KR20160065544A - 우레아 탱크 이물질 주입방지 방법 및 이를 적용한 우레아 도징 시스템 - Google Patents

우레아 탱크 이물질 주입방지 방법 및 이를 적용한 우레아 도징 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 우레아 도징 시스템에 적용된 우레아 탱크 이물질 주입방지 방법은 엔진 ECU(20)가 우레아 주입 가능한 차량 상태를 판단하고, 우레아 탱크(1)로 주입되는 물질의 성분과 우레아 탱크 레벨 및 우레아 탱크 내부 온도에 대한 정보가 각각 센서(3-1,3-2,3-3)로 검출되며, 성분 정보로 우레아 탱크(1)로 주입되는 물질의 우레아 또는 이물질 여부가 엔진 ECU(Electronic Control Unit)(20)에서 판단되면, 엔진 ECU(20)는 우레아로 판단 시 주입 완료 후 운전자의 차량 제어를 허가하는 반면 이물질로 판단 시 주입 완료 후 운전자의 차량 제어를 불허함으로써 이물질로 인한 우레아 도징 시스템 폐해를 방지하고, 특히 강화된 법규를 충족을 저해하는 사용자의 의도적인 이물질 투입이 근본적으로 차단되는 특징을 갖는다.

Description

우레아 탱크 이물질 주입방지 방법 및 이를 적용한 우레아 도징 시스템{Method and System for Preventing Non Urea Injection}
본 발명은 우레아 탱크 이물질 주입방지에 관한 것으로, 특히 우레아(요소수) 탱크의 이물질 유입 시 엔진 시동 켜짐을 불가하게 만들어주는 우레아 탱크 이물질 주입방지 방법 및 이를 적용한 우레아 도징 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 우레아(요소수) 후처리 기술은 2NO + 2CO(or HC) -> N2 +2CO(반응식)을 이용함으로써 요소수가 암모니아(NH3)로 분해된 후 SCR촉매에서 Nox와 선택적 촉매반응으로 저감시켜주는 방식이다. 이를 위해, 우레아(요소수) 후처리 기술에서는 암모니아를 인체에 무해한 요소수 형태로 저장한 우레아(요소수) 탱크, 선택적 환원촉매(selective catalytic reduction 또는 Convertor), 요소수를 SCR로 분사하는 인젝터가 포함된 우레아 시스템(또는 SCR 시스템)이 적용된다.
특히, 최근 들어 북미 BIN #5 배출가스 법규에서는 배기가스내 Nox저감을 더 한층 강화한 엄격한 규정이 적용됨으로써 우레아 도징 시스템(또는 SCR 도징 시스템)도 보다 성능 강화 필요성이 요구되고 있다.
이를 위해, 우레아 도징 시스템(또는 SCR 도징 시스템)에서도 더욱 세분된 고장 진단모드로 시스템 진단 기능이 강화되고, 강화된 엄격한 규정의 미 충족 시 경고등 점등 및 출력제한이 조치됨으로써 정상 작동 상태가 운전자에게 주지되고 있다.
국내특허공개 10-2014-0030621(2014년03월12일)
하지만, 시스템 진단 기능이 강화되었더라도 우레아 탱크에 주입되는 우레아(요소수)의 성분을 분석하지 못함으로써 우레아 탱크로 수돗물, 증류수등과 같은 이물질이 주입되더라도 이를 이물질로 인식하지 못하고, 이로 인해 이물질 주입 시나 주입 후 작동을 제한하는 조치가 이루어지지 않음으로써 주입된 이물질이 촉매 수명을 저하시킴은 물론 엔진출력도 저하시킬 수 있게 된다.
특히, 이물질로 인한 촉매 수명 저하 및 출력저하 현상은 고객 불만으로 나타남으로써 이에 대한 사전방지가 요구될 수밖에 없다.
