KR20180066487A - 질소산화물 센서를 이용한 dpf 리크 진단 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 질소산화물 센서를 이용한 DPF 리크 진단 방법 에 관한 것으로서, 특히 진단 시점에 있어서 기 설치된 질소산화물 센서를 이용한 산소량 측정으로 DPF 리크를 진단하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은, DPF의 배기가스 유량에 대한 변화량을 체크하여 기 설정된 변화량 임계값을 초과하는지 판단하는 제1 단계; 배기가스 유량의 변화량이 변화량 임계값을 초과하는 경우 기 측정된 산소량을 이용하여 평균 대비 편차의 누적 면적을 나타내는 모델링 편차를 산출하여 기 설정된 모델링 임계값과 비교하는 제2 단계; 및 산소모델링 편차가 모델링 임계값을 초과하는 경우 질소산화물 센서에서 DPF의 산소량을 측정하고 평균 대비 편차의 누적 면적을 나타내는 실측값 편차를 산출하여 기 설정된 실측값 임계값과 비교하는 제3 단계;를 포함하는 질소산화물 센서를 이용한 DPF 리크 진단 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 추가 센서의 장착이 필요 없어 원가가 절감되고, OBD(On-Board Diagnostics) 및 IUPR(In-Use Performance Ratio) 법규를 만족하며, 안정적인 DPF 성능 확보로 인해 차량 성능 및 연비를 개선하는 이점이 있다.
본 발명에 따르면, 추가 센서의 장착이 필요 없어 원가가 절감되고, OBD(On-Board Diagnostics) 및 IUPR(In-Use Performance Ratio) 법규를 만족하며, 안정적인 DPF 성능 확보로 인해 차량 성능 및 연비를 개선하는 이점이 있다.
Description
본 발명은 질소산화물 센서를 이용한 DPF 리크 진단 방법 에 관한 것으로서, 특히 진단 시점에 있어서 기 설치된 질소산화물 센서를 이용한 산소량 측정으로 DPF 리크를 진단하는 방법에 관한 것이다.
디젤 차량의 배기가스에 포함되어 배출되는 질소산화물(NOx)과 입자상물질(PM)은 대기오염의 주범으로 인식되고 있고, 이에 대응하기 위하여 각국에서는 배기가스 규제를 강화하고 있다. 디젤엔진용 배기가스 규제에 대응하기 위하여 초기에는 디젤산화촉매(DOC : Diesel Oxidize Catalyst)를 적용하였으나, 점차 규제가 강화됨에 따라 최근에는 디젤 입자상물질 필터(DPF : Diesel Particulate matter Filter)를 추가로 적용하여 대응하고 있다.
또한 최근 디젤 엔진의 PM 배출에 대한 우려가 증폭되고 있고, DPF를 적용하여 대응하고 있으나, DPF가 정상적으로 작동할 경우 PM 저감효율이 95% 이상으로 문제가 없으나, 리크 발생 등으로 DPF 성능이 저감될 경우 환경에 매우 큰 악영향을 줄 수 밖에 없다. 이에 법규적으로도 DPF 리크 발생시 PM이 일정량 이상이 될 경우 정확한 진단을 통해서 운전자가 조치를 취할 수 있도록 명시되어 있다.
이와 관련, 종래의 한국공개특허 제10-2015-0140465호(효율성이 향상된 PM 센서의 고장진단 방법)는 PM 센서의 이상 신호 횟수가 설정된 기준값 이상으로 감지시 PM 센서가 고장된 것으로 판정하여 PM 센서의 오작동을 감소시키는 고장 진단 방법을 개시하고 있다.
다만 종래의 PM센서를 이용하는 경우 PM센서 간극 내 흐르는 전류값으로 측정하는 방식을 이용하는 경우 원가가 상승하고, PM 센서의 내구성에 있어 문제가 발생할 수 있다. 또한 차압 센서를 이용하는 경우 DPF가 완전히 탈거된 경우 진단히 가능하여 DPF에 실 크랙이 발생한 경우 차이가 크지 않아서 진단의 어려움이 있다.
