KR20110062612A - ＮＯｘ 센서 미작동 구간에서의 암모니아 분사 방법 - Google Patents

ＮＯｘ 센서 미작동 구간에서의 암모니아 분사 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 NOx 센서 미작동 구간에서의 암모니아 분사 방법에 관한 것으로, NOx 센서가 미작동하는지 여부를 판단하는 단계; 상기 NOx 센서가 미작동하는 경우 배기가스의 NOx 농도를 예측하는 단계; 상기 NOx 센서가 정상작동하는 경우 배기가스의 NOx 농도를 측정하는 단계; 상기 예측된 배기가스의 NOx 농도 또는 상기 측정된 배기가스의 NOx 농도에 따라 SCR 내부의 암모니아 저장량을 계산하는 단계; 상기 SCR 내부의 암모니아 저장량에 따라 필요 암모니아 양을 계산하는 단계; 상기 필요 암모니아 양에 따라 암모니아 분사량을 계산하는 단계; 및 상기 계산된 암모니아 분사량에 따라 암모니아를 분사하는 단계;를 포함하다.
NOx 센서, SCR 시스템에서

Description

ＮＯｘ 센서 미작동 구간에서의 암모니아 분사 방법{AMMONIA INJECTION CONTROL METHOD WHEN NOX SENSOR IS NOT OPERATED}
본 발명은 암모니아 분사 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 SCR 시스템에서 NOx 센서 미작동 구간에서의 암모니아 분사 방법에 관한 것이다.
SCR (Selective Catalytic Reduction)시스템은 배기관에 요소수 (우레아: urea)를 분사하여 선택적으로 촉매반응을 거쳐 NOxf를 저감시키는 시스템으로 디젤 엔진에서 배기관 내에 우레아를 분사해 NOx를 물과 질소로 분해하게 된다.
상기 SCR 시스템에서 전단 NOx 센서는 엔진에서 배출되는 NOx량을 측정하여 NOx 정화에 필요한 환원제 분사량을 계산하고, 목표로 하는 SCR 내부 암모니아(NH3) 저장량을 유지하게 된다.
그런데, 이러한 NOx 센서가 미작동 하는 경우 있으며, 이는 1) Cold 조건(시동초기) Dew point detection(이슬점 감지) 기간과 그 후 센서 Heating 기간 (Dew point Detection: 식혀진 배기관에서 뜨거운 배기가스가 유입되어 응축수 발생 조건에서 센서 Heating을 하게 되면 급작스런 온도변화에 의해 센서에 Crack이 발생 하기 때문에 이 기간은 센서 Heating을 금지하게 된다.), 2) 급격한 Overrun 조건 (타행 주행조건)에서 센서 내부 온도가 급격히 감소하는 경우 센서 출력이 끊어지는 경우 및 3) 센서 오염 또는 고장에 의한 일시적인 끊김 현상이 발생하는 경우이다.
이러한, 전단 NOx 센서가 작동하지 않는 조건에서 실제 엔진 NOx는 배출되고 있기 때문에 SCR 내부에 흡장된 NH3가 소비되고 있으므로 예측 NH3 저장량값은 감소되어야 하나, 전단 NOx 센서에서 측정되는 NOx 농도가 "0"으로 인식되므로 ECU는 NOx가 없다고 판단하여 소비되는 NH3가 없다고 판단하게 된다.
따라서, NOx 센서가 정상 작동하는 조건이 되어도 이전 NOx 센서 신호 이상인 조건에서 SCR 내부에서 실제로 소비된 NH3량(EUC에서는 예측 못함)만큼은 에러로 계속 남게 된다. 즉 SCR 내 NH3 저장 예측값의 오차가 커지게 되어 오차가 누적되면 궁극적으로 SCR내 NH3가 줄어들게 되며 NOx 정화효율도 점점 떨어지게 되고 NH3가 완전히 없어질 경우 SCR의 NOx 정화 기능을 상실하게 된다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 전단 NOx 센서가 작동하지 않는 조건일 때 전단 NOx 모델값 을 이용하여 SCR 내에서 소비되는 NH3량을 계산(예측)하여 NOx 센서가 정상 작동 개시 시점 기준에서의 NH3 저장 목표량과 NH3 저장량의 오차를 줄임으로써 SCR내 저장된 NH3가 소진되어 정화율 감소로 이어지는 것을 방지하는 NOx 센서 미작동 구간에서의 암모니아 분사 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 NOx 센서 미작동 구간에서의 암모니아 분사 방법은 NOx 센서가 미작동하는지 여부를 판단하는 단계; 상기 NOx 센서가 미작동하는 경우 배기가스의 NOx 농도를 예측하는 단계; 상기 NOx 센서가 정상작동하는 경우 배기가스의 NOx 농도를 측정하는 단계; 상기 예측된 배기가스의 NOx 농도 또는 상기 측정된 배기가스의 NOx 농도에 따라 SCR 내부의 암모니아 저장량을 계산하는 단계; 상기 SCR 내부의 암모니아 저장량에 따라 필요 암모니아 양을 계산하는 단계; 상기 필요 암모니아 양에 따라 암모니아 분사량을 계산하는 단계; 및 상기 계산된 암모니아 분사량에 따라 암모니아를 분사하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 NOx 센서가 미작동하는지 여부를 판단하는 단계는 시동 초기 조건; NOx 센서 히팅(heating) 시간이 설정된 기준 NOx 센서 히팅 시간 이하 조건; 상기 NOx 센서의 일시적 비정상작동 조건; 오버런(overrun) 시간이 설정된 기준 오버런 시간 초과 조건;을 포함하는 조건 중 어느 하나의 조건에 해당하면 NOx 센서가 미작동하는 것으로 판단할 수 있다.
상기 시동 초기 조건은 엔진 온도가 설정된 기준 엔진 온도 이하; 오일 온도가 설정된 기준 오일 온도 이하; 및 SCR 촉매 온도가 설정된 기준 SCR 촉매 온도 이하; 중 어느 하나에 해당하면 시동 초기 조건으로 판단할 수 있다.
상기 NOx 센서의 일시적 비정상작동 조건은 NOx 센서 측정값과 NOx 모델을 비교하여 그 차이가 설정범위를 벗어나면 일시적 비정상작동으로 판단할 수 있다.
상기 NOx 모델은 EGR 적용여부, 엔진 회전수, 연료량을 포함하는 맵으로부터 결정될 수 있다.
상기 맵은 냉각수 온도, 흡기 온도, 대기압 정보를 더 포함할 수 있다.
상기 SCR 내부의 암모니아 저장량은 시간당 실제 암모니아 분사량과 NOx를 정화하는데 필요한 시간당 암모니아 반응 필요량으로부터 계산될 수 있다.
상기 필요 암모니아 양은 암모니아 목표 저장량과 상기 암모니아 저장량의 차이로부터 계산될 수 있다.
상기 암모니아 분사량은 상기 필요 암모니아 양으로부터 시간당 암모니아 제어량을 계산하고, 상기 시간당 암모니아 반응 필요량과 상기 시간당 암모니아 제어량을 합산하여 계산할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 NOx 센서 미작동 구간에서의 암모니아 분사 방법에 의하면, 전단 NOx 센서가 작동하지 않는 조건일 때 전단 NOx 모델값을 이용하여 SCR 내에서 소비되는 NH3량을 계산(예측)하여 NOx 센서가 정상 작동 개시 시점 기준에서의 NH3 저장 목표량과 NH3 저장량의 오차를 줄일 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도1은 본 발명의 실시예에 의한 NOx 센서 미작동 구간에서의 암모니아 분사 방법 구현을 위한 구성도이다.
도1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 NOx 센서 미작동 구간에서의 암모니아 분사 방법을 구현하는 SCR (Selective Catalytic Reduction)시스템이 구비된 차량은 엔진 온도 센서(10), 오일 온도 센서(20), SCR 촉매 온도 센서(30), NOx 센서 heating timer(40), NOx 센서(50), overrun timer(60), EGR on/off 센서(70)를 포함하고, 상기 각 센서 또는 타이머로부터 입수되는 데이터는 ECU(engine control unit; 80)로 입수되어 상기 기록매체(library; 90)에 기록된 맵 등을 토대로 암모니아를 공급하는 우레아 인젝터(100)의 작동을 제어하게 된다.
도2는 본 발명의 실시예에 의한 NOx 센서 미작동 구간에서의 암모니아 분사 방법의 플로우 챠트이다.
도2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 NOx 센서 미작동 구간에서의 암모니아 분사 방법은 NOx 센서가 미작동하는지 여부를 판단하는 단계(S10), 상기 NOx 센서가 미작동하는 경우 배기가스의 NOx 농도를 예측하는 단계(S20), 상기 NOx 센서가 정상작동하는 경우 배기가스의 NOx 농도를 측정하는 단계(S30), 상기 예측된 배기가스의 NOx 농도 또는 상기 측정된 배기가스의 NOx 농도에 따라 SCR 내부의 암모니아 저장량을 계산하는 단계(S40), 상기 SCR 내부의 암모니아 저장량에 따라 필요 암모니아 양을 계산하는 단계(S50), 상기 필요 암모니아 양에 따라 암모니아 분사량을 계산하는 단계(S60) 및 상기 계산된 암모니아 분사량에 따라 암모니아를 분사하는 단계(S70)를 포함한다.
상기 NOx 센서가 미작동하는지 여부를 판단하는 단계(S10)는 시동 초기 조건, NOx 센서 히팅(heating) 시간이 설정된 기준 NOx 센서 히팅 시간 이하 조건, 상기 NOx 센서의 일시적 비정상작동 조건, 오버런(overrun) 시간이 설정된 기준 오버런 시간 초과 조건을 포함하는 조건 중 어느 하나의 조건에 해당하면 NOx 센서가 미작동하는 것으로 판단할 수 있다.
상기 시동 초기 조건은 엔진 온도가 설정된 기준 엔진 온도 이하, 오일 온도가 설정된 기준 오일 온도 이하 및 SCR 촉매 온도가 설정된 기준 SCR 촉매 온도 이하 중 어느 하나에 해당하면 시동 초기 조건으로 판단할 수 있다.
즉, 시동 초기에는 엔진, 오일 및 SCR 촉매의 온도가 높지 않으므로 시동 초기에 해당하는 기준 데이터를 이용하여 시동 초기여부를 판단한다.
상기 NOx 센서의 일시적 비정상작동 조건은 NOx 센서 측정값과 NOx 모델을 비교하여 그 차이가 설정범위를 벗어나면 일시적 비정상작동으로 판단할 수 있다.
상기 NOx 센서의 일시적 비정상작동 조건은 NOx의 일시적인 비정상 발생 또 는 외부 환경 (noise 발생) 등에 의해 NOx 센서가 일시적 비정상 작동하는 경우를 말한다.
상기 NOx 모델은 EGR 적용여부, 엔진 회전수, 연료량을 포함하는 맵으로부터 결정될 수 있으며, 이는 실험을 통해 결정된 데이터를 상기 라이브러리(90)에 입력하여 활용하게 된다.
상기 맵은 냉각수 온도, 흡기 온도, 대기압 정보를 더 포함할 수도 있다.
상기 SCR 내부의 암모니아 저장량(∫ NH3 저장량)은 시간당 실제 암모니아 분사량과 NOx를 정화하는데 필요한 시간당 암모니아 반응 필요량(∫{실제 분사량(mg/s) - NH3 Precontrol량(mg/s)})으로부터 계산될 수 있다.
상기 필요 암모니아 양은 암모니아 목표 저장량과 상기 암모니아 저장량의 차이로부터 계산될 수 있다(NH3 필요량(g) = NH3 목표 저장량(g) - NH3 저장량(g)).
상기 암모니아 분사량은 상기 필요 암모니아 양으로부터 시간당 암모니아 제어량을 계산하고, 상기 시간당 암모니아 반응 필요량과 상기 시간당 암모니아 제어량을 합산하여 계산할 수 있다.
(NH3 분사량(mg/s) = NH3Precontrol 량(mg/s) + NH3 제어량(mg/s))
여기서, 상기 NH3 제어량(mg/s)은 상기 NH3 필요량(g)으로부터 NH3 를 시간대별로 제어하는 양으로 계산된 값이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 NOx 센서 미작동 구간에서의 암 모니아 분사 방법은 상기 NOx 센서의 정상 작동 구간에서는 센서에서 검출된 값으로 암모니아(우레아)의 분사를 제어하고, 상기 NOx 센서의 미작동 구간에서는 전단 NOx 모델값을 이용하여 SCR 내에서 소비되는 NH3량을 계산(예측)하여 NOx 센서가 정상 작동 개시 시점 기준에서의 NH3 저장 목표량과 NH3 저장량의 오차를 줄일 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
도1은 본 발명의 실시예에 의한 NOx 센서 미작동 구간에서의 암모니아 분사 방법 구현을 위한 구성도이다.
도2는 본 발명의 실시예에 의한 NOx 센서 미작동 구간에서의 암모니아 분사 방법의 플로우 챠트이다.

Claims (9)

  1. NOx 센서가 미작동하는지 여부를 판단하는 단계;
    상기 NOx 센서가 미작동하는 경우 배기가스의 NOx 농도를 예측하는 단계;
    상기 NOx 센서가 정상작동하는 경우 배기가스의 NOx 농도를 측정하는 단계;
    상기 예측된 배기가스의 NOx 농도 또는 상기 측정된 배기가스의 NOx 농도에 따라 SCR 내부의 암모니아 저장량을 계산하는 단계;
    상기 SCR 내부의 암모니아 저장량에 따라 필요 암모니아 양을 계산하는 단계;
    상기 필요 암모니아 양에 따라 암모니아 분사량을 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 암모니아 분사량에 따라 암모니아를 분사하는 단계;
    를 포함하는 NOx 센서 미작동 구간에서의 암모니아 분사 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 NOx 센서가 미작동하는지 여부를 판단하는 단계는
    시동 초기 조건;
    NOx 센서 히팅(heating) 시간이 설정된 기준 NOx 센서 히팅 시간 이하 조건;
    상기 NOx 센서의 일시적 비정상작동 조건;
    오버런(overrun) 시간이 설정된 기준 오버런 시간 초과 조건;
    을 포함하는 조건 중 어느 하나의 조건에 해당하면 NOx 센서가 미작동하는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 NOx 센서 미작동 구간에서의 암모니아 분사 방법.
  3. 제2항에서,
    상기 시동 초기 조건은
    엔진 온도가 설정된 기준 엔진 온도 이하;
    오일 온도가 설정된 기준 오일 온도 이하; 및
    SCR 촉매 온도가 설정된 기준 SCR 촉매 온도 이하;
    중 어느 하나에 해당하면 시동 초기 조건으로 판단하는 것을 특징으로 하는 NOx 센서 미작동 구간에서의 암모니아 분사 방법.
  4. 제2항에서,
    상기 NOx 센서의 일시적 비정상작동 조건은
    NOx 센서 측정값과 NOx 모델을 비교하여 그 차이가 설정범위를 벗어나면 일시적 비정상작동으로 판단하는 것을 특징으로 하는 NOx 센서 미작동 구간에서의 암모니아 분사 방법.
  5. 제4항에서,
    상기 NOx 모델은
    EGR 적용여부, 엔진 회전수, 연료량을 포함하는 맵으로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 NOx 센서 미작동 구간에서의 암모니아 분사 방법.
  6. 제5항에서,
    상기 맵은
    냉각수 온도, 흡기 온도, 대기압 정보를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 NOx 센서 미작동 구간에서의 암모니아 분사 방법.
  7. 제1항에서,
    상기 SCR 내부의 암모니아 저장량은
    시간당 실제 암모니아 분사량과 NOx를 정화하는데 필요한 시간당 암모니아 반응 필요량으로부터 계산되는 것을 특징으로 하는 NOx 센서 미작동 구간에서의 암모니아 분사 방법.
  8. 제7항에서,
    상기 필요 암모니아 양은
    암모니아 목표 저장량과 상기 암모니아 저장량의 차이로부터 계산되는 것을특징으로 하는 NOx 센서 미작동 구간에서의 암모니아 분사 방법.
  9. 제8항에서,
    상기 암모니아 분사량은
    상기 필요 암모니아 양으로부터 시간당 암모니아 제어량을 계산하고,
    상기 시간당 암모니아 반응 필요량과 상기 시간당 암모니아 제어량을 합산하여 계산하는 것을 특징으로 하는 NOx 센서 미작동 구간에서의 암모니아 분사 방법.
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