KR100957598B1

KR100957598B1 - 배기가스 공급류 내에 탄화수소 환원제의 분사를 제어하는 방법, 유체 계측 장치를 제어하기 위한 컴퓨터 프로그램을 구비하는 제품, 및 배기가스 후처리 시스템

Info

Publication number: KR100957598B1
Application number: KR1020070094537A
Authority: KR
Inventors: 마이클 비. 바이올라
Original assignee: 지엠 글로벌 테크놀러지 오퍼레이션스, 인코포레이티드
Priority date: 2006-09-20
Filing date: 2007-09-18
Publication date: 2010-05-13
Also published as: DE102007044193B4; US20080066455A1; CN101149010A; DE102007044193A1; US7469531B2; KR20080026498A

Abstract

촉매 반응 장치의 상류에 있는 희박 공연비 영역에서 작동하는 내연기관의 배기가스 공급류 내로 환원제의 분사를 조절하는 장치 및 방법이 제공된다. 제어 모듈은 환원제 계측 장치와 작동되게 연결되고, 배기가스 공급류 내로 환원제를 유동시킨다. 상기한 방법은 촉매 반응 장치와 배기가스 공급류의 매개변수들에 근거하여 소정의 투입량 결정하는 단계와, 소정의 투입량을 조정하는 단계를 포함한다. 소정의 환원제 공급률이 결정되면, 환원제는 소정의 환원제 공급률에 따라 선택적으로 배분된다.

내연기관, 촉매 반응 장치, 배기가스 공급류, 배기가스 후처리 시스템

Description

배기가스 공급류 내에 탄화수소 환원제의 분사를 제어하는 방법, 유체 계측 장치를 제어하기 위한 컴퓨터 프로그램을 구비하는 제품, 및 배기가스 후처리 시스템{METHOD AND APPARATUS TO CONTROL INJECTION OF A REDUCTANT INTO AN EXHAUST GAS FEEDSTREAM}

본 발명은 일반적으로 내연기관용의 배기 후처리 시스템 및 환원제를 내연기관의 후처리 시스템 상류에 분사하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

내연기관의 생산자들은 고객의 요구를 만족시키고 배기량 및 연비에 대한 다양한 규제를 충족시키기 위하여 엔진 제어 방법을 발전시킨다. 상기한 엔진 제어 방법 중 한가지는 온실효과 가스의 배출량의 감소와 연비의 향상을 위하여 낮은 공연비에서 엔진을 작동시키는 것이다. 이와 같은 방법은 압축 점화(디젤) 엔진과 연비가 좋은 불꽃 점화 엔진에 사용 가능하다. 엔진을 희박 공연비(산소의 과공급)에서 작동시키면, 연소온도는 결과적으로 더 낮아지고 이로 인해 엔진으로부터 배출되는 NO_x 배출량이 감소된다. 그러나, 낮은 공연비에서 작동되는 엔진의 상업적 적용은 희박 배기 조건에서 NO_x를 제거하는 효과적인 방법의 부족으로 한계에 부딪친 다. 그래서, 디젤의 연소가스와 연비가 좋은 가솔린의 연소가스로부터 질소 산화물(NO_x = NO + NO₂)의 효과적인 환원은 미래의 배출물 기준을 만족시키며 자동차 연비 향상을 위하여 중요하다.

과잉 산소를 함유한 배기가스의 공급류로부터 배출 NO_x의 환원은 자동차 생산자들에게는 해결 과제이다. 한가지 예로서, 미국의 Bin 5 규제에 만족하기 위하여 최근 예상되는 엔진으로부의 NO_x 표준에 근거한 FTP(Federal Test Procedure) 사이클에서 NO_x 의 변환 효율의 70-90%가 가능한 후처리 시스템이 요구될 것으로 예측된다. 실질적으로 전술한 FTP 사이클 동안 낮은 온도 작동 범위(예를 들면 200-350℃)에서 변환효율이 얻어져야 한다. 그리고 고속의 시험 조건(예를 들면 US06 FTP)동안 더 높은 온도 작동 범위(예를 들면 450-550℃)에서 변환효율이 얻어져야 한다.

자동차에의 적용을 위하여 몇가지 잠재적인 후처리 시스템이 제안되어 왔다. 한가지 시도는 산화질소를 질소로 환원하기 위하여 요소(urea)-선택적 촉매 환원(SCR) 촉매의 상류에 NO_x 환원제, 예컨대 요소(urea)를 분사하는 것을 포함하는 후처리 시스템을 사용하는 것이다. 환원제로서 요소(urea)의 사용은 요소의 분배 구조와 이러한 제2 유체에 대한 운행중인 자동차의 모니터링 시스템을 필요로 한다. 그런데 요소의 사용은 요소 용액의 상대적으로 높은 어는 점(-12℃) 때문에 추운 날씨를 가진 기후에서 잠재적인 문제를 가질 수 있다. NO_x 저장 촉매는 효율적인 저장 작용을 위하여 전형적으로 부피가 큰 촉매, 많은 양의 백금계 금속 및 낮은 황을 함유한 연료를 필요로 한다. 이런 시스템은 높은 배기가스 온도를 발생시키는 연료 분사와 촉매 저장 물질을 재생시키기 위한 환원제의 분사를 포함하는 주기적인 촉매제 재생이 요구된다.

