KR20070095653A - 디젤엔진의 플라즈마 리포머 배기가스 재순환 시스템 - Google Patents

Abstract

디젤엔진의 플라즈마 리포머 배기가스 재순환 시스템이 개시된다. 개시된 디젤엔진의 플라즈마 리포머 배기가스 재순환 시스템은, 흡입공기가 유입되고, 디젤유가 이용되는 디젤엔진과; 상기 디젤엔진으로부터 배기되는 배기가스를 상기 디젤엔진으로 재순환시키는 배기가스 재순환 장치와; 상기 배기가스 재순환 장치로부터 배기되는 배기가스가 유입되도록 하며, 상기 디젤유를 유입하여 개질하는 개질기와; 상기 개질기로부터 배출된 개질가스와 상기 배기가스 재순환 장치로부터 배출된 배기가스가 유입되는 디젤배출가스 후처리 장치;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 2차 분사계로 인한 추가 후처리 로직이 불필요하고, 고온 배기가스를 이용함으로써 연료 응축 현상을 줄일 수 있으며, 개질기 성능 최적화 및 소모 전력 최소화할 수 있고, 또한 시스템 간편화로 인한 구조 변경을 최소화할 수 있어 시스템 효율성을 향상시킬 수 있으며, 2차 분사 인젝터로 인한 배기 후처리 시스템의 손상 가능성이 없고, 개질 연료 및 EGR 동시 사용으로 인한 연소실 온도 저하 및 LNT 성능 향상으로 인한 질소산화물 저감 효과를 확대할 수 있다.

디젤엔진, 배기가스 재순환 장치, 개질기

Description

디젤엔진의 플라즈마 리포머 배기가스 재순환 시스템{PLASMA REFORMER EXHAUST GAS RECIRCULATION SYSTEM FOR DIESEL ENGINE}

도 1은 종래의 기술에 따른 디젤엔진의 플라즈마 리포머 배기가스 재순환 시스템의 구성을 개략적으로 나타내 보인 도면.

도 2는 본 발명에 따른 디젤엔진의 플라즈마 리포머 배기가스 재순환 시스템의 구성을 개략적으로 나타내 보인 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

21. 디젤엔진

22. 배기가스 재순환 장치

23. 개질기

24. 디젤배출가스 후처리 장치

본 발명은 디젤엔진의 플라즈마 리포머 배기가스 재순환 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 디젤엔진의 NOx와 입자상 물질(PM) 저감을 위한 디젤엔진의 플라즈마 리포머 배기가스 재순환 시스템에 관한 것이다.

현재 플라즈마 리포머(연료 개질기의 한 종류)를 이용하여 디젤 내연기관의 최대 취약점인 질소산화물(NOx)과 입자상 물질(PM) 배출을 최소화시키기 위한 개발이 진행중이다. 차기 배기가스 규제를 맞추기 위하여 현재 양산 적용성을 타진중인 디젤유의 이차 분사계보다 탁월한 성능을 보이고 있는 개질 연료, 즉 수소, 일산화탄소, 및 질소를 배출하여 후처리 시스템에 사용하는 것이다.

일반적으로 연료 개질기 자체를 플라즈마 타입을 사용하지 않고 있다. 이는 자동차 운행의 거의 모든 구간을 고속 트랜션트(Fast Transient) 모드로 운행하고 있음을 간과하지 못함이라 볼 수 있다. 플라즈마 타입을 사용함으로써 빠른 반응을 일으키며 이에 적은 전력 소모량 및 후처리 활성화를 빠른 시간 내에 가져올 수 있다. 그와 동시에 연비 향상에 큰 도움을 줄 수 있다.

또한 배기가스 재순환 장치(EGR)는 질소 산화물 저감을 가져오기에 디젤 차량에 많이 장착되어 지고 있다.

현재 고안되어 지고 있는 개질기와 EGR의 혼합은 연료 전지 시스템의 수소 공급이나 촉매 개질기를 사용하고 있다. 또한 플라즈마 리포머의 독자 개발이나 EGR을 독자적 장착은 많이 시도되어 지고 있다.

그러나, 상기한 시스템은 승용 자동차의 빠른 응답성을 대응하지 못하거나, 리포머의 독자적 장착으로 시스템의 효율성을 저하시킨다.

또한 현재 시스템 중 도 1에 도시된 바와 같이 플라즈마 리포머의 최대 문제점은 후처리 시스템에 추가적인 공기 유입이 필요하여 하나의 독립적인 공기 유입 시스템을 구성하여 후처리 시스템에 장착해야하는 문제점을 가지고 있다.

또한 독립적인 공기 유입이 필요 없는 시스템은 개질기의 반응성에 문제점을 두고 있다고 볼 수 있다.

디젤 연료의 특성상 매연 발생률은 디젤유를 사용하는 내연기관의 가장 큰 문제점이다. 이는 연료 개질기를 사용할 때에도 큰 이슈가 되어왔다. 공기와 연료를 개질기를 통하여 개질 연료로 나올 때 연료가 모두 증기화 되지 않아 오히려 배기가스에 악 영향을 미칠 수 있다. 디젤 연료 개질시 연료 증기화는 현재 사용중인 개질기의 하나의 큰 문제가 되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 고온 배기가스를 이용하여 연료의 응축 현상을 저하시키고, 시스템 간편화로 인한 구조 변경을 최소화하여 시스템의 효율성을 향상시키며, 2차 분사 인젝터로 인한 배기 후처리 시스템의 손상 가능성을 없애고, 개질 연료 및 EGR 동시 사용으로 인한 연소실 온도 저하 및 LNT(Lean NOx Trap) 성능 향상으로 인한 질소산화물을 저감시키도록 한 디젤엔진의 플라즈마 리포머 배기가스 재순환 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 디젤엔진의 플라즈마 리포머 배기가스 재순환 시스템은, 흡입공기가 유입되고, 디젤유가 이용되는 디젤엔진과; 상기 디젤엔진으로부터 배기되는 배기가스를 상기 디젤엔진으로 재순환시키는 배기가스 재순환 장치와; 상기 배기가스 재순환 장치로부터 배기되는 배기가스가 유입 되도록 하며, 상기 디젤유를 유입하여 개질하는 개질기와; 상기 개질기로부터 배출된 개질가스와 상기 배기가스 재순환 장치로부터 배출된 배기가스가 유입되는 디젤배출가스 후처리 장치;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2에는 본 발명에 따른 디젤엔진의 플라즈마 리포머 배기가스 재순환 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 디젤엔진의 플라즈마 리포머 배기가스 재순환 시스템은, 흡입공기가 유입되고, 디젤유가 이용되는 디젤엔진(21)과, 이 디젤엔진(21)으로부터 배기되는 배기가스를 디젤엔진으로 재순환시키는 배기가스 재순환 장치(22)와, 이 배기가스 재순환 장치(22)로부터 배기되는 배기가스가 유입되도록 하며, 디젤유를 유입하여 개질하는 개질기(23)와, 이 개질기(23)로부터 배출된 개질가스와 배기가스 재순환 장치(22)로부터 배출된 배기가스가 유입되는 디젤배출가스 후처리 장치(24)를 포함하여 구성된다.

상기 디젤유는 디젤엔진(21)과 개질기(23)에 동시에 유입되게 구비된다.

그리고 상기 디젤배출가스 후처리 장치(24)는 보통 DOC(산화촉매) 또는 LNT를 포함하여 구성된다.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 디젤엔진의 플라즈마 리포머 배기가스 재순환 시스템의 작용을 설명하면 다음과 같다.

도면을 다시 참조하면, 본 발명에 따른 디젤엔진의 플라즈마 리포머 배기가 스 재순환 시스템은, 디젤 플라즈마 리포머 시스템의 효율성 극대화와, NOx 및 PM 발생을 최소화하기 위한 것으로, 즉 시스템의 최적화를 꾀하는 동시에 승용 디젤 자동차의 특성에 알맞은 개질기(23)를 사용하여 배기가스 저감의 최소화를 실현시키기 위한 것이다.

그리고 본 발명의 특징은, 플라즈마 리포머를 사용하여 기존 기술의 가장 큰 취약점인 개질기(23) 크기와 승용 디젤 자동차에 따라갈 수 있는 빠른 반응성과 내구성을 보완 할 수 있다. 또한 플라즈마의 생성과 동시에 연료의 개질을 시작할 수 있기 때문에 개질기의 초기 활성화에 큰 도움을 준다.

