KR20200006423A - 가솔린 입자상 물질 필터 강제 재생 시스템 - Google Patents

가솔린 입자상 물질 필터 강제 재생 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연료의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 적어도 하나의 연소실을 포함하는 엔진, 상기 엔진에 연결되어 배기가스가 흘러가는 배기 파이프, 상기 배기 파이프에 장착되어 있으며 배기가스를 정화하는 촉매 장치, 상기 배기 파이프의 상기 촉매 장치의 후단에 장착되어 있으며 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하는 가솔린 입자상 물질 필터, 상기 연소실에 공기를 공급하도록 되어 있는 제1 흡기 라인 및 제2 흡기 라인, 상기 제1 흡기 라인 및 제2 흡기 라인 각각 설치되는 제1 전동식 슈퍼차저 및 제2 전동식 슈퍼차저, 상기 제1 흡기 라인의 제1 전동식 슈퍼차저의 하류의 제1 지점과 상기 제2흡기 라인의 제2 전동식 슈퍼차저의 상류의 제2 지점을 연결하는 바이패스 라인, 상기 제1 흡기 라인의 제1 지점의 하류에 설치되는 제1 흡기 밸브, 상기 제2 흡기 라인의 제2 지점의 상류에 설치되는 제2 흡기 밸브, 상기 바이패스 라인에 설치되는 바이패스 밸브, 제1 전동식 슈퍼차저에 의해 흡입된 공기를 가솔린 입자상 물질 필터에 공급하기 위해 제1 전동식 슈퍼차저, 제1 흡기 밸브 및 바이패스 밸브 사이의 제1 흡기 라인 또는 바이패스 라인을 촉매 장치와 가솔린 입자상 물질 필터 사이의 배기 파이프에 연결하는 재생 공기 라인을 포함할 수 있다.

Description

가솔린 입자상 물질 필터 강제 재생 시스템 {SYSTEM OF FORCIBLY REGENERATING GASOLINE PARTICULATE FILTER}
본 발명은 가솔린 입자상 물질 필터(Gasoline Particulate Filter; GPF)의 재생 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전동식 슈퍼차저를 이용한 가솔린 입자상 물질 필터의 재생 시스템 및 방법에 관한 것이다.
종래 공기만을 실린더에 흡입하여 압축시킨 후 경유를 분사시켜 점화하는 디젤 엔진의 경우에 입자상 물질의 배출이 문제 되었으나 최근 엔진 고출력, 고효율화의 경향에 따라 가솔린 엔진에서도 직접 연료를 실린더의 내부로 분사하는 GDI(Gasoline Direct Injection) 방식의 엔진이 적용되면서 연소실 내의 불완전 연소구간의 증가로 인하여 입자상 물질(particulate matter; PM)의 발생이 문제화되고 있다. 이와 같은 PM 발생을 해결하기 위해서 디젤 엔진에 사용되는 매연 여과 필터와 같은 역할을 하는 가솔린 입자상 물질 필터를 적용하는 등의 연구/개발이 활발히 이루어지고 있다. 가솔린 입자상 물질 필터에 포집된 수트는 특정한 온도 이상에서는 산소와 결합하여 연소가 되어야만 제거되는데, 이를 가솔린 입자상 물질 필터의 '재생'이라고 한다. 종래 대부분의 가솔린 입자상 물질 필터 시스템에 따르면, 삼원촉매 하류에 가솔린 입자상 물질 필터가 설치되거나 삼원촉매와 가솔린 입자상 물질 필터가 동일한 몸체를 가지는 형태의 구성을 가지고 있다. 종래 상기 수트의 제거를 위하여 점화시기를 지각하여 배기가스의 온도를 높여서 수트의 연소를 촉진하거나, 목표 제어 공연비를 이론 공연비인 1보다 높은 값으로 설정하여 산소 농도를 증대 시키는 방법이 사용되었다. 다만, 이러한 경우 희박한 혼합기 조성으로 인하여 엔진의 연소실에서도 이론 공연비로 연소가 될 수 없을 뿐만 아니라 가솔린 입자상 물질 필터 전단에 위치한 삼원 촉매에도 희박 공연비와 고온의 가스가 유입된다. 