KR101611035B1 - 촉매 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

촉매 시스템 및 그 제어방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101611035B1
KR101611035B1 KR1020140054915A KR20140054915A KR101611035B1 KR 101611035 B1 KR101611035 B1 KR 101611035B1 KR 1020140054915 A KR1020140054915 A KR 1020140054915A KR 20140054915 A KR20140054915 A KR 20140054915A KR 101611035 B1 KR101611035 B1 KR 101611035B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
temperature
exhaust gas
dpf
doc
exhaust
Prior art date
Application number
KR1020140054915A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150129158A (ko
Inventor
왕상환
Original Assignee
현대자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020140054915A priority Critical patent/KR101611035B1/ko
Publication of KR20150129158A publication Critical patent/KR20150129158A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101611035B1 publication Critical patent/KR101611035B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • F01N3/027—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using electric or magnetic heating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/009—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series
    • F01N13/0097—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series the purifying devices are arranged in a single housing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2053—By-passing catalytic reactors, e.g. to prevent overheating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/16—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being an electric heater, i.e. a resistance heater
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2250/00—Combinations of different methods of purification
    • F01N2250/02—Combinations of different methods of purification filtering and catalytic conversion
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

본 발명은 엔진의 연소조건을 이용하여 배출가스의 온도를 승온시키는 것이 아닌, 별도의 히터 장치를 이용하여 저온의 배출가스를 급속 승온시키고, 히터 장치에 의해서도 배출가스의 적정 온도조건이 만족하지 않을 경우 배출가스가 재순환되도록 함으로써 DPF재생효율이 증대되도록 한다.
이로 인해, 온도 조건에 구애받지 않고 DPF의 상시 수동재생이 가능함에 따라 DPF의 과다 퇴적을 방지하며, DPF의 재생에 돌입하는 경우 배출가스의 낮은 온도에 따른 백연 발생이 저감되도록 하는 촉매 시스템 및 그 제어방법이 소개된다.

Description

촉매 시스템 및 그 제어방법 {CATALYST SYSTEM AND CONTROL METHOD OF DIESEL VEHICLE}
본 발명은 DPF의 재생시 배출가스의 온도 조건을 신속히 만족되도록 하여 DPF의 재생성능을 확보할 수 있는 촉매 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
디젤엔진은 출력 및 연비가 뛰어나지만, 매연 발생이 문제가 있어 이에 대한 법전인 규제가 있다.
이에 따라, 환경 오염물질을 저감하기 위해, 차량에는 후처리 장치가 적용되고 있으며, 후처리 장치로는 디젤 산화 촉매(DOC:Diesel Oxidation Catalyst, 이하 DOC)와 디젤 입자 필터(DPF:Diesel Particulate Filter, 이하 DPF)가 통상적으로 이용되고 있다.
여기서, DPF의 경우 시간이 경과에 따라 질소 산화물 및 입자상 물질이 축적되며, 축적물이 일정량 이상 증가되면 배출가스의 유동경로가 좁아져 엔진의 배압이 증가됨으로써 엔진 출력이 저하되고, 정화성능도 급격히 감소된다.
이로 인해, DPF는 필터 내에 축적되는 질소산화물 및 입자상 물질의 축적량을 측정하고, 축적량이 증대되면 DPF 재생작업을 수행하여 질소 산화물 및 입자상 물질을 제거한다.
통상적으로, DPF 재생은 엔진의 회전수가 높아짐에 따라 승온되는 배출가스의 온도를 이용하거나, 별도의 재생장치를 구동시켜 필터 내에 축적된 입자상 물질을 연소시킨다.
이처럼, 고온의 배출가스를 이용하여 입자상 물질을 제거시키는 방식은 DOC 후단의 배출가스 온도가 DPF의 재생에 필요한 온도를 충분히 만족해야 하기 때문에, 별도의 승온작업이 필요하다. 이를 위해, 종래의 경우 연료를 추가분사하는 후분사 방법이 이용되었으며, 공기의 양을 줄임으로써 배출가스의 온도를 상승시키는 방법이 이용되었다.
아울러, 2개의 터보를 이용하여 마력/토크를 향상시키는 엔진의 경우 직렬연결된 2개의 터보차저의 구성으로 에너지 손실이 저감되도록 하지만, 배출가스의 온도가 낮아짐에 따라 DPF 재생효율이 저하되는 문제가 발생되었다.
