KR20120018999A - 환원제 분사량 제어 방법 - Google Patents

환원제 분사량 제어 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20120018999A
KR20120018999A KR1020100082057A KR20100082057A KR20120018999A KR 20120018999 A KR20120018999 A KR 20120018999A KR 1020100082057 A KR1020100082057 A KR 1020100082057A KR 20100082057 A KR20100082057 A KR 20100082057A KR 20120018999 A KR20120018999 A KR 20120018999A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
reducing agent
concentration
calculating
nitrogen
calculated
Prior art date
Application number
KR1020100082057A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101201288B1 (ko
Inventor
정수진
박정권
Original Assignee
자동차부품연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 자동차부품연구원 filed Critical 자동차부품연구원
Priority to KR1020100082057A priority Critical patent/KR101201288B1/ko
Publication of KR20120018999A publication Critical patent/KR20120018999A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101201288B1 publication Critical patent/KR101201288B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
    • F01N3/208—Control of selective catalytic reduction [SCR], e.g. dosing of reducing agent
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/02—Adding substances to exhaust gases the substance being ammonia or urea
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/14—Arrangements for the supply of substances, e.g. conduits
    • F01N2610/1453—Sprayers or atomisers; Arrangement thereof in the exhaust apparatus
    • F01N2610/146—Control thereof, e.g. control of injectors or injection valves
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

본 발명이 해결하려는 과제는 최종 배출되는 질소산화물(NOX)과 환원제의 예측을 통해 최적화된 환원제의 분사량을 산출하기 위한 환원제 분사량 제어 방법을 제공하는 것이다. 본 발명에 의하면, 최종 배출되는 질소산화물(NOX)과 암모니아(NH3)의 양을 예측하여 최적화된 환원제의 분사량을 산출할 수 있으므로, 배출되는 NOX의 양을 최소화할 수 있는 효과가 있다. 또한, 환원제의 과다 분사를 방지할 수 있으므로, 대기로 배출되는 암모니아(NH3)에 의한 2차적 피해를 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

