KR20200070790A

KR20200070790A - 변수적용방식 필터재생 제어방법 및 차량 후처리 시스템

Info

Publication number: KR20200070790A
Application number: KR1020180158308A
Authority: KR
Inventors: 이강웅
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2018-12-10
Filing date: 2018-12-10
Publication date: 2020-06-18

Abstract

본 발명의 차량 후처리 시스템(10)에 적용된 변수적용방식 필터재생 제어방법은 컨트롤러(20)에 의해 차량 운전시 검출된 차속, 브레이크, 변속단, 클러치, 배기온도, 엔진 회전수 중 하나이상을 필터신속재생변수로 적용되고, DPF(Diesel Particulate Filter)의 필터재생을 설정주기의 자동재생과 구분되어 DOC 출구단의 온도를 자동재생 탈출기준온도보다 높게 하여 수행되는 빠른 재생을 통해 빈번한 수동재생의 원인제거로 수동재생이 삭제될 수 있고, 특히빠른 재생에서도 DPF 사양(즉, 크기 및 귀금속 량)을 그대로 유지함으로써 필터재생 불편함과 연비 악화 클레임 및 이윤창출 약화와 같은 도심구간 운행에 따른 제반 현상이 해소되는 특징을 갖는다.

Description

변수적용방식 필터재생 제어방법 및 차량 후처리 시스템{Method of Filter Regeneration Based On Index Application and Post Treatment Exhaust Contamination Gas Decreasing System In Vehicle}

본 발명은 DPF(Diesel Particulate Filter)의 필터재생제어에 관한 것으로, 특히 수동재생을 삭제하면서 자동재생 시간지연을 재생변수의 활용에 의한 빠른 재생으로 크게 단축시킬 수 있는 필터재생제어가 구현되는 차량 후처리 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 입자상 물질(Particulate Matters)/NOx/그을음(Soot)이 엔진에서 나온 배기가스에 함유될 수밖에 없는 차량은 후처리 시스템에 적용된 DPF로 그을음을 포집하면서 NOx 등을 제거하여준다.

일례로 상기 DPF는 내부 필터에 그을음이 퇴적되는 특성으로 필터재생제어를 필요로 하고, 상기 필터재생제어는 연료를 DPF 내부로 분사하는 후 분사(post injection)로 그을음을 태워준다. 그 결과 상기 DPF는 항시적으로 필터 효율을 적절하게 유지함으로써 배기규제법규가 충족되도록 한다.

특히 시내주행비율이 높은 버스나 트럭과 같은 상용차는 DPF 성능에 필요한 필터효율유지가 중요하다. 이를 위해 상용차의 필터재생제어 로직은 주행거리에 근거한 마일리지에 맞춘 재생주기에 의해 자동적으로 이루어지는 자동재생에 더해, 재생주기전후에도 필요에 따라 운전자 또는 사용자에 의해 임의적으로 이루어지는 수동재생이 매우 중요하다.

그러므로 상기 상용차의 수동재생은 정차 및 교통정체가 발생되는 도심구간에서 원활한 수행이 불가한 자동재생을 대신함으로써 배기규제법규를 벗어나지 않는 차량 운행이 가능하도록 한다.

국내공개특허 10-2017-0035683(2017.03.31)

하지만 상기 상용차에서 자동재생 대비 빈번한 수동재생은 하기와 같은 개선점을 필요로 할 수밖에 없다.

상기 개선점에 대한 측면은 하기와 같다. 첫째 연비 악화로, 빈번한 수동재생으로 자동재생의 시간이 길어짐으로써 배기가스 승온을 위한 연료가 추가 소모되기 때문이다. 둘째 상용차 상품성 저하로, 수동재생의 잦은 빈도는 운행시간을 단축함으로써 이윤 창출을 원하는 고객의 상용차 구매/사용 목적과 상반되기 때문이다. 셋째 고객 클레임 증가로, 수동재생은 자동재생과 달리 차량 운행 시간 후 별도 장소에서 1회당 30분의 소요시간 및 6 리터의 연료 소모량이 필요함에 따라 고객에게 불편을 끼치기 때문이다.

나아가 상기 개선점에 대한 해소는 DPF 사양 증대로 해소가능하나, 이는 DPF부피 증대에 따라 귀금속 량을 증가함으로써 배기가스의 승온에 유리하나 상용차 가격 상승으로 이어질 수밖에 없다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 주기적으로 이루어지는 자동재생과 구분되어 DOC 출구단의 온도를 자동재생 탈출기준온도보다 높게 하여 수행되는 빠른 재생을 통해 빈번한 수동재생의 원인제거로 수동재생이 삭제될 수 있고, 특히 빠른 재생에서도 DPF 사양(즉, 크기 및 귀금속 량)을 그대로 유지함으로써 필터재생 불편함과 연비 악화 클레임 및 이윤창출 약화와 같은 도심구간 운행에 따른 제반 현상이 해소되는 변수적용방식 필터재생 제어방법 및 차량 후처리 시스템의 제공에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 필터재생 제어방법은 DPF에 대한 자동재생과 구분된 빠른 재생이 차량 운전시 검출된 차속, 브레이크, 변속단, 클러치, 배기온도, 엔진 회전수, DOC(Diesel Oxidation Catalyst)온도의 차량정보 중 하나 이상을 필터신속재생변수로 적용한 컨트롤러에 의해 수행되는 빠른 재생모드; 가 포함되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 자동재생은 설정주기로 이루어지고, 상기 빠른 재생은 빠른 재생 신호의 사용자 선택으로 이루어진다. 상기 빠른 재생 신호는 버튼 조작으로 생성된다.

