KR101551015B1 - 흡장형 NOx 촉매의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흡장형 NOx 촉매의 제어방법에 관한 것으로, 디젤기관의 배기매니폴드에 구비된 NOx트랩 촉매를 통해 배기가스에 함유된 NOx를 트랩하며, 트랩된 NOx의 재생 시작 여부를 판단하는 NOx트랩단계와, 디젤기관의 연소분위기를 농후하게 하고, 그 지속시간을 카운트하여 농후 연소 최소유지시간을 초과했는지를 판단하는 NOx재생단계와, 연소분위기의 지속시간이 최소유지시간을 초과할 때, NOx트랩 촉매의 전단에 구비된 전단람다센서의 출력이 NOx트랩 촉매의 후단에 구비된 후단람다센서의 출력과 동일한지를 판단하는 농후연소딜레이시작판단단계와, 전단람다센서의 출력이 후단람다센서의 출력과 같을 때부터 디젤기관의 연소분위기의 지속시간을 카운트하여 농후 연소 최적시간을 초과했는지를 판단하는 농후연소딜레이단계와, 디젤기관의 연소분위기 지속시간이 상기 최적시간을 초과하였을 때, NOx트랩 촉매에 트랩된 NOx의 재생이 종료되는 NOx재생종료단계를 포함하며, 전단람다센서와 후단람다센서 동기화 후 일정시간 농후 연소가 유지되므로, NOx트랩 촉매 내부에 잔류하는 NOx량이 감소하고 NOx트랩 촉매의 NOx 정화 효율이 향상되는 효과가 있는 흡장형 NOx 촉매의 제어방법을 제공한다.

Description

흡장형 NOx 촉매의 제어방법{CONTROL-METHOD FOR NOx STRAGE CATALYST}

본 발명은 흡장형 NOx 촉매의 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 디젤기관의 연소를 농후하게 하여 흡장형 NOx에 트랩된 NOx를 탈착, 환원할 때, 디젤기관의 농후한 연소를 지연시켜 NOx의 탈착과 환원을 향상시키는 흡장형 NOx 촉매의 제어방법에 관한 것이다.

강화되는 NOx 배기규제에 대응하여 NOx 저감 후처리 시스템이 필요한 상황이나, 양산 촉매 시스템인 DOC/DPF의 경우 NOx 정화가 불가능한 실정으로, NOx 저감 후처리 시스템인 흡장형 NOx 저감 촉매가 활발히 개발 중에 있다.

흡장형 NOx 저감 촉매는 디젤자동차의 일반 주행 조건인 산소가 많은 분위기에서 NOx를 저장하였다가 일정 주기로 엔진 또는 추가 연료 분사 장치에 의해 연료가 농후한 분위기로 전환하여 저장된 NOx를 탈착, 환원하여 무해한 N2로 변환하는 장치이다.

이러한 흡장형 NOx 저감 촉매는 주기적으로 실시되는 연료 농후 분위기의 종료에 따라 저장된 NOx의 탈착, 환원이 이뤄진 것으로 판단하게 된다.

즉, 흡장형 NOx 저감 촉매에 NOx가 저장된 후, 디젤기관의 연소 분위기가 연료 농후 분위기로 전환되어 배기가스에 함유된 HC와 저장된 NOx가 화학작용을 일으켜 N2, CO2, H2O로 전환된 후, 디젤기관의 일반적인 연소상태인 연료 희박 분위기로 재전환되며 다시 발생되는 NOx를 저장하게 되는 것이다.

또한, 흡장형 NOx 저감 촉매 전/후단에 장착된 람다센서를 통해 흡장형 NOx 저감 촉매로 유입되거나 배출되는 배기가스의 산소가 동일할 때 저장된 NOx의 탈착, 환원이 완전히 이뤄진 것으로 판단하게 된다.

그러나, 촉매 내부에 잔존된 산소가 배출되는 것이 가능하므로, 촉매 내부에 저장된 모든 NOx가 탈착, 환원되지 못한 경우에도 저장된 NOx의 탈착, 환원이 완전히 이뤄진 것으로 판단할 수 있는 여지가 있었다.

일본 공개특허공보 제2005-002851호(2005.01.06.) 대한민국 등록특허공보 제10-0857338호(2008.09.01.)