위와 같은 종래의 DPF는 냉각수온이 낮은 냉간 조건에서, 배출가스의 온도가 현저히 낮아짐에 따라 DPF의 재생효율이 저하되며, 수동 재생이 이루어질 경우 차량이 정지된 상태에서 진행되어야 하므로, DPF의 재생시 연료와 시간이 낭비되는 문제가 발생되었다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2010-0138343 A (2010.12.31)
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 엔진의 연소조건을 이용하여 배출가스의 온도를 승온시키는 것이 아닌, 별도의 히터 장치를 이용하여 저온의 배출가스를 급속 승온시킴으로써 DPF재생효율이 증대되도록 하는 촉매 시스템 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 촉매 시스템은 배기 파이프에서 소정의 간격을 두고 순차적으로 마련된 DOC(Diesel Oxidation Catalyst)와 DPF(Diesel Particulate Filter); 상기 DOC의 전단과 후단에 각각 설치되어 유동되는 배출가스의 온도를 측정하는 제1온도센서 및 제2온도센서; 상기 DOC의 전단과 후단에 각각 설치되어 유동되는 배출가스의 온도를 승온시키는 제1히팅부 및 제2히팅부; 및 상기 제1온도센서와 제2온도센서로부터 배출가스의 온도정보를 입력받고, DOC 전단과 후단에서의 배출가스에 대한 DOC 기준온도값이 구비되며, DOC전단 또는 후단의 배출가스 온도가 DOC 기준온도값보다 낮을 경우 해당 제1히팅부 또는 제2히팅부를 동작시키는 제어부;를 포함한다.
상기 제어부는 제1온도센서와 제2온도센서로부터 입력된 배출가스의 온도가 모두 DOC 기준온도값보다 낮을 경우, 제1히팅부와 제2히팅부가 순차적으로 번갈아 작동되도록 할 수 있다.
상기 제어부는 DOC 전단과 후단을 유동하는 배출가스에 대한 한계온도값이 구비되고, 제1온도센서와 제2온도센서를 통해 측정된 배출가스의 온도가 한계온도값에 도달하는 경우 제1히팅부와 제2히팅부의 동작을 정지시킬 수 있다.
상기 제어부는 제1히팅부와 제2히팅부의 작동시간에 따른 한계시간이 구비되고, 제1히팅부와 제2히팅부의 작동시간이 한계시간에 도달하는 경우 제1히팅부와 제2히팅부의 동작을 정지시킬 수 있다.
상기 DPF의 후단 측 배기 파이프에 일단이 연결되고, 상기 DOC의 전단 측 배기 파이프에 타단이 연결된 바이패스 경로;와 상기 바이패스 경로 상에 설치되어 DPF를 통과한 배출가스가 바이패스 경로를 강제순환되도록 하는 컴프레서 장치;와 상기 DPF의 후방측의 바이패스 경로 상에 설치되어 DPF를 통과한 배출가스의 유동 방향을 선택적으로 전환시키는 바이패스 밸브;를 더 포함할 수 있다.
상기 DPF의 후단에 설치되어 DPF를 통과한 배출가스의 온도를 측정하는 제3온도센서가 더 구비되고, 상기 제어부는 DPF 후단에서의 배출가스에 대한 DPF 기준온도값이 구비되며, DPF 후단을 유동하는 배출가스의 온도가 DPF 기준온도값보다 낮을 경우 상기 컴프레서 장치를 구동시키고 바이패스 밸브를 전환시켜 배출가스가 바이패스 경로로 순환되도록 할 수 있다.
상기 제어부는 DPF후단을 유동하는 배출가스의 온도가 DPF 기준온도값에 도달하지 못하더라도, DOC 전단과 후단을 유동하는 배출가스의 온도가 한계온도값에 도달하였을 경우 DPF를 통과한 배출가스가 바이패스 경로로 순환되지 못하도록 할 수 있다.
상기 제어부는 DPF 후단을 유동하는 배출가스에 대한 제한온도값이 구비되고, 제3온도센서를 통해 측정된 배출가스의 온도가 제한온도값에 도달하는 경우 바이패스 경로로 배출가스가 순환되지 않도록 컴프레서 장치를 정지시키고 바이패스 밸브를 전환시킬 수 있다.
상기 DPF의 후단 측 배기 파이프에는 배출가스가 그대로 배출되는 제1배출경로;와 상기 DPF의 후단 측 배기 파이프에 일단이 연결되고, 상기 DOC의 전단 측 배기 파이프에 타단이 연결된 바이패스 경로;와 상기 바이패스 밸브의 전환시 제1배출경로를 차단함에 따라 바이패스 경로를 순환한 배출가스가 배출되도록 하는 제2배출경로;가 구성될 수 있다.
상기 제어부는 DPF 재생의 필요 여부에 대한 정보를 입력받고, DPF의 재생이 필요한 것으로 입력될 경우 배출가스의 온도가 조절되도록 할 수 있다.
