KR101305045B1 - Device and Method for Measuring Real Time Soot Oxidation Rate of Diesel Particulate Filter using Temperature Sensor, and Regeneration Control Method of Diesel Particulate Filter using the Method for Measuring Real Time Soot Oxidation Rate - Google Patents

Device and Method for Measuring Real Time Soot Oxidation Rate of Diesel Particulate Filter using Temperature Sensor, and Regeneration Control Method of Diesel Particulate Filter using the Method for Measuring Real Time Soot Oxidation Rate Download PDF

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Abstract

본 발명은 디젤엔진 매연여과장치(DPF) 재생시 매연의 산화율을 실시간으로 정확히 측정할 수 있도록 함으로써, 매연여과장치의 재생 과정에서의 매연 산화제어가 효과적으로 이루어질 수 있도록 한 것이다.
이를 위해 본 발명은, 매연여과장치 상류측에 설치되는 디젤 산화 촉매(DOC); 상기 매연여과장치 통과 전의 배기가스 온도 측정을 위해 디젤 산화 촉매와 매연여과장치 사이에 설치되는 제1온도센서; 상기 매연여과장치 후단에 상기 매연여과장치를 통과한 후의 배기가스 온도 측정을 위해 설치되는 제2온도센서; 및 상기 제1온도센서와 제2온도센서에 의해 측정된 실시간 온도 데이터를 이용하여 실시간 매연 산화율을 산출하는 제어부;를 포함하는 디젤엔진 매연여과장치의 매연 산화율 측정장치가 제공된다. 한편, 본 발명은, 매연여과장치 전단 및 후단의 배기가스 온도를 측정하여 실시간 온도 데이터를 얻는 단계; 매연여과장치 전단 및 후단의 배기가스 온도데이터를 이용하여 산화되는 매연의 산화율을 실시간으로 산출하는 단계;를 포함하는 디젤엔진 매연여과장치의 매연 산화율 측정방법이 제공된다.According to the present invention, the oxidation rate of the soot can be accurately measured in real time during the regeneration of the diesel engine soot filter (DPF), so that the soot oxidation control can be effectively performed during the regeneration of the soot filtration device.
To this end, the present invention, the diesel oxidation catalyst (DOC) installed upstream of the soot filtration device; A first temperature sensor installed between the diesel oxidation catalyst and the soot filtration device for measuring the exhaust gas temperature before passing through the soot filtration device; A second temperature sensor installed at a rear end of the particulate filter for measuring exhaust gas temperature after passing the particulate filter; And a control unit for calculating real-time soot oxidation rate using real-time temperature data measured by the first temperature sensor and the second temperature sensor. The soot oxidation rate measuring apparatus of the diesel engine soot filtration apparatus is provided. On the other hand, the present invention, the step of measuring the exhaust gas temperature at the front and rear end of the soot filter device to obtain real-time temperature data; A method for measuring soot oxidation rate of a diesel engine soot filtration device is provided, comprising: calculating, in real time, an oxidation rate of soot that is oxidized using exhaust gas temperature data of the soot filter device.

Description

디젤엔진 매연여과장치의 온도센서를 이용한 실시간 매연 산화율 측정장치 및 매연 산화율 측정방법, 그리고 이 매연 산화율 측정방법에 따른 매연여과장치 재생 제어방법{Device and Method for Measuring Real Time Soot Oxidation Rate of Diesel Particulate Filter using Temperature Sensor, and Regeneration Control Method of Diesel Particulate Filter using the Method for Measuring Real Time Soot Oxidation Rate}Real time soot oxidation rate measuring device and soot oxidation rate measuring method using temperature sensor of diesel engine soot filtration device, and method for controlling soot oxidizing device regeneration according to soot oxidation rate measuring method {Device and Method for Measuring Real Time Soot Oxidation Rate of Diesel Particulate Filter using Temperature Sensor, and Regeneration Control Method of Diesel Particulate Filter using the Method for Measuring Real Time Soot Oxidation Rate}

본 발명은 디젤엔진의 매연여과장치와 관련된 것으로서, 더욱 상세하게는 매연여과장치(DPF ; Diesel Particulate Filter) 내에 포집된 매연을 산화시킴에 있어 매연의 산화율을 실시간으로 정확히 측정할 수 있도록 하는 한편 비탄소 입자상 물질에 의한 배압 증가분을 분별할 수 있게 함으로써, 매연여과장치 재생 과정에서의 매연 산화제어가 보다 효율적으로 이루어질 수 있도록 한 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a soot filtration device of a diesel engine, and more particularly, in order to oxidize soot collected in a soot filtration device (DPF; Diesel Particulate Filter), it is possible to accurately measure the oxidation rate of soot in real time. The present invention relates to a technology that enables the oxidation control of the soot during the regeneration of the soot filtration device to be more efficiently performed by allowing the back pressure increase caused by the carbon particulate matter to be discriminated.

일반적으로, 열차, 선박, 산업용 차량 등에서는 디젤엔진을 사용하는 것이 보편적이며, 최근에 디젤 승용차의 출시가 본격화되면서 디젤엔진의 사용은 점차 증가하고 있는 추세이다.In general, it is common to use diesel engines in trains, ships, and industrial vehicles, and the use of diesel engines is gradually increasing with the recent launch of diesel passenger cars.

이와 같은 디젤엔진의 사용량 증가 경향은 디젤엔진으로부터 배출되는 배출 가스에 포함된 검댕(Soot), SOF(Soluble Organic Fraction) 등의 입자상 물질(Particulate Matter ; PM)(즉, 매연)의 배출량을 증가시키고 있으며, 이러한 배출물들은 환경오염, 특히 대기오염의 주원인이 되어 점차 그 규제가 강화되고 있다.This trend toward increased usage of diesel engines increases emissions of particulate matter (ie, soot) such as soot and SOF (Soluble Organic Fraction) contained in the exhaust gas emitted from diesel engines. In addition, these emissions are the main cause of environmental pollution, especially air pollution, and regulations are gradually tightening.

상기와 같은 환경오염의 문제를 해결하기 위하여 디젤 차량 등에서 발생되는 매연입자가 대기 중으로 방출되는 것을 방지하도록 매연을 포집하고 처리하는 디젤엔진 여과 장치에 대한 다양한 방안이 연구되고 있다.In order to solve the problem of environmental pollution as described above, various methods for a diesel engine filtration apparatus for collecting and treating soot to prevent emissions of soot particles generated from diesel vehicles and the like into the atmosphere have been studied.

일반적으로, 디젤엔진 매연여과장치(DPF)는 디젤 차량 등의 디젤엔진(1)과 머플러(6; 도 1 참조) 사이에 장착하여 디젤 엔진에서 발생하는 배출 가스 중 매연을 포집 및 연소한 뒤 대기 중으로 방출하는 장치를 말한다.In general, a diesel engine soot filtration device (DPF) is installed between a diesel engine 1 such as a diesel vehicle and a muffler 6 (see FIG. 1) to capture and burn soot in the exhaust gas generated from a diesel engine and then to atmosphere. Refers to a device that emits heavy water.

디젤엔진의 배기 시스템을 통과하는 배기가스를 처리하기 위한 공지의 시스템은 탄화수소(HC)를 산화시켜 CO2와 H2O로 전환시키고 NO를 NO2로 변환하는 디젤 산화 촉매(DOC : Diesel Oxidation Catalyst)와, 입자상 물질(PM; Particulate Matter)을 포획하는 디젤엔진 매연여과장치(DPF : Diesel Particulate Filter)를 포함한다.Known systems for treating exhaust gases passing through the exhaust system of diesel engines are known as Diesel Oxidation Catalysts (DOC) which oxidize hydrocarbons (HC) to convert CO 2 and H 2 O and convert NO to NO 2 . ) And a Diesel Particulate Filter (DPF) for capturing particulate matter (PM).

상기 입자상 물질(PM)은 검댕(soot) 또는 탄소와, 가용성 유기 물질(SOF)과, 윤활유 및 첨가제가 연소되면서 발생하는 재(ash)와, 기관을 구성하는 금속 마모분이 윤활유에 석여 연소실을 통하여 배출되는 금속 마모 물질을 포함한다. 상기 디젤엔진 매연여과장치(DPF)는 배기가스 흐름에서 디젤 산화 촉매(DOC)의 하류에 배치된다.The particulate matter (PM) is soot or carbon, soluble organic substances (SOF), ash generated when the lubricant and additives are burned, and metal wear constituting the engine is deposited in the lubricant through the combustion chamber. Metal exhaust material that is released. The diesel engine particulate filter (DPF) is disposed downstream of the diesel oxidation catalyst (DOC) in the exhaust gas stream.

