KR20190134943A

KR20190134943A - SDPF의 NOx 정화 효율 보정 방법

Info

Publication number: KR20190134943A
Application number: KR1020180058971A
Authority: KR
Inventors: 주기형; 이명종; 박진우; 팔라니아판 무스카루판 아른; 조세프 켄시 웰데마
Original assignee: 현대자동차주식회사; 훼브 유럽 게엠베하; 기아자동차주식회사
Priority date: 2018-05-24
Filing date: 2018-05-24
Publication date: 2019-12-05
Also published as: US20190360377A1; KR102518593B1; DE102018127915A1; US10738678B2

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 SDPF의 NOx 정화 효율 보정 방법은, SDPF 내부의 단위시간당 온도 변화를 측정하는 단계와, 상기 SDPF 내부의 단위시간당 온도 변화가 제1 특정값 이하인지 판단하는 단계와, 상기 SDPF 내부의 단위시간당 온도 변화가 제1 특정값 이하이면, 상기 SDPF 내부의 각 부분의 온도의 최대최소값의 차이가 제2 특정값 이하인지 판단하는 단계와, 상기 SDPF 내부의 각 부분의 온도의 최대최소값의 차이가 제2 특정값 이하이면, 상기 SDPF 내부의 온도가 저온 영역에 있는지 판단하는 단계, 및 상기 SDPF 내부의 온도가 저온 영역에 있으면, 저온 영역 보정을 수행하는 단계를 포함한다.

Description

SDPF의 NOx 정화 효율 보정 방법{CORRECTION METHOD OF NOx PURIFYING EFFICIENCY OF SDPF}

본 발명은 SDPF의 NOx 정화 효율 보정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 SDPF 내부의 온도에 따라 각 온도에 따른 보정 방법을 적용하여 NOx 정화 효율을 산정하는 SDPF의 NOx 정화 효율 보정 방법에 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 NOx가 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 NOx를 흡착하고, 엔진의 공연비가 농후(rich)한 분위기에서 작동되면 흡착된 NOx를 탈착하며, 탈착된 NOx와 배기가스에 포함된 NOx를 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.

그런데, 소정의 운전 조건에서, 센서를 이용하여 측정된 SDPF의 NOx 정화 효율은 실제 SDPF의 NOx 정화 효율과 차이가 발생된다. 만약, SDPF 촉매 내부 온도의 단위시간당 온도 구배가 특정값 이상이면, 우레아 분사량을 직접 증가시키거나 감소시킴으로써, NOx 슬립과 NH3 슬립을 보정한다.

그러나, SDPF 촉매 내부 온도의 단위시간당 온도 구배가 특정값 이하인 경우에는, SDPF 촉매 내부 온도에 따라 NOx 정화 효율에 상대적으로 크게 영향을 주는 인자가 다르다. 즉, SDPF 촉매 내부의 온도가 저온 영역인 경우에는 NH3의 흡장이 정화 성능에 큰 영향을 주며, SDPF의 공간 속도(SV) 즉, NH3 흡장이 가능한 SDPF 촉매 내 볼륨 대비 볼륨 유량이 NOx 정화 성능에 큰 영향을 준다. 그리고, 고온 영역에서는 흡장은 거의 일어나지 않고, 대부분 기체 상에서 바로 반응을 하므로, SV에 대한 영향이 매우 적다. 고온에서는 NH3의 산화(NH3 -> NOx 변환)가 발생하여 NOx 정화 효율이 감소하는 현상이 일어나므로, 이와 같은 현상을 고려하여 고온에서는 NOx 정화효율맵의 출력값을 보정하여 반영한다.

이와 같이, SDPF 촉매 내부의 온도에 따라 NOx 정화 효율을 보정하여 NOx 및 NH3 슬립 현상을 개선하고, 모델의 정확도를 향상시키기 위한 필요성이 있다.

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.