환원제 분사량 제어 방법{METHOD OF CONTROLL FOR REDUCING INJECTION QUANTITY}
본 발명은 환원제 분사량의 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배출되는 질소산화물의 양에 따라 환원제의 분사량을 최적으로 산출하기 위한 환원제 분사량 제어 방법에 관한 것이다.
디젤엔진은 우수한 출력과 연비를 가지고 있음에도 불구하고 CNG, LPG등 다른 연료를 사용하는 엔진에 비하여 상대적으로 많은 유해가스가 배출되는 문제점을 가지고 있다. 상기 디젤엔진에서 배출되어 환경과 디젤엔진의 성능에 직접적인 영향을 미치는 유해 배출가스는 일산화탄소(CO), 입자상물질(PM : Particulate Matters), 질소산화물(NOX)등이 있다.
디젤엔진에서 배출되는 유해가스를 저감시키기 위한 방법으로 디젤엔진에 전자제어 시스템의 도입과 효율적인 엔진제어기술의 개발과 이를 상용화시키기 위한 기술적 노력이 진행되고 있다. 또한, 2008년부터 상용차량에 대한 배출가스의 국내 규제가 EURO-Ⅳ 수준으로 강화되었고, 이는 2004년의 국내 규제에 비하여 입자상물질(PM)은 50%, 질소산화물(NOX )는 30%를 추가로 저감시켜야 한다. 따라서, 디젤엔진에서 배출되는 유해가스 저감을 위한 고성능 후처리 장치가 필요한 실정이다.
디젤엔진에서 배출되는 유해가스를 최소화 시킬 수 있는 배출가스 후처리 장치로는 현재 일산화탄소(CO) 및 탄화수소화합물(THC)제거를 위한 디젤산화촉매장치(DOC :Disel Oxidation Catalysts)와 입자상물질(PM)의 제거를 위한 디젤입자상물질필터장치(DPF : Disel Particulate Filter) 및 질소산화물(NOX)을 제거하기 위한 선택적촉매환원장치(SCR : Selective Catalytical Reduction)가 있으며, 상기 장치들의 효율을 극대화하기 위한 기술이 국내외적으로 절실히 요구되고 있는 실정이다.
특히, 본 발명은 선택적촉매환원장치(SCR)에 관한 것으로, 선택적촉매환원장치(SCR)는 디젤엔진에서 배출되는 유해가스 중 질소산화물(NOX)을 저감시키기 위한 것이다.
상기 선택적촉매환원장치(SCR)에서 발생하는 화학반응은 아래와 같다. 즉, 디젤엔진에서 배출되는 질소산화물(NOX)은 암모니아(NH3)와 선택적으로 반응하여 질소(N2)와 물(H2O)로 환원되어 대기 중으로 배출된다.
4NO + 4NH3 + O2 ⇒ 4N2 + 6H2O
2NO2 + 4NH3 + O2 ⇒ 3N2 + 6H2O
상기 선택적촉매환원장치(SCR)는 전단에 위치한 환원제분사부를 이용하여, 환원제를 분사하여 디젤엔진의 유해 배출가스인 질소산화물(NOX)을 제거, 감소시키는 것이다. (선택적촉매환원장치(30)에 사용되는 환원제는 암모니아(NH3)용액, DENOXIUM, UREA등이 있으며, 상기 UREA는 가수분해되어 암모니아(NH3)로 변환된다.)
다만, 배출되는 질소산화물(NOX)의 양은 디젤엔진의 회전수(RPM), 엔진토크등 따라 달라지며, 종래의 선택적촉매환원장치(SCR)는 배출되는 질소산화물(NOX)에 따라 환원제의 분사량을 정확하게 제어할 수 없는 문제점이 있었다.
이로 인하여, 배출되는 질소산화물(NOX)에 비하여 환원제가 상대적으로 적게 분사되는 경우 배출되는 질소산화물(NOX)의 저감효과가 감소되어, 상대적으로 많은 양의 질소산화물(NOX)이 대기중으로 배출되어 환경오염을 일으키는 문제점이 있었다.
또한, 배출되는 질소산화물(NOX)에 비하여 환원제가 상대적으로 많이 분사되는 경우 대기중으로 암모니아(NH3)가 배출되어 환경오염을 일으키는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로,
본 발명이 해결하려는 과제는 배출되는 질소산화물(NOX)의 양을 최소화하기 위한 환원제 분사량 제어 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하려는 과제는 배출되는 환원제에 의한 2차적 피해를 방지하기 위한 환원제 분사량 제어 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하려는 과제는 배출되는 질소산화물(NOX)의 양에 따른 환원제의 분사량을 산출하기 위한 환원제 분사량 제어 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하려는 과제는 최종 배출되는 질소산화물(NOX)과 환원제의 예측을 통해 최적화된 환원제 분사량을 산출하기 위한 환원제 분사량 제어 방법을 제공하는 것이다.
환원제 분사량 제어 방법은, 디젤엔진의 회전수와 배출가스의 농도를 기반으로 엔진토크를 산출하는 단계(S1); 상기 S1단계에서 산출한 엔진토크와 엔진의 회전수를 기반으로 배출가스의 질량유량을 산출하는 단계(S3); 상기 S1단계의 배출가스를 기반으로 선택적촉매환원장치의 전단과 후단에서 질소산화물(NOX)의 농도를 측정하여 질소산화물(NOX)의 전환율을 산출하는 단계(S5); 상기 S5단계에서 산출된 선택적촉매환원장치의 전단의 질소산화물(NOX) 농도를 기반으로 일산화질소(NO)와 이산화질소(NO2)의 농도를 산출하는 단계(S7); 상기 S3단계 내지 S7단계에서 산출한 배출가스의 질량유량, 질소산화물(NOX)의 전환율, 일산화질소(NO)와 이산화질소(NO2)의 농도와 산소(O2)의 농도를 기반으로 필요한 환원제양을 산출하는 단계(S9); 및 상기 S9단계에서 산출된 환원제양을 기반으로 환원제분사장치에서 환원제 분사량을 산출하는 단계(S15')를 포함하는 것을 특징으로 한다.
환원제 분사량 제어 방법은, 디젤엔진의 회전수와 배출가스의 농도를 기반으로 엔진토크를 산출하는 단계(S1); 상기 S1단계에서 산출한 엔진토크와 엔진의 회전수를 기반으로 배출가스의 질량유량을 산출하는 단계(S3); 상기 S1단계의 배출가스를 기반으로 선택적촉매환원장치의 전단과 후단에서 질소산화물(NOX)의 농도를 측정하여 질소산화물(NOX)의 전환율을 산출하는 단계(S5); 상기 S5단계에서 산출된 선택적촉매환원장치의 전단의 질소산화물(NOX) 농도를 기반으로 일산화질소(NO)와 이산화질소(NO2)의 농도를 산출하는 단계(S7); 상기 S3단계 내지 S7단계에서 산출한 배출가스의 질량유량, 질소산화물(NOX)의 전환율, 일산화질소(NO)와 이산화질소(NO2)의 농도와 산소(O2)의 농도를 기반으로 필요한 환원제양을 산출하는 단계(S9); 상기 S9단계에서 산출된 환원제양의 오차를 보정하기 위하여 선택적촉매환원장치의 후단에서 질소산화물(NOX)농도와 암모니아(NH3)슬립을 예측하는 단계(S11); 상기 S11단계에서 예측한 질소산화물(NOX)농도와 암모니아(NH3)슬립을 기반으로 환원제양을 보정하는 단계(S13); 및 상기 S13단계에서 보정된 환원제양을 기반으로 환원제분사장치에서 환원제 분사량을 산출하는 단계(S15)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 S1단계는, 디젤엔진의 회전수와 배출가스 중 산소(O2)의 농도를 기반으로 엔진토크를 산출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 S1단계는, 엔진CPS(Crank Position Sensor)를 이용하여 엔진의 회전수를 검출하고 배기분석장비를 이용하여 산소(O2)의 농도를 검출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 S5단계는, 배기분석장비를 이용하여 선택적촉매환원장치의 전단과 후단에서 질소산화물(NOX)의 농도를 검출하여,
