KR20180071737A - 피엠 센서의 그을음 제거 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 피엠 센서의 그을음 제거 방법에 관한 것으로, 피엠(PM) 센서에 흡착된 그을음을 제거시키는 그을음 제거 단계, 및 상기 피엠 센서에 산소를 공급시키는 산소 공급 단계를 포함하여 피엠 센서에 추가적인 산소를 공급시켜 잔존하는 그을음을 태워 제거시키는 효과가 있다.

Description

피엠 센서의 그을음 제거 방법 및 장치 {ELIMINATING METHOD OF SOOT FOR PARTICULATE MATTER SENSOR AND APPARATUS THEREOF}
본 발명은 피엠 센서의 그을음 제거 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 배기가스에 포함된 미립자를 여과시키는 미립자 필터의 고장 여부를 진단하는 피엠 센서의 그을음 제거 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 배기 규제가 한층 강화됨에 따라 배기가스를 정화하는 후처리 장치에 대한 관심이 높아지고 있다.
일반적으로, 가솔린 또는 디젤을 연료로 사용하는 가솔린 차량 또는 디젤 차량에는 배출되는 배기가스 중에서 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물(NOx), 황산화물 및 입자상 물질(Particulate Matter, PM)이 포함된다.
여기서, 차량에서 배출되는 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물(NOx), 황산화물 및 입자상 물질(Particulate Matter, PM) 등의 배기가스 중 입자상 물질은 부유 분진의 발생을 가중시킴으로써 대기 오염의 주요 원인으로 알려져있다.
최근에는 디젤 차량은 물론 가솔린 차량에 대해서도 미립자와 관련된 PM(Particle Mass), PN(Particle Number) 규제가 강화되면서, 가솔린 차량에도 디젤 차량에 적용되는 DPF(Diesel Particulate Filter)와 같이 GPF(Gasoline Particulate Filter)가 적용되고 있다.
이와 같은 GPF 시스템이 가솔린 차량에 도입되면 OBD(차량 진단 모듈) 법규에 의하여 GPF 시스템의 고장 여부를 진단하기 위하여 PM(Particulate Matter) 센서가 적용되어야 한다.
디젤 차량의 경우에 PM 센서는 저항방식(센서 측정부에 그을음(soot)을 모아서 전류량을 측정)으로 PM의 양을 측정하는 것이 일반적이다.
그러나, 이와 같이 PM 센서를 가솔린 차량에도 동일하게 적용하게되면 다음과 같은 문제점이 발생한다.
저항방식의 PM 센서의 경우에는 그을음을 모아서 PM을 측정을 한 후에는 센서에 흡착되어 있는 그을음을 센서에 구비된 히터를 통하여 태워서(산화시켜) 제거하여야 한다.
하지만, 디젤 차량의 경우 엔진의 배기가스에는 산소가 섞여서 배출되는 것과 달리, 가솔린 차량은 엔진에서 연소되고 나온 배기가스에 산소가 거의 존재하지 아니하여 충분한 산소를 공급받을 수 없고, 그 결과 그을음이 충분히 산화되어 제거되지 아니하여 PM 센서에 잔존하게되므로 다음 측정 시에 PM의 량 측정에 오류가 발생한다.
그러므로, 가솔린 차량의 경우에도 PM 센서의 그을음을 충분히 산화시켜 제거시킬 수 있는 기술의 개발이 필요하다.
대한민국등록특허공보 제10-1401713호(2014.05.23.)
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 피엠 센서의 그을음 제거 방법 및 장치가 가지는 문제점들을 개선하기 위해 창출된 것으로 피엠 센서에 흡착된 그을음을 제거하기 위하여 배기가스에 산소를 추가로 공급할 수 있는 피엠 센서의 그을음 제거 방법 및 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 피엠 센서의 그을음 제거 방법은 피엠(PM) 센서에 흡착된 그을음을 제거시키는 그을음 제거 단계, 및 상기 피엠 센서에 산소를 공급시키는 산소 공급 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 그을음 제거 단계를 거친 상기 피엠 센서의 전류량을 측정하고, 미리 입력된 초기값과 비교하여 그을음의 잔류 여부를 판단하는 그을음 잔류 판단 단계를 더 포함하는 것도 가능하다.
이때, 상기 그을음 잔류 판단 단계에서 그을음이 잔류한다고 판단된 경우에 상기 산소 공급 단계를 수행하는 것도 가능하다.
