KR20220095244A - 디젤 엔진이 장착된 차량을 주차할 때 scr 촉매 변환기 상태의 최적화 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 차량을 주차할 때 디젤 엔진이 장착된 차량에서 촉매 변환기(130)의 상태를 최적화하기 위한 방법(200)으로서, (a) 상기 디젤 엔진을 끄기 위한 스위치-오프 프로세스가 개시되었음을 수립하는 단계(210); (b) 잉여 NH3를 상기 촉매 변환기(130)에 저장하기 위해 NH3 공급률을 제1 값으로 증가시키는 단계(220); (c) 상기 디젤 엔진의 속도가 속도 임계값 아래로 떨어지거나 또는 측정된 NH3 배출량이 배출량 임계값을 초과할 때 NH3 공급을 중지시키는 단계(230); 및 (d) 상기 스위치-오프 동작을 완료하는 단계(240)를 포함하는, 촉매 변환기의 상태를 최적화하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 엔진 제어기 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.

Description

디젤 엔진이 장착된 차량을 주차할 때 SCR 촉매 변환기 상태의 최적화
본 발명은 디젤 엔진의 촉매 변환기에 의한 배기가스 후처리 기술 분야에 관한 것이다. 본 발명은 특히 차량을 주차할 때 디젤 엔진이 장착된 차량에서 촉매 변환기의 상태를 최적화하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 엔진 제어기 및 컴퓨터 프로그램에 관한 것이다.
엔진이 촉매 변환기의 현재 온도에 따라 동작하는 동안 촉매 변환기(SCR 또는 SDPF 촉매 변환기, 여기서 SCR은 선택적 촉매 환원을 나타내고 SDPF는 디젤 미립자 필터를 사용한 선택적 촉매 환원을 나타냄)에서 NH3 저장 상태를 조정하는 것이 알려져 있다. 촉매 전환기의 온도가 높을수록 NH3이 촉매 전환기를 돌파하지 않도록 저장 상태가 낮아진다. 저장 상태는 목표값을 향해 천천히 이동(100초 이상 지속)하므로 엔진이 갑자기 정지하면 저장 상태가 목표값에 도달하지 못할 수 있다. 또한, 엔진이 동작 중일 때의 목표값은 그 다음 엔진 시동을 위한 목표값과 반드시 일치하는 것은 아니다. 후자의 목표 값은 그 다음 엔진 시동 시 특히 저온 배기 시스템에서 저장된 NH3이 촉매 변환기의 워밍업 단계 동안 NOx의 전환에 기여하기 위해 높다.
본 발명의 기초가 되는 목적은 그 다음 엔진 시동을 위한 촉매 변환기의 최적 상태, 특히 최적 NH3 저장 상태를 제공하는 것이다.
본 목적은 독립 특허 청구항의 주제에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 실시예는 종속 청구항에 제시된다.
본 발명의 제1 양태는 차량을 주차할 때 디젤 엔진이 장착된 차량에서 촉매 변환기의 상태를 최적화하기 위한 방법을 설명한다. 설명된 방법은 (a) 디젤 엔진을 끄기 위한 스위치 끄기 프로세스가 시작되었음을 수립하는 단계; (b) 잉여 NH3를 촉매 변환기에 저장하기 위해 NH3 공급률을 제1 값으로 증가시키는 단계; (c) 디젤 엔진의 속도가 속도 임계값 아래로 떨어지거나 또는 측정된 NH3 배출량이 배출량 임계값을 초과할 때 NH3 공급을 중지시키는 단계; 및 (d) 스위치-오프 프로세스를 완료하는 단계를 포함한다.
설명된 방법은 엔진을 끄는 것과 관련하여 NH3 공급률을 증가시키면 촉매 변환기에 저장된 NH3의 양을 상당히 증가시켜 나중에 엔진의 저온 시동에 사용할 수 있다는 발견에 기초한다. (증가된) NH3 공급은 엔진 속도가 (속도 임계값 미만으로) 낮아질 때(및 촉매 변환기를 통한 배기가스 스트림이 이에 따라 감소할 때) 또는 배출량 임계값을 초과할 때(촉매 변환기에 NH3를 추가로 저장할 수 없음을 나타냄) 중지된다. 따라서 촉매 변환기에서 NH3의 효율적인 저장이 배기가스와 함께 배출되는 바람직하지 않은 높은 NH3 배출 없이 발생하는 것이 보장된다.