Figure pat00001
을 기반으로 질소산화물(NOX)의 전환율을 산출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 S9단계는, 원소 N, O의 화학양론 관계식을 산출하여,
Figure pat00002
을 기반으로 환원제양을 산출하며,
상기 NH3,fast는 선택적촉매환원장치의 빠른반응에 요구되는 암모니아(NH3)의 양이며, 상기 NH3,standard는 선택적촉매환원장치의 기본반응에 요구되는 암모니아(NH3)의 양인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 S11단계는, Test-rig 실험을 통하여 선택적촉매환원장치에 사용되는 촉매의 반응상수를 도출하고 엔진동력계 실험을 통하여 선택적촉매환원장치에 사용되는 촉매의 반응상수를 도출하여, 상기 도출된 반응상수를 기반으로 선택적촉매환원장치의 후단에서의 질소산화물(NOX) 농도와 암모니아(NH3)슬립을 예측하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 S13단계는, 상기 S11단계에서 예측한 질소산화물(NOX)농도와 암모니아(NH3)슬립을 기반으로, 목표 질소산화물(NOX) 전환율에 대한 실제 질소산화물(NOX) 전환율의 효율을 분석하고 실제 암모니아(NH3)슬립을 예측하여 환원제양을 보정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 S15'단계는, 환원제분사장치의 분사주기에 따라 환원제의 분사량을 산출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 S15단계는, 환원제분사장치의 분사주기에 따라 환원제의 분사량을 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 최종 배출되는 질소산화물(NOX)과 암모니아(NH3)의 양을 예측하여 최적화된 환원제의 분사량을 산출할 수 있으므로, 배출되는 NOX의 양을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 환원제의 과다 분사를 방지할 수 있으므로, 대기로 배출되는 암모니아(NH3)에 의한 2차적 피해를 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 디젤엔진의 배출가스 후처리 장치를 도시한 개념도.
도 2는 선택적촉매환원장치를 도시한 사용상태도.
도 3은 본 발명 환원제 제어 방법의 일 실시예를 도시한 순서도.
도 4는 본 발명 환원제 제어 방법의 다른 실시예를 도시한 순서도.
도 5는 엔진토크와 엔진의 회전수, 산소의 양의 관계를 도시한 그래프.
도 6은 배출가스 질량유량과 엔진의 회전수, 엔진토크의 관계를 도시한 그래프.
이하, 환원제 분사량 제어 방법의 바람직한 일 실시예에 대하여 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명하기에 앞서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
[도 1]은 디젤엔진의 배출가스 후처리 장치를 도시한 개념도, [도 2]는 선택적촉매환원장치(30)를 도시한 사용상태도로서, 배출가스 후처리 장치에 대하여 개략적으로 설명하면 아래와 같다. (선택적촉매환원장치(30)의 전단은 배출가스가 유입되는 부분이며, 후단은 상기 선택적촉매환원장치(30)에 의해 처리된 가스가 배출되는 부분이다.)
상기 배출가스 후처리 장치는 디젤산화촉매장치(10), 매연촉매필터장치(20), 선택적촉매환원장치(30)로 구성되어, 디젤자동차에서 배출되는 유해 가스 환경 규제 물질인 탄화수소화합물(THC), 일산화탄소(CO), 질소산화물(NOX), 입자상물질(PM)을 정화한다.
디젤산화촉매장치(10)에 의해 탄화수소화합물(THC)과 일산화탄소(CO)가 연속적으로 정화되며, 매연촉매필터(CPF)를 통해 입자상물질(PM)이 정화된다.
선택적촉매환원장치(30)는 산소와 반응을 하는 일반적인 자동차용 촉매저감장치와는 달리 배기가스내의 질소산화물(NOX)만을 선택적으로 저감시키는 촉매장치로, 선택적촉매환원장치(30)의 전단으로 유입되는 질소산화물(NOX)의 양은 전단검출부(32)에 의해 산출되어 분사제어부(31)에 전송된다.
상기 분사제어부(31)는 산출된 질소산화물(NOX)의 양을 저감시키기 위해 선택적촉매환원장치(30)의 내부에서 소모되는 암모니아(NH3)의 양을 산출한다. 동시에 분사제어부(31)는 선택적촉매환원장치(30)의 내부에 최적의 암모니아(NH3)양을 유지하기 위해 암모니아(NH3) 소모량에 해당되는 환원제를 환원제분사부(34)를 통해 배기관내에 분사한다.
분사된 환원제는 암모니아(NH3)로 변환되어 다시 선택적촉매환원장치(30)의 내부로 보충되며 이후로 유입되는 질소산화물(NOX)과 반응하게 된다. 유입된 질소산화물(NOX)은 암모니아(NH3)와 반응하여 질소(N2)와 물(H2O)로 변환된다.
상기 선택적촉매환원장치(30)에 사용되는 환원제는 암모니아(NH3)용액, DENOXIUM, UREA등이 있으나 암모니아(NH3)용액은 독성과 저장의 문제가 있으며, 저온특성이 좋은 DENOXIUM은 아직 안정성이 검증되지 않아 현재는 UREA가 가장 많이 적용되고 있다. 상기 UREA가 환원제분사부(34)에서 분사되면 가수분해되어 암모니아(NH3)로 변환된다.
이하, [도 3]에 의거하여 본 발명인 환원제 분사량 제어 방법의 일 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
