KR101416345B1

KR101416345B1 - 디젤 차량의 모니터링 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101416345B1
Application number: KR1020080044702A
Authority: KR
Inventors: 박진우; 조준규; 박일수; 유성일
Original assignee: 현대자동차 주식회사
Priority date: 2008-05-14
Filing date: 2008-05-14
Publication date: 2014-07-09
Also published as: KR20090118735A

Abstract

본 발명은 LNT촉매의 DeNOx 동작에서 공기량 제어수단의 고장 여부를 판별하는 것으로,

LNT촉매의 NOx 정화효율이 DeNOx 작동조건인지 판단하는 과정, LNT촉매의 DeNox 작동 조건이면 제1목표 기준치의 공기량과 제어인자를 결정하여 공기량 제어를 실행하는 과정, 제1기준시간 이내에 제1목표 기준치로 공기량 제어가 실행되지 못하면 공기량 제어를 지연시키는 제어인자를 판단하는 과정, 공기량 제어를 지연시키는 제어인자의 공기량 제어 목표치를 재설정한 다음 공기량 제어를 실행하는 과정, 제2기준시간 이내에 재설정된 목표치로 공기량 제어가 실행되지 못하면 해당 제어인자의 고장을 판별하고 LNT촉매의 DeNOx 동작을 중지하는 과정을 포함한다.

후처리계 장치, LNT, DeNOx, 공기량 제어

Description

디젤 차량의 모니터링 장치 및 방법{MONITORING SYSTEM FOR DIESEL VEHICLE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 디젤 차량의 모니터링 장치 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 LNT촉매의 DeNOx 동작에서 공기량 제어수단의 고장 여부를 판별하는 디젤 차량의 모니터링 장치 및 방법에 관한 것이다.

디젤 차량에는 북미디젤 Tier2 BIN5 규제나 유로 6 배기가스 규제 중에서 NOx 및 PM의 규제를 만족시키기 위하여 별도의 후처리계 시스템이 적용되고 있는데, 현재 디젤 차량에 적용되는 시스템은 LNT(Lean NOx Trap)촉매와 DPF(Diesel Particulate Filter) 등과 같은 DeNOx 촉매가 적용된다.

상기 LNT촉매는 NOx 흡장촉매와 DOC(Diesel Oxidation Catalyst)가 하나의 담체에 구성되어 후처리계에서 엔진과 근접한 최상류측에 설치되고, LNT촉매의 하류측에 입자상 물질(PM)을 포집하는 DPF가 설치된다.

상기 LNT촉매는 희박(Lean) 운전영역에서 백금(Pt)과 같은 산화촉매, 산화바륨 등의 촉매 담층(Wash coat)에 NOx를 흡착하여 로딩(Loading)하고, 농후(Rich) 운전영역에서 로딩된 NOx를 환원시켜 LNT촉매를 재생한다.

상기 LNT촉매에 NOx의 로딩량 증가하여 LNT촉매의 정화효율이 떨어지면 엔진을 희박 운전영역에서 농후 운전영역으로 제어하여 LNT촉매를 DeNOx 한다.

이와 같이 희박 운전영역에서 농후 운전영역으로 제어하기 위해서는 먼저 공기량 조절 밸브, EGR 등을 제어하는 공기량 제어를 실행하고, 공기량 제어가 완료되었거나 공기량 제어에 따른 설정된 시간이 경과하면 연료량 제어를 실행한다.

상기한 제어방법은 목표 수준까지의 공기량 제어가 이루어지지 못하였으나 설정된 시간의 경과로 인하여 연료량 제어 단계로 진입함으로써, LNT촉매의 DeNOx를 위한 농후 운전영역이 충분하게 확보되지 못하여 LNT촉매의 재생이 원활하게 이루어지지 못하는 문제점이 발생한다.

또한, LNT촉매의 재생이 정상적으로 이루어지지 못하여 배출가스의 악화와 연비 악화를 초래하는 문제점이 발생한다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 LNT촉매의 DeNOx 동작에서 공기량 제어수단의 고장 여부를 모니터링 하는 배출가스 규제에 대응되도록 하는 것이다.

