KR101836271B1 - ASSUMING METHOD OF DESULFURIZATION AMOUNT OF LEAN NOx TRAP AND APPARATUS OF PURIFYING EXHAUST GAS - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 질소산화물 흡장 촉매 장치의 탈황량 산정 방법은, 질소산화물 흡장 촉매 장치(Lean NOx Trap: LNT)에 탈황 직전 피독된 황산화물의 양을 추출하는 단계와, 상기 질소산화물 흡장 촉매 장치로 유입되는 배출 가스의 공연비를 검출하는 단계와, 상기 질소산화물 흡장 촉매 장치의 평균 온도를 검출하는 단계와, 탈황 운전 시작 후 농후 조건 운전 유지 시간을 검출하는 단계, 및 상기 질소산화물 흡장 촉매 장치에 탈황 직전 피독된 황산화물의 양, 상기 질소산화물 흡장 촉매 장치로 유입되는 배출 가스의 공연비, 상기 질소산화물 흡장 촉매 장치 평균 온도, 농후 조건 운전 시간, 및 농후 조건 최소 유지 시간에 대한 정보를 통해 현시점의 탈황 속도를 산출하는 단계를 포함한다.The method for estimating the amount of sulfur oxides trapped immediately before desulfurization in a nitrogen oxide storage catalyst apparatus (Lean NOx Trap: LNT) comprises the steps of: extracting the amount of sulfur oxides immediately before desulfurization; A step of detecting an air-fuel ratio of an exhaust gas flowing into the storage catalyst device, a step of detecting an average temperature of the nitrogen oxide storage apparatus, a step of detecting a rich condition operation holding time after the start of the desulfurization operation, Information on the amount of sulfur oxide poisoned immediately before desulfurization, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the nitrogen oxide storage apparatus, the average temperature of the nitrogen oxide storage apparatus, the operation time of the rich condition, and the minimum holding time of the rich condition To calculate a current desulfurization rate.
Description
본 발명은 질소산화물 흡장 촉매 장치의 탈황량 산출 방법 및 배출 가스 정화 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 질소산화물 흡장 촉매 장치의 탈황 과정 중 배출되는 탈황량을 보다 쉽고 정확하게 산출하는 방법 그리고 배출 가스 정화 장치에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a method for more easily and accurately calculating the amount of desulfurization discharged during a desulfurization process of a nitrogen oxide storage apparatus, and a method for purifying exhaust gas ≪ / RTI >
오늘날, 질소산화물 배출 기준이 대폭 강화된 EU6 배출 가스 규제가 시행되면서 규제 대응을 위해, 승용 디젤 차량에 질소산화물 정화 장치를 추가 장착하여 생산하고 있다. 이에 따라 생산/판매자 입장에서 원가 경쟁력 강화와 사용자 입장에서의 편의성 증대를 위해, 희박 운전 조건에서 질소산화물을 흡장, 저장하였다가 농후(Rich) 운전 조건에서 질소산화물을 탈착, 정화하는 질소산화물 흡장 촉매(Lean NOx Trap: LNT) 장치를 중소형 자동차에 많이 적용하고 있다. Today, with the implementation of the EU6 emission gas regulations, which have greatly enhanced the emission standards for nitrogen oxides, the company is producing nitrogen dioxide purification equipment in passenger diesel vehicles in order to comply with regulations. Accordingly, in order to enhance cost competitiveness and convenience for users in terms of producers and sellers, nitrogen oxides are stored and stored under lean operating conditions, and nitrogen oxide storage catalysts for desorbing and purifying nitrogen oxides under rich operating conditions (Lean NOx Trap: LNT) devices for small and medium-sized automobiles.
그러나 연료 내 함유되어 있는 황 성분에 의해 질소산화물 흡장 촉매 장치는 시간이 지남에 따라 피독되어 질소산화물 정화 성능이 악화되며, 결과적으로 질소산화물 흡장 촉매의 질소산화물 정화 성능을 유지하기 위해 질소산화물 흡장 촉매 내 피독된 황성분을 주기적으로 제거해야 한다. '탈황'이라고 불리는 질소산화물 흡장 촉매 내 피독된 황성분 제거 과정에는 약 500도가 넘는 고온과 농후 분위기가 필요하다.However, due to the sulfur component contained in the fuel, the nitrogen oxide storage catalyst device is poisoned over time to deteriorate the nitrogen oxide purification performance. As a result, in order to maintain the nitrogen oxide purification performance of the nitrogen oxide storage catalyst, My poisoned sulfur must be removed periodically. The removal of poisoned sulfur compounds in a nitrogen oxide storage catalyst called 'desulfurization' requires a high temperature and rich atmosphere above about 500 ° C.
