KR102575419B1 - Control method for ensuring exhaust purification efficiency of engine system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 엔진 시스템의 배기 정화효율을 확보하기 위한 제어 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 디젤 미립자 필터(DPF)의 재생 조건에서 상기 DPF와 질소산화물 저감장치(SCR) 사이로 냉각공기를 공급하여서 상기 SCR 입구측 가스 온도를 감온 제어하고 적정범위로 유지시킴으로써 우레아 분사량의 증가 없이 상기 SCR의 배기 정화효율을 최적화할 수 있는 엔진 시스템의 배기 정화효율을 확보하기 위한 제어 방법을 제공하는데 목적이 있다.The present invention relates to a control method for securing exhaust purification efficiency of an engine system, and more particularly, by supplying cooling air between a diesel particulate filter (DPF) and a nitrogen oxide reduction device (SCR) under a regeneration condition of the SCR. An object of the present invention is to provide a control method for ensuring exhaust purification efficiency of an engine system capable of optimizing the exhaust purification efficiency of the SCR without increasing the amount of urea injection by controlling the inlet gas temperature and maintaining it within an appropriate range.
Description
본 발명은 엔진 시스템의 배기 정화효율을 확보하기 위한 제어 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 디젤 미립자 필터(DPF)의 재생 조건에서 질소산화물 저감장치(SCR)의 배기 정화효율이 저감되는 것을 방지하기 위한 엔진 시스템의 배기 정화효율을 확보하기 위한 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a control method for securing the exhaust purification efficiency of an engine system, and more particularly, to prevent the exhaust purification efficiency of a nitrogen oxide reduction device (SCR) from being reduced under regeneration conditions of a diesel particulate filter (DPF). It relates to a control method for securing exhaust purification efficiency of an engine system.
일반적으로 디젤엔진의 경우 흡기 과급을 위해 터보차저를 사용하거나 또는 터보차저와 수퍼차저를 동시 사용하는 엔진 시스템이 적용된다. 상기 터보차저는 엔진의 구동 시에 발생하는 배기가스에 의해 회전되는 터빈을 이용하여 엔진 흡기라인상의 컴프레서를 회전시킴으로써 엔진 흡기라인으로 유입되는 공기를 압축시켜 엔진 연소실에 과급되도록 하며, 상기 수퍼차저는 모터 혹은 엔진의 동력을 이용하여 엔진 흡기라인상의 컴프레서를 회전시킴에 의해 엔진 흡기라인으로 유입된 공기를 압축시켜 엔진 연소실에 과급되도록 한다. In general, in the case of a diesel engine, an engine system using a turbocharger for intake supercharging or simultaneously using a turbocharger and a supercharger is applied. The turbocharger compresses air introduced into the engine intake line by rotating a compressor on the engine intake line using a turbine rotated by exhaust gas generated when the engine is driven, so that the supercharger is charged to the engine combustion chamber. The compressor on the intake line of the engine is rotated using the power of the motor or the engine to compress the air introduced into the intake line of the engine so that it is supercharged to the combustion chamber of the engine.
한편, 상기 터보차저의 터빈 출구측에는 배기가스의 정화를 위해 배기가스내 입자상 물질(PM)을 제거하는 디젤 미립자 필터(DPF, Diesel Particulate Filter) 및 배기가스내 질소산화물(NOx)을 제거하는 질소산화물 저감장치(SCR, Selective Catalytic Reduction) 등이 설치되고 있다.On the other hand, a diesel particulate filter (DPF) for removing particulate matter (PM) in exhaust gas and nitrogen oxides for removing nitrogen oxides (NOx) in exhaust gas are installed on the turbine outlet side of the turbocharger. A reduction device (SCR, Selective Catalytic Reduction) is being installed.
상기 디젤 미립자 필터(DPF)의 경우 엔진의 배기 열 등을 이용한 온도 상승에 의해 필터(DPF)내 퇴적된 입자상 물질을 연소시켜 제거하는 재생이 이루어진다. 따라서, 디젤 엔진의 DPF 재생 조건에서는 고온의 배기가스(약 550~650℃)가 질소산화물 저감장치(SCR)로 유입된다. In the case of the diesel particulate filter (DPF), regeneration is performed by burning and removing particulate matter accumulated in the filter (DPF) by a temperature rise using exhaust heat of the engine. Therefore, in the DPF regeneration condition of the diesel engine, high-temperature exhaust gas (about 550 to 650° C.) flows into the nitrogen oxide reduction device (SCR).
통상 SCR의 최적 배기 정화효율은 300~350℃ 수준에서 형성되며, 우레아 인젝터에 의해 SCR의 입구측에 분사되는 우레아(Urea)의 경우 350℃를 초과 시 산화 반응이 발생하여 실제로 우레아 인젝터에서 분사된 양(우레아 분사량) 대비 SCR에서 사용될 수 있는 양(우레아 사용량)이 감소하게 된다. Normally, the optimal exhaust purification efficiency of SCR is formed at the level of 300~350℃, and in the case of urea injected at the inlet side of SCR by the urea injector, an oxidation reaction occurs when the temperature exceeds 350℃, Compared to the amount (amount of urea injected), the amount that can be used in SCR (amount of urea used) decreases.
이와 같은 상황에서는 SCR의 배기 정화효율이 저하되는 문제가 발생하며, 상기 효율 저하를 방지하기 위해 상기 우레아 사용량을 본래 수준으로 회복시키는 경우 상기 우레아 분사량을 증가시켜야 하는 문제가 발생하게 된다.In this situation, a problem arises in that the exhaust purification efficiency of the SCR is lowered, and when the urea usage amount is restored to the original level in order to prevent the efficiency deterioration, the urea injection amount has to be increased.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 디젤 미립자 필터(DPF)의 재생 조건에서 상기 DPF와 질소산화물 저감장치(SCR) 사이로 냉각공기를 공급하여서 상기 SCR 입구측 가스 온도를 감온 제어하고 적정범위로 유지시킴으로써 우레아 분사량의 증가 없이 상기 SCR의 배기 정화효율을 최적화할 수 있는 엔진 시스템의 배기 정화효율을 확보하기 위한 제어 방법을 제공하는데 목적이 있다.The present invention has been devised in consideration of the above points, and in the regeneration condition of the diesel particulate filter (DPF), cooling air is supplied between the DPF and the nitrogen oxide reduction device (SCR) to control the temperature of the gas at the inlet of the SCR by reducing the temperature An object of the present invention is to provide a control method for ensuring the exhaust purification efficiency of an engine system capable of optimizing the exhaust purification efficiency of the SCR without increasing the urea injection amount by maintaining it within an appropriate range.
이에 본 발명에서는, 엔진 배기라인에 설치된 디젤 미립자 필터(DPF)의 재생 여부를 판단하는 재생판단단계; 상기 DPF가 재생될 때에, 상기 DPF의 출구측에 배치된 질소산화물 저감장치(SCR)의 입구측 가스 온도를 상기 SCR의 배기 정화효율 확보를 위해 설정한 목표온도범위 내로 제어하는 온도제어단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템의 배기 정화효율을 확보하기 위한 제어 방법을 제공한다.Accordingly, in the present invention, the regeneration determination step of determining whether to regenerate the diesel particulate filter (DPF) installed in the engine exhaust line; When the DPF is regenerated, a temperature control step of controlling the inlet gas temperature of the nitrogen oxide reduction device (SCR) disposed at the outlet side of the DPF within a target temperature range set to ensure exhaust purification efficiency of the SCR; It provides a control method for securing exhaust purification efficiency of an engine system, characterized in that it comprises a.
본 발명의 구현예에 의하면 상기 온도제어단계는, 상기 DPF와 SCR 사이로 공급되어 상기 SCR 입구측 가스 온도를 감온시키기 위한 냉각공기의 공급유량()을 계산하는 제1단계; 상기 DPF와 SCR 사이로 상기 냉각공기를 압송하기 위한 전동식 수퍼차저의 모터 회전수를 제어하는 제2단계;를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, in the temperature control step, the supply flow rate of cooling air supplied between the DPF and the SCR to reduce the temperature of the gas at the inlet of the SCR ( ) A first step of calculating; and a second step of controlling the number of revolutions of a motor of an electric supercharger for pressurizing the cooling air between the DPF and the SCR.
상기 제1단계에서는, DPF 통과 가스 유량()과 DPF 출구측 가스 온도(TDPF_out) 및 SCR 입구측 가스 목표온도(TSCR_in_target) 그리고 상기 냉각공기의 온도(Tcool)를 기초로 상기 냉각공기의 공급유량()을 계산하며, 구체적으로 상기 냉각공기의 공급유량()은 In the first step, the gas flow rate passing through the DPF ( ), the DPF outlet gas temperature (T DPF_out ), the SCR inlet gas target temperature (T SCR_in_target ), and the cooling air supply flow rate (T cool ) based on ) is calculated, and specifically, the supply flow rate of the cooling air ( )silver
에 의해 계산된다.is calculated by
또한 상기 제2단계는, DPF 출구측 압력(PDPF_out)과 냉각공기의 공급유량()을 기초로 DPF 출구측 압력(PDPF_out)보다 일정치 이상 높은 압력값으로서 상기 냉각공기의 공급압력(Pcool)을 결정하는 단계; 엔진 흡기유량과 상기 냉각공기의 공급유량()을 합산한 유량 값을 기초로 상기 전동식 수퍼차저측으로 공급되는 엔진 흡기의 부스트 압력(Pboost)을 결정하는 단계; 상기 냉각공기의 공급압력(Pcool)과 상기 부스트 압력(Pboost) 간에 압력비(γeBooster) 및 상기 냉각공기의 공급압력(Pcool)을 기초로 상기 전동식 수퍼차저의 모터 회전수를 결정하는 단계;를 포함한다. 이때 상기 압력비(γeBooster)는 In addition, in the second step, the DPF outlet pressure (P DPF_out ) and the supply flow rate of cooling air ( Determining a supply pressure (P cool ) of the cooling air as a pressure value higher than a predetermined value or more than a DPF outlet pressure (P DPF_out ) based on ); The engine intake flow rate and the supply flow rate of the cooling air ( ) determining a boost pressure (P boost ) of engine intake supplied to the electric supercharger side based on the sum of the flow rates; Determining a motor rotational speed of the electric supercharger based on a pressure ratio (γ eBooster ) between the cooling air supply pressure (P cool ) and the boost pressure (P boost ) and the cooling air supply pressure (P cool ) includes; At this time, the pressure ratio (γ eBooster ) is
에 의해 계산되며, is calculated by
상기 전동식 수퍼차저의 모터 회전수는 상기 압력비(γeBooster)와 냉각공기의 공급압력(Pcool)을 기초로 상기 모터 회전수를 결정할 수 있도록 구성된 모터 회전수 모델에 의해 결정된다.The motor rotational speed of the electric supercharger is determined by a motor rotational speed model configured to determine the motor rotational speed based on the pressure ratio (γ eBooster ) and the cooling air supply pressure (P cool ).
