KR102406044B1

KR102406044B1 - Ｓｃｒ 정화 시스템 및 ｓｃｒ 정화 효율 개선 방법

Info

Publication number: KR102406044B1
Application number: KR1020160171571A
Authority: KR
Inventors: 전기남
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2016-12-15
Filing date: 2016-12-15
Publication date: 2022-06-08
Also published as: KR20180069408A

Abstract

본 발명은 저속, 저부하 운행조건에서 정화 효율이 향상되고 우레아 고형물이 저감되도록 한 SCR 정화 시스템 및 SCR 정화 효율 개선 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 SCR 정화 효율 개선 방법은, 차량의 엔진(10)이 저속 또는 저부하로 운행되고 있는지를 판단하는 저속/저부하 운행 판단단계(S110)와, 상기 엔진(10)이 저속/저부하로 작동하고 있다면, 엔진(10)이 충분히 워밍업 되었는지를 판단하는 냉간 운행 판단단계(S120)와, 상기 엔진(10)이 충분히 워밍업되었다면, 공기량 제어 밸브(11)의 개도율을 현재 운행 상태에 따라 미리 설정된 공기량 제어 밸브(11)의 목표 개도율로 설정하는 목표 개도율 설정단계(S130)와, 상기 공기량 제어 밸브(11)의 개도율을 초기 개도율로부터 상기 목표 개도율 설정단계(S130)에서 설정된 목표 개도율로 상기 공기량 제어 밸브(11)의 개도율을 축소하는 개도율 축소 단계(S140)와, 상기 공기량 제어 밸브(11)의 개도율이 감소됨에 따라 과급 부스터 압력이 저감되는 과급 부스트 압력 축소 단계(S150)와, 상기 SCR 장치(50)의 온도가 요소수를 분사개시하기로 설정된 온도에 도달하였는지를 판단하는 SCR 승온 완료 판단단계(S160)와, 상기 SCR 장치(50)가 활성화 온도에 도달하였다면, 상기 SCR 장치의 내부로 요소수 수용액을 분사하는 요소수 분사단계(S170)를 포함한다.

Description

ＳＣＲ 정화 시스템 및 ＳＣＲ 정화 효율 개선 방법{SCR PURIFYING SYSTEM AND METHOD FOR IMPROVING PURIFYING EFFICIENCY OF SCR PURIFYING SYSTEM}

본 발명은 저속, 저부하 운행조건에서 정화 효율이 향상되고 우레아 고형물이 저감되도록 한 SCR(Selective Catalytic Reduction) 정화 시스템 및 SCR 정화 효율 개선 방법에 관한 것이다.

차량의 배기가스에는 각종 유해물질이 포함되고, 이러한 유해물질은 법규에 의해 배출량이 제한되고 있다.

상기 유해물질은 엔진의 연소과정에서도 저감되도록 하고 있지만, 이를 통하여 배기가스 규제 조건을 만족하지 못하므로, 각종 후처리 장치를 통하여 저감되도록 하고 있다.

예컨대, 디젤 엔진으로부터 배출된 배기가스를 배출하는 배기관에는 배기가스에 포함된 입자상 물질(Particulate Matter, PM)을 저감하기 위한 DOC(Diesel Oxidation Catalyst), DPF(Diesel　Particulate　Filter)등이 설치되고, 질소산화물(NOx)를 저감하기 위해 SCR(Selective Catalytic Reduction) 장치가 장착된다. 상기 DOC, DPF, SCR이 배기관은 순차적으로 통과하면서, 배기가스에 포함된 유해물질을 제거하여 규제를 만족하는 배기가스가 최종적으로 배출되도록 하고 있다. 특히, 상기와 같은 정화장치들은 배기가스의 온도가 충분히 상승하였을 때, 정화성능이 향상된다.

그러나, 일부 차량의 저속, 저부하 구간을 반복하여 주행하는 경우가 있다. 예컨대, 도심지에서 주로 주행하는 버스는 단거리를 운행해야 하고 잦은 정차로 인하여, 배기가스에 포함된 이물질을 효과적으로 정화하지 못하는 문제점이 있다.

특히, 상기 차량이 저속/저부하 구간 또는 냉간조건에서 운행되는 구간이 늘어나면, 질소산화물(NO)을 제거하는 상기 SCR 장치의 정화효율이 높이지 못하므로, 차량에서 다량의 질소산화물이 배출되는 문제점이 있다.