희박 공연비를 가진 고온의 배기가스가 삼원 촉매를 통과하면 삼원 촉매 자체의 정화효율을 저하시키는 문제가 있고, 촉매에서의 불필요한 배기가스 온도 상승을 가져오므로, 촉매 자체의 내구성에 악영향을 주는 요소가 될 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 엔진의 연소실에 공기를 공급하는 두 개의 흡기 라인 상에 각각 전동식 슈퍼차저를 설치하고, 상기 두 개의 흡기 라인 중 하나의 라인으로부터 연소실을 거치지 않고 가솔린 입자상 물질 필터의 전단에 직접 연결되는 재생 공기 라인을 설치하여 가솔린 입자상 물질 필터의 재생이 필요한 경우 상기 재생 공기 라인을 통하여 공기를 가솔린 입자상 물질 필터에 공급함으로써 가솔린 입자상 물질 필터가 재생되도록 하는 가솔린 입자상 물질 필터 강제 재생 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 가솔린 입자상 물질 필터 강제 재생 시스템은 연료의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 적어도 하나의 연소실을 포함하는 엔진, 상기 엔진에 연결되어 배기가스가 흘러가는 배기 파이프, 상기 배기 파이프에 장착되어 있으며 배기가스를 정화하는 촉매 장치, 상기 배기 파이프의 상기 촉매 장치의 후단에 장착되어 있으며 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하는 가솔린 입자상 물질 필터, 상기 연소실에 공기를 공급하도록 되어 있는 제1 흡기 라인 및 제2 흡기 라인, 상기 제1 흡기 라인 및 제2 흡기 라인 각각 설치되는 제1 전동식 슈퍼차저 및 제2 전동식 슈퍼차저, 상기 제1 흡기 라인의 제1 전동식 슈퍼차저의 하류의 제1 지점과 상기 제2 흡기 라인의 제2 전동식 슈퍼차저의 상류의 제2 지점을 연결하는 바이패스 라인, 상기 제1 흡기 라인의 제1 지점의 하류에 설치되는 제1 흡기 밸브, 상기 제2 흡기 라인의 제2 지점의 상류에 설치되는 제2 흡기 밸브, 상기 바이패스 라인에 설치되는 바이패스 밸브, 제1 전동식 슈퍼차저에 의해 흡입된 공기를 가솔린 입자상 물질 필터에 공급하기 위해 제1 전동식 슈퍼차저, 제1 흡기 밸브 및 바이패스 밸브 사이의 제1 흡기 라인 또는 바이패스 라인을 촉매 장치와 가솔린 입자상 물질 필터 사이의 배기 파이프에 연결하는 재생 공기 라인을 포함 할 수 있다.
상기 제1, 2 전동식 슈퍼차저, 제1, 2 흡기 밸브 및 바이패스 밸브를 제어하도록 된 제어기를 더 포함할 수 있다.
상기 바이패스 라인에 설치되어 상기 재생 공기 라인을 흐르는 공기의 흐름 방향 또는 유량을 제어하도록 된 제어 밸브를 더 포함할 수 있고 상기 제어기는 상기 제어 밸브를 더 제어할 수 있다.
상기 가솔린 입자상 물질 필터의 전단과 후단 사이의 차압을 측정하는 차압센서를 더 포함할 수 있고 상기 제어기는 상기 차압센서에서 측정된 차압이 기설정값 이상인 경우 가솔린 입자상 물질 필터의 강제 재생 조건이 만족되는 것으로 판단할 수 있다.
상기 제어기가 강제 재생 조건이 만족된 것으로 판단하면, 제어기는 제1흡기 밸브를 닫고 바이패스 밸브를 닫으며 제1 전동식 슈퍼차저를 구동하여 제1 흡기 라인을 흐르는 공기를 재생 공기 라인을 통하여 가솔린 입자상 물질 필터로 강제로 보낼 수 있다.
상기 제1 흡기 라인과 상기 제2 흡기 라인은 메인 흡기 라인으로 합류하고, 상기 메인 흡기 라인에는 메인 인터쿨러가 장착될 수 있다.
상기 바이패스 라인에 설치되는 보조 인터쿨러를 더 포함할 수 있다.