이때, 상기 산소 공급 단계에서는 상기 피엠 센서에 산소를 공급한 후 상기 그을음 제거 단계를 수행하는 것도 가능하다.
한편, 상기 산소 공급 단계에서는 배기가스에 존재하는 산소량을 측정하고, 필요한 산소량을 산출하여 산소 공급 시간을 제어하는 것도 가능하다.
또한, 상기 산소 공급 단계는 흡기의 산소량을 증가시키도록 이티씨(ETC) 밸브의 개방량을 증가시키는 이티씨 개방 단계를 포함하는 것도 가능하다.
또한, 상기 산소 공급 단계는 이티씨 밸브를 통과한 흡기를 상기 피엠 센서 쪽으로 직접 공급시키도록 이지알(EGR) 밸브를 개방시키는 이지알 개방 단계를 포함하는 것도 가능하다.
또한, 상기 산소 공급 단계는 흡기구로 유입된 흡기를 상기 피엠 센서 쪽으로 직접 공급시키도록 직공급 밸브를 개방시키는 직공급 단계를 포함하는 것도 가능하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 피엠 센서의 그을음 제거 장치는 엔진에서 배출되는 배기가스에 의한 전류량 변화를 측정하여 미립자 필터의 고장 여부를 진단하도록 구비된 피엠 센서, 상기 엔진에 흡기를 공급시키도록 구비된 이티씨 밸브, 상기 이티씨 밸브를 통과한 흡기를 상기 미립자 필터로 공급시키도록 구비된 이지알 밸브, 및 상기 피엠 센서에 흡착된 그을음이 잔류하는 경우 상기 이티씨 밸브 또는 상기 이지알 밸브 중 적어도 하나를 개방시켜 상기 피엠 센서로 추가적인 산소를 공급시키도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 흡기구를 통과한 흡기를 상기 미립자 필터로 직접 공급시키도록 구비된 직공급 밸브를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 피엠 센서에 흡착된 그을음이 잔류하는 경우 상기 이티씨 밸브 또는 상기 이지알 밸브 또는 상기 직공급 밸브 중 적어도 하나를 개방시켜 상기 피엠 센서로 추가적인 산소를 공급시키도록 제어하는 것도 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 피엠 센서의 그을음 제거 방법 및 장치에 의하면, 피엠 센서에 추가적인 산소를 공급시켜 잔존하는 그을음을 태워 제거시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 피엠 센서의 그을음 제거 방법에 대한 순서도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 피엠 센서의 그을음 제거 장치에 대한 블록도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 도 2를 참조하여 본 발명의 이해를 돕기 위하여 본 발명에 따른 피엠 센서의 그을음 제거 장치에 대하여 설명하면, 이티씨(ETC) 밸브(10), 이지알(EGR) 밸브(20), 직공급 밸브(30), 미립자 필터(40), 제어부(50), 흡입구(60), 배기구(70) 및 엔진(80)을 포함한다. 한편 상기 미립자 필터(40)는 피엠(PM) 센서(41)를 포함한다.
이때, 상기 흡기구(60)와 상기 이티씨 밸브(10)가 서로 연결되고, 상기 이티씨 밸브(10)는 상기 엔진(80)과 연결되며, 상기 엔진(80)은 상기 미립자 필터(40)와 연결되고, 상기 미립자 필터(40)는 상기 배기구(70)와 연결된다. 한편, 상기 이티씨 밸브(10)와 상기 미립자 필터(30)는 상기 이지알 밸브(20)를 통하여 서로 연결되고, 상기 흡기구(60)와 상기 미립자 필터(40)는 상기 직공급 밸브(30)를 통하여 서로 직접 연결된다. 한편 상기 제어부(50)는 상기 피엠 센서(41), 상기 이티씨 밸브(10), 상기 이지알 밸브(20) 및 상기 직공급 밸브(30)와 신호를 송수신 하도록 연결된다.
상기 이티씨 밸브(10)는 흡기 행정 시 흡기량을 조절하고(ETC : Electronic Throttle Control), 상기 이지알 밸브(20)는 배기가스를 흡기계로 이송시켜 NOx(질소 산화물)를 저감시키며(EGR : Exhaust Gas Recirculation), 상기 직공급 밸브(30)는 필요시 상기 미립자 필터(40)에 상기 흡기구(60)에서 유입된 흡기를 직접 공급시키고, 상기 미립자 필터(40)는 배기가스에 포함된 그을음(soot)을 걸러내며, 상기 엔진(80)은 유입된 흡기를 연소시켜 동력을 발생시킨다.
