WO2013115475A1

WO2013115475A1 - 건설기계의 디젤 매연필터의 재생 제어방법

Info

Publication number: WO2013115475A1
Application number: PCT/KR2012/010483
Authority: WO
Inventors: 윤홍철; 최윤정
Original assignee: 두산인프라코어 주식회사
Priority date: 2012-01-30
Filing date: 2012-12-05
Publication date: 2013-08-08
Also published as: US9388727B2; EP2811128B1; KR20130087787A; US20140331858A1; KR101875229B1; CN103827454A; CN103827454B; EP2811128A4; EP2811128A1

Abstract

본 발명은 건설기계의 디젤 매연필터의 재생 제어방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 건설기계의 디젤 매연필터의 재생 제어방법은, 디젤 매연필터(DPF) 내부의 수트량이 기 설정된 허용 구간이면 기 설정된 제1 강제일정에 따라 상기 디젤 매연필터(DPF)를 강제재생 하는 제1 강제재생 단계; 및 상기 수트량이 상기 허용 구간을 초과하면, 상기 수트량에 따라 상기 제1 강제일정과 다른 제2 강제일정으로 상기 디젤 매연필터를 강제재생하는 제2 강제재생 단계를 포함한다.

Description

건설기계의 디젤 매연필터의 재생 제어방법

본 발명은 건설기계의 디젤 매연필터의 재생 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수트량에 따라 매연필터의 재생 일정을 능동적으로 변동되도록 하는 건설기계의 디젤 매연필터의 재생 제어방법에 관한 것이다.

디젤 엔진의 배기 경로 중에 배기가스 정화 장치(후처리 장치)로서 디젤 매연 필터(diesel particulate filter) 등을 설치하고, 디젤 엔진으로부터 배출된 배기가스를 디젤 매연 필터 등에 의해 정화 처리하도록 한 기술이 알려져 있다. 상술한 디젤 매연 필터는 이하에서 "DPF"로 약칭한다.

건설기계에는 디젤 엔진과 유압펌프가 구비되고, 디젤 엔진은 동력을 출력하여 유압펌프를 구동하며, 유압펌프는 유압회로를 운용하도록 작동유를 토출한다.

디젤엔진이 구동되는 동안에 필연적으로 배기가스가 배출되고, 그러한 배기가스에는 질소산화물(NOx)이 포함되어 있으며, 이러한 질소산화물은 대기환경 오염에 악영향을 끼치는 문제가 있다. 이러한 문제를 해소하기 위하여 상술한 바와 같은 DPF가 이용된다. 통상의 건설기계에는 DPF가 배기가스 머플러 내부에 설치된다.

한편, DPF에는 엔진의 불완전연소에 의해 발생되는 입자의 수트(Soot)가 쌓인다. 이러한 수트는 DPF의 성능을 저하시킬 뿐만 아니라 배기가스 머플러의 배압을 크게 함으로써 엔진의 성능을 저하시키는 원인이 된다. 따라서 DPF 및 엔진의 성능을 유지하기 위해서는 수트를 제거하여야 한다.

이러한 수트는 배기가스 온도가 고온이 될 경우 자연적으로 연소되어 제거된다. 이러한 수트의 제거를 자연재생이라 한다. 하지만, 상술한 자연재생이 적절한 시점에 제대로 이루어지지 않는 경우 결국 수트를 강제로 제거시켜야 하는데, 이러한 수트의 제거를 강제재생이라 한다.

강제재생을 위해서는 엔진의 출력을 강제로 높여 배기가스의 온도를 강제로 상승시키거나, 강제로 상승된 배기가스에 연료를 분사하여 수트를 제거하기 위한 온도로 배기가스를 강제로 연소시키는 방법이 있다.

강제재생을 수행하는 일정은 프로그램에 의해 짜일 수 있고, 프로그램에 의해 짜인 일정에 따라 강제로 재생하기에는 불합리한 문제가 있다.

종래의 프로그램에 의한 강제재생의 문제점을 좀 더 상세하게 설명한다.

건설기계의 종류마다 강제재생 시기를 다르게 설정하여야 하고, 건설기계가 운용되는 작업환경마다 강제재생 시기를 다르게 설정하여야 한다.

