KR101307913B1 - 도우징 시스템 및 그의 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 도우징 시스템 및 그의 제어방법에 관한 것으로, 배기관에 설치된 촉매컨버터장치에 환원제를 공급하는 공급라인이 구비된 탱크모듈, 상기 공급라인을 통해 공급된 환원제를 촉매컨버터장치에 분사하는 인젝터, 상기 촉매컨버터장치의 전단 및 후단에 설치되어 배기가스의 온도 및 배기가스에 포함된 질소산화물의 양을 감지하는 감지부 및 상기 감지부의 감지신호에 기초하여 상기 탱크모듈에 구비된 펌프 및 인젝터의 구동을 제어하는 제어신호를 출력하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 감지신호에 기초해서 펌프의 RPM을 변경하도록 듀티값을 설정하고, 설정된 듀티값의 PWM 제어신호를 출력하는 구성을 마련한다.
상기와 같은 도우징 시스템 및 그의 제어방법을 이용하는 것에 의해, 본 발명은 배기가스의 온도 및 질소산화물의 양에 따라 촉매컨버터장치 내부에 분사되는 환원제의 분사 여부 및 분사량을 정밀하게 제어하여 디젤 엔진의 배기가스 중에 포함된 질소산화물의 제거 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

도우징 시스템 및 그의 제어방법{DOSING SYSTEM AND METHOD THEREOF}
본 발명은 도우징 시스템 및 그의 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 디젤엔진의 배기 라인 상에 설치된 촉매컨버터장치에 환원제를 공급하여 질소산화물을 제거하는 도우징 시스템 및 그의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 배기가스에는 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx) 등의 인체에 유해한 물질이 다량 함유되어 있어 대기환경을 오염시키는 주원인으로 작용하고 있다.
따라서 자동차의 배기관에는 상기 배기가스 중의 일산화탄소, 탄화수소 등을 산화시켜 이산화탄소(CO2)와 물(H2O)로 만들며, 질소산화물에 대해서는 환원시켜 질소(N2)와 산소(O2)로 변화시켜 배출시키도록 하는 촉매컨버터장치가 설치된다.
이러한 촉매컨버터장치는 선택적 환원촉매(Selective Catalytic Reduction, 이하 'SCR'이라 함)와 저장 촉매컨버터로 구분되며, 상기 SCR은 요소(Urea) 또는 암모니아 환원제를 공급하여 배기가스 중의 질소산화물을 질소와 산소로 재생하고, 상기 저장 촉매컨버터는 내연기관 연료인 탄화수소로 재생한다.
즉, 상기와 같은 촉매컨버터장치를 통해 배기가스 속에 포함되어 있는 유해가스를 산화 및 환원시킨 후 대기중으로 방출함으로써 대기오염을 현저하게 방지할 수 있다.
한편, 가솔린엔진의 배기가스에는 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물이 균일하게 포함되어 있는 반면, 디젤엔진의 배기가스에는 일산화탄소와 탄화수소의 농도가 가솔린 엔진에 비해 상대적으로 적으나 질소산화물과 입자상 물질(Paticulate Matter)이 많이 포함되어 있다.
즉, 디젤 차량에 적용되는 종래의 일반적인 촉매컨버터장치는 디젤엔진으로부터 배출되는 일산화탄소와 탄화수소를 효과적으로 제거할 수 있지만, 질소산화물을 효과적으로 제거하지 못하는 문제점이 있었다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해 디젤 차량에는 질소산화물만을 산화 및 환원시키기 위한 환원제 도우징 시스템이 장착되고 있다.
본 출원인은 촉매컨버터장치에 환원제를 공급하여 질소산화물을 제거하는 도우징 시스템에 관한 기술을 대한민국 특허 등록번호 제10-0839949호(2008년 6월 20일 공고, 이하 '특허문헌 1'이라 함), 제10-0859443호(2008년 9월 22일 공고, 이하 '특허문헌 2'라 함) 등 다수에 특허출원하여 등록받은 바 있다.
도 1은 종래기술에 따른 도우징 시스템의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 도우징 시스템은 환원제가 충진되어 있는 환원제 탱크모듈(1), 공기를 공급하는 에어 유닛(2), 탱크모듈(1) 및 에어 유닛(2)을 통해 공급받은 환원제 및 공기를 혼합하는 도우징 유닛(3), 도우징 유닛(3)을 통해 혼합된 환원제 및 공기를 촉매컨버터장치(6)에 분사하는 노즐(4) 및 도우징 유닛(3)을 통해 혼합되는 환원제 및 공기의 비율과 분사량을 제어하는 컨트롤러(5)를 포함한다.
