KR20200076030A

KR20200076030A - 유해물질 흡장촉매의 유해물질 탈착 방법

Info

Publication number: KR20200076030A
Application number: KR1020180164670A
Authority: KR
Inventors: 김미진; 박민; 한정원
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2018-12-19
Filing date: 2018-12-19
Publication date: 2020-06-29

Abstract

본 발명은 유해물질 흡장촉매의 유해물질 탈착 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 유해물질의 탈착이 필요한 시점에 흡장촉매가 유해물질의 탈착(제거)을 위한 온도 조건을 만족하도록 흡장촉매의 온도를 제어하여 흡장촉매의 탈착 성능을 고효율로 유지할 수 있도록 하는 유해물질 흡장촉매의 유해물질 탈착 방법을 제공하는데 목적이 있다.

Description

유해물질 흡장촉매의 유해물질 탈착 방법 {Method for desorbing harmful substances in the catalyst for adsorbing harmful substances}

본 발명은 유해물질 흡장촉매의 유해물질 탈착 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 배기가스내 유해물질을 저감하는 흡장촉매의 유해물질 탈착 성능을 확보하기 위한 유해물질 탈착 방법에 관한 것이다.

엔진에서 배출되는 배기가스에는 부유성 미립자와 질소산화물(NOx) 및 황산화물(SOx) 등의 유해성 기체상 물질이 포함되어 있으며, 이러한 유해물질의 대기 배출을 저감하기 위해 엔진 배기라인에는 유해물질을 정화하는 촉매 컨버터(Catalytic converter)가 구비되어 있다.

상기 촉매 컨버터는 배기가스에 포함되어 있는 오염물질을 처리하는 것으로, 그 내부에 배기가스에 함유된 유해물질을 포집하기 위한 촉매 담체가 형성되어 엔진에서 배출되는 배기가스를 화학적 변환과정을 통해 정화시키게 된다.

상기와 같은 역할을 하는 촉매 컨버터에 적용되는 촉매 중의 하나로 질소산화물 흡장(Lean NOx Trap, LNT) 촉매가 있다.

상기 질소산화물 흡장촉매는 일반적인 운전조건에서는 질소산화물을 흡착하는 흡장모드를 실행하고, 주기적으로 소정의 운전조건이 만족될 때에 상기 흡장모드에서 흡착한 질소산화물을 탈착하는 탈착모드를 실행하여, 배기가스 내에 포함된 탄화수소 또는 일산화탄소를 산화시킴과 동시에 질소산화물을 환원시킴으로써 배기가스내 포함된 유해물질을 저감하게 된다.

이러한 질소산화물 흡장촉매는 엔진제어기(Engine Control Unit, ECU)에서 모니터링하는 정보를 기반으로 운전조건을 판단하여 탈착모드의 실행시기를 결정하게 되며, 상기 정보에는 질소산화물 흡장촉매의 온도 정보가 포함된다.

그런데, 종래에는 상기 흡장촉매의 온도가 유해물질의 탈착에 적절한 온도 조건을 계속 불만족하면, 다시 말해 저속 저부하 운전조건 등과 같이 높은 촉매 온도(질소산화물의 탈착을 위한 높은 온도)가 확보될 수 없는 운전조건이 지속되면, 질소산화물 흡장촉매의 탈착모드가 지연되어 미실시되거나 또는 저효율의 탈착모드가 실시되는 문제점이 존재한다.

공개특허 제2013-0058988호

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 유해물질의 탈착이 필요한 시점에 흡장촉매가 유해물질의 탈착(제거)을 위한 온도 조건을 만족하도록 흡장촉매의 온도를 제어하여 흡장촉매의 탈착 성능을 고효율로 유지할 수 있도록 하는 유해물질 흡장촉매의 유해물질 탈착 방법을 제공하는데 목적이 있다.

이에 본 발명에서는, 배기가스에서 흡착한 유해물질을 주기적으로 탈착하여 배기가스내 유해물질을 저감하는 유해물질 흡장촉매의 유해물질 탈착 방법으로서,

유해물질 흡장촉매에서 유해물질을 탈착하는 것이 필요한지 여부를 판단하는 제1단계; 상기 유해물질의 탈착이 필요하다고 판단되면, 상기 흡장촉매의 온도가 탈착모드의 실행을 위한 탈착목표온도 이상인지 여부를 판단하는 제2단계; 상기 흡장촉매의 온도가 상기 탈착목표온도 미만이면 상기 흡장촉매의 온도를 상승시키는 제3단계; 상기 흡장촉매의 온도가 상기 탈착목표온도 이상이 되면 흡장촉매의 탈착모드를 실행하는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유해물질 흡장촉매의 유해물질 탈착 방법을 제공한다.

구체적으로 상기 제1단계에서는, 탈착필요지수를 기준으로 흡장촉매에서 유해물질의 탈착이 필요한지 여부를 판별할 수 있으며, 상기 탈착필요지수를 설정된 기준탈착필요지수로 나눈 값이 1보다 크면 흡장촉매에서 유해물질의 탈착이 필요한 것으로 판단할 수 있다.

탈착필요지수 = [유해물질 흡장량/기준흡장량] × [연료소모율/기준연료소모율] × [유해물질의 탈착후 주행거리/기준주행거리]

또한 상기 제2단계에서는, 배기가스의 온도를 기준으로 흡장촉매의 온도가 탈착목표온도 이상인지 여부를 판별할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 제3단계는, 흡장촉매의 온도가 탈착목표온도보다 낮고 엔진내 후분사되는 연료에 의해 흡장촉매내 발열반응을 일으키는 것이 불가능한 온도값으로 설정된 미발열온도를 초과하면 상기 흡장촉매의 온도를 엔진내 연료 후분사를 통해 상승시키는 단계와; 흡장촉매의 온도가 상기 미발열온도 이하이면 흡장촉매의 탈착모드 실행을 지연시키는 단계;를 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 제3단계는, 흡장촉매의 온도가 탈착목표온도 미만이면, 유해물질 흡장촉매에 설치된 히터 또는 유해물질 흡장촉매와 엔진 사이의 배기라인에 설치된 히터에 의해 흡장촉매의 온도를 상승시키는 단계를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 제2단계에서 흡장촉매의 온도가 탈착목표온도 이상인 것으로 판단되면, 상기 흡장촉매의 온도 상승을 위한 제3단계 없이, 바로 흡장촉매의 탈착모드를 실행할 수 있다.

또한 본 발명에서는, 배기가스에서 흡착한 유해물질을 주기적으로 탈착하여 배기가스내 유해물질을 저감하는 유해물질 흡장촉매의 유해물질 탈착 제어 방법으로서,

유해물질 흡장촉매에서 유해물질을 탈착하는 것이 요구되는 탈착요구시점을 미리 예측하는 제1단계; 상기 탈착요구시점이 예측되면 상기 흡장촉매의 온도가 탈착모드를 실행가능한 탈착목표온도 이상인지 여부를 판단하는 제2단계; 상기 흡장촉매의 온도가 상기 탈착목표온도 미만인 것으로 판단되면, 상기 탈착요구시점에 도달하기 이전에 상기 흡장촉매의 온도를 상기 탈착목표온도까지 상승시키는 제3단계; 상기 탈착요구시점에 도달하는 즉시 상기 흡장촉매의 탈착모드를 실행하는 제4단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유해물질 흡장촉매의 유해물질 탈착 방법도 제공할 수 있다.

구체적으로, 상기 제1단계에서는 유해물질 흡장량 및 연료소모율 중 적어도 어느 하나를 기준으로 상기 탈착요구시점을 예측할 수 있으며, 상기 제2단계에서는 배기가스의 온도를 기준으로 흡장촉매의 온도가 탈착목표온도 이상인지 여부를 판별할 수 있다.

그리고 상기 제3단계에서는, 흡장촉매의 온도가 탈착목표온도보다 낮고 엔진내 후분사되는 연료에 의해 흡장촉매내 발열반응을 일으키는 것이 불가능한 온도값으로 설정된 미발열온도를 초과하면, 상기 흡장촉매의 온도를 연료 후분사에 의해 상승시킬 수 있다.

또한 상기 제3단계에서는, 유해물질 흡장촉매에 설치된 히터 또는 유해물질 흡장촉매와 엔진 사이의 배기라인에 설치된 히터에 의해 흡장촉매의 온도를 상승시키는 것도 가능하다.

아울러, 상기 제2단계에서 흡장촉매의 온도가 탈착목표온도 이상인 것으로 판단되면, 상기 흡장촉매의 온도 상승을 위한 제3단계 없이, 탈착요구시점에 바로 흡장촉매의 탈착모드를 실행할 수 있다.

