KR20090063932A - 시피에프에서의 재생주기 설정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 CPF에서의 재생주기 설정 방법에 관한 것으로서, 본 발명은 주행거리에 따른 애쉬(ash) 증가분이 저장된 베이스 맵을 이용하여 애쉬량을 구하는 단계와, 애쉬 학습존인지 여부를 판단하는 단계와, 애쉬 학습존이면 애쉬 학습을 통하여 학습치를 계산하는 단계와, 상기 베이스 맵을 이용하여 구한 애쉬량과 학습치를 합하여 최종 애쉬량을 결정하는 단계와, 최종 애쉬량에 순수 CPF 단품 차압 보정값인 모노리스 보정을 하는 단계와, 최종 애쉬량에 애쉬가 없는 조건의 매연량 정의맵인 차압맵 보정을 하는 단계와, 상기 모노리스 보정과 차압맵 보정을 통하여 산출된 현재 매연량과 재생 목표량을 비교하는 단계와, 현재 매연량이 재생 목표량 이상이면 재생을 시작하고, 현재 매연량이 재생 목표량 이하이면 로직을 종료하는 단계를 구비한다.

재생, 애쉬, 매연, 수트, 디젤, 필터, 재생주기, 목표량, CPF, 단품.

Description

시피에프에서의 재생주기 설정 방법 {Method for setting period of regeneration in CPF}

본 발명은 CPF에서의 재생주기 설정 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 CPF에서 애쉬퇴적량을 정확히 인식하여 재생주기를 연장할 수 있는 재생주기 설정 방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차 배기가스는 엔진에서 혼합기 연소에 의해 생성되어 배기 파이프를 통해 대기 중으로 방출되는 가스를 말한다. 이러한 배기가스에는 일산화탄소(CO), 질소산화물(NOx), 미연소탄화수소(HC) 등 인체에 유해한 물질이 다량 포함되어 있다. 따라서, 자동차 배기가스로 인한 대기오염을 방지하는 것이 환경위생상 중요한 문제로 대두되고 있으며, 자동차에서는 배기가스를 배출하기 전에 반드시 정화처리를 하도록 규제하고 있다.

2000년 이후 혁신적인 기술 도약에 힘입은 승용 디젤 차량은 이제 보편적 차량의 기준이 되어가고 있는 추세이다. 약 50%에 육박하는 유럽시장에서의 확대뿐만 아니라 고유가 시대를 맞아 전 세계적 추세로서 자리 잡고 있다. 이러한 추세에 요 구되는 배출가스의 엄격한 규제는 디젤의 중장기적 개발 및 판매의 중요 기준점으로 작용하고 있다. 이런 엄격한 규제를 극복하기 위한 다방면의 노력의 일환 중 가장 주목되는 것이 CPF(Catalyzed Particulate Filter) 시스템이다.

이는 기존 디젤차량에서의 가장 심각한 문제로 인식되었던 디젤 PM(particulate matters)을 저감하는데 기본 해결책이 될 뿐만 아니라 대기오염의 주범으로 인식케 하는 가시매연을 완전히 제거하는데 절대적 역할을 담당하고 있다. 따라서 각 정부의 환경 규제강화 대응뿐만 아니라 청정 디젤(CLEAN DIESEL)에 대한 소비자 요구적 측면, 즉 시장 요구측면에서도 필수적용 시스템으로 자리 잡고 있다.

도 1은 CPF의 일부 절개 사시도이다. CPF(1)는 담채에 산화촉매(11)와 촉매필터(12)를 내장하고, 입구(13)를 통해 들어온 배기가스가 산화촉매(11)와 촉매필터(12)를 거쳐 출구(14)로 배출되도록 하여 배기가스 내의 PM 등을 걸러준다. 이때 산화촉매(11)와 촉매필터(12), 즉 CPF에 의한 차압은 차압센서용파이프(15,16)로부터 얻어지며, 담채의 온도는 온도센서(17)로부터 얻어진다.

근래에 개발 및 양산 진행 중인 CPF는 그 내부에 퇴적된 수트(Soot)량을 CPF 전후단의 차압센서를 통해서 얻은 차압(△P)과 동 시점의 온도(T) 및 배기유량(Q)을 변수로 하여 연산하도록 되어 있다.

종래 CPF 에서는 CPF 전후 차압을 이용하여 매연(또는 수트, soot) 퇴적량을 환산하는 과정에서 애쉬 성분에 대한 차압을 보정하는 방식으로 CPF 내부에 퇴적된 매연량과 애쉬량을 분리하여 정확한 매연량을 계측함으로써 재생 제어 정보 및 내 구력 향상을 도모한다. 이러한 개념을 바탕으로 ECU 제어 로직은 다음 도 2와 같다.

