KR20010059394A

KR20010059394A - 디젤 엔진의 요소 인젝션 제어 방법

Info

Publication number: KR20010059394A
Application number: KR1019990066791A
Authority: KR
Inventors: 최성무; 김석재
Original assignee: 이계안; 현대자동차주식회사
Priority date: 1999-12-30
Filing date: 1999-12-30
Publication date: 2001-07-06
Also published as: KR100354019B1

Abstract

본 발명은 디젤 엔진의 배기 가스인 산화질소량을 온도에 따라 요소 분사 시기 및 량을 정확하게 판단하여 분사시킬 수 있도록 한 디젤 엔진의 요소 인젝션 제어 방법에 관한 것으로,

본 발명은 디젤 엔진에서 배출되는 배기가스의 온도를 시간 단위로 평균 온도값을 감지하는 단계와; 상기 단계에서 감지된 평균 온도가 배기가스를 정화시켜야 하는 온도 범위 조건에 있는가를 판단하는 단계와; 상기 단계에서 감지된 온도가 배기가스를 정화시키는 온도 범위 조건이 아니면 요소를 분사시키지 않는 단계와; 상기 감지된 온도가 배기가스를 정화시키는 온도 조건이면 온도 기울기를 요소를 분사해야 할 조건 범위내에 있는가를 판단하는 단계와; 상기 온도 기울기가 요소를 분사해야 할 조건 범위에 있지 않으면 요소를 분사하지 않는 단계와; 상기 단계에서 요소를 분사해야 할 온도 기울기 조건은 요소를 분사하는 단계로 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

디젤 엔진의 요소 인젝션 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING A UREA INJECTION OF DIESEL ENGINE}

본 발명은 디젤 엔진의 요소 인젝션 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디젤 엔진의 배기 가스인 산화질소량을 온도에 따라 요소 분사 시기 및 량을 정확하게 판단하여 분사시킬 수 있도록 한 디젤 엔진의 요소 인젝션 제어 방법에 관한 것이다.

디젤 엔진의 경우 구동시 탄화수소, 일산화탄소, 산화질소 가스가 다량 배출되기 때문에 이 배출가스를 제거하는데 많은 연구 개발을 하고 있는 실정이다.

그 중에서도 산화질소를 제거하는 방법으로 4원 촉매, 하이드로 카본 셀렉션 촉매 저감법(HYDRO-CARBON)-SCR, 요소(UREA)SCR 법이 있다.

이중에서 4원 촉매는 차시스 다이노(CHASIS DYNO)상에서 약 10% 정도의 낮은 산화질소 정화율을 가지므로 근본적인 산화질소 저감 방법이 되지 못하고 있다.

그리고 상기 하이드로 카본 셀렉션 촉매 저감법은 산화질소 정화율이 차시스 다이노 상에서 35% 정도 이고, 이 하이드로 카본 셀렉션 촉매 저감법은 연료 패널티(PENALTY)약 3% 정가 있음에도 불구하고 높은 정화율을 나타내지 못하고 있으며, 차시스 다이노 상에서 65% 이상의 산화질소 정화율을 나타내는 요소 셀렉션 저감법은 산화질소 저감을 위한 가장 현실적인 방법이라 하겠다.

그러나 상기 요소 셀렉션 저감법을 실현하기 위한 요소 인젝션 시스템은 현재까지 산화질소 센서가 개발되어 있지 않아 현재에는 여러 입력 데이타를 센싱한 후 그 출력으로 요소 인젝션 시스템을 구동시키고 있는 실정이다.

이와 같이 배기가스인 산화질소를 가장 효율적으로 정화시킬 수 있는 요소 셀렉션 저감법에 적합한 요소 인젝션 시스템은 산화질소를 정화시키는 요소를 분사하는데 여러 입력 데이타를 사용하여 인젝션 시기, 인젝션 량을 결정하여야 하므로 지연 시간이 존재하지 않아야 한다.

즉 요소 인젝션 시기 및 인젝션량을 결정은 차속, 하중 , 엔진 회전수, 온도 등 여러 입력 데이타를 종합하여 산출하게 되며, 차량에 따라 일일이 맵(MAP)설정을 하여야 한다.

