KR101366898B1 - 내연 기관을 위한 선택적 촉매 환원 시스템 - Google Patents

내연 기관을 위한 선택적 촉매 환원 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예는 내연 기관을 위한 선택적 촉매 환원 시스템에 관한 것이다. 엔진과, 엔진의 배기 가스가 갖는 압력으로 터빈을 돌려 엔진에 외기를 공급하는 과급기를 포함하는 내연 기관을 위한 선택적 촉매 환원 시스템은 엔진의 배기 가스를 정화하는 선택적 촉매 환원 반응기를 포함한다. 그리고 내연 기관을 위한 선택적 촉매 환원 시스템은 엔진의 배기 가스가 선택적 촉매 환원 반응기를 거친 후 과급기로 향하는 제1 운전 모드 및 엔진의 배기 가스가 과급기를 거친 후 선택적 촉매 환원 반응기로 향하는 제2 운전 모드 중 하나의 운전 모드로 필요에 따라 선택적으로 가동된다.

Description

내연 기관을 위한 선택적 촉매 환원 시스템{SELECTIVE CATALYTIC REUCTION SYSTEM FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명의 실시예는 선택적 촉매 환원 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내연 기관을 위한 선택적 촉매 환원 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템은 내연 기관에서 발생된 배기 가스에 함유된 질소산화물을 저감시키기 위한 시스템이다. 내연 기관은 저속 디젤 엔진과 과급기(turbocharger) 등을 포함할 수 있다. 선택적 촉매 환원 시스템은 촉매가 내부에 설치된 반응기에 배기 가스와 환원제를 함께 통과시키면서 배기 가스에 함유된 질소산화물을 질소와 수증기로 환원 처리한다.
선택적 촉매 환원 시스템은 질소산화물을 저감시키기 위한 환원제로 암모니아(NH3)와 우레아(urea) 등을 이용하고 있다. 또한, 선택적 촉매 환원 시스템은 통상적으로 섭씨 330도 내지 섭씨 400도의 활성 온도 범위를 갖는 고온 촉매를 이용하고 있다.
한편, 저속 디젤 엔진에 선택적 촉매 환원 시스템을 적용하여 배기 가스를 정화시키는 방법에는 선택적 촉매 환원 시스템을 과급기의 전단에 연결하는 방법과 선택적 촉매 환원 시스템을 과급기의 후단에 연결하는 방법으로 나뉘고 있다.
그런데, 선택적 촉매 환원 시스템을 과급기의 전단에 연결하면, 과급기로 유입되는 배기 가스의 압력이 감소하여 엔진의 성능 및 효율이 저하되므로, 엔진의 설계 변경이 요구되거나 추가 구성을 배치해야 하는 문제점이 있다.
반면, 선택적 촉매 환원 시스템을 과급기의 후단에 연결하면, 과급기를 거치면서 온도 및 압력이 내려간 배기 가스가 선택적 촉매 환원 시스템에 유입되므로 촉매의 활성이 감소된다. 이에, 선택적 촉매 환원 시스템에 요구되는 촉매량이 증가되고 배기 가스에 함유된 황 성분에 의한 촉매 피독 현상이 일어나는 등 촉매의 이용 효율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예는 필요에 따라 선택적으로 엔진의 성능 및 효율을 향상시키거나 촉매의 이용 효율을 향상시킬 수 있는 내연 기관을 위한 선택적 촉매 환원 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 엔진과, 상기 엔진의 배기 가스가 갖는 압력으로 터빈을 돌려 상기 엔진에 외기를 공급하는 과급기(turbo charger)를 포함하는 내연 기관을 위한 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 엔진의 배기 가스를 정화하는 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 반응기를 포함한다. 그리고 내연 기관을 위한 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 엔진의 배기 가스가 상기 선택적 촉매 환원 반응기를 거친 후 상기 과급기로 향하는 제1 운전 모드 및 상기 엔진의 배기 가스가 상기 과급기를 거친 후 상기 선택적 촉매 환원 반응기로 향하는 제2 운전 모드 중 하나의 운전 모드로 필요에 따라 선택적으로 가동된다.
