KR20100054528A - 차량의 요소 분사량 제어장치 및 방법 - Google Patents

차량의 요소 분사량 제어장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 SCR(Selective Catalytic Reduction) 촉매가 장착되는 차량에서, SCR촉매에서 발생되는 암모니아의 전체 소비량을 정확하게 예측하고, 그에 따라 암모니아 저장량을 제어함으로써 운전조건의 빠른 변화에 대하여 NOx 정화의 응답성을 향상시키는 것이다.
본 발명은 NOx 배출량에 따른 암모니아 소비량과 암모니아 저장량, 암모니아 반응율, HC 흡착량 및 에이징도를 적용하여 SCR촉매에서 발생되는 암모니아 전체 소비량을 계산하는 과정; 상기 계산된 암모니아 소비량에 따라 암모니아 필요량을 계산하여 요소 필요량을 계산하는 과정; SCR촉매의 온도를 검출하여 분사 가능온도이면 상기 계산된 필요량의 요소 분사를 실행하는 과정을 포함한다.
SCR촉매, 요소, 암모니아(NH3), 소비량 예측, 반응량, 에이징도, 흡착량

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 SCR촉매에서 발생되는 암모니아의 전체 소비량을 정확하게 예측하고, 그에 따라 암모니아 저장량을 제어함으로써 운전조건의 빠른 변화에 대하여 NOx 정화의 응답성을 향상시키는 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.
SCR촉매의 NOx정화성능을 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 암모니아 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 NOx 발생량과 암모니아의 비율인 양론비(NH3/NOx)에 따라 암모니아의 필요량을 산출하고, 암모니아 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 암모니아 필요량을 산출하고, 암모니아 필요량에 따라 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, 기본적인 반응에 따른 NOx정화율에 근거한 제어가 이루어지고 있어, 보다 정밀한 제어가 이루어지지 못하여 배기 조건이 크게 변하는 경우에 효과적으로 대응하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 SCR촉매에서 NOx배출량에 따른 암모니아 소비량과 암모니아 누적 저장량, HC의 흡탈착 , 암모니아의 산화반응, 에이징 등에 소비되는 암모니아의 소비량을 정확하게 계산하여 필요한 암모니아 저장량을 제어함으로써 안정된 정화효율 및 정화성능을 향상시키는 것이다.
상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명의 특징에 따른 차량의 요소 분사량 제 어장치는, 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,
SCR촉매에서 발생되는 암모니아 전체 소비량을 예측하여 암모니아 필요량을 계산하고, 암모니아 필요량에 따라 요소의 분사량을 결정하는 제어부를 포함한다.
또한, 본 발명의 특징에 따른 차량의 요소 분사량 제어방법은, NOx 배출량에 따른 암모니아 소비량과 암모니아 저장량, 암모니아 반응율, HC 흡착량 및 에이징도를 적용하여 SCR촉매에서 발생되는 암모니아 전체 소비량을 계산하는 과정; 상기 계산된 암모니아 소비량에 따라 암모니아 필요량을 계산하여 요소 필요량을 계산하는 과정; SCR촉매의 온도를 검출하여 분사 가능온도이면 상기 계산된 필요량의 요소 분사를 실행하는 과정을 포함한다.
전술한 구성에 의하여 본 발명은 SCR촉매에서 발생되는 암모니아 소비량을 정확하게 예측하고, 예측된 값을 기준으로 암모니아의 저장량을 제어함으로써 NOx의 정화성능을 향상시키고 운전조건의 빠른 변화에 응답성을 향상시켜 에미션 안정화를 제공하는 효과가 기대된다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상 세히 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 정보로부터 분석되는 배기계에서의 암모니아 전체 소비량을 예측하여 암모니아 필요량을 계산하고, 암모니아 필요량에 따라 요소의 분사량을 결정하여 도징모듈(20)을 통해 요소 분사를 제어한다.
상기 제어부(18)는 NOx 배출량에 따른 암모니아 소비량, 암모니아 저장량, 암모니아 반응량, HC 흡착량 및 고온 노출에 따른 에이징도를 적용하여 암모니아 소비량을 예측하고, 예측된 값에 따라 요소의 분사를 통해 암모니아 저장량을 제어한다.
