KR20210087189A - 배기가스 후처리 시스템 및 이의 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 선택적 환원 촉매의 물 흡착량을 예측할 수 있는 배기가스 후처리 시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배기가스 후처리 시스템은 엔진의 후단 배기 파이프에 장착되며, 상기 엔진에서 배출되는 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하고, 선택적 환원 촉매가 코팅된 디젤여과필터(Selective Catalytic Reduction on Diesel Particulate Filter: SDPF); 상기 디젤여과필터의 후단 배기 파이프에 장착되며, 상기 배기가스에 포함된 질소산화물을 환원시키는 선택적 환원 촉매(Selective Catalytic Reduction: SCR); 상기 선택적 환원 촉매의 후단 배기 파이프에 장착되며, 상기 배기가스에 포함된 입자상 물질을 측정하는 입자상물질 센서; 상기 디젤여과필터의 전단에 장착되어 배기가스의 제1 배기온도를 검출하는 제1 온도 센서; 상기 디젤여과필터와 선택적 환원 촉매 사이에 장착되어 배기가스의 제2 배기온도를 검출하는 제2 온도 센서; 및 상기 제1 배기온도 및 제2 배기온도를 기반으로 상기 SDPF의 물 흡착량을 확인하고, 상기 SDPF의 물 흡착량을 기반으로 상기 SCR의 물 흡착량을 예측하며, 상기 SCR의 물 흡착량에 따라 상기 입자상물질 센서의 구동을 지연시키는 제어기를 포함한다.

Description

배기가스 후처리 시스템 및 이의 제어 방법{EXHAUST GAS POST PROCESSING SYSTEM AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 배기가스 후처리 시스템에 관한 것으로, 구체적으로 선택적 환원 촉매의 물 흡착량을 예측할 수 있는 배기가스 후처리 시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 디젤 자동차에 적용되는 엔진은 뛰어난 연비, 출력 등에도 불구하고, 디젤 엔진의 특성상 공기 과잉률이 큰 상태에서 연소가 이루어지기 때문에 배기가스 중에는 가솔린 엔진과는 달리 일산화탄소(CO)나 탄화수소(HC)의 배출량이 적은 반면 질소산화물(NOx)과 입자상 물질(Particulate Matters: PM)이 상당히 많이 배출되는 단점이 있다.
입자상 물질의 배출에 대하여 연소 제어를 통해 많은 저감이 이루어지고 있으나, 입자상 물질과 질소산화물은 서로 상반되는 관계가 있어 질소산화물을 줄이면 입자상 물질이 증가하고, 입자상 물질을 줄이면 반대로 질소산화물이 증가하게 되어 양자를 동시에 줄이는데 있어 다소간의 곤란한 상황이 발생한다.
이렇게 엔진에서 배기 매니폴드를 통해 배출되는 배기가스는 배기파이프에 설치된 촉매 컨버터(Catalytic Converter)로 유도되어 정화되고, 머플러를 통과하면서 소음이 감쇄된 후 테일 파이프를 통해 대기 중으로 배출된다. 그리고 배기 파이프 상에는 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하기 위한 매연 필터가 장착된다.
이러한 입자상 물질을 줄이는 수단으로 디젤 자동차의 배기계에 입자상 물질필터인 디젤여과필터(Diesel Particulate Filter: DPF)를 장착하고 있다. 디젤여과필터는 디젤 엔진으로부터 배출되는 입자상 물질을 필터 내에 물질적으로 포집함으로써, 대기 중으로 배출되는 입자상 물질이 최소화되도록 한다.
또한, 상기와 같은 역할을 하는 촉매 컨버터에 적용되는 촉매형식 중의 하나로 선택적 환원 촉매(SCR)가 있다. 선택적 환원 촉매는 요소(Urea), 암모니아(Ammonia), 일산화탄소와 탄화수소(Hydrocarbon; HC) 등과 같은 환원제가 산소와 질소산화물 중에서 질소산화물과 더 잘 반응한다는 의미에서 선택적 환원이라고 명명되고 있다.
디젤여과필터 및 선택적 환원 촉매는 제올라이트(zeolite)라는 물질이 코팅되어 형성되므로 암모니아(NH3) 및 물(H20)을 흡탈착한다.
