KR101272944B1 - System and method for regenerating soot of gasoline engine - Google Patents
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Abstract
본 발명은 차압 센서에서 배기가스 매연필터 양단의 압력차를 측정하여, 압력차가 수트 재생 압력 이상인 경우에는 상기 가솔린 엔진의 기통 중 일부 또는 전부에 연료 공급을 중단하고, 삼방향밸브에 연결된 바이패스 통로를 통해 배기가스를 상기 매연필터로 직접 공급하는 것을 특징으로 하는 가솔린 엔진의 수트 재생 시스템 및 방법에 관한 것으로서 본 발명에 따르면 매연필터에 충분한 산소를 공급하여 안전하고 신속하게 수트를 재생함으로써 배기가스의 매연을 현저하게 감소시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention measures the pressure difference between the exhaust gas soot filter at the differential pressure sensor, and when the pressure difference is greater than the soot regeneration pressure, stops fuel supply to some or all of the cylinders of the gasoline engine, and bypass passages connected to the three-way valve. The present invention relates to a soot regeneration system and method for directly supplying exhaust gas to the soot filter through the present invention. There is an effect that can significantly reduce the smoke.
Description
본 발명은 가솔린 엔진의 수트 재생 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배기되는 산소의 양을 증가시켜 수트와의 반응성을 높임으로써 수트의 재생을 원활하게 하는 가솔린 엔진의 수트 재생 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a soot regeneration system and method for a gasoline engine, and more particularly, to a soot regeneration system and method for smoothing the soot regeneration by increasing the amount of oxygen exhausted to increase the reactivity with the soot. It is about.
향후 지구 온난화 규제는 더욱 강화될 전망이고, 특히 이산화탄소 발생의 주된 원인으로 꼽히는 자동차 배기가스에 강력한 규제를 적용할 예정이다. 이에 대응하기 위하여는 자동차 업계는 가솔린 파워트레인 시스템에 있어서, 엔진 성능의 최적화에 의한 연비 개선과 배기가스 정화시스템의 최적화에 의한 대기 오염 가스의 최소화로 지구 온난화 규제에 대응하고 있다.In the future, global warming regulations are expected to be tightened. In particular, strong regulations will be applied to automobile exhaust, which is the main cause of CO2 emissions. To cope with this, the automotive industry is responding to global warming regulations in gasoline powertrain systems by minimizing air pollution by optimizing engine performance and minimizing air pollution by optimizing exhaust gas purification system.
현재 개발 또는 양산중인 가솔린 파워트레인 시스템 중에서 엔진의 다운사이징(Down-sizing)과 연비 향상을 꾀할 수 있는 기술은 가솔린 직접 분사식 엔진(Gasoline Direct Injection Engine, 이하 'GDI 엔진'이라 한다.)이다. GDI 엔진은 기존의 포트 연료 분사와 비교할 때 실린더 내부에 연료를 직접 분사하여 열효율 및 체적효율을 증가시킬 수 있는 이점이 있다.Among the gasoline powertrain systems currently in development or in production, the technology to improve down-sizing and fuel efficiency of the engine is a gasoline direct injection engine (GDI engine). Compared with conventional port fuel injection, the GDI engine has the advantage of directly injecting fuel into the cylinder to increase thermal efficiency and volumetric efficiency.
그러나 GDI 엔진의 경우 연소실 내의 불완전 연소 구간의 증가에 따라 수트(Soot)가 포함된 입자성 물질(Particulate Matter, 이하 'PM'이라 한다.)이 발생되어 문제가 되고 있다. 이에 따라 향후 GDI 엔진 장착 차량에 대한 PM 배출규제 및 PM 나노 입자 수량에 대해 유로6 규제가 예정되어 있어 이에 대한 대응 필요성이 절실하다.However, in the case of a GDI engine, as the incomplete combustion section in the combustion chamber increases, particulate matter containing a soot (Particulate Matter, hereinafter referred to as PM) is a problem. As a result, Euro 6 regulations are scheduled for PM emission regulations and PM nano particle quantity for vehicles equipped with GDI engines.
일반적으로 종래 디젤 엔진의 경우에는 수트가 쌓이게 되면 배기행정시 실린더벽에 연료를 분사(후분사)하여 촉매에 도달시키고 산화열을 발생시켜 배기가스의 온도를 고온으로 높이며, 수트를 태워서 배출시키게 된다.In general, in the case of a conventional diesel engine, when the soot is accumulated, fuel is injected (post-injection) to the cylinder wall during exhaust stroke to reach the catalyst, generate heat of oxidation to raise the temperature of the exhaust gas to a high temperature, and discharge the soot by burning it. .
그런데 GDI 엔진과 같은 가솔린 엔진의 경우에는 디젤 엔진과는 달리 이론공연비 운전을 하기 때문에 배기 중의 산소가 부족하여 수트를 재생하기 힘든 조건이 되어 문제가 되고 있다.However, in the case of gasoline engines such as GDI engines, unlike the diesel engines, since they operate theoretical performance ratios, there is a problem that the oxygen in the exhaust is insufficient to reproduce the soot.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, GDI 엔진과 같은 가솔린 엔진의 경우에도 산소를 포함한 공기를 충분하게 공급하여 수트 재생 능력을 향상시킬 수 있는 가솔린 엔진의 수트 재생 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a soot regeneration system and method for a gasoline engine that can improve the soot regeneration ability by supplying sufficient air containing oxygen even in a gasoline engine such as a GDI engine. It aims to do it.
