KR101198783B1 - 배기가스 후처리 방법 및 이를 수행하는 시스템 - Google Patents

배기가스 후처리 방법 및 이를 수행하는 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 방법은, 시동이 오프되기 전 시점에서 디젤매연필터의 전후단 차압을 이용하여 제1감지매연포집량을 감지하는 단계, 시동 오프 후, 재시동시, 상기 디젤매연필터의 전후단 차압을 이용하여 제2감지매연포집량을 감지하는 단계, 상기 제1감지매연포집량과 상기 제2감지매연포집량 사이에 차이값이 제1설정된수치를 초과하면, 연료소모량, 엔진알피엠, 및 상기 디젤매연필터의 온도값을 이용하여 상기 디젤매연필터의 제1예측매연포집량을 연산하는 단계, 및 상기 제1예측매연포집량이 상기 디젤매연필터를 재생하기 위한 제1재생기준포집량을 초과하면, 상기 디젤매연필터를 재생하는 단계를 포함한다.
따라서, 재시동시 파킹이펙트(parking effect)에 의해서 실제로 감지되는 매연포집량이 작은 구간(도 3에서 예측구간)에서, 상기 디젤매연필터에 포집된 매연포집량을, 연료소로먕, 엔진알피엠, 및 배기가스온도를 이용하여 비교적 정확하게 예측할 수 있다. 아울러, 상기 디젤매연필터에 과도하게 매연이 포집되는 것을 미연에 방지하여, 내구성을 향상시키고 재생시 파손을 미연에 방지할 수 있다.

Description

배기가스 후처리 방법 및 이를 수행하는 시스템{EXHAUST GAS POST PROCESSING METHOD AND SYSTEM PERFORMING THIS}
본 발명은 배기가스 후처리 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하고 이를 제거하기 위해서 디젤여과필터(DPF)를 재생하는 배기가스 후처리 방법 및 시스템에 관한 것이다.
유해한 배기가스의 배출이 상대적으로 많은 디젤차량의 경우, 유해물질 저감은 아주 중요한 문제이다. 특히, 연료의 불완전 연소에 주로 기인하는 입자상 물질(PM, particulate matters)의 저감이 요구되고 있다.
입자상 물질을 저감시키기 위한 다양한 기술이 도입되고 있는데, 배기가스 성분 중 입자상 물질을 포집하고 포집된 입자상 물질을 발화온도 이상으로 가열하여 입자상 물질을 제거하는 디젤여과필터(DPF, diesel particulate filter)가 있다.
상기 디젤여과필터에서, 고속 또는 고부하 상태에서와 같이 배기가스 온도가 높은 상태에서는 원활한 재생이 가능하지만, 부하가 낮은 운전조건인 상태에서 재생을 위해서는 배기가스의 온도를 강제적으로 상승시켜야 한다.
배기가스 온도를 상승시키기 위해, 연소가 종료된 상태에서 다시 연료를 분사해 주는 포스트인젝션(post injection)이 수행되어 DPF의 상류측에 배치되는 디젤산화촉매(DOC, diesel oxidation catalyst)에서 배기가스의 온도를 상승시킨다.
상기 디젤매연필터를 재생하기 위해서 전후단 차압을 이용하는데, 그 차압이 설정된 수치 이상이면, 재생이 실시된다.
그러나, 시동을 오프 한 후에, 엔진의 온도가 낮은 냉간 재시동시, 상기 디젤매연필터의 전후단 차압이 낮게 감지되어, 실제로 매연이 과도하게 포집되어, 재생시 온도가 과도하게 높게 형성되는 문제점이 있으며, 이는 상기 디젤매연필터의 내구성을 저하시키거나, 파손시킬 수 있다.
