KR100303978B1 - 자동차의린번엔진용배기후처리시스템및그방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차의 린번 엔진용 배기 후처리 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, GDI, 린번, 디이젤등과 같이 배기내에 다량의 산소와 함께 배출되는 질소산화물 성분을 효과적으로 제거할 수 있는 자동차의 린번 엔진용 배기 후처리 시스템 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다. 전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 엔진 운전을 제어하는 ECU와, 상기 엔진으로 연료탱크내의 1차 연료를 이송시키는 연료펌프와, 상기 1차 연료를 연료 인젝터에 분배하는 연료레일과, 상기 연료레일의 압력을 일정하게 유지하는 제 1압력 조절밸브와, 상기 연료탱크와 상기 제 1압력 조절밸브를 연결하는 리턴튜브를 구비하는 자동차의 린번 엔진 시스템에 있어서, 배기파이프 도중에 설치되는 하우징; 상기 하우징 내부 후방에 위치되는 삼원촉매체; 상기 하우징의 내부 전방에 위치되는 질소산화물 흡착기; 상기 질소산화물 흡착기 전방측 상기 배기파이프내에 2차 연료를 공급하는 공급수단으로 이루어진다.

Description

자동차의 린번 엔진용 배기 후처리 시스템 및 그 방법
본 발명은 자동차의 린번 엔진용 배기 후처리 시스템 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 린번 연소에서와 같이 배기내에 다량의 산소와 함께 배출되는 질소산화물 성분을 효과적으로 제거하기 위하여 질소산화물 흡착기의 전방측에 2차 연료를 공급하는 자동차의 린번 엔진용 배기 후처리 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 엔진이 작동하는 데에는 실린더내에 혼합기를 흡입하여 연소를 하고, 연소후 발생되는 배기가스를 외부로 배출하여야 하는 바, 이러한 일련의 장치를 흡/배기장치라고 한다.
우선, 흡기장치는 실린더에 흡입하는 공기중의 먼지 등을 제거하는 에어 클리너 및 각 실린더에 혼합기를 분배하는 흡기 매니폴드로 구성되어 있다.
그리고 배기장치는 엔진에서 발생하는 배기가스를 대기중으로 배출하는 것으로 배기가스를 모으는 배기 매니폴드, 배기가스에서 유해물질을 제거하는 촉매 컨버터와 배기 소음을 저감시키는 소음기로 구성되어 있다.
도 1은 이러한 일반적인 배기장치를 도시한 구성도이다. 도 1에 도시된 바와같이, 배기장치(10)는 각 실린더의 배기가스를 종합하는 배기 매니폴드(12), 배기 가스를 대기중으로 배출하는 배기 파이프(14) 및 배기 소음을 저하시키는 소음기(16), 배기 가스중의 유해한 성분을 무해하게 산화/환원시키는 촉매 컨버터(18)로 구성되어 있다.
전술한 촉매 컨버터(18)는 배기 파이프(14) 도중에 설치되는 것으로, 이 속을 통과하는 배기 가스중의 유해한 CO(일산화탄소), HC(탄화수소), NOX(질소 산화물)을 인체에 무해한 CO2(이산화탄소), H2O(물), N2(질소)로 산화·환원시키는 장치이다.
그리고 촉매 컨버터(18)는 구조상으로 펠리트형(Pellet Type)과 모노리드형(Monolith Type)이 있고, 기능상으로는 산화촉매 컨버터와 삼원촉매 컨버터(3-Way Catalytic Converter)의 2종류가 있다.
우선, 산화촉매 컨버터는 촉매 펠리트라고 하는 입상의 알루미나 표면에 촉매작용을 하는 파라듐(Pd) 또는 파라듐+백금(Pt)의 귀금속을 중간층(Wash)위에 미세하고 고르게 코팅(담지)한 것으로, 배기가스중의 일산화탄소와 탄화수소를 이산화탄소와 물로 만드는 기능을 갖고 있다.
그리고 삼원촉매 컨버터는 촉매작용을 하는 귀금속 즉, 백금+로듐(Rh) 또는 백금+로듐+파라듐을 사용한 것으로, 배기가스중의 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물을 저감시키는 기능을 갖고 있으며, 고온에서는 98% 이상을 상회하는 높은 효율성을 갖고 있기 때문에 현재 삼원촉매 컨버터가 가장 많이 사용되고 있다.
