KR101575513B1 - Dpf 필터의 내구성 향상을 위한 재생 유지방법 및 그 제어 시스템. - Google Patents

Abstract

DPF 필터의 내구성 향상을 위한 재생 유지방법이 소개된다.
이를 위해 본 발명은, DPF의 재생 중 차량이 아이들 단계에 진입하였는지 판단하는 단계; 차량이 아이들 단계에 진입시 상기 DPF로 유입되는 산소의 농도를 설정된 제1기준값 이하로 조정하는 제1조절단계; 및 DPF 내 매연량이 설정된 타겟기준값 이하로 될 때까지 상기 재생과정을 진행하는 것을 특징으로 한다.

Description

DPF 필터의 내구성 향상을 위한 재생 유지방법 및 그 제어 시스템.{METHOD AND SYSTEM OF DPF REGENERATION FOR IMPROVING DURABILITY OF DPF FILTER}

본 발명은 DPF 필터의 내구성 향상을 위한 재생 유지방법 및 그 제어 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 차량의 주행 중 아이들 상태에 진입한 경우에도 DPF 내 매연량이 설정된 타겟기준값 이하로 될 때까지 재생을 유지시킴으로써 DPF 필터의 내구성을 향상시키는 재생 유지방법 및 그 제어 시스템에 관한 것이다.

엔진에서 배출되는 배기가스는 배기 파이프의 중간에 배치되는 촉매장치(Catalytic Converter)로 유도되어 정화되고 머플러를 통과하면서 소음이 감쇄된 후 테일 배기 파이프를 통해 대기로 방출된다.

한편, OBD규제에서는 배기가스의 규제뿐만 아니라 배기 관련부품의 고장, 열화정도를 감지하는 진단과 A/S(AfterService) 시장에서 표준화에 관련된 여러 가지 규정을 만족하도록 요구하고 있다.

이에 디젤차량은 북미디젤 Tier2 BIN5 규제나 유로6 규제를 만족시키기 위해 산화촉매, 디젤매연필터(Diesel Particulate Filter : DPF), SCR((Selective Catalytic Reduction)촉매 등이 적용되고 있으며, 차량의 설계에 따라 상기의 촉매들의 조합과 배치 위치는 서로 다르게 결정된다.

이때, 디젤매연필터는 배기가스에 포함된 그을음 또는 매연(Soot) 등의 입자상 물질을 물리적으로 포집하고, 일정거리 주행 후 혹은 양단 간의 차압이 설정된 기준압력 이상으로 포집되는 경우 후분사 제어에 따라 대략 500 ~ 650℃의 고온으로 상승된 배기가스에 의해 포집된 물질이 연소되어 재생된다.

한편, 디젤매연필터가 후분사 제어에 따라 재생되는 도중에 차량이 아이들 상태에 진입하는 경우 산소농도가 증대되고, 배기가스의 유량이 감소되어 비정상 재생이 발생되면 디젤매연필터는 필터 내부 한계온도와 구배 한계 온도를 초과하여 멜팅(Melting) 및 크랙(Crack) 등이 발생되어 파손되는 문제점이 있다.

일반적으로 DPF 필터의 재질은 SiC, 코디어라이트 등 파손이 가능한 재질을 주로 사용하는데 필터 내부 한계온도는 대략 1100℃ 이고, 구배 한계 온도는 대략 400℃/cm 를 전후한다.

상기와 같이 DPF의 재생 과정 중 아이들 상태에 진입시 산소 농도가 증가하고 배기가스의 유량이 감소되어 비정상 재생이 발생하면 DPF의 파손 가능성이 발생한다.

도 1은 재생 과정 중 차량이 아이들 상태에 진입시 필터의 내부 온도와 필터의 구배 온도를 나타내는 그래프로, 도시된 바와 같이, 일반적인 주행 상태를 나타내는 "A"구간에서는 대략 엔진이 2000rpm 정도로 주행하면서 DPF 전단의 산소 농도를 15%이하로 제어하면서 재생 과정이 이루어지고, 차량이 장시간 정차(Drop to Idle) 중인 이른바 아이들 상태에 진입시("B"구간) 차량은 대략 700~800rpm 으로 구동하고, DPF 전단의 산소 농도를 8%이하로 제어한 뒤, 그 후의 "C" 구간에서는 DPF 전단의 산소 농도를 제어하지 않는다.

이때, 차량이 아이들 상태에 진입하고, 소정의 시간이 지난 후 재생 과정을 탈출시키면 도시된 바와 같이 필터의 내부 온도가 상승하여 최고온도인 "a"점에 이르고, 필터의 구배 온도 역시 최고온도인 "b"점에 이르게 된다.

