KR101684502B1 - 배기 가스 정화 장치 및 배기 가스 정화 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 모든 운전 조건에서 질소산화물의 정화 효율을 향상시킬 수 있는 배기 가스 정화 장치 및 배기 가스 정화 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치는 연료를 그 내부로 분사하기 위한 인젝터를 포함하며, 공기와 연료의 혼합기를 태워 동력을 생산하고, 연소 과정에서 발생한 배기 가스를 배기 파이프를 통하여 외부로 배출하는 엔진; 상기 배기 파이프에 장착되어 있으며, 연한(lean) 분위기에서 배기 가스에 포함된 질소산화물(NOx)을 흡장하고, 농후한(rich) 분위기에서 흡장된 질소산화물을 탈착하며 배기 가스에 포함된 질소산화물 또는 탈착된 질소산화물을 환원시키는 린 녹스 트랩(Lean NOx Trap; LNT); 상기 배기 파이프에 장착되어 있으며, 배기 가스에 환원제를 분사하도록 된 분사 모듈; 상기 분사 모듈 하부의 배기 파이프에 장착되어 있으며, 배기 가스에 포함된 입자상 물질을 포집하고, 상기 분사 모듈에서 분사된 환원제를 이용하여 배기 가스에 포함된 질소산화물을 환원하는 선택적 환원 촉매가 코팅된 디젤 매연 필터(Selective Catalytic Reduction on Diesel Particulate Filter; SDPF); 그리고 배기 가스의 온도가 천이온도 미만이면 LNT를 이용하여 질소산화물의 제거(Denitrification; DeNOx)를 수행하도록 하고, 배기 가스의 온도가 천이온도 이상이면 SDPF를 이용하여 질소산화물의 제거를 수행하도록 하는 제어기;를 포함할 수 있다.

Description

배기 가스 정화 장치 및 배기 가스 정화 방법{SYSTEM AND METHOD OF PURIFYING EXHAUST GAS}

본 발명은 배기 가스 정화 장치 및 배기 가스 정화 방법에 관한 것으로, 모든 운전 조건에서 질소산화물의 정화 효율을 향상시킬 수 있는 배기 가스 정화 장치 및 배기 가스 정화 방법에 관한 것이다.

일반적으로 엔진에서 배기 매니폴드를 통해 배출되는 배기 가스는 배기 파이프에 설치된 촉매 컨버터(Catalytic Converter)로 유도되어 정화되고, 머플러를 통과하면서 소음이 감쇄된 후 테일 파이프를 통해 대기 중으로 배출된다. 상기한 촉매 컨버터는 배기 가스에 포함되어 있는 오염물질을 정화한다. 그리고 배기 파이프 상에는 배기 가스에 포함된 입자상 물질(Particulate Matters: PM)을 포집하기 위한 매연 필터가 장착된다.

질소산화물 저감 촉매(Denitrification Catalyst; DeNOx Catalyst)는 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)을 정화시키는 촉매 컨버터의 한 형식이다. 우레아(Urea), 암모니아(Ammonia), 일산화탄소 및 탄화수소(Hydrocarbon; HC) 등과 같은 환원제를 배기 가스에 제공하면 질소산화물 저감 촉매에서는 배기 가스에 포함된 질소산화물이 상기 환원제와의 산화-환원 반응을 통해 환원되게 된다.

최근에는, 이러한 질소산화물 저감 촉매로 LNT(Lean NOx Trap)가 사용되고 있다. LNT는 엔진의 공연비가 희박(lean)한 분위기에서 작동되면 배기 가스에 포함된 질소산화물을 흡착하고, 엔진의 공연비가 농후(rich)한 분위기에서 작동되면 흡착된 질소산화물을 탈착하며, 탈착된 질소산화물과 배기 가스에 포함된 질소산화물을 환원시킨다.

그런데, LNT는 배기 가스의 온도가 높으면(예를 들어, 배기 가스의 온도가 400℃보다 높으면), 배기 가스에 포함된 질소산화물을 정화하지 못한다는 문제점이 있다. 특히, 배기 가스에 포함된 입자상 물질(Particulate matter; PM)을 포집하기 위한 매연 필터를 재생하는 경우나 LNT에 피독된 황을 제거하는 경우에는, 배기 가스의 온도가 매우 높게 올라간다. 따라서, 배기 가스에 포함된 질소산화물이 정화되지 못하고 차량 외부로 배출될 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 배기 가스의 온도를 기준으로 NOx 저감 메커니즘을 달리함으로써 모든 운전 조건에서 질소산화물의 정화 효율을 향상시킬 수 있는 배기 가스 정화 장치 및 배기 가스 정화 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치는 연료를 그 내부로 분사하기 위한 인젝터를 포함하며, 공기와 연료의 혼합기를 태워 동력을 생산하고, 연소 과정에서 발생한 배기 가스를 배기 파이프를 통하여 외부로 배출하는 엔진; 상기 배기 파이프에 장착되어 있으며, 공연비가 희박(lean)한 분위기에서 배기 가스에 포함된 질소산화물(NOx)을 흡장하고, 농후(rich)한 분위기에서 흡장된 질소산화물을 탈착하며 배기 가스에 포함된 질소산화물 또는 탈착된 질소산화물을 환원시키는 린 녹스 트랩(Lean NOx Trap; LNT); 상기 배기 파이프에 장착되어 있으며, 배기 가스에 환원제를 분사하도록 된 분사 모듈; 상기 분사 모듈 하부의 배기 파이프에 장착되어 있으며, 배기 가스에 포함된 입자상 물질을 포집하고, 상기 분사 모듈에서 분사된 환원제를 이용하여 배기 가스에 포함된 질소산화물을 환원하는 선택적 환원 촉매가 코팅된 디젤 매연 필터(Selective Catalytic Reduction on Diesel Particulate Filter; SDPF); 그리고 배기 가스의 온도가 천이온도 미만이면 LNT를 이용하여 질소산화물의 제거(Denitrification; DeNOx)를 수행하도록 하고, 배기 가스의 온도가 천이온도 이상이면 SDPF를 이용하여 질소산화물의 제거를 수행하도록 하는 제어기;를 포함할 수 있다.

상기 제어기는 배기 가스 온도가 천이온도 미만이고 LNT에 흡장된 NOx의 양이 설정 NOx 양 이상이면 LNT에서 질소산화물이 제거되도록 공연비를 농후하게 제어할 수 있다.

상기 제어기는 배기 가스의 온도가 요소 변환 온도에 도달하면 분사 모듈이 환원제를 분사하도록 제어하여 환원제를 상기 SDPF에 흡장시킬 수 있다.

