KR20120059685A - Ｌｐ ｅｇｒ 차량의 ｄｐｆ손상 검출 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 LP EGR 시스템이 적용되는 엔진에 있어 DPF의 손상이 있을 경우 이를 조기에 인지하여 교환 시기를 운전자에게 알려줄 수 있는 LP EGR 차량의 DPF 손상 검출 장치 및 방법을 제공하는 데 있다. 이를 위한 본 발명의 LP EGR 차량의 DPF 손상 검출 장치는, 배기가스에 의해 회전하는 터빈과 그 터빈의 회전에 연동하여 공기를 흡입한 후 인터쿨러를 거쳐 엔진에 과급하는 컴프레서를 구비하는 터보챠저와, 상기 터빈을 거처 배출되는 배기가스를 정화하도록 배기관에 마련되는 DPF와, 상기 DPF의 후단에 마련되는 LP EGR 밸브와, 상기 LP EGR 밸브와 상기 컴프레서를 접속하여 LP EGR을 공급하는 관로의 도중에 설치되는 LP EGR 쿨러 및 비상 필터를 포함하여 구성되는 LP EGR 방식의 터보챠저 엔진에 있어서, 상기 DPF와 LP EGR 밸브 사이의 배기관로와 상기 비상 필터의 후단 사이의 압력차를 검출하는 비상 필터 차압 검출수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

ＬＰ ＥＧＲ 차량의 ＤＰＦ손상 검출 장치 및 방법{DPF damage detecting apparatus and method thereof of LP EGR vehicle}

본 발명은 LP-EGR 시스템을 적용한 터보차저 차량에 있어 배기가스를 정화시키는 DPF가 손상되는 경우 매연 입자가 LP-EGR 시스템의 각 부품들에 유입되어 부품들의 파손을 가져오고, 또 효율을 저하시키게 되는 것을 방지하기 위한 LP EGR 차량의 DPF 파손 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.

터보차지되는 엔진 시스템은 기계적 동력으로 변환시키기 위해 공기와 연료를 연소시키는 연소 챔버들, 유입 가스를 상기 연소 챔버들로 전달하는 유입 서브시스템, 및 엔진 배기 서브시스템을 구비한 엔진들을 포함한다.

상기한 터보차저 엔진은 주로 디젤 자동차에 적용되며, 이들 디젤자동차의 주된 대기오염 물질은 질소산화물(NOx)과 입자상 물질(Particulate matter)이다. 따라서, 이들 배기 유해 물질들은 디젤자동차 배기가스 규제의 주요한 대상 물질이 되고 있다.

상기 배기 서브시스템들은 일반적으로 배기 가스를 상기 엔진 연소 챔버로부터 제거하고, 엔진 배기 소음을 억제시키며, 엔진 연소 온도가 높아질수록 증가하는 질소 산화물(NOx)과 배기 가스 입자를 감소시킨다. 배기 가스는 배기 가스 서브시스템에서 배출되어 외기(fresh air)와의 혼합을 위한 유입 서브시스템으로 유입된 다음, 엔진으로 종종 재순환된다. 배기 가스 재순환은 비활성 가스의 양을 증가시킴과 아울러 부수적으로 유입 가스 내의 산소를 감소시킴으로써, 엔진 연소 온도를 감소시켜 NOx 생성을 감소시킨다.

이처럼 질소산화물(NOx) 저감을 위한 배기 가스 재순환 장치 (EGR; Exhaust Gas Recirculation)는 연소 후 배출되는 배기가스의 일부를 흡입 혼합기에 포함시켜 연소 실로 유입시킴으로써, 혼합기의 자체 공연비는 변화시키지 않으면서 혼합기의 밀도를 저하시켜 연소 온도를 저하시키는 특성을 갖게 된다.

즉, 상기 EGR 장치는 엔진의 운전 상태에 따라 NOx와 같은 에미션(Emission)을 저감시킬 필요가 있을 때, 배기가스의 일부를 EGR 밸브를 통하여 흡기 인테이크에 제공하여 혼합기와 함께 연소 실로 유입시키면, 상기 연소실로 유입된 배기 가스는 불활성 가스로서 흡입 가스의 체적은 변화하지 않으므로 상대적으로 혼합기의 밀도가 저하되어 화염의 전파 속도를 저하시킴으로써 연소속도가 저하되고, 이에 따라 연소 온도의 상승을 방지하여 NOx와 같은 에미션(Emission)의 발생을 줄여 주게 된다.

