KR20190049079A - 배기가스 후처리 시스템 및 이의 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템은, 엔진에서 배출되는 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하는 가솔린 여과 필터와, 상기 가솔린 여과 필터의 전단 및 후단 각각에 배치되어 전단 온도 및 후단 온도를 측정하는 제1 및 제2 온도 센서와, 상기 가솔린 여과 필터를 제어하기 위한 차량 상태 데이터를 검출하는 데이터 검출기, 및 상기 차량 상태 데이터를 기반으로 연료 차단(Fuel cut)을 수행하고, 상기 제1 및 제2 온도 센서에서 측정한 온도 정보를 이용하여 상기 가솔린 여과 필터에서 연소되는 수트량을 예측하고, 상기 예측된 가솔린 여과 필터에서 연소되는 수트량을 기반으로 상기 가솔린 여과 필터에 포집되어 연소되는 수트량을 보정하는 제어기를 포함한다.

Description

배기가스 후처리 시스템 및 이의 제어 방법{EXHAUST GAS POST PROCESSING SYSTEM AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 배기가스 후처리 시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것으로, 구체적으로 가솔린 여과 필터의 전단 및 후단의 온도를 기반으로 가솔린 여과 필터에 포집된 입자상 물질(Particulate Matters: PM)의 양을 예측할 수 있는 배기가스 후처리 시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 내연기관에서 연비 및 성능을 개선하기 위해서는 가솔린 직접 분사(Gasoline Direct Injection: GDI) 기술이 개발되고 있다. 이러한 가솔린 직접 분사가 적용된 엔진은 연료를 흡기관 내부로 분사하지 않고, 연소실로 직접 분사하는 가솔린 엔진에서의 분사 방식을 말한다.
이는 점화 플러그 주위의 공연비를 농후하게 하므로 희박한 공연비에서도 엔진 작동이 가능한데, 가솔린 직접 분사 기술 개발로 인하여 연소실 내의 불완전 연소 구간의 증가에 따라 입자상 물질(Particulate Matters: PM) 발생이 문제되고 있다.
특히, 최근에 입자상 물질은 인체에 큰 해를 미치며, 대기를 오염시키는 가장 중요한 주원인으로 각종 매체에서 보도되고 있다.
이러한 입자상 물질을 줄이는 수단으로 가솔린 자동차의 배기계에 가솔린 입자상 물질필터인 가솔린 여과 필터(Gasoline Particulate Filter: GPF)를 장착하고 있다.
가솔린 여과 필터는 엔진 배기가스 내 오염 물질이 담체 내부를 통과함에 따라 시간 경과 후, 내부에 포집된 검댕이 그을림인 수트(soot)량이 일정 수준 이상이 되면, 온도를 발화 온도 이상으로 상승시켜 수트 성분을 제거하게 된다.
일반적으로, 가솔린 여과 필터의 포집된 수트량은 별도의 센서가 존재하지 않고, 엔진 운전 조건에 따라 예측한다.
그러나, 가솔린 엔진에서 배출되는 수트가 가솔린 여과 필터에 포집되고, 연소되는 과정을 반복할 경우에는 가솔린 여과 필터에 포집된 수트량을 정확히 예측하기 어렵다. 또한, 가솔린 엔진은 배출되는 수트량이 적기 때문에, 디젤 여과 필터와 같이 디젤 여과 필터의 전단 및 후단 차압으로 수트량 예측이 어렵다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하고자 개발된 것으로, 본 발명의 일 실시예는 가솔린 여과 필터의 전단 및 후단의 온도를 기반으로 가솔린 여과 필터에 포집된 입자상 물질의 양을 예측할 수 있는 배기가스 후처리 시스템 및 이의 제어 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 기존 모델을 통한 입자상 물질의 예측량과 가솔린 여과 필터의 전단 및 후단의 온도를 기반으로 가솔린 여과 필터에 포집된 입자상 물질의 양을 비교하여 보정하는 방식으로, 기존 모델의 입자상 물질의 예측량의 오차를 줄일 수 있는 배기가스 후처리 시스템 및 이의 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템은, 엔진에서 배출되는 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하는 가솔린 여과 필터와, 상기 가솔린 여과 필터의 전단 및 후단 각각에 배치되어 전단 온도 및 후단 온도를 측정하는 제1 및 제2 온도 센서와, 상기 가솔린 여과 필터를 제어하기 위한 차량 상태 데이터를 검출하는 데이터 검출기, 및 상기 차량 상태 데이터를 기반으로 연료 차단(Fuel cut)을 수행하고, 상기 제1 및 제2 온도 센서에서 측정한 온도 정보를 이용하여 상기 가솔린 여과 필터에서 연소되는 수트량을 예측하고, 상기 예측된 가솔린 여과 필터에서 연소되는 수트량을 기반으로 상기 차량 상태 데이터에 의해 모델링된 상기 가솔린 여과 필터에 포집되어 연소되는 수트량을 보정하는 제어기를 포함한다.
