KR20150073577A

KR20150073577A - 선택적 환원 촉매의 반응 모델을 위한 보정 로직을 결정하는 방법, 선택적 환원 촉매의 반응 모델의 파라미터를 보정하는 방법 및 이를 이용한 배기 장치

Info

Publication number: KR20150073577A
Application number: KR1020130161440A
Authority: KR
Inventors: 조지호; 이진하; 바스티안 홀더바움; 뉘에르스 베른하르트; 보프크 알렉산데르
Original assignee: 현대자동차주식회사; 훼브 게엠베하
Priority date: 2013-12-23
Filing date: 2013-12-23
Publication date: 2015-07-01
Also published as: CN104732055B; US20150176456A1; CN104732055A; US10087805B2; KR101542976B1; DE102014114744A1

Abstract

본 발명은 선택적 환원 촉매의 반응을 정의하는 반응 모델의 민감도 해석을 통한 반응 모델의 파라미터들을 보정하는 선택적 환원 촉매의 반응 모델을 위한 보정 로직을 결정하는 방법, 선택적 환원 촉매의 반응 모델의 파라미터를 보정하는 방법 및 이를 이용하 배기 장치에 관한 것이다.
선택적 환원(Selective Catalytic Reduction; SCR) 촉매의 반응 모델은 m개의 파라미터들에 의하여 정의되고, m보다 작은 n개의 입력 변수를 가진다. 상기 SCR 촉매의 반응 모델은 적어도 SCR 촉매 후단의 질소산화물의 농도를 예측할 수 있도록 되어 있다.

Description

선택적 환원 촉매의 반응 모델을 위한 보정 로직을 결정하는 방법, 선택적 환원 촉매의 반응 모델의 파라미터를 보정하는 방법 및 이를 이용한 배기 장치{METHOD OF DETERMINING CORRECTING LOGIC FOR REACTING MODEL OF SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION CATALYST, METHOD OF CORRECTING PARAMETERS OF REACTING MODEL OF SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION CATALYST AND EXHAUST SYSTEM USING THE SAME}

본 발명은 선택적 환원 촉매가 구비된 배기 장치에 관한 것으로, 선택적 환원 촉매의 반응을 정의하는 반응 모델의 민감도 해석을 통한 반응 모델의 파라미터들을 보정하는 선택적 환원 촉매의 반응 모델을 위한 보정 로직을 결정하는 방법, 선택적 환원 촉매의 반응 모델의 파라미터를 보정하는 방법 및 이를 이용하 배기 장치에 관한 것이다.

일반적으로 엔진에서 배기 매니폴드를 통해 배출되는 배기 가스는 배기 파이프에 설치된 촉매 컨버터(Catalytic Converter)로 유도되어 정화되고, 머플러를 통과하면서 소음이 감쇄된 후 테일 파이프를 통해 대기 중으로 배출된다. 상기한 촉매 컨버터는 배기 가스에 포함되어 있는 오염물질을 정화한다. 그리고 배기 파이프 상에는 배기 가스에 포함된 입자상 물질(Particulate Matters: PM)을 포집하기 위한 매연 필터가 장착된다.

상기와 같은 역할을 하는 촉매 컨버터에 적용되는 촉매형식 중의 하나로 선택적 환원(SCR, Selective Catalytic Reduction) 촉매가 있다.

상기 SCR 촉매는 요소(Urea), 암모니아(Ammonia), 일산화탄소와 탄화수소(Hydrocarbon; HC) 등과 같은 환원제가 산소와 질소산화물 중에서 질소산화물과 더 잘 반응하도록 한다는 의미에서 선택적 환원이라고 명명되고 있다.

상기 SCR 촉매를 구비하는 차량의 배기 시스템은 요소 탱크와 분사 모듈(dosing module)을 포함한다. 상기 분사 모듈은 배기 파이프를 지나가는 배기 가스에 요소와 같은 환원제를 분사함으로써 SCR 촉매가 질소산화물을 효과적으로 정화하도록 한다.

분사 모듈에서 분사된 환원제는 SCR 촉매에 흡장되고, 질소산화물이 포함된 배기 가스가 지나가면 탈착되어 질소산화물과 반응하게 된다. 분사 모듈에서 분사된 환원제의 양이 과다하면, 상기 환원제의 일부는 SCR 촉매에 흡장되지 못하고 슬립되게 된다. 일반적으로 SCR 촉매의 환원제로는 암모니아가 주로 사용되는데, 암모니아가 SCR 촉매로부터 슬립되면 악취가 발생할 수 있고, 이는 고객의 불만을 유발할 수 있다. 만약 분사 모듈에서 분사된 환원제의 양이 적으면, 배기 가스에 포함된 질소산화물이 충분히 제거되지 못하고 차량 외부로 배출되게 된다. 따라서, 분사 모듈에서 분사되는 환원제의 양은 정밀하게 제어되어야 한다.

