KR101816424B1

KR101816424B1 - 질소산화물 정화 장치의 배출 가스 공연비 제어 방법

Info

Publication number: KR101816424B1
Application number: KR1020160091784A
Authority: KR
Inventors: 박준성
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2016-07-20
Filing date: 2016-07-20
Publication date: 2018-01-08

Abstract

본 발명은 질소산화물 정화 장치의 배출 가스 공연비 제어 방법에 관한 것으로서, 특히 내연 기관에 설치된 질소산화물 정화 장치를 통해 질소산화물 정화 운전 시 상기 질소산화물 정화 장치 내부에 흡착 또는 흡장된 질소산화물의 양에 따라 상기 질소산화물 정화 장치로 유입되는 배출 가스의 공연비를 제어하여, 질소산화물 정화 장치의 정화 운전 시 질소산화물 정화 성능을 향상시키고 유해 배출 가스 발생을 최소화하여 상품성을 향상시키고, 이로 인해 내연 기관의 연비를 개선하는데 효과가 있도록 하는 것이다.

Description

질소산화물 정화 장치의 배출 가스 공연비 제어 방법{Controlling method of air fuel ratio of exhaust gas for Lean NOx Trap}

본 발명은 질소산화물 정화 장치의 배출 가스 공연비 제어 방법에 관한 것으로서, 특히 질소산화물 정화 장치의 정화 운전 시 질소산화물 양에 따라 공연비를 제어하여 질소산화물 정화 성능을 향상시키고 유해 배출 가스 발생을 최소화하기 위한 질소산화물 정화 장치의 배출 가스 공연비 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 내연 기관에서 배기 매니폴드를 통해 배출되는 배출 가스는 촉매컨버터(Catalytic converter)에서 정화되고, 머플러를 통과하면서 소음이 감쇄된 후 테일파이프를 통해 대기 중으로 방출된다.

최근 배출 가스 규제가 강화됨에 따라 희박 연소 내연 기관 작동 시 발생하는 배출 가스 성분 중 질소산화물(NOx)을 제거하기 위해 질소산화물 정화 장치의 사용이 확대되고 있다.

질소산화물 정화 장치는 배출 가스에 포함된 질소산화물을 정화하는 촉매 컨버터의 한 형식으로, 우레아(Urea), 암모니아(Ammonia), 일산화탄소(CO) 및 탄화수소(HC) 등과 같은 환원제를 질소산화물 정화 장치 전단에 공급하면 질소산화물 정화 장치에서 배출 가스에 포함된 질소산화물이 공급된 환원제와의 산화-환원 반응을 통해 환원된다.

질소산화물 정화 장치는 일반 운전 조건인 희박 운전 조건(λ > 1)에서 질소산화물을 일시적으로 흡착/흡장한 후 주기적인 농후 운전 조건(λ < 1) 노출을 통해서 질소산화물을 탈착/정화한다.

결과적으로 질소산화물 정화 장치의 질소산화물 정화 성능을 지속적으로 확보하기 위해서는 주기적으로 농후한 상태에 질소산화물 정화 장치를 노출시켜야 하며, 이때 λ는 0.92 ~ 1.00 범위의 값이 일반적으로 사용된다.

또한, 질소산화물 정화 과정에서 공연비는 농후할수록 질소산화물 정화 성능이 개선되는 반면, CO/HC 슬립양은 크게 늘어난다. 결과적으로 실차 매핑 과정에서는 다양한 평가를 통해 적정 수준의 공연비를 선정하여 최종 적용하게 된다.

일반적으로 질소산화물 정화 과정에서 사용하는 공연비 매핑값은 엔진 회전수와 엔진 부하에 따라 변경되며, 엔진 회전수와 부하가 고정될 경우 질소산화물 정화 과정에서 사용하는 공연비 매핑값은 변하지 않는다.

그러나, 질소산화물 정화 장치 내에 흡착/흡장된 질소산화물 양이 적을 경우, 공연비 매핑값이 높아도(λ = 0.95 ~ 1.00) 질소산화물을 정화하는데 큰 영향을 미치지 않는 반면, 공연비 매핑값을 낮게 선정했을 경우 불필요하게 공급된 CO/HC가 질소산화물 정화 장치에서 정화되지 못하고 대기 중으로 버려져 대기를 오염시키는 문제점이 있었다.