상기 바이패스 밸브는 보조 인터쿨러 상류에 위치할 수 있다.
상기 제1 흡기 라인 또는 제2 흡기 라인을 통해 연소실에 공급되는 유량을 제어하기 위한 스로틀 밸브를 더 포함할 수 있다.
상기 촉매 장치는 삼원 촉매 장치일 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면 가솔린 입자상 물질 필터의 강제 재생 시 가솔린 입자상 물질 필터에 직접 공기를 공급함으로써 촉매 정화 효율 저하 및 불필요한 촉매 온도 상승을 회피할 수 있다.
또한, 촉매 정화 효율 저하를 방지함으로써 배출 가스량이 저감되고 촉매온도 상승을 방지함으로써 촉매 내구성 상승에 기여 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가솔린 입자상 물질 필터 강제 재생 시스템의 구성을 도시한 개념도로서, 가솔린 입자상 물질 필터가 강제 재생되지 않은 경우의 공기의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가솔린 입자상 물질 필터 강제 재생 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가솔린 입자상 물질 필터의 강제 재생 시스템의 구성을 도시한 개념도로서, 가솔린 입자상 물질 필터가 강제 재생되는 경우의 공기의 흐름을 나타낸 도면이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 의한 엔진 시스템에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가솔린 입자상 물질 필터 강제 재생 시스템의 구성을 도시한 개념도로서, 가솔린 입자상 물질 필터가 강제 재생되지 않은 경우의 공기의 흐름을 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가솔린 입자상 물질 필터의 강제 재생 시스템의 구성을 도시한 개념도로서, 가솔린 입자상 물질 필터가 강제 재생되는 경우의 공기의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 가솔린 입자상 물질 필터 강제 재생 시스템은 연료의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 연소실(11)을 포함하는 엔진(10), 상기 연소실(11)로 공기를 공급하도록 상기 연소실(11)에 연결된 제1, 2흡기 라인(20, 30) 및 상기 제1, 2 흡기 라인(20, 30)에 각각 설치되는 제1, 2 전동식 슈퍼차저(25, 35)를 포함한다. 또한, 상기 가솔린 입자상 물질 필터 강제 재생 시스템은 연소실(11)에서 발생한 배기가스를 차량 외부로 배출하기 위한 배기 파이프(80)와, 상기 배기 파이프(80)에 장착되어 배기 가스에 포함된 유해한 물질을 제거하는 촉매 장치(60)와, 상기 촉매 장치(60)의 하류의 배기 파이프(80)에 장착되어 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하여 제거하는 가솔린 입자상 물질 필터(70)를 더 포함한다.
상기 엔진(10)은 선택적으로 연소실(11)에 연결되어 공기를 공급하기 위한 흡기 매니폴더(13)와, 연소실(11)과 배기 파이프(80)를 선택적으로 연결하여 연소실(11)에서 발생한 배기가스를 차량 외부로 배출하기 위한 배기 매니폴더(17)를 더 포함할 수 있다. 상기 엔진(10)은 가솔린 엔진(즉, 연소실 내에 점화스위치가 배치됨)일 수 있다. 또한 상기 엔진(10)은 연소실(11)에 연료를 직접 분사하는 가솔린 직접 분사(Gasoline Direct Injection, GDI) 엔진일 수 있다. 엔진(10)의 종류는 가솔린 엔진, 특히 GDI 엔진에 반드시 한정되는 것은 아니다. 또한 도면들에는 상기 엔진(10)이 4개의 연소실(11)을 포함하는 것을 예시하였으나, 연소실(11)의 개수는 반드시 4개에 한정되는 것은 아니다.
