KR20170123139A - 작업차의 dpf 강제 재생 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

작업차의 DPF 강제 재생 시스템 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 작업차의 DPF 강제 재생 시스템은, 재생 모드로의 전환을 위한 재생전환신호를 생성하는 강제 재생 스위치(Manual Regen Switch), 유압펌프가 토출하는 압유가 이동되는 유압토출라인, 유압토출라인으로부터 단속적으로 제공되는 압유를 액츄에이터에 공급하는 유압공급라인, 유압토출라인과 유압공급라인 사이에서 압유의 이동을 통제하는 유로 가변형 가변밸브와, 상기 가변밸브의 입구와 출구 측 유압토출라인과 유압공급라인을 연결하는 우회라인 상의 압력제어밸브로 이루어진 재생 제어 밸브유니트 및 강제 재생 스위치가 생성하는 재생전환신호로부터 상기 가변밸브를 제어하여 압유가 상기 우회라인을 통하도록 제어하는 ECU를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

Description

작업차의 DPF 강제 재생 시스템 및 방법{Diesel Particle Filter manual regeneration system and method}

본 발명은 작업차의 DPF 강제 재생 시스템 및 방법에 관한 것으로, 상세하게는 미세 오염물질 여과처리를 위해 디젤 엔진 배기라인에 설치되는 DPF(Diesel Particle Filter, 디젤입자필터)의 성능을 회복시키기 위한 작업차의 DPF 강제 재생 시스템 및 방법에 관한 것이다.

대기 오염물질 발생의 최소화와 대기환경 보존을 위한 디젤엔진 배기가스 후처리 장치로서, 디젤 산화 촉매(DOC;Diesel Oxidation Catalyst, 이하 'DOC'라 한다)와 디젤 입자 필터(DPF; Diesel Particulate Filter, 이하 'DPF'라 한다)를 결합시킨 촉매형 매연 여과 장치가 당업계에서 널리 채택되고 있다.

그 중 DPF는 엔진과 머플러 사이에 장착되어 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기가스에 포함된 이물질 중 미세 크기의 입자성 유해물질(PM, Particulate matter)을 제거하는 역할을 한다. 이러한 DPF는 일반 승용차부터 산업용 차량 및 선박에 이르기까지 각종 운송체 및 설비에 이용되는 엔진까지 모든 디젤 엔진에 적용된다.

도 1에는 종래 디젤 엔진에 적용되는 DPF의 구조를 나타내는 절단면도가 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, DPF는 주로 벌집모양의 구조로 설계되어 있으며, 한 쪽이 막혀있는 공기구멍들로 이루어져 있다. 열려있는 공기구멍으로 들어온 배기가스는 반대편 끝이 막혀 있기 구멍 사이를 구획하는 세라믹 소재의 벽이 형성하는 작은 구멍들을 통해 옆 칸의 공기통로로 이동되고 반대 방향으로 뚫려있는 구멍으로 빠져나가게 된다.

이 과정에서 구멍 사이를 구획하는 벽에 미세 오염물들이 걸러져 여과처리가 이루어지는 것이다. 즉 DPF를 벌집모양으로 구획하는 다수의 벽이 필터로서 기능을 하는 것이며, 따라서 시간이 경과할수록 필터 역할을 하는 벽면 및 구멍 안에는 포집된 Soot와 기타 미세 먼지들 그리고 탄소가루 등이 누적될 수 밖에 없다.

미세 오염물질이 누적될수록 오염물질에 대한 여과 효율이 떨어지는 것은 물론, 배압(Back Pressure) 때문에 엔진 실린더 내 연소가 방해된다. 즉 시간 경과에 따라 질소 산화물 및 입자상 물질이 DPF에 계속해서 쌓이게 되면 배기가스 통과 유동 면적이 좁아져 엔진 배압이 커지며, 결국 엔진의 출력 및 후처리 장치의 처리 성능이 저하된다.

