KR20190030901A

KR20190030901A - 배기가스 정화장치 및 sdpf 내 탄화수소(hc) 피독량 계산 방법

Info

Publication number: KR20190030901A
Application number: KR1020170118482A
Authority: KR
Inventors: 이진하; 주기형; 박진우
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2017-09-15
Filing date: 2017-09-15
Publication date: 2019-03-25

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 SDPF 내 HC 피독량 계산 방법은, 엔진, 린 녹스 트랩(Lean NOx Trap; LNT), 및 필터에 SCR 촉매가 코팅된 디젤매연필터(SDPF)를 포함하는 배기가스 정화장치의 상기 SDPF 내 탄화수소(HC) 피독량을 계산하는 방법에 있어서, 엔진 운전 상태, 상기 SDPF 전단 온도, 상기 SDPF 내부 온도, 상기 LNT 후단 HC량, 및 상기 SDPF 내 배기유량을 감지하는 단계와, 상기 엔진 운전 상태, 상기 SDPF 전단 온도, 상기 SDPF 내부 온도, 상기 LNT 후단 HC량, 및 상기 SDPF 배기유량으로부터 상기 SDPF에 약하게 흡착되는 HC 유량을 계산하는 단계와, 상기 엔진 운전 상태, 상기 SDPF 전단 온도, 상기 SDPF 내부 온도, 상기 LNT 후단 HC량, 및 상기 SDPF 배기유량으로부터 상기 SDPF에 강하게 흡착되는 HC 유량을 계산하는 단계와, 상기 SDPF에 약하게 흡착되는 HC 유량을 제1 탈착맵에 대입하여 제1 누적 HC양을 계산하는 단계와, 상기 SDPF에 강하게 흡착되는 HC 유량을 제2 탈착맵에 대입하여 제2 누적 HC양을 계산하는 단계와, 상기 제1 누적 HC양과 상기 제2 누적 HC양으로부터 HC에 의한 열화 팩터를 계산하는 단계, 및 상기 HC에 의한 열화 팩터에 변수를 대입하여 상기 SDPF 내 최종 HC 피독량을 계산하는 단계를 포함한다.

Description

배기가스 정화장치 및 SDPF 내 탄화수소(HC) 피독량 계산 방법{EXHAUST GAS PURIFICATION DEVICE AND METHOD OF CALCULATING HYDROCARBON POISONING AMOUNT IN SDPF}

본 발명은 차량의 배기가스 정화장치 및 SDPF 내 탄화수소(HC) 피독량 계산 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 SDPF 내 연료로 인해 흡착되는 HC에 의한 피독으로 성능이 저하되는 SCR 촉매에 대하여 HC 피독량을 계산하여, 우레아 분사 및 배출가스 온도 승온 등을 통해 흡착 HC를 탈착시키기 위하여 HC 피독량을 계산하는 배기가스 정화장치 및 그 계산 방법에 관한 것이다.

일반적으로 엔진에서 배기 매니폴드를 통해 배출되는 배기가스는 배기 파이프에 설치된 촉매 컨버터(Catalytic Converter)로 유도되어 정화되고, 머플러를 통과하면서 소음이 감쇄된 후 테일 파이프를 통해 대기 중으로 배출된다. 상기한 촉매 컨버터는 배기가스에 포함되어 있는 오염물질을 정화한다. 그리고 배기 파이프 상에는 배기가스에 포함된 입자상 물질(Particulate Matters: PM)을 포집하기 위한 매연 필터가 장착된다.

상기와 같은 역할을 하는 촉매 컨버터에 적용되는 촉매형식 중의 하나로 선택적 환원(SCR, Selective Catalytic Reduction) 촉매가 있다.

상기 SCR 촉매는 요소(Urea), 암모니아(Ammonia), 일산화탄소와 탄화수소(Hydrocarbon; HC) 등과 같은 환원제가 산소와 질소산화물 중에서 질소산화물과 더 잘 반응하도록 한다는 의미에서 선택적 환원이라고 명명되고 있다.

최근에는, SCR 촉매 내에 흡착된 HC에 의해 질소산화물 정화 성능이 나빠지는 것을 방지하기 위하여, SCR 촉매 내 HC 피독량을 예측하고, 예측한 결과를 이용하여 환원제 분사량을 결정하고, 배출가스 온도를 승온시키는 방법에 대한 연구가 진행되고 있다.

