KR20070062309A

KR20070062309A - 디젤 자동차의 매연 포집필터 진단장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20070062309A
Application number: KR1020050122122A
Authority: KR
Inventors: 임용섭
Original assignee: 기아자동차주식회사
Priority date: 2005-12-12
Filing date: 2005-12-12
Publication date: 2007-06-15

Abstract

디젤 자동차에서 디젤 입자상 물질필터의 후단에 그을음의 리크를 모니터링할 수 있는 수단을 장착하여 매연 포집필터의 리크 여부를 진단할 수 있도록 하는 것으로,

엔진과, 배기관의 소정 위치에 장착되어 배기가스중에 포함된 입자상 물질을 포집하고, 일정한 조건에서 포집된 입자상 물질을 태워 재생하는 제1매연 포집필터와, 제1매연 포집필터의 전후에 장착되어 엔진에서 배출되는 배기가스의 유량과 제1매연 포집필터를 통과한 배기가스의 유량을 검출하는 제1,제2센서를 포함하며,

상기 제1매연 포집필터의 후단에 연결되는 배기관의 소정 위치에 장착되어 제1매연 포집필터를 통해 배출되는 입자상 물질을 포집하는 제2매연 포집필터와, 제2매연 포집필터의 전후에 장착되어 제2매연 포집필터에 유입되는 배기가스 유량과 제2매연 포집필터를 통과한 배기가스의 유량을 검출하는 제3,제4센서와, 제1,제2센서의 차압으로부터 상기 제1매연 포집필터에 포집된 입자상 물질의 포집량을 검출하여 엔진 후분사 제어를 통한 재생 여부를 결정 제어하고, 제3,제4센서의 차압으로부터 제1매연 포집필터의 파손 여부를 진단하는 제어부를 포함한다.

디젤 입자상 물질필터, 매연 포집필터, 그을음, 파손

Description

디젤 자동차의 매연 포집필터 진단장치 및 그 방법{DIESEL CATALYZE PARTICULATE FILTER DIAGNOSIS SYSTEM OF DIESEL VEHICLE AND METHOD THEREOF}

도 1은 본 발명에 따른 디젤 자동차의 매연 포집필터 진단장치에 대한 개략적인 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 디젤 자동차에 적용되는 매연 포집필터 진단장치에 대한 상세 구성도.

도 3은 본 발명에 따른 디젤 자동차에서 매연 포집필터 진단을 수행하는 일 실시예의 흐름도.

도 4는 종래의 디젤 자동차에서 매연 포집필터 진단장치에 대한 개략적인 구성도.

도 5는 디젤 자동차에 적용되는 매연 포집필터의 각 상태를 도시한 도면.

도 6은 디젤 자동차에 적용되는 매연 포집필터의 각 상태별 압력을 도시한 그래프.

도 7은 디젤 자동차에 적용되는 매연 포집필터의 각 파손 상태를 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

101 : 엔진 102 : 배기관

130 : 산화촉매 104 : 제1매연 포집필터

105 : 제1센서 106 : 제2센서

107 : 제2매연 포집필터 108 : 제3센서

109 : 제4센서 110 : 제어부

본 발명은 유럽 배기가스 규제 법규인 EURO-4에 대응하기 위해 디젤 입자상 물질필터(Diesel Particulate Filter ; DPF)가 장착되는 디젤 자동차에 관한 것으로, 더 상세하게는 디젤 입자상 물질필터의 후단에 그을음의 리크(Soot Leak)를 모니터링할 수 있는 수단을 장착하여 매연 포집필터의 리크 여부를 진단할 수 있도록 하는 디젤 자동차에서 매연 포집필터 진단장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 디젤 자동차에 적용되는 엔진은 뛰어난 연비, 출력 등에도 불구하고, 디젤 엔진의 특성상 공기 과잉율이 큰 상태에서 연소가 이루어지기 때문에 배출가스 중에는 가솔린 엔진과는 달리 일산화탄소(CO)나 탄화수소(HC)의 배출량이 적은 반면 질소산화물(이하, "NOx" 라 한다.)과 입자성물질(PM)이 상당히 많이 배출되는 단점이 있다.

입자상 물질(PM)의 배출에 대하여 연소 제어를 통해 많은 저감이 이루어지고 있으나, 입자성 물질(PM)과 Nox는 서로 상반되는 관계가 있어 Nox를 줄이면 입자상 물질(PM)이 증가하고, 입자상 물질(PM)을 줄이면 반대로 Nox가 증가하게 되어 양자 를 동시에 저감 제어하는데 있어 다소간의 곤란한 상황이 발생된다.