이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 우레아탱크로 이물질 주입 시 성분 분석에 의한 진단모드의 즉각적인 엔진 ECU(Electronic Control Unit) 송부로 엔진 시동을 킬 수 없도록 함으로써 근본적인 촉매 수명 저하와 엔진 출력 저하 방지로 엔진 부품의 내구 수명을 강화하고, 특히 요소수 값 절감을 위한 사용자의 의도적인 이물질 투입도 근본적으로 방지될 수 있는 우레아 탱크 이물질 주입방지 방법 및 이를 적용한 우레아 도징 시스템의 제공에 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 우레아 탱크 이물질 주입방지 방법은 (A) 엔진 ECU(Electronic Control Unit)가 우레아 주입 가능한 차량 상태를 판단하고; (B) 우레아 탱크로 주입되는 물질의 성분과 우레아 탱크 레벨 및 우레아 탱크 내부 온도에 대한 정보가 각각 센서로 검출되며; (C) 상기 성분 정보로 상기 우레아 탱크로 주입되는 물질의 우레아 또는 이물질 여부가 엔진 ECU에서 판단된 후, 상기 엔진 ECU는 우레아로 판단 시 주입 완료 후 운전자의 차량 제어를 허가하는 반면 이물질로 판단 시 주입 완료 후 운전자의 차량 제어를 불허하는 것을 특징으로 한다.
상기 차량 상태는 시동꺼짐이나 엔진 아이들 상태이다.
상기 센서는 우레아 탱크에 설치된 성분검출센서와 유량레벨센서 및 온도센서이고; 상기 성분검출센서는 우레아 탱크로 주입되는 물질의 화학적 성분을 검출하며, 상기 유량레벨센서는 물질이 주입되는 우레아 탱크 레벨을 저항값으로 검출하고, 상기 온도센서는 물질이 주입되는 우레아 탱크 온도를 검출한다.
상기 엔진 ECU의 우레아 판단은 상기 센서 중 우레아 탱크로 주입되는 물질의 화학적 성분을 검출하는 성분검출센서의 성분 분석값으로 이루어지고, 상기 엔진 ECU의 주입 완료 판단은 상기 센서 중 물질이 주입되는 우레아 탱크 레벨을 검출하는 유량레벨센서의 유량레벨저항값으로 이루어진다. 상기 엔진 ECU는 우레아 탱크의 요소수를 분사하는 인젝터가 구비된 컨버터와 연결된 DCU(Dosing Control Unit)에서 상기 성분검출센서의 성분분석값을 전달받는다. 상기 엔진 ECU는 유량레벨을 표시하는 클러스터에서 상기 유량레벨센서의 유량레벨저항값을 전달받는다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 우레아 도징 시스템은 우레아 탱크로 주입되는 물질의 화학적 성분을 성분 분석값으로 검출하는 성분검출센서, 물질 주입에 의한 우레아 탱크 레벨을 저항값으로 검출하는 유량레벨센서, 물질 주입에 의한 우레아 탱크 온도를 검출하는 온도 센서로 구성된 우레아 센서; 상기 우레아 탱크의 요소수를 분사하는 인젝터가 구비된 컨버터, 상기 성분검출센서, 상기 온도 센서에 연결된 DCU; 레벨 표시창을 통해 상기 유량레벨센서의 유량 레벨 검출값을 표시하는 클러스터; 상기 DCU로부터 상기 성분검출센서의 성분분석값을 전달받아 주입되는 물질의 우레아 여부를 확인하고, 상기 클러스터로부터 상기 유량레벨센서의 유량 레벨 검출값을 전달받아 상기 우레아 탱크에 채워진 우레아 유량을 확인한 다음, 엔진 제어가 시작되는 엔진 ECU(Electronic Control Unit); 가 포함된 것을 특징으로 한다.
상기 성분검출센서와 상기 유량레벨센서 및 상기 온도 센서는 상기 우레아 탱크에 구비된다.