촉매 시스템의 제어방법에 있어서, DPF 재생이 필요한 상태인지를 판단하는 판단단계; DPF 재생이 필요한 것으로 판단된 경우 DOC의 전후단에서 제1온도센서와 제2온도센서를 통해 측정된 배출가스의 온도를 각각 제1기준온도 및 제2기준온도와 비교판단하고, DOC 전단 또는 후단의 배출가스 온도가 제1기준온도 및 제2기준온도보다 낮을 경우 제1히팅부 또는 제2히팅부를 선택적으로 동작시켜 배출가스의 온도가 승온되도록 하는 승온단계;를 포함할 수 있다.
상기 승온단계 이후 DPF의 후단에서 제3온도센서를 통해 측정된 배출가스의 온도를 제3기준온도와 비교판단하고, DPF 후단의 배출가스 온도가 제3기준온도보다 낮을 경우 배출가스가 바이패스 경로를 통해 DOC 전단으로 재순환되도록 하여 배출가스의 온도를 재승온시키는 재승온단계;를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 촉매 시스템 및 그 제어방법은 엔진의 연소조건을 이용하여 배출가스의 온도를 승온시키는 것이 아닌, 별도의 히터 장치를 이용하여 저온의 배출가스를 급속 승온시키고, 히터 장치에 의해서도 배출가스의 적정 온도조건이 만족하지 않을 경우 배출가스가 재순환되도록 함으로써 DPF재생효율이 증대되도록 한다.
이로 인해, 온도 조건에 구애받지 않고 DPF의 상시 수동재생이 가능함에 따라 DPF의 과다 퇴적을 방지하며, DPF의 재생에 돌입하는 경우 배출가스의 낮은 온도에 따른 백연 발생이 저감되도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 시스템의 제어방법에 대한 순서도.
도 3은 종래의 DPF재생에 따른 온도그래프.
도 4는 본 발명에 따른 DPF재생시의 온도 그래프.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 촉매 시스템 및 그 제어방법에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매 시스템의 구성도로서, 본 발명의 촉매 시스템은 배기 파이프에서 소정의 간격을 두고 순차적으로 마련된 DOC(Diesel Oxidation Catalyst)(1)와 DPF(Diesel Particulate Filter)(3); 기 DOC(1)의 전단과 후단에 각각 설치되어 유동되는 배출가스의 온도를 측정하는 제1온도센서(5) 및 제2온도센서(7); 상기 DOC(1)의 전단과 후단에 각각 설치되어 유동되는 배출가스의 온도를 승온시키는 제1히팅부(9) 및 제2히팅부(11); 및 상기 제1온도센서(5)와 제2온도센서(7)로부터 배출가스의 온도정보를 입력받고, DOC(1) 전단과 후단에서의 배출가스에 대한 DOC 기준온도값이 구비되며, DOC(1) 전단 또는 후단의 배출가스 온도가 DOC 기준온도값보다 낮을 경우 해당 제1히팅부(9) 또는 제2히팅부(11)를 동작시키는 제어부(E);를 포함한다.
본 발명에서는 엔진 배기 매니폴드에 연결된 배기 파이프 상에서 전방 측에는 DOC(디젤 산화 촉매)가 배치되고, DOC의 후방 측으로 소정 간격 이격되어 PDF(디젤 입자상물질 필터)가 배치될 수 있다. 이와 더불어, PDF의 후방 측에는 제올라이트로 이루어진 암모니아 SCR(Selective catalyst Reduction) 촉매가 더 포함될 수 있다.
여기서, DOC(1)의 전단에는 제1온도센서(5)와 제1히팅부(9)가 설치되고, DOC(1)의 후단에는 제2온도센서(7)와 제2히팅부(11)가 설치되어 DOC(1)의 전단의 배출가스의 온도와 후단의 배출가스의 온도를 각기 측정하고, 측정된 배출가스의 온도에 따라 제1히팅부(9)와 제2히팅부(11)의 동작을 통해 배출가스의 적절한 승온이 이루어지도록 한다.
즉, DOC(1) 전단과 후단에서의 배출가스에 대한 DOC(1) 기준온도값이 구비된 제어부는 제1온도센서(5)와 제2온도센서(7)로부터 입력된 배출가스의 온도를 DOC 기준온도값과 비교판단한다. 이후, DOC(1) 전단의 배출가스 온도가 DOC 기준온도값보다 낮을 경우 제1히팅부(9)를 동작시키고, DOC(1) 후단의 배출가스 온도가 DOC 기준온도값보다 낮을 경우 제2히팅부(11)를 동작시켜 배기가스의 온도가 상승되도록 한다.
여기서, DOC(1)의 전단과 후단에 대한 DOC 기준온도값은 DOC(1)촉매 내부에서 촉매 활성화됨에 따른 온도변화량을 고려하여 서로 다르게 설정될 수 있으며, DOC(1)의 활성화 온도인 250℃ 이상으로 DPF의 재생 유리 조건이 형성되도록 설정될 수 있다.
