WO2012018186A2 - 엔진의 후처리 장치 - Google Patents

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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present invention relates to an aftertreatment apparatus for an engine, and more particularly, to detect the concentration of nitrogen oxides (NOx) in exhaust gas generated during combustion of a mixed gas by an engine,
  • the present invention relates to an after-treatment apparatus of an engine capable of effectively treating harmful gases of exhaust gas by distinguishing when a soot generation amount is greater than that.
  • a diesel engine generates a piston by an explosive force generated in a process of injecting a fuel such as diesel into the combustion chamber and combusting and exploding a mixture gas of air and fuel by compressing air supplied from the outside into the combustion chamber at a high temperature and high pressure. It moves up and down and generates an output through the rotational force of the crankshaft connected to the connecting rod of the piston.
  • the fuel efficiency of the engine varies greatly depending on a mixture ratio of air and fuel (eg, air-fuel ratio) supplied to the combustion chamber. If the amount of air supplied to the combustion chamber is greater than the amount of fuel supplied to the combustion chamber, the output will be very good, but it will not only pollute the atmosphere, but also harmful to the human body, and the amount of nitrogen oxides (NOx) that cause acid rain and light smog This increases. On the contrary, if the amount of air supplied to the combustion chamber is less than the amount of fuel supplied to the combustion chamber, the output drops and soot increases.
  • NOx nitrogen oxides
  • FIG. 1 is a schematic block diagram showing an aftertreatment apparatus of an engine according to the prior art.
  • the engine post-treatment apparatus is largely an exhaust pipe 2, an urea aqueous solution injection unit 3, a nitrogen oxide treatment unit 4, and an oxidation catalyst (OC) (1) of the engine 1 ( It consists of a form that includes 5).
  • the urea aqueous solution injection unit 3 communicates with the exhaust pipe 2 of the engine 1 and serves to inject the aqueous urea solution into the exhaust gas in the exhaust pipe.
  • the urea aqueous solution and the exhaust gas are mixed with each other to generate a mixed gas of the exhaust gas and the urea aqueous solution.
  • the nitrogen oxide treatment unit 4 is arranged to be spaced apart from the urea solution injection unit 3 in communication with the exhaust pipe 2 and the urea solution injection unit 3 of the engine 1 and the urea solution injection unit (3) serves to convert nitrogen oxides (NOx) in the mixed gas of the exhaust gas and the urea aqueous solution introduced through (3) into harmless water (H 2 O) and nitrogen (N 2 ).
  • the nitrogen oxide treatment unit 4 is an SCR (6) for converting nitrogen oxides into harmless water and oxygen, and AOC (Ammonia Oxidation Catalyst) for removing ammonia that is slipped as it is without reaction in the SCR ( It consists of 7).
  • the OC 5 is disposed to be spaced apart from the nitrogen oxide treatment unit 4 in a state in communication with the nitrogen oxide treatment unit 4 through an exhaust pipe 2, and serves to process hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO), and the like. Do it.
  • the exhaust gas of the nitrogen oxide (NOx) and the exhaust gas of the hydrocarbon (HC) and the carbon monoxide (CO) have a trade off relationship in which one of the emissions is large and the other is reduced. have.
  • the after-treatment apparatus of the engine according to the prior art guides all the exhaust gases discharged from the engine to the outside to the nitrogen oxide treatment unit 4 as shown in FIG. 1 to provide nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gases. After removal, the exhaust gas discharged to the outside through the nitrogen oxide treatment unit 4 is guided to the OC 5 to remove hydrocarbons HC and carbon monoxide CO.
  • This uniform exhaust gas treatment path functions as a platinum (Pt) catalyst material in which sulfur oxides accompanying the exhaust gas are coated on a plurality of guide channels (not shown) of the SCR 6 of the nitrogen oxide treatment unit 4.
  • Pt platinum
  • the nitrogen oxide treatment function of the SCR 6 is greatly reduced when the load is loaded on the platinum (Pt) catalyst material continuously to the hydrocarbon (HC) and the carbon monoxide (CO).
  • HC hydrocarbon
  • CO carbon monoxide
  • an object of the present invention is to convert harmful nitrogen oxides (NOx) to harmless water (H 2 O) and nitrogen (N 2 ) SCR (Selective Catalytic) It is to provide an aftertreatment device for an engine that can ensure efficiency and durability of reduction.
  • NOx harmful nitrogen oxides
  • H 2 O harmless water
  • N 2 nitrogen
  • SCR Selective Catalytic
  • the present invention provides an urea aqueous solution injection unit for injecting urea aqueous solution to the exhaust gas discharged to the outside through the exhaust pipe from the combustion chamber of the engine, and the exhaust urea aqueous solution injected from the urea aqueous solution injection unit Reduction of nitrogen oxide processing unit for converting nitrogen oxide (NOx) in gas into harmless water (H 2 O) and nitrogen (N 2 ), and hydrocarbon (HC) and carbon monoxide (CO) in exhaust gas discharged from the nitrogen oxide processing unit.
  • nitrogen oxide processing unit for converting nitrogen oxide (NOx) in gas into harmless water (H 2 O) and nitrogen (N 2 ), and hydrocarbon (HC) and carbon monoxide (CO) in exhaust gas discharged from the nitrogen oxide processing unit.
  • an after-treatment apparatus of an engine comprising an OC (Oxidation Catalyst)
  • the exhaust gas discharged to the outside from the combustion chamber of the engine is distributed in a predetermined ratio to the first treatment path and the second treatment path by Provided is an aftertreatment apparatus for an engine including an exhaust gas control unit for supplying.
