KR101272944B1

KR101272944B1 - 가솔린 엔진의 수트 재생 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101272944B1
Application number: KR1020110099339A
Authority: KR
Inventors: 인치범
Original assignee: 기아자동차주식회사; 현대자동차주식회사
Priority date: 2011-09-29
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2013-06-11
Anticipated expiration: 2031-09-29
Also published as: KR20130035077A

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.

Description

가솔린 엔진의 수트 재생 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR REGENERATING SOOT OF GASOLINE ENGINE}

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

상기 배기가스 정화장치는 삼원촉매인 것을 특징으로 할 수 있다.

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.

상기 제어부는 상기 압력차가 수트 재생 완료 압력이 되는 경우에는 상기 연료 공급이 중단된 기통의 연료 공급을 재개하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 가솔린 엔진은 가솔린 직접 분사 엔진(Gasoline Direct Injection Engine, GDI엔진)인 것을 특징으로 할 수 있다.

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.

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.

상기 제2단계에서 상기 가솔린 엔진이 오버런 구간에 있것으로 판단되는 경우에는 상기 가솔린 엔진의 기통 중 일부만 연료 공급을 중단시키는 것을 특징으로 할 수 있다.

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.

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.

또한, 본 발명의 경우 엔진의 오버런 조건 하에서는 연료 공급이 중단되는 기통수를 제한함으로써 매연필터를 안전하게 보호할 수 있는 효과가 있다.

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.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

삼원촉매(300)장치는 3개의 유해물질(CO, HC, NO_X)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, NO_X의 경우 질소(N₂)와 산소(O₂)로 변환된다.

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.

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.

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.

상기 제어부(600)는 본 발명의 실시예에 따른 가솔린 엔진의 수트 재생 시스템을 전체적으로 제어하는 부분으로서 ECU(Electronic Control Unit)가 될 수 있다.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 가솔린 엔진의 수트 재생 방법을 설명한다.

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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).

이러한 과정을 통해 산소가 다량 함유된 배기가스가 상기 매연필터(100)로 직접 공급되면 매연필터(100)의 재생이 시작된다(S31).

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).

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.

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.

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.

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.

10: 엔진 100: 매연필터(GPF)
200: 차압센서 300: 배기가스 정화장치(삼원촉매)
400: 바이패스 통로 500: 삼방향 밸브
600: 제어부(ECU)

Claims

가솔린 엔진의 수트 재생 시스템에 있어서,
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.
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제1항에 있어서,
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.
제1항에 있어서,
상기 배기가스 정화장치는 삼원촉매인 것을 특징으로 하는 가솔린 엔진의 수트 재생 시스템.
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제1항에 있어서,
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.
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가솔린 엔진의 수트 재생 방법에 있어서,
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.
제8항에 있어서,
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.
제8항에 있어서,
상기 배기가스 정화장치는 삼원촉매인 것을 특징으로 하는 가솔린 엔진의 수트 재생 방법.
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제8항에 있어서,
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.
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