특히, 최근들어 입자상 물질(PM)은 대기를 오염시키는 가장 중요한 주원인으로 각종 매체에서 보도되고, 인체에 많은 해를 미친다.

이러한 입자상 물질(PM)을 저감시키기 위하여 첨부된 도 4에 도시된 바와 같이, 엔진(10)과 연결되는 배기관(20)의 소정 위치에 산화촉매(30)와 매연 포집필터(40)로 이루어지는 디젤 입자상 물질필터(DPF)를 장착하고, 상기 디젤 입자상 물질필터의 전후에 각각 제1센서(50)와 제2센서(60)를 장착하여, 엔진의 제반적인 동작을 제어하는 제어부(70)에 연결한다.

따라서, 제어부(70)는 제1센서(50)와 제2센서(50)에서 검출되는 신호의 차압으로부터 매연 포집필터(40)에 포집된 입자상 물질(PM)의 포집량을 검출하여 설정된 기준량 이상의 포집으로 판단되면 엔진(10)을 후분사 제어(Post Injection)하여 배기가스의 온도를 일정온도 이상으로 승온시킴으로써 포집된 입자상 물질(PM)을 연소시켜 제거한다.

또한, 상기 매연 포집필터(40)의 경우 차량의 내구 진행에 따라 외부의 물리적 충격 등에 의한 파손과 비정상적인 매연 과다 퇴적으로 재생시 온도의 과다 상승으로 인한 파손 및 정상적인 매연 퇴적후 재생시 엔진오일 등의 유입에 따른 온도 과다 상승으로 인한 파손 등이 발생하게 된다.

따라서, 상기 제어부(70)는 상기 제1센서(50)와 제2센서(50)에서 검출되는 신호의 차압으로부터 매연 포집필터(40)의 파손 여부를 모니터링하여 문제 발생시에 엔진 경고등을 점등하여 차량 정비를 유도한다.

도 5는 상기 매연 포집필터(40)의 상태를 도시한 것으로, (가)는 엔진(10)의 후분사 제어를 통해 재생된 상태이고, (나)는 주행에 따라 매연이 퇴적되어 배압이 상승하는 상태이며, (다)는 특정 요인에 의하여 임의의 부분에 파손된 상태를 나타내고 있다.

도 6은 매연 포집필터(40)의 상태에 따른 배기유량과 매연 포집필터(40) 양단간의 차압의 상관관계를 도시한 그래프이다.

그래프에서 "A"는 과다한 매연 퇴적 또는 이물질로 인한 막힘이 발생한 상태이고, "B"는 매연 혹은 이물질이 어느 정도 퇴적된 상태이며, "C"는 후분사 제어를 통해 재생된 상태이고, "D"는 특정 요인에 의하여 임의의 부분에 파손된 상태이다.

상기한 바와 같이 종래의 디젤 자동차에서 매연 포집필터의 파손 여부를 진단하는 종래의 방법은 제1센서 및 제2센서의 신호를 이용한 차압과 배기유량에 의존하므로 차압을 감지하기 위한 제1센서 혹은 제2센서가 감지할수 있는 일정 이상의 파손 조건만 감지하게 된다.

즉, 매연 포집필터가 일정 규모 이상 파손되어 차압 신호에 큰 변화가 있는 경우만 감지하게 된다.

그러므로 매연 포집필터의 일부 파손 또는 미세 파손으로 인한 매연 누출은 감지를 할 수가 없는 문제점이 발생한다.

도 7은 매연 포집필터의 다양한 파손 상태를 도시한 것으로, 케이스1 및 케이스2 경우와 같이 매연 포집필터가 완전 파손되거나 파손 정도가 큰 경우에는 제1센서 및 제2센서로부터 검출되는 차압신호가 도 6의 "D"와 같은 검출되어, 정비소 로의 유도가 가능하다.

그러나, 케이스 3의 경우와 같이 매연 포집필터가 부분 파손되었거나 케이스4의 경우와 같이 매연 포집필터에 크랙이 발생된 상태에서는 제1센서 및 제2센서의 신호를 이용한 차압으로는 매연 포집필터의 파손 여부를 감지할 수가 없는 문제점이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 디젤 입자상 물질필터의 후단에 그을음의 리크를 모니터링할 수 있는 수단을 추가 장착하여 매연 포집필터의 리크 여부를 진단할 수 있도록 한 것이다.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 배기관의 소정 위치에 배기가스중에 포함된 입자상 물질을 포집하고, 일정한 조건에서 포집된 입자상 물질을 태워 재생하는 매연 포집필터가 장착되는 디젤 자동차에 있어서,