그리고 배기가스 재순환 장치(22)를 사용하여 추가적인 공기 유입 시스템을 디젤배출가스 후처리 장치(24)에 부착할 필요가 없기에 디젤배출가스 후처리 장치(24)의 최적화를 가져 올 수 있다.

이에 본 발명은, 플라즈마 리포머의 공기 제원을 내연기관에서 나오는 배기가스를 이용함에 있다. 즉, 기존 개질 시스템의 단점중의 하나인 공기 유입 시스템을 제거함과 동시에 배기가스 재순환 장치(22)를 이용하여 플라즈마 리포머에 필요한 산화제 역활을 동시에 부여하는 것이다.

또한 배기가스 재순환 장치(22)를 이용함으로써 배기가스에 포함되어있는 NOx량을 최소화시킬 수 있다. 또한 개질 연료의 혼소로 인한 HC량 역시 최소화를 도모함으로써 배기계에 포함되어 있는 촉매량을 줄여 원가 절감을 유도할 수 있는 가능성이 크다.

그리고 배기가스의 열을 이용하여 개질기(23)의 성능 향상에 이용되어 디젤 유의 개질 효율성을 극대화하여 H2 및 CO를 발생하여 NOx 및 PM 제거에 큰 역할을 담당할 수 있다.

또한 배기가스의 열은 디젤유의 응축성을 떨어뜨리며 이는 개질기(23)의 주변에 매연을 최소화시키고, 개질시 필요한 전력 소모량을 최적화 할 수 있음에 추가적 하드웨어에 대한 부담감도 떨어뜨릴 수 있다.

그리고 플라즈마 리포머 시스템과 배기가스 재순환 장치(22)를 통합 및 시스템을 간편화함으로써 장치의 내구성 및 신뢰성을 높이며 또한 배기가스 정화를 최적화 할 수 있는 가능성을 높일 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 디젤엔진의 플라즈마 리포머 배기가스 재순환 시스템은 다음과 같은 효과를 갖는다.

흡입공기 포트 구조 변경이 없고, 개질기의 공기 온도를 일정하게 유지할 수 있어 공기 온도차에 의한 성능 차이 없다.

기존의 열교환기 삭제가 가능하여 개질기의 구동 파라메터 축소 및 전력 소모량을 축소할 수 있다.

그리고 EGR 변화량에 대비 배기가스 공기 주입 로직을 구성할 수 있고, 2차 분사 인젝터 세정을 위한 배기가스 사용이 가능하다.

2차 분사계로 인한 추가 후처리 로직이 불필요하고, 고온 배기가스를 이용함으로써 연료 응축 현상을 줄일 수 있으며, 개질기 성능 최적화 및 소모 전력 최소화할 수 있다.

또한 시스템 간편화로 인한 구조 변경을 최소화할 수 있어 시스템 효율성을 향상시킬 수 있다.

2차 분사 인젝터로 인한 배기 후처리 시스템의 손상 가능성이 없고, 개질 연료 및 EGR 동시 사용으로 인한 연소실 온도 저하 및 LNT 성능 향상으로 인한 질소산화물 저감 효과를 확대할 수 있으며, 개질 연료 분사로 인한 PM 재생이 가능하다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (2)

1. 흡입공기가 유입되고, 디젤유가 이용되는 디젤엔진과;

   상기 디젤엔진으로부터 배기되는 배기가스를 상기 디젤엔진으로 재순환시키는 배기가스 재순환 장치와;

   상기 배기가스 재순환 장치로부터 배기되는 배기가스가 유입되도록 하며, 상기 디젤유를 유입하여 개질하는 개질기와;

   상기 개질기로부터 배출된 개질가스와 상기 배기가스 재순환 장치로부터 배출된 배기가스가 유입되는 디젤배출가스 후처리 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 플라즈마 리포머 배기가스 재순환 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 디젤유는 상기 디젤엔진과 상기 개질기에 동시에 유입되게 구비된 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 플라즈마 리포머 배기가스 재순환 시스템.

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