KR20040084689A

KR20040084689A - ＮＯｘ흡장량의 추정방법

Info

Publication number: KR20040084689A
Application number: KR1020040019311A
Authority: KR
Inventors: 타나베케이키; 코케츠스스무; 나카야마신지; 무라타미네히로; 스노하라다이스케
Original assignee: 미츠비시 후소 트럭 앤드 버스 코포레이션
Priority date: 2003-03-25
Filing date: 2004-03-22
Publication date: 2004-10-06
Also published as: DE102004013604B4; US20040244361A1; DE102004013604A1; JP2004293338A; KR100592414B1

Abstract

본 발명은, 엔진의 배기통로에 개재된 NOx흡장촉매의 NOx흡장량을 추정하는 방법으로서, NOx흡장촉매의 NOx흡장특성을 반영시킨 다항식을 이용하여 NOx흡장량을 추정함과 아울러, 다항식의 계수를 실측된 NOx정화율에 근거하여 순서대로 보정하도록 구성한다.

Description

ＮＯｘ흡장량의 추정방법{METHOD FOR ESTIMATING NOx OCCLUSION AMOUNT}

본 발명은, 배기통로에 마련된 NOx흡장형 환원촉매에 흡장된 NOx의 흡장량 추정방법에 관한 것이다.

일반적으로, 디젤 엔진에서는, 그 구조상의 특성으로부터 배기 가스 중의 산소가 많아 산화분위기로 된다(즉, 배기공연비가 희박하게 된다). 또한, 가솔린 엔진에 있어서도 희박연소가능한 것이면, 희박연소시에도 역시 배기공연비가 희박하게 된다. 따라서, 이러한 산화분위기에서도 NOx를 정화할 수 있도록, 종래부터 린(lean) NOx촉매가 개발되어 왔다.

이러한 린 NOx촉매로서는, NOx흡장형 환원촉매(이하, NOx흡장촉매, 또는 단지 촉매라고 함)가 있다. NOx흡장촉매에서는, 산화분위기에서는 배기 중의 NOx가 흡장되고, 저산소 농도하에 있어서 CO가 존재하면 흡장된 NOx가 방출되도록 되어 있으며, NOx흡장촉매로부터 방출된 NOx의 대부분이, 엔진으로부터 배출된 미연 HC, CO 등의 환원제에 의해 무해한 N₂로 환원된 후 대기로 배출된다.

그리고, NOx흡장촉매를 갖춘 차량에서는 일반적으로 소위 리치 스파이크 제어가 행해진다. 즉, 희박한 공연비에서의 운전이 지속되면 NOx흡장촉매는 그 이상 NOx를 흡장할 수 없는 포화상태로 되기 때문에, 타이밍을 적당히 가늠하여 공연비를 일시적으로 강제적으로 풍부하게 함(리치 스파이크 제어를 행함)으로써 배기 중의 산소농도를 저하시킴과 아울러, 환원제를 공급함으로써 NOx흡장촉매로부터 NOx를 방출시키고, 이에 의해, NOx를 흡장할 수 있는 상태로 NOx흡장촉매를 재생하는 것이다.

그런데, 상술한 바와 같은 리치 스파이크 제어를 행하기 위해서는, NOx흡장촉매에 있어서의 NOx흡장량을 정확하게 추정(또는 검출)할 필요가 있고, 이러한NOx흡장량의 추정방법으로서는, 예를 들면 하기와 같은 기술이 알려져 있다.

① 제1의 종래 기술: NOx센서를 이용한 NOx흡장량 추정방법

이 제1의 종래 기술에서는, 도6에 나타낸 바와 같이, 촉매(101)의 상류 및 하류에 각각 NOx의 농도를 검출하는 NOx센서(102, 103)를 설치함과 동시에, 배기통로 중에 배기가스 유량을 검출하는 에어플로우 센서(도시 생략)를 설치한다.

그리고, ECU(104)에서는, NOx센서(102, 103)로부터의 정보 및 에어플로우 센서로부터의 정보에 근거하여, 하기의 식에 의해, NOx흡장량을 추정한다.

NOx흡장량 ＝ ∫배기가스 유량×(촉매상류 NOx농도－촉매하류 NOx농도)

② 제2의 종래 기술:수학적 모델에 의한 추정방법(예컨대, 일본 특허공개 평9-72235호 공보)

이 제2의 종래 기술에서는, 흡장반응, 산화환원반응 및 이탈반응 등의 촉매의 화학현상 및 물리현상에 근거하는 수학적인 촉매 모델을 형성하고, 이 촉매 모델식에 의해 NOx흡장량을 추정한다.