상기 제1 운전 모드일 때 상기 선택적 촉매 환원 반응기의 촉매가 재생되며, 상기 제2 운전 모드일 때 상기 제1 운전 모드보다 상대적으로 상기 엔진의 효율이 높을 수 있다.
또한, 내연 기관을 위한 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 엔진의 배기구와 상기 선택적 촉매 환원 반응기의 유입구를 연결하는 제1 유로와, 상기 제1 유로 중에 설치된 제1 3방 밸브(three-way valve)와, 상기 제1 3방 밸브와 상기 과급기를 연결하는 제2 유로와, 상기 제2 유로 중에 설치된 제2 3방 밸브와, 상기 제2 3방 밸브와 상기 선택적 촉매 환원 반응기의 배출구를 연결하는 제3 유로와, 상기 제3 유로 중에 설치된 제3 3방 밸브와, 상기 과급기와 연결되어 상기 배기 가스를 외부로 배출하는 제4 유로와, 상기 제4 유로 중에 설치된 제4 3방 밸브와, 상기 제1 3방 밸브와 상기 선택 환원 촉매 반응기의 유입구 사이의 상기 제1 유로와 상기 제4 3방 밸브를 연결하는 제5 유로, 그리고 상기 제3 3방 밸브와 상기 제4 3방 밸브를 거친 상기 제4 유로를 연결하는 제6 유로를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 운전 모드 및 상기 제2 운전 모드는 상기 제1 3방 밸브, 상기 제2 3방 밸브, 상기 제3 3방 밸브, 및 상기 제4 3방 밸브를 제어하여 선택될 수 있다.
상기 제1 운전 모드에서는 상기 제1 3방 밸브가 상기 엔진의 배기 가스를 상기 선택적 촉매 환원 반응기 방향으로 보내고, 상기 제3 3방 밸브가 상기 선택적 촉매 환원 반응기를 통과한 상기 배기 가스를 상기 제2 3방 밸브 방향으로 보내며, 상기 제2 3방 밸브가 상기 제3 3방 밸브를 통과한 상기 배기 가스를 상기 과급기 방향으로 보내고, 상기 제4 3방 밸브가 상기 과급기를 거친 상기 배기 가스를 상기 제4 유로를 따라 외부로 배출시키도록 제어할 수 있다.
상기 제2 운전 모드에서는 상기 제1 3방 밸브가 상기 엔진의 배기 가스를 상기 제2 3방 밸브 방향으로 보내고, 상기 제2 3방 밸브가 상기 제1 3방 밸브를 통과한 상기 배기 가스를 상기 과급기 방향으로 보내며, 상기 제4 3방 밸브가 상기 과급기를 통과한 상기 배기 가스를 상기 선택적 촉매 환원 반응기 방향으로 보내고, 상기 제3 3방 밸브가 상기 선택적 촉매 환원 반응기를 통과한 상기 배기 가스를 상기 제4 유로를 따라 외부로 배출시키도록 제어할 수 있다.
또한, 내연 기관을 위한 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 제1 유로에 설치되어 상기 선택적 촉매 환원 반응기에 유입되기 전의 상기 배기 가스에 환원제를 분사하는 환원제 공급부를 더 포함할 수 있다.
상기한 내연 기관을 위한 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 과급기와 상기 엔진의 흡기구를 연결하는 제7 유로를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 엔진의 배기구와 상기 제1 3방 밸브 사이의 상기 제1 유로에 설치된 배기 리시버(exhaust gas receiver)와, 상기 엔진의 흡기구와 상기 과급기 사이의 상기 제7 유로에 설치된 소기 리시버(scavenge air receiver)을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 과급기과 상기 소기 리시버 사이의 상기 제7 유로에 설치된 공기 냉각기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 내연 기관을 위한 선택적 촉매 환원 시스템은 필요에 따라 선택적으로 엔진의 성능 및 효율을 향상시키거나 촉매의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 내연 기관을 위한 선택적 촉매 환원 시스템의 제1 운전 모드를 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 내연 기관을 위한 선택적 촉매 환원 시스템의 제2 운전 모드를 나타낸 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 내연 기관을 위한 선택적 촉매 환원 시스템(101)을 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 시스템 (101)은 엔진(10)과, 엔진(10)의 배기 가스(EG)가 갖는 압력으로 터빈을 돌려 엔진에 외기(FA)를 공급하는 과급기(turbo charger)(20)를 포함하는 내연 기관에 연결되어 엔진(10)의 배기 가스(EG)를 정화한다.