상기 제어기는, 상기 가솔린 입자 필터에 포집되어 연소되는 수트량을 모델링하고, 상기 모델링된 가솔린 여과 필터에 포집되어 연소되는 수트량과 상기 예측된 상기 가솔린 여과 필터에서 연소되는 수트량을 차감한 절대값이 임계값(a) 이상이면, 상기 모델링된 가솔린 여과 필터에 포집되어 연소되는 수트량을 보정할 수 있다.
상기 제2 온도 센서는, 상기 제어기의 제어에 따라 연료 차단이 수행되면 상기 가솔린 여과 필터 후단의 온도를 측정하고, 측정한 후단 온도 정보를 상기 제어기에 제공할 수 있다.
상기 제어기는, 상기 제2 온도 센서로부터 제공받은 후단 온도 정보를 확인하고, 상기 후단 온도 정보를 통해 연료 차단이 시작하는 시점의 온도를 나타내는 전단 시작 온도를 확인하고, 상기 연료 차단 중 최고 온도를 나타내는 후단 최고 온도를 확인할 수 있다.
상기 전단 시작 온도는, 상기 제1 온도 센서에서 측정한 온도로, 연료 차단이 시작하는 시점의 가솔린 여과 필터의 전단의 온도를 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템은, 상기 엔진과 상기 가솔린 여과 필터 사이에 배치되어 상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 정화하는 촉매 컨버터를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 후처리 제어 방법은, 가솔린 여과 필터, 상기 가솔린 여과 필터의 전단 및 후단 각각에 배치된 제1 및 제2 온도 센서를 포함하는 배기가스 후처리 시스템에서 배기가스 후처리를 제어하는 방법에 있어서, 차량 상태 데이터를 확인하는 단계와, 상기 차량 상태 데이터를 기반으로 상기 가솔린 입자 필터에 포집되어 연소되는 수트량을 제어기(Engine Management System; EMS)를 통하여 모델링하는 단계와, 상기 차량 상태 데이터를 기반으로 연료 차단 조건을 만족하면, 연료 차단을 수행하는 단계와, 상기 제1 온도 센서에서 제1 온도를 측정하고, 상기 제2 온도 센서에서 제2 온도를 측정하며, 상기 측정한 온도 정보를 이용하여 상기 가솔린 입자 필터에서 연소되는 수트량을 예측하는 단계와, 상기 측정한 온도 정보를 이용하여 제어 조건에 만족하는지 판단하는 단계, 및 상기 온도 정보가 제어 조건에 만족하면, 상기 모델링된 수트량을 상기 가솔린 입자 필터에 포집되어 연소되는 수트량으로 판정하고, 상기 온도 정보가 제어 조건에 만족하지 않으면, 상기 모델링된 수트량을 보정하는 단계를 포함한다.
상기 가솔린 입자 필터에 포집되는 수트량을 제어기를 통하여 모델링하는 단계는, 엔진 조건에 따라 상기 가솔린 여과 필터 전단의, 상기 엔진에서 배출되는 수트량에서 상기 가솔린 여과 필터에서 연소되는 수트량을 차감한 값을 상기 가솔린 입자 필터에서 포집되는 수트량으로 모델링할 수 있다.
