KR102550058B1 - 선택적 촉매 환원 시스템 및 선택적 촉매 환원 방법 - Google Patents

선택적 촉매 환원 시스템 및 선택적 촉매 환원 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102550058B1
KR102550058B1 KR1020160143249A KR20160143249A KR102550058B1 KR 102550058 B1 KR102550058 B1 KR 102550058B1 KR 1020160143249 A KR1020160143249 A KR 1020160143249A KR 20160143249 A KR20160143249 A KR 20160143249A KR 102550058 B1 KR102550058 B1 KR 102550058B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
exhaust gas
nitrogen oxides
reducing agent
engine
flow rate
Prior art date
Application number
KR1020160143249A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180047294A (ko
Inventor
김태훈
김석하
김기모
Original Assignee
에이치에스디엔진 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에이치에스디엔진 주식회사 filed Critical 에이치에스디엔진 주식회사
Priority to KR1020160143249A priority Critical patent/KR102550058B1/ko
Publication of KR20180047294A publication Critical patent/KR20180047294A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102550058B1 publication Critical patent/KR102550058B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
    • F01N3/208—Control of selective catalytic reduction [SCR], e.g. dosing of reducing agent
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N9/00—Electrical control of exhaust gas treating apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2570/00—Exhaust treating apparatus eliminating, absorbing or adsorbing specific elements or compounds
    • F01N2570/14—Nitrogen oxides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/02—Adding substances to exhaust gases the substance being ammonia or urea
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/14—Arrangements for the supply of substances, e.g. conduits
    • F01N2610/1453—Sprayers or atomisers; Arrangement thereof in the exhaust apparatus
    • F01N2610/146—Control thereof, e.g. control of injectors or injection valves
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

본 발명의 실시예는 선택적 촉매 환원 시스템에 관한 것으로, 엔진이 배출한 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)를 저감시키는 선택적 촉매 환원 시스템은 질소산화물을 함유한 배기가스가 통과하는 메인 배기 유로와, 상기 메인 배기 유로 상에 배치되고 내부에 촉매가 설치된 반응기와, 상기 반응기로 유입되는 배기가스에 환원제를 분사하는 환원제 분사부, 그리고 설정된 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 설정값에 따라 상기 환원제 분사부의 환원제 분사량를 제어하고 상기 엔진의 가동 후 누적된 상기 엔진의 부하별 체류 빈도를 고려하여 상기 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 설정값을 목표값으로 보정하는 제어부를 포함한다.

Description

선택적 촉매 환원 시스템 및 선택적 촉매 환원 방법{SYSTEM FOR SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION AND METHOD FOR SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION}
본 발명의 실시예는 선택적 촉매 환원 시스템 및 선택적 촉매 환원 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 엔진의 연소시 배출되는 배기가스에 함유된 질소산화물을 효과적으로 제거하기 위한 것이다.
일반적으로 디젤연료를 연소시켜 동력을 생산하는 엔진이 배출하는 배기가스에는 질소산화물(NOx)가 함유되어 있다. 이러한 질소산화물이 외부로 배출시 인체에 유해하여 이는 규제대상이 된다.
선택적 촉매 환원 시스템은 이러한 배기가스에 함유된 질소산화물을 물과 질소로 분해하여 외부로 배출되도록 한다. 즉, 선택적 촉매 환원 시스템은 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감시켜 외부로 배출되도록 한다.
하지만, 종래의 선택적 촉매 환원 시스템은 기설정된 질소산화물의 양에 따라 맵핑된 환원제 분사량을 산출해 환원제를 분사한다. 즉, 종래의 선택적 촉매 환원 시스템은 질소산화물을 저감시키는 목표값을 갖고 환원제 분사량을 제어한다. 그러나, 목표값과 실제 저감된 질소산화물의 양 사이의 오차가 발생된다. 이러한 경우, 질소산화물을 저감시키는 선택적 촉매 환원 시스템의 효율 또는 다량의 환원제를 분사하여 발생하는 환원제 분사량의 과잉 소모에 따른 문제점이 있다.
