KR100980631B1 - Heating apparatus for pipe and tank of urea-SCR system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 DCU의 제어에 의해 엔진의 배기계로 요소를 공급하여 배기가스 중에 포함되는 NOx의 발생량을 줄이기 위한 SCR 시스템의 요소저장탱크와 요소공급라인의 가열장치에 관한 것으로,The present invention relates to a urea storage tank of the SCR system and a heating device of the urea supply line for supplying urea to the exhaust system of the engine under the control of the DCU to reduce the amount of NOx contained in the exhaust gas.
SCR 전후의 배기가스에 포함된 녹스량 및 배기가스 온도를 측정한 후, DCU의 제어에 의해서 요소저장탱크에 저장되어 있는 요소와 에어 레귤레이터를 통과한 공기를 혼합된 요소투입 유니트에서 요소투입라인을 통해 SCR의 전방 배기파이프로 요소가 공급되도록 하므로서, 배기가스에 포함된 녹스의 배출량을 줄일 수 있도록 구성된 위한 SCR 시스템에서,After measuring the amount of rust and the exhaust gas temperature included in the exhaust gas before and after SCR, the urea input line is mixed in the urea input unit in which the urea stored in the urea storage tank and the air passed through the air regulator are mixed under the control of the DCU. In the SCR system configured to reduce the amount of NOx contained in the exhaust gas by allowing the element to be supplied to the front exhaust pipe of the SCR,
상기한 요소저장탱크의 내부에는 엔진 일측에 마련된 터보차저와 인터쿨러 사이의 흡기라인에서 분지된 흡기 바이패스라인의 일부가 통과하도록 형성되어지되, 상기 흡기 바이패스라인은 상기한 요소저장탱크와 요소투입 유니트 사이에 배관된 요소공급라인의 소정 구간과 서로 면접한 채로 배관된 것을 특징으로 한다.The inside of the urea storage tank is formed so as to pass a portion of the intake bypass line branched from the intake line between the turbocharger and the intercooler provided on one side of the engine, the intake bypass line is the urea storage tank and the urea input Characterized in that the pipes while being interviewed with a predetermined section of the urea supply line piped between the units.
SCR, DCU, 흡기 바이패스라인, 요소저장탱크SCR, DCU, Intake Bypass Line, Urea Storage Tank
Description
도 1은 본 발명에 의해 구성된 의 구성도.1 is a block diagram of the configuration of the present invention.
도 2는 본 발명이 적용된 요소저장탱크의 내부구성도.Figure 2 is an internal configuration of the element storage tank to which the present invention is applied.
도 3은 종래의 기술을 설명하기 위한 도면.3 is a view for explaining a conventional technology.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명[Description of Drawings]
10 : 엔진 11 : 터보 차저10: engine 11: turbocharger
12 : 흡기 라인 13 : 인터쿨러12: intake line 13: intercooler
20 : 배기 파이프 21 : SCR20: exhaust pipe 21: SCR
23,24 : 온도센서 25 : DCU23,24: temperature sensor 25: DCU
26 : 요소저장탱크 29 : 요소공급라인26: urea storage tank 29: urea supply line
30 : 요소투입 유니트 32 : 요소투입라인30: element insertion unit 32: element insertion line
40 : 흡기 바이패스라인 41 : 입구40: intake bypass line 41: inlet
43 : 제어부 44 : 밸브43: control section 44: valve
본 발명은 SCR 시스템의 요소저장탱크와 요소공급라인의 가열장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 DCU의 제어에 의해 엔진의 배기계로 요소를 공급하여 배기가스 중에 포함되는 NOx의 발생량을 줄이기 위한 SCR 시스템의 요소저장탱크와 요소공급라인의 가열장치에 관한 것이다.The present invention relates to a urea storage tank of the SCR system and a heating device of the urea supply line. More specifically, the SCR system for supplying urea to the exhaust system of an engine under DCU control to reduce the amount of NOx contained in the exhaust gas. Of urea storage tanks and heating devices for urea supply lines.