또한, 엔진의 가동시간 제어, 주행거리 제어, 연료 사용량 제어, DPF 차압센서 제어, 시뮬레이팅 제어 등이 다양한 제어가 있고, 각각의 제어마다 강제재생 일정이 짜이고, ECU(전자 제어 유닛)에서는 여러 개의 강제재생 일정 중에 도래된 강제재생 일정이 선택되어 해당 강제재생(active regeneration)이 실시된다.

즉, 종래에는 강제재생을 실시한 후의 수트(soot)량을 고려하지 않고, 재생을 실시하는 동안 부하량 혹은 온도량 부족으로 강제재생을 실패하거나 혹은 시동을 끈(off) 상태에도 이후 강제재생이 설정(setting)된 시점에만 실시하도록 함으로써 DPF를 손상시키는 문제가 발생한다.

따라서 DPF의 성능과 엔진의 성능을 유지하면서도 연비를 고려한 DPF의 강제재생의 제어방법이 요구된다.

[선행기술문헌]

[특허문헌]

(특허문헌1) 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0074845호

(특허문헌2) 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0062127호

상기 특허문헌1, 2는 본 발명과 직접적인 관련은 없으나, 인접한 기술분야로서 디젤엔진에서 배출되는 질소산화물(NOx)을 제거하도록 하는 디젤 매연 필터(DPF: Diesel particulate filter)와 관련된 기술이 기재 되어 있다.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 정규의 강제재생을 수행하고, 수트량을 계측하여 수트량에 많고 적음에 따라 다음 회차의 강재재생 일정을 능동적으로 변동시켜 DPF를 강제재생하도록 제어하는 건설기계의 디젤 매연필터의 재생 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 건설기계의 디젤 매연필터의 재생 제어방법은, 디젤 매연필터(DPF) 내부의 수트량이 기 설정된 허용 구간이면 기 설정된 제1 강제일정에 따라 상기 디젤 매연필터(DPF)를 강제재생 하는 제1 강제재생 단계; 및 상기 수트량이 상기 허용 구간을 초과하면, 상기 수트량에 따라 상기 제1 강제일정과 다른 제2 강제일정으로 상기 디젤 매연필터를 강제재생하는 제2 강제재생 단계를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 건설기계의 디젤 매연필터의 재생 제어방법의 상기 제2 강제재생 단계는, 상기 수트량이 상기 허용 구간 보다 높은 일반 구간 이내인 경우 상기 제1 강제일정에 따라 가장 빠른 시기로 예정된 강제재생을 수행하는 제1 강제재생 일정조정 단계를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 건설기계의 디젤 매연필터의 재생 제어방법의 상기 제2 강제재생 단계는, 상기 수트량이 상기 일반 구간 보다 높은 위험 구간인 경우 상기 제1 강제일정보다 빠르게 설정된 제2 강제일정에 따라 상기 수트량이 상기 위험구간보다 낮아질 때까지 강제재생을 수행하는 제2 강제재생 일정조정 단계를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 건설기계의 디젤 매연필터의 재생 제어방법의 상기 제2 강제재생 단계는, 상기 수트량이 상기 위험 구간보다 높은 경우에 수동 강제재생 실시를 유도하는 수동 강제재생 실시 유도 단계를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 건설기계의 디젤 매연필터의 재생 제어방법의 상기 제2 강제재생 일정 조정 단계는, 상기 제2 강제일정에 따른 가장 빠른 시기의 강제재생을 진행하고, 연이어 상기 제2 강제일정에 따라 상기 가장 빠른 시기의 강제재생의 다음 회차로 예정된 강제재생까지 앞당겨 진행하고, 이후에는 상기 수트량이 상기 위험 구간 보다 낮아질 때까지 상기 다음 회차로 예정된 강제재생 이후로 가장 빠른 시기의 강제재생부터 상기 제2 강제일정에 따라 수행되도록 상기 제2 강제일정을 조정한 후 조정된 상기 제2 강제일정을 따라 강제재생을 진행하는 것일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 건설기계의 디젤 매연필터의 재생 제어방법의 상기 제1 강제재생 일정 조정 단계는, 상기 제1 강제일정에 따라 가장 빠른 시기로 예정된 강제재생을 앞당겨 진행하고, 연이어 상기 제1 강제일정에 따라 상기 가장 빠른 시기로 예정된 강제재생 이후에 가장 빠른 시기로 예정된 다음 회차 강제재생까지 앞당겨 진행하고, 이후에는 상기 다음 회차 강제재생 이후의 강제재생 들이 상기 제1 강제일정에 따라 진행되도록 상기 제1 강제일정을 조정한 후 상기 제1 강제재생 단계로 복귀하는 것일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 건설기계의 디젤 매연필터의 재생 제어방법의 상기 제1 강제재생 일정 조정 단계는, 상기 제1 강제일정에 따라 가장 빠른 강제재생을 앞당겨 진행하고, 연이어 상기 제1 강제일정에 따라 상기 가장 빠른 강제재생의 다음 회차 강제재생까지 앞당겨 진행하고, 이후에는 상기 다음 회차 강제재생 다음의 회차 강제재생이 수행되도록 상기 제1 강제일정을 조정한 후 상기 제1 강제재생 단계를 수행하는 것일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 건설기계의 디젤 매연필터의 재생 제어방법의 상기 제1 강제일정은 자연재생을 고려하여 설정된 강제일정이며, 상기 제2 강제일정은 상기 건설기계에 자연재생이 이루어지지 않음을 고려하여 설정된 강제일정인 것일 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 건설기계의 디젤 매연필터의 재생 제어방법은, 정규의 강제재생을 수행하고, 수트량에 많고 적음에 따라 구간을 구별하여 다음 회차의 강재재생 일정을 능동적으로 변동시켜 DPF를 강제재생하도록 제어할 수 있다. 이로써 강제재생을 수행하였음에도 여전히 수트량이 과다할 경우에는 강제재생을 연달아 실시하거나, 다음 회차 강제재생 일정을 앞당겨 실시할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 건설기계의 디젤 매연필터의 재생 제어방법은, 수트량에 근거하여 강제재생 일정이 변동되도록 함으로써 다양한 형태의 건설기계와 다양한 형태의 작업환경이라도 DPF를 시기적절하게 강제재생을 구현할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 디젤 매연필터의 재생 제어방법을 설명하기 위한 도면이다.

