KR20200063421A - 배기가스 저감방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배기가스 저감방법에 관한 것으로, 디젤 엔진의 배기가스를 정화하는 배기가스 저감장치와, 상기 배기가스 저감장치로 유입되는 배기가스의 흐름을 조절하는 배압조절 밸브와, 제어장치를 구비하는 차량에서 상기 제어장치를 통해 배기가스를 저감하는 배기가스 저감방법에 있어서, 디젤 엔진에 시동이 걸리는 것을 감지하는 경우, 패스트 웜업 모드(fast warm-up mode)를 시작하는 패스트 웜업 모드 시작 단계와, 패스트 웜업 모드에서 배기가스 저감장치의 입구측 온도와 기준 온도를 비교하는 온도 비교 단계와, 온도 비교 단계에서 배기가스 저감장치의 입구측 온도가 기준 온도 이하인 경우, 배압조절 밸브의 개도량을 낮추어 배기가스 저감장치로 유입되는 배기가스의 온도를 제1 목표 온도로 높이는 제1 승온 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배기가스 저감방법{METHOD FOR REDUCING EXHAUST GAS}
본 발명은 배기가스 저감방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배압조절 밸브의 개도량을 제어하여 배기가스 저감장치의 촉매 활성화 온도 도달 시간을 단축함으로써, 배기가스의 정화효율을 높일 수 있는 배기가스 저감방법에 관한 것이다.
최근 강화되고 있는 환경규제에 따라 자동차로부터 배출되는 오염물질 저감은 세계 각국의 자동차 업계의 최대의 주요 연구개발 목표이다.
가솔린 엔진의 배기가스에는 이산화탄소(CO2), 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx)이 주로 포함된다.
반면, 디젤 엔진의 경우, 가솔린 엔진에 비하여 저부하 운전 시 효율이 높아 연료경제성이 높고 희박연소가 가능하여 HC(Hydro Carbon), CO 배출이 낮은 장점이 있으나, 확산연소 과정에서 국부적으로 연료가 농후하고 연소온도가 높은 영역에서 입자상 물질(PM, Particulate Matter)과 질소산화물(NOx)의 배출이 많은 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 디젤 엔진의 배기가스에 대한 산화 반응을 촉진시키는 산화 촉매부와, 디젤 엔진의 배기가스에 포함된 입자상 물질(Particulate Matter, PM)을 포집하는 입자상 물질 필터부와, 디젤 엔진의 배기가스에 포함된 질소산화물의 저감을 위한 선택적 촉매 환원부(Selective Catalytic Reduction, SCR)가 포함된 배기가스 저감장치가 사용되고 있으나, 배기가스 저감장치가 촉매 활성화 온도에 도달하기 전까지는 배기가스의 정화효율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0000542호(2010년 1월 6일 공개, 발명의 명칭 : 합성가스를 이용한 질소산화물 저감시스템 및 그 제어방법)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 배압조절 밸브의 개도량을 제어하여 배기가스 저감장치의 촉매 활성화 온도 도달 시간을 단축함으로써, 배기가스의 정화효율을 높일 수 있는 배기가스 저감방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 배기가스 저감방법은: 디젤 엔진의 배기가스를 정화하는 배기가스 저감장치와, 상기 배기가스 저감장치로 유입되는 배기가스의 흐름을 조절하는 배압조절 밸브와, 제어장치를 구비하는 차량에서 상기 제어장치를 통해 배기가스를 저감하는 배기가스 저감방법에 있어서, 디젤 엔진에 시동이 걸리는 것을 제어장치가 감지하는 경우, 패스트 웜업 모드(fast warm-up mode)를 시작하는 패스트 웜업 모드 시작 단계와, 패스트 웜업 모드에서 배기가스 저감장치의 입구측 온도와 기준 온도를 비교하는 온도 비교 단계와, 온도 비교 단계에서 배기가스 저감장치의 입구측 온도가 기준 온도 이하인 경우, 배압조절 밸브의 개도량을 낮추어 배기가스 저감장치로 유입되는 배기가스의 온도를 제1 목표 온도로 높이는 제1 승온 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 온도 비교 단계에서 배기가스 저감장치의 입구측 온도가 기준 온도를 