KR101799949B1 - 배기가스 처리 시스템 내에서 촉매 장치 상류에 우레아를 분배 및 저장하는 방법 - Google Patents

배기가스 처리 시스템 내에서 촉매 장치 상류에 우레아를 분배 및 저장하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배기가스를 정화하기 위해 엔진(235)에서 나오는 배기가스가 지나는 통로(290)에 환원제를 부가하는, 엔진(235)에 사용되는 배기가스 정화 시스템에서 사용되는 방법으로, 상기 배기가스 정화 시스템은 배기가스를 촉매 정화하기 위해서는 어느 정도의 온도(Tmax)를 필요로 하는 장치(270)를 포함하는, 방법에 관한 것이다. 상기 방법은, - 상기 장치(270)의 상류에서 상기 배기가스 통로(290; 269) 내에 어느 정도의 온도(Tmax)를 초과하는 온도에서 제한된 양의 환원제를 분포 및 저장하는 단계(s430); 및 - 배기가스 정화 시스템을 냉시동하는 중에 배기가스를 촉매 정화하기 위해, 상기 분포 및 저장된 환원제를 사용하는 단계(s440)를 포함한다. 본 발명은 본 발명에 따른 방법을 실시하는 컴퓨터(200; 210)용 프로그램 코드(P)를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품에도 관한 것이다. 본 발명은 엔진(235)용 배기가스 정화 시스템에 사용되는 장치 및 그러한 장치가 장착되어 있는 모터 차량(100)에도 관한 것이다.

Description

배기가스 처리 시스템 내에서 촉매 장치 상류에 우레아를 분배 및 저장하는 방법 {METHOD FOR DISTRIBUTING AND STORING UREA UPSTREAM A CATALYTIC DEVICE IN AN EXHAUST TREATMENT SYSTEM}
본 발명은 엔진용 배기가스 정화 시스템에 사용되는 방법에 관한 것이다. 배기가스 정화 시스템은 SCR 촉매를 포함할 수 있다. 본 발명은, 본 발명에 따른 방법을 구현하기 위한 컴퓨터용 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램에도 관한 것이다. 본 발명은 엔진용 배기가스 정화 시스템에 사용되는 장치 및 그러한 장치가 장착되어 있는 모터 차량에도 관한 것이다.
현재 가용되는 차량에, SCR 촉매를 포함하는 SCR 시스템(SCR은 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction)의 줄임말임) 내에서 예를 들어 우레아가 환원제로 되고 있으며, SCR 촉매 내에서 환원제와 NOx 가스가 반응하여 질소 가스와 물로 변환된다. 통상적으로 사용되는 환원제의 일예로 애드블루(AdBlue)를 들 수 있다. SCR 시스템은 이동하지 않는 분야에도 적용될 수 있다.
SCR 시스템은 디젤 산화 촉매(DOC: Diesel Oxidataion Catalyst)도 포함할 수 있다. DOC는 무엇보다도 엔진에서 나온 NO 가스를 NO2 가스로 변환하기 위해 배치된다. 종래 기술에서, DOC는 SCR 촉매의 상류 및 환원제를 주입하기 위한 위치의 상류에 배치된다.
일 형태의 SCR 시스템에, 환원제를 저장하기 위한 용기가 포함된다. SCR 시스템은 환원제를 상기 용기로부터 흡입 파이프로 펌핑하고, 예를 들어 배기가스 시스템에서 배기가스 파이프와 같은 가압 파이프를 통해 차량의 배기가스 시스템에 배치되어 있는 주입 유닛으로 공급하기 위한 펌프도 구비한다. 주입 유닛은, 차량 내의 제어 유닛 내에 저장되어 있는 주행 루틴에 따라 필요한 양의 환원제를 SCR 촉매의 상부에서 배기가스 시스템에 주입하도록 배치되어 있다.
모터 차량의 엔진에서 발생하는 배기물의 양을 줄여야 한다는 요구가 계속되고 있다. 트럭과 버스와 같은 중대형 모터 차량의 경우, 배기물에 대한 법적 규제가 지속적으로 엄격해지고 있기 때문에, 이들 차량에 대해서는 특히 더 필요하다.
모터 차량에서 SCR 시스템을 냉시동(cold start)으로 알려져 있는 시동 중에, SCR 시스템을 구성하고 있는 부품들이 적절한 작동 온도에 이르기까지는 일정 시간이 소요된다. 이 기간 중에 환원제가 주입되지 않으면, 바람직하지 않은 배기물의 양을 적당한 정도로 줄일 수 없게 된다. SCR 촉매의 상류에서 배기가스 정화 시스템 내에 환원제의 침전물이 형성되지 않도록 하기 위해, 이 기간 중에는 환원제가 주입되지 않는다. 어느 경우에는, 이러한 기간이 최대 10분에 이를 수 있으며, 이 기간 중에 엔진은 환원제가 주입되지 않은 상태에서 배기물을 발생시키게 된다.
US20050069476호는, SCR 촉매 내에 암모니아를 저장하기 위해, 차량의 엔진이 꺼져 있을 때에도 환원제가 주입되는 시스템을 개시하고 있다.
US20120023906호는, SCR 촉매 내에 암모니아를 저장하기 위해, 차량의 엔진이 꺼져 있을 때에도 환원제가 주입되는 시스템을 개시하고 있다.
그러나, 이들 해법들은 여러 단점들을 가지고 있다. 예를 들어, 이들 경우에 있어서, 환원제가 적당한 방식으로 증기로 되기 위해서는 배기가스 처리 시스템이 고온으로 되어야만 한다. 또한, 이들 엔진은 작동하고 있어야 하며, 이 경우 주입된 환원제가 SCR 촉매로 첨가되도록 배기가스 유동이 형성되어야 한다. 또한 종래의 시스템에서는 "우레아 침전물(urea deposit)"로 알려져 있는 상당히 큰 양의 침전물이 형성될 위험성이 있다. 이들 우레아 침전물은 영구적으로 존재하여 SCR 시스템의 성능을 악화시킬 수 있으며, 이따금 SCR 촉매와 함께 소음기에 이르러서 수리 및 교환하는 데에 고비용이 들게 된다.
본 발명의 일 목적은 엔진용 배기가스 정화 시스템을 위한 신규하면서도 독창적인 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 엔진용 배기가스 정화 시스템을 위한 신규하면서도 독창적인 장치 및 유리한 컴퓨터 프로그램을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 엔진의 시동을 켜는 중에 바람직하지 않은 배기물의 양을 줄이기 위한 방법, 장치 및 컴퓨터 프로그램을 제공하는 것이다. 여기서, 후처리 시스템의 온도는 사전에 정해진 온도 예컨대 섭씨 200도를 초과하지 않는 온도이다.
본 발명의 다른 목적은 배기가스 처리 시스템을 구비하는 엔진을 포함하는 플랫폼에서의 성능을 향상시키기 위한, 방법, 장치 및 컴퓨터 프로그램을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 SCR 시스템의 성능을 향상시키기 위한, 방법, 장치 및 컴퓨터 프로그램을 제공하는 것이다.
이들 발명의 목적들 중 어느 정도는 청구항 제1항에 따른 엔진용 배기가스 정화 시스템에 사용되는 방법에 의해 달성된다. 이들 발명의 목적들 중 어느 정도는 독립 청구항 제10항에 따른 장치에 의해 달성된다. 종속 청구항들에 유리한 실시형태들이 기재되어 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배기가스를 정화하기 위해 엔진에서 나오는 배기가스가 지나는 통로에 환원제를 부가하는, 엔진에 사용되는 배기가스 정화 시스템에서 사용되는 방법으로, 상기 배기가스 정화 시스템은 배기가스를 촉매 정화하기 위해서는 어느 정도의 온도를 필요로 하는 장치를 포함하는 방법이 제공된다. 상기 방법은,
- 상기 장치의 상류에서 상기 배기가스 통로 내에 어느 정도의 온도를 초과하지 않는 온도에서 제한된 양의 환원제를 분포 및 저장하는 단계; 및
- 배기가스 정화 시스템을 냉시동하는 중에 배기가스를 촉매 정화하기 위해, 상기 분포 및 저장된 환원제를 사용하는 단계를 포함한다.
상기 제한된 양의 환원제의 양은 정상적으로, 통상적으로 혹은 보통 작동하는 중에 연속적으로 주입되는 환원제의 양에 속하지 않는 적당한 양이다. 상기 제한된 양의 환원제의 양은 예컨대 데시리터(deciliter) 혹은 1/2 데시리터일 수 있다. 상기 제한된 양의 환원제의 양은 촉매 장치를 냉시동하는 중에 사용하기 위해 일시적으로 저장하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 약 섭씨 130도의 온도에서 분포되어 저장되어 있는 환원제로부터 암모니아(NH3)가 배출될 수 있으며, 이러한 암모니아는 환원제가 통상적으로 주입되기 전에 촉매 장치에서 사용되기에 유리할 수 있다. SCR 촉매에서 암모니아는 섭씨 180도 내지 200도 사이의 온도에서 주입되기 시작하는 것이 보통이다. 환원제의 분포는 적당하게 분산되어 분포한다. 일 디자인에 따르면, 상기 제한된 양의 환원제는 배기가스 통로에서 가능하면 넓은 표면에 걸쳐 분포된다. 일 디자인에 따르면, 제한된 양의 환원제는 배기가스 통로에 있는 기화 모듈에서 가능하면 넓은 표면에 걸쳐 분포된다.
본 발명에 따른 방법에 따르면, 배기가스 처리 시스템에서 온도와 관련하여 보다 넓은 온도 범위에서 주입된 환원제가 분포 및 저장될 기회가 제공되며, 이 경우 촉매에서 암모니아의 저장이 섭씨 200도 내지 350도에서 이루어지는 종래 기술로 한정되지 않는다.
일 디자인에 따르면, 제한된 양의 환원제는 섭씨 100도 내지 180도에 이르는 배기가스 처리 시스템에서의 온도에서 분포 및 저장된다. 일 디자인에 따르면, 제한된 양의 환원제는 섭씨 100도 내지 200도에 이르는 배기가스 처리 시스템에서의 온도에서 분포 및 저장된다. 일 디자인에 따르면, 제한된 양의 환원제는 섭씨 120도 내지 160도에 이르는 배기가스 처리 시스템에서의 온도에서 분포 및 저장된다. 일 디자인에 따르면, 제한된 양의 환원제는 섭씨 140도에 이르는 배기가스 처리 시스템에서의 온도에서 분포 및 저장된다.
상기 방법은,
- 환원제의 결정체 상태를 통해 상기 분포 및 저장된 환원제를 사용하는 단계를 포함한다. 이 경우, SCR 시스템의 성능을 향상시키는 다른 방법이 얻어진다.
상기 방법은,
- 엔진의 시동을 끄는 것과 관련하여 상기 제한된 양의 환원제를 분포 및 저장하는 단계를 포함할 수 있다. 이 경우, 본 발명의 일 측면에 따라, 배기가스 통로 및 기화 모듈 중 적어도 하나의 유리한 열에너지가 사용될 수 있다. 엔진의 시동을 끄는 것과 관련된 제한된 양의 환원제의 분포 및 저장은, 엔진의 시동을 켜는 것과 관련되어 제한된 양의 환원제가 분포되고 저장되는 것에 비해 암모니아 슬립을 작게 한다.
상기 방법은,
- 엔진의 시동을 켜는 것과 관련하여 상기 제한된 양의 환원제를 분포 및 저장하는 단계를 포함할 수 있다.
엔진의 시동을 끈 후에 제한된 양의 환원제를 분포 및 저장한다는 것은, 본 발명의 일 디자인으로 기재한 바와 같이, 엔진의 시동을 끌 때, SCR 촉매가 예를 들어 어느 정도의 제한 온도를 초과하는 온도로 매우 고온인 경우에도 본 발명 방법이 실시될 수 있다는 것을 의미한다.
상기 방법은,
- 배기가스 통로 내에 환원제 박막(film)을 형성하기 위해 상기 제한된 양의 환원제를 분포하는 단계를 포함할 수 있다. 이 경우, 배기가스 정화 시스템이 뜨거운 중에도, 초기 단계에서 분포되어 있는 환원제를 변환하여 촉매 장치로 안내할 수 있는 유리한 가능성을 획득하게 된다.
상기 방법은,
- 환원제 주입 유닛의 제어를 통해 제한된 양의 환원제를 분포하는 단계를 포함할 수 있다. 이 경우, 환원제의 분사 이미지가 적절한 방식으로 영향을 받을 수 있는, 본 발명에 따른 정밀하면서도 효율적인 방법이 달성된다.
상기 방법은,
- 배기가스 처리 시스템에서 밸브 장치의 제어를 통해 제한된 양의 환원제를 분포하는 단계를 포함할 수 있다. 이 경우, 환원제의 분사 이미지가 적절한 방식으로 영향을 받을 수 있는, 본 발명에 따른 정밀하면서도 효율적인 방법이 달성된다.
상기 방법은,
- 환원제를 분포시키기 위해 엔진에서 나오는 배기가스 유동을 사용하는 단계를 포함할 수 있다. 이 경우, 환원제의 분사 이미지가 적절한 방식으로 영향을 받을 수 있는, 본 발명에 따른 비용 측면에서 효율적이면서도 시간 측면에서도 효율적인 방법이 달성된다.
상기 방법은,
- 환원제를 분포시키기 위해 가압된 공기를 사용하는 단계를 포함할 수 있다. 이 경우, 환원제의 분포가 적절한 방식으로 영향을 받을 수 있는, 본 발명에 따른 효율적인 방법이 달성된다.
본 방법은 기존 모터 차량에서 용이하게 실시될 수 있다. 엔진용 배기가스 정화 시스템에 본 발명에 따른 프로그램 코드가 차량을 제조할 때에 차량의 제어 유닛에 설치될 수 있다. 이에 따라, 차량 구매자는 옵션으로 본 발명 방법의 기능을 선택할 수 있는 기회를 얻게 된다. 또는 엔진용 배기가스 정화 시스템에서 본 방법을 실시하는 프로그램 코드를 포함하는 프로그램 코드가 차량 서비스 센터에서 업그레이드할 때에 차량의 제어 유닛에 설치될 수 있다. 이 경우, 소프트웨어가 제어 유닛 내의 메모리에 적재된다.
엔진용 배기가스 정화 시스템에서의 프로그램 코드는 적절한 방식으로 업데이트 되거나 교환될 수 있다. 또한, 엔진용 배기가스 정화 시스템에서의 프로그램 코드의 여러 부분들이 다른 부분들에 영향을 주지 않으면서 교환될 수 있다. 이러한 모듈식 구성은 유지보수의 측면에서 유리하다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배기가스를 정화하기 위해 엔진에서 나오는 배기가스가 지나는 통로에 환원제를 부가하는 수단을 포함하는, 엔진에 사용되는 배기가스 정화 시스템에서 사용되는 장치로, 상기 배기가스 정화 시스템은 배기가스를 촉매 정화하기 위해서는 어느 정도의 온도를 필요로 하는 장치를 포함하는, 장치가 제공된다. 상기 장치는,
- 배기가스 정화 시스템을 냉시동하는 중에 배기가스를 촉매 정화하기 위해, 분포 및 저장된 환원제를 사용할 수 있도록 하기 위해, 상기 장치의 상류의 배기가스 통로 내에 어느 정도의 온도를 초과하지 않는 온도에서 환원제를 일시적으로 저장하기 위해 배기가스 통로에 제한된 양의 환원제를 분포시키는 수단을 또한 포함한다.
상기 장치에 분포 및 저장된 환원제는 환원제의 결정체 상태로 사용될 수 있다.
상기 장치는,
- 엔진의 시동 꺼짐을 판정하는 수단,
- 엔진 시동이 꺼진 것으로 판정된 경우, 제한된 양의 환원제를 분포시키는 수단을 포함할 수 있다.
상기 장치는,
- 엔진의 시동 켜짐을 판정하는 수단,
- 엔진 시동이 켜진 것으로 판정된 경우, 제한된 양의 환원제를 분포시키는 수단을 포함할 수 있다.
상기 장치는,
- 배기가스 통로 내에 환원제 박막을 형성하기 위해, 제한된 양의 환원제를 분포시키는 수단을 포함할 수 있다.
상기 장치는,
- 제한된 양의 환원제를 제어하면서 분포할 수 있도록 배치되어 있는 환원제 주입 유닛을 포함할 수 있다. 상기 주입 유닛은 가압 공기의 보조를 받는 유닛일 수 있다. 이 경우, 환원제를 적절하게 분포시키기 위해, 주입되는 제한된 양의 환원제의 분사 이미지는 바람직한 방식으로 영향을 받을 수 있다.
상기 장치는,
- 배기가스 처리 시스템에서, 제어가능하게 제한된 양의 환원제를 분포하는 밸브 장치를 포함할 수 있다.
상기 장치는 환원제를 양호하게 분포시키기 위해 엔진에서 나오는 배기가스 유동을 사용하기에 적합할 수 있다.
상기 장치는,
- 환원제를 분포시키기에 적합한 가압 공기 수단을 포함할 수 있다.
전술한 목적들은 엔진용 배기가스 정화 시스템에 장치를 포함하는 모터 차량에 의해서도 달성된다. 모터 차량은 롤리, 버스 혹은 승용차일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 엔진용 배기가스 정화 시스템에 사용되는 컴퓨터 프로그램으로, 전자 제어 유닛 혹은 전자 제어 유닛에 연결되어 있는 다른 컴퓨터가 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 단계들을 실시하도록 하는 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램이 제공된다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 엔진용 배기가스 정화 시스템에 사용되는 컴퓨터 프로그램으로, 전자 제어 유닛 혹은 전자 제어 유닛에 연결되어 있는 제2 컴퓨터가 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 단계들을 실시하도록 하는 컴퓨터에 판독될 수 있는 매체 상에 저장되어 있는 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램이 제공된다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 컴퓨터 프로그램 제품으로, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 방법 단계들을 수행하기 위해, 전자 제어 유닛 혹은 전자 제어 유닛에 연결되어 있는 제2 컴퓨터 상에서 실행되는 프로그램 코드가 저장되어 있는, 컴퓨터로 판독 가능한 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품이 제공된다.
아래의 발명의 상세한 설명에 의하면, 본 발명의 실시하는 중에서와 같이, 본 발명의 다른 목적을, 이점들 그리고 새로운 독창적인 특징들이 통상의 기술자들에게 좀 더 명확하게 이해될 것이다. 본 발명의 아래에서 상세하게 설명하였지만, 본 발명이 특별히 상세하게 기재한 부분만으로 한정되는 것이 아님은 명확하다. 통상의 기술자라면, 본 발명의 범위 내에서 본 발명을 변형하거나 다른 분야에서 실시될 수도 있음을 이해할 것이다.
본 발명을 보다 완벽하게 이해하고, 본 발명의 다른 목적과 이점들을 이해하도록 하기 위해, 이하에서 본 발명을 상세하게 설명한다. 본 발명의 상세한 설명은 첨부된 도면들과 함께 읽혀져야 한다. 도면들에서, 동일한 부재에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하였다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따르는, 개략적인 차량을 설명하고 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따르는, 엔진용 배기가스 정화 시스템에 사용되는 장치를 개략적으로 설명하고 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따르는, 엔진용 배기가스 정화 시스템의 일 부분을 개략적으로 설명하고 있다.
도 4a는 본 발명의 일 실시형태에 따른 방법의 흐름 다이어그램을 개략적으로 설명하고 있다.
도 4b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 방법의 흐름 다이어그램을 좀 더 상세하게 개략적으로 설명하고 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 컴퓨터를 개략적으로 설명하고 있다.
도 1에는, 차량(100)의 측면이 도시되어 있다. 일예로 도시되어 있는 차량(100)은 견인 차량(110)과 트레일러(112)로 구성되어 있다. 차량은 롤리 혹은 버스 같은 중형 차량일 수 있다. 또는 차량은 승용차일 수 있다. 차량은 트럭일 수도 있다.
본 발명은 배기가스를 촉매로 정화하기 위한 촉매를 포함하는, 자유롭게 적절하게 선택된 배기가스 정화 시스템에 관한 분야에 적합하다는 점에 주목해야 한다. 일 디자인에 의하면, 배기가스 정화 시스템은 SCR 촉매를 포함한다. 일 디자인에 의하면, 배기가스 정화 시스템은 SCR 시스템을 포함한다. 일 디자인에 의하면, 배기가스 정화 시스템은 배기가스가 지나는 예를 들어 SCR 촉매를 포함하는 촉매 장치 상류에 배치되어 있는 기화 모듈을 포함한다. 일 디자인에 의하면, 배기가스 정화 시스템은 배기가스가 지나는, 배기가스 촉매 정화를 위한 장치로 예를 들어 SCR 촉매를 포함하는 장치 상류에 배치되어 있는 기화 모듈을 포함한다.
본 명세서에서는 SCR 시스템을 참고로 하여 본 발명의 양태들을 기재하였다. 통상의 기술자라면 본 발명이 SCR 촉매를 포함하는 배기가스 정화 시스템 외에 다른 형식의 배기가스 정화 시스템에도 적용될 수 있다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 이 경우, 본 발명에 적합하며 소망하는 물성을 구비하는 환원제가 사용된다.
본 발명이 적절한 SCR 시스템에 적용되기에 적합하다는 점에 주목해야 한다. SCR 시스템은 DOC 유닛과 SCR 촉매를 포함할 수 있으며, 이에 따라 모터 차량의 SCR 시스템으로 제한되지 않는다. 본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명에 따른 방법과 본 발명에 따른 장치는 모터 차량 외에 예컨대 수상에서 운행되는 선박같이 배기가스 정화 시스템을 포함하는 다른 플랫폼에도 매우 적합하다. 수상에서 운행되는 선박은 예를 들어 모터 보트, 선박, 페리 혹은 배 같이 여러 종류의 선박에서 자유롭게 선택될 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명에 따른 방법과 본 발명에 따른 장치는 예컨대 암석 분쇄기 등과 같은 것을 포함하는 시스템에 사용되기에도 적합하다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명에 따른 방법과 본 발명에 따른 장치는 산업용 엔진과 모터 구동식 산업 로봇 중 적어도 하나를 포함하는 시스템에도 사용되기에 매우 적합하다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명에 따른 방법과 본 발명에 따른 장치는 디젤-동력의 전기 발전기를 포함하는 예컨대 전기 발전소 같은 여러 발전소에 사용되기에도 매우 적합하다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명에 따른 방법과 본 발명에 따른 장치는 예컨대 철도 엔지 혹은 다른 플랫폼 같은 엔진과 SCR 시스템 및 SCR 촉매를 포함하는 엔진 시스템 중 임의로 선택된 적당한 엔진 시스템에 사용되기에도 매우 적합하다.
본 발명에 따른 방법과 본 발명에 따른 장치는 기화 모듈 및 SCR 촉매를 포함하는 SCR 시스템과 NOx 발생기를 포함하는 적당한 시스템에도 매우 적합하다.
본 발명에 따른 방법과 본 발명에 따른 장치는 "cDPF" 유닛으로 알려져 있는 유닛을 포함하는 적당한 시스템에도 매우 적합하다. 본 발명에 따른 방법과 본 발명에 따른 장치는 "ASC" 유닛으로 알려져 있는 유닛을 포함하는 적당한 시스템에도 매우 적합하다.
본 명세서에서, "링크(link)"라는 용어는 광전자 통신 라인과 같은 물리적 라인 혹은 예컨대 라디오 링크 혹은 마이크로파 링크의 무선 연결 같은 비-물리적 라인일 수 있는 통신 링크를 가리킨다.
본 명세서에서, "라인(line)"이란 용어는 예컨대 유체 형태의 환원제 같은 유체를 저장하고 운송하기 위한 통로(passage)를 가리킨다. 이러한 라인은 예컨대 플라스틱, 고무 혹은 금속 같은 여러 재료들 중에서 적당한 재료를 자유롭게 선택될 수 있다.
본 명세서에서, "환원제(reductant)" 및 "환원물질(reducing agent)"는 SCR 시스템 내에서 어떠한 배기물과 반응하는 데에 사용되는 작용물질(agent)를 가리킨다. 배기물은 예컨대 NOx 가스일 수 있다.
본 명세서에서, "환원물질"과 "환원제"는 동의어로 사용된다. 일 실시형태에 따른 환원제는 애드블루(AdBlue)로 알려져 있다. 다른 형태의 환원제가 사용될 수 있음은 물론이다. 본 명세서에서 애드블루가 환원제의 일예로 제시되어 있지만, 통상의 기술자라면 독창적인 방법 및 독창적인 장치에서 다른 형태의 환원제가 사용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
환원물질은 우레아(urea)를 포함하는 수용액으로 이루어질 수 있다. 환원물질은 적당한 농도의 우레아를 포함할 수 있다. 환원물질은 액체 상태로 주입될 수 있다. 환원물질은 기체 상태로 주입될 수 있다. 환원물질은 고체 상태로 주입될 수 있다.
도 2를 참조하면, 도 2에는 차량(100)에서의 장치(299)가 도시되어 있다. 장치(299)는 견인 차량(110)에 배치될 수 있다. 장치(299)는 SCR 시스템의 일부를 형성하거나, SCR 시스템을 포함할 수 있다. 도 2에, 엔진(235)이 개략적으로 도시되어 있다. 엔진(235)은 디젤 엔진일 수 있다. 또는 엔진(235)은 석유, 가스 혹은 에탄올로 구동될 수 있다. 엔진(235)에서 나온 배기가스를 엔진 주위로 안내하기 위한 배기가스 통로(290)가 배치되어 있다. 배기가스 통로(290)가 소음기 유닛 내에 포함되어 있을 수 있다.
장치(299)는 제1 제어 유닛(200)을 포함한다. 제1 제어 유닛(200)은 엔진(235)의 작동을 제어하기 위해 배치되어 있다.
본 실시예에 따르면, 장치(299)는 환원제를 저장하기 위해 배치되어 있는 용기(205)를 포함한다. 용기(205)는 적당한 양의 환원제를 저장하고, 나아가 충전이 필요한 때에는 충전될 수 있도록 배치되어 있다.
환원제가 용기(205)로부터 펌프(230)로 진행되도록, 제1 라인(271)이 배치되어 있다. 펌프(230)는 적당한 펌프로 자유로이 선택될 수 있다. 펌프(230)는 적어도 하나의 필터를 포함하는 멤브레인 펌프일 수 있다. 펌프(230)는 전기 모터(도면에는 도시되어 있지 않음)에 의해 구동되도록 배치될 수 있다. 펌프(230)는 환원제를 용기(205)로부터 제1 라인(271)을 지나 펌핑하고, 제2 라인(272)을 통해 환원제를 주입 유닛(250)으로 공급하도록 배치되어 있다. 주입 유닛(250)은 전기적으로 제어되는 주입 장치를 포함할 수 있으며, 그 주입 장치에 의해 배기가스 시스템에 공급되는 환원제 유동이 제어될 수 있다. 제1 제어 유닛(200)은 링크(L250)를 거쳐 주입 유닛(250)과 통신하도록 배치되어 있다. 펌프(230)는 제2 라인(272) 내에서 환원제가 가압되도록 배치되어 있다. 주입 유닛(250)은 스로틀 밸브로도 불리우는 스로틀 유닛과 함께 배치되어 있으며, 스로틀 유닛에 대해 환원제 압력이 장치(299) 내에서 축적될 수 있다.
주입 유닛(250)은, 차량에서 환원제를 배기가스 통로(290)로 공급하도록 배치되어 있다. 좀 더 정확하게는, 본 발명에 따른 방법의 일 측면에 따라, 주입 유닛(250)은 차량에서 환원제를 적당한 양으로 조절하면서 배기가스 통로(290)로 공급하도록 배치되어 있다. 본 발명 방법에 따르면, 배기가스 시스템에서 SCR 촉매(270)가 환원제 공급이 이루어지는 지점의 하류에 배치되어 있다. 배기가스 시스템 내로 공급되는 환원제의 양은, 바람직하지 않은 배기물의 양을 줄이기 위해, SCR 촉매에 사용되기 위한 것이다.
일 실시예로 주어진 일 디자인에 따르면, 디젤 산화 촉매(259)가 배기가스 통로(290) 내에서 엔진의 하류에 배치되어 있다. 디젤 산화 촉매(259)는 배기가스 통로(290) 내에서 SCR 촉매(270)의 상류 그리고 주입 유닛(250)의 상류에 배치되어 있다. 디젤 산화 촉매(259)는 "DOC 유닛"으로 알려져 있을 수도 있다. 디젤 산화 촉매(259)는 엔진(235)에서 나오는 NO 가스를 NO2 가스로 변환하기 위해 배치되어 있다. 디젤 산화 촉매(259)는 배기가스 온도를 높이기 위해, 연료를 산화시키기 위해서도 배치되어 있다.
배기가스 통로(290)는 기화 모듈(269)을 포함한다. 배기가스 통로(290)는 기화 모듈(269)의 상류에 배관을 포함할 수 있다. 기화 모듈(269)은 SCR 촉매(270)의 상류에 배치되어 있다. 기화 모듈(269)은 적당한 방식으로 설계될 수 있다. 기화 모듈(269)은 주입된 환원제를 효율적으로 기화시키기 위해 배치되어 있다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 기화 모듈(269)은 첨가되는 환원제의 한정된 양을 저장하기 위해 배치되어 있다. 첨가되는 환원제는 SCR 시스템이 냉시동하는 중에 배기가스를 정화하는 데에 사용될 수 있다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 배기가스 통로(290)는 첨가되는 환원제의 한정된 양을 저장하기 위해 배치되어 있다. 첨가되는 환원제는 SCR 시스템이 냉시동하는 중에 배기가스를 정화하는 데에 사용될 수 있다. 상기 첨가된 한정된 양의 환원제는 배기가스 통로(290) 내에서 기화 모듈(269) 상류 혹은 기화 모듈(269) 내에 저장될 수 있다.
주입 유닛(250)은 차량(100)에서 엔진(235)으로부터 배기가스를 DOC 유닛(259)으로 안내하고, 더 나아가 기화 모듈(269) 및 SCR 촉매(270), 그리고 더 나아가 차량의 주변으로 안내하도록 배치되어 있다.
주입 유닛(250)과 용기(205) 사이에 제3 라인(273)이 배치되어 있다. 제3 라인(273)은 주입 밸브(250)로 공급된 환원제 중 일정 양을 용기(205)로 되돌리기 위해 배치되어 있다.
제1 제어 유닛(200)이 링크(L230)를 통해 펌프(230)와 통신하도록 배치되어 있다. 제1 제어 유닛(200)은 펌프(230)의 작동을 제어하기 위해 배치되어 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 제어 유닛(200)은 전기 모터(도면에는 도시되어 있지 않음)에 의해 펌프(230)를 제어하기 위해 배치되어 있다. 제1 제어 유닛(200)은 제2 라인(272) 내의 작업 압력에 영향을 주기 위해 배치되어 있다. 이는 여러 적당한 방식으로 이루어질 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 제어 유닛(200)은 펌프(230)의 작동 회전수 RPM을 변화시키도록 배치되어 있다. 이 경우, 소망하는 방식으로 압력이 변경될 수 있다. 펌프(230)의 회전 속도를 증가시킴으로써, 작업 압력이 증가될 수 있다. 펌프(230)의 회전 속도를 감소시킴으로써, 작업 압력이 감소될 수 있다. 펌프(230)에 의해 제2 라인(272) 내의 환원제의 압력을 조절함으로써, 주입되는 환원제의 분사 이미지가 영향을 받을 수 있으며, 이러한 방식으로 제어될 수 있다. 이러한 방식으로, 배기가스 통로(290) 내로 주입되는 환원제의 분포가 적당한 방식으로 제어될 수 있다. 특히, 본 발명의 일 측면에 따라 주입된 한정된 양의 환원제의 분사 이미지가, 환원제를 소망하는 바대로 분산시키고 저장하도록 제어될 수 있다.
주입 유닛(250)에서 스로틀 유닛에 의해 제2 라인(272) 내에서의 환원제의 압력을 제어함으로써, 주입되는 환원제의 분사 이미지가 영향을 받을 수 있으며, 이러한 방식으로 제어될 수 있다. 이러한 방식으로, 배기가스 통로(290) 내로 주입되는 환원제의 분포가 적당한 방식으로 조절될 수 있다.
일 디자인에 따르면, 주입 유닛(250)은 제어 가능한 노즐과 함께 배치되어 있다. 제1 제어 유닛(200)은 상기 노즐을 제어하기 위해 배치되어 있다. 이러한 방식으로, 노즐이 적절한 방식으로 지향될 수 있다. 이러한 방식으로, 주입되는 환원제의 분사 이미지가 영향을 받을 수 있으며, 이러한 방식으로 제어된다. 이러한 방식으로, 주입되는 환원제의 배기가스 통로(290) 내에서의 분포가 적당한 방식으로 제어될 수 있다.
제1 제어 유닛(200)은 링크(L240)를 통해 제1 온도 센서(240)와 통신하도록 배치되어 있다. 온도 센서(240)는 차량의 엔진에서 나오는 배기가스 유동의 현재 온도 T1을 검출하기 위해 배치되어 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 온도 센서(240)는 배기가스 통로(290)에서 차량 엔진의 바로 하부 그리고 DOC 유닛의 상류에 배치되어 있으며, 이러한 방식으로 주입 유닛(250) 상류에 배치되어 있다. 제1 온도 센서(240)는 배기가스 통로(290)에서 적당한 지점에 배치될 수 있다. 제1 온도 센서(240)는 배기가스 유동의 현재 온도 T1을 연속적으로 검출하여 해당 현재 온도 T1에 관한 정보를 포함하는 신호를 링크(L240)를 거쳐 제1 제어 유닛(200)으로 송신하도록 배치되어 있다.
제1 제어 유닛(200)은 링크(L260)를 통해 제2 온도 센서(260)와 통신하도록 배치되어 있다. 제2 온도 센서(260)는 환원제가 기화하는 배기가스 시스템에서의 표면에서 현재 온도 T2를 검출하기 위해 배치되어 있다. 제2 온도 센서(260)는 배기가스 통로(290)의 적당한 지점에서 현재 온도 T2를 검출하기 위해 배치되어 있다. 제2 온도 센서(260)는 배기가스 통로(290)의 부품 혹은 적당한 표면에서 현재 온도 T2를 검출하도록 배치될 있다. 일 실시예에 따르면, 제2 온도 센서(260)는 배기가스 통로(290)에서 주입 유닛(250)의 상류에 배치되어 있다. 일 실시예에 따르면, 제2 온도 센서(260)는 DOC 유닛(259)에서 현재 온도 T2를 검출하기 위해 배치되어 있다. 일 실시예에 따르면, 제2 온도 센서(260)는 배기가스 통로(290)에서 주입 유닛(250)의 상류에 배치되어 있다. 제2 실시예에 따르면, 제2 온도 센서(260)는 주입 유닛(250) 하류의 SCR 촉매(270) 내에 혹은 기화 모듈(269) 내에 배치되어 있다. 제2 온도 센서(260)는 배기가스 통로(290)에서 부품 혹은 표면의 현재 온도 T2를 연속적으로 검출하여 해당 현재 온도 T2에 관한 정보를 포함하는 신호를 링크(L260)를 거쳐 제1 제어 유닛(200)으로 송신하도록 배치되어 있다.
일 디자인에 따르면, 제1 제어 유닛(200)과 제2 제어 유닛(210) 중 적어도 하나는 제1 온도 T1을 계산하기 위해 배치되어 있다. 이러한 계산은 저장되어 있는 계산 모델에 의해 이루어진다. 제1 제어 유닛(200)과 제2 제어 유닛(210) 중 적어도 하나는 예를 들어 배기가스의 현재 유동량, 엔지의 현재 회전 속도 및 엔진에 현재 가해지는 부하에 근거하여 제1 온도 T1을 계산하도록 배치될 수 있다.
일 디자인에 따르면, 제1 제어 유닛(200)과 제2 제어 유닛(210) 중 적어도 하나는 제2 온도 T2를 계산하기 위해 배치되어 있다. 이러한 계산은 저장되어 있는 계산 모델에 의해 이루어진다. 제1 제어 유닛(200)과 제2 제어 유닛(210) 중 적어도 하나는 예를 들어 차량(100)에서 판단되는 주변 온도에 근거하여 제2 온도 T2를 계산하도록 배치될 수 있다. 제1 제어 유닛(200)과 제2 제어 유닛(210) 중 적어도 하나는 예를 들어 엔진(235)을 끈 후에 결정되는 시간 주기, 엔진(235)을 끄기 전의 엔진(235)에서 발생된 축적 열, 차량(100)의 주변 온도 및 엔진(235)을 끌 때의 엔진(235)에서의 온도들 중 적어도 하나에 근거하여 제2 온도 T2를 계산하도록 배치될 수 있다. 제1 제어 유닛(200)과 제2 제어 유닛(210) 중 적어도 하나는 상기 제1 온도 T1을 근거로 하여 계산하도록 배치될 수 있다.
제1 제어 유닛(200)은 제어될 수 있도록 배치되어 있는 주입 유닛(250)에 의해 주입할 수 있도록 배치되어 있으며, 이러한 방식으로 사전에 정해진 온도 예컨대 섭씨 190도를 초과하지 않는 온도에서 SCR 촉매(270) 상류의 배기가스 통로(290)에 제한된 양의 환원제를 분포시키고 저장하게 된다. 이렇게 분포되고 저장된 제한된 양의 환원제는, 기화 모듈(269)과 SCR 촉매(270)를 포함하는 배기가스 정화 시스템이 냉시동하는 중에, 배기가스를 정화하는 데에 사용될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 제어 유닛(200)은, 주입 유닛(250)을 사용하여 환원제가 우선 고체 상태 즉 결정화된 상태로 있은 후 SCR 촉매(270)에서 가스 형태로 변환되어 사용될 수 있도록, 환원제를 주입하도록 배치되어 있다. 가스 형태의 환원제는 암모니아를 포함할 수 있다.
제1 제어 유닛(200)은 주입 유닛(250)에 의해 환원제를 주입하도록 배치될 수 있으며, 이러한 방식으로 엔진(235) 시동을 끄는 것과 연관하여 제한된 양의 환원제를 분포 및 저장하도록 배치될 수 있다. 제1 제어 유닛(200)은 주입 유닛(250)에 의해 환원제를 주입하도록 배치될 수 있으며, 이러한 방식으로 엔진(235)을 시동하는 것과 연관하여 제한된 양의 환원제를 분포 및 저장하도록 배치될 수 있다. 배기가스 통로(290) 및 기화 모듈(269) 중 적어도 하나에서 적어도 하나의 환원제 필름을 형성하기 위해, 제1 제어 유닛(200)은 주입 유닛(250)을 사용하여 제한된 양의 환원제를 분포시키도록 배치될 수 있다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 배기가스 통로(290) 및 기화 모듈(269) 중 적어도 하나에서 본 발명에 따르는 적당한 환원제 층을 형성하도록 제한된 양의 환원제를 주입하기 위해, 제1 제어 유닛(200)이 주입 유닛(250)을 제어하도록 배치될 수 있다. 환원제의 적절한 작업 압력을 달성하기 위해, 제1 제어 유닛(200)이 SCR 시스템에서 밸브 장치를 제어하도록 배치되어서, 배기가스 처리 시스템에서 제한된 양의 환원제가 적당하게 분포되게 할 수 있다. 엔진(235)을 끄는 중에, 엔진(235)에서 나오는 배기가스에 사용할 제한된 양의 환원제를 주입하고, 분포 및 저장하도록 제1 제어 유닛(200)이 배치되어 원하는 바대로 환원제를 분포시킬 수 있다. 본 발명에 따르면, 배기가스 통로(290) 및 기화 모듈(269) 중 적어도 하나에서 환원제의 적당한 층을 형성하기 위해, 환원제를 분포시키고 저장하는 중에, 제1 제어 유닛(200)이 공기 가압 수단을 제어하도록 배치될 수 있다.
제1 제어 유닛(200)은 링크(L250)를 거쳐 주입 유닛(250)과 통신하도록 배치되어 있다. 예를 들어, 차량(100)의 배기가스 시스템에 공급되는 환원제를 조절하기 위해, 제1 제어 유닛(200)이 주입 유닛(250)의 동작을 제어하도록 배치되어 있다.
제1 제어 유닛(200)은 차량의 엔진에서 나오는 배기가스의 유량(MF: mass flow)을 계산하기 위해 배치될 수 있다. 제1 제어 유닛(200)은 차량의 엔진에서 나오는 배기가스의 유량(MF)을 연속적으로 판단하기 위해 배치될 수 있다. 이는 적당한 방식으로 수행될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 제어 유닛(200)은, 주입 유닛(250)을 사용하여, 결정된 상기 배기가스 유량(MF)에 근거하여 제한된 양의 환원제를 배기가스 통로(290)에 분포시키도록 배치될 수 있다. 엔진(235)을 끄는 중에 흐르는 배기가스 유동은 배기가스 통로(290) 및 기화 모듈(269) 중 적어도 하나에서 주입된 제한된 양의 환원제를 적당하게 분포시키는 데에 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 방법에 따르면, 본 발명의 목적은 SCR 촉매(270) 내에서 환원제를 예컨대 암모니아 형태로 저장하는 것이 아니다.
일 디자인에 따르면, 서브시스템은 SCR 촉매(270) 상류의 배기가스 통로(290)에서 차량(100)의 엔진에서 나오는 배기가스의 현재 유량(MF)을 연속적으로 측정하기 위해 배치되어 있는 유량 센서(도면에는 도시되어 있지 않음)을 포함한다. 이를 위해, 유량 센서는 배기가스의 현재 유량(MF)에 관한 정보를 포함하는 신호를 배치되어 있는 링크를 거쳐 제1 제어 유닛(200)으로 연속적으로 보내도록 배치되어 있다.
제2 제어 유닛(210)은 링크(L210)를 거쳐 제1 제어 유닛(200)과 통신하도록 배치되어 있다. 제2 제어 유닛(210)은 제1 제어 유닛(200)과 분리될 수 있는 방식으로 연결될 수 있다. 제2 제어 유닛(210)은 차량(100) 외부에 있는 제어 유닛일 수 있다. 제2 제어 유닛(210)은 본 발명에 따르는 방법 단계들을 수행하도록 배치될 수 있다. 제2 제어 유닛(210)은 프로그램 코드를, 특히 본 발명에 따른 방법을 수행하는 프로그램 코드를 제1 제어 유닛(200)으로 전송하는 데에 사용될 수 있다. 또는, 제2 제어 유닛(210)은 차량 내의 내부 네트워크를 거쳐 제1 제어 유닛(200)과 통신하도록 배치될 수 있다. 제2 제어 유닛(210)은 제1 제어 유닛(200)과 실질적으로 거의 동일한 기능을 수행하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 촉매 배기가스 정화를 위해, 어느 온도 레벨 Tmax를 초과하지 않는 온도에서 SCR 촉매(270) 상류의 배기가스 통로(290) 내로 제한된 양의 환원제를 공급하고, 분포 및 저장하며, 배기가스 정화 시스템이 냉시동하는 중에, 상기 분포되어 저장된 환원제를 사용하는 기능을 수행하도록 배치될 수 있다.
일 디자인에 따르면, 하나 이상의 주입 유닛(250)이 제공된다. 이 경우, 추가되는 주입 유닛(250)에 대하여 대응되는 방식으로 제어하도록 제1 제어 유닛(200)이 배치된다. 본 발명의 방법에 따라 하나 이상의 주입 유닛(250)이 사용되는 경우에 있어서, 첨가되는 제한된 양의 환원제의 분포 및 저장을 근본적으로 최적화시키기 위해, 이들 주입 유닛들이 서로 상호작용할 수 있다. 제1 제어 유닛(200)은, 여러 주입 유닛들이 서로 순차적으로, 서로 교대로 혹은 동시에, 혹은 이들 방식들이 조합된 형태로 제한된 양의 환원제를 주입하도록, 주입 유닛들을 제어하도록 배치되어 있다. 본 발명에 따라 분포되고 저장될 제한된 양의 환원제의 총량은 적당한 방식으로 여러 주입 유닛들 사이에 분배될 수 있다. 일 실시예로 주어진 일 디자인에 따르면, 2개의 주입 유닛(250)을 포함하는 장치(299)에서, 관련 주입 유닛(250) 각각은 상기 제한된 양의 환원제 양의 절반씩을 주입할 수 있다. 일 실시예로 주어진 일 디자인에 따르면, 2개의 주입 유닛(250)을 포함하는 장치(299)에서, 관련 주입 유닛(250) 중 하나가 상기 제한된 양의 환원제 양의 90%를, 다른 하나가 10%를 주입할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 공기 가압 수단(289)이 제공된다. 이 경우, 제1 제어 유닛(200)은 링크(L289)를 거쳐 공기 가압 수단(289)과 통신하도록 배치되어 있다. 제1 제어 유닛(200)은 공기 가압 수단(289)을 제어하도록 배치되어 있다. 배기가스 통로(290)와 기화 모듈(269) 중 적어도 하나에서 제한된 양의 환원제를 적당하게 분포시키고 저장하기 위해, 공기 가압 수단(289), 배기가스 통로(290)에 공기 유동을 공급하도록 배치되어 있다. 공기 가압 수단이 도 3에도 도시되어 있다. 유리하기로는, 공기 가압 수단(289)은, 엔진(235)을 끌 때 제한된 양의 환원제를 분포시키는 데에 사용된다. 유리하기로는, 공기 가압 수단(289)은, 본 발명에 따라 환원제가 주입될 때에 제한된 양의 환원제를 분포시키는 데에 사용된다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따르는, 엔진(235)에 사용되는 배기가스 정화 시스템의 일부분을 개략적으로 도시하고 있다.
이 경우, 기화 모듈(269)을 포함하는 배기가스 통로(290)와 SCR 촉매(270)가 도시되어 있다. 또한, 주입 유닛(250), 제2 라인(272) 및 제3 라인(273)이 도시되어 있다. 링크(L289)를 통해 제1 제어 유닛(200)으로부터 수신한 제어 신호에 근거하여, 공기 가압 수단(289)이 적절한 방식으로 가압된 공기를 배기가스 통로(290)로 공급하기 위해 배치되어 있다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 이러한 방식으로 제한된 양의 환원제가 적당하게 분포되게 된다. 이와는 다르게, 공기 가압 수단이 반드시 공기를 사용하지 않으면서도 적당한 가스를 배기가스 통로(290)로 공급할 수 있다는 점에 주목해야 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배기가스 통로(290)에서 사전에 정해진 온도 Tmax를 초과하지 않는 온도에서 제한된 양의 환원제가 주입되고, 분포 및 저장된다. 분포된 환원제는 배기가스 통로(290) 혹은 기화 모듈(269)의 벽에서 하나 혹은 복수의 박막 F를 형성한다. 박막 F는 층/코팅/라이닝으로도 호칭된다. 본 발명에 따르면, 박막 F의 두께는 1mm 미만일 수 있으며, 예컨대 0.1mm 혹은 0.5mm일 수 있다. 일 디자인에 따르면, 박막 F의 두께는 1mm보다 두꺼울 수 있다. 박막 F는 환원제가 존재하지 않는 영역을 포함할 수 있다. 이에 따라, 박막 F는 하나 혹은 복수의 홀을 포함할 수 있다. 유리하기로는, 박막 F는 SCR 시스템이 냉시동하는 중에 온도가 상승하자마자 신속하게 방사되도록 분포된다. 적당한 성분(예컨대 암모니아)의 환원제가 이러한 방식으로 SCR 촉매(270)로 운반되어 배기가스를 정화한다.
박막 F는 적어도 부분적으로는 유체 상태의 환원제에 의해 구성될 수 있다. 적어도 부분적으로는, 박막 F는 고체 상태 예컨대 환원제 결정 형태로 구성될 수 있다.
일 실시예로 주어진 일 디자인에서, 분포 수단(distribution means)(333)이 제공된다. 분포 수단(333)은 적당한 방식, 예컨대 네트(net) 혹은 프로펠러(propeller)로 설계될 수 있다. 분포 수단(333)은 상기 제한된 양의 환원제를 적절한 방식으로 분포시키도록 배치되어 있다. 이러한 방식으로, 배기가스 통로(290)와 기화 모듈(269) 중 적어도 하나에 제한된 양의 환원제를 최적으로 분포시킬 수 있는 효율적인 수단이 얻어진다. 분포 수단(333)은 주입 유닛(250)의 하류에 배치되어 있다. 분포 수단(333)은, 배기가스 통로(290)와 기화 모듈(269) 중 적어도 하나에 주입되는 제한된 양의 환원제가 분포 및 저장되는 중에 미세하게(finely) 분산시키고 살포한다.
도 4a는 엔진(235)에서 나오는 배기가스를 정화하기 위해, 이들 배기가스가 지나는 배기가스 통로(290)에 환원제가 첨가되는, 엔진(235)에 사용되는 배기가스 정화 시스템에 사용되는 방법의 흐름도를 개략적으로 도시하고 있다. 배기가스를 촉매 정화하기 위해, 배기가스 정화 시스템은 어느 정도의 온도 레벨 Tmax를 요구하는 장치(270)를 포함한다. 상기 방법은 제1 방법 단계 s401을 포함한다. 단계 s401은,
- 어느 온도 레벨 Tmax를 초과하지 않는 온도로, 장치(270)의 상류의 배기가스 통로(290)에 제한된 양의 환원제를 분포 및 저장하는 단계; 및
- 배기가스 정화 시스템이 냉시동하는 중에, 배기가스를 촉매 정화하기 위해 상기 분포 및 저장된 환원제를 사용하는 단계를 포함한다.
단계 s401이 종료된 후에 방법이 종료된다.
도 4b는 엔진(235)에서 나오는 배기가스를 정화하기 위해, 이들 배기가스가 지나는 배기가스 통로(290)에 환원제가 첨가되는, 엔진(235)에 사용되는 배기가스 정화 시스템에 사용되는 방법의 흐름도를 개략적으로 도시하고 있다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 배기가스를 촉매 정화하기 위해, 배기가스 정화 시스템은 어느 정도의 온도 레벨 Tmax를 요구하는 장치(270)를 포함한다.
상기 방법은 제1 방법 단계 s410을 포함한다. 방법 단계 s410은 배기가스 통로(290)에서의 현재의 제2 온도 T2를 결정하는 단계를 포함한다. 이는, 예를 들어 DOC 유닛(259), SCR 촉매(270), 기화 모듈(269)에서, 혹은 배기가스 통로(290)의 벽에서의 제2 온도 T2를 결정하는 것을 포함한다. 상기 방법은 제1 온도 T1을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 제2 온도 T2는 엔진(235)에서 나오는 배기가스의 제1 온도 T1에 근거하여 결정될 수 있다. 제2 온도 T2가 사전에 정해진 온도 Tmax 예컨대 섭씨 180도 혹은 200도를 초과하지 않는 경우, 본 발명에 따른 방법이 실시될 수 있다. 방법 단계 s410이 끝난 후, 다음 방법 단계 s420이 수행된다.
방법 단계 s420은 제한된 양의 환원제의 분포를 결정하는 단계를 포함한다. 방법 단계 s420은 상기 제한된 양의 환원제 양에 대응하는 환원제의 양 혹은 체적을 결정하는 단계를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 환원제의 체적은 0.1리터 혹은 0.05리터일 수 있다. 제한된 양의 환원제는 적절한 양일 수 있다. 상기 제한된 양의 환원제는 예컨대 애드블루 30그램, 100그램 혹은 600그램일 수 있다. 본 발명에 따른 방법에 따르면, 제한된 양의 환원제의 분포는, 배기가스 통로(290) 내 혹은 기화 모듈(269) 내에 과도하게 큰 환원제 결정이 형성되지 않도록 하기에 적합하다. 상기 제한된 양의 환원제 양은 SCR 촉매 내에 최대로 저장할 수 있는 암모니아의 양에 근거하거나, 그 양과 관련되거나 혹은 그 양에 근거하고 관련된 양일 수 있다. SCR 촉매는, 단위 체적 당 x그램 예컨대 리터 당 암모니아 x그램인 어느 정도의 최대 저장 가능 능력(어느 온도에서 SCR 촉매가 함유(hold)할 수 있는 암모니아 양)을 구비할 수 있다. 최대로 저장 가능한 양은 "리터" 단위로 지정된 SCR 촉매의 크기/체적에 따라 달라질 수 있다. SCR 촉매에서의 최대로 저장 가능한 양은 다르게 적용되는 단위에 따라 달라질 수도 있다. SCR 촉매 내에 저장될 수 있는 암모니아의 최대 저장량은 0.5 그램/리터일 수 있다. SCR 촉매 내에 저장될 수 있는 암모니아의 최대 저장량은 0.8 그램/리터일 수 있다. SCR 촉매 내에 저장될 수 있는 암모니아의 최대 저장량은 2 그램/리터일 수 있다. 이해할 수 있는 바와 같이, 암모니아의 최대 저장량은 0.5 그램/리터 미만이거나 2 그램/리터를 상회할 수 있다. 제한된 양의 환원제의 양은 SCR 촉매 내에 최대로 저장할 수 있는 암모니아의 양과 동일한 크기일 수 있다. 제한된 양의 환원제의 양은 SCR 촉매 내에 최대로 저장할 수 있는 암모니아의 양보다 적거나, 동일할 수 있다. 제한된 양의 환원제의 양은 SCR 촉매 내에 최대로 저장할 수 있는 암모니아의 양보다 크거나, 동일할 수 있다. 제한된 양의 환원제의 양은 SCR 촉매 내에 최대로 저장할 수 있는 암모니아 양의 50% 이하일 수 있다. 제한된 양의 환원제의 양은 SCR 촉매 내에 최대로 저장할 수 있는 암모니아 양의 25% 이하일 수 있다. 제한된 양의 환원제의 양은 SCR 촉매 내에서 NOx 가스와 반응하는 암모니아가 50그램으로 되도록 하는 양이거나 이에 상당하는 양일 수 있다. 제한된 양의 환원제의 양은 SCR 촉매 내에서 NOx 가스와 반응하는 암모니아가 25그램으로 되도록 하는 양이거나 이에 상당하는 양일 수 있다. 제한된 양의 환원제의 양은 SCR 촉매 내에서 NOx 가스와 반응하는 암모니아가 8그램으로 되도록 하는 양이거나 이에 상당하는 양일 수 있다. 제한된 양의 환원제의 양은 SCR 촉매 내에서 NOx 가스와 반응하는 암모니아가 2.5그램으로 되도록 하는 양이거나 이에 상당하는 양일 수 있다. 제한된 양의 환원제의 양은, 사전에 정해진 제한 수치를 초과하지 않는 온도로 SCR 촉매의 온도를 상승시키는 중에 암모니아 슬립(slip)이 일어나도록 하는 양일 수 있다. 제한된 양의 환원제의 양은, ASC(ammonia slip catalyst)를 지난 후에, 사전에 정해진 제한 수치를 초과하지 않는 온도로 SCR 촉매의 온도를 상승시키는 중에 암모니아 슬립(slip)이 일어나도록 하는 양일 수 있다. 상기 제한 수치는 실질적으로 0일 수 있다. 상기 제한 수치는 사전에 정해진 적당한 수치일 수 있다. 상기 제한 수치는 현재 법적 규정에 근거하는 사전에 정해진 적당한 수치일 수 있다. 암모니아 슬립의 발생은 예측 혹은 추측된 암모니아 슬립 발생일 수 있다. 암모니아 슬립의 발생은 적용가능한 계산 모델을 사용하여 계산/예측/추측될 수 있다. 배기가스 통로(290) 혹은 기화 모듈(269) 내에 환원제 결정이 형성되지 않도록 하는 양 혹은 이에 상당하는 제한된 양의 환원제의 양은 사전에 정해진 환원제의 최대 양을 초과하지 않는다. 환원제 결정의 양은 SCR 촉매 내에서 NOx 가스와 반응하는 전술한 암모니아 양에 상당할 수 있다. 상기 제한된 양의 환원제의 양은, 냉시동하는 중에 SCR 촉매의 특성 예컨대 최재 저장 능력에 근거한 양일 수 있다. 상기 제한된 양의 환원제의 양은, 냉시동 후에 이어지는 과정 중에 SCR 촉매의 특성에 근거한 양일 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 환원제가 SCR 시스템의 냉시동 중에 사용되기 전에 상기 제한된 양의 환원제가 배기가스 통로(290) 내에 오로지 일시적으로만 분포 및 저장된다. 즉, 상기 제한된 양의 환원제는 배기가스 통로(290) 내에 영구히 저장되지 않는다. 이렇게 일시적으로 저장된 제한된 양의 환원제는 본 발명에 따르는 방법에 따라 소모된다. 일시적으로 저장된 제한된 양의 환원제/암모니아는 SCR 촉매 내에서 NOx 가스와 반응하여 질소 및 물로 변환된다.
단계 s420은 제한된 양의 환원제를 주입한 후에 환원제를 적절한 방식으로 분포시키는 것을 결정하는 단계를 포함한다. 환원제를 주입하기 위한 영구적인 구성이 이러한 방식으로 결정될 수 있다. 영구적인 구성은, 예컨대 주입 유닛이 개방되어 환원제가 주입되는 시간의 주기에 관한 것이다. 공기 가압 수단(289)이 환원제를 분포시키는 데에 사용될 것인지를 이러한 방식으로 결정할 수 있다. 엔진(235)에서 나오는 배기가스 유동이 환원제를 분포시키는 데에 사용될 것인지를 이러한 방식으로 결정할 수 있다. 하나 이상의 주입 유닛(250)을 사용할 것인지를 이러한 방식으로 결정할 수 있다. 환원제를 주입하는 데에 어떤 적당한 분사 이미지르르 사용할 것인지를 이러한 방식으로 결정할 수 있다. 방법 단계 s420이 끝난 후, 후속 방법 단계 s430이 수행된다.
방법 단계 s430은 결정된 제한된 양이 환원제를 적절한 방식으로 분포시키고 저장하는 단계를 포함한다. 이는 여러 다양한 적당한 방식으로 수행될 수 있다. 방법 단계 s430이 종료된 후, 후속 방법 단계 s440이 수행된다.
방법 단계 s440은 SCR 촉매(270) 내에서 배기가스를 정화하기 위해 상기 분포 및 저장된 제한된 양의 환원제를 사용하는 단계를 포함한다. SCR 시스템을 가열하는 중에 제2 온도 T2가 점진적으로 증가함에 따라, 저장되어 있는 환원제가 예컨대 암모니아 형태로 점진적으로 방출되며, 엔진에서 나오는 배기가스 유동에 의해 SCR 촉매(270)로 안내된다. 다른 일 디자인에 따르면, 저장되어 있는 환원제는 예컨대 기체 상태의 암모니아 형태로 점진적으로 방출되며, 공기 가압 수단에 의해 발생된 기류에 의해 SCR 촉매(270)로 안내된다. 공기 가압 수단에 의한 기류는 엔진(235)에서 나오는 배기가스 유동과 결합되어 사용될 수 있다. 본 발명에 따르면, 배기가스 통로(290)와 기화 모듈(269) 중 적어도 하나에 일시적으로 분포 및 저장되어 존재하는 제한된 양의 환원제만이 사용된다. 방법 단계 s440 후에, 본 발명에 따른 방법이 종료된다.
도 5에는 장치(500)의 일 디자인이 도시되어 있다. 일 디자인에서, 도 2에 도시되어 있는 제어 유닛(200, 210)은 장치(500)를 포함한다. 장치(500)는 비-일시성 메모리(520), 데이터 처리 유닛(510) 및 판독/기록 메모리(550)를 포함한다. 비-일시성 메모리(520)는 장치(500)의 기능을 제어하기 위해, 오퍼레이팅 시스템 같은 컴퓨터 프로그램이 저장되어 있는 제1 메모리 섹션(530)을 구비한다. 또한, 장치(500)는 버스 컨트롤러, 시리얼 통신 포트, I/O 수단, A/D 컨버터, 시간 및 날짜를 입력하고 전송하는 유닛, 이벤트 카운터 및 인터럽트 컨트롤러(도면에 도시되어 있지 않음)를 포함한다. 비-일시성 메모리(520)는 제2 메모리 섹션(540)도 구비한다.
컴퓨터 프로그램(P)에는 배기가스를 정화하기 위해 엔진(235)에서 나오는 배기가스가 지나가는 통로(290)에 환원제가 첨가되는 엔진(235)용 배기가스 정화 시스템에 사용되는 공정 순서가 제공되어 있으며, 상기 배기가스 정화 시스템은 배기가스를 촉매 정화하기 위해, 어느 정도의 온도 레벨 Tmax를 요구하는 장치(270)를 포함한다.
컴퓨터 프로그램(P)은, 배기가스 정화 시스템을 냉시동하는 중에 배기가스를 촉매 정화하기 위해, 분포 및 저장된 환원제를 제공하고 사용하기 위해, 어느 온도 레벨 Tmax를 초과하지 않는 온도에서 SCR 촉매(270)의 상류에서 배기가스 통로의 상류에 배치되어 있는 배기가스 통로(290) 및 기화 모듈 중 적어도 하나에 제한된 양의 환원제를 주입하고, 분포 및 저장하는 공정 순서를 포함한다. 컴퓨터 프로그램(P)은 엔진(235)의 시동을 끄는 것과 관련하여 제한된 양의 환원제를 분포 및 저장하는 공정 순서를 포함할 수 있다. 컴퓨터 프로그램(P)은 엔진(235)을 시동하는 것과 관련하여 제한된 양의 환원제를 분포 및 저장하는 공정 순서를 포함할 수 있다. 컴퓨터 프로그램(P)은 배기가스 통로(290) 및 기화 모듈 중 적어도 하나에 환원제 박막(F)을 형성하기 위해, 제한된 양의 환원제를 분포 및 저장하는 공정 순서를 포함할 수 있다. 컴퓨터 프로그램(P)은 환원제 주입 유닛(250)을 통해 제한된 양의 환원제를 분포 및 저장하는 공정 순서를 포함할 수 있다. 컴퓨터 프로그램(P)은 배기가스 처리 시스템에서 밸브 장치(도면에 도시되어 있지 않음)를 제어하기 위해 제한된 양의 환원제를 분포 및 저장하는 공정 순서를 포함할 수 있다. 환원제를 분포시키기 위해, 컴퓨터 프로그램(P)은 엔진(235)의 작동을 제어하여 엔진(235)에서 나오는 배기가스 유동을 사용하기 위한 공정 순서를 포함할 수 있다. 환원제를 분포시키기 위해, 컴퓨터 프로그램(P)은 공기 가압 수단(289)을 제어하여 배기가스 통로(290)에 공급되는 가압된 공기를 사용하기 위한 공정 순서를 포함할 수 있다.
컴퓨터 프로그램(P)은 메모리(560) 및/또는 판독/기록 메모리(550) 중 적어도 하나에 실행가능한 형태 혹은 압축된 형태로 저장될 수 있다.
데이터 처리 유닛(510)이 어느 기능을 수행한다고 기재되어 있는 것은, 데이터 처리 유닛(510)이 메모리(560) 내에 저장되어 있는 프로그램의 어느 일부 혹은 판독/기록 메모리(550) 내에 저장되어 있는 프로그램의 어느 일부를 수행하는 것으로 이해되어야 한다.
데이터 처리 유닛(510)은 데이터 버스(515)를 거쳐 데이터 포트(599)와 통신할 수 있다. 비-일시성 메모리(520)는 데이터 버스(512)를 통해 데이터 처리 유닛(510)과 통신하기 위한 것이다. 별개의 메모리(560)는 데이터 버스(511)를 통해 데이터 처리 유닛(510)과 통신한다. 판독/기록 메모리(550)는 데이터 버스(514)를 통해 데이터 처리 유닛(510)과 통신하도록 배치되어 있다. 링크들(L210, L230, L240, L250, L260 및 L289)은 예를 들면 데이터 포트(599)에 연결될 수 있다(도 2 및 도 3 참조).
데이터가 데이터 포트(599)에 수신되면, 데이터가 제2 메모리 섹션(540) 내에 일시적으로 저장된다. 수신된 데이터가 일시적으로 저장될 때, 데이터 처리 유닛(510)은 전술한 바와 같은 방식으로 코드를 실행하기 위한 준비를 한다.
일 디자인에 따르면, 데이터 포트(599)에 수신된 신호는 배기가스 통로(290) 내의 부품 혹은 적당한 표면에서의 현재 온도(T2), DOC 유닛(259)에서의 온도 T2와 SCR 촉매(270)에서의 현재 온도 T2 중 적어도 하나에 관한 정보를 포함한다.
제한된 양의 환원제를 어느 온도 레벨 Tmax를 초과하지 않는 온도에서 SCR 촉매 상류의 배기가스 통로에 주입, 분포 및 저장하기 위해, 데이터 포트(599)에 수신된 신호가 장치(500)에 의해 사용된다. 배기가스 정화 시스템을 냉시동하는 중에 분포 및 저장된 환원제가 이러한 방식으로 사용된다.
본 명세서에 기재되어 있는 방법들의 일부들은, 메모리(560) 혹은 판독/기록 메모리(550) 내에 저장되어 있는 프로그램을 실행하는 데이터 처리 유닛(510)의 도움을 받아 장치(500)에 의해 실시될 수 있다. 장치(500)가 프로그램을 실행할 때, 본 명세서에 기재되어 있는 방법이 실행된다.
위에 기재한 본 발명의 바람직한 실시형태는 본 발명을 설명하기 위해 제공한 것이지, 본 발명을 여기에 기재한 실시형태로 제한하기 위한 것이 아니다. 통상의 기술자라면 본 발명의 다양하게 변형 및 변조할 수 있음을 이해할 것이다. 본 발명의 원리와 실제 적용을 가장 잘 설명할 수 있는 실시형태를 선택하여 설명하였으므로, 통상의 기술자라면 여러 실시형태에 관한 본 발명을 잘 이해할 것이며 사용 목적에 맞추어 적당하게 변형할 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. 배기가스를 정화하기 위해 엔진(235)에서 나오는 배기가스가 지나는 통로(290)에 환원제를 부가하는, 엔진(235)에 사용되는 배기가스 정화 시스템에서 사용되는 방법으로, 상기 배기가스 정화 시스템은 배기가스를 촉매 정화하기 위해서는 어느 정도의 온도(Tmax)를 필요로 하는 SCR 촉매(270)를 포함하는, 방법에 있어서,
    - 상기 SCR 촉매(270)의 상류에서 상기 배기가스 통로(290; 269) 내에 상기 어느 정도의 온도(Tmax)를 초과하지 않는 온도에서 제한된 양의 환원제를 분포 및 저장하는 단계(s430); 및
    - 배기가스 정화 시스템을 냉시동하는 중에 배기가스를 촉매 정화하기 위해, 상기 분포 및 저장된 환원제를 사용하는 단계(s440)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    - 환원제의 결정체 상태를 통해 상기 분포 및 저장된 환원제를 사용하는 단계(s440)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    - 엔진(235)의 시동을 끄는 것과 관련하여 상기 제한된 양의 환원제를 분포 및 저장하는 단계(s430)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    - 엔진(235)의 시동을 켜는 것과 관련하여 상기 제한된 양의 환원제를 분포 및 저장하는 단계(s430)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    - 배기가스 통로(290; 269) 내에 환원제 박막(F)을 형성하기 위해 상기 제한된 양의 환원제를 분포하는 단계(s430)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    - 환원제 주입 유닛(250)의 제어를 통해 제한된 양의 환원제를 분포하는 단계(s430)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    - 배기가스 처리 시스템에서 밸브 장치의 제어를 통해 제한된 양의 환원제를 분포하는 단계(s430)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    - 환원제를 분포시키기 위해 엔진(235)에서 나오는 배기가스 유동을 사용하는 단계(s430)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 배기가스를 정화하기 위해 엔진(235)에서 나오는 배기가스가 지나는 통로(290)에 환원제를 부가하는 수단(250)을 포함하는, 엔진(235)에 사용되는 배기가스 정화 시스템에서 사용되는 장치로, 상기 배기가스 정화 시스템은 배기가스를 촉매 정화하기 위해서는 어느 정도의 온도(Tmax)를 필요로 하는 SCR 촉매(270)를 포함하는, 장치에 있어서,
    - 배기가스 정화 시스템을 냉시동하는 중에 배기가스를 촉매 정화하기 위해, 분포 및 저장된 환원제를 사용할 수 있도록 하기 위해, 상기 SCR 촉매(270)의 상류의 배기가스 통로(290; 269) 내에 상기 어느 정도의 온도(Tmax)를 초과하지 않는 온도에서 환원제를 일시적으로 저장하기 위해 배기가스 통로(290; 269)에 제한된 양의 환원제를 분포시키는 수단(200; 210; 500; 250; 333; 289)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    - 엔진의 시동 꺼짐을 판정하는 수단(200; 210; 500),
    - 엔진 시동이 꺼진 것으로 판정된 경우, 제한된 양의 환원제를 분포시키는 수단(200; 210; 500; 250; 333; 289)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    - 엔진의 시동 켜짐을 판정하는 수단(200; 210; 500),
    - 엔진 시동이 켜진 것으로 판정된 경우, 제한된 양의 환원제를 분포시키는 수단(200; 210; 500; 250; 333; 289)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    - 배기가스 통로(290; 269) 내에 환원제 박막(F)을 형성하기 위해, 제한된 양의 환원제를 분포시키는 수단(200; 210; 500; 250; 333; 289)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 모터 차량(100, 110)으로,
    제9항 또는 제10항에 따른 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 모터 차량.
  14. 컴퓨터에 의해 읽어들일 수 있는 매체로, 상기 매체는 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램을 포함하고, 상기 프로그램 코드가 컴퓨터에서 실행될 때, 상기 컴퓨터가 제1항 또는 제2항에 따른 방법을 수행하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터에 의해 읽어들일 수 있는 매체.
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