환원제의 양을 결정하는 종래의 방법은 실험을 통하여 운전 조건에 따른 환원제의 양을 맵에 저장하고, 현재의 운전 조건에 따른 환원제의 양을 상기 맵으로부터 결정하였다. 그런데, 환원제의 양에 영향을 끼치는 운전 조건들은 무수히 많기 때문에 상기 맵을 제작하는데 매우 많은 비용과 시간이 들어가는 문제점이 있었다.

또한, 맵을 제작할 때 운전 조건이 순식간에 변하고 측정 장치가 오차를 가지며 모든 운전 조건 하에서 실험을 하지 못하므로 맵 자체가 오차를 가지고 있었다. 이러한 오차를 줄이기 위하여 상기 맵을 보정하는 방법을 사용하였으나, 측정 장치가 가지는 오차 및 운전 조건의 급변 등 태생적 한계를 벗어나기가 힘들었다.

최근에는, SCR 촉매의 반응 모델을 이용하여 SCR 촉매의 반응을 예측하고, 예측된 결과를 이용하여 환원제 분사량을 결정하는 방법에 대한 연구가 진행되고 있다. 그러나, SCR 촉매의 반응 모델 역시 실험이나 해석을 통하여 결정되므로, 실제값과 예측된 값 사이에 오차가 존재하게 된다. 그런데, 종래의 맵을 보정하는 방법은 반응 모델의 보정에 사용되기 어려우므로, 반응 모델을 보정하는 방법에 대한 개발이 필요한 실정이다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 선택적 환원 촉매의 반응을 정의하는 반응 모델의 민감도 해석을 통한 반응 모델의 파라미터들을 보정하는 선택적 환원 촉매의 반응 모델을 위한 보정 로직을 결정하는 방법, 선택적 환원 촉매의 반응 모델의 파라미터를 보정하는 방법 및 이를 이용하 배기 장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 선택적 환원(Selective Catalytic Reduction; SCR) 촉매의 반응 모델은 m개의 파라미터들에 의하여 정의되고, m보다 작은 n개의 입력 변수를 가진다. 상기 SCR 촉매의 반응 모델은 적어도 SCR 촉매 후단의 질소산화물의 농도를 예측할 수 있도록 되어 있다.

본 발명의 실시예에 따른 SCR 촉매의 반응 모델을 위한 보정 로직을 결정하는 방법은 특정 입력 변수 하에서 상기 예측된 질소산화물의 농도와 측정된 질소산화물의 농도 사이의 오차가 기준 오차가 되도록 상기 입력 변수를 조정하는 단계; 상기 조정된 입력 변수 하에서 상기 예측된 질소산화물의 농도와 측정된 질소산화물의 농도 사이의 오차가 최소화되도록 하는 보정 계수를 결정하는 단계; 그리고 상기 입력 변수를 변화시킨 후, 상기 입력 변수를 조정하는 단계 및 보정 계수를 결정하는 단계를 반복하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 보정 로직은 적어도 하나 이상의 보정 함수를 포함하며, 상기 각 보정 함수는 하나의 입력 변수에 대한 함수일 수 있다.

상기 입력 변수는 배기 유량, SCR 촉매 전단의 질소산화물 농도, 환원제 분사량 및 SCR 촉매의 온도를 포함할 수 있다.

상기 보정 로직은 배기 유량에 대한 함수, SCR 촉매 전단의 질소산화물 농도에 대한 함수 그리고 SCR 촉매의 온도에 대한 함수를 포함할 수 있다.

상기 보정 로직은 배기 유량에 대한 함수, SCR 촉매 전단의 질소산화물 농도에 대한 함수 그리고 SCR 촉매의 온도에 대한 함수의 곱으로 정의될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 선택적 환원 촉매의 반응 모델의 파라미터를 보정하는 방법은 상기 보정 로직에 현재 입력 변수들을 대입하여 보정 계수를 계산하는 단계; 그리고 상기 보정 계수에 따라 파라미터들을 보정하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 보정 계수를 계산하는 단계는 보정 필요 조건과 보정 가능 조건을 모두 만족하는 경우 수행될 수 있다.

상기 보정 필요 조건은 현재 입력 변수 하에서 예측된 질소산화물의 농도와 측정된 질소산화물의 농도 사이의 오차가 설정값보다 큰 경우 만족되는 것으로 할 수 있다.

상기 보정 가능 조건은 현재의 촉매 온도가 설정 온도 범위 내이고 현재의 배기 유량이 설정 배기 유량 범위 내인 경우 만족되는 것으로 할 수 있다.

