KR101209734B1 - 유레아 수용액의 품질 판단방법 및 이를 수행하는 정화 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 유레아 수용액의 품질 판단방법은, 정화촉매의 전단부에 유레아를 분사하는 단계, 유레아를 분사하는 동안 운전조건에 따른 모니터링 영역을 설정하는 단계, 상기 모니터링 영역에서 질소산화물에 대한 상기 정화촉매의 실제정화율을 연산하는 단계, 상기 모니터링 영역에서 설정된 주기로 상기 실제정화율을 누적하는 단계, 질소산화물에 대한 상기 정화촉매의 이론적인 정상정화율을 누적하는 단계, 상기 실제정화율의 실제누적값과 상기 정상정화율의 정상누적값을 비교하는 단계, 및 상기 실제누적값이 상기 정상누적값 보다 작으면, 이물질 경고신호를 발생시키는 단계를 포함한다.
따라서, 질소산화물에 대한 실제정화율을 모니터링 영역에서 누적하고, 그 누적된 실제정화율이 누적된 정상정화율(모델정화율)과의 차이값에 따라서 유레아 수용액의 이상유무를 용이하게 판단할 수 있다.

Description

유레아 수용액의 품질 판단방법 및 이를 수행하는 정화 시스템{QUALITY DETERMINATION METHOD OF UREA SOLUTION AND PURIFICATION SYSTEM PERFORMING THE METHOD}

본 발명은 유레아 수용액의 품질 판단방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 질소산화물을 제거하기 위해서 배기라인에 분사되는 유레아 수용액의 품질 판단방법 및 이를 수행하는 정화 시스템에 관한 것이다.

차량의 배출가스 규제가 더욱 강화되면서, 효율적인 질소산화물 저감 후처리 장치가 필요하다.

그 중 선택적촉매환원유닛은 배기가스에 포함된 질소산화물을 암모니아와 반응시켜 무해한 물질로 변환시키는 데, 암모니아를 생성시키기 위해서 유레아를 배기가스 중에 분사한다.

특히 유레아 수용액을 분사하는 시스템에서 유레아 수용액의 품질이 매우 중요하며, OBD 측면에서 유레아 수용액의 품질의 감지하고 이를 경고할 수 있는 방법이 필요하다.

따라서, 본 발명은 유레아 수용액을 배기가스에 분사하는 시스템에서 유레아 수용액의 품질을 판단하고 이를 경고할 수 있는 유레아 수용액의 품질 판단방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 유레아 수용액의 품질 판단방법은, 정화촉매의 전단부에 유레아를 분사하는 단계, 유레아를 분사하는 동안 운전조건에 따른 모니터링 영역을 설정하는 단계, 상기 모니터링 영역에서 질소산화물에 대한 상기 정화촉매의 실제정화율을 연산하는 단계, 상기 모니터링 영역에서 설정된 주기로 상기 실제정화율을 누적하는 단계, 질소산화물에 대한 상기 정화촉매의 이론적인 정상정화율을 누적하는 단계, 상기 실제정화율의 실제누적값과 상기 정상정화율의 정상누적값을 비교하는 단계, 및 상기 실제누적값이 상기 정상누적값 보다 작으면, 이물질 경고신호를 발생시키는 단계를 포함한다.

설정된 주기로 상기 실제정화율과 상기 정상정화율의 차이값을 연산하는 단계, 상기 차이값의 평균값을 연산하는 단계, 및 상기 차이값의 초기값과 상기 평균값의 차이값을 연산하는 단계를 더 포함하고, 상기 차이값의 초기값과 상기 평균값의 차이가 설정된 값을 초과하지 않으면 유레아에 이물질 경고신호를 발생시키지 않는다.

상기 정화촉매의 전단부에 설치되는 제1질소산화물센서, 및 상기 정화촉매의 후단부에 설치되는 제2질소산화물센서를 포함하고, 상기 제1,2질소산화물센서에서 감지된 신호를 이용하여 질소산화물에 대한 상기 실제정화율을 연산한다.

