KR20100064918A

KR20100064918A - 디젤차량의 촉매 재생장치 및 방법

Info

Publication number: KR20100064918A
Application number: KR1020080123569A
Authority: KR
Inventors: 김정호
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2008-12-05
Filing date: 2008-12-05
Publication date: 2010-06-15

Abstract

본 발명은 디젤 차량의 촉매 재생장치로, 엔진의 운전정보에서 배출되는 NOx 양을 예측하여 누적하고, 누적된 NOx 양과 LNT촉매가 흡장할 수 있는 총량을 비교하여 공연비를 희박 혹은 농후로 제어하는 것이다.

본 발명은 엔진제어정보를 검출하는 과정; 엔진제어정보의 모델링으로 NOx 배출량을 계산하여 누적하는 과정; 누적된 NOx 배출량과 LNT촉매의 흡장 한계값을 비교하여 공연비를 희박 혹은 농후로 제어하는 과정을 포함한다.

LNT촉매, NOx, DeNOx, 연소압력, 공연비

Description

디젤차량의 촉매 재생장치 및 방법{CATALYTIC REGENERATION SYSTEM FOR DIESEL VEHICLE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 디젤 차량의 촉매 재생장치 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 엔진의 운전정보에서 배출되는 NOx 양을 예측하여 누적하고, 누적된 NOx 양과 LNT촉매가 흡장할 수 있는 총량을 비교하여 공연비를 희박 혹은 농후로 제어하는 디젤차량의 촉매 재생장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 디젤 차량에는 북미디젤 Tier2 BIN5 규제나 유로 6 배기가스 규제 중에서 NOx 및 그을음(Soot)을 포함하는 입자상 물질(PM)의 규제를 만족시키기 위하여 다양한 형태의 후처리계 시스템이 적용되고 있다.

이중에서 LNT(Lean NOx Trap)촉매는 NOx 흡장촉매와 DOC(Diesel Oxidation Catalyst)가 하나의 담체에 구성되며, 공연비의 희박(Lean)상태에서 백금(Pt), 산화바륨 등의 촉매 담층(Wash coat)에 NOx를 흡장(Loading)하고, 공연비의 농후(Rich)상태에서 디젤 연료를 환원제로 활용하여 흡장된 NOx를 환원시켜 재생된다.

즉, 운행시간의 경과에 따라 일정량 이상으로 NOx 흡장량이 증가하여 LNT촉 매의 정화효율이 떨어지는 경우 엔진제어수단은 공연비를 농후하게 제어하여 흡장된 NOx를 제거시켜 LNT촉매를 재생한다.

LNT촉매의 재생을 위해 공연비를 농후하게 전환하는 시점은 LNT촉매가 흡장할 수 있는 NOx양을 초과하지 않은 시점으로 판단되어져야 하며 공연비 농후의 전환이 적절하게 실행되지 않으면 NOx의 배출에 따른 에미션 악화와 연비악화를 초래하는 문제점이 발생한다.

통상적으로 LNT촉매의 재생을 위해 일정한 주기에 따라 공연비를 농후하게 전환하거나 엔진에서 배출되는 NOx양을 엔진회전수와 부하에 관한 맵을 적용하여 추출 및 누적분을 계산하는 방식이 사용되고 있다.

이는 엔진 운전영역 및 운전조건에 따른 방대한 시험이 필요하며, 과도 운전조건에서는 시험 결과에 많은 오차를 유발시키는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로, 그 목적은 엔진의 운전정보에서 배출되는 NOx 양을 예측하여 누적하고, 누적된 NOx 양과 LNT촉매가 흡장할 수 있는 총 용량을 비교하여 DeNOx의 시점을 판정하며, DeNOx의 시점에서 공연비를 농후하게 제어하여 LNT촉매의 재생을 실행하는 것이다.

상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명의 특징에 따른 디젤차량의 촉매 재생장치는, 엔진 동작에 따른 공기량 정보, 연소압력, 분사시기 정보 중에서 적어도 하나 이상의 정보를 검출하는 운전정보검출부; 희박 운전영역에서 NOx를 흡장하고, 농후 운전영역에서 DeNOx를 실행하는 촉매; 공기량에서 연료량을 산출하고, 연료량과 분사시기 및 연소압력의 모델링으로 NOx 배출양을 예측 누적하여, DeNOx 여부를 실행하는 제어부; 상기 제어부의 제어신호에 따라 공연비를 희박 혹은 농후하게 조정하는 연료분사장치를 포함한다.

또한, 본 발명의 다른 특징에 따른 디젤차량의 촉매 재생방법은, 엔진제어정보를 검출하는 과정; 엔진제어정보의 모델링으로 NOx 배출량을 계산하여 누적하는 과정; 누적된 NOx 배출량과 LNT촉매의 흡장 한계값을 비교하여 공연비를 희박 혹은 농후로 제어하는 과정을 포함한다.

전술한 구성에 의하여 본 발명은 엔진 운전정보에서 NOx 발생량을 예측하여 누적하고, 누적 양과 LNT촉매의 총량을 비교하여 DeNOx를 실행함으로써, 보다 정확하고 효율적인 LNT촉매의 재생이 제공되는 효과를 기대할 수 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 디젤차량의 촉매 재생장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명은 동력원인 엔진(100), 크랭크 센서(110), 연소압력센서(120), 공기량센서(130), LNT 촉매(200), 온도센서(210), 제어부(300) 및 인젝터(310)를 포함한다.

크랭크 센서(110)는 크랭크 축의 위상 변화로부터 1번 실린더의 TDC(Top Dead Center)를 검출하여 연료 분사시기의 정보를 제어부(300)에 인가한다.

연소압력센서(120)는 글로우 플러그에 일체형으로 구성되는 센서로, 엔진(100)의 각 연소실에서 발생되는 연소압력을 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(300)에 인가한다.

공기량 센서(130)는 엔진(100)에 흡입되는 공기량을 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(300)에 인가한다.

LNT촉매(200)는 희박 운전영역에서 배기가스에 포함된 유해물질인 NOx를 흡장하고, 농후 운전영역에서 흡장된 NOx를 환원시켜 DeNOx를 제공한다.

온도센서(200)는 LNT촉매(200)를 온도를 검출하여 그에 대한 정보를 제어부(300)에 인가한다.

제어부(300)는 검출되는 공기량에 따라 연료량을 결정하고, 결정되는 연료량과 분사시기 및 연소압력에 대하여 모델링(1차원 연소해석과 화학반응)을 통해 배출되는 NOx양을 예측하여 누적하고, 누적된 NOx양과 LNT촉매(200)가 흡장할 수 있는 NOx총량을 비교하여 DeNOx를 실행한다.

상기 LNT촉매(200)의 DeNOx 실행은 누적된 NOx양이 LNT촉매(200)가 흡장할 수 있는 NOx 총량을 초과하거나 설정된 기준량 이상으로 흡장되는 경우 공연비를 농후하게 제어하여 LNT촉매(200)를 재생시킨다.

인젝터(310)는 상기 제어부(300)에서 인가되는 제어신호에 따라 연료분사량을 조정하여 공연비를 희박 혹은 농후하게 실행시킨다.

전술한 바와 같은 기능이 포함되는 본 발명의 동작은 다음과 같다.

엔진(100)이 시동 온 상태에서 제어부(300)는 공기량 센서(130)로부터 엔진(100)에 흡입되는 공기량을 검출하고, 연소압력센서(120)로부터 연소압력을 검출하며, 크랭크 센서(110)로부터 분사시기를 검출하고, 공기량에 따라 연료량을 산출한다(S101).

이후, 연료량과 연소압력 및 분사시기에 대하여 모델링(1차원 연소해석 및 화학반응)을 통해 해석하여(S102) 엔진에서 배출되는 NOx양을 계산하고(S103), 이를 누적하여 LNT촉매(200)에 흡장되는 NOx 누적량을 계산한다(S104).

상기 NOx 배출량 계산에 이용되는 화학반응은 다음과 같다.

O + N2 ↔ NO + N

N + O2 ↔ NO + O

N + OH ↔ NO + H

상기한 식과 같이 NOx 생성에 주가되는 화학반응으로 계산하여 NOx 생성량을 예측하고 연소압력 프로파일을 기준으로 온도를 계산하여 이와 함께 O2 및 N2의 성분과 연료량의 상관관계를 이용하여 산출된 화학반응속도를 적용한다.

상기한 절차를 통해 계산되는 NOx누적량과 LNT촉매(200)에 규정된 흡장 한계값을 비교한다(S105).

상기 S105의 비교에서 NOx누적량이 LNT촉매(200)의 흡장 한계값에 도달하거나 설정된 기준값의 범위에 도달하게 되면 LNT촉매(200)의 재생이 필요한 시점으로 판정하고, 인젝터(310)를 통해 공연비를 농후하게 실행하여 LNT촉매(200)를 재생시키는 DeNOx를 실행한다(S106)(S107).

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 2는 본 발명의 실시예에 따른 디젤차량에서 촉매 재생절차를 실행하는 흐름도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 운전정보검출부 200 : 제어부

300 : 액추에이터

Claims

엔진 동작에 따른 공기량 정보, 연소압력, 분사시기 정보 중에서 적어도 하나 이상의 정보를 검출하는 운전정보검출부;

희박 운전영역에서 NOx를 흡장하고, 농후 운전영역에서 DeNOx를 실행하는 촉매;

공기량에서 연료량을 산출하고, 연료량과 분사시기 및 연소압력의 모델링으로 NOx 배출양을 예측 누적하여, DeNOx 여부를 실행하는 제어부;

상기 제어부의 제어신호에 따라 공연비를 희박 혹은 농후하게 조정하는 연료분사장치;

를 포함하는 디젤차량의 촉매 재생장치.
제1항에 있어서,

상기 운전정보검출부는 글로우 플러그에 일체형으로 구성되는 연소압 센서;

1번 실린더의 TDC를 검출하는 크랭크 센서;

공기량을 검출하는 공기량 센서;

를 포함하는 디젤차량의 촉매 재생장치.
제1항에 있어서,

상기 제어부는 누적된 NOx양이 LNT촉매가 흡장할 수 있는 NOx총량을 초과하 거나 설정된 기준량 이상으로 흡장되면 공연비를 농후하게 제어하여 DeNOx를 실행하는 디젤차량의 촉매 재생장치.
엔진제어정보를 검출하는 과정;

엔진제어정보의 모델링으로 NOx 배출량을 계산하여 누적하는 과정;

누적된 NOx 배출량과 LNT촉매의 흡장 한계값을 비교하여 공연비를 희박 혹은 농후로 제어하는 과정;

을 포함하는 디젤차량의 촉매 재생방법.
제4항에 있어서,

상기 엔진제어정보는 공기량, 공기량에서 결정되는 연료량, 분사시기, 연소압력 정보 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 디젤차량의 촉매 재생방법.
제4항에 있어서,

상기 누적된 NOx 배출량이 LNT촉매의 흡장 한계값을 초과하거나 설정된 기준량을 초과하면 공연비를 농후하게 제어하여 DeNOx를 실행하는 디젤차량의 촉매 재생방법.