KR101610477B1 - SOx 탈착에 따른 열화를 방지하는 LNT 작동방법 - Google Patents

SOx 탈착에 따른 열화를 방지하는 LNT 작동방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 SOx 탈착에 따른 열화를 방지하는 LNT 작동방법에 관한 것으로, LNT(LEAN NOx TRAP; 질소 산화물 흡장촉매)에 포집된 NOx(질소산화물) 및 SOx(황산화물)의 포집량이 기준치보다 큰지 판단하는 포집량판단단계(S100)와, NOx 및 SOx의 포집량이 기준치 보다 크면, DPF(DIESEL PARTICULATE FILTER; 디젤 매연필터)에 포집된 PM(PARTICULATE MATTER;입자상물질)을 연소시키기 위해서 연료 분사량이 농후(RICH)한 상태 및 희박(LEAN)한 상태로 반복되는 DPF재생단계(S200)와, LNT에 포집된 SOx를 탈착시키기 위해서 배기가스가 피독온도가 될 때까지 연료 분사량을 농후한 상태로 유지하는 LNT가열단계와, 연료 분사량이 농후한 상태로 유지되는 동안, 차량 운전 상태가 특정 운전조건인지 판단하는 운전상태판단단계와, 차량 운전 상태가 특정운전조건이 아니면, 연료 분사량이 농후한 상태로 유지되며 LNT에 포집된 SOx가 탈착되는 SOx피독단계를 포함하며, SOx 탈착 작업 진행 중에 특정 운전상태에서 LNT의 내부 온도가 한계치 이상으로 상승되어 LNT가 열화되는 것이 방지되며, LNT 열화가 방지되므로써 종래 LNT 재생성능에 비하여 성능이 향상되는 효과가 있는 SOx 탈착에 따른 열화를 방지하는 LNT 작동방법을 제공한다.

Description

SOx 탈착에 따른 열화를 방지하는 LNT 작동방법{LNT OPERATION METHOD FOR PREVENTING OVERHEAT DUE TO THE SOx DESORPTION}
본 발명은 SOx 탈착에 따른 열화를 방지하는 LNT 작동방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LNT에 포집된 SOx를 탈착하기 위한 배기가스 온도 상승에 따라 LNT 가열이 과도한 상태가 되는 것을 방지함으로써 SOx 탈착에 따른 열화를 방지하는 LNT 작동방법에 관한 것이다.
LNT(LEAN NOx TRAP; 질소산화물 흡장촉매) 시스템은 NOx(질소산화물) 저감을 위한 것으로 LNT 내부에 NOx가 포집된다.
NOx 포집과 동시에 연료의 황성분에 의해 SOx(황산화물)가 동시에 포집되는데, SOx는 NOx의 포집을 방해하여 LNT 정화능력을 저하시키는 문제가 있어 SOx 탈착기능이 필요하다.
LNT 정상작동시 분사 연료량이 희박(LEAN)한 조건에서 SOx가 흡착 또는 흡장되어 포집되며, 주기적으로 고온에서 분사 연료량이 희박(LEAN)한 상태와 농후(RICH)한 상태를 반복하여 SOx를 탈착하게 된다.
기본적으로 SOx 탈착은 고온에서 실시되기 때문에 한계 온도까지 노출되며, 이럴 경우 LNT가 열화되어 제 기능을 다하지 못하게 된다.
SOx 탈착 작업은 분사 연료량이 농후(RICH)한 조건에서 진행되며, DPF 재생(A), SOx 탈착 온도를 이루기 위한 배기가스 가열(B), SOx 탈착(C)이 반복된다(도 1 참조).
실제 차량에서 SOx 탈착작업시 LNT의 온도 변화를 계측해본 결과, 배기가스 가열(B) 시작 후, 특정 운전 조건에서 LNT 내부온도가 한계를 초과하여 열화 되었다.
도 2에 도시된 바와 같이, 특정 운전 조건, 즉 엑셀 패달 개도량(aps)이 최소치와 특정치를 지속적으로 반복될 때, 배기가스 가열(B)이 필요 이상으로 지속되어 LNT 내부 전단의 온도(1) 및 LNT 내부 후단의 온도(2)가 지속적으로 상승하는 것을 알 수 있다.
