네이버 카페에서 많은 질문을 받았던 “DPF 적색 경고 점등 시 대응 방법”을 간단히 정리해 봤다.
원인)
SCR이 탑재된 재랜은 미립자 볼륨이 37~40g일 때 100%에 근접했거나 초과했다 가정하고 시스템을 보호하기 위해 60km 이상의 속도를 억제하며(밟으면 갑자기 RPM이 튀며 속도를 올릴 수 있다) 이와 동시에 강제 재생을 차단한다. DPF 강제 재생을 시도하면 탱크 볼륨이 가득 찼기 때문에 재생이 불가하다는 메시지가 나오며 진행되지 않는다.
대응 #1)
범용 진단기를 포함 DPF 교체를 선택해 볼륨을 0으로 맞추고 SCR 필터 교체를 선택하면 정상 컨디션이라 판단해 시스템 강제 개입이 해제되며 동적 재생(=강제 재생)이 가능해진다.
주의)
일부 정비소 등에서는 대응 조치 후 별도의 동적 재생 절차 없이 차를 출고한다. 이 경우 일정 시간 동안 문제없이 차량 주행이 가능하다. 하지만, 배출가스 컨디션을 확인하기 위해선 재생 조건인 8~90 KPH 유지에 3단, RPM은 3,00 RPM 이하로 주행해 미립자 필터 상태를 확인해야 한다. (배출가스 및 기타 조건은 예전 포스트 참고)
확인)
동적 재생을 활성화했을 때 필터 볼륨 증분을 확인한다. 보통의 경우 빠르게 증가한다. 강제 재생을 한다 해서 앞서 축적된 미립자가 모두 전소되는 게 아니기 때문이다. 빠르게 볼륨은 100%에 도달하게 될 것이며 감소량을 확인해야 한다. 이때 미립자 탱크 볼륨이 올라가지 않는다면 차압센서에 문제가 있을 확률이 높다.
대응 #2)
탱크 볼륨이 줄지 않는다면 60 KPH 2,400 RPM 이상의 주행을 삼가야 한다. 2,400 RPM 이상은 세컨드 터빈 개입을 의미한다. 60 KPH 이하는 저부하 상태다. 이 상태에서 가까운 정비소를 방문해 필터를 탈착해 내부 오일 연소 상태 및 필터 인입부의 상태를 확인해야 한다. 만약 셀의 백화현상이 보이거나, 녹아내렸다면 DPF를 교체해야 한다. 이것은 3.0D 기준.
대응 #3)
DTC 02477 또는 246B 중 하나라도 있다면 앞선 강제 초기화는 가급적 하지 않는것이 좋다. 스로틀바디를 확인해 터빈 오버부스트를 막아야한다. 그런데 스로틀바디를 수리하면 대부분 터빈 누유가 선명하게 보일텐데 (재랜 3.0D 엔진 공통적 고질병) 246B의 경우 SCR 밸브 컨디션을 점검해야 한다.
※ 참고로 외부에서 오일이 누유된다더라도 내부에서는 문제가 없는 경우가 있기 때문에 파이프 탈거 후 확인하는것을 추천한다. 여하튼 SHOOT 보다는 ASH에 각별히 조심해야 한다는 것은 명확.
이와 같은 강제 재생은 어떠한 문제를 발생시킬지 모르기 때문에 DPF 보증(7년 12만)이 남아 있는 경우에만 시도하실 것을 권장한다. DPF가 2~3백만원 하는 부품이 아니기 때문이다. 그럼? 가까운 정비소에 가셔서 가급적 내시경 카메라로 확인해 보실 것을 추천한다. 개인적으로는 DPF 클리닝을 선호하는 편은 아니지만, 반드시 해야한다면 클리닝할 때 끝자락 필터 컨디션을 사진으로 보여주는 업체로 가보시는 것을 추천한다.
가장 많이 질문 받은 내용 중 “수동 재생” 과 “능동 재생”의 차이를 공유해 보고자 한다.
