KR20100045785A - 차량의 요소 분사량 제어장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 SCR(Selective Catalytic Reduction) 촉매가 장착되는 차량에서, 촉매 운전조건의 변화를 사전 예측하여 암모니아의 저장량을 제어함으로써, 배기 조건의 변화에 사전 대응을 제공하여 SCR 촉매의 성능 향상을 제공하는 것이다.

본 발명은 암모니아 저장량 제어온도를 계산하여 제어 조건을 판단하는 과정, 제어 조건에 따라 암모니아 목표 저장량을 결정하는 과정, 목표 저장량과 현재 누적된 저장량을 차이값을 추출하고 배기가스 온도와 유속 및 촉매온도의 조건을 적용하여 암모니아 저장량 제어값을 결정하는 과정을 포함한다.

SCR촉매, 우레아, 암모니아(NH3), 도징모듈, 분사량 제어, 사전예측

Description

차량의 요소 분사량 제어장치 및 방법{SYSTEM FOR CONTROL UREA INJECTION QUANTITY OF VEHICLE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 SCR(Selective Catalytic Reduction) 촉매가 장착되는 차량에 관한 것으로, 보다 상세하게는 촉매 운전조건의 변화를 사전 예측하여 암모니아의 저장량을 제어함으로써, 배기 조건의 변화에 사전 대응을 제공하여 SCR 촉매의 성능 향상을 제공하는 차량의 요소 분사량 제어장치 및 방법에 관한 것이다.

디젤 엔진이 적용되는 차량은 북미디젤 Tier2/BIN5 규제나 유로 6의 배기가스 규제에 따라 배기가스에 포함된 NOx, CO, THC, 그을음(soot), 입자상 물질(Particulate Matters) 등의 유해물질을 제거시키기 위한 다양한 형태의 후처리 장치가 장착된다.

후처리 장치로는 엔진과 근접하게 배치되어 NMHC(Non-Methane HydroCarbons) 변환기능을 실행하는 DOC(Diesel Oxidation Catalyst), 입자상 물질(Particulate Matters :PM)을 포집하는 CPF(Catalyzed Particulate Filter), 환원작용을 통해 NOx를 정화하는 SCR촉매가 포함된다.

상기의 SCR촉매는 NOx를 정화하기 위한 환원제로 암모니아(NH3)를 사용하며, NOx에 대한 선택도가 매우 우수할 뿐만 아니라 산소가 존재하는 경우에도 NOx와 암모니아 사이의 반응이 촉진되는 장점이 있다.

암모니아(NH₃)NOx의 환원반응은 화학식 1과 같다.

2NH₃ + 2O₂ → N₂O + 3H₂O

4NH₃ + 3O₂ → 2N₂ + 6H₂O

4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O

SCR촉매의 NOx 정화성능을 일정수준으로 이상으로 유지하기 위해 SCR촉매의 전단부에 배치되는 도징모듈(Dosing Module)로 요소(Urea)를 분사하고, 분사된 요소의 증발 및 분해에 따라 생성되는 암모니아를 취득하여 SCR촉매의 내부에 암모니아의 저장량을 유지시킨다.

도징모듈과 SCR촉매의 사이에 믹서가 배치되며, 이는 도징모듈을 통해 분사되는 요소입자를 충돌시켜 입자를 쪼개는 역할을 하며, 웰 웨이팅(Wall Wetting)이 발생되지 않도록 요소입자를 반사시키는 역할을 한다.

이는 배기가스와 분사된 요소입자가 골고루 섞어 SCR촉매 입구단에서의 균일성(Uniformity)을 좋게 하여 배기가스내의 NOx와 분사된 요소로부터 취득된 암모니아를 최적으로 혼합시켜 NOx의 정화효율을 향상시킨다.

종래의 차량에 적용되어 있는 요소 분사량 제어방법은 운행 상태에서 NOx의 발생량과 암모니아(NH₃)/NOx의 비율에 따라 암모니아의 필요량을 산출하고, 암모니아의 필요량에 따른 요소량을 산출한 다음 요소탱크 내에 설치된 펌프의 작동에 의해 일정 압력, 대략 5bar정도의 압력이 걸리는 도징모듈의 인젝터를 작동시켜 산출된 요소량의 분사한다.

