KR20090052362A - 디젤 미립자형 필터 재생을 위해 배기 온도를 상승시키는데사용된 배기 행정 후-분사 방식 - Google Patents

Abstract

연료공급 시스템(28)은, 팽창 행정 중에는 임의적인 부가의 연료 분사가 없는 사이클의 압축 및 팽창 행정 사이에서 대체로 상사점(TDC)보다 늦지 않게 끝나는 메인 분사(38)에 의해, 그리고 상기 사이클의 배기 행정 중에는 디젤 미립자형 필터(36)를 재생하는 재생 온도 범위로 가스 온도를 상승시키기 위한 후-분사(40)에 의해, 엔진 사이클 중에 연소실(20)이 연료를 공급받게 한다.

재생, 연소실, 후-분사, 후-처리 장치, 배기 시스템, 엔진 제어 시스템.

Description

디젤 미립자형 필터 재생을 위해 배기 온도를 상승시키는데 사용된 배기 행정 후-분사 방식{STRATEGY FOR USING EXHAUST STROKE POST-INJECTION TO ELEVATE EXHAUST TEMPERATURE FOR DIESEL PARTICULATE FILTER REGENERATION}

본 발명은 자동차의 내연기관에 관한 것으로서, 특정하게는 배기 시스템에 있는 후-처리 장치(after-treatment device)로서 디젤 미립자형 필터(DPF)를 가진 디젤 엔진에 관한 것이다.

디젤 엔진의 배기 시스템을 통해 지나가는 배기가스를 처리하는 공지된 시스템은, 디젤 미립자형 필터(DPF)와 결합하는 디젤 산화 촉매(DOC)를 포함한다. 상기 2개 후-처리 장치의 조합은 배기가스에서의 화학적 반응을 증진하고 그리고 가스가 엔진으로부터 배기 시스템을 통해 흐를 때에 디젤 입자상 물질(DPM)을 포획하여, 상당량의 오염물질이 대기로 방출되는 것을 방지 한다.

DPF는 미립자 포획 능률을 유지하기 위해서 때때로 재생할 필요가 있다. 재생(regeneration)은 다른 점에서 DPF(diesel particulate filter) 효력을 약화시키는 검사되지 않은 축적물을 가진 포획된 미립자를 소각하는 상태로 만드는 공정도 포함한다.

일반적으로 재생을 개시하고 연속하기 위한 상태로 만드는 작업은 적절한 높 은 온도까지 DPF로 들어가는 배기가스의 온도를 상승시키는 작용을 포함한다. 일반적으로 디젤 엔진을 상당히 낮은 온도와 희박한 상태(cool and lean)로 운전하기 때문에, 디젤 연료의 후-분사가 DPF 재생 전략의 파트로 사용되어져, 포획된 입자상 물질을 연소하기 위한 초과 산소를 남기면서 DPF에 들어가는 배기가스의 온도를 상승시키었다.

자동차가 고속도로에서 적당한 속도로 주행하는것 같이 DPF 재생에 유익한 방식으로 동작할 때에는, 재생 공정이 자동차의 운전 안정성(driveability)에 약간 또는 전혀 영향을 미치지 않고 수행되고 그리고 강제 재생(forced regeneration)은 엔진 제어 시스템에 의해 위임되어져 있는 정도까지 DPM으로 DPF가 채워져 있기 전이더라도 재생 개시 전략에 의해 운전자가 개시하거나 또는 기타 자동적인 방식으로 개시되었다.

본원 발명인은 연료의 "근접(close)" 후-분사가 - 상사점후(ATDC) 약 60도 범위 내에서 팽창 또는 파워 행정 중에 발생하는 분사를 의미 - 일부 운전자가 이의를 제기할 수 있는 자동차의 운전 안정성에 상당한 영향을 미치는 크랭크축 토오크에 기여한다는 사실을 발견하였다.

자동차의 운전 안정성에 미치는 영향을 최소로 하도록 "근접" 후-분사의 영향을 상쇄시키는 과제는, 최상의 눈금교정이 이루어지게 하기 위한 상당한 개발노력이 필요한 것이다. 상기 과제를 이루는데 필요한 고려사항으로, 연료 분사기가 메인 분사에 바로 따라서 "근접" 후-분사를 이행하는 능력이 있다. 바람직한 특성을 가진 임의적인 연료 분사기임에도 불구하고, 메인 분사 후에 너무 빠르게 소요 되는 "근접" 후-분사를 이행하는 데에는 어려움이 있다. 이러한 어려움은 엔진 속도가 고속 범위로 증가할수록 더 많이 언급되어진다.

