KR20160046252A - 배기가스의 흐름을 제어하는 엔진시스템 - Google Patents

배기가스의 흐름을 제어하는 엔진시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 배기가스의 흐름을 제어하는 엔진시스템에 의하면, 외기를 흡입하도록 배치되는 흡기라인, 상기 흡기라인을 통해서 공급된 외기와 연료를 통해서 연소실에서 연소를 수행하고, 회전력을 발생시키는 엔진, 상기 엔진의 상기 연소실에서 연소된 배기가스를 배출하는 배기라인, 상기 배기라인을 지나는 배기가스에 의해서 작동되는 터빈과 상기 흡기라인의 외기를 압축하는 컴프레서를 포함하는 터보차저, 상기 터보차저의 하류측에 배치되어 배기가스의 유해성분을 저감시키는 촉매유닛, 상기 터보차저의 상류측 상기 배기라인에서 분기되어 상기 촉매유닛의 하류측 상기 배기라인으로 합류하는 바이패스라인, 및 상기 바이패스라인에 배치되어, 상기 바이패스라인을 선택적으로 개폐하는 바이패스밸브를 포함할 수 있다.
따라서,

Description

배기가스의 흐름을 제어하는 엔진시스템{ENGINE CONTROL SYSTEM FOR CONTROLLING EXHAUST GAS FLOW}
본 발명은 엔진의 오버런 조건에서 디젤산화촉매(DOC)나 디젤매연필터(DPF)의 온도를 안정적으로 유지함으로서 배기가스의 정화율을 안정적으로 유지하도록 하는 배기가스의 흐름을 제어하는 엔진시스템에 관한 것이다.
현재, 승용 디젤 엔진에서 배기가스규제에 대응하기 위해서, 디젤산화촉매(DOC)와 디젤매연필터(DPF), 질소산화물정화유닛(LNT, lean NOx trap), 및 선택적환원촉매유닛(SCR, selective catalytic reduction unit) 등이 고려되고 있다.
DOC, LNT, SCR 등 배기가스 저감을 목적으로 장착된 후처리 시스템은 화학 반응을 위한 기본 온도가 필요하다.
통상 엔진 냉간 상태(냉각수온 90도 이하)에서는 배기온도가 낮으며, 이러한 영역에서 후처리 장치가 활성화 되기 이전에 과다한 배기가스가 배출되고 있는 상황이다. 따라서, 냉간 영역에서 연비 희생을 통한 배기온 상승 전략을 적용하여 냉간 배기 가스 저감을 하고 있다.
그러나, 연소 전략을 통하여 배기온 상승은 가능하나, 오버런(타력 주행, 미연소 상태)의 경우 흡입 공기가 연소과정 없이 엔진 배기로 방출되어 후처리 시스템을 식히는 역할을 함으로써 후처리 시스템의 온도를 낮추고 활성화 온도 도달시점을 지연 시킬 수 있다.
본 발명의 목적은 오버런 조건같이 미연소 배기가스가 촉매유닛을 지날 때, 상기 촉매유닛의 온도를 낮추는 것을 방지함으로서 전체적인 배기가스의 질을 향상시킬 수 있는 배기가스의 흐름을 제어하는 엔진시스템을 제공하는 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 배기가스의 흐름을 제어하는 엔진시스템에 의하면, 외기를 흡입하도록 배치되는 흡기라인, 상기 흡기라인을 통해서 공급된 외기와 연료를 통해서 연소실에서 연소를 수행하고, 회전력을 발생시키는 엔진, 상기 엔진의 상기 연소실에서 연소된 배기가스를 배출하는 배기라인, 상기 배기라인을 지나는 배기가스에 의해서 작동되는 터빈과 상기 흡기라인의 외기를 압축하는 컴프레서를 포함하는 터보차저, 상기 터보차저의 하류측에 배치되어 배기가스의 유해성분을 저감시키는 촉매유닛, 상기 터보차저의 상류측 상기 배기라인에서 분기되어 상기 촉매유닛의 하류측 상기 배기라인으로 합류하는 바이패스라인, 및 상기 바이패스라인에 배치되어, 상기 바이패스라인을 선택적으로 개폐하는 바이패스밸브를 포함할 수 있다.
