KR102662797B1 - 배기가스 배출 균형 제어 장치 - Google Patents

배기가스 배출 균형 제어 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 배기가스 배출 균형 제어 장치는 질소화합물의 농도를 측정하는 NOx 센서; 및 NOx 센서에 의해 측정된 질소화합물의 농도를 이용하여 질소산화물 배출량과 암모니아 배출량을 산출하고, 산출된 질소산화물 배출량 또는 암모니아 배출량에 따라 연료량을 제어하여 기 설정된 총 허용배출량의 한도 내에서 질소산화물 배출량 또는 암모니아 배출량을 조절하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배기가스 배출 균형 제어 장치{EXHAUST GAS EMISSION BALANCING APPARATUS}
본 발명은 배기가스 배출 균형 제어 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 질소산화물과 암모니아의 양을 실시간으로 측정하여 질소산화물과 암모니아의 배출 균형을 확보하는 배기가스 배출 균형 제어 장치에 관한 것이다.
주로 도시 지역에서의 환경오염과 대기질에 대한 정부의 관심이 증가함에 따라, 여러 나라에서 엔진에서 나오는 배기가스에 대한 배출기준과 규제가 제정되어 있다.
이러한 배출 기준은 차량의 엔진에서 발생되는 배기가스의 허용 가능한 한도를 규정한다. 예를 들면, 질소산화물(NOx), 탄화수소(CxHy), 일산화탄소(CO) 및 입자상 물질(PM)의 배출 레벨이 상기한 기준에 따라 대부분의 차량에 대해 규제된다. 이에 배기가스 중에 함유된 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 입자상 물질(Particulate Matter), 질소산화물(NOx) 등을 감소시키기 위해 다양한 엔진 관리 시스템이 제시되었다.
특히, 가솔린 엔진 관리 시스템은 촉매 컨버터의 전단과 후단의 산소에 기반한 공연비 제어를 통해 트레이드 오프 관계에 있는 일산화탄소와 질소산화물을 배출 규제 한도 이하로 제한한다.
그러나, 가솔린 엔진 관리 시스템은 암모니아를 제한하지 않았으며, 트레이드 오프 관계에서 배출가스 배출 밸런싱이 어려운 문제점이 있었다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 10-1836260호(2018.03.02)의 '자동차의 배기가스 정화장치'에 개시되어 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 질소산화물 배출량과 암모니아 배출량을 실시간으로 측정하고 이를 토대로 질소산화물과 암모니아의 배출 균형을 확보하는 배기가스 배출 균형 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 배기가스 배출 균형 제어 장치는 질소화합물의 농도를 측정하는 NOx 센서; 및 상기 NOx 센서에 의해 측정된 질소화합물의 농도를 이용하여 질소산화물 배출량과 암모니아 배출량을 산출하고, 산출된 질소산화물 배출량 또는 암모니아 배출량에 따라 연료량을 제어하여 기 설정된 총 허용배출량의 한도 내에서 질소산화물 배출량 또는 암모니아 배출량을 조절하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 프로세서는 질소산화물 배출량을 기 설정된 질소산화물 배출 임계값과 비교하여 비교 결과에 따라 연료량을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 프로세서는 질소산화물 배출량이 상기 질소산화물 배출 임계값 이상이면, 업스트림 산소 센서의 타겟 람다를 감소시키고 다운스트림 산소 센서의 타겟 전압을 증가시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 프로세서는 암모니아 배출량을 기 설정된 암모니아 배출 임계값과 비교하여 비교 결과에 따라 연료량을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 프로세서는 암모니아 배출량이 상기 암모니아 배출 임계값 이상이면, 업스트림 산소 센서의 타겟 람다를 증가시키고 다운스트림 산소 센서의 타겟 전압을 감소시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 프로세서는 차량의 주행 거리를 토대로 단위 거리당 질소산화물 누적 배출량과 단위 거리당 암모니아 누적 배출량을 각각 산출하고, 단위 거리당 질소산화물 누적 배출량과 단위 거리당 암모니아 누적 배출량에 따라 연료량을 제어하여 질소산화물 배출량 또는 암모니아 배출량을 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 프로세서는 단위 거리당 질소산화물 누적 배출량을 기 설정된 질소산화물 누적 임계값과 비교 결과에 따라 연료량을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 프로세서는 단위 거리당 질소산화물 누적 배출량이 상기 질소산화물 누적 임계값 이상이면, 업스트림 산소 센서의 타겟 람다를 감소시키고 다운스트림 산소 센서의 타겟 전압을 증가시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 프로세서는 단위 거리당 암모니아 누적 배출량을 기 설정된 암모니아 누적 임계값과 비교 결과에 따라 