수동 재생과 능동 재생
수동 재생 |
능동 재생 |
| 수동 재생은 특정한 엔진 관리 개입이 필요하지 않으며 정상 엔진 작동 중에 진행된다. 수동 재생은 DPF에 쌓인 미립자 물질을 이산화탄소로 변환하는 속도가 느리다. 이 프로세스는 DPF 온도가 250’C(482’F)를 초과할 때 발생하고 차량을 더 높은 엔진 부하 및 속도로 주행할 때 지속적으로 이루어진다.
수동 재생 중에는 미립자 물질의 “일부만” 이산화탄소로 변환된다. 이는 이산화질소를 활용하는 화학 반응이 엔진에서 미립자 물질이 생성되는 속도보다 느리고 250’C부터 유효하기 때문이다. 580’C(1,076’F)이상에서는 미립자가 이산화탄소로 변환되는 효율이 급격히 증가한다. 이러한 온도는 일반적으로 능동 재생 프로세스를 사용할 경우에만 도달할 수 있는 온도다 |
DPF 제어 소프트웨어 모니터링 또는 판단에 따라 DPF에 미립자가 쌓이는 양이 입계값에 도달할 때 능동 재생이 시작된다. 임계값은 운전 스타일, 주행 거리, 차압 센서로부터의 배압 신호를 기준으로 계산된다.
차량 운전에 따라 다르지만 일반적으로 능동재생은 400km(250마일)마다 실행된다. 예를 들어 도심 지역에서 정기적으로 낮은 부하로 차량을 주행하는 경우에는 능동 재생이 더 자주 발생한다. 이는 수동 재생이 실행되는 차량을 고속으로 주행하는 경우보다 DPF에 미립자가 더 빠르게 쌓이기 때문이다. DPF 소프트웨어는 능동 재생을 위한 백업으로 사용도히는 마일리지 트리거가 내장되어 있다. 차압 센서로부터의 배압 신호에 의해 능동 재생이 시작되지 않는 경우, 주행 거리를 기준으로 재생이 요청된다. DPF의 능동 재생은 DPF의 온도가 입자의 연소 온도까지 높아질 때 시작된다. 배기 가스 온도를 높여 DPF 온도를 높인다. 이는 파일럿 및 주 연료 분사가 발생한 후 연료를 사후 분사할 경우 가능하다. 두 DPF 온도 센서의 신호를 모니터링하는 DPF 소프트웨어가 이를 결정하여 DPF 온도를 정한다. DPF 소프트웨어는 DPF 온도에 따라 ECM(엔진 컨트롤 모듈)에 연료의 사후 분사를 1회 또는 2회 수행하도록 요청한다.
능동 재생 프로세스는 완료하는 데 최대 20분이 소요된다. 첫 번째 단계에서는 촉매변환기가 활성화되도록 배기 가스 온도를 높인다. 두 번째 단계에서는 DPF 온도를 입자 연소에 최적의 온도로 더 올린다. 그런 다음, DPF 내에서 입자가 완전 히 산화되도록 15~20분 동안 이 온도로 유지한다. 산화 과정에서 탄소 입자는 이산화탄소로 변환된다. DPF 소프트웨어는 DPF의 능동 재생 온도를 면밀히 모니터링하면서 DPF 입구에서 목표 온도를 유지한다. 온도를 제어함으로써 온도가 터보차저와 촉매변환기의 작동 한계를 초과하지 않도록 한다. 터보차저 입구 온도는 830°C(1,526°F)를 초 과하지 않아야 하고 촉매변환기 브릭 온도는 800°C(1,472°F)를 초과하지 않아야 하며 출구 온도는 875°C(1,382°F) 미만으로 유지해야 한다. |
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장점
단점
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장점
단점
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DPF 재생 중 공기 관리 컨트롤
DPF 재생 중 공기 관리 컨트롤 DPF 공기 관리 기능은 다음을 제어한다.
- EGR 컨트롤
- 터보차저 부스트 압력 컨트롤
- 흡입 공기량
능동 재생 중에는 EGR 작동은 비활성화되고 터보차저 부스트 컨트롤러의 폐쇄 루프 작동이 계산된다. 공기 관리 기능은 흡기 매니폴드 내 공기를 사전 지정된 흡입 공기량에 따라 제어한다. 사후 분사된 연료의 안정적이고 확실한 연소를 위한 적당한 실린더 내 조건을 달성하기 위해 이러한 제어가 필요하다. 이 기능은 스로틀을 작동시키고 터보차저 부스트 압력 컨트롤을 조정하여 흡입 공기량을 제어한다.