탈황 운전은 일반적으로 내연 기관 작동 중 전자제어장치(Electronic Control Unit: ECU)에서 계산된 질소산화물 흡장 촉매 내 황피독량을 기준으로 일정 수준을 넘어서게 되면 시작하게 되며, 탈황 운전 중 질소산화물 흡장 촉매 내 황피독량이 일정 수준 이하로 내려가거나 운전을 더 이상 할 수 없게 되면 탈황 운전을 종료한다. 이 때, 탈황 과정에서 재산정된 질소산화물 흡장 촉매 내 황피독량은 다양한 엔진 운전 조건으로부터 얻어진 탈황 속도에 대한 시간 적분을 통해 산출된다. 그러나, 이 계산 과정에서 사용되는 '다양한 엔진 운전 조건으로부터 얻어진 탈황 속도는 정확한 모델링이 어려울 뿐만 아니라, 실시간 적분 연산을 필요로 하기 때문에 전자제어장치에 부담이 될 수 밖에 없다.The desulfurization operation generally starts when the sulfur content of the nitrogen oxide storage catalyst calculated by the electronic control unit (ECU) during the operation of the internal combustion engine exceeds a certain level based on the sulfur content of the nitrogen oxide storage catalyst. In the desulfurization operation, When the poisoning amount falls below a certain level or when the operation can no longer be performed, the desulfurization operation is terminated. At this time, the sulfur content in the nitrogen oxide storage catalyst fixed in the desulfurization process is calculated through time integration with respect to the desulfurization rate obtained from various engine operating conditions. However, the desulfurization rate obtained from various engine operating conditions used in this calculation process is not only difficult to accurately model but also imposes a burden on the electronic control unit because it requires real-time integral calculation.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 희박 연소 조건에서 운전하는 내연 기관에 있어서, 질소산화물 흡장 촉매 장치의 탈황 과정 중 배출되는 탈황량 산정을 위해 질소산화물 흡장 촉매 탈황 특성에 근거한 정규 분포 수식 기반의 탈황 속도 모델링을 적용함으로써, 질소산화물 흡장 촉매 내 황피독량 예측 정확도를 개선할 수 있다.In order to solve the above problems, the present invention provides an internal combustion engine operating under lean burn conditions, in which a normal distribution formula based on the nitrogen oxide storage catalyst desulfurization characteristic for the calculation of the desulfurization amount discharged during the desulfurization process of the nitrogen oxide storage apparatus, Based desulfurization rate modeling, it is possible to improve the prediction accuracy of the sulfur content in the nitrogen oxide storage catalyst.
본 발명의 일 실시예에 따른 질소산화물 흡장 촉매 장치의 탈황량 산정 방법은, 질소산화물 흡장 촉매 장치(Lean NOx Trap: LNT)에 탈황 직전 피독된 황산화물의 양을 추출하는 단계와, 상기 질소산화물 흡장 촉매 장치로 유입되는 배출 가스의 공연비를 검출하는 단계와, 상기 질소산화물 흡장 촉매 장치의 평균 온도를 검출하는 단계와, 탈황 운전 시작 후 농후 조건 운전 유지 시간을 검출하는 단계와, 상기 질소산화물 흡장 촉매 장치에 탈황 직전 피독된 황산화물의 양, 상기 질소산화물 흡장 촉매 장치로 유입되는 배출 가스의 공연비, 상기 질소산화물 흡장 ㅊ촉매 장치의 평균 온도, 농후 조건 운전 시간, 및 농후 조건 최소 유지 시간에 대한 정보를 통해 현시점의 탈황 속도를 산출하고 이로부터 탈황량을 산출하는 단계를 포함한다. The method for estimating the amount of sulfur oxides trapped immediately before desulfurization in a nitrogen oxide storage catalyst apparatus (Lean NOx Trap: LNT) comprises the steps of: extracting the amount of sulfur oxides immediately before desulfurization; A step of detecting an air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage catalyst device, a step of detecting an average temperature of the nitrogen oxide storage apparatus, a step of detecting a rich condition operation holding time after the start of the desulfurization operation, The amount of sulfuric acid poisoned immediately before desulfurization in the catalyst device, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the nitrogen oxide storage catalyst device, the average temperature of the nitrogen oxide storage catalyst device, the rich condition operation time, Calculating a desulfurization rate of the present point through the information, and calculating a desulfurization amount therefrom.
상기 탈황 속도는 하기의 수학식1에 표현된 정규 분포 확률 밀도 함수를 적용하여 예측될 수 있다.The desulfurization rate can be estimated by applying the normal distribution probability density function expressed by Equation (1) below.
[수학식 1][Equation 1]
(여기서, m은 평균값, σ2 는 분산, exp는 자연 상수(e) 이다.)(Where m is the mean value, σ 2 is the variance, and exp is the natural constant (e).)
상기 정규분포 확률밀도함수의 적분값은 1이 되는 것일 수 있다.The integrated value of the normal distribution probability density function may be one.
상기 정규 분포 확률 밀도 함수의 적분값은 항상 1이며, 상기 질소산화물 흡장 촉매 장치의 탈황 속도는 하기의 수학식2를 통해 산출될 수 있다.The integration value of the normal distribution probability density function is always 1, and the desulfurization rate of the nitrogen oxide storage apparatus can be calculated by the following equation (2).
[수학식 2]&Quot; (2) "
(여기에서 V는 탈황 속도, t는 탈황 운전 중 농후 운전 시작 시간으로부터의 시간, t농후 조건 운전 시간 는 탈황 운전 시작 후 농후 조건 운전 유지 시간, σ2 는 분산, exp는 자연 상수(e)이며, A와 σ는 배출 가스 공연비(λ), 질소산화물 흡장 촉매 장치에 탈황 직전 피독된 황산화물의 양(S), 질소산화물 흡장 촉매 장치 평균 온도(T), 농후 조건 최소 유지 시간에 따라 달라질 수 있는 상수이다.)(Where V is a desulfurization rate, t is the start rich operation of the desulfurization operation time from the time, t-rich conditions the operating time is maintained rich conditions driving into the desulfurizer operating time, σ 2 is a variance, exp is the natural constant, (e) , A and σ may vary depending on the exhaust gas air-fuel ratio (λ), the amount of sulfur oxide poisoned immediately before desulfurization in the nitrogen oxide storage device, the average temperature of nitrogen oxide storage catalyst device (T) It is a constant.)
상기 질소산화물 흡장 촉매 장치로부터 탈황되는 황산화물의 양은 상기 탈황 속도에 대한 시간 적분으로 산출될 수 있으며, 탈황 속도가 정규 분포 x A 형태를 취하고 있으므로, 이에 대한 적분 값은 A이다. The amount of sulfur oxides to be desulfurized from the nitrogen oxide storage apparatus can be calculated as a time integral with respect to the desulfurization rate, and the integrated value is A since the desulfurization rate takes a normal distribution x A form.
