KR100857656B1

KR100857656B1 - 차량의 배기 시스템 제어방법

Info

Publication number: KR100857656B1
Application number: KR1020060119095A
Authority: KR
Inventors: 정원호
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2006-11-29
Filing date: 2006-11-29
Publication date: 2008-09-08
Also published as: KR20080048741A

Abstract

본 발명은 엔진의 배기 가스의 배기를 안내하는 배기관과, 상기 배기관 상에 설치된 촉매 컨버터와, 상기 배기 가스 일부가 상기 촉매 컨버터를 바이패스토록 상기 배기관과 연결된 바이패스 유로와, 상기 바이패스 유로의 개폐를 위해 상기 바이패스 유로 상에 설치된 바이패스 밸브와, 상기 바이패스 밸브가 상기 엔진의 Fuel cut-off 지속 시간에 따라 동작토록 하는 제어부를 포함하여 구성됨으로써 상기 촉매 컨버터의 산소저장능력의 감소를 방지함과 아울러, 상기 촉매 컨버터에 사용되는 금속 Pt, Pd, Rh 등 중 가격이 저렴하고 HC 정화성능은 우수하지만 NOx 정화성능이 Pt, Rh 에 비해 떨어지는 Pd의 활용도를 높일 수 있어 촉매 컨버터의 원가절감 효과도 가져올 수 있는 차량의 배기 시스템 제어방법을 제공한다.

배기 시스템, 배기관, 촉매 컨버터, 배기 가스, 산소저장능력, 엔진

Description

차량의 배기 시스템 제어방법{METHOD FOR CONTROLING EXHAUST GAS SYSTEM}

도 1은 종래 기술에 따른 차량의 배기 시스템에서의 NOx배출 패턴을 나타낸 그래프이다.

도 2는 본 발명에 따른 차량의 배기 시스템의 배기가스 바이패스 안 할 때 구성도이다.

도 3은 본 발명에 따른 차량의 배기 시스템의 배기가스 바이패스 할 때 구성도이다.

도 4는 본 발명에 따른 차량의 배기 시스템의 제어 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

2 : 엔진 10 : 배기관

20 : 축매 컨버터 30 : 바이패스 유로

32 : 바이패스 밸브 34 : 제어부

40 : 제1산소 센서 42 : 제2산소 센서

본 발명은 차량의 배기 시스템 제어방법에 관한 것으로서, 특히 Fuel cut-off가 일정 시간 이상 계속될 경우, 배기가스 일부가 촉매 컨버터를 바이패스하여 배출토록 하는 차량의 배기 시스템 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량에서 배출되는 가스에는 유해한 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx) 등이 많이 포함되어 있다. 따라서, 차량의 배기 시스템에 촉매 컨버터를 채용하여 배기 가스 중의 CO, HC를 산화시켜 CO2와 H2O로 만들며, NOx 는 환원시켜 N2와 O2로 만들고 있다. 이 과정에서 중요한 것이 촉매 컨버터의 산소저장능력(Oxygen Storage Capacity, OSC)이다. 즉, 자동차의 연소실에서 공기과잉(lean) 연소가 이루어지면 NOx의 발생량이 증가하게 되는데 이때 촉매 컨버터가 배기 가스 내의 과잉 공기를 저장하여(환원반응) 대기 중으로 방출되는 NOx의 양을 줄이며, 공기희박(rich) 연소가 이루어졌을 때는 저장되어 있던 공기를 방출하여(산화반응) HC, CO를 저감시키는 원리이다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래 기술에 따른 차량의 배기 시스템은 촉매 컨버터가 열화됨에 따라 산소저장능력(OSC)이 감소하기 때문에 주행거리가 늘어남에 따라 대기 중으로 방출되는 유해 가스의 양도 많아지는 문제점이 있다. 특히 도 1 에 도시된 바와 같이 NOx의 정화에 취약해지는데, Fuel cut-off 이후 가속 시 NOx가 과다 배출되는 현상이 나타난다.