특정 운전조건은 고지등판 및 국도 가감속 조건으로 차량 주행시 충분히 재현 가능한 운전 조건으로 LNT 성능 저하를 막기 위해서는 필히 개선이 필요한 상황이며 가감속 조건과 같이 엔진 토크가 과도하게(TRANSIENT) 반복시 불필요한 연료를 지속적으로 사용하여 배기가스 가열 조건 해제가 안되고, 장시간 지속될 경우 연비가 악화되는 문제가 발생한다.
또한, 현재 LNT의 SOx 탈착 로직상 제어에 한계가 있으며, 이를 개선하기 위해서는 매연배출저감맵(SMOKE LIMIT MAP) 변경이 필요하다. 매연배출저감맵 변경은 공연비를 올려야 하는 것으로 이는 연료를 적게 사용하게 되는데, 연료를 적게 사용하므로써 운전성이 악화되는 부작용이 발생하게 된다.
종래 배기가스 가열(B)을 종료하기 위한 조건 외에, 차량 운전 상태에 따른 로직이 LNT의 SOx 탈착 로직에 추가되면, 종래 매연배출저감맵의 변경 없이도 LNT의 열화를 방지할 수 있을 것으로 전망된다.
대한민국 등록특허공보 제10-0906876호(2009.07.01.) 대한민국 등록특허공보 제10-0916792호(2009.09.03.) 대한민국 등록특허공보 제10-0993358호(2010.11.03.)
이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명의 목적은, LNT에 포집된 SOx를 탈착하기 위한 배기가스 온도상승에 따라 LNT 가열이 과도한 상태가 되는 것을 방지함으로써 SOx 탈착에 따른 LNT 열화를 방지하는 LNT 작동방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 SOx 탈착에 따른 열화를 방지하는 LNT 작동방법에 따르면, LNT(LEAN NOx TRAP; 질소 산화물 흡장촉매)에 포집된 NOx(질소산화물) 및 SOx(황산화물)의 포집량이 기준치보다 큰지 판단하는 포집량판단단계(S100)와, NOx 및 SOx의 포집량이 기준치 보다 크면, DPF(DIESEL PARTICULATE FILTER; 디젤 매연필터)에 포집된 PM(PARTICULATE MATTER;입자상물질)을 연소시키기 위해서 연료 분사량이 농후(RICH)한 상태 및 희박(LEAN)한 상태로 반복되는 DPF재생단계(S200)와, LNT에 포집된 SOx를 탈착시키기 위해서 배기가스가 피독온도가 될 때까지 연료 분사량을 농후한 상태로 유지하는 LNT가열단계와, 연료 분사량이 농후한 상태로 유지되는 동안, 차량 운전 상태가 특정 운전조건인지 판단하는 운전상태판단단계와, 차량 운전 상태가 특정운전조건이 아니면, 연료 분사량이 농후한 상태로 유지되며 LNT에 포집된 SOx가 탈착되는 SOx피독단계를 포함하는 SOx 탈착에 따른 열화를 방지하는 LNT 작동방법을 제공한다.
본 발명의 하나의 측면에 의하면, 차량 운전 상태가 특정 조건을 만족할 때, 연료 분사량이 농후(RICH)한 상태 및 희박(LEAN)한 상태를 반복하는 DPF재생단계가 재수행될 수 있으며, 특정운전조건은 액셀 페달의 APS(ACCEL POSITION SENSOR)를 통해 측정된 값이 0% 에서 50%로의 상승 및 50%에서 0%로의 하강이 10회 이상 반복되고, 차속이 시속 60 내지 80 킬로미터를 30초 이상 유지하는 상태일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 특정운전조건은 SOx의 포집량이 0 그람 이거나, 배기가스의 온도가 임의값 이상인 상태로 소정 시간을 초과한 상태이거나, DPF의 재생이 발생된 상태일 수 있으며, 피독온도는 섭씨 620도 내지 700도일 수 있다.
또한, 본 발명의 SOx 탈착에 따른 열화를 방지하는 LNT 작동방법에 의해 작동되는 LNT를 제공한다.