차량 사용 또는 운전 스타일로 인해 능동 재생 프로세스가 실행되지 않거나 DPF를 재생할 수 없는 경우, 딜러점에서는 DPF를 강제로 재생할 수 있다. 이 방법은 엔진이 정상 작동 온도가 될 때까지 차량을 구동시킨 다음 60km/h~120km/h (40mph~70mph) 속도로 약 20분 동안 더 구동시켜는 것이다. 이보다 낮은 속도에서도 재생 프로세스가 발생할 가능성이 있지만, 48km/h(30mph)의 평균 속도에서는 더 오래 걸릴 수 있다. DPF 컨트롤 DPF를 계속 모니터링하여 최적의 효율로 작동 중인지의 여부와 막힘 여부를 확인해야 한다. ECM은 DPF 시스템의 모니터 링과 작동을 제어하는 DPF 소프트웨어를 포함하고 다른 차량 데이터도 모니터링하여 재생 주기와 서비스 간격을 결정한다. DPF 소프트웨어에는 DPF 감시 기능, DPF 연료 관리 기능 및 DPF 공기 관리 기능의 세 가지 별도 컨트롤 소프트웨어 기능이 있습니다. 이러한 세 가지 기능은 DPF 코디네이터 기능이라는 제4의 소프트웨어 기능에 의해 제어된다. 코디네이터 기능은 능동 재 생 요청 시 다른 기능의 작동을 관리한다.
DPF 연료 관리 기능
DPF 연료 관리 기능은 다음을 제어한다.
- 행정당 4회의 분할 분사 타이밍과 양(파일럿 분사, 주 분사, 2회의 사후 분사)
- 분사 압력 및 세 가지 서로 다른 분사 보정 수준 간 전환
연료 관리는 분사 압력에 대한 세 가지 각 보정 수준에 대해 4회의 분할 분사의 양과 타이밍을 계산하고, 각 수준 간 전환도 관리한다.
실린더 내 가스 온도 증가 기능과 탄화수소 생성을 구분하기 위해 2회의 사후 분사가 필요하다. 첫 번째 사후 분사는 실린더 내 가스 온도를 높이는 동시에 정상(비재생) 엔진 작동 중의 생성되는 것과 동일한 엔진 토크 출력을 유지하는 데 사용된다. 두 번째 사후 분사는 엔진 토크를 높이지 않고 미연소 연료를 촉매변환기로 주입할 수 있도록 함으로써 탄화수소를 생성하 는 데 사용된다.
DPF 공기 관리 기능
DPF 공기 관리 기능은 다음을 제어한다.
- EGR 컨트롤
- 터보차저 부스트 압력 컨트롤
- 흡입 공기량
DPF 코디네이터 기능
DPF 코디네이터 기능은 다음 DPF 재생 요청을 시작 및 조정하여 감시 기능의 재생 요청에 반응한다.
- EGR 차단 – 오버런 상태 제외
- 터보차저 부스트 압력 컨트롤
- 엔진 부하 증가
- 흡입 공기량 제어
- 연료 분사 제어
감시 기능에서 재생 요청을 하면 코디네이터 기능이 EGR 차단 및 재생 관련 터보차저 부스트 압력 컨트롤을 요청한다. 그런 다음, EGR 시스템으로부터 EGR 밸브가 닫혀 있음을 확인하는 피드백 신호를 기다린다.
EGR 밸브가 닫히면 코디네이터 기능이 흡기 온도 및 압력을 제어하여 엔진 부하가 증가하도록 요청을 시작한다.
흡기 조건이 제어되거나 보정 시간이 만료되었음을 확인하는 신호가 수신되면, 코디네이터 기능이 운전자가 가속 페달을 해제할 때까지 기다리는 상태로 변경된다. 이러한 상황이 발생하거나 보정 시간이 만료될 경우 코디네이터 기능이 연료 분사를 제어하여 배기 가스 온도를 높이기 위한 요청을 생성한다.
