KR101215960B1 - 환원제 정보 기반의 연료 제어 시스템 - Google Patents

환원제 정보 기반의 연료 제어 시스템 Download PDF

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우세종
이선엽
김홍석
강건용
이장희
오승묵
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한국기계연구원
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Abstract

본 발명은 환원제 정보 기반의 연료 제어 시스템에 관한 것이며, 본 발명의 환원제 정보 기반의 연료 제어 시스템은 연료를 연소하는 엔진; 상기 엔진 내로 연료를 공급하는 인젝션 펌프; 운전자에 의하여 조작되며, 상기 인젝션 펌프와 연결되어 상기 엔진에 공급되는 연료 공급량을 조절하는 연료량 조절부재; 상기 엔진으로부터 발생하는 배기가스에 포함되는 질소산화물이 처리되도록, 상기 배기가스가 배출되는 경로에 배치되어 환원제를 분사하는 환원제 분사부, 상기 배기가스에 포함되는 질소산화물과 상기 환원제 간의 반응을 촉진시키는 촉매부를 구비하는 후처리부; 상기 저장탱크에 저장되는 환원제의 양이 미리 정해진 최소량보다 적은 경우에 상기 인젝션 펌프로부터 상기 엔진으로 공급 가능한 최대 연료 공급량을 감소시키는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 의하면, 환원제의 정보에 기반하여, 후처리장치의 기능이 저하되는 시점에서는 엔진의 최대 출력을 제한함으로써 배기가스 배출을 저감할 수 있는 환원제 정보 기반의 연료 제어 시스템이 제공된다.

Description

환원제 정보 기반의 연료 제어 시스템{SYSTEM FOR CONTROLLING FUEL BASED ON INFORMATION FOR REDUCING AGENT}
본 발명은 환원제 정보 기반의 연료 제어 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 후처리시 사용되는 환원제 정보를 기반으로 엔진에 공급되는 최대 연료량을 제어할 수 있는 환원제 정보 기반의 연료 제어 시스템에 관한 것이다.
자동차는 형태에 따라서 승용차나, 버스 및 트럭 등으로 분류하지만, 같은 차종이라도 사용하는 연료에 따라서 가솔린을 연료로 사용하는 가솔린 차량이나 디젤을 연료로 사용하는 디젤 차량 및 LPG(Liquefied Petroleum Gas)를 연료로 사용하는 LPG 차량으로 부르기도 한다.
초희박 직접분사식 가솔린 엔진이나 디젤 차량은 산소 과잉분위기에서 연소되므로 가솔린 엔진에 비해서 유해물질인 질소산화물(NOx)의 발생량이 상당히 많고, 린번분위기에서 연소되므로 질소산화물을 제거하기가 힘들다.
따라서, 이러한 질소산화물을 처리하기 위한 후처리장치로서 가장 활발히 개발 진행되는 것이 Urea(요소)-SCR(Selective Catalytic Reduction)시스템이다. 이러한 Urea-SCR 시스템은 요소를 배기 가스라인에 공급하여 질소산화물과 NH2-CO-NH2(요소;Urea)를 반응시킴으로써 질소산화물을 질소(N2)와 산소(O2)로 변환시키는 방법으로 요소가 수용액 형태로 꾸준히 소모되기 때문에 시스템의 정상적인 작동을 위해서는 정기적인 요소 보충이 필수적이다.
한편, 세계적인 배기가스 제한 규정에 따라 최근의 자동차에는 상술한 배기가스 후처리장치가 장착되어 출시되고 있으나, 이미 단종되었거나, 오래전에 개발된 자동차에는 별도의 후처리장치가 장착되지 않아 이로부터 배출되는 질소산화물이 대기오염의 주범으로 인식되고 있으며, 이를 해결하기 위한 방안으로서 Urea-SCR을 의무적으로 장착하는 움직임이 있다.