이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명의 목적은, 디젤기관의 농후한 연소를 지연시켜 흡장형 NOx 저감 촉매 내부에 잔존된 산소 배출 후 내부에 잔류하는 NOx 환원시간을 확보함으로써, NOx 저감 효율을 상승하는 흡장형 NOx 촉매의 제어방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 흡장형 NOx 촉매의 제어방법에 따르면, 디젤기관의 배기매니폴드에 구비된 NOx트랩 촉매를 통해 배기가스에 함유된 NOx를 트랩하며, 트랩된 NOx의 재생 시작 여부를 판단하는 NOx트랩단계와, 디젤기관의 연소분위기를 농후하게 하고, 그 지속시간을 카운트하여 농후 연소 최소유지시간을 초과했는지를 판단하는 NOx재생단계와, 연소분위기의 지속시간이 최소유지시간을 초과할 때, NOx트랩 촉매의 전단에 구비된 전단람다센서의 출력이 NOx트랩 촉매의 후단에 구비된 후단람다센서의 출력 이상인지를 판단하는 농후연소딜레이시작판단단계와, 전단람다센서의 출력이 후단람다센서의 출력 이상일 때부터 디젤기관의 연소분위기의 지속시간을 카운트하여 농후 연소 최적시간을 초과했는지를 판단하는 농후연소딜레이단계와, 디젤기관의 연소분위기 지속시간이 농후 연소 최적시간을 초과하였을 때, NOx트랩 촉매에 트랩된 NOx의 재생이 종료되는 NOx재생종료단계를 포함하는 흡장형 NOx 촉매의 제어방법을 제공한다.

본 발명의 하나의 측면에 의하면, 배기매니폴드 내부에 흐르는 배기가스의 공간속도와 NOx트랩 촉매의 내부온도를 근거로 농후 연소 최적시간을 도출하는 최적연소딜레이시간추정단계를 더 포함할 수 있으며, 최소유지시간은 디젤기관과 NOx트랩 촉매의 특성을 고려하여 디젤기관을 제어하는 ECU에 저장될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 전단람다센서와 후단람다센서는 배기가스 중 함유된 산소의 양이 증가할수록 그 출력이 증가되도록 구비될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 농후연소딜레이단계 이후, 디젤기관의 연소분위기가 디젤 일반 주행 조건인 희박 연소 상태가 될 수 있으며, NOx재생종료단계에서 디젤기관을 제어하는 ECU에 저장된 NOx트랩 촉매에 트랩된 NOx의 양이 0으로 리셋될 수 있다.

또한, 본 발명의 흡장형 NOx 촉매의 제어방법에 따라 NOx를 저감하는 흡장형 NOx촉매 제어기를 제공한다.

이러한 본 발명에 따른 흡장형 NOx 촉매의 제어방법에 의하면, 전단람다센서와 후단람다센서 동기화 후 일정시간 농후 연소가 유지되므로, NOx트랩 촉매 내부에 잔류하는 NOx량이 감소하고 NOx트랩 촉매의 NOx 정화 효율이 향상되는 효과가 있다.

또한, NOx트랩 촉매 내부에 잔류하는 NOx량이 감소함에 따라, 동일 공간 대비 NOx 흡장량이 상승되어 촉매 정화성능이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예의 흡장형 NOx 촉매의 제어방법의 절차도,
도 2는 도 1의 흡장형 NOx 촉매의 제어방법에 따라 NOx트랩 촉매에 적용된 실제 로직도,
도 3은 도 1의 흡장형 NOx 촉매의 제어방법에 따른 NOx트랩 촉매에 잔류된 NOx 측정 결과 그래프,
도 4는 도 1의 흡장형 NOx 촉매의 제어방법에 따른 NOx트랩 촉매의 정화효율 그래프 및 배출된 NOx의 그래프이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현할 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일실시예의 흡장형 NOx 촉매의 제어방법의 절차도이고, 도 2는 도 1의 흡장형 NOx 촉매의 제어방법에 따라 NOx트랩 촉매에 적용된 실제 로직도이다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 흡장형 NOx 촉매의 제어방법은, 디젤기관의 배기매니폴드에 구비된 NOx트랩 촉매를 통해 배기가스에 함유된 NOx를 트랩하며, 트랩된 NOx의 재생 시작 여부를 판단하는 NOx트랩단계(S100)와, 디젤기관의 연소분위기를 농후하게 하고, 그 지속시간을 카운트하여 농후 연소 최소유지시간을 초과했는지를 판단하는 NOx재생단계(S200)와, 연소분위기의 지속시간이 최소유지시간을 초과할 때, NOx트랩 촉매의 전단에 구비된 전단람다센서의 출력이 NOx트랩 촉매의 후단에 구비된 후단람다센서의 출력 이상인지를 판단하는 농후연소딜레이시작판단단계(S300)와, 전단람다센서의 출력이 후단람다센서의 출력 이상일 때부터 디젤기관의 연소분위기의 지속시간을 카운트하여 농후 연소 최적시간을 초과했는지를 판단하는 농후연소딜레이단계(S400)와, 디젤기관의 연소분위기 지속시간이 농후 연소 최적시간을 초과하였을 때, NOx트랩 촉매에 트랩된 NOx의 재생이 종료되는 NOx재생종료단계(S500)를 포함한다.

또한, 배기매니폴드 내부에 흐르는 배기가스의 공간속도와 NOx트랩 촉매의 내부온도를 근거로 농후 연소 최적시간을 도출하는 최적연소딜레이시간추정단계(S600)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

NOx트랩단계(S100)는 디젤기관의 일반적인 연소분위기인 희박연소로 연소를 하며, 주행중인 상태로 발생되는 NOx가 NOx트랩 촉매에 저장 즉, 트랩되는 단계이다.

또한, 트랩된 NOx의 재생 시작 여부를 판단하게 되는데, 이는 NOx트랩 촉매에 저장되는 NOx가 포화상태인지를 구별함으로써 수행되는 것이 바람직하다.

이때, NOx트랩 촉매 후단에 NOx를 검출할 수 있는 람다센서를 구비하고 람다센서로부터 특정신호 이상의 출력이 발생될 때를 포화상태로 인식하는 것이 바람직하다.

NOx트랩단계(S100) 이후, NOx재생단계(S200)는 디젤기관의 연소 분위기를 농후하게 하여 배기가스에 함유된 HC의 양을 증가시킴으로써 NOx트랩 촉매에 트랩된 NOx와 화학반응을 일으켜 NOx를 N2로 전환하는 단계이다.

NOx재생단계(S200)에서, 농후한 연소분위기의 지속시간을 카운트하여 농후 연소 최소유지시간을 초과했는지를 판단하게 되는데, 이는 미리 측정 또는 계산된 농후한 연소 상태에서의 NOx트랩 촉매에 포화된 NOx의 N2로의 전환 시간을 적용한 것이다.

최소유지시간은 디젤기관을 제어하는 ECU에 저장된다.

농후연소딜레이시작판단단계(S300)는 NOx트랩 촉매에 트랩된 NOx가 N2로 전환됨에 따라 배기매니폴드 좀더 정확히는 NOx트랩 촉매 전단 및 후단에 구비된 전단람다센서와 후단람다센서에서 측정되는 배기가스에 따른 출력값이 동기화되었는지를 판단하게 된다.

본 발명의 일실시예에서 전단람다센서와 후단람다센서는 배기가스 중 함유된 산소의 양이 증가할수록 그 출력이 증가되도록 구비된다.

농후연소딜레이시작판단단계(S300)에서 전단람다센서와 후단람다센서의 출력값 이상이라고 판단되면, 좀더 정확히는 두 출력값이 동일하면 농후연소딜레이단계(S400)가 수행된다.

농후연소딜레이단계(S400)는 NOx재생단계(S200)를 통해 NOx가 N2로 전환되었으나, NOx트랩 촉매 내부에 잔류가능한 NOx를 N2로 전환하기 위한 단계이다.

또한, NOx트랩 촉매 내부에 잔존가능한 산소가 NOx트랩 촉매 외부로 배출됨으로써 발생되는 후단람다센서의 출력값 오류에 따른 NOx의 미 저감분을 보상하기 위함이다.

농후 연소 최적시간은 앞서 기재한 바와 같이, 최적연소딜레이시간추정단계(S600)를 통해 배기매니폴드 내부에 흐르는 배기가스의 공간속도와 NOx트랩 촉매의 내부온도를 근거로 산출된다.

농후연소딜레이단계(S400)에서는 전단람다센서와 후단람다센서의 동기화 이후, 디젤기관의 연소분위기의 지속시간을 카운트하여 농후 연소 최적시간을 초과했는지를 판단하게 된다.

농후연소딜레이단계(S400)에서 디젤기관의 연소분위기의 지속시간이 최적시간을 초과했다고 판단되면, 디젤기관의 연소분위기가 디젤기관의 일반 주행 조건인 희박 연소 상태로 전환되며, NOx재생종료단계(S500)가 수행된다.

NOx재생종료단계(S500)에서 NOx트랩 촉매에 트랩된 NOx의 N2로의 환원이 종료되며, 디젤기관을 제어하는 ECU에 저장된 NOx트랩 촉매에 트랩된 NOx의 양이 0으로 리셋 된다.