본 발명의 실시예는 엔진의 부하별 체류빈도를 고려하여 환원제 분사량을 결정할 수 있는 선택적 촉매 환원 시스템 및 선택적 촉매 환원 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 엔진이 배출한 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)를 저감시키는 선택적 촉매 환원 시스템은 질소산화물을 함유한 배기가스가 통과하는 메인 배기 유로와, 상기 메인 배기 유로 상에 배치되고 내부에 촉매가 설치된 반응기와, 상기 반응기로 유입되는 배기가스에 환원제를 분사하는 환원제 분사부, 그리고 설정된 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 설정값에 따라 상기 환원제 분사부의 환원제 분사량를 제어하고 상기 엔진의 가동 후 누적된 상기 엔진의 부하별 체류 빈도를 고려하여 상기 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 설정값을 목표값으로 보정하는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 제어부는 상기 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 목표값을 보정시 상기 엔진의 부하별 체류 빈도를 퍼센트화하여 체류점유율을 산출할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 산출된 체류점유율로부터 빈도계수를 산출할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 빈도계수와 상기 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 설정값을 고려하여, 상기 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 설정값을 목표값으로 보정할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 목표값을 갖도록 상기 환원제 분사부의 환원제 분사량을 재결정할 수 있다.
또는, 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진에서 배출된 배기가스가 함유한 질소산화물(NOx)을 환원제와 촉매를 사용한 환원 반응을 통해 저감시키는 선택적 촉매 환원 방법은, 설정된 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 설정값에 따라 환원제를 분사하는 단계와, 상기 엔진 가동 후 누적된 상기 엔진 부하별 체류 빈도를 산출하는 단계, 그리고 산출된 상기 엔진 부하별 체류 빈도에 따라 상기 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 설정값을 목표값으로 보정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상술한 선택적 촉매 환원 방법은 상기 보정된 목표값 질소산화물의 질량유량을 갖도록 환원제 분사량을 재결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 선택적 촉매 환원 시스템 및 선택적 촉매 환원 방법은 엔진의 부하 체류 빈도를 고려하여 환원제 분사량을 효과적으로 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템을 이용한 선택적 촉매 환원 방법의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 방법의 순서도이다.
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 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)을 설명한다.
엔진(100)이 배출한 배기가스에 함유된 질소산화물을 저감시키는 선택적 촉매 환원 시스템(101)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 메인 배기 유로(200)와 반응기(300)와 환원제 분사부(400)와 제어부(600)를 포함한다.
엔진(100)은 디젤엔진을 연소시켜 동력을 생산하고, 이에 따라 질소산화물(NOx)이 함유된 배기가스를 배출한다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진(100)은 선박용 엔진일 수 있다.
메인 배기 유로(200)는 질소산화물을 함유한 배기가스가 통과한다. 구체적으로, 메인 배기 유로(200)는 질소산화물이 함유된 배기가스가 외부로 배출될 수 있도록 안내한다.
반응기(300)는 메인 배기 유로(200) 상에 배치된다. 또한, 반응기(300) 내부에는 질소산화물을 선택적으로 환원시킬 수 있는 촉매가 설치된다. 즉, 반응기(300)를 통과한 배기가스는 질소산화물이 저감되어, 반응기(300) 후방의 메인 배기 유로(200)를 따라 외부로 배출될 수 있다.
환원제 분사부(400)는 반응기(300)로 유입되는 배기가스에 환원제를 분사한다. 구체적으로, 환원제 분사부(400)에서 분사하는 환원제는 요소(Urea) 또는 암모니아(NH3) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 따라서, 반응기(300)로 유입되는 유체는 배기가스와 이와 혼합된 환원제일 수 있다. 이러한 환원제와 혼합된 배기가스는 반응기(300) 내부에 설치된 촉매를 통과 후 물(수증기)과 질소로 분해되어 외부로 배출된다.