이에 따라 DPF 내 질소 산화물 및 입자상 물질을 제거하여 성능을 회복시키는 것이 반드시 요구되며 이를 일반적으로 DPF 재생(Regeneration, 이하 'regen'으로 약칭하기로 함)이라 한다. DPF 재생은 엔진의 회전수를 높여 연소 후 배출되는 배기가스의 온도를 높이거나, 별도 재생장치를 이용해 장치 내에 흡착/포집된 입자상 물질을 연소시킴으로써 제거하는 방식으로 수행된다.

재생 시점은 흡착/축적량이 증가하거나 일정 주기가 경과한 경우 차압센서를 통한 축적량 검출, 연료량 계산에 따른 축적량 예측 또는 ECU에 기 입력된 설정주기로 결정된다. 물론 장치 오류나 운전조건, 환경에 따라 재생이 누락될 경우를 대비해 운전자에 의한 강제 재생(Manual regen)이 가능하도록 시스템을 구성하고 있다.

배기가스의 온도를 높여 DPF를 재생함에 있어 요구되는 DPF 전단 배기가스의 최소온도(T1)는 대략 섭씨 300 도이다. 따라서 재생 개시와 함께 DPF 전단의 온도를 상기 최소온도(T1)까지 빠르게 상승시킬 필요가 있다. 최소온도(T1)에 도달하기 전까지 DPF 전방 DOC에서의 초기 HC(탄화수소) 슬립(slip)이 문제가 되기 때문이다.

그러나 일반적으로 강제 재생(Manual Regen)은 차량 정지 상태에서 무부하 상태로 행해지기 때문에, 배기가스 온도를 재생에 필요한 최소온도까지 신속하기 끌어 올리기 어렵다는 문제가 있으며, 이로 인해 재생 초기 최소온도(T1)에 도달하기 전까지 DPF 전방 DOC에서의 HC(탄화수소) 슬립(slip) 문제가 계속해서 대두되고 있다.

한국공개특허공보 제10-2012-0112850호 (공개일 2012. 10. 11)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 배기가스 온도를 DPF 재생에 필요한 온도까지 신속하게 끌어올릴 수 있으며, 이를 통해 재생 초기 HC(탄화수소)의 슬립(slip)에 효과적으로 대응할 수 있는 작업차의 DPF 강제 재생 시스템 및 방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 강제 재생 중 상황에 따라 엔진의 부하의 조정이 가능하도록 하여, 재생에 필요한 배기열은 충분히 확보하면서도 강제 재생 시 연료가 과다하게 소모되는 것을 방지할 수 있는 작업차의 DPF 강제 재생 시스템 및 방법을 제공하고자 하는 것이다.

과제 해결을 위한 수단으로서 본 발명의 일 측면에 따르면,

디젤 엔진이 탑재되고, 디젤 엔진이 출력하는 동력으로 구동되는 유압펌프를 구비하며, 유압펌프가 토출하는 압유에 의해 작동되는 유압식 액츄에이터를 구비한 작업차의 배기라인에 설치되는 DPF(Diesel Particle Filter, 디젤입자필터)의 강제 재생(Manual Regen)을 위한 것으로,

재생 모드로의 전환을 위한 재생전환신호를 생성하는 강제 재생 스위치(Manual Regen Switch);

상기 유압펌프가 토출하는 압유가 이동되는 유압토출라인;

상기 유압토출라인으로부터 단속적으로 제공되는 압유를 상기 액츄에이터에 공급하는 유압공급라인;

상기 유압토출라인과 유압공급라인 사이에서 압유의 이동을 통제하는 유로 가변형 가변밸브와, 상기 가변밸브의 입구와 출구 측 유압토출라인과 유압공급라인을 연결하는 우회라인 상의 압력제어밸브로 이루어진 재생 제어 밸브유니트; 및

상기 강제 재생 스위치가 생성하는 재생전환신호로부터 상기 가변밸브를 제어하여 압유가 상기 우회라인을 통하도록 제어하는 ECU;를 포함하는 작업차의 DPF 강제 재생 시스템을 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따른 작업차의 DPF 강제 재생 시스템에서 상기 ECU는, 온도센서로부터 획득되는 배기가스 온도 정보에 따라 다른 값으로 제어신호를 출력하여 상기 가변밸브의 개폐 또는 개도각을 제어할 수 있다.