상기 촉매 장치(60)는 삼원 촉매 장치일 수 있다. 삼원 촉매 장치는 가솔배기가스 중 CO, HC 및 NOx를 저감시킨다. 상기 삼원 촉매 장치에서 CO와 HC는 산화반응으로, 동시에 NOx는 환원반응으로 무해 성분으로 전환된다. 삼원 촉매 장치 에는 팔라듐(palladium;Pd)을 포함한 Pt/Pd/Rh의 귀금속 성분들이 사용되며, Pd는 주로 CO와 HC를 저감시키는 산화반응을 촉진시키고 Rh는 NOx의 환원반응을 촉진시킨다. 상기 가솔린 입자상 물질 필터(70)란 가솔린 엔진의 배기 가스에 포함된 입자상 물질(PM)을 포집하는 장치를 말한다. 입자상 물질이란 일정온도 이하의 공기로 희석되어 필터에 포집된 자동차 배출 성분 중 응축성분을 제외한 모든 배출성분을 말한다. 상기 입자상 물질의 한 종류인 수트는 연료가 엔진(10)의 연소실(11)내에서 불완전 연소되어 발생한다. 상기 수트가 가솔린 입자상 물질 필터(70)에 쌓이면 가솔린 입자상 물질 필터(70)의 성능이 저하 될 수 있다. 상기 성능 저하를 막기 위하여 가솔린 입자상 물질 필터(70)내의 수트를 연소시키는 방식으로 제거하는데, 이를 가솔린 입자상 물질 필터(70)의 '재생'이라 한다. 상기 재생은 크게 자연 재생과 강제 재생으로 분류될 수 있다. 자연 재생은 제어기에 의한 인위적인 조작 없이 가솔린 입자상 물질 필터(70)에 쌓인 수트가 자연적으로 재생되는 것을 의미하고, 강제 재생은 제어기의 제어에 의하여 배기가스의 온도를 강제적으로 올리고 산소를 강제적으로 가솔린 입자상 물질 필터(70)에 공급하여 야기되는 재생을 의미한다.
외부에서 차량 내로 유입된 공기는 에어 클리너(52)에서 걸러지고, 제1, 2 흡기 라인(20, 30)을 통하여 메인 흡기 라인(50)으로 공급되고, 이후 스로틀 밸브(15)를 거쳐 연소실(11)로 공급된다. 상기 메인 흡기 라인(50)에는 메인 인터쿨러(54)가 설치될 수 있다. 상기 메인 인터쿨러(54)는 메인 흡기 라인(50)을 흐르는 공기를 냉각할 수 있다.
상기 제1 흡기 라인(20)에는 제1 전동식 슈퍼차저(25)가 설치되고 상기 제2 흡기 라인(30)에는 제2 전동식 슈퍼차저(35)가 설치된다. 제1, 2 전동식 슈퍼차저(electric supercharger)(25, 35)는 상기 연소실(11)로 과급 공기를 공급하기 위한 것으로, 모터와 전동식 컴프레서를 포함한다. 상기 전동식 컴프레서는 상기 모터에 의해 작동하여 운전 조건에 따라 외기를 압축하여 상기 연소실(11)로 공급한다.
상기 제1 흡기 라인(20)과 상기 제2 흡기 라인(30)의 사이에는, 상기 제1흡기 라인(20)과 상기 제2 흡기 라인(30)을 연결하는 바이패스 라인(40)이 설치된다. 즉, 상기 바이패스 라인(40)은 상기 제1 흡기 라인(20)의 제1 지점에서 분기하여 상기 제2흡기 라인(30)의 제2지점에서 합류한다. 상기 제1지점은 제1 흡기 라인(20) 상에서 제1 전동식 슈퍼차저(25)의 하류에 위치하고, 상기 제2 지점은 제2 흡기 라인(30) 상에서 제2 전동식 슈퍼차저(35)의 상류에 위치한다. 따라서, 제1 전동식 슈퍼차저(25)에 의하여 흡입된 공기는, 필요에 따라, 제1 흡기 라인(20)에서 바이패스 라인(40)을 통하여 제2흡기 라인(30)으로 흘러간 후 제2전동식 슈퍼차저(35)에 의하여 메인 흡기 라인(50)으로 흘러갈 수 있다.
상기 제1 흡기 라인(20)에는 제1 흡기 밸브(27)가 설치된다. 구체적으로, 상기 제1 흡기 밸브(27)는 상기 제1 흡기 라인(20) 상에서 제1 지점의 하류에 설치될 수 있다. 상기 제1 흡기 밸브(27)의 개도량에 의해 상기 제1흡기 라인(20)을 통과하는 유량이 조절될 수 있다.