일반적으로 엔진에서 배기 매니폴드를 통해 배출되는 배기가스는 배기 파이프의 도중에 형성된 촉매 컨버터(Catalytic converter)로 유도되어 정화되고, 머플러를 통과하면서 소음이 감쇄된 후 테일 배기파이프를 통해 대기 중으로 방출된다. 상기한 촉매 컨버터는 매연여과장치(DPF, Diesel Particulate Filter)의 일종으로 배출가스에 포함되어 있는 오염물질을 처리하는 역할을 하는 것이다. 그리고 상기한 촉매컨버터 내부에는 배기가스에 포함된 입자상 물질(PM)을 포집하기 위한 촉매담체가 형성되어 엔진에서 배출되는 각종 배기가스를 화학적 변환과정을 통하여 정화시키게 되는 것이다.In general, the exhaust gas discharged from the engine through the exhaust manifold is guided and purified by a catalytic converter formed in the middle of the exhaust pipe, and the noise is attenuated while passing through the muffler and then discharged into the atmosphere through the tail exhaust pipe. The catalytic converter is a type of diesel particulate filter (DPF) that serves to treat contaminants contained in the exhaust gas. In addition, a catalyst carrier for trapping particulate matter (PM) contained in the exhaust gas is formed inside the catalytic converter to purify various exhaust gases discharged from the engine through a chemical conversion process.
상기와 같은 역할을 하는 촉매 컨버터에 적용되는 촉매형식 중의 하나로 선택적 촉매 환원 장치(SCR, Selective Catalytic Reduction)가 있다. 선택적 촉매 환원 장치(SCR)는 THC, CO 등과 같은 환원제가 산소와 NOx 중에서 NOx와 더 잘 반응하도록 한다는 의미에서 '선택적' 촉매환원이라고 명명되고 있다.One of the types of catalysts applied to the catalytic converter which plays such a role is Selective Catalytic Reduction (SCR). Selective Catalytic Reduction Devices (SCRs) are termed 'selective' catalytic reductions in the sense that reducing agents such as THC, CO and the like react better with NOx in oxygen and NOx.
선택적 환원 촉매 중에서 암모니아-SCR은 NOx를 정화하기 위한 환원제로 암모니아를 사용하는 것으로 NOx에 대한 선택도가 매우 우수할 뿐만 아니라, 산소가 존재하는 경우에 NO와 암모니아 사이의 반응이 촉진되는 장점이 있어 디젤 배기가스에 적용하기에 유리한 것으로 알려져 있다. Among the selective reduction catalysts, ammonia-SCR uses ammonia as a reductant to purify NOx. It has excellent selectivity for NOx and has the advantage of promoting the reaction between NO and ammonia in the presence of oxygen. It is known to be advantageous for applications in diesel exhaust.
실제로 암모니아-SCR은 대형 고정오염원인인 화력발전소에 적용되어 그 성능이 입증된 바 있다. 이러한 암모니아-SCR을 자동차에 적용하여 NOx를 선택적으로 제거하고자 하는 것이 요소-SCR(Urea-SCR)이다. 상기한 요소-SCR은 요소 수용액을 SCR 촉매 상류에 주입하여 요소가 분해되면서 생성되는 암모니아를 사용하여 NOx를 선택적으로 환원시키는 것이기 때문에 SCR 촉매를 기준으로 보았을 때에는 암모니아-SCR이라고 볼 수 있다.In fact, ammonia-SCR has been proven in thermal power plants, which are large fixed pollution sources. Urea-SCR (Urea-SCR) is one that applies ammonia-SCR to automobiles and selectively removes NOx. The urea-SCR is ammonia-SCR based on the SCR catalyst because the urea-SCR is to inject the aqueous urea solution upstream of the SCR catalyst to selectively reduce NOx using ammonia generated as the urea decomposes.
도 3은 상기한 SCR 시스템의 구성도를 도시한 도면으로서, 엔진(10)의 터보 차저(11)를 지나 배출되는 배기가스가 차량의 후방측으로 유도될 수 있도록 배기 파이프(20)가 배관된다. 상기한 터보 차저(11)에서 가압된 흡입공기를 엔진(10)의 흡기 매니폴드 측으로 유도하기 위한 흡기라인(12)의 도중에는 터보 차저(11)를 지나면서 가열된 흡입공기의 온도를 낮추기 위한 인터쿨러(13)가 장착되어 있다.FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the SCR system, in which an
그리고 상기한 배기 파이프(20)의 도중에는 배기가스 중에 포함된 유해성분을 산화 및 환원시키기 위한 SCR(21)이 장착된다.In the middle of the
한편, 상기한 SCR(21)의 전후방에 마련된 녹스 센서(22)와 온도 센서(23,24)에서 측정되는 측정값에 따른 DCU(Dosing Control Unit,25)의 제어에 의해서 SCR(21)에 공급되는 요소가 저장되는 요소저장탱크(26)가 차량 배기계의 일측에 마련된다. 또한, 요소저장탱크(26) 내의 요소를 펌핑하기 위한 요소펌프(27)와 요소필터(28)가 요소저장탱크(26)와 SCR(21) 전방의 배기 파이프(20)와 연결하는 요소공급라인(29)의 도중에 마련된다. 또한, 상기한 요소공급라인(29)의 도중에는 요소와 함께 적당량의 공기가 SCR(21)의 전방으로 공급되도록 하기 위한 요소 투입 유 니트(30)가 형성되고, 상기 요소투입 유니트(30)의 일측으로 에어 레귤레이터(31)가 형성되어 있다. 상기한 요소투입 유니트(30)와 SCR(21) 전방의 배기파이프(20) 도중에는 요소투입라인(32)의 양단이 접속된다.On the other hand, it is supplied to the
