KR20140002399A - 디젤엔진의 ｓｏｆ센싱시스템 - Google Patents

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Abstract

다공질 구조를 갖는 세라믹구조체에 디젤엔진의 배기가스 중 SOF와 연소반응이 일어나는 촉매물질이 고정된 연소요소; 상기 세라믹구조체에 SOF와 연소반응이 일어나지 않는 안정물질이 고정된 비교요소; 및 상기 연소요소와 비교요소의 온도를 검출하고, 각 요소의 온도차이를 이용하여 배기가스 중의 SOF 발생량을 도출하는 검출부;를 포함하는 디젤엔진의 SOF센싱시스템이 소개된다.

Description

디젤엔진의 ＳＯＦ센싱시스템 {SYSTEM FOR SOF SENSING OF DIESEL VEHICLE}
본 발명은 디젤엔진에서 배출되는 SOF의 발생량을 도출할 수 있는 디젤엔진의 SOF센싱시스템에 관한 것이다.
일반적인 DOC(Disel Oxidation Catalyst)시스템은 가솔린엔진에서 삼원촉매가 개발되기 이전에 사용되던 산화촉매 기술과 기본적으로 동일한 기술이기 때문에 기술효과나 성능은 이미 입증되어 있는 기술이다. 산화촉매는 백금(Pt), 파라듐(Pd) 등의 촉매효과로 배기중의 산소를 이용하여 탄화수소, 일산화탄소를 제거하는 기능을 한다. 특히, 입자성물질의 구성성분인 탄화수소를 저감하면 입자성물질을 10~20%저감할 수 있다.
즉, DOC시스템은 PM(Partculate Matters)중 SOF(Soluble Organic Farcion)를 가장 효과적으로 제거할 수 있는 기술이다. SOF는 기본적으로 탄화수소 성분으로 엔진의 동작조건에 배출량이 크게 좌우한다. 따라서, 효율적인 엔진 및 DOC시스템의 동작을 위해서는 실시간으로 SOF의 배출량을 센싱할 수 있는 기술을 크게 요구하고 있지만, 차량에 탑제할 수 있는 SOF 센싱기술이 개발되고 있지 않고 기존 PM 센싱기술로는 선택적으로 SOF의 발생량을 도출하는 것이 불가능했다.
따라서, 새로운 컨셉의 접촉연소식 SOF센서의 개발이 필요하고, 접촉연소식 SOF센서를 구현하기 위해서는 SOF에 대하여 선택적이고 높은 연소 활성을 가지는 촉매의 개발이 필수적일 것이다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 디젤엔진에서 배출되는 배기가스의 PM 중 SOF 발생량을 선택적이고 실시간으로 센싱할 수 있는 디젤엔진의 SOF센싱시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 디젤엔진의 SOF센싱시스템은 다공질 구조를 갖는 세라믹구조체에 디젤엔진의 배기가스 중 SOF와 연소반응이 일어나는 촉매물질이 고정된 연소요소; 상기 세라믹구조체에 SOF와 연소반응이 일어나지 않는 안정물질이 고정된 비교요소; 및 상기 연소요소와 비교요소의 온도를 검출하고, 각 요소의 온도차이를 이용하여 배기가스 중의 SOF 발생량을 도출하는 검출부;를 포함한다.
상기 세라믹구조체는 Al2O3를 포함하는 조성으로 구성될 수 있다.
상기 세라믹 구조체는 SiO2를 포함하는 조성으로 구성될 수 있다.
상기 안정물질은 TiO2를 주성분으로 조성되어 구성될 수 있다.
상기 촉매물질은 TiO2가 지지체로 사용되고 SOF와 연소반응이 일어나는 원소가 고정되어 구성될 수 있다.
상기 촉매물질이 배기가스 중의 SOF와 연소반응할 수 있도록 연소요소를 가열하는 히터부;가 더 포함될 수 있다.
상기 히터부는 연소요소와 비교요소를 동일하게 가열할 수 있다.
상기 검출부는 연소요소와 비교요소의 발생된 온도차이를 전기적신호로 전환하여 배기가스 중의 SOF 발생량을 도출할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 디젤엔진의 SOF센싱시스템은 디젤엔진에서 배출되는 배기가스의 PM 중 SOF에 대하여 높은 연소활성을 가진 촉매물질을 연소요소에 적용함으로써 SOF의 발생량을 도출하고 실시간으로 센싱할 수 있다.
구체적으로, SOF에 대해 연소활성이 높은 촉매물질로 구성된 연소요소와 SOF에 대해서 연소활성을 하지 않는 비교요소가 구비되어 각 요소의 온도차이를 이용하여 SOF의 발생량을 센싱할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤엔진의 SOF센싱시스템의 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 디젤엔진의 SOF센싱시스템에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤엔진의 SOF센싱시스템의 도면으로서, 본 발명은 다공질 구조를 갖는 세라믹구조체에 디젤엔진의 배기가스 중 SOF와 연소반응이 일어나는 촉매물질이 고정된 연소요소(100); 상기 세라믹구조체에 SOF와 연소반응이 일어나지 않는 안정물질이 고정된 비교요소(200); 및 상기 연소요소(100)와 비교요소(200)의 온도를 검출하고, 각 요소의 온도차이를 이용하여 배기가스 중의 SOF 발생량을 도출하는 검출부(300);를 포함한다.
즉, 본 발명은 SOF에 대하여 적극적이고 높은 연소활성을 가지는 촉매를 이용한 SOF측정센서로써, 디젤엔진에서 배출되는 배기가스의 PM중 SOF의 배출량을 적극적으로 실시간 도출할 수 있는 센서이다.
구체적으로, 디젤엔진의 SOF센싱시스템은 SOF에 대해 연소활성이 높은 촉매물질이 고정된 연소요소(100)와 SOF에 대해 연소활성이 없는 안정물질이 고정된 비교요소(200)로 구성되어 연소요소(100)가 SOF에 의해 발열 반응하여 온도가 상승하면 비교요소(200)와 온도차이를 검출부를 통해 측정하여 SOF의 배출량을 도출해낼 수 있는 것이다.
여기서, 연소요소(100)는 SOF에 대해 선택적으로 연소반응이 일어나는 촉매물질로서 Pt가 사용될 수 있고, 이러한 촉매물질은 다공질 구조를 갖는 세라믹구조체에 고정된다. 한편, 비교요소(200)는 연소요소(100)가 SOF에 의해 연소반응하여 발생된 연소열의 크기를 측정하기 위한 비교수단으로서 SOF에 대하여 연소반응이 일어나지 않는 TiO2를 주성분으로 조성하여 구성될 수 있다.
따라서, 디젤엔진의 배기가스 중 SOF와 적극적으로 연소반응이 일어나는 촉매물질로 구성된 연소요소(100)와 SOF와 연소반응이 일어나지 않는 안정물질로 구성된 비교요소(200)의 온도변화 및 차이를 검출부(300)를 통해 측정함으로써 SOF의 발생량을 도출하고 이를 전기적신호로 전환하여 실시간으로 센싱할 수 있는 것이다.
한편, 상기 연소요소(100) 및 비교요소(200)의 구성물질인 세라믹구조체는 Al2O3를 포함하는 조성으로 구성될 수 있고, SiO2를 포함하는 조성으로도 구성될 수 있으며 다공질 구조를 갖는다.
물론, 세라믹구조체는 다른 물질로 구성될 수 있지만, Al2O3와 SiO2의 경우 구조체로서 안정적이고 SOF와 촉매활성이 발생하지 않으며 기타물질에 반응하지 않으므로 세라믹구조체는 Al2O3 또는 SiO2를 포함하는 조성으로 구성하는 것이 바람직할 것이다. 또한, 세라믹구조체는 촉매물질 및 안정물질이 고정되는데 용이하도록 다공질 구조를 형성되는 것이다.
한편, 상기 비교요소(200)에 고정되는 안정물질은 TiO2를 주성분으로 조성되어 구성된다. 본 발명은 디젤엔진의 배기가스 중 SOF와 선택적으로 연소반응이 일어나는 연소요소(100)와 SOF와 연소반응이 일어나지 않는 비교요소(200)의 온도차이를 이용하여 SOF의 발생량을 도출하는 것으로서, 비교요소(200)에는 SOF와 연소반응이 일어나지 않는 물질을 사용해야한다. 그러므로, SOF와 연소반응이 일어나지 않는 물질로서 TiO2를 안정물질로 조성하여 구성하는 것이다. 또한, 세라믹구조체에 고정되는 TiO2의 구성량이 많을수록 안정물질로서의 효과가 증대될 것이며, 순수 TiO2로 구성되는 것이 가장 바람직할 것이다.
한편, 상기 촉매물질은 TiO2를 지지체로 사용하고 SOF와 연소반응이 일어나는 원소로서 Pt가 고정되어 구성될 수 있다. 왜냐하면, 연소요소(100)에 고정되는 촉매물질의 지지체와 비교요소(200)에 고정되는 안정물질을 TiO2로 구성함으로써 SOF에 의해 연소반응하여 발생한 연소열의 크기를 정량화할 수 있기 때문이다. 또한, 촉매물질에 사용되는 Pt의 경우 SOF에 대하여 선택적이며 높은 촉매적 활성을 가지므로 연소요소의 촉매물질에 고정되는 원소로서 바람직할 것이다.
이로 인해, 연소요소(100)와 비교요소(200)는 온도차이가 발생하여 SOF의 배출량을 도출할 수 있고, 연소요소(100)에 고정되는 촉매물질의 지지체와 비교요소(200)에 고정되는 안정물질을 TiO2로 구성함으로써 연소반응에 의한 온도차를 정확히 측정할 수 있다.
한편, 본 발명은 상기 촉매물질이 배기가스 중의 SOF와 연소반응할 수 있도록 연소요소(100)를 가열하는 히터부(400);가 더 포함된다. 일반적으로 디젤엔진의 배기가스 온도는 SOF를 연소시킬 수 있는 정도의 온도가 아니므로 연소요소(100)의 온도를 일정온도로 가열하여 배기가스 중의 SOF와 촉매물질이 연소반응하도록 하는 것이다.
이로 인해, 연소요소(100)가 SOF와 촉매연소활성이 일어남으로써 온도상승된 연소요소(100)와 비교요소(200)의 온도차이를 이용하여 배기가스 중의 SOF 발생량을 도출할 수 있는 것이다.
특히, 상기 히터부(400)는 연소요소(100)와 비교요소(200)를 동일하게 가열하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 연소요소(100)가 SOF와 연소반응하여 발생되는 온도차이를 제외하고, 연소요소(100)만을 히팅하거나 다른 조건에 의해 온도차이가 발생되는 경우 연소요소(100)와 비교요소(200)의 SOF 발생량을 정확히 도출하는데 문제가 발생하기 때문이다. 따라서, 연소요소(100)와 비교요소(200)의 온도를 정량화하기 위해 히터부(400)는 연소요소(100)와 비교요소(200)의 온도를 동일하게 가열하는 것이 바람직할 것이다.
한편, 상기 검출부(300)는 연소요소(100)와 비교요소(200)의 발생된 온도차이를 전기적신호로 전환하여 배기가스 중의 SOF 발생량을 도출할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 연소요소(100)와 비교요소(200)의 온도차이는 접촉연소식 센서를 이용하여 도출해낼 수 있다. 연소요소(100)가 배기가스 중의 SOF와 접촉하여 연소반응이 일어나면 온도가 상승되어 전기저항이 증가하게 되고 저항의 변화를 전기신호로 변환하여 이를 비교요소(200)의 전기신호와 비교측정함으로써 SOF의 발생량을 도출하는 것이다. 이로 인해, 배기가스 중의 SOF 발생량을 실시간으로 확인할 수 있으며, 이에 따른 즉각적인 대처가 가능해질 것이다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100: 연소요소 200: 비교요소
300: 검출부 400: 히터부