이러한 EGR은 터보차저의 터빈을 지난 배기가스를 컴프레셔 전단의 흡기통로로 재순환시키는 저압 EGR(LP-EGR; low pressure EGR)과 배기 매니폴드와 터빈 사이에서 배기가스를 추출하여 컴프레셔 및 인터쿨러를 지난 흡기통로로 재순환시키는 고압 EGR(HP-EGR; high pressure EGR)로 나뉠 수 있다.

이처럼 EGR 시스템은 배기가스를 연소실 내로 재순환하여 연소 온도를 저감하는 방식으로 작동되는 것인데, 엔진 연소 과정 중 EGR 가스가 공급될 경우 연소 온도를 저감할 수 있고 이는 고온에서 활성화되는 질소 산화물 (NOx) 의 반응 생성율을 감소시킬 수 있기 때문에 결과적으로 NOx 생성을 줄일 수 있는 주요한 방안으로 적용될 수 있는 것이다.

상기한 EGR 시스템은 도5에 도시하는 것과 같이 배기가스를 고온 고압의 터빈(1) 전단에서 분기하는 HP(High Pressure) EGR과 저온 저압의 DPF(2) 후단에서 분기하는 LP(Low Pressure) EGR로 구분되며, HP EGR은 HP EGR 관로(3)의 경로 A를 통해 고온 고압의 배기 가스가 신기 가스와 혼합되어 엔진(4)으로 공급되기 때문에 혼합기의 온도는 높아질 수밖에 없고, 이 때문에 체적효율 감소로 인해 EGR 공급량의 제한을 가져오게 된다. 반면 LP-EGR은 DPF(2) 후단의 LP EGR 밸브(5)를 경유하여 LP EGR 관로(6)의 경로 B를 통해 엔진(4)에 저온의 배기가스 공급이 가능하기 때문에 혼합기의 온도 저하를 가져오고, 이에 따른 체적효율 증가로 EGR 공급량의 증대가 가능하다. 이에 따라 최근의 배기가스 규제에서는 NOx(질소 산화물)의 규제치 수준이 강화되고 있기 때문에 연소 온도를 낮추어 NOx의 배출을 줄일 수 있도록 EGR 공급량의 증대가 가능한 LP-EGR 적용이 적극적으로 요구되고 있는 추세이다.

LP-EGR 시스템은 DPF(2) 후단의 배기가스를 엔진 흡입부 컴프레셔(7) 전단에 공급하는 방식으로 작동되고, 도시한 것과 같이 LP-EGR 쿨러(8), 비상 필터(9), 컴프레셔(7), 인터쿨러(10), 매니폴드(11) 순의 유입 경로를 지나 엔진(4)으로 공급된다. 이때, DPF(2) 후단의 배기가스는 저압 상태이기 때문에 충분한 양의 EGR 가스를 공급하기 위해서는 DPF(2) 후단의 LP-EGR 공급부위의 압력을 증가시켜 LP 유입부에 충분한 차압을 형성해야 한다. LP-EGR 시스템에서는 이를 위하여 DPF(2)의 후단에 LP-EGR 밸브(5)를 설치하여 배기관로(12)의 개방 정도를 조절하여 충분한 차압이 형성 가능하도록 시스템을 구성하고 있다.

LP-EGR 공급의 경우 배기가스 내의 매연 입자는 DPF(2)를 통과하면서 미리 걸러지기 때문에 매연 유입에 의한 LP-EGR 시스템의 각부의 손상 및 효율 저하 등의 문제를 사전에 방지할 수 있다. 하지만, 특정 사유로 DPF(2)가 손상될 경우 매연 입자가 필터링 되지 않아 매연 입자와의 충돌에 의한 터보 컴프레셔(7)의 손상, 그리고 매연 퇴적에 의한 터보 컴프레셔(7) 및 인터쿨러(10)의 효율 저하 등의 문제가 발생할 수 있고, 상기 문제가 지속될 경우 엔진 교환이 필요한 상황까지 악화될 수 있다. 따라서 LP-EGR 시스템에서는 DPF(2)가 손상될 경우 이를 사전에 인지하여 빠른 시일 내에 DPF(2)의 교환이 가능하도록 알려줄 수 있는 방안이 절실히 필요하다.