앞에서 기재된 바와 같이 본 발명에 따른 유레아 수용액의 품질 판단방법에서, 질소산화물에 대한 실제정화율을 모니터링 영역에서 누적하고, 그 누적된 실제정화율이 누적된 정상정화율(모델정화율)과의 차이값에 따라서 유레아 수용액의 이상유무를 용이하게 판단할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유레아를 이용한 질소산화물 정화장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유레아를 이용한 질소산화물의 정화율을 보여주는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유레아의 품질에 따른 정화율과 이의 누적값을 보여주는 표이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유레아의 품질에 따른 정상정화율과 실제정화율의 차이값의 누적값을 보여주는 표이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 질소산화물의 정화율을 판단하는 로직을 보여주는 플로우차트이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 질소산화물 정화율의 누적값에 따라서 유레아의 품질을 판단하는 로직을 보여주는 플로우차트이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 유레아의 품질을 판단하는 로직을 보여주는 플로우차트이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유레아를 이용한 질소산화물 정화장치의 개략적인 구성도이다.

도 1을 참조하면, 질소산화물 정화장치는 엔진(100), 디젤산화촉매(105), 디젤매연필터(110), 도징모듈(115), 선택적촉매환원유닛(120), 제1질소산화물센서(125), 제2질소산화물센서(130), 유레아탱크(135), 및 제어부(140)를 포함한다.

상기 엔진(100)에서 배출되는 배기가스는 상기 디젤산화촉매(105), 상기 디젤매연필터(110), 및 상기 선택적촉매환원유닛(120)을 통과하고, 배기가스에 포함된 유해물질이 순차적으로 제거된다.

상기 도징모듈(115)은 상기 유레아탱크(135)에서 공급된 유레아 수용액을 분사하고, 분사된 유레아는 암모니아로 변환되며, 정화촉매로써 상기 선택적촉매환원유닛(120)은 이러한 암모니아를 이용하여 질소산화물을 무해한 질소와 수분으로 변환시킨다.

상기 제어부(140)는 상기 제1질소산화물센서(125)와 상기 제2질소산화물센서(130)로부터 보내진 신호를 이용하여 질소산화물의 농도를 감지하고, 그 농도에 따라서 상기 도징모듈을 제어하여 유레아를 분사한다.

아울러, 상기 제어부(140)는 상기 도징모듈(115)의 전단부에 설치된 상기 제1질소산화물센서(125)와 상기 선택적촉매환원유닛(120)의 후단부에 설치된 상기 제2질소산화물센서(130)에 의해서 감지된 질소산화물의 농도를 이용하여 상기 선택적촉매환원유닛(120)의 정화율을 연산한다.

상기 제어부(140)는 설정된 프로그램에 의해 동작하는 하나 이상의 마이크로 프로세서로 구현될 수 있으며, 이러한 설정된 프로그램은 본 발명의 실시예에 따른 방법을 수행하기 위한 일련의 명령을 포함한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 유레아를 이용한 질소산화물의 정화율을 보여주는 그래프이다.

도 2를 참조하면, 가로축은 경과시간을 나타내고 세로축은 정화율 또는 차량의 속도를 나타낸다.

D는 차량의 속도를 나타내는 것으로 주행모드 FTP/75/EC에 따른 것이다. A는 100% 유레아 수용액이 사용된 경우의 질소산화물의 정화율을 나타내고, B는 50%의 유레아 수용액에 50%의 물을 사용한 경우의 질소산화물의 정화율을 나타내며, C는 100% 물을 사용한 경우의 질소산화물의 정화율을 나타낸다.

도시한 바와 같이, 100% 유레아 수용액을 분사하는 경우에 질소산화물의 정화율이 안정적으로 유지되고, 50% 유레아 수용액을 분사하는 경우에 질소산화물의 정화율은 약간 낮지만 대체적으로 안정적으로 유지되며, 0%의 유레아 수용액을 분사하는 경우에 초기에는 질소산화의 정화율이 유지되지만 어느 시점에서 그 수치가 급격하게 떨어지는 것을 알 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유레아의 품질에 따른 정화율과 이의 누적값을 보여주는 표이다.

도 3을 참조하면, 상기 선택적촉매환원유닛(120)에 의한 질소산화물의 정화율이 설정된 주기로 감지된다. 여기서, 정화율이 100%인 경우에 1이 감지되고, 정화율이 0%인 경우에 0이 감지된다.

100% 유레아 수용액에 대한 정화율을 누적하는데, 500초 시점에서 정화율의 누적값은 58이고, 700초 시점에서 정화율의 누적값은 88.2이고, 900초 시점에서 정화율의 누적값은 118.3이며, 100초 시점에서 정화율의 누적값은 146.7이다.

50% 유레아 수용액(혼합유레아)에 대한 정화율을 누적하는데, 500초 시점에서 정화율의 누적값은 42.5이고, 700초 시점에서 정화율의 누적값은 60.6이고, 900초 시점에서 정화율의 누적값은 81.8이며, 1100초 시점에서 정화율의 누적값은 102.5이다.