한편, 도 2는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로, 일반적인 연료공급 라인을 도시한 구성도이다. 도 2에 도시된 바와같이, 종래 연료공급 라인은 엔진운전을 제어하는 ECU(20)와, 점화용의 고압전류를 각 실린더에 분배하는 디스트리뷰터(22)와, 연료탱크(24)내의 연료를 엔진으로 보내는 연료펌프(26)와, 맥동을 완화하는 댐퍼(28)와, 연료내의 이물질을 여과하는 연료필터(30), 연료 인젝터(32)에 연결되어 연료를 제공하는 연료레일(34)과, 연료레일(34)의 압력을 일정하게 유지하는 압력 조절밸브(38)와, 연료탱크(24)와 압력 조절밸브(38)를 연결하는 리턴튜브(40)로 이루어져 있다.
기존의 가솔린 자동차에 사용중인 삼원촉매 장치는 공연비가 이론 공연비에 근접할 때에만 유해성분인 미연 탄화수소, 일산화탄소, 질소산화물의 세 성분을 동시에 저감시킬 수 있는 한계성을 갖고 있다. 즉, 연료가 농후한 상태에서는 탄화수소, 일산화탄소 성분의 정화가 급격히 저하되고, 공기가 다량 포함된 경우에는 질소산화물 성분의 정화가 급격히 저하되는 단점이 있다.
따라서, 연비를 향상시키고 그린 하우스 효과의 주원인인 이산화탄소 배출량을 줄이기 위해 다양한 방면에서 연구가 이루어지고 있는 바, 이러한 연구중의 하나로 린번 엔진(Lean Burn Engine)이나 가솔린 직접 분사엔진(Gasoline Direct Injection Engine: 이하, GDI 라함)에 관련된 기술이 제안되고 있다. 이러한 엔진의 경우, 연비를 향상시키기 위하여 산소가 매우 풍부한 상태에서 연소를 일으키므로 희박 연소조건에 의해 배기에는 10%이상의 산소와 다량의 질소산화물이 존재 하며 그로 인하여 기존의 삼원촉매 장치로는 배기내에 다량 존재하는 질소산화물을 정화할 수 없는 한계성이 있다. 여기에 대중 운송수단의 대부분을 차지하고 있는 디이젤 엔진의 경우 저급연료를 사용하여 발생하는 미립 물질(Particulate Material)과 희박연소로 발생하는 다량의 질소산화물과 산소로 인하여 강화되는 배기 규제를 충족시키기 어려운 상황에 있다.
또한, 기존의 환원촉매의 성능을 보강한 질소산화물 제거 촉매(De-Nox Catalyst)가 제안된 바 있으나, 이 경우에도 10% 이상의 산소가 존재하는 희박 연소의 질소산화물 정화에는 한계가 있는 것으로 알려져 있다.
또한, 선택흡착형 질소산화물 저감 촉매(Selective Catalyst Reduction)를 사용하는 종래 후처리 시스템에 있어서는 현재 자동차용이 아닌 정치식 내연기관용으로 많이 적용되고 있는 바, 이는 질소산화물의 환원제로 요소를 촉매 전방에서 분사하여 촉매의 환원율을 증가시키기 때문에 정화율도 높고, 연속적으로 정화가 가능하여 연비를 향상시킬 수 있다. 그러나 이동성이 강조되는 차량에 적용하는 경우 요소와 같은 첨가제는 정치식에서는 공급이 간단하나 차량의 경우에는 첨가제 공급장치의 일련의 장비(요소 저장탱크, 안전장치, 별도의 공급라인등)를 차량에 장착하여야 하는 장착상의 여러 가지 문제점과 요소를 주기적으로 공급하여야 하는 문제점으로 인하여 적용이 어려운 실정에 있다.
현재 가장 높은 정화율을 보이고 있는 질소산화물 처리용 자동차 후처리 시스템은 질소산화물 흡착기(NOx Adsorber)이다. 이는, 연료 희박 영역에서 배출되는 질소산화물을 흡착하였다가 연료 농후 영역에서 배출되는 미연 탄화수소 성분과 일산화탄소를 이용하여 탈착 환원시키는 방식이다. 그러나 이러한 방식은 질소산화물 흡착기의 성능에 한계성이 있기 때문에 흡착한 질소산화물을 주기적으로 환원시키는 재생과정이 필요하다. 따라서 추가의 환원제 공급이 없을 경우 린번 운전중에 연료를 농후하게 제어하여 환원에 필요한 환원제를 공급하여야 하므로 완전 희박연소는 불가능하고 부분 희박연소만이 가능하다. 그에 따라 GDI와 같은 완전 희박연소의 경우에는 그 사용이 제한적이며 또한 연비가 급격히 저하되는 문제점이 발생된다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, GDI, 린번, 디이젤등과 같이 배기내에 다량의 산소와 함께 배출되는 질소산화물 성분을 효과적으로 제거할 수 있는 자동차의 린번 엔진용 배기 후처리 시스템 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
도 1 은 일반적인 배기장치를 도시한 사시도,
도 2 는 일반적인 연료 공급라인을 도시한 구성도,
도 3 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 린번 엔진용 배기 후처리 시스템을 도시한 구성도,
도 4 는 본 발명의 작동순서를 보이는 블록도.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
100: 배기 후처리 시스템 110:엔진 제어부(ENGINE CONTROL UNIT:ECU)
112:연료탱크 114:연료펌프
116:제 1인젝터 118:연료레일
120:제 1압력 조절밸브 122:리턴튜브
124:배기파이프 126:하우징
128:삼원촉매체 130:질소산화물 흡착기
210:제 2압력 조절밸브 212:연결튜브
214:소형 연료저장탱크 216:제 2인젝터
218:제 2디스트리뷰터
본 발명은 린번 연소에서와 같이 배기내에 다량의 산소와 함께 배출되는 질소산화물 성분을 효과적으로 제거하기 위하여 기존의 연료 공급라인의 리턴튜브 내부에 있는 2차 연료를 질소산화물 흡착기의 전방측에 공급하는 것으로, 전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 엔진 운전을 제어하는 ECU와, 상기 엔진으로 연료탱크내의 1차 연료를 이송시키는 연료펌프와, 상기 1차 연료를 제 1 인젝터에 분배하는 연료레일과, 상기 연료레일의 압력을 일정하게 유지하는 제 1압력 조절밸브와, 상기 연료탱크와 상기 제 1압력 조절밸브를 연결하는 리턴튜브를 구비하는 자동차의 린번 엔진 시스템에 있어서, 배기파이프 도중에 설치되는 하우징; 상기 하우징 내부 후방에 위치되는 삼원촉매; 상기 하우징의 내부 전방에 위치되는 질소산화물 흡착기; 상기 질소산화물 흡착기 전방측 상기 배기파이프내에 2차 연료를 공급하는 공급수단이 구비된다.
여기서, 상기 2차 연료 공급수단은, 상기 연료탱크에 설치되어 리턴튜브내의 연료압을 일정하게 유지하는 제 2압력 조절밸브; 상기 리턴튜브와 상기 배기파이프를 연결하는 연결튜브; 상기 연결튜브에 설치되어 상기 리턴튜브내로 흐르는 2차 연료를 머물도록하는 소형 연료저장탱크; 상기 소형 연료저장탱크의 2차 연료를 상기 배기파이프내에 분사하는 인젝터 및 상기 인젝터와의 분사시기를 조절할 수 있도록 전원을 제공하는 디스트리뷰터로 이루어진 특징이 있다.
또한, 본 발명은 (가) 각종 센서로부터 데이타값을 수집하는 단계; (나) 상기 데이터값으로부터 초기 질소산화물 배출량을 산출하는 단계; (다) 상기 초기 질소산화물 배출량으로부터 누적된 질소산화물 배출량을 산출하는 단계; (라) 상기 누적된 질소산화물 배출량과 질소산화물 흡착기의 흡착 용량을 비교하는 단계; (마) 상기 비교 결과, 상기 누적된 질소산화물 배출량이 상기 질소산화물 흡착기의흡착 용량 보다 작을 경우 (가)단계 이하의 과정을 반복 수행하는 단계 및 (바) 상기 비교 결과, 상기 누적된 질소산화물 배출량이 상기 질소산화물 흡착기의 흡착 용량 보다 작지 않을 경우 소정시간 동안 상기 질소산화물 흡착기측에 2차 연료를 공급하여 배기내에 질소산화물을 제거하는 단계로 이루어진다.
