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KR20220135376A - Exhaust gas reducing system and control method thereof - Google Patents

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KR20220135376A
KR20220135376A KR1020210040938A KR20210040938A KR20220135376A KR 20220135376 A KR20220135376 A KR 20220135376A KR 1020210040938 A KR1020210040938 A KR 1020210040938A KR 20210040938 A KR20210040938 A KR 20210040938A KR 20220135376 A KR20220135376 A KR 20220135376A
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KR
South Korea
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exhaust gas
oxygen
lambda
amount
reduction
Prior art date
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Pending
Application number
KR1020210040938A
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Korean (ko)
Inventor
최성무
조지호
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

Disclosed are an exhaust gas reduction system and a control method thereof. In accordance with one embodiment of the present invention, the exhaust gas reduction system includes: a warm up catalytic converter (WCC) installed on an exhaust line of a gasoline engine to purify exhaust gas; a first lambda sensor and a second lambda sensor disposed at the front and rear ends of the WCC, respectively, to detect a lambda value of the exhaust gas passing through the exhaust line; an under floor catalytic converter (UCC) installed in the rear of the WCC to reduce harmful substances contained in the exhaust gas; an NH_3 reduction catalyst formed at the rear end of the UCC to store oxygen; a temperature sensor measuring a catalyst temperature of the NH_3 reduction catalyst; and a control unit receiving sensing information of various sensors to perform a lambda control operation on the engine, storing oxygen, which is supplied in an increased oxygen driving condition, in the NH_3 reduction catalyst, and oxidizing ammonia (NH_3), which is generated in a rich driving condition, using the oxygen stored in the NH_3 reduction catalyst. Therefore, the present invention is capable of reducing a large amount of NH_3.

Description

배기가스 저감 시스템 및 그 제어 방법{EXHAUST GAS REDUCING SYSTEM AND CONTROL METHOD THEREOF}Exhaust gas reduction system and its control method

본 발명은 배기가스 저감 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가솔린 엔진 차량의 암모니아(NH3) 규제 대응을 위한 배기가스 저감 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an exhaust gas reduction system and a control method therefor, and more particularly, to an exhaust gas reduction system and a control method thereof for responding to ammonia (NH3) regulation in gasoline engine vehicles.

일반적으로 유럽을 비롯한 각국의 정부는 배기가스 규제를 위하여 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx), 일산화탄소(CO), 입자성물질/입자개수(PM/PN) 등의 배기 가스 내 오염물질에 대한 배출 기준을 점차 강화하고 있다. In general, the governments of each country, including Europe, control pollutants in exhaust gas such as hydrocarbons (HC), nitrogen oxides (NO x ), carbon monoxide (CO), and particulate matter/number of particles (PM/PN) for exhaust gas regulation. Emission standards are gradually being strengthened.

이에 주요 자동차 제조사들은 한층 강화되고 있는 배기 가스 규제에 효과적으로 대응하기 위한 촉매 변환기를 개발하여 배기가스 규제 기준에 맞춰 차량을 생산하고 있다.Accordingly, major automobile manufacturers have developed catalytic converters to effectively respond to stricter exhaust gas regulations and are producing vehicles in line with exhaust gas regulations.

예컨대, 종래의 배기가스 규제(EU6)에 따른 가솔린 엔진의 배기시스템은 WCC(Warm-up Catalytic Converter)와 UCC(Under floor Catalytic Converter)를 구성하여 배기가스를 저감하고 있다.For example, the exhaust system of a gasoline engine according to the conventional exhaust gas regulation (EU6) reduces exhaust gas by configuring a WCC (Warm-up Catalytic Converter) and UCC (Under floor Catalytic Converter).

한편, 최근에는 배기규제가 2nd EM으로 더욱 강화되는 추세에 있으며, EU7의 경우 암모니아(NH3) 규제의 추가가 예상되고 있다. On the other hand, in recent years, the emission regulation tends to be further strengthened to 2nd EM, and in the case of EU7, the addition of ammonia (NH3) regulation is expected.

이에 비해, 종래 촉매 시스템은 일산화질소(NO)를 리치(Rich) 분위기에서 정화할 경우 일산화질소(NO)와 수소(H2)의 반응에 의해 NH3을 다량으로 발생하는 특성이 있다. 이렇게 발생한 NH3는 린(Lean) 분위기에서의 고온 산화에 의해, 질소(N2), 일산화질소(NO), 아산화 질소(N2O)로 분해된다.In contrast, the conventional catalyst system has a characteristic of generating a large amount of NH3 by the reaction of nitrogen monoxide (NO) and hydrogen (H2) when nitrogen monoxide (NO) is purified in a rich atmosphere. The generated NH3 is decomposed into nitrogen (N2), nitrogen monoxide (NO), and nitrous oxide (N2O) by high-temperature oxidation in a lean atmosphere.

하지만, 리치(Rich) 분위기에서는 고온에서도 분해되지 않고 NH3가 존재하는 단점이 있으며, 일반적인 삼원촉매를 적용할 경우 UCC에 의한 NH3 정화율이 상당히 낮은 수준으로 실질적인 NH3 정화가 어려운 문제점이 있다(도 2 참조).However, in a rich atmosphere, there is a disadvantage that NH3 is present without being decomposed even at high temperatures. Reference).

따라서, 현재 NH3는 배기규제 물질에 포함되지 않지만 대기환경 보호를 위한 자사의 선제적 정책과 향후 강화될 규제 대응을 위해 NH3 저감 기술이 요구된다.Therefore, NH3 is not currently included in emission control substances, but NH3 reduction technology is required for the company's preemptive policy to protect the air environment and to respond to regulations that will be strengthened in the future.

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.Matters described in this background section are prepared to promote understanding of the background of the invention, and may include matters that are not already known to those of ordinary skill in the art to which this technology belongs.

본 발명의 실시 예는 UCC의 후단에 NH3 저감 촉매를 구성하여 산소를 저장하고 NH3 저감 촉매의 산소 저장량을 기준으로 리치(Rich) 제어를 수행하여 NH3를 효과적으로 저감하는 배기가스 저감 시스템 및 그 제어 방법을 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is an exhaust gas reduction system that effectively reduces NH3 by configuring an NH3 reduction catalyst at the rear end of the UCC to store oxygen and performing rich control based on the oxygen storage amount of the NH3 reduction catalyst, and a control method therefor would like to provide

본 발명의 일 측면에 따르면, 엔진의 배기라인 상에 설치되어 배기가스를 정화하는 WCC(Warm up Catalytic Converter); 상기 WCC의 전단과 후단에 각각 배치되어 상기 배기라인을 지나는 배기가스의 람다값을 감지하는 제1 람다센서 및 제2 람다센서; 상기 WCC의 후방에 설치되어 상기 배기가스에 포함된 유해물질을 저감시키는 UCC(Under floor Catalytic Converter); 상기 UCC의 후단에 구성되어 산소를 저장하는 NH3 저감 촉매; 상기 NH3 저감 촉매의 촉매온도를 측정하는 온도 센서; 및 각종 센서의 감지 정보를 수신하여 상기 엔진의 람다 제어를 하며, 운전 조건에서 공급된 산소를 상기 NH3 저감 촉매에 저장시키고 리치(Rich) 운전 조건 시 생성되는 암모니아(NH3)를 상기 NH3 저감 촉매에 저장된 산소를 이용하여 산화시키는 제어부;를 포함한다.According to one aspect of the present invention, it is installed on the exhaust line of the engine WCC (Warm up Catalytic Converter) to purify the exhaust gas; a first lambda sensor and a second lambda sensor respectively disposed at the front end and rear end of the WCC to sense a lambda value of the exhaust gas passing through the exhaust line; UCC (Under floor Catalytic Converter) installed at the rear of the WCC to reduce harmful substances contained in the exhaust gas; an NH3 reduction catalyst configured at the rear end of the UCC to store oxygen; a temperature sensor for measuring a catalyst temperature of the NH3 reduction catalyst; And it receives the detection information of various sensors to control the lambda of the engine, stores oxygen supplied under operating conditions in the NH3 reduction catalyst, and stores ammonia (NH3) generated during rich operation conditions to the NH3 reduction catalyst and a control unit that oxidizes using stored oxygen.

