KR102240005B1 - 선택적 환원 촉매 시스템 및 환원제 분사 모듈의 온도 제어 방법 - Google Patents

선택적 환원 촉매 시스템 및 환원제 분사 모듈의 온도 제어 방법 Download PDF

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Abstract

선택적 촉매 환원 시스템은 엔진으로부터 배기가스가 배출되는 배기 파이프에 설치되고 상기 배기 파이프 내부로 환원제를 분사하는 환원제 분사 모듈, 상기 환원제 분사 모듈의 온도 관련 정보를 이용하여 상기 환원제 분사 모듈의 분사 노즐의 온도를 산출하는 온도 산출부, 및 엔진 운전 중 상기 산출된 분사 노즐의 온도가 허용 온도를 초과할 경우 상기 환원제 분사 모듈의 환원제 분사량을 증가시키도록 제어하는 온도 제어부를 포함한다.

Description

선택적 환원 촉매 시스템 및 환원제 분사 모듈의 온도 제어 방법{SELECTIVE CATALYST REDUCTION SYSTEM AND METHOD FOR REDUCING AGENT DOSING MODULE}
본 발명은 선택적 촉매 환원 시스템 및 환원제 분사 모듈의 온도 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내연기관의 배기가스 후처리를 위한 환원제 분사 모듈의 온도 제어 방법 그리고 이를 이용한 배기가스 처리 시스템에 관한 것이다.
선택적 촉매 환원 장치는 엔진으로부터 배출되는 배기가스 중에 함유된 공해 물질들을 감소시키기 위한 배기가스 후처리 장치로서 제공될 수 있다. 상기 선택적 촉매 환원 장치는 환원제를 배기가스의 유동 방향으로 분사하기 위한 환원제 분사 모듈을 포함할 수 있다. 엔진 냉각수는 상기 환원제 분사 모듈에 연결된 냉각수 순환 라인을 통해 순환하여 상기 환원제 분사 모듈이 고온의 배기가스에 의해 가열되는 것을 방지할 수 있다.
그러나, 혹서기 및 고부하 운전으로 인하여 고온의 배기가스에 분사 노즐이 빈번히 노출될 경우, 분사 노즐은 열적 변형이 발생하여 노즐 홀이 막히는 현상이 발생할 수 있다. 이러한 노즐의 홀 막힘 현상이 발생하면 NOx 저감을 위한 적당량의 우레아가 분사되지 못하여 선택적 촉매 환원 장치의 NOx 전환효율이 저하되고 및 산업용 차량의 경우 SCR inducement 및 차량의 경우 OBD(On-Board Diagnostics)에 의한 출력 제한이 발생하여 궁극적으로는 배기가스 규제 초과 및 상품성 저하를 유발시킬 수 있다.
본 발명의 일 과제는 운전 중 또는 운전 직후의 고온의 배기가스로 인한 환원제 분사 모듈의 열해 및 파손을 방지할 수 있는 선택적 환원 촉매 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 과제는 환원제 분사 모듈의 온도 제어 방법을 제공하는 데 있다.
상술한 본 발명의 일 과제를 달성하기 위하여, 예시적인 실시예들에 따른 선택적 촉매 환원 시스템은 엔진으로부터 배기가스가 배출되는 배기 파이프에 설치되고 상기 배기 파이프 내부로 환원제를 분사하는 환원제 분사 모듈, 상기 환원제 분사 모듈의 온도 관련 정보를 이용하여 분사 노즐의 온도를 산출하는 온도 산출부, 및 엔진 운전 중 상기 산출된 분사 노즐의 온도가 허용 온도를 초과할 경우 상기 환원제 분사 모듈의 환원제 분사량을 증가시키도록 제어하는 온도 제어부를 포함한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 온도 산출부는 환원제 분사 노즐의 온도 모델을 통하여 상기 환원제 분사 노즐의 온도를 실시간으로 모니터링할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 온도 관련 정보는 배기가스 유량, 환원제 분사량, 배기가스 온도, 팬 회전속도, 냉각수 온도, 외기 온도 및 엔진룸 온도 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 온도 제어부는 상기 엔진 운전 중 상기 환원제 분사량을 증가시킨 이후에도 상기 분사 노즐의 온도가 허용 온도를 초과할 경우 엔진 출력을 제한하도록 제어할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 선택적 촉매 환원 시스템은 상기 환원제 분사 모듈의 일측면 상에 설치되며 상기 환원제 분사 모듈을 냉각시키기 위한 냉각 팬을 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 온도 제어부는 엔진 운전 정지 직후 상기 산출된 분사 노즐의 온도가 허용 온도를 초과할 경우 상기 냉각 팬의 회전 속도를 증가시키도록 제어할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 배기 파이프 내에는 선택적 환원 촉매가 설치되고, 상기 환원제 분사 모듈은 상기 선택적 환원 촉매의 전방에 설치될 수 있다.