상기 분사 모듈에서 분사하는 환원제의 양은 SDPF 내부 온도, SDPF에 흡장된 환원제의 양, SDPF 내부 온도에 따른 환원제의 흡장/산화 특성, SDPF 내부 온도에 따른 환원제의 탈착 특성, LNT에 흡장된 NOx를 탈착/환원시키기 위하여 엔진의 공연비를 농후한 분위기로 운전하는 조건에서 LNT의 NOx 슬립 특성에 따라 계산될 수 있다.

상기 제어기는 배기 가스 온도가 천이온도 이상이면, 공연비를 이론 공연비에 가까운 농후한 공연비로 제어하여 LNT에 흡장된 NOx를 탈착시키고, 분사 모듈이 환원제를 분사하도록 제어하여 LNT에서 탈착된 NOx 또는 배기 가스에 포함된 NOx가 SDPF에서 환원되도록 제어할 수 있다.

상기 분사 모듈에서 분사하는 환원제의 양은 SDPF 내부 온도, SDPF에 흡장된 환원제의 양, SDPF 내부 온도에 따른 환원제의 흡장/산화 특성, SDPF 내부 온도에 따른 환원제의 탈착 특성, 농후한 분위기에서 운전 조건에 따른 LNT의 NOx 슬립 특성에 따라 계산될 수 있다.

상기 제어기는 SDPF의 재생이 필요한 경우 배기 가스의 온도를 높여 SDPF의 재생을 진행하고, 분사 모듈이 환원제를 분사하도록 제어하여 배기 가스에 포함된 NOx가 SDPF에서 환원되도록 제어할 수 있다.

상기 분사 모듈에서 분사하는 환원제의 양은 SDPF 내부 온도, SDPF에 흡장된 환원제의 양, SDPF 내부 온도에 따른 환원제의 흡장/산화 특성, SDPF 내부 온도에 따른 환원제의 탈착 특성, 농후한 분위기에서 운전 조건에 따른 LNT의 NOx 슬립 특성 및 SDPF 재생 시 LNT 후단에서 NOx 배출량에 따라 계산될 수 있다.

상기 제어기는 LNT의 탈황이 필요한 경우, 농후한 공연비와 연한 공연비가 반복되도록 하여 LNT의 탈황을 진행하고, 분사 모듈이 환원제를 분사하도록 제어하여 배기 가스에 포함된 NOx가 SDPF에서 환원되도록 제어할 수 있다.

상기 분사 모듈에서 분사하는 환원제의 양은 SDPF 내부 온도, SDPF에 흡장된 환원제의 양, SDPF 내부 온도에 따른 환원제의 흡장/산화 특성, SDPF 내부 온도에 따른 환원제의 탈착 특성, 농후한 분위기에서 운전 조건 및 배기 가스의 온도에 따른 LNT의 NOx 슬립 특성 및 LNT 탈황 시 LNT 후단에서 NOx 배출량에 따라 계산될 수 있다.

상기 배기 가스 정화 장치는 상기 분사 모듈과 상기 SDPF 사이의 배기 파이프에 장착되며, 환원제를 배기 가스에 골고루 혼합시키는 믹서를 더 포함할 수 있다.

상기 SDPF는 상기 분사 모듈에서 분사된 환원제를 이용하여 배기 가스에 포함된 질소산화물을 환원하는 추가적인 선택적 환원 촉매(SCR)를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 배기 가스 정화 방법은 배기 가스의 온도를 측정하는 단계; 상기 배기 가스의 온도를 천이온도와 비교하는 단계; 상기 배기 가스의 온도가 천이온도 미만이면, 연소 분위기를 제어하여 LNT에서 배기 가스에 포함된 질소산화물을 제거하는 단계; 그리고 상기 배기 가스의 온도가 천이온도 이상이면, 환원제를 분사하여 SDPF에서 배기 가스에 포함된 질소산화물을 제거하는 단계;를 포함할 수 있다.

LNT에서 배기 가스에 포함된 질소산화물을 제거하는 단계는 LNT에 흡장된 NOx의 양이 설정 NOx의 양 이상이면 공연비를 농후하게 제어하는 것에 의하여 수행될 수 있다.

LNT에서 배기 가스에 포함된 질소산화물을 제거하는 단계는, 공연비를 농후하게 제어하기 전에, 배기 가스 온도가 요소 변환 온도에 도달하였는지를 판단하는 단계; 배기 가스 온도가 요소 변환 온도에 도달하였으면, 목표 환원제 분사량을 계산하는 단계; 그리고 목표 환원제 분사량에 따라 환원제를 분사하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

상기 목표 환원제 분사량은 SDPF 내부 온도, SDPF에 흡장된 환원제의 양, SDPF 내부 온도에 따른 환원제의 흡장/산화 특성, SDPF 내부 온도에 따른 환원제의 탈착 특성, LNT에 흡장된 NOx를 탈착/환원시키기 위하여 엔진의 공연비를 농후한 분위기로 운전하는 조건에서 LNT의 NOx 슬립 특성에 따라 계산될 수 있다.

SDPF에서 배기 가스에 포함된 질소산화물을 제거하는 단계는 SDPF 내부 온도, SDPF에 흡장된 환원제의 양, SDPF 내부 온도에 따른 환원제의 흡장/산화 특성, SDPF 내부 온도에 따른 환원제의 탈착 특성, 농후한 분위기에서 운전 조건에 따른 LNT의 NOx 슬립 특성에 따라 목표 환원제 분사량을 계산하는 단계; 그리고 목표 환원제 분사량에 따라 환원제를 분사하는 단계;를 포함할 수 있다.

SDPF에서 배기 가스에 포함된 질소산화물을 제거하는 단계는, 상기 목표 환원제 분사량을 계산하기 전에, SDPF의 재생이 필요한지를 판단하는 단계; 그리고 SDPF의 재생이 필요하면 SDPF의 재생을 수행하는 단계;를 더 포함하고, 상기 목표 환원제 분사량은 SDPF 재생 시 LNT 후단에서 NOx 배출량을 더 고려하여 계산될 수 있다.

SDPF에서 배기 가스에 포함된 질소산화물을 제거하는 단계는, 상기 목표 환원제 분사량을 계산하기 전에, LNT의 탈황이 필요한지를 판단하는 단계; 그리고 LNT의 탈황이 필요하면 LNT의 탈황을 수행하는 단계;를 더 포함하고, 상기 목표 환원제 분사량은 LNT 탈황 시 LNT 후단에서 NOx 배출량을 더 고려하여 계산될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, LNT와 SDPF가 구비된 배기 가스 정화 장치를 효율적으로 제어하여 배기 가스에 포함된 질소산화물의 정화 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치를 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 방법에 사용되는 제어기에서 입력과 출력 관계를 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 방법에서 LNT를 이용한 DeNOx 방법을 도시한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 방법에서 SDPF를 이용한 DeNOx 방법을 도시한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 방법에서 목표 요소 분사량을 계산하는 방법을 도시한 블록도이다.

