KR20180067272A

KR20180067272A - 차량용 매연 저감 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20180067272A
Application number: KR1020160168797A
Authority: KR
Inventors: 마상진
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2016-12-12
Filing date: 2016-12-12
Publication date: 2018-06-20
Also published as: KR102395282B1

Abstract

본 발명은, 차량용 매연 저감 장치에 관한 것으로서, 일단에 마련되는 필터 유입구와, 타단에 마련되는 필터 배출구를 구비하며, 엔진의 배기 가스에 포함된 수트를 제거 가능한 가솔린 입자상 물질 필터; 상기 필터 유입구와 연결되는 제1 배기 라인과, 상기 필터 배출구와 연결되는 제2 배기 라인을 구비하며, 상기 배기 가스를 외부로 안내하는 배기 라인; 미리 정해진 상기 제1 배기 라인의 제1 분기점으로부터 분기되어 미리 정해진 상기 제2 배기 라인의 제1 합류점과 합류되는 제1 바이패스 라인; 상기 배기 가스가 상기 가솔린 입자상 물질 필터를 미리 정해진 정 방향을 따라 상기 필터 유입구, 상기 필터 배출구 순으로 통과하거나 상기 배기 가스가 상기 가솔린 입자상 물질 필터를 미리 정해진 역 방향을 따라 상기 필터 배출구, 상기 필터 유입구 순으로 통과하도록 상기 배기 라인과 상기 제1 바이패스 라인을 선택적으로 개폐 가능한 밸브 유닛; 및 상기 밸브 유닛의 구동을 제어 가능한 제어 유닛을 포함한다.

Description

차량용 매연 저감 장치 및 방법{EXHAUST GAS REDUCTION APPARATUS AND METHOD FOR VEHICLES}

본 발명은 차량용 매연 저감 장치 및 방법에 관한 것이다.

가솔린 직분사(GDI: gasoline direct injection) 엔진은, 실린더 내로 공기를 유입시키고 실린더 안으로 연료를 직접 분사하는 엔진을 말한다. 이러한 가솔린 직분사 엔진은, 연소실 내의 불완전 연소 구간의 증가로 인해 디젤 엔진과 같이 일정량의 입자상 물질(PM)이 배기가스와 함께 배출된다.

입자상 물질을 저감하기 위하여, 가솔린 직분사 엔진이 적용된 차량에는 가솔린 입자상 물질 필터(gasoline particulate filter, 이하 'GPF'라고 함)가 장착된다. GPF에서는 입자상 물질에 포함된 수트(soot)가 연소되어 에쉬(ash)가 발생하며, 이러한 에쉬는 배기 가스가 유입되는 GPF의 유입구 부근에 주로 퇴적된다. 따라서, 종래의 GPF는, 에쉬로 인해 배기 가스의 배압을 증가시키고 엔진의 출력을 저하시키는 문제점이 있다.

한편, 전술한 에쉬의 퇴적으로 인한 문제점을 해소하기 위하여 GPF의 용적을 증대하여 사용하였다. 따라서, 종래의 GPF는 용적의 증대로 인한 제조 원가가 상승된다는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 가솔린 입자상 물질 필터에 퇴적된 에쉬를 제거할 수 있도록 구조를 개선한 차량용 매연 저감 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

나아가, 본 발명은, 가솔린 입자상 물질 필터의 용적을 줄일 수 있도록 구조를 개선한 차량용 매연 저감 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 차량용 매연 저감 장치는, 일단에 마련되는 필터 유입구와, 타단에 마련되는 필터 배출구를 구비하며, 엔진의 배기 가스에 포함된 수트를 제거 가능한 가솔린 입자상 물질 필터; 상기 필터 유입구와 연결되는 제1 배기 라인과, 상기 필터 배출구와 연결되는 제2 배기 라인을 구비하며, 상기 배기 가스를 외부로 안내하는 배기 라인; 미리 정해진 상기 제1 배기 라인의 제1 분기점으로부터 분기되어 미리 정해진 상기 제2 배기 라인의 제1 합류점과 합류되는 제1 바이패스 라인; 상기 배기 가스가 상기 가솔린 입자상 물질 필터를 미리 정해진 정 방향을 따라 상기 필터 유입구, 상기 필터 배출구 순으로 통과하거나 상기 배기 가스가 상기 가솔린 입자상 물질 필터를 미리 정해진 역 방향을 따라 상기 필터 배출구, 상기 필터 유입구 순으로 통과하도록 상기 배기 라인과 상기 제1 바이패스 라인을 선택적으로 개폐 가능한 밸브 유닛; 및 상기 밸브 유닛의 구동을 제어 가능한 제어 유닛을 포함한다.