초과하는 경우, 패스트 웜업 모드를 종료하는 패스트 웜업 모드 종료 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 배기가스 저감장치는 디젤 엔진의 배기가스에 대한 산화 반응을 촉진시키는 산화 촉매부와, 디젤 엔진의 배기가스에 포함된 입자상 물질(Particulate Matter, PM)을 포집하는 입자상 물질 필터부와, 디젤 엔진의 배기가스에 포함된 질소산화물의 저감을 위한 선택적 촉매 환원부(Selective Catalytic Reduction, SCR)가 디젤 엔진의 배기가스 유동 방향으로 따라 순차적으로 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 디젤 엔진이 시동된 상태인 것을 제어장치가 감지하는 경우, 디피에프 재생 모드(DPF regeneration mode)를 시작하는 디피에프 재생 모드 시작 단계와, 디피에프 재생 모드에서 배기가스 저감장치의 입구측 압력과 선택적 촉매 환원부의 입구측 압력의 압력차가 제1 기준 압력 이상인 경우, 배압조절 밸브의 개도량을 낮추어 배기가스 저감장치로 유입되는 배기가스의 온도를 제2 목표 온도로 높이는 제2 승온 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 디피에프 재생 모드에서 배기가스 저감장치의 입구측 압력과 선택적 촉매 환원부의 입구측 압력의 압력차가 제2 기준 압력 이하인 경우, 배압조절 밸브의 개도량을 높이는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 배기가스 저감방법은, 배압조절 밸브의 개도량을 제어하여 배기가스 저감장치의 촉매 활성화 온도 도달 시간을 단축함으로써, 배기가스의 정화효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 저감방법이 도시된 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 저감방법이 적용되는 배기가스 정화장치 및 주변장치를 나타낸 도면이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 저감방법를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 저감방법이 도시된 순서도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 저감방법이 적용되는 배기가스 정화장치 및 주변장치를 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 저감방법은 디젤 엔진(10)의 배기가스를 정화하는 배기가스 저감장치(100)와, 배기가스 저감장치(100)로 유입되는 배기가스의 흐름을 조절하는 배압조절 밸브(200)와, 제어장치(900)를 구비하는 차량에서 제어장치(900)를 통해 배기가스를 저감하는 배기가스 저감방법이다. 제어장치(900)는 디젤 엔진(10)의 작동 상태를 감지할 수 있도록 차량의 다른 제어기(미도시)들과 연결될 수 있다.
디젤 엔진(10)에는 공기를 디젤 엔진(10)으로 안내하는 흡기 장치(20)가 연결 설치되고, 흡기 장치(20)와 디젤 엔진(10)의 연결 구간에는 흡기 유량센서(700)가 설치된다.
디젤 엔진(10)에는 연료를 디젤 엔진(10)으로 분사하는 연료분사장치(30)가 설치되고, 연료분사장치(30)의 내부에는 연료 압력센서(800)가 설치된다.
디젤 엔진(10)에는 디젤 엔진(10)에서 연소된 배기가스를 배출하는 배기관(40)이 연결 설치되고, 배기관(40)에는 배기가스 저감장치(100)가 설치된다.
배기가스 저감장치(100)는 디젤 엔진(10)의 배기가스에 대한 산화 반응을 촉진시키는 산화 촉매부(110)와, 디젤 엔진(10)의 배기가스에 포함된 입자상 물질(Particulate Matter, PM)을 포집하는 입자상 물질 필터부(120)와, 디젤 엔진(10)의 배기가스에 포함된 질소산화물의 저감을 위한 선택적 촉매 환원부(Selective Catalytic Reduction, SCR)(130)가 디젤 엔진(10)의 배기가스 유동 방향으로 따라 순차적으로 설치된다.
배기관(40)에는 배기가스 저감장치(100)로 유입되는 배기가스의 흐름을 조절하는 배압조절 밸브(200)가 설치된다. 배압조절 밸브(200)는 디젤 엔진(10)과 배기가스 저감장치(100) 사이에 배치된다.
