KR101023438B1

KR101023438B1 - 디젤엔진의 배기가스 저감 장치

Info

Publication number: KR101023438B1
Application number: KR1020110004938A
Authority: KR
Inventors: 로버트 블렌체스 마이클; 이기한; 신승호
Original assignee: 파카코리아 주식회사
Priority date: 2011-01-18
Filing date: 2011-01-18
Publication date: 2011-03-24
Also published as: WO2012099313A1

Abstract

본 발명은 디젤엔진의 배기가스 저감 장치에서 노즐의 막힘이 검출되면 노즐을 히터의 의해 가열하여 노즐에 고착된 탄화물 등을 연소시켜 막힘을 해소하는 디젤엔진의 배기가스 저감장치에 관한 것으로, 본 발명은 DOC 및 DPF를 포함하는 배기가스 저감장치와; 상기 DPF의 재생을 위해 상기 DPF의 1차측 및 2차측의 차압을 검출하여 상기 DPF의 열 재생을 제어하는 ECU와; 상기 ECU의 제어에 따라 연료의 배출을 제어하는 제어유닛과; 상기 DOC의 상류측에 구비되며 상기 제어유닛에서 배출되는 연료를 상기 배기관 내부로 분사하는 노즐 및 상기 노즐에 설치되어 상기 ECU의 제어에 의해 상기 노즐을 가열하여 재생시키는 히터가 구비되는 것이 특징이다.
본 발명은 노즐에 고착된 그을음 등을 히터의 동작만으로도 노즐의 막힘을 해소할 수 있으므로, 배기관 내부에서 노즐에 의한 효율적인 연료 분사가 이루어지고, 이에 따라 DPF의 재생을 위한 열 재생의 수행 시점에 이를 수행할 수 있어서 DPF의 내구성을 향상시킬 수 있다.

Description

디젤엔진의 배기가스 저감 장치{Apparatus for reducing exhaust gas of diesel engine}

본 발명은 디젤엔진의 배기가스 저감 장치에 있어서 DPF의 열적 재생을 위해 설치되는 노즐이 배기가스에 의한 막힘이 해소될 수 있도록 노즐을 재생하는 디젤엔진의 배기가스 저감 장치에 관한 것이다.

자동차의 유해 배기가스에 대한 규제가 점점 강화됨에 따라 배기가스에 포함된 유해가스를 제거하거나 저감하기 위한 기술이 활발하게 연구 및 개발되고 있다.

특히, 디젤엔진의 배기가스에는 CO(일산화탄소), HC(탄화수소), NOx(질소산화물), SOx(황산화물) 등의 유해가스가 포함되어 있는데, 이러한 배기가스로부터 유해물질을 제거하기 위해 통상 디젤엔진 배기가스 관에는 DOC(Disel Oxidation Catalyst, 이하 'DOC'라 한다)와 DPF(Diesel particulate filter, 이하 'DPF'라 한다)를 설치한 기술을 들 수 있다.

DOC는 배기가스의 유해물질(PM)을 다른 물질로 변화시키는 화학반응을 돕는 역할도 수행하는데, 배기가스 내의 HC와 CO를 H₂O와 CO₂로 산화되는 것을 돕는다.

DPF는 디젤엔진의 배기가스 중에서 유해물질(PM)을 포집하는 필터의 총칭이라 부르는데, 이 DPF는 디젤 차량에서 발생된 배기가스에서 입자상의 물질을 포집하는 장치로서, DPF의 내부 구조가 서로 엇갈리는 모양으로 되어 있어 분진 같은 입자상의 고체물질이 상기 구조에 포집되도록 이루어져 있다

첨부된 도면의 도 1은 DOC와 DPF를 이용한 배기가스 저감장치의 개략적인 구성을 나타낸 것으로, 도 1의 구성을 살펴보면 디젤엔진(1)에서 배출되는 배기가스를 후방으로 유도하는 배기관(2)과 상기 배기관에 설치되어 배기가스 중에 포함된 유해물질을 산화 및 환원시키기 위한 DOC(3)가 설치되고, 그 후단에는 배기가스에 포함된 유해물질을 포집하는 DPF(4)가 설치된다.