상기 질소산화물 흡장 촉매 장치는 탈황 운전 시작 후 일정 시간 농후 조건운전이 유지된 시점부터 탈황이 시작될 수 있으며, 이는 상기 질소산화물 흡장 촉매 장치의 특성이다.The nitrogen oxide storing < Desc / Clms Page number 7 > storage catalytic device may start desulfurization from the point of time when the rich condition operation is maintained for a certain period of time after the start of the desulfurization operation, which is characteristic of the nitrogen oxide storage apparatus.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배출 가스 정화 장치는, 희박 연소 조건에서 운전하는 내연 기관과, 상기 내연 기관으로부터 배출되는 배출 가스에 포함된 질소산화물(NOx)을 희박 운전 조건에서 흡장하고 농후 운전 조건에서 환원 작용을 통해 정화하며 황피독이 일어나는 질소산화물 흡장 촉매와, 상기 내연 기관으로부터 배출되는 배출 가스에 포함된 입자상 물질을 포집하는 매연 입자 여과 필터, 및 상기 내연 기관의 연소를 제어하고, 상기 질소산화물 흡장 촉매의 질소산화물의 정화, 탈황, 및 매연 입자 여과 필터의 재생을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 질소산화물 흡장 촉매 장치에 탈황 직전 피독된 황산화물의 양, 상기 질소산화물 흡장 촉매로 유입되는 배출 가스의 공연비, 상기 질소산화물 흡장 촉매 장치 평균 온도, 농후 조건 최소 유지 시간에 대한 정보를 통해 현시점의 탈황 속도를 산출한다. According to another aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas purifying apparatus comprising: an internal combustion engine that is operated under lean-burn conditions; and an internal combustion engine that absorbs nitrogen oxides (NOx) contained in exhaust gas discharged from the internal combustion engine under lean- A nitrogen oxide storing catalyst for purifying the exhaust gas through a reducing action under the operating condition and causing toxic toxicity of the exhaust gas; a soot particulate filter for trapping particulate matter contained in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine; Wherein the control unit controls the amount of sulfur oxide poisoned immediately before desulfurization in the nitrogen oxide storage apparatus, the amount of the nitrogen oxides stored in the nitrogen oxide storage catalyst apparatus, The air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the storage catalyst, the average temperature of the nitrogen oxide storage apparatus, And the rate of desulfurization at the present time is calculated based on the information on the minimum retention time.
상기 제어부는, 상기 질소산화물 흡장 촉매 장치의 탈황이 해당 시점에 시행될 수 있도록 제어할 수 있다.The control unit may control the desulfurization of the nitrogen oxide storing < RTI ID = 0.0 >
본 발명에 따르면, 미리 모델링된 매핑 데이터에 의해 질소산화물 흡장 촉매 장치의 탈황 과정 중 배출되는 탈황량을 보다 쉽고 정확하게 예측할 수 있으며, 질소산화물 흡장 촉매 장치의 탈황 운전 필요 여부에 대한 정확한 판단을 통해 궁극적으로 질소산화물 흡장 촉매 장치의 열화를 최소화할 수 있다.According to the present invention, the pre-desulfurization amount discharged during the desulfurization process of the nitrogen oxide storage apparatus can be more easily and accurately predicted by the pre-modeled mapping data, Deterioration of the nitrogen oxide storage catalyst apparatus can be minimized.
또한, 질소산화물 흡장 촉매 장치의 탈황 성능 예측을 위한 매핑 업무량이 저감될 수 있다. In addition, the amount of mapping work for predicting the desulfurization performance of the nitrogen oxide storage apparatus can be reduced.
또한, 탈황량 산출을 위한 전자제어장치(ECU) 내 적분기를 사용하지 않아 전자제어장치 부담(load)을 최소화할 수 있다.In addition, since the integrator in the electronic control unit (ECU) for calculating the amount of debris is not used, the electronic control unit load can be minimized.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 질소산화물 흡장 촉매 장치의 탈황량 산정 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 농후 운전 시간에 따른 탈황 속도 분포의 일 예를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 질소산화물 흡장 촉매 장치에 탈황 직전피독된 황산화물의 양에 따른 최대 탈황 속도를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배출 가스의 공연비, 온도, 농후 운전 시간에 따른 탈황 속도를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배출 가스 정화 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다. 1 is a flowchart showing a method for calculating the amount of dehydrogenation of a nitrogen oxide storage apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph illustrating an example of a desulfurization rate distribution according to a rich operation time according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
3 is a graph showing the maximum desulfurization rate according to the amount of sulfuric acid poisoned immediately before desulfurization in the nitrogen oxide storage apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing a desulfurization rate according to an air-fuel ratio, a temperature, and a rich operating time of an exhaust gas according to an embodiment of the present invention.
5 is a schematic view of an exhaust gas purifying apparatus according to an embodiment of the present invention.
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.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.
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.In addition, in the various embodiments, elements having the same configuration are denoted by the same reference numerals, and only other configurations will be described in the other embodiments.
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.The drawings are schematic and illustrate that they are not drawn to scale. The relative dimensions and ratios of the parts in the figures are shown exaggerated or reduced in size for clarity and convenience in the figures, and any dimensions are merely illustrative and not restrictive. Also, to the same structure, element, or component appearing in more than one of the figures, the same reference numerals are used to denote similar features. When referring to a portion as being "on" or "on" another portion, it may be directly on the other portion or may be accompanied by another portion therebetween.