특허 1 : 대한민국 등록특허 제10-1091626호

본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위한 질소산화물 정화 장치의 배출 가스 공연비 제어 방법에 관한 것으로서, 특히 질소산화물 정화 장치의 정화 운전 시 질소산화물 양에 따라 공연비를 제어하여 질소산화물 정화 성능을 향상시키고 유해 배출 가스 발생을 최소화하기 위한 것을 목적으로 한다.

이러한 본 발명은 내연 기관에 설치된 질소산화물 정화 장치를 통해 질소산화물 정화 운전 시 상기 질소산화물 정화 장치 내부에 흡착 또는 흡장된 질소산화물의 양에 따라 상기 질소산화물 정화 장치로 유입되는 배출 가스의 공연비를 제어함으로써 달성된다.

상기 질소산화물 정화 장치에 흡착 또는 흡장되는 질소산화물의 양이 적을수록 상기 질소산화물 정화 장치로 유입되는 배출 가스의 공연비를 높게 설정하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 질소산화물 정화 장치로 유입되는 배출 가스의 공연비가 희박 상태인 경우 상기 질소산화물 정화 장치는 질소산화물을 흡착 또는 흡장하여 배출 가스의 공연비를 재설정하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 질소산화물 정화 장치로 유입되는 배출 가스의 공연비가 농후 상태인 경우 상기 질소산화물 정화 장치는 질소산화물을 탈착 또는 정화하여 배출 가스의 공연비를 재설정하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 배출 가스의 공연비(λ)는 0.92 ~ 1.00 범위 내에서 설정되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 배출 가스의 공연비는 상기 질소산화물 정화 장치의 질소산화물 흡착 또는 흡장 양에 따라 가변되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 질소산화물 정화 장치의 정화 운전은 상기 내연 기관의 운전 조건 또는 상기 질소산화물 정화 장치 내부의 질소산화물 흡착 또는 흡장량에 따라 시작되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 질소산화물 정화 장치의 정화 운전은 상기 내연 기관의 운전 조건 또는 상기 질소산화물 정화 장치 내부의 질소산화물 흡착 또는 흡장량, 상기 질소산화물 정화 장치의 전후단 공연비, 상기 질소산화물 정화 장치의 질소산화물 정화 운전시간에 따라 종료되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 질소산화물 정화 장치의 전후단 공연비는 상기 질소산화물 정화 장치에 설치된 센서의 측정값 또는 ECU의 모델링 데이터를 사용하도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 차량 주행 시 내연 기관에 설치된 질소산화물 정화 장치의 운전 시작 여부를 판단하는 제1단계와; 상기 제1단계에서 상기 질소산화물 정화 장치 운전 시작 시 상기 내연 기관에서 발생되는 배출 가스의 공연비를 설정하는 제2단계와; 상기 제2단계에서 설정된 공연비에 따라 상기 질소산화물 정화 장치의 질소산화물 양을 확인하는 제3단계와; 상기 제3단계 이후 상기 질소산화물 정화 장치의 질소산화물 양에 따라 공연비를 최종적으로 설정하는 제4단계와; 상기 제4단계에서 최종 설정된 공연비를 통해 상기 질소산화물 정화 장치의 정화 운전을 진행하는 제5단계와; 상기 제5단계 이후 상기 질소산화물 정화 장치의 운전을 종료하는 제6단계;를 포함함으로써 달성된다.

상기 제2단계에서 공연비는 배출 가스에 따라 희박 상태(공연비,λ>1)와 농후 상태(공연비,λ<1)로 설정되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 제3단계는 상기 제2단계에서 희박 상태인 경우 질소산화물을 흡착 또는 흡장하고, 농후 상태인 경우 질소산화물을 탈착 또는 정화하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 제6단계는 상기 내연 기관의 운전 조건 또는 상기 질소산화물 정화 장치 내부의 질소산화물 흡착 또는 흡장량, 상기 질소산화물 정화 장치의 전후단 공연비, 상기 질소산화물 정화 장치의 질소산화물 정화 운전시간에 따라 종료되도록 하는 것이 바람직하다.

이상과 같은 본 발명은 질소산화물 정화 장치의 정화 운전 시 질소산화물 양에 따라 공연비를 제어하여 질소산화물 정화 성능을 향상시키고 유해 배출 가스 발생을 최소화하여 상품성을 향상시키며, 이로 인해 내연 기관의 연비를 개선하는데 효과가 있는 발명인 것이다.

도 1은 본 발명의 질소산화물 정화 장치의 정화 운전 시 배출 가스 공연비 제어 방법을 도시하는 흐름도,
도 2는 종래의 질소산화물 정화 장치의 정화 운전 방법을 도시하는 흐름도.