이때, 고속 또는 고부하 상태에서는 디젤엔진에서 배출되는 배기가스의 온도가 높아서 DPF의 열적 재생이 원활하게 이루어지지만, 부하가 낮거나 저속으로 운행되는 상태에서는 DPF의 열적 재생을 위해서는 배기가스의 온도를 강제적으로 올려줘야 하는 문제가 있다. 이의 역할을 위해 DOC가 설치된다.

DPF는 상기의 설명과 마찬가지로 입자상의 유해물질을 포집하는 장치인데, 이 DPF의 내부에 포집되는 입자상의 물질이 증가하면 배기가스의 원활한 배출이 이루어지지 않아서 디젤엔진에 이상이 발생될 수 있다. 따라서 DPF의 분리 및 청소 작업 없이 열로서 이를 재생하여 반영구적으로 사용할 수 있도록 개발되었으며, 열 재생을 위해 제어유닛에서 배출되는 연료를 분사하는 노즐(5)이 구성된다.

즉, 이 노즐(5)은 배기관 외측에서 내측으로 삽입되어 설치되는데, 이 노즐(5)은 ECU(7)의 제어를 받는 제어유닛(6)의 배출관(5a)과 연결되어 상기 제어유닛(6)에서 배출되는 연료를 분사한다.

이와 같이 구성된 DPF(4)를 이용한 매연저감장치의 작동과정을 살펴보면, DPF의 열적 재생의 조건을 검출하기 위해 DPF의 1차측(전단, 또는 DOC 후단)과 2차측(후단)에는 압력을 검출하여 이들로부터 검출된 차압(ΔP_D)을 ECU(7)에서 수신하며, 이 수신된 차압으로 재생조건과 부합하는지를 판단하고 재생조건에 부합되면 열 재생을 진행한다.

열 재생의 진행 과정에서 DOC(3) 후단에는 온도를 센싱하는 온도센서가 구비되는데, 이 온도센서를 통해 센싱된 온도를 ECU에서 검출하여 DPF를 열적 재생의 적합한 온도로 유지되도록 제어유닛을 제어하며, 이에 노즐을 통해 적절한 연료가 분사되도록 한다.

이 열 재생은 연료의 연소열에 의해 DPF에 포집된 유해물이 연소시켜서 DPF를 재생시키는 과정으로, 엔진 배기가스의 온도를 상승시키기 위해 디젤엔진에 투입되는 연료를 공급받아 배기가스의 배기 행정 중에 이 연료를 분사하며 분사된 연료가 배기관(2)의 내부에서 발화되어 연소되는 것으로 DPF를 재생한다.

여기서, DPF의 열 재생을 위해서 연료를 분사하는 노즐(5)은 DPF의 전단(상류측)에 설치됨이 마땅하나 DPF의 열 재생을 위한 탄화물을 연소시킬 수 있는 온도는 600℃정도이다. 따라서 열 재생 동안 600℃의 고온을 유지하기 위해서는 많은 연료가 노즐(5)을 통해 분사되어야 하나 적은 연료의 분사로 고온을 발생시키기 위해 이 노즐(5)을 DOC 전단에 설치하여 DOC에서 산화과정을 통해 DPF의 열 재생을 위한 적합한 온도를 발생시킨다.

열 재생이 종료된 이후에 배출관(5a)에 잔류하는 연료를 배출시키기 위해 에어필터에서 필터링되고 압축된 공기를 에어공급관(6b)를 통해 유입시키는 구성이 포함된다. 열 재생 이후에 배출관(5a) 또는 노즐(5)에 연료가 잔류하기 되면 이 잔류된 연료가 배기가스의 고열에 의해 탄화되어 노즐(5)이 막히는 경우가 발생되는데 상기의 구성은 이를 해소하기 위한 것으로, 열 재생 이후 유입된 공기를 노즐로 분사하여 열 재생이 종료된 후 에어를 공급하여 노즐(5)에 잔류하는 연료를 소진시키는 과정이다.

