KR101795394B1 - 배기 시스템 및 우레아 공급량 제어 방법 - Google Patents

배기 시스템 및 우레아 공급량 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배기 시스템은, 배기라인에 설치되어 제1 온도 이하에서 배기가스에 포함된 질소산화물을 포집하는 질소산화물 저장(CSC) 촉매 장치와, 상기 질소산화물 저장 촉매 장치 후단에 설치되어 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시키는 제1 선택적환원촉매(SCR) 장치, 및 상기 질소산화물 저장 촉매 장치 전단에 설치되어 상기 제1 온도 초과시 우레아 수용액을 공급하는 제1 우레아 인젝터를 포함한다.

Description

배기 시스템 및 우레아 공급량 제어 방법{EXHAUST SYSTEM AND CONTROL METHOD OF AMOUNT OF UREA SUPPLY}
본 발명은 배기 시스템 및 우레아 공급량 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 환원제를 이용하여 질소산화물을 정화하는 선택적환원촉매 장치를 구비한 배기 시스템 및 우레아 공급량 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 엔진에서 배기 매니폴드를 통해 배출되는 배기가스는 배기 파이프의 도중에 형성된 촉매 컨버터(Catalytic converter)로 유도되어 정화되고, 머플러를 통과하면서 소음이 감쇄된 후 테일 파이프를 통해 대기 중으로 방출된다.
상기 촉매 컨버터는 배기가스에 포함되어 있는 오염 물질을 처리한다. 그리고, 배기 파이프 상에는 배기가스에 포함된 입자상 물질(Particulate Matters; PM)을 포집하기 위한 매연 필터가 장착된다.
선택적환원촉매(Selective Catalytic Reduction; SCR) 장치는 이러한 촉매 컨버터의 한 형식이다. 선택적환원촉매 장치는 우레아(Urea), 암모니아(NH3), 일산화탄소와 탄화수소(Hydrocarbon; HC) 등과 같은 환원제가 산소와 질소산화물(NOx) 중에서 질소산화물과 더 잘 반응하도록 한다는 의미에서 선택적환원촉매라고 명명된다.
이러한 선택적환원촉매 장치가 장착된 내연기관의 경우, 산소가 많은 디젤 엔진의 일반 주행 모드에서 엔진에서 배출되는 질소산화물과 배기 파이프에 직접 분사되어 공급되는 우레아에 의해 발생되는 암모니아가 선택적으로 반응하여 질소산화물을 무해한 질소(N2)로 변환하여 제거하게 된다.
그런데, 우레아 수용액에서 암모니아로 전환되기 위해 배기가스 온도가 180도(℃) 이상이어야 한다. 따라서, 냉시동 초기 및 도심 주행시 배기가스 온도가 낮아 우레아를 분사할 수 없고, 질소산화물의 정화가 불가능하다.
저온에서 선택적환원촉매의 활성을 확보하기 위해 우레아 요구량이 많으며, 250도 이하의 경우 선택적환원촉매에 저장된 암모니아가 배기가스 온도가 상승됨에 따라 탈착 후 대기로 슬립(Slip)되므로 우레아 분사량이 제한되어 선택적 촉매 환원 장치의 성능이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 배기라인에 우레아 인젝터를 설치하고, 온도 영역에 따라 우레아 및 선택적환원촉매 분사를 조절할 수 있는, 질소산화물의 정화 효율이 향상된 배기 시스템 및 우레아 공급량 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배기 시스템은, 배기라인에 설치되어 제1 온도 이하에서 배기가스에 포함된 질소산화물을 포집하는 질소산화물 저장(CSC) 촉매 장치와, 상기 질소산화물 저장 촉매 장치 후단에 설치되어 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시키는 제1 선택적환원촉매(SCR) 장치, 및 상기 질소산화물 저장 촉매 장치 전단에 설치되어 상기 제1 온도 초과시 우레아 수용액을 공급하는 제1 우레아 인젝터를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배기 시스템은 상기 제1 선택적환원촉매 장치 후단에 설치되어 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시키는 제2 선택적환원촉매 장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배기 시스템은 상기 제1 선택적환원촉매 장치와 상기 제2 선택적환원촉매 장치 사이에 설치되어 제2 온도 초과시 우레아 수용액을 상기 배기라인에 공급하는 제2 우레아 인젝터를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 선택적환원촉매 장치는 상기 제2 온도 이하에서 활성화되는 저온 선택적환원촉매를 포함하고, 상기 제2 선택적환원촉매 장치는 상기 제2 온도 초과시 활성화되는 고온 선택적환원촉매를 포함할 수 있다.
