KR101091632B1 - Ｌｎｔ 촉매장치의 공연비 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LNT(흡장 환원형 질소산화물 저감촉매)촉매에 흡장된 NOx(질소산화물)를 질소로 환원시키는 농후모드의 운전에서 목표 공연비를 가변 제어하여 THC의 슬립이 발생되지 않도록 하는 것이다.
본 발명은 NOx(질소산화물) 흡장촉매의 전/후단에 장착된 제1,2람다센서의 정보를 판독하는 과정, 상기 제1,2람다센서의 정보를 이용하여 THC(총탄화수소) 슬립양과 NOx(질소산화물) 환원양을 계산하는 과정, 상기 THC(총탄화수소) 슬립양과 NOx(질소산화물) 환원양의 비율을 공연비 보정 값으로 결정하는 과정, 농후모드 운전으로 전환되면 목표 공연비 값에 상기에서 결정된 보정 값을 적용하여 최종 목표 공연비를 결정하고 엔진 연소를 제어하는 과정을 포함한다.
NSC(NOx Storage Catalyst), NOx(질소산화물) 흡장, THC(총탄화수소) 슬립, 공연비 제어

Description

ＬＮＴ 촉매장치의 공연비 제어방법{METHOD FOR LAMBDA CONTROLLING OF LEAN NOx TRAP CATALYST DEVICE}
본 발명은 LNT(Lean NOx Trap : 흡장 환원형 질소산화물 저감)촉매장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LNT(흡장 환원형 질소산화물 저감촉매)촉매에 흡장된 NOx(질소산화물)를 질소로 환원시키는 농후모드(Rich Mode)의 운전에서 목표 공연비를 가변 제어하여 THC(Total Hydrocarbon : 총탄화수소)의 슬립이 발생되지 않도록 하는 LNT(흡장 환원형 질소산화물 저감촉매)촉매장치의 공연비 제어방법에 관한 것이다.
차량의 엔진에서 배출되는 배기가스에는 HC(탄화수소), CO(일산화탄소), NOx(질소산화물) 등의 다양한 유해물질이 포함되어 있으므로, 이러한 유해물질을 정화시켜 에미션(E/M)을 안정화시키는 다양한 형태의 촉매가 장착된다.
디젤엔진에 대한 배기가스 규제에 따라 NOx(질소산화물) 저감을 위해 NSC(NOx Storage Catalyst)를 적용한 LNT(흡장 환원형 질소산화물 저감촉매)촉매장치가 적용되고 있다.
LNT(흡장 환원형 질소산화물 저감촉매)촉매장치는 NOx(질소산화물) 흡장촉매와 산화촉매(Diesel Oxidation Catalyst:DOC)가 하나의 담체에 구성되며, 연소상태에 따라 주기적으로 반복되는 희박모드(Lean Mode)의 운전에서 촉매 담층(Wash coat)에 NOx(질소산화물)를 흡장하여 저장하고, 농후모드(Rich Mode)의 운전에서 디젤 연료를 환원제로 활용하여 흡장된 NOx(질소산화물)를 인체에 무해한 질소로 환원시켜 정화한다.
상기 LNT(흡장 환원형 질소산화물 저감촉매)촉매장치는 대략적으로 200℃ 내지 500℃의 활성온도 범위에서 70 ~ 80% 이상의 매우 높은 NOx(질소산화물)정화효율을 갖는다.
통상적으로 디젤엔진은 엔진에 투입되는 공기가 이론 당량비의 공기보다 많은 상태인 희박모드로 운전되며, 희박모드의 운전과정에서 발생되는 NOx(질소산화물)는 NSC인 LNT(흡장 환원형 질소산화물 저감촉매)촉매장치에서 흡장되어 저장된다.
그리고, LNT(흡장 환원형 질소산화물 저감촉매)촉매장치에 흡장된 NOx(질소산화물)를 인체에 무해한 질소로 환원시키기 위하여 스로틀 밸브를 일정량 닫음으로써 투입 공기를 감소시키고, 후연소를 추가로 유도하여 연소상태를 농후모드의 운전으로 전환한다.
농후모드의 연소를 위해 LNT(흡장 환원형 질소산화물 저감촉매)촉매장치의 전/후단에 설치되는 람다센서의 신호를 이용하여 목표 공연비를 추종하는 엔진의 연소를 유도한다.
상기와 같이 LNT(흡장 환원형 질소산화물 저감촉매)촉매장치는 희박모드의 운전에서 NOx(질소산화물)를 흡장하고, 농후모드의 운전에서 흡장된 NOx(질소산화물)를 질소로 변환하는 과정에서 LNT(흡장 환원형 질소산화물 저감촉매)촉매장치의 내부 온도가 낮으면 낮을수록 THC(총탄화수소)의 슬립양은 크게 발생한다.
따라서, 종래에는 LNT(흡장 환원형 질소산화물 저감촉매)촉매장치의 내부온도와 촉매 후단의 공연비를 이용하여, 농후모드의 운전을 일찍 종료함으로써 THC(총탄화수소) 슬립을 억제하는 방법을 사용하고 있다.