본 발명의 목적은 SDPF 촉매 내 온도 영역에 따라 NOx 정화 효율을 보정함으로써, 우레아의 분사를 최적화하며, 암모니아가 슬립되어 외부로 배출되는 것을 줄이고, 배기가스에서 질소산화물을 효율적으로 제거할 수 있는 SDPF의 NOx 정화 효율 보정 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 SDPF의 NOx 정화 효율 보정 방법은, 상기 SDPF 내부의 온도가 저온 영역에 있지 않으면, 상기 SDPF 내부의 온도가 천이 영역에 있는지 판단하고, 상기 SDPF 내부의 온도가 천이 영역에 있으면, 천이 영역 보정을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 SDPF의 NOx 정화 효율 보정 방법은, 상기 SDPF 내부의 온도가 천이 영역에 있지 않으면, 상기 SDPF 내부의 온도가 고온 영역에 있는지 판단하고, 상기 SDPF 내부의 온도가 고온 영역에 있으면, 고온 영역 보정을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 SDPF의 NOx 정화 효율 보정 방법은, 상기 SDPF 내부의 단위시간당 온도 변화가 상기 제1 특정값 이상이면, 우레아 분사량 보정을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 SDPF의 NOx 정화 효율 보정 방법은, 상기 SDPF 내부의 각 부분의 온도의 최대최소값의 차이가 상기 제2 특정값 이상이면, 우레아 분사량 보정을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 특정값은 10℃이고, 상기 제2 특정값은 20℃일 수 있다.

상기 저온 영역은 170℃ 이상 250℃ 미만의 온도 영역일 수 있다.

상기 천이 영역은 250℃ 이상 300℃ 미만의 온도 영역일 수 있다.

상기 고온 영역은 300℃ 이상의 온도 영역일 수 있다.

상기 저온 영역 보정은, 상기 SDPF의 센서상 현재 정화 효율을 계산하는 단계와, 상기 SDPF의 센서상 최대 정화 효율을 계산하는 단계와, 상기 SDPF의 센서상 공간 속도(SV)를 계산하는 단계와, 저온 영역 보정 팩터(factor)를 계산하는 단계, 및 보정된 SV를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 SDPF의 센서상 현재 정화 효율은, 상기 SDPF 전단의 센서상 NOx량 대비 상기 SDPF 전단의 센서상 NOx량과 후단의 센서상 NOx량 차이값의 비율로 계산될 수 있다.

상기 SDPF의 센서상 최대 정화 효율은, 상기 SDPF의 NH3 최대 흡장량 대비 현재 온도에서 현재 NH3 흡장량의 비율 대비, 상기 SDPF의 센서상 현재 정화 효율의 비율로 계산될 수 있다.

상기 SDPF의 센서상 SV는, 상기 SDPF 내부의 온도와 상기 SDPF의 센서상 최대 정화 효율을 적용하여 계산될 수 있다.

상기 저온 영역 보정 팩터는, 상기 SDPF의 모델링된 SV 대비 상기 SDPF의 센서상 SV의 비율로 계산될 수 있다.

상기 보정된 SV는 상기 SDPF의 모델링된 SV에 상기 저온 영역 보정 팩터를 곱하여 계산될 수 있다.

상기 고온 영역 보정은, 상기 SDPF 후단의 모델링된 NOx량 대비 상기 SDPF 후단의 센서상 NOx량의 비율로 계산된 고온 영역 보정 팩터를 이용하여 이루어질 수 있다.

상기 천이 영역 보정은, 상기 저온 영역 보정 팩터와 상기 고온 영역 보정 팩터에 온도에 따른 웨이트(weight)를 가하여 천이 영역 보정 팩터를 구하고, 모델링된 SDPF의 NOx 정화 효율에 상기 천이 영역 보정 팩터를 곱하여 계산될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따라서, SDPF 내 온도에 따른 NOx 정화 효율 보정의 정확도가 개선될 수 있고, 이에 따라 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 일 실시예에 따른 배기 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 SDPF의 NOx 정화 효율 보정 방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 SDPF의 저온 영역에서 SDPF의 NOx 정화 효율 보정 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 SDPF의 저온 영역에서 SDPF의 NOx 정화 효율 보정 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 SDPF의 고온 영역에서 SDPF의 NOx 정화 효율 보정 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 SDPF의 천이 영역에서 SDPF의 NOx 정화 효율 보정 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 SDPF의 저온 영역에서 SDPF의 NOx 정화 효율 보정 전후 모델의 정확도가 개선된 모습을 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 SDPF의 고온 영역에서 SDPF의 NOx 정화 효율 보정 전후 모델의 정확도가 개선된 모습을 나타내는 그래프이다.