이처럼, 제어부는 제1온도센서(5)와 제2온도센서(7)를 통해 측정된 DOC(1) 전후단의 배출가스 온도가 DOC 기준온도값보다 낮을 경우 해당 부분의 제1히팅부(9) 또는 제2히팅부(11)를 작동시켜 배출가스의 온도가 승온되도록 한다.
단, 상기 제어부는 제1온도센서(5)와 제2온도센서(7)로부터 입력된 배출가스의 온도가 모두 DOC 기준온도값보다 낮을 경우, 제1히팅부(9)와 제2히팅부(11)가 순차적으로 번갈아 작동되도록 할 수 있다.
이는, 제1히팅부(9)와 제2히팅부(11)의 페일 세이프(FAIL SAFE)로서, 제1히팅부(9)와 제2히팅부(11)는 고온에 노출될 뿐만 아니라, 고온의 발열이 이루어지도록 작동되는바, 장시간 사용시 소손이 발생될 수 있다. 따라서, 제1히팅부(9)와 제2히팅부(11)가 동시에 작동되어야 하는 경우 제1히팅부(9)와 제2히팅부(11)가 서로 번갈아가면서 작동되도록 함으로써 제1히팅부(9)와 제2히팅부(11)가 과열에 의한 손상이 발생되지 않도록 한다.
한편, 상기 제어부는 DOC(1) 전단과 후단을 유동하는 배출가스에 대한 한계온도값이 구비되고, 제1온도센서(5)와 제2온도센서(7)를 통해 측정된 배출가스의 온도가 한계온도값에 도달하는 경우 제1히팅부(9)와 제2히팅부(11)의 동작을 정지시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부는 제1히팅부(9)와 제2히팅부(11)의 작동시간에 따른 한계시간이 구비되고, 제1히팅부(9)와 제2히팅부(11)의 작동시간이 한계시간에 도달하는 경우 제1히팅부(9)와 제2히팅부(11)의 동작을 정지시킬 수 있다.
여기서, 한계온도값은 촉매의 내구성능, 촉매의 적정 활성화 온도 등을 고려하여 설정될 수 있으며, 한계온도값을 통해 배출가스의 무리한 온도상승이 이루어지지 않도록 할 수 있다. 또한, 한계시간은 제1히팅부(9)와 제2히팅부(11)의 내구성능에 따라 설정될 수 있으며, 각 히팅부의 무리한 구동으로 인해 과열 및 파손이 발생되지 않도록 하는 값이다.
즉, 제1온도센서(5)를 통해 측정된 배출가스의 온도가 한계온도값에 도달하는 경우 제1히팅부(9)의 동작을 정지시킴으로써 DOC(1)로 유동되는 배출가스의 온도상승이 더 이상 이루어지지 않도록 하는 것이다. 동일하게, 제2온도센서(7)를 통해 측정된 배출가스의 온도가 한계온도값에 도달하는 경우 제2히팅부(11)의 동작을 정지시킨다.
또한, 제1히팅부(9)와 제2히팅부(11)는 제어부에 기저장된 한계시간에 도달하는 경우 동작을 정지시킴으로써 제1히팅부(9)와 제2히팅부(11)의 과열발생 및 손상을 방지하는 것이다.
이처럼, 제어부에 기저장된 한계온도값과 한계시간은 제1히팅부(9)와 제2히팅부(11)의 페일 세이프에 관한 것으로, 한계온도값을 통해 DOC(1) 전단과 후단을 유동하는 배출가스의 온도가 급격히 상승되는 것을 방지함으로써 촉매의 내구성을 확보하고, 촉매의 적절한 활성화가 이루어지도록 할 수 있으며, 한계시간을 통해 제1히팅부(9)와 제2히팅부(11)의 무리한 구동을 방지하여 고장을 미리 방지할 수 있다.
한편, 상기 DPF(3)의 후단 측 배기 파이프에 일단이 연결되고, 상기 DOC(1)의 전단 측 배기 파이프에 타단이 연결된 바이패스 경로(13);와 상기 바이패스 경로(13) 상에 설치되어 DPF(3)를 통과한 배출가스가 바이패스 경로(13)를 강제순환되도록 하는 컴프레서 장치(15);와 상기 DPF(3)의 후방측의 바이패스 경로(13) 상에 설치되어 DPF(3)를 통과한 배출가스의 유동 방향을 선택적으로 전환시키는 바이패스 밸브(17);를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 DPF(3)의 후단 측 배기 파이프에는 배출가스가 그대로 배출되는 제1배출경로(21);와 상기 DPF(3)의 후단 측 배기 파이프에 일단이 연결되고, 상기 DOC(1)의 전단 측 배기 파이프에 타단이 연결된 바이패스 경로(13);와 상기 바이패스 밸브(17)의 전환시 제1배출경로(21)를 차단함에 따라 바이패스 경로(13)를 순환한 배출가스가 배출되도록 하는 제2배출경로(23);가 구성될 수 있다. 제1배출경로(21)의 경우 일반적인 상황시 배출가스가 유동되는 경로이며, 바이패스 경로(13)와 제2배출경로(23)의 경우 바이패스 밸브(17)의 동작 여부에 따라 열림 동작되어 배출가스가 재순환된 후 외부로 배출되도록 하는 경로이다.