그러므로 복잡한 로직이 필요하고, 이 로직을 위해서는 차량마다 차속, 하중, 엔진 회전수, 온도 , 스로틀 밸브 위치 등에 따라 배출 산화질소량과 일일이매칭시켜야 하는 많은 실험이 요구되는 어려운 문제점을 가지고 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 디젤 엔진의 배기가스인 산화질소를 정화시키는 요소 셀렉션 촉매 저감법을 위한 요소 인젝션 시스템에서 배출되는 배기가스의 온도에 따라 산화질소량을 예측하여 이 예측된 산화질소량에 요소 분사 시기 및 량을 판단하여 분사할 수 있는 요소 인젝션 방법을 제공하고자 하는데 있다.

도 1은 본 발명에 적용되는 디젤 엔진의 요소 인젝션 제어장치의 블록도.

도 2는 본 발명 디젤 엔진의 요소 인젝션 제어 방법의 플로우챠트.

도 3은 본 발명에 이용되는 시간에 따른 온도 및 산화질소량 그래프.

도 4는 본 발명에 이용되는 시간에 따른 온도 기울기 그래프.

상기의 목적을 실현하기 위하여 본 발명은 디젤 엔진에서 배출되는 배기가스의 온도를 시간 단위로 평균 온도값을 감지하는 단계와; 상기 단계에서 감지된 평균 온도가 배기가스를 정화시켜야 하는 온도 범위 조건에 있는가를 판단하는 단계와; 상기 단계에서 감지된 온도가 배기가스를 정화시키는 온도 범위 조건이 아니면 요소를 분사시키지 않는 단계와; 상기 감지된 온도가 배기가스를 정화시키는 온도 조건이면 온도 기울기를 요소를 분사해야 할 조건 범위내에 있는가를 판단하는 단계와; 상기 온도 기울기가 요소를 분사해야 할 조건 범위에 있지 않으면 요소를 분사하지 않는 단계와; 상기 단계에서 요소를 분사해야 할 온도 기울기 조건은 요소를 분사하는 단계로 이루어짐을 특징으로 한다.

그러므로 본 발명에 의하여 디젤 엔진 구동시 배출되는 배기가스의 온도를 감지하고 이 감지된 온도가 정화하여야 할 온도 범위가 아니면 요소를 분사하지 않고, 감지된 온도가 정화하여야 할 온도 범위에 있더라도 온도 기울기가 요소를 분사하지 않아야 할 범위에 있으면 요소를 분사하지 않도록 함으로써, 요소를 배기가스의 온도 및 온도 기울기에 따라 정확하게 분사할 수 있게 되는 것이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부되는 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명에 적용되는 디젤 엔진의 요소 인젝션 제어장치의 블록도로서, 디젤 엔진(10)과; 디젤 엔진(10)에서 배출되는 배기가스의 온도를 감지하는 열전대(11)와; 상기 배기가스를 정화하는 셀렉션 촉매 저감 촉매(12)와; 상기 열전대(11)에서 감지된 온도를 기설정된 프로그램에 의하여 요소 분사 시기 및 량을 제어하는 제어부(13)와; 상기 제어부(13)로부터 출력되는 제어 신호에 요소 탱크(14)로부터 요소를 펌핑하는 요소 펌프(15)와; 상기 제어부(13)의 제어 신호에 의하여 요소 펌프(15)에서 펌핑된 요소를 공기와 함께 촉매(12) 입구측에 분사하는 인젝터(16)으로 구성하게 된다.