이렇게 디젤여과필터 및 선택적 환원 촉매가 물을 흡착하므로 배기가스의 온도는 상승하나, 촉매 온도는 상승하지 않는 문제가 발생한다. 이로 인해 선택적 환원 촉매의 정화 성능이 감소하거나 과다한 요소 분사로 인해 암모니아 슬립(slip) 또는 액체 성분의 수분 제거 전에 저온에서 히팅(heating)할 경우에 PM 센서가 파손될 수 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 선택적 환원 촉매의 물 흡착량을 예측하여 입자상물질 센서의 파손을 방지할 수 있는 배기가스 후처리 시스템 및 이의 제어 방법을 제공한다.
그리고 본 발명의 실시 예는 선택적 환원 촉매가 코팅된 디젤여과필터의 전후단 온도차를 기반으로 선택적 환원 촉매의 물 흡착량을 예측할 수 있는 배기가스 후처리 시스템 및 이의 제어 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에서는 엔진의 후단 배기 파이프에 장착되며, 상기 엔진에서 배출되는 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하고, 선택적 환원 촉매가 코팅된 디젤여과필터(Selective Catalytic Reduction on Diesel Particulate Filter: SDPF); 상기 디젤여과필터의 후단 배기 파이프에 장착되며, 상기 배기가스에 포함된 질소산화물을 환원시키는 선택적 환원 촉매(Selective Catalytic Reduction: SCR); 상기 선택적 환원 촉매의 후단 배기 파이프에 장착되며, 상기 배기가스에 포함된 입자상 물질을 측정하는 입자상물질 센서; 상기 디젤여과필터 전단에 장착되어 배기가스의 제1 배기온도를 검출하는 제1 온도 센서; 상기 디젤여과필터와 선택적 환원 촉매 사이에 장착되어 배기가스의 제2 배기온도를 검출하는 제2 온도 센서; 및 상기 제1 배기온도 및 제2 배기온도를 기반으로 상기 SDPF의 물 흡착량을 확인하고, 상기 SDPF의 물 흡착량을 기반으로 상기 SCR의 물 흡착량을 예측하며, 상기 SCR의 물 흡착량에 따라 상기 입자상물질 센서의 구동을 지연시키는 제어기를 포함하는 배기가스 후처리 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 상기 제어기는 상기 제1 배기온도와 제2 배기온도의 온도 차이값을 생성하고, 상기 온도 차이값 및 유량을 기반으로 상기 SDPF의 물 흡착량을 확인할 수 있다.
또한, 상기 제어기는 복수의 온도 차이값 및 유량 각각에 매칭된 물 흡착량을 포함하는 제어맵을 확인하고, 상기 제어맵을 통해 상기 제1 배기온도와 제2 배기온도의 온도 차이값 및 유량에 따른 SDPF의 물 흡착량을 확인할 수 있다.
또한, 상기 제어기는 상기 SDPF의 물 흡착량, 상기 SCR의 코팅량 및 상기 SDPF의 코팅량을 기반으로 상기 SCR의 물 흡착량을 생성할 수 있다.
또한, 상기 제어기는 상기 SCR의 물 흡착량이 기준값 미만이면 제1 설정 시간 이후에 상기 입자상물질 센서를 구동시키고, 상기 SCR 물 흡착량이 기준값 이상이면 제2 설정 시간 이후에 상기 입자상물질 센서를 구동시킬 수 있다.
또한, 상기 제어기는 상기 제1 설정 시간 보다 상기 제2 설정 시간이 크도록 설정할 수 있다.
그리고 본 발명의 다른 실시 예에서는 엔진의 후단 배기 파이프에 제1 온도 센서, 선택적 환원 촉매가 코팅된 디젤여과필터(Selective Catalytic Reduction on Diesel Particulate Filter: SDPF), 제2 온도 센서, 선택적 환원 촉매(Selective Catalytic Reduction: SCR), 입자상물질 센서가 순차적으로 장착되는 배기가스 후처리 시스템에서 배기가스 후처리를 제어하는 방법에 있어서, 상기 제1 온도 센서에서 검출한 제1 배기온도 및 제2 온도 센서에서 검출한 제2 배기온도를 기반으로 상기 SDPF의 물 흡착량을 확인하는 단계; 상기 SDPF의 물 흡착량을 기반으로 상기 SCR의 물 흡착량을 예측하는 단계; 및 상기 SCR의 물 흡착량에 따라 상기 입자상물질 센서의 구동을 지연시키는 단계를 포함하는 배기가스 후처리 제어 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 선택적 환원 촉매의 물 흡착량을 예측하여 입자상물질 센서의 파손을 방지할 수 있다.
또한, 선택적 환원 촉매가 코팅된 디젤여과필터의 전후단 온도차를 기반으로 선택적 환원 촉매의 물 흡착량을 예측할 수 있으므로 질소산화물(NOx)의 정화율을 증가시킬 수 있으며, 암모니아(NH3)의 과다 슬립을 방지할 수 있다.
그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배기가스 후처리 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배기가스 후처리 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배기가스 후처리 제어 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
이하 첨부된 도면과 설명을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 배기가스 후처리 시스템 및 이의 제어 방법에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 다만, 하기에 도시되는 도면과 후술되는 상세한 설명은 본 발명의 특징을 효과적으로 설명하기 위한 여러 가지 실시 예들 중에서 바람직한 하나의 실시 예에 관한 것이다. 따라서, 본 발명의 실시 예들은 하기의 도면과 설명에만 한정되어서는 아니 될 것이다.
또한, 하기에서 본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 이하 실시 예는 본 발명의 핵심적인 기술적 특징을 효율적으로 설명하기 위해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 명백하게 이해할 수 있도록 용어를 적절하게 변형, 또는 통합, 또는 분리하여 사용할 것이나, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 결코 아니다.
이하, 본 발명의 일 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배기가스 후처리 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 에에 따른 배기가스 후처리 시스템은 엔진(110), 배기 파이프(130), 촉매 장치(140), 선택적 환원 촉매가 코팅된 디젤여과필터(Selective Catalytic Reduction on Diesel Particulate Filter: SDPF, 150), 선택적 환원 촉매(Selective Catalytic Reduction: SCR, 160), 분사모듈(170), 제1 온도 센서(181), 제2 온도 센서(183), 제3 온도 센서(185), 입자상물질 센서(187) 및 제어기(190)를 포함한다.
엔진(110)은 연료를 연소하여 토크를 생성한다. 즉, 엔진(110)은 연료와 공기가 혼합된 혼합기를 연소시켜 화학적 에너지를 기계적 에너지로 변환한다. 이러한 엔진(110)은 복수의 연소실(113) 및 인젝터를 포함한다.
연소실(113)은 흡기 매니폴드(117)에 연결되어 공기가 유입받으며, 공기와 연료를 연소한다. 인젝터는 연소실(113)에 장착되어 연소실(113) 내부로 연료를 분사한다.
엔진(110)은 연료의 연소 후 연소실(113)에서 발생된 배기가스를 배기 매니폴드(119)에 모인 후 배기 파이프(130)를 통해 외부로 배출한다. 이때, 배기가스에는 입자상 물질(Particulate Matter: PM)이 포함되어 있으며, 입자상 물질은 수트(soot), 유기성용해물질(Soluble Organic Fraction: SOF) 및 카본입자(carbon or soot) 등을 포함하고 있다.
배기 파이프(130)는 엔진(110)에서 배출되는 배기가스를 차량의 외부로 배출시킨다. 배기 파이프(130) 상에는 촉매 장치(140), SDPF(150), SCR(160)이 장착되어 배기가스 내에 포함된 탄화수소, 일산화탄소, 입자상 물질 및 질소산화물 등을 제거한다.
촉매 장치(140)는 엔진(110)의 후단 배기 파이프(130)에 장착되어 엔진(110)에서 배출되는 배기가스를 산화시킨다. 이러한, 촉매 장치(140)는 디젤산화촉매(Diesel Oxidation Catalyst: DOC) 또는 질소산화물 흡장촉매(Lean NOx Trap: LNT)일 수 있다.
DOC는 배기가스에 포함된 일산화탄소(CO) 및 탄화수소(HC)를 산화시키고, 일산화질소를 이산화질소로 산화시킨다.
LNT는 연한(lean) 모드에서 배기가스에 포함된 질소산화물을 흡장하고, 농후(rich)한 모드에서 흡장된 질소산화물을 탈착하며, 배기가스에 포함된 질소산화물 또는 탈착된 질소산화물을 환원시킨다.
또한, LNT는 배기가스에 포함된 일산화탄소(CO) 및 탄화수소(HC)를 산화시킨다.
여기에서, 탄화수소는 배기가스와 연료에 포함된 탄소와 수소로 구성된 화합물을 모두 지칭할 수 있다.
SDPF(150)는 촉매 장치(140)의 후단 배기 파이프(130)에 장착된다. SDPF(150)는 디젤여과필터(Diesel Particulate Filter: DPF)의 채널을 구성하는 격벽에 선택적 환원 촉매가 코팅되어 있다. 즉, SDPF(150)는 Cu-zeolite, Fe-zeolite와 같은 제올라이트 물질이 코팅되어 있다.
통상적으로, DPF는 복수개의 입구 채널과 출구 채널을 포함한다. 입구 채널은 그 일단이 개구되고, 그 타단이 막혀 있어, DPF의 전단으로부터 배기가스를 유입받는다. 또한, 출구 채널은 그 일단이 막혀 있고, 그 타단이 개구되어 DPF 내부의 배기가스를 배출한다. 입구 채널을 통해 DPF에 유입된 배기가스는 입구 채널과 출구 채널을 분할하는 다공성의 격벽을 통해 출구 채널로 들아간 후, 출구 채널을 통해 DPF로부터 배출된다. 배기가스가 다공성의 격벽을 통과하는 과정에서 배기가스에 포함된 입자상 물질이 포집된다.
SCR(160)은 SDPF(150)의 후단 배기 파이프(130)에 장착된다. SCR(160)은 환원제를 사용하여 배기가스에 포함된 질소산화물을 질소 기체로 환원시킨다. 이때, 환원제는 요소(Urea), 암모니아(Ammonia), 일산화탄소 및 탄화수소(Hydrocarbon; HC) 등을 포함할 수 있다.
SCR(160)은 Cu-zeolite, Fe-zeolite와 같은 제올라이트 물질이 코팅되어 있다.
분사 모듈(170)은 요소 펌프에서 펌핑한 요소를 배기 파이프(130)에 분사한다. 분사 모듈(170)은 촉매 장치(140)와 SDPF(150) 사이 배기 파이프(130)에 장착되어 SDPF(150)에 유입되기 전의 배기가스에 요소를 분사한다.
배기가스에 분사된 요소는 암모니아로 분해되고, 분해된 암모니아는 질소산화물을 위한 환원제로 사용된다.
한편, 여기서는 분사 모듈(170)에서 요소를 분사하는 것을 예를 들어 설명하였지만 이에 한정되지 않는다. 즉, 분사 모듈(170)은 암모니아를 직접 분사할 수 있다. 더 나아가, 암모니아 외의 다른 환원제가 암모니아와 함께 또는 그 자체로 분사될 수도 있다.
제1 온도 센서(181)는 엔진(110)과 촉매 장치(140) 사이의 배기 파이프(130)에 장착된다. 제1 온도 센서(181)는 엔진(110)에서 배출되는 배기가스의 온도를 검출한다. 제1 온도 센서(181)는 검출한 배기온도를 제어기(190)에 제공한다.
제2 온도 센서(183)는 촉매 장치(140)와 SDPF(150) 사이의 배기 파이프(130)에 장착된다. 제2 온도 센서(183)는 촉매 장치(140)에서 배출되고 SDPF(150)로 유입되는 배기가스의 제1 배기온도를 검출하고, 제1 배기온도를 제어기(190)에 제공한다.
제3 온도 센서(185)는 SDPF(150)와 SCR(160) 사이의 배기 파이프(130)에 장착된다. 제3 온도 센서(185)는 SDPF(150)에서 배출되고 SCR(160)로 유입되는 배기가스의 제2 배기온도를 검출하고, 검출한 제2 배기온도를 제어기(190)에 제공한다.
입자상물질 센서(187)는 SCR(160)의 후단 배기 파이프(130)에 장착된다. 입자상물질 센서(187)는 배기가스에 포함된 입자상 물질의 양을 검출한다. 이러한 입자상물질 센서(187)는 입자상 물질이 감지부(미도시)에 누적되어 발생하는 저항 또는 정전용량 변화를 검출하는 장치일 수 있다.
입자상물질 센서(187)는 히터(미도시)를 구동하여 입자상 물질을 제거하고, 이후 다시 누적되는 입자상 물질의 양을 검출할 수 있다.
제어기(190)는 배기가스 후처리 시스템의 전반적인 동작을 제어한다. 즉, 제어기(190)는 엔진(110), 촉매 장치(140), SDPF(150), SCR(160), 분사 모듈(170), 제1 온도 센서(181), 제2 온도 센서(183), 제3 온도 센서(185) 및 입자상물질 센서(187)를 제어하여 배기가스를 정화시킬 수 있다.
다시 말하면, 제어기(190)는 제1 온도 센서(181), 제2 온도 센서(183) 및 제3 온도 센서(185)로부터 배기온도를 제공받는다. 제어기(190)는 SDPF(150)의 전단의 제1 배기온도와 SDPF(150)의 후단의 제2 배기온도를 확인한다. 제어기(190)는 제1 배기온도 및 제2 배기온도를 기반으로 SDPF(150)의 물 흡착량을 확인한다. 여기서, SDPF(150)의 물 흡착량은 SDPF(150)에 물이 흡착된 양을 나타낼 수 있다.
제어기(190)는 SDPF(150)의 물 흡착량을 기반으로 SCR(160)의 물 흡착량을 예측한다. 이때, SCR(160)의 물 흡착량은 SCR(160)에 물이 흡착된 양을 나타낼 수 있다.
제어기(190)는 SCR(160)의 물 흡착량에 따라 입자상물질 센서(187)의 구동을 지연시킨다.
이러한 목적을 위하여 제어기(190)는 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 마이크로프로세서로 구현될 수 있으며, 설정된 프로그램은 후술하는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배기가스 후처리 제어 방법에 포함된 각 단계를 수행하기 위한 일련의 명령을 포함하는 것으로 할 수 있다.
이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하여 배기가스 후처리를 제어하는 방법에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배기가스 후처리 제어 방법을 나타낸 순서도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배기가스 후처리 제어 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어기(190)는 제1 배기온도 및 제2 배기온도를 기반으로 온도 차이값을 생성한다(S210).
다시 말하면, 제어기(190)는 제2 온도 센서(183)로부터 SDPF(150)의 전단 배기가스의 온도를 나타내는 제1 배기온도를 제공받고, 제3 온도 센서(185)로부터 SDPF(150)의 후단 배기가스의 온도를 나타내는 제2 배기온도를 제공받는다.
제어기(190)는 제2 배기온도에서 제1 배기온도의 차를 연산하여 온도 차이값을 생성한다.
제어기(190)는 온도 차이값을 기반으로 SDPF(150)의 물 흡착량을 확인한다(S220).
다시 말하면, 제어기(190)는 엔진(110)으로 흡입되는 배기가스의 유량 및 연료량을 기반으로 배기가스의 유량을 확인한다.
제어기(190)는 복수의 온도 차이값 및 유량 각각에 매칭된 물 흡착량을 포함하는 제어맵을 확인한다. 이러한 제어맵은 실험을 통해 미리 설정될 수 있다. 예를 들어, 제어기(190)는 도 3에 도시된 바와 같이 제어맵(310)을 확인할 수 있다.
제어기(190)는 제어맵을 통해 유량 및 온도 차이값에 매칭된 흡착량을 추출하여 SDPF(150)의 물 흡착량을 확인한다.
예를 들어, 온도 차이값이 63.25이고, 유량이 18000이면 제어기(190)는 도 3에 도시된 바와 같이 제어맵(310)을 통해 5g/L인 SDPF(150)의 물 흡착량을 확인할 수 있다.
제어기(190)는 SDPF(150)의 물 흡착량을 기반으로 SCR(160)의 물 흡착량을 예측한다(S230).
다시 말하면, 제어기(190)는 SDP의 물 흡착량, SCR(160)의 코팅량, SDPF(150)의 코팅량을 기반으로 SCR(160)의 물 흡착량을 예측한다. 이때, SCR(160)의 코팅량은 SCR(160)에 제올라이트가 코팅된 양을 나타낼 수 있으며, SDPF(150)의 코팅량은 SDPF(150)에 제올라이트가 코팅된 양을 나타낼 수 있다. SCR(160)의 코팅량 및 SDPF(150)의 코팅량은 미리 설정된 값일 수 있다.
즉, 제어기(190)는 하기의 [수학식]을 통해 SCR(160)의 물 흡착량을 예측할 수 있다.
[수학식]
Figure pat00001
여기서, ADscr은 SCR(160)의 물 흡착량을 나타내고, ΔT는 온도 차이값을 나타내며, Cscr은 SCR(160)의 코팅량을 나타내고, Csdpf는 SDPF(150)의 코팅량을 나타낼 수 있다.
제어기(190)는 SCR(160)의 물 흡착량이 기준값 미만인지를 판단한다(S240). 이때, 기준값은 물 흡착량에 따라 입자상물질 센서(187)를 제어하기 위해 설정된 값일 수 있다. 기준값은 미리 설정될 수 있으며, 미리 지정된 알고리즘(예를 들어, 프로그램 및 확률 모델)을 통해 설정될 수 있다. 예를 들어, 기준값은 10g/L일 수 있다.
제어기(190)는 SCR(160)의 물 흡착량이 기준값 미만이면 제1 설정 시간 이후에 입자상물질 센서(187)를 구동시킨다(S250).
즉, 제어기(190)는 SCR(160)의 물 흡착량이 기준값 미만이면 현재 시점으로부터 제1 설정 시간 이후에 입자상물질 센서(187)의 히터(미도시)를 통해 히팅(heating)하여 입자상물질 센서(187)를 구동시킨다. 이때, 제1 설정 시간은 입자상물질 센서(187)를 지연시키기 위해 설정된 시간일 수 있다.
제어기(190)는 SCR(160)의 물 흡착량이 기준값 이상이면 제2 설정 시간 이후에 입자상물질 센서(187)를 구동시킨다(S260).
즉, 제어기(190)는 SCR(160)의 물 흡착량이 기준값 이상이면 현재 시점으로부터 제2 설정 시간 이후에 입자상물질 센서(187)의 히터를 통해 히팅하여 입자상물질 센서(187)를 구동시킨다.
이때, 제2 설정 시간은 입자상물질 센서(187)의 구동을 지연시키기 위해 설정된 시간일 수 있다. 제어기(190)는 제1 설정 시간 및 제2 설정 시간을 상이하게 설정할 수 있으며, 제1 설정 시간 보다 제2 설정 시간이 크도록 설정할 수 있다. 제2 설정 시간이 큰 이유는 SCR(160)에 물이 많이 흡착되어 있으므로 탈착시키는데 시간이 많이 걸리기 때문이다.
이렇게 SCR(160)의 물 흡착량에 따라 입자상물질 센서(187)의 구동을 지연시키는 이유는 배기 파이프(130)에 물이 존재한 상태에서 입자상물질 센서(187)를 히팅할 경우에 입자상물질 센서(187)가 세라믹 재질로 이루어져 파손될 수 있기 때문에 물을 제거한 후 구동시키기 위함이다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배기가스 후처리 제어 방법은 SDPF(150)의 전단 및 후단의 온도차를 기반으로 SCR(160)의 물 흡착량을 생성하고, SCR(160)의 물 흡착량에 따라 입자상물질의 구동을 제어할 수 있으므로, 입자상물질 센서(187)의 파손을 방지할 수 있으며, 배기가스의 정화능력도 상승시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110: 엔진
113: 연소실
115: 인젝터
117: 흡기 매니폴드
119: 배기 매니폴드
130: 배기 파이프
140: 촉매 장치
150: SDPF
160: SCR
170: 분사 모듈
181, 183, 185: 온도 센서
187: 입자상물질 센서

Claims (13)

  1. 엔진의 후단 배기 파이프에 장착되며, 상기 엔진에서 배출되는 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하고, 선택적 환원 촉매가 코팅된 디젤여과필터(Selective Catalytic Reduction on Diesel Particulate Filter: SDPF);
    상기 디젤여과필터의 후단 배기 파이프에 장착되며, 상기 배기가스에 포함된 질소산화물을 환원시키는 선택적 환원 촉매(Selective Catalytic Reduction: SCR);
    상기 선택적 환원 촉매의 후단 배기 파이프에 장착되며, 상기 배기가스에 포함된 입자상 물질을 측정하는 입자상물질 센서;
    상기 디젤여과필터의 전단에 장착되어 배기가스의 제1 배기온도를 검출하는 제1 온도 센서;
    상기 디젤여과필터와 선택적 환원 촉매 사이에 장착되어 배기가스의 제2 배기온도를 검출하는 제2 온도 센서; 및
    상기 제1 배기온도 및 제2 배기온도를 기반으로 상기 SDPF의 물 흡착량을 확인하고, 상기 SDPF의 물 흡착량을 기반으로 상기 SCR의 물 흡착량을 예측하며, 상기 SCR의 물 흡착량에 따라 상기 입자상물질 센서의 구동을 지연시키는 제어기;
    를 포함하는 배기가스 후처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는
    상기 제1 배기온도와 제2 배기온도의 온도 차이값을 생성하고, 상기 온도 차이값 및 유량을 기반으로 상기 SDPF의 물 흡착량을 확인하는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는
    복수의 온도 차이값 및 유량 각각에 매칭된 물 흡착량을 포함하는 제어맵을 확인하고, 상기 제어맵을 통해 상기 제1 배기온도와 제2 배기온도의 온도 차이값 및 유량에 따른 SDPF의 물 흡착량을 확인하는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는
    상기 SDPF의 물 흡착량, 상기 SCR의 코팅량 및 상기 SDPF의 코팅량을 기반으로 상기 SCR의 물 흡착량을 예측하는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는
    상기 SCR의 물 흡착량이 기준값 미만이면 제1 설정 시간 이후에 상기 입자상물질 센서를 구동시키고, 상기 SCR 물 흡착량이 기준값 이상이면 제2 설정 시간 이후에 상기 입자상물질 센서를 구동시키는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어기는
    상기 제1 설정 시간 보다 상기 제2 설정 시간이 크도록 설정하는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템.
  7. 엔진의 후단 배기 파이프에 제1 온도 센서, 선택적 환원 촉매가 코팅된 디젤여과필터(Selective Catalytic Reduction on Diesel Particulate Filter: SDPF), 제2 온도 센서, 선택적 환원 촉매(Selective Catalytic Reduction: SCR), 입자상물질 센서가 순차적으로 장착되는 배기가스 후처리 시스템에서 배기가스 후처리를 제어하는 방법에 있어서,
    상기 제1 온도 센서에서 검출한 제1 배기온도 및 제2 온도 센서에서 검출한 제2 배기온도를 기반으로 상기 SDPF의 물 흡착량을 확인하는 단계;
    상기 SDPF의 물 흡착량을 기반으로 상기 SCR의 물 흡착량을 예측하는 단계; 및
    상기 SCR의 물 흡착량에 따라 상기 입자상물질 센서의 구동을 지연시키는 단계;
    를 포함하는 배기가스 후처리 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 SDPF의 물 흡착량을 확인하는 단계는
    상기 제1 배기온도와 상기 제2 배기온도의 온도 차이값을 생성하는 단계;
    상기 온도 차이값 및 유량을 기반으로 상기 SDPF의 물 흡착량을 확인하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 제어 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 SDPF의 물 흡착량을 확인하는 단계는
    복수의 온도 차이값 및 유량 각각에 매칭된 물 흡착량을 포함하는 제어맵을 확인하는 단계;
    상기 제1 배기온도와 상기 제2 배기온도의 온도 차이값을 생성하는 단계; 및
    상기 제어맵을 통해 상기 온도 차이값 및 유량에 따른 SDPF의 물 흡착량을 확인하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 제어 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 SCR의 물 흡착량을 예측하는 단계는
    상기 SDPF의 물 흡착량, 상기 SCR의 코팅량 및 상기 SDPF의 코팅량을 기반으로 상기 SCR의 물 흡착량을 예측하는 단계인 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 제어 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 SCR의 물 흡착량을 예측하는 단계는
    하기의 [수학식]을 통해 상기 SCR의 물 흡착량을 생성하는 단계로,
    이때, [수학식]은
    Figure pat00002

    여기서, 상기 ADscr은 SCR의 물 흡착량을 나타내고, 상기 ΔT는 온도 차이값을 나타내며, 상기 Cscr은 SCR의 코팅량을 나타내고, 상기 Csdpf는 SDPF의 코팅량을 나타내는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 제어 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 SCR의 물 흡착량에 따라 상기 입자상물질 센서의 구동을 지연시키는 단계는
    상기 SCR의 물 흡착량이 기준값 미만인지를 판단하는 단계; 및
    상기 SCR의 물 흡착량이 기준값 미만이면 제1 설정 시간 이후에 상기 입자상 물질 센서를 구동시키는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 제어 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 SCR의 물 흡착량이 기준값 미만인지를 판단하는 단계 이후에
    상기 SCR의 물 흡착량이 기준값 이상이면 제2 설정 시간 이후에 상기 입자상물질 센서를 구동시키는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 제어 방법.

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