여기서, 바이패스 경로(13)는 DPF(3)를 통과한 배출가스가 DOC(1)의 전단으로 재순환되도록 하는 경로를 제공하는 것으로, 바이패스 밸브(17)의 온오프 동작에 의해 배출가스가 바이패스 경로(13)로 유동되도록 한다.
즉, 바이패스 경로(13)를 통해 재순환되는 배출가스의 잔열을 이용하여 배출가스가 다시 승온되도록 할 수 있으며, DPF(3)의 재생 초기 버려지는 미연소 탄화수소(Unburned Hydro-Carbon)를 DOC(1) 내에서 재활성화되어 배출가스의 온도상승이 이루어지도록 한다.
상기의 컴프레서 장치(15)는 엔진에 장착된 에어 컴프레서와 연동되어 구동됨이 바람직하며, 별도의 동력원을 전달받아 작동이 이루어지도록 할 수 있다. 이러한 컴프레서 장치(15)에 의해 압축된 배기가스가 바이패스 경로(13) 내에 유동되도록 함으로써 차압 생성으로 인해 배출가스가 역류되는 것을 방지할 수 있다. 아울러, 컴프레서 장치(15)를 통해 배출가스의 압축열이 생성되어 배출가스의 온도상승이 더해지도록 할 수 있다.
한편, 상기 DPF(3)의 후단에 설치되어 DPF(3)를 통과한 배출가스의 온도를 측정하는 제3온도센서(19)가 더 구비되고, 상기 제어부는 DPF(3) 후단에서의 배출가스에 대한 DPF 기준온도값이 구비되며, DPF(3) 후단을 유동하는 배출가스의 온도가 DPF 기준온도값보다 낮을 경우 상기 컴프레서 장치(15)를 구동시키고 바이패스 밸브(17)를 전환시켜 배출가스가 바이패스 경로(13)로 순환되도록 할 수 있다.
즉, DPF(3)를 통과한 배출가스의 온도가 DPF 기준온도값에 도달하지 못할 경우 DPF(3)를 통과한 배출가스를 바이패스 경로(13)로 재순환되도록 함으로써 배출가스의 온도가 승온되도록 하는 것이다. 여기서, 제어부는 DPF(3)를 통과한 배출가스의 온도와 DPF 기준온도값에 차이에 따라 제1히팅부(9) 또는 제2히팅부(11)를 동작시켜 배출가스의 온도가 더욱 승온되도록 할 수 있다.
상기의 DPF 기준온도값은 배출가스의 적정 온도수준에서 설정될 수 있으며, DPF(3)의 후방으로 측으로 설치될 수 있는 SCR 촉매와 연계하여 SCR 촉매의 정화 효율이 확보될 수 있는 조건으로 DPF 기준온도값이 설정될 수도 있다.
단, 상기 제어부는 DPF(3) 후단을 유동하는 배출가스의 온도가 DPF 기준온도값에 도달하지 못하더라도, DOC(1) 전단과 후단을 유동하는 배출가스의 온도가 한계온도값에 도달하였을 경우 DPF(3)를 통과한 배출가스가 바이패스 경로(13)로 순환되지 못하도록 할 수 있다.
즉, 제1온도센서(5)와 제2온도센서(7)를 통해 측정된 DOC(1) 전단과 후단을 유동하는 배출가스의 온도가 한계온도값에 도달하였다 함은 배출가스의 충분한 온도 상승이 이루어진 것인바, DPF(3) 후단을 유동하는 배출가스의 온도가 DPF 기준온도값에 도달하지 못하더라도 추가적인 배출가스의 온도상승이 이루어지지 않도록 하는 것이다.
이렇게, 배출가스의 과도한 온도상승을 제한함으로써 DOC(1) 및 DPF(3)가 과열에 의해 파손되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 제어부는 DPF(3) 후단을 유동하는 배출가스에 대한 제한온도값이 구비되고, 제3온도센서(19)를 통해 측정된 배출가스의 온도가 제한온도값에 도달하는 경우 바이패스 경로(13)로 배출가스가 순환되지 않도록 컴프레서 장치(15)를 정지시키고 바이패스 밸브(17)를 전환시킬 수 있다.