환원제 분사량 제어 방법은 디젤엔진의 회전수(RPM)와 배출가스의 농도를 기반으로 엔진토크를 산출하는 단계(S1), 상기 S1단계에서 산출한 엔진토크와 엔진의 회전수(RPM)를 기반으로 배출가스의 질량유량을 산출하는 단계(S3), 상기 S1단계의 배출가스를 기반으로 선택적촉매환원장치(SCR : Selective Catalytical Reduction)의 전단과 후단에서 질소산화물(NOX)의 농도를 측정하여 질소산화물(NOX)의 전환율을 산출하는 단계(S5), 상기 S5단계에서 산출된 선택적촉매환원장치(SCR)의 전단의 질소산화물(NOX) 농도를 기반으로 일산화질소(NO)와 이산화질소(NO2)의 농도를 산출하는 단계(S7), 상기 S3단계 내지 S7단계에서 산출한 배출가스의 질량유량, 질소산화물(NOX)의 전환율, 일산화질소(NO)와 이산화질소(NO2)의 농도와 산소(O2)의 농도를 기반으로 필요한 환원제양을 산출하는 단계(S9), 상기 S9단계에서 산출된 환원제양을 기반으로 환원제분사장치에서 분사량을 산출하는 단계(S11)를 포함한다.
상기 S1단계는 엔진CPS(Crank Position Sensor)를 이용하여 디젤엔진(40)의 회전수(RPM)를 검출하고 선택적촉매환원장치(30)의 전단에 구비된 전단검출부(32)를 통해 배출가스 중 산소(O2)의 농도를 검출한다. 상기 산출된 엔진의 회전수(RPM)와 산소(O2)의 농도를 기반으로 엔진토크를 산출한다.
상기 엔진토크는 실험을 통해 작성된 아래 [표 1]를 기반으로 산출한다.
[표 1]의 세로축은 엔진의 회전수(RPM)을 나타내고, 가로축은 배출되는 산소(O2)의 양을 나타낸다. 따라서, 엔진의 회전수(RPM)와 배출되는 산소(O2)의 양을 알고 있는 경우 엔진토크를 산출할 수 있다.
[도 5]는 엔진토크와 엔진의 회전수(RPM), 산소(O2)의 양의 관계를 그래프로 나타낸 것으로, 엔진의 회전수(RPM)이 증가하면 엔진토크가 증가되는 경향이 있으며 산소(O2)의 양이 증가하면 엔진토크가 감소하는 경향이 있다.
상기 S3단계는 상기 S1단계에서 산출한 엔진토크와 엔진의 회전수(RPM)를 기반으로 배출가스의 질량유량을 산출한다. 상기 엔진의 회전수(RPM)는 엔진CPS(Crank Position Sensor)를 이용하여 검출한다.
상기 배출가스의 질량유량은 실험을 통해 작성된 아래 [표 2]를 기반으로 산출한다.
Figure pat00004
[표 2]의 세로축은 엔진의 회전수(RPM)을 나타내고, 가로축은 엔진토크를 나타낸다. 따라서, 엔진의 회전수(RPM)와 엔진토크를 알고 있는 경우 배출가스의 질량유량을 산출할 수 있다.
[도 6]는 배출가스 질량유량과 엔진의 회전수(RPM), 엔진토크의 관계를 그래프로 나타낸 것으로, 엔진토크가 증가하면 배출가스의 질량유량이 증가되는 경향이 있으며 엔진의 회전수(RPM)가 증가하면 배출가스의 질량유량이 증가되는 경향이 있다.
상기 S5단계는 상기 S1단계의 배출가스를 기반으로 선택적촉매환원장치(30)의 전단과 후단에서 질소산화물의 농도를 측정하여 질소산화물(NOX)의 전환율을 산출한다.
먼저, 선택적촉매환원장치(30)의 전단에 구비된 전단검출부(32)를 이용하여 배출가스의 온도를 산출하고, 상기 온도에서 질소산화물(NOX)의 전환율을 산출한다. 상기 배출가스의 온도는 K-TYPE의 열전대를 이용하여 선택적촉매환원장치(30)의 전단에서 배출가스의 온도를 측정하며, 전단검출부(32)는 K-TYPE의 열전대 기능을 한다.
배출가스의 온도 측정후, 선택적촉매환원장치(30)의 전단에 구비된 전단검출부(32)를 이용하여 전단의 질소산화물(NOX)의 농도를 검출하고, 후단에 구비된 후단검출부(33)를 이용하여 후단의 질소산화물(NOX)의 농도를 검출한다. 상기 질소산화물(NOX)의 농도는 배기분석장비를 이용하여 검출한다. 즉, 전단검출부(32)와 후단검출부(33)는 배기분석장비의 기능을 한다.
상기 검출된 전단의 질소산화물(NOX)의 농도와 후단의 질소산화물(NOX)를 이용하여,
[수학식 1]
Figure pat00005
을 기반으로 질소산화물(NOX)의 전환율을 산출한다.
상기 S7단계는 질소산화물(NOX)의 농도를 이용하여 일산화질소(NO)와 이산화질소(NO2)의 농도를 산출한다. 즉, 상기 S5단계에서 산출된 질소산화물(NOX)의 농도를 이용하여 선택적촉매환원장치(30)의 전단에서 일산화질소(NO)와 이산화질소(NO2)의 농도를 산출한다.
상기 S9단계는 일산화질소(NO)와 이산화질소(NO2)의 농도, 산소(O2)의 농도, 배출가스의 질량유량, 질소산화물의 전환율을 기반으로 환원제의 양을 산출한다.
일산화질소(NO)와 이산화질소(NO2)의 농도, 산소(O2)의 농도, 배출가스의 질량유량, 질소산화물의 전환율을 기반으로 각 화학종 N, O의 화학양론 관계식을 산출하여,
[수학식 2]
Figure pat00006
을 기반으로 환원제양을 산출한다.
NH3,fast는 선택적촉매환원장치(30)의 빠른반응에 요구되는 암모니아(NH3)양이며, NH3,standard는 선택적촉매환원장치(30)의 기본반응에 요구되는 암모니아(NH3)양이다.
상기 S15'단계는 상기 S9단계에서 산출된 환원제양을 기반으로 환원제분사부(34)의 분사량을 결정한다. 상기 환원제분사부(34)는 일정한 분사주기에 따라 환원제가 분사되며, 상기 분사주기를 10Hz으로 고정하여 상기 환원제의 분사량을 산출한다. 또한, 분사주기를 10Hz이외의 값으로 하여 환원제의 분사량을 산출할 수 있다.
이하, [도 4]에 의거하여 본 발명인 환원제 분사량 제어 방법의 다른 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
환원제 분사량 제어 방법은, 디젤엔진의 회전수와 배출가스의 농도를 기반으로 엔진토크를 산출하는 단계(S1); 상기 S1단계에서 산출한 엔진토크와 엔진의 회전수를 기반으로 배출가스의 질량유량을 산출하는 단계(S3); 상기 S1단계의 배출가스를 기반으로 선택적촉매환원장치의 전단과 후단에서 질소산화물(NOX)의 농도를 측정하여 질소산화물(NOX)의 전환율을 산출하는 단계(S5); 상기 S5단계에서 산출된 선택적촉매환원장치의 전단의 질소산화물(NOX) 농도를 기반으로 일산화질소(NO)와 이산화질소(NO2)의 농도를 산출하는 단계(S7); 상기 S3단계 내지 S7단계에서 산출한 배출가스의 질량유량, 질소산화물(NOX)의 전환율, 일산화질소(NO)와 이산화질소(NO2)의 농도와 산소(O2)의 농도를 기반으로 필요한 환원제양을 산출하는 단계(S9); 상기 S9단계에서 산출된 환원제양의 오차를 보정하기 위하여 선택적촉매환원장치의 후단에서 질소산화물(NOX)농도와 암모니아(NH3)슬립을 예측하는 단계(S11); 상기 S11단계에서 예측한 질소산화물(NOX)농도와 암모니아(NH3)슬립을 기반으로 환원제양을 보정하는 단계(S13); 및 상기 S13단계에서 보정된 환원제양을 기반으로 환원제분사장치에서 환원제 분사량을 산출하는 단계(S15)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 S1단계는 엔진CPS(Crank Position Sensor)를 이용하여 디젤엔진(40)의 회전수(RPM)를 검출하고 선택적촉매환원장치(30)의 전단에 구비된 전단검출부(32)를 통해 배출가스 중 산소(O2)의 농도를 검출한다. 상기 검출된 엔진의 회전수(RPM)와 산소(O2)의 농도를 기반으로 엔진토크를 산출한다.