*부호의 설명*

S10: 제1 강제재생 단계

S20: 제1 판단 단계

S30: 제2 판단 단계

S40: 제2 강제재생 단계

S50: 제3 판단 단계

S60: 제3 강제재생 단계

S70: 수동 강제재생 실시 유도 단계

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

한편, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 디젤 매연필터의 재생 제어방법에 대해서 설명한다.

첨부도면 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 디젤 매연필터의 재생 제어방법을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 건설기계의 디젤 매연필터의 재생 제어방법은 도 1에 나타낸 바와 같이, DPF의 강제재생을 수행한 직후에 수트량을 측정하고, 수트량에 따라 차후에 수행될 강제재생일정을 변동시키는 것이다.

수트량의 측정은 수트량을 검출하는 센서에 의한 것일 수 있고, 이러한 센서는 알려진 기술을 이용하는 것으로 더욱 상세한 설명은 생략한다.

수트량이 없는 경우를 0%로 정의하고 DPF에 수트가 꽉 차있는 경우를 100%로 정의할 때에, 수트량에 따라 허용 구간, 일반구간, 위험구간으로 구별할 수 있다.

여기서, 상기 허용 구간은 수트량이 40%이하의 구간일 수 있고, 상기 일반 구간은 수트량이 40%초과하고 70%이하인 구간일 수 있으며, 상기 위험 구간은 수트량이 70%초과하고 80%이하인 구간일 수 있다.

상술한 수치는 작업자의 선호에 따라 변경이 가능할 수 있는 것으로 상술한 수치에 권리범위가 한정되는 것은 아니며 기술사상을 이해를 돕기 위하여 제시된 것이다.

본 발명의 일실시예에 따른 건설기계의 디젤 매연필터(DPF)의 재생 제어 방법의 단계별로 설명한다.

제1 강제재생 단계(S10): 콘트롤러 에서 설정된 제1 강제일정에 따라 디젤 매연필터(DPF)를 강제재생을 수행한다. 상기 제1 강제일정은 장비가 구동 중에 자연 재생이 진행될 수 있음을 감안하여 설정된 일정이다.

제1 판단 단계(S20): 정규 강제재생 일정 수행단계(S10) 이후에 수트(soot)량을 측정하여 수트량이 허용 구간으로 판단된 경우에 정규 강제재생 일정 수행단계(S10)로 되돌아간다.