연료량을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 프로세서는 단위 거리당 암모니아 누적 배출량이 상기 암모니아 누적 임계값 이상이면, 업스트림 산소 센서의 타겟 람다를 증가시키고 다운스트림 산소 센서의 타겟 전압을 감소시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배기가스 배출 균형 제어 장치는 질소화합물의 농도를 측정하는 NOx 센서; 엔진의 연소실에 연료를 분사하는 인젝터; 및 상기 NOx 센서에 의해 측정된 질소화합물의 농도를 이용하여 질소산화물 배출량과 암모니아 배출량을 산출하고, 산출된 질소산화물 배출량 또는 암모니아 배출량에 따라 인젝터를 통해 연소공연비의 농후도를 조절하여 촉매 컨버터 내 산소흡장량을 기 설정된 총 허용배출량의 한도 내에서 질소산화물 배출량 또는 암모니아 배출량을 조절하는 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 프로세서는 가속 페달의 가압이 해제되면 질소산화물 배출량을 기 설정된 질소산화물 규제 임계값과 비교하여 비교 결과에 따라 상기 인젝터를 통해 촉매 컨버터 내 산소흡장량 조절을 위한 연료분사량을 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 프로세서는 질소산화물 배출량이 상기 질소산화물 규제 임계값 이상이면 상기 인젝터를 통해 퓨얼컷오프 종료이후 연소공연비를 농후하게 조절하여 촉매 컨버터 내 산소흡장량을 감소시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 프로세서는 가속 페달의 가압이 해제되면 암모니아 배출량을 기 설정된 암모니아 규제 임계값과 비교하여 비교 결과에 따라 상기 인젝터를 통해 촉매 컨버터 내 산소흡장량 조절을 위한 연료분사량을 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 프로세서는 질소산화물 배출량이 상기 질소산화물 규제 임계값 이상이면 상기 인젝터를 통해 감속연료 차단을 금지하여 촉매의 산소흡장을 억제하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 프로세서는 암모니아 배출량이 상기 암모니아 규제 임계값 이상이면 상기 인젝터를 통해 퓨얼컷오프 종료이후 연소공연비를 희박하게 조절하여 촉매 컨버터 내 산소흡장량을 증가시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 배기가스 배출 균형 제어 장치는 질소산화물과 암모니아의 양을 실시간으로 측정하고 이를 기초로 트레이드 오프 최적화를 통해 RDE(Real Driving Emission)와 실제 도로 주행 환경에서도 총 허용배출량의 한도 내에서 질소산화물과 암모니아의 배출 균형을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 배출 균형 제어 장치의 블럭 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배출팩터의 기초를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 주행 거리당 배출기준 예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배출가스 배출 균형 제어 결과를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스량 기반의 배출가스 배출 균형 제어 방법의 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 주행 거리 기반의 배출가스 배출 균형 제어 방법의 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 제어 기반의 배출가스 배출 균형 제어 방법의 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 제어 기반의 배출가스 배출 균형 제어 방법의 순서도이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 배출가스 배출 균형 제어 장치를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 이용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 배출 균형 제어 장치의 블럭 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배출팩터의 기초를 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 주행 거리당 배출기준 예를 나타낸 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배출가스 배출 균형 제어 결과를 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 배출 균형 제어 장치는 업스트림 산소 센서(100), 다운스트림 산소 센서(200), 프로세서(300), 인젝터(400), NOx 센서(500), 배기가스 유량 센서(600), 및 배기가스 온도 센서(700)를 포함한다.
업스트림 산소 센서(100)는 촉매 컨버터(20)의 상류측에 설치되어 배기관(10)을 통해 흐르는 배기가스 내 산소를 감지한다.
다운스트림 산소 센서(200)는 촉매 컨버터(20)의 하류측에 설치되어 배기관(10)을 통해 흐르는 배기가스 내 산소를 감지한다.
일반적으로, 엔진(미도시)은 연료와 공기가 혼합된 혼합기를 연소시켜 화학적 에너지를 기계적 에너지로 변환한다. 엔진의 연소 과정에서 발생된 배기가스는 배기 매니폴드(미도시)에 모인 후 배기관(10)을 통해 엔진 밖으로 배출된다. 연소실에는 인젝터(400)가 장착되어 연료를 연소실 내부로 분사한다.
배기관(10)은 배기 매니폴드에 연결되어 배기가스를 차량 외부로 배출시킨다.
배기관(10)에는 촉매 컨버터(20)가 설치된다.
촉매 컨버터(20)는 배기가스에 포함된 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물을 포함하는 유해물질을 산화-환원 반응에 의해 무해한 성분으로 변화시킨다.
즉, 업스트림 산소 센서(100)에 의해 촉매 컨버터(20) 상류측의 산소가 감지되고, 다운스트림 산소 센서(200)에 의해 촉매 컨버터(20)의 하류측의 산소가 감지됨으로써, 촉매 컨버터(20)의 산소 농도가 감지될 수 있다.
인젝터(400)는 엔진의 연소실에 연료를 분사한다.
NOx 센서(500)는 배기관(10)에 설치된다. NOx 센서(500)는 배기관(10)을 통해 배출되는 배기가스의 질소화합물의 농도와 산소 농도를 측정한다.
배기가스 유량 센서(600)는 배기관(10)에 설치되며, 배기관(10)을 통해 배출되는 배기가스의 배출량을 감지한다.
배기가스 온도 센서(700)는 배기관(10)에 설치되며, 배기관(10)을 통해 배출되는 배기가스의 온도를 감지한다.
프로세서(300)는 NOx 센서(500)에 의해 측정된 질소화합물의 농도를 이용하여 질소산화물 배출량과 암모니아 배출량을 산출한다. 이어 프로세서(300)는 산출된 질소산화물 배출량 또는 암모니아 배출량에 따라 연료량을 제어하여 질소산화물 배출량 또는 암모니아 배출량을 조절한다. 이 경우, 프로세서(300)는 질소산화물 배출량 또는 암모니아 배출량을 트레이드 오프 관계에 따라 총 허용배출량의 한도 내에서 피드백 제어하여 질소산화물 배출량 또는 암모니아 배출량이 균형을 유지하도록 한다.
좀 더 구체적으로 설명하면, 먼저 프로세서(300)는 질소화합물의 농도를 이용하여 질소산화물 배출량과 암모니아 배출량을 산출한다.
프로세서(300)는 배기가스 온도 센서(700)에 의해 감지된 배기가스 온도, 배기가스 유량 센서(600)에 의해 감지된 배기가스 유량, 및 공연비를 이용하여 질소산화물 배출량과 암모니아 배출량을 산출한다.
프로세서(300)는 질소산화물 배출량과 암모니아 배출량을 기 설정된 배출 임계값과 비교하여 비교 결과에 따라 린/리치 옵셋 제어를 통해 연료량을 제어하여 질소산화물 배출량 또는 암모니아 배출량을 조절한다.
먼저, 프로세서(300)는 질소산화물 배출량을 기 설정된 질소산화물 배출 임계값과 비교한다.
질소산화물 배출 임계값은 질소산화물 배출량을 조절하기 위한 기준이 되는 값이다. 질소산화물 배출 임계값은 질소산화물과 암모니아의 트레이드 오프 관계에 따라 총 허용배출량의 한도 내에서 다양하게 설정될 수 있다.
질소산화물 배출량이 질소산화물 배출 임계값 이상이면, 프로세서(300)는 업스트림 산소 센서(100)와 다운스트림 산소 센서(200)를 제어하여 연료량을 제어한다. 이때, 프로세서(300)는 린측으로 업스트림 산소 센서(100)의 타겟 람다를 감소시키고 다운스트림 산소 센서(200)의 타겟 전압(V-desired)을 증가시킨다.
다음으로, 프로세서(300)는 암모니아 배출량을 기 설정된 암모니아 배출 임계값과 비교한다.
암모니아 배출 임계값은 암모니아 배출량을 조절하기 위한 기준이 되는 값이다. 암모니아 배출 임계값은 질소산화물과 암모니아의 트레이드 오프 관계에 따라 총 허용배출량의 한도 내에서 다양하게 설정될 수 있다.
암모니아 배출량이 암모니아 배출 임계값 이상이면, 프로세서(300)는 업스트림 산소 센서(100)와 다운스트림 산소 센서(200)를 제어하여 연료량을 제어한다. 이때, 프로세서(300)는 리치측으로 업스트림 산소 센서(100)의 타겟 람다를 증가시키고 다운스트림 산소 센서(200)의 타겟 전압을 감소시킨다.
한편, 프로세서(300)는 차량의 주행 거리를 토대로 질소산화물 배출량과 암모니아 배출량을 누적한다.
프로세서(300)는 누적된 질소산화물 배출량을 토대로 단위 거리당 질소산화물 누적 배출량을 산출한다. 또한, 프로세서(300)는 누적된 암모니아 배출량을 토대로 단위 거리당 암모니아 누적 배출량을 산출한다.
단위 거리는 1km가 채용될 수 있으나, 특별히 한정되는 것은 아니다.
프로세서(300)는 단위 거리당 질소산화물 누적 배출량을 질소산화물 누적 임계값과 비교한다.
질소산화물 누적 임계값은 질소산화물 배출량을 조절하기 위한 기준이 되는 질소산화물 누적값이다. 질소산화물 배출 임계값은 질소산화물과 암모니아의 트레이드 오프 관계에 따라 총 허용배출량의 한도 내에서 다양하게 설정될 수 있다.
단위 거리당 질소산화물 누적 배출량이 질소산화물 누적 임계값 이상이면, 프로세서(300)는 업스트림 산소 센서(100)와 다운스트림 산소 센서(200)를 제어하여 연료량을 제어한다. 이때, 프로세서(300)는 리치측으로 업스트림 산소 센서(100)의 타겟 람다를 감소시키고 다운스트림 산소 센서(200)의 타겟 전압(V-desired)을 증가시킨다.
또한, 프로세서(300)는 단위 거리당 암모니아 누적 배출량을 암모니아 누적 임계값과 비교한다.
암모니아 누적 임계값은 암모니아 배출량을 조절하기 위한 기준이 되는 암모니아 누적값이다. 암모니아 배출 임계값은 질소산화물과 암모니아의 트레이드 오프 관계에 따라 총 허용배출량의 한도 내에서 다양하게 설정될 수 있다.
단위 거리당 암모니아 누적 배출량이 암모니아 누적 임계값 이상이면, 프로세서(300)는 업스트림 산소 센서(100)와 다운스트림 산소 센서(200)를 제어하여 연료량을 제어한다. 이때, 프로세서(300)는 린측으로 업스트림 산소 센서(100)의 타겟 람다를 증가시키고 다운스트림 산소 센서(200)의 타겟 전압(V-desired)을 감소시킨다.
이와 같이, 프로세서(300)는 질소산화물 배출량과 암모니아 배출량을 누적하여 단위 거리당 질소산화물 배출량과 암모니아 배출량을 각각 산출하고, 이들을 토대로 업스트림 산소 센서(100)의 타겟 람다와 다운스트림 산소 센서(200)의 타겟 전압을 조절하여 연료량을 조절함으로써, 질소산화물 배출량과 암모니아 배출량을 총 허용배출량의 한도 내에서 조절한다.
게다가, 프로세서(300)는 상기한 바와 같이 차량 주행 과정에서 감가속 과정에서 발생될 수 있는 질소산화물 배출량과 암모니아 배출량을 조절한다.
프로세서(300)는 가속 페달 센서로부터 가속 페달 센서 신호를 입력받는다. 프로세서(300)는 가속 페달 센서 신호를 토대로 가속 페달이 가압 상태인지 가압 해제 상태인지를 판단한다.
프로세서(300)는 가속 페달이 가압 해제되거나 재가압되면 질소산화물 배출량과 암모니아 배출량에 따라 인젝터(400)를 제어하여 질소산화물 배출량 또는 암모니아 배출량에 따라 인젝터(400)를 통해 연소공연비를 조절하여 퓨얼컷오프 종료 후 촉매 컨버터(20) 내 산소흡장을 해소하기 위한 연료량을 조절하거나 촉매의 산소흡장을 억제하여 총 허용배출량의 한도 내에서 질소산화물 배출량 또는 암모니아 배출량을 조절한다.
즉, 가속 페달이 가압 해제되거나 재가압되면, 프로세서(300)는 배기가스 온도, 배기가스 유량, 및 공연비를 이용하여 질소산화물 배출량과 암모니아 배출량을 산출한다.
이어, 프로세서(300)는 질소산화물 배출량을 기 설정된 질소산화물 규제 임계값과 비교한다.
질소산화물 규제 임계값은 질소산화물의 규제 한계값에 따라 질소산화물 배출량을 조절하기 위한 기준이 되는 값이다. 질소산화물 규제 임계값은 질소산화물의 규제 한계값에 따라 사전에 설정된다.
질소산화물 배출량이 질소산화물 규제 임계값 이상이면, 프로세서(300)는 인젝터(400)를 제어하여 연료 분사량을 증가시켜 촉매 컨버터(20) 내 연료 분사량을 조절한다.
통상적으로, 가속 페달이 가압 해제되면, 촉매 컨버터(20) 내 산소 농도가 증가되어 질소산화물도 증가하게 된다. 이에, 촉매 컨버터(20) 내 산소량을 감소시키기 위해, 프로세서(300)는 인젝터(400)를 통해 연료량을 증가시킴으로써, 촉매 퍼지(산소 탈착)에 필요한 공연비를 농후화한다.
한편, 프로세서(300)는 암모니아 배출량을 기 설정된 암모니아 규제 임계값과 비교한다.
암모니아 규제 임계값은 암모니아의 규제 한계값에 따라 암모니아 배출량을 조절하기 위한 기준이 되는 값이다. 암모니아 규제 임계값은 암모니아의 규제 한계값에 따라 사전에 설정된다.
암모니아 배출량이 암모니아 규제 임계값 이상이면, 프로세서(300)는 인젝터(400)를 통해 연료를 분사하여 감속연료 차단을 금지함으로써, 촉매의 산소흡장을 억제한다.
이에 따라, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 프로세서(300)는 실시간으로 측정되는 질소산화물 배출량 및 암모니아 배출량을 토대로 린/리치 옵셋 제어를 통해 연료량을 제어하고, 주행 거리에 따라 누적 산출된 질소산화물 배출량과 암모니아 배출량을 토대로 질소산화물 배출량과 암모니아 배출량을 조절한다.
프로세서(400)는 차량 주행 과정에서 감가속을 위한 가속 페달의 가압 및 가압 해제시의 질소산화물 배출량과 암모니아 배출량을 토대로 질소산화물 배출량과 암모니아 배출량을 조절할 수 있다.
이에, 프로세서(400)는 도 4에 도시된 바와 같이 총 허용배출량의 한도 내에서 질소산화물 배출량 또는 암모니아 배출량을 조절할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 배출가스 배출 균형 제어 방법을 도 5 내지 도 8을 참고하여 설명한다.
먼저, 상기한 바와 같이 실시간으로 측정되는 질소산화물 배출량 및 암모니아 배출량을 토대로 연료량을 제어하여 질소산화물 배출량 및 암모니아 배출량을 조절하는 과정을 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스량 기반의 배출가스 배출 균형 제어 방법의 순서도이다.
도 5를 참조하면, 먼저 NOx 센서(500)가 질소화합물의 농도를 측정한다(S110).
이때, 업스트림 산소 센서(100)는 촉매 컨버터(20)의 상류측에 설치되어 배기관(10)을 통해 흐르는 산소를 감지하고, 다운스트림 산소 센서(200)는 촉매 컨버터(20)의 하류측에 설치되어 배기관(10)을 통해 흐르는 산소를 감지한다.
또한, 배기가스 유량 센서(600)는 배기관(10)을 통해 배출되는 배기가스의 배출량을 감지한다. 배기가스 온도 센서(700)는 배기관(10)을 통해 배출되는 배기가스의 온도를 감지한다.
프로세서(300)는 배기가스 온도, 배기가스 유량, 및 공연비를 이용하여 질소화합물 내 질소산화물 배출량과 암모니아 배출량을 산출한다(S120).
프로세서(300)는 질소산화물 배출량을 질소산화물 배출 임계값과 비교하여 질소산화물 배출량이 질소산화물 배출 임계값 이상인지를 판단한다(S130).
단계 S130에서의 판단 결과 질소산화물 배출량이 질소산화물 배출 임계값 이상이면, 프로세서(300)는 업스트림 산소 센서(100)의 타겟 람다를 감소시키고 다운스트림 산소 센서(200)의 타겟 전압(V-desired)을 증가시킨다(S140).
반면에 단계 S130에서의 판단 결과 질소산화물 배출량이 질소산화물 배출 임계값 미만이면, 프로세서(300)는 암모니아 배출량이 암모니아 배출 임계값 이상인지를 판단한다(S150).
단계 S150에서의 판단 결과 암모니아 배출량이 암모니아 배출 임계값 이상이면, 프로세서(300)는 리치측으로 업스트림 산소 센서(100)의 타겟 람다를 증가시키고 다운스트림 산소 센서(200)의 타겟 전압을 감소시킨다(S160).
다음으로, 상기한 바와 같이 실시간으로 산출되는 질소산화물 배출량과 암모니아 배출량을 누적하고, 주행 거리에 따라 누적 산출된 질소산화물 배출량과 암모니아 배출량을 토대로 질소산화물 배출량과 암모니아 배출량을 조절하는 과정을 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 주행 거리 기반의 배출가스 배출 균형 제어 방법의 순서도이다.
도 6을 참조하면, 먼저 프로세서(300)는 차량의 주행 거리를 측정하고(S210), 측정된 주행 거리를 토대로 질소산화물 배출량과 암모니아 배출량을 누적한다(S220).
여기서, 프로세서(300)는 배기가스 온도, 배기가스 유량, 및 공연비를 이용하여 질소화합물 내 질소산화물 배출량과 암모니아 배출량을 산출할 수 있다.
프로세서(300)는 누적된 질소산화물 배출량을 토대로 단위 거리당 질소산화물 누적 배출량을 산출하고, 누적된 암모니아 배출량을 토대로 단위 거리당 암모니아 누적 배출량을 산출한다(S230).
이어 프로세서(300)는 단위 거리당 질소산화물 누적 배출량을 질소산화물 누적 임계값과 비교하고, 단위 거리당 암모니아 누적 배출량을 암모니아 누적 임계값과 비교한다(S240).
단계 S240에서의 판단 결과 단위 거리당 질소산화물 누적 배출량이 질소산화물 누적 임계값 이상이면, 프로세서(300)는 린측으로 업스트림 산소 센서(100)의 타겟 람다를 감소시키고 다운스트림 산소 센서(200)의 타겟 전압(V-desired)을 증가시킨다(S250).
반면에, 단계 S240에서의 판단 결과 단위 거리당 암모니아 누적 배출량이 암모니아 누적 임계값 이상이면, 프로세서(300)는 리치측으로 업스트림 산소 센서(100)의 타겟 람다를 증가시키고 다운스트림 산소 센서(200)의 타겟 전압(V-desired)을 감소시킨다(S260).
한편, 차량 주행 과정에서 감가속을 위한 가속 페달의 가압 및 가압 해제시의 질소산화물 배출량과 암모니아 배출량을 토대로 질소산화물 배출량과 암모니아 배출량을 조절하는 과정을 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 제어 기반의 배출가스 배출 균형 제어 방법의 순서도이다.
도 7을 참조하면, 프로세서(300)는 가속 페달 센서로부터 가속 페달 센서 신호를 입력받는다. 프로세서(300)는 가속 페달 센서 신호를 토대로 가속 페달이 가압 상태인지 가압 해제 상태인지를 판단한다(S310).
프로세서(300)는 가속 페달이 가압 해제되거나 재가압되면, 프로세서(300)는 배기가스 온도 센서(700)에 의해 감지된 배기가스 온도, 배기가스 유량 센서(600)에 의해 감지된 배기가스 유량, 및 공연비를 이용하여 질소산화물 배출량과 암모니아 배출량을 산출한다(S320).
이어, 프로세서(300)는 질소산화물 배출량을 질소산화물 규제 임계값과 비교하여 질소산화물 배출량이 질소산화물 규제 임계값 이상인지를 판단한다(S330).
단계 S330에서의 판단 결과 질소산화물 배출량이 질소산화물 규제 임계값 이상이면, 프로세서(300)는 촉매 퍼지 제어를 수행한다(S340). 즉, 프로세서(300)는 인젝터(400)를 통해 연료 분사량을 증가시켜 촉매 컨버터(20) 내 연료 분사량을 조절한다.
반면에, 단계 S330에서의 판단 결과 질소산화물 배출량이 질소산화물 규제 임계값 미만이면, 프로세서(300)는 암모니아 배출량을 암모니아 규제 임계값과 비교하여 암모니아 배출량이 암모니아 규제 임계값 이상인지를 판단한다(S350).
단계 S340에서의 판단 결과 암모니아 배출량이 암모니아 규제 임계값 이상이면, 프로세서(300)는 촉매 퍼지 제어를 수행한다(S360).
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 제어 기반의 배출가스 배출 균형 제어 방법의 순서도이다.
도 8을 참조하면, 프로세서(300)는 가속 페달 센서로부터 가속 페달 센서 신호를 입력받는다. 프로세서(300)는 가속 페달 센서 신호를 토대로 가속 페달이 가압 상태인지 가압 해제 상태인지를 판단한다(S410).
프로세서(300)는 가속 페달이 가압 해제되면, 프로세서(300)는 배기가스 온도 센서(700)에 의해 감지된 배기가스 온도, 배기가스 유량 센서(600)에 의해 감지된 배기가스 유량, 및 공연비를 이용하여 질소산화물 배출량을 산출한다(S420).
이어, 프로세서(300)는 질소산화물 배출량을 질소산화물 규제 임계값과 비교하여 질소산화물 배출량이 질소산화물 규제 임계값 이상인지를 판단한다(S430).
단계 S430에서의 판단 결과, 질소산화물 배출량이 질소산화물 규제 임계값 이상이면, 프로세서(300)는 인젝터(400)를 통해 분사하여 감속연료 차단을 금지함으로써, 촉매의 산소흡장을 억제한다(S440).
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 배출 균형 제어 방법은 차량 주행시 다양한 주행 조건에서 트레이드 오프 관계에 있는 질소산화물 배출량과 암모니아 배출량을 총 허용배출량의 한도 내에서 피드백 제어하여 질소산화물 배출량 또는 암모니아 배출량이 균형을 유지하도록 한다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 배출 균형 제어 장치는 질소산화물과 암모니아의 양을 실시간으로 측정하고 이를 기초로 트레이드 오프 최적화를 통해 RDE(Real Driving Emission)와 실제 도로 주행 환경에서도 총 허용배출량의 한도 내에서 질소산화물과 암모니아의 배출 균형을 확보할 수 있다.
본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.
10: 배기관 20: 촉매 컨버터
100: 업스트림 산소 센서 200: 다운스트림 산소 센서
300: 프로세서 400: 인젝터
500: NOx 센서 600: 배기가스 유량 센서
700: 배기가스 온도 센서

Claims (16)

  1. 질소화합물의 농도를 측정하는 NOx 센서; 및
    상기 NOx 센서에 의해 측정된 질소화합물의 농도를 이용하여 질소산화물 배출량과 암모니아 배출량을 산출하고, 산출된 질소산화물 배출량 또는 암모니아 배출량에 따라 연료량을 제어하여 기 설정된 총 허용배출량의 한도 내에서 질소산화물 배출량과 암모니아 배출량이 균형을 유지하도록 제어하는 프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는 질소산화물 배출량을 기 설정된 질소산화물 배출 임계값과 비교하고, 암모니아 배출량을 기 설정된 암모니아 배출 임계값과 비교하며, 비교 결과에 따라, 업스트림 산소 센서의 타겟 람다와 다운스트림 산소 센서의 타겟 전압을 각각 제어하는 것을 특징으로 하는 배기가스 배출 균형 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 프로세서는
    질소산화물 배출량이 상기 질소산화물 배출 임계값 이상이면, 업스트림 산소 센서의 타겟 람다를 감소시키고 다운스트림 산소 센서의 타겟 전압을 증가시키는 것을 특징으로 하는 배기가스 배출 균형 제어 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 프로세서는
    암모니아 배출량이 상기 암모니아 배출 임계값 이상이면, 업스트림 산소 센서의 타겟 람다를 증가시키고 다운스트림 산소 센서의 타겟 전압을 감소시키는 것을 특징으로 하는 배기가스 배출 균형 제어 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 프로세서는
    차량의 주행 거리를 토대로 단위 거리당 질소산화물 누적 배출량과 단위 거리당 암모니아 누적 배출량을 각각 산출하고, 단위 거리당 질소산화물 누적 배출량과 단위 거리당 암모니아 누적 배출량에 따라 연료량을 제어하여 질소산화물 배출량 또는 암모니아 배출량을 조절하는 것을 특징으로 하는 배기가스 배출 균형 제어 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 프로세서는
    단위 거리당 질소산화물 누적 배출량을 기 설정된 질소산화물 누적 임계값과 비교 결과에 따라 연료량을 제어하는 것을 특징으로 하는 배기가스 배출 균형 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 프로세서는
    단위 거리당 질소산화물 누적 배출량이 상기 질소산화물 누적 임계값 이상이면, 업스트림 산소 센서의 타겟 람다를 감소시키고 다운스트림 산소 센서의 타겟 전압을 증가시키는 것을 특징으로 하는 배기가스 배출 균형 제어 장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 프로세서는
    단위 거리당 암모니아 누적 배출량을 기 설정된 암모니아 누적 임계값과 비교 결과에 따라 연료량을 제어하는 것을 특징으로 하는 배기가스 배출 균형 제어 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 프로세서는
    단위 거리당 암모니아 누적 배출량이 상기 암모니아 누적 임계값 이상이면, 업스트림 산소 센서의 타겟 람다를 증가시키고 다운스트림 산소 센서의 타겟 전압을 감소시키는 것을 특징으로 하는 배기가스 배출 균형 제어 장치.
  11. 질소화합물의 농도를 측정하는 NOx 센서;
    엔진의 연소실에 연료를 분사하는 인젝터; 및
    상기 NOx 센서에 의해 측정된 질소화합물의 농도를 이용하여 질소산화물 배출량과 암모니아 배출량을 산출하고, 산출된 질소산화물 배출량 또는 암모니아 배출량에 따라 인젝터를 통해 연소공연비의 농후도를 조절하여 촉매 컨버터 내 산소흡장량을 기 설정된 총 허용배출량의 한도내에서 질소산화물 배출량과 암모니아 배출량이 균형을 유지하도록 제어하는 프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는 가속 페달의 가압이 해제되면 질소산화물 배출량을 질소산화물 규제 임계값과 비교하고 암모니아 배출량을 암모니아 규제 임계값과 비교하며, 비교 결과에 따라 인젝터를 통해 퓨얼컷오프 종료이후의 연소공연비를 조절하여 촉매 컨버터 내 산소흡장량을 조절하는 것을 특징으로 하는 배기가스 배출 균형 제어 장치.
  12. 삭제
  13. 제11항에 있어서, 상기 프로세서는
    상기 프로세서는 질소산화물 배출량이 상기 질소산화물 규제 임계값 이상이면 상기 인젝터를 통해 퓨얼컷오프 종료이후 연소공연비를 농후하게 조절하여 촉매 컨버터 내 산소흡장량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 배기가스 배출 균형 제어 장치.
  14. 제11항에 있어서, 상기 프로세서는
    가속 페달의 가압이 해제되면 암모니아 배출량을 기 설정된 암모니아 규제 임계값과 비교하여 비교 결과에 따라 상기 인젝터를 통해 촉매 컨버터 내 산소흡장량 조절을 위한 연료분사량을 조절하는 것을 특징으로 하는 배기가스 배출 균형 제어 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 프로세서는
    질소산화물 배출량이 상기 질소산화물 규제 임계값 이상이면 상기 인젝터를 통해 감속연료 차단을 금지하여 촉매의 산소흡장을 억제하는 것을 특징으로 하는 배기가스 배출 균형 제어 장치.
  16. 제11항에 있어서, 상기 프로세서는
    암모니아 배출량이 상기 암모니아 규제 임계값 이상이면 상기 인젝터를 통해 퓨얼컷오프 종료이후 연소공연비를 희박하게 조절하여 촉매 컨버터 내 산소흡장량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 배기가스 배출 균형 제어 장치.
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