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 질소산화물 정화 장치의 배출 가스 공연비 제어 방법은 질소산화물 정화 장치 내부의 질소산화물 양에 따라 질소산화물 정화 장치로 유입되는 배출 가스의 공연비를 제어하는 것을 특징으로 한다.

질소산화물 정화 장치는 내연 기관에 설치되어 내연 기관 작동 시 발생되는 배출 가스 중 질소산화물을 제거하며, 질소산화물을 제거하기 위해 공기와 연료의 중량비인 공연비(air fuel ratio)를 희박 상태(공연비,λ > 1) 또는 농후 상태(공연비,λ < 1)로 설정한다.

본 발명은 질소산화물 정화 장치를 통해 질소산화물 정화 운전 시 질소산화물 정화 장치 내부에 흡착 또는 흡장된 질소산화물 양에 따라 질소산화물 정화 장치로 유입되는 배출 가스의 공연비를 제어한다.

한편, 질소산화물 정화 장치에 흡착 또는 흡장되는 질소산화물 양이 적을수록 질소산화물 정화 장치로 유입되는 배출 가스의 공연비를 높게 설정하도록 한다.

즉, 종래의 질소산화물 정화 과정에서 발생하는 CO/HC 슬립 최소화 및 이에 따른 연비 악화를 방지하기 위하여 본 발명은 질소산화물 정화 운전 시 질소산화물 정화 장치 내에 흡착 또는 흡장된 질소산화물 양이 적을수록 공연비를 높게 설정함으로써 질소산화물 정화 성능을 유지하여 배출 가스 발생을 억제하고, 농후 운전을 통해 연비 악화를 최소화시킬 수 있게 한다.

한편, 질소산화물 정화 장치로 유입되는 배출 가스의 공연비가 희박 상태인 경우 질소산화물 정화 장치는 질소산화물을 흡착 또는 흡장하여 배출 가스의 공연비를 재설정하도록 한다.

또한, 질소산화물 정화 장치로 유입되는 배출 가스의 공연비가 농후 상태인 경우 질소산화물 정화 장치는 질소산화물을 탈착 또는 정화하여 배출 가스의 공연비를 재설정하도록 한다.

이때, 배출 가스의 공연비(λ)는 0.92 ~ 1.00 범위 내에서 설정되도록 하고, 질소산화물 정화 장치의 질소산화물 흡착 또는 흡장 양에 따라 공연비는 가변되도록 하는 것이 바람직하다.

이처럼, 본 발명은 내연 기관 배기 측에 설치된 질소산화물 정화 장치가 질소산화물 정화 운전 시 질소산화물 정화 장치 내에 흡착/흡장된 질소산화물의 양이 적을수록 질소산화물 정화 장치로 유입되는 배출 가스 공연비를 높게 설정하며, 이때 질소산화물 정화 장치는 질소산화물 정화 장치로 유입되는 배출 가스의 공연비가 희박 상태일 때는 질소산화물을 흡착 또는 흡장하고, 질소산화물 정화 장치로 유입되는 배출 가스의 공연비가 농후 상태일 때는 질소산화물을 탈착 또는 정화하는 특징을 가지고 있다.

이는 종래에 질소산화물 정화 과정에서 질소산화물 정화 장치에 흡착 또는 흡장된 질소산화물의 양이 적을 경우 고농도의 환원제 공급을 통해 질소산화물을 정화하는 것은 한꺼번에 많은 양의 환원제인 CO/HC이 공급되므로 질소산화물 정화 장치에 포함된 산소와 질소산화물을 정화하는데 환원제가 사용되지 않고 상당량 버려지는 문제가 있었으나 본 발명에서는 질소산화물 정화 장치 내에 흡착 또는 흡장된 질소산화물의 양이 적을수록 질소산화물 정화 장치로 유입되는 배출 가스 공연비를 높게 설정하고, 질소산화물 정화 장치로 유입되는 배출 가스의 공연비가 희박 상태일 때는 질소산화물을 흡착 또는 흡장하거나, 농후 상태일 때는 질소산화물을 탈착 또는 정화할 수 있게 하여 질소산화물 양에 따라 공연비를 제어함으로써 질소산화물 정화 성능을 향상시키고 유해 배출 가스 발생을 최소화시킬 수 있다.

또한, 본 발명에서 질소산화물 정화 장치의 정화 운전은 내연 기관의 운전 조건 또는 질소산화물 정화 장치 내부의 질소산화물 흡착 또는 흡장량에 따라 시작된다.

