KR20180068062A - 배기가스 후처리 장치의 제어 방법 - Google Patents

배기가스 후처리 장치의 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 LNT(Lean NOx Trap)에 장착된 배기가스 후처리 장치에서 EGR장치의 파울링(fouling)을 방지하기 위해 재생 후 EGR 바이패스를 지연되도록 하여 정화효율이 향상되도록 한 배기가스 후처리 장치의 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 배기가스 후처리 장치의 제어 방법은, 엔진(10)으로부터 배기가스가 배출되는 배기관에 상기 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)를 정화하는 LNT(30)를 포함하는 배기가스 후처리 장치를 제어하는 방법에 있어서, 상기 엔진(10)의 현재 상태를 제어부(50)에서 입력받는 엔진 운전 상태 입력 단계(S110)와, 상기 제어부(50)에서 상기 LNT(30)의 재생이 완료된 시점으로부터 EGR 쿨러(20)로 상기 배기가스가 유동이 재개되는 시간인 EGR 지연시간을 계산하는 EGR 지연 시간 계산 단계(S120)와, 상기 LNT(30)의 재생이 종료되면, 상기 EGR 지연시간이 경과한 후에, 상기 배기가스가 상기 EGR 쿨러(20)로 유동하도록 상기 배기관으로부터 상기 EGR 쿨러(20)를 거쳐 상기 엔진(10)으로 연결되는 EGR 라인에 설치된 바이패스밸브(40)를 개방시키는 EGR 지연 제어 단계(S130)를 포함한다.

Description

배기가스 후처리 장치의 제어 방법{METHOD FOR CONTOLLING OF EXHAUST GAS AFTERTREATMENT DEVICE}
본 발명은 차량의 배기가스를 정화시키는 배기가스 후처리 장치를 제어하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 LNT(Lean NOx Trap)에 장착된 배기가스 후처리 장치에서 EGR장치의 파울링(fouling)을 방지하기 위해 재생 후 EGR 바이패스를 지연되도록 하여 정화효율이 향상되도록 한 배기가스 후처리 장치의 제어 방법에 관한 것이다.
차량의 배기가스에는 각종 유해물질이 포함되고, 이러한 유해물질은 법규에 의해 배출량이 제한되고 있다.
상기 유해물질은 엔진의 연소과정에서도 저감되도록 하고 있지만, 이를 통하여 배기가스 규제 조건을 만족하지 못하므로, 각종 후처리 장치를 통하여 저감되도록 하고 있다.
상기 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)를 저감하기 위한 후처리장치의 일례로서, 도 1에 도시된 바와 같은 LNT(Lean NOx Trap)가 있다. 상기 LNT는 일반적인 주행조건에서는 엔진(10)에서 배출된 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)를 내부의 촉매에 흡장하여, 차량에서 배출되는 배기가스에서 질소산화물이 저감되도록 한다.
한편, 상기 LNT(30)는 주기적으로 재생되어, 상기 LNT(30)의 내부에 흡장된 질소산화물을 질소(N2)로 환원시켜 배출되도록 하여, 상기 LNT(30)에서 지속적으로 질소산화물을 흡장하여 상기 LNT(30)의 정화성능을 유지하도록 한다.
상기 LNT(30)의 재생시에는 일반적인 주행과 달리 고유량의 탄화수소(HC; hydrocarbon)와 스모크가 상기 엔진(10)에서 배출된다. 상기 탄화수소와 상기 스모크는 EGR 쿨러(20)로 유입되면, 상기 EGR 쿨러(20)내에서 파울링(fouling)을 유발하므로, 상기 LNT(30)의 재생시에는 상기 EGR 쿨러(20)의 전단에 설치된 바이패스밸브(40)가 폐쇄되어 상기 EGR 쿨러(20)로 배기가스가 유동하지 않도록 한다.
하지만, 상기 LNT(30)의 재생이 종료됨과 동시에 상기 바이패스밸브(40)가 개방되어 배기가스가 재순환되는 바, 상기 엔진(10)과 상기 바이패스밸브(40) 사이에서 잔존하는 배기가스가 상기 EGR 쿨러(20)로 유입되는 바, 차량의 주행거리가 증가함에 따라 상기 EGR 쿨러(20)의 파울링을 유발할 수 있다.