상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명의 실시예에서는 가솔린 엔진의 수트 재생 시스템을 제공한다. 몇몇 실시예에서, 상기 가솔린 엔진의 수트 재생 시스템은 상기 가솔린 엔진의 배기가스 매연을 제거하는 매연필터; 상기 매연필터 양단의 압력차를 측정하는 차압센서; 상기 가솔린 엔진과 상기 매연필터 사이에 설치되는 배기가스 정화장치; 상기 가솔린 엔진과 상기 배기가스 정화장치 사이에 설치되며, 배기가스를 상기 매연필터로 직접 공급하는 바이패스 통로와 연결되는 삼방향 밸브; 및 상기 수트 재생 시스템을 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는 상기 압력차가 수트 재생 압력 이상인 경우에 상기 가솔린 엔진의 기통 중 일부 또는 전부의 연료 공급을 중단하고, 상기 바이패스 통로를 통해 배기가스가 직접 상기 매연필터로 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.As a means for solving the above problems, the embodiment of the present invention provides a soot regeneration system for a gasoline engine. In some embodiments, the soot regeneration system of the gasoline engine comprises a soot filter for removing exhaust fumes of the gasoline engine; A differential pressure sensor for measuring a pressure difference across the soot filter; An exhaust gas purification device installed between the gasoline engine and the particulate filter; A three-way valve disposed between the gasoline engine and the exhaust gas purification device and connected to a bypass passage for directly supplying exhaust gas to the particulate filter; And a control unit controlling the soot regeneration system, wherein the control unit stops the fuel supply to some or all of the cylinders of the gasoline engine when the pressure difference is greater than or equal to the soot regeneration pressure, and exhaust gas through the bypass passage. May be controlled to be supplied directly to the soot filter.
상기 제어부는 상기 압력차가 상기 수트 재생 압력 미만인 경우에도 상기 가솔린 엔진의 기통 중 일부 또는 전부에 연료 공급이 차단되는 경우에는, 배기가스가 상기 바이패스 통로를 통해 직접 상기 매연필터로 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.The control unit controls the exhaust gas to be directly supplied to the soot filter through the bypass passage when fuel supply is cut off to some or all of the cylinders of the gasoline engine even when the pressure difference is less than the soot regeneration pressure. It can be characterized.
상기 제어부는 상기 가솔린 엔진의 운전 조건, 차량 조건, 촉매 조건 및 상기 매연필터에 필요한 공기의 양 중 적어도 하나 이상을 고려하여 연료 공급을 차단할 상기 가솔린 엔진의 기통수를 결정하는 것을 특징으로 할 수 있다.The controller may determine the number of cylinders of the gasoline engine to cut off the fuel supply in consideration of at least one or more of an operating condition, a vehicle condition, a catalyst condition, and an amount of air required for the soot filter. .
상기 배기가스 정화장치는 삼원촉매인 것을 특징으로 할 수 있다.The exhaust gas purification device may be a three-way catalyst.
상기 제어부는 연료 공급을 중단함에 있어서 상기 가솔린 엔진이 오버런 구간에 있는 것으로 판단되는 경우에는 상기 가솔린 엔진의 기통 중 일부만 연료 공급을 중단시키는 것을 특징으로 할 수 있다.When the gasoline engine is determined to be in the overrun section in stopping the fuel supply, the controller may stop the fuel supply only a part of the cylinders of the gasoline engine.
상기 제어부는 상기 압력차가 수트 재생 완료 압력이 되는 경우에는 상기 연료 공급이 중단된 기통의 연료 공급을 재개하는 것을 특징으로 할 수 있다.The control unit may resume the fuel supply to the cylinder in which the fuel supply is stopped when the pressure difference becomes the soot regeneration completion pressure.
상기 가솔린 엔진은 가솔린 직접 분사 엔진(Gasoline Direct Injection Engine, GDI엔진)인 것을 특징으로 할 수 있다.The gasoline engine may be characterized in that the gasoline direct injection engine (Gasoline Direct Injection Engine, GDI engine).
또한, 본 발명의 다른 실시예에서는 가솔린 엔진의 수트 재생 방법을 제공한다. 몇몇 실시예에서, 상기 가솔린 엔진의 수트 재생 방법은 차압 센서에서 배기가스 매연필터 양단의 압력차를 측정하는 제1단계; 상기 압력차가 수트 재생 압력 이상인 경우에 상기 가솔린 엔진의 기통 중 일부 또는 전부에 연료 공급을 중단하는 제2단계; 및 상기 가솔린 엔진의 일부 또는 전부에 연료 공급이 차단되는 경우에는 배기가스 정화장치 전단에 설치된 삼방향밸브에 연결된 바이패스 통로를 통해 배기가스를 상기 매연필터로 직접 공급하는 제3단계;를 포함할 수 있다.Further, another embodiment of the present invention provides a soot regeneration method of a gasoline engine. In some embodiments, the soot regeneration method of the gasoline engine includes a first step of measuring a pressure difference across the exhaust gas particulate filter in a differential pressure sensor; Stopping the fuel supply to some or all of the cylinders of the gasoline engine when the pressure difference is greater than the soot regeneration pressure; And a third step of directly supplying the exhaust gas to the soot filter through a bypass passage connected to a three-way valve installed in front of the exhaust gas purification apparatus when fuel supply is cut off to a part or all of the gasoline engine. Can be.