즉, DPF 내에 Soot(검뎅이 또는 매연)이 여전히 많이 남은 상태에서 재생 과정을 탈출시키는 경우 산소 농도가 증가하고, 발화된 필터에 산소가 과잉 공급되는 경우 필터 내의 온도가 급상승함은 물론, 이에 따라 필터의 구배 온도 역시 급상승하게 되는 것이다.

이로 인해 DPF의 파손 가능성이 증대되는바, 본 발명은 이러한 종래 문제점을 해결하기 위한 DPF 필터의 내구성 향상을 위한 재생 유지방법 및 그 제어 시스템에 관한 것이다.

상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위한 선행기술이 개시되고 있으며, 한국공개특허 제10-2011-0035691호인 "디젤매연필터 보호장치 및 방법"의 경우, 디젤매연필터의 재생 중 아이들에 진입하는 경우 비정상 재생의 발생 여부를 판정하여 디젤매연필터가 한계온도 이상으로 상승되는 것을 방지하는 효과가 구현되기는 하나, 본 발명처럼 DPF 내의 매연량이 소정 기준값 이하가 될 때까지 아이들 상태에 진입한 경우에도 소정 시간 재생을 유지하는 기술적 사상을 개시하지 못하고 있는 한계를 가지고 있다.

상기한 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

한국공개특허 제10-2011-0035691호(2011.04.06)

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점인 재생 과정 중 차량의 아이들 진입시 발생하는 DPF의 파손을 방지하고자 재생 과정 중 아이들 상태에 진입하더라도 DPF 내 매연량이 소정의 타겟기준값 이하로 떨어질 때까지 재생 과정을 유지하여 DPF의 파손을 방지할 수 있는 DPF 필터의 내구성 향상을 위한 재생 유지방법 및 그 제어 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

DPF 필터의 내구성 향상을 위한 재생 유지방법이 소개된다.

이를 위해 본 발명은, DPF의 재생 중 차량이 아이들 단계에 진입하였는지 판단하는 단계; 차량이 아이들 단계에 진입시 상기 DPF로 유입되는 산소의 농도를 설정된 제1기준값 이하로 조정하는 제1조절단계; 및 DPF 내 매연량이 설정된 타겟기준값 이하로 될 때까지 상기 재생과정을 진행하는 것을 특징으로 한다.

DPF의 재생 중 차량이 아이들 단계에 진입하였는지 판단하는 단계 이후 차량이 아이들 단계에 진입시 DPF 내 매연량과 설정된 기준값을 비교하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

아이들 단계에 진입시 DPF 내 매연량과 설정된 기준값을 비교하는 단계에서,

상기 DPF 내 매연량이 설정된 기준값을 초과하는 경우 DPF로 유입되는 산소의 농도를 설정된 제2기준값 이하로 조정하는 제2조절단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

엔진 전방에 설치된 개폐밸브를 이용 상기 DPF로 유입되는 산소의 농도를 조절하는 것을 특징으로 한다.

DPF 필터의 내구성 향상을 위한 재생 유지 시스템이 소개된다.

이를 위해 본 발명은, 배기가스에 포집된 매연을 포집하는 DPF; 차량이 현재 아이들 상태인지에 대한 신호를 전달받아 상기 DPF가 한계온도와 구배 한계 온도에 도달되지 않도록 DPF 내의 매연량을 설정된 타겟기준값에 도달될까지 차량의 아이들 상태에서 재생을 유지하는 제어부를 포함한다.

상기 제어부는, 차량이 현재 아이들 상태인지에 대한 신호를 전달받고, 상기 DPF로 유입되는 산소의 농도를 제1기준값 이하로 조절하여 상기 DPF 내 매연량이 설정된 타겟기준값에 도달될 때까지 재생을 유지시키는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는, 차량이 현재 아이들 상태인지에 대한 신호를 전달받은 뒤 DPF 내 매연량이 설정된 기준값 이상인지를 판단하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는, 상기 DPF 내 매연량이 설정된 기준값을 초과하는 경우 상기 DPF로 유입되는 산소의 농도를 제2기준값 이하로 조절하여 상기 DPF 내 매연량이 설정된 타겟기준값에 도달될 때까지 재생을 유지시키는 것을 특징으로 한다.

