KR100590959B1 - 디젤엔진용 ｄｏｃ/ｄｐｆ 시스템 - Google Patents

디젤엔진용 ｄｏｃ/ｄｐｆ 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 2개의 디젤산화촉매, 즉 일반 디젤산화촉매의 기능만을 전담할 수 있는 정화용 디젤산화촉매(DOC＃1)와 디젤입자상물질필터의 재생기능만을 전담할 수 있는 재생용 디젤산화촉매(DOC＃2)를 적용함으로써, 필터의 성능을 향상시킬 수 있고 재생주기를 연장시킬 수 있으며, 이에 따라 연비를 향상시킬 수 있는 디젤엔진용 DOC/DPF 시스템을 제공한다.
본 발명에서 제공하는 디젤엔진용 DOC/DPF 시스템은 압력센서, 연료후분사장치 및 ECU를 통해 디젤입자상물질필터의 재생처리가 가능하고, 디젤산화촉매와 디젤입자상물질필터를 적용하는 시스템에 있어서, 상기 디젤입자상물질필터의 전단부에 2개의 디젤산화촉매를 병렬로 설치하고, 각 디젤산화촉매의 분기통로에는 ECU에 의한 제어를 받는 밸브를 설치하여서, 운전모드시 및 재생모드시 2개의 디젤산화촉매를 선택적으로 사용하여 해당 모드를 수행할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
디젤엔진, 배기가스, 디젤산화촉매, 디젤입자상물질필터

Description

디젤엔진용 ＤＯＣ/ＤＰＦ 시스템{DOC/DPF system for diesel engine}
도 1은 디젤엔진용 DOC 시스템의 구성을 보여주는 개략도
도 2는 디젤엔진용 DOC/DPF 시스템의 구성을 보여주는 개략도
도 3은 본 발명의 디젤엔진용 DOC/DPF 시스템의 구성을 보여주는 개략도
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
10,10a,10b : 디젤산화촉매 20 : 디젤입자상물질필터
30 : 연료후분사장치 40 : 압력센서
50 : ECU 60 : 밸브
본 발명은 차량의 디젤엔진의 배기가스 정화시스템에서 정화용 디젤산화촉매(DOC＃1)와 재생용 디젤산화촉매(DOC＃2)를 적용하여 필터의 성능을 향상시키고 재생주기를 연장시킴으로써, 궁극적으로 연비를 향상시킬 수 있도록 한 DOC/DPF 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 디젤엔진은 저연비이면서 고출력 및 고부하의 운전이 가능하여 그 수요가 계속 증가하고 있는 추세이다.
그러나, 디젤차량에 의한 대기오염은 배기가스에 포함되어 배출되는 질소산화물(NOx)과 입자상물질(PM)에 의한 것이며, 총 대기오염의 약 40%를 차지할 정도로 대기오염의 주범으로 인식되고 있고, 이에 대응하기 위하여 각국에서는 디젤엔진의 배기가스 규제를 강화하고 있다.
디젤엔진용 배기가스 규제에 대응하기 위하여 초기에는 디젤산화촉매(Diesel Oxidize Catalyst;DOC)를 적용하였으나, 점차 규제가 강화됨에 따라 최근에는 디젤입자상물질필터(Diesel Particulate matter Filter;DPF)를 추가로 적용하여 대응하고 있다.
첨부한 도 1에서는 디젤산화촉매의 적용 예를 보여주고 있다.
상기 디젤산화촉매(10)는 CO 냉간초기 정화성능(light off:촉매가 정성 성능을 발휘할 때까지 필요한 온도로 그 온도가 낮을수록 성능이 좋다) 향상이 주목적이며, PM 중에서 가용성유기물질(soluble organic fraction;SOF) 성분을 정화시키는 기능을 한다.
첨부한 도 2에서는 디젤입자상물질필터의 적용 예를 보여주고 있다.
상기 디젤입자상물질필터(20)는 좀더 강화된 배기가스 규제에 대응하기 위한 것으로서, 디젤산화촉매(10)에 후단에 나란하게 배치되는 구조를 갖는다.
이러한 디젤입자상물질필터(20)는 디젤엔진으로부터 나오는 입자상물질을 필터에 축적시킴으로써 최종 배출되는 배기가스의 입자상물질을 저감시키는 역할을 하며, 산화촉매 및 연료후분사장치(30)로 재생시켜 사용하고 있다.
상기 디젤산화촉매(10)는 HC를 H2O와 CO2로, CO를 CO2로, NO를 N 2와 NO2로 변환시켜 디젤입자상물질필터(20)에 쌓인 PM의 타는 온도를 낮추어주는 목적으로 사용되고, 디젤입자상물질필터(20)의 재생을 위한 기능을 수행하는 관계로 내열성 및 내구성이 요구되며, 귀금속이 일반 디젤산화촉매보다 많이 들어간다.
그러나, 위와 같은 디젤산화촉매(DOC)와 디젤입자상물질필터(DPF)를 적용하고 있는 시스템의 경우 하나의 디젤산화촉매가 CO 및 PM 정화기능과 디젤입자상물질필터의 재생을 위한 내부 열화기능을 모두 수행하고 있게 때문에 내구성이나 정화능력이 쉽게 저하되고, 이러한 디젤산화촉매의 효율저하로 인해 디젤입자상물질필터의 재생주기가 짧아져, 다시 말해 잦은 재생처리의 수행으로 연료후분사장치로부터 빈번한 연료의 분사가 이루어지면서 심한 연료의 낭비를 초래하게 되는 불리한 점이 있다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 2개의 디젤산화촉매, 즉 일반 디젤산화촉매의 기능만을 전담할 수 있는 정화용 디젤산화촉매(DOC＃1)와 디젤입자상물질필터의 재생기능만을 전담할 수 있는 재생용 디젤산화촉매(DOC＃2)를 적용함으로써, 필터의 성능을 향상시킬 수 있고 재생주기를 연장시킬 수 있으며, 이에 따라 연비를 향상시킬 수 있는 디젤엔진용 DOC/DPF 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 압력센서, 연료후분사장치 및 ECU를 통해 디젤입자상물질필터의 재생처리가 가능하고, 디젤산화촉매와 디젤입자상물질필터를 적용하는 시스템에 있어서, 상기 디젤입자상물질필터의 전단부에 2개의 디젤산화촉매를 병렬로 설치하고, 각 디젤산화촉매의 분기통로에는 ECU에 의한 제어를 받는 밸브를 설치하여서, 운전모드시 및 재생모드시 2개의 디젤산화촉매를 선택적으로 사용하여 해당 모드를 수행할 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 2개의 디젤산화촉매 중 1개는 배기가스 정화만을 위한 정화용 디젤산화촉매(DOC＃1)이고, 나머지 1개는 디젤입자상물질필터의 재생만을 위한 재생용 디젤산화촉매인 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 디젤엔진용 DOC/DPF 시스템의 구성을 보여주는 개략도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 정상적인 배기가스의 흐름을 위한 라인과 재생을 위한 라인이 구비되고, 각각의 라인은 밸브(60)에 의해 분기되었다가 최종적으로 합류하는 구성을 갖는다.
상기 정상적인 배기가스의 흐름을 위한 라인에는 정화용 디젤산화촉매(10a)가 설치되고, 상기 배기가스의 재생을 위한 라인에는 재생용 디젤산화촉매(10b)가 설치된다.
이렇게 병렬로 설치되어 있는 정화용 디젤산화촉매(10a) 및 재생용 디젤산화촉매(10b)의 후단부에는 디젤입자상물질필터(20)가 설치된다.
이때의 정화용 디젤산화촉매(10a)는 일반적인 디젤산화촉매가 갖는 기능, 예를 들면 CO 및 PM 정화기능을 갖고 있으며, 재생용 디젤산화촉매(10b)는 재생필요 온도를 낮추고 필터의 재생에 도움을 주는 기능을 갖는다.
상기 디젤입자상물질필터(20)의 입구측과 출구측에는 필터 내에 포집되는 입자상물질의 양에 의해 조성되는 압력차이를 검출하기 위한 2개의 압력센서(40)가 설치된다.