팽창 행정 중에 "이격(far)" 후-분사의 사용은 - "근접" 후-분사 보다 늦게 발생하는 분사를 의미 - 팽창 행정 중에 소요 시간으로 후-분사를 이행하는 연료 분사기의 능력 문제에 주의를 기울인 것이지만, 팽창 행정에서 너무 "이격"져 있는 후-분사는 모터오일을 희석시킬 수 있는 상당한 실린더 벽의 워싱(washing)이 있게 하는 것이다.

상술한 발견 및 이해는 본원 발명인이 DPF 재생을 개시 및 유지하는 수준으로 배기 온도가 상승하도록 후-분사를 사용하기 위한 선택적인 양호한 해결 방식을 찾게 하였다.

본 발명은 상술한 해결 방식을 제공하는 새로운 전략에 관련한 것이다.

반복적으로, 팽창 행정에서 상사점(TDC) 직후에 타이밍 범위 내에서 서로 다른 후-분사 량과 타이밍을 사용하여 재생을 개시하여서 후-분사용으로 최적한 눈금교정(calibration)을 찾는 단계와 다음 최적함을 확인하게 그 결과를 평가하는 단계와 대비하여, 본원 발명인은, 배기 행정에서의 늦은(late) 후-분사가, 팽창 행정 중에 "근접" 후-분사를 사용할 때와 같이, 자동차의 운전 안정성에 영향을 덜 미치면서 많은 비용이 드는 개발노력이 필요하지 않으면서 DPF 재생을 개시 및 유지하는 효과가 마찬가지로 있음을 발견하였다. 또한, 본 발명은 메인 분사에 근접하여 후-분사가 이루어지게 하는 연료 분사기의 능력에 관련한 논쟁을 피하고(따라서, 분사기 및/또는 분사기 드라이버와 컨트롤 조정을 피함) 그리고 모터오일을 희석시키는데 기여하는 과도한 실린더 벽의 워싱과 관련한 논쟁을 피한 것이다.

배기 행정의 나중 부분(later portion)까지 연장된 범위 내에서 일정 시간까지 수행되는 후-분사의 지연(delay)은, 이러한 지연이 이루어지는 중에, 연료 분사기, 특정적으론 수력학적으로 구동되는 분사기가 메인 분사 사이에 "재-충전(re-charge)"을 하는 시간을 주고 그리고 DPF 재생을 개시 및 유지하는 "근접"(팽창 행정) 후-분사와 동일한 영향을 미치면서도, 상술한 이의를 제기할 수 있는 토오크 상승이 없고 실린더 벽의 워싱이 발생하지 않음이 알려져 있다.

본 발명은 연료 분사 시기를 제어하는 프로세서 알고리즘을 적절히 조절하여 현재 시스템에서 실시할 수 있는 것이다. 따라서, 추가 하드웨어가 필요하지 않은 것이다. 배기 행정 중에 최적 시기는 "근접"(팽창 행정) 후-분사를 사용할 때에 소요되는 것보다 덜한 노력으로 자동차의 운전 안정성 시험을 하는 동안에 눈금교정 조정에 의해 나타나게 된다.

따라서, 본 발명의 일 면은, 연료가 엔진에 파워를 부여하도록 연소되는 연소실 안으로 디젤 연료를 분사하는 연료공급 시스템과, 연소에 의해 생성된 가스가 통과하여 대기로 나가 그리고 재생 온도 범위로 가스 온도를 상승하여 배기 시스템을 떠나기 전이면서 재생이 요청될 때에 가스를 처리하는 후-처리 장치를 구비하는 배기 시스템, 및 후-처리 장치의 재생과 연료공급 시스템에 의해 수행되는 연료공급을 포함하는 다양한 면의 엔진 작동을 제어하도록 다양한 데이터를 처리하는 엔진 제어 시스템을 포함하는 디젤 엔진과 관련한 것이다.