자동차와 다른 내연기관 사용 장치에 사용하기 위하여, 넓은 작동 조건에서 배기 가스 공급류 내에 탄화수소 환원제를 투입하는 효과적인 장치 및 방법이 필요하다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 촉매 반응 장치의 상류에 있는 희박 공연비 영역에서 작동하는 내연기관의 배기가스 공급류 내로 환원제의 분사를 조절하는 장치 및 방법이 제공된다.제어 모듈은 환원제 계측 장치와 작동되게 연결되고, 배기가스 공급류 내에 환원제의 흐름을 위하여 채용된다. 상기한 방법은 촉매 반응 장치와 배기가스 공급류의 매개변수들에 근거하여 소정의 투입율 결정하는 단계와, 소정의 투입율을 조정하는 단계를 포함한다. 소정의 환원제 공급률이 결정되면, 환원제는 소정의 환원제 공급률에 따라 선택적으로 배분된다.

본 발명은 아래에서 상세히 설명될 실시예들을 읽고 이해하는 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진자에게 명백할 것이다.

아래에 참조된 도면은 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 본 발명을 설명하기 위하여 나타낸다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따라 도시된 제어 시스템과 배기가스 후처리 시스템 및 내연기관의 개념도를 나타낸다.

바람직하게 엔진과 제어 시스템은 통상의 4행정 내연기관(10)과 전자 엔진 제어 모듈('ECM', 5)을 구비한다. 바람직하게 엔진은 주로 화학양론적으로 희박한 작동상태를 가진 알려진 압축 점화 엔진으로 이루어진다. 또는, 엔진(10)은 예혼합 압축 점화 엔진과 희박 연소 불꽃 점화 엔진처럼 화학양론적으로 희박한 상태에서 운행되는 엔진의 수많은 엔진 제어 방법 중 한 가지를 채용한 엔진으로 이루어질 수 있다. 엔진(10)은 크랭크 축에 설치된 복수 개의 왕복 운동하는 피스톤을 포함하고, 엔진(10)은 동력전달계통에 회전 토크를 전달하기 위하여 동력전달계통에 작동 가능하게 설치된다. 엔진(10)은 규제된 구성 성분, 즉 다른 물질들과 함께 탄화수소('HC'), 일산화탄소('CO'), 질소산화물(NO_x), 및 미립자물질('PM')이 포함된 배기 가스 공급류를 발생시킨다. 규제된 구성 요소는 배기가스 후처리 시스템에서 산화와 환원을 통하여 무해한 가스로 부분적으로 또는 완전하게 변환된다.

배기가스 후처리 시스템은 배기가스 공급류의 구성 성분을 무해한 가스로 변환하기 위한 통합된 시스템을 구비한다. 배기 매니폴드는 배기가스를 운반하여 배기가스 후처리 시스템으로 향하게 한다. 예시적인 후처리 시스템은 산소 촉매제를 구비한 촉매 반응 장치('DOC',14)와, 탄화수소 선택적 촉매 환원('SCR') 촉매(20) 및 촉매형 디젤 입자 필터('CDPF')와 결합된 제2 산화 촉매('DOC')를 구비하는 최종 촉매제(24)를 포함한다. 각각의 촉매 반응 장치는 배기가스 공급류의 구성 성분에 대한 처리 즉, 산화, 환원, 환원제 투입 및 입자 필터링을 포함한 과정을 통해 처리할 수 있는 다양한 능력을 가진 기술이 채택된 장치를 구비한다. 바람직하게는 장치들은 잘 알려진 파이프와 연결구들을 사용한 연속체에 유체가 흐르도록 연결된다. 도 1에서 도시한 촉매 반응 장치의 배열과 이용은 특정한 디자인과 레이아웃(layout)을 제한하는 것이 아니라 단지 설명을 위한 것이다.

SCR 장치(20)는 선택적으로 배기가스에서 NO_x 가스의 실질적인 일부분을 탄화수소 환원제가 존재하는 비활성 질소 가스로 선택적으로 환원시키는 촉매 반응 장치를 구비한다. 예시적으로, SCR 장치(20)의 한가지는 촉매 물질로서 실버 알루미나("AgAl")를 사용하고, 알루미나 담층(washcoat)에 지지된 실버 알루미나의 기선택된 무게 백분율로 구성된다. 촉매 물질의 예시적인 범위는 2 ~ 4 중량%의 실버 알루미나(AgAl)이며, 2-3 g/in³ 의 범위의 담층의 부착량은 400 cell/in²의 코디어라이트 모노리스 담체(cordierite monlith substrate)이다. 또는, SCR 장치(20)는 담체 장치 상에 지지된 몇 가지 공지된 촉매물질 및 부착 범위를 갖는 담층 중 하나를 이용할 수 있다. 촉매에 대한 특성은 본 명세서에 기재된 제어 방법과 시스템을 나타내기 위하여 단지 예로서 설명한 것으로 이해될 수 있다.