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 일 실시예에 따른 배기 시스템의 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 배기 시스템은 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. 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 배기매니폴드(18)에 연결되어 배기가스를 차량의 외부로 배출시킨다. 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, 배기가스재순환장치(30)는 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.

배기가스재순환장치(30)와 흡기매니폴드(16)를 연결하는 라인 상에는 제어기(70)에 의하여 제어되는 재순환 밸브(도시하지 않음)가 장착될 수 있다.

배기가스재순환장치(30)의 후방 배기파이프(20)에는 제1 산소 센서(72)가 장착되어 배기가스재순환장치(30)를 통과한 배기가스 내의 산소량을 검출하여 제어기(70)에 전달함으로써 제어기(70)가 배기가스의 린/리치 제어(lean/rich control)를 수행하는 것을 돕도록 할 수 있다. 본 명세서에서는 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 배기가스재순환장치(30)의 후방 배기파이프(20)에 장착되어 있다. 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.

LNT(40)의 후방 배기파이프(20)에는 제2 산소 센서(76), 제2 온도 센서(78) 및 제1 NOx 센서(80)가 장착되어 있다.

제2 산소 센서(76)는 매연 필터(60)에 유입되는 배기가스에 포함된 산소량을 측정하여 이에 대한 신호를 제어기(70)에 전달한다. 제1 산소 센서(72)와 제2 산소 센서(76)의 검출값을 기초로 제어기(70)는 배기가스의 린/리치 제어를 수행할 수 있다. 본 명세서에서 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, 매연 필터(60)에서 배출되는 배기가스의 온도를 감지하고, 이를 제어기(70)로 전송하는 제3 온도 센서(90)가 더 배치될 수 있다.

제1 NOx 센서(80)는 매연 필터(60)에 유입되는 배기가스에 포함된 NOx 양을 측정하여 이에 대한 신호를 제어기(70)에 전달한다. 제1 NOx 센서(80)에서 측정된 NOx 양은 상기 분사 모듈(50)에서 분사할 환원제의 양을 결정하는데 사용될 수 있다.

분사 모듈(50)은 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.

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, 분사 모듈(50)에서 분사된 환원제를 이용하여 배기가스에 포함된 질소산화물을 환원한다. 이러한 목적을 위하여, 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.

추가적인 SCR 촉매(64)는 SDPF(62)의 후단에 장착된다. 추가적인 SCR 촉매(64)는 SDPF(62)에서 질소 산화물이 완벽하게 정화되지 못하는 경우, 질소산화물을 추가적으로 환원시킬 수 있다. 추가적인 SCR 촉매(64)는 SDPF(62)와는 물리적으로 이격되어 장착될 수도 있다.

한편, 배기파이프(20)에는 차압 센서(66)가 장착되어 있다. 차압 센서(66)는 매연 필터(60)의 전단부와 후단부의 압력 차이를 측정하고 이에 대한 신호를 제어기(70)에 전달한다. 제어기(70)는 차압 센서(66)에서 측정된 압력 차이가 설정 압력 이상인 경우 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, 매연 필터(60)의 후단 배기파이프(20)에는 제2 NOx 센서(82)가 장착된다. 제2 NOx 센서(82)는 매연 필터(60)로부터 배출된 배기가스에 포함된 질소산화물의 양을 검출하고, 이에 대한 신호를 제어기(70)에 전달한다. 제어기(70)는 제2 NOx 센서(82)의 검출값을 기초로 매연 필터(60)가 배기가스에 포함된 질소산화물을 정상적으로 제거하고 있는지 모니터링 할 수 있다. 즉, 제2 NOx 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, 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, 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, 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.

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, 제어기(70)는 매연 필터(60)의 재생과 LNT(40)의 탈황을 진행한다.

이러한 목적을 위하여, 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 일 실시예에 따른 SDPF의 NOx 정화 효율 보정 방법을 나타내는 순서도이다.

도 2를 참조하면, 엔진(10)이 시동되면, 제어기(70)는 제어를 시작한다.

우선, 제어기(70)는 SDPF(62) 내부 온도를 연산한다. 제어기(70)는 운행정보에 따라서 SDPF(62)의 내부 온도를 연산할 수 있다. 여기서, 운행정보는 엔진(10)의 RPM, 연료분사량, 외기온, 또는 냉각수온 등을 포함할 수 있다.

제어기(70)는 SDPF(62) 내부의 단위시간당 온도 변화(dT/dt)를 연산한다(S201).

그 후, SDPF(62) 내부의 단위시간당 온도 변화가 제1 특정값 이하인지 판단한다(S202). 이 때, 제1 특정값은 약 10℃일 수 있다.

SDPF(62) 내부의 단위시간당 온도 변화가 제1 특정값 이하이면, SDPF(62) 내부의 각 부분의 온도의 최대최소값의 차이가 제2 특정값 이하인지 판단한다(S203). 이 때, 제2 특정값은 약 20℃일 수 있다.

그 후, SDPF(62) 내부의 각 부분의 온도의 최대최소값의 차이가 제2 특정값 이하이면, SDPF(62) 내부의 온도가 170℃ 이상인지 판단하고(S204), SDPF(62) 내부의 온도가 저온 영역에 있는지 판단한다(S205).

그 후, SDPF(62) 내부의 온도가 저온 영역에 있으면, 저온 영역 보정을 수행한다(S206). 이 때, 저온 영역은 약 170℃ 이상 약 250℃ 미만의 온도 영역일 수 있다.

만약, SDPF(62) 내부의 온도가 저온 영역에 있지 않으면, SDPF(62) 내부의 온도가 천이 영역에 있는지 판단하고(S207), SDPF(62) 내부의 온도가 천이 영역에 있으면, 천이 영역 보정을 수행한다(S208). 이 때, 천이 영역은 약 250℃ 이상 약 300℃ 미만의 온도 영역일 수 있다.

그리고, SDPF(62) 내부의 온도가 천이 영역에 있지 않으면, SDPF(62) 내부의 온도가 고온 영역에 있는지 판단하고(S209), SDPF(62) 내부의 온도가 고온 영역에 있으면, 고온 영역 보정을 수행한다(S210). 이 때, 고온 영역은 약 300℃ 이상의 온도 영역일 수 있다.

한편, SDPF(62) 내부의 단위시간당 온도 변화가 제1 특정값 이상이면, 우레아 분사량 보정을 수행하고, SDPF(62) 내부의 단위시간당 온도 변화가 제1 특정값 미만이더라도, SDPF(62) 내부의 각 부분의 온도의 최대최소값의 차이가 제2 특정값 이상이면, 우레아 분사량 보정을 수행한다. 또한, SDPF(62) 내부 온도가 170℃ 미만이면 우레아 분사량 보정을 수행하게 된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 SDPF의 저온 영역에서 SDPF의 NOx 정화 효율 보정 방법을 나타내는 순서도이다.

도 3을 참조하면, SDPF(62) 내부의 단위시간당 온도 변화가 제1 특정값 미만이고, SDPF(62) 내부의 각 부분의 온도의 최대최소값의 차이가 제2 특정값 미만이며, SDPF(62) 내부의 온도가 저온 영역 즉, 약 170℃ 이상 약 250℃ 미만인 경우, 저온 영역 보정이 수행될 수 있다.

저온 영역 보정은, 우선, SDPF(62)의 센서상 현재 정화 효율(η_{SDPF, 센서})을 계산한다(S301). SDPF(62)의 센서상 현재 정화 효율(η_{SDPF, 센서})은, SDPF(62) 전단의 센서상 NOx량 대비 SDPF(62) 전단의 센서상 NOx량과 SDPF(62) 후단의 센서상 NOx량 차이값의 비율((NOx_전단센서 - NOx_후단센서) / NOx_전단센서))로 계산될 수 있다.

그 후, SDPF(62)의 센서상 최대 정화 효율(η_{SDPF,센서,max})을 계산한다(S302). SDPF(62)의 센서상 최대 정화 효율(η_{SDPF,센서,max})은, SDPF(62)의 NH3 최대 흡장량 대비 현재 온도에서 현재 NH3 흡장량의 비율 대비, SDPF(62)의 센서상 현재 정화 효율의 비율(η_SDPF,센서/fac_NH3ld,Max)로 계산될 수 있다.

그 후, SDPF(62)의 센서상 공간 속도(SV_SDPF,센서)를 계산한다(S303). SDPF(62)의 센서상 SV(SV_SDPF,센서)는, SDPF(62) 내부의 온도(T_SDPF)와 SDPF(62)의 센서상 최대 정화 효율(η_{SDPF,센서,max})을 적용하여 계산될 수 있다. SDPF(62)의 센서상 최대 정화 효율(η_{SDPF,센서,max})은 SDPF(62) 내부의 온도(T_SDPF)와 SDPF(62)의 센서상 공간 속도(SV_SDPF,센서)를 변수로 하는 함수값으로서, 도 4에 도시된 그래프로 나타나는 함수로 미리 설정되어 있다.

그 후, 저온 영역 보정 팩터(fac_SDPF)를 계산한다(S304). 저온 영역 보정 팩터(fac_SDPF)는, SDPF(62)의 모델링된 SV(SV_SDPF,model) 대비 SDPF(62)의 센서상 SV(SV_SDPF,센서)의 비율로 계산된다.

그 후, 보정된 SV(SV_{SDPF, model, correction})를 계산한다(S305). 보정된 SV(SV_{SDPF, model, correction})는 SDPF(62)의 모델링된 SV(SV_SDPF,model) 값에 저온 영역 보정 팩터(fac_SDPF)를 곱하여 계산한다.

도 4를 참조하면, 저온 영역에서의, SV값 대비 SDPF 정화 효율 그래프가 실험에 의해 미리 설정되어 있고, 모델링된 SV(SV_SDPF,model) 값인 경우, 모델링된 SDPF 정화 효율(η_SDPF,Mld)이 정해지고, 보정된 SV(SV_{SDPF, model, correction}) 값인 경우, 보정된 SDPF 정화 효율(η_{SDPF, Mld, Corrd})이 구해진다.

한편, SDPF(62) 내부의 단위시간당 온도 변화가 제1 특정값 미만이고, SDPF(62) 내부의 각 부분의 온도의 최대최소값의 차이가 제2 특정값 미만이며, SDPF(62) 내부의 온도가 고온 영역 즉, 약 300℃ 이상인 경우, 고온 영역 보정이 수행될 수 있다.

고온 영역 보정은 SDPF(62) 후단의 모델링된 NOx량(NOx_후단모델) 대비 SDPF(62) 후단의 센서상 NOx량(NOx_후단센서)의 비율로 계산된 고온 영역 보정 팩터(fac_효율)를 이용하여 이루어질 수 있다.

이 때, SDPF(62) 후단의 모델링된 NOx량(NOx_후단모델)은 1에서 SDPF(62)의 모델링된 NOx 정화 효율(η_SDPF,Mld)을 차감한 값이고, SDPF(62) 후단의 센서상 NOx량(NOx_후단센서)은 1에서, SDPF(62)의 센서상 NOx 정화 효율(η_SDPF,센서)을 차감한 값이다.

따라서, 고온 영역에서, 보정된 NOx 정화 효율(η_{SDPF, Mld, Corrd})은 아래와 같은 수학식(1)을 만족한다.

η_{SDPF, Mld, Corrd} = 1- (1- η_{SDPF, Mld}) * fac_효율 …… 수학식 (1)

도 5를 참조하면, 고온 영역에서의, SDPF(62)의 온도(T) 대비 SDPF(62)의 NOx 정화 효율(η_SDPF)그래프가 실험에 의해 미리 설정되어 있으며, 보정된 NOx 정화 효율(η_{SDPF, Mld, Corrd})은 1에서 SDPF(62)의 모델링된 NOx 효율(η_{SDPF, Mld})을 차감하고, 다시, 1에서 그 값(1- η_{SDPF, Mld})에 고온 영역 보정 팩터(fac_효율)를 곱한 값을 차감한 값이 최종 보정된 NOx 정화 효율(1- (1- η_{SDPF, Mld}) * fac_효율; 수학식(1))로 계산된다.

한편, SDPF(62) 내부의 단위시간당 온도 변화가 제1 특정값 미만이고, SDPF(62) 내부의 각 부분의 온도의 최대최소값의 차이가 제2 특정값 미만이며, SDPF(62) 내부의 온도가 천이 영역 즉, 약 250℃ 이상 약 300℃ 미만의 온도 영역인 경우, 천이 영역 보정이 수행될 수 있다.

천이 영역 보정은, 저온 영역 보정 팩터(fac_ΔSV)와 고온 영역 보정 팩터(fac_Δη)에 온도에 따른 웨이트(weight)를 각각 가하여 천이 영역 보정 팩터를 구하고, 모델링된 SDPF(62)의 NOx 정화 효율(η_{SDPF, Mld})에 상기 천이 영역 보정 팩터를 곱하여 계산될 수 있다.

도 6을 참조하면, 저온 영역에서는 저온 영역 보정 팩터(fac_ΔSV)가 1.2이고, 고온 영역 보정 팩터(fac_Δη)가 1로 설정될 수 있으며, 고온 영역 에서는 저온 영역 보정 팩터(fac_ΔSV)가 1이고, 고온 영역 보정 팩터(fac_Δη)는 1.4로 설정될 수 있다. 천이 영역에서는 저온 영역 보정 팩터(fac_ΔSV)와 고온 영역 보정 팩터(fac_Δη)의 각각 최대값과 최소값에 직선을 그어서, 그래프상 SDPF(62)의 온도에 따른 저온 영역 보정 팩터(fac_ΔSV)와 고온 영역 보정 팩터(fac_Δη)를 구할 수 있다. 해당 SDPF(62)의 온도(T)에서, 저온 영역 보정 팩터(fac_ΔSV)를 반영하여 도 4를 통해 SDPF(62)의 NOx 정화 효율(η_{SDPF, Mld, Corrd})을 구하고, 고온 영역 보정 팩터(fac_Δη)를 반영하여 도 5를 통해 SDPF(62)의 NOx 정화 효율(η_{SDPF, Mld, Corrd})을 구하여 더하면 천이 영역에서의 SDPF(62)의 NOx 정화 효율(η_{SDPF, Mld, Corrd})을 구할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 SDPF의 저온 영역에서 SDPF의 NOx 정화 효율 보정 전후 모델의 정확도가 개선된 모습을 나타내는 그래프이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 SDPF의 고온 영역에서 SDPF의 NOx 정화 효율 보정 전후 모델의 정확도가 개선된 모습을 나타내는 그래프이다.

도 7을 참조하면, 저온 영역에서 보정전 SDPF(62) 후단의 모델링된 NOx 누적량(mNOxMdlDsSDPF)에 비하여, 보정후 SDPF(62) 후단의 모델링된 NOx 누적량(mNOxMdlDsSDPF_저온보정 g)이 SDPF(62) 후단의 실제(목표) NOx 누적량(mNOxDsSDPFReal g)에 대하여 약 31% 의 정확도가 개선됨을 확인할 수 있다.

또한, 도 8을 참조하면, 고온 영역에서, 보정전 SDPF(62) 후단의 모델링된 NOx 누적량(mNOxMdlDsSDPF)에 비하여 보정후 SDPF(62) 후단의 모델링된 NOx 누적량(mNOxMdlDsSDPF_고온보정 g)이 SDPF(62) 후단의 실제(목표) NOx 누적량(mNOxDsSDPFReal g)에 대하여 약 10%의 정확도가 개선됨을 확인할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, SDPF 내 온도에 따른 NOx 정화 효율 보정의 정확도가 개선될 수 있고, 이에 따라 분사 모듈에서 분사되는 우레아의 소모량을 줄이거나, 질소산화물의 정화성능을 개선할 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 30: 배기가스 재순환 장치
40: 린녹스트랩(LNT) 50: 분사 모듈
60: 매연 필터 62: SDPF
70: 제어기

