KR101427956B1 - 우레아 수용액 품질 판단 시스템 - Google Patents

우레아 수용액 품질 판단 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 우레아 수용액 품질 판단 시스템은, 주입구를 통해서 내부로 우레아수용액이 충진되는 우레아탱크, 상기 주입구의 하부에 주입된 일부 우레아가 담기는 테스트챔버, 상기 테스트챔버의 하부에서 상기 우레아탱크의 내부와 연결되는 메인라인, 상기 테스트챔버의 내부와 연결되는 테스트라인, 상기 메인라인과 상기 테스트라인이 합류하여 형성되는 펌핑라인, 상기 펌핑라인에 설치되어 상기 테스트챔버 또는 상기 우레아탱크의 우레아수용액을 펌핑하는 펌프, 상기 메인라인과 상기 테스트라인을 상기 펌핑라인과 선택적으로 연결하는 제어밸브, 및 상기 펌핑라인의 단부에 배치되어 배기가스가 흐르는 배기라인 안으로 우레아수용액을 분사하는 인젝터를 포함할 수 있다.
따라서, 우레아 수용액이 보충된 것으로 판단되면, 테스트라인을 통해서 테스트챔버에 담긴 우레아수용액을 인젝터로 펌핑하여 우레아수용액의 품질을 용이하게 판단할 수 있다.

Description

우레아 수용액 품질 판단 시스템{UREA SOLUTION QUALITY DETERMINATION SYSTEM}
본 발명은 질소산화물을 배출하는 배기라인에 우레아수용액을 분사하여 질소산화물을 저감시키되, 보충된 우레아수용액의 품질을 판단하여 이에 대처하는 우레아 수용액 품질 판단 시스템에 관한 것이다.
차량의 배출가스 규제가 더욱 강화되면서, 효율적인 질소산화물 저감 후처리 장치가 필요하다.
그 중 선택적촉매환원유닛은 배기가스에 포함된 질소산화물을 암모니아와 반응시켜 무해한 물질로 변환시키는데, 암모니아를 생성시키기 위해서 우레아를 배기가스 중에 분사한다.
특히 우레아 수용액을 분사하는 시스템에서 우레아 수용액의 품질이 매우 중요하며, OBD 측면에서 우레아 수용액의 품질의 감지하고 이를 경고할 수 있는 방법이 필요하다.
특히, 우레아 탱크에 우레아 수용액이 일정한 레벨 담긴 상태에서, 새로운 우레아 수용액이 충전되는 경우에, 기존의 우레아 수용액과 새로운 우레아 수용액이 혼합되어, 새로운 우레아 수용액의 품질을 판단하는 것은 더욱 어렵다.
따라서, 본 발명은 우레아 수용액이 우레아 탱크로 보충된 것을 판단하고, 보충된 우레아 수용액의 품질을 판단하여 경고함으로써 결국 배기가스의 품질을 향상시키고 자연환경을 보호할 수 있는 우레아 수용액 품질 판단 시스템을 제공하는 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 우레아 수용액 품질 판단 시스템은, 주입구를 통해서 내부로 우레아수용액이 충진되는 우레아탱크, 상기 주입구의 하부에 주입된 일부 우레아가 담기는 테스트챔버, 상기 테스트챔버의 하부에서 상기 우레아탱크의 내부와 연결되는 메인라인, 상기 테스트챔버의 내부와 연결되는 테스트라인, 상기 메인라인과 상기 테스트라인이 합류하여 형성되는 펌핑라인, 상기 펌핑라인에 설치되어 상기 테스트챔버 또는 상기 우레아탱크의 우레아수용액을 펌핑하는 펌프, 상기 메인라인과 상기 테스트라인을 상기 펌핑라인과 선택적으로 연결하는 제어밸브, 및 상기 펌핑라인의 단부에 배치되어 배기가스가 흐르는 배기라인 안으로 우레아수용액을 분사하는 인젝터를 포함할 수 있다.
상기 제어밸브는 상기 메인라인과 상기 테스트라인이 합류하는 지점에 설치되는 전환밸브일 수 있다.
상기 배기라인에는 상기 인젝터의 하류측으로 선택적촉매환원유닛이 배치될 수 있다.
상기 선택적촉매환원장치의 상류측과 하류측에는 각각 녹스센서가 배치될 수 있다.
