배기가스 정화 장치, 기능 조건, 일반
• 회로 87M ON(엔진 매니지먼트 ON)
• 엔진 구동
구동 장치 컨트롤 유닛(N127) 및 완전 내장형 변속 제어 장치 컨트롤 유닛(Y3/8n4)은 CDI 컨트롤 유닛(N3/9)으로부터 엔진 CAN(CAN C) 및 구동 CAN(CAN C1)을 통해 "엔진 구동 중" 신호를 수신합니다.
배기가스 정화 장치, 일반
배기가스 정화 장치는 다음의 배기가스 배출량을 줄이는 역할을 합니다.
• 질소산화물(NOx)
• 탄화수소(HC)
• 일산화탄소(CO)
• 매연 입자
다음과 같은 부분 기능에 의해 유해 물질이 감소합니다.
• 흡기 포트 차단(EKAS)
• 디젤 입자 필터(DPF) 예열
• 배기가스 재순환 장치(EGR)
• AdBlue® 저감제 분사
CDI 컨트롤 유닛이 다음 신호를 판독합니다.
• 촉매 장치 상류 온도 센서(B19/7)
• 디젤 입자 필터 상류 온도 센서(B19/9)
• 배기가스 터보차저 상류 온도 센서(B19/11)
• DPF 차압 센서(B28/8)
• 전방 SAM 컨트롤 유닛(N10/6), 외부온도(내부 CAN(CAN B), 전자식 점화 스위치 컨트롤 유닛(N73), 섀시 FlexRay(Flex E), 구동 장치 컨트롤 유닛, 구동 CAN 이용)
• 디젤 산화 촉매 장치 NOx 센서 컨트롤 유닛(N37/12), 디젤 산화 촉매 장치 NOx 센서 신호(N37/12b1)(드라이브 트레인 센서 CAN(CAN I) 이용)
• SCR 촉매 장치 하류 NOx 센서 컨트롤 유닛(N37/8), SCR 촉매 장치 하류 NOx 센서(N37/8b1) 신호, 드라이브 트레인 센서 CAN을 거쳐 전송
배기가스 정화 장치, 기능 절차
다음과 같은 서브 시스템이 배기가스 정화 장치에 포함되어 있습니다.
• 산화 촉매 장치, 기능 절차
• 디젤 입자 필터(DPF), 기능 절차
• SCR 촉매 장치, 기능 절차
• 흡기 포트 차단, 기능 절차
산화 촉매 장치, 기능 절차
산화 촉매 장치는 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO), 질소 산화물(NOx) 함량을 줄이며 애프터 버닝으로 DPF 재생에 필요한 열에너지를 생성합니다.
디젤 입자 필터(DPF), 기능 절차
DPF는 귀금속인 플라티늄으로 코팅된 규소 카바이드 재질의 세라믹 벌집 필터 바디로 구성되어 있습니다. DPF 채널은 앞쪽과 뒤쪽이 교대로 열리며 벌집 필터 바디의 다공질 필터 벽에 의해 서로 분리되어 있습니다.
산화 촉매 장치에 의해 일차 정화된 배기가스는 앞쪽으로 열려 있는 DPF 채널로 유입되며, 벌집 필터 바디의 다공질 필터 벽을 통해 뒤쪽으로 열려 있는 채널로 유입됩니다. 이어서 정화되고 여과된 배기가스가 배기 장치를 통해 배출됩니다. 매연 입자는 DPF의 벌집 필터 바디에서 걸러집니다.
매연 함량이 특성곡선에 따른 값을 초과하면, CDI 컨트롤 유닛이 주어진 재생 조건에서 재생 단계를 진행합니다. CDI 컨트롤 유닛은 DPF 차압 센서를 통해 DPF의 매연 함량에 관한 정보를 수신합니다.
배기가스 온도가 주기적으로 높아져서 재생이 실행됩니다. 이를 위해 CDI 컨트롤 유닛에서 다음 기능이 실행됩니다.
• 실린더 1 ~ 4 연료 인젝터(Y76/1 ~ Y76/4)를 이용한 추가 후분사
• 구동 LIN(LIN C1) 및 실린더 1 ~ 4 예열 플러그(R9/1 ~ R9/4) 측 글로우 출력단(N14/3)을 이용한 DPF 예열
• 변속곡선 오프셋(완전 내장형 변속 제어 장치 컨트롤 유닛을 통한 구동 CAN 이용)
배기가스 온도가 높아지면 DPF에 남은 매연 입자는 대부분 이산화탄소(CO2)로 연소됩니다. 이때 발생하는 재는 DPF에 남습니다. 배기가스 터보차저 상류 온도 센서와 디젤 입자 필터 상류 온도 센서는 재생을 진행하는 동안 배기가스 온도를 감시합니다.
DPF 차압 센서가 DPF 상류 및 하류 배기가스 압력 라인을 이용하여 DPF 상류 및 하류 배기가스 압력 사이의 편차를 측정합니다. 압력 편차와 CDI 컨트롤 유닛에 의해 산출된 배기가스양에 따라 특성곡선을 통해 DPF의 매연 함량이 측정됩니다. DPF 정비가 필요한 경우, 구동 CAN, 구동 장치 컨트롤 유닛, 섀시 FlexRay, 전자식 점화 스위치 컨트롤 유닛, 사용자 인터페이스 CAN(CAN HMI)을 통해 계기반(A1)의 엔진 진단 표시등 심벌을 점등합니다.
재생이 중단된 경우에는 짧은 거리를 주행할 때 여러 주행 사이클로 나뉘어 재생이 실행됩니다. 이로 인해 필요한 재생 온도에 도달하기까지 여러 번의 가열 단계가 실행됩니다. 승객은 재생 절차의 진행을 인지할 수 없습니다.
SCR 촉매 장치, 기능 절차
엔진에서 배출된 배기가스는 산화 촉매 장치, 디젤 입자 필터(DPF) 및 SCR 촉매 장치(선택적 촉매 환원 장치)에서 정화됩니다.
산화 촉매 장치에서 산화되어 CO와 HC가 CO2와 물(H2O)로 변환됩니다. DPF는 귀금속인 플라티늄으로 코팅된 규소 카바이드 재질의 세라믹 벌집 필터 바디로 구성되어 있습니다.
DPF 채널은 앞쪽과 뒤쪽이 교대로 열리며 벌집 필터 바디의 다공질 필터 벽에 의해 서로 분리되어 있습니다.
산화 촉매 장치에 의해 일차 정화된 배기가스는 앞쪽으로 열려 있는 DPF 채널로 유입되며, 벌집 필터 바디의 다공질 필터 벽을 통해 뒤쪽으로 열려 있는 채널로 유입됩니다. 매연 입자는 DPF의 벌집 필터 바디에서 걸러집니다. 남아 있는 매연 입자는 DPF 재생 단계에서 배기가스 온도가 높아지면 연소됩니다.
AdBlue® 저감제가 SCR 촉매 장치 상류에서 분사되며, 열분해(열에 의한 화학 반응) 및 가수분해(물에 의한 화학 반응) 작용에 의해 암모니아(NH3)로 변환됩니다.
AdBlue® 정량 밸브(Y129)와 SCR 촉매 장치 사이에 혼합 부품이 있습니다. 혼합 부품은 AdBlue® 저감제의 가수분해를 돕고 AdBlue®를 SCR 촉매 장치 상류에 균일하게 분배합니다.
배기가스에 포함된 NOX는 SCR 촉매 장치에서 NH3와 결합되어 질소(N2)와 H2O로 변환됩니다.
CDI 컨트롤 유닛은 특성곡선에 따라 필요한 저감제량을 산출한 후 드라이브 트레인 센서 CAN을 통해 AdBlue® 컨트롤 유닛(N118/5)으로 전송합니다. 그러면 이 컨트롤 유닛은 산출된 AdBlue® 저감제량을 특성곡선에 따라 AdBlue® 정량 밸브를 통해 분사합니다.