또한, 상기 WCC는 상기 배기가스에 포함된 HC, NOx, CO, PM, PN의 유해물질을 촉매 작용으로 저감하는 삼원 촉매(Three Way Catalyst converter)를 포함할 수 있다.In addition, the WCC may include a three-way catalyst (Three Way Catalyst converter) for reducing harmful substances of HC, NOx, CO, PM, and PN included in the exhaust gas by catalytic action.

또한, 상기 제1 람다센서는 상기 엔진에서 배출되어 상기 WCC로 유입되는 배기가스의 제1 람다값(λ1)을 감지하여 상기 제어부로 전달하고, 상기 제2 람다센서는 상기 WCC에서 배출되는 배기가스의 제2 람다값(λ2)을 감지하여 상기 제어부로 전달할 수 있다.In addition, the first lambda sensor detects a first lambda value (λ1) of the exhaust gas discharged from the engine and flowing into the WCC and transmits it to the controller, and the second lambda sensor is the exhaust gas discharged from the WCC The second lambda value λ2 of λ2 may be sensed and transmitted to the controller.

또한, 상기 NH3 저감 촉매는 연료차단(Fuel cut) 제어 시 공급된 산소를 저장하고, 상기 산소가 희박한 리치 조건에서도 과량의 산소를 저장하여 NH3 저감에 활용하는 촉매장치로 구성될 수 있다.In addition, the NH3 reduction catalyst may be configured as a catalyst device that stores oxygen supplied during fuel cut control, and stores excess oxygen even in a rich condition in which the oxygen is lean and utilizes it for NH3 reduction.

또한, 상기 NH3 저감 촉매는 상기 NH3의 저감 성능을 위해 다른 촉매에 비해 증가된 고 OSC(Oxygen Storage Capacity) 특성을 포함할 수 있다.In addition, the NH3 reduction catalyst may include an increased Oxygen Storage Capacity (OSC) characteristic compared to other catalysts for the NH3 reduction performance.

또한, 상기 NH3 저감 촉매는 상기 고 OSC 특성을 위해 산소 저장 물질(CeO2)을 촉매 코팅량의 30% 이상으로 구성하거나 30g/L 이상인 과량의 산소 저장 물질로 구성될 수 있다.In addition, the NH3 reduction catalyst may be composed of an oxygen storage material (CeO2) in 30% or more of the catalyst coating amount or an excess oxygen storage material of 30 g/L or more for the high OSC characteristics.

또한, 상기 제어부는 상기 NH3 저감 촉매의 잔존 산소량이 소진되지 않는 범위에서 람다를 제어할 수 있다.In addition, the control unit may control the lambda in a range in which the amount of residual oxygen of the NH3 reduction catalyst is not exhausted.

또한, 상기 제어부는 리치 운전 조건에서 상기 NH3 저감 촉매의 잔존 산소량에 따라 리치 운전 시간을 단축시키거나 리치 정도를 완화시키는 람다 제어 중 적어도 하나를 수행할 수 있다.In addition, the control unit may perform at least one of reducing the rich operation time or reducing the degree of richness according to the amount of residual oxygen of the NH3 reduction catalyst under the rich operation condition.

한편, 엔진의 배기라인 상에 설치된 WCC(Warm up Catalytic Converter), UCC(Under floor Catalytic Converter) 및 UCC의 후단에 구성된 NH3 저감 촉매를 이용하여 배기가스를 정화하는 제어부의 배기가스 저감 시스템 제어 방법은, a) 상기 WCC의 전단과 후단에 각각 설치된 제1 람다센서 및 제2 람다센서로부터 상기 배기가스의 제1 람다값(λ1)과 2 람다값(λ2)을 수집하는 단계; b) 상기 제1 람다값(λ1)이 1이하이고 상기 제2 람다값(λ2)이 일정 값 이상인 상기 NH3 저감 촉매의 산소 소진 조건을 검출하는 단계; c) 배기유량과 상기 제1 람다값(λ1)에 따른 환원제 공급량(R1)을 산출하는 단계; d) 상기 배기유량과 촉매온도에 기초한 산소 저장량 맵(OSC MAP)을 참조하여 상기 NH3 저감 촉매의 잔존 산소량(S1)을 산출하는 단계; 및 e) 상기 환원제 공급량(R1)을 상기 잔존 산소량(S1)으로 나눈 값이 1이상의 상수값(a) 미만인 조건을 충족하면 상기 NH3 저감 촉매의 잔존 산소량이 소진되지 않도록 리치 정도를 완화시키는 단계;를 포함한다.On the other hand, the method of controlling the exhaust gas reduction system of the control unit that purifies the exhaust gas using the WCC (Warm up Catalytic Converter), the UCC (Under floor Catalytic Converter) and the NH3 reduction catalyst configured at the rear end of the UCC installed on the exhaust line of the engine is ; b) detecting an oxygen exhaustion condition of the NH3 reduction catalyst in which the first lambda value (λ1) is 1 or less and the second lambda value (λ2) is equal to or greater than a predetermined value; c) calculating the reducing agent supply amount (R1) according to the exhaust flow rate and the first lambda value (λ1); d) calculating the residual oxygen amount (S1) of the NH3 reduction catalyst with reference to an oxygen storage amount map (OSC MAP) based on the exhaust flow rate and catalyst temperature; And e) when the reducing agent supply amount (R1) divided by the residual oxygen amount (S1) meets the condition that is less than a constant value (a) of 1 or more, the amount of residual oxygen of the NH3 reduction catalyst is not exhausted; includes

또한, 상기 a) 단계이전에, 운전 조건에서 공급된 산소를 상기 NH3 저감 촉매에 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, before step a), the method may further include the step of storing oxygen supplied under operating conditions in the NH3 reduction catalyst.

또한, 상기 b) 단계는, 리치 운전 조건에서 생성되는 암모니아(NH3)를 상기 NH3 저감 촉매에 저장된 산소를 이용하여 산화시키는 단계를 포함할 수 있다.Also, step b) may include oxidizing ammonia (NH3) generated under the rich driving condition using oxygen stored in the NH3 reduction catalyst.

또한, 상기 c) 단계는, 상기 제1 람다값(λ1)에 따른 CO, CO2, H2의 농도를 도출하는 단계; 상기 CO, CO2, H2의 농도에 따라 투입되는 환원제(i) 농도와 환원제(i) 밀도를 곱한 값에 상기 배기유량을 곱하여 시간에 따른 환원제량을 산출하는 단계; 및 상기 시간에 따른 환원제량을 누적하여 상기 환원제 공급량(R1)을 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.In addition, the step c) may include deriving the concentrations of CO, CO2, and H2 according to the first lambda value (λ1); calculating the amount of reducing agent over time by multiplying the exhaust flow rate by the value obtained by multiplying the concentration of the reducing agent (i) and the reducing agent (i) density to be input according to the concentrations of the CO, CO2, and H2; and calculating the reducing agent supply amount (R1) by accumulating the amount of reducing agent over time.