상기 우레아탱크에는 내부에 충진된 우레아수용액의 레벨을 감지하는 레벨센서가 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 우레아 수용액 품질 판단 방법은 우레아탱크에 담긴 우레아수용액이 증가된 양을 감지하는 단계, 배기가스에 포함된 질소산화물의 배출양이 일정한지 판단하는 단계, 증가된 우레아수용액의 양을 통해서 우레아수용액이 보충된 것을 판단하는 단계, 우레아수용액이 보충된 것으로 판단되고, 질소산화물의 배출양이 일정한 것으로 판단되면, 상기 우레아탱크의 주입구 하부에 형성된 테스트챔버의 우레아수용액을 인젝터로 펌핑하는 단계, 상기 테스트챔버의 우레아수용액이 분사되는 동안, 선택적촉매환원유닛의 정화율을 감지하는 단계, 및 상기 선택적촉매환원유닛의 정화율이 설정치 미만이면, 경고신호를 발생시키는 단계를 포함한다.
상기 테스트챔버와 연결되는 테스트라인, 상기 우레아탱크의 하부와 연결되는 메인라인, 상기 메인라인과 상기 테스트라인이 합류되어 상기 인젝터로 연결되는 펌핑라인, 상기 펌핑라인에 설치되는 펌프, 및 상기 테스트라인과 상기 메인라인이 합류되는 지점에 설치되는 전환밸브를 포함한다.
상기 경고신호에 따라서 경고등을 점등하거나 엔진의 출력을 강제로 저하시킨다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 우레아 수용액 품질 판단 시스템은, 우레아 수용액이 보충된 것으로 판단되면, 테스트라인을 통해서 테스트챔버에 담긴 우레아수용액을 인젝터로 펌핑하여 우레아수용액의 품질을 용이하게 판단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 우레아 수용액 품질 판단 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 우레아 수용액의 품질을 판단하는 방법을 보여주는 플로우차트이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 우레아 수용액 품질 판단 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 우레아 수용액 품질 판단 시스템은 우레아탱크(100), 레벨센서(110), 테스트챔버(130), 주입구(120), 메인라인(144), 테스트라인(142), 전환밸브(140), 펌핑라인(146), 펌프(150), 인젝터(160), 배기라인(180), 녹스센서(197), 선택적촉매환원유닛(170), 도징컨트롤유닛(190), 및 제어부(195)를 포함한다.
상기 우레아탱크(100)의 상부 일측에는 주입구(120)가 형성되고, 상기 주입구(120)로 우레아 수용액이 보충된다. 상기 주입구(120)의 바로 하부에는 테스트챔버(130)가 형성된다.
상기 테스트챔버(130)는 상기 우레아탱크(100) 내부에 배치되고, 상기 주입구(120)로부터 보충되는 우레아수용액이 일시적으로 담기는 그릇이다. 상기 테스트챔버(130)의 하부와 측면은 폐쇄되고, 상부로 개방된 구조를 갖는다.
상기 주입구(120)로 보충되는 우레아수용액은 상기 테스트챔버(130)에 담기고, 넘치는 우레아 수용액이 상기 우레아탱크(100)의 내부 하부에 충진된다.
상기 우레아탱크(100)의 하부는 메인라인(144)과 연결되고, 상기 테스트챔버(130)는 테스트라인(142)과 연결된다. 상기 테스트라인(142)과 상기 메인라인(144)은 하나의 상기 펌핑라인(146)으로 합류된다.
상기 메인라인(144), 상기 테스트라인(142), 및 상기 펌핑라인(146)이 합류하는 지점에 제어밸브로써 상기 전환밸브(140)가 배치된다. 상기 펌핑라인(146)의 단부에는 상기 인젝터(160)가 배치되고, 상기 펌핑라인(146)에는 펌프(150)가 배치된다.
상기 인젝터(160)는 상기 배기라인(180)의 내부로 우레아 수용액을 분사하고, 상기 인젝터(160)의 하류측에 상기 선택적촉매환원유닛(170)이 배치된다.
상기 선택적촉매환원유닛(170)의 상류측과 하류측에는 각각 녹스센서(197)가 배치되고, 상기 녹스센서(197)는 배기가스에 포함된 질소산화물을 감지하고, 그 감지된 신호를 상기 제어부(195)로 송신한다.
상기 제어부(195)는 수신된 신호와 엔진(미도시)의 운전상태에 따라서 상기 도징컨트롤유닛(190)을 제어한다. 상기 도징컨트롤유닛(190)은 상기 전환밸브(140), 상기 펌프(150), 및 상기 인젝터(160)를 제어한다.