그러나, 농후모드의 운전을 일찍 종료함으로써 LNT(흡장 환원형 질소산화물 저감촉매)촉매장치의 내부에 흡장된 NOx(질소산화물)를 질소로 모두 환원시키지 못하게 되므로 NOx(질소산화물)정화효율이 감소되는 문제점이 발생된다.
또한, LNT(흡장 환원형 질소산화물 저감촉매)촉매장치의 경우 NOx(질소산화물)를 흡장하고, 흡장된 NOx(질소산화물)를 질소로 환원시키기 위해 희박모드의 운전과 농후모드의 운전을 주기적으로 반복하며, 특히 농후모드의 운전이 적용됨에 따라 추가적인 연비악화와 THC(총탄화수소) 슬립을 발생시키는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 LNT(흡장 환원형 질소산화물 저감촉매)촉매에 흡장된 NOx(질소산화물)를 질소로 환원시키는 농후모드의 운전에서 목표 공연비를 가변 제어하여 THC(총탄화수소)의 슬립이 발생되지 않도록 하는 것이다.
상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명의 특징에 따른 LNT(흡장 환원형 질소산화물 저감촉매)촉매장치의 공연비 제어방법은,
NOx(질소산화물) 흡장촉매의 전후단에 장착된 제1,2람다센서의 정보를 판독하는 과정;
상기 제1,2람다센서의 정보를 이용하여 THC(총탄화수소) 슬립양과 NOx(질소산화물) 환원양을 계산하는 과정;
상기 THC(총탄화수소) 슬립양과 NOx(질소산화물) 환원양의 비율을 공연비 보정 값으로 결정하는 과정;
농후모드 운전으로 전환되면 목표 공연비 값에 상기에서 결정된 보정 값을 적용하여 최종 목표 공연비를 결정하고 엔진 연소를 제어하는 과정을 포함한다.
전술한 구성에 의하여 본 발명은 농후모드의 운전에서 목표 공연비를 증가되는 방향으로 가변 제어하여 엔진에서 배출되는 THC(총탄화수소)양이 감소되고, 이에 따라 LNT(흡장 환원형 질소산화물 저감촉매)촉매장치에서의 THC(총탄화수소) 슬립이 발생되지 않아 에미션을 안정화시키는 효과가 있다.
또한, 목표 공연비의 증가에 따라 농후모드의 운전을 구현하기 위한 추가적인 연료소비가 발생되지 않아 연비 향상을 제공하는 효과가 있다.
아래에서는 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LNT(흡장 환원형 질소산화물 저감촉매)촉매장치의 공연비 제어장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명은 차량의 동력원인 엔진(100)과, 공기량센서(110), LNT(흡장 환원형 질소산화물 저감촉매)촉매(200), 제1람다센서(210), 제2람다센서(220) 및 제어부(300)를 포함한다.
공기량센서(110)는 흡기 매니폴더의 소정 위치에 장착되어 엔진(100)이 시동 온을 유지하는 상태에서 엔진(100)에 흡입되는 공기량을 검출하여 그에 대한 정보를 제어기(300)에 제공한다.
LNT(흡장 환원형 질소산화물 저감촉매)촉매(200)는 NOx(질소산화물) 흡장촉매와 산화촉매가 하나의 담체에 구성되어, 주기적으로 반복되는 희박모드의 운전에서 촉매 담층에 NOx(질소산화물)를 흡장하여 저장하고, 농후모드의 운전에서 디젤 연료를 환원제로 활용하여 흡장된 NOx(질소산화물)를 인체에 무해한 질소로 환원시켜 정화한다.
제1람다센서(210)는 상기 LNT(흡장 환원형 질소산화물 저감촉매)촉매(200)의 전단에 장착되어 엔진이 희박모드로 운전되고 있는지 혹은 농후모드로 운전되고 있는지에 대한 정보를 제어기(300)에 제공한다.
제2람다센서(220)는 상기 LNT(흡장 환원형 질소산화물 저감촉매)촉매(200)의 후단에 장착되어 엔진이 희박모드로 운전되고 있는지 혹은 농후모드로 운전되고 있는지에 대한 정보를 제어기(300)에 제공한다.
제어부(300)는 흡입되는 공기량, 엔진회전수, 차속, 변속단의 조건에 따라 연료량 분사과 점화시기를 제어하여 엔진(100)을 공연비 희박모드 및 농후모드의 운전으로 제어한다.
상기 제어부(300)는 LNT(흡장 환원형 질소산화물 저감촉매)촉매(200)의 전후단에 장착된 제1람다센서(210)와 제2람다센서(220)의 신호를 이용하여 THC(총탄화수소)의 슬립양과 NOx(질소산화물) 환원양을 계산하고, 계산된 THC(총탄화수소)슬립양과 NOx(질소산화물) 환원양의 비율을 펙터로 결정하여 목표 공연비 보정값으로 결정하며, 공연비 농후모드로 운전이 전환되면 목표 공연비 보정값을 적용하여 최종 목표 공연비를 보정한 다음 보정된 최종 목표 공연비로 엔진(100)의 연소를 제어하여 THC(총탄화수소)의 발생을 억제하고, 이에 따라 LNT(흡장 환원형 질소산화물 저감촉매)촉매장치(200)에서는 THC(총탄화수소) 슬립이 발생되지 않도록 한다.
