KR20180068808A - 배기가스 정화장치 및 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 정화장치 제어방법은, 희박 연소 엔진이 적용되고, 질소산화물 흡장촉매 장치, 입자상물질 제거용 필터, 또는 복합촉매부 및 선택적환원촉매 장치가 장착되는 차량의 배기가스 정화장치 제어방법에 있어서, 차량의 정보가 상기 질소산화물 흡장촉매 장치의 질소산화물 탈착 조건을 만족하는지 판단하는 단계와, 상기 질소산화물 흡장촉매 장치의 질소산화물 탈착 조건을 만족하면, 엔진 농후 연소를 통해 상기 질소산화물 흡장촉매 장치의 질소산화물이 설정된 기준량에 도달할 때까지 질소산화물을 탈착하는 단계와, 상기 질소산화물 흡장촉매 장치의 질소산화물 탈착 종료 후 제1 기간 후에 우레아를 분사하여 질소산화물을 정화하는 단계와, 엔진 농후 연소를 통해 상기 질소산화물 흡장촉매 장치의 탈황을 제공하는 단계, 및 상기 질소산화물 흡장촉매 장치의 탈황 농후 연소 종료 후 제2 기간 후에 우레아를 분사하여 질소산화물을 정화하는 단계를 포함한다.

Description

배기가스 정화장치 및 제어 방법{EXHAUST GAS PURIFICATION SYSTEM AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 발명은 배기가스 정화장치 및 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 질소산화물 흡장촉매 제어시 발생하는 암모니아로 인한 우레아 과분사를 방지하는 배기가스 정화장치 및 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 엔진의 배기가스 정화장치는 배기가스 중에 함유된 공해 물질인 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 입자상물질(Particulate Matter, PM), 질소산화물(NOx) 등을 감소시키기 위해 디젤산화촉매(Diesel Oxidation Catalyst, DOC) 장치, 입자상물질 제거용 필터(Diesel Particulate matter Filter, DPF), 및 선택적환원촉매 (Selective Catalyst Reduction, SCR) 장치 및 질소산화물 흡장촉매(Lean NOx Trap, LNT) 장치 등과 같은 배기가스 후처리 장치를 구비하고 있다.
기존의 배기가스 정화장치는 엔진과, 질소산화물 흡장촉매 장치와, 우레아 인젝터와, 복합촉매부(SCR on DPF; SDPF), 및 선택적환원촉매 장치(SCR)를 포함할 수 있다. 강화된 배기가스 규제 대응을 위해 질소산화물 흡장촉매 장치와 SCR을 동시에 적용하는 경우가 증가하고 있다. 질소산화물 흡장촉매 장치의 정화를 위해 질소산화물 탈착(DeNOx), 탈황(DeSOx) 농후 연소 기간 동안 발생한 암모니아와 열에너지가 복합촉매부(SDPF) 또는 선택적환원촉매(SCR) 장치로 전달된다. 이 때, 질소산화물 센서가 암모니아를 질소산화물로 오인식하여 우레아 공급량을 비정상적으로 증대시켜 선택적환원촉매 장치에서 암모니아 슬립이 발생된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 LNT/SDPF 복합 시스템에서, 질소산화물 흡장촉매와 선택적환원촉매가 가지고 있는 장단점을 상호 보완하여 EU6d/RDE 배출가스 규제 대응에 유리하도록 하기 위해 질소산화물 흡장촉매 장치 제어시 발생하는 암모니아로 인한 우레아 과분사를 방지하고자 하는 배기가스 정화장치 및 제어방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 정화장치는, 엔진의 희박 연소에 의해 발생되는 질소산화물을 흡장하여 저장하고, 환원 작용으로 질소산화물을 질소로 환원시켜 배출하는 질소산화물 흡장촉매(Lean NOx Trap; LNT) 장치와, 상기 질소산화물 흡장촉매 장치 후단에 위치하며, 상기 배기파이프 내부에 우레아 수용액을 분사하는 우레아 인젝터(Urea Injector)와, 상기 우레아 인젝터 후단에 위치하며, 상기 질소산화물 흡장촉매 장치를 통과한 배기가스의 신속한 유동 확산이 가능하도록 구비된 믹서(Mixer)와, 상기 믹서 후단에 위치하며, 선택적환원촉매(SCR)가 고기공 입자상물질 제거용 필터에 코팅된 복합촉매부(SCR on DPF; SDPF), 및 상기 복합촉매부 후단에 위치하며, 상기 입자상물질 제거용 필터를 통과한 배기가스의 질소산화물을 저감시키는 선택적환원촉매(Selective Catalyst Reduction; SCR) 장치를 포함한다.
