KR20030096939A

KR20030096939A - 디젤 엔진의 입자상 물질 제거용 필터의 재생 장치

Info

Publication number: KR20030096939A
Application number: KR1020020034041A
Authority: KR
Inventors: 권충일
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2002-06-18
Filing date: 2002-06-18
Publication date: 2003-12-31
Also published as: JP2004019651A; US20030230076A1

Abstract

본 발명은 디젤 엔진의 입자상 물질 제거용 필터의 재생 장치에 관한 것으로, 디젤 엔진용 입자상 물질의 제거 시스템에서 필터에 포집된 입자상 물질의 정확한 재생 시점을 검출함과 더불어, 입자상 물질의 연소에 필요한 적정 수준의 연료를 분사함으로써, 필터에 포집된 입자상 물질을 적시에 효율적으로 제거할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 배기계에 구비된 필터(10)에 포집된 입자상 물질의 재생 시점을 감지하는 포집량 검출부(12)와; 이 포집량 검출부(12)를 통해 검출된 입자상 물질의 재생 시점을 근거로 하여 입자상 물질의 연소에 필요한 연료의 분사 시기를 제어하는 제어 유니트(16) 및; 이 제어 유니트(16)의 제어에 따라 배기 계통으로 연료를 분사시키도록 배기 관로(22)상에 설치된 연료 공급부(20)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

디젤 엔진의 입자상 물질 제거용 필터의 재생 장치{regeneration system of filter for eliminating particulate material of diesel engine}

본 발명은 디젤 엔진의 입자상 물질 제거용 필터의 재생 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디젤 엔진의 연소후 배출되는 입자상 물질을 포집하는 필터의 재생 시기를 판단하고서 이에 연료의 2차 분사 제어를 통한 배기 가스 온도의 상승을 매개로 필터에 포집된 입자상 물질을 제거함으로써, 필터의 효과적인 재생을 도모할 수 있도록 하는 디젤 엔진의 입자상 물질 제거용 필터의 재생 장치에 관한 것이다.

일반적으로 디젤 엔진은 가솔린 엔진에 비해 뛰어난 연비와 출력 등의 장점을 갖고 있음에도 불구하고, 연소후 유해 물질의 일종인 질소 산화물(NOx)의 배출이 심하다는 특성을 가지고 있다. 이에 따라, 디젤 엔진에서는 연소후 배기 계통을 통해 배출되는 배기 가스중 포함된 미연소 배기 가스를 다시 흡기 계통으로 공급하여 연소실내에서 재연소될 수 있도록 하는 배기 가스 재순환 장치(EGR;exhaust gas recirculation)가 채택되고 있는 실정이다.

그런데, 상기 배기 가스 재순환 장치는 연소후 배출되는 배기 가스중 유해 물질의 일종인 질소 산화물의 함유를 줄이는 데에는 효과적이나, 배기 가스의 재연소를 위한 순환중 입자상 물질(PM;Particulate Material)과 같은 다른 오염 물질을 다량으로 배출하게 되는 맹점이 있다.

이와 같은 현상은 미연소 배기 가스를 재연소시키는 과정에서 필연적으로 수반되는 것이다. 이에 따라 현재에는 입자상 물질과 같은 유해한 오염 물질의 저감을 위한 많은 노력들이 경주되고 있는 실정이다.

또한, 최근 들어 상기 입자상 물질이 대기를 오염시키는 데 가장 중요한 원인으로 작용하고, 이와 더불어 인체에도 많은 악영향을 미치는 것으로 보고되고 있어, 최근에는 입자상 물질을 줄이는 데 각광을 받는 기술이 개발되고 있는 바, 그 중에 하나가 디젤 엔진용 입자상 물질의 제거 시스템(Diesel Particulate Material Filtering System)이다.

즉, 상기 디젤 엔진용 입자상 물질의 제거 시스템은 연소후 배출되는 입자상 물질을 배기계에 구비된 필터를 통해 일정량 포집하였다가, 포집된 입자상 물질을 연소후 배출되는 배기 가스의 온도를 이용하여 연소시켜 제거하는 기술로서, 이 시스템에서 배기계에 구비되는 필터는 연소후 배출되는 배기 가스중 포함된 오염 물질인 입자상 물질을 효과적으로 포집할 수 있는 것으로 검증받은 바 있다.