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.The embodiments of the present invention specifically illustrate one embodiment of the present invention. As a result, various variations of the illustration are expected. Thus, the embodiment is not limited to any particular form of the depicted area, but includes modifications of the form, for example, by manufacture.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 질소산화물 흡장 촉매 장치의 탈황량 산정 방법에 관하여 설명한다.Hereinafter, with reference to FIG. 1 to FIG. 4, a description will be given of a method for estimating the amount of dehalization of a nitrogen oxide storage apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 질소산화물 흡장 촉매 장치의 탈황량 산정 방법을 나타낸 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 농후 운전 시간에 따른 탈황 속도 분포의 일 예를 나타낸 그래프이다.FIG. 1 is a flow chart illustrating a method for calculating the amount of desulfurization of a nitrogen oxide storage apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a graph illustrating an example of a desulfurization rate distribution according to a rich operation time according to an embodiment of the present invention. Graph.
도 1 및 도 2를 참조하면, 질소산화물 흡장 촉매 장치(Lean NOx Trap: LNT)의 탈황량 산정 방법은 우선, 질소산화물 흡장 촉매 장치에 탈황 직전 피독된 황산화물의 양을 추출한다(S101).Referring to FIGS. 1 and 2, in the method of estimating the amount of desulfurization of a nitrogen oxide storage catalyst apparatus (Lean NOx Trap: LNT), the amount of sulfur oxide poisoned immediately before desulfurization is extracted in the nitrogen oxide storage apparatus (S101).
질소산화물 흡장 촉매 장치에 탈황 직전 피독된 황산화물의 양은 내연 기관에서 배출되는 황함량과 질소산화물 흡장 촉매 장치의 황 슬립율을 고려하여 계산될 수 있으며, 직전 탈황 과정에서 산출된 황피독량에 대한 정보가 반영된다. The amount of sulfuric acid poisoned immediately before desulfurization in the nitrogen oxide storage catalyst apparatus can be calculated in consideration of the sulfur content discharged from the internal combustion engine and the sulfur slip rate of the nitrogen oxide storage catalyst apparatus and information about the sulfur poisoning Is reflected.
내연 기관에서 배출되는 황함량은 내연 기관이 일반 운전 상태를 유지하는 시간, 연료 소모량, 엔진의 오일 소모량을 기준으로 계산될 수 있다. The sulfur content emitted from the internal combustion engine can be calculated based on the time the internal combustion engine maintains the normal operating state, the fuel consumption, and the oil consumption of the engine.
내연 기관에서 배출되는 황함량은 내연 기관이 일반 운전 상태를 유지하는 시간, 연료 소모량, 엔진의 오일 소모량을 기준으로 계산될 수 있다. The sulfur content emitted from the internal combustion engine can be calculated based on the time the internal combustion engine maintains the normal operating state, the fuel consumption, and the oil consumption of the engine.
그 후, 질소산화물 흡장 촉매 장치로 유입되는 배출 가스 공연비를 검출한다(S102). 공연비 측정 수단을 내연 기관의 배기 매니폴드 후단과 질소산화물 흡장 촉매 사이에 구비할 수 있으며, 이를 통해 탈황 과정에서 질소산화물 흡장 촉매가 노출되는 공연비를 검출할 수 있다.After that, the exhaust gas air-fuel ratio flowing into the nitrogen oxide storage catalyst device is detected (S102). Fuel ratio measuring means may be provided between the downstream end of the exhaust manifold of the internal combustion engine and the nitrogen oxide storing catalyst so that the air-fuel ratio at which the nitrogen oxide storing catalyst is exposed during the desulfurization process can be detected.
그 후, 질소산화물 흡장 촉매 장치의 평균 온도를 검출한다(S103). 질소산화물 흡장 촉매 온도 센서가 질소산화물 흡장 촉매 장치 전단에 구비될 수 있으며, 질소산화물 흡장 촉매 온도 센서에 의해 검출된 온도의 시간 평균을 질소산화물 흡장 촉매 장치의 평균 온도로 추정할 수 있으며, 질소산화물 흡장 촉매 장치에 대한 온도 모델링을 통해서 얻어진 온도의 시간 평균을 질소산화물 흡장 촉매 장치의 평균 온도로 추정할 수도 있다. Thereafter, the average temperature of the nitrogen oxide storage apparatus is detected (S103). The nitrogen oxide storage catalyst temperature sensor may be provided at a front end of the nitrogen oxide storage apparatus, and the time average of the temperature detected by the nitrogen oxide storage catalyst temperature sensor may be estimated as an average temperature of the nitrogen oxide storage apparatus, The time average of the temperature obtained through the temperature modeling of the storage catalyst device may be estimated as the average temperature of the nitrogen oxide storage apparatus.
그 후, 탈황 운전 시작 후 농후 조건 운전 유지 시간을 검출한다(S104). 농후 운전에는 약 500도가 넘는 고온과 농후 분위기가 필요하며, 질소산화물 흡장 촉매 장치 내 황피독량을 기준으로 일정 수준을 넘어서게 되면 탈황 운전이 시작된다. 질소산화물 흡장 촉매 장치는 탈황 운전 시작 후 일정 시간 농후 조건 운전이 유지된 시점부터 탈황이 시작될 수 있으며, 이는 질소산화물 흡장 촉매 장치의 특성이다. 그리고 탈황 운전 중 질소산화물 흡장 촉매 장치 내 황피독량이 일정 수준 이하로 내려가거나 운전을 더 이상 할 수 없게 되면 탈황 운전이 종료된다. Thereafter, the rich-condition operation holding time is detected after the start of the desulfurization operation (S104). The dense operation requires a high temperature and rich atmosphere of more than about 500 ° C., and the desulfurization operation starts when the nitrogen oxide storage catalyst device exceeds a certain level based on the sulfur content. The nitrogen oxide storage catalyst apparatus can start desulfurization from the point of time when the rich condition operation is maintained for a certain period of time after the desulfurization operation starts, which is characteristic of the nitrogen oxide storage apparatus. When the amount of sulfur poisoning in the nitrogen oxide storage catalyst device drops below a certain level during the desulfurization operation or when the operation can no longer be performed, the desulfurization operation is terminated.
