KR20110035691A

KR20110035691A - 디젤매연필터 보호장치 및 방법

Info

Publication number: KR20110035691A
Application number: KR1020090093505A
Authority: KR
Inventors: 전대수
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2011-04-06
Also published as: KR101209720B1

Abstract

본 발명은 디젤매연필터의 재생 중 아이들에 진입하는 경우 비정상 재생의 발생 여부를 판정하여 디젤매연필터가 한계온도 이상으로 상승되는 것을 방지하며, 이를 통해 디젤매연필터를 보호하는 것이다.

본 발명은 디젤매연필터의 재생이 진행되는 도중에 아이들 진입이 검출되는지 판단하는 과정, 아이들 진입이 검출되면 재생시작 시점에서 아이들 진입까지의 적산시간이 설정된 기준시간의 범위에 포함되는지 판정하는 과정, 상기 적산시간이 기준시간의 범위에 포함되면 디젤매연필터 전단의 온도가 설정된 기준온도를 초과하는지 판단하는 과정, 디젤매연필터 전단의 온도가 설정된 기준온도를 초과하면 비정상 재생의 진입으로 판정하여 비정상 재생 방지 제어를 실행하는 과정을 포함한다.

디젤매연필터, 아이들, 비정상 재생, 한계온도, 소손

Description

디젤매연필터 보호장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PROTECTION DIESEL PARTICULATE FILTER}

본 발명은 디젤차량의 촉매장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디젤매연필터의 재생 중 아이들에 진입하는 경우 비정상 재생의 발생 여부를 판정하여 디젤매연필터가 한계온도 이상으로 상승되는 것을 방지하는 디젤매연필터 보호장치 및 방법에 관한 것이다.

엔진에서 배출되는 배기가스는 배기 파이프의 중간에 배치되는 촉매장치(Catalytic Converter)로 유도되어 정화되고 머플러를 통과하면서 소음이 감쇄된 후 테일 배기 파이프를 통해 대기로 방출된다.

OBD규제에서는 배기가스의 규제뿐만 아니라 배기 관련부품의 고장, 열화정도를 감지하는 진단과 A/S(After Service) 시장에서 표준화에 관련된 여러 가지 규정을 만족하도록 요구하고 있다.

디젤차량은 북미디젤 Tier2 BIN5 규제나 유로6 규제를 만족시키기 위해 산화촉매, 디젤매연필터(Diesel Particulate Filter : DPF), SCR((Selective Catalytic Reduction)촉매 등이 적용되고 있으며, 차량의 설계에 따라 상기의 촉매들의 조합 과 배치 위치는 서로 다르게 결정된다.

상기에서 디젤매연필터는 배기가스에 포함된 그을음(Soot) 등의 입자상 물질을 물리적으로 포집하고, 일정거리 주행 후 혹은 양단 간의 차압이 설정된 기준압력 이상으로 포집되는 경우 후분사 제어에 따라 대략 500 ~ 650℃의 고온으로 상승된 배기가스에 의해 포집된 물질이 연소되어 재생된다.

디젤매연필터가 후분사 제어에 따라 재생되는 도중 아이들 진입에 의해 산소농도가 증대되고, 배기가스의 유량이 감소되어 비정상 재생이 발생되면 디젤매연필터는 한계온도를 초과하여 멜팅(Melting) 및 크랙(Crack) 등이 발생되어 파손되는 문제점이 있다.

상기와 같이 디젤매연필터의 재생 중 비정상 재생이 발생되는 것을 방지하기 위한 다양한 방법이 제공되고 있는데, "US6931842"에서는 가속페달 신호 및 기어비 등의 정보로부터 급감속이 검출되어 아이들 진입으로 판단되면 디젤매연필터의 재생온도를 저감시키고, 흡입공기유량을 증대시키는 방법이 제공되고 있다.

또한, "US6763659"에서는 디젤매연필터의 재생 중에 아이들 진입이 판단되면 입자상 물질의 포집량과 디젤매연필터의 온도를 반영하여 아이들 스피드를 상향조정시켜 배기유량을 증대시키는 방법이 제공되고 있다.

또한, "JP2006-022736"는 디젤매연필터의 재생 중에 흡입공기 유량의 감소로 아이들 진입이 판단되면 후분사를 통한 강제 재생동작을 중지시키는 방법이 제공되고 있다.