이때, 상기 ECU는 상기 ECU는 시간에 따른 배기가스의 온도변화로부터 온도변화 속도를 검출하여, 온도변화 속도가 기설정 속도보다 빠른 경우 그 온도변화 속도에 맞춰 상기 가변밸브의 개도각을 조금씩 크게 하여 엔진 부하를 서서히 낮추도록 설정될 수 있다.

과제 해결을 위한 수단으로서 본 발명의 다른 측면에 따르면,

디젤 엔진 배기라인에 설치되는 DPF(Diesel Particle Filter, 디젤입자필터)의 강제 재생(Manual Regen)을 위한 방법으로,

강제 재생 스위치(Manual Regen Switch)가 생성하는 재생전환신호로부터 엔진의 운전 상태를 DPF 재생모드로 전환하는 재생모드 전환단계;

재생 제어 밸브유니트의 가변밸브를 제어하여 유압 회로의 회로압을 상승시켜 배기가스 온도를 상승시키는 승온단계;

승온단계를 통해 목표 온도까지 상승된 고온의 열을 이용하여 DPF에 포집된 PM(입자상 유해물질)을 연소시켜 제거하는 재생단계; 및

DPF 재생 완료 후 엔진 운전 상태를 정상모드로 전환하는 정상모드 전환단계;를 포함하되,

상기 승온단계에 온도센서로부터 획득되는 배기가스 온도 정보에 따라 상기 가변밸브의 개폐 또는 개도각을 조절하여 엔진 부하를 조정하는 부하조정과정이 포함되는 작업차의 DPF 강제 재생 방법을 제공한다.

이때 상기 부하조정과정에서는, 시간에 따른 배기가스의 온도변화로부터 온도변화 속도를 검출하여, 온도변화 속도가 기설정 속도보다 빠르면 상기 가변밸브의 개도각을 조금씩 크게 하여 엔진 부하를 서서히 낮추는 제어가 행해질 수 있다.

본 발명에 따른 작업차의 DPF 강제 재생 시스템 및 방법에 의하면, 유압 회로의 회로압을 상승시켜 엔진 부하를 인위적으로 높임으로써 배기가스 온도를 DPF 재생에 필요한 온도까지 빠르게 상승시킬 수 있으며, 이를 통해 재생 초기 HC(탄화수소)의 슬립 문제를 해소할 수 있다.

또한, 재생 중 상황에 따라 ECU의 가변밸브 제어를 통해 엔진 부하를 조정 할 수 있어, 강제 재생에 필요한 배기열은 충분히 확보하면서도 과도한 부하가 필요 없는 상황에서는 부하 값을 낮춰 강제 재생 시 연료가 과다하게 소모되어 연비가 떨어지는 것을 최소화할 수 있다.

도 1은 종래 디젤 엔진 배기가스 후처리 장치에 적용되는 DPF 구조를 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 작업차의 DPF 강제 재생 시스템의 개략 구성도.
도 3a는 정상적인 운전상황(일반 모드)에서의 압유 흐름을 나타낸 도면.
도 3b는 강제 재생 모드에서의 압유 흐름을 나타낸 도면.
도 4는 강제 재생을 위해 적용되는 순서도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

더하여, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일도면 참조부호를 부여하기로 하며 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 본 발명을 설명함에 있어 언급되는 작업차는, 디젤 엔진이 탑재되고, 디젤 엔진이 출력하는 동력으로 구동되는 유압펌프를 구비하며, 유압펌프가 토출하는 압유에 의해 작동되는 유압식 액츄에이터를 구비한 작업차량, 예들 들어 트랙터일 수 있으며, 본 발명은 이와 같은 작업차에 작용되는 DPF의 강제 재생 시스템을 제안한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 작업차의 DPF 강제 재생 시스템의 개략 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 작업차의 DPF(70) 강제 재생 시스템은, 미세 오염물질 여과처리를 위해 디젤 엔진(50) 배기라인에 설치되는 DPF(Diesel Particle Filter, 디젤입자필터, 70)의 강제 재생(Manual Regen)을 위한 것으로 크게, 강제 재생 스위치(Manual Regen Switch, 10)와 재생 제어 밸브유니트(30), 그리고 ECU(20)를 포함한다.

