KR20250091669A - Dual SCR application exhaust purification system and method for vehicle - Google Patents
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Abstract
차량의 이중 SCR 적용 배기 정화 시스템 및 그 방법이 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른, 차량의 이중 SCR 적용 배기 정화 시스템은, 차량의 구동시 연소된 배기가스를 배출하는 엔진, 상기 엔진의 배기라인을 통해 배출되는 질소산화물(NOx)을 정화하며 상기 엔진과 가까운 순서대로 설치되는 제1 SCR과 제2 SCR, 상기 제1 SCR과 제2 SCR에 각각 대응하여 우레아(Urea)를 분사하는 제1 인젝터와 제2 인젝터, 및 상기 NOx의 정화 효율 향상을 위해 시간에 따르는 SCR 온도, 목표 흡장량과 실제 흡장량 간의 흡장량 차이를 모니터링하고 흡장량 분사 결정 맵(MAP)에 설정된 온도영역별 흡장량 차이 조건에 따라 흡장량 속도를 변경하는 제어기를 포함한다.A dual SCR application exhaust purification system for a vehicle and a method therefor are disclosed.
According to an embodiment of the present invention, a dual SCR-applied exhaust gas purification system for a vehicle includes an engine that emits exhaust gas combusted when the vehicle is driven, a first SCR and a second SCR that purify nitrogen oxides (NOx) emitted through an exhaust line of the engine and are installed in a sequence close to the engine, a first injector and a second injector that inject urea corresponding to the first SCR and the second SCR, respectively, and a controller that monitors an SCR temperature over time and a difference in absorption amount between a target absorption amount and an actual absorption amount in order to improve the purification efficiency of the NOx, and changes an absorption amount speed according to an absorption amount difference condition by temperature area set in an absorption amount injection decision map (MAP).
Description
본 발명은 차량의 이중 SCR 적용 배기 정화 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진과 가까워 온도 변화량이 큰 제1 SCR의 개선된 흡장량 로직을 통해 효율적으로 NOx를 저감하기 위한 차량의 이중 SCR 적용 배기 정화 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a dual SCR application exhaust purification system for a vehicle and a method therefor, and more particularly, to a dual SCR application exhaust purification system for a vehicle and a method therefor for efficiently reducing NOx through an improved absorption amount logic of a first SCR which is close to an engine and thus has a large temperature change amount.
자동차 산업에 있어서 차량의 연비와 환경규제는 주요 관심사이며 이에 대응하기 위하여 차량 제조사들은 연비 향상과 강화된 배출가스 규제(Euro 7)를 동시에 만족시키 위한 연구를 가속화하고 있다.In the automotive industry, vehicle fuel efficiency and environmental regulations are major concerns, and to address these, vehicle manufacturers are accelerating research to simultaneously improve fuel efficiency and satisfy strengthened emission regulations (Euro 7).
통상 차량의 배기 시스템에는 배기가스에 함유된 공해 물질인 질소산화물(NOx) 등을 감소시키기 위해 DOC(Diesel Oxidation Catalyst), DPF(Diesel Particulate matter Filter), 및 SCR(Selective Catalyst Reduction) 등의 배기가스 후처리 장치를 적용되고 있다. 이 중에서, SCR는 우레아(Urea), 암모니아(NH3), 일산화탄소와 탄화수소(Hydrocarbon, HC) 등과 같은 환원제가 산소와 질소산화물 중에서 질소산화물과 더 잘 반응하도록 한다는 의미에서 선택적 환원이라고 명명하고 있다.Typically, exhaust systems of vehicles use exhaust gas aftertreatment devices such as DOC (Diesel Oxidation Catalyst), DPF (Diesel Particulate Matter Filter), and SCR (Selective Catalyst Reduction) to reduce pollutants such as nitrogen oxides (NOx) contained in exhaust gas. Among these, SCR stands for selective reduction in the sense that it allows reducing agents such as urea (Urea), ammonia (NH3), carbon monoxide, and hydrocarbons (HC) to react better with nitrogen oxides than with oxygen and nitrogen oxides.
도 1은 종래의 이중 SCR 적용 배기 정화 시스템 구성을 개략적으로 나타낸다. Figure 1 schematically illustrates the configuration of a conventional dual SCR application exhaust gas purification system.
도 2는 종래의 우레아 분사량 결정 로직을 나타낸다.Figure 2 shows the conventional urea injection amount determination logic.
도 1 및 도 2를 참조하면, 최근 강화된 배출가스 규제에 대응하기 위한 차량의 배기 정화 시스템에는 cc(Closed coupled)-SCR와 uf(Under floor)-SCR 2개의 독립적인 SCR을 장착하고 있다. Referring to FIGS. 1 and 2, the exhaust purification system of a vehicle to respond to recently strengthened emission regulations is equipped with two independent SCRs: a cc (Closed coupled)-SCR and a uf (Under floor)-SCR.
배기 정화 시스템의 질소산화물(NOx) 농도, 배기유량, 암모니아와 질소산화물(NH3-NOx) 비율, NOx 정화효율 등을 고려한 우레아 분사량 결정 로직을 활용하여 우레아 분사량을 결정한다. 이렇게 결정되는 우레아 분사량은 SCR 담체가 고온에 노출되어 cc-SCR의 목표 흡장량과 실제 흡장량 간의 흡장량 차이가 커지면 cc-SCR 분사를 줄이고 uf-SCR에서 NOX를 정화하기 위한 것이다.The urea injection amount is determined by utilizing the urea injection amount determination logic that considers the nitrogen oxide (NOx) concentration of the exhaust purification system, exhaust flow rate, ammonia and nitrogen oxide (NH3-NOx) ratio, and NOx purification efficiency. The urea injection amount determined in this way is to reduce cc-SCR injection and purify NOX in uf-SCR when the difference in absorption between the target absorption amount and the actual absorption amount of cc-SCR increases due to exposure of the SCR carrier to high temperature.
상기 우레아 분사량은 배기유량과 NOx 농도에 의해 산출된 NOx제거요구분사량(A)(양(+)의 값만 갖음)과 SCR담체에 NH3를 흡장하기 위해 요구되는 흡장목표분사량(B)(양(+)과 음(-)의 값을 갖음)의 합으로 결정되고, 이렇게 결정된 우레아 분사량에 의해 우레아 분사가 이루어진다.The above urea injection amount is determined by the sum of the NOx removal required injection amount (A) (which has only positive (+) values) calculated by the exhaust flow rate and the NOx concentration and the absorption target injection amount (B) (which has positive (+) and negative (-) values) required to absorb NH3 in the SCR carrier, and urea injection is performed by the urea injection amount determined in this way.
종래의 우레아 분사량 결정 로직은 흡장목표분사량(B)의 맵핑이 목표 흡장량에 따른 우레아 분사량을 결정하는 하나의 변수(흡장량 차이)에 의해 결정되었다. 이 때, 목표 흡장량이 실제 흡장량보다 많으면 우레아 분사량이 많아지고(+), 목표 흡장량이 실제 흡장량보다 적으면 우레아 분사량이 줄어든다(-).In the conventional urea injection amount determination logic, the mapping of the target injection amount (B) is determined by one variable (the difference in the amount of absorption) that determines the urea injection amount according to the target absorption amount. At this time, if the target absorption amount is greater than the actual absorption amount, the urea injection amount increases (+), and if the target absorption amount is less than the actual absorption amount, the urea injection amount decreases (-).
하지만, cc-SCR은 엔진과 가까운 위치에 있어 온도 변화량이 매우 크게 발생하고 그 영향에 따른 목표 흡장량과 실제 흡장량의 차이(편차)에 의해 제어 에러(Error)가 누적되는 단점이 있다. 그리고, 종래의 흡장량 로직은 우레아 분사량이 상기 흡장량 차이 하나의 변수로만 결정되므로 변동성이 큰 온도 변화에 따른 NH3 흡장량 제어를 할 수 없어 NOx 정화효율이 떨어지는 문제점이 있다.However, cc-SCR has a disadvantage in that the temperature change is very large because it is located close to the engine, and the control error accumulates due to the difference (deviation) between the target absorption amount and the actual absorption amount caused by the influence of this. In addition, the conventional absorption amount logic determines the urea injection amount only by one variable, the absorption amount difference, so it cannot control the NH3 absorption amount according to the large temperature change, which has a problem in that the NOx purification efficiency is reduced.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.The information contained in this background section has been prepared to promote understanding of the background of the invention and may include matters that are not prior art and are already known to those skilled in the art.