그런데, 종래 디젤 엔진용 입자상 물질의 제거 시스템에서 배기계에 구비된 필터내에 포집된 입자상 물질은 연소후 배출되는 배기 가스의 온도에 의해 연소되도록 되어 있으나, 디젤 엔진은 이의 특성상 연소후 배출되는 배기 가스의 온도가 입자상 물질을 연소시키는 데 필요한 550 내지 600℃ 보다 훨씬 낮은 대략 200 내지 300℃이므로, 필터에 포집된 입자상 물질을 연소시키는 데에 곤란한 단점이 있다.

이에 따라, 디젤 엔진에서 연소후 배출되는 배기 가스의 온도를 상승시키기 위해 많은 연구들이 수행되었는 데, 이의 일환으로 연구되고 있는 것이 커먼 레일엔진에서 연료의 메인 분사(main injection)후 이루어지는 연료의 후분사(post injection)와, 배기계에서 산화 촉매를 이용한 배기 가스 온도의 상승 또는, 연료 첨가제의 주입 등을 들 수 있는 데, 이와 같은 방안들은 현재 개발중이거나, 실제 차량에 적용되는 경우는 거의 없는 실정이다.

또한, 상기와 같이 디젤 엔진에서 배기 가스의 온도를 상승시키고자 연구되고 있는 방안중에서, 연료의 후분사의 경우에는 제어 유니트가 엔진으로부터 각종 차량의 정보를 입력받아 이를 통해 디젤 엔진용 입자상 물질의 제거 시스템에서 필터의 정확한 재생 시기를 파악하여야 하는 어려움이 있다.

그리고, 필터의 재생 요구 시점을 판단한 다음에도 필터의 재생에 알맞은 연료의 후분사량이나 이를 위한 분사 시간의 정밀한 제어를 도모해야 하는 제어의 정밀성이 수반되어야 하므로 제어 유니트의 제어 로직이 복잡해 짐과 더불어 정밀한 제어가 가능한 제어 유니트의 개발이 선행되어야 하는 곤란함이 있다.

또한, 연료의 후분사를 정밀하게 수행하는 제어 유니트의 개발이 이루어지는 경우에도 잦은 연료의 후분사로 인해 차량의 연비와 출력의 저하를 초래하게 되는 단점이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 디젤 엔진용 입자상 물질의 제거 시스템에서 필터에 포집된 입자상 물질의 정확한 재생 시점을 검출함과 더불어, 입자상 물질의 연소에 필요한 적정 수준의 연료를 분사함으로써, 필터에 포집된 입자상 물질을 적시에 효율적으로 제거할 수 있도록 하는 디젤 엔진의 입자상 물질 제거용 필터의 재생 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 배기계에 구비된 필터에 포집된 입자상 물질의 재생 시점을 감지하는 포집량 검출부와; 이 포집량 검출부를 통해 검출된 입자상 물질의 재생 시점을 근거로 하여 입자상 물질의 연소에 필요한 연료의 분사 시기를 제어하는 제어 유니트 및; 이 제어 유니트의 제어에 따라 배기 계통으로 연료를 분사시키도록 배기 관로상에 설치된 연료 공급부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 디젤 엔진의 입자상 물질 제거용 필터의 재생 장치의 구성을 도시한 블럭도.

도 2는 도 1의 구성을 구체적으로 도시한 도면.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10-필터10a-압력 센서

12-포집량 검출부14-온도 검출부

16-제어 유니트18-디젤 엔진

20-연료 공급부22-배기 관로

24-산화 촉매24a-압력 센서

26-온도 센서28-연료 탱크

30-연료 펌프32-공급 관로

34-2차 인젝터

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 디젤 엔진의 입자상 물질 제거용 필터의 재생 장치의 구성을 도시한 블럭도이고, 도 2는 도 1의 구성을 구체적으로 도시한 도면이다.

본 발명은 도면에 도시된 바와 같이, 디젤 엔진용 입자상 물질의 제거 시스템에서 필터(10)에 포집된 입자상 물질의 정확한 재생 시점을 감지하는 포집량 검출부(12)와, 현재 연소후 배출되는 배기 가스의 온도를 감지하는 온도 검출부(14)를 각각 입력 수단으로 구성한다.

그리고, 상기 입력 수단을 통해 검출된 입자상 물질의 재생 시점과 배기 가스의 온도를 근거로 하여 입자상 물질의 제거에 필요한 최적의 연료 분사 시기와 분사 시간을 제어하는 제어 유니트(16)를 제어 수단으로 구성한다.

또한, 상기 제어 수단으로부터 출력되는 제어 신호에 따라 디젤 엔진(18)의 배기 계통으로 고압의 연료를 분사시켜 입자상 물질의 연소를 도모하는 연료 공급부(20)를 출력 수단으로 구성한다.

여기서, 상기 포집량 검출부(12)는 디젤 엔진(18)의 배기 관로(22)상에 배기 가스중 포함된 입자상 물질을 포집하도록 구비된 필터(10)의 후단부와, 배기 가스와 반응하여 배기 가스의 온도를 상승시킴으로써 입자상 물질의 연소에 기여하도록 구비된 산화 촉매(24)의 전단부에 각각 설치된 압력 센서(10a,24a)로 구현되는 바, 상기 제어 유니트(16)는 이들 압력 센서(10a,24a)로부터 검출되는 압력값으로부터 상기 필터(10)에 포집된 입자상 물질에 대한 정확한 재생 시점을 판단할 수 있게 된다.

즉, 상기 필터(10)에 입자상 물질의 포집된 정도가 심할 경우에는 상기 압력 센서(10a,24a) 사이의 압력 차이가 비례적으로 커지는 것을 매개로 하여 상기 제어 유니트(16)는 필터(10)의 재생 시기를 판단할 수 있는 것이다.

그리고, 상기 온도 검출부(14)는 디젤 엔진(18)의 배기 관로(22)상에 배기 가스의 온도를 검출하도록 구비된 온도 센서(26)로 구현되는 바, 상기 제어 유니트(16)는 온도 센서(26)로부터 검출되는 배기 가스의 온도값으로부터 상기 필터(10)에 포집된 입자상 물질의 연소에 필요한 최적의 연료량을 판단할 수 있게 된다.

즉, 상기 배기 관로(22)를 통해 배출되는 배기 가스의 온도와, 상기 입자상 물질을 연소시키기 위한 적정 수준의 온도와의 사이의 차이에 따라, 상기 제어 유니트(16)는 입자상 물질의 연소에 최적의 수준으로 배기 가스의 온도를 상승시키도록 상기 연료 공급부(20)에 적정 수준의 제어 신호를 인가하여 입자상 물질을 연소시킬 수 있는 것이다.

또한, 상기 연료 공급부(20)는 소정량의 연료가 저장된 연료 탱크(28)내에 설치되어 연료를 고압으로 송출하는 연료 펌프(30)와, 이 연료 펌프(30)와 공급 관로(32)를 매개로 연결됨과 더불어 상기 배기 관로(22)상에서 산화 촉매(24)의 앞부분에 설치된 2차 인젝터(34)로 이루어진다.

그리고, 본 발명의 상기 제어 유니트(16)는 디젤 엔진(18)내에 구비되어 엔진을 구동시키기 위한 메인 인젝터인 1차 인젝터(36)의 작동을 제어하는 메인 제어 유니트(40)와는 별도로 상기 디젤 엔진용 입자상 물질의 제거 시스템의 전용으로 구비되는 것으로, 상기 필터(10)에 포집된 입자상 물질에 대한 재생 시점과 제거에 필요한 연료의 분사량과 분사 시간만을 제어하는 입자상 물질의 제거를 위한 전용의 제어 장치로 구성함이 바람직하다.

이는, 상기 메인 제어 유니트(40)가 디젤 엔진의 입자상 물질 제거용 필터의 재생 장치의 제어에 참여하지 않고 차량의 운전을 위한 원래의 기본적인 제어 기능만을 전담함으로써, 제어의 곤란성을 해소하기 위함과 더불어, 기존의 구성에 별도로 본 발명에 따른 디젤 엔진의 입자상 물질 제거용 필터의 재생 장치를 손쉽게 적용함으로써 기존의 메인 제어 유니트(40)를 변경없이 그대로 사용하기 위함이기도 하다.

도면중 미설명 부호 42는 흡기 공기용 냉각 장치이고, 44는 상기 연료 탱크(28)와 1차 인젝터(36) 사이의 연료의 공급을 도모하는 메인 공급 관로이다.

따라서, 상기 제어 유니트(16)는 상기 포집량 검출부(12)의 압력센서(10a,24a)를 매개로 하여 상기 필터(10)내에 포집된 입자상 물질의 축적량에 따라 필터(10)의 재생 시기를 판단하게 된다.

그리고, 상기 제어 유니트(16)는 상기 온도 검출부(14)의 온도 센서(26)를 매개로 하여 상기 배기 관로(22)내로 유동되는 배기 가스의 온도를 검출하여 상기 필터(10)내에 포집된 입자상 물질의 연소에 필요한 최적의 연료 분사량을 판단하게 된다.

이와 같은 일련의 과정이 종료되면, 상기 제어 유니트(16)는 2차 인젝터(34)를 제어하여 공급 관로(32)를 통해 2차 인젝터(34)로 공급된 연료를 배기 관로(22)내로 분사시켜 주게 된다.

이 결과, 상기 배기 관로(22)내로 분사된 연료는 배기 가스의 온도에 의해 착화되어 200 내지 300℃ 정도인 배기 가스의 온도를 1차적으로 100 내지 200℃ 만큼 더 상승시키게 되고, 이후 배기 가스는 상기 산화 촉매(24)와 반응하여 상기 필터(10)에 포집된 입자상 물질을 연소시키는 데 적당한 온도인 550 내지 600℃까지 가열되어 입자상 물질을 연소시키게 된다.

한편, 상기 제어 유니트(16)가 2차 인젝터(34)를 제어함에 있어, 상기 제어 유니트(16)는 상기 배기 관로(22)를 통해 유동되는 배기 가스의 온도가 낮으면 연료의 분사량을 증가시키는 반면에, 배기 가스의 온가가 높으면 상대적으로 연료의 분사량을 줄이는 제어를 하게 되므로, 불필요한 연료의 낭비를 방지함과 더불어, 잦은 연료의 2차 분사로 인해 연비의 저하와 출력의 저하를 배제하게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 디젤 엔진의 입자상 물질 제거용 필터의 재생 장치에 의하면, 상기 디젤 엔진(18)의 배기계에 구비된 필터(10)에 포집된 입자상 물질에 대한 정확한 재생 시기와 재생에 필요한 연료의 분사량을 최적으로 제어함에 따라, 연소후 배출되는 오염 물질인 입자상 물질의 양을 최대한 줄일 수 있게 된다.

또한, 상기 배기 관로(22)로 입자상 물질의 연소를 위해 연료의 분사를 제어하는 제어 유니트(16)가 엔진에서 메인 인젝터(36)의 작동을 제어하는 메인 제어 유니트(40)와는 별도로 필터(10)의 재생 시점과 재생을 위한 2차 분사만을 전적으로 제어함에 따라 제어 로직의 단순화와 함께, 정밀한 제어를 위한 추가적인 제어 유니트의 개발이 필요하지 않게 되므로, 적용의 용이성을 부여할 수 있게 된다.

Claims

배기계에 구비된 필터(10)에 포집된 입자상 물질의 재생 시점을 감지하는 포집량 검출부(12)와;

이 포집량 검출부(12)를 통해 검출된 입자상 물질의 재생 시점을 근거로 하여 입자상 물질의 연소에 필요한 연료의 분사 시기를 제어하는 제어 유니트(16) 및;

이 제어 유니트(16)의 제어에 따라 배기 계통으로 연료를 분사시키도록 배기 관로(22)상에 설치된 연료 공급부(20)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 입자상 물질 제거용 필터의 재생 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제어 유니트(16)는 배기 관로(22)내 배기 가스의 온도를 감지하는 온도 검출부(14)를 매개로 현재 배기 가스의 온도를 검출한 다음, 상기 필터(10)에 포집된 입자상 물질의 연소에 필요한 연료의 분사량을 제어하도록 된 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 입자상 물질 제거용 필터의 재생 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 포집량 검출부(12)는 배기 관로(22)상에 구비된 필터(10)와 산화 촉매(24)에 각각 설치된 압력 센서(10a,24a)로 이루어진 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 입자상 물질 제거용 필터의 재생 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 온도 검출부(14)는 배기 관로(22)상에 구비된 온도 센서(26)로 이루어진 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 입자상 물질 제거용 필터의 재생 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 연료 공급부(20)는 연료 탱크(28)내에 설치된 연료 펌프(30)와 공급 관로(32)를 매개로 연결됨과 더불어 상기 배기 관로(22)상에서 산화 촉매(24)의 앞부분에 설치된 2차 인젝터(34)로 이루어진 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 입자상 물질 제거용 필터의 재생 장치.