배기가스 저감장치(100)의 입구측에는 온도센서(300)와 제1 압력센서(400)가 설치되고, 배기가스 저감장치(100)의 내부에는 제2 압력센서(500)가 설치된다.
제2 압력센서(500)는 입자상 물질 필터부(120)와 선택적 촉매 환원부(130) 사이에 배치된다.
배기관(40)에는 배기가스 중의 산소 농도를 측정하는 람다 센서(600)가 더 설치된다. 람다 센서(600)는 배압조절 밸브(200)의 입구측에 설치된다.
제어장치(900)는 흡기 유량센서(700)와, 연료 압력센서(800)와, 배압조절 밸브(200)와, 온도센서(300)와, 제1 압력센서(400)와, 제2 압력센서(500)와, 람다 센서(600)에 연결되어 감지된 각종 센싱 정보를 토대로 배압조절 밸브(200)의 개도량을 제어한다.
제어장치(900)를 통한 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 저감방법은 디젤 엔진(10)에 시동이 걸리는 것을 제어장치(900)가 감지하는 경우(S10), 패스트 웜업 모드(fast warm-up mode)를 시작하는 패스트 웜업 모드 시작 단계(S11)와, 패스트 웜업 모드에서 배기가스 저감장치(100)의 입구측 온도와 기준 온도를 비교하는 온도 비교 단계(S12)와, 온도 비교 단계(S12)에서 배기가스 저감장치(100)의 입구측 온도가 기준 온도 이하인 경우(S13), 배압조절 밸브(200)의 개도량을 낮추어 배기가스 저감장치(100)로 유입되는 배기가스의 온도를 제1 목표 온도로 높이는 제1 승온 단계(S14)를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 저감방법은 온도 비교 단계(S12)에서 배기가스 저감장치(100)의 입구측 온도가 기준 온도를 초과하는 경우, 패스트 웜업 모드를 종료하는 패스트 웜업 모드 종료 단계(S15)를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 저감방법은 디젤 엔진(10)이 시동된 상태인 것을 제어장치(900)가 감지하는 경우(S20), 디피에프 재생 모드(DPF regeneration mode)를 시작하는 디피에프 재생 모드 시작 단계(S21)와, 디피에프 재생 모드에서 배기가스 저감장치(100)의 입구측 압력과 선택적 촉매 환원부(130)의 입구측 압력의 압력차가 제1 기준 압력 이상인 경우(S22), 배압조절 밸브의 개도량을 낮추어 배기가스 저감장치(100)로 유입되는 배기가스의 온도를 제2 목표 온도로 높이는 제2 승온 단계(S23)를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 저감방법은 디피에프 재생 모드에서 배기가스 저감장치(100)의 입구측 압력과 선택적 촉매 환원부(130)의 입구측 압력의 압력차가 제2 기준 압력 이하인 경우(S24), 배압조절 밸브(200)의 개도량을 높이는 단계(S25)를 더 포함할 수 있다.
제1 기준 압력은 제2 기준 압력보다 더 크도록 설정되는 것이 바람직하다.
제1 기준 압력과 제2 기준 압력은 람다 센서(600)에 의해 측정되는 배기가스 중의 산소 농도를 모니터링한 데이터를 통해 최적으로 값으로 결정될 수 있다.
배압조절 밸브의 개도량을 높이는 단계(S25)와 동시에 디피에프 재생 모드를 종료할 수도 있고, 배압조절 밸브의 개도량을 높이는 단계(S25) 이후, 일정 시간이 경과된 후, 디피에프 재생 모드를 종료할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 저감방법 중 패스트 웜업 모드에서 배기가스 저감장치(100)의 입구측 온도와 비교되는 기준 온도는 연료 소모량과 흡기 유량과 배기가스 저감효율 등을 모니터링한 데이터를 통해 최적으로 값으로 결정될 수 있다.
예컨대, 아래 표1에 나타낸 바와 같이, 실험을 통해 연료 소모량과 흡기 유량과 배기가스 저감효율에 따른 기준 온도를 도출해 낼 수 있다.