상기 제1 온도는 300도(℃)일 수 있다.
상기 제2 온도는 500도(℃)일 수 있다.
상기 저온 선택적환원촉매는 제올라이트 및 구리(Cu)의 성분을 포함하는 것일 수 있다.
상기 고온 선택적환원촉매는 제올라이트 및 철(Fe) 또는 망간(Mn) 중 어느 하나의 성분을 포함하는 것일 수 있다.
상기 질소산화물 저장 촉매 장치는 0도 이상 200도 이하의 온도에서 질소산화물을 포집할 수 있다.
상기 저온 선택적환원촉매는 제1 온도 이상 제2 온도 이하의 온도에서 활성화될 수 있다.
상기 고온 선택적환원촉매는 400도 이상의 온도에서 활성화될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 우레아 공급량 제어 방법은 엔진에서 배출되어 질소산화물 저장 촉매 장치 전단에 공급되는 질소산화물 양을 측정하는 제1 단계와, 선택적환원촉매 장치 전단에 공급되는 질소산화물 양을 측정하는 제2 단계와, 상기 질소산화물 저장 촉매 장치 전단에 공급되는 질소산화물 양, 상기 선택적환원촉매 장치 전단에 공급되는 질소산화물 양, 질소산화물 저장 촉매 질소산화물 저장 효율 맵에 저장된 저장 효율, 및 질소산화물 저장 촉매 질소산화물 탈착 효율맵을 이용하여 상기 선택적환원촉매 장치 전단에 공급되는 질소산화물 제거를 위한 암모니아 요구량을 산출하는 제3 단계, 및 상기 선택적환원촉매 장치 전단에 공급되는 질소산화물 제거를 위한 암모니아 요구량과 질소산화물 정화 효율맵에 저장된 정화 효율, 및 선택적환원촉매 장치 내부 암모니아 저장 제어값을 이용하여 우레아 분사량을 산출하는 제4 단계를 포함한다.
상기 질소산화물 저장 촉매 질소산화물 저장 효율 맵에 저장된 저장 효율은, 상기 질소산화물 저장 촉매 온도, 배기 유량, 및 현재 질소산화물 저장 촉매에 누적된 질소산화물 저장량 데이터에 대하여 미리 평가되어 있는 값일 수 있다.
상기 질소산화물 저장 촉매 질소산화물 탈착 효율 맵에 저장된 탈착 효율은, 상기 질소산화물 저장 촉매 온도, 및 배기 유량에 대하여 미리 평가되어 있는 값일 수 있다.
상기 선택적환원촉매 장치 전단에 공급되는 질소산화물 제거를 위한 암모니아 요구량은 질소산화물 대비 암모니아의 양론비를 적용하여 산출될 수 있다.
상기 질소산화물 대비 암모니아의 양론비는, 상기 선택적환원촉매 온도, 이산화질소, 및 질소산화물에 대하여 미리 평가되어 있는 값일 수 있다.
상기 질소산화물 정화 효율맵에 저장된 정화 효율은, 암모니아 누적 저장량, 배기 유량, 질소산화물 대비 이산화질소 비율, 및 촉매 온도에 대하여 미리 평가되어 있는 값일 수 있다.