예를 들어, 운전자가 차량 키 또는 온/오프 버튼을 대응하여 조작하는 것에 의해 개시되는 엔진 정지 명령(키 오프)을 검출함으로써 스위치-오프 프로세스의 시작이 수립된다. NH3 공급률, 즉 단위 시간당 NH3의 공급량(g/s)은 예를 들어 배기가스 후처리 시스템에서 우레아 용액의 용량을 증가시킴으로써 증가된다. 제1 값은 디젤 엔진의 현재 동작 상태에 해당하는 원하는 값보다 크므로 촉매 변환기에서 NH3의 저장을 (가능한) 증가시킨다. NH3 공급은 엔진 속도가 낮아지는 경우 또는 배기가스에서 측정된 NH3 배출량이 너무 높아지는 경우 중 먼저 발생하는 것에서 중지 또는 종료된다. 두 경우 모두, 추가 NH3이 촉매 변환기에 저장될 수 없고 또한 바람직하지 않은 배출량을 초래할 수 있기 때문에 추가로 NH3를 공급하는 것은 가치가 없다. 그런 다음 스위치-오프 프로세스가 완료되고 차량은 그 다음 엔진을 시동 걸 때까지 정지 상태로 유지된다.
방법은 즉시 사용 가능한 데이터에 기초하여 AdBlue 용량 제어기를 채용함으로써 추가 하드웨어 없이 임의의 디젤 엔진의 엔진 제어기에 통합될 수 있다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 따르면, 제1 값은 최대 NH3 공급률에 대응한다.
다시 말해, 우레아 용액은, 시스템이 허용하는 한, 많은 양으로 투여된다. 이에 의해 이용 가능한 비교적 짧은 시간, 즉 디젤 엔진을 끄는 동안 촉매 변환기에 가능한 최대량의 NH3를 저장할 수 있다.
본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 속도 임계값은 분당 100 내지 300회전이고, 특히 약 200 회전이다.
본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 측정된 NH3 배출량은 촉매 변환기의 하류에서 차량의 배기 시스템에 장착된 배출량 센서에 의해 검출된다.
배출량 센서는 바람직하게는 촉매 변환기의 출구에 장착된다. 대안적으로, 배출량 센서는 SCR/SDPF 촉매 변환기의 하류에 장착된 암모니아 슬립 촉매 변환기(ASC) 뒤에 장착된다.
본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 배출량 임계값은 30 내지 50ppm NH3, 특히 약 40ppm NH3이다.
본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따르면, 방법은, 스위치-오프 프로세스가 개시되었음을 수립하기 전에 수행되는 다음 단계, 즉
(a) 디젤 엔진이 공회전 상태에 있음을 수립하는 단계; 및 (b) 촉매 변환기에 잉여 NH3를 저장하기 위해 NH3 공급률 제2 값으로 증가시키는 단계를 더 포함한다.
이 예시적인 실시예는 대부분의 경우에 스위치-오프 프로세스에 앞서 공회전 단계가 선행한다는 사실을 유리하게 이용하여 공회전 상태가 검출되자마자 NH3 공급률을 증가시키는 것에 의해 이루어진다. 이후에 스위치-오프 프로세스가 실제로 개시되면 촉매 변환기의 NH3 저장 상태가 이미 약간 증가되었고, 따라서 스위치-오프 프로세스 중에 최적의 저장 상태에 도달할 확률이 이에 대응하여 개선된다.
본 발명의 다른 예시적인 실시예에 따르면, 제2 값은 제1 값보다 작거나 같다.
공회전 단계 이후에 스위치-오프 프로세스가 이어질지는 확실하지 않기 때문에 제2 값(따라서 NH3 공급의 증가)을 제1 값보다 약간 작게 선택하는 것이 유리할 수 있다.
본 발명의 추가의 예시적인 실시예에 따르면, 방법은 측정된 NH3 배출량이 배출량 임계값을 초과할 때 NH3 공급률을 제2 값으로부터 더 낮은 값으로 감소시키는 단계를 더 포함한다.
다시 말해, 공회전 시에도 NH3의 증가된 배출이 방지된다.
본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따르면, 방법은 NH3 공급률을 제2 값으로부터 디젤 엔진이 공회전 상태를 벗어날 때 디젤 엔진의 동작 상태에 대응하는 더 낮은 값으로 감소시키는 단계를 더 포함한다.
다시 말해, 엔진이 공회전 상태를 벗어날 때 NH3 공급률은 디젤 엔진의 실제 동작 상태에 맞게 조정된다.
본 발명의 제2 양태는 제1 양태 또는 선행하는 예시적인 실시예 중 하나의 실시예에 따른 방법을 수행하도록 구성된 엔진 제어기를 설명한다.
이 엔진 제어기는 제1 양태에 따른 전술한 방법과 실질적으로 동일한 아이디어에 기초하고, 이에 의해 특히 이 방법이 디젤 엔진 및 SCR 촉매 변환기를 구비한 차량에서 구현될 수 있다.
본 발명의 제3 양태는 컴퓨터 프로그램으로서, 프로세서에 의해 실행될 때 제1 양태 및/또는 상기 예시적인 실시예 중 하나의 실시예에 따른 방법을 수행하도록 구성된 컴퓨터 실행 가능 명령을 갖는 컴퓨터 프로그램을 설명한다.
본 명세서의 의미 내에서 이러한 종류의 컴퓨터 프로그램이라는 용어는 본 발명에 따른 방법과 관련된 효과를 달성하기 위해 적절한 방식으로 시스템 또는 방법의 동작 방식을 조정하기 위해 컴퓨터 시스템을 제어하기 위한 명령을 포함하는 프로그램 요소, 컴퓨터 프로그램 제품 및/또는 컴퓨터 판독 가능 매체의 개념과 동일하다.
컴퓨터 프로그램은 예를 들어 JAVA, C++ 등과 같은 임의의 적절한 프로그래밍 언어의 컴퓨터 판독 가능 명령 코드로서 구현될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(CD-ROM, DVD, 블루레이 디스크, 이동식 드라이브, 휘발성 또는 비휘발성 메모리, 통합 메모리/프로세서 등)에 저장될 수 있다. 명령 코드는 원하는 기능을 실행하는 방식으로 컴퓨터 또는 다른 프로그래밍 가능 디바이스, 예를 들어, 특히 자동차 엔진용 제어 디바이스를 프로그래밍할 수 있다. 또한, 컴퓨터 프로그램은 사용자가 필요에 따라 다운로드할 수 있는, 예를 들어, 인터넷과 같은 네트워크에서 제공될 수 있다.
본 발명은 컴퓨터 프로그램, 즉 소프트웨어에 의해, 그리고 하나 이상의 특정 전기 회로에 의해, 즉 하드웨어로서 또는 임의의 원하는 하이브리드 형태로, 즉 소프트웨어 구성요소 및 하드웨어 구성요소에 의해 구현될 수 있다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 상이한 주제와 관련하여 설명되었음을 주목해야 한다. 특히, 본 발명의 일부 실시예는 방법 청구범위로 설명되고 본 발명의 다른 실시예는 디바이스 청구범위로 설명된다. 그러나, 본 명세서를 읽는 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면, 달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 본 발명의 하나의 유형의 주제와 관련된 특징의 조합에 더하여, 본 발명의 다른 유형의 주제와 관련된 특징의 조합도 가능하다는 것을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 추가 이점 및 특징은 예로서 주어진 바람직한 실시예의 이하의 설명으로부터 명백할 것이다.
도 1은 촉매 변환기를 갖는 배기가스 후처리 시스템의 구성을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 예시적인 실시예에 따라 차량을 주차할 때 디젤 엔진이 장착된 차량에서 촉매 변환기의 상태를 최적화하기 위한 방법의 블록도이다.
아래에 설명된 실시예는 본 발명의 가능한 변형 실시예 중 제한적으로 선택된 실시예라는 점에 유의해야 한다.
도 1은 촉매 변환기를 갖는 배기가스 후처리 시스템(100)의 구성을 도시한다. 배기가스 후처리 시스템(100)은 디젤 산화 촉매 변환기(DOC)(110), 우레아 용액 공급부(120), SCR 또는 SDPF 촉매 변환기(130)(SCR = 선택적 촉매 환원, SDPF = 디젤 미립자 필터를 사용한 SCR), (제1) 배출량 센서(140), 암모니아 슬립 촉매 변환기(150)(ASC) 및 (제2) 배출량 센서(160)를 포함하고, 이들 구성요소는 화살표(102)(입구)와 화살표(104)(출구) 사이의 배기가스 스트림 방향으로 언급된 순서대로 장착된다. SCR 촉매 변환기(130)의 기능에 필요한 NH3 또는 암모니아는 우레아 용액 공급부(120)를 통해 배기가스 스트림과 혼합되고, 여기서 NH3의 일부는 또한 촉매 변환기(130)의 다공성 구조부에 저장될 수 있다. 본 발명의 목표는 저온 시동 시에 촉매 변환기(130)에 저장된 NH3의 양이 가능한 한 많은 것을 보장하는 것이다. 이것은 (선택적으로 컴퓨터 프로그램의 형태로) 엔진 제어기에 직접 구현될 수 있는 아래에 설명된 방법으로 달성된다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 차량을 주차할 때 디젤 엔진이 장착된 차량에서, 촉매 변환기, 특히 도 1에 도시된 SCR/SDPF 촉매 변환기(130)의 상태를 최적화하기 위한 방법(200)의 블록도이다.
(210)에서, 예를 들어, 운전자가 차량 키 또는 온/오프 버튼을 조작하는 것에 의해 디젤 엔진을 끄기 위한 스위치-오프 프로세스가 개시되었음을 수립한다.
이에 응답하여, (220)에서 촉매 변환기(130)에 잉여 NH3를 저장하기 위해 NH3 공급률을 제1 값으로 증가한다. 제1 값은 바람직하게는 우레아 용액 공급부(120)를 통해 우레아 용액의 최대 용량에 해당한다.
(230)에서 디젤 엔진의 속도가 속도 임계값 아래로 떨어지거나 측정된 NH3 배출량이 배출량 임계값을 초과하면 NH3 공급이 중지된다. 다시 말해, 우레아 용액의 고용량은 가능한 한 오랫동안 수행되는 데, 즉 속도가 (바람직하게는 200회전/분으로) 느려지거나 (바람직하게는 제1 배출량 센서(140), 대안적으로 제2 배출량 센서(160)로) 측정된 암모니아 배출량이 (예를 들어, 40ppm을 초과하여) 너무 높아서 촉매 변환기(130)에서 NH3 돌파를 나타낼 때까지 수행된다.
(240)에서 스위치오프 프로세스가 완료된다.
일반적인 스위치-오프 프로세스에서 키 오프 명령으로부터 속도 임계값에 도달하는 데 걸리는 시간은 1초 내지 2초이다. 이 시간 내에 최대 용량으로 총 약 2g 내지 4g의 우레아 용액(33% NH3 함량)이 주입될 수 있으며, 이로 촉매 변환기(130)에 약 0.7g 내지 1.3g의 NH3를 추가로 저장하게 된다. NH3의 이러한 추가량은 SCR 워밍업 단계 동안 그리고 또한 이후 SCR 촉매 변환기에 이전에 저장된 NH3로 인해 그 다음 저온 시동 후 SCR 전환 효율을 높이는 데 도움을 준다.
(특히 각각의) 공회전 단계에서도 NH3 용량을 상당히 증가시켜 추가 최적화를 달성할 수 있다. 따라서 엔진이 공회전할 때 대부분의 키 오프 명령이 전달된다는 사실을 사용한다. 따라서, 이러한 키 오프 명령이 검출된 경우 촉매 변환기에 저장된 NH3의 양이 이미 증가된다. 이 명령이 검출된 후, 전술한 바와 같이 촉매 변환기(130)에 가능한 많은 추가 NH3이 저장된다. 측정된 NH3 배출량은 또한 공회전 시 모니터링되며, 측정된 배출량이 임계값(예를 들어, 40ppm)을 초과하면 우레아 용액의 증가된 공급이 중단되거나 감소된다. 정상 구동이 계속되면 공회전 단계의 종료 시 우레아 용액의 용량이 정상 상태, 즉 디젤 엔진의 동작 상태에 대응하는 상태로 복귀한다.
100: 배기가스 후처리 시스템
102: 화살표
104: 화살표
110: 디젤 산화 촉매 변환기
120: 우레아 용액 공급부
130: SCR 촉매 변환기
140: 배출량 센서
150: 암모니아 슬립 촉매 변환기
160: 배출량 센서
200: 방법
210: 방법 단계
220: 방법 단계
230: 방법 단계
240: 방법 단계

Claims (11)

  1. 차량을 주차할 때 디젤 엔진이 장착된 차량에서 촉매 변환기(130)의 상태를 최적화하기 위한 방법(200)으로서,
    상기 디젤 엔진을 끄기 위한 스위치-오프 프로세스가 개시되었음을 수립하는 단계(120);
    잉여 NH3를 상기 촉매 변환기(130)에 저장하기 위해 NH3 공급률을 제1 값으로 증가시키는 단계(220);
    상기 디젤 엔진의 속도가 속도 임계값 아래로 떨어지거나 또는 측정된 NH3 배출량이 배출량 임계값을 초과할 때 NH3 공급을 중지하는 단계(230); 및
    상기 스위치-오프 동작을 완료하는 단계(240)
    를 포함하는, 촉매 변환기의 상태를 최적화하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 값은 최대 NH3 공급률에 해당하는, 촉매 변환기의 상태를 최적화하기 위한 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 속도 임계값은 분당 100 내지 300 회전인, 촉매 변환기의 상태를 최적화하기 위한 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 측정된 NH3 배출량은 상기 촉매 변환기(130)의 하류에서 상기 차량의 배기 시스템(100)에 장착된 배출량 센서(140, 160)에 의해 검출되는, 촉매 변환기의 상태를 최적화하기 위한 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배출량 임계값은 30 내지 50ppm NH3인, 촉매 변환기의 상태를 최적화하기 위한 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 스위치-오프 프로세스가 개시되었음을 수립하기 전에 수행되는 다음 단계들을 더 포함하는, 촉매 변환기의 상태를 최적화하기 위한 방법:
    상기 디젤 엔진이 공회전 상태에 있음을 수립하는 단계; 및
    잉여 NH3를 상기 촉매 변환기에 저장하기 위해 NH3 공급률을 제2 값으로 증가시키는 단계.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제2 값은 상기 제1 값보다 작거나 같은, 촉매 변환기의 상태를 최적화하기 위한 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    측정된 NH3 배출량이 상기 배출량 임계값을 초과할 때 상기 NH3 공급률을 상기 제2 값으로부터 더 낮은 값으로 감소시키는 단계
    를 더 포함하는, 촉매 변환기의 상태를 최적화하기 위한 방법.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디젤 엔진이 공회전 상태를 벗어날 때 상기 NH3 공급률을 상기 제2 값으로부터 상기 디젤 엔진의 동작 상태에 대응하는 더 낮은 값으로 감소시키는 단계를 더 포함하는, 촉매 변환기의 상태를 최적화하기 위한 방법.
  10. 디젤 엔진용 엔진 제어기로서,
    제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 구성된, 디젤 엔진용 엔진 제어기.
  11. 컴퓨터 프로그램으로서,
    프로세서에 의해 실행될 때 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 구성된 컴퓨터 실행 가능 명령을 포함하는, 컴퓨터 프로그램.
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