재생 요청에 따라, 팽창 행정 중에는 임의적인 부가의 연료 분사가 없는 사이클의 압축 및 팽창 행정 사이에서 대체로 상사점(TDC)보다 늦지 않게 끝나는 메인 분사에 의해, 그리고 다음 상기 사이클의 배기 행정 중에는, 재생 온도 범위로 가스 온도를 상승시키기 위한 후-분사에 의해, 제어 시스템은 연소실용 엔진 사이클 중에 연소실에 연료공급 시스템(fueling system)이 연료를 공급하게 한다.

본 발명의 다른 면은 상술한 바와 같은 엔진에 의해 파워를 얻는 모터 차량에 관련한 것이다.

본 발명의 다른 면은, 엔진에 파워를 부여하게 연료를 연소하는 연소실 안으로 디젤 연료를 분사하는 연료공급 시스템과, 상기 연료공급 시스템에 의해 실시되는 연료공급과 후-처리 장치의 재생을 포함하는 다양한 면의 엔진 작동을 제어하도록 각종 데이터를 처리하는 엔진제어 시스템을 포함하는 디젤 엔진의 배기 시스템에서 배기가스 후-처리 장치의 재생을 개시하는 방법에 관련한 것이다.

상기 방법은, 팽창 행정 중에는 임의적인 부가의 연료 분사가 없는 사이클의 압축 및 팽창 행정 사이에서 대체로 상사점(TDC)보다 늦지 않게 끝나는 메인 분사에 의해, 그리고 다음 상기 사이클의 배기 행정 중에는 후-분사에 의해, 연소실의 엔진 사이클 중에 연소실에 연료공급 시스템이 연료를 공급하게 하여 재생을 개시하는 단계를 포함한다.

본 발명의 부가적인 특징과 이점이 함께하는 상술한 기술내용의 이해가 용이하게 본 발명을 실시하는 양호한 실시예를 첨부도면을 참고로 하여 이하에 기술하면 다음과 같다.

도1은 본 발명의 기본 원리에 따르는 DPF 재생을 개시 및 유지하기 위한 전략을 실행한 내연기관의 예를 개략적으로 나타낸 개략도 이다.

도2는 상기 전략을 설명하는 연료분사 타이밍 개략도 이다.

도1은 챠지 공기가 통해 들어오는 흡입 시스템(12)과 연소결과로 생성된 배기 가스가 통해 나가는 배기 시스템(14)을 갖춘 터보챠저 디젤 엔진(10)의 일 예를 나타낸 도면으로, 일반적으로 상기 2개 시스템에 주어지는 모든 세부 부분을 나타내지는 않았다. 트럭과 같은 차량에 사용할 때에는, 엔진(10)이 차량을 나아가게 하는 구동 휠(18)에 구동열(16)을 통해 결합된다.

엔진(10)은 흡입 시스템(12)을 통해 들어온 챠지 공기와 연소하게 연료 분사기(22)에 의해 연료가 안으로 분사되는 연소실을 형성한 실린더(20)를 포함한다. 연소에 의해 생긴 에너지는 차량을 나아가게 하기 위해 구동열(16)로 유도하는 크랭크축(26)에 연결된 피스톤(24)을 통해 엔진에 파워를 준다.

연료 분사기(22)는 엔진 제어 시스템(28)의 제어부 밑에 있다. 상기 엔진 제어 시스템은, 유압유체를 사용하여 분사기 팁에서 연소실 안으로 연료를 보내는 연료 분사기에서 밸브 메카니즘을 작동하는 타이밍과 연료 분사기(22)에 공급되는 유압유체(30)의 압력을 제어하는 작동을 포함하는 다양한 면의 엔진 동작을 제어하기 위한 데이터가 나타나게 각종 데이터를 처리하는 1개 이상의 프로세서를 포함한다.

흡입 밸브(32)는 실린더(20) 안으로 챠지 공기가 들어가는 것을 제어하고, 그리고 배기 밸브(34)는 배기 시스템(14)을 통해 나와, 최종적으론 대기로 배출되는 연소가스의 배출 흐름을 제어한다. 그런데, 대기로 나가기 전에, 연소가스는 1개 이상의 후-처리 장치에 의해 다루어진다. 본원과 관련하여서는 도면에 도시된 1개 장치가 디젤 미립자형 필터 또는 DPF(36) 이다.