상기 엔진토크는 실험을 통해 작성된 상기 [표 1]를 기반으로 산출한다. 상기 [표 1]의 세로축은 엔진의 회전수(RPM)을 나타내고, 가로축은 배출되는 산소(O2)의 양을 나타낸다. 따라서, 엔진의 회전수(RPM)와 배출되는 산소(O2)의 양을 알고 있는 경우 엔진토크를 산출할 수 있다.
[도 5]는 엔진토크와 엔진의 회전수(RPM), 산소(O2)의 양의 관계를 그래프로 나타낸 것으로, 엔진의 회전수(RPM)이 증가하면 엔진토크가 증가되는 경향이 있으며 산소(O2)의 양이 증가하면 엔진토크가 감소하는 경향이 있다.
상기 S3단계는 상기 S1단계에서 산출한 엔진토크와 엔진의 회전수(RPM)를 기반으로 배출가스의 질량유량을 산출한다. 상기 엔진의 회전수(RPM)는 엔진CPS(Crank Position Sensor)를 이용하여 검출한다.
상기 배출가스의 질량유량은 실험을 통해 작성된 상기 [표 2]를 기반으로 산출한다. [표 2]의 세로축은 엔진의 회전수(RPM)을 나타내고, 가로축은 엔진토크를 나타낸다. 따라서, 엔진의 회전수(RPM)와 엔진토크를 알고 있는 경우 배출가스의 질량유량을 산출할 수 있다.
[도 6]은 배출가스 질량유량과 엔진의 회전수(RPM), 엔진토크의 관계를 그래프로 나타낸 것으로, 엔진토크가 증가하면 배출가스의 질량유량이 증가되는 경향이 있으며 엔진의 회전수(RPM)가 증가하면 배출가스의 질량유량이 증가되는 경향이 있다.
상기 S5단계는 상기 S1단계의 배출가스를 기반으로 선택적촉매환원장치(30)의 전단과 후단에서 질소산화물의 농도를 측정하여 질소산화물(NOX)의 전환율을 산출한다.
먼저, 선택적촉매환원장치(30)의 전단에 구비된 전단검출부(32)를 이용하여 배출가스의 온도를 측정하고, 상기 온도에서 질소산화물(NOX)의 전환율을 산출한다. 상기 배출가스의 온도는 K-TYPE의 열전대를 이용하여 선택적촉매환원장치(30)의 전단에서 배출가스의 온도를 측정하며, 전단검출부(32)는 K-TYPE의 열전대 기능을 한다.
배출가스의 온도 측정후, 선택적촉매환원장치(30)의 전단에 구비된 전단검출부(32)를 이용하여 전단의 질소산화물(NOX)의 농도를 검출하고, 후단에 구비된 후단검출부(33)를 이용하여 후단의 질소산화물(NOX)의 농도를 검출한다. 상기 질소산화물(NOX)의 농도는 배기분석장비를 이용하여 검출한다. 즉, 전단검출부(32)와 후단검출부(33)는 배기분석장비의 기능을 한다.
상기 검출된 전단의 질소산화물(NOX)의 농도와 후단의 질소산화물(NOX)를 이용하여, 상기 [수학식 1]을 기반으로 질소산화물(NOX)의 전환율을 산출한다.
상기 S7단계는 질소산화물(NOX)의 농도를 이용하여 일산화질소(NO)와 이산화질소(NO2)의 농도를 산출한다. 즉, 상기 S5단계에서 산출된 질소산화물(NOX)의 농도를 이용하여 선택적촉매환원장치(30)의 전단에서 일산화질소(NO)와 이산화질소(NO2)의 농도를 산출한다.
상기 S9단계는 일산화질소(NO)와 이산화질소(NO2)의 농도, 산소(O2)의 농도, 배출가스의 질량유량, 질소산화물의 전환율을 기반으로 환원제의 양을 산출한다.
일산화질소(NO)와 이산화질소(NO2)의 농도, 산소(O2)의 농도, 배출가스의 질량유량, 질소산화물의 전환율을 기반으로 각 화학종 N, O의 화학양론 관계식을 산출하여, [수학식 2]를 기반으로 환원제양을 산출한다.
NH3,fast는 선택적촉매환원장치(30)의 빠른반응에 요구되는 암모니아(NH3)양이며, NH3,standard는 선택적촉매환원장치(30)의 기본반응에 요구되는 암모니아(NH3)양이다.
이상, 환원제의 양을 산출하는 방법에 대하여 상세하게 설명하였다. 상술한 방법에 의하여 환원제의 양을 산출할 수 있으나, 상기 산출한 환원제의 양과 실제 필요한 환원제의 양 간에 오차가 발생하는 경우가 있다. 이하, 상기 오차를 보정하여 정확한 환원제의 양을 산출하는 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
상기 S11단계는 상기 S9단계에서 산출된 환원제양의 오차를 보정하기 위하여 선택적촉매환원장치(30)의 후단에서 질소산화물(NOX)농도 및 암모니아(NH3)슬립을 예측한다. 즉, S11단계는 Test-rig 실험을 통하여 선택적촉매환원장치(30)에 사용되는 촉매의 반응상수를 도출하고 엔진동력계 실험을 통하여 선택적촉매환원장치(30)에 사용되는 촉매의 반응상수를 도출하여, 상기 도출된 반응상수를 기반으로 선택적촉매환원장치(30)의 후단에서의 질소산화물(NOX)농도 및 암모니아(NH3)슬립을 예측한다.
암모니아(NH3) 슬립이란, 암모니아(NH3)가 배기가스중으로 배출되는 현상을 말하는 것이다. 즉, 선택적촉매환원장치(SCR)에서 촉매의 가장 적절한 반응 온도는 260~430℃이며, 촉매반응시 상기 온도범위를 벗어나거나 질소산화물(NOX)과 정량적으로 반응하는 암모니아(NH3)의 양보다 많은 암모니아를 주입하면 반응에 참여하지 않은 암모니아(NH3)가 배기가스중으로 배출되게 되는데 이러한 현상을 암모니아 슬립이라고 한다.
상기 S13단계는 상기 S11단계에서 예측한 질소산화물(NOX)농도 및 암모니아(NH3)슬립 기반으로 환원제양을 보정한다. 즉, 상기 S13단계는 상기 S11단계에서 예측한 질소산화물(NOX)농도 및 암모니아(NH3)슬립을 기반으로, 목표 질소산화물(NOX) 전환율에 대한 실제 질소산화물(NOX) 전환율의 효율을 분석하고 실제 암모니아(NH3)슬립을 예측하여 환원제양을 보정한다.
상기 S15단계는 상기 S13단계에서 보정된 환원제양을 기반으로 환원제분사부(34)의 분사량을 결정한다. 상기 환원제분사부(34)는 일정한 분사주기에 따라 환원제가 분사되며, 상기 분사주기를 10Hz으로 고정하여 상기 환원제의 분사량을 산출한다. 또한, 분사주기를 10Hz이외의 값으로 하여 환원제의 분사량을 산출할 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예로 설명하였으나 본 발명의 기술적 사상이 상기 일 실시예로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주에서 다양한 환원제 분사량 제어 방법을 구현할 수 있다.
10… 디젤산화촉매장치
20… 매연촉매필터장치
30… 선택적촉매환원장치
31… 분사제어부
32… 전단검출부
33… 후단검출부
34… 환원제분사부
40… 디젤엔진

Claims (10)

  1. 디젤엔진의 회전수와 배출가스의 농도를 기반으로 엔진토크를 산출하는 단계(S1);
    상기 S1단계에서 산출한 엔진토크와 엔진의 회전수를 기반으로 배출가스의 질량유량을 산출하는 단계(S3);
    상기 S1단계의 배출가스를 기반으로 선택적촉매환원장치의 전단과 후단에서 질소산화물(NOX)의 농도를 측정하여 질소산화물(NOX)의 전환율을 산출하는 단계(S5);
    상기 S5단계에서 산출된 선택적촉매환원장치의 전단의 질소산화물(NOX) 농도를 기반으로 일산화질소(NO)와 이산화질소(NO2)의 농도를 산출하는 단계(S7);
    상기 S3단계 내지 S7단계에서 산출한 배출가스의 질량유량, 질소산화물(NOX)의 전환율, 일산화질소(NO)와 이산화질소(NO2)의 농도와 산소(O2)의 농도를 기반으로 필요한 환원제양을 산출하는 단계(S9); 및
    상기 S9단계에서 산출된 환원제양을 기반으로 환원제분사장치에서 환원제 분사량을 산출하는 단계(S15')를 포함하는 것을 특징으로 하는 환원제 분사량 제어 방법.
  2. 디젤엔진의 회전수와 배출가스의 농도를 기반으로 엔진토크를 산출하는 단계(S1);
    상기 S1단계에서 산출한 엔진토크와 엔진의 회전수를 기반으로 배출가스의 질량유량을 산출하는 단계(S3);
    상기 S1단계의 배출가스를 기반으로 선택적촉매환원장치의 전단과 후단에서 질소산화물(NOX)의 농도를 측정하여 질소산화물(NOX)의 전환율을 산출하는 단계(S5);
    상기 S5단계에서 산출된 선택적촉매환원장치의 전단의 질소산화물(NOX) 농도를 기반으로 일산화질소(NO)와 이산화질소(NO2)의 농도를 산출하는 단계(S7);
    상기 S3단계 내지 S7단계에서 산출한 배출가스의 질량유량, 질소산화물(NOX)의 전환율, 일산화질소(NO)와 이산화질소(NO2)의 농도와 산소(O2)의 농도를 기반으로 필요한 환원제양을 산출하는 단계(S9);
    상기 S9단계에서 산출된 환원제양의 오차를 보정하기 위하여 선택적촉매환원장치의 후단에서 질소산화물(NOX)농도와 암모니아(NH3)슬립을 예측하는 단계(S11);
    상기 S11단계에서 예측한 질소산화물(NOX)농도와 암모니아(NH3)슬립을 기반으로 환원제양을 보정하는 단계(S13); 및
    상기 S13단계에서 보정된 환원제양을 기반으로 환원제분사장치에서 환원제 분사량을 산출하는 단계(S15)를 포함하는 것을 특징으로 하는 환원제 분사량 제어 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 S1단계는,
    디젤엔진의 회전수와 배출가스 중 산소(O2)의 농도를 기반으로 엔진토크를 산출하는 것을 특징으로 하는 환원제 분사량 제어 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 S1단계는,
    엔진CPS(Crank Position Sensor)를 이용하여 엔진의 회전수를 검출하고 배기분석장비를 이용하여 산소(O2)의 농도를 검출하는 것을 특징으로 하는 환원제 분사량 제어 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 S5단계는,
    배기분석장비를 이용하여 선택적촉매환원장치의 전단과 후단에서 질소산화물(NOX)의 농도를 검출하여,
    [수학식 1]
    Figure pat00007

    을 기반으로 질소산화물(NOX)의 전환율을 산출하는 것을 특징으로 하는 환원제분사량 제어 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 S9단계는,
    원소 N, O의 화학양론 관계식을 산출하여,
    [수학식 2]
    Figure pat00008

    을 기반으로 환원제양을 산출하며,
    상기 NH3,fast는 선택적촉매환원장치의 빠른반응에 요구되는 암모니아(NH3)의 양이며, 상기 NH3,standard는 선택적촉매환원장치의 기본반응에 요구되는 암모니아(NH3)의 양인 것을 특징으로 하는 환원제 분사량 제어 방법.
  7. 제2항에 있어서, 상기 S11단계는,
    Test-rig 실험을 통하여 선택적촉매환원장치에 사용되는 촉매의 반응상수를 도출하고 엔진동력계 실험을 통하여 선택적촉매환원장치에 사용되는 촉매의 반응상수를 도출하여, 상기 도출된 반응상수를 기반으로 선택적촉매환원장치의 후단에서의 질소산화물(NOX) 농도와 암모니아(NH3)슬립을 예측하는 것을 특징으로 하는 환원제 분사량 제어 방법.
  8. 제2항에 있어서, 상기 S13단계는,
    상기 S11단계에서 예측한 질소산화물(NOX)농도와 암모니아(NH3)슬립을 기반으로, 목표 질소산화물(NOX) 전환율에 대한 실제 질소산화물(NOX) 전환율의 효율을 분석하고 실제 암모니아(NH3)슬립을 예측하여 환원제양을 보정하는 것을 특징으로 하는 환원제 분사량 제어 방법.
  9. 제1항 있어서, 상기 S15'단계는,
    환원제분사장치의 분사주기에 따라 환원제의 분사량을 산출하는 것을 특징으로 하는 환원제 분사량 제어 방법.
  10. 제2항에 있어서, 상기 S15단계는,
    환원제분사장치의 분사주기에 따라 환원제의 분사량을 산출하는 것을 특징으로 하는 환원제 분사량 제어 방법.
KR1020100082057A 2010-08-24 2010-08-24 환원제 분사량 제어 방법 KR101201288B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100082057A KR101201288B1 (ko) 2010-08-24 2010-08-24 환원제 분사량 제어 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100082057A KR101201288B1 (ko) 2010-08-24 2010-08-24 환원제 분사량 제어 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120018999A true KR20120018999A (ko) 2012-03-06
KR101201288B1 KR101201288B1 (ko) 2012-11-14

Family

ID=46128069

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100082057A KR101201288B1 (ko) 2010-08-24 2010-08-24 환원제 분사량 제어 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101201288B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2749745A1 (en) 2012-12-31 2014-07-02 Hyundai Motor Company Method and apparatus for controlling urea injection amount of vehicle
US10669908B1 (en) 2018-12-03 2020-06-02 Wellhead Power Solutions, Llc Power generating systems and methods for reducing startup NOx emissions in fossile fueled power generation system

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101374156B1 (ko) * 2012-11-27 2014-03-14 주식회사 파나시아 하나의 아울렛분석기를 이용한 다수의 탈질시스템 및 그 제어방법
KR101513804B1 (ko) * 2013-10-18 2015-04-20 두산엔진주식회사 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력장치 및 선택적 촉매 환원 시스템의 제어방법

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2749745A1 (en) 2012-12-31 2014-07-02 Hyundai Motor Company Method and apparatus for controlling urea injection amount of vehicle
CN103912351A (zh) * 2012-12-31 2014-07-09 现代自动车株式会社 用于控制车辆的尿素喷射量的方法以及装置
US9133752B2 (en) 2012-12-31 2015-09-15 Hyundai Motor Company Method and apparatus for controlling urea injection amount of vehicle
US10669908B1 (en) 2018-12-03 2020-06-02 Wellhead Power Solutions, Llc Power generating systems and methods for reducing startup NOx emissions in fossile fueled power generation system
WO2020117416A1 (en) * 2018-12-03 2020-06-11 Wellhead Power Solutions, Llc POWER GENERATING SYSTEMS AND METHODS FOR REDUCING STARTUP NOx EMISSIONS IN FOSSILE FUELED POWER GENERATION SYSTEM
US11174770B2 (en) 2018-12-03 2021-11-16 Wellhead Power Solutions, Llc Power generating systems and methods for reducing startup NOx emissions in fossile fueled power generation system

Also Published As

Publication number Publication date
KR101201288B1 (ko) 2012-11-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8041498B2 (en) Lean nitrogen oxide emission control system and method
US9097159B2 (en) Method for detecting urea deposits in an exhaust line of an automotive vehicle, method for eliminating urea deposits and automotive vehicle adapted to such methods
US8893476B2 (en) SCR closed loop control system
US8794057B2 (en) Diagnostic operation strategy for diesel oxidation catalyst aging level determination using NOx sensor NO2 interference
US9238984B2 (en) Exhaust emission prediction system and method
US20120023911A1 (en) Detection of exhaust particulate filter substrate failure
KR101251505B1 (ko) 질소산화물 저감 촉매에 저장되는 질소산화물의 양을 예측하는 방법 및 이를 이용한 배기 장치
KR101251519B1 (ko) 질소산화물 저감 촉매에 저장되는 황산화물의 양을 예측하는 방법 및 이를 이용한 배기 장치
US20160169073A1 (en) System and method for diagnosing the selective catalytic reduction system of a motor vehicle
US9181845B2 (en) Method for calculating the NO2 content at the inlet of a selective reduction catalyst and device for the implementation of this method
KR20150047425A (ko) 기체 환원제 분사 제어 시스템
RU2549389C2 (ru) Способ наблюдения и регулирования системы доочистки выхлопных газов
US8682595B2 (en) Method to estimate NO2 concentration in an exhaust gas of an internal combustion engine
KR101201288B1 (ko) 환원제 분사량 제어 방법
US20150218992A1 (en) Targeted regeneration of a catalyst in an aftertreatment system
US9084966B2 (en) Diesel oxidation catalyst aging level determination using NOX sensor NO2 interference
EP3287617B1 (en) Power apparatus including reducing agent supply control system and reducing agent supply control method
US10704442B2 (en) Method for optimizing the consumption of reducing agent in a motor vehicle exhaust line
EP3091206B1 (en) Exhaust gas post-processing apparatus and control method therefor
CN204357536U (zh) 一种废气处理系统
CN112459870A (zh) 一种后处理系统及后处理方法
CN110630358B (zh) 被动氮氧化物储存催化剂管理
KR102518593B1 (ko) SDPF의 NOx 정화 효율 보정 방법
CN103939186B (zh) 用于调节车辆中的废气催化器的再生频率的方法和装置
KR20150044810A (ko) 내연기관의 배기가스 후처리 시스템의 탈황화 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140924

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161107

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee