KR20190069661A - 배기 시스템, 및 이의 제어방법 - Google Patents

배기 시스템, 및 이의 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 배기 시스템의 제어방법은 연소실에서 공기와 연료의 혼합기를 태워 동력을 생산하고, 연소 과정에서 발생한 배기가스를 배기파이프를 통하여 외부로 배출하는 엔진, 상기 배기파이프에 장착되어 있으며, 상기 배기파이프를 흐르는 배기가스에 환원제를 분사하는 분사 모듈, 상기 분사 모듈에서 분사된 환원제를 이용하여 배기가스에 포함된 질소산화물을 환원하는 선택적 환원 촉매가 코팅된 SDPF(Selective Catalytic Reduction on Diesel Particulate Filter), 및 상기 엔진의 운전 정보에 따라 상기 분사 모듈에서 분사되는 환원제의 분사량을 분사량설정값으로 제어하여 상기 SDPF를 통과하는 배기가스에 포함된 질소산화물을 제거하는 제어기를 포함하며, 상기 제어기는, 상기 엔진의 운행 정보에 따라서 상기 SDPF의 내부 온도(T)를 연산하고, 연산된 상기 내부 온도로부터 시간(t)에 대한 기울기값(dT/dt)을 연산하며, 상기 기울기값이 기울기설정값보다 크면, 상기 분사 모듈에서 분사되는 환원제의 분사량을 상기 분사량설정값을 기준으로 증가 또는 감소시키도록 보정하는 제어로직을 수행할 수 있다.

Description

배기 시스템, 및 이의 제어방법{EXHAUST SYSTEM AND THE CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 선택적 환원 촉매가 코팅된 디젤 매연 필터(selective catalytic reduction catalyst on diesel particulate filter; SDPF)를 구비한 배기 시스템, 및 이의 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 엔진에서 배기매니폴드를 통해 배출되는 배기가스는 배기파이프에 설치된 촉매 컨버터(Catalytic Converter)로 유도되어 정화되고, 머플러를 통과하면서 소음이 감쇄된 후 테일 파이프를 통해 대기 중으로 배출된다.
상기 촉매 컨버터는 배기가스에 포함되어 있는 오염물질을 정화한다. 그리고 배기파이프 상에는 배기가스에 포함된 입자상 물질(Particulate Matters: PM)을 포집하기 위한 매연 필터가 장착된다.
선택적 환원(Selective Catalytic Reduction; SCR) 촉매는 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)을 정화시키는 촉매 컨버터의 한 형식이다. 우레아(Urea), 암모니아(Ammonia), 일산화탄소 및 탄화수소(Hydrocarbon; HC) 등과 같은 환원제를 배기가스에 제공하면 SCR 촉매에서는 배기가스에 포함된 질소산화물이 상기 환원제와의 산화/환원 반응을 통해 환원되게 된다.
최근에는, 강화된 배기가스 규제에 대응하기 위하여 SCR 촉매와 함께 린녹스트랩(Lean NOx Trap; LNT)를 사용하고 있다. LNT는 엔진의 공연비가 희박(lean)한 분위기에서 작동되면 배기가스에 포함된 질소산화물을 흡착하고, 엔진의 공연비가 농후(rich)한 분위기에서 작동되면 흡착된 질소산화물을 탈착하며, 탈착된 질소산화물과 배기가스에 포함된 질소산화물을 환원시킨다.
그런데, LNT와 SCR 촉매를 함께 사용하는 경우, 공간적 제약 때문에 SCR 촉매가 디젤 매연 필터에 코팅될 수 있다. 선택적 환원 촉매가 코팅된 디젤 매연 필터(selective catalytic reduction catalyst on diesel particulate filter; SDPF)는 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하고 환원제를 이용하여 배기가스에 포함된 질소산화물을 제거한다.