상기 전환밸브(140)에 의해서 상기 테스트챔버(130)의 우레아수용액은 상기 테스트라인(142)을 통해서 상기 인젝터(160)로 펌핑되거나, 상기 우레아탱크(100)의 우레아수용액은 상기 메인라인(144)을 통해서 상기 인젝터(160)로 펌핑된다.
상기 레벨센서(110)는 상기 우레아탱크(100)의 하부에 충진된 우레아수용액의 레벨을 감지하고, 그 감지된 신호를 상기 제어부(195)로 송신한다. 상기 제어부(195)는 상기 레벨센서(110)에서 보내진 신호를 이용하여 상기 우레아수용액이 상기 우레아탱크(100)에 보충된 것을 판단한다.
상기 우레아탱크(100)로 우레아수용액이 보충된 것으로 판단되고, 상기 녹스센서(197)에서 감지되는 질소산화물의 배출량이 일정하다고 판단되면, 상기 펌프(150)가 작동되고, 상기 테스트챔버(130), 상기 테스트라인(142), 상기 전환밸브(140), 상기 펌핑라인(146), 및 상기 인젝터(160)를 통해서 상기 우레아수용액이 상기 배기라인(180) 내부로 분사된다.
그리고, 상기 녹스센서(197)는 우레아수용액이 분사된 후에 배기가스에 포함된 질소산화물을 감지하고, 상기 제어부(195)는 질소산화물의 정화율 즉, 상기 선택적촉매환원유닛(170)의 효율을 연산한다.
상기 선택적촉매환원유닛(170)의 효율이 설정치보다 낮은 것으로 판단되면, 상기 제어부(195)는 경고등을 점등하거나 강제로 엔진의 출력을 낮춘다.
반대로, 상기 선택적촉매환원유닛(170)의 효율이 설정치보다 높은 것으로 판단되면, 상기 전환밸브(140)를 제어하여 상기 테스트라인(142)이 아니라 상기 메인라인(144)을 통해서 우레아수용액이 상기 인젝터(160)로 펌핑될 수 있도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 우레아 수용액의 품질을 판단하는 방법을 보여주는 플로우차트이다.
도 2를 참조하면, S200에서 제어가 시작되고, S210에서 상기 우레아탱크(100)의 레벨을 감지한다. S220에서 상기 우레아탱크(100)에 충진된 우레아수용액의 증가량이 설정치(1Liter)보다 큰지 판단된다.
S230에서 상기 배기라인(180)을 통해서 지나는 배기가스에 포함된 질소산화물의 배출양이 상기 녹스센서(197)를 통해서 일정한지 판단된다. 여기서, 질소산화물의 배출양이 일정한 조건은 엔진이 일정하게 운전되는 아이들상태를 포함한다.
질소산화물의 배출양이 일정한 것으로 판단되면, S240에서 우레아가 공급될 라인을 선택한다. 여기서, 상기 테스트라인(142)이 선택된다.
상기 테스트챔버(130)에 담긴 우레아수용액이 상기 테스트라인(142)과 상기 인젝터(160)를 통해서 상기 배기라인(180)으로 분사되는 동안, S250에서 상기 선택적촉매환원유닛(170)의 정화효율을 감지한다.
S260에서 상기 선택적촉매환원유닛(170)의 정화효율이 설정치보다 작으면, S270에서 경고등을 점등하거나 엔진의 출력을 강제로 낮춘다.
그리고, S260에서 상기 선택적촉매환원유닛(170)의 정화효율이 설정치보다 크면, S280에서 상기 테스트라인(142) 대신에 상기 메인라인(144)을 통해서 상기 우레아탱크(100)에 충진된 우레아 수용액을 상기 인젝터(160)로 펌핑한다. 그리고, S290에서 정상운전모드로 복귀하고, S300에서 제어를 끝낸다.
본 발명의 실시예에서는, 기존의 우레아 수용액을 담는 우레아탱크의 주입구 바로 하단에 테스트챔버를 준비하고, 우레아탱크로 주입되는 새로운 우레아수용액은 상기 테스트챔버에 담기도록 하는 구조를 가지고 있습니다.
또한, 레벨센서를 통해서 우레아수용액이 주입된 것을 판단하고, 주입된 것으로 판단되면, 상기 테스트챔버에 담긴 우레아수용액을 배기가스로 분사하여 새롭게 주입된 우레아수용액의 품질을 용이하게 판단하는 효과를 충족시키는 것입니다.
또한, 종래의 구조에서 기존의 우레아수용액과 새롭게 주입되는 우레아수용액이 혼합됨으로써, 새롭게 주입되는 우레아수용액의 품질을 명확하게 판단하지 못하는 것을 해결할 수 있습니다.
아울러, 아울러, 우레아 수용액의 품질이 저하되는 것으로 판단되면, 배기가스 품질을 충족시키지 못하는 것으로, 유해한 배기가스가 외부로 누출되는 것으로 판단될 수 있다. 따라서, 우레아수용액의 품질(성능)이 떨어지면, 경고신호를 발생시키거나 엔진의 출력을 일정한 수치로 저하시킴으로써 유해나 배기가스가 다량으로 배출되는 것을 미연에 방지할 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: 우레아탱크 110: 레벨센서
120: 주입구 130: 테스트챔버
140: 전환밸브 142: 테스트라인
144: 메인라인 146: 펌핑라인
150: 펌프 160: 인젝터
170: 선택적촉매환원유닛 180: 배기라인
190: 도징컨트롤유닛 195: 제어부
197: 녹스센서

Claims (8)

  1. 주입구를 통해서 내부로 우레아수용액이 충진되는 우레아탱크;
    상기 주입구의 하부에 주입된 일부 우레아가 담기는 테스트챔버;
    상기 테스트챔버의 하부에서 상기 우레아탱크의 내부와 연결되는 메인라인;
    상기 테스트챔버의 내부와 연결되는 테스트라인;
    상기 메인라인과 상기 테스트라인이 합류하여 형성되는 펌핑라인;
    상기 펌핑라인에 설치되어 상기 테스트챔버 또는 상기 우레아탱크의 우레아수용액을 펌핑하는 펌프;
    상기 메인라인과 상기 테스트라인을 상기 펌핑라인과 선택적으로 연결하는 제어밸브; 및
    상기 펌핑라인의 단부에 배치되어 배기가스가 흐르는 배기라인 안으로 우레아수용액을 분사하는 인젝터; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 우레아 수용액 품질 판단 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 제어밸브는 상기 메인라인과 상기 테스트라인이 합류하는 지점에 설치되는 전환밸브인 것을 특징으로 하는 우레아 수용액 품질 판단 시스템.
  3. 제1항에서,
    상기 배기라인에는 상기 인젝터의 하류측으로 선택적촉매환원유닛이 배치되는 것을 특징으로 하는 우레아 수용액 품질 판단 시스템.
  4. 제3항에서,
    상기 선택적촉매환원장치의 상류측과 하류측에는 각각 녹스센서가 배치되는 것을 특징으로 하는 우레아 수용액 품질 판단 시스템.
  5. 제1항에서,
    상기 우레아탱크에는 내부에 충진된 우레아수용액의 레벨을 감지하는 레벨센서가 배치되는 것을 특징으로 하는 우레아 수용액 품질 판단 시스템.
  6. 우레아탱크에 담긴 우레아수용액이 증가된 양을 감지하는 단계;
    배기가스에 포함된 질소산화물의 배출양이 일정한지 판단하는 단계;
    증가된 우레아수용액의 양을 통해서 우레아수용액이 보충된 것을 판단하는 단계;
    우레아수용액이 보충된 것으로 판단되고, 질소산화물의 배출양이 일정한 것으로 판단되면, 상기 우레아탱크의 주입구 하부에 형성된 테스트챔버의 우레아수용액을 인젝터로 펌핑하는 단계;
    상기 테스트챔버의 우레아수용액이 분사되는 동안, 선택적촉매환원유닛의 정화율을 감지하는 단계; 및
    상기 선택적촉매환원유닛의 정화율이 설정치 미만이면, 경고신호를 발생시키는 단계; 를 포함하는 우레아 수용액 품질 판단 방법.
  7. 제6항에서,
    상기 테스트챔버와 연결되는 테스트라인;
    상기 우레아탱크의 하부와 연결되는 메인라인;
    상기 메인라인과 상기 테스트라인이 합류되어 상기 인젝터로 연결되는 펌핑라인;
    상기 펌핑라인에 설치되는 펌프; 및
    상기 테스트라인과 상기 메인라인이 합류되는 지점에 설치되는 전환밸브; 를 포함하는 우레아 수용액 품질 판단 방법.
  8. 제6항에서,
    상기 경고신호에 따라서 경고등을 점등하거나 엔진의 출력을 강제로 저하시키는 것을 특징으로 하는 우레아 수용액 품질 판단 방법.
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