일예로, 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 재순환 유로(700)와 블로워(710)와 가열부재(720)를 더 포함할 수 있다. 또한, 환원제 분사부(400)는 환원제 공급부재(410)와 환원제 분해 챔버(420) 그리고 환원제 분사 노즐(430)을 더 포함할 수 있다.
재순환 유로(700)는 일측이 반응기(300) 후방의 메인 배기 유로(200)와 연결되고 타측이 반응기(300) 전방의 메인 배기 유로(200)와 연결될 수 있다. 즉, 재순환 유로(700)는 반응기(300)를 통과한 적어도 일부의 배기가스가 반응기(300) 전방으로 유입되도록 안내할 수 있다.
블로워(710)는 재순환 유로(700) 상에 설치될 수 있다. 블로워(710)는 재순환 유로(700) 내부로 반응기(300)를 통과한 배기가스가 유입되도록 유체의 흐름을 제어할 수 있다.
가열부재(720)는 재순환 유로(700)를 통과하는 배기가스를 승온시킬 수 있다. 또한, 가열부재(720)는 재순환 유로(700) 상에 설치되며 블로워(710) 보다 반응기(300) 전방의 메인 배기 유로(200)와 상대적으로 인접하게 배치될 수 있다.
또한, 블로워(710)와 가열부재(720)는 제어부(600)에 의해 제어될 수 있다.
환원제 공급부재(410)는 요소수(Urea)를 저장하며, 이가 배기가스에 분사되도록 공급할 수 있다.
환원제 분해 챔버(420)는 재순환 유로(700) 상에 설치되며, 환원제 공급부재(410)로부터 공급된 요소수를 재순환 유로(700)를 통과하는 승온되 배기가스로 암모니아로 열분해시킬 수 있다. 또한, 환원제 분해 챔버(420)는 가열부재(720) 보다 반응기(300) 전방의 메인 배기 유로(200)와 상대적으로 인접하게 배치될 수 있다.
환원제 분사 노즐(430)은 재순환 유로(700)의 타측 또는 반응기(300) 전방의 메인 배기 유로(200) 상에 설치되어 암모니아가 반응기(300) 전방의 배기가스에 분사되도록 할 수 있다.
제어부(600)는 환원제 분사부(400)의 환원제 분사량을 제어한다. 구체적으로, 제어부(600)는 환원제 분해 챔버(420)에 분사될 요소량을 제어할 수 있다. 또한, 제어부(600)에는 반응기(300)를 통과한 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량 값이 설정되어 있다. 이는 작업자 또는 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 초기 세팅시 설정된 설정값이다. 구체적으로, 제어부(600)에는 반응기(300)를 통과한 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 설정값이 기설정되어 있다. 일예로, 엔진의 부하에 따라 질소산화물 질량 유량의 설정값이 설정될 수 있다.
또한, 제어부(600)는 엔진의 가동 후 누적된 엔진의 부하별 체류 빈도를 고려하여 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 설정값을 목표값으로 보정한다. 구체적으로, 제어부(600)는 엔진의 가동 후 엔진의 부하별 이의 체류 빈도를 산출하여 저장한다. 일예로, 제어부(600)는 검출된 엔진의 부하를 특정구간으로 나눠 이의 체류 시간을 저장하고, 엔진의 부하별 체류 빈도를 산출한다.
따라서, 제어부(600)는 환원제 분사량을 제어하기 위해 필요한 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 설정값을 목표값으로 보정한다.
이와 같은 구성에 의해, 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 선박에 설치되는 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 경우 엔진(100)으로부터 반응기(300)를 통과한 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 총 평균에 따라 배기가스의 배출을 규제한다. 따라서, 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 제어부(600)는 엔진의 부하별 체류 빈도를 고려하여 질소산화물 질량유량의 설정값을 목표값으로 보정할 수 있어, 엔진 부하의 특정 구간으로 운항이 잦은 경우 이의 질소산화물 질량유량의 목표값과 엔진 부하의 운항이 상대적으로 적은 구간을 차별화 하여 질소산화물 질량유량의 목표값을 보정할 수 있다.
