KR20190086545A - 배기가스 유동을 제어하기 위한 배기 시스템 및 제어 방법 - Google Patents

배기가스 유동을 제어하기 위한 배기 시스템 및 제어 방법 Download PDF

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홀스트 헨릭 헤칸슨
토마스 요한슨
로버트 닐슨
패트릭 위크스트렘
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스카니아 씨브이 악티에볼라그
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Abstract

엔진 배기 도관(4), 엔진 배기 도관(4)에 연결되어 있는 메인 배기 도관(5) 및 적어도 하나의 촉매 컨버터(9)를 포함하는 후처리 시스템(3)을 포함하는, 내연기관(2)의 배기 시스템(1)은, 후처리 시스템(3)의 상류에서 엔진 배기 도관(4)에 연결되어서 배기가스가 후처리 시스템(3)을 우회할 수 있도록 하는 우회 도관(10), 우회 도관(10)을 통해 이동되는 배기가스 유동이 제어될 수 있는 조절가능한 우회 포트, 후처리 시스템(3)을 통해 이동되는 배기가스 유동이 제어될 수 있는 조절가능한 메인 포트, 촉매 컨버터(9) 내에 현재 저장되어 있는 탄화수소 양을 결정하고 적어도 상기 탄화수소 양 및/또는 후처리 시스템(3) 내 온도에 기초하여 메인 포트와 우회 포트를 서로에 대해 독립적으로 제어하게 구성된 제어 시스템을 추가로 포함한다.

Description

배기가스 유동을 제어하기 위한 배기 시스템 및 제어 방법
본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 내연기관의 배기 시스템, 그러한 배기 시스템을 선박용 엔진에 사용하는 용도 및 내연기관의 배기 시스템 내의 배기가스 유동을 제어하는 방법에 관한 것이다.
현재 배기 규제에 부합하기 위해, 선박용 엔진에 배기가스 내에 존재하는 질소산화물(NOx)의 양을 줄이는 후처리 시스템이 장착될 수 있다. 그러나 해상 보험 협회의 정책에 의하면, 선박용 엔진에 후처리 시스템이 장착되는 경우, 엔진으로부터 나오는 배기가스 유동이 막히지 않게 하는 대책을 세워야 한다. 그 이유는, 선박용 엔진은 바다에서 선박을 추진하는 데에 사용되고, 그리고 보조적으로 동력 생산에 사용되기 때문이다. 바다에서는 가용 동력을 조금 줄이는 것도 안전에 중요한 이슈가 될 수 있다. 따라서 가용 엔진 동력이 배기 레벨 준수보다 우선되어야만 한다.
본 발명의 주된 목적은, 적어도 일부 측면에서, 선박용 내연기관으로부터 발생하는 배기가스를 처리하기에 적당한 개선된 해법을 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 한편으로는 배기 규제를 충족시키고 다른 한편으로는 막힐 위험이 없어서 엔진 동력과 양립될 수 있는 배기 시스템을 제공하는 것이다. 다른 목적은 바람직하지 않은 작동 조건에서 작동함에 따라 야기될 수 있으며 촉매 컨버터 내에서의 반응 속도를 감소시킬 수 있는 후처리 시스템 상의 마멸을 줄이는 것이다.
본 발명의 제1 측면에 따르면, 적어도 본 발명의 주된 목적은 다음을 포함하는 것을 특징으로 하는 서두에 규정된 배기 시스템에 의해 달성된다.
- 후처리 시스템의 상류에서 엔진 배기 도관에 연결되어서 배기가스가 후처리 시스템을 우회할 수 있도록 하는 우회 도관,
- 우회 도관을 통해 이동되는 배기가스 유동이 제어될 수 있는 조절가능한 우회 포트,
- 후처리 시스템을 통해 이동되는 배기가스 유동이 제어될 수 있는 조절가능한 메인 포트,
- 촉매 컨버터 내에 현재 저장되어 있는 탄화수소 양을 결정하고 적어도 상기 탄화수소 양 및/또는 후처리 시스템 내 온도에 기초하여 메인 포트와 우회 포트를 서로에 대해 독립적으로 제어하게 구성된 제어 시스템.
