KR102680169B1 - Apparatus for managing intake air for improvement of catalytic conversion efficiency of exhaust gas - Google Patents
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Abstract
, 차량의 엔진으로 유입되는 흡기의 온도를 조절하기 위한 흡기 온도 관리 장치는 상기 엔진으로 유입되는 흡기가 통과하는 흡기관에 설치되며 상기 흡기를 냉각할 수 있도록 구성되는 인터쿨러, 상기 인터쿨러를 우회하는 바이패스 흡기관에 설치되며 상기 흡기를 가열할 수 있도록 구성되는 열교환기, 상기 인터쿨러를 통과하는 흡기 유로 및 상기 열교환기를 통과하는 흡기 유로 중 어느 하나를 선택적으로 형성할 수 있도록 작동하는 밸브, 그리고 상기 밸브의 작동을 제어하는 컨트롤러를 포함한다., the intake air temperature management device for controlling the temperature of the intake air flowing into the engine of the vehicle is installed in the intake pipe through which the intake air flowing into the engine passes, and is configured to cool the intake air, an intercooler that bypasses the intercooler. A heat exchanger installed in the pass intake pipe and configured to heat the intake air, a valve operating to selectively form one of an intake flow path passing through the intercooler and an intake flow path passing through the heat exchanger, and the valve Includes a controller that controls the operation of.
Description
본 발명은 차량에 사용되는 배기가스용 촉매의 성능 향상을 위해 배기가스 온도 상승을 위한 흡기 온도 관리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an intake air temperature management device for increasing the exhaust gas temperature to improve the performance of exhaust gas catalysts used in vehicles.
환경오염 문제는 인류가 직면한 큰 문제들 중 하나로 대두되고 있다. 특히 산업 현장, 자동차, 선박 등에 주로 사용되는 내연 기관에서 배출되는 배기가스는 환경오염을 일으키는 주요한 원인이다. 따라서 내연기관에서 배출되는 배기가스 중 광화학 스모그의 원인이 되는 질소산화물(NOx)과 미세먼지의 주요한 원인이 되는 입자상 물질(PM, particle matter)을 각각 저감하기 위해 개발된 SCR(selective catalytic reduction) 장치와 DPF(diesel particle filter)가 사용되고 있다.The problem of environmental pollution is emerging as one of the major problems facing humanity. In particular, exhaust gases emitted from internal combustion engines, which are mainly used in industrial sites, automobiles, and ships, are a major cause of environmental pollution. Therefore, a selective catalytic reduction (SCR) device was developed to reduce nitrogen oxides (NOx), which causes photochemical smog, and particle matter (PM), which is a major cause of fine dust, among exhaust gases emitted from internal combustion engines. and DPF (diesel particle filter) are used.
SCR 장치는 배출가스에 암모니아와 같은 환원제를 분사한 후 촉매층을 통과시켜 질소산화물의 환원반응을 효과적으로 진행시키도록 구성된 시스템이다. 촉매의 종류와 코팅량에 따라 다르지만 통상적으로 탈질 메커니즘 상에서 환원반응은 대략 360℃의 온도에서 가장 높은 반응률을 가지며 최소한의 반응 온도는 200℃ 내지 220℃를 만족해야 한다.The SCR device is a system designed to effectively reduce nitrogen oxides by spraying a reducing agent such as ammonia into the exhaust gas and passing it through a catalyst layer. Although it varies depending on the type and coating amount of the catalyst, the reduction reaction in the denitrification mechanism generally has the highest reaction rate at a temperature of approximately 360°C, and the minimum reaction temperature must satisfy 200°C to 220°C.
DPF는 담체 내부의 기공으로 배출가스가 흐를 때 탄소성분 입자들이 걸러지도록 설계되고 코팅된 촉매를 통해 산화되도록 한다. 그러나 촉매에 다량의 입자들이 쌓이기만 하고 재생되지 않는다면, 배압이 증가하고 엔진의 작동에 부정적 영향을 미칠 가능성이 커진다. 이러한 이유로 인해 촉매 재생에 관한 많은 연구들이 이루어지고 있다. 촉매 재생은 크게 자연 재생과 강제 재생으로 나뉘어질 수 있다. 자연 재생은 촉매의 특성을 이용하여 재생평형온도(BPT) 이상에서 포집되어 있던 입자들을 연소시켜 이산화탄소로 배출되도록 하는 방식을 갖고, 강제 재생은 버너와 같은 추가 열원을 이용하여 포집된 매연입자들을 650℃ 온도에서 강제적으로 연소시키는 방식을 갖는다.DPF is designed to filter out carbon particles when exhaust gas flows through the pores inside the carrier and oxidize them through a coated catalyst. However, if a large amount of particles accumulate on the catalyst and are not regenerated, back pressure increases and the likelihood of a negative impact on engine operation increases. For this reason, many studies on catalyst regeneration are being conducted. Catalyst regeneration can be broadly divided into natural regeneration and forced regeneration. Natural regeneration utilizes the characteristics of the catalyst to combust the particles collected above the regeneration equilibrium temperature (BPT) to emit carbon dioxide, while forced regeneration uses an additional heat source such as a burner to regenerate the collected soot particles by 650%. It has a method of forced combustion at a temperature of ℃.