  • the present invention further provides the following specific embodiments of the above-described embodiment of the present invention.
  • the ratio of the first treatment path and the second treatment path is 100: 0 or 0: 100.
  • the exhaust gas control unit is provided on the outside of the engine, and detects the concentration of nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas discharged to the outside from the combustion chamber of the engine to generate an electrical signal
  • a controller which compares a Knox detector with a signal value generated from the Knox detector and previously stored data values to determine an exhaust gas distribution ratio between the first process path and the second process path, the engine and the nitrogen oxide processor.
  • an adjustment valve provided to an exhaust pipe between the first exhaust gas and the second exhaust gas, the exhaust gas being discharged to the outside from the combustion chamber of the engine according to the distribution ratio signal of the controller.
  • the first treatment path is composed of the engine, the control valve of the exhaust gas control unit, the nitrogen oxide treatment unit and the OC, the components are characterized in that connected to the exhaust pipe.
  • the second processing path is characterized in that the engine, the control valve of the exhaust gas control unit and the OC, the components are characterized in that connected to the exhaust pipe.
  • the controller is electrically connected to an actuator provided in the urea solution injection unit, and the controller operates the actuator to open the flow path of the control valve to the OC to operate the urea solution.
  • the operation of the urea solution injection unit is restarted by stopping the operation of the injection unit and operating the actuator when opening the flow path of the control valve to the nitrogen oxide treatment unit.
  • the controller stores the operating amount of the nitrogen oxide processing unit and the OC every predetermined time according to a preset control program, the nitrogen oxide in the exhaust gas discharged to the outside from the combustion chamber of the engine (
  • the control valve is controlled by interpolating the pre-stored nitrogen oxide processing unit and the operation amount data value of the OC when the concentration of NOx) remains at a predetermined level of a predetermined range of nitrogen oxide.
  • the exhaust gas discharged to the outside from the combustion chamber of the engine is uniformly distributed in the first and second treatment paths according to the concentration level of nitrogen oxide (NOx) in the exhaust gas discharged to the outside from the combustion chamber of the engine.
  • NOx nitrogen oxide
  • FIG. 1 is a schematic block diagram showing an aftertreatment apparatus of an engine according to the prior art
  • FIG. 2 is a schematic block diagram showing an aftertreatment apparatus of an engine according to the present invention.
  • the aftertreatment apparatus 10 of the engine injects an aqueous urea solution into the exhaust gas discharged from the combustion chamber of the engine 1 to the outside through the exhaust pipe 2.
  • NOx nitrogen oxides
  • the after-treatment device 10 of the engine is exhausted to the outside from the combustion chamber of the engine 1 according to the concentration level of nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas discharged to the outside from the combustion chamber of the engine (1).
  • a discharge gas control unit 20 for distributing and supplying the gas to the first processing path 15 and the second processing path 16 at a predetermined ratio.
  • the nitrogen oxide treatment unit 4 removes ammonia that slips without being reacted in the SCR (Selective Catalytic Reduction) 6 which converts nitrogen oxides into harmless water and oxygen.
  • AOC Ammonia Oxidation Catalyst 7.
  • the aftertreatment apparatus 10 of the engine according to the present invention configured as described above is provided in a form including a first treatment route 15, a second treatment route 16, and an exhaust gas control unit 20.
  • the treatment path 16 can be guided at a predetermined distribution rate to be processed.
  • the after-treatment apparatus of the engine according to the present invention may be made in a form that is further limited to the following specific embodiments in the basic configuration as described above.
  • the ratio of the first processing path 15 and the second processing path 16 may be 100: 0 or 0: 100.
  • This type of exhaust gas ratio distribution means sending all of the exhaust gas to one of the first process path 15 and the second process path 16 and completely blocking the other.
  • the exhaust gas control unit 20 includes a Knox detector 21, a controller 22 and a control valve 23.
  • the Knox detector 21 is provided outside the engine 1 and detects the concentration of nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas discharged from the combustion chamber of the engine 1 to the outside to generate an electrical signal. .
  • NOx nitrogen oxides
  • the controller 22 compares a signal value generated from the Knox detector 21 with a pre-stored data value to determine an exhaust gas distribution ratio of the first process path 15 and the second process path 16. do.
  • the controller 22 may additionally be installed, or may perform this function in an engine control unit (ECU) which is basically mounted in the electronic engine.
  • ECU engine control unit
  • the regulating valve 23 is provided to the exhaust pipe 2 between the engine 1 and the nitrogen oxide treatment unit 4 and moves outward from the combustion chamber of the engine 1 according to the distribution ratio signal of the controller 22.
  • the exhaust gas discharged is distributed and supplied to the first processing path 15 and the second processing path 16 at a predetermined ratio.
  • the exhaust gas control unit 20 having the above structure is relatively simply configured by the Knox detector 21, the controller 22, and the control valve 23 to make the aftertreatment device 10 of the engine more compact.
  • the controller 22 of the exhaust gas control unit 20 receives the electric signal transmitted from the Knox detector 21 and supplies the exhaust gas through the adjustment valve 23 based on the determination result obtained through the comparative analysis. Either one of the first processing path 15 and the second processing path 16 or the two processing paths 15 and 16 can be appropriately guided at a predetermined distribution ratio.
  • the first treatment path 15 is composed of the engine 1, the control valve 23 of the exhaust gas control unit 20, the nitrogen oxide treatment unit 4 and the OC (5).
