KR101755485B1 - 디젤 엔진의 배기가스 후처리 장치 및 이를 이용한 배기가스 후처리 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 배기가스 후처리 제어 방법은 배기가스 후처리 장치가 디젤 엔진에서의 후처리 동작을 제어하는 방법에서, 디젤 여과 필터(diesel particulate filter, DPF)의 재생 구간을 모니터링하는 단계, 상기 디젤 여과 필터가 재생 중인 경우, 상기 디젤 엔진의 구동 상태를 분석하는 단계, 그리고 상기 디젤 엔진이 아이들 상태인 경우, 연료 노즐과 연결된 에어 퍼징 노즐의 동작을 제어하는 단계를 포함한다.

Description

디젤 엔진의 배기가스 후처리 장치 및 이를 이용한 배기가스 후처리 제어 방법{EXHAUST GAS POST TREATMENT DEVICE IN DIESEL ENGINE AND CONTROL METHOD USING THE SAME}

본 발명은 디젤 엔진의 배기가스 후처리 장치 및 이를 이용한 배기가스 후처리 제어 방법에 관한 것이다.

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

특히, 최근 들어 입자상 물질(PM)은 대기를 오염시키는 가장 중요한 주원인으로 각종 매체에서 보도되고 있으며, 인체에 유해한 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.

이러한 입자상 물질(PM)을 저감시키는 방법으로서 디젤 엔진에서 배출되는 입자상 물질을 물리적으로 포집하여 연소시키는 디젤 여과 필터(DPF, Diesel Particulate Filter)를 장착하고 있다.

디젤 여과 필터는 디젤 엔진으로부터 배출되는 입자상 물질(PM)을 필터 내에 물리적으로 포집 후 후분사 제어(Post Injection)로 배기가스의 온도를 일정온도 이상으로 승온하여 필터에 포집된 입자상 물질(PM)을 연소시켜 제거한다.

하지만, 기존 차량에서는 디젤 여과 필터의 비재생 영역에서만 에어 퍼징 노즐을 작동시키고, 디젤 여과 필터의 재생 구간에서는 에어 퍼징을 작동시키지 않아 연료 노즐의 연료 토출구가 막히는 문제점이 있었다. 특히, 엔진이 아이들 상태일 때는 연료 노즐로 탄화수소(HC)가 분사되지 않아 연료 노즐 온도가 높게 올라가는 어려움이 있었다.

본 발명은 디젤 엔진에서 에어 퍼징 동작을 제어할 수 있는 디젤 엔진의 배기가스 후처리 장치 및 배기가스 후처리 제어 방법을 제안하고자 한다.

본 발명의 배기가스 후처리 제어 방법은 배기가스 후처리 장치가 디젤 엔진에서의 후처리 동작을 제어하는 방법에서, 디젤 여과 필터(diesel particulate filter, DPF)의 재생 구간을 모니터링하는 단계, 상기 디젤 여과 필터가 재생 중인 경우, 상기 디젤 엔진의 구동 상태를 분석하는 단계, 그리고 상기 디젤 엔진이 아이들 상태인 경우, 연료 노즐과 연결된 에어 퍼징 노즐의 동작을 제어하는 단계를 포함한다.

상기 디젤 엔진의 구동 상태를 분석하는 단계는, 페달 포지션 센서를 이용해서 상기 아이들 상태인지 여부를 판단할 수 있다.

상기 디젤 엔진의 구동 상태를 분석하는 단계는, 상기 디젤 엔진의 회전수를 이용해서 상기 아이들 상태인지 여부를 판단할 수 있다.

상기 에어 퍼징 노즐의 동작을 제어하는 단계는, 배기 가스의 온도를 측정하는 단계, 그리고 상기 배기 가스가 기설정된 온도 구간에 포함되는 경우, 상기 에어 퍼징 노즐을 작동시키도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 에어 퍼징 노즐을 작동시키도록 제어하는 단계는, 소정 주기를 간격으로 일정 시간 동안 상기 에어 퍼징 노즐로 에어 퍼징하여 상기 연료 노즐의 연료 토출구를 냉각시킬 수 있다.