이에 본 발명은 상기한 점을 감안하여 제안한 것으로서, 그의 목적으로 하는 것은 LP EGR 시스템이 적용되는 엔진에 있어 DPF의 손상이 있을 경우 이를 조기에 인지하여 교환 시기를 운전자에게 알려줄 수 있는 LP EGR 차량의 DPF 손상 검출 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 LP EGR 차량의 DPF 손상 검출 장치는 배기가스에 의해 회전하는 터빈과 그 터빈의 회전에 연동하여 공기를 흡입한 후 인터쿨러를 거쳐 엔진에 과급하는 컴프레서를 구비하는 터보챠저와, 상기 터빈을 거처 배출되는 배기가스를 정화하도록 배기관에 마련되는 DPF와, 상기 DPF의 후단에 마련되는 LP EGR 밸브와, 상기 LP EGR 밸브와 상기 컴프레서를 접속하여 LP EGR을 공급하는 관로의 도중에 설치되는 LP EGR 쿨러 및 비상 필터를 포함하여 구성되는 LP EGR 방식의 터보챠저 엔진에 있어서, 상기 DPF와 LP EGR 밸브 사이의 배기관로와 상기 비상 필터의 후단 사이의 압력차를 검출하는 비상 필터 차압 검출수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 의하면 상기 비상 필터 차압 검출수단은 압력 측정기인 것을 특징으로 한다.

또 본 발명에 의하면 상기 압력 측정기는 상기 DPF 후단과 비상 필터 후단에 각각 설치되는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 LP EGR 차량의 DPF 손상 검출 방법은 일정한 운전 영역 조건인가를 모니터링하여 학습하는 단계와; 상기 학습 단계가 완료되면 비상 필터의 차압을 측정하여 학습하는 단계와; 정상 상태의 비상 필터의 차압과 현재의 비상 필터의 차압과를 비교하는 단계와; 상기 차압의 비교 단계에서 기준치 차압보다 큰 경우 DPF의 손상으로 판정하는 단계를 포함하여 구성된다.

또 상기 정상 상태의 비상 필터 차압은 모니터링 과정에서 얻어진 초기 학습치인 것을 특징으로 한다.

또 상기 차압의 비교 단계에 앞서 LP EGR 밸브를 닫도록 제어하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또 상기 LP EGR 밸브를 닫고 차량을 100~110Km 속도로 주행하는 속도 조건에서 상기 비상 필터의 차압을 일정 시간 동안 측정하여 학습하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 차압 비교 단계에 앞서 LP EGR 밸브를 닫기 전에 LP EGR의 유량 증가를 위해 HP EGR의 공급을 차단하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같은 본 발명은 DPF 손상 발생 시 간단한 제어 로직을 통해 확인하여 손상 판정을 함으로써 손상된 DPF를 조기에 수리 및 교체할 수 있어 터보 차져 및 인터쿨러의 효율 저하 및 엔진 교환이라는 심각한 문제를 사전에 예방할 수 있다.

도1은 본 발명에 의한 DPF의 손상을 검출할 수 있는 LP EGR 시스템을 구비한 터보 챠저 엔진을 나타낸 도면이다.
도2는 DPF의 손상시 비상 필터의 차압을 모니터링한 결과를 나타낸 그래프이다.
도3은 DPF의 손상시 LP EGR 밸브를 닫고 비상 필터의 차압을 모니터링한 결과를 나타낸 그래프이다.
도4는 본 발명에 의한 LP EGR 차량의 DPF 손상 검출 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
도5는 종래 LP EGR 시스템을 구비한 터보 챠저 엔진을 나타낸 도면이다.

이하에 본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명의 LP EGR 차량의 DPF 손상 검출 장치 및 방법을 상세히 설명한다.

