KR20040040764A - Smoke reducing apparatus and control method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 디젤 엔진의 연소효율 향상 및 매연 저감장치와 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량의 급가속시와 등판 주행시와 같은 운전조건에 대해 연소 화학반응을 촉진시키는 활성화학종인 OH와 HO2를 쉽게 발생시킬 수 있도록 배기가스 재순환 파이프 내에 과산화수소를 분사하여 디젤 엔진의 연소효율이 향상되고 매연이 저감되도록 하는 디젤 엔진의 연소효율 향상 및 매연 저감장치와 그 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for improving combustion efficiency and reducing smoke of a diesel engine, and a control method thereof. More specifically, the present invention relates to OH, which is an activating grade for promoting combustion chemical reactions under driving conditions such as rapid acceleration and climbing driving of a vehicle. The present invention relates to an apparatus for improving combustion efficiency and soot reduction of a diesel engine, in which hydrogen peroxide is injected into an exhaust gas recirculation pipe to easily generate HO 2 , so that combustion efficiency of the diesel engine is improved and soot is reduced.
디젤 엔진은 실린더 안에 연료를 분사하여 무화하고, 이것을 높은 압축비로 자기착화시킨 후 공기와의 혼합에 의하여 연소를 행하도록 하는 것을 공통의 특징으로 한다. 디젤 엔진은 이와 같은 특징적인 연소에 의하여 열기관 가운데서 가장 높은 열효율을 얻을 수 있다는 점에서 차량에 탑재하는데 있어서는 연료경제성이 중요시되는 버스, 트럭 등의 상용차량에 주로 탑재되고 있다.Diesel engines have a common feature of injecting fuel into a cylinder to atomize the fuel, and self-igniting it at a high compression ratio and then performing combustion by mixing with air. Diesel engines are mainly installed in commercial vehicles, such as buses and trucks, where fuel economy is important in terms of fuel economy.
그런데 디젤 엔진은 냉시동시, 엔진이 웜 업이 될 때까지의 기간, 급가속시, 등판 주행시 등의 경우에는 특히 매연이 다량으로 배출되어 환경규제와 차량의 상품성에 많은 악영향을 미치고 있는 실정이다.However, in the case of a diesel engine during cold start-up, when the engine warms up, during a rapid acceleration, and when driving on a climbing road, a large amount of smoke is discharged, which has a lot of adverse effects on environmental regulations and vehicle merchandise.
디젤 엔진의 연소과정에서 발생되는 매연은 공연비가 낮거나, 엔진 실린더 내에서 일시적으로 연료와 공기의 혼합이 원활하지 않아 연료의 산화, 즉 연소반응이 활발하지 못하기 때문에 가장 많이 발생된다.The soot generated in the combustion process of diesel engines is most frequently generated due to low air-fuel ratio or the inability to mix fuel and air temporarily in the engine cylinders, resulting in poor oxidation of fuel, that is, combustion reaction.
상기와 같이 디젤 엔진에서 발생되는 매연을 연소과정에서 저감시키기 위하여 엔진의 흡기포트에 오존 발생기를 장착하거나, 연소촉진을 위한 액체조성물(과산화물 혹은 퍼옥스화합물과 알코올이 혼합된 것으로 액체상태)을 흡기 포트 내에 공급하기 위한 장치를 장착하는 등의 화학적 활성 방법이 적용되고 있다.As described above, in order to reduce soot generated in a diesel engine during combustion, an ozone generator is installed in an intake port of the engine, or a liquid composition (a mixture of peroxides or perox compounds and alcohol in a liquid state) for promoting combustion is inhaled. Chemically active methods, such as mounting a device for feeding into a port, have been applied.
그런데 흡기포트의 도중에 오존 발생장치를 설치하여 오존이 흡기에 유입되도록 하는 경우에는 엔진의 운전조건은 고려하지 않았기 때문에 중부하 이상의 운전조건에서는 연소 화학반응이 너무 활발하게 일어나서 매연은 저감되나 질소산화물의 농도는 오히려 급격히 증가할 위험이 있다.However, when the ozone generator is installed in the middle of the intake port to allow ozone to flow into the intake air, the operating conditions of the engine are not taken into account. Therefore, the combustion chemical reaction is too active under heavy load conditions and the smoke is reduced. There is a risk that the concentration will increase rather rapidly.