바람직한 실시예로서, 상기 빠른 재생모드는, 상기 자동재생의 주기 도달 전 상기 빠른 재생의 신호검출로 상기 차량정보가 상기 필터신속재생변수로 검출되는 단계, 상기 필터신속재생변수를 빠른 재생변수조건으로 하여 빠른 재생변수조건 충족이 판단되는 단계, 상기 빠른 재생변수조건 충족으로 상기 빠른 재생 실시가 이루어지는 단계로 수행된다.

바람직한 실시예로서, 상기 필터신속재생변수는 상기 차속, 상기 브레이크, 상기 변속단, 상기 클러치, 상기 DOC 온도를 진입변수로 하고, 상기 진입변수가 갖는 진입변수시간을 실행변수로 구분해 주며, 상기 진입변수와 상기 실행변수에 임계값을 각각 상기 빠른 재생실시의 조건으로 적용해 준다.

바람직한 실시예로서, 상기 차속은 현재차속과 이전차속을 상기 임계값으로 적용해 준다. 상기 이전차속은 상기 현재차속보다 큰 값으로 설정된다. 상기 브레이크는 주차 브레이크 ON 신호와 풋 브레이크 ON 신호를 상기 임계값으로 적용해 준다. 상기 변속단은 변속기 중립이 상기 임계값으로 적용되고, 상기 클러치는 클러치 OFF 신호를 상기 임계값으로 적용해 준다. 상기 DOC 온도는 200~250℃의 DOC 입구온도를 상기 임계값으로 적용해 준다. 상기 실행변수는 상기 진입변수시간의 유지시간을 상기 임계값으로 적용해 준다.

바람직한 실시예로서, 상기 빠른 재생변수조건 충족이 이루어지지 않으면 상기 자동재생으로 전환된다.

바람직한 실시예로서, 상기 빠른 재생 실시는 상기 빠른 재생의 운전자 알림을 수반하는 빠른 재생모드 수행 단계, 상기 엔진 회전수를 일정 이상의 RPM으로 상승시키는 단계, 상기 DPF에 HCI로 후 분사가 이루어지는 단계, 차량이동이 검출되는 단계, 상기 후 분사의 중지 후 빠른 재생 탈출온도 도달로 상기 빠른 재생 제어가 중지되는 단계로 수행된다.

바람직한 실시예로서, 상기 빠른 재생모드 수행은 차량의 운전석의 클러스터에서 발생되어 상기 운전자 알림을 수행한다. 상기 차량이동의 검출시 상승된 RPM을 낮추고 상기 자동재생으로 전환된다. 상기 빠른 재생 탈출온도 도달은 DOC의 DOC 출구온도로 판단된다. 상기 빠른 재생 탈출온도 도달시 차량의 운전석의 클러스터에서 발생되어 상기 빠른 재생의 중단에 대한 운전자 알림을 수반한다.

바람직한 실시예로서, 상기 자동재생은 자동재생모드를 통해 자동재생시간 동안 수행된다.

그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량 후처리 시스템은 차량 운전 시 검출된 차속, 브레이크, 변속단, 클러치, 배기온도, 엔진 회전수 중 하나 이상을 필터신속재생변수로 적용되고, DPF의 설정주기에 의한 자동재생과 구분되어 DOC 출구단의 온도를 자동재생 탈출기준온도보다 높게 하여 수행되는 빠른 재생을 상기 필터신속재생변수의 조건 충족시 실시하여 주는 컨트롤러; 상기 빠른 재생 시 상기 컨트롤러의 제어로 상기 DPF에 연료 후 분사를 수행하는 HCI; 가 포함되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 연료 후 분사의 제어에는 상기 DPF의 전단에 위치된 DOC의 DOC 온도가 적용된다. 상기 DOC 온도는 DOC 온도센서로 검출되어 상기 컨트롤러에 제공되고, 상기 연료 후 분사의 제어에는 상기 DPF의 전단에 위치된 DOC의 DOC 온도가 적용된다.

바람직한 실시예로서, 상기 컨트롤러는 상기 필터신속재생변수를 검출하는 데이터 프로세서와 연계된다.

바람직한 실시예로서, 상기 컨트롤러는 운전석 클러스터에 구비된 팝업 윈도우와 연계되고, 상기 팝업 윈도우는 상기 빠른 재생 시 문자 표시 또는 음성안내로 빠른 재생 실시를 환기시켜 주고, 상기 빠른 재생을 선택하는 신속버튼이 제공된다.

이러한 본 발명의 차량 후처리 시스템에 적용된 필터재생제어는 하기와 같은 작용 및 효과를 구현한다.