도1에 있어서, 부호 1 ~13은 각기 엔진(4), 터빈(1), 컴프레서(7), 배기관로(12), DPF(2), LP EGR 밸브(5), LP EGR 쿨러(8), LP EGR 관로(6), 비상 필터(9), 인터쿨러(10), HP EGR 밸브(13)이며, 이들 구성들에 대해서는 종래 기술에서 상세하게 설명하였으므로 반복하는 설명은 생략한다.

상기 DPF(2)의 후단과 비상 필터(9)의 후단 사이의 압력차를 검출하기 위해 비상 필터 차압 검출수단(14)이 마련되며, 상기 비상 필터 차압 검출수단(14)은 압력 측정기로 형성되며, 상기 압력 측정기는 양측의 압력이 동시에 작용하여 그의 차압을 구하는 방식의 단일 측정기로 형성하거나 또는 DPF(2) 후단의 배기관로(12)와 비상 필터(9) 후단의 관로(6)에 각각 1개씩 설치되는 압력 측정기로 구성되어 각기 검출한 압력 정보를 ECU에서 취합하여 차압을 계산하는 방식을 취할 수 있다.

이 같은 비상 필터 차압 검출수단(14)에 의해 검출되는 차압이 ECU에 사전 입력된 기준치 또는 차량 운행 중에 입력되는 정보들을 학습하여 얻어진 정보에 기초한 초기 학습 차압과의 허용 기준치보다 큰 경우 일단 DPF(2)가 손상된 것으로 판단하여 차량 점검을 받을 수 있도록 하는 데 본 발명의 요지가 있다.

그런데 필드에서의 실험 결과 도2의 그래프에 도시한 것과 같이 DPF(2)가 손상된 상태의 차량과 정상인 차량의 차속과 엔진 RPM 및 비상 필터(9)의 차압을 측정하여 비교한 결과 양자 간에 차속과 엔진 RPM 및 비상 필터 차압에 있어 의미 있는 차이를 발견할 수 없는 것으로 나타나 이들 정보만으로 DPF(2)의 손상 판정에는 무리가 있다.

이에 따라 본 발명자가 일정 차속 조건인 100~110Km 속도로 주행하면서 LP EGR 밸브(5)를 닫아 배압을 높인 상태에서 DPF 손상 차량과 정상 차량의 차속과 엔진 RPM 및 비상 필터 차압을 측정하는 실험을 실시하였더니, LP EGR 밸브(5)를 개방한 상태에서보다는 훨씬 더 큰 차이점을 나타냄을 확인할 수 있었다.

또한 상기 LP EGR 밸브(5)를 닫아 배압을 높이므로써 LP EGR 유량을 증가시킬 때에 만일 HP EGR이 공급되고 있는 상태라면 HP EGR의 공급을 차단하여 LP EGR 유량을 증가시키도록 하는 것이 바람직하다.

도3에 도시한 결과에 의하면 차속과 엔진 RPM은 정상과 이상 사이에 큰 변화가 없으나, 비상 필터(9)의 차압은 시간이 지날수록 이상 쪽의 차압 변화폭이 증폭되어 점차 커져 정상과 차이가 크게 벌어지는 것을 확인할 수 있으며, 따라서 이러한 차압 특성을 이용하면 DPF의 손상을 용이하게 검출하는 것이 가능하다.

이하에 도4의 플로우챠트에 의해 본 발명의 LP EGR 차량의 DPF 손상 검출 방법을 설명하기로 한다.

본 발명에서는 일정한 운전 영역, 예를 들면 차속과 엔진 RPM 및 기어 단수에 의하여 모니터링이 가능한 영역인가를 판단하여(단계 가), 모니터링 가능 영역이면 비상 필터의 학습 조건이 만족되는가를 판단하여(단계 나), LP EGR 밸브를 추가적으로 닫은 후(단계 다), 필터 차압 변화를 측정하여 모니터링하고(단계 라), 초기 정상 상태 차압과 모니터링한 현재의 차압과를 비교하여(단계 마), ECU에 미리 입력되어 있는 기준치 또는 초기 학습 단계에서 측정한 정상 차압보다 높을 경우 DPF 손상이 발생한 것으로 판정하고(단계 바), 이를 운전자에게 경보(단계 사)하여 정비를 받도록 하는 로직을 채택하고 있으며, 상기 단계 마에서 차압이 기준치 이하일 경우는 이상이 없는 것이므로 종료하고 다시 일정 시간이 경과하여 운전 영역의 모니터링 단계를 시행하며, 상기 단계 다를 실행함에 있어, HP EGR이 공급되고 있는 상태라면 LP EGR의 유량 증대를 위해 HP EGR의 공급을 차단하도록 제어하는 것이 바람직하다.