상기 제2단계에서 상기 가솔린 엔진의 운전 조건, 차량 조건, 촉매 조건 및 상기 매연필터에 필요한 공기의 양 중 어느 하나 이상을 고려하여 연료 공급을 차단할 상기 가솔린 엔진의 기통수가 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.In the second step, the number of cylinders of the gasoline engine to cut off the fuel supply may be determined in consideration of any one or more of driving conditions, vehicle conditions, catalyst conditions and the amount of air required for the soot filter. have.
상기 배기가스 정화장치는 삼원촉매인 것을 특징으로 할 수 있다.The exhaust gas purification device may be a three-way catalyst.
상기 제2단계에서 상기 가솔린 엔진이 오버런 구간에 있것으로 판단되는 경우에는 상기 가솔린 엔진의 기통 중 일부만 연료 공급을 중단시키는 것을 특징으로 할 수 있다.When it is determined that the gasoline engine is in the overrun section in the second step, only a part of the cylinders of the gasoline engine may be stopped from supplying fuel.
상기 방법은 상기 압력차가 수트 재생 완료 압력이 되는 경우 상기 연료 공급이 중단된 기통의 연료 공급을 재개하는 제4단계;를 더 포함 할 수 있다.The method may further include a fourth step of resuming the fuel supply of the cylinder in which the fuel supply is stopped when the pressure difference becomes the soot regeneration completion pressure.
상기 가솔린 엔진은 가솔린 직접 분사 엔진(Gasoline Direct Injection Engine, GDI엔진)인 것을 특징으로 할 수 있다.The gasoline engine may be characterized in that the gasoline direct injection engine (Gasoline Direct Injection Engine, GDI engine).
본 발명에 따르면 이론 공연비 운전을 하는 가솔린 엔진의 경우에도 매연필터에 충분한 양의 공기를 공급할 수 있게 되므로 수트 재생 속도가 빨라지고 수트 재생 온도도 감소되어 매연필터의 수트 재생 능력이 향상되는 효과가 있다.According to the present invention, even in the case of a gasoline engine having a theoretical air-fuel ratio operation, since a sufficient amount of air can be supplied to the soot filter, the soot regeneration rate is increased and the soot regeneration temperature is reduced, thereby improving the soot regeneration ability of the soot filter.
또한, 본 발명의 경우 엔진의 오버런 조건 하에서는 연료 공급이 중단되는 기통수를 제한함으로써 매연필터를 안전하게 보호할 수 있는 효과가 있다.In addition, in the case of the present invention, the soot filter can be safely protected by limiting the number of cylinders at which fuel supply is stopped under an overrun condition of the engine.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수트 재생 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수트 재생 방법의 흐름도이다.
도 3은 연료 공급이 중단된 엔진의 기통수에 따른 배기가스 내 산소농도를 산술적으로 도시한 도면이다.1 is a block diagram of a soot reproduction system according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart of a soot reproducing method according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing the oxygen concentration in the exhaust gas according to the number of cylinders of the engine is stopped fuel supply.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in detail as follows.