전술한 바와 같은 기능을 포함하는 본 발명의 동작에 대하여 도 2를 참조하여 구체적으로 설명한다.
엔진(100)이 운전되는 상태에서 LNT(흡장 환원형 질소산화물 저감촉매)촉매(200)의 전/후단에 장착되는 제1람다센서(210)와 제2람다센서(220)는 엔진(100)이 희박모드로 운전되고 있는지 혹은 농후모드로 운전되고 있는지에 대한 정보를 제어부(300)에 제공한다.
이때, 제어부(300)는 제1람다센서(210)와 제2람다센서(220)의 값을 판독하여 이론 공연비 값과 제2람다센서(220)에서 검출되는 공연비 값의 차이를 연산을 통해 검출하고, 연산된 차이값을 일정시간 동안 적분하여 THC(총탄화수소) 슬립양을 계산한다(S103).
그리고, 제1람다센서(210)에서 검출되는 공연비 값과 제2람다센서(220)에서 검출되는 공연비 값의 차이를 연산을 통해 검출하고, 연산된 차이값을 일정시간 동안 적분하여 NOx(질소산화물) 환원양을 계산한다(S104).
그리고, 상기 S103에서 계산된 THC(총탄화수소) 슬립양과 NOx(질소산화물) 환원양의 비율을 구하여 펙터를 계산하고(S105), 계산된 펙터를 목표 공연비 보정 값으로 결정한다(S106).
상기 S105의 과정을 통해 목표 공연비 보정 값이 결정된 상태에서 농후모드의 운전으로 전환되면, 최초 목표 공연비 값에 목표 공연비 보정 값을 적용하여 증가된 최종 목표 공연비 값을 결정한다(S107).
따라서, 최종 목표 공연비 값으로 농후한 상태의 연료 분사량을 결정하여 연료량 분사 제어를 실행한다(S108).
따라서, LNT(흡장 환원형 질소산화물 저감촉매)촉매(200)에 흡장된 NOx(질소산화물)를 질소로 환원시키기 위한 농후모드의 운전에서 목표 공연비를 THC(총탄화수소) 슬립양과 NOx(질소산화물) 환원양의 비율로 결정되는 펙터 값을 적용하여 증가 제어함으로써, 엔진(100)의 연소과정에서 THC(총탄화수소)의 발생이 감소되고, 이에 따라 LNT(흡장 환원형 질소산화물 저감촉매)촉매장치(200)에서는 THC(총탄화수소) 슬립이 발생되지 않게 된다.
또한, 기존에 적용되었던 THC(총탄화수소) 슬립 방지를 위한 농후모드의 조기 종료조건이 배제됨으로써, 농후모드가 종료되면 LNT(흡장 환원형 질소산화물 저감촉매)촉매 내부에는 흡장된 NOx(질소산화물)가 존재하지 않으므로 LNT(흡장 환원형 질소산화물 저감촉매)촉매의 안정된 NOx(질소산화물) 정화효율이 제공된다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LNT촉매장치의 공연비 제어시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LNT촉매장치의 공연비 제어절차를 개략적으로 도시한 흐름도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 엔진 110 : 공기량센서
200 : LNT촉매 210 : 제1람다센서
220 : 제2람다센서 300 : 제어부

Claims (4)

  1. NOx(질소산화물) 흡장촉매의 전후단에 장착된 제1,2람다센서의 정보를 판독하는 과정;
    상기 제1,2람다센서의 정보를 이용하여 THC(총탄화수소) 슬립양과 NOx(질소산화물) 환원양을 계산하는 과정;
    상기 THC(총탄화수소) 슬립양과 NOx(질소산화물) 환원양의 비율을 공연비 보정 값으로 결정하는 과정;
    농후모드 운전으로 전환되면 목표 공연비 값에 상기에서 결정된 보정 값을 적용하여 최종 목표 공연비를 결정하고 엔진 연소를 제어하는 과정;
    을 포함하는 LNT(흡장 환원형 질소산화물 저감촉매)촉매장치의 공연비 제어방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 THC(총탄화수소) 슬립양은 이론 공연비의 값과 제2람다센서에서 검출되는 공연비 값의 차이를 설정된 일정시간 동안 적분하여 계산하는 것을 특징으로 하는 LNT(흡장 환원형 질소산화물 저감촉매)촉매장치의 공연비 제어방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 NOx(질소산화물) 환원양은 제1람다센서에서 검출되는 공연비 값과 제2람다센서에서 검출되는 공연비 값의 차이를 설정된 일정시간 적분하여 계산하는 것을 특징으로 하는 LNT(흡장 환원형 질소산화물 저감촉매)촉매장치의 공연비 제어방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 농후모드에서 보정된 최종 목표 공연비는 농후모드의 이론 공연비의 연료량 보다 더 농후한 연료량으로 결정되는 것을 특징으로 하는 LNT(흡장 환원형 질소산화물 저감촉매)촉매장치의 공욘비 제어방법.
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