상기 선택적환원촉매 장치 내부 암모니아 저장 제어값은, 상기 선택적환원촉매 장치 내부 암모니아 목표 저장량에서 현재 암모니아 누적 저장량을 차감하여 산출될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 온도 영역에 따라 우레아 및 선택적환원촉매 분사를 조절할 수 있어, 배기가스의 질소산화물의 정화 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 엔진 속도에 따른 제동 평균 유효 압력 및 터보차저의 전단 온도를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 온도에 따른 암모니아 산화 반응 성능을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 우레아 공급량 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 일 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예들에서는 일 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며, 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고, 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다. 어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수도 있다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 한 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 시스템에 관하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 배기 시스템은, 엔진(110), 배기라인(112), 제1 선택적환원촉매 장치(140), 제2 선택적환원촉매 장치(130), 연료인젝터(102, 104), 질소산화물 저장 촉매 장치(118), 제1 우레아 인젝터(152), 및 제2 우레아 인젝터(154)를 포함한다.
흡기라인(100)으로 연소용 공기가 공급되고, 엔진(100)에 장착된 1차 연료인젝터(102)는 연료(디젤 또는 가솔린)를 실린더 내로 인젝션한다. 본 발명의 실시예에서, 흡기라인(100)의 흡기매니폴드에서 연료와 공기가 믹스되어 공급될 수 있다.
엔진(100)의 실린더에서 연소된 배기가스는 배기라인(112)을 통하여 외부로 배출되며, 엔진(100) 후단부의 배기라인(112)에는 터보차저(예를 들어, 터빈)(111)가 배치되며, 터보차저(111)는 흡기라인(100)과 연결되어 엔진(100)으로 공기를 과급한다.
배기라인(112)에는 터보차저(111) 후단으로 제2 연료인젝터(116), 질소산화물 저장 촉매 장치(118), 제1 선택적환원촉매 장치(140), 촉매여과필터(120)가 순차적으로 배치되고, 터보차저(111)와 제2 연료인젝터(116) 사이에 제1 온도센서(114)가 배치되고, 질소산화물 저장 촉매 장치(118)와 제1 선택적환원촉매 장치(140) 사이에 제2 온도센서(122)가 배치되며, 제1 선택적환원촉매 장치(140)와 촉매여과필터(120) 사이에 제3 온도센서(123)가 배치된다.
차압센서(124)는 촉매여과필터(120)의 전단과 후단의 압력 차이를 감지하고, 그 신호를 제어부(ECU, 104)에 전달한다.
질소산화물 저장 촉매 장치(118)는 배기라인(112)에 설치되어 제1 온도 이하에서 배기가스에 포함된 질소산화물을 포집한다. 질소산화물 저장 촉매 장치(118)는 엔진으로부터 배출되는 질소산화물을 저온에서 저장하며, 이 때 제1 온도는 300도(℃)일 수 있다.
제1 선택적환원촉매 장치(140)는 질소산화물 저장 촉매 장치(118) 후단의 배기라인(112)에 설치되어 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시킨다.
또한, 제1 선택적환원촉매 장치(140) 후단에 설치되어 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시키는 제2 선택적환원촉매 장치(130)를 더 포함할 수 있다. 그리고, 제1 선택적환원촉매 장치(140)와 제2 선택적환원촉매 장치(130) 사이에 설치되어 제2 온도 초과시 우레아 수용액을 배기라인(112)에 공급하는 제2 우레아 인젝터(154)를 더 포함할 수 있다.
제2 선택적환원촉매 장치(130)는 제1 선택적환원촉매 장치(140) 후단의 배기라인(112)에 설치되어 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시킬 수 있다.
제1 선택적환원촉매 장치(140)는 제2 온도 이하에서 활성화되는 저온 선택적환원촉매를 포함하고, 제2 선택적환원촉매 장치(130)는 제2 온도 초과시 활성화되는 고온 선택적환원촉매를 포함할 수 있다. 이 때, 제2 온도는 500도(℃)일 수 있다. 또한, 저온 선택적환원촉매는 제올라이트 및 구리(Cu)의 성분을 포함하는 것일 수 있고, 고온 선택적환원촉매는 제올라이트 및 철(Fe) 또는 망간(Mn) 중 어느 하나의 성분을 포함하는 것일 수 있다.