본 발명의 실시예에 따른 가솔린 엔진의 수트 재생 시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이 엔진(10)과, 엔진(10)의 배기가스 매연을 제거하는 매연필터(100)와, 매연필터(100) 양단의 압력차를 측정하는 차압센서(200)와, 상기 엔진(10)과 상기 매연필터(100) 사이에 설치되는 배기가스 정화장치(300)와, 상기 엔진(10)과 배기가스 정화장치(300) 사이에 설치되는 바이패스 통로(400)와, 삼방향 밸브(500) 및 수트 재생 시스템을 제어하는 제어부(600)를 포함하여 구성된다. The soot regeneration system of the gasoline engine according to the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, the
상기 제어부(600)는 압력차가 수트 재생 압력 이상인 경우에 상기 가솔린 엔진(10)의 기통 중 일부 또는 전부의 연료 공급을 중단하고, 상기 바이패스 통로(400)를 통해 배기가스가 직접 상기 매연필터(100)로 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.The
본 발명의 실시예가 적용되는 엔진(10)은 가솔린 엔진 중에서도 연소실 내의 불완전 연소 구간의 증가에 따라 수트(Soot)가 포함된 입자성 물질(Particulate Matter, 이하 'PM'이라 한다.)이 발생할 수 있는 가솔린 직접 분사식 엔진(Gasoline Direct Injection Engine, GDI 엔진)이 될 수 있다.The
상기 매연필터(100)는 엔진(10)의 배기가스에 상에 포함된 수트(Soot)와 같은 유해한 입자성 물질(Particulate Matter, PM)을 걸러주기 위한 필터로서, 자동차의 배기가스를 배출하는 배기관 등에 설치된다. 특히 본 발명의 경우 가솔린 엔진의 배기가스에 포함된 PM을 포집하는 매연필터는 가솔린매연필터(Gasoline Particulate Filter, GPF)라 불리기도 한다.The
PM의 대부분을 차지하는 것은 수트(soot)라고 불리는 탄화수소인데 이 수트는 연료가 제대로 연소되지 않을 때 발생하는 것으로서, 상기 매연필터(100)는 촉매 필터를 이용해서 이러한 수트를 포함한 PM을 포집한다. 촉매는 벌집(Huneycomb) 모양으로 형성하고 특수 코팅 처리하여 수트를 흡착시킨다.The majority of PM is a hydrocarbon called soot, which is generated when fuel is not burned properly. The
상기 매연필터(100)의 경우 포집된 PM이 일정한 수준에 다다르면 후분사를 통해 이를 제거하는 재생 과정을 거치게 된다. 재생 과정은 엔진(10)의 배기행정에서 고온의 배기가스에 연료를 분사하여 추가적인 연소를 발생시켜 온도를 더욱 상승시킴으로써 촉매를 활성화시켜 남아있는 PM을 산화시켜 재로 만드는 과정이다.In the case of the
차압센서(200)는 상기 매연필터(100) 양단의 압력차를 측정하는 역할을 하는 것으로서, 도 1에 도시된 바와 같이 매연필터(100) 전단(P1)과 후단(P2)에서 배치되어 매연필터(100)로 들어오는 배기가스의 압력과 매연필터(100)를 통과하여 나가는 배기가스의 압력을 센싱함으로써 양단의 압력차(P1-P2)를 측정한다. 상기 차압센서(200)는 상기 제어부(600)와 연결되어 측정된 압력차에 대한 정보를 제어부(600)로 전송한다. 즉, PM이 매연필터(100) 내부의 촉매에 많이 포집되면 될수록 공기흐름이 막히면서 매연필터(100) 양단의 압력차(P1-P2) 값이 커지게 되는데 상기 차압센서(200)가 이를 측정하여 제어부(600)로 전달하는 것이다.The
상기 배기가스 정화장치(300)는 상기 가솔린 엔진(10)과 상기 매연필터(100) 사이에 설치되어 배기가스에 포함된 유해한 물질을 무해한 물질로 정화시키는 역할을 한다. 이러한 배기가스 정화장치(300)의 예로서 도 1에 도시된 바와 같이 삼원촉매(Three Way Catalyst, TWC) 장치를 사용할 수 있다.The exhaust
삼원촉매(300)장치는 3개의 유해물질(CO, HC, NOX)을 무해한 가스로 변화시키는 장치로서 일반적으로 백금촉매를 사용하여 화학적으로 분해하는 산화과정과 로듐촉매를 이용하여 화확적으로 결합하는 환원과정에 의해 유해물질의 수준을 낮추고 무해한 가스로 변환시키게 된다. 이러한 과정에 의해 일산화탄소(CO) 및 탄화수소(HC)는 배출가스에 함유된 산호(O2)와 결합하여 산화에 의해 무해한 이산화탄소(CO2) 및 물(H2O)로 변환되고, NOX의 경우 질소(N2)와 산소(O2)로 변환된다.The three-
상기 삼원촉매(300)의 경우 공기와 연료의 비율이 이론 공연비 부근에서 효율이 가장 높으므로 일반적으로 가솔린 엔진 자동차의 경우 산소센서와 ECU (Electronic Control Unit)(600) 등을 이용하여 이론 공연비가 되도록 제어하게 된다. In the case of the three-
한편, 매연필터(100)의 경우에는 상술한 바와 같이 PM이 계속적으로 포집되어 일정한 조건을 만족하게 되면 이를 고온으로 산화시켜 제거하는 재생 과정을 거치게 된다. 이러한 재생 과정을 위해서는 다량의 공기가 필요하게 되는데, 상기와 같이 이론 공연비 운전을 하게 되면 산소의 양이 제한되어 매연필터(100) 재생에 필요한 산소를 충분히 공급할 수 없게 되는 문제가 발생한다.On the other hand, in the case of the
