KR102227454B1 - 암모니아 피복 정도 프로파일 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배기가스 처리 시스템 내에 포함되어 있는 적어도 하나의 SCR 촉매장치에 대한 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일)을 제어하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 이 방법은 적어도 하나의 SCR 촉매장치 상류에서 배기 스트림의 유동(F), 온도(T) 및 조성성분(C)에 기초하여, 적어도 하나의 SCR 촉매장치에 대한 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)을 결정하는 단계를 포함한다. 이 방법은 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)과 상기 적어도 하나의 SCR 촉매장치의 암모니아 피복 정도에 대한 적어도 하나의 섹션의 기준 프로파일(NH3_프로파일_기준)과 비교하는 단계도 포함한다. 이 방법은 비교에 기초하여, 상기 연소엔진에서 배출되는 연소 스트림 내의 질소산화물들의 농도(CNOx) 및 상기 적어도 하나의 SCR 촉매장치 상류에서 상기 배기 스트림 내로 분사되는 암모니아(NH3)를 포함하는 환원제의 주입 중 적어도 하나를 제어하는 단계를 추가로 포함한다.

Description

암모니아 피복 정도 프로파일 제어 시스템 및 방법
본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따르는, 적어도 하나의 선택적 촉매 환원에 대한 적어도 하나의 암모니아 피복 정도 프로파일을 제어하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 청구항 제13항의 전제부에 따르는, 적어도 하나의 선택적 촉매 환원에 대한 적어도 하나의 암모니아 피복 정도 프로파일을 제어하기 위해 배치된 시스템에도 관한 것이다. 본 발명은 그러한 시스템을 포함하는 차량에도 관한 것이다. 본 발명은 본 발명에 따른 방법을 구형하는 컴퓨터 프로그램 및 컴퓨터 프로그램 제품에도 관한 것이다.
배경기술에 대한 설명은 본 발명의 배경을 설명하는 것으로서, 반드시 본 발명의 선행 기술에 대한 설명인 것은 아니다.
주로 도심 지역에서 오염과 공기 질과 관련하여 증가되고 있는 정부의 관심과 관련하여, 많은 국가에서 연소엔진에서 배출되는 배기물과 관련하여 배기 표준 및 규제가 제정되고 있다.
이러한 배기 표준은 종종 예를 들면 차량 연소엔진에서 배출되는 배기가스의 허용 한계를 규정하는 요건들을 포함한다. 예를 들면, 이러한 표준은 거의 모든 종류의 차량에 대해 질소산화물(NOx), 탄화수소(CxHy), 일산화탄소(CO) 및 입자(PM)의 배출 레벨을 규제한다. 연소엔진이 장착된 차량들은 일반적으로 이러한 배기물을 가변하는 정도로 발생시킨다. 본 문헌에서, 본 발명은 주로 차량에 적용하는 것에 대해 설명한다. 그러나 본 발명은 예를 들어 선박이나 항공기/헬리콥터 같이 연소엔진이 사용되는 실질적으로 모든 분야에 적용될 수 있다. 여기서 이러한 적용에 대한 규제 및 표준은 연소엔진에서 배출되는 배기를 제한한다.
이들 배기 표준에 부합하기 위한 노력으로, 연소엔진의 연소에 의해 발생되는 배기가스가 처리/정화된다.
연소엔진에서 나오는 배기가스를 처리하는 통상적인 방법은 소위 촉매 정화 공정을 포함한다. 이것이 연소엔진이 장착된 차량이 통상적으로 하나 이상의 촉매를 포함하는 이유이다. 다양한 종류의 촉매가 존재하고, 이들 다양한 촉매들은 예를 들면 연소 컨셉, 연소 전략 및/또는 차량에 사용되는 연료 종류 및/또는 정화 대상인 배기 스트림 내 화합물의 종류에 따라 적당할 수 있다. 아래에서 질소산화물(NOx)로도 호칭되는 적어도 질소 계열 가스(일산화질소, 이산화질소)와 관련하여, 차량은 종종 촉매를 포함하며, 질소산화물(NOx)을 주로 질소 가스와 수증기로 환원하기 위해 첨가제가 연소엔진 내에서의 연소에 의해 발생되는 배기 스트림에 첨가된다.
SCR(Selective Catalytic Reduction) 촉매장치는 통상적으로 주로 중대형 차량용으로 이러한 유형의 환원을 위해 사용되는 유형의 촉매이다. SCR 촉매장치는 통상적으로 배기가스 내의 질소산화물(NOx)을 환원하기 위한 첨가제로 암모니아(NH3) 또는 암모니아로부터 발생/형성될 수 있는 조성물을 사용한다. 첨가제는 촉매장치 상류에서 연소엔진으로부터 발생되는 배기 스트림 내로 주입된다. 촉매장치에 첨가된 첨가제는 촉매 장치 내에 암모니아(NH3) 형태로 흡수(저장)되어, 배기가스 내의 질소산화물(NOx)과 첨가제를 통해 이용 가능한 암모니아(NH3) 사이에서 산화환원 반응이 일어날 수 있다.
현대의 연소엔진은 엔진과 배기 처리 간에 협업하고 상호 영향을 주는 시스템이다. 좀 더 상세하게는, 질소산화물(NOx)을 환원하는 배기 처리 시스템의 능력과 연소엔진의 연료 효율 사이에는 상관관계가 있다. 연소엔진에 있어서, 엔진의 연료 효율/전체 효율과 그 연소엔진에 의해 발생되는 질소산화물(NOx) 사이에는 상관관계가 있다. 이 상관관계는, 지정 시스템에서, 발생되는 질소산화물(NOx)과 연료 효율 사이에 양의 상관관계(positive correlation)가 있음을 나타낸다. 이는, 더 많은 양의 질소산화물(NOx)을 배출하게 허용된 엔진은 연료를 덜 소모하도록 유도될 수 있으며, 더 높은 연소 효율을 산출할 수 있음을 의미한다. 이와 유사하게, 생성되는 입자 물질(PM)과 연료 효율 사이에는 음의 상관관계가 있다. 이는 엔진에서 입자 물질(PM)이 많이 배출되는 것은 연료 소모가 증가하는 것과 연결된다는 것을 의미한다.
이 상관관계는 SCR-촉매장치를 포함하는 배기 처리 시스템의 광범위한 사용의 배경되는데, 그 의도는 엔진의 연료 소모와 상대적으로 많은 양의 질소산화물(NOx)이 생성되도록 입자 배출을 최적화 하는 것이다. 이들 질소산화물(NOx)의 환원이 SCR-촉매장치를 포함할 수 있는 배기 처리 시스템에서 수행된다. 엔진과 배기 처리 시스템이 서로 보완 작용을 하는, 엔진과 배기 처리 시스템의 디자인에 대한 통합적인 접근을 통해, 입자들(PM)과 질소산화물(NOx) 모두의 배출이 적어지는 것과 함께 높은 연료 효율이 달성될 수 있다.
이에 따라, SCR 촉매장치가 충분히 따뜻해지면, 암모니아 첨가제가 배기가스와 함께 SCR 촉매장치로 주입되어, 암모니아가 배기가스 내 질소산화물(NOx)과 반응하여 질소산화물(NOx)을 환원시킨다. 배기가스 내의 암모니아 양과 SCR 촉매장치 내의 암모니아 피복 정도(ammonia coverage degree)의 양 사이에는 균형/평형이 존재한다. 이 균형은 배기가스 내의 질소산화물(NOx) 양과 SCR 촉매장치 내 온도에 따라 변한다.
엔진을 시동할 때, 초기에는 SCR 촉매장치 내에는 암모니아가 거의 저장되어 있을 않을 때, SCR 촉매장치는 초기에는 암모니아를 흡수한다. 즉 이 초기 단계에서는 SCR 촉매장치가 암모니아로 채워진다.
정상 상태로 작동하는 중에, SCR 촉매장치의 암모니아 피복 정도는 SCR 촉매장치의 온도에 따라 달라진다. 저온인 경우가 고온인 경우에 비해 SCR 촉매장치 내에 더 많은 양의 암모니아가 저장되는 것이 일반적이다. 따라서, 고온에서 SCR 촉매장치는 저온인 경우에 비해 더 적은 양의 암모니아 피복 정도를 구비하게 된다.
SCR 촉매장치에서 질소산화물(NOx)을 충분히 환원시키기 위해, SCR 촉매장치 상류에서 배기가스 내로 주입되는 암모니아 양을 동적으로 조절함으로써, SCR 촉매장치에 대한 암모니아 피복 정도가 조절될 수 있다.
그러나 예를 들어 온도 전이 작동 상태와 같이 SCR 촉매장치의 일부 동작 상태에서는, 암모니아 주입의 제어는 급격하게 변하는 온도에 대해 조절할 수 없을 수 있으며, 이에 따라 SCR 촉매장치 내 암모니아의 온도 의존적인 저장을 조절할 수 없다. 따라서 SCR 촉매장치에 암모니아가 풍부하게 존재할 수 있으며, SCR 촉매장치는 이 풍부한 암모니아의 사용 및/또는 저장에 대처할 수 없다.
일반적으로 SCR 촉매장치 상류에서 주입되는 암모니아/우레아를 조절할 때의 주된 어려움 중 하나는 SCR 촉매장치 내에 축적되는 암모니아(NH3)의 축적 역학(dynamics)을 처리하는 것이다.
　암모니아/우레아 주입 제어 문제는 여러 부문의 문제를 포함한다. 주입의 주된 목적은 필요한 질소산화물(NOx)의 변환을 달성하는 것이다. 이 변환은 대응 암모니아/우레아 유동으로 직접적으로 변환될 수 있다. 그러나 작동 조건에 따라서는, 어느 정도의 잉여(surplus)가 필요한데, 이는 촉매장치 내에서의 제한된 잔류 시간 동안에 주입된 우레아로부터 형성된 모든 암모니아(NH3)가 질소산화물(NOx) 환원 반응에 의해 소모될 수 없기 때문이다. 이 잉여는 암모니아(NH3) 농도를 증가시키고, 반응 속도도 증가시켜서 필요한 질소산화물(NOx) 변환을 이룰 수 있게 한다. 필요한 질소산화물(NOx) 변환에 대응하는 우레아 유동이 이 잉여와 함께 정적 주입(static dosing)을 구성한다.
SCR 촉매장치의 기본적인 특성 중 하나는 SCR 촉매장치가 암모니아(NH3)를 축적한다는 것이다. 암모니아(NH3) 축적은 평형 특성이 있는데, 이는 축적된 암모니아(NH3)가 항상 가스 상태의 암모니아(NH3)와 평형을 이루려고 한다는 것을 의미한다. 암모니아(NH3)를 축적하는 능력은 온도에 상당히 의존적인데, 저온에서 축적 능력이 크고 온도가 높아질수록 감소한다. 평형은, 질소산화물(NOx) 환원 반응에 의해 소모되는 암모니아(NH3)에 의해서도 영향을 받는다. 또한, 질소산화물(NOx) 환원 정도는 체류 시간 및 이에 따라 배기가스 유동에 의해서도 영향을 받는다.
SCR 촉매장치가 차가우면 즉 SCR 촉매장치 온도가 낮으면, 암모니아는 기본적으로 SCR 촉매장치의 모든 사이트에 저장될 수 있지만, SCR 촉매장치가 가열되면 즉 SCR 촉매장치 온도가 높아지면, SCR 촉매장치 사이트들 중 일부 사이트만이 암모니아를 저장할 수 있다. 따라서, SCR 촉매장치는 온도가 증가하면, 기본적으로 암모니아가 충만된 상태에서 암모니아가 거의 빈 상태로 변하게 된다. 또한, SCR 촉매장치 내에서 하류로 열파(heat wave)가 이동하면, SCR 촉매장치 내에서 암모니아가 SCR 촉매장치의 후방/하류를 향해 더 이동하여 최종적으로는 암모니아(NH3)가 SCR 촉매장치를 빠져나가 암모니아 슬립으로 배출될 수 있다.
이에 따라, 온도가 낮을 때에는 SCR 촉매장치 내에 많은 양의 암모니아가 저장되고, 이렇게 저장된 암모니아는 온도가 상승할 때 SCR 촉매장치 내에서 질소산화물(NOx)을 환원하는 데에 사용되지 않고 배기가스와 함께 SCR 촉매장치로부터 배출되어, 소위 암모니아 슬립이 배기가스와 함께 SCR 촉매장치를 빠져나가게 된다.
따라서 본 발명의 목적은 전술한 문제들 중 적어도 일부를 해결하는 것이다.
본 발명의 목적은 청구항 제1항의 특징부에 따른, 적어도 하나의 선택적 촉매 환원 촉매장치에 있어서 적어도 하나의 암모니아 피복 정도를 제어하기 위한 전술한 방법에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 연소엔진에서 배출되는 배기 스트림을 처리하기 위해 배치된 배기가스 처리 시스템 내에 포함되어 있는 적어도 하나의 SCR 촉매장치에 대한 적어도 한 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일)이 제어된다.
본 발명은 적어도 하나의 SCR 촉매장치 상류에서 상기 배기 스트림의 유동(F), 온도(T) 및 조성성분(C)에 기초하여, 적어도 하나의 SCR 촉매장치에 대한 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)을 결정하는 단계를 포함한다. 여기서 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)의 결정은 적어도 하나의 SCR 촉매장치에 대한 적어도 2개의 섹션에 대한 적어도 2개의 섹션의 암모니아 피복 정도(NH3_결정_1, NH3_결정_ 2, ..., NH3 _결정_n)를 포함한다.
본 발명은 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)과 적어도 하나의 SCR 촉매장치의 암모니아 피복 정도에 대한 적어도 하나의 섹션의 기준 프로파일(NH3_프로파일_기준)과 비교하는 단계를 또한 포함한다. 암모니아 피복 정도에 대한 적어도 하나의 섹션의 기준 프로파일(NH3_프로파일_기준)은 적어도 하나의 SCR 촉매장치의 적어도 2개의 섹션에 대한 적어도 2개의 섹션의 암모니아 피복 기준 정도(NH3_기준_1, NH3_기준_ 1, ..., NH3 _기준_n)를 포함한다. 이에 따라, 상기 비교 단계는 적어도 2개의 섹션의 암모니아 피복 정도(NH3_결정_1, NH3_결정_ 2, ..., NH3 _결정_n)와 적어도 2개의 섹션에 대한 적어도 2개의 섹션의 암모니아 피복 기준 정도(NH3_기준_1, NH3_기준_1, ..., NH3_기준_n)와 비교하는 단계를 포함한다.
본 발명은, 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)과 적어도 하나의 SCR 촉매장치의 암모니아 피복 정도에 대한 적어도 하나의 섹션의 기준 프로파일(NH3_프로파일_기준)과의 비교에 기초하여, 연소엔진에서 배출되는 연소 스트림 내의 질소산화물들의 농도(CNOx) 중 적어도 하나 및 상기 적어도 하나의 SCR 촉매장치 상류에서 상기 배기 스트림 내로 분사되는 암모니아(NH3)를 포함하는 환원제의 주입을 제어하는 단계를 추가로 포함한다.
본 발명을 사용함으로써, SCR 촉매장치는 최대한 적은 양의 암모니아 슬립을 생성하는 동시에 배기가스 처리 시스템은 배기 스트림 내의 질소산화물(NOx)을 효율적으로 감소시키게 된다.
