KR101251520B1 - 배기가스 정화 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화 시스템은, 배기라인을 통과하는 배기가스의 온도를 측정하는 온도감지부, 상기 배기라인을 통과하는 배기유량을 감지하는 배기유량감지부, 설정된 압력과 설정된 주기로 환원제를 배기가스에 분사하는 도징모듈, 및 상기 도징모듈에서 분사된 환원제를 이용하여 질소산화물을 무해한 물질로 전환하는 선택적촉매환원유닛, 및 상기 배기가스의 온도와 상기 배기유량에 따라서 상기 설정된 압력과 상기 설정된 주기를 가변시키는 제어부를 포함한다.
따라서, 암모니아의 균일성을 향상시켜 암모니아가 슬립되는 것을 방지하고, 선택적촉매환원 시스템의 질소산화물 정화율을 증가시키며, 우레아가 결정화되어 부탁되는 것을 방지하며, 촉매의 벽을 적시는 현상(wall wetting)을 줄여준다. 상기와 같이, 암모니아의 균일하게 배기가스와 혼합되면, 이산화탄소의 배출도 줄여줄 수 있는데, 이는 선택적환원촉매를 엔진에 가깝게 설치하도록 하여, 선택적환원촉매를 히팅시키는 시간이 줄어들기 때문이다. 아울러, 상기와 같은 기술은 후분사인젝터(hydro carbon injector), 또는 LNT 시스템의 도징모듈에 적용되어 동일한 효과를 구현할 수 있다.

Description

배기가스 정화 시스템{EXHAUST GAS PURIFICATION SYSTEM}
본 발명은 배기가스에 환원제를 분사고, 이 분사된 환원제를 이용하여 배기가스에 포함된 질소산화물을 무해한 성분으로 전환하는 배기가스 정화 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 선택적촉매환원(SCR) 시스템은 여러 가지 문제점에 직면해 있는데, 그 문제점들은 암모니아가 슬립되어 배출되는 것, 우레아가 결정화되는 것, 우레아 또는 암모니아가 촉매벽에 부착되는 것(wall wetting), 및 암모니아의 불균일성에 의해서 낮은 질소산화물이 낮게 정화되는 것을 포함한다.
현재의 해결방법은 믹서의 구조를 변경하는 것과 배기파이프의 레이아웃을 변경하는 것을 포함하며, 우레아의 입자크기를 줄이는 것, 혼합율을 증가시키는 것, 가수분해가 빠르게 되도록 하는 것, 및 선택적촉매환원 시스템까지 도달하는 거리를 줄이는 것이다.
제어인자로써 배기가스유량과 배기가스 온도에 따른 우레아(ADblue)의 압력, 분사주기가 있으며, 암모니아(우레아)의 균일성을 증가시켜 암모니아가 슬립되어 외부로 배출되는 것을 방지하고, 질소산화물의 전환율(정화율)을 향상시키는 연구가 지속적으로 수행되고 있다.
따라서, 본 발명은 환원제로써 배기가스에 분사되는 암모니아(우레아)의 분사특성을 제어하여 암모니아가 슬립되는 것을 방지하고, 질소산화물이 무해한 성분으로 전환되는 전환율(정화율)을 향상시키는 배기가스 정화 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 배기가스 정화 시스템은, 배기라인을 통과하는 배기가스의 온도를 측정하는 온도감지부, 상기 배기라인을 통과하는 배기유량을 감지하는 배기유량감지부, 설정된 압력과 설정된 주기로 환원제를 배기가스에 분사하는 도징모듈, 및 상기 도징모듈에서 분사된 환원제를 이용하여 질소산화물을 무해한 물질로 전환하는 선택적촉매환원유닛, 및 상기 배기가스의 온도와 상기 배기유량에 따라서 상기 설정된 압력과 상기 설정된 주기를 가변시키는 제어부를 포함한다.
상기 제어부는, 상기 배기가스의 온도와 상기 배기유량이 설정치보다 낮으면, 상기 설정된압력을 높이고, 상기 분사주기를 증가시킨다.
상기 제어부는, 상기 배기가스의 온도와 상기 배기유량이 설정치보다 높으면, 상기 설정된압력을 낮추고, 상기 분사주기를 저감시킨다.
상기 도징모듈로 공급되는 환원제의 압력을 감지하는 압력센서를 더 포함한다.
상기 제어부는, 상기 압력센서로부터 상기 도징모듈에 걸리는 압력을 감지하고, 상기 도징모듈로 환원제를 펌핑하는 펌프의 듀티사이클(주기)을 제어하여 분사압력을 제어한다.
상기 온도감지부는 상기 선택적환원유닛의 상류측에 설치되는 온도센서이다.
앞에서 기재된 바와 같이 본 발명에 따른 배기가스 정화 시스템은, 암모니아의 균일성을 향상시켜 암모니아가 슬립되는 것을 방지하고, 선택적촉매환원 시스템의 질소산화물 정화율을 증가시키며, 우레아가 결정화되어 부탁되는 것을 방지하며, 촉매의 벽을 적시는 현상(wall wetting)을 줄여준다.
상기와 같이, 암모니아의 균일하게 배기가스와 혼합되면, 이산화탄소의 배출도 줄여줄 수 있는데, 이는 선택적환원촉매를 엔진에 가깝게 설치하도록 하여, 선택적환원촉매를 히팅시키는 시간이 줄어들기 때문이다.
아울러, 상기와 같은 기술은 후분사인젝터(hydro carbon injector), 또는 LNT 시스템의 도징모듈에 적용되어 동일한 효과를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화 시스템을 제어하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화 시스템의 제어하기 위한 플로우차트이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화시스템에서 펌프의 압력을 제어하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화시스템에서 펌프의 압력을 제어하기 위해서 듀티제어를 보여주는 개략적이 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화시스템의 개략적인 구성도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화 시스템을 제어하기 위한 개략적인 구성도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화시스템의 개략적인 구성도이다.
도 5를 먼저 참조하면, 배기가스 정화 시스템은 배기가스온도감지부(T1, T2), 배기유량감지부, 도징모듈(120), 환원제펌프(150), 및 제어부(300, 500, 140)를 포함한다.
상기 배기가스온도감지부는 온도센서(T1, T2)를 통해서 배기가스의 온도를 감지하고, 상기 배기유량감지부는 흡기에어양, 연료분사량, 배기가스온도를 통해서 배기유량을 연산하거나, 배기유량을 직접 측정하거나, 운전조건에 따라서 설정된 맵데이터로터 유량수치를 선택할 수 있다.
상기 도징모듈(120)은 설정된 압력으로 설정된 양의 환원제(UREA수용액)을 배기가스에 분사하고, 상기 환원제펌프(150)는 환원제탱크에서 상기 도징모듈(120)로 환원제를 펌핑한다.
상기 제어부(500, 300, 140)는 운전조건에 따라서, 상기 도징모듈(120)에서 분사되는 환원제의 압력, 주기, 분사량 등을 제어하고, 상기 환원제펌프(150)를 듀티제어하여 펌핑압력을 제어한다.
도 1을 참조하면, 배기가스 정화 시스템은 배기라인(100), 촉매(110), 도징모듈(120), 선택적촉매환원유닛(130), 환원제펌프(150), 및 도징컨트롤유닛(140)을 포함한다.
상기 배기라인(100)을 통해서 배기가스가 지나고, 상기 촉매(110)는 산화촉매(DOC: diesel particulate filter) 또는 디젤매연필터(DPF: diesel particulate filter)를 포함하는데, 상기 산화촉매는 배기가스에 포함된 탄화수소나 일산화탄소를 무해한 물질로 전환하고, 상기 디젤산화촉매는 배기가스에 포함된 입자상물질을 포집한다.
상기 도징모듈(120)은 상기 배기라인(100) 내로 환원제를 분사하고, 상기 선택적촉매환원유닛(130)은 환원제를 흡장하고 배기가스에 포함된 질소산화물을 환원하여 제거한다.
상기 환원제펌프(150)는 상기 도징모듈(120)로 환원제를 설정된 압력으로 펌핑하고, 상기 도징컨트롤유닛(140)은 운전조건에 따라서 상기 환원제펌프(150)와 상기 도징모듈(120)을 제어한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 도징컨트롤모듈(140)과 상기 제어부(500, 300, 도 3과 도 5)는 서로 동일한 기능을 할 수 있고, 용어는 다르나 동일한 요소로 간주될 수 있다.
도 1의 왼쪽 상부 그래프1을 참조하면, 가로축은 배기가스유량과 배기가스온도를 나타내고, 세로축은 배기가스로 분사되는 우레아의 입자크기의 목표수치를 나타낸다.
도시한 바와 같이, 배기가스유량 또는 배기가스온도가 올라가면, 우레아의 입자 크기를 크게 할 수 있다.
배기가스유량이 많아지거나 온도가 증가하면, 우레아가 쉽게 증발되고 배기가스와 균일하게 혼합될 수 있다. 따라서, 배기가스유량과 온도가 증가하면 분사된 우레아의 입자크기를 증가시킬 수 있다.
도 1의 오른쪽 상부 그래프 2를 참조하면, 우레아 분사량과 분사압력은 일정한 상태에서, 1회분사량이 증가하거나 분사주기가 감소하면, 우레아 입자크기는 증가하는 것을 볼 수 있다.
아울러, 도 1의 오른쪽 하부 그래프 3을 참조하면, 상기 도징모듈(120)의 분사 압력이 커질수록 분사되는 우레아의 입자크기는 감소하는 것을 볼 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화 시스템의 제어하기 위한 플로우차트이다.
도 2를 참조하면, S200에서 배기가스유량과 배기가스온도가 연산, 감지, 또는 선택되고, S210a에서 배기가스온도와 유량이 설정된 낮은 범위에 포함되면, S220a 와 S220b에서 분사압력을 증가시키거나 분사주기를 증가하여, S250에서 분사되는 우레아의 입자크기를 감소시킨다.
S210b에서 배기가스온도와 유량이 설정된 정상 범위에 포함되면, S230a 와 S230b 에서 분사압력과 분사주기가 유지되어, S260에서 분사되는 우레아의 입자크기가 유지된다.
S210c에서 배기가스온도와 유량이 설정된 과도 범위에 포함되면, S240a 와 S240b 에서 분사압력을 낮추고 분사주기를 느리게 저하시켜, S270에서 분사되는 우레아의 입자크기를 증가시킨다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화시스템에서 펌프의 압력을 제어하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 3을 참조하면, 상기 환원제펌프(150)와 상기 도징모듈(120) 사이에 압력센서가 배치되고, 상기 제어부(300, 500, 140)는 상기 압력센서로부터 분사압력을 감지하고, 펌프의 듀티 사이클을 제어하여 상기 환원제펌프(150)의 펌핑압력을 제어한다.
도 3의 그래프4에 도시한 바와 같이, 듀티(Duty) 사이클(cycle)이 증가할 수록 분사압력은 증가하는 추세를 보여준다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화시스템에서 펌프의 압력을 제어하기 위해서 듀티제어를 보여주는 개략적이 구성도이다.
도 4를 참조하면, 그래프5에서 배기유량과 배기가스 온도가 증가하면, 분사압력을 하강시킨다. 반대로 배기유량과 배기가스온도가 하강하면, 분사압력을 증가시킨다.
상기 제어부(300, 500, 140)은 상기 환원제펌프(150)를 PID제어를 통해서 듀티주기를 증가/감소시켜 상기 환원제펌프(150)에서 펌핑되는 압력을 조절한다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
100: 배기라인
110: 촉매(DOC/DPF)
120: 도징모듈
130: 선택적촉매환원유닛
150: 환원제펌프
140: 도징컨트롤유닛
300, 500: 제어부

Claims (6)

  1. 배기라인을 통과하는 배기가스의 온도를 측정하는 온도감지부;
    상기 배기라인을 통과하는 배기유량을 감지하는 배기유량감지부;
    설정된 압력과 설정된 주기로 환원제를 배기가스에 분사하는 도징모듈;
    상기 도징모듈로 공급되는 환원제의 압력을 감지하는 압력센서;
    상기 도징모듈에서 분사된 환원제를 이용하여 질소산화물을 무해한 물질로 전환하는 선택적촉매환원유닛; 및
    상기 배기가스의 온도와 상기 배기유량에 따라서 상기 설정된 압력과 상기 설정된 주기를 가변시키는 제어부; 를 포함하되,
    상기 온도감지부는 상기 선택적환원유닛의 상류측에 설치되는 온도센서이며,
    상기 제어부는, 상기 배기가스의 온도와 상기 배기유량이 설정치보다 낮으면, 상기 설정된 압력을 높이고, 상기 분사주기를 증가시키며;
    상기 제어부는, 상기 배기가스의 온도와 상기 배기유량이 설정치보다 높으면, 상기 설정된 압력을 낮추고, 상기 분사주기를 저감시키는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에서,
    상기 제어부는,
    상기 압력센서로부터 상기 도징모듈에 걸리는 압력을 감지하고, 상기 도징모듈로 환원제를 펌핑하는 펌프의 듀티사이클(주기)을 제어하여 분사압력을 제어하는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화 시스템.
  6. 삭제
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JP2009097476A (ja) * 2007-10-19 2009-05-07 Denso Corp 還元剤の噴射制御装置

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