이와 같이 하면 DPF의 손상 여부를 용이하게 알 수 있어, 손상된 DPF를 조기에 수리 및 교체할 수 있어 터보 차져 및 인터쿨러의 효율 저하 및 엔진 교환이라는 심각한 문제를 사전에 예방할 수 있게 되는 것이다.

이상에서 설명된 본 발명의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

1 : 터빈 2 : DPF
3 : HP EGR 관로 4 : 엔진
5 : LP EGR 밸브 6 : LP EGR 관로
7 : 컴프레셔 8 : LP EGR 쿨러
9 : 비상 필터 10 : 인터쿨러
11 : 흡기 매니폴드 12 : 배기 관로
13 : HP EGR 밸브 14 : 비상 필터 차압 검출수단

Claims (8)

1. 배기가스에 의해 회전하는 터빈과 그 터빈의 회전에 연동하여 공기를 흡입한 후 인터쿨러를 거쳐 엔진에 과급하는 컴프레서를 구비하는 터보챠저와, 상기 터빈을 거처 배출되는 배기가스를 정화하도록 배기관에 마련되는 DPF와, 상기 DPF의 후단에 마련되는 LP EGR 밸브와, 상기 LP EGR 밸브와 상기 컴프레서를 접속하여 LP EGR을 공급하는 관로의 도중에 설치되는 LP EGR 쿨러 및 비상 필터를 포함하여 구성되는 LP EGR 방식의 터보챠저 엔진에 있어서, 상기 DPF와 LP EGR 밸브 사이의 배기관로와 상기 비상 필터의 후단 사이의 압력차를 검출하는 비상 필터 차압 검출수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 LP EGR 차량의 DPF 손상 검출 장치.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 비상 필터 차압 검출수단은 압력 측정기인 것을 특징으로 하는 LP EGR 차량의 DPF 손상 검출 장치.
   
3. 제2항에 있어서, 상기 압력 측정기는 상기 DPF 후단과 비상 필터 후단에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 LP EGR 차량의 DPF 손상 검출 장치.
   
   
4. LP EGR 차량의 DPF 손상 검출 방법에 있어서, 차량이 일정한 운전 영역 조건인가를 모니터링하여 학습하는 단계와; 상기 학습 단계가 완료되면 비상 필터의 차압을 측정하여 학습하는 단계와; 정상 상태의 비상 필터의 차압과 현재의 비상 필터의 차압과를 비교하는 단계와; 상기 차압의 비교 단계에서 기준치 차압보다 큰 경우 DPF의 손상으로 판정하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 LP EGR 차량의 DPF 손상 검출 방법.
   
5. 제4항에 있어서, 상기 정상 상태의 비상 필터 차압은 모니터링 과정에서 얻어진 초기 학습치인 것을 특징으로 하는 LP EGR 차량의 DPF 손상 검출 방법.
   
6. 제4항에 있어서,상기 차압의 비교 단계에 앞서 LP EGR 밸브를 닫도록 제어하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 LP EGR 차량의 DPF 손상 검출 방법.
   
7. 제6항에 있어서, 상기 LP EGR 밸브를 닫고 차량을 100~110Km 속도로 주행하는 속도 조건에서 상기 비상 필터의 차압을 일정 시간 동안 측정하여 학습하는 것을 특징으로 하는 LP EGR 차량의 DPF 손상 검출 방법.
8. 제6항에 있어서, 상기 LP EGR 밸브를 닫기 전에 LP EGR의 유량 증가를 위해 HP EGR의 공급을 차단하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 LP EGR 차량의 DPF 손상 검출 방법.
   
   

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