바람직하게, 상기 밸브 유닛은, 상기 제1 분기점에서 설치되며 상기 제1 분기점에 도달한 배기 가스를 제1 바이패스 라인 또는 상기 필터 유입구로 선택적으로 안내 가능한 제1 밸브를 구비한다.

바람직하게, 상기 제1 밸브는, 상기 제1 분기점과 상기 필터 유입구 사이를 개방함과 동시에 상기 제1 바이패스 라인을 폐쇄하거나 상기 제1 분기점과 상기 필터 유입구 사이를 폐쇄함과 동시에 상기 제1 바이패스 라인을 개방 가능하게 마련된다.

바람직하게, 상기 밸브 유닛은, 상기 제1 합류점에 설치되며 상기 제1 합류점에 도달한 배기 가스를 상기 필터 배출구 또는 외부로 선택적으로 안내 가능한 제2 밸브를 더 구비한다.

바람직하게, 상기 제2 밸브는 상기 제1 합류점과 외부 사이를 개방함과 동시에 상기 제1 바이패스 라인을 폐쇄하거나 상기 제1 합류점과 외부 사이를 폐쇄함과 동시에 상기 제1 바이패스 라인을 개방 가능하게 마련된다.

바람직하게, 상기 제1 분기점과 상기 필터 유입구 사이에 위치하는 상기 제1 배기 라인의 제2 분기점에서 분기되어 상기 제1 합류점에 비해 상기 필터 배출구에서 멀리 위치하는 상기 제2 배기 라인의 제2 합류점에서 합류되는 제2 바이패스 라인을 더 포함한다.

바람직하게, 상기 밸브 유닛은, 상기 제2 바이패스 라인에 설치되며 상기 제2 분기점에 도달한 배기 가스를 상기 필터 유입구 또는 상기 제2 바이패스 라인에 선택적으로 안내 가능한 제3 밸브를 더 구비한다.

바람직하게, 상기 제3 밸브는 상기 제2 바이패스 라인을 개폐 가능하게 마련된다.

바람직하게, 상기 제어 유닛은, 상기 가솔린 입자상 물질 필터가 미리 정해진 정상 상태인 경우에, 상기 배기 가스가 상기 가솔린 입자상 물질 필터를 상기 정 방향으로 통과하도록 상기 밸브 유닛을 제어하고, 상기 제어 유닛은, 상기 가솔린 입자상 물질 필터가 미리 정해진 이상 상태인 경우에, 상기 배기 가스가 상기 가솔린 입자상 물질 필터를 상기 역 방향으로 통과하도록 상기 밸브 유닛을 제어한다.

바람직하게, 상기 정상 상태는, 애쉬가 상기 가솔린 입자상 물질 필터에 미리 정해진 기준 퇴적량 미만만큼 퇴적된 경우이고, 상기 이상 상태는, 상기 애쉬가 상기 가솔린 입자상 물질 필터에 상기 기준 퇴적량 이상만큼 퇴적된 경우이다.

바람직하게, 상기 제어 유닛은, 상기 차량이 상기 이상 상태인 경우에, 상기 수트를 상기 가솔린 입자상 물질 필터에 강제 퇴적시킨 후 상기 배기 가스가 상기 가솔린 입자상 물질 필터를 상기 역 방향으로 통과하도록 상기 밸브 유닛을 제어한다.

바람직하게, 상기 제어 유닛은, 엔진 회전수를 미리 정해진 기준 회전수 이하로 조절하여 상기 수트를 상기 가솔린 입자상 물질 필터에 강제 퇴적시킨다.

바람직하게, 상기 제어 유닛은, 공연비를 미리 정해진 기준 공연비 이상으로 조절하여 상기 수트를 상기 가솔린 입자상 물질 필터에 강제 퇴적시킨다.

바람직하게, 상기 제어 유닛은, 상기 차량이 상기 이상 상태인 경우에, 상기 배기 가스가 상기 가솔린 입자상 물질 필터를 상기 역 방향으로 통과하도록 상기 밸브 유닛을 제어한 후, 상기 수트가 연소되도록 상기 가솔린 입자상 물질 필터를 강제 재생한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 양상에 따른 차량용 매연 저감 방법은, (a) 에쉬가 가솔린 입자상 물질 필터에 미리 정해진 기준 퇴적량 이상만큼 퇴적되었는지 판단하는 단계; (b) 상기 에쉬가 상기 기준 퇴적량 이상만큼 퇴적된 경우에, 배기 가스가 가솔린 입자상 물질 필터를 역 방향으로 통과하도록 배기 가스의 유동 방향을 전환하는 단계; 및 (c) 상기 가솔린 입자상 물질 필터를 강제 재생하여 상기 에쉬를 제거하는 단계를 포함한다.