상기한 종래의 방법들은 디젤매연필터의 재생이 진행되는 상태에서 아이들 진입이 판단되면 무조건적으로 비정상 재생이 일어나는 것으로 판정하여 상기와 같은 비정상 재생 방지로직이 실행되므로, 차량의 주행 중에 급격한 운전조건의 변화를 유발시켜 운전성을 악화시키는 문제점을 발생시킨다.

또한, 아이들 진입에 따라 디젤매연필터의 재생이 중지되므로, 재생 재진입시 배기가스 온도를 재생온도까지 상승시켜야 하기 때문에 연비악화를 초래시키는 문제점을 발생시킨다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 디젤매연필터의 재생이 진행되는 도중에 아이들에 진입하는 경우 디젤매연필터의 재생시작 시점에서 아이들 진입 시점까지의 시간과 아이들 진입에 따른 디젤매연필터 전단의 온도를 판정하여 비정상 재생 여부를 판정하고, 그에 따른 제어가 실행되도록 하는 것이다.

상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명의 특징에 따른 디젤매연필터 보호장치는, 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하는 디젤매연필터; 디젤매연필터 전/후단에 걸리는 압력을 검출하는 수단; 디젤매연필터 전단의 온도를 측정/추정하는 수단을 포함하며,

디젤매연필터의 재생 중에 아이들에 진입하면 재생시작 시점에서 아이들 진입 시점까지의 시간과 디젤매연필터 전단의 온도에 따라 비정상 재생 여부를 판정 하는 제어부를 더 포함한다.

또한, 본 발명의 특징에 따른 디젤매연필터 보호방법은, 디젤매연필터의 재생이 진행되는 도중에 아이들 진입이 검출되는지 판단하는 과정; 아이들 진입이 검출되면 재생시작 시점에서 아이들 진입까지의 적산시간이 설정된 기준시간의 범위에 포함되는지 판정하는 과정; 상기 적산시간이 기준시간의 범위에 포함되면 디젤매연필터 전단의 온도가 설정된 기준온도를 초과하는지 판단하는 과정; 디젤매연필터 전단의 온도가 설정된 기준온도를 초과하면 비정상 재생의 진입으로 판정하여 비정상 재생 방지 제어를 실행하는 과정을 포함한다.

전술한 구성에 의하여 본 발명은 디젤매연필터의 재생이 진행되는 도중에 아이들에 진입되더라도 비정상 재생의 진입여부를 명확하게 판정함으로써, 불필요한 비정상 재생 방지 제어의 진입이 배제되어 안정된 운전성을 제공하는 효과가 있다.

또한, 디젤매연필터의 재생이 안정되게 실행되어 촉매의 내구성과 연비향상이 제공되고, 디젤매연필터가 한계온도를 초과되는 것을 차단하여 촉매의 안정성 및 에미션을 안정화하는 효과가 있다.

아래에서는 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디젤매연필터 보호장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명은 엔진(10)과, 배기가스의 에너지로 흡입 공기를 과급시키는 터보차저(30), 디젤매연필터(50), 제1압력센서(51), 제2압력센서(53), 온도센서(55) 및 제어부(100)를 포함한다.

상기 터보차저(30)는 배기 매니폴더의 소정 위치에 장착되는 임펠러(31)와 흡기 매니폴더의 소정 위치에 장착되는 터빈(32)으로 구성되며, 엔진(10)에서 배출되는 배기가스의 에너지로 동작되는 임펠러(31)에 의해 터빈(32)이 회전하여 엔진(10)으로 흡입공기를 과급시킨다.

상기 디젤매연필터(50)는 엔진(10)에서 배출되는 배기가스에 포함된 그을음 등의 입자상 물질을 물리적으로 포집하고, 일정거리의 주행 혹은 양단 간의 차압이 설정된 기준압력 이상으로 포집되는 경우 후분사 제어에 따라 대략 500 ~ 650℃의 고온으로 상승된 배기가스에 의해 포집된 그을음 등의 입자상 물질이 연소되어 재생된다.

제1압력센서(51)는 디젤매연필터(50)의 전단에 설치되어, 필터 전단에 걸리는 배기가스의 압력을 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(100)에 제공한다.

제2압력센서(53)는 디젤매연필터(50)의 후단에 설치되어, 필터 후단에 걸리는 배기가스의 압력을 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(100)에 제공한다.

온도센서(55)는 디젤매연필터(50)의 전단에 설치되어 전단의 온도, 바람직하게는 필터 입구 중심부의 온도를 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(100)에 제공한다.

