KR101305187B1 - System for purifying exhaust gas and method for controlling the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 엔진에서 배출되는 NOx의 공급량을 조절하여 LNT 촉매에서의 슬립되는 NOx의 양을 일정하게 하여 매연 필터의 재생이 원활하게 이루어지도록 하는 배기 가스 정화 장치 및 이를 제어하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치는 희박한 분위기에서 배기 가스에 포함된 질소산화물을 흡장하고, 농후한 분위기에서 흡장된 질소산화물을 탈착시키며, 상기 질소산화물의 농도에 따라 탈착된 질소산화물을 슬립시키는 LNT 촉매; 상기 배기 가스에 포함된 입자상 물질을 포집하고 LNT 촉매로부터 슬립된 질소산화물을 이용하여 상기 포집된 입자상 물질을 재생시키는 매연 필터; 그리고 상기 LNT 촉매의 열화 정도에 따라 공급되는 엔진에서 배출되는 NOx의 양을 조절하여 슬립되는 NOx의 양을 조절하는 제어부; 를 포함할 수 있다.The present invention relates to an exhaust gas purifying apparatus and a method of controlling the exhaust gas purifying apparatus to smoothly regenerate the soot filter by adjusting the amount of NOx discharged from the engine to make the amount of NOx slipped in the LNT catalyst constant.
Exhaust gas purifying apparatus according to an embodiment of the present invention occludes the nitrogen oxide contained in the exhaust gas in a lean atmosphere, desorbs the nitrogen oxide stored in a rich atmosphere, the nitrogen oxide desorbed according to the concentration of the nitrogen oxide Slipping LNT catalyst; A soot filter which collects particulate matter contained in the exhaust gas and regenerates the collected particulate matter using nitrogen oxide slipped from an LNT catalyst; And a controller for controlling the amount of NOx slipped by adjusting the amount of NOx discharged from the engine supplied according to the degree of deterioration of the LNT catalyst; . ≪ / RTI >
Description
본 발명은 배기 가스 정화 장치 및 이를 제어하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LNT 촉매의 열화 정도에 무관하게 슬립되는 NOx의 양을 일정하게 유지하여 LNT 촉매에서 질소산화물을 탈착시키고, 탈착된 질소산화물을 환원시키거나 슬립시켜 매연 필터의 재생에 사용하는 배기 가스 정화 장치 및 이를 제어하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an exhaust gas purifying apparatus and a method for controlling the same. More particularly, the nitrogen oxide is desorbed from the LNT catalyst by maintaining a constant amount of NOx slipped regardless of the degree of deterioration of the LNT catalyst, and the desorbed nitrogen. An exhaust gas purifying apparatus for reducing or slipping an oxide to be used for regeneration of a soot filter and a method of controlling the same.
일반적으로 엔진에서 배기 매니폴드를 통해 배출되는 배기 가스는 배기 파이프의 도중에 형성된 촉매 컨버터(Catalytic converter)로 유도되어 정화되고, 머플러를 통과하면서 소음이 감쇄된 후 테일 파이프를 통해 대기 중으로 방출된다.In general, the exhaust gas discharged from the engine through the exhaust manifold is guided to a catalytic converter formed in the middle of the exhaust pipe and purified, and the noise is attenuated while passing through the muffler and then released into the atmosphere through the tail pipe.
질소산화물 저감 촉매(Denitrification Catalyst; DeNOx Catalyst)는 배기 가스에 포함된 질소산화물(NOx)을 정화시키는 촉매 컨버터의 한 형식이다. 우레아(Urea), 암모니아(Ammonia), 일산화탄소 및 탄화수소(Hydrocarbon; HC) 등과 같은 환원제를 배기 가스에 제공하면 질소산화물 저감 촉매에서는 배기 가스에 포함된 질소산화물이 상기 환원제와의 산화-환원 반응을 통해 환원되게 된다.Denitrification Catalyst (DeNOx Catalyst) is a type of catalytic converter that purifies NOx contained in exhaust gas. When a reducing agent such as urea, ammonia, carbon monoxide and hydrocarbon (HC) is provided to the exhaust gas, in the nitrogen oxide reduction catalyst, the nitrogen oxide contained in the exhaust gas is subjected to redox reaction with the reducing agent. Will be reduced.
최근에는, 이러한 질소산화물 저감 촉매로 LNT 촉매(Lean NOx Trap Catalyst)가 사용되고 있다. LNT 촉매는 엔진이 희박(lean)한 분위기에서 작동되면 배기 가스에 포함된 질소산화물을 흡착하고, 엔진이 농후(rich)한 분위기에서 작동되면 흡착된 질소산화물을 탈착하여 질소 기체로 환원시킨다.Recently, an LNT catalyst (Lean NOx Trap Catalyst) is used as the nitrogen oxide reduction catalyst. The LNT catalyst adsorbs nitrogen oxides contained in the exhaust gas when the engine is operated in a lean atmosphere, and desorbs the adsorbed nitrogen oxides to nitrogen gas when the engine is operated in a rich atmosphere.
한편, 배기 파이프 상에는 배기 가스에 포함된 입자상 물질(Particulate Matters: PM)을 포집하기 위한 매연 필터가 장착된다. 상기 매연 필터에 과도한 매연이 포집되면, 배기 가스가 매연 필터를 통과하기 어려워지며 배기 가스의 압력이 높아지게 된다. 배기 가스의 높은 압력은 엔진의 성능을 저하시키고 매연 필터를 파손시킬 수 있다. 따라서, 매연 필터에 포집된 매연의 양이 설정된 양 이상이 되면, 배기 가스의 온도를 올려 매연 필터에 포집된 매연을 태우게 된다. 이러한 과정을 매연 필터의 재생(regeneration)이라고 한다.Meanwhile, a soot filter for collecting particulate matter (PM) contained in the exhaust gas is mounted on the exhaust pipe. If excessive soot is collected in the soot filter, it becomes difficult for the exhaust gas to pass through the soot filter and the pressure of the exhaust gas becomes high. The high pressure of the exhaust gases can degrade the engine's performance and damage the soot filter. Therefore, when the amount of soot collected in the soot filter is equal to or more than the set amount, the exhaust gas is heated to burn the soot collected in the soot filter. This process is called regeneration of the soot filter.
이러한 매연 필터의 재생으로는 자연 재생과 강제 재생이 있다. 자연 재생은 배기 가스에 포함된 질소산화물이 수트(soot)의 재생을 위해 필요한 이산화질소를 공급함으로써 이루어지는 것을 말하며, 강제 재생은 엔진의 연소실에 연료를 후분사하면 후분사된 연료는 산화되며 산화열을 발생시키고 이 산화열에 의하여 매연 필터에 포집된 매연을 태우는 것을 말한다. 강제 재생의 경우 재생 온도가 높아 재생에 진입하기 위해 많은 에너지가 소모된다. 따라서, 재생주기를 길게 가져가게 된다. 자연 재생은 강제 재생과 비교할 때 재생 온도가 낮아 재생에 진입하기 위해 적은 에너지가 소모된다. 따라서, 재생주기를 짧게할 수 있다. Regeneration of such a soot filter includes natural regeneration and forced regeneration. Natural regeneration means that the nitrogen oxide contained in the exhaust gas supplies nitrogen dioxide necessary for the regeneration of soot. Forced regeneration means that after injection of fuel into the combustion chamber of the engine, the post-injected fuel is oxidized and heat of oxidation is released. It generates and burns the soot collected in the soot filter by this heat of oxidation. In the case of forced regeneration, a high regeneration temperature consumes a lot of energy to enter regeneration. Therefore, the reproduction period is long. Natural regeneration has a lower regeneration temperature compared to forced regeneration, which consumes less energy to enter regeneration. Therefore, the reproduction period can be shortened.
그런데, 매연 필터의 상류에 LNT 촉매가 배치되어 있는 경우, 배기 가스에 포함된 이산화질소가 LNT 촉매에 흡장되어 매연 필터의 자연 재생을 방해하게 된다.By the way, when the LNT catalyst is disposed upstream of the soot filter, nitrogen dioxide contained in the exhaust gas is occluded in the LNT catalyst to interfere with the natural regeneration of the soot filter.
또한, LNT 촉매가 새로운 것이라면 정화효율이 우수하여 슬립(slip)되는 NOx의 양이 적어서 매연 필터의 자연재생에 필요한 이산화질소를 공급하는데 어려움이 있다.In addition, if the LNT catalyst is new, it is difficult to supply nitrogen dioxide necessary for the natural regeneration of the soot filter because the amount of NOx slipped due to excellent purification efficiency is small.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 LNT 촉매의 열화 정도에 따라서 엔진에서 배출되는 NOx의 공급량을 변화시킴으로써 슬립되는 NOx의 양을 일정하게 하여 배기 가스 정화 장치의 매연 필터의 수트(soot)를 LNT 촉매의 열화 정도와 무관하게 정상적으로 자연 재생시키는 배기 가스 정화 장치 및 이를 제어하는 방법을 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to purify exhaust gas by changing the amount of NOx slipped by changing the amount of NOx discharged from the engine according to the degree of deterioration of the LNT catalyst. An exhaust gas purifying apparatus for naturally regenerating a soot of a soot filter of a device, regardless of the degree of degradation of an LNT catalyst, and a method of controlling the same.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치는 희박한 분위기에서 배기 가스에 포함된 질소산화물을 흡장하고, 농후한 분위기에서 흡장된 질소산화물을 탈착시키며, 상기 질소산화물의 농도에 따라 탈착된 질소산화물을 슬립시키는 LNT 촉매; 상기 배기 가스에 포함된 입자상 물질을 포집하고 LNT 촉매로부터 슬립된 질소산화물을 이용하여 상기 포집된 입자상 물질을 재생시키는 매연 필터; 그리고 상기 LNT 촉매의 열화 정도에 따라 공급되는 엔진에서 배출되는 NOx의 양을 조절하여 슬립되는 NOx의 양을 조절하는 제어부; 를 포함할 수 있다.In order to solve the above problems, the exhaust gas purifying apparatus according to the embodiment of the present invention occludes the nitrogen oxide contained in the exhaust gas in a lean atmosphere, desorbs the nitrogen oxide stored in a rich atmosphere, the nitrogen oxide LNT catalyst for slipping the desorbed nitrogen oxides according to the concentration of; A soot filter which collects particulate matter contained in the exhaust gas and regenerates the collected particulate matter using nitrogen oxide slipped from an LNT catalyst; And a controller for controlling the amount of NOx slipped by adjusting the amount of NOx discharged from the engine supplied according to the degree of deterioration of the LNT catalyst; . ≪ / RTI >
상기 제어부는 적산거리가 제1설정치보다 작거나 제2설정치보다 크면 공급되는 엔진에서 배출되는 NOx의 양을 일정하게 유지하는 것을 특징으로 한다.The controller may maintain the amount of NOx discharged from the supplied engine when the integration distance is smaller than the first set value or larger than the second set value.
엔진에서 배출되는 NOx의 양은 적산거리가 제1설정치와 제2설정치 사이인 경우 적산거리의 증가에 따라 상기 제1설정치와 제2설정치에서 필요한 엔진에서 배출되는 NOx의 차이에 비례하여 감소하는 것을 특징으로 한다.The amount of NOx discharged from the engine decreases in proportion to the difference between the NOx discharged from the engine required at the first setpoint and the second setpoint when the integration distance is increased between the first setpoint and the second setpoint. It is done.
또한, 엔진에서 배출되는 NOx의 양은 EGR율, 부스트 압력, 주분사시기, 파일롯(pilot)분사시기에 의해 조절되는 것을 특징으로 한다.In addition, the amount of NOx discharged from the engine is characterized in that it is controlled by the EGR rate, the boost pressure, the main injection time, the pilot (pilot) injection time.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치는 배기파이프에서의 에미션량이 일정한 것을 특징으로 한다.In addition, the exhaust gas purifying apparatus according to the embodiment of the present invention is characterized in that the amount of emission in the exhaust pipe is constant.
나아가, 본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 배기 가스에 포함된 질소산화물을 흡장 또는 탈착하는 LNT 촉매와, 상기 LNT 촉매의 하류에 배치되어 있으며 배기 가스에 포함된 입자상 물질을 포집하는 매연 필터를 포함하는 배기 가스 정화 장치의 제어 방법에 있어서, 엔진 운전 중에 적산거리가 제1설정치 이상인지를 판단하는 단계; 적산거리가 제1설정치 이상인 경우 적산거리가 제2설정치 이상인지를 판단하는 단계; 적산거리가 상기 제1설정치와 제2설정치 사이인 경우, 제1설정치에서의 엔진에서 배출되는 NOx의 양과 제2설정치에서의 엔진에서 배출되는 NOx의 양의 차이에 비례하여 엔진에서 배출되는 NOx의 양을 조절하는 단계; 농후한 분위기를 조성하여 LNT 촉매로부터 NOx를 탈착하는 단계; 및 상기 탈착된 NOx를 슬립시켜 상기 매연 필터를 재생시키는 단계; 를 포함하는 배기 가스 정화 장치의 제어 방법이 제공될 수 있다.Further, in one or more embodiments of the present invention, an LNT catalyst for occluding or desorbing nitrogen oxides contained in exhaust gas, and a soot filter disposed downstream of the LNT catalyst and collecting particulate matter contained in exhaust gas, is provided. A control method of an exhaust gas purifying apparatus, comprising: determining whether an integration distance is equal to or greater than a first predetermined value during engine operation; Determining whether the integration distance is greater than or equal to the second preset value when the integration distance is greater than or equal to the first preset value; When the integration distance is between the first setpoint and the second setpoint, the NOx discharged from the engine is proportional to the difference between the amount of NOx exhausted from the engine at the first setpoint and the amount of NOx exhausted from the engine at the second setpoint. Adjusting the amount; Creating a rich atmosphere to desorb NOx from the LNT catalyst; And slipping the desorbed NOx to regenerate the soot filter. A control method of an exhaust gas purification apparatus may be provided.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 상기 적산거리가 제1설정치보다 작거나 제2설정치보다 크면, 공급되는 엔진에서 배출되는 NOx의 양을 일정하게 유지하는 것을 특징으로 한다.In one or more embodiments of the present invention, when the integration distance is smaller than the first set value or larger than the second set value, the amount of NOx discharged from the engine to be supplied is kept constant.
또한, 상기 엔진에서 배출되는 NOx의 양은 EGR율, 부스트 압력, 주분사시기, 파일롯(pilot)분사시기에 의해 조절되는 것을 특징으로 한다.In addition, the amount of NOx discharged from the engine is characterized in that it is controlled by the EGR rate, the boost pressure, the main injection time, the pilot (pilot) injection time.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 엔진에서 배출되는 NOx의 공급량을 변화시킴으로써 LNT 촉매 열화 정도에 상관없이 매연 필터의 수트(soot)를 항상 일정 수준으로 자연 재생시킬 수 있다.As described above, according to the embodiment of the present invention, the soot of the soot filter may be naturally regenerated to a certain level at all times regardless of the degree of deterioration of the LNT catalyst by changing the amount of NOx discharged from the engine.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치의 제어 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치의 제어 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 적산거리에 따른 엔진에서 배출되는 NOx의 공급량, 배기파이프에서의 NOx량, 배출되는 이산화탄소량의 변화를 도시한 그래프이다.1 is a block diagram of an exhaust gas purification apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart of a control method of an exhaust gas purifying apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a control flowchart of an exhaust gas purifying apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing a change in the supply amount of NOx discharged from the engine, the amount of NOx in the exhaust pipe, the amount of carbon dioxide discharged according to the integration distance according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치의 구성도이다.1 is a block diagram of an exhaust gas purification apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치는 엔진(10), 배기 파이프(20), LNT(Lean NOx Trap) 촉매(30), 매연 필터(40), 그리고 제어기(50)를 포함한다.As shown in FIG. 1, an exhaust gas purifying apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention includes an
엔진(10)은 연료와 공기가 혼합된 혼합기를 연소시켜 화학적 에너지를 기계적 에너지로 변환한다. 엔진(10)은 흡기 매니폴드에 연결되어 연소실 내부로 공기가 유입되며, 배기 매니폴드에 연결되어 연소 과정에서 발생된 배기 가스는 배기 매니폴드에 모인 후 차량의 외부로 배출되게 된다. 상기 연소실에는 인젝터가 장착되어 연료를 연소실 내부로 분사한다.The
배기 파이프(20)는 상기 배기 매니폴드에 연결되어 배기 가스를 차량의 외부로 배출시킨다. 상기 배기 파이프(20) 상에는 LNT 촉매(30) 및 매연 필터(40)가 장착되어 배기 가스 내에 포함된 입자상 물질(Particulate Matters; PM)과 질소산화물 등을 제거한다. An
일부 실시예에서는 상기 배기 파이프(20)에는 배기 가스의 에너지를 이용하여 흡기를 증가시키기 위한 EGR 라인과, 배기 가스에 함유된 탄화수소 및 일산화탄소를 산화시키기 위한 산화 촉매(DOC)와, 배기 가스에 함유된 질소산화물, 탄화수소 및 일산화탄소를 제거하기 위한 선택적 환원 촉매(SCR)가 장착되어 있을 수 있다. 또한, 주분사 전에 약간의 연료를 미리 분사하는 파일롯(pilot)분사 장치가 장착되어 있을 수도 있다.In some embodiments, the
LNT 촉매(30)는 배기 파이프(20) 상에 장착되어 엔진(10)에서 배출되는 배기 가스는 상기 LNT 촉매(30)를 통과하도록 되어 있다. LNT 촉매(30)는 희박한(lean) 분위기에서 배기 가스에 포함된 질소산화물을 흡장하고 농후한(rich) 분위기에서 상기 흡장된 질소산화물을 탈착하도록 되어 있다. 이 때, LNT 촉매(30)는 질소산화물을 질산염 형태로 흡장하고 이산화질소 형태로 탈착한다. The LNT
통상적으로 LNT 촉매(30)는 열화가 진행될수록 NOx의 정화성능이 저하되는데, LNT 촉매(30)로 유입되는 환원제 중 NOx의 환원(재생)에 사용되지 않고 LNT 촉매(30)의 후단으로 슬립(slip)되는 양이 증가한다. 상기 LNT 촉매(30)의 후단에 매연 필터(40)가 배치되는 경우에는 어느 정도의 NOx 슬립량이 있어야만 매연 필터(40)의 재생이 이루어진다. 그러나, 새로운 LNT 촉매(30)인 경우에는 NOx 슬립량이 작으므로 DPF의 자연재생을 위해서는 NOx의 슬립을 유도하는 방안이 필요하다.In general, as the deterioration progresses, the LNT
이를 위해 본 발명의 실시예에서는 차량의 적산거리(mileage)가 제1설정치 미만이거나 제2설정치를 초과하면 엔진에서 배출되는 NOx(Raw NOx)의 공급량은 일정하게 유지하여 슬립되는 NOx의 양을 일정하게 한다. 즉, 적산거리가 낮은 경우에는 LNT 촉매(30)의 정화 성능이 뛰어나 슬립되는 NOx의 양이 많지 않아서 상기 LNT 촉매(30)의 후방에 설치되어 있는 매연 필터(40)에서는 제대로 재생이 되지 않을 수 있으므로, 이를 방지하기 위하여 엔진에서 배출되는 NOx를 증가시킨다. To this end, in an embodiment of the present invention, when the vehicle's mileage is less than the first set value or exceeds the second set value, the supply amount of NOx discharged from the engine is kept constant so that the amount of NOx slipped is constant. Let's do it. In other words, when the integration distance is low, the
본 발명의 실시예에서 상기의 엔진에서 배출되는 NOx(Raw NOx)는 엔진의 연소로 발생하는 NOx를 의미한다.In the embodiment of the present invention NOx (Raw NOx) discharged from the engine means NOx generated by the combustion of the engine.
필요로 하는 엔진에서 배출되는 NOx의 양은 LNT 촉매(30)가 열화될수록 감소하는데, 적산거리가 제2설정치를 초과하면 엔진에서 배출되는 NOx의 공급량을 일정하게 유지한다. The amount of NOx emitted from the engine required decreases as the
상기 LNT 촉매(30)는 귀금속과 흡장 물질을 포함하는데, 귀금속은 백금, 팔라듐, 그리고 로듐을 포함하고, 흡장 물질은 약염기성 물질, 예를 들어 탄산바륨을 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명의 범위는 여기에서 예시된 귀금속 또는 흡장 물질에 한정되지 않는다. The
상기 LNT 촉매(30)의 후방의 배기 파이프(20)에는 도 1에 도시된 바와 같이, 매연 필터(40)가 장착되어 있다. 상기 매연 필터(40)는 배기 파이프(20)를 통하여 배출되는 배기 가스에 포함된 입자상 물질(또는 soot)을 포집한다. 또한, 상기 매연 필터(40)는 LNT 촉매(30)로부터 슬립된 NOx(예를 들어, 이산화질소)를 이용하여 포집된 수트(soot)의 자연 재생이 이루어지도록 한다. 이와 같이, LNT 촉매(30)에서 NOx가 슬립될 때마다 매연 필터(40)에서 자연 재생이 이루어지도록 함으로써 매연 필터(40)의 강제 재생 절차를 생략할 수 있다. 이에 따라 연비가 향상되는 효과가 있다.The
본 발명의 실시예에 따른 제어기(50)는 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치를 제어한다. 이를 위하여, 제어기(50)는 차량의 적산거리를 입력받아 제1설정치 및 제2설정치와 비교하여 입력받은 적산거리가 제1설정치와 제2설정치의 사이에 있는 경우에는 제1설정치에서 필요로 하는 엔진에서 배출되는 NOx의 양과 제2설정치에서 필요로 하는 NOx의 양의 차이에 비례하여 엔진에서 배출되는 NOx를 차등 공급한다. 이에 의해 슬립되는 NOx의 양은 일정하게 된다.The
또한, 필요한 엔진에서 배출되는 NOx의 양을 결정한 후에는 엔진의 연소 분위기를 제어한다. 엔진의 연소 분위기의 제어는 분사되는 연료량을 제어함으로써 수행된다. 즉, 엔진(10)에 분사되는 연료량을 증가시키면 연소 분위기는 농후해지고, 엔진(10)에 분사되는 연료량을 감소시키면 연소 분위기는 희박해진다. In addition, after determining the amount of NOx exhausted from the required engine, the combustion atmosphere of the engine is controlled. Control of the combustion atmosphere of the engine is performed by controlling the amount of fuel injected. In other words, if the amount of fuel injected into the
본 발명의 실시예에 따르면, 엔진에서 배출되는 NOx의 양은 EGR율, 부스트압, 주분사시기, 파일롯(pilot) 분사시기를 포함하는 변수에 의해 제어된다.According to an embodiment of the present invention, the amount of NOx emitted from the engine is controlled by variables including the EGR rate, the boost pressure, the main injection time and the pilot injection time.
상기 EGR율을 증대시키면 산소 농도의 감소에 의해 연소 온도가 낮아져서 NOx의 양이 감소하게 되는 반면, EGR율을 감소시키면 산소 농도의 증가에 따라 연소 온도가 높아져서 NOx의 양이 증가하게 된다.If the EGR rate is increased, the combustion temperature is lowered by decreasing the oxygen concentration, so that the amount of NOx is decreased, while if the EGR rate is decreased, the combustion temperature is increased with the increase of the oxygen concentration, and the amount of NOx is increased.
부스트압은 엔진에 공급되는 흡입 공기량의 압력을 의미하는데, 부스트압을 증가시키면 EGR율을 증대시킨 것과 동일한 효과가 있고, 부스트압을 감소시키면 EGR율을 감소시킨 것과 동일한 효과가 있다.Boost pressure means the pressure of the amount of intake air supplied to the engine, and increasing the boost pressure has the same effect as increasing the EGR rate, and decreasing the boost pressure has the same effect as reducing the EGR rate.
또한, 주분사시기를 진각시키면 연소시작점이 지연되어 NOx의 양이 증가하게 되는 반면, 주분사시기를 지각시키면 연소시작점이 앞당겨져서 NOx의 양이 감소하게 되며, 파일롯 분사시기를 진각시키면 상기 주분사시기의 지각시와 동일한 효과가 있고, 파일롯 분사시기를 지각시키면 상기 주분사시기의 진각시와 동일한 효과가 있다.In addition, when the main injection timing is advanced, the combustion start point is delayed to increase the amount of NOx, whereas when the main injection timing is delayed, the combustion start point is advanced, and the amount of NOx is decreased. There is the same effect as the time of perception of time, and when the pilot injection time is perceived, the same effect as the time of advance of the main injection time.
따라서, NOx의 양을 증가시키기 위해서는 EGR율과 부스트압을 감소시키거나 주분사시기를 진각, 파일롯 분사시기를 지각시키면 된다.Therefore, in order to increase the amount of NOx, the EGR rate and boost pressure may be decreased, or the main injection timing may be advanced and the pilot injection timing may be delayed.
이때, 상기 파일롯 분사(Pilot injection)란 디젤엔진 기관에서 연료의 주분사가 일어나기에 앞서 미리 약간의 연료를 분사시켜 예연소시킴으로써 주분사를 통한 강력한 연소에 의해 발생하는 연소폭발음을 줄여 소음을 감소시키고, 연소실의 급격한 온도상승을 막아 배기가스중 NOx 배출량의 증가를 둔화시키는 연소 진행 방식을 말한다.At this time, the pilot injection (Pilot injection) is to reduce the noise by reducing the combustion explosion caused by the strong combustion through the main injection by pre-burning a small amount of fuel before the main injection of fuel in the diesel engine occurs. In other words, it means a combustion progression method that prevents a sudden rise in temperature in the combustion chamber and slows down the increase of NOx emissions in the exhaust gas.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치의 개략적인 제어 흐름도이다.3 is a schematic control flowchart of an exhaust gas purification apparatus according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치에서의 제어 흐름을 살펴본다. 먼저, 엔진 작동 상태(예를 들어, 연료 분사량, 연료 분사 시기, 차량의 적산거리 등)를 검출(S210)하고, 이에 따라 LNT 촉매(30)의 열화 정도를 판단한다.(S220) 본 발명의 실시예에 따른 상기 LNT 촉매(30)의 열화 정도는 적산거리에 따라 판단한다. 다만, LNT 촉매(30)의 열화를 판단하는 방법은 여러 가지 방법이 있으므로 반드시 이에 한정하여 해석되어서는 안 될 것이다. 상기 적산거리에 따라서 LNT 촉매(30)가 열화되므로 적산거리에 따라 엔진에서 배출되는 NOx의 공급량을 변화시켜 LNT 촉매(30)에서 슬립(slip)되는 NOx의 양이 일정하도록 한다.
Hereinafter, a control flow of the exhaust gas purifying apparatus according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3. First, the engine operating state (for example, fuel injection amount, fuel injection timing, integration distance of the vehicle, etc.) is detected (S210), and accordingly, the degree of deterioration of the
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치의 제어 방법의 구체적인 흐름도이다.2 is a detailed flowchart of a control method of an exhaust gas purifying apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치의 제어는 엔진이 작동 중(S100)일 때 수행된다. 엔진(10)이 작동 중이면, 차량의 적산거리와 제1설정치가 제어기(50)에 전달되어 이들을 비교(S110)한다. As shown in Figure 2, the control of the exhaust gas purification apparatus according to an embodiment of the present invention is performed when the engine is in operation (S100). When the
상기 제1설정치는 새로운 LNT 촉매(fresh LNT)(30)에서 NOx의 슬립율이 높아서 많은 양의 엔진에서 배출되는 NOx를 공급하기까지의 적산거리를 의미한다. 이때까지는 일정한 양의 엔진에서 배출되는 NOx를 공급한다. 상기 제1설정치는 예를 들어 10,000Km일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. The first set value means the integration distance from the
상기 S110 단계에서 적산거리가 제1설정치보다 큰 경우에는 적산거리가 제2설정치보다 큰지를 판단(S160)하여 적산거리가 제2설정치보다 큰 경우에는 엔진에서 배출되는 NOx의 공급을 일정량 공급(S180)하거나 필요에 따라서는 공급을 중단할 수도 있다. 상기 제2설정치는 노화된 LNT 촉매(Aged LNT)(30)에서 엔진에서 배출되는 NOx의 공급이 필요하지 않거나 미량만 필요하게 되는 시점에서의 적산거리를 의미한다. 상기 제2설정치는 예를 들어 160,000Km일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.When the integration distance is greater than the first set value in step S110, it is determined whether the integration distance is greater than the second set value (S160). When the integration distance is larger than the second set value, a certain amount of supply of NOx discharged from the engine is supplied (S180). If necessary, the supply can be discontinued. The second set value means the integration distance at the point where the supply of NOx discharged from the engine in the aged LNT catalyst (Aged LNT) 30 is not necessary or only a small amount is required. The second set value may be, for example, 160,000 km, but is not limited thereto.
상기 S180단계 이후에는 LNT 촉매(30)에서 농후한 분위기를 만들어 NOx를 탈착시키는데(S130), 상기의 탈착된 NOx는 LNT 촉매(30)에서 일부는 질소 기체로 환원되고, 나머지는 슬립되는데, 엔진에서 배출되는 NOx의 공급에 의해 상기의 탈착된 NOx의 슬립량이 일정하게 되어(S140), 슬립된 NOx를 사용하여 매연 필터(40)에서 재생이 정상적으로 이루어지게 된다.(S150)After the step S180 to create a rich atmosphere in the
상기 S110 단계에서 적산거리가 제1설정치보다 작은 경우에는 LNT 촉매(30)가 새로운(fresh) 것으로 판단하여 NOx 슬립량이 적을 것이므로 일정량의 엔진에서 배출되는 NOx를 공급(S120)하여 NOx를 탈착시켜(S130) 일정량 슬립(S140)시킨 다음 후방에 설치된 매연 필터(40)를 재생시킨다.(S150)In the step S110, if the integration distance is smaller than the first set value, since the
또한, 적산거리가 제1설정치와 제2설정치 사이인 경우에는 적산거리에 따라서 엔진에서 배출되는 NOx를 차등 공급(S170)한다. 제1설정치에서 필요한 엔진에서 배출되는 NOx의 양과 제2설정치에서 필요한 엔진에서 배출되는 NOx의 양과의 차이에 비례하여 적산거리가 증가할수록 엔진에서 배출되는 NOx의 양을 감소시킨다. 이와 같이, 엔진에서 배출되는 NOx를 차등 공급한 후에는 LNT 촉매(30)에서 NOx를 탈착, 슬립시켜 매연 필터(40)에서 재생이 원활히 이루어지게 된다.(S130 내지 S150)In addition, when the integration distance is between the first set value and the second set value, the NOx discharged from the engine is differentially supplied according to the integration distance (S170). The amount of NOx discharged from the engine decreases as the integration distance increases in proportion to the difference between the amount of NOx discharged from the engine required at the first setpoint and the amount of NOx discharged from the engine required at the second setpoint. As described above, after differentially supplying NOx discharged from the engine, NOx is desorbed and slipped from the
이때, 상기의 슬립된 NOx는 상기 매연 필터(40)에 공급되어 매연 필터(40)에서 환원되며 수트(soot)의 재생을 위한 산소를 공급한다. 이에 따라 매연 필터(40)가 자연 재생되고(S150), 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치의 제어 방법은 종료된다.At this time, the slip NOx is supplied to the
한편, 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치의 제어 방법은 엔진(10)이 가동 중에는 계속적으로 실시된다. On the other hand, the method for controlling the exhaust gas purifying apparatus according to the embodiment of the present invention is continuously performed while the
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 적산거리에 따른 엔진에서 배출되는 NOx의 공급량, 배기 파이프(20)에서의 NOx량, 배출되는 이산화탄소량의 변화를 도시한 그래프이다.4 is a graph illustrating a change in the supply amount of NOx discharged from the engine, the NOx amount in the
도 4에서는 적산거리가 10,000km 이하인 경우에는 엔진에서 배출되는 NOx를 0.18g/km를 공급하고, 적산거리가 160,000km 이상인 경우에는 0.11g/km를 공급하는 것을 예시하였다.In FIG. 4, when the integration distance is less than 10,000 km, 0.18 g / km is supplied to the NOx discharged from the engine, and when the integration distance is 160,000 km or more, 0.11 g / km is illustrated.
10,000km이하에서는 새로운(fresh) LNT 촉매(30)로 볼 수 있는데, 이때까지는 NOx가 64% 초과 공급되도록 하여 슬립율을 높인다. Below 10,000 km, it can be seen as a fresh (fresh) LNT catalyst (30), up to this time by providing more than 64% NOx to increase the slip rate.
이때는 배기 파이프(20)에서의 NOx의 양은 거의 일정해지고, 배출되는 이산화탄소는 196g/km에서 192g/km로 감소되어 2%가 감소됨을 알 수 있다. At this time, the amount of NOx in the
즉, 새로운 LNT 촉매(30)에서는 많은 양의 NOx를 공급하여 항상 NOx의 슬립률이 동일한 수준이 되도록 하고, 이렇게 함으로써 매연 필터(40)에서 수트(soot)를 촉매 열화 정도에 무관하게 정상적으로 재생할 수 있다. That is, the
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, And all changes to the scope that are deemed to be valid.
Claims (8)
상기 배기 가스에 포함된 입자상 물질을 포집하고 LNT 촉매로부터 슬립된 질소산화물을 이용하여 상기 포집된 입자상 물질을 재생시키는 매연 필터; 그리고
차량의 적산거리에 따른 상기 LNT 촉매의 열화 정도에 따라 공급되는 엔진에서 배출되는 NOx의 양을 조절하여 슬립되는 NOx의 양을 조절하는 제어부를 포함하되,
상기 제어부는 적산거리가 제1설정치보다 작거나 제2설정치보다 크면 공급되는 엔진에서 배출되는 NOx의 양을 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.An LNT catalyst which occludes nitrogen oxide contained in exhaust gas in a lean atmosphere, desorbs nitrogen oxide stored in a rich atmosphere, and slips desorbed nitrogen oxide according to the concentration of the nitrogen oxide;
A soot filter which collects particulate matter contained in the exhaust gas and regenerates the collected particulate matter using nitrogen oxide slipped from an LNT catalyst; And
It includes a control unit for controlling the amount of NOx slipped by adjusting the amount of NOx discharged from the engine supplied according to the degree of degradation of the LNT catalyst according to the integration distance of the vehicle,
And the control unit maintains a constant amount of NOx discharged from the supplied engine when the integration distance is smaller than the first set value or larger than the second set value.
상기 엔진에서 배출되는 NOx의 양은 적산거리가 제1설정치와 제2설정치 사이인 경우 적산거리의 증가에 따라 상기 제1설정치와 제2설정치에서 필요한 엔진에서 배출되는 NOx의 차이에 비례하여 감소하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치. The method of claim 1,
The amount of NOx discharged from the engine decreases in proportion to the difference between the NOx discharged from the engine required by the first setpoint and the second setpoint when the integration distance is increased between the first setpoint and the second setpoint. An exhaust gas purification device characterized by the above-mentioned.
상기 엔진에서 배출되는 NOx의 양은 EGR율, 부스트 압력, 주분사시기, 파일롯(pilot)분사시기에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.The method of claim 3,
The amount of NOx discharged from the engine is controlled by the EGR rate, boost pressure, main injection timing, pilot injection timing.
배기파이프에서의 에미션량은 일정한 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.The method according to any one of claims 1, 3, and 4,
An exhaust gas purification device according to claim 1, wherein the amount of emission in the exhaust pipe is constant.
엔진 운전 중에 적산거리가 제1설정치 이상인지를 판단하는 단계;
적산거리가 제1설정치 이상인 경우 적산거리가 제2설정치 이상인지를 판단하는 단계;
적산거리가 상기 제1설정치와 제2설정치 사이인 경우, 제1설정치에서의 엔진에서 배출되는 NOx의 양과 제2설정치에서의 엔진에서 배출되는 NOx의 양의 차이에 비례하여 엔진에서 배출되는 NOx의 양을 EGR율, 부스트 압력, 주분사시기 및 파일롯(pilot)분사시기 중 하나 이상의 변수에 의해 조절하는 단계;
농후한 분위기를 조성하여 LNT 촉매로부터 NOx를 탈착하는 단계; 및
상기 탈착된 NOx를 슬립시켜 상기 매연 필터를 재생시키는 단계;
를 포함하는 배기 가스 정화 장치의 제어 방법.A control method of an exhaust gas purifying apparatus comprising an LNT catalyst for occluding or desorbing nitrogen oxide contained in exhaust gas, and a soot filter disposed downstream of the LNT catalyst and collecting particulate matter contained in exhaust gas.
Determining whether the integration distance is equal to or greater than the first predetermined value during engine operation;
Determining whether the integration distance is greater than or equal to the second preset value when the integration distance is greater than or equal to the first preset value;
When the integration distance is between the first setpoint and the second setpoint, the NOx discharged from the engine is proportional to the difference between the amount of NOx exhausted from the engine at the first setpoint and the amount of NOx exhausted from the engine at the second setpoint. Adjusting the amount by at least one of EGR rate, boost pressure, main injection timing and pilot injection timing;
Creating a rich atmosphere to desorb NOx from the LNT catalyst; And
Slipping the desorbed NOx to regenerate the soot filter;
Control method of the exhaust gas purification apparatus comprising a.
상기 적산거리가 제1설정치보다 작거나 제2설정치보다 크면, 공급되는 엔진에서 배출되는 NOx의 양을 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치의 제어 방법.The method according to claim 6,
And when the integration distance is smaller than the first set value or larger than the second set value, the amount of NOx discharged from the engine to be supplied is kept constant.
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