바람직하게, (d) 상기 (a) 단계와 상기 (b) 단계 사이에 수행하며, 상기 에쉬가 상기 기준 퇴적량 이상만큼 퇴적된 경우에, 수트를 상기 가솔린 입자상 물질 필터에 강제 퇴적시키는 단계를 더 포함한다.

바람직하게, 상기 (d) 단계는, 엔진 회전수를 미리 정해진 기준 회전수 미만으로 조절함과 동시에 공연비를 미리 정해진 기준 공연비 이상으로 조절하여 수행한다.

바람직하게, 상기 (b) 단계는, 상기 배기 가스가 상기 가솔린 입자상 물질 필터를 필터 배출구, 필터 유입구 순으로 통과하도록 상기 배기 가스의 유동 경로를 조절하여 수행한다.

바람직하게, 상기 (c) 단계는, 상기 (d) 단계에서 강제 퇴적된 수트가 연소되도록 상기 배기 가스의 온도를 조절하여 수행한다.

본 발명에 따른 차량용 매연 저감 장치 및 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 본 발명은, GPF에 퇴적된 에쉬를 용이하게 제거하여, 에쉬로 인해 배기 가스의 배압이 증가되고 엔진의 출력이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

둘째, 본 발명은, GPF의 용적을 줄여 제조 원가를 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 매연 저감 장치의 개략적인 구성을 설명하기 위한 도면.
도 2는 도 1에 도시된 차량용 매연 저감 장치에 있어서, GPF에 퇴적된 에쉬를 제거하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 3은 도 1에 도시된 차량용 매연 저감 장치를 이용한 차량용 매연 저감 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 매연 저감 장치의 개략적인 구성을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 매연 저감 장치(이하, '차량용 매연 저감 장치(1)'라고 함)는, 배기 가스(E)가 통과하는 배기 라인(10)과, 가솔린 입자상 물질 필터(이하, 'GPF(20)'라고 함)와, 제1 바이패스 라인(30)과, 제2 바이패스 라인(40), 밸브 유닛(50)과, 제어 유닛(60) 등을 포함할 수 있다.

먼저, 배기 라인(10)은, GDI 엔진에서 배출된 배기 가스(E)를 외부로 안내하도록 마련된다. 이러한 배기 라인(10)은, 도 1에 도시된 바와 같이, GPF(20)의 필터 유입구(22)와 연결되는 제1 배기 라인(11)과, GPF(20)의 필터 배출구(24)와 연결되는 제2 배기 라인(12)을 구비할 수 있다.

다음으로, GPF(20)는 연소 반응을 통해 배기 가스(E)에 포함된 수트를 제거 가능한 일반적인 GPF(와 동일한 구조를 갖는다. 이러한 GPF(20)는 일단에 마련되며 제1 배기 라인(11)과 연결되는 필터 유입구(22)와, 상기 일단과 반대되는 타단에 마련되며 제2 배기 라인(12)과 연결되는 필터 배출구(24)를 구비할 수 있다.

다음으로, 제1 바이패스 라인(30)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 미리 정해진 제1 배기 라인(11)의 제1 분기점(13)으로부터 분기되어 미리 정해진 제2 배기 라인(12)의 제1 합류점(14)과 합류되도록 마련된다.

다음으로, 제2 바이패스 라인(40)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 분기점(13)과 필터 유입구(22) 사이에 위치하는 제1 배기 라인(11)의 제2 분기점(15)에서 분기되어 제1 합류점(14)에 비해 필터 배출구(24)에서 멀리 위치하는 제2 배기 라인(12)의 제2 합류점(16)과 합류되도록 마련된다.

다음으로, 밸브 유닛(50)은, 배기 가스(E)가 미리 정해진 정 방향 또는 역 방향으로 GPF(20)를 통과하도록 배기 가스(E)의 유로를 조절 가능하게 마련된다. 여기서, 정 방향이란, 도 1에 도시된 바와 같이, 배기 가스(E)가 필터 유입구(22), 필터 배출구(24) 순으로 GPF(20)를 통과하는 방향을 말한다. 또한, 역 방향이란, 도 2에 도시된 바와 같이, 배기 가스(E)가 필터 배출구(24), 필터 유입구(22) 순으로 GPF(20)를 통과하는 방향을 말한다. 이러한 밸브 유닛(50)의 구성을 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 밸브 유닛(50)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 밸브(52)와, 제2 밸브(54)와, 제3 밸브(56a, 56b) 등을 구비할 수 있다.