이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
도 3 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 린번 엔진용 배기 후처리 시스템을 도시한 구성도이다. 도 3 에 도시된 바와같이, 본 발명의 배기 후처리 시스템(100)은 트로틀 포지션 센서(102),엔진 스피드센서(104),산소센서(106) 등의 각종 센서로부터 정보를 수집하여 엔진 운전을 제어하는 ECU(110)와, 상기 엔진으로 연료탱크(112)내의 1차 연료를 이송시키는 연료펌프(114)와, 상기 1차 연료를 제 1 인젝터(116)에 제공하는 연료레일(118)과, 제 1인젝터(116)의 작동시기를 조절할 수 있도록 전원을 제공하는 제 1디스트리뷰터(119)와, 상기 연료레일(118)의 압력을 일정하게 유지하는 제 1압력 조절밸브(120)와, 상기 연료탱크(112)와 상기 제 1압력 조절밸브(120)를 연결하여 2차 연료가 흐르는 리턴튜브(122)와, 배기파이프(124) 도중에 설치되어 배기가 통과하는 하우징(126); 상기 하우징(126) 내부 후방에 위치되는 삼원촉매(128); 상기 하우징(126)의 내부 전방에 위치되는 질소산화물 흡착기(130); 상기 질소산화물 흡착기(130) 전방측 상기 배기파이프(124)내에 2차 연료를 공급하는 공급수단으로 이루어진다.
상기 2차 연료공급 수단으로는, 상기 연료탱크(112)에 설치되어 리턴튜브(122)내의 2차 연료압을 일정하게 유지하는 제 2압력 조절밸브(210)와; 상기 리턴튜브(122)와 상기 배기파이프(124)를 연결하는 연결튜브(212)와; 상기 연결튜브(212)에 설치되어 상기 리턴튜브(122)내로 흐르는 2차 연료를 상시 머물도록 하는 소형 연료저장탱크(214)와; 상기 소형 연료저장탱크(214)의 2차 연료를 상기 배기파이프(124)내에 분사하는 제 2인젝터(216) 및 상기 제 2인젝터(216)와의 점화시기를 조절할 수 있도록 전원을 제공하는 제 2디스트리뷰터(218)가 구비되어 있다. 미설명 부호 113,115는 각각 연료를 여과하는 연료필터, 연료의 맥동을 완화하는 댐퍼를 보이는 것이고, 화살표는 배기의 흐름방향을 보이는 것이다.
이와 같이 구성된 본 발명에서는 통상적으로 1몰의 NO를 정화하는 데에는 탄화수소 약 0.816 몰이 필요하기 때문에 250ppm의 NOx가 배출된다면 이를 정화하기 위한 탄화수소의 양은 204ppm이 필요함을 알 수 있다. 따라서 실제 차량에서 배출되는 NOx의 양을 안다면 이를 정화하기 위한 탄화수소의 양을 계산할 수 있게 된다. 실제로 차량 상태에서 다양한 시험을 통해 엔진 스피드와 로드등과 같은 운전조건의 조합에 따른 질소산화물의 배출량을 데이터 베이스화할 수 있다. 즉, 시험을 통해서 얻은 질소산화물 배출량 경향을 ECU에 입력한 후, ECU로 입력되는 엔진스피드센서, 트로틀 포지션센서, O2센서 등에서 제공되는 여러가지 신호를 계산하여 질소산화물의 양을 계산할 수 있는 것이다.
전술한 질소산화물 흡착기의 사용상태를 살펴보면, 질소산화물 흡착기(130)의 흡착량은 무한정한 것이 아니고 전체 체적과 흡착제의 양에 따라 그 한계가 있기 때문에 이를 필연적으로 재생해야 하며, 이의 재생시기를 적절히 조절할 필요가 있다.
즉, 질소산화물 흡착기(130)를 한계에 도달하기 전에 재생한다면 이를 재생하는 데 많은 연료와 시간이 소모되며, 적정 시기보다 늦게 재생한다면 질소산화물이 정화되지 않고 그냥 대기중으로 배출된다.