그러나, SCR 촉매 내 HC 피독량 예측에 모델링을 사용하지 않거나 열적, 비가역적 방법만으로 간단히 HC 피독량 예측이 이루어진다. 따라서, 시내 운전 등 저온 조건에서만 장시간 운전으로 SCR 촉매가 노출되어질 때 부정확한 피독량 예측으로 질소산화물 정화 성능 저하를 방지하지 못하였다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 비가역적 흡착과 가역적 흡착의 경우를 구분하여 HC 피독량을 계산함으로써, HC 피독량 예측 정확도를 향상시키는 배기가스 정화장치 및 SDPF 내 HC 피독량을 계산하는 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 정화장치는, 연료를 그 내부로 분사하기 위한 인젝터를 포함하며, 공기와 연료의 혼합기를 태워 동력을 생산하고, 연소 과정에서 발생한 배기가스를 배기 파이프를 통하여 외부로 배출하는 엔진과, 상기 배기 파이프에 장착되어 있으며, 공연비가 희박(lean)한 분위기에서 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)을 흡장하고, 농후(rich)한 분위기에서 흡장된 질소산화물을 탈착하며 배기가스에 포함된 질소산화물 또는 탈착된 질소산화물을 배기가스에 포함된 탄소 또는 수소를 포함한 환원제를 이용하여 환원시키는 린 녹스 트랩(Lean NOx Trap; LNT)과, 상기 LNT 후단에 배치되고, 상기 환원제를 이용하여 배기가스에 포함된 질소산화물을 환원하는, 필터에 SCR 촉매가 코팅된 디젤매연필터(SDPF), 및 엔진 운전 상태, 상기 SDPF 전단 온도, 상기 SDPF 내부 온도, 상기 LNT 후단 탄화수소(HC)량, 및 상기 SDPF 배기유량을 판단하여, HC에 의한 SDPF 촉매 열화 팩터를 계산하고, 이로부터 상기 SDPF 내 최종 HC 피독량을 계산하고, 상기 SDPF 재생을 제어하는 제어부를 포함한다.

상기 제어부는, 상기 엔진 운전 상태, 상기 SDPF 전단 온도, 상기 SDPF 내부 온도, 상기 LNT 후단 HC량, 및 상기 SDPF 배기유량으로부터 상기 SDPF에 약하게 흡착되는 HC 유량을 1차로 계산하고, 상기 엔진 운전 상태, 상기 SDPF 전단 온도, 상기 SDPF 내부 온도, 상기 LNT 후단 HC량, 및 상기 SDPF 배기유량으로부터 상기 SDPF에 강하게 흡착되는 HC 유량을 2차로 계산한 다음, 상기 SDPF에 약하게 흡착되는 HC 유량과 상기 SDPF에 강하게 흡착되는 HC 유량을 합산하여, 상기 SDPF에 흡착되는 최종 HC 피독량을 계산할 수 있다.

상기 SDPF에 약하게 흡착되는 HC 유량은, 상기 SDPF 내부 온도 및 상기 LNT 후단 HC량을 제1 변환맵에 대입하여 계산될 수 있다.

상기 SDPF에 강하게 흡착되는 HC 유량은, 상기 SDPF 내부 온도 및 상기 LNT 후단 HC량을 제2 변환맵에 대입하여 계산될 수 있다.

상기 제어부는, 상기 1차로 계산된 상기 SDPF에 약하게 흡착되는 HC 유량을 제1 탈착맵에 대입하여 제1 누적 HC양을 계산하고, 상기 2차로 판정된 상기 SDPF에 강하게 흡착되는 HC 유량을 제2 탈착맵에 대입하여 제2 누적 HC양을 계산할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 제1 누적 HC양과 상기 제2 누적 HC양을 제3 변환맵에 대입하여 상기 HC에 의한 열화 팩터를 계산할 수 있다.

상기 제어부는, 상기 HC에 의한 열화 팩터에 변수를 대입하여 상기 SDPF 내 최종 HC 피독량을 계산할 수 있다.

상기 SDPF에 약하게 흡착되는 HC 유량은, 제1 온도에서 상기 LNT 후단 HC량에서 상기 SDPF로부터 탈착된 HC량을 차감한 값일 수 있다.

