KR101500165B1 - 언더 플로어 촉매 컨버터 퍼지 장치 및 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 언더 플로어 촉매 컨버터 퍼지 장치 및 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 퓨얼 컷 제어가 종료된 이후 촉매의 정화효율을 높이기 위해 전후방 산소 센서의 신호 감지 및 UCC 후단에 설치되는 UCC 후방 산소 센서를 통해 인위적으로 농후하게 연료를 분사하여 촉매의 퍼지 제어가 신속하고 안정적으로 수행되도록 하는 언더 플로어 촉매 컨버터 퍼지 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 산화 및 환원 작용으로 엔진의 배기가스를 정화하는 WCC(warming-up catalyst converter) 촉매, 상기 WCC 촉매의 전후방에 설치되는 제1, 2 산소 센서, 상기 WCC 촉매의 하류측에 설치되는 UCC 촉매, 상기 UCC(under floor catalyst converter) 촉매의 하류측에 설치되는 제3 산소 센서 및 상기 UCC 촉매의 온도를 검출하는 온도 센서를 포함하고, 상기 WCC 촉매의 온도는 700도인 부근에 위치하고, 상기 UCC 촉매의 온도는 450도 내지 500도 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 언더 플로어 촉매 컨버터 퍼지 장치를 제공한다.

Description

언더 플로어 촉매 컨버터 퍼지 장치 및 제어 방법{UNDERFLOOR CATALYST CONVERTER PURGE APPARATUS AND THE METHOD THEREOF}

본 발명은 언더 플로어 촉매 컨버터 퍼지 장치 및 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 퓨얼 컷 제어가 종료된 이후 촉매의 정화효율을 높이기 위해 전후방 산소 센서의 신호 감지 및 UCC 후단에 설치되는 UCC 후방 산소 센서를 통해 인위적으로 농후하게 연료를 분사하여 촉매의 퍼지 제어가 신속하고 안정적으로 수행되도록 하는 언더 플로어 촉매 컨버터 퍼지 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 촉매는 배기가스에 포함된 NOx, HC, CO 등의 유해물질을 산화 혹은 환원시켜 에미션(emission)을 안정되게 유지시키는 것으로, 최근 미국 캘리포니아 대기 환경 보전법의 관련 규정에 따라 ULEV(ultra low emission vehicle)로부터 SULEV(super ultra low emission vehicle) 수준으로 강화되고 있는 실정이므로 촉매의 기능의 중요성이 대두되고 있다.

도 1에 나타난 바와 같이 종래기술에 의한 촉매 퍼지 장치 및 제어에 의하면 A구간은 퓨얼컷 구간으로서 연소가 발생되지 않으므로 NOx가 배출되지 않게 된다. 이때 WCC 및 UCC 촉매의 OSC에 산소가 완전히 저장된다.

이후, B구간부터 C구간은 퓨얼컷 종료 직후 엔진 연소로 Raw NOx가 배출되며 촉매 산화 분위기로 NOx의 정화가 되지 않고 일정 시간 이후에 정화가 시작된다.

이후, D구간은 가속 구간으로서 배출되는 NOx를 촉매가 모두 정화하지 못하고 배출되는 것을 알 수 있다. 즉 UCC OSC에 산소가 잔존함으로써 UCC NOx정화 성능이 저하되는 문제점을 내포한다.

한국공개특허 10-2010-0044531

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 UCC 촉매의 후방에 산소 센서를 추가하고 UCC 촉매 후단에서 누적되는 잉여 산소량을 퍼지하는 언더 플로어 촉매 컨버터 퍼지 장치를 제공하는데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 언더 플로어 촉매 컨버터 퍼지 장치는 산화 및 환원 작용으로 엔진의 배기가스를 정화하는 WCC(warming-up catalyst converter) 촉매, 상기 WCC 촉매의 전후방에 설치되는 제1, 2 산소 센서, 상기 WCC 촉매의 하류측에 설치되는 UCC 촉매, 상기 UCC(under floor catalyst converter) 촉매의 하류측에 설치되는 제3 산소 센서 및 상기 UCC 촉매의 온도를 검출하는 온도 센서를 포함하고, 상기 WCC 촉매의 온도는 700도인 부근에 위치하고, 상기 UCC 촉매의 온도는 450도 내지 500도 내에 위치하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 UCC 촉매는 칼륨과 바륨을 포함하는 제1 영역 및 제2 영역으로 구획되고, 상기 제1 영역의 칼륨의 함유율은 바륨 대비 70% 이상인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 UCC의 제2 영역의 칼륨의 함유율은 바륨 대비 30% 이하인 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 의한 언더 플로어 촉매 컨버터 퍼지 제어 방법은 WCC(warming-up catalyst converter) WCC(warming-up catalyst converter) 촉매의 상류측과 하류측에 각각 제1 산소 센서와 제2 산소 센서가 설치되고, 상기 제2 산소 센서의 하류측에 UCC(under floor catalyst converter) 촉매가 설치되며, 상기 UCC 촉매의 하류측에 제3 산소 센서가 설치되는 언더 플로어 촉매 컨버터 퍼지 제어 방법에 있어서, 퓨얼 컷이 수행되면 상기 제1 산소 센서와 제2 산소 센서의 출력값을 비교하여 산소 농도가 설정된 최소 임계값 이상인지 판단하는 제1 산소 센서 출력값과 제2 산소 센서 출력값 비교 단계, 상기 산소 농도가 최소 임계값 이상이면 공연비를 리치하게 제어하는 공연비 제어 단계 및 상기 제3 산소 센서에 의해 측정되는 UCC 촉매 후단의 산소 농도가 정상치에 도달할 때까지 공연비를 리치하게 제어하는 O2 퍼지 단계를 수행함으로써, 퓨얼 컷 구간에서 리치 분사 연장 구간을 형성하여 가속 구간 시작 시 NOx 정화 성능을 강화하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 언더 플로어 촉매 컨버터 퍼지 장치 및 제어 방법에 의하면, UCC 촉매의 후방에 산소 센서를 추가하고 UCC 촉매 후단에서 누적되는 잉여 산소량을 퍼지함으로써 퓨얼 컷 이후의 NOx 정화 성능을 강화할 수 있다.

도 1은 종래기술에 의한 언더 플로어 촉매 컨버터 퍼지 장치 및 제어 방법에 따라 나타나는 결과 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 언더 플로어 촉매 컨버터 퍼지 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 언더 플로어 촉매 컨버터 퍼지 제어 방법에 따라 리치 분사가 연장된 구간을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 언더 플로어 촉매 컨버터 퍼지 제어 방법에 따라 나타나는 결과 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 언더 플로어 촉매 컨버터 퍼지 장치에 적용되는 UCC의 제1 영역 및 제2 영역에 함유되는 K와 Ba의 온도에 따른 NOx흡장 수준을 나타낸 그래프이다.

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

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 언더 플로어 촉매 컨버터 퍼지 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.

도 2에 도시한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의한 언더 플로어 촉매 컨버터 퍼지 장치는 엔진과 WCC 촉매 사이에 설치되는 제1 산소 센서(100), 상기 엔진과 WCC 촉매 사이에 설치되는 제2 산소 센서(200) 및 상기 UCC 촉매의 하류측에 설치되는 제3 산소 센서(300)를 포함한다. 여기서 상기 제1 산소 센서(100)와 제2 산소 센서(200)에서 검출되는 산소 농도를 비교함으로써 상기 WCC 촉매의 Raw NOx 및 Tail NOx의 흡장 상태를 파악할 수 있게 된다. 또한, 상기 제3 산소 센서(300)는 퓨얼 컷 이후에 UCC의 O2 퍼지를 진행하기 위하여 산소 농도를 측정하게 된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 언더 플로어 촉매 컨버터 퍼지 제어 방법에 따라 리치 분사가 연장된 구간을 나타낸 그래프이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 언더 플로어 촉매 컨버터 퍼지 제어 방법에 따라 나타나는 결과 그래프이다.

도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의한 언더 플로어 촉매 컨버터 퍼지 제어 방법에 따르면 WCC 촉매의 전후방 산소 농도를 측정할 뿐만 아니라 UCC 촉매의 하류측에 설치된 제3 산소 센서(300)를 이용하여 UCC O2 퍼지를 수행함으로써 P구간만큼 리치 분사가 연장되는 것을 알 수 있다. 즉 퓨얼 컷 직후 WCC 촉매 및 UCC 촉매가 린(lean) 배기가스로 인하여 모두 산화 상태를 유지하게 되므로 흡장된 Raw NOx가 이후 가속 구간의 급격한 유량 변화로 인하여 그대로 배출되는 것을 방지하기 위하여 UCC O2 퍼지를 수행하게 되므로 상기 P 구간 이후의 가속 구간에서도 UCC 촉매의 NOx 흡장 성능을 강화하게 된다. 이로 인하여, 도 4에 나타낸 바와 같이 B 구간에서 Tail NOx가 현저히 감소하게 되는 것을 알 수 있다.