본 발명은 DPF의 질소산화물 진단을 위해 이미 설치되어 있는 질소산화물 센서를 이용하여 산소량 체크를 통한 DPF 리크 진단 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 DPF의 실 크랙이 발생하는 경우 산소량의 평균량과 편차를 통해 DPF의 리크를 진단 하는 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, DPF 리크 진단 방법에 있어서, DPF의 배기가스 유량에 대한 변화량을 체크하여 기 설정된 변화량 임계값을 초과하는지 판단하는 제1 단계; 배기가스 유량의 변화량이 변화량 임계값을 초과하는 경우 기 측정된 산소량을 이용하여 평균 대비 편차의 누적 면적을 나타내는 모델링 편차를 산출하여 기 설정된 모델링 임계값과 비교하는 제2 단계; 및 산소모델링 편차가 모델링 임계값을 초과하는 경우 질소산화물 센서에서 DPF의 산소량을 측정하고 평균 대비 편차의 누적 면적을 나타내는 실측값 편차를 산출하여 기 설정된 실측값 임계값과 비교하는 제3 단계;를 포함하는 질소산화물 센서를 이용한 DPF 리크 진단 방법을 제공하는 것을 일 특징으로 한다.
바람직하게, 제1 단계는, DPF에 크랙이 발생하는 경우 배기가스 유량의 변화량이 급증하는 특성을 이용할 수 있다.
바람직하게, 제2 단계는, 배기가스 유량의 변화량이 변화량 임계값을 초과하는 시점을 고장 진단 시점(t)으로 설정하는 과정; 고장 진단 시점(t)을 기준으로 차량의 운행시부터의 DPF의 산소량의 평균값을 산출하는 과정; 및 평균값과 고장 진단 시점(t) 이전의 산소량의 편차를 누적 면적으로 산출하는 과정;을 포함할 수 있다.
바람직하게, 모델링 편차가 모델링 임계값 이하인 경우 DPF를 정상 상태로 판단하고, 모델링 편차가 모델링 임계값을 초과하는 경우 실측값 편차를 산출하여 기 설정된 실측값 임계값과 비교할 수 있다.
바람직하게, 제3 단계는, 배기가스 유량의 변화량이 변화량 임계값을 초과하는 시점을 고장 진단 시점(t)으로 설정하는 과정; 고장 진단 시점(t)을 기준으로 차량의 운행시부터의 DPF의 산소량의 평균값을 산출하는 과정; 및 평균값과 실시간으로 질소산화물 센서의 측정 시점(t+x)과의 편차를 누적 면적으로 산출하는 과정;을 포함할 수 있다.
바람직하게, 실측값 편차가 실측값 임계값 미만인 경우 DPF를 정상 상태로 판단하고, 실측값 편차가 실측값 임계값을 이상인 경우 DPF의 상태를 고장상태로 판단할 수 있다.
바람직하게, 누적 면적은, 산소량의 평균값과의 편차를 절대값 적분값으로 산출할 수 있다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따르면, 기존 양산 대비 추가 센서의 장착이 필요 없어 원가가 절감되는 이점이 있다.
또한 본 발명은, 매연 발생을 저감시키고 문제 부품을 조기에 발견하여 조치할 수 있는 이점이 있다.
또한 본 발명은, OBD(On-Board Diagnostics) 및 IUPR(In-Use Performance Ratio) 법규를 만족하고 안정적인 DPF 성능 확보로 인해 차량 성능 및 연비를 개선하는 이점이 있다.
도 1은 종래의 차압센서 또는 PM 센서로 진단하는 경우 DPF 정상품과 리크품의 구별 진단의 어려움을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 질소산화물 센서를 이용한 DPF 리크 진단 방법의 순서도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 DPF의 크랙으로 인해 트랜지언트의 산소량의 변동폭이 변화하는 과정을 나타낸다.