제1 밸브(52)는, 제1 배기 라인(11)의 제1 분기점(13)에 설치되며, 제1 분기점(13)에 도달한 배기 가스(E)를 필터 유입구(22) 또는 제1 바이패스 라인(30)으로 선택적으로 안내 가능하게 마련된다.

예를 들어, 제1 밸브(52)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 분기점(13)과 필터 유입구(22) 사이를 개방하고 제1 바이패스 라인(30)의 유입구(32)를 폐쇄할 수 있다. 그러면, 엔진에서 배출되어 제1 분기점(13)에 도달한 배기 가스(E)는 필터 유입구(22)로 안내되어 GPF(20)를 정 방향으로 통과할 수 있다.

제1 밸브(52)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 분기점(13)과 필터 유입구(22) 사이를 폐쇄하고 제1 바이패스 라인(30)의 유입구(32)를 개방할 수 있다. 그러면, 엔진에서 배출되어 제1 분기점(13)에 도달한 배기 가스(E)는 제1 바이패스 라인(30)으로 안내되어 제1 바이패스 라인(30)을 통과할 수 있다.

제2 밸브(54)는, 제2 배기 라인(12)의 제2 분기점(15)에 설치되며, 제1 합류점(14)에 도달한 배기 가스(E)를 필터 배출구(24) 또는 외부로 선택적으로 안내 가능하게 마련된다.

제2 밸브(54)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 합류점(14)과 외부 사이를 개방하고 제1 바이패스 라인(30)의 배출구(34)를 폐쇄할 수 있다. 그러면, 필터 배출구(24)를 통과하여 제2 분기점(15)에 도달한 배기 가스(E) 즉, GPF(20)를 정 방향으로 통과하여 제2 분기점(15)에 도달한 배기 가스(E)는 제2 배기 라인(12)에 의해 외부로 안내될 수 있다.

제2 밸브(54)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 합류점(14)과 외부 사이를 폐쇄하고 제1 바이패스 라인(30)의 배출구(34)를 개방할 수 있다. 그러면, 제1 바이패스 라인(30)을 통과하여 제1 합류점(14)에 도달한 배기 가스(E)는 필터 배출구(24)로 안내되어 GPF(20)를 역 방향으로 통과할 수 있다

제3 밸브(56a, 56b)는, 제2 바이패스 라인(40)에 설치되며 제2 바이패스 라인(40)을 선택적으로 개폐할 수 있다. 제3 밸브(56a, 56b)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 한 쌍이 마련되어 제2 바이패스 라인(40)의 유입구(42)와 배출구(44)에 각각 하나씩 설치될 수 있다.

제3 밸브(56a, 56b)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 제2 바이패스 라인(40)의 유입구(42)와 배출구(44)를 각각 폐쇄할 수 있다. 그러면, 제2 분기점(15)에 도달하거나 제2 합류점(16)에 도달한 배기 가스(E)는 제2 바이패스 라인(40)으로 유입되지 않고 배기 라인(10)을 따라 계속 진행할 수 있다.

제3 밸브(56a, 56b)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 바이패스 라인(40)의 유입구(42)와 배출구(44)를 각각 개방할 수 있다. 그러면, 필터 유입구(22)를 통과하여 제2 분기점(15)에 도달한 배기 가스(E) 즉, GPF(20)를 역 방향으로 통과한 배기 가스(E)는 제2 바이패스 라인(40)으로 안내되어 제2 바이패스 라인(40)을 통과할 수 있다. 이처럼 제2 바이패스 라인(40)을 통과한 배기 가스(E)는 제2 배기 라인(12)에 의해 외부로 안내될 수 있다.

한편, 제3 밸브(56a, 56b)는, 한 쌍이 마련되는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 제3 밸브(56a, 56b)는, 하나만 마련되어, 제2 바이패스 라인(40) 상의 특정 지점을 개폐 가능하도록 제2 바이패스 라인(40)에 설치될 수도 있다.

다음으로, 제어 유닛(60)은 차량의 전반적인 구동을 제어할 수 있다.

