KR20210076502A - 배기가스 정화장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

배기가스 정화장치 및 그 제어 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20210076502A
KR20210076502A KR1020190167790A KR20190167790A KR20210076502A KR 20210076502 A KR20210076502 A KR 20210076502A KR 1020190167790 A KR1020190167790 A KR 1020190167790A KR 20190167790 A KR20190167790 A KR 20190167790A KR 20210076502 A KR20210076502 A KR 20210076502A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
osc
exhaust gas
inflection point
gas purification
catalyst
Prior art date
Application number
KR1020190167790A
Other languages
English (en)
Inventor
정진우
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아 주식회사
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, 기아 주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020190167790A priority Critical patent/KR20210076502A/ko
Publication of KR20210076502A publication Critical patent/KR20210076502A/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
    • 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
    • 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
    • F01N3/101—Three-way catalysts
    • 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
    • F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/02—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor
    • F01N2560/025—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas sensor for measuring or detecting O2, e.g. lambda sensors
    • 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
    • F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/06—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being a temperature sensor
    • 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
    • F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/07—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being an exhaust gas flow rate or velocity meter or sensor, intake flow meters only when exclusively used to determine exhaust gas parameters
    • 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
    • F01N2900/16—Parameters used for exhaust control or diagnosing said parameters being related to the exhaust apparatus, e.g. particulate filter or catalyst
    • F01N2900/1624—Catalyst oxygen storage capacity
    • 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
    • F01N2900/16—Parameters used for exhaust control or diagnosing said parameters being related to the exhaust apparatus, e.g. particulate filter or catalyst
    • F01N2900/1631—Heat amount provided to exhaust apparatus
    • 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)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 정화장치 제어 방법은, 엔진에서 배출되는 배기가스를 정화하는 삼원촉매(three way catalyst, TWC)의 성능을 개선하도록 배기가스 정화 정치를 제어하는 방법으로서, 온도센서 및 흡기공기 유량 센서를 이용하여 상기 삼원촉매의 열부하를 계산하는 단계, 상기 열부하에 따른 상기 삼원촉매에 저장되는 산소 저장 용량(oxygen storage capacity, OSC)을 측정하는 단계, 상기 OSC의 변화량을 이용해서 변곡점을 결정하는 단계, 및 상기 변곡점을 전후로 상기 OSC 별로 설정된 승온 목표 온도에 따라 촉매 히팅(Catalyst Heating, CH) 기간을 제어하는 단계를 포함한다.

Description

배기가스 정화장치 및 그 제어 방법{EXHAUST GAS PURIFICATION APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}
본 발명은 배기가스 정화장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 삼원촉매의 산소 저장 용량(oxygen storage capacity, OSC) 변화 경향이 바뀌는 변곡점을 전후로 촉매 히팅 기간을 다르게 제어함으로써, 삼원촉매의 성능을 개선시킬 수 있는 배기가스 정화장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
최근, 자동차의 이용도가 증가하고 교통량이 증가함에 따라 배기 가스로 인한 대기오염의 문제가 심각한 사회문제로 대두되고 있다.
따라서, 각국의 정부는 배기 가스 규제를 위하여 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx) 등의 배기 가스 내 오염물질에 대한 배출 기준을 정해놓고 있으며, 이러한 배기 가스 규제는 점차 강화되고 있다.
또한, 각 자동차 제조사들은 한층 강화되고 있는 배기 가스 규제에 효과적으로 대응하기 위하여 많은 노력을 기울이고 있으며, 신규 차량은 배기 가스 배출 기준에 맞추어 생산하고 있다.
특히, 자동차에서는 배기 가스 배출 기준을 충족시키기 위하여 귀금속이 담지된 삼원촉매 컨버터(three way catalyst converter)가 배기계에 장착되어 탄화수소의 분해, 일산화탄소의 산화, 및 질소산화물의 환원을 촉진시킨다.
