KR20190029933A - DPF 재생시 배출 NOx 가스 감소를 위한 LNT 제어방법 및 LNT 장치 - Google Patents

DPF 재생시 배출 NOx 가스 감소를 위한 LNT 제어방법 및 LNT 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 DPF 재생시 배출 NOx 가스 감소를 위한 LNT 제어방법은 DPF 재생 모드 진입 단계, 히트업 모드 단계 및 DPF 재생 모드 단계를 포함하는 DPF 재생시에 있어서, 상기 히트업 모드 단계와 DPF 재생 모드 단계 사이에 LNT 리치 모드를 추가하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 DPF 재생시 배출 NOx 가스 감소를 위한 LNT 제어방법 및 LNT 장치는 LNT 내 NOx량 및 차량 운전조건을 기준으로 DPF 재생 진입 전 LNT 리치 모드를 추가로 수행함으로써 LNT 내 흡장된 NOx를 제거하여 DPF 재생시 배출되는 NOx 량을 감소시키는 효과가 있다.

Description

DPF 재생시 배출 NOx 가스 감소를 위한 LNT 제어방법 및 LNT 장치{Method for Controlling LNT to Reduce NOx Emission during DPF Regeneration and LNT Apparatus Controlled by the Method}
본 발명은 디젤엔진의 LNT 제어방법 및 LNT 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 DPF 재생시 배출 NOx 가스 감소를 위한 LNT 제어방법 및 LNT 장치에 관한 것이다.
디젤엔진의 배출가스 정화는 주로 질소산화물(NOx)과 입자상물질(PM)을 대상으로 하여 이루어진다.
NOx의 저감은 LNT(Lean NOx Trap)에 의해 이루어지는데, 상기 LNT는 삼원촉매와 NOx 흡장 물질을 결합시킨 형태의 후처리 장치로서 산소 과잉 상태인 일반 디젤연소(Lean 상태) 운행시 촉매에 의한 NOx 환원이 미미한 점을 보완하기 위하여 NOx를 흡장시키고 주기적으로 연료 과잉(Rich) 조건을 조성하여 NOx를 질소(N2)로 환원시켜 흡장성능을 재생하도록 되어 있다.
한편, DPF(Diesel Particulate Filter)는 배출가스 중의 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC)를 이산화탄소(CO2)와 물(H2O)로 전환하고, 입자상 물질을 필터에 포집한다. 포집량이 증가하거나 일정 주기가 경과하면 배기가스온도 또는 별도의 재생장치를 작동시켜 포집된 입자상 물질을 가열/연소시켜 제거함으로써 재생된다.
도 1에는 엔진과 배기관(Tail Pipe) 사이에 배치되는 상기 LNT(10)와 DPF(20)의 일 예가 도시되어 있다.
그런데, 상기 LNT는 DPF 재생시 DPF 담체의 고온상태에서 열탈착(Thermal Desorption) 현상으로 인하여 흡장되어 있는 NOx가 질소(N2)로 환원되지 못한 채 그대로 대기로 방출되어 버리는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 위와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 LNT 내 NOx량 및 차량 운전조건을 기준으로 DPF 재생 전 LNT 리치(Rich) 모드를 추가로 수행함으로써 LNT 내 흡장된 NOx를 제거하여 DPF 재생시 배출되는 NOx 량을 감소시키는 DPF 재생시 배출 NOx 가스 감소를 위한 LNT 제어방법 및 LNT 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 DPF 재생시 배출 NOx 가스 감소를 위한 LNT 제어방법은 DPF 재생 모드 진입 단계, 히트업(Heat-Up) 모드 단계 및 DPF 재생 모드 단계를 포함하는 DPF 재생시에 있어서, 상기 히트업 모드 단계와 상기 DPF 재생 모드 단계 사이에 LNT 리치(Rich) 모드를 추가하는 것을 특징으로 한다.