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

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치를 도시한 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 내연 기관의 배기 장치는 엔진(10), 배기 파이프(20), 배기 가스 재순환(Exhaust Gas Recirculation; EGR) 장치(30), 린 녹스 트랩(Lean NOx Trap; LNT)(40), 분사 모듈(50), 매연 필터(Particulate Filter)(60), 그리고 제어기(70)를 포함한다.

엔진(10)은 연료와 공기가 혼합된 혼합기를 연소시켜 화학적 에너지를 기계적 에너지로 변환한다. 엔진(10)은 흡기 매니폴드(16)에 연결되어 연소실(12) 내부로 공기를 유입받으며, 연소 과정에서 발생된 배기 가스는 배기 매니폴드(18)에 모인 후 엔진 밖으로 배출되게 된다. 상기 연소실(12)에는 인젝터(14)가 장착되어 연료를 연소실(12) 내부로 분사한다.

여기에서는 디젤 엔진을 예시하였으나 희박 연소(lean burn) 가솔린 엔진을 사용할 수도 있다. 가솔린 엔진을 사용하는 경우, 흡기 매니폴드(16)를 통하여 혼합기가 연소실(12) 내부로 유입되며, 연소실(12) 상부에는 점화를 위한 점화플러그(도시하지 않음)가 장착된다. 또한, 가솔린 직접 분사(Gasoline Direct Injection; GDI) 엔진을 사용하는 경우, 디젤 엔진과 마찬가지로 인젝터(14)가 연소실(12)의 상부에 장착된다.

또한, 다양한 압축비, 바람직하게는 16.5 이하의 압축비를 가지는 엔진이 사용될 수 있다.

배기 파이프(20)는 상기 배기 매니폴드(18)에 연결되어 배기 가스를 차량의 외부로 배출시킨다. 상기 배기 파이프(20) 상에는 LNT(40), 분사 모듈(50) 및 매연 필터(60)가 장착되어 배기 가스 내 포함된 탄화수소, 일산화탄소, 입자상 물질 그리고 질소산화물 등을 제거한다.

배기 가스 재순환 장치(30)는 배기 파이프(20) 상에 장착되어 엔진(10)에서 배출되는 배기 가스 일부를 상기 배기 가스 재순환 장치(30)를 통해 엔진(10)에 재공급한다. 또한, 상기 배기 가스 재순환 장치(30)는 상기 흡기 매니폴드(16)에 연결되어 배기 가스의 일부를 공기에 섞어 연소 온도를 제어한다. 이러한 연소 온도의 제어는 제어기(70)의 제어에 의하여 흡기 매니폴드(16)에 공급되는 배기 가스의 양을 조절함으로써 수행된다. 따라서, 배기 가스 재순환 장치(30)와 흡기 매니폴드(16)를 연결하는 라인 상에는 제어기(70)에 의하여 제어되는 재순환 밸브(도시하지 않음)가 장착될 수 있다.

상기 배기 가스 재순환 장치(30)의 후방 배기 파이프(20)에는 제1산소 센서(72)가 장착되어 배기 가스 재순환 장치(30)를 통과한 배기 가스 내의 산소량을 검출하여 상기 제어기(70)에 전달함으로써 상기 제어기(70)가 배기 가스의 린/리치 제어(lean/rich control)를 수행하는 것을 돕도록 할 수 있다. 본 명세서에서는 상기 제1산소 센서(72)의 측정값을 LNT 전단의 공연비(lambda)라고 칭하기로 한다.

또한, 배기 가스 재순환 장치(30)의 후방 배기 파이프(20)에는 제1온도 센서(74)가 장착되어 배기 가스 재순환 장치(30)를 통과한 배기 가스의 온도를 검출한다.

LNT(40)는 상기 배기 가스 재순환 장치(30)의 후방 배기 파이프(20)에 장착되어 있다. 상기 LNT(40)는 연한(lean) 분위기에서 배기 가스에 포함된 질소산화물(NOx)을 흡장하고, 농후한(rich) 분위기에서 흡장된 질소산화물을 탈착하며 배기 가스에 포함된 질소산화물 또는 탈착된 질소산화물을 환원시킨다. 또한, LNT(40)는 배기 가스에 포함된 일산화탄소(CO) 및 탄화수소(HC)를 산화시킨다.

여기에서, 탄화수소는 배기 가스와 연료에 포함된 탄소와 수소로 구성된 화합물을 모두 지칭하는 것으로 이해하여야 할 것이다.

상기 LNT(40)의 후방 배기 파이프(20)에는 제2산소 센서(76), 제2온도 센서(78) 및 제1NOx 센서(80)가 장착되어 있다.

상기 제2산소 센서(76)는 상기 매연 필터(60)에 유입되는 배기 가스에 포함된 산소량을 측정하여 이에 대한 신호를 상기 제어기(70)에 전달한다. 상기 제1산소 센서(72)와 제2산소 센서(76)의 검출값을 기초로 상기 제어기(70)는 배기 가스의 린/리치 제어를 수행할 수 있다. 본 명세서에서 상기 제2산소 센서(62)의 측정값을 필터 전단의 공연비(lambda)라고 칭하기로 한다.

제2온도 센서(78)는 상기 매연 필터(60)에 유입되는 배기 가스의 온도를 측정하여 이에 대한 신호를 상기 제어기(70)에 전달한다.

제1NOx 센서(80)는 매연 필터(60)에 유입되는 배기 가스에 포함된 NOx 양을 측정하여 이에 대한 신호를 상기 제어기(70)에 전달한다. 상기 제1NOx 센서(80)에서 측정된 NOx 양은 상기 분사 모듈(50)에서 분사할 환원제의 양을 결정하는데 사용될 수 있다.

분사 모듈(50)은 상기 매연 필터(60)의 전단 배기 파이프(20)에 장착되어 있으며, 제어기(70)에 의하여 제어되어 환원제를 배기 가스에 분사한다. 통상적으로, 분사 모듈(50)은 요소를 분사하며, 분사된 요소는 가수분해에 의하여 암모니아로 변환된다. 그러나, 환원제는 암모니아에 한정되지는 않는다. 이하에서는 설명의 편의상 환원제로 암모니아를 사용하고 분사 모듈(50)에서 요소를 분사하는 것을 예시한다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상 내에서 암모니아 이외의 환원제를 사용하는 것도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 할 것이다.

상기 분사 모듈(50)의 후단 배기 파이프(20)에는 믹서(55)가 장착되어 환원제를 배기 가스에 골고루 혼합시킨다.