SCR 장치의 질소산화물 환원에 있어서 가장 중요한 것은 엔진에서 배출되는 배출가스의 온도 조건이다. SCR 촉매는 종류에 따라 사용온도가 달라지나 발전소와 같은 정치형의 경우 350℃ 전후의 온도조건에 적합한 바나디아 계열의 고온용 촉매를 사용하며, 자동차와 같이 배기가스의 온도가 일정하지 않고 낮은 경우 지올라이트 계열의 저온 촉매를 사용한다. 또한 환원제로 사용하는 요소수는 배기가스에서 열분해 내지 가수분해를 통해 암모니아와 이산화탄소로 분해되어 SCR 촉매에서 환원제 역할을 한다. 배기 온도가 낮은 경우 분사된 요소수는 암모니아로 분해되지 못하고 중간 생성물을 형성하거나 암모늄 염을 만들어 또 다른 입자를 생성하고 관련 장치를 손상시키기도 한다. 대부분의 SCR 시스템의 요소수 분사 시작 온도는 220℃ 수준이다.The most important thing in reducing nitrogen oxides in an SCR device is the temperature condition of the exhaust gas discharged from the engine. The operating temperature of SCR catalysts varies depending on the type, but in the case of stationary types such as power plants, high-temperature catalysts of the Vanadia series are used, which are suitable for temperature conditions around 350℃. In cases where the temperature of the exhaust gas is not constant and low, such as in automobiles, A zeolite-based low-temperature catalyst is used. In addition, urea water used as a reducing agent is decomposed into ammonia and carbon dioxide through thermal decomposition or hydrolysis in the exhaust gas and serves as a reducing agent in the SCR catalyst. If the exhaust temperature is low, the sprayed urea water cannot be decomposed into ammonia and forms intermediate products or creates ammonium salts, which generate other particles and damage related devices. The starting temperature of urea water injection for most SCR systems is around 220℃.
나아가 배출가스의 온도 조건은 SCR 장치뿐만 아니라 DPF의 자연 재생에 있어서도 중요한 요소이다. 일반적으로 자동차의 배출가스 온도는 입자상 물질의 연소 온도 조건인 650℃ 보다 낮으므로, 일상 영역에서 필터 재생을 진행하기 위해 입자상 물질의 연도 온도를 낮출 수 있는 저온 활성 촉매를 적용한다. 통상적으로 백금족 금속(PGM; platinum group metal) 촉매가 필터 벽면에 코팅되어 있으며, 촉매에서 배기가스 중 질소산화물의 대부분을 차지하고 있는 일산화질소(NO)를 산화시켜 이산화질소(NO2)로 전환시키며, 이산화질소 분위기 하에서는 매연의 재생되는 온도는 대략 250℃ 정도에서 시작되며 290℃ 내지 310℃에서 재생평형온도를 가지며 그 이상의 온도에서 연소가 급격히 이루어지며 자연재생이 이루어진다. 그러나 백금은 비싼 귀금속이기 때문에 함량을 높일수록 가격이 비싸지는 단점을 가지고 있어 백금 함량의 증가에 한계가 있다. 또한 대기 온도가 상대적으로 낮은 겨울철에는 배출가스 온도를 재생평형온도 이상으로 필요한 시간동안 유지하는 것이 어렵기 때문에 자연 재생에 어려움이 있다.Furthermore, the temperature conditions of the exhaust gas are an important factor not only in the SCR device but also in the natural regeneration of the DPF. In general, the exhaust gas temperature of a car is lower than 650°C, which is the combustion temperature condition for particulate matter, so a low-temperature active catalyst that can lower the flue temperature of particulate matter is applied to perform filter regeneration in everyday life. Typically, a platinum group metal (PGM) catalyst is coated on the filter wall, and the catalyst oxidizes nitrogen monoxide (NO), which accounts for most of the nitrogen oxides in the exhaust gas, into nitrogen dioxide (NO2) and creates a nitrogen dioxide atmosphere. Under the conditions, the regeneration temperature of the soot begins at approximately 250°C, has a regeneration equilibrium temperature of 290°C to 310°C, and at temperatures above that, combustion occurs rapidly and natural regeneration occurs. However, since platinum is an expensive precious metal, it has the disadvantage that the price becomes more expensive as the content increases, so there is a limit to the increase in platinum content. Additionally, in winter, when the air temperature is relatively low, it is difficult to maintain the exhaust gas temperature above the regeneration equilibrium temperature for the required time, making natural regeneration difficult.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 엔진으로 유입되는 흡기의 온도를 올려 배출가스가 상대적으로 낮은 저부하 영역에서부터 배출가스 온도를 높여 SCR 장치의 암모니아 분사 및 DPF의 자연재생 온도를 더 빠르게 형성하여 배출가스의 오염 물질의 저감 능력을 향상시킬 수 있는 방안을 제공하는 것이다.The problem that the present invention aims to solve is to raise the temperature of the intake air flowing into the engine, thereby increasing the temperature of the exhaust gas from the low load area where the exhaust gas is relatively low, thereby forming the ammonia injection of the SCR device and the natural regeneration temperature of the DPF more quickly, thereby reducing the exhaust gas temperature. The goal is to provide a method to improve the ability to reduce pollutants.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 터보차저를 갖는 디젤엔진의 배출가스에 포함된 질소산화물을 저감하기 위한 SCR 장치의 안정적인 작동을 확보하기 위해 상기 디젤엔진으로 유입되는 흡기의 온도를 조절하는 흡기 온도 관리 장치는 상기 터보차저를 통과한 후 상기 디젤엔진으로 유입되는 흡기가 통과하는 흡기관에 설치되며 상기 흡기를 냉각할 수 있도록 구성되는 인터쿨러, 상기 인터쿨러를 우회하는 바이패스 흡기관에 설치되며 상기 흡기를 가열할 수 있도록 구성되는 열교환기, 상기 인터쿨러를 통과하는 흡기 유로 및 상기 열교환기를 통과하는 흡기 유로 중 어느 하나를 선택적으로 형성할 수 있도록 작동하는 밸브, 그리고 상기 배출가스의 온도가 상기 SCR 장치에서 질소산화물 환원반응이 발생할 수 있는 온도범위에 존재하도록 상기 밸브의 작동을 제어하는 컨트롤러를 포함한다.According to one embodiment of the present invention, in order to ensure stable operation of the SCR device for reducing nitrogen oxides contained in the exhaust gas of a diesel engine having a turbocharger, an intake air temperature is adjusted to control the temperature of the intake air flowing into the diesel engine. The management device is installed on an intake pipe through which intake air flowing into the diesel engine passes through the turbocharger, an intercooler configured to cool the intake air, and a bypass intake pipe bypassing the intercooler, and is installed on the intake pipe to cool the intake air. A heat exchanger configured to heat, a valve operating to selectively form one of an intake flow path passing through the intercooler and an intake flow path passing through the heat exchanger, and the temperature of the exhaust gas is determined in the SCR device. It includes a controller that controls the operation of the valve so that it exists in a temperature range where a nitrogen oxide reduction reaction can occur.
