KR101389964B1 - Temperature measurement module and apparatus for measuring injection uniformity having the same - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의한 환원제 균일도 측정장치는, 촉매컨버터와 환원제 인젝터를 포함하는 배기가스 정화시스템에서의 환원제 균일도를 측정하기 위한 장치로서, 상기 촉매컨버터에 장착되어 배기가스 유로단면의 각 영역별 온도를 측정하는 온도측정모듈; 배기가스 유로단면의 각 영역별 온도 데이터를 전달받아 상기 환원제의 균일도를 산출하는 제어부;를 포함하여 구성된다. 본 발명에 의한 환원제 균일도 측정장치를 이용하면, 배기가스 저감장치에서 분사된 환원제가 얼마나 고르게 분포되고 있는지와 상기 환원제의 반응률을 실시간으로 확인함으로써 촉매컨버터의 성능 예측 및 배기가스 정화시스템 최적화에 시간과 비용을 절감할 수 있다는 장점이 있다.A reducing agent uniformity measuring apparatus according to the present invention is an apparatus for measuring the uniformity of a reducing agent in an exhaust gas purifying system including a catalytic converter and a reducing agent injector, A temperature measurement module; And a controller for receiving the temperature data for each region of the cross section of the exhaust gas channel and calculating the uniformity of the reducing agent. By using the apparatus for measuring the uniformity of the reducing agent according to the present invention, it is possible to estimate the performance of the catalytic converter and optimize the exhaust gas purification system by checking how much the reducing agent injected from the exhaust gas reducing apparatus is distributed and the reaction rate of the reducing agent in real time. The advantage is that the cost can be reduced.
Description
본 발명은 설정영역의 각 구간 온도를 보다 정확하게 측정할 수 있는 온도측정모듈과, 이와 같은 온도측정모듈을 포함하여 환원제 균일도를 판단할 수 있도록 구성되는 환원제 균일도 측정장치에 관한 것이다.The present invention relates to a temperature measuring module capable of more accurately measuring the temperature of each zone of a setting region and a reducing agent uniformity measuring device configured to determine the uniformity of the reducing agent including the temperature measuring module.
최근 환경오염의 문제로 배기가스 내의 질소산화물을 저감시키고자 하는 연구 개발이 활발히 진행되고 있으며, 이와 같은 질소산화물 저감(De-NOx)을 위한 후처리 기술은 크게 두 가지로 분류할 수 있다.Recently, research and development aimed at reducing nitrogen oxides in exhaust gas due to environmental pollution have been actively carried out. There are two types of post-treatment technologies for such NOx reduction (De-NOx).
첫째는 질소산화물 흡장 물질을 적용한 질소산화물 흡장촉매(Lean NOx Trap : LNT)이다. 그러나 질소산화물 흡장하는 LNT 촉매를 이용하기 위해서는 디젤엔진에서 이론공연비(14.7) 이하의 운전 영역 구현이 가능하여야 한다. 또한, 이론공연비 이하의 영역(Rich Spike)을 만들기 위해 엔진 후분사 기술을 이용해야할 뿐만 아니라 배기관 내에 연료를 2차 분사해야하므로, 연비의 손실이 크다는 단점이 있다.The first is a nitrogen oxide storage catalyst (Lean NOx Trap: LNT) applying nitrogen oxide storage material. However, in order to use LNT catalysts storing nitrogen oxides, the diesel engine must be able to operate at a stoichiometric air-fuel ratio (14.7) or less. In addition, in order to create a rich spike below the stoichiometric air-fuel ratio, it is necessary not only to use the engine post-injection technology but also to inject the fuel into the exhaust pipe secondarily.
질소산화물을 저감시키기 위한 둘째 방법은 요소(UREA) 수용액을 배기관에 분사하여 배기가스 중의 질소산화물을 저감시키는 '요소를 이용한 선택적 촉매 환원'(UREA-Selective Catalyst Reduction : 이하 UREA-SCR이라 약칭함)시스템을 사용하는 방법이다. 배기관 내로 분사된 요소수용액(UREA Solution)은 배기관 내의 열에 의해 열분해(분해온도 : 156도)되거나 촉매와 접촉하여 접촉분해 됨으로써, 한분자의 요소가 두 분자의 암모니아로 전환된다. 이렇게 전환된 암모니아는 배기가스 중의 질소산화물과 SCR(Selective Catalyst Reduction : 선택적 촉매 환원)반응되어, 차량 외부로는 질소와 물이 배출된다.A second method for reducing nitrogen oxides is UREA-Selective Catalyst Reduction (hereinafter referred to as UREA-SCR) in which an aqueous solution of UREA is injected into an exhaust pipe to reduce nitrogen oxides in the exhaust gas. System. The urea solution injected into the exhaust pipe is pyrolyzed (decomposition temperature: 156 ° C.) by the heat in the exhaust pipe or is contact-decomposed by contacting with the catalyst, so that one element is converted into two molecules of ammonia. The converted ammonia reacts with nitrogen oxides in the exhaust gas in response to SCR (Selective Catalyst Reduction), and nitrogen and water are discharged to the outside of the vehicle.