또한, 상기 d) 단계는, 상기 OSC MAP으로 도출된 NH3 저감 촉매의 산소량에서 환원제와 반응한 산소량을 차감한 값으로 잔존 산소량(S1)을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, step d) may include calculating the amount of residual oxygen (S1) as a value obtained by subtracting the amount of oxygen reacted with the reducing agent from the amount of oxygen of the NH3 reduction catalyst derived from the OSC MAP.

또한, 상기 e) 단계는, 상기 제1 람다값(λ1)에 1이상의 상수 값(b)을 곱하여 상기 제1 람다값(λ1) 보다 높은 값으로 NH3 저감 람다 제어를 수행하여 연료량을 감소시키고 공기량이 증대시키는 단계를 포함할 수 있다.In addition, in step e), the first lambda value (λ1) is multiplied by a constant value (b) of 1 or more to perform NH3 reduction lambda control to a value higher than the first lambda value (λ1) to reduce the fuel amount and air amount This may include augmenting.

또한, 상기 e) 단계는, 상기 NH3 저감 람다 제어 시 기본 리치 운전 시간에 비해 리치 운전 시간을 단축 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.In addition, the step e) may further include reducing the rich operation time compared to the basic rich operation time when controlling the NH3 reduction lambda.

본 발명의 실시 예에 따르면, UCC 후단의 NH3 저감 촉매를 통해 산소를 저장하고 이를 활용한 람다 제어를 통해 고온 리치 분위에서 발생되는 다량의 NH3를 저감할 수 있는 효과가 있다.According to an embodiment of the present invention, there is an effect that a large amount of NH3 generated in a high temperature rich atmosphere can be reduced by storing oxygen through the NH3 reduction catalyst at the rear end of the UCC and controlling the lambda using the same.

또한, 가솔린 엔진 차량의 NH3 저감 기술을 통해 향후 NH3 규제를 만족시킬 수 있는 효과가 있다. In addition, there is an effect that can satisfy future NH3 regulations through the NH3 reduction technology of gasoline engine vehicles.

또한, 선제적인 NH3 저감 기술 확보를 통해 환경친화적인 제품의 품질향상 및 고객 만족도의 향상 효과를 기대할 수 있다.In addition, by preemptively securing NH3 reduction technology, it can be expected to improve the quality of environmentally friendly products and improve customer satisfaction.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 저감 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸다.
도 2는 일반적인 온도 및 분위기에 따른 NH2 농도 및 반응 속도 그래프와 NH3 생성/제거 반응식을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배기가스 저감 시스템 제어 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 람다에 따른 CO 농도를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 NH3 저감 촉매의 산소저장량 맵을 나타낸다.
도 6은 본 발명이 실시예에 따른 배기가스 저감 시스템 제어를 통한 효과를 나타낸 그래프이다.
1 schematically shows the configuration of an exhaust gas reduction system according to an embodiment of the present invention.
2 shows a graph of NH2 concentration and reaction rate according to general temperature and atmosphere, and NH3 generation/removal reaction equation.
3 is a flowchart schematically illustrating a method for controlling an exhaust gas reduction system according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing a CO concentration according to lambda according to an embodiment of the present invention.
5 shows an oxygen storage amount map of the NH3 reduction catalyst according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing the effect through the control of the exhaust gas reduction system according to the embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. However, the present invention may be embodied in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated. In addition, terms such as “…unit”, “…group”, and “module” described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software or a combination of hardware and software. have.

명세서 전체에서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.Throughout the specification, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. These terms are only for distinguishing the elements from other elements, and the essence, order, or order of the elements are not limited by the terms.

명세서 전체에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결된다'거나 '접속된다'고 언급되는 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결된다'거나 '직접 접속된다'고 언급되는 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 아니하는 것으로 이해되어야 할 것이다.Throughout the specification, when an element is referred to as 'connected' or 'connected' to another element, it may be directly connected to or connected to the other element, but another element may exist in between. It should be understood that there may be On the other hand, when it is mentioned that a certain element is 'directly connected' or 'directly connected' to another element, it should be understood that there is no other element in the middle.

명세서 전체에서, 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. Throughout the specification, terms used are merely used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.

명세서 전체에서, '포함한다', '가진다' 등과 관련된 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Throughout the specification, terms related to 'comprising', 'having', etc. are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification is present, but one or more other features. It is to be understood that this does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

본 명세서에서 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 포함한다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise herein, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be construed as being consistent with the contextual meaning of the related art, and shall not be construed in an ideal or overly formal meaning unless explicitly defined herein.

이제 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 저감 시스템 및 그 제어 방법에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.Now, an exhaust gas reduction system and a control method thereof according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 저감 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸다.1 schematically shows the configuration of an exhaust gas reduction system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 저감 시스템(100)은 엔진(110), 배기라인(120), 웜업 촉매컨버터(Warm up Catalytic Converter, WCC)(130), 언더 플로어 촉매 컨버터(Under floor Catalytic Converter, UCC)(140), NH3 저감 촉매(145) 및 제어부(150)를 포함한다. Referring to FIG. 1 , an exhaust gas reduction system 100 according to an embodiment of the present invention includes an engine 110 , an exhaust line 120 , a warm up catalytic converter (WCC) 130 , and an underfloor catalyst. It includes a converter (Under floor Catalytic Converter, UCC) (140), NH3 reduction catalyst (145) and the control unit (150).

엔진(110)은 제어기(50)의 제어에 의해 출력이 제어되며, 제어기(50)의 제어에 따라 최적의 운전점으로 구동된다. The output of the engine 110 is controlled by the control of the controller 50 , and is driven to an optimal operating point according to the control of the controller 50 .

엔진(110)은 연료와 공기를 연소시켜 화학적 에너지를 기계적 에너지로 변환한다. 즉, 엔진(110)은 흡기 매니폴드를 통해 복수의 연소실(111) 내 공기가 유입되고 각 연소실(111)에 구비된 인젝터(112)를 통해 연료를 분사한다. 이러한 엔진(110)은 가솔린 직접 분사(Gasoline Direct Injection: GDI) 엔진일 수 있다.The engine 110 converts chemical energy into mechanical energy by burning fuel and air. That is, the engine 110 introduces air into the plurality of combustion chambers 111 through the intake manifold and injects fuel through the injectors 112 provided in each combustion chamber 111 . The engine 110 may be a gasoline direct injection (GDI) engine.

엔진(110)의 연소 과정에서 발생된 배기가스는 배기 매니폴드에 모인 후 배기라인(120)을 통해 외부로 배출된다. 상기 배기가스에는 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx), 일산화탄소(CO), 입자성물질/입자개수(PM/PN) 등의 규제 물질을 포함한다.Exhaust gas generated in the combustion process of the engine 110 is collected in the exhaust manifold and then discharged to the outside through the exhaust line 120 . The exhaust gas includes regulated substances such as hydrocarbons (HC), nitrogen oxides (NOx), carbon monoxide (CO), and particulate matter/number of particles (PM/PN).

WCC(130)는 배기라인(120) 상에 설치되어 배기가스를 정화하는 삼원 촉매(Three Way Catalyst converter)를 포함할 수 있다. The WCC 130 may include a three-way catalyst converter installed on the exhaust line 120 to purify the exhaust gas.

WCC(130)는 엔진(110)에서 배출되는 배기가스에 포함된 HC, NOx, CO, PM/PN 등의 유해물질을 촉매 작용으로 저감시킨다. 예컨대, 삼원 촉매는 배기가스 중의 HC, CO, NOx를 산화 반응을 통해 HC는 H20와 CO2로, CO는 C02로, NOx를 N2 및 O2로 변환시킬 수 있다.The WCC 130 reduces harmful substances such as HC, NOx, CO, PM/PN, etc. included in the exhaust gas discharged from the engine 110 by catalytic action. For example, the three-way catalyst can convert HC, CO, and NOx in exhaust gas into H20 and CO2, CO into CO2, and NOx into N2 and O2 through an oxidation reaction.