각종 센서가 정보를 제어 시스템(28)에 보내기 위해 후-처리 장치와 관련하여 설치된다. 일 피스의 정보는 DPF(36)가 미립자를 함유하고 있는 크기이다. 제어 시스템(28)은 다양한 제어 목적에 맞게 임의적인 데이터를 처리하게 반복하여 실시되는 알고리즘을 갖고 있다. 상기 알고리즘은 함유한 DPF 미립자에 대한 정보를 사용하여, DPF가 강제 재생을 요하는 수준 밑으로 함유하고 있더라도 조건이 적절할 때에는 재생을 개시하고 그리고 강제 재생(forced regeneration)을 주문하는 수준으로 DPF에 함유되었을 때에는 재생을 강제적으로 한다.

엔진(10)을 운영하는 상황에서는, 메인 연료분사가 대체로 CD(conventional diesel) 연소를 설명하는 도2에서의 분사(38)로 나타낸 바와 같이 압축 행정(C)과 팽창 또는 파워 행정(P) 사이의 TDC에서 일어난다.

제어 시스템(28)이 DPF(36)의 재생을 요청하면, '38'과 같은 메인 분사를 지속하지만, 지금은 특정 후-분사 전략(specific post-injection strategy)이 이용된다.

상기 전략은 도2에서 후-분사(40)로 나타낸 바와 같이, 팽창 행정 중에 후-분사를 이용하지 않는다는 것이기 보다는, 배기 행정(E) 중에, 바람직하겐 배기 행 정의 마감부와 다음 흡입 행정(I)의 개시부 사이에서 발생하는 TDC 앞 이면서 배기 행정의 마감부쪽으로 가는 중에, 후-분사를 이용하는 것이다.

상기 전략은 재생이 개시될 때까지, 또한 그 후에 재생을 유지하도록 지속한다. 상기 전략이 재생을 마감하면, 배기 행정 중에 후-분사를 종료한다.

때때로, 임의적인 디젤 엔진이 CD연소와는 구별되는 ADC(alternative diesel combustion)로 작동될 수 있다. 상술되어진 엔진은 CD연소로 작동되는 것이지만, 본 발명의 기본원리는 엔진이 작동하는 중에 제어 시스템이 DPF 재생을 허용하면 ADC로 작동하는 엔진에도 적용할 수 있는 것이다. ADC는 HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition), CAI(Controlled Auto-Ignition), DCCS(Dilution Controlled Combustion Systems), 및 HPCS(Highly Premixed Combustion Systems)와 같이 임의적인 방식과 시스템에서 사용하는 일반적인 용어로 사용된 것이다. 엔진이 ADC로 작동할 때에, 메인 연소가 일어날 때까지 발생하는 모든 분사의 결과는 CD 연소의 메인 분사에 상당하는 것이라고 할 수 있다.

팽창 행정 동안을 대신하는 배기 행정 중에 후-분사의 사용은, DPF 재생을 개시 및 유지하는데 연료 분사 만을 제외하고 사용하는 보다 포괄적인 재생 전략 중의 1개 요소일 뿐이라고 할 수 있다.

상술한 실시예는 본원 발명을 한정하는 것이 아닌 설명을 목적으로 기술된 것으로, 본원 발명은 첨부 청구범위의 정신을 이탈하지 않는 범위 내에서 이루어지는 본 발명의 개조 및 변경 기술을 포함하는 것으로 이해되어져야 한다.

Claims (13)

1. 디젤 엔진은:

   연료를 연소하여 엔진에 파워를 제공하는 연소실 안으로 디젤 연료를 분사하는 연료공급 시스템과;

   연소에 의해 생성된 가스가 통과하여 대기로 나가고 그리고 재생 온도 범위로 가스 온도를 상승시키어 배기 시스템을 떠나기 전이면서 재생이 요청될 때에 가스를 처리하는 후-처리 장치를 구비한 배기 시스템, 및;

   다양한 데이터를 처리하여, 후-처리 장치의 재생과 연료공급 시스템에 의해 수행되는 연료공급을 포함하는 다양한 면의 엔진 작동을 제어하는 엔진 제어 시스템을 포함하며;