또한, 상기 SCR 장치의 정화효율이 낮아져 상기 SCR 장치로 분사되는 요소수 용액이 잔존하게 되어, 상기 SCR 장치의 내부에 우레아 고형물이 형성된다.

한편, 하기의 선행기술문헌에는 '디젤 후처리 시스템'에 관한 기술이 개시되어 있다.

KR 10-2012-0017018 A

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 엔진으로 유입되는 공기량을 제어하는 공기량 제어 밸브를 개도를 제어하여, SCR 장치 내부의 온도를 상승시킨 상태에서 요소수 용액을 분사하도록 하여, 질소산화물(NOx)의 정화효율을 높이고, 내부에 우레아 고형물이 잔존하지 않도록 하는 SCR 정화 시스템 및 SCR 정화 효율 개선 방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 SCR 정화 시스템은, 엔진으로부터 배출되는 배기관에 설치된 SCR(Selective Catalytic Reduction) 장치가 설치되어, 상기 엔진으로부터 배출된 질소산화물을 정화시키는 SCR 정화 시스템에 있어서, 상기 엔진을 제어하는 ECU(electronic control unit)는, 상기 엔진이 저속/저부하로 운행되면서, 상기 엔진이 충분히 워밍업되지 않은 것으로 판단되면, 상기 SCR 장치의 온도가 상승하도록 상기 엔진으로 유입되는 공기량을 제어하는 공기량 제어 밸브의 개도를 축소시키고, 상기 SCR 장치의 온도가 정해진 온도에 도달하면, 상기 SCR 장치의 내부로 요소수 수용액을 분사시키는 것을 특징으로 한다.

상기 ECU는, 상기 엔진의 회전수, 상기 차량의 속도, 액셀의 개도량, 연료소모량, 및 엔진 부하 정보 중 어느 하나가 미리 설정된 값 이하이면, 상기 차량이 저속/저부하로 운행되는 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

상기 ECU는, 엔진 냉각수의 온도, 상기 엔진의 배기관에 설치된 DOC(Diesel Oxidation Catalyst)의 입구 온도, 상기 엔진으로 유입되는 공기의 온도 중 적어도 어느 하나가 미리 설정된 값보다 낮으면, 상기 차량의 엔진이 냉간 운전 중인 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

상기 ECU는, 상기 공기량 제어 밸브의 개도율을 최대로 개방된 상태로부터 상기 엔진의 운행상태에 따라 결정된 목표 개도율로 축소시키는 것을 특징으로 한다.

상기 ECU는 연료 분사시기, 연료의 분사량 및 연소에 필요한 공기량에 따라 목표 개도율이 저장된 맵핑 데이터로부터 상기 공기량 제어 밸브의 목표 개도율을 설정하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 SCR 정화 효율 개선 방법은, 차량의 엔진이 저속 또는 저부하로 운행되고 있는지를 판단하는 저속/저부하 운행 판단단계와, 상기 엔진이 저속/저부하로 작동하고 있다면, 엔진이 충분히 워밍업 되었는지를 판단하는 냉간 운행 판단단계와, 상기 엔진이 충분히 워밍업되었다면, 공기량 제어 밸브의 개도율을 현재 운행 상태에 따라 미리 설정된 공기량 제어 밸브의 목표 개도율로 설정하는 목표 개도율 설정단계와, 상기 공기량 제어 밸브의 개도율을 초기 개도율로부터 상기 목표 개도율 설정단계에서 설정된 목표 개도율로 상기 공기량 제어 밸브의 개도율을 축소하는 개도율 축소 단계와, 상기 공기량 제어 밸브의 개도율이 감소됨에 따라 과급 부스터 압력이 저감되는 과급 부스트 압력 축소 단계와, 상기 SCR 장치의 온도가 요소수를 분사개시하기로 설정된 온도에 도달하였는지를 판단하는 SCR 승온 완료 판단단계와, 상기 SCR 장치가 활성화 온도에 도달하였다면, 상기 SCR 장치의 내부로 요소수 수용액을 분사하는 요소수 분사단계를 포함한다.

상기 저속/저부하 운행 판단단계는 상기 엔진의 회전수, 상기 엔진의 속도, 스로틀밸브의 개도량, 연료소모량, 및 엔진 부하 정보 중 적어도 어느 하나가 미리 설정된 값 이하이면, 상기 차량이 저속/저부하로 운행되는 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

상기 냉간 운행 판단단계는 엔진 냉각수의 온도, 상기 엔진의 배기관에 설치된 DOC(Diesel Oxidation Catalyst)의 입구 온도, 상기 엔진으로 유입되는 공기의 온도 중 적어도 어느 하나가 미리 설정된 값보다 낮으면, 상기 차량의 엔진이 냉간 운전 중인 것으로 판단하는 것을 특징으로 한다.

상기 개도율 축소 단계는, 상기 공기량 제어 밸브가 최대로 개방된 상태로부터 상기 목표 개도율로 상기 공기량 제어 밸브의 개도율이 축소되는 것을 특징으로 한다.

상기 SCR 승온 완료 판단단계에서 상기 SCR 장치의 활성화 온도는 240 내지 260 로 설정되는 것을 특징으로 한다.

상기 목표 개도율 설정단계는 연비가 증가하고 배기가스가 감소하는 방향으로 미리 저장된 맵핑 데이터로부터 설정되는 것을 특징으로 한다.

상기 목표 개도율 설정단계에서는 연료의 분사시기, 연료의 분사량 및 연소에 필요한 공기량에 따라 상기 맵핑 데이터가 설정되는 것을 특징으로 한다.

상기 저속/저부하 운행 판단단계에서, 상기 차량이 저속/저부하가 아닌 상태로 운행되면, 상기 요소수 분사단계가 수행되는 것을 특징으로 한다.

상기 냉간 운행 판단단계에서 상기 엔진이 워밍업된 것으로 판단되면, 상기 상기 요소수 분사단계가 수행되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 SCR 정화 시스템 및 SCR 정화 효율 개선 방법에 따르면, 차량이 저속, 저부하 상태로 운전하는 것으로 판단되면, 공기량 제어 밸브의 개도를 축소하여, 터보 부스터 압력이 축소되도록 함으로써, SCR 장치의 온도가 상승되도록 한다.

저속, 저부하 상태에서는 SCR 장치의 온도가 질소산화물의 정화 효율을 높일 수 있는 온도를 유지하게 됨으로써, 상기 SCR 장치 내에서의 질소산화물의 정화효율이 향상된다.

또한, 상기 SCR 장치내에 우레아 고형물이 발생하는 현상도 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 SCR 정화 시스템을 도시한 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 SCR 정화 효율 개선 방법을 도시한 순서도.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 SCR 정화 시스템 및 SCR 정화 효율 개선 방법에 대하여 자세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 SCR정화 시스템은, 도 1에 도시된 바와 같은 엔진(10)이 구비된 차량의 배기계에 설치된다.

엔진(10)의 일측에는 상기 엔진(10)으로 유입되는 공기량을 제어하는 공기량 제어 밸브(ACV; Air Control Valve, 11)가 설치된다. 상기 공기량 제어 밸브(11)는 평상시에는 최대로 개방된 상태이지만, ECU(electrnic control unit, 60)의 제어에 따라 개도율이 축소되어 상기 엔진(10)으로 유입되는 공기량을 제어할 수 있다.

상기 엔진(10)으로부터 배출되는 배기가스는 상기 엔진(10)의 배기매니폴드에 연결된 배기관(12)을 통하여 외부로 배출된다. 상기 배기관(12)에는 상기 배기가스에 포함된 유해물질을 저감하기 위한 각종 후처리 장치가 구비될 수 있는데, 예컨대 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 배기관(12)에는 DOC(Diesel Oxidation Catalyst, 30), DPF(Diesel　Particulate　Filter, 40), SCR(Selective Catalytic Reduction) 장치(50)이 설치될 수 있다. 상기 DOC(30)와 상기 DPF(40)는 상기 배기가스에 포함된 입자상 물질(Particulate Matter, PM)을 저감시키는데 사용되고, 상기 SCR 장치(50)는 상기 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)를 저감하는데 사용된다.

상기 DOC(30)에서는 연료탱크(21)의 증발가스를 분사하여 상기 DOC(30)에 포집된 입자상 물질(PM)을 연소시킨다. 상기 연료탱크(21)에서는 연료펌프(22)를 통하여 가압된 연료를 상기 엔진(10)에 설치된 인젝터를 통하여 분사하는데, 상기 연료탱크(21) 또는 상기 연료펌프(22)에서 증발된 연료증발가스(HC; hydrocarbon)는 필터(23)를 통하여 HC도징모듈(24)에 포집된 후, 상기 HC도징모듈(24)에 연결된 에어탱크(26)에서 공기가 분사되면, 공기와 함께 상기 연료증발가스가 주기적으로 HC분사노즐(25)을 통하여 상기 DOC(30)의 전단으로 분사되어, 상기 DOC(30)에 포집된 입자상 물질을 연소시킨다. 상기 DOC(30)의 전단과 후단에는 각각 온도센서(31)(32)가 설치된다.

또한, 상기 DPF(40)의 전단과 후단의 압력의 차압을 압력센서(41)를 통하여 측정하여, 상기 차압이 정해진 차압 이상이면, 상기 연료증발가스를 연소시키거나, 상기 엔진(10)의 배기가스의 온도를 상승시켜 상기 DPF(40)에 포집된 입자상 물질을 연소시킨다. 상기 DPF(40)의 후단에 설치된 PM센서(42)를 통하여 상기 DOC(30)와 상기 DPF(40)를 통과한 배기가스에 포함된 입자상물질의 농도를 측정한다.

한편, 질소산화물(NOx)를 정화하는 SCR 장치(50)는 상기 요소수 탱크(51)에 저장된 요소수를 요소수 공급모듈(52)을 통하여, 상기 SCR 장치(50)의 전단에 설치된 요소수 분사노즐(53)로 분사하여 상기 SCR 장치(50)에 질소산화물이 정화되도록 한다. 상기 SCR 장치(50)의 전단과 후단에는 각각 배기가스에 포함된 질소산화물의 농도를 측정하기 위한 전방NOx센서(56)와 후방NOx센서(57)가 설치되고, 또한, 상기 SCR 장치(50)의 온도를 측정하는 온도센서(54)(55)가 상기 SCR 장치(50)의 전단과 후단에 설치된다.

상기 SCR 장치(50)는 요소수 분사를 제어하는 도징컨트롤유닛(Dosing Control Unit, DCU, 70)에 의해 제어된다. 즉, 상기 DCU(70)는 상기 전방NOx센서(56)와 상기 후방NOx센서(57)로부터 질소산화물의 농도를 입력받고, 상기 온도센서(54)(55)를 통하여 상기 SCR 장치(50)의 입구와 출구의 온도를 입력받고, 상기 요소수 분사노즐(53)의 작동을 제어하여, 상기 SCR 장치(50)의 내부로 요소수가 분사되도록 한다. 상기 DCU(70)는 상기 ECU(60)에 의해 제어된다.

상기 ECU(60)는 상기 엔진(10)저속/저부하로 운행되면서, 상기 엔진(10)이 충분히 워밍업되지 않은 것으로 판단되면, 상기 SCR 장치(50)의 온도가 상승하도록 상기 엔진(10)으로 유입되는 공기량을 제어하는 공기량 제어 밸브(11)의 개도를 축소시키고, 상기 SCR 장치(50)의 온도가 정해진 온도에 도달하면, 상기 SCR 장치(50)의 내부로 요소수 수용액을 분사시키도록 제어한다.

상기 ECU(60)는 상기 엔진(10)의 회전수, 상기 차량의 속도, 액셀의 개도량, 연료소모량, 및 엔진 부하 정보 중 어느 하나가 미리 설정된 값 이하이면, 상기 차량이 저속/저부하로 운행되는 것으로 판단하여, 상기 공기량 제어 밸브(11)의 개도를 축소시켜 상기 SCR 장치(50)의 온도가 승온되도록 제어한다.

또한, 상기 ECU(60)는 엔진 냉각수의 온도, 상기 엔진(10)의 배기관(12)에 설치된 DOC(Diesel Oxidation Catalyst)의 입구 온도, 상기 엔진(10)으로 유입되는 공기의 온도 중 적어도 어느 하나가 미리 설정된 값보다 낮으면, 상기 차량의 엔진이 냉간 운전 중인 것으로 판단하여, 상기 공기량 제어 밸브(11)의 개도를 축소시켜 상기 SCR 장치(50)의 온도가 승온되도록 제어할 수 있다.

상기 ECU(60)는 상기 공기량 제어 밸브(11)를 제어할 때, 상기 공기량 제어 밸브(11)가 최대로 개방된 상태로부터, 연료 분사시기, 연료의 분사량 및 연소에 필요한 공기량에 따라 목표 개도율이 저장된 맵핑 데이터로부터 상기 공기량 제어 밸브(11)의 목표 개도율을 설정하여, 상기 공기량 제어 밸브(11)를 제어한다.

상기 ECU(60)가 상기 공기량 제어 밸브(11)의 개도를 제어하여, 상기 SCR 장치(50)에서 질소산화물이 저감되도록 하는 로직은 후술되는 SCR 정화 효율 개선 방법에 구체적으로 개시되어 있다.

한편, 도 2에는 본 발명에 따른 SCR 정화 효율 개선 방법이 개시되어 있다.

본 발명에 따른 SCR 정화 효율 개선 방법은, 차량의 엔진(10)이 저속 또는 저부하로 운행되고 있는지를 판단하는 저속/저부하 운행 판단단계(S110)와, 상기 엔진(10)이 저속/저부하로 작동하고 있다면, 엔진(10)이 충분히 워밍업 되었는지를 판단하는 냉간 운행 판단단계(S120)와, 상기 엔진(10)이 충분히 워밍업되었다면, 공기량 제어 밸브(11)의 개도율을 현재 운행 상태에 따라 미리 설정된 공기량 제어 밸브(11)의 목표 개도율로 설정하는 목표 개도율 설정단계(S130)와, 상기 공기량 제어 밸브(11)의 개도율을 초기 개도율로부터 상기 목표 개도율 설정단계(S130)에서 설정된 목표 개도율로 상기 공기량 제어 밸브(11)의 개도율을 축소하는 개도율 축소 단계(S140)와, 상기 공기량 제어 밸브(11)의 개도율이 감소됨에 따라 과급 부스터 압력이 저감되는 과급 부스트 압력 축소 단계(S150)와, 상기 SCR 장치(50)의 온도가 활성화 온도에 도달하였는지를 판단하는 SCR 승온 완료 판단단계(S160)와, 상기 SCR 장치(50)가 활성화 온도에 도달하였다면, 상기 SCR 장치의 내부로 요소수 수용액을 분사하는 요소수 분사단계(S170)를 포함한다.

저속/저부하 운행 판단단계(S110)는 차량에 탑재된 엔진(10)이 저속 또는 저부하로 운행되고 있는지를 판단한다. 상기 엔진(10)이 고속 또는 고부하로 운행되고 있는 상태라면, 상기 엔진(10)으로부터 배출되는 배기가스의 온도가 높아 SCR 장치(50)를 고온으로 유지할 수 있어서, 상기 SCR 장치(50)에서 질소산화물(NOx)을 정상적으로 정화할 수 있다. 하지만, 도심지를 운행하는 버스는 도로 정체와 잦은 정차로 인하여, 저속 또는 저부하로 운행되는 구간이 길고, 이때 배기가스에 포함된 질소산화물이 충분히 정화되지 않는 문제점이 있다. 본 발명은 이를 해결하기 위한 것인 바, 상기 엔진(10)이 저속 또는 저부하로 운행되고 있는지를 판단한다.

이때, 상기 저속/저부하 운행 판단단계(S110)에서는 상기 엔진(10)의 회전수, 상기 엔진(10)의 속도, 스로틀밸브의 개도량, 연료소모량, 및 엔진 부하 정보 중 적어도 어느 하나가 미리 설정된 값 이하이면, 상기 엔진(10)이 저속/저부하로 운행되는 것으로 판단한다.

냉간 운행 판단단계(S120)는 상기 엔진(10)이 저속/저부하로 작동하고 있다면, 엔진(10)이 충분히 워밍업 되었는지를 판단한다. 상기 엔진(10)은 워밍업이 되어야 정상적으로 작동할 수 있으므로, 상기 엔진(10)이 저속/저부하로 작동하고 있더라도, 워밍업이 되었는지를 판단하여, 워밍업이 완료된 이후에 상기 SCR 장치(50)의 온도를 높이기 위하여 후술되는 각 단계가 진행되도록 한다.

여기서, 상기 냉간 운행 판단단계(S120)는 엔진 냉각수의 온도, 상기 엔진의 배기관(12)에 설치된 DOC(Diesel Oxidation Catalyst)의 입구 온도, 상기 엔진(10)으로 유입되는 공기의 온도 중 적어도 어느 하나가 미리 설정된 값보다 낮으면, 상기 차량의 엔진이 냉간 운전 중인 것으로 판단한다.

목표 개도율 설정단계(S130)는 상기 엔진(10)이 충분히 워밍업되었다면, 공기량 제어 밸브(11)의 개도율을 현재 운행 상태에 따라 미리 설정된 공기량 제어 밸브(11)의 목표 개도율로 설정한다.

상기 공기량 제어 밸브(11)는 상기 엔진(10)으로 유입되는 공기량을 제어하기 위한 것으로서, 초기에는 최대로 개방된 상태가 되고, 상기 SCR 장치(50)의 온도를 높이기 위해서는 과급 부스트 압력을 낮춰야 하므로, 상기 공기량 제어 밸브(11)의 개도를 줄이도록 한다.

따라서, 상기 목표 개도율 설정단계(S130)에서는 상기 공기량 제어 밸브(11)의 목표 개도율을 설정한다.

이때, 상기 목표 개도율 설정단계(S130)는 연비가 증가하고 배기가스가 감소하는 방향으로 상기 공기량 제어 밸브(11)의 목표 개도율을 설정하고, 이는 미리 저장된 맵핑된 데이터로부터 설정될 수 있다.

특히, 맵핑된 데이터에는 연료의 분사시기, 연료의 분사량 및 연소에 필요한 공기량에 따라 상기 공기량 제어 밸브(11)의 개도율이 맵핑되어 있고, 이러한 맵핑 데이터는 상기 ECU(60)의 내부에 저장되어 있는바, 연료의 분사시기, 연료의 분사량 및 연소에 필요한 공기량에 따라, 상기 공기량 제어 밸브(11)의 목표 개도율을 설정한다.

개도율 축소 단계(S140)는, 상기 공기량 제어 밸브(11)의 개도율을 상기 목표 개도율 설정단계(S130)에서 설정한 목표 개도율로 조정한다. 상기 공기량 제어 밸브(11)의 초기 개도율, 즉 최대 개방에서 상기 목표 개도율 설정단계(S130)에서 설정된 목표 개도율로 조정한다.

과급 부스트 압력 축소 단계(S150)는 흡기관에 설치된 터보차저의 컴프레서 전단의 압력, 즉 과급 부스트 압력이 축소되도록 한다. 상기 과급 부스트 압력은 상기 개도율 축소 단계(S140)에서 상기 공기량 제어 밸브(11)의 개도율을 낮춤으로써, 달성될 수 있다.

상기 과급 부스트 압력이 낮아지면, 상기 엔진(10)에서 공연비가 낮아지게 되어, 상기 엔진(10)으로부터 배출되는 배기가스의 온도가 상승하게 되며, 온도가 상승한 배기가스가 상기 SCR 장치(50)로 유입됨으로써, 상기 SCR 장치(50)의 온도가 상승된다.

SCR 승온 완료 판단단계(S160)는 상기 SCR 장치(50)의 온도가 상승하여 상기 SCR 장치(50)의 내부로 요소수 용액을 분사하여, 우레아 고형물이 형성을 방지할 수 있는 온도로 승온되었는지를 확인한다. 상기 SCR 장치(50)는 그 온도가 적정 온도로 승온되어야 상기 SCR 장치(50)의 내부로 요소수 분사노즐(53)을 이용하여, 요소수 용액을 분사하였을 때, 상기 요소수 용액이 상기 SCR 장치(50)의 촉매와 반응하여 배기가스에 포함된 질소산화물을 정화시킬 수 있는 바, 상기 SCR 장치(50)의 온도가 상기 SCR 장치(50)에서 질소산화물을 정화시킬 수 있는 활성화온도로 승온되었는지를 판단한다.

상기 SCR 장치(50)의 전단에 설치된 온도센서(54)를 이용하여 상기 SCR 장치(50)가 활성화온도로 승온되었는지를 판단한다.

여기서, 상기 SCR 승온 완료 판단단계(S160)에서 상기 SCR 장치의 활성화 온도는 240℃ 내지 260 ℃로 설정되는 것이 바람직하고, 250℃로 설정되는 것인 특히 바람직하다. 이는 250℃ 가 되면, 상기 SCR 장치(50)로 요소수가 분사되면, 상기 SCR 장치(50)의 내부에 우레아 고형물이 존재하지 않고, 질소산화물이 정화되기 때문이다.

한편, 상기 SCR 승온 완료 판단단계(S160)에서 상기 SCR 장치(50)의 온도가 요소수를 분사개시하기로 설정된 활성화 온도까지 상승한 것으로 판단되면, 하기의 요소수 분사단계(S170)가 수행된다. 하지만, 상기 SCR 장치(50)의 온도가 요소수를 분사개시하기로 설정된 활성화 온도까지 상승하지 않은 것으로 판단되면, 상기 SCR 장치(50)로 고온의 배기가스가 지속적으로 공급되도록 상기 공기량 제어 밸브(11)의 개도를 목표 개도율로 유지한 상태에서 상기 엔진(10)을 제어하면서, 상기 SCR 승온 완료 판단단계(S160)를 반복해서 수행한다.

요소수 분사단계(S170)는 상기 SCR 장치(50)가 활성화 온도에 도달하였다면, 상기 SCR 장치의 내부로 요소수 수용액을 분사한다. 상기 SCR 장치(50)의 내부에는 질소산화물을 정화시킬 수 있는 SCR 촉매가 도포되어 있는 바, 상기 요소수 분사노즐(53)을 이용하여 상기 SCR 장치(50)의 내부에 요소수를 분사함으로써, 상기 엔진(10)에서 배출된 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)을 정화시킬 수 있다.

한편, 상기 저속/저부하 운행 판단단계(S110)에서 상기 엔진(10)이 저속 또는 저부하로 운행되고 있지 않는 것으로 판단되면, 상기 요소수 분사단계(S170)가 바로 수행된다.

또한, 상기 냉간 운행 판단단계(S120)에서 상기 엔진(10)이 워밍업된 상태로 판단되는 경우에도, 상기 요소수 분사단계(S170)가 바로 수행된다.

상기 엔진(10)의 저속/저부하가 아니거나, 상기 엔진(10)의 워밍업이 완료된 상태라면, 상기 엔진(10)으로부터 배출되는 배기가스의 온도가 상기 SCR 장치(50)를 충분히 승온시킬 수 있는 상태이므로, 상기 SCR 장치(50)로 요소수 용액을 분사더라도, 정화효율이 낮아지거나 우레아 고형물이 형성되지 않는다.

앞서 설명한 바와 같은 각 단계를 상기 차량의 엔진이 중지되기 전까지 계속해서 수행됨으로써, 도심지를 주행중인 버스와 같이, 저속/저부하로 운행하는 구간이 많은 차량에서도, 상기 SCR 장치(50)의 온도가 높아지도록 배출가스의 온도가 높아지도록하여 SCR 장치(50)의 온도가 충분히 상승한 상태에서 요소수 용액을 분사함으로써, 상기 질소산화물(NOx)의 정화효율을 높일 수 있다.

10 : 엔진 11 : 공기량 제어밸브
12 : 배기관 21 : 연료탱크
22 : 연료펌프 23 : 필터
24 : HC도징모듈 25 : HC분사노즐
26 : 에어탱크 30 : DOC
31 : 온도센서 32 : 온도센서
40 : DPF 41 : 압력센서
42 : PM센서 50 : SCR 장치
51 : 요소수 탱크 52 : 요소수 공급모듈
53 : 요소수 분사노즐 54 : 온도센서
55 : 온도센서 56 : 전방 NOx 센서
57 : 후방 NOx 센서 60 : ECU
70 : DCU
S110 : 저속/저부하 운행 판단단계
S120 : 냉간 운행 판단단계
S130 : 목표 개도율 설정단계
S140 : 개도율 축소 단계
S150 : 과급 부스트 압력 축소 단계
S160 : SCR 승온 완료 판단단계
S170 : 요소수 분사단계

Claims

엔진으로부터 배출되는 배기관에 설치된 SCR(Selective Catalytic Reduction) 장치가 설치되어, 상기 엔진으로부터 배출된 질소산화물을 정화시키는 SCR 정화 시스템에 있어서,
상기 엔진을 제어하는 ECU(electronic control unit)는,
상기 엔진이 저속/저부하로 운행되면서, 상기 엔진이 충분히 워밍업되지 않은 것으로 판단되면, 상기 SCR 장치의 온도가 상승하도록 상기 엔진으로 유입되는 공기량을 제어하는 공기량 제어 밸브의 개도를 축소시키고, 상기 SCR 장치의 온도가 정해진 온도에 도달하면, 상기 SCR 장치의 내부로 요소수 수용액을 분사시키는 것을 특징으로 하는 SCR 정화 시스템.
제1항에 있어서,
상기 ECU는, 상기 엔진의 회전수, 차량의 속도, 액셀의 개도량, 연료소모량, 및 엔진 부하 정보 중 어느 하나가 미리 설정된 값 이하이면, 상기 차량이 저속/저부하로 운행되는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 SCR 정화 시스템.
제1항에 있어서,
상기 ECU는, 엔진 냉각수의 온도, 상기 엔진의 배기관에 설치된 DOC(Diesel Oxidation Catalyst)의 입구 온도, 상기 엔진으로 유입되는 공기의 온도 중 적어도 어느 하나가 미리 설정된 값보다 낮으면, 차량의 엔진이 냉간 운전 중인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 SCR 정화 시스템.
제1항에 있어서,
상기 ECU는, 상기 공기량 제어 밸브의 개도율을 최대로 개방된 상태로부터 상기 엔진의 운행상태에 따라 결정된 목표 개도율로 축소시키는 것을 특징으로 하는 SCR 정화 시스템.
제1항에 있어서,
상기 ECU는 연료 분사시기, 연료의 분사량 및 연소에 필요한 공기량에 따라 목표 개도율이 저장된 맵핑 데이터로부터 상기 공기량 제어 밸브의 목표 개도율을 설정하는 것을 특징으로 하는 SCR 정화 시스템.
차량의 엔진이 저속 또는 저부하로 운행되고 있는지를 판단하는 저속/저부하 운행 판단단계와,
상기 엔진이 저속/저부하로 작동하고 있다면, 엔진이 충분히 워밍업 되었는지를 판단하는 냉간 운행 판단단계와,
상기 엔진이 충분히 워밍업되었다면, 공기량 제어 밸브의 개도율을 현재 운행 상태에 따라 미리 설정된 공기량 제어 밸브의 목표 개도율로 설정하는 목표 개도율 설정단계와,
상기 공기량 제어 밸브의 개도율을 초기 개도율로부터 상기 목표 개도율 설정단계에서 설정된 목표 개도율로 상기 공기량 제어 밸브의 개도율을 축소하는 개도율 축소 단계와,
상기 공기량 제어 밸브의 개도율이 감소됨에 따라 과급 부스터 압력이 저감되는 과급 부스트 압력 축소 단계와,
SCR 장치의 온도가 요소수를 분사개시하기로 설정된 활성화 온도에 도달하였는지를 판단하는 SCR 승온 완료 판단단계와,
상기 SCR 장치가 활성화 온도에 도달하였다면, 상기 SCR 장치의 내부로 요소수 수용액을 분사하는 요소수 분사단계를 포함하는 SCR 정화 효율 개선 방법.
제6항에 있어서,
상기 저속/저부하 운행 판단단계는 상기 엔진의 회전수, 상기 엔진의 속도, 스로틀밸브의 개도량, 연료소모량, 및 엔진 부하 정보 중 적어도 어느 하나가 미리 설정된 값 이하이면, 상기 차량이 저속/저부하로 운행되는 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 SCR 정화 효율 개선 방법.
제6항에 있어서,
상기 냉간 운행 판단단계는 엔진 냉각수의 온도, 상기 엔진의 배기관에 설치된 DOC(Diesel Oxidation Catalyst)의 입구 온도, 상기 엔진으로 유입되는 공기의 온도 중 적어도 어느 하나가 미리 설정된 값보다 낮으면, 상기 차량의 엔진이 냉간 운전 중인 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 SCR 정화 효율 개선 방법.
제6항에 있어서,
상기 개도율 축소 단계는, 상기 공기량 제어 밸브가 최대로 개방된 상태로부터 상기 목표 개도율로 상기 공기량 제어 밸브의 개도율이 축소되는 것을 특징으로 하는 SCR 정화 효율 개선 방법.
제6항에 있어서,
상기 SCR 승온 완료 판단단계에서 상기 SCR 장치의 활성화 온도는 240℃ 내지 260 ℃로 설정되는 것을 특징으로 하는 SCR 정화 효율 개선 방법.
제6항에 있어서,
상기 목표 개도율 설정단계는 연비가 증가하고 배기가스가 감소하는 방향으로 미리 저장된 맵핑 데이터로부터 설정되는 것을 특징으로 하는 SCR 정화 효율 개선 방법.
제11항에 있어서,
상기 목표 개도율 설정단계에서는 연료의 분사시기, 연료의 분사량 및 연소에 필요한 공기량에 따라 상기 맵핑 데이터가 설정되는 것을 특징으로 하는 SCR 정화 효율 개선 방법.
제6항에 있어서,
상기 저속/저부하 운행 판단단계에서,
상기 차량이 저속/저부하가 아닌 상태로 운행되면, 상기 요소수 분사단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 SCR 정화 효율 개선 방법.
제6항에 있어서,
상기 냉간 운행 판단단계에서 상기 엔진이 워밍업된 것으로 판단되면, 상기 상기 요소수 분사단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 SCR 정화 효율 개선 방법.