도 2는 종래의 수트 질량의 산출 방식을 나타낸 흐름이다. 이는 앞서 설명한 바와, 차압을 통한 수트 질량 인식 로직을 도식으로 보여 준다.

기존 기술에 사용된 수트 질량 인식 로직은 도 2와 같이 CPF 내부 압력 및 내부 온도, 분사 연료 질량에 의거 유동률 Q(Flow Rate)를 구하고, 차압센서용파이프(15,16)에서 구해진 CPF 차압에서 모노리스(monolith;순수 필더 자체)에 의한 차압을 제한 뒤(△P) 유동 저항(Restriction)을 계산하고, 이에 유체에 의한 동점성계수(μ)와 애쉬에 의한 유동저항을 제하며, 다르시(Darcy)의 법칙을 바탕으로 실험에 의해 매핑된 유동률(Q)과 유동 저항의 관계에 따라 CPF 내에 쌓인 수트의 질량이 계산된다.

현재의 제어 로직은 차량 동특성 및 환경 조건에 기인하는 온도 및 압력 등의 변수를 고려하여 차량에 최적화시키는 매핑에 많은 제약을 수반한다. 즉 현재의 제어 로직은 차량 각 운전 조건에서 발생 가능한 여러 경우의 수를 확인하여야 하고 그에 따른 문제점을 각 차량에서 최적화 하여야 한다는 점을 간과하고 있다. 이처럼 차량의 각 주행 조건에서의 특성 반영이 안 될 경우에는 최대 70% 이상의 오인식 문제가 발생한다.

일례로 30g 정도의 수트가 채워지면 재생이 이루어져야 하는 CPF 필터에서 현재의 제어 로직에 의해 수트 질량 인식값과 실제의 수트 질량값을 비교한 결과, 실제 수트량이 10g 이상인 경우부터는 오인식율이 약 30 내지 70% 정도로 나타나게 되고, 이러한 오인식율은 차압 신뢰성에 굉장히 부정적인 결과로 귀착된다. 이러한 오인식으로 인해, 재생시기를 지나쳐 CPF 내부에 과다한 수트가 퇴적되면 배기압력 상승에 의한 출력저하 및 연비악화를 가져오며 지나치게 퇴적된 수트가 재생시 과다열을 발생시켜 필터가 녹아버리는 문제가 있고, 재생시기보다 이전에 CPF 재생이 이루어지면 연료가 낭비되어 역시 연비 악화를 가져오는 문제가 있다.

종래 CPF 시스템의 크기 및 용량을 결정하는 변수는 매연 배출량, 엔진 배기량, 애쉬(Ash) 퇴적 한계량 등을 들 수 있지만, 디젤 연소 과정에서 필히 수반되는 엔진 윤활유의 연소로 생성되는 애쉬 성분은 CPF 내부에 퇴적되어 방출되지 않게 되고, 이는 곧 CPF의 매연 포집 용량을 축소시켜 CPF의 사용 한계를 제한하게 되기 때문에 애쉬 퇴적량이 CPF 시스템의 크기 및 용량을 결정하는 가장 중요한 변수라고 할 수 있다. 또한 애쉬 퇴적량은 CPF 내부에 퇴적된 매연량을 인식하는 차압센서에 직접 영향을 주게 되므로 애쉬량의 정확한 검출은 CPF 시스템의 재생 신뢰성에 큰 영향을 주는 인자이다. 따라서, 애쉬 퇴적량을 얼마나 정확히 ECU가 인식하도록 하는지에 따라 CPF 제품의 완성도가 달라질 수 있으며, 이에 따라 각 제조사에서는 배출량 저감과 아울러 애쉬량 인식 정도 향상에 심혈을 기울이고 있는 실정이다.

종래 CPF 시스템에서 애쉬량을 계산하는 방법은 크게 3단계로 구성된다. 첫째는 연료소비량으로부터 애쉬 퇴적량을 계산하고, 두번째는 계산된 애쉬 퇴적량을 모노리스 보정하고, 세번째는 계산된 애쉬 퇴적량을 차압맵 보정하는 것이다.

그러나, 종래 제어 로직은 사전 시험된 임의의 값을 기준으로 ECU에 저장시 켜서 실제 차량 주행시에 해당 거리에 매칭된 절대 보정값을 취하여 차감하도록 구성되어 있으므로, 실제 퇴적된 애쉬량을 정확히 인식하는 것이 불가능하며 이에 따라 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있다. 예를 들어, 종래 CPF 시스템에서는 CPF 단품 산포, 차량의 주행상태, 사용 엔진 오일 등에 따라 큰 에러가 발생할 수 있는 문제점이 있다. 종래 제어 로직은 이러한 차이점들을 고려하지 않고 주행 거리 및 엔진 연료 소비율로만 계산된 하나의 시뮬레이션 입력값으로 계산되기 때문에 정확한 애쉬량을 인식하는데 어려움이 있으며, CPF 내부 매연 오인식 및 그에 따른 재생주기 단축과 아울러 내구측면에서도 좋지 않은 영향을 주게 된다.