첫째 연비향상으로, 이는 필터재생제어에 변수를 적용하여 기존의 자동재생과 다른 변수(또는 인덱스)가 적용된 빠른 재생으로 재생을 신속하게 함으로써 연료소모량이 기존 재생방식 대비 약 6~10%의 저감됨에 기인된다. 둘째 상품성 향상으로, 이는 자동재생 시 출발성을 불리하게 하는 아이들(Idle)의 아이들 업(Idle Up) 현상이 자동재생 횟수 축소로 감소됨에 기인된다. 셋째 고객 클레임 감소로, 이는 자동재생 효율 향상으로 별도 시간(30분)/별도 연료(6리터/1회)/재생장소이동이 필요한 수동재생이 불요함에 기인된다. 넷째, 필터 내구 열화 방지로, 이는 필터재생 효율상승으로 후처리 시스템의 배기정화장치(예, HCI 및 DOC/DPF/SCR)의 내구력 상승과 함께 열화/열해가 방지됨에 기인된다. 다섯째 상용차 경쟁력 우위선점으로, 이는 후처리 시스템의 성능 개선으로 더욱 강화되고 잇는 배기규제법규를 충족할 수 있기 때문이다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 변수적용방식 필터재생 제어방법의 순서도이고, 도 3은 본 발명에 따른 빠른 재생 모드를 필요로 하는 도심구간에서 자동재생 시간지연의 예이며, 도 4는 본 발명에 따른 변수적용방식 필터재생 제어가 적용된 차량 후처리 시스템의 예이고, 도 5는 본 발명에 따른 빠른 재생 모드 진입을 위한 빠른 재생 변수조건 충족 판단 순서도이며, 도 6은 본 발명에 따른 빠른 재생 변수 중 DOC 온도 선도의 예이고, 도 7은 본 발명에 따른 빠른 재생 변수 중 DOC 온도 선도의 다른 예이며, 도 8은 본 발명에 따른 빠른 재생 변수조건 중 DOC 온도와 엔진 회전수의 상관 테이블이고, 도 9는 본 발명에 따른 차량 후처리 시스템에 적용된 빠른 재생의 시험선도이다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시 예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

도 1 및 도 2는 을 참조하면, 필터재생 제어방법은 차량 운전상황에서 DPF 필터재생 조건제어(S10~S30)에 의한 빠른 재생 조건 시 차량정보 중 차속, 브레이크, 변속단, 클러치, 배기온도, 엔진 회전수 등이 변수로 적용하여 빠른 재생모드(S40~S110-1)를 수행한다. 그러므로 상기 필터재생 제어방법은 자동재생(S10-1)의 자동재생모드(S200)와 구분된 빠른 재생제어(S60)의 빠른 재생모드(S40~S110-1)를 구현한다.

도 3의 도심구간 자동재생 시간지연 선도를 참조하면, 도시된 자동재생 시간지연 선도로부터 차량정차구간으로 인하여 DPF 자동재생 결과가 약 20% 필터 재생율에 그친 실험예가 예시된다.

그러므로 상기 자동재생 시간지연 선도는 시내주행비율이 많은 상용차(예, 버스, 택배, 물품 운반 트럭)의 DPF 자동재생 시 잦은 정차와 교통 정체로 인해 DPF 자동재생을 통한 그을음 제거가 원활하게 이루어지지 않고, 이는 상기 액티브재생제어(S40~S110-1)에 대한 필요성을 증명한다.

특히 상기 빠른 재생모드(S40~S110-1)는 도심지 구간 운행 차량이 원활한 자동재생을 위한 후처리장치의 부피 증대나 귀금속 포함량 증대 없이도 배기가스의 승온을 유리하게 함으로써 성능개선 대비 비용 상승을 유발하지 않는다. 나아가 상기 빠른 재생모드(S40~S110-1)는 사용자 선택을 위한 필터재생 환경설정 메뉴 방식(S20)과 함께 필터재생 편의성 향상을 위한 차량이동확인방식(S90)이 적용됨으로써 구매자의 이윤 창출에 있는 상용 차량의 구매/사용 목적에 맞지 않는 빈번한 수동재생에 의한 운행 시간 단축과 연비 악화를 개선한다.

그러므로 상기 필터재생 제어방법은 변수적용방식 필터재생 제어방법으로 특징된다.

이어 도 4를 참조하면, 차량(1)은 후처리 시스템(10), 컨트롤러(20) 및 팝업 윈도우(40)를 포함한다.

일례로 상기 차량(1)은 버스나 트럭 같은 상용차로 예시되지만 DPF 필터재생을 필요로 하는 디젤/가솔린 엔진의 승용차량도 포함된다.

일례로 상기 후처리 시스템(10)은 엔진에서 배출된 배기가스가 흐르는 배기라인에 구비되어 배기가스 내 NOx/Soot를 주로 제거하여 주는 DPF(Diesel Particulate Filter)(11), DPF(11)를 재생시켜 주는 연료 후분사를 수행하는 HCI(Hydro Carbon Injection)(19)를 기본 구성으로 한다.

하지만 상기 후처리 시스템(10)은 DPF(11)와 함께 DOC(Diesel Oxidation Catalyst)(13) 및 DOC(13)의 입구온도 검출이 이루어지는 DOC 온도센서(13-1)를 포함하거나 또는 DPF(11)와 함께 DOC(13), DOC 온도센서(13-1), SCR(Selective Catalyst Reduction)(15) 및 AOC(Ammonia Oxidation Catalyst)(17)를 더 포함할 수 있다. 이 경우 상기 DPF(11)/DOC(13)/SCR(15)/AOC(17)의 각각은 배기가스 내 PM/NOx/Soot/CO/HC 제거 성능을 높이도록 특화된 촉매이다.

일례로 상기 컨트롤러(20)는 엔진가동에 따른 차량정보를 검출/확인하여 빠른 재생모드(S20~S110-1)와 자동재생모드(S200)를 구현하고, DOC 온도센서(13-1)의 검출온도에 기반 하여 HCI(19)의 연료 후분사를 제어한다. 이를 위해 상기 컨트롤러(20)는 필터재생 맵(20-1)을 구비하면서 데이터 프로세서(30)와 네트워크 통신 연계된다.

상기 필터재생 맵(20-1)은 빠른 재생모드(S20~S110-1)의 빠른 재생제어, 자동재생모드(S200)의 자동재생에 대한 각 데이터를 테이블로 구축하여 제공된 차량정보와 매치하여 컨트롤러(20)로 제공한다. 상기 데이터 프로세서(30)는 엔진회전수(RPM), 차속, 배기가스온도, DOC 온도, 버튼신호, 브레이크 신호, 변속단, 클러치 신호 등을 엔진가동에 따른 차량정보를 검출하여 컨트롤러(20)로 제공한다. 특히 상기 데이터 프로세서(30)는 엔진을 제어하는 엔진 ECU(Electronic Control Unit)와 연계되어 ECU 드라이버(Electronic Control Unit Driver)로 구성될 수 있다.

일례로 상기 팝업 윈도우(40)는 차량(1)의 운전석 클러스터에 구비되고, 빠른 재생모드(S20~S110-1)에 의한 DPF(11)의 빠른 재생제어 시 화면 활성화되거나 돌출된다. 특히 상기 팝업 윈도우(40)는 “빠른 필터 재생은 정차/기어중립에서 엔진 RPM을 추가 상승시키므로 차량 출발 시 주의바람”과 같은 문자 표시 또는 음성안내를 수행하여 준다.

나아가 상기 팝업 윈도우(40)는 빠른 재생의 신속버튼을 환경설정 메뉴로 제공하고, 신속버튼과 수동버튼의 신호를 CAN(Controller Area Network)으로 컨트롤러(20)에 제공함으로써 컨트롤러(20)가 사용자의 빠른 재생 의도를 확인할 수 있다.

이하 도 1의 변수적용방식 필터재생 제어방법을 도 4 내지 도 9를 참조로 상세히 설명한다. 이 경우 제어주체는 컨트롤러(20)이고, 제어대상은 DPF(11)의 필터재생을 위한 HCI(19)의 연료 후 분사 및 사용자 주위를 위한 팝업 윈도우(40)의 작동이다.

먼저 컨트롤러(20)는 차량 운전상황에서 DPF 필터재생 조건제어(S10~S30)를 S10의 자동주기 필터재생 판단 단계, S20의 필터재생 환경설정 메뉴 신호 검출 단계, S30의 빠른 재생 판단 단계로 수행한다.

도 4를 참조하면, 컨트롤러(20)는 주기 프로그램(또는 로직) 또는 필터재생 맵(20-1)의 주기 테이블로 상기 자동주기 필터재생 판단(S10)이 주기에 따른 자동 절차인지를 판정하고, 이어 DPF 필터재생 조건제어(S20~S30)를 지속한다.

그러므로 상기 자동주기 필터재생 판단(S10)에서 자동주기 도달 시엔 S10-1의 자동재생 단계로 전환되어 S200의 자동재생모드를 S200-1의 자동재생시간 동안 수행함으로써 기존과 같이 DPF 필터 자동재생이 이루어진다. 반면 상기 자동주기 필터재생 판단(S10)에서 자동주기 도달 전엔 S20의 필터재생 환경설정 메뉴 신호 검출 단계로 진입한다.

일례로 상기 필터재생 환경설정 메뉴 신호 검출(S20)은 팝업 윈도우(40)에서 제공된 빠른 재생의 신속버튼 신호로 이루어진다. 그러므로 상기 필터재생 환경설정 메뉴 신호 검출(S20)에선 어떠한 버튼신호도 확인되지 않으면 필터제생로직이 종료되고 반면 버튼신호 확인 시 S30의 빠른 재생 단계로 진입한다.

이어 컨트롤러(20)는 상기 빠른 재생모드(S40~S110-1)를 S40의 차량정보검출 단계, S50의 빠른 재생 변수조건 충족 판단 단계, S60~S110-1의 빠른 재생 실시 단계로 수행한다.

도 4를 참조하면, 컨트롤러(20)는 데이터 프로세서(30)가 검출하여 엔진가동에 따른 차량정보로 제공한 엔진 회전수(RPM), 차속, 배기가스온도, DOC 온도, 버튼신호, 브레이크 신호, 변속단, 클러치 신호 등을 확인하여 차량정보검출(S40)이 이루어지고, 이어 빠른 재생모드(S50~S110-1)를 지속한다.

일례로 상기 빠른 재생 변수조건 충족 판단(S50)은 도 5를 통해 구체화된다.

도 5를 참조하면, 컨트롤러(20)는 도 2에서 데이터 프로세서(30)가 검출한 엔진 회전수(RPM), 차속, 배기가스온도, DOC 온도, 버튼신호, 브레이크 신호, 변속단, 클러치 신호 등을 이용하여 S50의 빠른 재생 변수조건 충족 판단 단계를 수행하고, 상기 빠른 재생 변수조건 충족 판단(S50)은 진입변수(X)와 실행변수(Y)로 구분되어 수행된다.

구체적으로 상기 진입변수(X)는 S51의 현재차속 판단, S52의 브레이크 판단, S53의 변속단 판단, S54의 온도 판단, S55의 이전차속 판단으로 구분된다.

상기 현재차속(S51)은 V_1 = A로 판단되고, 상기 브레이크(S52)는 브레이크 조작으로 판단되며, 상기 변속단(S53)은 변속기 중립 및 클러치 조작으로 판단되고, 상기 온도(S54)는 T > T_1로 판단되며, 상기 이전차속(S55)은 V_2 > B로 판단된다.

여기서 “V_1(km/h)”은 현재차속이고, “A(km/h)”는 현재차속 임계값으로 0 km/h로 설정되며,“브레이크 조작”은 주차 브레이크 ON 신호 또는 풋 브레이크 ON 신호로 확인되고, “변속기 중립”은 변속기어 N으로 확인되며, “클러치 조작”은 클러치 OFF 신호로 확인되며, “T(℃)”는 DOC(13) 입구온도이고, “T_1(℃)은 DOC 입구온도 임계값으로 약 250℃(또는 약 200℃)로 적용되고, ”V_2“는 차량 정차 전 최대차속이며, ”B“는 차량 정차 전 차속 임계값으로 0 km/h보다 큰 차속으로 설정된다. ”=“ 및 ”>“는 두 값의 크기 관계를 나타내는 부등호이다.

그 결과 현재차속(V_1)이 현재차속 임계값(A)과 같지 않거나, 주차 브레이크 ON 신호 또는 풋 브레이크 ON 신호가 검출되지 않거나, 변속기어 N 또는 클러치 OFF 신호가 검출되지 않거나, DOC 입구온도(T)가 DOC 입구온도 임계값(T_1)보다 작거나, 차량 정차 전 최대차속(V_2)이 차량 정차 전 차속 임계값(B)보다 작은 경우엔 빠른 재생모드(S40~S110-1)가 종료된다.

반면 현재차속(V_1)이 현재차속 임계값(A)과 같으며, 주차 브레이크 ON 신호 또는 풋 브레이크 ON 신호가 검출되고, 변속기어 N 이면서 클러치 OFF 신호가 검출되며, DOC 입구온도(T)가 DOC 입구온도 임계값(T_1)보다 크고, 차량 정차 전 최대차속(V_2)이 차량 정차 전 차속 임계값(B)보다 큰 경우엔 실행변수(Y)의 확인 단계로 진입된다.

한편 도 6 및 도 7은 상기 진입변수(X) 중 가장 중요한 DOC 입구온도 임계값(T_1(℃))의 설정을 위한 실험예로서, 도 6은 200℃의 DOC 입구온도 임계값(T_1(℃))에서 DOC 온도 선도를 도 7은 250℃의 DOC 입구온도 임계값(T_1(℃))에서 DOC 온도 선도를 각각 예시한다. 이 경우 상기 DOC 온도 선도는 엔진 회전수(RPM)를 650, 800, 1000, 1200, 1500으로 설정 하였을 경우 DOC 입구(Inlet) 온도와 출구(Outlet) 온도의 변화를 시간 축 위에 나타낸다. 또한 THC SLIP은 THC(탄화수소)의 불완전 연소시 탄화수소를 비롯해 유독한 여러 가지 불완전연소 생성물의 생성을 규제하기 위한 기준을 의미한다.

도 6의 200℃의 DOC 입구온도 임계값(T_1(℃))은 엔진 회전수(RPM)가 1200RPM 이하에선 DOC 출구 온도가 유지되지 않으면서 THC SLIP이 즉각 발생함으로써 빠른 재생모드(S50~S110-1)를 적용 할 수 있는 THC NON SLIP의 시간이 약 7~51sec 동안 가능함이 예시된다. 반면 도 7의 250℃의 DOC 입구온도 임계값(T_1(℃))은 엔진 회전수(RPM)가 650/800/1000RPM에서 액티브재생모드(S50~S110-1)를 적용 할 수 있는 THC NON SLIP의 시간이 약 205~354sec 동안 가능하면서 1200RPM 이상부터는 THC SLIP의 가능성이 낮아 지속적인 재생의 유지가 가능함이 예시된다.

따라서 DOC 입구온도 임계값(T_1(℃))의 설정은 도 6의 200℃인 경우 잦은 도심 구간에서 빠른 재생모드(S50~S110-1)의 돌입에 의한 자동재생 가능성을 크게 높여 줄 수 있으나 엔진 회전수(RPM)를 1500RPM 수준으로 설정하지 않는 이상은 사용이 불가하고, 반면 도 7의 250℃인 경우 빠른 재생모드(S50~S110-1)의 돌입에 의한 자동재생 빈도가 감소되나 1500RPM의 엔진 회전수(RPM)에서 THC NON SLIP으로 안전한 자동재생이 가능하다.

이로부터 상기 DOC 입구온도 임계값(T_1(℃))은 250℃로 설정되나 필요시 200℃도 설정될 수 있음을 알 수 있다. 그러므로 빠른 재생은 DOC 출구 온도는 자동재생 탈출기준온도보다 높게 하여 수행된다.

한편 도 8은 200/250℃의 DOC 입구온도 임계값(T_1(℃))과 THC SLIP 및 빠른 재생 적합도를 DOC 온도/엔진 회전수 상관 테이블로 예시한 것으로, 이는 DOC(13)로 유입되는 배기가스에 HCI(19)의 연료를 추가하여 배기가스 승온 효과를 기대함에 따라 Pt/Pd촉매의 산화 발열 반응이 원활하게 일어나지 않아 발생된 THC SILP이 백연 발생으로 이어지는 통상적인 DPF(11)의 필터 자동재생 과정을 방지하여 준다.

즉, 상기 DOC 온도/엔진 회전수 상관 테이블은 빠른 재생모드(S50~S110-1)에 의한 DPF(11)의 신속한 필터재생 기능을 실현함에 있어서 적절한 엔진 회전수와 최소 DOC 입구온도 설정으로 THC SILP/백연 발생을 해소함을 예시한다.

구체적으로 상기 실행변수(Y)는 S56의 진입변수 유지시간을 적용한다.

상기 진입변수 유지시간(S56)은 t > D로 판단된다.

여기서 "t"는 지속시간이고, “D”는 지속시간 임계값으로 도심구간의 평균적인 정체시간을 변수로 하여 실험적으로 산정한 초 또는 분 단위를 적용할 수 있다. ”>“는 두 값의 크기 관계를 나타내는 부등호이다.

그 결과 상기 진입변수 유지시간(S56)에서 지속시간(t)이 지속시간 임계값(D)보다 작은 경우 빠른 재생 변수조건 충족 판단(S50)을 종료하가나 또는 진입변수(X)의 조건으로 복귀하여 빠른 재생 변수조건 충족 판단(S50)을 지속한다. 반면 상기 진입변수 유지시간(S56)에서 지속시간(t)이 지속시간 임계값(D)보다 큰 경우 S60~S110-1의 빠른 재생 실시 단계로 진입한다.

이어 컨트롤러(20)는 상기 빠른 재생 실시(S60~S110-1)를 S60-1의 운전자 알림 ON 단계를 수반한 S60의 빠른 재생 모드 수행 단계, S70의 엔진 회전수 업(UP) 단계, S80의 후 분사 연소 실시 단계, S90-1의 엔진 회전수 다운(DOWN)에 의한 S200의 자동재생모드로 진입되는 S90의 차량 이동 판단 단계, S100-1의 후 분사 유지가 이루어지는 S100의 빠른 재생 탈출온도 도달 판단 단계, S100-2의 후 분사 중지로 S110-1의 운전자 알림 OFF을 수반하는 S110의 빠른 재생 시간 도달 판단 단계로 진행한다.

일례로 상기 빠른 재생 모드 수행(S60)은 S60-1의 운전자 알림 ON을 수반한다. 도 4를 참조하면, 컨트롤러(20)는 필터재생 맵(20-1)과 연계하여 빠른 재생 모드의 프로그램 또는 로직을 활성화하면서 팝업 윈도우(40)를 작동시켜 준다. 상기 팝업 윈도우(40)의 작동은 운전자 알림 ON(S60-1)을 의미하고, 상기 운전자 알림 ON(S60-1)은 차량(1)의 운전석 클러스터에서 “빠른 필터 재생은 정차/기어중립에서 엔진 RPM을 추가 상승시키므로 차량 출발 시 주의바람”과 같은 문자 표시 또는 음성안내를 의미한다.

일례로 상기 엔진 회전수 업(UP)(S70)은 엔진 회전수를 일정 수준으로 상승시키고, 상기 후 분사 연소 실시(S80)는 연료 분사에 의한 배기가스 온도를 승온시켜 준다. 도 4를 참조하면, 컨트롤러(20)는 데이터 프로세서(30)(또는 엔진 ECU)와 연계하여 엔진에 대한 연료분사로 RPM을 일정 수준의 상향 RPM(예, 공회전 이상 RPM)에 도달하도록 하고, HCI(19)를 제어하여 DOC(13)의 후단과 DPF(11)의 전단 사이에서 연료 후분사로 배기사스를 승온시켜 준다.

일례로 상기 차량 이동 판단(S90)은 S90-1의 엔진 회전수 다운(DOWN)에 이어진 S200의 자동재생모드 진입을 수반한다. 도 4를 참조하면, 컨트롤러(20)는 데이터 프로세서(30)로부터 제공되는 브레이크(주차 브레이크 또는 풋 브레이크) 신호와 클러치 신호를 검출한다.

그러므로 상기 차량 이동 판단(S90)은 브레이크 OFF(조작 해제) 신호 또는 클러치 ON(조작) 신호의 검출로 이루어진다. 상기 엔진 회전수 다운(DOWN)(S90-1)는 컨트롤러(20)가 데이터 프로세서(30)(또는 엔진 ECU)와 연계하여 엔진에 대한 연료분사 중단으로 상향 RPM으로 상승되었던 RPM을 다시 그 이전 일정 수준의 RPM(예, 공회전 RPM)에 도달시켜 준다. 특히 상기 엔진 회전수 다운(DOWN)(S90-1)는 엔진 RPM을 정상 수준으로 회복시켜 차량의 출발에 어려움이 없도록 하여 준다. 상기 자동재생모드 진입(S200)은 자동주기에 맞춘 자동 재생이 수행됨을 의미한다.

일례로 상기 빠른 재생 탈출온도 도달 판단(S100)은 S100-1의 후 분사 유지와 S100-2의 후 분사 중지를 수반한다. 도 4를 참조하면, 컨트롤러(20)는 데이터 프로세서(30)로부터 제공되는 DOC 출구 온도 확인으로 빠른 재생 탈출온도 도달을 판단하여 후 분사 유지(S100-1) 또는 후 분사 중지(S100-2)를 결정한다.

이를 위해 상기 빠른 재생 탈출온도 도달 판단(S100)은 빠른 재생 탈출온도 판단식을 적용한다.

빠른 재생 탈출온도 판단식 : T_outlet > T_2℃

여기서 “T_outlet”는 DOC 출구(outlet) 온도이고, “T_2”는 DOC 출구 온도 임계값으로 250℃ 또는 200℃로 설정된 DOC 입구온도 임계값(T_1(℃))을 고려하여 더 높은 온도로 설정된다.”>“는 두 값의 크기 관계를 나타내는 부등호이다.

그 결과 상기 빠른 재생 탈출온도 도달 판단(S100)에서 DOC 출구(outlet) 온도(T_outlet)가 DOC 출구 온도 임계값(T_2)보다 낮은 경우엔 후 분사 유지(S100-1)로 후 분사를 지속하는 반면 높은 경우엔 후 분사 중지(S100-2)로 S110의 빠른 재생 시간 도달 판단 단계로 전환한다.

일례로 상기 빠른 재생 시간 도달 판단(S110)은 S110-1의 운전자 알림 OFF을 수반한다. 도 4를 참조하면, 컨트롤러(20)는 필터재생 맵(20-1)과 연계하여 빠른 재생 시간 도달을 확인한다. 그러므로 상기 빠른 재생 시간 도달 판단(S110)은 컨트롤러(20)가 필터재생 맵(20-1)과 연계하여 빠른 재생모드에 적용된 빠른 재생시간의 도달을 확인하여 이루어지나, 신속버튼 OFF로 빠른 재생 시간 도달 판단이 이루어질 수 있다. 또한 컨트롤러(20)는 팝업 윈도우(40)를 작동 중지시켜 준다. 상기 팝업 윈도우(40)의 작동 중지는 운전자 알림 OFF(110-1)을 의미하고, 상기 운전자 알림 OFF(110-1)은 차량(1)의 운전석 클러스터에서 문자 표시 또는 음성안내가 중지됨을 의미한다.

따라서 상기 빠른 재생 시간 도달 판단(S110)은 DPF(11)의 필터를 신속하고 빠르게 재생해 주는 빠른 재생이 종료됨을 의미한다.

한편 도 9는 차량(1)의 후처리 시스템(10)에 적용된 빠른 재생모드(S40~S110-1)의 빠른 재생 결과를 나타낸 시험선도이다. 이 경우 시험 차량은 엔진 대상에서 설정된 빠른 재생 제어 변수인 현재/차량 정차 전 차속, 주차/풋 브레이크 조작, 변속중립, 클러치 조작, DOC 입구/출구 온도, 지속시간 등을 적용한 대형 버스이다. 또한 환경 챔버내에서 자동재생의 온도 유지에 불리한 ?さ?(-10℃) 및 도심모드 패턴 운행 중 빠른 자동 재생 돌입의 시험조건이고, 자동주기 자동재생과 자동재생 중 차량 정차 시 마다 빠른 재생을 적용한 시험방법이다.

도 9를 참조하면, 상기 시험선도의 결과는 자동주기 재생(재생율_AR(Active Regen 미적용)의 얇은 실선에서 DOC 출구 온도와 빠른 재생(재생율_AR(Active Regen 적용)의 굵은 실선에서 DOC 출구 온도가 주요 정차 구간에서 승온 수준의 차이가 있음을 나타낸다. 결과적으로 빠른 재생(재생율_AR(Active Regen 적용)은 자동주기 재생(재생율_AR(Active Regen 미적용) 대비 약 1시간 37분 일찍 완료됨이 증명되었다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 차량 후처리 시스템(10)에 적용된 변수적용방식 필터재생 제어방법은 컨트롤러(20)에 의해 차량 운전 시 검출된 차속, 브레이크, 변속단, 클러치, 배기온도, 엔진 회전수 중 하나이상을 필터신속재생변수로 적용되고, DPF(Diesel Particulate Filter)의 필터재생을 설정주기의 자동재생과 구분되어 DOC 출구단의 온도를 자동재생 탈출기준온도보다 높게 하여 수행되는 빠른 재생을 통해 빈번한 수동재생의 원인제거로 수동재생이 삭제될 수 있고, 특히빠른 재생에서도 DPF 사양(즉, 크기 및 귀금속 량)을 그대로 유지함으로써 필터재생 불편함과 연비 악화 클레임 및 이윤창출 약화와 같은 도심구간 운행에 따른 제반 현상이 해소된다.

1 : 차량 10 : 후처리 시스템
11 : DPF(Diesel Particulate Filter)
13 : DOC(Diesel Oxidation Catalyst)
13-1 : DOC 온도센서
15 : SCR(Selective Catalyst Reduction)
17 : AOC(Ammonia Oxidation Catalyst)
19 : HCI(Hydro Carbon Injection)
20 : 컨트롤러 20-1 : 필터재생 맵
30 : 데이터 프로세서 40 : 팝업 윈도우