상기 제어 조건에 만족하는지를 판단하는 단계는, 상기 제1 온도 센서에서 측정한 상기 연료 차단이 시작하는 시점의 전단 시작 온도를 확인하는 단계와, 상기 제2 온도 센서에서 측정한 상기 연료 차단 중 후단 최고 온도를 확인하는 단계와, 상기 연료 차단이 시작하는 시점의 전단 시작 온도와 상기 연료 차단 중 후단 최고 온도에 따라 상기 가솔린 여과 필터에서 연소되는 수트량을 예측하는 단계, 및 상기 모델링된 가솔린 여과 필터에 포집되어 연소되는 수트량과 상기 예측된 상기 가솔린 여과 필터에서 연소되는 수트량을 차감한 절대값이 임계값(a) 이하인지 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 모델링된 수트량의 보정은, 상기 모델링된 가솔린 여과 필터에 포집되어 연소되는 수트량에서, 상기 모델링된 가솔린 여과 필터에 포집되어 연소되는 수트량과 상기 제1 및 제2 온도 센서에 의해 측정된 온도 정보를 이용하여 예측한 상기 가솔린 입자 필터에서 연소되는 수트량을 합한 값을 2로 나눈 값을 차감한 값으로 보정될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 가솔린 입자 필터의 전후단 온도 센서를 이용하여 수트의 완전 연소를 간접 예측할 수 있으며, 제어기에서 모델링된 수트 연소량을 보정할 수 있다.
모델링된 수트 연소량과 실제 수트 연소량의 비교를 통해 모델링된 수트 연소량을 보정함으로써, 가솔린 입자 필터의 잦은 강제 재생을 방지하여 가솔린 입자 필터의 파손을 방지할 수 있다.
또한, 가솔린 입자 필터의 고온에의 노출을 방지하고, 연비를 저감하며, 수트 제거 효율을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 후처리 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 후처리 제어 방법을 설명하기 위해, 연료 차단시 GPF 전단 및 후단 온도에 따라 GPF의 수트 연소량을 나타낸 표이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 후처리 제어 방법을 설명하기 위해, 연료 차단시 GPF 전단 및 후단 온도에 따라 GPF의 수트 연소량을 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 일 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예들에서는 일 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며, 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고, 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다. 어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수도 있다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 한 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템에 관하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템은 엔진(100), 배기 파이프(110), 촉매 컨버터(120), 가솔린 여과 필터(Gasoline Particulate Filter: 이하, "GPF"로 통칭함, 130), 제1 온도 센서(140), 제2 온도 센서(145), 데이터 검출기(160) 및 제어기(170)를 포함한다.
엔진(100)은 제어기(170)의 제어에 의해 출력이 제어되며, 제어기(170)의 제어에 따라 최적의 운전점으로 구동이 제어된다.
엔진(100)은 연료와 공기를 연소시켜 화학적 에너지를 기계적 에너지로 변환한다. 즉, 엔진(100)은 흡기 매니폴드(103)에 연결되어 연소실(105) 내부로 공기를 유입받는다. 이때, 연소실(105)에는 인젝터(109)가 장착되어 연소실(105) 내부로 분사한다.
배기 매니폴드(107)에 연결되어 연소 과정에서 발생된 배기가스는 배기 매니폴드(107)에 모인 후 차량의 외부로 배출된다. 이러한 배기가스에는 입자상 물질(Particulate Matter: PM)이 포함되어 있으며, 입자상 물질은 수트(soot), 유기성용해물질(Soluble Organic Fraction: SOF) 및 카본입자(carbon or soot) 등을 포함하고 있다.
이러한 엔진(100)은 가솔린 직접 분사(Gasoline Direct Injection: GDI) 엔진일 수 있다.