일정기간 엔진 운전 후 디젤입자상물질필터(20) 내에 입자상물질이 축적되면 필터의 입구측에 걸리는 배기가스압과 출구측에 걸리는 배기가스압이 차이를 보이게 되고, 즉 출구측에 걸리는 배기가스압이 커지게 되고, 각각의 압력센서(40)는 이러한 배기가스압의 변화를 검출하여 ECU(50)에 제공하게 된다.
ECU(50)는 각 압력센서(40)로부터 입력되는 디젤입자상물질필터(20)의 입구측과 출구측 간의 압력차와 미리 입력된 기준 압력차를 비교하고, 입력되는 압력차가 기준 압력차 이상이면, 밸브(60)측과 연료후분사장치(30)측에 각각 제어신호를 출력할 수 있게 된다.
즉, ECU(50)로부터 제어신호를 받은 밸브(60)는 배기가스 흐름을 재생용 디젤산화촉매(10b)측으로 유도하고, 이와 동시에 연료후분사장치(30)는 동작을 시작한다.
정상적인 운전모드시 배기가스 흐름은 엔진→정화용 디젤산화촉매(10a)→디젤입자상물질필터(20)의 순서로 진행된다.
이때에는 디젤산화촉매(10b)의 기능 발휘로 인해 PM이 저감되고, 이에 따라 디젤입자상물질필터(20)가 정화해야 할 PM량을 줄일 수 있게 된다.
즉, 디젤입자상물질필터(20)가 포집해야 하는 PM량이 줄어들기 때문에 그 만큼 포집 후 재생 필요시간을 연장할 수 있게 된다.
디젤입자상물질필터(20)의 필터링 한계에 도달한 재생모드시 배기가스 흐름은 엔진→재생용 디젤산화촉매(10b)→디젤입자상물질필터(20)의 순서로 진행된다.
즉, 재생모드시 밸브 작동으로 재생용 디젤산화촉매(10b)로의 유동이 유도되고, 엔진에서는 재생에 필요한 환원제 생성을 위해 연료후분사 작동이 실시되며, 재생용 디젤산화촉매(10b)의 기능에 의해 필터의 재생온도를 낮추고 재생 주기의 연장효과로 필터에 가해지는 열충격을 감소시키게 된다.
정상적인 운전모드시에는 정화용 디젤산화촉매(10a)측으로 배기가스가 통과하므로 재생용 디젤산화촉매(10b)는 열화없이 충분한 재생기능을 수행할 수 있게 되며, 이에 따라 재생용 디젤산화촉매(10b)에 적용되는 귀금속의 양을 추가로 절감할 수 있게 된다.
이에 따라, 디젤입자상물질필터(20) 및 재생용 디젤산화촉매(10b)의 내구성이 향상될 수 있고, 재생주기가 길어져, 즉 연료후분사 동작주기가 길어져 연비를 향상시킬 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명은 정화용 디젤산화촉매(DOC＃1)와 재생용 디젤산화촉매(DOC＃2)를 적용한 디젤엔진용 DOC/DPF 시스템을 제공함으로, 필터의 성능향상과 재생주기를 연장시킬 수 있는 장점이 있으며, 궁극적으로 연비를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 압력센서, 연료후분사장치 및 ECU를 통해 디젤입자상물질필터의 재생처리가 가능하고, 디젤산화촉매와 디젤입자상물질필터를 적용하는 시스템에 있어서,
    상기 디젤입자상물질필터의 전단부에 2개의 디젤산화촉매를 병렬로 설치하고, 각 디젤산화촉매의 분기통로에는 ECU에 의한 제어를 받는 밸브를 설치하여서, 운전모드시 및 재생모드시 2개의 디젤산화촉매를 선택적으로 사용하여 해당 모드를 수행할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 디젤엔진용 DOC/DPF 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 2개의 디젤산화촉매 중 1개는 배기가스 정화만을 위한 정화용 디젤산화촉매(DOC＃1)이고, 나머지 1개는 디젤입자상물질필터의 재생만을 위한 재생용 디젤산화촉매인 것을 특징으로 하는 디젤엔진용 DOC/DPF 시스템.
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