다른 하나의 방법은 SCR촉매상의 암모니아 저장량에 따라 암모니아의 필요량을 산출하고, 암모니아의 필요량에 따른 요소량을 산출한 다음 요소탱크 내에 설치된 펌프의 작동에 의해 일정 압력, 대략 5bar정도의 압력이 걸리는 도징모듈의 인젝터를 작동시켜 산출된 요소량의 분사한다.

종래의 요소 분사량 제어방법에서 전자의 방식은 느린 응답성과 암모니아 소비량 대비 낮은 성능 및 슬립량의 제어가 어려운 단점이 있다.

그리고, 후자의 방식은 전자의 방식에 비하여 성능개선을 가져올 수 있으나, 촉매의 특성을 제대로 반영하지 못하는 경우 전자의 방식보다 상황을 악화시킬 수도 있는 문제점이 있다.

또한, 고정된 목표 저장량을 사용함으로써, 배기 조건이 크게 변하는 경우에 효과적으로 대응하지 못하며, 이에 따라 암모니아 생성과 활용에 최적의 제어가 이루어지지 못하는 단점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 SCR 촉매의 운전조건 변화를 사전 예측하여 암모니아 저장량을 제어함으로써 배기 조건의 변화에 사전 대응을 제공하도록 하는 것이다.

또한, SCR 촉매의 온도 이외에 저장량 제어용 온도를 별도로 계산하여 저장량 온도에 따라 암모니아 저장량을 제어하여 저온 성능 향상과 고온 슬립량 억제 향상을 제공하도록 하는 것이다.

상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명의 특징에 따른 차량의 요소 분사량 제어장치는, 엔진; 배기가스에 포함된 NOx와 NH3의 환원반응을 NOx를 정화하는 SCR촉매; 상기 SCR촉매의 양단간 NOx 농도를 검출하는 제1,2NOx센서; 상기 SCR촉매의 선단에 우레아 수용액을 분사하는 도징모듈; 상기 SCR촉매의 온도를 검출하는 온도센서를 포함하며,

촉매 온도 이외에 촉매 운전 조건의 변화를 사전 예측하기 위한 저장량 제어용 온도를 산출하여 도징모듈을 통해 요소 분사량을 제어하는 제어부를 포함한다.

또한, 본 발명의 특징에 따른 차량의 요소 분사량 제어방법은, SCR촉매에서의 암모니아 소비량에 따라 암모니아 필요량을 계산하고, 그에 따라 요소 필요량을 추정하는 과정; SCR촉매의 온도가 분사 가능온도이고 상기 계산된 요소 필요량이 설정된 분사 가능 최대량 미만이면 요소 필요량의 분사를 제공하고, 설정된 분사 가능 최대량을 초과하면 분사 가능 최대량으로 요소 분사를 실행하는 과정; SCR촉매의 온도가 분사 가능온도 이하이거나 요소 필요량이 설정된 분사가능 최소량 미만이면 요소 분사를 실행하지 않는 과정을 포함한다.

또한, 본 발명의 특징에 따른 차량의 요소 분사량 제어방법은, 암모니아 저장량 제어온도를 계산하여 제어 조건을 판단하는 과정; 제어 조건에 따라 암모니아 목표 저장량을 결정하는 과정; 목표 저장량과 현재 누적된 저장량을 차이값을 추출하고 배기가스 온도와 유속 및 촉매온도의 조건을 적용하여 암모니아 저장량 제어값을 결정하는 과정을 포함한다.

전술한 구성에 의하여 본 발명은 SCR촉매의 운전조건을 사전 예측하여 암모니아의 저장량을 제어함으로써 저온조건에서 NOx의 정화성능을 향상시키고, 고온조건에서 암모니아의 슬립량을 억제시켜 에미션 안정화를 제공하는 효과가 기대된다.

