KR20120054854A - 배기가스 후처리 방법 - Google Patents

배기가스 후처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 방법은, 운전조건으로부터 디젤매연여과필터가 자발재생되는 조건을 판단하는 단계, 정상운행중인 엔진이 아이들상태로 진입(DTI)하거나 오버런(over run) 상태로 진입하는 것을 판단하는 단계, 및 상기 디젤매연여과필터가 자발재생되고, 상기 엔진이 아이들상태 또는 오버런 상태로 판단되면, 상기 디젤매연여과필터로 유입되는 배기가스의 온도를 낮추고 산소농도를 낮추며 배기유량을 증가시킨다.
따라서, 디젤매연여과필터가 자발적으로 재생되는 것을 감지하고, 자발재생되는 동안에, 아이들 상태 또는 오버런 상태로 진입하면, 산소농도를 저감시키고 배기유량을 증가시켜, 상기 디젤매연여과필터의 내부온도가 급격하게 상승되는 효과적으로 방지할 수 있다.

Description

배기가스 후처리 방법{EXHAUST GAS POST PROCESSING METHOD}
본 발명은 배기가스 후처리 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하고 이를 제거하는 디젤매연여과필터를 이용하는 배기가스 후처리 방법에 관한 것이다.
유해한 배기가스의 배출이 상대적으로 많은 디젤차량의 경우, 유해물질 저감은 아주 중요한 문제이다. 특히, 연료의 불완전 연소에 주로 기인하는 입자상 물질(PM, particulate matters)의 저감이 요구되고 있다.
입자상 물질을 저감시키기 위한 다양한 기술이 도입되고 있는데, 배기가스 성분 중 입자상 물질을 포집하고 포집된 입자상 물질을 발화온도 이상으로 가열하여 입자상 물질을 제거하는 디젤여과필터(DPF, diesel particulate filter)가 있다.
상기 디젤여과필터에서, 고속 또는 고부하 상태에서와 같이 배기가스 온도가 높은 상태에서는 원활한 재생이 가능하지만, 부하가 낮은 운전조건인 상태에서 재생을 위해서는 배기가스의 온도를 강제적으로 상승시켜야 한다.
배기가스 온도를 상승시키기 위해, 연소가 종료된 상태에서 다시 연료를 분사해 주는 포스트인젝션(post injection)이 수행되어 DPF의 상류측에 배치되는 디젤산화촉매(DOC, diesel oxidation catalyst)에서 배기가스의 온도를 상승시킨다.
한편, 상기 디젤매연여과필터는 후분사 없이 자발재생되는데, 이러한 자발적으로 재생되는 동안에, 아이들상태로 진입하거나 오버런 상태에 진입하면, 상기 디젤매연여과필터의 내부온도가 더 급격히 상승하여, 내구성이 줄어들고, 심할 경우 파손되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 디젤매연여과필터가 자발재생되는 동안에 아이들 상태 또는 오버런 상태로 진입할 때 그 내부온도가 급격하게 상승하여 내구성이 줄어들고 파손되는 것을 방지하는 배기가스 후처리 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 배기가스 후처리 방법은, 운전조건으로부터 디젤매연여과필터가 자발재생되는 조건을 판단하는 단계, 정상운행중인 엔진이 아이들상태로 진입(DTI)하거나 오버런(over run) 상태로 진입하는 것을 판단하는 단계, 및 상기 디젤매연여과필터가 자발재생되고, 상기 엔진이 아이들상태 또는 오버런 상태로 판단되면, 상기 디젤매연여과필터로 유입되는 배기가스의 온도를 낮추고 산소농도를 낮추며 배기유량을 증가시킨다.
상기 디젤매연여과필터가 자발재생되는 조건은, 상기 디젤매연여과필터의 전단온도, 엔진회전수, 연료분사량에 따른 맵데이터, 또는 상기 디젤매연여과필터의 입구온도와 상기 디젤매연여과필터에 포집된 매연의 포집량에 의해서 판단된다.
아이들상태로 진입하는 것은 엔진의 RPM, 배기가스유량, 및 연료분사량에 의해서 판단된다.
산소농도를 저감시키기 위해서는 연소실 내부로 흡입되는 공기량, 연료분사량, 및 배기가스 재순환양을 제어한다
배기유량을 증대시키기 위해서는 엔진회전수를 증대시키는 제어를 실시한다.
앞에서 기재된 바와 같이 본 발명에 따른 배기가스 후처리 방법에서, 디젤매연여과필터가 자발적으로 재생되는 것을 감지하고, 자발재생되는 동안에, 아이들 상태 또는 오버런 상태로 진입하면, 산소농도를 저감시키고 배기유량을 증가시켜, 상기 디젤매연여과필터의 내부온도가 급격하게 상승되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 방법을 도시한 플로우차트이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 방법에서 자발재생 상태를 판단하는 요소를 보여주는 테이블이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 방법에서 비정상 상태로 판단되는 상태를 보여주는 테이블이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 방법에서 자발재생 중 또는 재생모드에서 DTI로 진입하는 것을 비교하는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 방법에서 포집된 매연(soot)/산소농도에 따른 DPF의 입구온도 분포를 개략적으로 보여주는 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 배기가스 후처리 시스템은 엔진(100), 배기라인(110), 디젤매연여과필터(120)(DPF: diesel particulate filter), 온도센서(130), 차압센서(140), 및 제어부(150)를 포함한다.
상기 배기라인(110)에는 상기 온도센서(130)와 상기 디젤매연여과필터(120)가 순차적으로 배치되고, 상기 차압센서(140)는 상기 디젤매연여과필터(120)의 전후단 차압을 감지한다.
상기 온도센서(130)는 상기 디젤매연여과필터(120)로 유입되는 배기가스의 온도를 감지하고, 상기 차압센서(140)는 상기 디젤매연여과필터(120)의 전후단 차압신호를 상기 제어부(150)로 인가하며, 상기 제어부(150)는 상기 차압센서(140)에서 보내진 신호를 기초로, 상기 디젤매연여과필터(120)에 포집된 매연의 양(레벨)을 연산하거나 맵데이터로부터 선택한다.
상기 디젤매연여과필터(120)를 재생하는 방법은 상기 엔진(100)에서 후분사를 통해서 상기 배기라인(110)을 지나는 배기가스의 온도를 증가시켜 강제로 재생하는 방법이 있다.
또는, 상기 디젤매연여과필터(120)가 자발적으로 재생되는 경우가 있다. 이러한 자발재생(자발재생)은 상기 디젤매연여과필터(120)의 입구온도, 엔진의 가동조건, 상기 디젤매연여과필터(120)에 포집된 매연량 등에 의해서 발생된다.
