가 상대적으로 느린 맵을 사용하여 필터의 느린 재생을 유도함으로써, 필터의 내구성을 향상시킬 수 있는 디젤매연필터의 비정상 연소 방지 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 디젤 차량의 디젤매연필터(CPF)에서 발생하는 비정상 연소(Uncontrolled Burning)을 방지하기 위한 방법에 있어서, 필터의 상태 정보 및 에러 발생 여부를 감시하는 단계(S10)와; 상기(S10) 단계 이후, 비정상 연소가 발생할 가능성을 판단하는 단계(S20)와; 상기 (S20) 단계에서 비정상 연소가 발생할 가능성이 있는 경우, 일반적인 필터 재생 맵(MAP)을 적용하는 단계(S30)와; 상기 (S20) 단계에서 비정상 연소가 발생할 가능성이 없는 경우, 비정상 연소 방지 재생 맵을 적용하는 단계(S40)로서, 상기 비정상 연소 방지 재생 맵은, 느린 재생 효율을 가지는 재생 온도를 유지하기 위한 공기량, 후분사량 및 타이밍 맵을 적용하여, 필터의 내구성을 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
나아가, 상기 (S20) 단계에서, 상기 비정상 연소가 발생할 가능성은: 실제로 매연이 과다 퇴적되는지 여부와; 부스트(Boost) 혹은 온도 검출센서(HFM ; Heat Flow Meter)의 에러가 발생하여, 현재 필터의 상태를 알 수 없는지 여부로부터 판 단하는 것이 바람직하다.
나아가, 상기 매연이 과다 퇴적되었는지 여부는: 필터에 매연의 과퇴적이 발생하였는지 여부와; 필터 단품에서 에러가 발생하였는지 여부로부터 판단하는 것이 바람직하다.
나아가, 상기 정상 재생 맵은, 650°C의 재생 온도를 유지하기 위한 공기량, 후분사량 및 타이밍 맵 등이 최적화되고, 상기 비정상 연소 방지 재생 맵은, 550 ℃ 재생 온도를 유지하기 위한 공기량, 후분사량 및 타이밍 맵이 적용되는 것이 바람직하다.
우선, 본 발명에 따르는 디젤매연필터의 비정상 연소 방지 방법의 개념 및 이론적 근거에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
종래기술에서 살펴본 바와 같이 비정상 연소는 과도한 매연이 퇴적되었거나, 급격하게 매연이 산화되어 짧은 시간에 많은 열이 발생한 결과, 필터의 단품을 파손시키는 것으로, 매연의 급격한 반응속도에 의해 기인한다. 이 때 필터의 재생속도(혹은 재생효율)는 일반적으로 매연의 퇴적된 양, 산소 농도, 반응온도(재생온도)등에 영향을 받는다. 참고로 필터의 재생 중 탄소(C)의 반응식을 살펴보면 다음과 같으며, 아래 식에서 알 수 있는 바와 같이 반응 속도는 산소의 농도, 탄소의 양 혹은 분포도, 그리고 온도에 비례하는 함수이다. 또한 온도에 따른 필터의 재생 효율을 그래프로 도시하면 도 1과 같다.
Figure 112006092704259-PAT00001
일반적인 경우, 재생 시 사용되는 공기량, 분사(Injection) 양에 관련된 맵(Map)들은 최적의 재생 효율을 보장하기 위한 재생 온도를 유지시켜주기 위한 맵에 불과하다.
따라서 본 발명에서는, 매연이 과다 퇴적 되어 비정상 연소가 발생할 확률이 클 경우, 재생속도가 느린 조건(즉, 일반 재생 온도보다 재생온도가 낮은)의 맵을 사용함으로써, 일반적인 재생 조건보다 긴 시간 천천히 재생을 시키게 되어 급격한 재생속도로 인한 비정상 연소를 막을 수 있도록 한다. 즉 본 발명은 낮은 재생온도를 유지하는 맵을 추가함으로써 일반적인 경우보다 재생 효율을 낮춤으로써 비정상 연소를 방지한다.
현재 출원인이 생산하는 D엔진의 경우를 예로 들어 설명한다면, 650°C의 재생 온도를 유지하기 위하여, 공기량, 후분사량 및 타이밍 맵 등이 최적화 되어 있는데, 매연이 과다 퇴적 된 경우를 대비하여 550 ℃ 재생 온도를 유지하는 이원화된 맵을 별도로 설정한 후, 조건에 따라 재생속도를 선택하는 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 디젤매연필터의 비정상 연소 방지 방법의 일실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.
우선 차량 주행 시, 필터(CPF)의 상태 정보 및 에러(ERR) 발생 정보를 계속적으로 감시한다(S10). 그리고 이와 동시에 비정상 연소(Uncontrolled burning)가 발생할 수 있는 가능성을 판단한다(S20).
상기 (S20) 단계에서, 비정상 연소가 발생할 수 있는 가능성으로는, (1) 예컨대 매연이 30g 이상 퇴적되었는지, 도심주행만을 오랫동안 계속하였는지 여부 등으로부터, 필터에 매연의 과퇴적이 발생하였는지 여부를 판단한다. 그리고 (2) 필터 단품에서 에러가 발생(이 경우 급격하게 매연이 퇴적될 수 있음)하였는지 여부를 판단한다. 마지막으로, (3) 부스트(Boost) 혹은 온도 검출센서(HFM ; Heat Flow Meter)의 에러 등이 발생(이 경우 매연의 퇴적량을 파악할 수 없게 됨)하였는지 여부를 판단한다. 즉 위 (1) 내지 (3) 항목을 다시 분류하면, (1) 및 (2) 항목은 실제로 매연이 과다 퇴적되는 경우에 해당되고, (3) 항목은 현재 필터의 상태를 알 수 없는 경우에 해당된다.
상기 (S20) 단계에서, 비정상 연소가 발생할 가능성이 없다고 판단되면, 정상적인 필터 재생 맵을 적용한다(S30). 여기서 정상적인 필터 재생 맵이란, 최적의 재생 효율을 가지는 재생 온도를 유지할 수 있는 공기량, 후분사량 및 타이밍 맵을 적용하는 것을 의미한다.
반면에 상기 (S20) 단계에서, 비정상 연소가 발생할 가능성이 있다고 판단되면, 비정상 연소 방지 재생 맵을 적용한다(S40). 여기서 비정상 연소 방지 재생 맵이란, 느린 재생 효율을 가지는 재생 온도를 유지하기 위한 공기량, 후분사량 및 타이밍 맵을 적용하는 것을 의미한다.
그리고 (S30) 단계 및 (S40) 단계 이후, 상기 각 단계에서 적용된 맵을 기준으로 필터 재생을 시작한다(S50).
이상, 상술한 바와 같이, 본 발명의 디젤매연필터의 비정상 연소 방지 방법는 차량의 운전 조건에 대한 제약으로부터 비교적 자유롭고, 추가적인 하드웨어 요구 없이 간단한 로직의 추가로, 비정상 연소가 일어날 확률이 높은 경우를 판단하여, 재생 속도가 상대적으로 느린 맵을 사용하여 필터의 느린 재생을 유도함으로써, 필터의 내구성을 향상시킬 수 있는 효과를 발휘한다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정하는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 한 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 당업자에게 자명하다고 할 수 있는 바, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속하는 것이다.

Claims (4)

  1. 디젤 차량의 디젤매연필터(CPF)에서 발생하는 비정상 연소(Uncontrolled Burning)을 방지하기 위한 방법에 있어서,
    필터의 상태 정보 및 에러 발생 여부를 감시하는 단계(S10)와;
    상기(S10) 단계 이후, 비정상 연소가 발생할 가능성을 판단하는 단계(S20)와;
    상기 (S20) 단계에서 비정상 연소가 발생할 가능성이 있는 경우, 일반적인 필터 재생 맵(MAP)을 적용하는 단계(S30)와;
    상기 (S20) 단계에서 비정상 연소가 발생할 가능성이 없는 경우, 비정상 연소 방지 재생 맵을 적용하는 단계(S40)로서, 상기 비정상 연소 방지 재생 맵은, 느린 재생 효율을 가지는 재생 온도를 유지하기 위한 공기량, 후분사량 및 타이밍 맵을 적용하는 것을 특징으로 하는 디젤매연필터의 비정상 연소 방지 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 (S20) 단계에서, 상기 비정상 연소가 발생할 가능성은:
    실제로 매연이 과다 퇴적되는지 여부와;
    부스트(Boost) 혹은 온도 검출센서(HFM ; Heat Flow Meter)의 에러가 발생하여, 현재 필터의 상태를 알 수 없는지 여부로부터 판단하는 것을 특징으로 하는 디젤매연필터의 비정상 연소 방지 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 매연이 과다 퇴적되었는지 여부는:
    필터에 매연의 과퇴적이 발생하였는지 여부와;
    필터 단품에서 에러가 발생하였는지 여부로부터 판단하는 것을 특징으로 하는 디젤매연필터의 비정상 연소 방지 방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정상 재생 맵은, 650°C의 재생 온도를 유지하기 위한 공기량, 후분사량 및 타이밍 맵 등이 최적화되고,
    상기 비정상 연소 방지 재생 맵은, 550 ℃ 재생 온도를 유지하기 위한 공기량, 후분사량 및 타이밍 맵이 적용되는 것을 특징으로 하는 디젤매연필터의 비정상 연소 방지 방법.
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