   재생 요청에 따라, 팽창 행정 중에는 임의적인 부가의 연료 분사가 없는 사이클의 압축 및 팽창 행정 사이에서 대체로 상사점(TDC)보다 늦지 않게 끝나는 메인 분사에 의해, 그리고 상기 사이클의 배기 행정 중에는, 재생 온도 범위로 가스 온도를 상승시키기 위한 후-분사에 의해, 제어 시스템은 연소실의 엔진 사이클 중에 연료공급 시스템이 연소실에 연료를 공급하게 이루어진 것을 특징으로 하는 디젤 엔진.
2. 제1항에 있어서, 상기 후-분사는 BDC보다 TDC 근방에서 발생하도록 야기되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진.
3. 제1항에 있어서, 상기 메인 분사는 엔진이 CD 연소로 상기 엔진이 작동하게 야기하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진.
4. 제1항에 있어서, 상기 후-처리 장치는 디젤 미립자형 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진.
5. 제4항에 있어서, 상기 후-분사는 BDC보다 TDC 근방에서 발생하도록 야기되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진.
6. 모터 차량은:

   차량이 나아가게 구동열을 통해 구동 휠을 회전시키는 디젤 엔진과;

   연료를 연소하여 차량이 나아가게 하는 엔진 연소실 안으로 디젤 연료를 분사하는 연료공급 시스템과;

   대기로 나가는 연소에 의해 생성된 가스가 통과하고 그리고 재생 온도 범위로 가스 온도를 상승시키어 배기 시스템을 떠나기 전이면서 재생이 요청될 때에 가스를 처리하는 후-처리 장치를 구비한 배기 시스템, 및;

   다양한 데이터를 처리하여, 후-처리 장치의 재생과 연료공급 시스템에 의해 수행되는 연료공급을 포함하는 다양한 면의 엔진 작동을 제어하는 엔진 제어 시스템을 포함하며;

   재생 요청에 따라, 팽창 행정 중에는 임의적인 부가의 연료 분사가 없는 사이클의 압축 및 팽창 행정 사이에서 대체로 상사점(TDC)보다 늦지 않게 끝나는 메인 분사에 의해, 그리고 상기 사이클의 배기 행정 중에는, 재생 온도 범위로 가스 온도를 상승시키기 위한 후-분사에 의해, 제어 시스템은 연소실 엔진 사이클 중에 연료공급 시스템이 연소실에 연료를 공급하게 이루어진 것을 특징으로 하는 모터 차량.
7. 제6항에 있어서, 상기 후-분사는 BDC 보다 TDC 근방에서 발생하도록 야기되는 것을 특징으로 하는 모터 차량.
8. 제6항에 있어서, 상기 메인 분사는 엔진이 CD 연소로 상기 엔진이 작동하게 야기하는 것을 특징으로 하는 모터 차량.
9. 제6항에 있어서, 상기 후-처리 장치는 디젤 미립자형 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 차량.
10. 제9항에 있어서, 상기 후-분사는 BDC 보다 TDC 근방에서 발생하도록 야기되는 것을 특징으로 하는 모터 차량.
11. 엔진에 파워를 부여하게 연료를 연소하는 연소실 안으로 디젤 연료를 분사하 는 연료공급 시스템과, 상기 연료공급 시스템에 의해 실시되는 연료공급과 후-처리 장치의 재생을 포함하는 다양한 면의 엔진 작동을 제어하도록 각종 데이터를 처리하는 엔진제어 시스템을 갖춘 디젤 엔진의 배기 시스템에서 배기가스 후-처리 장치의 재생을 개시하는 방법에 있어서, 상기 방법은:

    팽창 행정 중에는 임의적인 부가의 연료 분사가 없는 사이클의 압축 및 팽창 행정 사이에서 대체로 상사점(TDC)보다 늦지 않게 끝나는 메인 분사에 의해, 그리고 상기 사이클의 배기 행정 중에는 후-분사에 의해, 연소실의 엔진 사이클 중에 연소실에 연료공급 시스템이 연료를 공급하게 하여 재생을 개시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 후-분사가 BDC 보다 TDC 근방에서 발생하도록 야기하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제11항에 있어서, 엔진이 종래 디젤 연소로 작동하도록 야기하게 메인 분사를 분사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

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