한편, 본 실시예에서는 상기 미립자 필터(40)는 지피에프(GPF : Gasoline Particulate Filter)를 적용하고, 상기 엔진(80)은 가솔린 엔진을 적용하였으나, 이에 한정되지 아니한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 피엠 센서의 그을음 제거 방법은, 그을음 제거 단계(S10), 그을음 잔류 판단 단계(S20) 및 산소 공급 단계(S30)를 포함한다.
상기 그을음 제거 단계(S10)에서는 상기 피엠(PM) 센서(41)에 흡착된 그을음을 제거시킨다. 즉, 상기 피엠 센서(41)가 상기 미립자 필터(40)의 고장 여부를 진단하면 상기 피엠 센서(41)에의 표면에는 그을음이 흡착된다. 이 경우 상기 피엠 센서(41)에 내장되어 있는 히터(Heater)를 작동시키고 상기 피엠 센서(41)에 충분한 양의 산소(O2)를 공급시키면, 그을음은 완전히 연소하면서 제거된다.
다만, 상기 피엠 센서(41)에 충분한 산소가 공급되지 아니한 경우에는 연소가 이루어지지 아니하므로, 그을음이 잔류(잔존)하게 된다.
상기 그을음 잔류 판단 단계(S20)에서는 상기 그을음 제거 단계(S10)를 거친 상기 피엠 센서(41)의 전류량을 측정(I1)하고, 미리 입력된 초기값(I0)과 비교하여 그을음의 잔류 여부를 판단한다.
상기 피엠 센서(41)에 그을음이 흡착되기 전에는 초기값에 해당하는 일정한 전류(I0)가 흐르게 되나, 상기 미립자 필터(40)의 고장 여부를 진단하여 그을음이 흡착되면 측정되는 전류량(I1)에 변화가 발생하고, 그 결과 초기값과 측정된 전류량이 달라진다(I0≠I1).
한편, 본 발명에서는 초기값과 측정된 전류량이 다른 경우(I0≠I1)는 물론, 초기값과 측정된 전류량의 차이(│I0-I1│)가 소정의 오차 범위를 벗어나게 되는 경우 그을음이 잔류한다고 판단하는 것도 가능하다.
한편, 본 실시예에서는 상기 그을음 잔류 판단 단계(S20)에서 그을음이 없다고 판단되는 경우에는 본 발명을 종료하고, 그을음이 잔류하고 있다고 판단되는 경우에는 상기 산소 공급 단계(S30)를 수행한다.
상기 산소 공급 단계(S30)는 상기 피엠 센서(31)에 산소를 공급시키도록 이티씨 개방 단계(S31), 이지알 개방 단계(S33) 및 직공급 단계(S35)를 포함한다. 이때, 상기 산소 공급 단계(S30)에서는 상기 이티씨 개방 단계(S31), 상기 이지알 개방 단계(S33) 및 상기 직공급 단계(S35)를 모두 수행하는 것은 물론, 상기 이티씨 개방 단계(S31), 상기 이지알 개방 단계(S33) 또는 상기 직공급 단계(S35) 중에서 어느 하나를 수행하거나 어느 하나를 제외하고 수행하는 것도 가능하다. 즉 본 발명에서는 상기 이티씨 개방 단계(S31), 상기 이지알 개방 단계(S33) 또는 상기 직공급 단계(S35) 중에서 적어도 하나 이상을 수행한다.
한편, 본 실시예에서는 상기 산소 공급 단계(S30)에서는 산소 센서(도면 미기재) 등을 사용하여 배기가스에 존재하는 산소량을 측정하고, 필요한 산소량을 산출하여 상기 이티씨 개방 단계(S31), 상기 이지알 개방 단계(S33) 또는 상기 직공급 단계(S35)의 수행 시간을 제어하는 것도 가능하다.
상기 이티씨 개방 단계(S31)에서는 흡기의 산소량을 증가시키도록 상기 이티씨(ETC) 밸브(10)의 개방량을 증가시킨다. 즉, 상기 흡기구(60)와 연결되어 있는 상기 이티씨 밸브(10)의 개방량을 증가시키면, 산소가 포함된 흡기의 유입량이 증가된다.