  • the components are formed in the form connected to the exhaust pipe (2).
  • the exhaust pipe 2 may be formed in any form, material, or the like as long as it enables communication between adjacent components and can withstand the heat of the exhaust gas.
  • the second processing path 16 is comprised of the engine 1, the regulating valve 23 of the exhaust gas control unit 20 and the OC 5, the components comprising an exhaust pipe ( 2) is made of connected form.
  • the exhaust pipe 2 may be formed in any form, material, or the like as long as it enables communication between adjacent components and can withstand the heat of the exhaust gas.
  • the controller 22 is electrically connected to an actuator (not shown) provided in the urea aqueous solution injection unit 3.
  • the controller 22 stops the operation of the urea aqueous solution injection unit 3 by operating the actuator when opening the flow path of the control valve 23 to the OC (5), the control valve 23
  • the actuator is operated to resume operation of the urea aqueous solution injection unit 3.
  • the actuator (not shown) may be additionally installed, but may be replaced by an actuator that controls the injection nozzle provided in the urea aqueous solution injection unit 3. This makes it possible to further simplify the engine's aftertreatment structure.
  • the controller 22 performs a function of storing the operating amount of the nitrogen oxide processing unit 4 and the OC 5 every predetermined time according to a preset control program.
  • the controller 22 may store the nitrogen oxide processor in advance when the concentration of the nitrogen oxides NOx in the exhaust gas discharged from the combustion chamber of the engine 1 to the outside stays at a level of a predetermined region.
  • the regulating valve 23 is controlled by interpolating the operating amount data values of the OC 5 and the operating amount data. This is because the nitrogen oxide treatment unit 4 and the OC when the concentration of nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas discharged from the combustion chamber of the engine 1 to the outside for a relatively long time at a predetermined level of a predetermined region of the nitrogen oxides. It is possible to eliminate the long-term concentration of the operation amount in (5).
  • Table 1 below shows the distribution ratio of the exhaust gas distributed on the first treatment path 15 and the second treatment path 16 for each concentration level of nitrogen oxide (NOx).
  • the rusty detector 21 of the exhaust gas control unit 20 causes the concentration of nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas. Detects and generates a corresponding electric signal by dividing each into a time when the reference concentration level of the nitrogen oxide (NOx) exceeds and less than the preset concentration level.
  • the controller 22 compares the signal value received from the Knox detector 21 with a pre-stored data value, and when it is determined that the concentration of nitrogen oxide (NOx) in the exhaust gas exceeds a certain level, The flow path of the control valve 23 is opened to the nitrogen oxide treatment unit 4.
  • NOx nitrogen oxide
  • the exhaust gas is guided to the nitrogen oxide treatment unit 4 through the regulating valve 23, and at the same time, the controller 22 operates the injection nozzle of the urea aqueous solution injection unit 3 to operate the exhaust pipe ( 2)
  • Aqueous solution of urea is injected into the exhaust gas inside.
  • the aqueous urea solution is guided to the nitrogen oxide treatment unit 4 together with the exhaust gas, and the nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas pass through the nitrogen oxide treatment unit 4 and harmless water (H 2 O) and nitrogen. (N 2 ), and the exhaust gas thus purified is discharged to the atmosphere.
  • the nitrogen oxides (NOx) are converted into harmless water and oxygen through the SCR (6), the reaction is not made in the SCR (6) Ammonia that slips as it is is removed as it passes through the AOC (7).
  • the controller 22 opens the flow path of the control valve 23 to the OC 5 and At the same time, the operation of the injection nozzle of the urea aqueous solution injection unit 3 is stopped by controlling the actuator (not shown). Then, the exhaust gas is directly guided to the OC (5) through the control valve 23, the hydrocarbon (HC) and carbon monoxide (CO) in the exhaust gas is oxidized through the OC (5) to reduce The exhaust gas thus purified is discharged to the atmosphere.
  • NOx nitrogen oxides
  • the after-treatment apparatus of an engine according to the present invention detects the concentration of nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas generated in the combustion process of the mixed gas by the engine, so that when the generation amount of the nitrogen oxides is large and soot It can be used to treat noxious gases in the exhaust gas when the amount of is generated is large.
  • NOx nitrogen oxides

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Abstract

본 발명은 엔진의 후처리 장치를 개시한다. 상기 엔진의 후처리 장치는 엔진(1)의 연소실로부터 배기관(2)을 통해 외부로 배출되는 배기가스에 요소 수용액을 분사시키는 요소 수용액 분사부(3)와, 상기 요소 수용액 분사부(3)로부터 분사되는 요소 수용액과 혼합되는 배기가스 중의 질소산화물(NOx)을 무해한 물(H2O)과 질소(N2)로 전환시키는 질소산화물 처리부(4)와, 상기 질소산화물 처리부(4)로부터 배출되는 배기가스 중의 탄화수소(HC)와 일산화탄소(CO)를 저감시키는 OC(Oxidation Catalyst)(5)를 포함하는 엔진의 후처리 장치에 있어서, 상기 엔진(1)의 연소실로부터 외부로 배출되는 배기가스 중의 질소산화물(NOx)의 농도 수준에 따라, 상기 엔진(1)의 연소실로부터 외부로 배출되는 배기가스를 제1 처리경로(15)와 제2 처리경로(16)로 일정 비율로 배분하여 공급하는 배출가스 제어유닛(20)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 유해한 질소산화물(NOx)을 무해한 물(H2O)과 질소(N2)로 전환시키는 SCR의 효율성과 내구성을 확보할 수 있게 한다.