그리고 탱크모듈(1)과 도우징 유닛(3)은 환원제 공급라인(7)과 회수라인(8)을 통해 연결되어 있다.
이러한 종래기술에 따른 도우징 시스템은 다수의 구성요소가 복잡하게 연결되어 있어 생산성이 크게 떨어지는 문제점이 있었다.
특히, 종래기술에 따른 도우징 시스템은 환원제와 공기를 혼합하여 촉매컨버터장치에 공급하도록 구성된다.
하지만, 실험결과에 따르면, 종래기술과 같이 혼합기를 분사하는 경우, 환원제만을 분사하는 경우에 비해서 분사 초기에 질소산화물 제거 효율이 향상되지만, 시간이 경과함에 따라 두 경우 모두 유사한 질소산화물 제거 효율을 보임을 확인하였다.
따라서 종래기술에 따른 도우징 시스템은 에어 유닛 설치로 인해 제작비용이 증가하지만, 질소산화물 제거 효율을 향상시키는 월등한 성능을 가지지 못하는 문제점이 있었다.
또한 종래기술에 따른 도우징 시스템은 탱크모듈, 에어 유닛, 도우징 유닛에 각각 설치된 온도센서 및 압력센서의 감지 온도 및 압력에 따라 각 유닛에 구비된 솔레노이드 밸브를 개폐하여 환원제 및 공기의 공급량을 제어하도록 구성된다.
하지만, 특허문헌 1 및 특허문헌 2와 같은 종래기술에 따른 도우징 시스템은 환원제 및 공기의 공급량을 정밀하게 제어하는 방법에 대한 상세한 기재가 없어 질소산화물 제거 효율을 향상시키는데 한계가 있었다.
대한민국 특허 등록번호 제10-0839949호(2008년 6월 20일 공고) 대한민국 특허 등록번호 제10-0859443호(2008년 9월 22일 공고)
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 디젤 엔진의 배기가스 중 질소산화물을 효과적으로 제거할 수 있는 도우징 시스템 및 그의 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 질소산화물을 제거하는 도우징 시스템의 구조를 단순화할 수 있는 도우징 시스템 및 그의 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 환원제의 분사 여부 및 분사량을 정밀하게 제어하여 질소산화물 제거 효율을 향상시킬 수 있는 도우징 시스템 및 그의 제어방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 배기관에 설치된 촉매컨버터장치에 환원제를 공급하는 공급라인이 구비된 탱크모듈, 상기 공급라인을 통해 공급된 환원제를 촉매컨버터장치에 분사하는 인젝터, 상기 촉매컨버터장치의 전단 및 후단에 설치되어 배기가스의 온도 및 배기가스에 포함된 질소산화물의 양을 감지하는 감지부 및 상기 감지부의 감지신호에 기초하여 상기 탱크모듈에 구비된 펌프 및 인젝터의 구동을 제어하는 제어신호를 출력하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 감지신호에 기초해서 펌프의 RPM을 변경하도록 듀티값을 설정하고, 설정된 듀티값의 PWM 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
상기 탱크모듈은 환원제를 저장하는 탱크, 상기 탱크 내부에 저장된 환원제를 펌핑하여 상기 공급라인을 통해 인젝터로 전달하는 펌프, 상기 제어부의 PWM 제어신호에 따라 상기 펌프의 구동을 제어하는 펌프 구동부, 상기 탱크에 저장된 환원제의 온도를 감지하는 제 1온도센서 및 상기 제 1온도센서로부터 감지된 환원제 온도가 미리 설정된 제 1기준온도보다 낮은 경우 상기 탱크 내부의 온도를 상승시키도록 상기 제어부의 제어신호에 따라 가동되는 히팅부를 포함하고, 상기 펌프 구동부는 상기 PWM 제어신호의 듀티값에 대응되도록 미리 설정된 RPM을 저장하는 메모리를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 공급라인에는 상기 펌프에 의해 펌핑된 환원제의 압력을 미리 설정된 압력으로 감압하는 레귤레이터 유닛이 설치되고, 상기 레귤레이터 유닛은 상기 인젝터로 공급되는 환원제의 공급을 중지하도록 개폐 동작하는 솔레노이드 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 레귤레이터 유닛과 탱크 사이에는 상기 레귤레이터 유닛으로 공급된 환원제를 탱크로 회수하는 회수라인이 설치되고, 상기 제어부는 차량의 엔진 정지시 상기 솔레노이드 밸브를 차단하고, 상기 펌프를 미리 설정된 시간 동안 구동하여 상기 공급라인 및 레귤레이터 유닛에 남아있는 환원제를 탱크로 회수하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 감지부는 상기 촉매컨버터장치의 전단에 설치되는 제 2온도센서와 질소산화물 센서 및 상기 촉매컨버터장치의 후단에 설치되는 제 3온도센서를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제 