본 발명의 실시예는 이중 SCR이 적용된 배기 정화 시스템의 NOx 정화효율을 향상시키기 위하여 제1 SCR의 목표 흡장량과 실제 흡장량 간의 차이를 모니터링하고 설정된 온도 영역별 조건에 따라 흡장량 속도를 가변 제어하는 차량의 배기 정화 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다. An embodiment of the present invention is to provide an exhaust purification system for a vehicle and a method thereof, which monitors the difference between the target absorption amount of a first SCR and the actual absorption amount and variably controls the absorption amount speed according to conditions of each set temperature range in order to improve the NOx purification efficiency of an exhaust purification system to which a dual SCR is applied.
본 발명의 일 측면에 따르면, 차량의 배기 정화 시스템은, 차량의 구동시 연소된 배기가스를 배출하는 엔진; 상기 엔진의 배기라인을 통해 배출되는 질소산화물(NOx)을 정화하며 상기 엔진과 가까운 순서대로 설치되는 제1 SCR(Selective Catalyst Reduction)과 제2 SCR; 상기 제1 SCR과 제2 SCR에 각각 대응하여 우레아(Urea)를 분사하는 제1 인젝터와 제2 인젝터; 및 상기 NOx의 정화 효율 향상을 위해 시간에 따르는 SCR 온도, 목표 흡장량과 실제 흡장량 간의 흡장량 차이를 모니터링하고 흡장량 분사 결정 맵(MAP)에 설정된 온도영역별 흡장량 차이 조건에 따라 흡장량 속도를 변경하는 제어기;를 포함한다.According to one aspect of the present invention, an exhaust purification system for a vehicle includes: an engine that emits exhaust gas combusted when the vehicle is driven; a first SCR (Selective Catalyst Reduction) and a second SCR that purify nitrogen oxides (NOx) emitted through an exhaust line of the engine and are installed in a sequence close to the engine; a first injector and a second injector that inject urea in response to the first SCR and the second SCR, respectively; and a controller that monitors an SCR temperature over time and a difference in absorption between a target absorption amount and an actual absorption amount in order to improve the purification efficiency of the NOx, and changes an absorption amount speed according to an absorption amount difference condition for each temperature area set in an absorption amount injection decision map (MAP).
또한, 차량의 배기 정화 시스템은, 상기 제1 SCR과 제2 SCR에 각각 대응되는 위치에서 흡장량 속도 결정에 필요한 NOx 농도, SCR 온도, NH3 농도 및 배기유량 중 적어도 하나의 상태정보를 측정하는 센서류를 더 포함할 수 있다.In addition, the exhaust purification system of the vehicle may further include sensors that measure at least one status information among the NOx concentration, SCR temperature, NH3 concentration, and exhaust flow rate required for determining the absorption rate at positions corresponding to the first SCR and the second SCR, respectively.
또한, 상기 제어기는, 상기 흡장량 분사 결정 맵(MAP)을 통해 결정된 상기 흡장량 속도에 따라서 상기 제1 인젝터와 제2 인젝터 중 적어도 하나의 우레아 분사량을 가변 제어할 수 있다.Additionally, the controller can variably control the urea injection amount of at least one of the first injector and the second injector according to the absorption rate determined through the absorption amount injection decision map (MAP).
또한, 상기 제2 SCR는, 상기 배기라인(L)에 설치된 SCR 촉매; 상기 SCR 촉매의 전단에 설치되어 상기 배기가스 중 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 수트(Soot)를 정화하는 DOC(Diesel Oxidation Catalyst)와 DPF(Diesel Particulate matter Filter), 및 상기 SCR 촉매의 후단에 설치되어 배출되는 암모니아(NH3)를 무해한 질소(N2)로 전환하는 AOC(Ammonia Oxidation Catalyst);를 모듈화할 수 있다.In addition, the second SCR can be modularized to include an SCR catalyst installed in the exhaust line (L); a DOC (Diesel Oxidation Catalyst) and a DPF (Diesel Particulate Matter Filter) installed in front of the SCR catalyst to purify carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC), and soot in the exhaust gas; and an AOC (Ammonia Oxidation Catalyst) installed in the rear of the SCR catalyst to convert ammonia (NH3) emitted into harmless nitrogen (N2).
또한, 상기 제어기는, 상기 제1 SCR이 음(-)의 차이 조건을 만족하는 저온 영역(T1)의 경우 상기 흡장량 분사 결정 맵(MAP)에 따라서 실제 흡장량이 목표 흡장량을 천천히 추종하도록 흡장량 속도를 변경할 수 있다.Additionally, the controller can change the absorption rate so that the actual absorption amount slowly follows the target absorption amount according to the absorption amount injection decision map (MAP) in the case of a low temperature region (T1) where the first SCR satisfies a negative (-) difference condition.
또한, 상기 제어기는, 상기 제1 SCR이 음(-)의 차이 조건을 만족하는 고온 영역(T2)의 경우 상기 흡장량 분사 결정 맵(MAP)에 따라서 실제 흡장량이 목표 흡장량을 빠르게 추종하도록 흡장량 속도를 변경할 수 있다.In addition, the controller can change the absorption rate so that the actual absorption rate quickly follows the target absorption rate according to the absorption amount injection decision map (MAP) in the case of a high temperature region (T2) where the first SCR satisfies a negative (-) difference condition.
한편, 본 발명이 일 측면에 따른, 차량의 이중 SCR 적용 배기 정화 방법은, a) 엔진의 배기라인(L)에 순차적으로 설치된 제1 SCR(Close Coupled-SCR)과 제2 SCR(Under Floor-SCR)의 센서류를 통해 실시간 상태정보를 수집하는 단계; b) 상기 상태정보를 토대로 시간에 따른 상기 제1 SCR의 목표 흡장량과 실제 흡장량 간의 흡장량 차이와 평균 온도를 모니터링하는 단계; 및 c) 상기 제1 SCR의 흡장량 차이와 평균 온도를 설정된 흡장량 로직에 입력하여 흡장량 분사 결정 맵(MAP)에 따라서 설정된 온도영역과 흡장량 차이 조건에 따라 흡장량 속도를 변경하여 흡장목표분사량(B)을 결정하는 단계;를 포함한다.Meanwhile, a method for exhaust gas purification using dual SCR of a vehicle according to one aspect of the present invention comprises: a) a step of collecting real-time status information through sensors of a first SCR (Close Coupled-SCR) and a second SCR (Under Floor-SCR) sequentially installed in an exhaust line (L) of an engine; b) a step of monitoring a difference in the amount of absorption between a target absorption amount and an actual absorption amount and an average temperature of the first SCR over time based on the status information; and c) a step of inputting the difference in the amount of absorption and the average temperature of the first SCR into a set absorption amount logic and changing a absorption amount speed according to a set temperature range and an absorption amount difference condition according to a absorption amount injection decision map (MAP) to determine a absorption target injection amount (B).
또한, 상기 c) 단계는, 입력된 흡장량 차이가 음(-)의 차이 조건을 만족하는지 확인하는 단계; 상기 음(-)의 차이 조건을 만족하면, 상기 평균 온도가 일정 온도 미만의 낮은 저온 영역(T1)이나 상기 일정 온도 이상의 고온 영역(T2)을 만족하는지 파악하는 단계; 상기 파악된 정보와 흡장량 분사 결정 맵(MAP)에 따라서 흡장량 속도를 변경하는 단계; 및 상기 흡장량 속도에 따라 흡장목표분사량(B)을 결정하는 단계;를 포함할 수 있다.In addition, the step c) may include a step of checking whether the input difference in absorption satisfies a negative difference condition; if the negative difference condition is satisfied, a step of determining whether the average temperature satisfies a low temperature region (T1) below a certain temperature or a high temperature region (T2) above the certain temperature; a step of changing the absorption rate according to the determined information and an absorption rate injection decision map (MAP); and a step of determining the absorption target injection amount (B) according to the absorption rate.
또한, 상기 흡장량 속도를 변경하는 단계는, 상기 평균 온도가 고온 영역(T2)을 만족하면, 상기 흡장량 분사 결정 맵(MAP)에 따라서 실제 흡장량이 목표 흡장량을 빠르게 추종하도록 흡장량 속도를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the step of changing the absorption rate may include a step of controlling the absorption rate so that the actual absorption rate quickly follows the target absorption rate according to the absorption rate injection decision map (MAP) when the average temperature satisfies the high temperature region (T2).