이러한 제어 유닛(60)은, GPF(20)가 미리 정해진 정상 상태인 경우에는 GPF(20)에서 통상적인 배기 가스 여과 작업이 실시되도록 차량의 구동을 제어하고, GPF(20)가 미리 정해진 이상 상태인 경우에는 GPF(20)에서 애쉬의 강제 제거 작업이 실시되도록 차량의 구동을 제어할 수 있다. 여기서, 정상 상태는 에쉬가 GPF(20)에 미리 정해진 기준 퇴적량 미만만큼 퇴적된 상태를 말하고, 이상 상태는 에쉬가 GPF(20)에 미리 정해진 기준 퇴적량 이상만큼 퇴적된 상태를 말한다.

GPF(20)가 정상 상태인지와 이상 상태인지 여부를 판단하는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 제어 유닛(60)은 차량이 미리 정해진 기준 주행 거리를 주행할 때마다 차량이 이상 상태인 것으로 판단할 수 있다. 즉, 에쉬의 퇴적량은 차량의 주행 거리에 비례하므로, 차량의 주행 거리를 기준으로 에쉬의 강제 제거 시기를 결정하는 것이다.

이하에서는, 도 1을 참조하여, GPF(20)에서 통상적인 배기 가스(E) 여과 작업이 실시되도록 차량의 구동을 제어하는 방법을 설명하기로 한다.

제어 유닛(60)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 배기 가스(E)가 GPF(20)를 정 방향으로 통과하도록 밸브 유닛(50)의 구동을 제어한다. 그러면, 엔진에서 배출된 배기 가스(E)는 GPF(20)를 정 방향으로 통과하면서 통상적으로 방식으로 여과될 수 있다.

이하에서는, 도 2를 참조하며, GPF(20)에서 에쉬의 제거 작업이 실시되도록 차량의 구동을 제어하는 방법을 설명하기로 한다.

먼저, 제어 유닛(60)은, 수트를 GPF(20)에 미리 정해진 기준 퇴적량 이상 강제적으로 퇴적시킨다. 예를 들어, 제어 유닛(60)은 엔진 회전수를 미리 정해진 기준 회전수 미만으로 조절할 수 있다. 여기서, 기준 회전수는 배기 가스(E)의 온도가 수트의 연소 온도가 되는 엔진 회전수를 말한다. 따라서, 엔진 회전수를 기준 회준수 미만으로 조절하면, 수트는 배기 가스(E)에 의해 연소되지 못하고 GPF(20)에 퇴적된다. 예를 들어, 제어 유닛(60)은 공연비를 미리 정해진 기준 공연비 미만으로 조절할 수 있다. 여기서, 기준 공연비는 연료의 불완전 연소로 인해 다량의 수트가 발생하는 공연비를 말한다. 따라서, 공연비를 기준 공연비 이상으로 조절하면, 수트는 배기 가스(E)에 의해 원활하게 연소되지 못하고 GPF(20)에 퇴적된다.

다음으로, 제어 유닛(60)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 배기 가스(E)가 GPF(20)를 역 방향으로 통과하도록 밸브 유닛(50)의 구동을 제어할 수 있다. 구체적으로 제어 유닛(60)은, 제1 분기점(13)과 필터 유입구(22) 사이가 폐쇄됨과 동시에 제1 바이패스 라인(30)의 유입구(32)가 개방되도록 제1 밸브(52)의 구동을 제어하고, 제2 분기점(15)과 외부 사이가 폐쇄됨과 동시에 제1 바이패스 라인(30)의 배출구(34)가 개방되도록 제2 밸브(54)의 구동을 제어하고, 제2 바이패스 라인(40)의 유입구(42)와 배출구(44)가 개방되도록 제3 밸브(56a, 56b)의 구동을 제어할 수 있다.

이후에, 제어 유닛(60)은, GPF(20)에 강제 퇴적된 수트가 연소되도록 GPF(20)를 강제 재생할 수 있다. GPF(20)의 강제 재생 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 제어 유닛(60)은, 배기 가스(E)의 온도가 수트의 연소 온도 이상으로 상승되도록 엔진 회전수를 상기 기준 회전수 이상으로 조절할 수 있다.

일반적으로 에쉬는 GPF의 필터 유입구 부근에 주로 퇴적된다. 그런데, 종래의 차량용 매연 저감 장치는, 배기 가스를 GPF에 항상 정 방향으로만 통과시킬 수 있다. 이로 인해, 에쉬를 퇴적 위치에서 털어 내더라도 에쉬는 필터 유입구로부터 멀리 이격된 필터 배출구까지 진행하지 못하고 GPF 내부에 다시 퇴적된다. 따라서, 종래의 차량용 매연 저감 장치는 GPF으로부터 에쉬를 제거하기가 어렵다.

