KR20200043195A - 차량의 scr 촉매 장치 및 그의 제어방법 - Google Patents

차량의 scr 촉매 장치 및 그의 제어방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20200043195A
KR20200043195A KR1020180123989A KR20180123989A KR20200043195A KR 20200043195 A KR20200043195 A KR 20200043195A KR 1020180123989 A KR1020180123989 A KR 1020180123989A KR 20180123989 A KR20180123989 A KR 20180123989A KR 20200043195 A KR20200043195 A KR 20200043195A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
water
temperature
exhaust gas
urea water
scr catalyst
Prior art date
Application number
KR1020180123989A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102540930B1 (ko
Inventor
최윤성
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사, 기아자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020180123989A priority Critical patent/KR102540930B1/ko
Publication of KR20200043195A publication Critical patent/KR20200043195A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102540930B1 publication Critical patent/KR102540930B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N9/00—Electrical control of exhaust gas treating apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/02—Adding substances to exhaust gases the substance being ammonia or urea
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/14—Arrangements for the supply of substances, e.g. conduits
    • F01N2610/1453—Sprayers or atomisers; Arrangement thereof in the exhaust apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/04—Methods of control or diagnosing
    • F01N2900/0412—Methods of control or diagnosing using pre-calibrated maps, tables or charts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/06—Parameters used for exhaust control or diagnosing
    • F01N2900/14—Parameters used for exhaust control or diagnosing said parameters being related to the exhaust gas
    • F01N2900/1404—Exhaust gas temperature
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 차량의 SCR 촉매 장치는, 바디와, 바디의 내부로 요소수를 분사하기 위해 마련되는 분사부와, 제어부를 포함한다.
제어부는, 엔진에서 배출되어 바디로 유입되는 배기가스의 온도와 유량, 바디 내부에서 분사되는 요소수의 분사량과 온도에 기초하여, 요소수 중의 물 기화율을 판단하고, 판단된 물 기화율에 기초하여 바디 내부로 유입되는 배기가스의 온도를 조절하기 위한 제어 신호를 생성한다.

Description

차량의 SCR 촉매 장치 및 그의 제어방법{SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION (SCR) CATALYST APPARATUS FOR A VEHICLE AND METHOD FOR CONTROLLING THEREOF}
본 발명은 차량의 SCR 촉매 장치 및 그의 제어방법에 관한 것이다.
자동차에 대해 더욱 엄격해지고 있는 배기가스 규제법을 충족시키기 위해, 내연기관의 배기가스 내 질소산화물(NOx)의 함량을 감소시킬 필요가 있다. 이를 위해, 내연기관의 배기가스 영역 내에 배치되는 SCR 촉매 컨버터(SCR: Selective Catalytic Reduction)는 공지되어 있는데, 상기 SCR 촉매 컨버터는 환원제의 존재 하에서 내연기관의 배기가스 내에 함유된 질소산화물을 질소로 환원한다.
상기 반응의 실행을 위해, 배기가스에 혼합될 환원제 또는 반응제로서 암모니아(NH3)가 요구된다. 암모니아의 공급을 위해, 통상, 1/3은 암모니아 분리 시약으로서의 요소(urea)와 2/3는 물로 구성되어 AdBlue®라는 명칭으로 시중에서 구할 수 있는 요소수(HWL)가 사용된다.
요소가 열분해반응에 의해 암모니아를 생성하기 위해서는 열이 가해져야 한다. 하지만, 배기가스의 온도 및 유량에 따라 요소가 모두 열분해 되기에 충분한 만큼의 열량이 가해지지지 않을 수 있다. 이 경우, 완전히 분해되지 않은 요소수에 의해 고형물이 발생할 수 있다.
고형물은 반응 온도에 따라 다양한 물질들이 형성될 수 있고, 요소가 분해되어 암모니아가 생성되는 반응의 중간물들이 이에 해당될 수 있다. 예를 들면, 뷰렛(NH2-CO-NH-CO-NH2), 시아누딕에이시드(CYA), 아멜라이드(Ammelide), 아멜레인(Ammeleine)이 있다.
