KR20120054314A

KR20120054314A - 배기가스 후처리 시스템

Info

Publication number: KR20120054314A
Application number: KR1020100115634A
Authority: KR
Inventors: 최무영
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2010-11-19
Filing date: 2010-11-19
Publication date: 2012-05-30
Also published as: US20120124977A1; DE102011051987A1; CN102477893A; JP2012112374A

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템은, 엔진에서 배출되는 배기가스가 지나는 배기라인, 상기 배기라인에 설치되어 배기가스에 포함된 유해물질을 걸러내는 가솔린입자필터, 상기 배기가스가 상기 가솔린입자필터를 바이패스 하도록 상기 배기라인에 설치되는 바이패스라인, 및 상기 엔진의 운전조건을 감지하고, 그 감지된 운전조건에 따라서 배기가스가 상기 가솔린입자필터를 지나도록 하거나, 상기 가솔린입자필터를 지나지 않고, 상기 바이패스라인을 지나도록 하는 제어부를 포함한다.
따라서, 엔진의 운전조건에 따라서, 배기가스가 가솔린입자필터를 선택적으로 통과하도록 함으로써, 연료소모를 줄이고 출력저하를 줄일 수 있다.

Description

배기가스 후처리 시스템{EXHAUST GAS POST PROCESSING SYSTEM}

본 발명은 엔진에서 배출되는 배기가스에 포함된 입자상물질을 걸러내는 가솔린입자필터(GPF: gasoline particulate filter)를 포함하는 배기가스 후처리 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 가솔린직분사(GDI: gasoline direct injection) 엔진은 실린더 내로 공기를 유입시키고, 실린더 안으로 연료를 직접 분사하는데, 디젤엔진과 같이 일정량의 입자상물질이 배기가스와 함께 배출된다.

이러한 입자상물질을 저감시키기 위해서, 가솔린입자필터(GPF: gasoline particulate filter)가 장착되기도 하는데, 상기 가솔린입자필터가 장착되는 경우, 배기라인의 배압이 증가하여, 출력이 저감되고 연료소모가 줄어드는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 가솔린 직분사 엔진에서 배기가스에 포함된 입자상물질을 걸러내는 가솔린입자필터에 의해서 유발되는 출력감소와 연료소모를 줄일 수 있는 배기가스 후처리 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 배기가스 후처리 시스템은, 엔진에서 배출되는 배기가스가 지나는 배기라인, 상기 배기라인에 설치되어 배기가스에 포함된 유해물질을 걸러내는 가솔린입자필터, 상기 배기가스가 상기 가솔린입자필터를 바이패스 하도록 상기 배기라인에 설치되는 바이패스라인, 및 상기 엔진의 운전조건을 감지하고, 그 감지된 운전조건에 따라서 배기가스가 상기 가솔린입자필터를 지나도록 하거나, 상기 가솔린입자필터를 지나지 않고, 상기 바이패스라인을 지나도록 하는 제어부를 포함한다.

상기 가솔린입자필터의 전단부에 설치되어 상기 가솔린입자필터로 유입되는 배기가스를 선택적으로 차단하는 메인밸브를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 메인밸브를 닫아서, 배기가스가 상기 바이패스라인을 지나도록 한다.

상기 바이패스라인에 설치되어 상기 바이패스라인을 지나는 배기가스를 선택적으로 차단하는 바이패스밸브를 더 포함한다.

상기 제어부는, 배기라인에 설치된 상기 가솔린입자필터를 가열시키기 위한 히팅로직이 적용되면, 배기가스가 상기 가솔린입자필터를 통과하도록 한다.

상기 제어부는, 상기 엔진의 회전수를 감지하고, 그 회전수가 설정치를 초과하면, 배기가스가 상기 가솔린입자필터를 통과하도록 한다.

상기 제어부는, 상기 엔진의 냉각수온을 감지하고, 그 냉각수온이 설정치 미만이면, 배기가스가 상기 가솔린입자필터를 통과하도록 한다.

상기 제어부는, 상기 엔진의 오일온도를 감지하고, 그 오일온도가 설정치 미만이면, 배기가스가 상기 가솔린입자필터를 통과하도록 한다.

상기 제어부는, 차량의 속도를 감지하고, 그 속도가 설정치 이상이면, 배기가스가 상기 가솔린입자필터를 통과하도록 한다.

상기 제어부는, 배기라인에 설치된 상기 가솔린입자필터를 가열시키기 위한 히팅로직이 적용되지 않고, 상기 엔진의 회전수가 설정치를 이상이고, 상기 엔진의 냉각수온이 설정치 이상이고, 상기 엔진의 오일온도가 설정치 이상이고, 차량의 속도가 설정치 미만이면, 배기가스가 상기 가솔린입자필터를 통과하지 않고, 상기 바이패스라인을 통해서 배출되도록 한다.

앞에서 기재된 바와 같이 본 발명에 따른 배기가스 후처리 시스템에서, 엔진의 운전조건에 따라서, 배기가스가 가솔린입자필터를 선택적으로 통과하도록 함으로써, 연료소모를 줄이고 출력저하를 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템을 제어하기 위한 플로우차트이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템에서 엔진의 운전조건에 따른 배기가스입자의 양을 보여주는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템에서 엔진의 운전조건과 가솔린입자필터(GPF: gasoline particulate filter)의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템에서 가솔린입자필터와 연료소모량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템에서 냉각수온과 배기가스에 포함된 입자량의 관계를 나타내는 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), 배기라인(110), 가솔린입자필터(130), 바이패스라인(140), 메인밸브(120), 바이패스밸브(150), 및 제어부(160)를 포함한다.

상기 엔진(100)에서 배출되는 배기가스가 상기 배기라인(110)을 흐르고, 상기 가솔린입자필터(130)는 배기가스에 포함된 입자상물질을 걸러낸다. 상기 엔진(100)은 가솔린직분사 엔진으로, 실린더 내로 연료를 직접 분사하는 구조를 갖는다.

상기 배기라인(110)에는 상기 가솔린입자필터(130)를 바이패스하는 바이패스라인(140)이 배치되고, 상기 바이패스라인(140)에는 상기 바이패스밸브(150)가 설치될 수 있다.

아울러, 상기 가솔린입자필터(130)의 전단부의 상기 배기라인(110)에는 상기 가솔린입자필터(130)로 유입되는 배기가스를 선택적으로 차단하는 상기 메인밸브(120)가 설치된다.

따라서, 상기 제어부(160)에 의해서, 상기 메인밸브(120)가 닫히고, 상기 바이패스밸브(150)가 열리면, 상기 배기라인(110)을 지나는 배기가스는 상기 가솔린입자필터(130)를 지나지 않고, 상기 바이패스라인(140)으로 바이패스된다.

아울러, 상기 제어부(160)에 의해서, 상기 메인밸브(120)가 열리고, 상기 바이패스밸브(150)가 닫히면, 상기 배기라인(110)을 지나는 배기가스는 상기 가솔린입자필터(130)를 지나고, 상기 바이패스라인(140)은 지나지 않는다.

특히, 배기가스가 상기 가솔린입자필터(130)를 지나는 경우, 배압이 상승하여, 출력이 저하되고, 연료의 소모가 늘어나는 문제점이 있다.

본 발명의 실시예에서는, 상기 제어부(160)는 엔진의 운전조건에 따라서, 배기가스를 선택적으로 상기 바이패스라인(140)을 통해서 바이패스 하도록 함으로써, 연료소모를 줄이고, 출력저하를 방지한다.

상기 제어부(160)는, 상기 엔진(100)의 효율적인 운전을 위해서, 상기 가솔린입자필터(130)의 히팅을 위한 히팅로직을 수행하고, 상기 엔진(100)의 회전수, 냉각수온, 오일온도, 및 차속을 감지한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템을 제어하기 위한 플로우차트이다.

도 2를 참조하면, S200에서 제어가 시작되고, S210에서 엔진(100)이 시동된다.

S220에서 촉매(산화촉매, 가솔린입자필터 등)의 히팅을 위한 로직이 수행되는지 판단된다. 상기 촉매는 가솔린입자필터를 포함하여 배기라인에 설치되는 촉매를 모두 포함할 수 있다. 상기 S220에서 촉매의 히팅을 위한 로직이 수행되면, S280에서 배기가스가 상기 가솔린입자필터(130)(GPF)를 통과하도록 한다.

S230에서, 상기 엔진(100)의 회전수(RPM: rotation per minute)가 설정수치를 초과하는 지 판단되고, 회전수가 설정수치를 초과하면, S280에서 배기가스가 상기 가솔린입자필터(130)를 통과하도록 한다.

S240에서, 상기 엔진(100)의 냉각수온이 설정온도 미만인지가 판단되고, 냉각수온이 설정온도 미만이면, S280에서 배기가스가 상기 가솔린입자필터(130)를 통과하도록 한다.

S250에서, 상기 엔진(100)의 오일온도가 설정온도 미만인지가 판단되고, 오일온도가 설정온도 미만이면, S280에서 배기가스가 상기 가솔린입자필터(130)를 통과하도록 한다.

S260에서, 차량의 차속이 설정속도를 초과하는 지 판단되고, 차속이 설정속도를 초과하면, S280에서 배기가스가 상기 가솔린입자필터(130)를 통과하도록 한다.

S220, S230, S240, S250, 및 S260에서, 촉매의 히팅로직이 수행되지 않고, 엔진(100)의 회전수가 설정값 이하이고, 냉각수온이 설정값 이상이고, 오일온도가 설정값 이상이며, 차속이 설정값 이하이면, S270에서 배기가스가 상기 바이패스라인(140)을 통과하도록 하여, 배기가스가 상기 가솔린입자필터(130)를 지나지 못하도록 한다.

따라서, 배기가스의 배압이 줄어들어, 출력의 저하와 연료소모 증가를 미연에 방지할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템에서 엔진의 운전조건에 따른 배기가스입자의 양을 보여주는 그래프이다.

도 3을 참조하면, 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 배기가스에 포함된 입자상물질(PM: particulate matters), 냉각수온, 오일온도, 촉매온도(가솔린입자필터의 온도), 및 배기온도를 포함한다.

도시한 바와 같이, 배기가스에 포함된 입자상물질의 양은, 엔진의 냉각수온, 오일온도, 촉매온도, 및 배기가스온도와 상관관계를 갖는다.

특히, 냉각수온이 낮을수록, 입자상물질 배출양이 많고, 오일온도가 낮을 수록 입자상물질 배출양이 많다.

또, 촉매온도와 배기가스온도가 낮을수록, 입자상물질의 배출양이 많다. 도시되지는 않았지만, 상기 엔진(100)의 회전수와 차속과 연관성이 있으며, 회전수가 높고 차속이 높으면, 입자상물질의 배출양이 많다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템에서 엔진의 운전조건과 가솔린입자필터(GPF: gasoline particulate filter)의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 4를 참조하면, 가로축은 엔진(100)의 회전수를 나타내고, 세로축은 출력(power)와 토크(torque)를 나타낸다. TWC는 삼원촉매를 나타내고, GPF는 가솔린입자필터(130)를 나타내며, bare는 촉매가 없는 것을 나타내고, 2X와 3X는 촉매의 양을 나타낸다.

도시한 바와 같이, 촉매가 코팅된 상기 가솔린입자필터(130)를 배기가스가 지나게 되면 엔진(100)의 출력과 토크가 줄어드는 것을 볼 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템에서 가솔린입자필터와 연료소모량의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 5를 참조하면, 가로축은 삼원촉매(TWC)와 가솔린입자필터(GPF)의 조합을 보여주고, 세로축은 단위 연료소모량을 나타낸다. 여기서, bare는 촉매가 없는 경우, 2X와 3X는 촉매의 양을 나타낸다.

도시한 바와 같이, 상기 가솔린입자필터(130)가 적용되거나, 촉매의 양이 늘어날수록, 단위 연료소모량이 증가하는 것을 인지할 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템에서 냉각수온과 배기가스에 포함된 입자량의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 6을 참조하면, 가로축은 시간을 나타내고, 세로축은 냉각수온, 연료의 분사조건에 따른 입자의 양을 나타낸다.

도시한 바와 같이, 냉각수온과 연료의 분사조건에 따라서 배기가스에 포함되어 배출되는 입자상물질의 양이 다르게 분포된다. 특히, 냉각수온이 높아질수록 배기가스에 포함되어 배출되는 입자상물질의 양은 작아진다.

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: 배기라인
120: 메인밸브
130: 가솔린입자필터
140: 바이패스라인
150: 바이패스밸브
160: 제어부

Claims

엔진에서 배출되는 배기가스가 지나는 배기라인;
상기 배기라인에 설치되어 배기가스에 포함된 유해물질을 걸러내는 가솔린입자필터;
상기 배기가스가 상기 가솔린입자필터를 바이패스 하도록 상기 배기라인에 설치되는 바이패스라인; 및
상기 엔진의 운전조건을 감지하고, 그 감지된 운전조건에 따라서 배기가스가 상기 가솔린입자필터를 지나도록 하거나, 상기 가솔린입자필터를 지나지 않고, 상기 바이패스라인을 지나도록 하는 제어부; 를 포함하는 배기가스 후처리 시스템.
제1항에서,
상기 가솔린입자필터의 전단부에 설치되어 상기 가솔린입자필터로 유입되는 배기가스를 선택적으로 차단하는 메인밸브를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 메인밸브를 닫아서, 배기가스가 상기 바이패스라인을 지나도록 하는 배기가스 후처리 시스템.
제2항에서,
상기 바이패스라인에 설치되어 상기 바이패스라인을 지나는 배기가스를 선택적으로 차단하는 바이패스밸브를 더 포함하는 배기가스 후처리 시스템.
제2항에서,
상기 제어부는, 배기라인에 설치된 상기 가솔린입자필터를 가열시키기 위한 히팅로직이 적용되면, 배기가스가 상기 가솔린입자필터를 통과하도록 하는 배기가스 후처리 시스템.
제2항에서,
상기 제어부는, 상기 엔진의 회전수를 감지하고, 그 회전수가 설정치를 초과하면, 배기가스가 상기 가솔린입자필터를 통과하도록 하는 배기가스 후처리 시스템.
제2항에서,
상기 제어부는, 상기 엔진의 냉각수온을 감지하고, 그 냉각수온이 설정치 미만이면, 배기가스가 상기 가솔린입자필터를 통과하도록 하는 배기가스 후처리 시스템.
제2항에서,
상기 제어부는, 상기 엔진의 오일온도를 감지하고, 그 오일온도가 설정치 미만이면, 배기가스가 상기 가솔린입자필터를 통과하도록 하는 배기가스 후처리 시스템.
제2항에서,
상기 제어부는, 차량의 속도를 감지하고, 그 속도가 설정치 이상이면, 배기가스가 상기 가솔린입자필터를 통과하도록 하는 배기가스 후처리 시스템.
제2항에서,
상기 제어부는,
배기라인에 설치된 상기 가솔린입자필터를 가열시키기 위한 히팅로직이 적용되지 않고, 상기 엔진의 회전수가 설정치를 이상이고, 상기 엔진의 냉각수온이 설정치 이상이고, 상기 엔진의 오일온도가 설정치 이상이고, 차량의 속도가 설정치 미만이면,
배기가스가 상기 가솔린입자필터를 통과하지 않고, 상기 바이패스라인을 통해서 배출되도록 하는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템.