그러나, 상기 제1의 종래 기술에 있어서는, 린 운전 중의 NOx흡장량을 산출하는 것은 가능하지만, 리치 운전 중의 NOx방출량(흡장량의 감소량)은 NOx센서에서는 검출할 수 없다. 이 때문에 리치 운전 시간이 불충분한 경우에는, 촉매에 잔류한 NOx가 누적되어 NOx흡장량의 연산 오차가 발생한다는 문제가 있다. 또한, 촉매의 상류 및 하류에 각각 NOx센서가 필요하여, 비용증가를 초래한다는 문제가 있다.

또한, 제2의 종래 기술에서는, 적어도 촉매하류에 1개의 NOx센서를 설치하는 것만으로 NOx흡장량을 추정가능하지만, 이 기술은 삼원촉매의 공연비 제어에 적용하는 것을 주 목적으로 하고 있기 때문에, 모델 구조가 NOx흡장촉매와는 다르고, NOx흡장촉매로의 응용이 곤란하다고 하는 문제가 있다. 또한, 그 밖의 촉매 모델에 의해 NOx흡장량을 추정할 경우에 있어서도 각 촉매마다 특성값이 다르기 때문에 모델식을 변경할 필요가 있고, 또한 촉매의 열화 등에 대응하기 위해서는, 보다 상세한 모델화를 필요로 한다고 하는 문제가 있다.

본 발명은, 이러한 문제점을 고려하여 창안된 것으로, 촉매의 모델에 항상 최신의 상태를 반영시켜 높은 정밀도로 NOx흡장촉매의 NOx흡장량을 추정할 수 있도록 한, NOx흡장량의 추정방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 NOx흡장량의 추정방법에 대해서 설명하기 위한 모식적인 블록도이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 NOx흡장량의 추정방법에 대해서 설명하기 위한 맵으로서, NOx촉매의 NOx흡장시의 특성을 나타내는 맵이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 NOx흡장량의 추정방법에 대해서 설명하기 위한 맵으로서, NOx촉매의 NOx방출시의 특성을 나타내는 맵이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 NOx흡장량의 추정방법에 대해서 설명하기 위한 플로우챠트이다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 NOx흡장량의 추정방법에 대해서 설명하기 위한 플로우챠트이다.

도 6은 종래의 기술에 대해서 설명하는 도면이다.

이를 위해, 본 발명의 NOx흡장량의 추정방법은 엔진의 배기통로에 개재된 NOx흡장촉매의 NOx흡장량을 추정하는 방법으로서, 상기 NOx흡장량을 상기 NOx흡장촉매의 NOx흡장특성을 반영시킨 다항식을 이용하여 추정하는 추정단계, 및 상기 다항식의 각 계수를 실측된 NOx정화율에 근거하여 순서대로 보정하는 보정단계로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 상기 추정단계에서 사용되는 NOx흡장량(x)을 구하는 다항식이 NOx정화율(r), 배기가스 온도(y) 및 배기가스 유속(z)을 포함하고, 상기 다항식이 상기 배기가스 온도(y)와 상기 배기가스 유속(z)에 각각 계수를 곱한 식인 것이 바람직하다.

또한, 하기의 식으로 표현되는 상기 다항식을 이용하는 것이 바람직하다.

x = [r － (k₀＋k₂y＋k₃z ㆍㆍ)] ／ (k₁＋k₄y＋ㆍㆍㆍ)

단, k_i(i = 1, 2,ㆍㆍㆍ)는 계수이다.

또한, 상기 보정단계가, 상기 각 계수를 순서대로 보정할 때에, 상기 다항식에서 구해진 N번째(N은 자연수)의 NOx흡장량(x)에 근거하여 N+1번째의 NOx정화율(r)을 추정하고, 상기 추정된 N+1번째의 NOx정화율(r)이 실측된 NOx정화율(r)로 되도록 각 계수를 보정하는 것이 바람직하다.

이 경우, 상기 계수는 최소제곱법을 이용하여 보정되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 NOx흡장촉매에 있어서의 NOx방출량을, 하기의 식에 의해 산출하는 것이 바람직하다.

NOx방출량 = ∫(촉매입구 환원제농도×환원제 이용율－0.5×촉매입구 산소농도)×배기가스 유량

또한, 상기 환원제 이용율이 배기가스 온도(y)와 배기가스 유속(z)에 근거하여 설정됨과 아울러, 상기 환원제 이용율의 특성이 환원제 이용율 설정맵에 기억되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 환원제 이용율을 상기 NOx흡장촉매의 NOx방출특성을 반영시킨 다항식을 이용하여 추정함과 아울러, 상기 다항식의 계수를 환원제의 농도에 근거하여 순서대로 보정하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 환원제 이용율(r')을 구하는 다항식이 촉매입구 환원제농도(x'), 배기가스 온도(y) 및 배기가스 유속(z)을 포함하고, 상기 다항식은 상기 촉매입구환원제농도(x'), 상기 배기가스 온도(y) 및 상기 배기가스 유속(z)에 각각 계수를 곱한 다항식인 것이 바람직하다.