상기 NOx배출량에 따른 암모니아 소비량은 "NOx 배출량 × 양론비(NH3/NOx) × 암모니아 반응율"로부터 계산되고, 암모니아 저장량은 현재의 저장량과 신규 유입량이 가산된 값에서 소비량(반응량 + 탈착량)이 감산되어 계산된다.
암모니아 반응량은 NOx와의 반응량과 산소와의 반응량이 구분되며, NOx와의 반응량은 배기조건의 변화에 따른 반응경로 비중 변화를 반영한 NOx 정화율 및 양론비가 적용되어 계산된다.
HC흡착량은 현재 누적된 흡착량과 신규로 진행되는 흡착량에서 탈착량과 반응량이 감산되어 계산된다.
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 하여 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 2는 엔진 시동직후 요소분사와 촉매의 정화 특성을 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이 엔진 시동 직후 일정량, 예를 들어 요소 200g/h를 일정 시간 동안 분사하였을 때 분사 후 "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 흡착되어 있다는 것을 알 수 있으며, 이러한 안정화에 걸리는 시간은 암모니아의 흡착량이 큰 저온에서 더 오래 걸리게 되고, 반대로 고온에서는 암모니 아의 흡착량이 작기 때문에 안정화 소요시간이 짧아진다.
따라서, 운전조건이 불규칙적으로 변하는 차량에서는 일정 수준 이상의 암모니아를 미리 흡착시키는 경우 NOx의 정화에 대한 응답성을 빠르게 할 수 있다.
도 3은 SCR 촉매의 온도와 암모니아 저장량의 관계를 도시한 그래프이다.
그래프에서 알 수 있는 바와 같이, SCR촉매(10)의 온도 증가에 따라 암모니아 흡착 저장량이 급격히 감소하다가 일정온도인 260℃ 이상에서는 거의 일정한 수준을 유지하는 것을 알 수 있다.
그러나, SCR촉매(10)의 온도가 220℃ 이하를 유지하는 저온에서 암모니아를 최대로 미리 흡착시킨 상태에서 SCR촉매(10)의 온도조건이 갑자기 조건이 260℃ 이상으로 변경되는 경우가 발생하면 SCR촉매(10)가 갖는 암모니아 저장 가능량을 초과하는 현상이 발생하게 되고, 이에 따라 암모니아가 탈착되어 암모니아 슬립이 발생한다.
이러한 현상은 암모니아를 미리 흡착시키더라도 가능한 조건 변화를 감안하여 최대 흡착 가능량을 감소시키는 것이 필요하다는 것을 알 수 있으며, 흡착량을 제어하기 위해서는 특정 시점의 흡착량을 정확히 아는 것이 필요하며, 이를 위해서는 반응량을 정확히 아는 것이 필요하다.
하기의 표 1은 SCR촉매(10)상에서 발생할 수 있는 다양한 반응을 나열한 것으로, 암모니아(NH3)의 소비경로가 NOx의 반응 이외에 다양하게 존재함으로 알 수 있으며, 특히 암모니아 산화는 고온에서 활발하게 일어날 수 있는 반응으로 암모니아 필요량을 계산하는데 고려되어야 하는 항목이다.
Figure 112008078839557-PAT00001
도 4는 SCR촉매의 온도에 따른 NOx의 정화율을 도시한 그래프이다.
NO2/NOx의 비율이 낮을수록 SCR촉매(10)의 온도가 상승함에 따라 정화율 역시 급격한 증가를 보이나 NO2/NOx의 비율이 높은 경우 저온에서의 정화율은 급격하게 증가하고 일정온도, 대략 200℃에 도달하게 되면 최대의 정화율을 안정되게 유지한다.
이러한 현상은 NO2/NOx 비율과 온도는 양론비, 반응속도, 정화율의 중요한 인자라는 것을 알 수 있으며, HC가 SCR촉매(10)에 흡착되어 있는 경우 NOx의 정화반응을 방해하므로, HC의 흡탈착, 산화반응도 고려되어야 한다.