상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명의 특징에 따른 디젤 차량의 모니터링 방법은, LNT촉매의 NOx 정화효율이 DeNOx 작동조건인지 판단하는 제1과정; LNT촉매의 DeNox 작동 조건이면 제1목표 기준치의 공기량과 제어인자를 결정하여 공기량 제어를 실행하는 제2과정; 제1기준시간 이내에 제1목표 기준치로 공기량 제어가 실행되지 못하면 공기량 제어를 지연시키는 제어인자를 판단하는 제3과정; 상기 공기량 제어를 지연시키는 제어인자의 공기량 제어 목표치를 재설정한 다음 공기량 제어를 실행하는 제4과정; 제2기준시간 이내에 재설정된 목표치로 공기량 제어가 실행되지 못하면 해당 제어인자의 고장을 판별하고 LNT촉매의 DeNOx 동작을 중지하는 제5과정을 포함한다.

전술한 구성에 의하여 본 발명은 디젤 차량에서 LNT촉매의 DeNOx 동작에서 공기량 제어수단을 모니터링 함으로써, 배출가스 규제에 능동적으로 대응하며, LNT촉매의 재생 효율과 연비 향상을 제공하는 효과가 기대된다.

아래에서는 첨부한 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 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디젤 차량의 흡배기 시스템 구성을 도시한 도면이다.

본 발명은 엔진(10)과, 엔진(10)에 흡입되는 공기량을 검출하는 공기량 검출 센서(20), 엔진(10)에서 연소된 배기가스의 에너지로 엔진(10)에 흡입되는 공기를 과급시키는 터보차저(30)가 장착된다.

상기 터보차저(30)는 배기 매니폴더의 소정 위치에 임펠라(31)가 장착되고, 흡기 매니폴더의 소정 위치에 터빈(32)이 장착되어 임펠라(31)의 동작에 따라 터빈(32)이 동작되어 흡입공기를 과급시킨다.

상기 임펠라(31)의 하류측에 NOx 흡장촉매(55)와 DOC(57)가 하나의 담체에 구성되는 LNT촉매(50)가 설치되고, LNT촉매(50)의 하류측에 DPF(60)가 설치된다.

상기 LNT촉매(50)는 엔진(10)의 희박 운전영역에서 백금(Pt)과 같은 산화촉매, 산화바륨 등의 촉매 담층에 NOx를 흡착하여 로딩하고, 농후 운전영역에서 촉매에 흡장된 NOx를 환원시켜 재생된다.

상기 LNT촉매(50)의 상류측에 제1NOx센서(51)가 설치되고, 하류측에 제2NOx센서(52)가 설치되어 제어부(100)에 연결되며, 제2NOx센서(52)의 하류측에 온도센서(53)가 설치되어 제어부(100)에 연결된다.

상기 DPF(60)는 배출가스에 포함된 입자상 물질(PM)을 포집하고, DPF(60)의 상류 및 하류측에는 설치된 도시되지 않은 차압센서는 입자상 물질(PM)의 흡장량에 대한 정보를 제어부(100)에 제공한다.

제어부(100)는 상기 LNT촉매(50)의 양단에 설치되는 제1,2NOx센서(51)(52)의 신호를 분석하여 LNT촉매(50)의 NOx 정화효율을 판단하여 NOx의 로딩량과 DeNOx 시점을 판단한다.

상기 제어부(100)는 LNT촉매(50)의 재생이 필요한 상태이면 엔진(10)을 희박 운전영역으로 제어하여 LNT촉매(50)의 DeNOx 동작을 실행하며, 희박 운전영역의 진입을 제어하는 과정에서 제1목표 기준치의 공기량과 제어인자를 결정하여 공기량 제어를 실행한다.

상기 결정되는 공기량 제어인자는 공기량 조절 밸브(Air Control Valve), EGR, 터보 차저(30) 중 어느 하나 이상이 포함된다.