상기 탄화수소 또는 상기 스모크가 상기 EGR 쿨러 내에 퇴적되는 파울링이 발생하면, 상기 EGR 쿨러(20)가 막히게 되므로, 상기 EGR 쿨러(20)의 차압이 증가하고, 이에 따라 EGR 가스량의 줄어 상기 엔진(10)에서 배출되는 질소산화물이 증가하여, 배기가스 기준을 충족하지 못하는 문제점이 있다.
한편, 하기의 선행기술문헌에는 '배기 가스 정화 장치 및 이를 제어하는 방법'에 관한 기술이 개시되어 있다.
KR 10-2013-0028329 A
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, LNT가 장착된 엔진에서 상기 LNT의 재생완료시, 탄화수소(HC)와 스모크를 다량 함유한 상태로 배기관에 잔존하는 배기가스가 EGR 쿨러로 유동하지 않고 외부로 배출되도록 한 배기가스 후처리 장치의 제어 방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배기가스 후처리 장치의 제어 방법은, 엔진으로부터 배기가스가 배출되는 배기관에 상기 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)를 정화하는 LNT를 포함하는 배기가스 후처리 장치를 제어하는 방법에 있어서, 상기 엔진의 현재 상태를 제어부에서 입력받는 엔진 운전 상태 입력 단계와, 상기 제어부에서 상기 LNT의 재생이 완료된 시점으로부터 EGR 쿨러로 상기 배기가스가 유동이 재개되는 시간인 EGR 지연시간을 계산하는 EGR 지연 시간 계산 단계와, 상기 LNT의 재생이 종료되면, 상기 EGR 지연시간이 경과한 후에, 상기 배기가스가 상기 EGR 쿨러로 유동하도록 상기 배기관으로부터 상기 EGR 쿨러를 거쳐 상기 엔진으로 연결되는 EGR 라인에 설치된 바이패스밸브를 개방시키는 EGR 지연 제어 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 엔진 운전 상태 입력 단계에서는 상기 엔진의 회전수, 상기 엔진에서 분사되는 연료량, 상기 EGR 쿨러를 통하여 상기 엔진으로 재순환되는 EGR 가스의 유량이 상기 제어부로 입력되는 것을 특징으로 한다.
상기 엔진의 회전수가 증가할수록 상기 EGR 지연 시간은 짧게 설정되는 것을 특징으로 한다.
상기 엔진에서 분사되는 연료량이 증가할수록 상기 EGR 지연 시간은 짧게 설정되는 것을 특징으로 한다.
상기 EGR 가스의 유량이 증가할수록 상기 EGR 지연 시간은 짧게 설정되는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부는 ECU(electronic control unit)인 것을 특징으로 한다.
상기 EGR 지연 시간은 0초 초과 5초 이내로 설정되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 배기가스 후처리 장치의 제어 방법에 따르면, LNT의 재생직후 배기관에 잔존하는 배기가스가 EGR 쿨러로 유동하지 않게 되므로, 탄화수수와 스모크가 다량 함유된 배기가스 EGR 쿨러로 유동하여 상기 EGR 쿨러의 파울링을 방지할 수 있다.
상기 탄화수소와 스모크가 상기 EGR 쿨러에 퇴적되지 않게 되므로, 차량의 주행거리가 증가하더라도 EGR 장치가 일정한 성능을 유지할 수 있고, 이에 따라 상기 엔진으로부터 배출되는 질소산화물의 양이 증가하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 상기 엔진에서 질소산화물의 배출 증가가 억제되므로, 상기 LNT의 재생횟수가 줄어 차량의 연비와 주행성능이 향상된다.
도 1은 LNT가 적용된 배기가스 후처리 시스템을 도시한 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 배기가스 후처리 장치의 제어 방법을 도시한 순서도.
도 3은 본 발명에 따른 배기가스 후처리 장치의 제어 방법에 따른 시간대별 배기가스의 유해물질 농도 및 바이패스 밸브 작동 선도를 도시한 그래프.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 배기가스 후처리 장치의 제어 방법에 대하여 자세히 설명하기로 한다.
우선, 본 발명에 따른 배기가스 후처리 장치의 정화효율 개선 방법을 수행하기 위한 배기가스 후처리 장치를 도 1을 이용하여 설명하면 다음과 같다.
엔진(10)은 연소에 의해 발생한 배기가스가 배출되는 배기관에 연결되고, 상기 배기관에는 상기 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)를 저감하기 위한 LNT(Lean NOx Trap, 30)이 설치된다.
상기 LNT(30)는 상기 엔진(10)에서 배출되는 배기가스에 포함된 질소산화물을 내부의 촉매에 흡장하였다가 상기 LNT(30)를 주기적으로 재생시켜 상기 LNT(30)에 흡장된 질소산화물(NOx)을 무해한 질소(N2)로 환원한 후 외부로 배출시킨다. 특히, 상기 LNT(30)는 디젤엔진에 적용될 수 있다.
상기 배기관은 상기 배기관을 유동중인 배기가스의 일부를 상기 엔진(10)으로 재순환시키는 EGR 라인이 형성되고, 상기 EGR 라인상에 EGR 가스를 냉각시키는 EGR 쿨러(20)가 설치된다. 상기 배기관과 상기 EGR 라인이 연결되는 부위 또는 상기 EGR 쿨러(20)의 상류에는 상기 EGR 쿨러(20)로 배기가스가 유동되는 것을 개폐하는 바이패스밸브(40)가 설치된다. 상기 EGR 라인에는 상기 EGR 가스의 유량을 제어하는 EGR 밸브(21)가 설치될 수 있다.
상기 LNT(30)의 재생시(DeNOx)에는 고유량의 탄화수소와 스모크가 상기 EGR 쿨러(20)로 유동하는 것을 차단하도록 상기 바이패스밸브(40)는 폐쇄되고, 상기 LNT(30)의 재생이 완료되면 상기 바이패스밸브(40)가 개방되어 다시 상기 EGR 쿨러(20)로 EGR 가스가 유동하도록 한다.
이때, ECU(50)는 상기 LNT(30)의 재생완료시점과 상기 EGR 쿨러(20)로 EGR 가스의 유동이 재개되는 시점에 EGR 지연 시간을 두어, 상기 EGR 가스의 유동 재개 시점이 지연되도록 한다.
상기 ECU(50)는 후술되는 로직을 수행하면서, 상기 LNT(30)의 재생완료시, 일정시간이 지연된 다음 상기 EGR 쿨러(20)로 EGR 가스의 유동이 재개되도록 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배기가스 후처리 장치의 제어 방법은, 엔진(10)의 현재 상태를 제어부(50)에서 입력받는 엔진 운전 상태 입력 단계(S110)와, 상기 제어부(50)에서 상기 LNT(30)의 재생이 완료된 시점으로부터 EGR 쿨러(20)로 상기 배기가스가 유동이 재개되는 시간인 EGR 지연시간을 계산하는 EGR 지연 시간 계산 단계(S120)와, 상기 LNT(30)의 재생이 종료되면, 상기 EGR 지연시간이 경과한 후에, 상기 배기가스가 상기 EGR 쿨러(20)로 유동하도록 상기 배기관으로부터 상기 EGR 쿨러(20)를 거쳐 상기 엔진(10)으로 연결되는 EGR 라인에 설치된 바이패스밸브(40)를 개방시키는 EGR 지연 제어 단계(S130)를 포함한다.
엔진 운전 상태 입력 단계(S110)는 엔진(10)의 현재상태를 제어부(50)에서 입력받는 단계이다.
상기 엔진(10)의 운전 상태에서 따라 배기가스의 유동 속도가 달라지게 되므로, 상기 제어부(50), 즉 ECU(electronic control unit)은 상기 엔진(10)의 현재 상태를 입력받는다.
상기 엔진 운전 상태 입력 단계(S110)에서는 상기 엔진(10)의 회전수(rpm), 상기 엔진(10)에서 분사되는 연료량, EGR 쿨러(20)를 통하여 상기 엔진으로 재순환되는 EGR 가스의 유량 등을 비롯하여, 상기 엔진(10)의 운전 모드와 각종 상태가 입력된다.
특히, 상기 엔진 운전 상태 입력 단계(S110)에서 상기 제어부(50)로 입력되는 요소는 상기 엔진(10)에서 배출되는 배기가스의 유량 또는 유속에 관련되거나 상기 EGR 쿨러(20)를 순환하는 EGR 가스 유량 또는 유속에 관련된 정보가 입력된다.
EGR 지연 시간 계산 단계(S120)에서는 상기 LNT(30)의 재생이 완료된 시점으로부터 상기 EGR 쿨러(20)로 상기 배기가스의 유동이 재개되는 시간인 EGR 지연 시간을 계산한다.
상기 제어부(50)는 상기 LNT(30)의 재생이 완료되더라도, 상기 엔진(10)과 상기 바이패스밸브(40) 사이에 잔존하는 배기가스가 상기 EGR 쿨러(20)로 유동하지 않고, 모두 상기 LNT(30)를 통하여 배출되도록 상기 EGR 쿨러(20)로 배기가스가 유동이 재개되는 것을 지연시킨다.
즉, 상기 EGR 지연 시간 계산 단계(S120)에서는 상기 LNT(30)의 재생이 완료된 시점과 상기 EGR 쿨러(20)로 배기가스의 유동이 재개되는 시점과의 차이인 EGR 지연 시간을 계산한다.
상기 LNT(30)의 재생 직후, 상기 EGR 쿨러(20)로 EGR 가스가 유동하도록 상기 바이패스밸브(40)가 개방되면, 상기 엔진(10)과 상기 바이패스밸브(40) 사이에 잔존하는 배기가스가 상기 EGR 쿨러(20)로 유동할 수 있다. 상기 LNT(30) 재생 직후에 상기 엔진(10)과 상기 바이패스밸브(40) 사이에 잔존하는 배기가스는 다량의 탄화수소(HC)와 스모크를 함유하고 있으므로, 상기 LNT(30)의 재생 직후, 상기 EGR 쿨러(20)로 배기가스가 유동되면, 상기 탄화수소(HC)와 상기 스모크가 상기 EGR 쿨러(20)로 유동하여 상기 EGR 쿨러(20)의 내부에 퇴적되어 파울링(fouling)을 일으킨다. 이를 방지하기 위해서, 상기 LNT(30)의 재생시점으로부터 상기 EGR 지연 시간만큼 지연된 후, 상기 EGR 쿨러(20)로 EGR 가스가 유동되도록 함으로써, 상기 EGR 쿨러(20)의 파울링을 방지할 수 있다.
상기 제어부(50)가 상기 EGR 지연 시간을 계산함에 있어서, 배기가스의 유량이나 유속이 증가할수록 상기 EGR 지연 시간은 짧게 계산되고, 상기 배기가스의 유량이나 유속이 감소할수록 상기 EGR 지연 시간은 길게 계산된다. 이는 상기 배기가스의 유량이나 유속이 증가할수록 상기 배기관에서 머무는 시간이 줄어 상기 LNT(30)를 통과하여 외부로 배출되기 때문이다.
이때, 상기 제어부(50)는 상기 엔진(10)의 회전수가 증가할수록, 상기 EGR 지연 시간은 짧게 계산한다. 상기 엔진(10)의 회전수가 증가할수록, 상기 엔진(10)으로부터 배출되는 배기가스의 유량, 유속이 증가하므로, 상기 EGR 지연 시간은 짧게 계산된다.
또한, 상기 엔진(10)으로 분사되는 연료의 양이 증가할수록 상기 EGR 지연 시간은 짧게 계산된다. 연료의 양이 증가할수록 상기 엔진(10)은 고부하에서 작동하게되어 배출되는 배기가스의 유량, 유속이 증가하기 때문에, 상기 EGR 지연 시간은 짧게 계산된다.
아울러, 상기 EGR 가스의 유량이 증가할수록 상기 EGR 지연 시간은 짧게 설정된다. 배기유량이 동일하면, 상기 EGR 가스 유량이 증가할수록 배기와 흡기 차압이 증가하고 이에 따라 EGR 가스 유속이 빨라지게 되므로, 상기 EGR 지연 시간은 짧게 계산된다.