0% 유레아(물 100%)에 대한 정화율을 누적하는데, 500초 시점에서 정화율의 누적값은 47.7이고, 700초 시점에서 정화율의 누적값은 64이고, 900초 시점에서 정화율의 누적값은 79이며, 1100초 시점에서 정화율의 누적값은 87.2이다.

본 발명의 실시예에서, 상기 1100초 시점에서 정화율의 누적값이 110 이하이면, 유레아 수용액에 품질이 이상이 있다고 판단할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유레아의 품질에 따른 정상정화율과 실제정화율의 차이값의 누적값을 보여주는 표이다.

100% 유레아 수용액에서, 시간이 500초인 시점에서 정상정화율(모델 NOx 정화율)과 실제정화율(실제 NOx 정화율)의 차이값의 누적값은 35이고, 600초인 시점에서 정상정화율과 실제정화율의 차이값의 누적값은 43이고, 700초인 시점에서 정상정화율과 실제정화율의 차이값의 누적값은 48이고, 800초인 시점에서 정상정화율과 실제정화율의 차이값의 누적값은 55이고, 900초인 시점에서 정상정화율과 실제정화율의 차이값의 누적값은 61이고, 1000초인 시점에서 정상정화율과 실제정화율의 차이값의 누적값은 69이며, 1100초인 시점에서 정상정화율과 실제정화율의 차이값의 누적값은 73이다. 그 누적값의 평균값은 55이고, 그 누적평균값 55와 그 차이값의 초기값 35 사이의 차이는 20이다.

동일한 방법으로, 50% 유레아 수용액에서, 500초인 시점에서 정상정화율(모델 NOx 정화율)과 실제정화율(실제 NOx 정화율)의 차이값의 누적값은 30이고, 600초인 시점에서 정상정화율(모델 NOx 정화율)과 실제정화율(실제 NOx 정화율)의 차이값의 누적값은 37이고, 700초인 시점에서 정상정화율(모델 NOx 정화율)과 실제정화율(실제 NOx 정화율)의 차이값의 누적값은 44이고, 800초인 시점에서 정상정화율(모델 NOx 정화율)과 실제정화율(실제 NOx 정화율)의 차이값의 누적값은 52이고, 900초인 시점에서 정상정화율(모델 NOx 정화율)과 실제정화율(실제 NOx 정화율)의 차이값의 누적값은 60이고, 1000초인 시점에서 정상정화율(모델 NOx 정화율)과 실제정화율(실제 NOx 정화율)의 차이값의 누적값은 69이며, 1100초인 시점에서 정상정화율(모델 NOx 정화율)과 실제정화율(실제 NOx 정화율)의 차이값의 누적값은 78이다. 그 누적값의 평균값은 53이고, 그 누적평균값 53과 그 차이값의 초기값 30 사이의 차이는 23이다.

마찬가지 동일한 방법으로, 0% 유레아 수용액에서, 37, 46, 54, 64, 72, 83, 99다. 그 누적평균값은 65이고, 그 누적평균값 65와 그 차이값의 초기값 37 사이의 차이는 28이다.

도 3에서 정화율의 누적값이 110 이하이더라도, 도 4에서 그 차이값(평균값-초기값)이 20이하일 경우에는 품질이 떨어지는 유레아의 분사로 인식하지 않는다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 질소산화물의 정화율을 판단하는 로직을 보여주는 플로우차트이다.

S500에서 제어가 시작되고, S510에서 모니터링 영역이 만족되는지 판단한다.

모니터링 조건이 만족되면, S520에서 상기 제1질소산화물센서(125)와 상기 제2질소산화물센서(130)에서 보내진 신호데이터를 적분하고, S530에서 모니터링 시간을 감지하고, S560에서 모니터링 시간을 누적한다.

S540에서는 S520에서 적분된 값을 수식에 대입하여 질소산화물에 대한 실제 정화율을 연산하고, S570에서 실제 정화율을 누적한다.

S550에서는 이론적 정상정화율(모델 NOx정화율)을 측정 또는 선택하고, S580에서는 상기 정상정화율(모델 NOx정화율)을 누적한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 질소산화물 정화율의 누적값에 따라서 유레아의 품질을 판단하는 로직을 보여주는 플로우차트이다. 도 6에서 실행되는 플로우차트는 도 3에서 설명한 내용에 대응되는 것이다.

S600에서 모니터링조건이 만족되는 시간을 누적하고, S610에서 누적시간이 1100초에 도달했는지를 판단한다.

S620에서 실제정화율(실제 NOx정화율)을 누적한 값이 기준치(threshold) 110 미만인지를 판단하고, 그 누적한 값이 상기 기준치 미만이면, S630에서 유레아의 품질이 비정상가능성이 있다고 판단한다. 아울러, 그 누적한 값이 상기 기준치 이상이면, S640에서 유레아의 품질이 정상이라고 판단한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 유레아의 품질을 판단하는 로직을 보여주는 플로우차트이다. 도 7에서 실행되는 플로우차트는 도 4에서 설명한 내용에 대응되는 것이다.

S700에서 모니터링 조건이 만족되는 시간을 누적하고, S710에서 누적시간은 500초인 시점에서 100초 간격으로 설정된다.

S720에서, 정상정화율의 누적값(모델 NOx정화율 누적값)에서 실제정화율의 누적값(실제 NOx정화율 누적값)을 빼고, S730에서, 메모리 1내지7에 그 값을 저장한다.

S740에서 누적시간이 1100초에 도달했는지를 판단하고, S750에서 각 메모리에 저장된 값의 평균값에서 초기값(500초의 시점에서 값, 도 4참조)을 뺀다.

S760에서 상기 S740에서 구해진 차이값이 설정된 값(20) 이하이면, S770에서 비정상유레아가 아니라고 판단하고, 차이값이 설정된값(20)을 초과하면, S780에서 비정상유레아로 판단하여 경고신호를 발생시킨다.

본 발명의 실시예에서, 모니터링 영역을 주행구간의 설정된 조건에서 500초 내지 1100초의 범위로 설정하였으며, 이 구간은 유레가 수용액에 이물질이 포함되어 정화율의 감소가 발생되는 시점이다. 따라서, 상기 모니터링 영역은 설계사양에 따라서 달라질 수 있다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

100: 엔진
105: 디젤산화촉매
110: 디젤매연필터
115: 도징모듈
120: 선택적촉매환원유닛
125: 제1질소산화물센서
130: 제2질소산화물센서
135: 유레아탱크
140: 제어부

Claims (4)

1. 정화촉매의 전단부에 유레아를 분사하는 단계;
   유레아를 분사하는 동안 운전조건에 따른 모니터링 영역을 설정하는 단계;
   상기 모니터링 영역에서 질소산화물에 대한 상기 정화촉매의 실제정화율을 연산하는 단계;
   상기 모니터링 영역에서 설정된 주기로 상기 실제정화율을 누적하는 단계;
   질소산화물에 대한 상기 정화촉매의 이론적인 정상정화율을 누적하는 단계;
   상기 실제정화율의 실제누적값과 상기 정상정화율의 정상누적값을 비교하는 단계;
   상기 실제누적값이 상기 정상누적값 보다 작으면, 이물질 경고신호를 발생시키는 단계;
   설정된 주기로 상기 실제정화율과 상기 정상정화율의 차이값을 연산하는 단계;
   상기 차이값의 평균값을 연산하는 단계; 및
   상기 차이값의 초기값과 상기 평균값의 차이값을 연산하는 단계; 를 포함하고, 상기 차이값의 초기값과 상기 평균값의 차이가 설정된 값을 초과하지 않으면 유레아에 이물질 경고신호를 발생시키지 않는 것을 특징으로 하는 유레아 수용액의 품질 판단방법.
2. 삭제
3. 제1항에서,
   상기 정화촉매의 전단부에 설치되는 제1질소산화물센서; 및
   상기 정화촉매의 후단부에 설치되는 제2질소산화물센서; 를 포함하고,
   상기 제1,2질소산화물센서에서 감지된 신호를 이용하여 질소산화물에 대한 상기 실제정화율을 연산하는 것을 특징으로 하는 유레아 수용액의 품질 판단방법.
4. 엔진;
   상기 엔진에서 발생되는 배기가스에 유레아를 분사하는 도징모듈;
   상기 도징모듈에서 분사된 유레아가 암모니아로 전환되고, 상기 암모니아를 이용하여 질소산화물을 제거하는 정화촉매; 및
   상기 도징모듈이 상기 유레아를 분사하도록 하되, 제1항 또는 제3항 중 어느 한 항의 방법을 수행하는 제어부; 를 포함하는 정화 시스템.
   

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