KR20240009548A - 디젤엔진용 배기가스 후처리 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내연기관의 엔진으로부터 배출되는 배기가스에 포함된 탄화수소(HC)나 일산화탄소(CO)를 산화시키거나 입자상물질에 포함된 용해성유기성분(SOF; Soluble Organic Fraction)을 산화시키는 디젤산화촉매장치(DOC; Diesel Oxidation Catalyst)와, 상기 배기가스를 가열하여 승온시키기 위한 버너와, 입자상물질을 포집하여 배기가스를 정화하는 미립자포집장치(DPF; Diesel Particulate matter Filter)와, 상기 미립자포집장치의 전단에 위치하여, 우레아를 분사시키기 위한 우레아인젝터와, 질소 산화물(NOx)을 정화하기 위한 선택적촉매환원장치(SCR; Selective Catalyst Reduction)와, 상기 미립자포집장치에서 유출된 암모니아를 산화하여 정화시키기 위한 암모니아산화촉매장치(AOC; Ammonia Oxidation Catalyst)를 포함하는 디젤엔진용 배기가스 후처리 시스템에 있어서, 상기 배기가스의 질소산화물 농도(N1)와 상기 암모니아산화촉매장치 후단의 질소산화물 농도(N2)를 근거로 한 질소산화물 저감율과, 상기 미립자포집장치의 전단의 온도(T3)와, 상기 선택적촉매환원장치나 암모니아산화촉매장치의 후단의 온도(T4)와, 상기 배기가스의 유량(MAF)을 근거로 상기 우레아인젝터의 우레아분사량을 결정하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진용 배기가스 후처리 시스템을 제공한다.

Description

디젤엔진용 배기가스 후처리 시스템 {SYSTEM FOR AFTER-TREATMENT OF EXHAUST GAS FOR DIESEL ENGINE}
본 발명은 디젤엔진용 배기가스 후처리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세히는 특히 중대형 운행 자동차의 디젤엔진에서 배출되는 배기가스를 정화하기 위한 배기가스 후처리 시스템에 관한 것이다.
디젤 엔진은 연소반응에 의해 일산화탄소(CO), 미연소 탄화수소(HC), 입자상물질(PM; Particulate Matter), 질소산화물(NOX)등의 유해 배출가스 물질을 배출한다. 디젤엔진에서 배출되는 유해가스 배출량을 감소시키기 위해, 환경규제가 점점 강화되고 있으며, 규제가 강화됨에 따라 디젤 엔진에서 배출되는 배출가스를 저감할 수 있는 배기가스 후처리 시스템이 장착되고 있다.
일 예로, 현재 디젤 엔진을 장착한 차량의 경우, 배기가스에 포함된 탄화수소(HC)나 일산화탄소(CO)를 산화시키거나 입자상물질에 포함된 용해성유기성분(SOF; Soluble Organic Fraction)을 산화시키는 디젤산화촉매장치(DOC; Diesel Oxidation Catalyst), 미립자(PM)를 포집하기 위한 미립자포집장치(DPF; Diesel Particulate matter Filter), 질소 산화물(NOx)을 정화하기 위한 선택적촉매환원장치(SCR; Selective Catalyst Reduction), 및/또는 암모니아를 산화하여 정화시키기 위한 암모니아산화촉매장치(AOC; Ammonia Oxidation Catalyst)를 포함한 배기가스 후처리 시스템을 장착하고 있는 상황이다.
중대형 운행차량 특성상 미립자포집장치에 축정된 입자상물질(PM)을 재생하기 위해, 강제 재생을 위해 버너가 마련될 수 있다.
배기가스 후처리 시스템이 장착되는 차량의 경우, 특정 차량의 종류에 국한되지 않고 범용적으로 다양한 차량에 장착될 수 있어야 하기 때문에, 입자상물질(PM)의 산화를 위해 자연재생 및 강제재생 방식이 복합적으로 가능하여야 한다.
구체적으로, 배기가스 온도가 높은 고온일 경우 촉매에 의한 자연재생으로 입자상물질을 산화시킬 수 있어야 하고, 배기가스 온도가 낮은 저온일 경우 버너를 이용하여 승온시킨 다음 입자상물질을 산화시킬 수 있어야 한다.
또한, 배기가스 중 질소산화물(NOx)은 약 200℃ 이상의 온도가 확보되어야 요소수(또는 우레아(urea))를 분사하여 선택적촉매환원장치에 의해 저감될 수 있는데, 초기 시동시 배기가스가 200℃ 이하의 저온 영역이기 때문에 질소산화물이 제거되지 못하는 문제가 있다.
따라서, 버너와 우레아분사장치의 동작을 적절히 제어하여, 입자상물질을 산화시키거나 질소산화물을 저감할 수 있는 배기가스 후처리 시스템의 개발이 요구되고 있다.