상기 제어부는, 엔진 전방에 설치된 개폐밸브에 신호를 전달하여 상기 DPF로 유입되는 산소의 농도를 조절하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명인 DPF 필터의 내구성 향상을 위한 재생 유지방법 및 그 제어 시스템에 의한다면 DPF 필터의 내구 한계온도와 구배한계온도 이내가 되도록 DPF로 유입되는 산소의 양을 조절하고, DPF 내의 매연량이 타겟기준값 이하로 될 때까지 재생과정을 진행시킴으로써 DPF의 내구성이 향상되는 이점이 있다.

도 1은 종래 차량의 주행 중 아이들 상태에 진입시 재생 과정을 탈출하면서 발생되는 DPF의 내부 온도와 구배 온도의 변화량을 나타내는 그래프.
도 2와 도 3은 본 발명인 DPF 필터의 내구성 향상을 위한 재생 유지방법의 순서도.
도 4는 본 발명인 DPF 필터의 내구성 향상을 위한 재생 유지방법의 단계별로 구체적인 제어를 나타내는 순서도.
도 5는 본 발명에 의한 제어로직에 의해 DPF의 내구성이 향상되는 것을 확인할 수 있는 그래프.
도 6은 본 발명인 제어 과정에 따라 DPF로 유입되는 산소 농도와 DPF 내에 잔존하는 매연량을 나타내는 그래프.
도 7은 본 발명인 DPF 필터의 내구성 향상을 위한 재생 유지 시스템의 개략도.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명인 DPF 필터의 내구성 향상을 위한 재생 유지방법 및 그 제어 시스템의 바람직한 실시 예를 설명한다.

도 2는 본 발명인 DPF 필터의 내구성 향상을 위한 재생 유지방법의 전체 순서도로, 도시된 바와 같이 본 발명은 크게 차량이 아이들 단계에 진입하였는지 판단하는 단계(S100), DPF로 유입되는 산소의 농도를 설정된 제1기준값 이하로 조정하는 제1조절단계(S200) 및 DPF 내 매연량이 설정된 타겟기준값 이하로 될 때까지 재생과정을 진행하는 단계(S300)를 포함한다.

DPF 필터의 재생 과정 중 차량이 아이들 단계에 진입하였는지 먼저 판단하는 단계(S100)가 수행되는데, 아이들 단계에 진입하였는지는 가속 페달 신호 및 기어비 등의 여러 다양한 정보로부터 급감속이 되었는지로 감지할 수 있다.

한편, 상기와 같은 차량의 여러 신호를 이용 재생 과정 중 차량이 아이들 상태에 진입한 것으로 확인되면, DPF로 유입되는 산소의 농도를 설정된 제1기준값 이하로 조정하는 제1조절단계(S200)가 수행된다.

즉, DPF의 내구성 향상을 위해 DPF의 필터가 고온에 노출되지 않도록 연료를 제어하는 방법으로 후분사량의 산소 농도를 설정된 제1기준값 이하로 조절하게 되는데, 이 제1기준값인 산소 농도는 8%이하로 조절함이 바람직하다.

한편, DPF로 유입되는 산소의 농도를 상기와 같이 제1기준값 이하로 조절하면서 DPF 내의 Soot(검뎅이, 매연)의 양이 설정된 타겟기준값 이하가 될 때까지 재생 과정을 진행하게 된다.

즉, 종래에는 재생 과정 중 차량이 아이들 상태에 진입시 소정시간 경과 후에는 재생 과정을 탈출시키는데, 이때 여전히 DPF 내 매연량이 많이 남게 되고, 동시에 산소 농도가 증가하면서 이 과잉 공급된 산소에 의해 DPF 내 필터의 온도가 상승되는 문제가 발생하였는데, 이러한 문제를 방지하기 위해 본 발명은 재생 과정 중 차량이 아이들 상태에 진입하더라도 DPF 내 매연량이 설정된 타겟기준값 이하로 떨어질 때까지 재생 과정을 유지하는 것에 그 특징이 있다.

한편, 상기 타겟기준값은 2%로 설정함이 바람직한데, DPF의 부피는 다양하고 일반적으로는 DPF의 부피 1L 당 매연량이 8g 이 존재하는 경우를 100%로 가정하면, 이 양을 기준으로 타겟기준값이 2%에 도달할 때까지 재생 과정을 진행시키게 된다.

물론, 이 DPF 내 매연량의 측정방법은 주지하다시피 DPF의 전후단에 설치된 압력 센서에 의한 압력차로 측정된다.

상기와 같은 과정으로, 재생 과정 중 차량이 아이들 상태에 진입하더라도 DPF로 유입되는 산소의 농도를 조절하고, DPF 내의 매연량 역시 소정 타겟기준값 이하로 될 때까지 재생과정을 진행시켜 DPF가 DPF 필터 내의 한계 최대 온도와 한계구배 온도에 도달되지 않게 함으로써 DPF가 파손되는 문제를 미연에 방지할 수 있게 된다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 DPF의 재생 중 차량이 아이들 단계에 진입하였는지 판단하는 단계(S100) 이후 차량이 아이들 단계에 진입시 DPF 내 매연량과 설정된 기준값을 비교하는 단계(S110)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

즉, DPF 내의 매연량이 설정된 기준값인 30% 이상인 경우에는 DPF 내의 매연량이 정상 범위를 넘어 과도하게 집진된 것으로 판단하여 DPF 내로 유입되는 산소의 농도를 상기 설정된 제1기준값 이하로 제어하게 된다.

이때, 아이들 단계에 진입시 DPF 내 매연량과 설정된 기준값을 비교하는 단계(S110)에서, DPF 내 매연량이 설정된 기준값을 초과하는 경우 DPF로 유입되는 산소의 농도를 설정된 제2기준값 이하로 조정하는 제2조절단계(S210,도 4참조)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는데, 상기 제2기준값은 15%로 함이 바람직하다.

즉, DPF 내의 매연량이 30% 미만인 경우에는 일반적으로 DPF 내에 잔존할 수 있는 매연량으로 파악하여 DPF로 유입되는 산소의 농도를 8%가 아닌 15%로 상향 조정한 뒤 DPF 내의 매연량이 2% 이하가 될 때까지 재생 과정을 진행시키게 된다.

한편, 도 4는 본 발명인 DPF 필터의 내구성 향상을 위한 재생 유지방법의 단계별로 구체적인 제어를 나타내는 순서도이다.

구체적인 제어 방법은 이미 설명하였는바, 여기서는 생략하고, 다만, DPF 내의 매연량이 설정된 타겟기준값 이하로 될 때까지 재생 과정을 진행시킨 뒤에는 재생 과정을 종료하고, 차량의 엔진 시동이 걸려 있는지를 확인한 뒤 시동이 걸려 있지 않으면 제어 로직을 종료하고, 시동이 걸려 있는 경우에는 DPF 내의 매연량이 100% 인지를 다시 판단한 뒤 상기와 같은 제어 로직을 다시 수행하게 된다.

도 5는 상기와 같은 제어 과정에 의해 재생 과정 중 차량이 아이들 상태에 진입한 경우에도 DPF 내 매연량이 타겟기준값 이하로 떨어질 때까지 재생과정을 유지시켜 DPF의 내구성이 향상되는 실험 결과를 나타내는 그래프이다.

도시된 바와 같이, 재생 과정 중 아이들 상태에 진입시 DPF 내의 매연량이 타겟기준값 이하로 될 때까지 재생 과정을 진행시킴으로써 종래에 비해 DPF의 내부 온도(X)와 필터 내의 구배 온도(Y)가 한계치보다 작게 형성됨으로써 DPF의 내구성이 향상되는 것을 확인할 수 있을 것이다.

참고로 "A" 영역은 DPF로 유입되는 산소의 농도를 15%이하로 제어하는 영역이고, "B" 영역은 DFF로 유입되는 산소의 농도를 8%이하로 제어하는 영역이며, "C" 영역은 다시 DPF로 유입되는 산소의 농도를 15%이하로 제어하는 영역이고, "D" 영역은 DPF로 유입되는 산소의 농도를 더 이상 제어하지 않는 영역이다.

또한, 도 6은 엔진의 스피드와 본 발명에 따라 DPF로 유입되는 산소의 농도를 제어함과 동시에 DPF 내의 매연량의 변화를 나타내는 도면이다.

도시된 바와 같이 차량의 주행 중 재생과정이 진행되면서 동시에 아이들 상태에 진입시 본 발명에 의해 DPF 내로 유입되는 산소의 농도를 조절하고, DPF 내의 매연량이 설정된 타겟기준값 이하로 될 때까지 재생 과정을 진행시킴으로써 DPF의 내구성이 향상된다.

한편, DPF로 유입되는 산소의 농도를 조절하는 것은 엔진 전방에 설치된 개폐밸브를 이용 DPF로 유입되는 산소의 농도를 조절하게 된다.

도 7은 본 발명인 DPF 필터의 내구성 향상을 위한 재생 유지 시스템의 전체 구성도로, 도시된 바와 같이, 배기가스에 포집된 매연을 포집하는 DPF(미도시)와 차량이 현재 아이들 상태인지에 대한 신호를 전달받아 DPF가 한계온도와 구배 한계 온도에 도달되지 않도록 DPF 내의 매연량을 설정된 타겟기준값에 도달될 때까지 차량의 아이들 상태에서 재생을 유지하는 제어부(100)를 포함한다.

제어부(100)는, 차량이 현재 아이들 상태인지에 대한 신호를 전달받고, DPF로 유입되는 산소의 농도를 제1기준값 이하로 조절하여 DPF 내 매연량이 설정된 타겟기준값에 도달될 때까지 재생을 유지시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 제어부(100)는, 차량이 현재 아이들 상태인지에 대한 신호를 전달받은 뒤 DPF 내 매연량이 설정된 기준값 이상인지를 판단하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하고, DPF 내 매연량이 설정된 기준값을 초과하는 경우 DPF로 유입되는 산소의 농도를 제2기준값 이하로 조절하여 DPF 내 매연량이 설정된 타겟기준값에 도달될 때까지 재생을 유지시키는 것을 특징으로 한다.

그 구체적인 제어 방법은 이미 설명한바 여기서는 생략한다.

상기와 같은 구성 및 제어에 의해 본 발명인 DPF 필터의 내구성 향상을 위한 재생 유지방법 및 그 제어 시스템에 의한다면, 재생 과정 중 아이들 상태에 진입한 경우에도 DPF 내의 매연량이 타겟기준값 이하로 떨어질 때까지 재생 과정을 진행시킴으로써 DPF의 내구성이 향상되는 효과가 구현된다.

본 발명은 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

100 : 제어부

Claims (9)

1. DPF의 재생 중 차량이 아이들 단계에 진입하였는지 판단하는 단계;
   차량이 아이들 단계에 진입시 상기 DPF로 유입되는 산소의 농도를 설정된 제1기준값 이하로 조정하는 제1조절단계; 및
   DPF 내 매연량이 설정된 타겟기준값 이하로 될 때까지 상기 재생과정을 진행하고,
   DPF의 재생 중 차량이 아이들 단계에 진입하였는지 판단하는 단계 이후 차량이 아이들 단계에 진입시 DPF 내 매연량과 설정된 기준값을 비교하는 단계를 더 포함하며,
   아이들 단계에 진입시 DPF 내 매연량과 설정된 기준값을 비교하는 단계에서,
   상기 DPF 내 매연량이 설정된 기준값을 초과하는 경우 DPF로 유입되는 산소의 농도를 설정된 제2기준값 이하로 조정하는 제2조절단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, DPF 필터의 내구성 향상을 위한 재생 유지방법.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   엔진 전방에 설치된 개폐밸브를 이용 상기 DPF로 유입되는 산소의 농도를 조절하는 것을 특징으로 하는, DPF 필터의 내구성 향상을 위한 재생 유지방법.
   
5. 배기가스에 포집된 매연을 포집하는 DPF;
   차량이 현재 아이들 상태인지에 대한 신호를 전달받아 상기 DPF가 한계온도와 구배 한계 온도에 도달되지 않도록 DPF 내의 매연량을 설정된 타겟기준값에 도달될까지 차량의 아이들 상태에서 재생을 유지하는 제어부를 포함하고,
   상기 제어부는,
   차량이 현재 아이들 상태인지에 대한 신호를 전달받고, 상기 DPF로 유입되는 산소의 농도를 제1기준값 이하로 조절하여 상기 DPF 내 매연량이 설정된 타겟기준값에 도달될 때까지 재생을 유지시키며,
   차량이 현재 아이들 상태인지에 대한 신호를 전달받은 뒤 DPF 내 매연량이 설정된 기준값 이상인지를 판단하는 것을 더 포함하고,
   상기 DPF 내 매연량이 설정된 기준값을 초과하는 경우 상기 DPF로 유입되는 산소의 농도를 제2기준값 이하로 조절하여 상기 DPF 내 매연량이 설정된 타겟기준값에 도달될 때까지 재생을 유지시키는 것을 특징으로 하는, DPF 필터의 내구성 향상을 위한 재생 유지 시스템.
   
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 청구항 5에 있어서,
   상기 제어부는,
   엔진 전방에 설치된 개폐밸브에 신호를 전달하여 상기 DPF로 유입되는 산소의 농도를 조절하는 것을 특징으로 하는, DPF 필터의 내구성 향상을 위한 재생 유지 시스템.
   
   
   

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