KR20160097615A

KR20160097615A - 도징모듈 제어 방법

Info

Publication number: KR20160097615A
Application number: KR1020150019507A
Authority: KR
Inventors: 김종균; 윤현중; 최영경; 양대원
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2015-02-09
Filing date: 2015-02-09
Publication date: 2016-08-18

Abstract

본 발명은 배기파이프에 장착된 도징모듈의 열해를 방지하는 도징모듈 제어 방법에 관한 것으로, 엔진의 회전이 멈추는 단계와, 도징모듈 내부에 우레아가 저장되도록 도징모듈의 작동이 멈추는 비작동 단계 및, 도징모듈에 저장된 우레아가 배기파이프를 향해 분사되도록 도징모듈이 작동되는 작동 단계를 포함하며, 미리 정해진 임계조건이 충족될 때까지, 비작동 단계와 작동 단계가 반복됨으로써, 엔진 정지 후, 배기시스템에 잔존하는 열에 의한 도징모듈의 손상이 방지되는 효과가 있는 도징모듈 제어 방법에 관한 것이다.

Description

도징모듈 제어 방법{Control method for dosing module}

본 발명은 도징모듈 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, NOx를 저감하기 위하여 배기파이프에 구비된 도징모듈이 엔진 정지 후, 임계조건이 충족될 때까지 반복하여 도징모듈에 저장된 우레아를 배기파이프 내부에 분사함으로써, 도징모듈의 열해를 최소화하는 도징모듈 제어 방법에 관한 것이다.

디젤 엔진이 적용되는 차량은 북미디젤 TIER2/BIN5 규제나 유로 6의 배기가스 규제에 따라 배기가스에 포함된 NOx(질소산화물), CO(일산화탄소), THC(탄화수소), 그을음(SOOT), 입자상 물질(PM; PATICULATE MATTERS) 등의 유해물질을 제거시키기 위한 다양한 형태의 후처리 장치가 장착된다.

후처리 장치로는 엔진과 근접하게 배치되어 NMHC(NON-METHANE HYDROCARBONS; 비 메탄 탄화수소) 변환기능을 실행하는 DOC(DIESEL OXIDATION CATALYST; 디젤 산화 촉매기), 입자상 물질을 포집하는 DPF(DISEL PARTICULATE FILTER; 배기가스 후처리장치), 환원작용을 통해 NOx를 정화하는 SCR촉매(선택적 환원 촉매; SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION)가 포함된다.

SCR촉매는 NOx를 정화하기 위한 환원제로 암모니아(NH3)를 사용하며, NOx에 대한 선택도가 매우 우수할 뿐만 아니라 산소가 존재하는 경우에도 NOx와 암모니아 사이의 반응이 촉진되는 장점이 있다. 암모니아(NH3)와 NOx의 환원반응은 아래 화학식 1과 같다.

[화학식 1]

2NH₃ + 2O₂ -> N₂0 + 3H₂0

4NH₃ + 30₂ -> 2N₂ + 6H₂O

4NH3 + 5O2 -> 4NO + 6H2O

SCR촉매의 NOx 정화성능을 일정수준 이상으로 유지하기 위해 SCR촉매의 전단부에 배치되는 도징모듈(DOSING MODULE)을 통해 액상의 우레아(요소; UREA)를 배기가스에 분사하고, 분사된 우레아의 증발 및 분해에 따라 생성되는 암모니아를 취득하여 SCR촉매의 내부에 암모니아의 저장량을 유지시킨다.

도징모듈은, 배기파이프에 장착되어 엔진으로부터 배출되는 배기가스에 함유된 NOx를 저감하기 위한 요소수를 배기파이프 내부를 향해 분사하는 장치이다. 적절한 요소수 분사는 NOx를 저감하여 배기규제를 만족시킬 수 있으나, 도징모듈에 열해 또는 볼밸브, 밸브 시트의 마모로 인해 우레아 분사량이 일정하지 못할 경우, 배출가스의 NOx가 증가 된다.

도징모듈의 열해를 최소화하기 위하여, 엔진 정지 후, 도징모듈 내부에 우레아를 일정시간 수용하는 템프웨잇(TEMP WAIT; 임시 대기) 기능을 적용하여, 도징모듈 주요 부분의 급격한 온도 상승을 방지할 수 있다.

도 1에는 종래 워터템프 기능이 적용된 도징모듈의 요부 단면도가 도시되었다. 도 1에 도시된 바와 같이, 볼밸브(1) 및 볼 시트(2)가 접촉됨으로써 노즐(3)을 통해 우레아(4)가 배출되지 않게 된다. 도징모듈에 수용된 상대적으로 비열이 높은 우레아(4)가 도징모듈에 가해지는 열을 흡열함으로써, 도징모듈의 온도가 급격히 상승되는 것이 방지된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 엔진 회전(D)이 정지된 후에, 템프웨잇 기능이 가동된다. 템프웨잇 기능이 가동됨으로써, 엔진 회전(D) 정지 후에 도징모듈에 구비된 노즐의 온도(A)가 급격히 상승되는 것이 방지된다.

그러나, 급격히 온도가 하락하는 배기파이프에 존재하던 열(C)이, 템프웨잇 기능 가동 후의 도징모듈에 구비된 노즐로 이동됨으로써 노즐의 온도(A)는 급격히 상승하게 된다. 이는, 엔진 회전(D)이 정지됨에 따라 냉각시스템이 비작동되고, 도징모듈에 내장된 냉각수의 열이 외부로 배출되는 것이 차단되기 때문이다. 이에 따라서, 노즐(3)에 묻혔던 우레아가 증발하게 되고, 노즐(3)이 막혀 우레아 분사 기능이 저하된다(도 3 참조).

이와 다르게, 도징모듈 외의 주변 온도가 일정 수준으로 낮아질 때까지 도징모듈 내부에 우레아를 수용하면, 도징모듈에 수용된 우레아의 온도 상승을 유발시키고, 우레아가 강알카리성을 띠게 되므로, 도징모듈에 구비된 볼밸브, 밸브 시트를 부식시킬 가능성이 높다.

대한민국 등록특허공보 제10-0993364호(2010.11.03.)

이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명의 목적은, 템프웨잇 기능에 일정 시간 간격으로 미량의 요소수를 분사하는 기능을 추가하여 도징모듈 내부의 우레아 교체로 도징모듈의 열해를 방지하고, 궁극적으로 종래에 비하여 도징모듈 내구성을 더 향상시킬 수 있는 도징모듈 제어 방법을 제공하는 것이다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예의 도징모듈 제어 방법은, 배기파이프에 장착된 도징모듈의 열해를 방지하는 도징모듈 제어 방법에 있어서, 엔진의 회전이 멈추는 엔진 정지 단계와, 도징모듈 내부에 우레아가 저장되도록 도징모듈의 작동이 멈추는 비작동 단계 및, 도징모듈에 저장된 우레아가 배기파이프를 향해 분사되도록 도징모듈이 작동되는 작동 단계를 포함하며, 미리 정해진 임계조건이 충족될 때까지, 비작동 단계와 작동 단계가 반복될 수 있다.

위와 같은 본 발명의 도징모듈 제어 방법에 따르면, 엔진 정지 후, 배기시스템에 잔존하는 열에 의한 도징모듈의 손상이 방지되는 효과가 있다.

또한, 도징모듈의 열해가 최소화되므로, 도징모듈의 내구성이 향상된다.

또한, 도징모듈의 내구성이 향상되므로, 도징모듈 노후에 따른 우레아 분사량 편차 발생이 최대한 늦춰지며, 발생되는 편차량이 최소화되는 효과가 있다.

또한, 도징모듈의 노후가 종래에 비하여 늦춰지므로, 장기간 동안 NOx 배출량을 규제 수준 미만으로 유지할 수 있다.

또한, 도징모듈의 노후가 종래에 비하여 늦춰지므로, 도징모듈 교체 주기가 길어지며, 궁극적으로 차량의 상품성이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 종래 워터템프 기능이 적용된 도징모듈의 요부 단면도,
도 2는 종래 워터템프 기능이 적용된 도징모듈의 시간과 온도 그래프,
도 3은 종래 워터템프 기능 적용 후의 노즐의 사시도,
도 4는 본 발명의 일실시예의 도징모듈 제어 방법의 절차도,
도 5는 도 4의 도징모듈 제어 방법에 따른 시동 상태를 나타낸 계단형 그래프 및 도징모듈에 구비된 노즐의 개폐 상태를 나타내는 계단형 그래프,
도 6은 도 4의 도징모듈 제어 방법에 따른 제어 블럭도이다.

본 발명의 일실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 도징모듈 제어 방법은, 배기파이프에 장착된 도징모듈의 열해를 방지하는 도징모듈 제어 방법에 있어서, 엔진의 회전이 멈추는 엔진 정지 단계(S100)와, 도징모듈 내부에 우레아가 저장되도록 도징모듈의 작동이 멈추는 비작동 단계(S200) 및, 도징모듈에 저장된 우레아가 배기파이프를 향해 분사되도록 도징모듈이 작동되는 작동 단계(S300)를 포함하며, 미리 정해진 임계조건이 충족될 때까지, 비작동 단계(S200)와 작동 단계(S100)가 반복되는 것을 특징으로 한다.

또한, 작동 단계(S100)는, 비작동 단계(S200)가 수행된 시점에서 미리 정해진 소정시간이 경과 된 후에 수행된다. 작동 단계(S100)에서는, 우레아가 미리 정해진 시간 동안, 미리 정해진 양만큼 분사된다. 임계조건 충족 시에는 도징모듈에 저장된 모든 우레아가 배출된다.

임계조건은, 기설정된 시간 이상이 경과됨과 동시에, 도징모듈의 온도가 설정온도값과 같거나 작은 경우이다.

본 발명의 일실시예에서는, 시간과 온도 관계를 나타내는 전단온도 맵(200) 상에서, 도징모듈 전단의 온도가 특정온도값이 될 때의 특정시간값 보다 엔진의 회전이 멈춘 후 경과된 경과시간값이 더 큰지를 판단하게 된다.

특정온도값은, 외기온, 도징모듈 내부에 존재하는 냉각수 온도, 배기가스 온도, 도징모듈 전단에 위치된 후처리장치의 온도 등을 감안하여 책정된다. 전단온도 맵(200)은, 엔진의 회전이 멈추기 전 상태에서 엔진의 회전이 멈춘 후 상태 동안에 시간별로 도징모듈 전단의 온도 변화가 미리 측정됨으로써 형성된다.

또한, 본 발명의 일실시예에서는, 도징모듈 전단 또는 도징모듈에 부착된 온도센서(400)에서 측정된 측정온도값이 미리 정해진 설정온도값과 같거나 작은지 판단하게 된다.

본 발명의 일실시예에서는, 도징모듈 일측에 컨트롤유닛(100)이 장착되며, 컨트롤유닛(100)에는 전단온도 맵(200)이 저장되고, 경과 시간을 측정할 수 있는 타이머(300)가 장착된다. 또한, 컨트롤유닛(100)은 온도센서(400)로부터 측정온도값을 지속적으로 수신하게 된다.

위와 같이 구성되는 본 발명의 도징모듈 제어 방법은, 템프웨잇 기능 시작 후, 일정 시간 간격으로 우레아를 미량 분사함으로써, 도징모듈 내부 우레아 온도를 일정하게 유지하게 된다. 이에 따라서, 템프웨잇 기능을 종래에 비하여 장시간 사용할 수 있게 된다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

S100: 엔진 정지 단계 S200: 비작동 단계
S300: 작동 단계
100: 컨트롤유닛 200: 전단온도 맵
300: 타이머 400: 온도센서

Claims

배기가스가 배출되는 배기파이프에 장착되고, 상기 배기파이프로 우레아를 분사하는 도징모듈의 열해를 방지하는 도징모듈 제어 방법에 있어서,
엔진의 회전이 멈추는 엔진 정지 단계;
상기 도징모듈 내부에 상기 우레아가 저장되도록 상기 도징모듈의 작동이 멈추는 비작동 단계; 및
상기 도징모듈에 저장된 상기 우레아가 상기 배기파이프를 향해 분사되도록 상기 도징모듈이 작동되는 작동 단계를 포함하며,
미리 정해진 임계조건이 충족될 때까지, 상기 비작동 단계와 상기 작동 단계가 반복되는 도징모듈 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 작동 단계는,
상기 비작동 단계가 수행된 시점에서 미리 정해진 소정시간이 경과 된 후에 수행되며,
상기 작동 단계에서는,
상기 우레아가 미리 정해진 시간 동안, 미리 정해진 양만큼 분사되는 도징모듈 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 임계조건은,
시간과 상기 도징모듈 전단의 온도 관계를 나타내는 전단온도 맵 상에서,
상기 도징모듈 전단의 온도가 특정온도값이 될 때의 특정시간값 보다
상기 엔진의 회전이 멈춘 후 경과된 경과시간값이 더 큰 경우인 도징모듈 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 임계조건은,
상기 도징모듈 전단 또는 상기 도징모듈에 부착된 온도센서에서 측정된 측정온도값이 미리 정해진 설정온도값과 같거나 작은 경우인 도징모듈 제어 방법.
제1항에 있어서,
상기 임계조건 충족 시,
상기 도징모듈에 저장된 모든 우레아가 배출되는 도징모듈 제어 방법.