이외에도 유속(공간속도), 촉매 에이징도에 따른 성능 변화도 고려되어야 하는 것은 당연하다.
상기한 특징을 정리하면 다음과 같은 결론을 얻을 수 있다.
SCR촉매(10)에 암모니아를 미리 흡착시켜서 저온에서의 빠른 응답성을 학보하는 것이 필요하고, 암모니아 흡착량을 제어하기 위해서는 반응량을 정확히 아는 것이 필요하며, NOx의 정화반응과 함께 암모니아 산화, HC의 흡탈착 및 산화반응도 고려되어야 한다.
또한, 유속(공간속도), 촉매 에이징 정도도 고려되어야 하며, NO2/NOx 비율, 양론비, 반응속도 등 역시 NOx의 정화율을 결정하는 중요한 인자이다.
전술한 바와 같은 SCR촉매의 특징에 따라 다양한 조건에 따른 암모니아의 소비량을 정확하게 계산하고, 그에 따라 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 검출한 다음 NOx의 질량유속과 양론비(NH3/NOx)를 곱 연산하여 암모니아 양론비 당량을 계산한다(S101).
상기에서 양론비(NH3/NOx)는 촉매온도와 NO2/NOx 비율, 에이징도의 함수로 결정된다.
상기와 같이 암모니아 양론비 당량이 계산되면 상기 S101에서 계산된 암모니아 당량과 암모니아 반응율을 곱 연산하여 암모니아 소비량을 계산한다(S102).
그리고, 상기 S102에서 계산된 암모니아 소비량에 암모니아 저장량 제어량을 합 연산하여 암모니아 필요량을 계산하고(S103), 상기 S103에서 계산된 암모니아 필요량에 분자량비(요소/NH3)를 곱 연산한 다음 그 결과를 요소수내 요소 질량분율로 나누어 요소의 필요량을 계산한다(S104).
상기한 절차에 따라 암모니아 확보에 필요한 요소의 필요량이 계산되면 온도센서(14)를 통해 측정되는 SCR촉매(10)의 온도를 검출하여(S105), SCR촉매(10)의 온도가 분사 가능온도, 예를 들어 NOx의 정화가 실행될 수 있는 최저온도인 200℃ 이상의 온도를 유지하는지 판단한다(S106).
상기 S106의 판단에서 분사 가능온도의 조건이 아니면 제어부(18)는 도징모듈(20)의 인젝터 작동으로 오프시켜 요소의 분사를 실행하지 않고 분사정지의 상태를 유지하며(S111), 분사 가능온도의 조건이면 요소 필요량이 분사가능 최소량 보다 큰 값을 갖는지 판단한다(S107).
상기 S107의 판단에서 요소 필요량이 분사가능 최소량 보다 작은 값을 갖는 상태이면 제어부(18)는 요소 분사를 정지하고(S111), 요소 필요량이 분사가능 최소량 보다 큰 값을 갖는 상태이면 요소 필요량이 분사가능 최대량 보다 작은 값을 갖는지 판단한다(S108).
상기 S108의 판단에서 요소 필요량이 분사가능 최대량 보다 작은 값을 갖는 상태이면 제어부(18)는 도징모듈(20)의 인젝터를 제어하여 상기 S104에서 계산된 요소 필요량을 분사한다(S109).
그러나, 상기 S108의 판단에서 요소 필요량이 분사가능 최대량 보다 큰 값을 갖는 상태이면 제어부(18)는 도징모듈(20)의 인젝터를 제어하여 설정된 분사가능 최대량으로 요소의 분사를 실행한다(S110).
상기에서 분사 가능 최대량은 도징모듈(20)의 하드웨어, 배기온도 및 유속, 촉매의 온도조건에 따라 제한값으로 설정되며, 그 값은 편차에 따라 가변된다.
도 3은 암모니아 반응율을 계산하는 절차를 도시한 흐름도이다.