본 배기 시스템은 해상 분야 및 디젤 제너레이터(엔진발전기) 내의 디젤 엔진에 특히 유용하다. 본 배기 시스템은, 촉매 컨버터 내에 저장된 탄화수소(HC)의 양이 배기가스가 막히거나 변질 또는 발열 반응이 일어나지 않도록 하기 위해 배기가스가 후처리 시스템을 우회하게 할 수 있다. 이는 일반적으로 저장되어 있는 HC 양이 많은 경우이다. 이 경우, 배기가스가 우회 도관을 통해 이동되도록 우회 포트가 개방되는 반면 후처리 시스템을 통해 이동되는 배기가스 유동은 차단될 수 있다. 배기가스 온도가 충분히 높을 때와 같이 적당한 때에, 메인 포트가 서서히 개방되어 제어되는 방식으로 HC가 증발될 수 있다. 메인 포트와 우회 포트가 개별적으로 제어될 수 있기 때문에, 메인 포트가 개방되어 있는 중에도 우회 포트가 개방되어 있을 수 있으며, 이는 단일 포트를 구비하는 시스템이나 포트들이 개별적으로 제어되지 못하는 시스템에 비해 HC 증발 공정의 제어를 개선할 수 있다. 따라서 포트들을 이중으로 개별적으로 제어할 수 있음에 따라 배기 레벨보다도 가용 엔진 동력이 우선시되어야 하는 적용분야에서 배기물 제어를 개선할 수 있게 된다.
후처리 시스템을 우회하는 것이 바람직한 다른 케이스는, 촉매 컨버터 내의 온도가 낮을 때인데, 이 경우 촉매 컨버터 내에 많은 양의 HC가 저장될 위험이 있다. 촉매 컨버터 내에 많은 양의 HC가 저장되면 추후에 촉매 컨버터 내에서 발열 반응이 일어나게 되므로, 저장되는 HC의 양은 소량으로 유지하는 것이 바람직하다.
이 배기 시스템 내에서 촉매 컨버터는 일반적으로 선택적 촉매 환원(SCR) 유닛이며, 이는 암모니아 슬립 촉매 컨버터 유닛과 조합될 수 있다. 산화 촉매장치가 SCR 유닛과 함께 또는 SCR 유닛 없이 사용될 수 있으며, SCR 유닛 및/또는 산화 촉매장치와 조합되어 입자 필터가 사용될 수도 있다. 촉매 컨버터가 SCR 유닛인 경우, 후처리 시스템은 우레아를 촉매 컨버터 상류에서 배기가스 내로 혼합하기 위한 혼합기를 포함하여야 한다. 후처리 시스템은 혼합기 하류에서 병렬로 연결되어 있는 SCR 유닛들 형태로 예컨대 2개의 촉매 컨버터와 같이 하나 또는 다수의 촉매 컨버터(들)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 배기 시스템은 적어도 하나의 촉매 컨버터의 바로 상류에서 배기가스의 상류 온도를 측정하게 구성된 상류 온도 센서를 추가로 포함하고, 제어 시스템은 상기 상류 온도 센서에서 오는 신호들에 기초하여 메인 포트 및 우회 포트를 제어하도록 추가로 구성된다. 상류 온도는 예를 들면 HC 양을 결정하는 데에 그리고 HC가 증발하는 동안에 메인 포트를 제어하는 데에 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제어 시스템은 상류 온도 및 내연기관의 현재 작동 조건과 관련된 데이터에 기초하여 탄화수소의 양을 결정하도록 구성된다. 이는 HC 센서를 사용하지 않고서 촉매 컨버터 내에 저장되어 있는 HC 양을 결정하는 신뢰성 있으면서 비용-효율적인 방식이다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 현재 작동 조건과 관련된 상기 데이터는 적어도 엔진 부하 및 엔진 회전 속도를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 배기 시스템은 적어도 하나의 촉매 컨버터의 바로 하류에서 배기가스의 하류 온도를 측정하게 구성된 하류 온도 센서를 추가로 포함하고, 제어 시스템은 상기 하류 온도 센서에서 오는 신호들에 기초하여 메인 포트 및 우회 포트를 제어하도록 추가로 구성된다. 하류 온도는 촉매 컨버터 내에서 발열 반응이 일어나고 있는지를 검출하는 데에 사용될 수 있다. 바람직하기로는, 본 구성에서, 배기 시스템은 상류 온도 센서를 추가로 포함할 수 있다. 이 경우, 상류 온도와 하류 온도 간의 온도 차이에 기초하여 메인 포트 및 우회 포트가 작동할 수 있다. 예를 들면, 배기 시스템은, 하류 온도가 상류 온도에 비해 사전에 결정된 양보다 더 많이 초과하는 경우 또는 하류 온도가 급격하게 상승하는 경우, 양 포트들을 완전히 개방하게 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제어 시스템은, 적어도 메인 포트가 완전히 개방되어 있고 우회 포트는 완전히 폐쇄되어 있는 온스트림 상태 및 우회 포트가 완전히 개방되어 있고 메인 포트가 완전히 폐쇄되어 있는 우회 상태를 포함하는 사전에 결정된 제어 상태들에 따라 메인 포트와 우회 포트를 제어하도록 구성된다. 