배기 파이프(110)는 배기 매니폴드에 연결되어 배기가스를 차량의 외부로 배출시킨다. 배기 파이프(110) 상에는 촉매 컨버터(120) 및 GPF(130)가 장착되어 배기가스 내에 포함된 입자상 물질을 제거한다.
촉매 컨버터(120)는 배기 파이프(110)에 배치되어 배기가스를 정화한다. 즉, 촉매 컨버터(120)는 엔진(100)에서 배출되는 배기가스에 포함된 질소 산화물과 입자상 물질 등의 유해 물질을 촉매 작용으로 저감시킨다.
예를 들어, 촉매 컨버터(120)는 배기가스 중의 탄화수소(HC)를 산화 반응으로서 H20와 CO2로, CO를 C02로, NO를 N2 및 NO2로 변환시키는 디젤 산화 촉매(Diesel Oxidation Catalyst: DOC), 삼원 전환 촉매(Three Way Catalyst: TWC) 등을 포함할 수 있다.
GPF(130)는 배기 파이프(110) 상에 배치되며, 배기가스에 포함된 입자상 물질을 걸러주기 위한 필터이다.
입자상 물질의 대부분을 차지하는 것은 수트라고 불리는 탄화수소인데, 이러한 수트는 연료가 제대로 연소되지 않을 때 발생하는 것이다. 이에 GPF(130)는 촉매 필터를 이용하여 수트를 포함한 입자상 물질을 포집한다.
촉매는 벌집(honeycomb) 모양으로 형성되며, 특수 코팅 처리하여 입자상 물질을 흡착시킨다.
GPF(130)는 엔진(100)에서 배출한 배기가스에 포함된 수트를 포집하여 여과하고, 내부의 포집된 수트량, 차량의 주행 거리, 시간 등에 따라 자동으로 재생 과정으로 거치게 된다. 이러한 재생 과정은 엔진(100)의 배기행정에 고온의 배기가스에 연료를 분사하여 추가적인 연소를 발생시켜 더욱 상승시킴으로써 촉매를 활성화시키고, 남아있는 입자상 물질을 산화시켜 재로 만드는 과정이다.
또한, GPF(130)는 제어기(170)의 제어에 따라 능동적으로 재생 과정을 수행할 수도 있다.
제1 온도 센서(140)는 GPF(130)의 전단에 배치되어 GPF(130)로 유입되는 배기가스의 온도를 측정한다. 제1 온도 센서(140)는 측정한 온도 정보를 제어기(170)에 제공한다.
제2 온도 센서(145)는 GPF(130)의 후단에 배치되어 GPF(130)에서 배출되는 배기가스의 온도를 측정한다. 제2 온도 센서(145)는 측정한 온도 정보를 제어기(170)에 제공한다.
데이터 검출기(160)는 GPF(130)를 제어하기 위한 차량 상태 데이터를 검출한다. 즉, 데이터 검출기(160)는 가속 페달의 위치값(가속 페달이 눌린 정도)을 검출하여 제어기(170)에 제공한다. 가속 페달이 눌린 경우에는 가속 페달의 위치값이 100%이고, 가속 페달이 눌리지 않은 경우에는 가속 페달의 위치값이 0%이다.
또한, 데이터 검출기(160)는 주행 거리, 주행 시간 등을 검출하여 제어기(170)에 제공할 수도 있다.
이러한, 데이터 검출기(160)는 제어기(170)의 제어에 따라 주기적으로 차량 상태 데이터를 검출하거나, 제이기의 제어에 따라 비주기적으로 차량 상태 데이터를 검출할 수 있다.
데이터 검출기(160)는 검출한 차량 상태 데이터를 제어기(170)에 제공한다.
제어기(170)는 배기가스 후처리 시스템의 구성 요소를 제어한다. 즉, 제어기(170)는 엔진(100), 촉매 컨버터(120), GPF(130), 제1 온도 센서(140), 제2 온도 센서(145) 및 데이터 검출기(160)를 제어한다.
제어기(170)는 데이터 검출기(160)로부터 차량 상태 데이터를 제공받는다. 제어기(170)는 차량 상태 데이터를 기반으로 연료 차단(Fuel cut)을 수행한다.