디젤 산화 촉매 장치 상류 NOx 센서와 SCR 촉매 장치 하류 NOx 센서는 CDI 컨트롤 유닛으로부터 드라이브 트레인 센서 CAN, 디젤 산화 촉매 장치 상류 NOx 센서 컨트롤 유닛, SCR 촉매 장치 하류 NOx 센서 컨트롤 유닛을 통해 "가열" 요청을 수신합니다. 이에 따라 디젤 산화 촉매 장치 상류 NOx 센서 및 SCR 촉매 장치 하류 NOx 센서가 빠르게 작동 온도에 도달합니다.
배기가스 내 산화질소 농도의 변환율은 약 10 %입니다. 매연 함량 감소율은 약 99 %입니다.
CDI 컨트롤 유닛은 DPF 차압 센서를 이용해 DPF 부하 상태를 측정합니다. 매연 함량이 특성곡선에 따른 값을 초과하면, CDI 컨트롤 유닛이 주어진 재생 조건에서 재생 단계를 진행합니다. 재생 절차는 추가 후분사로 배기가스 온도를 주기적으로 높여서 진행됩니다.
배기가스 온도가 높아지면 DPF에 남은 매연 입자는 대부분 CO2로 연소됩니다.
연소되지 않는 매연 입자는 DPF에 남게 됩니다. 배기가스 터보차저 상류 온도 센서와 디젤 입자 필터 상류 온도 센서는 재생을 진행하는 동안 배기가스 온도를 감시합니다. DPF 정비가 필요한 경우에는 계기반의 엔진 진단 표시등 심벌이 켜집니다.
AdBlue® 탱크의 주입 레벨이 "Reserve"가 되면, 음향 신호와 함께 서비스 센터를 방문하여 적절한 정비를 받으라는 메시지가 계기반에 나타납니다.
AdBlue® 탱크의 주입 레벨이 "비어 있음"이 되면, 컴퓨터 모델이 주입 레벨 "비어 있음"에 대한 타당성 검사를 실행합니다. 타당성 테스트 후에도 주입 레벨이 "비어 있음"면, 신호음과 함께 CDI 컨트롤 유닛의 폴트 메모리에 입력되고 계기반의 엔진 진단 표시등 심벌이 켜집니다. 주행 거리가 각각 32 km라고 가정한다면 이 시점부터 최대 20번 시동을 걸 수 있습니다. 시동을 걸 수 있는 남은 횟수가 계기반에 표시됩니다. 마지막 "시동" 후에는 차량을 더 이상 구동할 수 없습니다.
흡기 포트 차단, 기능 절차
유입 채널 차단 기능에 의해 엔진의 모든 부하 상태에서 에어 스월과 에어 매스 사이의 비율이 최상으로 유지됩니다.
CDI 컨트롤 유닛은 흡기 포트 차단을 위해 다음 신호를 추가로 판독합니다.
• 엔진 오일 온도 센서(B1)
• 대기압 센서(CDI 컨트롤 유닛에 내장됨), 대기압용
• 가속 페달 센서(B37), 부하 감지용(구동 장치 컨트롤 유닛 및 구동 CAN 이용)
• 엔진 속도용 크랭크 샤프트 홀 센서(B70)
CDI 컨트롤 유닛은 입력 신호를 평가한 후 흡기 포트 차단 액추에이터 모터(M55)를 펄스폭 변조 신호로 작동합니다. 낮은 엔진 속도 및 엔진 부하 범위에서는 흡기 포트(실린더 당 흡기 포트 2개)의 절반이 흡기 포트 차단 플랩에 의해 닫힙니다.
이에 따라 열려 있는 흡기 포트에서 유량 속도가 빨라집니다. 이를 통해 스월이 증가하여 스월링이 개선됩니다. 이로써 연소가 개선되고, 무엇보다 배기가스 내 매연 입자가 감소됩니다.
엔진 속도 및 엔진 부하가 높아지면서 엔진의 각 작동 단계마다 에어 스월과 에어 매스 사이에 최상의 비율이 형성되도록 닫혀 있던 흡기 포트가 지속적으로 개방됩니다. 이로써 배기가스 배출 양상과 엔진 출력이 최적화됩니다.
오류가 발생하거나 공급 전압이 중단되면 플랩은 스프링 장력에 의해 열립니다.
참조 문서
- gf0716p9997ore Common-Rail Diesel Injection(CDI) 시스템 부품 개요