도 2 는 본 발명 디젤 엔진의 요소 인젝션 제어 방법의 플로우챠트로서, 디젤 엔진에서 배출되는 배기가스의 온도를 시간 단위로 평균 온도값을 감지하는 단계(20)와; 상기 단계(20)에서 감지된 평균 온도가 배기가스를 정화시켜야 하는 온도 범위 조건에 있는가를 판단하는 단계(21)와; 상기 단계(21)에서 감지된 온도가 배기가스를 정화시키는 온도 범위 조건 이하이면 공기의 공급 차단 및 요소를 분사시키지 않는 단계(22)와; 상기 단계(21)에서 감지된 온도가 배기가스를 정화시키는 온도 범위 조건 이상이면 공기는 공급하고 요소를 분사시키지 않는 단계(23)와; 상기 단계(21)감지된 온도가 배기가스를 정화시키는 온도 조건이면 온도 기울기를 요소를 분사해야 할 조건 범위내에 있는가를 판단하는 단계(24)와; 상기 단계(24)에서 온도 기울기가 요소를 분사해야 할 조건 범위 이하이면 공기는 공급하고 요소를분사하지 않는 단계(25)와; 상기 단계(24)에서 온도 기울기가 요소를 분사해야 할 조건 범위이면 임의로 설정된 소정의 간격과 소정의 시간으로 임의로 설정된 소정의 횟수로 공기와 연료를 분사하는 단계(26)와; 상기 단계(24)에서 온도 기울기가 요소를 분사해야 할 조건 범위 이상이면 임의로 설정된 소정의 간격과 소정의 시간으로 더 많은 소정의 횟수로 공기와 연료를 분사하는 단계(27)로 이루어진다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은 디젤 엔진이 구동하게 되면 디젤 엔진(10)에서는 배기가스가 배출되게 되는데, 이때 배출되는 가스 온도를 열전대(11)에서 감지하게 된다.

이때 배출되는 배기가스량에 대한 온도의 분포를 살펴 보면, 도 3 에 도시한 바와 같이, 거의 같은 양상을 나타내고 있다.

다면 산화질소 분석기의 응답 시간이 존재하여 시간 지연이 발생하고 이 지연 시간을 약 10초 정도를 보정하면 거의 같은 패턴의 온도와 산화질소를 얻을 수 있음 알수 있다.

그리고 상기 시간에 따른 온도 기울기(1초 단위 )는 도 4 에 도시한 바와 같이 나타나게 되고, 이것을 바탕으로 온도 및 온도 기울기의 함수에 따라 산화질소 배출량을 판단할 수 있게 된다.

따라서 제어부(13)에서는 상기 열전대(11)로 배출되는 배기가스의 온도를 측정하고 이 측정된 온도에 대하여 1 초 단위로 평균 온도값( T: 5회/1초의 평균값과 dT/dt: 2개의 T 의 기울기)을 감지하게 된다(단계20).

이어서 제어부(13)에서는 감지된 온도가 배기가스를 정화시켜야 하는 온도범위 조건(200℃≤T≤350℃)에 있는가를 판단하게 된다(단계21).

이때 판단 결과 감지된 온도(T)가 배기가스를 정화시키는 온도 범위 조건(200℃≤T≤350℃)에 벗어나 조건 이하 즉 T 가 200℃ 이하이면, 제어부(13)에서는 정화시키지 않아도 되는 것으로 판단하여 인젝터(16)을 작동시키지 않게 되어 공기의 공급 차단 및 요소를 촉매(12)의 입구측에 분사시키지 않게 된다(단계22).

그러나 제어부(13)에서 감지된 온도가 배기가스를 정화시키는 온도 범위 조건(200℃≤T≤350℃)에 벗어난 조건 이상이면 즉 T 가 350℃ 이상이면 인젝터(16)을 제어하여 공기만을 공급하여 인젝터(16)를 냉각하고 반면에 요소를 분사시키지 않고 중단을 하게 된다(단계23).

한편 상기 제어부(13)에서는 감지된 온도(T)가 배기가스를 정화시키는 온도 조건(200℃≤T≤350℃)범위에 있으면, 온도 기울기(dT/dt)가 요소를 분사해야 할 조건 범위(0≤dT/dt≤3)내에 있는가를 판단하게 된다(단계24).

이때 온도 기울기(dT/dt)가 요소를 분사해야 할 조건 범위(0≤dT/dt≤3)를 벗어나면 즉 온도 기울기(dT/dt)가 0 이하 이면, 제어부(13)에서는 산화질소량이 급감하고 있는 것으로 판단하여 인젝터(16)를 제어하여 공기만을 공급하고 요소는 분사하지 않게 된다(단계25).

그러나 상기 온도 기울기(dT/dt)가 상기 요소를 분사해야 할 조건 범위(0≤dT/dt≤3)이고 상기 감지 온도(T)가 요소를 분사할 조건이면 제어부(13)에서는 인젝터(16)을 작동시키고 요소 펌프(15)를 작동시켜 요소탱크(14)로부터 요소를 펌핑하여 인젝터(16)를 통해서 촉매(12)의 입구측에 공기와 함께 분사하되, 요소를 10ms 간격으로 5ms동안 임의로 설정된 횟수(20회)반복 분사하게 된다(단계26).

그리고 상기 온도 기울기(dT/dt)가 상기 요소를 분사해야 할 조건 범위(0≤dT/dt≤3)이상 즉 상기 온도 기울기(dT/dt≥3)이면 상기 제어부(13)에서는 인젝터(16)을 작동시키고 요소 펌프(15)를 작동시켜 요소탱크(14)로부터 요소를 펌핑하여 인젝터(16)를 통해서 촉매(12)의 입구측에 공기와 함께 분사하되, 요소를 상기 조건 범위(0≤dT/dt≤3)에 있을 때 보다 더 많은 10ms 간격으로 5ms동안 임의로 설정된 횟수(30회)반복 분사하게 된다(단계27).

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 디젤 엔진 구동시 배출되는 배기가스의 온도를 감지하고 이 감지된 온도가 정화하여야 할 온도 범위가 아니면 요소를 분사하지 않거나 공기만을 공급하여 인젝터를 냉각하여 주고, 상기 감지된 온도가 정화하여야 할 온도 범위에 있더라도 온도 기울기가 요소를 분사하지 않아야 할 범위에 있으면 요소를 분사하지 않고 공기만을 분사하며 상기 온도 및 온도 기울기 분사 조건에 있으면 공기와 요소를 임의로 기 설정된 시간 간격으로 임의로 설정된 시간과 횟수로 분사여 정화되도록 함으로써, 요소를 배기가스의 온도 및 온도 기울기에 따라 정확하게 분사할 수 있는 효과를 제공하게 되는 것이다.

Claims

디젤 엔진에서 배출되는 배기가스의 온도를 시간 단위로 평균 온도값을 감지하는 단계와; 상기 단계에서 감지된 평균 온도가 배기가스를 정화시켜야 하는 온도 범위 조건에 있는가를 판단하는 단계와; 상기 단계에서 감지된 온도가 배기가스를 정화시키는 온도 범위 조건이 아니면 요소를 분사시키지 않는 단계와; 상기 감지된 온도가 배기가스를 정화시키는 온도 조건이면 온도 기울기를 요소를 분사해야 할 조건 범위내에 있는가를 판단하는 단계와; 상기 온도 기울기가 요소를 분사해야 할 조건 범위에 있지 않으면 요소를 분사하지 않는 단계와; 상기 단계에서 요소를 분사해야 할 온도 기울기 조건은 요소를 분사하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 디젤 엔진의 요소 인젝션 제어 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 배기가스의 평균 온도는 1 초 단위로 평균 온도값 T는 5회/1초의 평균값과 온도 기울기dT/dt는 2개의 T 의 기울기로 설정하여서 된 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 요소 인젝션 제어 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 배기가스를 정화시켜야 하는 온도 범위 조건은 200℃≤T≤350℃ 로 하고, 온도 기울기는 0≤dT/dt≤3 범위로 하여서 된 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 요소 인젝션 제어 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 감지된 온도(T)가 배기가스를 정화시키는 온도 범위 조건(200℃≤T≤350℃)에 벗어나 조건 이하 즉 T 가 200℃ 이하이면, 공기의 공급 차단 및 요소를 분사하지 않으며, 상기 감지된 온도가 배기가스를 정화시키는 온도 범위 조건(200℃≤T≤350℃)에 벗어난 조건 이상이면 즉 T 가 350℃ 이상이면 공기만을 공급하고, 요소를 분사시키지 않고 중단하도록 한 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 요소 인젝션 제어 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 온도 기울기(dT/dt)가 상기 요소를 분사해야 할 조건 범위(0≤dT/dt≤3)이고 상기 감지 온도(T)가 요소를 분사할 조건이면 요소를 공기와 함께 분사하되, 상기 요소는 10ms 간격으로 5ms동안 임의로 설정된 횟수(20회)반복 분사하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 요소 인젝션 제어 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 온도 기울기(dT/dt)가 상기 요소를 분사해야 할 조건 범위(0≤dT/dt≤3)이상이면 요소를 공기와 함께 분사하되, 상기 요소를 상기 조건 범위(0≤dT/dt≤3)에 있을 때 보다 더 많은 10ms 간격으로 5ms동안 임의로 설정된 횟수(30회)반복 분사하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 요소 인젝션 제어 방법.