또한, 상기 환원제 이용율(r')을 구하는 다항식이 하기의 식으로 표현되는 것이 바람직하다.

r'＝ f(x', y, z)

＝ m₀＋m₁x'＋m₂y＋m₃z＋m₄x'y＋m₅yz＋m₆zx'＋m₇x'²y＋m₈x'y²＋ㆍㆍㆍ

단, m_i(i ＝ 1, 2,ㆍㆍㆍ)는 계수이다.

또한, 상기 엔진은 배기공연비가 희박하게 되는 린 운전과, 상기 배기공연비가 풍부하게 되는 리치 운전을 전환할 수 있도록 구성되며, 상기 리치 운전 중에는 상기 다항식의 계수를 유지함과 아울러, 린 운전 개시시에 상기 유지된 계수를 이용하여 얻어지는 NOx정화율과, 상기 실측된 NOx정화율의 차가 한계값 이상이면 상기 NOx흡장량을 보정하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 엔진의 린 운전 개시시의 NOx정화율(r)의 실측값과 추정값의 차가 한계값 이상이면, NOx흡장량을 보정하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 엔진의 리치 운전에서 린 운전으로의 전환 직후에 있어서, 상기 다항식에서 추정되는 NOx정화율과 실측하여 얻어지는 NOx정화율의 차가 소정값 이상이면, 린 운전 개시시에 산출된 NOx흡장량이 정확하지 않다고 판단하여, 상기 NOx흡장량을 보정하는 것이 바람직하다.

또는, 상기 각 계수의 소정기간에 있어서의 평균치가 소정의 범위를 일탈하면, 상기 촉매가 이상이라고 판정하는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명의 NOx흡장량의 추정방법에 따르면, 이하의 어느 하나의 효과를 얻을 수 있다.

우선, NOx흡장량을, NOx흡장촉매의 NOx흡장특성을 반영시킨 다항식을 이용하여 추정함과 아울러, 다항식의 계수를, 실측된 NOx정화율에 근거하여 순서대로 보정하므로, 높은 정밀도로 NOx흡장량을 추정할 수 있다고 하는 이점이 있다. 또한, NOx흡장량을 정확하게 추정함으로써 NOx흡장량에 근거한 최적의 리치 운전 제어를 실행할 수 있고, 연비를 향상시킬 수 있다. 또한, NOx흡장촉매를 변경했을 경우에도, 변경 후의 촉매의 특성에 따른 각 계수로 갱신되므로, 모델식을 변경할 필요가 없다고 하는 이점이 있다.

또한, NOx방출량을 환원제 이용율에 근거하여 산출하므로, 비교적 높은 정밀도로 NOx방출량을 추정할 수 있다.

또한, 환원제 이용율을 촉매의 NOx방출특성을 반영시킨 다항식을 이용하여 추정함과 아울러, 다항식의 계수를 환원제의 농도에 근거하여 순서대로 보정하므로, NOx방출량의 추정 정밀도를 더욱 높일 수 있다고 하는 이점이 있다.

또한, 리치 운전 중에는 다항식의 계수를 유지함과 아울러, 린 운전 개시시에 추정 NOx정화율과, 실제의 NOx정화율의 차가 한계값 이상이면 NOx흡장량을 보정함으로써, NOx흡장량의 추정 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 다항식에 있어서의 각 계수의 소정기간의 평균치가 소정의 범위를 일탈하면, 촉매가 이상한 것으로 판정되기 때문에, 촉매의 이상판정을 높은 정밀도로실행할 수 있는 이점이 있다.

이하, 도면에 의해, 본 발명의 일실시예에 따른 NOx흡장량의 추정방법에 대해서 설명하면, 도 1은 본 발명이 적용되는 차량의 배기계의 전체구성을 나타내는 모식도다.

도시된 바와 같이, 배기통로(2)에는 NOx흡장촉매(1)가 개재되어 있고, 이 NOx흡장촉매(1)의 하류측에는 촉매출구의 NOx농도를 검출하는 NOx센서(3)가 설치되어 있다.

또한, 도시되지는 않지만, 배기통로(2)에는, O₂센서, 온도 센서 및 에어플로우 센서(AFS) 등이 접속되고 있고, 이들 센서에 의해 배기통로(2) 내의 산소농도, 배기가스 온도 및 배기가스 유량이 각각 검출되도록 되어 있다.

또한, 각 센서(3)는 제어 수단으로서의 ECU(4)에 접속되어 있다. 여기에서, ECU(4)는 입출력장치, 기억장치(ROM, RAM, 불휘발성 RAM 등), 연산장치(CPU), 타이머 카운터 등을 구비하여 구성되어 있고, 이 ECU(4)에 의해, NOx흡장촉매(1)에 있어서의 NOx흡장량의 추정이 행해지게 되어 있다.