이에 반해, 차량용 매연 저감 장치(1)는, 배기 가스(E)를 GPF(20)에 역 방향으로 통과시킬 수 있다. 이에 더불어, 차량용 매연 저감 장치(1)는, 다량의 수트를 GPF(20)에 강제 퇴적 시킨 상태에서 GPF(20)를 강제 재생하므로, 수트의 연소 시에 고압 및 고온이 발생한다. 이러한 차량용 매연 저감 장치(1)는, 배기 가스(E)의 압력 및 온도와 수트의 연소 시에 발생하는 고압 및 고온을 함께 이용해 에쉬를 퇴적 위치에서 강하게 털어 낼 수 있고, 이처럼 털어낸 에쉬를 퇴적 위치에서 근접하게 위치한 필터 유입구(22)를 통해 GPF(20)의 외부로 용이하게 배출시킬 수 있다. 따라서, 차량용 매연 저감 장치(1)는, 에쉬로 인해 배기 가스(E)의 배압이 증가되고 엔진의 출력이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 차량용 매연 저감 장치(1)는, 에쉬가 기준 퇴적량 이상만큼 퇴적되지 않도록 GPF(20)로부터 주기적으로 제거 가능하므로, 에쉬를 GPF(20)로부터 제거할 수 없다는 고려 하에 GPF(20)의 용적을 증대시킬 필요가 없다. 따라서, 차량용 매연 저감 장치(1)는, GPF(20)의 용적을 줄여 제조 원가를 절감할 수 있다.

도 3은 도 1에 도시된 차량용 매연 저감 장치를 이용한 차량용 매연 저감 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 3을 참조하면, 차량용 매연 장치(1)를 이용한 차량용 매연 저감 방법은, 에쉬가 GPF(20)에 미리 정해진 기준 퇴적량 이상만큼 퇴적되었는지 판단하는 단계(S 10); 에쉬가 기준 퇴적량 이상만큼 퇴적된 경우에, 수트를 GPF(20)에 강제 퇴적시키는 단계(S 20); 배기 가스(E)가 GPF(20)를 역 방향으로 통과하도록 배기 가스(E)의 유동 방향을 전환하는 단계(S 30); 및 GPF(20)를 강제 재생하여 에쉬를 제거하는 단계(S 40); 배기 가스(E)가 GPF(20)를 정 방향으로 통과하도록 배기 가스(E)의 유동 방향을 전환하는 단계(S 50)를 포함한다.

먼저, S 10 단계는, 차량의 주행 거리를 산출하여, 차량이 미리 정해진 기준 주행 거리 이상만큼 주행하였는지 여부를 판단하여 수행할 수 있다. S 10 단계는, 배기 가스(E)를 GPF(20)에 정 방향으로 통과시켜 배기 가스(E)를 통상적인 방식으로 여과하면서 수행할 수 있다. S 10 단계는, 차량이 미리 정해진 기준 주행 거리 이상만큼 주행하였다고 판단될 때까지 미리 정해진 기준 시간마다 반복적으로 수행할 수 있다.

다음으로, S 20 단계는, S 10 차량이 미리 정해진 기준 거리 이상만큼 주행하였다고 판단된 경우에, 엔진 회전수를 미리 정해진 기준 회전수 미만으로 조절함과 동시에 공연비를 미리 정해진 기준 공연비 이상으로 조절하여 수행할 수 있다. 이러한 S 20 단계는, 미리 정해진 퇴적 시간 동안 수트를 GPF(20)에 강제적으로 퇴적시켜 수행할 수 있다.

이후에, S 30 단계는, 배기 가스(E)가 GPF(20)를 필터 배출구(24), 필터 유입구(22) 순으로 통과하도록 배기 가스(E)의 유동 경로를 조절하여 수행할 수 있다.

다음으로, S 40 단계는, S 20 단계에서 강제 퇴적된 수트가 연소되도록 배기 가스(E)의 온도를 조절하여, 배기 가스(E)의 압력 및 온도와 수트의 연소할 때 발생하는 고압 및 고온을 함께 이용해 에쉬를 GPF(20)의 필터 유입구(22)를 통해 GPF(20)의 외부로 배출시켜 수행할 수 있다.