Description

엔진의 후처리 장치
본 발명은 엔진의 후처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엔진에 의한 혼합가스의 연소과정에서 발생하는 배기가스 중의 질소산화물(NOx)의 농도를 검출하여, 상기 질소산화물의 발생량이 클 때와 그것 보다 매연(soot)의 발생량이 클 때를 구분하여 배기가스의 유해가스를 효과적으로 처리할 수 있게 하는 엔진의 후처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 디젤엔진은 외부로부터 연소실 내로 공급되는 공기를 고온 고압으로 압축시킨 상태에서 상기 연소실 내로 경유 등의 연료를 분사시켜 공기와 연료의 혼합가스를 연소 폭발시키는 과정에서 발생되는 폭발력에 의해 피스톤을 상하운동시키고 상기 피스톤의 커넥팅로드와 연결된 크랭크 샤프트의 회전력을 통해 출력을 발생시킨다.
엔진은 연소실로 공급되는 공기와 연료의 혼합비(예컨대, 공연비)에 따라 연비가 크게 달라진다. 연소실로 공급되는 공기의 양이 연소실로 공급되는 연료의 양 보다 많으면 출력은 매우 좋아지나 대기를 오염시킬 뿐만 아니라 인체에 유해하고, 산성비, 광스모그 현상 등의 원인이 되는 질소산화물(NOx)의 발생량이 많아진다. 그 반대로, 연소실로 공급되는 공기의 양이 연소실로 공급되는 연료의 양 보다 적으면 출력이 떨어지고 매연(soot)이 많아진다.
엔진의 위와 같은 연소 특성 때문에, 요즘의 디젤엔진은 연소실로 공급되는 공기의 양이 연소실로 공급되는 연료의 양 보다 많게 하여 출력을 크게 높이고, 그와 더불어 SCR(Selective Catalytic Reduction)의 인렛부측으로 요소 수용액을 분사시켜 요소 수용액과 배기가스(또는 배출가스)의 혼합가스를 상기 SCR로 통과시켜 상기 배기가스와 동반되는 질소산화물(NOx)을 무해한 물(H2O)과 질소(N2)로 전환시키는 배기가스 후처리방식을 채용하는 추세에 있다. 또한 디젤엔진은 혼합가스를 연소시킬 때 질소산화물(NOx)과 매연(soot) 뿐만 아니라, 상기 SCR의 촉매기능을 크게 무력화시키는 황산화물 등을 발생시킨다.
도 1은 종래 기술에 따른 엔진의 후처리 장치를 보여주는 개략 블록도이다.
종래 기술에 따른 엔진의 후처리 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 크게 엔진(1)의 배기관(2), 요소 수용액 분사부(3), 질소산화물 처리부(4) 및 OC(Oxidation Catalyst)(5)를 포함하는 형태로 이루어져 있다.
여기서, 상기 요소 수용액 분사부(3)는 상기 엔진(1)의 배기관(2)과 연통되고 상기 배기관 내의 배기가스에 요소 수용액을 분사시키는 역할을 한다. 상기 요소 수용액과 상기 배기가스는 상호 섞이면서 배기가스와 요소 수용액의 혼합가스를 생성한다.
상기 질소산화물 처리부(4)는 상기 엔진(1)의 배기관(2) 및 상기 요소 수용액 분사부(3)와 연통된 상태로 상기 요소 수용액 분사부(3)와 이격되게 배치되고 상기 요소 수용액 분사부(3)를 통해 유입되는 배기가스와 요소 수용액의 혼합가스 중의 질소산화물(NOx)을 무해한 물(H2O)과 질소(N2)로 전환시키는 역할을 한다. 상기 질소산화물 처리부(4)는 질소산화물을 무해한 물과 산소로 전환시키는 SCR(6)과, 상기 SCR(6) 내에서 반응이 이루어지지 않고 그대로 슬립되는 암모니아를 제거하는 AOC(Ammonia Oxidation Catalyst)(7)로 이루어져 있다.
상기 OC(5)는 배기관(2)을 통해 상기 질소산화물 처리부(4)와 연통된 상태로 상기 질소산화물 처리부(4)와 이격되게 배치되고 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO) 등을 처리하는 역할을 한다.
앞서 설명한 바와 같이, 엔진(1)은 연소실로 공급되는 공기의 양이 연소실로 공급되는 연료의 양 보다 많으면 출력은 매우 좋아지나 질소산화물(NOx)의 발생량이 많아지고, 그 반대의 경우 엔진의 출력이 떨어지고 탄화수소(HC)와 일산화탄소(CO)의 배출량이 많아진다.
즉, 상기 질소산화물(NOx)의 배출가스 및 상기 탄화수소(HC)와 상기 일산화탄소(CO)의 배출가스는 어느 한 쪽의 배출량이 많게 되면 다른 한쪽의 배출량이 적어지는 트레이드 오프(Trade off) 관계에 있다. 그럼에도 불구하고, 종래 기술에 따른 엔진의 후처리 장치는 엔진으로부터 외부로 배출되는 모든 배기가스를 도 1에 도시된 바와 같이 질소산화물 처리부(4)로 안내하여 상기 배기가스 중의 질소산화물(NOx)을 제거하고, 상기 질소산화물 처리부(4)를 거쳐 외부로 배출되는 배기가스를 OC(5)로 안내하여 상기 배기가스 중의 탄화수소(HC)와 일산화탄소(CO)를 제거하여 왔다.
이러한 획일적인 배기가스 처리경로는 상기 배기가스와 동반되는 황산화물이 상기 질소산화물 처리부(4)의 SCR(6)의 복수의 안내채널(미도시)에 코팅되어 있는 백금(Pt) 촉매재의 기능을 지속적으로 약화시키는 문제를 안고 있다. 게다가, 상기 탄화수소(HC)와 상기 일산화탄소(CO)까지 상시적으로 상기 백금(Pt) 촉매재에 부하(Load)를 가중시킬 경우 상기 SCR(6)의 질소산화물 처리 기능은 크게 떨어지게 되어, 결과적으로 상기 SCR(6)의 효율성과 내구성을 확보할 수 없게 되는 문제가 있다.
이에, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 유해한 질소산화물(NOx)을 무해한 물(H2O)과 질소(N2)로 전환시키는 SCR(Selective Catalytic Reduction)의 효율성과 내구성을 확보할 수 있게 하는 엔진의 후처리 장치를 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 엔진의 연소실로부터 배기관을 통해 외부로 배출되는 배기가스에 요소 수용액을 분사시키는 요소 수용액 분사부와, 상기 요소 수용액 분사부로부터 분사되는 요소 수용액과 혼합되는 배기가스 중의 질소산화물(NOx)을 무해한 물(H2O)과 질소(N2)로 전환시키는 질소산화물 처리부와, 상기 질소산화물 처리부로부터 배출되는 배기가스 중의 탄화수소(HC)와 일산화탄소(CO)를 저감시키는 OC(Oxidation Catalyst)를 포함하는 엔진의 후처리 장치에 있어서,
상기 엔진의 연소실로부터 외부로 배출되는 배기가스 중의 질소산화물(NOx)의 농도 수준에 따라, 상기 엔진의 연소실로부터 외부로 배출되는 배기가스를 제1 처리경로와 제2 처리경로로 일정 비율로 배분하여 공급하는 배출가스 제어유닛을 포함하는 엔진의 후처리 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 위의 본 발명의 일실시예에 대하여 다음의 구체적인 실시예들을 더 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 제1 처리경로와 상기 제2 처리경로의 비율이 100 : 0 또는 0 : 100 인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 배출가스 제어유닛은 상기 엔진의 외부에 마련되고, 상기 엔진의 연소실로부터 외부로 배출되는 배기가스 중의 질소산화물(NOx)의 농도를 탐지하여 전기신호를 발생시키는 녹스 디텍터와, 상기 녹스 디텍터로부터 발생되는 신호값과 미리 기억된 데이터 값을 비교하여 상기 제1 처리경로와 상기 제2 처리경로의 배기가스 배분 비율을 결정하는 컨트롤러와, 상기 엔진과 상기 질소산화물 처리부 사이의 배기관에 제공되고 상기 컨트롤러의 배분 비율 신호에 따라 상기 엔진의 연소실로부터 외부로 배출되는 배기가스를 상기 제1 처리경로와 상기 제2 처리경로로 일정 비율로 배분하여 공급하는 조정밸브로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 제1 처리경로는 상기 엔진, 상기 배출가스 제어유닛의 조정밸브, 상기 질소산화물 처리부 및 상기 OC로 구성되고, 상기 구성요소들은 배기관으로 연결된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 제2 처리 경로는 상기 엔진, 상기 배출가스 제어유닛의 조정밸브 및 상기 OC로 구성되고, 상기 구성요소들은 배기관으로 연결된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 컨트롤러는 상기 요소 수용액 분사부에 제공되는 액추에이터와 전기적으로 연결되며, 상기 컨트롤러는 상기 조정밸브의 유로를 상기 OC로 개방시킬 시 상기 액추에이터를 작동시켜 상기 요소 수용액 분사부의 작동을 정지시키고, 상기 조정밸브의 유로를 상기 질소산화물 처리부로 개방시킬 시 상기 액추에이터를 작동시켜 상기 요소 수용액 분사부의 작동을 재개시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 컨트롤러는 상기 질소산화물 처리부와 상기 OC의 운용량을 미리 설정된 제어프로그램에 따라 일정 시간 마다 기억시키고, 상기 엔진의 연소실로부터 외부로 배출되는 배기가스 중의 질소산화물(NOx)의 농도가 기 설정된 질소산화물의 일정영역의 수준에 머무를 때 미리 기억된 상기 질소산화물 처리부와 상기 OC의 운용량 데이터 값을 보간(interpolation)하여 상기 조정밸브를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 엔진의 연소실로부터 외부로 배출되는 배기가스 중의 질소산화물(NOx)의 농도 수준에 따라, 상기 엔진의 연소실로부터 외부로 배출되는 배기가스를 제1 처리경로와 제2 처리경로로 일정 배분비율로 안내하는 배출가스 제어유닛을 제공하여, 유해한 질소산화물(NOx)을 무해한 물(H2O)과 질소(N2)로 전환시키는 SCR의 효율성과 내구성을 확보할 수 있게 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 엔진의 후처리 장치를 보여주는 개략 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 엔진의 후처리 장치를 보여주는 개략 블록도.