상기 추가되는 LNT 리치 모드는 LNT 리치 모드 필요 여부 판단 단계, LNT 리치 모드 진입조건 판단 단계, LNT 리치 모드 진입 단계, LNT 리치 모드 중단조건 판단 단계 및, LNT 리치 모드 완료 판단 단계를 포함할 수 있다.
상기 DPF 재생 모드 진입 단계는 DPF에 포집된 입자상 물질을 가열 및 연소시켜 제거함으로써 DPF를 재생시키는 DPF 재생 모드로 진입하는 단계이다.
상기 히트업 모드 단계는 DPF 재생 모드에 진입 후 연료 후분사를 통해 배기가스온도를 상승시키는 단계이다.
상기 LNT 리치 모드 필요 여부 판단 단계는 LNT 내에 흡장되어 있는 NOx 량이 일정량 이상인지를 판단하여 LNT 리치 모드를 수행할 것인지를 판단하는 단계이다.
상기 LNT 리치 모드 필요 여부 판단 단계에서 LNT 내에 흡장되어 있는 NOx 량이 일정량 이하인 경우에는 DPF 재생 모드 단계를 수행하도록 할 수 있다.
상기 LNT 리치 모드 진입조건 판단 단계는 차량 운전조건이 LNT 리치 모드 수행에 부적합할 경우, 상기 LNT 리치 모드 필요 여부 판단 단계에서 LNT 리치 모드가 필요하다고 판단되더라도 LNT 리치 모드를 수행하지 않고 DPF 재생 모드 단계(S800)를 수행하도록 할 수 있다.
상기 LNT 리치 모드 진입 단계는 연료 과잉(rich) 조건을 조성하여 NOx를 질소(N2)로 환원시키는 LNT 리치 모드에 진입하는 단계이다.
상기 LNT 리치 모드 중단조건 판단 단계는 LNT 리치 모드 수행 중에라도 차량의 운전조건이 LNT 리치 모드 수행에 부적합할 경우, LNT 리치 모드를 중단하고 DPF 재생 모드 단계를 수행하도록 할 수 있다.
상기 차량 운전조건은 차속, 기어단수 또는 엔진스피드 중 하나 이상으로 선택될 수 있다.
상기 LNT 리치 모드 완료 판단 단계는 LNT 리치 모드가 완료되었을 경우 DPF 재생 모드 단계로 이동하도록 하는 단계이다.
상기 LNT 리치 모드 완료 판단 단계에서 LNT 리치 모드가 완료되지 않은 경우, 상기 LNT 리치 모드 중단조건 판단 단계로 되돌아가 LNT 리치 모드가 완료될 때까지 상기 LNT 리치 모드 중단조건 판단 단계를 반복하며 LNT 리치 모드를 수행하도록 할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 LNT 장치는 상기한 DPF 재생시 배출 NOx 가스 감소를 위한 LNT 제어방법에 의해 제어되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 DPF 재생시 배출 NOx 가스 감소를 위한 LNT 제어방법 및 LNT 장치는 LNT 내 NOx량 및 차량 운전조건을 기준으로 DPF 재생 진입 전 LNT 리치(Rich) 모드를 추가로 수행함으로써 LNT 내 흡장된 NOx를 제거하여 DPF 재생시 배출되는 NOx 량을 감소시키는 효과가 있다.
또한, LNT 리치 모드로 인한 LNT의 추가 산화 반응은 DPF 재생을 위한 온도 상승에도 기여하게 되는 효과가 있다.
도 1은 엔진과 배기관(Tail Pipe) 사이에 배치되는 LNT와 DPF의 일 예를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 DPF 재생시 배출 NOx 가스 감소를 위한 LNT 제어방법의 각 단계별 흐름을 나타내는 순서도.
도 3은 본 발명에 따른 DPF 재생시 배출 NOx 가스 감소를 위한 LNT 제어방법의 NOx 저감 효과 및 DPF 전단부의 온도 상승 효과를 보여주는 시험 결과 그래프.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 DPF 재생시 배출 NOx 가스 감소를 위한 LNT 제어방법의 각 단계별 흐름을 나타내는 순서도이다.
본 발명에 따른 DPF 재생시 배출 NOx 가스 감소를 위한 LNT 제어방법은 DPF 재생 모드 진입 단계(S100), 히트업(Heat-Up) 모드 단계(S200), LNT 리치(Rich) 모드 필요 여부 판단 단계(S300), LNT 리치 모드 진입조건 판단 단계(S400), LNT 리치 모드 진입 단계(S500), LNT 리치 모드 중단조건 판단 단계(S600), LNT 리치 모드 완료 판단 단계(S700), DPF 재생 모드 단계(S800)를 포함한다.
상기 DPF 재생 모드 진입 단계(S100)는 DPF에 포집된 입자상 물질을 가열/연소시켜 제거함으로써 DPF를 재생시키는 DPF 재생 모드로 진입하는 단계이다.
상기 히트업 모드 단계(S200)는 DPF 재생 모드에 진입 후 연료 후분사를 통해 배기가스온도를 상승시키는 단계이다.
상기 LNT 리치 모드 필요 여부 판단 단계(S300)는 LNT 내에 흡장되어 있는 NOx 량이 일정량 이상인지를 판단하여 LNT 리치 모드를 수행할 것인지를 판단하는 단계이다. 여기서, LNT 리치 모드는 연료 과잉(rich) 조건을 조성하여 NOx를 질소(N2)로 환원시켜 흡장성능을 재생하도록 하는 모드를 말한다. 상기 LNT 리치 모드 필요 여부 판단 단계(S300)에서 LNT 내에 흡장되어 있는 NOx 량이 일정량 이하인 경우에는 LNT 내에 흡장되어 있는 NOx를 제거할 필요가 없으므로 바로 DPF 재생 모드 단계(S800)를 수행하도록 한다.
상기 LNT 리치 모드 진입조건 판단 단계(S400)는 차속, 기어단수, 엔진스피드 등의 차량 운전조건이 LNT 리치 모드 수행에 부적합할 경우, 상기 LNT 리치 모드 필요 여부 판단 단계(S300)에서 LNT 리치 모드가 필요하다고 판단되더라도 LNT 내에 흡장되어 있는 NOx를 제거하기 어려우므로, LNT 리치 모드를 수행하지 않고 바로 DPF 재생 모드 단계(S800)를 수행하도록 하는 단계이다. 여기서 LNT 리치 모드 수행이 부적합한 차속, 기어단수, 엔진스피드 등의 차량 운전조건은 차량에 따라 적절히 선택될 수 있는 것으로 당해 기술분야에서 LNT 리치 모드 작동을 위해 통상적으로 사용되는 조건이다.
상기 LNT 리치 모드 진입 단계(S500)는 연료 과잉(rich) 조건을 조성하여 NOx를 질소(N2)로 환원시키는 LNT 리치 모드에 진입하는 단계이다.
상기 LNT 리치 모드 중단조건 판단 단계(S600)는 LNT 리치 모드 수행 중에라도 상기 LNT 리치 모드 진입조건 판단 단계(S400)에서와 마찬가지로 차량의 운전조건이 LNT 리치 모드 수행에 부적합할 경우, LNT 리치 모드를 중단하고 DPF 재생 모드 단계(S800)를 수행하도록 하는 단계이다. LNT 리치 모드 중단조건에 해당하지 않을 경우에는 LNT 리치 모드가 완료될 때까지 상기 LNT 리치 모드 중단조건 판단 단계(S600)를 반복하며 LNT 리치 모드를 완료한다.
상기 LNT 리치 모드 완료 판단 단계(S700)는 LNT 리치 모드가 완료되었을 경우 DPF 재생 모드 단계(S800)로 이동하도록 하는 단계이다. LNT 리치 모드가 완료되지 않았다면, 상기 LNT 리치 모드 중단조건 판단 단계(S600)로 되돌아가 LNT 리치 모드가 완료될 때까지 상기 LNT 리치 모드 중단조건 판단 단계(S600)를 반복하며 LNT 리치 모드를 수행한다.
상기 DPF 재생 모드 단계(S800)는 DPF에 포집된 입자상 물질을 제거하는 단계이다.
도 3은 본 발명에 따른 DPF 재생시 배출 NOx 가스 감소를 위한 LNT 제어방법의 NOx 저감 효과 및 DPF 전단부의 온도 상승 효과를 보여주는 시험 결과 그래프이다.
도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, DPF 재생시 히트업 모드 사이에 LNT 리치 모드를 추가함으로써 배기관을 통해 배출되는 NOx 량이 현저히 감소되는 것을 확인할 수 있고(네모 점선 부분 참조), LNT의 추가 산화 반응으로 인해 DPF 전단의 온도도 상승하여(타원 점선 부분 참조) DPF 재생에 도움이 되는 것을 확인할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 DPF 재생시 배출 NOx 가스 감소를 위한 LNT 제어방법 및 LNT 장치는 LNT 내 NOx량 및 차량 운전조건을 기준으로 DPF 재생 전 LNT 리치 모드를 추가로 수행함으로써 LNT 내 흡장된 NOx를 제거하여 DPF 재생시 배출되는 NOx 량을 감소시킬 수 있다. 또한, LNT 리치 모드로 인한 LNT의 추가 산화 반응은 DPF 재생을 위한 온도 상승에도 기여할 수 있다.
이상으로 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것이다.
10 : LNT
20 : DPF
S100 : DPF 재생 모드 진입 단계
S200 : 히트업 모드 단계
S300 : LNT 리치 모드 필요 여부 판단 단계
S400 : LNT 리치 모드 진입조건 판단 단계
S500 : LNT 리치 모드 진입 단계
S600 : LNT 리치 모드 중단조건 판단 단계
S700 : LNT 리치 모드 완료 판단 단계
S800 : DPF 재생 모드 단계

Claims (14)

  1. DPF 재생 모드 진입 단계(S100), 히트업 모드 단계(S200) 및 DPF 재생 모드 단계(S800)를 포함하는 DPF 재생시에 있어서,
    상기 히트업 모드 단계(S200)와 상기 DPF 재생 모드 단계(S800) 사이에 LNT 리치 모드를 추가하는 것을 특징으로 하는 DPF 재생시 배출 NOx 가스 감소를 위한 LNT 제어방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 추가되는 LNT 리치 모드는 LNT 리치 모드 필요 여부 판단 단계(S300), LNT 리치 모드 진입조건 판단 단계(S400), LNT 리치 모드 진입 단계(S500), LNT 리치 모드 중단조건 판단 단계(S600) 및, LNT 리치 모드 완료 판단 단계(S700)를 포함하는 것을 특징으로 하는 DPF 재생시 배출 NOx 가스 감소를 위한 LNT 제어방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 DPF 재생 모드 진입 단계(S100)는 DPF에 포집된 입자상 물질을 가열 및 연소시켜 제거함으로써 DPF를 재생시키는 DPF 재생 모드로 진입하는 단계인 것을 특징으로 하는 DPF 재생시 배출 NOx 가스 감소를 위한 LNT 제어방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 히트업 모드 단계(S200)는 DPF 재생 모드에 진입 후 연료 후분사를 통해 배기가스온도를 상승시키는 단계인 것을 특징으로 하는 DPF 재생시 배출 NOx 가스 감소를 위한 LNT 제어방법.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 LNT 리치 모드 필요 여부 판단 단계(S300)는 LNT 내에 흡장되어 있는 NOx 량이 일정량 이상인지를 판단하여 LNT 리치 모드를 수행할 것인지를 판단하는 단계인 것을 특징으로 하는 DPF 재생시 배출 NOx 가스 감소를 위한 LNT 제어방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 LNT 리치 모드 필요 여부 판단 단계(S300)에서 LNT 내에 흡장되어 있는 NOx 량이 일정량 이하인 경우에는 DPF 재생 모드 단계(S800)를 수행하도록 하는 것을 특징으로 하는 DPF 재생시 배출 NOx 가스 감소를 위한 LNT 제어방법.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 LNT 리치 모드 진입조건 판단 단계(S400)는 차량 운전조건이 LNT 리치 모드 수행에 부적합할 경우, 상기 LNT 리치 모드 필요 여부 판단 단계(S300)에서 LNT 리치 모드가 필요하다고 판단되더라도 LNT 리치 모드를 수행하지 않고 DPF 재생 모드 단계(S800)를 수행하도록 하는 단계인 것을 특징으로 하는 DPF 재생시 배출 NOx 가스 감소를 위한 LNT 제어방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 차량 운전조건은 차속, 기어단수 또는 엔진스피드 중 하나 이상으로 선택되는 조건인 것을 특징으로 하는 DPF 재생시 배출 NOx 가스 감소를 위한 LNT 제어방법.
  9. 청구항 2에 있어서,
    상기 LNT 리치 모드 진입 단계(S500)는 연료 과잉(rich) 조건을 조성하여 NOx를 질소(N2)로 환원시키는 LNT 리치 모드에 진입하는 단계인 것을 특징으로 하는 DPF 재생시 배출 NOx 가스 감소를 위한 LNT 제어방법.
  10. 청구항 2에 있어서,
    상기 LNT 리치 모드 중단조건 판단 단계(S600)는 LNT 리치 모드 수행 중에라도 차량의 운전조건이 LNT 리치 모드 수행에 부적합할 경우, LNT 리치 모드를 중단하고 DPF 재생 모드 단계(S800)를 수행하도록 하는 단계인 것을 특징으로 하는 DPF 재생시 배출 NOx 가스 감소를 위한 LNT 제어방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 차량 운전조건은 차속, 기어단수 또는 엔진스피드 중 하나 이상으로 선택되는 조건인 것을 특징으로 하는 DPF 재생시 배출 NOx 가스 감소를 위한 LNT 제어방법.
  12. 청구항 2에 있어서,
    상기 LNT 리치 모드 완료 판단 단계(S700)는 LNT 리치 모드가 완료되었을 경우 DPF 재생 모드 단계(S800)로 이동하도록 하는 단계인 것을 특징으로 하는 DPF 재생시 배출 NOx 가스 감소를 위한 LNT 제어방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 LNT 리치 모드 완료 판단 단계(S700)에서 LNT 리치 모드가 완료되지 않은 경우, 상기 LNT 리치 모드 중단조건 판단 단계(S600)로 되돌아가 LNT 리치 모드가 완료될 때까지 상기 LNT 리치 모드 중단조건 판단 단계(S600)를 반복하며 LNT 리치 모드를 수행하는 것을 특징으로 하는 DPF 재생시 배출 NOx 가스 감소를 위한 LNT 제어방법.
  14. 청구항 1 내지 13 중 어느 한 항에 따른 DPF 재생시 배출 NOx 가스 감소를 위한 LNT 제어방법에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 LNT 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102639057B1 (ko) 2023-06-12 2024-02-21 화이버텍 (주) 촉매 컨버터 재생 중에도 지속적으로 유해물질 제거가 가능한 배기가스 유해물질 저감 시스템 및 이를 이용한 배기가스 유해물질 저감 방법

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KR102639057B1 (ko) 2023-06-12 2024-02-21 화이버텍 (주) 촉매 컨버터 재생 중에도 지속적으로 유해물질 제거가 가능한 배기가스 유해물질 저감 시스템 및 이를 이용한 배기가스 유해물질 저감 방법

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