또한, 종래에는 여러가지 조건 중에서 가장 애쉬 퇴적량이 많은 경우를 고려하여 사전 시뮬레이션을 하고, 그에 따른 사전 입력값을 취하게 되므로 실제 애쉬량이 작은 경우에도 높은 애쉬량이 퇴적된 것으로 측정하여 재생 주기를 단축시키는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 주행 시간이 경과함에 따른 다양한 애쉬 퇴적량을 정확히 실시간 계측하여 인식함으로써, 재생 주기를 연장시키고 CPF 단품의 내구 한계를 연장시킬 수 있도록 하는 CPF 에서의 재생주기 설정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 주행거리에 따른 애쉬(ash) 증가분이 저장된 베이스 맵을 이용하여 애쉬량을 구하는 단계와, 애쉬 학습존인지 여부를 판단하는 단계와, 애쉬 학습존이면 애쉬 학습을 통하여 학습치를 계산하는 단계와, 상기 베이스 맵을 이용하여 구한 애쉬량과 학습치를 합하여 최종 애쉬량을 결정하는 단계와, 최종 애쉬량에 순수 CPF 단품 차압 보정값인 모노리스 보정을 하는 단계와, 최종 애쉬량에 애쉬가 없는 조건의 매연량 정의맵인 차압맵 보정을 하는 단계와, 상기 모노리스 보정과 차압맵 보정을 통하여 산출된 현재 매연량과 재생 목표량을 비교하는 단계와, 현재 매연량이 재생 목표량 이상이면 재생을 시작하고, 현재 매연량이 재생 목표량 이하이면 로직을 종료하는 단계를 구비한다.

상기 애쉬 학습존인지 여부를 판단하는 기준은 재생종료후 일정시간 이내, CPF 입구온도가 일정온도 이상, 및 주행중일 때라는 조건을 만족하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에서 애쉬 학습존이면 애쉬 학습을 통하여 학습치를 계산하는 단계후에, 일정시간동안 학습치의 산포가 제1기준치 이내인지 판단하여 제1기준치 이상이면 로직을 종료하고 제1기준치 이내이면 다음 단계로 진행하는 단계와, 현재 학습치가 이전 학습치 대비 제2기준치 이내인지 판단하여 제2기준치 이상이면 로직을 종료하고 제2기준치 이내이면 다음 단계로 진행하는 단계와, 베이스 맵을 이용한 애쉬량에 학습치를 더한 값이 이전값 대비 제3기준치 이내인지 판단하여 제3기준치 이상이면 로직을 종료하고 제3기준치 이내이면 다음 단계로 진행하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면 CPF 시스템에서 애쉬량을 정확하게 인식함으로써, 재생 주기를 연장하여 내구력을 향상시키는 효과가 있다. 예를 들어, 본 발명으로 인해 재생 주기가 연장됨으로써, 종래 내구력이 약 24만 km정도였으나 본 발명에서는 최대 50만 km까지 내구력을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에서는 재생 주기가 연장됨으로 인하여 원가가 절감되고, 재생온도 달성을 위해 소모되는 연료 소모를 줄일 수 있어서 연비가 개선되고, 배기계의 열화현상을 늦출 수 있는 장점도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조해서 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 CPF에서의 재생주기 설정 방법을 보여주는 흐름도이다.

주행거리에 따른 애쉬(ash) 증가분이 저장된 베이스 맵을 이용하여 애쉬량(A)을 구한다(S310).

애쉬 학습존인지 여부를 판단한다(S320).

애쉬 학습존이 아니면 바로 S350 단계로 진입한다

애쉬 학습존이면 애쉬 학습을 통하여 학습치(B)를 계산한다(S330).

베이스 맵을 이용하여 구한 애쉬량(A)과 학습치(B)를 합하여 최종 애쉬량을 결정한다(S340).

최종 애쉬량에 순수 CPF 단품 차압 보정값인 모노리스 보정을 한다(S350).

최종 애쉬량에 애쉬가 없는 조건의 매연량 정의맵인 차압맵 보정을 한다(S360).

S350 단계에서의 모노리스 보정과 S360 단계에서의 차압맵 보정을 통하여 산출된 현재 매연량과 재생 목표량을 비교한다(S370).

현재 매연량이 재생 목표량 이상이면 재생을 시작하고, 현재 매연량이 재생 목표량 이하이면 로직을 종료한다(S380).