후처리 시스템은 감지 장치들과 신호적으로 ECM(5)에 연결된 시스템들을 포함한다. 감지 장치들은 바람직하게 NO_x 센서(12), 온도 센서(26)와, 제2 배기가스 감지 장치(22)를 포함한다. NO_x 센서(12)는 도시한 엔진을 빠져나가는 배기 가스를 모니터링하기 위하여 작동되며, 또는 DOC 장치(14)의 하류에 위치할 수 있다. 온도 센서(26)는 SCR 장치(20)의 상류인 DOC 장치(14)를 빠져나가는 배기가스의 온도를 모니터링하도록 작동된다. 또한, 어느 경우에나 SCR 장치(20)의 작동 온도('T_EXH')를 결정하기 위하여 센서는 SCR 장치(20)의 배드(bed)에 설치될 수 있다. 배기가스 감지 장치(22)는 제2 센서를 구비하고, SCR 촉매(20) 뒤에서 제어와 진단을 위하여 사용할 수 있는 출력인 배기가스 구성 성분들을 모니터링 하도록 작동된다. 바람직하게 NO_x 센서(12)는 배기가스 공급류 내에 NO_x 농도에 대한 매개변수 값과 상호 관 련시킬 수 있는 전기적 신호를 발생시키도록 작동하는 센서를 구비한다. 일반적으로 센서는 NO_x 농도를 'ppm'으로 측정한다. 더불어 센서는 배기가스 공급류 내의 공연비에 대한 매개변수 값과 상호 관련시킬 수 있는 제 2 전기적 신호를 발생시키도록 작동된다. 이 전기적 신호로부터 배기가스의 산소 함유량('O2')이 결정될 수 있다. 또한, NO_x 센서(12)는 실질적으로 엔진 작동 조건에 근거하여 NO_x와 O2에 대한 매개변수 값을 결정하도록 작동하는 제어 모듈에 내제된 알고리즘을 구비하는 NO_x 감지 장치를 구비할 수 있다. 배기가스 감지 장치(22)는 SCR 장치(20) 뒤에서 배기가스 공급류의 NO_x 농도에 대한 매개변수 값과 상호 관련시킬 수 있는 전기적 신호를 발생하도록 작동되는 NO_x 센서 구비할 수 있다. 또한, 배기가스 감지 장치(22)는 여기에서 설명된 피드백 제어 설계에 사용하기 위하여 촉매장치(20)의 뒤에서 배기가스 공급류에서 탄화수소의 농도에 대한 매개변수 값과 상호 관련시킬 수 있는 전기적 신호를 발생하도록 작동되는 탄화수소 센서를 구비할 수 있다. 또한, 배기가스 감지 장치(22)는 여기에서 설명된 피드백 제어 설계에 사용을 위하여 촉매 반응 장치(20) 뒤에서 배기가스 공급류의 O2 농도에 대한 매개변수 값과 상호 관련시킬 수 있는 전기적 신호를 발생하도록 작동되는 산소 센서('O2')를 구비할 수 있다. 다른 센서(18)들은 필요에 따라 SCR 장치(20)의 후처리 시스템 상류에 배치될 수 있다. 본 발명의 한가지 실시예에서 센서(18)는 센서(22)와 결합하여 피드백 제어와 진단에 사용할 수 있는 산소센서를 구비할 수 있다.

바람직하게 제어 시스템은 ECM(5)을 포함한 분산된 제어 모듈 구조를 구비한다. 바람직하게 제어 시스템은 명세서에서 묘사된 동력전달 시스템을 포함한 다양한 자동차 시스템에서 공동으로 작동할 수 있는 제어를 제공하는 복수 개의 제어 모듈을 구비한다. 제어 시스템은 감지 장치(예를 들면 센서 12,18, 22, 26)로부터의 입력치들을 모니터링 할 수 있고, 적합한 정보를 통합하여 다루며, 하드웨어의 방지(protection), 운전 용이성, 성능, 배출량, 연료 경제성(연비)과 같은 매개변수들을 포함하는 제어 목표를 달성하기 위하여 다양한 작동장치(예를 들면, 16, 32)를 제어하기 위한 알고리즘을 수행한다. 분산된 제어 모듈 구조는 ECM(5)과, 복수 개의 다른 장치와 연결되고, 이를 통해 자동차 조작자가 통상적으로 자동차나 동력전달장치의 동작을 제어하거나 조절하는 사용자 인터페이스('UI',13)를 포함한다. 일반적으로 자동차 작동자가 입력치를 UI(13)에 제공하는 장치는 가속페달, 브레이크 페달, 변속기와 자동차 속도 순항 조절기를 포함한다. 상기한 컨트롤러들과 장치들 각각은 다른 컨트롤러들, 장치들, 센서들 그리고 일반적으로 항목 6으로 설명된 고속지역 네트워크('LAN') 버스(bus)를 통하여 작동 장치들과 연결되어 있다. LAN 버스(6)는 다양한 단계들과, 제어 모듈들 및 장치들 사이에서 제어 변수들과 명령들의 구조화된 통신을 가능하게 한다. 사용된 통신 프로토콜은 응용 스펙(application-specific)이다. LAN 버스와 적절한 프로토콜은 전술한 컨트롤러들과, 자동차 안정성, 견인 제어와 엔티록식 브레이크(antilock brakes)와 같은 기능을 제공하는 다른 컨트롤러들 사이에 강한 메세지와 다중 제어 장치 인터페이싱을 제공한다. ECM(5)은 데이타 버스를 경유하여 휘발성 또는 비휘발성의 메모리 장치 에 전기적으로 연결된 중앙 프로세싱 유닛을 구비한다. ECM(5)는 설명된 것처럼 배기 시스템과 엔진(10)의 작동을 계속하여 제어하고 모니터하기 위하여 감지 장치들과 다른 출력 장치들에 설치된다. 바람직하게 출력 장치들은 적절한 제어와 작동을 위하여 필요한 하위 시스템, 즉 한 예로서 공기 흡입 시스템, 연료 주입 시스템, 배기가스 순환 시스템과 증발 제어 시스템을 포함하는 하위 시스템들을 구비한다. 엔진 감지 장치들은 엔진의 작동과 외부 조건들을 모니터링 할 수 있게 작동되는 장치들을 포함하고, 일반적으로 배선 하네스(harnesses)를 경유하여 ECM(5)에 부착된다. 비휘발성 메모리 장치에 저장된 알고리즘들은 중앙 프로세싱 유닛에 의해 수행되어지고, 감지 장치로부터 입력량을 모니터링 하도록 작동된다. 그리고 알고리즘들은 엔진과 미리 설정된 측정치를 사용하는 배기가스 후처리 장치의 작동을 제어하기 위한 엔진 제어와 진단 작업을 수행한다. 일반적으로, 알고리즘들은 적어도 각각의 루프 사이클(loop cycle) 한번 마다 각각의 제어 알고리즘을 가지고 미리 설정된 루프 사이클 동안 수행된다. 통상적으로 루프 사이클은 엔진 작동중에 각각 3.125ms, 6.15ms, 12.5ms, 25ms, 및 100ms 마다 수행된다. 또한, 제어 알고리즘들은 사건의 발생에 반응하여 수행될 수 있다. 주기적으로 발생하는 사건, 예를 들어 엔진의 연료 주입량의 계산은 각 엔진 사이클마다 수행될 수 있다. 진단 알고리즘은 사이클 동안 매 엔진키 마다 한번 수행될 수 있다. 진단 알고리즘은 실행 전에 특정한 가능 표준을 달성하기 위한 요구를 포함한 더 많은 제한을 가질 수 있다. 당업자는 다양한 내연기관(10)의 운전을 진단하거나 제어하는 ECM(5)의 사용을 일반적으로 이해할 수 있다.

도 1을 참조하면, 도 1은 촉매장치의 한가지 예시적인 내연기관 엔진 상류의 배기가스 공급류 내에 탄화수소 환원제를 분사하는 기구를 보여준다. 바람직하게 이런 분사는 내연기관(5)의 희박 연소 작동시 또는 다른 적절한 작동 조건 아래에서 발생한다. 예시적인 탄화수소 환원제를 분배하기 위한 환원제 분사 장치(16)는 배기가스 공급류 내에 환원제를 분사하기 위하여 채용된 연료 분사기를 포함한다. 그리고 환원제 분사 장치(16)는 엔진의 연료 라인으로부터 압축된 연료를 받는 제어가능한 압력 조절 장치(32)에 연결된다. ECM(5)는 환원제 분사 장치(16)와, 제어가능한 압력 조절 장치(32)에 작동 가능하게 연결되어, 제어할 수 있는 유동 범위에서 배기가스 공급류 내에 환원제의 유동을 컨트롤한다. 바람직하게 탄화수소 환원제는 탄화수소 연료를 구비한다. 배기 시스템은 예를 들어 센서(12,18,22,26)와 같은 감지 장치를 포함한다. 그리고 배기 시스템은 배기가스 온도, 유동률 및 배기량의 매개변수들을 결정할 수 있는 ECM(5)으로부터의 배기가스 공급류 매개변수를 모니터링 하도록 작동된다. 환원제 분사 장치(16)와 제어할 수 있는 압력 조절 장치(32)는 각각 ECM(5)에 연결되고, ECM(5)은 도 2 및 도 3에 기재된 바와 같이 연료 압력을 제어하기 위하여 압력 조절 장치(32)를 제어하고 환원제 분사 장치(16)로부터 연료 유동 질량을 제어하기 위해 분사기 개구 펄스 폭 및 반복율을 제어함으로써 배기가스 공급류에서 환원제의 질량 유동을 제어한다.

도 2를 참조하여, 상기한 바와 같이 설명된 배기가스 후처리 시스템에 HC 분사를 제어하기 위한 피드 포워드 제어 방식(feed-forward control scheme)에 대하여 자세히 설명한다. 바람직하게 상기 제어 방식은 ECM(5)에서 하나 또는 더 많은 알고리즘으로 수행된다. 온도센서(26)를 사용하여 측정된 배기가스 온도와 공간 속도('SV')가 결정된다. 촉매 공간 속도는 대체된 촉매 반응의 화학기질 부피와 배기가스 공급류의 유동률에 근거하여 결정된다. 공간속도는 부피, 촉매의 단위 부피마다 배기가스 공급률로 나타난다. 그리고 공간속도의 단위는 시간에 대한 역수이다. 이런 값들은 투입 테이블(40)에 대한 입력신호로 이루어지고, 소정의 C₁/NO_x 비율('최초 C₁/NO_x 비율')은 투입 테이블(40)로부터 검색될 수 있다. 투입 테이블은 눈금 테이블을 구비하고, ECM(5)의 비휘발성 메모리 장치의 하나인 평판 형상에 저장되며, 특별한 적용을 위하여 촉매 공간 속도 매개변수들의 범위와 배기 가스 온도,'T_EXE'의 범위로부터 결정된 최적화된 C₁/NO_x 비율에 대한 복수 개의 매개변수 값을 포함한다. 본 발명의 더 많은 개선에서, 투입 테이블의 최적화된 C₁/NO_x 비율에 대한 매개변수 값들은 하나 또는 더 많은 배기 가스 센서로부터의 피드백과 엔진 작동 조건에 근거하여 엔진이 정상적인 작동하는 동안 업데이트 될 수 있다. 이러한 업데이트 된 최적화된 C₁/NO_x 비율에 대한 매개변수 값들은 투입 테이블과 같은 크기의 두번째 눈금 테이블의 형상을 가질 수 있다. 여기에 두번째 눈금 테이블에서의 값은 최적화된 또는 최초의 C₁/NO_x 비율을 결정하기 위한 투입 테이블의 값과 관련되어 결합된다.

최적화된 최초의 C₁/NO_x 비율은 HC-SCR 촉매(20)를 지나간 HC를 최소화하기 위하여 또는 최상의 NO_x 환원을 이루기 위하여 배기가스 공급류 내에 부가하는 산화질소에 대한 연료 탄소의 비율이다. 배기가스 공급류 내의 산소 농도('O₂') 측정은 바람직하게는 센서(12)로부터의 신호출력과 O₂ 보상 테이블(42)의 입력치를 이용하여 결정된다. 바람직하게는 O₂ 농도의 측정은 약 21%로부터 2%미만까지의 O₂ 범위의 매개변수 측정으로 이루어진다. O₂ 보상 테이블(42)은 1.0으로부터 0.5미만의 범위에 있는 복수개의 미리 설정된 O₂ 배율('O2 MULT')을 구비한다. 그리고 O₂ 농도 범위와 상호 관련된다. O₂ 배율은 측정된 O₂ 농도에 대하여 결정되고, 최종 C₁ /NO_x 비율에 도달하기 위하여 최초의 C₁ /NO_x 비율에 곱해진다. 배기가스 공급류 내에서 NO_x의 측정은 센서(12)를 사용하여 결정되고, 초당 단위몰로 변환되며, 그리고 C₁ 연료율(mole/sec)을 결정하기 위하여 최초의 C₁/NO_x 비율에 곱해진다. C₁ 연료율(mole/sec)은 C₁₄ 연료율(mole/sec)을 이루기 위하여 HC/fuel 비율로 나누어진다. 이 실시예에서, HC/fuel 비율은 디젤연료에 대한 탄화수소 비율을 지시하는 C₁/C₁₄ 연료비율을 구비한다. 초당 몰수로 나타내는 C₁₄ 연료율은 초당 그램수로 나타나는 C₁₄ 연료율을 결정하기 위하여 변환 인자인 gm/mole에 곱해진다. 예로서, 1 ppm의 액화 디젤 연료는 약 14 탄소 원자를 가진다. 따라서, 배기가스 공급류 내에 입구 NO_x 100ppm을 가진 10의 C₁/NO_x 비율은 디젤연료 10 X 100/14 = 71 ppm의 분사를 요구한다. 입력치인 C₁₄ 연료율은 환원제 분사 장치(16)의 작동을 위해 소정의 펄스폭('INJ_Pw')과 소정의 압력('INJ_Pr')을 결정하도록 분사 제어 모듈(52)에 입력된다. ECM(5)는 NO_x를 환원시키고 일관된 소정의 펄스폭('INJ_Pw')과 소정의 압력('INJ_Pr')으로 HC 감소(slip)를 최소화하기 위하여 탄화수소 연료를 배기가스 공급류 내에 분사하는 환원제 분사 장치(16)를 제어한다.

도 3을 참조하면, 피드-포워드(feed-forward)와 피드백(feedback) 제어를 구비하는 제어 방식이 이제 설명된다. 이 제어 방식은 배기가스 공급류 매개변수들과 소정의 C₁/NO_x 비율에 근거한 압력 조절 장치(16)와 환원제 분사 장치(16)를 포함하는 환원제 분사 시스템과 엔진의 작동을 위한 제어 방식이다. 도 2를 참조하여 설명된 모든 제어 방식은 이 실시예의 한 부분을 이루고 있으므로 자세한 설명은 하지 않는다. 본 실시예에서 피드백은 배기가스 공급류에서 SCR 촉매(20) 이후에 배치된 배기 가스 센서(22)로부터 얻어진다. 또는 변형예로서 SCR(20)의 일부분을 모니터 하기 위하여 SCR(20) 사이에 배치된다. 센서 피드백(feedback)은 HC 투입의 크기를 조정하는데 사용되어 왔다. 예를 들어 센서(22)가 상기에서 설명한 산소 센서로 이루어질 때, 배기가스 공급류에서 감지된 낮은 산소 레벨(level)은 향상된 NO_x 효율로 이끄는 경향이 있다. 그런고로, 배기가스 공급류에서 산소 레벨이 떨어질 때, HC 투입의 크기는 감소될 수 있다. 피드백 인자는 바람직하게는 0.0의 낮은 O₂ 레벨로부터 1.0의 높은 O₂ 레벨의 범위에서 O₂ 레벨에 근거하여 결정된다. 제어 구조는 피드백 멀티플라이어('FDBK')를 결정하고, 최종의 C₁/NO_x 비율의 결정의 일부분으로 그 값에 최초의 C₁ /NO_x 비율을 곱함으로써(45에서) 센서(22)로부터의 정보를 조직한다. 센서(22)가 NO_x 센서 또는 탄화수소 센서 중 어느 하나로 이루어질 때, 센서(22)로부터 피드백을 위한 유사한 방법들이 발전될 수 있다. 제어 방식은 도 2에 언급된 설명과 같이 배기가스 공급류 내에 HC 분사를 제어하기 위하여 수행된다.

도 2와 도 3을 참조하여 설명된 실시예들은 HC-SCR 촉매장치를 통하여 NO_x의 환원을 최적화하기 위한 시스템을 설명한다. 제어 방법은 촉매 장치의 탄화수소 상류에 조절된 양을 예를 들면 본 명세서에서 도시된 산소 촉매(14)의 상류에 제어된 양의 탄화수소를 분사하여 디슐페이션(desulfation)을 이룰 수 있다. 변형예로서, 제어 방법은 디젤 입자 필터(24)를 포함한 제2 산소 촉매(24) 상류에 탄화수소의 조절된 양을 그곳에서 재생된 결과물에 분사하여 재생을 성취할 수 있다.

상기에서 실시예로서 언급된 제어 방법은 불꽃점화엔진과 다양한 압축점화엔진을 위한 연소후 분사장치의 제어에 사용될 수 있다. 설명된 바와 같이 이와 같은 시스템은 디젤 입자 필터를 재생하기 위한 연소후 HC 분사기와, 디젤 산화 촉매의 탈황을 위한 연소후 HC 분사기와, 그리고 희박 NO_x 촉매의 디슐페이션 또는 재생을 위한 연소후 HC 주입기를 포함한다.

희박 공연비 영역에서 작동하는 내연 기관용 배기가스 후처리 시스템은 촉매 반응 장치와, 복수 개의 배기 가스 감지 장치 및 환원제 분사 시스템를 구비한다. 환원제 분사 시스템은 촉매 반응 장치의 배기가스 공급류의 상류에 환원제를 배분한다. 그리고 환원제 분사 시스템은 배기가스 공급류 내에 환원제를 분사하기 위한 유체 측정 장치와 제어할 수 있는 압력 조절 장치를 구비한다. 제어 시스템은 배기가스 공급류의 매개변수들과 소정의 환원제 공급률을 결정한다. 환원제 공급 시스템은 희박 연소 동안 소정의 환원제 공급률을 제어한다. 이런 제어의 사용은 촉매를 통한 최대한의 NO_x 환원을 이루는 반면 자동차 연비의 최적화를 허용한다.

본 발명의 원리, 바람직한 양태 및 방식은 상기 명세서에 기술되어 있다. 그러나, 본 명세서에서 보호받고자 하는 발명은, 본 명세서의 기술내용이 한정된다기 보다는 설명하기 위한 것이기 때문에, 본 명세서에 기술된 특정 내용으로 한정되지 않아야 한다. 본 기술분야에 숙련된 자라면 누구나 본 발명의 진의에 어긋남이 없이 다양한 기술의 변화를 추구할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 동력 발생 장치의 개념도이다.

도 2는 본 발명에 따른 논리 회로도이다.

도 3은 본 발명에 따른 논리 회도도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

5 : 전자 엔진 제어 모듈('ECM')

10 : 엔진 14 : 촉매 반응 장치('DOC')

12 : NO_x 센서

20 : 탄화수소 선택적 촉매 환원 장치('SCR') 22 : 배기가스 감지 장치

26 : 온도 센서

Claims

탄화수소 선택적 촉매 반응 장치의 상류 및 산화 촉매 반응 장치의 하류에 있는 희박 공연비 영역에서 작동하는 내연기관의 배기가스 공급류 내로 탄화수소 환원제의 분사를 제어하기 위한 방법에 있어서,

상기 배기가스 공급류와 상기 탄화수소 선택적 촉매 반응 장치의 매개변수들에 근거하여 소정의 투입량을 결정하는 단계;

상기 소정의 투입량을 조정하는 단계;

상기 소정의 투입량에 근거하여 소정의 탄화수소 환원제 공급률을 결정하는 단계; 및

상기 탄화수소 선택적 촉매 반응 장치의 상류 및 상기 산화 촉매 반응 장치의 하류에서 상기 소정의 탄화수소 환원제 공급률로 상기 탄화수소 환원제를 선택적으로 배분하는 단계;를 포함하는 배기가스 공급류 내로 탄화수소 환원제의 분사를 제어하는 방법.
제 1항에 있어서,

상기 소정의 투입량을 결정하는 단계는, 상기 배기가스 공급류의 상기 매개변수들에 근거하여 상기 탄화수소 선택적 촉매 반응 장치에서 NO_x의 환원을 최적화하기 위하여 복수개의 C₁/NO_x 비율에 대한 기설정된 매개변수값들 중의 하나를 선택하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 배기가스 공급류 내로 탄화수소 환원제의 분사를 제어하는 방법.
제 2항에 있어서,

상기 C₁/NO_x 비율을 상기 탄화수소 환원제의 탄화수소 함유량에 근거하여 탄화수소 환원제 공급률로 변환하는 단계를 더 포함하는 배기가스 공급류 내로 탄화수소 환원제의 분사를 제어하는 방법.
제 2항에 있어서,

C₁/NO_x 비율에 대한 상기 복수개의 기설정된 매개변수 값들을 선택적으로 업데이트하는 단계를 더 포함하는 배기가스 공급류 내로 탄화수소 환원제의 분사를 제어하는 방법.
제 1항에 있어서,

상기 탄화수소 선택적 촉매 반응 장치의 하류에서 NO_x 농도를 측정하는 단계;

상기 탄화수소 선택적 촉매 반응 장치의 담체의 부피 및 상기 배기가스 공급류의 유동률에 근거하여 공간속도를 결정하는 단계;

상기 탄화수소 선택적 촉매 반응 장치의 작동 온도를 측정하는 단계; 및

측정된 NO_x 농도, 결정된 공간속도 및 측정된 작동 온도에 근거하여 상기 소정의 투입량을 결정하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 공급류 내로 탄화수소 환원제의 분사를 제어하는 방법.
제 1항에 있어서,

상기 소정의 투입량을 조정하는 단계는 상기 탄화수소 선택적 촉매 반응 장치의 상기 배기가스 공급류의 상류에서의 산소 함유량에 근거하여 상기 소정의 투입량을 조절하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 배기가스 공급류 내로 탄화수소 환원제의 분사를 제어하는 방법.
제 6항에 있어서,

상기 탄화수소 선택적 촉매 반응 장치의 상기 배기가스 공급류의 하류에 근거하여 상기 소정의 투입량을 조정하는 단계를 포함하는 배기가스 공급류 내로 탄화수소 환원제의 분사를 제어하는 방법.
제 7항에 있어서,

상기 소정의 투입량을 조정하는 단계는 상기 탄화수소 선택적 촉매 반응 장치의 상기 배기가스 공급류의 하류에서의 산소 함유량에 근거하여 상기 소정의 투입량을 조정하는 단계를 더 포함하는 배기가스 공급류 내로 탄화수소 환원제의 분사를 제어하는 방법.
제 7항에 있어서,

상기 소정의 투입량을 조정하는 단계는 상기 탄화수소 선택적 촉매 반응 장치의 상기 배기가스 공급류의 하류에서의 탄화수소 함유량에 근거하여 상기 소정의 투입량을 조정하는 단계를 더 포함하는 배기가스 공급류 내로 탄화수소 환원제의 분사를 제어하는 방법.
제 7항에 있어서,

상기 소정의 투입량을 조정하는 단계는 상기 탄화수소 선택적 촉매 반응 장치의 상기 배기가스 공급류의 하류에서의 NO_x 함유량에 근거하여 상기 소정의 투입량을 조정하는 단계를 더 포함하는 배기가스 공급류 내로 탄화수소 환원제의 분사를 제어하는 방법.
제 6항에 있어서,

상기 소정의 투입량을 조정하는 단계는 상기 탄화수소 선택적 촉매 반응 장치의 상기 배기 가스 공급류의 하류의 일부분에 근거하여 상기 소정의 투입량을 조정하는 단계를 더 포함하는 배기가스 공급류 내로 탄화수소 환원제의 분사를 제어하는 방법.
제 1항에 있어서,

상기 소정의 탄화수소 환원제 공급률로 상기 탄화수소 환원제를 선택적으로 분사하는 단계는, 환원제 분사 장치의 압력 및 개방 시간을 제어하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 배기가스 공급류 내로 탄화수소 환원제의 분사를 제어하는 방법.
탄화수소 선택적 촉매 반응 장치의 상류 및 산화 촉매 반응 장치의 하류에 있는 희박 공연비 영역에서 작동하는 내연기관의 배기가스 공급류 내로 탄화수소 환원제를 분사하기 위하여 구비된 유체 계측 장치를 제어하기 위한 컴퓨터 프로그램을 구비하는 제품에 있어서,

상기 프로그램은 상기 배기가스 공급류와 상기 탄화수소 선택적 촉매 반응 장치의 매개변수들에 근거하여 소정의 투입량을 결정하기 위한 코드;