강제 재생 스위치(Manual Regen Switch, 10)는 스위치 조작력이 입력된 시점에 강제 재생 모드(Manual Regen mode)로의 전환을 위한 전기적인 재생전환신호를 생성한다. 강제 재생 스위치(10)가 생성한 재생전환신호는 상기 ECU(20)에 전달되며, ECU(20)는 신호가 입력된 시점부터 DPF(70) 성능 회복을 위한 강제 재생 모드로 시스템 상태를 전환한다.

재생 제어 밸브유니트(30)는, 상기 ECU(20)의 통제를 받아 유압펌프(40)가 토출하는 압유가 정상적인 경로를 통해 액츄에이터(60)에 공급될 수 있도록 압유의 이동을 제어하거나(도 3의 (a)의 정상 모드 참조), 배기가스 온도를 높이기 위해 유압펌프(40)가 토출하는 압유의 정상적인 이동을 제한하여 유압 회로의 회로압을 상승시킨다(도 3의 (b)의 강제 재생 모드 참조).

재생 제어 밸브유니트(30)는 구체적으로, 유압토출라인(45)과 유압공급라인(48) 사이에서 압유의 이동을 통제하는 유로 가변형 가변밸브(32)와, 상기 가변밸브(32)의 입구와 출구 측 유압토출라인(45)과 유압공급라인(48)을 연결하는 우회라인(33) 상의 압력제어밸브(Pressure control valve, 34)로 구성된다.

가변밸브(32)는 상기 ECU(20)가 출력하는 전기적인 신호로 작동되는 온/오프(On/Off) 타입의 솔레노이드밸브일 수 있으며, 상기 압력제어밸브(34)는 릴리프 밸브(Relief valve)일 수 있다.

유압펌프(40)가 토출하는 압유는 상기 유압토출라인(45)을 통해 상기 가변밸브(32)에 공급된다. 그리고 유압공급라인(48)은 ECU(20)의 통제를 받는 상기 가변밸브(32)의 개폐상태에 따라 상기 유압토출라인(45)으로부터 단속(斷續)적으로 압유를 제공받아 상기 액츄에이터(60)에 공급한다. 구체적으로, ECU(20)의 통제로 가별밸브가 개방된 경우에만 액츄에이터(60)로 압유가 공급된다.

ECU(20)는 상기 강제 재생 스위치(10)가 생성하는 재생전환신호로부터 상기 가변밸브(32)를 제어하여 유압펌프(40)가 토출하는 압유의 흐름을 제한한다. 구체적으로는, 강제 재생 개시(재생전환신호 입력시점)와 함께 가변밸브(32)를 닫힘(CLOSE) 위치로 전환시키는 제어를 통해 압유의 이동을 제한하고 유압 회로의 회로압이 상승되도록 한다.

다시 말해, 강제 재생(Manual Regen) 개시되면 상기 ECU(20)는 가변밸브(32)를 통해 유압 회로의 회로압을 상승시켜 엔진(50)에 걸리는 부하를 인위적으로 높이고 이를 통해 엔진(50) 연소 후 발생되는 배기가스의 온도가 DPF(70) 재생에 필요한 최소 온도(대략 섭씨 300도씨)까지 신속하게 상승될 수 있도록 제어하는 것이다.

특정 모드에서 압유의 이동 상태를 나타내는 도 3을 참조하여 좀 더 구체적으로 살펴본다.

도 3a는 정상적인 운전상황(일반 모드)에서의 압유 흐름을 나타낸 도면으로, 일반 모드(Normal mode)에서는 가변밸브(32)가 개방된 상태로 유지된다. 이에 따라 압유는 유압토출라인(45), 가변밸브(32), 유압공급라인(48)으로 이어지는 개방된 유압라인을 통해 액츄에이터(60)에 공급되고, 액츄에이터(60) 구동에 사용될 수 있다.

도 3b는 강제 재생 모드에서의 상황으로, 운전자 또는 작업자의 의도된 강제 재생 스위치(10) 조작으로 강제 재생이 개시(재생전환신호 입력시점)되면 ECU(20)의 통제로 가변밸브(32)가 폐쇄(CLOSE) 위치로 전환되며, 따라서 상기 가변밸브(32)를 거쳐 상기 유압토출라인(45)에서 유압공급라인(48)으로 공급되는 압유의 흐름이 차단된다.