또한, ECU(4)에는, 각종의 맵이 제공되어 있고, 예컨대 액셀 개방도나 엔진 회전수를 파라미터로서 촉매입구의 NOx, CO, HC의 각 농도(이하, 각각 촉매입구 [NOx], 촉매입구 [CO], 촉매입구 [HC]로 나타냄)가 맵으로부터 판독되도록 되어 있다. 또, 본 실시예에서는, 이들의 값을 맵으로부터 구하고 있지만, 배기통로(2)에 각종의 센서를 설치하고, 이들의 값을 센서로부터 직접 검출하여도 좋다.

그런데, 상술한 제2의 종래 기술에서는 NOx흡장촉매의 특성 자체를 수식 모델로 기술하여 NOx흡장량을 구했던 것에 대해서, 본 발명에서는, NOx흡장량을 4차원의 선형다항식을 이용하여 산출하도록 되어 있다.

즉, ECU(4)에는 하기의 식(1)에 나타낸 바와 같은 다항식이 기억되어 있고, 이 다항식에 근거하여 NOx정화율 및 NOx흡장촉매(1)에 있어서의 NOx흡장비율이 산출되도록 되어 있다.

r ＝ f (x, y, z)

＝ k₀＋k₁x＋k₂y＋k₃z＋k₄xy＋k₅yz＋k₆zx＋k₇x²y＋k₈xy²＋ㆍㆍㆍ ㆍㆍㆍ(1)

또한, 식(1)에 있어서, r은 NOx정화율, x는 NOx흡장비율, y는 배기가스 온도, z는 SV값(또는 배기가스 유속), k₀, k₁, k₂,ㆍㆍㆍ는 계수이다.

여기에서, NOx흡장촉매(1)의 NOx흡장특성은, 실험 등에 의해 미리 알 수 있고, 다항식으로 근사할 수 있다. 예컨대, 파라미터가 3개(3차원)이면, 촉매의 특성은 도2에 도시된 바와 같은 곡면으로 나타낼 수 있고, 이를 다항식으로 표현할 수 있다. 물론, 식(1)은 4차원이므로 도 2에 도시된 바와 같은 곡면으로는 되지 않지만, 사고방식은 3차원의 경우와 동일하다.

또한, 각 계수(k_i)(i= 1, 2,ㆍㆍㆍ)는 미리 실험 등으로 구해진 특성에서 적당한 값이 초기값으로서 입력되어 있다.

그리고, 엔진 운전 중에, 촉매하류의 NOx센서(3)의 검출값에 근거하여 순서대로 각 계수(k_i)를 보정함으로써 항상, 식(1)에 의해, 최신의 촉매상태를 나타낼 수 있는 것이다.

이하, NOx추정의 방법에 대해서 더욱 상세하게 설명한다. 우선, 식(1)에 있어서의 NOx정화율(r)은 하기의 식(2)로도 구해질 수 있다.

r ＝ 촉매출구 NOx농도 ／ 촉매입구 NOx농도ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ(2)

여기에서, 촉매출구 NOx농도는 NOx센서(3)로 검출된 값이고, 촉매입구 NOx농도는 맵으로부터 얻어지는 값이다. 따라서, 식(2)에서 얻어지는 NOx정화율(r)은 센서값(실측값)이라고 할 수 있고, 식(1)에서 얻어지는 NOx정화율(r)은 추정값(계산값)이라고 할 수 있다.

또한, 식(1)의 배기가스 온도[y] 및 SV값[z]은 실측 데이터 또는 맵 값이 적용된다. 이에 의해, 식(1)에 있어서의 미지수는 NOx흡장비율[x]만으로 되고, 그 이외의 값은 이미 알려진 것으로 된다. 따라서, 식(1)을 변형한 하기의 식(3)에 의해, NOx흡장비율[x]을 구할 수 있다.

x = [r － (k₀＋k₂y＋k₃z ㆍㆍ)] ／ (k₁＋k₄y＋ㆍㆍㆍ) ㆍㆍㆍ(3)

그리고, 이 식(3)에서 구한 NOx흡장비율[x]을 다시 식(1)로 되돌아가서 다음 회의 계산주기에서의 계산에 이용하도록 되어 있다. 즉, 식(1)에서는 전회에 구한 NOx흡장비율[x]과, 금회의 계산주기로 새롭게 검출된 [y] 및 [z]를 이용하여, 정화율(r)을 계산하도록 되어 있는 것이다.

여기에서, 식(1)에서 산출되는 정화율(r)은 추정값이지만, 각 계수(k_i)가 정확한 값이면, 이 정화율(r)의 추정값과 식(2)에서 얻어지는 실측값이 일치할 것이다.

그래서, 본 발명에서는, 정화율(r)의 추정값과 실측값을 비교하여 추정값과 실측값 사이에 차가 있으면, 추정값이 실측값이 되도록 각 계수(k_i)를 최소제곱법을 이용하여 순서대로 보정하게 되어 있다. 그리고, 이러한 계산을 반복하여 행하여 각 계수(k_i)를 순서대로 보정함으로써, 식(1)의 다항식을, NOx흡장촉매(1)의 상태를 정확하게 반영시킨 식으로 수시변경할 수 있는 것이다.