한편, 내연 기관은 배기 리시버(exhaust gas receiver)(11) 및 소기 리시버(scavenge air receiver)(19)를 더 포함할 수 있다. 그리고 내연 기관은 공기 냉각기(25)를 더 포함할 수 있다.
배리 리시버(11)는 실린더의 왕복 운동으로 불균형한 압력을 가지고 배출된 엔진(10)의 배기 가스(EG)를 고르게 완화시킨다. 소기 리시버(19)는 과급기(20)가 공급하는 새로운 외기(FA)의 불균일한 압력을 고르게 완화시킨다. 그리고 공기 냉각기(25)는 엔진(25)에 공급되는 외기(FA)를 엔진(10)의 동작에 적정한 온도로 조절한다. 외기(FA)의 적정한 온도는 엔진(10)의 종류에 따라 상이할 수 있으며, 이는 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 바와 같다.
선택적 촉매 환원 시스템(101)은 선택적 촉매 환원 반응기(30)와, 환원제 공급부(37), 그리고 복수의 유로들(51, 52, 53, 54, 55, 56, 57) 및 복수의 3방 밸브(three-way valve)들(41, 42, 43, 44)을 포함한다.
선택적 촉매 환원 반응기(30)는 엔진(10)의 배기 가스(EG)를 정화하여 배기 가스(EG)에 함유된 질소산화물을 저감시킨다. 선택적 촉매 환원 반응기(30)는 배기 가스(EG)에 함유된 질소산화물과 환원제를 반응시켜 질소와 수증기로 환원 처리한다.
선택적 촉매 환원 반응기(30)의 내부에는 제올라이트(Zeolite), 바나듐(Vanadium), 및 백금(Platinum) 등과 같이 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 촉매(35)가 촉매 담체를 통해 설치된다.
환원제 공급부(37)는 노즐을 통해 암모니아(NH3) 및 우레아(urea) 등과 같이 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 환원제를 분사한다. 분사된 환원제는 배기 가스(EG)와 섞여 선택적 촉매 환원 반응기(30)로 유입된다.
본 발명의 일 실시예에서, 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 제1 운전 모드 및 제2 운전 모드 중 하나의 운전 모드로 필요에 따라 선택적으로 가동된다.
제1 운전 모드에서는 엔진(10)의 배기 가스(EG)가 선택적 촉매 환원 반응기(30)를 거친 후 과급기(20)로 향한다. 즉, 선택적 촉매 환원 반응기(30)가 과급기(20)의 전단에 연결된다. 따라서, 선택적 촉매 환원 반응기(30)에는 제2 운전 모드와 대비하여 상대적으로 고온 고압의 배기 가스(EG)가 유입된다. 일례로, 과급기(20)를 거치지기 전에 먼저 선택적 촉매 환원 반응기(30)에 유입된 배기 가스(EG)는 섭씨 250도 내지 섭씨 450도 범위 내의 온도를 가질 수 있다. 그리고 선택적 촉매 환원 반응기(30)를 거치면서 감압된 배기 가스(EG)가 과급기(20)로 유입된다.
제1 운전 모드의 경우 제2 운전 모드와 대비하여 상대적으로 고온의 배기 가스(EG)가 선택적 촉매 환원 반응기(30)에 유입되므로, 선택적 촉매 환원 시스템(101)에 요구되는 촉매량을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 배기 가스(EG)에 함유된 황 성분에 의해 피독된 촉매(35)를 재생할 수 있다. 즉, 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 촉매(35)의 이용 효율이 극대화시킬 수 있다.