또한 다른 제어 상태들은 예컨대 상류 온도 및/또는 배기 압력에 따라 메인 포트가 제어되는 제어 상태와 같은 상태를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제어 상태들을 변경시켜야 하는 조건을 검출하도록 설계된 진단 시험 결과에 따라 제어 시스템이 적당한 제어 상태를 선택하도록 구성된다. 이러한 조건들은 배기가스 압력이 높은 상태, 촉매 컨버터의 상류 및/또는 하류 온도가 높거나 낮은 상태를 포함할 수 있으며, 바람직하기로는 저장되어 있는 HC 양 등과 조합될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제어 상태들 사이에서 전환할 때, 제어 시스템은, 상기 포트들 중 다른 하나를 폐쇄시키기 시작하기 전에 상기 포트들 중 하나의 포트를 완전히 개방하도록 추가로 구성된다. 이는 배기 시스템을 통해 배기가스가 장애를 받지 않으면서 유동할 수 있도록 한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 사전에 결정된 제어 상태들은 양 포트들이 모두 완전히 개방되어 있는 발열 상태를 추가로 포함한다. 양 포트들 모두를 완전히 개방함으로써, 배기가스가 후처리 시스템과 우회 도관 모두를 자유롭게 통과할 수 있으며, 상대적으로 차가운 배기가스가 과열된 촉매 컨버터를 냉각시킬 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 사전에 결정된 제어 상태들은 우회 포트가 완전히 개방되어 있고, 적어도 촉매 컨버터 내에 현재 저장되어 있는 탄화수소의 상기 양에 기초하여 메인 포트가 제어되는, 증발 상태를 추가로 포함한다. 이는, 촉매 컨버터 내에 저장되어 있는 HC의 증발이 이루어질 수 있도록 후처리 시스템을 통과하는 배기가스의 유동이 조절될 수 있게 한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 배기 시스템은, 제어 시스템으로 가는 동력이 꺼진 경우, 배기 시스템을 우회 상태로 되게 하기 위한 기계식 수단을 포함한다. 이는 어떤 이유로든지 액추에이터들로 가는 동력이 차단된 경우에도 배기가스들이 우회 도관을 항상 자유롭게 통과할 수 있게 한다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 우회 도관의 상류에서 배기가스 압력을 측정하게 구성된 압력 센서를 추가로 포함하고, 제어 시스템은 적어도 상기 배기가스 압력 센서로부터 오는 신호들에 기초하여 우회 포트를 제어하게 추가로 구성된다. 측정된 압력이 엔진의 현재 작동 조건으로 예상되는 압력과 일치하지 않는 경우, 우회 포트의 개방도 및 필요에 따라서는 메인 포트의 개방도가 조절될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 개별적으로 제어될 수 있는 밸브들을 사용하여 우회 포트 및 메인 포트가 제어될 수 있다. 밸브들은 완전 개방 상태와 완전 폐쇄 상태 사이에서 연속적으로 조절할 수 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 밸브들은 버터플라이 밸브이다. 이는 완전 개방 상태와 완전 폐쇄 상태 사이에서 연속적으로 조절될 수 있는 밸브들을 비요-효율적으로 선택하는 것이 된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 본 발명의 주된 목적은 선박용 엔진 또는 디젤 제너레이터의 배기 시스템으로 사용되는 제안된 배기 시스템의 사용에 의해 달성된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 본 발명의 주된 목적은 제안되어 있는 배기 시스템 내에서 배기가스 유동을 제어하기 위한 방법으로, 상기 방법은,
- 촉매 컨버터 내에 현재 저장되어 있는 탄화수소의 양을 결정하는 단계,
- 후처리 시스템 내의 온도를 결정하는 단계,
- 적어도 상기 탄화수소의 양 및/또는 상기 온도에 기초하여 조절가능한 우회 포트를 제어하는 단계,
- 우회 포트와는 독립적으로, 적어도 상기 탄화수소의 양 및/또는 상기 온도에 기초하여 조절가능한 메인 포트를 제어하는 단계를 포함하는 배기가스 유동 제어 방법에 의해 달성된다.
제안된 배기 시스템의 전술한 설명으로부터 이러한 방법의 이점들과 유리한 특징들이 자명해질 것이다.
본 발명의 다른 이점들과 유리한 특징들은 아래의 상세한 설명으로부터 자명해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 배기 시스템을 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1의 배기 시스템을 더욱 상세하게 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 3은 배기 시스템의 작동을 설명하는 다이어그램이다.
도 4는 본 발명에 따른 방법을 설명하는 흐름도이다.
이하에서 첨부된 도면들과 관련된 실시예들을 가지고 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1에 본 발명의 일 실시형태에 따른 내연기관(2)의 배기 시스템(1)이 개략적으로 도시되어 있다. 후처리 시스템(3)이 엔진 배기 도관(4)을 통해 내연기관(2)에 연결되어 있다. 후처리 시스템(3)은 엔진 배기 도관(4)에 연결되어 있는 메인 배기 도관(5), 우레아 공급 도관(8)을 통해 예컨대 AdBlue인 우레아를 우레아 저장 탱크(7)로부터 분사되는 혼합기(6) 및 촉매 컨버터(9)를 포함한다. 또한, 배기가스가 후처리 시스템(3)을 우회할 수 있도록 하기 위한 우회 도관(10)이 후처리 시스템(3) 상류에서 배기 도관(4)에 연결되어 있다.
도 2는 도 1의 배기 시스템을 더욱 상세하게 도시한다. 도면에서 볼 수 있듯이, 촉매 컨버터(9)는 선택적 촉매 환원(SCR) 유닛(22) 및 암모니아 슬립 촉매 컨버터 유닛(23)을 포함한다. 조절가능한 우회 밸브(11)가 우회 도관(10) 입구에 위치하여서 조절가능한 우회 포트를 제공한다. 메인 배기 도관(5) 입구에, 조절가능한 메인 밸브(12)가 위치하여 조절가능한 메인 포트가 제공된다. 또한, 메인 밸브(12)를 통해 메인 포트를 제어하고, 우회 밸브(11)를 통해 우회 포트를 제어하도록 구성된 제어 시스템이 제공되어 있다. 제어 시스템은 우회 밸브(11)를 작동시키는 우회 액추에이터(14) 및 메인 밸브(12)를 작동시키는 메인 액추에이터(15)와 통신하는 제어 유닛(13)을 포함한다. 여기서 액추에이터들(14, 15)은 제어 시스템으로 실제 밸브 위치를 피드백할 수 있는 전기 모터에 의해 제어되는 CAN(communication area network) 형태이다. 이에 따라 우회 밸브(11) 및 메인 밸브(12)가 서로 독립적으로 이들 밸브들의 개방 정도가 제어될 수 있다. 우회 밸브(11)와 메인 밸브(12) 사이에는 아무런 기계적 링크가 제공되지 않는다.
배기가스의 상류 온도(T_상류)를 측정하기 위한 상류 온도 센서(16)가 촉매 컨버터(9)의 바로 상류에 제공된다. 배기가스의 하류 온도(T_하류)를 측정하기 위한 하류 온도 센서(17)가 촉매 컨버터(9)의 바로 하류에 제공된다. 여기서 "바로 하류"(immediately downstream)는 촉매 컨버터(9) 출구로부터 1미터 이내를 의미한다. 또한, 촉매 컨버터(9) 하류에서 NOx 가스 양을 측정하기 위해 NOx 센서(18)가 제공된다.
센서들(16, 17, 18)로 나온 데이터는 CAN-버스를 통해 제어 유닛(13)과 통신하게 구성된 배기물 제어 유닛(19)에 전달된다. 제어 유닛(13) 내에서 데이터는 혼합기(6)로 공급되어야 하는 우레아의 양을 계산하는 데에 사용되고, 그런 다음 배기물 제어 유닛(19)은 혼합기(6)로 공급되는 우레아의 양을 조절하는 데에 사용된다.
배기 시스템은 엔진 배기 도관(4) 내 즉 우회 밸브(11)와 메인 밸브(12) 상류에 위치하는 배기 압력 센서(20)를 포함한다. 또한 예를 들어 배기가스 내 NOx 가스의 양을 측정하기 위한 NOx 센서 같은 다른 다양한 센서들이 제공될 수 있다. CAN-버스를 통해 제어 유닛(13)과 통신하게 구성된 엔진 코디네이터 유닛(21)은 제어 유닛(13)에 엔진 회전 속도(ω) 및 엔진 부하같이 내연기관의 현재 작동 조건과 관련된 데이터를 제공한다.
제어 시스템은, 적어도 촉매 컨버터(9) 내에 현재 저장되어 있는 탄화수소(HC) 양에 기초하여 메인 밸브(12)와 우회 밸브(11) 각각의 개방도를 제어하도록 구성되어 있다. 촉매 컨버터(9) 내에 현재 저장되어 있는 탄화수소(HC) 양은, 상류 온도 센서(16)에 의해 측정된 상류 온도(T_상류)와 엔진 코디네이터 유닛(21)을 통해 수신된 내연기관(2)의 현재 작동 조건과 관련된 데이터에 기초하여 제어 유닛(13) 내에서 결정될 수 있다. 다양한 작동 조건에서 내연기관(2)이 배출하는 HC 양이 일반적으로 공지되어 있다. 예컨대 내연기관(2)이 배출하는 HC 양은 실험실에서 사전에 결정될 수 있다. 배출되는 HC 양은 촉매 컨버터(9)에 현재 저장되어 있는 HC 양을 결정하는 데에 사용되는 모델에 포함된다. 다른 옵션은 배기가스 내에 존재하는 HC의 양을 검출하기 위한 센서를 포함한다. HC의 양은 촉매 컨버터(9) 내의 모델링된 온도와 함께 내연기관(2)의 현재 작동 조건과 관련된 데이터에 기초하여 결정될 수도 있다.
도시되어 있는 실시형태 내의 제어 시스템은 하류 온도 센서(17)로부터 나온 신호들에 기초하여 우회 밸브(11) 및 메인 밸브(12)의 개방도를 제어하도록 구성되어 있다. 하류 온도(T_하류)가 상류 온도(T_상류)보다 높거나 하류 온도(T_하류)가 급격하게 상승한다면, 이는 촉매 컨버터(9) 내에서 발열 반응이 일어나고 있다는 것을 나타낼 수 있다. T_하류 > T_상류가 우회 밸브(11)를 개방하고 메인 밸브(12)를 폐쇄시키도록 하는 조건으로 설정될 수 있다. 물론, 하류 온도(T_하류)와 상류 온도(T_상류) 차이가 특정 임계값을 초과하도록 하는 조건이 설정될 수도 있다.
제어 시스템은 사전에 결정된 제어 상태에 따라 우회 밸브(11) 및 메인 밸브(12)를 작동시키게 구성될 수 있다. 이러한 사전에 결정된 제어 상태는 다음을 포함할 수 있다.
- 메인 밸브(12)가 완전히 개방되고 우회 밸브(11)가 완전히 폐쇄되는 온스트림 상태. 모든 배기가스들은 촉매 컨버터(9)를 지나간다. 이 상태가 추진하는 동안 그리고 배기-제어 영역 내에서 작동하는 보조 동력 장치에 대한 정상적인 작동 모드이다.
- 우회 밸브(11)가 완전히 개방되어 있고, 메인 밸브(12)가 완전히 폐쇄되어 있는 우회 상태. 이는, 액추에이터들(14, 15)로 전달되는 동력이 차단되면 밸브 리턴 스프링에 의해 야기되는 기본 기계 세팅일 수 있다.
우회 밸브(11)가 완전히 개방되어 있는 상태에서, 메인 밸브(12)가 서서히 개방되고 센서 신호와 엔진 작동 데이터에 따라 제어되는 상태로, HC가 증발하고 있는 증발 상태 같은 다양한 서브-상태들이 정의될 수 있다.
제어 시스템은 내연기관(2)이 작동하는 중에 수행되는 진단 검출 기능에 기초하여 소망하는 제어 상태로 절환하도록 구성되어 있다. 이러한 검출 기능은 예컨대 발열 반응, 잉여 촉매 및 우레아 분사 온도, 잉여 엔진 배기 압력 등을 검출하는 데에 사용될 수 있다.
도 3은 전술한 증발 상태에서, 본 발명에 따른 배기 시스템(1) 작동의 일 예시를 도시하고 있다. 곡선들은 시간의 함수로 엔진 회전 속도(ω), 메인 밸브(12)의 폐쇄도(%MV), SCR 유닛(22) 내의 모델링된 온도(T_모델링), 상류 온도(T_상류) 및 저장된 HC의 양을 나타낸다. 본 실시예에서, 내연기관(2)은 초기에 낮은 엔진 회전 속도(ω)로 구동하고, 메인 밸브(12)는 폐쇄되어 있고, 모델링된 온도(T_모델링)와 상류 온도(T_상류)는 낮은 반면, 저장된 HC의 양은 상대적으로 많다. 도시되어 있는 기간 중에 우회 밸브(11)는 완전히 개방되어 있다.
약 30초 후에, 엔진 부하와 엔진 회전 속도(ω)가 급격하게 상승한다. 배기가스의 유량이 증가하며, 이는 메인 밸브(12)의 개방을 촉발한다.
약 75초 후에, 상류 온도(T_상류)가 갑자기 상승하며, 이에 따라 메인 밸브(12)가 촉매 컨버터(9) 내의 온도 상승을 제한하기 위해 부분적으로 폐쇄된다. 그런 다음, HC 증발에 대한 목표 온도에 도달하도록, 메인 밸브의 폐쇄도(%MV)가 제어된다. 일반적으로 엔진 부하와 엔진 회전 속도(ω)가 감소하면 메인 밸브(12)가 더 개방되게 된다. 약 110초 후에 촉매 컨버터(9) 내의 온도가 충분히 높아지면, 촉매 컨버터(9)로부터 저장된 HC가 증발하기 시작한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 방법이 도 4에 개략적으로 도시되어 있다. 단계 S1에서, 촉매 컨버터(9) 상류 및 하류의 온도, 엔진 배기 도관(4) 내의 압력을 포함하는 다양한 파라미터들이 검출된다. 적어도 상류 온도 센서(16)로 온 신호들과 내연기관(2)의 현재 작동 조건과 관련된 데이터에 기초하여, 촉매 컨버터(9)에 저장된 HC 양이 단계 S2에서 결정된다. 단계 S3에서, 우회 밸브(11) 및 메인 밸브(12)는, 촉매 컨버터(9) 내에 저장되어 있는 결정된 HC 양에 기초하여 액추에이터들(14, 15)에 의해 제어된다. 물론, 예를 들어 전술한 센서들(16-18) 중 하나 또는 그 이상으로부터 온 센서 신호들에 기초하여 우회 밸브(11) 및/또는 메인 밸브(12)를 제어하는 단계를 포함하는 단계들이 포함될 수 있다. 또한, 촉매 컨버터(9) 내의 모델링 된 온도가 우회 밸브(11) 및 메인 밸브(12)를 제어하는 단계에서 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 배기 시스템은 예를 들면 2개의 SCR 유닛이 혼합기 하류에서 병렬로 연결되어 있는 둘 이상의 촉매 컨버터를 포함할 수 있다. 각각의 SCR 유닛은 하류에 연결되어 있는 암모니아 슬립 촉매 컨버터 유닛을 구비한다.
본 발명이 전술되어 있는 실시형태들로 한정되는 것은 물론 아니다. 그보다는 첨부된 특허청구범위 내에 규정되어 있는 바와 같은 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다양하게 변형될 수 있다는 것은 통상의 기술자가 잘 알고 있을 것이다.

Claims (15)

  1. - 엔진 배기 도관(4),
    - 엔진 배기 도관(4)에 연결되어 있는 메인 배기 도관(5) 및 적어도 하나의 촉매 컨버터(9)를 포함하는 후처리 시스템(3)을 포함하는, 내연기관(2)의 배기 시스템(1)으로, 상기 배기 시스템(1)은,
    - 후처리 시스템(3)의 상류에서 엔진 배기 도관(4)에 연결되어서 배기가스가 후처리 시스템(3)을 우회할 수 있도록 하는 우회 도관(10),
    - 우회 도관(10)을 통해 이동되는 배기가스 유동이 제어될 수 있는 조절가능한 우회 포트,
    - 후처리 시스템(3)을 통해 이동되는 배기가스 유동이 제어될 수 있는 조절가능한 메인 포트,
    - 촉매 컨버터(9) 내에 현재 저장되어 있는 탄화수소 양을 결정하고 적어도 상기 탄화수소 양 및/또는 후처리 시스템(3) 내 온도에 기초하여 메인 포트와 우회 포트를 서로에 대해 독립적으로 제어하게 구성된 제어 시스템을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 촉매 컨버터(9)의 바로 상류에서 배기가스의 상류 온도(T_상류)를 측정하게 구성된 상류 온도 센서(16)를 추가로 포함하고, 제어 시스템은 상기 상류 온도 센서(16)에서 오는 신호들에 기초하여 메인 포트 및 우회 포트를 제어하도록 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    제어 시스템은 상류 온도(T_상류) 및 내연기관(2)의 현재 작동 조건과 관련된 데이터에 기초하여 탄화수소의 양을 결정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    현재 작동 조건과 관련된 상기 데이터는 적어도 엔진 부하 및 엔진 회전 속도(ω)를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 촉매 컨버터(9)의 바로 하류에서 배기가스의 하류 온도(T_하류)를 측정하게 구성된 하류 온도 센서(17)를 추가로 포함하고, 제어 시스템은 상기 하류 온도 센서(17)에서 오는 신호들에 기초하여 메인 포트 및 우회 포트를 제어하도록 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
  6. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    제어 시스템은, 적어도 메인 포트가 완전히 개방되어 있고 우회 포트는 완전히 폐쇄되어 있는 온스트림 상태 및 우회 포트가 완전히 개방되어 있고 메인 포트가 완전히 폐쇄되어 있는 우회 상태를 포함하는 사전에 결정된 제어 상태들에 따라 메인 포트와 우회 포트를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    제어 상태들 사이에서 전환할 때, 제어 시스템은, 상기 포트들 중 다른 하나를 폐쇄시키기 시작하기 전에 상기 포트들 중 하나의 포트를 완전히 개방하도록 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    사전에 결정된 제어 상태들은 양 포트들이 모두 완전히 개방되어 있는 발열 상태를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    사전에 결정된 제어 상태들은 우회 포트가 완전히 개방되어 있고, 적어도 촉매 컨버터(9) 내에 현재 저장되어 있는 탄화수소의 상기 양에 기초하여 메인 포트가 제어되는, 증발 상태를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
  10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    제어 상태들을 변경시켜야 하는 조건을 검출하도록 설계된 진단 시험 결과에 따라 제어 시스템이 적당한 제어 상태를 선택하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
  11. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    배기 시스템(1)은, 제어 시스템으로 가는 동력이 꺼진 경우, 배기 시스템(1)을 우회 상태로 되게 하기 위한 기계식 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
  12. 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    우회 도관(10)의 상류에서 배기가스 압력을 측정하게 구성된 압력 센서(20)를 추가로 포함하고, 제어 시스템은 적어도 상기 배기가스 압력 센서(20)로부터 오는 신호들에 기초하여 우회 포트를 제어하게 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
  13. 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    개별적으로 제어될 수 있는 밸브들(11, 12) 바람직하기로는 버터플라이 밸브들을 사용하여 우회 포트 및 메인 포트가 제어될 수 있는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
  14. 선박용 엔진 또는 디젤 제너레이터의 배기 시스템으로 사용되는 선행 청구항들 중 어느 한 항에 따른 배기 시스템(1)의 용도.
  15. 선행 청구항들 중 어느 한 항에 따른 내연기관(2)의 배기 시스템(1) 내에서 배기가스 유동을 제어하기 위한 방법으로, 상기 방법은,
    - 촉매 컨버터(9) 내에 현재 저장되어 있는 탄화수소의 양을 결정하는 단계,
    - 후처리 시스템(3) 내의 온도를 결정하는 단계,
    - 적어도 상기 탄화수소의 양 및/또는 상기 온도에 기초하여 조절가능한 우회 포트를 제어하는 단계,
    - 우회 포트와는 독립적으로, 적어도 상기 탄화수소의 양 및/또는 상기 온도에 기초하여 조절가능한 메인 포트를 제어하는 단계,를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 유동 제어 방법.
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