따라서, 본 발명은 시동을 오프 한 후에, 엔진의 온도가 낮은 냉간 재시동시, 디젤매연필터에 매연이 과도하게 포집되지 않도록 하여, 내구성이 떨어지거나 파손되는 것을 방지하는 배기가스 후처리 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 배기가스 후처리 방법은, 시동이 오프되기 전 시점에서 디젤매연필터의 전후단 차압을 이용하여 제1감지매연포집량을 감지하는 단계, 시동 오프 후, 재시동시, 상기 디젤매연필터의 전후단 차압을 이용하여 제2감지매연포집량을 감지하는 단계, 상기 제1감지매연포집량과 상기 제2감지매연포집량 사이에 차이값이 설정된수치를 초과하면, 연료소모량, 엔진알피엠, 및 상기 디젤매연필터의 온도값을 이용하여 상기 디젤매연필터의 예측매연포집량을 연산하는 단계, 및 상기 예측매연포집량이 상기 디젤매연필터를 재생하기 위한 재생기준포집량을 초과하면, 상기 디젤매연필터를 재생하는 단계를 포함한다.
상기 제2감지매연포집량과 상기 예측매연포집량을 비교하는 단계, 상기 제2감지매연포집량이 상기 예측매연포집량을 초과하면, 상기 제2감지매연포집량이 상기 재생기준포집량을 비교하는 단계, 및 상기 제2감지매연포집량이 상기 재생기준포집량을 초과하면, 상기 디젤매연필터를 재생하는 단계를 더 포함한다.
상기 연료소모량과 상기 엔진알피엠이 높을수록, 상기 예측매연포집량이 높아지고, 상기 디젤매연필터의 온도값이 높아질수록 자연재생이 늘어나 상기 예측매연포집량은 줄어든다.
상기 디젤매연필터를 재생하는 동안에는, 상기 디젤매연필터의 온도를 설정된 온도로, 설정된 시간동안 유지하여 포집된 매연을 제거한다.
상기 예측매연포집량은, 상기 제1감지매연포집량에 연료소모량, 엔진알피엠, 및 상기 디젤매연필터의 온도값을 반영한 매연포집증가량을 더해서 연산된다.
앞에서 기재된 바와 같이 본 발명에 따른 배기가스 후처리 방법에서, 재시동시 파킹이펙트(parking effect)에 의해서 실제로 감지되는 매연포집량이 작은 구간(도 3에서 예측구간)에서, 상기 디젤매연필터에 포집된 매연포집량을, 연료소로량, 엔진알피엠, 및 배기가스온도를 이용하여 비교적 정확하게 예측할 수 있다.
아울러, 상기 디젤매연필터에 과도하게 매연이 포집되는 것을 미연에 방지하여, 내구성을 향상시키고 재생시 파손을 미연에 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 방법의 제어를 위한 플로우차트이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 주행거리(연료소모량)에 따른 디젤매연필터의 포집량을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 주행거리(연료소모량)에 따른 디젤매연필터의 포집량을 예측하는 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 배기가스 후처리 시스템은 엔진(100), 인젝터(140), 디젤매연필터(110), 차압센서(120), 온도센서(130), 속도(거리)센서(160), 유량센서(170), 및 제어부(150)를 포함하여 구성된다.
상기 엔진(100)은 상기 인젝터(140)에서 분사된 연료를 연소시켜, 파워를 생산하고, 그 배기가스가 배기라인을 통해서 배출된다.
아울러, 상기 배기라인에 상기 디젤매연필터(110)가 설치되는데, 상기 디젤매연필터(110)는 배기가스에 포함된 입자상 물질(soot)을 포집하고 제거한다.
상기 차압센서(120)는 상기 디젤매연필터(110)의 전후단의 차압을 감지하여, 제어부는 상기 차압센서(120)에서 감지된 차압신호를 상기 디젤매연필터(110)에 포집된 입자상 물질의 포집량으로 연산한다.
아울러, 상기 온도센서(130)는, 디젤매연필터(110)의 입구로 유입되는 배기가스의 온도를 감지한다.
상기 제어부(150)는 상기 속도센서(160)와 상기 유량센서(170)로부터 차량의 주행거리, 누적주행거리, 및 연료소모량을 감지하고, 상기 차압센서(120)로부터 입자상물질의 포집량을 연산한다.
본 발명의 실시예에서는, 상기 제어부(150)가 차량의 주행거리, 연료소모량, 또는 차압에 따라서 상기 인젝터(140)를 제어하여, 연료를 후분사함으로써, 상기 온도센서(130)에서 감지된 배기가스의 온도를 설정된 온도 이상으로 유지하여, 상기 디젤매연필터(110)를 재생한다.