배기 가스(EG)에 함유된 황 성분에 의해 촉매(35)가 피독되면 촉매(35)가 정상적인 기능을 수행하지 못하는데, 이와 같이 피독된 촉매(35)는 열을 가하여 정상적인 기능을 수행하도록 재생할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)에서는, 촉매(35)가 피독되어 배기 가스(EG)에 대한 정화 능력이 저하되면 선택적 촉매 환원 시스템(101)을 제1 운전 모드로 가동하여 촉매(35)를 재생하고 배기 가스(EG)에 대한 정화 능력을 회복하여 안정적으로 질소산화물을 저감시킬 수 있다.
반면, 제2 운전 모드에서는 엔진(10)의 배기 가스(EG)가 과급기(20)를 거친 후 선택적 촉매 환원 반응기(30)로 향한다. 즉, 선택적 촉매 환원 반응기(30)가 과급기(20)의 후단에 연결된다. 따라서, 선택적 촉매 환원 반응기(30)에는 제1 운전 모드와 대비하여 상대적으로 저온 저압의 배기 가스(EG)가 유입된다. 일례로, 과급기(20)를 거친 후 선택적 촉매 환원 반응기(30)에 유입된 배기 가스(EG)는 섭씨 150도 이상 섭씨 250도 미만의 온도를 가질 수 있다. 그리고 과급기(20)를 거치면서 온도가 상대적으로 저하된 배기 가스(EG)가 선택적 촉매 환원 반응기(30)에 유입된다.
제2 운전 모드의 경우 제1 운전 모드와 대비하여 상대적으로 고압 고온의 배기 가스(EG)가 과급기(20)에 유입되므로, 배기 가스(EG)가 갖는 압력으로 터빈을 돌려 동작하는 과급기(20)가 상대적으로 높은 과급 효율을 가질 수 있다. 즉, 엔진(10)의 성능 및 효율을 높일 수 있다.
이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)에서는, 제1 운전 모드를 통해 촉매(35)가 재생되어 선택적 촉매 환원 반응기(30)가 정상 범위 내에서 가동하면 선택적 촉매 환원 시스템(101)을 제2 운전 모드로 전환 가동하여 엔진(10)의 성능 및 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)에서는, 촉매(35)가 다시 피독되어 정상적인 기능을 수행하지 못하게 되면 선택적 촉매 환원 시스템(101)을 다시 제1 운전 모드로 전환 가동하여 촉매(35)를 재생시킬 수 있다. 그리고 촉매(35)를 재생할 때에는 환원제 공급부(37)가 환원제를 주입하지 않으며, 촉매(35)의 활성이 회복되면 환원제를 주입하여 선택적 촉매 환원 반응기(30)를 작동시킨다.
한편, 복수의 유로들은 제1 유로(51), 제2 유로(52), 제3 유로(53), 제4 유로(54), 제5 유로(55), 및 제6 유로(56)를 포함한다. 그리고 복수의 유로들은 제7 유로(57)를 더 포함할 수 있다.
복수의 3방 밸브(three-way valve)들은 제1 3방 밸브(41), 제2 3방 밸브(42), 제3 3방 밸브(43), 및 제4 3방 밸브(44)를 포함한다.
제1 유로(51)는 엔진(20)의 배기구와 선택적 촉매 환원 반응기(30)의 유입구를 연결한다.
제1 3방 밸브(41)는 제1 유로(51) 중에 설치된다.
제2 유로(52)는 제1 3방 밸브(41)와 과급기(20)를 연결한다.
제2 3방 밸브(42)는 제2 유로(52) 중에 설치된다.
제3 유로(53)는 제2 3방 밸브(42)와 선택적 촉매 환원 반응기(30)의 배출구를 연결한다.
제3 3방 밸브(43)는 제3 유로(53) 중에 설치된다.
제4 유로(54)는 과급기(20)와 연결되어 배기 가스(EG)를 외부로 배출한다.
제4 3방 밸브(44)는 제4 유로(54) 중에 설치된다.
제5 유로(55)는 제1 3방 밸브(41)와 선택 환원 촉매 반응기(30)의 유입구 사이의 제1 유로(51)와 제4 3방 밸브(44)를 연결한다.
제6 유로(56)는 제3 3방 밸브(43)와 제4 3방 밸브(44)를 거친 제4 유로(54)를 연결한다.
한편, 제7 유로(57)는 과급기(20)와 엔진(10)의 흡기구를 연결할 수 있다.
그리고 배기 리시버(11)는 엔진(10)의 배기구와 제1 3방 밸브(41) 사이의 제1 유로(51)에 설치되며, 소기 리시버(19)는 엔진(10)의 흡기구와 과급기(20) 사이의 제7 유로(57)에 설치될 수 있다. 또한, 공기 냉각기(25)는 과급기(20)과 소기 리시버(19) 사이의 제7 유로(57)에 설치될 수 있다.
제1 운전 모드 및 제2 운전 모드는 제1 3방 밸브(41), 제2 3방 밸브(42), 제3 3방 밸브(43), 및 제4 3방 밸브(44)를 제어하여 선택될 수 있다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 내연 기관을 위한 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 제1 운전 모드의 구체적인 동작 과정을 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 제1 운전 모드에서는 제1 3방 밸브(41)가 엔진(10)의 배기 가스(EG)를 선택적 촉매 환원 반응기(30) 방향으로 통과시킨다. 제1 3방 밸브(41)를 통과한 배기 가스(EG)는 제1 유로(51)를 따라 흐르면서 환원제 공급부(37)가 분사한 환원제와 섞인 후 선택적 촉매 환원 반응기(30)로 유입된다. 배기 가스(EG)에 함유된 질소산화물은 선택적 촉매 환원 반응기(30) 내에서 촉매의 도움을 받아 환원제와 반응하여 질소와 수증기로 환원 처리된다. 즉, 선택적 촉매 환원 반응기(30)를 통과한 배기 가스(EG)는 정화되어 배기 가스(EG)가 함유한 질소산화물이 저감된다. 또한, 제1 운전 모드에서 선택적 촉매 환원 반응기(30)에 유입되는 배기 가스(EG)는 제2 운전 모드와 대비하여 상대적으로 고온이므로, 이러한 고온의 배기 가스(EG)에 의해 선택적 촉매 환원 반응기(30) 내의 피독된 촉매가 재생될 수 있다.
선택적 촉매 환원 반응기(30)를 거친 배기 가스(EG)는 제6 유로(56)를 따라 이동하다가 제3 3방 밸브(43)에 의해 제2 3방 밸브(42) 방향으로 보내진다. 그리고 제2 3방 밸브(42)는 제3 3방 밸브(43)를 통과한 배기 가스(EG)를 과급기(20) 방향으로 통과시킨다.
과급기(20)를 거친 배기 가스(EG)는 제4 3방 밸브(44)를 거쳐 제4 유로(54)를 통해 배출된다.
그리고 배기 가스(EG)는 과급기(20)의 터빈을 돌려 과급기(20)를 동작시키고, 과급기(20)는 새로운 외기(FA)를 엔진(10)에 공급한다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 제1 운전 모드에서는 엔진(10)의 배기 가스(EG)가 먼저 선택적 촉매 환원 반응기(30)를 통과한 후 과급기(20)를 거쳐 배출된다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 내연 기관을 위한 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 제2 운전 모드의 구체적인 동작 과정을 설명한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 제2 운전 모드에서는 제1 3방 밸브(41)가 엔진(10)의 배기 가스(EG)를 제2 3방 밸브(42) 방향으로 보내고, 제2 3방 밸브(42)는 제1 3방 밸브(41)를 통과한 배기 가스(EG)를 과급기(20) 방향으로 통과시킨다. 그리고 제2 3방 밸브(42)를 통과한 배기 가스(EG)는 제2 유로(52)를 따라 과급기(20)에 유입된다. 배기 가스(EG)는 과급기(20)의 터빈을 돌려 과급기(20)를 동작시키고, 과급기(20)는 새로운 외기(FA)를 엔진(10)에 공급한다. 또한, 제2 운전 모드에서 과급기(20)에 유입되는 배기 가스(EG)는 상대적으로 고온 고압이므로, 이러한 고온 고압의 배기 가스(EG)에 의해 과급기(20)의 과급 성능은 향상된다. 따라서, 엔진(10)의 성능 및 효율도 함께 향상된다.
과급기(20)를 거친 배기 가스(EG)는 제4 3방 밸브(44)에 의해 제5 유로(55) 및 제5 유로(55)와 연결된 제1 유로(51)를 따라 흐르면서 환원제 공급부(37)가 분사한 환원제와 섞인 후 선택적 촉매 환원 반응기(30)로 유입된다.
선택적 촉매 환원 반응기(30)를 거친 배기 가스(EG)는 제3 유로(53)를 따라 이동하다가 제3 3방 밸브(43)에서 제6 유로(56) 방향으로 통과하여 제6 유로(56)와 연결된 제4 유로(54)를 따라 외부로 배출된다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 제2 운전 모드에서는 엔진(10)의 배기 가스(EG)가 먼저 과급기(20)를 통과한 후 선택적 촉매 환원 반응기(30)를 거쳐 배출된다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른, 내연 기관을 위한 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 필요에 따라 선택적으로 엔진(10)의 성능 및 효율을 향상시키거나 촉매의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 엔진(10)의 배기 가스(EG)가 먼저 선택적 촉매 환원 반응기(30)를 거친 후 과급기(20)로 향하는 제1 운전 모드 및 엔진(10)의 배기 가스(EG)가 먼저 과급기(20)를 거친 후 선택적 촉매 환원 반응기(30)로 향하는 제2 운전 모드 중 하나의 운전 모드를 필요에 따라 선택적 가동할 수 있다. 또한, 제1 운전 모드와 제2 운전 모드는 환경 변화에 따라 수시로 전환될 수 있다.
이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 필요에 따라 제1 운전 모드로 작동하여 촉매의 이용 효율을 향상시키거나, 아니면 제2 운전 모드로 작동하여 엔진의 성능 및 효율을 향상시킬 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 엔진 11: 배기 리시버
19: 소기 리시버 20: 과급기
25: 공기 냉각기 30: 선택적 촉매 환원 반응기
35: 촉매 37: 환원제 공급부
41: 제1 3방 밸브 42: 제2 3방 밸브
43: 제3 3방 밸브 44: 제4 3방 밸브
51: 제1 유로 52: 제2 유로
53: 제3 유로 54: 제4 유로
55: 제5 유로 56: 제6 유로
57: 제7 유로
101: 선택적 촉매 환원 시스템

Claims (10)

  1. 엔진과, 상기 엔진의 배기 가스가 갖는 압력으로 터빈을 돌려 상기 엔진에 외기를 공급하는 과급기(turbo charger)를 포함하는 내연 기관을 위한 선택적 촉매 환원 시스템에 있어서,
    상기 엔진의 배기 가스를 정화하는 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction, SCR) 반응기;
    상기 엔진의 배기구와 상기 선택적 촉매 환원 반응기의 유입구를 연결하는 제1 유로;
    상기 제1 유로 중에 설치된 제1 3방 밸브(three-way valve);
    상기 제1 3방 밸브와 상기 과급기를 연결하는 제2 유로;
    상기 제2 유로 중에 설치된 제2 3방 밸브;
    상기 제2 3방 밸브와 상기 선택적 촉매 환원 반응기의 배출구를 연결하는 제3 유로;
    상기 제3 유로 중에 설치된 제3 3방 밸브;
    상기 과급기와 연결되어 상기 배기 가스를 외부로 배출하는 제4 유로;
    상기 제4 유로 중에 설치된 제4 3방 밸브;
    상기 제1 3방 밸브와 상기 선택 환원 촉매 반응기의 유입구 사이의 상기 제1 유로와 상기 제4 3방 밸브를 연결하는 제5 유로; 및
    상기 제3 3방 밸브와 상기 제4 3방 밸브를 거친 상기 제4 유로를 연결하는 제6 유로
    를 포함하며,
    상기 제1 3방 밸브, 상기 제2 3방 밸브, 상기 제3 3방 밸브, 상기 제4 3방 밸브를 제어하여 상기 엔진의 배기 가스가 상기 선택적 촉매 환원 반응기를 거친 후 상기 과급기로 향하는 제1 운전 모드 및 상기 엔진의 배기 가스가 상기 과급기를 거친 후 상기 선택적 촉매 환원 반응기로 향하는 제2 운전 모드 중 하나의 운전 모드로 선택적으로 가동되는 내연 기관을 위한 선택적 촉매 환원 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 운전 모드일 때 상기 선택적 촉매 환원 반응기의 촉매가 재생되며,
    상기 엔진의 효율은 상기 제2 운전 모드일 때 상기 제1 운전 모드보다 상대적으로 높은 내연 기관을 위한 선택적 촉매 환원 시스템.
  3. 제1항에서,
    상기 제1 운전 모드에서는,
    상기 제1 3방 밸브가 상기 엔진의 배기 가스를 상기 선택적 촉매 환원 반응기 방향으로 보내고,
    상기 제3 3방 밸브가 상기 선택적 촉매 환원 반응기를 통과한 상기 배기 가스를 상기 제2 3방 밸브 방향으로 보내며,
    상기 제2 3방 밸브가 상기 제3 3방 밸브를 통과한 상기 배기 가스를 상기 과급기 방향으로 보내고,
    상기 제4 3방 밸브가 상기 과급기를 거친 상기 배기 가스를 상기 제4 유로를 따라 외부로 배출시키도록 제어하는 내연 기관을 위한 선택적 촉매 환원 시스템.
  4. 제1항에서,
    상기 제2 운전 모드에서는,
    상기 제1 3방 밸브가 상기 엔진의 배기 가스를 상기 제2 3방 밸브 방향으로 보내고,
    상기 제2 3방 밸브가 상기 제1 3방 밸브를 통과한 상기 배기 가스를 상기 과급기 방향으로 보내며,
    상기 제4 3방 밸브가 상기 과급기를 통과한 상기 배기 가스를 상기 선택적 촉매 환원 반응기 방향으로 보내고,
    상기 제3 3방 밸브가 상기 선택적 촉매 환원 반응기를 통과한 상기 배기 가스를 상기 제4 유로를 따라 외부로 배출시키도록 제어하는 내연 기관을 위한 선택적 촉매 환원 시스템.
  5. 제1항에서,
    상기 제1 유로에 설치되어 상기 선택적 촉매 환원 반응기에 유입되기 전의 상기 배기 가스에 환원제를 분사하는 환원제 공급부를 더 포함하는 내연 기관을 위한 선택적 촉매 환원 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에서,
    상기 과급기와 상기 엔진의 흡기구를 연결하는 제7 유로를 더 포함하는 내연 기관을 위한 선택적 촉매 환원 시스템.
  7. 제6항에서,
    상기 엔진의 배기구와 상기 제1 3방 밸브 사이의 상기 제1 유로에 설치된 배기 리시버(exhaust gas receiver)와,
    상기 엔진의 흡기구와 상기 과급기 사이의 상기 제7 유로에 설치된 소기 리시버(scavenge air receiver)을 더 포함하는 내연 기관을 위한 선택적 촉매 환원 시스템.
  8. 제7항에서,
    상기 과급기과 상기 소기 리시버 사이의 상기 제7 유로에 설치된 공기 냉각기를 더 포함하는 내연 기관을 위한 선택적 촉매 환원 시스템.
  9. 삭제
  10. 삭제
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