여기서, SDPF에 포집된 입자상 물질이 설정량 이상이면, 배기가스의 온도를 올려 SDPF에 포집된 입자상 물질을 태워 제거한다. 이를 SDPF의 재생이라고 한다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
대한민국 특허 출원 10??2015??0044458
본 발명의 목적은 우레아의 분사를 최적화하여 암모니아가 슬립되어 외부로 배출되는 것을 줄이고, 배기가스에서 질소산화물을 효율적으로 제거할 수 있는 배기 시스템, 및 이의 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 배기 시스템의 제어방법은 연소실에서 공기와 연료의 혼합기를 태워 동력을 생산하고, 연소 과정에서 발생한 배기가스를 배기파이프를 통하여 외부로 배출하는 엔진, 상기 배기파이프에 장착되어 있으며, 상기 배기파이프를 흐르는 배기가스에 환원제를 분사하는 분사 모듈, 상기 분사 모듈에서 분사된 환원제를 이용하여 배기가스에 포함된 질소산화물을 환원하는 선택적 환원 촉매가 코팅된 SDPF(Selective Catalytic Reduction on Diesel Particulate Filter), 및 상기 엔진의 운전 정보에 따라 상기 분사 모듈에서 분사되는 환원제의 분사량을 분사량설정값으로 제어하여 상기 SDPF를 통과하는 배기가스에 포함된 질소산화물을 제거하는 제어기를 포함하며, 상기 제어기는, 상기 엔진의 운행 정보에 따라서 상기 SDPF의 내부 온도(T)를 연산하고, 연산된 상기 내부 온도로부터 시간(t)에 대한 기울기값(dT/dt)을 연산하며, 상기 기울기값이 기울기설정값보다 크면, 상기 분사 모듈에서 분사되는 환원제의 분사량을 상기 분사량설정값을 기준으로 증가 또는 감소시키도록 보정하는 제어로직을 수행할 수 있다.
상기 기울기값이 기울기설정값 미만이면, 상기 SDPF에 대해서 미리 설정된 NOx정화율을 보정하는 제어로직을 수행할 수 있다.
상기 SDPF의 입구측으로 들어가는 질소산화물을 감지하고, 상기 SDPF의 출구측에서 배출되는 질소산화물을 감지하는 제1, 제2 녹스 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 제어기는, 제2 녹스 센서로부터 상기 SDPF의 후단에서 배출되는 질소산화물의 실제유량을 연산하고, 운행정보에 따른 모델유량을 선택하며, 상기 모델유량에서 상기 실제유량을 뺀 차이값이 제1 설정값 이상이면, 상기 분사 모듈에서 분사되는 환원제의 분사량을 설정비율로 감소시키는 제어로직을 수행할 수 있다.
상기 모델유량에서 상기 실제유량을 뺀 차이값이 제2 설정값 미만이면, 상기 분사 모듈에서 분사되는 환원제의 분사량을 설정비율로 증가시키는 제어로직을 수행할 수 있다.
상기 배기파이프를 지나는 배기가스의 온도를 감지하는 온도 센서; 를 포함하고, 상기 제어기는 상기 온도 센서에서 감지되는 온도신호를 이용하여 상기 SDPF의 내부 온도를 연산하는 제어로직을 수행할 수 있다.
상기 제어기에 의해서 제어되고, 상기 연소실 안으로 디젤 또는 가솔린을 분사하도록 배치된 인젝터를 더 포함할 수 있다.
상기 배기 파이프를 흐르는 배기가스를 상기 엔진의 흡기매니폴드 측으로 재순환시키는 배기가스 재순환 장치를 더 포함할 수 있다.
배기가스가 연한(lean) 분위기에서 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)을 흡장하고, 농후한(rich) 분위기에서 흡장된 질소산화물을 탈착하며 배기가스에 포함된 질소산화물 또는 탈착된 질소산화물을 환원시키는 LNT를 더 포함할 수 있다.
상기 분사 모듈에서 분사된 환원제를 혼합시키도록 배치되는 믹서를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배기 시스템의 제어방법은 엔진의 운행 정보에 따라서 SDPF의 내부 온도(T)를 연산하는 단계, 연산된 상기 내부 온도로부터 시간(t)에 대한 기울기값(dT/dt)을 연산하는 단계, 상기 기울기값이 기울기설정값보다 크면, 분사 모듈에서 분사되는 환원제의 분사량을 상기 분사량설정값을 기준으로 증가 또는 감소시키도록 보정하는 단계를 수행할 수 있다.
상기 기울기값이 기울기설정값 미만이면, 상기 SDPF에 대해서 미리 설정된 NOx정화율을 보정할 수 있다.
상기 SDPF의 후단에서 배출되는 질소산화물의 실제유량을 연산하고, 운행정보에 따른 모델유량을 선택하는 단계, 및 상기 모델유량에서 상기 실제유량을 뺀 차이값이 제1 설정값 이상이면, 상기 분사 모듈에서 분사되는 환원제의 분사량을 설정비율로 감소시키는 단계를 수행할 수 있다.
