KR101551017B1 - 차량의 배기가스 정화 시스템 - Google Patents

차량의 배기가스 정화 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가솔린을 연료로 사용하는 차량에서 엔진의 배기가스 중의 유해성분들을 효과적으로 정화할 수 있도록 하면서도, 차량의 연비 향상에 기여할 수 있도록 한 차량의 배기가스 정화 시스템을 제공한다.

Description

차량의 배기가스 정화 시스템{EXHAUST GAS PURIFYING SYSTEM FOR VEHICLE}
본 발명은 차량의 배기가스 정화 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가솔린 차량의 배기가스 정화 시스템에 관한 것이다.
가솔린을 연료로 사용하는 차량은 통상 삼원촉매를 사용하여 배기가스 중의 주요 유해 배출물인 HC, CO, NOX를 제거하도록 하고 있다.
그러나, 상기 삼원촉매는 λ=1 근처의 매우 좁은 공기과잉율 범위인 λ-윈도우 이내에서만 상기 주요한 세가지 유해 배출물 모두를 원하는 수준으로 정화시킬 수 있어서, 배기가스 정화 성능의 확보를 위해서는 공연비의 까다로운 제어가 수반되어야 한다.
상기와 같은 공연비 제어와 함께, 상기 삼원촉매에는 세리아(CeO2) 등과 같은 산소저장물질을 첨가하여, 희박연소 조건에서 산소를 저장하였다가 농후연소 조건에서 산소를 방출하는 작용을 하도록 함으로써, 삼원촉매가 경험하게 되는 λ의 범위를 좁히는 효과를 내도록 하여 실질적으로는 λ-윈도우 이내가 되도록 함에 의해, 삼원촉매의 정화효율을 우수한 상태로 확보할 수 있도록 하고 있다.
한편, 차량은 가능한 주행 조건이 되면, FUEL CUT을 수행하여 차량의 연비를 향상시키도록 제어되는데, 이때 엔진에는 연료가 공급되지 않으므로 상기 삼원촉매는 산소가 많은 상황이 되며, 상기 삼원촉매 중의 산소저장물질은 이러한 희박연소 분위기에서 다량의 산소를 저장하게 된다.
따라서, 상기한 바와 같은 FUEL CUT 이후에는 상기 산소저장물질이 저장했던 다량의 산소에 의해, 비록 연료의 분사량은 λ=1 근처가 되더라도 삼원촉매의 입장에서는 희박연소 상황이 되어 다량의 NOX 배출이 발생되는 문제가 있다.
물론, 상기와 같은 상황에 대비하여, FUEL CUT 이후에는 농후한 공연비로 제어하여, 상기 산소저장물질이 저장했던 산소를 제거하는 촉매퍼지를 수행하도록 하고 있는데, 이와 같은 촉매퍼지는 농후한 상태로 연료를 공급하는 상황이므로 차량의 연비에 부정적인 영향을 주게 된다.
상기의 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 1020080088406 A
본 발명은 가솔린을 연료로 사용하는 차량에서 엔진의 배기가스 중의 유해성분들을 효과적으로 정화할 수 있도록 하면서도, 차량의 연비 향상에 기여할 수 있도록 한 차량의 배기가스 정화 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량의 배기가스 정화 시스템은
엔진의 배기가스가 유입되도록 설치된 삼원촉매와;
상기 삼원촉매의 하류에 설치되어 NOX를 저감하는 SCR촉매와;
상기 삼원촉매의 하류에 설치되는 산화촉매;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 차량의 배기가스 정화 시스템 제어방법은,
FUEL CUT 이후 촉매퍼지가 개시되었는지를 판단하는 퍼지개시확인단계와;
삼원촉매 후방의 후방산소센서 출력값을 모니터링하여, 상기 촉매퍼지가 개시된 이후에 상기 출력값이 희박연소 상태임을 나타내고 있는지를 판단하는 모니터링단계와;
상기 모니터링단계에서 상기 후방산소센서 출력값이 희박연소 상태임을 나타내고 있는 도중에 상기 촉매퍼지를 종료시키는 퍼지종료단계;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명은 가솔린을 연료로 사용하는 차량에서 엔진의 배기가스 중의 유해성분들을 효과적으로 정화할 수 있도록 하면서도, 차량의 연비 향상에 기여할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 차량의 배기가스 정화 시스템의 제1실시예를 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 차량의 배기가스 정화 시스템의 제2실시예를 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 차량의 배기가스 정화 시스템 제어방법의 실시예를 도시한 순서도이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명 차량의 배기가스 정화 시스템의 실시예들은 공통적으로, 엔진의 배기가스가 유입되도록 설치된 삼원촉매(1)와; 상기 삼원촉매(1)의 하류에 설치되어 NOX를 저감하는 SCR촉매(3)와; 상기 삼원촉매(1)의 하류에 설치되는 산화촉매(5)를 포함하여 구성된다.
즉, 본 발명은 FUEL CUT 이후에 산소저장물질이 저장하고 있던 산소에 의해 삼원촉매(1)가 희박연소조건에서 작동하는 것과 마찬가지 상황이 되어 방출하게 되는 NOX를 상기 삼원촉매(1) 하류에 구비된 SCR(Selective Catalytic Reduction)촉매가 상기 삼원촉매에서 생성되는 암모니아(NH3)를 이용하여 정화하도록 하는 것이다.
FUEL CUT 이후의 촉매퍼지는 삼원촉매(1)의 성능을 빠른 시간 내에 회복시키기 위한 것이지만, 연료를 추가 공급하는 것이어서 연비 측면에서는 조기 중단하는 것이 유리하다. 촉매퍼지를 조기 종료하는 것은 삼원촉매(1)의 성능이 충분히 회복되지 않은 상태로서, 조기 종료 정도에 따라 NOx 또는 CO/HC가 배출된다. 그러나 촉매퍼지가 조기 중단되어 삼원촉매(1)가 처리하지 못하는 NOx는 상기 SCR촉매(3)가 정화하게 되며, 삼원촉매(1)가 처리하지 못하는 CO 및 HC는 상기 산화촉매(5)로 정화할 수 있도록 하는 것이며, 상기한 바와 같이 촉매퍼지를 조기에 종료하면, 연비를 향상시키는 효과를 아울러 얻을 수 있는 것이다. 촉매퍼지 종료 시점이 빠르면 NOx가 주로 배출되고, 촉매퍼지 종료 시점이 늦으면 CO 및 HC가 주로 배출된다.
도 1의 제1실시예에서, 상기 산화촉매(5)는 상기 SCR촉매(3)의 상류에 설치되도록 구성하였고, 도 2의 제2실시예에서는 상기 산화촉매(5)를 상기 SCR촉매(3)의 하류에 배치하였다.
즉, 본 발명은 상기 산화촉매(5)와 SCR촉매(3)의 조합이 상기 삼원촉매(1) 하류에 구비되면 되는 것이다.
물론, 상기 삼원촉매(1) 전방에는 전방산소센서가 구비되고 삼원촉매(1) 후방에는 후방산소센서(7)가 설치되며, 상기한 바와 같은 산소센서들의 측정값은 컨트롤러인 ECU(ENGINE CONTROL UNIT)에 제공되어 상기 ECU가 엔진을 제어하도록 구성된다.
본 발명에서, 상기 ECU는 FUEL CUT 종료에 따른 촉매퍼지가 개시된 후, 상기 후방산소센서(7)의 신호를 받아 아직 희박연소 분위기로 판단되는 중에 상기 촉매퍼지를 종료하도록 제어하도록 구성되어 있다.
즉, ECU는 종래 일반적으로 수행되던 FUEL CUT 이후의 촉매퍼지를 후방산소센서(7)에 의해 판단하기를 희박연소 영역에서 농후 연소영역으로 전환이 이루어졌다고 판단되는 시점까지 수행하지 않고, 그 전에 희박연소 영역이라고 판단되고 있는 도중에 상기 촉매퍼지를 종료하도록 구성된 것이다.
한편, 도 3은 본 발명에 따른 차량의 배기가스 정화 시스템 제어방법의 실시예를 도시한 순서도로서, 본 발명 실시예는, FUEL CUT 이후 촉매퍼지가 개시되었는지를 판단하는 퍼지개시확인단계(S10)와; 삼원촉매(1) 후방의 후방산소센서(7) 출력값을 모니터링하여, 상기 촉매퍼지가 개시된 이후에 상기 출력값이 희박연소 상태임을 나타내고 있는지를 판단하는 모니터링단계(S20)와; 상기 모니터링단계(S20)에서 상기 후방산소센서(7) 출력값이 희박연소 상태임을 나타내고 있는 도중에 상기 촉매퍼지를 종료시키는 퍼지종료단계(S30)를 포함하여 구성된다.
따라서, 차량이 주행중 FUEL CUT이 진행된 이후 촉매퍼지가 종래와 마찬가지로 개시된 것을 상기 퍼지개시확인단계(S10)로 확인한 이후에, 상기 모니터링단계(S20)에 의해 지속적으로 상기 후방산소센서(7) 출력값을 모니터링 하다가, 상기 후방산소센서(7) 출력값으로 판단하건대, 아직 농후 연소상태라고 판단되지 않고 희박 연소 상태라고 판단되는 도중에 상기 촉매퍼지를 강제적으로 종료시키도록 하고, 이때 배출되는 NOX는 상기 SCR촉매(3)에서 정화하도록 하고 미량의 CO 및 HC는 상기 산화촉매(5)가 정화하도록 하는 것이다.
상기 퍼지종료단계(S30)는 상기 후방산소센서(7) 출력값이 희박연소 상태를 벗어나려는 시점에 상기 촉매퍼지를 종료시키도록 구성할 수도 있을 것이다. 예컨대 상기 후방산소센서(7) 출력값이 450mV를 중심으로 하여 200mV 이하가 희박 연소상태임을 나타내고, 600mV 이상이 농후 연소상태임을 나타내는 경우에, 상기 200mV를 벗어나는 시점에 상기 촉매퍼지를 종료하도록 구성하는 것이다.
즉, 연소실에 연료를 공급하는 인젝터와 이 인젝터의 연료 공급량을 제어하는 ECU가 설치되어 상기 ECU가 후방산소센서(7)에 의해 출력되는 전압값을 감지하고, 그 감지된 전압값이 설정된 기준값(200mV) 이하 범위에 속하는 경우 상기 인젝터를 통한 연료 공급량이 λ=1 제어시의 연료량이 되도록 연료량을 감소시킴으로써 촉매퍼지를 강제 종료하게 되는 것이다. 물론 SCR에서 처리할 NOx량을 줄이고 삼원촉매 중 더 많은 부분이 퍼지될 수 있도록 600 mV 미만에서 촉매 퍼지를 종료할 수도 있다.
물론, 상기의 예는 단지 하나의 실시예이며, 본 발명의 본질적인 의미는 종래와 같이 촉매퍼지를 상기 후방산소센서(7)의 출력값으로 판단하건대, 농후 연소상태라고 판단되는 시점까지 촉매퍼지를 지속시키지 않고 종래보다 더 빠른 시점에 촉매퍼지를 종료시키도록 하고, 이에 의해 발생되는 NOX를 SCR촉매(3)에서 처리하고 미량의 HC 및 CO는 산화촉매(5)에서 처리하도록 한다는 것이다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
1; 삼원촉매
3; SCR촉매
5; 산화촉매
7; 후방산소센서
S10; 퍼지개시확인단계
S20; 모니터링단계
S30; 퍼지종료단계

Claims (5)

  1. 엔진의 배기가스가 유입되도록 설치된 삼원촉매(1)와;
    상기 삼원촉매(1)의 하류에 설치되어 NOX를 저감하는 SCR촉매(3)와;
    상기 삼원촉매(1)의 하류에 설치되는 산화촉매(5)와;
    상기 삼원촉매(1) 후방에 설치된 후방산소센서(7)와;
    FUEL CUT 종료에 따른 촉매퍼지가 개시된 후, 상기 후방산소센서(7)의 신호를 받아 아직 희박연소 분위기로 판단되는 중에 상기 촉매퍼지를 종료하도록 제어하는 컨트롤러;
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 배기가스 정화 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 산화촉매(5)는 상기 SCR촉매(3)의 상류에 설치되는 것
    을 특징으로 하는 차량의 배기가스 정화 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 산화촉매(5)는 상기 SCR촉매(3)의 하류에 설치되는 것
    을 특징으로 하는 차량의 배기가스 정화 시스템.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항의 차량의 배기가스 정화 시스템을 제어하는 방법으로서,
    FUEL CUT 이후 촉매퍼지가 개시되었는지를 판단하는 퍼지개시확인단계(S10)와;
    삼원촉매(1) 후방의 후방산소센서(7) 출력값을 모니터링하여, 상기 촉매퍼지가 개시된 이후에 상기 출력값이 희박연소 상태임을 나타내고 있는지를 판단하는 모니터링단계(S20)와;
    상기 모니터링단계(S20)에서 상기 후방산소센서(7) 출력값이 희박연소 상태임을 나타내고 있는 도중에 상기 촉매퍼지를 종료시키는 퍼지종료단계(S30);
    를 포함하여 구성된 것
    을 특징으로 하는 차량의 배기가스 정화 시스템 제어방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 퍼지종료단계(S30)는 상기 후방산소센서(7) 출력값이 희박연소 상태를 벗어나려는 시점에 상기 촉매퍼지를 종료시키는 것
    을 특징으로 하는 차량의 배기가스 정화 시스템 제어방법.
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