DPF에 의해 축적된 미립자의 양이 증가하면 DPF 입구 측의 압력이 DPF 출구 측의 압력보다 증가한다. DPF 소프트웨어는 이 비교 결과를 다른 데이터와 함께 사용하여 축적된 미립자의 누적량을 계산한다. 차압 센서 DPF 소프트웨어는 DPF 입구와 출구 사이의 압력 차이 및 DPF 온도를 측정함으로써 DPF가 막히게 될지 여부와 재생이 필요 한지 여부를 확인할 수 있다.
디젤 미립자 필터(DPF)
DPF 시스템은 디젤 미립자 배출물을 무시할 수 있는 수준으로 줄여 다음과 같은 기준을 충족시킨다.
- 유럽의 현행 5단계 및 6단계 배기 가스 배출 기준
- NAS LEV3 배기 가스 배출 기준
미립자 배출물은 특정 부하 상태에서 디젤 엔진으로부터 배출되는 검은색 매연이다. 이 배출물은 고체 및 액체 성분의 복합 혼합물로, 대부분은 엔진의 연료와 윤활유에서 발생하는 탄화수소가 응축된 탄소 미소구체 형태의 미립자다. DPF 시스템은 다음 구성 요소를 포함한다.
- 디젤 미립자 필터(DPF)
- DPF 온도 센서
- ECM에 내장되는 DPF 컨트롤 소프트웨어
- 차압 센서
DPF는 배기 시스템에서 촉매변환기의 다운스트림 쪽에 위치해 있다. DPF는 엔진에서 배출되는 배기 가스에 함유된 미립자 물질을 흡수하는 역할을 한다. DPF의 한 가지 주요 특징은 재생 능력이다. 재생은 필터에 갇힌 미립자를 연소시켜배기 가스의 자유로운 흐름에 방해가 되지 않도록 하는 것이다. 재생 프로세스는 계산된 간격에 따라 실행되며 차량 운전자는 이를 인지하지 못한다.
필터에 미립자가 가득 찰 경우 과도한 배기 배압으로 인해 엔진이 손상되고 필터 자체가 손상되거나 파괴될 수 있으므로, 재생은 매우 중요한 역할을 한다. 필터에 흡수되는 물질은 대부분 탄화수소를 흡수한 탄소 입자 형태로 되어 있다. DPF에는 촉매 코팅이 된 필터를 기반으로 하는 필터 기술이 적용된다. DPF는 강철 용기 안에 들어 있는 실리콘 카바이드로 제작되고 열 충격 저항과 열전도성이 우수하다. DPF는 최적의 배압 요건을 유지하기 위해 엔진의 작동 요건을 충족하도록 설계된다.
필터의 다공성 표면은 배기 시스템의 세로 방향으로 평행하게 배치되는 수천 개의 작은 채널로 구성된다. 필터에서 인접한 채널들은 끝 부분에서 교대로 배치된다. 이러한 구조로 되어 있어, 배기 가스가 다공성 필터 벽을 통과해 흐르면서 필터 매질 역할을 하게 된다. 다공성 표면을 통과하지 못할 정도로 너무 큰 미립자 물질은 회수되어 채널에 보관된다.
회수된 미립자 물질을 제거하지 않으면 배기 가스 흐름에 방해될 수 있다. 보관된 입자는 재생 프로세스를 통해 연소시켜 제거한다.
디젤 미립자 필터 온도 센서
이 센서는 터보차저에서 배출된 배기 가스가 DPF를 통과하기 전의 배기 가스 온도를 측정하여 DPF 온도를 계산하는 데 필요한 정보를 제공한다. 이 정보는 다른 데이터와 함께 축적된 미립자 양을 추정하고 DPF 온도를 제어하는 데 사용된다.
계기판(IC) 표시
도심지에서의 출퇴근과 같이 정기적으로 짧은 거리를 저속으로 주행하는 운전자의 경우, DPF를 효율적으로 재생하지 못할수도 있다. 이 경우에는 DPF 소프트웨어가 차압 센서의 신호로부터 DPF 막힘 여부를 감지하여 운전자에게 다음과 같이 알려준다.