상기 도 2의 S102 과정에서 암모니아 소비량을 계산하기 위해 적용한 암모니아 반응율은 다음과 같이 계산된다.
촉매온도와 배기가스 유속, NOx 농도, 암모니아 누적 저장량, NO2/NOx, 고온노출에 따른 에이징도, HC 흡착량의 함수로부터 암모니아와 NOx의 반응율을 계산하고(S201), 촉매온도와 배기가스 유속, 암모니아 누적 저장량, NO2/NOx, 고온노출에 따른 에이징도, HC 흡착량의 함수로부터 암모니아와 산소의 반응율을 계산한다(S202).
그리고, 상기 S201에서 계산된 암모니아와 NOx의 반응율과 상기 S202에서 계산된 암모니아와 산소의 반응율을 합 연산하여 암모니아 반응율을 계산한다(S203).
도 7은 암모니아 저장량 제어값을 결정하는 절차를 도시한 흐름도이다.
상기 도 2의 S103 과정에서 암모니아 필요량을 계산하기 위해 적용한 암모니아 저장량 제어값은 다음과 같이 계산된다.
촉매온도와 배기유속, 에이징도 및 HC 흡착량의 함수로부터 암모니아 목표 저장량을 계산하고(S301), 상기 계산된 암모니아 목표 저장량에서 현재의 누적 저장량을 차 연산하여 암모니아 저장량의 차이값을 계산한다(S302).
이후, 상기 S302에서 계산된 암모니아 저장량의 차이값과 배기가스 온도, 배기가스의 유속, 촉매온도의 함수로부터 암모니아 저장량 제어값을 계산한다(S303).
도 8은 암모니아 저장량을 계산하는 절차를 도시한 흐름도이다.
SCR촉매(10)에 누적되어 있는 암모니아 저장량이 현재의 운전조건에 따라 소비되는 암모니아 반응량을 계산한다(S401).
즉, NOx의 배출량에 따른 암모니아 소비량과 암모니아와 산소의 반응율을 적용하여 암모니아의 반응량을 계산한다.
누적 저장량에서 상기 S401에서 계산되는 암모니아 반응량을 차 연산하여 현재 SCR 촉매(10)에 저장되어 있는 누적 저장량을 계산한다(S402).
그리고, 도징모듈(20)을 통한 요소의 분사로 생성되는 신규로 유입양을 계산한다(S403).
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(S404), SCR촉매(10)의 현재 포화도를 누적 저장량/최대 저장량으로 계산한다(S405).
그리고, SCR촉매(10)에서 암모니아 탈착량을 계산한 다음(S406) 실질적인 저장량을 계산한다(S407).
상기 S407에서 계산되는 실질적인 저장량은 상기 S402에서 산출된 누적 저장량에 S403에서 산출된 신규 유입량을 더한 결과에서 상기 S406에서 산출된 탈착량을 차 연산한 결과로 계산된다.
그리고, 실질적인 저장량이 "0"을 초과하는지 판단하여(S408), "0" 미만이면 상기 S401의 과정으로 리턴되어 전술한 동작을 반복하고, 계산된 실질적인 저장량이 "0"을 초과하면 계산된 값을 암모니아의 저장량으로 적용한다(S409).
도 9는 HC 흡착량을 계산하는 절차를 도시한 도면이다.
SCR촉매(10)에 누적된 HC의 흡착량에 촉매온도와 배기가스 온도, 에이징도를 포함하는 함수를 적용하여 HC의 반응량을 계산하고(S501), SCR촉매(10)에 누적된 HC의 흡착량에서 상기 S501에서 계산된 반응량을 차 연산하여 SCR촉매(10)에 흡착되어 있는 실질적인 HC 흡착량인 누적 흡착량을 계산한다(S502).
그리고, HC 유입량에 촉매온도와 배기가스 유속, 포화도를 포함하는 함수를 적용하여 SCR촉매(10)에 신규로 흡착되는 HC 흡착량을 계산하고(S503), 촉매온도와 배기가스 유속 및 에이징도를 포함하는 함수를 적용하여 SCR촉매(10)에 흡착될 수 있는 최대 HC 흡착량을 계산한다(S504).