상술한 본 발명의 다른 과제를 달성하기 위하여, 예시적인 실시예들에 따른 환원제 분사 모듈의 온도 제어 방법에 있어서, 엔진 배기관에 설치된 환원제 분사 모듈의 온도 관련 정보를 검출한다. 상기 온도 관련 정보를 이용하여 상기 환원제 분사 모듈의 분사 노즐 온도를 산출한다. 엔진 운전 중 상기 산출된 분사 노즐의 온도가 허용 온도를 초과할 경우 상기 환원제 분사 모듈의 환원제 분사량을 증가시키도록 제어한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 분사 노즐의 온도를 산출하는 단계는 상기 환원제 분사 노즐의 온도 모델에 통하여 상기 환원제 분사 노즐의 온도를 실시간으로 모니터링하는 단계를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 온도 관련 정보는 배기가스 유량, 환원제 분사량, 배기가스 온도, 팬 회전속도, 냉각수 온도, 외기 온도 및 엔진룸 온도 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 방법은, 상기 엔진 운전 중 상기 환원제 분사량을 증가시키도록 제어하는 단계 이후에도, 상기 분사 노즐의 온도가 허용 온도를 초과할 경우 엔진 출력을 제한하도록 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 방법은, 엔진 운전 정지 직후 상기 산출된 분사 노즐의 온도가 허용 온도를 초과할 경우 상기 환원제 분사 모듈을 냉각시키기 위해 설치된 냉각 팬의 회전 속도를 증가시키도록 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 선택적 촉매 환원 시스템에 따르면, 운전 중 및 운전 직후에 고온의 배기가스 및 고온의 엔진룸 조건들에 따라 분사 노즐의 온도를 제어하여 노즐의 파손을 방지할 수 있다. 우레아 분사노즐의 온도를 우레아 분사노즐 온도 모델을 통하여 주기적으로 모니터링하고 엔진 운전중의 경우 노즐이 허용 온도를 초과하였을 경우 우레아 분사량을 증대시켜 노즐을 허용 온도 이하로 감소시키고 그럼에도 불구하고 허용 온도를 초과하였을 경우 출력 제한(Torque Reduction)을 통하여 우레아 분사 노즐의 파손을 방지하는 모드와 엔진 정지 상태의 경우에 노즐이 허용온도를 초과하였을 경우 별도로 팬을 작동하여 노즐 온도를 감소시키는 모드로 노즐의 온도를 제어할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 선택적 촉매 환원 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 환원제 분사 모듈의 온도 제어 장치를 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 2의 온도 산출부를 나타내는 블록도이다.
도 4a는 도 2의 연산부의 환원제 분사량 산출부를 나타내는 블록도이다.
도 4b는 도 2의 연산부의 출력 제한 산출부를 나타내는 블록도이다.
도 4c는 도 2의 연산부의 팬 회전속도 산출부를 나타내는 블록도이다.
도 5는 예시적인 실시예들에 따른 환원제 분사 모듈의 온도 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 선택적 촉매 환원 시스템을 나타내는 블록도이다. 도 2는 도 1의 환원제 분사 모듈의 온도 제어 장치를 나타내는 블록도이다. 도 3은 도 2의 온도 산출부를 나타내는 블록도이다. 도 4a는 도 2의 연산부의 환원제 분사량 산출부를 나타내는 블록도이다. 도 4b는 도 2의 연산부의 출력 제한 산출부를 나타내는 블록도이다. 도 4c는 도 2의 연산부의 팬 회전속도 산출부를 나타내는 블록도이다.
도 1 내지 도 4c를 참조하면, 배기가스 처리 시스템은 엔진으로부터 배출되는 배기가스 내의 질소산화물을 환원시키기 위한 환원제를 분사하는 환원제 분사 모듈(22)을 구비하는 선택적 촉매 환원(selective catalyst reduction, SCR) 장치(20), 환원제 분사 모듈(22)에 인접하게 설치되며 환원제 분사 모듈(22)을 냉각시키기 위한 냉각 팬(30), 및 환원제 분사 모듈(22)의 온도 관련 정보를 이용하여 환원제 분사 모듈(22)의 온도를 제어하는 온도 제어 장치(100)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, SCR 장치(20)는 배기 파이프(10) 내에 설치되는 선택적 환원 촉매(도시되지 않음) 및 상기 선택적 환원 촉매의 전방에서 배기 파이프(10) 내에 환원제를 분사하기 위한 환원제 분사 모듈(22)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 배기가스 처리 시스템은 SCR 장치(20)의 전방의 배기 파이프(10)에 설치되는 디젤 산화 촉매(diesel oxidation catalyist, DOC)(12)를 포함할 수 있다.
예를 들면, 배기 파이프(10)는 디젤 엔진과 같은 내연기관(도시되지 않음)의 배기 매니폴드에 연결되어 엔진으로부터 배기가스가 배출될 수 있다. 디젤 산화 촉매 장치(12)는 상기 디젤 엔진의 배기가스에 포함된 일산화탄소 및 탄화수소를 산화시킬 수 있다. SCR 장치(20)는 산화 촉매 장치(12) 하류의 배기 파이프(10)에 설치되어 질소산화물(NOX)을 환원시킬 수 있다.
환원제 분사 모듈(22)은 엔진으로부터 배출되는 배기가스 내의 질소산화물을 환원시키기 위하여 우레아와 같은 환원제를 분사할 수 있다. 예를 들면, 환원제 분사 모듈(22)은 공급 및 회수 파이프들(24a, 24b)을 통해 우레아 공급 모듈(40)과 연결되어 우레아를 배기 파이프(10) 내에 분사할 수 있다. 엔진으로부터 배출된 배기가스의 온도는 수백 ℃에 이르는 고온이므로, 배기 파이프(10) 내에 분사된 상기 환원제는 곧바로 기화될 수 있다. 기화된 환원제는 배기가스와 혼합되고, 상기 환원제와 상기 질소산화물을 상기 선택적 환원 촉매를 이용하여 촉매 반응시켜 상기 질소산화물을 질소 가스와 물로 환원시킬 수 있다.
또한, 환원제 분사 모듈(22)은 공급 및 회수 라인들(26a, 26b)을 통해 냉각수 공급 모듈(50)과 연결될 수 있다. 예를 들면, 냉각수 공급 모듈(50)의 냉각수 펌프(도시되지 않음)는 냉각수를 공급 및 회수 라인들(26a, 26b)을 통해 환원제 분사 모듈(22)로 순환시켜 환원제 분사 모듈(22)이 고온의 배기가스에 의해 온도가 상승되는 것을 방지할 수 있다. 상기 냉각수 펌프는 엔진에 연결되고, 상기 엔진이 운전할 때 상기 냉각수 펌프도 역시 동작하여 냉각수를 환원제 분사 모듈(22)로 순환시키는 반면, 상기 엔진이 정지하면 상기 냉각수 펌프도 정지하여 환원제 분사 모듈(22)로의 냉각수의 순환이 정지하게 된다.
