KR0168766B1 - 디젤엔진 매연 포집장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디젤엔진의 배기가스 중에 포함된 미립자(오염물질)를 필터로 포집한 후 포집된 미립자를 연소시켜 제거함에 있어 연소에 필요한 공기량을 조절할 수 있도록 한 디젤엔진 매연 포집장치에 관한 것이다. 그 구성은, 세라믹 필터(31)의 재생시 세라믹 필터(31)가 과열되지 않도록 연소시 공급되는 공기량을 조절하기 위하여, 착화시 미리 설정된 연소조건에 따른 펄스의 듀티폭을 조절하여 펄스신호를 출력하는 펄스폭변조부(25)와, 펄스폭변조부(25)로부터 출력된 펄스신호에 의거하여 송풍기(50)의 회전속도를 조절함으로써 연소시 공급되는 공기량이 조절되도록 상기 펄스폭변조부(25) 및 상기 송풍기(50)와 전기적으로 결선된 PWM구동부(52)로 이루어진다.

Description

디젤엔진 매연 포집장치

제1도는 본 발명에 적용되는 디젤엔진 매연 포집장치의 개략도.

제2도는 본 발명에 따른 디젤엔진 매연 포집장치의 전자제어기의 제어블록도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 엔진 20 : 전자제어기

13 : 축전지 14 : 릴레이스위치

30 : 캐비티 31 : 세라믹필터

32 : 전기히터 34 : 차압감지센서

40 : 머플러 63,73 : 전환밸브

본 발명은 디젤엔진 매연 포집장치에 관한 것으로, 특히 디젤엔진의 배기가스 중에 포함된 미립자(오염물질)를 필터로 포집한 후 포집된 미립자를 연소시켜 제거함에 있어 연소에 필요한 공기량을 조절할 수 있도록 한 디젤엔진 매연 포집장치에 관한 것이다.

일반적으로 디젤엔진 매연 포집장치는 디젤엔진(이하 '엔진')에서 배출되는 배기가스 중에 포함된 미립자(오염물질)를 필터로 포집하고, 포집된 미립자의 양이 적정치에 이르면 필터의 전면부에 장착되어 있는 전기히터를 통전하여 포집된 미립자를 연소시켜 제거함으로써 필터의 여과기능을 재생하였다.

이를 위하여 디젤엔진 매연 포집장치는 엔진으로부터 배출되는 배기가스에 포함된 미립자를 포집하는 세라믹 필터와, 이 세라믹 필터를 수용하는 캐비티(cavity)와, 이 캐비티의 입구측 및 출구축에 장착되어 캐비티 내부의 온도 및 압력을 검출하는 센서들과, 포집된 미립자를 착화하기 위하여 세라믹 필터의 전단에 장착된 전기히터와, 이 전기히터에 의해 착화된 미립자가 자체 연소되도록 연소에 필요한 공기를 공급하는 송풍기, 그리고 상기 센서들로부터의 검출신호에 의거하여 미립자의 포집량 및 착화여부, 그리고 연소완료 등을 판단하여 전기히터 및 송풍기의 구동을 제어함으로써 세라믹 필터의 재생동작을 수행하는 전자제어기로 구성된다.

이와 같은 구성의 디젤엔진 매연 포집장치의 동작은, 디젤엔진이 운전됨에 따라 미립자가 포함된 배기가스는 캐비티로 유입되고, 캐비티에 유입된 배기가스는 세라믹 필터에 의해 미립자가 포집되어 제거된 후 대기중으로 배출된다.

또, 디젤엔진 매연 포집장치의 전자제어기는 세라믹 필터에 포집된 미립자의 양에 따라 변화하는 캐비티 내부의 온도 및 압력의 변화량을 센서들로부터 검출하여 포집량을 연산하고 연산된 포집량이 적정치(세라믹 필터를 재생하기 위한 기준치)에 이르면 포집된 미립자가 착화되도록 전기히터를 통전시킨다.

또한, 디젤엔진 매연 포집장치의 전자제어기는 미립자의 착화여부를 온도센서를 통하여 검출하고 착화시 전기히터의 통전을 오프시킨다. 동시에 착화된 미립자가 자체 연소될 수 있도록 송풍기를 구동제어하여 연소에 필요한 공기를 공급한다. 이때, 송풍기는 연소가 이루어진 동안 일정량의 공기를 계속적으로 공급한다.

이후, 미립자의 연소가 모두 이루어져 필터가 재생되면 송풍기는 정지되며 필터는 다시 배기가스에 포함된 미립자를 포집하는 여과동작을 재수행하게 된다.

그러나 종래 디젤엔진 매연 포집장치는 다음과 같은 문제점이 있었다.