상기 삼원촉매는 배기 가스의 유해성분인 탄화수소계 화합물, 일산화탄소 및 질소산화물(NOx)과 동시에 반응하여 이들 화합물을 제거시키는 촉매를 의미하며, 주로 Pt/Rh, Pd/Rh 또는 Pt/Pd/Rh계가 이용된다.
그리고, 삼원촉매는 배기 가스의 공연비를 기준으로 린(lean: 산소과대)상태와 리치(rich: 연료과대)상태의 변동에 따라서 일산화탄소와 탄화수소를 저감시키고, 질소산화물을 저감시키는 기능을 수행한다.
하지만, 이러한 삼원촉매는 열화될수록 촉매 성능이 떨어진다. 그러나, 촉매 성능의 변화에 따른 삼원촉매 제어는 이루어지지 않고 있고, 배출가스 보증 기간의 촉매를 대상으로 제어가 구축되어 신품 촉매부터 동일한 제어로 적용이 이루어지고 있다. 그리고, OSC가 일정 값 이하인 영역에서 삼원촉매를 제어하는 경우에는 OSC 변화에 따른 촉매 성능의 변화가 커서 제어가 어렵고, 이에 따른 EM 등과 같은 촉매 성능의 악화를 발생하는 어려움이 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 삼원촉매의 열부하에 따른 OSC 변화량을 이용해서 결정된 변곡점을 기준으로 삼원촉매의 성능과 관련된 촉매 히팅(Catalyst Heating, CH) 기간을 다르게 제어할 수 있는 배기가스 정화장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 정화장치 제어 방법은, 엔진에서 배출되는 배기가스를 정화하는 삼원촉매(three way catalyst, TWC)의 성능을 개선하도록 배기가스 정화 정치를 제어하는 방법으로서, 온도센서 및 흡기공기 유량 센서를 이용하여 상기 삼원촉매의 열부하를 계산하는 단계, 상기 열부하에 따른 상기 삼원촉매에 저장되는 산소 저장 용량(oxygen storage capacity, OSC)을 측정하는 단계, 상기 OSC의 변화량을 이용해서 변곡점을 결정하는 단계, 및 상기 변곡점을 전후로 상기 OSC 별로 설정된 승온 목표 온도에 따라 촉매 히팅(Catalyst Heating, CH) 기간을 제어하는 단계를 포함한다.
상기 변곡점은, 상기 OSC의 변화량의 감소율이 변하는 지점을 포함할 수 있다.
상기 변곡점을 결정하는 단계는, 상기 삼원촉매 전단에서의 온도와 흡입공기 유량을 누적하여 열부하를 계산하고, 상기 열부하에 따른 OSC 양을 측정하여 OSC 감소율을 계산하며, 상기 OSC 감소율의 절대값이 일정한 값 이하이면, 상기 변곡점을 지난 것으로 결정할 수 있다.
상기 촉매 히팅 기간을 제어하는 단계는, 상기 OSC의 변화량이 상기 변곡점 이전인 경우, 상기 촉매 히팅 기간을 선형적으로 증가시키도록 제어하며, 상기 OSC의 변화량이 상기 변곡점 이후인 경우, 상기 촉매 히팅 기간이 기설정된 설정값을 갖도록 제어할 수 있다.
상기 OSC는 엔진 또는 차량에서 측정될 수 있다.
차량 운행 중의 OSC는 차량 장착 상태에서 측정될 수 있다.
상기 변곡점에서의 OSC는 엔진 또는 단품 리그 장비에서 시간에 따라 순차적으로 에이징 후 차량 배출가스 평가를 통해 측정될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 정화장치는, 엔진의 배기가스를 정화시키도록 구비되는 배기가스 정화장치에 있어서, 상기 엔진에서 배출되는 배기가스가 통과하는 배기라인에 배치되며, 상기 배기가스에 포함된 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물을 포함하는 유해물질을 산화-환원 반응에 의해 무해한 성분으로 변화시키는 삼원촉매(three way catalyst, TWC)와, 상기 삼원촉매에 저장되는 산소 저장 용량(oxygen storage capacity, OSC)을 측정하는 산소센서, 및 상기 삼원촉매의 열부하를 계산하고, 상기 열부하에 따른 상기 OSC의 변화량을 이용해서 상기 삼원촉매의 승온 목표 온도를 도출하고 촉매 히팅 기간을 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 제어부는, 상기 OSC의 변화량을 이용하여 변곡점을 결정하고, 상기 변곡점을 전후로 상기 OSC 별로 설정된 승온 목표 온도에 따라 상기 촉매 히팅 기간을 제어할 수 있다.