한편, 제1 온도 및 제2 온도는 저온 및 고온 선택적환원촉매의 성분에 따라 변경될 수 있다.
제2 선택적환원촉매 장치(130)의 전단부에는 제4 온도센서(126)가 배치되고, 후단부에는 제5 온도센서(132)와 질소산화물 감지센서(미도시)가 배치될 수 있다. 제1, 2, 3, 4, 5 온도센서(114, 122, 123, 126, 132)는 이들을 지나는 배기가스의 온도를 감지하고, 질소산화물 센서는 배기가스에 포함된 질소산화물의 양을 감지한다.
촉매여과필터(120)는 배기가스에 포함된 입자상 물질(Particulate Materials; PM)을 포집하고, 설정된 조건에서 제거한다.
제어부(104)는 차압센서(124)에서 측정된 압력 차이가 설정값 이상인 경우 촉매여과필터(120)를 재생하도록 제어할 수 있다. 이 경우, 제1 연료인젝터(102) 또는 제2 연료인젝터(116)에서 연료를 후분사함으로써 촉매여과필터(120) 내부에 포집된 수트(soot)를 연소시킬 수 있다.
제2 연료인젝터(116)는 제어부(104)의 제어에 따라 배기라인(112) 내에 연료를 2차 분사한다. 특히, 배기가스의 온도가 섭씨 200도 이상으로 연료의 증발이 가능한 조건에서 연료가 분사된다.
제2 선택적환원촉매 장치(130)에 저장된 질소산화물과 배기가스 내의 HC의 비율이 맵데이터에 설정되고, 제어부(104)는 실제 운전조건에서 질소산화물 대비 HC의 비율과 맵데이터에서 설정된 값을 비교하여, 그 값이 설정된 값 이하인 경우 제2 연료인젝터(116)를 작동시켜 배기가스 내로 연료를 추가로 분사한다.
제2 선택적환원촉매 장치(130)의 후단부에는 질소산화물 감지센서가 구비될 수 있고, 질소산화물 감지센서는 배기가스 내의 질소산화물의 양을 검출하고 이에 대한 신호를 제어부(104)에 전달할 수 있다. 한편, 질소산화물 감지센서를 사용하는 대신, 실험값에 의하여 정해진 맵으로부터 그 저장량을 예측하는 것이 바람직하다.
제어부(104)는 각 센서들에서 검출된 신호 및 맵자료들을 기초로 연료의 추가 분사량 및 추가 분사 시기를 제어함으로써 제2 선택적환원촉매 장치(130)에 저장된 질소산화물을 탈착하여 제거한다.
제2 선택적환원촉매 장치(130)는 제1 촉매(130a) 및 제2 촉매(130b)를 포함하고, 제1 촉매(130a) 후단부에 이와 간격을 두고 제2 촉매(130b)가 배치되며, 제1 촉매(130a)는 내열성이 강화되는 것이 바람직하고, 제2 촉매(130b)는 탄화수소 저감 특성이 강화되는 것이 바람직하다
한편, 터보차저(111)와 제1 온도센서(114) 사이에는 제1 온도 초과시 우레아 수용액을 공급하는 제1 우레아 인젝터(152)가 배치되고, 촉매여과필터(120)와 제4 온도센서(126) 사이에는 제2 온도 초과시 우레아 수용액을 공급하는 제2 우레아 인젝터(154)가 배치된다. 제1 우레아 인젝터(152) 및 제2 우레아 인젝터(154)는 배기라인(112)에 우레아 수용액을 분사한다.
제1 우레아 인젝터(152) 및 제2 우레아 인젝터(154)에서 분사되는 우레아 수용액의 양은 각 센서들의 신호를 전달받아 제어부(104)에 의해 제어된다. 우레아 수용액은 열분해에 의해 암모니아가 되어, 선택적환원촉매 장치(140, 130) 중에서 질소산화물을 환원한다.
제1, 2, 3, 4, 5 온도센서(114, 122, 123, 126, 132)는 배기라인(112)을 지나는 배기가스의 온도를 감지하며, 약 200도 미만의 저온 영역에서, 질소산화물 저장 촉매 장치(118)는 질소산화물을 저장하고, 제1 선택적환원촉매 장치(140)는 약 200도 이상 약 500도 이하의 온도에서 저온 선택적환원촉매를 배기라인(112)에 공급한다. 이 때, 제1 우레아 인젝터(152)에서 우레아가 배기라인(112)에 분사된다.
또한, 배기가스가 500도 이상의 고온 영역에서, 제2 선택적환원촉매 장치(130)에서 고온 선택적환원촉매가 공급되고, 제2 우레아 인젝터(154)는 우레아 수용액을 배기라인(112)에 분사한다.
한편, 제1 우레아 인젝터(152) 및 제2 우레아 인젝터(154)는, 우레아 수용액의 공급량을 조절하는 레귤레이터(160)와, 레귤레이터(160)와 연결되며 우레아 수용액을 레귤레이터(160)로 전달하는 펌프(162)와, 펌프(162)와 연결되고 우레아 수용액을 저장하는 우레아 저장소(164)에 연결된다. 또한, 레귤레이터(160), 펌프(162), 우레아 저장소(164)는 제어부(104)에 연결되어, 상기 제1, 2, 3, 4, 5 온도센서(114, 122, 123, 126, 132)의 신호와 연계하여, 우레아 수용액의 공급을 조절한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 엔진 속도에 따른 제동 평균 유효 압력 및 터보차저의 전단 온도를 나타내는 그래프이다.
도 2를 참조하면, 터보차저(111) 전단의 배기가스 온도가 약 300도 이하이며, 제동 평균 유효 압력이 약 4.5bar 이하인 영역('①' 영역)에서, 질소산화물 저장 촉매 장치(118)에 질소산화물이 저장되며, 온도 상승으로, 탈착된 질소산화물을 제1 선택적환원촉매 장치(140)가 제1 우레아 인젝터(152)에서 분사된 우레아 수용액으로 배기가스를 정화한다.
또한, 터보차저(111) 전단의 배기가스 온도가 약 300도 이상 약 500도 이하이며, 제동 평균 유효 압력이 약 4.5bar 이상 약 11bar 이하인 영역('②'영역)에서, 배기가스 온도가 확보되어 제1 선택적환원촉매 장치(140)가 충분히 활성화되며 제1 우레아 인젝터(152)에서 분사된 우레아 수용액은 과량 분사되어 제1 선택적환원촉매 장치(140)에서 슬립된 암모니아는 후단의 제2 선택적환원촉매 장치(130)에 다시 저장된 후 추가적으로 질소산화물의 정화가 가능하다.
또한, 터보차저(111) 전단의 배기가스 온도가 약 500도 이상의 고온이며, 제동 유효 평균 압력이 약 6bar 이상인 영역('③'영역)에서, 제1 우레아 인젝터(152)에서 분사된 우레아 수용액에서 기인된 암모니아는 질소산화물 저장 촉매 장치(118)에서 산화되어 버리므로, 제2 선택적환원촉매 장치(130)와 제2 우레아 인젝터(154)에서 분사되는 우레아 수용액을 이용하여 질소산화물 정화 성능을 개선한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 온도에 따른 암모니아 산화 반응 성능을 나타내는 그래프이다. 도 3을 참조하면, 약 250도 이하로 배기가스 온도가 낮을 경우 암모니아 산화 반응 효율이 거의 제로로 수렴함을 알 수 있고, 약 250도 이상의 고온인 경우, 암모니아 산화 반응 효율이 급격히 증가함을 알 수 있다.