상기 이지알 개방 단계(S33)에서는 상기 이티씨 밸브(10)를 통과한 흡기를 상기 피엠 센서(41) 쪽으로 직접 공급시키도록 상기 이지알(EGR) 밸브(20)를 개방시킨다. 즉, 상기 흡기구(60)에서 상기 이티씨 밸브(10)로 유입된 흡기가 상기 엔진(40)을 통과하지 아니하고 바이패스되어(우회하여) 상기 미립자 필터(40)로 공급된다. 따라서, 산소가 많이 포함된 흡기가 상기 피엠 센서(41)로 공급된다.
상기 직공급 단계(S35)에서는 상기 흡기구(60)로 유입된 흡기를 상기 피엠 센서(41) 쪽으로 직접 공급시키도록 상기 직공급 밸브(30)를 개방시킨다. 즉, 상기 직공급 밸브(30)를 개방시키는 경우에는 상기 흡기구(60)로 유입된 흡기가 상기 이티씨 밸브(10)로 유입되지 않고, 바로 상기 미립자 필터(40) 및 상기 피엠 센서(41) 쪽으로 공급된다.
한편, 본 실시예에서는 상기 산소 공급 단계(S30)를 수행한 후 상기 그을음 제거 단계(S10)를 수행한다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 차량에 유입된 흡기의 흐름을 통하여 본 발명에 의한 피엠 센서의 그을음 제거 방법 및 장치의 효과를 설명하면, 상기 흡기구(60)를 통하여 흡기가 유입되어 상기 이티씨 밸브(10)로 이동한다. 이때, 상기 이티씨 밸브(10)가 개방되면, 흡기는 상기 엔진(80) 쪽으로 유입되고, 상기 엔진(80)에서 연소된 후에는 그을음이 혼입된 상태로 상기 미립자 필터(40)로 이동된다. 한편, 상기 미립자 필터(40)에서는 상기 엔진(80)에서 연소되면서 유입된 그을음이 흡착되고, 상기 피엠 센서(41)가 전류량을 측정하여 상기 미립자 필터(40)의 고장 여부를 진단하게 된다.
한편, 상기 미립자 필터(40)의 고장 여부를 진단하는 과정에서 상기 피엠 센서(41)의 표면에는 그을음이 흡착되고, 상기 피엠 센서(41)에 내장된 히터가 작동되어 상기 피엠 센서(41)에 흡착된 그을음을 가열시킨다(상기 그을음 제거 단계(S10)). 이때, 충분한 산소가 공급되지 않은 경우에는 그을음이 산소와 반응하지 못하여 완전히 연소되지 못하므로 여전히 상기 피엠 센서(41)에 붙어있게 된다. 따라서, 이 경우 상기 피엠 센서(41)를 통하여 다시 상기 미립자 필터(40)의 고장 여부를 진단하면, 미리 입력된 전류의 초기값(I0)과 다른 전류량(I1)이 측정되고, 상기 제어부(50)는 그을음이 잔류(잔존)하고 있다고 판단하게 된다(상기 그을음 잔류 판단 단계(S20)).
따라서, 상기 제어부(50)는 상기 피엠 센서(41)에 추가적인 산소를 공급시키기 위하여 상기 이티씨 밸브(10)나 상기 이지알 밸브(20) 또는 상기 직공급 밸브(30) 중 적어도 하나를 개방시키도록 상기 이티씨 밸브(10)나 상기 이지알 밸브(20) 또는 상기 직공급 밸브(30)에 개방 신호를 송신한다(상기 산소 공급 단계(S30)).
상기 이티씨 밸브(10)의 개방량을 증가시키는 경우에는 평소보다 많은 양의 흡기가 상기 엔진(80)으로 유입되고, 상기 엔진(80)에서 연소된 이후에도 배기가스에 산소가 남아있게 된다. 따라서 상기 엔진(80)에서 유입된 산소가 상기 피엠 센서(41)의 그을음과 완전히 연소반응하여 그을음을 제거시킬 수 있다(상기 그을음 제거 단계(S10)).
한편, 상기 이지알 밸브(20)를 개방시킨 경우에는 상기 이티씨 밸브(10)로 유입된 흡기가 상기 엔진(80)에서 연소되지 아니하고 상기 피엠 센서(41)로 유입된다. 따라서, 산소 농도가 높은 흡기와 상기 피엠 센서(41)의 그을음이 완전히 연소반응하여 그을음을 제거시킬 수 있다(상기 그을음 제거 단계(S10)).