이와 같은 고형물이 SCR 촉매 컨버터 내부에 형성되면 암모니아를 형성하는 화학반응을 방해할 수 있어 이를 방지하기 위한 기술이 필요하다.
본 발명은 SCR 촉매 장치에서 요소수로부터 고형물이 형성되는 것을 방지하는 데 주목적이 있다.
또한, 본 발명은 고형물이 형성되는 것을 방지하면서도 배기가스 중의 질소산화물을 효과적으로 저감시킬 수 있는 SCR 촉매 장치를 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 SCR 촉매 장치는, 바디와; 상기 바디의 내부로 요소수를 분사하기 위해 마련되는 분사부와; 제어부를 포함한다.
상기 제어부는, 엔진에서 배출되어 상기 바디로 유입되는 배기가스의 온도와 유량, 상기 바디 내부에서 분사되는 요소수의 분사량과 온도에 기초하여 요소수 중의 물 기화율을 판단하고, 판단된 상기 물 기화율에 기초하여 상기 바디 내부로 유입되는 배기가스의 온도를 조절하기 위한 제어 신호를 생성한다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 SCR 촉매 장치의 제어 방법은, (a) 요소수 분사를 요청하는 신호를 획득하는 단계와; (b) SCR 촉매 장치로 유입되는 배기가스의 온도 및 유량, SCR 촉매 장치 내부에서 분사되는 요소수의 분사량 및 온도에 기초하여, 요소수 중의 물 기화율을 판단하는 단계와; (c) 요소수가 분사되도록 분사부에 제어 신호를 제공하는 단계와; (d) 판단된 상기 물 기화율이 기 설정값 미만이면, SCR 촉매 장치로 유입되는 배기가스를 승온시키기 위한 제어 신호를 생성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째, 배기가스의 온도와 유량, 상기 바디 내부에서 분사되는 요소수의 분사량과 온도에 기초하여 요소수 중의 물 기화율을 판단하고, 판단된 상기 물 기화율에 기초하여 상기 바디 내부로 유입되는 배기가스의 온도를 조절함으로써, 요소수로부터 고형물이 형성되는 것이 방지될 수 있고, 고형물이 형성되더라도 신속하게 제거될 수 있다.
둘째, 배기가스의 열량에 기초하여 요소수의 분사량을 조절하는 방식이 아닌, 요소수의 분사량 및 온도에 기초하여 배기가스의 온도를 조절함으로써, 적절한 양의 요소수가 분사되며 배기가스 중의 질소산화물이 효과적으로 제거될 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 SCR 촉매 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 SCR 촉매 장치의 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 SCR 촉매 장치의 제어방법의 제어순서도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 SCR 촉매 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 차량의 SCR 촉매 장치는 바디(10), 분사부(20), 및 제어부(50)를 포함한다.
바디(10)는 SCR(Selective catalytic reduction) 촉매가 배치되는 수용 공간을 형성할 수 있다.
분사부(20)는 바디(10)의 내부로 요소수를 분사하기 위해 마련될 수 있다.
제어부(50)는 차량의 엔진에서 배출되어 바디(10)로 유입되는 배기가스의 온도와 유량, 바디(10)의 내부에서 분사되는 요소수의 분사량과 온도에 기초하여 요소수 중의 물 기화율을 판단하고, 판단된 물 기화율에 기초하여 바디(10)의 내부로 유입되는 배기가스의 온도를 조절하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다.
디젤차량에는 배기규제를 만족시키기 위해 배기가스 중의 질소산화물을 제거하기 위한 장치가 구비된다. 대표적으로 요소수를 이용한 선택적 촉매환원장치(SCR)을 들 수 있다. SCR 촉매에서 이용되는 요소수 수용액은 아래의 반응을 통해 암모니아(NH3)를 생성한다.
NH2-CO-NH2 (g or l, Urea) ↔ NH3 (g) + HNCO (g) (열분해반응) … 식 (1)
HNCO (g) + H2O (g) → NH3 (g) + CO2 (g) (가수분해반응) … 식 (2)
즉, 요소가 열분해반응에 의해 암모니아를 생성하기 위해서는 열이 가해져야 한다. 하지만, 배기가스의 온도 및 유량에 따라 요소가 모두 열분해 되기에 충분한 만큼의 열량이 가해지지지 않을 수 있다. 이 경우, 완전히 분해되지 않은 요소수에 의해 고형물이 발생할 수 있다.
고형물은 반응 온도에 따라 다양한 물질들이 형성될 수 있고, 요소가 분해되어 암모니아가 생성되는 반응의 중간물들이 이에 해당될 수 있다. 예를 들면, 뷰렛(NH2-CO-NH-CO-NH2), 시아누딕에이시드(CYA), 아멜라이드(Ammelide), 아멜레인(Ammeleine)이 있다.
이와 같은 고형물들은 배기라인 내의 특정 조건(온도, 유량 등)에서 전부 기화될 수 없는 양의 요소수가 분사되면 발생될 수 있으며, 고형물이 발생되는 기작은 다음과 같다. 1) 요소수가 분사되고 기화되지 않은 요소수는 믹서(타겟팅포인트), 그 외 부분에 액적이 침적된다. 2) 침적된 부분의 액적이 주변으로 확장된다. 3) 액적의 가장자리부터 고형물(deposit)이 발생된다 4) 다시 요소수의 기화 조건이 만족되면(온도가 올라가거나, 요소수의 분사가 정지되면), 가장자리부터 고형물이 증발되어 없어지게 된다
종래에는 SCR 촉매 장치를 이용함에 있어서 고형물의 발생을 방지하기 위해, 배기가스의 온도에 따라 요소수의 분사량을 조절하는 방식을 고려해볼 수 있었다. 예를 들면, 배기가스의 온도에 따른 요소수의 분사량을 룩업테이블로 저장해두고, SCR 촉매 장치를 이용하면서 측정되는 배기가스 온도에 따라 요소수의 분사량을 조절하는 방식을 고려해볼 수 있었다.
하지만, 종래에는 위와 같은 방식으로 제어할 경우 배기가스 중의 질소산화물을 제거하기에 충분한 양의 요소수가 분사되지 않을 수 있는 문제점이 있었다. 즉, 위와 같은 제어 방식에 따르면, 배기가스의 온도가 일정 미만인 경우에는, 배기가스 중의 질소산화물을 제거하기에 적절한 양의 요소수가 분사되지 않을 수 있는 문제점이 존재하였다.
본 실시예에 따른 SCR 촉매 장치는 배기가스 중의 질소산화물을 효과적으로 저감하면서도 요소수에 의한 고형물의 발생을 방지하기 위한 것이다. 보다 구체적으로 본 실시예에 따른 SCR 촉매 장치는, 엔진에서 배출되어 SCR 촉매 장치로 유입되는 배기가스의 온도와 유량, 요소수의 분사량과 온도에 기초하여 요소수 중의 물 기화율을 판단하고, 판단된 물 기화율에 기초하여 SCR 촉매 장치로 유입되는 배기가스의 온도를 조절하는 것에 기본적인 특징이 있다.
본 실시예에 따른 SCR 촉매 장치의 특징을 이하에서 보다 상술한다.
도 1을 참조하면, 바디(10)는 일측에서 배기유입관(3)과 연결되어, 엔진(미도시)으로부터 바디(10)의 내부로 배기가스가 유입될 수 있다. 바디(10)는 타측에서 배기배출관(5)과 연결되어 바디(10)의 외부로 배기가스가 배출될 수 있다.
분사부(20)는 바디(10)의 내부로 요소수를 분사하기 위해 바디(10)에 설치될 수 있다. 분사부(20)는 제어부(50)의 제어에 의해 요소수의 분사량을 조절할 수 있다. 요소수의 분사량은 단위시간당 분사되는 요소수의 양(g/s or l/s)로 정의될 수 있다. 또는, 요소수의 분사량은 차량의 주행거리당 분사되는 요소수의 양(g/km or l/km)로 정의될 수도 있다.
분사부(20)는 요소수를 저장하는 요소수 저장탱크(21), 하나 이상의 분사 노즐(22), 요소수 저장탱크(21)에서 요소수 분사노즐(22)로 요소수를 안내하는 요소수 분사유로(23)를 포함할 수 있다.
SCR 촉매 장치는 센싱부(30)를 더 포함할 수 있다.
센싱부(30)는 요소수의 온도를 획득하기 위해 온도센서로 구성될 수 있다. 센싱부(30)는 요소수 저장탱크(21) 내부에 저장된 요소수의 온도를 획득하기 위해, 요소수 저장탱크(21)에 설치될 수 있다.
센싱부(30)는 감지되는 요소수의 온도에 관한 정보 또는 신호를 제어부(50)로 제공할 수 있다.
제어부(50)는 차량의 SCR 촉매 장치의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
제어부(50)는 ASICs (application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.
제어부(50)의 상세한 제어방법에 관하여는 아래에서 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 SCR 촉매 장치의 블록도이다.
도 2를 참조하면, 차량의 SCR 촉매 장치는 메모리(70) 및 전원 공급부(90)를 포함할 수 있다.
메모리(70)는, 제어부(50)와 전기적으로 연결된다. 메모리(70)는 유닛에 대한 기본데이터, 유닛의 동작제어를 위한 제어데이터, 입출력되는 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(70)는, 하드웨어적으로, ROM, RAM, EPROM, 플래시 드라이브, 하드 드라이브 등과 같은 다양한 저장기기 일 수 있다. 메모리(70)는 제어부(50)의 처리 또는 제어를 위한 프로그램 등, 차량 전반의 동작을 위한 다양한 데이터를 저장할 수 있다.
실시예에 따라, 메모리(70)는, 제어부(50)와 일체형으로 형성되거나, 제어부(50)의 하위 구성 요소로 구현될 수 있다.
전원 공급부(90)는, 제어부(50)의 제어에 따라, 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급할 수 있다.
특히, 전원 공급부(90)는, 차량 내부의 배터리 등으로부터 전원을 공급받을 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 SCR 촉매 장치의 제어방법의 제어순서도이다.
제어부(50)는 요소수 분사를 요청하는 신호를 획득할 수 있다(S1100).
제어부(50)는 차량의 ECU(engine control unit) 등으로부터 요소수 분사를 요청하는 신호를 획득할 수 있다.
요소수 분사를 요청하는 신호는 요소수의 분사량에 관한 정보를 포함할 수도 있다. 즉, 제어부(50)는 얼마만큼의 요소수를 분사하라는 요청 신호를 획득할 수 있다.
요소수 분사를 요청하는 신호는 배기가스에 관한 정보를 포함할 수도 있다. 예를 들면, 요소수 분사를 요청하는 신호는 배기가스의 양, 배기가스 중의 질소산화물(NOx)의 농도 등을 포함할 수 있다. 이 경우, 제어부(50)는 획득한 요소수 분사 요청 신호에 기초하여 요소수 분사량을 판단할 수 있다.
제어부(50)는 SCR 촉매 장치로 유입되는 배기가스의 온도, 유량에 관한 정보를 획득할 수 있다. 제어부(50)는 ECU로부터 배기가스의 온도, 유량에 관한 정보를 획득하거나, 배기가스의 온도나 유량을 감지하는 감지센서로부터 곧바로 배기가스의 온도, 유량에 관한 정보를 획득할 수도 있다.
예를 들면, 배기가스의 온도는 SCR 촉매 장치의 전단의 배기라인에 설치된 온도감지부에서 획득되어, 제어부(50)로 제공될 수 있다.