즉, NOx흡장촉매(1)는 사용상황이나 경년열화 등에 의해 그 특성이 변화되는 것이지만, 몇번이고 계수(k_i)를 반복하여 보정함으로써, 식(1)이 정확하게 촉매(1)의 상태를 나타내는 식으로 되어, 높은 정밀도로 NOx흡장량을 추정할 수 있게 되는 것이다. 한편, 식(3)에서 구한 NOx흡장비율[x]은, 초기는 그 계산주기에 있어서의 순간적인 NOx흡장량이지만, 이 계산 결과를 반복하여 식(1)로 되돌려서 정화율(r)을 산출함으로써, 촉매(1)에 흡장된 NOx의 적산값을 산출할 수 있다.

이와 같이, NOx를 흡장하는 린 운전시에 있어서는, 촉매하류에 설치된 NOx센서(3)로부터 촉매출구[NOx]를 받아 들임과 동시에, 식(2)에 의한 추정값을 비교하고, 그 때마다, 최소제곱법에 의해 계수(k_i)를 보정함으로써 정확한 NOx흡장량을 얻을 수 있다.

그런데, 리치 운전 중에 NOx가 방출되기 때문에, 정확한 NOx방출량을 검출 또는 추정할 수 없으면, 다음 회의 린 운전시에 있어서의 NOx흡장량의 초기값을 정확하게 산출할 수 없게 된다.

그래서, 리치 운전 중에는 k_i를 유지함과 아울러, 하기의 식(4), (5)에 의해 NOx방출량을 산출하고, 리치 운전시 개시 직전의 NOx흡장량으로부터 식(4), (5)에 의해 산출된 NOx방출량을 빼서 리치 운전중의 NOx흡장량을 연산하게 되어 있다.

NOx방출량 ＝ ∫（촉매입구 환원제농도×환원제 이용율[r']

－0.5×촉매입구[O₂])×배기가스 유량 ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ(4)

환원제 이용율[r'] ＝ f (y, z) ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ(5)

여기에서, ECU(4)에는, 도 3에 도시된 바와 같은 환원제 이용율 설정맵이 제공되어 있다. 이 맵에는, 배기가스 온도[y] 및 SV값[z]에 근거하는 환원제 이용율의 특성이 기억되고 있고, 이들의 파라미터 [y], [z]에 근거하여 환원제 이용율이 설정되도록 되어 있다.

또한, 촉매입구 환원제농도(촉매입구 [CO], 촉매입구 [HC])는, 상술한 바와 같이 액셀 개방도나 엔진 회전수를 파라미터로서 맵으로부터 구할 수 있고, 다른 파라미터도 동일하게 맵값 또는 검출값으로서 얻을 수 있다.

따라서, 린 운전에서 리치 운전으로 전환되면, ECU(4)에서는 린 운전 종료시의 각 계수(k_i)를 유지함과 아울러 NOx흡장량을 기억해 두고, 다시 리치 운전에서 린 운전으로 전환되면, 상기 NOx흡장량에서 리치 운전 종료시의 NOx방출량을 뺌으로써 NOx의 잔존량이 산출된다.

또한, ECU(4)에서는, 린 운전 개시시의 NOx정화율(r)의 실측값과 추정값의차가 한계값 이상이면, NOx흡장량을 보정하도록 되어 있다. 즉, 리치 운전에서 린 운전으로의 전환 직후에 있어서, 식(1)에서 추정되는 NOx정화율과 식(2)에서 얻어지는 NOx정화율의 차가 소정값 이상이면, 린 운전 개시시에 산출된 NOx잔존량(= 전회의 린 운전 종료시의 NOx흡장량 － 리치 운전 종료시의 NOx방출량)이 정확하지 않다고 판단하여, 이 NOx잔존량[x](즉, 린 운전 개시시의 NOx흡장량)을, 식(3)에 근거하여 보정하도록 되어 있다.

또한, ECU(4)는 돌발적인 촉매(1)의 이상 등에 의해 계수(k_i)가 정상이 아닌 값으로 되면, 이를 검출하여 드라이버에 알리는 기능도 갖고 있다. 구체적으로는, 각 계수(k_i)에 대해서, 소정의 연속된 계산주기에 있어서의 이동 평균을 상시 산출하고, 이 이동 평균의 값이 각 계수마다 설정된 소정의 범위로부터 일탈하면, 촉매(1)가 열화 또는 파손된 것 등의 이상이 발생하였다고 판정하게 되어 있다. 또, 소정의 범위는, 예컨대 각 계수(k_i)의 초기값에 ±α(α는 일정값)를 가산하여 설정되도록 되어 있다.

또한, ECU(4)에 의해 촉매(1)의 이상이 판정되면, 예컨대 계기판의 경고등을 점등시킴과 아울러 리치 운전이 금지되도록 되어 있다.