WCC(130)는 전단과 후단에 각각 배치된 위치에서 배기라인(120)을 지나는 배기가스의 공연비(Air/Fuel Ratio, AFR)에 따른 람다값을 감지하는 제1 람다센서(131) 및 제2 람다센서(132)를 포함한다. The WCC 130 is a first lambda sensor 131 and a second lambda sensor that detects a lambda value according to an air-fuel ratio (AFR) of the exhaust gas passing through the exhaust line 120 at positions disposed at the front end and the rear end, respectively. and a lambda sensor 132 .

제1 람다센서(131)는 엔진(110)에서 배출되어 WCC(130)로 유입되는 배기가스의 제1 람다값(λ1)을 감지하여 제어부(150)로 전달한다.The first lambda sensor 131 senses the first lambda value λ1 of the exhaust gas discharged from the engine 110 and flowing into the WCC 130 , and transmits it to the controller 150 .

제2 람다센서(132)는 WCC(130)에서 배출되는(혹은 UCC(140)로 유입되는) 배기가스의 제2 람다값(λ2)을 감지하여 제어부(150)로 전달한다. The second lambda sensor 132 detects the second lambda value λ2 of the exhaust gas discharged from the WCC 130 (or introduced into the UCC 140 ) and transmits it to the controller 150 .

이에 따른, 제어부(150)는 상기 제1 람다값(λ1)과 제2 람다값(λ2)을 이용하여 인젝터(112)를 제어할 수 있고, 상기 인젝터(112)의 연료차단 상태 등의 정보를 판단할 수 있다.Accordingly, the control unit 150 can control the injector 112 using the first lambda value λ1 and the second lambda value λ2, and information such as the fuel cut-off state of the injector 112 is displayed. can judge

UCC(140)는 WCC(130) 후방의 배기라인(120) 상에 설치되어 상기 배기가스에 포함된 유해물질을 저감시키는 역할을 하며, 후단에 추가 구성되어 산소를 저장하는 NH3 저감 촉매(145)와 온도 센서(146)를 포함하는 것을 특징으로 한다.The UCC 140 is installed on the exhaust line 120 at the rear of the WCC 130 to reduce harmful substances contained in the exhaust gas, and is additionally configured at the rear end to store oxygen NH3 reduction catalyst 145 . and a temperature sensor 146 .

NH3 저감 촉매(145)는 산소가 많거나 증가된 운전 조건(예; Fuel cut off)에서 공급된 산소를 저장한다.The NH3 reduction catalyst 145 stores oxygen supplied in an oxygen-rich or increased operating condition (eg, fuel cut off).

또한, NH3 저감 촉매(145)는 산소가 희박한 리치 조건에서도 다량의 산소를 저장하고 NH3 저감에 활용할 수 있는 촉매장치로 구성된다.In addition, the NH3 reduction catalyst 145 is configured as a catalyst device that can store a large amount of oxygen and use it to reduce NH3 even in a rich condition in which oxygen is rare.

NH3 저감 촉매(145)는 NH3 저감 성능을 위해 다른 촉매(예; WCC)에 비해 증가된 고 OSC(Oxygen Storage Capacity) 특성을 갖는다. 예컨대, NH3 저감 촉매(145)는 상기 고 OSC 특성으로 과량의 산소를 저장 및 방출하기 위하여 산소 저장 물질(CeO2)을 촉매 코팅량의 30% 이상으로 구성하거나 30g/L 이상인 과량의 산소 저장 물질로 구성될 수 있다.The NH3 reduction catalyst 145 has a high Oxygen Storage Capacity (OSC) characteristic, which is increased compared to other catalysts (eg, WCC) for NH3 reduction performance. For example, the NH3 reduction catalyst 145 comprises an oxygen storage material (CeO2) in 30% or more of the catalyst coating amount or an excess oxygen storage material of 30 g/L or more in order to store and release excess oxygen due to the high OSC characteristics. can be configured.

온도 센서(146)는 상기 NH3 저감 촉매(145)의 촉매 온도를 측정하여 제어부(150)로 전송한다.The temperature sensor 146 measures the catalyst temperature of the NH3 reduction catalyst 145 and transmits it to the controller 150 .

제어부(150)는 본 발명의 실시 예에 따른 가솔린 엔진 차량의 NH3 규제 대응을 위한 배기가스 저감 시스템(100)의 전반적인 동작을 제어하는 컴퓨팅 장치(Electronic Control Unit, ECU)로서, 이를 위한 적어도 하나의 프로세서, 프로그램 및 데이터를 포함한다.The control unit 150 is a computing device (Electronic Control Unit, ECU) for controlling the overall operation of the exhaust gas reduction system 100 for responding to the NH3 regulation of a gasoline engine vehicle according to an embodiment of the present invention, and for this, at least one It includes processors, programs and data.

제어부(150)는 엔진(110)으로 유입되는 공기의 유량을 기반으로 배기유량을 연산할 수 있다. The controller 150 may calculate the exhaust flow rate based on the flow rate of air introduced into the engine 110 .

제어부(150)는 차량의 연비 향상을 위하여 감속 시에 연료 주입을 차단하는 연료차단(Fuel cut) 제어를 한다.The control unit 150 controls fuel cut to block fuel injection during deceleration in order to improve fuel efficiency of the vehicle.

제어부(150)는 엔진(110)의 운행 중 상기 각종 센서 감지된 정보를 수신하여 엔진(110)의 인젝터(112)에서 분사하는 연료량(즉, 연료 분사량)을 제어하며, 이하, 이를 람다 제어(Lambda control)라 명명하도록 한다.The control unit 150 receives the information sensed by the various sensors while the engine 110 is running and controls the amount of fuel injected by the injector 112 of the engine 110 (ie, the fuel injection amount), hereinafter, this is a lambda control ( Lambda control).

제어부(150)는 가솔린 엔진(110)의 람다 제어를 이론 공연비 14.7:1를 기준으로 제어하며, 연소실(111)로 유입되는 공기량을 기반으로 연료량을 계산한다.The control unit 150 controls the lambda control of the gasoline engine 110 based on the stoichiometric air-fuel ratio of 14.7:1, and calculates the fuel amount based on the amount of air introduced into the combustion chamber 111 .

여기서, 람다(Lambda)는 실제 공연비의 이론 공연비에 대한 비율로써, 엔진에 흡입되는 혼합기의 공연비를 이론 공연비로 나눈 값이다. 이렇게 공연비의 비율인 람다값(λ)을 통해 혼합기가 농후한 정도를 나타내낼 수 있다. 예를 들면, 람다값(λ)이 1인 경우(λ = 1)는 이론 공연비(14.7:1)로 제어되고 있는 것을 의미한다. 또한, 람다값(λ)이 1미만인 경우(λ > 1)는 상기 혼합기가 희박한 린(Lean) 분위기 조건으로 제어되는 것을 의미하고, 반대로 람다(λ)가 1을 초과하는 경우(λ < 1)는 상기 혼합기가 농후한 리치(Rich) 분위기 조건으로 제어되는 것을 의미할 수 있다.Here, lambda is a ratio of the actual air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio, and is a value obtained by dividing the air-fuel ratio of the mixer sucked into the engine by the stoichiometric air-fuel ratio. In this way, the richness of the mixer can be expressed through the lambda value (λ), which is the ratio of the air-fuel ratio. For example, when the lambda value (λ) is 1 (λ = 1), it means that the stoichiometric air-fuel ratio (14.7:1) is controlled. In addition, when the lambda value (λ) is less than 1 (λ > 1), it means that the mixer is controlled in a lean Lean atmosphere condition, and conversely, when the lambda value (λ) exceeds 1 (λ < 1) may mean that the mixer is controlled in a rich rich atmosphere condition.

한편, 도 2는 일반적인 온도 및 분위기에 따른 NH2 농도 및 반응 속도 그래프와 NH3 생성/제거 반응식을 나타낸다.Meanwhile, FIG. 2 shows a graph of NH2 concentration and reaction rate according to general temperature and atmosphere, and NH3 generation/removal reaction equation.

도 2를 참조하면, 앞서 발명의 배경이 되는 기술에서 설명한 것과 같이, 종래의 가솔린 촉매 시스템의 경우 린(Lean) 조건에서의 정화 시 온도 상승에 따른 NH3 생성이 감소되고, 상기 생성된 NH3도 고온에서 산소와 반응하여 용이하게 감소한다.Referring to FIG. 2 , as described in the prior art background of the invention, in the case of a conventional gasoline catalyst system, the generation of NH3 according to the temperature increase during purification under a lean condition is reduced, and the generated NH3 is also at a high temperature. It is readily reduced by reaction with oxygen.

그러나, 리치(Rich) 조건에서의 정화 시 NH3 생성이 용이하지만 산소가 없는 조건이므로 NH3를 제거하지 못하고 대기 중으로 배출되는 문제가 있다. 이는 리치 조건에서의 NH3가 과다 발생 하는 것에 비해 상기 NH3를 제거하기 위한 산소량이 부족한 것에 원인이 있다.However, NH3 generation is easy during purification under rich conditions, but there is a problem in that NH3 cannot be removed and discharged into the atmosphere because there is no oxygen. This is due to the insufficient amount of oxygen for removing the NH3 compared to the excessive generation of NH3 in the rich condition.

따라서, 리치 조건에서 NH3의 제거를 위해 산소를 효과적으로 공급하는 것이 매우 중요하다.Therefore, it is very important to effectively supply oxygen for the removal of NH3 in the rich condition.

제어부(150)는 퓨얼 컷(Fuel cut off)과 같이 산소가 증가된 운전 조건에서 공급된 산소를 UCC(140)의 후단에 구성된 NH3 저감 촉매(145)에 저장시킨다. 그리고, 리치(Rich) 운전 조건 시 생성되는 NH3를 NH3 저감 촉매(145)에 저장된 산소를 이용하여 산화시키는 NH3 저감 제어를 수행한다. The control unit 150 stores oxygen supplied in an operating condition in which oxygen is increased, such as fuel cut off, in the NH3 reduction catalyst 145 configured at the rear end of the UCC 140 . In addition, NH3 reduction control is performed to oxidize NH3 generated under a rich operating condition using oxygen stored in the NH3 reduction catalyst 145 .

한편, 제어부(150)는 NH3 저감 제어를 통해 배기가스 중 NH3를 효과적으로 제거하기 위하여 NH3 저감 촉매(145)에 저장된 산소량을 기준으로 리치 시간 또는 리치 시 람다값을 제어할 수 있다.Meanwhile, the controller 150 may control the rich time or the rich-time lambda value based on the amount of oxygen stored in the NH3 reduction catalyst 145 in order to effectively remove NH3 in the exhaust gas through the NH3 reduction control.

가령, NH3 저감 제어는 리치 운전 조건에서 제2 람다값(λ2)이 일정 값(0.5)이 되는 시점 이후부터, UCC(140)의 NH3 저감 촉매(145)에 공급되는 환원제(즉, 산소와 반응하여 산화되는 물질)가 저장되어 있던 산소를 소진시키는 것을 의미한다. 이 때, UCC(140)의 NH3 저감 촉매(145)에 저장된 잔존 산소량의 감소에 따라 NH3 저감 성능도 감소하게 된다.For example, in the NH3 reduction control, the reducing agent supplied to the NH3 reduction catalyst 145 of the UCC 140 (that is, the reaction with oxygen from the point in time when the second lambda value λ2 becomes a predetermined value (0.5) in the rich driving condition) This means that the oxidized substance) consumes the stored oxygen. At this time, as the amount of residual oxygen stored in the NH3 reduction catalyst 145 of the UCC 140 is reduced, the NH3 reduction performance is also reduced.

제어부(150)는 NH3 저감 촉매(145)의 잔존 산소량이 소진되지 않는 범위에서 람다를 제어한다. The control unit 150 controls the lambda in a range in which the amount of residual oxygen of the NH3 reduction catalyst 145 is not exhausted.

제어부(150)는 상기 리치 운전 조건에서 NH3 저감 촉매(145)의 잔존 산소량에 따라 리치 운전 시간을 단축시키거나 리치 정도(람다값)를 완화시키는 것 중 적어도 하나의 람다 제어를 수행할 수 있다.The control unit 150 may perform at least one lambda control of shortening the rich operation time or alleviating the degree of richness (lambda value) according to the amount of residual oxygen of the NH3 reduction catalyst 145 under the rich operation condition.

따라서, 제어부(150)는 NH3 저감 촉매(145)의 잔존 산소량에 의한 람다 제어를 통해 NH3를 효과적으로 저감할 수 있다.Accordingly, the control unit 150 can effectively reduce NH3 through the lambda control based on the amount of oxygen remaining in the NH3 reduction catalyst 145 .

한편, 제어부(150)는 NH3 저감 촉매(145)의 잔존 산소량이 소진되지 않는 범위에서 람다를 제어한다.On the other hand, the control unit 150 controls the lambda in a range in which the amount of residual oxygen of the NH3 reduction catalyst 145 is not exhausted.

이상의 설명에 따른, 제어부(150)는 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 프로세서로 구현될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 본 발명의 실시 예에 따른 가솔린 엔진 차량의 NH3 저감을 위한 배기가스 저감 시스템 제어 방법의 각 단계를 수행하도록 프로그래밍 된 것일 수 있다. According to the above description, the control unit 150 may be implemented as one or more processors operating according to a set program, and the set program is an exhaust gas reduction system control method for NH3 reduction of a gasoline engine vehicle according to an embodiment of the present invention It may be programmed to perform each step of

이러한 배기가스 저감 시스템 제어 방법은 아래의 도면을 참조하여 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.Such an exhaust gas reduction system control method will be described in more detail with reference to the drawings below.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 배기가스 저감 시스템 제어 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.3 is a flowchart schematically illustrating a method for controlling an exhaust gas reduction system according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배기가스 저감 시스템(100)의 제어부(150)는 차량의 운행 중 각종 센서로부터 NH3 저감 제어에 필요한 감지 정보를 수집한다.Referring to FIG. 3 , the controller 150 of the exhaust gas reduction system 100 according to an embodiment of the present invention collects detection information required for NH3 reduction control from various sensors while the vehicle is being driven.

예컨대, 제어부(150)는 WCC(130)의 전단과 후단에 설치된 제1 람다센서(131) 및 제2 람다센서(132)로부터 제1 람다값(λ1)과 2 람다값(λ2)을 수집할 수 있다(S110).For example, the control unit 150 may collect the first lambda value λ1 and the second lambda value λ2 from the first lambda sensor 131 and the second lambda sensor 132 installed at the front and rear ends of the WCC 130 . It can be (S110).

제어부(150)는 WCC(130)의 전단에서 측정된 제1 람다값(λ1)이 1이하이고 후단의 제2 람다값(λ2)이 일정 값(예; 0.5) 이상인 산소 소진 조건의 충족여부를 확인하여 충족하지 않으면(S120; 아니오), 상기 S110 단계로 돌아가 수집을 계속한다. The control unit 150 determines whether the oxygen exhaustion condition in which the first lambda value (λ1) measured at the front end of the WCC 130 is 1 or less and the second lambda value (λ2) at the rear end is a predetermined value (eg, 0.5) or more is satisfied If it is not satisfied by checking (S120; No), it returns to step S110 and continues the collection.

제어부(150)는 실시간으로 수집된 WCC(130) 전단의 제1 람다값(λ1)과 후단의 제2 람다값(λ2)이 상기 산소 소진 조건을 충족하면(S120; 예), 리치 운전 조건에서 UCC(140)의 NH3 저감 촉매(145)에 저장되어 있던 산소를 소진시키고 있는 상태로 판단한다.When the first lambda value (λ1) of the front end and the second lambda value (λ2) of the rear end of the WCC 130 collected in real time satisfy the oxygen exhaustion condition (S120; Yes), the control unit 150 performs a rich operation condition. It is determined that the oxygen stored in the NH3 reduction catalyst 145 of the UCC 140 is exhausted.

제어부(150)는 배기가스의 배기유량과 제1 람다값(λ1)에 따른 환원제 공급량(R1)을 산출한다(S130).The control unit 150 calculates the reducing agent supply amount (R1) according to the exhaust flow rate of the exhaust gas and the first lambda value (λ1) (S130).

좀더 구체적으로, 제어부(150)는 배기가스의 배기유량과 제1 람다값(λ1)에 따른 환원제량을 아래의 수학식 1과 같이 산출할 수 있다.More specifically, the control unit 150 may calculate the amount of the reducing agent according to the exhaust flow rate of the exhaust gas and the first lambda value (λ1) as shown in Equation 1 below.

Figure pat00001
Figure pat00001

이 때, 제1 람다값(λ1)이 결정되면 그에 따른 CO, CO2, H2 등의 농도가 결정된다.At this time, when the first lambda value λ1 is determined, concentrations of CO, CO2, H2, etc. are determined accordingly.

예컨대, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 람다에 따른 CO 농도를 나타낸 그래프이다.For example, FIG. 4 is a graph showing the CO concentration according to lambda according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 그래프를 통해 제1 람다값(λ1)에 따른 CO 농도를 도출하는 예시를 보여주며, 같은 방식으로 CO2, H2의 농도를 도출할 수 있다.Referring to FIG. 4 , an example of deriving the CO concentration according to the first lambda value λ1 through a graph is shown, and the concentrations of CO2 and H2 may be derived in the same manner.

그리고, 아래의 수학식 2와 같이 상기 CO, CO2, H2의 농도에 따라 투입되는 환원제(i) 농도와 환원제(i)밀도를 곱한 값에 배기유량을 곱하여 시간에 따른 환원제량을 산출 수 있다.And, as shown in Equation 2 below, the amount of reducing agent over time can be calculated by multiplying the exhaust flow rate by the value obtained by multiplying the reducing agent (i) concentration and the reducing agent (i) density input according to the concentrations of CO, CO2, and H2.

Figure pat00002
Figure pat00002

그리고, 제어부(150)는 시간에 따른 상기 환원제량을 누적하여 총 환원제 공급량(R1)을 산출할 수 있다.Then, the control unit 150 may calculate the total reducing agent supply amount (R1) by accumulating the amount of the reducing agent over time.

또한, 제어부(150)는 상기 배기유량과 촉매온도에 기초한 산소 저장량 맵(OSC MAP)을 참조하여 현재 NH3 저감 촉매(145)의 잔존 산소량(S1)을 산출한다(S140).In addition, the controller 150 calculates the residual oxygen amount S1 of the current NH3 reduction catalyst 145 with reference to the oxygen storage amount map OSC MAP based on the exhaust flow rate and the catalyst temperature (S140).

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 NH3 저감 촉매의 산소저장량 맵을 나타낸다.5 shows an oxygen storage amount map of the NH3 reduction catalyst according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, NH3 저감 촉매의 산소저장량 맵(OSC MAP)은 엔진에서 출력된 배기유량과 NH3 저감 촉매(145)의 촉매온도의 변화에 따른 통계분석을 통한 NH3 저감 촉매의 산소량을 저장한다.5, the oxygen storage amount map (OSC MAP) of the NH3 reduction catalyst stores the amount of oxygen of the NH3 reduction catalyst through statistical analysis according to the change of the exhaust flow output from the engine and the catalyst temperature of the NH3 reduction catalyst 145. .

또한, 제어부(150)는 환원제 공급량에 따라 환원제와 반응한 산소량을 계산할 수 있다. 이 때, 환원제 중 가장 영향도가 높은 것은 CO와 H2를 고려 계산할 수 있다. 가령, CO + 1/2 O2 는 CO2, 그리고 H2 + 1/2 O2는 CO2 반응을 고려하므로, CO, H2 1분자당, O2 ㅍ 분자가 반응하여 소진되는 것으로 계산할 수 있다.In addition, the control unit 150 may calculate the amount of oxygen reacted with the reducing agent according to the supply amount of the reducing agent. At this time, the most influential of the reducing agents can be calculated considering CO and H2. For example, since CO + 1/2 O2 considers CO2, and H2 + 1/2 O2 considers CO2 reaction, it can be calculated that each molecule of CO and H2 reacts and consumes O2 molecules.

이 때, 제어부(150)는 현재 NH3 저감 촉매(145)의 잔존 산소량(S1)을 상기 OSC MAP으로 도출된 NH3 저감 촉매의 산소량에서 상기 환원제와 반응한 산소량을 차감한 값으로 산출할 수 있다.At this time, the control unit 150 may calculate the residual oxygen amount (S1) of the current NH3 reduction catalyst 145 as a value obtained by subtracting the amount of oxygen reacted with the reducing agent from the amount of oxygen of the NH3 reduction catalyst derived from the OSC MAP.

제어부(150)는 상기 환원제 공급량(R1)을 상기 산소 저장량(S1)로 나눈 값이 (a)값 미만인 조건의 충족여부를 확인하여 충족하지 않으면(S150; 아니오), 상기 S130 단계로 돌아가 시간에 따른 다음 계산을 수행한다.If the control unit 150 does not satisfy the condition that the value obtained by dividing the reducing agent supply amount (R1) by the oxygen storage amount (S1) is less than the (a) value (S150; no), return to step S130 and in time Then perform the following calculations.

반면, 제어부(150)는 상기 환원제 공급량(R1)을 상기 산소 저장량(S1)로 나눈 값이 1이상의 상수값(a) 미만인 조건을 충족하면(S150; 예), 상기 산소 저장량(S1) 대비 환원제 공급량(R1)이 많아지므로 NH3이 생성되고 저감되지 않는 리치 운전 조건으로 판정한다.On the other hand, the control unit 150 satisfies the condition that the value obtained by dividing the reducing agent supply amount (R1) by the oxygen storage amount (S1) is less than a constant value (a) of 1 or more (S150; Yes), the oxygen storage amount (S1) compared to the reducing agent Since the supply amount R1 increases, it is determined as a rich operation condition in which NH3 is generated and is not reduced.

제어부(150)는 상기 NH3 저감 촉매(145)의 잔존 산소량이 소진되지 않도록 리치 정도를 완화시키는 NH3 저감 람다 제어를 한다.The control unit 150 performs NH3 reduction lambda control to relieve the degree of richness so that the amount of residual oxygen of the NH3 reduction catalyst 145 is not exhausted.

예컨대, 제어부(150)는 상기 NH3 저감 람다 제어 시 상기 제1 람다값(λ1)에 1이상의 상수 값(b)을 곱하여 상기 제1 람다값(λ1) 보다 높은 값으로 제어할 수 있다. 이를 통해 연료량을 감소시키고 공기량이 증대되는 린(Lena) 한 조건을 형성할 수 있다. For example, when controlling the NH3 reduction lambda, the controller 150 may multiply the first lambda value λ1 by a constant value b of 1 or more to control the NH3 reduction lambda to be higher than the first lambda value λ1. Through this, it is possible to form a lean condition in which the amount of fuel is reduced and the amount of air is increased.

또한, 제어부(150)는 상기 NH3 저감 람다 제어 시 기본 리치 운전 시간에 비해 현재 리치 운전 시간을 단축 제어할 수 있다.In addition, the control unit 150 may reduce the current rich operation time compared to the basic rich operation time during the NH3 reduction lambda control.

한편, 도 6은 본 발명이 실시예에 따른 배기가스 저감 시스템 제어를 통한 효과를 나타낸 그래프이다.On the other hand, Figure 6 is a graph showing the effect through the control of the exhaust gas reduction system according to the embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배기가스 저감 시스템을 적용하여 가솔린 엔진(110)의 NH3 저감 제어를 수행 시 WCC(130), UCC(140), NH3 저감 촉매(145)에서 각각 출력된 NH3 배출량(mg/km)을 비교한 결과를 보여준다.Referring to FIG. 6 , when the NH3 reduction control of the gasoline engine 110 is performed by applying the exhaust gas reduction system according to an embodiment of the present invention, the WCC 130 , the UCC 140 , and the NH3 reduction catalyst 145 respectively It shows the result of comparing the output NH3 emissions (mg/km).

그 결과, WCC(130) 대비 NH3 정화율(%)이 UCC(140)는 23%의 향상되었고, NH3 저감 촉매(145)에서는 78%로 매우 큰 폭으로 정화율이 향상된 것을 확인할 수 있었다.As a result, the NH3 purification rate (%) compared to the WCC 130 was improved by 23% in the UCC 140 and 78% in the NH3 reduction catalyst 145, confirming that the purification rate was greatly improved.

이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, UCC 후단의 NH3 저감 촉매를 통해 산소를 저장하고 이를 활용한 람다 제어를 통해 고온 리치 분위에서 발생되는 다량의 NH3를 저감할 수 있는 효과가 있다.As such, according to an embodiment of the present invention, there is an effect that a large amount of NH3 generated in a high temperature rich atmosphere can be reduced by storing oxygen through the NH3 reduction catalyst at the rear end of the UCC and controlling the lambda using the same.

또한, 가솔린 엔진 차량의 NH3 저감 기술을 통해 향후 NH3 규제를 만족시킬 수 있는 효과가 있다. In addition, there is an effect that can satisfy future NH3 regulations through the NH3 reduction technology of gasoline engine vehicles.

또한, 선제적인 NH3 저감 기술 확보를 통해 환경친화적인 제품의 품질향상 및 고객 만족도의 향상 효과를 기대할 수 있다.In addition, by preemptively securing NH3 reduction technology, it can be expected to improve the quality of environmentally friendly products and improve customer satisfaction.

본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.The embodiment of the present invention is not implemented only through the apparatus and/or method described above, but a program for realizing a function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention, a recording medium in which the program is recorded, etc. Also, such an implementation can be easily implemented by an expert in the technical field to which the present invention pertains from the description of the above-described embodiment.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improved forms of the present invention are also provided by those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims. is within the scope of the right.

100: 배기가스 저감 시스템 110: 엔진
120: 배기라인 130: 웜업 촉매컨버터(WCC)
140: 언더 플로어 촉매 컨버터(UCC) 145 NH3 저감 촉매
150: 제어부
100: exhaust gas reduction system 110: engine
120: exhaust line 130: warm-up catalytic converter (WCC)
140: underfloor catalytic converter (UCC) 145 NH3 reduction catalyst
150: control unit

Claims (15)