상기한 DCU(25)에는 요소저장탱크(26)에 마련된 온도센서(33)와 용량센서(34)에서 측정된 측정값이 입력되고, 상기 요소투입 유니트(30)에 마련된 온도센서(35)와 압력센서(36)에서 측정된 측정값이 입력된다.The
상기와 같이 구성된 SCR 시스템은 SCR(21) 전후방에서 측정되는 배기가스의 상태에 따라서 상기한 DCU(25)의 제어에 의해서 SCR(21)의 전방으로 요소가 공급되도록 하므로서 NOx의 생성을 억제하게 된다.The SCR system configured as described above suppresses generation of NOx by allowing the urea to be supplied to the front of the
그런데 상기한 요소저장탱크 내에 저장된 요소는 수분에 녹아 액체상태로 존재하게 되는 것이 일반적이며, 요소의 어는점이 낮기 때문에 겨울철에 운행되는 차량의 경우 또는 추운지역에서 운행되는 차량의 경우에 요소가 얼어붙어 SCR로의 요소공급이 요구되는 시점에서 제대로 요소가 공급되지 않게 되는 문제점이 있었다.However, the elements stored in the urea storage tank are generally dissolved in moisture to exist in a liquid state, and because the freezing point of the urea is low, the urea freezes in the case of a vehicle running in winter or in a cold region. There was a problem that the urea is not properly supplied when urea is supplied to the SCR.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, DCU의 제어에 의해 엔진의 배기계로 요소를 공급하여 배기가스 중에 포함되는 NOx의 발생량을 줄이기 위한 SCR 시스템의 요소저장탱크와 요소공급라인의 가열장치를 제공하는 데 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, the urea storage tank and urea supply line of the SCR system to reduce the amount of NOx contained in the exhaust gas by supplying urea to the exhaust system of the engine by the control of the DCU The purpose is to provide a heating device.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서,The present invention as a means for achieving the above object,
SCR 전후의 배기가스에 포함된 녹스량 및 배기가스 온도를 측정한 후, DCU의 제어에 의해서 요소저장탱크에 저장되어 있는 요소와 에어 레귤레이터를 통과한 공기를 혼합된 요소투입 유니트에서 요소투입라인을 통해 SCR의 전방 배기파이프로 요소가 공급되도록 하므로서, 배기가스에 포함된 녹스의 배출량을 줄일 수 있도록 구성된 위한 SCR 시스템에서,After measuring the amount of rust and the exhaust gas temperature included in the exhaust gas before and after SCR, the urea input line is mixed in the urea input unit in which the urea stored in the urea storage tank and the air passed through the air regulator are mixed under the control of the DCU. In the SCR system configured to reduce the amount of NOx contained in the exhaust gas by allowing the element to be supplied to the front exhaust pipe of the SCR,
상기한 요소저장탱크의 내부에는 엔진 일측에 마련된 터보차저와 인터쿨러 사이의 흡기라인에서 분지된 흡기 바이패스라인의 일부가 통과하도록 형성되어지되, 상기 흡기 바이패스라인은 상기한 요소저장탱크와 요소투입 유니트 사이에 배관된 요소공급라인의 소정 구간과 서로 면접한 채로 배관된 것을 특징으로 한다.The inside of the urea storage tank is formed so as to pass a portion of the intake bypass line branched from the intake line between the turbocharger and the intercooler provided on one side of the engine, the intake bypass line is the urea storage tank and the urea input Characterized in that the pipes while being interviewed with a predetermined section of the urea supply line piped between the units.
이하, 본 발명에 의해 구성된 SCR 시스템의 요소저장탱크와 요소공급라인의 가열장치의 구성 및 작동에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment according to the configuration and operation of the urea storage tank and the heating device of the urea supply line of the SCR system constructed by the present invention will be described in detail with the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 의해 구성된 SCR 시스템의 요소저장탱크와 요소공급라인의 가열장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명이 적용된 요소저장탱크의 내부구성도이다.1 is a configuration diagram of the urea storage tank and the heating device of the urea supply line of the SCR system constructed by the present invention, Figure 2 is an internal configuration diagram of the urea storage tank to which the present invention is applied.
도면 중에 표시되는 도면부호 40은 본 발명에 의해 구성된 흡기 바이패스 라인을 지시하는 것이며, 일부의 도면부호는 종래기술의 설명에서 사용된 도면부호가 그대로 인용된다.
상기한 흡기 바이패스라인(40)은 엔진(10)의 일측에 배기가스의 압력을 이용하여 흡입공기를 압축하기 위한 터보 차저(11)와, 터보 차저(11)의 콤프레서를 통 과하며 온도가 상승된 흡입공기를 적정수준으로 식히기 위한 인터쿨러(13) 사이에 배관된 흡기라인(12)의 도중에 그 입구(41)측 끝단이 접속된다. 상기한 흡기 바이패스라인(40)의 출구(42)측 끝단은 인터쿨러(13)의 전방 또는 후방에 접속된다.The
한편, 상기한 흡기 바이패스라인(40)의 도중은 SCR 시스템의 구동을 위한 요소가 저장되는 요소저장탱크(26)를 향하여 배관되는데, 그 도중의 일부 구간은 상기한 요소저장탱크(26)에 코일형상으로 말린 채로 위치된다. 이와 같이 흡기 바이패스라인(40)의 도중을 요소저장탱크(26)의 내부로 입력시키는 이유는 터보 차저(11)를 통과하며 고온으로 가열된 후 흡기라인(12)을 통과하는 흡입공기의 일부를 요소저장탱크(26)로 유도하여 겨울철이나 혹한지에서의 요소가 결빙되는 현상을 방지하기 위한 것이다.On the other hand, the middle of the
또한, 상기한 흡기 바이패스라인(40)은 요소저장탱크(26) 내부의 온도만을 상승시킬 수 있도록 배관되는 것이 아니라, 요소저장탱크(26)와 요소투입 유니트(30)을 연결하는 요소공급라인(29)에도 열이 전달될 수 있도록 상기 요소공급라인(29)의 일부 구간과 상기 흡기 바이패스라인(40)의 일부 구간은 이중관 형태로 서로 면접되도록 배관된다.In addition, the
상기한 흡기 바이패스라인(40)으로 흡입공기가 입력되는 것을 제어하기 위하여 흡기라인(12)로부터 분지되는 흡기 바이패스라인(40)의 입구(41)에는 DCU(25)의 정보를 입력받은 제어부(43)의 제어에 의해 개폐되는 밸브(44)가 형성된다. 이 DCU(25)는 종래기술의 설명에서 설명된 바와 같다.Control unit receiving the information of the DCU (25) at the
즉, SCR(21)의 전후에 마련된 온도센서(23,24)와, 요소저장탱크(26)에 마련 된 온도센서(33)와, 요소투입 유니트(30)에 마련된 온도센서(35) 및 각종 센서에서 측정되어 상기한 DCU()로 입력되는 측정값을 기준으로 상기한 흡기 바이패스라인(40)으로 뜨거운 공기가 입력될 상황이 되면, 상기한 제어부(43)에서는 밸브(44)를 개방시켜 터보차저(11)에서 가열된 흡입공기의 일부를 상기한 흡기 바이패스라인(40)을 통해서 그 열이 요소공급라인(29)과 요소저장탱크(26)로 전달되도록 한다.That is, the
따라서 추운 겨울철에 운행되는 차량이나 혹한지에서 운행되는 차량의 SCR 시스템의 결빙으로 인한 녹스의 다량 배출이 억제될 뿐만 아니라, 배기가스에 포함된 입자상물질의 배출을 억제하기 위한 배기가스 후처리 장치의 고장이 방지된다.Therefore, the exhaust gas post-treatment apparatus for suppressing the emission of particulate matter contained in the exhaust gas is not only suppressed from the large amount of rusty discharged due to the freezing of the SCR system of the vehicle operated in the cold winter or the cold weather. Faults are prevented.
이상과 같이 구성되는 본 발명에 의하면 추운 겨울철에 운행되는 차량이나 혹한지에서 운행되는 차량에서의 SCR 시스템의 결빙이 방지되므로서, SCR 시스템의 불량작동으로 인한 녹스의 대량배출을 억제할 수 있을 뿐만 아니라 배기가스에 포함된 입자상물질의 배출을 억제하기 위한 배기가스 후처리장치의 고장이 방지될 수 있는 커다란 장점이 있는 것이다.According to the present invention constituted as described above, since the freezing of the SCR system in the vehicle running in cold winter or cold weather is prevented, it is possible to suppress a large amount of rusty discharge due to the malfunction of the SCR system. However, there is a great advantage that the failure of the exhaust gas aftertreatment device for suppressing the discharge of particulate matter contained in the exhaust gas can be prevented.
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KR20060058284A (en) | 2006-05-30 |
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