그 후, 질소산화물 흡장 촉매 장치의 탈황 속도를 산출한다(S105). 탈황 속도는 질소산화물 흡장 촉매 장치에 탈황 직전 피독된 황산화물의 양, 질소산화물 흡장 촉매 장치로 유입되는 배출 가스의 공연비, 질소산화물 흡장 촉매 장치 평균 온도, 농후 조건 운전 시간, 및 농후 조건 최소 유지 시간에 대한 정보를 통해 산출할 수 있다. Thereafter, the desulfurization rate of the nitrogen oxide storage apparatus is calculated (S105). The desulfurization rate is determined by the amount of sulfur oxide poisoned immediately before desulfurization in the nitrogen oxide storage apparatus, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the nitrogen oxide storage catalyst apparatus, the average temperature of the nitrogen oxide storage apparatus, the operation time of the rich condition, Can be calculated from the information on < RTI ID = 0.0 >
탈황 속도(V)는 하기의 수학식1에 표현된 정규 분포 확률 밀도 함수를 적용하여 예측될 수 있다.The desulfurization rate (V) can be estimated by applying the normal distribution probability density function expressed by the following equation (1).
[수학식 1][Equation 1]
이 때, m은 평균값, σ2 는 분산, exp는 자연 상수(e) 이며, 정규분포 확률밀도함수(f(x))의 적분값은 항상 1이다. In this case, m is the average value, σ 2 is the variance, exp is the natural constant (e), and the integral value of the normal distribution probability density function (f (x)
도 2에 도시된 바와 같이, 점선으로 표시된 곡선은 상기 수학식1에 의한 정규 분포 곡선의 형태를 취하며, 실선은 실제 농후 운전 시간에 따른 탈황 속도 분포를 나타낸 곡선이다. 도 2를 참조하면, 배출 가스의 공연비(λ)가 0.922이고, 질소산화물 흡장 촉매 장치의 평균 온도(T)가 660도로 검출되고, 농후 운전 시간이 13초를 경과한 경우 탈황 속도(V) 분포는 점선으로 표시된 정규 분포 곡선과 유사하게 상승 및 하강 곡선을 그린다.As shown in FIG. 2, a curve indicated by a dotted line takes a form of a normal distribution curve according to Equation (1), and a solid line is a curve showing a desulfurization rate distribution according to an actual rich operation time. 2, when the air-fuel ratio (?) Of the exhaust gas is 0.922, the average temperature (T) of the nitrogen oxide storage apparatus is detected at 660 degrees, and the rich operating time exceeds 13 seconds, Draws the rising and falling curves similarly to the normal distribution curve indicated by the dotted line.
실제 질소산화물 흡장 촉매 장치의 탈황 속도(V)는 하기의 수학식2를 통해 산출될 수 있다. The desulfurization rate (V) of the actual nitrogen oxide storage apparatus can be calculated by the following equation (2).
[수학식 2]&Quot; (2) "
여기에서 V는 탈황 속도, t는 탈황 운전 중 농후 운전 시작 시간으로부터의 시간, t농후 조건 운전 시간 는 탈황 운전 시작 후 농후 조건 운전 유지 시간, σ2 는 분산, exp는 자연 상수(e)이며, A와 σ는 배출 가스 공연비(λ), 질소산화물 흡장 촉매 장치에 탈황 직전 피독된 황산화물의 양(S), 질소산화물 흡장 촉매 장치 평균 온도(T), 농후 조건 최소 유지 시간에 따라 달라질 수 있는 상수이다.Where V is the time, t-rich conditions the operating time is kept driving rich conditions after the desulfurization operation time, σ 2 is a variance, exp is the natural constant, (e) from the desulfurization rate, t is the start rich operation of the desulfurization operation time, A and? Can be varied depending on the exhaust gas air-fuel ratio (?), The amount of sulfur oxide poisoned immediately before desulfurization (S) in the nitrogen oxide storage apparatus, the average temperature of nitrogen oxide storage catalyst apparatus (T) It is a constant.
질소산화물 흡장 촉매 장치는 탈황 운전 시작 후 일정 시간 농후 조건운전이 유지된 시점부터 탈황이 시작될 수 있으며, 이는 상기 질소산화물 흡장 촉매 장치의 특성이다.The nitrogen oxide storage apparatus can start desulfurization from the point of time when the rich condition operation is maintained for a certain period of time after the desulfurization operation is started, which is characteristic of the nitrogen oxide storage apparatus.
그리고, 탈황 속도(V)가 산출되면, 질소산화물 흡장 촉매 장치로부터 탈황되는 황산화물의 양은 상기 탈황 속도(V)에 대한 시간 적분으로 산출될 수 있으며, 탈황 속도가 정규 분포 x A 형태를 취하고 있으므로, 이에 대한 적분 값은 A이다. When the desulfurization rate (V) is calculated, the amount of sulfur oxides to be desulfurized from the nitrogen oxide storage apparatus can be calculated as a time integral with respect to the desulfurization rate (V), and the desulfurization rate takes the form of the normal distribution x A , And the integral value thereof is A.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 질소산화물 흡장 촉매 장치에 탈황 직전피독된 황산화물의 양에 따른 최대 탈황 속도를 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing the maximum desulfurization rate according to the amount of sulfuric acid poisoned immediately before desulfurization in the nitrogen oxide storage apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 배출 가스의 공연비가 0.92이고, 질소산화물 흡장 촉매 장치의 황피독량(SLoading) 따른 최대 탈황 속도(V)를 알 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 질소산화물 흡장 촉매 장치의 평균 온도(T)가 높을수록 최대 탈황 속도(V)는 커지게 된다.Referring to FIG. 3, the air-fuel ratio of the exhaust gas is 0.92, and the maximum desulfurization rate (V) according to the sulfur content (S Loading ) of the nitrogen oxide storage apparatus can be known. As shown in FIG. 3, the higher the average temperature (T) of the nitrogen oxide storage apparatus, the greater the maximum desulfurization rate (V).
