KR20160066817A - Scr 시스템의 고장진단방법 및 고장진단장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 SCR 시스템의 고장진단방법 및 고장진단장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 SCR 시스템의 고장진단방법은 린 녹스트랩의 작동상태 또는 우레아탱크의 상태 중 어느 하나 이상을 감지하는 감지단계(S100); 상기 감지단계(S100)에서 감지된 린-녹스트랩 또는 우레아탱크의 상태가 SCR 시스템의 정화효율 모니터링을 차단하기 위한 조건을 충족하는지 여부를 판단하는 판단단계(S200); 및 상기 판단단계(S200)에서 린 녹스트랩 또는 우레아탱크의 상태가 SCR 시스템의 정화효율 모니터링을 차단하기 위한 조건을 충족한다고 판단된 경우에는 SCR 시스템의 정화효율 모니터링을 차단하는 차단단계(S300);를 포함한다. 본 발명에 따르면, 린 녹스트랩의 상태가 재생(DeNOx)상태인 경우, 우레아탱크의 상태가 결빙(Frozen)상태인 경우 및 우레아탱크의 상태가 공동(Cavity)발생상태인 경우의 SCR 정화효율 진단을 차단하여 SCR 시스템의 고장 오감지를 방지할 수 있다.

Description

SCR 시스템의 고장진단방법 및 고장진단장치{A FAULT DIAGNOSIS METHOD OF SCR SYSTEM AND AN APPARATUS THEREOF}
본 발명은 SCR 시스템의 고장진단방법 및 고장진단장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 린-녹스트랩 및 SCR 복합 후처리 시스템에서 린-녹스트랩과 우레아탱크의 상태를 반영한 SCR 시스템의 고장진단방법 및 고장진단장치에 관한 것이다.
가솔린이나 디젤과 같은 화석연료를 사용하는 내연기관 자동차의 경우에는 배기가스에 의한 환경오염이 심각하다는 문제가 있다. 특히 버스나 트럭과 같은 디젤 자동차의 경우에는 매연과 질소 산화물(NOx) 그리고 매연을 포함한 미세먼지의 배출이 심각한 문제로 인식되고 있으며, 각 국에서는 이와 같은 디젤 차량의 배기가스 문제를 해결하기 위하여 관련 규정을 마련하여 배기가스의 방출을 엄격하게 규제하고 있는 실정이다.
일반적으로, 디젤 엔진의 배기 시스템은 배기 가스 중에 함유된 공해 물질인 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 입자상 물질(Particulate Matter), 질소산화물(NOx) 등을 감소시키기 위해 DOC(Diesel Oxidation Catalyst), DPF((Diesel Particulate matter Filter), 및 SCR(Selective Catalyst Reduction), LNT(Lean NOx Trap) 등과 같은 배기가스 후처리장치를 구비하고 있다.
이 중에서, SCR을 적용한 배기가스 후처리장치(이하, 'SCR 시스템'이라고 한다)는 배기관의 내부로 우레아(Urea)와 같은 환원제를 분사하여 배기 가스 중의 질소산화물을 질소와 산소로 환원시키는 기능을 하게 된다. 즉, 상기 SCR 시스템은 배기관의 내부로 환원제가 분사되면, 그 환원제가 배기가스의 열에 의해 암모니아(NH3)로 전환되고, SCR 촉매에 의한 배기가스 중의 질소산화물과 암모니아의 촉매 반응으로서 질소산화물을 질소 가스(N2)와 물(H2O)로 환원시킬 수 있다.
최근 강화되는 NOx 배기 규제에 대응하기 위하여 디젤 차량 신기술로서 '린 녹스트랩(Lean NOx Trap, LNT)과 SCR(Selective Catalyst Reduction)이 직렬로 장착된 복합 후처리 시스템'이 등장하고 있다(도 4 참조). 이러한 린 녹스트랩 및 SCR 복합 후처리 시스템에서 린 녹스트랩의 재생(DeNOx) 중에는 후분사 연료량이 증가하여 배출가스의 공연비가 낮아진다. SCR의 전단 및 후단에 배치되어 NOx의 질량을 측정하는 NOx 센서는 그 특성상 낮은 공연비 조건에서 측정오차가 급격하게 증가하므로, 이 구간에서의 측정값은 신뢰할 수 없다. 그러나 종래기술에서는 SCR 정화효율 모니터링 진입시 린 녹스트랩의 재생(DeNOx) 상태 여부를 고려하는 기능이 없으므로 배출가스가 농후한 구간(Fuel- Rich Status)에서 SCR 시스템의 정화효율의 오감지가 일어날 수 있다.