상기 제2 흡기 라인(30)에는 제2 흡기 밸브(37)가 설치된다. 구체적으로, 상기 제2 흡기 밸브(37)는 제2 흡기 라인(30) 상에서 제2 지점의 상류에 설치될 수 있다. 상기 제2 흡기 밸브(37)의 개도량에 의해 상기 제2 흡기 라인(30)을 통과하는 유량이 조절될 수 있다.
상기 바이패스 라인(40)에는 바이패스 밸브(47)가 설치된다. 상기 바이패스 밸브(47)는 상기 바이패스 라인(40)을 흐르는 유량을 조절할 수 있다. 상기 바이패스 라인(40)에는 보조 인터쿨러(43)가 설치될 수 있다. 상기 보조 인터쿨러(43)에 의해 상기 바이패스 라인(40)을 흐르는 공기가 냉각된다. 상기 바이패스 밸브(47)는 상기 보조 인터쿨러(43)의 상류에 장착될 수 있으나, 이에 한정되지 아니한다.
상기 제1 흡기 라인(20) 또는 상기 제2 흡기 라인(30)을 통해 유입되는 흡기는 상기 메인 흡기 라인(50)에서 합쳐진다. 상기 공기는 메인 흡기 라인(50)에 설치된 메인 인터쿨러(54)에 의하여 냉각된 후, 흡기 매니폴드(13)로 압송된다. 상기 흡기 매니폴드(13)에는 스로틀 밸브(15)가 장착되어 상기 연소실(11)로 공급되는 유량이 조절된다.
본 발명의 실시예에 의한 가솔린 입자상 물질 필터 강제 시스템은 제1 흡기 라인(20)의 공기를 가솔린 입자상 물질 필터(70)에 강제적으로 공급하기 위한 재생 공기 라인(24)을 더 포함한다. 상기 재생 공기 라인(24)은 제1 전동식 슈퍼차저(25), 제1 흡기 밸브(27) 및 바이패스 밸브(47) 사이의 제1 흡기 라인(20) 또는 바이패스 라인(40)을 촉매 장치(60)와 가솔린 입자상 물질 필터(70) 사이의 배기 파이프(80)에 연결한다. 이에 따라, 제1 전동식 슈퍼차저(25)에 의해 흡입된 공기는 재생 공기 라인(24)을 통하여 가솔린 입자상 물질 필터(70) 상류의 배기 파이프(80)에 공급될 수 있다. 따라서, 가솔린 입자상 물질 필터(70)에 포집된 수트를 연소하기 위한 산소가 가솔린 입자상 물질 필터(70)에 직접 공급될 수 있다. 상기 재생 공기 라인(24)에는 제어 밸브(22)가 설치될 수 있다. 상기 제어 밸브(22)는 재생 공기 라인(24)을 흐르는 공기가 가솔린 입자상 물질 필터(70)를 향하여 흐르도록 하고 배기 파이프(80)의 배기가 제1흡기 라인(20)으로 역류하는 것을 방지하도록 되어 있다. 상기 제어 밸브(22)는 체크 밸브일 수 있으나, 이에 한정되지 아니한다.
본 발명의 실시예에 따른 가솔린 입자상 물질 필터(70)의 강제 재생 시스템은 가솔린 입자상 물질 필터(70)의 입구 압력과 출구 압력의 차인 차압을 측정하는 차압센서(100)와, 상기 차압센서(100)에서 측정된 차압을 기초로 가솔린 입자상 물질 필터(70)의 강제 재생 조건이 만족되는지 판단하는 제어기(90)를 더 포함할 수 있다(도 2 참고). 여기서, 강제 재생 조건이란 차압센서(100)에서 측정된 가솔린 입자상 물질 필터(70)의 전단와 후단의 차압이 기설정값 이상인 경우 만족되는 것으로 할 수 있다. 즉, 수트가 가솔린 입자상 물질 필터(70)에 쌓이게 되면, 가솔린 입자상 물질 필터(70)의 전단과 후단 사이의 차압이 증가하게 된다. 상기 가솔린 입자상 물질 필터(70)의 전단과 후단 사이의 차압이 기설정값 이상이면, 가솔린 입자상 물질 필터(70)의 성능이 떨어지게 되므로 가솔린 입자상 물질 필터(70) 내의 수트를 제거할 필요가 있다. 상기 기설정값은 통상의 기술자가 선정하는 임의의 값이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가솔린 입자상 물질 필터 강제 재생 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 가솔린 입자상 물질 필터의 강제 재생 시스템은 제어기(90)에 의하여 제어된다.