3온도센서로부터 감지된 온도가 미리 설정된 제 2기준온도보다 높고, 상기 제 2온도센서로부터 감지된 온도가 미리 설정된 분사온도범위 이내이면 상기 인젝터를 구동하여 환원제를 분사하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 (a) 차량의 엔진 시동시 공급라인 상에 설치된 솔레노이드 밸브를 개방하고 펌프를 구동하여 환원제를 인젝터로 공급하는 단계, (b) 상기 인젝터로 공급된 환원제를 배기관에 설치된 촉매컨버터장치 내부로 분사하는 단계, (c) 상기 촉매컨버터장치의 전후단에 설치된 감지부를 이용해 배기가스의 온도 및 배기가스에 포함된 질소산화물의 양을 감지하는 단계 및 (d) 상기 (c)단계에서 감지된 배기가스의 온도 및 질소산화물의 양에 기초하여 상기 인젝터의 환원제 분사 여부 및 분사량을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (a)단계는 (a1) 상기 펌프를 최저단으로 구동하는 단계 및 (a2) 펌프에 의해 펌핑된 환원제의 압력을 미리 설정된 압력으로 감압하여 상기 인젝터로 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (c)단계는 (c1) 상기 촉매컨버터장치의 전단에 설치된 제 1온도센서를 이용해 배기가스의 온도를 감지하는 단계, (c2) 상기 촉매컨버터장치의 후단에 설치된 제 2온도센서를 이용해 배기가스의 온도를 감지하는 단계, (c3) 상기 촉매컨버터장치의 전단에 설치된 질소산화물 센서를 이용해 배기가스에 포함된 질소산화물의 양을 감지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (d)단계는 (d1) 상기 (c2)단계에서 감지된 온도가 미리 설정된 제 1기준온도보다 높으면 상기 인젝터를 통해 환원제를 분사하도록 설정하는 단계, (d2) 상기 (d1)단계에서 환원제 분사를 설정한 상태에서 상기 (c1)단계에서 감지된 온도가 미리 설정된 분사온도범위 이내이면 환원제를 분사하도록 상기 인젝터를 제어하는 단계를 포함하고, 상기 (d2)단계는 상기 (c1)단계에서 감지된 온도와 상기 (c3)단계에서 감지된 질소산화물의 양에 매핑되어 미리 저장된 데이터에 따라 환원제의 분사량을 설정하는 것을 특징으로 한다.
상기 환원제의 분사량은 상기 (c1)단계에서 감지된 온도 및 (c3)단계에서 감지된 질소산화물의 양에 비례하여 설정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 (e) 상기 감지부의 감지신호에 기초하여 펌프의 구동을 제어하는 단계를 더 포함하고, 상기 (e)단계는 상기 감지신호에 따라 PWM 제어신호의 듀티값을 설정하고 설정된 듀티값의 PWM 제어신호를 펌프 구동부로 출력하여 펌프의 구동을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 (f) 환원제를 저장하는 탱크에 설치된 레벨게이지와 제 3온도센서를 이용해 상기 탱크에 저장된 환원제의 양 및 온도를 감지하는 단계, (g) 상기 (f)단계에서 감지된 환원제의 양이 미리 설정된 기준량보다 적으면 운전자 알림 기능을 온 동작시켜 환원제 충전을 안내하는 단계 및 (h) 상기 (f)단계에서 감지된 환원제의 온도가 미리 설정된 제 2기준온도보다 낮으면 상기 탱크에 설치된 히팅부를 가동하여 탱크 내부의 온도를 상승시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 (i) 차량의 엔진이 중지되면 상기 솔레노이드 밸브를 폐쇄하고 상기 펌프를 미리 설정된 구동시간 동안 구동하여 레귤레이터 유닛으로 공급된 환원제를 탱크로 회수하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 배기가스의 온도 및 질소산화물의 양에 따라 SCR 내부에 분사되는 환원제의 분사 여부 및 분사량을 결정하여 배기가스에 포함된 질소산화물을 산화 및 환원시켜 질소산화물 배출을 억제한다.
그리고 본 발명은 SCR의 전단에 설치된 온도센서의 감지온도와 미리 설정된 기준온도범위를 비교하고, 비교결과에 따라 환원제의 분사량을 정밀하게 제어하여 질소산화물 저감 효율을 향상시킬 수 있다.
또 본 발명은 차량의 엔진 정지시 환원제의 공급유로를 차단하는 반면, 펌프를 미리 설정된 시간 동안 추가 구동시켜 공급유로에 남아있는 환원제를 탱크로 환원시킴으로써 공급유로 상에 남아있는 환원제의 결빙을 방지할 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 환원제의 결빙으로 인해 배기가스에 포함된 질소산화물을 적절하게 제거하지 못하는 문제를 해결하고, 공급라인 및 레귤레이터 유닛의 부식을 방지하여 내구성을 증대할 수 있다.