이에 따라, 액츄에이터(60) 조작이 없는 상태에서 고압의 압유는 유압토출라인(45)을 통해 가변밸브(32) 입력 측까지 제공은 되지만, 압유가 소모되지 않음에 따라 회로압은 상승하게 되고 유압펌프(40)의 구동부하가 커져 결국 엔진(50)에 부하가 걸리게 되며, 이로 인해 배기가스의 온도가 DPF(70) 재생에 필요한 최소 온도에 도달하기 까지 걸리는 시간이 현저히 줄어들게 된다.

물론 이 경우, 회로압은 상기 압력제어밸브(34)에 의해 특정 수준으로 유지된다. 즉 유압토출라인(45)의 압력이 설정 회로압에 도달하면, 압력제어밸브(34)가 개방되고 일부 압유가 우회라인(33)을 통해 유압공급라인(48) 측으로 이동됨으로써 회로압은 특정 수준으로 유지될 수 있는 것이며, 결국 과도한 회로압 상승에 따른 장치 오작동이나 고장 등이 방지되는 것이다.

압유의 이동을 제한하는 방식으로 회로압을 인위적으로 상승시켜 DPF(70) 전단의 온도를 DPF(70) 재생이 요구하는 최소온도까지 상승시킴에 있어, 재생이 실행되는 시점에서의 조건, 바람직하게는 외부의 환경 조건에 따라서는 엔진(50) 부하를 크게 하지 않고도 신속하게 상기 최소온도까지 끌어올 수 있는 경우가 있다.

엔진(50)은 부하의 크기에 비례하여 많은 연료를 소모하는 특성이 있다. 때문에 엔진(50) 부하를 크게 하지 않고도 신속하게 끌어올릴 수 있는 상황이라면, 부하를 작게 하거나 부하 운전 시간을 짧게 가져감으로써 불필요하게 연료가 과다 소모되지 않도록 시스템을 구성하는 것이 시스템의 효율성 및 연비 측면에서 유리하다.

예를 들어, 대기 온도가 높은 하절기의 경우에는 엔진(50) 부하를 크게 하지 않고도 배기가스 온도를 빠른 시간에 상기 최소온도까지 높일 수 있다. 따라서 이때에는 ECU(20)로 가변밸브(32)의 개도량을 조절하여 엔진(50) 부하량을 조정함으로써, 재생에 필요한 배기열은 충분히 확보하면서 재생 시 연료가 과다하게 소모되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

이를 위해 본 발명의 일 측면에 따른 DPF(70) 강제 재생 시스템에서 상기 ECU(20)는, 배기라인의 임의 위치에 장착될 수 있는 온도센서(도시 생략)로부터 획득되는 배기가스 온도 정보에 따라 상기 가변밸브(32)를 완전히 폐쇄하거나, 경우에 따라서는 부분 개방상태에서 개도각을 조절하여 엔진(50) 부하가 조정될 수 있도록 다른 값의 제어신호를 출력할 수 있다.

바람직하게는, 강제 재생 모드에서 시간에 따른 배기가스의 온도변화로부터 온도변화 속도를 검출하여, 온도변화 속도가 기설정 속도보다 빠른 경우 그 온도변화 속도에 맞춰 상기 가변밸브(32)를 개방 측으로 절환하거나 개도각을 조금씩 늘림으로써 엔진(50) 부하를 서서히 낮추는 제어가 행해지도록 설정될 수 있다.

예를 들어, 높은 대기 온도에 의해 재생 시 배기가스 온도의 변화 속도가 평상 시 보다 빠르게 진행되는 여름철에는 가변밸브(32)의 개도량을 늘려 엔진(50) 부하를 적절히 낮춤으로써, 강제 재생에 필요한 배기열은 충분히 확보하면서도 강제 재생과정에서 엔진(50)의 부하상태가 최고 값으로 유지됨에 따른 연료 과다 소모를 방지하는 것이다.