즉, 배출가스의 온도가 제한온도값에 도달시 더 이상 배출가스의 온도상승이 불필요한바, DPF(3)를 통과한 배출가스가 배이패스 경로로 유동되지 않도록 하는 것이다.
한편, 상기 제어부는 DPF(3) 재생의 필요 여부에 대한 정보를 입력받고, DPF(3)의 재생이 필요한 것으로 입력될 경우 배출가스의 온도가 조절되도록 할 수 있다.
통상적으로 DPF(3) 재생 여부는 경과시간, 차압센서를 통한 축적량 검출, 연료량 계산에 따른 예측 등 다양한 방법이 이용될 수 있다.
여기서, 상기와 같이 DPF(3) 재생이 필요한 것으로 확인되면, 클러스터 정보를 통해 사용자에게 알리어 수동재생이 이루어지도록 하거나, 자동 제어를 통해 DPF(3)의 재생이 이루어지도록 할 수 있다.
한편, 청구항 1 내지 10에 따른 촉매 시스템의 제어방법에 있어서, DPF(3) 재생이 필요한 상태인지를 판단하는 판단단계; DPF(3) 재생이 필요한 것으로 판단된 경우 DOC(1)의 전후단에서 제1온도센서(5)와 제2온도센서(7)를 통해 측정된 배출가스의 온도를 각각 제1기준온도 및 제2기준온도와 비교판단하고, DOC(1) 전단 또는 후단의 배출가스 온도가 제1기준온도 및 제2기준온도보다 낮을 경우 제1히팅부(9) 또는 제2히팅부(11)를 선택적으로 동작시켜 배출가스의 온도가 승온되도록 하는 승온단계;를 포함할 수 있다.
이와 더불어, 상기 승온단계 이후 DPF(3)의 후단에서 제3온도센서(19)를 통해 측정된 배출가스의 온도를 제3기준온도와 비교판단하고, DPF(3) 후단의 배출가스 온도가 제3기준온도보다 낮을 경우 배출가스가 바이패스 경로(13)를 통해 DOC(1) 전단으로 재순환되도록 하여 배출가스의 온도를 재승온시키는 재승온단계;를 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 촉매 시스템 및 그 제어방법을 통한 본 발명의 효과에 대해서 간단히 설명하면 도 3에 도시된 바와 같이, 종래의 경우 시동 후 DPF(3)의 수동 재생시 DOC(1) 후단의 배출가스 온도가 100℃수준으로 목표 재생온도에 한참 미달되어 DPF(3) 재생이 이루어지지 못하는 상황이 발생될 수 있다.
그러나, 본 발명에서는 도 4에 도시된 바와 같이, 시동 후 DPF(3)의 수동 재생시 DOC(1)후단의 배출가스 온도가 급속도로 승온되어 목표 재생온도에 신속히 도달하는 것을 볼 수 있다. 아울러, 목표 재생온도에 진입 후 배출가스 온도가 목표 재생온도에서 유지되도록 제어해줌으로써 DPF(3)의 재생효율의 확보할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 촉매 시스템 및 그 제어방법은 엔진의 연소조건을 이용하여 배출가스의 온도를 승온시키는 것이 아닌, 별도의 히터 장치를 이용하여 저온의 배출가스를 급속 승온시키고, 히터 장치에 의해서도 배출가스의 적정 온도조건이 만족하지 않을 경우 배출가스가 재순환되도록 함으로써 DPF재생효율이 증대되도록 한다.