또한, 우레아탱크(Urea Tank)가 결빙(Frozen)상태인 경우 또는 공동(Cavity)발생상태인 경우에는 우레아(Urea)의 공급이 원활하지 않으므로 SCR 시스템의 정화효율이 감소한다. 그러나, 종래기술에서는 SCR 정화효율 모니터링 진입시 우레아탱크(Urea Tank)가 결빙(Frozen)상태 또는 공동(Cavity)발생상태 여부를 고려하는 기능이 없으므로, 이에 따라 SCR 시스템의 정화효율이 감소한 경우에도 SCR 촉매의 열화 또는 우레아 공급라인의 고장으로 오감지할 수 있다.
공개특허공보 제10-2009-0125898(2009.12.08)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 린-녹스트랩 및 SCR 복합 후처리 시스템에서 린 녹스트랩과 우레아탱크의 상태를 SCR 시스템의 정화효율 모니터링 차단조건에 반영한 SCR 시스템의 고장진단방법 및 고장진단장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 SCR 시스템의 고장진단방법은 린 녹스트랩의 작동상태 또는 우레아탱크의 상태 중 어느 하나 이상을 감지하는 감지단계(S100); 상기 감지단계(S100)에서 감지된 린-녹스트랩 또는 우레아탱크의 상태가 SCR 시스템의 정화효율 모니터링을 차단하기 위한 조건을 충족하는지 여부를 판단하는 판단단계(S200); 및 상기 판단단계(S200)에서 린 녹스트랩 또는 우레아탱크의 상태가 SCR 시스템의 정화효율 모니터링을 차단하기 위한 조건을 충족한다고 판단된 경우에는 SCR 시스템의 정화효율 모니터링을 차단하는 차단단계(S300);를 포함한다.
상기 SCR 시스템의 고장진단방법은 상기 판단단계(S200)에서 린 녹스트랩 또는 우레아탱크의 상태가 SCR 시스템의 정화효율 모니터링을 차단하기 위한 조건을 충족하지 않는다고 판단된 경우에는 SCR 시스템의 정화효율 모니터링을 수행하는 수행단계(S400)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 판단단계(S200)는 상기 감지단계(S100)에서 감지된 상기 린 녹스트랩의 상태가 재생(DeNOx)상태인지 여부를 판단하는 제 1 판단단계(S210)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 판단단계(S200)는 상기 감지단계(S100)에서 감지된 상기 우레아탱크의 상태가 결빙(Frozen)상태인지 여부를 판단하는 제 2 판단단계(S220)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 판단단계(S200)는 상기 감지단계(S100)에서 감지된 상기 우레아탱크의 상태가 공동(Cavity)발생상태인지 여부를 판단하는 제 3 판단단계(S230)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 판단단계(S200)는 제 1 판단단계(S210), 제 2 판단단계(S220) 및 제 3 판단단계(S230)의 SCR 시스템의 정화효율 모니터링을 차단하기 위한 조건을 충족하는지 여부를 각각 판단한 후, 상기 제 1 판단단계(S210), 상기 제 2 판단단계(S220) 또는 상기 제 3 판단단계(S230)의 조건을 개별적인 비트 포지션(Bit Position)에 각각 할당하여, 상기 제 1 판단단계(S210), 상기 제 2 판단단계(S220) 또는 상기 제 3 판단단계(S230)의 조건 중 어느 하나 이상의 조건을 사용할지 여부를 비트 마스크(Bit Mask)를 통해 결정하는 조건선택단계(S240)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 SCR 시스템의 고장진단장치는 린 녹스트랩의 상태 또는 우레아탱크의 상태 중 어느 하나 이상을 감지하는 감지부(100); SCR 전단 및 SCR 후단에 배치되어, 상기 SCR 전단 및 상기 SCR 후단의 NOx의 질량을 측정하는 NOx 센서(200); 및 상기 감지부(100)에서 감지한 정보에 따라 SCR 시스템의 정화효율 모니터링의 차단여부를 판단하고, 상기 NOx 센서에서 측정된 상기 SCR 전단 및 상기 SCR 후단의 NOx의 질량에 따른 SCR 시스템의 정화효율 모니터링을 수행하는 ECU(300);를 포함한다.