보정 후 파라미터(P1)는 P1 = P0 * (1 + Ec/Eref * f)의 식에 의하여 계산될수 있다. 여기서, P0는 보정 전 파라미터이고, Ec는 현재 오차이며, Eref는 기준 오차이고, f는 보정계수이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배기 장치는 연료와 공기의 연소 과정에서 배기 가스를 발생시키는 엔진; 상기 엔진에 연결되어 공기를 엔진에 공급하는 흡기 파이프; 상기 엔진에 연결되어 있으며, 상기 배기 가스가 흘러가는 배기 파이프; 상기 배기 파이프에 장착되어 있으며, 환원제를 이용하여 배기 가스에 포함된 질소산화물을 환원시키는 선택적 환원 촉매; 상기 엔진과 선택적 환원 촉매 사이의 배기 파이프에 장착되어 있으며, 상기 환원제를 분사하는 환원제 공급 장치; n개의 입력 변수들을 검출하는 입력 변수 검출기; 그리고 상기 SCR 촉매의 반응을 예측하기 위한 SCR 촉매의 반응 모델을 포함하고, 상기 입력 변수들을 상기 SCR 촉매의 반응 모델에 대입하여 필요 환원제 분사량을 계산하며, 상기 필요 환원제 분사량에 따라 환원제 공급 장치를 제어하는 제어기;를 포함할 수 있다.

상기 제어기는 예측된 질소산화물의 농도와 측정된 질소산화물의 농도 사이의 오차를 이용하여 상기 파라미터들을 보정하기 위한 보정 로직을 더 포함할 수 있다.

상기 보정 로직은 특정 입력 변수 하에서 오차가 기준 오차가 되도록 상기 입력 변수를 조정하고, 상기 조정된 입력 변수 하에서 오차가 최소화되도록 하는 보정 계수를 결정하며, 상기 입력 변수를 변화시킨 후, 상기 입력 변수의 조정과 보정 계수의 결정을 반복하여 얻어질 수 있다.

상기 제어기는 상기 보정 로직에 현재 입력 변수들을 대입하여 보정 계수를 계산하고, 상기 보정 계수에 따라 파라미터들을 보정하도록 되어 있을 수 있다.

보정 후 파라미터(P1)는 P1 = P0 * (1 + Ec/Eref * f)의 식에 의하여 계산될수 있다.

여기서, P0는 보정 전 파라미터이고, Ec는 현재 오차이며, Eref는 기준 오차이고, f는 보정계수이다.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 반응 모델의 민감도 해석을 통하여 반응 모델의 파라미터들을 보정할 수 있다.

반응 모델의 민감도 해석을 통하여 파라미터들을 보정하므로, 센서들 자체의 오차와는 무관하게 SCR 촉매의 반응을 정확히 예측할 수 있다.

또한, 반응 모델의 예측값과 센서의 측정값 사이에 오차가 발생하면 실시간으로 반응 모델의 파라미터들을 보정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기 장치에서 제어기의 입력 및 출력의 관계를 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 선택적 환원 촉매의 반응 모델을 위한 보정 로직을 결정하는 방법을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 선택적 환원 촉매의 반응 모델을 위한 보정 로직을 결정하는 방법의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 선택적 환원 촉매의 반응 모델의 파라미터를 보정하는 방법의 흐름도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기 장치의 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 엔진(20)에서 발생된 배기 가스는 선택적 환원(Selective Catalytic Reduction; SCR) 촉매(40)를 지나가며 배기 가스 내에 질소산화물이 제거된다. 필요에 따라서는, 배기 가스에 포함된 입자상 물질을 포집하는 매연 필터 및/또는 배기 가스에 포함된 일산화탄소 또는 탄화수소를 산화하는 환원촉매가 사용될 수 있다. 도 1에 도시된 배기 장치는 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있는 배기 시스템의 간략한 구성을 예시한 것으로, 본 발명의 범위는 도 1의 배기 장치에 한정되지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

엔진(20)은 연료와 공기가 혼합된 혼합기를 연소시켜 화학적 에너지를 기계적 에너지로 변환한다. 엔진(20)은 흡기 매니폴드에 연결되어 연소실 내부로 공기를 유입받으며, 배기 매니폴드에 연결되어 연소 과정에서 발생된 배기 가스는 배기 매니폴드에 모인 후 차량의 외부로 배출되게 된다. 상기 연소실에는 인젝터가 장착되어 연료를 연소실 내부로 분사한다.

흡기 파이프(10)는 상기 엔진(20)의 흡기 매니폴드에 연결되어 있으며, 엔진(20)에 공기를 공급한다. 상기 흡기 파이프(10)에는 흡기 유량 센서(12)가 장착되어 있으며, 흡기 유량 센서(12)는 흡기 파이프(10)를 지나가는 공기의 유량을 검출한다.

배기 파이프(30)는 상기 배기 매니폴드에 연결되어 배기 가스를 차량의 외부로 배출시킨다.