상기와 같은 암모니아 산화 반응 특성을 감안하여, 약 300도 이하의 우레아 분사가 불가능한 저온 영역에서 우레아 수용액을 배기라인(112)에 분사하고, 질소산화물 저장 촉매 장치(118)에서 질소산화물을 저장하며, 저온 선택적산화 촉매를 공급하여 질소산화물을 정화한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 우레아 공급량 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 우레아 공급량 제어 방법은 먼저, 엔진(110)에서 배출되어 질소산화물 저장 촉매 장치(118) 전단에 공급되는 질소산화물 양을 측정한다(S401).
또한, 선택적환원촉매(140) 장치 전단에 공급되는 질소산화물 양을 측정한다(S402).
그 후, 질소산화물 저장 촉매 장치(118) 전단에 공급되는 질소산화물 양, 선택적환원촉매 장치(140) 전단에 공급되는 질소산화물 양, 질소산화물 저장 촉매 질소산화물 저장 효율 맵에 저장된 저장 효율, 및 질소산화물 저장 촉매 질소산화물 탈착 효율맵을 이용하여 선택적환원촉매 장치(140) 전단에 공급되는 질소산화물 제거를 위한 암모니아 요구량을 산출한다(S403).
그 후, 선택적환원촉매 장치(140) 전단에 공급되는 질소산화물 제거를 위한 암모니아 요구량과 질소산화물 정화 효율맵에 저장된 정화 효율, 및 선택적환원촉매 장치(140) 내부 암모니아 저장 제어값을 이용하여 우레아 분사량을 산출한다(S404).
선택적환원촉매 장치(140) 전단에 공급되는 질소산화물 제거를 위한 암모니아 요구량을 산출하는 단계(S403)는 다음과 같이 이루어진다.
우선, 질소산화물 저장 촉매 질소산화물 저장 효율 맵에 저장된 저장 효율을 상기 측정된 질소산화물 저장 촉매 장치(118) 전단에 공급되는 질소산화물 양과 곱하여 A값을 산출한다. 질소산화물 저장 촉매 질소산화물 저장 효율 맵에 저장된 저장 효율은 질소산화물 저장 촉매의 온도, 배기 유량, 및 질소산화물 저장 촉매에 누적된 질소산화물 저장량 데이터에 대하여 미리 평가되어 있는 값이다.
그 후, 질소산화물 저장 촉매 질소산화물 탈착 효율 맵에 저장된 탈착 효율을 질소산화물 저장 촉매 장치(118) 전단에 공급되는 질소산화물 양과 곱하여 B값을 산출한다. 질소산화물 저장 촉매 질소산화물 탈착 효율 맵에 저장된 탈착 효율은, 질소산화물 저장 촉매 온도, 및 배기 유량에 대하여 미리 평가되어 있는 값이다.
그 후, 선택적환원촉매 장치(140) 전단에 공급되는 질소산화물 양에서 상기 A값을 차감하고, 상기 B값을 더하여 C값을 산출한다.
그 후, 질소산화물 대비 암모니아의 양론비를 상기 C값에 곱하여 선택적환원촉매 장치(140) 전단에 공급되는 질소산화물 제거를 위한 암모니아 요구량 D값을 산출한다.
그 후, 질소산화물 정화 효율맵에 저장된 정화 효율을 상기 D값에 곱하여 E값을 산출한다. 질소산화물 정화 효율맵에 저장된 정화 효율은, 암모니아 누적 저장량, 배기 유량, 질소산화물 대비 이산화질소 비율, 및 촉매 온도에 대하여 미리 평가되어 있는 값일 수 있다.
그 후, 선택적환원촉매 장치(140) 내부 암모니아 저장 제어값을 상기 E값과 더하여 암모니아 필요량 F값을 산출한다. 선택적환원촉매 장치(140) 내부 암모니아 저장 제어값은, 선택적환원촉매 장치(140) 내부 암모니아 목표 저장량에서 현재 암모니아 누적 저장량을 차감하여 산출될 수 있다.