결과적으로, 본 발명은 디젤 엔진 차량의 배기가스 중에 포함된 질소산화물을 효과적으로 제거하여 대기환경오염을 방지하는 효과를 가진다.
도 1은 종래기술에 따른 도우징 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 도우징 시스템의 구성도.
도 3은 제어부에서 출력되는 인젝터 제어신호 그래프.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 도우징 시스템의 제어방법을 단계별로 설명하는 흐름도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 도우징 시스템 및 그의 제어방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 도우징 시스템의 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 도우징 시스템은 배기관에 설치된 촉매컨버터장치(이하, 'SCR'이라 약칭함)에 환원제를 공급하는 공급라인(S)이 구비된 탱크모듈(10), 공급라인(S)을 통해 공급된 환원제를 SCR(6) 내부에 분사하는 인젝터(20), SCR(6)의 전단 및 후단에 설치되어 배기가스의 온도 및 배기가스에 포함된 질소산화물의 양을 감지하는 감지부(30) 및 감지부(30)의 감지신호에 기초하여 탱크모듈(10)에 구비된 펌프(11) 및 인젝터(20)의 구동을 제어하는 제어신호를 출력하는 제어부(40)를 포함한다.
탱크모듈(10)은 환원제를 저장하는 탱크(11), 탱크(11)에 저장된 환원제를 펌핑하여 공급라인(S)을 통해 인젝터(20)로 전달하는 펌프(12), 제어부(40)의 제어신호에 따라 펌프(12)를 구동하는 펌프 구동부(13), 탱크(11)에 저장된 환원제의 양을 측정하는 레벨게이지(14), 탱크(11)에 저장된 환원제의 온도를 감지하는 제 1온도센서(15) 및 제 1온도센서(15)로부터 감지된 온도가 미리 설정된 제 1기준온도보다 낮은 경우 제어부(40)의 제어에 따라 환원제를 가열하는 히팅부(16)를 포함한다.
본 실시 예에서 환원제는 우레아(urea) 수용액으로 구비된다.
펌프 구동부(13)는 제어부(40)로부터 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation, 이하 'PWM'이라 함) 방식으로 출력되는 제어신호의 각 듀티값에 대응되는 RPM을 내부의 메모리(도면 미도시)에 저장하고, 상기 제어신호의 듀티값에 따라 펌프(12) 내부에 구비된 모터(도면 미도시)의 구동 RPM을 해당 RPM으로 설정하여 펌프(12)를 구동한다.
표 1은 PWM 제어신호의 각 듀티별 모터 구동 RPM 및 펌핑압력 테이블이다.
PWM 듀티(%) 모터 구동 RPM 펌핑압력(bar)
83 500 6.39
66 1000 6.65
50 1500 7.49
33 2000 8.15
16 2800 8.37
즉, 펌프 구동부(13)는 제어부(40)로부터 제어신호가 출력되면, 표 1에서 PWM 제어신호의 듀티값에 대응되는 RPM을 검색하고, 검색된 RPM으로 상기 모터를 구동한다.
이에 따라, 펌프(12)에 의해 펌핑된 환원제의 압력은 표 1에 기재된 바와 같이, 펌프(12)의 구동 RPM이 증가함에 따라 점차 상승하게 된다.
레벨게이지(14)는 탱크(11) 내부에 저장된 환원제의 양을 측정하고, 측정된 환원제의 양에 따른 신호를 제어부(40)로 전달한다.
마찬가지로, 제 1온도센서(15)는 탱크(11) 내부에 저장된 환원제의 온도를 감지하고, 감지된 온도에 따른 신호를 제어부(40)로 전달한다.
히팅부(16)는 탱크(11)에 설치되어 환원제가 어는 것을 방지하도록 미리 설정된 제 1기준온도, 예컨대 약 -11℃ 미만인 경우 제어부(40)의 제어에 따라 발열 동작하여 탱크(11) 내부를 가열한다.
본 실시 예에서, 히팅부(16)는 탱크(11)의 바닥면에 설치되는 열선으로 구비된다.
그리고 공급라인(S)에는 인젝터(20)로 공급되는 환원제의 압력을 미리 설정된 기준압력, 예컨대 약 6bar로 감압하는 레귤레이터 유닛(17)이 설치되고, 레귤레이터 유닛(17)과 탱크(11) 사이에는 레귤레이터 유닛(17)으로부터 탱크(11)로 환원제를 회수하는 회수라인(R)이 설치된다.