상기 매연 포집필터의 후단에 동일한 재질의 필터로 구성되는 다른 하나의 진단용 매연 포집필터가 장착되고, 진단용 매연 포집필터의 양측에 차압센서가 각각 장착되며, 상기 차압센서의 신호로부터 매연 포집필터의 파손 여부를 진단하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 자동차의 매연 포집필터 진단장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 엔진과; 배기관의 소정 위치에 장착되어 배기가스중에 포함된 입자상 물질을 포집하고, 일정한 조건에서 포집된 입자상 물질을 태워 재생하는 제1매연 포집필터와; 제1매연 포집필터의 전후에 장착되어 엔진에서 배출되는 배기가스의 유량과 제1매연 포집필터를 통과한 배기가스의 유량을 검출하는 제1,제2센서를 포함하며,

상기 제1매연 포집필터의 후단에 연결되는 배기관의 소정 위치에 장착되어 제1매연 포집필터를 통해 배출되는 입자상 물질을 포집하는 제2매연 포집필터와; 상기 제2매연 포집필터의 전후에 장착되어 제2매연 포집필터에 유입되는 배기가스 유량과 제2매연 포집필터를 통과한 배기가스의 유량을 검출하는 제3,제4센서와; 상기 제1,제2센서의 차압으로부터 상기 제1매연 포집필터에 포집된 입자상 물질의 포집량을 검출하여 엔진 후분사 제어를 통한 재생 여부를 결정 제어하고, 제3,제4센서의 차압으로부터 제1매연 포집필터의 파손 여부를 진단하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 자동차의 매연 포집필터 진단장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 엔진의 조건이 제1매연 포집필터의 진단조건을 만족하는지 판단하는 과정과; 제1매연 포집필터의 진단조건을 만족하면, 제2매연 포집필터의 양단에 장착되는 제3,제4센서의 신호로부터 배기가스의 차압을 검출되는 과정과; 상기 검출된 차압으로부터 제2매연 포집장치에 포집된 그을음 양을 추출하는 과정과; 상기 제2매연 포집장치에 포집된 그을음 양이 설정된 기준값 이상이면 제1매연 포집필터의 파손으로 판단하여 지시하는 과정 및; 제2매연 포집장치에 포집된 그을음 양이 설정된 기준값 이하이면 제1매연 포집필터의 정상으로 판정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 자동차의 매연 포집필터 진단방법을 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설 명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 디젤 자동차의 매연 포집필터 진단장치에 대한 개략적인 구성도이다.

도시된 바와 같이, 엔진(101)과, 배기관(102), 산화촉매(103), 제1매연 포집필터(104), 제1센서(105), 제2센서(106), 제2매연 포집필터(107), 제3센서(108), 제4센서(109), 제어부(110) 및 표시부(111)를 포함하여 구성된다.

산화촉매(103)는 디젤 입자상 엔진(101)의 배기관(102) 소정 위치에 장착되는 디젤 입자상 물질??터(DPF)를 구성하는 하나의 요소로, 배기가스중에 포함된 일산화탄소(CO) 및 탄화수소(HC)를 산화(연소) 반응을 통해 정화한다.

제1매연 포집필터(104)는 디젤 입자상 물질필터(DPF)를 구성하는 다른 하나의 요소로, 상기 산화촉매(103)의 후단부에 장착되어 배기가스중에 포함된 그을음 등의 입자상 물질을 포집하고, 일정한 조건에서 포집된 입자상 물질(PM)을 태워 재생한다.

제1센서(105)는 상기 산화촉매(103) 및 제1매연 포집필터(104)로 이루어지는 디젤 입자상 물질필터(DPF)의 선단에 장착되어 엔진(101)에서 배출되는 배기가스의 유량을 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(110)에 인가한다.

제2센서(106)는 상기 산화촉매(103) 및 제1매연 포집필터(104)로 이루어지는 디젤 입자상 물질필터(DPF)의 후단에 장착되어 디젤 입자상 물질??터(DPF)를 통해 배출되는 배기가스의 유량을 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(110)에 인가한다.

제2매연 포집필터(107)는 상기 디젤 입자상 물질필터(DPF)의 후단 소정 위치 에 장착되어 디젤 입자상 물질필터(DPF)를 통해 배출되는 입자상 물질(PM)을 포집한다.

상기 제2매연 포집필터(107)는 첨부된 도 2에 도시된 바와 같이, 제1매연 포집필터(104)와 동일한 재질(SiC)로 이루어지는 원판으로 제작되며, 고정용 좌우 플랜지(107A)(107B)에 의해 디젤 입자상 물질필터(DPF)의 후단에 연결되는 배기관의 소정 위치에 결합 장착된다.