즉, 착화된 미립자가 자체 연소되도록 일정량의 공기를 계속적으로 공급함으로써 캐비티 내부의 온도가 과도하게 상승하였으며, 이로 인하여 그 내부에 있는 세라믹 필터가 과열되었다. 또, 세라믹 필터가 과열됨으로써 상온에서와 큰 온도편차를 갖게되어 수축과 팽창에 따른 열응력(thermal stress)에 의해 세라믹 필터의 내구수명이 단축되는 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 디젤엔진의 배기가스 중에 포함된 미립자(오염물질)를 착화시켜 착화된 미립자가 연소 되도록 연소에 필요한 공기를 공급함에 있어 세라믹 필터가 과열되지 않도록 공급되는 공기량을 조절함으로써 세라믹 필터의 열응력을 최소화하여 세라믹 필터의 내구수명을 연장시킬 수 있는 디젤엔진 매연 포집장치를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 디젤엔진 매연 포집장치는, 디젤엔진의 배기통로에 설치되며 배기가스 중에 포함된 미립자를 포집하는 세라믹 필터와, 상기 세라믹 필터를 수용지지하는 캐비티와, 상기 캐비티의 입구측과 출구측의 압력차를 감지하여 상기 세라믹 필터에 포집된 미립자의 포집량을 검출하기 위한 차압감지센서와, 상기 세라믹 필터에 포집된 미립자를 가열하여 착화시키기 위한 전기히터와, 상기 전기히터의 가열로 인한 상기 캐비티내의 온도변화를 감지하여 미립자의 착화여부를 검출하기 위한 열전대센서와, 상기 미립자의 착화시 자체 연소되도록 연소에 필요한 공기를 캐비티내로 공급하는 송풍기를 구비한 디젤엔진 매연 포집장치에 있어서, 상기 열전대센서의 검출정보에 의거하여 포집된 미립자의 착화가 검출되면, 미리 설정된 연소조건에 따른 펄스의 듀티폭을 조절하여 펄스신호를 출력하는 펄스폭변조부와, 상기 펄스폭변조부로부터 출력된 펄스신호에 의거하여 상기 송풍기의 회전속도를 조절함으로써 포집된 미립자 연소시 공급되는 공기량이 조절되도록 상기 펄스폭변조부 및 상기 송풍기와 전기적으로 결선된 PWM구동부로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 디젤엔진 매연 포집장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 적용되는 디젤엔진 매연 포집장치의 개략도, 제2도는 본 발명에 따른 디젤엔진 매연 포집장치의 전자제어기의 제어블록도이다.

제1도 및 제2도에 있어서, 본 발명에 따른 디젤엔진 매연 포집장치는 디젤엔진(이하 '엔진' 이라함)(10)으로부터 배출되는 배기가스에 포함된 미립자를 포집하여 여과하기 위한 세라믹 필터(31)가 내재된 캐비티(30)와, 상기 캐비티(30)에 내재된 세라믹 필터(31)를 재생하는 동안 엔진(10)의 배기가스를 대기중으로 배출하기 위한 머플러(MUFFLER)(40)로 대별된다.

이를 위하여 엔진(10)으로부터 배출되는 배기가스를 캐비티(30) 및 머플러(40)로 안내하기 위한 안내유로(12)가 마련되고, 각각의 안내유로(12a, 12b)에는 배기가스의 유입을 단속하기 위한 전환밸브(63,73)가 장착된다.

또, 상기 전환밸브(63,73)의 개폐동작을 수행하기 위하여 에어 실린더(62,72)와 이 에어 실린더(62,72)에 유압을 공급하는 콤프레셔(60), 그리고 에어 실린더(62,72)와 에어 콤프레셔(60)간에 설치되어 공압의 흐름을 단속함으로써 전환밸브(63,73)의 개폐동작을 제어하는 솔레노이드밸브(61,71)가 구성된다.

또한, 상기 솔레노이드밸브(61,71)는 후술하는 전자제어기(20)에 의해 동작되는데, 통상의 경우 엔진(10)의 배기가스가 캐비티(30)로 유입되도록 캐비티측 전환밸브(63)를 개방하고 머플러측 전환밸브(73)는 닫는다. 반면에 세라믹 필터(31)를 재생하는 경우 엔진(10)의 배기가스가 머플러측으로 유입되도록 머플러측 전환밸브(73)를 개방하고 캐비티측 전환밸브(63)는 닫는다.

또, 상기 캐비티(30)내에는 세라믹 필터(31)에 포집된 미립자를 착화하기 위한 전기히터(32)가 세라믹 필터(31)의 전면에 장착되고, 캐비티내의 압력차를 검출하기 위한 차압감지센서(34)의 압력감지소자(34a,34b)가 입구측 및 출구측에 각각 배치되며, 세라믹 필터(31)의 내측에 착화여부 및 연소상태를 검출하기 위한 열전대센서(35)가 배치되고, 엔진내로 유입되는 공기량을 검출할 수 있도록 캐비티(30)의 입구측에 공기유량 감지센서(33)가 배치된다.