또한, 상기 흡장량 속도를 변경하는 단계는, 상기 평균 온도가 저온 영역(T1)을 만족하면, 상기 흡장량 분사 결정 맵(MAP)에 따라서 실제 흡장량이 목표 흡장량을 천천히 추종하도록 흡장량 속도를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the step of changing the absorption rate may include a step of controlling the absorption rate so that the actual absorption rate slowly follows the target absorption rate according to the absorption rate injection decision map (MAP) when the average temperature satisfies the low temperature region (T1).
또한, 상기 c) 단계 이후에, d) 상기 상태정보로 수집된 배기유량과 NOx 농도에 의해 산출된 NOx제거요구분사량(A)과 상기 흡장목표분사량(B)을 합하여 계산된 우레아 분사량으로 상기 제1 SCR의 작동을 제1 인젝터를 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, after the step c), the step d) may further include a step of controlling the first injector to operate the first SCR with a urea injection amount calculated by adding the NOx removal required injection amount (A) calculated by the exhaust flow rate and NOx concentration collected by the status information and the absorption target injection amount (B).
또한, 상기 음(-)의 차이 조건을 만족하는지 확인하는 단계 이후에, 상기 입력된 흡장량 차이가 음(-)의 차이 조건을 만족하지 않으면, 온도 조건과 상관없이 상기 흡장량 차이 하나의 변수를 적용한 로직을 이용하여 상기 흡장목표분사량(B)을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, after the step of checking whether the above negative (-) difference condition is satisfied, if the input absorption amount difference does not satisfy the negative (-) difference condition, a step of determining the absorption target injection amount (B) using logic that applies one variable of the absorption amount difference regardless of the temperature condition may be further included.
본 발명의 실시예에 따르면, SCR 온도와 흡장량 차이의 변수를 고려하여 개선된 흡장량 로직을 통해 흡장량 속도를 변경함으로써 온도 변화량이 매우 큰 제1 SCR의 제어 에러를 줄일 수 있는 효과가 있다. According to an embodiment of the present invention, by changing the absorption rate through improved absorption logic considering variables of the SCR temperature and absorption difference, there is an effect of reducing the control error of the first SCR having a very large temperature change amount.
또한, 실제 흡장량이 목표 흡장량 간 음(-)의 차이 조건을 만족하는 고온 영역에서 목표 흡장량을 빠르게 추종함으로써 흡장량 차이를 빠르게 줄이고 우레아 분사량을 저감할 수 있는 효과가 있다.In addition, there is an effect of quickly reducing the difference in absorption amount and reducing the amount of urea injection by quickly following the target absorption amount in a high temperature range where the actual absorption amount satisfies the condition of a negative (-) difference between the target absorption amount and the target absorption amount.
나아가, 고온 영역의 제1 SCR를 통해 흡장량 차이를 빠르게 줄이고 NOx 정화효율이 높은 저온 영역의 제2 SCR를 통해 잔여 NOx 저감을 수행함으로써 이중 SCR 적용 배기 정화 시스템 전체의 우레아 분사량을 줄임과 동시에 NOx 정화효율을 확보할 수 있는 효과가 있다.Furthermore, by rapidly reducing the difference in adsorption amount through the first SCR in the high-temperature region and reducing residual NOx through the second SCR in the low-temperature region with high NOx purification efficiency, it is possible to reduce the amount of urea injected throughout the entire exhaust purification system with dual SCR application while securing NOx purification efficiency.
도 1은 종래의 이중 SCR 적용 배기 정화 시스템 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 2는 종래의 우레아 분사량 결정 로직을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 이중 SCR 적용 배기 정화 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 개선된 흡장량 로직의 개념 설명을 위한 제1 SCR 모니터링 그래프를 나타낸다.
도 5는 본 발명이 실시예에 따라 개선된 흡장량 로직을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 흡장량 로직에 적용된 흡장량 결정 맵(MAP) 구조를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 이중 SCR 적용 배기 정화 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.Figure 1 schematically illustrates the configuration of a conventional dual SCR application exhaust purification system.
Figure 2 shows the conventional urea injection amount determination logic.
FIG. 3 schematically illustrates the configuration of a dual SCR application exhaust purification system of a vehicle according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 shows a first SCR monitoring graph for explaining the concept of improved storage logic according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 shows an improved absorption logic according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 illustrates a storage amount determination map (MAP) structure applied to the storage amount logic according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 is a flow chart schematically illustrating a method for applying dual SCR to exhaust gas purification of a vehicle according to an embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. Below, with reference to the attached drawings, an embodiment of the present invention is described in detail so that a person having ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement the present invention.
여기에서 사용되는 용어는 오직 특정 실시예들을 설명하기 위한 목적이고, 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태들은, 문맥상 명시적으로 달리 표시되지 않는 한, 복수 형태들을 또한 포함하는 것으로 의도된다. "포함하다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 본 명세서에서 사용되는 경우, 언급된 특징들, 정수들, 단계들, 작동들, 구성 요소들 및/또는 컴포넌트들의 존재를 특정하지만, 다른 특징들, 정수들, 단계들, 작동들, 구성 요소들, 컴포넌트들 및/또는 이들의 그룹들 중 하나 이상의 존재 또는 추가를 배제하지는 않음을 또한 이해될 것이다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 용어 "및/또는"은, 연관되어 나열된 항목들 중 임의의 하나 또는 모든 조합들을 포함한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. As used herein, the singular forms "a", "an", and "the" are intended to include the plural forms as well, unless the context clearly indicates otherwise. It will also be understood that the terms "comprises" and/or "comprising," when used herein, specify the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, and/or components, but do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, and/or groups thereof. As used herein, the term "and/or" includes any one or all combinations of the associated listed items.
명세서 전체에서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.Throughout the specification, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish the components from other components, and the nature, order, or sequence of the components is not limited by these terms.
명세서 전체에서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 '연결된다'거나 '접속된다'고 언급되는 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 '직접 연결된다'거나 '직접 접속된다'고 언급되는 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 아니하는 것으로 이해되어야 할 것이다.Throughout the specification, when a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it should be understood that it may be directly connected or connected to that other component, but that there may be other components in between. Conversely, when a component is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there are no other components in between.
명세서 전체에서, 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. Throughout the specification, the terminology used is only used to describe specific embodiments and is not intended to limit the invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly indicates otherwise.
추가적으로, 아래의 방법들 또는 이들의 양상들 중 하나 이상은 적어도 하나 이상의 제어기에 의해 실행될 수 있음이 이해된다. "제어기"라는 용어는 메모리 및 프로세서를 포함하는 하드웨어 장치를 지칭할 수 있다. 메모리는 프로그램 명령들을 저장하도록 구성되고, 프로세서는 아래에서 더욱 자세히 설명되는 하나 이상의 프로세스들을 수행하기 위해 프로그램 명령들을 실행하도록 특별히 프로그래밍 된다. 제어기는, 여기에서 기재된 바와 같이, 유닛들, 모듈들, 부품들, 장치들, 또는 이와 유사한 것의 작동을 제어할 수 있다. 또한, 아래의 방법들은, 당업자에 의해 인식되는 바와 같이, 하나 이상의 다른 컴포넌트들과 함께 제어기를 포함하는 장치에 의해 실행될 수 있음이 이해된다. Additionally, it is understood that one or more of the methods or aspects thereof below may be executed by at least one controller. The term "controller" may refer to a hardware device including a memory and a processor. The memory is configured to store program instructions, and the processor is specifically programmed to execute the program instructions to perform one or more processes described in more detail below. The controller may control the operation of units, modules, components, devices, or the like, as described herein. It is also understood that the methods below may be executed by a device including the controller in conjunction with one or more other components, as will be appreciated by those skilled in the art.
이제 본 발명의 실시예에 따른 차량의 이중 SCR 적용 배기 정화 시스템 및 그 방법)에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.Now, a dual SCR application exhaust purification system and method thereof for a vehicle according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 이중 SCR 적용 배기 정화 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸다.FIG. 3 schematically illustrates the configuration of a dual SCR application exhaust purification system of a vehicle according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차량의 이중 SCR 적용 배기 정화 시스템(100)은 차량의 구동시 연소된 배기가스를 배출하는 엔진(110), Referring to FIG. 3, the dual SCR application exhaust purification system (100) of a vehicle according to an embodiment of the present invention includes an engine (110) that discharges exhaust gas combusted during driving of the vehicle;
배기라인(L)을 통해 배출되는 질소산화물(NOx)을 정화하며 상기 엔진(110)과 가까운 순서대로 설치되는 제1 SCR(Selective Catalyst Reduction)(120)과 제2 SCR(130), 상기 제1 SCR(120)과 제2 SCR(130)에 각각 대응하여 우레아(Urea)를 분사하는 제1 인젝터(121)와 제2 인젝터(131), 및 상기 질소산화물(NOx)의 정화 효율 향상을 위해 시간에 따르는 SCR 온도, 목표 흡장량과 실제 흡장량 간의 흡장량 차이를 모니터링하고 개선된 흡장량 로직(141)을 기반으로 설정된 온도영역별 흡장량 차이 조건에 따라 흡장량 속도를 변경하는 제어기(140)를 포함한다. The system comprises: a first SCR (Selective Catalyst Reduction) (120) and a second SCR (130) installed in the order of proximity to the engine (110) to purify nitrogen oxides (NOx) discharged through an exhaust line (L); a first injector (121) and a second injector (131) respectively injecting urea corresponding to the first SCR (120) and the second SCR (130); and a controller (140) that monitors the SCR temperature over time and the difference in absorption between the target absorption amount and the actual absorption amount in order to improve the purification efficiency of the nitrogen oxides (NOx), and changes the absorption amount speed according to the absorption amount difference condition by temperature range set based on the improved absorption amount logic (141).
본 발명의 명세서 전체에서 상기 제1 SCR(120)과 제2 SCR(130)를 통칭하여 이중 SCR라 정의한다.Throughout the specification of the present invention, the first SCR (120) and the second SCR (130) are collectively defined as a dual SCR.
이중 SCR 적용 배기 정화 시스템(100)은 제1 SCR(120)과 제2 SCR(130)에 각각 대응되는 위치에서 흡장량 속도 결정에 필요한 NOx 농도, SCR 온도, NH3 농도 및 배기유량 중 적어도 하나의 상태정보를 측정하는 센서류(S1, S2, S3, S4)를 더 포함한다. The dual SCR application exhaust purification system (100) further includes sensors (S1, S2, S3, S4) that measure at least one status information among NOx concentration, SCR temperature, NH3 concentration, and exhaust flow rate required for determining the absorption rate at positions corresponding to the first SCR (120) and the second SCR (130), respectively.
제어기(140)는 상기 개선된 흡장량 로직을 통해 결정된 상기 흡장량 속도에 따라서 제1 인젝터(121)와 제2 인젝터(131) 중 적어도 하나의 우레아 분사량을 가변 제어할 수 있다. The controller (140) can variably control the urea injection amount of at least one of the first injector (121) and the second injector (131) according to the absorption rate determined through the improved absorption amount logic.
제1 SCR(120)은 직결형 선택환원 촉매라고도 하며, 상기 엔진(110)과 가까운 배기라인(L)의 최상류에 위치하여 제2 SCR(130)에 비해 높은 온도 조건에서 질소 산화물(NOx)을 빠르게(신속하게) 정화한다.The first SCR (120) is also called a direct-coupled selective reduction catalyst and is located at the uppermost part of the exhaust line (L) close to the engine (110) to rapidly purify nitrogen oxides (NOx) under high temperature conditions compared to the second SCR (130).
제2 SCR(130)는 하류 선택환원 촉매라고도 하며, 상기 제1 SCR(120)를 거치면서 정화된 배기가스에 남아있는 잔여 NOx를 정화할 수 있다.The second SCR (130) is also called a downstream selective reduction catalyst and can purify residual NOx remaining in exhaust gas purified through the first SCR (120).
제2 SCR(130)는 배기라인(L)에 설치된 SCR 촉매(132), 상기 SCR 촉매(132)의 전단에 설치되어 상기 배기가스 중 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 수트(Soot) 등을 정화하는 DOC(133)와 DPF(134), 및 상기 SCR 촉매(132)의 후단에 설치되어 상기 SCR 촉매(132)에서 미반응하여 배출되는 암모니아(NH3)를 무해한 질소(N2)로 전환하는 AOC(Ammonia Oxidation Catalyst)(135)를 박스(BOX)에 수납하여 모듈화된 구조로 구성된다.The second SCR (130) is configured as a modular structure by housing in a box an SCR catalyst (132) installed in an exhaust line (L), a DOC (133) and a DPF (134) installed in front of the SCR catalyst (132) to purify carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC), soot, etc. in the exhaust gas, and an AOC (Ammonia Oxidation Catalyst) (135) installed in the rear of the SCR catalyst (132) to convert ammonia (NH3) that is discharged without reacting in the SCR catalyst (132) into harmless nitrogen (N2).
제1 인젝터(121)는 엔진(110)과 제1 SCR(120) 사이의 배기라인(L)에 장착되며, 제1 SCR(120)의 촉매에 유입되기 직전의 배기가스에 우레아를 분사한다.The first injector (121) is mounted in the exhaust line (L) between the engine (110) and the first SCR (120) and injects urea into the exhaust gas just before it flows into the catalyst of the first SCR (120).
제2 인젝터(131)는 DPF(134)와 SCR 촉매(132) 사이의 배기 파이프(110)에 장착되어 SCR 촉매(132)에 유입되기 직전의 배기가스에 우레아를 분사한다.The second injector (131) is mounted in the exhaust pipe (110) between the DPF (134) and the SCR catalyst (132) and injects urea into the exhaust gas just before it flows into the SCR catalyst (132).
이러한, 제1 인젝터(121)와 제2 인젝터(131)는 제어기(140)의 제어신호에 따라 우레아 분사량을 조절할 수 있다. 여기서, 배기가스에 분사된 우레아는 암모니아(NH3)로 분해되고 분해된 암모니아(NH3)는 상기 질소 산화물(NOx)을 정화하기 위한 환원제로 사용된다. 그러므로, 본 명세서 전체에서 제1 및 제2 인젝터(121, 132)가 우레아를 분사한다는 것은, 실질적으로 환원제를 분사한다는 것과 같은 의미로 해석될 수 있다.These first injector (121) and second injector (131) can control the urea injection amount according to the control signal of the controller (140). Here, urea injected into the exhaust gas is decomposed into ammonia (NH3), and the decomposed ammonia (NH3) is used as a reducing agent for purifying the nitrogen oxides (NOx). Therefore, throughout this specification, the fact that the first and second injectors (121, 132) inject urea can be interpreted to mean substantially the same as injecting a reducing agent.
제어기(140)는 본 발명의 실시예에 따른 제1 SCR(120)과 제2 SCR(130)를 포함한 차량의 이중 SCR 적용 배기 정화 시스템(100)의 전반적인 동작을 제어하는 DCU(Dosing Control Unit)나 그 상위의 전자 제어 유닛(ECU)으로 구현될 수 있다.The controller (140) may be implemented as a Dosing Control Unit (DCU) or an electronic control unit (ECU) above it that controls the overall operation of the dual SCR application exhaust purification system (100) of a vehicle including the first SCR (120) and the second SCR (130) according to an embodiment of the present invention.
제어기(140)는 차량의 운행 중 제1 SCR(120)과 제2 SCR(130)의 배기 정화 제어를 위해 설치된 센서류(S1, S2, S3, S4)로부터 NOx 농도, SCR 온도, NH3 농도 및 배기유량 중 적어도 하나의 상태정보를 수집한다.The controller (140) collects status information of at least one of NOx concentration, SCR temperature, NH3 concentration, and exhaust flow rate from sensors (S1, S2, S3, S4) installed to control exhaust purification of the first SCR (120) and the second SCR (130) while the vehicle is running.
제어기(140)는 수집된 상태정보를 토대로 시간에 따른 SCR 온도, 목표 흡장량, 실제 흡장량 및 NOx 흡장량을 모니터링한다.The controller (140) monitors the SCR temperature, target absorption amount, actual absorption amount, and NOx absorption amount over time based on the collected status information.
이 때, 차량의 이중 SCR 적용 배기 정화 시스템(100)에 있어서, 제1 SCR(120)는 배기라인(L) 상의 엔진(110)과 가장 가까운 위치에 장착되며 엔진(110)의 배기가스 온도에 빠르게 반응하고 온도 변화량이 크므로 제2 SCR(130)에 비해 제1 SCR(120)에서의 흡장량 제어가 더 중요하다.At this time, in the vehicle's dual SCR application exhaust purification system (100), the first SCR (120) is installed at the closest position to the engine (110) on the exhaust line (L), and reacts quickly to the exhaust gas temperature of the engine (110) and has a large temperature change, so the absorption amount control in the first SCR (120) is more important than that in the second SCR (130).
그러므로, 본 발명의 실시예에 따른 개선된 흡장량 로직의 개념 설명은 제1 SCR(120)를 위주로 설명하도록 한다.Therefore, the concept of the improved storage logic according to the embodiment of the present invention will be explained mainly with reference to the first SCR (120).
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 개선된 흡장량 로직의 개념 설명을 위한 제1 SCR 모니터링 그래프를 나타낸다.FIG. 4 shows a first SCR monitoring graph for explaining the concept of improved storage logic according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명이 실시예에 따라 개선된 흡장량 로직을 나타낸다.Figure 5 shows an improved absorption logic according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 흡장량 로직에 적용된 흡장량 결정 맵(MAP) 구조를 나타낸다.FIG. 6 illustrates a storage amount determination map (MAP) structure applied to the storage amount logic according to an embodiment of the present invention.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 제1 SCR(120)의 모니터링 그래프는 시간에 따른 제1 SCR의 평균 온도, 목표 흡장량, 실제 흡장량 및 NOx 흡장량(Tail NOx/ppm)의 변화를 각각 보여준다.Referring to FIGS. 4 to 6, the monitoring graph of the first SCR (120) according to the embodiment of the present invention shows changes in the average temperature, target absorption amount, actual absorption amount, and NOx absorption amount (Tail NOx/ppm) of the first SCR over time, respectively.
앞서 발명의 배경이 되는 기술에서 언급한 것과 같이, 제1 SCR은 엔진과 가까운 위치에 있어 온도 변화량이 매우 크게 발생하고 그 영향에 따른 목표 흡장량과 실제 흡장량의 차이(편차)에 의해 제어 에러(Error)가 누적되는 단점이 있다. 종래의 흡장량 로직은 우레아 분사량이 상기 흡장량 차이 하나의 변수로만 결정되므로 변동성이 큰 온도 변화에 따른 NH3 흡장량 제어를 할 수 없어 NOx 정화효율이 떨어지는 문제점이 존재한다.As mentioned in the background technology of the invention, the first SCR is located close to the engine, so that a large temperature change occurs, and there is a disadvantage in that control errors accumulate due to the difference (deviation) between the target absorption amount and the actual absorption amount caused by the influence of the temperature change. Since the conventional absorption amount logic determines the urea injection amount only by one variable of the absorption amount difference, it is impossible to control the NH3 absorption amount according to the large temperature change, so there is a problem that the NOx purification efficiency is reduced.
한편, 상기 제1 SCR 모니터링 그래프를 참조한 분석 특성을 살펴본다.Meanwhile, let's look at the analysis characteristics referring to the above first SCR monitoring graph.
상기 모니터링 그래프를 살펴보면, 목표 흡장량이 실제 흡장량보다 많은 양(+)의 차이 구간은 우레아 분사량이 증가하고, 목표 흡장량이 실제 흡장량보다 적은 음(-)의 차이 구간은 우레아 분사량이 감소한다. 따라서, 우레아 분사 소모가 적은 음(-)의 차이 구간이 흡장량 제어에 유리하다.Looking at the monitoring graph above, in the positive (+) difference section where the target absorption amount is greater than the actual absorption amount, the urea injection amount increases, and in the negative (-) difference section where the target absorption amount is less than the actual absorption amount, the urea injection amount decreases. Therefore, the negative (-) difference section where urea injection consumption is less is advantageous for absorption amount control.
또한, 제1 SCR(120)은 SCR 평균 온도 상승 구간(ex: 200℃ ~ 400℃ 미만)에 비해 일정 온도(ex: 400℃) 이상의 고온 구간일 때 흡장량 차이가 작으므로, 상기 고온 구간에서의 실제 흡장량이 목표 흡장량을 빠르게 추종할 수 있으며, 흡장량 추종이 빠를 수록 우레아 분사량(소모량)이 줄어드므로 상기 고온 구간이 흡장량 제어에 유리함을 알 수 있다. In addition, since the first SCR (120) has a smaller difference in the absorption amount in a high temperature section above a certain temperature (ex: 400°C) than in the SCR average temperature rise section (ex: 200°C to less than 400°C), the actual absorption amount in the high temperature section can quickly follow the target absorption amount, and since the absorption amount tracking is faster, the amount of urea injection (consumption) is reduced, so it can be seen that the high temperature section is advantageous for absorption amount control.
또한, 물리적으로 SCR 평균 온도가 고온 조건(400℃ 이상)일 때 SCR 내부에 NH3 흡장량이 없어 제어기(140)에서 계산되는 실제 흡장량이 빠르게 목표 흡장량을 따라가야(추종해야) 다음 사이클(Cycle)에서 NOx 정화효율을 높일 수 있다.In addition, when the average physical SCR temperature is at a high temperature condition (400°C or higher), there is no NH3 absorption inside the SCR, so the actual absorption calculated by the controller (140) must quickly follow (follow) the target absorption to increase the NOx purification efficiency in the next cycle.
이러한 분석 특성을 종합하여, 본 발명의 실시예에 따른 제어기(140)는 목표 흡장량이 실제 흡장량보다 적은 음(-)의 차이 조건과 일정 온도(ex: 400℃) 미만의 낮은 저온 영역(T1)과 상기 일정 온도 이상의 고온 영역(T2)을 고려하여 흡장목표분사량(B)을 결정하는 개선된 흡장량 로직(141)을 적용한다. 여기서, 상기 그래프에 표시된 T1 및 T2 영역은 설명의 편의를 위한 하나의 예시이며 본 발명의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다. By synthesizing these analysis characteristics, the controller (140) according to the embodiment of the present invention applies an improved absorption logic (141) that determines the absorption target injection amount (B) by considering a negative difference condition in which the target absorption amount is less than the actual absorption amount and a low temperature area (T1) below a certain temperature (ex: 400°C) and a high temperature area (T2) above the certain temperature. Here, the T1 and T2 areas indicated in the graph are one example for the convenience of explanation, and the embodiment of the present invention is not limited thereto.
제어기(140)는 실시간 모니터링 정보를 토대로 목표 흡장량에서 실제 흡장량을 차감하여 흡장량 차이를 파악한다. 그리고, 흡장량 차이와 SCR 평균 온도를 흡장량 로직(141)에 입력한다.The controller (140) subtracts the actual storage amount from the target storage amount based on real-time monitoring information to determine the storage amount difference. Then, the storage amount difference and the SCR average temperature are input into the storage amount logic (141).
흡장량 로직(141)은 상기 흡장량 차이와 SCR 평균 온도를 흡장량 분사 결정 맵(MAP)에 대입하여, 음(-)의 차이 조건을 만족한 상태에서 저온 영역(T1)과 고온 영역(T2)을 조건을 구분하여 서로 다른 흡장량 속도로 변경된 흡장목표분사량(B)을 결정(도출)한다.The absorption logic (141) inputs the absorption difference and the SCR average temperature into the absorption injection decision map (MAP), and determines (derives) the absorption target injection amount (B) changed to different absorption rates by distinguishing between the low temperature area (T1) and the high temperature area (T2) while satisfying the negative (-) difference condition.
예컨대, 흡장량 로직(141)은 제1 SCR(120)이 음(-)의 차이 조건을 만족하는 저온 영역(T1)의 경우 상기 흡장량 분사 결정 맵(MAP)에 따라서 실제 흡장량이 목표 흡장량을 천천히 추종하도록 흡장량 속도를 완만하게 변경한다. 이러한, 음(-)의 차이와 저온 영역(T1) 조건의 맵핑에 따라 흡장량 차이를 천천히 줄일 수 있으며 최종적으로 제1 SCR(120)의 우레아 분사가 많아 NOx 정화효율을 높일 수 있다.For example, the absorption logic (141) gradually changes the absorption speed according to the absorption injection determination map (MAP) so that the actual absorption slowly follows the target absorption in the case of the low temperature region (T1) where the first SCR (120) satisfies the negative (-) difference condition. According to the mapping of the negative (-) difference and the low temperature region (T1) condition, the absorption difference can be slowly reduced, and ultimately, the urea injection of the first SCR (120) can be increased to increase the NOx purification efficiency.
특히, 흡장량 로직(141)은 제1 SCR(120)이 음(-)의 차이 조건을 만족하는 고온 영역(T2)의 경우 상기 흡장량 분사 결정 맵(MAP)에 따라서 실제 흡장량이 목표 흡장량을 빠르게 추종하도록 흡장량 속도를 급격하게 변경한다. 이러한 흡장량 분사 결정 맵(MAP)에 따라서 흡장량 차이를 빠르게 줄일 수 있으며 최종적으로 제1 SCR(120)의 고온 영역(T2)에서는 제1 SCR(120)의 NOx 정화효율이 높은 저온 조건(T1)이 되므로 서로 상호 보완으로 NOx 저감을 할 수 있다.In particular, the absorption logic (141) rapidly changes the absorption speed according to the absorption injection decision map (MAP) so that the actual absorption quickly follows the target absorption in the case of the high temperature region (T2) where the first SCR (120) satisfies the negative (-) difference condition. According to this absorption injection decision map (MAP), the absorption difference can be quickly reduced, and finally, in the high temperature region (T2) of the first SCR (120), the NOx purification efficiency of the first SCR (120) becomes a low temperature condition (T1), so that NOx can be reduced by complementing each other.
다시 말하면, 본 발명의 실시예에 따른 흡장량 로직(141)에 따라 결정된 흡장목표분사량(B)은 음(-)의 차이가 적은 온도 조건의 우레아 분사로 인하여 전체 우레아 분사량을 감소시킬 수 있으며, 상기 전체 우레아 분사량이 감소하더라도 제1 SCR(120) 및 제2 SCR(130)의 상호작용을 통해 NOx 정화효율에는 변화가 없다. 따라서, 우레아 분사량은 줄이면서 NOx 정화효율을 확보할 수 있는 효과가 있다.In other words, the target injection amount (B) determined according to the injection amount logic (141) according to the embodiment of the present invention can reduce the total urea injection amount due to urea injection under temperature conditions with a small negative (-) difference, and even if the total urea injection amount is reduced, there is no change in the NOx purification efficiency through the interaction of the first SCR (120) and the second SCR (130). Therefore, there is an effect of securing the NOx purification efficiency while reducing the urea injection amount.
한편, 흡장량 로직(141)은 입력된 흡장량 차이가 상기 음(-)의 차이 조건을 만족하지 않으면, 기존 로직과 동일한 맵핑으로 온도 조건과 상관없이 상기 흡장량 차이 하나의 변수에 따라서 흡장목표분사량(B)을 결정한다. 이 때, 흡장량 목표를 제어하는 기본 로직은 시간 개념으로 작동하며, 예를 들어 -2g 차이가 있으면 25초 동안 목표 흡장량으로 제어할 수 있다.Meanwhile, if the input difference in absorption amount does not satisfy the negative (-) difference condition, the absorption amount logic (141) determines the absorption target injection amount (B) according to one variable of the absorption amount difference regardless of the temperature condition with the same mapping as the existing logic. At this time, the basic logic for controlling the absorption amount target operates with the concept of time, and for example, if there is a difference of -2g, the target absorption amount can be controlled for 25 seconds.
또한, 흡장량 로직(141)은 배기유량과 NOx 농도에 의해 산출된 NOx제거요구분사량(A)과 흡장목표분사량(B)을 합하여 산출된 우레아 분사량으로 제1 인젝터(121)를 제어할 수 있다.In addition, the absorption logic (141) can control the first injector (121) with a urea injection amount calculated by adding the NOx removal required injection amount (A) calculated by the exhaust flow rate and the NOx concentration and the absorption target injection amount (B).
이러한, 제어기(140)는 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 프로세서로 구현될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 본 발명의 실시예에 따른 개선된 흡장량 로직(141)을 이용한 차량의 이중 SCR 적용 배기 정화 방법의 각 단계를 수행하도록 프로그래밍 된 것일 수 있다. The controller (140) may be implemented as one or more processors operating according to a set program, and the set program may be programmed to perform each step of the vehicle dual SCR application exhaust gas purification method using the improved absorption amount logic (141) according to an embodiment of the present invention.
이러한 차량의 이중 SCR 적용 배기 정화 방법은 아래의 도면을 참조하여 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.The dual SCR application exhaust purification method of these vehicles will be described in more detail with reference to the drawings below.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 차량의 이중 SCR 적용 배기 정화 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.Figure 7 is a flow chart schematically illustrating a method for applying dual SCR to exhaust gas purification of a vehicle according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 차량의 이중 SCR 적용 배기 정화 시스템(100)의 제어기(140)는 차량의 운행 중 엔진(110)의 배기라인(L)에 순차적으로 설치된 제1 SCR(120)과 제2 SCR(130)의 센서류(S1, S2, S3, S4)를 통해 흡장량 속도 결정에 필요한 실시간 상태정보를 수집한다(S10). 상기 상태정보는 제1 SCR(120)과 제2 SCR(130)의 각 위치에 해당하는 NOx 농도, SCR 온도, NH3 농도 및 배기유량 등을 포함할 수 있다.Referring to Fig. 7, the controller (140) of the dual SCR application exhaust purification system (100) of the vehicle collects real-time status information necessary for determining the absorption rate through sensors (S1, S2, S3, S4) of the first SCR (120) and the second SCR (130) sequentially installed in the exhaust line (L) of the engine (110) while the vehicle is running (S10). The status information may include the NOx concentration, SCR temperature, NH3 concentration, and exhaust flow rate corresponding to each position of the first SCR (120) and the second SCR (130).
제어기(140)는 수집된 상태정보를 토대로 시간에 따른 제1 SCR 온도, 목표 흡장량, 실제 흡장량 및 NOx 흡장량을 모니터링하되, 제1 SCR(120)의 상기 목표 흡장량과 실제 흡장량 간의 흡장량 차이와 평균 온도를 산출한다(S20). 이 때, 제어기(140)는 제2 SCR(130)에 대한 흡장량 차이와 평균 온도를 더 산출할 수 있다.The controller (140) monitors the first SCR temperature, target absorption amount, actual absorption amount, and NOx absorption amount over time based on the collected status information, and calculates the absorption amount difference and average temperature between the target absorption amount and the actual absorption amount of the first SCR (120) (S20). At this time, the controller (140) can further calculate the absorption amount difference and average temperature for the second SCR (130).
그리고, 제어기(140)는 제1 SCR(120)의 흡장량 차이와 평균 온도를 개선된 흡장량 로직(141)에 입력하여 흡장량 분사 결정 맵(MAP)에 따라 설정된 온도영역과 흡장량 차이 조건에 따라 흡장량 속도를 변경하여(S30), 흡장목표분사량(B)을 결정한다(S40).And, the controller (140) inputs the difference in the absorption amount and the average temperature of the first SCR (120) into the improved absorption amount logic (141) and changes the absorption amount speed according to the temperature range set according to the absorption amount injection decision map (MAP) and the absorption amount difference condition (S30), thereby determining the absorption target injection amount (B) (S40).
예컨대, 상기 흡장량 속도를 변경하는 단계(S30)는 아래와 같다.For example, the step (S30) of changing the absorption speed is as follows.
제어기(140)는 입력된 흡장량 차이가 음(-)의 차이 조건을 만족 만족하는지 확인하여(S31), 음(-)의 차이 조건을 만족하면(S31; 예), 상기 평균 온도가 일정 온도(ex: 400℃) 미만의 낮은 저온 영역(T1)이나 상기 일정 온도 이상의 고온 영역(T2)을 만족하는지 파악하고(S32), 파악된 정보(T1 or T2)를 흡장량 분사 결정 맵(MAP)에 맵핑하여 흡장량 속도를 변경한다(S33 or s34).The controller (140) checks whether the input storage amount difference satisfies the negative (-) difference condition (S31), and if the negative (-) difference condition is satisfied (S31; example), it determines whether the average temperature satisfies a low temperature area (T1) below a certain temperature (ex: 400°C) or a high temperature area (T2) above the certain temperature (S32), and maps the determined information (T1 or T2) to a storage amount injection decision map (MAP) to change the storage amount speed (S33 or s34).
이 때, 제어기(140)는 상기 평균 온도가 저온 영역(T1)을 만족하면(S4; T1), 흡장량 분사 결정 맵(MAP)에 따라서 실제 흡장량이 목표 흡장량을 천천히(완만하게) 추종하도록 흡장량 속도를 제어한다(S34). 이러한 흡장량 속도 변경으로 결정된 흡장목표분사량(B)은 음(-)의 차이와 저온 영역(T1) 조건의 맵핑에 따라 흡장량 차이를 천천히 줄일 수 있으며 최종적으로 제1 SCR(120)의 우레아 분사가 많아 NOx 정화효율을 높일 수 있다.At this time, the controller (140) controls the absorption rate so that the actual absorption rate slowly (gently) follows the target absorption rate according to the absorption rate injection determination map (MAP) when the average temperature satisfies the low temperature region (T1) (S4; T1) (S34). The absorption target injection amount (B) determined by this absorption rate change can slowly reduce the absorption rate difference according to the mapping of the negative (-) difference and the low temperature region (T1) condition, and finally, the urea injection of the first SCR (120) can be increased to increase the NOx purification efficiency.
반면, 제어기(140)는 상기 평균 온도가 고온 영역(T2)을 만족하면(S4; T2), 흡장량 분사 결정 맵(MAP)에 따라서 실제 흡장량이 목표 흡장량을 빠르게(급격하게) 추종하도록 흡장량 속도를 제어한다(S33). 이러한 흡장량 속도 변경으로 결정된 흡장목표분사량(B)은 음(-)의 차이가 적은 온도 조건의 우레아 분사로 인하여 전체 우레아 분사량을 감소시킬 수 있다.On the other hand, if the average temperature satisfies the high temperature region (T2) (S4; T2), the controller (140) controls the absorption rate according to the absorption rate injection determination map (MAP) so that the actual absorption rate quickly (abruptly) follows the target absorption rate (S33). The absorption target injection amount (B) determined by this absorption rate change can reduce the total urea injection amount due to urea injection under temperature conditions with a small negative (-) difference.
한편, 상기 S31 단계에서, 제어기(140)는 입력된 흡장량 차이가 음(-)의 차이 조건을 만족하지 않으면(S31; 아니오), 기존 로직과 동일한 맵핑으로 온도 조건과 상관없이 상기 흡장량 차이 하나의 변수를 적용하여(S35), 흡장목표분사량(B)을 결정할 수 있다(S40).Meanwhile, in the step S31, if the input difference in absorption amount does not satisfy the condition of a negative (-) difference (S31; No), the controller (140) can determine the absorption target injection amount (B) by applying one variable of the absorption amount difference (S35) regardless of the temperature condition with the same mapping as the existing logic (S40).
이후, 제어기(140)는 상태정보로 수집된 배기유량과 NOx 농도에 의해 산출된 NOx제거요구분사량(A)과 흡장목표분사량(B)을 합하여 계산된 우레아 분사량으로 제1 SCR(120)의 작동을 제1 인젝터(121)를 작동한다(S50).Thereafter, the controller (140) operates the first injector (121) by calculating the urea injection amount by adding the NOx removal required injection amount (A) and the absorption target injection amount (B) calculated by the exhaust flow rate and NOx concentration collected as status information (S50).
또한, 제어기(140)는 위의 제1 SCR(120)와 동일한 방식을 제2 SCR(130)에 적용하여 산출된 우레아 분사량으로 제1 SCR(120)의 제2 인젝터(131)를 작동할 수 있다. 따라서, 상기 제1 SCR(120)를 거치면서 정화된 배기가스에 남아있는 잔여 NOx를 정화할 수 있다.In addition, the controller (140) can operate the second injector (131) of the first SCR (120) with the urea injection amount calculated by applying the same method as the first SCR (120) above to the second SCR (130). Accordingly, the residual NOx remaining in the exhaust gas purified while passing through the first SCR (120) can be purified.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, SCR 온도와 흡장량 차이의 변수를 고려하여 개선된 흡장량 로직을 통해 흡장량 속도를 변경함으로써 온도 변화량이 매우 큰 제1 SCR의 제어 에러를 줄일 수 있는 효과가 있다. In this way, according to an embodiment of the present invention, by changing the absorption rate through improved absorption logic considering the variables of the SCR temperature and absorption difference, there is an effect of reducing the control error of the first SCR having a very large temperature change amount.
또한, 실제 흡장량이 목표 흡장량 간 음(-)의 차이 조건을 만족하는 고온 영역에서 목표 흡장량을 빠르게 추종함으로써 흡장량 차이를 빠르게 줄이고 우레아 분사량을 저감할 수 있는 효과가 있다.In addition, there is an effect of quickly reducing the difference in absorption amount and reducing the amount of urea injection by quickly following the target absorption amount in a high temperature range where the actual absorption amount satisfies the condition of a negative (-) difference between the target absorption amount and the target absorption amount.
나아가, 고온 영역의 제1 SCR를 통해 흡장량 차이를 빠르게 줄이고 NOx 정화효율이 높은 저온 영역의 제2 SCR를 통해 잔여 NOx 저감을 수행함으로써 이중 SCR 적용 배기 정화 시스템 전체의 우레아 분사량을 줄임과 동시에 NOx 정화효율을 확보할 수 있는 효과가 있다.Furthermore, by rapidly reducing the difference in adsorption amount through the first SCR in the high-temperature region and reducing residual NOx through the second SCR in the low-temperature region with high NOx purification efficiency, it is possible to reduce the amount of urea injected throughout the entire exhaust purification system with dual SCR application while securing NOx purification efficiency.
본 발명의 실시예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.The embodiments of the present invention are not implemented only through the devices and/or methods described above, and may also be implemented through a program for realizing a function corresponding to the configuration of the embodiments of the present invention, a recording medium on which the program is recorded, etc., and such implementation can be easily implemented by an expert in the technical field to which the present invention belongs, based on the description of the embodiments described above.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements made by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims also fall within the scope of the present invention.
100: 이중 SCR 적용 배기 정화 시스템
110: 엔진
120: 제1 SCR
121: 제1 인젝터
130: 제2 SCR
131: 제2 인젝터
132: SCR 촉매
133: DOC
134: DPF
135: AOC
140: 제어기
141: 흡장량 로직
L: 배기라인
S1: NOx 센서
S2: 온도 센서
S3: NH3 센서
S4: 배기유량 센서100: Dual SCR applied exhaust purification system
110: Engine
120: 1st SCR
121: 1st injector
130: 2nd SCR
131: 2nd injector
132: SCR catalyst
133: DOC
134: DPF
135: AOC
140: Controller
141: Adsorption logic
L: Exhaust line
S1: NOx sensor
S2: Temperature sensor
S3: NH3 sensor
S4: Exhaust flow sensor
Claims (12)
상기 엔진의 배기라인을 통해 배출되는 질소산화물(NOx)을 정화하며 상기 엔진과 가까운 순서대로 설치되는 제1 SCR(Selective Catalyst Reduction)과 제2 SCR;
상기 제1 SCR과 제2 SCR에 각각 대응하여 우레아(Urea)를 분사하는 제1 인젝터와 제2 인젝터; 및
상기 NOx의 정화 효율 향상을 위해 시간에 따르는 SCR 온도, 목표 흡장량과 실제 흡장량 간의 흡장량 차이를 모니터링하고 흡장량 분사 결정 맵(MAP)에 설정된 온도영역별 흡장량 차이 조건에 따라 흡장량 속도를 변경하는 제어기;
를 포함하는 차량의 배기 정화 시스템.An engine that emits exhaust gases combusted while driving a vehicle;
The first SCR (Selective Catalyst Reduction) and the second SCR, which are installed in the order closest to the engine, purify nitrogen oxides (NOx) emitted through the exhaust line of the engine;
A first injector and a second injector that inject urea corresponding to the first SCR and the second SCR, respectively; and
A controller that monitors the SCR temperature over time, the difference in absorption between the target absorption amount and the actual absorption amount, and changes the absorption rate according to the absorption amount difference condition by temperature area set in the absorption amount injection decision map (MAP) to improve the purification efficiency of the above NOx;
An exhaust purification system for a vehicle including:
상기 제1 SCR과 제2 SCR에 각각 대응되는 위치에서 흡장량 속도 결정에 필요한 NOx 농도, SCR 온도, NH3 농도 및 배기유량 중 적어도 하나의 상태정보를 측정하는 센서류를 더 포함하는 차량의 배기 정화 시스템.In the first paragraph,
An exhaust gas purification system for a vehicle further comprising sensors for measuring at least one of NOx concentration, SCR temperature, NH3 concentration, and exhaust flow rate required for determining an absorption rate at positions corresponding to the first SCR and the second SCR, respectively.