상기 엔진에서 연료가 분사되지 않고, 상기 엔진의 회전수가 설정수치 이상인 조건이 만족되면, 상기 바이패스밸브를 열어서 배기가스가 상기 터보차저와 상기 촉매유닛을 바이패스하도록 하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 가속페달신호, 상기 엔진의 냉각수온, 차량속도, 및 상기 터보차저와 상기 엔진 사이에 배치되는 람다센서의 신호를 기초로 상기 바이패스밸브를 제어할 수 있다.
상기 터보차저와 상기 엔진 사이의 상기 배기라인에서 분기되어 상기 흡기라인으로 배기가스를 재순환시키는 고압이지알라인, 상기 고압이지알라인에 배치되어 재순환 배기가스를 냉각시키는 고압이지알쿨러, 및 상기 고압이지알라인에 설치되어 재순환 배기가스를 제어하는 고압이지알밸브를 포함할 수 있다.
상기 촉매유닛은 산화촉매를 포함하는 디젤산화촉매(DOC: diesel oxidation catalyst), 및 입장상 물질을 걸러내는 디젤매연필터(DPF; diesel particulate filter)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배기가스의 흐름을 제어하는 엔진시스템에 의하면, 외기를 흡입하도록 배치되는 흡기라인, 상기 흡기라인을 통해서 공급된 외기와 연료를 통해서 연소실에서 연소를 수행하고, 회전력을 발생시키는 엔진, 상기 엔진의 상기 연소실에서 연소된 배기가스를 배출하는 배기라인, 상기 배기라인을 지나는 배기가스에 의해서 작동되는 터빈과 상기 흡기라인의 외기를 압축하는 컴프레서를 포함하는 터보차저, 상기 터보차저의 하류측에 배치되어 배기가스의 유해성분을 저감시키는 촉매유닛, 상기 터보차저의 상류측 상기 배기라인에서 분기되어 상기 터보차저의 상류측 상기 흡기라인으로 합류하는 바이패스라인, 및 상기 바이패스라인에 배치되어, 상기 바이패스라인을 선택적으로 개폐하는 바이패스밸브를 포함할 수 있다.
상기 엔진에서 연료가 분사되지 않고, 상기 엔진의 회전수가 설정수치 이상인 조건이 만족되면, 상기 바이패스밸브를 열어서 배기가스가 상기 터보차저와 상기 촉매유닛을 바이패스하도록 하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 가속페달신호, 상기 엔진의 냉각수온, 차량속도, 및 상기 터보차저와 상기 엔진 사이에 배치되는 람다센서의 신호를 기초로 상기 바이패스밸브를 제어할 수 있다.
상기 터보차저와 상기 엔진 사이의 상기 배기라인에서 분기되어 상기 흡기라인으로 배기가스를 재순환시키는 고압이지알라인, 상기 고압이지알라인에 배치되어 재순환 배기가스를 냉각시키는 고압이지알쿨러, 및 상기 고압이지알라인에 설치되어 재순환 배기가스를 제어하는 고압이지알밸브를 포함할 수 있다.
상기 터보차저와 상기 엔진 사이에서 상기 흡기라인에는 상기 터보차저에 의해서 압축된 가스를 냉각시키는 인터쿨러가 배치될 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따라서, 오번런 조건에서 엔진의 미연소 배기가스가 촉매유닛을 바이패스 하도록 제어함으로써, 상기 촉매유닛의 온도를 보다 안정적으로 유지할 수 있고, 배기가스의 질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명과 관련된 엔진시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명과 관련된 엔진시스템에서 오버런 구간을 보여주는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스의 흐름을 제어하는 엔진시스템의 개략적인 구성도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배기가스의 흐름을 제어하는 엔진시스템의 개략적인 구성도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명과 관련된 엔진시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 엔진시스템은 흡기라인(100), 터보차저(110), 인터쿨러(120), 엔진(140), 냉각수온센서(130), 배기라인(160), 디젤산화촉매(165), 디젤매연필터(170), 고압이지알라인(150), 및 고압이지알쿨러(155)를 포함한다.
상기 흡기라인(100)으로 외기가 공급되고, 상기 터보차저(110)는 상기 배기라인(160)을 흐르는 배기가스에 의해서 터빈을 회전시키고, 상기 터빈은 상기 흡기라인을 흐르는 외기를 압축하여 상기 엔진(140)의 연소실로 공급한다.
상기 인터쿨러(120)는 상기 흡기라인(100)을 흐르는 흡기를 냉각시키고, 상기 고압이지알라인(150)은 상기 엔진(140)의 연소실에서 배출되는 배기가스를 상기 흡기라인(100)으로 재순환시킨다. 상기 고압이지알라인(150)에는 고압이지알밸브와 고압이지알쿨러(155)가 각각 배치되어 재순환 배기가스의 흐름과 온도를 제어한다.
상기 배기라인(160)에서 상기 터보차저(110)의 하류측에는 촉매유닛이 배치되는데, 상기 촉매유닛은 디젤산화촉매(165)(DOC; diesel oxidation catalyst)와 디젤매연필터(170)(DPF; diesel particulate filter)를 포함한다.
상기 디젤산화촉매(165)는 주로 배기가스에 포함된 유해물질을 저감시키고, 상기 디젤매연필터(170)는 주로 배기가스에 포함된 입자상물질을 거르고, 제거하는 기능을 수행한다.
상기 람다센서(175)는 상기 배기라인(160)의 상기 터보차저(110)의 상류측에 배치되어 상기 엔진(140)의 연소실에서 배출되는 배기가스에 포함됨 산소농도를 감지하여, 배기가스의 린/리치 상태 신호를 출력하며, 상기 냉각수온센서(130)는 상기 엔진(140)과 인접하여 배치되어 상기 엔진(140)을 순환하는 냉각수의 온도 신호를 감지한다.
본 발명의 실시예에서, 오버런 조건에서, 상기 엔진(140)에서는 연료가 분사되지 않고, 구동축을 통해서 전달되는 회전력에 의해서 상기 엔진(140)이 회전하게 된다. 예를 들어, 운전자는 가속페달에서 발을 떼고, 인젝터에서는 연료가 분사되지 않고, 엔진은 아이들 회전수 보다 빠른 속도로 회전한다.
따라서, 상기 엔진(140)으로는 상기 흡기라인(100)을 통해서 외기가 흡입되고, 상기 배기라인(160)을 통해서는 연소되지 않은 저온의 미연소 가스가 흐르게 되며, 상기 디젤산화촉매(165)와 상기 디젤매연필터(170)의 온도가 급격히 낮아질 수 있고, 상기 디젤산화촉매(165)와 상기 디젤매연필터(170)의 정화특성이 저하될 수 있다.
도 2는 본 발명과 관련된 엔진시스템에서 오버런 구간을 보여주는 그래프이다.
도 2를 참조하면, 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 배기온도와 차속을 각각 나타낸다. 오버런 조건에서는 연료가 분사되지 않기 때문에, 차속은 줄어들고, 배기온도는 급격히 감소하여, 상기 디젤산화촉매(165)나 상기 디젤매연필터(170)와 같은 촉매유닛의 정화특성이 저하된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스의 흐름을 제어하는 엔진시스템의 개략적인 구성도이다.
상기 흡기라인(100)에는 상기 터보차저(110)의 컴프레서와 상기 인터쿨러(120)가 순차적으로 배치되고, 상기 배기라인(160)에는 상기 터보차저(110)의 터빈, 상기 디젤산화촉매(165), 상기 디젤매연필터(170)가 순차적으로 배치된다.
상기 고압이지알라인(150)은 상기 터보차저(110)의 상기 터빈과 상기 엔진(140) 사이에서 분기되어 상기 엔진(140)과 상기 인터쿨러(120) 사이로 합류되고, 바이패스라인(300)은 상기 터보차저(110)의 터빈의 상류측에서 분기되어 상기 디젤매연필터(170)의 하류측으로 합류된다.
상기 바이패스라인(300)에는 바이패스밸브(310)가 배치되고, 상기 바이패스밸브(310)의 개폐에 따라서 상기 배기라인(160)을 흐르는 배기가스는 상기 디젤산화촉매(165)와 상기 디젤매연필터(170)를 바이패스할 수 있다.
제어부(320)는 상기 냉각수온센서(130)로부터 냉각수온을 감지하고, 상기 람다센서(175)로부터 배기가스의 상태를 감지하며, 가속페달의 작동상태와 상기 엔진(140)의 운행조건을 감지한다. 상기 운행조건은 연료분사량, 엔진의 회전수, 차량의 속도, 냉각수온, 배기가스상태, 및 변속기의 변속상태 등을 포함할 수 있다.
가속페달의 상태와 운행조건을 기초로, 상기 제어부(320)는 오버런 조건이 만족되는 것으로 판단되면, 상기 바이패스밸브(310)를 개방하여 미연소 배기가스가 상기 디젤산화촉매(165)와 상기 디젤매연필터(170)를 바이패스하도록 한다.
상기 제어부(320)는 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 마이크로 프로세서로 구현될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 본 발명의 실시예에 따른 방법을 수행하기 위한 일련의 명령을 포함할 수 있다
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배기가스의 흐름을 제어하는 엔진시스템의 개략적인 구성도이다. 도 4에서는 도 3과 비교하여 유사한 부분에 대한 설명은 생략하고, 특징적인 차이점에 대해서 주로 설명한다.
도 4를 참조하면, 상기 바이패스라인(300)은 상기 터보차저(110)의 터빈의 상류측 상기 배기라인(160)에서 분기되어 상기 터보차저(110)의 컴프레서의 상류측 상기 흡기라인(100)으로 합류된다.
상기 바이패스라인(300)에는 상기 바이패스밸브(310)가 배치되고, 상기 제어부(320)는 오버런조건이 만족되면, 상기 바이패스밸브(310)를 연다. 그러면, 상기 터보차저(110)의 상기 터빈의 상류측을 흐르는 미연소 배기가스는 상기 터보차저(110)의 상기 컴프레서의 상류측 상기 흡기라인으로 순환되고, 배기가스가 상기 디젤산화촉매(165)와 상기 디젤매연필터(170)를 지나지 않는다.
전술한 바와 같이, 오버런 조건에서 미연소 배기가스가 배출되는 경우에, 상기 바이패스라인(300)의 상기 바이패스밸브(310)를 개방하여 미연소 배기가스가 상기 디젤산화촉매(165)와 상기 디젤매연필터(170)를 지나지 않도록 함으로서, 촉매유닛(디젤산화촉매, 디젤매연필터)의 온도저감을 미연에 방지하여 정화율을 안정적으로 유지할 수 있다.
아울러, 시동 전에 상기 촉매유닛의 온도가 낮은 상태 즉, 상기 엔진의 냉각수 온도가 낮은 상태에서 상기 촉매유닛의 활성화 시간(LOT: light off time) 시간을 줄일 수 있다.
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: 흡기라인 110: 터보차저
120: 인터쿨러 130: 냉각수온센서
140: 엔진 150: 고압이지알라인
155: 고압이지알쿨러 160: 배기라인
165: 디젤산화촉매 170: 디젤매연필터
175: 람다센서 300: 바이패스라인
310: 바이패스밸브 320: 제어부

Claims (10)

  1. 외기를 흡입하도록 배치되는 흡기라인;
    상기 흡기라인을 통해서 공급된 외기와 연료를 통해서 연소실에서 연소를 수행하고, 회전력을 발생시키는 엔진;
    상기 엔진의 상기 연소실에서 연소된 배기가스를 배출하는 배기라인;
    상기 배기라인을 지나는 배기가스에 의해서 작동되는 터빈과 상기 흡기라인의 외기를 압축하는 컴프레서를 포함하는 터보차저;
    상기 터보차저의 하류측에 배치되어 배기가스의 유해성분을 저감시키는 촉매유닛;
    상기 터보차저의 상류측 상기 배기라인에서 분기되어 상기 촉매유닛의 하류측 상기 배기라인으로 합류하는 바이패스라인; 및
    상기 바이패스라인에 배치되어, 상기 바이패스라인을 선택적으로 개폐하는 바이패스밸브;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스의 흐름을 제어하는 엔진시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 엔진에서 연료가 분사되지 않고, 상기 엔진의 회전수가 설정수치 이상인 조건이 만족되면, 상기 바이패스밸브를 열어서 배기가스가 상기 터보차저와 상기 촉매유닛을 바이패스하도록 하는 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스의 흐름을 제어하는 엔진시스템.