도 4는 DPF 리크품과 정상품의 산소량의 편차를 평균값 대비 누적 면적(절대값 적분값)으로 산출되는 그래프를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 질소산화물 센서를 이용한 DPF 리크 진단 방법의 순서도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 DPF의 크랙으로 인해 트랜지언트의 산소량의 변동폭이 변화하는 과정을 나타낸다.
도 4는 DPF 리크품과 정상품의 산소량의 편차를 평균값 대비 누적 면적(절대값 적분값)으로 산출되는 그래프를 나타낸다.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.
본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해 질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 종래의 차압센서 또는 PM 센서로 진단하는 경우 DPF 정상품과 리크품의 구별 진단의 어려움을 나타낸다. 종래의 방법은 DPF 전후단의 차압 측정값이 설정값보다 낮을 때 고장 진단이 진행되며, DPF가 완전히 탈거된 경우 진단이 가능하나, 탈거되지 않은 상태에서 실 크랙이 발생한 경우 차이가 크지 않아서 진단이 매우 어려운 특성을 보여준다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 질소산화물 센서를 이용한 DPF 리크 진단 방법의 순서도를 나타낸다. 도 2를 참조하면, DPF 리크 진단 방법은 제1 단계(S10) 내지 제3 단계(S40)로 구분된다.
제1 단계(S10)는, DPF의 배기가스 유량에 대한 변화량을 체크하여 기 설정된 변화량 임계값을 초과하는지 판단하는 과정이다.
DPF(Diesel Particulate Filter)는 엔진의 PM(Particulate Matter)을 대부분 제거한다. 이러한 DPF를 통해 매연의 배출을 억제하는 과정은 매연을 포집하고 내부에 일정량 PM이 포집되면 포집된 매연을 산화반응으로 제거하는 일련의 재생 과정으로 이루어진다. 이 경우 재생 모드는 DPF 내부에 PM을 잡아두고, 일정 기간이 지나면 PM을 촉매 안에서 산화시켜 재생시킨다.
DPF의 파손에 따른 동작 특성을 반영하지 않고 단순히 정량적인 한계치에 의해 판단하는 것만으로는 DPF의 파손이 적어서, 그 파손 여부를 판단하기가 매우 어렵다. 따라서 배기가스의 유량 변화량을 측정하여 일정치 이상이 되는 경우 DPF의 리크를 진단하기 위해 다음 단계로 진행된다.
정상상태의 DPF(정상필터)와 그 PM 배출량이 매우 유사하나 실질적으로 파손 상태의 필터(파손필터)인 상태에서는 이러한 DPF는 상기한 바와 같이 단순한 한계치만으로 그 파손 여부를 판단하기에는 실질적으로 매우 어렵기 때문에 배기가스의 유량 변화량을 토대로 DPF의 파손 여부를 판단한다.
제2 단계(S30)는, 배기가스 유량의 변화량이 변화량 임계값을 초과하는 경우 기 측정된 산소량을 이용하여 평균 대비 편차의 누적 면적을 나타내는 모델링 편차를 산출(S20)하여 기 설정된 모델링 임계값과 비교하는 과정이다.
위 제1 단계(S10)에서 배기가스 유량의 변화량이 기 설정된 변화량 임계값을 초과하는지 판단한 후에 보다 정밀하게 기 설치된 질소산화물 센서를 이용하여 DPF 리크를 진단할 수 있다.
변화량 임계값은 종래의 변화량을 기준으로 DPF의 고장이라고 의심할 정도의 수치로 설정할 수 있으며, OBD(On-Board Diagnostics) 및 IUPR(In-Use Performance Ratio) 법규를 참조할 수 있으며, 각 국별로 상이할 수 있는바 특정 수치로 한정되는 것은 아니다.
제3 단계(S40)는, 산소모델링 편차가 모델링 임계값을 초과하는 경우 질소산화물 센서에서 DPF의 산소량을 측정하고 평균 대비 편차의 누적 면적을 나타내는 실측값 편차를 산출하여 기 설정된 실측값 임계값과 비교하는 과정이다. 제2 단계와 제3 단계의 연계 내용에 대해서는 도 3 및 이와 관련된 부분에서 후술하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 DPF의 크랙으로 인해 트랜지언트의 산소량의 변동폭이 변화하는 과정을 나타낸다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 단계(S10)와 연계되는데, 제1 단계(S10)는, DPF에 크랙이 발생하는 경우 배기가스 유량의 변화량이 급증하는 특성을 이용할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라 DPF의 크랙이 발생하는 경우 엔진 출구의 배기가스 유동은 불균일하게 변화되며, 그 변화량을 토대로 DPF의 파손 여부를 판단하는 것이다. 이러한 방법을 통하여 DPF의 파손이나 비정상적인 동작을 정확하게 판단할 수 있고, 강화되는 OBD 규제치에 더욱 적합하게 대응할 수 있다.
도 4는 DPF 리크품과 정상품의 산소량의 편차를 평균값 대비 누적 면적(절대값 적분값)으로 산출되는 그래프를 나타낸다. 도 3을 참조하여 제2 단계(S30)와 제3 단계(S40)의 순차적인 연계 과정을 설명한다.
제2 단계(S30)는, 배기가스 유량의 변화량이 변화량 임계값을 초과하는 시점을 고장 진단 시점(t)으로 설정하는 과정; 고장 진단 시점(t)을 기준으로 차량의 운행시부터의 DPF의 산소량의 평균값을 산출하는 과정; 및 평균값과 고장 진단 시점(t) 이전의 산소량의 편차를 누적 면적으로 산출하는 과정;을 포함할 수 있다.
제1 단계(S10)에서 배기가스 유량 변화량이 변화량 설정값을 초과하는 시점을 본 발명의 진단 시점(t)으로 설정할 수 있다. 고장이 발생했다고 판단하여도 평균값에 대한 편차와의 분산도가 낮은 경우 고장이 아닐 수 있기 때문에 본 과정을 추가시켜 보다 정밀하게 고장을 진단할 수 있다.
모델링 편차가 모델링 임계값 이하인 경우 DPF를 정상 상태로 판단하고, 모델링 편차가 모델링 임계값을 초과하는 경우 실측값 편차를 산출하여 기 설정된 실측값 임계값과 비교할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라 제2 단계는 질소산화물 센서에서 측정한 값에 신뢰도를 부여할 수 있고, 모델링 편차가 임계값을 초과하지 않는다면 DPF는 정상상태로 판단될 수 있으며, 제3 단계로의 진행을 포함하지 않을 수 있다.
모델링 임계값은 모델링 편차와 비교하기 위한 값으로 결국 고장 진단 시점(t) 이전의 산소량의 편차를 누적 면적으로 나타내는 경우 정상 범위를 나타낼 수 있는 수치이다. 따라서 편차가 작다면 정상상태를 의미한다.
제3 단계(S40)는, 배기가스 유량의 변화량이 변화량 임계값을 초과하는 시점을 고장 진단 시점(t)으로 설정하는 과정; 고장 진단 시점(t)을 기준으로 차량의 운행시부터의 상기 DPF의 산소량의 평균값을 산출하는 과정; 및 평균값과 실시간으로 질소산화물 센서의 측정 시점(t+x)과의 편차를 누적 면적으로 산출하는 과정;을 포함할 수 있다.
상술한 실측값 편차가 실측값 임계값 미만인 경우 DPF를 정상 상태로 판단하고, 실측값 편차가 실측값 임계값을 이상인 경우 DPF의 상태를 고장상태로 판단할 수 있다.