또한, 상기 전기히터(32)의 통전을 단속하기 위하여 축전지(13)와 전기히터(32)간에 릴레이 스위치(14)가 구비되머, 이 릴레이 스위치(14)의 개폐동작은 후술하는 전자제어기(20)에 의해 제어된다. 11은 배터리(13)에 충전전원을 공급하는 발전기이다.

또, 캐비티측 전환밸브(63)와 캐비티(30) 사이에 송풍기(50)가 장착된다. 이 송풍기(50)는 세라믹 필터(31)의 재생동작시 착화된 미립자가 연소되도록 연소에 필요한 공기량을 조절하여 공급한다. 이를 위하여 송풍용 직류모터(이하 '송풍모터')(51)와, 후술하는 전자제어기(20)로부터 입력되는 펄스의 듀티폭에 의거하여 송풍모터(51)의 속도를 제어하기 위한 PWM구동부(52)가 마련된다. 53은 엔지(10)의 배기가스가 송풍기(50)내로 역류됨을 방지하는 차단밸브이며 후술하는 전자제어기(20)에 의해 그 개폐동작이 제어된다.

또, 각 센서(34,35)들의 감지신호에 의거하여 디젤엔진 매연 포집장치의 전체적인 동작을 제어하는 전자제어기(20)가 마련된다. 이 전자제어기(20)는 각 센서(34,35)들로부터 입력되는 감지신호중 마이컴의 오동작을 유발하는 고주파 노이즈 성분을 제거하기 위한 필터회로(21)와, 이 필터회로(21)로부터 필터링된 감지신호를 연산가능하도록 디지털 신호로 변환하는 A/D변환기(22)와, 변환된 디지털 신호를 내장된 프로그램에 의해 실제의 물리량으로 환산하여 그 내부의 ROM에 기억된 계산식에 의해 세라믹 필터(31)의 미립자 포집량을 예측하고 세라믹 필터의 재생이 필요한 경우 세라믹 필터(31)의 재생동작에 필요한 액츄에이터들을 구동제어하기 위한 제어신호를 출력하는 마이컴(23)과, 상기 마이컴(23)의 제어신호에 의거하여 액츄에이터들을 구동하는 구동부(24), 그리고 마이컴(23)의 제어신호에 의거하여 송풍모터(51)의 속도를 제어하기 위한 펄스의 듀티폭을 조절하여 출력하는 펄스폭변조부(25) 등으로 구성된다.

다음은, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 디젤엔진 매연 포집장치의 작용 효과를 설명한다.

먼저, 디젤엔진이 운전됨에 따라 미립자가 포함된 배기가스는 안내유로(12) 및 전환밸브(63)를 지나 캐비티(30)로 유입되고, 캐비티(30)로 유입된 배기가스는 세라믹 필터(31)에 의해 미립자가 포집되어 제거된 후 대기 중으로 배출된다. 이때, 머플러측 전환밸브(73)는 닫힘상태를 유지함으로 머플러측으로 배기가스의 배출은 이루지지 않는다.

또, 세라믹 필터(31)에 의해 배기가스에 포함된 미립자가 포집되어 제거되는 여과동작 중 차압감지센서(34)로부터 캐비티(30)의 입구측 및 출구측의 압력차 검출신호가, 열전대센서(35)로부터 배기가스의 온도검출신호가 필터회로(21) 및 A/D변환기(22)를 거쳐 전압신호로 변환된 후 마이컴(23)에 입력된다.

또한, 마이컴(23)은 입력된 전압신호를 내장된 프로그램에 의해 실제의 물리량으로 환산하여 내부 ROM에 기억된 계산식에 의해 세라믹 필터(31)의 포집량을 예측한다. 일례로 계산식에 의해 세라믹 필터(31)에 포집되어야 하는 목표 포집량에 의한 캐비티(30)의 입구측과 출구측간의 배압을 예측하고 실제로 차압감지센서(34)에 의해 측정된 배압과 비교하여 실제의 측정값이 목표로 하는 배압보다 높으면 세라믹 필터(31)의 재생시기로 판단하고 재생동작에 필요한 액츄에이터들을 구동하기 위한 제어신호를 출력한다.

즉, 마이컴(23)은 엔진(10)의 배기가스가 머플러(40)로 유입되도록 구동부(24)에 솔레노이드밸브(61,71)를 구동제어하기 위한 신호를 출력한다. 이에 따라 솔레노이드밸브(61,71)에 의해 머플러측 전환밸브(73)가 개방되고 캐비티측 전환밸브(63)가 닫힌다.