제어장치(600)에는 이러한 데이터를 포함하는 룩업테이블이 저장될 수 있으며, 차량의 배기량과 운행 조건 등에 따라 매칭되는 데이터를 이용하여 배기가스가 저감되도록 제어할 수 있다.
연료 소모량(kh/h) 흡기 유량(kg/h) 기준 온도(℃) 저감 효율(%)
7.63 423.1 190.15 50.13654
7.41 423.4 190.51 50.3012
7.26 418.6 190.74 50.45267
7.62 423.7 191.17 50.67289
7.37 424.7 191.41 50.8661
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 배압조절 밸브의 개도량을 제어하여 배기가스 저감장치의 촉매 활성화 온도 도달 시간을 단축함으로써, 배기가스의 정화효율을 높일 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10: 디젤 엔진 20: 흡기 장치
30: 연료분사장치 40: 배기관
100: 배기가스 저감장치 110: 산화 촉매부
120: 입자상 물질 필터부 130: 선택적 촉매 환원부
200: 배압조절 밸브 300: 온도센서
400: 제1 압력센서 500: 제2 압력센서
600: 람다 센서 700: 흡기 유량센서
800: 연료 압력센서 900: 제어장치

Claims (5)

  1. 디젤 엔진의 배기가스를 정화하는 배기가스 저감장치와, 상기 배기가스 저감장치로 유입되는 배기가스의 흐름을 조절하는 배압조절 밸브와, 제어장치를 구비하는 차량에서 상기 제어장치를 통해 배기가스를 저감하는 배기가스 저감방법에 있어서,
    상기 디젤 엔진에 시동이 걸리는 것을 상기 제어장치가 감지하는 경우, 패스트 웜업 모드(fast warm-up mode)를 시작하는 패스트 웜업 모드 시작 단계;
    상기 패스트 웜업 모드에서 상기 배기가스 저감장치의 입구측 온도와 기준 온도를 비교하는 온도 비교 단계; 및
    상기 온도 비교 단계에서 상기 배기가스 저감장치의 입구측 온도가 상기 기준 온도 이하인 경우, 상기 배압조절 밸브의 개도량을 낮추어 상기 배기가스 저감장치로 유입되는 배기가스의 온도를 제1 목표 온도로 높이는 제1 승온 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 저감방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도 비교 단계에서 상기 배기가스 저감장치의 입구측 온도가 상기 기준 온도를 초과하는 경우, 상기 패스트 웜업 모드를 종료하는 패스트 웜업 모드 종료 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 저감방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 배기가스 저감장치는 상기 디젤 엔진의 배기가스에 대한 산화 반응을 촉진시키는 산화 촉매부와, 상기 디젤 엔진의 배기가스에 포함된 입자상 물질(Particulate Matter, PM)을 포집하는 입자상 물질 필터부와, 상기 디젤 엔진의 배기가스에 포함된 질소산화물의 저감을 위한 선택적 촉매 환원부(Selective Catalytic Reduction, SCR)가 상기 디젤 엔진의 배기가스 유동 방향으로 따라 순차적으로 설치되는 것을 특징으로 하는 배기가스 저감방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 디젤 엔진이 시동된 상태인 것을 상기 제어장치가 감지하는 경우, 디피에프 재생 모드(DPF regeneration mode)를 시작하는 디피에프 재생 모드 시작 단계; 및
    상기 디피에프 재생 모드에서 상기 배기가스 저감장치의 입구측 압력과 상기 선택적 촉매 환원부의 입구측 압력의 압력차가 제1 기준 압력 이상인 경우, 상기 배압조절 밸브의 개도량을 낮추어 상기 배기가스 저감장치로 유입되는 배기가스의 온도를 제2 목표 온도로 높이는 제2 승온 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 저감방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 디피에프 재생 모드에서 상기 배기가스 저감장치의 입구측 압력과 상기 선택적 촉매 환원부의 입구측 압력의 압력차가 제2 기준 압력 이하인 경우, 상기 배압조절 밸브의 개도량을 높이는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 저감방법.
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WO2021261633A1 (ko) * 2020-06-26 2021-12-30 한국자동차연구원 배기가스 저감방법

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