KR20220087980A - 후분사 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 디젤 차량에서 매연 물질을 제거하기 위한 후분사 제어 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시예는, 차량의 운행중 DPF를 재생하는 모드에서 운전자의 운전 모드에 따라 후분사를 제어하는 후분사 제어 방법으로서, 상기 운전자의 페달 조작에 따른 페달 궤도 변화량을 산출하여 엔진에 대한 요구 토크를 계산하는 토크 계산 단계, 상기 페달 궤도 변화량을 기초로 상기 운전 모드를 판단하는 운전 모드 판단 단계, 상기 운전 모드에 따라 토크 필터를 적용하여 최종 요구 토크를 결정하는 요구 토크 결정 단계, 상기 최종 요구 토크를 기초로 상기 엔진으로의 최종 연료 분사량과 상기 DPF의 재생을 위한 후분사량을 결정하는 분사량 결정 단계 및 상기 후분사량을 기초로 후분사를 제어하는 제어 단계를 포함할 수 있다.

Description

후분사 제어 방법{Post injection control method}

본 발명은, 디젤 차량에서 매연 물질을 제거하기 위한 후분사 제어 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는, 페달의 온오프 제어를 빈번하게 하는 운전자가 차량을 운전하는 경우에도 DPF의 온도가 목표 온도를 만족시키도록 후분사를 제어하는 방법에 관한 것이다.

디젤 차량의 미세 매연 입자인 PM(Particulate matter)을 포집하고 연소시켜 제거하기 위한 기술로서 DPF(Diesel Particulate Filter)가 알려져 있다.

DPF는 디젤 차량의 배기가스 중 미세매연 입자인 PM을 포집(물질 속 미량 성분을 분리하여 모음)하고, 연소시켜 제거하는 배기가스 후처리 장치이다. DPF는 배기 가스 온도가 낮은 엔진 운전 상태에서는, DPF에 PM이 계속 퇴적되므로, 강제적으로 온도를 올려 PM[PM중의 Soot(수트, 그을음)]을 연소하는 강제 재생(Regeneration)을 한다.

일반적으로 DPF에서 지칭되는 “재생”이란 먼저 배기가스 중의 PM이 필터 벽면에 포집되고, 포집된 PM이 퇴적되고 산화되어 CO2, H2O로 배출되면서 매연을 저감시키는 원리이다.

DPF의 재생은, 연료의 후분사(Post injection)를 실행하고, DPF의 전단에 배치된 산화 촉매(Diesel Oxidize Catalyst;DOC)로 산화 반응을 시켜, 이 반응열로 DPF 부분의 배기 가스 온도를 고온 600 내지 650℃로 유지하여, DPF에 퇴적된 수트를 연소시키는 방식으로 수행된다.

DPF의 재생 모드 시작 지점은 PM의 흡착, 축적량이 증가하거나 일정 주기가 경과한 경우 차압 센서를 통한 축적량 검출, 연료량 계산에 따른 축적량 예측 또는 ECU(Engine Control Unit)에 기 입력된 설정 주기를 통해 결정될 수 있으며, 장치의 오류나 운전조건, 환경에 따라 재생이 누락될 경우를 대비해 운전자의 조작으로 강제 재생(Manual regen)을 실행할 수 있도록 구성되기도 한다.

연료의 후분사량의 결정 및 제어는 PID 제어 등의 피드백 제어에 의해 DPF의 온도가 목표 온도를 추종하도록 할 수 있다. 또한, 최근에는 보다 정밀한 제어를 위해 가스 비열, 배기 유량, 목표 온도 등을 기초로 열역학 법칙 모델에 기반한 계산을 통해 제어하는 모델 기반 제어가 선호되고 있다. 목표 온도를 추종하기 위한 DPF의 온도는 DPF의 입구 가스 온도가 사용될 수 있다.

한편, DPF의 재생 모드에서 차량을 일반적으로 운전하는 운전자(이하 “일반 운전자”라 칭함)와는 달리 페달을 빈번하게 온오프하는 운전자(이하 “특이 운전자”라 칭함)의 경우에는 모델 기반 제어로도 DPF 재생에 필요한 목표 온도를 만족시키지 못하는 문제점이 있다.

이는, 운전자에 의해 페달이 오프되는 경우 제어기가 발열 촉매(DOC) 내 불완전 반응을 고려하여 후분사량이 감소되도록 제어하기 때문이며, 이로 인해 DPF의 재생 모드에서 DPF의 온도가 목표 온도만큼 승온되지 못하여 재생에 실패할 수 있고, 재생 실패 횟수가 증가하면 DPF 내부에 퇴적된 PM의 양이 과도한 상태에서 DPF의 재생 모드에 진입하고 이때의 급격한 산화 반응에 의해 DPF 내부 담체를 손상시킬 우려가 있다.