디젤엔진 차량에 적용되는 상기 매연여과장치(DPF)는 엔진에서 발생되는 매연을 물리적으로 포집하였다가 일정량이 쌓이면 엔진의 배기열로 포집된 매연을 산화시키고 다시 매연을 포집하는 싸이클의 역할을 하는 장치로 국내에서는 2006년부터 디젤 승용차량 등에 적용되었다.The particulate filter (DPF) applied to a diesel engine vehicle is a device that physically collects soot generated from an engine, and when a predetermined amount accumulates, oxidizes the soot collected by the exhaust heat of the engine and again collects the soot. In Korea, it has been applied to diesel passenger cars since 2006.

상기 매연여과장치는 통상 터보차저의 후단이나 배기파이프의 중간 부분에 설치되어 배기가스 중의 입자상 물질을 포집하여 대기중으로 배출되는 것을 막게 된다.The soot filtration device is usually installed at the rear end of the turbocharger or in the middle of the exhaust pipe to collect particulate matter in the exhaust gas and prevent it from being discharged into the atmosphere.

한편, 기존에는 매연여과장치(DPF)에 포집되는 매연의 양은 매연여과장치 전후단의 압력차와 배출되는 배기가스 유량과의 관계를 이용하여 산출하게 되며, 포집된 매연을 산화시킬 때에도 매연여과장치 내에 잔존하는 매연의 질량 또한 매연여과장치 전후단의 압력 차이를 이용하여 산출한다.Meanwhile, the amount of soot collected in the soot filter device (DPF) is calculated by using the relationship between the pressure difference between the front and rear end of the soot filter device and the exhaust gas flow rate, and the soot filter device even when oxidizing the collected soot. The mass of soot remaining in the gas is also calculated using the pressure difference between the front and rear ends of the soot filtration device.

즉, 기존에는 매연여과장치에 연결된 차압센서(도시는 생략함)를 통해 측정된 매연여과장치 전후단의 압력차와 배출가스 유량과의 관계를 이용하여 상기 매연여과장치에 포집된 매연의 양을 산출하는 한편, 포집된 매연을 산화시키는 과정(재생과정)에서도 상기 차압센서를 통해 측정된 매연여과장치 전후단의 압력차를 이용하여 필터 내에 잔존하는 매연을 질량을 산출하였다. That is, the amount of soot collected in the soot filtration device is measured by using the relationship between the pressure difference between the front and rear ends of the soot filtration device and the discharge gas flow rate measured through a differential pressure sensor (not shown) connected to the soot filtration device. Meanwhile, in the process of oxidizing the collected soot (regeneration process), the mass of the soot remaining in the filter was calculated using the pressure difference between the front and rear ends of the soot filtration device measured by the differential pressure sensor.

그러나, 매연여과장치 전후단의 압력차를 이용하여 포집된 매연에 대한 산화율을 산출하게 되는 기존의 방식은 다음과 같은 문제점을 내포하고 있다.However, the conventional method of calculating the oxidation rate of the collected soot using the pressure difference between the front and rear ends of the soot filtration device has the following problems.

먼저, 차압센서와 연결된 파이프 및 연결튜브 내부에서 배출 가스 중의 응축수의 동결 또는 매연 입자의 퇴적으로 인하여 관로가 막히거나 가스 누출이 발생하는 등의 장애로 인하여 정확한 압력차 측정이 불가능한 경우가 빈번히 발생하게 된다.First, it is often impossible to accurately measure the difference in pressure due to a blockage of a pipe or a gas leak due to freezing of condensate in the exhaust gas or deposition of soot particles in the pipe and connecting tube connected to the differential pressure sensor. do.

즉, 기존의 산화율 산출 방식은 매연여과장치 전후단의 압력차를 이용하게 되는데, 차압 측정을 위해 압력센서로 연결되는 파이프 중 매연여과장치 입구측의 파이프 및 연결튜브가 엔진에서 배출되는 배출 가스 내의 수분의 응축으로 인해 막히게 되거나, 동절기에는 상기 응축수 동결로 인해 막히게 되며, 차압 측정을 위해 차압센서로 연결되는 파이프 관내에 매연 입자가 퇴적되는 등으로 인하여 관로가 막히게 되는 경우가 빈번히 발생된다. 그리고, 이와 더불어 차량의 경우 운행시 수반되는 진동이나 부품의 노후화 등으로 인해 가스 누출이 빈번하게 발생하여, 포집된 매연의 산화과정에서 산화율을 정확히 측정하지 못하는 문제점이 있었다.That is, the conventional oxidation rate calculation method uses the pressure difference between the front and rear end of the smoke filtration device. Among the pipes connected to the pressure sensor for measuring the differential pressure, the pipe and the connection tube at the inlet side of the smoke filtration device are discharged from the engine. The water is blocked due to condensation of water, or in winter, the water is blocked due to freezing of the condensate, and the pipe is frequently blocked due to the accumulation of soot particles in the pipe pipe connected to the differential pressure sensor for measuring the differential pressure. In addition, in the case of a vehicle, a gas leak occurs frequently due to vibrations or aging of components, which causes a problem in that the oxidation rate cannot be accurately measured during oxidation of the collected soot.

또한 매연여과장치 전후단의 압력차이를 이용하여 포집된 매연을 산출하는 종래의 기술로는 포집된 매연에 의한 차압 증가분과 재생과정을 통하여 제거할 수 없는 재(ash) 또는 금속 마모분과 같은 비탄소 물질의 포집으로 인한 차압 증가분을 분별할 수 없기 때문에 비탄소 물질이 포집되어도 매연이 포집된 것으로 인식하고 재생을 시도하게 되는 단점이 있다.In addition, the conventional method of calculating the collected soot using the pressure difference between the front and rear of the soot filtration device is non-carbon such as ash or metal wear powder which cannot be removed through the regeneration process and the differential pressure increase caused by the collected soot. Since the differential pressure increase due to the capture of the material cannot be discerned, there is a disadvantage in that even though the non-carbon material is collected, the smoke is collected and the regeneration is attempted.

한편, 상기한 문제로 인해 포집된 입자상 물질에 대한 산화과정(즉, 재생과정)에서 잔존하는 매연의 질량 산출이 어렵고 매연의 산화 제어가 어려워 매연여과장치를 원활히 재생시키지 못함에 따라, 현재로서는 대부분의 매연여과장치가 재생 불량으로 폐기되거나 차령의 고령화로 차체와 함께 폐기되어 버림으로써 막대한 자원이 낭비되는 상황이 초래되고 있는 실정이다.On the other hand, due to the above problem, it is difficult to calculate the mass of soot remaining in the oxidation process (i.e., regeneration process) of the collected particulate matter and difficult to control the oxidation of soot. The situation is that a large amount of resources are wasted due to the waste filter of wastes being discarded due to poor regeneration or with the car body due to the aging of the vehicle.

즉, 매연여과장치의 재생을 위해 포집된 매연에 대한 산화과정(즉, 필터 재생과정)에서 산화율의 산출이 실시간으로 정확히 이루어지고 비탄소 물질에 대한 차압 증가분이 정확히 산출된다면, 포집된 매연의 산화 제어가 보다 효율적으로 이루어질 수 있다. 매연여과장치의 주 구조는 세라믹 담체에 귀금속을 코팅한 구조로 되어 있기 때문에 포집된 매연의 효율적 산화 제어만 이루어지면 신제품에 준하는 성능을 발휘할 수 있어, 막대한 자원의 효율적 이용 및 환경 보호가 가능해지나 현재는 그렇지 못한 실정이다.In other words, if the oxidation rate is accurately calculated in real time in the oxidation process (ie, filter regeneration process) of the collected soot for regeneration of the soot filtration device, and the differential pressure increase for non-carbon materials is accurately calculated, oxidation of the collected soot Control can be made more efficient. Since the main structure of the soot filtration device is a structure coated with a precious metal on the ceramic carrier, only the efficient oxidation control of the collected soot can achieve the performance equivalent to the new product, which enables efficient use of enormous resources and environmental protection. Is not true.

한편, 상기 매연여과장치는 통상 터보차저의 후단이나 배기파이프의 중간 부분(차량 바닥 하면(under floor))에 설치되어 배기가스 중의 매연을 포집하여 대기중으로 배출되는 것을 막게 되는데, 매연의 포집량이 일정 정도 이상으로 증가하면 연료의 후분사(post injection)를 통해 배기가스 온도를 상승시켜 연소시킴으로써 매연여과장치의 재생이 이루어지도록 되어 있다.On the other hand, the soot filtration device is usually installed at the rear end of the turbocharger or in the middle of the exhaust pipe (under floor) to collect the soot in the exhaust gas and to prevent it from being discharged into the atmosphere. Increasing above this level, the exhaust gas temperature is increased and burned through post injection of the fuel, thereby regenerating the soot filtration device.