구체적으로, 운항이 잦은 엔진 부하의 구간인 경우 질소산화물 질량유량의 목표값을 높여 환원제 분사량을 저감시키고, 운항이 상대적으로 적은 엔진 부하의 구간인 경우 질소산화물 질량유량의 목표값을 낮춰 환원제 분사량을 증가시켜 정화율이 높도록 제어할 수 있다.
즉, 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 전체의 엔진의 부하 구간에서의 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량값은 규제되는 기준을 만족하되, 제어부(600)가 엔진 부하의 부하별 체류 빈도를 고려하여 이에 따라 분사되는 환원제 분사량을 제어할 수 있어 환원제의 과잉 사용을 효과적으로 저감시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 제어부(600)는 엔진 부하별 체류 빈도를 퍼센트화하여 체류점유율을 산출할 수 있다.
제어부(600)는 엔진 부하의 전체를 100으로 하여 구간이 나뉜 엔진의 부하별 체류 빈도를 퍼센트화하여 이들의 체류점유율을 산출할 수 있다. 구체적으로, 제어부(600)는 엔진이 가동된 전체의 시간 중 각 나뉜 엔진의 부하별 체류 시간을 산출하여 이를 퍼센트화할 수 있다. 이후, 제어부(600)는 전체를 기준으로 이들 각 나뉜 엔진의 부하별 구간이 차지하는 비율을 산출할 수 있다. 즉, 제어부(600)는 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 목표값 보정시, 엔진이 가동된 전체 중 엔진의 부하별 체류 빈도의 체류점유율을 산출할 수 있다.
구체적으로, 제어부(600)는 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 목표값 보정시, 엔진이 가동된 전체 중 어느 부하 구간의 비율이 높은지를 산출하여 이를 반영할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 제어부(600)는 산출된 체류점유율로부터 빈도계수를 산출할 수 있다.
Figure 112016106043511-pat00001
이때,
Figure 112016106043511-pat00002
는 빈도계수이다. 또한,
Figure 112016106043511-pat00003
는 체류점유율이다. K는 엔진 부하별 상수이다(일예로, 엔진부하 25%일 때 K=1, 엔진부하 50%일 때 K=2, 엔진부하 75%일 때 K=3, 엔진부하 100%일 때 K=4).
따라서, 제어부(600)는 기저장된 수학식 1을 기초로 체류점유율로부터 빈도계수를 산출할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 제어부(600)는 빈도계수와 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 설정값을 고려하여 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 설정값을 목표값으로 보정할 수 있다.
제어부(600)는 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 목표값으로 보정시, 빈도계수와 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 설정값을 곱한 값을 산출하여 질소산화물 질량유량의 목표값으로 보정할 수 있다.
즉, 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 보정된 목표값은 빈도계수와 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 설정값의 곱을 산출하여 이뤄진 값이다. 따라서, 최초의 설정된 질소산화물 질량유량의 설정값은 제어부(600)에 의해 엔진 부하별 빈도계수가 고려되어 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 목표값으로 보정될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 제어부(600)는 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 목표값을 갖도록 환원제 분사부(400)의 환원제 분사량을 재결정할 수 있다.
제어부(600)는 반응기(300)를 통과하는 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 목표값이 달성 되도록 반응기(300)로 유입되는 배기가스에 분사되는 환원제의 분사량을 제어할 수 있다.
구체적으로, 제어부(600)는 반응기(300) 전방의 배기가스에 함유된 질소산화물의 농도를 검출하는 전방 농도 검출부재(550)로부터 검출된 정보에 따라 질소산화물을 저감시키기 위해 필요한 환원제 분사량이 맵핑된 기저장된 데이터를 활용할 수 있다. 즉, 제어부(600)는 반응기(300)를 통과하여 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 목표값이 달성 되도록 각 엔진의 부하별 체류빈도에 따른 반응기(300) 전방의 배기가스에 맵핑된 환원제 분사량이 분사되도록 할 수 있다.