다음 상기와 같이 구성된 강제 재생 시스템에 의하여 수행되는 DPF 강제 재생 과정에 대해 이하 살펴보기로 한다.

도 4는 강제 재생을 위한 순서도로서, 강제 재생(Manual Regen)은 크게, 재생모드 전환단계(S100), 승온단계(S200), 재생단계(S300), 정상모드 전환단계(S400)로 구성되며, 상기 승온단계(200)에 온도센서로부터 획득되는 배기가스 온도 정보에 따라 전술한 가변밸브의 개폐 또는 개도각을 조절하여 엔진 부하를 조정하는 부하조정과정(S210)이 포함될 수 있다.

재생모드 전환단계(S100)에서의 재생모드 전환은, 운전자 또는 작업자에 의해 의도된 전술한 강제 재생 스위치(Manual Regen Switch)의 조작이 있는 경우, 강제 재생 스위치가 생성하는 재생전환신호가 전달된 시점에 ECU가 출력하는 재생 개시 명령에 따라 엔진 및 시스템의 운전 상태가 DPF 재생모드로 전환됨으로써 구현될 수 있다.

재생모드에 돌입하면, 배기가스 온도를 DPF 재생에 필요한 최소온도까지 신속하게 끌어올리는 상기 승온단계(S200)가 연이어 수행되는데, 승온단계(S200)에서는 ECU에 의한 가변밸브 제어를 통해 유압펌프가 토출하는 압유의 정상적인 이동을 제한함으로써, 유압 회로의 회로압을 인위적으로 높여 배기가스 온도를 상승시키는 제어가 행해진다.

다시 말해, 강제 재생(Manual Regen) 개시됨과 동시에 ECU는 가변밸브를 통제하여 유압 회로의 회로압을 상승시킴으로써 엔진에 걸리는 부하를 인위적으로 높이며, 이를 통해 엔진 연소 후 발생되는 배기가스의 온도가 DPF 재생에 필요한 최소 온도(대략 섭씨 300도씨)까지 신속하게 상승될 수 있도록 한다.

승온단계(S200)에서 행해지는 부하조정과정(S210)은, 온도센서로부터 획득되는 배기가스 온도 정보에 따라 상기 가변밸브의 개폐 또는 개도각을 조절하여 엔진 부하를 조정하는 과정일 수 있다. 즉 배기가스 온도 정보에 기초한 가변밸브의 상태 제어를 통해 회로압을 조절하며, 결국 엔진 부하량이 조정될 수 있도록 하는 것이다.

예를 들어, 여름철 높은 대기 온도로 승온단계(S200)에서의 배기가스 온도의 변화 속도가 평상 시 보다 너무 빠르면 가변밸브의 개도각을 서서히 늘려 엔진 부하 값을 적절히 낮춤으로써, 강제 재생에 필요한 배기열은 충분히 확보하면서도 강제 재생과정에서 엔진 부하 값이 최고 값으로 유지됨에 따른 연료 과다 소모가 방지되도록 한다.

한편, 재생단계(S300)에서는 일반적으로 알려진 재생과 마찬가지로, 전술한 승온단계를 통해 목표 온도까지 상승된 고온의 열을 이용하여 DPF에 포집된 PM(입자상 유해물질)을 연소시켜 제거하는 처리가 행해지며, DPF 재생 상태가 목표 수준에 도달하면 DPF 재생을 완료하고 엔진 운전 상태를 원래의 정상모드로 전환시키는 제어(S400)가 상기 ECU에 의해 행해진다.

이상에서 살펴본 본 발명에 따른 작업차의 DPF 강제 재생 시스템 및 방법에 의하면, 유압 회로의 회로압을 상승시켜 엔진 부하를 인위적으로 높임으로써 배기가스 온도를 DPF 재생에 필요한 온도까지 빠르게 상승시킬 수 있으며, 이를 통해 재생 초기 HC(탄화수소)의 슬립 문제를 해소할 수 있다.

또한, 재생 중 상황에 따라 ECU의 가변밸브 제어를 통해 엔진 부하를 조정 할 수 있어, 강제 재생에 필요한 배기열은 충분히 확보하면서도 과도한 부하가 필요 없는 상황에서는 부하 값을 낮춰 강제 재생 시 연료가 과다하게 소모되어 연비가 떨어지는 것을 최소화할 수 있다.