한국등록특허공보 제10-1755485호

상술한 바와 같은 문제점의 해결을 위하여 본 발명은, 페달의 빈번한 온오프를 수행하는 운전자의 경우에도 DPF의 온도가 목표 온도를 만족시킬 수 있도록 하는 후분사 제어 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

차량의 운행중 DPF를 재생하는 모드에서 운전자의 운전 모드에 따라 후분사를 제어하는 후분사 제어 방법에 있어서, 상기 운전자의 페달 조작에 따른 페달 궤도 변위를 기초로 페달 궤도 변화량을 산출하고 엔진에 대한 요구 토크를 계산하는 토크 계산 단계; 상기 페달 궤도 변화량을 기초로 상기 운전 모드를 판단하는 운전 모드 판단 단계; 상기 운전 모드에 따라 토크 필터를 적용하여 최종 요구 토크를 결정하는 요구 토크 결정 단계; 상기 최종 요구 토크를 기초로 상기 엔진으로의 최종 연료 분사량과 상기 DPF의 재생을 위한 후분사량을 결정하는 분사량 결정 단계; 및 상기 후분사량을 기초로 후분사를 제어하는 제어 단계;를 포함할 수 있다.

이때, 상기 운전 모드 판단 단계는, 상기 운전자의 상기 페달 궤도 변화량이 기 설정된 변화량 기준값 이상인 경우를 카운트하고 상기 카운트한 값에 따라 상기 운전 모드를 판단할 수 있다.

또한, 상기 운전 모드 판단 단계는, 상기 페달 궤도 변화량을 기 설정된 변화량 기준값과 비교 후 비교 결과에 따라 판별 카운터를 증가 또는 감소시키는 단계; 및 상기 판별 카운터를 기 설정된 특이 운전 모드 설정 기준값과 기 설정된 특이 운전 모드 해제 기준값과 비교 후 비교 결과에 따라 상기 운전 모드를 특이 운전 모드 또는 일반 운전 모드로 판단하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 판별 카운터를 증가 또는 감소시키는 단계는, 상기 판별 카운터가 상기 기 설정된 변화량 기준값 이상인 경우 상기 판별 카운터를 미리 정해진 설정값 만큼 증가시키고, 상기 판별 카운터가 상기 기 설정된 변화량 기준값 미만인 경우 상기 판별 카운터를 상기 설정값 만큼 감소시킬 수 있다.

상기 특이 운전 모드 또는 일반 운전 모드로 판단하는 단계는, 상기 판별 카운터가 기 설정된 특이 운전 모드 설정 기준값 이상인 경우 상기 운전 모드를 특이 운전 모드로 판단하고, 상기 판별 카운터가 기 설정된 특이 운전 모드 해제 기준값 이하인 경우 상기 운전 모드를 일반 운전 모드로 판단할 수 있다.

상기 요구 토크 결정 단계는, 상기 운전자에 의해 페달이 오프되면 상기 운전 모드에 따라 상이한 필터계수를 갖는 토크 필터를 적용할 수 있다.

또한, 상기 요구 토크 결정 단계는, 상기 운전 모드가 상기 특이 운전 모드로 판단된 경우 상기 운전자에 의해 페달이 오프되면 상기 계산된 요구 토크에 제1 토크 필터를 적용하고 상기 운전 모드가 상기 일반 운전 모드로 판단된 경우 상기 운전자에 의해 페달이 오프되면 상기 계산된 요구 토크에 제2 토크 필터를 적용하며, 상기 최종 요구 토크는, 상기 제1 토크 필터를 적용한 경우가 상기 제2 토크 필터를 적용한 경우보다 큰 값으로 결정될 수 있다.

상기 분사량 결정 단계는, 기 설정된 분사량 테이블에 따라 상기 최종 요구 토크와 매칭되는 상기 최종 연료 분사량이 결정될 수 있다.

또한, 상기 분사량 결정 단계는, 기 설정된 후분사량 제한 테이블에 따라 상기 최종 요구 토크와 매칭되는 상기 후분사량이 최종적으로 결정될 수 있다.

상기 제어 단계는, 인젝터가 후분사를 수행하도록 상기 후분사량에 대응하는 제어 신호를 상기 인젝터에 전달할 수 있다.