그 후, F값을 암모니아 대비 우레아 분자량 비율과 곱하고, 우레아 수용액 내 우레아 질량 분율을 나누어 우레아 분사량 G값을 산출한다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 배기라인에 우레아 인젝터를 설치하고, 온도 영역에 따라 우레아 및 선택적환원촉매 분사를 조절할 수 있는, 질소산화물의 정화 효율이 향상된 배기 시스템을 제공한다.
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.
100: 흡기라인 102: 제1 연료인젝터
104: 제어부 110: 엔진
111: 터보차저 112: 배기라인
114: 제1 온도센서 116: 제2 연료인젝터
118: 질소산화물 저장 촉매 장치 120: 촉매여과필터
122: 제2 온도센서 123: 제3 온도센서
124: 차압센서 126: 제4 온도센서
130: 제2 선택적환원촉매 장치 130a: 제1 촉매
130b: 제2 촉매 132: 제5 온도센서
140: 제1 선택적환원촉매 장치 152: 제1 우레아 인젝터
154: 제2 우레아 인젝터 160: 레귤레이터
162: 펌프 164: 우레아 저장소

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  12. 엔진에서 배출되어 질소산화물 저장 촉매 장치 전단에 공급되는 질소산화물 양을 측정하는 제1 단계;
    선택적환원촉매 장치 전단에 공급되는 질소산화물 양을 측정하는 제2 단계;
    상기 질소산화물 저장 촉매 장치 전단에 공급되는 질소산화물 양, 상기 선택적환원촉매 장치 전단에 공급되는 질소산화물 양, 질소산화물 저장 촉매 질소산화물 저장 효율 맵에 저장된 저장 효율, 및 질소산화물 저장 촉매 질소산화물 탈착 효율맵을 이용하여 상기 선택적환원촉매 장치 전단에 공급되는 질소산화물 제거를 위한 암모니아 요구량을 산출하는 제3 단계; 및
    상기 선택적환원촉매 장치 전단에 공급되는 질소산화물 제거를 위한 암모니아 요구량과 질소산화물 정화 효율맵에 저장된 정화 효율, 및 선택적환원촉매 장치 내부 암모니아 저장 제어값을 이용하여 우레아 분사량을 산출하는 제4 단계를 포함하는 우레아 공급량 제어 방법.
  13. 제 12 항에서,
    상기 질소산화물 저장 촉매 질소산화물 저장 효율 맵에 저장된 저장 효율은,
    상기 질소산화물 저장 촉매 장치 온도, 배기 유량, 및 현재 질소산화물 저장 촉매에 누적된 질소산화물 저장량 데이터에 대하여 미리 평가되어 있는 값인 우레아 공급량 제어 방법.
  14. 제 12 항에서,
    상기 질소산화물 저장 촉매 질소산화물 탈착 효율 맵에 저장된 탈착 효율은,
    상기 질소산화물 저장 촉매 장치 온도, 및 배기 유량에 대하여 미리 평가되어 있는 값인 우레아 공급량 제어 방법.
  15. 제 12 항에서,
    상기 선택적환원촉매 장치 전단에 공급되는 질소산화물 제거를 위한 암모니아 요구량은 질소산화물 대비 암모니아의 양론비를 적용하여 산출되는 우레아 공급량 제어 방법.
  16. 제 15 항에서,
    상기 질소산화물 대비 암모니아의 양론비는,
    상기 선택적환원촉매 장치 온도, 이산화질소, 및 질소산화물에 대하여 미리 평가되어 있는 값인 우레아 공급량 제어 방법.
  17. 제 12 항에서,
    상기 질소산화물 정화 효율맵에 저장된 정화 효율은,
    암모니아 누적 저장량, 배기 유량, 질소산화물 대비 이산화질소 비율, 및 촉매 온도에 대하여 미리 평가되어 있는 값인 우레아 공급량 제어 방법.
  18. 제 12 항에서,
    상기 선택적환원촉매 장치 내부 암모니아 저장 제어값은, 상기 선택적환원촉매 장치 내부 암모니아 목표 저장량에서 현재 암모니아 누적 저장량을 차감하여 산출되는 우레아 공급량 제어 방법.
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