상기 모델유량에서 상기 실제유량을 뺀 차이값이 제2 설정값 미만이면, 상기 분사 모듈에서 분사되는 환원제의 분사량을 설정비율로 증가시키는 단계를 수행할 수 있다.
상기 온도 센서에서 감지되는 온도신호를 이용하여 상기 SDPF의 내부 온도를 연산하는 단계를 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라서, 분사 모듈에서 분사되는 우레아의 소모량을 줄이거나, 질소산화물의 정화성능을 개선할 수 있다.
또한, SDPF의 열화에 의해서 초래되는 정화성능의 악화를 개선할 수 있고, 정화율의 미리 설정된 모델값에 대한의 에러를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배기기스템의 제어방법을 보여주는 플로우차트이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배기기스템에서 우레아의 분사량을 보정하는 방법을 보여주는 플로우차트이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
단, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
단, 본 발명의 실시 예를 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하여 설명한다.
하기의 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일하여 이를 구분하기 위한 것으로, 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화 장치를 도시한 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 내연 기관의 배기 장치는 엔진(10), 배기파이프(20), 배기가스 재순환(Exhaust Gas Recirculation; EGR) 장치(30), 린녹스트랩(Lean NOx Trap; LNT)(40), 분사 모듈(50), 매연 필터(Particulate Filter)(60), 그리고 제어기(70)를 포함한다.
엔진(10)은 연료와 공기가 혼합된 혼합기를 연소시켜 화학적 에너지를 기계적 에너지로 변환한다. 엔진(10)은 흡기매니폴드(16)에 연결되어 연소실(12) 내부로 공기를 유입받으며, 연소 과정에서 발생된 배기가스는 배기매니폴드(18)에 모인 후 엔진 밖으로 배출되게 된다. 상기 연소실(12)에는 인젝터(14)가 장착되어 연료를 연소실(12) 내부로 분사한다.
여기에서는 디젤 엔진을 예시하였으나 희박 연소(lean burn) 가솔린 엔진을 사용할 수도 있다. 가솔린 엔진을 사용하는 경우, 흡기매니폴드(16)를 통하여 혼합기가 연소실(12) 내부로 유입되며, 연소실(12) 상부에는 점화를 위한 점화플러그(도시하지 않음)가 장착된다. 또한, 가솔린 직접 분사(Gasoline Direct Injection; GDI) 엔진을 사용하는 경우, 디젤 엔진과 마찬가지로 인젝터(14)가 연소실(12)의 상부에 장착된다.
배기파이프(20)는 상기 배기매니폴드(18)에 연결되어 배기가스를 차량의 외부로 배출시킨다. 상기 배기파이프(20) 상에는 LNT(40), 분사 모듈(50) 및 매연 필터(60)가 장착되어 배기가스 내 포함된 탄화수소, 일산화탄소, 입자상 물질 그리고 질소산화물 등을 제거한다.
배기가스재순환장치(30)는 배기파이프(20) 상에 장착되어 엔진(10)에서 [0038] 배출되는 배기가스 일부를 상기 배기가스재순환장치(30)를 통해 엔진(10)에 재공급한다. 또한, 상기 배기가스재순환장치(30)는 상기 흡기매니폴드(16)에 연결되어 배기가스의 일부를 공기에 섞어 연소 온도를 제어한다. 이러한 연소 온도의 제어는 제어기(70)의 제어에 의하여 흡기매니폴드(16)에 공급되는 배기가스의 양을 조절함으로써 수행된다. 따라서,
배기가스재순환장치(30)와 흡기매니폴드(16)를 연결하는 라인 상에는 제어기(70)에 의하여 제어되는 재순환 밸브(도시하지 않음)가 장착될 수 있다.
상기 배기가스재순환장치(30)의 후방 배기파이프(20)에는 제1 산소 센서(72)가 장착되어 배기가스재순환장치(30)를 통과한 배기가스 내의 산소량을 검출하여 상기 제어기(70)에 전달함으로써 상기 제어기(70)가 배기가스의 린/리치 제어(lean/rich control)를 수행하는 것을 돕도록 할 수 있다. 본 명세서에서는 상기 제1 산소 센서(72)의 측정값을 LNT 전단의 공연비(lambda)라고 칭하기로 한다.
또한, 배기가스재순환장치(30)의 후방 배기파이프(20)에는 제1 온도 센서(74)가 장착되어 배기가스재순환장치(30)를 통과한 배기가스의 온도를 검출한다.
LNT(40)는 상기 배기가스재순환장치(30)의 후방 배기파이프(20)에 장착되어 있다. 상기 LNT(40)는 연한(lean) 분위기에서 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)을 흡장하고, 농후한(rich) 분위기에서 흡장된 질소산화물을 탈착하며 배기가스에 포함된 질소산화물 또는 탈착된 질소산화물을 환원시킨다. 또한, LNT(40)는 배기가스에 포함된 일산화탄소(CO) 및 탄화수소(HC)를 산화시킨다.
여기에서, 탄화수소는 배기가스와 연료에 포함된 탄소와 수소로 구성된 화합물을 모두 지칭하는 것으로 이해하여야 할 것이다.
상기 LNT(40)의 후방 배기파이프(20)에는 제2 산소 센서(76), 제2 온도 센서(78) 및 제1 녹스 센서(80)가 장착되어 있다.
상기 제2 산소 센서(76)는 상기 매연 필터(60)에 유입되는 배기가스에 포함된 산소량을 측정하여 이에 대한 신호를 상기 제어기(70)에 전달한다. 상기 제1 산소 센서(72)와 제2 산소 센서(76)의 검출값을 기초로 상기 제어기(70)는 배기가스의 린/리치 제어를 수행할 수 있다. 본 명세서에서 상기 제2 산소 센서(76)의 측정값을 필터 전단의 공연비(lambda)라고 칭하기로 한다.
제2 온도 센서(78)는 상기 매연 필터(60)에 유입되는 배기가스의 온도를 측정하여 이에 대한 신호를 상기 제어기(70)에 전달한다. 여기서, 상기 매연 필터(60)에서 배출되는 배기가스의 온도를 감지하고, 이를 상기 제어기(70)로 전송하는 제3 온도 센서(90)가 더 배치될 수 있다.
제1 녹스 센서(80)는 매연 필터(60)에 유입되는 배기가스에 포함된 NOx 양을 측정하여 이에 대한 신호를 상기 제어기(70)에 전달한다. 상기 제1 녹스 센서(80)에서 측정된 NOx 양은 상기 분사 모듈(50)에서 분사할 환원제의 양을 결정하는데 사용될 수 있다.
분사 모듈(50)은 상기 매연 필터(60)의 전단 배기파이프(20)에 장착되어 있으며, 제어기(70)에 의하여 제어되어 환원제를 배기가스에 분사한다. 통상적으로, 분사 모듈(50)은 요소를 분사하며, 분사된 요소는 가수분해에 의하여 암모니아로 변환된다.
그러나, 환원제는 암모니아에 한정되지는 않는다. 이하에서는 설명의 편의상 환원제로 암모니아를 사용하고 분사 모듈(50)에서 요소를 분사하는 것을 예시한다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상 내에서 암모니아 이외의 환원제를 사용하는 것도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 할 것이다.
상기 분사 모듈(50)의 후단 배기파이프(20)에는 믹서(55)가 장착되어 환원제를 배기가스에 골고루 혼합시킨다.
매연 필터(60)는 믹서(55)의 후단 배기파이프(20)에 장착되어 있으며, 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하고, 상기 분사 모듈(50)에서 분사된 환원제를 이용하여 배기가스에 포함된 질소산화물을 환원한다. 이러한 목적을 위하여, 상기 매연 필터(60)는 선택적 환원 촉매가 코팅된 디젤 매연 필터(Selective Catalytic
Reduction on Diesel Particulate Filter; SDPF)(62)와 추가적인 선택적 환원(SCR) 촉매(64)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 아니한다.
한편, 본 명세서 및 청구항에서 SCR 촉매라는 명칭은 SCR 촉매 그 자체 또는 SDPF를 모두 포함하는 것으로 해석 되어야 할 것이다.
SDPF(62)는 DPF의 채널을 구성하는 격벽에 SCR 촉매가 코팅되어 있다. 통상적으로 [0051] DPF는 복수개의 입구 채널과 출구 채널을 포함한다. 입구 채널은 그 일단이 개구되고 그 타단이 막혀 있어 DPF의 전단으로부터 배기가스를 유입받는다.