그리고 흡기 포트 내에 액체 조성물을 공급하기 위한 장치가 장착되는 경우에는 도 3에 표시되는 바와 같이, 디젤 엔진(10)의 흡기포트(11) 내에 액체조성물 공급관(15)을 둠으로서 엔진의 고회전, 고부하시에는 흡기의 유동저항을 가져와 성능저하를 가져오게 된다. 또한, 공급된 액체조성물 액적이 밸브(12)나 흡기 포트(11) 내부에 부착되어 장기 사용시 밸브 등의 부식으로 인한 내구성 저하가 우려되는 문제점이 있다.When the apparatus for supplying the liquid composition is mounted in the intake port, as shown in FIG. 3, by placing the liquid composition supply pipe 15 in the intake port 11 of the diesel engine 10, the engine rotates at high speed and high load. At the same time, the flow resistance of the intake air brings about a decrease in performance. In addition, the supplied liquid composition droplets are attached to the inside of the valve 12 or the intake port 11, and there is a problem in that durability deterioration due to corrosion of the valve or the like may occur in the long term use.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 차량의 급가속시와 등판 주행시와 같은 운전조건에 대해 연소 화학반응을 촉진시키는 활성화학종인 OH와 HO2를 쉽게 발생시킬 수 있도록 배기가스 재순환 파이프 내에 과산화수소를 분사하여 디젤 엔진의 연소효율이 향상되고 매연이 저감되도록 하는 디젤 엔진의 연소효율 향상 및 매연 저감장치와 그 제어방법을 제공하는 데 목적이 있다.Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, and exhaust gas to easily generate OH and HO 2 which is an activation grade for promoting combustion chemical reactions for driving conditions such as rapid acceleration and back running of vehicles. An object of the present invention is to provide an apparatus for improving combustion efficiency and smoke reduction, and a control method of the diesel engine, in which hydrogen peroxide is injected into the gas recirculation pipe to improve the combustion efficiency of the diesel engine and reduce the smoke.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,The present invention as a means for achieving the above object,
배기가스 재순환을 위해 디젤 엔진의 흡기계의 도중에 형성되는 EGR 파이프와;An EGR pipe formed in the middle of the intake system of the diesel engine for exhaust gas recirculation;
상기한 EGR 파이프로 공급되기 위한 액체 상태의 과산화수소가 저장되는 과산화수소 탱크와;A hydrogen peroxide tank in which liquid hydrogen peroxide for supplying the EGR pipe is stored;
상기 과산화수소 탱크에 저장된 과산화수소에 압력을 가하기 위한 압축공기가 저장되는 압축공기 탱크와;A compressed air tank storing compressed air for applying pressure to the hydrogen peroxide stored in the hydrogen peroxide tank;
압축공기에 의해서 가압된 과산화수소를 상기 EGR 파이프로 분사하기 위한 노즐과;A nozzle for injecting hydrogen peroxide pressurized by compressed air into the EGR pipe;
상기 과산화수소 탱크에서 노즐로 공급되는 과산화수소를 단속하기 위한 솔레노이드 밸브와;A solenoid valve for controlling hydrogen peroxide supplied to the nozzle from the hydrogen peroxide tank;
각종 센서에서 전달되는 정보에 의해서 엔진의 운전영역을 판단한 후 상기 솔레노이드 밸브의 개폐를 제어하기 위한 전자제어장치; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.An electronic controller for controlling the opening and closing of the solenoid valve after determining an operating region of the engine based on information transmitted from various sensors; Characterized in that comprises a.
도 1은 본 발명의 구성을 설명하기 위한 블럭도.1 is a block diagram for explaining the configuration of the present invention.
도 2는 본 발명의 작동에 따른 플로우 차트.2 is a flow chart in accordance with the operation of the present invention.
도 3은 종래의 기술을 설명하기 위한 도면.3 is a view for explaining a conventional technology.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of code for main part of drawing
20 : 디젤 엔진 22 : EGR 파이프20: diesel engine 22: EGR pipe
24 : 압축공기 탱크 25 : 압력조절밸브24: compressed air tank 25: pressure control valve
30 : 과산화수소 탱크 32 : 노즐30: hydrogen peroxide tank 32: nozzle
34 : 솔레노이드 밸브 40 : 전자제어장치34 solenoid valve 40 electronic control device
41 : 냉각수온 센서 42 : 기어 위치 센서41: coolant temperature sensor 42: gear position sensor
43 : 엑셀 페달 센서43: Excel Pedal Sensor
이하, 본 발명에 의한 디젤 엔진의 연소효율 향상 및 매연 저감장치의 구성 및 작동에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments according to the configuration and operation of the combustion efficiency improvement and smoke reduction device of the diesel engine according to the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명의 구성을 설명하기 위한 블럭도이고, 도 2는 본 발명의 작동에 따른 플로우 차트이다.1 is a block diagram for explaining the configuration of the present invention, Figure 2 is a flow chart according to the operation of the present invention.