‘배기 필터가 거의 가득 참’이라는 메시지가 표시된다. 이 경우 운전자는 사용자 핸드북에 설명된 대로 엔진이 정상 작동 온도가 될 때까지 차량을 구동시킨 다음 60km/h~120km/h(40mph~70mph) 속도로 약 20분 동안 더 구동시켜야 한다. 이보다 낮은 속도에서도 재생 프로세스가 발생할 가능성이 있지만, 48km/h(30mph)의 평균 속도에서는 더 오래 걸릴 수 있다. 그러면 ‘배기 필터가 거의 가득 참’ 메시지가 더 이상 표시되지 않으며, 이 메시지를 통해 운전자는 DPF 재생에 성공했음을 확인할 수 있다.
그럼에도 불구하고 DPF 소프트웨어가 DPF가 여전히 막혀있음을 감지하는 경우에는 이 메시지가 계속표시되거나 ‘배기 필터 가득 참. 딜러점을 방문하십시오’라는 메시지가 추가로 표시된다. 그러면 운전자는 차량을 딜러점으로 가져가 승인 진단 시스템을 사용하여 DPF를 강제로 재생하도록 해야 한다.
차량 사용 또는 운전 스타일로 인해 능동 재생 프로세스가 실행되지 않거나 DPF를 재생할 수 없는 경우, 딜러점에서는 DPF를 강제로 재생할 수 있다. 이 방법은 엔진이 정상 작동 온도가 될 때까지 차량을 구동시킨 다음 60km/h~120km/h(40mph~70mph) 속도로 약 20분 동안 더 구동시켜는 것이다. 이보다 낮은 속도에서도 재생 프로세스가 발생할 가능성이 있지만, 48km/h(30mph)의 평균 속도에서는 더 오래 걸릴 수 있다.
디젤 미립자 필터의 부작용
엔진 오일 희석
사후 분사 단계 중 엔진 크랭크케이스로 들어가는 소량의 연료로 인해 엔진 오일이 희석될 수 있다. 따라서 필요한 경우 오일 서비스 주기를 단축하기 위해 운전 스타일을 기준으로 한 계산 방법을 도입했다. IC의 메시지를 통해 운전자가 오일을 교환하도록 알린다. DPF 소프트웨어는 운전 스타일과 능동 재생의 빈도 및 지속 시간을 모니터링한다. 엔진 오일 희석 시 이 정보를 사용하여 계산할 수 있다. DPF 소프트웨어에서 엔진 오일 희석이 미리 정해진 임계값(연료가 엔진 오일량 중 7% 차지)에 도달한 것으로 계산할 때 IC에 서비스 메시지가 표시된다.
운전 스타일에 따라 일부 차량은 지정된 주기가 도래하기 전에 오일을 교환해야 할 수도 있다. 서비스 메시지가 표시되면 차량을 딜러점으로 가져가 전체 서비스를 받아야 하며, 이때 서비스 주기 카운터가 재설정된다.
연료 소모량
DPF의 능동 재생 프로세스 중에는 연료 소비량이 증가한다. 하지만 능동 재생이 자주 발생하지 않으므로 연료 소비량에 미치는 전체 효과는 약 2%에 불과하다. 능동 재생 프로세스 중에 사용되는 추가 연료는 IC에 순간 및 평균 연료 소비량으로 표시된다.
최근 몇 년간 ‘DPF 세정액’이 애프터마켓용으로 시판되기 시판되고 있다. 이러한 제품은 그을음이 반응을 일으키는 온도를 낮춰준다는 광고와 함께 판매되고 있다. 차량 개발 활동 중에는 DPF 재생 온도에 도달하는 동시에 다른 모든 차량 구성 요소에 대한 안전 수준을 유지하기 위해 최선을 다 한다는 점을 강조해야 한다. 애프터마켓용으로 시판되는 세정액을 무단으로 사용할 경우 그을음 연소율과 DPF 피크 온도에 상당한 영향을 미쳐 실제 주행 조건에 중대한 위험 요소를 발생시킬 수 있는 것을 주의해야 한다.
스캐너를 이용한 DPF 강제 재생 방법!