엔진의 배기라인 상에 설치되어 배기가스를 정화하는 WCC(Warm up Catalytic Converter);
상기 WCC의 전단과 후단에 각각 배치되어 상기 배기라인을 지나는 배기가스의 람다값을 감지하는 제1 람다센서 및 제2 람다센서;
상기 WCC의 후방에 설치되어 상기 배기가스에 포함된 유해물질을 저감시키는 UCC(Under floor Catalytic Converter);
상기 UCC의 후단에 구성되어 산소를 저장하는 NH3 저감 촉매;
상기 NH3 저감 촉매의 촉매온도를 측정하는 온도 센서; 및
각종 센서의 감지 정보를 수신하여 상기 엔진의 람다 제어를 하며, 산소가 증가된 운전 조건에서 공급된 산소를 상기 NH3 저감 촉매에 저장시키고 리치(Rich) 운전 조건 시 생성되는 암모니아(NH3)를 상기 NH3 저감 촉매에 저장된 산소를 이용하여 산화시키는 제어부;
를 포함하는 배기가스 저감 시스템.
WCC (Warm up Catalytic Converter) installed on the exhaust line of the engine to purify the exhaust gas;
a first lambda sensor and a second lambda sensor respectively disposed at the front end and rear end of the WCC to sense a lambda value of the exhaust gas passing through the exhaust line;
UCC (Under floor Catalytic Converter) installed at the rear of the WCC to reduce harmful substances contained in the exhaust gas;
an NH3 reduction catalyst configured at the rear end of the UCC to store oxygen;
a temperature sensor for measuring a catalyst temperature of the NH3 reduction catalyst; and
Receives sensing information from various sensors to control the engine's lambda, stores oxygen supplied in the operating condition in which oxygen is increased in the NH3 reduction catalyst, and stores ammonia (NH3) generated during rich operating conditions to the NH3 a control unit that oxidizes using oxygen stored in the reduction catalyst;
Exhaust gas reduction system comprising a.
제1항에 있어서,
상기 WCC는
상기 배기가스에 포함된 HC, NOx, CO, PM, PN의 유해물질을 촉매 작용으로 저감하는 삼원 촉매(Three Way Catalyst converter)를 포함하는 배기가스 저감 시스템.
According to claim 1,
The WCC is
Exhaust gas reduction system including a three-way catalyst (Three Way Catalyst converter) for reducing harmful substances of HC, NOx, CO, PM, PN contained in the exhaust gas by catalytic action.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 람다센서는 상기 엔진에서 배출되어 상기 WCC로 유입되는 배기가스의 제1 람다값(λ1)을 감지하여 상기 제어부로 전달하고,
상기 제2 람다센서는 상기 WCC에서 배출되는 배기가스의 제2 람다값(λ2)을 감지하여 상기 제어부로 전달하는 배기가스 저감 시스템.
3. The method of claim 1 or 2,
The first lambda sensor detects a first lambda value (λ1) of the exhaust gas discharged from the engine and flowing into the WCC and transmits it to the control unit,
The second lambda sensor detects a second lambda value (λ2) of the exhaust gas discharged from the WCC and transmits it to the control unit.
제1항에 있어서,
상기 NH3 저감 촉매는
연료차단(Fuel cut) 제어 시 공급된 산소를 저장하고, 상기 산소가 희박한 리치 조건에서도 과량의 산소를 저장하여 NH3 저감에 활용하는 촉매장치로 구성되는 배기가스 저감 시스템.
According to claim 1,
The NH3 reduction catalyst is
An exhaust gas reduction system comprising a catalyst device that stores oxygen supplied during fuel cut control, and stores excess oxygen even under the oxygen-lean rich condition to reduce NH3.
제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 NH3 저감 촉매는
상기 NH3의 저감 성능을 위해 다른 촉매에 비해 증가된 고 OSC(Oxygen Storage Capacity) 특성을 포함하는 배기가스 저감 시스템.
5. The method of claim 1 or 4,
The NH3 reduction catalyst is
Exhaust gas reduction system including a high OSC (Oxygen Storage Capacity) characteristic increased compared to other catalysts for the NH3 reduction performance.
제5항에 있어서,
상기 NH3 저감 촉매는
상기 고 OSC 특성을 위해 산소 저장 물질(CeO2)을 촉매 코팅량의 30% 이상으로 구성하거나 30g/L 이상인 과량의 산소 저장 물질로 구성되는 배기가스 저감 시스템.
6. The method of claim 5,
The NH3 reduction catalyst is
An exhaust gas reduction system comprising an oxygen storage material (CeO2) in 30% or more of the catalyst coating amount or an excess oxygen storage material of 30 g/L or more for the high OSC characteristics.
제1항에 있어서,
상기 제어부는
상기 NH3 저감 촉매의 잔존 산소량이 소진되지 않는 범위에서 람다를 제어하는 배기가스 저감 시스템.
According to claim 1,
the control unit
An exhaust gas reduction system for controlling lambda in a range in which the amount of residual oxygen of the NH3 reduction catalyst is not exhausted.
제1항 또는 제7항에 있어서,
상기 제어부는
리치 운전 조건에서 상기 NH3 저감 촉매의 잔존 산소량에 따라 리치 운전 시간을 단축시키거나 리치 정도를 완화시키는 람다 제어 중 적어도 하나를 수행하는 배기가스 저감 시스템.
8. The method of claim 1 or 7,
the control unit
An exhaust gas reduction system for performing at least one of a lambda control for reducing a rich operation time or reducing a rich degree according to the amount of residual oxygen of the NH3 reduction catalyst under a rich operation condition.
엔진의 배기라인 상에 설치된 WCC(Warm up Catalytic Converter), UCC(Under floor Catalytic Converter) 및 UCC의 후단에 구성된 NH3 저감 촉매를 이용하여 배기가스를 정화하는 제어부의 배기가스 저감 시스템 제어 방법에 있어서,
a) WCC의 전단과 후단에 각각 설치된 제1 람다센서 및 제2 람다센서로부터 상기 배기가스의 제1 람다값(λ1)과 2 람다값(λ2)을 수집하는 단계;
b) 상기 제1 람다값(λ1)이 1이하이고 상기 제2 람다값(λ2)이 일정 값 이상인 상기 NH3 저감 촉매의 산소 소진 조건을 검출하는 단계;
c) 배기유량과 상기 제1 람다값(λ1)에 따른 환원제 공급량(R1)을 산출하는 단계;
d) 상기 배기유량과 촉매온도에 기초한 산소 저장량 맵(OSC MAP)을 참조하여 상기 NH3 저감 촉매의 잔존 산소량(S1)을 산출하는 단계; 및
e) 상기 환원제 공급량(R1)을 상기 잔존 산소량(S1)으로 나눈 값이 1이상의 상수값(a) 미만인 조건을 충족하면 상기 NH3 저감 촉매의 잔존 산소량이 소진되지 않도록 리치 정도를 완화시키는 단계;
를 포함하는 배기가스 저감 시스템 제어 방법.
In the method of controlling the exhaust gas reduction system of the control unit that purifies the exhaust gas using a WCC (Warm up Catalytic Converter), UCC (Under floor Catalytic Converter) and NH3 reduction catalyst configured at the rear end of the UCC installed on the exhaust line of the engine,
a) collecting a first lambda value (λ1) and a second lambda value (λ2) of the exhaust gas from a first lambda sensor and a second lambda sensor respectively installed at the front end and the rear end of the WCC;
b) detecting an oxygen exhaustion condition of the NH3 reduction catalyst in which the first lambda value (λ1) is 1 or less and the second lambda value (λ2) is equal to or greater than a predetermined value;
c) calculating a reducing agent supply amount (R1) according to the exhaust flow rate and the first lambda value (λ1);
d) calculating the residual oxygen amount (S1) of the NH3 reduction catalyst with reference to an oxygen storage amount map (OSC MAP) based on the exhaust flow rate and catalyst temperature; and
e) when the value obtained by dividing the reducing agent supply amount (R1) by the residual oxygen amount (S1) satisfies the condition that is less than a constant value (a) of one or more;
Exhaust gas reduction system control method comprising a.
제9항에 있어서,
상기 a) 단계이전에,
산소가 증가된 운전 조건에서 공급된 산소를 상기 NH3 저감 촉매에 저장하는 단계를 더 포함하는 배기가스 저감 시스템 제어 방법.
10. The method of claim 9,
Before step a),
The method of controlling an exhaust gas reduction system further comprising the step of storing oxygen supplied in the operating condition in which oxygen is increased in the NH3 reduction catalyst.
제9항에 있어서,
상기 b) 단계는,
리치 운전 조건에서 생성되는 암모니아(NH3)를 상기 NH3 저감 촉매에 저장된 산소를 이용하여 산화시키는 단계를 포함하는 배기가스 저감 시스템 제어 방법.
10. The method of claim 9,
Step b) is,
and oxidizing ammonia (NH3) generated under rich operating conditions using oxygen stored in the NH3 reduction catalyst.
제9항에 있어서,
상기 c) 단계는,
상기 제1 람다값(λ1)에 따른 CO, CO2, H2의 농도를 도출하는 단계;
상기 CO, CO2, H2의 농도에 따라 투입되는 환원제(i) 농도와 환원제(i) 밀도를 곱한 값에 상기 배기유량을 곱하여 시간에 따른 환원제량을 산출하는 단계; 및
상기 시간에 따른 환원제량을 누적하여 상기 환원제 공급량(R1)을 산출하는 단계;
를 포함하는 배기가스 저감 시스템 제어 방법.
10. The method of claim 9,
Step c) is,
deriving concentrations of CO, CO2, and H2 according to the first lambda value (λ1);
calculating the amount of reducing agent over time by multiplying the exhaust flow rate by the value obtained by multiplying the concentration of the reducing agent (i) and the reducing agent (i) density to be input according to the concentrations of the CO, CO2, and H2; and
calculating the reducing agent supply amount (R1) by accumulating the amount of reducing agent over time;
Exhaust gas reduction system control method comprising a.
제9항에 있어서,
상기 d) 단계는,
상기 OSC MAP으로 도출된 NH3 저감 촉매의 산소량에서 환원제와 반응한 산소량을 차감한 값으로 잔존 산소량(S1)을 산출하는 단계를 포함하는 배기가스 저감 시스템 제어 방법.
10. The method of claim 9,
Step d) is,
and calculating the amount of residual oxygen (S1) by subtracting the amount of oxygen reacted with the reducing agent from the amount of oxygen of the NH3 reduction catalyst derived by the OSC MAP.
제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 e) 단계는,
상기 제1 람다값(λ1)에 1이상의 상수 값(b)을 곱하여 상기 제1 람다값(λ1) 보다 높은 값으로 NH3 저감 람다 제어를 수행하여 연료량을 감소시키고 공기량이 증대시키는 단계를 포함하는 배기가스 저감 시스템 제어 방법.
14. The method according to any one of claims 9 to 13,
Step e) is,
and performing NH3 reduction lambda control to a value higher than the first lambda value (λ1) by multiplying the first lambda value (λ1) by a constant value (b) of 1 or more to reduce the amount of fuel and increase the amount of air A method of controlling a gas abatement system.
제14항에 있어서,
상기 e) 단계는,
상기 NH3 저감 람다 제어 시 기본 리치 운전 시간에 비해 리치 운전 시간을 단축 제어하는 단계를 더 포함하는 배기가스 저감 시스템 제어 방법.
15. The method of claim 14,
Step e) is,
The exhaust gas reduction system control method further comprising the step of controlling the NH3 reduction lambda control by reducing the rich operation time compared to the basic rich operation time.
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Patent event date: 20210330

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