본 발명은 엔진이 배출하는 질소산화물들의 농도(CNOx) 및/또는 SCR 촉매장치 상류에서의 환원제 주입을 제어하기 위한 선진화된 모델을 사용하는데, 이 모델은 SCR 촉매장치를 따라 결정된 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정) 및 암모니아 피복 정도에 대해 대응하는 섹션의 기준 프로파일(NH3_프로파일_기준)을 고려한다. 예를 들어 온도가 급격하게 증가/감소하는 온도 전이 작동 상태와 같이 종래 기술에 있어서 문제가 되는 작동 상태에서, 이 선진화된 제어 모델은 SCR 촉매장치 내에서 질소산화물(NOx)의 환원을 최적으로 할 수 있는 동시에 SCR 촉매장치로부터 배출되는 암모니아 슬립을 최소로 할 수 있다. 섹션의 기준 프로파일(NH3_프로파일_기준)은 SCR 촉매장치 출구에서 배출이 허용되는/원하는 양의 암모니아 슬립에 기초하여 계산될 수 있으며, 이러한 허용되는/원하는 암모니아 슬립이 일어나게 되는 SCR 촉매장치를 따르는 암모니아 피복 정도를 나타낸다. 따라서, 섹션의 기준 프로파일(NH3_프로파일_기준)은 SCR 촉매장치로부터 배출되는 허용되는/원하는 암모니아 슬립이 최적으로 되는 것과 관련되는, SCR 촉매장치에 대한 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일을 나타낸다. 제어 모델에 섹션의 기준 프로파일(NH3_프로파일_기준)을 포함함으로써, 엔진에서 배출되는 질소산화물(NOx) 농도 및/또는 환원제 주입에 대해 매우 정확하면서도 효율적인 제어가 제공된다. 섹션의 기준 프로파일(NH3_프로파일_기준)은 일반적으로 SCR 촉매장치에 있어서 질소산화물(NOx) 환원에 대한 가용(available)/가능(possible) 능력을 나타낸다. 물론 이는 제어 모델 내에서 고려되는 것이 유리하다. 이 가용/가능 능력은 예를 들어 엔진에서 배출되는 현재의 질소산화물(NOx) 농도와 비교될 수 있으며, 이에 의해 환원제 주입 및/또는 질소산화물(NOx) 배출 농도가 수정되어야 하는지를 결정할 수 있게 된다.
본 발명을 사용함으로써, 질소산화물(NOx)을 충분히 감소시켜 온실 가스를 포함하는 주위환경에 배기가스 배출을 최소로 하면서도 환원제 및/또는 연료 소모가 감소될 수 있다.
본 발명은 엔진 및/또는 배기 처리 시스템의 구조적 복잡성을 부가하지 않고 부가하더라도 최소한으로 부가하면서 실시될 수 있다.
또한, 본 발명이 사용되면, SCR 촉매장치의 효율적 사용에 의해, 배기가스 처리 시스템의 SCR 촉매장치의 크기/부피가 상대적으로 작아질 수 있다. 크기가 작은 SCR 촉매장치는 당연히 유리한데, 이는 예컨대 차량 내에 배기가스 처리 시스템을 구현하기 위한 공간이 종종 부족하기 때문이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면,
- 적어도 하나의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)과 암모니아 피복 정도에 대한 적어도 하나의 기준 프로파일(NH3_프로파일_기준)의 비교가, 적어도 하나의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)과 암모니아 피복 정도에 대한 적어도 하나의 기준 프로파일(NH3_프로파일_기준) 사이에 차이(Diff프로파일)가 있는 것으로 지시하면,
- 엔진에서 배출되는 질소산화물의 농도(CNOx) 및/또는 환원제 주입의 제어는, 차이(Diff프로파일)가 감소되도록, 상기 질소산화물들의 농도(CNOx) 및 상기 환원제의 주입 중 적어도 하나의 제어를 포함한다. 이에 의해, 적어도 하나의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)이 섹션의 기준 프로파일(NH3_프로파일_기준)을 향하게 수정되어서, 질소산화물(NOx) 환원이 최적으로 되면서도 SCR 촉매장치로부터의 암모니아 슬립이 없거나 있더라도 최소로 된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 차이(Diff프로파일)는, 적어도 2개의 섹션의 암모니아 피복 정도(NH3_결정_1, NH3_결정_ 2, ..., NH3 _결정_n)와 적어도 2개의 섹션에 대한 적어도 2개의 섹션의 암모니아 피복 기준 정도(NH3_기준_1, NH3_기준_ 1, ..., NH3 _기준_n) 간의 적어도 2개의 섹션의 차이들(Diff1, Diff2, ..., Diffn)의 가중합으로 계산되고, 적어도 2개의 섹션의 차이들(Diff1, Diff2, ..., Diffn) 각각은 섹션의 가중 계수(W1, W2, ..., Wn)로 가중된다. 따라서, 적어도 2개의 섹션의 가중 계수(W1, W2, ..., Wn)는 적어도 2개의 섹션의 차이들(Diff1, Diff2, ..., Diffn)을 가중(weighting)하는 에에 사용된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제어 단계는 다음 그룹 중에서 하나 또는 그 이상을 포함한다.
- 적어도 2개의 섹션의 차이들(Diff1, Diff2, ..., Diffn)을 감소시키기 위해 필요한 기준 주입과 관련하여 상기 환원제의 상기 주입을 조절하는 단계로, 감소되는 양은 상기 적어도 2개의 섹션의 차이들(Diff1, Diff2, ..., Diffn)의 상기 가중합과 관련되어 있으며; 및
- 적어도 2개의 섹션의 차이들(Diff1, Diff2, ..., Diffn)을 감소시키기 위해 필요한 기준 농도와 관련하여, 연소엔진에서 배출되는 배기 스트림 내 질소산화물들의 농도(CNOx)를 조절하는 단계로, 농도 조절은 상기 적어도 2개의 섹션의 차이들(Diff1, Diff2, ..., Diffn)의 가중합과 관련되어 있음.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제어 단계는 다음 그룹 중에서 하나 또는 그 이상을 추가로 포함한다.
- 환원제의 양 및/또는 농도 조절을 전반적인 제어 이득과 곱하는 단계; 및
- 가중합 계산을 위해 사용된 적어도 2개의 섹션의 가중 계수(W1, W2, ..., Wn)들 중 하나 또는 그 이상과 섹션의 제어 이득을 곱하는 단계.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 연소엔진에서 배출되는 질소산화물들의 농도(CNOx) 및/또는 환원제 주입의 제어는,
- 상기 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)에 기초하여 상기 적어도 하나의 SCR 촉매장치가 질소산화물(NOx)을 환원시키는 능력(CAPSCR _NOx)을 결정하는 단계;
- 상기 능력(CAPSCR _NOx)을 상기 연소엔진에서 배출되는 상기 배기 스트림 내 질소산화물들의 농도(CNOx)와 비교하는 단계(332); 및
- 상기 비교에 기초하여, 상기 연소엔진에서 배출되는 질소산화물들의 농도(CNOx) 및/또는 상기 환원제의 주입이 상기 제어 단계에 의해 수정되어야 하는 지를 결정하는 단계를 포함한다. 이에 의해, 이 제어는 질소산화물(NOx)의 환원을 최적화 하면서 SCR 촉매장치로부터의 암모니아 슬립이 없거나 있더라도 최소가 되게 수행될 수 있는데, 이는 능력(CAPSCR _NOx)을 결정할 때 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일)을 고려하기 때문이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 연소엔진에서 배출되는 질소산화물들의 농도(CNOx)의 제어는 다음 그룹 중에서 적어도 하나를 포함한다.
- 상기 연소엔진에 대한 적어도 하나의 분사 전략의 선택;
- 상기 연소엔진의 적어도 하나의 실린더 내로 연료를 분사하는 타이밍 제어;
- 상기 연소엔진의 적어도 하나의 실린더 내로 연료를 분사하는 압력 제어;
- 상기 연소엔진의 적어도 하나의 실린더 내로 연료를 분사하는 위상 제어;
- 배기 재순환(EGR)을 위한 장치 제어;
- 상기 연소엔진 및 전기 모터를 포함하는 하이브리드 구동트레인에 의해 제공되는 총 모멘텀에 대한 상기 연소엔진에 의한 기여의 제어.
본 발명의 일 실시형태에 따르면,
- 연소엔진의 적어도 하나의 실린더 내로 연료를 분사하는 타이밍의 선행;
- 연소엔진의 적어도 하나의 실린더 내로 연료를 분사하는 압력의 증가;
- 연소엔진의 적어도 하나의 실린더 내로 연료를 분사하기 위해 상대적으로 큰 압력 구배를 제공하도록 분사 위상의 제어;
- 배기 재순환(EGR)을 위한 장치를 통해 재순환되는 상기 배기 스트림 분율의 감소로 이루어진 그룹 중 적어도 하나에 의해 연소엔진에서 배출되는 질소산화물들의 농도(CNOx)가 증가한다. 연소엔진에서 배출되는 질소산화물들의 농도(CNOx)가 증가함으로써, 연소엔진이 더 높은 연료 효율로 구동될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면,
- 연소엔진의 적어도 하나의 실린더 내로 연료를 분사하는 타이밍의 지연;
- 연소엔진의 적어도 하나의 실린더 내로 연료를 분사하는 압력의 감소;
- 연소엔진의 적어도 하나의 실린더 내로 연료를 분사하기 위해 상대적으로 작은 압력 구배를 제공하도록 분사 위상의 제어;
- 배기 재순환(EGR)을 위한 장치를 통해 재순환되는 상기 배기 스트림(203) 분율의 증가로 이루어진 그룹 중 적어도 하나에 의해 상기 연소엔진에서 배출되는 질소산화물들의 농도(CNOx)가 감소한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일)의 제어는 적어도 하나의 SCR 촉매장치로부터 적어도 하나의 SCR 촉매장치 하류에 배치되어 있는 적어도 하나의 암모니아 슬립 촉매장치(ASC)로의 암모니아 슬립(NH3_슬립)을 감소시킨다. 이에 의해 ASC로부터 주위 환경으로 더 적은 양의 아산화질소(N2O)가 배출된다. 아산화질소(N2O)의 배출은 향후 배기 표준 및 연소엔진으로부터 배출되는 배기와 관련된 규제에 포함될 수 있다. 따라서 질소산화물(NOx) 환원이 효율적으로 이루어지는 한은 시스템으로부터 배출되는 아산화질소(N2O)의 양을 최소로 하는 것이 유리하다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 SCR 촉매장치에 대한 상기 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)을 결정하는 단계는 다음 그룹 중에서 하나 또는 그 이상에 기초한다.
- 적어도 하나의 SCR 촉매장치 하류에 위치하는 적어도 하나의 질소산화물(NOx) 센서의 사용으로 수행되는 적어도 하나의 측정;
- 적어도 하나의 SCR 촉매장치 하류에 배치되어 있는 적어도 하나의 암모니아 슬립 촉매장치(ASC)의 하류에 위치하는 적어도 하나의 질소산화물(NOx) 센서의 사용으로 수행되는 적어도 하나의 측정;
- 적어도 하나의 SCR 촉매장치 하류에 위치하는 적어도 하나의 암모니아(NH3) 센서의 사용으로 수행되는 적어도 하나의 측정;
- 적어도 하나의 SCR 촉매장치 하류에 배치되어 있는 적어도 하나의 암모니아 슬립 촉매장치(ASC)의 하류에 위치하는 적어도 하나의 암모니아(NH3) 센서의 사용으로 수행되는 적어도 하나의 측정;
- 적어도 하나의 SCR 촉매장치 하류 및/또는 상기 적어도 하나의 SCR 촉매장치 하류에 배치되어 있는 적어도 하나의 암모니아 슬립 촉매장치(ASC)의 하류에 위치하는 적어도 하나의 질소산화물(NOx) 센서의 사용 및/또는 상기 적어도 하나의 SCR 촉매장치 하류 및/또는 상기 적어도 하나의 SCR 촉매장치 하류에 배치되어 있는 적어도 하나의 암모니아 슬립 촉매장치(ASC)의 하류에 위치하는 적어도 하나의 암모니아(NH3) 센서의 사용으로 수행되는 측정들의 조합;
- 적어도 하나의 SCR 촉매장치 하류에서 상기 배기 스트림 내 질소산화물(NOx)들의 농도의 적어도 하나의 추정;
- 적어도 하나의 SCR 촉매장치 하류에 배치되어 있는 적어도 하나의 암모니아 슬립 촉매장치(ASC)의 하류에서 상기 배기 스트림 내 질소산화물(NOx)들의 농도의 적어도 하나의 추정;
- 적어도 하나의 SCR 촉매장치 하류에서 상기 배기 스트림 내 암모니아(NH3) 농도의 적어도 하나의 추정;
- 적어도 하나의 SCR 촉매장치 하류에 배치되어 있는 적어도 하나의 암모니아 슬립 촉매장치(ASC)의 하류에서 배기 스트림 내 암모니아(NH3) 농도의 적어도 하나의 추정;
- 적어도 하나의 SCR 촉매장치 상류에 위치하는 적어도 하나의 질소산화물(NOx) 센서의 사용으로 수행되는 적어도 측정; 및
- 적어도 하나의 SCR 촉매장치 상류에서 배기 스트림 내의 질소산화물(NOx) 농도의 적어도 하나의 추정.
본 발명의 목적은 본 발명의 방법을 실시하는 전술한 컴퓨터 프로그램 및 컴퓨터 프로그램 제품에 의해 달성된다.
본 발명의 목적은 연소엔진에서 배출되는 배기 스트림을 처리하기 위해 배치되어 있는 배기가스 처리 시스템 내에 포함되어 있는 적어도 하나의 SCR 촉매장치에 대한 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일)을 제어하기 위해 배치되는 시스템에 의해 달성된다. 이 시스템은;
- 적어도 하나의 SCR 촉매장치 상류에서 배기 스트림의 유동(F), 온도(T) 및 조성성분(C)에 기초하여, 적어도 하나의 SCR 촉매장치의 적어도 2개의 섹션에 대한 적어도 2개의 섹션의 암모니아 피복 정도(NH3_결정_1, NH3_결정_ 2, ..., NH3 _결정_n)를 포함하는 상기 적어도 하나의 SCR 촉매장치에 대한 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)을 결정하기 위해 배치되어 있는 결정 유닛으로, 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)은 적어도 하나의 SCR 촉매장치를 따라 저장된 암모니아를 나타내는, 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)을 결정하는 결정 유닛;
적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)과 적어도 하나의 SCR 촉매장치의 암모니아 피복 정도에 대한 적어도 하나의 섹션의 기준 프로파일(NH3_프로파일_기준)과 비교하기 위해 배치되어 있는 비교 유닛으로, 상기 암모니아 피복 정도에 대한 적어도 하나의 섹션의 기준 프로파일(NH3_프로파일_기준)은 상기 적어도 하나의 SCR 촉매장치에 대한 질소산화물(NOx)을 환원시키는 가용 능력과 관련되고, 적어도 하나의 SCR 촉매장치의 적어도 2개의 섹션에 대한 적어도 2개의 섹션의 암모니아 피복 기준 정도(NH3_기준_1, NH3_기준_ 1, ..., NH3 _기준_n)를 포함하며, 상기 비교는 상기 적어도 2개의 섹션의 암모니아 피복 정도(NH3_결정_1, NH3_결정_ 2, ..., NH3 _결정_n)와 상기 적어도 2개의 섹션에 대한 적어도 2개의 섹션의 암모니아 피복 기준 정도(NH3_기준_1, NH3_기준_1, ..., NH3_기준_n)와 비교하는 단계를 포함하며; 및
- 상기 비교에 기초하여, 연소엔진에서 배출되는 상기 연소 스트림 내의 질소산화물들의 농도(CNOx) 및 적어도 하나의 SCR 촉매장치 상류에서 상기 배기 스트림 내로 분사되는 암모니아(NH3)를 포함하는 환원제의 주입 중 적어도 하나를 제어하기 위해 배치되어 있는 제어 유닛을 포함한다.
본 발명의 목적은 이 시스템을 포함하는 전술한 차량에 의해서도 달성된다. 차량은 엔진, 배기가스 처리 시스템 및 본 발명에 따른 시스템을 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 배기가스 처리 시스템은 다음 그룹 중에서 하나를 한다.