상기 제어기(90)는 차압센서(100)에 연결되어 차압센서(100)에서 측정한 가솔린 입자상 물질 필터(70)의 전단과 후단 사이의 차압을 전달 받는다. 또한, 상기 제어기(90)는 상기 차압을 기초로 강제 재생 조건이 만족되었는지를 판단한다. 더 나아가, 제어기(90)는 강제 재생 조건의 만족 여부를 기초로 제 1, 2전동식 슈퍼차저(25, 35), 제1, 2 흡기 밸브(27, 37), 바이패스 밸브(47), 제어 밸브(22)를 제어하도록 되어 있다. 상기 강제 재생 조건이란 차압센서(100)에서 측정한 차압이 기설정값 이상으로 측정되는 경우로 가솔린 입자상 물질 필터(70)에 쌓인 수트가 제거되어야 성능이 유지되는 경우를 말한다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 가솔린 입자상 물질 필터의 강제 재생 시스템은 엔진(10)의 속도를 감지하여 제어기(90)에 전달하는 엔진 속도 감지부(110)를 더 포함할 수 있다.
상기 강제 재생 조건이 만족하지 않는 경우 제어기(90)는 상기 엔진 속도 감지부(110)에서 전달 받은 엔진(10)의 회전 속도에 따라서 제1, 2흡기 밸브(27, 37), 바이패스 밸브(47)를 제어 한다. 또한 스로틀 밸브(15)를 제어하여 연소실(11)에 공급되는 유량을 제어한다.
이하, 도 1 및 도 3을 참고로, 본 발명의 실시예에 따른 가솔린 입자상 물질 필터의 강제 재생 시스템의 작동을 공기의 흐름을 중심으로 상세히 설명하기로 한다.
차압센서(100)에서 측정된 차압이 기설정값 미만으로 측정되어 제어기(90)가 가솔린 입자상 물질 필터(70)의 강제 재생 조건이 만족되지 않았다고 판단하는 경우의 공기의 흐름에 대해서 도 1을 기준으로 설명한다.
상기 제어기(90)가 엔진 속도 감지부(110)에서 감지한 엔진(10)의 회전 속도를 통해 엔진(10)이 고속으로 회전한다고 판단하면 도 1에 도시된 바와 같이 제1 흡기 밸브(27), 제2 흡기 밸브(37)를 열도록 제어하며 바이패스 밸브(47)를 닫도록 제어할 수 있다.
따라서 제1 전동식 슈퍼차저(25)에 의해 흡입된 공기와 제2 전동식 슈퍼차저(35)에 의해 흡입된 공기는 필요에 따라, 각각 제1흡기 라인(20) 및 제2 흡기 라인(30)을 통해 메인 흡기 라인(50)에서 합류하여 흡기 매니폴드(13)을 거쳐 연소실(11)에 공급될 수 있다.
이때 상기 연소실(11)에 공급되는 유량은 제어기(90)가 스로틀 밸브(15)의 개도량을 제어함으로써 조절될 수 있다.
도 1에는 도시되지 않았으나 상기 제어기(90)가 엔진 속도 감지부(110)에서 감지한 엔진(10)의 회전 속도를 통해 엔진(10)이 저속 또는 중속으로 회전한다고 판단하면 제1 흡기 밸브(27), 제2 흡기 밸브(37)를 닫도록 제어하며 바이패스 밸브(47)를 열도록 제어할 수 있다.
제1 전동식 슈퍼차저(25)에 의하여 흡입된 공기는, 필요에 따라, 제1 흡기 라인(20)에서 바이패스 라인(40)을 통하여 제2 흡기 라인(30)으로 흘러간 후 제2 전동식 슈퍼차저(35)에 의하여 메인 흡기 라인(50)을 통하여 흡기 매니폴드(13)를 거쳐 연소실(11)에 공급될 수 있다.