제2 판단 단계(S30): 제1 판단 단계(S20)에서 수트량이 허용 구간 보다 높을 때 일반 구간인지를 판단한다.

제2 강제재생 단계(S40): 제2 판단 단계(S30)에서 수트량이 일반 구간보다 낮은 경우에 정규 강제재생 일정 수행을 수행하고, 수트량이 일반 구간일 경우 제1 강제일정에 따라 가장 빠른 시기로 예정된 강제재생을 수행한 후 다시 수트량을 판단한다. 본 단계에서의 강제재생은 앞서 설명한 가장 빠른 시기로 예정된 강제재생과 그 다음으로 따른 시기로 예정된 강제재생을 연달하 함으로써 수트량을 낮추는 것이 바람직하다. 이렇게 두 번의 강제재생을 연달아 진행한 후 수트량이 일반 구간 보다 낮아진 경우 상기 제1 강제일정이 상기 두 번의 강제재생 이후부터 진행되도록 상기 제1 강제일정을 조정한 후 정규 강제재생 일정 수행단계(S10) 또는 제1 판단 단계(S20)으로 복귀시키는 것이 바람직하다.

제3 판단 단계(S50): 제2 판단 단계(S30)에서 수트량이 일반 구간 보다 높을 때 위함 구간인지를 판단한다.

제3 강제재생 단계(S60): 제3 판단 단계(S50)에서 수트량이 위험 구간인 경우 우선 강제일정을 제2 강제일정으로 변경한다. 여기서 제2 강제일정은 건설기계에서 자연 재생이 발생되지 않는 것으로 가정한 강제일정으로 앞선 제1 강제일정 보다 강제재생이 자주 발생되도록 설정된다. 이렇게 제2 강제일정으로 변경한 후, 제2 강제일정에 따라 가장 빠른 시기로 예정된 강제재생을 먼저 진행하고 수트량을 판단한다. 수트량이 위험 구간 보다 낮은 경우 다시 제1 강제일정으로 강제일정을 변경한 후 제1 강제재생 단계(S10) 또는 제1 판단 단계(S20)로 복귀시키고, 수트량이 위험 구간 이내인 경우에는 수트량이 위험 구간 보다 낮아 질 때까지 앞선 제2 강제일정에 따라 강제재생을 진행한다. 보다 수트량 저감을 빠르게 하기 위해서, 본 실시예에서는 제2 강제일정에 따라 가장 빠른 시기로 예정된 강제재생 후 연이어 그 다음으로 빠른 시기로 예정된 강제재생을 진행한다. 이 경우에도 수트량이 위험 구간인 경우에는 상기 제2 강제일정에 따라 강제재생을 진행하되, 앞선 2회의 강제재생 이후 가장 빠른 강제재생 시기부터 재생되게 한다.

즉, 제1, 제2 강제재생 단계(S40, S60)를 거치면서 강제재생 일정이 수트량에 따라 능동적으로 변동될 수 있는 것이다.

수동 강제재생 실시 유도 단계(S70): 제3 판단 단계(S50)에서 수트량이 위험 구간보다 높은 경우에는 수동강제재생일정을 시각 또는 청각으로 알람을 출력하여 수동 강제재생 실시를 유도한다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일실시예에 따른 건설기계의 디젤 매연필터의 재생 제어방법은, 수트량에 많고 적음에 따라 구간을 구별하고 정규의 강제재생을 수행하며 다음 회차의 강재재생 일정을 능동적으로 변동시켜 DPF를 강제재생하도록 제어할 수 있다.

이로써 강제재생을 수행하였음에도 여전히 수트량이 과다할 경우에는 강제재생을 연달아 실시하거나 다음 회차 강제재생 일정을 앞당겨 실시할 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 건설기계의 디젤 매연필터의 재생 제어방법은, 수트량에 근거하여 강제재생 일정이 변동되도록 함으로써 다양한 형태의 건설기계와 다양한 형태의 작업환경이라도 DPF를 시기적절하게 강제재생을 구현할 수 있게 된다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 건설기계의 디젤 매연필터의 재생 제어방법은, 수트량의 많고 적음에 따라 구간별로 강제재생을 실시함으로써 DPF를 보호하고 합리적인 DPF 재생 제어를 구현할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명에 따른 건설기계의 디젤 매연필터의 재생 제어방법은 디젤 매연 필터(DPF: Diesel particulate filter)를 DPF를 강제로 재생하는 데에 이용될 수 있다.

Claims

디젤 매연필터(DPF) 내부의 수트량이 기 설정된 허용 구간이면 기 설정된 제1 강제일정에 따라 상기 디젤 매연필터(DPF)를 강제재생 하는 제1 강제재생 단계; 및

상기 수트량이 상기 허용 구간을 초과하면, 상기 수트량에 따라 상기 제1 강제일정과 다른 제2 강제일정으로 상기 디젤 매연필터를 강제재생하는 제2 강제재생 단계;를 포함하는 건설기계의 디젤 매연필터의 재생 제어방법.
제1 항에 있어서,

상기 제2 강제재생 단계는,

상기 수트량이 상기 허용 구간 보다 높은 일반 구간 이내인 경우 상기 제1 강제일정에 따라 가장 빠른 시기로 예정된 강제재생을 수행하는 제1 강제재생 일정조정 단계;를 포함하는 건설기계의 디젤 매연필터의 재생 제어방법.
제2 항에 있어서,

상기 제2 강제재생 단계는,

상기 수트량이 상기 일반 구간 보다 높은 위험 구간인 경우 상기 제1 강제일정보다 빠르게 설정된 제2 강제일정에 따라 상기 수트량이 상기 위험구간보다 낮아질 때까지 강제재생을 수행하는 제2 강제재생 일정조정 단계;를 포함하는 건설기계의 디젤 매연필터의 재생 제어방법.
제3 항에 있어서,

상기 제2 강제재생 단계는, 상기 수트량이 상기 위험 구간보다 높은 경우에 수동 강제재생 실시를 유도하는 수동 강제재생 실시 유도 단계;를 포함하는 건설기계의 디젤 매연필터의 재생 제어방법.
제3 항에 있어서,

상기 제2 강제재생 일정 조정 단계는,

상기 제2 강제일정에 따른 가장 빠른 시기의 강제재생을 진행하고, 연이어 상기 제2 강제일정에 따라 상기 가장 빠른 시기의 강제재생의 다음 회차로 예정된 강제재생까지 앞당겨 진행하고, 이후에는 상기 수트량이 상기 위험 구간 보다 낮아질 때까지 상기 다음 회차로 예정된 강제재생 이후로 가장 빠른 시기의 강제재생부터 상기 제2 강제일정에 따라 수행되도록 상기 제2 강제일정을 조정한 후 조정된 상기 제2 강제일정을 따라 강제재생을 진행하는 것을 특징으로 하는 디젤 매연 필터의 재생 방법.
제2항에 있어서,

상기 제1 강제재생 일정 조정 단계는,

상기 제1 강제일정에 따라 가장 빠른 시기로 예정된 강제재생을 앞당겨 진행하고, 연이어 상기 제1 강제일정에 따라 상기 가장 빠른 시기로 예정된 강제재생 이후에 가장 빠른 시기로 예정된 다음 회차 강제재생까지 앞당겨 진행하고, 이후에는 상기 다음 회차 강제재생 이후의 강제재생 들이 상기 제1 강제일정에 따라 진행되도록 상기 제1 강제일정을 조정한 후 상기 제1 강제재생 단계로 복귀하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 디젤 매연필터의 재생 제어방법.
제2 항에 있어서,

상기 제1 강제재생 일정 조정 단계는,

상기 제1 강제일정에 따라 가장 빠른 강제재생을 앞당겨 진행하고, 연이어 상기 제1 강제일정에 따라 상기 가장 빠른 강제재생의 다음 회차 강제재생까지 앞당겨 진행하고, 이후에는 상기 다음 회차 강제재생 다음의 회차 강제재생이 수행되도록 상기 제1 강제일정을 조정한 후 상기 제1강제재생 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 건설기계의 디젤 매연필터의 재생 제어방법.
제1항에 있어서,

상기 제1 강제일정은 자연재생을 고려하여 설정된 강제일정이며, 상기 제2 강제일정은 상기 건설기계에 자연재생이 이루어지지 않음을 고려하여 설정된 강제일정인 것을 특징으로 하는 디젤 매연 필터의 재생 방법.