이러한 본 발명에 따른 SOx 탈착에 따른 열화를 방지하는 LNT 작동방법에 의하면, SOx 탈착 작업 진행 중에 특정 운전상태에서 LNT의 내부 온도가 한계치 이상으로 상승되어 LNT가 열화되는 것이 방지되며, LNT 열화가 방지됨으로써 종래 LNT 재생성능에 비하여 성능이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 배기가스 온도 그래프,
도 2는 실제 차량에서 계측된 악셀페달 개도량 및 LNT 온도 그래프,
도 3은 본 발명의 일실시예의 SOx 탈착에 따른 열화를 방지하는 LNT 작동방법의 절차도이다.
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 3은 본 발명의 일실시예의 SOx 탈착에 따른 열화를 방지하는 LNT 작동방법의 절차도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 SOx 탈착에 따른 열화를 방지하는 LNT 작동방법은, LNT(LEAN NOx TRAP; 질소 산화물 흡장촉매)에 포집된 NOx(질소산화물) 및 SOx(황산화물)의 포집량이 기준치보다 큰지 판단하는 포집량판단단계(S100)와, NOx 및 SOx의 포집량이 기준치 보다 크면, DPF(DIESEL PARTICULATE FILTER; 디젤 매연필터)에 포집된 PM(PARTICULATE MATTER;입자상물질)을 연소시키기 위해서 연료 분사량이 농후(RICH)한 상태 및 희박(LEAN)한 상태로 반복되는 DPF재생단계(S200)와, LNT에 포집된 SOx를 탈착시키기 위해서 배기가스가 피독온도가 될 때까지 연료 분사량을 농후한 상태로 유지하는 LNT가열단계(S300)와, 연료 분사량이 농후한 상태로 유지되는 동안, 차량 운전 상태가 특정 운전조건인지 판단하는 운전상태판단단계(S400)와, 차량 운전 상태가 특정운전조건이 아니면, 연료 분사량이 농후한 상태로 유지되며 LNT에 포집된 SOx가 탈착되는 SOx피독단계(S500)를 포함한다.
또한, 차량 운전 상태가 특정운전조건을 만족할 때, 연료 분사량이 농후(RICH)한 상태 및 희박(LEAN)한 상태를 반복하는 DPF재생단계가 재수행되는 것을 특징으로 한다.
포집량판단단계(S100)는 LNT 전단에 구비된 NOx 농도를 검출하는 검출센서를 통해 포집된 NOx의 포집량을 검출하게 된다. 또한, SOx의 농도를 검출할 수 있는 검출센서 및, NOx와 SOx의 양을 측정할 수 있는 무게센서가 구비되는 것이 바람직하다.
NOx 및 SOx의 포집량이 기준치보다 크면 DPF재생단계(S200)가 수행되며, NOx 및 SOx의 포집량이 기준치보다 작으면 지속적으로 NOx를 포집하며 주행을 계속하게 된다.
DPF재생단계(S200)에서는 DPF에는 포집된 PM의 양을 검출하는 차압센서에서 계측된 PM의 양이 한정치 이상일 때, DPF에 포집된 PM을 태우기 위해서 배기가스의 온도를 상승시키게 된다. 이때, 배기가스의 온도 상승을 목적으로 연료분사량이 농후한 상태 및 희박한 상태를 반복하게 된다.
LNT가열단계(S300)는 DPF 재생 완료 후에 진행되는데, SOx를 LNT에서 탈착할 수 있는 온도인 피독온도 즉, 섭씨 620도 내지 700도로 배기가스를 가열하여 LNT 내부온도를 상승시키게 된다. 이때, 배기가스 가열을 위해서 연료분사량이 농후한 상태를 유지하게 된다.
운전상태판단단계(S400)는 LNT가열단계(S300) 중에 차량의 운전상태가 특정운전조건인지를 판단하게 된다.
특정운전조건은 액셀 페달의 APS(ACCEL POSITION SENSOR)를 통해 측정된 값이 0% 에서 50%로의 상승 및 50%에서 0%로의 하강이 10회 이상 반복되고, 차속이 시속 60 내지 80 킬로미터를 30초 이상 유지하는 상태로써, 연료분사량이 농후와 희박을 반복하여 완전 연소되지 못한 미연가스가 배기가스에 많이 혼합됨으로써 배기가스의 온도가 상승되는 조건이다.
즉, SOx를 LNT에서 탈착하기 위해서 의도적으로 배기가스 온도를 상승시키기 위한 연료분사량 증가 외에 주행 상태에 따른 연료분사량 증가가 발생되므로, 의도치 않게 많은 양의 연료가 분사되고 이에 따라 배기가스의 온도가 필요이상으로 상승되는 조건이다.
또한, SOx의 포집량이 0 그람(g) 이거나, 배기가스의 온도가 임의값 이상인 상태로 소정 시간을 초과한 상태이거나, DPF의 재생이 다른 로직에 의해서 발생된 상태도 특정운전조건으로 설정하는 것이 바람직하다.
SOx피독단계(S500)는 차량의 주행 상태가 특정운전조건을 만족하지 않을 때, 진행된다. 연소분사량이 농후한 상태로 유지되며, LNT에 포집된 SOx가 탈착된다.
운전상태판단단계(S400)에서 차량의 운전상태가 특정운전조건으로 판단되면, 연료분사량을 농후 상태에서 농후 및 희박을 반복하는 상태인 DPF재생단계(S200) 상태로 연료분사량이 전환됨으로써, 배기가스의 온도가 LNT 한계치 이상 오르게 하는 것을 방지하게 된다.
S100: 포집량판단단계 S200: DPF재생단계
S300: LNT가열단계 S400: 운전상태판단단계
S500: SOx피독단계

Claims (6)

  1. LNT(LEAN NOx TRAP; 질소 산화물 흡장촉매)에 포집된 NOx(질소산화물) 및 SOx(황산화물)의 포집량이 기준치보다 큰지 판단하는 포집량판단단계;
    상기 NOx 및 SOx의 포집량이 기준치 보다 크면, DPF(DIESEL PARTICULATE FILTER; 디젤 매연필터)에 포집된 PM(PARTICULATE MATTER;입자상물질)을 연소시키기 위해서 연료 분사량이 농후(RICH)한 상태 및 희박(LEAN)한 상태로 반복되는 DPF재생단계;
    상기 LNT에 포집된 SOx를 탈착시키기 위해서 배기가스가 피독온도가 될 때까지 연료 분사량을 농후한 상태로 유지하는 LNT가열단계;
    연료 분사량이 농후한 상태로 유지되는 동안, 차량 운전 상태가 특정 운전조건인지 판단하는 운전상태판단단계;
    상기 차량 운전 상태가 특정운전조건이 아니면, 연료 분사량이 농후한 상태로 유지되며 상기 LNT에 포집된 SOx가 탈착되는 SOx피독단계;를 포함하는 SOx 탈착에 따른 열화를 방지하는 LNT 작동방법에 있어서,
    상기 특정운전조건은 액셀 페달의 APS(ACCEL POSITION SENSOR)를 통해 측정된 값이 0% 에서 50%로의 상승 및 50%에서 0%로의 하강이 10회 이상 반복되고,
    차속이 시속 60 내지 80 킬로미터를 30초 이상 유지하는 상태인 것을 특징으로 하는 SOx 탈착에 따른 열화를 방지하는 LNT 작동방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차량 운전 상태가 특정운전조건을 만족할 때, 연료 분사량이 농후(RICH)한 상태 및 희박(LEAN)한 상태를 반복하는 상기 DPF재생단계가 재수행되는 것을 특징으로 하는 SOx 탈착에 따른 열화를 방지하는 LNT 작동방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 특정운전조건은 상기 SOx의 포집량이 0 그람(g) 이거나,
    상기 배기가스의 온도가 임의값 이상인 상태로 소정 시간을 초과한 상태이거나,
    상기 DPF의 재생이 발생된 상태인 것을 특징으로 하는 SOx 탈착에 따른 열화를 방지하는 LNT 작동방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 피독온도는 섭씨 620도 내지 700도인 것을 특징으로 하는 SOx 탈착에 따른 열화를 방지하는 LNT 작동방법.
  6. 제1항, 제2항, 제4항 내지 제5항 중 어느 한 항의 SOx 탈착에 따른 열화를 방지하는 LNT 작동방법에 의해 작동되는 LNT.
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