- 하나의 SCR 촉매장치;
- 하나의 SCR 촉매장치 하류에 하나의 암모니아 슬립 촉매장치(ASC)가 후속하는 하나의 SCR 촉매장치;
- 적어도 2개의 선택적 촉매 환원(SCR1, SCR2) 촉매장치; 및
- 적어도 2개의 선택적 촉매 환원(SCR1, SCR2) 촉매장치로, 상기 적어도 2개의 선택적 촉매 환원(SCR1, SCR2) 촉매장치 각각의 하류에 암모니아 슬립 촉매장치(ASC1, ASC2)가 후속하는 적어도 2개의 선택적 촉매 환원(SCR1, SCR2) 촉매장치.
이하에서 일부 바람직한 실시형태들을 설명하는 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명에 따른 시스템 및 방법의 상세한 예시적 실시형태와 이점들을 설명한다.
도 1은 본 발명을 포함할 수 있는 예시적 차량을 도시하는 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 방법 및/또는 시스템이 구현될 수 있는 배기가스 처리 시스템의 예시들을 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 방법의 일부 실시형태들에 대한 흐름도이다.
도 4는 본 발명에 따른 방법이 구현될 수 있는 제어 장치를 도시하는 도면이다.
이하에서 첨부된 도면들과 함께 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 도면에서 유사한 참조부호는 유사한 파트를 지시한다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시형태에 따라 제어되는 배기가스 처리 시스템(150)을 포함하는 예시적 차량(100)을 개략적으로 도시한다. 차량의 파워-트레인은 연소엔진(101)을 포함하고, 연소엔진은 통상적인 방식으로 연소엔진(101) 상의 출력 샤프트(102)를 통해, 통상적으로 플라이휠을 통해 그리고 클러치(106)를 통해 기어박스(103)에 연결된다.
연소엔진(101)은 제어 장치(280)를 통해 차량의 제어 시스템에 의해 제어된다. 제어 장치는 배기가스 처리 시스템(150)에 연결될 수 있다. 마찬가지로, 클러치(106) 및 기어박스(103)는 하나 또는 그 이상의 적용 가능한 제어 징치들(도시되어 있지 않음)을 사용하여 차량의 제어 시스템에 의해 제어될 수 있다. 당연히, 차량의 구동라인은 통상적인 오토매틱 기어박스를 구비하는 종류와 같이 하이브리드 구동라인 등의 다른 유형의 구동라인일 수도 있다.
기어박스(103)로부터 출력 샤프트(107)가 예컨대 통상적인 차동 및 최종 드라이브(108)에 연결되어 있는 구동 샤프트(104, 105) 같은 최종 드라이브(108)를 통해 휠들(113, 114)을 구동한다.
이에 따라 차량(100)은 실린더들을 포함할 수 있는 연소엔진(101)의 연소실 내에서의 연소에 의해 발생되는 배기 배출물의 처리/정화하기 위한 배기가스 처리 시스템/배기가스 정화 시스템(105)도 포함한다. 배기가스 처리 시스템(150)은 차량의 제어 시스템 예컨대 제어 장치(160)를 통해 제어될 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 방법이 사용될 수 있는 배기가스 처리 시스템(250)의 비제한적인 실시예 2개를 개략적으로 도시한다. 도 2a 및 도 2b에서, 유사한 장치들은 동일한 참조부호를 사용한다. 본 발명은 기본적으로 적어도 하나의 SCR 촉매장치를 포함하는 어떠한 배기가스 처리 시스템에서도 구현될 수 있으며, 도 2a 및 도 2b는 그러한 배기가스 처리 시스템 2개의 예시를 도시하고 있음에 주목해야 한다.
도 2a 및 도 2b에 도시되어 있는 시스템에서, 배기 파이프(202)가 연소엔진(201)에 연결되어 있다.
도 2a는 배기가스 처리 시스템(250)을 도시하고 있다. 이 배기가스 처리 시스템은 소위 유로 Ⅵ-시스템을 설명하는 것일 수 있다. 배기 스트림(203)이 디젤 산화 촉매장치(DOC)(210)를 거쳐 디젤 입자 필터(DPF)(220)로 유도된다. 연소엔진에 연소가 일어나는 중에, 그을음 입자들이 형성되고, 이들 그을음 입자들을 포집하기 위해 디젤 입자 필터(DPF)(220)가 사용된다. 배기 스트림(203)은 필터 구조를 통과하게 안내되며, 필터 구조에서 필터 구조를 통과하는 배기 스트림(203)으로부터 그을음 입자들을 포집하여, 입자 필터(220) 내에 저장한다.
디젤 산화 촉매장치(DOC)(210)는 산화 성분을 포함하고, 배기 처리 중에 우선적으로 배기 스트림(203) 내의 나머지 탄화수소들(CxHy)(HC로도 호칭됨)과 일산화탄소(CO)를 이산화탄소(CO2)와 물(H2O)로 산화시키는 데에 사용되는 것이 일반적이다. 디젤 산화 촉매장치(DOC)(210)는 배기 스트림 내에 발생하는 일산화질소(NO) 중 상당량을 이산화질소(NO2)로 산화시킬 수 있다. 일산화질소(NO)의 이산화질소(NO2)로의 산화는 필터 내에서 이산화질소 기반 그을음 산화에서 중요하며, 잠재적인 후속의 질소산화물(NOx) 환원에서도 유리하다. 이러한 측면에서, 배기가스 처리 시스템(250)은 입자 필터(DPF)(220) 하류에 배치되어 있는 SCR 촉매장치(230)를 포함한다. SCR 촉매장치는 배기 스트림 내 질소산화물(NOx)의 환원을 위한 첨가제로 암모니아(NH3) 또는 예컨대 우레아와 같이 암모니아(NH3)가 발생/형성될 수 있는 조성물을 사용한다. 이 환원 반응 속도는 배기 스트림 내의 일산화질소(NO)와 이산화질소(NO2)의 비에 의해 영향을 받아서, 환원 반응은 산화 촉매장치(DOC) 내에서의 NO의 NO2로의 이전 산화에 의해 양의 방향으로 영향을 받는다. 이는 몰비(molar ratio) NO2/NOx의 약 50%를 나타내는 값까지 적용된다.
SCR 촉매장치(230)는 배기 스트림(203) 내에서 질소산화물(NOx)의 농도를 줄이기 위해 첨가제를 필요로 한다. 이러한 첨가제는 SCR 촉매장치(230) 상류에서 주입 장치(271)에 의해 배기 스트림(203) 내로 분사된다. 이러한 첨가제는 통상 암모니아 및/또는 우레아 계열이거나 암모니아가 추출되거나 방출되는 물질을 포함하며, 예를 들어 기본적으로 물과 혼합된 우레아를 포함하는 애드블루를 포함할 수 있다. 우레아가 가열되면(증발 및 열분해) 예컨대 SCR 촉매장치 내에서 또는 주입 장치(271)의 하류에서 전용 열분해 촉매의 이산화티타늄(TiO2)을 포함할 수 있는 금속 산화물 표면 위에서의 촉매 작용(열분해)에서 암모니아를 형성한다.
도 2a에 예시되어 있는 배기가스 처리 시스템(250)에는 암모니아 슬립 촉매장치(ASC)도 장착되어 있다. 암모니아 슬립 촉매장치는 SCR 촉매장치(230)를 거친 후에 잔류할 수 있는 잉여 첨가제/슬립을 산화시키도록 배치되어 있다.
배기가스 처리 시스템(250)에는, 그 배기가스 처리 시스템 내의 질소산화물 및/또는 암모니아의 농도를 결정하기 위해, 및/또는 온도를 결정하기 위해, 예를 들어 산화 촉매장치(DOC)(210) 입구에, 입자 필터(DPF)(220) 입구에, 암모니아 슬립 촉매장치(ASC)(240) 입구에 및/또는 암모니아 슬립 촉매장치(ASC)(240) 출구에 배치되어 있는 하나 또는 복수의 NOx-센서, NH3-센서, 유동-센서 및/또는 온도-센서(261, 262, 263, 264, 265) 같은 하나 또는 복수의 센서들도 장착되어 있다.
제어 장치(280)는 본 발명에 따라 SCR 촉매장치(230)에 대한 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일을 제어하게 배치되어 있다. 이러한 제어는 배기가스 처리 시스템 내의 복수의 센서들로 그 중에서도 NOx-센서, NH3-센서, 유동-센서 및/또는 온도-센서(261, 262, 263, 264, 265)로부터 나온 신호들에 기초할 수 있다.
배기가스 처리 시스템(250)은 첨가제를 공급하기 위한 시스템(370)을 포함할 수 있으며, 이 시스템은 도 2a에서 주입 장치(271)에 예를 들어 암모니아나 우레아를 공급하도록 배치되어 있다. 첨가제 공급을 위한 이러한 시스템(270) 중 일 예시가 도 2a에 개략적으로 도시되어 있다. 이 시스템은 SCR 촉매장치(230) 상류에 배치되어 있는 주입 장치(271)를 포함한다. 주입 장치(271)는 종종 주입 노즐을 포함하는데, 주입 노즐은 첨가제를 투여하고 배기 스트림(203)과 첨가제를 혼합하며, 하나 또는 복수의 도관을 통해 첨가제용의 하나 또는 복수의 탱크들(273)로부터 첨가제가 공급된다.
예를 들어 하나 또는 복수의 펌프들을 포함하는 첨가제 공급용 시스템(270)은 제어 유닛(280)에 의해 제어될 수 있다. 제어 유닛은, SCR 촉매장치(230) 상류에서 주입 장치(271)를 사용하여 원하는 양의 첨가제가 배기 스트림(203) 내로 분사될 수 있도록 첨가제 공급을 제어하는 제어 신호들을 생성한다.
배기 순환용 장치(EGR)(204)가 도 2a에 도시되어 있는 배기가스 처리 시스템과 엔진 내에 포함될 수 있다. 통상의 기술자에게 잘 알려져 있는 바와 같이, EGR 장치(204)는 엔진 배기 출구에서 나오는 배기가스 중 일부를 엔진의 공기 유입구로 재순환시키기 위해 배치되어 있다.
도 2b는 2개의 SCR 촉매장치(231, 232)를 포함하는, 배기가스 처리 시스템(250)을 도시하고 있다. 엔진(201) 내에서의 연소 시에 발생된 배기 즉 배기 스트림(203)(화살표로 지시되어 있음)은 제1 첨가제의 제1 공급을 배기 스트림(203) 내로 제공하기 위해 배기가스 처리 시스템(250) 내에 배치되어 있는 제1 주입 장치(271)를 지나가게 안내된다. 배기가스 처리 시스템(250)은 제1 주입 장치(271) 하류에 배치되어 있으며, 제1 SCR1 촉매장치(231)에 도달하는 질소산화물(NOx)의 제1 양(NOx_1)을 제1 환원하기 위해 배치되어 있는 제1 SCR1 촉매장치(231)를 포함한다. 제1 SCR1 촉매장치(231)에서 이루어지는 이 제1 환원에서, 배기 스트림(203)으로 공급되는 제1 첨가제가 사용된다. 배기가스 처리 시스템(250)은 제1 SCR1 촉매장치(231) 하류에 배치되어서 제1 SCR1 촉매장치(231) 후에도 남아 있을 수 있는 잉여의 첨가제를 산화시키기 위해 배치되어 있는 제1 암모니아 슬립 촉매장치(ASC1)(241)를 포함할 수 있다.
배기가스 처리 시스템(250)은 제1 SCR1 촉매장치(231) 하류에 배치되어서 배기 스트림(203)에 제2 첨가제의 제2 공급을 제공하는 제2 주입 장치(272)도 포함한다. 제2 SCR2 촉매장치(232)에 도달하는 질소산화물의 제1 양(NOx_2)을 제2 환원하기 위해 제2 주입 장치(272) 하류에 제2 SCR2 촉매장치(232)가 배치되어 있다. 이 제2 환원에서, 제1 및 제2 주입 장치(271, 272)에 의해 배기 스트림으로 제공되는 제1 및/또는 제2 첨가제가 사용될 수 있다. 배기가스 처리 시스템(250)은 제2 SCR2 촉매장치(232) 하류에 배치되어서 제2 SCR2 촉매장치(232) 후에도 남아 있을 수 있는 잉여 첨가제/첨가제 슬립을 산화시키기 위해 배치되어 있는 제2 암모니아 슬립 촉매장치(ASC2)(242)를 포함할 수 있다.
배기가스 처리 시스템은 제1 주입 장치(271)의 상류에 배치되어 있는 제1 산화 촉매장치(DOC1)(211) 및/또는 제1 SCR1 촉매장치(231) 및/또는 제1 암모니아 슬립 촉매장치(ASC1)(241) 하류에 배치되어 있는 제2 산화 촉매장치(DOC2)(212)를 포함할 수 있다. 제1 산화 촉매장치(DOC1)(211) 및/또는 제2 산화 촉매장치(DOC2)(212)들은 배기가스 처리 시스템(250)에서 배기 스트림(203) 내의 질소 화합물, 탄소 화합물 및/또는 탄화수소 화합물을 산화시키게 배치되어 있다. 제1 산화 촉매장치(DOC1)(211)에서 산화할 때에, 배기 스트림(203) 내의 일산화질소(NO) 중 일부가 이산화질소(NO2)로 산화된다.
제1 산화 촉매장치(DOC1)(211) 및/또는 제2 산화 촉매장치(DOC2)(212)의 적어도 일부분이 촉매성 산화 코팅으로 피복될 수 있으며, 이러한 산화성 코팅은 적어도 하나의 귀금속 예컨대 백금을 포함할 수 있다.
배기가스 처리 시스템(250)은 제1 SCR1 촉매장치(231) 및/또는 제1 암모니아 슬립 촉매장치(ASC1)(241) 하류에, 또는 제2 산화 촉매장치(DOC2)(212)가 배기가스 처리 시스템에 포함되어 있다면 제2 산화 촉매장치(DOC2)(212) 하류에, 입자 필터(220)를 포함한다. 입자 필터(220)는 그을음 입자들을 포획하여 산화시키기 위해 배치되어 있다. 배기 스트림(203)은 입자 필터의 필터 구조를 통과하게 안내된다. 필터 구조에서 필터 구조를 통과하는 배기 스트림(203)으로부터 그을음 입자들을 포획하여 입자 필터(DPF)(220) 내에 저장되어 산화된다.
배기가스 처리 시스템(250)에는 하나 또는 복수의 NOx-센서, NH3-센서, 유동-센서 및/또는 온도-센서(261, 262, 263, 264, 265, 266, 267, 268) 같은 하나 또는 복수의 센서들이 장착되어 있다. 예를 들면, 센서(261)는 제1 산화 촉매장치(DOC1)(211) 입구에, 센서(263)는 제1 SCR1 촉매장치(231) 입구에, 센서(264)는 제1 SCR1 촉매장치(231) 출구에(제1 암모니아 슬립 촉매장치(ASC1)(241) 입구에), 센서 (265)는 제1 암모니아 슬립 촉매장치(ASC1)(241) 출구에(제2 산화 촉매장치(DOC2)(212) 입구에), 센서(262)는 제2 산화 촉매장치(DOC2)(212) 출구에(입자 필터(220) 입구에), 센서(266)는 제2 SCR2 촉매장치(232) 출구에(제2 암모니아 슬립 촉매장치(ASC2)(242) 입구에) 및/또는 센서(268)는 제2 암모니아 슬립 촉매장치(ASC2)(242) 출구에 배치되어서, 배기가스 처리 시스템 내의 일산화질소, 이산화질소, 암모니아, 배기가스의 유동(F) 및/또는 온도를 결정한다.
제어 장치(280)는 본 명세서에 설명되어 있는 바와 같이 본 발명에 따라 제1 SCR1 촉매장치(231) 및 제2 SCR2 촉매장치(232)에 있어서 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일을 제어하게 배치되어 있다. 이러한 제어는 배기가스 처리 시스템 내의 복수의 센서들 그 중에서도 본 명세서에 설명되어 있는 NOx-센서, NH3-센서, 유동-센서 및/또는 온도-센서(261, 262, 263, 264, 265, 266, 267, 268)로부터 나온 신호들에 기초할 수 있다.