상기 제어부(100)는 설정된 프로그램에 의해 동작하는 하나 이상의 마이크로 프로세서로 구현될 있으며, 이러한 설정된 프로그램은 후술하는 본 발명의 실시예에 따른 자동변속기 자동차의 감속 제어 방법에 포함된 각 단계를 수행하기 위한 일련의 명령을 포함하는 것으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 차량의 운전조건을 감지하는 검출부는 상기 차압센서, 상기 온도센서, 상기 속도센서, 및 상기 유량센서로 구성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 방법의 제어를 위한 플로우차트이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 주행거리(연료소모량)에 따른 디젤매연필터의 포집량을 나타내는 그래프이다.
도 2를 참조하면, S100에서, 제어가 시작되고, S105에서, 엔진(100)의 재시동이 감지되고, 시동오프 시점에서 감지되어 메모리에 저장된 제1감지매연포집량(S1: 시동 오프 직전 매연포집량)을 불러오며, 시동 후 상기 디젤매연필터의 전후단 차압에 의해서 제2감지매연포집량(S: 재시동후 매연실측량)을 감지한다.
상기 제1감지매연포집량(S1)은 시동오프되는 시점에서, 상기 디젤매연필터(110)의 전후단 차압에 의해서 감지된 것이고, 상기 제2감지매연포집량(S)은 재시동시 상기 디젤매연필터(110)의 전후단 차압에 의해서 감지된 것이다.
상기 제1감지매연포집량(S1)과 상기 제2감지매연포집량(S) 사이에는 차이가 발생하게 되는데, 도 3을 참조하면, 가로축은 주행거리(연료소모량)을 나타내고, 세로축은 상기 디젤매연필터에 포집된 매연포집량을 나타낸다.
도 3에 도시한 바와 같이, 실측구간1과 예측구간 사이 경계에 감지된 매연포집량이 급격하게 감소하게 된다. 즉, 시동오프 시점에서는 매연포집량이 많으나, 냉간 시동시 감지된 매연포집량은 적다.
이러한 재시동 시점과 시동오프 시점 사이에, 매연포집량이 다른 요인으로는, 상기 디젤매연필터(110)의 온도, 배기가스의 온도 등이 있다.
다시 도 2를 참조하면, S110에서, 상기 제1감지매연포집량(S1)에서 상기 제2감지매연포집량(S)을 빼고, 그 차이값이 설정되수치(A)를 초과하는지 판단한다.
상기 차이값이 설정된수치(A)를 초과하면, S115가 실행되고, 상기 차이값이 설정된수치(A)를 초과하지 않으며, S155가 실행된다.
S115에서, 연료소모량, 엔진알피엠, 및 상기 디젤매연필터(110)의 전단부 온도(T5)와 온도유지시간(t)이 감지되고, S120에서, 상기 디젤매연필터(110)의 제1예측매연포집량(Se)을 연산한다.
상기 제1예측매연포집량(Se)은 상기 제1감지매연포집량(S1)에 매연포집증가량(S2)을 더한 값이며, 상기 매연포집증가량(S2)은 연료소모량, 엔진알피엠, 및 상기 디젤매연필터의 전단부온도(T5)와 온도유지시간(t)으로부터 연산된다.
실제로 상기 매연포집증가량(S2)은 증가량에서 자연재생량을 뺀 값이고, 상기 디젤매연필터(110)의 전단부 온도(T5)가 높고, 온도유지시간(t)이 길어질수록, 자연재생량은 커진다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 주행거리(연료소모량)에 따른 디젤매연필터의 포집량을 예측하는 그래프이다.
도 4를 참조하면, 가로축은 주행거리(연료소모량)이고, 세로축은 매연포집량이며, 상기 디젤매연필터(110)의 전단부 온도(T5)가 섭씨 250도이면, 매연포집량의 증가기울기가 크고, 상기 디젤매연필터(110)의 전단부 온도(T5)가 섭씨 250도 내지 350도 범위에서는 그 기울기가 중간이며, 상기 디젤매연필터(110)의 전단부 온도(T5)가 섭씨 350도 이상에서는 그 기울기가 작다.
