KR100774864B1

KR100774864B1 - 디젤차량에서 촉매 유황화량 계산 로직장치

Info

Publication number: KR100774864B1
Application number: KR1020060069568A
Authority: KR
Inventors: 유진환
Original assignee: 쌍용자동차 주식회사
Priority date: 2006-07-25
Filing date: 2006-07-25
Publication date: 2007-11-08

Abstract

본 발명은 배기(emission) 후처리 기술로 디젤산화촉매장치(DOC)가 적용된 경우, DOC의 재생시점을 판단하기 위한 촉매의 피독된 유황화량을 계산하는 간단하고 최적화된 로직장치를 제공함으로써 DOC의 재생에 효율화를 제공함과 동시에 Pt/Pd의 사용이 가능토록 하여 DOC의 가격 경쟁력을 향상시키도록 한 디젤차량의 DOC 내의 촉매 유황화량 계산 로직장치에 관한 것으로서, 이러한 본 발명은, 연료 중 황함량및 관련된 인자를 계산하여 연소되는 연료 중 황함량을 산출하는 연료 연소에 의한 황함량 산출부와; 엔진오일 중 황함량과 관련된 인자를 계산하여 소모되는 엔진오일중 연소에 의해 생성되는 황함량을 산출하는 엔진오일 중 황함량산출부와; 연료에 의해 생성되는 황함량과 엔진오일에 의해 생성되는 황함량을 합산하는 가산부와; 연료분사량과 유입 공기량을 이용하여 공연비(AFR)를 계산하는 AFR 계산부와; 촉매 전단 온도 관련 인자를 계산하여 촉매 전단 온도를 산출하는 촉매 전단온도 산출부와; AFR계산부에서 제공되는 AFR과 상기 촉매전단온도 산출부에 얻어지는 촉매전단온도를 이용하여 촉매 유황화 계수를 산출하는 촉매 유황화 계수 산출부와; 가산부에서 얻어지는 황함량과 상기 촉매 유황화 계수 산출부에서 획득한 촉매 유황화 계수를 승산하여 최종 황함량을 산출하는 최종 유황화량 산출부와; 최종 유황화량 산출부에서 획득한 유황화량을 누적하여 촉매 재생시점을 판단하는 촉매 재생시점 판단부를 구비한다.

Description

디젤차량에서 촉매 유황화량 계산 로직장치{Logic device of Calculation of catalyst sulfation for diesel automobile}

도 1은 본 발명에 따른 디젤차량에서 촉매 유황화량 계산 로직장치의 구성을 보인 블록도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

110 : 연료에 의한 황함량 산출부

120 : 엔진오일에 의한 황한량 산출부

130 : 가산부 150 : 촉매전단온도 산출부

160 : 촉매 유황화 계수 산출부 180 : 촉매 재생시점 판단부

본 발명은 디젤차량에서 DOC(디젤산화촉매 : DOC(Diesel Oxidation Catalyst)의 재생을 위한 촉매 유황화(sulfation)량 계산 로직장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배기(emission) 후처리 기술로 디젤산화촉매장치(DOC)가 적용된 경우, 매연 필터의 재생시점을 판단하기 위한 촉매의 유황화량을 계산하는 간단하고 최적화된 로직장치를 제공함으로써 DOC에 Pt/Pd의 사용이 가능토록 하여 DOC의 가격 경쟁력을 향상시키도록 한 디젤차량에서 촉매 유황화량 계산 로직장치에 관한 것이다.

통상, 배기가스는 엔진으로부터 연소된 혼합기가 배기관을 통하여 대기중으로 방출되는 가스를 말하며, 이러한 배기가스에는 주로 일산화탄소(CO), 질소산화물(NOx), 미연소 탄화수소(HC) 등의 유해물질이 포함되어 있다.

이러한 배기가스의 규제가 강화되고 있으며, 그에 따라 가솔린엔진에서는 배출가스 재순환 장치, 3원 촉매, MPI장치 등을 포함하는 배기가스 제어장치와, 캐니스터, 퍼지 컨트롤 솔레노이드 밸브 등을 포함하는 증발가스 제어장치 등이 차량에 적용되고 있다.

