KR20150071156A - 배기정화장치의 재생 제어방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 환원제공급장치의 후단에 DPF가 설치된 배기정화장치의 재생 제어방법으로서, DPF를 재생하면서, 환원제공급장치에 의해 환원제 공급시, DPF 전단의 온도를 측정하는 측정단계; DPF 전단에서 측정된 온도값과, DPF 재생에 따른 DPF 전단 온도모델링값의 관계를 나타낸 맵에 의해 상기 온도값과 온도모델링값을 비교하는 비교단계; 및 상기 온도값 및 온도모델링값의 차이를 기준변화량과 비교함으로써, 상기 차이에 따라 DPF 전단의 온도로서 상기 온도값 또는 온도모델링값을 선택하여 DPF의 재생을 제어하는 재생제어단계;를 포함하여 구성되는 배기정화장치의 재생 제어방법 및 장치가 소개된다.

Description

배기정화장치의 재생 제어방법 및 장치{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING REGENERATION IN EXHAUST EMISSION CONTROL DEVIVE}
본 발명은 배기정화장치의 재생 기술에 관련된 것으로, 더욱 상세하게는 S-DPF시스템에서 DPF재생시 안정적인 DPF의 재생이 이루어지도록 한 배기정화장치의 재생 제어방법 및 장치에 관한 것이다.
승용디젤 배기규제의 강화, 특히 EURO6 및 북미 시장 대응을 위해 NOx의 저감은 필수적이다. 특히 승용차의 경우 EURO6 배기규제는 기존 EURO5의 NOx 배기규제인 0.18g/km보다 훨씬 강화된 0.08g/km로 약 56%의 저감이 필요로 하게 되었다.
이러한 NOx의 저감 필요성에 따라 전세계적으로 엔진에서 배출된 NOx의 정화를 위해 LNT(Lean Nox trap) 또는 SCR(Selective Catalytic Reduction)이라는 배기정화장치를 개발 또는 적용중에 있다.
이 중, SCR시스템은 SCR촉매앞에 별도의 환원제(일반적으로 Urea)를 공급하여 NOx를 정화시키는 방법으로 차량의 연비를 희생시키지 않으면서 NOx정화효율이 매우 큰 배기정화장치라 할 수 있다.
상기 SCR시스템은 통상 엔진의 후단에 DOC(디젤산화촉매)와, DPF(디젤매연여과장치)와, 환원제 공급장치, SCR촉매의 순서대로 배치된다.
즉, 엔진이 운전하면서 배출되는 NOx의 농도를 모델링을 통한 예측, 혹은 센서를 통한 측정 등으로 적절한 환원제가 배기관에 분사되면, 분사된 환원제는 SCR촉매에서 반응하면서 NOx를 환원시켜 정화시키는 기능을 한다.
한편, 승용디젤엔진은 연비가 우수함에도 불구하고 높은 디젤엔진가격, 그리고 위와 같은 NOx를 저감시키기 위한 배기정화장치 등이 추가되면서 고효율의 NOx정화성능을 가지면서 재료비 및 중량을 저감시킬 수 있는 배기정화장치가 요구되고 있다.
따라서, 이러한 요구에 맞추기 위해 SCR촉매의 기능과 DPF의 기능을 합친, S-DPF, 즉 DPF에 SCR촉매가 코팅된 시스템이 연구되고 있다.
그러나, DPF와 SCR이 합쳐진 S-DPF시스템에서는 2가지의 기능을 함께 해야 하기 때문에 극복해야 할 기술적인 문제들이 많다.
그 중에서 특히 DPF 내에서 Soot가 고온에서 발열되면서 나타나는 강제재생시 SCR촉매의 열화 또한 극복해야 할 문제이고, 또 NOx를 정화시키기 위한 우레아(이하, 환원제라 칭함)를 DPF 전단에 분사하는데 있어, 고온의 강제재생 시점에 환원제를 분사시켜야 하는 난점이 있다.
부연하면, S-DPF시스템은 기존의 SCR시스템과 달리, 엔진의 후단에 DOC(디젤산화촉매)와, 환원제공급장치와, S-DPF(SCR촉매를 DPF에 코팅한 필터)의 순서로 구성된다. 여기서, S-DPF 내에 축적된 Soot 역시 통상의 DPF와 같이 주기적으로 연소및 재생되어야 한다.
특히, 강화된 배기규제를 만족하기 위해서는 DPF 재생시 과도하게 발생되는 NOx를 저감시키기 위해서, 환원제를 DPF 재생 중에도 분사해야 한다.