제2 단계(S30) 및 제3 단계(S40)의 누적 면적은, 산소량의 평균값과의 편차를 절대값 적분값으로 산출하여 결국 면적의 넓이를 수치로 표현한 것을 말한다. 따라서 편차가 큰 경우 DPF 상태를 리크로 진단할 수 있다.
도 4의 그래프를 다시 참조하면, 누적 면적 및 누적 면적에 대한 모델링 임계값과 실측값 임계값에 대한 자세한 그래프나 수치는 나타나 있지 않으나 정상품과 리크품의 차이를 단적으로 보여준다. 누적 면적 및 임계값의 산출은 본 발명의 기술 분야의 통상의 기술자에게는 자명한 사항인 바 그 설명은 생략하기로 한다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.
Claims (7)
- DPF 리크 진단 방법에 있어서,
상기 DPF의 배기가스 유량에 대한 변화량을 체크하여 기 설정된 변화량 임계값을 초과하는지 판단하는 제1 단계;
상기 배기가스 유량의 변화량이 상기 변화량 임계값을 초과하는 경우 기 측정된 산소량을 이용하여 평균 대비 편차의 누적 면적을 나타내는 모델링 편차를 산출하여 기 설정된 모델링 임계값과 비교하는 제2 단계; 및
상기 산소모델링 편차가 상기 모델링 임계값을 초과하는 경우 질소산화물 센서에서 상기 DPF의 산소량을 측정하고 평균 대비 편차의 누적 면적을 나타내는 실측값 편차를 산출하여 기 설정된 실측값 임계값과 비교하는 제3 단계;를 포함하는 질소산화물 센서를 이용한 DPF 리크 진단 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제1 단계는,
상기 DPF에 크랙이 발생하는 경우 상기 배기가스 유량의 변화량이 급증하는 특성을 이용하는 것을 특징으로 하는 질소산화물 센서를 이용한 DPF 리크 진단 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제2 단계는,
상기 배기가스 유량의 변화량이 상기 변화량 임계값을 초과하는 시점을 고장 진단 시점(t)으로 설정하는 과정;
상기 고장 진단 시점(t)을 기준으로 차량의 운행시부터의 상기 DPF의 산소량의 평균값을 산출하는 과정; 및
상기 평균값과 상기 고장 진단 시점(t) 이전의 산소량의 편차를 누적 면적으로 산출하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 질소산화물 센서를 이용한 DPF 리크 진단 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 모델링 편차가 상기 모델링 임계값 이하인 경우 상기 DPF를 정상 상태로 판단하고,
상기 모델링 편차가 상기 모델링 임계값을 초과하는 경우 상기 실측값 편차를 산출하여 기 설정된 실측값 임계값과 비교하는 것을 특징으로 하는 질소산화물 센서를 이용한 DPF 리크 진단 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제3 단계는,
상기 배기가스 유량의 변화량이 상기 변화량 임계값을 초과하는 시점을 고장 진단 시점(t)으로 설정하는 과정;
상기 고장 진단 시점(t)을 기준으로 차량의 운행시부터의 상기 DPF의 산소량의 평균값을 산출하는 과정; 및
상기 평균값과 실시간으로 상기 질소산화물 센서의 측정 시점(t+x)과의 편차를 누적 면적으로 산출하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 질소산화물 센서를 이용한 DPF 리크 진단 방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 실측값 편차가 상기 실측값 임계값 미만인 경우 상기 DPF를 정상 상태로 판단하고,
상기 실측값 편차가 상기 실측값 임계값을 이상인 경우 상기 DPF의 상태를 고장상태로 판단하는 것을 특징으로 하는 질소산화물 센서를 이용한 DPF 리크 진단 방법.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 누적 면적은,
상기 산소량의 평균값과의 편차를 절대값 적분값으로 산출하는 것을 특징으로 하는 질소산화물 센서를 이용한 DPF 리크 진단 방법.
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