도 3은 도 1의 흡장형 NOx 촉매의 제어방법에 따른 NOx트랩 촉매에 잔류된 NOx 측정 결과 그래프이고, 도 4는 도 1의 흡장형 NOx 촉매의 제어방법에 따른 NOx트랩 촉매의 정화효율 그래프 및 배출된 NOx의 그래프이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 디젤기관의 농후 연소분위기가 전단람다센서와 후단람다센서의 동기화 이후에 지속될 때, NOx의 N2로의 환원량이 증가되며, NOx트랩 촉매 내부에 잔류되는 NOx의 양이 감소되고, NOx에서 N2로 환원되지 못한 슬립량이 감소되는 것을 알 수 있다.

도 4의 A에 도시된 바와 같이, 디젤기관의 농후 연소분위기가 전단람다센서와 후단람다센서의 동기화 이후에 지속될 때, NOx의 N2로의 환원량이 증가되므로, NOx 정화효율이 상승하는 것을 알 수 있다.

도 4의 B에 도시된 바와 같이, 디젤기관의 농후 연소분위기가 전단람다센서와 후단람다센서의 동기화 이후에 지속될 때, NOx트랩 촉매 내부에 잔류되는 NOx의 양이 감소되고, NOx에서 N2로 환원되지 못한 슬립량이 감소되므로, 배기가스에 함유된 NOx의 양이 감소되는 것을 알 수 있다.

S100: NOx트랩단계 S200: NOx재생단계
S300: 농후연소딜레이시작판단단계 S400: 농후연소딜레이단계
S500: NOx재생종료단계 S600: 최적연소딜레이시간추정단계

Claims (7)

1. 디젤기관의 배기매니폴드에 구비된 NOx트랩 촉매를 통해 배기가스에 함유된 NOx를 트랩하며, 트랩된 NOx의 재생 시작 여부를 판단하는 NOx트랩단계;
   상기 디젤기관의 연소분위기를 농후하게 하고, 그 지속시간을 카운트하여 농후 연소 최소유지시간을 초과했는지를 판단하는 NOx재생단계;
   상기 연소분위기의 지속시간이 상기 최소유지시간을 초과할 때, 상기 NOx트랩 촉매의 전단에 구비된 전단람다센서의 출력이 상기 NOx트랩 촉매의 후단에 구비된 후단람다센서의 출력 이상인지를 판단하는 농후연소딜레이시작판단단계;
   상기 NOx트랩 촉매 내부에 잔존가능한 산소가 상기 NOx트랩 촉매 외부로 배출됨으로써 발생되는 상기 후단람다센서의 출력값 오류에 따른 NOx의 미 저감분을 보상하기 위해, 상기 전단람다센서의 출력이 상기 후단람다센서의 출력 이상일 때부터 상기 디젤기관의 연소분위기의 지속시간을 카운트하여 농후 연소 최적시간을 초과했는지 판단하는 농후연소딜레이단계;
   상기 디젤기관의 연소분위기 지속시간이 상기 최적시간을 초과하였을 때, 상기 NOx트랩 촉매에 트랩된 NOx의 재생이 종료되는 NOx재생종료단계;를 포함하는 흡장형 NOx 촉매의 제어방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 배기매니폴드 내부에 흐르는 상기 배기가스의 공간속도와 상기 NOx트랩 촉매의 내부온도를 근거로 상기 농후 연소 최적시간을 도출하는 최적연소딜레이시간추정단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 흡장형 NOx 촉매의 제어방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 최소유지시간은 상기 디젤기관을 제어하는 ECU에 저장된 것을 특징으로 하는 흡장형 NOx 촉매의 제어방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 전단람다센서와 상기 후단람다센서는 상기 배기가스 중 함유된 산소의 양이 증가할수록 그 출력이 증가되도록 구비된 것을 특징으로 하는 흡장형 NOx 촉매의 제어방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 농후연소딜레이단계 이후, 상기 디젤기관의 연소분위기가 디젤 일반 주행 조건인 희박 연소 상태가 되는 것을 특징으로 하는 흡장형 NOx 촉매의 제어방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 NOx재생종료단계에서 상기 디젤기관을 제어하는 ECU에 저장된 상기 NOx트랩 촉매에 트랩된 NOx의 양이 0으로 리셋되는 것을 특징으로 하는 흡장형 NOx 촉매의 제어방법.
7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 개의 방법으로 NOx를 저감하는 흡장형 NOx촉매 제어기.

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