따라서 실험을 통하여 차량에 장착되는 질소산화물 흡착기(130)의 용량을 알 수 있으며, 흡착된 질소산화물의 양이 질소산화물 흡착기(130)의 흡착양을 넘지 않도록 재생시간을 조절하는 것이 중요하다.
또한, 2차로 공급되는 연료는 질소산화물 흡착기(130)에 흡착된 질소산화물을 환원하는 데에만 소모되는 것이 아니고, 배기내에 풍부하게 존재하는 산소와도 반응을 하는 바, 산소에 의한 이러한 산화반응은 실제로 질소산화물 환원에 소모되는 양보다 많으며 이론적으로 공급되는 전체 연료의 90%를 소모한다. 즉, 10% 정도만이 질소산화물 환원제로 사용되므로 2차 연료 공급시 이를 고려해야 한다.
2차로 공급하는 연료는 연료레일(118)로부터 리턴튜브(122)내로 리턴되는 연료를 사용하며, GDI 엔진이나 디이젤 엔진의 경우 연료 분사압이 80 내지 150 bar로 높여서 리턴튜브(122)내의 압력을 연료탱크 압력보다 높게 유지할 수 있는 것이다. 이를 위하여 연료탱크(112) 상측에 설치된 제 2압력 조절밸브(210)는 리턴튜브(122) 내부를 일정한 압력으로 유지하는 역할을 하는 것이다. 예를 들어, 제 1압력 조절밸브(120)의 열림압을 3 bar로 설정하면 리턴튜브(122) 내부도 3 bar로 일정하게 유지되어 촉매 상류측에 연료를 일정하게 분사할 수 있게 된다.
2차 연료를 공급함에 있어서 엔진의 연료레일(118) 처럼 일정량의 연료를 보관하기 위하여 항상 일정량의 연료가 제 2인젝터(216) 상측에, 즉 소형 연료저장탱크(214)내에 상시 머물도록 하는 것이 중요하다.
그리고 재생에 필요한 시간을 확보하기 위하여 2차 연료의 공급은 연소실 내부의 연료공급에 비해 상대적으로 장시간을 공급해야 하므로 2차 연료 공급의 전원공급은 별도의 디스트리뷰터(218)를 사용하여 공급하는 것이 바람직하다.
2차 연료를 공급하는 위치는 배기내 산소와 공급된 연료와의 산화반응에서의 반응시간을 줄이기 위해 촉매 상류측의 연료가 균일하게 분산될 수 있는 거리에서 최대한 촉매 전방으로 위치시키는 것이 바람직하다.
여기에서, 2차로 공급하는 연료가 과잉 공급되거나 환원 반응속도에 비해 배기 흐름이 고속일 때 공급된 연료 성분은 질소산화물 흡착기(130)를 그냥 통과해 대기중으로 배출될 수 있다. 따라서 이러한 탄화수소 성분 배출을 방지하기 위해 질소산화물 흡착기(130) 후방에는 삼원촉매(128) 또는 산화촉매(도시하지 않음)를 설치하여 질소산화물 흡착기(130)를 통과한 미연 탄화수소 성분을 산화시켜 정화한다.
이하에서는 본 발명의 작동순서를 살펴보면 다음과 같다. 도 4 는 본 발명의 작동순서를 보이는 블록도이다. 도 4 에 도시된 바와같이, 우선 단계(S300)에서는 트로틀 포지션센서, 엔진스피드 센서, O2센서 등의 각종 센서로부터 엔진운전에 대한 데이터 값을 수집하고 다음 단계(S310)(S320)로 순차 진행한다.
단계(S310),(S320)에서는 각각 상기 데이터 값으로부터 초기 질소산화물 배출량 및 누적 질소산화물 배출량을 산출하고 다음 단계(S330)로 진행한다. 여기서 An:누적 질소산화물 배출 산출량, Ai:초기 질소산화물 배출 산출량, An-1: An의 전단계 질소산화물 배출 산출량, b:질소산화물 흡착기의 최대 흡착량이라고 가정할 때, 산출량은 식 An = An-1+ Ai 로부터 구할 수 있다.
단계(S330)에서는 누적 질소산화물 산출량과 미리 설정된 양을 비교한다. 여기서 누적 질소산화물 산출량은 An을 말하고, 미리 설정된 양은 질소산화물 흡착기의 흡착량(0.9*b)을 말하는 것으로, 누적 산출량과 질소산화물 흡착기의 흡착량과의 비교는 (식) An ≥ 0.9*b 로부터 구할 수 있으며, 질소산화물 흡착기의 흡착량은 흡착의 안정성을 주기 위하여 최대 흡착량(b)의 90%를 초과하지 않도록 한다.
단계(S330) 비교 결과, 상기 누적된 질소산화물 산출량이 상기 미리 설정된 양 보다 작을 경우에는 단계(S300) 이하의 과정을 반복 수행한다. 반대로 비교 결과, 상기 누적된 질소산화물 산출량이 상기 미리 설정된 양 보다 작지 않을 경우에는, 다시 말하면 질소산화물 흡착기의 흡착량이 최대 흡착량(b)의 90%를 초과하는 경우에는 단계(S340)로 진행한다.
단계(S340)에서는 소정시간 동안 상기 질소산화물 흡착기측에 2차 연료를 공급하여 배기내에 질소산화물을 제거한다. 여기서 연료 공급량을 살펴보면, (식) 연료공급량 = An * 0.816 + C2(배기내 산소에 의한 연료의 산화량) 으로부터 구할 수 있는 바, 연료 공급양은 배기내 산소에 의해 산화되는 양과 흡착된 질소산화물을 환원하는 데 필요한 양(An*0.816)을 합하고 이를 재생기간으로 균등 분할하여 공급하는 것이다.
전술한 단계(S340)에서 재설정된 질소산화물 흡착기의 질소산화물 누적량은 ECU에 저장되어 재계산되며 이러한 흐름은 엔진이 정지될 때 까지 수행되며, 엔진이 정지될 때 ECU에 저장되어 있던 누적 질소산화물 산출량은 기억되고 여기에 지속적으로 질소산화물 흡착량을 더하여 다음 재생기간을 설정하게 된다.
본 발명은 전술한 바람직한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수가 있다. 예를 들면, 질소산화물 흡착기의 후방에 위치하는 촉매를 산화촉매가 아닌 삼원촉매를 사용하여 초과 공급된 연료를 정화할 뿐만 아니라 질소산화물의 환원반응에도 관여하여 질소산화물 흡착기에서 순간 탈착될 수도 있는 질소산화물을 미량이나마 정화할 수 있다.
그리고 구조를 단순화하고 경비를 절감하기 위하여 엔진에서 발생하는 질소산화물의 양을 각종 센서의 신호로 계산하지 않고 최대 발생조건으로 가정하여 질소산화물 흡착기의 흡착량에 맞도록 일정 주기마다 일정양의 연료를 공급하는 제어흐름이 사용될 수도 있다. 이 경우 ECU의 데이터 베이스가 불필요하며 질소산화물 누적량이나 재생에 필요한 연산작용이 불필요하게 된다. 연료공급 인젝터 전원공급도 간단하게 일반적 디스트리뷰터로 사용할 수가 있다. 또한 2차 연료 공급장치로 연료 인젝터가 아닌 단순한 연료 공급장치로 연료를 일정 주기로 일정량을 공급하는 장치를 사용할 수도 있다.
또한 질소산화물 흡착기의 체적을 증가시켜 흡착용량을 늘리고 엔진이 저속인 아이들 상태에서 운전될 때마다 질소산화물을 환원시키는 방법을 채택할 수도 있다. 따라서 엔진의 속도에 따라 가스 배출량이 변하고 배출량에 따라 배출되는 산소량이 다르기 때문에 엔진이 저속이면 전체 산소량이 줄어들어 산소와 반응하여 소모되는 2차 공급 연료량이 감소하여 차량의 연비를 향상시키고 환원효율을 향상시킬 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 따르면 배기내에 다량 존재하는 산소 성분에 의해서 기존의 삼원촉매나 환원촉매로는 정화가 어려운 질소산화물 성분을 2차 연료 공급과 질소산화물 흡착기를 사용하여 정화하므로 대기오염을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 부분 린번 엔진과, 완전 린번 엔진에서도 적용이 가능하여 지구 온난화 현상의 주원인인 이산화탄소 발생량을 줄이고 연비를 향상시킬 수 있다.
또한, GDI, 린번, 디젤, 등과 같은 차량에 있어서의 배기문제, 즉 질소산화물 정화문제를 효율적으로 해결하므로 본 발명의 엔진을 장착한 차량의 수출 및 보급을 확대할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 연료펌프에 의해 연료탱크로부터 펌핑된 1차연료가 연료레일을 통해 연료인젝터로 분배되고, 상기 연료레일과 연료탱크를 연결하는 리턴튜브상에 제1 압력조절밸브가 설치되어 연료레일의 압력을 일정하게 유지시키도록 되어 있는 한편, 상기 배기파이프상에 배기상류측으로부터 차례로 질소산화물흡착기 및 삼원촉매제가 설치되고, 상기 리턴튜브와 배기파이프사이에 연결된 2차연료 공급수단을 통해 상기 질소산화물흡착기 전방에 2차연료를 공급하여 배기가스를 정화하도록 된 자동차의 린번엔진용 배기 후처리 시스템에 있어서,
    상기 2차연료 공급수단은, 상기 연료탱크에 설치되어 상기 리턴튜브내의 연료압을 일정하게 유지하는 제2 압력조절밸브;
    상기 리턴튜브와 상기 배기파이프를 연결하는 연결튜브;
    상기 연결튜브에 설치되어 상기 리턴튜브내로 흐르는 2차연료를 머물도록 하는 소형 연료저장탱크;
    상기 소형 연료저장탱크의 2차연료를 상기 배기파이프내에 분사하는 인젝터; 및
    상기 인젝터의 분사기를 조절할 수 있도록 전원을 제공하는 디스트리뷰터로 이루어진 것을 특징으로 하는 자동차의 린번 엔진용 배기 후처리 시스템.
  2. (가) 센서들로부터 데이타값을 수집하는 단계;
    (나) 상기 데이터 값으로부터 초기 질소산화물 배출량을 산출하는 단계;
    (다) 상기 초기 질소산화물 배출량으로부터 누적된 질소산화물 배출량을 산출하는 단계;
    (라) 상기 누적된 질소산화물 배출량과 질소산화물 흡착기의 흡착 용량을 비교하는 단계;
    (마) 상기 비교 결과, 상기 누적된 질소산화물 배출량이 상기 질소산화물 흡착기의 흡착 용량 보다 작을 경우 (가)단계 이하의 과정을 반복 수행하는 단계 및
    (바) 상기 비교 결과, 상기 누적된 질소산화물 배출량이 상기 질소산화물 흡착기의 흡착 용량 보다 작지 않을 경우 소정시간 동안 상기 질소산화물 흡착기측에 2차 연료를 공급하여 배기내에 질소산화물을 제거하는 단계로 이루어진 자동차의 린번 엔진용 배기 후처리 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 (가)단계는 트로틀 포지션센서, 엔진스피드 센서, O2센서 등의 각종 센서로부터 엔진운전에 대한 데이터 값을 수집하는 것을 특징으로 하는 자동차의 린번 엔진용 배기 후처리 방법.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 (나)(다)단계에서는 각각 상기 데이터 값으로부터 초기 질소산화물 배출량 및 누적 질소산화물 배출량을 An = An-1+ Ai로 부터 산출하는 것을 특징으로 하는 자동차의 린번 엔진용 배기 후처리 방법.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 (라)단계는 An ≥ 0.9*b 로부터 누적 질소산화물 산출량과 미리 설정된 양을 비교하되, 상기 질소산화물 흡착기의 흡착량은 흡착의 안정성을 주기 위하여 최대 흡착량(b)의 90%를 초과하지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 자동차의 린번 엔진용 배기 후처리 방법.
  6. 제 2항내지 제 5항중 어느 한항에 있어서, 상기 재설정된 질소산화물 흡착기의 질소산화물 누적량은 ECU에 저장되어 재계산되고 상기 ECU에 저장되어 있던 누적 질소산화물 산출량은 기억되며 여기에 지속적으로 질소산화물 흡착량을 더하여 다음 재생기간을 설정하도록 된 것을 특징으로 하는 자동차의 린번 엔진용 배기 후처리 방법.
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