Claims

DPF(Diesel Particulate Filter)에 대한 자동재생과 구분된 빠른 재생이 컨트롤러에 의해 빠른 재생모드로 수행되고, 상기 컨트롤러는 차량 운전 시 검출된 차속, 브레이크, 변속단, 클러치, 배기온도, 엔진 회전수, DOC(Diesel Oxidation Catalyst)온도의 차량정보 중 하나 이상을 상기 빠른 재생의 필터신속재생변수로 적용하여 주는
것을 특징으로 하는 필터재생 제어방법.
청구항 1에 있어서, 상기 자동재생은 설정주기로 이루어지고, 상기 빠른 재생은 사용자 선택으로 이루어지고, 상기 사용자 선택은 버튼 조작으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 필터재생 제어방법.
청구항 1에 있어서, 상기 빠른 재생모드는, 상기 자동재생의 주기 도달 전 빠른 재생의 신호검출로 상기 차량정보가 상기 필터신속재생변수로 검출되는 단계, 상기 필터신속재생변수를 빠른 재생 변수조건으로 하여 빠른 재생 변수조건 충족이 판단되는 단계, 상기 빠른 재생 변수조건 충족으로 상기 빠른 재생 실시가 이루어지는 단계
로 수행되는 것을 특징으로 하는 필터재생 제어방법.
청구항 3에 있어서, 상기 필터신속재생변수는 상기 차속, 상기 브레이크, 상기 변속단, 상기 클러치, 상기 DOC 온도를 진입변수로 하고, 상기 진입변수가 갖는 진입변수시간을 실행변수로 구분해 주며, 상기 진입변수와 상기 실행변수에 임계값을 각각 상기 빠른 재생 실시의 조건으로 적용해 주는 것을 특징으로 하는 필터재생 제어방법.
청구항 4에 있어서, 상기 차속은 현재 차속과 이전 차속을 상기 임계값으로 적용하고, 상기 이전 차속은 상기 현재 차속보다 큰 값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 필터재생 제어방법.
청구항 4에 있어서, 상기 브레이크는 주차 브레이크 ON 신호와 풋 브레이크 ON 신호를 상기 임계값으로 적용해 주는 것을 특징으로 하는 필터재생 제어방법.
청구항 4에 있어서, 상기 변속단은 변속기 중립이 상기 임계값으로 적용되고, 상기 클러치는 클러치 OFF 신호를 상기 임계값으로 적용해 주는 것을 특징으로 하는 필터재생 제어방법.
청구항 4에 있어서, 상기 DOC 온도는 DOC 입구온도를 상기 임계값으로 적용하고, 상기 임계값은 200~250℃의 DOC 입구온도로 설정되는 것을 특징으로 하는 필터재생 제어방법.
청구항 4에 있어서, 상기 실행변수는 상기 진입변수시간의 유지시간을 상기 임계값으로 적용해 주는 것을 특징으로 하는 필터재생 제어방법.
청구항 3에 있어서, 상기 빠른 재생 변수조건 충족이 이루어지지 않으면 상기 자동재생으로 전환되는 것을 특징으로 하는 필터재생 제어방법.
청구항 3에 있어서, 상기 빠른 재생 실시는 상기 빠른 재생의 운전자 알림을 수반하는 빠른 재생모드 수행 단계, 상기 엔진 회전수를 일정 이상의 RPM(Revolution Per Minute)으로 상승시키는 단계, 상기 DPF(Diesel Particulate Filter)에 HCI(Hydro Carbon Injection)로 후 분사가 이루어지는 단계, 차량이동이 검출되는 단계, 상기 후 분사의 중지 후 빠른 재생 탈출온도 도달로 상기 빠른 재생 제어가 중지되는 단계
로 수행되는 것을 특징으로 하는 필터재생 제어방법.
청구항 11에 있어서, 상기 운전자 알림은 차량의 운전석의 클러스터에서 발생되는 것을 특징으로 하는 필터재생 제어방법.
청구항 11에 있어서, 상기 차량이동의 검출 시 상승된 RPM(Revolution Per Minute)을 낮추고 상기 자동재생으로 전환되는 것을 특징으로 하는 필터재생 제어방법.
청구항 11에 있어서, 상기 빠른 재생 탈출온도 도달은 DOC(Diesel Oxidation Catalyst)의 DOC 출구온도로 판단되는 것을 특징으로 하는 필터재생 제어방법.
청구항 11에 있어서, 상기 빠른 재생 탈출온도 도달 시 상기 빠른 재생의 중단에 대해 차량의 운전석의 클러스터에서 운전자 알림을 수반하는 것을 특징으로 하는 필터재생 제어방법.
차량 운전시 검출된 차속, 브레이크, 변속단, 클러치, 배기온도, 엔진 회전수 중 하나이상을 필터신속재생변수로 적용되고, DPF(Diesel Particulate Filter)의 설정주기에 의한 자동재생과 구분되어 DOC 출구단의 온도를 자동재생 탈출기준온도보다 높게 하여 수행되는 빠른 재생을 상기 필터신속재생변수의 조건 충족시 실시하여 주는 컨트롤러;
상기 빠른 재생 시 상기 컨트롤러의 제어로 상기 DPF(Diesel Particulate Filter)에 연료 후 분사를 수행하는 HCI(Hydro Carbon Injection);
가 포함되는 것을 특징으로 하는 후처리 시스템.
청구항 16에 있어서, 상기 연료 후 분사의 제어에는 상기 DPF(Diesel Particulate Filter)의 전단에 위치된 DOC(Diesel Oxidation Catalyst)의 DOC 온도가 적용되는 것을 특징으로 하는 후처리 시스템.
청구항 16에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 필터신속재생변수를 검출하는 데이터 프로세서와 연계되는 것을 특징으로 하는 후처리 시스템.
청구항 16에 있어서, 상기 컨트롤러는 운전석 클러스터에 구비된 팝업 윈도우와 연계되고, 상기 팝업 윈도우는 상기 빠른 재생 시 문자 표시 또는 음성안내로 빠른 재생 실시를 환기시켜 주는 것을 특징으로 하는 후처리 시스템.
청구항 19에 있어서, 상기 팝업 윈도우에는 상기 빠른 재생을 선택하는 신속버튼이 제공되는 것을 특징으로 하는 후처리 시스템.