본 발명에 따른 유해물질 흡장촉매의 유해물질 탈착 방법에 의하면, 흡장촉매에서 유해물질을 탈착하는 탈착모드가 요구될 때 흡장촉매의 온도 조건이 탈착목표온도를 불만족하면 흡장촉매의 온도를 상승시켜 탈착목표온도에 도달시킴으로써, 흡장촉매의 탈착모드를 실행하여 고효율의 탈착 성능을 유지할 수 있게 되며, 그에 따라 종래에 흡장촉매의 온도가 탈착목표온도를 불만족함에 따라 발생하는 탈착모드의 지연/미실시를 저감할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 유해물질 흡장촉매의 유해물질 탈착 방법을 설명하기 위한 도면
도 2는 온도센서 및 히터의 장착 위치를 나타낸 예시도
도 3은 흡장촉매의 온도에 따른 탈착 성능 등을 나타낸 도면
도 4는 질소산화물 흡장촉매의 질소산화물 탈착요구시점에 흡장촉매의 승온 제어를 미실시한 경우(a)와 실시한 경우(b)의 실험 결과를 비교하여 나타낸 그래프

이하, 본 발명을 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다.

본 발명은 엔진 배기라인에서 배기가스에 포함되어 있는 유해물질을 저감하기 위한 흡장촉매의 유해물질 탈착 성능을 확보할 수 있는 유해물질 탈착 방법에 관한 것으로, 유해물질의 탈착이 요구되는 시점(탈착요구시점)에 흡장촉매가 유해물질의 탈착(제거)을 위한 온도 조건을 만족하도록 흡장촉매의 온도를 제어하여 상기 탈착요구시점마다 흡장촉매의 탈착 성능을 상시 확보할 수 있도록 한다.

이에 차량의 엔진제어기(ECU)는, 흡장촉매의 유해물질 탈착 필요성과 온도를 함께 모니터링하여 유해물질의 탈착이 필요하다고 판단될 때, 흡장촉매의 온도가 유해물질 탈착에 적절한 수준이면 흡장촉매가 바로 유해물질을 탈착하도록 탈착 제어를 실행하고, 흡장촉매의 온도가 낮아 탈착 제어를 실행하기에 부적절한 수준이면 흡장촉매의 온도를 먼저 승온시킨 후 유해물질 탈착 제어를 실행한다.

상기 유해물질 흡장촉매로는 배기가스에 포함되어 있는 질소산화물을 저감하기 위한 질소산화물 흡장촉매(LNT 촉매) 등이 있다. 알려진 바와 같이, 상기 질소산화물 흡장촉매(LNT 촉매)는 배기가스에서 흡착한 질소산화물을 주기적으로 탈착하여 질소산화물의 환원이 이루어지도록 함으로써 결과적으로 배기가스내 질소산화물 등의 유해물질을 저감하게 된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 유해물질 흡장촉매의 유해물질 탈착 방법은, 유해물질 흡장촉매의 유해물질 탈착이 필요한지 여부를 판단하는 제1단계, 상기 유해물질의 탈착이 필요하면 상기 흡장촉매의 온도가 탈착모드를 실행가능한 탈착목표온도 이상인지 여부를 판단하는 제2단계, 상기 흡장촉매의 온도가 상기 탈착목표온도 미만이면 상기 흡장촉매의 온도를 상승시키는 제3단계, 상기 흡장촉매의 온도가 상기 탈착목표온도에 도달하면 흡장촉매의 탈착모드를 실행하는 제4단계를 포함한다.

상기 유해물질 흡장촉매는 엔진제어기(ECU)에서 모니터링하는 정보를 기반으로 유해물질을 탈착하기 위한 탈착모드의 실행 시기가 결정되며, 또한 상기 정보에는 흡장촉매의 실시간 온도 정보가 포함된다. 상기 유해물질 흡장촉매는 촉매를 지지하는 담체를 포함하여 구성되며, 흡장촉매의 온도는 담체의 온도와 동일하다고 할 수 있다.

상기 엔진제어기는 흡장촉매가 유해물질을 탈착하는 시기를 결정하기 위해 먼저 흡장촉매의 유해물질 탈착 필요성을 판단한다. 이를 위해 상기 엔진제어기는, 사전 구축된 유해물질 흡장량 모델 및 연료소모율 모델 등이 저장되어 있으며, 상기 모델을 통해 얻어지는 유해물질 흡장량과 연료소모율 등을 인자로 이용하여 유해물질의 탈착 필요성을 실시간으로 판단할 수 있다. 이때, 상기 유해물질 흡장량 모델은 배기가스내 질소산화물 농도 값, 배기유량, 흡장촉매의 온도에 따라 유해물질 흡장량을 결정하는 맵으로 구성될 수 있고, 상기 연료소모율 모델은 엔진제어기(ECU)에서 결정하여 지시하는 연료분사량에 따라 연료소모율을 결정하는 맵으로 구성될 수 있다.

이에 따라, 상기 엔진제어기는, 상기 유해물질 흡장량 모델을 통해 취득한 유해물질 흡장량이 설정된 기준흡장량(제1 기준흡장량) 이상이거나, 또는 상기 연료소모율 모델로부터 취득한 연료소모율이 설정된 기준연료소모율(제1 기준연료소모율) 이상이거나, 또는 최근(직전)의 유해물질의 탈착 이후 차량의 주행거리가 설정된 기준주행거리 이상이면, 흡장촉매에서 유해물질의 탈착이 필요한 것으로 판단할 수 있다. 여기서, 상기 기준흡장량과 기준연료소모율 및 기준주행거리 값은 사전 실험 및 평가 등에 의해 도출된 값으로 설정될 수 있다.

또한 상기 엔진제어기는 유해물질 흡장량(a)과 연료소모율(b) 및 유해물질의 탈착후 주행거리(c) 값을 종합적으로 고려하여 흡장촉매에서 유해물질의 탈착이 필요한지 여부를 판단할 수 있다. 구체적으로, 상기 유해물질 흡장량(a)과 연료소모율(b) 및 유해물질의 탈착후 주행거리(c) 값을 기준으로 아래와 같이 탈착필요지수(D)를 계산할 수 있다.

탈착필요지수(D) = [유해물질 흡장량(a)/기준흡장량(a')] × [연료소모율(b)/기준연료소모율(b')] × [유해물질의 탈착후 주행거리(c)/기준주행거리(c')]

그리고, 상기 탈착필요지수(D)를 설정된 기준탈착필요지수(D')로 나눈 값이 1보다 크면, 흡장촉매에서 유해물질의 탈착이 필요한 것으로 판단할 수 있다. 상기 기준탈착필요지수(D')는 사전 실험 및 평가 등에 의해 도출된 값으로 설정될 수 있다.

유해물질의 탈착이 필요한 시점이라도 흡장촉매의 실시간 온도가 유해물질의 탈착을 위한 온도 조건을 계속 불만족하면, 흡장촉매의 탈착모드가 지연되어 미실시되거나 또는 저효율의 탈착모드가 수행될 수 있다.

따라서, 흡장촉매에서 유해물질의 탈착이 필요한 것으로 판단되면, 상기 흡장촉매의 온도 제어를 위해 상기 흡장촉매의 온도가 탈착모드를 실행하기에 적절한 온도인지 여부를 판단한다. 구체적으로는, 상기 흡장촉매의 승온 제어 여부를 결정하기 위해, 상기 흡장촉매의 온도가 탈착모드를 실행하기에 적절한 온도에 해당하는 탈착목표온도 이상이 되는지 여부를 판단한다.

이때 상기 흡장촉매의 온도는 배기가스의 온도를 기준으로 판단될 수 있다. 다시 말해, 흡장촉매의 온도가 탈착목표온도 이상이 되는지 여부를 판별할 때, 배기가스의 온도 값을 기준으로 흡장촉매의 온도가 탈착목표온도 이상이 되는지 여부를 판별할 수 있다. 예를 들어, 배기가스의 온도가 탈착목표온도 이상이면 흡장촉매의 온도가 탈착목표온도에 도달한 것으로 판단할 수 있다.

상기 엔진제어기는 흡장촉매(1)의 전단(입구측) 배기라인과 후단(출구측) 배기라인에 설치된 온도센서(2,3)에 의해 검출된 흡장촉매 온도 및/또는 배기가스 온도를 기준으로 유해물질의 탈착이 필요한지 여부를 판단할 수 있다(도 2 참조). 구체적으로, 흡장촉매(1)의 입구측에 배치된 온도센서(2)의 측정값을 기준으로 배기가스의 온도를 파악할 수 있고, 흡장촉매(1)의 출구측에 배치된 온도센서(3)의 측정값을 기준으로 흡장촉매(1)의 온도를 추정할 수 있다.

또한 엔진제어기는 사전 구축되어 저장된 흡장촉매 온도 모델에 의해 흡장촉매의 실시간 온도를 추정하거나 또는 배기가스 온도 모델에 의해 배기가스의 실시간 온도를 추정하는 것도 가능하다. 상기 흡장촉매 온도 모델은 흡장촉매(1)의 전단(입구측) 배기라인과 후단(출구측) 배기라인에 설치된 온도센서(2,3)의 측정값에 따라 흡장촉매 온도를 결정하는 맵으로 구성될 수 있고, 상기 배기가스 온도 모델은 터보차저의 전단에 설치된 온도센서의 측정값(즉, 엔진 출구측에 설치된 온도센서의 측정값)에 따라 배기가스 온도를 결정하는 맵으로 구성될 수 있다.

엔진제어기는 상기 흡장촉매의 온도가 탈착목표온도 미만이면, 상기 흡장촉매의 온도를 상승시켜 탈착목표온도에 도달할 수 있도록 한다. 다만, 흡장촉매의 온도가 너무 낮아 엔진내 후분사되는 연료에 의해 흡장촉매내 발열반응을 일으키는 것이 불가능한 경우, 다시 말해 흡장촉매의 온도가 탈착목표온도보다 일정온도만큼 낮고 연료 후분사에 의해 흡장촉매내 발열반응을 일으키는 것이 불가능한 온도값으로 설정된 미발열온도 이하이면(도 3 참조), 흡장촉매의 유해물질 탈착 성능이 저조할 뿐만 아니라, 연료 후분사에 의해 흡장촉매의 온도를 탈착목표온도까지 상승시키는 것이 불가능하게 된다.

따라서, 흡장촉매의 온도가 탈착목표온도 미만이면, 먼저 상기 흡장촉매의 온도가 연료 후분사가 일으키는 흡장촉매내 발열반응에 의해 탈착목표온도에 도달할 수 있는 수준의 온도인지 여부를 판별하는 것이 바람직하다.

상기 흡장촉매의 온도가 연료 후분사에 따른 흡장촉매내 발열반응에 의해 탈착목표온도에 도달하기 위해서는, 흡장촉매의 실시간 온도가 적어도 상기 미발열온도보다 높아야 한다. 이에 따라 흡장촉매의 온도가 상기 미발열온도 이하이면, 상기 흡장촉매의 승온 및 흡장촉매의 탈착을 실행하지 않고 지연시킬 수 있다. 그리고, 상기 흡장촉매의 온도가 탈착목표온도 미만이기는 하나 상기 미발열온도를 초과하면, 흡장촉매의 승온 제어를 실시하여 흡장촉매의 온도를 탈착목표온도까지 상승시킨다.

상기 흡장촉매의 온도를 탈착목표온도까지 상승시키는 수단으로는, 연료 후분사 외에 전기히터 등을 사용할 수 있다.

상기 연료 후분사(Post Injection)는 엔진의 출력토크를 확보하기 위한 메인분사 이후에 실시되는 것으로, 엔진내 연료 후분사가 일으키는 흡장촉매내 발열반응에 의해 배기가스 온도를 상승시킴으로써 결과적으로 흡장촉매의 온도를 상승시킬 수 있다.

상기 전기히터(4,5)는 유해물질 흡장촉매(1)에 설치되거나 또는 흡장촉매(1)와 엔진(6) 사이의 배기라인에 설치될 수 있으며, 전원 공급에 의해 구동되어 배기가스 및 흡장촉매의 온도를 상승시킬 수 있다. 상기 전기히터(4,5)는 흡장촉매(1)를 직접적으로 가열함에 의해 또는 (흡장촉매의 상류에 배치된 배기라인을 통과하여) 흡장촉매(1)에 유입되는 배기가스를 가열함에 의해 흡장촉매(1)의 온도를 상승시킬 수 있다.

이렇게 승온된 흡장촉매의 온도가 탈착목표온도 이상이 되는지 다시 판별하고, 판별 결과 흡장촉매의 온도가 탈착목표온도에 도달한 것으로 판단되면 흡장촉매의 탈착모드를 실행하여 흡장촉매에서 유해물질이 탈착되도록 한다.

여기서, 상기 미발열온도는 엔진에 후분사된 연료가 흡장촉매에서 발열반응을 일으키는 것이 불가능한 최고 온도값으로 설정될 수 있고, 상기 탈착목표온도는 흡장촉매의 온도 상승을 위한 별도의 승온 제어 없이도 고효율의 탈착 성능을 확보할 수 있는 최저 온도값으로 설정될 수 있다(도 3 참조).

이에 따라서, 흡장촉매의 온도가 상기 미발열온도 이하이면 연료 후분사 등에 의해 흡장촉매의 온도를 탈착목표온도까지 승온시키는 것이 불가능하다고 판단할 수 있으며, 흡장촉매의 온도가 상기 탈착목표온도 이상이면 흡장촉매의 온도가 탈착모드를 실행하기에 충분히 높은 수준이므로 흡장촉매의 승온 제어 없이 바로 탈착모드를 실행하는 것이 가능하다고 판단할 수 있다.

그리고, 상기 미발열온도와 탈착목표온도 사이의 온도 영역은, 흡장촉매가 고효율의 탈착 성능을 확보하기에 낮은 수준의 온도이기는 하나 후분사된 연료가 흡장촉매에서 발열반응을 일으키기에 충분하여 탄화수소(HC)의 슬립(slip) 없이 흡장촉매의 승온 제어가 가능한 구간이므로, 상기 온도 영역에서는 유해물질의 탈착이 필요한 시점이라고 판단될 때 흡장촉매의 승온 제어를 통해 흡장촉매의 온도를 탈착목표온도에 도달시킨 뒤 흡장촉매의 탈착모드를 실행할 수 있다.

또한 상기 전기히터(4,5)의 경우, 흡장촉매의 온도 상승을 위해 흡장촉매내 발열반응을 필요로 하는 것이 아니므로, 흡장촉매의 온도가 미발열온도 이하일 때에도 흡장촉매의 온도를 단시간내에 탈착목표온도까지 상승시키도록 작동될 수 있다. 다시 말해 상기 전기히터(4,5)는 흡장촉매 온도가 탈착목표온도 미만이면 상기 흡장촉매의 온도를 상승시키기 위해 작동될 수 있다.

한편 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 엔진제어기는, 흡장촉매의 탈착모드가 요구되는 시점에 흡장촉매의 온도에 상관없이 즉시 탈착모드를 실행하기 위해, 흡장촉매의 탈착모드가 요구되는 시점(즉, 탈착요구시점)을 미리 예측하여 상기 탈착요구시점 이전에 미리 흡장촉매의 온도 또는 배기가스의 온도를 승온시키는 것이 가능하다.

상기 탈착요구시점을 예측하는 인자로는 전술한 유해물질 흡장량 모델 및 연료소모율 모델 등을 동일하게 이용하거나 또는 전술한 탈착필요지수(D)를 이용하거나 또는 별도의 유해물질 흡장량 모델 및 연료소모율 모델을 구축하여 이용할 수 있다. 다만, 전술한 유해물질 흡장량 모델 및 연료소모율 모델을 동일하게 이용하는 경우, 탈착요구시점을 예측하는 기준값은 전술된 제1 기준흡장량 및 제1 기준연료소모율 등과 다른 값이 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 탈착요구시점을 예측하는 기준값은 상기 제1 기준흡장량보다 작은 값의 제2 기준흡장량 및 상기 제1 기준연료소모율보다 작은 값의 제2 기준연료소모율 등이 적용될 수 있다.

상기 엔진제어기는 탈착요구시점을 예측하는 현재 시점으로부터 일정 시간 이내에 존재하는 탈착요구시점을 예측할 수 있다. 다시 말해, 엔진제어기는 현재 시점의 흡장촉매 온도가 이후의 탈착요구시점까지 거의 변동없이 유지될 수 있는 일정 시간 이내에 존재하는 탈착요구시점을 예측할 수 있다.

실시간 유해물질 흡장량 및 연료소모율을 기준으로 상기 탈착요구시점이 예측되면, 흡장촉매의 실시간 온도(현재 온도)가 탈착모드를 실행가능한 탈착목표온도 이상인지 여부를 판단한다. 상기 흡장촉매의 실시간 온도가 탈착목표온도 이상이면 흡장촉매의 승온 제어를 미실시하고, 상기 흡장촉매의 실시간 온도가 탈착목표온도 미만이면 상기 탈착요구시점이 되기 이전에 흡장촉매의 온도를 탈착목표온도까지 상승시켜 상기 탈착요구시점에 도달하는 즉시 흡장촉매의 탈착모드를 실행할 수 있도록 한다.

이와 같이 유해물질의 탈착이 요구되는 시점 즉, 탈착요구시점을 미리 예측하여 상기 탈착요구시점 이전에 흡장촉매의 온도를 탈착목표온도 이상이 되도록 승온 제어하는 실시예의 경우, 탈착요구시점 이전에 흡장촉매의 승온 제어를 실시하고 상기 탈착요구시점에 도달하는 즉시 흡장촉매의 탈착모드를 실행하는 점을 제외하고는, 앞서 설명한 실시예(유해물질의 탈착이 요구될 때 흡장촉매의 승온 제어를 실시하는 기술)의 기술이 동일하게 적용될 수 있다.

여기서, 도 4를 참조하여 질소산화물 흡장촉매의 온도에 따른 유해물질 탈착 성능을 살펴보도록 한다.

도 4는 질소산화물 흡장촉매의 질소산화물 탈착요구시점에 흡장촉매의 승온 제어를 미실시하는 경우(a)와 실시하는 경우(b)의 실험 결과를 비교하여 나타낸 그래프이다.

질소산화물 흡장촉매의 온도에 따른 탈착 성능을 비교하기 위해, 동일한 운전조건(엔진 회전속도 1300rpm 및 출력토크 18Nm)에서 흡장촉매의 탈착 성능을 비교하기 위한 실험을 실시하였다. 이때 질소산화물이 흡장촉매에서 완전(모두) 탈착된 상태에서 다음 탈착을 실시하기 전까지 8~9km를 주행하여 질소산화물을 흡착하였고, 흡장촉매의 전단 공기과잉률과 후단 공기과잉률이 일치하면 흡장촉매내 질소산화물이 완전 탈착되어 흡장촉매에서 질소산화물의 탈착이 완료된 것으로 판단하였다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 질소산화물의 탈착요구시점에서 흡장촉매의 승온 제어를 미실시하는 경우(a), 흡장촉매의 온도가 250℃ 일 때 질소산화물의 탈착을 실시하였고, 흡장촉매에서 질소산화물의 탈착이 완료될 때까지 약 17초가 소요됨을 확인하였다. 그리고 질소산화물의 탈착요구시점에서 흡장촉매의 승온 제어를 실시하는 경우(b), 흡장촉매의 온도가 250℃에서 360℃에 도달할 때까지 흡장촉매의 승온 제어를 실시한 후에 질소산화물의 탈착을 실시하였고, 흡장촉매에서 질소산화물의 탈착이 완료될 때까지 약 5초가 소요됨을 확인하였다.

이러한 실험 결과에서 보듯이, 흡장촉매의 온도가 적절한 수준(탈착목표온도)에 도달한 다음에 질소산화물의 탈착을 실행함에 의해 흡장촉매의 탈착 성능이 고효율로 확보됨을 알 수 있다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

1 : 유해물질 흡장촉매
2,3 : 온도센서
4,5 : 전기히터
6 : 엔진

Claims

배기가스에서 흡착한 유해물질을 주기적으로 탈착하여 배기가스내 유해물질을 저감하는 유해물질 흡장촉매의 유해물질 탈착 방법으로서,
유해물질 흡장촉매에서 유해물질을 탈착하는 것이 필요한지 여부를 판단하는 제1단계;
상기 유해물질의 탈착이 필요하다고 판단되면, 상기 흡장촉매의 온도가 탈착모드의 실행을 위한 탈착목표온도 이상인지 여부를 판단하는 제2단계;
상기 흡장촉매의 온도가 상기 탈착목표온도 미만이면 상기 흡장촉매의 온도를 상승시키는 제3단계;
상기 흡장촉매의 온도가 상기 탈착목표온도 이상이 되면 흡장촉매의 탈착모드를 실행하는 제4단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 유해물질 흡장촉매의 유해물질 탈착 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제1단계에서는, 탈착필요지수를 기준으로 흡장촉매에서 유해물질의 탈착이 필요한지 여부를 판별하며, 상기 탈착필요지수를 설정된 기준탈착필요지수로 나눈 값이 1보다 크면 흡장촉매에서 유해물질의 탈착이 필요한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 유해물질 흡장촉매의 유해물질 탈착 방법.
탈착필요지수 = [유해물질 흡장량/기준흡장량] × [연료소모율/기준연료소모율] × [유해물질의 탈착후 주행거리/기준주행거리]
청구항 1에 있어서,
상기 제2단계에서는, 배기가스의 온도를 기준으로 흡장촉매의 온도가 탈착목표온도 이상인지 여부를 판별하는 것을 특징으로 하는 유해물질 흡장촉매의 유해물질 탈착 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제3단계는,
흡장촉매의 온도가 탈착목표온도보다 낮고 엔진내 후분사되는 연료에 의해 흡장촉매내 발열반응을 일으키는 것이 불가능한 온도값으로 설정된 미발열온도를 초과하면, 상기 흡장촉매의 온도를 엔진내 연료 후분사를 통해 상승시키는 단계;
흡장촉매의 온도가 상기 미발열온도 이하이면 흡장촉매의 탈착모드 실행을 지연시키는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 유해물질 흡장촉매의 유해물질 탈착 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제3단계는,
흡장촉매의 온도가 탈착목표온도 미만이면, 유해물질 흡장촉매에 설치된 히터 또는 유해물질 흡장촉매와 엔진 사이의 배기라인에 설치된 히터에 의해 흡장촉매의 온도를 상승시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유해물질 흡장촉매의 유해물질 탈착 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 제2단계에서 흡장촉매의 온도가 탈착목표온도 이상인 것으로 판단되면, 상기 흡장촉매의 온도 상승을 위한 제3단계 없이, 바로 흡장촉매의 탈착모드를 실행하는 것을 특징으로 하는 유해물질 흡장촉매의 유해물질 탈착 방법.
청구항 1에 있어서,
상기 유해물질 흡장촉매는 배기가스에 포함되어 있는 질소산화물을 저감하기 위한 질소산화물 흡장촉매인 것을 특징으로 하는 유해물질 흡장촉매의 유해물질 탈착 방법.
배기가스에서 흡착한 유해물질을 주기적으로 탈착하여 배기가스내 유해물질을 저감하는 유해물질 흡장촉매의 유해물질 탈착 제어 방법으로서,
유해물질 흡장촉매에서 유해물질을 탈착하는 것이 요구되는 탈착요구시점을 미리 예측하는 제1단계;
상기 탈착요구시점이 예측되면 상기 흡장촉매의 온도가 탈착모드를 실행가능한 탈착목표온도 이상인지 여부를 판단하는 제2단계;
상기 흡장촉매의 온도가 상기 탈착목표온도 미만인 것으로 판단되면, 상기 탈착요구시점에 도달하기 이전에 상기 흡장촉매의 온도를 상기 탈착목표온도까지 상승시키는 제3단계;
상기 탈착요구시점에 도달하는 즉시 상기 흡장촉매의 탈착모드를 실행하는 제4단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 유해물질 흡장촉매의 유해물질 탈착 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 제1단계에서는, 유해물질 흡장량 및 연료소모율 중 적어도 어느 하나를 기준으로 상기 탈착요구시점을 예측하는 것을 특징으로 하는 유해물질 흡장촉매의 유해물질 탈착 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 제2단계에서는, 배기가스의 온도를 기준으로 흡장촉매의 온도가 탈착목표온도 이상인지 여부를 판별하는 것을 특징으로 하는 유해물질 흡장촉매의 유해물질 탈착 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 제3단계에서는, 흡장촉매의 온도가 탈착목표온도보다 낮고 엔진내 후분사되는 연료에 의해 흡장촉매내 발열반응을 일으키는 것이 불가능한 온도값으로 설정된 미발열온도를 초과하면, 상기 흡장촉매의 온도를 연료 후분사에 의해 상승시키는 것을 특징으로 하는 유해물질 흡장촉매의 유해물질 탈착 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 제3단계에서는, 유해물질 흡장촉매에 설치된 히터 또는 유해물질 흡장촉매와 엔진 사이의 배기라인에 설치된 히터에 의해 흡장촉매의 온도를 상승시키는 것을 특징으로 하는 유해물질 흡장촉매의 유해물질 탈착 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 제2단계에서 흡장촉매의 온도가 탈착목표온도 이상인 것으로 판단되면, 상기 흡장촉매의 온도 상승을 위한 제3단계 없이, 탈착요구시점에 바로 흡장촉매의 탈착모드를 실행하는 것을 특징으로 하는 유해물질 흡장촉매의 유해물질 탈착 방법.