이후, 상기 S502에서 계산된 누적 흡착량과 상기 S504에서 계산된 최대 흡착량의 관계로부터 SCR촉매(10)에서의 HC 포화도를 계산하고(S505), 상기 S520에서 계산된 누적 흡착량에 촉매온도, 배기가스 온도, 포화도를 포함하는 함수를 적용하여 SCR촉매(10)에서의 HC 탈착량을 계산한다(S506).
상기 S502에서 계산된 누적 HC 흡착량과 상기 S503에서 계산된 신규 HC 흡착량을 가산한 값에서 상기 S506에서 계산된 HC 탈착량을 차 연산하여 실질적인 HC 흡착량을 계산한다(S507).
상기 S507에서 계산된 실질적인 HC 흡착량이 "0"을 초과하는지 판단하여(S508), "0"을 초과하지 않으면 상기 S501의 과정으로 리턴되어 전술한 과정을 반복하고, "0"을 초과하면 상기 S507에서 계산된 HC 흡착량을 적용하여 암모니아 제어량 제어값을 결정하는데 활용한다(S509).
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 차량에서 엔진 시동직후 요소의 분사와 촉매의 정화 반응을 도시한 도면이다.
도 3은 차량에서 SCR 촉매 온도와 암모니아 저장량의 관계를 도시한 그래프이다.
도 4는 차량에서 온도에 따른 NOx 정화율을 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 차량에서 요소 분사량 제어를 실행하는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 차량에서 암모니아 반응율 계산을 실행하는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 차량에서 암모니아 저장량 제어값 계산을 실행하는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 차량에서 암모니아 저장량 계산을 실행하는 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 차량에서 HC 흡착량 계산을 실행하는 흐름도이다.
<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 (8)

  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,
    SCR촉매에서 발생되는 암모니아 전체 소비량을 예측하여 암모니아 필요량을 계산하고, 암모니아 필요량에 따라 요소의 분사량을 결정하는 제어부;
    를 포함하는 차량의 요소 분사량 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 NOx 배출량에 따른 암모니아 소비량, 암모니아 저장량, 암모니아 반응율, HC 흡착량 및 고온 노출에 따른 에이징도를 적용하여 암모니아 소비량을 예측하고, 예측된 값에 따라 암모니아 저장량을 제어하는 차량의 요소 분사량 제어장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 "NOx 배출량 × 양론비(NH3/NOx) × 암모니아 반응율"을 적용 하여 NOx배출량에 따른 암모니아 소비량을 계산하는 차량의 요소 분사량 제어장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 "현재의 저장량" + "신규 유입량" - "소비량(반응량 + 탈착량)"을 적용하여 암모니아 저장량을 계산하는 차량의 요소 분사량 제어장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 암모니아 반응량을 NOx와의 반응량과 산소와의 반응량으로 구분하며, NOx와의 반응량은 배기조건의 변화에 따른 반응경로 비중 변화가 반영된 NOx 정화율 및 양론비를 적용하여 계산하는 차량의 요소 분사량 제어장치.
  6. NOx 배출량에 따른 암모니아 소비량과 암모니아 저장량, 암모니아 반응율, HC 흡착량 및 에이징도를 적용하여 SCR촉매에서 발생되는 암모니아 전체 소비량을 계산하는 과정;
    상기 계산된 암모니아 소비량에 따라 암모니아 필요량을 계산하여 요소 필요량을 계산하는 과정;
    SCR촉매의 온도를 검출하여 분사 가능온도이면 상기 계산된 필요량의 요소 분사를 실행하는 과정;
    을 포함하는 차량의 요소 분사량 제어방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 암모니아 반응율은 NOx와의 반응율과 산소와의 반응율을 포함하는 차량의 요소 분사량 제어방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 암모니아 저장량은, "SCR촉매에 저장된 누적 저장량" + "요소에서 추출되는 신규 유입량" - "반응량 및 탈착량이 적용된 암모니아 소비량"으로 계산되는 차량의 요소 분사량 제어방법.
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