도면 중에 표시되는 도면부호 20은 본 발명에 의한 디젤 엔진을 지시하는 것이고, 도면부호 30은 과산화수소가 저장되는 과산화수소 탱크를 지시하는 것이다.Reference numeral 20 in the drawing indicates a diesel engine according to the present invention, and reference numeral 30 indicates a hydrogen peroxide tank in which hydrogen peroxide is stored.
상기한 디젤 엔진(20)의 일반적인 구성은 종래의 디젤 엔진과 같게 구성되는것으로, 흡기계의 일측에는 배기가스 재순환 장치에 의한 EGR 파이프(22)가 형성된다.The general configuration of the diesel engine 20 is configured in the same way as a conventional diesel engine, the EGR pipe 22 by the exhaust gas recirculation device is formed on one side of the intake system.
배기가스 재순환 장치는 엔진에서 배출된 배기가스의 일부를 흡기계로 환류시켜 연소실 안의 연소가스 온도를 떨어뜨림으로서 NOx의 생성을 억제하는 것으로 통상의 디젤 엔진에 일반적으로 장치된다. 디젤 엔진의 NOx배기가스 재순환 장치에 의하여 경감되는 이유는 실린더내 공기의 일부가 배기가스 속의 비열이 큰 CO2와 H2O 등과 대치됨으로서 기체의 열용량이 증대하고, 연소가스에 대한 냉각효과의 배열이 증가하는 것, 그리고 산소농도의 저하에 의하여 연소가 완만하게 된다는 것 등을 들 수 있다. 한편, 상기한 EGR 파이프(22)를 통해 재순환되는 배기가스의 압력은 대략 절대압력으로 1.1 ~ 1.7 bar 정도이고, 온도는 약 230 ~ 480 ℃정도이다.The exhaust gas recirculation apparatus is generally installed in a conventional diesel engine by suppressing generation of NO x by refluxing a part of the exhaust gas discharged from the engine to the intake machine and lowering the temperature of the combustion gas in the combustion chamber. The reason why the diesel engine is reduced by the NO x exhaust gas recirculation device is that a part of the air in the cylinder is replaced by CO 2 and H 2 O, which have a large specific heat in the exhaust gas. The increase in arrangement | sequence and the combustion become slow by the fall of oxygen concentration are mentioned. On the other hand, the pressure of the exhaust gas recycled through the EGR pipe 22 is about 1.1 to 1.7 bar in terms of absolute pressure, and the temperature is about 230 to 480 ° C.
그리고 버스 차량의 자동문 개폐장치, 상용차의 배기 브레이크 장치, 트럭의 화물칸 작동 등에 사용되는 압축공기는 약 8 ~ 9 bar의 압력으로 압축공기 탱크(24) 내에 저장된다. 상기와 같이 일반적인 디젤 차량에 장착되는 압축공기 탱크(24)에서 배출되는 압력을 2 ~ 3 bar로 조절하기 위한 압력조절밸브(25)가 상기 압축공기 탱크(24)의 일측에 형성된다. 상기한 압축공기 탱크(24)에 저장된 압축공기는 상기 EGR 파이프(22) 측으로 공급되는 과산화수소를 가압하기 위한 것이다.And the compressed air used for the automatic door opening and closing device of the bus vehicle, the exhaust brake device of the commercial vehicle, the cargo compartment operation of the truck and the like is stored in the compressed air tank 24 at a pressure of about 8 ~ 9 bar. As described above, a pressure control valve 25 for controlling the pressure discharged from the compressed air tank 24 installed in the general diesel vehicle to 2 to 3 bar is formed at one side of the compressed air tank 24. The compressed air stored in the compressed air tank 24 is for pressurizing hydrogen peroxide supplied to the EGR pipe 22 side.
상기한 압축공기 탱크(24)의 일측으로는 과산화수소가 저장되는 과산화수소 탱크(30)가 형성되는데, 상기 과산화수소 탱크(30)에 저장되는 과산화수소는 연소실에 분사되어 혼합기의 연소를 활성화시키기 위한 것이다. 이를 위해 상기한 EGR 파이프(22) 내부의 일측에는 상기 과산화수소 탱크(30)에 저장되어 있던 과산화수소가 분사되기 위한 노즐(32)이 형성된다. 그리고 상기 과산화수소 탱크(30)에서 노즐로 공급되는 과산화수소를 단속하기 위한 솔레노이드 밸브(34)가 상기 과산화수소 탱크(30)의 일측에 형성된다.One side of the compressed air tank 24 is formed a hydrogen peroxide tank 30 for storing hydrogen peroxide, hydrogen peroxide stored in the hydrogen peroxide tank 30 is to be injected into the combustion chamber to activate the combustion of the mixer. To this end, a nozzle 32 for injecting hydrogen peroxide stored in the hydrogen peroxide tank 30 is formed at one side of the inside of the EGR pipe 22. In addition, a solenoid valve 34 for controlling hydrogen peroxide supplied to the nozzle from the hydrogen peroxide tank 30 is formed at one side of the hydrogen peroxide tank 30.
그리고 상기한 노즐(32)을 통해 연료가 분사되는 시기를 판단하기 위한 시기를 결정하기 위해서 전자제어장치(40)에서는 각종 센서(41,42,43)로부터 운전정보를 입력 받게 된다. 운전 정보를 측정하기 위한 센서로는 엔진의 냉각수온을 측정하기 위한 냉각수온 센서(41)와, 엔진의 기어가 3속 이하의 상태에서 운전되고 있는지를 측정하기 위한 기어 위치 센서(42)와, 엔진의 가속이 설정 수준 이상인가를 판단하기 위한 엑셀 페달 센서(43) 등이 각 설치위치에 장착된다.In addition, in order to determine a timing for determining when fuel is injected through the nozzle 32, the electronic controller 40 receives driving information from various sensors 41, 42, and 43. Sensors for measuring operation information include a coolant temperature sensor 41 for measuring the coolant temperature of the engine, a gear position sensor 42 for measuring whether the gears of the engine are operating at a speed of 3 speeds or less, An accelerator pedal sensor 43 or the like for determining whether the acceleration of the engine is equal to or higher than a set level is mounted at each installation position.
상기한 솔레노이드 밸브(34)의 개폐시점은 과산화수소 기화열에 의해 배기 재순환가스의 냉각에 의한 엔진 연소실 내 온도저하가 일어나지 않도록 냉각수 온도는 40℃ 정도로 설정하는 것이 바람직하다. 한편, 기어의 경우에는 4속 이상에서는 엔진이 충분히 웜 업되고 차속이 충분히 높으므로 급가속은 없다고 판단되므로 3속이하로 설정하는 것이 바람직하다.In the opening and closing time of the solenoid valve 34, the cooling water temperature is preferably set to about 40 ° C so that the temperature decrease in the engine combustion chamber due to the cooling of the exhaust recycle gas by the hydrogen peroxide vaporization heat does not occur. On the other hand, in the case of gears, the engine is sufficiently warmed up at four speeds and the vehicle speed is sufficiently high, so it is determined that there is no sudden acceleration.
이상과 같이 구성되는 디젤 엔진의 연소효율 향상 및 매연 저감장치의 작동을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the combustion efficiency improvement and smoke reduction device of the diesel engine configured as described above are as follows.
엔진(20)이 시동되면 운전상태를 파악하기 위한 각종 센서(41,42,43)에서는 엔진의 냉각수온을 체크하고, 현재의 기어의 위치를 체크하며, 엑셀 페달의 답력변화에 따라서 가속상태를 체크하게 된다.When the engine 20 is started, various sensors 41, 42, and 43 for checking the operation state check the coolant temperature of the engine, check the current gear position, and adjust the acceleration state according to the change in the pedal force of the accelerator pedal. Will be checked.
상기한 각종 센서(41,42,43)에서 측정된 값은 전자제어장치(40)에서 기설정된 값과 비교 판단되어 엔진의 운전영역을 결정하게 된다.전자제어장치(40)의 판단결과가 각종 센서(41,42,43)에서 측정된 값이 기설정된 값에 모두 만족하는 것으로 판단되면, 상기한 솔레노이드 밸브(34)가 전자제어장치(40)의 제어에 따라 개방되므로서 과산화수소 탱크(30)에 저장되어 있는 과산화수소가 EGR 파이프(22)의 일측에 마련된 노즐(32)을 통해서 분사된다. 이 때, 과산화수소 탱크(30)에 저장되어 있던 과산화수소는 압축공기 탱크(24)의 압축공기 압력에 의해서 가압된다. 이 때 EGR 파이프(22) 내의 온도는 상술한 바와 같이 약 230 ~ 480 ℃정도 수준이 되므로서 기화온도가 108℃인 35% 이하 과산화수소는 쉽게 기화된다. 그리고 기화된 과산화수소는 다음과 같은 화학반응식에 의해 쉽게 분해된다.The values measured by the various sensors 41, 42, and 43 are compared with the values preset by the electronic controller 40 to determine an operation region of the engine. The determination result of the electronic controller 40 is various. If it is determined that the values measured by the sensors 41, 42, 43 are all satisfied with the preset value, the solenoid valve 34 is opened under the control of the electronic control device 40, the hydrogen peroxide tank 30 Hydrogen peroxide stored in the spray is injected through the nozzle 32 provided on one side of the EGR pipe 22. At this time, the hydrogen peroxide stored in the hydrogen peroxide tank 30 is pressurized by the compressed air pressure of the compressed air tank 24. At this time, the temperature in the EGR pipe 22 is about 230 ~ 480 ℃ level as described above, so that 35% or less hydrogen peroxide having a vaporization temperature of 108 ℃ is easily vaporized. Vaporized hydrogen peroxide is easily decomposed by the following chemical reaction.
H2O2+ M = 2OH + MH 2 O 2 + M = 2OH + M
H2O2+ OH = H2O + HO2 H 2 O 2 + OH = H 2 O + HO 2
특히, 과산화수소의 분사는 엔진(20)의 운전조건에 따라서 전자제어장치(40)의 노직에 연계하여 공급하므로서 최적의 연소를 유도하여 연소효율이 증가되고 매연의 발생이 저감된다. 또한 과도한 연소반응에 의한 질소산화물의 급격한 증가가 억제된다.In particular, the injection of hydrogen peroxide is supplied in conjunction with the nojik of the electronic control device 40 in accordance with the operating conditions of the engine 20 to induce optimum combustion to increase the combustion efficiency and reduce the generation of smoke. In addition, the rapid increase of nitrogen oxides due to excessive combustion reaction is suppressed.
상기와 같이 노즐(32)을 통해 과산화수소의 분사가 개시된 후에 소정 시간(3~5초 범위가 바람직함) 내에서 분사가 지속되고, 설정 시간이 경과된 후에는상기한 솔레노이드 밸브(34)는 다시 OFF된다.As described above, the injection is continued within a predetermined time (preferably in the range of 3 to 5 seconds) after the injection of hydrogen peroxide through the nozzle 32 is started, and after the set time has elapsed, the solenoid valve 34 is again OFF.
이상과 같이 본 발명에 의한 장치는 디젤 차량에 일반적으로 장치되는 압축공기 탱크(24) 내의 압축공기를 이용하여 과산화수소를 가압한 후, EGR 파이프(22) 측으로 분사하므로서 연소효율은 증대되고 배기가스의 발생이 저감되므로서 경제적으로 큰 효과를 얻을 수 있다.As described above, the apparatus according to the present invention pressurizes hydrogen peroxide using the compressed air in the compressed air tank 24 which is generally installed in a diesel vehicle, and then sprays it to the EGR pipe 22 to increase the combustion efficiency and to reduce the exhaust gas. As the occurrence is reduced, a large economic effect can be obtained.
이상과 같이 구성되는 본 발명은 화학적 활성을 위한 과산화수소가 EGR 파이프 측에 분사되므로서 디젤 엔진의 연소효율이 크게 향상될 뿐만이 아니라, 배기가스의 배출 저감에도 커다란 효과가 있다. 또한, 과산화수소를 가압하기 위한 별도의 장치가 필요하지 않고 기존의 디젤 차량에 장착되는 압축공기 탱크 내의 압축공기가 이용되므로서 원가절감 측면에서도 커다란 효과가 있는 것이다.According to the present invention configured as described above, since hydrogen peroxide for chemical activity is injected to the EGR pipe side, not only the combustion efficiency of the diesel engine is greatly improved, but also the exhaust gas emissions are greatly reduced. In addition, since there is no need for a separate device for pressurizing hydrogen peroxide, compressed air in a compressed air tank mounted on an existing diesel vehicle is used, and thus, there is a great effect in terms of cost reduction.
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2002
- 2002-11-08 KR KR10-2002-0068996A patent/KR100535542B1/en not_active IP Right Cessation
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