본 발명에 따르면, 특이 운전자가 차량을 운전하는지를 판단하여 이때의 운전 모드를 특이 운전 모드로 설정하고, 특이 운전 모드와 일반 운전자의 일반 운전 모드 각각의 요구 토크에 대해 서로 다른 토크 필터를 적용함으로써, 특이 운전 모드에서도 DPF의 온도가 목표 온도를 만족시킬 수 있다. 그 결과 DPF의 재생 실패의 위험성 또는 DPF의 내부 담체의 손상 위험성을 줄일 수 있다.

도 1은 일반 운전자와 특이 운전자의 운전 패턴을 비교한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예인 후분사 제어 방법이 수행되는 후분사 제어 시스템을 도시한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예인 후분사 제어 방법의 흐름을 나타낸 순서도이다.
도 4는 도 3의 흐름도에서 운전 모드를 판단하는 단계와 운전 모드에 따라 토크 필터를 적용하는 단계에서, 세부 단계의 흐름을 나타낸 순서도이다.
도 5는 도 3의 흐름도의, 운전 모드를 판단하는 단계에 있어서, 운전 모드의 구체적인 판단 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예인 후분사 제어 방법 적용 여부에 따른, 후분사량 및 연료 분사량의 차이를 나타낸 그래프이다.
도 7은 종래의 DPF 재생 모드와 본 발명의 일 실시예인 후분사 제어 방법을 적용했을 때의 DPF 재생 모드에 있어서 DPF 전단 온도의 변화를 비교한 결과를 나타내는 그래프이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 의도는 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명을 설명함에 있어서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

"및/또는"이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함할 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않을 수 있다.

아울러, 이하의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 1은 일반 운전자와 특이 운전자의 운전 패턴을 비교한 그래프이다.

도 1을 참고하면, 차량의 속도가 동등한 수준에서도 운전자의 특성에 따라 페달을 인가하는 특성이 다른 것을 알 수 있다. 도 1의 왼쪽 그래프와 같이 일반 운전자의 운전 패턴(이하 “일반 운전 모드”라 칭함)의 경우, DPF 온도는 재생하기에 충분한 온도를 유지할 수 있다. 하지만, 도 1의 오른쪽 그래프와 같이 빈번하고 큰 변위로 페달을 인가하는 (예를 들어, 1 내지 2초당 페달을 온오프로 제어하는 경우) 특이 운전 모드의 경우 상술한 바와 같이 DPF 온도가 충분하게 상승하지 않아 재생에 실패할 수 있다.

이하, 도 2 내지 도 7을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 후분사 제어 방법을 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예인 후분사 제어 방법이 수행되는 후분사 제어 시스템을 도시한 모식도이다.

도 2를 참고하면, 후분사 제어 시스템은 DPF(100), 제어기(200) 및 엔진(300)을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에서 엔진(300)과 DPF(100)는 종래의 디젤 엔진(300) 및 DPF(100)가 적용될 수 있다. 이때, 엔진(300)의 배기 통로에는 DOC가 연결되고 해당 DOC의 하류측에 PM을 포집하는 DPF(100)가 연결될 수 있다. 또한, 엔진(300)에 있어서는, 도시하지 않았으나 연료의 분사 시기, 분사량, 분사 압력을 제어하여 연소실 내에 연료를 분사하는 연료 분사 장치(인젝터)가 제어기(200)와 연결되어 있다. DPF(100)와 DOC는 하나의 연결된 장치로 구성될 수 있다.

제어기(200)는 차량을 제어하는 전자제어장치로서 일반적으로 ECU(Engine Control Unit)라고 칭한다. 제어기(200)는, 운전자에 의한 페달(10)의 인가 정도를 전달받을 수 있다. 이때, 페달(10)의 인가 정도란, 운전자가 페달(10)을 누른 정도(이하 “페달(10) 궤도 변위”라 칭함)를 의미할 수 있고 이를 측정하기 위해 페달(10)의 위치 또는 변위를 검출하는 APS(Accelerator Position Sensor)가 페달(10)에 장착될 수 있다. APS는 페달(10) 궤도 변화 변위를 검출하여 이에 대한 신호를 제어기(200)에 전달할 수 있다.

제어기(200)는 DPF(100)로부터 DPF(100)의 상태 정보를 전달받아 재생 모드의 시작 시점을 결정하여 재생 모드를 시작하도록 제어할 수 있고 재생 모드에서 필요로 하는 후분사량을 계산할 수 있다.