상기 변곡점은, 상기 OSC의 변화량의 감소율이 변하는 지점을 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 삼원촉매 전단에서의 온도와 흡입공기 유량을 누적하여 열부하를 계산하고, 상기 열부하에 따른 OSC 양을 측정하여 OSC 감소율을 계산하며, 상기 OSC 감소율의 절대값이 일정한 값 이하이면, 상기 변곡점을 지난 것으로 결정할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 OSC의 변화량이 상기 변곡점 이전인 경우, 상기 촉매 히팅 기간을 선형적으로 증가시키도록 제어하며, 상기 OSC의 변화량이 상기 변곡점 이후인 경우, 상기 촉매 히팅 기간이 기설정된 설정값을 갖도록 제어할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 삼원촉매의 열부하에 따른 OSC 변화량을 이용해서 결정된 변곡점을 전후로 삼원촉매의 성능과 관련된 촉매 히팅 기간을 다르게 제어함으로써, 삼원촉매 성능에 최적화된 제어가 가능하고 배기가스 정화 성능 향상이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 삼원촉매의 성능을 개선하기 배기가스 정화장치의 구조를 간략히 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 정화장치가 삼원촉매의 성능을 개선하기 위해 촉매 히팅 기간을 제어하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 삼원촉매의 에이징에 따른 OSC의 변화를 도시한 그래프이다.
도 4는 도 3의 변곡점에 따른 각 제어 영역의 목표 온도의 예를 도시한 그래프이다.
도 5는 삼원촉매의 OSC 변화와 EM의 상관 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 삼원촉매의 OSC 변화에 따른 배기가스 정화 성능을 비교하는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 영역 별로 삼원촉매의 에이징 시간에 따른 OSC 변화를 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 영역 별로 OSC 변화가 배기가스 정화 성능에 미치는 영향을 도시한 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화장치는 차량뿐만 아니라 화석 연료를 태워 에너지를 얻고 그 과정에서 발생되는 가스를 대기 중으로 배출하는 다양한 장치에 적용될 수 있다. 본 명세서에서는 상기 배기가스 정화장치가 차량에 적용되는 것을 예시하나, 차량에만 적용되는 것으로 해석되어서는 안 된다.
차량에는 동력을 발생시키기 위한 엔진이 탑재되어 있다. 상기 엔진은 연료와 공기가 혼합된 혼합기를 연소시켜 화학적 에너지를 기계적 에너지로 변환한다. 엔진은 흡기 매니폴드에 연결되어 연소실 내부로 공기를 유입받으며, 배기 매니폴드에 연결되어 연소 과정에서 발생된 배기가스는 배기 매니폴드에 모인 후 차량의 외부로 배출되게 된다. 상기 연소실 또는 흡기 매니폴드에는 인젝터가 장착되어 연료를 연소실 또는 흡기 매니폴드 내부로 분사한다.
상기 엔진에서 발생된 배기가스는 배기가스를 통하여 차량 외부로 배출된다. 상기 배기 장치는 배기 파이프와 배기가스 재순환(Exhaust Gas Recirculation; EGR) 장치를 포함할 수 있다.
상기 배기 파이프는 상기 배기 매니폴드에 연결되어 배기가스를 차량의 외부로 배출시킨다.
배기가스 재순환 장치는 배기 파이프 상에 장착되어 엔진에서 배출되는 배기가스는 상기 배기가스 재순환 장치를 통과한다. 또한, 상기 배기가스 재순환 장치는 상기 흡기 매니폴드에 연결되어 배기가스의 일부를 공기에 섞어 연소 온도를 제어한다. 이러한 연소 온도는 상기 배기가스 재순환 장치에 구비된 EGR 밸브(도시하지 않음)를 ON/OFF 제어함으로써 조절될 수 있다. 즉, EGR 밸브를 ON/OFF 제어함으로써 흡기 매니폴드에 공급되는 배기가스의 양을 조절한다.
상기 배기 장치에는 배기 파이프에 장착되어 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하는 매연 필터를 더 포함할 수 있다. 상기 매연 필터는 배기가스에 포함된 입자상 물질 외의 유해한 물질을 정화하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화장치일 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조로, 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화장치 및 그 제어 방법을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 삼원촉매의 성능을 개선하기 배기가스 정화장치의 구조를 간략히 도시한 도면이다. 이때, 배기가스 정화장치는 본 발명의 실시예에 따른 설명을 위해 필요한 개략적인 구성만을 도시할 뿐 이러한 구성에 국한되는 것은 아니다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화장치는 엔진(100), 연소실(102), 인젝터(104), 배기라인(110), 삼원촉매(three way catalyst, TWC)(120), 람다센서(130), 온도센서(140), 산소센서(150) 및 제어부(160)를 포함한다.
외기가 상기 엔진(100)의 상기 연소실(102)로 공급되고, 상기 인젝터(104)는 상기 연소실(102)로 연료를 설정된 시점에 설정된 양을 분사하고, 연소된 배기가스는 상기 배기라인(110)의 상기 삼원촉매(120)를 거쳐서 외부로 배출된다.
삼원촉매(120)는 엔진(100)에서 배출되는 배기가스가 통과하는 배기라인(110)에 배치되며, 상기 배기가스에 포함된 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물을 포함하는 유해물질을 산화-환원 반응에 의해 무해한 성분으로 변화시킨다.
람다센서(130)는 상기 배기라인(110)을 지나는 배기가스의 람다값을 감지하고, 이 신호를 상기 제어부(160)로 송부하며, 상기 제어부(160)는 람다값을 이용하여 상기 인젝터(104)를 제어할 수 있고, 상기 인젝터(104)의 연료차단 상태 등을 판단할 수 있다.
온도센서(140)는 삼원촉매(120)의 전단 또는 후단에 배치되며, 배기가스의 온도 또는 삼원촉매(120)의 촉매 온도를 측정하고, 측정된 온도 정보를 제어부(160)에 제공한다.
또한, 산소센서(150)는 삼원촉매(120)의 산소 저장 용량(oxygen storage capacity, 이하 OSC)을 측정하여 측정된 산소 저장 용량 정보를 제어부(160)에 제공한다. 여기서, 산소센서(150)는 삼원촉매(120)에 배치되는 것으로 설명하였으나, 산소센서(150)는 삼원촉매(120)의 전단 또는 후단에 배치될 수도 있으며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 OSC는 엔진, 차량 등을 활용하여 측정될 수 있으며, 차량 운행중의 OSC는 차량 장착 상태에서 측정될 수 있다. 또한, OSC는 엔진 또는 단품 리그 장비에서 시간에 따라 순차적으로 에이징 후 차량 배출가스 평가를 통해 측정될 수 있다.
제어부(160)는 온도센서(140)에서 측정된 온도 정보와 흡기공기 유량 센서를 이용하여 측정된 흡입 공기량(또는 배기가스 유량) 정보를 이용해 삼원촉매(120)의 열부하를 계산하고, 열부하에 따른 삼원촉매에 저장되는 OSC를 측정한다. 그리고, OSC의 변화량을 이용해서 변곡점을 결정하고, 변곡점을 전후로 OSC 별로 설정된 승온 목표 온도에 따라 촉매 히팅(Catalyst Heating, CH) 기간을 제어한다. 상기 승온 목표 온도는 삼원촉매(120)가 에이징됨에 따라 각 시점에서의 OSC를 기준으로 사전에 OSC 별로 설정된 것일 수 있다.