또한, 출구 채널은 그 일단이 막혀 있고 그 타단이 개구되어 DPF 내부의 배기가스를 배출한다. 입구 채널을 통해 DPF에 유입된 배기가스는 입구 채널과 출구 채널을 분할하는 다공성의 격벽을 통해 출구 채널로 들어간 후, 출구 채널을 통해 DPF로부터 배출된다.
배기가스가 다공성의 격벽을 통과하는 과정에서 배기가스에 포함된 입자상 물질이 포집된다. 또한, SDPF(62)에 코팅된 SCR 촉매는 분사 모듈(50)에서 분사된 환원제를 이용하여 배기가스에 포함된 질소산화물을 환원시킨다.
추가적인 SCR 촉매(64)는 상기 SDPF(62)의 후단에 장착된다. 추가적인 SCR 촉매(64)는 상기 SDPF(62)에서 질소 산화물이 완벽하게 정화되지 못하는 경우, 질소산화물을 추가적으로 환원시킬 수 있다. 추가적인 SCR 촉매(64)는 상기 SDPF(62)와는 물리적으로 이격되어 장착될 수도 있다.
한편, 상기 배기파이프(20)에는 차압 센서(66)가 장착되어 있다. 차압 센서(66)는 상기 매연 필터(60)의 전단부와 후단부의 압력 차이를 측정하고 이에 대한 신호를 상기 제어기(70)에 전달한다. 상기 제어기(70)는 상기 차압 센서(66)에서 측정된 압력 차이가 설정 압력 이상인 경우 상기 매연 필터(60)를 재생하도록 제어할 수 있다.
이 경우, 인젝터(14)에서 연료를 후분사함으로써 매연 필터(60) 내부에 포집된 입자상 물질을 연소시킬 수 있다.
또한, 상기 매연 필터(60)의 후단 배기파이프(20)에는 제2 녹스 센서(82)가 장착된다. 상기 제2 녹스 센서(82)는 매연 필터(60)로부터 배출된 배기가스에 포함된 질소산화물의 양을 검출하고, 이에 대한 신호를 제어기(70)에 전달한다. 제어기(70)는 제2 녹스 센서(82)의 검출값을 기초로 매연 필터(60)가 배기가스에 포함된 질소산화물을 정상적으로 제거하고 있는지 모니터링 할 수 있다. 즉, 제2 녹스 센서(82)는 매연 필터(60)의 성능을 평가하기 위하여 사용될 수 있다.
제어기(70)는 각 센서들에서 검출된 신호들을 기초로 엔진의 운전 조건을 판단하고, 상기 엔진의 운전 조건을 기초로 린/리치 제어 및 분사 모듈(50)에서 분사되는 환원제의 양을 제어한다.
일 예로, 제어기(70)는 공연비를 농후한 분위기로 제어함으로써 LNT(40)에서 질소산화물을 제거(본 명세서에서는 'LNT의 재생'이라고 한다)하도록 하고, 환원제 분사를 통하여 SDPF(60)에서 질소산화물을 제거하도록 할 수 있다. 린/리치 제어는 인젝터(14)에서 분사되는 연료의 양 및 분사 시기를 조절함으로써 수행될 수 있다.
한편, 상기 제어기(70)는 엔진 운전 조건을 기초로 SDPF(62)의 내부 온도, SDPF(62)에 흡장된 암모니아 양, LNT(40) 후단 NOx 배출량 등을 계산하고, 이들을 기초로 SDPF(62)의 NOx 정화율을 예측한다.
이러한 목적을 위하여, 상기 제어기(70)에는 매연 필터(60) 내부 온도에 따른 암모니아 흡장/산화 특성, 매연 필터(60) 내부 온도에 따른 암모니아 탈착 특성, 농후한 분위기에서 LNT(40)의 NOx 슬립 특성 등이 저장되어 있다.
상기 매연 필터(60) 내부 온도에 따른 암모니아 흡장/산화 특성, 매연 필터(60) 내부 온도에 따른 암모니아 탈착 특성, 농후한 분위기에서 LNT(40)의 NOx 슬립 특성 등은 수많은 실험에 의하여 맵으로 정해질 수 있다. 또한, 상기 제어기(70)는 매연 필터(60)의 재생과 LNT(40)의 탈황을 진행한다.
이러한 목적을 위하여, 상기 제어기(70)는 설정된 프로그램에 의해 동작하는 하나 이상의 프로세서로 구현될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화 장치의 제어 방법의 각 단계를 수행하도록 프로그래밍된 것일 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화 방법에 사용되는 제어기에서 입력과 출력 관계를 도시한 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 산소 센서(72), 제1 온도 센서(74), 제2 산소 센서(76), 제2 온도 센서(78), 제1 녹스 센서(80), 제2 녹스 센서(82), 제3 온도 센서(90), 그리고 차압 센서(66)는 제어기(70)에 전기적으로 연결되어 있으며 검출한 값들을 제어기(70)에 전달한다.
제1 산소 센서(72)는 배기가스재순환장치(30)를 통과한 배기가스 내의 산소량을 검출하여 이에 대한 신호를 상기 제어기(70)에 전달한다. 상기 제어기(70)가 상기 제1 산소 센서(72)에서 검출된 배기가스 내의 산소량을 기초로 배기가스의 린/리치 제어(lean/rich control)를 수행하는 것을 돕도록 할 수 있다. 제1 산소 센서(72)에서 검출된 값은 람다(λ)로 표시될 수 있다. 람다는 이론 공연비에 대한 실제 공연비의 비를 나타내며, 람다가 1을 초과하면 희박한 분위기로 보고, 람다가 1 미만이면 농후한 분위기로 본다.
제1 온도 센서(74)는 배기가스재순환장치(30)를 통과한 배기가스의 온도를 [0062] 검출하여 이에 대한 신호를 상기 제어기(70)에 전달한다.
상기 제2 산소 센서(76)는 상기 매연 필터(60)에 유입되는 배기가스에 포함된 산소량을 측정하여 이에 대한 신호를 상기 제어기(70)에 전달한다.
제2 온도 센서(78)는 상기 매연 필터(60)에 유입되는 배기가스의 온도를 측정하여 이에 대한 신호를 상기 제어기(70)에 전달한다.
제1 녹스 센서(80)는 매연 필터(60)에 유입되는 배기가스에 포함된 NOx 양을 측정하여 이에 대한 신호를 상기 제어기(70)에 전달한다.
상기 제2 녹스 센서(82)는 매연 필터(60)로부터 배출된 배기가스에 포함된 질소산화물의 양을 검출하고, 이에 대한 신호를 제어기(70)에 전달한다.
차압 센서(66)는 상기 매연 필터(60)의 전단부와 후단부의 압력 차이를 측정하고 이에 대한 신호를 상기 제어기(70)에 전달하고, 제3 온도 센서(90)는 상기 매연 필터(60)에서 배출되는 배기가스의 온도를 측정하여 이에 대한 신호를 상기 제어기(70)에 전달한다.
제어기(70)는 상기 전달된 값들을 기초로 엔진 운전 조건, 연료 분사량, 연료 분사 시기, 연료 분사 패턴, 환원제 분사량, 매연 필터(60)의 재생 시기 및 LNT(40)의 재생/탈황 시기를 결정하고, 인젝터(14) 및 분사 모듈(50)을 제어하기 위한 신호를 인젝터(14) 및 분사 모듈(50)에 출력한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화 장치에는 도 2에 기재된 센서들 외에 다수의 센서들이 장착될 수 있으나, 설명의 편의를 위하여 생략한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배기기스템의 제어방법을 보여주는 플로우차트이다.
도 3을 참조하면, 엔진(10)이 시동되면, S300에서 제어기(70)는 제어를 시작한다.
S310에서 제어기(70)는 상기 SDPF(62)의 전단 또는 후단의 온도를 감지하며, S315에서 제어기(70)는 상기 SDPF(62)의 내부온도를 연산한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제어기(70)는 운행정보에 따라서 상기 SDPF(62)의 내부온도를 연산할 수 있다. 여기서, 운행정보는 엔진(10)의 RPM, 연료분사량, 외기온, 또는 냉각수온 등을 포함할 수 있다.
S320에서 제어기(70)는 상기 SDPF(62)의 내부온도 변화에 따른 온도 변화 기울기(온도구배: dT/dt)를 연산한다.
S325에서 제어기(70)는 연산된 기울기값(온도구배)이 기울기설정값보다 큰지 판단한다. 그리고, S325의 조건이 만족되면, S340을 수행하고, S325의 조건이 불만족되면, S330을 수행한다.
S340에서 제어기(70)는 상기 분사 모듈(50)에서 분사되는 우레아의 분사량을 보정하고, S330에서 제어기는 상기 SDPF(62)의 녹스(NOx)정화율을 보정하여 재설정한다. 그리고, 엔진(10)의 시동이 오프되면, S350에서 제어기(70)는 제어를 종료한다.
도 4를 참조하여, S340의 제어플로우에 대해서 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배기기스템에서 우레아의 분사량을 보정하는 방법을 보여주는 플로우차트이다.
도 4를 참조하면, S400에서 제어기(70)는 상기 SDPF(62)의 후단의 제2 녹스 센서(82)로부터 질소산화물의 실제유량을 감지한다. 여기서, 녹스유량은 질소산화물의 흐름양을 말하는 것으로, 질소산화물의 밀도 등으로 대체될 수 있다.
S410에서 제어기(70)는 운행정보로부터 상기 SDPF(62)의 후단으로 배출되는 질소산화물의 모델유량을 선택한다. 그리고, S420에서 제어기(70)는 실제유량에서 모델유량을 뺀 차이값을 연산한다.
S430에서 제어기(70)는 상기 차이값이 제1설정값보다 큰지 판단한다. S430의 조건이 만족되면, 제어기(70)는 S450을 수행하고, S430의 조건이 만족되지 않으면, 제어기(70)는 S440을 수행한다.
S450에서 제어기(70)는 상기 분사 모듈(50)에서 분사되는 우레아의 분사량설정값을 설정비율로 감소시킨다.
그리고, S440에서 제어기(70)는 상기 차이값이 제2설정값 미만인지 판단하고, S440의 조건이 만족되면, S460에서 제어기(70)는 상기 분사 모듈(50)에서 분사되는 우레아의 분사량설정값을 설정비율로 증가시킨다. 또한, S440의 조건이 불만족되면, S400 또는 S310을 다시 수행할 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.
10: 엔진 70: 제어기
62: SDPF 50: 분사 모듈

Claims (15)

  1. 연소실에서 공기와 연료의 혼합기를 태워 동력을 생산하고, 연소 과정에서 발생한 배기가스를 배기파이프를 통하여 외부로 배출하는 엔진;
    상기 배기파이프에 장착되어 있으며, 상기 배기파이프를 흐르는 배기가스에 환원제를 분사하는 분사 모듈;
    상기 분사 모듈에서 분사된 환원제를 이용하여 배기가스에 포함된 질소산화물을 환원하는 선택적 환원 촉매가 코팅된 SDPF(Selective Catalytic Reduction on Diesel Particulate Filter); 및
    상기 엔진의 운전 정보에 따라 상기 분사 모듈에서 분사되는 환원제의 분사량을 분사량설정값으로 제어하여 상기 SDPF를 통과하는 배기가스에 포함된 질소산화물을 제거하는 제어기; 를 포함하며,
    상기 제어기는,
    상기 엔진의 운행 정보에 따라서 상기 SDPF의 내부 온도(T)를 연산하고, 연산된 상기 내부 온도로부터 시간(t)에 대한 기울기값(dT/dt)을 연산하며, 상기 기울기값이 기울기설정값보다 크면, 상기 분사 모듈에서 분사되는 환원제의 분사량을 상기 분사량설정값을 기준으로 증가 또는 감소시키도록 보정하는 제어로직을 수행하는 배기 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기울기값이 기울기설정값 미만이면, 상기 SDPF에 대해서 미리 설정된 NOx정화율을 보정하는 제어로직을 수행하는 배기 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 SDPF의 입구측으로 들어가는 질소산화물을 감지하고, 상기 SDPF의 출구측에서 배출되는 질소산화물을 감지하는 제1, 제2 녹스 센서; 를 더 포함하는 배기 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어기는,
    제2 녹스 센서로부터 상기 SDPF의 후단에서 배출되는 질소산화물의 실제유량을 연산하고,
    운행정보에 따른 모델유량을 선택하며,
    상기 모델유량에서 상기 실제유량을 뺀 차이값이 제1 설정값 이상이면, 상기 분사 모듈에서 분사되는 환원제의 분사량을 설정비율로 감소시키는 제어로직을 수행하는 배기 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 모델유량에서 상기 실제유량을 뺀 차이값이 제2 설정값 미만이면, 상기 분사 모듈에서 분사되는 환원제의 분사량을 설정비율로 증가시키는 제어로직을 수행하는 배기 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 배기파이프를 지나는 배기가스의 온도를 감지하는 온도 센서; 를 포함하고,
    상기 제어기는 상기 온도 센서에서 감지되는 온도신호를 이용하여 상기 SDPF의 내부 온도를 연산하는 제어로직을 수행하는 배기 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어기에 의해서 제어되고, 상기 연소실 안으로 디젤 또는 가솔린을 분사하도록 배치된 인젝터; 를 더 포함하는 배기 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 배기 파이프를 흐르는 배기가스를 상기 엔진의 흡기매니폴드 측으로 재순환시키는 배기가스 재순환 장치; 를 더 포함하는 배기 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    배기가스가 연한(lean) 분위기에서 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)을 흡장하고, 농후한(rich) 분위기에서 흡장된 질소산화물을 탈착하며 배기가스에 포함된 질소산화물 또는 탈착된 질소산화물을 환원시키는 LNT; 를 더 포함하는 배기 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 분사 모듈에서 분사된 환원제를 혼합시키도록 배치되는 믹서; 를 더 포함하는 배기 시스템.
  11. 엔진의 운행 정보에 따라서 SDPF의 내부 온도(T)를 연산하는 단계;
    연산된 상기 내부 온도로부터 시간(t)에 대한 기울기값(dT/dt)을 연산하는 단계;
    상기 기울기값이 기울기설정값보다 크면, 분사 모듈에서 분사되는 환원제의 분사량을 상기 분사량설정값을 기준으로 증가 또는 감소시키도록 보정하는 단계;
    를 수행하는 배기 시스템의 제어방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 기울기값이 기울기설정값 미만이면, 상기 SDPF에 대해서 미리 설정된 NOx정화율을 보정하는 배기 시스템의 제어방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 SDPF의 후단에서 배출되는 질소산화물의 실제유량을 연산하고, 운행정보에 따른 모델유량을 선택하는 단계; 및
    상기 모델유량에서 상기 실제유량을 뺀 차이값이 제1 설정값 이상이면, 상기 분사 모듈에서 분사되는 환원제의 분사량을 설정비율로 감소시키는 단계; 를 수행하는 배기 시스템의 제어방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 모델유량에서 상기 실제유량을 뺀 차이값이 제2 설정값 미만이면, 상기 분사 모듈에서 분사되는 환원제의 분사량을 설정비율로 증가시키는 단계; 를 수행하는 배기 시스템의 제어방법.
  15. 제11에 있어서,
    상기 온도 센서에서 감지되는 온도신호를 이용하여 상기 SDPF의 내부 온도를 연산하는 단계를 수행하는 배기 시스템의 제어방법.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111878196B (zh) * 2020-09-11 2024-05-14 中车大连机车研究所有限公司 一种内燃机车排气系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000044458A1 (fr) 1999-01-28 2000-08-03 Sega Enterprises, Ltd. Systeme de jeu sur reseau, terminal de dispositif de jeu utilise dans ce systeme et support d'enregistrement
KR101655211B1 (ko) * 2015-03-30 2016-09-07 현대자동차 주식회사 린 녹스 트랩과 선택적 환원 촉매를 구비한 배기 가스 정화 장치 및 이의 제어 방법
KR101684502B1 (ko) * 2013-11-22 2016-12-08 현대자동차 주식회사 배기 가스 정화 장치 및 배기 가스 정화 방법
KR101713743B1 (ko) * 2015-12-08 2017-03-08 현대자동차 주식회사 선택적 환원 촉매가 코팅된 디젤 매연 필터의 재생 방법 및 배기 가스 정화 장치

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101519044B1 (ko) 2013-10-16 2015-05-12 한양대학교 에리카산학협력단 광고 수신 모듈을 갖는 스마트 디스플레이

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000044458A1 (fr) 1999-01-28 2000-08-03 Sega Enterprises, Ltd. Systeme de jeu sur reseau, terminal de dispositif de jeu utilise dans ce systeme et support d'enregistrement
KR101684502B1 (ko) * 2013-11-22 2016-12-08 현대자동차 주식회사 배기 가스 정화 장치 및 배기 가스 정화 방법
KR101655211B1 (ko) * 2015-03-30 2016-09-07 현대자동차 주식회사 린 녹스 트랩과 선택적 환원 촉매를 구비한 배기 가스 정화 장치 및 이의 제어 방법
KR101713743B1 (ko) * 2015-12-08 2017-03-08 현대자동차 주식회사 선택적 환원 촉매가 코팅된 디젤 매연 필터의 재생 방법 및 배기 가스 정화 장치

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