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배출 가스의 공연비, 온도, 농후 운전 시간에 따른 탈황 속도를 나타낸 그래프이다. 4 is a graph showing a desulfurization rate according to an air-fuel ratio, a temperature, and a rich operating time of an exhaust gas according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 배출 가스의 공연비가 낮을수록 최대 탈황 속도(V)가 커지는 것을 알 수 있다. 도 4에 도시된 곡선의 하부 면적이 질소산화물 흡장 촉매 장치의 탈황량이 되며 결론적으로, 배출 가스의 공연비가 낮을수록, 질소산화물 흡장 촉매 장치의 평균 온도(T)가 높을수록 탈황량이 많아짐을 알 수 있다. Referring to FIG. 4, the lower the air-fuel ratio of the exhaust gas, the larger the maximum desulfurization rate V is. The bottom area of the curve shown in FIG. 4 is the desulfurization amount of the nitrogen oxide storage apparatus, and as a result, the lower the air-fuel ratio of the exhaust gas and the higher the average temperature T of the nitrogen oxide storage apparatus, have.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배출 가스 정화 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.5 is a schematic view of an exhaust gas purifying apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 배출 가스 정화 장치는 희박 연소를 제공하는 내연 기관(10)과, 질소산화물 흡장 촉매 장치(20)와, 매연 입자 여과 필터(30), 및 제어부(40)를 포함한다.5, the exhaust gas purifying apparatus includes an
내연 기관(10)은 희박 연소 조건에서 운전되며, 제어부(40)의 제어에 따라 공기와 연료의 혼합비를 희박 연소시켜 동력을 발생시키고, 연소 과정에서 발생된 고온의 배출 가스를 배기 매니폴더(15)와 질소산화물 흡장 촉매 장치(20) 및 매연 입자 여과 필터(30)를 통해 정화시켜 대기중으로 배출시킨다.The
질소산화물 흡장 촉매 장치(20)는 내연 기관(10)의 배기 매니폴더(15) 후단에 장착되어 배출 가스에 포함된 질소산화물(NOx)을 희박 운전 조건에서 흡장하여 저장하고, 농후 운전 조건에서 환원 작용을 통해 인체에 무해한 질소(N2)로 환원시켜 배출한다.The nitrogen
상기 질소산화물 흡장 촉매 장치(20)는 연료와 엔진 오일에 포함되어 있는 황성분에 의해 피독되어 질소산화물(NOx)의 흡장 기능에 성능 저하가 일어나 발생되므로, 500℃ 이상의 고온 농후 분위기에 주기적으로 노출시킴으로써 재생된다.The nitrogen oxide storing < Desc /
매연 입자 여과 필터(30)는 배출 가스에 포함된 그을음(Soot) 등의 입자상 물질(PM)을 물리적으로 포집하여 대기중으로 배출되지 않도록 한다.The
매연 입자 여과 필터(30)는 전후단 차압으로 판단되는 입자상 물질(PM)의 포집량이나 차량의 주행 거리, 시간으로 산출되는 마일리지에 따라 포집된 입자상 물질(PM)을 태워 버리는 주기적인 재생에 의해 비워진다.The
매연 입자 여과 필터(30)의 재생은 배출 가스의 온도를 대략 600℃ 이상의 고온 상승시킴으로써 실행된다.The regeneration of the
매연 입자 여과 필터(30)의 전후단에는 압력센서(31)와 매연 입자 여과 필터 온도 센서(35)가 장착된다.A
압력센서(31)는 매연 입자 여과 필터(30)에 입력되는 배출 가스의 차압을 검출하여 그에 대한 정보를 전기적 신호로 제어부(40)에 제공한다.The
매연 입자 여과 필터 온도 센서(35)는 매연 입자 여과 필터(30)의 온도를 검출하여 그에 대한 정보를 전기적 신호로 제어부(40)에 제공한다.The soot particle filtering
제어부(40)는 매연 입자 여과 필터(30)의 전후단에 설치된 압력센서(31)에서 검출되는 차압 정보로부터 입자상 물질(PM)의 포집량이나 주행 거리 및 시간으로 산출되는 마일리지에 따라 매연 입자 여과 필터(30)의 재생이 필요한지를 판정할 수 있다.The control unit 40 controls the amount of particulate matter PM filtered according to mileage calculated from the amount of captured particulate matter PM and the distance and time from the differential pressure information detected by the
제어부(40)는 매연 입자 여과 필터(30)의 재생 조건을 만족하면 배출 가스의 온도를 설정된 일정 온도, 대략 600℃ 내지 700℃ 이상의 고온으로 상승시켜 매연 입자 여과 필터(30)에 포집된 입자상 물질(PM)을 태워 버리는 재생을 실시한다.When the regeneration condition of the soot
그리고, 제어부(40)는 내연 기관(10)을 희박 연소 운전과 농후 연소 운전을 반복하여 농후 연소 운전 조건에서 질소산화물 흡장 촉매 장치(20)의 탈황이 실행되도록 하고, 희박 연소 운전 조건에서 매연 입자 여과 필터(30)에서 제거되지 않은 그을음 등의 입자상 물질(PM)의 재생이 실행되도록 한다.The control unit 40 repeats the lean burn operation and the rich combustion operation of the
제어부(40)는 희박 연소의 운전과 농후 연소의 운전을 반복하여 질소산화물 흡장 촉매 장치(20)의 탈황과 매연 입자 여과 필터(30)의 재생을 동시에 제어하는 과정에서 탈황 및 재생 완료가 판정되면 희박 연소의 운전과 농후 연소의 운전을 반복하지 않고 정상 제어를 실행한다.When the desulfurization and regeneration completion are judged in the process of controlling the desulfurization of the nitrogen
제어부(40)는 질소산화물 흡장 촉매 장치(20)에 피독된 황성분이 설정된 일정량 이하로 제거되었거나 질소산화물 흡장 촉매 장치(20)의 탈황 시간이 설정된 일정 시간을 경과하였을 경우 탈황 완료로 판정할 수 있다.The control unit 40 can determine that desulfurization has been completed when the sulfur content poisoned in the nitrogen
제어부(40)는 질소산화물 흡장 촉매 장치(20)에 탈황 직전 피독된 황산화물의 양(S), 질소산화물 흡장 촉매 장치로 유입되는 배출 가스의 공연비, 질소산화물 흡장 촉매 장치 평균 온도(T), 농후 조건 운전 시간, 및 농후 조건 최소 유지 시간에 대한 정보를 통해 현재 시간의 탈황 속도(V)를 산출할 수 있다.The control unit 40 controls the amount of sulfur oxides poisoned immediately before desulfurization in the nitrogen oxide storing and storing
탈황 속도(V)가 산출되면, 탈황 속도(V)에 대한 시간 적분을 통해 질소산화물 흡장 촉매 장치(20)로부터 탈황되는 황산화물의 양을 산출할 수 있다. When the desulfurization rate (V) is calculated, the amount of sulfur oxides desulfurized from the nitrogen oxide storage apparatus (20) can be calculated through time integration with respect to the desulfurization rate (V).
이와 같이, 미리 모델링된 매핑 데이터에 의해 질소산화물 흡장 촉매 장치의 탈황 과정 중 배출되는 탈황량을 보다 쉽고 정확하게 예측할 수 있으며, 질소산화물 흡장 촉매 장치의 탈황 운전 필요 여부에 대한 정확한 판단을 통해 궁극적으로 질소산화물 흡장 촉매 장치의 열화를 최소화할 수 있다.Thus, the pre-desulfurization amount discharged during the desulfurization process of the nitrogen oxide storage apparatus can be more easily and accurately predicted by the pre-modeled mapping data, and it is possible to accurately determine whether the desulfurization operation of the nitrogen oxide storage apparatus is necessary, Deterioration of the oxide storage catalyst device can be minimized.
또한, 질소산화물 흡장 촉매 장치의 탈황 성능 예측을 위한 매핑 업무량이 저감될 수 있다.In addition, the amount of mapping work for predicting the desulfurization performance of the nitrogen oxide storage apparatus can be reduced.
또한, 탈황량 산출을 위한 전자제어장치(ECU) 내 적분기를 사용하지 않아 전자제어장치 부담(load)을 최소화할 수 있다.In addition, since the integrator in the electronic control unit (ECU) for calculating the amount of debris is not used, the electronic control unit load can be minimized.
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.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, And all changes to the scope that are deemed to be valid.
10: 내연 기관 15: 배기 매니폴더
20: 질소산화물 흡장 촉매 장치 22: 질소산화물 흡장 촉매 온도 센서
30: 매연 입자 여과 필터 31: 압력센서
35: 매연 입자 여과 필터 온도 센서 40: 제어부10: Internal combustion engine 15: Exhaust manifold
20: nitrogen oxide storage catalyst device 22: nitrogen oxide storage catalyst temperature sensor
30: Soot particle filter 31: Pressure sensor
35: Soot particle filter temperature sensor 40:
Claims (7)
상기 질소산화물 흡장 촉매 장치로 유입되는 배출 가스의 공연비를 검출하는 단계;
상기 질소산화물 흡장 촉매 장치의 평균 온도를 검출하는 단계;
탈황 운전 시작 후 농후 조건 운전 유지 시간을 검출하는 단계; 및
상기 질소산화물 흡장 촉매 장치에 탈황 직전 피독된 황산화물의 양, 상기 질소산화물 흡장 촉매 장치로 유입되는 배출 가스의 공연비, 상기 질소산화물 흡장 촉매 장치의 평균 온도, 농후 조건 운전 시간, 및 농후 조건 최소 유지 시간에 대한 정보를 통해 현시점의 탈황 속도를 산출하고 이로부터 탈황량을 산출하는 단계를 포함하고,
상기 탈황 속도는 하기의 수학식1에 표현된 정규 분포 확률 밀도 함수를 적용하여 예측되는 질소산화물 흡장 촉매 장치의 탈황량 산정 방법.
[수학식 1]
(여기서, m은 평균값, σ2 는 분산, exp는 자연 상수(e) 이다.)Extracting an amount of sulfuric acid poisoned immediately before desulfurization in a nitrogen oxide storage catalyst apparatus (Lean NOx Trap: LNT);
Detecting an air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the nitrogen oxide storage apparatus;
Detecting an average temperature of the nitrogen oxide storage apparatus;
Detecting a rich operation condition holding time after the desulfurization operation starts; And
Wherein the amount of sulfur oxide poisoned immediately before desulfurization, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the nitrogen oxide storage catalyst device, the average temperature of the nitrogen oxide storage catalyst device, the rich condition operation time, Calculating a desulfurization rate at a current point through information on time and calculating a desulfurization amount therefrom,
Wherein the desulfurization rate is predicted by applying a normal distribution probability density function expressed by Equation (1) below.
[Equation 1]
(Where m is the mean value, σ 2 is the variance, and exp is the natural constant (e).)
상기 질소산화물 흡장 촉매 장치의 탈황 속도는 하기의 수학식2를 통해 산출되는 질소산화물 흡장 촉매 장치의 탈황량 산정 방법.
[수학식 2]
(여기서, V는 탈황 속도, t는 탈황 운전 중 농후 운전 시작 시간으로부터의 시간, t농후 조건 운전 시간 는 탈황 운전 시작 후 농후 조건 운전 유지 시간, σ2 는 분산, exp는 자연 상수(e)이며, A와 σ는 배출 가스 공연비(λ), 질소산화물 흡장 촉매 장치에 탈황 직전 피독된 황산화물의 양(S), 질소산화물 흡장 촉매 장치 평균 온도(T), 농후 조건 최소 유지 시간에 따라 달라질 수 있는 상수이다.)The method of claim 1,
Wherein the desulfurization rate of the nitrogen oxide storage apparatus is calculated by the following equation (2).
&Quot; (2) "
(Where, V is a desulfurization rate, t is the start rich operation of the desulfurization operation time from the time, t-rich conditions the operating time is maintained rich conditions driving into the desulfurizer operating time, σ 2 is a variance, exp is the natural constant, (e) , A and σ may vary depending on the exhaust gas air-fuel ratio (λ), the amount of sulfur oxide poisoned immediately before desulfurization in the nitrogen oxide storage device, the average temperature of nitrogen oxide storage catalyst device (T) It is a constant.)
상기 질소산화물 흡장 촉매 장치의 탈황되는 황산화물의 양은 상기 탈황 속도에 대한 시간 적분으로 산출될 수 있으며, 적분 값이 A인 질소산화물 흡장 촉매 장치의 탈황량 산정 방법.The method of claim 1,
Wherein the amount of desulfurized sulfur oxides in the nitrogen oxide storage apparatus is calculated as a time integral with respect to the desulfurization rate, and the integrated value is A.
상기 질소산화물 흡장 촉매 장치는 탈황 운전 시작 후 일정 시간 농후 조건 운전이 유지된 시점부터 탈황이 시작될 수 있으며, 상기 농후 조건 최소 유지 시간은 상기 질소산화물 흡장 촉매 장치의 특성인 것을 특징으로 하는 질소산화물 흡장 촉매 장치의 탈황량 산정 방법.The method of claim 1,
Wherein the nitrogen oxide storing < Desc / Clms Page number 19 > storage catalytic device can start desulfurization from the point of time when the rich condition operation is maintained for a certain period of time after the start of the desulfurization operation, and the richest condition minimum holding time is characteristic of the nitrogen oxide storage apparatus Method for estimating dehalogenation of a catalytic device.
상기 내연 기관으로부터 배출되는 배출 가스에 포함된 질소산화물(NOx)을 희박 운전 조건에서 흡장하고 농후 운전 조건에서 환원 작용을 통해 정화하며 황피독이 일어나는 질소산화물 흡장 촉매;
상기 내연 기관으로부터 배출되는 배출 가스에 포함된 입자상 물질을 포집하는 매연 입자 여과 필터; 및
상기 내연 기관의 연소를 제어하고, 상기 질소산화물 흡장 촉매의 질소산화물의 정화, 탈황, 및 매연 입자 여과 필터의 재생을 제어하는 제어부를 포함하며,
상기 제어부는,
상기 질소산화물 흡장 촉매 장치에 탈황 직전 피독된 황산화물의 양, 상기 질소산화물 흡장 촉매로 유입되는 배출 가스의 공연비, 상기 질소산화물 흡장 촉매 장치 평균 온도, 농후 조건 최소 유지 시간에 대한 정보를 통해 현시점의 탈황 속도를 산출하고,
상기 탈황 속도는 하기의 수학식1에 표현된 정규 분포 확률 밀도 함수를 적용하여 예측되는 배출 가스 정화 장치.
[수학식 1]
(여기서, m은 평균값, σ2 는 분산, exp는 자연 상수(e) 이다.)An internal combustion engine operating under lean burn conditions;
A nitrogen oxide storage catalyst for storing nitrogen oxides (NOx) contained in exhaust gas discharged from the internal combustion engine under lean operating conditions, purifying through reduction action under rich operating conditions, and causing toxic toxicity;
A soot particle filter for collecting particulate matter contained in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine; And
And a control unit for controlling the combustion of the internal combustion engine and for controlling the purification of nitrogen oxides of the nitrogen oxide storing catalyst, the desulfurization, and the regeneration of the soot particle filtering filter,
Wherein,
The amount of sulfur oxides poisoned immediately before desulfurization, the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the nitrogen oxide storage catalyst, the average temperature of the nitrogen oxide storage apparatus, and the minimum maintenance time of the rich condition are stored in the nitrogen oxide storage apparatus, The desulfurization rate is calculated,
Wherein the desulfurization rate is predicted by applying a normal distribution probability density function expressed by Equation (1) below.
[Equation 1]
(Where m is the mean value, σ 2 is the variance, and exp is the natural constant (e).)
상기 제어부는,
상기 질소산화물 흡장 촉매 장치가 탈황 운전 시작 후 일정 시간 농후 조건 운전이 유지된 시점부터 탈황이 시행될 수 있도록 제어하는 배출 가스 정화 장치.The method of claim 6,
Wherein,
Wherein the nitrogen oxide storage catalyst apparatus controls the desulfurization to be performed from the point of time when the rich condition operation is maintained for a certain period of time after the desulfurization operation starts.
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JP2008274763A (en) * | 2007-04-25 | 2008-11-13 | Toyota Motor Corp | Exhaust emission control device for internal combustion engine |
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