즉 퓨얼 컷이 수행되면 상기 제1 산소 센서(100)와 제2 산소 센서(200)의 출력값을 설정된 최소 임계값과 비교하여 상기 1 산소 센서(100)에서 측정한 산소 농도와 제2 산소 센서(200)에서 측정한 산소 농도가 설정된 최소 임계값 이상이면 공연비를 리치(rich)하게 제어하게 된다. 아울러, 제3 산소 센서(300)에 의해 측정되는 UCC 촉매 후단의 산소 농도가 정상치에 도달할 때까지 공연비를 지속적으로 리치하게 제어할 수 있게 된다. 이때 UCC 촉매 후단의 산소 농도의 정상치는 실험을 통하여 희박한 연료로 인하여 촉매의 최대 산소저장능력(OSC; oxygen storage capacity) 만큼 과충전되지 않도록 함으로써 NOx가 배출되지 않는 수준으로 설정할 수 있을 것이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 언더 플로어 촉매 컨버터 퍼지 장치에 적용되는 UCC의 제1 영역 및 제2 영역에 함유되는 K와 Ba의 온도에 따른 NOx흡장 수준을 나타낸 그래프이다. 도 5에 도시한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의한 언더 플로어 촉매 컨버터 퍼지 장치에 적용되는 UCC 촉매는 각각 제1 영역 및 제2 영역으로 구분되는 워시 코트로 이루어진다. 이러한 워시 코트의 NOx 흡착제는 리튬, 칼륨, 세슘, 마그네슘, 스트론튬 및 바륨 등 1종 이상의 염기성 산소가 부가된 화합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.

상기 WCC 촉매의 온도는 700도인 부근에 위치하도록 하고, 상기 UCC 촉매의 상류측에 배치되는 워시 코트인 제1 영역은 하류측에 배치되는 워시 코트인 제2 영역에 비하여 고온이므로 고온 환경에서 NOx 흡장이 가능하도록 칼륨과 바륨의 함유율이 적어도 7:3으로 설정하는 것이 바람직하다. 즉 칼륨의 함유율이 바륨의 중량 대비 70% 이상이 되도록 한다. 또한 제2 영역의 온도는 제1 영역의 온도보다 상대적으로 낮으므로 칼륨과 바륨의 함유율이 적어도 3:7로 설정하는 것이 바람직하다. 즉 칼륨의 함유율이 바륨의 중량 대비 30% 이하로 이루어지도록 한다.

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

100: 제1 산소 센서
200: 제2 산소 센서
300: 제3 산소 센서

Claims (4)

1. 산화 및 환원 작용으로 엔진의 배기가스를 정화하는 WCC(warming-up catalyst converter) 촉매;
   상기 WCC 촉매의 전후방에 설치되는 제1, 2 산소 센서;
   상기 WCC 촉매의 하류측에 설치되는 UCC 촉매;
   상기 UCC(under floor catalyst converter) 촉매의 하류측에 설치되는 제3 산소 센서; 및
   상기 UCC 촉매의 온도를 검출하는 온도 센서를 포함하고,
   상기 WCC 촉매의 온도는 700도에 위치하고, 상기 UCC 촉매의 온도는 450도 내지 500도 내에 위치하며,
   상기 UCC 촉매는 칼륨과 바륨을 포함하는 제1 영역 및 제2 영역으로 구획되고, 상기 제1 영역의 칼륨의 함유율은 바륨의 중량 대비 70% 이상인 것을 특징으로 하는 언더 플로어 촉매 컨버터 퍼지 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 UCC의 제2 영역의 칼륨의 함유율은 바륨의 중량 대비 30% 이하인 것을 특징으로 하는 언더 플로어 촉매 컨버터 퍼지 장치.
4. WCC(warming-up catalyst converter) 촉매의 상류측과 하류측에 각각 제1 산소 센서와 제2 산소 센서가 설치되고, 상기 제2 산소 센서의 하류측에 UCC(under floor catalyst converter) 촉매가 설치되며, 상기 UCC 촉매의 하류측에 제3 산소 센서가 설치되는 언더 플로어 촉매 컨버터 퍼지 제어 방법에 있어서,
   퓨얼 컷이 수행되면 상기 제1 산소 센서와 제2 산소 센서의 출력값을 설정된 최소 임계값과 비교하여 상기 제1 산소 센서에 측정한 산소농도와 제2 산소 센서에서 측정한 산소 농도가 설정된 최소 임계값 이상인지 판단하는 제1 산소 센서 출력값과 제2 산소 센서 출력값 비교 단계;
   상기 산소 농도가 최소 임계값 이상이면 공연비를 리치하게 제어하는 공연비 제어 단계; 및
   상기 제3 산소 센서에 의해 측정되는 UCC 촉매 후단의 산소 농도가 정상치에 도달할 때까지 공연비를 리치하게 제어하는 O2 퍼지 단계를 수행함으로써,
   퓨얼 컷 구간에서 리치 분사 연장 구간을 형성하여 가속 구간 시작 시 NOx 정화 성능을 강화하는 것을 특징으로 하는 언더 플로어 촉매 컨버터 퍼지 제어 방법.

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