다시 말해, 제어부(600)는 최초 설정된 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 설정값을 만족하도록 분사되는 환원제 분사량을 엔진 부하별 체류빈도를 고려한 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 목표값이 달성 되도록 환원제 분사량을 재결정할 수 있다.
따라서, 제어부(600)는 엔진 부하의 빈도가 상대적으로 높은 구간에서는 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 목표값을 높게 산출하여, 이때 재결정되어 분사되는 환원제의 분사량을 저감시킬 수 있다. 또한, 제어부(600)는 엔진 부하의 빈도가 상대적으로 낮은 구간에서는 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 목표값을 낮게 산출하여, 이때 재결정되어 분사되는 환원제의 분사량을 증가시킬 수 있다. 즉, 전체 구간의 엔진 부하의 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량 평균값은 규제구간에 만족하며, 제어부(600)는 엔진 부하의 빈도가 높은 구간에서 환원제의 분사량이 저감되도록 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 목표값을 높게 산출할 수 있다.
이와 같은 구성에 의해, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)은 엔진의 체류 빈도를 고려하여 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 목표값을 보정하여 이에 따라 환원제 분사부(400)의 환원제 분사량을 효과적으로 제어할 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 환원 촉매 시스템(101)의 선택적 환원 촉매 방법에 관해 서술한다.
엔진(100)은 엔진 본체(120)와 소기 리시버(110) 그리고 배기 리시버(130)를 포함한다. 소기 리시버(110)는 과급기(800)의 압축기에 의해 압축된 외기를 공급받아 엔진 본체(120)로 전달한다. 이러한 압축된 외기는 엔진 본체(120) 내부에서 분사되는 연료와 연소된다. 또한, 질소산화물을 함유한 배기가스는 배기 리시버(130)로 공급된다. 이후, 배기가스는 과급기(800)의 터빈을 통과하며 터빈을 회전시킨다. 이때, 터빈과 연결된 압축기는 터빈의 회전에 의해 회전될 수 있다.
배기가스는 메인 배기 유로(200)를 따라 이동된다. 또한, 질소산화물을 함유한 배기가스는 반응기(300)로 유입되기 전, 환원제 분사부(400)에 의해 환원제가 분사된다. 구체적으로, 환원제 분사부(400)는 반응기(300) 전방의 메인 배기 유로(200) 상에 환원제를 분사한다. 이때, 환원제 분사부(400)가 분사하는 환원제 분사량은 제어부(600)에 의해 결정된다.
제어부(600)에는 초기에 작업자에 의해 설정된 반응기(300)를 통과한 후의 배기가스에 포함된 질소산화물 질량유량 설정값이 입력되어 있다(S100). 이때, 질소산화물 질량유량 설정값은 엔진의 부하에 따라 입력된 값이다.
따라서, 엔진(100)의 가동시 제어부(600)는 반응기(300)를 통과한 후의 배기가스에 포함된 질소산화물 질량유량이 설정값을 갖도록 환원제 분사부(400)를 제어하여 환원제 분사량을 결정한다. 구체적으로, 반응기(300)를 통과한 후의 배기가스에 포함된 질소산화물 질량유량 설정값을 만족하도록 현재 반응기(300)로 유입되는 배기가스에 분사되어야 할 환원제 분사량은 테이블화 되어 제어부(600)에 저장되어 있다. 즉, 제어부(600)는 반응기(300)를 통과한 후의 배기가스에 포함된 질소산화물 질량유량 설정값을 만족하도록 테이블을 맵핑하여 환원제 분사량을 결정할 수 있다.
이후, 제어부(600)는 엔진(100)의 총 부하시간을 카운팅한다. 구체적으로, 제어부(600)는 엔진(100)의 부하를 일정구간으로 나눠 이에 따른 체류시간을 카운팅한다(S200). 일예로, 제어부(600)는 엔진 부하를 25%, 50%, 75%, 100%로 나눠 이들의 구간별로 체류시간을 카운팅한다.
일정시간 또는 일정주기 후, 제어부(600)는 엔진(100)의 가동 후 누적된 엔진의 부하별 체류 빈도를 산출한다(S300). 구체적으로, 엔진의 25%, 50%, 75%, 100% 부하에 따른 이들의 가동 빈도를 산출한다. 즉, 제어부(600)는 엔진(100)의 부하별 체류 빈도에 따른 가중치를 고려한다.
또한, 제어부(600)는 과급기(800)와 인접하게 배치되어 대기온도를 검출하는 제1 온도 검출부재(510)와, 대기습도를 검출하는 습도 검출부재(520), 그리고 엔진(100)의 소기 온도를 검출하는 제2 온도 검출부재(530)가 각각 검출한 정보를 제공받는다.
제어부(600)는 엔진(100)의 부하별 체류 빈도와 제1 온도 검출부재(510)와 습도 검출부재(520) 그리고 제2 온도 검출부재(530)의 검출정보를 기초로 반응기(300)를 거친 배기가스에 함유된 질소산화물 설정값을 목표값으로 보정한다. 즉, 제어부(600)는 전체의 엔진이 가동된 체류 시간 중 특정 부하로 운항이 지속되었는지를 판단할 수 있다. 구체적으로, 목표값은 반복적인 엔진(100)의 가동 후 계속 누적되며 보정될 수 있다.
또한, 제어부(600)는 엔진(100)의 부하별 체류 시간을 고려하여 반응기(300)를 거친 배기가스에 함유된 질소산화물 목표값을 보정하여 맵데이터를 결정한다(S400). 이때, 제어부(600)는 전체 엔진(100)의 구동 시간을 100%로 하고 이때 각 구간별 엔진의 부하별 가동시간을 체류점유율로 산출할 수 있다.
그리고, 제어부(600)는 산출된 체류점유율로부터 빈도계수를 산출하여 반응기(300)를 거친 배기가스에 함유된 질소산화물 목표값을 보정시 고려할 수 있다. 구체적인, 빈도계수 산출은 앞서 상술한 수학식 1을 활용할 수 있다.
제어부(600)는 보정된 반응기(300)를 거친 배기가스에 함유된 질소산화물 목표값 맵데이터를 질소산화물 농도 단위(ppm)로 환산한다(S500).
그리고, 제어부(600)는 환산한 질소산화물 농도를 기초로 환원제 분사량을 재결정한다(S600). 즉, 제어부(600)는 설정된 질소산화물 질량유량 설정값을 위한 환원제를 분사하는 것이 아니라, 엔진(100)의 부하별 체류시간을 고려하여 보정된 배기가스의 질소산화물 질량유량 목표값이 도달할 수 있도록 환원제 분사량을 재결정할 수 있다.
제어부(600)는 반응기(300) 후방의 메인 배기 유로(200) 상에 설치된 질소산화물 후방 농도 검출부재(540)에서 검출한 반응기(300)를 통과한 배기가스에 함유된 질소산화물 농도를 기초로 현재 분사되는 환원제 분사량을 제어할 수 있다. 따라서, 환원제의 과잉 소비 및 암모니아 슬립을 효과적으로 방지할 수 있다.
일예로, 엔진의 부하가 25%, 50%, 75%, 100%로 구분되어 설정되고, 최초에 입력되어 배기가스에 포함된 질소산화물 질량유량 설정값이 각각 3.1g/kWh, 3.1g/kWh, 2.9g/kWh, 3.2g/kWh로 설정된 경우이다. 이때, 제어부(600)는 반응기(300)를 통과한 배기가스에 포함된 질소산화물 질량유량 설정값을 만족할 수 있도록 기저장된 맵데이타를 통해 환원제 분사부(400)의 환원제 분사량을 결정하여 분사한다. 구체적으로, 도 2에 도시된 가중치는 이러한 부하에 따라 기설정된 값이다.
이후, 엔진의 부하 25%, 50%, 75%, 100%에 따라 체류점유율이 각각 45%, 30%, 20%, 5%인 경우, 제어부(600)는 빈도계수를 산출하여 빈도계수와 각 부하별 질소산화물 질량유량 설정값의 곱으로 배기가스에 포함된 질소산화물 질량유량 목표값을 보정할 수 있다.
또한, 엔진의 부하 체류점유율이 높아 상대적으로 큰 빈도계수를 갖는 엔진의 부하가 25%인 경우의 보정된 배기가스에 포함된 질소산화물 질량유량 목표값은 최초 설정된 배기가스에 포함된 질소산화물 질량유량 설정값 보다 상대적으로 높을 값을 가질 수 있다. 즉, 배기가스에 포함된 질소산화물 질량유량 목표값이 최초 설정된 배기가스에 포함된 질소산화물 질량유량 설정값 보다 높다는 것은 반응기(300)를 통과한 배기가스에 포함된 질소산화물의 농도가 상대적으로 높다는 것이다. 다시 말해, 엔진이 특정 부하로 장시간 운행하는 경우, 환원제 분사량을 저감시켜 분사할 수 있다.
또는, 엔진의 부하 체류점유율이 낮아 상대적으로 작은 빈도계수를 갖는 엔진의 부하가 100%인 경우의 보정된 배기가스에 포함된 질소산화물 질량유량 목표값은 최초 설정된 배기가스에 포함된 질소산화물 질량유량 설정값 보다 상대적으로 낮은 값을 가질 수 있다. 즉, 배기가스에 포함된 질소산화물 질량유량 목표값이 최초 설정된 배기가스에 포함된 질소산화물 질량유량 설정값 보다 낮다는 것은 반응기(300)를 통과한 배기가스에 포함된 질소산화물의 농도가 상대적으로 낮다는 것이다. 다시 말해, 엔진이 특정 부하로 단시간 운행하는 경우, 환원제 분사량을 증가시켜 이때의 배기가스에 포함된 질소산화물의 저감 성능이 높게 되도록 할 수 있다.
이와 같은 구성에 의해, 본 발명의 일 실시예에 따른 선택적 촉매 환원 시스템(101)의 선택적 촉매 환원 방법은 반응기를 통과한 전체의 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량으로 배기가스의 배출을 규제하는 선박에 설치된 경우, 선박용 엔진의 부하별 체류 빈도를 고려하여 배기가스의 배출 규제를 만족하되 환원제 분사량을 저감시킬 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.
100: 엔진 101: 선택적 촉매 환원 시스템
200: 메인 배기 유로 300: 반응기
400: 환원제 분사부 600: 제어부

Claims (7)

  1. 엔진이 배출한 배기가스에 함유된 질소산화물(NOx)를 저감시키는 선택적 촉매 환원 시스템에 있어서,
    질소산화물을 함유한 배기가스가 통과하는 메인 배기 유로;
    상기 메인 배기 유로 상에 배치되고 내부에 촉매가 설치된 반응기;
    상기 반응기로 유입되는 배기가스에 환원제를 분사하는 환원제 분사부; 및
    설정된 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 설정값에 따라 상기 환원제 분사부의 환원제 분사량를 제어하고, 상기 엔진의 가동 후 누적된 상기 엔진의 부하별 체류 빈도를 고려하여 상기 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 설정값을 목표값으로 보정하는 제어부
    를 포함하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 제어부는,
    상기 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 목표값을 보정시, 상기 엔진의 부하별 체류 빈도를 퍼센트화하여 체류점유율을 산출하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  3. 제2항에서,
    상기 제어부는,
    상기 산출된 체류점유율로부터 빈도계수를 산출하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  4. 제3항에서,
    상기 제어부는,
    상기 빈도계수와 상기 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 설정값을 고려하여, 상기 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 설정값을 목표값으로 보정하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  5. 제4항에서,
    상기 제어부는,
    상기 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 목표값을 갖도록 상기 환원제 분사부의 환원제 분사량을 재결정하는 것을 특징으로 하는 선택적 촉매 환원 시스템.
  6. 엔진에서 배출된 배기가스가 함유한 질소산화물(NOx)을 환원제와 촉매를 사용한 환원 반응을 통해 저감시키는 선택적 촉매 환원 방법에 있어서,
    설정된 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 설정값에 따라 환원제를 분사하는 단계;
    상기 엔진 가동 후, 누적된 상기 엔진 부하별 체류 빈도를 산출하는 단계; 및
    산출된 상기 엔진 부하별 체류 빈도에 따라 상기 배기가스에 함유된 질소산화물 질량유량의 설정값을 목표값으로 보정하는 단계
    를 포함하는 선택적 촉매 환원 방법.
  7. 제6항에서,
    상기 보정된 목표값 질소산화물의 질량유량을 갖도록 환원제 분사량을 재결정하는 단계를 더 포함하는 선택적 촉매 환원 방법.
KR1020160143249A 2016-10-31 2016-10-31 선택적 촉매 환원 시스템 및 선택적 촉매 환원 방법 KR102550058B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160143249A KR102550058B1 (ko) 2016-10-31 2016-10-31 선택적 촉매 환원 시스템 및 선택적 촉매 환원 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160143249A KR102550058B1 (ko) 2016-10-31 2016-10-31 선택적 촉매 환원 시스템 및 선택적 촉매 환원 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180047294A KR20180047294A (ko) 2018-05-10
KR102550058B1 true KR102550058B1 (ko) 2023-06-30

Family

ID=62184029

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160143249A KR102550058B1 (ko) 2016-10-31 2016-10-31 선택적 촉매 환원 시스템 및 선택적 촉매 환원 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102550058B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101601520B1 (ko) 2014-10-30 2016-03-08 두산엔진주식회사 선택적 촉매 환원 시스템 및 선택적 촉매 환원 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101601520B1 (ko) 2014-10-30 2016-03-08 두산엔진주식회사 선택적 촉매 환원 시스템 및 선택적 촉매 환원 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20180047294A (ko) 2018-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3081776B1 (en) System and method for injection control of urea in selective catalyst reduction
CN106121793B (zh) 用于确定内燃机的废气供给流中NOx含量的方法和设备
CN104520547B (zh) 内燃机的排气净化装置
JP2012145111A5 (ko)
KR102315788B1 (ko) 후처리 시스템을 제어하는 시스템 및 방법
US20110036078A1 (en) Method for urea injection control
CN107448265A (zh) 控制内燃发动机的排气中的氮氧化物排放
KR101601520B1 (ko) 선택적 촉매 환원 시스템 및 선택적 촉매 환원 방법
JP6685133B2 (ja) アンモニアスリップ削減のためのガスタービンの作動方法
CN107787397A (zh) 低压scr系统及其控制方法
US8834820B1 (en) Adaptive catalytic conversion and reduction agent control
US8919102B2 (en) Exhaust purifying device for internal combustion engines
CN107532493B (zh) 包括还原剂供应控制系统的动力装置以及还原剂供应控制方法
EP3032057B1 (en) Method and system for control of emissions in exhaust aftertreatment system
KR101601519B1 (ko) 선택적 촉매 환원 시스템 및 선택적 촉매 환원 방법
KR102550058B1 (ko) 선택적 촉매 환원 시스템 및 선택적 촉매 환원 방법
CN107750303A (zh) 低压scr系统及其控制方法
US9228467B2 (en) Urea injection controller for a motorized system
US9084968B2 (en) After treatment device of engine
JP3831804B2 (ja) 排ガスの脱硝装置
KR101662431B1 (ko) 선택적 촉매 환원 시스템을 포함한 동력 장치
US10443465B2 (en) Engine exhaust system and control system for an engine exhaust system
US9605613B2 (en) Coordinated control of engine and after treatment systems
JP2021050702A (ja) 排気浄化装置を備える車両の制御方法及び制御装置
RU2630640C2 (ru) Устройство очистки отработавшего газа

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant