KR20230161632A - 엔진의 후처리 시스템 및 이의 제어 방법 - Google Patents

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한동희
강현진
이관희
김재헌
구자언
이종혁
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현대자동차주식회사
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Abstract

엔진의 후처리 시스템 및 이의 제어 방법이 개시된다.
본 개시의 실시예에 따른 후처리 시스템은 배기 라인에 순차적으로 배치되는 WCC 촉매, 배기 열 회수 장치, 및 LNT 촉매; 상기 WCC 촉매와 상기 배기 열 회수 장치 사이의 배기 라인에서 분기하여 상기 LNT 촉매 하류의 배기 라인으로 합류하는 메인 바이패스 라인; 상기 WCC 촉매와 상기 배기 열 회수 장치 사이의 배기 라인에서 분기하여 상기 배기 열 회수 장치와 상기 LNT 촉매 사이의 배기 라인으로 합류하는 보조 바이패스 라인; 상기 배기 라인과 상기 메인 바이패스 라인이 합류하는 지점에 설치되는 제1 삼방 밸브; 및 상기 배기 라인과 상기 보조 바이패스 라인이 합류하는 지점에 설치되는 제2 삼방 밸브를 포함할 수 있다.

Description

엔진의 후처리 시스템 및 이의 제어 방법 {POST PROCESSING SYTEM OF ENGINE METHOD THEREOF}
본 개시는 엔진의 후처리 시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 린번 엔진이 적용되는 엔진의 후처리 시스템에서 LNT 촉매의 열화를 방지할 수 있는 엔진의 후처리 시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 전세계적인 배기 가스 배출 규제에 따라 전통적인 내연 엔진이 적용되는 차량이 감소하고 배기 가스 배출이 적은 전기 차량 또는 하이브리드 차량이 확산되는 추세에 있다.
이중에서, 하이브리드 차량은 엔진과 구동 모터로 구성되는 두 가지 이상의 동력원을 사용하는 차량이다.
이러한 하이브리드 차량은 구동 모터가 엔진의 동력을 보조하기 때문에, 하이브리드 차량에 적용되는 엔진은 주로 최고 열효율 운전점(또는, 최적 운전점)에서 동작된다. 최고 열효율 운전점에서 희박 연소 모드(lean burn combustion mode)를 이용하여 저온 연소를 구현하는 경우, 연소 온도가 낮아지기 때문에 비열비가 상승하여 하이브리드 차량의 효율이 향상된다.
다만, 엔진의 모든 운전 영역을 희박 연소 모드로 운전하기 위해서는 연소 시스템 개발의 기술적 제약이 크기 때문에, 최고 열효율 운전점을 제외하고는 이론 공연비 모드(theoretical air-fuel ratio mode)로 운전될 수 있다.
한편, 배출가스 규제에 따라 차량에는 배기 가스에 포함된 각종 유해 물질을 정화시키는 촉매 컨버터가 설치된다.
대표적으로, 삼원 촉매(TWC: three-way catalyst)는 가솔린 엔진의 배기가스 중 CO, HC 및 NOx를 저감시킨다. 삼원 촉매는 일정한 온도 이상에서 활성화되어 CO와 HC는 산화반응을 통하고 NOx는 환원반응을 통하여 무해한 성분으로 전환시킨다. 이러한 삼원 촉매는 엔진이 이론 공연비 모드로 운전될 때, 높은 열효율과 낮은 질소산화물 배출 특성을 갖는다.
그러나 엔진이 희박 연소 모드로 운전될 때, 삼원 촉매의 질소산화물 정화 효율은 급격하게 악화된다. 비록, 엔진이 희박 연소 모드로 운전될 때, 질소산화물의 배출량이 적더라도 삼원 촉매의 정화 효율이 매우 낮기 때문에, 질소산화물의 배출량은 증가하게 된다.
이러한 문제로 인해, 희박 연소 모드가 적용되는 엔진의 경우, 질소산화물이 포함된 배출 가스를 줄이기 위해, LNT(lean NOx trap) 및/또는 SCR(Selective Catalytic Reduction)과 같은 추가적인 촉매 컨버터가 사용되고 있다.
LNT는 희박 운전 조건에서 삼원 촉매에서 정화되지 못한 질소산화물을 흡장하고, 농후 운전 조건에서 흡장된 질소산화물을 질소(N2)로 환원하여 방출한다.
SCR은 암모니아와 질소산화물을 촉매상에서 반응시켜 질소와 물로 정화하는 촉매이다. 암모니아를 공급하기 위해 우레아(urea) 용액을 분사하는 방식이 널리 사용되지만, LNT와 함께 적용하여 LNT에서 발생하는 NH3를 이용하여 우레아 없이 질소산화물을 정화하는 방식(예컨대, passive SCR)도 사용되고 있다.
하지만, LNT는 촉매의 온도에 따라 질소산화물의 정화효율이 매우 달라지는데, 일반적으로, 섭씨 250~350도 사이에서 가장 높은 정화 효율을 나타낸다. 반면, 고온(예를 들어, 섭씨 450도 이상)에서는 LNT 촉매가 취약하기 때문에, 질소산화물이 환원되지 않은 채로 방출되는 특징이 있다.
가솔린 엔진의 경우, 전부하 운전 조건에서는 배기 온도가 섭씨 900도를 상회하기 때문에, LNT의 정화 효율이 악화되지만, 희박 연소 모드에서는 LNT의 온도를 적정 수준으로 유지하는 것이 필요하다.
따라서, LNT를 고온의 배기가스로부터 보호하고, LNT를 고효율 운전 영역에서 동작시키기 위한 후처리 시스템 및 이의 제어 전략이 요구된다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 개시의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 개시는 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 희박 연소 모드가 적용되는 엔진에서 LNT 촉매를 고온의 배기 가스로부터 보호하고, LNT 촉매가 고효율 운전 영역에서 동작되는 엔진의 후처리 시스템 및 이의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 개시의 실시예에 따른 후처리 시스템은 배기 라인에 순차적으로 배치되는 WCC 촉매, 배기 열 회수 장치, 및 LNT 촉매; 상기 WCC 촉매와 상기 배기 열 회수 장치 사이의 배기 라인에서 분기하여 상기 LNT 촉매 하류의 배기 라인으로 합류하는 메인 바이패스 라인; 상기 WCC 촉매와 상기 배기 열 회수 장치 사이의 배기 라인에서 분기하여 상기 배기 열 회수 장치와 상기 LNT 촉매 사이의 배기 라인으로 합류하는 보조 바이패스 라인; 상기 배기 라인과 상기 메인 바이패스 라인이 합류하는 지점에 설치되는 제1 삼방 밸브; 및 상기 배기 라인과 상기 보조 바이패스 라인이 합류하는 지점에 설치되는 제2 삼방 밸브를 포함할 수 있다.
상기 제1 삼방 밸브와 상기 제2 삼방 밸브의 동작에 따라 상기 배기 가스는 상기 WCC 촉매, 및 상기 LNT 촉매를 통과하는 제1 배출 경로, 상기 WCC 촉매만을 통과하는 제2 배출 경로, 및 상기 WCC 촉매, 상기 배기 열 회수 장치, 및 상기 LNT 촉매를 통과하는 제3 배출 경로 중 어느 하나로 선택적으로 배출될 수 있다.
상기 LNT 촉매의 온도가 제1 설정 온도 미만이면, 상기 배기 가스는 상기 제1 배출 경로를 따라 배출될 수 있다.
상기 LNT 촉매의 온도가 제1 설정 온도 이상이고 제2 설정 온도 미만이며, 엔진의 운전 영역이 희박 연소 영역이면, 상기 배기 가스는 상기 제1 배출 경로를 따라 배출될 수 있다.
상기 LNT 촉매의 온도가 제1 설정 온도 이상이고 제2 설정 온도 미만이며, 엔진의 운전 영역이 이론 공연비 영역이면, 상기 배기 가스는 상기 제2 배출 경로를 따라 배출될 수 있다.
상기 LNT 촉매의 온도가 제2 설정 온도 이상이면, 상기 배기 가스는 상기 제3 배출 경로를 따라 배출될 수 있다.
본 개시의 다른 실시예에 따른 후처리 시스템의 제어 방법은 제1항에 따른 후처리 시스템의 제어 방법으로서, 상기 LNT 촉매의 온도를 판단하는 단계; 엔진의 운전 영역을 판단하는 단계; 및 상기 LNT 촉매의 온도와 상기 엔진의 운전 영역을 기초로 배기 가스가 제1 내지 제3 배출 경로 중 어느 하나로 배출되도록 상기 제1 삼방 밸브와 상기 제2 삼방 밸브의 동작을 제어하는 단계를 포함하고, 상기 제1 배출 경로는 상기 배기 가스가 상기 WCC 촉매, 및 상기 LNT 촉매를 통과하는 경로이고, 상기 제2 배출 경로는 상기 배기 가스가 상기 WCC 촉매만을 통과하는 경로이며, 상기 제3 배출 경로는 상기 배기 가스가 상기 WCC 촉매, 상기 배기 열 회수 장치, 및 상기 LNT 촉매를 통과하는 경로일 수 있다.
상기 LNT 촉매의 온도가 제1 설정 온도 미만이면, 상기 배기 가스는 상기 제1 배출 경로를 따라 배출될 수 있다.
상기 LNT 촉매의 온도가 제1 설정 온도 이상이고 제2 설정 온도 미만이며, 엔진의 운전 영역이 희박 연소 영역이면, 상기 배기 가스는 상기 제1 배출 경로를 따라 배출될 수 있다.
상기 LNT 촉매의 온도가 제1 설정 온도 이상이고 제2 설정 온도 미만이며, 엔진의 운전 영역이 이론 공연비 영역이면, 상기 배기 가스는 상기 제2 배출 경로를 따라 배출될 수 있다.
상기 LNT 촉매의 온도가 제2 설정 온도 이상이면, 상기 배기 가스는 상기 제3 배출 경로를 따라 배출될 수 있다.
상기한 바와 같은 본 개시의 실시 예에 따른 엔진의 후처리 시스템 및 이의제어 방법에 의하면, 엔진의 운전 영역과 LNT 촉매의 온도를 기초로 배기 가스가 배출되는 경로를 변경함으로써, 고온의 배기 가스로부터 LNT 촉매의 열화를 방지하고 높은 정화 효율을 유지할 수 있다.
이 도면들은 본 개시의 예시적인 실시 예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 개시의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 개시의 실시 예에 따른 하이브리드 차량의 구성을 도시한 개념도이다.
도 2는 본 개시의 실시 예에 따른 하이브리드 차량에 적용되는 엔진의 운전 영역을 도시한 그래프이다.
도 3은 본 개시의 실시 예에 따른 후처리 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 4 내지 도 6은 본 개시의 실시 예에 따른 후처리 시스템의 동작을 설명하기 위한 작동 상태도들이다.
도 7은 본 개시의 실시 예에 따른 후처리 시스템의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 개시의 실시 예에 대하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
본 개시를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 개시가 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
이하에서는 본 개시의 실시 예에 따른 엔진의 후처리 장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
먼저, 본 개시의 실시 예에 따른 엔진의 후처리 장치가 적용되는 차량에 대하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 개시의 실시 예에 따른 하이브리드 차량의 구성을 도시한 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 개시의 실시 예에 따른 차량은 엔진(10), 제1 모터(20), 제2 모터(30), 클러치(40), 및 제어기(60)를 포함할 수 있다.
엔진(10)은 연료의 연소에 의해 차량의 주행에 필요한 동력을 발생시키는 복수의 실린더(11)를 포함한다. 본 개시의 실시 예에서, 엔진(10)은 가솔린 엔진(10)일 수 있다.
제1 모터(20)는 엔진(10)을 시동시키고, 필요에 따라 선택적으로 발전기로 작동하여 전기 에너지를 생성할 수 있다. 제1 모터(20)는 일종의 시동 발전기(starter & generator )일 수 있다.
제2 모터(30)는 차량의 주행에 필요한 동력을 발생시키고, 필요에 따라 엔진(10)의 동력을 보조한다. 그리고 제2 모터(30)는 선택적으로 발전기로 작동하여 전기 에너지를 생성할 수 있다.
클러치(40)는 엔진(10)과 제2 모터(30) 사이에 구비되고, 클러치(40)의 결합 여부에 따라 하이브리드 차량은 EV(Electric Vehicle) 모드 또는 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 모드로 주행한다.
제2 모터(30)의 동력만으로 차량이 주행하는 모드가 EV(electric vehicle) 모드이고, 엔진(10)의 동력과 제2 모터(30)의 동력으로 차량이 주행하는 모드가 HEV(hybrid electric vehicle) 모드이다.
엔진(10)과 제2 모터(30)에서 출력되는 동력은 차량에 구비된 구동 휠로 전달된다. 이때, 클러치(40)와 구동 휠의 사이에는 변속기(50)가 구비된다.
변속기(50)의 내부에는 변속 기어가 내장되어 변속 기어단에 따라 엔진(10)과 제2 모터(30)에서 출력되는 파워가 변경된다.
제어기(60)는 엔진(10), 제1 모터(20), 제2 모터(30), 클러치(40), 및 후술하는 후처리 시스템(100)을 포함하는 하이브리드 차량의 구성요소를 제어한다.
특히, 제어기(60)는 엔진의 운전 영역(또는, 공연비) 및 후술하는 후처리 시스템(100)의 LNT 촉매(170) 온도를 기초로 배기 가스의 배출 경로를 조절한다.
이를 위해, 제어기(60)는 설정된 프로그램에 의하여 작동하는 하나 이상의 프로세서로 구비될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 본 개시의 실시예에 따른 하이브리드 차량의 제어 방법의 각 단계를 수행하도록 되어 있다.
한편, 엔진(10)에서 배출되는 배기 가스에 포함된 각종 유해 물질은 후처리 시스템(100)을 통해 정화되고, 머플러를 통과하면서 소음이 감쇄된 후, 테일 파이프를 통해 대기 중으로 배출된다.
도 3을 참조하면, 후처리 시스템(100)은 배기 라인(110)을 따라 순차적으로 배치되는 WCC(Warming-up catalytic converter) 촉매, UCC(Under-Floor Catalytic Converter) 촉매, 및 LNT(lean NOx trap) 촉매를 포함할 수 있다.
WCC 촉매(140), UCC 촉매(150), 및 LNT 촉매(170)는 배기 라인(110)을 통해 배출되는 배기 가스에 포함된 유해 물질을 정화한다. WCC 촉매(140), UCC 촉매(150), 및 LNT 촉매(170)는 배기 라인(110)을 따라 순차적으로 배치될 수 있다.
WCC 촉매(140)는 엔진(10)에 가장 근접하여 배치되고, UCC 촉매(150)는 WCC 촉매(140) 하류의 차량의 바닥에 위치한다. WCC 촉매(140)와 UCC 촉매(150)는 THC, NOx, CO의 정화율이 우수한 삼원 촉매이다.
LNT 촉매(170)는 SCR 촉매와 일체로 구비되고, UCC 촉매(150) 하류에 위치한다. LNT 촉매(170)에는 온도 센서(111)가 구비되고, 온도 센서(111)에서 측정된 LNT 촉매(170)의 온도(또는, 배기 가스의 온도)는 제어기(60)로 전송된다.
UCC 촉매(150)와 LNT 촉매(170)의 사이에는 배기 열 회수 장치(160)(EHRS: exhaust heat recovery system)가 개재된다. 배기 열 회수 장치(160)는 일종의 열 교환기로서, 엔진의 연소실에서 배출되는 배기 가스에 포함된 열을 작동 유체(예를 들어, 냉각수)를 통해 회수한다.
배기 라인(110)에는 람다 센서(113)가 구비되고, 람다 센서(113)를 통해 측정되는 배기 가스의 산소 농도를 통해 제어기(10)는 엔진의 공연비(AFR: air fuel ratio)를 판단할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 개시의 실시 예에 따른 차량(예를 들어, 하이브리드 차량)에 적용되는 엔진의 운전 영역은 최적 운전점 영역, 및 최적 운전점 영역을 제외한 나머지 영역으로 구분될 수 있다.
최적 운전점 영역에서 엔진(10)은 희박 연소 모드(λ>1)로 동작하고, 최적 운전점 영역을 제외한 나머지 운전 영역(이론 공연비 운전 영역)에서 엔진(10)은 이론 공연비 모드(λ=1)로 동작한다.
이와 같이, 최적 운전점 영역에서 엔진(10)의 희박 연소 모드로 운전되면, 엔진(10)이 이론 공연비로 운전되는 경우와 비교하여, 높은 열 효율(또는, 낮은 BSFC)과 매우 낮은 질소 산화물이 배출되는 특성을 갖는다
엔진(10)에서 배출되는 배기 가스가 흐르는 배기 라인(110)에는 배기 열 회수 장치(160)와 LNT 촉매(170)를 우회하는 복수 개의 바이패스 라인이 구비된다. 복수 개의 바이패스 라인은 메인 바이패스 라인(120) 및 보조 바이패스 라인(130)을 포함할 수 있다.
메인 바이패스 라인(120)은 UCC 촉매(150)와 배기 열 회수 장치(160) 사이의 배기 라인(110)에서 분기하고, LNT 촉매(170) 하류의 배기 라인(110)으로 합류한다. 배기 라인(110)과 메인 바이패스 라인(120)이 합류하는 지점에 제1 삼방 밸브(121)(3-way valve)가 설치된다.
제어기(60)에 의해 동작하는 제1 삼방 밸브(121)의 온/오프에 따라 WCC 촉매(140)와 UCC 촉매(150)를 통과한 배기 가스는 배기 라인(110) 또는 메인 바이패스 라인(120)으로 선택적으로 흐르게 된다.
보조 바이패스 라인(130)은 UCC 촉매(150)와 배기 열 회수 장치(160) 사이의 배기 라인(110)에서 분기하고, 배기 열 회수 장치(160)와 LNT 촉매(170) 사이의 배기 라인(110)으로 합류한다. 배기 라인(110)과 보조 바이패스 라인(130)이 합류하는 지점에 제2 삼방 밸브(131)(3-way valve)가 설치된다.
제어기(60)에 의해 동작하는 제2 삼방 밸브(131)의 온/오프에 따라 WCC 촉매(140)와 UCC 촉매(150)를 통과한 배기 가스는 배기 라인(110) 또는 보조 바이패스 라인(130)을 선택적으로 흐르게 된다.
본 개시의 실시 예에서, 제어기(60)는 제1 삼방 밸브(121)와 제2 삼방 밸브(131)의 온/오프를 제어하여, 배기 가스의 배출 경로를 변경시킨다. 즉, 제1 및 제2 삼방 밸브(131)의 동작에 따라, 배기 가스의 배출 경로가 제1 배출 경로 내지 제3 배출 경로 중 어느 하나로 선택적으로 결정된다.
본 개시의 실시 예에서, 제어기(60)가 제1 삼방 밸브(121)를 오프 시키고 제2 삼방 밸브(131)를 온 시키면, WCC 촉매(140)와 UCC 촉매(150)를 통과한 배기 가스는 배기 열 회수 장치(160)를 우회한 후, LNT 촉매(170)를 통과하고 머플러를 통해 대기 중으로 배출된다. 본 개시의 실시 예에서, 이와 같은 배기 가스의 경로를 제1 배출 경로라 한다(도 4 참조). 제1 배출 경로는 LNT 촉매(170)를 가열하기 위한 웜업 모드에서 사용될 수 있다.
제어기(60)가 제1 삼방 밸브(121)를 온 시키고 제2 삼방 밸브(131)를 오프 시키면, WCC 촉매(140)와 UCC 촉매(150)를 통과한 배기 가스는 배기 열 회수 장치(160)와 LNT 촉매(170)를 우회한 후, 머플러를 통해 대기 중으로 배출된다. 본 개시의 실시 예에서, 이와 같은 배기 가스의 경로를 제2 배출 경로라 한다(도 5 참조). 제2 배출 경로는 엔진이 이론 공연비 영역에서 작동할 때 사용될 수 있다.
제어기(60)가 제1 삼방 밸브(121)를 오프 시키고 제2 삼방 밸브(131)를 오프시키면, WCC 촉매(140)와 UCC 촉매(150)를 통과한 배기 가스는 배기 열 회수 장치(160)와 LNT 촉매(170)를 통과한 후, 머플러를 통해 대기 중으로 배출된다. 본 개시의 실시 예에서, 이와 같은 배기 가스의 경로를 제3 배출 경로라 한다(도 6 참조). 제3 배출 경로는 LNT 촉매(170)가 고온의 배기 가스에 의해 과열되는 경우, 배기 열 회수 장치(160)를 통해 배기열을 회수할 때 사용될 수 있다.
이하에서는, 상기한 바와 같은 본 개시의 후처리 시스템(100)의 동작에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
도 7은 본 개시의 실시 예에 따른 후처리 시스템의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제어기(60)는 LNT 촉매(170)의 온도가 제1 설정 온도(예를 들어, 섭씨 150도) 미만인지 여부를 판단한다(S10).
LNT 촉매(170)의 온도가 제1 설정 온도 미만이면, 제어기(60)는 제1 삼방 밸브(121)를 오프 시키고, 제2 삼방 밸브(131)는 온 시킨다. 이에 따라, WCC 촉매(140)와 UCC 촉매(150)를 통과하여 배기 라인(110)을 흐르는 배기 가스는 배기 열 회수 장치(160)를 우회하고, LNT 촉매(170)를 가열하는 제1 배출 경로를 따라 흐르게 된다(S20)(도 4 참조).
즉, LNT 촉매(170)의 온도가 제1 설정 온도보다 낮은 경우에는, 배기 가스를 배기 열 회수 장치(160)를 우회하여 LNT 촉매(170)를 흐르게 함으로써, LNT 촉매(170)의 온도를 빠르게 승온시킨다.
제어기(60)는 LNT 촉매(17)의 온도가 제1 설정 온도(예를 들어, 섭씨 150도)와 제2 설정 온도(예를 들어, 섭씨 400도) 사이인지 여부를 판단한다(S30).
LNT 촉매(170)의 온도가 제1 설정 온도(예를 들어, 섭씨 150도)와 제2 설정 온도(예를 들어, 섭씨 400도) 사이이면, 제어기(60)는 엔진의 운전 영역이 이론 공연비 영역인지, 희박 연소 영역인지 여부를 판단한다(S40). 본 개시에서, 제어기(60)는 람다 센서(113)를 통해 측정된 람다값이 설정값(예를 들어, 1.1) 이상이면 희박 연소 영역으로 판단할 수 있다.
LNT 촉매(170)의 온도가 제1 설정 온도와 제2 설정 온도 사이이고, 엔진의 운전 영역이 이론 공연비 영역이면(예를 들어, 람다값이 설정값 이상이면), 제어기(60)는 제1 삼방 밸브(121)를 온 시키고 제2 삼방 밸브(131)를 오프시킨다. 이에 따라, WCC 촉매(140)와 UCC 촉매(150)를 통과하여 배기 라인(110)을 흐르는 배기 가스는 배기 열 회수 장치(160)와 LNT 촉매(170)를 우회하는 제2 배출 경로를 따라 흐르게 된다(S50)(도 5 참조).
즉, 이론 공연비 영역에서는 WCC 촉매(140)와 UCC 촉매(150)와 같은 삼원 촉매의 정화 효율이 충분히 높기 때문에, 배기 가스가 LNT 촉매(170)를 통과하지 않고 WCC 촉매(140)와 UCC 촉매(150)만을 통과한 후 대기 중으로 배출되도록 한다.
LNT 촉매(170)의 온도가 제1 설정 온도와 제2 설정 온도 사이이고, 엔진의 운전 영역이 희박 연소 영역이면(예를 들어, 람다값이 설정값 미만이면), 제어기(60)는 제1 삼방 밸브(121)를 오프 시키고, 제2 삼방 밸브(131)는 온 시킨다. 이에 따라, WCC 촉매(140)와 UCC 촉매(150)를 통과하여 배기 라인(110)을 흐르는 배기 가스는 배기 열 회수 장치(160)를 우회하고, LNT 촉매(170)를 가열하는 제1 배출 경로를 따라 흐르게 된다(S20)(도 4 참조).
즉, 희박 연소 영역에서 WCC 촉매(140)와 UCC 촉매(150)와 같은 삼원 촉매의 정화 효율이 낮아지기 때문에, 제1 설정 온도와 제2 설정 온도 사이에서 정화 효율이 높은 LNT 촉매(170)를 통해 배기 가스를 추가로 정화한다.
S30 단계에서, LNT 촉매(170)의 온도가 제2 설정 온도 이상인 것으로 판단되면, 제어기(60)는 제1 삼방 밸브(121)를 오프 시키고 제2 삼방 밸브(131)를 오프 시킨다. 이에 따라, WCC 촉매(140)와 UCC 촉매(150)를 통과하여 배기 라인(110)을 흐르는 배기 가스는 배기 열 회수 장치(160)와 LNT 촉매(170)를 통과한 후 대기 중으로 배출되는 제3 배출 경로를 따라 흐르게 된다(S60)(도 6 참조).
즉, 고온의 배기 가스에 의해 LNT 촉매(170)의 온도가 과다하게 높아지는 경우, 배기 열 회수 장치(160)를 통해 배기열을 회수한 후 배기 가스가 LNT 촉매(170)를 통과하도록 함으로써, LNT 촉매(170)의 온도를 적정 수준으로 유지한다. 이를 통해, LNT 촉매(170)의 높은 정화 효율을 유지할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 개시의 실시 예에 따르면, 엔진의 운전 영역과 LNT 촉매(170)의 온도를 기초로 배기 가스의 배출 경로를 변경함으로써, LNT 촉매(170)의 온도가 낮을 때는 LNT 촉매(170)를 빠르게 승온시키고, LNT 촉매(170)의 온도가 높을 때는 배기 열 회수 장치(160)를 통해 배기 열을 회수하여 LNT 촉매(170)의 정화 효율을 최적의 상태로 유지할 수 있다.
이상을 통해 본 개시의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였지만, 본 개시는 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 개시의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 개시의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10: 엔진
11: 실린더
20: 제1 모터
30: 제2 모터
40: 클러치
50: 변속기
60: 제어기
100: 후처리 시스템
110: 배기 라인
111: 온도 센서
113: 람다 센서
120: 메인 바이패스 라인
121: 제1 삼방 밸브
130: 보조 바이패스 라인
131: 제2 삼방 밸브
140: WCC 촉매
150: UCC 촉매
160: 배기 열 회수 장치
170: LNT 촉매

Claims (11)

  1. 배기 라인에 순차적으로 배치되는 WCC 촉매, 배기 열 회수 장치, 및 LNT 촉매;
    상기 WCC 촉매와 상기 배기 열 회수 장치 사이의 배기 라인에서 분기하여 상기 LNT 촉매 하류의 배기 라인으로 합류하는 메인 바이패스 라인;
    상기 WCC 촉매와 상기 배기 열 회수 장치 사이의 배기 라인에서 분기하여 상기 배기 열 회수 장치와 상기 LNT 촉매 사이의 배기 라인으로 합류하는 보조 바이패스 라인;
    상기 배기 라인과 상기 메인 바이패스 라인이 합류하는 지점에 설치되는 제1 삼방 밸브; 및
    상기 배기 라인과 상기 보조 바이패스 라인이 합류하는 지점에 설치되는 제2 삼방 밸브;
    를 포함하는 후처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 삼방 밸브와 상기 제2 삼방 밸브의 동작에 따라 상기 배기 가스는
    상기 WCC 촉매, 및 상기 LNT 촉매를 통과하는 제1 배출 경로,
    상기 WCC 촉매만을 통과하는 제2 배출 경로, 및
    상기 WCC 촉매, 상기 배기 열 회수 장치, 및 상기 LNT 촉매를 통과하는 제3 배출 경로 중 어느 하나로 선택적으로 배출되는 후처리 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 LNT 촉매의 온도가 제1 설정 온도 미만이면,
    상기 배기 가스는 상기 제1 배출 경로를 따라 배출되는 후처리 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 LNT 촉매의 온도가 제1 설정 온도 이상이고 제2 설정 온도 미만이며, 엔진의 운전 영역이 희박 연소 영역이면,
    상기 배기 가스는 상기 제1 배출 경로를 따라 배출되는 후처리 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 LNT 촉매의 온도가 제1 설정 온도 이상이고 제2 설정 온도 미만이며, 엔진의 운전 영역이 이론 공연비 영역이면,
    상기 배기 가스는 상기 제2 배출 경로를 따라 배출되는 후처리 시스템.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 LNT 촉매의 온도가 제2 설정 온도 이상이면,
    상기 배기 가스는 상기 제3 배출 경로를 따라 배출되는 후처리 시스템.
  7. 제1항에 따른 후처리 시스템의 제어 방법으로서,
    상기 LNT 촉매의 온도를 판단하는 단계;
    엔진의 운전 영역을 판단하는 단계; 및
    상기 LNT 촉매의 온도와 상기 엔진의 운전 영역을 기초로 배기 가스가 제1 내지 제3 배출 경로 중 어느 하나로 배출되도록 상기 제1 삼방 밸브와 상기 제2 삼방 밸브의 동작을 제어하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 제1 배출 경로는 상기 배기 가스가 상기 WCC 촉매, 및 상기 LNT 촉매를 통과하는 경로이고,
    상기 제2 배출 경로는 상기 배기 가스가 상기 WCC 촉매만을 통과하는 경로이며,
    상기 제3 배출 경로는 상기 배기 가스가 상기 WCC 촉매, 상기 배기 열 회수 장치, 및 상기 LNT 촉매를 통과하는 경로인 후처리 시스템의 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 LNT 촉매의 온도가 제1 설정 온도 미만이면,
    상기 배기 가스는 상기 제1 배출 경로를 따라 배출되는 후처리 시스템의 제어 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 LNT 촉매의 온도가 제1 설정 온도 이상이고 제2 설정 온도 미만이며, 엔진의 운전 영역이 희박 연소 영역이면,
    상기 배기 가스는 상기 제1 배출 경로를 따라 배출되는 후처리 시스템의 제어 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 LNT 촉매의 온도가 제1 설정 온도 이상이고 제2 설정 온도 미만이며, 엔진의 운전 영역이 이론 공연비 영역이면,
    상기 배기 가스는 상기 제2 배출 경로를 따라 배출되는 후처리 시스템의 제어 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 LNT 촉매의 온도가 제2 설정 온도 이상이면,
    상기 배기 가스는 상기 제3 배출 경로를 따라 배출되는 후처리 시스템의 제어 방법.
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