여기서, 상기 EGR 지연 시간은 0초 초과 5초 이내로 설정될 수 있다.
EGR 지연 제어 단계(S130)는, 상기 LNT(30)의 재생이 종료되면, 상기 EGR 지연시간이 경과한 후에, 상기 배기가스가 상기 EGR 쿨러(20)로 유동하도록 상기 바이패스밸브(40)를 개방시키는 단계이다.
상기 EGR 지연 제어 단계(S130)에서는 상기 LNT(30)의 재생이 완료된 시간으로부터 상기 EGR 지연 시간 계산 단계(S120)에 계산된 EGR 지연 시간이 경과하면, 상기 바이패스밸브(40)를 개방시켜 상기 EGR 쿨러(20)로 배기가스의 일부가 다시 유동하도록 한다.
상기 EGR 지연 시간이 지난 후에 상기 배기가스가 상기 EGR 쿨러(20)로 유동하므로, 상기 EGR 지연 시간 동인 상기 배기관에 잔존하고 있던 다량의 탄화수소(HC)와 스모크를 포함한 배기가스가 상기 LNT(30)를 통과하여 외부로 모두 배출된다.
그 이후에, 일상적인 주행 조건에서의 배기가스가 배출되므로, 이중 일부를 상기 EGR 쿨러(20)로 유동하도록 하므로, 상기 EGR 쿨러(20)의 파울링이 방지된다.
본 발명에 따른 배기가스 후처리 장치의 정화효율 개선 방법에서는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 LNT(30)의 재생이 개시되면, 동시에 상기 바이패스밸브(40)가 폐쇄되어 배기가스가 EGR 쿨러(20)로 유동하는 것을 차단한다.
이후, 상기 LNT(30)의 재생이 완료되더라도, 상기 바이패스밸브(40)는 상기 EGR 지연 시간 만큼 더 폐쇄된 상태를 유지한 후, 다시 개방된다.
10 : 엔진
20 : EGR 쿨러
21 : EGR 밸브
30 : LNT
40 : 바이패스밸브
50 : 제어부
S110 : 엔진 운전 상태 입력 단계
S120 : EGR 지연 시간 계산 단계
S130 : EGR 지연 제어 단계

Claims (7)

  1. 엔진으로부터 배기가스가 배출되는 배기관에 상기 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)를 정화하는 LNT를 포함하는 배기가스 후처리 장치를 제어하는 방법에 있어서,
    상기 엔진의 현재 상태를 제어부에서 입력받는 엔진 운전 상태 입력 단계와,
    상기 제어부에서 상기 LNT의 재생이 완료된 시점으로부터 EGR 쿨러로 상기 배기가스가 유동이 재개되는 시간인 EGR 지연시간을 계산하는 EGR 지연 시간 계산 단계와,
    상기 LNT의 재생이 종료되면, 상기 EGR 지연시간이 경과한 후에, 상기 배기가스가 상기 EGR 쿨러로 유동하도록 상기 배기관으로부터 상기 EGR 쿨러를 거쳐 상기 엔진으로 연결되는 EGR 라인에 설치된 바이패스밸브를 개방시키는 EGR 지연 제어 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 장치의 정화효율 개선 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 엔진 운전 상태 입력 단계에서는 상기 엔진의 회전수, 상기 엔진에서 분사되는 연료량, 상기 EGR 쿨러를 통하여 상기 엔진으로 재순환되는 EGR 가스의 유량이 상기 제어부로 입력되는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 장치의 정화효율 개선 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 엔진의 회전수가 증가할수록 상기 EGR 지연 시간은 짧게 설정되는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 장치의 정화효율 개선 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 엔진에서 분사되는 연료량이 증가할수록 상기 EGR 지연 시간은 짧게 설정되는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 장치의 정화효율 개선 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 EGR 가스의 유량이 증가할수록 상기 EGR 지연 시간은 짧게 설정되는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 장치의 정화효율 개선 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 ECU(electronic control unit)인 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 장치의 정화효율 개선 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 EGR 지연 시간은 0초 초과 5초 이내로 설정되는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 장치의 정화효율 개선 방법.
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