KR101745247B1

KR101745247B1 - 선제적 요소수 분사제어방법과 ｓｃｒ 시스템 및 차량

Info

Publication number: KR101745247B1
Application number: KR1020160018194A
Authority: KR
Inventors: 최영경; 양대원; 김종균
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2016-02-17
Filing date: 2016-02-17
Publication date: 2017-06-08

Abstract

본 발명의 선제적 요소수 분사제어방법은 엔진(100)의 시동 후 배출가스 배출 전 UQS(Urea Quality Sensor)(10-1)의 요소수 농도 검출값을 Feedforward 제어인자로 하고, 상기 Feedforward 제어인자로 목표 요소수 분사량을 보정 목표 요소수 분사량으로 산출함으로써 요소수 농도가 낮은 상태에서 배출가스 NOx 규제치가 만족되는 요소수 농도로 요소수가 분사되며, 배출가스 배출 후 후단 NOx 센서(40-2)의 NOx 검출값을 Feedback 제어인자로 하여 목표 요소수 분사량을 보정 목표 요소수 분사량으로 보정되도록 컨트롤러(50)로 수행되고, 컨트롤러(50)가 차량의 배기시스템(200)에 적용된 SCR(Selective Catalytic Reduction)시스템(100)을 Feedforward 제어 후 Feedback 제어로 SCR(Selective Catalyst Reduction)(220-3)을 운영함으로써 기준치농도(32.5%)보다 현저히 낮은 요소수 농도(12.5%)나 최초로 배출가스 발생이 이루어지는 운전 초기 시에도 규제치를 초과한 배출가스의 NOx 발생이 방지되는 특징을 갖는다.

Description

선제적 요소수 분사제어방법과 ＳＣＲ 시스템 및 차량{Method of Controlling Proactive Urea Injection and Selective Catalytic Reduction System and Vehicle thereof}

본 발명은 요소수 분사 제어에 관한 것으로, 특히 Feedback 제어와 Feedforward 제어가 혼합된 선제적 요소수 분사제어방법과 SCR시스템 및 차량에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 배기가스는 다량의 오염 규제 물질을 포함하고, 특히 배기가스에 NOx, CO, 그을음(soot), 입자상 물질(Particulate Matters)등이 포함된 디젤 차량은 이의 제거가 법규로 의무화되어 있다.

그러므로, 디젤 차량은 촉매장치(통상, 후처리 장치)와 연계된 SCR(Selective Catalytic Reduction)시스템을 구비하고, 고온에서 암모니아로 분해되는 요소수(Urea)를 SCR(Selective Catalyst Reduction)촉매장치로 분사함으로써 화학반응을 통해 NOx를 질소(N2)와 물(H2O)로 분해한다.

환원반응 화학식 : 2NH3 + 2O2 → N2O + 3H2O, 4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O, 4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O

특히, 상기 SCR 시스템은 NOx 센서와 UQS(Urea Quality Sensor) 및 DCU(Dosing Control Unit)를 구비하고, UQS의 요소수 농도 모니터링을 이용하여 우레아 탱크에 담겨진 요소수가 기준치농도(32.5%)보다 낮은 농도를 갖는지 검출하고, NOx 센서의 NOx 검출값을 이용하여 요소수 분사량이 보정되는 피드백(Feedback)제어를 구현한다.

그러므로, 상기 SCR 시스템은 배출가스의 NOx 농도/SCR 촉매장치의 암모니아 저장량/목표 정화효율 등에 의해서 분사 요소수량을 결정하는 피드백제어를 구현하고, 특히 기준치(32.5%)보다 낮은 요소수 농도로 인해 요소수 중 암모니아 농도가 충분치 못해 목표 정화효율을 만족할 수 없는 경우에는 운전자 경고와 함께 차량 출력제한과 같은 조치가 취해짐으로써 NOx 배출량이 배출가스 규제를 초과하는 상황에 빠지지 않도록 한다.

국내특개 10-2012-0064345(2012년06월19일)

하지만, 상기 SCR 시스템의 피드백제어는 NOx 센서의 NOx 검출값을 이용함으로써 차량의 운전초기에는 NOx 제거가 이루어질 수 없는 근본적인 한계가 있을 수밖에 없다

이러한 한계는, 목표 요소수 분사량 보정은 피드백 게인(gain)을 이용하고, 상기 피드백 게인은 요소수 농도에 따른 정화 효율로 계산되며, 상기 정화 효율 계산은 NOx 검출값으로 이루어지고, NOx 검출값은 NOx 센서에서 획득되며, NOx 센서는 엔진 구동으로 배출 가스가 발생한 후 NOx를 검출할 수 있음에 기인된다.

그 결과, 한 번 이상 배출가스 발생 후 보정이 가능한 피드백제어 특성상 기준치농도(32.5%)보다 현저히 낮은 요소수 농도나 최초로 배출가스 발생이 이루어지는 운전 초기 시 배출가스의 NOx를 제거할 수 없고, 이로 인해 SCR 시스템의 동작 하에서도 배출가스의 NOx 발생량이 규제치를 초과할 수도 있게 된다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 NOx 검출값에 의한 목표 요소수 분사량 보정이 불가한 조건에서 UQS(Urea Quality Sensor)의 요소수 농도 모니터링을 이용한 목표 요소수 분사량 보정이 이루어지는 Feedforward 제어가 구현되고, NOx 검출값에 의한 목표 요소수 분사량 보정이 가능한 조건에서 NOx 센서를 이용한 목표 요소수 분사량 보정이 이루어지는 Feedback 제어가 구현됨으로써 기준치농도(32.5%)보다 현저히 낮은 요소수 농도(12.5%)나 최초로 배출가스 발생이 이루어지는 운전 초기 시에도 규제치를 초과한 배출가스의 NOx 발생이 방지되는 선제적 요소수 분사제어방법과 SCR시스템 및 차량을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 선제적 요소수 분사제어방법은 (A) 엔진의 시동을 검출하면, 목표 요소수 분사량을 산출하고, 상기 목표 요소수 분사량을 Feedback 제어로 보정하는 Feedback 제어인자가 컨트롤러에 의해 검출되는 단계; (B) 상기 Feedback 제어인자의 검출 불가 상태인 경우 상기 목표 요소수 분사량을 Feedforward 제어로 보정하는 Feedforward 제어인자가 상기 컨트롤러에 의해 검출되는 단계; (C) 상기 Feedforward 제어인자로 FF(Feedforward)보정 팩터가 설정되고, 상기 FF 보정 팩터가 적용되어 상기 목표 요소수 분사량이 보정 목표 요소수 분사량으로 산출되고, 상기 보정 목표 요소수 분사량이 적용된 Feedforward 제어가 상기 컨트롤러에 의해 수행되는 단계; (D) 상기 Feedforward 제어 완료 후 상기 Feedback 제어인자가 검출되면, 상기 Feedback 제어인자로 NOx 보정 팩터가 설정되고, 상기 NOx 보정 팩터가 적용되어 상기 목표 요소수 분사량을 보정 목표 요소수 분사량으로 산출하고, 상기 보정 목표 요소수 분사량이 적용된 Feedback 제어가 상기 컨트롤러에 의해 수행되는 단계; 가 포함된 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서,상기 Feedback 제어인자는 SCR(Selective Catalyst Reduction)의 후단에 위치된 NOx 센서이고, 상기 Feedforward 제어인자는 요소수 탱크의 내부에 구비된 UQS(Urea Quality Sensor)이다.

바람직한 실시예로서, 상기 UQS의 요소수 농도는 NOx 량이 배출가스 규제를 초과하지 않는 기준값으로 구분되고, 상기 기준값 이하의 요소수 농도에 대한 gain 상수가 부여되어 상기 FF보정 팩터로 설정된다.

바람직한 실시예로서, 상기 FF보정 팩터는 상기 기준값 이하의 요소수 농도를 상기 기준값과 일치되도록 요소수를 분사시켜주고, 상기 기준값 대비 20% 이하의 요소수 농도에 대해 부여되며, 상기 기준값과 상기 기준값 20% 이하를 요소수 농도 차이로 다단계로 구분된다.

바람직한 실시예로서, 상기 NOx 보정 팩터는 배출가스의 NOx 발생량에 따라 NOx Gain 상수로 결정된다.

그리고, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 SCR시스템은 엔진의 시동 후 배출가스 배출 전 UQS(Urea Quality Sensor)의 요소수 농도 검출값을 Feedforward 제어인자로 하고, 상기 Feedforward 제어인자로 목표 요소수 분사량을 보정 목표 요소수 분사량으로 산출함으로써 요소수 농도가 낮은 상태에서 배출가스 NOx 규제치가 만족되는 요소수 농도로 요소수가 분사되며, 배출가스 배출 후 후단 NOx 센서의 NOx 검출값을 Feedback 제어인자로 하여 목표 요소수 분사량을 보정 목표 요소수 분사량으로 보정하는 컨트롤러;가 포함된 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 컨트롤러는 DCU(Dosing Control Unit)이고, 상기 DCU는 요소수 농도의 기준값 이하에 대해 부여되는 게인 상수 테이블이 구축된 요소수 농도 맵과 연계되어 요소수 분사를 제어한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량은 엔진의 시동 후 배출가스 배출 전 UQS(Urea Quality Sensor)의 요소수 농도 검출값을 Feedforward 제어인자로 하고, 상기 Feedforward 제어인자로 목표 요소수 분사량을 보정 목표 요소수 분사량으로 산출함으로써 요소수 농도가 낮은 상태에서 배출가스 NOx 규제치가 만족되는 요소수 농도로 요소수가 분사되며, 배출가스 배출 후 후단 NOx 센서의 NOx 검출값을 Feedback 제어인자로 하여 목표 요소수 분사량을 보정 목표 요소수 분사량으로 보정하는 SCR시스템; 상기 SCR 시스템에서 분사되는 요소수로 배기가스의 NOx를 제거한 배출가스로 배출하는 SCR(Selective Catalyst Reduction)이 구비된 배기시스템; 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 SCR 시스템은 엔진을 제어하는 엔진 ECU(Electronic Control Unit)와 연계되고, 상기 엔진 ECU는 상기 SCR 시스템의 DCU(Dosing Control Unit)와 협조 제어하여 요소수 분사를 제어한다.

이러한 본 발명은 기준치 이하의 요소수 농도가 이용된 목표 요소수 분사량 보정으로 배기가스 중 NOx 배출량 제한을 위한 요소수 분사제어가 구현됨으로써 SCR시스템 및 차량은 다음과 같은 장점 및 효과가 있다.

첫째, 우레아 탱크 내부에 장착되어 요소수 농도 측정 및 모니터링하는 UQS가 이용됨으로써 SCR시스템의 하드웨어 이용성이 확장된다. 둘째, 요소수 분사제어가 UQS에 의한 목표 요소수 분사량 보정방식인 Feedforward 제어와 NOx 센서에 의한 목표 요소수 분사량 보정방식인 Feedback 제어로 세분화됨으로써 SCR 시스템 성능이 크게 향상된다. 셋째, Feedforward 제어가 접목된 요소수 분사제어로 기준치농도(32.5%)보다 현저히 낮은 요소수 농도(12.5%)이더라도 농도 보정을 통해 목표 정화 효율을 만족 할 수 있으므로 기준농도 대비 약 20% 정도 진단 마진을 확보 할 수 있다. 넷째, 최초로 배출가스 발생이 이루어져 NOx 센서의 NOx 검출값을 이용할 수 없는 운전 초기 시에도 규제치를 초과한 배출가스의 NOx 발생이 근본적으로 방지된다.

도 1은 본 발명에 따른 선제적 요소수 분사제어방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명에 따른 선제적 요소수 분사제어를 수행하는 SCR시스템이 적용된 차량의 예이며, 도 3은 본 발명에 따른 선제적 요소수 분사제어중 Feedforward 제어의 실행예이고, 도 4는 본 발명에 따른 선제적 요소수 분사제어중 Feedback 제어의 실행예이다.

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 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 선제적 요소수 분사제어방법의 순서도이다. 도시된 바와 같이, 선제적 요소수 분사제어방법은 NOx 검출값에 의한 목표 요소수 분사량 보정이 가능한 Feedback 제어의 한계성이 UQS(Urea Quality Sensor)의 요소수 농도 모니터링을 이용한 목표 요소수 분사량 보정이 이루어지는 Feedforward 제어로 보완된다. 그 결과, 선제적 요소수 분사제어방법은 UQS(Urea Quality Sensor)의 측정값으로 분사 전에 요소수 분사 값을 보정하여 농도에 관계없이 SCR 정화효율을 일정하게 유지할 수 있다.

한편, 도 2는 SCR시스템이 적용된 차량의 구성이다. 도시된 바와 같이, 차량은 엔진 ECU(Electronic Control Unit)(300)로 제어되는 엔진(100)에서 나온 배기가스가 배출되는 배기시스템(200)에 연계된 SCR시스템(1)을 구비하고, 상기 SCR시스템(1)은 엔진(100)의 시동 초기 Feedforward 제어로 목표 요소수 분사량 보정을 수행한 다음 엔진(100)의 Nox 배출이후 Feedback 제어로 목표 요소수 분사량 보정을 수행한다.

구체적으로, 상기 SCR시스템(1)은 요소수 탱크(10), UQS(Urea Quality Sensor)(10-1), 공급 모듈(20), 도징 모듈(30), 전/후단 NOx 센서(40-1,40-2), 요소수 농도 맵(50-1)을 갖추고 엔진 ECU(300)와 협조 제어하는 컨트롤러(50)를 포함한다.

일례로, 상기 요소수 탱크(10)는 요소수를 저장하고, 요소수 펌핑라인으로 공급 모듈(20)과 연결된다. 상기 UQS(10-1)는 초음파 타입 센서로 초음파가 요소수를 통과하는 속도를 측정하여 요소수의 농도를 계산하고, 측정 요소수 농도에 따른 배출가스 NOx 규제량을 모니터링 한다. 특히, 상기 UQS(10-1)는 요소수 탱크(10)의 내부에 구비된 요소수 센더의 아래 부분에 장착된다. 상기 공급 모듈(20)은 요소수 펌핑라인을 통해 요소수 탱크(10)의 요소수를 공급받는다. 상기 도징 모듈(30)은 공급 모듈(20)과 요소수 공급라인으로 연결되고, 요소수를 배기시스템(200)의 SCR(Selective Catalyst Reduction)(220-3)의 전단으로 분사한다. 상기 전단 NOx 센서(40-1)는 SCR(220-3)의 전단에서 배기시스템(200)에 설치되어 SCR(220-3)로 들어가는 배기가스의 NOx 농도를 검출하고, 상기 후단 NOx 센서(40-2)는 SCR(220-3)의 후단에서 배기시스템(200)에 설치되어 SCR(220-3)에서 나오는 배출가스의 NOx 농도를 검출한다.

특히, 상기 컨트롤러(50)는 엔진 ECU(300)와 협조 제어하는 SCR시스템(1)의 DCU(Dosing Control Unit)를 적용함으로써 배출가스 중의 NOx 농도에 따라 SCR(220-3)에 요소수(Urea)를 분사하고, 분사 요소수량을 배출가스의 NOx 농도와 SCR(220-3)의 암모니아 저장량/목표 정화효율 등에 의해 결정하고, 더불어 Feedforward 제어를 위해 UQS(10-1)과 연계된 요소수 농도 맵(50-1)을 갖춘다. 상기 요소수 농도 맵(50-1)은 요소수 농도와 게인 상수를 표1로 구축한다.

구분	요소수 농도(%)	게인(gain)상수
제1 FF 보정팩터	32.5	1
제2 FF 보정팩터	27.5	1.18
제3 FF 보정팩터	22.5	1.44
제4 FF 보정팩터	17.5	1.86
제5 FF 보정팩터	12.5	2.6

이 경우, 요소수 농도 32.5%는 기준값으로 적용된다. 상기 FF 보정 팩터는 5개 보다 적거나 많게 구분될 수 있다.

구체적으로, 상기 엔진(100)은 디젤 엔진이다.

구체적으로, 상기 배기시스템(200)은 엔진(100)에서 나온 배기가스가 흐르고, SCR시스템(1)의 도징 모듈(30)과 전/후단 NOx 센서(40-1,40-2)가 설치된 배기파이프(210), 배기파이프(210)에 장착되어 배기가스의 NOx를 포함한 유해물질을 제거하여 배출가스로 내보내는 촉매유닛을 포함한다. 상기 촉매유닛은 배기파이프(210)의 최 선단으로 위치된 DOC(Diesel Oxydization Catalyst)(220-1), DOC(220-1)의 후방에 위치된 DPF(Diesel Particle Filter)(220-2), DPF(220-2)의 후방에 위치된 SCR(Selective Catalyst Reduction)(220-3), SCR(220-3)과 함께 구성된 AOC(Ammonia Oxidation Catalyst)(220-4)를 포함한다. 특히, 상기 SCR(220-3)은 배기가스에서 NOx가 제거된 배출가스로 전환시켜 주고, AOC(220-4)없이 단독으로 구성될 수 있다.

이하, 본 발명의 선제적 요소수 분사제어방법에 대한 실시예를 도 2내지 도 4를 참조로 상세히 설명한다. 이 경우, 제어주체는 요소수 농도 맵(50-1)을 갖춘 컨트롤러(50)이고, 상기 컨트롤러(50)는 DCU 또는 엔진 ECU(300)와 상호 협조 제어하는 DCU이다.

S10은 SCR시스템(1)이 활성화(active)된 요소수 분사제어 진입단계이고, S20은 목표 요소수 분사량을 산출하는 단계이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 컨트롤러(50)는 엔진 ECU(300)에서 읽은 정보로 엔진(100)의 시동을 인식하고, UQS(10-1)의 검출값을 읽어 요소수 탱크(10)의 요소수의 농도를 파악한다. 이어, 컨트롤러(50)는 배출가스의 NOx 농도, SCR(220-3)의 암모니아 저장량, NOx 목표 정화효율을 고려하여 목표 요소수 분사량을 산출한다. 이때, 상기 목표 요소수 분사량은 엔진(100)의 배출가스 배출 전이므로 NOx 농도를 고려하지 않거나 설정되거나 또는 이전 저장 값을 고려할 수 있다.

S30은 목표 요소수 분사량이 보정되기 위한 Feedback 제어인자를 검출하는 단계이고, S40은 Feedback 제어인자가 판독 가능한지를 판단하는 단계이다. 이 경우, 상기 Feedback 제어인자는 NOx 센서이다.

도 2를 참조하면, 컨트롤러(50)는 배기시스템(200)의 전/후단 NOx 센서(40-1,40-2)중 후단 NOx 센서(40-2)의 신호 검출을 시도하고, 후단 NOx 센서(40-2)의 신호 검출 여부로 Feedback 제어인자 검출을 판단한다.

이때, 후단 NOx 센서(40-2)의 신호 검출이 이루어진 경우 S40에 이어 S100으로 전환하여 Feedback 제어로 목표 요소수 분사량 보정을 수행할 수 있으나 엔진(100)의 배출가스 배출 전이므로 S100의 Feedback 제어 전환은 이루어지지 않는다. 그러므로, 컨트롤러(50)는 S40에 이어 S50으로 진입함으로써 Feedforward 제어로 목표 요소수 분사량 보정이 수행되는 절차를 수행한다.

S50은 목표 요소수 분사량이 보정되기 위한 Feedforward 제어인자를 검출하는 단계이고, S60은 요소수 농도를 판독하는 단계이며, S70은 UQS Gain 상수가 결정되어 FF 보정 팩터가 산출되는 단계이다. 이 경우, 상기 Feedforward 제어인자는 UQS(Urea Quality Sensor)이고, 상기 요소수 농도는 UQS의 검출값이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 컨트롤러(50)는 요소수 탱크(10)의 내부에 구비된 UQS(10-1)가 검출한 요소수의 농도를 제공받아 요소수 탱크(10)에 충진된 요소수의 요소수 농도를 진단한다. 또한, 컨트롤러(50)는 요소수 농도 맵(50-1)을 읽고, 요소수 농도에 따른 게인 상수를 판단한다. 테이블1을 참조하면, 요소수 농도 32.5%는 gain 상수 1로 매칭되어 제1 FF(Feedforward)보정 팩터로 정의되고, 요소수 농도 27.5%는 gain 상수 1.18로 매칭되어 제2 FF 보정 팩터로 정의되며, 요소수 농도 22.5%는 gain 상수 1.44로 매칭되어 제3 FF 보정 팩터로 정의되고, 요소수 농도 17.5%는 gain 상수 1.86으로 매칭되어 제4 FF 보정 팩터로 정의되며, 요소수 농도 12.5%는 gain 상수 2.6으로 매칭되어 제5 FF 보정 팩터로 정의된다.

S80은 목표 요소수 분사량이 FF 보정 팩터로 보정되는 단계이고, S90은 요소수가 보정 목표 요소수 분사량으로 분사됨으로써 Feedforward 제어가 수행되는 단계이다.

도 2 및 도 3을 참조하고 더불어 FF 보정 팩터를 제5 FF 보정 팩터로 가정하면, 컨트롤러(50)는 제5 FF 보정 팩터와 목표 요소수 분사량을 곱해 보정 목표 요소수 분사량을 계산하고, 보정 목표 요소수 분사량에 일치하는 출력으로 공급 모듈(20)을 제어한다. 그러면, 공급 모듈(20)은 요소수 탱크(10)의 요소수를 펌핑하여 도징 모듈(30)로 공급하고, 도징 모듈(30)은 SCR(220-3)의 전단에서 배기파이프(210)로 요소수를 분사한다. 그 결과 SCR(220-3)은 NOx 량이 배출가스 규제를 초과하지 않는 배출가스를 배출한다.

일례로, 제5 FF 보정 팩터는 12.5%의 요소수 농도를 2.6의 gain 상수로 32.5%로 올려준다. 그러므로, 제5 FF 보정 팩터가 적용되지 않은 경우 12.5% 농도의 요소수를 목표 요소수 분사량에 맞춰 분사하는 반면 제5 FF 보정 팩터가 적용된 경우 12.5% 농도의 요소수가 보정 목표 요소수 분사량에 맞춰 32.5% 농도로 분사된다. 따라서, 요소수 농도가 12.5% 이더라도 농도 보정을 통해 목표 정화 효율을 만족 할 수 있으므로, 기준농도 대비 약 20% 정도 진단 마진을 확보 할 수 있다.

이어, 컨트롤러(50)는 Feedforward 제어수행 후 후단 NOx 센서(40-2)의 신호를 검출한다. 그러므로, 컨트롤러(50)는 S30으로 복귀하여 후단 NOx 센서(40-2)의 신호를 Feedback 제어인자로 하여 S40을 거쳐 S100으로 진입함으로써 엔진의 배출가스 배출 후 Feedback 제어로 전환한다.

S100은 배출가스의 NOx 발생량을 읽는 단계이고, S110은 NOx 발생량에 따라 NOx Gain 상수를 결정하는 단계이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 컨트롤러(50)는 배기시스템(200)의 후단 NOx 센서(40-2)의 신호를 통해 NOx 발생량을 읽고, NOx 발생량에 따른 NOx Gain 상수를 결정한다. 이때, NOx 발생량과 NOx Gain 상수의 관계는 Feedback 제어를 위해 컨트롤러(50) 또는 요소수 농도 맵(50-1)에 미리 구축되었거나 기 설정된 값을 이용한다. 특히, 컨트롤러(50)는 엔진(100)의 배출가스 배출 후이므로 S50의 Feedforward 제어로 전환되지 않는다.

S120은 목표 요소수 분사량이 NOx Gain 상수로 보정되는 단계이고, S130은 요소수가 보정 목표 요소수 분사량으로 분사됨으로써 Feedback 제어가 수행되는 단계이다.

도 2 및 도 4를 참조하면, 컨트롤러(50)는 NOx Gain 상수와 목표 요소수 분사량을 곱해 보정 목표 요소수 분사량을 계산하고, 보정 목표 요소수 분사량에 일치하는 출력으로 공급 모듈(20)을 제어한다. 그러면, 공급 모듈(20)은 요소수 탱크(10)의 요소수를 펌핑하여 도징 모듈(30)로 공급하고, 도징 모듈(30)은 SCR(220-3)의 전단에서 배기파이프(210)로 요소수를 분사한다. 그 결과 SCR(220-3)은 NOx 량이 배출가스 규제를 초과하지 않는 배출가스를 배출한다.

이어, 상기 Feedback 제어는 S200과 같이 요소수 분사제어 해제 전까지 지속된다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 선제적 요소수 분사제어방법은 엔진(100)의 시동 후 배출가스 배출 전 UQS(10-1)의 요소수 농도 검출값을 Feedforward 제어인자로 하고, 상기 Feedforward 제어인자로 목표 요소수 분사량을 보정 목표 요소수 분사량으로 산출함으로써 요소수 농도가 낮은 상태에서 배출가스 NOx 규제치가 만족되는 요소수 농도로 요소수가 분사되며, 배출가스 배출 후 후단 NOx 센서(40-2)의 NOx 검출값을 Feedback 제어인자로 하여 목표 요소수 분사량을 보정 목표 요소수 분사량으로 보정되도록 컨트롤러(50)로 수행되고, 컨트롤러(50)가 차량의 배기시스템(200)에 적용된 SCR시스템(100)을 Feedforward 제어 후 Feedback 제어로 SCR(220-3)을 운영함으로써 기준치농도(32.5%)보다 현저히 낮은 요소수 농도(12.5%)나 최초로 배출가스 발생이 이루어지는 운전 초기 시에도 규제치를 초과한 배출가스의 NOx 발생이 방지된다.

1 : SCR시스템 10 : 요소수 탱크
10-1 : UQS(Urea Quality Sensor)
20 : 공급 모듈 30 : 도징 모듈
40-1 : 전단 NOx 센서 40-2 : 후단 NOx 센서
50 : 컨트롤러
50-1 : 요소수 농도 맵
100 : 엔진 200 : 배기시스템
210 : 배기파이프 220-1 : DOC(Diesel Oxydization Catalyst)
220-2 : DPF(Diesel Particle Filter)
220-3 : SCR(Selective Catalyst Reduction)
220-4 : AOC(Ammonia Oxidation Catalyst)
300 : 엔진 ECU(Electronic Control Unit)

Claims

(A) 엔진의 시동을 검출하면, 목표 요소수 분사량을 산출하고, 상기 목표 요소수 분사량을 Feedback 제어로 보정하는 Feedback 제어인자가 컨트롤러에 의해 검출되는 단계;
(B) 상기 Feedback 제어인자의 검출 불가 상태인 경우, 상기 목표 요소수 분사량을 Feedforward 제어로 보정하는 Feedforward 제어인자가 상기 컨트롤러에 의해 검출되는 단계;
(C) 상기 Feedforward 제어인자로 FF(Feedforward)보정 팩터가 설정되고, 상기 FF 보정 팩터가 적용되어 상기 목표 요소수 분사량이 보정 목표 요소수 분사량으로 산출되고, 상기 보정 목표 요소수 분사량이 적용된 Feedforward 제어가 상기 컨트롤러에 의해 수행되는 단계;가 포함되고,
상기 Feedforward 제어의 수행은 상기 엔진의 시동 후 상기 엔진의 Nox 배출 전에 이루어지는
것을 특징으로 하는 선제적 요소수 분사제어방법.
청구항 1에 있어서, 상기 Feedback 제어인자는 NOx 센서의 검출값이고, 상기 Feedforward 제어인자는 UQS(Urea Quality Sensor)의 측정값인 것을 특징으로 하는 선제적 요소수 분사제어방법.
청구항 2에 있어서, 상기 NOx 센서는 SCR(Selective Catalyst Reduction)의 후단에 위치된 것을 특징으로 하는 선제적 요소수 분사제어방법.
청구항 2에 있어서, 상기 UQS는 요소수 탱크의 내부에 구비된 것을 특징으로 하는 선제적 요소수 분사제어방법.
청구항 2에 있어서, 상기 UQS의 요소수 농도는 NOx 량이 배출가스 규제를 초과하지 않는 기준값으로 구분되고, 상기 기준값 이하의 요소수 농도에 대한 gain 상수가 부여되어 상기 FF보정 팩터로 설정되는 것을 특징으로 하는 선제적 요소수 분사제어방법.
청구항 5에 있어서, 상기 FF보정 팩터는 상기 기준값 이하의 요소수 농도를 상기 기준값과 일치되도록 요소수를 분사시켜주는 것을 특징으로 하는 선제적 요소수 분사제어방법.
청구항 5에 있어서, 상기 FF보정 팩터는 상기 기준값 대비 20% 이하의 요소수 농도에 대해 부여되는 것을 특징으로 하는 선제적 요소수 분사제어방법.
청구항 7에 있어서, 상기 FF보정 팩터는 상기 기준값과 상기 기준값 20% 이하를 요소수 농도 차이로 다단계로 구분된 것을 특징으로 하는 선제적 요소수 분사제어방법.
청구항 1에 있어서, (D) 상기 Feedforward 제어 완료 후 상기 Feedback 제어인자가 검출되면, 상기 Feedback 제어인자로 NOx 보정 팩터가 설정되고, 상기 NOx 보정 팩터가 적용되어 상기 목표 요소수 분사량을 보정 목표 요소수 분사량으로 산출하고, 상기 보정 목표 요소수 분사량이 적용된 Feedback 제어가 상기 컨트롤러에 의해 수행되는 단계;
가 더 포함된 것을 특징으로 하는 선제적 요소수 분사제어방법.
청구항 9에 있어서, 상기 NOx 보정 팩터는 배출가스의 NOx 발생량에 따라 NOx Gain 상수로 결정되는 것을 특징으로 하는 선제적 요소수 분사제어방법.
요소수 농도의 기준값 이하에 대해 부여되는 게인 상수 테이블이 구축된 요소수 농도 맵;
청구항 1 내지 청구항 10중 어느 한 항에 의한 선제적 요소수 분사제어방법의 수행이 상기 요소수 농도 맵과 연계되는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템.
청구항 11에 있어서, 상기 요소수 농도 맵은 DCU(Dosing Control Unit)와 연계되고, 상기 DCU는 요소수 분사를 제어하는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템.
청구항 11에 의한 SCR 시스템;
상기 SCR 시스템에서 분사되는 요소수로 배기가스의 NOx를 제거한 배출가스로 배출하는 SCR(Selective Catalyst Reduction)이 구비된 배기시스템(200);
을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
청구항 13에 있어서, 상기 SCR 시스템은 엔진을 제어하는 엔진 ECU(Electronic Control Unit)와 연계되고, 상기 엔진 ECU는 상기 SCR 시스템의 DCU(Dosing Control Unit)와 협조 제어하여 요소수 분사를 제어하는 것을 특징으로 하는 차량.