즉, 제1매연 포집필터(104)의 파손으로 인하여 그음을이 배출되는 경우 이를 2차적으로 필터링 포집한다.

제3센서(108)는 상기 제2매연 포집필터(107)의 선단에 장착되어 상기 제2매연 포집필터(107)에 유입되어지는 배기가스의 유량을 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(110)에 인가한다.

제4센서(109)는 상기 제2매연 포집필터(107)의 후단에 장착되어 상기 제2매연 포집필터(107)를 통해 배출되는 배기가스의 유량을 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(110)에 인가한다.

제어부(110)는 상기 제1,제2센서(105)(106)의 정보를 분석하여 배기가스의 차압을 검출하여 제1매연 포집필터(104)에 포집된 입자상 물질(PM)의 포집량을 검출하여 엔진(101)을 후분사 제어를 통한 재생 여부를 결정 제어한다.

또한, 상기 제어부(110)는 상기 제3센서(108)와 제4센서(109)에서 검출되는 신호의 차압으로부터 제1매연 포집필터(104)의 파손 여부를 모니터링하여 문제 발생시에 엔진 경고등의 점등 및 표시부(111)을 통한 지시로 차량 정비를 유도한다.

표시부(111)는 상기 제어부(110)의 제어신호에 따라 제1매연 포집필터(104)의 진단 결과를 지시한다.

전술한 바와 같은 기능을 포함하여 이루어지는 본 발명에서 매연 포집필터의 모니터링 및 진단에 대한 동작에 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서 제1,제2센서(105)(106)를 통한 배기가스의 차압을 검출하여 제1매연 포집필터(104)의 재생여부를 결정 및 제어하는 동작은 통상적인 동작과 동일 내지 유사하게 이루어지므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하고, 본 발명에 관련되는 매연 포집필터의 모니터링 및 진단에 대한 동작에 대해서만 설명한다.

디젤 입자상 물질필터(DPF)가 장착되는 자동차의 운행이 이루어지면, 제어부(110)는 제반적인 운전정보, 즉 엔진 회전수, 연료량의 정보, 배기온도 등의 정보를 모니터링한다(S101).

상기 모니터링 결과 엔진 회전수가 설정된 기준 회전수 범위(N1〈 엔진 회전수〈 N2)에 포함되는지 판단한다(S102).

엔진 회전수가 설정된 기준 회전수의 범위(N1〈 엔진 회전수〈 N2)에 포함되면 현재 제어되는 연료량이 설정된 기준 범위(M1〈 연료량〈 M2)에서 제어되고 있는지를 판단한다(S103).

상기 S103의 판단에서 연료량이 설정된 기준범위(M1〈 연료량〈 M2)에 포함되는 상태이면 배기가스의 온도가 설정된 기준온도 범위(T1〈 배기온도〈 T2)에 포함되는 상태인지를 판단한다(S104).

배기가스의 온도가 설정된 기준온도(T1〈 배기온도〈 T2)의 범위에 포함되는 상태이면 제1매연 포집필터의 진단조건을 만족하는 것으로 판단하여, 제2매연 포집필터(107)의 선단 및 후단에 장착되는 제3센서(108) 및 제4센서(109)의 신호를 판독하여 양단간의 차압을 검출한다(S105).

이후, 상기 검출된 제2매연 포집필터(107) 양단간의 차압을 배기유량으로 나누어 산출되는 값(그을음 양)을 설정된 기준값과 비교하여(S106), 산출된 그을음 양이 설정된 기준값을 초과하는 상태인지를 판단한다(S107).

즉, 그을음 양 = 차압(hPa) / 배기유량(l/h)

상기 배기유량은 흡입 공기량과 분사 연료량의 합으로 산출된다.

상기 S107의 판단에서 제2매연 포집필터(107)의 양단간 차압으로부터 산출되는 그을음 양이 설정된 기준값을 초과하는 상태이면 제1매연 포집필터(104)의 파손으로 판단하여 그에 대한 경고를 표시부(111)를 통해 출력하여 운전자로 하여금 차량의 정비를 유도한다(S108).

상기에서 제3센서(108)와 제4센서(109)의 차압에 대하여 단위 시간당 그을음 양의 포집 시간의 산출을 통해 제1매연 포집필터(104)의 파손 정보를 파악할 수 있게 된다.

그러나, 산출된 그음을 양이 설정된 기준값을 초과하지 않는 상태이면 제1매연 포집필터(104)는 정상적인 상태를 유지하는 것으로 판단한다(S109).

또한, 상기 S102의 판단에서 엔진 회전수가 설정된 기준 회전수의 범위에 포함되지 않거나 상기 S103의 판단에서 연료량이 설정된 기준량의 범위에 포함되지 않는 경우 혹은 배기온도가 설정된 기준온도의 범위에 포함되지 않는 경우에는 제1 매연 포집필터(104)에 대한 모니터링을 수행하지 않고 일반 운전을 유지한다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 디젤 자동차에 장착되는 매연 포집필터의 파손 여부를 안정되게 모니터링 진단함으로써, 디젤 자동차의 운전에 신뢰성을 제공하고, 그을음의 배출을 차단하여 에미션을 안정화시킨다.

Claims

배기관의 소정 위치에 배기가스중에 포함된 입자상 물질을 포집하고, 일정한 조건에서 포집된 입자상 물질을 태워 재생하는 매연 포집필터가 장착되는 디젤 자동차에 있어서,

상기 매연 포집필터의 후단에 동일한 재질의 필터로 구성되는 다른 하나의 진단용 매연 포집필터가 장착되고, 진단용 매연 포집필터의 양측에 차압센서가 각각 장착되며, 상기 차압센서의 신호로부터 매연 포집필터의 파손 여부를 진단하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 자동차의 매연 포집필터 진단장치.
제1항에 있어서,

상기 진단용 매연 포집필터는 고정용 좌우 플랜지에 의해 배기관의 소정 위치에 결합 장착되며, 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하는 것을 특징으로 하는 디젤 자동차의 매연 포집필터 진단장치.
엔진과;

배기관의 소정 위치에 장착되어 배기가스중에 포함된 입자상 물질을 포집하고, 일정한 조건에서 포집된 입자상 물질을 태워 재생하는 제1매연 포집필터와;

제1매연 포집필터의 전후에 장착되어 엔진에서 배출되는 배기가스의 유량과 제1매연 포집필터를 통과한 배기가스의 유량을 검출하는 제1,제2센서를 포함하며,

상기 제1매연 포집필터의 후단에 연결되는 배기관의 소정 위치에 장착되어 제1매연 포집필터를 통해 배출되는 입자상 물질을 포집하는 제2매연 포집필터와;

상기 제2매연 포집필터의 전후에 장착되어 제2매연 포집필터에 유입되는 배기가스 유량과 제2매연 포집필터를 통과한 배기가스의 유량을 검출하는 제3,제4센서와;

상기 제1,제2센서의 차압으로부터 상기 제1매연 포집필터에 포집된 입자상 물질의 포집량을 검출하여 엔진 후분사 제어를 통한 재생 여부를 결정 제어하고, 제3,제4센서의 차압으로부터 제1매연 포집필터의 파손 여부를 진단하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 자동차의 매연 포집필터 진단장치.
제3항에 있어서,

상기 제2매연 포집필터 상기 제1매연 포집필터와 동일한 재질로 이루어지며, 고정용 좌우 플랜지에 의해 배기관의 소정 위치에 결합 장착되는 것을 특징으로 하는 디젤 자동차의 매연 포집필터 진단장치.
제3항에 있어서,

상기 제2매연 포집필터는 제1매연 포집필터의 파손으로 배출되는 그을음을 포집하는 것을 특징으로 하는 디젤 자동차의 매연 포집필터 진단장치.
엔진의 조건이 제1매연 포집필터의 진단조건을 만족하는지 판단하는 과정과;

제1매연 포집필터의 진단조건을 만족하면, 제2매연 포집필터의 양단에 장착되는 제3,제4센서의 신호로부터 배기가스의 차압을 검출되는 과정과;

상기 검출된 차압으로부터 제2매연 포집장치에 포집된 그을음 양을 추출하는 과정과;

상기 제2매연 포집장치에 포집된 그을음 양이 설정된 기준값 이상이면 제1매연 포집필터의 파손으로 판단하여 지시하는 과정 및;

제2매연 포집장치에 포집된 그을음 양이 설정된 기준값 이하이면 제1매연 포집필터의 정상으로 판정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 자동차의 매연 포집필터 진단방법.
제6항에 있어서,

상기 제1매연 포집필터의 진단조건은 엔진 회전수가 설정된 기준회전수의 범위에 포함되고, 분사되는 연료량이 설정된 기준량의 범위에 포함되며, 배기온도가 설정된 기준온도의 범위에 포함되는 조건으로 설정되는 것을 특징으로 하는 디젤 자동차의 매연 포집필터 진단방법.