이로 인해, 온도 조건에 구애받지 않고 DPF의 상시 수동재생이 가능함에 따라 DPF의 과다 퇴적을 방지하며, DPF의 재생에 돌입하는 경우 배출가스의 낮은 온도에 따른 백연 발생이 저감되도록 한다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
1:DOC 3:DPF
5:제1온도센서 7:제2온도센서
9:제1히팅부 11:제2히팅부
13:바이패스 경로 15:컴프레서 장치
17:바이패스 밸브 19:제3온도센서
21:제1배출경로 23:제2배출경로

Claims (12)

  1. 배기 파이프에서 소정의 간격을 두고 순차적으로 마련된 DOC(1)(Diesel Oxidation Catalyst)와 DPF(Diesel Particulate Filter);
    상기 DOC의 전단과 후단에 각각 설치되어 유동되는 배출가스의 온도를 측정하는 제1온도센서 및 제2온도센서;
    상기 DOC의 전단과 후단에 각각 설치되어 유동되는 배출가스의 온도를 승온시키는 제1히팅부 및 제2히팅부; 및
    상기 제1온도센서와 제2온도센서로부터 배출가스의 온도정보를 입력받고, DOC 전단과 후단에서의 배출가스에 대한 DOC 기준온도값이 구비되며, DOC전단 또는 후단의 배출가스 온도가 DOC 기준온도값보다 낮을 경우 해당 제1히팅부 또는 제2히팅부를 동작시키는 제어부;를 포함하고,
    상기 DPF의 후단 측 배기 파이프에는 배출가스가 그대로 배출되는 제1배출경로;와
    상기 DPF의 후단 측 배기 파이프에 일단이 연결되고, 상기 DOC의 전단 측 배기 파이프에 타단이 연결된 바이패스 경로;와
    상기 DPF의 후방측의 바이패스 경로 상에 설치되어 DPF를 통과한 배출가스의 유동 방향을 선택적으로 전환시키는 바이패스 밸브;와
    상기 바이패스 밸브의 전환시 제1배출경로를 차단함에 따라 바이패스 경로를 순환한 배출가스가 배출되도록 하는 제2배출경로;가 구성된 것을 특징으로 하는 촉매 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 제1온도센서와 제2온도센서로부터 입력된 배출가스의 온도가 모두 DOC 기준온도값보다 낮을 경우, 제1히팅부와 제2히팅부가 순차적으로 번갈아 작동되도록 하는 것을 특징으로 하는 촉매 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 DOC 전단과 후단을 유동하는 배출가스에 대한 한계온도값이 구비되고, 제1온도센서와 제2온도센서를 통해 측정된 배출가스의 온도가 한계온도값에 도달하는 경우 제1히팅부와 제2히팅부의 동작을 정지시키는 것을 특징으로 하는 촉매 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 제1히팅부와 제2히팅부의 작동시간에 따른 한계시간이 구비되고, 제1히팅부와 제2히팅부의 작동시간이 한계시간에 도달하는 경우 제1히팅부와 제2히팅부의 동작을 정지시키는 것을 특징으로 하는 촉매 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 바이패스 경로 상에 설치되어 DPF를 통과한 배출가스가 바이패스 경로를 강제순환되도록 하는 컴프레서 장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촉매 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 DPF의 후단에 설치되어 DPF를 통과한 배출가스의 온도를 측정하는 제3온도센서가 더 구비되고,
    상기 제어부는 DPF 후단에서의 배출가스에 대한 DPF 기준온도값이 구비되며, DPF 후단을 유동하는 배출가스의 온도가 DPF 기준온도값보다 낮을 경우 상기 컴프레서 장치를 구동시키고 바이패스 밸브를 전환시켜 배출가스가 바이패스 경로로 순환되도록 하는 것을 특징으로 하는 촉매 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어부는 DPF후단을 유동하는 배출가스의 온도가 DPF 기준온도값에 도달하지 못하더라도, DOC 전단과 후단을 유동하는 배출가스의 온도가 한계온도값에 도달하였을 경우 DPF를 통과한 배출가스가 바이패스 경로로 순환되지 못하도록 하는 것을 특징으로 하는 촉매 시스템.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제어부는 DPF 후단을 유동하는 배출가스에 대한 제한온도값이 구비되고, 제3온도센서를 통해 측정된 배출가스의 온도가 제한온도값에 도달하는 경우 바이패스 경로로 배출가스가 순환되지 않도록 컴프레서 장치를 정지시키고 바이패스 밸브를 전환시키는 것을 특징으로 하는 촉매 시스템.
  9. 삭제
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 DPF 재생의 필요 여부에 대한 정보를 입력받고, DPF의 재생이 필요한 것으로 입력될 경우 배출가스의 온도가 조절되도록 하는 것을 특징으로 하는 촉매 시스템.
  11. 청구항 1항의 촉매 시스템을 제어하는 방법에 있어서,
    DPF 재생이 필요한 상태인지를 판단하는 판단단계;
    DPF 재생이 필요한 것으로 판단된 경우 DOC의 전후단에서 제1온도센서와 제2온도센서를 통해 측정된 배출가스의 온도를 각각 제1기준온도 및 제2기준온도와 비교판단하고, DOC 전단 또는 후단의 배출가스 온도가 제1기준온도 및 제2기준온도보다 낮을 경우 제1히팅부 또는 제2히팅부를 선택적으로 동작시켜 배출가스의 온도가 승온되도록 하는 승온단계;를 포함하고,
    상기 DPF의 후단 측 배기 파이프에는 배출가스가 그대로 배출되는 제1배출경로;와
    상기 DPF의 후단 측 배기 파이프에 일단이 연결되고, 상기 DOC의 전단 측 배기 파이프에 타단이 연결된 바이패스 경로;와
    상기 DPF의 후방측의 바이패스 경로 상에 설치되어 DPF를 통과한 배출가스의 유동 방향을 선택적으로 전환시키는 바이패스 밸브;와
    상기 바이패스 밸브의 전환시 제1배출경로를 차단함에 따라 바이패스 경로를 순환한 배출가스가 배출되도록 하는 제2배출경로;가 구성된 것을 특징으로 하는 촉매 시스템의 제어방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 승온단계 이후 DPF의 후단에서 제3온도센서를 통해 측정된 배출가스의 온도를 제3기준온도와 비교판단하고,
    DPF 후단의 배출가스 온도가 제3기준온도보다 낮을 경우 배출가스가 바이패스 경로를 통해 DOC 전단으로 재순환되도록 하여 배출가스의 온도를 재승온시키는 재승온단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촉매 시스템의 제어방법.
KR1020140054915A 2014-05-08 2014-05-08 촉매 시스템 및 그 제어방법 KR101611035B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140054915A KR101611035B1 (ko) 2014-05-08 2014-05-08 촉매 시스템 및 그 제어방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140054915A KR101611035B1 (ko) 2014-05-08 2014-05-08 촉매 시스템 및 그 제어방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150129158A KR20150129158A (ko) 2015-11-19
KR101611035B1 true KR101611035B1 (ko) 2016-04-11

Family

ID=54843331

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140054915A KR101611035B1 (ko) 2014-05-08 2014-05-08 촉매 시스템 및 그 제어방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101611035B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11614017B2 (en) 2021-05-20 2023-03-28 Ford Global Technologies, Llc Systems and methods for providing heat to a catalyst of an after-treatment system

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016213612B3 (de) * 2016-07-25 2017-12-28 Continental Automotive Gmbh Elektrischer Abgaskatalysator, Fahrzeug und Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Abgaskatalysators
CN110107388B (zh) * 2019-07-05 2019-09-10 潍柴动力股份有限公司 一种故障诊断方法、诊断装置和发动机尾气处理系统
KR102437986B1 (ko) * 2021-02-01 2022-08-30 이연근 매연저감장치 클리너
CN113550812A (zh) * 2021-08-19 2021-10-26 郑州精益达环保科技有限公司 一种柴油机尾气污染物电加热dpf系统
CN113864027B (zh) * 2021-09-27 2023-11-21 同济大学移动源后处理研究院 一种dpf后处理系统及其行车再生控制方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005299474A (ja) * 2004-04-09 2005-10-27 Isuzu Motors Ltd 排気ガス浄化システム
JP2011516778A (ja) * 2008-04-02 2011-05-26 マック トラックス インコーポレイテッド ディーゼル排気ガスを処理するためのシステムおよび方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005299474A (ja) * 2004-04-09 2005-10-27 Isuzu Motors Ltd 排気ガス浄化システム
JP2011516778A (ja) * 2008-04-02 2011-05-26 マック トラックス インコーポレイテッド ディーゼル排気ガスを処理するためのシステムおよび方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11614017B2 (en) 2021-05-20 2023-03-28 Ford Global Technologies, Llc Systems and methods for providing heat to a catalyst of an after-treatment system

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150129158A (ko) 2015-11-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101611035B1 (ko) 촉매 시스템 및 그 제어방법
US10830116B2 (en) Exhaust gas system and method for operating an exhaust gas system
JP4017010B2 (ja) 排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システム
JP3992057B2 (ja) 排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システム
JP4169076B2 (ja) 排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システム
US20190203629A1 (en) Method and device for the exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine
JP4848406B2 (ja) Ｄｐｆの再生制御装置
US10989084B2 (en) Exhaust gas system with preconditioning
JP2007247595A (ja) 排気ガス浄化システムの制御方法及び排気ガス浄化システム
WO2014171213A1 (ja) 排ガス後処理装置の排気噴射制御方法
JP2010031833A (ja) ディーゼルエンジンの排気浄化装置
JP2010151058A (ja) ディーゼルエンジンの排気浄化装置
KR101756022B1 (ko) 디젤 입자상 물질 필터 재생 장치 및 방법
US9027333B2 (en) Soot pre-loading of particulate matter aftertreatment devices as means for reducing hydrocarbon emissions during cold start
WO2020045090A1 (ja) Ｄｐｆ再生制御装置及びｄｐｆ再生制御方法
JP2010144525A (ja) ディーゼルエンジンの排ガス後処理制御装置および方法
JP2005320880A (ja) 排気浄化装置
KR101664687B1 (ko) 배기가스 후처리장치용 냉각팬 제어 장치 및 방법
JP2010156281A (ja) Ｄｐｆの再生制御装置
JP5525549B2 (ja) 自動車の自動停止を管理する方法
KR101543101B1 (ko) 배기가스 가열장치를 이용한 배기가스 가열방법
JP2013100758A (ja) エンジンの排気熱回収装置
JP2020101103A (ja) 内燃機関の排気熱回収装置
JP6213260B2 (ja) 排ガス浄化システム及びその制御方法
JP6183170B2 (ja) エンジンの除熱量制御システム

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190327

Year of fee payment: 4