매연 필터(60)는 믹서(55)의 후단 배기 파이프에 장착되어 있으며, 배기 가스에 포함된 입자상 물질을 포집하고, 상기 분사 모듈(50)에서 분사된 환원제를 이용하여 배기 가스에 포함된 질소산화물을 환원한다. 이러한 목적을 위하여, 상기 매연 필터(60)는 선택적 환원 촉매가 코팅된 디젤 매연 필터(Selective Catalytic Reduction on Diesel Particulate Filter; SDPF)(62)와 추가적인 선택적 환원 촉매(SCR)(64)를 포함한다.

SDPF(62)는 DPF의 채널을 구성하는 격벽에 SCR이 코팅되어 있다. 통상적으로 DPF는 복수개의 입구 채널과 출구 채널을 포함한다. 입구 채널은 그 일단이 개구되고 그 타단이 막혀 있어 DPF의 전단으로부터 배기 가스를 유입받는다. 또한, 출구 채널은 그 일단이 막혀 있고 그 타단이 개구되어 DPF 내부의 배기 가스를 배출한다. 입구 채널을 통해 DPF에 유입된 배기 가스는 입구 채널과 출구 채널을 분할하는 다공성의 격벽을 통해 출구 채널로 들어간 후, 출구 채널을 통해 DPF로부터 배출된다. 배기 가스가 다공성의 격벽을 통과하는 과정에서 배기 가스에 포함된 입자상 물질이 포집된다. 또한, SDPF(62)에 코팅된 SCR은 분사 모듈(50)에서 분사된 환원제를 이용하여 배기 가스에 포함된 질소산화물을 환원시킨다.

추가적인 SCR(64)은 상기 SDPF(62)의 후단에 장착된다. 추가적인 SCR(64)은 상기 SDPF(62)에서 질소산화물이 완벽하게 정화되지 못하는 경우, 질소산화물을 추가적으로 환원시킨다.

한편, 상기 배기 파이프(20)에는 차압센서(66)가 장착되어 있다. 차압센서(66)는 상기 매연 필터(60)의 전단부와 후단부의 압력 차이를 측정하고 이에 대한 신호를 상기 제어기(70)에 전달한다. 상기 제어기(70)는 상기 차압센서(66)에서 측정된 압력 차이가 설정 압력 이상인 경우 상기 매연 필터(60)를 재생하도록 제어할 수 있다. 이 경우, 인젝터(14)에서 연료를 후분사함으로써 매연 필터(60) 내부에 포집된 입자상 물질을 연소시킬 수 있다.

또한, 상기 매연 필터(60)의 후단 배기 파이프(20)에는 제2NOx 센서(82)가 장착된다. 상기 제2NOx 센서(82)는 매연 필터(60)로부터 배출된 배기 가스에 포함된 질소산화물의 양을 검출하고, 이에 대한 신호를 제어기(70)에 전달한다. 제어기(70)는 제2NOx 센서(82)의 검출값을 기초로 매연 필터(60)가 배기 가스에 포함된 질소산화물을 정상적으로 제거하고 있는지 모니터링 할 수 있다. 즉, 제2NOx 센서(82)는 매연 필터(60)의 성능을 평가하기 위하여 사용될 수 있다.

제어기(70)는 각 센서들에서 검출된 신호들을 기초로 엔진의 운전 조건을 판단하고, 상기 엔진의 운전 조건을 기초로 린/리치 제어 및 분사 모듈(50)에서 분사되는 환원제의 양을 제어한다. 일 예로, 제어기(70)는 배기 가스의 온도가 천이 온도 미만인 경우 린/리치 제어를 통하여 LNT(40)에서 질소산화물을 제거하도록 하고, 배기 가스의 온도가 천이 온도 이상인 경우 환원제 분사를 통하여 매연 필터(60)에서 질소산화물을 제거하도록 할 수 있다. 린/리치 제어는 인젝터(14)에서 분사되는 연료의 양을 조절함으로써 수행될 수 있다.

한편, 상기 제어기(70)는 엔진 운전 조건을 기초로 SPDF(62)의 내부 온도, SDPF(62)에 흡장된 암모니아 양, 탈황시 LNT(40) 후단 NOx 배출량 및 매연 필터(60) 재생시 LNT(40) 후단 NOx 배출양 등을 계산한다. 이러한 목적을 위하여, 상기 제어기(70)에는 매연 필터(60) 내부 온도에 따른 암모니아 흡장/산화 특성, 매연 필터(60) 내부 온도에 따른 암모니아 탈착 특성, 농후한 분위기에서 LNT(40)의 NOx 슬립 특성 등이 저장되어 있다. 상기 매연 필터(60) 내부 온도에 따른 암모니아 흡장/산화 특성, 매연 필터(60) 내부 온도에 따른 암모니아 탈착 특성, 농후한 분위기에서 LNT(40)의 NOx 슬립 특성 등은 수많은 실험에 의하여 맵으로 정해질 수 있다.

또한, 상기 제어기(70)는 매연 필터(60)의 재생과 LNT(40)의 탈황을 진행한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 방법에 사용되는 제어기에서 입력과 출력 관계를 도시한 블록도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 제1산소 센서(72), 제1온도 센서(74), 제2산소 센서(76), 제2온도 센서(78), 제1NOx 센서(80), 제2NOx 센서(82), 그리고 차압 센서(66)는 제어기(70)에 전기적으로 연결되어 있으며 검출한 값들을 제어기(70)에 전달한다.

제1산소 센서(72)는 배기 가스 재순환 장치(30)를 통과한 배기 가스 내의 산소량을 검출하여 이에 대한 신호를 상기 제어기(70)에 전달한다. 상기 제어기(70)가 상기 제1산소 센서(72)에서 검출된 배기 가스 내의 산소량을 기초로 배기 가스의 린/리치 제어(lean/rich control)를 수행하는 것을 돕도록 할 수 있다. 제1산소 센서(72)에서 검출된 값은 람다(λ)로 표시될 수 있다. 람다는 이론 공기량에 대한 실제 공기량의 비를 나타내며, 람다가 1을 초과하면 희박한 분위기로 보고, 람다가 1 미만이면 농후한 분위기로 본다.

제1온도 센서(74)는 배기 가스 재순환 장치(30)를 통과한 배기 가스의 온도를 검출하여 이에 대한 신호를 상기 제어기(70)에 전달한다.

상기 제2산소 센서(76)는 상기 매연 필터(60)에 유입되는 배기 가스에 포함된 산소량을 측정하여 이에 대한 신호를 상기 제어기(70)에 전달한다.

제2온도 센서(78)는 상기 매연 필터(60)에 유입되는 배기 가스의 온도를 측정하여 이에 대한 신호를 상기 제어기(70)에 전달한다.