제1 및/또는 제2 첨가제는 암모니아(NH3) 또는 암모니가 발생/형성/방출될 수 있는 우레아를 포함할 수 있다. 이들 첨가제는 예를 들면 애드블루를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 첨가제는 동일한 유형이거나 다른 유형일 수 있다.
배기가스 처리 시스템(250)은 각각이 예를 들어 암모니아 또는 우레아 같은 첨가제를 제1 주입 장치(271) 및 제2 주입 장치(272)에 공급하게 배치되어 있는 첨가제 공급용 시스템(270)을 포함할 수 있다.
첨가제를 공급하기 위한 이러한 시스템(270)의 일 예사가 도 2b에 개략적으로 도시되어 있다. 이 시스템은 각각이 제1 SCR1 촉매장치(231) 상류 및 제2 SCR2 촉매장치(232) 상류에 배치되어 있는 제1 주입 장치(271) 및 제2 주입 장치(272)를 포함한다. 제1 주입 장치(271) 및 제2 주입 장치(272)는 종종 주입 노즐을 포함하는데, 주입 노즐은 첨가제를 투여하고 배기 스트림(203)과 첨가제를 혼합하며, 하나 또는 복수의 도관을 통해 첨가제용의 하나 또는 복수의 탱크들(273)로부터 첨가제가 공급된다.
예컨대 하나 또는 복수의 펌프를 포함하는 첨가제 공급용 시스템(270)은 제어 유닛(280)에 의해 제어될 수 있다. 제어 유닛은, 각각이 제1 SCR1 촉매장치(231) 및 제2 SCR2 촉매장치(232) 상류에서 제1 주입 장치(271) 및 제2 주입 장치(272)를 사용하여 원하는 양의 첨가제가 배기 스트림(203) 내로 분사될 수 있도록 첨가제 공급을 제어하는 제어 신호들을 생성한다.
본 문헌에서, 선택적 촉매 환원 촉매장치(SCR)는 종래의 SCR-촉매장치(Selective Catalytic Reduction)을 의미하며, SCR 촉매장치는 통상 암모니아(NH3) 또는 암모니아가 발생/형성될 수 있는 조성물인 첨가제를 사용한다. 이 첨가제는 배기가스 내 질소산화물(NOx)을 환원하기 위해 사용된다. 첨가제는 전술한 바와 같이 촉매장치 상류에서 연소엔진으로부터 발생된 배기 스트림으로 분사된다. 촉매장치에 첨가된 첨가제는 암모니아(NH3) 형태로 촉매장치에 흡수(저장)되어, 배기가스 내의 질소산화물(NOx)과 첨가제를 통해 이용 가능한 암모니아(NH3) 사이에서 산화환원-반응이 일어날 수 있게 된다.
배기가스 순환(EGR) 장치(204)가 도 2b에 도시되어 있는 배기가스 처리 시스템과 엔진 내에 포함될 수 있다. 통상의 기술자가 잘 알고 있듯이, EGR 장치(204)는 엔진 배기 출구에서 나오는 배기가스 중 일부를 엔진의 공기 유입구로 재순환시키기 위해 배치되어 있다.
도 3은 본 발명에 따른 방법을 설명하는 흐름도이다. 전술한 바와 같이, 연소엔진(201)에서 배출되는 배기 스트림(203)을 처리하기 위해 배치되어 있는 배기가스 처리 시스템(250)에 포함되어 있는 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)에 대한 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일)이 본 발명 방법에 의해 제어된다.
본 발명 방법의 제1 단계 310에서, 아래에 설명되어 있는 바와 같이, 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)의 상류에서 배기 스트림(203)의 유동(F), 온도(T) 및 조성성분(C)에 기초하여, 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)에 대한 적어도 한 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)이 결정된다. 여기서 적어도 한 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)의 결정은 적어도 하나의 SCR 촉매장치의 적어도 2개의 섹션에서 적어도 두 섹션의 암모니아 피복 정도(NH3_결정_1, NH3_결정_ 2, ..., NH3 _결정_n)의 결정을 포함한다. 아래에 더욱 상세하게 설명되어 있는 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시형태들에 따르면, 적어도 하나의 SCR 촉매장치는 하나의 SCR 촉매장치(230) 또는 적어도 2개의 SCR1, SCR2 촉매장치(231, 232)를 포함할 수 있다. 적어도 2개의 SCR1, SCR2 촉매장치(231, 232)가 사용되는 경우, 적어도 2개의 SCR1, SCR2 촉매장치(231, 232) 중 각각에 대하여 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)이 결정된다.
본 발명 방법의 제2 단계 320에서, 적어도 하나의 결정된 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)을 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)에 대한 암모니아 피복 정도를 위한 적어도 한 섹션의 기준 프로파일(NH3_프로파일_기준)과 비교한다. 암모니아 피복 정도를 위한 적어도 한 섹션의 기준 프로파일(NH3_프로파일_기준)은 적어도 하나의 SCR 촉매장치의 적어도 2개의 섹션에서 적어도 두 섹션의 암모니아 피복 기준 정도(NH3_기준_1, NH3_기준_ 2, ..., NH3 _기준_n)를 포함한다. 따라서, 이 비교는 적어도 2개의 결정된 섹션의 암모니아 피복 기준 정도(NH3_결정_1, NH3_결정_2, ..., NH3_결정_n)을 적어도 2개의 섹션의 암모니아 피복 기준 정도(NH3_기준_1, NH3_기준_ 2, ..., NH3 _기준_n)와의 비교를 포함한다.
적어도 하나의 섹션의 기준 프로파일(NH3_프로파일_결정)과 그 결정은 본 발명의 일 실시형태에 대하여 아래에서 설명한다. 적어도 2개의 SCR1, SCR2 촉매장치(231, 232)가 사용되는 경우, 이들 각각의 섹션의 기준 프로파일(NH3_프로파일_기준)에 대한 비교가 수행된다.
본 발명 방법의 제3 단계 330에서, 연소엔진(201)에서 배출되는 배기 스트림(203) 내의 질소산화물 농도(CNOx) 및/또는 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232) 상류에서 배기 스트림(203) 내로 주입되는 암모니아(NH3)를 포함하는 환원제의 주입이, 적어도 하나의 결정된 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)과 본 방법의 제2 단계 320의 적어도 한 섹션의 기준 프로파일(NH3_프로파일_기준)과의 비교에 기초하여 제어된다.
본 발명을 사용함으로써, 적어도 하나의 SCR 촉매장치는 최대로 적은 암모니아 슬립을 발생하는 동시에 배기가스 처리 시스템은 배기 스트림 내 질소산화물(NOx)을 효율적으로 환원하게 된다.
본 발명은 엔진이 배출하는 질소산화물 농도(CNOx) 및/또는 적어도 하나의 SCR 촉매장치 상류에서의 환원제의 주입을 제어하기 위한 선진화된 모델을 사용한다. 이 모델은 적어도 하나의 SCR 촉매장치를 따른 섹션의 암모니아 피목 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)을 고려한다. 이 선진화된 제어 모델은, 예를 들어 온도가 급격하게 증가/감소하는 옴도 전이 작동 상태에서와 같이 종래 기술에서 문제가 되고 있는 작동 상태에서도, 적어도 하나의 SCR 촉매장치 내에서의 질소산화물(NOx) 환원을 최적화 하는 동시에 적어도 하나의 SCR 촉매장치의 암모니아 슬립을 최소로 할 수 있다.
본 문헌에서, 통상의 기술자에게 자명한 바와 같이, 피복 정도(coverage degree)는 SCR 촉매장치가 사용할 암모니아를 저장할 수 있는 능력의 정도/비(ratio)/분율(fraction)을 의미한다. 따라서 피복 정도는 SCR 촉매장치 내에 저장될 수 있는 암모니아의 최대 양에 대한, SCR 촉매장치를 따라 저장된 암모니아 즉 SCR 촉매장치의 섹션 내에 저장된 암모니아를 가리킨다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 본 방법의 제3 단계 330에서 수행된 제어는 차이(Diff프로파일)가 감소되도록 질소산화물의 농도(CNOx) 및/또는 환원제 주입을 제어하는 것을 포함한다. 본 방법의 제2 단계 320에서 수행된 비교가 적어도 하나의 결정된 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)과 암모니아 피복 정도에 대한 적어도 한 섹션의 기준 프로파일(NH3_프로파일_기준)과의 사이에 차이(Diff프로파일)가 존재하는 것을 나타내는 경우, 차이(Diff프로파일)의 제어된 환원이 수행된다. 이에 의해, 실제 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일)이 기준 프로파일(NH3_프로파일_기준)을 향해 제어/조정되고, 이에 의해 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)의 사용이 적어도 이론적으로 최적화 된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 배기가스 처리 시스템(250)은 도 2a에 도시되어 있는 바와 같이, 배기가스 처리 시스템(250) 내에서 단일 SCR 촉매장치(230) 하류에 배치되어 있는 ASC(240)를 포함한다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 배기가스 처리 시스템(250)은 도 2b에 도시되어 있는 바와 같이, 배기가스 처리 시스템(250) 내의 하나 이상의 제1 SCR1 및 제2 SCR2(231, 232) 하류에 배치되어 있는 ASC(241, 242)를 포함한다. 여기서, 본 발명의 방법에 의해 제공되는 적어도 한 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일)의 제어는, 적어도 하나의 SCR 촉매장치들(230, 231, 232)로부터 각각 하나 이상의 ASC(240, 241, 242)로의 암모니아 슬립(NH3_슬립)을 감소시킨다.
하나 또는 그 이상의 암모니아 슬립 촉매장치(ASC)(240, 241, 242) 각각이 하나 또는 그 이상의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)로부터의 암모니아 슬립(NH3_슬립)을 산화/감소시키게 배치되어 있다. 암모니아 슬립(NH3_슬립)이 산화/감소되면, 하나 또는 그 이상의 암모니아 슬립 촉매장치(ASC)(240, 241, 242) 내에서의 정상 작동 온도에서 아산화질소(N2O)가 종종 발생된다. 따라서, 본 발명의 이 실시형태를 사용함으로써, 개선된 제어에 의해 암모니아 슬립(NH3_슬립)이 감소될 수 있으며, 이에 따라 하나 또는 그 이상의 암모니아 슬립 촉매장치(ASC)(240, 241, 242) 내에서 발생된 아산화질소(N2O)의 양이 감소된다. 이는, 예를 들면 연소엔진(101, 201) 및 배기가스 처리 시스템(250)을 포함하는 차량으로부터 주위 환경으로 방출되는 아산화질소(N2O)가 적기 때문에, 유리하다. 또한, 미래에 아산화질소(N2O)의 배출은 연소엔진에서의 배출과 관련된 배기 표준 및 규제에 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 암모니아 피복 정도에 대한 적어도 한 섹션의 기준 프로파일(NH3_프로파일_기준)은 SCR 촉매장치(230, 231, 232)의 적어도 2개의 섹션에 대한 적어도 2개의 섹션의 암모니아 피복 기준 정도(NH3_프로파일_1, NH3_프로파일_2, ..., NH3_프로파일_n)를 포함한다. 이들 적어도 2개의 섹션들은 SCR 촉매장치(230, 231, 232)의 유입구로부터 배출구까지 SCR 촉매장치(230, 231, 232)의 전당을 따라 SCR 촉매장치(230, 231, 232)를 분할할 수 있다. 암모니아 피복 정도에 대한 적어도 한 섹션의 기준 프로파일(NH3_프로파일_기준)은 아래에서 상세하게 셜명한다.
적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)의 결정(310)은 대응하는 SCR 촉매장치(230, 231, 232)의 적어도 2개의 섹션에 대한 적어도 2개의 대응하는 섹션의 암모니아 피복 정도의 결정(NH3_결정_1, NH3_결정_ 2, ..., NH3 _결정_n)을 포함할 수 있다.
암모니아 피복 정도에 대한 적어도 한 섹션의 기준 프로파일(NH3_프로파일_기준) 및 결정된 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)이 각각 적어도 두 섹션의 암모니아 피복 정도와 적어도 두 섹션의 암모니아 피복 기준 정도를 포함한다면, 결정된 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)과 암모니아 피복 정도에 대한 적어도 한 섹션의 기준 프로파일(NH3_프로파일_기준)의 전술한 비교(320)는 적어도 두 섹션의 암모니아 피복 정도(NH3_결정_1, NH3_결정_ 2, ..., NH3 _결정_n)와 적어도 두 섹션의 암모니아 피복 기준 정도(NH3_기준_1, NH3_기준_2, ..., NH3_기준_n) 각각의 비교를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)과 암모니아 피복 정도에 대한 적어도 한 섹션의 기준 프로파일(NH3_프로파일_기준)의 차이(Diff프로파일)는 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)에 대한 적어도 두 섹션의 암모니아 피복 정도(NH3_결정_1, NH3_결정_ 2, ..., NH3 _결정_n)와 적어도 두 섹션의 암모니아 피복 기준 정도(NH3_기준_1, NH3_기준_ 2, ..., NH3 _기준_n) 사이의 적어도 두 섹션의 차이들(Diff1, Diff2, ..., Diffn)의 가중합(weighted summation)으로 계산된다. 가중합에서, 적어도 두 섹션의 차이들(Diff1, Diff2, ..., Diffn) 중 각각의 차이는 섹션의 가중 계수(W1, W2, ..., Wn)에 의해 가중되고, 그 합에 의해 두 섹션의 차이들(Diff1, Diff2, ..., Diffn) 모두에 기초하여 총 차이 값이 제공된다. 적어도 두 섹션의 가중 계수(W1, W2, ..., Wn) 및 적어도 두 섹션의 가중 계수(W1, W2, ..., Wn)의 계산/결정에 대해서는 아래에서 상세하게 설명한다.
일반적으로, SCR 촉매장치에 대해 암모니아 피복 기준 정도에 대한 섹션의 기준 프로파일(NH3_기준_1, NH3_기준_ 2, ..., NH3 _기준_n)이 계산될 때, SCR 촉매장치와 ASC 사이의 암모니아 슬립(NH3)이 교정 파라미터로 사용될 수 있다. SCR 촉매장치의 하류 단부 즉 SCR 촉매장치 출구 섹션에 대해 필요한 암모니아 피복과 암모니아 농도가 먼저 계산된다. 그런 다음, 하류 단부 섹션에 대한 이들 계산된 필요 암모니아 피복 및 암모니아 농도가 다음번 SCR 촉매장치 섹션 즉 하류 단부 섹션 바로 상류에 위치하는 섹션에 대한 필요 암모니아 피복 및 암모니아 농도 계산을 위해 사용되며, 계속 이러한 방식이 반복된다. 이에 따라, SCR 촉매장치 출구에서의 하류 단부 섹션에서부터 SCR 촉매장치의 입구에 있는 상류 단부 섹션을 향해, 필요한 암모니아 피복 및 암모니아 농도가 전술한 계산에 기초하여 산출된다.
본 명세서에 언급되어 있는 암모니아 피복 정도에 대한 적어도 한 섹션의 기준 프로파일(NH3_기준_1, NH3_기준_ 2, ..., NH3 _기준_n)은 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)에 대한 질소산화물(NOx)의 환원을 위해 이용 가능한 용량과 관련되며, 이는 일 실시형태에 의하면 이는 온도에 의존할 수 있다.
일반적으로, SCR 촉매장치 변환에 대해 아래에 기재되어 있는 반응 속도(rj,k)는 온도 의존적이고, 온도 균형은 섹션의 SCR 촉매장치의 각 섹션에 대한 특정 온도로 귀결된다. 따라서, 암모니아 피복 정도에 대한 적어도 한 섹션의 기준 프로파일(NH3_기준_1, NH3_기준_ 2, ..., NH3 _기준_n) 및/또는 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)은 온도 의존성일 수 있는데, 이는 온도가 변환을 위한 반응 속도에 영향을 주기 때문이다.