이 때 상기 유량은 제어기(90)가 스로틀 밸브(15)의 개도량을 제어함으로써 조절될 수 있다..
또한 엔진(10)의 회전 속도가 저속, 저중속 또는 고속인지를 판단하는 기준은 통상의 기술자가 임의로 설정할 수 있다.
차압센서(100)에서 측정된 차압이 기설정값 이상으로 측정되어 제어기(90)가 가솔린 입자상 물질 필터(70)의 강제 재생 조건이 만족되었다고 판단하는 경우의 공기의 흐름에 대해서 도 3을 기준으로 설명한다.
도 3에서 도시된 바와 같이, 제어기(90)에서 가솔린 입자상 물질 필터(70)의 강제 재생 조건이 만족되었다고 판단하면 제어기(90)는 제1흡기 밸브(27)와 바이패스 밸브(47)가 닫히도록 제어 하며 제2흡기 밸브(37)는 열도록 제어한다.
상기 제1흡기 밸브(27)와 바이패스 밸브(47)가 닫히면 제어기(90)가 제1전동식 슈퍼차저(25)를 구동시켜 공기를 흡입하며 상기 공기는 제1흡기 밸브(27), 바이패스 밸브(47) 및 제1전동식 슈퍼차저(25)로 둘러 쌓인 일정한 공간으로 공급된다.
상기 공기는 제1흡기 라인(20) 또는 바이패스 라인(40)에 위치한 재생 공기 라인(24)를 통하여 가솔린 입자상 물질 필터(70)로 공급된다.
이 때 제어기(90)는 상기 일정한 공간의 공기의 압력이 가솔린 입자상 물질 필터(70)의 배기의 압력 보다 높은 경우에만 제어 밸브(22)를 열어 배기가 가솔린 입자상 물질 필터(80)에서 상기 일정한 공간으로 역류되는 것을 방지할 수 있다.
또한 제어기(90)는 상기 제어 밸브(22)의 개도량을 제어하여 가솔린 입자상 물질 필터(70)로 공급되는 유량을 제어할 수 있다.
상기 제어 밸브(22)는 체크 밸브일 수 있다. 이 경우 상기 일정한 공간의 공기의 압력이 상기 가솔린 입자상 물질 필터(70)의 배기의 압력보다 높은 경우에만 공기가 가솔린 입자상 물질 필터(70)로 공급되며, 가솔린 입자상 물질 필터(70)로부터 상기 일정한 공간으로의 배기의 역류를 방지할 수 있다.
이 때 외부에서 공급된 공기는 제2흡기 라인(30)을 통하여 연소실(11)로 공급된다. 제어기(90)는 스로틀 밸브(15)의 개도량을 제어하여 연소실(11)에 공급되는 공기의 유량을 조절한다.
상기 방법으로 가솔린 입자상 필터(70)에 공급된 공기에 의하여 수트의 연소를 촉진시켜 가솔린 입자상 물질 필터(70)의 강제 재생이 가능하다.
또한 상기 연소실(11)내부의 공연비가 이론 공연비가 되도록 스로틀 밸브(15)를 제어하여 촉매 장치의 성능을 향상 시킬 수 있다.
상기 시스템은 일반차량, 마일드 하이브리드 차량, 하이브리드 차량 모두에 적용 가능하다.
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.