상기 복합촉매부와 상기 선택적환원촉매 장치 사이에는, 저압 배기가스 재생(Low Pressure-Exhaust Gas Recirculation; LP-EGR) 장치 파이프가 연결될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 정화장치는, 상기 선택적환원촉매 장치 후단에 위치하며, 상기 선택적환원촉매 장치를 통과한 배기가스의 암모니아를 산화시키고 질소산화물을 저감시키는 암모니아산화촉매(Ammonia Oxidation Catalyst; AOC) 장치를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 정화 장치는, 상기 질소산화물 흡장촉매 장치와 상기 복합촉매부를 연결하며, 상기 우레아 인젝터에 의해 환원제가 분사되는 공간을 형성하는 분사 챔버를 더 포함할 수 있다.
상기 질소산화물 흡장촉매 장치와 상기 우레아 인젝터 사이, 그리고 상기 복합촉매부와 상기 선택적환원촉매 장치 사이에 질소산화물 센서가 구비될 수 있다.
상기 질소산화물 흡장촉매 장치, 상기 우레아 인젝터, 상기 믹서, 및 상기 복합촉매부는 차량의 엔진룸에 구비되며, 상기 선택적환원촉매 장치는 차량 하부에 구비될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 정화장치는, 엔진의 희박 연소에 의해 발생되는 질소산화물을 흡장하여 저장하고, 환원 작용으로 질소산화물을 질소로 환원시켜 배출하는 질소산화물 흡장촉매 장치와, 상기 질소산화물 흡장촉매 장치 후단에 위치하며, 배기가스의 입자상 물질을 저감시키는 입자상물질 제거용 필터(Diesel Particulate matter Filter; DPF)와, 상기 입자상물질 제거용 필터 후단에 위치하며, 상기 배기파이프 내부에 우레아 수용액을 분사하는 우레아 인젝터와, 상기 우레아 인젝터 후단에 위치하며, 상기 입자상물질 제거용 필터를 통과한 배기가스의 신속한 유동 확산이 가능하도록 구비된 믹서, 및 상기 믹서 후단에 위치하며, 상기 입자상물질 제거용 필터를 통과한 배기가스의 질소산화물을 저감시키는 선택적환원촉매(Selective Catalytic reducer; SCR) 장치를 포함할 수 있다.
상기 입자상물질 제거용 필터와 상기 우레아 인젝터 사이에는, 저압 배기가스 재생장치 파이프가 연결될 수 있다.
상기 질소산화물 흡장촉매 장치와 상기 입자상물질 제거용 필터 사이, 또는 상기 입자상물질 제거용 필터 후단, 그리고 상기 선택적환원촉매 장치 후단에 질소산화물 센서가 구비될 수 있다.
상기 질소산화물 흡장촉매 장치, 및 상기 입자상물질 제거용 필터는 차량의 엔진룸에 구비되며, 상기 우레아 인젝터, 상기 믹서, 및 상기 선택적환원촉매 장치는 차량 하부에 구비될 수 있다.
상기 선택적환원촉매 장치의 전단 및 후단에는 질소산화물 센서가 구비될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 정화장치 제어방법은, 희박 연소 엔진이 적용되고, 질소산화물 흡장촉매(LNT) 장치, 입자상물질 제거용 필터(DPF), 또는 복합촉매부(SDPF) 및 선택적환원촉매(SCR) 장치가 장착되는 차량의 배기가스 정화장치 제어방법에 있어서, 차량의 정보를 검출하고, 차량의 정보가 상기 질소산화물 흡장촉매 장치의 질소산화물 탈착 조건을 만족하는지 판단하는 단계와, 상기 질소산화물 흡장촉매 장치의 질소산화물 탈착 조건을 만족하면, 엔진 농후 연소를 통해 상기 질소산화물 흡장촉매 장치의 질소산화물이 설정된 기준량에 도달할 때까지 질소산화물을 탈착하는 단계와, 상기 질소산화물 흡장촉매 장치의 질소산화물 탈착 종료 후 제1 기간 후에 우레아를 분사하여 질소산화물을 정화하는 단계와, 엔진 농후 연소를 통해 상기 질소산화물 흡장촉매 장치의 탈황을 제공하는 단계, 및 상기 질소산화물 흡장촉매 장치의 탈황 농후 연소 종료 후 제2 기간 후에 우레아를 분사하여 질소산화물을 정화하는 단계를 포함한다.
상기 제1 기간은 엔진 운전 조건, 상기 질소산화물 흡장촉매 온도, 상기 SDPF 촉매 온도, 상기 엔진 온도, 상기 질소산화물 흡장촉매 장치 후단 질소산화물량, 상기 SDPF의 NH3 흡장량 및 상대 흡장율, 배기가스 유량, 상기 우레아 인젝터 내부 온도 등에 의해 계산될 수 있다.
상기 엔진 운전 조건은 엔진의 농후 연소일 수 있다.
상기 질소산화물 흡장촉매의 질소산화물 탈착 영역은 상기 선택적환원촉매의 온도가 200도 이상 350도 이하일 수 있다.
상기 제2 기간은 엔진 운전 조건, 상기 질소산화물 흡장촉매 온도, 상기 SDPF 촉매 온도, 상기 엔진 온도, 상기 질소산화물 흡장촉매 장치 후단 질소산화물량, 상기 SDPF의 NH3 흡장량 및 상대 흡장율, 배기가스 유량, 상기 우레아 인젝터 내부 온도 등에 의해 계산될 수 있다.
상기 엔진 운전 조건은 엔진의 농후 연소일 수 있다.
상기 질소산화물 흡장촉매의 탈황 영역은 상기 선택적환원촉매의 온도가 500도 이상일 수 있다.
본 발명에 따르면, LNT/SDPF 복합 시스템에서, 질소산화물 흡장촉매 장치 제어시 발생하는 암모니아로 인한 우레아 과분사를 방지할 수 있다.
또한, 우레아 공급량이 비정상적으로 증대하는 것을 방지하여, 선택적환원촉매 장치에서 암모니아 슬립을 억제하고, 안정적인 질소산화물 정화율 확보가 가능하다.
또한, 우레아 탱크 내 우레아 리필(refill) 주기를 증대시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 정화장치를 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배기가스 정화장치를 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
도 3는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배기가스 정화장치를 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배기가스 정화장치를 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 정화장치 제어방법을 나타내는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 질소산화물 탈착시 제1 기간을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈황시 제2 기간을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 일 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예들에서는 일 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며, 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고, 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다. 어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수도 있다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 한 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 여러 실시예에 따른 배기가스 정화 장치에 관하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 정화장치를 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 배기가스 정화장치는, 엔진(10)의 배기가스를 정화시키도록 엔진(10)과 연결되며, 질소산화물 흡장촉매 장치(20, Lean NOx Trap; LNT)와, 우레아 인젝터(30, Lean NOx Trap; LNT)와, 믹서(40, Mixer)와, 복합촉매부(55, SCR on DPF; SDPF), 및 선택적환원촉매 장치(70, Selective Catalyst Reduction; SCR)를 포함한다.
질소산화물 흡장촉매 장치(20)는 엔진(10)의 희박 연소에 의해 발생되는 질소산화물을 흡장하여 저장하고, 환원 작용으로 질소산화물을 질소로 환원시켜 배출한다. 즉, 질소산화물 흡장촉매 장치 (20)의 전단은 엔진(10)으로부터 배출되는 배기가스를 받아들이도록 엔진(10)과 연결된다. 여기서, 구성요소의 전단 및 후단은 배기가스의 흐름을 기준으로 하며, 배기가스가 구성요소의 전단에서 후단으로 흐르는 것으로 정의된다.
우레아 인젝터(30)는 질소산화물 흡장 장치(20)의 후단에 위치하며, 배기파이프(5) 내부에 우레아 수용액을 분사한다. 우레아 인젝터(30)는 우레아를 분사할 수 있으며, 암모니아를 직접 분사할 수도 있다. 또한, 암모니아 외의 다른 환원제가 암모니아와 함께 또는 그 자체로 분사될 수 있다.
믹서(40)는 우레아 인젝터(30) 후단에 위치하며, 질소산화물 흡장촉매 장치(20)를 통과한 배기가스의 신속한 유동 확산이 가능하도록 구비된다.
복합촉매부(55)는 믹서(40) 후단에 위치하며, 선택적환원촉매가 고기공 입자상물질 제거용 필터에 코팅된 형태로, 고온에 노출시, 고온에 의해 선택적환원촉매가 열화될 수 있다.
선택적환원촉매 장치(70)는 복합촉매부(55) 후단에 구비된다. 선택적환원촉매 장치(70)는 환원제(우레아)가 배기가스의 열에 의해 암모니아로 전환되고, 선택적환원촉매에 의한 배기가스 중의 질소산화물과 암모니아의 촉매 반응으로서 질소산화물을 질소가스와 물로 환원시키도록 기능한다.
질소산화물 흡장촉매 장치(20)와 우레아 인젝터(30) 사이, 그리고 복합촉매부(55)와 선택적환원촉매 장치(70) 사이에 질소산화물 센서(72, 74가 구비될 수 있으며, 배기가스가 질소산화물 흡장촉매 장치(20)를 통과한 후, 복합촉매부(55)를 통과한 후의 질소산화물 량을 측정할 수 있다.
한편, 복합촉매부(55)와 선택적환원촉매 장치(70) 사이에는, 저압 배기가스 재생장치 파이프(60)가 연결되어, 복합촉매부(55)를 통과한 배기가스가 배기가스 재생장치를 통하여 엔진(10)으로 재순환될 수 있다. 배기가스 재생장치는 엔진(10)에서 연료의 연소 후 배출되는 배기가스의 일부를 엔진(10)의 흡기장치로 재순환시켜 엔진(10)의 연소실로 다시 유입되게 함으로써, 연료와 공기의 혼합물인 혼합기의 자체 공연비는 변화시키지 않으면서 혼합기의 밀도를 저하시켜 연소 온도를 저하시키게 된다.
즉, 배기가스 재생장치는 엔진(10)의 운전 상태에 따라 질소산화물의 배출 양을 저감시킬 필요가 있을 때에, 배기가스의 일부를 엔진(10)의 흡기계에 공급하여 연소실로 유입시킨다. 체적이 변하지 않는 불활성 가스인 배기가스가 상대적으로 혼합기의 밀도를 저하시켜 연료의 연소시 화염 전파 속도가 저하됨으로써, 연료의 연소 속도가 저하됨과 더불어 연소 온도의 상승도 억제되어 질소산화물의 생성이 억제되게 된다.
한편, 질소산화물 흡장촉매 장치(20), 우레아 인젝터(30), 믹서(40), 및 복합촉매부(55)는 차량의 엔진룸(CC)에 구비될 수 있으며, 선택적환원촉매 장치(70)는 차량 하부(uf)에 구비될 수 있다.
엔진룸(CC)에 우레아 인젝터(30)와 믹서(40)를 구비함으로써 고온에서 우레아 인젝션이 가능하고, 배기가스의 균일한 혼합이 가능하다. 또한, 엔진룸(CC)에서 우레아를 분사하여 차량 하부(uf)의 선택적환원촉매 장치(70)까지 암모니아가 공급되므로, 배기가스의 믹싱에 의해서 암모니아의 유동 균일도가 높고, 차량 하부(uf)에 보다 큰 부피의 선택적환원촉매 장치(70)의 확보가 가능하다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배기가스 정화장치를 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배기가스 정화장치는, 도 1을 참조하여 설명된 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 정화장치에서, 복합촉매부(55) 대신, 입자상물질 제거용 필터(50)가 배치될 수 있다.
입자상물질 제거용 필터(50)는 배기가스에 포함된 입자상물질을 포집하기 위한 촉매 담체가 형성되어 입자상물질을 화학적 변환 과정을 통하여 정화시키게 된다. 즉, 입자상물질 제거용 필터(50)는 디젤엔진(10)의 배기가스 중 입자상물질을 필터를 이용하여 물리적으로 포집하고 일정거리 주행 후 입자상물질의 발화 온도(550도) 이상으로 배기가스 온도를 상승시켜 입자상물질을 연소시켜 공해물질을 줄이는 장치이다.
입자상물질 제거용 필터(50)는 전단과 후단에 압력 센서 또는 온도 센서가 마련될 수 있으며, 센서는 배기가스가 입자상물질 제거용 필터(50)를 통과하기 전, 후 압력과 온도를 센싱해서 전자제어부(Electronic Control Unit; ECU)가 엔진(10) 및 관련 장치를 제어해서 쌓인 입자상물질을 제거할 수 있다.
입자상물질 제거용 필터(50)는 귀금속(백금(Pt), 팔라듐(Pd))을 포함하는 촉매가 코팅된 것일 수 있다. 귀금속을 코팅하지 않아서, 입자상물질 제거용 필터(50)에 유입된 배기가스의 암모니아가 산화되는 것을 방지할 수 있다.
입자상물질 제거용 필터(50) 후단에는 배기파이프(5) 내부에 우레아 수용액을 분사하는 우레아 인젝터(30)가 구비되며, 우레아 인젝터(30) 후단에는 입자상물질 제거용 필터(50)를 통과한 배기가스의 신속한 유동 확산이 가능하도록 믹서(40)가 구비된다.
믹서(40) 후단에는 입자상물질 제거용 필터(50)를 통과한 배기가스의 질소산화물을 저감시키는 선택적환원촉매 장치(70)가 구비된다.
본 실시예에서의 입자상물질 제거용 필터(50)는 귀금속을 포함하지 않는 촉매가 코팅된 것일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 질소산화물 흡장촉매 장치(20)와 입자상물질 제거용 필터(50) 사이, 또는 입자상물질 제거용 필터(50) 후단, 그리고 선택적환원촉매 장치(70) 후단에 구비될 수 있다. 따라서, 배기가스가 질소산화물 흡장촉매 장치(20)와 선택적환원촉매 장치(70)를 통과한 후의 질소산화물 량을 측정할 수 있다.
또한, 입자상물질 제거용 필터(50)와 우레아 인젝터(30) 사이에는 저압 배기가스 재생장치 파이프가 연결될 수 있다.
질소산화물 흡장촉매 장치(20), 및 입자상물질 제거용 필터(50)는 차량의 엔진룸(CC)에 구비되며, 우레아 인젝터(30), 믹서(40), 및 선택적환원촉매 장치(70)는 차량 하부(uf)에 구비될 수 있다.
도 3는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배기가스 정화장치를 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
도 3을 참조하면, 배기가스 정화장치는, 질소산화물 센서(72, 74)의 위치를 제외하고는, 도 2에 도시된 실시예와 동일하다. 도 3에 도시된 실시예에 따른 배기가스 정화장치는 선택적환원 촉매 장치(70) 전단 및 후단에 질소산화물 센서(72, 74)가 구비되어, 배기가스가 선택적환원촉매 장치(70)를 통과하기 전, 후의 질소산화물 량을 측정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배기가스 정화장치를 개략적으로 나타낸 블럭도이다.
도 4를 참조하면, 분사 챔버(35) 및 암모니아산화촉매(80, Ammonia Oxidation Catalyst; AOC) 장치를 더 포함한다는 점을 제외하고는 도 1에 도시된 실시예와 동일하다.
도 4에 도시된 바와 같이, 배기가스 정화장치는 배기파이프(5)의 일부분으로서, 질소산화물 흡장촉매 장치(20)와 복합촉매부(55)를 연결하며, 우레아 인젝터(30)에 의해 환원제가 분사되는 공간을 형성하는 분사 챔버(35)를 더 포함할 수 있다. 분사 챔버(35) 내에 분사된 환원제는 분사 챔버(35) 내에 구비되는 믹서에 의해 균일하게 혼합되며, 배기가스 및 환원제를 분사 챔버(35) 후단에 연결된 복합촉매부(55)에 신속하게 유동 확산시킬 수 있다.
또한, 암모니아산화촉매 장치(80)는 선택적환원촉매 장치(70) 후단에 위치하며, 선택적환원촉매 장치(70)를 통과한 배기가스의 암모니아를 산화시키고 질소산화물을 저감시킬 수 있다.
암모니아산화촉매 장치(80)는 암모니아가 대기중으로 직접 방출되는 것을 방지하는 역할을 수행한다. 이는 높은 선택적환원촉매 효율을 확보하기 위해 환원제가 과다하게 분사되는 경우, 환원제가 반응에 참여하지 못하고 직접 대기중으로 배출되는 암모니아 슬립 현상에 의한 대기오염을 방지하기 위함이다.
암모니아산화촉매는 귀금속이 함침된 구리(Cu) 내포 제올라이트, 또는 귀금속이 함침된 철(Fe) 내포 제올라이트, 또는 귀금속이 함침된 구리, 실리콘(Si) 내포 알루미나 촉매 조성물일 수 있다.
도 1 내지 도 3에서 설명한 실시예에서도, 분사 챔버가우레아 인젝터가 위치한 지점에 설치될 수 있으며, 분사 챔버(35) 내에 분사된 환원제는 분사 챔버(35) 내에 구비되는 믹서에 의해 균일하게 혼합될 수 있다.
마찬가지로, 도 1 내지 도 3에서 설명한 실시예에서도 선택적환원촉매 장치(70) 후단에 암모니아산화촉매 장치(80)를 더 구비할 수 있다.
질소산화물 흡장촉매 장치(20), 우레아 인젝터(30), 믹서(40), 분사챔버(35), 및 복합촉매부(55)는 차량의 엔진룸(CC)에 구비될 수 있으며, 선택적환원촉매 장치(70), 및 암모니아산화촉매(80)는 차량 하부(uf)에 구비될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 정화장치 제어방법을 나타내는 순서도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 질소산화물 탈착시 제1 기간을 나타내는 도면이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 탈황시 제2 기간을 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 희박 연소 엔진이 적용되고, 질소산화물 흡장촉매 장치, 입자상물질 제거용 필터, 또는 복합촉매부 및 선택적환원촉매 장치가 장착되는 차량의 배기가스 정화장치 제어방법으로서, 희박 연소를 제공하는 엔진이 탑재되고, 본 발명이 적용되는 차량이 운행되면 제어부는 차량의 상태정보를 검출하여 차량의 상태 정보가 질소산화물 흡장촉매 장치의 질소산화물 탈착 조건을 만족하는지 판단한다(S401, S402).
그 후, 질소산화물 흡장촉매 장치의 질소산화물 탈착 조건을 만족하면, 엔진 농후 연소를 통해 질소산화물 흡장촉매의 질소산화물이 설정된 기준량에 도달할 때까지 질소산화물을 탈착한다(S403).
제어부는 엔진에 분사되는 연료량 제어나 흡입되는 공기량 조절 혹은 배기 매니폴더 후단의 연료 분사 제어 중 어느 하나 이상을 적용하여 배기가스의 온도 상승을 제어한다.
그 후, 질소산화물 흡장촉매의 질소산화물 탈착 종료 후 제1 기간(A) 후에 우레아를 분사하여 질소산화물을 정화한다(S404). 질소산화물 탈착 종료 후, 일정 기간(A, 제1 기간) 동안 우레아 분사를 중지한다. 우레아 분사 중지는 제1 기간(A) 동안 우레아 분사 제어 시스템을 정지하거나, 제1 기간(A) 동안 질소산화물 센서의 측정값을 0 ppm으로 대체하여 우레아 필요량을 0으로 처리되게 함으로써 이루어질 수 있다.
제1 기간(A)은 엔진 운전 조건, 질소산화물 흡장촉매 온도, SDPF 촉매 온도, 엔진 온도, 질소산화물 흡장촉매 장치 후단 질소산화물량, SDPF의 NH3 흡장량 및 상대 흡장율, 배기가스 유량, 우레아 인젝터 내부 온도 등에 의해 계산될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 질소산화물 탈착 과정의 엔진 운전 조건은 엔진의 농후 연소인 경우이며, 질소산화물 탈착 종료후 정상 농도에 진입한 후, 제1 기간(A) 동안 우레아 분사를 중지한다. 질소산화물 탈착 영역은 선택적환원촉매 장치의 온도가 약 200도 내지 약 350도인 영역일 수 있으며, 질소산화물 흡장촉매 장치에서 발생한 암모니아 중 일부를 흡장하거나 질소산화물을 정화할 수 있다.
그 후, 엔진 농후 연소를 통해 질소산화물 흡장촉매 장치에 탈황을 제공한다(S405). 이 때, 탈황 영역은 선택적환원촉매 장치의 온도가 약 500도 이상인 영역일 수 있으며, 암모니아 흡장 용량이 매우 줄어들어 질소산화물 흡장촉매 장치에서 발생한 암모니아를 흡장하거나 질소산화물을 정화하기 어렵다.
그 후, 질소산화물 흡장촉매의 탈황 농후 연소 종료 후 제2 기간(B) 후에 우레아를 분사하여 질소산화물을 정화한다(S406). 질소산화물 흡장촉매의 탈황 농후 연소 종료 후, 일정 기간(B, 제2 기간) 동안 우레아 분사를 중지한다. 우레아 분사 중지는 제2 기간(B) 동안 우레아 분사 제어 시스템을 정지하거나, 제2 기간(B) 동안 질소산화물 센서의 측정값을 0 ppm으로 대체하여 우레아 필요량을 0으로 처리되게 함으로써 이루어질 수 있다. 또한, 제2 기간(B) 동안 질소산화물 센서의 측정값의 일정 요소(factor)만을 질소산화물 농도로 대체하여 우레아 필요량을 줄여서 분사하도록 할 수 있다.
제2 기간(B)은 엔진 운전 조건, 질소산화물 흡장촉매 온도, SDPF 촉매 온도, 엔진 온도, 질소산화물 흡장촉매 장치 후단 질소산화물량, SDPF의 NH3 흡장량 및 상대 흡장율, 배기가스 유량, 우레아 인젝터 내부 온도 등에 의해 계산될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 질소산화물 흡장촉매의 탈황 과정에서의 엔진 운전 조건은 엔진의 농후 연소인 경우이며, 탈황 종료 후 희박 농도에 진입한 후, 제2 기간(B) 동안 우레아 분사를 중지한다.
이와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 배기가스 정화장치 및 제어방법에 의하여, 질소산화물 흡장촉매 장치 제어시 발생하는 암모니아로 인한 우레아 과분사를 방지할 수 있다.
또한, 우레아 공급량이 비정상적으로 증대하는 것을 방지하여, 선택적환원촉매 장치에서 암모니아 슬립을 억제하고, 안정적인 질소산화물 정화율 확보가 가능하다.
또한, 우레아 탱크 내 우레아 리필(refill) 주기를 증대시킬 수 있다.
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.
5: 배기파이프 10: 엔진
20: 질소산화물 흡장촉매 장치 30: 우레아 인젝터
35: 분사 챔버 40: 믹서
50: 입자상물질 제거용 필터 55: 복합촉매부
60: 저압 배기가스 재생장치 파이프 70: 선택적환원촉매 장치
72, 74: 질소산화물 센서 80: 암모니아산화촉매 장치

Claims (18)

  1. 엔진의 희박 연소에 의해 발생되는 질소산화물을 흡장하여 저장하고, 환원 작용으로 질소산화물을 질소로 환원시켜 배출하는 질소산화물 흡장촉매(Lean NOx Trap; LNT) 장치;
    상기 질소산화물 흡장촉매 장치 후단에 위치하며, 상기 배기파이프 내부에 우레아 수용액을 분사하는 우레아 인젝터(Urea Injector);
    상기 우레아 인젝터 후단에 위치하며, 상기 질소산화물 흡장촉매 장치를 통과한 배기가스의 신속한 유동 확산이 가능하도록 구비된 믹서(Mixer);
    상기 믹서 후단에 위치하며, 선택적환원촉매(SCR)가 고기공 입자상물질 제거용 필터에 코팅된 복합촉매부(SCR on DPF; SDPF); 및
    상기 복합촉매부 후단에 위치하며, 상기 입자상물질 제거용 필터를 통과한 배기가스의 질소산화물을 저감시키는 선택적환원촉매(Selective Catalyst Reduction; SCR) 장치를 포함하는 배기가스 정화장치.
  2. 제 1 항에서,
    상기 복합촉매부와 상기 선택적환원촉매 장치 사이에는,
    저압 배기가스 재생(Low Pressure-Exhaust Gas Recirculation; LP-EGR) 장치 파이프가 연결되는 배기가스 정화장치.
  3. 제 1 항에서,
    상기 선택적환원촉매 장치 후단에 위치하며,
    상기 선택적환원촉매 장치를 통과한 배기가스의 암모니아를 산화시키고 질소산화물을 저감시키는 암모니아산화촉매(Ammonia Oxidation Catalyst; AOC) 장치를 더 포함하는 배기가스 정화장치.
  4. 제 1 항에서,
    상기 질소산화물 흡장촉매 장치와 상기 복합촉매부를 연결하며, 상기 우레아 인젝터에 의해 환원제가 분사되는 공간을 형성하는 분사 챔버를 더 포함하는 배기가스 정화장치.
  5. 제 1 항에서,
    상기 질소산화물 흡장촉매 장치와 상기 우레아 인젝터 사이, 그리고 상기 복합촉매부와 상기 선택적환원촉매 장치 사이에 질소산화물 센서가 구비되는 배기가스 정화장치.
  6. 제 1 항에서,
    상기 질소산화물 흡장촉매 장치, 상기 우레아 인젝터, 상기 믹서, 및 상기 복합촉매부는 차량의 엔진룸에 구비되며, 상기 선택적환원촉매 장치는 차량 하부에 구비되는 배기가스 정화장치.
  7. 엔진의 희박 연소에 의해 발생되는 질소산화물을 흡장하여 저장하고, 환원 작용으로 질소산화물을 질소로 환원시켜 배출하는 질소산화물 흡장촉매 장치;
    상기 질소산화물 흡장촉매 장치 후단에 위치하며, 배기가스의 입자상 물질을 저감시키는 입자상물질 제거용 필터(Diesel Particulate matter Filter; DPF);
    상기 입자상물질 제거용 필터 후단에 위치하며, 상기 배기파이프 내부에 우레아 수용액을 분사하는 우레아 인젝터;
    상기 우레아 인젝터 후단에 위치하며, 상기 입자상물질 제거용 필터를 통과한 배기가스의 신속한 유동 확산이 가능하도록 구비된 믹서; 및
    상기 믹서 후단에 위치하며, 상기 입자상물질 제거용 필터를 통과한 배기가스의 질소산화물을 저감시키는 선택적환원촉매(Selective Catalytic reducer; SCR) 장치를 포함하는 배기가스 정화장치.
  8. 제 7 항에서,
    상기 입자상물질 제거용 필터와 상기 우레아 인젝터 사이에는,
    저압 배기가스 재생장치 파이프가 연결되는 배기가스 정화장치.
  9. 제 7 항에서,
    상기 질소산화물 흡장촉매 장치와 상기 입자상물질 제거용 필터 사이, 또는 상기 입자상물질 제거용 필터 후단, 그리고 상기 선택적환원촉매 장치 후단에 질소산화물 센서가 구비되는 배기가스 정화장치.
  10. 제 7 항에서,
    상기 질소산화물 흡장촉매 장치, 및 상기 입자상물질 제거용 필터는 차량의 엔진룸에 구비되며, 상기 우레아 인젝터, 상기 믹서, 및 상기 선택적환원촉매 장치는 차량 하부에 구비되는 배기가스 정화장치.
  11. 제 7 항에서,
    상기 선택적환원촉매 장치의 전단 및 후단에는 질소산화물 센서가 구비되는 배기가스 정화장치.
  12. 희박 연소 엔진이 적용되고, 질소산화물 흡장촉매(LNT) 장치, 입자상물질 제거용 필터(DPF), 또는 복합촉매부(SDPF) 및 선택적환원촉매(SCR) 장치가 장착되는 차량의 배기가스 정화장치 제어 방법에 있어서,
    차량의 정보를 검출하고, 차량의 정보가 상기 질소산화물 흡장촉매 장치의 질소산화물 탈착 조건을 만족하는지 판단하는 단계;
    상기 질소산화물 흡장촉매 장치의 질소산화물 탈착 조건을 만족하면, 엔진 농후 연소를 통해 상기 질소산화물 흡장촉매의 질소산화물이 설정된 기준량에 도달할 때까지 질소산화물을 탈착 하는 단계;
    상기 질소산화물 흡장촉매의 질소산화물 탈착 종료 후 제1 기간 후에 우레아를 분사하여 질소산화물을 정화하는 단계;
    엔진 농후 연소를 통해 상기 질소산화물 흡장촉매의 탈황을 제공하는 단계; 및
    상기 질소산화물 흡장촉매의 탈황 농후 연소 종료 후 제2 기간 후에 우레아를 분사하여 질소산화물을 정화하는 단계를 포함하는 배기가스 정화장치 제어방법.
  13. 제 12 항에서,
    상기 제1 기간은 엔진 운전 조건, 상기 질소산화물 흡장촉매 온도, 상기 SDPF 촉매 온도, 상기 엔진 온도, 상기 질소산화물 흡장촉매 장치 후단 질소산화물량, 상기 SDPF 의 NH3 흡장량 및 상대 흡장율, 배기가스 유량, 상기 우레아 인젝터 내부 온도 등에 의해 계산되는 배기가스 정화장치 제어방법.
  14. 제 13 항에서,
    상기 엔진 운전 조건은 엔진의 농후 연소인 배기가스 정화장치 제어방법.
  15. 제 14 항에서,
    상기 질소산화물 흡장촉매의 질소산화물 탈착 영역은 상기 선택적환원촉매의 온도가 200도 이상 350도 이하인 배기가스 정화장치 제어방법.
  16. 제 12 항에서,
    상기 제2 기간은 엔진 운전 조건, 상기 질소산화물 흡장촉매 온도, 상기 SDPF 촉매 온도, 상기 엔진 온도, 상기 질소산화물 흡장촉매 장치 후단 질소산화물량, 상기 SDPF 의 NH3 흡장량 및 상대 흡장율, 배기가스 유량, 상기 우레아 인젝터 내부 온도 등에 의해 계산되는 배기가스 정화장치 제어방법.
  17. 제 16 항에서,
    상기 엔진 운전 조건은 엔진의 농후 연소인 배기가스 정화장치 제어방법.
  18. 제 17 항에서,
    상기 질소산화물 흡장촉매의 탈황 영역은 상기 선택적환원촉매의 온도가 500도 이상인 배기가스 정화장치 제어방법.
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