* 부호의 설명 *
1: 엔진
2: 배기관
3: 요소 수용액 분사부
4: 질소산화물 처리부
5: OC
6: SCR
7: AOC
10: 엔진의 후처리 장치
15: 제1 처리경로
16: 제2 처리경로
20: 배출가스 제어유닛
21: 녹스 디텍터
22: 컨트롤러
23: 조정밸브
이하, 본 발명에 따른 엔진의 후처리 장치의 실시예를 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 엔진의 후처리 장치(10)는 도 2에 도시된 바와 같이, 엔진(1)의 연소실로부터 배기관(2)을 통해 외부로 배출되는 배기가스에 요소 수용액을 분사시키는 요소 수용액 분사부(3)와, 상기 요소 수용액 분사부(3)로부터 분사되는 요소 수용액과 혼합되는 배기가스 중의 질소산화물(NOx)을 무해한 물(H2O)과 질소(N2)로 전환시키는 질소산화물 처리부(4)와, 상기 질소산화물 처리부(4)로부터 배출되는 배기가스 중의 탄화수소(HC)와 일산화탄소(CO)를 저감시키는 OC(Oxidation Catalyst)(5)를 포함한다. 또한 상기 엔진의 후처리 장치(10)는 상기 엔진(1)의 연소실로부터 외부로 배출되는 배기가스 중의 질소산화물(NOx)의 농도 수준에 따라, 상기 엔진(1)의 연소실로부터 외부로 배출되는 배기가스를 제1 처리경로(15)와 제2 처리경로(16)로 일정 비율로 배분하여 공급하는 배출가스 제어유닛(20)을 포함한다.
한편, 상기 질소산화물 처리부(4)는 질소산화물을 무해한 물과 산소로 전환시키는 SCR(Selective Catalytic Reduction)(6)과, 상기 SCR(6) 내에서 반응이 이루어지지 않고 그대로 슬립되는 암모니아를 제거하는 AOC(Ammonia Oxidation Catalyst)(7)로 구성된다.
전술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 엔진의 후처리 장치(10)는 제1 처리경로(15), 제2 처리경로(16) 및 배출가스 제어유닛(20)을 포함하는 형태로 제공되어, 상기 배출가스 제어유닛(20)의 제어를 통해 엔진(1)의 연소실로부터 외부로 배출되는 배기가스를 상기 배기가스 중의 질소산화물(NOx)의 농도 수준에 따라, 제1 처리경로(15)와 제2 처리경로(16)로 일정 배분비율로 안내하여 처리할 수 있게 한다.
이는 상기 배기가스 중의 황산화물이 상기 질소산화물 처리부(4)에 구비되는 SCR(6)의 백금(Pt) 촉매재의 기능을 지속적으로 약화시키는 문제를 해소하고 상기 배기가스 중의 탄화수소(HC)와 일산화탄소(CO)가 상기 백금(Pt) 촉매재에 상시적으로 가해지는 부하(Load)를 경감시켜, 결과적으로 상기 질소산화물 처리부(4)(예컨대, SCR)의 효율성과 내구성을 확보할 수 있게 한다.
또한, 본 발명에 따른 엔진의 후처리 장치는 전술한 바와 같은 기본구성에 다음의 구체적인 실시예들로 더 한정되는 형태로 이루어질 수 있다.
일실시예로, 상기 제1 처리경로(15)와 상기 제2 처리경로(16)의 비율이 100 : 0 또는 0 : 100로 이루어질 수 있다. 이와 같은 형태의 배기가스 비율 배분은 배기가스를 상기 제1 처리경로(15)와 상기 제2 처리경로(16)의 중의 어느 하나로 전부 보내고 나머지 하나에 대해서는 완전히 차단하는 것을 의미한다.
일실시예로, 상기 배출가스 제어유닛(20)은 녹스 디텍터(21), 컨트롤러(22) 및 조정밸브(23)를 포함한다.
여기서, 상기 녹스 디텍터(21)는 상기 엔진(1)의 외부에 마련되고, 상기 엔진(1)의 연소실로부터 외부로 배출되는 배기가스 중의 질소산화물(NOx)의 농도를 탐지하여 전기신호를 발생시킨다.
상기 컨트롤러(22)는 상기 녹스 디텍터(21)로부터 발생되는 신호값과 미리 기억된 데이터 값을 비교하여 상기 제1 처리경로(15)와 상기 제2 처리경로(16)의 배기가스 배분 비율을 결정한다. 상기 컨트롤러(22)는 추가로 설치될 수도 있고, 또한 전자식 엔진에 기본적으로 장착되는 엔진제어유닛(ECU)에서 이 기능을 수행할 수도 있다.
상기 조정밸브(23)는 상기 엔진(1)과 상기 질소산화물 처리부(4) 사이의 배기관(2)에 제공되고 상기 컨트롤러(22)의 배분 비율 신호에 따라 상기 엔진(1)의 연소실로부터 외부로 배출되는 배기가스를 상기 제1 처리경로(15)와 상기 제2 처리경로(16)로 일정 비율로 배분하여 공급한다.
위와 같은 구조의 배출가스 제어유닛(20)은 상기 녹스 디텍터(21), 상기 컨트롤러(22) 및 상기 조정밸브(23)로 비교적 간단하게 구성되어 상기 엔진의 후처리 장치(10)를 보다 콤팩트하게 하는 이점을 준다. 또한 상기 배출가스 제어유닛(20)의 컨트롤러(22)는 상기 녹스 디텍터(21)로부터 송출되는 전기신호를 수신하여 비교분석을 통해 얻어진 판단결과에 의거 상기 조정밸브(23)를 통해 상기 배기가스를 상기 제1 처리경로(15)와 상기 제2 처리경로(16) 중의 어느 하나로 또는 상기 두 처리경로(15,16)에 대해 일정 배분비율로 적절히 안내할 수 있게 한다.
일실시예로, 상기 제1 처리경로(15)는 상기 엔진(1), 상기 배출가스 제어유닛(20)의 조정밸브(23), 상기 질소산화물 처리부(4) 및 상기 OC(5)로 구성되고, 상기 구성요소들은 배기관(2)으로 연결된 형태로 이루어진다. 상기 배기관(2)은 상호 인접한 구성요소 간의 연통을 가능하게 하고 배기가스의 열에 견딜 수 있는 것이면, 어떤 형태, 재질 등으로 이루어져도 무방하다.
일실시예로, 상기 제2 처리 경로(16)는 상기 엔진(1), 상기 배출가스 제어유닛(20)의 조정밸브(23) 및 상기 OC(5)로 구성되고, 상기 구성요소들은 배기관(2)으로 연결된 형태로 이루어진다. 상기 배기관(2)은 상호 인접한 구성요소 간의 연통을 가능하게 하고 배기가스의 열에 견딜 수 있는 것이면, 어떤 형태, 재질 등으로 이루어져도 무방하다.
일실시예로, 상기 컨트롤러(22)는 상기 요소 수용액 분사부(3)에 제공되는 액추에이터(미도시)와 전기적으로 연결된다. 또한 상기 컨트롤러(22)는 상기 조정밸브(23)의 유로를 상기 OC(5)로 개방시킬 시 상기 액추에이터를 작동시켜 상기 요소 수용액 분사부(3)의 작동을 정지시키고, 상기 조정밸브(23)의 유로를 상기 질소산화물 처리부(4)로 개방시킬 시 상기 액추에이터를 작동시켜 상기 요소 수용액 분사부(3)의 작동을 재개시킨다. 상기 액추에이터(미도시)는 추가적으로 설치될 수 있지만, 상기 요소 수용액 분사부(3)에 제공된 분사노즐을 제어하는 액추에이터로 그 기능을 대신할 수도 있다. 이는 엔진의 후처리 장치 구조를 좀더 단순화시킬 수 있게 한다.
일실시예로, 상기 컨트롤러(22)는 상기 질소산화물 처리부(4)와 상기 OC(5)의 운용량을 미리 설정된 제어프로그램에 따라 일정 시간 마다 기억시키는 기능을 수행한다. 또한 상기 컨트롤러(22)는 상기 엔진(1)의 연소실로부터 외부로 배출되는 배기가스 중의 질소산화물(NOx)의 농도가 기 설정된 질소산화물의 일정영역의 수준에 머무를 때, 미리 기억된 상기 질소산화물 처리부(4)와 상기 OC(5)의 운용량 데이터 값을 보간하여 상기 조정밸브(23)를 제어한다. 이는 상기 엔진(1)의 연소실로부터 외부로 배출되는 배기가스 중의 질소산화물(NOx)의 농도가 기 설정된 질소산화물의 일정영역의 수준에 비교적 긴 시간 동안 머무를 때 상기 질소산화물 처리부(4)와 상기 OC(5)의 운용량이 어느 한 쪽으로 장기간 집중되는 것을 해소할 수 있게 한다.
다음의 표 1은 질소산화물(NOx)의 농도 수준 별 상기 제1 처리경로(15)와 상기 제2 처리경로(16) 상으로 각각 배분되는 배기가스의 배분비율을 나타낸 것이다.
표 1
NOx(ppm) 제1 처리경로(%) 제2 처리경로(%)
일정영역의 농도 수준 초과 100 0
일정영역의 농도 수준(An) Xn Yn
일정영역의 농도 수준 미만 0 100
{An: NOx 배출량, Xn + Yn(배기가스 배출량)= 100, n= 1~30}
전술한 바와 같이 구성된 엔진의 후처리 장치의 실시예의 작동을 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
차량의 시동으로 엔진(1)의 연소실로부터 배기관(2)을 따라 외부로 배기가스가 배출되면, 배출가스 제어유닛(20)의 녹스 디텍터(21)가 상기 배기가스 중의 질소산화물(NOx)의 농도를 탐지하여 미리 설정된 질소산화물(NOx)의 기준 농도 수준을 초과할 때와 그 미만일 때로 각각 구분하여 해당 전기신호를 발생시킨다.
그러면, 컨트롤러(22)는 상기 녹스 디텍터(21)로부터 수신되는 신호값과 미리 기억된 데이터 값을 비교하여 상기 배기가스 중의 질소산화물(NOx)의 농도가 일정영역의 수준을 초과한 것으로 판단되면, 상기 조정밸브(23)의 유로를 상기 질소산화물 처리부(4)로 개방한다.
그러면, 상기 배기가스는 상기 조정밸브(23)를 통해 상기 질소산화물 처리부(4)로 안내되고, 그와 동시에 상기 컨트롤러(22)는 요소 수용액 분사부(3)의 분사노즐을 작동시켜 상기 배기관(2) 내의 배기가스에 요소 수용액을 분사한다. 그러면, 상기 요소 수용액은 상기 배기가스와 함께 상기 질소산화물 처리부(4)로 안내되고 상기 배기가스 중의 질소산화물(NOx)은 상기 질소산화물 처리부(4)를 거치면서 무해한 물(H2O)과 질소(N2)로 전환되며, 이와 같이 정화처리된 배기가스는 대기중으로 배출된다. 좀더 구체적으로, 상기 질소산화물 처리부(4)를 통한 배기가스 처리과정에서 상기 질소산화물(NOx)은 SCR(6)을 통해 무해한 물과 산소로 전환되고, 상기 SCR(6) 내에서 반응이 이루어지지 않고 그대로 슬립되는 암모니아는 AOC(7)를 거치면서 제거된다.
그와는 달리 상기 배기가스 중의 질소산화물(NOx)의 농도가 일정영역의 수준 미만인 것으로 판단되면, 상기 컨트롤러(22)는 상기 조정밸브(23)의 유로를 상기 OC(5)로 개방하고 그와 동시에 액추에이터(미도시)의 제어를 통해 요소 수용액 분사부(3)의 분사노즐의 작동을 정지시킨다. 그러면, 상기 배기가스는 상기 조정밸브(23)를 통해 직접 상기 OC(5)로 안내되어, 상기 배기가스 중의 탄화수소(HC)와 일산화탄소(CO)는 상기 OC(5)를 거치면서 산화반응되어 저감되고, 이와 같이 정화처리된 배기가스는 대기중으로 배출된다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서의 단순 치환, 변형 및 변경은 당 분야에서의 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이다.
본 발명에 따른 엔진의 후처리 장치는 엔진에 의한 혼합가스의 연소과정에서 발생하는 배기가스 중의 질소산화물(NOx)의 농도를 검출하여, 상기 질소산화물의 발생량이 클 때와 그것 보다 매연(soot)의 발생량이 클 때를 구분하여 배기가스의 유해가스를 처리하는데에 이용될 수 있다.

Claims (7)

  1. 엔진(1)의 연소실로부터 배기관(2)을 통해 외부로 배출되는 배기가스에 요소 수용액을 분사시키는 요소 수용액 분사부(3)와, 상기 요소 수용액 분사부(3)로부터 분사되는 요소 수용액과 혼합되는 배기가스 중의 질소산화물(NOx)을 무해한 물(H2O)과 질소(N2)로 전환시키는 질소산화물 처리부(4)와, 상기 질소산화물 처리부(4)로부터 배출되는 배기가스 중의 탄화수소(HC)와 일산화탄소(CO)를 저감시키는 OC(Oxidation Catalyst)(5)를 포함하는 엔진의 후처리 장치에 있어서,
    상기 엔진(1)의 연소실로부터 외부로 배출되는 배기가스 중의 질소산화물(NOx)의 농도 수준에 따라, 상기 엔진(1)의 연소실로부터 외부로 배출되는 배기가스를 제1 처리경로(15)와 제2 처리경로(16)로 일정 비율로 배분하여 공급하는 배출가스 제어유닛(20)을 포함하는 엔진의 후처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 처리경로(15)와 상기 제2 처리경로(16)의 비율이 100 : 0 또는 0 : 100 인 것인 엔진의 후처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 배출가스 제어유닛(20)은 상기 엔진(1)의 외부에 마련되고, 상기 엔진(1)의 연소실로부터 외부로 배출되는 배기가스 중의 질소산화물(NOx)의 농도를 탐지하여 전기신호를 발생시키는 녹스 디텍터(21)와, 상기 녹스 디텍터(21)로부터 발생되는 신호값과 미리 기억된 데이터 값을 비교하여 상기 제1 처리경로(15)와 상기 제2 처리경로(16)의 배기가스 배분 비율을 결정하는 컨트롤러(22)와, 상기 엔진(1)과 상기 질소산화물 처리부(4) 사이의 배기관(2)에 제공되고 상기 컨트롤러(22)의 배분 비율 신호에 따라 상기 엔진(1)의 연소실로부터 외부로 배출되는 배기가스를 상기 제1 처리경로(15)와 상기 제2 처리경로(16)로 일정 비율로 배분하여 공급하는 조정밸브(23)로 구성된 것인 엔진의 후처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 처리경로(15)는 상기 엔진(1), 상기 배출가스 제어유닛(20)의 조정밸브(23), 상기 질소산화물 처리부(4) 및 상기 OC(5)로 구성되고, 상기 구성요소들은 배기관(2)으로 연결된 것인 엔진의 후처리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 처리 경로(16)는 상기 엔진(1), 상기 배출가스 제어유닛(20)의 조정밸브(23) 및 상기 OC(5)로 구성되고, 상기 구성요소들은 배기관(2)으로 연결된 것인 엔진의 후처리 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 컨트롤러(22)는 상기 요소 수용액 분사부(3)에 제공되는 액추에이터와 전기적으로 연결되며, 상기 컨트롤러(22)는 상기 조정밸브(23)의 유로를 상기 OC(5)로 개방시킬 시 상기 액추에이터를 작동시켜 상기 요소 수용액 분사부(3)의 작동을 정지시키고, 상기 조정밸브(23)의 유로를 상기 질소산화물 처리부(4)로 개방시킬 시 상기 액추에이터를 작동시켜 상기 요소 수용액 분사부(3)의 작동을 재개시키는 것인 엔진의 후처리 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 컨트롤러(22)는 상기 질소산화물 처리부(4)와 상기 OC(5)의 운용량을 미리 설정된 제어프로그램에 따라 일정 시간 마다 기억시키며, 상기 엔진(1)의 연소실로부터 외부로 배출되는 배기가스 중의 질소산화물(NOx)의 농도가 기 설정된 질소산화물의 일정영역의 수준에 머무를 때 미리 기억된 상기 질소산화물 처리부(4)와 상기 OC(5)의 운용량 데이터 값을 보간(interpolation)하여 상기 조정밸브(23)를 제어하는 것인 엔진의 후처리 장치.
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