이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10 : 강제 재생 스위치(Manual regen switch)
20 : ECU
30 : 재생 제어 밸브 유닛트
32 : 가변밸브
33 : 우회라인
34 : 압력제어밸브
40 : 유압펌프
45 : 유압토출라인
48 : 유압공급라인
50 : 엔진
60 : 액츄에이터
70 : DPF(디젤 입자 필터)

Claims (5)

1. 디젤 엔진이 탑재되고, 디젤 엔진이 출력하는 동력으로 구동되는 유압펌프를 구비하며, 유압펌프가 토출하는 압유에 의해 작동되는 유압식 액츄에이터를 구비한 작업차의 배기라인에 설치되는 DPF(Diesel Particle Filter, 디젤입자필터)의 강제 재생(Manual Regen)을 위한 것으로,
   재생 모드로의 전환을 위한 재생전환신호를 생성하는 강제 재생 스위치(Manual Regen Switch);
   상기 유압펌프가 토출하는 압유가 이동되는 유압토출라인;
   상기 유압토출라인으로부터 단속적으로 제공되는 압유를 상기 액츄에이터에 공급하는 유압공급라인;
   상기 유압토출라인과 유압공급라인 사이에서 압유의 이동을 단속하는 유로 가변형 가변밸브와, 상기 가변밸브의 입구와 출구 측 유압토출라인과 유압공급라인을 연결하는 우회라인 상의 압력제어밸브로 이루어진 재생 제어 밸브유니트; 및
   상기 강제 재생 스위치가 생성하는 재생전환신호로부터 상기 가변밸브를 제어하여 압유가 상기 우회라인을 통하도록 제어하는 ECU;를 포함하는 작업차의 DPF 강제 재생 시스템.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 ECU는 온도센서로부터 획득되는 배기가스 온도 정보에 따라 다른 값으로 제어신호를 출력하여 상기 가변밸브의 개폐 또는 개도각을 조절하고 엔진 부하를 컨트롤하는 것을 특징으로 하는 작업차의 DPF 강제 재생 시스템.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 ECU는 시간에 따른 배기가스의 온도변화로부터 온도변화 속도를 검출하여, 온도변화 속도가 기설정 속도보다 빠른 경우 그 온도변화 속도에 맞춰 상기 가변밸브의 개도각을 조금씩 크게 하여 엔진 부하를 서서히 낮추는 것을 특징으로 하는 작업차의 DPF 강제 재생 시스템.
   
4. 디젤 엔진 배기라인에 설치되는 DPF(Diesel Particle Filter, 디젤입자필터)의 강제 재생(Manual Regen)을 위한 방법으로,
   강제 재생 스위치(Manual Regen Switch)가 생성하는 재생전환신호로부터 엔진의 운전 상태를 DPF 재생모드로 전환하는 재생모드 전환단계;
   재생 제어 밸브유니트의 가변밸브를 제어하여 유압 회로의 회로압을 상승시켜 배기가스 온도를 상승시키는 승온단계;
   승온단계를 통해 목표 온도까지 상승된 고온의 열을 이용하여 DPF에 포집된 PM(입자상 유해물질)을 연소시켜 제거하는 재생단계; 및
   DPF 재생 완료 후 엔진 운전 상태를 정상모드로 전환하는 정상모드 전환단계;를 포함하되,
   상기 승온단계에 온도센서로부터 획득되는 배기가스 온도 정보에 따라 상기 가변밸브의 개폐 또는 개도각을 조절하여 엔진 부하를 조정하는 부하조정과정이 포함되는 작업차의 DPF 강제 재생 방법.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 부하조정과정에서는,
   시간에 따른 배기가스의 온도변화로부터 온도변화 속도를 검출하여, 온도변화 속도가 기설정 속도보다 빠르면 상기 가변밸브의 개도각을 조금씩 크게 하여 엔진 부하를 서서히 낮추는 것을 특징으로 하는 작업차의 DPF 강제 재생 방법.

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