Claims (8)

  1. 다공질 구조를 갖는 세라믹구조체에 디젤엔진의 배기가스 중 SOF와 연소반응이 일어나는 촉매물질이 고정된 연소요소(100);
    상기 세라믹구조체에 SOF와 연소반응이 일어나지 않는 안정물질이 고정된 비교요소(200); 및
    상기 연소요소(100)와 비교요소(200)의 온도를 검출하고, 각 요소의 온도차이를 이용하여 배기가스 중의 SOF 발생량을 도출하는 검출부(300);를 포함하는 디젤엔진의 SOF센싱시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 세라믹구조체는 Al2O3를 포함하는 조성으로 구성된 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 SOF센싱시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 세라믹 구조체는 SiO2를 포함하는 조성으로 구성된 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 SOF센싱시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 안정물질은 TiO2를 주성분으로 조성되어 구성된 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 SOF센싱시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 촉매물질은 TiO2가 지지체로 사용되고 SOF와 연소반응이 일어나는 원소가 고정되어 구성된 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 SOF센싱시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 촉매물질이 배기가스 중의 SOF와 연소반응할 수 있도록 연소요소(100)를 가열하는 히터부(400);가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 SOF센싱시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 히터부(400)는 연소요소(100)와 비교요소(200)를 동일하게 가열하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 SOF센싱시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 검출부(300)는 연소요소(100)와 비교요소(200)의 발생된 온도차이를 전기적신호로 전환하여 배기가스 중의 SOF 발생량을 도출하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 SOF센싱시스템.
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