KR101526773B1 - 디젤차량의 배압저감 시스템 및 그 작동방법 - Google Patents

디젤차량의 배압저감 시스템 및 그 작동방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디젤차량의 배압저감 시스템 및 그 작동방법에 관한 것으로, 디젤기관의 배기매니폴드와, 배기매니폴드에 장착된 후처리장치와, 후처리장치에 근접하도록 배기매니폴드에 구비된 블로워를 포함하며, 블로워는 후처리장치로 유입되는 배기가스가 균일하게 분포하도록 작동되며, 후처리장치 및 블로워는 각각 배기매니폴드에 적어도 하나 이상씩 구비되며, 블로워가 배기매니폴드에 다수개 장착될 때, 장착위치에 따라 용량이 각기 다르게 장착됨으로써, 블로워에 의하여 후처리장치로 유입 또는 후처리장치로부터 배출되는 배기가스가 확산됨으로써 그 유량의 분포가 균일화되어 확산 전에 비하여 그 단면적이 넓어져 배기매니폴드 내부에 흐르는 배기가스의 유속이 감소하게 되며, 이로 인하여 배압이 낮아지는 효과가 있는 디젤차량의 배압저감 시스템 및 그 작동방법을 제공한다.

Description

디젤차량의 배압저감 시스템 및 그 작동방법{BACK PRESSURE REDUCING SYSTEM FOR DIESEL VEHICLE AND OPERATION-METHOD THEREOF}
본 발명은 디젤차량의 배압저감 시스템 및 그 작동방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 디젤차량에 구비된 후처리장치에 근접하게 블로워를 장착하는 디젤차량의 배압저감 시스템 및 그 작동방법에 관한 것이다.
배기가스 규제가 점차 강화됨에 따라 디젤엔진 후단 즉, 배기매니폴드에는 미세먼지(PARTICULATE MATTER; PM), 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO) 저감을 위한 디젤산화촉매(DIESEL OXIDATION CATALYST; DOC), 매연여과장치(DIESEL PARTICULATE FILTER; DPF)의 장착이 필요한 실정이다.
최근 유로5,6 규제에 대응하기 위하여, NOx 저감을 위한 선택적환원촉매(SELECTIVE CATALYSTIC REDUCTION; SCR) 및 LNT(LEAN NOx TRAP) 등이 배기매니폴드 후단에 추가 장착되어야 하는 실정이다.
배기매니폴드에 구비되는 다수개의 후처리장치로 인하여 배압 상승이 유발되어 출력 및 연료소비율을 악화시키게 되며, 배압 상승에 따라 배기 유량의 분포도가 불균일한 상태를 발생시킨다.
이로 인하여, 후처리장치 중 DPF는 내부에 미세먼지 즉, PM이 DPF 폭방향 단면을 따라 골고루 포집되었을 때, 최대효율로 작동하게 되나, 배압 상승에 따른 배기 유량의 불균형으로 인하여 배기 유량의 분포가 편향을 띠어 PM은 DPF 내부 특정 부위에 집약되므로써 PM 저감 효율이 낮아지게 된다. 또한, 집약된 PM의 순간적인 연소로 인하여 PM이 집약된 DPF의 특정부위에 파손이 발생 된다.
후처리장치 중 SCR은 요소수를 배기가스에 분사하여 혼합시키고 촉매컨버터로 유입시킴으로써 촉매컨버터에 유입된 NOx를 무해한 분자로 환원하게 되나, 배압 상승에 따른 배기 유량의 불균형으로 인한 배기 유량의 편향적 분포로 인하여, 배기가스에 혼합된 요소수가 촉매컨버터 내부의 특정부위에 집약되므로써 NOx 저감 효율이 낮아지게 된다.
대한민국 공개특허공보 제10-2009-0100769호(2009.09.24.)
이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명의 목적은, 다수개의 후처리장치가 구비된 디젤기관의 배압을 저감하므로써, 후처리장치의 효율을 증가시킴과 동시에 엔진 출력 및 연비를 향상시키는 디젤차량의 배압저감 시스템 및 그 작동방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 디젤차량의 배압저감 시스템에 따르면, 디젤기관의 배기매니폴드와, 배기매니폴드에 장착된 후처리장치와, 후처리장치에 근접하도록 배기매니폴드에 구비된 블로워를 포함하며, 블로워는 후처리장치로 유입되는 배기가스가 균일하게 분포하도록 작동되며, 후처리장치 및 블로워는 각각 배기매니폴드에 적어도 하나 이상씩 구비되며, 블로워가 배기매니폴드에 다수개 장착될 때, 장착위치에 따라 용량이 각기 다른 것을 특징으로 하는 디젤차량의 배압저감 시스템을 제공한다.
본 발명의 하나의 측면에 의하면, 후처리장치는 DPF(DIESEL PARTICULATE FILTER; 매연여과장치), SCR(SELECTIVE CATALYSTIC REDUCTION; 선택적환원촉매), LNT(LEAN NOx TRAP) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 배기매니폴드에 후처리장치로써 LNT와 DPF가 장착되며, LNT와 DPF 사이에 블로워가 장착될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 배기매니폴드에 후처리장치로써 DPF와 SCR이 장착되며, DPF 전단에 제1블로워가 장착되며, DPF와 SCR 사이에 제2블로워가 장착될 수 있으며, 제1블로워가 제2블로워에 비하여 용량이 클 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 배기매니폴드에 후처리장치로써 DOC, SCR, DPF가 장착되며, DOC와 SCR 사이에 제2블로워가 장착되며, SCR과 DPF 사이에 제1블로워가 장착될 수 있으며, 제1블로워가 제2블로워에 비하여 용량이 클 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 배기매니폴드에 후처리장치로써 DPF가 장착되며, DPF 전단에 블로워가 장착될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 블로워는 축류식일 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 디젤차량의 배압저감 시스템의 작동방법에 따르면, 각종 센서를 통하여 엔진 RPM, 분사연료량, 후처리장치가 구비된 배기매니폴드로 유입된 배기가스의 양을 체크하는 체크단계와, 배기가스의 양을 체크하는 공기량센서가 정상상태인지를 판단하는 센서체크단계와, 공기량센서가 정상상태일 때, 공기량센서를 통하여 측정된 배기가스의 양이 설정치 이상인지를 파악하는 배기량판단단계와, 배기가스의 양이 설정치 이상일 때, 배기매니폴드에 구비된 블로워를 작동시키는 스위치온단계를 포함하는 디젤차량의 배압저감 시스템의 작동방법을 제공한다.
본 발명의 하나의 측면에 의하면, 배기가스의 양이 설정치 미만일 때, 블로워의 작동을 정지시키는 스위치오프단계가 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 배기가스의 양을 체크하는 공기량센서가 정상상태가 아닐 때 수행되며, 엔진 RPM 및 분사연료량이 설정치 이상인지를 판단하는 RPM 및 연료량 판단단계를 더 포함할 수 있으며, 엔진 RPM 및 분사연료량이 설정치 이상일 때, 스위치온단계가 수행될 수 있으며, 엔진 RPM 및 분사연료량이 설정치 미만일 때, 블로워의 작동을 정지시키는 스위치오프단계가 수행될 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 디젤차량의 배압저감 시스템 및 그 작동방법에 의하면, 블로워에 의하여 후처리장치로 유입 또는 후처리장치로부터 배출되는 배기가스가 확산됨으로써 그 유량의 분포가 균일화되어 확산 전에 비하여 그 단면적이 넓어져 배기매니폴드 내부에 흐르는 배기가스의 유속이 감소하게 되며, 이로 인하여 배압이 낮아지는 효과가 있다.
또한, 배압이 낮아지므로써, 엔진 출력 및 연비가 향상되는 효과가 있다.
또한, 블로워에 의하여 배기가스가 확산되므로써, DPF로 유입되는 PM 또한 확산되어 DPF의 단면적에 고르게 포집되어 PM 저감 효율이 상승되는 효과가 있다.
또한, 블로워에 의하여 배기가스가 확산되므로써, 요소수와 혼합된 배기가스가 촉매컨버터의 단면적에 대하여 고르게 분포된 상태로 유입되어 NOx 저감 효율이 상승되는 효과가 있다.
또한, 배기매니폴드에 구비 가능한 후처리장치의 다양한 조합 중, 어떠한 조합에서든 크고 작은 블로워를 각 후처리장치에 근접하게 장착함으로써 후처리 성능 및 배압 저감을 극대화 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예의 디젤차량의 배압저감 시스템의 개요도,
도 2는 본 발명의 제2 실시예의 디젤차량의 배압저감 시스템의 개요도,
도 3은 본 발명의 제3 실시예의 디젤차량의 배압저감 시스템의 개요도,
도 4는 본 발명의 제4 실시예의 디젤차량의 배압저감 시스템의 개요도,
도 5는 본 발명의 일 실시예의 디젤차량의 배압저감 시스템의 작동방법의 순서도이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현할 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예의 디젤차량의 배압저감 시스템의 개요도이고, 도 2는 본 발명의 제2 실시예의 디젤차량의 배압저감 시스템의 개요도이고, 도 3은 본 발명의 제3 실시예의 디젤차량의 배압저감 시스템의 개요도이고, 도 4는 본 발명의 제4 실시예의 디젤차량의 배압저감 시스템의 개요도이다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 본 발명의 디젤차량의 배압저감 시스템은, 디젤기관의 배기매니폴드(100)와, 배기매니폴드(100)에 구비된 후처리장치(200)와, 후처리장치(200)에 근접하도록 배기매니폴드(100)에 장착된 블로워(300)를 포함한다.
또한, 블로워(300)는 후처리장치(200)로 유입되는 배기가스가 균일하게 분포하도록 작동되며, 후처리장치(200) 및 블로워(300)는 각각 배기매니폴드(100)에 적어도 하나 이상씩 구비되며, 블로워(300)가 배기매니폴드(100)에 다수개 장착될 때, 장착위치에 따라 용량이 각기 다른 것을 특징으로 한다.
즉, 블로워(300)는 후처리장치(200)의 전단, 후단 또는 각기 다른 후처리장치(200)와 후처리장치(200) 사이 등, 필요에 따라 모든 곳에 장착될 수 있다.
본 발명의 후처리장치(200)는 DPF(DIESEL PARTICULATE FILTER; 매연여과장치, 210), SCR(SELECTIVE CATALYSTIC REDUCTION; 선택적환원촉매, 220), LNT(LEAN NOx TRAP, 230) 중 어느 하나 이상을 포함한다. 또한, 축류식의 블로워(300)가 배기매니폴드(100)에 적어도 하나 이상 구비된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예의 디젤차량의 배압저감 시스템은, 배기매니폴드(100)에 후처리장치(200)로써 LNT(230)와 DPF(210)가 장착되며, LNT(230)와 DPF(210) 사이에 블로워(300)가 장착된다.
LNT(230)는 NOx를 트랩에 포집한 뒤, 연료분사량을 늘려 배기가스에 포함된 HC와 NOx를 반응시켜 H20, CO2, N2로 NOx를 환원하는 장치이다.
DPF(210) 전단에 구비된 블로워(300)를 통하여 DPF(210)로 유입되는 배기가스의 유량 분포가 균일화되어, 배기가스에 함유된 PM이 DPF(210)의 단면적을 따라 고르게 포집됨으로써 DPF(210)의 PM 저감 효율이 상승 된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예의 디젤차량의 배압저감 시스템은, 배기매니폴드(100)에 후처리장치(200)로써 DPF(210)와 SCR(220)이 장착되며, DPF(210) 전단에 제1블로워(310)가 장착되며, DPF(210)와 SCR(220) 사이에 제2블로워(320)가 장착된다.
또한, 제1블로워(310)가 제2블로워(320)에 비하여 용량이 큰 것을 특징으로 한다.
제1블로워(310)는 DPF(210)로 유입되는 배기가스를 확산시켜 유량분포를 균일화시킴으로써 배기가스에 함유된 PM이 DPF(210)의 단면적을 따라 고르게 포집됨으로써 DPF(210)의 PM 저감 효율이 상승하게 된다.
또한, DPF(210)로부터 배출되어 SCR(220)로 유입되는 배기가스를 빨아드림과 동시에 제2블로워(320)를 통해 재차 확산시켜 유량분포를 균일화시킴으로써 요소수와 혼합된 배기가스가 SCR(220)의 단면적을 향해 고르게 분포되어 유입됨으로써 SCR(220)의 NOx저감 효율이 상승된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예의 디젤차량의 배압저감 시스템은, 배기매니폴드(100)에 후처리장치(200)로써 DOC(240), SCR(220), DPF(210)가 장착되며, DOC(240)와 SCR(220) 사이에 제2블로워(320)가 장착되며, SCR(220)과 DPF(210) 사이에 제1블로워(310)가 장착된다.
또한, 제1블로워(310)가 제2블로워(320)에 비하여 용량이 큰 것을 특징으로 한다.
DOC(240)는 백금 또는 파라륨을 이용하여 배기가스에 함유된 HC와 CO를 제거하는 장치이다.
DOC(240)와 SCR(220) 사이에 제1블로워(310)가 장착됨으로써 배기가스가 확산되어 배압이 감소됨과 동시에 SCR(220)로 유입되는 배기가스의 유량분포가 균일화되어 SCR(220)의 NOx저감 효율이 증가된다.
또한, SCR(220)로부터 배출되어 DPF(210)로 유입되는 배기가스를 빨아드림과 동시에 제2블로워(320)를 통해 재차 확산시켜 유량분포를 균일화심으로써 DPF(210)로 균일한 유량분포를 가지며 유입되어 DPF(210)의 PM 저감효율이 상승된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예의 디젤차량의 배압저감 시스템은, 배기매니폴드(100)에 후처리장치(200)로써 DPF(210)가 장착되며, DPF(210) 전단에 블로워(300)가 장착된다.
DPF(210) 전단에 장착된 블로워(300)가 배기가스를 확산시켜 그 배압을 낮춤과 동시에 DPF(210)로 유입되는 배기가스의 유량분포를 균일화하여 DPF(210)의 단면을 따라 PM이 골고루 포집됨으로써 DPF(210)의 PM 저감 성능이 향상된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예의 디젤차량의 배압저감 시스템의 작동방법의 순서도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 디젤차량의 배압저감 시스템의 작동방법은, 각종 센서를 통하여 엔진 RPM, 분사연료량, 후처리장치(200)가 구비된 배기매니폴드(100)로 유입된 배기가스의 양을 체크하는 체크단계(S100)와, 배기가스의 양을 체크하는 공기량센서가 정상상태인지를 판단하는 센서체크단계(S200)와, 공기량센서가 정상상태일 때, 공기량센서를 통하여 측정된 배기가스의 양이 설정치 이상인지를 파악하는 배기량판단단계(S300)와, 배기가스의 양이 설정치 이상일 때, 배기매니폴드(100)에 구비된 블로워(300)를 작동시키는 스위치온단계(S400)를 포함한다.
배기가스의 양이 설정치 미만일 때, 블로워(300)의 작동을 정지시키는 스위치오프단계(S500)가 수행된다.
체크단계(S100)는 디젤엔진에 구비된 센서를 통해 RPM, 분사되고 있는 연료량을 체크하고, 배기매니폴드(100)에 구비된 공기량센서를 통해 배기매니폴드(100)에 존재하는 배기가스의 양을 체크하는 단계이다.
배기량판단단계(S300)에서는 배기가스의 양이 설정치 이상인지를 판단하게 되는데, 배기매니폴드(100) 내부에 존재하는 배기가스가 설정치 이상일 때를 배압이 적정치 이상이며, 이로 인하여 배기가스의 유량분포가 불균일하여 후처리장치(200)로 유입되는 배기가스가 배기매니폴드(100) 내부에서 특정방향으로 편향되어 흐르는 것으로 판단하게 된다.
스위치온단계(S400)에서는 블로워(300)를 작동시키는 단계로 블로워(300)가 작동됨으로써 특정방향으로 편향되어 흐르는 배기가스를 확산시켜 유속을 낮춤으로써 배압을 낮추고, 배기매니폴드(100)의 수직 단면적을 향해 유량분포를 균일하게 하여 후처리장치(200)의 저감효율을 상승시키게 된다.
스위치오프단계(S500)는 배기가스의 양이 설정치 미만일 때 수행되며, 배압이 적정치 미만인 상태로 판단하여 블로워(300)의 작동을 정지시키게 된다.
본 발명의 일실시예의 작동방법은, 배기가스의 양을 체크하는 공기량센서가 정상상태가 아닐 때 수행되며, 엔진 RPM 및 분사연료량이 설정치 이상인지를 판단하는 RPM 및 연료량 판단단계(S600)를 더 포함한다.
공기량센서가 정상상태가 아닐 경우, RPM 및 연료량 판단단계(S600)가 수행됨으로써, 디젤 엔진의 RPM 및 분사연료량이 설정치 이상인 경우를 배압이 적정치 이상인 경우로 판단하게 된다.
엔진 RPM 및 분사연료량이 설정치 이상일 때, 스위치온단계(S400)가 수행되므로써, 블로워(300)를 작동시켜 배압을 낮추며, 배기가스의 유량분포를 균일화하여 후처리장치(200)의 저감효율을 상승시키게 된다.
엔진 RPM 및 분사연료량이 설정치 미만일 때는 배압이 적정치 미만인 상태로 판단하여 블로워(300)의 작동을 정지시키는 스위치오프단계(S500)가 수행된다.
100: 배기매니폴드 200: 후처리장치
210: DPF 220: SCR
230: LNT 240: DOC
300: 블로워 310: 제1블로워
320: 제2블로워 S100: 체크단계
S200: 센서체크단계 S300: 배기량판단단계
S400: 스위치온단계 S500: 스위치오프단계
S600: RPM 및 연료량 판단단계

Claims (14)

  1. 디젤기관의 배기매니폴드;
    상기 배기매니폴드에 구비된 후처리장치;
    상기 배기매니폴드에 장착된 블로워;를 포함하며,
    상기 블로워는 상기 후처리장치로 유입되는 배기가스가 균일하게 분포하도록 작동되며,
    상기 후처리장치 및 상기 블로워는 각각 상기 배기매니폴드에 적어도 하나 이상씩 구비되며,
    상기 블로워가 상기 배기매니폴드에 다수개 장착될 때, 장착위치에 따라 용량이 각기 다른 것을 특징으로 하는 디젤차량의 배압저감 시스템에 있어서,
    상기 후처리장치는
    DPF(DIESEL PARTICULATE FILTER; 매연여과장치), SCR(SELECTIVE CATALYSTIC REDUCTION; 선택적환원촉매), LNT(LEAN NOx TRAP) 중 어느 하나 이상을 포함하고,
    상기 배기매니폴드에 상기 후처리장치로써 상기 LNT와 상기 DPF가 장착되며,
    상기 LNT와 상기 DPF 사이에 상기 블로워가 장착된 것을 특징으로 하는 디젤차량의 배압저감 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배기매니폴드에 상기 후처리장치로써 상기 DPF와 상기 SCR이 장착되며,
    상기 DPF 전단에 제1블로워가 장착되며,
    상기 DPF와 상기 SCR 사이에 제2블로워가 장착된 것을 특징으로 하는 디젤차량의 배압저감 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1블로워가 상기 제2블로워에 비하여 용량이 큰 것을 특징으로 하는 디젤차량의 배압저감 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 배기매니폴드에 상기 후처리장치로써 DOC, 상기 SCR, 상기 DPF가 장착되며,
    상기 DOC와 상기 SCR 사이에 제2블로워가 장착되며,
    상기 SCR과 상기 DPF 사이에 제1블로워가 장착된 것을 특징으로 하는 디젤차량의 배압저감 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1블로워가 상기 제2블로워에 비하여 용량이 큰 것을 특징으로 하는 디젤차량의 배압저감 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 배기매니폴드에 상기 후처리장치로써 상기 DPF가 장착되며,
    상기 DPF 전단에 상기 블로워가 장착된 것을 특징으로 하는 디젤차량의 배압저감 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 블로워는 축류식인 것을 특징으로 하는 디젤차량의 배압저감 시스템.
  10. 각종 센서를 통하여 엔진 RPM, 분사연료량, 후처리장치가 구비된 배기매니폴드로 유입된 배기가스의 양을 체크하는 체크단계;
    상기 배기가스의 양을 체크하는 공기량센서가 정상상태인지를 판단하는 센서체크단계;
    상기 공기량센서가 정상상태일 때, 상기 공기량센서를 통하여 측정된 상기 배기가스의 양이 설정치 이상인지를 파악하는 배기량판단단계;
    상기 배기가스의 양이 설정치 이상일 때, 상기 배기매니폴드에 구비된 블로워를 작동시키는 스위치온단계;를 포함하는 디젤차량의 배압저감 시스템의 작동방법에 있어서,
    상기 배기가스의 양을 체크하는 공기량센서가 정상상태가 아닐 때 수행되며, 상기 엔진 RPM 및 상기 분사연료량이 설정치 이상인지를 판단하는 RPM 및 연료량 판단단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤차량의 배압저감 시스템의 작동방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 배기가스의 양이 설정치 미만일 때, 상기 블로워의 작동을 정지시키는 스위치오프단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 디젤차량의 배압저감 시스템의 작동방법.
  12. 삭제
  13. 제11항에 있어서,
    상기 엔진 RPM 및 상기 분사연료량이 설정치 이상일 때, 상기 스위치온단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 디젤차량의 배압저감 시스템의 작동방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 엔진 RPM 및 상기 분사연료량이 설정치 미만일 때, 상기 블로워의 작동을 정지시키는 스위치오프단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 디젤차량의 배압저감 시스템의 작동방법.
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