KR101816430B1 - 배기가스정화시스템의 제어방법 - Google Patents

배기가스정화시스템의 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 SCR 장치의 탈황을 효과적으로 구현할 수 있는 배기가스정화시스템의 제어방법에 관한 것이다.
본 발명은 DPF 및 SCR이 조합된 배기가스정화시스템의 제어방법으로, SCR 장치의 황 피독량과 DPF 내의 매연 퇴적량을 산출하는 산출단계; 및 상기 황 피독량이 제1설정값 보다 크고, 상기 매연 퇴적량이 제2설정값 보다 보다 작으면 상기 SCR 장치의 온도를 탈황온도까지 상승시키는 온도상승단계;를 포함할 수 있다.

Description

배기가스정화시스템의 제어방법{CONTROL METHOD OF EXHAUST GAS PURIFICATION SYSTEM}
본 발명은 SCR 장치의 탈황을 효과적으로 구현할 수 있는 배기가스정화시스템의 제어방법에 관한 것이다.
디젤 엔진이 장착된 차량은 디젤 EU6, EU6c, RDE 등과 같은 배기가스 규제를 충족시키기 위한 후처리장치에 대한 다양한 연구 개발이 활발하게 진행되고 있다.
특히, SCR 촉매는 RDE 규제에 대응하기 위해서는 필수적으로 요구되고 있으며, 이러한 SCR 촉매를 이용한 후처리장치는 DOC(Diesel Oxidation Catalyst) 또는 LNT, DPF(Diesel Particulate Filter), SCR 촉매가 조합된 구조가 널리 적용되고 있다.
SCR 촉매(특히, Cu-SCR)는 500℃ 이하의 온도 대략 200~300℃에서 S(황)가 SO3 등과 같은 황산화물로 변환되고, 이러한 황산화물이 SCR 장치에 흡착되는 황 피독현상이 발생하고, 이러한 황 피독량이 일정수준을 초과하면 촉매의 NOx 정화성능이 저하될 수 있다.
한편, SCR 촉매의 온도가 500℃ 이상으로 상승하면 탈황(desulfation)이 자연스럽게 진행될 수 있지만, 차량의 사양에 따라 SCR과 DPF 사이의 거리가 길 경우에는 SCR 촉매의 온도가 충분히 상승하지 못하여 SCR의 탈황이 적절히 이루어지지 못할 수 있고, 이에 따라 SCR 촉매의 정화성능이 저하될 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 단점을 극복하기 위하여 연구개발된 것으로, SCR 장치의 탈황을 효과적으로 수행할 수 있는 배기가스정화시스템의 제어방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 DPF 및 SCR이 조합된 배기가스정화시스템의 제어방법으로,
SCR 장치의 황 피독량과 DPF 내의 매연 퇴적량을 산출하는 산출단계; 및
상기 황 피독량이 제1설정값 보다 크고, 상기 매연 퇴적량이 제2설정값 보다 보다 작으면 상기 SCR 장치의 온도를 탈황온도까지 상승시키는 온도상승단계;를 포함할 수 있다.
상기 제1설정값은 상기 SCR 장치의 정화성능이 저하될 수 있는 황피독량의 임계치일 수 있다.
상기 제2설정값은 상기 DPF의 소손이 발생할 수 있는 매연 퇴적량의 한계치일 수 있다.
상기 황 피독량이 제1설정값 보다 작고, 상기 매연 퇴적량이 상기 제3설정값 보다 크면 상기 DPF를 재생하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제3설정값은 DPF의 재생이 요구되는 매연 퇴적량의 임계치일 수 있다.
상기 황 피독량은, 엔진의 운전시간 동안에 산출된 연료소모량과 상기 SCR 장치의 온도에 의해 산출될 수 있다.
상기 온도 상승단계는, 엔진의 후분사에 의해 상기 SCR 장치의 온도를 탈황에 적합한 온도까지 상승시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, SCR 장치와 DPF 사이의 이격 거리와 상관없이 SCR 장치의 피독량을 산출하여 SCR 장치의 상류단 온도를 제어함으로써 SCR 장치의 탈황을 효과적으로 수행할 수 있는 장점이 있다.
특히, 본 발명은 SCR 장치의 탈황 전에 DPF의 매연 퇴적량이 DPF의 소손이 발생할 수 있는 한계치 이하인 경우에만 진행되도록 함으로써 SCR 장치의 탈황을 위한 온도 상승 시에 초래될 수 있는 DPF의 소손(손상)을 방지할 수 있다.
도 1은 DOC(Diesel Oxidation Catalyst), DPF(Diesel Particulate Filter), SCR 장치가 조합된 배기가스정화시스템을 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 SCR 장치의 탈황제어방법을 도시한 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 참고로, 본 발명을 설명하는 데 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. 또, 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 이 용어에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하겠다.
도 1에는 DOC(11, Diesel Oxidation Catalyst) 또는 LNT, DPF(12, Diesel Particulate Filter), SCR 장치(13)가 조합된 구조가 배기가스정화시스템의 일 예가 예시되어 있다. 차량의 사양에 따라 DPF(12)와 SCR 장치(13)는 일정거리(d)로 이격되어 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 SCR 장치의 탈황제어방법은 SCR 장치(13)의 황 피독량을 산출하는 황 피독량 산출단계(S1)와, 황 피독량이 제1설정값(C1) 보다 크면 SCR 장치(13)의 상류단 온도(T)를 탈황온도(T1)까지 상승시키는 온도 상승단계(S3)를 포함할 수 있다.
엔진의 일반적인 운전 모드가 진행되고(S1-1), 엔진의 운전시간을 누적하여 산출한다(S1-2).
이렇게 산출된 엔진의 운전시간 동안의 연료소모량을 산출함(S1-3)과 더불어, SCR 장치(13)의 상류단에서 온도(T)를 측정한다(S1-4).
상술한 엔진의 운전시간 동안의 연료소모량과 SCR 장치(13)의 상류단 온도(T)를 근거로 SCR 장치(13)의 황 피독량을 산출한다(S1).
또한, DPF(12) 내의 매연 퇴적량(soot loading)을 산출한다(S1-5). DPF(12) 내의 매연 퇴적량(soot loading)은 예컨대, DPF(12)의 상류단 및 하류단 사이의 차압과 배기가스의 유량 등을 이용하여 산출할 수도 있다.
그 이후에 SCR 장치(13) 내의 황 피독량이 제1설정값(C1) 보다 크거나 같은지를 판단한다(S2). 여기서, 제1설정값(C1)은 SCR 장치의 정화성능이 저하될 수 있는 황 피독량의 임계치이다.
SCR 장치(13)의 황 피독량이 제1설정값(C1) 보다 크거나 같으면 DPF(12)의 매연 퇴적량이 제2설정값(C2) 보다 작은 지를 판단한다(S2-1). 여기서, 제2설정값(C2)은 SCR 장치(13)의 상류단 온도(T)가 탈황온도(T1)에 도달했을 때 DPF(12)의 소손(손상)이 발생할 수 있는 매연 퇴적량의 한계치이고, 탈황온도(T1)는 SCR 장치(13)의 탈황에 적합한 온도이며, 이러한 탈황온도(T1)에 도달하면 SCR 장치(13)의 탈황이 진행될 수 있다.
S2-1단계에서 DPF(12)의 매연 퇴적량이 제2설정값(C2) 보다 작으면 SCR 장치(13)의 상류단 온도(T)가 SCR 장치(13)의 탈황온도(T1) 보다 작은지를 판단한다(S2-4). SCR 장치(13)의 상류단 온도(T)가 탈황온도(T1) 보다 작으면 온도 상승단계(S3)를 진행한다.
그리고, S2-1단계에서 DPF(12)의 매연 퇴적량이 제2설정값(C2) 보다 크거나 같으면 DPF(12)를 재생하고(S2-2), 그 DPF(12)의 재생이 종료되면 DPF(12)의 차압이 초기화될 수 있다(S2-3).
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 온도 상승단계(S3)는 엔진의 후분사를 시작하여(S3-1), SCR 장치(13)의 상류단 온도(T)를 탈황에 적합한 탈황온도(T1) 까지 상승시킴으로써 SCR 장치(13)를 탈황시킬 수 있다. 이때, SCR 장치(13)의 황 피독량이 "0"이 되도록 엔진의 후분사를 설정시간 동안 유지시킬 수 있다.
그 이후에 엔진의 후분사가 종료된(S3-2) 이후에 황 피독량이 "0"이 될 수 있다(S3-3).
한편, S2-4단계에서 SCR 장치(13)의 상류단 온도(T)가 SCR 장치(13)의 탈황온도(T1) 보다 크면 SCR 장치(13)의 탈황이 자연스럽게 진행될 수 있으므로 온도 상승단계(S3)를 진행할 필요가 없이 황 피독량이 "0"이 될 때까지 유지할 수 있다.
또한, 상술한 S2단계에서 SCR 장치(13)의 황 피독량이 제1설정값(C1) 보다 작으면 DPF(12)의 매연 퇴적량이 제3설정값(C3) 보다 크거나 같은지를 판단한다(S4). 여기서, 제3설정값(C3)은 DPF(12)의 재생이 요구되는 매연 퇴적량의 임계치이고, 제2설정값(C2)이 제3설정값(C3) 보다 낮게 설정될 수 있다.
이때, DPF(12)의 매연 퇴적량이 제3설정값(C3) 보다 크거나 같으면 DPF(12)를 재생하고(S2-2), DPF(12)의 재생이 종료되면 DPF(12)의 차압이 초기화될 수 있다(S2-3). 그리고, DPF(12)의 매연 퇴적량이 제3설정값(C3) 보다 작으면 상술한 S2 단계로 되돌아간다.
특히, 본 발명은 제2설정값(C2) 보다 낮은 경우에만 온도 상승단계(S3)를 진행하고, 이를 통해 SCR 장치(13)의 탈황을 위하여 SCR 장치(13)의 온도를 상승시킬때, DPF(12)의 과열 내지 매연 퇴적량 과다 등을 효과적으로 방지할 수 있고, 이를 통해 DPF(12)의 손상을 효과적으로 방지할 수 있다.
예컨대, 제3설정값(C3, DPF(12)의 재생이 요구되는 매연 퇴적량의 임계치)가 650℃를 기준으로 설정되고, 탈황온도(T1)가 500℃인 경우에, DPF(12)의 상류단 온도(전단온도)가 650℃로 상승하더라도 DPF(12)와 SCR 장치(13)의 거리로 인해 SCR 장치(13)의 상류단 온도(T)가 탈황온도(T1)인 500℃에 도달하지 못할 수 있다. 이에 SCR 장치(13)의 상류단 온도(T)를 500℃에 맞추기 위해서는 DPF(12)의 상류단 온도를 700℃ 이상으로 상승시켜야 할 경우가 있다. 하지만, 제3설정값(C3)이 650℃를 기준으로 설정되어 있으므로, DPF(12)의 상류단 온도가 700℃에 도달될 때까지 DPF(12) 내의 매연퇴적량이 과도하게 이루어져 DPF(12)가 소손(손상)될 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 SCR 장치(13)의 상류단 온도(T)를 탈황온도(T1)까지 상승시키기 전에 DPF(12)의 소손을 방지하기 위하여 DPF(12)의 매연 퇴적량이 제2설정값(C2, DPF(12)의 소손이 발생할 수 있는 매연 퇴적량의 한계치) 이하인 경우에만 SCR 장치(13)의 상류단 온도(T)를 탈황온도(T1)까지 상승시킴으로써 DPF(12)의 소손(손상)을 방지할 수 있다. 특히, 제2설정값(C2)이 제3설정값(C3) 보다 낮게 설정될 수 있고, 이에 따라 DPF(12)의 재생 시에 소손(손상)을 더 효과적으로 방지할 수 있다.
이상, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 이 명세서에 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 당업자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다.
11: DOC
12: DPF
13: SCR 장치

Claims (7)

  1. DPF 및 SCR이 조합된 배기가스정화시스템의 제어방법으로,
    SCR 장치의 황 피독량과 DPF 내의 매연 퇴적량을 산출하는 산출단계;
    상기 황 피독량이 제1설정값 보다 크고, 상기 매연 퇴적량이 제2설정값 보다 작으면 상기 SCR 장치의 온도를 탈황온도까지 상승시키는 온도상승단계; 및
    상기 황 피독량이 제1설정값 보다 작고, 상기 매연 퇴적량이 제3설정값 보다 크면 상기 DPF를 재생하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1설정값은 상기 SCR 장치의 정화성능이 저하될 수 있는 황피독량의 임계치이며,
    상기 제2설정값은 상기 DPF의 소손이 발생할 수 있는 매연 퇴적량의 한계치이고,
    상기 제3설정값은 DPF의 재생이 요구되는 매연 퇴적량의 임계치이며,
    상기 제2설정값이 상기 제3설정값 보다 낮은 것을 특징으로 하는 배기가스정화시스템의 제어방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 황 피독량은, 엔진의 운전시간 동안에 산출된 연료소모량과 상기 SCR 장치의 온도에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 배기가스정화시스템의 제어방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 온도 상승단계는, 엔진의 후분사에 의해 상기 SCR 장치의 온도를 탈황에 적합한 온도까지 상승시키는 것을 특징으로 하는 배기가스정화시스템의 제어방법.
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