또한, 상기 직공급 밸브(30)를 개방시킨 경우에는 상기 흡기구(60)로 유입된 흡기가 바로 상기 피엠 센서(41)로 유입된다. 따라서, 산소 농도가 높은 흡기와 상기 피엠 센서(41)의 그을음이 완전히 연소반응하여 그을음을 제거시킬 수 있다(상기 그을음 제거 단계(S10)).
그러므로, 본 발명에 의하면 상기 피엠 센서(41)의 그을음을 제거시키기 위하여 추가적인 장치를 구비시키지 않고도, 기존의 이티씨(ETC) 밸브의 개방량을 제어하여 산소 공급량을 증가시키고, 종래에 NOx 제거를 위하여 배기가스를 흡기로 유입시키던 이지알(EGR) 밸브를 사용하여 흡기를 직접 배기 측으로 유입시켰으며, 흡기구와 피엠 센서를 직접 연결시키고 직공급 밸브를 구비하여 이를 제어함으로써 필요시 피엠 센서로 흡기를 직접 공급시켰다. 그 결과, 필요시에만 배기 측의 산소 농도를 증가시켜 그을음을 제거시킬 수 있는 효과가 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명은 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10 : 이티씨 밸브
20 : 이지알 밸브
30 : 직공급 밸브
40 : 미립자 필터
41 : 피엠 센서
50 : 제어부
60 : 흡기구
70 : 배기구
80 : 엔진

Claims (10)

  1. 피엠(PM) 센서에 흡착된 그을음을 제거시키는 그을음 제거 단계; 및
    상기 피엠 센서에 산소를 공급시키는 산소 공급 단계;
    를 포함하는 피엠 센서의 그을음 제거 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 그을음 제거 단계를 거친 상기 피엠 센서의 전류량을 측정하고, 미리 입력된 초기값과 비교하여 그을음의 잔류 여부를 판단하는 그을음 잔류 판단 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 피엠 센서의 그을음 제거 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 그을음 잔류 판단 단계에서 그을음이 잔류한다고 판단된 경우에 상기 산소 공급 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 피엠 센서의 그을음 제거 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 산소 공급 단계에서는,
    상기 피엠 센서에 산소를 공급한 후 상기 그을음 제거 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 피엠 센서의 그을음 제거 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 산소 공급 단계에서는,
    배기가스에 존재하는 산소량을 측정하고, 필요한 산소량을 산출하여 산소 공급 시간을 제어하는 것을 특징으로 하는 피엠 센서의 그을음 제거 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 산소 공급 단계는,
    흡기의 산소량을 증가시키도록 이티씨(ETC) 밸브의 개방량을 증가시키는 이티씨 개방 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 피엠 센서의 그을음 제거 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 산소 공급 단계는,
    이티씨 밸브를 통과한 흡기를 상기 피엠 센서 쪽으로 직접 공급시키도록 이지알(EGR) 밸브를 개방시키는 이지알 개방 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 피엠 센서의 그을음 제거 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 산소 공급 단계는,
    흡기구로 유입된 흡기를 상기 피엠 센서 쪽으로 직접 공급시키도록 직공급 밸브를 개방시키는 직공급 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 피엠 센서의 그을음 제거 방법.
  9. 엔진에서 배출되는 배기가스에 의한 전류량 변화를 측정하여 미립자 필터의 고장 여부를 진단하도록 구비된 피엠 센서;
    상기 엔진에 흡기를 공급시키도록 구비된 이티씨 밸브;
    상기 이티씨 밸브를 통과한 흡기를 상기 미립자 필터로 공급시키도록 구비된 이지알 밸브; 및
    상기 피엠 센서에 흡착된 그을음이 잔류하는 경우, 상기 이티씨 밸브 또는 상기 이지알 밸브 중 적어도 하나를 개방시켜 상기 피엠 센서로 추가적인 산소를 공급시키도록 제어하는 제어부;
    를 포함하는 피엠 센서의 그을음 제거 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    흡기구를 통과한 흡기를 상기 미립자 필터로 직접 공급시키도록 구비된 직공급 밸브;
    를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 피엠 센서에 흡착된 그을음이 잔류하는 경우, 상기 이티씨 밸브 또는 상기 이지알 밸브 또는 상기 직공급 밸브 중 적어도 하나를 개방시켜 상기 피엠 센서로 추가적인 산소를 공급시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 피엠 센서의 그을음 제거 장치.
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