그리고, 공기량 제어가 완료되지 않은 상태에서 설정된 제1기준시간이 초과하면 공기량 제어를 지연시키는 공기량 제어수단을 판단하고, 판단된 공기량 제어수단의 제어값을 재설정하여 공기량 제어를 실행한다.

재설정된 제어값으로 공기량 제어가 완료되면 연료량 제어단계로 진입하고, 설정된 제2기준시간 이내에 공기량 제어가 완료되지 못하면 상기 판단된 공기량 제어수단을 고장으로 판정하고, LNT촉매(50)의 DeNOx 동작을 종료한다.

전술한 기능을 포함하여 구성되는 본 발명에 따른 디젤 차량에서 LNT의 DeNOx 동작에서 공기량 제어수단을 모니터링 하는 동작에 대하여 도 2를 참조하여 상세하게 설명한다.

디젤 차량의 운행이 개시되면 제어부(100)는 차량의 각각 위치에 장착되는 센서들로부터 현재의 차속, RPM(엔진 회전수), 부하 등을 포함하는 엔진의 운전조건을 검출한다.

그리고, 온도센서(53)의 신호를 분석하여 LNT촉매(50)의 활성화 여부를 검출하고, 제1,2NOx센서(51)(52)의 신호를 분석하여 LNT촉매(50)의 NOx 정화효율과 NOx의 로딩량을 판단한다(S101).

상기 LNT촉매(50)의 온도가 활성화의 상태이고, NOx의 정화효율 및 로딩량이 DeNOx 작동 조건인지를 판단한다(S102).

상기 S102의 판단에서 LNT촉매(50)의 DeNOx 작동 조건이 아니면 상기 S101의 과정으로 리턴되어 전술한 동작을 반복 실행하고, DeNOx 작동조건이면 엔진(10)을 농후 운전영역으로 제어하기 위한 공기량 제어값을 설정한다(S103).

이때, 공기량을 조정하는 제어인자(공기량 조절수단)와 제1목표 기준치의 공기량이 결정된다.

공기량 제어값이 설정되면 제어부(100)는 공기량 조절 밸브(ACV), EGR, 터보 차저(30)중 어느 하나 이상을 포함하는 제어인자(공기량 조절수단)를 동작시켜 제1목표 기준치의 공기량이 제어되도록 공기량 제어를 실행한다(S104).

이후, 공기량 제어가 정상적으로 완료되었는지를 판단하여(S105), 정상적으로 완료되지 않은 상태이면 설정된 제1기준시간이 초과되었는지를 판단한다(S106).

상기 S106의 판단에서 제1기준시간이 초과되지 않았으면 상기 S104로 리턴되어 제1목표 기준치로 제어될 수 있도록 결정된 제어인자(공기량 조절수단)를 동작시켜 공기량 제어를 지속적으로 실행한다.

그러나, 제1기준시간이 초과되었으면 제1목표 기준치로의 공기량 제어를 지연시키는 제어인자(공기량 조절수단)가 무엇인지를 판단한다(S107).

상기 S107에서 공기량 제어를 지연시키는 제어인자(공기량 조절수단)가 판단되면 판단된 제어인자의 공기량 제어값(제2목표 기준치)을 재설정한 다음(S108) 제어인자를 동작시켜 제2목표 기준치로의 공기량 제어를 실행한다(S109).

상기 S109의 공기량 제어가 정상적으로 완료되었는지를 판단하여(S110), 정상 완료가 실행되지 않았으면 설정된 제2기준시간이 초과되었는지 판단한다(S111).

상기 S111의 판단에서 설정된 제2기준시간이 초과되지 않았으면 상기 S109의 과정으로 리턴하여 공기량 제어를 지속적으로 유지한다.

상기 제2목표 기준치로 공기량을 제어하는 과정에서 제2기준시간에 도달하기까지의 흡입 공기량의 변화, 엔진 회전수의 변화, 부하의 변화 등 엔진상태 변화량을 누적하여 기준치를 초과하면 엔진상태 변화에 의한 공기량 제어의 지연으로 판단한다.

그러나, 엔진상태 변화량의 누적치가 기준치 미만이면 제어인자의 이상으로 판정하고, 그 횟수가 기준 횟수 이상이며, 설정된 제2기준시간이 초과되었으면 해당 제어인자(공기량 조절수단)의 고장으로 판별한 다음 고장코드를 출력하고 LNT촉매(50)의 DeNOx를 동작을 종료한다(S112)(S113).

또한, 상기 S105의 판단에서 제1목표 기준치로 공기량 제어가 정상 완료되었거나 상기 S110의 판단에서 제2목표 기준치로 공기량 제어가 정상 완료되었으면 연료량 제어 단계를 실행한다.

상기한 바와 같이 본 발명은 LNT촉매의 DeNOx를 위해 농후 공연비로 제어하기 위해 공기량 제어 및 연료량을 제어함에 있어 공기량 제어를 실행하는 제어인자의 고장여부를 모니터링하여 고장 코드를 출력한다.

따라서, 공기량을 제어하는 제어인자의 상시 안정된 동작에 의해 배기가스의 안정화 및 연비 악화를 방지한다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 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 디젤 차량의 흡배기 시스템의 구성을 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 디젤 차량에서 LNT 촉매의 DeNOx 동작에서 공기량 제어수단의 진단 절차를 도시한 흐름도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 엔진 20 : 공기량 센서

30 : 터보차저 50 : LNT촉매

60 : DPF 100 : 제어부

Claims

LNT촉매와 LNT촉매의 양단에 설치되는 NOx센서를 포함하며,

상기 LNT촉매의 DeNOx 작동조건이면 제1목표 기준치의 공기량과 제어인자를 결정하여 공기량 제어를 실행하고, 설정된 제1기준시간 이내에 제1목표 기준치에 도달되지 않으면 공기량 제어를 지연시키는 제어인자를 판단하며, 공기량 제어를 지연시키는 제어인자를 통한 공기량 제어값을 재설정하여 공기량 제어를 실행하고, 제2기준시간 이내에 재설정된 공기량 제어값으로 완료되지 못하면 해당 제어인자를 고장을 판정하여 고장코드를 출력하는 프로그램이 제어부에 설정되는 디젤 차량의 모니터링 장치.
LNT촉매의 NOx 정화효율이 DeNOx 작동조건인지 판단하는 제1과정;

LNT촉매의 DeNox 작동 조건이면 제1목표 기준치의 공기량과 제어인자를 결정하여 공기량 제어를 실행하는 제2과정;

제1기준시간 이내에 제1목표 기준치로 공기량 제어가 실행되지 못하면 공기량 제어를 지연시키는 제어인자를 판단하는 제3과정;

상기 공기량 제어를 지연시키는 제어인자의 공기량 제어 목표치를 재설정한 다음 공기량 제어를 실행하는 제4과정;

제2기준시간 이내에 재설정된 목표치로 공기량 제어가 실행되지 못하면 해당 제어인자의 고장을 판별하고 LNT촉매의 DeNOx 동작을 중지하는 제5과정;

을 포함하는 디젤 차량의 모니터링 방법.
제2항에 있어서,

상기 제2과정에서 공기량 제어인자는 EGR, ACV, 터보 차저를 포함하며, 적어도 하나 이상이 제어인자로 결정되는 디젤 차량의 모니터링 방법.
제2항에 있어서,

상기 제2과정 혹은 제4과정에서 목표 기준치로의 공기량 제어가 설정시간 이내에 정상적으로 완료되면 연료량 제어 단계로 진입하여 농후 운전영역으로 전환시키는 디젤 차량의 모니터링 방법.
제2항에 있어서,

상기 제4과정의 실행에서 엔진상태의 변화량을 누적하여 기준치를 초과하면 엔진상태 변화에 의한 공기량 제어 지연으로 판단하고, 기준치 미만이면 제어인자의 고장에 의한 공기량 제어 지연으로 판단하며, 이상 발생 횟수가 기준 횟수를 초과하면 제어인자의 고장을 판정하는 디젤 차량의 모니터링 방법.