열 재생은 검출된 차압에 따라 정해진 조건하에서 이루어지는데, DPF(4)의 1차측 압력과 2차측 압력 차이가 적정수준 이상의 압력차이(ΔP_D)가 발생 될 때마다 수행되며, 열 재생의 주기는 일반적으로 400~1000Km의 주행시마다 이루어진다.

그런데, 제어유닛(6)에서 펌핑된 연료를 분사하는 노즐(5)은 배기관(2)의 내부에 위치하게 되므로, 배기관 내부의 압력과 배기관 내부로 이송되는 배기가스에 의해 항상 노출되어 있어서, 노즐(5)이 디젤엔진(1)에서 배출되는 탄화물 등의 그을음(soot)에 의해 막히는 현상이 빈번히 발생한다.

즉, 제어유닛(6)의 동작으로 노즐(5)에서 연료를 분사하는 열 재생은 DPF(4)에 적정수준 이상의 유해물이 포집되어 DPF의 1차측과 2차측의 일정이상 차압에서만 동작되도록 하는 것으로, 그 작동되는 주기가 상당히 긴데 비하여, 노즐(5)은 항상 디젤엔진(1)의 배기가스에 노출되어 있으므로, 배기가스의 그을음 등에 의해 노즐(5)이 막히는 문제점이 발생된다.

노즐(5)이 막히게 되면 열 재생을 수행을 위한 연료 분사가 이루어지지 않으므로 DPF(4)를 재생할 수 없게 되는데, DPF의 막힘이 심하면 DPF에 심각한 손상에 따라 재생이 불가능한 상태가 될 수 있으며, 이 막힘이 더욱 심하면 파손의 우려가 있다.

즉, 노즐의 막힘 현상은 DPF를 재생시키지 못하는 원인 중의 하나이며, 재생부합 조건에 따라 일정시간 동안 DPF의 재생이 없을 경우 이를 사용자에게 표시하도록 하는데, 노즐 막힘이 원인일 경우에는 노즐은 분해하여 노즐을 교체하거나 수입(收入)하는 방법이 이용되었다.

이 노즐이 막힘을 능동적으로 방지하기 위한 방법으로 노즐의 온도를 150℃로 이하로 유지하도록 하는 방법이 제안되었다. 이 방법은 그을음의 성분이 대부분 탄화물에 의한 것인데, 이 탄화물은 150~450℃ 사이에서 발생됨을 이용하여 노즐 분사구의 온도를 150℃ 이하로 유지하는 것으로 노즐의 막힘을 방지하였다.

하지만 상기에서 노즐을 저온으로 유지하는 방법은 별도로 냉각장치(도면에 미표시)가 설치되어야 함은 물론 냉각장치를 작동하기 위한 장치 예를 들면, 냉각수 유로, 냉각수 순환펌프, 열교환기 등이 구성되어야 하는 것으로 부피도 클 뿐만 아니라 장치의 구성이 복잡하며, 이러한 복잡한 구성에 따라 하나의 장치에서 오류가 발생되면 전체적인 냉각장치에 영향을 주는 것은 물론 노즐의 막힘을 방지할 수 없게 된다.

상기 노즐의 온도를 150℃이하로 유지하는 것으로 탄화물에 의해 노즐의 막힘을 어느 정도 감소시킬 수 있으나 노즐의 막힘을 해소할 수 있는 근본적인 대책은 되지 않는데, 이는 디젤엔진의 배기가스에는 그을음(soot) 뿐만 아니라 각종 유해물질 먼지 등 저온에서 고착될 수 있는 다른 물질도 포함되어 있어서, 이 물질들로부터 고착에 의해 노즐의 막힘을 해소할 수 있는 다른 방법이 강구되어야 한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명은 제어유닛에서 이송되는 연료가 배기관 내부에서 효율적으로 분사될 수 있도록 노즐의 막힘을 해소할 수 있도록 노즐을 재생할 수 있는 디젤엔진의 배기가스 저감 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기와 같은 디젤엔진의 배기가스 저감 장치를 제공하고자 하는 본 발명은 DOC 및 DPF를 포함하는 배기가스 저감장치와 상기 DPF의 재생을 위해 상기 DPF의 1차측 및 2차측의 차압을 검출하여 상기 DPF의 열 재생을 제어하는 ECU와; 상기 ECU의 제어에 따라 연료의 배출을 제어하는 제어유닛과; 상기 DOC의 상류측에 구비되며 상기 제어유닛에서 배출되는 연료를 상기 배기관 내부로 분사하는 노즐 및 상기 노즐에 설치되어 상기 ECU의 제어에 의해 상기 노즐을 가열하여 재생시키는 히터가 구비되는 것에 의해 달성된다.

본 발명은 노즐에 고착된 그을음 등을 히터의 동작만으로도 노즐의 막힘을 해소할 수 있으므로, 배기관 내부에서 노즐에 의한 효율적인 연료 분사가 이루어지고, 이에 따라 DPF의 재생을 위한 열 재생의 수행 시점에 이를 수행할 수 있어서 DPF의 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한, 노즐 막힘을 능동적으로 판단하여 자동적으로 노즐의 막힘을 해소할 수 있어서, 열 재생을 수행하는 데에 따르는 오류를 최소화 할 수 있다.

또한, DPF에서 디젤엔진의 배기가스에 포함된 유해물질을 포집하는 포집력을 향상시켜 공기 중으로의 유해물질 배출을 최소화할 수 있다.

도 1은 종래 DPF를 이용한 매연저감장치의 개략적인 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 배기가스 저감장치의 개략적인 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 배기가스 저감장치의 노즐의 분해 사시도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 노즐의 단면도,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 노즐의 단면도,
도 6은 본 발명에서 히터에 의해 노즐을 가열하기 전의 사진(a)과 가열 후의 사진(b)이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의하여 더욱 상세히 설명한다.

본 발명은 디젤엔진의 배기가스 저감 장치에서 노즐의 재생 장치를 포함하는 디젤엔진의 배기가스 저감장치에 관한 것으로, 첨부된 도면의 도 2는 본 발명에 따른 매연저감장치의 개략적인 구성도를 나타낸 것이며, 이 도면에 따른 그 구성은 크게, DOC(30), DPF(40), ECU(60), 제어유닛(50) 및 노즐(100)로 이루어진다.

DOC(30)는 디젤엔진(10)의 배기관(20)에 설치되어 상기 디젤엔진(10)에서 배출되는 의 배기가스에 포함된 유해물질을 산화 및 환원시키기 위한 것으로, 이 DOC는 DPF의 열 재생을 위해 배기가스의 온도를 상승시킬 뿐만 아니라 배기가스의 유해물질(PM)을 다른 물질로 변화시키는 화학반응을 돕는 역할도 수행하는데, 배기가스 내의 HC와 CO를 H₂O와 CO₂로 산화되는 것을 돕는다.

DPF(40)는 상기 DOC(30)의 후단에 구비되어 상기 배기가스 내에 포함된 유해물질(PM)을 포집한다. 즉, DPF(40)는 디젤 차량에서 발생된 배기가스에 포함된 입자상의 물질을 포집하는 장치로서, DPF의 내부 구조가 서로 엇갈리는 모양으로 되어 있어 분진 같은 고체물질이 상기 구조에 포집되도록 이루어져 있으며, 재생을 위해 주기적으로 축적된 유해물질을 연소시키는 방법이 이용된다.

ECU(60)는 DPF(40)의 1차측과 2차측의 압력에 대한 차압(ΔP_D)을 검출하여 재생 조건에 부합되는지를 판단하고 재생조건에 부합되면 열 재생을 수행하도록 제어유닛(50)을 제어한다. 이 열 재생을 수행하면서 DOC(30)의 후단에 온도 즉, DPF(40)로 유입되는 온도를 검출하여 재생조건에 부합되는 온도를 유지하도록 상기 제어유닛(50)에서 분출되는 연료의 양을 제어한다.

또한, 열 재생이 종료된 이후에는 상기 제어유닛(50)에 연결된 에어공급관(52)을 통해 압축공기를 유입받도록 제어하고 유입된 압축공기를 배출관(53)으로 배출하도록 제어한다.

제어유닛(50)은 상기 ECU(60)의 제어를 받아 열 재생의 수행시에는 연료공급관(51)을 통해 연료를 공급받으며 상기 공급받은 연료는 적절한 타이밍에 배출시키는 것으로, 배출되는 연료는 배출관(53)을 통해 노즐(100)로 공급되는데, 이 제어유닛(50)의 구성은 전기적 제어에 의해 작동되는 밸브로 이루어질 수 있다.

다음으로 노즐에 대하여 설명한다.

노즐(100)은 제어유닛(50)에서 배출되는 연료를 상기 배기관 내부로 분사하는 장치로서, 본 발명의 노즐(100)은 연료를 분사하는 기능에 더하여 히터(110)의 구비에 따라 노즐(100)을 가열하여 재생시키는 가능이 포함된다. 이 히터(110)는 ECU(60)의 제어에 의해 가열되도록 구성한다.

즉, 본 발명에서 배기가스에 의해 노즐(100)의 막힘을 해소하는 방법은 노즐(100)을 히터(110)에 의해 가열하여 노즐(100)에 고착된 배기가스의 그을음, 유해물질(PM) 및 먼지 등을 연소시켜 노즐(100)의 분사 유로를 확보한다.

본 발명에서의 노즐(100)은 연료를 분사하여 발생된 열이 DPF(40)에 전달되어 전달된 열에 의해 DPF(40)를 재생시키는 것으로, 이 노즐(100)의 위치는 DPF(40)의 상류측(1차측)에 설치될 수 있으나, 상기 DPF(40)의 열 재생에 따른 온도가 600℃이상에서 20~30분 동안 유지되어야 DPF(40)를 열 재생하는 조건이 구비되어 보다 적은 연료의 분사로 상기 온도를 얻기 위해서 DOC(30)의 전단에 구비되는 것이 바람직하다. 이때 DOC(30)는 착화된 연료의 열을 상승시키는 기능을 수행한다.

도 3은 본 발명에 따른 배기가스 저감장치서의 노즐의 사시도이며, 도 4는 도 3의 실시예에 따른 노즐의 단면도를 나타낸 것이다.

먼저, 노즐(100)의 연료 분사 기능에 따른 구성은 제어유닛(50)에서 배출되는 연료를 유입하기 위해 배출관(53)과 연결되는 커넥터(101)와; 커넥터(101)에 축 길이로 연장되는 바디(102)와; 바디(102)의 끝 단부에 연료를 분사하는 팁(103) 및 그 내부에는 상기 바디(102)가 위치하는 캡(104)으로 이루어진다. 그리고 배기관(20)에 노즐(100)을 결합시키기 위해서 나사가 체결되는 나사 결합공(105)이 더 구비된다.

다음으로, 노즐(100)을 가열하는 히터(110)는 코어 블록(111)과 상기 코어 블록(111)의 내부에 구비되어 전기에너지를 인가받아 발열되는 발열체(112)로 이루어지며, 히터(110)의 위치는 상기 캡(104)에 구비되고, 상기 히터(110)에 전기에너지를 공급하기 위한 전원선(120)이 구비된다.

이때, 히터(110)에 의해 노즐(100)을 가열하는 시점은 열 재생을 수행하기 전에 히팅으로 미리 분사 유로를 확보하도록 구성될 수 있고, 또는 노즐(100)의 막힘 시에만 히팅하여 분사 유로를 확보하도록 구성될 수 있다.

열 재생을 수행하기 전에 노즐을 히팅하는 방법은 ECU(60)에서 DPF(40)의 1차측 압력과 2차측 압력 차이를 검출하여 재생 조건에 부합되는지를 판단하고 재생조건에 부합되면 열 재생을 수행하기 전에 노즐(100)의 막힘 여부에 상관없이 노즐(100)의 히터(110)를 가열하여 분사 유로를 확보하는 방법이다.

그러나 이 방법은 열 재생의 수행전마다 노즐(100)을 히팅하는 것으로 분사 유로를 확실히 확보할 수 있으나 이는 노즐 막힘이 없는 상태에서도 히팅 과정이 포함되어 에너지의 효율을 저하시킬 수 있다.

여기서, ECU(60)는 노즐(100)의 히터를 가열하는 일정시간이 요구되므로, 히팅에 의해 노즐(100)이 가열되는 시간을 감안하여 상기 DPF의 열 재생 시점을 계산함이 바람직하다.

상기에서 에너지 효율을 저하시키지 않으면서 노즐의 막힘을 최소화할 수 있는 구성으로 DPF(40)의 열 재생의 수행전에 노즐(100)이 정상적인 동작을 하는지의 여부를 검출하고 노즐 막힘이 없으면 열 재생을 수행하며, 노즐(100)이 막힘으로 판단되면 히팅과정을 통해 노즐의 분사유로를 확보하고 열 재생을 수행하는 방법이 있을 수 있다.

이를 위해 본 발명에서의 ECU(60)는 노즐(100)의 막힘을 검출하는데, 노즐 막힘의 검출은 노즐(100)을 개방한 상태(팁이 개방되도록 제어한 상태)에서 제어유닛(50)의 1차측인 에어공급관(52)의 압력과 2차측인 배출관(53)의 압력 차이를 센싱하는 것으로 이를 검출한다. 만약 제어유닛(50)에 배출측(배출관(53) 측)의 압력을 센싱하는 압력센서가 구비되어 있다면 상기에서 1차측인 에어공급관(52)의 압력과 2차측인 배출관(53)의 압력 차이를 검출하는 경우 2차측의 압력 검출은 제어유닛(50)의 압력센서를 이용할 수 있도록 도 2와 같이 구성될 수 있다.

상기에서 1차측인 에어공급관(52)의 압력과 2차측인 배출관(53)의 압력 차이를 검출하는 과정을 자세히 설명하면, 에어공급관(52)은 압축공기가 유입되어 일정의 공기압력이 유지되고, 배출관(53)은 노즐(100)이 개방된 상태이기 때문에 압력이 낮아야 한다. 이때 제어유닛(50)에서 압축공기를 배출하도록 하는 제어에 따라 1차측 압력과 2차측 압력 차이를 검출하여 차압(ΔPc)이 일정값 이상으로 차이가 발생되면, 제어유닛(20)의 2차측에 배출된 압축공기가 노즐(100)에서 원활히 배출됨을 의미하는 것으로 노즐(100)이 막히지 않았다고 판단할 수 있다.

반대로, 검출된 차압(ΔPc)이 일정값 미만인 경우에는 제어유닛(20)의 2차측에 배출된 압축공기가 노즐(100)에서 원활히 배출되지 않았음을 의미하는 것으로 노즐(100)이 막혀있다고 판단할 수 있다.

상기 노즐(100)의 막힘에 대한 검출을 열 재생의 수행전에 검출 판단하여 막힘으로 판단되는 경우에만 노즐(100)을 히팅하여 분사 유로를 확보하도록 구성될 수 있다.

이 경우에서도, 상기 ECU(60)의 제어에 의해 상기 히터(110)를 일정시간 동안 가열하는 시점은 상기 ECU(60)에서 상기 히터(110)가 일정시간 동안 가열되는 시간을 감안하여 상기 DPF(40)의 1차측과 2차측의 차압(ΔP_D)에 따라 상기 DPF(40)를 열 재생시키기 전에 실시되도록 구성될 수 있다.

이는, DPF를 재생하는 최적의 조건에서 ECU의 제어에 의해 열 재생을 수행하도록 된 구성에서 열 재생을 위한 노즐(100)의 가열에 따른 노즐의 재생시간 만큼 DPF의 열 재생 시간이 지연되기 때문이다.

도 3 또는 도 4에서 히터(110)는 노즐(100)의 최대한 변형하지 않는 구조로 상기 캡(104)에 위치하는 것으로 도시하였으나, 실질적으로 히터(110)의 히팅으로 영향을 받는 부위는 팁(103)이다.

이때, 히터(110)에 의해 노즐(100)이 히팅되는 온도는 노즐(100)에 고착된 그을음 등을 제거할 수 있도록 충분한 열이 발생되어야 하며, 탄화물을 제거하기 의해서는 약 600℃ 이상으로 가열되어야 하고, 이 온도는 상기 팁(103)에서 온도이여야 한다.

팁(103)은 노즐(100)의 최 후단에 구비되어 연료를 입자가 작은 마이크로로 분사하는 장치로 막힘의 대부분은 이 팁(103)에서 발생된다. 따라서 팁(103)은 히터(110)의 히팅으로 직접적인 영향을 받아야 하는데, 히터(110)가 캡(104)에 위치하면 히팅에 의해 열이 히터(110)-캡(104)-바디(102)-팁(103) 순서로 전달되어 열 전달에 따른 손실 및 히팅 지속시간이 오래 걸리는 단점이 있다.

이에, 노즐(100)을 변형하여 팁(103)에 최대한 근접되도록 히터(110)를 구비하는 구성을 설명한다.

첨부된 도면의 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 노즐의 단면도를 나타낸 것으로, 바디(102)에 히터(110)를 구비하는 구성이다.

이 구성은 히터(110)의 히팅으로 바디(102)-팁(103) 순서로 히팅되어 열전달에 따른 손실이 적고 빠른 히팅이 이루어질 수 있다.

더욱 바람직하게는 상기 히터(110)는 상기 팁(103)을 직접 가열할 수 있는 구조이여야 한다.

본 발명의 히터(110)에 의해서 이루어지는 히팅은 일정시간 동안 가열하여 이루어질 수 있으며, 히터(110)를 일정시간 동안 가열한 이후에는 상기 ECU(60)의 제어에 의해 상기 제어유닛(50)에서 상기 노즐(100)로 압축공기를 배출하는 과정을 더 포함할 수 있다. 이 압축공기를 배출하는 과정으로 노즐(100)의 가열에 따른 그을음(soot) 등을 연소시켰다 하더라고 다른 물질 등에 의해 노즐(100)의 팁(103)이 막혀있는 경우가 발생될 수 있으므로, 이를 해소하기 위한 과정이다.

따라서 이 히팅 동작 이후에는 압축공기를 배출하여 노즐의 막힘을 재 판단하는 과정이 더 포함될 수 있다.

첨부된 도면의 도 6은 본 발명에서 히터에 의해 노즐을 가열하기 전의 사진(a)과 가열 후의 사진(b)으로, 노즐(100)의 히팅전에는 그을음 등에 의해 분사 유로가 막혀있으나, 히팅후에는 이들이 깨끗하게 연소되어 연료가 분사될 수 있도록 분사 유로가 확보되어 있음을 알 수 있다.

본 발명에 의하면 노즐에 고착된 그을음 등을 히터의 동작만으로도 노즐의 막힘을 해소할 수 있으므로, 배기관 내부에서 노즐에 의한 효율적인 연료 분사가 이루어지고, 이에 따라 DPF의 재생을 위한 열 재생의 수행 시점에 이를 수행할 수 있어서 DPF의 내구성을 향상시키며, 이에 DPF에서 디젤엔진의 배기가스에 포함된 유해물질을 포집하는 포집력을 향상시켜 공기 중으로의 유해물질 배출을 최소화할 수 있다.

10 : 디젤엔진 20 : 배기관
30 : DOC 40 : DPF
50 : 제어유닛 51 : 연료공급관
52 : 에어공급관 53 : 배출관
60 : ECU 100 : 노즐
101 : 커넥터 102 : 바디
103 : 팁 104 : 캡
105 : 나사 결합공 110 : 히터
111 : 코어블록 112 : 발열체
120 : 전원선

Claims

디젤엔진(10)의 배기관(20)에 설치되어 상기 디젤엔진(10)에서 배출되는 배기가스에 포함된 유해물질을 산화 및 환원시키기 위한 DOC(30)와, 상기 DOC(30)의 후단에 구비되어 상기 배기가스 내에 포함된 유해물질(PM)을 포집하는 DPF(40)를 포함하는 디젤엔진의 배기가스 저감 장치에 있어서,
상기 DPF의 재생을 위해 상기 DPF의 1차측 및 2차측의 차압(ΔP_D)을 검출하여 상기 DPF(40)의 열 재생을 제어하는 ECU(60)와;
상기 ECU(60)의 제어에 따라 연료의 배출을 제어하는 제어유닛(50)과;
상기 DOC(30)의 상류측에 구비되며 상기 제어유닛(50)에서 배출되는 연료를 상기 배기관(20) 내부로 분사하는 노즐(100) 및
상기 노즐(100)에 설치되어 상기 ECU(60)의 제어에 의해 상기 노즐(100)을 가열하여 재생시키는 히터(110)가 구비되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기가스 저감장치.
청구항 1에 있어서,
상기 노즐(100)은 상기 제어유닛(50)에서 배출되는 연료를 유입하기 위해 배출관(53)과 연결되는 커넥터(101)와; 상기 커넥터(101)에 축 길이로 연장되는 바디(102)와; 상기 바디(102)의 끝 단부에 연료를 분사하는 팁(103)으로 이루어지고,
상기 히터(110)는 상기 노즐(100)의 바디(102)에 위치하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기가스 저감장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제어유닛(50)에는 에어공급관(52)를 통해 압축공기를 유입하여 상기 노즐로 압축공기를 배출하도록 하는 구성이 더 포함되고,
상기 ECU(60)는 상기 노즐(100)을 개방한 상태에서 상기 제어유닛(50)의 에어공급관(52)의 압력과 상기 노즐(100)로 배출되는 배출관(53)의 압력을 각각 검출하여 상기 검출된 압력차이(ΔP_C)가 적정수준 이하일 경우에는 상기 ECU(60)의 제어에 의해 상기 히터(110)를 일정시간 동안 가열하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기가스 저감장치.
청구항 3에 있어서,
상기 ECU(60)의 제어에 의해 상기 히터(110)를 일정시간 동안 가열하는 시점은 상기 ECU(60)에서 상기 히터(110)가 일정시간 동안 가열되는 시간을 감안하여 상기 DPF(40)의 1차측과 2차측의 차압(ΔP_D)에 따라 상기 DPF(40)를 열 재생시키기 전에 실시됨을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기가스 저감장치.
청구항 3에 있어서,
상기 히터(110)를 일정시간 동안 가열한 이후에는 상기 ECU(60)의 제어에 의해 상기 제어유닛(50)에서 상기 노즐(100)로 압축공기를 배출하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기가스 저감장치.