디젤 차량의 공연비 제한 보정장치 및 방법 document_id A220623015037

본 발명은 디젤 차량의 엔진 제어에 관한 것으로, 더 상세하게는 흡기 매니폴더 호스(Hose)의 빠짐으로 인하여 림프 홈 모드에 진입되는 경우 현재 엔진 RPM에 따른 공연비 펙터값을 적용하여 토크 제한 제어가 이루어지도록 하는 디젤 차량에서 공연비 제한 보정장치 및 방법에 관한 것이다. 통상적으로 차량에는 장착되어 있는 불특정 임의의 장치에서 고장 혹은 에러가 발생하는 경우 엔진 제어수단은 연료량을 제한하여 관련 장치를 보호하고 사용자로 하여금 정비를 받기 위한 최소한의 운전이 가능하도록 하는 림프 홈 모드(Limp Home Mode)의 기능이 적용되어 있다. 현재의 차량에 적용되고 있는 림프 홈 모드에서는 토크 제한을 주어 연료량의 제한 제어가 수행되도록 하고 있는데, 통상적으로 2000RPM 이하에서 토크를 200Nm으로 제한하고 있으며, 이를 연료량으로 환산할 경우 대략 30 ~ 35㎎/cyc 정도가 된다. 디젤 차량에 적용되는 엔진은 뛰어난 연비, 출력 등에도 불구하고, 디젤 엔진의 특성상 공기 과잉율이 큰 상태에서 연소가 이루어지기 때문에 배출가스 중에는 가솔린 엔진과는 달리 일산화탄소(CO)나 탄화수소(HC)의 배출량이 적은 반면 질소산화물(이하, "NOx" 라 한다.)과 입자성 물질(PM)이 상당히 많이 배출되는 단점이 있다. 입자성 물질(PM)의 배출에 대하여 연소 제어를 통해 많은 저감이 이루어지고 있으나, 입자성 물질(PM)과 Nox는 서로 상반되는 관계가 있어 Nox를 줄이면 입자성 물질(PM)이 증가하고, 입자성 물질(PM)을 줄이면 반대로 Nox가 증가하게 되어 양자를 동시에 저감 제어하는데 있어 다소간의 곤란한 상황이 발생된다. 특히, 최근들어 입자성 물질(PM)은 대기를 오염시키는 가장 중요한 주원인으로 각종 매체에서 보도되고, 인체에 많은 해를 미친다. 따라서, 디젤 차량에는 이러한 입자성 물질을 제거하기 위하여 배기 시스템에 후처리 장치를 장착하고 있다. 후처리 장치는 산화촉매(Oxidation Catalyst)와 입자 정화장치(CPF ; Diesel Catalyzed Particulate Filter)로 적용되고 있는데, 산화촉매는 백금(Pt), 파라듐(Pd) 등의 촉매효과로 배기중의 산소를 이용하여 탄화수소, 일산화탄소를 제거하는 기능을 한다. 그리고, 입자 정화장치(CPF)는 산화촉매의 후단부에 장착되며, 엔진에서 배출되는 입자성 물질(PM)을 필터내에 물리적으로 포집한 후 후분사 제어(Post Injection)로 배기가스 온도를 일정온도 이상으로 승온시켜 필터에 포집된 입자성 물질을 태워 재생하고(Regeneration) 다시 입자성 물질(PM)을 포집하는 동작을 반복함으로써, 그을음(Soot)의 배출을 저감시키는 기능을 한다. 상기한 입자 정화장치(CPF)가 장착되는 디젤 차량이 도 3에 도시된 바와 같이 실제 부스트 압이 현재의 운전 조건에 따라 결정되는 목표 부스트압을 추종하는 정상적인 주행을 수행하는 도중에 "A" 시점에서 흡기 매니폴더 호스가 빠질 경우 실제 부스트 압이 급격하게 다운되므로, 엔진 제어수단에서는 흡기 시스템의 이상으로 진단하게 된다. 따라서, 엔진 제어수단은 림프 홈 모드로 진입하여 첨부된 도 4에 도시된 바와 같이 200Nm을 기준으로 연료량이 30 - 35mg 이상을 초과하지 못하도록 하는 토크 제한 제어를 수행하게 된다. 그러나, 실질적으로 흡기 매니폴더의 호스가 빠지는 경우에 토크 제한 제어되어 30 - 35mg으로 분사되는 연료는 실제 공기가 과급 되지 않는 조건에서는 매우 농후(Rich)한 상태이며, 공기량도 실제값으로 인식하지 못하므로 스모크 제한이 무의미하게 된다. 즉 HFM에서 인식하는 공기량은 실제 흡입되는 공기량을 오인식하게 된다. 현재 스모크 제한 연료량은 스모크 미발생 공연비로 제한하고 있으며, 실측된 공기량과 엔진 RPM에 의해 운전조건에서의 제한 연료량이 계산되어 진다. 흡기 매니폴더의 호스가 빠질 경우 엔진 제어수단은 공기량을 오버 리딩(Over-Reading)하게 되며, 이 공기량 기준으로 계산된 제한 연료량은 실제 제한 해야 하는 값보다 큰 값을 갖게 된다. 따라서, 주행 조건에 따라서 과급이 없는 상태에서 과농한 상태의 연료가 분사되어 엄청난 양의 스모크와 그을음이 배출되게 된다. 급격하게 배출되는 그을음은 입자 정화장치(CPF)에 도 3의 "B"와 같이 과포집되며, 이에 따라 엔진의 보호를 위해서 후 분사 제어를 통해 강제 재생이 시작되게 된다. 이때 입자 정화장치(CPF)에는 한계 온도인 700℃를 초과하여 재생이 중지되고 중지조건에서 스로틀 플랩(Throttle Flap)을 개방한다. 따라서, 급격히 증가한 신기(O2)량으로 인해 입자 정화장치(CPF) 내부에서는 포집된 그을음이 한꺼번에 연소되면서 내부온도가 1200℃ 이상으로 상승하게 되므로, 결국 입자 정화장치(CPF)의 내부 한계 온도를 초과하게 되며, 이에 따라 입자 정화장치(CPF)는 용해되어 소손되는 문제점이 발생한다.