그런데, DPF재생시에는 일반적인 주행시보다 더 많은 양의 NOx가 배출되는 특성이 있어, DPF 재생시 이러한 NOx를 재생시키기 위해서 환원제를 더 많이 분사해야 한다.
여기서, 환원제의 분사량은 NOx량과 온도 등에 따라 달라지게 되는데, 특히 DPF재생시에는 환원제를 분사하더라도 재생에 의한 고온 특성으로 인해, 환원제가 SCR촉매와 반응하기 전에 많은 양이 산화되어 사용되지 못하게 되고, 또한 높은 NOx량으로 인해 더욱 많은 양의 환원제가 분사된다.
그러나, DPF 재생시 많은 양의 환원제를 분사하는 경우, 분사된 환원제는 수용액 상태로서 DPF 전단에 설치된 온도센서에 맞닿게 되면서, DPF 전단의 정밀한 온도값을 왜곡시키게 되는 문제가 있다.
즉, DPF의 재생시, DPF 전단의 온도센서에서 측정된 온도값을 이용하여 가버너를 통해 목표로 하는 재생목표온도를 유지하게 되는데, 상기 S-DPF시스템은 다량 분사되는 환원제가 온도센서와 맞닿아 일시적으로 온도센서에서 인식하는 온도를 낮추게 되며, 이 경우 ECU에서는 목표온도를 맞추기 위해 연료분사량을 더 증가시켜 온도를 맞추게 된다.
즉, 실제 배기가스의 온도는 이미 재생할 수 있는 온도에 도달해 있는데, 온도센서의 일시적인 왜란으로 DPF의 입구온도가 급격히 상승하게 되는바, DPF의 파손을 일으킬 수 있는 문제가 발생됨은 물론, 온도센서의 온도가 계속 교란을 일으켜 불완전한 재생을 일으키는 문제도 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2011-0025131 A
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, DPF 재생중 환원제 분사시, DPF 전단에서의 온도 왜란을 제거하여 DPF의 안정적인 재생이 이루어지도록 한 배기정화장치의 재생 제어방법 및 장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 환원제공급장치의 후단에 DPF가 설치된 배기정화장치의 재생 제어방법으로서, DPF를 재생하면서, 환원제공급장치에 의해 환원제 공급시, DPF 전단의 온도를 측정하는 측정단계; DPF 전단에서 측정된 온도값과, DPF 재생에 따른 DPF 전단 온도모델링값의 관계를 나타낸 맵에 의해 상기 온도값과 온도모델링값을 비교하는 비교단계; 및 상기 온도값 및 온도모델링값의 차이를 기준변화량과 비교함으로써, 상기 차이에 따라 DPF 전단의 온도로서 상기 온도값 또는 온도모델링값을 선택하여 DPF의 재생을 제어하는 재생제어단계;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 재생제어단계에서는, 상기 온도값 및 온도모델링값의 차이가 기준변화량 초과시, 온도모델링값을 이용하여 DPF를 재생할 수 있다.
상기 재생제어단계에서는, 상기 온도값 및 온도모델링값의 차이가 기준변화량 이하시, 온도값을 이용하여 DPF를 재생할 수 있다.
상기 DPF는 SCR촉매가 코팅될 수 있다.
상기 DPF의 전단에 온도센서가 설치되어, DPF 전단의 온도를 측정할 수 있다.
본 발명의 배기정화장치의 재생 제어장치는, DPF 전단의 온도를 측정하는 온도센서; DPF 전단에서 측정된 온도값과, DPF 강제재생에 따른 DPF 전단 온도모델링값의 관계를 나타낸 맵에 의해 상기 온도값과 온도모델링값을 비교하며, DPF를 강제재생하면서 환원제공급장치에 의해 환원제 공급시, 상기 온도값 및 온도모델링값의 차이를 기준변화량과 비교함으로써, 상기 차이에 따라 DPF 전단의 온도로서 상기 온도값 또는 온도모델링값을 선택하여 DPF의 재생을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, DPF 재생 중, 환원제의 분사시, DPF 전단 온도센서의 신호 왜란을 방지함으로써, DPF 전단의 급격한 온도상승을 방지하여 DPF의 파손을 방지하게 되고, 또한 DPF 전단의 온도를 정밀하게 제어함으로써 DPF의 재생효율을 높이는 것은 물론, 연료후분사량을 정밀하게 제어함으로써 재생 중의 연료량을 저감시켜 연비를 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 S-DPF시스템의 구성을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명에 의한 재생 제어방법의 제어 흐름을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명에 의한 DPF 재생 중 환원제 분사시의 온도 프로파일을 나타낸 도면.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 의한 DPF시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 본 발명에 의한 재생 제어방법의 제어 흐름을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명에 의한 DPF 재생 중 환원제 분사시의 온도 프로파일을 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 배기정화장치의 재생 제어방법을 설명하기에 앞서, 본 발명의 배기정화장치의 구성을 살펴본다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 배기정화장치는 DPF시스템으로, 엔진(1)의 후단에 DOC와, 환원제공급장치(5)와, DPF(3)가 순차적으로 배치된 구조일 수 있다.
여기서, 상기 DPF(3)는 SCR촉매가 코팅된 S-DPF일 수 있다.
본 발명의 배기정화장치 재생 제어방법은, 크게 측정단계(S10)와, 비교단계(S20) 및 재생제어단계(S30)를 포함하여 구성된다.
도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명을 구체적으로 살펴보면, 환원제공급장치(5)의 후단에 DPF(3)가 설치된 배기정화장치의 재생 제어방법으로서, DPF(3)를 강제재생하면서, 환원제공급장치(5)에 의해 환원제 공급시, DPF(3) 전단의 온도를 측정하는 측정단계(S10); DPF(3) 전단에서 측정된 온도값(T1)과, DPF(3) 재생에 따른 DPF(3) 전단 온도모델링값(T2)의 관계를 나타낸 맵에 의해 상기 온도값(T1)과 온도모델링값(T2)을 비교하는 비교단계(S20); 및 상기 온도값(T1) 및 온도모델링값(T2)의 차이를 기준변화량(ΔT)과 비교함으로써, 상기 차이에 따라 DPF(3) 전단의 온도로서 상기 온도값(T1) 또는 온도모델링값(T2)을 선택하여 DPF(3)의 재생을 제어하는 재생제어단계(S30);를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 DPF(3)는 앞서 설명한 바와 같이, SCR촉매가 코팅된 S-DPF일 수 있다. 그리고, 상기 DPF(3)의 전단에 온도센서(7)가 설치되어, DPF(3) 전단의 온도를 측정할 수 있다.
즉, 차량의 운행 중, DPF(3)의 재생관련 변수들을 모니터링하고, 상기 변수들에 의해 DPF(3) 내의 수트(soot)량을 추정하여 강제재생시점을 판단한다. 강제재생시점으로 판단시, 연료후분사 및 공기량을 제어하면서 강제재생을 실시하고, 이와 함께 NOx의 제거를 위해 환원제공급장치(5)를 통해 DPF(3) 측으로 환원제(우레아)를 분사한다.
이때, 본 발명의 제어부(9)(ECU)에는 DPF(3)의 강제재생에 따른 DPF(3) 전단 온도모델링값(T2)의 관계를 나타낸 맵이 설정될 수 있다.
따라서, 본 발명은 DPF(3)의 강제재생과 함께 환원제의 공급시, DPF(3) 전단에서 측정된 온도값(T1)과 상기 온도모델링값(T2)의 차이를 계산한다. 계산된, 차이값의 크기에 따라 강제재생시 연료후분사량 제어에 사용되는 DPF(3) 전단의 온도로서 온도센서(7)를 통해 측정된 온도값(T1)을 선택하거나, 맵에서의 온도모델링값(T2)을 선택하여 연료분사량 제어에 사용하게 된다.
이에 따라, DPF(3) 재생 중 환원제의 분사시, 환원제에 의한 DPF(3) 전단에서의 온도 왜란이 방지되는바, DPF(3)의 재생에 따른 연료후분사량을 정밀하게 제어하여 DPF(3)의 재생효율을 높이게 된다.
특히, 도 3을 참조하면, 본 발명의 상기 재생제어단계(S30)에서는, 상기 온도값(T1) 및 온도모델링값(T2)의 차이가 기준변화량(ΔT) 초과시, 온도모델링값(T2)을 이용하여 DPF(3)를 강제재생하도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 재생제어단계(S30)에서는, 상기 온도값(T1) 및 온도모델링값(T2)의 차이가 기준변화량(ΔT) 이하시, 온도값(T1)을 이용하여 DPF(3)를 강제재생하도록 제어할 수 있다.
즉, 상기 DPF(3)의 재생 중, 환원제 분사시, 온도센서(7)에서 측정된 온도값(T1)과 온도모델링값(T2)의 차이가 기준변화량(ΔT)보다 커지게 되면, 이때에는 DPF(3) 전단에서의 심각한 온도 왜란이 방지되도록 온도모델링값(T2)을 이용하여 연료후분사량을 제어하고, 또한 온도센서(7)에서 측정된 온도값(T1)과 온도모델링값(T2)의 차이가 기준변화량(ΔT)보다 작으면, 이때에는 DPF(3) 전단에서의 온도 왜란이 상대적으로 작으므로, 실제 측정된 온도값(T1)을 이용하여 연료후분사량을 제어하게 되는 것이다.
따라서, DPF(3) 전단 온도센서(7)의 신호 왜란을 방지함으로써, DPF(3) 전단의 급격한 온도상승을 방지하여 DPF(3)의 파손을 방지하게 되고, 또한 DPF(3) 전단의 온도를 정밀하게 제어함으로써 DPF(3)의 재생효율을 높이는 것은 물론, 연료후분사량을 정밀하게 제어함으로써 재생 중의 연료량을 저감시켜 연비를 향상시키게 된다.
한편, 본 발명의 배기정화장치의 재생 제어장치는, 크게 온도센서(7)와, 제어부(9)를 포함하여 구성된다.
구체적으로, DPF(3) 전단의 온도를 측정하는 온도센서(7); DPF(3) 전단에서 측정된 온도값(T1)과, DPF(3) 강제재생에 따른 DPF(3) 전단 온도모델링값(T2)의 관계를 나타낸 맵에 의해 상기 온도값(T1)과 온도모델링값(T2)을 비교하며, DPF(3)를 강제재생하면서 환원제공급장치(5)에 의해 환원제 공급시, 상기 온도값(T1) 및 온도모델링값(T2)의 차이를 기준변화량(ΔT)과 비교함으로써, 상기 차이에 따라 DPF(3) 전단의 온도로서 상기 온도값(T1) 또는 온도모델링값(T2)을 선택하여 DPF(3)의 재생을 제어하는 제어부;를 포함하여 구성된다.
한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
1 : 엔진 3 : DPF
5 : 환원제공급장치 7 : 온도센서
9 : 제어부
S10 : 측정단계 S20 : 비교단계
S30 : 재생제어단계

Claims (6)

  1. 환원제공급장치의 후단에 DPF가 설치된 배기정화장치의 재생 제어방법으로서,
    DPF를 재생하면서, 환원제공급장치에 의해 환원제 공급시, DPF 전단의 온도를 측정하는 측정단계;
    DPF 전단에서 측정된 온도값과, DPF 재생에 따른 DPF 전단 온도모델링값의 관계를 나타낸 맵에 의해 상기 온도값과 온도모델링값을 비교하는 비교단계; 및
    상기 온도값 및 온도모델링값의 차이를 기준변화량과 비교함으로써, 상기 차이에 따라 DPF 전단의 온도로서 상기 온도값 또는 온도모델링값을 선택하여 DPF의 재생을 제어하는 재생제어단계;를 포함하는 배기정화장치의 재생 제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 재생제어단계에서는,
    상기 온도값 및 온도모델링값의 차이가 기준변화량 초과시, 온도모델링값을 이용하여 DPF를 재생하는 것을 특징으로 하는 배기정화장치의 재생 제어방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 재생제어단계에서는,
    상기 온도값 및 온도모델링값의 차이가 기준변화량 이하시, 온도값을 이용하여 DPF를 재생하는 것을 특징으로 하는 배기정화장치의 재생 제어방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 DPF는 SCR촉매가 코팅된 것을 특징으로 하는 배기정화장치의 재생 제어방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 DPF의 전단에 온도센서가 설치되어, DPF 전단의 온도를 측정하는 것을 특징으로 하는 배기정화장치의 재생 제어방법.
  6. DPF 전단의 온도를 측정하는 온도센서;
    DPF 전단에서 측정된 온도값과, DPF 강제재생에 따른 DPF 전단 온도모델링값의 관계를 나타낸 맵에 의해 상기 온도값과 온도모델링값을 비교하며, DPF를 강제재생하면서 환원제공급장치에 의해 환원제 공급시, 상기 온도값 및 온도모델링값의 차이를 기준변화량과 비교함으로써, 상기 차이에 따라 DPF 전단의 온도로서 상기 온도값 또는 온도모델링값을 선택하여 DPF의 재생을 제어하는 제어부;를 포함하는 배기정화장치의 재생 제어장치.
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