이러한 본 발명은 우레아(요소수) 탱크의 이물질 유입 시 엔진 시동 켜짐을 불가하게 만들어줌으로써 이물질 주입에 따른 컨버터내부 촉매 수명저하 방지로 고가의 컨버터 교환 비용을 절약할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 우레아(요소수) 탱크의 이물질 유입을 근본적으로 차단함으로써 이물질 주입으로 인한 엔진 출력저하 현상 방지와 함께 운행 안전성도 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 컨버터내부 촉매성능을 저하시키는 이물질 주입이 근본적으로 방지됨으로써 환경오염을 발생시키는 Nox량 증대가 사전에 방지되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 우레아 탱크 이물질 주입방지를 적용한 우레아 도징 시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 우레아 탱크 이물질 주입방지 방법 순서도이며, 도 3은 본 발명에 따른 우레아 탱크 이물질 주입방지 방법에 의한 우레아 도징 시스템의 작동 상태이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 실시예에 따른 우레아 탱크 이물질 주입방지를 적용한 우레아 도징 시스템의 구성을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 우레아 도징 시스템은 도 2를 통해 예시된 바와 같이 우레아 탱크(1), 우레아 센서(3), DCU(Dosing Control Unit)(5), 컨버터(7), 인젝터(9-1), Nox 센서(9-2)를 기본 구성요소로 하고, 엔진 ECU(Electronic Control Unit)(20)와 클러스터(30)를 더 포함한다.
상기 우레아 탱크(1)는 주입된 우레아를 우레아 공급라인으로 인젝터(9-1)에 공급한다. 상기 우레아 센서(3)는 우레아 탱크(1)로 주입되는 유체의 성분을 검출해 화학적 성분으로 측정하는 성분검출센서(3-1), 우레아 탱크(1)로 주입된 유체의 용량을 저항값 변화로 검출하는 유량레벨센서(3-2), 우레아 탱크(1)의 내부 온도를 검출하는 온도센서(3-3)로 구성된다. 상기 성분검출센서(3-1)와 상기 유량레벨센서(3-2) 및 상기 온도센서(3-3)는 DCU(5)와 엔진 ECU(20) 및 클러스터(30)에 연결됨으로써 측정 및 검출된 데이터가 전송된다. 상기 DCU(5)는 컨버터(7)를 제어하며, 성분검출센서(3-1)와 유량레벨센서(3-2) 및 온도센서(3-3)에 DCU 케이블(5-1)로 연결됨으로써 측정 및 검출된 데이터를 전송받는다. 특히, 상기 DCU(5)는 성분검출센서(3-1)의 검출값을 전달받아 성분 데이터로 ECU(20)에 전송하고, 요소수탱크(1) 내부 온도가 설정온도 이하로 내려갈 때 온도센서(30-3)에서 전달된 요소수의 온도정보를 ECU로 전송한다. 이를 위해, 상기 DCU(5)와 ECU(20)는 CAN 통신으로 연결된다.
상기 컨버터(7)는 Nox 센서(9-2)가 설치된 배기관(10)과 연결된다. 상기 인젝터(9-1)는 컨버터(7)에 장착되어져 엔진 ECU(20)의 제어로 우레아를 컨버터(7)의 내부로 분사한다.
상기 엔진 ECU(20)는 엔진을 제어하고 더불어 엔진 ECU 케이블(20-1)을 이용해 성분검출센서(3-1), 유량레벨센서(3-2), 온도센서(3-3), DCU(5)컨버터(7), 인젝터(9-1), Nox 센서(9-2)등에 연결됨으로써 측정 및 검출된 데이터를 전송받는다. 상기 클러스터(30)는 엔진 ECU 케이블(20-1)로 엔진 ECU(20)와 연결됨으로써 유량레벨센서(3-2)의 검출 값이 표시된다. 이를 위해, 상기 클러스터(30)에는 우레아 탱크(1)의 레벨을 나타내는 레벨 표시창(30-1)이 구비된다.
한편, 도 2는 본 실시예에 따른 우레아 탱크 이물질 주입방지 방법을 나타내고, 도 3은 도 2에 의한 우레아 도징 시스템의 작동 상태를 나타낸다.
도시된 바와 같이, 우레아 탱크 이물질 주입방지 방법은 주입된 요소수의 정상여부로 엔진 ECU(20)가 엔진 작동(또는 시동)을 허가함에 그 특징이 있다.
구체적으로, S10은 엔진 ECU(20)가 우레아 주입을 위한 차량 상태를 판단하는 단계이다. 이를 위해, 엔진 ECU(20)는 차량 정지 상태(시동 off) 또는 엔진 Idle 상태(시동 on)를 체크한다. 그러므로, 우레아 주입은 차량이 멈춰져 있는 상태에서 만 이루어짐으로써 안전사고를 예방할 수 있다.
이어, 차량 정지 상태(시동 off) 또는 엔진 Idle 상태(시동 on)에서 우레아 탱크(1)에 액체(우레아 또는 수돗물이나 증류수 같은 이물질)가 주입되면, S20과 같이 우레아 탱크 물질 주입 검출이 이루어짐과 더불어 S30과 같이 주입 물질 성분 검출 및 분석이 수행되고, S40과 같이 주입물질의 유량 저항값에 의한 유량 레벨 표시가 이루어진다. 도 3을 참조하면, 성분검출센서(3-1)에서 검출된 성분신호 "a"는 DCU(5)로 전달됨으로써 주입되는 액체의 성분이 데이터로 분석되고, 이어 데이터는 DCU(5)에서 성분 데이터 값(a-1)으로 엔진 ECU(20)에 전송된다. 유량레벨센서(3-2)에서 검출된 레벨저항값 "b"는 클러스터(30)로 전송되어 레벨 표시창(30-1)을 통해 우레아 탱크(1)의 레벨을 나타내고, 유량레벨값(b-1)으로 엔진 ECU(20)에 전송된다. 이때, 레벨 표시창(30-1)에 표시되는 우레아 탱크(1)의 레벨값은 엔진 ECU(20)에서 제공될 수 있다. 온도센서(3-3)에서 검출된 온도 검출값 "c"는 DCU(5)로 전달되고, 요소수탱크(1)의 내부 온도가 설정온도 이하일 경우 DCU(5)는 설정온도 이하 온도 신호"c-1"를 엔진 ECU(20)로 전송한다.
그러면, 엔진 ECU(20)는 S50과 같이 우레아 탱크(1)에 주입된 액체가 우레아인지 수돗물이나 증류수 같은 이물질인지를 판단한다. 이를 위해, 엔진 ECU(20)는 DCU(5)에서 보내온 성분 데이터 값(a-1)으로 요소수 성분값을 분석하고 더불어 클러스터(30)에서 보내온 유량레벨값(b-1)을 종합한다.
S60-1은 S50에서 엔진 ECU(20)가 주입되는 액체를 우레아로 판단한 경우로서, 이 경우 우레아 탱크(1)에 우레아 유량이 차있을 때 엔진 ECU(20)는 차량 정지 상태(시동 off)시 엔진 시동을 걸도록 허가하거나 또는 엔진 Idle 상태(시동 on)시 후속 제어를 허가하여 준다.
반면, S60-2는 S50에서 엔진 ECU(20)가 주입되는 액체를 이물질로 판단한 경우로서, 이 경우 우레아 탱크(1)에 우레아 유량이 차있을 때 엔진 ECU(20)는 차량 정지 상태(시동 off)시 엔진 시동을 걸도록 허가하지 않거나 또는 엔진 Idle 상태(시동 on)시 후속 제어를 허가하지 않는다.
전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 우레아 도징 시스템에 적용된 우레아 탱크 이물질 주입방지 방법은 엔진 ECU(20)가 우레아 주입 가능한 차량 상태를 판단하고, 우레아 탱크(1)로 주입되는 물질의 성분과 우레아 탱크 레벨 및 우레아 탱크 내부 온도에 대한 정보가 각각 센서(3-1,3-2,3-3)로 검출되며, 성분 정보로 우레아 탱크(1)로 주입되는 물질의 우레아 또는 이물질 여부가 엔진 ECU(20)에서 판단되면, 엔진 ECU(20)는 우레아로 판단 시 주입 완료 후 운전자의 차량 제어를 허가하는 반면 이물질로 판단 시 주입 완료 후 운전자의 차량 제어를 불허함으로써 이물질로 인한 우레아 도징 시스템 폐해를 방지하고, 특히 강화된 법규를 충족을 저해하는 사용자의 의도적인 이물질 투입이 근본적으로 차단될 수 있다.
1 : 우레아 탱크 3 : 우레아 센서
3-1 : 성분검출센서 3-2 : 유량레벨센서
3-3 : 온도센서 5 : DCU(Dosing Control Unit)
5-1 : DCU 케이블 7 : 컨버터
9-1 : 인젝터 9-2 : Nox 센서
10 : 배기관 20 : 엔진 ECU(Electronic Control Unit)
20-1 : 엔진 ECU 케이블 30 : 클러스터
30-1 : 레벨 표시창

Claims (8)

  1. (A) 엔진 ECU(Electronic Control Unit)가 우레아 주입 가능한 차량 상태를 판단하고;
    (B) 우레아 탱크로 주입되는 물질의 성분과 우레아 탱크 레벨 및 우레아 탱크 내부 온도에 대한 정보가 각각 센서로 검출되며;
    (C) 상기 성분 정보로 상기 우레아 탱크로 주입되는 물질의 우레아 또는 이물질 여부가 엔진 ECU에서 판단된 후, 상기 엔진 ECU는 우레아로 판단 시 주입 완료 후 운전자의 차량 제어를 허가하는 반면 이물질로 판단 시 주입 완료 후 운전자의 차량 제어를 불허하는 것을 특징으로 하는 우레아 탱크 이물질 주입방지 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 (A)에서, 상기 차량 상태는 시동꺼짐이나 엔진 아이들 상태인 것을 특징으로 하는 우레아 탱크 이물질 주입방지 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 (B)에서, 상기 센서는 우레아 탱크에 설치된 성분검출센서와 유량레벨센서 및 온도센서이고;
    상기 성분검출센서는 우레아 탱크로 주입되는 물질의 화학적 성분을 검출하며, 상기 유량레벨센서는 물질이 주입되는 우레아 탱크 레벨을 저항값으로 검출하고, 상기 온도센서는 물질이 주입되는 우레아 탱크 온도를 검출하는 것을 특징으로 하는 우레아 탱크 이물질 주입방지 방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 (C)에서, 상기 엔진 ECU의 우레아 판단은 상기 센서 중 우레아 탱크로 주입되는 물질의 화학적 성분을 검출하는 성분검출센서의 성분 분석값으로 이루어지고, 상기 엔진 ECU의 주입 완료 판단은 상기 센서 중 물질이 주입되는 우레아 탱크 레벨을 검출하는 유량레벨센서의 유량레벨저항값으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 우레아 탱크 이물질 주입방지 방법.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 엔진 ECU는 우레아 탱크의 요소수를 분사하는 인젝터가 구비된 컨버터와 연결된 DCU(Dosing Control Unit)에서 상기 성분검출센서의 성분분석값을 전달받는 것을 특징으로 하는 우레아 탱크 이물질 주입방지 방법.
  6. 청구항 4에 있어서, 상기 엔진 ECU는 유량레벨을 표시하는 클러스터에서 상기 유량레벨센서의 유량레벨저항값을 전달받는 것을 특징으로 하는 우레아 탱크 이물질 주입방지 방법.
  7. 우레아 탱크로 주입되는 물질의 화학적 성분을 성분 분석값으로 검출하는 성분검출센서, 물질 주입에 의한 우레아 탱크 레벨을 저항값으로 검출하는 유량레벨센서, 물질 주입에 의한 우레아 탱크 온도를 검출하는 온도 센서로 구성된 우레아 센서;
    상기 우레아 탱크의 요소수를 분사하는 인젝터가 구비된 컨버터, 상기 성분검출센서, 상기 온도 센서에 연결된 DCU(Dosing Control Unit);
    레벨 표시창을 통해 상기 유량레벨센서의 유량 레벨 검출값을 표시하는 클러스터;
    상기 DCU로부터 상기 성분검출센서의 성분분석값을 전달받아 주입되는 물질의 우레아 여부를 확인하고, 상기 클러스터로부터 상기 유량레벨센서의 유량 레벨 검출값을 전달받아 상기 우레아 탱크에 채워진 우레아 유량을 확인한 다음, 엔진 제어가 시작되는 엔진 ECU(Electronic Control Unit);
    가 포함된 것을 특징으로 하는 우레아 도징 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 성분검출센서와 상기 유량레벨센서 및 상기 온도 센서는 상기 우레아 탱크에 구비된 것을 특징으로 하는 우레아 도징 시스템.
KR1020140169660A 2014-12-01 2014-12-01 우레아 탱크 이물질 주입방지 방법 및 이를 적용한 우레아 도징 시스템 KR20160065544A (ko)

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