그리고, 이와 같이 촉매(1)의 이상시에 리치 운전을 금지함으로써, CO를 배출하는 것과 같은 사태를 미연에 회피할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 NOx흡장량의 추정방법은, 상술한 바와 같이 구성되어 있으므로, 하기와 같이 NOx흡장량이 추정된다.

우선, 린 운전시에 있어서, 식(2)로부터 실제 NOx정화율(r)을 산출함과 아울러, 실측 데이터 또는 맵값으로부터 배기가스 온도[y] 및 SV값[z]을 구한다. 또한, 식(1)의 다항식에 있어서, 각 계수(k_i)에 실험 등에 의해 구한 적당한 값을 초기 값으로서 입력한다. 그리고, 식(1)을 변형한 식(3)에 각 값을 대입하고, NOx흡장비율[x]을 산출한다.

다음에, 식(3)에서 얻어진 NOx흡장비율[x]과, 새롭게 구한 배기가스 온도 [y] 및 SV값 [z]을 식(1)에 대입하여 NOx정화율(r)(추정값)을 구한다. 그리고, 이 추정 NOx정화율(r)과, 식(2)에서 새롭게 산출한 실제 NOx정화율(r)을 비교하여, 추정 NOx정화율이 실제 NOx정화율과 일치하도록 각 계수(k_i)를 최소제곱법에 의해 보정한다.

그리고, 이러한 계산을 반복하여 실행하고, 각 계수(k_i)를 수시로 갱신함으로써 식(1)이 정확하게 촉매(1)의 상태를 나타내는 식으로 되고, 높은 정밀도로 NOx흡장량을 추정할 수 있게 된다. 또한, 식(3)을 이용하여 반복적으로 NOx흡장비율 [x]를 산출하는 것에 의해, 촉매(1)에 흡장된 NOx의 적산값을 산출할 수 있다.

또한, 리치 운전 중에는 NOx가 방출되므로, 이 때에는 식(1)에 의한 NOx흡장량의 산출을 중단하여 각 계수(k_i)를 기억해 둠과 아울러, 상술한 식 (4), (5)에 의해 NOx방출량을 산출한다.

그리고, 다시 리치 운전에서 린 운전으로 전환되면, 린 운전 종료시의 NOx흡장량에서 리치 운전 종료시의 NOx방출량을 뺌으로써, 린 운전 개시시의 NOx잔존량이 산출된다.

또한, 린 운전 개시시의 NOx정화율(r)의 실측값과 추정값의 차가 한계값 이상이면, NOx흡장량이 보정된다. 여기에서, NOx흡장량의 보정방법에 대해서 도4의 플로우챠트에 근거하여 설명하면, 우선, 린 운전시에 다항식(1)의 각 계수(k_i)를 순서대로 보정하여 각 계수(k_i)를 동정한다(단계 S1).

그리고, 리치 운전이 개시되었다고 판정되면(단계 S2), 각 계수(k_i)를 유지해 두고(단계 S3), 그 후, 리치 운전이 종료되면(단계 S4), NOx정화율의 실측값과 추정값을 비교하여, 이들의 차가 한계값 이상인지가 판정된다(단계 S5).

NOx정화율의 실측값과 추정값의 차가 한계값 미만이면, 다시 단계 S1로 돌아가서 린 운전시의 각 계수(k_i)의 갱신을 속행하고, 한계값 이상이면 NOx흡장량을 식(3)에서 산출되는 값으로 보정해서(단계 S6) 리턴한다.

그리고, 이와 같이 하여 NOx흡장량을 보정함으로써, NOx흡장량의 추정 정밀도를 더욱 향상시킬 수 있다.

한편, 촉매(1)의 열화나 이상이 판정되면, 계기판의 경고등을 점등시켜서, 드라이버에 알림과 아울러, 리치 운전이 금지된다. 이를 도 5의 플로우챠트에 근거하여 설명하면, 우선, 다항식(1)의 각 계수(k_i)를 순서대로 보정하여 각 계수(k_i)를 동정하고(단계 S11), 다음에 각 계수(k_i)의 일정 기간의 이동 평균을 산출한다(단계 S12).

다음에, 산출된 각 계수(k_i)의 이동 평균이 각각 소정의 범위 내인지의 여부를 판정하여(단계 S13), 각 계수(k_i)의 이동 평균이 모두 소정의 범위 내이면, 다시 단계 S2로 돌아가고, 각 계수(k_i)의 이동 평균 중 어느 하나라도 소정의 범위 외이면, 촉매(1)에 이상이 생겼다고 판정하여 경보를 행함(단계 S14)과 아울러, 리치 운전을 금지한다(단계 S15).

