KR20190025247A - 직접 분사식 가솔린 터보 엔진의 배기 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

직접 분사식 가솔린 터보 엔진의 배기 시스템 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 퓨얼컷 구간을 증대하고 시동초기에 LOT 도달시간을 단축시킬 수 있는 직접 분사식 가솔린 터보 엔진의 배기 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시형태에 따른 직접 분사식 가솔린 터보 엔진의 배기 시스템은 직접 분사식 가솔린 터보 엔진과; 상기 엔진에서 배기되는 배기가스에 2차 에어를 공급하는 2차 에어 공급수단과; 상기 2차 에어 공급수단이 연결되는 지점보다 하류에 설치되어 배기가스가 유입되는 웜업 촉매컨버터(WCC)와; 상기 웜업 촉매컨버터의 하류에 설치되어 퓨얼컷(Feul Cut) 구간에서 NOx를 포집하고, 가속 구간에서 환원제를 활용하여 NOx를 정화시키는 퓨얼컷 녹스트랩(FCNT)를 포함한다.

Description

직접 분사식 가솔린 터보 엔진의 배기 시스템 및 그 제어 방법{EXHAUST SYSTEM OF TURBO GASOLINE DIRECT INJECTION ENGINE AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 직접 분사식 가솔린 터보 엔진의 배기 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 퓨얼컷 구간을 증대하고 시동초기에 LOT 도달시간을 단축시킬 수 있는 직접 분사식 가솔린 터보 엔진의 배기 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 가솔린 엔진은 공기와 혼합되는 가솔린을 실린더 내에서 점화를 통하여 폭발시켜 발생되는 폭발의 힘을 동력으로 이용하는 장치이다.
이러한 가솔린 엔진은 동력 및 연비가 향상되는 엔진이 계속 개발되어 사용되고 있다.
예를 들어 일반 가솔린 엔진보다 혼합기 질량비가 월등한 린번엔진이 개발되었고, 이러한 린번엔진보다 더욱 혼합기 질량비가 월등한 직접 분사식 가솔린 엔진(Gasoline Direct Injection engine, GDI engine)이 개발되는 등 엔진 성능이 더욱 향상되었다. 최근에는 엔진의 다운사이징을 목적으로 직접 분사식 가솔린 터보 엔진(Turbo Gasoline Direct Injection engine, T-GDI engine)이 개발되었다.
이러한 T-GDI 엔진의 촉매는 일반적으로 GDI 엔진이나 MPI 엔진에 비하여 촉매 활성화 온도(Light Off Time; LOT)에 도달되는 시간이 늦다. 이는 T-GDI엔진의 한 특성으로서, 그 원인은 배기가스가 터보차져를 통과하면서 발생되는 열손실로 인해 촉매의 온도가 LOT에 도달되는 시간이 자연적으로 지연되는 것이다.
또한, T-GDI 엔진은 고성능 대응을 위해 고유량 인젝터를 적용한다. 이렇게 고유량 인젝터를 적용함에 따라 시동 초기의 저부하 영역에서 GDI 엔진이나 MPI 엔진 대비 연료 분사량의 제어를 정밀하게 제어하는 것이 어려운 문제가 있었고, 이로 인하여 초기 RAW E/M이 많이 발생하는 단점이 있었다.
그리고 이러한 T-GDI 엔진의 특성으로 인해 T-GDI 엔진에서의 배출가스규제(SULEV) 대응은 상당히 어려운 과제였고, 이에 대한 대응으로 종래에는 단순히 퓨얼컷(FUEL CUT) 구간을 단축시키거나 시동초기의 LOT 단축을 위한 적극적인 Catalyst Heating 전략을 사용하고 있는 실정이다. 하지만, 이러한 대응은 연비를 악화시키는 요인으로 작용하는 문제가 발생하였다.
등록특허 10-1551017 (2015. 09. 01)
본 발명은 퓨얼컷 구간을 증대하고 시동초기에 LOT 도달시간을 단축시켜서 배출가스규제에 대응하면서 연비를 향상시킬 수 있는 직접 분사식 가솔린 터보 엔진의 배기 시스템 및 그 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 직접 분사식 가솔린 터보 엔진의 배기 시스템은 직접 분사식 가솔린 터보 엔진과; 상기 엔진에서 배기되는 배기가스에 2차 에어를 공급하는 2차 에어 공급수단과; 상기 2차 에어 공급수단이 연결되는 지점보다 하류에 설치되어 배기가스가 유입되는 웜업 촉매컨버터(WCC)와; 상기 웜업 촉매컨버터의 하류에 설치되어 퓨얼컷(Feul Cut) 구간에서 NOx를 포집하고, 가속 구간에서 환원제를 활용하여 NOx를 정화시키는 퓨얼컷 녹스트랩(FCNT)를 포함한다.
상기 웜업 촉매컨버터로 유입되는 배기가스의 산소농도를 검출하는 전단 산소센서와; 상기 웜업 촉매컨버터를 통과하는 배기가스의 산소농도를 검출하는 중단 산소센서와; 상기 웜업 촉매컨버터에서 배출되는 배기가스의 산소농도를 검출하는 후단 산소센서를 더 포함할 수 있다.
상기 상기 퓨얼컷 녹스트랩의 하류에 설치되어 퓨얼컷 녹스트랩에서 배출되는 배기가스의 유해물질을 정화시키는 삼원촉매(TWC)와; 상기 웜업 촉매컨버터로 유입되는 배기가스의 산소농도를 검출하는 전단 산소센서와; 상기 웜업 촉매컨버터에서 배출되는 배기가스의 산소농도를 검출하는 후단 산소센서를 더 포함할 수 있다.
상기 퓨얼컷 녹스트랩의 하류에 설치되어 퓨얼컷 녹스트랩에서 배출되는 배기가스의 탄화수소를 흡착시키는 탄화수소 트랩(HC TRAP)과; 상기 퓨얼컷 녹스트랩의 하류에 설치되어 퓨얼컷 녹스트랩에서 배출되는 배기가스의 유해물질을 정화시키는 삼원촉매(TWC)와; 상기 웜업 촉매컨버터로 유입되는 배기가스의 산소농도를 검출하는 전단 산소센서와; 상기 웜업 촉매컨버터에서 배출되는 배기가스의 산소농도를 검출하는 후단 산소센서를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 직접 분사식 가솔린 터보 엔진의 배기 시스템의 제어방법은 시동 이후에 NOx 정화 수단의 촉매 온도가 촉매 활성화 온도(LOT)에 도달되었는지를 판단하는 제 1 확인단계와; 상기 제 1 확인단계에서 촉매의 온도가 촉매 활성화 온도(LOT)에 도달되지 않은 경우에 실시되고, 배기가스에 2차 에어를 공급하여 배기가스의 온도를 상승시키는 2차 에어 공급단계와; 상기 제 1 확인단계에서 촉매의 온도가 촉매 활성화 온도(LOT)에 도달된 경우에 실시되고, 퓨얼컷 구간인지 판단하는 제 2 확인단계와; 상기 제 2 확인단계에서 퓨얼컷 구간이 아닌 것으로 판단된 경우에 실시되고, 웜업 촉매컨버터(WCC)를 통과 중이거나 통과한 배기가스의 산소 농도를 검출하고, 검출값과 람다값을 비교하여 Rich 제어 또는 Lean 제어를 실시하는 일반 제어단계와; 상기 제 2 확인단계에서 퓨얼컷 구간인 것으로 판단된 경우에 실시되고, 퓨얼컷을 적용한 다음, 웜업 촉매컨버터(WCC)를 통과한 배기가스의 산소 농도를 검출하고, 검출값과 람다값을 비교하여 Rich 상태이면 퓨얼컷을 계속 적용하고, Lean 상태이면 퓨얼컷을 중단하는 퓨얼컷 제어단계를 포함한다.
상기 퓨얼컷 제어단계는 퓨얼컷을 중단한 다음 배기가스에 포함된 NOx를 퓨얼컷 녹스트랩(FCNT)를 통하여 포집하고, NOx가 포집된 배기가스의 산소 농도를 검출하고, 검출값과 람다값을 비교하여 Rich 상태이면 퓨얼컷을 적용하고, Lean 상태이면 계속 퓨얼컷을 중단하는 과정을 더 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 시동초기에 LOT 도달시간을 단축시켜서 배출가스규제에 대응하면서도 운행 중에 퓨얼컷 구간을 증대하여 SELEV에 대응할 수 있으면서 연비를 개선할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 시동 초기에 배기가스에 2차 에어를 공급하여 과도한 점화시기 지각 현상을 없앨 수 있어 연소 안정성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
그리고 2차 에어 적용으로 인한 빠른 LOT 도달로 경쟁사와 같은 과도한 셀수 적용(900셀)을 방지하여 배압측면에서 유리해지는 것을 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 직접 분사식 가솔린 터보 엔진의 배기 시스템을 보여주는 구성도이고,
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 직접 분사식 가솔린 터보 엔진의 배기 시스템을 보여주는 구성도이며,
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 직접 분사식 가솔린 터보 엔진의 배기 시스템을 보여주는 구성도이고,
도 4는 본 발명에 따른 따른 직접 분사식 가솔린 터보 엔진의 배기 시스템의 제어방법을 보여주는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 직접 분사식 가솔린 터보 엔진의 배기 시스템을 보여주는 구성도이고, 도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 직접 분사식 가솔린 터보 엔진의 배기 시스템을 보여주는 구성도이며, 도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 직접 분사식 가솔린 터보 엔진의 배기 시스템을 보여주는 구성도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와같이 본 발명의 실시예에 따른 직접 분사식 가솔린 터보 엔진의 배기 시스템은 직접 분사식 가솔린 터보 엔진(10)과; 상기 엔진(10)에서 배기되는 배기가스에 2차 에어를 공급하는 2차 에어 공급수단(40)과; 상기 2차 에어 공급수단(40)이 연결되는 지점보다 하류에 설치되어 배기가스가 유입되는 웜업 촉매컨버터(20, WCC)와; 상기 웜업 촉매컨버터(20)의 하류에 설치되어 퓨얼컷(Feul Cut) 구간에서 NOx를 포집하고, 가속 구간에서 환원제를 활용하여 NOx를 정화시키는 퓨얼컷 녹스트랩(30, FCNT)를 포함한다.
직접 분사식 가솔린 터보 엔진(10; 이하, '엔진'이이라고 지칭함)은 직접 분사식 가솔린 엔진(Gasoline Direct Injection engine, GDI engine)에 터보차저를 장착하여 엔진으로 공급되는 공기를 압축하여 공급할 수 있도록 한 엔진을 의미한다.
2차 에어 공급수단(40)은 엔진(10)에서 배기되는 배기가스에 2차 에어를 공급하여 후연소를 통하여 배기가스의 온도를 상승시키는 역할을 수행한다. 여기서 2차 에어 공급수단(40)은 다양한 방식으로 구현될 수 있으며, 예를 들어 2차 에어가 저장된 에어 탱크와 에어 탱크의 2차 에어를 배기가스가 유동되는 배기라인 중으로 공급하는 노즐을 포함하여 구현될 수 있다. 물론 2차 에어 공급수단은 제시된 실시예에 한정되지 않고 엔진에서 배기되는 배기가스에 2차 에어를 공급할 수 있는 다양한 방식으로 구현될 수 있을 것이다.
웜업 촉매컨버터(20, Warm-up Catalytic Converter; WCC)는 2차 에어 공급수단이 연결되는 지점보다 하류에 설치되어 엔진의 웜업 이전에 배출되는 배기가스를 주로 정화시킨다.
이렇게 2차 에어 공급수단(40)과 웜업 촉매컨버터(20)를 순차적으로 배기함에 따라 연료의 후연소 반응을 통해 웜업 촉매컨버터(20)에 포함된 촉매의 촉매 활성화 온도(Light Off Time; LOT)를 단축시킬 수 있고, 시동초기에 촉매의 가열(Catalyst Heating; CH)을 줄이거나 생략할 수 있다.
퓨얼컷 녹스트랩(30, Fuel Cut Nox Trap; FCNT)은 상기 웜업 촉매컨버터(20)의 하류에 설치되어 퓨얼컷(Feul Cut) 구간에서 NOx를 포집하고, 가속 구간에서 환원제를 활용하여 NOx를 정화시키는 수단이다. 이에 따라 NOx 발생량을 저감으로 인해 퓨얼컷(Feul Cut) 구간을 증대시킬 수 있다.
이렇게 본 발명에서 퓨얼컷 녹스트랩(30)을 적용하는 이유는 퓨얼컷(Feul Cut) 직후에 NOx가 다량으로 배출되는 문제가 있기 때문이다. 부연자하자면, 퓨얼컷(Feul Cut)에서는 연소가 없으므로 NOx가 배출되지 않는다. 하지만 퓨얼컷(Feul Cut) 종료 직후 엔진은 Rich 연소가 진행되지만 촉매가 산화분위기이므로 NOx가 정화되지 못하여 그냥 배출되는 현상이 발생되는 것이다.
이에 따라 퓨얼컷 녹스트랩(30)은 종래의 언더플로어 촉매컨버터(Under-floor Catalytic Converter; UCC)에 디젤 엔진의 흡장형 NOx 저감촉매(Lean NOx Trap; LNT)에 사용되는 성분(Pt, Ba 등)을 포함시켜 NOx 흡장 성능이 추가된 수단이다.
이러한 퓨얼컷 녹스트랩(30)은 종래의 디젤 엔진 또는 초희박 GDI 엔진의 LNT에서 NOx를 탈착하기 위한 NOx 재생 로직 및 탈황 로직과 같은 별도의 제어로직이 필요가 없다. 이러한 근거는 본 발명에서 적용되는 퓨얼컷 직후에 흡장/정화하는 NOx는 적은 수준으므로 흡장량이 적기 때문이다.
한편, 본 발명은 시스템의 제어를 위하여 배기가스의 산소농도를 검출하는 산소센서(50a, 50b, 50c)를 여러 지점에 배치하고, 퓨얼컷 녹스트랩(30)에서 배출되는 유해물질을 추가적으로 정화시키는 수단을 더 포함할 수 있다.
예를 들어 본 발명의 제 1 실시예에 따른 직접 분사식 가솔린 터보 엔진의 배기 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 상기 웜업 촉매컨버터(20)로 유입되는 배기가스의 산소농도를 검출하는 전단 산소센서(50a)와; 상기 웜업 촉매컨버터(20)를 통과하는 배기가스의 산소농도를 검출하는 중단 산소센서(50b)와; 상기 웜업 촉매컨버터(20)에서 배출되는 배기가스의 산소농도를 검출하는 후단 산소센서(50c)를 더 포함한다.
이때 전단 산소센서(50a), 중단 산소센서(50b) 및 후단 산소센서(50c)는 배기가스 중의 산소농도를 검출하는 수단으로고, 그 설치 위치를 변경한 것이다. 그래서 전단 산소센서(50a)에서 측정되는 배기가스 중의 산소농도와 중단 산소센서(50b) 또는 후단 산소센서(50c)에서 측정되는 배기가스 중의 산소농도를 비교하여 공연비를 산출하게 된다.
또한, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 직접 분사식 가솔린 터보 엔진의 배기 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이 상기 퓨얼컷 녹스트랩(30)의 하류에 설치되어 퓨얼컷 녹스트랩(30)에서 배출되는 배기가스의 유해물질을 정화시키는 삼원촉매(60, TWC)와; 상기 웜업 촉매컨버터(20)로 유입되는 배기가스의 산소농도를 검출하는 전단 산소센서(50a)와; 상기 웜업 촉매컨버터(20)에서 배출되는 배기가스의 산소농도를 검출하는 후단 산소센서(50c)를 더 포함한다.
여기서, 삼원촉매(60, Three Way Catalyst; TWC)는 배기가스에 함유된 CO나 HC를 산화시키는 작용과 함께 NOx도 추가적으로 환원시켜 정화시키는 수단이다.
그리고 본 발명의 제 3 실시예에 따른 직접 분사식 가솔린 터보 엔진의 배기 시스템은 도 3에 도시된 바와 같이 상기 퓨얼컷 녹스트랩(30)의 하류에 설치되어 퓨얼컷 녹스트랩(30)에서 배출되는 배기가스의 탄화수소를 흡착시키는 탄화수소 트랩(HC TRAP)과; 상기 퓨얼컷 녹스트랩의 하류에 설치되어 퓨얼컷 녹스트랩에서 배출되는 배기가스의 유해물질을 정화시키는 삼원촉매(TWC)와; 상기 웜업 촉매컨버터(20)로 유입되는 배기가스의 산소농도를 검출하는 전단 산소센서(50a)와; 상기 웜업 촉매컨버터(20)에서 배출되는 배기가스의 산소농도를 검출하는 후단 산소센서(50c)를 더 포함한다. 도면에서는 탄화수소 트랩(HC TRAP)과 삼원촉매(TWC)의 조합을 도면 부호 '70'으로 도시하였다.
여기서, 탄화수소 트랩(HC TRAP)은 시동 초기 및 LOT 달성 이후에 발생하는 탄화수소(HC)를 흡장하는 수단이다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 직접 분사식 가솔린 터보 엔진의 배기 시스템을 제어하는 방법을 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 따른 직접 분사식 가솔린 터보 엔진의 배기 시스템의 제어방법을 보여주는 순서도이다.
도 4에 도시된 바와같이 본 발명에 따른 직접 분사식 가솔린 터보 엔진의 배기 시스템의 제어방법은 시동 이후에 NOx 정화 수단, 즉 웜업 촉매컨버터(20, WCC)의 촉매 온도가 촉매 활성화 온도(LOT)에 도달되었는지를 판단(제 1 확인단계)
그래서, 촉매의 온도가 촉매 활성화 온도(LOT)에 도달되지 않은 경우에는, 배기가스에 2차 에어를 공급하여 후연소에 의해 배기가스의 온도를 상승시켜 촉매가 LOT에 도달하는 시간을 단축시킨다.
그래서, 촉매의 온도가 촉매 활성화 온도(LOT)에 도달된 경우에는 퓨얼컷 구간인지 판단한다.(제 2 확인단계)
제 2 확인단계에서의 판단에 따라 퓨얼컷 구간이 아닌 것으로 판단된 경우에는 웜업 촉매컨버터(20)를 통과 중인 배기가스의 산소 농도를 중단 산소센서(50b)를 이용하여 검출하거나 후단 산소센서(50c)를 이용하여 검출하여 검출값과 람다값을 비교하여 Rich 제어 또는 Lean 제어를 실시한다.(일반 제어단계)
상기 제 2 확인단계에서의 판단에 따라 퓨얼컷 구간인 것으로 판단된 경우에는 퓨얼컷을 적용한다.
퓨얼컷을 적용하면서 웜업 촉매컨버터(20)를 통과한 배기가스의 산소 농도를 후단 산소센서(50c)를 검출하고, 검출값과 람다값을 비교하여 Rich 상태이면 퓨얼컷을 계속 적용하고, Lean 상태이면 퓨얼컷을 중단한다.(퓨얼컷 제어단계)
한편, 상기 퓨얼컷 제어단계는 퓨얼컷을 중단한 다음 배기가스에 포함된 NOx를 퓨얼컷 녹스트랩(FCNT)를 통하여 포집하고, NOx가 포집된 배기가스의 산소 농도를 검출하고, 검출값과 람다값을 비교하여 Rich 상태이면 퓨얼컷을 적용하고, Lean 상태이면 계속 퓨얼컷을 중단하는 과정을 더 포함한다.
본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.
10: 엔진 20: 웜업 촉매컨버터(WCC)
30: 퓨얼컷 녹스트랩(FCNT) 40: 2차 에어 공급수단
50a, 50b, 50c: 산소센서 60: 삼원촉매(TWC)
70: 탄화수소 트랩(HC TRAP) 및 삼원촉매(TWC)

Claims (6)

  1. 직접 분사식 가솔린 터보 엔진의 배기 시스템으로서,
    직접 분사식 가솔린 터보 엔진과;
    상기 엔진에서 배기되는 배기가스에 2차 에어를 공급하는 2차 에어 공급수단과;
    상기 2차 에어 공급수단이 연결되는 지점보다 하류에 설치되어 배기가스가 유입되는 웜업 촉매컨버터(WCC)와;
    상기 웜업 촉매컨버터의 하류에 설치되어 퓨얼컷(Feul Cut) 구간에서 NOx를 포집하고, 가속 구간에서 환원제를 활용하여 NOx를 정화시키는 퓨얼컷 녹스트랩(FCNT)를 포함하는 직접 분사식 가솔린 터보 엔진의 배기 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 웜업 촉매컨버터로 유입되는 배기가스의 산소농도를 검출하는 전단 산소센서와;
    상기 웜업 촉매컨버터를 통과하는 배기가스의 산소농도를 검출하는 중단 산소센서와;
    상기 웜업 촉매컨버터에서 배출되는 배기가스의 산소농도를 검출하는 후단 산소센서를 더 포함하는 직접 분사식 가솔린 터보 엔진의 배기 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 퓨얼컷 녹스트랩의 하류에 설치되어 퓨얼컷 녹스트랩에서 배출되는 배기가스의 유해물질을 정화시키는 삼원촉매(TWC)와;
    상기 웜업 촉매컨버터로 유입되는 배기가스의 산소농도를 검출하는 전단 산소센서와;
    상기 웜업 촉매컨버터에서 배출되는 배기가스의 산소농도를 검출하는 후단 산소센서를 더 포함하는 직접 분사식 가솔린 터보 엔진의 배기 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 퓨얼컷 녹스트랩의 하류에 설치되어 퓨얼컷 녹스트랩에서 배출되는 배기가스의 탄화수소를 흡착시키는 탄화수소 트랩(HC TRAP)과;
    상기 퓨얼컷 녹스트랩의 하류에 설치되어 퓨얼컷 녹스트랩에서 배출되는 배기가스의 유해물질을 정화시키는 삼원촉매(TWC)와;
    상기 웜업 촉매컨버터로 유입되는 배기가스의 산소농도를 검출하는 전단 산소센서와;
    상기 웜업 촉매컨버터에서 배출되는 배기가스의 산소농도를 검출하는 후단 산소센서를 더 포함하는 직접 분사식 가솔린 터보 엔진의 배기 시스템.
  5. 직접 분사식 가솔린 터보 엔진의 배기 시스템의 제어방법으로서,
    시동 이후에 NOx 정화 수단의 촉매 온도가 촉매 활성화 온도(LOT)에 도달되었는지를 판단하는 제 1 확인단계와;
    상기 제 1 확인단계에서 촉매의 온도가 촉매 활성화 온도(LOT)에 도달되지 않은 경우에 실시되고, 배기가스에 2차 에어를 공급하여 배기가스의 온도를 상승시키는 2차 에어 공급단계와;
    상기 제 1 확인단계에서 촉매의 온도가 촉매 활성화 온도(LOT)에 도달된 경우에 실시되고, 퓨얼컷 구간인지 판단하는 제 2 확인단계와;
    상기 제 2 확인단계에서 퓨얼컷 구간이 아닌 것으로 판단된 경우에 실시되고, 웜업 촉매컨버터(WCC)를 통과 중이거나 통과한 배기가스의 산소 농도를 검출하고, 검출값과 람다값을 비교하여 Rich 제어 또는 Lean 제어를 실시하는 일반 제어단계와;
    상기 제 2 확인단계에서 퓨얼컷 구간인 것으로 판단된 경우에 실시되고, 퓨얼컷을 적용한 다음, 웜업 촉매컨버터(WCC)를 통과한 배기가스의 산소 농도를 검출하고, 검출값과 람다값을 비교하여 Rich 상태이면 퓨얼컷을 계속 적용하고, Lean 상태이면 퓨얼컷을 중단하는 퓨얼컷 제어단계를 포함하는 직접 분사식 가솔린 터보 엔진의 배기 시스템의 제어방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 퓨얼컷 제어단계는 퓨얼컷을 중단한 다음 배기가스에 포함된 NOx를 퓨얼컷 녹스트랩(FCNT)를 통하여 포집하고, NOx가 포집된 배기가스의 산소 농도를 검출하고, 검출값과 람다값을 비교하여 Rich 상태이면 퓨얼컷을 적용하고, Lean 상태이면 계속 퓨얼컷을 중단하는 과정을 더 포함하는 직접 분사식 가솔린 터보 엔진의 배기 시스템의 제어방법.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100774718B1 (ko) * 2006-08-23 2007-11-08 현대자동차주식회사 차량용 촉매컨버터의 산소제어방법
KR20110062618A (ko) * 2009-12-03 2011-06-10 현대자동차주식회사 차량의 배기가스 정화장치 및 방법
KR101405181B1 (ko) * 2008-11-21 2014-06-10 현대자동차 주식회사 배기가스 정화장치
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Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100774718B1 (ko) * 2006-08-23 2007-11-08 현대자동차주식회사 차량용 촉매컨버터의 산소제어방법
KR101405181B1 (ko) * 2008-11-21 2014-06-10 현대자동차 주식회사 배기가스 정화장치
KR20110062618A (ko) * 2009-12-03 2011-06-10 현대자동차주식회사 차량의 배기가스 정화장치 및 방법
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