KR100507086B1

KR100507086B1 - 차량의 이미션 저감방법

Info

Publication number: KR100507086B1
Application number: KR10-2002-0072210A
Authority: KR
Inventors: 서삼원
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2002-11-20
Filing date: 2002-11-20
Publication date: 2005-08-09
Also published as: KR20040043804A

Abstract

차량의 이미션 저감방법이 개시된다. 개시된 차량의 이미션 저감방법은, (a) 차량 엔진의 수온이 임의의 기준온도 이상인지 판단하는 단계와; (b) 상기 단계 (a)에서의 조건을 만족하는 경우, 상기 차량의 차속이 임의의 범위 내로 주행되고 있는지 판단하는 단계와; (c) 상기 단계 (b)에서의 조건을 만족하는 경우, 타이머를 읽고, 읽은 시간이 임의로 정한 시간 이하인지 판단하는 단계와; (d) 상기 단계 (c)의 조건을 만족하는 경우, 리어 및 프론트의 산소센서의 희박/농후의 평균 주파수비를 읽어 촉매의 에이징 정도를 파악하는 단계와; (e) 상기 리어 산소센서의 주파수로 설정한 임의의 촉매 에이징 정도가 상기 평균 주파수비와 에이징 한계값 범위 내에 있는지 판단하는 단계와; (f) 상기 단계 (e)의 조건을 만족하는 경우, 연료량 제어시 기본 연료량에 적용되는 보정계수로 신규 테이블 값의 피드백 I-게인을 적용하는 단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 촉매 로딩량 억제시 배압의 저감 효과로 출력 향상이 이루어질 수 있고, 촉매 귀금속량 저하로 코스트 저감이 이루어질 수 있는 이점이 있다.

Description

차량의 이미션 저감방법{METHOD OF REDUCING EMISSION FOR VEHICLE}

본 발명은 차량의 이미션 저감방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 촉매 로딩량을 억제시키고 강화되는 배기가스 규제치를 만족시키기 위한 차량의 이미션 저감방법에 관한 것이다.

차량의 배기가스는 각국의 정해진 규제치를 만족시켜야 하는데 촉매는 배기가스를 후처리하는 방식으로 후레쉬(fresh)품(통상 양호(0K)품 이라 함)인 경우 정화 효율이 양호하여 규제치를 만족시킬 수 있으나, 법규로 지정한 내구(aging) 기간이 길어짐에 따라 촉매 내구에 따른 정화효율 저감을 촉매 귀금속(로딩(loading) 이라 함)량을 증대시켜도 코스트(cost) 및 설계상의 한계(limit)치가 있으므로 하드웨어(hardware)적으로만 불가능하다.

그리고 후레쉬 품 대비 에이징(100k,120k,160k 마일(mile))시 촉매 정화 효율 저감에 따른 배기가스의 특성도를 이용하여 매칭(matching) 계수를 이원화하여 대응하는 방안을 고려한다.

그런데, 상기한 바와 같은 종래의 기술에서는 촉매 에이징(aging)에 따른 보정계수가 없어 내구 보증 기간을 만족시키기 위해 촉매 로딩(귀금속)량을 증대시켜 대응하였으며, 이는 원가 상승만을 야기할 뿐 근본적인 에이징에 따른 저감 효과가 될 수 없다.

그리고 현재의 로직으로 점진적으로 강화되는 배기가스 규제치를 만족할 수 없어 후술하는 본 발명의 로직 개발이 불가피한 상태이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 촉매 로딩량을 억제시키고 강화되는 배기가스 규제치를 만족시킬 수 있도록 한 차량의 이미션 저감방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량의 이미션 저감방법은, (a) 차량 엔진의 수온이 임의의 기준온도 이상인지 판단하는 단계와; (b) 상기 단계 (a)에서의 조건을 만족하는 경우, 상기 차량의 차속이 임의의 범위 내로 주행되고 있는지 판단하는 단계와; (c) 상기 단계 (b)에서의 조건을 만족하는 경우, 타이머를 읽고, 읽은 시간이 임의로 정한 시간 이하인지 판단하는 단계와; (d) 상기 단계 (c)의 조건을 만족하는 경우, 리어 및 프론트의 산소센서의 희박/농후의 평균 주파수비를 읽어 촉매의 에이징 정도를 파악하는 단계와; (e) 상기 리어 산소센서의 주파수로 설정한 임의의 촉매 에이징 정도가 상기 평균 주파수비와 에이징 한계값 범위 내에 있는지 판단하는 단계와; (f) 상기 단계 (e)의 조건을 만족하는 경우, 연료량 제어시 기본 연료량에 적용되는 보정계수로 신규 테이블 값의 피드백 I-게인을 적용하는 단계;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1에는 본 발명에 따른 차량의 이미션 저감방법을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 플로차트가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 차량의 이미션 저감방법은, 우선, 차량 엔진에 설치된 수온센서(WTS; Water Temperature Sensor)로 엔진의 수온이 임의의 기준온도 예컨대, 88℃ 이상인지 판단한다.(단계 110)

상기 단계 110은, 엔진이 웜업(warm-up)된 후에만 사용하는 것으로, 통상 웜업 이전의 수온에 따라 결정된 제1모드(mode) 및 제2모드 주행시는, 수온에 따른 연료보정 등 Nox 측면에 불리한 요인이 웜업 후 완전연소가 가까울수록 산소농도의 증가로 Nox 생성이 많으므로 수온 기준으로 판단한다

이어서, 상기 단계 110에서의 조건을 만족하는 경우 즉, 수온이 기준온도 이하이면 차량의 차속이 임의의 범위 내로 주행되고 있는지 판단한다.(단계 120) 즉, 현재의 차속이 임의로 정한 예컨대, 5kph의 최저속도(min.)와 예컨대, 85kph의 최고속도(max.) 사이에 있는지 판단하는 것이다.

아이들(idle)은 배기가스의 배기량이 시간 대비 상대적으로 작기 때문에 주행 중에서만 적용하기 위하여 차속을 상기와 같이 설정하여 사용한다. 예컨대, 수온에 따른 제3주행모드를 기준으로 세컨드 힐(2nd hill) 에서 최대 차속을 기준으로 최저 및 최소속도의 기준값(threshold)을 선정하였다.한편, 상기 단계 110에서의 수온조건에 대하여 부연 설명을 하면, 배출가스(Nox) 경우 웜업 후 완전연소가 가까울수록 Nox 생성이 많으므로 온도의 조건인 88℃ 이하의 경우에 적용시 문제는 없으나, NOx 측면에서 불리한 완전 연소 조건만을 모니터링 하는 것이 목적이다. 즉, 저온의 경우 오판단하여 이원화 맵(MAP)을 사용시 Nox 저감이 아닌 CO 저감을 가져올 가능성이 많다. 즉, 본 단계는 오진단 방지가 목적이다.그리고 상기 단계 120에서의 조건을 만족하는 경우, 타이머를 작동시켜 그때의 타이머 시간을 읽는다.(단계 130) 본 단계는 모드 진입 후, 일정 시간 경과 후에 본 발명의 로직(logic)을 적용하기 위하여 사용한다.한편, 상기 단계 120에서의 차속조건에 대하여 부연 설명하면, 미속주행(5kph) 및 아이들 경우, 촉매 에이징(Aging)에 미치는 영향이 미미하여 적용하지 아니하며, 조건 이하의 경우에 적용시 NOx 과다 생성 영역이 아닌 저부하(미속주행, 아이들) 영역에서의 오작동을 방지하기 위함이다.이어서, 상기 단계 130에서 읽은 시간이 임의로 정한 시간 예컨대, 70sec 이하인지 판단한다.(단계 140)

삭제

상기 단계 140은, 상기한 제3모드 판단 조건이 상기 단계 120의 조건의 차속에서 그 주행 거리가 약 70sec 이하로 조건 만족의 기준으로 사용한다. 통상 일반 주행 조건은 사용할 필요가 없으므로 시간을 설정하였다

상기 단계 140의 조건을 만족하는 경우 즉, 70sec 전이면 리어(rear) 및 프론트(front)의 산소센서(O2 Sensor)의 희박(lean)/농후(rich)의 평균 주파수비(B)를 읽어 촉매의 에이징(aging) 정도를 파악한다.(단계 150)한편, 상기 단계 140에서의 타이머 조건에 대하여 부연 설명하면, 통상의 운전 조건이 시동 후 70sec 이상시 촉매의 활성화가 시작됨으로 이 조건이 적용되었으며, 촉매 활성화 이전에 촉매 에이징(Aging) 조건을 판정하여 Nox를 저감할 필요가 없다. 그리고 촉매 활성화 이전의 경우 Nox 측면이 아닌 THC, CO가 많이 생성되며, Nox는 극히 생성되지 아니함으로 70sec 이하의 조건에서 적용시(이원화 MAP) 리치(Rich)화 하여 THC, CO를 과다 발생시키는 부작용을 발생할 수 있으므로 타이머를 적용한 것이다.상기 단계 150은, OBD 촉매 모니터링(monitoring)에서 사용하는 산소센서 평균주파수비를 읽어 촉매의 에이징 정도를 파악하고, 현재 주파수비(B)가 일정치 이상시 촉매의 멜팅(melting) 등으로 판정하여 경고등(MIL)의 점등을 하는 조건의 주파수비(B)(예컨대, 10초간의 리어(또는 프론트) 산소센서의 농후/희박 주파수비)를 사용한다.

삭제

이어서, 상기 리어 산소센서의 주파수로 설정한 임의의 촉매 에이징 정도가 상기한 평균 주파수비(B)와 에이징 한계값(limit) 범위 내에 있는지 판단한다.(단계 160)

상기 단계 160은, 리어 산소센서의 주파수로 에이징 정도를 파악하여 웜업 조건 판정한 후, 제3모드의 주행 모드를 판정하고(차속과 시간), 산소센서의 주파수비(B)를 비교하여 촉매 에이징 정도를 파악한다. 이런 조건이 Nox 측면에서 가장 엄격(severe)하므로 기존의 피드백(F/B) I-게인(gain)을 농후화 제어한다.

또한 상기 단계 160의 조건을 만족하는 경우, 연료량(Pw) 제어시 기본 연료량에 적용되는 보정계수로 아래의 표 1과 같은 신규 테이블 값의 피드백(F/B) I-게인을 적용한다.(단계 170)

영역	0	1	2	3	4	5	6
희박	0.037	0.073	0.073	0.073	0.073	0.092	0.092
농후	0.049	0.155	0.172	0.172	0.172	0.193	0.193

한편, 상기 단계 160에서의 평균주파수에 대하여 부연 설명한다.상기의 단계 110, 120, 140에서의 조건 적용시 산소센서의 주파수비를 비교하여 에이징(Aging) 정도를 비교하는 것으로, 이 조건 이하에서 적용시 리치(Rich)화 하여 THC, CO를 과다 발생시키는 부작용을 발생할 수 있으므로, 이 조건 이상에서만 적용되어야 한다. 촉매의 에이징(Aging)을 판단하는 조건으로 이하의 조건이란 Nox측면이 아닌 THC, CO측면에서는 불리한 조건이기도 하기 때문에 필히 이 조건 이상에서 적용되어야 Nox 저감의 효과가 있다.또한 평균주파수와 에이징 한계값에 대하여 설명하면, 평균주파수는 산소센서로서 촉매의 에이징 정도를 알 수 있으며, 에이징 한계값이란 산소센서의 리어센서의 주파수가 임의 의 회수를(예컨대, 5회) 초과할 경우, 즉 산소센서 오작동 등의 오진단에 의한 변별력을 높이기 위한 조건으로 이조건의 값 이하의 경우에서는 에이징의 정도가 Nox에 악영향을 미치지 않는 것이므로 사용시 THC, CO 측면에서 불리하며, 필히 이 조건 이상에서 적용되어야만 그 효과가 있다.다른 한편으로, 상기 단계 110에서 콜드 조건이거나, 단계 120에서 아이들 및 5kph 이하의 저속 주행 조건이거나, 단계 140 또는 160에서의 조건을 만족하지 못하는 경우에는, 연료량 제어시 기본 연료량에 적용되는 보정계수로 아래의 표 2와 같은 기존 테이블 값의 피드백 I-게인을 적용한다.

영역	0	1	2	3	4	5	6
희박	0.037	0.073	0.073	0.073	0.073	0.092	0.092
농후	0.049	0.122	0.122	0.122	0.122	0.153	0.153

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 차량의 이미션 저감방법은, 제3모드 이미션(emission) 시험 결과 촉매 로딩(loading)량의 증가에 따른 이미션 저감보다는 촉매 에이징에 따른 영향도가 매우 크다.

이는 양호한 촉매의 경우, 촉매의 로딩량에 상관없이 만족하나, 촉매 에이징에 따른 영향도가 배기가스 THC, CO 대비 Nox에서 매우 큼을 알 수 있는데, 배기가스 특성상 THC는 미연소 영향이 크며, CO는 A/F(공연비) 영향이 절대적이며 Nox 경우 삼원촉매 정화효율 특성상 람다(λ)(실제공연비/이론공연비)의 영향도에 민감하므로 촉매 에이징에 의해 람다가 변경되는 특성을 고려하면 내구가 진행될수록 Nox가 불리하게 작용됨을 알 수 있다.

본 발명은 배기가스중 에이징에 영향도가 가장 크고, 실제 북미 배기가스 규제의 만족에 있어 가장 마진(margin)이 적은 Nox 저감 대책의 방안으로 촉매의 에이징 정도에 따라 이미션 매칭(matching)을 이원화하여 사용함으로서 Nox를 저감시킬 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 차량의 이미션 저감방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.

촉매 로딩량 억제시 배압의 저감 효과로 출력 향상이 이루어질 수 있고, 촉매 귀금속량 저하로 코스트 저감이 이루어질 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 차량의 이미션 저감방법을 순차적으로 나타내 보인 개략적인 플로차트.

Claims

(a) 차량 엔진의 수온이 임의의 기준온도 이상인지 판단하는 단계와;

(b) 상기 단계 (a)에서의 조건을 만족하는 경우, 상기 차량의 차속이 임의의 범위 내로 주행되고 있는지 판단하는 단계와;

(c) 상기 단계 (b)에서의 조건을 만족하는 경우, 타이머를 읽고, 읽은 시간이 임의로 정한 시간 이하인지 판단하는 단계와;

(d) 상기 단계 (c)의 조건을 만족하는 경우, 리어 및 프론트의 산소센서의 희박/농후의 평균 주파수비를 읽어 촉매의 에이징 정도를 파악하는 단계와;

(e) 상기 리어 산소센서의 주파수로 설정한 임의의 촉매 에이징 정도가 상기 평균 주파수비와 에이징 한계값 범위 내에 있는지 판단하는 단계와;

(f) 상기 단계 (e)의 조건을 만족하는 경우, 연료량 제어시 기본 연료량에 적용되는 보정계수로 신규 테이블 값의 피드백 I-게인을 적용하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량의 이미션 저감방법.
제1항에 있어서,

상기 단계 (a), (b), (c) 또는 (e)의 조건을 만족하지 못하는 경우, 연료량 제어시 기본 연료량에 적용되는 보정계수로 기존 테이블 값의 피드백 I-게인을 적용하는 단계를 더 포함하여 된 것을 특징으로 하는 차량의 이미션 저감방법.