본 발명에 따른 엔진 시스템의 제어 방법에 의하면, 디젤 미립자 필터(DPF)의 재생 시에 질소산화물 저감장치(SCR)의 입구측 가스 온도를 감온 제어함으로써 DPF 재생을 위한 배기 온도 상승으로 인해 질소산화물 저감장치(SCR)의 배기 정화효율이 저감되는 것을 방지하고 최적 효율을 확보할 수 있으며, 또한 DPF 재생 조건에서 SCR 입구측에 분사되는 우레아의 산화를 방지하여 SCR에서 사용되는 우레아 사용량의 감소를 방지할 수 있고 결과적으로 SCR 입구측에 분사되는 우레아 분사량을 최적화할 수 있는 이점이 있다.According to the control method of an engine system according to the present invention, when a diesel particulate filter (DPF) is regenerated, nitrogen oxides are reduced due to an exhaust temperature rise for DPF regeneration by controlling the temperature of the inlet gas temperature of a nitrogen oxide reduction device (SCR). It is possible to prevent the exhaust purification efficiency of the device (SCR) from being reduced and to ensure optimal efficiency, and also to prevent the reduction of the amount of urea used in the SCR by preventing the oxidation of urea injected at the inlet side of the SCR under DPF regeneration conditions. As a result, there is an advantage of optimizing the amount of urea injected at the inlet side of the SCR.
도 1은 본 발명에 따른 엔진 시스템을 나타낸 구성도
도 2는 본 발명에 따른 엔진 시스템의 디젤 미립자 필터(DPF)의 미재생 시 가스 유동을 나타낸 도면
도 3은 본 발명에 따른 엔진 시스템의 디젤 미립자 필터(DPF)의 재생 시 가스 유동을 나타낸 도면
도 4는 본 발명에 따른 엔진 시스템의 배기 정화효율을 확보하기 위한 제어 방법을 나타낸 개략도
도 5는 종래 엔진 시스템의 디젤 미립자 필터(DPF) 재생 시 가스 유동을 나타낸 도면1 is a configuration diagram showing an engine system according to the present invention
2 is a diagram showing a gas flow when a diesel particulate filter (DPF) of an engine system according to the present invention is not regenerated.
3 is a diagram showing gas flow during regeneration of a diesel particulate filter (DPF) of an engine system according to the present invention;
Figure 4 is a schematic diagram showing a control method for securing the exhaust purification efficiency of the engine system according to the present invention
5 is a diagram showing gas flow during regeneration of a diesel particulate filter (DPF) of a conventional engine system.
이하, 본 발명을 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described so that those skilled in the art can easily practice it.
본 발명에 따라 디젤 미립자 필터(DPF)의 재생 조건에서도 질소산화물 저감장치(SCR)의 배기 정화효율을 최적범위의 수준으로 유지하기 위한 엔진 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다. According to the present invention, an engine system for maintaining exhaust purification efficiency of a nitrogen oxide reduction device (SCR) at an optimum level even under a regeneration condition of a diesel particulate filter (DPF) may be configured as shown in FIG. 1 .
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 엔진 시스템은 엔진(100)으로 공급되는 흡기의 과급을 위한 터보차저(110)와 전동식 수퍼차저(120)를 포함하여 구성되며, 상기 엔진(100)의 흡기라인(흡기유로)에는 에어클리너(130)와 인터쿨러(134) 등이 설치되고, 상기 엔진(100)의 배기라인(배기유로)에는 디젤 미립자 필터(DPF)(140)와 질소산화물 저감장치(SCR)(142) 등이 설치된다.As shown in FIG. 1, the engine system includes a
상기 에어클리너(130)는 흡기라인으로 유입되는 공기에서 이물질을 제거하는 것으로서, 가스유동방향을 기준으로 LP-EGR 밸브(132)의 전단에 배치될 수 있다. The
상기 인터쿨러(134)는 터보차저(110)의 압축에 의해 승온된 공기(흡기)를 냉각시켜 엔진(100)의 연소실로 공급하는 것으로서, 가스유동방향을 기준으로 터보차저의 컴프레서(114) 후단에 배치될 수 있다.The
상기 디젤 미립자 필터(DPF)(140)는 엔진(100)에서 배출된 배기가스에 포함된 입자상 물질을 제거하는 것으로서 상기 터보차저(110)의 터빈(112) 후단(출구측)에 배치될 수 있다. The diesel particulate filter (DPF) 140 removes particulate matter included in the exhaust gas discharged from the
상기 질소산화물 저감장치(SCR)(142)는 배기가스에 포함된 질소산화물을 정화시켜 제거하는 것으로서 상기 DPF(140)의 후단(출구측)에 배치될 수 있다.The nitrogen oxide reduction device (SCR) 142 purifies and removes nitrogen oxides contained in the exhaust gas, and may be disposed at the rear end (outlet side) of the
상기 터보차저(110)는 엔진(100)의 배기라인에 설치된 터빈(112)과 엔진(100)의 흡기라인에 설치된 컴프레서(114)가 동축으로 연결되어 구성된 것으로서, 엔진(100)의 구동 시에 발생하는 배기가스에 의해 회전되는 터빈(112)을 이용하여 상기 컴프레서(114)를 회전시킬 수 있도록 구성되며, 상기 컴프레서(114)의 회전에 의해 엔진 흡기라인으로 공급되는 공기(흡기)를 압축시켜 엔진 연소실에 과급되도록 한다.The
상기 전동식 수퍼차저(120)는 모터(124)의 동력을 이용하여 엔진 흡기라인에 설치된 컴프레서(122)를 회전시킬 수 있도록 구성된 것으로서, 상기 컴프레서(122)의 회전에 의해 엔진 흡기라인의 공기를 압축시켜 엔진 연소실에 과급되도록 한다.The
상기 인터쿨러(134)와 수퍼차저의 컴프레서(122) 사이에는 인터쿨러(134)를 통과한 흡기가 수퍼차저의 컴프레서(122)를 거치지 않고 (우회하여) 엔진 연소실로 공급될 수 있도록 하기 위한 바이패스 유로(136)가 구성되며, 상기 바이패스 유로(136)에는 유로 개폐를 위한 바이패스 밸브(138)가 설치된다. 상기 바이패스 밸브(138)는 수퍼차저(120)의 작동 시에 유로를 닫도록 작동되고 상기 수퍼차저(120)의 미작동 시에는 유로를 열도록 작동된다. 이에 인터쿨러(134)를 통과한 흡기가, 상기 수퍼차저(120)의 작동 시에는 수퍼차저의 컴프레서(122)를 통과하여 엔진(100)으로 공급되고, 상기 수퍼차저(120)의 미작동 시에는 바이패스 유로(136)를 통과하여 엔진(100)으로 공급된다(도 2 참조). Between the
그리고, 상기 DPF(140)의 후단과 에어클리너(130)의 후단 사이에는 DPF(140)에 의해 정화된 배기가스를 에어클리너(130)의 후단(즉, 터보차저용 컴프레서의 전단)으로 공급하기 위한 LP-EGR 유로(144)가 연장 배치되며, 상기 LP-EGR 유로(144)에는 DPF(140)에 의해 정화된 배기가스를 냉각시키기 위한 LP-EGR 쿨러(146)가 설치될 수 있다.In addition, between the rear end of the
또한, 수퍼차저용 컴프레서(122)의 후단과 상기 LP-EGR 유로(144) 사이에는 상기 수퍼차저용 컴프레서(122)에 의해 압축된 흡기를 상기 LP-EGR 유로(144)에 공급하기 위한 냉각공기 유로(148)가 연장 구성된다. 상기 냉각공기 유로(148)는 LP-EGR 쿨러(146)의 전단측에 연결되도록 배치될 수 있으며, 이러한 냉각공기 유로(148)를 통과한 냉각공기는 LP-EGR 쿨러(146)를 역방향으로 통과하여 DPF(140)의 출구측(즉, DPF의 후단)으로 공급될 수 있다. In addition, between the rear end of the
상기 수퍼차저용 컴프레서(122)의 후단(즉, 출구측)에는 공기 유동을 제어하기 위한 유동제어밸브(150)가 설치되며, 상기 유동제어밸브(150)는 수퍼차저용 컴프레서(122)에 의해 압축된 공기를 상기 냉각공기 유로(148)와 흡기 매니폴드 입구측 유로(154) 중 어느 하나로 공급할 수 있도록 제어가능하게 구성될 수 있으며, 예를 들어 3방향 밸브로서 구성될 수 있다. 상기 흡기 매니폴드 입구측 유로(154)에는 유로 개폐를 위해 스로틀 밸브(156)가 설치될 수 있다. A
상기 DPF(140)는 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집한 후에 제거하고 다시 포집하는 과정을 반복하게 되며, 이때 DPF(140)내 퇴적된 입자상 물질을 연소시켜 제거하는 과정에 의해 DPF(140)가 재생된다. The
도 5를 참조하여 살펴보면, 종래의 엔진 시스템은 DPF(140)의 재생 시에 터보차저의 터빈(112)과 함께 구성된 베인(Vane)(미도시)을 오픈하여 엔진(100)의 흡기 유량을 감소시키고(과급압 감소) HP-EGR 밸브(158)를 닫아서 엔진(100)의 연소를 안정시킨다. 상기 HP-EGR 밸브(158)는 배기 매니폴드(160)와 흡기 매니폴드(152) 사이에 구성된 HP-EGR 유로(162)에 설치된 개폐수단이며, 상기 터보차저(110)는 상기 베인의 축을 회전시켜서 배기가스의 유동 각도를 조절하여 터빈(112)의 블레이드에 전달되는 운동량을 조절할 수 있다. 그리고, 엔진(100)의 연료분사계를 제어하여 후분사를 증대시켜 배기가스의 온도를 상승시킨다. 이때 DPF(140)를 통과한 배기 온도(DPF 후단의 배기가스 온도)는 약 550~650℃ 수준까지 상승할 수 있다. 상기 후분사는 엔진(100)의 출력 확보를 위한 메인분사 이후 배기 온도의 상승을 위해 발생하는 연료분사이다. Referring to FIG. 5 , the conventional engine system reduces the intake air flow rate of the