SCR 촉매(40)는 상기 배기 파이프(30)에 장착되어 있으며, 환원제를 사용하여 배기 가스에 포함된 질소산화물을 질소기체로 환원시킨다.

이러한 목적을 위하여, 상기 배기 장치는 요소 탱크, 요소 펌프 그리고 분사 모듈(dosing module)(34)을 더 포함한다. 간략한 설명을 위하여 본 명세서에서는 요소 탱크와 요소 펌프를 나타내지 아니하였다. 또한, 본 명세서에서는 분사 모듈(34)에서 요소를 분사하는 것을 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 즉, 분사 모듈(34)은 암모니아를 직접 분사할 수도 있다. 더 나아가, 암모니아 외의 다른 환원제가 암모니아와 함께 또는 그 자체로 분사될 수 있다.

분사 모듈(34)은 상기 요소 펌프에서 펌핑한 요소를 배기 파이프(30)에 분사한다. 상기 분사 모듈(34)은 상기 엔진(20)과 SCR 촉매(40) 사이의 배기 파이프(30)에 장착되어 SCR 촉매(40)에 유입되기 전의 배기 가스에 요소를 분사한다. 배기 가스에 분사된 요소는 암모니아로 분해되고 분해된 암모니아는 상기 질소산화물을 위한 환원제로 사용된다. 본 명세서 및 특허청구범위에서 분사 모듈(34)이 환원제를 분사한다는 것은 분사 모듈(34)이 환원제가 될 물질을 분사하는 것을 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

한편, 본 명세서에 기재된 요소 탱크, 요소 펌프 그리고 분사모듈은 환원제 공급 장치의 하나의 예를 기재한 것으로 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않음을 이해하여야 할 것이다. 즉, 다른 형태의 환원제 공급 장치도 본 발명의 실시예에 사용될 수 있다.

상기 배기 장치는 제1NOx 센서(32), 온도 센서(36) 및 제2NOx 센서(38)를 포함하는 다수의 센서들을 더 포함한다.

제1NOx 센서(32)는 SCR 촉매(40)의 전단 배기 파이프(30)에 장착되어 있으며, SCR 촉매 전단에서 배기 가스에 포함된 질소산화물(NOx)의 농도를 측정한다. 몇몇 실시예에서는, 제1NOx 센서(32)를 사용하는 대신 배기 가스의 유량, 엔진의 가동 히스토리, SCR 촉매(40)의 온도, 환원제 분사량 및/또는 SCR 촉매(40)에 흡장된 환원제의 양을 기초로 SCR 촉매(40) 전단에서 배기 가스에 포함된 질소산화물을 예측할 수도 있다.

온도 센서(36)는 SCR 촉매(40)의 전단 배기 파이프(30) 또는 SCR 촉매(40) 내에 장착되어 있으며, SCR 촉매(40)의 전단에서 배기 가스의 온도 또는 SCR 촉매(40) 내부의 배기 가스의 온도를 측정한다. 설명의 편의를 위하여, 본 명세서 및 청구항에서는 사용된 SCR 촉매(40)의 온도는 SCR 촉매(40)의 전단에서 배기 가스의 온도 또는 SCR 촉매(40) 내부의 배기 가스의 온도를 나타내는 것으로 한다.

제2NOx 센서(38)는 SCR 촉매(40)의 후단 배기 파이프(30)에 장착되어 있으며, SCR 촉매(40) 후단에서 배기 가스에 포함된 질소산화물의 농도를 측정한다.

상기 배기 장치는 제어기(50)를 더 포함한다. 상기 제어기(50)는 상기 제1, 2NOx 센서(32, 38) 및 온도 센서(36)에서 측정된 값을 기초로 인젝터 및 분사모듈(34)의 작동을 제어한다.

상기 제어기(50)는 흡기 파이프(10)를 지나가는 공기의 유량을 기초로 배기 유량을 계산할 수 있다.

상기 제어기(50)는 SCR 촉매(40)의 반응을 예측하기 위한 SCR 촉매(40)의 반응 모델(60)을 더 포함한다. 상기 반응 모델(60)은 m개의 파라미터들에 의하여 정의된다. 여기서, m은 자연수이다. 예를 들어, 상기 파라미터들은 질소산화물 정화 속도에 관련된 파라미터, 암모니아 산화 속도에 관련된 파라미터, 암모니아 흡장량에 관련된 파라미터 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 반응 모델(60)은 적어도 SCR 촉매(40) 후단에서 배기 가스에 포함된 질소산화물의 농도를 예측하고, 필요 환원제 분사량(즉, 필요 요소 분사량)을 계산할 수 있다. 상기 예측된 질소산화물의 농도를 상기 제2NOx 센서(38)에서 측정된 질소산화물의 농도와 비교함으로써 오차를 계산할 수 있다. 또한, 상기 반응 모델(60)은 n개의 입력 변수를 가진다. 여기서, n은 m보다 작은 자연수이다. 상기 입력 변수는 배기 유량, SCR 촉매(40)의 전단에서 배기 가스에 포함된 질소산화물의 농도, 환원제 분사량, 그리고 SCR 촉매(40)의 온도를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

상기 제어기(50)는 상기 오차를 이용하여 상기 파라미터들을 보정하기 위한 보정 로직(70)을 더 포함한다. 상기 보정 로직(70)은 적어도 하나 이상의 보정 함수(f1, f2, ..., fl)를 포함할 수 있다. 상기 보정 로직(70)은 상기 입력 변수들과 상기 오차를 이용하여 보정 계수를 계산한다. 상기 제어기(50)는 상기 보정 계수에 따라 파라미터들을 보정한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기 장치에서 제어기의 입력 및 출력의 관계를 도시한 블록도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 입력 변수 검출기(1)에서 검출된 입력 변수들은 상기 제어기(50)에 전달되고, 상기 제어기(50)는 상기 입력 변수들을 기초로 분사 모듈(34)을 제어한다. 상기 입력 변수 검출기(1)는 흡기 유량 센서(12), 제1NOx 센서(32), 온도 센서(36), 그리고 제2NOx 센서(38)를 포함한다.

흡기 유량 센서(12)는 흡기 파이프(10)를 지나가는 공기의 유량을 측정하고, 이에 대한 신호를 상기 제어기(50)에 전달한다. 상기 제어기(50)는 상기 공기 유량을 기초로 배기 유량을 계산할 수 있다.

제1NOx 센서(32)는 SCR 촉매(40) 전단에서 배기 가스에 포함된 질소산화물의 농도를 측정하고, 이에 대한 신호를 상기 제어기(50)에 전달한다.

온도 센서(36)는 SCR 촉매(40)의 온도를 측정하고 이에 대한 신호를 상기 제어기(50)에 전달한다.

제2NOx 센서(38)는 SCR 촉매(40) 후단에서 배기 가스에 포함된 질소산화물의 농도를 측정하고, 이에 대한 신호를 상기 제어기(50)에 전달한다.

제어기(50)는 배기 유량, SCR 촉매(40) 전단에서 배기 가스에 포함된 질소산화물의 농도, 환원제 분사량 및 SCR 촉매(40)의 온도를 상기 반응 모델(60)에 대입하여 필요 환원제 분사량을 계산하고, 상기 필요 환원제 분사량에 따라 분사 모듈(34)을 제어한다.

상기 제어기(50)는 배기 유량, SCR 촉매(40) 전단에서 배기 가스에 포함된 질소산화물의 농도, 환원제 분사량 및 SCR 촉매(40)의 온도를 상기 반응 모델(60)에 대입하여 SCR 촉매(40) 후단에서 배기 가스에 포함된 질소산화물의 농도를 예측한다. 또한, 제어기(50)는 상기 예측된 질소산화물의 농도는 제2NOx 센서(38)에서 검출된 질소산화물의 농도 사이의 오차를 계산한다.

더 나아가, 제어기(50)는 상기 오차, 배기 유량, SCR 촉매(40) 전단에서 배기 가스에 포함된 질소산화물의 농도 및 SCR 촉매(40)의 온도를 상기 보정 로직(70)에 대입하여 상기 파라미터들을 보정하기 위한 보정 계수를 계산하고, 상기 보정 계수에 따라 상기 파라미터들을 보정한다.

상기 제어기(50)는 설정된 프로그램에 의해 동작하는 하나 이상의 프로세서로 구현될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 본 발명의 실시예에 따른 선택적 환원 촉매의 반응 모델을 위한 보정 로직을 결정하는 방법 및 선택적 환원 촉매의 반응 모델의 파라미터를 보정하는 방법의 각 단계를 수행하도록 프로그래밍된 것일 수 있다.

한편, 상기 제어기(50)는 메모리를 구비할 수 있다. 상기 메모리에는 상기 반응 모델(60)과 보정 로직(70)이 저장될 수 있다. 또한, 상기 메모리는 비휘발성 메모리일 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 선택적 환원 촉매의 반응 모델을 위한 보정 로직을 결정하는 방법을 설명하기 위한 블록도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 선택적 환원 촉매의 반응 모델을 위한 보정 로직을 결정하는 방법의 흐름도이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 선택적 환원 촉매의 반응 모델을 위한 보정 로직을 결정하는 방법은 메모리에 저장된 반응 모델(60)을 소환함으로써 시작된다.

반응 모델(60)이 소환되면, 제어기(50)는 특정 입력 변수들(환원제 분사량, SCR 촉매(40)의 온도, 배기유량, 그리고 SCR 촉매(40) 전단에서 배기 가스에 포함된 질소산화물의 농도)을 상기 반응 모델(60)에 대입하여 SCR 촉매(40) 후단에서 배기 가스에 포함된 질소산화물의 농도를 예측한다. 또한, 제어기(50)는 상기 예측된 질소산화물의 농도와 제2NOx 센서(38)에서 측정된 SCR 촉매(40) 후단에서 배기 가스에 포함된 질소산화물의 농도 사이의 오차가 기준 오차가 되도록 상기 입력 변수들을 조정한다(S120). 상기 조정된 입력 변수들은 x1*환원제 분사량, x2*SCR 촉매(40)의 온도, x3*배기유량, 그리고 x4*SCR 촉매(40) 전단에서 배기 가스에 포함된 질소산화물의 농도이다.

그 후, 제어기(50)는 조정된 입력 변수 하에서 상기 예측된 질소산화물의 농도와 측정된 질소산화물의 농도 사이의 오차가 최소화되도록 하는 보정 계수를 결정한다(S130). S120 단계 및 S130 단계를 통해 반응 모델(60)의 민감도를 고려하여 보정 계수를 결정하게 된다.

제어기(50)는 상기 특정 입력 변수들을 변화시킨 후, 상기 S120 단계와 S130 단계를 수행한다. 상기 S120 단계와 S130 단계를 충분한 횟수만큼 반복하여 제어기(50)는 입력 변수들에 따른 보정 로직(70)을 결정하게 된다(S140).

S110 단계 내지 S140 단계를 통해 결정된 보정 로직(70)은 적어도 하나 이상의 보정 함수들(f1, f2, ..., fl)을 포함하고 있으며, 각 보정 함수들은 하나의 입력 변수에 대한 함수인 것이 밝혀 졌다. 특히, 반응 모델(60)을 위한 보정 로직(70)은 배기 유량에 대한 함수(f_유량), SCR 촉매(40) 전단에서 배기 가스에 포함된 질소산화물의 농도에 대한 함수(f_농도), 그리고 SCR 촉매(40)의 온도에 대한 함수(f_온도)를 포함할 수 있다. 또한, 보정 계수(f)는 적어도 하나 이상의 보정 함수들의 곱으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 보정 계수(f)는 다음의 식에 의하여 정의될 수 있다.

f = f_유량 * f_농도 * f_온도

이하, 도 5를 참조로, 선택적 환원 촉매의 반응 모델의 파라미터를 보정하는 방법을 자세히 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 선택적 환원 촉매의 반응 모델의 파라미터를 보정하는 방법의 흐름도이다.

여기서, 보정 로직(70)에 포함된 적어도 하나 이상의 보정 함수들은 이미 결정되어 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 선택적 환원 촉매의 반응 모델의 파라미터를 보정하는 방법은 입력 변수를 검출함으로써 시작된다(S210). 상기 입력 변수는 배기 유량, SCR 촉매(40)의 전단에서 배기 가스에 포함된 질소산화물의 농도, 환원제 분사량, 그리고 SCR 촉매(40)의 온도를 포함할 수 있다.

입력 변수가 검출되면, 제어기(50)는 보정 필요 조건을 만족하는지 판단한다(S220). 상기 보정 필요 조건은 현재 입력 변수 하에서 예측된 질소산화물의 농도와 제2NOx 센서(38)에서 측정된 질소산화물의 농도 사이의 오차가 설정값보다 큰 경우 만족되는 것으로 할 수 있다. 상기 설정값은 당업자가 적당하다고 생각하는 값으로 설정할 수 있다.

S220 단계에서 보정 필요 조건이 만족되지 않으면, 상기 방법은 S210 단계로 돌아간다.

S220 단계에서 보정 필요 조건이 만족되면, 제어기(50)는 보정 가능 조건을 만족하는지 판단한다(S230). 상기 보정 가능 조건은 현재의 SCR 촉매(40)의 온도가 설정 온도 범위 내이고 현재의 배기 유량이 설정 배기 유량 범위 내인 경우 만족되는 것으로 할 수 있다. 예를 들어, SCR 촉매(40)의 온도가 너무 낮거나 배기 유량이 너무 적으면, 반응 모델(60)을 통하여 예측된 질소산화물의 농도는 의미 없는 값일 수 있다. 상기 의미 없는 값을 기초로 파라미터의 보정을 수행하면, 보정의 신뢰성이 낮아지고 필요 없는 보정을 반복할 수 있다. 따라서, 반응 모델(60)을 통하여 예측된 SCR 촉매(40)의 반응이 SCR 촉매(40)에서의 실제로 일어나는 반응을 예측할 수 있는 영역에서만 보정을 수행한다.

S230 단계에서 보정 가능 조건을 만족하지 않으면, 상기 방법은 S210 단계로 돌아간다.

S230 단계에서 보정 가능 조건을 만족하면, 제어기(50)는 보정 로직(70)에 현재 입력 변수들을 대입하여 보정 계수를 계산한다(S240).

그 후, 제어기(50)는 보정 계수에 따라 파라미터들을 보정한다(S250). 예를 들어, 각 파라미터의 보정은 다음의 식에 의하여 수행될 수 있다.

P1 = P0 * (1 + Ec/Eref * f)

여기서, P1은 보정 후 파라미터이며, P0는 보정 전 파라미터이고, Ec는 현재 오차이며, Eref는 기준 오차이고, f는 보정계수이다.

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.

Claims

선택적 환원(Selective Catalytic Reduction; SCR) 촉매의 반응 모델을 위한 보정 로직을 결정하는 방법에 있어서,
상기 SCR 촉매의 반응 모델은 m개의 파라미터들에 의하여 정의되고, m보다 작은 n개의 입력 변수를 가지며, 상기 SCR 촉매의 반응 모델은 적어도 SCR 촉매 후단의 질소산화물의 농도를 예측할 수 있도록 되어 있으며,
상기 방법은
특정 입력 변수 하에서 상기 예측된 질소산화물의 농도와 측정된 질소산화물의 농도 사이의 오차가 기준 오차가 되도록 상기 입력 변수를 조정하는 단계;
상기 조정된 입력 변수 하에서 상기 예측된 질소산화물의 농도와 측정된 질소산화물의 농도 사이의 오차가 최소화되도록 하는 보정 계수를 결정하는 단계; 그리고
상기 입력 변수를 변화시킨 후, 상기 입력 변수를 조정하는 단계 및 보정 계수를 결정하는 단계를 반복하는 단계;
를 포함하는 선택적 환원 촉매의 반응 모델을 위한 보정 로직을 결정하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 보정 로직은 적어도 하나 이상의 보정 함수를 포함하며, 상기 각 보정 함수는 하나의 입력 변수에 대한 함수인 것을 특징으로 하는 선택적 환원 촉매의 반응 모델을 위한 보정 로직을 결정하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 입력 변수는 배기 유량, SCR 촉매 전단의 질소산화물 농도, 환원제 분사량 및 SCR 촉매의 온도를 포함하는 선택적 환원 촉매의 반응 모델을 위한 보정 로직을 결정하는 방법.
제3항에 있어서,
상기 보정 로직은 배기 유량에 대한 함수, SCR 촉매 전단의 질소산화물 농도에 대한 함수 그리고 SCR 촉매의 온도에 대한 함수를 포함하는 선택적 환원 촉매의 반응 모델을 위한 보정 로직을 결정하는 방법.
제4항에 있어서,
상기 보정 로직은 배기 유량에 대한 함수, SCR 촉매 전단의 질소산화물 농도에 대한 함수 그리고 SCR 촉매의 온도에 대한 함수의 곱으로 정의되는 것을 특징으로 하는 선택적 환원 촉매의 반응 모델을 위한 보정 로직을 결정하는 방법.
선택적 환원 촉매의 반응 모델의 파라미터를 보정하는 방법에 있어서,
상기 SCR 촉매의 반응 모델은 m개의 파라미터들에 의하여 정의되고, m보다 작은 n개의 입력 변수를 가지며, 상기 SCR 촉매의 반응 모델은 적어도 SCR 촉매 후단의 질소산화물의 농도를 예측할 수 있도록 되어 있으며,
상기 파라미터들을 보정하기 위한 보정 로직은 적어도 하나 이상의 보정 함수를 포함하고, 상기 각 보정 함수는 하나의 입력 변수에 대한 함수이며, 상기 보정 로직은 상기 적어도 하나 이상의 보정 함수의 곱으로 정의되고,
상기 방법은
상기 보정 로직에 현재 입력 변수들을 대입하여 보정 계수를 계산하는 단계; 그리고
상기 보정 계수에 따라 파라미터들을 보정하는 단계;
를 포함하는 선택적 환원 촉매의 반응 모델의 파라미터를 보정하는 방법.
제6항에 있어서,
상기 입력 변수는 배기 유량, SCR 촉매 전단의 질소산화물 농도, 환원제 분사량 및 SCR 촉매의 온도를 포함하는 선택적 환원 촉매의 반응 모델의 파라미터를 보정하는 방법.
제7항에 있어서,
상기 보정 로직은 배기 유량에 대한 함수, SCR 촉매 전단의 질소산화물 농도에 대한 함수 그리고 SCR 촉매의 온도에 대한 함수를 포함하는 선택적 환원 촉매의 반응 모델의 파라미터를 보정하는 방법.
제6항에 있어서,
상기 보정 계수를 계산하는 단계는 보정 필요 조건과 보정 가능 조건을 모두 만족하는 경우 수행되는 것을 특징으로 하는 선택적 환원 촉매의 반응 모델의 파라미터를 보정하는 방법.
제9항에 있어서,
상기 보정 필요 조건은 현재 입력 변수 하에서 예측된 질소산화물의 농도와 측정된 질소산화물의 농도 사이의 오차가 설정값보다 큰 경우 만족되는 것을 특징으로 하는 선택적 환원 촉매의 반응 모델의 파라미터를 보정하는 방법.
제9항에 있어서,
상기 보정 가능 조건은 현재의 촉매 온도가 설정 온도 범위 내이고 현재의 배기 유량이 설정 배기 유량 범위 내인 경우 만족되는 것을 특징으로 하는 선택적 환원 촉매의 반응 모델의 파라미터를 보정하는 방법.
제6항에 있어서,
보정 후 파라미터(P1)는 P1 = P0 * (1 + Ec/Eref * f)의 식에 의하여 계산되는 것을 특징으로 하는 선택적 환원 촉매의 반응 모델의 파라미터를 보정하는 방법.
(여기서, P0는 보정 전 파라미터이고, Ec는 현재 오차이며, Eref는 기준 오차이고, f는 보정계수임.)
연료와 공기의 연소 과정에서 배기 가스를 발생시키는 엔진;
상기 엔진에 연결되어 공기를 엔진에 공급하는 흡기 파이프;
상기 엔진에 연결되어 있으며, 상기 배기 가스가 흘러가는 배기 파이프;
상기 배기 파이프에 장착되어 있으며, 환원제를 이용하여 배기 가스에 포함된 질소산화물을 환원시키는 선택적 환원 촉매;
상기 엔진과 선택적 환원 촉매 사이의 배기 파이프에 장착되어 있으며, 상기 환원제를 분사하는 환원제 공급 장치;
n개의 입력 변수들을 검출하는 입력 변수 검출기; 그리고
상기 SCR 촉매의 반응을 예측하기 위한 SCR 촉매의 반응 모델을 포함하고, 상기 입력 변수들을 상기 SCR 촉매의 반응 모델에 대입하여 필요 환원제 분사량을 계산하며, 상기 필요 환원제 분사량에 따라 환원제 공급 장치를 제어하는 제어기;
를 포함하며,
상기 SCR 촉매의 반응 모델은 m개의 파라미터들에 의하여 정의되고, 적어도 SCR 촉매 후단의 질소산화물의 농도를 예측할 수 있도록 되어 있으며,
상기 제어기는 예측된 질소산화물의 농도와 측정된 질소산화물의 농도 사이의 오차를 이용하여 상기 파라미터들을 보정하기 위한 보정 로직을 더 포함하는 배기 장치.
제13항에 있어서,
상기 보정 로직은 특정 입력 변수 하에서 오차가 기준 오차가 되도록 상기 입력 변수를 조정하고, 상기 조정된 입력 변수 하에서 오차가 최소화되도록 하는 보정 계수를 결정하며, 상기 입력 변수를 변화시킨 후, 상기 입력 변수의 조정과 보정 계수의 결정을 반복하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 배기 장치.
제13항에 있어서,
상기 보정 로직은 적어도 하나 이상의 보정 함수를 포함하며, 상기 각 보정 함수는 하나의 입력 변수에 대한 함수인 것을 특징으로 하는 배기 장치.
제13항에 있어서,
상기 입력 변수는 배기 유량, SCR 촉매 전단의 질소산화물 농도, 환원제 분사량 및 SCR 촉매의 온도를 포함하는 배기 장치.
제16항에 있어서,
상기 보정 로직은 배기 유량에 대한 함수, SCR 촉매 전단의 질소산화물 농도에 대한 함수 그리고 SCR 촉매의 온도에 대한 함수를 포함하는 배기 장치.
제17항에 있어서,
상기 보정 로직은 배기 유량에 대한 함수, SCR 촉매 전단의 질소산화물 농도에 대한 함수 그리고 SCR 촉매의 온도에 대한 함수의 곱으로 정의되는 것을 특징으로 하는 배기 장치.
제13항에 있어서,
상기 제어기는 상기 보정 로직에 현재 입력 변수들을 대입하여 보정 계수를 계산하고, 상기 보정 계수에 따라 파라미터들을 보정하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 배기 장치.
제19항에 있어서,
보정 후 파라미터(P1)는 P1 = P0 * (1 + Ec/Eref * f)의 식에 의하여 계산되는 것을 특징으로 하는 배기 장치.
(여기서, P0는 보정 전 파라미터이고, Ec는 현재 오차이며, Eref는 기준 오차이고, f는 보정계수임.)