좀 더 상세하게는, SCR 촉매장치 섹션(k) 내에서 가스 성분(i)에 대한 질량 평형은 다음과 같이 쓸 수 있다.
Figure 112019065075298-pct00001
여기서,
- F는 가스에 대한 총 몰 유동;
- y i,k 는 실제 촉매 섹션(k)에서 가스 성분(i)에 대한 몰 분율;
- y i,k-1 은 실제 촉매 섹션(k-1)에서 가스 성분(i)에 대한 몰 분율;
- v i,j 는 반응(j)에서 가스 성분(i)에 대한 화학양론 계수;
- r j,k 는 실제 촉매 섹션(k)에서 반응(j)에 대한 반응 속도; 및
- w k 는 실제 촉매 섹션(k)에서 활성 물질 중량.
질량 평형(1)이 해결되면, 실제 촉매 섹션(k)에서 가스 성분(i)에 대한 몰 분율(y i,k )이 이전/하류 SCR 섹션 k-1에서 성분에 대한 몰 분율(y i,k-1 )의 함수로 제공된다.
SCR 촉매장치 내에 흡수된 암모니아(NH3)에 대해, 다음과 같이 쓸 수 있는 시간 의존적 질량 평형이 적용될 수 있다.
Figure 112019065075298-pct00002
여기서,
- N은 SCR 촉매장치 내 활성 사이트(active site)의 수;
- θ NH3,k 는 실제 촉매 섹션(k)에 있어서 SCR 촉매장치 내 NH3의 피복;
- v NH3,j 는 반응(j)에서 NH3에 대한 화학양론 계수; 및
- r j,k 는 실제 촉매 섹션(k)에서 반응(j)에 대한 반응 속도.
NH3 피복(θ NH3,k )은 시간 의존성 질량 평형과 측정된 교정 항과의 수치 적분에 의해 결정될 수 있다.
Figure 112019065075298-pct00003
여기서,
- Nc,m은 타입(m) 사이트에 대한 SCR 촉매장치 내 활성 사이트의 수;
Figure 112019065075298-pct00004
는 실제 촉매 섹션(k)에 대한 예상 NH3 피복;
Figure 112019065075298-pct00005
는 센서 위치에서 예상 NH3 몰 분율;
- y NH3 는 센서 위치에서 측정된 NH3 몰 분율;
- v NH3,j 는 반응(j)에서 NH3에 대한 화학양론 계수; 및
- r j,k 는 실제 촉매 섹션(k)에서 반응(j)에 대한 반응 속도;
- γ k 는 수학 모델에 기초한 계수 또는 추정자(estimator)의 적당한 거동을 얻기 위해 실험적으로 조율된 계수; 및
- δ k 는 수학 모델에 기초한 계수 또는 추정자(estimator)의 적당한 거동을 얻기 위해 실험적으로 조율된 계수.
본 문헌에서, 논리/제어 유닛, 모델, 방정식 및/또는 예를 계수를 추정하기에 적당한 지령은 "추정자"로 명명될 수 있다.
계수들(γ k , δ k )의 값은 예컨대 이용 가능한 NH3 센서 및/또는 NOx 센서 셋업에 따라 달라질 수 있다.
또한, SCR 촉매장치의 섹션(k)에 대한 기준 NH3 피복(θ NH3 , 기준, k )은 SCR 촉매장치의 각 파트에서의 현재 상태와 평형/균형 상태에 있는 NH3 피복에 대응될 수 있으며, 여기서 현재 상태는 유동(F), 온도(T) 및 가스 성분조성(C)을 포함할 수 있다.
NH3 피복이 평형 상태에 있을 때, NH3 피복의 시간 도함수(time derivative)는 제로이다. 어떤 의미에서 이는 정적 동작(static operation)으로 볼 수 있다. 그러나, 실제로 진정한 정적 동작은 SCR 촉매장치의 온도(T)가 평형 상태에 있는 것을 의미하며, 이는 상류 가스 온도가 충분히 긴 시간동안 일정한 경우에 해당된다. 섹션의 기준 NH3 피복 프로파일은 현재 촉매 온도 프로파일에 대한 세미-정적 NH3 피복을 기술하는 것으로 볼 수 있으며, 이 자체는 전이/논-정적일 수 있다.
NH3 피복의 시간 도함수가 제로로 설정된 경우, 평형 방정식은 다음과 같이 쓸 수 있다.
Figure 112019065075298-pct00006
여기서,
- v NH3,j 는 반응(j)에서 NH3에 대한 화학양론 계수;
- r j,k 는 실제 촉매 섹션(k)에서 반응(j)에 대한 반응 속도;
- r 흡수,k 는 실제 촉매 섹션(k)에서 NH3 흡수 반응 속도;
- r 탈착,k 는 실제 촉매 섹션(k)에서 NH3 탈착 반응 속도; 및
-
Figure 112019065075298-pct00007
는 NH3가 소모되는 반응의 합이다.
기준 NH3 피복(θ NH3 , 기준, k )은 최후 SCR 촉매장치 섹션 즉 SCR 촉매장치 출구에서 가장 하류에 있는 섹션에서 시작하여 결정된다. 흡수 항을 표현하기 위해 최대 허용 NH3 몰 분율(y NH3, 최대 )이 사용된다.
Figure 112019065075298-pct00008
여기서,
- r 흡수,k 는 실제 촉매 섹션(k)에서 NH3 흡수 반응 속도;
- k 탈착,k 는 섹션(k)에서 NH3 흡착에 대한 반응 상수;
- c 총,k 는 섹션(k)에서 총 가스 농도;
- y NH3, 최대 는 섹션(k)에서 최대 허용 NH3 몰 분율;
- θ NH3 , 기준, k 는 실제 촉매 섹션(k)에 있어서 SCR 촉매장치 내 NH3의 기준 피복.
다른 모든 반응 항들은 NH3 외 다른 성분들의 피복만을 또는 피복 및 몰 분율을 포함한다. 몰 분율을 포함하는 반응 항들의 경우, 이전의 촉매 섹션의 몰 분율을 사용하여 질량 평형을 계산한다. 평형 방정식에서 최종 2개의 항들은 다음과 같이 쓸 수 있다.
Figure 112019065075298-pct00009
여기서,
- r 탈착,k 는 실제 촉매 섹션(k)에서 NH3 탈착 반응 속도;
-
Figure 112019065075298-pct00010
는 NH3가 소모되는 반응의 합;
- f( k k,j , θ NH3 , 기준, k , y i , k- 1 )는 식 (6)의 왼쪽에 있는 식으로 정의되며, 언급된 변수들의 함수를 나타낸다.
평형 방정식은 최대 허용 NH3 몰 분율(y NH3, 최대 )과 포함되어 있는 다른 모든 성분들의 실제 상류에서의 몰 분율을 사용하여 NH3 피복에 대해 풀어질 수 있다.
결정된 기준 피복(θ NH3 , 기준, k )을 사용하여, 이전의 촉매 섹션에 대한 최대 허용 NH3 몰 분율이 다음과 같이 결정될 수 있다.
Figure 112019065075298-pct00011
여기서,
- y NH3, 최대, k-1 는 섹션(k-1)에서 최대 허용 NH3 몰 분율;
- y NH3, 최대, k 는 섹션(k)에서 최대 허용 NH3 몰 분율;
- F 총 은 가스의 최대 몰 유동;
-
Figure 112019065075298-pct00012
은 NH3가 소모되는 반응의 합; 및
- w k 는 실제 촉매 섹션(k) 내 활성 물질 질량.
그런 다음 모든 촉매 섹션에 대해서 기준 NH3 피복이 결정될 때까지 각 촉매 섹션 상류에 대해 이 과정을 반복한다.
NH3 주입을 조절하기 위한 제어 신호(y NH3 , 제어 ) 및 연소엔진(201)에서 배출되는 배기 스트림(203) 내 질소산화물 농도(CNOx)를 조절하기 위한 제어 신호(y NOx , 제어 )가 다음 식에 따라 계산될 수 있다.
Figure 112019065075298-pct00013
Figure 112019065075298-pct00014
따라서, 제어 신호들은 피드포워드 항(y NH3 , 피드포워드 , y NOx , 피드포워드 )의 합이고, 각 세그먼트/섹션(k)에서 기준 피복(θ NH3 , 기준, k )과 예상 피복(
Figure 112019065075298-pct00015
)의 차이의 가중치 합이다. NH3 피드포워드 항(y NH3 , 피드포워드 )이 위에서 설명한 바와 같이 기준 피복을 계산하는 중에 산출될 수 있다. NOx 피드포워드 항(y Nox , 피드포워드 )은 엔진 관리 시스템(EMS)에 의해 보고되는 현재 연소엔진 작동 포인트에서 공칭 NOx 배출일 수 있다. NOx 피드포워드 항(y Nox , 피드포워드 )은 현재 연소엔진 작동 포인트에 있어서 일부 다르게 계산되거나 미리 계산된 최적 NOx 배출일 수도 있다. 환원제 주입을 제어하기 위해 제어 신호(y NH3 , 제어 )가 제어 유닛(280)으로부터 첨가제/환원제 공급을 위한 시스템(270)으로 송부될 수 있다. 배기 스트림(203) 내 질소산화물 농도(CNOx)를 제어하기 위해 제어 신호(y NOx , 제어 )가 제어 유닛(280)으로부터 엔진(201) 및/또는 EGR(204)로 송신될 수 있다. 따라서 이들 제어 신호들(y NH3 , 제어 , y NOx , 제어 )이 배기 스트림 내 질소산화물 농도(CNOx) 및/또는 적어도 하나의 SCR 촉매장치들(230, 231, 232)의 상류에서 암모니아(NH3)를 포함하는 환원제의 주입을 제어하는 데에 사용되어서, 적어도 하나의 SCR 촉매장치에 대한 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일)이 제어될 수 있다.
계수들(α k 및 β k )은 수학 모델에 기초하거나 만족스러운 폐쇄 루츠 성능 및 강건성(robustness)을 얻도록 실험적으로 조율될(tuned) 수 있다. 환원제 주입 변경에 의한 SCR 촉매장치 내에 저장된 암모니아(NH3) 정도 제어의 동역학은 배기 스트림 내 NOx 변경에 의한 촉매장치 내에 저장된 암모니아(NH3) 정도 제어의 동역학에 비해 훨씬 느리다. 예를 들어, SCR 촉매장치의 하류 단부에서 즉 SCR 촉매장치 출구에서 피복이 기준보다 높은 경우, 환원제 주입을 변경함으로써 이를 교정하기가 어렵다. 따라서, 일 실시형태에 따르면 k가 증가함에 따라 α k 계수들의 절대값이 감소하는 것이 일반적인 반면, k가 증가함에 따라 β k 계수들의 절대값은 일반적으로 증가한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 도 3에 도시되어 있는 제3 방법 단계 330은 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)가 질소산화물(NOx)을 환원하는 능력(CAPscr_NOx)을 결정하는 단계 331을 포함한다. 여기서, 능력(CAPscr _NOx)은 적어도 하나의 결정된 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)에 기초하여 결정된다.
그런 다음, 제3 방법 단계 330은 이 능력(CAPscr _NOx)을 배기 스트림(203) 내 질소산화물 농도(CNOx)와 비교하는 단계 332를 추가로 포함한다.
그런 다음, 제3 방법 단계 330은 비교 단계 332의 결과에 기초하여, 연소엔진(201)으로부터 배출되는 질소산화물 농도(CNOx) 및/또는 환원제 주입이 본 명세서에 기재되어 있는 제어 330에 의해 조절/수정되어야 하는 지를 결정하는 단계 333을 추가로 포함한다.
위에 서술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 연소엔진(201)으로부터 배출되는 질소산화물 농도(CNOx) 및/또는 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)의 상류에서의 환원제 주입은 적어도 하나의 결정된 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)과 적어도 하나의 섹션의 기준 프로파일(NH3_프로파일_기준)과의 비교 320을 포함한다.
일반적으로, 환원제 주입을 변경함으로써 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232) 내 암모니아 피복 정도를 제어하는 것은, 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)의 암모니아 피복 정도를 변경/규제하기에 상대적으로 느린 방식이다. 연소엔진(201)으로부터 배출되는 질소산화물 농도(CNOx)를 변경함으로써 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232) 내 암모니아 피복 정도를 제어하는 것은, 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)의 암모니아 피복 정도를 변경/규제하기에 상대적으로 빠른 방식이다.
연소엔진(201)으로부터 배출되는 질소산화물 농도(CNOx)의 제어 330은 여러 방식으로 수행될 수 있다. 예를 들면, 연소 엔진(201)에 있어서 적어도 하나의 분사 전략을 선택함으로써 배출되는 질소산화물 농도(CNOx)가 제어될 수 있다. 여기서 분사 전략은 분사 타이밍, 분사 압력 및/또는 분사 위상(phasing) 같이 연소엔진(201)의 적어도 하나의 실린더 내로 연료를 분사하기 위한 하나 이상의 분사 파라미터어 제어를 포함할 수 있다. 연소엔진(201)으로부터 배출되는 질소산화물 농도(CNOx)의 제어 330은 EGR 장치(204)를 제어함으로써도 수행될 수 있다. 연소엔진(201)과 전기 모터를 포함하는 하이브리드 구동트레인을 포함하는 차량의 경우, 연소엔진(201)으로부터 배출되는 질소산화물 농도(CNOx)의 제어는 하이브리드 구동트레인에 의해 제공되는 총 모멘텀에 대한 연소엔진(201)의 기여 정도(contribution)를 제어함으로써도 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 연소엔진(201)으로부터 배출되는 질소산화물 농도(CNOx)의 제어는 본 발명에 따른 시스템이 실시되는 차량의 도로 전방의 섹션과 관련된 정보에도 기초할 수 있다. 이 정도는 예컨대 GPS(global positioning system) 정보, 지도 정보, 지형 정보, 날씨 보고서, 라디오에 의해 통신되는 정보와 차량 사이에 통신되는 정보인 위치 정보들 중 하나 또는 그 이상에 기초할 수 있다. 이 정보는 현재의 지형, 도로 곡률, 교통 상황, 도로 작업, 교통 밀집도 및 도로면 상태와 관련된 정보를 포함할 수 있다. 이 정보는 또한 예를 들어 도로 전방 섹션에서 하나 또는 그 이상의 속도 제한 및 도로와 관련된 하나 또는 그 이상의 교통 신호들을 추가로 포함할 수 있다. 현대의 많은 차량들에는 예를 들어 이러한 정보를 활용하는 내비게이션 시스템과 크루즈 컨트롤 시스템이 제공되어 있다. 따라서 본 실시형태는 이 정보가 이미 사용될 수 있는 차량 내에서 추가로 복잡함을 야기하지 않고서도 실시될 수 있다.
배출되는 질소산화물 농도(CNOx)를 제어하는 전술한 방식들 중 하나 또는 그 이상의 방식을 사용함으로써, 일부 상황에서는 결정된 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)이 그 섹션의 기준 프로파일(NH3_프로파일_기준)과 더욱 유사하게 되도록 암모니아 피복 정도를 감소시키기 위해 배출되는 질소산화물 농도(CNOx)가 증가될 수 있다. 따라서, 예컨대 이들 실시형태들에 따르면, 더 높은 질소산화물 농도(CNOx)를 배출하도록 연소엔진(201)이 제어될 수 있으며, 이는 예컨대 온도가 전이되는 중에, SCR 촉매장치로부터의 암모니아 슬립이 효율적으로 감소 및/또는 제거되도록 하기 위해, 효율적이면서도 상대적으로 신속하게 SCR 촉매장치를 비게 할 수 있다. 이에 의해 일정 기간 동안에 연소엔진(201)으로부터 배출되는 질소산화물 농도(CNOx)는 SCR 촉매장치에 대한 최대 환원 제한보다 더 높을 수 있다. 이에 의해, 연소엔진(201)의 연료 효율서이 증가되는 동시에 암모니아 슬립이 최소로 될 수 있다.
예를 들면, 연소엔진(201)으로부터 배출되는 질소산화물 농도(CNOx)의 증가는 분사에 있어서 상대적으로 큰 압력 구배를 제공하기 위해 분사 타이밍의 선행(advancing), 분사 압력의 증가 및/또는 분사 위상 제어 같은 적어도 하나의 연료 분사 파라미터를 조절함으로써 달성될 수 있다. 연소엔진(201)으로부터 배출되는 질소산화물 농도(CNOx)의 증가는 EGR 장치(204)를 통해 재순환되는 배기 스트림(203) 부분을 줄임으로써도 달성될 수 있다.
이와 마찬가지로, 배출되는 질소산화물 농도(CNOx)를 제어하는 단계 330를 위한 전술한 방식들 중 하나 또는 그 이상의 방식은, 일부 상황에서 결정된 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)이 그 섹션의 기준 프로파일(NH3_프로파일_기준)과 더욱 유사하게 되도록 하기 위해, 배출되는 질소산화물 농도(CNOx)를 감소시키기 위해 사용될 수 있다.
예를 들면, 연소엔진(201)으로부터 배출되는 질소산화물 농도(CNOx)의 감소는 분사에 있어서 상대적으로 작은 압력 구배를 제공하기 위해 분사 타이밍의 지연(delaying), 분사 압력의 감소 및/또는 분사 위상 제어 같은 적어도 하나의 연료 분사 파라미터를 조절함으로써 달성될 수 있다. 연소엔진(201)으로부터 배출되는 질소산화물 농도(CNOx)의 감소는 EGR 장치(204)를 통해 재순환되는 배기 스트림(203) 부분을 증가시킴으로써도 달성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)에 대한 적어도 하나의 결정된 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)은 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)의 상류에서 배기 스트림(203)의 유동(F), 온도(T) 및 조성성분(C)에 기초하여 결정된다. 적어도 하나의 결정된 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)은 예를 들면 이러한 결정을 수행하기 위해 배치되어 있는 본 명세서에 기재되어 있는 추정자들 중 어느 하나에 의해 결정될 수 있다.
이 적어도 하나의 결정된 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)은 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)에 대한 암모니아 피복 정도의 적어도 하나의 섹션의 기준 프로파일(NH3_프로파일_기준)과 비교하기 위한 제어 모델에 사용된다.
전술한 바와 같이, 배기가스 처리 시스템(250)에는 예를 들면, 배기가스 처리 시스템 내의 질소산화물, 이산화질소, 암모니아 배기가스 처리 시스템 내 유동(F) 및/또는 온도를 결정하기 위해, 예를 들어 제1 산화 촉매장치(DOC1)(211) 입구에 센서(261), 제1 SCR1 촉매장치(231) 입구에 센서(263), 제1 SCR1 촉매장치(231) 출구(제1 ASC1(241) 입구)에 센서(264), 제1 ASC1(241) 출구(제2 산화 촉매장치DOC2(212) 입구)에 센서(265), 제2 산화 촉매장치(DOC2)(212) 출구(필터(220) 입구)에 센서(262), 제2 SCR2 촉매장치(232) 입구에 센서(266), 제2 SCR2 촉매장치(232) 출구(제2 ACS2(242) 입구)에 센서(267), 및/또는 제2 ACS2(242) 출구에 센서(268)과 같이 배치되어 있는 하나 또는 복수의 NOx-센서, NH3-센서, 유동-센서 및/또는 온도-센서(261, 262, 263, 264, 265, 266, 267, 268) 같은 하나 또는 복수의 센서들이 장착될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)의 결정 310은 하나 이상의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)의 하류에 위치하는 하나 이상의 질소산화물(NOx) 센서들(264, 265, 262, 266, 267, 268)의 사용에 의해 수행되는 적어도 하나의 측정에 기초할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)의 결정 310은 하나 이상의 ASC(240, 241, 242)의 하류에 위치하는 하나 이상의 질소산화물(NOx) 센서들(265, 262, 266, 268)의 사용에 의해 수행되는 적어도 하나의 측정에도 기초할 수 있다. 여기서, 질소산화물(NOx) 센서들(265, 262, 266, 268)의 질소산화물(NOx) 및 암모니아(NH3)에 대한 교차 민감도(cross sensitivity)가 감소되는데, 이는 하나 이상의 ASC(240, 241, 242)의 하류에 위치하는 NOx 센서들(265, 262, 266, 268)이 사용되기 때문이다. 하나 이상의 ASC(240, 241, 242)는 배기가스 스트림이 NOx 센서들(265, 262, 266, 268)에 도달하기 전에 배기가스 스트림 내의 암모니아(NH3) 슬립을 제거한다. 상기 ACS들 하류에서 NOx 센서들(265, 262, 266, 268)은 배기 스트림 내 질소산화물(NOx)만을 검출한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)의 결정 310은 하나 이상의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)의 하류에 위치하는 하나 이상의 암모니아(NH3) 센서들(264, 265, 262, 266, 267, 268)의 사용에 의해 수행되는 적어도 하나의 측정에도 기초할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)의 결정 310은 하나 이상의 ASC(240, 241, 242)의 하류에 위치하는 하나 이상의 암모니아(NH3) 센서들(265, 262, 266, 268)의 사용에 의해 수행되는 적어도 하나의 측정에도 기초할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 하나 이상의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)의 하류 및/또는 하나 이상의 ASC(240, 241, 242)의 하류에 위치하는 하나 이상의 질소산화물(NOx) 센서들(264, 265, 262, 266, 267, 268)의 사용 및/또는 하나 이상의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)의 하류 및/또는 하나 이상의 ASC(240, 241, 242)의 하류에 위치하는 하나 이상의 암모니아(NH3) 센서들(264, 265, 262, 266, 267, 268)의 사용에 의해 수행되는 측정들의 조합에 기초한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)의 결정 310은 하나 이상의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)의 상류에 위치하는 하나 이상의 질소산화물(NOx) 센서들(263, 266)의 사용에 의해 수행되는 적어도 하나의 측정에도 기초한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)의 결정 310은 배기 스트림(203) 내 질소산화물(NOx) 농도의 하나 또는 그 이상의 추정에도 기초한다. 이러한 추정(estimation)은 예를 들면 전술한 센서들이 위치하는 지점에 대응되는 배기가스 처리 시스템 내의 하나 또는 그 이상의 지점들에 대해 이루어질 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)의 결정 310은 하나 또는 그 이상의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)의 하류에서 질소산화물 농도(CNOx)의 적어도 하나의 추정에도 기초한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)의 결정 310은 하나 또는 그 이상의 ASC(240, 241, 242)의 하류에서 질소산화물 농도(CNOx)의 적어도 하나의 추정에도 기초한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)의 결정 310은 하나 또는 그 이상의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)의 하류에서 암모니아(NH3) 농도의 적어도 하나의 추정에도 기초한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)의 결정 310은 하나 또는 그 이상의 ASC(240, 241, 242)의 하류에서 암모니아(NH3) 농도의 적어도 하나의 추정에도 기초한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)의 결정 310은 하나 또는 그 이상의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)의 상류에서 배기 스트림(203) 내의 질소산화물(NOx) 농도의 적어도 하나의 추정에도 기초한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 주입 제어는, 환원제 양이 적어도 두 섹션의 차이들(Diff1, Diff2, ..., Diffn)의 가중합과 관련되어 있으며, 적어도 두 섹션의 차이들(Diff1, Diff2, ..., Diffn) 제공을 위해 필요한 기준 주입과 관련하여 환원제 주입을 조절하는 것을 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 질소산화물 농도(CNOx)의 엔진 제어는, 농도 제어가 적어도 두 섹션의 차이들(Diff1, Diff2, ..., Diffn)의 가중합과 관련되어 있으며, 적어도 두 섹션의 차이들(Diff1, Diff2, ..., Diffn)를 감소시키기 위해 필요한 기준 농도와 관련하여, 연소엔진으로부터 배출되는 배기 스트림 내 질소산화물 농도(CNOx)의 조절을 포함한다.
일반적으로, 이들 실시형태들을 사용하여, 촉매장치 내에서 실제의 암모니아(NH3) 축적(accumulation) 및 필요한 암모니아(NH3) 축적을 결정할 수 있다. 이에 의해, 암모니아(NH3) 축적을 필요한 축적에 근접하게 유지할 수 있는 제어 컨셉을 확립하기 위한 수단이 제공된다.
암모니아/우레아 주입을 제어할 때 기초로 SCR 모델을 사용하는 목적은 SCR 촉매장치 내에서의 암모니아(NH3) 축적의 동역학을 처리할 수 있게 하기 위한 것이다. 이러한 개념을 실현하기 위해, SCR 모델 외에 2개의 다른 파트들도 필요하다. 먼저, 암모니아 피복 정도에 대한 섹션의 기준 프로파일(NH3_프로파일_기준)과 관련된 필요 축적(required accumulation)이 필요하다. 두 번째로, 그 축적이 필요 축적에 근접하게 유지시키기 위한 제어 방법이 필요하다. 따라서, 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)과 관련되어 있는 축적이 필요 축적을 향하게 하는 제어 컨셉이 기재되어 있다. 이 제어 방법은 본 명세서에 기재되어 있는 기준 피복 및 몰 분율 프로파일로부터 추론된다.
암모니아의 축적은 SCR 촉매장치 내에서의 4개의 모든 주요 작동 상태 즉 온도, 유동, 암모니아(NH3) 및/또는 질소산화물(NOx) 농도에 따라 달라질 수 있다. 4개의 모든 주요 작동 상태는 본 명세서에 기재되어 있는 실시형태들에 의해 활용된다.
전술한 바와 같이, 작동 상태는 시간의 경과에 따라 변하며, 이에 따라 NH3 축적 평형도 변하게 된다. 따라서, 작동 상태 즉 주입 동역학이 변할 때 암모니아(NH3) 축적 평형의 변화에 따라 우레아 주입이 조절될 필요가 있다.
동역학적 주입 특성을 결정하는 데에 필요한 정적 주입 및 평형 암모니아(NH3) 축적은 암모니아(NH3) 축적 제어를 위해 필요한 정적/기준 값들을 나타낸다. 이들 값들을 구하는 것은 최적화 문제를 나타낸다.
정적 및 동적 암모니아(NH3) 주입의 합으로부터 필요한 우레아 주입이 얻어진다. 몰 분율로, 이는 다음과 같이 표현된다.
Figure 112019065075298-pct00016
여기서, 인자 1/2은 NH3 분자 하나를 형성하기 위해 필요로 하는 우레아 분자들의 수를 나타낸다. 단순화하기 위해, 우레아는 NH3로 완전히 변환되는 것으로 간주한다. 몰 유동을 곱해서 유레아 유동을 구한다.
Figure 112019065075298-pct00017
정적 주입(static dosing)은 정적/기준 상태가 충족될 때 SCR 촉매장치 내에서 소모되는 암모니아(NH3)를 나타낸다. 이는 암모니아(NH3) 기준 일반화로부터 직접 얻을 수 있다.
Figure 112019065075298-pct00018
동적 주입(dynamic dosing)은, 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)과 관련된 암모니아(NH3) 축적이 암모니아 피복 정도에 대한 섹션의 기준 프로파일(NH3_프로파일_기준)과 관련된 정적 피복을 향하게 강제하기 위해 정적 주입에 더하거나 정적 주입에서 차감한 환원제/암모니아(NH3)의 양을 나타낸다. 동적 주입은 동적 암모니아(NH3) 질량 균형으로부터 추론된다.
Figure 112019065075298-pct00019
양 측에 촉매 질과과 사이트의 수를 곱하고, 몰 유동으로 나누어서, 동일 유닛 내에서 순 축적 변화 속도를 몰 분율로 구한다.
Figure 112019065075298-pct00020
기준 피복 및 몰 분율에서, 이는 제로와 같다.
Figure 112019065075298-pct00021
여기서,
- k는 반응 속도 계수를 나타내고;
- υ는 화학양론 계수를 나타내고;
- ads는 암모니아(NH3) 축적을 나타내고;
- des는 암모니아(NH3) 탈착을 나타내고;
- red는 질소산화물(NOx) 환원을 나타내고; 및
- ox는 암모니아(NH3) 산화를 나타낸다.
이제, 피복이 기준 상태에서 다음으로 동요하게 한다.
Figure 112019065075298-pct00022
이를 재작성한 정적 암모니아(NH3) 질량 균형에 삽입하고, 정적/기준 상태에서 동일한 식을 빼면, 다음 식을 얻는다.
Figure 112019065075298-pct00023
이는, 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)과 관련된 암모니아(NH3) 축적이 암모니아 피복 정도에 대한 섹션의 기준 프로파일(NH3_프로파일_기준)과 관련된 정적 피복을 향하게 강제하기 위해 필요한 암모니아(NH3) 양을 나타낸다. 섹션에 걸친 이 동적 암모니아(NH3)에 있어서 정적 질량 균형은 다음과 같이 쓸 수 있다.
Figure 112019065075298-pct00024
따라서, 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)과 관련된 암모니아(NH3) 축적이 암모니아 피복 정도에 대한 섹션의 기준 프로파일(NH3_프로파일_기준)과 관련된 정적 피복을 향하게 강제하기 위해 필요한 암모니아(NH3) 총 양 즉 섹션의 차이들(Diff1, Diff2, ..., Diffn)이 전체 촉매장치에 걸쳐 제로가 되게 하는 데에 필요한 암모니아(NH3) 총 양은 다음과 같다.
Figure 112019065075298-pct00025
따라서, 동적 주입은 촉매장치 섹션들에 걸쳐, 암모니아 피복 정도에 대한 섹션의 기준 프로파일(NH3_프로파일_기준)과 관련된 기준 피복과 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)과 관련된 실제 피복 사이의 차이들의 가중합이다.
Figure 112019065075298-pct00026
여기서, 각 섹션에서 가중 인자는 다음과 같이 표현된다.
Figure 112019065075298-pct00027
따라서, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 가중 합을 계산하는 데에 사용되는 적어도 2개의 섹션의 가중 계수들(W1, W2, ..., Wn)은 섹션의 순 변화(net change) 즉 섹션의 피복 정도 및 배기 유동(F)과 관련된 암모니아(NH3) 저장 속도의 증가 또는 감소에 기초하여 결정된다. 이에 의해, 적어도 2개의 섹션의 가중 계수들(W1, W2, ..., Wn) 각각은 섹션의 순 변화 즉 배기 유동에 의해 스케일 되는 암모니아(NH3) 저장 속도의 증가 또는 감소에 대응하는 차이들(Diff1, Diff2, ..., Diffn)과 관련된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 암모니아(NH3) 축적은 배기 질소산화물(NOx) 함량에 의해 영향을 받기 때문에, 엔진이 질소산화물(NOx)을 배출하게 제어하는 것은 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)과 관련된 암모니아(NH3) 축적이 암모니아 피복 정도에 대한 섹션의 기준 프로파일(NH3_프로파일_기준)과 관련된 정적 피복을 향하게 강제하는 것이다. 엔진이 배출하는 질소산화물(NOx)이 다음과 같이 되도록 인자에 의해 섭동되게 한다.
Figure 112019065075298-pct00028
이 섭동 인자는, 섹션의 차이들(Diff1, Diff2, ..., Diffn)을 최소로 하기 위해, 암모니아(NH3) 축적이 정적 피복을 향하게 강제시키는 데에 필요한 엔진에서 배출되는 질소산화물(NOx)의 분율 변화를 나타낸다. 다름 모든 조건들은 변하지 않고 있기 때문에, 모든 촉매장치 섹션 내의 질소산화물(NOx) 몰 분율은 다음과 같이 동일한 인자에 의해 섭동된다.
Figure 112019065075298-pct00029
이를 흡수된 암모니아(NH3)에 대한 질량 평형 즉 위의 식 (14)에 삽입하고 기준 조건에서 동일한 식을 빼면 다음 식을 얻는다.
Figure 112019065075298-pct00030
이는, 엔진에서 배출되는 섭동된 질소산화물(NOx)이 암모니아(NH3) 축적이 정정 피복이 되도록 하는 국부적인 암모니아(NH3) 몰 분율의 대응 변화를 나타낸다. 한 섹션에 걸쳐 암모니아(NH3)에 영향을 주기 위한 정적 질량 평형은 다음과 같이 쓸 수 있다.
Figure 112019065075298-pct00031
따라서, 섭동된 엔진이 배출하는 질소산화물(NOx)이 전체 촉매장치를 통해 암모니아(NH3) 축적을 정적 피복을 향하게 강제하는 주입된 암모니아(NH3) 내 총 대응 변화는 다음과 같다(이에 의해 주입된 암모니아(NH3)의 변화는 엔진에서 배출되는 질소산화물(NOx) 변화와 관련된다).
Figure 112019065075298-pct00032
주입된 암모니아(NH3)의 이 변화를 동적 주입 즉 위의 식 (19)와 동일하게 하며, 엔진 배출 질소산화물(NOx) 제어 인자에 대해 다음 식이 얻어진다.
Figure 112019065075298-pct00033
이는 촉매장치 섹션들에 걸쳐 기준 피복 즉 암모니아 피복 정도에 대한 섹션의 기준 프로파일(NH3_프로파일_기준)과 실제 피복 즉 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정) 사이의 차이들의 가중합이다.
Figure 112019065075298-pct00034
여기서, 각 섹션에 대한 가중 인자는 다음과 같이 표현된다.
Figure 112019065075298-pct00035
따라서, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 가중합을 계산하는 데에 사용되는 적어도 두 섹션의 가중 계수들(W1, W2, ,,,, Wn)은 섹션의 피복 정도와 관련된 암모니아(NH3) 저장 속도의 섹션의 순 변화(sectional net change) 즉 증가 도는 감소 및 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)를 통한 질소산화물(NOx)의 변환된 배기 유동에 기초하여 결정된다. 이에 의해, 적어도 두 섹션의 가중 계수들(W1, W2, ,,,, Wn) 중 각각은 대응 섹션의 차이들(Diff1, Diff2, ..., Diffn)을 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)를 통한 질소산화물(NOx)의 변환된 배기 유동에 의해 변환되어 스케일된 암모니아(NH3) 저장 속도의 순 변화 즉 증가 또는 감소에 관련시킨다.
동적 환원제 주입과 엔진 배출 질소산화물(NOx) 제어는 조합될 수 있다. 예를 들면, 정적 주입과 동적 주입의 합이 음(negative)이면, 일 실시형태에 따라, 엔진 배출 질소산화물(NOx)을 증가시켜 음인 부분이 작동될 수 있다. 일 실시형태에 따르면, 주입에 상한이 있을 때와 같이 다른 경우에, 엔진 배출 질소산화물(NOx)이 감소될 수 있다. 연료 소모를 줄이기 위해, 항상 부분적으로 엔진 배출 질소산화물(NOx) 제어를 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 주입을 조절하기 위해 및/또는 배출되는 질소산화물 농도를 조절하기 위해 사용된 전술한 환원제 및/또는 농도 조절의 양은 전반적인 제어 이득(control gain)과 곱해진다. 좀 더 상세하게는, 일 실시형태에 따르면, 본 명세서에 기재되어 있는 적어도 두 섹션의 차이들(Diff1, Diff2, ..., Diffn)이 전반적인 제어 이득과 곱해진다. 환원제 주입을 조절할 때, 정적 환원제 주입은 전반적인 제어 이득과 곱해지지 않고, 동적 환원제 주입이 곱해지며, 이에 따라 전반적인 제어 이득에 의해 변경이 이루어진다. 이와 유사하게, 질소산화물(NOx) 배출 농도를 조절할 때, 엔진 배출 NOx 제어 인자
Figure 112019065075298-pct00036
만이 이득과 곱해진다. 즉 엔진 배출 NOx 분율 변화를 나타내는 섭동 인자는 다음과 같이 쓸 수 있다(여기서 "이득"(gain)은 전반적인 제어 이득임).
Figure 112019065075298-pct00037
전술한 바와 같이, 이 섭동 인자(perturbation factor)는 섹션의 차이들(Diff1, Diff2, ..., Diffn)을 최소로 하기 위해, 암모니아(NH3) 축적을 정적 피복으로 강제하는 데에 필요한 엔진 배출 NOx의 분율 변화를 나타낸다.
동적 주입 및 엔진 배출 질소산화물(NOx) 제어 인자는 SCR 촉매장치를 통한 질소산화물(NOx)의 총 변환 속도와 동일한 크기의 제어 작용(control action)을 산출한다. 기준을 향해 즉 섹션의 최소 차이를 향해 좀 더 느리게 또는 좀 더 빠르게 근접하도록 하기 위해, 전반적인 제어 이득이 동적 주입 및 엔진 배출 질소산화물(NOx) 제어 인자에 적용될 수 있다. 일 실시형태에 따르면, 이 이득은 하나 또는 그 이상의 작동 조건에 따라 달라질 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 가중합을 계산하기 위해 사용된 적어도 두 섹션의 가중 계수들(W1, W2, ,,,, Wn)은 섹션의 제어 이득과 곱해진다. 모든 제어 작용이 SCR 촉매장치의 유입 지점에 바로 영향을 주고 상류 지점들의 동역학이 하류 지점들에 대한 제어 작용의 영향을 약화시키기 때문에, 하류 지점들에서 기준에 도달하는 데에는 상대적으로 더 긴 시간이 소요된다. 하류 지점들에서 기준 즉 최소 섹션의 차이에 더 신속하게 접근시키기 위해, 예컨대 1보다 큰 값을 구비하는 섹션의 이득들이 그러한 하류 지점들에 대한 가중 인자들에 대해 적용/곱해질 수 있다.
통상의 기술자라면 본 발명에 따른 배기 스트림 처리 방법이 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수 있으며, 이 컴퓨터 프로그램이 컴퓨터에서 실행될 때 컴퓨터가 이 방법을 실행시키게 한다는 점을 잘 알 것이다. 컴퓨터 프로그램은 통상적으로 컴퓨터 프로그램 제품의 일 부분(403)을 포함하며, 여기서, 컴퓨터 프로그램 제품은 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 적당한 비-휘발성/영구적/지속적인/내구성 있는 디지털 저장 매체를 포함한다. 비-휘발성/영구적/지속적인/내구성 있는 컴퓨터 판독 가능 매체는 예를 들면 ROM(Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), EPROM(Erasable PROM), 플래시, EEPROM(Electrically Erasable PROM), 하드 디스크 기기 등과 같은 적당한 메모리를 포함한다.
도 4는 제어기기(400)를 개략적으로 도시한다. 제어기기(400)는, 기본적으로 적당한 유형의 프로세서 또는 마이크로컴퓨터 예컨대 디지털 신호 프로세싱(DSP) 또는 소정의 특정 기능이 있는 회로(ASIC)를 포함할 수 있는 계산기기(401)를 포함한다. 계산기기(401)는 제어기기(400) 내에 설치되어 있는 메모리 유닛(402)에 연결되어 있으며, 메모리 유닛은 예컨대 계산하는 데에 필요한 저장된 프로그램 코드 및/또는 저장된 데이터를 계산기기(401)에 제공한다. 계산기기(401)는 메모리기기(402) 내에 중간 계산 결과 또는 최종 계산 결과를 저장하게 설정되어 있다.
또한, 제어기기(400)에는 입력신호와 출력신호를 송수신하기 위한 기기들(411, 412, 413, 414)이 장착되어 있다. 이들 입력신호와 출력신호는 입력신호를 수신하기 위한 기기들(411, 413)에 의해 정보로 검출될 수 있으며, 계산기기(401)에 의해 처리될 수 있는 신호들로 변환될 수 있는 파형, 펄스 또는 다른 어트리뷰트를 포함할 수 있다. 그런 다음 이들 신호들은 계산기기(401)로 제공된다. 출력신호를 송신하기 위한 기기들(412, 414)은 계산기기(401)로부터 출력 신호로 계산 결과를 변환하도록 배치되어 있다. 출력신호는 차량의 제어 시스템의 다른 파트들 및/또는 신호들이 사용되는 컴포넌트(들) 예컨대 엔진의 연료 분사 시스템, EGR 시스템 및/또는 제1 및/또는 제2 주입 장치로 전송되기 위한 것이다.
입력신호와 출력신호를 송수신하기 위해 기기들에 연결되어 있는 접속부들 각각은 하나 또는 복수의 케이블; CAN(controller area network) 버스, MOST(media oriented systems transport) 버스 또는 다른 버스 장치와 같은 데이터 버스; 또는 무선 접속부를 포함할 수 있다.
통상의 기술자라면 전술한 컴퓨터가 계산기기(401)를 포함할 수 있으며, 전술한 메모리가 메모리기기(402)를 포함할 수 있음을 잘 알 것이다.
일반적으로, 현대 차량 내의 제어 시스템은 복수의 전자제어장치(ECU) 또는 컨트롤러 및 차량에 설치되어 있는 다른 컴포넌트들을 연결하기 위한 하나 또는 복수의 통신 버스를 포함하는 통신 버스 시스템을 포함한다. 이러한 제어 시스템은 많은 제어기기들을 포함할 수 있으며, 둘 이상의 제어기기들에 특정 기능을 위한 책무가 분산될 수 있다. 도시되어 있는 유형의 차량들은 도 4에 도시되어 있는 것보다 더 많은 제어기기들을 포함할 수 있으며, 이는 통상의 기술자에게는 잘 알려져 있는 사항이다.
도시되어 있는 실시형태에서, 본 발명은 제어기기(400)에서 실시된다. 그러나 본 발명의 전체 또는 일부가 차량에 이미 존재하는 하나 또는 복수의 다른 제어기기들 내에서 또는 본 발명 전용의 제어기기 내에서 실시될 수도 있다.
여기서, 그리고 본 문헌에서, 기기들은 종종 본 발명에 따른 방법의 단계들을 수행하게 배치되어 있는 것으로 기술되어 있다. 이는 이들 방법 단계들을 실시하도록 설치되어 있고 및/또는 이들 방법 단계에 적합한 기기들을 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 도 2a 및 도 2b에 도시되어 있는 바와 같이 연소엔진(201)에서 배출되는 배기 스트림(203)을 처리하기 위해 배치되어 있는 배기가스 처리 시스템(250) 내에 포함되어 있는 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)에 대한 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)을 제어하기 위해 배치되어 있는 시스템(200)이 제시된다.
시스템(200)은 배기가스 처리 시스템(250) 내의 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)에 대한 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)을 결정(310)하기 위해 배치되어 있는 결정 유닛(281)을 포함한다. 결정은 SCR 촉매장치(230, 231, 232) 상류에서 배기 스트림(203)의 유동(F), 온도(T) 및 성분조성(C)에 기초하여 수행된다. 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)의 결정은 적어도 하나의 SCR 촉매장치의 적어도 2개의 섹션들에 대한 적어도 2개의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_결정_1, NH3_결정_ 2, ..., NH3 _결정_n)을 결정을 포함한다. 결정 유닛(281)은 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)을 위해 본 명세서에 기재되어 있는 모든 실시형태들을 수행하기에 적합할 수 있다.
시스템(200)은 비교 유닛(282)도 포함한다. 비교 유닛은 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)에 있어서, 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)과 암모니아 피복 정도에 대한 적어도 하나의 섹션의 기준 프로파일(NH3_프로파일_기준)을 비교하기 위해 배치되어 있다. 암모니아 피복 정도에 대한 적어도 하나의 섹션의 기준 프로파일(NH3_프로파일_기준)은 적어도 하나의 SCR 촉매장치의 적어도 2개의 섹션에 대한 적어도 2개의 섹션의 암모니아 피복 기준 프로파일(NH3_기준_1, NH3_기준_ 2, ..., NH3 _기준_n)을 포함한다. 따라서, 비교는 적어도 2개의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_결정_1, NH3_결정_ 2, ..., NH3 _결정_n)과 적어도 2개의 섹션의 암모니아 피복 기준 프로파일(NH3_기준_1, NH3_기준_ 2, ..., NH3 _기준_n)을 비교하는 단계를 포함한다.
비교 유닛(282)은 NH3_프로파일_결정과 NH3_프로파일_기준을 비교하기 본 명세서에 기재되어 있는 모든 실시형태들을 수행하기에 적합할 수 있다.
시스템은 제어 유닛(283)을 추가로 포함한다. 제어 유닛은, NH3_프로파일_결정과 NH3_프로파일_기준의 비교(320), 연소엔진(201)에서 배출되는 배기 스트림(203) 내 질소산화물(NOx)의 농도(CNOx) 및/또는 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)의 상류에 배기 스트림(203)으로 분사되는 암모니아(NH3)를 포함하는 환원제의 주입에 기초하여 제어(330)하도록 배치되어 있다. 제어 유닛(283)은 배기 스트림(203) 내 질소산화물(NOx)의 농도(CNOx) 및/또는 환원제 주입의 제어를 위한, 본 명세서 기재되어 있는 모든 실시형태들을 수행하기에 적합할 수 있다.
본 발명에 따른 시스템은 특허청구범위와 위 상세한 설명에 기재되어 있는 모든 방법 실시형태들을 수행하도록 배치되어서, 각 실시형태들을 위한 시스템은 각 실시형태들에 대한 전술한 이점들을 모두 가지고 있다.
일 측면에 따르면, 본 발명은 엔진(101, 201), 배기가스 처리 시스템(250), 본 발명에 따른 시스템(200) 및 예컨대 도 1에 기재되어 있는 바와 같은 다른 차량의 파트/유닛/장치을 포함하는 차량(100)에서 실시될 수 있다.
도 2a 및 도 2b와 관련하여 위에서 설명되어 있는 바와 같이, 배기가스 처리 시스템(250)은 많은 형태를 가질 수 있으며, SCR 촉매장치(230)를 하나 또는 그 이상, SCR 촉매장치(230) 하류에 하나의 ASC(240), 적어도 2개의 선택적 촉매 환원(SCR1, SCR2) 촉매장치 및/또는 적어도 2개의 선택적 촉매 환원(SCR1, SCR2) 촉매장치 하류에 암모니아 슬립 촉매장치(ASC1, ASC2)(241, 242)를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 제어 유닛(280)은 도 2a 및 도 2b에 도시되어 있는 바와 같이 별개로 도시되어 있는 유닛들(281, 282, 283)을 포함한다. 이들 유닛들(281, 282, 283)은 논리적으로 분리되어 있을 수 있으나, 물리적으로 동일한 유닛 내에 구현되거나 논리적으로 그리고 물리적으로 함께 배치될 수 있다. 이들 유닛들(281, 282, 283)은 예를 들면 지령 그룹에 대응할 수 있다. 지령 그룹은 유닛들이 활성화 되어 있고 및/또는 방법 단계를 수행하기 위해 이용될 때 프로세서/컴퓨팅 유닛(401)에 입력되어 이용되는 프로그래밍 코드 형태일 수 있다.
통상의 기술자라면 위 시스템은 본 발명에 따른 방법의 다양한 실시형태들에 맞추어 변형될 수 있다는 점을 잘 알 것이다. 또한, 본 발명은 배기 스트림을 처리를 위한 적어도 하나의 시스템을 포함하는 예컨대 트럭 또는 버스인 모터 차량(100)과 관련된다.
본 발명은 위에 설명되어 있는 본 발명의 실시형태들로 한정되지 않고, 첨부되어 있는 독립 청구항의 범위 내의 모든 실시형태들과 관련되고 모든 실시형태들을 포함한다.

Claims (15)

  1. 연소엔진(201)에서 배출되는 배기 스트림(203)을 처리하기 위해 배치되어 있는 배기가스 처리 시스템(250) 내에 포함되어 있는 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)에 대한 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일)을 제어하기 위한 방법으로,
    - 상기 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232) 상류에서 상기 배기 스트림(203)의 유동(F), 온도(T) 및 조성성분(C)에 기초하여, 상기 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)의 적어도 2개의 섹션에 대한 적어도 2개의 섹션의 암모니아 피복 정도(NH3_결정_1, NH3_결정_2, ..., NH3_결정_n)를 포함하는 상기 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)에 대한 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)을 결정하는 단계(310)로, 상기 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)은 상기 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)를 따라 저장된 암모니아를 나타내는, 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)을 결정하는 단계(310);
    상기 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)과 상기 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)의 암모니아 피복 정도에 대한 적어도 하나의 섹션의 기준 프로파일(NH3_프로파일_기준)과 비교하는 단계(320)로, 상기 암모니아 피복 정도에 대한 적어도 하나의 섹션의 기준 프로파일(NH3_프로파일_기준)은 상기 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)에 대한 질소산화물(NOx)을 환원시키는 가용 능력과 관련되고, 상기 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)의 상기 적어도 2개의 섹션에 대한 적어도 2개의 섹션의 암모니아 피복 기준 정도(NH3_기준_1, NH3_기준_1, ..., NH3_기준_n)를 포함하며, 상기 비교 단계(320)는 상기 적어도 2개의 섹션의 암모니아 피복 정도(NH3_결정_1, NH3_결정_2, ..., NH3_결정_n)와 상기 적어도 2개의 섹션에 대한 적어도 2개의 섹션의 암모니아 피복 기준 정도(NH3_기준_1, NH3_기준_1, ..., NH3_기준_n)와 비교하는 단계를 포함하며;
    - 상기 비교 단계(320)에 기초하여, 상기 연소엔진(201)에서 배출되는 상기 배기 스트림(203) 내의 질소산화물들의 농도(CNOx) 및 상기 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232) 상류에서 상기 배기 스트림(203) 내로 분사되는 암모니아(NH3)를 포함하는 환원제의 주입 중 적어도 하나를 제어하는 단계(330)를 특징으로 하는, 적어도 하나의 SCR 촉매장치에 대한 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    - 상기 적어도 하나의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)과 상기 암모니아 피복 정도에 대한 적어도 하나의 기준 프로파일(NH3_프로파일_기준) 사이에 차이(Diff프로파일)가 있는 것으로, 상기 비교 단계(320)가 지시하면,
    - 상기 제어 단계(330)는, 상기 차이(Diff프로파일)가 감소되도록, 상기 질소산화물들의 농도(CNOx) 및 상기 환원제의 주입 중 적어도 하나를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 적어도 하나의 SCR 촉매장치에 대한 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 차이(Diff프로파일)는, 상기 적어도 2개의 섹션의 암모니아 피복 정도(NH3_결정_1, NH3_결정_ 2, ..., NH3 _결정_n)와 상기 적어도 2개의 섹션에 대한 적어도 2개의 섹션의 암모니아 피복 기준 정도(NH3_기준_1, NH3_기준_ 1, ..., NH3 _기준_n) 간의 적어도 2개의 섹션의 차이들(Diff1, Diff2, ..., Diffn)의 가중합으로 계산되고, 상기 적어도 2개의 섹션의 차이들(Diff1, Diff2, ..., Diffn) 각각은 섹션의 가중 계수(W1, W2, ..., Wn)로 가중되는 것을 특징으로 하는, 적어도 하나의 SCR 촉매장치에 대한 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일 제어 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어 단계(330)는 다음 그룹 중에서 하나 또는 그 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 SCR 촉매장치에 대한 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일 제어 방법.
    - 상기 적어도 2개의 섹션의 차이들(Diff1, Diff2, ..., Diffn)을 감소시키기 위해 필요한 기준 주입과 관련하여 상기 환원제의 상기 주입을 조절하는 단계로, 감소되는 양은 상기 적어도 2개의 섹션의 차이들(Diff1, Diff2, ..., Diffn)의 상기 가중합과 관련되어 있으며; 및
    - 상기 적어도 2개의 섹션의 차이들(Diff1, Diff2, ..., Diffn)을 감소시키기 위해 필요한 기준 농도와 관련하여, 상기 연소엔진(201)에서 배출되는 상기 배기 스트림(203) 내 질소산화물들의 농도(CNOx)를 조절하는 단계로, 상기 농도 조절은 상기 적어도 2개의 섹션의 차이들(Diff1, Diff2, ..., Diffn)의 상기 가중합과 관련되어 있음.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어 단계(330)는 다음 그룹 중에서 하나 또는 그 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 SCR 촉매장치에 대한 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일 제어 방법.
    - 상기 환원제의 양 및 상기 농도 조절 중 적어도 하나를 전반적인 제어 이득과 곱하는 단계; 및
    - 상기 가중합 계산을 위해 사용된 상기 적어도 2개의 섹션의 가중 계수(W1, W2, ..., Wn)들 중 하나 또는 그 이상과 섹션의 제어 이득을 곱하는 단계.
  6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가중합 계산을 위해 사용된 상기 적어도 2개의 섹션의 가중 계수(W1, W2, ..., Wn)들이 다음 그룹 중에서 적어도 하나에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 SCR 촉매장치에 대한 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일 제어 방법.
    - 섹션의 피복 정도 및 상기 배기의 유동(F)와 관련된 암모니아(NH3) 저장 속도의 섹션의 순 변화; 및
    - 섹션의 피복 정도 및 질소산화물(NOx)들의 변환된 배기 유동과 관련된 암모니아(NH3) 저장 속도의 섹션의 순 변화.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 단계(330)는,
    - 상기 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)에 기초하여 상기 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)가 질소산화물(NOx)을 환원시키는 능력(CAPSCR_NOx)을 결정하는 단계(331);
    - 상기 능력(CAPSCR_NOx)을 상기 연소엔진(201)에서 배출되는 상기 배기 스트림(203) 내 질소산화물들의 농도(CNOx)와 비교하는 단계(332); 및
    - 상기 비교(332)에 기초하여, 상기 연소엔진(201)에서 배출되는 질소산화물들의 농도(CNOx) 및 상기 환원제의 주입 중 적어도 하나가 상기 제어 단계(330)에 의해 수정되어야 하는 지를 결정하는 단계(333)를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 SCR 촉매장치에 대한 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일 제어 방법.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연소엔진(201)에서 배출되는 질소산화물들의 농도(CNOx)를 제어하는　 단계(330)는 다음 그룹 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 SCR 촉매장치에 대한 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일 제어 방법.
    - 상기 연소엔진(201)에 대한 적어도 하나의 분사 전략의 선택;
    - 상기 연소엔진(201)의 적어도 하나의 실린더 내로 연료를 분사하는 타이밍 제어;
    - 상기 연소엔진(201)의 적어도 하나의 실린더 내로 연료를 분사하는 압력 제어;
    - 상기 연소엔진(201)의 적어도 하나의 실린더 내로 연료를 분사하는 위상(phasing) 제어;
    - 배기 재순환(EGR)을 위한 장치(204) 제어;
    - 상기 연소엔진(201) 및 전기 모터를 포함하는 하이브리드 구동트레인에 의해 제공되는 총 모멘텀에 대한 상기 연소엔진(201)에 의한 기여의 제어.
  9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 연소엔진(201)의 적어도 하나의 실린더 내로 연료를 분사하는 타이밍의 선행(advancing);
    - 상기 연소엔진(201)의 적어도 하나의 실린더 내로 연료를 분사하는 압력의 증가;
    - 상기 연소엔진(201)의 적어도 하나의 실린더 내로 연료를 분사하기 위해 상대적으로 큰 압력 구배를 제공하도록 분사 위상의 제어;
    - 배기 재순환(EGR)을 위한 장치(204)를 통해 재순환되는 상기 배기 스트림(203) 분율의 감소;로 이루어진 그룹 중 적어도 하나에 의해 상기 연소엔진(201)에서 배출되는 질소산화물들의 농도(CNOx)가 증가하고,
    또는
    - 상기 연소엔진(201)의 적어도 하나의 실린더 내로 연료를 분사하는 타이밍의 지연(delaying);
    - 상기 연소엔진(201)의 적어도 하나의 실린더 내로 연료를 분사하는 압력의 감소;
    - 상기 연소엔진(201)의 적어도 하나의 실린더 내로 연료를 분사하기 위해 상대적으로 작은 압력 구배를 제공하도록 분사 위상의 제어;
    - 배기 재순환(EGR)을 위한 장치(204)를 통해 재순환되는 상기 배기 스트림(203) 분율의 증가;로 이루어진 그룹 중 적어도 하나에 의해 상기 연소엔진(201)에서 배출되는 질소산화물들의 농도(CNOx)가 감소하는 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 SCR 촉매장치에 대한 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일 제어 방법.
  10. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)에 대한 상기 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)을 결정하는 단계(310)는 다음 그룹 중에서 하나 또는 그 이상에 기초하는 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 SCR 촉매장치에 대한 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일 제어 방법.
    - 상기 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232) 하류에 위치하는 적어도 하나의 질소산화물(NOx) 센서(264, 265, 262, 266, 267, 268)의 사용으로 수행되는 적어도 하나의 측정;
    - 상기 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232) 하류에 배치되어 있는 적어도 하나의 암모니아 슬립 촉매장치(ASC; 240, 241, 242)의 하류에 위치하는 적어도 하나의 질소산화물(NOx) 센서(264, 265, 262, 266, 267, 268)의 사용으로 수행되는 적어도 하나의 측정;
    - 상기 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232) 하류에 위치하는 적어도 하나의 암모니아(NH3) 센서(264, 265, 262, 266, 267, 268)의 사용으로 수행되는 적어도 하나의 측정;
    - 상기 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232) 하류에 배치되어 있는 적어도 하나의 암모니아 슬립 촉매장치(ASC; 240, 241, 242)의 하류에 위치하는 적어도 하나의 암모니아(NH3) 센서(264, 265, 262, 266, 267, 268)의 사용으로 수행되는 적어도 하나의 측정;
    - 상기 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232) 하류 및 상기 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232) 하류에 배치되어 있는 적어도 하나의 암모니아 슬립 촉매장치(ASC; 240, 241, 242)의 하류 중 적어도 하나에 위치하는 적어도 하나의 질소산화물(NOx) 센서(264, 265, 262, 266, 267, 268) 및 상기 적어도 하나의 암모니아(NH3) 센서(264, 265, 262, 266, 267, 268) 중 적어도 하나의 사용으로 수행되는 측정들의 조합;
    - 상기 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232) 하류에서 상기 배기 스트림(203) 내 질소산화물(NOx)들의 농도의 적어도 하나의 추정;
    - 상기 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232) 하류에 배치되어 있는 적어도 하나의 암모니아 슬립 촉매장치(ASC; 240, 241, 242)의 하류에서 상기 배기 스트림(203) 내 질소산화물(NOx)들의 농도의 적어도 하나의 추정;
    - 상기 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232) 하류에서 상기 배기 스트림(203) 내 암모니아(NH3) 농도의 적어도 하나의 추정;
    - 상기 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232) 하류에 배치되어 있는 적어도 하나의 암모니아 슬립 촉매장치(ASC; 240, 241, 242)의 하류에서 상기 배기 스트림(203) 내 암모니아(NH3) 농도의 적어도 하나의 추정;
    - 상기 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232) 상류에 위치하는 적어도 하나의 질소산화물(NOx) 센서(263, 266)의 사용으로 수행되는 적어도 측정; 및
    - 상기 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232) 상류에서 상기 배기 스트림(203) 내의 질소산화물(NOx) 농도의 적어도 하나의 추정.
  11. 프로그램 코드 수단을 포함하는 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 컴퓨터로 판독 가능한 매체로, 컴퓨터에서 상기 프로그램 코드 수단이 실행될 때 컴퓨터가 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하게 하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터로 판독 가능한 매체.
  12. 삭제
  13. 연소엔진(201)에서 배출되는 배기 스트림(203)을 처리하기 위해 배치되어 있는 배기가스 처리 시스템(250) 내에 포함되어 있는 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)에 대한 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일)을 제어하기 위해 배치되는 시스템(200)으로,
    - 상기 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232) 상류에서 상기 배기 스트림(203)의 유동(F), 온도(T) 및 조성성분(C)에 기초하여, 상기 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)의 적어도 2개의 섹션에 대한 적어도 2개의 섹션의 암모니아 피복 정도(NH3_결정_1, NH3_결정_2, ..., NH3_결정_n)를 포함하는 상기 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)에 대한 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)을 결정(310)하기 위해 배치되어 있는 결정 유닛(281)으로, 상기 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)은 상기 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)를 따라 저장된 암모니아를 나타내는, 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)을 결정하는 결정 유닛(281);
    상기 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일(NH3_프로파일_결정)과 상기 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)의 암모니아 피복 정도에 대한 적어도 하나의 섹션의 기준 프로파일(NH3_프로파일_기준)과 비교하기 위해 배치되어 있는 비교 유닛(282)으로, 상기 암모니아 피복 정도에 대한 적어도 하나의 섹션의 기준 프로파일(NH3_프로파일_기준)은 상기 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)에 대한 질소산화물(NOx)을 환원시키는 가용 능력과 관련되고, 상기 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232)의 상기 적어도 2개의 섹션에 대한 적어도 2개의 섹션의 암모니아 피복 기준 정도(NH3_기준_1, NH3_기준_1, ..., NH3_기준_n)를 포함하며, 상기 비교(320)는 상기 적어도 2개의 섹션의 암모니아 피복 정도(NH3_결정_1, NH3_결정_2, ..., NH3_결정_n)와 상기 적어도 2개의 섹션에 대한 적어도 2개의 섹션의 암모니아 피복 기준 정도(NH3_기준_1, NH3_기준_1, ..., NH3_기준_n)와 비교하는 단계를 포함하며; 및
    - 상기 비교(320)에 기초하여, 상기 연소엔진(201)에서 배출되는 상기 배기 스트림(203) 내의 질소산화물들의 농도(CNOx) 및 상기 적어도 하나의 SCR 촉매장치(230, 231, 232) 상류에서 상기 배기 스트림(203) 내로 분사되는 암모니아(NH3)를 포함하는 환원제의 주입 중 적어도 하나를 제어하기 위해 배치되어 있는 제어 유닛(283)을 특징으로 하는, 적어도 하나의 SCR 촉매장치에 대한 적어도 하나의 섹션의 암모니아 피복 정도 프로파일 제어 시스템.
  14. - 엔진(101, 201);
    - 배기가스 처리 시스템(250); 및
    - 제13항에 따른 상기 시스템(200)을 포함하는, 차량(100).
  15. 제14항에 있어서,
    상기 배기가스 처리 시스템(250)은 다음 그룹 중에서 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
    - 하나의 SCR 촉매장치(230);
    - 하나의 SCR 촉매장치(230) 하류에 하나의 암모니아 슬립 촉매장치(ASC; 240)가 후속하는 하나의 SCR 촉매장치(230);
    - 적어도 2개의 선택적 촉매 환원(SCR1, SCR2) 촉매장치(231, 232); 및
    - 적어도 2개의 선택적 촉매 환원(SCR1, SCR2) 촉매장치(231, 232)로, 상기 적어도 2개의 선택적 촉매 환원(SCR1, SCR2) 촉매장치(231, 232) 각각의 하류에 암모니아 슬립 촉매장치(ASC1, ASC2; 241, 242)가 후속하는 적어도 2개의 선택적 촉매 환원(SCR1, SCR2) 촉매장치(231, 232).
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