한편, 후분사 없이, 상기 디젤매연여과필터(120)가 자발적으로 재생되는 동안에, 상기 엔진(100)이 아이들상태(DTI) 또는 오버런(over run) 상태로 진입하면, 비정상 상태로, 상기 디젤매연여과필터(120)의 온도가 급격하게 증가하여 파손될 수 있는 문제점이 있다.
상기 DTI는 drop to idle의 약자로, 엔진이 아이들 상태에 있다는 것이며, 배기가스 내에 산소농도가 증가하고 배기유량이 감소하여, 자발 재생되고 있는 상기 디젤매연여과필터(120)의 온도가 급격하게 상승할 수 있다.
아울러, 상기 over run은 엔진이 오버런 상태에 있다는 것으로, 배기가스 내의 산소농도가 급격하게 증가하여, 자발 재생되고 있는 상기 디젤매연여과필터(120)의 온도가 급격하게 상승할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는, 전술한 바와 같이, 상기 디젤매연여과필터(120)가 후분사 없이 자발적으로 재생되는 조건을 감지하고, 그 자발재생 상태에서, 상기 엔진(100)이 DTI 또는 over run 상태로 진입하면, 상기 디젤매연여과필터(120)의 과열을 방지하기 위한 산소농도와 배기유량을 제어한다.
일례로, 상기 산소농도를 낮추기 위해서, 흡입되는 공기유량을 감소시키고, 배기라인에서 흡기라인으로 재순환되는 재순환가스의 양과 연료분사량을 증가시키는 방법도 있다.
산소의 농도를 낮추고 배기유량을 증대시키는 방법은 여러 가지가 있으나 공지기술이므로 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 방법을 도시한 플로우차트이다.
도 2를 참조하면, S200에서 엔진(100)이 시동되고, S210에서 엔진(100)이 정상적으로 작동된다.
차량이 주행함에 따라서, 상기 디젤매연여과필터(120) 내부에 매연이 포집되고, 상기 디젤매연여과필터(120)는 후분사 등을 이용하여 강제 재생되거나, 자발적으로 재생된다.
S215에서 상기 디젤매연여과필터(120)는 자발재생되고, S220에서 상기 디젤매연여과필터(120)는 강재재생된다. 본 발명의 실시예에서, 상기 디젤매연여과필터(120)가 강제로 재생되는 것에 대한 것은 상세한 설명을 생략한다.
S215에서, 상기 디젤매연여과필터(120)가 자발적으로 재생되는 조건은, 상기 디젤매연여과필터(120)에 포집된 매연의 양이 일정수치 이상이고, 산소농도가 높고, 배기유량이 적은 상태로, 상기 디젤매연여과필터('DPF'라고 부름)의 전단부 배기가스의 온도가 설정된 수치 이상으로 올라가야 한다.
상기 디젤매연여과필터(120)가 자발적으로 재생되는 상태에서, S230에서 비정상 재생 조건인지를 판단한다. 본 발명의 실시예에서, 상기 비정상 재생 조건은 아이들 상태(DTI: drop to ilde) 또는 오버런 상태(over run condition)를 포함한다.
본 발명의 실시예에서, 아이들 상태와 오버런 상태를 판단하는 방법도 공지기술이므로 상세한 설명은 생략한다.
S230에서, 엔진(100)이 비정상 조건으로 판단되면, S235과 S230에서 산소농도를 줄이고 배기가스의 유량을 상승시킨다. 그 방법은 전술한 바와 같다. S230에서 엔진이 비정상 조건이 아니라고 판단되면, S240에서 정상적인 상태로 복귀한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 방법에서 자발재생 상태를 판단하는 요소를 보여주는 테이블이다.
도 3을 참조하면, 상기 디젤매연여과필터(120) 또는 DPF가 후분사 없이 자발적으로 재생되는 조건을 판단할 수 있는 요소는 상기 엔진의 회전수(RPM), 배기가스 유량, 매연포집량(Soot mass), 산소농도, DPF 입구온도, 및 연료분사량을 포함한다.
일례로, 자발재생이 발생되려면, 상기 디젤매연여과필터(120)에 설정된 양의 매연이 포집되어야 하고, 상기 디젤매연여과필터(120)의 입구온도가 설정된 온도 이상이 되어야 하며, 산소농도가 높고, 배기가스 유량과 RPM(엔진 회전수)도 설정된 범위 내어야 하며, 연료분사량도 설정된 범위에 포함되어야 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 방법에서 비정상 상태로 판단되는 상태를 보여주는 테이블이다.
도 4를 참조하면, 엔진(100)이 비정상 상태에 있다는 것은, 아이들 상태로 진입하는 것(DTI: drop to idle), 오버런 상태로 진입하는 것, 및 상기 디젤매연여과필터의 입구온도가 설정된 수치보다 높다는 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 방법에서 자발재생 중 또는 재생모드에서 DTI로 진입하는 것을 비교하는 그래프이다.
도 5의 왼쪽 아래 부분을 참고하면, 상기 디젤매연여과필터(120)가 자발 재생되는 동안에 아이들 상태로 진입하면, 상기 디젤매연여과필터(120)로 유입되는 산소의 농도가 증가하고, 도 5의 위쪽 부분을 참고하면, 배기유량(mass flow)이 감소하고, 상기 디젤매연여과필터(120)의 내부온도가 필터 내열한계 온도 이상으로 급격하게 상승하는 것을 볼 수 있다.
도 5의 오른쪽 아래 부분을 참고하면, 상기 디젤매연여과필터(120)가 강제 재생되는 동안에 아이들 상태로 진입하면, 상기 디젤매연여과필터(120)로 유입되는 산소의 농도가 증가하고, 도 5의 오른쪽 위 부분을 참고하면, 배기유량(mass flow)이 감소하고, 상기 디젤매연여과필터(120)의 내부온도가 필터 내열한계 온도 이상으로 상승하는 것을 보여준다.
전술한 바와 같이, 상기 디젤매연여과필터(120)가 자발적으로 재생되는 동안과 강제로 재생되는 동안에, 유입되는 산소의 농도가 증가하면, 상기 디젤매연여과필터(120)의 내부온도가 상승하여 파손될 수 있다는 것을 보여준다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는, 상기 디젤매연여과필터(120)가 자발적으로 재생되는 동안에 아이들상태나 오버런 상태로 진입하여 산소의 농도가 증가하면, 산소의 농도를 줄이고 배기유량을 증가시킨다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 방법에서 포집된 매연(soot)/산소농도에 따른 DPF의 입구온도 분포를 개략적으로 보여주는 그래프이다.
도 6을 참고하면, 가로축은 포집된 매연(soot)양 또는 산소농도를 나타내고, 세로축은 상기 디젤매연여과필터(120)의 입구온도를 나타낸다.
도시한 바와 같이, 포집된 매연양 또는 산소농도가 높고, 상기 디젤매연여과필터(120)의 입구온도가 높을수록, 자발재생으로 인한 온도상승의 위험이 높다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
100: 엔진
110: 배기라인
120: 디젤매연여과필터(DPF)
130: 온도센서
140: 차압센서
150: 제어부