그러나, 상기와 같은 연료 후분사에 의한 매연여과장치의 재생시, 기존에는 매연의 산화율 측정 및 산화 제어가 정확히 이루어질 수 없어 실제 매연의 산화가 종료되었음에도 비탄소 입자상 물질에 의한 차압 증가분으로 인하여 제어부에서는 매연이 잔류하는 것으로 인식하고 매연여과장치의 재생을 위해 불필요하게 연료 후분사가 이루어짐에 따라, 연료 소모율이 저하되는 문제점이 있고, 후분사에 의한 배기가스의 급격한 온도상승은 필터의 내구성을 떨어뜨릴 뿐 아니라 과도한 후분사 연료는 대기중으로 방출되어 공기오염을 유발하게 된다.However, when regenerating the soot filtration device by the fuel post-injection as described above, the oxidation rate measurement and the oxidation control of the soot cannot be precisely performed in the past. Recognizing that soot remains, and after fuel injection is unnecessary for regeneration of the soot filtration device, there is a problem that the fuel consumption rate is lowered, and the abrupt temperature rise of the exhaust gas by the post injection decreases the durability of the filter. In addition, excessive after injection fuel is released into the atmosphere, causing air pollution.

따라서, 포집된 매연의 산화율을 실시간으로 정확히 산출하고 탄소 퇴적에 의한 차압 증가분과 비탄소 물질 퇴적에 의한 차압 증가분을 분별할 수 있으면, 연료 소모율의 저하를 최소화함과 아울러 매연여과장치의 내구성 저하를 최소화할 수 있도록 필터 재생을 위한 연료 후분사 제어를 보다 효율적으로 할 수 있는 기술 개발이 절실하다.Therefore, if the oxidation rate of the collected soot can be accurately calculated in real time and the differential pressure increase due to carbon deposition and the differential pressure increase due to non-carbon material deposition can be minimized, the fuel consumption rate will be minimized and the durability of the soot filtration device will be minimized. In order to achieve this, there is an urgent need to develop a technology for more efficient post injection control for filter regeneration.

특허문헌1: 대한민국 공개특허공보 10-2010-0138343호(2010.12.31)Patent Document 1: Republic of Korea Patent Publication No. 10-2010-0138343 (2010.12.31) 특허문헌2: 대한민국 공개특허공보 10-2011-0013217호(2011.02.09)Patent Document 2: Republic of Korea Patent Publication No. 10-2011-0013217 (2011.02.09) 특허문헌3: 대한민국 공개특허공보 10-2007-0024064호((2007.03.02)Patent Document 3: Republic of Korea Patent Application Publication No. 10-2007-0024064 ((2007.03.02) 특허문헌4: 일본 공개특허공보 2011-157924호(2011.8.18)Patent Document 4: Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-157924 (2011.8.18)

본 발명은 상기한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 디젤엔진의 매연여과장치에 있어서 기존의 차압을 측정하는 방식의 한계를 뛰어넘어, 디젤엔진 매연여과장치의 재생시 포집된 매연에 대한 산화율을 실시간으로 정확하게 측정하고 탄소와 비탄소 물질의 퇴적량을 측정할 수 있게 함으로써, 디젤엔진 매연여과장치의 재생(Regeneration)과정에서의 산화 제어가 보다 효율적으로 이루어질 수 있도록 하는 매연 산화율 측정장치 및 매연 산화율 측정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above problems, beyond the limitation of the conventional method of measuring the differential pressure in the diesel soot filter of diesel engine, the oxidation rate for the soot collected during the regeneration of the diesel engine soot filter in real time Soot oxidation rate measurement device and soot oxidation rate measurement device to enable more efficient oxidation control in regeneration process of diesel engine soot filtration system by enabling accurate measurement and deposition of carbon and non-carbon materials. The purpose is to provide a method.

한편, 본 발명은 온도센서를 이용한 매연 산화율 측정 방법을 이용하여 디젤엔진 매연여과장치의 재생(Regeneration) 과정에서 연료 후분사 제어를 효율적으로 수행함으로써, 연료 소모율의 저하를 최소화함과 아울러 매연여과장치의 내구성을 높일 수 있는 매연여과장치 재생방법을 제공하는데 그 목적이 있다.On the other hand, the present invention by efficiently performing the fuel injection control during the regeneration of the diesel engine soot filter using a method for measuring soot oxidation rate using a temperature sensor, while minimizing the reduction of fuel consumption rate and soot filter device The purpose of the present invention is to provide a method for regenerating a soot filtration device which can increase the durability of the filter.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 디젤엔진으로부터 배출되는 배기가스 중에 포함된 입자상 물질을 포집하는 매연여과장치를 구비한 것에 있어서;In order to achieve the above object, the present invention is to provide a soot filtration device for collecting particulate matter contained in the exhaust gas discharged from the diesel engine;

상기 매연여과장치 상류측에 설치되는 디젤 산화 촉매(DOC)와, A diesel oxidation catalyst (DOC) installed upstream of the particulate filter,

상기 매연여과장치 통과 전의 배기가스 온도 측정을 위해 디젤 산화 촉매와 매연여과장치 사이에 설치되는 제1온도센서와,A first temperature sensor installed between the diesel oxidation catalyst and the soot filtration device to measure the exhaust gas temperature before passing through the soot filtration device;

상기 매연여과장치 후단에 상기 매연여과장치를 통과한 후의 배기가스 온도 측정을 위해 설치되는 제2온도센서와,A second temperature sensor installed at a rear end of the soot filtration device for measuring exhaust gas temperature after passing the soot filtration device;

상기 제1온도센서와 제2온도센서에 의해 측정된 실시간 온도 데이터를 이용하여 실시간 매연 산화율을 산출하는 제어부를 포함하는 디젤엔진 매연여과장치의 매연 포집량 및 산화율 측정장치.And a control unit for calculating a real-time soot oxidation rate by using real-time temperature data measured by the first temperature sensor and the second temperature sensor.

한편, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 형태에 따르면, 디젤엔진으로부터 배출되는 배기가스 중에 포함된 입자상 물질을 포집하는 매연여과장치의 매연 산화율 측정 방법에 있어서;On the other hand, according to another aspect of the present invention for achieving the above object, in the soot oxidation rate measuring method of the soot filtration device for collecting particulate matter contained in the exhaust gas discharged from the diesel engine;

(A) 상기 매연여과장치 전단 및 후단의 배기가스 온도를 측정하여 실시간 온도 데이터를 얻는 단계, 및(A) measuring the exhaust gas temperature before and after the soot filter device to obtain real-time temperature data, and

(B) 상기 단계 (A)에서 얻어진 매연여과장치 전단 및 후단의 배기가스 온도데이터를 이용하여 산화되는 매연의 산화율을 실시간으로 산출하는 단계를 포함하는 디젤엔진 매연여과장치의 산화율 측정방법이 제공된다.(B) there is provided a method for measuring the oxidation rate of a diesel engine particulate filter, comprising calculating in real time the oxidation rate of the oxidized soot using the exhaust gas temperature data at the front and rear ends of the particulate filter obtained in step (A). .

이때, 상기 단계 (B)는, φ C 를 매연의 산화율, C p를 배출가스의 정압비, m를 배출가스의 질량유량, t1 을 매연여과장치(DPF) 전단의 배출가스 온도, t2 를 매연여과장치 후단의 배출가스 온도, ηC 를 매연의 연소효율, H C를 매연(카본)의 단위 질량당 발열량으로 하여,At this time, the step (B), φ C is the oxidation rate of the soot, C p is the static pressure ratio of the exhaust gas, m is the mass flow rate of the exhaust gas, t 1 is the exhaust gas temperature of the front end of the soot filter (DPF), t 2 Is the exhaust gas temperature at the end of the soot filter, η C is the combustion efficiency of soot, and H C is the calorific value per unit mass of soot (carbon),

관계식,

Figure 112012008107160-pat00001
Relationship,
Figure 112012008107160-pat00001

에 의해 매연의 산화율을 실시간으로 얻게 되는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that the oxidation rate of the soot is obtained in real time.

한편, 본 발명의 디젤엔진 매연여과장치 재생방법에 따르면, 디젤엔진으로부터 배출되는 배기가스 중에 포함된 입자상 물질을 포집하는 매연여과장치의 재생방법에 있어서,On the other hand, according to the regeneration method of the diesel engine particulate filter of the present invention, in the regeneration method of the particulate filter contained in the particulate matter contained in the exhaust gas discharged from the diesel engine,

(A) 상기 매연여과장치 전단 및 후단의 배기가스 온도를 측정하여 실시간 온도 데이터를 얻는 단계; (A) measuring real-time temperature data by measuring exhaust gas temperatures at the front and rear ends of the particulate filter;

(B) 상기 단계 (A)에서 얻어진 매연여과장치 전단 및 후단의 배기가스 온도를 비교하여 매연여과장치에서의 산화진행 혹은 산화종료 여부를 판단하는 단계;(B) comparing the exhaust gas temperature of the front and rear end of the soot filter obtained in step (A) to determine whether the oxidation progress or the end of oxidation in the soot filter;

(C) 상기 단계 (B)에 따라 산화진행 중으로 판단된 경우, 상기 단계 (A)에서 얻어진 매연여과장치 전단 및 후단의 배기가스 온도 데이터를 이용하여 산화되는 매연의 산화율을 실시간으로 산출하는 단계;(C) calculating, in real time, the oxidation rate of the soot to be oxidized using the exhaust gas temperature data at the front and rear ends of the soot filtration device obtained in the step (A) when it is determined that the oxidation is in progress according to the step (B);

(D) 상기 단계 (B)에 따라 얻어진 실시간 매연 산화율과 매연여과장치 전후단의 온도 차이와의 관계식으로부터 단위 시간당 산화되는 매연의 질량을 구하는 단계;(D) calculating the mass of the soot oxidized per unit time from the relation between the real-time soot oxidation rate obtained in step (B) and the temperature difference between the front and rear ends of the soot filtration device;

(E) 상기 단계(D)에 의해 얻어지는 단위 시간당 매연의 산화량을 재생 진행 시간에 대해 적분(누적 합산)하여 실제 재생시간 동안 산화된 매연의 총량을 구하는 단계;(E) calculating the total amount of soot oxidized during the actual regeneration time by integrating (accumulating) the oxidation amount of the soot per unit time obtained by the step (D) with respect to the regeneration time;

(F) 상기 단계(E)에 의해 얻어진 산화된 매연의 총량을 재생 시작에 앞서 미리 측정된 포집된 매연의 총량에서 빼서 상기 매연여과장치에 잔존하는 매연의 양을 실시간으로 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진 매연여과장치 재생 제어방법이 제공된다.(F) calculating in real time the amount of soot remaining in the soot filtration apparatus by subtracting the total amount of oxidized soot obtained by step (E) from the total amount of collected soot prior to the start of regeneration; Provided is a method for controlling regeneration of a diesel engine particulate filter.

한편, 상기 디젤엔진 매연여과장치 재생 제어 방법에 있어서, 상기 단계 (B)는, On the other hand, in the diesel engine particulate filter regeneration control method, the step (B),

(Ⅰ) 매연여과장치 전후단의 온도차가 없는 것으로 판단되고, 상기 매연여과장치 전단의 온도가 산화진행온도(예; 550℃) 미만이면, 산화가 진행되지 않는 것으로 판단하여 연료 후분사를 통해 매연여과장치 전단의 온도를 매연 산화진행온도 이상으로 상승시키는 단계와, (Ⅰ) If it is determined that there is no temperature difference between the front and rear ends of the soot filtration device, and the temperature of the front end of the soot filtration device is less than the oxidation progress temperature (for example, 550 ° C.), it is determined that the oxidation does not proceed, so that the soot through the fuel post injection Raising the temperature of the front end of the filtration apparatus above the soot oxidation progress temperature,

(Ⅱ) 매연여과장치 전후단의 온도차가 없는 것으로 판단되고, 상기 매연여과장치 전단의 온도가 산화진행온도(예; 550℃) 이상이면, 매연의 산화가 완료된 것으로 판단하여 필터 재생을 완료하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.(II) if it is determined that there is no temperature difference between the front and rear ends of the soot filtration device, and the temperature of the front end of the soot filtration device is equal to or higher than the oxidation progress temperature (eg, 550 ° C.), it is determined that oxidation of the soot is completed and the filter regeneration is completed. Characterized in that it comprises a.

또한, 본 발명은, 매연여과장치 전단의 가스 온도가 탄소가 연소되는 온도(예: 550℃) 이상인 조건에서 재생이 종료되어 매연 여과 장치 전후단의 온도차이가 없음에도 불구, 매연여과장치 전후단의 압력차이가 초기 상태 대비하여 높으면 이는 연소시킬 수 없는 비탄소 물질의 퇴적으로 판단하고 증가된 압력 차이를 이용하여 비탄소 물질의 퇴적량을 계산하는 단계를 더 포함하는 디젤엔진 매연여과장치 재생 제어방법을 제공함을 특징으로 한다. In addition, the present invention, although the regeneration is terminated under the condition that the gas temperature of the front end of the soot filtration device is higher than the temperature at which carbon is burned (for example, 550 ℃), there is no temperature difference before and after the soot filtration device, before and after the soot filtration device If the pressure difference is higher than the initial state, it is determined that the deposit of non-carbon materials that cannot be combusted, and calculating the deposition amount of the non-carbon materials by using the increased pressure difference, the diesel engine soot filter regeneration control It provides a method.

본 발명의 디젤엔진 매연여과장치의 매연 산화율 측정방법에 따른 효과는 다음과 같다.Effects of the method for measuring soot oxidation of the diesel engine soot filtration device of the present invention are as follows.

먼저, 본 발명은 디젤엔진 매연여과장치의 재생 진행시, 매연의 산화율 및 산화에 따른 매연의 잔존량 측정이 정확하게 이루어지는 효과와 비탄소 입자상 물질의 퇴적량 측정이 정확하게 이루어지는 효과가 있다.First, the present invention has an effect of accurately measuring the oxidation rate of the soot and the remaining amount of soot due to oxidation and the measurement of the deposition amount of non-carbon particulate matter during the regeneration of the diesel engine soot filtration device.

즉, 기존에는 매연여과장치 재생시 전후단의 압력차로 필터 내에 잔존하는 매연의 질량을 파악함에 따라 차압센서와 연결된 파이프 및 튜브가 배출가스 내의 수분 응축 또는 동절기 응축수 동결, 매연입자의 관내 퇴적 등의 원인으로 인해 관로가 막힘으로써, 측정된 매연 잔존량에 오류가 많았으나, 본 발명은 상기한 오류 인자에 영향을 받지 않는 제어 인자인 매연여과장치 전후단 온도를 이용하여 매연의 실시간 산화율 산출과 비탄소 물질의 퇴적량 산출이 가능함으로 인해 정확한 매연 잔존량을 구할 수 있게 된다.In other words, the existing pipes and tubes connected to the differential pressure sensor are condensed with moisture in the exhaust gas, freezing of condensate in winter, and depositing of particulates in the pipe. Due to the blockage of the pipe due to the cause, there were many errors in the measured soot residual amount, but the present invention uses the soot filtration device, which is a control factor not affected by the above error factor, to calculate the real-time oxidation rate of the soot. It is possible to calculate the deposit amount of carbonaceous material so that accurate soot residues can be obtained.

또한, 본 발명은 위에서 언급한 바와 같이, 매연의 실시간 산화율 및 잔존량 측정이 정확히 이루어짐에 따라, 매연여과장치의 재생을 위한 제어를 보다 효과적으로 할 수 있게 된다.In addition, the present invention, as mentioned above, as the real-time oxidation rate and residual amount of the soot is accurately measured, it becomes possible to more effectively control the regeneration of the soot filtration device.

즉, 기존의 경우에는 차압센서와 연결된 관로의 막힘 등의 문제와 재(ash), 금속 성분 퇴적에 기인하는 매연여과장치 전후단의 차압을 분별할 수 없었기 때문에 매연여과장치 내에 퇴적된 매연의 양을 산출하는데에 있어 오류가 많았고 이로 인해 매연여과장치 재생 과정에서도 연료 후분사 등의 제어를 효율적으로 할 수 없어, 연료 소모율의 저하 및 매연여과장치의 내구성 저하 문제가 심각했으나, 본 발명에 따르면 매연여과장치 전후단의 온도차를 이용하여 기존의 오류 원인에 관계없이 항상 정확히 실시간으로 매연의 산화율 및 잔존량을 산출함으로써, 매연여과장치 재생에 따른 연료 후분사의 효율적인 제어를 통해 디젤엔진에 있어서의 연료 소모율 저하 및 필터 내구성 저하를 효과적으로 방지할 수 있게 된다. That is, in the conventional case, the amount of soot deposited in the soot filter was not able to be distinguished from problems such as clogging of the pipe connected to the differential pressure sensor and the differential pressure between the soot and the soot due to ash and metal deposition. There were many errors in the calculation, and thus, it was not possible to efficiently control the post-injection of fuel in the process of regenerating the smoke filter, so that the problem of lowering fuel consumption and durability of the smoke filter was serious. By using the temperature difference between the front and rear of the device, the oxidation rate and residual amount of the smoke are always calculated in real time and accurately regardless of the existing error cause, and the fuel consumption rate in the diesel engine through the efficient control of the fuel after injection according to the regeneration of the smoke filter It is possible to effectively prevent deterioration and deterioration of filter durability.

또한, 본 발명은 위에서 언급한 바와 같이, 매연여과장치의 재생을 위한 제어가 효율적으로 이루어짐에 따라, 정비 불량 및 재생 불량으로 폐기되거나 고령의 차체와 함께 폐기되어 버림으로써 막대한 자원이 낭비되는 상황을 효과적으로 방지하고 환경보호에도 기여할 수 있다. In addition, the present invention, as mentioned above, as the control for the regeneration of the soot filtration device is effectively made, the situation that wastes enormous resources by discarded due to poor maintenance and poor regeneration or discarded with the old car body It can effectively prevent and contribute to environmental protection.

도 1은 본 발명에 따른 디젤엔진 매연여과장치의 온도센서 설치 구조를 보인 개략도
도 2는 도 1의 디젤엔진 매연여과장치에서의 매연의 산화과정을 설명하는 개념도
도 3은 본 발명에 따른 디젤엔진 매연여과장치의 재생에 있어서의 매연여과장치 전후단의 온도와 시간과 매연 산화율과의 관계를 보여주는 그래프
도 4는 본 발명에 따른 매연여과장치 재생 제어방법의 흐름도 1 is a schematic view showing a temperature sensor installation structure of a diesel engine particulate filter according to the present invention
2 is a conceptual diagram illustrating the oxidation process of soot in the diesel engine soot filtration device of FIG.
3 is a graph showing the relationship between the temperature and time and the soot oxidation rate of the front and rear ends of the soot filtration device in the regeneration of the diesel engine soot filtration device according to the present invention.
4 is a flow chart of a method for controlling regeneration of soot filtration device according to the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 첨부도면 도 1 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, FIGS. 1 to 4.

도 1을 참조하면, 본 발명은 디젤엔진(1)으로부터 배출되는 배기가스 중에 포함된 입자상 물질을 포집하는 매연여과장치(4)를 구비한 것에 있어서; 배기가스 흐름 상 상기 매연여과장치(4) 상류측에 설치되는 디젤 산화 촉매(3)(DOC)와, 상기 매연여과장치(4) 통과 전의 배기가스 온도 측정을 위해 디젤 산화 촉매(3)와 매연여과장치(4) 사이에 설치되는 제1온도센서(5a)와, 상기 매연여과장치(4) 후단에 상기 매연여과장치(4)를 통과한 후의 배기가스 온도 측정을 위해 설치되는 제2온도센서(5b)와, 상기 제1온도센서(5a)와 제2온도센서(5b)에 의해 측정된 실시간 온도 데이터를 이용하여 실시간 매연 산화율을 산출하는 제어부를 포함하여 구성된다.1, the present invention is provided with a soot filtration device 4 for collecting particulate matter contained in exhaust gas discharged from a diesel engine 1; Diesel oxidation catalyst 3 (DOC) installed upstream of the soot filtration device 4 in the exhaust gas flow, and the diesel oxidation catalyst 3 and soot for the exhaust gas temperature measurement before passing through the soot filtration device 4. A first temperature sensor 5a provided between the filtration devices 4 and a second temperature sensor installed for measuring exhaust gas temperature after passing through the smoke filtration device 4 at the rear end of the smoke filtration device 4; (5b) and a control unit for calculating a real-time soot oxidation rate using real-time temperature data measured by the first temperature sensor 5a and the second temperature sensor 5b.

이때, 상기 제어부는, 상기 제1온도센서(5a)와 제2온도센서(5b)의 온도 데이터 및 기타 각종 센서(공기질량 센서, 크랭크 위치 센서, 캠샤프트 위치센서, 액셀레이터 페달센서, 레일압력센서)들로부터 차량의 운전상황에 대한 각종 데이타(rpm, 스로틀 개도, 차속 등)를 전송받아 지속적으로 모니터링하는 ECU(Electronic Control Unit)일 수 있다. 한편, 미설명 부호 2는 디젤엔진(1)에 연결되는 배기 다기관이다.At this time, the control unit, the temperature data of the first temperature sensor 5a and the second temperature sensor 5b and other various sensors (air mass sensor, crank position sensor, camshaft position sensor, accelerator pedal sensor, rail pressure sensor The electronic control unit (ECU) continuously receives various data (rpm, throttle opening degree, vehicle speed, etc.) of the vehicle driving condition from the vehicle. On the other hand, reference numeral 2 is an exhaust manifold connected to the diesel engine 1.

이와 같이 구성된 본 발명의 매연여과장치에서의 온도센서를 이용한 산화율 산출 과정은 다음과 같다. The oxidation rate calculation process using the temperature sensor in the soot filtration device of the present invention configured as described above is as follows.

먼저, 디젤엔진(1)으로부터 배출되는 배기가스 중에 포함된 입자상 물질을 포집하는 매연여과장치(4)(DPF)의 전단 및 후단에 각각 설치된 온도센서를 이용하여 배기가스 온도를 측정하여 실시간 온도 데이터를 얻는다(단계 (A)).First, real-time temperature data by measuring the exhaust gas temperature using a temperature sensor installed at the front and rear ends of the soot filtration device 4 (DPF) for collecting particulate matter contained in the exhaust gas discharged from the diesel engine (1). (Step (A)).

그리고, 상기 단계 (A)에서 얻어진 매연여과장치(4) 전단 및 후단의 배기가스 온도데이터를 이용하여 산화되는 매연의 산화율을 실시간으로 산출한다(단계 (B)).Then, the oxidation rate of the soot oxidized is calculated in real time using the exhaust gas temperature data at the front and rear ends of the soot filtration device 4 obtained in the step (A) (step (B)).

이때, 상기 단계 (B)에서 구해지는 매연의 산화율(φ C)은, C p를 배출가스의 정압비, m를 배출가스의 질량유량, t1 을 매연여과장치(4)(DPF) 전단의 배출가스 온도, t2 를 매연여과장치(4) 후단의 배출가스 온도, ηC 를 매연의 연소효율, H C를 매연(카본)의 단위질량당 발열량이라 할 때, At this time, the oxidation rate ( φ C ) of the soot obtained in the step (B) is C p is the static pressure ratio of the exhaust gas, m is the mass flow rate of the exhaust gas, t 1 is the front of the soot filtration device 4 (DPF) When the exhaust gas temperature, t 2 is the exhaust gas temperature at the rear end of the soot filtration device 4, η C is the combustion efficiency of soot, and H C is the calorific value per unit mass of soot (carbon),

관계식,

Figure 112012008107160-pat00002
Relationship,
Figure 112012008107160-pat00002

에 의해 실시간으로 얻게 된다.By real time.

이때, 상기 매연여과장치(4) 전단 및 후단에서 검출되는 배기가스 온도값은 기존과는 달리 차압센서와 관련된 파이프와 연결튜브의 막힘 등에 따른 오류 인자에 의해 간섭받지 않으므로, 본 발명은 상기 매연여과장치(4) 전후단의 배기가스 온도값을 이용함으로 인해 정확하게 매연의 산화율을 산출할 수 있게 되는 것이다.
At this time, since the exhaust gas temperature values detected at the front and rear ends of the soot filtration device 4 are not interfered by an error factor due to the blockage of the pipe and the connection tube associated with the differential pressure sensor, the present invention provides the soot filtration. By using the exhaust gas temperature values at the front and rear ends of the device 4, the oxidation rate of the soot can be calculated accurately.

한편, 이하에서는 상기와 같이 얻어지는 본 발명의 매연의 실시간 산화율을 이용한 디젤엔진 매연여과장치의 재생 제어 과정에 대해 도 4를 참조하여 설명한다.Meanwhile, the regeneration control process of the diesel engine smoke filter using the real-time oxidation rate of the smoke of the present invention obtained as described above will be described with reference to FIG. 4.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 디젤엔진(1)으로부터 배출되는 배기가스 중에 포함된 입자상 물질을 포집하는 매연여과장치(4)의 재생 방법으로서, According to a preferred embodiment of the present invention, as a regeneration method of a soot filtration device 4 for collecting particulate matter contained in exhaust gas discharged from a diesel engine 1,

(A) 상기 매연여과장치(4) 전단 및 후단의 배기가스 온도를 제1온도센서(5a) 및 제2온도센서(5b)로 측정하여 실시간 온도 데이터를 얻는 단계, (A) measuring the exhaust gas temperature at the front and rear ends of the soot filtration device 4 with a first temperature sensor 5a and a second temperature sensor 5b to obtain real-time temperature data;

(B) 상기 단계 (A)에서 얻어진 매연여과장치(4) 전단 및 후단의 배기가스 온도를 비교하여 매연여과장치(4)에서의 산화진행 혹은 산화종료 여부를 판단하는 단계,(B) comparing the exhaust gas temperature at the front and rear ends of the soot filtration device 4 obtained in the step (A) to determine whether the oxidation progress or end of the oxidation at the soot filtration device 4;

(C) 상기 단계 (B)에 따라 산화진행 중으로 판단된 경우, 상기 단계 (A)에서 얻어진 매연여과장치(4) 전단 및 후단의 배기가스 온도 데이터를 이용하여 산화되는 매연의 산화율을 실시간으로 산출하는 단계, (C) When it is determined that the oxidation is in progress according to the step (B), the oxidation rate of the soot being oxidized is calculated in real time using the exhaust gas temperature data of the front and rear ends of the soot filtration device 4 obtained in the step (A). Steps,

(D) 상기 단계 (C)에 따라 얻어진 실시간 매연 산화율과 매연여과장치(4) 전후단의 온도 차이와의 관계식으로부터 단위 시간당 산화되는 매연의 질량을 구하는 단계,(D) calculating the mass of the soot oxidized per unit time from the relationship between the real-time soot oxidation rate obtained according to step (C) and the temperature difference between the front and rear ends of the soot filtration device (4),

(E) 상기 단계(D)에 의해 얻어지는 단위 시간당 매연의 산화량을 재생 진행 시간에 대해 적분(누적 합산)하여 실제 재생시간 동안 산화된 매연의 총량을 구하는 단계, 그리고 (E) calculating the total amount of soot oxidized during the actual regeneration time by integrating (accumulating) the oxidation amount of the soot per unit time obtained by step (D) with respect to the regeneration time; and

(F) 상기 단계(E)에 의해 얻어진 산화된 매연의 총량을 재생 시작에 앞서 미리 측정된 포집된 매연의 총량에서 빼서 상기 매연여과장치(4)에 잔존하는 매연의 양을 실시간으로 산출하는 단계를 포함하는 디젤엔진 매연여과장치 재생 제어방법이 제공된다.(F) calculating the amount of soot remaining in the soot filtration device 4 in real time by subtracting the total amount of oxidized soot obtained in step (E) from the total amount of collected soot before the start of regeneration. Provided is a diesel engine soot filtration regeneration control method comprising a.

한편, 상기 단계 (B)에 있어서, 매연여과장치(4) 전후단의 온도차가 없는 것으로 확인되고, 상기 매연여과장치(4) 전단의 온도가 설정된 산화진행온도(예; 550℃) 미만이면, 산화가 진행되지 않는 것으로 판단하여, 연료 후분사를 통해 매연여과장치(4) 전단의 온도를 매연 산화진행온도 이상으로 상승시키게 된다.On the other hand, in the step (B), it is confirmed that there is no temperature difference between the front and rear ends of the soot filtration device 4, and if the temperature of the front end of the soot filtration device 4 is lower than the set oxidation progress temperature (for example, 550 ° C), It is determined that the oxidation does not proceed, so that the temperature of the front end of the soot filtration device 4 is raised above the soot oxidation progress temperature through the fuel post-injection.

그리고, 상기 단계 (B)에 있어서, 매연여과장치(4) 전후단의 온도차가 없는 것으로 확인되고, 상기 매연여과장치(4) 전단의 온도가 설정된 산화진행온도(예; 550도) 이상이면, 매연의 산화가 완료된 것으로 판단하여 필터 재생을 완료한다. 또한 재생이 완료되어 매연여과장치 전후단의 온도차이가 없음에도 불구하고 초기 상태 대비 차압이 증가하였다면 이는 비탄소 입자상 물질에 의한 차압 증가로 판단하고 증가된 차압을 이용하여 비탄소 물질의 퇴적량을 산출한다. In step (B), it is confirmed that there is no temperature difference between the front and rear ends of the soot filtration device 4, and if the temperature of the front end of the soot filtration device 4 is equal to or higher than the set oxidation progress temperature (for example, 550 degrees), It is determined that the oxidation of the soot is completed, and the filter regeneration is completed. In addition, if the differential pressure is increased compared to the initial state despite the absence of a temperature difference between the front and rear of the soot filtration device, it is judged that the differential pressure due to the non-carbon particulate matter is increased. Calculate.

한편, 매연여과장치(4) 전후단의 온도와 상기 단계(B)에 의해 얻어지는 실시간 산화율 및, 상기 단계(D)에 의해 얻어지는 잔존 매연의 질량 값과 관련된 데이터는 매연여과장치(4)의 재생 제어를 효율적으로 수행할 수 있도록 학습 저장되는 단계(즉, 단계 (G))를 더 포함하는 것이 바람직하다.On the other hand, the data relating to the temperature before and after the soot filtering device 4, the real-time oxidation rate obtained by the step (B), and the mass value of the remaining soot obtained by the step (D) are reproduced by the soot filtering device 4. Preferably, the method further includes a step of learning storage (ie, step (G)) so as to efficiently perform the control.

예컨대, 학습 저장된 온도와 산화율, 잔존 매연량 등의 데이터는 매연여과장치(4) 재생 작업이 중지되었다가 새로 이루어질 때 매연여과장치(4)의 재생 제어를 위한 데이터로서 활용될 수 있다.For example, data such as the stored temperature, oxidation rate, amount of remaining smoke, and the like may be used as data for controlling regeneration of the soot filtration device 4 when the regeneration operation of the soot filtration device 4 is stopped and newly made.

그리고, 상기 단계(F)에서 산출된 매연의 잔존량이 '영(0)'이 되면 매연여과장치(4)의 재생 과정을 완료하는 단계(즉, 단계 (H))를 더 포함할 수 있다.Further, when the residual amount of smoke calculated in the step (F) is 'zero (0)' may further comprise a step (ie, step (H)) to complete the regeneration process of the soot filtration device (4).

도 3의 그래프를 참조하면, 매연여과장치(4)의 매연 산화를 통한 재생(regeneration) 진행시, 산화 진행율과 매연여과장치(4) 전후단에서 검출된 온도와의 관계를 살펴보면, 포집된 매연에 대한 산화 착수 초기에는 매연여과장치(4) 전후단에서 검출된 온도의 차가 크지 않은데 반해, 산화가 진행되면서 점점 온도차가 커지게 되며, 산화가 본격적으로 진행되는 일정 시점 이후에는 매연여과장치(4) 전후단에서 검출되는 온도의 차가 최대가 되며, 일정 시점 이후에는 다시 매연여과장치(4) 전후단의 온도차가 줄어들게 되고, 포집된 매연의 산화가 완료되는 시점에는 다시 매연여과장치(4) 전후단에서 검출된 온도가 거의 동일하여 온도차가 해소됨을 알 수 있다.Referring to the graph of FIG. 3, when the regeneration progresses through the soot oxidation of the soot filtration device 4, the relationship between the oxidation progress rate and the temperature detected at the front and rear ends of the soot filtration device 4 is collected. In the initial stage of oxidation start, the difference in temperature detected at the front and rear ends of the soot filtration device 4 is not large, whereas the temperature difference gradually increases as the oxidation progresses, and the smoke filtration device 4 after a certain point in which oxidation proceeds in earnest. ) The difference in temperature detected at the front and rear ends becomes the maximum, and after a certain point, the temperature difference between the front and rear ends of the soot filtration device 4 again decreases, and when the oxidation of the collected soot is completed, the back and forth of the soot filtration device 4 again. However, it can be seen that the temperature difference is almost eliminated because the detected temperature is almost the same.

상기와 같이 매연여과장치(4)에 포집된 매연의 산화를 통한 필터 재생(regeneration)시, 매연여과장치(4)의 재생을 위한 최적의 연소 조건으로서, 제1온도센서(5a)에서의 검출 온도는 550℃~650℃ 범위 이내로 조절됨이 바람직하다.As described above, when the filter is regenerated through oxidation of the soot trapped in the soot filtration device 4, the detection at the first temperature sensor 5a is an optimum combustion condition for the regeneration of the soot filtration device 4. The temperature is preferably adjusted within the range of 550 ℃ to 650 ℃.

상기와 같이 진행되는 본 발명의 매연여과장치(4) 재생 방법이 차량에 적용된 경우를 구체적 예로 들어 설명하면 다음과 같다.The case where the method of regenerating the soot filtration device 4 according to the present invention, which is performed as described above, is applied to a vehicle as a specific example, is as follows.

차량에 적용된 매연여과장치(4)의 재생을 위하여 우선 축적된 매연의 양을 차압센서를 이용하여 검출하고, 검출된 매연의 축적량이 제어부인 ECU에 미리 입력된 제한 값(즉, 설정치) 이상인지를 판단하게 된다.To regenerate the soot filtration device 4 applied to the vehicle, the amount of soot accumulated is first detected using a differential pressure sensor, and whether the amount of soot accumulated is greater than or equal to a preset value (that is, a set value) previously input to the ECU which is a controller. Will be judged.

그리고, 상기 매연여과장치(4)에 축적된 매연의 양이 입력된 제한 값 이상일 경우, 차량이 무부하(idling) 상태인지 판단하는 단계가 진행되는바, 이때 차량이 무부하 상태가 아닌 주행상태로 판단되면, 매연여과장치(4)의 재생 수행이 필요함을 알리는 경고등 점등과 함께 ECU는 엔진으로 하여금 연료 후분사를 행하도록 명령 신호를 내릴 수 있게 된다.When the amount of smoke accumulated in the smoke filter 4 is equal to or greater than the input limit value, the step of determining whether the vehicle is in an idling state is performed, and in this case, the vehicle is determined to be a driving state, not a no load state. Then, the ECU is able to issue a command signal to the engine to perform post-injection of fuel, with the warning light on indicating that regeneration of the soot filtration device 4 needs to be performed.

한편, 상기 ECU가 연료 후분사를 행하는 명령 신호를 내리기에 앞서 매연여과장치(4)의 전단 온도를 감지하는 제1온도센서(5a)의 감지신호에 따라 ECU는 연료 후분사 명령을 내리게 되는바, 매연여과장치(4) 전단의 온도가 매연의 산화가 가능한 온도인 산화진행온도(예; 550℃) 미만이면 ECU는 엔진으로 하여금 연료 후분사를 행하도록 명령 신호를 내리게 된다. 만약, 매연여과장치(4) 전단의 온도가 매연의 산화가 가능한 온도인 산화진행온도(예; 550℃) 이상이면 연료 후분사를 행하지 않아도 매연여과장치(4)의 자연 재생이 가능하므로 연료 후분사 명령 신호를 내리지 않는다.On the other hand, before the ECU issues a command signal for fuel post-injection, the ECU issues a fuel post-injection command according to a detection signal of the first temperature sensor 5a that detects the front end temperature of the soot filtration device 4. When the temperature of the front end of the soot filtration device 4 is lower than the oxidation progress temperature (eg, 550 ° C.), which is the temperature at which the soot can be oxidized, the ECU issues a command signal to the engine to perform post-injection of fuel. If the temperature of the front end of the soot filtration device 4 is higher than the oxidation progress temperature (for example, 550 ° C.) which is the temperature at which the soot can be oxidized, it is possible to spontaneously regenerate the soot filtration device 4 without fuel post-injection. Does not issue the injection command.

그리고, 상기 ECU에 미리 입력되는 매연의 제한값은 디젤 입자상물질 필터의 종류, 재질에 따라 달라질 수 있다.In addition, the limit value of the smoke input to the ECU in advance may vary depending on the type and material of the diesel particulate filter.

따라서, 만약 매연여과장치(4) 전단의 온도가 매연의 산화가 가능한 온도인 산화진행온도(예; 550℃) 미만이고, 매연여과장치(4)에 포집된 매연의 축적량이 ECU에 미리 입력된 제한 값 이상인 것으로 확인되면 ECU가 엔진으로 하여금 연료 후분사를 행하도록 명령 신호를 내리게 된다. Therefore, if the temperature of the front end of the soot filtration device 4 is less than the oxidation progress temperature (for example, 550 ° C.) which is the temperature at which the soot can be oxidized, the amount of soot accumulated in the soot filtration device 4 is input to the ECU in advance. If it is found to be above the limit, the ECU issues a command signal to the engine to perform post-injection of the fuel.

상기 엔진에서 연료 후분사가 일어남에 따라, 배기라인으로 배출되는 배기가스의 온도는 추가 상승(약 200℃ 이상)하여, 매연여과장치(4) 내에 포집된 입자상물질(PM)이 연소되어 매연여과장치(4)의 재생이 시작된다.As the fuel post-injection occurs in the engine, the temperature of the exhaust gas discharged to the exhaust line is further increased (about 200 ° C. or more), so that particulate matter (PM) collected in the particulate filter (4) is burned and smoke filtered. Playback of the device 4 starts.

이렇게, 연료 후분사가 반복되면서 매연여과장치(4) 내에 포집된 입자상물질이 연소되는 재생이 진행되어, 매연의 산화가 더 이상 일어나지 않게 되면, 매연여과장치(4) 전후단의 온도 차이가 발생하지 않게 되고, 이에 따라 매연여과장치(4)의 재생이 완료된다.As such, after the fuel injection is repeated, the regeneration of the particulate matter trapped in the smoke filter 4 is combusted, and the oxidation of the smoke does not occur any more, so that the temperature difference between the front and rear ends of the smoke filter 4 is generated. The regeneration of the soot filtration device 4 is thereby completed.

매연여과장치 전후단의 온도차이가 발생하지 않아 재생이 완료된 것으로 판단된 후에 매연여과장치 전후단의 압력차이가 초기 상태 대비하여 높으면 이는 비탄소 입자상 물질의 퇴적에 의한 것으로 판단하고 증가된 압력 차이를 이용하여 비탄소 입자상물질의 양을 계산하여 ECU에 학습 저장한다. If it is judged that the regeneration is completed because there is no temperature difference between the front and rear ends of the soot filter, if the pressure difference between the front and rear of the soot filter is higher than the initial state, it is determined by the deposition of non-carbon particulate matter and the increased pressure difference The amount of non-carbon particulate matter is calculated and stored in the ECU.

상기의 매연여과장치(4) 재생제어 과정에서, 제어부인 ECU(Electronic Control Unit)는 배기계 내의 압력 및 온도차를 지속적으로 모니터링(Monitering)하면서 수신된 각종 데이타, 배기시스템 내의 압력 및 매연여과장치(4) 전후단의 실시간으로 측정된 온도 데이터에 근거하여 미리 입력된 계산식(관계식)에 따라 연산을 하여, 상기 매연여과장치(4) 내에 축적된 매연의 산화 진행시의 산화율 및 잔존량을 산출하게 된다. In the regeneration control process of the particulate filter 4, the controller (Electronic Control Unit) ECU controls various data received while monitoring the pressure and temperature difference in the exhaust system, the pressure in the exhaust system and the particulate filter 4 ) The oxidation rate and the remaining amount at the time of the oxidation progress of the soot accumulated in the soot filter 4 are calculated by performing calculation according to a previously inputted calculation formula (relationship) based on the temperature data measured in real time at the front and rear ends. .

따라서, 매연여과장치(4) 전후단의 온도 차이를 통해 매연여과장치(4)의 재생 완료 여부를 판단할 수도 있지만, 본 발명의 재생 제어 방법에 따르면, 잔존 매연량이 실시간으로 산출되므로 잔존 매연량의 산출 값이 '영(0)'으로 출력되면 매연여과장치(4)의 재생 과정을 완료하는 명령 신호를 내리게 제어할 수도 있다.
Therefore, although it is possible to determine whether the regeneration of the soot filtration device 4 is completed through the temperature difference between the front and rear ends of the soot filtration device 4, according to the regeneration control method of the present invention, since the remaining soot is calculated in real time, the remaining soot amount. If the calculated value of '0' is outputted as '0', the command signal for completing the regeneration process of the soot filtration device 4 may be controlled.

한편, 본 발명은 상기한 실시 예로 한정되지 아니하며, 본 발명의 기술사상의 범주를 벗어나지 않는 한, 여러 가지 다양한 형태로 변경 및 수정하는 것이 가능함은 물론이다.On the other hand, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and may be changed and modified in various forms without departing from the scope of the technical spirit of the present invention.

그러므로, 상기한 실시 예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수 있음은 당업자에게는 당연한 사항이라 할 것이다.Therefore, it is to be understood by those skilled in the art that the above-described embodiments are to be considered as illustrative and not restrictive, and therefore, the invention is not limited to the above description but may be modified within the scope and equivalents of the appended claims. Will be called.

본 발명은 매연여과장치 전후단의 온도를 이용하여 매연의 산화율을 산출함으로써, 매연여과장치의 재생(Regeneration)을 효과적으로 제어하여 매연여과장치의 재생 불량으로 인한 자원 낭비를 효과적으로 방지하고 환경보호에도 기여할 수 있으므로, 자동차 개발·정비 분야 및 산업용 엔진의 개발·정비 분야에 효과적으로 적용가능하며, 따라서 산업상 이용 가능성이 매우 높은 발명이다.The present invention calculates the oxidation rate of soot using the temperature before and after the soot filter, and effectively controls the regeneration of the soot filter, thereby effectively preventing resource waste due to the poor regeneration of the soot filter and contributing to environmental protection. Therefore, the present invention can be effectively applied to the field of automobile development and maintenance, and to the field of development and maintenance of industrial engine.

1: 디젤엔진 2: 배기 다기관
3: 디젤 산화 촉매 4: 매연여과장치
5a: 제1온도센서 5b: 제2온도센서
6: 머플러1: diesel engine 2: exhaust manifold
3: diesel oxidation catalyst 4: soot filter
5a: first temperature sensor 5b: second temperature sensor
6: muffler

Claims (6)

삭제delete 디젤엔진으로부터 배출되는 배기가스 중에 포함된 입자상 물질을 포집하는 매연여과장치의 매연 산화율 측정 방법에 있어서;
(A) 상기 매연여과장치 전단 및 후단의 배기가스 온도를 측정하여 실시간 온도 데이터를 얻는 단계, 및
(B) 상기 단계 (A)에서 얻어진 매연여과장치 전단 및 후단의 배기가스 온도데이터를 이용하여 산화되는 매연의 산화율을 실시간으로 산출하는 단계를 포함하며,
상기 단계 (B)는, φ C 를 매연의 산화율, C p를 배출가스의 정압비, m를 배출가스의 질량유량, t1 을 매연여과장치(DPF) 전단의 배출가스 온도, t2 를 매연여과장치 후단의 배출가스 온도, ηC 를 매연의 연소효율, H C를 매연(카본)의 단위시간당 발열량으로 하여,
관계식,
Figure 112013057700401-pat00003

에 의해 매연의 산화율을 실시간으로 얻게 되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진 매연여과장치의 매연 산화율 측정방법.A soot oxidation rate measuring method of a soot filtration device for collecting particulate matter contained in exhaust gas discharged from a diesel engine;
(A) measuring the exhaust gas temperature before and after the soot filter device to obtain real-time temperature data, and
(B) calculating in real time the oxidation rate of the soot oxidized using exhaust gas temperature data at the front and rear ends of the soot filtration device obtained in step (A),
In step (B), φ C is the oxidation rate of soot, C p is the static pressure ratio of the exhaust gas, m is the mass flow rate of the exhaust gas, t 1 is the exhaust gas temperature at the front end of the particulate filter (DPF), and soot is t 2 . With the exhaust gas temperature at the rear of the filter, η C as the combustion efficiency of soot and H C as the calorific value per unit time of soot (carbon),
Relationship,
Figure 112013057700401-pat00003

A method for measuring the soot oxidation rate of a diesel engine soot filtration device, characterized in that the soot oxidation rate is obtained in real time. 삭제delete 디젤엔진으로부터 배출되는 배기가스 중에 포함된 입자상 물질을 포집하는 매연여과장치의 재생방법에 있어서,
(A) 상기 매연여과장치 전단 및 후단의 배기가스 온도를 측정하여 실시간 온도 데이터를 얻는 단계;
(B) 상기 단계 (A)에서 얻어진 매연여과장치 전단 및 후단의 배기가스 온도를 비교하여 매연여과장치에서의 산화진행 혹은 산화종료 여부를 판단하는 단계;
(C) 상기 단계 (B)에 따라 산화진행 중으로 판단된 경우, 상기 단계 (A)에서 얻어진 매연여과장치 전단 및 후단의 배기가스 온도 데이터를 이용하여 산화되는 매연의 산화율을 실시간으로 산출하는 단계;
(D) 상기 단계 (C)에 따라 얻어진 실시간 매연 산화율과 매연여과장치 전후단의 온도 차이와의 관계식으로부터 단위 시간당 산화되는 매연의 양을 구하는 단계;
(E) 상기 단계(D)에 의해 얻어지는 단위 시간당 매연의 산화량을 재생 진행 시간에 대해 적분하여 실제 재생시간 동안 산화된 매연의 총량을 구하는 단계;
(F) 상기 단계(E)에 의해 얻어진 산화된 매연의 총량을 재생 시작에 앞서 미리 측정된 포집된 매연의 총량에서 빼서 상기 매연여과장치에 잔존하는 매연의 양을 실시간으로 산출하는 단계;를 포함하되,
상기 단계 (C)는, φ C 를 매연의 산화율, C p를 배출가스의 정압비, m를 배출가스의 질량유량, t1 을 매연여과장치(DPF) 전단의 배출가스 온도, t2 를 매연여과장치 후단의 배출가스 온도, ηC 를 매연의 연소효율, H C를 매연(카본)의 단위시간당 발열량으로 하여,
관계식,
Figure 112013057700401-pat00008

에 의해 매연의 산화율을 실시간으로 얻게 되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진 매연여과장치 재생 제어방법.In the regeneration method of the soot filtration device for collecting particulate matter contained in the exhaust gas discharged from the diesel engine,
(A) measuring real-time temperature data by measuring exhaust gas temperatures at the front and rear ends of the particulate filter;
(B) comparing the exhaust gas temperature of the front and rear end of the soot filter obtained in step (A) to determine whether the oxidation progress or the end of oxidation in the soot filter;
(C) calculating, in real time, the oxidation rate of the soot to be oxidized using the exhaust gas temperature data at the front and rear ends of the soot filtration device obtained in the step (A) when it is determined that the oxidation is in progress according to the step (B);
(D) calculating the amount of soot oxidized per unit time from the relationship between the real-time soot oxidation rate obtained in step (C) and the temperature difference between the front and rear ends of the soot filtration device;
(E) calculating the total amount of soot oxidized during the actual regeneration time by integrating the oxidation amount of the soot per unit time obtained by step (D) with respect to the regeneration time;
(F) calculating in real time the amount of soot remaining in the soot filtration apparatus by subtracting the total amount of oxidized soot obtained by step (E) from the total amount of collected soot prior to the start of regeneration; But
In step (C), φ C is the oxidation rate of soot, C p is the static pressure ratio of the exhaust gas, m is the mass flow rate of the exhaust gas, t 1 is the exhaust gas temperature at the front of the soot filtration device (DPF), and soot is t 2 . With the exhaust gas temperature at the rear of the filter, η C as the combustion efficiency of soot and H C as the calorific value per unit time of soot (carbon),
Relationship,
Figure 112013057700401-pat00008

Regeneration control method of a diesel engine soot filtration device, characterized in that to obtain the oxidation rate of the soot in real time. 삭제delete 제 4 항에 있어서,
상기 단계 (B)는, 매연여과장치 전후단의 온도차가 없는 것으로 판단되고, 상기 매연여과장치 전단의 온도가 산화진행온도 이상임에도 불구, 매연여과장치 전후단의 압력차이가 초기 상태에 대비하여 높을 경우,
연소시킬 수 없는 비탄소물질의 퇴적으로 판단하고, 증가된 압력 차이에 따른 비탄소물질의 퇴적량을 산출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진 매연여과장치 재생 제어방법. 5. The method of claim 4,
In step (B), it is determined that there is no temperature difference between the front and rear ends of the soot filtration device, and even though the temperature of the front end of the soot filtration device is higher than the oxidation progress temperature, the pressure difference between the front and rear ends of the soot filtration device may be higher than the initial state. Occation,
Determining the deposition of non-carbon material that can not be burned, and calculating the deposition amount of the non-carbon material according to the increased pressure difference, the diesel engine smoke filter regeneration control method characterized in that it further comprises.
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