KR20020053870A - 배기 가스 중의 질소 산화물 제거를 위한 환원제 도우징방법 및 장치 - Google Patents

배기 가스 중의 질소 산화물 제거를 위한 환원제 도우징방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

환원제가 파이프(12)와 도우징을 조절하는 액추에이터, 특히 도우징 밸브(7)에 의해 특히 디젤 엔진의 배기 가스 중의 질소 산화물을 제거하기 위해 촉매 컨버터로 안내되며, 특히 가스 포함에 의해 제한된 파이프 내의 압력 강하가 검출되고 파이프(12)가 액추에이터에 의해 환기되는 환원제 도우징을 위한 방법과 장치가 이용된다.

Description

배기 가스 중의 질소 산화물 제거를 위한 환원제 도우징 방법 및 장치 {Method and device for dosage of a reducing agent for the removal of nitrogen oxides from exhaust gases}
배기 가스 중의 NOx(산화질소)-성분을 감소시키기 위해 특히 디젤 엔진을 위한 환원 촉매 컨버터가 개발되었다. 상기 환원 촉매 컨버터는 소위 SCR-촉매 컨버터(Selective Catalytic Reduction)와 저장 촉매 컨버터로 구분된다. 소위 SCR-촉매 컨버터는 요소 또는 암모니아 환원제 공급을 통해 재생되는 반면, 소위 저장 촉매 컨버터는 배기 가스 오일상의 함께 공급된 내연 기관 연료의 탄화 수소로 재생된다.
독일 특허 199 46 900.8 호(R.36040)에는 예컨대 디젤 엔진으로부터 나오는 배기 가스 중의 질소 산화물을 제거하기 위해 환원제로서 요소를 도우징하는 장치가 공지되어 있다. 상기 도우징은 요소 용기를 개방하는 밸브를 통해 이루어지고 상기 요소 용기는 도우징 밸브의 전기적 제어, 스로틀 단면 및 스로틀 밸브에 접하는 압력 차에 의해 정해진다. 도우징 장치는 초과량분의 환원제를 역수송 하기 위한 귀환 파이프 및 공기 또는 기화된 환원제로부터 나온 가스의 기포를 제거하기 위한 환기 밸브를 구비한다.
본 발명은 독립항의 전제부에 따른 촉매 작용에 의한 배기 가스 처리와 관련하여 환원제, 특히 요소 또는 요소 수용액의 도우징 방법 및 장치에 관한 것이다.
도 1은 물탱크와 요소 탱크 그리고 환원제 장치로 서로 연결된 도우징 장치.
독립항의 특징을 포함하는 본 발명에 따른 방법 및 도우징 장치는 간단한 환기 및 도우징 장치의 정확하고, 감소된 부품 구성을 제공하는 것이 장점이다. 별도의 환기 밸브가 더 이상 필요하지 않고 이를 위해 필수적인 추가 파이프도 배제되므로 에너지와 비용이 절약될 정도로 파이프 경로가 간단해지고, 이에 상응하여 도우징 장치에 있어서는 적절한 작동을 위해 지나치게 가열되는 액체 부피가 감소된다. 또한 도우징의 정확성이 개선된다. 그 이유는 예컨대 공기 함유 또는 기화된 요소 수용액의 함유로 인한 공급 파이프 내의 압력 강하는 제어된 도우징에 의해 조절되기 때문이다. 별도 환기 밸브의 배제는 부품 비용 및 조립 시간을 절약할 뿐 아니라 도우징 장치 전체가 더욱 작은 하우징 블록상에 배치될 수 있다.
종속항에 제시된 조치에 의해 독립항에 제시된 방법 및 도우징 장치의 바람직한 개선이 가능하다. 전기 제어 가능한 도우징 펌프는 예컨대 필요에 따른 이송을 보장하며, 도우징 펌프의 출구를 흡입구와 연결하는 짧은 우회에 의해서만 과도하게 이송된 액체량의 환원이 제공될 수 있는 이송 수단으로서 스텝핑 모터을 장착하므로 요소 탱크로의 별도의 귀환 파이프가 생략될 수 있다는 것이 특히 장점이다. 그것은 파이프 경로를 더 간단하게 하고 이에 상응하여 적절한 작동을 위한 도우징 장치에서 지나치게 가열되는 액체 부피가 감소한다. 요소 탱크에 별도의 귀환 파이프 생략은 부품 비용 및 조립 시간 뿐 아니라 도우징 장치 전체가 더욱 작은하우징 블록에 배치될 수 있고 유일한 연결자인 파이프가 요소 탱크에 제조될 수 있기 때문에 간편하게 자동차에 조립 가능하다.
본 발명의 실시예가 도면에 도시되어 있으며 하기에서 자세히 설명된다.
도 1 에서 요소 수용액(HWL)이 요소 파이프(1a)를 통해 필터 여과기로 구현된 필터(3)로 안내되는 요소 탱크는 1로 표시된다. 상기 필터(3)는 파이프(12)를 통해 체크 밸브(2)와 연결되고 이를 통해 HWL은 예컨대 격막 펌프로 구현되는 이송 펌프(4)에 의해 흡입되고 믹싱 챔버(8)의 도우징 밸브(7)로 이송된다. 상기 펌프(4)는 초과량이 최소화 되도록 제어 엔진(4a)에 의해 rpm제어된다. 이송된 초과량은 압력 제어 밸브(11)에 의해 펌프의 흡입측으로 역류된다. 압축 공기 저장기로부터 압축 공기가 필터 여과기(21), 2/2 분배 밸브(22), 스로틀(23) 그리고 체크 밸브(24)를 포함하는 압축 공기 파이프(2a)를 통해 믹싱 챔버(8)로 공급 가능하다. 에어로솔 파이프(25)는 믹싱 챔버(8)로부터 촉매 컨버터(30)로 안내되고 상기 촉매 컨버터는 한면에는 배기 가스 공급구(29)를, 맞은편 면에는 배기 가스 배출구(31)를 구비한다. 요소 탱크(1)는 유동량 센서(52)와 온도 센서(51)를 포함한다. 도우징 펌프(4)와 도우징 밸브(7)사이의 파이프(12)에 압력 센서(50)가 배치된다. 온도 센서(53,54)는 촉매 컨버터의 유입구 및 배출구에 있는 배기 가스의 온도를 측정한다. 또한 2/2-분배 밸브(22)와 스로틀(23) 사이에 압력 센서(55)가 제공된다. 온도 센서(56)는 금속성의 하우징 블록(41)의 온도를 측정하고 상기 하우징 블록에 상기 부호들을 갖는 점선으로 표시된 선에 의해 포함되는 구성 요소들이 배치되거나 통합된다. 또한 상기 하우징 블록(41)에 제어부(40)가 장착되고 상기 제어부는 센서(50-56) 및 제어 모터(4a)와 도우징 밸브(7)와 전기로 연결된다. 상기 하우징 블록(41)은 접지되어 있으며, 제어부(40)는 기준 가용 수단으로서 하우징 블록(40)의 전위를 얻는다. CAN-데이타 라인(39)(CAN = "Controlled Area Network")에 의해 제어부(40)는 전력 공급 장치와 자동차의 다른 전자 부품, 특히 엔진 제어부와 연결된다.
도우징 밸브(7)는 필요한 요소 수용액을 믹싱 챔버(8)로 도우징 한다. 상기 믹싱 챔버(8)에는 압력에 의해 요소 수용액이 공급되어 에어로솔 파이프(25)를 통해 촉매 컨버터(30)로 삽입되는 에어로솔 및 필름막이 생성된다. 이를 위해 제어부(40)는 상위에 배치된 엔진 제어부로부터 CAN-데이타 라인(39)에 의해 수신되는 압력, 온도 및 유동량 센서(51-56) 신호와 같은 엔진 작동 데이타에 대한 신호를 감지한다. 상기 신호들은 공지되며 여기에서 상세히 설명되지 않는다. 또한 제어부(40)는 압력 센서(50)로부터 전기에 의한 신호를 수신하고 상기 센서로부터 도우징 펌프(4)와 도우징 밸브(7)사이의 파이프(12)내부에서 압력의 시간에 따른 경과가 나타난다. 제어부(40)는 센서의 정보로부터 촉매 컨버터(30)를 관류하는 배기 가스에 첨가하고자 하는 요소 수용액 량을 산출한다. 상기 제어부는(40)는 도우징 밸브(7)와 밸브(22)를 이용하여 센서(50)로부터 얻어지는 실제 압력값을 고려하여 정보를 감정한 후에 요소 용매제 및 압축 공기 파이프 내의 압력을 제어한다. 유출 밸브로 작용하는 압력 제어 밸브(11)는 과도하게 폄프(4)에 의해 이송되는 환원제의 양을 펌프의 흡입측으로 재공급한다. 유출량은 rpm제어된 이송 펌프 및 도우징 펌프에서는 대체로 매우 적다. 상기 펌프들은 비교적 수요에 상응하는 액체를 이송시킬 수 있으므로 경우에 따라서 유출 밸브에 의해 형성된 우회를 통해 단지 작은 공차가 조절되어야 하기 때문이다. 예컨대 공기 포함에 의해 시스템 내의 압력이 강하되면 제어부는 도우징 밸브(7)를 개방하여 상기 밸브에 의해 환기될 수 있다. 상기 환기 과정은 촉매 컨버터 작동중에 이루어진다. 따라서 매우 낮은 시스템 압력 때문에 매우 소량의 액체가 도우징된다. 부족한 양은 제어부에 저장된 보정 데이타에 의해 도우징 밸브의 적절한 제어를 통해 조절된다. 압력 강하가 압력 센서(50)에 의해 기록되면 제어부는 내부에 저장된 데이타 필드를 호출할 수 있다. 상기 데이타 필드는 환원제의 보정된 양의 분사를 보장하기 위해, 예컨대 압력의 실제값과 설정값 간 차이의 각각의 값에 상응하여 도우징 밸브의 연장된 개방 시간을 지정한다.
압축 공기가 지원되지 않는, 즉 부품 (20-24)이 사용되지 않는 도우징 장치는 대안적으로 사용될 수 있다. 압력 센서(50)는 유동량 센서에 의해 대체될 수 있다. 상기 대안적인 센서를 사용할 때 압력 강하시 분사 보정을 실시하기 위해 제어부의 기억 장치에 저장된 데이타 필드는 변형된 입력값(압력 대신 지정된 부피의 질량)에 맞추어져야 한다. 유동량 센서에서 측정된 질량은 어떤 경우이든 파이프 내부를 지배하는 압력과 상관 관계에 있으므로 유동량 센서를 이용해 가스의 포함및 압력 강하가 인식된다. 압력 제어 밸브(11)는 펌프(4)의 출구를 향해 상기 밸브의 입구가 파이프(12)에 배치된다. 그럼으로써 도 1에서 압력 제어 밸브(11)와 파이프(12)사이에 형성된 파이프 일부가 생략될 수 있다.

Claims (12)

  1. 특히 디젤 엔진의 배기 가스 중의 질소 산화물을 제거하기 위해, 파이프(12) 및 도우징을 조절하는 액추에이터, 특히 도우징 밸브(7)를 통해 촉매 컨버터 장치(30)에 환원제, 특히 요소 및 요소 수용액을 도우징하기 위한 방법에 있어서,
    상기 파이프(12)내의 가스 포함에 기인한 압력 강하가 검출되고 파이프(12)는 액추에이터에 의해 환기되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 액추에이터가 환기를 위해 도우징을 파이프 내의 압력 강하의 정도에 따라 제어하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 상기 환원제가 전기 제어 가능한 도우징 펌프(4)에 의해, 특히 rpm제어된 펌프에 의해 파이프(12)를 통해 액추에이터로 이송되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 과도하게 이송된 환원제 양이 펌프(4)의 출구로부터 직접 펌프(4)의 입구로 재공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 도우징된 환원제로부터 에어로솔이 형성된 다음, 에어로솔이 촉매 컨버터 장치로 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 에어로솔의 형성을 위해 공기가 환원제에 도우징되어 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 특히 디젤 엔진의 배기 가스 중의 질소 산화물을 제거하기 위한 촉매 컨버터 장치(30)로 환원제를 공급하기 위한 수단(2,3,4)을 포함하며, 상기 수단이 파이프(12)를 통해 도우징을 제어하는 액추에이터, 특히 도우징 밸브(7)에 연결된, 환원제 특히 요소 및 요소 수용액의 도우징을 위한 장치에 있어서,
    파이프(12)내부 압력 또는 상기 압력과 상관 관계에 있는 측정 변수를 측정하기 위한 측정 소자(50) 및 액추에이터를 통해 파이프(12)를 환기시키기 위해 액추에이터를 제어하는 상기 측정 소자(50)의 측정 데이타를 평가하는 제어부(40)가 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 수단(40)이 기억 장치, 특히 특성 필드 저장을 위한 PROM 또는 EPROM 기억 장치를 포함함으로써, 환기를 위한 액추에이터가 파이프 내 압력 강하의 정도에 따라 제어될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 7항 내지 8항에 있어서, 상기 수단(2,3,4)이 전자 제어 가능한 이송 또는 도우징 펌프(4), 특히 rpm 제어된 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 9항에 있어서, 압력 제어 밸브(12)를 포함하는 상기 귀환 파이프(1d)가 도우징 펌프(4)의 출구를 그것의 입구에 연결하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 7항 내지 10항에 있어서, 에어로솔 형성을 위해 믹싱 챔버(8)내로 도우징된 환원제 공급이 에어로솔 파이프(25)를 통해 에어로솔이 촉매 컨버터 장치내로 공급되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 11항에 있어서, 믹싱 챔버(8)내로 도우징된 공기 공급을 위한 수단(20,21,22,23,24,55)이 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
KR1020027006460A 2000-09-22 2001-09-20 배기 가스로부터 질소 산화물을 제거하기 위한 환원제 계량 방법 및 장치 KR100859426B1 (ko)

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