한편, 디젤엔진 차량은 연비, 출력에서 우수함에도 불구하고 가솔린 엔진과는 달리 배기가스 내에 질소산화물과 입자상 물질(PM: Particulate Matter)이 상당히 많이 함유되어 있다. 디젤차량에 있어서는 공기가 대부분의 운전조건에서 충분한 상태로 연소되기 때문에 CO와 HC는 가솔린 차량에 비하여 아주 적게 배출되나, NOx와 입자상 물질(매연)이 많이 배출된다. 질소산화물(NOx)과 입자상 물질(PM)은 서로 반비례 관계를 갖는 경향이 있는데, 즉 질소산화물을 줄이면 입자상 물질이 증가하고, 반대로 입자상 물질을 줄이려면 질소산화물이 증가하는 경향이 있다.

최근, 입자상 물질은 대기를 오염시키는 가장 주된 원인으로 규명되고 있고, 인체에도 큰 해를 입히는 것으로 판명되고 있다. 이에, 디젤차량의 배출가스 저감기술은 NOx와 매연을 포함한 입자상 물질의 저감이 중점적으로 이루어지고 있으며, 특히 디젤차량의 배출기준 강화에 대응하여 후처리기술로 매연 등 입자상 물질과 CO, HC등을 줄이기 위한 매연여과장치(DPF)가 이미 실용화된 바 있으며, 그 밖에 디젤산화촉매장치(DOC)가 개발되었고, NOx만을 선택적으로 줄이기 위한 De-NOx

촉매 및 SCR등이 개발되어 왔다.

최근 부각되고 있는 입자상 물질(PM)을 줄이는 방법으로 디젤 입자상 물질 필터(DPF: Diesel Particulate Filter) 기술을 채택하고 있는바, 이 디젤 입자상 물질 필터는 배기 라인에 설치되어, 엔진으로부터 배출된 불연소의 디젤 입자상 물질을 트랩(trap)을 이용하여 포집하고, 입자상 물질의 발화온도 이상으로 승온시켜 입자상 물질을 태우는(재생) 기능을 반복 수행하게 된다.

한편, 종래의 디젤차량에서 입자상 물질 필터의 재생 방법 외에 디젤산화촉매장치(DOC)만을 적용하고 있는 시스템이 있으며, 이러한 시스템에서는 sulfur(유황)의 피독을 위해 DOC에 적용하는 귀금속은 백금(Pt)만을 적용하고 있다.

그러나 DOC에 적용된 귀금속인 백금이 고가여서 DOC의 가격 상승을 초래하게 되고, 이러한 DOC의 가격 상승은 결국 경쟁력을 저하하는 요인으로 작용한다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 디젤차량에 적용된 DOC에서 백금 사용으로 인해 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서,

본 발명의 목적은, 배기(emission) 후처리 기술로 디젤산화촉매장치(DOC)가 적용된 경우, DOC의 재생시점을 판단하기 위한 촉매의 유황화량을 계산하는 간단하고 최적화된 로직장치를 제공함으로써 DOC에 Pt/Pd의 사용이 가능토록 하여 DOC의 가격 경쟁력을 향상시키도록 한 디젤차량에서 촉매 유황화량 계산 로직장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 "디젤차량에서 촉매 유황화량 계산 로직장치"는,

연료 연소에 의한 황함량과 관련된 인자를 계산하여 연소되는 연료 중 황함량을 산출하는 연료 연소에 의한 황함량 산출부와;

엔진오일 연소에 의한 황함량과 관련된 인자를 계산하여 소모되는 엔진 오일의 연소에 의한 황함량을 산출하는 엔진오일에 의한 황함량 산출부와;

상기 연료 중 황함량 산출부에서 산출한 황함량과 상기 엔진오일에 의한 황함량 산출부에서 산출한 황함량을 합산하는 가산부와;

연료분사량과 유입 공기량을 이용하여 공연비(AFR)를 계산하는 AFR 계산부와;

촉매 전단 온도 관련 인자를 계산하여 촉매 전단 온도를 산출하는 촉매 전단온도 산출부와;

상기 AFR계산부에서 제공되는 AFR과 상기 촉매전단온도 산출부에 얻어지는 촉매전단온도를 이용하여 촉매 유황화 계수를 산출하는 촉매 유황화 계수 산출부와;

상기 가산부에서 얻어지는 설퍼량과 상기 촉매 유황화 계수 산출부에서 획득 한 촉매 유황화 계수를 승산하여 최종 유황화량을 산출하는 최종 유황화량 산출부와;

상기 최종 유황화량 산출부에서 획득한 유황화량을 누적하여 촉매 재생시점을 판단하는 촉매 재생시점 판단부를 포함한다.

상기에서 연료 중 황함량과 관련된 인자는 연료분사량, 엔진 속도, 연료 중 설퍼 함량인 것을 특징으로 한다.

상기에서 연료에 의한 황함량 산출부는, 연료분사량을 엔진 속도와 사이클당 연료분사량으로 계산하고, 이 분사량에 연료 중 황함량을 기준으로 미리 설정한 계수를 곱하여 그 결과치를 연료에 의한 황함량으로 산출하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 엔진 오일중 황함량과 관련된 인자는, 엔진 토크, 엔진 속도, 오일중 설퍼 함량, 엔진 냉각수 온도인 것을 특징으로 한다.

상기에서 엔진오일에 의한 황함량 산출부는, 엔진오일소모량을 엔진 토크와 엔진 속도를 메인으로, 냉각수온도에 의한 보정 값을 적용하여 계산한 후, 오일중 황함량을 기준으로 한 적절한 계수를 곱하여 그 결과치를 엔진오일에 의한 황함량으로 산출하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 촉매전단온도 관련 인자는, 엔진 토크, 엔진 속도, 유입공기량, 연료량, 유입공기온도, 차량 속도인 것을 특징으로 한다.

상기에서 촉매전단온도 산출부는, 엔진 토크와 엔진 속도를 메인으로, 유입공기량, 유입공기온도, 차량 속도에 의한 보정 값을 적용하여 촉매전단온도를 산출하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명하기에 앞서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 의한 디젤차량에서 촉매 유황화량 계산 로직장치의 구성을 보인 블록도이다.

여기서 참조부호 110은 연료 중 황함량과 관련된 인자를 계산하여 연소되는 연료에 의해 발생되는 황함량을 산출하는 연료에 의한 황함량 산출부를 나타내고, 참조부호 120은 엔진오일 중 황함량과 관련된 인자를 계산하여 소모되는 엔진 오일의 연소에 의해 발생되는 황함량을 산출하는 엔진오일에 의한 황함량 산출부를 나타내며, 참조부호 130은 상기 연료에 의한 황함량 산출부(110)에서 산출한 황함량과 상기 엔진오일에 의한 황함량 산출부(120)에서 산출한 황함량을 합산하는 가산부를 나타낸다.

또한, 참조부호 140은 연료분사량과 유입 공기량을 이용하여 AFR을 계산하는 AFR 계산부를 나타내고, 참조부호 150은 촉매 전단 온도 관련 인자를 계산하여 촉매 전단 온도를 산출하는 촉매 전단온도 산출부를 나타내고, 참조부호 160은 상기 AFR계산부(140)에서 제공되는 AFR과 상기 촉매전단온도 산출부(150)에 얻어지는 촉매전단온도를 이용하여 촉매 유황화 계수를 산출하는 촉매 유황화 계수 산출부를 나타낸다.

그리고 참조부호 170은 상기 가산부(130)에서 얻어지는 황함량과 상기 촉매 유황화 계수 산출부(160)에서 획득한 촉매 유황화 계수를 승산하여 최종 유황화량을 산출하는 최종 유황화량 산출부를 나타내고, 참조부호 180은 상기 최종 유황화량 산출부(170)에서 획득한 유황화량을 누적하여 촉매 재생시점을 판단하는 촉매 재생시점 판단부를 나타낸다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 디젤차량에서 촉매 유황화량 계산 로직장치는 먼저, 연료에 의한 황함량 산출부(110)는 연료 중 설퍼량과 관련된 인자를 계산하여 연소되는 연료에 의해 발생되는 황함량을 산출하게 된다. 즉, 연료에 의한 황함량 산출부(110)는, 연료 중 황함량과 관련된 인자인 연료분사량, 엔진 속도, 연료 에 의한 황함량을 획득한 후, 연료분사량을 엔진 속도와 사이클당 연료분사량으로 계산하고, 이 분사량에 연료에 의한 황함량을 기준으로 미리 설정한 계수를 곱하여 그 결과치를 연료에 의한 황함량으로 산출하게 된다.

다음으로, 엔진오일에 의한 황함량 산출부(120)는 엔진오일 중 황함량과 관련된 인자를 계산하여 소모되는 엔진 오일에 의해 발생되는 황함량을 산출하게 된다. 즉, 엔진오일에 의한 황함량 산출부(120)는, 엔진 오일중 설퍼량과 관련된 인자인 엔진 토크, 엔진 속도, 오일중 설퍼 함량, 엔진 냉각수 온도를 획득하고, 엔진오일소모량을 엔진 토크와 엔진 속도를 메인으로, 냉각수온도에 의한 보정 값을 적용하여 계산한 후, 오일에 의한 황함량을 기준으로 한 적절한 계수를 곱하여 그 결과치를 엔진오일에 의한 황함량으로 산출하게 된다.

다음으로, 가산부(130)는 상기 연료에 의한 황함량 산출부(110)에서 산출한 황함량과 상기 엔진오일에 의한 황함량 산출부(120)에서 산출한 황함량을 합산하게 된다.

한편, AFR계산부(140)는 연료분사량과 유입 공기량을 이용하여 AFR을 계산하게 된다.

그리고 촉매 전단온도 산출부(150)는 촉매 전단 온도 관련 인자를 계산하여 촉매 전단 온도를 산출하게 된다. 즉, 촉매 전단온도 산출부(150)는 촉매전단온도 관련 인자인 엔진 토크, 엔진 속도, 유입공기량, 연료량, 유입공기온도, 차량 속도를 획득하고, 엔진 토크와 엔진 속도를 메인으로, 유입공기량, 유입공기온도, 차량 속도에 의한 보정 값을 적용하여 촉매전단온도를 산출하게 된다.

다음으로, 촉매 유황화 계수 산출부(160)는 상기 AFR계산부(140)에서 제공되는 AFR과 상기 촉매전단온도 산출부(150)에 얻어지는 촉매전단온도를 이용하여 촉매 유황화 계수를 산출하게 된다.

아울러 최종 유황화량 산출부(170)는 상기 가산부(130)에서 얻어지는 황함량과 상기 촉매 유황화 계수 산출부(160)에서 획득한 촉매 유황화 계수를 승산하여 최종 유황화량을 산출하게 되고, 촉매 재생시점 판단부(180)는 상기 최종 유황화량 산출부(170)에서 획득한 유황화량을 누적하여 촉매 재생시점을 판단하게 된다.

또한, 촉매 재생시에는 비유황화량을 계산함으로써, 촉매 재생 완료시점도 결정할 수 있게 된다.

이렇게 촉매 재생시점이 결정되면 기존의 촉매재생 장치를 이용하여 촉매를 재생하게 되는 것이다.

이상과 같이 본 발명은 DOC를 재생시키기 위한 재생시점을 결정하기 위해서 간단하고 최적화된 계산 로직장치를 적용함으로써, DOC의 재생시점을 정확하게 판단할 수 있으며, 따라서 황 피독을 위해 DOC에 반드시 백금만을 적용할 필요없이 Pt/Pd의 사용이 가능하다. 따라서 이러한 이점에 의해 DOC의 가격을 낮출 수 있어 경쟁력을 향상시키게 되는 것이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

이상 상술한 본 발명에 따르면, DOC를 재생 시점을 판단하기 위한 간단하고 최적화된 계산 로직장치를 제공함으로써 DOC의 재생시점을 정확하게 알 수 있는 장점이 있다.

또한, 황 피독문제로 DOC에 반드시 백금만을 적용할 필요없이 Pt/Pd의 사용이 가능하므로, 이러한 이점에 의해 DOC의 가격을 낮출 수 있어 경쟁력을 향상시킬 수 있는 장점도 있다.

Claims

디젤차량에서의 촉매 유황화량 계산 로직장치에 있어서,

연료 중 황함량과 관련된 인자를 계산하여 연소되는 연료 중 황함량을 산출하는 연료에 의한 황함량 산출부와;

엔진오일 중 황함량과 관련된 인자를 계산하여 소모되는 엔진 오일중 황함량을 산출하는 엔진오일에 의한 황함량 산출부와;

상기 연료에 의한 황함량 산출부에서 산출한 황함량과 상기 엔진오일에 의한 황함량 산출부에서 산출한 황함량을 합산하는 가산부와;

연료분사량과 유입 공기량을 이용하여 공연비(AFR)를 계산하는 AFR 계산부와;

촉매 전단 온도 관련 인자를 계산하여 촉매 전단 온도를 산출하는 촉매 전단온도 산출부와;

상기 AFR계산부에서 제공되는 AFR과 상기 촉매전단온도 산출부에 얻어지는 촉매전단온도를 이용하여 촉매 유황화 계수를 산출하는 촉매 유황화 계수 산출부와;

상기 가산부에서 얻어지는 황함량과 상기 촉매 유황화 계수 산출부에서 획득한 촉매 유황화 계수를 승산하여 최종 유황화량을 산출하는 최종 유황화량 산출부와;

상기 최종 유황화량 산출부에서 획득한 유황화량을 누적하여 촉매 재생시점을 판단하는 촉매 재생시점 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤차량에서 촉매 유황화량 계산 로직장치.
제1항에 있어서, 상기 연료 중 황함량과 관련된 인자는 연료분사량, 엔진 속도, 연료 중 황함량인 것을 특징으로 하는 디젤차량에서 촉매 유황화량 계산 로직장치.
제1항에 있어서, 상기 연료에 의한 황함량 산출부는, 연료분사량을 엔진 속도와 사이클당 연료분사량으로 계산하고, 이 분사량에 연료 중 황함량을 기준으로 미리 설정한 계수를 곱하여 그 결과치를 연료에 의한 황함량으로 산출하는 것을 특징으로 하는 디젤차량에서 촉매 유황화량 계산 로직장치.
제1항에 있어서, 상기 엔진 오일중 황함량과 관련된 인자는, 엔진 토크, 엔진 속도, 오일중 황함량, 엔진 냉각수 온도인 것을 특징으로 하는 디젤차량에서 촉매 유황화량 계산 로직장치.
제1항에 있어서, 상기 엔진오일에 의한 황함량 산출부는, 엔진오일소모량을 엔진 토크와 엔진 속도를 메인으로, 냉각수온도에 의한 보정 값을 적용하여 계산한 후, 오일중 황함량을 기준으로 한 적절한 계수를 곱하여 그 결과치를 엔진오일에 의한 황함량으로 산출하는 것을 특징으로 하는 디젤차량에서 촉매 유황화량 계산 로직장치.
제1항에 있어서, 상기 촉매전단온도 관련 인자는, 엔진 토크, 엔진 속도, 유입공기량, 연료량, 유입공기온도, 차량 속도인 것을 특징으로 하는 디젤차량에서 촉매 유황화량 계산 로직장치.
제1항에 있어서, 상기 촉매전단온도 산출부는, 엔진 토크와 엔진 속도를 메인으로, 유입공기량, 유입공기온도, 차량 속도에 의한 보정 값을 적용하여 촉매전단온도를 산출하는 것을 특징으로 하는 디젤차량에서 촉매 유황화량 계산 로직장치.