즉, 상기 DPF(140)의 재생 조건에서는 DPF(140)를 재생하지 않는 평상 시보다 배기가스의 온도가 상승하게 되고, 이렇게 상승된 고온의 배기가스(약 550~650℃)는 DPF(140)를 통과한 뒤 SCR(142)로 유입된다. 상기 SCR(142)의 배기 정화효율은 DPF(140) 재생 시의 배기가스 온도보다 일정치 이상 낮은 온도(약 300~350℃)에서 최적화되며, 우레아 인젝터(164)에 의해 SCR(142)의 입구측에 분사되는 우레아(Urea)의 경우 350℃를 초과 시 산화 반응이 발생하여 실제로 우레아 인젝터(164)에서 분사된 양(우레아 분사량) 대비 SCR에서 사용될 수 있는 양(우레아 사용량)이 감소하게 된다. 이와 같은 상황에서는 SCR(142)의 배기 정화효율이 저하되는 문제가 발생하며, 상기 효율 저하를 방지하기 위해 상기 우레아 사용량을 본래 수준으로 회복시키는 경우 상기 우레아 분사량을 증가시켜야 하는 문제가 발생하게 된다.That is, in the regeneration condition of the
이에 본 발명에서는 DPF(140)의 재생 조건에서 DPF(140)와 SCR(142) 사이로 감온용 냉각공기를 공급하여 SCR 입구측 온도를 SCR(142)의 최적 정화효율을 확보할 수 있는 범위로 유지시킴으로써 상기 우레아 분사량의 증가 없이 SCR(142)의 정화효율 저하를 방지할 수 있도록 한다. Therefore, in the present invention, cooling air is supplied between the DPF (140) and the SCR (142) under the regeneration condition of the DPF (140) to maintain the temperature at the inlet side of the SCR (142) within a range that can secure the optimal purification efficiency of the SCR (142). By doing so, it is possible to prevent a decrease in purification efficiency of the
이하, 도 1에 도시된 바와 같이 구성된 엔진 시스템에서 DPF(140)의 재생 시에 우레아 분사량의 증가 없이 SCR(142)의 최적 정화효율을 확보하기 위한 시스템 제어 방법을 설명하도록 한다.Hereinafter, a system control method for ensuring optimal purification efficiency of the
첨부된 도 2는 DPF의 미재생 시에 가스 유동을 나타낸 도면이고, 도 3은 DPF의 재생 시에 가스 유동을 나타낸 도면이다. 2 is a diagram showing gas flow when the DPF is not regenerated, and FIG. 3 is a diagram showing the gas flow when the DPF is regenerated.
도 2에 나타낸 바와 같이, DPF(140)의 미재생 조건에서 터보차저(110)의 컴프레서(114)에 의해 압축된 공기는, 인터쿨러(134)를 통과한 뒤 바이패스 밸브(138)와 수퍼차저의 컴프레서(122) 중 어느 하나를 통과하여 엔진 연소실로 공급된다. 상기 터보차저(110)의 컴프레서(114)에 의해 압축된 공기는, 상기 수퍼차저용 컴프레서(122)의 작동 시에는 수퍼차저용 컴프레서(122)를 통과하여 엔진 연소실로 공급되고, 상기 수퍼차저용 컴프레서(122)의 미작동 시에는 바이패스 밸브(138)를 통과하여 엔진 연소실로 공급된다.As shown in FIG. 2, the air compressed by the
그리고, 도 3에 나타낸 바와 같이, DPF(140)의 재생 조건에서 터보차저의 컴프레서(114)에 의해 압축된 공기는, 인터쿨러(134)를 통과한 뒤 분기되어 바이패스 밸브(138)와 수퍼차저의 컴프레서(122)를 동시/모두 통과하게 된다. 상기 바이패스 밸브(138)를 통과한 공기(연소공기)는 엔진 연소실로 공급되고, 상기 수퍼차저의 컴프레서(122)를 통과한 공기(냉각공기)는 유동제어밸브(150)에 의해 LP-EGR 유로(144)를 통과하여 DPF(140)와 SCR(142) 사이에 연결된 유로에 압송된다. 상기 냉각공기는 DPF(140)의 재생을 위해 승온된 배기가스의 온도를 감온시키기 위한 것으로서, 전동식 수퍼차저(120)를 압송용 펌프로 활용하여 LP-EGR 유로(144)에 공급되며 LP-EGR 유로(144)를 역방향으로 통과하여 DPF(140)의 출구측 및 SCR(142)의 입구측으로 공급된다.And, as shown in FIG. 3, in the regeneration condition of the
상기 DPF(140)와 SCR(142) 사이를 통과하는 배기가스의 온도를 설정된 목표온도범위로 감온시키기 위해 상기 냉각공기의 공급유량 및 공급압력이 제어되며, 상기 냉각공기의 공급유량 및 공급압력은 제어기(미도시)에 의해 결정 제어된다. 이때 상기 제어기는 상기 엔진 시스템의 전반적인 제어를 담당하는 엔진 제어기일 수 있다. The supply flow rate and supply pressure of the cooling air are controlled to reduce the temperature of the exhaust gas passing between the
상기 냉각공기의 공급 제어를 위해, 상기 제어기는 도 4에 나타낸 바와 같이 먼저 DPF(140)의 재생 여부를 판단한다. DPF(140)를 통과한 배기가스의 온도가 DPF(140)의 재생 온도범위(예를 들어, 550~650℃)에 해당되는 것으로 판단되면, 상기 제어기는 DPF(140)가 재생 모드에 진입하여 DPF(140)의 재생이 수행되고 있는 것으로 판단한다. 상기 DPF(140)를 통과한 배기가스의 온도가 DPF(140)의 재생 온도범위에 포함되지 않으면, 상기 제어기는 DPF(140)가 재생 모드에 진입하지 않은 것으로 판단한다.To control the supply of the cooling air, the controller first determines whether the
상기 DPF(140)가 재생 모드에 진입하여 DPF(140)의 재생이 이루어질 때, 상기 제어기는 DPF(140)의 출구측에 배치된 SCR(142)의 입구측 가스 온도를 배기 정화효율을 최적범위내로 확보하기 위해 설정된 목표온도범위(예를 들어, 300~350℃)에 포함되도록 감온 제어한다. 상기 목표온도범위는 차량에 따라 변경될 수 있다. When the
상기 SCR(142)의 입구측 가스 온도를 상기 목표온도범위로 감온시키기 위해, 상기 제어기는 먼저 DPF 출구측 가스 온도(TDPF_out)와 SCR 입구측 가스 목표온도(TSCR_in_target) 및 DPF(140)와 SCR(142)의 사이로 공급되는 냉각공기의 온도(Tcool)를 추정하여 결정한다. 상기 DPF 출구측 가스 온도(TDPF_out)는 실험 및 평가 등을 통해 사전 구축한 DPF 출구측 가스 온도 모델을 이용하여 추정할 수 있으며, 상기 DPF 출구측 가스 온도 모델은 DPF 입구측 가스 온도와 DPF의 재생 온도를 기초로 DPF 출구측 가스 온도를 예측하여 결정할 수 있는 모델로서 구성되어 상기 제어기에 저장될 수 있다. 상기 SCR 입구측 가스 목표온도(TSCR_in_target)는 실험 및 평가 등을 통해 사전 구축한 SCR 입구측 가스 목표온도 모델을 이용하여 추정할 수 있으며, 상기 SCR 입구측 가스 목표온도 모델은 DPF 출구측 가스 온도와 상기 설정된 목표온도범위(혹은 설정된 목표온도범위의 최고온도값)를 기초로 SCR 입구측 가스 목표온도(TSCR_in_target)를 예측할 수 있는 맵으로서 구성되어 상기 제어기에 저장될 수 있다. 그리고, 상기 냉각공기의 온도(Tcool)는 실험 및 평가 등을 통해 사전 구축한 냉각공기 온도 모델을 이용하여 예측할 수 있으며, 상기 냉각공기 온도 모델은 인터쿨러(134)의 출구측 온도와 수퍼차저(120)의 입출력 압력비, LP-EGR 쿨러(146)의 출구측 온도를 기초로 냉각공기의 온도(Tcool)를 예측할 수 있는 맵으로서 구성되어 상기 제어기에 저장될 수 있다. 이때, 상기 DPF 출구측 가스 온도(TDPF_out)는 DPF(140)와 SCR(142) 사이로 냉각공기를 공급하기 전에 DPF(140)를 통과한 배기가스의 온도값으로서 추정되고, 상기 SCR 입구측 가스 목표온도(TSCR_in_target)는 SCR(142)의 최적 정화효율을 확보하기 위해 SCR(142) 입구측으로 공급되는 가스(배기가스+냉각공기)의 목표온도값으로서 추정되며, 상기 냉각공기의 온도(Tcool)는 SCR(142)의 입구측 가스 온도를 상기 목표온도(TSCR_in_target)로 감온시키기 위해 상기 SCR(142)과 DPF(140) 사이로 공급되는 냉각공기의 온도값으로서 추정된다. In order to reduce the temperature of the inlet gas of the
다음, 상기 제어기는 상기 추정한 DPF 출구측 가스 온도(TDPF_out)와 SCR 입구측 가스 목표온도(TSCR_in_target) 및 냉각공기의 온도(Tcool) 그리고 DPF 통과 가스 유량()을 기초로 상기 SCR과 DPF 사이로 공급되는 냉각공기의 공급유량()을 계산한다. 상기 냉각공기의 공급유량()은 아래 식 1과 같이 계산할 수 있다.Next, the controller determines the estimated DPF outlet gas temperature (T DPF_out ), SCR inlet gas target temperature (T SCR_in_target ), cooling air temperature (T cool ), and DPF passing gas flow rate ( ) Based on the supply flow rate of cooling air supplied between the SCR and DPF ( ) is calculated. Supply flow rate of the cooling air ( ) can be calculated as in Equation 1 below.
식 1 : Equation 1:
상기 식 1에서 DPF 통과 가스 유량()은 단위시간당 DPF를 통과하는 배기가스 유량값이며, HFM 센서를 통해 측정한 엔진 흡기라인의 흡기유량과 DPF 재생 시에 엔진 연소실에 분사되는 연료량(메인분사+후분사)을 합산한 값으로서 결정된다. 상기 냉각공기의 공급유량()을 계산 시, LP-EGR 유로(144)를 통해 SCR(142)과 DPF(140) 사이로 공급되는 냉각공기의 비열 및 DPF(140)를 통과하여 SCR(142) 입구측으로 흐르는 배기가스의 비열은 동일한 것으로 가정한다. In Equation 1 above, the gas flow rate passing through the DPF ( ) is the exhaust gas flow rate value passing through the DPF per unit time, and is determined as the sum of the intake flow rate of the engine intake line measured by the HFM sensor and the amount of fuel injected into the engine combustion chamber during DPF regeneration (main injection + after injection) do. Supply flow rate of the cooling air ( ), the specific heat of the cooling air supplied between the SCR (142) and the DPF (140) through the LP-EGR flow path (144) and the specific heat of the exhaust gas passing through the DPF (140) and flowing toward the inlet side of the SCR (142) are Assume the same.
상기와 같이 냉각공기의 공급유량()을 계산한 다음, 상기 제어기는 터보차저의 컴프레서(114)에 의해 발생하는 엔진 흡기라인(구체적으로, 터보차저의 컴프레서와 수퍼차저의 컴프레서 사이)의 부스트 압력(Pboost)을 결정하고 제어한다. 상기 부스트 압력(Pboost)은 DPF(140)의 재생 시 엔진 구동을 위해 필요한 흡기유량과 상기 냉각공기의 공급유량()을 합산한 총 유량값을 엔진 흡기라인에 발생시키기 위한 압력값으로서 결정되며, 터보차저(110)의 과급량을 제어할 수 있는 터보차저(110)용 베인의 개폐량을 제어하여 상기 부스트 압력(Pboost)을 제어할 수 있다. As described above, the supply flow rate of cooling air ( After calculating ), the controller determines and controls the boost pressure (P boost ) of the engine intake line generated by the
이어서, 상기 제어기는 냉각공기의 공급압력(Pcool)을 제어하기 위한 전동식 수퍼차저(120)의 모터 회전수(회전속도)를 결정한다. 상기 모터 회전수를 결정하고 제어하기 위해, 상기 제어기는 먼저 상기 냉각공기의 공급압력(Pcool)을 추정하여 결정한다. 상기 냉각공기의 공급압력(Pcool)은 상기 냉각공기의 공급유량()과 DPF 출구측 압력(PDPF_out)를 기초로 결정할 수 있다. 상기 DPF 출구측 압력(PDPF_out)은 DPF(140) 출구측에 흐르는 배기가스 압력값이며, 실험 및 평가 등을 통해 사전 구축한 DPF 출구측 압력 모델을 이용하여 추정할 수 있다. 상기 DPF 출구측 압력 모델은 DPF 통과 가스 유량()을 입력값으로 이용하여 DPF 출구측 압력(PDPF_out)을 결정하는 맵으로서 구성되어 상기 제어기에 저장될 수 있다. Next, the controller determines the number of revolutions (rotational speed) of the motor of the
상기 냉각공기의 공급압력(Pcool)은 상기 DPF 출구측 압력(PDPF_out)보다 일정치 이상 큰 값으로 결정되며, 그 압력차(목표 압력차)에 의해 냉각공기가 DPF(140)와 SCR(142) 사이로 공급될 수 있게 된다. The supply pressure (P cool ) of the cooling air is determined to be a value greater than a certain value than the DPF outlet pressure (P DPF_out ), and the pressure difference (target pressure difference) causes the cooling air to flow between the
상기 목표 압력차를 발생시키기 위해, 상기 제어기는 수퍼차저용 컴프레서(122)의 입구측 압력(즉, 인터쿨러의 출구측 압력)과 출구측 압력(즉, 냉각공기의 공급압력) 간에 압력비(γeBooster)를 계산하고, 상기 압력비(γeBooster)와 냉각공기의 공급유량()을 기초로 수퍼차저(120)의 모터 회전수를 결정하고 제어한다. 상기 압력비(γeBooster)는 아래 식 2와 같이 계산할 수 있다. In order to generate the target pressure difference, the controller controls the pressure ratio (γ eBooster ) is calculated, and the pressure ratio (γ eBooster ) and the supply flow rate of cooling air ( ), the number of revolutions of the motor of the
식 2 : Equation 2:
상기 Pintercooler_out는 인터쿨러(134)의 출구측 압력이고, 상기 Pcool은 냉각공기의 공급압력이고, 상기 인터쿨러(134)의 출구측 압력(Pintercooler_out)은 부스트 압력(Pboost)과 동일하다고 가정한다. It is assumed that P intercooler_out is the outlet pressure of the
또한, 상기 모터 회전수는 사전 구축한 모터 회전수 모델을 이용하여 추정할 수 있으며, 상기 모터 회전수 모델은 상기 압력비(γeBooster)와 냉각공기의 공급유량()을 입력값으로 이용하여 모터 회전수를 결정하는 맵으로서 구성되어 상기 제어기에 저장될 수 있다. In addition, the motor rotation speed can be estimated using a pre-built motor rotation speed model, and the motor rotation speed model is based on the pressure ratio (γ eBooster ) and the supply flow rate of cooling air ( ) as an input value, it can be configured as a map for determining the number of revolutions of the motor and stored in the controller.
상기와 같이 결정한 모터 회전수로 수퍼차저용 모터(124)를 구동시킴으로써 수퍼차저의 컴프레서(122)에서 토출된 압축 공기의 공급압력(즉, SCR 입구측 가스 온도를 낮추기 위한 냉각공기의 공급압력(Pcool))을 SCR(142)와 DPF(140) 사이로 공급가능한 수준으로 제어할 수 있다.The supply pressure of the compressed air discharged from the
이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.Since the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and modifications of those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims Improvements are also included in the scope of the present invention.
100 : 엔진 110 : 터보차저
112 : 터보차저용 터빈 114 : 터보차저용 컴프레서
120 : 전동식 수퍼차저 122 : 수퍼차저용 컴프레서
124 : 수퍼차저용 모터 130 : 에어클리너
132 : LP-EGR 밸브 134 : 인터쿨러
136 : 바이패스 유로 138 : 바이패스 밸브
140 : 디젤 미립자 필터(DPF) 142 : 질소산화물 저감장치(SCR)
144 : LP-EGR 유로 146 : LP-EGR 쿨러
148 : 냉각공기 유로 150 : 유동제어밸브
152 : 흡기 매니폴드 154 : 흡기 매니폴드 입구측 유로
156 : 스로틀 밸브 158 : HP-EGR 밸브
160 : 배기 매니폴드 162 : HP-EGR 유로
164 : 우레아 인젝터100: engine 110: turbocharger
112: turbine for turbocharger 114: compressor for turbocharger
120: electric supercharger 122: compressor for supercharger
124: motor for supercharger 130: air cleaner
132: LP-EGR valve 134: intercooler
136: bypass flow path 138: bypass valve
140: diesel particulate filter (DPF) 142: nitrogen oxide reduction device (SCR)
144: LP-EGR Euro 146: LP-EGR Cooler
148: cooling air flow path 150: flow control valve
152: intake manifold 154: intake manifold inlet flow path
156: throttle valve 158: HP-EGR valve
160: exhaust manifold 162: HP-EGR euro
164: urea injector
Claims (7)
상기 DPF가 재생될 때에, 상기 DPF의 출구측에 배치된 질소산화물 저감장치(SCR)의 입구측 가스 온도를 상기 SCR의 배기 정화효율 확보를 위해 설정한 목표온도범위 내로 제어하는 온도제어단계;를 포함하며,
상기 온도제어단계는,
상기 DPF와 SCR 사이로 공급되어 상기 SCR 입구측 가스 온도를 상기 목표온도범위 내로 감온시키기 위한 냉각공기의 공급유량()을 계산하는 제1단계;
상기 DPF와 SCR 사이로 상기 계산한 공급유량()의 냉각공기를 압송하기 위한 전동식 수퍼차저의 모터 회전수를 제어하는 제2단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템의 배기 정화효율을 확보하기 위한 제어 방법.
a regeneration determination step of determining whether to regenerate a diesel particulate filter (DPF) installed in an engine exhaust line;
When the DPF is regenerated, a temperature control step of controlling the inlet gas temperature of the nitrogen oxide reduction device (SCR) disposed at the outlet side of the DPF within a target temperature range set to ensure exhaust purification efficiency of the SCR; contains,
In the temperature control step,
The supply flow rate of cooling air supplied between the DPF and the SCR to reduce the temperature of the gas at the inlet of the SCR to within the target temperature range ( ) A first step of calculating;
The calculated supply flow rate between the DPF and the SCR ( ) A second step of controlling the number of revolutions of the motor of the electric supercharger for pressurizing the cooling air;
A control method for securing exhaust purification efficiency of an engine system, comprising:
상기 제1단계에서는, DPF 통과 가스 유량()과 DPF 출구측 가스 온도(TDPF_out) 및 SCR 입구측 가스 목표온도(TSCR_in_target) 그리고 상기 냉각공기의 온도(Tcool)를 기초로 상기 냉각공기의 공급유량()을 계산하는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템의 배기 정화효율을 확보하기 위한 제어 방법.
The method of claim 1,
In the first step, the gas flow rate passing through the DPF ( ), the DPF outlet gas temperature (T DPF_out ), the SCR inlet gas target temperature (T SCR_in_target ), and the cooling air supply flow rate (T cool ) based on ) A control method for securing exhaust purification efficiency of an engine system, characterized in that for calculating
상기 냉각공기의 공급유량()은
에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템의 배기 정화효율을 확보하기 위한 제어 방법.
The method of claim 3,
Supply flow rate of the cooling air ( )silver
A control method for securing exhaust purification efficiency of an engine system, characterized in that calculated by
상기 제2단계는,
DPF 출구측 압력(PDPF_out)과 냉각공기의 공급유량()을 기초로 DPF 출구측 압력(PDPF_out)보다 일정치 이상 높은 압력값으로서 상기 냉각공기의 공급압력(Pcool)을 결정하는 단계;
엔진 흡기유량과 상기 냉각공기의 공급유량()을 합산한 유량 값을 기초로 상기 전동식 수퍼차저측으로 공급되는 엔진 흡기의 부스트 압력(Pboost)을 결정하는 단계;
상기 냉각공기의 공급압력(Pcool)과 상기 부스트 압력(Pboost) 간에 압력비(γeBooster) 및 상기 냉각공기의 공급압력(Pcool)을 기초로 상기 전동식 수퍼차저의 모터 회전수를 결정하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템의 배기 정화효율을 확보하기 위한 제어 방법.
The method of claim 1,
In the second step,
DPF outlet pressure (P DPF_out ) and supply flow rate of cooling air ( Determining a supply pressure (P cool ) of the cooling air as a pressure value higher than a predetermined value or more than a DPF outlet pressure (P DPF_out ) based on );
The engine intake flow rate and the supply flow rate of the cooling air ( ) determining a boost pressure (P boost ) of engine intake supplied to the electric supercharger side based on the sum of the flow rates;
Determining a motor rotational speed of the electric supercharger based on a pressure ratio (γ eBooster ) between the cooling air supply pressure (P cool ) and the boost pressure (P boost ) and the cooling air supply pressure (P cool ) ;
A control method for securing exhaust purification efficiency of an engine system, comprising:
상기 압력비(γeBooster)는 에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템의 배기 정화효율을 확보하기 위한 제어 방법.
The method of claim 5,
The pressure ratio (γ eBooster ) is A control method for securing exhaust purification efficiency of an engine system, characterized in that calculated by
상기 전동식 수퍼차저의 모터 회전수는, 상기 압력비(γeBooster)와 냉각공기의 공급압력(Pcool)을 기초로 상기 모터 회전수를 결정할 수 있도록 구성된 모터 회전수 모델에 의해 결정하는 것을 특징으로 하는 엔진 시스템의 배기 정화효율을 확보하기 위한 제어 방법.
The method of claim 6,
The motor rotation speed of the electric supercharger is determined by a motor rotation speed model configured to determine the motor rotation speed based on the pressure ratio (γ eBooster ) and the cooling air supply pressure (P cool ). A control method for securing exhaust purification efficiency of an engine system.
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