제어기(170)는 차량 상태 데이터를 기반으로 GPF(130)에 포집되어 연소되는 수트량을 모델링한다. 또한, 제1 온도 센서(140) 및 제2 온도 센서(145)에서 측정한 온도 정보를 이용하여 GPF(130)에서 연소되는 수트량을 예측하고, 예측된 GPF(130)에서 연소되는 수트량을 기반으로 차량 상태 데이터에 의해 모델링된 GPF(130)에 포집되어 연소되는 수트량을 보정한다.
이 때, 제어기(170)는, GPF(130)에 포집되어 연소되는 수트량을 모델링하고, 모델링된 GPF(130)에 포집되어 연소되는 수트량과 예측된 GPF(130)에서 연소되는 수트량을 차감한 절대값이 임계값(a) 이상이면, 모델링된 GPF(130)에 포집되어 연소되는 수트량을 보정할 수 있다. 임계값(a)은 예를 들어, 1g 일 수 있다.
한편, 제어기(170)는 제2 온도 센서(145)로부터 제공받은 후단 온도 정보를 확인하고, 후단 온도 정보를 통해 연료 차단이 시작하는 시점의 온도를 나타내는 전단 시작 온도(T5)를 확인하며, 연료 차단이 수행되는 동안의 최고 온도를 나타내는 후단 최고 온도(T6_max)를 확인한다.
이 때, 전단 시작 온도(T5)는, 제1 온도 센서(140)에서 측정한 온도로, 연료 차단이 시작하는 시점의 GPF(130)의 전단의 온도를 나타낸다.
제어기(170)는 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 마이크로프로세서로 구현될 수 있으며, 설정된 프로그램은 후술하는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 후처리 제어 방법에 포함된 각 단계를 수행하기 위한 일련의 명령을 포함하는 것으로 할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 후처리 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 후처리 제어 방법은, 상기 도 1을 참조하여 설명한, GPF(130), GPF(130)의 전단 및 후단 각각에 배치된 제1 및 제2 온도 센서(140, 145)를 포함하는 배기가스 후처리 시스템에서 배기가스를 후처리 제어하는 방법으로서, 우선, 데이터 검출기(160)에 의해 차량 상태 데이터를 확인한다(S201).
차량 상태 데이터는 가속 페달의 위치값, 주행 거리, 주행 시간 등일 수 있다.
그 후, 차량 상태 데이터를 기반으로 GPF(130)에 포집되어 연소되는 수트량을 제어기(170)를 통하여 모델링한다(S202). 이 때, 모델링된 수트량은, 엔진 조건에 따라 GPF(130) 전단의, 엔진(100)에서 배출되는 수트량에서 GPF(130)에서 연소되는 수트량을 차감한 값일 수 있다.
그 후, 차량 상태 데이터를 기반으로 연료 차단 조건을 만족하면, 연료 차단을 수행한다(S203, S204). 예를 들어, 가속 페달 위치값이 일정값인지를 판단하여 차단 조건에 만족하는지를 판단할 수 있다. 이 때, 일정값은 연료 차단을 수행하기 위해 설정된 값으로, 0%일 수 있다. 즉, 가속 페달 위치값이 0%이면 엔진(100)으로 공급되는 연료가 차단된다. 연료 차단 조건을 만족하지 않으면, 차량 상태 데이터를 확인한다(S203, S201)
그 후, 제1 온도 센서(140)에서 제1 온도를 측정하고, 제2 온도 센서에서 제2 온도를 측정하며, 측정한 온도 정보를 이용하여 GPF(130)에서 연소되는 수트량을 예측한다(S205).
제어기(170)의 제어에 따라 연료 차단이 수행되면 제1 온도 센서(140)는 연료 차단이 시작하는 시점의 GPF(130)의 전단에 온도를 측정하여 제어기(170)에 제공한다.