예시적인 실시예들에 있어서, 냉각 팬(30)은 환원제 분사 모듈(22)에 인접하도록 환원제 분사 모듈(22)의 일측면 상에 설치되며, 환원제 분사 모듈(22)의 분사 노즐(23)을 냉각시킬 수 있다. 냉각 팬(30)은 환원제 분사 모듈(22)이 설치된 배기 파이프(10) 상에 설치될 수 있다. 이와 다르게, 라디에이터 역할을 수행하는 환기 팬과 같은 별도의 환기 팬이 냉각 팬(30)으로서 사용될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 온도 제어 장치(100)는 환원제 분사 모듈(22)의 온도 관련 정보로부터 분사 노즐(23)의 온도를 산출하는 온도 산출부(110), 및 엔진의 운전 여부에 따라 상기 산출된 분사 노즐의 온도가 허용 온도를 초과할 때 환원제 분사 모듈(22)의 온도를 제어하는 온도 제어부를 포함할 수 있다. 상기 온도 제어부는 상기 산출된 분사 노즐의 온도가 허용 온도를 초과하는 지 여부를 판단하여 환원제 분사 모듈(22)의 온도 제어 모드를 결정하는 온도 제어 판단부(120), 및 상기 결정된 온도 제어 모드에 따라 환원제 분사 모듈(22)의 분사량, 상기 엔진의 제한 출력값 및 냉각 팬(30)의 회전속도 중 어느 하나를 산출하는 연산부(130)를 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 온도 산출부(110)는 다양한 측정 기구 및 센서들과 연결되어 환원제 분사 노즐(22)의 온도를 산출하기 위한 계측값들을 수신하고 저장할 수 있다. 예를 들면, 온도 산출부(110)는 유량 센서로부터 배기 파이프(10)를 흐르는 배기가스 유량, 환원제 공급 모듈(40)에서 공급하는 환원제 분사량, 배기가스 온도 센서(60)로부터 배기가스 온도, 냉각 팬(30)의 팬 회전속도, 서모스탯으로부터 냉각수 온도, 외기 온도, 엔진룸 온도 등에 관한 신호들을 수신할 수 있다. 이와 다르게, 온도 산출부(110)는 엔진 제어장치(ECU)(70)에 연결되어 이로부터 필요한 계측값들을 수신할 수 있다.
온도 산출부(110)는 환원제 분사 노즐의 온도 모델(112)을 통하여 환원제 분사 노즐(22)의 온도를 실시간으로 모니터링할 수 있다. 온도 산출부(110)는 환원제 분사 노즐의 열역학, 엔진의 흡기 및 배기 동역학 등에 기초하여 환원제 분사 노즐의 온도 모델(112)를 구축하고 저장할 수 있다. 상기 모델은 엔진 및 배기가스 처리 시스템 내의 센서들로부터의 계측값들로부터 환원제 분사 모듈(22)의 분사 노즐(23)의 온도를 계산하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 온도 산출부(110)는 계측값들에 기초하여 상기 온도 모델을 이용하여 분사 노즐(23)의 현재 온도를 도출할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 온도 제어 판단부(120)는 엔진의 운전 여부에 따라 상기 산출된 분사 노즐의 온도가 허용 온도를 초과하는 지 여부를 판단하여 환원제 분사 모듈(22)의 온도 제어 모드를 결정할 수 있다.
구체적으로, 엔진이 운전 중일 때에는 냉각수 펌프가 작동하여 환원제 분사 모듈(22)로 냉각수를 순환시켜 환원제 분사 모듈(22)을 냉각시킬 수 있다. 이 경우에 있어서, 운전 환경이 혹서기에서 고부하 운전일 경우, 산출된 분사 노즐의 온도가 허용 온도를 초과할 때, 온도 제어 판단부(120)는 환원제 분사량 제어 모드를 선택할 수 있다. 고부하 운전이 지속될 경우, 산출된 분사 노즐의 온도가 허용 온도를 초과할 때, 온도 제어 판단부(120)는 엔진 출력 제한 모드를 선택할 수 있다.
한편, 엔진이 정지하게 되면 냉각수 펌프가 정지하여 환원제 분사 모듈(23)로의 냉각수의 순환이 정지될 수 있다. 이 경우에 있어서, 고부하 운전 직후 엔진이 정지한 경우, 산출된 분사 노즐의 온도가 허용 온도를 초과할 때, 온도 제어 판단부(120)는 냉각 팬 작동 모드를 선택할 수 있다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 환원제 분사량 산출부(132)는 상기 환원제 분사량 제어 모드가 선택된 경우 상기 산출된 분사 노즐의 온도에 따른 환원제 분사량을 산출할 수 있다. 환원제 분사량 산출부(132)에 의해 환원제 분사량이 결정되면 분사량 제어 신호가 출력되고, 상기 분사량 제어 신호는 환원제 공급 모듈(40)로 입력되어 환원제 분사량을 증가시켜 분사 노즐(23)의 온도를 허용 온도 이하로 감소시킬 수 있다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 엔진 제한 출력 산출부(134)는 상기 엔진 출력 제한 모드가 선택된 경우 상기 산출된 분사 노즐의 온도에 따른 엔진의 제한 출력값을 산출할 수 있다. 상기 엔진의 제한 출력값은 엔진의 출력, 예를 들면, 엔진의 토크, 엔진의 RPM 등을 제한하기 위하여 설정된 출력값일 수 있다. 엔진 제한 출력 산출부(134)에 의해 엔진의 제한 토크값이 결정되면 출력 제어 신호가 출력되고, 상기 출력 제어 신호는 엔진 제어장치(70)의 엔진 제어기(72)로 입력되어 엔진의 RPM을 감소시켜 엔진 출력을 제한시킬 수 있다.
도 4c에 도시된 바와 같이, 팬 회전속도 산출부(136)는 상기 냉각 팬 작동 모드가 선택된 경우 상기 산출된 분사 노즐의 온도에 따른 냉각 팬(30)의 회전속도를 산출할 수 있다. 팬 회전속도 산출부(136)에 의해 냉각 팬의 회전속도가 결정되면 회전속도 제어 신호가 출력되고, 상기 회전속도 제어 신호는 냉각 팬(30)으로 입력되어 냉각 팬의 회전속도를 증가시켜 분사 노즐(23)의 온도를 감소시킬 수 있다.
온도 제어 장치(100)는 캔(CAN) 프로토콜을 통해 온도 관련 정보인 계측값들을 수신하고 연산부(130)에 의해 산출된 제어 신호들을 각각의 모듈로 출력할 수 있다. 또한, 온도 제어 장치(100)는 별도의 제어기로 설치되거나 엔진 제어장치(ECU)에 내장된 제어 로직 형태로 구현될 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 환원제 분사 모듈의 온도 제어 장치에 따르면, 운전 중 및 운전 직후에 고온의 배기가스 및 고온의 엔진룸 조건들에 따라 분사 노즐의 온도를 제어하여 노즐의 파손을 방지할 수 있다. 우레아 분사노즐의 온도를 우레아 분사노즐 온도 모델을 통하여 주기적으로 모니터링하고 엔진 운전중의 경우 노즐이 허용 온도를 초과하였을 경우 우레아 분사량을 증대시켜 노즐을 허용 온도 이하로 감소시키고 그럼에도 불구하고 허용 온도를 초과하였을 경우 출력 제한(Torque Reduction)을 통하여 우레아 분사 노즐의 파손을 방지하는 모드와 엔진 정지 상태의 경우에 노즐이 허용온도를 초과하였을 경우 별도로 팬을 작동하여 노즐 온도를 감소시키는 모드로 노즐의 온도를 제어할 수 있다.
이하에서는, 도 1의 환원제 분사 모듈의 온도 제어 장치를 이용하여 분사 노즐의 온도를 제어하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 5는 예시적인 실시예들에 따른 환원제 분사 모듈의 온도 제어 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1, 도 2 및 도 5를 참조하면, 환원제 분사 모듈의 온도 관련 정보를 수신하고, 상기 온도 관련 정보에 기초하여 상기 환원제 분사 노즐의 온도 모델을 통하여 환원제 분사 노즐의 온도를 실시간으로 모니터링할 수 있다(S100).
예시적인 실시예들에 있어서, 다양한 측정 기구 및 센서들로부터 환원제 분사 노즐(22)의 온도를 산출하기 위한 계측값들을 수신하고, 환원제 분사 노즐의 온도 모델을 통하여 환원제 분사 노즐(22)의 온도를 실시간으로 모니터링할 수 있다.
예를 들면, 유량 센서로부터 배기 파이프(10)를 흐르는 배기가스 유량, 환원제 공급 모듈(40)에서 공급하는 환원제 분사량, 배기가스 온도 센서(60)로부터 배기가스 온도, 냉각 팬(30)의 팬 회전속도, 서모스탯으로부터 냉각수 온도, 외기 온도, 엔진룸 온도 등에 관한 신호들을 수신할 수 있다. 따라서, 상기 계측값들에 기초하여 상기 온도 모델을 이용하여 분사 노즐(23)의 현재 온도를 도출할 수 있다.
이어서, 엔진의 운전 여부에 따라 상기 산출된 분사 노즐의 온도가 허용 온도를 초과하는 지 여부를 판단하여 상기 환원제 분사 모듈의 온도 제어 모드를 결정할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 운전 환경이 혹서기에서 고부하 운전일 경우, 산출된 분사 노즐의 온도가 허용 온도를 초과할 때, 환원제 분사량 제어 모드를 선택할 수 있다(S110). 고부하 운전이 지속될 경우, 산출된 분사 노즐의 온도가 허용 온도를 초과할 때, 엔진 출력 제한 모드를 선택할 수 있다(S120). 한편, 고부하 운전 직후 엔진이 정지한 경우, 산출된 분사 노즐의 온도가 허용 온도를 초과할 때, 냉각 팬 작동 모드를 선택할 수 있다(S160).
이후, 상기 결정된 온도 제어 모드에 따라 상기 환원제 분사 모듈의 분사량, 상기 엔진의 제한 출력값 및 상기 환원제 분사 모듈을 냉각시키기 위한 냉각 팬의 회전속도 중 어느 하나를 산출할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 환원제 분사량 제어 모드가 선택된 경우 상기 산출된 분사 노즐의 온도에 따른 환원제 분사량을 산출할 수 있다(S130). 상기 산출된 환원제 분사량에 따라 분사량 제어 신호가 생성되고, 상기 분사량 제어 신호는 환원제 공급 모듈(40)로 입력되어 환원제 분사량을 증가시켜 분사 노즐(23)의 온도를 허용 온도 이하로 감소시킬 수 있다.
상기 엔진 출력 제한 모드가 선택된 경우 상기 산출된 분사 노즐의 온도에 따른 엔진의 제한 출력값을 산출할 수 있다(S150). 상기 엔진의 제한 출력값은 엔진의 출력, 예를 들면, 엔진의 토크, 엔진의 RPM 등을 제한하기 위하여 설정된 출력값일 수 있다. 상기 산출된 엔진의 제한 토크값에 따라 출력 제어 신호가 생성되고, 상기 출력 제어 신호는 엔진 제어장치(70)의 엔진 제어기(72)로 입력되어 엔진의 RPM을 감소시켜 엔진 출력을 제한시킬 수 있다.
상기 냉각 팬 작동 모드가 선택된 경우 상기 산출된 분사 노즐의 온도에 따른 냉각 팬(30)의 회전속도를 산출할 수 있다(S170). 상기 산출된 냉각 팬의 회전속도에 따라 회전속도 제어 신호가 생성되고, 상기 회전속도 제어 신호는 냉각 팬(30)으로 입력되어 냉각 팬의 회전속도를 증가시켜 분사 노즐(23)의 온도를 감소시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 환원제 분사 모듈의 온도 제어 방법에 따르면, 운전 중 및 운전 직후 고온의 배기가스 및 고온의 엔진룸 조건에 의한 노즐팁 온도 제어를 하는 로직을 제공하여 노즐 파손을 방지할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 배기 파이프 12: 디젤 산화 촉매
20: SCR 장치 22: 환원제 분사 모듈
23: 분사 모듈 30: 냉각 팬
40: 환원제 공급 모듈 50: 냉각수 공급 모듈
60: 배기가스 온도 센서 70: 엔진 제어장치
100: 온도 제어 장치 110: 온도 산출부
120: 온도 제어 판단부 130: 연산부
132: 환원제 분사량 산출부 134: 엔진 제한 출력 산출부
136: 팬 회전속도 산출부

Claims (12)

  1. 엔진으로부터 배기가스가 배출되는 배기 파이프에 설치되고, 상기 배기 파이프 내부로 환원제를 분사하는 분사 노즐을 포함하는 환원제 분사 모듈;
    상기 환원제 분사 모듈의 온도 관련 정보를 이용하여 상기 환원제 분사 모듈의 분사 노즐의 온도를 산출하는 온도 산출부; 및
    엔진 운전 중 상기 산출된 분사 노즐의 온도가 허용 온도를 초과할 경우 상기 환원제 분사 모듈의 환원제 분사량을 증가시키도록 제어하는 온도 제어부를 포함하고,
    상기 온도 제어부는 상기 엔진 운전 중 상기 환원제 분사량을 증가시킨 이후에도 상기 분사 노즐의 온도가 허용 온도를 초과할 경우 엔진 출력을 제한하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 온도 산출부는 상기 분사 노즐의 온도 모델을 통하여 상기 분사 노즐의 온도를 실시간으로 모니터링하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 온도 관련 정보는 배기가스 유량, 환원제 분사량, 배기가스 온도, 팬 회전속도, 냉각수 온도, 외기 온도 및 엔진룸 온도 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 환원제 분사 모듈의 일측면 상에 설치되며 상기 환원제 분사 모듈을 냉각시키기 위한 냉각 팬을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 온도 제어부는 엔진 운전 정지 직후 상기 산출된 분사 노즐의 온도가 허용 온도를 초과할 경우 상기 냉각 팬의 회전 속도를 증가시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 배기 파이프 내에는 선택적 환원 촉매가 설치되고, 상기 환원제 분사 모듈은 상기 선택적 환원 촉매의 전방에 설치되는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  8. 엔진 배기관에 설치된 환원제 분사 모듈의 온도 관련 정보를 검출하는 단계;
    상기 온도 관련 정보를 이용하여 상기 환원제 분사 모듈의 분사 노즐 온도를 산출하는 단계;
    엔진 운전 중 상기 산출된 분사 노즐의 온도가 허용 온도를 초과할 경우 상기 환원제 분사 모듈의 환원제 분사량을 증가시키도록 제어하는 단계; 및
    상기 엔진 운전 중 상기 환원제 분사량을 증가시키도록 제어하는 단계 이후에도, 상기 분사 노즐의 온도가 허용 온도를 초과할 경우 엔진 출력을 제한하도록 제어하는 단계를 포함하는 환원제 분사 모듈의 온도 제어 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 분사 노즐의 온도를 산출하는 단계는 상기 분사 노즐의 온도 모델을 통하여 상기 분사 노즐의 온도를 실시간으로 모니터링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 환원제 분사 모듈의 온도 제어 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 온도 관련 정보는 배기가스 유량, 환원제 분사량, 배기가스 온도, 팬 회전속도, 냉각수 온도, 외기 온도 및 엔진룸 온도 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 환원제 분사 모듈의 온도 제어 방법.
  11. 삭제
  12. 제 8 항에 있어서, 엔진 운전 정지 직후 상기 산출된 분사 노즐의 온도가 허용 온도를 초과할 경우 상기 환원제 분사 모듈을 냉각시키기 위해 설치된 냉각 팬의 회전 속도를 증가시키도록 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 환원제 분사 모듈의 온도 제어 방법.
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