본 발명의 일 실시예에서 S320 단계에서 애쉬 학습존인지 여부를 판단하는 기준은 재생종료후 일정시간 이내, CPF 입구온도가 일정온도 이상, 및 주행중일 때라는 조건을 만족하는 것일 수 있다. 예를 들어 CPF 입구온도는 500 ℃이상의 조건일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 S350 단계에서 모노리스 보정은 애쉬가 없는 조건의 모노리스 보정값에 배기유량과 애쉬 퇴적량의 함수로 작성된 팩터 맵을 곱하는 방식으로 보정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 S360 단계에서 차압맵 보정은 애쉬가 없는 조건의 수트 질량값에 애쉬 퇴적량의 함수로 작성된 팩터 커브를 곱하는 방식으로 보정할 수 있다.

본 발명에서 S330 단계에서 애쉬 학습을 통해 계산된 학습치의 신뢰성을 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이에 대해서는 다음 도 4의 흐름도를 참조하여 설명하고자 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 CPF에서의 재생주기 설정 방법을 보여주는 흐름도이다.

S330 단계 후에, 일정시간동안 학습치의 산포가 제1기준치 이내인지 판단하여 제1기준치 이상이면 로직을 종료하고 제1기준치 이내이면 다음 단계로 진행한다(S332). 예를 들어, 일정시간은 5분이고, 제1기준치를 5%라고 하면, 5분동안 학 습치의 산포가 5%를 벗어나면 학습이 정상적으로 수행되기 힘들다고 판단하여 학습을 종료하는 것이다.

현재 학습치가 이전 학습치 대비 제2기준치 이내인지 판단하여 제2기준치 이상이면 로직을 종료하고 제2기준치 이내이면 다음 단계로 진행한다(S334). 예를 들어, 제2기준치를 5%라고 하면, 이전 학습치 대비 현재 학습치가 5%이상 차이가 나면 학습의 신뢰성에 문제가 있다고 판단하여 애쉬 학습을 종료하는 것이다.

베이스 맵을 이용한 애쉬량에 학습치를 더한 값이 이전값 대비 제3기준치 이내인지 판단하여 제3기준치 이상이면 로직을 종료하고 제3기준치 이내이면 다음 단계로 진행한다(S336). 예를 들어, 제3기준치를 5%라고 하면, 베이스 맵을 이용한 애쉬량에 학습치를 더한 값이 이전값 대비 5%를 초과하면 학습 신뢰성에 문제가 있다고 판단하여 애쉬 학습을 종료하는 것이다.

이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.

도 1은 일반적인 CPF의 일부 절개 사시도이다.

도 2는 종래 수트 질량 산출 방식을 나타낸 흐름도이다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 CPF에서의 재생주기 설정 방법을 보여주는 흐름도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 CPF 11 산화촉매

12 촉매필터 13 입구

14 출구 15, 16 차압센서용 파이프

17 온도센서

Claims (3)

1. 주행거리에 따른 애쉬(ash) 증가분이 저장된 베이스 맵을 이용하여 애쉬량을 구하는 단계와,

   애쉬 학습존인지 여부를 판단하는 단계와,

   애쉬 학습존이면 애쉬 학습을 통하여 학습치를 계산하는 단계와,

   상기 베이스 맵을 이용하여 구한 애쉬량과 학습치를 합하여 최종 애쉬량을 결정하는 단계와,

   최종 애쉬량에 순수 CPF 단품 차압 보정값인 모노리스 보정을 하는 단계와,

   최종 애쉬량에 애쉬가 없는 조건의 매연량 정의맵인 차압맵 보정을 하는 단계와,

   상기 모노리스 보정과 차압맵 보정을 통하여 산출된 현재 매연량과 재생 목표량을 비교하는 단계와,

   현재 매연량이 재생 목표량 이상이면 재생을 시작하고, 현재 매연량이 재생 목표량 이하이면 로직을 종료하는 단계

   를 구비하는 CPF에서의 재생주기 설정 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 애쉬 학습존인지 여부를 판단하는 기준은 재생종료후 일정시간 이내, CPF 입구온도가 일정온도 이상, 및 주행중일 때라는 조건을 만족하는 것임을 특징 으로 하는 CPF에서의 재생주기 설정 방법.
3. 제1항에 있어서,

   애쉬 학습존이면 애쉬 학습을 통하여 학습치를 계산하는 단계후에,

   일정시간동안 학습치의 산포가 제1기준치 이내인지 판단하여 제1기준치 이상이면 로직을 종료하고 제1기준치 이내이면 다음 단계로 진행하는 단계와,

   현재 학습치가 이전 학습치 대비 제2기준치 이내인지 판단하여 제2기준치 이상이면 로직을 종료하고 제2기준치 이내이면 다음 단계로 진행하는 단계와,

   베이스 맵을 이용한 애쉬량에 학습치를 더한 값이 이전값 대비 제3기준치 이내인지 판단하여 제3기준치 이상이면 로직을 종료하고 제3기준치 이내이면 다음 단계로 진행하는 단계

   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 CPF에서의 재생주기 설정 방법.

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