상기 감지부(100)는 린 녹스트랩의 상태가 재생(DeNOx)상태인지 여부를 감지하는 린 녹스트랩 상태 감지부(110); 우레아탱크의 상태가 결빙(Frozen)상태인지 여부를 감지하는 우레아탱크 결빙상태 감지부(120); 및 우레아탱크의 상태가 공동(Cavity)발생 상태인지 여부를 감지하는 우레아탱크 공동발생상태 감지부(130);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따르면, 린 녹스트랩의 상태가 재생(DeNOx)상태인 경우, 우레아탱크의 상태가 결빙(Frozen)상태인 경우 및 우레아탱크의 상태가 공동(Cavity)발생상태인 경우의 SCR 정화효율 진단을 차단하여 SCR 시스템의 고장 오감지를 방지할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 SCR 시스템의 고장진단방법의 순서도.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 SCR 시스템의 고장진단장치의 블록도.
도 4는 LNT-SCR 복합 후처리 시스템의 개략도.
본 명세서 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 SCR 시스템의 고장진단방법의 순서도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면 본 발명의 일 실시 예에 따른 SCR 시스템의 고장진단방법은 감지단계(S100), 판단단계(S200), 차단단계(S300) 및 수행단계(S400)를 포함한다.
감지단계(S100)는 린 녹스트랩의 작동상태 또는 우레아탱크의 상태 중 어느 하나 이상을 감지하는 단계이다. 상기 감지단계(S100)에서는 린 녹스트랩의 작동상태가 재생(DeNOx)상태인지 여부, 우레아탱크의 상태가 결빙(Frozen)상태인지 여부 및 우레아탱크의 상태가 공동(Cavity)발생상태인지 여부를 감지한다. 린 녹스트랩의 상태가 재생(DeNOx)상태인지 여부, 우레아탱크의 상태가 결빙(Frozen)상태인지 여부 및 우레아탱크의 상태가 공동(Cavity)발생상태인지 여부는 종래의 상태 감지 로직을 사용할 수 있다.
판단단계(S200)는 상기 감지단계(S100)에서 감지된 린-녹스트랩 또는 우레아탱크의 상태가 SCR 시스템의 정화효율 모니터링을 차단하기 위한 조건을 충족하는지 여부를 판단하는 단계이다. 상기 판단단계(S200)는 제 1 판단단계(S210), 제 2 판단단계(S220) 및 제 3 판단단계(S230)를 포함한다.
제 1 판단단계(S210)는 상기 감지단계(S100)에서 감지된 상기 린 녹스트랩의 상태가 재생(DeNOx)상태인지 여부를 판단하는 단계이다. 제 2 판단단계(S220)는 상기 감지단계(S100)에서 감지된 상기 우레아탱크의 상태가 결빙(Frozen)상태인지 여부를 판단하는 단계이다. 제 3 판단단계(S230)는 상기 감지단계(S100)에서 감지된 상기 우레아탱크의 상태가 공동(Cavity)발생상태인지 여부를 판단하는 단계이다.
또한, 상기 판단단계(S200)는 조건선택단계(S240)를 포함할 수 있다. 상기 조건선택단계(S240)는 제 1 판단단계(S210), 제 2 판단단계(S220) 및 제 3 판단단계(S230)의 SCR 시스템의 정화효율 모니터링을 차단하기 위한 조건을 충족하는지 여부를 각각 판단한다. 이후, 상기 제 1 판단단계(S210), 상기 제 2 판단단계(S220) 또는 상기 제 3 판단단계(S230)의 조건을 개별적인 비트 포지션(Bit Position)에 각각 할당하여, 상기 제 1 판단단계(S210), 상기 제 2 판단단계(S220) 또는 상기 제 3 판단단계(S230)의 조건 중 어느 하나 이상의 조건을 사용할지 여부를 비트 마스크(Bit Mask)를 통해 결정한다.
예를 들어, 린 녹스트랩의 상태가 재생(DeNOx)상태이나 우레아탱크의 상태가 결빙(Frozen)상태 및 공동(Cavity)발생상태가 아닌 경우를 가정할 때, 상기 조건선택단계(S240)에서 비트 마스크(Bit Mask)를 통해 제 1 판단단계(S210) 및 제 2 판단단계(S220)의 조건을 사용하는 것으로 결정하면, SCR 시스템의 정화효율 모니터링의 오감지를 방지하기 위해 SCR 시스템의 정화효율 모니터링을 차단하는 것이다.
차단단계(S300)는 상기 판단단계(S200)에서 린-녹스트랩 또는 우레아탱크의 상태가 SCR 시스템의 정화효율 모니터링을 차단하기 위한 조건을 충족한다고 판단된 경우에는 SCR 시스템의 정화효율 모니터링을 차단하는 단계이다. 린-녹스트랩 및 우레아탱크의 상태를 고려하여, SCR 시스템의 정화효율 모니터링의 오감지 우려가 있는 경우에는 SCR 시스템의 정화효율 모니터링을 차단하는 것이다. 이에 따라 SCR 시스템의 정화효율 모니터링의 오감지를 방지함으로써, 보다 강건한 SCR 시스템의 정화효율 모니터링을 수행할 수 있다.
수행단계(S400)는 상기 판단단계(S200)에서 린 녹스트랩 또는 우레아탱크의 상태가 SCR 시스템의 정화효율 모니터링을 차단하기 위한 조건을 충족하지 않는다고 판단된 경우에는 SCR 시스템의 정화효율 모니터링을 수행하는 단계이다. SCR 시스템의 정화효율(
Figure pat00001
)은 하기의 수식에 의해 계산된다.
Figure pat00002
(여기서,
Figure pat00003
은 기 설정된 시간 동안 SCR 전단의 NOx 질량의 적산값이고,
Figure pat00004
은 기 설정된 시간 동안 SCR 후단의 NOx 질량의 적산값임.)
즉, SCR 시스템의 정화효율(
Figure pat00005
)은 SCR 전단 및 후단에 배치된 NOx 센서에서
Figure pat00006
,
Figure pat00007
값을 측정하고, 기 설정된 시간 동안의 SCR 전단 및 후단의 NOx 질량의 적산값의 차를 SCR 전단의 NOx 질량의 적산값으로 나누어 계산하는 것이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 SCR 시스템의 고장진단장치의 블록도이다. 도 3을 참조하면 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 SCR 시스템의 고장진단장치는 감지부(100), NOx 센서(200) 및 ECU(300)를 포함한다.
감지부(100)는 린 녹스트랩의 상태 또는 우레아탱크의 상태 중 어느 하나 이상을 감지한다. 상기 감지부(100)는 린 녹스트랩 상태 감지부(110), 우레아탱크 결빙상태 감지부(120) 및 우레아탱크 공동발생상태 감지부(130)를 포함한다. 린 녹스트랩 상태 감지부(110)는 린 녹스트랩의 상태가 재생(DeNOx)상태인지 여부를 감지하고, 우레아탱크 결빙상태 감지부(120)는 우레아탱크의 상태가 결빙(Frozen)상태인지 여부를 감지하며, 우레아탱크 공동발생상태 감지부(130)는 우레아탱크의 상태가 공동(Cavity)발생 상태인지 여부를 감지한다.
NOx 센서(200)는 SCR 전단 및 SCR 후단에 배치되어, 상기 SCR 전단 및 상기 SCR 후단의 NOx의 질량을 측정하는 역할을 한다.
ECU(300)는 상기 감지부(100)에서 감지한 정보에 따라 SCR 시스템의 정화효율 모니터링의 차단여부를 판단한다. 또한, 상기 ECU(300)는 상기 NOx 센서(200)에서 측정된 기 설정된 시간 동안 SCR 전단의 NOx 질량의 적산값 및 기 설정된 시간 동안 SCR 후단의 NOx 질량의 적산값에 따른 SCR 시스템의 정화효율 모니터링을 수행한다.
앞서 살펴본 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하 '당업자'라 한다)가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하는 바람직한 실시 예일 뿐, 전술한 실시 예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니므로 이로 인해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 당업자에게 있어 명백할 것이며, 당업자에 의해 용이하게 변경 가능한 부분도 본 발명의 권리범위에 포함됨은 자명하다.
100 감지부
110 린 녹스트랩 상태감지부
120 우레아탱크 결빙상태 감지부
130 우레아탱크 공동발생상태 감지부
200 NOx 센서
300 ECU

Claims (7)

  1. 린 녹스트랩의 작동상태 또는 우레아탱크의 상태 중 어느 하나 이상을 감지하는 감지단계(S100);
    상기 감지단계(S100)에서 감지된 린-녹스트랩 또는 우레아탱크의 상태가 SCR 시스템의 정화효율 모니터링을 차단하기 위한 조건을 충족하는지 여부를 판단하는 판단단계(S200); 및
    상기 판단단계(S200)에서 린 녹스트랩 또는 우레아탱크의 상태가 SCR 시스템의 정화효율 모니터링을 차단하기 위한 조건을 충족한다고 판단된 경우에는 SCR 시스템의 정화효율 모니터링을 차단하는 차단단계(S300);
    를 포함하는 SCR 시스템의 고장진단방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 판단단계(S200)에서 린 녹스트랩 또는 우레아탱크의 상태가 SCR 시스템의 정화효율 모니터링을 차단하기 위한 조건을 충족하지 않는다고 판단된 경우에는 SCR 시스템의 정화효율 모니터링을 수행하는 수행단계(S400)를 포함하는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템의 고장진단방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 판단단계(S200)는 상기 감지단계(S100)에서 감지된 상기 린 녹스트랩의 상태가 재생(DeNOx)상태인지 여부를 판단하는 제 1 판단단계(S210)를 포함하는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템의 고장진단방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 판단단계(S200)는 상기 감지단계(S100)에서 감지된 상기 우레아탱크의 상태가 결빙(Frozen)상태인지 여부를 판단하는 제 2 판단단계(S220)를 포함하는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템의 고장진단방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 판단단계(S200)는 상기 감지단계(S100)에서 감지된 상기 우레아탱크의 상태가 공동(Cavity)발생상태인지 여부를 판단하는 제 3 판단단계(S230)를 포함하는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템의 고장진단방법.
  6. 린 녹스트랩의 상태 또는 우레아탱크의 상태 중 어느 하나 이상을 감지하는 감지부(100);
    SCR 전단 및 SCR 후단에 배치되어, 상기 SCR 전단 및 상기 SCR 후단의 NOx의 질량을 측정하는 NOx 센서(200); 및
    상기 감지부(100)에서 감지한 정보에 따라 SCR 시스템의 정화효율 모니터링의 차단여부를 판단하고, 상기 NOx 센서에서 측정된 상기 SCR 전단 및 상기 SCR 후단의 NOx의 질량에 따른 SCR 시스템의 정화효율 모니터링을 수행하는 ECU(300);
    를 포함하는 SCR 시스템의 고장진단장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 감지부(100)는 린 녹스트랩의 상태가 재생(DeNOx)상태인지 여부를 감지하는 린 녹스트랩 상태 감지부(110);
    우레아탱크의 상태가 결빙(Frozen)상태인지 여부를 감지하는 우레아탱크 결빙상태 감지부(120); 및
    우레아탱크의 상태가 공동(Cavity)발생 상태인지 여부를 감지하는 우레아탱크 공동발생상태 감지부(130);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 SCR 시스템의 고장진단장치.
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