예를 들면, 배기가스의 유량은 엔진의 흡기계에 설치된 유량 센서에서 획득되어 제어부(50)로 제공될 수 있다. 또는, 제어부(50)는 유량 센서에서 감지된 유량에 기초하여, 엔진 내부에서 소모되는 배기가스의 양을 계산하여 배기가스의 유량을 획득할 수 있다.
제어부(50)는 센싱부(30)로부터 요소수의 온도에 관한 정보를 획득할 수 있다.
제어부(50)는 배기가스의 온도 및 유량, 요소수의 분사량 및 온도에 기초하여 요소수 중의 물 기화율을 판단할 수 있다(S1200).
일 실시예에서, 제어부(50)는 아래의 식에 의해 물 기화율을 계산할 수 있다.
Figure pat00001
… 식 (3)
(이때, Tgas는 배기가스 온도(K)이고, mgas는 배기가스 유량(kg/s)이고, Qgas는 가스의 열용량(kJ/kg·K)이고, murea는 요소수 분사량(kg/s)이고, Turea는 요소수 온도(K)이고, Qwater는 물의 열용량(kJ/kg·K)이고, Qevp는 물의 잠열(kJ/kg)임)
식 (3)에서 분모는 요소수의 물이 증발되기 위한 열량으로서, 요소수를 물이 증발되는 온도인 100도까지 상승시키기 위한 열량과 요소수의 증발되기 위한 잠열을 포함하는 열량이다.
식 (3)에서 분자는 배기가스에 의해 획득될 수 있는 열량이다.
Qwater는 물의 열용량으로, 약 4.2 kJ/kg·K 이다. Qevp는 물의 잠열(latent heat)로, 약 2270 kJ/kg 이다. Turea는 요소수의 분사 시 온도로, 일반적으로 70도 정도로 설정된다. Qgas는 가스(공기)의 열용량으로, 약 1kJ/kg·K 이다.
Rwater는 0.675로 설정될 수 있다. 일반적으로 요소수는 요소가 32.5%, 물이 67.5% 질량비로 구성될 수 있다. 이와 같은 비율은 국제기준에 따른 것으로서, 이와 달리 요소수의 질량비가 구성되는 경우에는, 그에 해당되는 물의 질량비로 Rwater 값이 설정될 수 있다.
위와 같은 식 (3)은 요소수에 함유된 물이 기화되는 비율을 구하기 위한 식이다. 요소수에 의해 고형물이 발생되지 않도록 기화가 모두 일어나기 위해서는, 물이 모두 증발되어야 한다. 식 (3)에 따른 물 기화율이 100%가 되지 않을 시, 고형물이 발생하지 않을 수 있다.
식 (3)을 참조하면, 물 기화율이 100%가 되지 않기 위한 조건으로, 배기가스의 온도 또는 유량이 낮은 경우가 있다.
다른 실시예에서, 제어부(50)는 배기가스의 온도 및 유량, 요소수의 분사량 및 온도에 기초하여, 기 저장된 룩업 테이블(look-up table)로부터 물 기화율을 획득할 수 있다.
룩업 테이블은 배기가스의 온도 및 유량, 요소수의 분사량 및 온도에 따른 물 기화율 값들을 테이블화한 것으로, 이는 실험을 통하여 얻어지거나 또는 식 (3)과 같이 계산된 값들을 테이블화 하여 저장한 것일 수 있다. 룩업 테이블은 메모리(70)에 저장될 수 있다.
이 경우, 제어부(50)는 배기가스의 온도 및 유량, 요소수의 분사량 및 온도에 해당되는 물 기화율 데이터를 룩업 테이블로부터 획득할 수 있어, 별도의 계산 없이도 물 기화율을 판단할 수가 있다.
제어부(50)는 요소수가 분사되도록 분사부(20)에 제어 신호를 제공할 수 있다(S1300).
제어부(50)는 요청 받은 요소수 분사량으로 요소수가 분사되도록, 분사부(20)에 제어 신호를 제공할 수 있다.
또는, 제어부(50)는 요소수 분사를 요청하는 신호에 기초하여 계산된 요소수 분사량으로 요소수가 분사되도록, 분사부(20)에 제어 신호를 제공할 수 있다.
한편, S1300단계는 S1200단계와 순서를 바꾸어 실시하는 것도 가능하다. 즉, 제어부(50)는 S1100단계 이후에 요소수가 분사되도록 제어하고(S1300), 그 이후에 물 기화율을 판단(S1200)할 수 있다.
제어부(50)는 판단된 물 기화율이 100% 미만이면, SCR 촉매 장치로 유입되는 배기가스를 승온시키기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다(S1400).
제어부(50)는 생성된 제어 신호를 배기가스의 온도를 제어 가능한 장치로 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(50)는 엔진의 ECU로 배기가스를 승온시키기 위한 제어 신호를 제공할 수 있다. 이 경우, ECU는 엔진으로 유입되는 배기가스의 양을 늘려서 엔진에서 배출되는 배기가스의 온도를 인위적으로 상승시킬 수 있다. 한편, 엔진 내부에서 연료의 일부를 소모하지 않고 배기라인에 배치된 촉매와 배기가스의 반응을 이용해 배기가스의 온도를 상승시키는 방식이 이용될 수도 있다.
제어부(50)는 기 설정된 최대값을 초과하지 않는 범위 내에서 바디(10) 내부로 유입되는 배기가스의 온도가 상승하도록, 제어 신호를 생성할 수 있다.
예를 들면, 배기가스의 온도의 기 설정된 최대값은 약 220도로 설정될 수 있다. 배기가스의 온도가 지나치게 높아지는 경우 SCR 촉매 장치 내부의 촉매 등이 손상될 수 있어, 위와 같이 배기가스 온도의 상한을 정해두는 것이다.
제어부(50)는 일정 조건을 만족할 시, 배기가스를 승온시키기 위한 제어를 중단할 수 있다(S1500).
제어부(50)는 배기가스의 온도를 상승시키기 위한 제어 신호를 생성한 이후에 물 기화율을 재판단할 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(50)는 재판단한 물 기화율이 100% 이상인 것으로 판단되면, 배기가스의 온도를 상승시키기 위한 제어를 중단할 수 있다. 물 기화율이 100%가 되면 고형물이 더 이상 생성되지 않고, 형성되었던 고형물도 제거될 수 있다.
일 실시예에서, 제어부(50)는 SCR 촉매 장치로 유입되는 배기가스의 온도가 기 설정된 최대값에 도달한 것으로 판단되면, 배기가스를 승온시키기 위한 제어를 중단할 수 있다.
예를 들면, 제어부(50)는 SCR 촉매 장치로 유입되는 배기가스의 온도 약 220도에 도달한 것으로 판단되면, 더 이상 배기가스의 온도가 상승되지 않고 유지되도록 제어할 수 있다.
이와 같이 구성되는 SCR 촉매 장치는 배기가스 중의 질소산화물을 제거하기에 충분한 양의 요소수를 분사하되, 요소수의 고형화가 방지되도록 할 수 있다.
SCR 촉매 장치는 요소수 분사 요청이 획득되면, 요소수의 분사를 실시하고, 이때 고형물의 발생이 예측될 시 배기가스를 승온시킴으로써 고형물의 생성을 방지하거나 생성된 고형물을 제거할 수 있다.
생성되는 고형물은 배기가스의 온도가 상승됨에 따라 제거될 수 있으나, 고형물의 커질수록 또는 고형물로 고착된 시간이 길어질수록 고형물의 제거가 어려워 질 수 있다.
본 발명에 따르면 고형물의 생성이 방지됨은 물론, 고형물이 생성되더라도 신속하게 증발되어 제거되도록 할 수 있다.
이를 통해, SCR 촉매 장치의 내부에서 촉매 반응이 저하되는 것이 방지될 수 있고, 고형물에 의해 부식이 발생되는 것이 방지될 수 있어 SCR 촉매 장치를 효과적으로 이용할 수 있게 되는 장점이 있다.