본 발명의 배기가스 후처리 장치는 디젤 엔진의 배기관에 연료를 분사하는 연료 노즐, 상기 연료 노즐의 연료 토출구와 연결되고, 상기 연료 토출구에 에어를 퍼징하는 에어 퍼징 노즐, 그리고 상기 디젤 엔진의 후처리 장치가 재생 중에 상기 디젤 엔진이 아이들 상태인 경우, 상기 에어 퍼징 노즐이 상기 연료 토출구로 에어를 퍼징하도록 제어하는 에어 퍼징 제어부를 포함한다.

상기 에어 퍼징 제어부는, 상기 디젤 엔진의 후처리 장치의 재생 구간을 모니터링하는 재생 모니터링부, 그리고 상기 디젤 엔진의 구동 상태를 검출하는 구동 상태 분석부를 포함할 수 있다.

상기 재생 모니터링부는, 디젤 여과 필터(diesel particulate filter, DPF)의 재생을 모니터링할 수 있다.

상기 구동 상태 분석부는, 페달 포지션 센서 또는 상기 디젤 엔진의 회전수를 이용해서 상기 아이들 상태인지 여부를 판단할 수 있다.

상기 디젤 엔진의 배기관에서 배기 가스의 온도를 측정하는 온도 측정부를 더 포함할 수 있다.

상기 에어 퍼징 제어부는, 측정된 상기 배기 가스 온도가 기설정된 온도 구간에 포함되는 경우, 상기 에어 퍼징 노즐을 작동시켜, 상기 연료 노즐의 연료 토출구를 냉각시키도록 제어할 수 있다.

본 발명에 따르면, 디젤 차량에서 디젤 여과 필터의 재생 중에 디젤 엔진이 아이들 상태인 경우, 배기 가스의 온도를 측정하고, 에어 퍼징 노즐을 통해서 엔진 토출구로 에어 퍼징하도록 제어함으로써, 연료 노즐을 냉각시켜서 연료 노즐이 막히는 것을 방지할 수 있는 환경을 제공한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 배기가스 후처리 장치의 구조를 간략히 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따라 DPF 재생 중 엔진 아이들 상태에서 배기가스 온도에 따라 에어 퍼징을 제어하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따라 배기가스 후처리 장치가 포함된 배기가스 후처리 시스템의 예를 도시한 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.

본 명세서에서 사용된 "차량", "차", "차량의", "자동차" 또는 다른 유사한 용어들은 스포츠 실용차(sports utility vehicles; SUV), 버스, 트럭, 다양한 상용차를 포함하는 승용차, 다양한 종류의 보트나 선박을 포함하는 배, 항공기 및 이와 유사한 것을 포함하는 자동차를 포함하며, 하이브리드 차량, 전기 차량, 플러그 인 하이브리드 전기 차량, 수소연료 차량 및 다른 대체 연료(예를 들어, 석유 외의 자원으로부터 얻어지는 연료) 차량을 포함한다.

추가적으로, 몇몇 방법들은 적어도 하나의 제어기에 의하여 실행될 수 있다. 제어기라는 용어는 메모리와, 알고리즘 구조로 해석되는 하나 이상의 단계들을 실행하도록 된 프로세서를 포함하는 하드웨어 장치를 언급한다. 상기 메모리는 알고리즘 단계들을 저장하도록 되어 있고, 프로세서는 아래에서 기재하는 하나 이상의 프로세스들을 수행하기 위하여 상기 알고리즘 단계들을 특별히 실행하도록 되어 있다.

더 나아가, 본 발명의 제어 로직은 프로세서, 제어기 또는 이와 유사한 것에 의하여 실행되는 실행 가능한 프로그램 명령들을 포함하는 컴퓨터가 읽을 수 있는 수단 상의 일시적이지 않고 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체로 구현될 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 수단의 예들은, 이에 한정되지는 않지만, ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 플래쉬 드라이브, 스마트 카드 및 광학 데이터 저장 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 재생 매체는 네트웍으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 예를 들어 텔레매틱스 서버나 CAN(Controller Area Network)에 의하여 분산 방식으로 저장되고 실행될 수 있다.

이제 도 1 내지 도 3을 참고하여 본 발명의 한 실시예에 따른 디젤 엔진의 배기가스 후처리 장치 및 배기가스 후처리 제어 방법에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 배기가스 후처리 장치의 구조를 간략히 도시한 도면이다. 이때, 배기가스 후처리 장치는 본 발명의 실시예에 따른 설명을 위해 필요한 개략적인 구성만을 도시할 뿐 이러한 구성에 국한되는 것은 아니다.

본 발명의 한 실시예에 따른 배기가스 후처리 장치(100)는 후처리 재생 기간 중에 엔진 아이들 구간에서 배기가스 온도에 따라 에어 퍼징하도록 제어함으로써, 탄화수소(HC)를 분사하는 연료 노즐을 쿨링하여 연료 노즐의 코킹을 방지한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 배기가스 후처리 장치(100)는 연료 노즐(110), 에어 퍼징 노즐(120), 온도 측정부(130) 및 에어 퍼징 제어부(140)를 포함한다.

연료 노즐(110)은 연료 토출구를 통해 디젤 엔진의 배기관에 연료를 분사한다. 그리고, 에어 퍼징 노즐(120)은 상기 연료 노즐(110)의 연료 토출구와 연결되고, 상기 연료 토출구에 에어를 퍼징한다.

온도 측정부(130)는 상기 디젤 엔진의 배기관에서 배기 가스의 온도를 측정하고, 측정된 온도 값을 에어 퍼징 제어부(140)에 제공한다.

에어 퍼징 제어부(140)는 상기 디젤 엔진의 후처리 장치가 재생 중이고, 상기 디젤 엔진이 아이들 상태인 경우, 에어 퍼징 노즐(120)을 통해서 상기 연료 토출구로 에어를 퍼징하도록 제어한다.

에어 퍼징 제어부(140)는 온도 측정부(130)에서 측정된 상기 배기 가스 온도가 기설정된 온도 구간에 포함되는 경우, 상기 에어 퍼징 노즐(120)을 작동시켜, 상기 연료 노즐(110)의 연료 토출구를 냉각시키도록 제어할 수 있다. 여기서, 기설정된 온도 구간은 디젤 엔진의 후처리 환경에 따라 다양하게 변형 또는 변경이 가능하다.

에어 퍼징 제어부(140)는 본 발명의 한 실시예에 따라 재생 모니터링부(142) 및 구동 상태 분석부(144)를 포함한다.

재생 모니터링부(142)는 상기 디젤 엔진의 후처리 장치의 재생 구간을 모니터링한다. 재생 모니터링부(142)는 본 발명의 한 실시예에 따라 디젤 여과 필터(diesel particulate filter, DPF)의 재생을 모니터링한다.

여기서, 재생 모니터링부(142)는 DPF 양단에 배치된 차압 압력 센서의 차압 신호, ECU에 저장된 차량 주행 거리 정보 또는 차량 주행 시간 정보 등을 이용해서 DPF의 재생 여부를 판단할 수 있다.

그리고, 구동 상태 분석부(144)는 상기 디젤 엔진의 구동 상태를 검출한다. 구동 상태 분석부(144)는 페달 포지션 센서 또는 상기 디젤 엔진의 회전수를 이용해서 상기 아이들 상태인지 여부를 판단할 수 있다.

본 발명의 한 실시예에 따른 배기가스 후처리 장치(100)는 평상시 차량 주행 중의 비재생 기간뿐만 아니라 후처리 재생 기간 중에도 에어 퍼징을 작동시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 한 실시예에 따른 배기가스 후처리 장치(100)는 후처리 재생 기간 중에 엔진이 아이들 상태인 경우, 연료 노즐로 연료가 분사되지 않아 연료 노즐의 온도가 높게 올라가는 문제를 해결할 수 있는 환경을 제공한다.

이러한 목적을 위하여, 에어 퍼징 제어부(140)는 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 프로세서로 구현될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 제어 방법의 각 단계를 수행하도록 프로그래밍 된 것일 수 있다.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따라 DPF 재생 중 엔진 아이들 상태에서 배기가스 온도에 따라 에어 퍼징을 제어하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다. 이하의 흐름도는 도 1의 구성과 연계하여 동일한 도면부호를 사용하여 설명한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 배기가스 후처리 장치(100)는 디젤 여과 필터(diesel particulate filter, DPF)의 재생 구간을 모니터링한다(S102).

그리고, 배기가스 후처리 장치(100)는 DPF 재생 중인 경우, 디젤 엔진의 구동 상태를 분석한다(S104, S106). 배기가스 후처리 장치(100)는 페달 포지션 센서 또는 디젤 엔진의 회전수를 이용해서 상기 엔진이 아이들 상태인지 여부를 판단할 수 있다.

그리고, 배기가스 후처리 장치(100)는 엔진이 아이들 상태인 경우, 배기관을 통과하는 배기 가스 온도(T)를 측정하고, 기설정된 온도값(T1, T2)과 비교한다(S108 내지 S112). 여기서, 기설정된 온도값은 연료 탄화가 잘 이루어지는 온도 구간을 포함하며, 디젤 엔진의 후처리 환경에 따라 다양하게 변형 또는 변경 가능하다.

또한, 측정된 배기 가스 온도(T)가 기설정된 온도값(T1, T2) 사이에 포함되는 경우, 연료 노즐(110)과 연결된 에어 퍼징 노즐(120)의 동작을 제어한다(S114).

이때, 배기가스 후처리 장치(100)는 소정 주기 간격으로 일정 시간 동안 에어 퍼징 노즐(120)로 에어 퍼징하여 상기 연료 노즐(110)의 연료 토출구를 냉각시킬 수 있다.

예를 들어, 배기가스 후처리 장치(100)는 DPF 재생 중에 엔진이 아이들 상태이고, 배기 가스의 온도값이 250℃ 내지 300℃ 영역 사이인 경우, 1분 주기 마다 15초간 연료 토출구로 에어를 퍼징하도록 제어할 수 있다.

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따라 배기가스 후처리 장치가 포함된 배기가스 후처리 시스템의 예를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 배기가스 후처리 시스템은 연료 탱크(10), 연료 펌프(12) 및 연료 필터(14)를 통해 디젤 엔진(20)에 디젤 연료를 제공하고 디젤 엔진(20)으로부터 디젤 연료를 회수한다.

미터링 유닛(40)은 연료 필터(14)로부터 연료를 제공받고, 연료 노즐(110)을 통해 배기관(50)에 연결된 연료 토출구(112)로 연료를 토출한다. 그리고, 미터링 유닛(40)은 에어 컴프레서(30) 및 에어 탱크(32)로부터 에어를 제공받아 에어 퍼징 노즐(120)을 통해 연료 토출구(112)로 에어를 퍼징한다.

ECU(60)는 미터링 유닛(40)을 제어하고, 연료 노즐(110)을 통해 연료를 토출하거나, 에어 퍼징 노즐(120)을 통해 에어를 퍼징하도록 제어한다. 여기서, ECU(60)는 본 발명의 한 실시 예에 따라 배기가스 후처리 장치(100)의 에어 퍼징 제어부(140)를 포함한다.

DPF(54) 재생 기간 중에는 연료 노즐(110)에서 연료가 분사되어 노즐의 온도가 낮아 노즐 코킹이 발생하지 않는다. 하지만, DPF(54) 재생 기간 중에 디젤 엔진(20)이 아이들 상태인 경우에는 연료 노즐(110)에서 연료가 분사되지 않아 노즐의 온도가 올라가 노즐이 막히는 문제가 발생한다.

따라서, 본 발명의 한 실시예에 따라 배기가스 후처리 장치(100)는 DPF(54) 재생 기간 중에 디젤 엔진(20)이 아이들 상태인 경우에, 에어 퍼징 노즐(120)을 통해 연료 토출구(112)로 에어를 퍼징하여 연료 노즐(110)이 막히는 문제를 방지한다.

이때, ECU(60)는 온도 측정 센서인 온도 측정부(130)로 배기관(50)의 배기 가스 온도를 측정하고, 에어를 퍼징하도록 제어할 수 있다. ECU(60)는 DPF(54) 재생 중이고, 디젤 엔진(20)이 아이들 상태인 경우에 에어 퍼징 노즐(120)을 통해 연료 토출구(112)로 에어를 퍼징하도록 제어할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 배기가스 후처리 장치는 디젤 차량에서 디젤 여과 필터의 재생 중에 디젤 엔진이 아이들 상태인 경우, 배기 가스의 온도를 측정하고, 에어 퍼징 노즐을 통해서 엔진 토출구로 에어 퍼징하도록 제어함으로써, 연료 노즐을 냉각시켜서 연료 노즐이 막히는 것을 방지할 수 있는 환경을 제공한다.

이를 통해서, 본 발명의 한 실시예에 따른 배기가스 후처리 장치는 연료 노즐의 내구성을 증대하고, 후처리 재생 효율을 유지하고, 차량 연비 악화를 방지할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (11)

1. 배기가스 후처리 장치가 디젤 엔진에서의 후처리 동작을 제어하는 방법에서,
   디젤 여과 필터(diesel particulate filter, DPF)의 재생 구간을 모니터링하는 단계,
   상기 디젤 여과 필터가 재생 중인 경우, 상기 디젤 엔진의 구동 상태를 분석하는 단계, 그리고
   상기 디젤 엔진이 아이들 상태인 경우, 연료 노즐과 연결된 에어 퍼징 노즐의 동작을 제어하는 단계
   를 포함하며,
   상기 에어 퍼징 노즐을 작동시키도록 제어하는 단계는,
   소정 주기를 간격으로 일정 시간 동안 상기 에어 퍼징 노즐로 에어 퍼징하여 상기 연료 노즐의 연료 토출구를 냉각시키는 배기가스 후처리 제어 방법.
2. 제1항에서,
   상기 디젤 엔진의 구동 상태를 분석하는 단계는,
   페달 포지션 센서를 이용해서 상기 아이들 상태인지 여부를 판단하는 배기가스 후처리 제어 방법.
3. 제1항에서,
   상기 디젤 엔진의 구동 상태를 분석하는 단계는,
   상기 디젤 엔진의 회전수를 이용해서 상기 아이들 상태인지 여부를 판단하는 배기가스 후처리 제어 방법.
4. 제1항에서,
   상기 에어 퍼징 노즐의 동작을 제어하는 단계는,
   배기 가스의 온도를 측정하는 단계, 그리고
   상기 배기 가스가 기설정된 온도 구간에 포함되는 경우, 상기 에어 퍼징 노즐을 작동시키도록 제어하는 단계
   를 포함하는 배기가스 후처리 제어 방법.
5. 삭제
6. 디젤 엔진의 배기관에 연료를 분사하는 연료 노즐,
   상기 연료 노즐의 연료 토출구와 연결되고, 상기 연료 토출구에 에어를 퍼징하는 에어 퍼징 노즐, 그리고
   상기 디젤 엔진의 후처리 장치가 재생 중에 상기 디젤 엔진이 아이들 상태인 경우, 상기 에어 퍼징 노즐이 상기 연료 토출구로 에어를 퍼징하도록 제어하는 에어 퍼징 제어부
   를 포함하며,
   상기 에어 퍼징 제어부는,
   소정 주기를 간격으로 일정 시간 동안 상기 에어 퍼징 노즐로 에어 퍼징하여 상기 연료 노즐의 연료 토출구를 냉각시키는 배기가스 후처리 장치.
7. 제6항에서,
   상기 에어 퍼징 제어부는,
   상기 디젤 엔진의 후처리 장치의 재생 구간을 모니터링하는 재생 모니터링부, 그리고
   상기 디젤 엔진의 구동 상태를 검출하는 구동 상태 분석부
   를 포함하는 배기가스 후처리 장치.
8. 제7항에서,
   상기 재생 모니터링부는,
   디젤 여과 필터(diesel particulate filter, DPF)의 재생을 모니터링하는 배기가스 후처리 장치.
9. 제8항에서,
   상기 구동 상태 분석부는,
   페달 포지션 센서 또는 상기 디젤 엔진의 회전수를 이용해서 상기 아이들 상태인지 여부를 판단하는 배기가스 후처리 장치.
10. 제9항에서,
    상기 디젤 엔진의 배기관에서 배기 가스의 온도를 측정하는 온도 측정부
    를 더 포함하는 배기가스 후처리 장치.
11. 제10항에서,
    상기 에어 퍼징 제어부는,
    측정된 상기 배기 가스 온도가 기설정된 온도 구간에 포함되는 경우, 상기 에어 퍼징 노즐을 작동시켜, 상기 연료 노즐의 연료 토출구를 냉각시키도록 제어하는 배기가스 후처리 장치.

Images