이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 경우 도 1에 실시예로 도시된 바와 같이 상기 엔진(10)과 상기 배기가스 정화장치(300) 사이에는 삼방향 밸브(500)를 설치하고, 여기에 바이패스 통로(400)를 형성하여 엔진(10)의 배기가스가 상기 삼원촉매(300)를 거치지 않고 바로 상기 매연필터(100)로 공급될 수 있도록 하고, 상기 제어부(600)는 상기 차압센서(200)에서 측정된 매연필터(100) 양단의 압력차(P1-P2)가 기 설정된 수트 재생 압력 이상인 경우에 상기 가솔린 엔진(10)의 기통 중 일부 또는 전부의 연료 공급을 중단하고, 상기 삼방향 밸브(500)를 제어하여 상기 바이패스 통로(400)를 통해 배기가스가 직접 상기 매연필터(100)로 공급되도록 함으로써 상기 매연필터(100)에 충분한 산소 공급이 이루어지도록 한다.In order to solve this problem, in the case of the present invention, a three-
상기 제어부(600)는 본 발명의 실시예에 따른 가솔린 엔진의 수트 재생 시스템을 전체적으로 제어하는 부분으로서 ECU(Electronic Control Unit)가 될 수 있다.The
상기 제어부(600)는 상기 차압센서(200)에 의해 측정된 매연필터(100) 양단의 압력차(P1-P2)가 기 설정된 수트 재생 압력 미만인 경우에도 상기 가솔린 엔진(10)의 기통 중 일부 또는 전부에 연료 공급이 차단되는 경우에는, 배기가스가 상기 바이패스 통로(400)를 통해 직접 상기 매연필터(100)로 공급되도록 제어할 수 있다. 이는, 비록 매연필터(100) 양단의 압력차가 수트 재생 압력에 도달하지 못한 경우에도, 일정 회전수(rpm) 이상의 감속구간 등에서는 엔진(10)에 연료 공급이 차단될 수 있는데 이때를 이용하여 배기가스를 삼방향 밸브(500)를 거치지 않고 매연필터(100)로 바로 공급함으로써 산소를 공급하여 매연필터(100)를 재생할 수 있기 때문이다.The
상기 제어부(600)는 연료 공급을 중단함에 있어서 상기 가솔린 엔진의 운전 조건, 차량 조건, 촉매 조건 및 상기 매연필터에 필요한 공기의 양 중 어느 하나 이상을 고려하여 연료 공급을 중단할 상기 가솔린 엔진의 기통수를 결정할 수 있다. 예를 들어, 4기통 엔진과 6기통 엔진의 경우 매연필터(100)에 필요한 공기의 양이 서로 다를 수 있으므로 이에 따라 연료 공급이 차단되는 휴지 기통수를 변경함으로써 최적의 효율로 매연필터(100)를 재생할 수 있게 된다.The
한편, 상기 제어부(600)에서 연료 공급이 차단되는 휴지 기통수를 결정함에 있어서, 모든 기통에 연료 공급을 차단할 수도 있으나, 상기 필터재생 과정에서 엔진(10)이 오버런 조건에 진입한 경우에는 엔진(10)의 전 기통에 연료 공급이 중단되도록 하지 않고 일부 기통에만 연료 공급을 중단하도록 설정할 수 있다. Meanwhile, in determining the number of idle cylinders at which the fuel supply is cut off in the
자동차가 오버런 상태에 진입하게 되면 매연필터(100)에 공기가 평상시 보다 많이 공급되게 되는데, 이때 모든 기통을 휴지시켜 공기를 지나치게 많이 공급하게 되면 경우에 따라서는 배기가스의 온도가 지나치게 높아져 매연필터(100)가 파손되는 비정상 연소 현상이 발생할 수 있기 때문에 이러한 현상을 방지하기 위함이다. When the car enters the overrun state, the air is supplied to the
특히, 자동차가 언덕을 오르는 상황에서 필터 내의 매연이 발화되고 언덕을 넘은 후 오버런 상태가 되면, 발화된 필터에 공기가 과잉 공급되어 필터 내의 온도가 급상승하게 되어 작용하여 매연필터(100)가 파손될 수 있는데, 상기와 같이 일부 기통에만 연료 공급을 중단하도록 함으로써 이러한 문제를 미연에 방지할 수 있게 된다.In particular, if the smoke in the filter is ignited in the situation where the car climbs the hill and overrun after the hill, air is excessively supplied to the ignited filter and the temperature in the filter is rapidly increased, which may cause the
상기 제어부(600)는 수트 재생이 완료된 경우 즉, 매연필터(100) 양단의 압력차(P1-P2)가 기 설정된 수트 재생 완료 압력에 도달한 경우에는 휴지 기통에 연료 공급을 재개함으로써 일반적인 운전으로 전환되도록 한다. 재생 과정을 통해 수트가 제거됨으로써 매연필터(100) 양단의 압력차(P1-P2)가 점점 작아지게 되어 설정된 수트 재생 완료 압력 이하로 되는 경우에는 재생을 중단하고 일반 운전으로 전환하는 것이다.When the soot regeneration is completed, that is, when the pressure difference (P1-P2) at both ends of the
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 가솔린 엔진의 수트 재생 방법을 설명한다.Hereinafter, a soot regeneration method of a gasoline engine according to an embodiment of the present invention will be described.