제어부(100)는 엔진 시동이 온 상태에서 엔진 RPM, 부하, 냉각수온, 마일리지 등의 정보와 디젤매연필터(50)의 양단간에 설치되는 제1,2압력센서(51,53)의 정보를 분석하여 디젤매연필터(50)의 재생조건을 만족하는지 판단하며, 재생 조건을 만족하면 엔진(10)을 후분사 제어하여 디젤매연필터(50)를 재생시킨다.

상기 디젤매연필터(50)의 재생조건은 설정된 일정거리 이상의 주행이 이루어졌거나 양단 간의 차압이 설정된 기준 차압 이상인 조건이며, 이는 내구의 진행에 따라 학습된다.

또한, 상기 제어부(100)는 디젤매연필터(50)의 재생이 진행되는 도중에 아이들에 진입하는지를 판단하며, 아이들에 진입하는 경우 디젤매연필터의 재생시작 시점에서 아이들 진입 시점까지의 시간과 아이들 진입에 따른 디젤매연필터의 전단 온도, 바람직하게는 입구 중심부 온도를 판정하여 비정상 재생 여부를 판정하고, 그에 따른 제어를 실행한다.

즉, 상기 제어부(100)는 디젤매연필터(50)의 재생이 진행되는 도중에 아이들에 진입하는 경우 디젤매연필터의 재생시작 시점에서 아이들 진입 시점까지의 시간이 설정된 기준시간의 범위에 포함되고, 온도센서(55)에서 검출되는 디젤매연필터(50)의 전단 온도, 바람직하게는 입구 중심부 온도가 설정된 기준온도 보다 높은 경우에 한하여 디젤매연필터(50)의 비정상 재생이 실행되는 것으로 판정한다.

이때, 제어부(100)는 배기가스의 유량 증대 제어, 배기가스 중의 산소농도 감소 제어, 후분사 중지 등을 실행하여 디젤매연필터(50)가 비정상 재생되는 것을 방지한다.

전술한 바와 같은 기능을 포함하는 본 발명에서 디젤매연필터를 보호하기 위하여 비정상 재생여부를 판정하는 동작에 대하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 디젤 차량의 엔진 시동이 온 되면 제어부(100)는 차량에 소정위치에 각각 설치되는 다양한 센서(도시되지 않음)로부터 엔진 RPM, 부하, 엔진 온 타임, 냉각수온, 마일리지 등의 정보를 검출하고, 제1,2압력센서(51,53)로부터 디젤매연필터(50)의 전/후단 압력 정보를 검출한다(S101).

그리고, 상기 검출된 정보를 분석하여 디젤매연필터(50)의 재생조건을 만족하는지 판단한다(S102).

상기 디젤매연필터(50)의 재생조건은 재생 완료 후 설정된 일정거리 이상의 주행이 이루어졌거나 양단 간의 차압이 설정된 기준 차압 이상인 조건이며, 이는 내구의 진행에 따라 학습된다.

상기 S102의 판단에서 디젤매연필터(50)의 재생조건을 만족하면 제어부(100)는 엔진(10)을 후분사 제어하여 배기가스의 온도를 상승시켜 디젤매연필터(50)에 포집된 입자상 물질을 연소시키는 재생 제어를 실행한다(S103).

상기와 같이 디젤매연필터(50)의 재생이 진행되는 도중 아이들에 진입하였는지를 판단한다(S104).

상기 S104의 판단에서 아이들에 진입되지 않은 상태이면 상기 S103의 과정으 로 리턴되고, 아이들에 진입한 것으로 판단되면 디젤매연필터의 재생시작 시점에서 아이들 진입 시점까지의 시간을 적산하여(S105) 시간 적산치가 설정된 기준값의 범위에 포함되는지 판단한다(S106).

상기 기준값의 범위는 예를 들어, 50초를 초과하고 480초 미만인 조건으로 설정된다.

상기 S106의 판단에서 시간 적산치가 설정된 기준값의 범위에 포함되면 온도센서(55)로부터 디젤매연필터(50)의 전단 온도, 바람직하게는 입구 중심부의 온도를 검출하여(S107) 설정된 기준온도, 예를 들어 580℃를 초과하였는지 판단한다(S108).

상기 S106의 판단에서 시간 적산치가 설정된 기준값의 범위에 포함되지 않거나 상기 S108의 판단에서 디젤매연필터(50)의 전단온도, 바람직하게는 입구 중심부의 온도가 설정된 기준온도를 초과하지 않은 상태이면 디젤매연필터(50)의 재생이 정상적으로 진행되고 있는 것으로 판정하여 현재의 재생조건을 유지한다(S111).

그러나, 상기한 판단 결과 시간 적산치가 설정된 기준값의 범위에 포함되고 디젤매연필터(50)의 전단 온도, 바람직하게는 입구 중심부의 온도가 설정된 기준온도를 초과한 상태이면 디젤매연필터(50)는 아이들 진입에 의해 비정상 재생이 실행되는 것으로 판정한다(S109).

상기와 같이 디젤매연필터(50)의 비정상 재생이 판정되면 제어부(100)는 비정상 재생 방지 제어를 실행시켜 배기가스의 유량 증대 제어, 배기가스 중의 산소농도 감소 제어, 후분사 중지 제어 등을 실행시켜 디젤매연필터(50)가 한계온도 이 상으로 상승되는 것을 방지한다(S110).

따라서, 디젤매연필터(50)는 멜팅/크랙 등이 발생되지 않아 에미션을 안정되게 유지시킨다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디젤매연필터 보호 절차를 도시한 흐름도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 엔진 30 ; 터보차저

50 : 디젤매연필터 51 : 제1압력센서

53 : 제2압력센서 55 : 온도센서

Claims

배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하는 디젤매연필터;

디젤매연필터 재생시점을 판단하기 위한 수단;

디젤매연필터 전단의 온도를 측정/추정하는 수단;

를 포함하며,

디젤매연필터의 재생 중에 아이들에 진입하면 재생시작 시점에서 아이들 진입 시점까지의 시간과 디젤매연필터 전단의 온도에 따라 비정상 재생 여부를 판정하는 제어부;

를 더 포함하는 디젤매연필터 보호장치.
제1항에 있어서,

상기 제어부는 디젤매연필터의 재생시작 시점에서 아이들 진입 시점까지의 적산시간이 설정된 기준시간의 범위에 포함되고, 디젤매연필터 전단의 온도가 설정된 기준온도를 초과하는 경우 한하여 비정상 재생방지 로직이 적용되는 것을 특징으로 하는 디젤매연필터 보호장치.
제1항에 있어서,

상기 제어부는 디젤매연필터의 비정상 재생이 판정되면 배기가스의 유량 증대제어, 배기가스 중의 산소농도 감소제어, 후분사 중지 또는 감량 제어 중 어느 하나 이상의 제어를 실행하여 디젤매연필터가 비정상 재생되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 디젤매연필터 보호장치.
제1항에 있어서,

상기 제어부는 디젤매연필터의 재생 중에 아이들에 진입하면 재생시작 시점에서 아이들 진입시점까지의 적산시간이 제1시간 초과 제2시간 미만이고, 디젤매연필터 전단의 온도가 기준온도를 초과하는 경우에 한하여 비정상 재생방지 로직이 적용되는 것을 특징으로 하는 디젤매연필터 보호장치.
제4항에 있어서,

상기 제어부에 설정되는 제1시간은 50초이고, 제2시간은 480초이며, 기준온도는 580℃인 것을 특징으로 하는 디젤매연필터 보호장치.
디젤매연필터의 재생이 진행되는 도중에 아이들 진입이 검출되는지 판단하는 과정;

아이들 진입이 검출되면 재생시작 시점에서 아이들 진입까지의 적산시간이 설정된 기준시간의 범위에 포함되는지 판정하는 과정;

상기 적산시간이 기준시간의 범위에 포함되면 디젤매연필터 전단의 온도가 설정된 기준온도를 초과하는지 판단하는 과정;

디젤매연필터 전단의 온도가 설정된 기준온도를 초과하면 비정상 재생의 진 입으로 판정하여 비정상 재생 방지 제어를 실행하는 과정;

을 포함하는 디젤매연필터 보호방법.
제6항에 있어서,

상기 디젤매연필터의 재생시작 시점에서 아이들 진입까지의 적산시간이 설정된 기준시간의 범위에 포함되지 않거나 디젤매연필터 전단의 온도가 설정된 기준온도 미만이면 정상적인 재생으로 판정하는 것을 특징으로 하는 디젤매연필터 보호방법.
제6항에 있어서,

상기 비정상 재생 방지 제어는 배기가스 유량 증대제어, 배기가스 중의 산소농도 감소제어, 후분사 중지 혹은 감량 제어 중 어느 하나 이상의 제어를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤매연필터 보호방법.
제6항에 있어서,

상기 기준시간의 범위는 50초 초과, 480초 미만으로 설정되고, 디젤매연필터 전단의 기준온도는 580℃로 설정되는 것을 특징으로 하는 디젤매연필터 보호방법.