전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 상기 컴퓨터는 프로세서 또는 제어부를 포함할 수도 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능하다.
3 : 배기유입관
5 : 배기배출관
10 : 바디
20 : 분사부
21 : 요소수 저장탱크
22 : 요소수 분사노즐
23 : 요소수 분사유로
30 : 센싱부
50 : 제어부
70 : 메모리
90 : 전원 공급부
Fin : SCR 촉매 장치로 유입되는 배기가스
Fout : SCR 촉매 장치로부터 배출되는 배기가스

Claims (9)

  1. 바디;
    상기 바디의 내부로 요소수를 분사하기 위해 마련되는 분사부; 및
    제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    엔진에서 배출되어 상기 바디로 유입되는 배기가스의 온도와 유량, 상기 바디 내부에서 분사되는 요소수의 분사량과 온도에 기초하여, 요소수 중의 물 기화율을 판단하고,
    판단된 상기 물 기화율에 기초하여 상기 바디 내부로 유입되는 배기가스의 온도를 조절하기 위한 제어 신호를 생성하는, 차량의 SCR 촉매 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는, 아래의 식에 의해 상기 물 기화율을 계산하는, 차량의 SCR 촉매 장치.
    Figure pat00002

    (이때, Tgas는 배기가스 온도(K)이고, mgas는 배기가스 유량(kg/s)이고, Qgas는 가스의 열용량(kJ/kg·K)이고, murea는 요소수 분사량(kg/s)이고, Turea는 요소수 온도(K)이고, Qwater는 물의 열용량(kJ/kg·K)이고, Qevp는 물의 잠열(kJ/kg), Rwater는 요소수 중의 물의 질량비율 임)
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 배기가스의 온도 및 유량, 요소수의 분사량 및 온도에 기초하여, 기 저장된 룩업 테이블(look-up table)로부터 상기 물 기화율을 획득하는, 차량의 SCR 촉매 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는, 판단된 상기 물 기화율이 100% 미만이면, 상기 바디 내부로 유입되는 배기가스의 온도를 상승시키기 위한 제어 신호를 생성하는, 차량의 SCR 촉매 장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어부는, 기 설정된 최대값을 초과하지 않는 범위 내에서 상기 바디 내부로 유입되는 배기가스의 온도가 상승하도록, 제어 신호를 생성하는, 차량의 SCR 촉매 장치.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 바디의 내부로 유입되는 배기가스의 온도를 상승시키기 위한 제어 신호를 생성한 이후에 상기 물 기화율을 재판단한 결과, 상기 물 기화율이 100% 이상인 것으로 판단되면, 배기가스의 온도를 상승시키기 위한 제어를 중단하는, 차량의 SCR 촉매 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는, 차량에 구비된 장치로부터 요소수의 분사를 요청하는 신호가 획득되면, 상기 물 기화율을 판단하는, 차량의 SCR 촉매 장치.
  8. (a) 요소수 분사를 요청하는 신호를 획득하는 단계;
    (b) SCR 촉매 장치로 유입되는 배기가스의 온도 및 유량, SCR 촉매 장치 내부에서 분사되는 요소수의 분사량 및 온도에 기초하여, 요소수 중의 물 기화율을 판단하는 단계;
    (c) 요소수가 분사되도록 분사부에 제어 신호를 제공하는 단계; 및
    (d) 판단된 상기 물 기화율이 기 설정값 미만이면, SCR 촉매 장치로 유입되는 배기가스를 승온시키기 위한 제어 신호를 생성하는 단계를 포함하는, SCR 촉매 장치의 제어 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 (d) 단계 이후에,
    (e) 물 기화율을 재판단한 결과 재판단된 물 기화율이 기 설정값 이상이거나 또는 SCR 촉매 장치로 유입되는 배기가스의 온도가 기 설정된 최대값에 도달한 것으로 판단되면, 배기가스를 승온시키기 위한 제어를 중단하는 단계를 더 포함하는, SCR 촉매 장치의 제어 방법.
KR1020180123989A 2018-10-17 2018-10-17 차량의 scr 촉매 장치 및 그의 제어방법 KR102540930B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180123989A KR102540930B1 (ko) 2018-10-17 2018-10-17 차량의 scr 촉매 장치 및 그의 제어방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180123989A KR102540930B1 (ko) 2018-10-17 2018-10-17 차량의 scr 촉매 장치 및 그의 제어방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200043195A true KR20200043195A (ko) 2020-04-27
KR102540930B1 KR102540930B1 (ko) 2023-06-08

Family

ID=70467986

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180123989A KR102540930B1 (ko) 2018-10-17 2018-10-17 차량의 scr 촉매 장치 및 그의 제어방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102540930B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115126579A (zh) * 2022-06-29 2022-09-30 潍柴动力股份有限公司 一种尿素喷射量控制方法及车辆
CN115711168A (zh) * 2022-11-18 2023-02-24 长城汽车股份有限公司 尾气处理用尿素系统及车辆

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005214175A (ja) * 2004-02-02 2005-08-11 Nissan Diesel Motor Co Ltd 排気浄化装置
JP2010174657A (ja) * 2009-01-27 2010-08-12 Toyota Motor Corp 排気成分センサーのヒーター駆動制御方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005214175A (ja) * 2004-02-02 2005-08-11 Nissan Diesel Motor Co Ltd 排気浄化装置
JP2010174657A (ja) * 2009-01-27 2010-08-12 Toyota Motor Corp 排気成分センサーのヒーター駆動制御方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115126579A (zh) * 2022-06-29 2022-09-30 潍柴动力股份有限公司 一种尿素喷射量控制方法及车辆
CN115126579B (zh) * 2022-06-29 2024-01-02 潍柴动力股份有限公司 一种尿素喷射量控制方法及车辆
CN115711168A (zh) * 2022-11-18 2023-02-24 长城汽车股份有限公司 尾气处理用尿素系统及车辆

Also Published As

Publication number Publication date
KR102540930B1 (ko) 2023-06-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102454460B (zh) 用于对机动车辆上的后处理系统进行氨喷射质量测量的方法
CN101994592B (zh) 定量控制系统和方法
CN109236435B (zh) 用于选择性催化还原的下游氧气传感器性能
JP2008281006A (ja) 内燃機関の制御方法及び制御装置並びに内燃機関制御用コンピューター・プログラム
US20100319317A1 (en) Ammonia vapor storage and purge system and method
US9644521B2 (en) Method for operating an exhaust gas purification system of a motor vehicle combustion engine
US8815188B2 (en) Method and device for monitoring a reducing agent solution composition in the exhaust gas system of an internal combustion engine
US9016043B2 (en) Exhaust treatment system with urea temperature rationality diagnostic
KR20200043195A (ko) 차량의 scr 촉매 장치 및 그의 제어방법
US9145816B2 (en) Exhaust treatment methods and systems
EP2759683A1 (en) Exhaust purification device for internal combustion engine
US20140234174A1 (en) Exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine
US9500111B2 (en) Method for determining reducing agent slippage and motor vehicle employing the method
US9556779B2 (en) Leak detection and mitigation in reductant delivery systems
US11359527B2 (en) Method and system for control of an activation of at least one liquid sensitive sensor
JP6120020B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
JP4884270B2 (ja) エンジンの排気浄化装置
US9228467B2 (en) Urea injection controller for a motorized system
JP2016037903A (ja) 内燃機関の排気浄化装置
US8940260B2 (en) Supplemental ammonia storage and delivery system
CN103806992A (zh) 氨流量控制
US10443465B2 (en) Engine exhaust system and control system for an engine exhaust system
WO2012102666A1 (en) Exhaust post-treatment system for a combustion engine
JP2017125447A (ja) 内燃機関の燃料添加弁制御装置
JP2016151241A (ja) 内燃機関の排気浄化装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant