KR20050121766A - 촉매컨버터의 비활성 시점 감지 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 촉매컨버터의 비활성 시점 감지 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 A/F센서 및 온도센서를 이용하여 촉매 컨버터(WWC)의 비활성화 정도를 감지함으로써, 필터의 비이상적인 재생을 방지할 수 있도록 한 촉매컨버터의 비활성화 시점 감지 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 WCC 후단에 A/F센서 및 온도센서를 설치하고, 이 A/F센서 및 온도센서는 ECU의 입력측과 연결시키며, ECU의 출력측에는 경고수단과 연결하여서 된 것을 특징으로 하는 촉매컨버터의 비활성화 시점 감지 장치와; 상기 WCC 후단을 흐르는 배기가스에 대하여 A/F센서 및 온도센서의 감지가 이루어지는 단계; 상기 A/F센서 및 온도센서의 최초감지값이 ECU에 전송되어 기준값으로 설정되는 단계; 상기 A/F센서 및 온도센서의 감지값이 최초감지값 이하인 경우, 상기 ECU에서 경고수단에 경고신호를 보내어 운전자가 인식할 수 있도록 한 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 촉매컨버터의 비활성화 시점 감지 장치의 제어 방법을 제공한다.

Description

촉매컨버터의 비활성 시점 감지 장치 및 그 제어 방법{Method and device for sensing inactive start point of Warm Up Catalytic Converter}

본 발명은 촉매컨버터의 비활성 시점 감지 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 A/F센서 및 온도센서를 이용하여 웜업 촉매 컨버터(이하,WWC 라 칭함)의 비활성화 정도를 감지함으로써, 필터의 비이상적인 재생을 방지할 수 있도록 한 촉매컨버터의 비활성화 시점 감지 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

통상적으로 차량으로부터 배출되는 배기가스는 엔진으로부터 연소된 혼합기가 배기관을 통하여 대기중으로 방출되는 가스를 말하며, 이러한 배기가스에는 주로 일산화탄소(CO), 질소산화물(NOx), 미연소탄화수소(HC) 등의 유해물질이 포함되어 있다.

이러한 배기가스의 규제는 필연적으로 강화되고 있는 바, 그에따라 배출가스 재순환 장치, 3원촉매, MPI장치 등을 포함하는 배기가스 제어장치와, 캐니스터, 퍼지 컨트롤 솔레노이드 밸브 등을 포함하는 증발가스 제어장치등이 차량에 적용되고 있다.

가솔린 엔진과 달리 디젤엔진 차량은 연비와 출력면에서 우수함에도 불구하고, 배기가스내에 질소산화물(NOx, 이하 NOx라 한다)과 입자상물질(PM:Particulate Matter)이 상당히 많이 함유되어 있다.

디젤차량에 있어서는 공기가 대부분의 운전조건에서 충분한 상태로 연소되기 때문에 CO와 HC는 가솔린 차량에 비하여 아주 적게 배출되나, 위의 NOx와 입자상물질(매연)이 많이 배출된다.

최근 부각되고 있는 입자상물질(PM)을 저감시키는 방법으로 디젤 입자상물질 필터(DPF:Diesel Particulate Filter) 기술을 채택되고 있는 바, 이 디젤 입자상물질 필터는 배기라인에 설치되어, 엔진으로부터 배출된 불연소의 디젤 입자상물질을 트랩(trap)을 이용하여 포집하고, 입자상물질의 발화온도 이상으로 승온시켜 입자상물질을 태우고(재생)하는 기능을 반복 수행하게 된다.

이러한 디젤차량의 배출가스 저감기술은 NOx와 매연을 포함한 입자상물질의 저감이 중점적으로 이루어지고 있으며, 특히 디젤차량의 배출기준 강화에 대응하여 후처리기술로 매연등 입자상물질과 CO, HC등을 줄이기 위한 매연여과장치(DPF)가 이미 실용화 된 바 있으며, 그 밖에 디젤산화촉매장치(DOC)가 개발되었고, NOx만을 선택적으로 줄이기 위한 De-NOx 촉매 및 SCR등이 개발되어 왔다.

이때, 상기 디젤 입자상물질 필터내에 포집된 입자상물질이 연소되는 온도는 550∼600℃ 이상이지만, 디젤엔진의 특성상 배출된 배기가스의 온도는 일반적으로 200∼300℃로 낮은 편이기 때문에 필터내에 포집된 입자상물질이 연소되지 못하는 경우가 발생하게 된다.

따라서, 디젤엔진에서 배출된 배기가스의 온도를 상승시키기 위하여 연료후분사(Post Injection), 산화촉매를 이용한 배기가스의 상승 방법, 연료첨가제 주입등의 여러 기술들이 개발되어 왔다.

상술한 바와 같이, 디젤엔진의 뛰어난 연비, 출력등에도 불구하고 디젤엔진의 특성상 배출가스중에는 가솔린자동차와는 달리 산화질소와 입자상물질(PM)이 상당히 많이 배출되고 있다.

현재 및 향후 배기가스의 규제도 이러한 배출가스물질들을 상당량 줄이려고 강화되고 있으나, NOx와 PM은 서로 반비례관계가 있어 NOx를 줄이면 PM이 증가하고, 반대로 PM을 줄이려면 NOx가 증가하는 경향이 있다.

특히, 최근 PM을 저감시키는 방법으로서 최근 가장 각광받는 기술이 DPF이다. DPF는 디젤엔진으로부터 배출되는 PM을 필터내에 물리적으로 포집후, 일정온도 이상으로 승온하여 PM을 제거하는 시스템으로 필터의 PM의 포집효율은 이미 입증된 바 있다.

그러나, 필터내에 포집된 PM이 연소되는 온도는 550∼600℃ 이상이나, 디젤엔진의 특성상 배출되어 나오는 배기가스의 온도는 일반적으로 200∼300℃로 매우 낮은 편이며, 필터내에 포집된 PM이 연소되기에는 너무 낮은 온도이다.

따라서 디젤엔진에서 배출되어 나오는 배기가스의 온도를 상승시키기 위해 많은 기술들이 개발되고 있으며, 특히 연료후분사(Post injection), 산화촉매를 이용한 배기가스의 상승, 연료첨가제 주입등 많은 기술들이 개발중이다.

현재 개발중인 시스템은 단순히 필터전후단의 압력차만을 측정하여, 일정 압력이상이 되었을 경우 배기가스의 온도상승만을 이용하여 필터를 재생시키고 있다.

기존 시스템의 경우 UCC+DPF시스템으로 이루어져 있고 UCC전후단의 온도센서와 촉매가 코팅되지 않은 필터 및 필터 전후단의 압력차를 이용하여 필터의 재생을 하고 있다.

그러나, 이러한 시스템은 차량이 저온 출발시, 또한 겨울철등 외기 기온이 낮은 지역등에서 출발시 UCC의 촉매가 활성을 일으킬 수 있는 온도 도달시간이 느리게 되어, CO가 과다하게 방출된다.

또한, 필터에 촉매가 코팅되지 않아 재생시 필터내의 Soot가 연소되면서 발생되는 CO가 정화되지 못하고 방출되게 된다.

따라서 WCC(Warm Up Catalytic Converter)를 장착하게 되는 바, 기존 WCC가 장착된 DPF시스템에서는 WCC의 용량이 0.7∼1.0L 로서 매우 용량이 작다.

반면, 필터의 재생시 배기가스의 온도상승을 위해 과도한 연료후분사(Post injection)을 분사하게 되는데 이로 인해, 적은 용량으로 이렇게 많은 HC를 산화시키려면 잦은 재생후 WCC의 열화와 더불어 피독이 될 가능성이 매우 크다.

특히, 연료후분사를 통해 과도한 HC가 WCC와 반응하면서 온도를 약 200∼300℃ 가량 상승시키는데, 이때 촉매 자체의 온도는 그보다 훨씬 크다고 할 수 있다.

따라서, 초기상태에서는 HC나 CO의 정화율이 90%이상 측정되던 것이 잦은 재생을 하게 되면 50%이하로 떨어지게 되고, 이에 WCC에서 충분히 배기가스의 온도를 상승시키지 못하며, 또한 냉시동시 CO의 배출이 증가해 배기가스 규제를 넘어설 수 있으며, 결국 필터의 파손을 야기시킬 수 있다.

이와 같이, WCC의 비활성화로 정화율이 저하되면, 정상적으로 재생을 하지 못해 필터의 파손이나 엔진출력의 감소, 차량의 정지 등이 일어날 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 연구 개발된 것으로서, WCC 후단에 A/F 센서 및 온도센서를 장착하여, 초기 A/F센서값 대비 측정된 A/F센서값이 감소하게 되면, 컨트롤러에서 WCC의 비활성화로 판단하는 동시에 경고용 신호를 작동시켜 운전자가 이를 인지함으로써, WCC 등의 교체 등을 유도하여 필터의 비이상적인 재생을 방지할 수 있도록 한 촉매컨버터의 비활성 시점 감지 장치 및 그 제어 방법를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 촉매컨버터의 비활성 시점 감지 장치 장치는 WCC와 UCC로 구성된 촉매시스템에 있어서, 상기 WCC 후단에 A/F센서 및 온도센서를 설치하고, 이 A/F센서 및 온도센서는 ECU의 입력측과 연결시키며, ECU의 출력측에는 경고수단과 연결하여서 된 것을 특징으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 촉매컨버터의 비활성 시점 감지 장치의 제어방법은: WCC 후단을 흐르는 배기가스에 대하여 A/F센서 및 온도센서의 감지가 이루어지는 단계; 상기 A/F센서 및 온도센서의 최초감지값이 ECU에 전송되어 기준값으로 설정되는 단계; 상기 A/F센서 및 온도센서의 감지값이 최초감지값 이하인 경우, 상기 ECU에서 경고수단에 경고신호를 보내어 운전자가 인식할 수 있도록 한 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 촉매컨버터의 비활성 시점 감지 장치 및 그 제어 방법에 대한 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 설명하기로 한다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 웜업 촉매컨버터의 비활성 시점 감지 장치를 나타내는 개략도이다.

본 발명은 촉매컨버터, 바람직하기로는 웜업 촉매 컨버터(WCC:Warm Up Catalytic Converter)와 언더 플로워 촉매 컨버터(UCC: Under-floor Catalytic Converter)가 나란히 배열된 형태의 촉매시스템에 있어서, 상기 WCC의 비활성시점을 감지하여 운전자에게 경고함으로써, 정상적인 재생이 이루어지는 촉매컨버터로 교환을 할 수 있도록 함에 주안점이 있다.

이를 위해, 본 발명은 상기 UCC(200)의 상단쪽(엔진의 배기메니폴드쪽)과 연결된 WCC(100) 후단에 A/F센서(10) 및 온도센서(12)를 설치하게 된다.

특히, 상기 A/F센서(10) 및 온도센서(12)는 ECU(14)의 입력측과 연결되고, ECU(14)의 출력측에는 차 실내에 장착되는 일종의 경고등과 같은 경고수단(16)과 연결시키게 된다.

참고로, 상기 A/F(Air & Fuel)센서는 산소센서라고도 불리운다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 촉매컨버터의 비활성 시점 감지 장치에 대한 제어 방법을 순서대로 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 2는 본 발명에 따른 웜업 촉매컨버터의 비활성 시점 감지 방법을 나타내는 순서도이다.

본 발명의 장치 및 방법이 적용되는 촉매 시스템은 상술한 바와 같이 통상의 WCC+UCC+DPF 시스템이다.

본 발명의 제어 방법에 따르면 상기 WCC의 후단에 장착된 A/F센서 및 온도센서에 의거 평소 일반적인 주행모드에서는 그 측정값만 ECU에 전송가능하게 모니터링되고, 필터의 재생모드로 들어갔을 때는 A/F센서의 측정값이 ECU로 들어가 미리 입력된 초기값과 비교하여 WCC의 비활성화를 판단하게 된다.

즉, WCC 후단을 흐르는 배기가스에 대하여 A/F센서 및 온도센서의 감지가 실시간으로 진행되는 바, 상기 A/F센서 및 온도센서의 최초감지값이 ECU에 전송되어 기준값으로 설정된다.

이어서, 상기 A/F센서 및 온도센서의 감지값이 최초감지값 이하인 경우, 상기 ECU에서 경고수단에 경고신호를 보내어 운전자가 인식할 수 있도록 한다.

이때. 촉매컨버터의 재생시 연료후분사로 인해 과도한 연료가 분사되면서, 많은 양의 HC가 발생하게 되면, 초기 WCC는 활성전환율이 거의 90% 이상되어 대부분의 HC가 산화되므로 A/F센서값이 매우 크다.

그러나, WCC가 과도한 열 및 불순물로 인한 피독현상으로 비활성화가 일어났을 때는 정화율이 떨어져 연료후분사시 분사된 HC가 많은 부분이 그대로 WCC후단으로 방출되는데, 이를 상기 A/F센서로 감지하여 A/F센서값이 처음값보다 1이상 감소하게 되면 WCC가 비활성화가 일어나 정상작동을 못하게 된다.

또한, 재생시 연료후분사를 통해 HC가 촉매와 반응하며 WCC의 후단의 온도가 정상적일 때는 약 500℃를 유지하게 되는데, WCC의 비활성화가 이루어지게 되면 온도가 점점 떨어지게 되는데 일정온도, 예를 들면 약 100℃ 가량, 이상 감소하게 되면 재생시 정상적인 재생온도에 도달하지 못하게 되므로 재생이 불완전하게 된다.

이렇게 WCC후단에 장착된 A/F센서와 온도센서을 지속적으로 모니터링함으로써, 이중으로 WCC의 비활성화를 판단하게 된다.

즉, A/F센서와 온도센서중 하나에 에러가 발생하더라도, 나머지 한 개가 기능역할을 하며, 물론 두 센서가 모두 정상적으로 작동되었을 때는 보다 더 정밀한 제어를 할 수 있다.

따라서, 상기 WCC가 비활성화가 일어나 정상작동을 못하게 되는 경우, 차실내의 경고등을 점등시키는 방법을 통하여 운전자에게 비이상적인 재생이 이루어지고 있음을 인지토록 함으로써, WCC의 교환을 유도할 수 있고, 결국 필터의 비이상 재생이나 차량 고장등을 용이하게 방지할 수 있다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 촉매컨버터의 비활성 시점 감지 장치 및 그 제어 방법에 의하면, WCC 후단에 A/F 센서 및 온도센서를 장착하여, WCC의 비활성화로 판단하는 동시에 경고용 신호를 작동시켜 운전자가 이를 인지토록 함으로써, WCC 등의 교체 등을 유도하여 필터의 비이상적인 재생을 방지할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 웜업 촉매컨버터의 비활성 시점 감지 장치를 나타내는 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 웜업 촉매컨버터의 비활성 시점 감지 방법을 나타내는 순서도,

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : A/F센서 12 : 온도센서

14 : ECU 16 : 경고수단

100 : WCC 200 : UCC

Claims (2)

1. WCC와 UCC로 구성된 촉매시스템에 있어서,

   상기 WCC 후단에 A/F센서 및 온도센서를 설치하고, 이 A/F센서 및 온도센서는 ECU의 입력측과 연결시키며, ECU의 출력측에는 경고수단과 연결하여서 된 것을 특징으로 하는 촉매컨버터의 비활성 시점 감지 장치.
2. WCC와 UCC로 구성된 촉매시스템에 있어서,

   상기 WCC 후단을 흐르는 배기가스에 대하여 A/F센서 및 온도센서의 감지가 이루어지는 단계;

   상기 A/F센서 및 온도센서의 최초감지값이 ECU에 전송되어 기준값으로 설정되는 단계;

   상기 A/F센서 및 온도센서의 감지값이 최초감지값 이하인 경우, 상기 ECU에서 경고수단에 경고신호를 보내어 운전자가 인식할 수 있도록 한 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 촉매컨버터의 비활성 시점 감지 장치의 제어 방법