KR 10-1195799 B1 KR 10-1369651 B1 KR 10-2122849 B1 KR 10-2028423 B1
본 발명은, 버너를 작동하여 미립자포집장치를 재생시키거나, 우레아를 분사하여 질소산화물을 저감시킬 수 있는 디젤엔진용 배기가스 후처리 시스템을 제공하기 위한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 내연기관의 엔진으로부터 배출되는 배기가스에 포함된 탄화수소(HC)나 일산화탄소(CO)를 산화시키거나 입자상물질에 포함된 용해성유기성분(SOF; Soluble Organic Fraction)을 산화시키는 디젤산화촉매장치(DOC; Diesel Oxidation Catalyst)와, 상기 배기가스를 가열하여 승온시키기 위한 버너와, 입자상물질을 포집하여 배기가스를 정화하는 미립자포집장치(DPF; Diesel Particulate matter Filter)와, 상기 미립자포집장치의 전단에 위치하여, 우레아를 분사시키기 위한 우레아인젝터와, 질소 산화물(NOx)을 정화하기 위한 선택적촉매환원장치(SCR; Selective Catalyst Reduction)와, 상기 미립자포집장치에서 유출된 암모니아를 산화하여 정화시키기 위한 암모니아산화촉매장치(AOC; Ammonia Oxidation Catalyst)를 포함하는 디젤엔진용 배기가스 후처리 시스템에 있어서, 상기 배기가스의 질소산화물 농도(N1)와 상기 암모니아산화촉매장치 후단의 질소산화물 농도(N2)를 근거로 한 질소산화물 저감율과, 상기 미립자포집장치의 전단의 온도(T3)와, 상기 선택적촉매환원장치나 암모니아산화촉매장치의 후단의 온도(T4)와, 상기 배기가스의 유량(MAF)을 근거로 상기 우레아인젝터의 우레아분사량을 결정하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진용 배기가스 후처리 시스템을 제공한다.
일 실시예에 따라, 상기 제어부는, 기 설정된 도징맵에 상기 배기가스의 질소산화물 농도(N1)와 상기 암모니아산화촉매장치 후단의 질소산화물 농도(N2)를 근거로 한 질소산화물 저감율과, 상기 미립자포집장치의 전단의 온도(T3)와, 상기 선택적촉매환원장치나 암모니아산화촉매장치의 후단의 온도(T4)와, 상기 배기가스의 유량(MAF) 중 적어도 하나를 인자로 적용하여 도출된 값을 근거로 우레아분사량을 결정할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제어부는, 상기 선택적촉매환원장치의 암모니아 슬립양을 예측하고, 설정된 암모니아 슬립 목표량을 초과하는 경우, 상기 우레아분사량을 감소할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제어부는, 소정시간 동안 우레아의 누적분사율과, 소정시간 동안 질소산화물의 누적정화율을 비교하여, 상기 질소산화물의 누적정화율이 상기 우레아의 누적분사율보다 크면, 질소산화물 농도 센서의 오류를 판단할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 질소산화물의 누적정화율(η)은, 소정시간 동안 상기 엔진에서 누적 배출된 배기가스의 질소산화물양과 상기 배기가스 후처리 시스템에서 누적 배출된 질소산화물양의 비율을 근거로 하고, 상기 우레아의 누적분사율(α)은, 소정시간 동안 누적 분사한 우레아의 암모니아양과 누적 배출된 배기가스의 질소산화물양의 비율일 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제어부는, 상기 배기가스의 압력 또는 상기 배기가스의 유량을 근거로 상기 버너의 작동을 제어할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제어부는, 상기 미립자포집장치 전단의 온도(T3)를 근거로, 상기 미립자포집장치가 강제재생할 수 있는 온도에 도달할 때까지 상기 버너를 작동시키되, 우레아에 의해 생성된 암모니아가 질소산화물로 산화되지 않도록, 상기 버너 후단의 화염온도(T2)가 기 설정된 임계온도를 초과하지 않도록 상기 버너의 동작을 조절하거나, 상기 우레아인젝터의 우레아분사를 중단하거나 감소할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제어부는, 상기 미립자포집장치에 질소 산화물(NOx)을 정화하기 위한 탈질촉매가 코팅된 SDPF일 수 있다.
본 발명에 따른 배기가스 후처리 시스템은, 효율적으로 입자상물질을 산화시켜 미립자포집장치를 재생시키거나, 우레아를 분사하여 질소산화물을 저감할 수 있도록 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템의 각종 센서류를 나타낸 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성 요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템의 각종 센서류를 나타낸 구성도이다.
도 1 및 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 디젤엔진용 배기가스 후처리 시스템은, 내연기관의 배기관에 장착되어, 엔진(1)으로부터 발생된 배기가스에 포함된 탄화수소(HC)나 일산화탄소(CO)를 산화시키거나 입자상물질에 포함된 용해성유기성분(SOF; Soluble Organic Fraction)을 산화시키는 디젤산화촉매장치(DOC; Diesel Oxidation Catalyst)(21)와, 입자상물질을 포집하여 배기가스를 정화하는 미립자포집장치(DPF; Diesel Particulate matter Filter)(41)와, 질소 산화물(NOx)을 정화하기 위한 선택적촉매환원장치(SCR; Selective Catalyst Reduction)(42)와, 미립자포집장치(41)에서 유출된 암모니아를 산화하여 정화시키기 위한 암모니아산화촉매장치(AOC; Ammonia Oxidation Catalyst)(43)를 포함할 수 있다.
다만, 도 1 및 2에 도시한 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 배기가스 후처리 시스템이 구현될 수 있음은 물론이다.
이하, 각 구성요소들에 대해 살펴보기로 한다.
엔진(1)으로부터 배출된 배기가스가 통과하는 배기관에 장착되는 제1 용기(20)에는, 배기가스에 포함된 탄화수소(HC)나 일산화탄소(CO)를 산화시키거나 입자상물질(PM; Particulate Matter)에 포함된 용해성유기성분(SOF; Souluble Organic Fraction)을 산화시키기 위해 디젤산화촉매장치(DOC; Diesel Oxidation Catalyst)(21)를 포함할 수 있다.
디젤산화촉매장치(21)는, 코디어라이트 등을 원료로 한 세라믹스로 구성된 허니컴 구조의 담지체 등에 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh) 등의 귀금속을 코팅한 촉매로서, 배기가스 중의 산소(O2)를 이용하여 배기가스 중에 포함된 탄화수소(HC)나 일산화탄소(CO)를 산화하거나 입자상물질에 포함된 용해성유기성분(SOF; Souluble Organic Fraction)을 산화시켜, 물(H2O)과 이산화탄소(CO2)로 바꾸는 촉매장치이다.
또한, 디젤산화촉매장치(21)는 일산화질소(NO)를 산화시켜 이산화질소(NO2)를 생성하고 산화된 이산화질소(NO2)가 미립자포집장치 내 포집된 카본(carbon)과 산화반응을 일으키도록 한다.
디젤산화촉매장치(21)에서 일어나는 화학반응식은 하기 화학식 1과 같다.
[화학식 1]
HC(SOF) + O2 → CO2 + H2O
HC, CO + O2 → CO2 + H2O(CO from Engine)
NO + O2 → NO2
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템은, 엔진(1)으로부터 배출되는 배기가스에 포함된 입자상물질의 대부분을 포집하여, 배기관을 통해 외부로 배출되는 배기가스를 정화하기 위해 미립자포집장치(41)를 포함할 수 있다.
이때, 미립자포집장치(DPF)(41)는 상기 디젤산화촉매장치(21)의 후단에 위치할 수 있으며, 구체적으로 상기 제1 용기(20)와 연통 가능하도록 연결된 제2 용기(40) 내에 마련될 수 있다.
미립자포집장치(DPF)(41)는 배기가스에 포함된 입자상물질을 포집하기 위하여, 일 예로 다공성의 세라믹 허니컴 구조로서 격자 형태일 수 있으나, 또 다른 예로 다공성의 세라믹 허니컴 셀의 입구와 출구를 교번하여 플러깅된 필터, 즉 Wall Flow Monoliths Type 일 수 있다. 배기가스는 플러깅되지 않은 셀의 입구로 유입되어, 플러깅되어 있지 않은 인접한 셀과의 경계에 형성된 입자상물질(PM) 포집용 셀 벽을 통과하고, 상기 플러깅되지 않은 셀의 출구로 유출되는 과정에서, 셀 벽이 입자상물질(PM)을 포집하게 되며, 입자상물질의 그을음(soot) 입자는 벽면에 케이크(cake) 형태로 포집되게 된다.
또한, 미립자포집장치(DPF)(41)는 필터에 포집된 그을음(soot)(carbon)과의 산화반응을 시켜 이산화탄소와 물로 전환시켜 그을음(soot)을 재생(산화)시키게 된다.
미립자포집장치(DPF)(41)에서 일어나는 화학반응식은 하기 화학식 2와 같다.
[화학식 2]
C(Soot) + O2 → CO/CO2
C(Soot) + NO2 → CO/CO2 + NO
미립자포집장치(DPF)(41)는 엔진(1)의 배기가스 중 입자상물질을, 필터를 이용하여 물리적으로 포집하지만 포집할 수 있는 포집량에는 한계가 있기 때문에, 미립자포집장치(DPF)에 고온의 배기가스를 통과시켜 포집된 입자상물질을 연소 제거하는 강제 재생을 통해, 입자상물질의 포집 능력을 회복시킬 수 있다.
다만, 배기가스의 온도는 내연기관 엔진의 운전패턴에 따라 차이가 발생하므로 배기가스의 온도를 이용한 입자상물질의 산화반응은 주기가 불규칙하며 저속/저부하 조건과 같은 배기가스 온도가 낮을 때에는 재생이 불가능하므로 보조 열원을 통한 재생이 필요하다.
이를 위해, 미립자포집장치(DPF)의 상류측에는 버너(23)가 위치하여, 미립자포집장치(DPF)로 유입되는 배기가스를 가열하여 승온시킬 수 있다.
구체적인 예로, 제1 용기(20)에는 버너(23)가 마련되어, 버너(23)에서 발생된 화염이나 열기는 엔진(1)으로부터 유입되는 배기가스의 온도를 승온시킬 수 있다. 여기서, 배기가스를 가열하기 위한 버너(23)는 경유 따위와 같은 연료는 물론, 이 이외에 전기, 또는 마이크로파 등을 이용할 수 있으나, 그 종류를 특별히 한정하지 않는다.
전술한 바와 같이, 배기가스가 저온인 경우 촉매에 의한 입자상물질(PM)의 연소속도가 엔진(1)에서 발생되는 입자상물질(PM)의 생성 속도보다 느려서 결국 후단에 위치한 미립자포집장치(41)에 입자상물질(PM)이 쌓여 배압이 상승하게 된다. 결국, 촉매에 의한 자연재생방식만으로는 한계가 있고, 연료를 사용하는 버너(23)를 이용하여 배기온도를 상승시킴으로써 미립자포집장치(41)에 축적된 입자상물질(PM)을 태워 강제재생함으로써, 매연을 저감시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따라 제어부(100)는 버너(23)의 작동을 제어할 수 있으며, 이때 제어조건으로서 배기가스의 배압(P)이나, 배기가스의 유량(MAF)을 이용할 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 엔진(1)의 후단, 또는 버너(23)나 디젤산화촉매장치(21)의 전단에 위치한 압력센서(미도시)는, 엔진(1)으로부터 배출되는 배기가스의 압력(P)을 측정할 수 있고, 제어부(100)는 배기가스의 배압(P)이 기 설정된 압력을 초과하여 상승하였을 때에는 미립자포집장치(41)에 입자상물질(PM)이 쌓여 있음을 가정하여 버너(23)를 작동시킴으로써 배기가스의 온도를 상승시킬 수 있다.
이렇게 버너(23)의 작동으로 배기가스의 온도는 상승할 수 있고, 이에 따라 미립자포집장치(41)는 강재 재생됨으로써 포집되어 쌓여진 입자상물질(PM)을 태워 제거할 수 있다.
이때, 제어부(100)는 기 설정된 버너(23)의 작동시간이나 미립자포집장치(41)의 재생시간 만큼, 버너(23)를 작동시킬 수 있으나, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따라, 장시간의 강제재생을 방지하여 버너(23)의 과다한 연료 사용량을 줄이거나, 고온의 화염으로 인해 암모니아(NH3)가 질소산화물(NOx)로 산화되는 문제를 방지하기 위해, 제어부(100)는 버너(23) 후단에 마련된 온도센서에 의해 측정된 온도(T2) 및/또는 미립자포집장치(41) 전단에 마련된 온도센서에 의해 측정된 온도(T3)를 이용하여, 버너(23) 및/또는 우레아공급모듈(3)의 작동을 제어할 수 있다.
구체적으로, 제어부(100)는 미립자포집장치(41) 전단의 온도(T3)가 미립자포집장치(41)가 강제재생할 수 있는 온도(일 예로, 약 400 ~ 500℃)에 도달할 때까지 버너(23)를 작동시키되, 미립자포집장치(41)의 전단의 온도(T3)가 미립자포집장치(41)의 강제재생온도를 초과하는 경우에 버너(23)의 작동을 정지하도록 하거나, 또는 버너(23) 후단의 화염온도(T2)가 기 설정된 범위나, 기 설정된 임계온도를 초과하지 않도록 버너(23)의 작동을 정지하거나 출력을 낮추는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 버너(23)에 의한 고온의 화염 형성시, 우레아인젝터(31)를 통해 분사된 우레아에 의해 생성된 암모니아(NH3)는 질소산화물(NOx)로 산화될 수 있기 때문에, 제어부(100)는 버너(23) 후단의 화염온도(T2)를 근거로 버너(23)의 작동을 정지하거나 출력을 낮추어 화염온도를 조절하거나, 우레아인젝터(31)를 통한 우레아 분사를 감소 또는 일시 정지하여, 질소산화물이 대기 중으로 배출되는 것을 방지하여 배기가스 후처리 시스템의 질소산화물 저감 효율을 높이도록 하는 것이 바람직하다. 이때, 제어부(100)는 암모니아산화촉매장치(43) 후단의 질소산화물 농도(N2)가 기 설정된 값을 초과하지 않도록, 우레아공급모듈(3)의 동작을 제어하여 우레아인젝터(31)를 통한 우레아 분사를 중단하거나 감소할 수 있다.
또한, 장시간의 미립자포집장치(41)의 강제재생으로 인한 버너(23)의 과다한 연료 사용량을 줄여 적절한 연료만을 사용하도록 함으로써, 배기가스 후처리 시스템에서 효율적인 연료 사용이 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 미립자포집장치(DPF)는 질소 산화물(NOx)을 정화하기 위한 탈질촉매가 코팅된 SDPF(SCR on DPF; Selective Catalyst Reduction - on - Diesel Particulate Filter)(41)일 수 있다.
구체적으로, 미립자포집장치(DPF)는 기공율 48~55%, 그리고 기공사이즈 12~20 ㎛의 다공성의 실리콘카바이드(SiC)나 코디어라이트(Cordierite) 등을 재질로 한 허니컴 셀 구조를 가진 필터일 수 있고, 여기에 코팅되는 탈질촉매는 높은 내황성 및 탈질성능 확보를 위하여 V2O5-WO3/TiO2계 탈질촉매를 사용하며 조성은 V2O5 1~10 wt%, WO3 1~15 wt%, SiO2 1~10 wt%, TiO2 65~97 wt%의 조성으로 구성될 수 있다. 또한, 조촉매로 Mo, Ce, Fe, Cu 등의 전이금속산화물이 하나 이상 사용될 수 있으며, 상기 조성에서 0.5 ~ 5% 포함될 수 있다.
또 다른 실시예에 따라, 미립자포집장치(DPF)에 코팅되는 탈질촉매는 제올라이트(zeolite)계 탈질촉매를 사용할 수 있으며, 제올라이트에 이온교환된 전이금속은 Cu, Fe 중 1종을 사용할 수 있으며, 이온교환된 전이금속의 함량은 제올라이트의 총함량의 1~5%를 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 SDPF(41)는 코팅된 탈질촉매에 의해 환원제인 우레아(urea)(또는 요소수)가 배기가스의 열에 의해 암모니아로 전환되고, 탈질촉매(또는 선택적환원촉매)에 의하여 배기가스 중의 질소산화물(NOx)과 암모니아(NH3)의 촉매반응으로서 질소산화물을 질소가스(N2)와 물(H2O)로 환원시키도록 할 수 있다.
이렇게 질소산화물(NOx)을 제거하기 위해서, 질소산화물과 반응할 수 있는 환원제와의 반응성이 매우 중요하다. 따라서, 요소수의 기화 및 배기가스와의 균일한 혼합을 위해 우레아믹서(mixer)(32)가 마련될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 우레아믹서(32)는 디젤산화촉매장치(21)를 포함한 제1 용기(20)와 SDPF(41)를 포함한 제2 용기(40) 사이에 연통 가능하도록 연결하기 위한 배기가스유동관로(30) 내에 마련되어, 디젤산화촉매장치(21)를 통과한 배기가스와 우레아인텍터(31)를 통해 내부로 유입된 우레아수용액을 혼합시킬 수 있다. 여기서, 우레아인젝터(31)는 배기가스유동관로(30)의 내부에 우레아를 분사시킬 수 있도록, 배기가스유동관로(30)의 배관 일측에 마련되되, 우레아믹서(32) 전단에 마련될 수 있다.
이에 따라, 우레아저장탱크(2)에 저장된 우레아(또는 요소수)는 우레아공급모듈(3)에 의해 가압되어 우레아인젝터(31)를 통해 배기가스유동관로(30) 내부로 공급될 수 있으며, 디젤산화촉매장치(21)를 통과한 배기가스와 우레아인텍터(31)를 통해 내부로 분사된 우레아는 우레아믹서(32)에 혼합되어 SPDF(41)로 제공될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템은, DPF 또는 SDPF(41)의 후단에 선택적촉매환원장치(42)가 마련될 수 있다.
선택적촉매환원장치(42)는 상기 SDPF(41)의 탈질촉매와 마찬가지로 철이나 구리가 도핑된 알루미노실리케이트 등의 제올라이트 촉매나 바나듐을 티타니아에 도핑한 바나듐계 촉매를 세라믹 허니컴 등의 담체에 담지시킨 것으로, 환원제인 우레아가 배기가스의 열에 의해 암모니아로 전환되고, 탈질촉매(또는 선택적환원촉매)에 의하여 배기가스 중의 질소산화물(NOx)과 암모니아(NH3)의 촉매반응으로서 질소산화물을 질소가스(N2)와 물(H2O)로 환원시키도록 한다.
선택적촉매환원장치(42)는 소정의 반응온도(일 예로, 200℃ 이상)에서 우레아를 이용하여 질소산화물을 제거할 수 있기 때문에, 차량 운행 초기에 촉매 반응온도까지 상승시키기 위해, 버너(23)가 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(100)는 버너(23)를 작동시켜 시동 초기 낮은 배기가스의 온도를 선택적촉매환원장치(42)의 반응온도까지 상승시킴으로써, 질소산화물의 저감율을 증진시킬 수 있다. 즉, 운전 초기 제어부(100)가 버너(23)를 작동시켜 배기가스의 온도를 승온시킴으로써, 운전초기에 배출되는 질소산화물의 양을 크게 저감시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 후처리 시스템은, DPF 또는 SDPF(41)의 후단에 암모니아산화촉매장치(AOC; Ammonia Oxidation Catalyst)(43)를 더 포함할 수 있다.
암모니아산화촉매장치(43)는 배기가스 중의 암모니아(NH3)를 산화하여 질소(N2)와 물(H2O)로 바꿈으로써, SDPF(41)에서 유출된 암모니아를 정화하여 암모니아가 대기 중으로 유출되는 것을 방지할 수 있다.
여기서, 상기 암모니아산화촉매장치(43) 역시, 디젤산화촉매장치(21)와 유사하게 코디어라이트 등을 원료로 한 세라믹으로 구성된 허니컴 구조의 담지체 등에 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh) 등의 귀금속을 촉매로서 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(100)는 우레아인젝터(31)를 통한 우레아분사량을 계산하여, 질소산화물(NOx)의 저감 효율이 높은, 최적화된 우레아 분사가 이루어지도록 할 수 있다.
이를 위해, 제어부(100)는 배기가스 후처리 시스템에 마련된 각종 센서, 구체적으로 온도센서, 배기가스 압력센서, 배기가스 유량센서, 및/또는 질소산화물 농도센서를 이용하여, 최적의 우레아분사량을 결정할 수 있다(도 2 참조).
구체적인 일 실시예에 따라, 제어부(100)는 배기가스의 질소산화물의 농도(N1)와 암모니아산화촉매장치(43) 후단의 질소산화물의 농도(N2)를 근거로 한 질소산화물 저감율과, 미립자포집장치(41) 전단의 온도(T3)와, 선택적촉매환원장치(42)나 암모니아산화촉매장치(43) 후단의 온도(T4)와, 배기가스의 유량(MAF)을 근거로 우레아인젝터(31)를 통한 우레아분사량을 결정할 수 있다.
일 실시예에 따라, 제어부(100)는 기 설정된 도징맵(dosing map)을 이용하여, 배기가스의 유량(MAF)과, 미립자포집장치(41) 전단의 온도(T3) 및/또는 선택적촉매환원장치(42)나 암모니아산화촉매장치(43) 후단의 온도(T4)와, 배기가스의 질소산화물 농도(N1)를 인자로 적용하여 도출된 값에, 배기가스의 질소산화물의 농도(N1)와 암모니아산화촉매장치(43) 후단의 질소산화물의 농도(N2)를 근거로 한 질소산화물 저감율에 소정 계수가 적용된 값을 가감하여 산출될 수 있다.
일 예로, 질소산화물을 저감하기 위해 요구되는 암모니아농도(ppm)은 다음의 수학식 1과 같이 산출될 수 있고, 이렇게 산출된 암모니아농도를 이용하여 우레아양은 다음의 수학식 2와 같이 산출될 수 있다.
[수학식 1]
여기서, Inj.map은 기 설정된 도징맵일 수 있고, NOx.in은 배기가스의 질소산화물 농도(N1)일 수 있으며, 은 선택적촉매환원장치(42)에 대한 관측기 흡장량(일 예로 0~1)일 수 있고, 은 배기가스의 질소산화물의 농도(N1)와 암모니아산화촉매장치(43) 후단의 질소산화물의 농도(N2)를 근거로 한 질소산화물 저감율일 수 있으며, 은 목표 흡장량(일 예로 0.1)일 수 있다.
[수학식 2]
기 설정된 도징맵(dosing map)은 제어부(100)가 우레아분사량을 결정하기 위한 테이블일 수 있으며, 제어부(100)는 배기가스의 유량(MAF)과, 미립자포집장치(41) 전단의 온도(T3) 및/또는 선택적촉매환원장치(42)나 암모니아산화촉매장치(43) 후단의 온도(T4)를 인자로 상기 도징맵에 적용할 수 있다.
또한, 배기가스의 질소산화물의 농도(N1)는 엔진(1)에서 배출되는 질소산화물의 농도이고, 암모니아산화촉매장치(43) 후단의 질소산화물의 농도(N2)는 선택적촉매환원장치(42)에 의해 저감된 질소산화물의 농도로서, N1 및 N2의 질소산화물의 농도를 이용하여 질소산화물의 저감율을 계산할 수 있고, 제어부(100)는 질소산화물의 저감율을 이용하여 우레아분사량의 결정할 수 있다.
즉, 제어부(100)는 우레아 분사로 인해 대기 중으로 배출되는 질소산화물의 농도를 피드백 받고, 이를 이용하여 질소산화물의 저감율을 계산한 다음, 이를 이용하여 우레아분사량을 결정할 수 있다.
또한, 제어부(100)는, 전술한 바와 같이, 미립자포집장치(41) 전단의 온도(T3)를 인자로 도징맵에 적용함으로써 우레아분사량을 결정할 수 있고, 또 암모니아산화촉매장치(43) 후단의 온도(T4)를 인자로 도징맵에 적용함으로써 우레아분사량을 결정할 수 있다.
이때, 암모니아산화촉매장치(43) 후단의 온도(T4)는 제어부(100)가 미립자포집장치(41)의 재생 완료 판단 근거로 활용할 수 있다. 일 예로, 제어부(100)는 암모니아산화촉매장치(43) 후단의 온도(T4)가 미립자포집장치(41)의 전단의 온도(T2)와 동일하게, 미립자포집장치(41)의 강제재생온도를 소정 시간만큼 유지하고 있는 경우, 미립자포집장치(41)의 재생 완료되었음을 판단할 수 있다.
또한, 제어부(100)는, 전술한 바와 같이, MAF센서(Mass Air Flow Sensor)에 의해 측정된 엔진(1)의 배기가스의 유량(MAF)을 우레아분사량을 결정하기 위한 인자로 사용할 수 있다.
이때, 제어부(100)는 측정된 배기가스의 유량(MAF)을 이용하여 기 설정된 임계값 이하로 낮아진 것으로 판단한 경우 미립자포집장치(41)의 재생이 필요한 것으로 판단할 수 있고, 이에 따라 버너(23)를 작동시킴으로써 미립자포집장치(41)가 강제재생될 수 있도록 할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따라, 제어부(100)는 선택적촉매환원장치(42)의 암모니아 슬립양을 예측하고, 설정된 암모니아 슬립 목표량을 초과하는 경우에는 우레아분사량을 감소할 수 있다.
선택적촉매환원장치(42)에서는 배기가스 중의 질소산화물(NOx)과 암모니아(NH3)가 촉매반응이 이루어질 수 있으며, 이때 반응이 이루어지지 않은 암모니아(NH3)는 선택적촉매환원장치(42)에서 유출될 수 있다.
제어부(100)는 일 예로 Arrhenius 흡장모델을 이용하여 선택적촉매환원장치(42)의 슬립양을 예측할 수 있으며, 이를 이용하여 암모니아 슬립을 최소화하기 위해, 상기 수학식 1에 암모니아슬립요소를 적용할 수 있다(하기 수학식 2 참조).
[수학식 2]
여기서, NH3Slip_Factor는, 예측된 암모니아 슬립양이 기 설정된 암모니아 슬립 목표량(일 예로, 50ppm)을 초과하는 경우, 하기 수학식 3과 같을 수 있으며, 그렇지 않을 경우 상기 NH3Slip_Factor는 0일 수 있다.
[수학식 3]
여기서, NH3는 예측된 암모니아 슬립양이고, NH3 SP는 기 설정된 암모니아 슬립 목표량일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(100)는, 배기가스 후처리 시스템의 각종 구성요소에 대한 진단 또는 고장판정을 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어부는, 질소산화물의 누적정화율(η)을 이용하여, 노즐의 막힘, 우레아 분사 불량, 우레아 불량 등을 판정할 수 있고, 또 우레아의 누적분사율(α)을 이용하여, 맵핑 / 제어이득 오류, 우레아 분사 불량 등을 판정할 수 있으며, 상기 누적정화율과 상기 누적분사율을 조합하여, 질소산화물 농도센서에 대한 진단을 할 수 있다.
구체적인 일 실시예에 따라 제어부(100)는, 소정시간 동안 우레아의 누적분사율(α)과, 질소산화물의 누적정화율(η)을 산출할 수 있고, 이를 비교하여, 질소산화물의 누적정화율(η)이 우레아의 누적분사율(α)보다 크면, 질소산화물 농도센서(N1, N2)에 오류가 있음을 판정할 수 있다.
여기서, 질소산화물의 누적정화율(η)은, 소정시간 동안 엔진(1)에서 누적 배출된 배기가스의 질소산화물양(∑NOxup)과, 배기가스 후처리 시스템에서 누적 배출된 질소산화물양(∑NOxdn)의 비율을 근거로 할 수 있으며, 구체적으로 하기 수학식 4와 같을 수 있다.
[수학식 4]
또한, 우레아의 누적분사율(α)은, 소정시간 동안 누적 분사한 우레아의 암모니아양(∑NH3)과, 엔진(1)에서 누적 배출된 배기가스의 질소산화물양(∑NOxup)의 비율을 근거로 할 수 있으며, 구체적으로 하기 수학식 5와 같을 수 있다.
[수학식 5]
여기서, NOx과 NH3는 각각 하기 수학식 6 및 7과 같을 수 있다.
[수학식 6]
[수학식 7]
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부는, 우레아저장탱크(2)의 수위를 이용하여, 우레아저장탱크(2) 내 저장된 우레아의 양을 디스플레이 수단을 통해 외부로 출력하거나, 기 설정된 최저수위 이하인 경우에는 각종 알람 수단을 통해 요소수가 부족함을 외부에 출력할 수 있다.
이를 위해 우레아저장탱크(2)에는 내부에 저장된 우레아의 수위를 측정하기 위한 수위센서가 마련될 수 있다.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 엔진 2: 우레아저장탱크
3: 우레아공급모듈 20: 제1 용기
21: 디젤산화촉매장치 23: 버너
30: 배기가스유동관로 31: 우레아인젝터
32: 우레아믹서 40: 제2 용기
41: SDPF 42: 선택적환원촉매장치
43: 암모니아산화촉매장치 100: 제어부

Claims (8)

  1. 내연기관의 엔진으로부터 배출되는 배기가스에 포함된 탄화수소(HC)나 일산화탄소(CO)를 산화시키거나 입자상물질에 포함된 용해성유기성분(SOF; Soluble Organic Fraction)을 산화시키는 디젤산화촉매장치(DOC; Diesel Oxidation Catalyst)와, 상기 배기가스를 가열하여 승온시키기 위한 버너와, 입자상물질을 포집하여 배기가스를 정화하는 미립자포집장치(DPF; Diesel Particulate matter Filter)와, 상기 미립자포집장치의 전단에 위치하여, 우레아를 분사시키기 위한 우레아인젝터와, 질소 산화물(NOx)을 정화하기 위한 선택적촉매환원장치(SCR; Selective Catalyst Reduction)와, 상기 미립자포집장치에서 유출된 암모니아를 산화하여 정화시키기 위한 암모니아산화촉매장치(AOC; Ammonia Oxidation Catalyst)를 포함하는 디젤엔진용 배기가스 후처리 시스템에 있어서,
    상기 배기가스의 질소산화물 농도(N1)와 상기 암모니아산화촉매장치 후단의 질소산화물 농도(N2)를 근거로 한 질소산화물 저감율과, 상기 미립자포집장치의 전단의 온도(T3)와, 상기 선택적촉매환원장치나 암모니아산화촉매장치의 후단의 온도(T4)와, 상기 배기가스의 유량(MAF)을 근거로 상기 우레아인젝터의 우레아분사량을 결정하는 제어부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진용 배기가스 후처리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    기 설정된 도징맵에 상기 배기가스의 질소산화물 농도(N1)와 상기 암모니아산화촉매장치 후단의 질소산화물 농도(N2)를 근거로 한 질소산화물 저감율과, 상기 미립자포집장치의 전단의 온도(T3)와, 상기 선택적촉매환원장치나 암모니아산화촉매장치의 후단의 온도(T4)와, 상기 배기가스의 유량(MAF) 중 적어도 하나를 인자로 적용하여 도출된 값을 근거로 우레아분사량을 결정하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진용 배기가스 후처리 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 선택적촉매환원장치의 암모니아 슬립양을 예측하고, 설정된 암모니아 슬립 목표량을 초과하는 경우, 상기 우레아분사량을 감소하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진용 배기가스 후처리 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    소정시간 동안 우레아의 누적분사율과, 소정시간 동안 질소산화물의 누적정화율을 비교하여, 상기 질소산화물의 누적정화율이 상기 우레아의 누적분사율보다 크면, 질소산화물 농도 센서의 오류를 판단하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진용 배기가스 후처리 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 질소산화물의 누적정화율(η)은, 소정시간 동안 상기 엔진에서 누적 배출된 배기가스의 질소산화물양과 상기 배기가스 후처리 시스템에서 누적 배출된 질소산화물양의 비율을 근거로 하고,
    상기 우레아의 누적분사율(α)은, 소정시간 동안 누적 분사한 우레아의 암모니아양과 누적 배출된 배기가스의 질소산화물양의 비율인 것을 특징으로 하는 디젤엔진용 배기가스 후처리 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배기가스의 압력 또는 상기 배기가스의 유량을 근거로 상기 버너의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진용 배기가스 후처리 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 미립자포집장치 전단의 온도(T3)를 근거로, 상기 미립자포집장치가 강제재생할 수 있는 온도에 도달할 때까지 상기 버너를 작동시키되,
    우레아에 의해 생성된 암모니아가 질소산화물로 산화되지 않도록, 상기 버너 후단의 화염온도(T2)가 기 설정된 임계온도를 초과하지 않도록 상기 버너의 동작을 조절하거나, 상기 우레아인젝터의 우레아분사를 중단하거나 감소하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진용 배기가스 후처리 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 미립자포집장치에 질소 산화물(NOx)을 정화하기 위한 탈질촉매가 코팅된 SDPF인 것을 특징으로 하는 디젤엔진용 배기가스 후처리 시스템
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101195799B1 (ko) 2008-03-24 2012-11-05 이비덴 가부시키가이샤 허니컴 구조체
KR101369651B1 (ko) 2012-06-29 2014-03-04 쌍용자동차 주식회사 자동차의 우레아 믹싱용 블레이드 믹서
KR102028423B1 (ko) 2018-03-15 2019-10-04 주식회사 이알인터내셔널 운행차용 선택적 환원촉매 시스템
KR102122849B1 (ko) 2019-02-08 2020-06-15 주식회사 에코닉스 차량용 선택적 환원촉매(scr) 장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101195799B1 (ko) 2008-03-24 2012-11-05 이비덴 가부시키가이샤 허니컴 구조체
KR101369651B1 (ko) 2012-06-29 2014-03-04 쌍용자동차 주식회사 자동차의 우레아 믹싱용 블레이드 믹서
KR102028423B1 (ko) 2018-03-15 2019-10-04 주식회사 이알인터내셔널 운행차용 선택적 환원촉매 시스템
KR102122849B1 (ko) 2019-02-08 2020-06-15 주식회사 에코닉스 차량용 선택적 환원촉매(scr) 장치

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