  3. 제2항에서,
    상기 제어부는 가속페달신호, 상기 엔진의 냉각수온, 차량속도, 및 상기 터보차저와 상기 엔진 사이에 배치되는 람다센서의 신호를 기초로 상기 바이패스밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 배기가스의 흐름을 제어하는 엔진시스템.
  4. 제1항에서,
    상기 터보차저와 상기 엔진 사이의 상기 배기라인에서 분기되어 상기 흡기라인으로 배기가스를 재순환시키는 고압이지알라인;
    상기 고압이지알라인에 배치되어 재순환 배기가스를 냉각시키는 고압이지알쿨러; 및
    상기 고압이지알라인에 설치되어 재순환 배기가스를 제어하는 고압이지알밸브;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스의 흐름을 제어하는 엔진시스템.
  5. 제1항에서,
    상기 촉매유닛은
    산화촉매를 포함하는 디젤산화촉매(DOC: diesel oxidation catalyst); 및
    입장상 물질을 걸러내는 디젤매연필터(DPF; diesel particulate filter)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스의 흐름을 제어하는 엔진시스템.
  6. 외기를 흡입하도록 배치되는 흡기라인;
    상기 흡기라인을 통해서 공급된 외기와 연료를 통해서 연소실에서 연소를 수행하고, 회전력을 발생시키는 엔진;
    상기 엔진의 상기 연소실에서 연소된 배기가스를 배출하는 배기라인;
    상기 배기라인을 지나는 배기가스에 의해서 작동되는 터빈과 상기 흡기라인의 외기를 압축하는 컴프레서를 포함하는 터보차저;
    상기 터보차저의 하류측에 배치되어 배기가스의 유해성분을 저감시키는 촉매유닛;
    상기 터보차저의 상류측 상기 배기라인에서 분기되어 상기 터보차저의 상류측 상기 흡기라인으로 합류하는 바이패스라인; 및
    상기 바이패스라인에 배치되어, 상기 바이패스라인을 선택적으로 개폐하는 바이패스밸브;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스의 흐름을 제어하는 엔진시스템.
  7. 제6항에서,
    상기 엔진에서 연료가 분사되지 않고, 상기 엔진의 회전수가 설정수치 이상인 조건이 만족되면, 상기 바이패스밸브를 열어서 배기가스가 상기 터보차저와 상기 촉매유닛을 바이패스하도록 하는 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스의 흐름을 제어하는 엔진시스템.
  8. 제7항에서,
    상기 제어부는 가속페달신호, 상기 엔진의 냉각수온, 차량속도, 및 상기 터보차저와 상기 엔진 사이에 배치되는 람다센서의 신호를 기초로 상기 바이패스밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 배기가스의 흐름을 제어하는 엔진시스템.
  9. 제6항에서,
    상기 터보차저와 상기 엔진 사이의 상기 배기라인에서 분기되어 상기 흡기라인으로 배기가스를 재순환시키는 고압이지알라인;
    상기 고압이지알라인에 배치되어 재순환 배기가스를 냉각시키는 고압이지알쿨러; 및
    상기 고압이지알라인에 설치되어 재순환 배기가스를 제어하는 고압이지알밸브;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스의 흐름을 제어하는 엔진시스템.
  10. 제6항에서,
    상기 터보차저와 상기 엔진 사이에서 상기 흡기라인에는 상기 터보차저에 의해서 압축된 가스를 냉각시키는 인터쿨러가 배치되는 것을 특징으로 하는 배기가스의 흐름을 제어하는 엔진시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20030086358A (ko) * 2001-04-18 2003-11-07 로베르트 보쉬 게엠베하 엔진, 특히 차량 엔진 작동 방법
JP2009209845A (ja) * 2008-03-05 2009-09-17 Isuzu Motors Ltd 排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化システムの制御方法
KR20110012497A (ko) * 2009-07-30 2011-02-09 현대자동차주식회사 배기가스 재순환 시스템

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