본 발명의 실시예에 따른 가솔린 엔진의 수트 재생 방법은, 도 2에 도시된 바와 같이 크게 매연필터(100) 양단의 압력차를 측정하는 제1단계(S10)와, 상기 압력차가 수트 재생 압력 이상인 경우에 상기 가솔린 엔진(10)의 기통 중 일부 또는 전부에 연료 공급을 중단하는 제2단계(S20)와, 연료 공급이 차단되는 경우에 배기가스 정화장치(300) 전단에 설치된 삼방향밸브(500)에 연결된 바이패스 통로(400)를 통해 배기가스를 상기 매연필터(100)로 직접 공급하는 제3단계(S30), 및 매연필터(100) 재생이 완료된 경우 연료 공급이 중단된 기통의 연료 공급을 재개하는 제4단계(S40)를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the soot regeneration method of the gasoline engine according to the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2, a first step (S10) of measuring the pressure difference between the both ends of the
본 발명의 실시예가 적용되는 엔진(10)은 가솔린 엔진 중에서도 PM이 많이 발생하는 가솔린 직접 분사식 엔진(Gasoline Direct Injection Engine, GDI 엔진)이 될 수 있고, 상기 매연필터(100)는 가솔린 매연필터(100)(GPF(100))가 될 수 있다.The
상기 제1단계는 차압센서(200)에서 엔진(10) 배기가스 매연필터(GPF) (100) 양단의 압력차를 측정하는 단계(S10)로서, 매연필터(100)에 설치된 차압센서(200)에서 매연필터(100) 전단의 배기가스 압력과 후단의 배기가스 압력을 센싱하여 압력차를 측정하여 측정된 압력차에 대한 정보를 제어부(600)로 전송한다. 제어부(600)는 ECU(Electronic Control Unit)가 될 수 있다.The first step is a step (S10) of measuring the pressure difference across the exhaust gas particulate filter (GPF) 100 at the differential pressure sensor 200 (S10), the
상기 제어부(600)는 상기 차압센서(200)에서 전송된 압력차가 미리 설정된 수트 재생 압력 이상인지 여부를 판단(S11)하여 수트 재생 압력 이상인 경우에는 엔진(10)의 기통 중 일부 또는 전부에 연료 공급을 중단시킨다.The
이때, 상기 제어부(600)는 상기 압력차 정보뿐만 아니라 상기 가솔린 엔진의 운전 조건, 차량 조건, 촉매 조건 및 상기 매연필터(100)에 필요한 공기의 양 중 어느 하나 이상을 고려하여 휴지 기통수를 결정한다(S12).In this case, the
또한, 상기 제어부(600)에서 휴지 기통수를 정함에 있어서 매연필터(100) 재생 이후에 엔진(10)이 오버런 조건에 진입하게 되는 경우에는 전 기통을 휴지시키지는 않고 일부 기통에 한하여 휴지시키도록 설정하는 것이 바람직하다.In addition, when setting the number of idle cylinders in the
상기 제2단계는 결정된 휴지 기통수에 맞게 엔진(10)의 기통에 연료 공급을 중단하여 엔진(10)을 휴지시키게 된다(S20). 이와 같이 엔진(10)의 일부 또는 전부에 연료 공급이 중단되면 휴지 기통을 통해서 공기가 공급되어 배기가스 내의 산소 농도가 높아지게 된다.The second step is to stop the fuel supply to the cylinder of the
상기 제3단계는 매연필터(100) 양단의 압력차가 수트 재생 압력 이상인 경우에 해당하여 엔진(10)의 일부 또는 전부에 연료 공급이 중단되거나(S20) 비록 매연필터(100) 양단의 압력차가 수트 재생 압력에는 미치지 못하지만 다른 이유에 의하여 상기 가솔린 엔진(10)에 연료 공급이 차단되는 경우(S13)에 제어부(600)가 배기가스 정화장치(300) 전단에 설치된 삼방향밸브(500)를 제어하여 바이패스 통로(400)를 통해 배기가스가 매연필터(100)로 직접 공급되도록 하는 단계이다(S30).The third step corresponds to a case where the pressure difference between the
이러한 과정을 통해 산소가 다량 함유된 배기가스가 상기 매연필터(100)로 직접 공급되면 매연필터(100)의 재생이 시작된다(S31).When the exhaust gas containing a large amount of oxygen is directly supplied to the
재생 중에도 엔진(10)의 운전 조건이나 매연필터(100)에 필요한 공기의 양에 따라 휴지 기통의 수를 변경 제어할 수 있다(S32). 특히, GPF(100) 재생 중 엔진(10)이 오버런 조건에 진입하는 경우(S33)에는 상술한 바와 같이 엔진(10)의 기통 중 일부에 한하여 휴지되도록 하여 유지하고, 엔진(10) 전부가 휴지되지 않도록 제어한다(S34).Even during regeneration, the number of idle cylinders can be changed and controlled according to the operating conditions of the
상기 제4단계는 수트 재생이 완료된 경우 다시 일반 운전 모드로 전환하는 단계이다(S40). 즉, 상기와 같은 과정을 통해 매연필터(100) 양단의 압력차가 수트 프리(soot free) 압력(수트 재생 완료 압력)에 도달한 경우에는 휴지 기통에 연료 공급을 재개함으로써 일반적인 운전으로 전환되도록 한다. 수트 재생 완료 압력은 미리 설정할 수 있는 값으로서, 재생 과정을 통해 수트가 제거됨으로써 매연필터(100) 양단의 압력차가 점점 작아지게 되어 설정된 값 이하로 되는 경우에는 재생을 중단하고 일반 운전으로 전환한다.The fourth step is to switch back to the normal operation mode when the soot reproduction is completed (S40). That is, when the pressure difference between the
도 3은 엔진의 휴지 기통수에 따른 배기가스 내 산소 농도를 산술적으로 도시한 도면이다. 도 3은 4기통 엔진의 경우를 나타내며, 도 3에서 1%로 도시된 부분은 연료가 공급되고 있는 기통의 배기가스 내 산소농도를 나타내고, 21%로 도시된 부분은 연료 공급이 중단되어 휴지된 기통으로서 공기의 산소농도를 나타낸다.3 is a graph showing the oxygen concentration in the exhaust gas according to the number of idle cylinders of the engine. FIG. 3 shows the case of a four-cylinder engine, in which the portion shown by 1% in FIG. 3 represents the oxygen concentration in the exhaust gas of the cylinder in which the fuel is being supplied, and the portion shown by 21% is stopped when the fuel supply is stopped. As a cylinder, the oxygen concentration of air is shown.
도 3에 도시된 바와 같이 산술적으로 4기통 엔진의 경우 4개의 기통을 모두 운전하게 되면 배기가스 내 산소의 농도는 4개의 기통의 합이 4%로서 1% 정도가 되지만, 여기서 1개 기통을 휴지시키면 연료가 혼합되지 않은 일반 대기의 산소 농도인 21%가 더해지므로 4개의 기통에서 산소 농도 합이 24%가 되어 배기가스 내 산소 농도는 6%로 상승하고, 2개 기통을 휴지시키면 4개의 기통에서 산소 농도의 합이 44%가 되어 배기가스 내 산소농도는 11%로 상승하며, 마찬가지로 3개 기통을 휴지시키면 배기가스 내 산소 농도가 16%로 상승하게 된다. As shown in FIG. 3, in arithmetic operation of the four-cylinder engine, when all four cylinders are operated, the concentration of oxygen in the exhaust gas is about 4%, the sum of the four cylinders is about 1%. In this case, the oxygen concentration in the general atmosphere without fuel mixture is added to 21%, so the sum of oxygen concentrations in the four cylinders is 24%, and the oxygen concentration in the exhaust gas rises to 6%. At the sum of the oxygen concentrations at 44%, the oxygen concentration in the exhaust gas is increased to 11%. Likewise, when the three cylinders are stopped, the oxygen concentration in the exhaust gas is increased to 16%.
실험 데이터에 따르면 동일한 온도에서 배기가스 내의 산소 농도가 0.5%에서 10%로 상승하게 될 경우 수트 산화 속도는 약 5배 이상 빠르고, 동일한 재생시간(20분)을 기준으로 배기가스 내의 산소 농도가 1%에서 10%로 상승할 경우 수트 산화에 필요한 온도는 대략 710℃에서 650℃로 크게 줄어들게 된다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 가솔린 엔진의 수트 재생 시스템 및 방법에 의하면 낮은 온도로 신속하게 수트를 재생할 수 있는 효과가 있다.Experimental data show that if the oxygen concentration in the exhaust gas rises from 0.5% to 10% at the same temperature, the soot oxidation rate is about 5 times faster, and the oxygen concentration in the exhaust gas is 1 based on the same regeneration time (20 minutes). Increasing from 10% to 10% reduces the temperature required for soot oxidation from approximately 710 ° C to 650 ° C. Therefore, according to the soot regeneration system and method of the gasoline engine according to the embodiment of the present invention, the soot can be quickly regenerated at a low temperature.
10: 엔진 100: 매연필터(GPF)
200: 차압센서 300: 배기가스 정화장치(삼원촉매)
400: 바이패스 통로 500: 삼방향 밸브
600: 제어부(ECU)10: engine 100: particulate filter (GPF)
200: differential pressure sensor 300: exhaust gas purification device (three-way catalyst)
400: bypass passage 500: three-way valve
600: control unit (ECU)
Claims (13)
상기 가솔린 엔진의 배기가스 매연을 제거하는 매연필터;
상기 매연필터 양단의 압력차를 측정하는 차압센서;
상기 가솔린 엔진과 상기 매연필터 사이에 설치되는 배기가스 정화장치;
상기 가솔린 엔진과 상기 배기가스 정화장치 사이에 설치되며, 배기가스를 상기 매연필터로 직접 공급하는 바이패스 통로와 연결되는 삼방향 밸브; 및
상기 수트 재생 시스템을 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 제어부는 상기 압력차가 수트 재생 압력 이상인 경우에 상기 가솔린 엔진의 기통 중 일부 또는 전부의 연료 공급을 중단하고, 상기 바이패스 통로를 통해 배기가스가 직접 상기 매연필터로 공급되도록 하고,
상기 압력차가 상기 수트 재생 압력 미만인 경우에도 상기 가솔린 엔진의 기통 중 일부 또는 전부에 연료 공급이 차단되는 경우에는, 배기가스가 상기 바이패스 통로를 통해 직접 상기 매연필터로 공급되도록 하고,
상기 연료 공급을 중단함에 있어서 상기 가솔린 엔진이 오버런 구간에 있는 것으로 판단되는 경우에는 상기 가솔린 엔진의 기통 중 일부만 연료 공급을 중단시키는 것을 특징으로 하고,
상기 가솔린 엔진은 가솔린 직접 분사 엔진(Gasoline Direct Injection Engine, GDI엔진)인 것을 특징으로 하는 가솔린 엔진의 수트 재생 시스템.In the soot regeneration system of a gasoline engine,
A soot filter for removing exhaust gas soot of the gasoline engine;
A differential pressure sensor for measuring a pressure difference across the soot filter;
An exhaust gas purification device installed between the gasoline engine and the particulate filter;
A three-way valve disposed between the gasoline engine and the exhaust gas purification device and connected to a bypass passage for directly supplying exhaust gas to the particulate filter; And
A control unit for controlling the soot reproducing system;
The control unit stops the fuel supply to some or all of the cylinders of the gasoline engine when the pressure difference is greater than the soot regeneration pressure, so that the exhaust gas is supplied directly to the soot filter through the bypass passage,
Even when the pressure difference is less than the soot regeneration pressure, when fuel supply is cut off to some or all of the cylinders of the gasoline engine, exhaust gas is supplied directly to the soot filter through the bypass passage,
When it is determined that the gasoline engine is in an overrun section in stopping the fuel supply, only a part of the cylinders of the gasoline engine stops the fuel supply.
The gasoline engine is a gasoline direct injection engine (Gasoline Direct Injection Engine, GDI engine), characterized in that the soot regeneration system of the gasoline engine.
상기 제어부는 상기 가솔린 엔진의 운전 조건, 차량 조건, 촉매 조건 및 상기 매연필터에 필요한 공기의 양 중 적어도 하나 이상을 고려하여 연료 공급을 차단할 상기 가솔린 엔진의 기통수를 결정하는 것을 특징으로 하는 가솔린 엔진의 수트 재생 시스템.The method of claim 1,
The control unit determines the number of cylinders of the gasoline engine to cut off the fuel supply in consideration of at least one or more of the operating conditions, vehicle conditions, catalyst conditions and the amount of air required for the soot filter of the gasoline engine. Suit playback system.
상기 배기가스 정화장치는 삼원촉매인 것을 특징으로 하는 가솔린 엔진의 수트 재생 시스템.The method of claim 1,
The exhaust gas purification device is a soot regeneration system of a gasoline engine, characterized in that the three-way catalyst.
상기 제어부는 상기 압력차가 수트 재생 완료 압력이 되는 경우에는 상기 연료 공급이 중단된 기통의 연료 공급을 재개하는 것을 특징으로 하는 가솔린 엔진의 수트 재생 시스템.The method of claim 1,
And the control unit resumes the fuel supply of the cylinder in which the fuel supply is stopped when the pressure difference becomes the soot regeneration completion pressure.
차압 센서에서 배기가스 매연필터 양단의 압력차를 측정하는 제1단계;
상기 압력차가 수트 재생 압력 이상인 경우에 상기 가솔린 엔진의 기통 중 일부 또는 전부에 연료 공급을 중단하는 제2단계; 및
상기 가솔린 엔진의 일부 또는 전부에 연료 공급이 차단되는 경우에는 배기가스 정화장치 전단에 설치된 삼방향밸브에 연결된 바이패스 통로를 통해 배기가스를 상기 매연필터로 직접 공급하는 제3단계;를 포함하고,
상기 제2단계에서 상기 가솔린 엔진이 오버런 구간에 있는 것으로 판단되는 경우에는 상기 가솔린 엔진의 기통 중 일부만 연료 공급을 중단시키며,
상기 가솔린 엔진은 가솔린 직접 분사 엔진(Gasoline Direct Injection Engine, GDI엔진)인 것을 특징으로 하는 가솔린 엔진의 수트 재생 방법.In the soot regeneration method of a gasoline engine,
A first step of measuring a pressure difference across the exhaust gas particulate filter in the differential pressure sensor;
Stopping the fuel supply to some or all of the cylinders of the gasoline engine when the pressure difference is greater than the soot regeneration pressure; And
And a third step of directly supplying exhaust gas to the soot filter through a bypass passage connected to a three-way valve installed in front of the exhaust gas purifying apparatus when the fuel supply to the gasoline engine is cut off in part or all.
When it is determined that the gasoline engine is in the overrun section in the second step, only a part of the cylinders of the gasoline engine stops fuel supply.
The gasoline engine is a gasoline direct injection engine (Gasoline Direct Injection Engine, GDI engine), characterized in that the soot regeneration method of the gasoline engine.
상기 제2단계에서 상기 가솔린 엔진의 운전 조건, 차량 조건, 촉매 조건 및 상기 매연필터에 필요한 공기의 양 중 적어도 하나 이상을 고려하여 연료 공급을 차단할 상기 가솔린 엔진의 기통수가 결정되는 것을 특징으로 하는 가솔린 엔진의 수트 재생 방법.9. The method of claim 8,
Gasoline characterized in that the number of cylinders of the gasoline engine to cut off the fuel supply is determined in consideration of at least one or more of the operating conditions, vehicle conditions, catalyst conditions and the amount of air required for the soot filter in the second step How to play the suit of the engine.
상기 배기가스 정화장치는 삼원촉매인 것을 특징으로 하는 가솔린 엔진의 수트 재생 방법.9. The method of claim 8,
The exhaust gas purifying apparatus is a soot regeneration method of a gasoline engine, characterized in that the three-way catalyst.
상기 방법은
상기 압력차가 수트 재생 완료 압력이 되는 경우 상기 연료 공급이 중단된 기통의 연료 공급을 재개하는 제4단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가솔린 엔진의 수트 재생 방법.9. The method of claim 8,
The method
And a fourth step of resuming the fuel supply to the cylinder in which the fuel supply is stopped when the pressure difference reaches the soot regeneration completion pressure.
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