이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 NOx흡장량의 추정방법에 따르면, NOx흡장량을, NOx흡장촉매(1)의 NOx흡장특성을 반영시킨 다항식을 이용하여 추정함과 아울러, 다항식의 계수(k_i)를, 실측된 NOx정화율에 근거하여 순서대로 보정함으로써, 항상 최신의 촉매상태를 모델화한 다항식으로 할 수 있고, 높은 정밀도로 NOx흡장량을 추정할 수 있다고 하는 이점이 있다. 또한, NOx흡장량을 정확하게 추정함으로써 NOx흡장량에 근거한 최적의 리치 운전 제어를 실행할 수 있고, 연비를 향상시킬 수 있다.

또한, NOx흡장촉매(1)를 변경했을 경우에도, 변경 후의 촉매(1)의 특성에 따른 각 계수(k_i)가 갱신되기 때문에, 모델식을 변경할 필요가 없다는 이점이 있다. 이에 대해, 종래와 같이 수학적인 모델식을 적용했을 경우에는, 각 촉매의 특성에 따라서 계수를 특정하는 작업(조합)이 필요하게 되어 다대한 노력을 필요로 한다고 하는 과제가 있지만, 본원 발명에서는 이러한 조합을 행하지 않고, 정확하게 NOx흡장량을 추정할 수 있다.

NOx방출량을 환원제 이용율에 근거하여 산출하므로, 비교적 높은 정밀도로 NOx방출량을 추정할 수 있다.

또한, 리치 운전 중은 다항식의 계수(k_i)를 유지함과 아울러, 린 운전 개시시에 유지된 계수를 이용하여 추정되는 NOx정화율과, 실측된 NOx정화율의 차가 한계값 이상이면 NOx흡장량을 보정하므로, 역시 NOx흡장량의 추정 정밀도를 높일 수 있다.

각 계수(k_i)의 소정기간에 있어서의 평균값이 소정의 범위를 일탈하면, 촉매(1)가 이상이라고 판정하므로, 높은 정밀도로 촉매(1)의 이상을 판정할 수 있다. 또한, 이러한 이상 판정시에는 드라이버에 경보를 발하므로, 신속하게 드라이버는 촉매(1)의 이상을 인식할 수 있고, 조기에 드라이버에게 촉매(1)의 교환을 촉구할 수 있다. 또한, 이러한 촉매(1)의 이상시에는 리치 운전이 금지되므로 CO가 그대로 배출되는 것과 같은 사태를 회피할 수 있다.

또, 본 발명의 NOx흡장량의 추정방법은, 상술의 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 각종의 변형이 가능하다. 예컨대, NOx의 방출량에 대해서는, NOx흡장량의 추정방법과 동일한 방법에 의해 구해도 좋다.

즉, 상술에서는 NOx방출량을 계산할 때에 이용하는 환원제 이용율 [r'］을 도3에 도시된 환원제 이용율 설정맵으로부터 구하고 있지만, 하기의 식(6)에 나타낸 바와 같이, 촉매입구 환원제농도[x']，배기가스 온도 [y], SV값 [z]의 다항식으로부터 구해도 좋다.

r'＝ f(x', y, z)

＝ m₀＋m₁x'＋m₂y＋m₃z＋m₄x'y＋m₅yz＋m₆zx'＋m₇x'²y＋m₈x'y²＋ㆍㆍㆍ (6)

단, m_i(i ＝ 1, 2,ㆍㆍㆍ)은 계수이다. 또한, 식(6)은 NOx흡장촉매(1)의 NOx방출 특성을 반영시킨 다항식이며, 각 계수(m_i)에는, 식(1)과 마찬가지로 실험 등으로부터 얻어진 적당한 값이 초기 값으로서 입력되어 있다.

또한, 이 경우에는 적어도 배기통로(2) 상에 환원제(구체적으로는 CO)농도를 검출하는 센서(CO센서)를 설치하고, 이 CO센서로부터 얻어지는 환원제농도[x']의 실측값과, 식(6)로부터 얻어지는 환원제농도[x'］의 추정값으로부터 각 계수(m_i)를 순서대로 갱신하여 환원제 이용율(r')을 구하고, 이 값을 상술한 식(4)에 대입함으로써 NOx방출량을 구할 수 있다.

그리고, 이에 의하여 NOx방출량을 구함으로써 NOx방출량의 추정 정밀도를 높일 수 있다.

본 발명의 NOx흡장량의 추정방법에 따르면, 이하의 어느 하나의 효과를 얻을 수 있다.

또한, 다항식에 있어서의 각 계수의 소정기간의 평균치가 소정의 범위를 일탈하면, 촉매가 이상한 것으로 판정되기 때문에, 촉매의 이상판정을 높은 정밀도로 실행할 수 있는 이점이 있다.

Claims

엔진의 배기통로에 개재된 NOx흡장촉매(1)의 NOx흡장량을 추정하는 방법으로서,

상기 NOx흡장량을 상기 NOx흡장촉매(1)의 NOx흡장특성을 반영시킨 다항식을 이용하여 추정하는 추정단계; 및

상기 다항식의 각 계수를, 실측된 NOx정화율에 근거하여 순서대로 보정하는 보정단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 NOx흡장량의 추정방법.
제1항에 있어서, 상기 추정단계에서 사용되는 NOx흡장량(x)을 구하는 다항식이 NOx정화율(r), 배기가스 온도(y) 및 배기가스 유속(z)을 포함하고,

상기 다항식이 상기 배기가스 온도(y)와 상기 배기가스 유속(z)에 각각 계수를 곱한 다항식인 것을 특징으로 하는 NOx흡장량의 추정방법.
제2항에 있어서, 상기 다항식이 하기의 식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 NOx흡장량의 추정방법.

x ＝ [r － (k₀＋k₂y＋k₃z ㆍㆍ)] ／ (k₁＋k₄y＋ㆍㆍㆍ)

단, k_i(i ＝ 1, 2,ㆍㆍㆍ)는 계수이다.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 보정단계가 상기 각 계수를 순서대로 보정할 때에,

상기 다항식에서 구해진 N번째(N은 자연수)의 NOx흡장량(x)에 근거하여 N+1번째의 NOx정화율(r)을 추정하고,

상기 추정된 N+1번째의 NOx정화율(r)이 실측된 NOx정화율(r)로 되도록 각 계수를 보정하는 것을 특징으로 하는 NOx흡장량의 추정방법.
제4항에 있어서, 상기 계수는 최소제곱법을 이용하여 보정되는 것을 특징으로 하는 NOx흡장량의 추정방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 NOx흡장촉매(1)에 있어서의 NOx방출량을 하기의 식에 의해 산출하는 것을 특징으로 하는 NOx흡장량의 추정방법.

NOx방출량 ＝ ∫(촉매입구 환원제농도×환원제 이용율－0.5×촉매입구 산소농도)×배기가스 유량
제6항에 있어서, 상기 환원제 이용율이 배기가스 온도(y)와 배기가스 유속(z)에 근거하여 설정됨과 아울러, 상기 환원제 이용율의 특성이 환원제 이용율 설정맵에 기억되어 있는 것을 특징으로 하는 NOx흡장량의 추정방법.
제6항에 있어서, 상기 환원제 이용율을 상기 NOx흡장촉매(1)의 NOx방출특성을 반영시킨 다항식을 이용하여 추정함과 아울러,

상기 다항식의 계수를 환원제의 농도에 근거하여 순서대로 보정하는 것을 특징으로 하는 NOx흡장량의 추정방법.
제8항에 있어서, 상기 환원제 이용율(r')을 구하는 다항식이 촉매입구 환원제농도(x'), 배기가스 온도(y) 및 배기가스 유속(z)을 포함하고,

상기 다항식이 상기 촉매입구 환원제농도(x'), 상기 배기가스 온도(y) 및 상기 배기가스 유속(z)에 각각 계수를 곱한 다항식인 것을 특징으로 하는 NOx흡장량의 추정방법.
제9항에 있어서, 상기 다항식이 하기의 식으로 표현되는 것을 특징으로 하는 NOx흡장량의 추정방법.

r′＝ f(x′, y, z)

＝ m₀＋m₁x'＋m₂y＋m₃z＋m₄x'y＋m₅yz＋m₆zx'＋m₇x'²y＋m₈x'y²＋ㆍㆍㆍ

단, m_i(i ＝ 1, 2,ㆍㆍㆍ)는 계수이다.
제1항에 있어서, 상기 엔진이 배기공연비가 희박하게 되는 린 운전과, 상기배기공연비가 풍부하게 되는 리치 운전을 전환할 수 있도록 구성되고,

상기 리치 운전 중에 상기 다항식의 계수를 유지함과 아울러, 린 운전 개시시에 상기 유지된 계수를 이용하여 얻어지는 NOx정화율과, 상기 실측된 NOx정화율의 차가 한계값 이상이면 상기 NOx흡장량을 보정하는 것을 특징으로 하는 NOx흡장량의 추정방법.
제11항에 있어서, 상기 엔진의 린 운전 개시시의 NOx정화율(r)의 실측값과 추정값의 차가 한계값 이상이면, NOx흡장량을 보정하는 것을 특징으로 하는 NOx흡장량의 추정방법.
제12항에 있어서, 상기 엔진의 리치 운전에서 린 운전으로의 전환 직후에 있어서, 상기 다항식에서 추정되는 NOx정화율과 실측하여 얻어지는 NOx정화율의 차가 소정값 이상이면, 린 운전 개시시에 산출된 NOx흡장량이 정확하지 않다고 판단하여, 상기 NOx흡장량을 보정하는 것을 특징으로 하는 NOx흡장량의 추정방법.
제1항 내지 제3항, 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 각 계수의 소정기간에 있어서의 평균치가 소정의 범위를 일탈하면, 상기 촉매(1)가 이상이라고 판정하는 것을 특징으로 하는 NOx흡장량의 추정방법.