상기 제어기는,
상기 흡장량 분사 결정 맵(MAP)을 통해 결정된 상기 흡장량 속도에 따라서 상기 제1 인젝터와 제2 인젝터 중 적어도 하나의 우레아 분사량을 가변 제어하는 차량의 배기 정화 시스템.In the first paragraph,
The above controller,
An exhaust gas purification system for a vehicle that variably controls the urea injection amount of at least one of the first injector and the second injector according to the absorption rate determined through the absorption amount injection determination map (MAP).
상기 제2 SCR는,
상기 배기라인에 설치된 SCR 촉매;
상기 SCR 촉매의 전단에 설치되어 상기 배기가스 중 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 수트(Soot)를 정화하는 DOC(Diesel Oxidation Catalyst)와 DPF(Diesel Particulate matter Filter), 및
상기 SCR 촉매의 후단에 설치되어 배출되는 암모니아(NH3)를 무해한 질소(N2)로 전환하는 AOC(Ammonia Oxidation Catalyst);
를 모듈화 하는 차량의 배기 정화 시스템.In the first paragraph,
The above second SCR is,
SCR catalyst installed in the above exhaust line;
A DOC (Diesel Oxidation Catalyst) and a DPF (Diesel Particulate Matter Filter) installed in front of the SCR catalyst to purify carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC), and soot in the exhaust gas, and
AOC (Ammonia Oxidation Catalyst) installed at the rear end of the above SCR catalyst to convert the emitted ammonia (NH3) into harmless nitrogen (N2);
An exhaust purification system for a vehicle that is modularized.
상기 제어기는,
상기 제1 SCR이 음(-)의 차이 조건을 만족하는 저온 영역(T1)의 경우 상기 흡장량 분사 결정 맵(MAP)에 따라서 실제 흡장량이 목표 흡장량을 천천히 추종하도록 흡장량 속도를 변경하는 차량의 배기 정화 시스템.In the third paragraph,
The above controller,
An exhaust gas purification system for a vehicle that changes the absorption rate so that the actual absorption amount slowly follows the target absorption amount according to the absorption amount injection decision map (MAP) in a low temperature region (T1) where the above first SCR satisfies a negative (-) difference condition.
상기 제어기는,
상기 제1 SCR이 음(-)의 차이 조건을 만족하는 고온 영역(T2)의 경우 상기 흡장량 분사 결정 맵(MAP)에 따라서 실제 흡장량이 목표 흡장량을 빠르게 추종하도록 흡장량 속도를 변경하는 차량의 배기 정화 시스템.In paragraph 5,
The above controller,
An exhaust gas purification system for a vehicle that changes the absorption rate according to the absorption amount injection decision map (MAP) so that the actual absorption amount quickly follows the target absorption amount in a high temperature region (T2) where the above first SCR satisfies a negative (-) difference condition.
b) 상기 상태정보를 토대로 시간에 따른 상기 제1 SCR의 목표 흡장량과 실제 흡장량 간의 흡장량 차이와 평균 온도를 모니터링하는 단계; 및
c) 상기 제1 SCR의 흡장량 차이와 평균 온도를 설정된 흡장량 로직에 입력하여 흡장량 분사 결정 맵(MAP)에 따라서 설정된 온도영역과 흡장량 차이 조건에 따라 흡장량 속도를 변경하여 흡장목표분사량(B)을 결정하는 단계;
를 포함하는 차량의 이중 SCR 적용 배기 정화 방법.a) A step of collecting real-time status information through sensors of the first SCR (Close Coupled-SCR) and the second SCR (Under Floor-SCR) sequentially installed in the exhaust line (L) of the engine;
b) a step of monitoring the difference in absorption amount between the target absorption amount and the actual absorption amount of the first SCR over time and the average temperature based on the above status information; and
c) a step of inputting the absorption amount difference and average temperature of the above first SCR into the set absorption amount logic, and changing the absorption amount speed according to the set temperature range and absorption amount difference condition according to the absorption amount injection decision map (MAP) to determine the absorption target injection amount (B);
A method for exhaust gas purification using dual SCR of a vehicle including a.
상기 c) 단계는,
입력된 흡장량 차이가 음(-)의 차이 조건을 만족하는지 확인하는 단계;
상기 음(-)의 차이 조건을 만족하면, 상기 평균 온도가 일정 온도 미만의 낮은 저온 영역(T1)이나 상기 일정 온도 이상의 고온 영역(T2)을 만족하는지 파악하는 단계;
상기 파악된 정보와 흡장량 분사 결정 맵(MAP)에 따라서 흡장량 속도를 변경하는 단계; 및
상기 흡장량 속도에 따라 흡장목표분사량(B)을 결정하는 단계;
를 포함하는 차량의 이중 SCR 적용 배기 정화 방법.In Article 7,
Step c) above,
A step for checking whether the input absorption difference satisfies the negative (-) difference condition;
If the above negative (-) difference condition is satisfied, a step of determining whether the average temperature satisfies a low temperature region (T1) below a certain temperature or a high temperature region (T2) above the certain temperature;
A step of changing the absorption rate according to the above-described information and the absorption injection decision map (MAP); and
A step of determining the target injection amount (B) based on the above absorption rate;
A method for exhaust gas purification using dual SCR of a vehicle including a.
상기 흡장량 속도를 변경하는 단계는,
상기 평균 온도가 고온 영역(T2)을 만족하면, 상기 흡장량 분사 결정 맵(MAP)에 따라서 실제 흡장량이 목표 흡장량을 빠르게 추종하도록 흡장량 속도를 제어하는 단계를 포함하는 차량의 이중 SCR 적용 배기 정화 방법.In Article 8,
The step of changing the above absorption speed is:
A method for exhaust gas purification using dual SCR for a vehicle, comprising the step of controlling the absorption rate so that the actual absorption amount quickly follows the target absorption amount according to the absorption amount injection decision map (MAP) when the above average temperature satisfies the high temperature region (T2).
상기 흡장량 속도를 변경하는 단계는,
상기 평균 온도가 저온 영역(T1)을 만족하면, 상기 흡장량 분사 결정 맵(MAP)에 따라서 실제 흡장량이 목표 흡장량을 천천히 추종하도록 흡장량 속도를 제어하는 단계를 포함하는 차량의 이중 SCR 적용 배기 정화 방법.In Article 9,
The step of changing the above absorption speed is:
A method for exhaust gas purification using dual SCR for a vehicle, comprising the step of controlling the absorption rate so that the actual absorption amount slowly follows the target absorption amount according to the absorption amount injection decision map (MAP) when the above average temperature satisfies the low temperature region (T1).
상기 c) 단계 이후에,
d) 상기 상태정보로 수집된 배기유량과 NOx 농도에 의해 산출된 NOx제거요구분사량(A)과 상기 흡장목표분사량(B)을 합하여 계산된 우레아 분사량으로 상기 제1 SCR의 작동을 제1 인젝터를 제어하는 단계를 더 포함하는 차량의 이중 SCR 적용 배기 정화 방법.In Article 7,
After step c) above,
d) A method for exhaust purification using dual SCR for a vehicle, further comprising the step of controlling the first injector to operate the first SCR with a urea injection amount calculated by adding the NOx removal required injection amount (A) calculated by the exhaust flow rate and NOx concentration collected using the above status information and the absorption target injection amount (B).
상기 음(-)의 차이 조건을 만족하는지 확인하는 단계 이후에,
상기 입력된 흡장량 차이가 음(-)의 차이 조건을 만족하지 않으면, 온도 조건과 상관없이 상기 흡장량 차이 하나의 변수를 적용한 로직을 이용하여 상기 흡장목표분사량(B)을 결정하는 단계를 더 포함하는 차량의 이중 SCR 적용 배기 정화 방법.In Article 8,
After the step of checking whether the above negative (-) difference condition is satisfied,
A method for exhaust gas purification using dual SCR for a vehicle, further comprising the step of determining the target injection amount (B) of the absorption amount by using a logic that applies one variable of the absorption amount difference regardless of the temperature condition, if the input absorption amount difference does not satisfy the negative (-) difference condition.
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|---|---|---|---|---|
| CN120592720A (en) * | 2025-08-08 | 2025-09-05 | 中汽研汽车检验中心(天津)有限公司 | Coordinated control method of dual SCR urea injection and fuel injection |
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2023
- 2023-12-14 KR KR1020230181850A patent/KR20250091669A/en active Pending
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| CN120592720A (en) * | 2025-08-08 | 2025-09-05 | 中汽研汽车检验中心(天津)有限公司 | Coordinated control method of dual SCR urea injection and fuel injection |
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