상기 밸브는 상기 흡기관과 상기 바이패스 흡기관의 분기 지점에 설치되는 3-웨이 밸브일 수 있다.The valve may be a 3-way valve installed at a branch point of the intake pipe and the bypass intake pipe.
본 발명의 다른 실시예에 따른 흡기 온도 관리 장치는 상기 배출가스의 온도를 검출하는 배출가스 온도 검출 센서를 더 포함할 수 있다.The intake air temperature management device according to another embodiment of the present invention may further include an exhaust gas temperature detection sensor that detects the temperature of the exhaust gas.
상기 컨트롤러는 상기 배출가스 온도 센서에 의해 검출되는 상기 배출가스의 온도를 기초로 상기 밸브를 제어하도록 구성될 수 있다.The controller may be configured to control the valve based on the temperature of the exhaust gas detected by the exhaust gas temperature sensor.
상기 컨트롤러는 상기 배출가스의 온도가 미리 설정된 온도보다 낮은 경우 상기 열교환기를 통과하는 흡기 유로가 형성되도록 상기 밸브를 제어하고, 상기 배출가스의 온도가 상기 미리 설정된 온도에 도달하면 상기 인터쿨러를 통과하는 흡기 유로가 형성되도록 상기 밸브를 제어하도록 구성될 수 있다.The controller controls the valve to form an intake flow passage passing through the heat exchanger when the temperature of the exhaust gas is lower than the preset temperature, and when the temperature of the exhaust gas reaches the preset temperature, the intake air passing through the intercooler It may be configured to control the valve so that a flow path is formed.
상기 열교환기는 상기 차량의 냉각수와 상기 흡기 사이의 열교환이 이루어지도록 구성될 수 있다.The heat exchanger may be configured to exchange heat between the coolant of the vehicle and the intake air.
상기 컨트롤러는 상기 배출가스의 온도가 200℃ 내지 220℃의 범위에 속하는 미리 설정된 온도 이상이 되도록 상기 밸브의 작동을 제어할 수 있다.The controller may control the operation of the valve so that the temperature of the exhaust gas is above a preset temperature in the range of 200°C to 220°C.
본 발명의 실시예에 따른 차량은 디젤엔진, 터보차저를 갖는 상기 디젤엔진의 배출가스에 포함된 질소산화물을 저감하기 위한 SCR 장치, 상기 터보차저를 통과한 후 상기 디젤엔진으로 유입되는 흡기가 통과하는 흡기관에 설치되며 상기 흡기를 냉각할 수 있도록 구성되는 인터쿨러, 상기 인터쿨러를 우회하는 바이패스 흡기관에 설치되며 상기 흡기를 가열할 수 있도록 구성되는 열교환기, 상기 인터쿨러를 통과하는 흡기 유로 및 상기 열교환기를 통과하는 흡기 유로 중 어느 하나를 선택적으로 형성할 수 있도록 작동하는 밸브, 그리고 상기 배출가스의 온도가 상기 SCR 장치에서 질소산화물 환원반응이 발생할 수 있는 온도범위에 존재하도록 상기 밸브의 작동을 제어하는 컨트롤러를 포함한다.A vehicle according to an embodiment of the present invention includes a diesel engine, an SCR device for reducing nitrogen oxides contained in exhaust gas of the diesel engine having a turbocharger, and intake air flowing into the diesel engine after passing through the turbocharger. An intercooler installed in an intake pipe and configured to cool the intake air, a heat exchanger installed in a bypass intake pipe bypassing the intercooler and configured to heat the intake air, an intake flow path passing through the intercooler, and the A valve that operates to selectively form one of the intake passages passing through the heat exchanger, and controls the operation of the valve so that the temperature of the exhaust gas is within a temperature range where a nitrogen oxide reduction reaction can occur in the SCR device. Includes a controller that
본 발명의 다른 실시예에 따른 차량은 상기 배출가스에 포함되는 탄소성분 입자를 제거하는 DPF를 더 포함할 수 있다.A vehicle according to another embodiment of the present invention may further include a DPF that removes carbon particles contained in the exhaust gas.
상기 밸브는 상기 흡기관과 상기 바이패스 흡기관의 분기 지점에 설치되는 3-웨이 밸브일 수 있다.The valve may be a 3-way valve installed at a branch point of the intake pipe and the bypass intake pipe.
상기 배출가스의 온도를 검출하는 배출가스 온도 검출 센서를 더 포함할 수 있다.It may further include an exhaust gas temperature detection sensor that detects the temperature of the exhaust gas.
상기 컨트롤러는 상기 배출가스 온도 센서에 의해 검출되는 상기 배출가스의 온도를 기초로 상기 밸브를 제어하도록 구성될 수 있다.The controller may be configured to control the valve based on the temperature of the exhaust gas detected by the exhaust gas temperature sensor.
상기 컨트롤러는 상기 배출가스의 온도가 미리 설정된 온도보다 낮은 경우 상기 열교환기를 통과하는 흡기 유로가 형성되도록 상기 밸브를 제어하고, 상기 배출가스의 온도가 상기 미리 설정된 온도에 도달하면 상기 인터쿨러를 통과하는 흡기 유로가 형성되도록 상기 밸브를 제어하도록 구성될 수 있다.The controller controls the valve to form an intake flow passage passing through the heat exchanger when the temperature of the exhaust gas is lower than the preset temperature, and when the temperature of the exhaust gas reaches the preset temperature, the intake air passing through the intercooler It may be configured to control the valve so that a flow path is formed.
상기 열교환기는 상기 차량의 냉각수와 상기 흡기 사이의 열교환이 이루어지도록 구성될 수 있다.The heat exchanger may be configured to exchange heat between the coolant of the vehicle and the intake air.
상기 컨트롤러는 상기 배출가스의 온도가 200℃ 내지 220℃의 범위에 속하는 미리 설정된 온도 이상이 되도록 상기 밸브의 작동을 제어할 수 있다.The controller may control the operation of the valve so that the temperature of the exhaust gas is above a preset temperature in the range of 200°C to 220°C.
본 발명에 의하면, 인터쿨러를 우회하는 바이패스 흡기관에 열교환기를 설치하고 배출가스의 온도가 상대적으로 낮은 저부하 영역에서 흡기가 열교환기를 통과하면서 가열되도록 함으로써, 배출가스 온도를 빨리 상승시킬 수 있으며 그에 의해 저부하 영역에서 배출가스 처리 성능을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, by installing a heat exchanger in the bypass intake pipe that bypasses the intercooler and allowing the intake air to be heated as it passes through the heat exchanger in a low load area where the temperature of the exhaust gas is relatively low, the exhaust gas temperature can be quickly raised. This can improve exhaust gas treatment performance in low load areas.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 흡기 온도 관리 장치를 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 흡기 온도 관리 장치의 블록도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 흡기 온도 관리 장치에 의해 인터쿨러 온 상태 및 오프 상태에서 스로틀 개도율에 따른 흡기 온도와 배기 온도의 변화를 보여주는 그래프를 도시한다.
도 4는 도 2의 그래프에서 스로틀 개도율 별로 인터쿨러 온 상태 및 오프 상태에서의 배기 온도의 평균 값을 보여주는 그래프를 도시한다.
도 5는 도 2의 그래프에서 스로틀 개도율 별로 인터쿨러 온 상태 및 오프 상태에서의 흡기 온도의 평균 값을 보여주는 그래프를 도시한다.1 schematically shows an intake air temperature management device for a vehicle according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows a block diagram of an intake air temperature management device for a vehicle according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 shows a graph showing changes in intake air temperature and exhaust temperature according to the throttle opening rate in the intercooler on and off states by the intake air temperature management device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 shows a graph showing average values of exhaust temperatures in the intercooler on and off states for each throttle opening rate in the graph of FIG. 2 .
FIG. 5 shows a graph showing average values of intake air temperatures in the intercooler on and off states for each throttle opening rate in the graph of FIG. 2 .
아래에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 설명된 실시예에 한정되지 않는다.Below, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the described embodiments.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 흡기 온도 관리 장치의 개략도를 도시하고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 흡기 온도 관리 장치의 블록도를 도시한다.FIG. 1 shows a schematic diagram of an intake air temperature management device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows a block diagram of an intake air temperature management device according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 흡기 온도 관리 장치는 엔진으로 유입되는 흡기의 온도를 조절하는 작용을 하며, 배출가스 온도가 상대적으로 낮은 저부하 영역에서 배출가스의 온도를 높여 SCR 장치의 암모니아 분사 및 DPF의 자연재생 온도를 더 빠르게 형성하여 배출가스 저감 능력을 향상시키는 역할을 한다. 본 발명의 실시예에 따른 흡기 온도 관리 장치는 디젤엔진이 적용된 차량에 설치되어 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감하기 위한 SCR 장치의 안정적인 작동을 확보하기 위해 사용될 수 있다. 도 1에 도시되지 않았으나, 엔진(20)에서 배출되는 배출가스에 포함된 질소산화물을 처리하기 위한 SCR 장치 및/또는 배출가스에 포함되는 탄소성분을 제거하기 위한 DPF가 구비될 수 있다.The intake air temperature management device according to an embodiment of the present invention acts to control the temperature of the intake air flowing into the engine, and increases the temperature of the exhaust gas in a low load area where the exhaust gas temperature is relatively low to control the ammonia injection of the SCR device and the DPF. It plays a role in improving the exhaust gas reduction ability by forming the natural regeneration temperature more quickly. The intake air temperature management device according to an embodiment of the present invention can be installed in a vehicle equipped with a diesel engine and used to ensure stable operation of the SCR device for reducing nitrogen oxides contained in exhaust gas. Although not shown in FIG. 1, an SCR device for treating nitrogen oxides contained in exhaust gas discharged from the engine 20 and/or a DPF for removing carbon components contained in the exhaust gas may be provided.
흡기관(11)은 흡기가 지나는 통로를 형성하며 흡기를 엔진(20)으로 안내할 수 있도록 구성된다. 도면에 명시되지 않았으나, 흡기관(11)에는 흡기에 함유된 불순물을 거르기 위한 에어 필터가 설치될 수 있다.The intake pipe 11 forms a passage through which intake air passes and is configured to guide intake air to the engine 20. Although not specified in the drawing, an air filter may be installed in the intake pipe 11 to filter out impurities contained in the intake air.
인터쿨러(intercooler)(12)는 터보차저, 슈퍼차저와 같은 과급기를 통과하면서 뜨거워진 흡기의 온도를 낮추기 위한 장치이다. 즉 인터쿨러(12)는 압축되어 온도가 상승된 흡기를 냉각하는 기능을 하는 열교환기로 흡기 계통의 장치이다. 인터쿨러(12)를 이용하여 압축된 흡기의 온도를 낮춤으로써 엔진의 연소 효율 개선, 연비 향상, 배출가스의 저감 등이 도모될 수 있다. 인터쿨러(12)는 공기를 이용하여 흡기를 냉각하는 공냉식 인터쿨러, 냉각수에 의해 흡기를 냉각하는 수냉식 인터쿨러로 구별될 수 있다. 도 1에는 생략되었으나, 인터쿨러(12)는 흡기관(11)에 연통되어 흡기가 지나는 통로를 형성할 수 있으며, 흡기와 열교환을 하는 공기 또는 냉각수와 같은 열교환 매체가 지나는 통로를 형성할 수 있다. 인터쿨러(12)는 내부를 흐르는 흡기와 열교환 매체 사이의 열교환을 통해 흡기의 온도가 열교환 매체로 전달될 수 있도록 구성된다. 도 1에는 생략되었으나, 인터쿨러(12)는 열교환 매체의 유입을 위한 유입구와 흡기의 열을 흡수한 열교환 매체가 배출되는 배출구를 포함할 수 있다. 배기관(12)은 흡기를 인터쿨러(12)로 안내하고 또한 인터쿨러(12)를 통과한 흡기를 엔진(20)으로 안내할 수 있도록 형성될 수 있다.The intercooler (12) is a device for lowering the temperature of intake air that becomes hot as it passes through a supercharger such as a turbocharger or supercharger. In other words, the intercooler 12 is a heat exchanger that functions to cool the compressed intake air whose temperature has risen and is a device in the intake system. By lowering the temperature of the compressed intake air using the intercooler 12, engine combustion efficiency, fuel efficiency, and exhaust gas can be reduced. The intercooler 12 can be divided into an air-cooled intercooler that cools the intake air using air, and a water-cooled intercooler that cools the intake air using cooling water. Although omitted in FIG. 1, the intercooler 12 may be connected to the intake pipe 11 to form a passage through which intake air passes, and may form a passage through which a heat exchange medium such as air or coolant that exchanges heat with the intake air passes through. The intercooler 12 is configured to transfer the temperature of the intake air to the heat exchange medium through heat exchange between the intake air flowing inside and the heat exchange medium. Although omitted in FIG. 1, the intercooler 12 may include an inlet for introducing a heat exchange medium and an outlet for discharging the heat exchange medium that absorbs heat from the intake air. The exhaust pipe 12 may be formed to guide intake air to the intercooler 12 and also guide intake air passing through the intercooler 12 to the engine 20.
인터쿨러(12)를 우회하는 바이패스 흡기관(14)이 구비되며, 열교환기(14)가 바이패스 흡기관(14)에 설치된다. 바이패스 흡기관(14)은 인터쿨러(12)를 우회하며, 흡기는 바이패스 흡기관(14)을 통해 인터쿨러(12)를 지나지 않고 엔진(20)으로 유입될 수 있다.A bypass intake pipe 14 that bypasses the intercooler 12 is provided, and a heat exchanger 14 is installed in the bypass intake pipe 14. The bypass intake pipe 14 bypasses the intercooler 12, and intake air may flow into the engine 20 through the bypass intake pipe 14 without passing through the intercooler 12.
열교환기(14)는 차량의 냉각수와 흡기 사이의 열교환이 이루어질 수 있도록 구성될 수 있다. 더 구체적으로, 바이패스 흡기관(14)을 지나는 흡기가 열교환기(14)에서 냉각수의 열을 흡수하여 온도가 상승할 수 있다. 냉각수는 차량의 엔진이 작동하는 상태에서 대략 80℃의 온도를 유지하도록 제어되기 때문에, 바이패스 흡기관(14)을 지나는 흡기가 열교환기(14)에서 냉각수의 열을 흡수하여 온도 상승될 수 있다. 열교환기(14)는 냉각수의 유입을 위한 냉각수 인렛(15)와 냉각수의 배출을 위한 냉각수 아웃렛(16)을 구비할 수 있다. 열교환기(14)는 냉각수가 흐르는 냉각수 경로와 흡기가 흐르는 흡기 경로를 형성할 수 있으며, 냉각수 경로를 흐르는 냉각수와 흡기 경로를 흐르는 흡기 사이의 열교환이 이루어질 수 있도록 구성될 수 있다. 흡기는 열교환기(14)를 통과하면서 냉각수의 열을 흡수하여 온도 상승을 겪는다.The heat exchanger 14 may be configured to enable heat exchange between the coolant of the vehicle and the intake air. More specifically, the intake air passing through the bypass intake pipe 14 may absorb heat from the coolant in the heat exchanger 14 and increase its temperature. Since the coolant is controlled to maintain a temperature of approximately 80°C while the vehicle's engine is running, the intake air passing through the bypass intake pipe 14 absorbs the heat of the coolant in the heat exchanger 14, causing the temperature to rise. . The heat exchanger 14 may be provided with a coolant inlet 15 for introducing coolant and a coolant outlet 16 for discharging coolant. The heat exchanger 14 may form a cooling water path through which coolant flows and an intake path through which intake air flows, and may be configured to enable heat exchange between the cooling water flowing through the cooling water path and the intake air flowing through the intake path. As the intake air passes through the heat exchanger 14, it absorbs heat from the coolant and experiences a temperature increase.
흡기의 흐름을 조절하기 위한 3-웨이 밸브(17)가 구비된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 3-웨이 밸브(17)는 바이패스 흡기관(13)이 분기되는 지점에 설치될 수 있으며, 세 개의 유로, 즉 흡기가 유입되는 유로, 흡기를 인터쿨러(12)가 설치된 흡기관(11)으로 안내하는 배출 유로, 및 흡기를 열교환기(14)가 설치된 바이패스 흡기관(13)으로 안내하는 배출 유로를 형성한다. 3-웨이 밸브(17)는 유입된 흡기가 인터쿨러(12)가 설치된 흡기관(11)에 연통된 배출 유로로 흐르도록 하거나 또는 열교환기(14)가 설치된 바이패스 흡기관(13)에 연통된 배출 유로로 흐르도록 할 수 있다.A 3-way valve 17 is provided to control the flow of intake air. As shown in FIG. 1, the 3-way valve 17 can be installed at the point where the bypass intake pipe 13 branches, and consists of three flow paths, that is, a flow path through which intake air flows, and a flow path through which intake air flows into the intercooler 12. It forms an exhaust flow path that guides the intake air to the intake pipe (11) where the heat exchanger (14) is installed, and an discharge flow path that guides the intake air to the bypass intake pipe (13) where the heat exchanger (14) is installed. The 3-way valve 17 allows the incoming intake air to flow into the discharge path connected to the intake pipe 11 where the intercooler 12 is installed, or to the bypass intake pipe 13 where the heat exchanger 14 is installed. It can be allowed to flow into the discharge channel.
도 2를 참조하면, 컨트롤러(21)가 3-웨이 밸브(17)의 작동을 제어하기 위한 제어 신호를 3-웨이 밸브(17)로 전송할 수 있도록 3-웨이 밸브(17)에 연결될 수 있다. 이때, 컨트롤러(21)는 엔진(20)에서 배출된 배기의 온도를 검출할 수 있는 배출가스 온도 센서(22)의 신호를 수신할 수 있도록 배출가스 온도 센서(22)에 연결될 수 있다. 배출가스 온도 센서(22)는 엔진(20)에서 배출된 배기의 온도를 검출할 수 있도록 배기관에 설치될 수 있다.Referring to FIG. 2, the controller 21 may be connected to the 3-way valve 17 to transmit a control signal for controlling the operation of the 3-way valve 17 to the 3-way valve 17. At this time, the controller 21 may be connected to the exhaust gas temperature sensor 22 to receive a signal from the exhaust gas temperature sensor 22, which can detect the temperature of the exhaust discharged from the engine 20. The exhaust gas temperature sensor 22 may be installed in the exhaust pipe to detect the temperature of the exhaust discharged from the engine 20.
컨트롤러(21)는 배출가스 온도 센서(22)의 출력 신호, 즉 배기 온도를 나타내는 신호를 입력으로 이용하여 3-웨이 밸브(17)의 작동을 제어하기 위한 신호를 출력하도록 구성된다. 컨트롤러(21)는 마이크로프로세서, 메모리, 및 관련 하드웨어와 소프트웨어를 포함할 수 있다. 마이크로프로세서는 아래에서 설명할 방식으로 3-웨이 밸브(17)를 제어하도록 프로그램될 수 있으며, 메모리는 이러한 제어를 위해 필요한 데이터를 저장할 수 있다.The controller 21 is configured to output a signal for controlling the operation of the 3-way valve 17 by using the output signal of the exhaust gas temperature sensor 22, that is, a signal representing the exhaust temperature, as an input. Controller 21 may include a microprocessor, memory, and related hardware and software. The microprocessor can be programmed to control the three-way valve 17 in the manner described below, and the memory can store the data necessary for such control.
컨트롤러(21)는 배출가스의 온도가 SCR 장치에서 질소산화물 환원반응이 발생할 수 있는 온도 범위에 존재하도록 3-웨이 밸브(17)의 작동을 제어할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(21)는 배출가스의 온도가 200℃ 내지 220℃의 범위에 속하는 미리 설정된 온도 이상이 되도록 3-웨이 밸브(17)의 작동을 제어할 수 있다. 구체적으로, 컨트롤러(21)는 배출가스 온도가 미리 설정된 온도에 도달하기 전까지는 흡기가 열교환기(14)가 설치된 바이패스 흡기관(13)으로 흐르게 하는 유로(도 1에 점선 화살표로 도시된 유로)를 형성하도록 3-웨이 밸브(17)를 제어하고, 배출가스 온도가 미리 설정된 온도에 도달하면 흡기가 인터쿨러(12)가 설치된 흡기관(11)으로 흐르게 하는 유로(도 1에 실선 화살표로 도시된 유로)를 형성하도록 3-웨이 밸브(17)를 제어할 수 있다. 이때, 미리 설정된 온도는 배출가스를 처리하는 후처리 장치인 SCR 장치 또는 DPF의 안정적 작동이 확보될 수 있는 온도, 예를 들어 200℃ 내지 220℃의 온도 범위에 속하는 온도일 수 있다. 더 바람직하게는, 미리 설정된 온도는 220℃일 수 있다. 배출가스의 온도가 상대적으로 낮은 저부하 영역에서는 냉각수의 열을 이용하여 흡기의 온도를 높일 수 있도록 제어하고, 배출가스가 충분히 올라간 상태에서는 인터쿨러(12)를 이용하여 흡기를 냉각하는 일반적인 흡기 온도 조절이 이루어지도록 제어한다. 이와 같은 흡기 온도의 조절을 통해 배출가스의 온도가 상대적으로 낮은 저부하 영역에서 배출가스의 온도를 보다 빨리 높일 수 있으며 그에 의해 SCR 장치의 암모니아 분사 및 DPF의 자연재생 온도를 더 빠르게 형성하여 배출가스 저감 능력을 높일 수 있다.The controller 21 can control the operation of the 3-way valve 17 so that the temperature of the exhaust gas is within a temperature range where a nitrogen oxide reduction reaction can occur in the SCR device. For example, the controller 21 may control the operation of the 3-way valve 17 such that the temperature of the exhaust gas is above a preset temperature in the range of 200°C to 220°C. Specifically, the controller 21 operates a flow path (flow path shown by a dotted arrow in FIG. 1) through which the intake air flows to the bypass intake pipe 13 where the heat exchanger 14 is installed until the exhaust gas temperature reaches a preset temperature. ), and when the exhaust gas temperature reaches a preset temperature, the intake air flows into the intake pipe 11 where the intercooler 12 is installed (shown by a solid arrow in FIG. 1). The 3-way valve 17 can be controlled to form a clear flow path. At this time, the preset temperature may be a temperature that can ensure stable operation of the SCR device or DPF, which is a post-processing device for treating exhaust gas, for example, a temperature in the temperature range of 200°C to 220°C. More preferably, the preset temperature may be 220°C. In low load areas where the temperature of the exhaust gas is relatively low, the heat of the coolant is used to control the temperature of the intake air, and when the exhaust gas temperature is sufficiently high, the intercooler (12) is used to cool the intake air. Control so that this happens. Through this adjustment of the intake temperature, the temperature of the exhaust gas can be raised more quickly in the low-load area where the temperature of the exhaust gas is relatively low, thereby forming the ammonia injection of the SCR device and the natural regeneration temperature of the DPF more quickly, thereby reducing the exhaust gas temperature. Reduction capacity can be increased.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 흡기 온도 관리 장치에 의한 흡기 온도와 배출가스 온도를 측정한 결과를 나타내는 그래프를 도시한다. 먼저, 도 5에는, 인터쿨러(12)의 온(on) 상태, 즉 흡기가 인터쿨러(12)를 통과하는 상태에의 배출가스 온도의 변화(IC_ON_Exhaust), 인터쿨러(12)의 오프(off) 상태, 즉 흡기가 인터쿨러(12)가 아닌 열교환기(14)를 통과하는 상태에서의 배출가스 온도의 변화(IC_OFF_Exhaust), 인터쿨러(12)의 온(on) 상태, 즉 흡기가 인터쿨러(12)를 통과하는 상태에의 흡기 온도의 변화(IC_ON_Intake), 인터쿨러(12)의 오프(off) 상태, 즉 흡기가 인터쿨러(12)가 아닌 열교환기(14)를 통과하는 상태에서의 흡기 온도의 변화(IC_OFF_Intake)가 도시되어 있다. 도 5의 실험 결과는 엔진이 1,500 RPM으로 회전하는 상태에서 스로틀 개도율(α)을 변화시켜 가면서 측정한 것이다. 도 4는 도 3의 측정 결과에서 각 스로틀 개도율에서 인터쿨러의 온 상태에서의 배출가스의 평균 온도(IC_ON_Exhaust)와 인터쿨러의 오프 상태에서의 배출가스의 평균 온도(IC_OFF_Exhaust)를 도시한다. 또한 도 5는 도 3의 측정 결과에서 각 스로틀 개도율에서 인터쿨러의 온 상태에서의 흡기의 평균 온도(IC_ON_Intake)와 인터쿨러의 오프 상태에서의 흡기의 평균 온도(IC_OFF_Intake)를 도시한다. 도 3 내지 도 5에 표시된 실험 결과로부터, 인터쿨러를 오프하고 흡기가 열교환기에서 열을 흡수하도록 하면 흡기 및 배출가스의 온도가 높아지는 것을 알 수 있으며, 이로 인해 앞에서 설명한 바와 같이 배출가스 온도가 상대적으로 낮은 저부하 영역에서 배출가스 처리 능력이 향상될 수 있다.3 to 5 show graphs showing the results of measuring intake air temperature and exhaust gas temperature by the intake air temperature management device according to an embodiment of the present invention. First, in Figure 5, the change in exhaust gas temperature (IC_ON_Exhaust) in the on state of the intercooler 12, that is, the state in which intake air passes through the intercooler 12, the off state of the intercooler 12, That is, the change in exhaust gas temperature (IC_OFF_Exhaust) when the intake air passes through the heat exchanger 14 rather than the intercooler 12, and the on state of the intercooler 12, that is, when the intake air passes through the intercooler 12. The change in intake air temperature (IC_ON_Intake) in the state where the intercooler 12 is off, that is, the change in intake air temperature in the state where the intake air passes through the heat exchanger 14 rather than the intercooler 12 (IC_OFF_Intake) It is shown. The experimental results in FIG. 5 were measured by changing the throttle opening rate (α) while the engine was rotating at 1,500 RPM. FIG. 4 shows the average temperature of the exhaust gas with the intercooler on (IC_ON_Exhaust) and the average temperature of the exhaust gas with the intercooler off (IC_OFF_Exhaust) at each throttle opening rate in the measurement results of FIG. 3. In addition, FIG. 5 shows the average temperature of intake air with the intercooler on (IC_ON_Intake) and the average temperature of intake air with the intercooler off (IC_OFF_Intake) at each throttle opening rate in the measurement results of FIG. 3. From the experimental results shown in Figures 3 to 5, it can be seen that when the intercooler is turned off and the intake air absorbs heat from the heat exchanger, the temperatures of the intake and exhaust gases increase, and this causes the exhaust gas temperature to be relatively lower as described above. In low load areas, the exhaust gas treatment capacity can be improved.
이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.Although the embodiments of the present invention have been described above, the scope of the rights of the present invention is not limited thereto, and the embodiments of the present invention can be easily modified by those skilled in the art in the technical field to which the present invention belongs and are recognized as equivalent. Includes all changes and modifications to the extent permitted.
11 흡기관
12 인터쿨러
13 바이패스 흡기관
14 열교환기
15 냉각수 인렛
16 냉각수 아웃렛
17 3-웨이 밸브
20 엔진
22 배출가스 온도 센서11 intake pipe
12 intercooler
13 Bypass intake pipe
14 heat exchanger
15 Coolant inlet
16 Coolant outlet
17 3-way valve
20 engine
22 Exhaust gas temperature sensor
Claims (15)
상기 터보차저를 통과한 후 상기 디젤엔진으로 유입되는 흡기가 통과하는 흡기관에 설치되며 상기 흡기를 냉각할 수 있도록 구성되는 인터쿨러,
상기 인터쿨러를 우회하는 바이패스 흡기관에 설치되며 상기 흡기를 가열할 수 있도록 구성되는 열교환기,
상기 인터쿨러를 통과하는 흡기 유로 및 상기 열교환기를 통과하는 흡기 유로 중 어느 하나를 선택적으로 형성할 수 있도록 작동하는 밸브,
상기 배출가스의 온도를 검출하는 배출가스 온도 검출 센서, 그리고
상기 배출가스 온도 검출 센서에 의해 검출되는 상기 배출가스의 온도를 기초로 상기 배출가스의 온도가 상기 SCR 장치에서의 질소산화물 환원반응이 발생할 수 있는 온도범위에 존재하도록 상기 밸브의 작동을 제어하는 컨트롤러를 포함하고,
상기 컨트롤러는 상기 배출가스의 온도가 200℃ 내지 220℃의 범위에 속하는 미리 설정된 온도 이상이 되도록 상기 밸브의 작동을 제어하는 흡기 온도 관리 장치.In the intake air temperature management device that regulates the temperature of the intake air flowing into the diesel engine to ensure stable operation of the SCR device for reducing nitrogen oxides contained in the exhaust gas of a diesel engine having a turbocharger,
An intercooler installed on an intake pipe through which intake air flows into the diesel engine after passing through the turbocharger and configured to cool the intake air,
A heat exchanger installed in a bypass intake pipe that bypasses the intercooler and configured to heat the intake air,
A valve that operates to selectively form one of an intake flow path passing through the intercooler and an intake flow path passing through the heat exchanger,
An exhaust gas temperature detection sensor that detects the temperature of the exhaust gas, and
A controller that controls the operation of the valve so that the temperature of the exhaust gas is in a temperature range where a nitrogen oxide reduction reaction can occur in the SCR device based on the temperature of the exhaust gas detected by the exhaust gas temperature detection sensor. Including,
The controller is an intake air temperature management device that controls the operation of the valve so that the temperature of the exhaust gas is higher than a preset temperature in the range of 200°C to 220°C.
상기 밸브는 상기 흡기관과 상기 바이패스 흡기관의 분기 지점에 설치되는 3-웨이 밸브인 흡기 온도 관리 장치.In paragraph 1:
The valve is an intake air temperature management device that is a 3-way valve installed at a branch point of the intake pipe and the bypass intake pipe.
상기 컨트롤러는 상기 배출가스의 온도가 미리 설정된 온도보다 낮은 경우 상기 열교환기를 통과하는 흡기 유로가 형성되도록 상기 밸브를 제어하고, 상기 배출가스의 온도가 상기 미리 설정된 온도에 도달하면 상기 인터쿨러를 통과하는 흡기 유로가 형성되도록 상기 밸브를 제어하도록 구성되는 흡기 온도 관리 장치.In paragraph 1:
The controller controls the valve to form an intake flow passage passing through the heat exchanger when the temperature of the exhaust gas is lower than the preset temperature, and when the temperature of the exhaust gas reaches the preset temperature, the intake air passing through the intercooler An intake air temperature management device configured to control the valve to form a flow path.
상기 열교환기는 차량의 냉각수와 상기 흡기 사이의 열교환이 이루어지도록 구성되는 흡기 온도 관리 장치.In any one of paragraphs 1, 2 and 5,
The heat exchanger is an intake air temperature management device configured to exchange heat between the coolant of the vehicle and the intake air.
상기 디젤엔진의 배출가스에 포함된 질소산화물을 저감하기 위한 SCR 장치,
상기 터보차저를 통과한 후 상기 디젤엔진으로 유입되는 흡기가 통과하는 흡기관에 설치되며 상기 흡기를 냉각할 수 있도록 구성되는 인터쿨러,
상기 인터쿨러를 우회하는 바이패스 흡기관에 설치되며 상기 흡기를 가열할 수 있도록 구성되는 열교환기,
상기 인터쿨러를 통과하는 흡기 유로 및 상기 열교환기를 통과하는 흡기 유로 중 어느 하나를 선택적으로 형성할 수 있도록 작동하는 밸브,
상기 배출가스의 온도를 검출하는 배출가스 온도 검출 센서, 그리고
상기 배출가스 온도 검출 센서에 의해 검출되는 상기 배출가스의 온도를 기초로 상기 배출가스의 온도가 상기 SCR 장치에서 질소산화물 환원반응이 발생할 수 있는 온도범위에 존재하도록 상기 밸브의 작동을 제어하는 컨트롤러를 포함하고,
상기 컨트롤러는 상기 배출가스의 온도가 200℃ 내지 220℃의 범위에 속하는 미리 설정된 온도 이상이 되도록 상기 밸브의 작동을 제어하는 차량. Diesel engine with turbocharger,
An SCR device for reducing nitrogen oxides contained in the exhaust gas of the diesel engine,
An intercooler installed on an intake pipe through which intake air flows into the diesel engine after passing through the turbocharger and configured to cool the intake air,
A heat exchanger installed in a bypass intake pipe that bypasses the intercooler and configured to heat the intake air,
A valve that operates to selectively form one of an intake flow path passing through the intercooler and an intake flow path passing through the heat exchanger,
An exhaust gas temperature detection sensor that detects the temperature of the exhaust gas, and
A controller that controls the operation of the valve so that the temperature of the exhaust gas is in a temperature range where a nitrogen oxide reduction reaction can occur in the SCR device based on the temperature of the exhaust gas detected by the exhaust gas temperature detection sensor. Contains,
The controller controls the operation of the valve so that the temperature of the exhaust gas exceeds a preset temperature in the range of 200°C to 220°C.
상기 배출가스에 포함되는 탄소성분 입자를 제거하는 DPF를 더 포함하는 차량.In paragraph 8:
A vehicle further comprising a DPF that removes carbon particles contained in the exhaust gas.
상기 밸브는 상기 흡기관과 상기 바이패스 흡기관의 분기 지점에 설치되는 3-웨이 밸브인 차량.In paragraph 8:
A vehicle wherein the valve is a 3-way valve installed at a branch point of the intake pipe and the bypass intake pipe.
상기 컨트롤러는 상기 배출가스의 온도가 미리 설정된 온도보다 낮은 경우 상기 열교환기를 통과하는 흡기 유로가 형성되도록 상기 밸브를 제어하고, 상기 배출가스의 온도가 상기 미리 설정된 온도에 도달하면 상기 인터쿨러를 통과하는 흡기 유로가 형성되도록 상기 밸브를 제어하도록 구성되는 차량.In paragraph 8:
The controller controls the valve to form an intake flow passage passing through the heat exchanger when the temperature of the exhaust gas is lower than the preset temperature, and when the temperature of the exhaust gas reaches the preset temperature, the intake air passing through the intercooler A vehicle configured to control the valve so that a flow path is formed.
상기 열교환기는 상기 차량의 냉각수와 상기 흡기 사이의 열교환이 이루어지도록 구성되는 차량.In any one of paragraphs 8 to 10 and 13,
The heat exchanger is configured to exchange heat between the coolant of the vehicle and the intake air.
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| KR101734254B1 (en) * | 2015-09-01 | 2017-05-11 | 현대자동차 주식회사 | Bypass control method of exhaust gas |
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101109194B1 (en) * | 2006-08-31 | 2012-01-30 | 얀마 가부시키가이샤 | Operating method of premixed compression self-ignition engine |
| JP2008281002A (en) * | 2007-05-10 | 2008-11-20 | Ford Global Technologies Llc | Method of operating internal combustion engine and intake air temperature management system of internal combustion engine |
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