이때, DPF(100)의 상태 정보는 DPF(100) 전단의 온도, DPF(100) 전단과 후단의 압력 등이 될 수 있다. 예를 들어, DPF(100) 전단의 온도가 목표 온도를 추종하기 위한 미연 탄화수소의 양이 산출되고 이를 기초로 후분사량이 계산될 수 있다.

또한, 제어기(200)는 재생 모드의 시작을 결정하기 위해 예를 들면 주행 거리, 엔진(300)의 운전 시간, 토탈 연료 소비량, 수트 퇴적량 추정값 등을 기초로 재생 모드의 시작을 결정하여 재생 모드를 시작하며, 제어기(200)는 재생 모드가 시작되면 배기 가스의 온도를 상승시키기 위해 연료의 주분사의 직후에 실린더 내의 압력이 아직 높은 상태로 주분사보다 소량의 연료를 분사하는 후분사를 실행한다. 후분사에 의해서 미연 탄화수소가 포함된 배기 가스가 DOC에 유입됨으로서 DOC가 활성화되고 DOC의 활성화에 따라 상기 미연 탄화수소를 산화하여, 산화될 때에 발생하는 산화열로 배기 가스 온도를 상승시킨다.

이하에서는 도 3을 참고하여 본 발명의 일 실시예인 후분사 제어 방법에 대해 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예인 후분사 제어 방법의 흐름을 나타낸 순서도이다. 도 3을 참고하면, 이하에 설명되는 후분사 제어 방법은 도 2에 도시된 제어기(200)를 통해 수행될 수 있다.

먼저, DPF(100)의 재생 모드가 시작된 상태에서, 운전중 운전자가 페달(10)을 조작함에 따른 페달 궤도 변위를 전달받고 상기 페달 궤도 변위를 기초로 페달 궤도 변화량의 산출 및 엔진(300)에 대한 요구 토크를 계산하는 토크 계산 단계가 진행된다.(S100)

상술한 바와 같이 페달 궤도 변위는 APS를 통해 전달받을 수 있다. 여기서, 페달 궤도 변위에 따른 요구 토크는 페달 궤도 변위와 요구 토크 간의 기 설정된 계산식에 따라 계산될 수 있다. 페달 궤도 변위에 따른 요구 토크의 계산 방법은 다양한 방법(예를 들어, 엔진(300) 회전수(RPM)과 토크의 함수로 결정되는 토크 맵을 적용하는 방법 등)이 개시되어 있는 종래기술로서 여기서는 설명을 생략한다.

페달 궤도 변화량은 페달 궤도 변위가 증감되는 추이에 따라 산출될 수 있으며, 페달 궤도 변위가 기 설정된 단위시간 동안 변화한 양으로 환산되는 방식에 의해 산출될 수 있다. 도 5를 참고하면, 페달 궤도 변위가 증가 또는 감소함에 따른 페달 궤도 변화량이 그래프로 도시되어 있다.

다음으로, 산출된 페달 궤도 변화량을 기초로 운전 모드를 판단하는 운전 모드 판단 단계가 진행된다.(S200) 여기서, 운전 모드의 판단은 상술한 특이 운전 모드와 일반 운전 모드 중에서 판단된다.

운전 모드의 판단은, 일반 운전 모드를 기본값으로 설정하고, 앞서 측정된 페달 궤도 변화량에 따라 운전자가 페달 조작을 크고 빈번하게 하는 상태인지 판단하여 현재 운전 모드가 특이 운전 모드인지 여부를 판단한다. 즉, 일반 운전 모드에서 특이 운전 모드로의 전환은 운전자의 페달 조작의 크기와 빈번도를 측정하여 판단이 이루어질 수 있다.

이때, 페달 조작의 크기는 운전자의 페달 궤도 변화량이 기 설정된 변화량 기준값 이상인지 여부로서 페달 조작이 큰지 여부를 판단하고 페달 조작의 빈번도는 페달 궤도 변화량이 기 설정된 변화량 기준값 이상인 경우를 카운트하여 판단할 수 있다. 아울러, 상기 카운트한 값이 특이 운전 모드를 설정하는 기준값 이상이면 운전 모드를 특이 운전 모드로 판단할 수 있다.

이하에서는, 도 4 및 도 5를 참고하여 운전 모드 판단 단계에 대해 더욱 구체적으로 설명한다.

도 4는 도 3의 흐름도에서 운전 모드를 판단하는 단계와 운전 모드에 따라 토크 필터를 적용하는 단계의 세부 단계의 흐름을 나타낸 순서도이고, 도 5는 도 3의 흐름도의 운전 모드를 판단하는 단계에 있어서, 운전 모드의 구체적인 판단 방법을 설명하기 위한 그래프이다.