다시 도 2를 참조하면, S120에서, 상기 제1감지매연포집량(S1)에 상기 매연포집증가량(S2)을 더해서, 상기 제1예측매연포집량(Se)이 연산되고, S125에서, 상기 디젤매연필터(110)의 전후단 차압에 의해서 감지된 상기 제2감지매연포집량(S)과 상기 제1예측매연포집량(Se)을 비교한다.
즉, S125에서, 상기 제2감지매연포집량(S)이 상기 제1예측매연포집량(Se) 보다 작으면, S130이 수행되고, 상기 제2감지매연포집량(S)이 상기 제1예측매연포집량(Se) 이상이면, S155가 수행된다.
S130에서, 상기 제1예측매연포집량(Se)이 상기 디젤매연필터(110)를 재생하기 위한 제1재생기준포집량(SML[X]) 이상이면, S135에서, 연료를 후분사해서, 상기 디젤매연필터(110)의 전단부 온도를 설정된 온도(T1) 보다 높게 하고, S140에서 설정된 시간(t1) 동안 유지된다.
S155에서, 상기 제2감지매연포집량(S)이 상기 디젤매연필터(110)를 재생하기 위한 제1재생기준포집량(SML[X]) 이상이면, S160에서, 연료를 후분사해서, 상기 디젤매연필터(110)의 전단부 온도를 설정된 온도(T1) 보다 높게 하고, S165에서 설정된 시간(t1) 동안 유지된다.
전술한 바와 같이, 재시동시 파킹이펙트(parking effect)에 의해서 실제로 감지되는 매연포집량이 작은 구간(도 3에서 예측구간)에서, 상기 디젤매연필터(110)에 포집된 매연포집량을, 연료소로량, 엔진알피엠, 및 배기가스온도를 이용하여 비교적 정확하게 예측할 수 있다.
아울러, 상기 디젤매연필터에 과도하게 매연이 포집되는 것을 미연에 방지하여, 내구성을 향상시키고 재생시 파손을 미연에 방지할 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
110: 디젤매연필터(DPF: diesel particulate filter)
120: 차압센서
130: 온도센서
140: 인젝터
150: 제어부
160: 속도(거리)센서
170: 유량(연료소모량)센서

Claims (6)

  1. 시동이 오프되기 전 시점에서 디젤매연필터의 전후단 차압을 이용하여 제1감지매연포집량을 감지하는 단계;
    시동 오프 후, 재시동시, 상기 디젤매연필터의 전후단 차압을 이용하여 제2감지매연포집량을 감지하는 단계;
    상기 제1감지매연포집량과 상기 제2감지매연포집량 사이에 차이값이 설정된수치를 초과하면, 연료소모량, 엔진알피엠, 및 상기 디젤매연필터의 온도값을 이용하여 상기 디젤매연필터의 예측매연포집량을 연산하는 단계; 및
    상기 예측매연포집량이 상기 디젤매연필터를 재생하기 위한 재생기준포집량을 초과하면, 상기 디젤매연필터를 재생하는 단계;
    상기 제1감지매연포집량과 상기 제2감지매연포집량 사이에 차이값이 설정된수치를 이하이고, 상기 제2감지매연포집량이 상기 재생기준포집량을 초과하면, 상기 디젤매연필터를 재생하는 단계; 를 포함하는 배기가스 후처리 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 연료소모량과 상기 엔진알피엠이 높을수록, 상기 예측매연포집량이 높아지고,
    상기 디젤매연필터의 온도값이 높아질수록 자연재생이 늘어나 상기 예측매연포집량은 줄어드는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 방법.
  4. 제1항에서,
    상기 예측매연포집량은, 상기 제1감지매연포집량에 연료소모량, 엔진알피엠, 및 상기 디젤매연필터의 온도값을 반영한 매연포집증가량을 더해서 연산되는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 방법.
  5. 삭제
  6. 엔진에서 배출되는 배기가스에 포함된 입자상물질을 포집하는 디젤매연필터; 및
    차량의 운전 조건을 검출하는 검출부;
    상기 검출부에서 감지된 차량의 운전조건에 따라서, 상기 디젤매연필터에 포집된 입자상물질을 제거하기 위해서 설정된 프로그램을 실행하는 제어부; 를 포함하고,
    상기 설정된 프로그램은, 제1, 3, 4항 중 어느 한 항의 방법을 수행하는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템.
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