KR20120022266A - 배기가스 후처리 방법 및 이를 수행하는 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 방법은, 디젤매연필터를 재생하는 단계, 재생 후 배기가스에 포함된 환원제의 농도를 늘려서 상기 디젤매연필터에 남은 성분중 일부를 환원하는 단계, 재생 후 배기가스에 포함된 산소의 농도를 늘려서 상기 디젤매연필터에 남은 성분중 일부를 산화하는 단계, 및 산화 및 환원 후 상기 디젤매연필터의 전후단 차압을 감지하고, 이를 이용하여 상기 디젤매연필터에 퇴적된 실제 에쉬량(Ash amount)을 연산하는 단계를 포함한다.
따라서, 디젤매연필터를 재생한 후에, 환원분위기와 산화분위기에서 불순물을 차례로 제거하여, 실제 에쉬(ash)의 양을 비교적 정확하게 예측할 수 있다. 아울러, 정확하게 예측된 에쉬의 양을 바탕으로 상기 디젤매연필터에 포집된 입자상물질의 양도 정확하게 예측할 수 있다.

Description

배기가스 후처리 방법 및 이를 수행하는 시스템{EXHAUST GAS POST PROCESSING METHOD AND SYSTEM PERFORMING THIS}

본 발명은 배기가스 후처리 방법 및 이를 수행하는 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하고 이를 제거하는 배기가스 후처리 방법 및 이를 수행하는 시스템에 관한 것이다.

유해한 배기가스의 배출이 상대적으로 많은 디젤차량의 경우, 유해물질 저감은 아주 중요한 문제이다. 특히, 연료의 불완전 연소에 주로 기인하는 입자상 물질(PM, particulate matters)의 저감이 요구되고 있다.

입자상 물질을 저감시키기 위한 다양한 기술이 도입되고 있는데, 배기가스 성분 중 입자상 물질을 포집하고 포집된 입자상 물질을 발화온도 이상으로 가열하여 입자상 물질을 제거하는 디젤여과필터(DPF, diesel particulate filter)가 있다.

상기 디젤매연필터에는 탄소와 같은 매연입자가 포집되고, 그 포집된 매연입자들은 연소되어 제거되지만, 타고 남은 기타 다른 불순물들은 제거되지 않고, 그 내부에 퇴적된다.

상기와 같이 타고 남아서 상기 디젤매연필터 내부에 퇴적되는 물질을 에쉬(Ash)라고 하는데, 상기 에쉬의 양을 정확하게 추정하고, 이를 바탕으로 실제 포집된 입자상물질의 양을 추정하는 것이 중요하다.

따라서, 본 발명은 디젤매연필터(DPF)를 재생한 후에 타고 남은 다른 불순물(Ash)의 양을 정확하게 추정할 수 있도록 하는 배기가스 후처리 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 배기가스 후처리 방법은, 디젤매연필터를 재생하는 단계, 재생 후 배기가스에 포함된 환원제의 농도를 늘려서 상기 디젤매연필터에 남은 성분중 일부를 환원하는 단계, 재생 후 배기가스에 포함된 산소의 농도를 늘려서 상기 디젤매연필터에 남은 성분중 일부를 산화하는 단계, 및 산화 및 환원 후 상기 디젤매연필터의 전후단 차압을 감지하고, 이를 이용하여 상기 디젤매연필터에 퇴적된 실제 에쉬량(Ash amount)을 연산하는 단계를 포함한다.

상기 에쉬(Ash)는 상기 디젤매연필터를 재생, 환원, 및 산화하는 단계에서 제거되지 않는 재질로, SO3, MgO, ZnO, CaO, Fe2O3, 및 P2O5 중 선택된 하나 이상의 재질을 포함한다.

누적된 연료소모량에 따라서 상기 디젤매연필터에 퇴적된 설정된 에쉬량을 선택하는 단계, 및 상기 실제 에쉬량과 상기 설정된 에쉬량의 차이가 설정된 수치보다 더 크거나 작으면 상기 디젤매연필터에 형성된 상기 설정된 에쉬량을 상기 실제 에쉬량으로 보정하는 단계를 더 포함한다.

상기 실제 에쉬량은 소모된 연료량에 의해서 측정된다.

본 발명에 따른 배기가스 후처리 시스템은, 엔진에서 배출되는 배기가스에 포함된 입자상물질을 포집하는 디젤매연필터, 및 운전 조건에 따라서, 상기 디젤매연필터에 포집된 입자상물질을 제거하기 위해서 설정된 프로그램을 실행하는 제어부를 포함하고, 상기 설정된 프로그램은, 상기 배기가스 후처리 방법을 수행하기 위한 명령을 포함한다.

앞에서 기재된 바와 같이 본 발명에 따른 배기가스 후처리 방법에서, 디젤매연필터를 재생한 후에, 환원분위기와 산화분위기에서 불순물을 차례로 제거하여, 실제 에쉬(ash)의 양을 비교적 정확하게 예측할 수 있다.

아울러, 정확하게 예측된 에쉬의 양을 바탕으로 상기 디젤매연필터에 포집된 입자상물질의 양도 정확하게 예측할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 방법을 보여주는 플로우 차트이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템의 개략적인 구성도이다.

도 1을 참조하면, 배기가스 후처리 시스템은 엔진(100), 디젤매연필터(110), 머플러(120), 차압센서(130), 및 제어부(140)를 포함한다.

상기 디젤매연필터(110)는 배기가스에 포함된 입자상물질을 여과하고, 그 여과된 입자상물질에 의해서 전후단 차압이 형성된다.

상기 차압센서(130)는 상기 디젤매연필터(110)의 전후단 차압을 감지하고, 그 감지된 신호를 상기 제어부(140)로 인가한다.

상기 제어부(140)는 상기 차압센서(130)로부터 발송된 차압신호를 이용하여, 상기 디젤매연필터(110)에 포집된 입자상물질의 양을 연산하고, 그 양이 설정된 수치를 넘으면, 배기가스의 온도를 상승시켜, 포집된 입자상물질을 태워 제거한다.

상기 디젤매연필터(110)에 포집되는 물질은 주로 탄소성분인 매연(Soot)이과 소량의 에쉬(Ash)를 포함한다.

상기 디젤매연필터(110)를 재생하는 동안에서, 상기 매연은 연소되어 제거되지만, 상기 에쉬는 재생후에도 남는 성분으로, 주로 SO3, MgO, ZnO, CaO, Fe2O3, 및 P2O5이며, 가능한 제거될 필요가 있다.

아울러, 재생이 완료된 후에도, 용해성 유기화학물(SOF: soluble organic fraction), 수분과 혼합된 황산화물(sulfate) 등에 의해서 상기 디젤매연필터(110)의 전후단 차압을 증가시키는 요인이므로 가능한 이러한 성분들로 제거될 필요가 있다.

본 발명의 실시예에서는, 상기 디젤매연필터(110)를 재생한 후에, 상기 디젤매연필터(110)에서 제거되지 않은 성분인 상기 에쉬(Ash)를 제거하기 위해서, 에쉬 클리닝 작업을 수행한다.

상기 에쉬 클리닝 작업은 상기 디젤매연필터(110)를 지나는 배기가스에 포함된 연료의 농도를 높여서 환원조건을 만들어주는 것과, 상기 디젤매연필터(110)를 지나는 배기가스에 포함된 산소의 농도를 높여서 산화조건을 만들어주는 것이다.

상기와 같이, 환원조건과 산화조건을 만들어줌으로써, 상기 디젤매연필터(110)에 퇴적된 에쉬(Ash)에 포함된 불순물을 제거함으로써, 순수한 실제 에쉬(Ash)의 양을 추정할 수 있다.

에쉬 클리팅 작업을 실시한 후에, 상기 디젤매연필터(110)의 전후단 차압을 이용하여, 실제 에쉬량을 감지할 수 있다.

본 발명의 실시예에서는, 상기 엔진(100)에서 소비된 연료소비량에 따라서 퇴적된 에쉬량이 미리 설정되고, 상기와 같이 설정된 에쉬량과 실제 에쉬량을 비교한다.

상기 설정된 에쉬량은 실험된 데이터로부터 맵데이터 등으로 메모리에 저장된 값으로, 상기 제어부가 상기 엔진의 가동시간, 연료소모량에 따라서 상기 설정된 에쉬량을 선택한다.

상기 실제 에쉬량은 상기 디젤매연필터(110)를 재생하고, 에쉬 클리닝 작업을 실시한 후에 감지된 전후단 차압으로 연산된 값이다.

상기 제어부(140)는 상기 실제 에쉬량과 상기 설정된 에쉬량의 차이값이 설정된 범위를 초과하면, 상기 설정된 에쉬량을 상기 실제 에쉬량으로 보정하여, 실제 에쉬량이 제어조건으로 사용될 수 있도록 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 방법을 보여주는 플로우 차트이다.

도 2를 참조하면, S200에서, 엔진(100)이 시동되고, S210에서, 상기 디젤매연필터(110)의 전후단 차압을 감지하고, S220에서, 상기 차압이 설정된 수치(a)를 초과하는지 판단한다.

차압이 설치된 수치(a)를 초과하면, S230에서, 후분사를 실시하여 상기 디젤매연필터(110)로 유입되는 배기가스의 온도를 상승시킨다. 그리고, S240에서, 상기 차입이 설정된 수치(b) 이하로 판단되면, S250에서, 재생이 완료된다.

재생이 완료된 후, S255에서, 상기 디젤매연필터(110)로 유입되는 배기가스에 환원제로써 원료의 농도를 높여서 환원조건을 만들고, S260에서, 상기 디젤매연필터(110)로 유입되는 배기가스에 산화제로써 산소의 농도를 높여서 산화조건을 만든다.

전술한 바와 같이, 상기 디젤매연필터(110)를 환원분위기와 산화분위기에서 에쉬 클리닝작업을 실시하여, 상기 디젤매연필터(110)에서 불순물이 산화환원되어 제거되고, 순수한 에쉬가 남는다.

상기와 같이, 에쉬 클리닝 작업을 실시한 후, S265에서, 상기 디젤매연필터(110)의 전후단 차압을 감지하여, S270에서, 상기 디젤매연필터(110)에 퇴적된 실제 에쉬량을 연산한다.

S275에서, 상기 엔진(100)에서 소비된 연료소모량과 운행거리에 따른 상기 디젤매연필터(110)에 설정된 에쉬량(ash amount: C)을 선택한다. 상기 설정된 에쉬량은 실험조건에서 맵데이터 등으로 메모리에 저장된 값이다.

S280에서, 상기 실제 에쉬량과 상기 설정된 에쉬량을 비교한다. 즉, 상기 실제 에쉬량과 상기 설정된 에쉬량의 차이가 설정된 수치()보다 크면, S290에서, 상기 디젤매연필터에 퇴적된 에쉬량을 상기 실제 에쉬량으로 보정한다.

아울러, 그 차이가 설정된 수치() 이하이면, S285에서, 정상적으로 제거가 수행되고, S295에서, 제어가 완료된다.

상기 제어부(140)는 설정된 프로그램에 의해 동작하는 하나 이상의 마이크로 프로세서로 구현될 있으며, 이러한 설정된 프로그램은 후술하는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 후처리 방법을 수행하기 위한 일련의 명령을 포함 할 수 있다.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

100: 엔진
110: 디젤매연필터
120: 머플러
130: 차압센서
140: 제어부

Claims (4)

1. 디젤매연필터를 재생하는 단계;
   재생 후 배기가스에 포함된 환원제의 농도를 늘려서 상기 디젤매연필터에 남은 성분중 일부를 환원하는 단계;
   재생 후 배기가스에 포함된 산소의 농도를 늘려서 상기 디젤매연필터에 남은 성분중 일부를 산화하는 단계; 및
   산화 및 환원 후 상기 디젤매연필터의 전후단 차압을 감지하고, 이를 이용하여 상기 디젤매연필터에 퇴적된 실제 에쉬량(Ash amount)을 연산하는 단계; 를 포함하는 배기가스 후처리 방법.
2. 제1항에서,
   상기 에쉬(Ash)는 상기 디젤매연필터를 재생, 환원, 및 산화하는 단계에서 제거되지 않는 재질로, SO3, MgO, ZnO, CaO, Fe2O3, 및 P2O5 중 선택된 하나 이상의 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 방법.
3. 제2항에서,
   누적된 연료소모량에 따라서 상기 디젤매연필터에 퇴적된 설정된 에쉬량을 선택하는 단계; 및
   상기 실제 에쉬량과 상기 설정된 에쉬량의 차이가 설정된 수치보다 더 크거나 작으면 상기 디젤매연필터에 형성된 상기 설정된 에쉬량을 상기 실제 에쉬량으로 보정하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 방법.
4. 엔진에서 배출되는 배기가스에 포함된 입자상물질을 포집하는 디젤매연필터; 및
   운전 조건에 따라서, 상기 디젤매연필터에 포집된 입자상물질을 제거하기 위해서 설정된 프로그램을 실행하는 제어부; 를 포함하고,
   상기 설정된 프로그램은, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한 명령을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템.

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