도 4를 참고하면, 먼저 페달 궤도 변화량을 기 설정된 변화량 기준값과 비교 후 비교 결과에 따라 판별 카운터를 증가 또는 감소시킨다.(S211) 보다 구체적으로, 판별 카운터가 상기 기 설정된 변화량 기준값 이상인 경우 상기 판별 카운터를 미리 정해진 설정값 만큼 증가시키고,(S212) 판별 카운터가 상기 기 설정된 변화량 기준값 미만인 경우 상기 판별 카운터를 상기 설정값 만큼 감소시킨다.(S213)

이때, 판별 카운터는 정수로서 제어기(200)는 판별 카운터의 값을 재생 모드의 시작과 동시에 또는 재생 모드의 종료와 동시에 0으로 리셋하여, 이전 재생 모드에서의 누적된 판별 카운터의 값에 의해 다음 재생 모드에서 오류가 발생하지 않도록 할 수 있다.

아울러, 미리 정해진 설정값 또한 정수로서 1 이상의 값을 가질 수 있다. 또한, 상기 설정값은 판별 카운터를 증가시킬 때와 감소시킬 때 서로 다른 값(증가 설정값 및 감소 설정값)을 가지는 정수일 수도 있다. 이처럼 판별 카운터를 증감시키는 설정값이 자유롭게 설정될 수 있도록 구성되면 필요에 따라 운전 모드의 판단 속도가 조절될 수 있다. 예를 들어, 증가 설정값이 크게 정해지면 특이 운전자 모드를 빠르게 판단할 수 있고 감소 설정값이 작게 정해지면 특이 운전자 모드가 해제되고 일반 운전자 모드로 되돌아가는 판단을 지연시킬 수 있다.

이후, 판별 카운터를 기 설정된 특이 운전 모드 설정 기준값 및 기 설정된 특이 운전 모드 해제 기준값과 비교 후 비교 결과에 따라 상기 운전 모드를 특이 운전 모드 또는 일반 운전 모드로 판단한다.(S220)

보다 구체적으로, 판별 카운터를 기 설정된 특이 운전 모드 설정 기준값과 비교하여(S221) 판별 카운터가 기 설정된 특이 운전 모드 설정 기준값 이상인 경우 운전 모드를 특이 운전 모드로 판단할 수 있다.(S223) 또한, 판별 카운터를 기 설정된 특이 운전 모드 해제 기준값과 비교하여(S222) 판별 카운터가 기 설정된 특이 운전 모드 해제 기준값 이하인 경우 운전 모드를 일반 운전 모드로 판단할 수 있다.(S224)

이때, 특이 운전 모드 설정 기준값은 특이 운전 모드 해제 기준값 보다 큰 값을 가진다. 한편, 판별 카운터는 페달 궤도 변화량이 일정량 이상인 경우에만 증가하고 판별 카운터가 특이 운전 모드 설정 기준값 이상이 되어야만 특이 운전 모드로 판단하므로, 운전중 특수한 상황에서 일회성으로 가감속하는 경우에는 특이 운전 모드로 판단되지 않는다.

또한, 일단 특이 운전 모드로 판단된 경우에는, 페달 궤도 변화량이 일정량보다 작도록 운전하는 경우에만 판별 카운터가 감소하고 판별 카운터가 특이 운전 모드 해제 기준값 이하가 되어야만 특이 운전 모드가 해제되며 일반 운전 모드로 판단되므로 대체로 특이 운전을 하는 운전자가 잠시동안 일반적인 페달 조작을 하는 경우에도 일반 운전 모드로 판단되지 않는다.

즉, 판별 카운터에 특이 운전 모드 설정 기준값과 특이 운전 모드 해제 기준값의 두가지 기준값을 적용하여 운전 모드를 판단함으로써 운전자의 운전 습관에 기초한 운전 모드의 판단에 대해 높은 신뢰성을 가질 수 있다.

현재 운전 모드가 특이 운전 모드로 판단된 경우에, 운전자에 의해 페달이 오프되면 계산된 요구 토크에 제1 토크필터가 적용된다.(S310) 현재 운전 모드가 일반 운전 모드로 판단된 경우에는 운전자에 의해 페달이 오프되면 계산된 요구 토크에 제2 토크필터가 적용된다(S320). 토크필터의 적용에 대해서는 후술한다.

한편, 운전 모드의 판단에 대해 도 5에 그래프로 도시된 예를 들어 설명한다.

도 5를 참고하면, 페달 궤도(페달 궤도 변위라고도 할 수 있음)에 따라 페달 궤도 변화량이 산출된다. 도 5의 예에서 첫번째 페달 인가와 세번째 페달 인가에서는 페달 궤도 변화량이 변화량 기준값 이상이므로 판별 카운터가 증가하고 있으며 두번째 페달 인가에서는 페달 궤도 변화량이 변화량 기준값 미만이므로 판별 카운터가 감소하고 있다. 판별 카운터가 증감을 지속하다가 특이 운전 모드 설정 기준값에 도달하면 특이 운전 모드로 판단되고 판별 카운터가 증감을 지속하다가 특이 운전 모드 해제 기준값에 도달하면 일반 운전 모드로 판단된다. 도 5에서, 특이 운전 모드 판별 상태는 0과 1의 이진 상태를 가질 수 있고 0인 경우 일반 운전 모드 상태를, 1인 경우 특이 운전 모드 상태를 나타낼 수 있다.

다시 도 3을 참고하면, 운전 모드가 판단된 후 판단된 운전 모드에 따라 토크 필터를 적용하여 최종 요구 토크를 결정하는 요구 토크 결정 단계가 진행된다.(S300)

여기서, 토크 필터는 운전자의 페달 조작에 따라 계산된 요구 토크를 그대로 최종 토크에 반영하지 않고 지연 및 완화시키는 기능을 한다. 즉, 페달을 오프하여 토크가 갑자기 변하는 경우의 충격 및 울컥거림을 방지하기 위해 토크 필터를 적용하여 요구 토크를 보정하는 것이다. 이때, 토크 필터 적용에 의한 요구 토크의 보정은 예를 들어, 계산된 요구 토크에 필터계수를 적용하는 방식에 의해 수행될 수 있다. 필터계수는 제어기(200)의 메모리상에 토크 필터 맵 테이블로 설정되어 있을 수 있다. 일 예로, 상기 상기 토크 필터 맵 테이블은 엔진(300) 롤 스토퍼(Roll Stoper)나 프론트/리어 서브 프레임 마운팅 부싱 등을 포함하는 마운팅 부품의 경도 및 상태에 따른 물리적 특징에 의해 맵핑될 수 있다. 여기서 메모리는 제어기(200)에 실장되는 기록 저장 매체, 예를 들어 EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory, 비휘발성 기억 장치)과 같은 기록 저장 매체일 수 있다.

앞서 판단한 운전 모드에 따라 운전자에 의해 페달 오프시 상이한 필터계수를 갖는 토크 필터가 적용될 수 있다. 즉, 제어기(200)의 메모리에는 특이 운전 모드와 일반 운전 모드에 각각 대응하는 상이한 필터계수로 매핑된 토크 필터 맵 테이블이 제1 토크 필터와 제2 토크 필터에 설정되어 있을 수 있고, 제어기(200)는, 판단한 운전 모드가 특이 운전 모드인 경우 계산된 요구 토크에 제1 토크 필터를 적용하여 최종 요구 토크를 결정하고, 판단한 운전 모드가 일반 운전 모드인 경우 계산된 요구 토크에 제2 토크 필터를 적용하여 최종 요구 토크를 결정할 수 있다. 보다 구체적으로, DPF의 온도 저하 문제는 상술한 바와 같이 페달 오프시에 발생하는 바 제1 토크 필터와 제2 토크 필터의 필터계수는 페달 인가(페달 온)시에는 각각의 필터계수가 동일한 값을 가지고 페달 오프시에는 상이한 값을 가지도록 설정되어 있을 수 있다.

페달이 오프되면 최종 요구 토크는 제1 토크 필터를 적용한 경우가 제2 토크 필터를 적용한 경우보다 큰 값으로 결정된다. 즉, 이때의 제1 토크 필터의 필터계수는 제2 토크 필터의 필터계수보다 클 수 있다. 다시 말해, 특이 운전 모드인 경우 계산된 요구 토크의 보정을 적게 하여 일반 운전 모드인 경우보다 최종 요구 토크가 더 큰 값을 갖도록 할 수 있다. 최종 요구 토크는 이후 단계에서 토크 생성을 위한 연료 분사량과 DPF(100) 재생을 위한 후분사량을 최종 결정하는 입력값이 된다.