이후에, S 50 단계는, 배기 가스(E)의 GPF(20)를 필터 배출구(24), 필터 유입구(22) 순으로 통과하도록 배기 가스(E)의 유동 조절 경로를 조절하여 수행할 수 있다.

한편, 차량용 매연 저감 장치의 제어 방법은, 전술한 바와 같이 차량의 주행 거리를 산출하여 에쉬의 퇴적량을 판단하는 경우에는, S 50 단계 이후에 수행하며 차량의 주행 거리를 미리 정해진 초기치로 리셋하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 S 60 단계는 S 50 단계와 동시에 수행할 수도 있다.

이처럼 S 10 단계에서 S 60 단계까지 수행한 다음에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 전술한 S 10 단계로 돌아가 에쉬의 퇴적량을 다시 산출할 수 있다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

1 : 차량용 매연 저감 장치
10 : 배기 라인
11 : 제1 배기 라인
12 : 제2 배기 라인
13 : 제1 분기점
14 : 제1 합류점
15 : 제2 분기점
16 : 제2 합류점
20 : GPF
22 : 필터 유입구
24 : 필터 배출구
30 : 제1 바이패스 라인
32 : 유입구
34 : 배출구
40 : 제2 바이패스 라인
42 : 유입구
44 : 배출구
50 : 밸브 유닛
52 : 제1 밸브
54 : 제2 밸브
56a, 56b : 제3 밸브
60 : 제어 유닛
E : 배기 가스

Claims

일단에 마련되는 필터 유입구와, 타단에 마련되는 필터 배출구를 구비하며, 엔진의 배기 가스에 포함된 수트를 제거 가능한 가솔린 입자상 물질 필터;
상기 필터 유입구와 연결되는 제1 배기 라인과, 상기 필터 배출구와 연결되는 제2 배기 라인을 구비하며, 상기 배기 가스를 외부로 안내하는 배기 라인;
미리 정해진 상기 제1 배기 라인의 제1 분기점으로부터 분기되어 미리 정해진 상기 제2 배기 라인의 제1 합류점과 합류되는 제1 바이패스 라인;
상기 배기 가스가 상기 가솔린 입자상 물질 필터를 미리 정해진 정 방향을 따라 상기 필터 유입구, 상기 필터 배출구 순으로 통과하거나 상기 배기 가스가 상기 가솔린 입자상 물질 필터를 미리 정해진 역 방향을 따라 상기 필터 배출구, 상기 필터 유입구 순으로 통과하도록 상기 배기 라인과 상기 제1 바이패스 라인을 선택적으로 개폐 가능한 밸브 유닛; 및
상기 밸브 유닛의 구동을 제어 가능한 제어 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 매연 저감 장치.
제1항에 있어서,
상기 밸브 유닛은, 상기 제1 분기점에서 설치되며 상기 제1 분기점에 도달한 배기 가스를 제1 바이패스 라인 또는 상기 필터 유입구로 선택적으로 안내 가능한 제1 밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 매연 저감 장치.
제2항에 있어서,
상기 제1 밸브는, 상기 제1 분기점과 상기 필터 유입구 사이를 개방함과 동시에 상기 제1 바이패스 라인을 폐쇄하거나 상기 제1 분기점과 상기 필터 유입구 사이를 폐쇄함과 동시에 상기 제1 바이패스 라인을 개방 가능하게 마련되는 것을 특징으로 하는 차량용 매연 저감 장치.
제2항에 있어서,
상기 밸브 유닛은, 상기 제1 합류점에 설치되며 상기 제1 합류점에 도달한 배기 가스를 상기 필터 배출구 또는 외부로 선택적으로 안내 가능한 제2 밸브를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 매연 저감 장치.
제4항에 있어서,
상기 제2 밸브는 상기 제1 합류점과 외부 사이를 개방함과 동시에 상기 제1 바이패스 라인을 폐쇄하거나 상기 제1 합류점과 외부 사이를 폐쇄함과 동시에 상기 제1 바이패스 라인을 개방 가능하게 마련되는 것을 특징으로 하는 차량용 매연 저감 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 분기점과 상기 필터 유입구 사이에 위치하는 상기 제1 배기 라인의 제2 분기점에서 분기되어 상기 제1 합류점에 비해 상기 필터 배출구에서 멀리 위치하는 상기 제2 배기 라인의 제2 합류점에서 합류되는 제2 바이패스 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 매연 저감 장치.
제6항에 있어서,
상기 밸브 유닛은, 상기 제2 바이패스 라인에 설치되며 상기 제2 분기점에 도달한 배기 가스를 상기 필터 유입구 또는 상기 제2 바이패스 라인으로 선택적으로 안내 가능한 제3 밸브를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 매연 저감 장치.
제7항에 있어서,
상기 제3 밸브는 상기 제2 바이패스 라인을 개폐 가능하게 마련되는 것을 특징으로 하는 차량용 매연 저감 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어 유닛은, 상기 가솔린 입자상 물질 필터가 미리 정해진 정상 상태인 경우에, 상기 배기 가스가 상기 가솔린 입자상 물질 필터를 상기 정 방향으로 통과하도록 상기 밸브 유닛을 제어하고,
상기 제어 유닛은, 상기 가솔린 입자상 물질 필터가 미리 정해진 이상 상태인 경우에, 상기 배기 가스가 상기 가솔린 입자상 물질 필터를 상기 역 방향으로 통과하도록 상기 밸브 유닛을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 매연 저감 장치.
제9항에 있어서,
상기 정상 상태는, 애쉬가 상기 가솔린 입자상 물질 필터에 미리 정해진 기준 퇴적량 미만만큼 퇴적된 경우이고,
상기 이상 상태는, 상기 애쉬가 상기 가솔린 입자상 물질 필터에 상기 기준 퇴적량 이상만큼 퇴적된 경우인 것을 특징으로 하는 차량용 매연 저감 장치.
제10항에 있어서,
상기 제어 유닛은, 상기 차량이 상기 이상 상태인 경우에, 상기 수트를 상기 가솔린 입자상 물질 필터에 강제 퇴적시킨 후 상기 배기 가스가 상기 가솔린 입자상 물질 필터를 상기 역 방향으로 통과하도록 상기 밸브 유닛을 제어하는 것을 특징으로 하는 차량용 매연 저감 장치.
제11항에 있어서,
상기 제어 유닛은, 엔진 회전수를 미리 정해진 기준 회전수 이하로 조절하여 상기 수트를 상기 가솔린 입자상 물질 필터에 강제 퇴적시키는 것을 특징으로 하는 차량용 매연 저감 장치.
제11항에 있어서,
상기 제어 유닛은, 공연비를 미리 정해진 기준 공연비 이상으로 조절하여 상기 수트를 상기 가솔린 입자상 물질 필터에 강제 퇴적시키는 것을 특징으로 하는 차량용 매연 저감 장치.
제11항에 있어서,
상기 제어 유닛은, 상기 차량이 상기 이상 상태인 경우에, 상기 배기 가스가 상기 가솔린 입자상 물질 필터를 상기 역 방향으로 통과하도록 상기 밸브 유닛을 제어한 후, 상기 수트가 연소되도록 상기 가솔린 입자상 물질 필터를 강제 재생하는 것을 특징으로 하는 차량용 매연 저감 장치.
(a) 에쉬가 가솔린 입자상 물질 필터에 미리 정해진 기준 퇴적량 이상만큼 퇴적되었는지 판단하는 단계;
(b) 상기 에쉬가 상기 기준 퇴적량 이상만큼 퇴적된 경우에, 배기 가스가 가솔린 입자상 물질 필터를 역 방향으로 통과하도록 배기 가스의 유동 방향을 전환하는 단계; 및
(c) 상기 가솔린 입자상 물질 필터를 강제 재생하여 상기 에쉬를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 매연 저감 방법.
제15항에 있어서,
(d) 상기 (a) 단계와 상기 (b) 단계 사이에 수행하며, 상기 에쉬가 상기 기준 퇴적량 이상만큼 퇴적된 경우에, 수트를 상기 가솔린 입자상 물질 필터에 강제 퇴적시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 매연 저감 방법.
제16항에 있어서,
상기 (d) 단계는, 엔진 회전수를 미리 정해진 기준 회전수 미만으로 조절함과 동시에 공연비를 미리 정해진 기준 공연비 이상으로 조절하여 수행하는 것을 특징으로 하는 차량용 매연 저감 방법.
제15항에 있어서,
상기 (b) 단계는, 상기 배기 가스가 상기 가솔린 입자상 물질 필터를 필터 배출구, 필터 유입구 순으로 통과하도록 상기 배기 가스의 유동 경로를 조절하여 수행하는 것을 특징으로 하는 차량용 매연 저감 방법.
제16항에 있어서,
상기 (c) 단계는, 상기 (d) 단계에서 강제 퇴적된 수트가 연소되도록 상기 배기 가스의 온도를 조절하여 수행하는 것을 특징으로 하는 차량용 매연 저감 방법.