한편, 상기한 문제점 해결을 위해 EMS 측면에서 일정 시간 이상의 Fuel cut-off가 발생하면 연료를 pilot injection하여 촉매 내에 저장되어 있던 산소를 강제로 배출시키는 방법이 사용되고 있으나, 촉매 컨버터의 열화도가 심할 경우에는 큰 효과를 발휘하지 못하며 연료 증량으로 인한 HC, CO의 증가 및 연비 등의 부작용이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, Fuel cut-off가 일정 시간 이상 계속되면 배기 가스 일부가 촉매 컨버터를 바이패스토록 구비됨으로써 촉매 컨버터의 산소저장능력이 증대될 수 있고, 그로 인해 NOx에 대한 촉매 컨버터의 대응성이 향상될 수 있는 차량의 배기 시스템 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 차량의 배기 시스템 제어방법은 시동이 켜지면, 엔진의 운행 중 엔진의 Fuel cut-off 지속 시간을 카운팅하는 카운팅 단계와; 상기 엔진의 Fuel cut-off 지속 시간이 기 설정된 시간에 도달하면 배기가스 일부가 촉매 컨버터를 바이패스하는 배기가스 바이패스단계와; 상기 엔진의 Fuel cut-off가 끝나면 상기 배기가스의 촉매 컨버터 바이패스를 중지하는 배기가스 바이패스 중지단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

삭제

상기 기 설정된 시간은 1 ± 0.3 초인 것을 특징으로 한다.

상기 배기가스 바이패스 단계가 상기 배기가스의 산소 농도가 기 설정치 이하이면 실시되도록 상기 배기가스의 산소 농도를 검출하는 배기가스 산소 농도 검출 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 배기가스 산소 농도 검출 단계는 촉매 컨버터를 통과 전 배기가스의 상소 농도와 상기 촉매 컨버터를 통과한 배기가스의 산소 농도를 각각 검출하는 것을 특징으로 한다.

상기 배기가스 바이패스 중지단계는 상기 배기가스의 산소 농도에 따라 상기 배기가스의 촉매컨버터 바이패스가 중지토록 구비된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 차량의 배기 시스템의 배기가스 바이패스 안 할 때 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 차량의 배기 시스템의 배기가스 바이패스 할 때 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 차량의 배기 시스템의 제어 순서도이다.

본 발명에 따른 차량의 배기 시스템 제어방법은 엔진(2)과 연결되어 상기 엔진(2)의 배기 가스의 배기를 안내하는 배기관(10)과, 상기 배기관(10) 상에 설치되어 촉매 현상을 이용하여 상기 배기관(10)을 따라 배기되는 배기가스를 정화하는 촉매 컨버터(20)와, 상기 배기관(10)을 따라 배기되는 배기 가스 일부가 상기 촉매 컨버터(20)를 바이패스토록 상기 배기관(10)과 연결된 바이패스 유로(30)와, 상기 바이패스 유로(30)의 개폐를 위해 상기 바이패스 유로(30) 상에 설치된 바이패스 밸브(32)와, 상기 바이패스 밸브(32)가 상기 엔진(2)의 Fuel cut-off 지속 시간에 따라 동작토록 하는 제어부(34)를 포함하여 구성된다.

상기 바이패스 유로(30)는 일단이 상기 촉매 컨버터(20)의 입구 측 배기관(10)과 연결되고, 타단이 상기 촉매 컨버터(20)의 출구 측 배기관(10)과 연결된다.

상기 바이패스 유로(30)는 상기 배기관(10)과 일체로 성형되는 것도 가능하고, 상기 배기관(10)과 별도로 성형되어 상기 배기관(10)과 용접 또는 스크류 체결 등의 방법으로 결합되어 연통될 수 있다.

상기 바이패스 밸브(32)는 상기 배기관(10)을 따라 배기되는 배기 가스가 상 기 바이패스 유로(30)를 통해 상기 촉매 컨버터(20)를 바이패스하지 않는 경우, 상기 배기관(10)을 따라 배기되는 배기 가스가 상기 바이패스 유로(30)로 아예 유입되지 못하도록 상기 바이패스 유로(30)의 입구 측에 위치됨이 바람직하다.

상기 제어부(34)는 상기 엔진(2)의 Fuel cut-off 지속 시간에 따라 상기 바이패스 밸브(32)의 온/오프 동작을 제어토록 구비된다.

한편, 본 발명에 따른 차량의 배기 시스템 제어방법은 상기 제어부(34)가 상기 배기관(10)을 따라 배기되는 배기 가스의 산소량에 의해서도 상기 바이패스 밸브(32)를 제어토록 상기 촉매 컨버터(20)의 입,출구 측에 각각 위치된 제1,2산소 센서(40)(42)를 더 포함할 수 있다.

상기 제1산소 센서(40)는 상기 배기관(10)을 따라 배기되는 배기 가스의 배기 방향으로 상기 바이패스 유로(30)의 입구보다 더 앞쪽에 위치되도록 상기 배기관(10)에 설치될 수 있다.

상기 제2산소 센서(42)는 상기 배기관(10)을 따라 배기되는 배기 가스의 배기 방향으로 상기 바이패스 유로(30)의 출구보다 더 뒤쪽에 위치되도록 상기 배기관(10)에 설치될 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 차량의 배기 시스템의 제어 방법을 살펴보면 다음과 같다.

상기 엔진(2)의 시동이 켜지고 상기 엔진(2)의 Fuel cut-off가 시작(S100 단계)되면, 상기 엔진(2)의 운행 중 상기 엔진(2)의 Fuel cut-off가 지속되는 동안 상기 엔진(2)의 Fuel cut-off 지속 시간이 카운팅된다.

그리고, 상기 엔진(2)의 Fuel cut-off가 지속되는 동안 상기 카운팅된 된 상기 엔진(2)의 Fuel cut-off 지속 시간이 상기 배기관(10)을 따라 배기되는 배기 가스 일부의 바이패스 여부를 판단하기 위해 기 설정된 배기가스 바이 패스 판단 시간과 비교된다.(S105 단계) 상기 기 설정된 배기가스 바이패스 판단 시간은 1 ± 0.3 초로 설정됨이 바람직하다.

상기 엔진(2)의 Fuel cut-off 지속 시간과 기 설정된 배기가스 바이 패스 판단 시간과 비교 결과, 상기 엔진(2)의 Fuel cut-off 지속 시간이 기 설정된 배기가스 바이 패스 판단 시간보다 작으면 상기 엔진(2)의 Fuel cut-off가 지속되는 동안 상기 바이패스 유로(30)가 폐쇄되도록 상기 바이패스 밸브(32)는 오프 동작된다.(S110 단계)

반면, 상기 엔진(2)의 Fuel cut-off 지속 시간과 기 설정된 배기가스 바이 패스 판단 시간과 비교 결과, 상기 엔진(2)의 Fuel cut-off 지속 시간이 기 설정된 배기가스 바이 패스 판단 시간에 도달하면, 일단 상기 제1산소 센서(40)를 통해 감지된 상기 촉매 컨버터(20)를 통과하기 전 배기 가스 내 산소가 희박한지 여부를 판단한다.

즉 상기 제1산소 센서(40)를 통해 감지된 상기 촉매 컨버터(20)를 통과하기 전 배기 가스 내 산소 농도(ushk_w1)를 상기 배기관(10)을 따라 배기되는 배기 가스 일부의 바이패스 여부를 판단하기 위해 기 설정된 촉매 컨버터 입구 측 산소 농도와 비교한다.(S115 단계) 이 때 상기 기 설정된 촉매 컨버터 입구 측 산소 농도는 0.45V 정도가 바람직하다.

상기 제1산소 센서(40)를 통해 감지된 상기 촉매 컨버터(20)를 통과하기 전 배기 가스 내 산소 농도(ushk_w1)와 상기 기 설정된 촉매 컨버터 입구 측 산소 농도 비교 결과, 상기 제1산소 센서(40)를 통해 감지된 상기 배기관(10)을 따라 배기되는 배기 가스 내 산소 농도(ushk_w1)가 상기 기 설정된 촉매 컨버터 입구 측 산소 농도보다 작으면, 상기 제2산소 센서(42)를 통해 감지된 상기 배기관(10)을 따라 배기되는 배기 가스 내 산소가 희박한지 여부를 판단한다.

즉 상기 제2산소 센서(42)를 통해 감지된 상기 촉매 컨버터(20)를 통과한 배기 가스 내 산소 농도(ushk_w2)를 상기 배기관(10)을 따라 배기되는 배기 가스 일부의 바이패스 여부를 판단하기 위해 기 설정된 촉매 컨버터 출구 측 산소 농도와 비교한다.(S120 단계) 이 때 상기 기 설정된 촉매 컨버터 출구 측 산소 농도는 0.45V 정도가 바람직하다.

상기 제2산소 센서(42)를 통해 감지된 상기 촉매 컨버터(20)를 통과한 배기 가스 내 산소 농도(ushk_w2)와 상기 기 설정된 촉매 컨버터 출구 측 산소 농도 비교 결과, 상기 제2산소 센서(42)를 통해 감지된 상기 촉매 컨버터(20)를 통과한 배기 가스 내 산소 농도(ushk_w2)가 상기 기 설정된 촉매 컨버터 출구 측 산소 농도보다 작으면, 상기 바이패스 유로(30)가 개방되도록 상기 바이패스 밸브(32)가 온 동작된다.(S125 단계)

상기 바이패스 유로(30)가 개방되면, 상기 배기관(10)을 따라 배기되는 배기가스 일부가 상기 바이패스 유로(30)를 통해 상기 촉매 컨버터(20)를 바이패스한다.

한편, 상기 촉매 컨버터(20)를 통과하지 않은 raw HC, CO, NOx 가스가 대기 중으로 방출되는 부작용을 최소화하기 위해 상기 엔진(2)의 Fuel cut-off가 끝나거나(S130 단계) 상기 제1,2산소 센서(40)(42)를 통해 감지된 배기가스 내 산소가 희박하지 않으면(S135,S140 단계) 상기 바이패스 유로(30)가 폐쇄되도록 상기 바이패스 밸브(32)가 오프된다.(S145 단계)

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 차량의 배기 시스템 제어방법은 엔진의 Fuel cut-off가 일정 시간 이상 지속되면, 배기가스 일부가 촉매 컨버터를 바이패스토록 함으로써 상기 촉매 컨버터의 산소저장능력의 감소를 방지함과 아울러, 상기 촉매 컨버터에 사용되는 금속 Pt, Pd, Rh 등 중 가격이 저렴하고 HC 정화성능은 우수하지만 NOx 정화성능이 Pt, Rh 에 비해 떨어지는 Pd의 활용도를 높일 수 있어 촉매 컨버터의 원가절감 효과도 가져올 수 있는 이점이 있다.

Claims

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시동이 켜지면, 엔진의 운행 중 상기 엔진의 Fuel cut-off 지속 시간을 카운팅하는 카운팅 단계와;

상기 엔진의 Fuel cut-off 지속 시간이 기 설정된 시간에 도달하면 배기가스 일부가 촉매 컨버터를 바이패스하는 배기가스 바이패스단계와;

상기 엔진의 Fuel cut-off가 끝나면 상기 배기가스의 촉매 컨버터 바이패스를 중지하는 배기가스 바이패스 중지단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 배기 시스템 제어방법.
제 4 항에 있어서,

상기 기 설정된 시간은 1 ± 0.3 초인 것을 특징으로 하는 차량의 배기 시스템 제어방법.
제 4 항에 있어서,

상기 배기가스 바이패스 단계가 상기 배기가스의 산소 농도가 기 설정치 이하이면 실시되도록 상기 배기가스의 산소 농도를 검출하는 배기가스 산소 농도 검출 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 배기 시스템 제어방법.
제 6 항에 있어서,

상기 배기가스 산소 농도 검출 단계는 촉매 컨버터를 통과 전 배기가스의 상소 농도와 상기 촉매 컨버터를 통과한 배기가스의 산소 농도를 각각 검출하는 것을 특징으로 하는 차량의 배기 시스템 제어방법.
제 6 항에 있어서,

상기 배기가스 바이패스 중지단계는 상기 배기가스의 산소 농도에 따라 상기 배기가스의 촉매컨버터 바이패스가 중지토록 구비된 것을 특징으로 하는 차량의 배기 시스템 제어방법.