또한, 배기 조건의 빠른 변화에 대한 응답성을 향상시키고, 암모니아의 소비량에 대비하여 성능향상을 제공하며, SCR촉매의 활용도 증가에 따른 부피감소로 원가 절감이 기대되는 효과가 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 요소 분사량 제어장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명은 동력원인 엔진(2), 엔진(2)에서 연소된 배기가스를 배출시키는 배기 파이프(6), SCR촉매(10), 제1NOx센서(12), 제2NOx센서(14), 온도센서(16), 제어부(18), 도징모듈(20), 믹서(22), 요소탱크(30), 펌프(32), 요소공급라인(34) 및 압력센서(36)을 포함한다.

상기 SCR촉매(10)는 V₂O₅/TiO₂ 또는 Pt/Al₂O₃ 또는 제올라이트(Zeolite)로 이루어지며, 동력원인 엔진(2)과 연결되는 배기 파이프(6)의 소정 위치에 배치되어 도징모듈(20)에서 분사되는 요소로부터 취득되는 암모니아와 NOx의 환원반응으로 NOx를 정화한다.

제1NOx센서(12)는 SCR촉매(10)의 입구측에 배치되어 SCR촉매(10)에 유입되는 배기가스에 포함된 NOx 양을 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(18)에 제공한다.

제2NOx센서(14)는 SCR촉매(10)의 출구측에 배치되어 SCR촉매(10)의 환원반응에 의해 정화된 배기가스에 포함된 NOx 양의 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(18)에 제공한다.

온도센서(16)는 배기가스의 온도에 의해 활성화되는 SCR촉매(10)의 온도를 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(18)에 제공한다.

제어부(18)는 엔진(2)의 운전조건과 배기가스 온도, 제1,제2NOx센서(12)(14)의 정보, 온도센서(16)의 정보를 분석하여 SCR촉매(10)의 암모니아의 소비량을 계산하여 그에 따른 암모니아의 필요량을 산출하고, 암모니아의 필요량에 따라 요소 의 분사량을 결정하여 도징모듈(20)을 통해 요소의 분사를 제어한다.

상기 제어부(18)는 촉매 운전조건의 변화를 고려하기 위하여 현재 촉매 온도 이외에 촉매 운전 조건의 변화를 사전 예측하기 위한 저장량 제어용 온도를 산출하여 도징모듈(20)을 통해 요소 분사량을 제어한다.

상기 암모니아 저장량 제어용 온도의 산출은 SCR촉매(10)의 온도를 예측하고, 예측한 온도와 촉매의 실질 온도의 차이로부터 온도변화율을 계산하며, 온도 변화의 크기 및 연속성에 따른 증폭율을 계산하고, 예측된 촉매온도와 온도변화 증폭율로부터 저장량 제어용 온도를 결정한다.

상기 제어부(18)는 온도의 조건에 따라 암모니아의 저장량을 능동적으로 제어하며, 저온 성능 향상을 위하여 온도 하강 가능성일 클 때 암모니아의 생성/저장에 유리한 조건에서 암모니아의 저장량을 증대시키고, 고온에서의 슬립량 제어를 위해 승온 가능성이 클 때 암모니아의 저장량을 사전에 감소시킨다.

상기 제어부(18)는 온도 변화율로부터 SCR촉매(10)의 온도를 예측하고, 온도 변화의 크기와 연속성에 따른 증폭율을 계산하며, 예측된 촉매 온도와 온도변화 증폭율로부터 저장량 제어용 온도를 산출한다.

도징모듈(20)는 제어부(18)의 제어에 따라 인젝터가 작동되어 온도조건에서 결정되는 요소량의 분사를 실행한다.

믹서(22)는 도징모듈(20)과 SCR촉매(10)의 사이에 배치되어 도징모듈(20)을 통해 분사되는 액상요소 입자를 충돌시켜 입자를 쪼개는 역할을 하며 이를 통해 배기가스와 분사된 요소입자가 골고루 섞어 SCR촉매 입구단에서의 균일성을 좋게 하 여 배기가스내의 NOx와 요소로부터 취득된 암모니아를 최적으로 혼합시킨다.

요소탱크(30)는 분사하기 위한 요소 수용액이 수용되고, 내부에 장착되는 펌프(32)의 구동으로 요소공급라인(34)에 설정된 균등한 압력을 형성시켜 PWM신호에 따라 도징모듈(20)이 작동되는 경우 SCR촉매(10)의 전단에 액상요소의 고압분사가 제공되도록 한다.

압력센서(36)는 요소공급라인(34)에 형성되는 압력을 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(18)에 제공하여 엔진(2)이 시동 온을 유지하고 있는 상태에서 항상 설정된 압력이 유지될 수 있도록 한다.

먼저, SCR촉매의 특성에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 6은 차량에서 엔진 시동직후 요소의 분사와 촉매의 정화 반응 특성을 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이 엔진 시동 직후 일정량, 예를 들어 요소 200g/h를 일정 시간 동안 분사하였을 때 분사 후 초기에 바로 최종 NOx 배출량을 나타내지 않고, "A" 영역에 나타난 바와 같이 일정 시간 동안 NOx 배출량이 꾸준히 감소하는 양상을 보인다.

이러한 현상은 SCR촉매(10)의 내부에 NOx의 반응을 위해 일정 수준 이상의 암모니아가 흡착되어야 있어야 한다는 것을 알 수 있으며, 이러한 안정화에 걸리는 시간은 암모니아의 흡착량이 큰 저온에서 더 오래 걸리게 되고, 반대로 고온에서는 암모니아의 흡착량이 작기 때문에 안정화 소요시간이 짧아진다.

따라서, 운전조건이 불규칙적으로 변하는 차량에서는 일정 수준 이상의 암모 니아를 미리 흡착시키는 경우 NOx의 정화에 대한 응답성을 빠르게 할 수 있다.

도 7은 차량에서 요소의 분사와 SCR 전후단 NOx 배출량의 변화를 도시한 도면이다.

도면에서 (a) 구간은 요소를 분사하였을 때 SCR촉매(10)의 전후단 NOx 배출량의 변화를 보인 것으로, SCR촉매(10)의 온도가 200℃ 이하로 낮은 경우에는 요소 분사에도 불구하고 NOx가 제대로 정화되지 않으나, 200℃ 전후의 온도에서 NOx가 정화되기 시작하는 것을 알 수 있다.

그리고, (b) 구간은 요소의 분사가 실행되지 않았으나 (a) 구간에서 분사되어 SCR촉매(10)상에 저장된 암모니아에 의하여 NOx가 정화되는 것을 알 수 있으며, 암모니아의 저장량이 감소하면서 SCR촉매(10)의 전후단 NOx량 차이가 줄어들다가 최종적으로는 (c) 구간과 같이 같아지는 것을 알 수 있다.

따라서, SCR촉매(10)에 일정량의 암모니아를 미리 흡착시킨 경우 지연시간 없이 NOx가 정화 가능함을 확인할 수 있다.

도 8은 차량의 냉시동(Cold) 조건에서의 요소 분사와 SCR 전후단 NOx 배출량의 변화를 도시한 도면으로, 냉시동 직후 200℃ 이하의 온도에서 요소를 미리 분사하더라도 정화 성능의 이득을 볼 수 없다.

도 9는 차량의 냉시동 후반에 미리 암모니아를 흡착시킨 후 온시동(Hot)한 상태에서의 SCR전후단 NOx 배출량의 변화를 도시한 도면으로, 200℃ 이하에서도 NOx의 정화가 일어남을 알 수 있다.

이러한 결과는 온도 증가에 따라 암모니아의 생성도와 촉매 반응 활성이 증 가함을 나타내는 것으로, SCR촉매(10)상에 암모니아를 미리 흡착시키되, 200℃ 이상의 고온에서 암모니아를 미리 흡착시키는 것이 NOx의 정화성능, 특히 저온에서의 성능 향상을 가져올 수 있다.

도 10은 차량의 온시동(Hot) 조건에서의 암모니아의 슬립을 도시한 도면으로, 암모니아를 미리 흡착시켜 엔진 시동 직후 SCR촉매(10)의 NOx 정화에 대한 성능 향상을 제공되고 있으나, 온도가 상승함에 따라 "B" 영역에 도시된 바와 같이 암모니아 슬립이 다량 발생되었다.

이것은 SCR촉매(10)의 온도 증가에 따라 암모니아의 저장 가능량이 감소하기 때문이다.

따라서 승온에 따른 암모니아 슬립을 방지하기 위하여 암모니아 저장량을 적절하게 제한하는 것이 필요하며, 이는 운전자의 의도에 의한 승온 뿐만 아니라, DPF + SCR시스템에서 DPF의 재생을 위하여 엔진제어수단이 인위적으로 승온하는 경우 등에도 해당한다

상술한 바와 같이 SCR촉매의 특징에 대하여 정리하면, 암모니아를 미리 흡착시키는 경우 NOx 정화에 대한 응답성을 빠르게 할 수 있으며, 고온에서 미리 암모니아를 흡착시켜 저온 성능을 개선시킬 수 있다.

또한, 암모니아 생성은 가능한 한 고온에서 진행하며, 특히 200℃ 이하의 운전 영영에서는 실행하지 않도록 하고, 고온일수록 암모니아 흡착량이 작아지므로 암모니아 슬립문제를 방지하기 위해서 승온시 저장량을 축소한다.

전술한 바와 같은 SCR촉매의 기본 특징에 따라 촉매의 운전조건 변화를 사전 예측하여 암모니아 저장량을 제어하는 동작에 대하여 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

차량의 운행이 실행되면 제어부(18)는 SCR촉매(10)의 온도, 배기가스의 유속, NOx의 농도, 암모니아 누적 저장량, NO₂/NOx, 에이징도 등을 포함하는 제반적인 운전정보를 검출한다(S101).

이후, NOx의 질량유속과 NOx 정화율 및 양론비를 곱 연산하여 암모니아(NH₃)의 소비량을 계산하고(S102), 암모니아 소비량과 암모니아 저장량 제어량을 합 연산하여 암모니아의 필요량을 계산한다(S103).

상기에서 NOx의 정화율은 f{촉매온도, 배기가스 유속, NOx의 농도, 암모니아 누적 저장량, NO₂/NOx, 에이징도}로부터 추정하고, 양론비(NH₃/NOx 비율)는 f{촉매온도, NO2/NOx, 에이징도}로부터 추정한다.

그리고, 상기 계산된 암모니아 필요량에 분자량비{요소/NH₃}를 곱 연산한 다음 그 결과를 요소수내 요소 질량분율로 나누어 요소의 필요량을 계산한다(S104).

상기와 같이 암모니아 확보에 필요한 요소의 필요량이 계산되면 온도센서(14)를 통해 측정되는 SCR촉매(10)의 온도가 분사 가능온도, 예를 들어 NOx의 정화가 실행될 수 있는 최저온도인 200℃ 이상의 온도를 유지하는지 판단한다(S105).

상기 S105의 판단에서 분사 가능온도의 조건이 아니면 제어부(18)는 도징모듈(20)의 인젝터 작동으로 오프시켜 요소의 분사를 실행하지 않고 분사정지의 상태를 유지하며(S110), 분사 가능온도의 조건이면 요소 필요량이 분사가능 최소량 보 다 큰 값을 갖는지 판단한다(S106).

상기 S106의 판단에서 요소 필요량이 분사가능 최소량 보다 작은 값을 갖는 상태이면 제어부(18)는 요소 분사를 정지하고(S110), 요소 필요량이 분사가능 최소량 보다 큰 값을 갖는 상태이면 요소 필요량이 분사가능 최대량 보다 작은 값을 갖는지 판단한다(S107).

상기 S107의 판단에서 요소 필요량이 분사가능 최대량 보다 작은 값을 갖는 상태이면 제어부(18)는 도징모듈(20)의 인젝터를 제어하여 상기 S104에서 계산된 요소 필요량을 분사한다(S108).

그러나, 상기 S107의 판단에서 요소 필요량이 분사가능 최대량 보다 큰 값을 갖는 상태이면 제어부(18)는 도징모듈(20)의 인젝터를 제어하여 설정된 분사가능 최대량으로 요소의 분사를 실행한다(S109).

상기에서 분사 가능 최대량은 도징모듈(20)의 하드웨어, 배기온도 및 유속, 촉매의 온도조건에 따라 제한값으로 설정되며, 그 값은 편차에 따라 가변된다.

또한, 암모니아 저장량 제어값을 계산하는 동작에 대하여 도 3을 참조하여 설명한다.

제어부(18)는 암모니아 저장량 제어용 온도를 계산하여(S201) 능동제어 온도조건인지 판단한다(S202).

상기 암모니아 저장량 제어용 온도의 산출은 SCR촉매(10)의 온도를 예측하고, 예측한 온도와 촉매의 실질 온도의 차이로부터 온도변화율을 계산하며, 온도 변화의 크기 및 연속성에 따른 증폭율을 계산하고, 예측된 촉매온도와 온도변화 증 폭율로부터 저장량 제어용 온도를 결정한다.

상기 S202의 판단에서 능동제어 온도조건이면 암모니아 저장량을 능동제어 목표 저장량으로 결정하고(S203), 능동제어 온도조건이 아니면 암모니아 저장량을 수동제어 목표 저장량으로 결정한다(S204).

상기 암모니아 목표 저장량은 f{저장량 제어용 온도, 배기가스 유속, 에이징도}의 함수로 결정된다.

상기와 같이 SCR촉매(10)의 온도에 따라 암모니아 저장을 위한 제어 조건이 결정되면 저장량 목표값에서 누적 저장량을 차 연산하여 저장량의 차이값을 계산한 다음(S205), 차이값을 암모니아 저장량의 제어값으로 결정한다(S206).

상기 암모니아 저장량의 제어값을 결정하는 과정에서 배기가스 온도, 배기유속, 촉매온도의 조건이 더 포함될 수 있다.

도 4를 참조하여 암모니아 저장량을 계산하는 절차에 대하여 설명하면 다음과 같다.

SCR촉매(10)에 누적되어 있는 암모니아 저장량에서 현재의 운전조건에 따라 소비되는 암모니아의 소비량을 차 연산하여 실제 저장량을 계산하고(S301), 도징모듈(20)을 통한 요소의 분사로 생성되는 신규로 유입양을 계산한다(S302).

상기 신규 유입양은 요소 분사량에 요소 질량분율을 곱 연산하여 산출되는 결과값을 분자량 비로 나누어 계산되는 결과값으로 결정된다.

이후, SCR촉매(10)가 저장할 수 있는 최대 저장량을 촉매온도, 배기가스 유속, 에이징도의 함수로 계산하고(S303), SCR촉매(10)의 현재 포화도를 누적 저장량 /최대 저장량으로 계산한다(S304).

그리고, SCR촉매(10)에서 암모니아 탈착량을 계산한 다음(S305) 현재의 누적 저장량을 계산한다(S306).

상기 누적 저장량은 상기 S301에서 산출된 실제 저장량에 S302에서 산출된 신규 유입량을 더한 결과에서 상기 S305에서 산출된 탈착량을 차 연산한 결과로 계산된다(S306).

그리고, 누적 저장량이 "0" 이하를 유지하는지 판단하여(S307), "0" 이하이면 현재 SCR촉매(10)에는 암모니아가 저장되어 있지 않는 것으로 판정한다(S308).

그러나, 계산된 누적 저장량이 SCR촉매(10)가 저장할 수 있는 최대값 보다 큰 값을 갖는 상태이면 암모니아의 저장량은 최대값을 유지하는 것으로 판정한다(S309)(S310).

전술한 동작에 대하여 도 5를 참조하면 다음과 같다.

SCR촉매(10)의 온도가 활성화 기준온도인 200℃ 이하를 유지하는 미분사 구간(①)에서 암모니아 저장량 목표가 0이 아닌 것은 사전에 요소를 분사하여 암모니아를 저장하기 때문이다.

따라서, 실제 온도와 저장량 제어용 온도를 조합 사용하여 저장량 목표를 원하는 양으로 설정함으로써, 배기가스의 변화에 사전 대응을 제공한다.

저장량 제어온도가 낮은 수록 분사량을 추가 증액하고, 온도가 증가할수록 분사량을 저감시킨다.

이에 따라서, 암모니아 생성 성능 및 SCR의 성능은 온도가 높을수록 향상되 고, 암모니아 저장능력은 온도가 높을수록 저하되는 특정을 갖게 된다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 요소 분사량 제어장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량에서 요소 분사량 제어를 실행하는 흐름도이다.

도 3는 본 발명의 실시예에 따른 차량에서 암모니아 저장량 제어량의 계산을 실행하는 흐름도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량에서 암모니아 저장량 계산을 실행하는 흐름도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량에서 온도 영역별 저장량 제어 단계를 도시한 도면이다.

도 6은 차량에서 엔진 시동직후 요소의 분사와 촉매의 정화 반응 특성을 도시한 도면이다.

도 7은 차량에서 요소의 분사와 SCR 전후단 NOx 배출량의 변화를 도시한 도면이다.

도 8은 차량의 냉시동(Cold) 조건에서의 요소 분사와 SCR 전후단 NOx 배출량의 변화를 도시한 도면이다.

도 9는 차량의 온시동(Hot) 조건에서의 요소 분사와 SCR 전후단 NOx 배출량의 변화를 도시한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

2 : 엔진 6 : 배기 파이프

10 : SCR촉매 12 : 제1NOx센서

14 : 제2NOx센서 16 : 온도센서

18 : 제어부 20 : 도징모듈

22 : 믹서 30 : 요소탱크

32 : 펌프 34 : 요소공급라인

Claims (6)

1. 엔진;

   배기가스에 포함된 NOx와 NH3의 환원반응을 NOx를 정화하는 SCR촉매;

   상기 SCR촉매의 양단간 NOx 농도를 검출하는 제1,2NOx센서;

   상기 SCR촉매의 선단에 우레아 수용액을 분사하는 도징모듈;

   상기 SCR촉매의 온도를 검출하는 온도센서를 포함하며,

   촉매 온도 이외에 촉매 운전 조건의 변화를 사전 예측하기 위한 저장량 제어용 온도를 산출하여 도징모듈을 통해 요소 분사량을 제어하는 제어부;

   를 포함하는 차량의 요소 분사량 제어장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제어부는 SCR촉매의 온도를 예측하고 촉매의 실제 온도와의 차이로부터 온도 변화율을 계산하고, 온도 변화의 크기와 연속성에 따른 증폭율을 계산하며, 예측된 촉매 온도와 온도변화 증폭율로부터 저장량 제어용 온도를 산출하는 차량의 요소 분사량 제어장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제어부는 온도 하강 조건에서 암모니아의 저장량을 증대시키고, 고온에서의 암모니아 저장량을 감소시켜 슬립량을 제어하는 차량의 요소 분사량 제어장 치.
4. SCR촉매에서의 암모니아 소비량에 따라 암모니아 필요량을 계산하고, 그에 따라 요소 필요량을 추정하는 과정;

   SCR촉매의 온도가 분사 가능온도인지 판단하는 과정;

   SCR 촉매의 온도가 분사 가능온도이고 상기 계산된 요소 필요량이 설정된 분사 가능 최대량 미만이면 요소 필요량의 분사를 제공하고, 설정된 분사 가능 최대량을 초과하면 분사 가능 최대량으로 요소 분사를 실행하는 과정;

   SCR촉매의 온도가 분사 가능온도 이하이거나 요소 필요량이 설정된 분사가능 최소량 미만이면 요소 분사를 실행하지 않는 과정;

   을 포함하는 차량의 요소 분사량 제어방법.
5. 암모니아 저장량 제어온도를 계산하여 제어 조건을 판단하는 과정;

   제어 조건에 따라 암모니아 목표 저장량을 결정하는 과정;

   목표 저장량과 현재 누적된 저장량을 차이값을 추출하고 배기가스 온도와 유속 및 촉매온도의 조건을 적용하여 암모니아 저장량 제어값을 결정하는 과정;

   을 포함하는 차량의 요소 분사량 제어방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 암모니아 목표 저장량은,

   SCR촉매에 저장된 누적 저장량을 계산하고, 요소로부터 추출되는 신규 유입량을 계산하며, SCR촉매의 최대 저장량을 계산하는 과정;

   SCR촉매의 포화도를 계산하고, 암모니아의 탈착량을 계산하여 실질적인 누적 저장량을 계산한 다음 암모니아 목표 저장량을 결정하는 과정;

   차량의 요소 분사량 제어방법.

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