최종 요구 토크가 결정되면, 최종 요구 토크를 기초로 엔진(300)으로의 최종 연료 분사량과 DPF(100)의 재생을 위한 후분사량을 결정하는 분사량 결정 단계가 진행된다.(S400)

보다 구체적으로, 분사량 결정 단계에서는 기 설정된 분사량 테이블에 따라 최종 요구 토크와 매칭되는 최종 연료 분사량이 결정될 수 있다. 또한, 상기 분사량 결정 단계에서는 기 설정된 후분사량 제한 테이블에 따라 최종 요구 토크와 매칭되는 후분사량이 결정될 수 있다.

여기서, 상기 분사량 테이블은 제어기(200)의 메모리에 기 저장되어 있을 수 있다. 즉, 후분사량은 최초에 제어기(200)가 DPF(100)의 상태 정보를 전달받아 재생에 필요한 미연 탄화수소의 양을 산출하여 계산되고, 여기에 최종 요구 토크에 대응하는 후분사량의 제한값을 적용하여, 계산된 후분사량과 후분사량의 제한값 중 더 작은 값으로 후분사량이 최종 결정될 수 있다. 최종 후분사량은 후분사량 제한값을 초과할 수 없고, 일반적으로 토크가 작은 경우 후분사량 제한값 또한 작은 값으로, 토크가 큰 경우 후분사량 제한값 또한 큰 값으로 설정된다.

한편, 특이 운전 모드에서 페달 오프시 최종 요구 토크는 일반 운전 모드에서보다 크게 결정되므로 이때의 후분사량 제한값 또한 더 큰 값으로 매핑된다. 결과적으로, 특이 운전 모드에서의 후분사량이 일반 운전 모드에서의 후분사량보다 많아진다.

다음으로, 상기 결정된 후분사량을 기초로 후분사를 제어하는 제어 단계가 진행된다.(S500)

후분사는 주분사 이후에 진행되며 주분사는 앞서 결정된 최종 연료 분사량이 엔진(300)에 분사되도록 제어된다. 구체적으로, 제어기(200)는 결정된 후분사량의 연료가 엔진(300)의 동력 행정 말기에 분사되도록 인젝터에 상기 후분사량에 대응하는 제어 신호를 전달할 수 있다. 이때, 상술한 바와 같이 특이 운전 모드에서 더 많은 후분사량이 인젝터에 의해 분사되게 된다.

상술한 일련의 단계는 재생 모드가 종료될 때까지 반복된다.(S600)

도 6은 본 발명의 일 실시예인 후분사 제어 방법 적용 여부에 따른, 후분사량 및 연료 분사량의 차이를 나타낸 그래프이다.

도 6을 참고하면, 운전자의 동일한 운전 패턴에서, 특이 운전 모드 토크 필터 적용 시 일반 운전 모드 토크 필터를 적용할 때 보다 엔진 토크의 하강 정도가 더 완만한 것을 알 수 있다. 이에 따라, 연료 분사량과 후분사량 또한 일반 운전 모드 토크 필터를 적용하는 경우보다 특이 운전 모드 토크 필터를 적용하는 경우에 큰 값을 가지게 된다. 다시 말해, 특이 운전을 하는 운전자에 대해 특이 운전 모드 토크 필터(제1 토크 필터)를 적용하는 경우에 일반 운전 모드 토크 필터(제2 토크 필터)를 적용하는 경우보다 연료 분사량과 후분사량이 더 큰 값을 가지게 된다.

도 7은 종래의 DPF 재생 모드와 본 발명의 일 실시예인 후분사 제어 방법을 적용했을 때의 DPF 재생 모드에 있어서 DPF(100) 온도의 변화를 비교한 결과를 나타내는 그래프이다.

도 7은 특이 운전자의 경우에 있어서 DPF 재생 모드를 비교한 것인데, 도 7을 참고하면, 종래 DPF 재생 모드에서보다 본 발명의 후분사 제어 방법을 적용하여 DPF 재생 모드가 진행된 경우 동등한 차량 속도를 유지하면서도 후분사량과 연료량의 급격한 감소가 방지되고 이에 따라 DPF 전단의 온도가 더 높아진 것을 알 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따르면 특이 운전자가 차량을 운전하는지를 판단하여 이때의 운전 모드를 특이 운전 모드로 설정하고, 특이 운전 모드와 일반 운전자의 일반 운전 모드 각각의 요구 토크에 대해 서로 다른 토크 필터를 적용함으로써, 특이 운전 모드에서도 DPF의 온도가 목표 온도를 만족시키도록 할 수 있다. 그 결과 DPF의 재생 실패의 위험성 또는 DPF의 내부 담체의 손상 위험성을 줄일 수 있다.