배기가스 중의 질소산화물을 정화하기 위한 방법으로는 상기와 같이 우레아(urea) 또는 탄화수소 등과 같은 환원제를 배기가스에 분사하는 촉매컨버터를 사용하는 것이 보편화되고 있다. 촉매컨버터의 질소산화물 정화 효율은 환원제의 적정 공급 방법에 의존도가 높기 때문에 환원제의 공급을 정확히 제어하기 위하여 촉매컨버터의 전단의 배기관에 인젝터를 장착하는 방법이 가장 적합한 것으로 행하여지고 있다. 촉매컨버터 시스템에서 인젝터로부터 분사된 환원제의 고른 분포가 촉매의 효율에 직접적으로 미치는 영향이 매우 크기 때문에, 환원제의 분포 균일도는 스시템을 최적화하는 비교 기준으로 사용되고 있다. 높은 환원제의 균일도는 촉매의 용량을 줄일 수 있기 때문에 고가의 귀금속을 주성분으로 사용하고 있는 촉매컨버터의 구매 비용 면에서 예산을 절약할 수 있는 효과가 있다. As a method for purifying nitrogen oxides in the exhaust gas, it has become common to use a catalytic converter for injecting a reducing agent such as urea or hydrocarbon into the exhaust gas as described above. Since the nitrogen oxide purification efficiency of the catalytic converter is highly dependent on the optimum supply method of the reducing agent, the method of mounting the injector on the exhaust pipe at the front end of the catalytic converter is the most suitable for accurately controlling the supply of the reducing agent. Since the uniform distribution of the reducing agent injected from the injector directly on the catalyst efficiency is very large in the catalytic converter system, the uniformity of the reducing agent is used as a reference for optimizing the system. Since the uniformity of the high reducing agent can reduce the capacity of the catalyst, it is possible to save the budget in terms of the purchase cost of the catalytic converter using expensive precious metal as the main component.
환원제의 균일도 측정방법으로는, 촉매컨버터 전, 후단 측의 각 측정점에서 배기가스를 측정하여 계측하는 방법과, 촉매컨버터 전단에서 환원제의 단면 분포에 대한 화상을 취득하여 계측하는 방법 등이 사용되고 있다.Methods for measuring the uniformity of the reducing agent include a method of measuring exhaust gas at each measurement point on the front and rear sides of the catalytic converter and a method of acquiring and measuring an image of the cross sectional distribution of the reducing agent on the upstream side of the catalytic converter.
환원제의 균일도 측정방법 중에는 촉매컨버터 전, 후단 측의 각 측정점에서 배기가스를 측정하여 계측하는 방법이 가장 확실한 방법이지만, 배기관 단면의 일정한 측정점을 설정해 두고 측정점의 개수만큼 동일 운전조건에서 동일 시험을 계속적으로 반복한 후 각 측정점을 그래프에 도시화하여 하나의 실험 조건에 대한 결과를 도출하기 위해서는 시간과 비용이 많이 소요된다는 단점이 있다. Among the methods of measuring the uniformity of the reducing agent, a method of measuring the exhaust gas at each measuring point on the front and rear sides of the catalytic converter is the most reliable method. However, a constant measuring point of the exhaust pipe section is set, And it is time-consuming and costly to obtain the results for one experimental condition by plotting each measurement point on the graph.
촉매컨버터 전단에서 환원제의 단면 분포에 대한 화상을 취득하여 계측하는 방법은 촉매컨버터 전단의 환원제 분포를 고속카메라로 가시화 하는 방법으로서, 이미지 취득 여건 상 촉매컨버터를 장착할 수 없기 때문에 촉매컨버터에 의한 배압의 조건을 만족시킬 수 없으므로 정확한 분포를 측정할 수 없다는 단점이 있다. The method of acquiring and measuring the image of the cross-sectional distribution of the reducing agent on the upstream side of the catalytic converter is a method of visualizing the reducing agent distribution on the upstream side of the catalytic converter with a high-speed camera. It is not possible to measure the exact distribution.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 설정 영역 내의 각 부위별 온도를 보다 간단하고 정확하게 측정할 수 있는 온도측정모듈과, 배기가스 저감장치에서 분사된 환원제의 균일도를 실시간으로 확인함으로써 촉매컨버터의 성능 예측 및 시스템 최적화에 시간과 비용을 절감할 수 있는 환원제 균일도 측정장치를 제공하는데 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a temperature measuring module capable of measuring temperature of each part in a setting area more easily and accurately, Thereby reducing the time and cost of predicting the performance of the catalytic converter and optimizing the system.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 환원제 균일도 측정장치는, 촉매컨버터와 환원제 인젝터를 포함하는 배기가스 정화시스템에서의 환원제 균일도를 측정하기 위한 장치로서, 상기 촉매컨버터에 장착되어 배기가스 유로단면의 각 영역별 온도를 측정하는 온도측정모듈; 배기가스 유로단면의 각 영역별 온도 데이터를 전달받아 상기 환원제의 균일도를 산출하는 제어부;를 포함하여 구성된다.According to another aspect of the present invention, there is provided an apparatus for measuring the uniformity of a reducing agent in an exhaust gas purifying system including a catalytic converter and a reducing agent injector, A temperature measurement module for measuring the temperature of each section of the cross section; And a controller for receiving the temperature data for each region of the cross section of the exhaust gas channel and calculating the uniformity of the reducing agent.
상기 제어부는, 환원제 분사 이전의 배기가스 온도 데이터와 환원제 분사 이후의 배기가스 온도 데이터를 상기 온도측정모듈로부터 각각 전달받아, 상기 환원제의 균일도를 산출한다.The control unit receives the exhaust gas temperature data before the reducing agent injection and the exhaust gas temperature data after the reducing agent injection from the temperature measurement module to calculate the uniformity of the reducing agent.
상기 제어부는, 환원제 분사 이전과 환원제 분사 이후의 배기가스 온도차(이하 '배기가스 온도변화량'이라 약칭함)를 상기 배기가스 유로단면의 영역별로 각각 계산하고, 상기 배기가스 유로단면의 영역별 온도변화량 편차를 비교하여 상기 환원제의 균일도를 산출한다.The control unit calculates the exhaust gas temperature difference (hereinafter abbreviated as "exhaust gas temperature variation amount") before the reducing agent injection and after the reducing agent injection for each region of the exhaust gas passage cross section, The deviation is compared to calculate the uniformity of the reducing agent.