Claims (5)

  1. 운전조건으로부터 디젤매연여과필터가 자발재생되는 조건을 판단하는 단계;
    정상운행중인 엔진이 아이들상태로 진입(DTI)하거나 오버런(over run) 상태로 진입하는 것을 판단하는 단계; 및
    상기 디젤매연여과필터가 자발재생되고, 상기 엔진이 아이들상태 또는 오버런 상태로 판단되면, 상기 디젤매연여과필터로 유입되는 배기가스의 온도를 낮추고 산소농도를 낮추며 배기유량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 디젤매연여과필터가 자발재생되는 조건은,
    상기 디젤매연여과필터의 전단온도, 엔진회전수, 연료분사량에 따른 맵데이터, 또는
    상기 디젤매연여과필터의 입구온도와 상기 디젤매연여과필터에 포집된 매연의 포집량에 의해서 판단되는 배기가스 후처리 방법.
  3. 제1항에서,
    아이들상태로 진입하는 것은 엔진의 RPM, 배기가스유량, 및 연료분사량에 의해서 판단되는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 방법.
  4. 제1항에서,
    산소농도를 저감시키기 위해서, 흡입공기유량, 배기가스 재순환양, 및 연료분사량을 제어하는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 방법.
  5. 제1항에서,
    배기유량을 증대시키기 위해서, 엔진회전속도, 흡입공기유량, 및 배기가스 재순환양을 제어하는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 방법.
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