레귤레이터 유닛(17)은 차량의 전원 오프 시 공급라인(S)을 통해 인젝터(20)로 공급되는 환원제의 공급을 중지하도록 제어부(40)의 제어신호에 따라 개폐 동작하는 솔레노이드 밸브(도면 미도시)를 포함한다.
회수라인(R)은 상기 솔레노이드 밸브의 폐쇄 동작시 펌프(12)의 펌핑 동작에 의해 공기가 펌핑됨에 따라 공급라인(S)을 통해 레귤레이터 유닛(17)으로 공급된 환원제를 탱크(11)로 회수하는 통로 역할을 한다.
감지부(30)는 SCR(6)의 전단에 설치되어 배기관을 통해 SCR(6)로 전달되는 배기가스의 온도를 감지하는 제 2온도센서(31), SCR(6)의 전단에 설치되어 배기가스에 포함된 질소산화물의 양을 감지하는 질소산화물 센서(32) 및 SCR(6)의 후단에 설치되어 SCR(6)을 통과해서 배출되는 배기가스의 온도를 감지하는 제 3온도센서(33)를 포함한다.
제 2 및 제 3온도센서(31,33)와 질소산화물 센서(32)는 감지된 배기가스의 온도 및 질소산화물의 양에 따른 감지신호를 제어부(40)로 전달한다.
제어부(40)는 감지부(30)로부터 전달되는 감지신호에 따라 펌프(12) 및 인젝터(20)의 구동을 제어한다.
예를 들어, 제어부(40)는 표 1에 기재된 바와 같이, 감지부(30)의 감지신호에 기초하여 PWM 제어신호의 듀티값을 약 83, 66, 50, 33, 16%로 설정하고 설정된 듀티값의 PWM 제어신호를 펌프 구동부(13)로 출력한다.
물론, 제어부(40)는 차량의 상위 제어기(도면 미도시)와 통신을 수행해서 감지부(30)의 감지신호를 상위 제어기로 전달하고, 상위 제어기로부터 수신되는 구동제어신호에 따라 PWM 제어신호의 듀티값을 설정하도록 변경될 수 있다.
그리고 제어부(40)는 제 3온도센서(33)로부터 감지된 배기가스의 온도에 따라 인젝터(20)를 통한 환원제의 분사 여부를 결정한다.
즉, 제어부(40)는 제 3온도감지센서(33)로부터 감지된 배기가스의 온도가 미리 설정된 제 2기준온도, 예컨대 약 100℃ 이상인 경우에만 환원제를 분사하도록 제어한다.
또 제어부(40)는 제 2온도센서(31)로부터 감지된 배기가스의 온도 및 질소산화물 센서(32)로부터 감지된 배기가스에 포함된 질소산화물의 양에 따라 인젝터(20)를 통해 SCR(6)로 분사되는 환원제의 분사량을 결정한다.
여기서 제어부(40)는 환원제 분사량을 배기가스의 온도 및 질소산화물의 양에 비례하여 증가시킨다.
이러한 환원제 분사량은 배기가스 저감을 위한 환원제 분사 실험 결과에 따라 배기가스의 온도 및 질소산화물 양에 매핑되어 제어부(40)의 내부 메모리(도면 미도시)에 저장된다.
한편, 도 3은 제어부에서 출력되는 인젝터 제어신호 그래프이다.
제어부(40)는 도 3에 도시된 바와 같이, 피크 앤 홀드(peak and hold) 방식으로 인젝터(20)의 구동을 제어한다.
예를 들어, 제어부(40)는 피크 시 인젝터(20)에 약 3.5A의 전류를 인가하여 인젝터(20)를 구동하고, 약 60㎳의 홀드 타임 동안 인젝터(20)에 약 0.5A 전류를 인가하여 인젝터(20)를 구동하며, 약 140㎳의 오프 타임 동안 인젝터(20)에 공급되는 전류를 차단하도록 제어한다.
물론, 제어부(40)는 환원제의 분사량을 조절하기 위해 상기 홀드 타임 및 오프 타임을 다양하게 조절하여 인젝터 제어신호를 출력한다.
이와 함께, 제어부(40)는 레벨게이지(14)로부터 측정된 환원제의 양이 미리 설정된 기준양보다 적은 경우, 운전자에게 환원제를 충전하도록 안내하기 위해 경고등을 점등하거나 경고음을 출력하도록 제어한다.
그리고 제어부(40)는 제 1온도센서(15)의 감지온도가 미리 설정된 제 1기준온도, 예컨대 약 -11℃보다 낮으면, 환원제의 빙결을 방지하기 위해 히팅부(16)를 가동하여 탱크(11) 내부의 온도를 상승시킨다.