제어기(170)는 제1 온도 센서(140)로부터 전단 시작 온도를 제공받아 확인한다. 여기서, 전단 시작 온도는 제1 온도 센서(140)에서 측정한 온도로, 연료 차단이 시작하는 시점의 GPF(130)의 전단의 온도를 나타낼 수 있다.
그리고, 제2 온도 센서(145)는 연료 차단이 수행되는 동안에 GPF(130)의 후단에 온도를 측정하고, 측정한 후단 온도 정보를 제어기(170)에 제공한다. 제어기(170)는 제2 온도 센서(145)로부터 후단 온도 정보를 제공받아 확인한다. 이때, 후단 온도 정보는 제2 온도 센서(145)에서 측정한 온도로, 연료 차단이 수행되는 동안에 GPF(130)의 후단의 온도를 나타낼 수 있다.
그 후, 측정한 온도 정보를 이용하여 제어 조건에 만족하는지 판단한다(S206). 구체적으로, 제어 조건에 만족하는지를 판단하는 단계(S206)는, 제1 온도 센서(140)에서 측정한 연료 차단이 시작하는 시점의 전단 시작 온도(T5)를 확인하는 단계와, 제2 온도 센서(145)에서 측정한 연료 차단 중 후단 최고 온도(T6_max)를 확인하는 단계와, 연료 차단이 시작하는 시점의 전단 시작 온도(T5)와 연료 차단 중 후단 최고 온도(T6_max)에 따라 GPF(130)에서 연소되는 수트량을 예측하는 단계, 및 모델링된 GPF(130)에 포집되어 연소되는 수트량과 예측된 GPF(130)에서 연소되는 수트량을 차감한 절대값이 임계값(a) 이하인지 판단하는 단계를 포함할 수 있다. 이 때, 임계값(a)은 1g일 수 있다.
그 후, 온도 정보가 제어 조건에 만족하면, 모델링된 수트량을 GPF(130)에 포집되어 연소되는 수트량으로 판정하고(S207), 온도 정보가 제어 조건에 만족하지 않으면, 모델링된 수트량을 보정한다(S208).
이 때, 모델링된 수트량의 보정은, 모델링된 GPF(130)에 포집되어 연소되는 수트량에서, 모델링된 GPF(130)에 포집되어 연소되는 수트량과 제1 및 제2 온도 센서(140, 145)에 의해 측정된 온도 정보를 이용하여 예측한 GPF(130)에서 연소되는 수트량을 합한 값을 2로 나눈 값을 차감한 값으로 보정하는 것일 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 후처리 제어 방법을 설명하기 위해, 연료 차단시 GPF 전단 및 후단 온도에 따라 GPF의 수트 연소량을 나타낸 표 및 그래프이다.
도 3을 참조하면, GPF(130) 전단 온도(T5) 즉, 연료 차단 온도가 500도 내지 700도이고, GPF(130) 후단 온도(T6_max)에서 GPF(130) 전단 온도(T5)를 차감한 온도가 0도에서 500도인 각각의 경우에, GPF(130)의 수트 연소량을 나타낸다.
예를 들어, 연료 차단 온도(T5)가 500도이고, GPF 후단 온도 즉, 연료 차단이 수행되는 동안의 최고 온도(T6_max)와의 차이가 50도, 100도, 150도, 500도인 경우, GPF(130)에서 연소되는 수트 연소량은 1g, 1.8g, 2.6g, 8.2g으로 예측된다.
이와 마찬가지로, 연료 차단 온도(T5)가 550도 내지 750도인 경우, 연료 차단이 수행되는 동안의 최고 온도(T6_max)가 연료 차단 온도보다 50도 내지 500도 높을 경우의 수트 연소량를 구하면, 도 3의 표가 완성된다.
도 4를 참조하면, 연료 차단이 수행되는 동안의 최고 온도와 연료 차단 온도의 차이 대비 GPF의 수트 연소량을 나타낸 그래프로서, 연료 차단이 수행되는 동안의 최고 온도(T6_max)와 연료 차단 온도(T5)의 차이가 클수록 수트 연소량은 크며, 수트 연소량은 선형적으로 증가하는 경향을 나타낸다.
도 3 및 도 4에 도시된 표와 그래프에서 나타난, 제1 온도 및 제2 온도를 통해 GPF(130)에서 연소되는 수트량을 예측하고, 예측된 수트량과 제어기(170)에서 차량 상태 데이터를 기반으로 모델링된 수트량과 비교하며, 예측된 수트량과 제어기(170)에서 차량 상태 데이터를 기반으로 모델링된 수트량의 차이의 절대값이 임계값(a) 이하인 경우, 모델링된 수트량을 GPF(130)에 포집되어 연소되는 수트량으로 판정하고, 임계값(a) 이상인 경우, 모델링된 수트량을 보정한다.
모델링된 수트량의 보정은 모델링된 GPF(130)에 포집되어 연소되는 수트량에서, 모델링된 GPF(130)에 포집되어 연소되는 수트량과 제1 및 제2 온도 센서(140, 145)에 의해 측정된 온도 정보를 이용하여 예측한 GPF(130)에서 연소되는 수트량을 합한 값을 2로 나눈 값을 차감한 값으로 보정될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 가솔린 입자 필터의 전후단 온도 센서를 이용하여 수트의 완전 연소를 간접 예측할 수 있으며, 제어기에서 모델링된 수트 연소량을 보정할 수 있다.
모델링된 수트 연소량과 실제 수트 연소량의 비교를 통해 모델링된 수트 연소량을 보정함으로써, 가솔린 입자 필터의 잦은 강제 재생을 방지하여 가솔린 입자 필터의 파손을 방지할 수 있다.
또한, 가솔린 입자 필터의 고온에의 노출을 방지하고, 연비를 저감하며, 수트 제거 효율을 확보할 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: 엔진 103: 흡기 매니폴드
105: 연소실 107: 배기 매니폴드
109: 인젝터 110: 배기 파이프
120: 촉매 컨버터 130: GPF
140: 제1 온도 센서 145: 제2 온도 센서
160: 데이터 검출기 170: 제어기

Claims (10)

  1. 엔진에서 배출되는 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하는 가솔린 여과 필터;
    상기 가솔린 여과 필터의 전단 및 후단 각각에 배치되어 전단 온도 및 후단 온도를 측정하는 제1 및 제2 온도 센서;
    상기 가솔린 여과 필터를 제어하기 위한 차량 상태 데이터를 검출하는 데이터 검출기; 및
    상기 차량 상태 데이터를 기반으로 연료 차단(Fuel cut)을 수행하고, 상기 제1 및 제2 온도 센서에서 측정한 온도 정보를 이용하여 상기 가솔린 여과 필터에서 연소되는 수트량을 예측하고, 상기 예측된 가솔린 여과 필터에서 연소되는 수트량을 기반으로 상기 차량 상태 데이터에 의해 모델링된 상기 가솔린 여과 필터에 포집되어 연소되는 수트량을 보정하는 제어기를 포함하는 배기가스 후처리 시스템.
  2. 제 1 항에서,
    상기 제어기는,
    상기 가솔린 입자 필터에 포집되어 연소되는 수트량을 모델링하고,
    상기 모델링된 가솔린 여과 필터에 포집되어 연소되는 수트량과 상기 예측된 상기 가솔린 여과 필터에서 연소되는 수트량을 차감한 절대값이 임계값(a) 이상이면,
    상기 모델링된 가솔린 여과 필터에 포집되어 연소되는 수트량을 보정하는 배기가스 후처리 시스템.
  3. 제 2 항에서,
    상기 제2 온도 센서는,
    상기 제어기의 제어에 따라 연료 차단이 수행되면 상기 가솔린 여과 필터 후단의 온도를 측정하고, 측정한 후단 온도 정보를 상기 제어기에 제공하는 배기가스 후처리 시스템.
  4. 제 3 항에서,
    상기 제어기는,
    상기 제2 온도 센서로부터 제공받은 후단 온도 정보를 확인하고, 상기 후단 온도 정보를 통해 연료 차단이 시작하는 시점의 온도를 나타내는 전단 시작 온도를 확인하고, 상기 연료 차단 중 최고 온도를 나타내는 후단 최고 온도를 확인하는 배기가스 후처리 시스템.
  5. 제 4 항에서,
    상기 전단 시작 온도는,
    상기 제1 온도 센서에서 측정한 온도로, 연료 차단이 시작하는 시점의 가솔린 여과 필터의 전단의 온도를 나타내는 배기가스 후처리 시스템.
  6. 제 1 항에서,
    상기 엔진과 상기 가솔린 여과 필터 사이에 배치되어 상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 정화하는 촉매 컨버터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템.
  7. 가솔린 여과 필터, 상기 가솔린 여과 필터의 전단 및 후단 각각에 배치된 제1 및 제2 온도 센서를 포함하는 배기가스 후처리 시스템에서 배기가스 후처리를 제어하는 방법에 있어서,
    차량 상태 데이터를 확인하는 단계;
    상기 차량 상태 데이터를 기반으로 상기 가솔린 입자 필터에 포집되어 연소되는 수트량을 제어기(Engine Management System; EMS)를 통하여 모델링하는 단계;
    상기 차량 상태 데이터를 기반으로 연료 차단 조건을 만족하면, 연료 차단을 수행하는 단계;
    상기 제1 온도 센서에서 제1 온도를 측정하고, 상기 제2 온도 센서에서 제2 온도를 측정하며, 상기 측정한 온도 정보를 이용하여 상기 가솔린 입자 필터에서 연소되는 수트량을 예측하는 단계;
    상기 측정한 온도 정보를 이용하여 제어 조건에 만족하는지 판단하는 단계; 및
    상기 온도 정보가 제어 조건에 만족하면, 상기 모델링된 수트량을 상기 가솔린 입자 필터에 포집되어 연소되는 수트량으로 판정하고, 상기 온도 정보가 제어 조건에 만족하지 않으면, 상기 모델링된 수트량을 보정하는 단계를 포함하는 배기가스 후처리 제어 방법.
  8. 제 7 항에서,
    상기 가솔린 입자 필터에 포집되는 수트량을 제어기를 통하여 모델링하는 단계는,
    엔진 조건에 따라 상기 가솔린 여과 필터 전단의, 상기 엔진에서 배출되는 수트량에서 상기 가솔린 여과 필터에서 연소되는 수트량을 차감한 값을 상기 가솔린 입자 필터에서 포집되는 수트량으로 모델링하는 배기가스 후처리 제어 방법.
  9. 제 8 항에서,
    상기 제어 조건에 만족하는지를 판단하는 단계는,
    상기 제1 온도 센서에서 측정한 상기 연료 차단이 시작하는 시점의 전단 시작 온도를 확인하는 단계;
    상기 제2 온도 센서에서 측정한 상기 연료 차단 중 후단 최고 온도를 확인하는 단계;
    상기 연료 차단이 시작하는 시점의 전단 시작 온도와 상기 연료 차단 중 후단 최고 온도에 따라 상기 가솔린 여과 필터에서 연소되는 수트량을 예측하는 단계; 및
    상기 모델링된 가솔린 여과 필터에 포집되어 연소되는 수트량과 상기 예측된 상기 가솔린 여과 필터에서 연소되는 수트량을 차감한 절대값이 임계값(a) 이하인지 판단하는 단계를 포함하는 배기가스 후처리 제어 방법.
  10. 제 9 항에서,
    상기 모델링된 수트량의 보정은,
    상기 모델링된 가솔린 여과 필터에 포집되어 연소되는 수트량에서, 상기 모델링된 가솔린 여과 필터에 포집되어 연소되는 수트량과 상기 제1 및 제2 온도 센서에 의해 측정된 온도 정보를 이용하여 예측한 상기 가솔린 입자 필터에서 연소되는 수트량을 합한 값을 2로 나눈 값을 차감한 값으로 보정되는 배기가스 후처리 제어 방법.
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