상기 제1 온도는 550도 내지 700도일 수 있다.

상기 SDPF에 강하게 흡착되는 HC 유량은, 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도에서 상기 LNT 후단 HC량에서 상기 SDPF로부터 탈착된 HC량을 차감한 값일 수 있다.

상기 제2 온도는 800도 내지 900도일 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 SDPF 내 HC 피독량 계산 방법은, 엔진, 린 녹스 트랩(Lean NOx Trap; LNT), 및 필터에 SCR 촉매가 코팅된 디젤매연필터(SDPF)를 포함하는 배기가스 정화장치의 상기 SDPF 내 탄화수소(HC) 피독량을 계산하는 방법에 있어서, 엔진 운전 상태, 상기 SDPF 전단 온도, 상기 SDPF 내부 온도, 상기 LNT 후단 HC량, 및 상기 SDPF 내 배기유량을 감지하는 단계와, 상기 엔진 운전 상태, 상기 SDPF 전단 온도, 상기 SDPF 내부 온도, 상기 LNT 후단 HC량, 및 상기 SDPF 배기유량으로부터 상기 SDPF에 약하게 흡착되는 HC 유량을 계산하는 단계와, 상기 엔진 운전 상태, 상기 SDPF 전단 온도, 상기 SDPF 내부 온도, 상기 LNT 후단 HC량, 및 상기 SDPF 배기유량으로부터 상기 SDPF에 강하게 흡착되는 HC 유량을 계산하는 단계와, 상기 SDPF에 약하게 흡착되는 HC 유량을 제1 탈착맵에 대입하여 제1 누적 HC양을 계산하는 단계와, 상기 SDPF에 강하게 흡착되는 HC 유량을 제2 탈착맵에 대입하여 제2 누적 HC양을 계산하는 단계와, 상기 제1 누적 HC양과 상기 제2 누적 HC양으로부터 HC에 의한 열화 팩터를 계산하는 단계, 및 상기 HC에 의한 열화 팩터에 변수를 대입하여 상기 SDPF 내 최종 HC 피독량을 계산하는 단계를 포함한다.

상기 SDPF에 약하게 흡착되는 HC 유량을 계산하는 단계, 및 상기 SDPF에 강하게 흡착되는 HC 유량을 계산하는 단계는, 상기 SDPF 내부 온도 및 상기 LNT 후단 HC량을 각각 제1 변환맵 및 제2 변환맵에 대입하여 HC 유량이 계산되는 것일 수 있다.

상기 HC에 의한 열화 팩터를 계산하는 단계는, 상기 제1 누적 HC양과 상기 제2 누적 HC양을 제3 변환맵에 대입하여 열화 팩터가 계산되는 것일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 비가역적 흡착과 가역적 흡착의 경우를 구분하여 HC 피독량을 계산함으로써, SDPF내 HC 피독량 예측 정확도를 개선하여 질소산화물 정화성능을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화장치를 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 SDPF 내 HC 피독량 계산 방법을 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 SDPF 내 HC 피독량 계산 방법의 흐름도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.

또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 일 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예들에서는 일 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.

도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며, 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고, 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다. 어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수도 있다.

본 발명의 실시예는 본 발명의 한 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서, 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 정화장치에 관하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화장치를 도시한 개략도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 SDPF 내 HC 피독량 계산 방법을 설명하기 위한 블록도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 내연 기관의 배기 장치는 엔진(10), 배기 파이프(20), 배기가스 재순환(Exhaust Gas Recirculation; EGR) 장치(30), 린 녹스 트랩(Lean NOx Trap; LNT)(40), 분사 모듈(50), 매연 필터(Particulate Filter)(60), 그리고 제어부(70)를 포함한다.

엔진(10)은 연료와 공기가 혼합된 혼합기를 연소시켜 화학적 에너지를 기계적 에너지로 변환한다. 엔진(10)은 흡기 매니폴드(16)에 연결되어 연소실(12) 내부로 공기를 유입받으며, 연소 과정에서 발생된 배기가스는 배기 매니폴드(18)에 모인 후 엔진(10) 밖으로 배출되게 된다. 연소실(12)에는 인젝터(14)가 장착되어 연료를 연소실(12) 내부로 분사한다.

여기에서는 디젤 엔진을 예시하였으나 희박 연소(lean burn) 가솔린 엔진을 사용할 수도 있다. 가솔린 엔진을 사용하는 경우, 흡기 매니폴드(16)를 통하여 혼합기가 연소실(12) 내부로 유입되며, 연소실(12) 상부에는 점화를 위한 점화플러그(도시하지 않음)가 장착된다. 또한, 가솔린 직접 분사(Gasoline Direct Injection; GDI) 엔진을 사용하는 경우, 디젤 엔진과 마찬가지로 인젝터(14)가 연소실(12)의 상부에 장착된다.

배기 파이프(20)는 배기 매니폴드(18)에 연결되어 배기가스를 차량의 외부로 배출시킨다. 배기 파이프(20) 상에는 LNT(40), 분사 모듈(50) 및 매연 필터(60)가 장착되어 배기가스 내 포함된 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO), 입자상 물질 그리고 질소산화물(NOx) 등을 제거한다.

배기가스 재순환 장치(30)는 배기 파이프(20) 상에 장착되어 엔진(10)에서 배출되는 배기가스 일부를 배기가스 재순환 장치(30)를 통해 엔진(10)에 재공급한다. 또한, 배기가스 재순환 장치(30)는 흡기 매니폴드(16)에 연결되어 배기가스의 일부를 공기에 섞어 연소 온도를 제어한다. 이러한 연소 온도의 제어는 제어부(70)의 제어에 의하여 흡기 매니폴드(16)에 공급되는 배기가스의 양을 조절함으로써 수행된다. 따라서, 배기가스 재순환 장치(30)와 흡기 매니폴드(16)를 연결하는 라인 상에는 제어부(70)에 의하여 제어되는 재순환 밸브(도시하지 않음)가 장착될 수 있다.

배기가스 재순환 장치(30)의 후방 배기 파이프(20)에는 제1산소 센서(72)가 장착되어 배기가스 재순환 장치(30)를 통과한 배기가스 내의 산소량을 검출하여 제어부(70)에 전달함으로써 제어부(70)가 배기가스의 린/리치 제어(lean/rich control)를 수행하는 것을 돕도록 할 수 있다.

또한, 배기가스 재순환 장치(30)의 후방 배기 파이프(20)에는 제1온도 센서(74)가 장착되어 배기가스 재순환 장치(30)를 통과한 배기가스의 온도를 검출한다.

LNT(40)는 배기가스 재순환 장치(30)의 후방 배기 파이프(20)에 장착되어 있다. LNT(40)는 연한(lean) 분위기에서 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)을 흡장하고, 농후한(rich) 분위기에서 흡장된 질소산화물을 탈착하며 배기가스에 포함된 질소산화물 또는 탈착된 질소산화물을 환원시킨다. 또한, LNT(40)는 배기가스에 포함된 일산화탄소 및 탄화수소를 산화시킨다.

여기에서, 탄화수소는 배기가스와 연료에 포함된 탄소와 수소로 구성된 화합물을 모두 지칭하는 것으로 이해하여야 할 것이다.

LNT(40)의 후방 배기 파이프(20)에는 제2산소 센서(76) 및 제1NOx 센서(80)가 장착되어 있다.

제2산소 센서(76)는 매연 필터(60)에 유입되는 배기가스에 포함된 산소량을 측정하여 이에 대한 신호를 제어부(70)에 전달한다. 제1산소 센서(72)와 제2산소 센서(76)의 검출값을 기초로 제어부(70)는 배기가스의 린/리치 제어를 수행할 수 있다.

제1NOx 센서(80)는 매연 필터(60)에 유입되는 배기가스에 포함된 NOx 양을 측정하여 이에 대한 신호를 제어부(70)에 전달한다. 제1NOx 센서(80)에서 측정된 NOx 양은 분사 모듈(50)에서 분사할 환원제의 양을 결정하는데 사용될 수 있다.

분사 모듈(50)은 매연 필터(60)의 전단 배기 파이프(20)에 장착되어 있으며, 제어부(70)에 의하여 제어되어 환원제를 배기가스에 분사한다. 통상적으로, 분사 모듈(50)은 요소를 분사하며, 분사된 요소는 가수분해에 의하여 암모니아로 변환된다. 그러나, 환원제는 암모니아에 한정되지는 않는다.

분사 모듈(50)의 후단 배기 파이프(20)에는 믹서(55)가 장착되어 환원제를 배기가스에 골고루 혼합시킨다.

매연 필터(60)는 믹서(55)의 후단 배기 파이프(20)에 장착되어 있으며, 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하고, 분사 모듈(50)에서 분사된 환원제를 이용하여 배기가스에 포함된 질소산화물을 환원한다. 이러한 목적을 위하여, 매연 필터(60)는 선택적 환원 촉매가 코팅된 디젤 매연 필터(Selective Catalytic Reduction on Diesel Particulate Filter; SDPF)(62)와 추가적인 선택적 환원(SCR) 촉매(64)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 아니한다.

한편, 본 명세서 및 청구항에서 SCR 촉매라는 명칭은 SCR 촉매 그 자체 또는 SDPF를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

SDPF(62)는 DPF의 채널을 구성하는 격벽에 SCR 촉매가 코팅되어 있다. 통상적으로 DPF는 복수개의 입구 채널과 출구 채널을 포함한다. 입구 채널은 그 일단이 개구되고 그 타단이 막혀 있어 DPF의 전단으로부터 배기가스를 유입받는다. 또한, 출구 채널은 그 일단이 막혀 있고 그 타단이 개구되어 DPF 내부의 배기가스를 배출한다. 입구 채널을 통해 DPF에 유입된 배기가스는 입구 채널과 출구 채널을 분할하는 다공성의 격벽을 통해 출구 채널로 들어간 후, 출구 채널을 통해 DPF로부터 배출된다. 배기가스가 다공성의 격벽을 통과하는 과정에서 배기가스에 포함된 입자상 물질이 포집된다. 또한, SDPF(62)에 코팅된 SCR 촉매는 분사 모듈(50)에서 분사된 환원제를 이용하여 배기가스에 포함된 질소산화물을 환원시킨다.

추가적인 SCR 촉매(64)는 SDPF(62)의 후단에 장착된다. 추가적인 SCR 촉매(64)는 SDPF(62)에서 질소산화물이 완벽하게 정화되지 못하는 경우, 질소산화물을 추가적으로 환원시킬 수 있다. 추가적인 SCR 촉매(64)는 SDPF(62)와는 물리적으로 이격되어 장착될 수도 있다.

배기 파이프(20)의 매연필터(60) 전단에는 제2온도 센서(56)가 장착되며, SDPF(62)에는 제3 온도 센서(66)가 장착된다. 제2온도 센서(56)는 SDPF(62)에 유입되는 배기가스의 온도를 측정하여 이에 대한 신호를 제어부(70)에 전달한다. 또한, 제3 온도센서(66)는 SDPF 내부 온도를 측정하여 이에 대한 신호를 제어부(70)에 전달한다.

또한, SDPF(62)에는 배기유량센서(68)가 장착되어 있다. 배기유량센서(68)는 SDPF(62)를 통과하는 배기가스 유량을 측정하고, 이에 대한 신호를 제어부(70)에 전달한다.

또한, 매연 필터(60)의 후단 배기 파이프(20)에는 제2NOx 센서(82)가 장착된다. 제2NOx 센서(82)는 매연 필터(60)로부터 배출된 배기가스에 포함된 질소산화물의 양을 검출하고, 이에 대한 신호를 제어부(70)에 전달한다. 제어부(70)는 제2NOx 센서(82)의 검출값을 기초로 매연 필터(60)가 배기가스에 포함된 질소산화물을 정상적으로 제거하고 있는지 모니터링 할 수 있다. 즉, 제2NOx 센서(82)는 매연 필터(60)의 성능을 평가하기 위하여 사용될 수 있다.

제어부(70)는 엔진 운전 상태(110), SDPF 전단 온도(112), SDPF 내부 온도(114), LNT 후단 탄화수소(HC)량(116), 및 SDPF 배기유량(118)을 판단하여, HC에 의한 SDPF 촉매 열화 팩터(140)를 계산하고, 이로부터 SDPF 내 최종 HC 피독량(150)을 계산하고, SDPF 재생을 제어할 수 있다.

이러한 목적을 위하여, 제어부(70)는 설정된 프로그램에 의해 동작하는 하나 이상의 프로세서로 구현될 수 있으며, 설정된 프로그램은 본 발명의 실시예에 따른 SDPF 내 HC 피독량을 계산하는 방법의 각 단계를 수행하도록 프로그래밍된 것일 수 있다.

제어부(70)는 엔진 운전 상태(110), SDPF 전단 온도(112), SDPF 내부 온도(114), LNT 후단 HC량(116), 및 SDPF 배기유량(118)으로부터 SDPF에 약하게 흡착되는 HC 유량(120)을 1차로 계산하고, 엔진 운전 상태(110), SDPF 전단 온도(112), SDPF 내부 온도(114), LNT 후단 HC량(116), 및 SDPF 배기유량(118)으로부터 SDPF에 강하게 흡착되는 HC 유량(130)을 2차로 계산한 다음, SDPF에 약하게 흡착되는 HC 유량(120)과 SDPF에 강하게 흡착되는 HC 유량(130)을 합산하여, SDPF에 흡착되는 최종 HC 피독량(150)을 계산한다.

SDPF에 약하게 흡착되는 HC 유량(120)은, SDPF 내부 온도(114) 및 LNT 후단 HC량(116)을 제1 변환맵(120)에 대입하여 계산될 수 있으며, SDPF에 강하게 흡착되는 HC 유량(130)은, SDPF 내부 온도(114) 및 LNT 후단 HC량(116)을 제2 변환맵(164)에 대입하여 계산될 수 있다.

한편, SDPF에 약하게 흡착되는 HC 유량(120)은, 제1 온도에서 LNT 후단 HC량(116)에서 SDPF로부터 탈착된 HC량을 차감한 값일 수 있으며, 제1 온도는 550도 내지 700도일 수 있다.

또한, SDPF에 강하게 흡착되는 HC 유량(130)은, 제1 온도보다 높은 제2 온도에서 LNT 후단 HC량(116)에서 SDPF로부터 탈착된 HC량을 차감한 값일 수 있으며, 제2 온도는 800도 내지 900도일 수 있다.

제어부(70)는, 1차로 계산된 SDPF에 약하게 흡착되는 HC 유량(120)을 제1 탈착맵(172)에 대입하여 제1 누적 HC양(122)을 계산하고, 2차로 판정된 SDPF에 강하게 흡착되는 HC 유량(130)을 제2 탈착맵(174)에 대입하여 제2 누적 HC양(132)을 계산할 수 있다.

제어부(70)는, 제1 누적 HC양(122)과 제2 누적 HC양(132)을 제3 변환맵(166)에 대입하여 HC에 의한 열화 팩터(140)를 계산한다. 그리고, 제어부(70)는, HC에 의한 열화 팩터(140)에 변수(176)를 대입하여 SDPF 내 최종 HC 피독량(150)을 계산한다.

이하, 도 3을 참조로, 본 발명의 일 실시예에 따른 SDPF 내 HC 피독량 계산 방법에 관하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 SDPF 내 HC 피독량 계산 방법의 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 엔진, 린 녹스 트랩(Lean NOx Trap; LNT), 및 필터에 SCR 촉매가 코팅된 디젤매연필터(SDPF)를 포함하는 배기가스 정화장치의 SDPF 내 탄화수소(HC) 피독량을 계산하는 방법으로서, 우선, 엔진 운전 상태, SDPF 전단 온도, SDPF 내부 온도, LNT 후단 HC량, 및 SDPF 내 배기유량을 감지한다(S301).

그 후, 엔진 운전 상태, SDPF 전단 온도, SDPF 내부 온도, LNT 후단 HC량, 및 SDPF 배기유량으로부터 SDPF에 약하게 흡착되는 HC 유량을 계산한다(S302).

SDPF에 약하게 흡착되는 HC 유량을 계산하는 단계(S302)는 SDPF 내부 온도 및 LNT 후단 HC량을 제1 변환맵에 대입하여 계산되는 것일 수 있다.

그 후, 엔진 운전 상태, SDPF 전단 온도, SDPF 내부 온도, LNT 후단 HC량, 및 SDPF 배기유량으로부터 SDPF에 강하게 흡착되는 HC 유량을 계산한다(S303).

SDPF에 강하게 흡착되는 HC 유량을 계산하는 단계(S303)는 SDPF 내부 온도 및 LNT 후단 HC량을 제2 변환맵에 대입하여 HC 유량이 계산되는 것일 수 있다.

그 후, SDPF에 약하게 흡착되는 HC 유량을 제1 탈착맵에 대입하여 제1 누적 HC양을 계산한다(S304).

그 후, SDPF에 강하게 흡착되는 HC 유량을 제2 탈착맵에 대입하여 제2 누적 HC양을 계산한다(S305).

그 후, 제1 누적 HC양과 제2 누적 HC양으로부터 HC에 의한 열화 팩터를 계산한다(S306).

HC에 의한 열화 팩터를 계산하는 단계(S306)는, 제1 누적 HC양과 제2 누적 HC양을 제3 변환맵에 대입하여 열화 팩터가 계산되는 것일 수 있다.

그 후, HC에 의한 열화 팩터에 변수를 대입하여 SDPF 내 최종 HC 피독량을 계산한다(S307).

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, HC가 SDPF에 강하게 흡착되는 비가역적 흡착과 HC가 SDPF에 약하게 흡착되는 가역적 흡착의 경우를 구분하여 HC 피독량을 계산함으로써, SDPF내 HC 피독량 예측 정확도를 개선하여 질소산화물 정화성능을 향상시킬 수 있다.

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.

10: 엔진 20: 배기 파이프
30: 배기가스 재순환(Exhaust Gas Recirculation; EGR) 장치
40: 린 녹스 트랩(Lean NOx Trap; LNT)
50: 분사 모듈 60: 매연 필터(Particulate Filter)
70: 제어부
62: 선택적 환원 촉매가 코팅된 디젤 매연 필터(Selective Catalytic Reduction on Diesel Particulate Filter; SDPF)
64: SCR 촉매

Claims

연료를 그 내부로 분사하기 위한 인젝터를 포함하며, 공기와 연료의 혼합기를 태워 동력을 생산하고, 연소 과정에서 발생한 배기가스를 배기 파이프를 통하여 외부로 배출하는 엔진;
상기 배기 파이프에 장착되어 있으며, 공연비가 희박(lean)한 분위기에서 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)을 흡장하고, 농후(rich)한 분위기에서 흡장된 질소산화물을 탈착하며 배기가스에 포함된 질소산화물 또는 탈착된 질소산화물을 배기가스에 포함된 탄소 또는 수소를 포함한 환원제를 이용하여 환원시키는 린 녹스 트랩(Lean NOx Trap; LNT);
상기 LNT 후단에 배치되고, 상기 환원제를 이용하여 배기가스에 포함된 질소산화물을 환원하는, 필터에 SCR 촉매가 코팅된 디젤매연필터(SDPF); 및
엔진 운전 상태, 상기 SDPF 전단 온도, 상기 SDPF 내부 온도, 상기 LNT 후단 탄화수소(HC)량, 및 상기 SDPF 배기유량을 판단하여, HC에 의한 SDPF 촉매 열화 팩터를 계산하고, 이로부터 상기 SDPF 내 최종 HC 피독량을 계산하고, 상기 SDPF 재생을 제어하는 제어부를 포함하는 배기가스 정화장치.
제 1 항에서,
상기 제어부는,
상기 엔진 운전 상태, 상기 SDPF 전단 온도, 상기 SDPF 내부 온도, 상기 LNT 후단 HC량, 및 상기 SDPF 배기유량으로부터 상기 SDPF에 약하게 흡착되는 HC 유량을 1차로 계산하고,
상기 엔진 운전 상태, 상기 SDPF 전단 온도, 상기 SDPF 내부 온도, 상기 LNT 후단 HC량, 및 상기 SDPF 배기유량으로부터 상기 SDPF에 강하게 흡착되는 HC 유량을 2차로 계산한 다음,
상기 SDPF에 약하게 흡착되는 HC 유량과 상기 SDPF에 강하게 흡착되는 HC 유량을 합산하여, 상기 SDPF에 흡착되는 최종 HC 피독량을 계산하는 배기가스 정화장치.
제 2 항에서,
상기 SDPF에 약하게 흡착되는 HC 유량은,
상기 SDPF 내부 온도 및 상기 LNT 후단 HC량을 제1 변환맵에 대입하여 계산되는 배기가스 정화장치.
제 3 항에서,
상기 SDPF에 강하게 흡착되는 HC 유량은,
상기 SDPF 내부 온도 및 상기 LNT 후단 HC량을 제2 변환맵에 대입하여 계산되는 배기가스 정화장치.
제 4 항에서,
상기 제어부는,
상기 1차로 계산된 상기 SDPF에 약하게 흡착되는 HC 유량을 제1 탈착맵에 대입하여 제1 누적 HC양을 계산하고,
상기 2차로 판정된 상기 SDPF에 강하게 흡착되는 HC 유량을 제2 탈착맵에 대입하여 제2 누적 HC양을 계산하는 배기가스 정화장치.
제 5 항에서,
상기 제어부는,
상기 제1 누적 HC양과 상기 제2 누적 HC양을 제3 변환맵에 대입하여 상기 HC에 의한 열화 팩터를 계산하는 배기가스 정화장치.
제 6 항에서,
상기 제어부는,
상기 HC에 의한 열화 팩터에 변수를 대입하여 상기 SDPF 내 최종 HC 피독량을 계산하는 배기가스 정화장치.
제 3 항에서,
상기 SDPF에 약하게 흡착되는 HC 유량은,
제1 온도에서 상기 LNT 후단 HC량에서 상기 SDPF로부터 탈착된 HC량을 차감한 값인 배기가스 정화장치.
제 8 항에서,
상기 제1 온도는 550도 내지 700도인 배기가스 정화장치.
제 9 항에서,
상기 SDPF에 강하게 흡착되는 HC 유량은,
상기 제1 온도보다 높은 제2 온도에서 상기 LNT 후단 HC량에서 상기 SDPF로부터 탈착된 HC량을 차감한 값인 배기가스 정화장치.
제 10 항에서,
상기 제2 온도는 800도 내지 900도인 배기가스 정화장치.
엔진, 린 녹스 트랩(Lean NOx Trap; LNT), 및 필터에 SCR 촉매가 코팅된 디젤매연필터(SDPF)를 포함하는 배기가스 정화장치의 상기 SDPF 내 탄화수소(HC) 피독량을 계산하는 방법에 있어서,
엔진 운전 상태, 상기 SDPF 전단 온도, 상기 SDPF 내부 온도, 상기 LNT 후단 HC량, 및 상기 SDPF 내 배기유량을 감지하는 단계;
상기 엔진 운전 상태, 상기 SDPF 전단 온도, 상기 SDPF 내부 온도, 상기 LNT 후단 HC량, 및 상기 SDPF 배기유량으로부터 상기 SDPF에 약하게 흡착되는 HC 유량을 계산하는 단계;
상기 엔진 운전 상태, 상기 SDPF 전단 온도, 상기 SDPF 내부 온도, 상기 LNT 후단 HC량, 및 상기 SDPF 배기유량으로부터 상기 SDPF에 강하게 흡착되는 HC 유량을 계산하는 단계;
상기 SDPF에 약하게 흡착되는 HC 유량을 제1 탈착맵에 대입하여 제1 누적 HC양을 계산하는 단계;
상기 SDPF에 강하게 흡착되는 HC 유량을 제2 탈착맵에 대입하여 제2 누적 HC양을 계산하는 단계;
상기 제1 누적 HC양과 상기 제2 누적 HC양으로부터 HC에 의한 열화 팩터를 계산하는 단계; 및
상기 HC에 의한 열화 팩터에 변수를 대입하여 상기 SDPF 내 최종 HC 피독량을 계산하는 단계를 포함하는 SDPF 내 HC 피독량 계산 방법.
제 12 항에서,
상기 SDPF에 약하게 흡착되는 HC 유량을 계산하는 단계, 및
상기 SDPF에 강하게 흡착되는 HC 유량을 계산하는 단계는,
상기 SDPF 내부 온도 및 상기 LNT 후단 HC량을 각각 제1 변환맵 및 제2 변환맵에 대입하여 HC 유량이 계산되는 SDPF 내 HC 피독량 계산 방법.
제 13 항에서,
상기 HC에 의한 열화 팩터를 계산하는 단계는,
상기 제1 누적 HC양과 상기 제2 누적 HC양을 제3 변환맵에 대입하여 열화 팩터가 계산되는 SDPF 내 HC 피독량 계산 방법.