상기 소정의 투입량을 조정하기 위한 코드;

상기 소정의 투입량에 근거하여 소정의 탄화수소 환원제 공급률을 결정하기 위한 코드; 및

상기 탄화수소 선택적 촉매 반응 장치의 상류 및 상기 선화 촉매 반응 장치의 하류에서 상기 소정의 탄화수소 환원제 공급률로 상기 탄화수소 환원제를 선택적으로 배분하는 코드;를 포함하는 유체 계측 장치를 제어하기 위한 컴퓨터 프로그램을 구비하는 제품.
제 13항에 있어서,

상기 소정의 투입량을 결정하는 코드는 상기 탄화수소 선택적 촉매 반응 장치와 상기 배기 가스 공급류의 상기 매개변수들에 근거하여 판모양의 형상에 저장된 복수 개의 C₁/NO_x 비율 변수들 중의 하나를 선택하기 위한 코드를 구비하는 것을 특징으로 하는 유체 계측 장치를 제어하기 위한 컴퓨터 프로그램을 구비하는 제품.
제 14항에 있어서,

상기 탄화수소 선택적 촉매 반응 장치와 상기 배기 가스 공급류의 상기 매개변수들에 근거하여 판모양의 형상에 저장된 상기 복수개의 C₁/NO_x 비율 변수들을 선택적으로 업데이트 하기 위한 코드를 더 포함하는 유체 계측 장치를 제어하기 위한 컴퓨터 프로그램을 구비하는 제품.
희박 공연비 영역에서 작동하는 내연기관용 배기가스 후처리 시스템에 있어서,

산화 촉매 반응 장치;

탄화수소 선택적 촉매 환원 장치;

복수 개의 배기가스 감지 장치;

상기 탄화수소 선택적 촉매 환원 장치의 상류에 있고 상기 산화 촉매 반응 장치의 하류에 있는 배기가스 공급류 내에 탄화수소 환원제를 배분하도록 작동하는 탄화수소 환원제 분사 시스템; 및

제어 시스템;을 포함하되,

상기 제어 시스템은, 상기 촉매 반응 장치와 상기 배기가스 공급류의 매개변수들에 근거하여 소정의 투입량을 결정하고,

상기 소정의 투입량을 조정하고,

상기 소정의 투입량에 근거하여 소정의 탄화수소 환원제 공급률을 결정하며,

상기 소정의 환원제 공급률로 상기 탄화수소 환원제를 배분하도록 상기 탄화수소 환원제 분사 시스템을 선택적으로 제어하는 배기가스 후처리 시스템.
제 16항에 있어서,

상기 탄화수소 환원제 분사 시스템은 상기 배기가스 공급류 내에 탄화수소 환원제를 분사하는 탄화수소 환원제 분사 장치, 및 제어할 수 있는 압력 조절 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템.
제 16항에 있어서,

상기 소정의 투입량을 결정하기 위한 상기 제어 시스템은 상기 제어 시스템에 판모양 형상에 담긴 복수개의 투입율 중 하나를 선택하는 상기 제어 시스템을 구비하는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템.
제 18항에 있어서,

상기 제어 시스템은 상기 제어 시스템에 판모양 형상에 담긴 상기 복수 개의 투입량을 선택적으로 업데이트 하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템.
제 19항에 있어서,

각각의 투입량은 상기 촉매 반응 장치에서 NO_x 환원을 최적화하기 위하여 C₁/NO_x 비율에 대한 기설정된 변수값들을 구비하는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템.
제 16항에 있어서,

상기 배기가스 감지 장치는 상기 촉매 반응 장치의 산소 감지 장치 하류와 상기 배기가스 공급류의 산소 함유량을 결정하고, 상기 촉매 반응 장치의 상기 산소 감지 장치 하류와 상기 배기가스 공급류의 산소 함유량에 근거하여 상기 소정의 투입량을 조정하기 위한 제어시스템을 구비하는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템.
제 16항에 있어서,

상기 촉매 반응 장치는 탄화수소 선택적 촉매 환원 장치를 포함하고,

상기 소정의 탄화수소 환원제 공급률은 상기 탄화수소 선택적 촉매 환원 장치를 통하여 NO_x를 효과적으로 환원시키기 위한 탄화수소/NO_x 비율을 포함하는 배기가스 후처리 시스템.
제 16항에 있어서,

상기 촉매 반응 장치는 디젤 입자 필터 장치를 포함하고,

상기 소정의 탄화수소 환원제 공급률은 상기 디젤 입자 필터 장치를 효과적으로 재생하기 위한 상기 소정의 환원제 공급률을 포함하는 배기가스 후처리 시스템.
제 16항에 있어서,

상기 촉매 반응 장치는 디젤 산소 촉매 장치를 포함하고,

상기 소정의 탄화수소 환원제 공급률은 상기 디젤 산소 촉매 장치를 효과적으로 디슐페이트(desulfate)하기 위한 상기 소정의 환원제 공급률을 포함하는 배기가스 후처리 시스템.
제 16항에 있어서,

상기 내연기관은 예혼합 압축점화기관인 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템.