상기 제어부는, 상기 배기가스 유로단면의 영역별 온도변화량 편차가 클수록 환원제 균일도가 낮고, 상기 배기가스 유로단면의 영역별 온도변화량 편차가 작을수록 환원제 균일도가 높은 것으로 판단한다.The control unit determines that the uniformity of the reducing agent is lower as the temperature variation amount deviation per region of the exhaust gas flow path is larger and the variation in temperature variation amount for each region of the exhaust gas flow path is smaller.
상기 온도측정모듈은 상기 촉매컨버터의 전단에 장착되며, 상기 제어부는 상기 환원제의 기화에 의해 발생되는 배기가스 온도변화량을 계산한다.The temperature measurement module is mounted on a front end of the catalytic converter, and the control unit calculates an exhaust gas temperature change amount generated by the vaporization of the reducing agent.
상기 온도측정모듈은 상기 촉매컨버터의 후단에 장착되며, 상기 제어부는 상기 환원제가 상기 촉매컨버터를 지나는 동안의 발열반응에 의해 발생되는 배기가스 온도변화량을 계산한다.The temperature measurement module is mounted at a rear end of the catalytic converter, and the control unit calculates an exhaust gas temperature change amount generated by an exothermic reaction while the reducing agent passes through the catalytic converter.
상기 온도측정모듈은, 상기 배기가스 유로단면을 둘러싸는 외측프레임과, 상기 배기가스 유로단면을 다수 개의 단위영역으로 구분하는 내측프레임와, 상기 단위영역 별 온도를 측정하는 다수 개의 온도감지센서를 포함한다.The temperature measurement module includes an outer frame surrounding the exhaust gas flow path section, an inner frame dividing the exhaust gas flow path section into a plurality of unit areas, and a plurality of temperature sensors for measuring the temperature of each unit area .
상기 내측프레임은 육각격자 구조로 구성되어 상기 단위영역을 육각형으로 형성한다.The inner frame has a hexagonal lattice structure, and the unit area is formed into a hexagonal shape.
상기 온도감지센서는, 상기 내측프레임을 기준으로 유체가 유입되는 측에 배치된다.The temperature sensor is disposed on a side where the fluid flows on the basis of the inner frame.
상기 온도감지센서는 일측이 상기 외측프레임을 관통하여 상기 외측프레임의 내측 영역으로 삽입되고, 상기 온도감지센서의 삽입길이 조정이 가능한 구조로 상기 온도감지센서를 상기 외측프레임에 결합시키는 체결수단을 더 포함한다.The temperature sensing sensor has a structure in which one side of the temperature sensing sensor is inserted into the inner region of the outer frame through the outer frame and the insertion length of the temperature sensing sensor is adjustable, .
본 발명에 의한 온도측정모듈은, 일정 영역을 둘러싸는 외측프레임; 상기 외측프레임의 내측 영역을 다수 개의 단위 영역으로 구분하는 내측프레임; 상기 단위 영역 별 온도를 측정하는 다수 개의 온도감지센서;를 포함한다.A temperature measurement module according to the present invention includes: an outer frame surrounding a certain region; An inner frame dividing an inner region of the outer frame into a plurality of unit regions; And a plurality of temperature sensors for measuring the temperature of each unit area.
상기 온도감지센서는 온도를 감지하는 부위가 상기 단위 영역의 중심에 위치되도록 장착된다.The temperature sensor is mounted such that a temperature sensing part is positioned at the center of the unit area.
상기 내측프레임은 육각격자 구조로 구성되어 상기 단위 영역을 육각형으로 형성한다.The inner frame has a hexagonal lattice structure, and the unit area is formed into a hexagonal shape.
상기 온도감지센서는, 상기 내측프레임을 기준으로 유체가 유입되는 측에 배치된다.The temperature sensor is disposed on a side where the fluid flows on the basis of the inner frame.
상기 온도감지센서는, 일측이 상기 외측프레임을 관통하여 상기 외측프레임의 내측 영역으로 삽입된다.The temperature sensor is inserted into the inner region of the outer frame through one side of the outer frame.
상기 온도감지센서의 삽입길이 조정이 가능한 구조로 상기 온도감지센서를 상기 외측프레임에 결합시키는 체결수단을 더 포함한다.And coupling means for coupling the temperature sensor to the outer frame in a structure capable of adjusting the insertion length of the temperature sensor.
본 발명에 의한 온도측정모듈을 이용하면 설정 영역 내의 각 부위별 온도를 보다 간단하고 정확하게 측정할 수 있고 측정영역을 변경해가면서 다양한 패턴의 온도 측정을 할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 본 발명에 의한 환원제 균일도 측정장치를 이용하면, 배기가스 저감장치에서 분사된 환원제가 얼마나 고르게 분포되고 있는지와 상기 환원제의 반응률을 실시간으로 확인함으로써 촉매컨버터의 성능 예측 및 배기가스 정화시스템 최적화에 시간과 비용을 절감할 수 있다는 장점이 있다.The use of the temperature measurement module according to the present invention has the advantage that the temperature of each part in the setting area can be measured more simply and accurately and the temperature of various patterns can be measured while changing the measurement area. Further, by using the apparatus for measuring the uniformity of the reducing agent according to the present invention, it is possible to predict the performance of the catalytic converter and optimize the exhaust gas purification system by checking how the reducing agent injected from the exhaust gas reducing apparatus is distributed evenly and the reaction rate of the reducing agent in real- It has the advantage of saving time and money.
도 1은 본 발명에 의한 환원제 균일도 측정장치가 적용된 배기가스 정화시스템의 개략도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 의한 온도측정모듈의 장착위치를 도시하는 촉매컨버터의 단면도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 의한 온도측정모듈의 정면도 및 단면도이다.
도 6은 본 발명에 의한 온도측정모듈에 포함되는 내측프레임의 격자구조를 도시하는 정면도이다.1 is a schematic view of an exhaust gas purifying system to which a reducing agent uniformity measuring apparatus according to the present invention is applied.
2 and 3 are sectional views of a catalytic converter showing a mounting position of a temperature measurement module according to the present invention.
4 and 5 are a front view and a sectional view of the temperature measurement module according to the present invention.
6 is a front view showing a lattice structure of an inner frame included in the temperature measurement module according to the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 환원제 균일도 측정장치 및 온도측정모듈의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of a reducing agent uniformity measuring apparatus and a temperature measuring module according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 의한 환원제 균일도 측정장치가 적용된 배기가스 정화시스템의 개략도이다.1 is a schematic view of an exhaust gas purifying system to which a reducing agent uniformity measuring apparatus according to the present invention is applied.
일반적으로 내연기관은, 혼합기가 공급되는 흡기관(4)과, 혼합기가 폭발 연소되어 동력을 발생시키는 연소실(1)과, 혼합기 연소로 인해 발생되는 배기가스를 배출하는 배기관(2)을 포함하여 구성된다. 이때 배기가스 정화시스템은, 내연기관의 배기가스에 포함되어 있는 유해성분을 저감시키기 위한 것으로서, 상기 배기관(2)으로부터 배기가스를 전달받아 상기 배기가스에 포함되어 있는 유해성분을 정화시키는 촉매컨버터(10)와, 촉매컨버터(10)로 공급되는 배기가스에 환원제를 분사하는 환원제 인젝터(6)와, 환원제 인젝터(6)로 환원제 공급을 위한 펌프모듈(7)과, 환원제 인젝터(6)를 구동시키는 인젝터 구동드라이버(8)를 포함하여 구성된다. 배기가스 배출압력을 이용하여 흡기량을 증대시킴으로써 엔진의 출력을 향상시키는 과급기(5)가 추가로 구비되는 경우, 상기 촉매컨버터(10)는 과급기(5)를 지난 지점에 장착되고, 상기 환원제 인젝터(6)는 과급기(5)와 촉매컨버터(10) 사이에 장착된다. 이때, 배기가스 정화효율은 환원제 환원반응 효율과 비례관계를 갖는 바, 배기가스 정화시스템을 설계할 때에는 환원제 분사시간, 배기가스 압력, 환원제 인젝터(6)의 종류, 환원제 인젝터(6)의 장착위치, 촉매의 종류 등을 적절하게 조정해 가면서 환원제가 얼마나 고르게 분포되는지 즉, 환원제 균일도를 산출하는 과정을 거치게 된다.In general, the internal combustion engine includes an
본 발명에 의한 환원제 균일도 측정장치는, 배기가스 정화시스템에서 촉매컨버터(10)를 향해 공급되는 배기가스에 환원제가 분사될 때 환원제 균일도를 산출하기 위한 장치로서, 환원제가 분사되는 구간을 지난 지점에서의 배기가스의 온도를 측정함으로써 환원제 균일도를 산출하도록 구성된다. 이때, 본 발명에 의한 환원제 균일도 측정장치는, 배기가스가 흐르는 유로의 어느 일단면(이하 '배기가스 유로단면'이라 약칭한다) 중 어느 한 지점의 온도만을 측정하는 것이 아니라, 배기가스 유로단면 전체를 다수 개의 영역으로 구분하여 각 영역별 온도를 개별적으로 측정함으로써 각 영역별로 어느 정도의 배기가스가 분포되는지를 판단하고, 이를 통해 환원제 균일도를 산출할 수 있도록 구성된다는 점에 가장 큰 특징이 있다. An apparatus for measuring a reducing agent uniformity according to the present invention is an apparatus for calculating a reducing agent uniformity when a reducing agent is injected into an exhaust gas supplied to a
즉, 본 발명에 의한 환원제 균일도 측정장치는 상기와 같은 방식으로 환원제 균일도를 측정할 수 있도록, 상기 촉매컨버터(10)에 장착되어 배기가스 유로단면의 각 영역별 온도를 측정하는 온도측정모듈(100)과, 데이터 수집장치(200)에 의해 수집된 배기가스 유로단면의 각 영역별 온도 데이터를 전달받아 상기 환원제의 균일도를 산출하는 제어부(300)를 포함하여 구성된다. 환원제가 분사된 배기가스는 환원제의 증발잠열에 의해 온도가 낮아지거나 환원제의 발열반응에 의해 온도가 상승하는 등 환원제의 분포도 의해 온도 변화량이 증감되는바, 본 발명에 의한 환원제 균일도 측정장치를 이용하여 배기가스 유로단면 상에서의 각 영역별 온도를 한 번에 측정할 수 있게 되면 각 영역별 온도를 비교함으로써 환원제 균일도를 매우 간편하게 산출할 수 있다는 장점이 있다.That is, the apparatus for measuring the uniformity of the reducing agent according to the present invention comprises a temperature measurement module 100 (100) mounted on the
한편, 배기관(2)의 벽면을 통해 배기가스의 열이 외부로 방출되는 현상이나 배기가스가 정상상태로 유동되지 아니하고 불규칙한 유선을 따라 유동하게 되는 현상 등 여러 가지 원인으로 인하여, 하나의 배기가스 유로단면 상에서도 영역별로 초기 온도가 상이하게 나타날 수 있다. 이와 같이 하나의 배가가스 유로단면 상에서 각 영역별로 초기 온도가 상이한 경우에는, 환원제 분사로 인해 각 영역의 배기가스 온도가 동일한 폭으로 하강했다 하더라도 각 영역별 최종 온도는 여전히 상이한 상태를 유지하므로, 배기가스 유로단면의 각 영역별 최종 온도만을 측정해서는 환원제 균일도를 정확하게 측정할 수 없게 된다.On the other hand, due to various causes such as a phenomenon that heat of the exhaust gas is discharged to the outside through the wall surface of the
따라서 상기 제어부(300)는, 환원제 분사 이전의 배기가스 온도 데이터와 환원제 분사 이후의 배기가스 온도 데이터를 상기 온도측정모듈(100)로부터 각각 전달받아, 상기 환원제의 균일도를 산출환원제 분사 이전과 환원제 분사 이후에 각각 상기 온도측정모듈(100)로부터 온도 데이터를 전달받아, 각 영역별 온도변화량을 통해 상기 환원제의 균일도를 산출하도록 구성될 수 있다. 즉, 각 영역별 온도변화는 환원제의 분포도에 기인하는바, 환원제 분사 이전과 환원제 분사 이후의 온도 데이터를 각각 전달받아 각 영역별 온도변화량으로 환원제 균일도를 산출하게 되면, 보다 정확한 환원제 균일도를 얻을 수 있다는 장점이 있다.Therefore, the
이때, 상기 온도변화량을 각 영역별로 비교하여, 각 영역별 온도변화량 편차를 기준으로 환원제 균일도를 산출하도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 제어부(300)는, 환원제 분사 이전과 환원제 분사 이후의 배기가스 온도차(이하 '배기가스 온도변화량'이라 약칭함)를 상기 배기가스 유로단면의 영역별로 각각 계산하고, 상기 배기가스 유로단면의 영역별 온도변화량 편차를 비교하여 환원제의 균일도를 산출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어 하나의 배기가스 유로단면 상에서 각기 다른 세 영역의 초기온도가 각각 t1, t2, t3이고, 환원제가 분사된 이후의 상기 세 영역 온도가 각각 t1′, t2′, t3′인 경우, 상기 세 영역의 온도변화량은 다음과 같이 정의된다.At this time, the temperature change amount may be compared for each region, and the reducing agent uniformity may be calculated based on the temperature variation amount deviation for each region. That is, the
△t1(제1 영역 온도변화량) = t1 - t1′? T 1 (first region temperature change amount) = t 1 - t 1 '
△t2(제2 영역 온도변화량) = t2 - t2′T 2 (second region temperature change amount) = t 2 - t 2 '
△t3(제3 영역 온도변화량) = t3 - t3′ Δt 3 (third region temperature change amount) = t 3 - t 3 '
서로 다른 세 영역의 온도변화량 즉, △t1과 △t2와 △t3 간의 표준편차를 계산함으로써 환원제 균일도를 산출할 수 있게 된다. 이때, 배기가스 유로단면의 영역별 온도변화량 편차가 크다는 것은 환원제가 고르게 분포되지 못하였다는 것을 뜻하고, 배기가스 유로단면의 영역별 온도변화량 편차가 작다는 것은 환원제가 고르게 분포되었다는 것을 뜻하므로, 상기 제어부(300)는 배기가스 유로단면의 영역별 온도변화량 편차가 클수록 환원제 균일도가 낮고 배기가스 유로단면의 영역별 온도변화량 편차가 작을수록 환원제 균일도가 높은 것으로 판단한다. 또한, △t1과 △t2와 △t3 간의 표준편차는 하나의 수치로 나타내지므로, 환원제 균일도와 관련되는 조건들이 각각 조정된 여러 실시예들의 환원제 균일도를 한눈에 비교할 수 있게 된다는 장점이 있다. The temperature change of three different areas that is, it is possible to calculate the reducing agent uniformity by calculating the standard deviation of the △ t 1 and t 2 and △ △ t 3. In this case, the large deviation of the temperature variation amount in the cross-sectional area of the exhaust gas flow channel means that the reducing agent is not uniformly distributed, and the small variation in the temperature variation amount in the cross-sectional area of the exhaust gas flow channel means that the reducing agent is evenly distributed. The
한편, 배기가스 유로단면을 보다 세밀하게 구획하여 각 단위영역(130)의 개수를 대폭 증가시키면 환원제 균일도를 보다 정확하게 산출할 수 있을 것으로 생각될 수 있으나, 이와 같은 경우 내부프레임의 단면적이 커지고 온도감지센서(140)의 개수가 과도하게 증가되어 배기가스가 정상적으로 유동되지 못하게 되고, 이로 인해 오히려 환원제 균일도의 정확성이 낮아질 수 있다는 문제점이 있다. 따라서 본 발명에 의한 환원제 균일도 측정장치는, 각 단위영역(130)의 온도데이터를 획득한 후 보간법을 이용하여 아주 작은 영역별로(예컨대 1mm 간격의 영역별로) 온도데이터를 추가 획득하여, 환원제 균일도를 보다 정확하게 산출하도록 구성될 수 있다.On the other hand, if the end face of the exhaust gas flow passage is finely divided to greatly increase the number of the
일반적으로 보간법으로는, 선형보간법, 뉴턴다항식보간법, 스플라인보간법 등이 있는데, 선형보간법은 단순히 데이터 사이를 직선으로 연결한 것이므로 정확성이 떨어지며, 뉴턴다항식보간법은 변곡점에서 그래프가 심하게 요동치는 현상 즉, Runge 현상[Runge's phenomenon]이 발생되어 실제 측정값과는 차이가 발생되는 단점이 있다. 이에 비해 스플라인보간법은, 전 구간을 하나의 다항식으로 표현하는 다항식보간법과 달리, 데이터 사이사이를 구간별로 나누어 각 구간마다 낮은 차원(low-degree)의 다항식을 사용하므로, 비교적 안정된 결과값을 제공한다는 장점이 있는바, 상기 제어부(300)는, 각 단위영역(130)의 온도데이터를 스플라인 보간법으로 연산함으로써 아주 작은 영역별로 온도데이터를 추가 획득하도록 구성될 수 있다. 이와 같은 스플라인보간법은 수치해석 분야에서 널리 활용되고 있는 보간법이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
Generally, linear interpolation method, Newton polynomial interpolation method, spline interpolation method and the like are used. Since linear interpolation is merely a linear connection of data, accuracy is poor. Newton polynomial interpolation method is a phenomenon in which a graph is strongly oscillated at an inflection point, that is, There is a disadvantage that a runge phenomenon occurs and there is a difference from the actual measured value. In contrast, the spline interpolation method uses a low-degree polynomial for each section by dividing the intervals between data, unlike the polynomial interpolation which expresses the entire section as one polynomial, The
도 2 및 도 3은 본 발명에 의한 온도측정모듈(100)의 장착위치를 도시하는 촉매컨버터(10)의 단면도이다.2 and 3 are sectional views of the
촉매컨버터(10)로 유입되는 배기가스에 분사된 환원제는 배가가스의 열에 의해 증발되면서 증발잠열을 흡수하게 되므로, 배기가스는 환원제가 증발되는 구간을 지나면서 온도가 하강된 후 촉매컨버터(10)로 유입된다. 이와 같이 배기가스가 환원제의 증발잠열에 의해 온도가 하강하는 정도를 측정함으로써 환원제 균일도를 산출하도록 구성되는 경우, 상기 온도측정모듈(100)은 도 2에 도시된 바와 같이 촉매컨버터(10)의 전단에 장착된다. The reducing agent injected into the exhaust gas flowing into the
또한, 촉매컨버터(10)로 유입된 환원제가 우레아(요소)인 경우, 상기 환원제는 촉매컨버터(10)를 지나는 동안 발열을 하게 되어 배기가스의 온도가 오히려 상승하게 된다. 이때, 발열량이 많다는 것은 환원제의 분포도가 높다는 것을 뜻하므로, 배기가스 온도 상승량을 측정하는 방법으로도 환원제 균일도를 산출할 수 있게 된다. 이와 같이 환원제의 발열반응에 의한 배기가스 온도상승량으로 환원제 균일도를 산출하고자 하는 경우, 상기 온도측정모듈(100)은 도 3에 도시된 바와 같이 촉매컨버터(10)의 후단에 장착됨이 바람직하다.When the reducing agent introduced into the
물론, 환원제의 증발잠열에 의해 배기가스 온도가 하강되는 것과, 환원제의 발열반응에 의해 배기가스가 상승되는 것을 모두 고려하여 환원제 균일도를 산출하고자 하는 경우, 상기 온도측정모듈(100)은 촉매컨버터(10)의 전단과 후단에 각각 설치될 수 있다.
Of course, when it is desired to calculate the uniformity of the reducing agent considering both the exhaust gas temperature is lowered due to the latent heat of vaporization of the reducing agent and the exhaust gas is raised due to the exothermic reaction of the reducing agent, 10, respectively.
도 4 및 도 5는 본 발명에 의한 온도측정모듈(100)의 정면도 및 단면도이고, 도 6은 본 발명에 의한 온도측정모듈(100)에 포함되는 내측프레임(120)의 격자구조를 도시하는 정면도이다.4 and 5 are a front view and a sectional view of a
배기가스 유로단면의 온도를 각 영역별로 각각 측정하기 위한 온도측정모듈(100)은, 일정 영역(본 실시예에서는 배기가스 유로단면)을 둘러싸는 외측프레임(110)과, 상기 외측프레임(110)의 내측 영역을 다수 개의 단위영역(130)으로 구분하는 내측프레임(120)과, 상기 단위영역(130) 별 온도를 각각 측정하는 다수 개의 온도감지센서(140)를 포함하여 구성된다. The
상기 외측프레임(110)은 온도를 측정하고자 하는 영역 즉, 배기가스 유로단면을 완전히 둘러쌀 수 있도록 폐곡선이나 폐다각형 형상으로 형성될 수도 있고, 온도를 측정하고자 하는 영역의 일부만을 둘러싸도록 형성될 수도 있다. 상기 외측프레임(110)은 내측프레임(120)과 온도감지센서(140)의 위치를 고정하기 위한 베이스프레임 역할을 하는 구성요소로서, 내측프레임(120)과 온도감지센서(140)를 안정적으로 고정 시킬 수만 있다면 어떠한 형상으로도 대체될 수 있다. 그러나 외측프레임(110)에는 온도감지센서(140)가 사방에 장착되는바, 본 실시예에 도시된 바와 같이 온도를 측정하고자 하는 영역 전체를 둘러싸도록 형성됨이 바람직하다.The
상기 내측프레임(120)은 온도를 측정하고자 하는 영역 즉, 배기가스 유로단면을 동일 크기의 단위영역(130)으로 균등하게 분할함으로써, 온도 측정 지점이 일정한 간격으로 이격 배열되도록 하기 위한 구성요소로서, 촉매컨버터(10)의 종류나 환원제의 종류 및 분사량 등에 따라 단위영역(130)의 개수가 상이하게 설정될 수 있다. 또한 상기 온도감지센서(140)는 내측프레임(120)에 의해 구분된 다수 개의 단위영역(130) 온도를 각각 측정할 수 있도록 다수 개(적어도 단위영역(130)의 개수만큼) 구비되며, 배기가스의 흐름에 방해를 주지 아니하도록 가늘게 제작됨이 바람직하다. 본 실시예에서는 온도감지센서(140)의 온도감지부위가 길이방향 일단에 위치되어, 각 온도감지센서(140)의 길이방향 일단이 서로 다른 단위영역(130)에 위치되는 경우만을 도시하고 있으나, 상기 온도감지센서(140)의 온도감지부위는 다양하게 변경될 수 있다.The
이와 같이 외측프레임(110)과 내측프레임(120)과 온도감지센서(140)로 구성되는 온도측정모듈(100)을 이용하면, 배기가스 유로단면을 다수 개의 단위영역(130)으로 균등하게 나누고 각 단위영역(130)의 온도를 독립적으로 측정할 수 있으므로, 배기가스 유로단면에 분포되는 환원제 균일도를 보다 정확하게 산출할 수 있게 된다는 장점이 있다. Using the
이때, 단위영역(130)의 가운데 영역을 지나는 배기가스는 내부프레임과 멀리 이격되어 있으므로 내부프레임의 영향을 비교적 덜 받으므로, 내부프레임이 없는 경우와 유사한 유동을 보일 수 있다. 그러나 내부프레임에 인접한 영역 즉, 단위영역(130)의 가장지리 영역을 지나는 배기가스는 내부프레임과의 마찰로 인해 유선의 변화가 생기고 내부프레임으로 열을 빼앗기므로, 내부프레임이 없는 경우와 상이한 유동을 보일 수 있다. 따라서 상기 온도감지센서(140)는 내부프레임이 장착되어 있지 아니한 실제 배기가스 정화시스템에서 배기가스 유로단면의 각 영역별 온도를 측정하는 것과 유사한 측정값을 얻을 수 있도록, 온도를 감지하는 부위가 상기 단위영역(130)의 중심에 위치되도록 장착됨이 바람직하다.At this time, the exhaust gas passing through the center region of the
한편, 상기 내측프레임(120)은 단위영역(130)을 사각형이나 삼각형 등으로 형성하도록 구성될 수도 있으나, 이와 같은 경우 상하좌우 방향으로 이웃하는 단위영역(130)과의 중심거리와 대각선 방향으로 이웃하는 단위영역(130)과의 중심거리가 상이하므로, 각 단위영역(130) 온도를 측정하는 온도감지센서(140)들이 각 방향으로 동일간격으로 이격되어 있다고 볼 수 없다. 또한, 단위영역(130)을 원형으로 형성하는 경우 상기 온도감지센서(140)들이 각 방향으로 동일간격으로 이격될 수는 있으나, 내측프레임(120) 제작에 많은 어려움이 있다는 단점이 있다. 따라서 상기 내측프레임(120)은 이웃하는 단위영역(130) 간의 중심거리가 각 방향으로 동일하게 설정될 수 있고 내측프레임(120) 제작이 용이해질 수 있도록, 단위영역(130)을 육각형으로 형성하는 구조 즉, 육각격자 구조로 구성됨이 바람직하다. 이와 같이 상기 내측프레임(120)이 육각격자 구조로 제작되면, 외측프레임(110) 내부공간을 가장 효율적으로 구획할 수 있으며, 배기가스 유동방향과 직각을 이루는 외력에 대해 강한 구조적 강도를 가지게 되므로 내구성이 향상된다는 효과도 얻을 수 있다.In this case, the
또한, 온도감지센서(140)는 도 5에 도시된 바와 같이 상기 내측프레임(120)을 기준으로 유체가 유입되는 측(도 5에서는 좌측)에 배치됨이 바람직하다. 일반적으로 배기가스는 상당히 큰 압력으로 배출되는바, 온도감지센서(140)가 단순히 외측프레임(110)에만 지지되도록 장착되면 상기 온도감지센서(140)가 배기가스의 압력에 의해 휘어지거나 파손될 우려가 있다. 그러나 온도감지센서(140)가 내측프레임(120)을 기준으로 유체가 유입되는 측에 배치되면, 내측프레임(120)이 온도감지센서(140)를 지지하는 역할을 하게 되므로, 온도감지센서(140)가 휘어지거나 파손되는 우려가 현저히 감소된다는 장점이 있다.5, it is preferable that the
한편, 온도감지센서(140)는 배기가스 단면유로 상에 위치되는 부위를 최소화시켜 배기가스의 흐름을 저해하지 아니하도록, 일측으로 길이를 갖는 바(bar) 형상으로 형성되되 길이방향 일측이 상기 외측프레임(110)을 관통하여 상기 외측프레임(110)의 내측 영역에 위치되는 구조로 결합된다. 이때, 온도감지센서(140) 중 온도를 감지하는 부위(본 실시예에서는 길이방향 일단)의 위치 조정이 가능하도록, 상기 온도측정모듈(100)은 온도감지센서(140)를 삽입길이 조정이 가능한 구조로 외측프레임(110)에 결합시키는 체결수단(150)을 추가로 구비할 수 있다. 상기 체결수단(150)은 온도감지센서(140)의 일단이 관통하는 구조로 결합되되 상기 온도감지센서(140)의 일단 관통거리가 조절 가능한 구조로 구성되고, 외측프레임(110)에 고정 결합된다. 따라서 사용자는 외측프레임(110)에 고정된 체결수단(150)에 온도감지센서(140)를 삽입시킨 후 삽입거리를 조정하고, 온도감지센서(140)의 삽입거리 조정이 완료되면 온도감지센서(140)를 체결수단(150)에 체결시킴으로써, 온도감지센서(140)의 끝단을 단위영역(130)의 가운데에 정확히 위치시킬 수 있게 된다.Meanwhile, the
한편, 본 실시예에서는 상기 온도측정모듈(100)이 환원제 균일도 측정장치에 적용되는 경우만을 설명하고 있으나, 상기 온도측정모듈(100)은 하나의 온도측정구역을 여러 개의 작은 영역으로 분할하여 측정하는 작업이 요구되는 분야라면 어떠한 분야에도 적용될 수 있다. 즉, 상기 온도측정모듈(100)은 배기가스 온도를 측정하는 용도로 한정되지 아니하고 다양한 용도로 활용될 수 있다.Although the
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will also be appreciated that many modifications and variations will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope of the present invention.
1 : 연소실 2 : 배기관
4 : 흡기관 5 : 과급기
6 : 환원제 인젝터 7 : 펌프모듈
8 : 인젝터 구동드라이버 10 : 촉매컨버터
100 : 온도측정모듈 110 : 외측프레임
120 : 내측프레임 130 : 단위영역
140 : 온도감지센서 150 : 체결수단
200 : 데이터 수집장치 300 : 제어부 1: Combustion chamber 2: Exhaust pipe
4: intake tube 5: supercharger
6: Reducing agent injector 7: Pump module
8: injector drive driver 10: catalytic converter
100: temperature measurement module 110: outer frame
120: inner frame 130: unit area
140: temperature sensor 150: fastening means
200: data collecting apparatus 300:
Claims (16)
상기 촉매컨버터에 장착되어 배기가스 유로단면의 각 영역별 온도를 측정하는 온도측정모듈;
상기 배기가스 유로단면의 각 영역별로 환원제 분사 이전의 배기가스 온도 데이터와 환원제 분사 이후의 배기가스 온도 데이터를 상기 온도측정모듈로부터 각각 전달받아 상기 환원제의 균일도를 산출하는 제어부;
를 포함하며,
상기 제어부는, 환원제 분사 이전과 환원제 분사 이후의 배기가스 온도차(이하 '배기가스 온도변화량'이라 약칭함)를 상기 배기가스 유로단면의 영역별로 각각 계산하고, 상기 배기가스 온도변화량의 편차를 비교하되, 상기 배기가스 온도변화량 편차가 클수록 환원제 균일도가 낮고, 상기 배기가스 온도변화량 편차가 작을수록 환원제 균일도가 높은 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화시스템의 환원제 균일도 측정장치.
An apparatus for measuring the uniformity of a reducing agent in an exhaust gas purifying system including a catalytic converter and a reducing agent injector,
A temperature measurement module mounted on the catalytic converter and measuring a temperature of each cross-sectional area of an exhaust gas flow passage;
A control unit for receiving the exhaust gas temperature data before the reducing agent injection and the exhaust gas temperature data after the reducing agent injection from the temperature measurement module for each region of the exhaust gas flow passage section to calculate the uniformity of the reducing agent;
/ RTI >
The control unit calculates exhaust gas temperature differences (hereinafter, referred to as "exhaust gas temperature variation amounts") before and after the reducing agent injection for each region of the exhaust gas flow passage, and compares the deviation of the exhaust gas temperature variation amounts And the reducing agent uniformity is determined to be higher as the exhaust gas temperature variation amount deviation is larger, the reducing agent uniformity is lower, and the exhaust gas temperature variation amount deviation is smaller, so that the reducing agent uniformity is higher.
상기 온도측정모듈은 상기 촉매컨버터의 전단에 장착되며,
상기 제어부는 상기 환원제의 기화에 의해 발생되는 배기가스 온도변화량으로 환원제 균일도를 산출하는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화시스템의 환원제 균일도 측정장치.
The method according to claim 1,
Wherein the temperature measurement module is mounted on a front end of the catalytic converter,
Wherein the control unit calculates the reducing agent uniformity by the exhaust gas temperature change amount generated by the vaporization of the reducing agent.
상기 온도측정모듈은 상기 촉매컨버터의 후단에 장착되며,
상기 제어부는 상기 환원제가 상기 촉매컨버터를 지나는 동안의 발열반응에 의해 발생되는 배기가스 온도변화량으로 환원제 균일도를 산출하는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화시스템의 환원제 균일도 측정장치.
The method according to claim 1,
Wherein the temperature measurement module is mounted at a rear end of the catalytic converter,
Wherein the control unit calculates the reducing agent uniformity by an exhaust gas temperature change amount generated by an exothermic reaction while the reducing agent passes through the catalytic converter.
상기 온도측정모듈은,
상기 배기가스 유로단면을 둘러싸는 외측프레임과, 상기 배기가스 유로단면을 다수 개의 단위영역으로 구분하는 내측프레임와, 상기 단위영역 별 온도를 측정하는 다수 개의 온도감지센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화시스템의 환원제 균일도 측정장치.
The method according to claim 1,
The temperature measurement module includes:
An outer frame surrounding the end face of the exhaust gas flow passage, an inner frame dividing the end face of the exhaust gas flow passage into a plurality of unit areas, and a plurality of temperature sensors for measuring the temperature of each unit area. An apparatus for measuring the uniformity of reducing agent in a purification system.
상기 내측프레임은 육각격자 구조로 구성되어 상기 단위영역을 육각형으로 형성하는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화시스템의 환원제 균일도 측정장치.
8. The method of claim 7,
Wherein the inner frame has a hexagonal lattice structure, and the unit area is formed in a hexagonal shape.
상기 온도감지센서는, 상기 내측프레임을 기준으로 배기가스가 유입되는 측에 배치되는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화시스템의 환원제 균일도 측정장치.
8. The method of claim 7,
Wherein the temperature sensor is disposed on a side to which the exhaust gas flows on the basis of the inner frame.
상기 온도감지센서는, 일측이 상기 외측프레임을 관통하여 상기 외측프레임의 내측 영역으로 삽입되고,
상기 온도감지센서의 삽입길이 조정이 가능한 구조로 상기 온도감지센서를 상기 외측프레임에 결합시키는 체결수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화시스템의 환원제 균일도 측정장치.
10. The method of claim 9,
Wherein the temperature sensor has one side inserted into the inner region of the outer frame through the outer frame,
Further comprising fastening means for coupling the temperature sensing sensor to the outer frame with a structure capable of adjusting an insertion length of the temperature sensing sensor.
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