KR20080087469A

KR20080087469A - Ｃｐｆ 재생 주기 제어방법

Info

Publication number: KR20080087469A
Application number: KR1020070029734A
Authority: KR
Inventors: 최현우
Original assignee: 기아자동차주식회사
Priority date: 2007-03-27
Filing date: 2007-03-27
Publication date: 2008-10-01

Abstract

본 발명은 CPF 재생 주기 제어방법에 관한 것으로, 특히 시뮬레이션된 매연량을 통해서 차량의 운전 패턴을 인지하여 CPF 내부 매연량에 따라 주기적 재생 한계를 가변화시킬 수 있고, 이 결과 CPF의 재생 주기를 효율적으로 관리함으로써, 연비 악화 및 오일 희석률 악화를 방지할 수 있는 CPF 재생 주기 제어방법에 관한 것이다.

본 발명의 CPF 재생 주기 제어방법은, 디젤 차량에서 CPF의 재생 주기를 제어하는 방법에 있어서, CPF 내부에 퇴적된 매연량을 인지하는 단계(S10)와; 상기 (S10) 단계에서 인지된 매연량을 'n' 가지로 등급화하는 단계(S20)와; 상기 (S20) 단계에서 등급화된 등급(팩터)에 주기적 재생의 한계값을 곱한 수치를 재생 주기로 설정하는 단계(S30)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

ＣＰＦ 재생 주기 제어방법{CPF REVIVAL-PERIOD CONTROLLING METHOD}

도 1은 본 발명에 따르는 CPF 재생 주기 제어방법을 도시한 플로우 챠트;

도 2는 본 발명에 따르는 CPF 재생 주기 제어방법의 일부를 도시한 참고도;

도 3은 본 발명에 따르는 CPF 재생 주기 제어방법의 일실시예를 도시한 도면; 그리고,

도 4 및 도 5는 본 발명에 따르는 CPF 재생 주기 제어방법을 이용한 실험 데이터이다.

본 발명은 CPF 재생 주기 제어방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 시뮬레이션된 매연량을 통해서 차량의 운전 패턴을 인지하여 CPF 내부 매연량에 따라 주기적 재생 한계를 가변화시킬 수 있고, 이 결과 CPF의 재생 주기를 효율적으로 관리함으로써, 연비 악화 및 오일 희석률 악화를 방지할 수 있는 CPF 재생 주기 제어방법에 관한 것이다.

최근에 강화된 디젤 배기규제를 만족하기 위해서 DPF(Diesel Particulate Filter) 혹은 CPF(Catalyzed Particulate Filter)(이하, 본 명세서에서는 CPF로 통 칭한다)는 선택 항목이 아니라 필수 항목이 되었다. 이러한 CPF 장착차량에서는 엔진의 매연(soot) 성분을 포집을 했다가 매연이 산화반응을 일으키는 온도까지 배기온도를 상승시켜 CPF 내부에 포집된 매연을 재생시키는 것을 주요 메커니즘으로 한다.

이러한 재생 메커니즘을 달성하기 위해서는 여러 가지 요소들이 최적화되어야 하며, 대표적인 최적화 요소들로 1. 재생주기와 2. 재생온도가 있다. 이 중 1. 재생주기와 관련하여, 1) 매연에 의한 재생이 차압센서에 의할 수 있고, 매연 시뮬레이션 모델(Soot simulation model)에 의할 수 있다. 그리고 2) 재생의 주기를 결정하는 요소가 연료 소모량, 주행거리 혹은 주행시간일 수 있다. 마지막으로, 3) 엔진 보호(Engine protection)와 관련하여 후처리 장치 측에 과도한 배압이 형성되는 경우에 재생에 진입할 수 있다. 그리고 2. 재생온도와 관련하여, 필터(CPF) 내부에 퇴적되어 있는 매연을 산소[O₂], 혹은 이산화질소[NO₂]로 산화시키기 위해서는 목표로 하는 재생 온도를 달성할 필요가 있다.

위 두 가지의 최적화 요소 중에서 특히 ‘재생주기’는 다른 중요한 요소들과도 상호 연관 작용을 한다. 첫째로, 재생주기가 단축되면 연료 소비율이 증가한다. 둘째로, 재생주기의 단축은 빈번한 후분사로 엔진 오일을 희석시킴으로써 오일 희석(oil dilution)율을 높이게 된다. 오일 내부에 연료가 희석되면 될수록 엔진 윤활작용을 담당하고 있는 엔진오일은 제 기능을 상실하게 되는 위험이 있다.

이와 같이 재생주기는 CPF 장착차량에 있어서 중요한 요소들을 결정짓는 요 소임에도 불구하고, 현재 이러한 재생주기를 대변하는 주기적 재생은 CPF 내부의 매연량 등의 다른 요소들을 고려하지 않고, 주기적으로 재생을 하는 것이 일반적이었다.

그러나 예컨대 고속으로 주행만 하는 차량은 CRT(Continuous Regeneration Trap)의 영향에 의해서 CPF 내부에 매연이 거의 퇴적되지 않게 된다. 이 경우, CPF 내부에 퇴적된 매연이 없음에도 불구하고 주기적 재생으로 인해서 CPF 차량은 재생 진입을 하게 되며, 이는 앞서 언급한 연료 소모율의 증가 및 오일 희석의 증가를 초래하게 된다.

현재 양산되고 있는 CPF 장착 차량의 재생 주기 제어방법을 살펴보면, 연료 소모율, 엔진 운전시간, 혹은 주행거리가 일정 한계(threshold)값과 비교해서 크게 측정되면, 재생 요구상태(demand status)가 활성화(active)된다. 이 때 주기적 재생을 결정짓는 요소는 미리 설정된 연료 소모율과 엔진 운전시간 그리고 주행거리에 불과하다.

따라서 이러한 로직(logic)에서는, 매연이 쌓이지 않는 모드에서 주행하는 차량도 미리 설정된 재생 주기가 되면 재생 진입을 하게 된다. 이와 같은 상황에서 진입하는 재생은 CPF 내부의 매연을 재생시키고자 하는 목적을 달성하는 것도 아니며, 단지 CPF 보호 측면에서의 주기적 재생에 불과하게 된다. 일반적으로 CPF 내부에 매연이 포집이 되면, 포집된 매연에 의한 높은 차압 정보로 인해서 재생이 된다. 이와 같이 보호 목적으로 사용되는 주기적 재생의 경우, 언제나 일정한 주기로 재생이 되기 때문에 여전히 불필요한 재생으로 연비악화와 오일 희석률 악화를 초 래하게 된다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 시뮬레이션된 매연량을 통해서 차량의 운전 패턴을 인지하여 CPF 내부 매연량에 따라 주기적 재생 한계를 가변화시킬 수 있고, 이 결과 CPF의 재생 주기를 효율적으로 관리함으로써, 연비 악화 및 오일 희석률 악화를 방지할 수 있는 CPF 재생 주기 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 디젤 차량에서 CPF의 재생 주기를 제어하는 방법에 있어서, CPF 내부에 퇴적된 매연량을 인지하는 단계(S10)와; 상기 (S10) 단계에서 인지된 매연량을 'n' 가지로 등급화하는 단계(S20)와; 상기 (S20) 단계에서 등급화된 등급(팩터)에 주기적 재생의 한계값을 곱한 수치를 재생 주기로 설정하는 단계(S30)를 포함하여, 차량의 운전 패턴을 인지하여 CPF 내부 매연량에 따라 주기적 재생 한계를 가변화시킬 수 있고, 이 결과 CPF의 재생 주기를 효율적으로 관리함으로써, 연비 악화 및 오일 희석률 악화를 방지할 수 있는 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 (S10) 단계에서 인지된 배연량은, 엔진의 운전영역 및 역학(dynamic) 조건 등이 고려가 되어 시뮬레이션(simulation)되는 것이 바람직하다.

나아가, 상기 역학조건은, 일반 운전시 퇴적되는 매연량과, 산소에 의하여 재생되는 매연량, 그리고 이산화질소에 의하여 재생되는 매연량인 것이 바람직하 다.

나아가, 상기 (S20) 단계에서, 상기 매연량이 18g 미만일 경우 매연 레벨을 1로, 상기 매연량이 18g 이상 22g 미만이면 매연 레벨을 2로, 그리고 상기 매연량이 22g 이상이면 매연 레벨을 3으로 설정하는 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 CPF 재생 주기 제어방법의 일실시예에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따르는 CPF 재생 주기 제어방법을 도시한 플로우 챠트이다. 도 1을 참고하면, 먼저 CPF 내부에 퇴적되어 있는 매연의 양을 인지한다(S10). 이 때 인지된 매연량은 엔진의 운전영역, 역학(dynamic) 조건 등이 고려가 되어 시뮬레이션(simulation)되며(도 2 참조), 이 값은 모든 양산 차량에 대해서 대표성을 가지는 값은 아니지만 형평성 있게 차량의 운전영역에 따라서 대변이 되는 CPF 내부의 매연량(soot mass)라고 할 수 있다.

이후, 시뮬레이션된 매연량은, 미리 설정된 기준에 의거하여 ‘n’ 가지로 세분화 혹은 등급화된다(S20). 이와 같이 세분화된 등급이, 이후 CPF의 주기적 재생거리를 결정하는 팩터(factor)로 작용하게 된다. 즉, 여기서 결정된 팩터를 주기적 재생주기에 보상함으로써 재생주기를 제어하면서 사용할 수 있게 된다.

이와 같이 시뮬레이션된 매연량의 수치를 그대로 적용하지 않고 'n' 개로 등급화함으로써, 차후 설정될 재생 주기의 수치가 'n' 개로 한정되므로 데이터 관리가 용이하다는 이점이 있다.

그리고 시뮬레이션된 매연량의 등급(grade)에 의해서 결정된 팩터에는 주기 적 재생의 한계(threshold)값이 곱해진다(S30). 즉 매연이 쌓이지 않는 모드에서 1000 km 이상 주행한 차량의 경우, 시뮬레이션된 매연량을 상대적으로 적은 매연량으로 인식한다(예컨대, 5g 미만 혹은 10g 미만).

이 때 결정된 팩터가 1보다 큰 수라고 가정하고이 수는 설계자의 설정에 의하여 매핑(mapping)이 가능하다, 주기적 재생 한계값이 1000 km라고 가정하면, 이 팩터에 2를 곱하여 2000km 의 주기적 재생거리가 산출된다. 반면에, 매연이 많이 발생하는 영역에서 운전을 한 결과 팩터값이 1보다 작아지거나 혹은 1이 되면, 즉시 주기적 재생의 한계값에 반영이 되어 주기적 재생 진입이 시작된다.

도 3은 본 발명에 따르는 CPF 재생 주기 제어방법의 일실시예를 도시한 도면이다. 일반적으로 ECU가 CPF의 매연량을 인지하는 레벨(level)은 도 3과 같다. 즉, 매연량이 18g 미만이면 매연 레벨을 1로, 18g 이상 22g 미만이면 매연 레벨을 2로 결정한다. 여기서 결정된 매연 레벨(soot level)은 재생의 긴급도를 의미한다. 즉 매연 레벨이 3이면 재생의 긴급도가 높은 것이다. 본 매연 레벨은 일반적인 차압 모델에 의한 결과이나, 시뮬레이션 모델이 지시하는 매연량은 차압 모델의 그것과는 틀리며, 차량의 운전 조건이나 주행 상황에 따라 다르게 나타난다. 이렇게 차량의 주행 조건에 의해서 결정되는 시뮬레이션된 매연량 값을 가지고 팩터를 결정을 하여, 시뮬레이션된 매연량이 18g 미만일 경우에는 주기적 재생주기를 2000km 로 결정한다.

먼저 도 4의 주행 모드처럼 차량이 고속으로 120 kph 이상으로 주행을 하게 되면, CRT 등의 효과에 의해서 차압모델이 인지하는 매연량은 0에 가깝게 되며, 시뮬레이션된 매연량의 경우 차량 주행상황(예컨대 EGR 쿨러의 온/오프 여부 , 저부하 상태 혹은 고부하 상태인지 여부 등)에 따라서 엔진에서 나오는 매연량을 모사하여 이를 적산하게 된다. 즉 이러한 모드로 계속 주행하는 차량의 경우 실제 차압모델에서 인지하는 매연량은 0에 가까움에도 불구하고 주기적인 재생 주기(예컨대 1000km)에 이르게 되면, 재생을 하게 된다.

그러나 본 발명과 같은 로직을 구사하게 되면, 현재 시뮬레이션된 매연량이 18g 이하이기 때문에 설정된 재생거리 1000km 에 2를 곱하여 2000km 마다 재생을 하게 된다.

그리고 도 5와 같이 차압 모델 매연보다 시뮬레이션된 매연량이 높은 경우 실제 1000km 재생 주기보다 주기적 재생주기는 상대적으로 짧아지게 된다.

한편, 본 발명에서 차압 모델의 불완전성을 보안하기 위해서 재생주기를 1000km 보다 짧은 750km 로 유지를 하여 차압모델이 언더-리딩(under-reading)하는 경향성을 보완하는 것도 가능하다.

이상, 상술한 바와 같이, 본 발명의 CPF 재생 주기 제어방법은 시뮬레이션된 매연량을 통해서 차량의 운전 패턴을 인지하여 CPF 내부 매연량에 따라 주기적 재생 한계를 가변화시킬 수 있고, 이 결과 CPF의 재생 주기를 효율적으로 관리함으로써, 연비 악화 및 오일 희석률 악화를 방지할 수 있는 효과가 있다.

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

디젤 차량에서 CPF의 재생 주기를 제어하는 방법에 있어서,

CPF 내부에 퇴적된 매연량을 인지하는 단계(S10)와;

상기 (S10) 단계에서 인지된 매연량을 'n' 가지로 등급화하는 단계(S20)와;

상기 (S20) 단계에서 등급화된 등급(팩터)에 주기적 재생의 한계값을 곱한 수치를 재생 주기로 설정하는 단계(S30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 CPF 재생 주기 제어방법.
제 1항에 있어서,

상기 (S10) 단계에서 인지된 배연량은,

엔진의 운전영역 및 역학(dynamic) 조건 등이 고려가 되어 시뮬레이션(simulation)되는 것을 특징으로 하는 CPF 재생 주기 제어방법.
제 2항에 있어서,

상기 역학조건은,

일반 운전시 퇴적되는 매연량과, 산소에 의하여 재생되는 매연량, 그리고 이산화질소에 의하여 재생되는 매연량인 것을 특징으로 하는 CPF 재생 주기 제어방법.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 (S20) 단계에서,

상기 매연량이 18g 미만일 경우 매연 레벨을 1로,

상기 매연량이 18g 이상 22g 미만이면 매연 레벨을 2로, 그리고

상기 매연량이 22g 이상이면 매연 레벨을 3으로 설정하는 것을 특징으로 하는 CPF 재생 주기 제어방법.