한편, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명의 기술적 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100: DPF
200: 제어기
300: 엔진

Claims (10)

1. 차량의 운행중 DPF를 재생하는 모드에서 운전자의 운전 모드에 따라 후분사를 제어하는 후분사 제어 방법에 있어서,
   상기 운전자의 페달 조작에 따른 페달 궤도 변위를 기초로 페달 궤도 변화량을 산출하고 엔진에 대한 요구 토크를 계산하는 토크 계산 단계;
   상기 페달 궤도 변화량을 기초로 상기 운전 모드를 판단하는 운전 모드 판단 단계;
   상기 운전 모드에 따라 토크 필터를 적용하여 최종 요구 토크를 결정하는 요구 토크 결정 단계;
   상기 최종 요구 토크를 기초로 상기 엔진으로의 최종 연료 분사량과 상기 DPF의 재생을 위한 후분사량을 결정하는 분사량 결정 단계; 및
   상기 후분사량을 기초로 후분사를 제어하는 제어 단계;를 포함하는 후분사 제어 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 운전 모드 판단 단계는,
   상기 운전자의 상기 페달 궤도 변화량이 기 설정된 변화량 기준값 이상인 경우를 카운트하고 상기 카운트한 값에 따라 상기 운전 모드를 판단하는 것을 특징으로 하는 후분사 제어 방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 운전 모드 판단 단계는,
   상기 페달 궤도 변화량을 기 설정된 변화량 기준값과 비교 후 비교 결과에 따라 판별 카운터를 증가 또는 감소시키는 단계; 및
   상기 판별 카운터를 기 설정된 특이 운전 모드 설정 기준값 및 기 설정된 특이 운전 모드 해제 기준값과 비교 후 비교 결과에 따라 상기 운전 모드를 특이 운전 모드 또는 일반 운전 모드로 판단하는 단계;를 포함하는 후분사 제어 방법.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 판별 카운터를 증가 또는 감소시키는 단계는,
   상기 판별 카운터가 상기 기 설정된 변화량 기준값 이상인 경우 상기 판별 카운터를 미리 정해진 설정값 만큼 증가시키고,
   상기 판별 카운터가 상기 기 설정된 변화량 기준값 미만인 경우 상기 판별 카운터를 상기 설정값 만큼 감소시키는 것을 특징으로 하는 후분사 제어 방법.
   
5. 제3항에 있어서,
   상기 특이 운전 모드 또는 일반 운전 모드로 판단하는 단계는,
   상기 판별 카운터가 기 설정된 특이 운전 모드 설정 기준값 이상인 경우 상기 운전 모드를 특이 운전 모드로 판단하고,
   상기 판별 카운터가 기 설정된 특이 운전 모드 해제 기준값 이하인 경우 상기 운전 모드를 일반 운전 모드로 판단하는 것을 특징으로 하는 후분사 제어 방법.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 요구 토크 결정 단계는,
   상기 운전자에 의해 페달이 오프되면, 상기 운전 모드에 따라 상이한 필터계수를 갖는 토크 필터를 적용하는 것을 특징으로 하는 후분사 제어 방법.
   
7. 제3항에 있어서,
   상기 요구 토크 결정 단계는,
   상기 운전 모드가 상기 특이 운전 모드로 판단된 경우 상기 운전자에 의해 페달이 오프되면, 상기 계산된 요구 토크에 제1 토크 필터를 적용하고
   상기 운전 모드가 상기 일반 운전 모드로 판단된 경우 상기 운전자에 의해 페달이 오프되면, 상기 계산된 요구 토크에 제2 토크 필터를 적용하며,
   상기 최종 요구 토크는, 상기 제1 토크 필터를 적용한 경우가 상기 제2 토크 필터를 적용한 경우보다 큰 값으로 결정되는 것을 특징으로 하는 후분사 제어 방법.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 분사량 결정 단계는,
   기 설정된 분사량 테이블에 따라 상기 최종 요구 토크와 매칭되는 상기 최종 연료 분사량이 결정되는 것을 특징으로 하는 후분사 제어 방법.
   
9. 제7항에 있어서,
   상기 분사량 결정 단계는,
   기 설정된 후분사량 제한 테이블에 따라 상기 최종 요구 토크와 매칭되는 상기 후분사량이 최종적으로 결정되는 것을 특징으로 하는 후분사 제어 방법.
   
10. 제1항에 있어서,
    상기 제어 단계는,
    인젝터가 후분사를 수행하도록 상기 후분사량에 대응하는 제어 신호를 상기 인젝터에 전달하는 것을 특징으로 하는 후분사 제어 방법.

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