그러나 Urea-SCR의 정상 작동을 위한 요소 보충에는 비용이 들기 때문에 이렇게 후처리장치를 의무 장착하더라도, 차주들이 환원제로 사용되는 요소(Urea)를 꾸준히 보충하지 않아 질소산화물을 처리할 수 없게 되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 이러한 환원제 부족 상황을 감지하고 이를 차주에게 알리는 동시에 차량의 출력을 일시적으로 제한하여 환원제 보충을 강제함으로써 배기가스 방출을 저감하는 시스템에 대한 개발이 절실하다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 환원제의 정보에 기반하여, 후처리장치의 기능이 저하되는 시점에서는 엔진의 최대 출력 범위를 제한함으로써 배기가스 배출을 저감할 수 있는 환원제 정보 기반의 연료 제어 시스템을 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 연료를 연소하는 엔진; 상기 엔진 내로 연료를 공급하는 인젝션 펌프; 운전자에 의하여 조작되며, 상기 인젝션 펌프와 연결되어 상기 엔진에 공급되는 연료 공급량을 조절하는 연료량 조절부재; 상기 엔진으로부터 발생하는 배기가스에 포함되는 질소산화물이 처리되도록, 상기 배기가스가 배출되는 경로에 배치되어 환원제를 분사하는 환원제 분사부, 상기 배기가스에 포함되는 질소산화물과 상기 환원제 간의 반응을 촉진시키는 촉매부, 상기 환원제를 저장하는 저장탱크를 구비하는 후처리부; 상기 저장탱크에 저장되는 환원제의 양을 측정하는 계측부를 포함하여 상기 계측부로부터 측정되는 환원제의 양이 미리 정해진 최소량보다 적은 경우에 상기 인젝션 펌프로부터 상기 엔진으로 공급 가능한 최대 연료 공급량을 감소시키는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 환원제 정보 기반의 연료 제어 시스템에 의해 달성된다.
또한, 상기 인젝션 펌프는 연료가 저장되는 연료탱크; 상기 연료탱크와 연결되는 연료투입구가 형성되는 플런저 배럴과, 외주면에 나선형의 리드홈이 형성되며 상기 플런저 배럴의 내부에서 왕복운동을 통하여 상기 엔진 내부로 연료를 공급하는 플런저를 구비하는 플런저 어셈블리; 상기 플런저와 연동하여 회전하는 피니언 기어; 상기 피니언 기어와 치합되어 운전자의 조작에 의하여 조절되는 상기 연료량 조절부재에 대응하여 왕복이동함으로써 상기 리드홈을 회전시키고 상기 플런저의 유효행정(effective stroke)을 조절하는 래크부재;를 포함하고, 상기 제어부는 상기 플런저의 유효행정의 최대값이 제한되도록 상기 래크부재의 최대 이동량을 제한할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 저장탱크 내부의 환원제량 정보를 수신하여 상기 래크부재의 최대 이동량을 조절하는 제어유닛; 상기 제어유닛으로부터 수신되는 상기 래크부재의 최대 이동량 정보에 따라 상기 래크부재의 이동을 제한하는 제한유닛;을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제한유닛은 상기 래크부재가 접촉하여 추가적인 이동이 제한되도록 제한하고자 하는 상기 래크부재의 이동방향 측에 마련되되, 상기 최대 이동량 정보에 대응하여 상기 래크부재와 이에 마주보는 면 사이의 간격이 가변 제어될 수 있다.
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또한, 상기 제어부는 상기 저장탱크에 수용되는 액체의 pH를 측정하는 pH 측정부재를 더 포함하고, 상기 제어유닛은 상기 pH 측정부재로부터 수신되는 pH 정보에 따라 상기 저장탱크 내에 수용되는 액체가 환원제가 아닌 경우에는 상기 래크부재의 이동이 제한되도록 제한유닛을 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 저장탱크에 저장되는 환원제의 양이 미리 정해진 양보다 적은 경우에 운전자가 인식할 수 있도록 경고하는 경고 알림유닛을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 환원제 정보에 기반하여 최대 연료 공급량을 제어함으로써, 엔진의 최대 출력을 제한함으로써 배기가스를 저감할 수 있는 환원제 정보 기반의 연료 제어 시스템이 제공된다.
또한, 인젝션 펌프를 구성하는 래크부재의 최대 움직임을 제한함으로써, 엔진의 최대 출력을 용이하게 제한할 수 있다.
또한, 저장탱크 내에 포함되는 액체의 pH 정보를 통하여, 환원제 외의 액체가 저장탱크에 저장되는 경우에도 엔진의 최대 출력을 제한할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 환원제 정보 기반의 연료 제어 시스템의 개략도이고,
도 2는 도 1의 환원제 정보 기반의 연료 제어 시스템의 인젝션 펌프의 개략적인 사시도이고,
도 3은 도 1의 환원제 정보 기반의 연료 제어 시스템의 후처리부 및 제어부의 개략도이고,
도 4는 도 1의 환원제 정보 기반의 연료 제어 시스템의 인젝션 펌프 및 제어부의 전체적인 구조를 개략적으로 도시한 것이고,
도 5는 도 1의 환원제 정보 기반의 연료 제어 시스템의 작동 순서를 개략적으로 나타낸 순서도이고,
도 6은 도 1의 환원제 정보 기반의 연료 제어 시스템의 인적션 펌프의 일반적인 작동원리를 개략적으로 도시한 것이고,
도 7은 도 1의 환원제 정보 기반의 연료 제어 시스템의 플런저 유효행정의 제어원리를 개략적으로 도시한 것이고,
도 8은 도 1의 환원제 정보 기반의 연료 제어 시스템의 래크부재의 최대 이동량을 제한하는 원리를 개략적으로 도시한 것이고,
도 9는 도 1의 환원제 정보 기반의 연료 제어 시스템의 변형례의 래크부재의 최대 이동량을 제한하는 원리를 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 환원제 정보 기반의 연료 제어 시스템에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 환원제 정보 기반의 연료 제어 시스템의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 환원제 정보 기반의 연료 제어 시스템(100)은 배기가스 처리용 환원제의 양이 정해진 양 이하인 경우에는 엔진 내에 분사되는 연료의 최대량을 감소시키는 시스템에 관한 것으로서, 엔진(110)과 연료량 조절부재(120)와 인젝션 펌프(130)와 후처리부(140)와 제어부(150)를 포함한다.
상기 엔진(110)은 디젤을 연료로 공급받고 이를 연소함으로써 동력을 발생시키는 일반적인 기관으로서, 이러한 엔진(110)은 기술분야의 당업자에 자명한 것이므로 자세한 설명은 생략한다.
상기 연료량 조절부재(120)는 운전자로부터 직접적으로 조작을 받는 부재로서, 운전자는 이를 조작하여 엔진(110)에 공급되는 연료를 조절한다. 본 실시예에서 연료량 조절부재(120)는 자동차에 널리 이용되며, 단부가 회동가능하게 설치되어 회전하는 각도크기에 따라 연료량을 조절할 수 있도록 구성되는 페달형태의 일반적인 악셀러레이터(accelerator)가 사용된다.
다만, 연료량 조절부재(120)의 형태 및 구조는 상술한 내용에 제한되는 것은 아니고, 본 시스템이 실질적으로 적용되는 환경, 운전자의 조건 등을 종합적으로 고려하여 결정하는 것이 바람직하다.
도 2는 도 1의 환원제 정보 기반의 연료 제어 시스템의 인젝션 펌프의 개략적인 사시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 인젝션 펌프(130)는 엔진(110)에 연료를 공급하기 위한 것으로서, 운전자의 조작에 의한 연료량 조절부재(120)의 회동하는 각도에 대응하는 양의 연료를 엔진에 제공하며, 연료탱크(131)와 플런저 어셈블리(132)와 피딩밸브(V)와 피니언 기어(138)와 래크부재(139)를 포함한다.
상기 연료탱크(131)는 엔진(110)에 공급되는 연료를 저장, 수용하기 위한 것으로서, 본 실시예에서 연료로 사용되는 디젤이 저장된다.
상기 플런저 어셈블리(132)는 상술한 연료탱크(131)와 엔진(110) 사이의 연료가 유동하는 경로 상에 설치되어, 엔진(110)에 공급되는 연료량을 제어하기 위한 것으로서, 플런저 배럴(133)과 플런저(135)를 포함한다.
상기 플런저 배럴(135)은 실린더 형태로 마련되어, 후술하는 플런저(133)를 수용하기 위한 공간이 내부에 형성되고, 외주면의 상부에는 상술한 연료탱크(131)와 연결되는 연료투입구(134)가 관통 형성된다.
여기서, 연료투입구(134)의 위치는 연료량 제어와 관련이 있는 것이므로, 플런저 배럴(135)에 수용되는 플런저(133)의 왕복위치, 이동거리, 리드홈(137)의 형태 등을 고려하여 결정한다.
상기 플런저(133)는 플런저 배럴(135) 내부에 수용되어 상하 왕복 이동함으로써, 플런저 배럴(135)의 내부에 연료를 유입시키고, 유입된 연료를 엔진 측으로 송출시키기 위한 것으로서, 실린더 형태로 마련된다.
플런저(133)의 중심축에는 길이방향으로 소정 깊이의 유동로(136)가 형성된다. 또한, 플런저(133)의 외주면에는 나선을 따라서 절개되는 리드홈(137)이 형성되며, 리드홈(137)과 유동로(136)는 상호 연통되도록 설계된다. 한편, 이러한 리드홈(137)의 위치, 형상은 엔진(110)에 공급되는 연료량을 조절하는 플런저(133)의 유효행정(effective stroke)와 관련이 있는 것이며, 이에 대해서는 후술한다.
또한, 후술하는 래크부재(139)와 피니언 기어(138) 간의 연결 구조에 의하여 플런저(135)가 회전함으로써, 플런저 배럴(133) 내에서의 왕복이동시, 연료 투입구 상(134)에 정렬되는 리드홈(137)의 위치를 조절할 수 있으며, 이를 통하여 플런저(135)의 유효행정(effective stroke)을 제어할 수 있다.
상기 피딩밸브(V)는 플런저 배럴(133)의 구동에 따라 플런저 배럴(133)의 상단을 선택적으로 차폐하는 역할의 밸브로서, 플런저(135)로부터 이격되어 플런저 배럴(133)의 상부에 위치하며, 연료 송출을 위한 플런저(135) 상행시에 플런저 배럴(133)의 상단을 개방하여 엔진(110) 측으로 연료를 송출하되, 송출이 완료된 상태에서는 플런저 배럴(133)의 상단을 폐쇄하여 연료가 외부로 새어나가는 것을 방지한다.
상기 피니언 기어(138)는 플런저(135)와 연결되는 것으로서, 후술하는 래크부재(139)와 치합하여 래크부재(139)의 병진운동과 연동하여 회전함으로써 플런저(135)를 회전시켜 연료투입구(134) 상에 정렬되는 리드홈(137)의 위치를 조절한다.
상기 래크부재(139)는 피니언 기어(138)와 치합되는 것으로서, 상술한 연료량 조절부재(120)로부터 연료량 정보를 제공받고, 피니언 기어(138) 및 연결되는 플런저(135)를 회전시켜 유효행정을 제어함으로써 대응하는 연료량이 엔진에 공급될 수 있도록 하는 부재이다.
도 3은 도 1의 환원제 정보 기반의 연료 제어 시스템의 후처리부 및 제어부의 개략도이고, 도 4는 도 1의 환원제 정보 기반의 연료 제어 시스템의 인젝션 펌프 및 제어부의 전체적인 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시예에서 상기 후처리부(140)는 선택적 촉매저감법(SCR:Selective Catalytic Reduction)을 이용하는 구조로 마련되어 엔진(110) 내에서 연료 연소에 의하여 발생하는 배기가스를 처리하기 위한 것으로서, 환원제 분사부(141)와 촉매부(142)와 저장탱크(143)를 포함한다.
상기 환원제 분사부(141)는 후술하는 저장탱크(143)와 연결되어 배기가스가 유동하는 경로 상에 환원제를 분사, 공급하기 위한 것으로서, 본 실시예에서 환원제로는 요소(urea)가 이용되나 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 촉매부(142)는 분사되는 환원제와 배기가스 내에 포함되는 질소산화물(NOx) 간의 반응을 촉진하기 위한 것으로서, 제한되지는 않으나 백금(Pt), 바나듐(V), 제올라이트(zeolite) 중 하나가 이용될 수 있다.
상기 저장탱크(143)는 환원제를 저장하기 위한 탱크로서, 환원제 분사부(141)와 연통된다.
상기 제어부(150)는 상술한 저장탱크(143)에 저장되는 환원제의 양이 미리 정해진 최소량(Q2)보다 적은 양이 남아있는 것으로 감지되거나, 저장탱크(143) 내에 환원제 이외의 액체가 수용되는 것으로 감지되는 경우에 래크부재(139)의 이동반경을 제한함으로써 인젝션 펌프(130)에서 엔진(110)으로 공급 가능한 연료의 최대량, 즉 최대 연료 공급량을 감소시키기 위한 것으로서, 계측부(151)와 pH측정부재(152)와 제어유닛(153)과 제한유닛(154)과 경고 알림유닛(155)을 포함한다.
상기 계측부(151)는 저장탱크(143)에 저장되는 액체, 바람직하게는 환원제의 양을 측정하기 위한 것으로서, 본 실시예에서는 액체의 높이를 측정하여 부피를 산출하는 형태로 구성되는 일반적인 수위계측장치로 구성되나, 저장탱크(143) 내에 수용되는 액체의 부피를 측정할 수 있는 구조라면, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 pH 측정부재(152)는 저장탱크(143)에 저장되는 액체의 pH를 측정하기 위한 것으로서, 산도를 측정함으로써 저장탱크(143)에 저장되는 액체가 환원제 인지 여부를 감지하기 위한 것이다.
상기 제어유닛(153)은 상기 계측부(151) 및 pH 측정부재(152)로부터 저장탱크(143) 내에 저장되는 액체의 pH 및 부피정보를 제공받아, 필요한 경우에 제한유닛(154)을 제어함으로써 최대 연료 공급량을 조절하는 부재이다.
상기 제한유닛(154)은 제어유닛(153)의 제어신호로부터 래크부재(139)의 이동반경을 제한하기 위한 것으로서, 래크부재(139)의 구동방향을 따라서 래크부재(139)로부터 이격된 위치에 마련된다. 따라서, 연료량 조절부재(120)의 신호에 의하여 구동되는 래크부재(139)는 제한유닛(154)과의 접촉에 의하여 추가적으로 이동하지 못하고, 최대 이동량이 제한된다.
한편, 래크부재(139)와 대향되는 제한유닛(154) 면은 래크부재(139)와 가까워지거나 멀어지는 방향으로 이동함으로써, 래크부재(139)의 최대 이동량을 조절할 수 있다. 즉, 제한유닛(154)의 단부가 래크부재(139)로부터 멀어지는 경우에는 래크부재(139)의 최대 이동량이 증가하며, 제한유닛(154)의 단부가 래크부재(139)에 근접하는 경우에는 래크부재(139)의 최대 이동량은 더욱 감소하게 된다.
상기 경고 알림유닛(155)은 저장탱크(143) 내에 저장되는 환원제의 양이 미리 정해진 적정량에 미치지 못하는 경우에 운전자에게 이를 경고하여 알리기 위한 것으로서, 운전자에게 시각적 또는 청각적인 경고 정보를 제공한다.
지금부터는 상술한 환원제 정보 기반의 연료 제어 시스템(100)의 일실시예의 작동에 대하여 설명한다.
도 5는 도 1의 환원제 정보 기반의 연료 제어 시스템의 작동 순서를 개략적으로 나타낸 순서도이다
도 5를 참조하여, 먼저 본 실시예의 환원제 정보 기반의 연료 제어 시스템(100)의 저장탱크(143) 내에 미리 설정된 제한량(Q1) 이상의 환원제가 수용되어 정상구동되는 경우의 작동에 대해 설명한다.
도 6은 도 1의 환원제 정보 기반의 연료 제어 시스템의 인적션 펌프의 일반적인 작동원리를 개략적으로 도시한 것이다.
엔진(110)의 최초 시동시 아이들 상태에서는 인젝션 펌프(130)의 하측에 배치되는 캠부재(C)가 회전하여 플런저 배럴(133) 내의 플런저(135)가 반복적으로 승강함으로써 엔진(110) 내에 연료가 지속적으로 공급되고 엔진(110)의 구동상태가 유지된다.
플런저 어셈블리(132)를 이용한 이러한 연료 공급 원리에 대해서 자세히 설명하면, 즉, 도 6(a)에 도시된 바와 같이, 상단이 연료 투입구(134)의 하방에 최초 위치하는 플런저(135)가 캠(C)의 구동을 통하여 상행함으로써 연료투입구(134)을 통과할 때까지 플런저 배럴(133) 내에 연료가 공급된다.
도 6(b)에 도시된 바와 같이, 지속적인 플런저(135)의 상행으로 인하여 플런저(135) 상단의 압력이 증가함에 따라 피딩밸브(V)가 플런저 배럴(135)을 개방하여 연료를 엔진 측으로 송출한다.
한편, 도 6(c)에 도시된 바와 같이, 이러한 상행 과정에서 리드홈(137)이 연료투입구(134) 상에 일치되는 시점에 플런저 배럴(133) 내부의 압력이 급격히 낮아져 연료의 송출이 중단되며, 송출되지 못하고 남아있던 연료는 플런저(135) 상단의 유동로(136) 및 이와 연통되는 리드홈(137)을 차례로 통과하고, 최종적으로 연료 투입구(134)를 통하여 플런저 배럴(133)의 외부로 배출된다.
따라서, 엔진(110) 내로의 연료 공급량은 플런저(135) 상단이 연료 투입구(135)를 통과하는 시점에서부터 리드홈(137)이 연료 투입구(134) 상에 위치할 때까지 플런저(135)의 이동거리에 비례하며, 이러한 플런저(135)의 이동거리를 유효행정(e, effective stroke)이라 한다.
도 7은 도 1의 환원제 정보 기반의 연료 제어 시스템의 플런저 유효행정의 제어원리를 개략적으로 도시한 것이다.
도 7을 참조하여 설명하면, 운전자가 연료량 조절부재(120)를 가압하여 조작하면, 연료량 조절부재(120)의 회동각에 대응하여 래크부재(139)가 이동하고, 이와 치합되는 피니언 기어(138)가 회전하여 플런저(135)를 회전시킨다. 플런저 배럴(133) 내에서 플런저(135)의 회전에 따라 나선형으로 형성되는 리드홈(137)의 위치도 변경된다. 즉, 운전자의 조작에 의하여 유효행정(e)은 커지고, 엔진(110)에 공급되는 연료량이 증가하게 된다.
이러한 과정에서 엔진(110)으로부터 발생하는 배기가스는 후처리부(140)에 도달하고, 환원제 분사부(141)는 저장탱크(143)에 저장되는 환원제를 배기가스 측으로 분사하고, 촉매부(142)는 분사되는 환원제와 배기가스에 포함되는 질소산화물(NOx) 간 반응을 촉진시킴으로써, 배기가스 내의 질소산화물(NOx)가 분해, 처리된다.
이와 동시에, 제어부(150)는 저장탱크(143) 내에 저장되는 환원제의 양이 미리 정해진 최소량(Q2) 이하이거나, 또는 저장탱크(143) 내에 환원제가 아닌 액체가 저장되는 경우에는 제어유닛(153)을 통하여 플런저 어셈블리(132)로부터 공급 가능한 연료의 최대 공급량, 즉, 최대 연료 공급량을 제한하게 된다.
즉, 계측부(151)는 지속적으로 저장탱크(143) 내 액체의 부피를 측정하고, pH 측정부재(152)는 저장탱크(143) 내 액체의 pH를 측정한다. 저장탱크(143) 내 액체의 정보를 제공받은 제어유닛(153)은 저장탱크(143) 내에 저장된 액체의 pH 가 사용하는 환원제의 pH 범위를 벗어나는 경우, 즉, 환원제가 아닌 액체가 저장탱크(143)에 저장되는 것으로 판단되는 경우에는 제한유닛(154)을 바로 구동한다.
다만, 제어유닛(153)은 저장탱크(143) 내 액체의 부피가 미리 정해진 제한량(Q1) 이하인 경우에는 제한유닛(154)을 바로 구동하는 것이 아니라 경고 알림유닛(155)을 작동시켜 운전자가 이를 인지하도록 한다. 경고 알림유닛(155)의 동작에도 환원제가 보충되지 않고 제한량(Q1)보다 적은양으로 미리 설정되는 최소량(Q2) 이하인 경우에 제어유닛(153)은 제한유닛(154)을 구동시킨다.
한편, 여기에서 제한량(Q1)과 최소량(Q2)은 배기량의 크기, 엔진의 종류 등을 고려하여 미리 설정한다,
도 8은 도 1의 환원제 정보 기반의 연료 제어 시스템의 래크부재의 최대 이동량을 제한하는 원리를 개략적으로 도시한 것이다.
도 8을 참조하여 다시 설명하면, 저장탱크(143) 내에 저장된 액체의 pH 가 사용하는 환원제의 pH 범위를 벗어나 있는 경우이거나, 경고 알림유닛(155)의 동작 후에도 저장탱크(143) 내 액체의 부피가 미리 정해진 최소량(Q2) 이하인 경우에는 제한유닛(154)을 구동하여 플런저(135)의 최대 유효행정을 제한한다.
상술한 경우에 제어유닛(153)은 제한유닛(154) 단부를 래크부재(139) 측으로 이동시키고, 래크부재(139)는 근접 구동된 제한유닛(154)에 의하여 이동반경이 한정된다.
따라서, 연료량 조절부재(120)가 최대로 회동하도록 운전자가 조작하는 경우에도, 래크부재(139)는 제한유닛(154)으로부터 이동반경을 제한받아, 일정 간격 이상은 이동하지 못한다. 이로 인하여, 최대 유효행정이 제한되며 최종적으로는 엔진(110) 출력이 제한되고, 이로부터 발생하는 배기가스도 감소하게 된다.
도 9는 도 1의 환원제 정보 기반의 연료 제어 시스템의 변형례의 래크부재의 최대 이동량을 제한하는 원리를 개략적으로 도시한 것이다.
한편, 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 환원제 정보 기반의 연료 제어 시스템의 변형례에서는 제한유닛(154)이 래크부재(138)의 상측에 배치되어, 래크부재(139)의 이동량 제한 시에 하강하여 래크부재(139)의 구동을 제한할 수도 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
100 : 본 발명의 일실시예에 따른 환원제 정보 기반의 연료 제어 시스템
110 : 엔진 120 : 연료량 조절부재
130 : 인젝션 펌프 140 : 후처리부
150 : 제어부

Claims (7)

  1. 연료를 연소하는 엔진;
    상기 엔진 내로 연료를 공급하는 인젝션 펌프;
    운전자에 의하여 조작되며, 상기 인젝션 펌프와 연결되어 상기 엔진에 공급되는 연료 공급량을 조절하는 연료량 조절부재;
    상기 엔진으로부터 발생하는 배기가스에 포함되는 질소산화물이 처리되도록, 상기 배기가스가 배출되는 경로에 배치되어 환원제를 분사하는 환원제 분사부, 상기 배기가스에 포함되는 질소산화물과 상기 환원제 간의 반응을 촉진시키는 촉매부, 상기 환원제를 저장하는 저장탱크를 구비하는 후처리부;
    상기 저장탱크에 저장되는 환원제의 양을 측정하는 계측부를 포함하여 상기 계측부로부터 측정되는 환원제의 양이 미리 정해진 최소량보다 적은 경우에 상기 인젝션 펌프로부터 상기 엔진으로 공급 가능한 최대 연료 공급량을 감소시키는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 환원제 정보 기반의 연료 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인젝션 펌프는 연료가 저장되는 연료탱크; 상기 연료탱크와 연결되는 연료투입구가 형성되는 플런저 배럴과, 외주면에 나선형의 리드홈이 형성되며 상기 플런저 배럴의 내부에서 왕복운동을 통하여 상기 엔진 내부로 연료를 공급하는 플런저를 구비하는 플런저 어셈블리; 상기 플런저와 연동하여 회전하는 피니언 기어; 상기 피니언 기어와 치합되어 운전자의 조작에 의하여 조절되는 상기 연료량 조절부재에 대응하여 왕복이동함으로써 상기 리드홈을 회전시키고 상기 플런저의 유효행정(effective stroke)을 조절하는 래크부재;를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 플런저의 유효행정의 최대값이 제한되도록 상기 래크부재의 최대 이동량을 제한하는 것을 특징으로 하는 환원제 정보 기반의 연료 제어 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 저장탱크 내부의 환원제량 정보를 수신하여 상기 래크부재의 최대 이동량을 조절하는 제어유닛;
    상기 제어유닛으로부터 수신되는 상기 래크부재의 최대 이동량 정보에 따라 상기 래크부재의 이동을 제한하는 제한유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 환원제 정보 기반의 연료 제어 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제한유닛은 상기 래크부재가 접촉하여 추가적인 이동이 제한되도록 제한하고자 하는 상기 래크부재의 이동방향 측에 마련되되, 상기 최대 이동량 정보에 대응하여 상기 래크부재와 이에 마주보는 면 사이의 간격이 가변 제어되는 것을 특징으로 하는 환원제 정보 기반의 연료 제어 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 저장탱크에 수용되는 액체의 pH를 측정하는 pH 측정부재를 더 포함하고,
    상기 제어유닛은 상기 pH 측정부재로부터 수신되는 pH 정보에 따라 상기 저장탱크 내에 수용되는 액체가 환원제가 아닌 경우에는 상기 래크부재의 이동이 제한되도록 제한유닛을 제어하는 것을 특징으로 하는 환원제 정보 기반의 연료 제어 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 저장탱크에 저장되는 환원제의 양이 미리 정해진 양보다 적은 경우에 운전자가 인식할 수 있도록 경고하는 경고 알림유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 환원제 정보 기반의 연료 제어 시스템.
  7. 삭제
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