Claims

SDPF 내부의 단위시간당 온도 변화를 측정하는 단계;
상기 SDPF 내부의 단위시간당 온도 변화가 제1 특정값 이하인지 판단하는 단계;
상기 SDPF 내부의 단위시간당 온도 변화가 제1 특정값 이하이면, 상기 SDPF 내부의 각 부분의 온도의 최대최소값의 차이가 제2 특정값 이하인지 판단하는 단계;
상기 SDPF 내부의 각 부분의 온도의 최대최소값의 차이가 제2 특정값 이하이면, 상기 SDPF 내부의 온도가 저온 영역에 있는지 판단하는 단계; 및
상기 SDPF 내부의 온도가 저온 영역에 있으면, 저온 영역 보정을 수행하는 단계를 포함하는 SDPF의 NOx 정화 효율 보정 방법.
제 1 항에서,
상기 SDPF 내부의 온도가 저온 영역에 있지 않으면, 상기 SDPF 내부의 온도가 천이 영역에 있는지 판단하고,
상기 SDPF 내부의 온도가 천이 영역에 있으면, 천이 영역 보정을 수행하는 단계를 더 포함하는 SDPF의 NOx 정화 효율 보정 방법.
제 2 항에서,
상기 SDPF 내부의 온도가 천이 영역에 있지 않으면, 상기 SDPF 내부의 온도가 고온 영역에 있는지 판단하고, 상기 SDPF 내부의 온도가 고온 영역에 있으면, 고온 영역 보정을 수행하는 단계를 더 포함하는 SDPF의 NOx 정화 효율 보정 방법.
제 1 항에서,
상기 SDPF 내부의 단위시간당 온도 변화가 상기 제1 특정값 이상이면, 우레아 분사량 보정을 수행하는 단계를 더 포함하는 SDPF의 NOx 정화 효율 보정 방법.
제 1 항에서,
상기 SDPF 내부의 각 부분의 온도의 최대최소값의 차이가 상기 제2 특정값 이상이면, 우레아 분사량 보정을 수행하는 단계를 더 포함하는 SDPF의 NOx 정화 효율 보정 방법.
제 1 항에서,
상기 제1 특정값은 10℃이고, 상기 제2 특정값은 20℃인 SDPF의 NOx 정화 효율 보정 방법.
제 1 항에서,
상기 저온 영역은 170℃ 이상 250℃ 미만의 온도 영역인 SDPF의 NOx 정화 효율 보정 방법.
제 2 항에서,
상기 천이 영역은 250℃ 이상 300℃ 미만의 온도 영역인 SDPF의 NOx 정화 효율 보정 방법.
제 3 항에서,
상기 고온 영역은 300℃ 이상의 온도 영역인 SDPF의 NOx 정화 효율 보정 방법.
제 1 항에서,
상기 저온 영역 보정은,
상기 SDPF의 센서상 현재 정화 효율을 계산하는 단계;
상기 SDPF의 센서상 최대 정화 효율을 계산하는 단계;
상기 SDPF의 센서상 공간 속도(SV)를 계산하는 단계;
저온 영역 보정 팩터(factor)를 계산하는 단계; 및
보정된 SV를 계산하는 단계를 포함하는 SDPF의 NOx 정화 효율 보정 방법.
제 10 항에서,
상기 SDPF의 센서상 현재 정화 효율은,
상기 SDPF 전단의 센서상 NOx량 대비 상기 SDPF 전단의 센서상 NOx량과 후단의 센서상 NOx량 차이값의 비율로 계산되는 SDPF의 NOx 정화 효율 보정 방법.
제 11 항에서,
상기 SDPF의 센서상 최대 정화 효율은,
상기 SDPF의 NH3 최대 흡장량 대비 현재 온도에서 현재 NH3 흡장량의 비율 대비, 상기 SDPF의 센서상 현재 정화 효율의 비율로 계산되는 SDPF의 NOx 정화 효율 보정 방법.
제 12 항에서,
상기 SDPF의 센서상 SV는,
상기 SDPF 내부의 온도와 상기 SDPF의 센서상 최대 정화 효율을 적용하여 계산되는 SDPF의 NOx 정화 효율 보정 방법.
제 13 항에서,
상기 저온 영역 보정 팩터는,
상기 SDPF의 모델링된 SV 대비 상기 SDPF의 센서상 SV의 비율로 계산되는 SDPF의 NOx 정화 효율 보정 방법.
제 14 항에서,
상기 보정된 SV는 상기 SDPF의 모델링된 SV에 상기 저온 영역 보정 팩터를 곱하여 계산되는 SDPF의 NOx 정화 효율 보정 방법.
제 3 항에서,
상기 고온 영역 보정은,
상기 SDPF 후단의 모델링된 NOx량 대비 상기 SDPF 후단의 센서상 NOx량의 비율로 계산된 고온 영역 보정 팩터를 이용하여 이루어지는 SDPF의 NOx 정화 효율 보정 방법.
제 16 항에서,
상기 천이 영역 보정은,
상기 저온 영역 보정 팩터와 상기 고온 영역 보정 팩터에 온도에 따른 웨이트(weight)를 가하여 천이 영역 보정 팩터를 구하고, 모델링된 SDPF의 NOx 정화 효율에 상기 천이 영역 보정 팩터를 곱하여 계산되는 SDPF의 NOx 정화 효율 보정 방법.