10: 엔진
11: 연소실
13: 흡기 매니폴드
15: 스로틀 밸브
17: 배기 매니폴드
20: 제1 흡기 라인
22: 제어 밸브
24: 재생 공기 라인
25: 제1 전동식 슈퍼차저
27: 제1 흡기 밸브
30: 제2 흡기 라인
35: 제2 전동식 슈퍼차저
37: 제2 흡기 밸브
40: 바이패스 라인
43: 보조 인터쿨러
47: 바이패스 밸브
50: 메인 흡기 라인
52: 에어 클리너
54: 메인 인터쿨러
60: 촉매 장치
70: 가솔린 입자상 물질 필터
80: 배기 파이프
90: 제어기
100: 차압센서
110: 엔진 속도 감지부

Claims (10)

  1. 연료의 연소에 의해 구동력을 발생시키는 적어도 하나의 연소실을 포함하는 엔진;
    상기 엔진에 연결되어 배기가스가 흘러가는 배기 파이프;
    상기 배기 파이프에 장착되어 있으며 배기가스를 정화하는 촉매 장치;
    상기 배기 파이프의 상기 촉매 장치의 후단에 장착되어 있으며 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하는 가솔린 입자상 물질 필터;
    상기 연소실에 공기를 공급하도록 되어 있는 제1 흡기 라인 및 제2 흡기 라인;
    상기 제1 흡기 라인 및 제2 흡기 라인 각각 설치되는 제1 전동식 슈퍼차저 및 제2 전동식 슈퍼차저;
    상기 제1 흡기 라인의 제1 전동식 슈퍼차저의 하류의 제1 지점과 상기 제2 흡기 라인의 제2 전동식 슈퍼차저의 상류의 제2 지점을 연결하는 바이패스 라인;
    상기 제1 흡기 라인의 제1 지점의 하류에 설치되는 제1 흡기 밸브;
    상기 제2 흡기 라인의 제2 지점의 상류에 설치되는 제2 흡기 밸브;
    상기 바이패스 라인에 설치되는 바이패스 밸브;
    제1 전동식 슈퍼차저에 의해 흡입된 공기를 가솔린 입자상 물질 필터에 공급하기 위해 제1 전동식 슈퍼차저, 제1 흡기 밸브 및 바이패스 밸브 사이의 제1 흡기 라인 또는 바이패스 라인을 촉매 장치와 가솔린 입자상 물질 필터 사이의 배기 파이프에 연결하는 재생 공기 라인;
    을 포함하는 가솔린 입자상 물질 필터 강제 재생 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1, 2 전동식 슈퍼차저, 제1, 2 흡기 밸브 및 바이패스 밸브를 제어하도록 된 제어기를 더 포함하는 가솔린 입자상 물질 필터 강제 재생 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 바이패스 라인에 설치되어 상기 재생 공기 라인을 흐르는 공기의 흐름 방향 또는 유량을 제어하도록 된 제어 밸브를 더 포함하고,
    상기 제어기는 상기 제어 밸브를 더 제어하도록 되어 있는 가솔린 입자상 물질 필터 강제 재생 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가솔린 입자상 물질 필터의 전단과 후단 사이의 차압을 측정하는 차압센서를 더 포함하고,
    상기 제어기는 상기 차압센서에서 측정된 차압이 기설정값 이상인 경우 가솔린 입자상 물질 필터의 강제 재생 조건이 만족되는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 가솔린 입자상 물질 필터 강제 재생 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어기가 강제 재생 조건이 만족된 것으로 판단하면, 제어기는 제1흡기 밸브를 닫고 바이패스 밸브를 닫으며 제1 전동식 슈퍼차저를 구동하여 제1 흡기 라인을 흐르는 공기를 재생 공기 라인을 통하여 가솔린 입자상 물질 필터로 강제로 보내는 것을 특징으로 하는 가솔린 입자상 물질 필터 강제 재생 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 흡기 라인과 상기 제2 흡기 라인은 메인 흡기 라인으로 합류하고, 상기 메인 흡기 라인에는 메인 인터쿨러가 장착된 것을 특징으로 하는 가솔린 입자상 물질 필터 강제 재생 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 바이패스 라인에 설치되는 보조 인터쿨러를 더 포함하는 가솔린 입자상 물질 필터 강제 재생 시스템.
  8. 제7항에 있어서
    상기 바이패스 밸브는 보조 인터쿨러 상류에 위치하는 것을 특징으로 하는 가솔린 입자상 물질 필터 강제 재생 시스템.
  9. 제1항에 있어서
    상기 제1 흡기 라인 또는 제2 흡기 라인을 통해 연소실에 공급되는 유량을 제어하기 위한 스로틀 밸브를 더 포함하는 가솔린 입자상 물질 필터 강제 재생 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 촉매 장치는 삼원 촉매 장치인 것을 특징으로 하는 가솔린 입자상 물질 필터 강제 재생 시스템.
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