KR100836406B1

KR100836406B1 - Ｓｃｒ 모니터링 시스템

Info

Publication number: KR100836406B1
Application number: KR1020070076247A
Authority: KR
Inventors: 최창은
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2007-07-30
Filing date: 2007-07-30
Publication date: 2008-06-09

Abstract

본 발명은 정화효율 차(ηeff_diff)가 미리 설정된 정화효율인 정화효율 차 설정치(ηeff_diff_threshold)를 초과하면 유레아와는 다른 유사 용액으로 판단하는 유사용액 판단단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 SCR 모니터링 시스템을 제공한다.

정화효율, 설정치, 유레아, 유사 용액, SCR

Description

ＳＣＲ 모니터링 시스템{Selective Catalyst Reduction Monitoring System}

본 발명은 디젤차량의 후처리 시스템 중 SCR 모니터링 시스템에 관한 것이다.

북미 규제에는 배기 장치의 열화 등을 감지하여 운전자에게 모니터링 해주는 기능을 강화한 OBD (On Board Diagnosis)II 규제가 있다.

그리고 디젤 차량에 장착된 각종 부품 및 후처리 시스템은 차량의 주행거리가 증가할수록 열화되어 본래의 기능을 점차적으로 상실하게 되고 상기 OBD 규제 등의 배기규제를 초과하거나 차량에 심각한 손상을 주기도 한다.

일반적으로 디젤차량의 후처리 시스템은 DOC(Diesel Oxidation Catalyst), CPF(Catalyzed Particulate Filter), SCR(Selective Catalyst Reduction; 요소 촉매 저감 장치) 등이 대표적인 예이며, 이 중에서 매우 엄격한 북미 규제 중 NOx에 대한 규제를 만족시키기 위해서 고안된 장치로서 상기 SCR이 있다.

상기 SCR은 유레아(Urea: 요소)를 사용한 가수분해 반응을 통하여 배기가스에서 발생되는 NOx를 환경에 무해한 CO2(이산화탄소), NH3(암모니아)와 H2O(물)로 환원시키는 장치이다.

그리고 상기 SCR촉매에 대한 모니터링을 위해 아래와 같이 구체적으로 모니터링 항목이 제시되고 있다.

첫째는 SCR촉매의 NOx 정화율 모니터링이고, 둘째는 유레아 탱크내에 유레아 이외의 유사물질 투입으로 인한 NOx 정화율 저감 방지 모니터링이며, 셋째는 유레아 탱크내의 유레아 잔존 여부 모니터링이다.

상기 셋째 항복에 대한 모니터링은 연료 게이지 센서와 같은 기존의 방법으로 단순 전개하여 사용할 수 있다.

그러나, 종래에는 상기 첫째와 둘째 항목에 대한 모니터링 방법이 구체적으로 제시되지 않아 이를 적용할 수 없는 문제가 있다.

본 발명은 SCR촉매의 NOx 정화율 모니터링과 유레아 탱크내에 유레아 이외의 유사물질 투입으로 인한 NOx 정화율 저감 방지 모니터링에 관한 구체적인 방법을 제시하는 SCR 모니터링 시스템 제공을 목적으로 한다.

그리고 본 발명은 새로운 정화효율(NEW_ηeff)이 정화효율 설정치(ηeff_df_threshold) 이하로 떨어지는지 여부를 판단하는 정화효율 판단단계를 포함하여 구성될 수 있고, 기어단수가 어느 단에 있는지를 모니터링하는 기어단수별 모니터링 단계를 포함하여 구성될 수 있으며, 정보입력단계와 정보판단단계를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, NOx 정화효율 계산 영역 내에서 운전상태가 설정시간 이상 운전되는지 여부를 판단하는 시간 판단 단계를 포함하여 구성될 수 있고, SCR촉매의 정화효율(ηeff)을 계산하는 과정인 정화효율 연산단계를 포함하여 구성될 수 있으며, 새로운 정화효율(NEW_ηeff)에서 이전 정화효율(OLD_ηeff)를 뺀 값에 절대치를 하여 정화효율 차(ηeff_diff)로 나타내는 과정인 정화효율 비교단계를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명에 의하면 유레아와 유사한 용액이 사용됨을 모니터링 할 수 있어 환경오염을 막는 효과가 있다.

또한, 새로운 정화효율(NEW_ηeff)이 정화효율 설정치(ηeff_df_threshold) 이하로 떨어지는지 여부를 판단할 수 있고, 기어단수가 어느 단에 있는지를 모니터링할 수 있는 효과가 있다.

그리고 냉각수 온도, 대기 온도, 대기압 그리고 배기 온도가 본 발명인 SCR 모니터링 시스템의 정화효율을 측정하기에 적당한 조건 범위에 있는지를 판단할 수 있다.

한편, 본 발명은 NOx 정화효율 계산 영역 내에서 운전상태가 설정시간 이상 운전되는지 여부를 판단할 수 있고, SCR촉매의 정화효율(ηeff)을 계산하는 과정인 정화효율 연산단계를 제공할 수 있으며, 정화효율 비교단계를 제공할 수 있는 이점이 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명 중 SCR촉매가 장착된 배기장치 부분의 개략도이고, 도 2는 SCR촉매의 열화에 따른 NOx 정화효율를 나타내는 그래프이며, 도 3은 유사용액 투입시 NOx 정화효율를 나타내는 그래프이고, 도 4는 본 발명인 SCR 모니터링 시스템의 로직을 나타낸 개략도이다.

도 1과 같이 본 발명은 SCR(Selective Catalyst Reduction)촉매(9)의 열화(劣化) 모니터링을 위해 2개의 NOx 센서(10, 11)와 1개의 온도센서(13)로 구성된다.

그리고 상기 NOx 센서(A)(10)는 SCR촉매(9) 입구의 NOx 양을 모니터링하고, 상기 NOx 센서(B)(11)는 SCR촉매(9) 출구의 NOx를 모니터링 한다. 이때 상기 온도센서(13)는 SCR촉매(9) 입구의 배기가스 온도를 모니터링 한다.

도 2의 그래프와 같이, 차량의 주행시간 또는 주행거리가 늘어나면서 배기가스온도 또는 연료 內의 황 함유량 등 외부 환경조건에 의해 SCR촉매(9)는 열화(劣化)된다.

그리고 상기 열화에 의한 정화효율 감소로 환경오염이 일어나는 것을 막고자 하는 취지에서 SCR촉매(9)를 모니터링하게 된다. SCR촉매의 정화효율(ηeff)을 아래 식 (1)과 같이 정의할 때, 도 2와 같이 SCR촉매(9)의 정화효율은 악화되는 경향을 가진다.

NOx Conversion Rate = 100*(1-NOx(B)/NOx(A))---식(1)

따라서, 지속적인 모니터링을 통하여 법규에서 제정한 설정치(threshold)에 근접하면 경고등을 점등하여 운전자가 A/S 조치를 받을 수 있도록 해야한다.

한편, 도 3은 SCR에 유레아가 사용되지 않고, 상기 유레아와 유사한 용액이 사용됨에 의하여 NOx 정화효율 감소되고, 이로 인해 야기되는 환경오염을 막고자 하는 취지에서 마련된 모니터링이다.

즉, 정상적인 유레아 용액이라면 상기 식 (1)에 따라 도 2와 같이 정화효율이 점진적으로 악화될 것이다. 그러나 유사용액이라면 도 3과 같이 비정상적인 정화효율의 감소를 가져올 것이다. 기존의 정화효율을 저장, 비교하여 비정상적인 변화가 측정되면 경고등을 점등하여 운전자가 A/S 조치를 받도록 한다.

그리고 상기와 같은 모니터링 개념을 현실화하기 위하여 본 발명인 SCR 모니터링 시스템은 도 4와 같은 로직이 마련된다.

본 발명인 SCR 모니터링 시스템은 정보입력단계인 제 1 단계(100)와, 상기 제 1 단계(100)에서 입력된 정보를 판단하는 정보판단단계인 제 2 단계(200)와, 상기 제 2 단계(200)에서 판단된 조건이 SCR 모니터링하기에 적합하다고 인정될 경우에 진행되는 기어단수별 모니터링 단계인 제 3 단계(300)와, 상기 제 3 단계(300)와 함께 진행되는 시간 판단 단계인 제 4 단계(400)와, 상기 제 4 단계(400)에서 측정시간이 설정시간 이상 경과될 경우에 진행되는 정화효율 연산단계인 제 5 단계(500)와, 상기 제 5 단계(500)가 진행된 후에 진행되는 정화효율 비교단계인 제 6 단계(600)와, 상기 제 6 단계(600)가 경과된 후에 진행되는 유사용액 판단단계인 제 7 단계(700) 그리고 상기 제 7 단계(700)에서 유사용액이 아니라고 판단되는 경우에 진행되는 정화효율 판단단계인 제 8 단계(800)를 포함하여 구성된다.

그리고 상기 정보입력단계인 제 1 단계(100)에서는 냉각수 온도(110) 모니터링과, 대기 온도(120) 모니터링과, 대기압(130) 모니터링 그리고 배기가스 온도를 모니터링하는 배기 온도(140) 모니터링이 이루어진다.

또한, 상기 정보판단단계인 제 2 단계(200)에서는 상기 제 1 단계(100)에서 측정된 냉각수 온도(110), 대기 온도(120), 대기압(130) 그리고 배기 온도(140)가 본 발명인 SCR 모니터링 시스템의 정화효율을 측정하기에 적당한 조건 범위에 있는지를 판단하는 단계로 차량의 주행 상태가 정상 상태인지를 판단하는 단계로 볼 수 있다.

여기서 냉각수온_SCR_Mntr_lower는 SCR Monitoring을 위한 냉각수온 하한치를 나타내고, 냉각수온_SCR_Mntr_upper는 SCR Monitoring을 위한 냉각수온 상한치를 나타내며, 대기온도_SCR_Mntr_lower는 SCR Monitoring을 위한 대기온도 하한치를 나타내고, 대기온도_SCR_Mntr_upper는 SCR Monitoring을 위한 대기온도 상한치를 나타낸다.

또한, 상기 대기압_SCR_Mntr_lower는 SCR Monitoring을 위한 대기압 하한치를 나타내고, 대기압_SCR_Mntr_upper는 SCR Monitoring을 위한 대기압 상한치를 나타내며, 배기온도_SCR_Mntr_lower는 SCR Monitoring을 위한 배기온도 하한치를 나타내고, 배기온도_SCR_Mntr_upper는 SCR Monitoring을 위한 배기온도 상한치를 나타낸다.

한편, 상기 정보판단단계인 제 2 단계(200)에서 상기 냉각수 온도(110), 대 기 온도(120), 대기압(130) 그리고 배기 온도(140)가 적당한 조건 범위에 있는 경우에는 기어단수별 모니터링 단계인 제 3 단계(300) 및 시간 판단 단계인 제 4 단계(400)에 들어가게 된다.

상기 제 3 단계(300)에서는 현재 사용중인 기어단수(360)가 4단, 5단 또는 6단 중 어느 단에 있는지를 모니터링하고, 이와 더불어 엔진회전수(370) 및 연료량(380)을 모니터링하여 모니터링된 값이 기어 단수 별로 NOx 정화효율 계산 영역 내인지 판단하는 과정이다.

예를 들어, 모니터링된 기어단수(360)가 4단인 경우에 엔진회전수(370) 및 연료량(380)이 4단에 적합한 범위 내인지를 판단하는 과정이다.

그리고 상기 제 4 단계(400)는 상기 제 3 단계(300)의 NOx 정화효율 계산 영역 내에서 운전상태가 설정시간 이상 운전되는지 여부를 판단하는 과정이다.

상기 제 3 단계(300) 및 제 4 단계(400)가 필요한 이유는 NOx 정화효율 계산에 있어서, 각 기어 단계별로 엔진회전수와 연료량의 표준 사용 범위가 있고, 상기 표준 사용 범위 내에서 설정시간 이상 운전하는 경우에 신뢰성 있는 결과치를 구할 수 있기 때문이다.

따라서, 주로 고속도로나 자동차 전용도로 등의 기어 변화가 심하지 않고 정속주행이 일정시간 지속되는 곳에서 측정이 이루어진다.

그리고 상기 제 3 단계(300) 및 제 4 단계(400)의 설정 조건들을 만족하면 제 5 단계(500)인 정화효율 연산단계가 진행되는데, 이는 도 1의 NOx 센서(A)(10)와 NOx 센서(B)(11)로부터 얻은 데이터를 상기 식 (1)에 대입하여 SCR촉매의 정화 효율(ηeff)을 계산하는 과정이다.

상기 제 5 단계(500)를 통하여 새롭게 얻은 SCR촉매의 정화효율은 새로운 정화효율(NEW_ηeff)이라고 정의하고, 이전에 측정된 SCR촉매의 정화효율은 이전 정화효율(OLD_ηeff)이라고 정의한다.

또한, 상기 새로운 정화효율(NEW_ηeff)과 이전 정화효율(OLD_ηeff)은 동일한 기어단수에서 측정된 값이다.

즉, 상기 새로운 정화효율(NEW_ηeff)이 현재의 4단에서 측정된 값이면, 이전 정화효율(OLD_ηeff)은 가장 최근 주행 중에 4단에서 측정된 값이다.

한편, 상기 제 5 단계(500)를 거친 후에 진행되는 정화효율 비교단계인 제 6 단계(600)는 상기 새로운 정화효율(NEW_ηeff)에서 이전 정화효율(OLD_ηeff)를 뺀 값에 절대치를 하여 정화효율 차(ηeff_diff)로 나타내는 과정이고, 상기 정화효율 차(ηeff_diff)는 새로운 정화효율(NEW_ηeff)과 이전 정화효율(OLD_ηeff) 사이의 변화량 크기로 정의한다.

그리고 상기 제 6 단계(600)를 거친 후에 진행되는 유사용액 판단단계인 제 7 단계(700)는 상기 정화효율 차(ηeff_diff)와 前 단계에서 저장된 기어 단수 별 정화효율 차 설정치(4th_ηeff_diff_threshold, 5th_ηeff_diff_threshold, 6th_ηeff_diff_threshold) 중 상기 정화효율 차(ηeff_diff)와 같은 기어단을 가진 정화효율 차 설정치(ηeff_diff_threshold)를 비교하여 정화효율 차(ηeff_diff)가 상기 정화효율 차 설정치(ηeff_diff_threshold)를 초과하면 유레아와는 다른 유사 용액으로 판단하여 운전자에게 점등하고 알리는 과정이다.

상기 제 7 단계(700)를 통하여 유레아와 유사한 용액이 사용됨을 모니터링 할 수 있어 환경오염을 막는 효과가 있다.

참고로, 상기 4th_ηeff_diff_threshold는 4단 운전영역에서 유사용액을 판별하기 위한 정화효율 차 설정치이고, 상기 5th_ηeff_diff_threshold는 5단 운전영역에서 유사용액을 판별하기 위한 정화효율 차 설정치이며, 6th_ηeff_diff_threshold는 6단 운전영역에서 유사용액을 판별하기 위한 정화효율 차 설정치이다.

한편, 현재 계산된 정화효율인 상기 새로운 정화효율(NEW_ηeff)은 다음 비교를 위해 저장되어 추후에 본 발명에 의한 비교시 이전 정화효율(OLD_ηeff)로 사용된다.

그리고 상기 제 7 단계(700)에서 상기 정화효율 차(ηeff_diff)가 정화효율 차 설정치(ηeff_diff_threshold)이하인 것으로 판단되는 경우에 진행되는 과정은 정화효율 판단단계인 제 8 단계(800)이다.

상기 제 8 단계(800)는 상기 새로운 정화효율(NEW_ηeff)인 현재의 NOx 정화효율이 기어 단수 별로 설정된 설정치인 4th_정화효율 설정치(ηeff_df_threshold), 5th_정화효율 설정치(ηeff_df_threshold), 6th_정화효율 설정치(ηeff_df_threshold) 중 상기 새로운 정화효율(NEW_ηeff)과 같은 기어단에 해당하는 정화효율 설정치(ηeff_df_threshold) 미만으로 떨어지는지 여부를 판단하여 설정 값 미만으로 떨어질 때, 경고등이 점등되는 과정이다.

참고로, 상기 4th_정화효율 설정치(ηeff_df_threshold)는 4단 운전영역에서 촉매의 열화로 인한 A/S 점등을 위한 설정치이고, 5th_정화효율 설정치(ηeff_df_threshold)는 5단 운전영역에서 촉매의 열화로 인한 A/S 점등을 위한 설정치이며, 6th_정화효율 설정치(ηeff_df_threshold)는 6단 운전영역에서 촉매의 열화로 인한 A/S 점등을 위한 설정치이다.

상기와 같이 본 발명은 새로운 정화효율(NEW_ηeff)이 정화효율 설정치(ηeff_df_threshold) 이하로 떨어지는지 여부를 판단할 수 있고, 기어단수가 어느 단에 있는지를 모니터링할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석 되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명 중 SCR촉매가 장착된 배기장치 부분의 개략도.

도 2는 SCR촉매의 열화에 따른 NOx 정화효율를 나타내는 그래프.

도 3은 유사용액 투입시 NOx 정화효율를 나타내는 그래프.

도 4는 본 발명인 SCR 모니터링 시스템의 로직을 나타낸 개략도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

9: SCR촉매 10: NOx 센서(A)

11: NOx 센서(B) 13: 온도센서

Claims

정화효율 차(ηeff_diff)가 정화효율 차 설정치(ηeff_diff_threshold)를 초과하면 유레아와는 다른 유사 용액으로 판단하는 유사용액 판단단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 SCR 모니터링 시스템.
청구항 1에 있어서,

새로운 정화효율(NEW_ηeff)이 정화효율 설정치(ηeff_df_threshold) 이하로 떨어지는지 여부를 판단하는 정화효율 판단단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 SCR 모니터링 시스템.
청구항 2에 있어서,

기어단수가 어느 단에 있는지를 모니터링하는 기어단수별 모니터링 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 SCR 모니터링 시스템.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 청구항에 있어서,

정보입력단계와 정보판단단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 SCR 모니터링 시스템.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 청구항에 있어서,

NOx 정화효율 계산 영역 내에서 운전상태가 설정시간 이상 운전되는지 여부를 판단하는 시간 판단 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 SCR 모니터링 시스템.
청구항 5에 있어서,

SCR촉매의 정화효율(ηeff)을 계산하는 과정인 정화효율 연산단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 SCR 모니터링 시스템.
청구항 6에 있어서,

새로운 정화효율(NEW_ηeff)에서 이전 정화효율(OLD_ηeff)를 뺀 값에 절대치를 하여 정화효율 차(ηeff_diff)로 나타내는 과정인 정화효율 비교단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 SCR 모니터링 시스템.