질소산화물 정화 장치의 정화 운전 종료는 내연 기관의 운전 조건 또는 질소산화물 정화 장치 내부의 질소산화물 흡착 또는 흡장량, 질소산화물 정화 장치의 전후단 공연비, 질소산화물 정화 장치의 운전시간에 따라 진행된다. 이때, 질소산화물 정화 장치의 전후단 공연비는 질소산화물 정화 장치에 설치된 센서의 측정값 또는 ECU의 모델링 데이터를 통해 판단할 수 있게 한다.

이처럼, 본 발명은 내연 기관의 배기 측에 설치된 질소산화물 정화 장치의 정화 운전 시 질소산화물 정화 장치 내에 흡착 또는 흡장된 질소산화물의 양이 적을수록 질소산화물 정화 장치로 유입되는 배출 가스 공연비를 높게 설정하고, 이때 사용되는 질소산화물 정화 장치는 질소산화물 정화 장치로 유입되는 배출 가스의 공연비가 희박 상태이면 질소산화물을 흡착 또는 흡장하고, 농후 상태이면 질소산화물을 탈착 또는 정화시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 도 1은 본 발명인 질소산화물 정화 장치의 배출 가스 공연비 제어 방법을 도시하는 흐름도로서 도 1을 참조하여 질소산화물 정화 장치의 배출 가스 공연비 제어 방법을 순차적으로 설명하면 아래와 같다.

제1단계(S10)는 차량 주행 시 내연 기관에 설치된 질소산화물 정화 장치의 운전 시작 여부를 판단하여 운전 시작 시 다음 단계인 제2단계(S20)로 진행하고, 미운전 시에는 초기단계로 진행하게 된다.

제2단계(S20)는 제1단계(S10)에서 질소산화물 정화 장치 운전 시작 시 내연 기관에서 발생되는 배출 가스에 따라 공연비를 설정하게 된다.

이때, 제2단계(S20)에서 공연비는 내연 기관 조건에 따른 배출 가스에 따라 희박 상태(공연비>1)와 농후 상태(공연비<1)로 설정되도록 한다.

제3단계(S30)는 제2단계(S20)에서 설정된 공연비에 따라 질소산화물 정화 장치의 질소산화물 양을 확인하게 된다.

이때, 제3단계(S30)는 제2단계(S20)에서 공연비가 희박 상태인 경우 질소산화물을 흡착 또는 흡장하고, 농후 상태인 경우에는 질소산화물을 탈착 또는 정화하도록 한다.

제4단계(S40)는 제3단계(S30) 이후 질소산화물 정화 장치의 질소산화물 양에 따라 공연비를 최종적으로 설정하도록 한다.

이때, 제4단계(S40)에서 설정된 공연비는 제2단계(S20)에서 내연 기관에 의해 설정된 공연비와 제3단계(S30)의 질소산화물 양에 따라 설정된다.

한편, 종래에는 도 2에 도시된 바와 같이 질소산화물 정화 장치 운전 시작 후 내연 기관 조건에 따른 1차 공연비 설정에 따라 질소산화물 정화 운전을 진행하게 되지만, 본 발명은 1차 공연비 설정 후 질소산화물 양을 확인하여 2차 공연비를 재설정하는 것을 특징으로 한다.

제5단계(S50)는 제4단계(S40)에서 최종 설정된 공연비를 통해 질소산화물 정화 장치의 정화 운전을 진행하도록 한다.

제6단계(S60)는 제5단계(S50) 이후 내연 기관의 운전 조건 또는 질소산화물 정화 장치 내부의 질소산화물 흡착 또는 흡장량, 질소산화물 정화 장치의 전후단 공연비, 질소산화물 정화 장치의 질소산화물 정화 운전시간에 따라 질소산화물 정화 장치의 운전을 종료하게 된다.

즉, 본 발명은 공연비를 2차에 걸쳐 설정함으로써 질소산화물 정화 장치의 정화 운전 시 질소산화물 양에 따라 공연비를 제어하여 질소산화물 정화 성능을 향상시키고 유해 배출 가스 발생을 최소화시키고 이로 인해 내연 기관의 연비를 개선시킨다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