또, 마이컴(23)은 포집된 미립자가 착화되도록 구동부(24)에 릴레이 스위치(14)를 스위칭제어하기 위한 신호를 출력한다. 이에 따라, 릴레이 스위치(14)의 접점이 닫혀 축전지(13)에서 전기히터(32)로 전원이 공급되고, 전기히터(32)는 포집된 미립자를 착화시킨다.

또한, 마이컴(23)은 열전대센서(35)로부터 미립자의 착화를 판단하기 위한 온도가 검출되어 입력되면 송풍기의 차단밸브(53)가 개방되도록 구동부(24)에 제어 신호를 출력한다. 동시에 마이컴(23)은 연소조건에 따라 연소에 필요한 산소가 캐비티(30)내로 공급되도록 펄스폭 변조부(25)에 제어신호를 출력한다. 이에 따라, 펄스폭 변조부(25)는 제어신호에 의거하여 펄스의 듀티폭을 조정하여 PWM구동부(52)에 펄스신호를 출력하고 이 펄스신호에 의해 송풍모터(51)의 속도가 정해져 연소에 필요한 공기량이 송풍기(50)에 의해 캐비티(30)내로 공급된다.

즉, 연소조건은 세라믹 필터(31)에 대한 열응력이 최소가 되도록 설정되는데, 이는 실험에 의해 정해지며, 그 정보는 마이컴(23)에 프로그램화되어 내장된다. 이에 따라, 연소시 송풍모터(51)의 속도는 마이컴(23)에 내장된 프로그램에 의해 가변제어되고, 연소에 필요한 공기량 역시 조절된다. 이로 인하여, 연소시 캐비티(30) 내부의 온도는 세라믹 필터(31)에 대한 열응력이 최소가 되도록 유지됨으로써 세라믹 필터(31)의 내구수명을 연장할 수 있게된다.

이후, 마이컴(23)은 연소시간이 세라믹 필터(31)의 재생완료를 판단하기 위한 기준시간에 도달하면 송풍모터(51)를 정지시킴과 동시에 차단밸브(53)가 닫히도록 제어신호를 출력한다.

또, 마이컴(23)은 엔진(10)의 배기가스가 캐비티(30)로 유입되어 여과된 후 대기중으로 배출되도록 구동부(24)에 솔레노이드밸브(61,71)를 구동제어하기 위한 신호를 출력한다. 이에 따라, 솔레노이드밸브(61,71)에 의해 머플러측 전환밸브(73)는 닫히고 캐비티측 전환밸브(63)는 개방되며, 캐비티(30)내로 유입된 배기가스는 세라믹 필터(31)에 의해 미립자가 포집되어 제거된 후 대기중으로 배출된다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 디젤엔진 매연 포집장치는 마이콤의 제어에 의한 펄스폭 변조방식을 사용하여 송풍기로부터 공급되는 공기량을 조절함으로써 세라믹 필터에 대한 열응력을 최소화하여 세라믹 필터의 내구수명을 연장할 수 있다는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 디젤엔진(10)의 배기통로(12)에 설치되며 배기가스 중에 포함된 미립자를 포집하는 세라믹 필터(31)와, 상기 세라믹 필터(31)를 수용지지하는 캐비티(30)와, 상기 캐비티(30)의 입구측과 출구측의 압력차를 감지하여 상기 세라믹 필터(31)에 포집된 미립자의 포집량을 검출하기 위한 차압감지센서(34)와, 상기 세라믹 필터(31)에 포집된 미립자를 가열하여 착화시키기 위한 전기히터(32)와, 상기 전기히터(32)의 가열로 인한 상기 캐비티(30)내의 온도변화를 감지하여 미립자의 착화여부를 검출하기 위한 열전대센서(35)와, 상기 미립자의 착화시 자체 연소되도록 연소에 필요한 공기를 캐비티내로 공급하는 송풍기(50)를 구비한 디젤엔진 매연 포집장치에 있어서, 상기 열전대센서(35)의 검출정보에 의거하여 포집된 미립자의 착화가 검출되면, 미리 설정된 연소조건에 따른 펄스의 듀티폭을 조절하여 펄스신호를 출력하는 펄스폭변조부(25)와, 상기 펄스폭변조부(25)로부터 출력된 펄스신호에 의거하여 상기 송풍기(50)의 회전속도를 조절함으로써 포집된 미립자 연소시 공급되는 공기량이 조절되도록 상기 펄스폭변조부(25) 및 상기 송풍기(50)와 전기적으로 결선된 PWM구동부(52)로 구성된 것을 특징으로 하는 디젤엔진 매연 포집장치.