다음, 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 도우징 시스템의 제어방법을 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 도우징 시스템의 제어방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 도우징 시스템의 제어방법은 차량의 이그니션 키(도면 미도시)가 온 조작되어 차량의 배터리(도면 미도시)로부터 이그니션 키 입력전원을 공급받은 엔진이 구동되면서 시작된다.
제어부(40)는 공급라인(S)에 설치된 레귤레이터 유닛(17)의 솔레노이드 밸브를 개방하고, 펌프(12)를 최저단으로 구동하도록 제어신호를 출력한다(S10).
이에 따라, 탱크(11)에 저장된 환원제가 공급라인(S)을 통해 레귤레이터 유닛(17)으로 공급되고, 이어서 개방된 솔레노이드 밸브를 통해서 인젝터(20)로 공급된다.
이때, 제 1온도센서(15)는 탱크(11) 내부에 저장된 환원제의 온도를 감지하고, 감지된 온도에 따른 신호를 제어부(40)로 전달한다.
그러면, 제어부(40)는 감지된 온도와 미리 설정된 제 1기준온도를 비교하고(S11), 비교결과 감지된 온도가 제 1기준온도, 예컨대 약 -11℃보다 낮으면, 히팅부(16)를 가동하여 탱크(11) 내부의 온도를 상승시키도록 제어한다(S12).
반면, 감지된 온도가 제 1기준온도 이상이면, 제어부(40)는 히팅부(16)의 가동을 중지하도록 제어한다(S13).
이와 함께, 레벨게이지(14)는 탱크(11) 내부에 저장된 환원제의 양을 감지하고, 감지된 양에 따른 신호를 제어부(40)로 전달한다.
그러면, 제어부(40)는 감지된 환원제의 양과 미리 설정된 기준량을 비교하고(S14), 비교결과 감지된 환원제의 양이 기준량, 예컨대 약 3리터보다 적으면, 운전자에게 환원제 충전을 안내하도록 운전자 알림 기능을 온 동작시켜 경고등을 점등하거나 경고음을 출력하도록 제어한다(S15).
반면, 감지된 환원제의 양이 기준량 이상이면, 제어부(40)는 운전자 알림 기능을 오프 동작시키도록 제어한다(S16).
이어서, 제 3온도센서(33)는 SCR(6)로부터 배출되는 배기가스의 온도를 감지하고 감지된 온도에 따른 신호를 제어부(40)로 전달한다.
그러면, 제어부(40)는 제 3온도센서(33)로부터 감지된 온도와 미리 설정된 제 2기준온도를 비교한다(S17).
비교결과, 감지된 온도가 제 2기준온도, 예컨대 100℃보다 높으면, 제어부(40)는 질소산화물이 발생하기 쉬운 조건으로 판단하여 환원제를 분사하도록 인젝터(20)를 제어한다(S18).
이를 위해, 제 2온도센서(31)는 SCR(6)로 공급되는 배기가스의 온도를 감지하여 감지된 온도에 따른 신호를 제어부(40)로 전달하고, 질소산화물 센서(32)는 배기가스에 포함된 질소산화물의 양을 감지하여 감지된 질소산화물의 양에 따른 신호를 제어부(40)로 전달한다.
그러면, 제어부(40)는 내부의 메모리(도면 미도시)에 저장된 데이터 중에서 제 2온도센서(31) 및 질소산화물 센서(32)로부터 감지된 배기가스의 온도 및 질소산화물의 양에 매핑된 환원제 분사량을 검색한다. 그리고 제어부(40)는 검색된 분사량만큼 환원제를 분사하도록 인젝터(20)에 제어신호를 출력한다.
예를 들어, 제어부(40)는 제 2온도센서(31)로부터 감지된 온도가 미리 설정된 분사온도범위, 약 200 ~ 500℃ 사이인 경우(S19), 인젝터(20)와 펌프(12)를 구동하도록 제어신호를 출력한다.
이에 따라, 본 발명은 촉매컨버터장치의 전후단에 설치된 온도센서 및 질소산화물센서의 감지신호에 따라 환원제의 분사 여부 및 분사량을 결정하여 질소산화물 제거 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 제 S17단계에서 제 3온도센서(33)로부터 감지된 온도가 제 1기준온도 이하이거나, 제 S19단계에서 제 2온도센서(31)로부터 감지된 온도가 상기 분사온도범위를 벗어나는 경우, 제어부(40)는 제 S11단계로 진행하여 이후 과정을 반복수행하도록 제어한다.
이어서, 제어부(40)는 이그니션 키가 오프 조작되어 엔진 구동이 중지되는가를 검사한다(S21).