S10 : 제1단계 S20 : 제2단계
S30 : 제3단계 S40 : 제4단계
S50 : 제5단계 S60 : 제6단계

Claims

내연 기관에 설치된 질소산화물 정화 장치를 통해 질소산화물 정화 운전 시 상기 질소산화물 정화 장치 내부에 흡착 또는 흡장된 질소산화물의 양에 따라 상기 질소산화물 정화 장치로 유입되는 배출 가스의 공연비를 제어하는 것을 특징으로 하되;
상기 질소산화물 정화 장치의 정화 운전은 상기 내연 기관의 운전 조건 또는 상기 질소산화물 정화 장치 내부의 질소산화물 흡착 또는 흡장량에 따라 시작되고,
상기 질소산화물 정화 장치의 정화 운전은 상기 내연 기관의 운전 조건 또는 상기 질소산화물 정화 장치 내부의 질소산화물 흡착 또는 흡장량, 상기 질소산화물 정화 장치의 전후단 공연비, 상기 질소산화물 정화 장치의 질소산화물 정화 운전시간에 따라 종료되는 것을 특징으로 하는 질소산화물 정화 장치의 배출 가스 공연비 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 질소산화물 정화 장치에 흡착 또는 흡장되는 질소산화물의 양이 적을수록 상기 질소산화물 정화 장치로 유입되는 배출 가스의 공연비를 높게 설정하는 것을 특징으로 하는 질소산화물 정화 장치의 배출 가스 공연비 제어 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 질소산화물 정화 장치로 유입되는 배출 가스의 공연비가 희박 상태인 경우 상기 질소산화물 정화 장치는 질소산화물을 흡착 또는 흡장하여 배출 가스의 공연비를 재설정하는 것을 특징으로 하는 질소산화물 정화 장치의 배출 가스 공연비 제어 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 질소산화물 정화 장치로 유입되는 배출 가스의 공연비가 농후 상태인 경우 상기 질소산화물 정화 장치는 질소산화물을 탈착 또는 정화하여 배출 가스의 공연비를 재설정하는 것을 특징으로 하는 질소산화물 정화 장치의 배출 가스 공연비 제어 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 배출 가스의 공연비(λ)는 0.92 ~ 1.00 범위 내에서 설정되는 것을 특징으로 하는 질소산화물 정화 장치의 배출 가스 공연비 제어 방법.
청구항 5에 있어서,
상기 배출 가스의 공연비는 상기 질소산화물 정화 장치의 질소산화물 흡착 또는 흡장 양에 따라 가변되는 것을 특징으로 하는 질소산화물 정화 장치의 배출 가스 공연비 제어 방법.
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청구항 1에 있어서,
상기 질소산화물 정화 장치의 전후단 공연비는 상기 질소산화물 정화 장치에 설치된 센서의 측정값 또는 ECU의 모델링 데이터를 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 질소산화물 정화 장치의 배출 가스 공연비 제어 방법.
차량 주행 시 내연 기관에 설치된 질소산화물 정화 장치의 운전 시작 여부를 판단하는 제1단계와;
상기 제1단계에서 상기 질소산화물 정화 장치 운전 시작 시 상기 내연 기관에서 발생되는 배출 가스의 공연비를 설정하는 제2단계와;
상기 제2단계에서 설정된 공연비에 따라 상기 질소산화물 정화 장치의 질소산화물 양을 확인하는 제3단계와;
상기 제3단계 이후 상기 질소산화물 정화 장치의 질소산화물 양에 따라 공연비를 최종적으로 설정하는 제4단계와;
상기 제4단계에서 최종 설정된 공연비를 통해 상기 내연 기관의 운전 조건 또는 상기 질소산화물 정화 장치 내부의 질소산화물 흡착 또는 흡장량에 따라 상기 질소산화물 정화 장치의 정화 운전을 시작하는 제5단계와;
상기 제5단계 이후 상기 내연 기관의 운전 조건 또는 상기 질소산화물 정화 장치 내부의 질소산화물 흡착 또는 흡장량, 상기 질소산화물 정화 장치의 전후단 공연비, 상기 질소산화물 정화 장치의 질소산화물 정화 운전시간에 따라 상기 질소산화물 정화 장치의 운전을 종료하는 제6단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 질소산화물 정화 장치의 배출 가스 공연비 제어 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 제2단계에서 공연비는 배출 가스에 따라 희박 상태(공연비,λ>1)와 농후 상태(공연비,λ<1)로 설정되는 것을 특징으로 하는 질소산화물 정화 장치의 배출 가스 공연비 제어 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 제3단계는 상기 제2단계에서 희박 상태인 경우 질소산화물을 흡착 또는 흡장하고, 농후 상태인 경우 질소산화물을 탈착 또는 정화하는 것을 특징으로 하는 질소산화물 정화 장치의 배출 가스 공연비 제어 방법.
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