제1NOx 센서(80)는 매연 필터(60)에 유입되는 배기 가스에 포함된 NOx 양을 측정하여 이에 대한 신호를 상기 제어기(70)에 전달한다.

상기 제2NOx 센서(82)는 매연 필터(60)로부터 배출된 배기 가스에 포함된 질소산화물의 양을 검출하고, 이에 대한 신호를 제어기(70)에 전달한다.

차압센서(66)는 상기 매연 필터(60)의 전단부와 후단부의 압력 차이를 측정하고 이에 대한 신호를 상기 제어기(70)에 전달한다.

제어기(70)는 상기 전달된 값들을 기초로 엔진 운전 조건, 연료 분사량, 연료 분사 시기, 연료 분사 패턴, 환원제 분사량, 매연 필터(60)의 재생 시기 및 LNT(40)의 탈황 시기를 결정하고, 인젝터(14) 및 분사 모듈(50)을 제어하기 위한 신호를 인젝터(14) 및 분사 모듈(50)에 출력한다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치에는 도 2에 기재된 센서들 외에 다수의 센서들이 장착될 수 있으나, 설명의 편의를 위하여 생략한다.

이하, 도 3 내지 도 6을 참조로, 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 방법을 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 방법을 도시한 흐름도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 방법에서 LNT를 이용한 DeNOx 방법을 도시한 흐름도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 방법에서 SDPF를 이용한 DeNOx 방법을 도시한 흐름도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 방법에서 목표 요소 분사량을 계산하는 방법을 도시한 블록도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 방법은 엔진(10)이 운전 중인 경우에 실행된다(S100). 엔진(10)이 운전 중이면 배기 가스가 발생되고, 상기 배기 가스가 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 방법에 의하여 정화된다. 또한, 냉 시동(Cold Start) 시나 배기 가스의 온도가 낮은 경우에는 배기 가스에 포함된 질소산화물은 LNT(40)에 흡장된다.

엔진(10)이 운전 중이면, 제1온도 센서(74)와 제2온도 센서(78)는 배기 파이프(20)의 특정 지점에서의 배기 가스의 온도를 측정한다(S110). 여기서, 배기 가스의 온도는 제1온도 센서(74)에서 측정한 값이거나, 제2온도 센서(78)에서 측정한 값이거나, 제1,2온도 센서(74, 78)의 측정값들을 기초로 계산된 특정 지점에서의 배기 가스의 온도일 수 있다. 즉, 배기 가스의 온도는 상기 온도들 중에서 당업자의 의도에 따라 선택된다. 본 명세서에서는 설명의 편의상 배기 가스의 온도는 제2온도 센서(78)가 측정한 매연 필터(60)에 유입되는 배기 가스의 온도로 하기로 한다. 그러나, 배기 가스의 온도는 이에 한정되지 않는다.

배기 가스의 온도가 측정되면, 제어기(70)는 배기 가스의 온도가 천이온도 이상인지를 판단한다(S120). 여기서 천이온도는 배기 가스의 온도의 선택에 따라 달라진다. 예를 들어, 제2온도 센서(78)가 측정한 온도를 배기 가스의 온도로 선택하는 경우, 천이온도는 250℃일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.

S120 단계에서 배기 가스의 온도가 천이온도 미만이면, 제어기(70)는 LNT(40)를 이용한 DeNOx를 수행한다(S130). 이와는 달리, 배기 가스의 온도가 천이온도 이상이면, 제어기(70)는 매연 필터(60), 특히 SDPF(62)를 이용한 DeNOx를 수행한다(S140).

도 4를 참조하여, LNT(40)를 이용한 DeNOx 방법을 자세히 설명한다.

LNT(40)를 이용한 DeNOx가 시작되면, 제어기(70)는 LNT(40)에 흡장된 NOx의 양이 설정 NOx 양 이상인지를 판단한다(S200).

만일 LNT(40)에 흡장된 NOx의 양이 설정 NOx 양 미만이면, LNT(40)에 흡장된 NOx를 정화할 필요가 없으므로 제어기(70)는 S100 단계로 돌아간다.

만일 LNT(40)에 흡장된 NOx의 양이 설정 NOx 양 이상이면, 상기 제어기(70)는 배기 가스의 온도가 요소 변환 온도에 도달하였는지를 판단한다(S210). 여기서 요소 변환 온도도 천이온도와 마찬가지로 배기 가스의 온도의 선택에 따라 달라진다. 예를 들어, 제2온도 센서(78)가 측정한 온도를 배기 가스의 온도로 선택하는 경우, 설정 온도는 180℃일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.

S210 단계에서 배기 가스의 온도가 요소 변환 온도에 도달하지 않았으면, 제어기(70)는 S250 단계로 진행한다.

S210 단계에서 배기 가스의 온도가 요소 변환 온도에 도달하였으면, 제어기(70)는 목표 암모니아 흡장량을 계산한다(S220). 여기서, 목표 암모니아 흡장량은 연소 분위기를 농후하게 제어함으로써 LNT(40)에 흡장된 질소산화물이 탈착되어 환원될 때, LNT(40)로부터 슬립되는 질소산화물을 SDPF(62)에서 환원하기 위하여 필요한 암모니아 흡장량을 의미한다.

즉, LNT(40)에서 질소산화물이 환원될 때, 질소산화물의 일정 부분은 LNT(40)에서 환원되지 못하고 LNT(40)로부터 슬립되게 된다. 만일 SDPF(62)에 암모니아가 미리 흡장되어 있지 않다면, 슬립된 질소산화물은 정화되지 못하고 차량 외부로 배출되게 된다. 따라서, SDPF(62)에 미리 암모니아를 흡장시킴으로써 LNT(40)에서 슬립되는 질소산화물을 정화시킬 수 있다.

한편, 배기 가스의 온도가 요소 변환 온도에 도달하지 않았으면 분사된 요소가 암모니아로 변환되지 못할 수 있다. 따라서, 배기 가스의 온도가 요소 변환 온도 이상인 경우에만 요소를 분사하여 SDPF(62)에 미리 암모니아를 흡장시킨다.

목표 암모니아 흡장량이 계산되면, 제어기(70)는 목표 암모니아 흡장량에 따른 목표 요소 분사량을 계산한다(S230). 목표 요소 분사량을 계산하는 방법은 도 6을 참조로 설명하기로 한다.

제1NOx 센서(80)는 SDPF(62) 전단 NOx 양을 검출한다(S400). 또한, 제어기(70)는 제1,2온도 센서(74, 78)의 측정값을 포함한 센서들의 측정값을 기초로 운전 조건에 따른 SDPF(62)의 내부 온도를 검출하고(S410), SDPF(62)에 흡장된 암모니아 양을 예측한다(S420). SDPF(62)에 흡장된 암모니아 양을 예측하기 위하여, 제어기(70)는 SDPF(62)의 내부 온도에 따른 암모니아 흡장/산화 특성과 SDPF(62) 내부 온도에 따른 암모니아 탈착 특성을 이용한다(S430, S440). 즉, 이전에 SDPF(62)에 흡장된 암모니아 양, 현재 SDPF(62)에 흡장되고 있는 암모니아의 양, 현재 SDPF(62)에서 산화되고 있는 암모니아의 양, 현재 SDPF(62)에서 탈착되고 있는 암모니아의 양으로부터 현재 SDPF(62)에 흡장된 암모니아의 양을 예측한다.

또한, 제어기(70)는 LNT(40)에 흡장된 NOx를 탈착/환원시키기 위하여 엔진의 공연비를 농후한 분위기로 운전하는 조건에서 LNT(40)의 NOx 슬립 특성을 이용하여(S450) LNT(40)에서 질소산화물을 환원시킬 때 슬립되는 NOx 양을 예측한다.

더 나아가, 제어기(70)는 탈황 시 LNT(40)로부터 배출되는 NOx의 양(460)과 매연 필터(60)의 재생 시 LNT(40)로부터 배출되는 NOx의 양(470)을 예측한다.

그 후, 제어기(70)는 S400 단계 내지 S470 단계에서 계산되거나 예측된 값들을 기초로 목표 요소 분사량을 계산한다(S230, S350). S230 단계에서는, S400 내지 S450 단계에서 계산되거나 예측된 값들을 기초로 목표 요소 분사량을 계산할 수 있고, S350 단계에서는 S400 내지 S470 단계에서 계산되거나 예측된 값들을 기초로 목표 요소 분사량을 계산할 수다.

앞에서 언급한 바와 같이, S400 단계 내지 S470 단계에서 계산되거나 예측된 값들은 수많은 실험을 통하여 운전 조건에 따라 미리 정해져 있을 수 있다.

S230 단계에서 목표 요소 분사량이 계산되면, 제어기(70)는 분사 모듈(50)을 제어하여 상기 목표 요소 분사량에 따라 요소를 분사하도록 한다(S235).

그 후, 제어기(70)는 SDPF(62)에 흡장된 암모니아 양이 목표 암모니아 흡장량 이상인지를 판단한다(S240). SDPF(62)에 흡장된 암모니아 양이 목표 암모니아 흡장량 미만이면, 제어기(70)는 계속하여 요소를 분사하도록 분사 모듈(50)을 제어한다(S235). 상기 S210 단계 내지 S240 단계를 통하여 농후한 분위기에서 LNT(40)로부터 슬립되는 NOx를 정화시키기 위한 암모니아를 SDPF(62)에 미리 흡장시킬 수 있다.

만일 SDPF(62)에 흡장된 암모니아 양이 목표 암모니아 흡장량 이상이면, 제어기(70)는 DeNOx를 수행한다(S250). 즉, 제어기(70)는 인젝터(14)를 통하여 분사되는 연료의 양을 증가시킴으로써 연소 분위기를 농후한 분위기로 제어한다. 이에 따라, LNT(40)에 흡장된 NOx는 탈착되고, LNT(40)에서 탈착된 NOx와 배기 가스에 포함된 NOx는 LNT(40)에서 환원되게 된다. 이 과정에서 배기 가스에 포함된 일산화탄소와 탄화수소도 산화될 수 있다. 또한, LNT(40)에서 슬립되는 NOx는 SDPF(62)에 미리 흡장된 암모니아에 의하여 SDPF(62)에서 환원되게 된다.

그 후, 제어기(70)는 LNT(40)에 흡장된 NOx의 양이 설정 NOx 양 이하인지를 판단한다(S260). S260 단계에서 설정된 NOx 양은 S200 단계에서 설정된 NOx 양보다 작은 것이 바람직하다.

S260 단계에서 LNT(40)에 흡장된 NOx 양이 설정된 NOx 양보다 많으면, 제어기(70)는 S250 단계로 돌아가 DeNOx를 수행한다.

S260 단계에서 LNT(40)에 흡장된 NOx 양이 설정된 NOx 양 미만이면, 제어기(70)는 DeNOx를 종료한다(S270).

그 후, 제어기(70)는 SDPF(62)에 흡장된 암모니아의 양이 목표 암모니아 흡장량 이상인지를 판단한다(S280). DeNOx가 종료되면 LNT(40)가 NOx를 흡장하기 때문에 SDPF(62)로 슬립되는 NOx가 거의 없다. 따라서, 제어기(70)는 SDPF(62)에 흡장된 암모니아 양에 따라 요소 분사를 중지할 지를 판단한다. 즉, S280 단계에서 SDPF(62)에 흡장된 암모니아의 양이 목표 암모니아 흡장량 이상이 될 때까지 제어기(70)는 요소 분사를 계속한다.

S280 단계에서 SDPF(62)에 흡장된 암모니아의 양이 목표 암모니아 흡장량 이상이면, 제어기(70)는 요소 분사를 중지하고(S290), S100 단계로 돌아간다.

이하, 도 5를 참조하여, SDPF(62)를 이용한 DeNOx 방법을 자세히 설명한다.

SDPF(62)를 이용한 DeNOx가 시작되면, 제어기(70)는 차압 센서(66)의 검출값을 기초로 SDPF(62)의 재생이 필요한지를 판단한다(S300). 즉, 차압 센서(66)의 검출된 압력 차이가 설정 압력 이상인지를 판단한다.

S300 단계에서 SDPF(62)의 재생이 필요한 것으로 판단되면, 제어기(70)는 SDPF(62)의 재생을 수행하고(S310), S320 단계로 진행한다. 즉, 제어기(70)는 배기 가스를 재순환시키지 않고 인젝터(14)가 연료를 후분사하도록 제어함으로써, 배기 가스의 온도를 상승시킨다. 이에 따라, SDPF(62)에 포집된 입자상 물질이 타게 된다.

한편, 배기 가스를 재순환시키지 않으면 배기 가스 내의 NOx양이 증가하게 된다. 또한, 배기 가스의 온도를 상승시키면 LNT(40)에서 NOx가 흡장되지도 않고 정화되지도 않는다. 따라서, SDPF(62) 재생 시 LNT(40)에서의 배출되는 NOx양을 목표 요소 분사량 계산에 고려하도록 하여야 한다(도 6 참조).

S300 단계에서 SDPF(62)의 재생이 필요하지 않으면, 제어기(70)는 LNT(40)의 황 피독량이 설정된 황 피독량 이상인지를 판단한다(S320). 즉, LNT(40)의 탈황이 필요한지를 판단한다.

S320 단계에서 LNT(40)의 황 피독량이 설정된 황 피독량 이상이면, LNT(40)의 탈황을 수행하고(S330), S340 단계로 진행한다. 즉, 제어기(70)는 인젝터(14)가 연료를 후분사하도록 제어함으로써, 배기 가스의 온도를 상승시킨다. 또한, 농후한 공연비와 연한 공연비가 반복되도록 인젝터(14)로부터 분사되는 연료량을 제어한다.

한편, 배기 가스의 온도가 높고 연한 공연비에서는 LNT(40)는 NOx 흡장을 하지 못하나, 농후한 공연비에서는 NOx의 일부가 LNT(40)에서 환원되게 된다. 따라서, LNT(40)의 탈황 시 LNT(40)에서의 배출되는 NOx양을 목표 요소 분사량 계산에 고려하도록 하여야 한다(도 6 참조).

S320 단계에서 LNT(40)의 황 피독량이 설정된 황 피독량 미만이면, 제어기(70)는 목표 암모니아 흡장량을 계산하고(S340), 목표 암모니아 흡장량에 따른 목표 요소 분사량을 계산한다(S350). S340 단계에서 목표 암모니아 흡장량은 SDPF(62)에서 배기 가스에 포함된 NOx 대부분을 환원시키는데 필요한 암모니아 흡장량을 의미한다. 따라서, S340 단계에서 목표 암모니아 흡장량은 S210 단계에서 목표 암모니아 흡장량과는 다를 수 있다. 또한, S350 단계에서의 목표 요소 분사량은 S230 단계에서의 목표 요소 분사량의 계산과 동일한 방법으로 계산된다. 그러나, S350 단계에서 고려되는 변수들과 S230 단계에서 고려되는 변수들은 서로 다를 수 있다. 즉, S230 단계에서는 운전 조건에 따른 LNT(40)에서 NOx 슬립 특성이 주요한 변수이나, S350 단계에서는 탈황시 LNT(40)에서 배출되는 NOx의 양 또는 SDPF(62) 재생시 LNT(40)에서 배출되는 NOx의 양이 주요한 변수일 수 있다.

S350 단계에서 목표 요소 분사량이 계산되면, 제어기(70)는 분사 모듈(50)을 제어하여 상기 목표 요소 분사량에 따라 요소를 분사하도록 한다(S360). 이에 따라, 배기 가스에 포함된 NOx는 SDPF(62)에서 환원되게 된다. 이 때, 제어기(70)는 공연비를 이론 공연비에 가까운 농후한 공연비(λ>0.95)로 제어하여 LNT(40)에 흡장된 NOx가 탈착되어 SDPF(62)에서 정화되도록 한다. 따라서, 공연비 제어에 의한 연비 손실을 방지할 수 있다.

그 후, SDPF(62)에 흡장된 암모니아 양이 목표 암모니아 흡장량 이상인지를 판단한다(S370). 통상적으로, SDPF(62)를 이용한 DeNOx를 수행하는 도중에는 요소의 분사에 의하여 발생된 암모니아가 SDPF(62)에 흡장 되자마자 또는 SDPF(62)에 흡장되지 않고 NOx의 환원에 사용된다. 따라서, SDPF(62)에 흡장된 암모니아 양이 목표 암모니아 흡장량에 도달되기가 어렵다. 그러나, 운전 조건의 급격한 변화로 인하여 NOx가 예상 NOx 발생량보다 적게 발생할 수 있다. 이 경우, SDPF(62)에 흡장된 암모니아 양이 목표 암모니아 흡장량에 도달될 수 있으며, 요소의 불필요한 소모를 막기 위하여 요소 분사를 중지하게 된다. 즉, S370 단계에서 SDPF(62)에 흡장된 암모니아 양이 목표 암모니아 흡장량 이상이면, 제어기(70)는 요소 분사를 중지시키고(S380), S100 단계로 진행한다.

이와는 달리, S370 단계에서 SDPF(62)에 흡장된 암모니아 양이 목표 암모니아 흡장량 미만이면, 제어기(70)는 계속하여 요소를 분사하도록 분사 모듈(50)을 제어한다(S360). 이에 따라, 배기 가스에 포함된 NOx는 SDPF(62)에서 연속적으로 환원되게 된다.

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

Claims (19)

  1. 연료를 그 내부로 분사하기 위한 인젝터를 포함하며, 공기와 연료의 혼합기를 태워 동력을 생산하고, 연소 과정에서 발생한 배기 가스를 배기 파이프를 통하여 외부로 배출하는 엔진;
    상기 배기 파이프에 장착되어 있으며, 공연비가 희박(lean)한 분위기에서 배기 가스에 포함된 질소산화물(NOx)을 흡장하고, 농후(rich)한 분위기에서 흡장된 질소산화물을 탈착하며 배기 가스에 포함된 질소산화물 또는 탈착된 질소산화물을 환원시키는 린 녹스 트랩(Lean NOx Trap; LNT);
    상기 LNT 후단 배기 파이프에 장착되어 있으며, 배기 가스에 환원제를 분사하도록 된 분사 모듈;
    상기 분사 모듈 하부의 배기 파이프에 장착되어 있으며, 배기 가스에 포함된 입자상 물질을 포집하고, 상기 분사 모듈에서 분사된 환원제를 이용하여 배기 가스에 포함된 질소산화물을 환원하는 선택적 환원 촉매가 코팅된 디젤 매연 필터(Selective Catalytic Reduction on Diesel Particulate Filter; SDPF); 그리고
    배기 가스의 온도를 기준으로 질소산화물의 제거(Denitrification; DeNOx)의 주체를 변경하되, 배기 가스의 온도가 천이온도 미만이면 연소 분위기를 농후하게 제어하는 LNT를 이용한 질소산화물의 제거를 수행하도록 하고, 배기 가스의 온도가 천이온도 이상이면 환원제를 분사하는 SDPF를 이용한 질소산화물의 제거를 수행하도록 하는 제어기;
    를 포함하며,
    상기 제어기는 배기 가스 온도가 천이온도 미만이고 LNT에 흡장된 NOx의 양이 설정 NOx 양 이상이면 LNT에서 질소산화물이 제거되도록 공연비를 농후하게 제어하고,
    상기 제어기는 배기 가스의 온도가 요소 변환 온도에 도달하면 분사 모듈이 환원제를 분사하도록 제어하여 환원제를 상기 SDPF에 흡장시키는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 분사 모듈에서 분사하는 환원제의 양은 SDPF 내부 온도, SDPF에 흡장된 환원제의 양, SDPF 내부 온도에 따른 환원제의 흡장/산화 특성, SDPF 내부 온도에 따른 환원제의 탈착 특성, LNT에 흡장된 NOx를 탈착/환원시키기 위하여 엔진의 공연비를 농후한 분위기로 운전하는 조건에서 LNT의 NOx 슬립 특성에 따라 계산되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 배기 가스 온도가 천이온도 이상이면, 공연비를 농후한 공연비로 제어하여 LNT에 흡장된 NOx를 탈착시키고, 분사 모듈이 환원제를 분사하도록 제어하여 LNT에서 탈착된 NOx 또는 배기 가스에 포함된 NOx가 SDPF에서 환원되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 분사 모듈에서 분사하는 환원제의 양은 SDPF 내부 온도, SDPF에 흡장된 환원제의 양, SDPF 내부 온도에 따른 환원제의 흡장/산화 특성, SDPF 내부 온도에 따른 환원제의 탈착 특성, 농후한 분위기에서 운전 조건에 따른 LNT의 NOx 슬립 특성에 따라 계산되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 SDPF의 재생이 필요한 경우 배기 가스의 온도를 높여 SDPF의 재생을 진행하고, 분사 모듈이 환원제를 분사하도록 제어하여 배기 가스에 포함된 NOx가 SDPF에서 환원되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 분사 모듈에서 분사하는 환원제의 양은 SDPF 내부 온도, SDPF에 흡장된 환원제의 양, SDPF 내부 온도에 따른 환원제의 흡장/산화 특성, SDPF 내부 온도에 따른 환원제의 탈착 특성, 농후한 분위기에서 운전 조건 및 배기 가스의 온도에 따른 LNT의 NOx 슬립 특성 및 SDPF 재생 시 LNT 후단에서 NOx 배출량에 따라 계산되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 LNT의 탈황이 필요한 경우, 농후한 공연비와 연한 공연비가 반복되도록 하여 LNT의 탈황을 진행하고, 분사 모듈이 환원제를 분사하도록 제어하여 배기 가스에 포함된 NOx가 SDPF에서 환원되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 분사 모듈에서 분사하는 환원제의 양은 SDPF 내부 온도, SDPF에 흡장된 환원제의 양, SDPF 내부 온도에 따른 환원제의 흡장/산화 특성, SDPF 내부 온도에 따른 환원제의 탈착 특성, 농후한 분위기에서 운전 조건에 따른 LNT의 NOx 슬립 특성 및 LNT 탈황 시 LNT 후단에서 NOx 배출량에 따라 계산되는 것을 특징을 하는 배기 가스 정화 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 분사 모듈과 상기 SDPF 사이의 배기 파이프에 장착되며, 환원제를 배기 가스에 골고루 혼합시키는 믹서를 더 포함하는 배기 가스 정화 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 SDPF는 상기 분사 모듈에서 분사된 환원제를 이용하여 배기 가스에 포함된 질소산화물을 환원하는 추가적인 선택적 환원 촉매(SCR)를 더 포함하는 배기 가스 정화 장치.
  13. 린 녹스 트랩(Lean NOx Trap; LNT)과 선택적 환원 촉매가 코팅된 디젤 매연 필터(Selective Catalytic Reduction on Diesel Particulate Filter; SDPF)가 배기 파이프에 순차적으로 장착되고, 상기 LNT와 SDPF 사이의 배기 파이프에는 환원제를 분사하기 위한 분사 모듈이 장착되는 배기 가스 정화 장치를 이용한 배기 가스 정화 방법에 있어서,
    배기 가스의 온도를 측정하는 단계;
    배기 가스의 온도를 기준으로 질소산화물의 제거의 주체를 변경하기 위하여 상기 배기 가스의 온도를 천이온도와 비교하는 단계;
    상기 배기 가스의 온도가 천이온도 미만이면, 연소 분위기를 농후하게 제어하는 LNT를 이용한 배기 가스에 포함된 질소산화물의 제거를 수행하는 단계; 그리고
    상기 배기 가스의 온도가 천이온도 이상이면, 환원제를 분사하는 SDPF를 이용한 배기 가스에 포함된 질소산화물의 제거를 수행하는 단계;
    를 포함하며,
    LNT에서 배기 가스에 포함된 질소산화물을 제거하는 단계는 LNT에 흡장된 NOx의 양이 설정 NOx의 양 이상이면 공연비를 농후하게 제어하는 것에 의하여 수행되고,
    LNT에서 배기 가스에 포함된 질소산화물을 제거하는 단계는, 공연비를 농후하게 제어하기 전에,
    배기 가스 온도가 요소 변환 온도에 도달하였는지를 판단하는 단계;
    배기 가스 온도가 요소 변환 온도에 도달하였으면, 목표 환원제 분사량을 계산하는 단계; 그리고
    목표 환원제 분사량에 따라 환원제를 분사하는 단계;
    를 더 포함하는 배기 가스 정화 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제13항에 있어서,
    상기 목표 환원제 분사량은 SDPF 내부 온도, SDPF에 흡장된 환원제의 양, SDPF 내부 온도에 따른 환원제의 흡장/산화 특성, SDPF 내부 온도에 따른 환원제의 탈착 특성, LNT에 흡장된 NOx를 탈착/환원시키기 위하여 엔진의 공연비를 농후한 분위기로 운전하는 조건에서 LNT의 NOx 슬립 특성에 따라 계산되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    SDPF에서 배기 가스에 포함된 질소산화물을 제거하는 단계는
    SDPF 내부 온도, SDPF에 흡장된 환원제의 양, SDPF 내부 온도에 따른 환원제의 흡장/산화 특성, SDPF 내부 온도에 따른 환원제의 탈착 특성, 농후한 분위기에서 운전 조건에 따른 LNT의 NOx 슬립 특성에 따라 목표 환원제 분사량을 계산하는 단계; 그리고
    목표 환원제 분사량에 따라 환원제를 분사하는 단계;
    를 포함하는 배기 가스 정화 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    SDPF에서 배기 가스에 포함된 질소산화물을 제거하는 단계는, 상기 목표 환원제 분사량을 계산하기 전에,
    SDPF의 재생이 필요한지를 판단하는 단계; 그리고
    SDPF의 재생이 필요하면 SDPF의 재생을 수행하는 단계;
    를 더 포함하고,
    상기 목표 환원제 분사량은 SDPF 재생 시 LNT 후단에서 NOx 배출량을 더 고려하여 계산되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    SDPF에서 배기 가스에 포함된 질소산화물을 제거하는 단계는, 상기 목표 환원제 분사량을 계산하기 전에,
    LNT의 탈황이 필요한지를 판단하는 단계; 그리고
    LNT의 탈황이 필요하면 LNT의 탈황을 수행하는 단계;
    를 더 포함하고,
    상기 목표 환원제 분사량은 LNT 탈황 시 LNT 후단에서 NOx 배출량을 더 고려하여 계산되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 방법.
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