만약 엔진 구동이 중지되면, 제어부(40)는 레귤레이터 유닛(17)의 솔레노이드 밸브를 폐쇄하도록 제어신호를 출력한 후, 미리 설정된 펌프구동시간, 예컨대 약 5분 동안 펌프(12)를 구동하도록 펌프 구동부(13)를 제어한다.
이때, 펌프(12)는 탱크(11) 내부의 공기를 펌핑하여 공급라인(S)에 공급함에 따라, 공급라인(S)과 레귤레이터 유닛(17) 및 회수라인(R)에 남아있던 환원제가 탱크(11)로 회수된다.
이와 같이, 본 발명은 엔진 정지시 레귤레이터 유닛과 공급라인에 남아있던 환원제를 탱크로 회수함에 따라 겨울철에 공급라인에 남아있던 환원제의 결빙을 방지한다.
이에 따라, 본 발명은 환원제의 결빙으로 인해 배기가스에 포함된 질소산화물을 적절하게 제거하지 못하는 문제를 해결하고, 공급라인 및 레귤레이터 유닛의 부식을 방지하여 내구성을 증대할 수 있다.
상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 배기가스의 온도 및 질소산화물의 양에 따라 SCR 내부에 분사되는 환원제의 분사 여부 및 분사량을 정밀하게 제어하여 디젤 엔진의 배기가스 중에 포함된 질소산화물의 제거 효율을 향상시킬 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
상기의 실시 예에서는 제 S11단계 내지 제 S16단계를 순차적으로 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
즉, 본 발명은 제 S14단계와 제 S11단계 순으로 수행하거나, 제 S11단계와 제 S14단계를 동시에 수행할 수도 있음에 유의하여야 한다.
10: 탱크모듈 11: 탱크
12: 펌프 13: 펌프 구동부
14: 레벨게이지 15: 제 1온도센서
16: 히팅부 17: 레귤레이터 유닛
20: 인젝터 30: 감지부
31: 제 2온도센서 32: 질소산화물 센서
33: 제 3온도센서 40: 제어부
S: 공급라인 R: 회수라인

Claims (13)

  1. 배기관에 설치된 촉매컨버터장치에 환원제를 공급하는 공급라인이 구비된 탱크모듈,
    상기 공급라인을 통해 공급된 환원제를 촉매컨버터장치에 분사하는 인젝터,
    상기 촉매컨버터장치의 전단 및 후단에 설치되어 배기가스의 온도 및 배기가스에 포함된 질소산화물의 양을 감지하는 감지부 및
    상기 감지부의 감지신호에 기초하여 상기 탱크모듈에 구비된 펌프 및 인젝터의 구동을 제어하는 제어신호를 출력하는 제어부를 포함하고,
    상기 공급라인에는 펌프에 의해 펌핑된 환원제의 압력을 미리 설정된 압력으로 감압하여 상기 인젝터로 공급하는 레귤레이터 유닛이 설치되며,
    상기 제어부는 차량의 엔진 구동시 상기 펌프를 최저단으로 구동하도록 제어하고, 탱크 내부에 저장된 환원제 온도, 상기 촉매컨버터장치의 전단 및 후단에서 감지된 배기가스의 온도 및 배기가스에 포함된 질소산화물의 양에 따라 상기 펌프를 미리 설정된 RPM으로 구동하도록 듀티값을 설정해서 설정된 듀티값의 PWM 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 도우징 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 탱크모듈은
    환원제를 저장하는 탱크,
    상기 탱크 내부에 저장된 환원제를 펌핑하여 상기 공급라인을 통해 인젝터로 전달하는 펌프,
    상기 제어부의 PWM 제어신호에 따라 상기 펌프의 구동을 제어하는 펌프 구동부,
    상기 탱크에 저장된 환원제의 온도를 감지하는 제 1온도센서 및
    상기 제 1온도센서로부터 감지된 환원제 온도가 미리 설정된 제 1기준온도보다 낮은 경우 상기 탱크 내부의 온도를 상승시키도록 상기 제어부의 제어신호에 따라 가동되는 히팅부를 포함하고,
    상기 펌프 구동부는 상기 PWM 제어신호의 듀티값에 대응되도록 미리 설정된 RPM을 저장하는 메모리를 구비하는 것을 특징으로 하는 도우징 시스템.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 레귤레이터 유닛은 상기 인젝터로 공급되는 환원제의 공급을 중지하도록 개폐 동작하는 솔레노이드 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 도우징 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 레귤레이터 유닛과 탱크 사이에는 상기 레귤레이터 유닛으로 공급된 환원제를 탱크로 회수하는 회수라인이 설치되고,
    상기 제어부는 차량의 엔진 정지시 상기 솔레노이드 밸브를 차단하고, 상기 펌프를 미리 설정된 시간 동안 구동하여 상기 공급라인 및 레귤레이터 유닛에 남아있는 환원제를 탱크로 회수하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 도우징 시스템.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 감지부는
    상기 촉매컨버터장치의 전단에 설치되는 제 2온도센서와 질소산화물 센서 및
    상기 촉매컨버터장치의 후단에 설치되는 제 3온도센서를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제 3온도센서로부터 감지된 온도가 미리 설정된 제 2기준온도보다 높고, 상기 제 2온도센서로부터 감지된 온도가 미리 설정된 분사온도범위 이내이면 상기 인젝터를 구동하여 환원제를 분사하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 도우징 시스템.
  6. (a) 차량의 엔진 시동시 공급라인 상에 설치된 솔레노이드 밸브를 개방하고 펌프를 구동하여 환원제를 인젝터로 공급하는 단계,
    (b) 상기 인젝터로 공급된 환원제를 배기관에 설치된 촉매컨버터장치 내부로 분사하는 단계,
    (c) 상기 촉매컨버터장치의 전후단에 설치된 감지부를 이용해 배기가스의 온도 및 배기가스에 포함된 질소산화물의 양을 감지하는 단계 및
    (d) 상기 (c)단계에서 감지된 배기가스의 온도 및 질소산화물의 양에 기초하여 상기 인젝터의 환원제 분사 여부 및 분사량을 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 (a)단계는 (a1) 상기 펌프를 최저단으로 구동하는 단계 및
    (a2) 상기 펌프에 의해 펌핑된 환원제의 압력을 미리 설정된 압력으로 감압하여 상기 인젝터로 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 하는 도우징 시스템의 제어방법.
  7. 삭제
  8. 제 6항에 있어서, 상기 (c)단계는
    (c1) 상기 촉매컨버터장치의 전단에 설치된 제 1온도센서를 이용해 배기가스의 온도를 감지하는 단계,
    (c2) 상기 촉매컨버터장치의 후단에 설치된 제 2온도센서를 이용해 배기가스의 온도를 감지하는 단계 및
    (c3) 상기 촉매컨버터장치의 전단에 설치된 질소산화물 센서를 이용해 배기가스에 포함된 질소산화물의 양을 감지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 도우징 시스템의 제어방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 (d)단계는
    (d1) 상기 (c2)단계에서 감지된 온도가 미리 설정된 제 1기준온도보다 높으면 상기 인젝터를 통해 환원제를 분사하도록 설정하는 단계,
    (d2) 상기 (d1)단계에서 환원제 분사를 설정한 상태에서 상기 (c1)단계에서 감지된 온도가 미리 설정된 분사온도범위 이내이면 환원제를 분사하도록 상기 인젝터를 제어하는 단계를 포함하고,
    상기 (d2)단계는 상기 (c1)단계에서 감지된 온도와 상기 (c3)단계에서 감지된 질소산화물의 양에 매핑되어 미리 저장된 데이터에 따라 환원제의 분사량을 설정하는 것을 특징으로 하는 도우징 시스템의 제어방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 환원제의 분사량은
    상기 (c1)단계에서 감지된 온도 및 (c3)단계에서 감지된 질소산화물의 양에 비례하여 설정되는 것을 특징으로 하는 도우징 시스템의 제어방법.
  11. 제 6항에 있어서,
    (e) 상기 감지부의 감지신호에 기초하여 펌프의 구동을 제어하는 단계를 더 포함하고,
    상기 (e)단계는 상기 감지신호에 따라 PWM 제어신호의 듀티값을 설정하고 설정된 듀티값의 PWM 제어신호를 펌프 구동부로 출력하여 펌프의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는 도우징 시스템의 제어방법.
  12. 제 6항에 있어서,
    (f) 환원제를 저장하는 탱크에 설치된 레벨게이지와 제 3온도센서를 이용해 상기 탱크에 저장된 환원제의 양 및 온도를 감지하는 단계,
    (g) 상기 (f)단계에서 감지된 환원제의 양이 미리 설정된 기준량보다 적으면 운전자 알림 기능을 온 동작시켜 환원제 충전을 안내하는 단계 및
    (h) 상기 (f)단계에서 감지된 환원제의 온도가 미리 설정된 제 2기준온도보다 낮으면 상기 탱크에 설치된 히팅부를 가동하여 탱크 내부의 온도를 상승시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도우징 시스템의 제어방법.
  13. 제 6항에 있어서,
    (i) 차량의 엔진이 중지되면 상기 솔레노이드 밸브를 폐쇄하고 상기 펌프를 미리 설정된 구동시간 동안 구동하여 레귤레이터 유닛으로 공급된 환원제를 탱크로 회수하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도우징 시스템의 제어방법
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