제어부(160)는 삼원촉매의 열부하와 OSC의 변화량 관계에 따라 미리 설정된 변곡점을 전후로 상기 촉매 히팅 기간을 다르게 제어할 수 있다. 여기서, 변곡점은 상기 OSC의 변화량의 감소율이 변하는 지점을 포함한다. 또한, 변곡점은 촉매의 에이징 시간에 따른 OSC 양의 감소 경향이 급하게 감소하다 완만하게 감소하는 경향을 나타내는 지점을 포함할 수 있다.
제어부(160)는, 삼원촉매 전단에서의 온도와 흡입공기 유량을 누적하여 열부하를 계산하고, 열부하에 따른 OSC 양을 측정하여 OSC 감소율을 계산하며, OSC 감소율의 절대값이 일정한 값 이하이면, 상기 변곡점을 지난 것으로 결정할 수 있다.
제어부(160)는 상기 OSC의 변화량이 변곡점 이전인 경우, 상기 삼원촉매(120)의 에이징에 따라 상기 촉매 히팅 기간을 순차적으로(선형적으로) 증가 또는 감소시키도록 제어할 수 있다. 그리고, 제어부(160)는 상기 OSC의 변화량이 상기 변곡점 이후인 경우, 상기 촉매 히팅 기간이 기설정된 설정값을 갖도록 제어할 수 있다. 여기서, 기설정된 설정값은 촉매의 보증기간에 해당하는 거리값을 기준으로 촉매의 성능을 유지하기 위해 설정되는 값을 포함한다.
이러한 목적을 위하여, 제어부(160)는 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 프로세서로 구현될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화장치의 제어 방법의 각 단계를 수행하도록 프로그래밍 된 것일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 정화장치가 삼원촉매의 성능을 개선하기 위해 촉매 히팅 기간을 제어하는 과정을 간략히 도시한 흐름도이다. 이하의 흐름도는 도 1의 구성과 연계하여 동일한 도면부호를 사용하여 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 정화장치는 온도센서(140)의 온도값과 흡입공기 유량 센서의 배기가스 유량 값을 이용해서 삼원촉매(120)의 열부하를 계산한다(S101).
그리고, 배기가스 정화장치는 상기 삼원촉매(120)의 열부하에 따른 상기 삼원촉매(120)에 저장되는 산소 저장 용량(oxygen storage capacity, OSC)을 측정한다(S102).
그리고, 상기 OSC의 변화량을 이용해서 변곡점을 결정한다(S103).
그 후, 상기 변곡점을 전후로 상기 OSC 별로 설정된 승온 목표 온도에 따라 촉매 히팅(Catalyst Heating, CH) 기간을 다르게 제어한다.
여기서, 변곡점은 상기 OSC의 변화량의 감소율이 변하는 지점을 포함한다. 변곡점은 촉매의 에이징 시간에 따른 OSC 양의 감소 경향이 급하게 감소하다 완만하게 감소하는 경향을 나타내는 지점을 포함할 수 있다.
배기가스 정화장치는 삼원촉매(120) 전단에서의 온도와 흡기공기 유량을 누적하여 열부하를 계산하고, 상기 열부하에 따른 OSC 양을 측정하여 OSC 감소율을 계산한다. 그리고, 배기가스 정화장치는 상기 OSC 감소율의 절대값이 일정한 값 이하이면, 상기 변곡점을 지난 것으로 결정할 수도 있다.
또한, 배기가스 정화장치는, 열부하에 따른 OSC 값이 상기 변곡점의 OSC 값보다 큰지 판단한다(S104). 열부하에 따른 OSC 값이 상기 변곡점의 OSC 값보다 큰 경우, 즉, 상기 OSC의 변화량이 상기 변곡점 이전인 경우, 삼원촉매의 에이징에 따라 상기 촉매 히팅 기간을 선형적으로 증가시키도록 제어할 수 있다(S105).
그리고, 배기가스 정화장치는, 열부하에 따른 OSC 값이 상기 변곡점의 OSC 값보다 작은 경우, 즉, 상기 OSC의 변화량이 상기 변곡점 이후인 경우, 상기 촉매 히팅 기간이 기설정된 설정값을 갖도록 제어할 수 있다(S106). 여기서, 기설정된 설정값은 촉매의 보증기간에 해당하는 거리값을 기준으로 촉매의 성능을 유지하기 위해 설정되는 값을 포함한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 삼원촉매의 에이징에 따른 OSC의 변화를 도시한 그래프이고, 도 4는 도 3의 변곡점에 따른 각 제어 영역의 목표 온도의 예를 도시한 그래프이다.
삼원촉매는 열화가 진행됨에 따라 초기에는 OSC양이 급격하게 감소하다가, 일정시간이 지나면 OSC양이 완만하게 감소한다. 따라서, 도 3과 같이, OSC 변화 경향이 변하는 삼원촉매의 변곡점이 존재하며, 변곡점을 기준으로 OSC가 급격히 감소하는 구간(Zone_1)과 OSC가 완만히 감소하는 구간(Zone_2)으로 구분할 수 있다.
변곡점 이전의 경우(Zone_1)에는, 에이징 시간에 따른 OSC의 변화가 크나, OSC 변화에 따른 EM 영향이 적으므로, 삼원촉매의 촉매 히팅 기간의 제어가 용이하다.
하지만, 변곡점 이후의 경우(Zone_2)에는, 에이징 시간에 따른 OSC의 변화가 작으나, OSC 변화에 따른 EM 영향이 민감하므로, 삼원촉매의 촉매 히팅 기간의 제어에 어려움이 있다.
도 5는 삼원촉매의 OSC 변화와 EM의 상관 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5를 참조하면, 삼원촉매의 에이징 시간에 따른 OSC 변화는 변곡점을 전후 많은 변화가 발생하고, EM 변화 경향은 삼원촉매의 에이징 시간이 증가하는 방향 및 OSC가 감소하는 방향으로 갈수록 증가하는 상관 관계를 보여준다. 그리고, EM 변화 경향은 변곡점 이전의 경우(Zone_1) 보다 변곡점 이후의 경우(Zone_2)에 더 민감함을 알 수 있다.
도 6은 삼원촉매의 OSC 변화에 따른 배기가스 정화 성능을 비교하는 그래프이다.
도 6을 참조하면, 삼원촉매의 에이징 시간에 따른 OSC 변화는 변곡점을 전후 많은 변화가 발생하고, 배기가스 정화 성능은 삼원촉매의 에이징 시간이 증가하는 방향 및 OSC가 감소하는 방향으로 갈수록 감소한다. 따라서, 배기가스 정화 성능은 변곡점을 기준으로 변하고, 변곡점 이전의 경우(Zone_1) 보다 변곡점 이후의 경우(Zone_2)에 정화 성능이 떨어짐을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 영역 별로 삼원촉매의 에이징 시간에 따른 OSC 변화를 도시한 그래프이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어 영역 별로 OSC 변화가 배기가스 정화 성능에 미치는 영향을 도시한 그래프이다.
도 7을 참조하면, 변곡점을 기준으로 OSC 감소량이 변하고, OSC 변화 경향이 변곡점 이전의 경우(Zone_1)와 변곡점 이후의 경우(Zone_2)에 서로 달라진다. 변곡점 이전의 경우(Zone_1)는 OSC 감소율이 크고, 변곡점 이후의 경우(Zone_2)는 OSC 감소율이 적다.
하지만, 도 8을 참조하면, 변곡점 이전의 경우(Zone_1)에는 OSC량 변화가 EM 변화에 미치는 영향이 둔감하나, 변곡점 이후의 경우(Zone_2)에는 OSC량 변화가 EM 변화에 미치는 영향이 민감하다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 정화장치는 도 4와 같이, 변곡점을 기준으로 삼원촉매(120)의 승온 목표 온도를 다르게 도출하고, 촉매 히팅 기간을 다르게 제어한다. 상기 승온 목표 온도는 삼원촉매(120)가 에이징됨에 따라 각 시점에서의 OSC를 기준으로 사전에 OSC 별로 설정된 것일 수 있다.
예를 들어, 변곡점 이전의 경우(Zone_1)에는 촉매의 열부하에 따른 OSC 양(A)에 따라 촉매 히팅 기간이 선형적으로 감소 또는 증가하도록 제어한다. 도 4는 촉매 히팅 기간이 선형적으로 증가하는 예를 도시한 것에 불과하며, 촉매 히팅 기간은 선형적으로 감소하도록 제어할 수도 있다.
그리고, 변곡점 이후의 경우(Zone_2)에는 변곡점에서의 열부하에 따른 OSC 양(B)에 대응되는 목표 승온 온도 및 촉매 히팅 기간, 즉 기설정된 설정값을 갖도록 제어할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 정화장치 및 제어 방법은 삼원촉매의 열부하에 따른 OSC 변화량을 이용해서 결정된 변곡점을 전후로 삼원촉매의 성능과 관련된 촉매 히팅 기간을 다르게 제어함으로써, 각종 제어 변수의 제어 정확도를 향상시키고, 삼원촉매의 성능을 개선하여 배기가스의 정화 성능을 향상시킬 수 있는 환경을 제공한다.
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.

Claims (12)

  1. 엔진에서 배출되는 배기가스를 정화하는 삼원촉매(three way catalyst, TWC)의 성능을 개선하도록 배기가스 정화 정치를 제어하는 방법에서,
    온도센서 및 흡기공기 유량 센서를 이용하여 상기 삼원촉매의 열부하를 계산하는 단계;
    상기 열부하에 따른 상기 삼원촉매에 저장되는 산소 저장 용량(oxygen storage capacity, OSC)을 측정하는 단계;
    상기 OSC의 변화량을 이용해서 변곡점을 결정하는 단계; 및
    상기 변곡점을 전후로 상기 OSC 별로 설정된 승온 목표 온도에 따라 촉매 히팅(Catalyst Heating, CH) 기간을 제어하는 단계를 포함하는 배기가스 정화장치 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 변곡점은,
    상기 OSC의 변화량의 감소율이 변하는 지점을 포함하는 배기가스 정화장치 제어 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 변곡점을 결정하는 단계는,
    상기 삼원촉매 전단에서의 온도와 흡입공기 유량을 누적하여 열부하를 계산하고, 상기 열부하에 따른 OSC 양을 측정하여 OSC 감소율을 계산하며, 상기 OSC 감소율의 절대값이 일정한 값 이하이면, 상기 변곡점을 지난 것으로 결정하는 배기가스 정화장치 제어 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 촉매 히팅 기간을 제어하는 단계는,
    상기 OSC의 변화량이 상기 변곡점 이전인 경우, 상기 촉매 히팅 기간을 선형적으로 증가시키도록 제어하며,
    상기 OSC의 변화량이 상기 변곡점 이후인 경우, 상기 촉매 히팅 기간이 기설정된 설정값을 갖도록 제어하는 배기가스 정화장치 제어 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 OSC는 엔진 또는 차량에서 측정되는 배기가스 정화장치 제어 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    차량 운행 중의 OSC는 차량 장착 상태에서 측정되는 배기가스 정화장치 제어 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 변곡점에서의 OSC는 엔진 또는 단품 리그 장비에서 시간에 따라 순차적으로 에이징 후 차량 배출가스 평가를 통해 측정되는 배기가스 정화장치 제어 방법.
  8. 엔진의 배기가스를 정화시키도록 구비되는 배기가스 정화장치에 있어서,
    상기 엔진에서 배출되는 배기가스가 통과하는 배기라인에 배치되며, 상기 배기가스에 포함된 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물을 포함하는 유해물질을 산화-환원 반응에 의해 무해한 성분으로 변화시키는 삼원촉매(three way catalyst, TWC);
    상기 삼원촉매에 저장되는 산소 저장 용량(oxygen storage capacity, OSC)을 측정하는 산소센서; 및
    상기 삼원촉매의 열부하를 계산하고, 상기 열부하에 따른 상기 OSC의 변화량을 이용해서 상기 삼원촉매의 승온 목표 온도를 도출하고 촉매 히팅 기간을 제어하는 제어부를 포함하는 배기가스 정화장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 OSC의 변화량을 이용하여 변곡점을 결정하고,
    상기 변곡점을 전후로 상기 OSC 별로 설정된 승온 목표 온도에 따라 상기 촉매 히팅 기간을 제어하는 배기가스 정화장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 변곡점은,
    상기 OSC의 변화량의 감소율이 변하는 지점을 포함하는 배기가스 정화장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 삼원촉매 전단에서의 온도와 흡입공기 유량을 누적하여 열부하를 계산하고, 상기 열부하에 따른 OSC 양을 측정하여 OSC 감소율을 계산하며, 상기 OSC 감소율의 절대값이 일정한 값 이하이면, 상기 변곡점을 지난 것으로 결정하는 배기가스 정화장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 OSC의 변화량이 상기 변곡점 이전인 경우, 상기 촉매 히팅 기간을 선형적으로 증가시키도록 제어하며,
    상기 OSC의 변화량이 상기 변곡점 이후인 경우, 상기 촉매 히팅 기간이 기설정된 설정값을 갖도록 제어하는 배기가스 정화장치.
KR1020190167790A 2019-12-16 2019-12-16 배기가스 정화장치 및 그 제어 방법 KR20210076502A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190167790A KR20210076502A (ko) 2019-12-16 2019-12-16 배기가스 정화장치 및 그 제어 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190167790A KR20210076502A (ko) 2019-12-16 2019-12-16 배기가스 정화장치 및 그 제어 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210076502A true KR20210076502A (ko) 2021-06-24

Family

ID=76607124

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190167790A KR20210076502A (ko) 2019-12-16 2019-12-16 배기가스 정화장치 및 그 제어 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20210076502A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102602970B1 (ko) 내연기관의 배기가스 후처리 시스템 및 배기가스 후처리 방법
CN109690039B (zh) 检查用于废气再处理的部件的功能性的诊断方法和装置
KR101499491B1 (ko) 차량에 탑재된 촉매 컨버터의 노화 조건을 검증하기 위한 방법
KR101234637B1 (ko) 질소산화물의 양을 예측하는 방법 및 이를 이용한 배기 장치
KR101684496B1 (ko) 배기가스 정화 장치 및 이를 제어하는 방법
KR101251505B1 (ko) 질소산화물 저감 촉매에 저장되는 질소산화물의 양을 예측하는 방법 및 이를 이용한 배기 장치
KR101251519B1 (ko) 질소산화물 저감 촉매에 저장되는 황산화물의 양을 예측하는 방법 및 이를 이용한 배기 장치
KR101886088B1 (ko) 배기 가스 정화 장치 및 배기 가스 정화 방법
KR102440576B1 (ko) 배기가스 정화장치 및 그 제어 방법
JP2016148319A (ja) 排気浄化装置の劣化診断装置
JP2006521482A (ja) 触媒の温度を制御するための方法およびラムダ分割可能な排気ガス浄化システムを備えたマルチシリンダエンジン
JP5563602B2 (ja) 排気システムを作動するための方法
KR102440575B1 (ko) 배기가스 정화장치 및 그 제어 방법
JP2004156615A (ja) 内燃機関の排気後処理システム
JPH07180535A (ja) 排気ガス浄化装置の故障診断装置
CN108691624B (zh) 用于运行颗粒过滤器的方法和控制单元
KR102518593B1 (ko) SDPF의 NOx 정화 효율 보정 방법
KR20180038779A (ko) 촉매 산소 퍼지 제어 장치 및 방법
KR20170069804A (ko) 배기 가스 정화 장치 및 방법
KR20210076502A (ko) 배기가스 정화장치 및 그 제어 방법
JP4127585B2 (ja) 内燃機関の排出ガス浄化装置
KR101886106B1 (ko) 배기가스 정화장치 및 그 제어 방법
KR101836287B1 (ko) 촉매 히팅 제어 장치 및 방법
Cornelius et al. The role of oxygen storage in NO conversion in automotive catalysts
KR101836286B1 (ko) 촉매 산소 퍼지 제어 장치 및 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal