KR102417384B1

KR102417384B1 - Egr 제어 방법

Info

Publication number: KR102417384B1
Application number: KR1020160170722A
Authority: KR
Inventors: 김두환
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2016-12-14
Filing date: 2016-12-14
Publication date: 2022-07-06
Also published as: KR20180068750A

Abstract

본 발명은 SCR(Selective Catalytic Reduction-catalysator)의 NOx 정화 효율을 산출하고 SCR의 목표 정화 효율과 비교하여, 최종 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 밸브의 개도량을 출력하는 것을 특징으로 하는 EGR 제어 방법으로서, 본 발명에 의하면, DPF 재생주기를 연장시켜 빈번한 DPF 재생을 줄여 연비를 개선할 수 있다.

Description

EGR 제어 방법{CONTROL METHOD FOR EXHAUST GAS RECIRCULATION}

본 발명은 본 발명은 배기가스 처리장치의 일부인 배기가스 재순환 장치(EGR, Exhaust Gas Recirculation)를 제어하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 엔진에서 배출되는 배기가스는 배기가스 후처리 장치에 의해 정화된 후 방출되게 된다.

한편, OBD 규제에서는 날로 강화되는 배기가스(Emission)의 규제뿐만 아니라 배기가스 관련 부품의 고장, 열화 정도까지 감지하도록 하는 진단 능력의 향상과 개선, 그리고 A/S(After Service) 시장에서의 표준화와 관련된 여러 가지 규정을 만족하도록 요구하고 있다.

여기서, 배기가스 규제의 주요 대상은 NOx와 PM으로 알려져 있고, 북미디젤 Tier2 BIN5 규제나 유로 6 배기가스 규제 중에서 NOx 및 PM의 규제를 만족시키기 위하여 별도의 후처리계 시스템이 적용되고 있는데, 현재 디젤차량에 적용되는 시스템으로는 DOC(Diesel Oxidation Catalyst)와 DPF(Diesel Particulate Filter), LNT(Lean NOx Trap), 우레아(Urea)를 이용하는 SCR(Selective Catalytic Reduction) 등과 같은 DeNOx 촉매가 적용된다.

한편, NOx 저감을 위해서 배기가스 재순환 장치(EGR, Exhaust Gas Recirculation)가 보편적으로 추가되어 적용되고 있다.

현재 유로6 상용 엔진의 NOx 저감 방식은 도 1에서 참조되는 바와 같이, EGR을 통해 NOx를 1차로 저감시키고, SCR(Selective Catalytic Reduction-catalysator)을 통해 NOx를 2차로 저감하도록 설계되어 있다.

이러한 EGR은 NOx의 저감을 위해 배기가스 중 일부를 흡기로 보내 한번 더 재활용하는 장치이다.

배기밸브에서 나온 배기가스 중 일부를 EGR로 보내면, 배기가스는 EGR 쿨러를 통해 냉각된 후, 흡기관으로 합류하면서 fresh air와 혼합되어 흡기밸브로 유입되게 된ㄷ.

배기가스를 순환시키면 혼합기의 충진률이 낮아지는 결과를 초래하고, 이에 따라 N₂에 비해 열용량이 큰 CO₂가 많이 함유되어 있어 동일한 양의 연료를 연소시킬 때 온도상승률이 낮아진다. 또 공기에 비해 산소함량이 적은 배기가스가 연소에 관여하게 되므로 연소속도가 감소하여 연소최고온도가 낮아지게 됨에 따라 NOx의 양이 현저하게 감소한다.

그리고, DPF(Diesel Particulate Filter)는 디젤엔진의 배기가스 중 입자상 물질(PM, Particulate Matter)을 포집, 여과하는 장치로서, 포집된 PM의 양이 증가하면 이를 연소시킴으로써 재생되는 구조이다.

재생을 위한 연소 여부의 판단은 DPF 전단과 후단에 설치된 압력센서 즉, 차압센서에 의해 판단하게 된다.

다음으로, SCR(Selective Catalytic Reduction-catalysator)은 선택적 환원 촉매장치로 불리는데, DPF가 PM을 집중적으로 필터링하는 장치라면, SCR은 NOx 즉, 질소산화물을 N₂, O₂로 집중적으로 환원시키기 위한 장치이다.

이와 같이 NOx 저감을 2차에 걸쳐 실시하여 NOx 정화 효율은 충분하나, 대신 EGR 제어시 방생되는 PM량이 증가하여 DPF에 포집되는 수트(Soot)량이 증가하고, 이에 따라 DPF 재생 주기가 빈번해진다.

DPF 재생 주기가 빈번해짐에 따라 재생에 많은 연료가 소모되어 연비를 악화시키는 결과를 초래하게 된다.

이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

한국공개특허공보 제10-2015-0071580호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 DPF 재생주기를 연장시켜 빈번한 DPF 재생을 줄여 연비를 개선할 수 있는 EGR 제어 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 관점에 의한 EGR 제어 방법은, SCR(Selective Catalytic Reduction-catalysator)의 NOx 정화 효율을 산출하고 SCR의 목표 정화 효율과 비교하여, 최종 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 밸브의 개도량을 출력하는 것을 특징으로 한다.

상기 최종 EGR 밸브의 개도량은 EGR 밸브 개도 맵에 기설정된 개도량을 산출된 SCR 정화 효율과 SCR의 목표 정화 효율의 차이에 따라 PID 제어에 의해 보정된 값인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 산출된 SCR의 정화 효율은 상기 EGR의 후단에서 예측되는 NOx 값과 계측되는 NOx 값의 차이 값으로 결정되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 계측되는 NOx 값은 상기 SCR 후단의 NOx 센서에 의해 계측되는 값인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 예측되는 NOx 값은 엔진 RPM, 연료 분사량 및 상기 EGR의 밸브 개도량에 의해 예측되는 것을 특징으로 한다.

그래서, 상기 SCR의 목표 정화 효율이 상기 산출된 SCR의 정화 효율보다 작은 경우, 상기 EGR에 의한 NOx 정화를 수행하지 않도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

또는, 상기 SCR의 목표 정화 효율이 상기 산출된 SCR의 정화 효율보다 크고 그 차이가 임계값보다 작은 경우, 상기 SCR 정화 효율과 SCR의 목표 정화 효율의 차이에 따라 PID 제어된 최종 EGR 밸브 개도량을 출력하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 SCR의 목표 정화 효율이 상기 산출된 SCR의 정화 효율보다 크고 그 차이가 임계값보다 큰 경우, 상기 SCR의 재생을 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 일 관점에 의한 EGR 제어 방법은, SCR(Selective Catalytic Reduction-catalysator) 전단의 온도를 계측하여 임계값보다 큰 경우, 상기 SCR의 NOx 정화 효율을 산출하는 단계, 상기 SCR의 목표 정화 효율을 상기 SCR의 NOx 정화 효율을 산출하는 단계에 의해 산출된 SCR의 NOx 정화 효율과 비교하는 단계, 상기 SCR의 목표 정화 효율을 상기 산출된 SCR의 NOx 정화 효율과 비교하는 단계에 의해 상기 SCR의 목표 정화 효율이 상기 산출된 SCR의 NOx 효율보다 크면 그 차이를 임계값과 비교하는 단계 및 상기 차이가 임계값보다 작은 경우, 상기 SCR 정화 효율과 상기 SCR의 목표 정화 효율의 차이에 따라 PID 제어된 최종 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 밸브 개도량을 출력하는 단계를 포함한다.

그 결과, 상기 임계값과 비교하는 단계에 의해 상기 차이가 임계값보다 큰 경우, 상기 SCR의 재생을 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 SCR의 목표 정화 효율을 상기 SCR의 산출된 SCR의 NOx 정화 효율과 비교하는 단계에 의한 비교 결과, 상기 SCR의 목표 정화 효율이 상기 산출된 SCR의 정화 효율보다 작은 경우, 상기 EGR에 의한 NOx 정화를 수행하지 않도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 산출된 SCR의 정화 효율은 상기 EGR의 후단에서 예측되는 NOx 값과 계측되는 NOx 값의 차이 값으로 결정되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 계측되는 NOx 값은 상기 SCR 후단의 NOx 센서에 의해 계측되는 값인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 예측되는 NOx 값은 엔진 RPM, 연료 분사량 및 상기 EGR의 밸브 개도량에 의해 예측되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 EGR 제어 방법에 의하면, SCR에 의한 정화 효율에 따라 EGR 제어를 합리적으로 수행하여 엔진의 raw PM을 저감할 수 있다.

그에 따라 DPF soot량이 적게 포집되어 DPF 재생 빈도가 줄고, 그에 따른 연료량 절약을 통해 연비를 개선시켜 상품성을 향상시킨다.

도 1은 일반적으로 적용되는 배기가스 후처리 장치를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명이 적용되는 배기가스 후처리 장치를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 의한 EGR 제어 방법을 로직화하여 도시하고, 도 4는 본 발명에 의한 EGR 제어 방법을 플로우로 도시한 것이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.

도 2는 본 발명이 적용되는 배기가스 후처리 장치를 도시한 것이고, 도 3은 본 발명에 의한 EGR 제어 방법을 로직화한 것이다.

이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 EGR 제어 방법을 설명하기로 한다.

본 발명에 의한 EGR 제어 방법은 도 2와 같은 EGR 제어 시스템을 도 3과 같은 로직에 의해 제어하는 것으로서, 엔진 raw NOx 예측 값을 EGR 후단과 DPF 전단에서 판단하고, 실제 SCR 후단의 NOx 센서에 의해 계측되는 값을 비교하여 이 차이값을 SCR 정화 효율로 판단하여, 이 정화 효율과 목표 정화 효율의 차이값에 따라 EGR의 개도율을 보정함으로써 목표 정화율을 만족하도록 한다.

이를 통해서 EGR 제어를 최소화할 수 있기 때문에 엔진 PM을 줄일 수가 있으며, DPF 포집 soot량이 줄어 빈번한 재생을 개선하여 연비 개선에 의한 상품성 향상에 기여할 수 있다.

우선 EGR 후단과 DPF 전단에서의 엔진에 의한 raw NOx 예측 값을 산출하는데, 이는 엔진 RPM, 연료 분사량, EGR 밸브 개도량, 대기 압력, 대기 온도 및 냉각수의 조건에 의해서 연산하여 예측되는 값이다.

그리고, SCR 후단의 NOx 센서에 의해 실제 측정되는 NOx 계측값을 얻는다.

이 과정에 의해 산출되고 측정된 NOx 예측값과 계측값으로부터 SCR 정화 효율을 판단하고, 이를 목표 SCR 정화 효율과 비교하여(S20, S30) 비교 결과에 따라 EGR 밸브 베이스 개도맵에 의해 설정된 개도량을 PID 제어함으로써 최종 EGR 개도량을 도출한다.

구체적으로, 목표 SCR 정화 효율이 연산된 SCR 정화 효율과 비교하고(S20), 목표 SCR 정화 효율보다 연산에 의해 예측된 SCR 정화 효율이 더 큰 경우에는 NOx 정화 효율이 충분한 상태로 판단할 수 있으므로, EGR 밸브를 close하여 배기가스 순환처리를 하지 않도록 제어한다(S21).

이에 의해서 EGR을 미사용할 수 있어 DPF 재생빈도를 줄일 수가 있게 된다.

S20 결과, 연산 예측된 SCR 정화 효율이 목표 SCR 정화 효율에 미치지 못하는 경우에는 그 차이가 임계치보다 큰지를 판단한다(S30).

S30의 비교 결과, 임계치보다 큰 경우에는 SCR의 정화 효율이 부족한 관계로 SCR의 재생을 수행하도록 제어하고(S40), 임계치보다 크지는 않은 경우에는 EGR 개도에 의해 이를 해결한다(S31).

즉, EGR 밸브 베이스 개도맵에 의해 기설정된 개도량을 정화 효율 부족량에 의해 PID 제어를 수행함으로써 EGR 개도를 보정한다(S31).

이에 의해서 EGR의 개도량을 보정 제어함으로써 보정 없는 DPF 재생빈도보다 재생빈도를 줄일 수가 있게 된다.

S20과 S30의 제어 이전에 SCR 전단의 온도를 판단하는 조건이 더 부가될 수 있다(S10). 즉, SCR 전단의 온도를 임계값과 비교하여 임계값보다 큰 경우에는 S20의 제어가 수행되게 하고, 임계값보다 작은 경우에는 기존의 EGR 로직에 의해 제어되게 한다(S11).

이는 SCR 촉매가 활성화가 안 된 상태로 판단할 수 있으므로, 기존에 의한 EGR 개도량을 유지하고, 그에 따른 DPF 재생이 제어되게 하는 것이다.

이상과 같이, 본 발명에 의한 EGR 제어 방법 및 EGR 제어 시스템에 의하면 조건에 따라 판단된 NOx 예측값과 실제 NOx 측정값에 의해 SCR 정화 효율을 판단하고, 판단된 정화 효율이 목표 SCR 정화 효율에 미치는지를 판단함으로써 NOx 정화가 원활한 경우에는 EGR에 의한 추가적인 NOx 정화를 실시하지 않도록 함으로써 EGR의 불필요한 가동에 의해 DPF의 재생 주기가 짧아지지 않게 하여 연료의 사용을 줄일 수 있게 한다.

이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

S10 : SCR 전단 온도 비교
S11 : 기존 EGR 로직 수행
S20 : 목표 SCR 정화 효율과 계산된 SCR 정화 효율 비교 판단
S21 : EGR 미사용 제어
S30 : 목표 SCR 정화 효율과 계산된 SCR 정화 효율의 차이값 판단
S31 : PID 제어
S40 : SCR 재생

Claims

삭제
SCR(Selective Catalytic Reduction-catalysator)의 NOx 정화 효율을 산출하고 SCR의 목표 정화 효율과 비교하여, 최종 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 밸브의 개도량을 출력하는 것을 특징으로 하고,
상기 최종 EGR 밸브의 개도량은 EGR 밸브 개도 맵에 기설정된 개도량을 산출된 SCR 정화 효율과 SCR의 목표 정화 효율의 차이에 따라 PID 제어에 의해 보정된 값인 것을 특징으로 하는,
EGR 제어 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 산출된 SCR의 정화 효율은 상기 EGR의 후단에서 예측되는 NOx 값과 계측되는 NOx 값의 차이 값으로 결정되는 것을 특징으로 하는,
EGR 제어 방법.
청구항 3에 있어서,
상기 계측되는 NOx 값은 상기 SCR 후단의 NOx 센서에 의해 계측되는 값인 것을 특징으로 하는,
EGR 제어 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 예측되는 NOx 값은 엔진 RPM, 연료 분사량 및 상기 EGR의 밸브 개도량에 의해 예측되는 것을 특징으로 하는,
EGR 제어 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 SCR의 목표 정화 효율이 상기 산출된 SCR의 정화 효율보다 작은 경우, 상기 EGR에 의한 NOx 정화를 수행하지 않도록 제어하는 것을 특징으로 하는,
EGR 제어 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 SCR의 목표 정화 효율이 상기 산출된 SCR의 정화 효율보다 크고 그 차이가 임계값보다 작은 경우, 상기 SCR 정화 효율과 SCR의 목표 정화 효율의 차이에 따라 PID 제어된 최종 EGR 밸브 개도량을 출력하는 것을 특징으로 하는,
EGR 제어 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 SCR의 목표 정화 효율이 상기 산출된 SCR의 정화 효율보다 크고 그 차이가 임계값보다 큰 경우, 상기 SCR의 재생을 수행하는 것을 특징으로 하는,
EGR 제어 방법.
SCR(Selective Catalytic Reduction-catalysator) 전단의 온도를 계측하여 임계값보다 큰 경우, 상기 SCR의 NOx 정화 효율을 산출하는 단계;
상기 SCR의 목표 정화 효율을 상기 SCR의 NOx 정화 효율을 산출하는 단계에 의해 산출된 SCR의 NOx 정화 효율과 비교하는 단계;
상기 SCR의 목표 정화 효율을 상기 산출된 SCR의 NOx 정화 효율과 비교하는 단계에 의해 상기 SCR의 목표 정화 효율이 상기 산출된 SCR의 NOx 효율보다 크면 그 차이를 임계값과 비교하는 단계; 및
상기 차이가 임계값보다 작은 경우, 상기 SCR 정화 효율과 상기 SCR의 목표 정화 효율의 차이에 따라 PID 제어된 최종 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 밸브 개도량을 출력하는 단계를 포함하는,
EGR 제어 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 임계값과 비교하는 단계에 의해 상기 차이가 임계값보다 큰 경우, 상기 SCR의 재생을 수행하는 것을 특징으로 하는,
EGR 제어 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 SCR의 목표 정화 효율을 상기 SCR의 산출된 SCR의 NOx 정화 효율과 비교하는 단계에 의한 비교 결과, 상기 SCR의 목표 정화 효율이 상기 산출된 SCR의 정화 효율보다 작은 경우, 상기 EGR에 의한 NOx 정화를 수행하지 않도록 제어하는 것을 특징으로 하는,
EGR 제어 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 산출된 SCR의 정화 효율은 상기 EGR의 후단에서 예측되는 NOx 값과 계측되는 NOx 값의 차이 값으로 결정되는 것을 특징으로 하는,
EGR 제어 방법.
청구항 12에 있어서,
상기 계측되는 NOx 값은 상기 SCR 후단의 NOx 센서에 의해 계측되는 값인 것을 특징으로 하는,
EGR 제어 방법.
청구항 13에 있어서,
상기 예측되는 NOx 값은 엔진 RPM, 연료 분사량 및 상기 EGR의 밸브 개도량에 의해 예측되는 것을 특징으로 하는,
EGR 제어 방법.