KR102315379B1 - 배기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템 - Google Patents

배기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템 Download PDF

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박지훈
이진희
김수민
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김상준
권순일
김영진
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Abstract

본 발명은 연료를 가열하여 환원제를 선택적으로 기화시켜 엔진으로부터 배출되는 배기가스에 공급되도록 해 연료에 포함된 질소산화물을 저감하는 배기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 배기유로 상에 복수개의 배기홀이 형성된 기화부를 설치하여 연료에 포함된 환원제를 배기열에 의해 선택적으로 기화되도록 한 후, 배기홀을 통해 배기된 환원제가 배기가스와 섞이도록 하기 때문에 배기유로 상에 별도의 환원제 주입 장치가 설치되지 않아 경제적으로 절감할 수 있는 배기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템의 제공을 목적으로 한다.

Description

배기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템 {Selective Reductant Supply System for Exhaust Post-processing Devices}
본 발명은 배기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배기열을 이용하여 연료를 가열해 환원제를 선택적으로 기화시켜 엔진으로부터 배출되는 배기가스에 공급되도록 해 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감하는 배기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템에 관한 것이다.
자동차의 배기가스는 엔진으로부터 연소된 연료가 배기유로를 따라 이동하여 외부로 배출되는 가스를 말하는 것으로, 대기오염물질이 포함되는데 CO, CO2, NOx, HC 등의 가스 물질과 Soot, SOF, Soluble Organic Fraction, Sulfate 등의 입자상 물질이 있다. 디젤 엔진을 사용하는 자동차의 경우 NOx와 입자상 물질의 배출량이 많다는 문제점이 있으며, 차량의 의한 대기오염이 많은 문제를 야기하고 있다. 따라서, 자동차의 배기가스 규제는 점점 강화되고 있다.
따라서, 차량에는 배기가스 중 입자상 물질을 따로 포집하여 제거하도록 하는 필터와 질소산화물(NOx)을 제거하기 위한 NOx 저감 촉매와 같은 배기가스 후처리 시스템이 마련된다. NOx 저감 촉매는 배기가스 중에 포함된 NOx를 주로 정화하는 배기가스 정화 촉매로서, 배기유로를 통과하는 배기가스를 촉매를 이용하여 질소로 환원시켜 정화시킨다. 특히, LNT를 이용한 기술에서는 NOx를 저감하기 위해 탄화수소, 일산화탄소 및 수소 등이 환원제로 사용하며, 엔진의 연소 과정에서 연료 분사를 제어하여 배기 유로 내에 환원제를 공급하는 시스템이 이용되고 있다.
엔진 연소 과정에서 환원제를 공급하기 위해서는 배기 정화 촉매의 특성과 호환되는 복잡한 엔진 제어를 위해 많은 노력이 요구되며, 이에 따라 새로운 배기 촉매를 적용하고자 할 경우 엔진의 연소 과정까지 포함하는 제어 시스템의 변경이 필요하기 때문에 그 과정이 용이하지 않다는 문제점이 있다.
상기 문제점을 극복하기 위한 것으로, 환원제를 배기유로에 직접 분사하는 방법이 고려될 수 있다. 그러나, 이를 위해서는 배기유로 상에 환원제를 분사하는 구성이 설치되어야 한다. 먼저 복수 개의 분사 노즐과 펌프가 구비되어야 하며, 분사 노즐과 연결되고 펌프가 설치된 파이프가 설치되어야 해 구성이 복잡해지고, 높은 부품 비용이 발생하기 때문에 경제적으로 효율적이지 않다는 문제점이 있다. 또한, 분사되는 액체 연료가 저장되는 저장조가 따로 설치되어 저장조에 저장된 액체 연료가 다 소비되면 다시 채워야 한다는 번거로움이 있다. 아울러, 액체 상태로 배기유로에 공급되기 때문에 배기가스와 혼합되는 데 시간이 오래 걸린다는 문제점이 있다. 따라서, 상기한 문제점들을 해결하면서 배기유로에 효과적으로 환원제를 공급할 수 있는 기술에 관한 수요가 점점 늘어나고 있다.
1. 대한민국 등록특허공보 제10-1508731호 ("자동차 배기 후처리장치의 보조 환원제 주입 시스템", 2015.03.30.)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 배기유로 상에 복수개의 배기홀이 형성된 기화부를 설치하여 연료에 포함된 환원제를 배기열에 의해 선택적으로 기화되도록 한 후 배기홀을 통해 배기된 환원제가 배기가스와 섞이도록 하여, 배기유로 상에 별도의 환원제 주입 장치가 설치되지 않아 부품 및 설비 비용을 경제적으로 절감할 수 있는 배기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 배기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템은, 엔진에 공급되는 연료가 저장되는 연료 탱크; 외부와 연결되며 상기 엔진으로부터 발생된 배기가스를 외부로 배기하는 배기유로; 상기 연료 탱크로부터 연료를 공급받는 보조 연료 탱크; 상기 배기유로 상에 설치되며, 상기 보조 연료 탱크로부터 연료를 공급받고, 상기 연료에 포함된 환원제를 기화시켜 외면에 형성된 배기홀을 통해 기체 상태의 환원제가 상기 배기유로로 이동하는 기화부; 상기 연료 탱크와 상기 엔진 사이를 연결하며 연료가 이동 가능하도록 형성되는 연료 공급 유로; 및 상기 연료 탱크와 상기 보조 연료 탱크 사이를 연결하며 연료가 이동 가능하도록 형성되는 바이패스 유로;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 바이패스 유로는, 상기 바이패스 유로 상에 설치되어 상기 바이패스 유로를 통과하는 연료를 가압하는 펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템은, 상기 보조 연료 탱크가 가장 상부에 설치되며, 상기 보조 연료 탱크의 하부에는 기화부가 설치되고, 상기 기화부 하부에는 상기 연료 탱크가 설치되는 것을 특징으로 하며, 상기 보조 연료 탱크와 상기 기화부 사이에 설치되되, 높이 방향으로 연장되어 설치되는 환원제 공급 유로; 및 상기 기화부와 상기 연료 탱크 사이에 설치되되, 높이 방향으로 연장되어 설치되는 연료 회수 유로;를 더 포함하며, 상기 기화부에서 기화되지 않은 연료는 상기 연료 회수 유로를 따라 이동하여 상기 연료 탱크에 재공급되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기화부는, 상단은 상기 환원제 공급 유로와 연통되고, 하단은 상기 연료 회수 유로와 연통되도록 형성되며, 상기 배기유로의 높이 방향으로 소정 길이 연장되는 파이프 형태의 선택적 기화 유로가 상기 배기유로의 길이 방향을 따라 소정 간격을 두고 적어도 하나 이상 설치되며, 상기 선택적 기화 유로의 둘레 면에는 통공 형태의 배기홀이 복수 개 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기화부는, 상단은 상기 환원제 공급 유로와 연통되고, 하단은 상기 연료 회수 유로와 연통되도록 형성되며, 상기 배기유로의 높이 방향을 따라 지그재그 형태로 형성되되 위에서 아래 방향으로 경사가 형성된 선택적 기화 유로가 형성되며, 상기 선택적 기화 유로의 중심에 대해 상면에는 통공 형태의 배기홀이 복수 개 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 선택적 기화 유로는, 내벽에 윅(wick)이 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 환원제 공급 유로는, 상기 보조 연료 탱크에서 상기 기화부로 연료의 공급 여부 및 공급량을 제어하는 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 밸브는, 상기 엔진에 시동이 켜졌다고 판단될 경우 상기 환원제 공급 유로를 열어 상기 보조 탱크에 저장된 연료가 상기 기화부로 공급되도록 하고, 상기 엔진에 시동이 꺼졌다고 판단될 경우 상기 환원제 공급 유로를 닫아 상기 보조 탱크에 저장된 연료가 상기 기화부로 공급되지 않도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템은, 상기 배기유로 상에 설치되어 상기 엔진으로부터 생성된 배기가스에 포함된 질소산화물의 농도를 측정하는 질소산화물 측정 센서;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템은, 상기 질소산화물 측정 센서와 전기적으로 연결되며, 상기 질소산화물 측정 센서가 측정한 배기가스 내 포함된 질소산화물 농도를 수신 받고, 수신 받은 질소산화물 농도를 기반으로 상기 밸브를 제어하는 ECU;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 밸브는, 상기 질소산화물로부터 측정된 질소산화물의 농도에 따라 개폐가 제어되며, 상기 ECU가 수신 받은 질소산화물의 농도가 미리 설정된 농도보다 높거나 같다고 판단될 경우 상기 환원제 공급 유로를 열어 상기 보조 탱크에 저장된 연료가 상기 기화부로 공급되도록 하고, 상기 ECU가 수신 받은 질소산화물의 농도가 미리 설정된 농도보다 낮다고 판단될 경우 상기 환원제 공급 유로를 닫아 상기 보조 탱크에 저장된 연료가 상기 기화부로 공급되지 않도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 ECU는, 상기 질소산화물 측정 센서로부터 측정되는 배기가스에 포함된 질소산화물 농도를 실시간으로 수신 받으며, 상기 밸브는 상기 질소산화물 센서가 실시간으로 측정한 질소산화물 농도에 따라 상기 밸브의 개폐 정도를 자동으로 조절하여 연료의 공급량을 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 배기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템은, 배기유로 상에 복수개의 배기홀이 형성된 기화부를 설치하여 연료에 포함된 환원제를 배기열에 의해 선택적으로 기화되도록 한 후 배기홀을 통해 배기된 환원제가 배기가스와 섞이도록 하기 때문에 배기유로 상에 별도의 환원제 주입 장치가 설치되지 않아 부품 및 설비 비용을 경제적으로 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템의 개략도
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템의 기화부 정면도
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템의 기화부 확대 정단면도
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 배기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템의 기화부 정면도
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 배기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템의 기화부 확대 정단면도
도 6은 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 배기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템의 선택적 기화 유로 확대 평단면도
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템의 동작 예시도
도 8은 본 발명의 일 실시예의 변형 예에 따른 배기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템의 블록도
도 9는 본 발명의 일 실시예의 변형 예에 따른 배기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템의 동작 예시도
이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템의 개략도를 도시하고 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 선택적 환원 시스템은 연료 탱크(100), 연료 탱크(100)로부터 연료를 공급받는 엔진(200), 엔진(200)에서 발생된 배기가스가 배기되는 배기유로(500), 배기유로(500)를 통과하는 배기가스에 포함된 질소산화물을 제거하기 위해 산화환원 반응이 진행되는 컨버터(400) 및 배기유로(500) 상에 설치되며 엔진(200)과 컨버터(400) 사이에 설치되어 연료를 선택적으로 기화시키는 기화부(300)와 기화부(300)에 연료를 공급하는 보조 연료 탱크(130)를 포함한다.
연료 탱크(100)는 두 가지의 유로와 연결되는데, 하나는 연료 탱크(100)에 저장된 연료를 보조 연료 탱크(130)로 공급하는 바이패스 유로(110)이며, 나머지 하나는 연료 탱크(100)에 저장된 연료를 엔진(200)으로 공급하는 연료 공급 유로(120)이다. 이때, 바이패스 유로(110) 상에는 연료의 공급을 용이하도록 하기 위해 펌프(111)가 더 설치될 수 있다.
바이패스 유로(110)를 통과하여 보조 연료 탱크(130)로 공급된 연료는 보조 연료 탱크(130)에 저장되며, 기화부(300)와 연결되어 기화부(300)에 연료를 공급한다. 이때, 보조 연료 탱크(130)와 기화부(300)는 환원제 공급 유로(310)로 연결되어 있으며, 기화부(300)를 통과한 연료는 기화부(300)의 하부에 설치된 연료 회수 유로(320)를 따라 이동하여 연료 탱크(100)로 공급된다.
기화부(300)는 엔진(200)에서 배기되는 배기가스의 열에 의해 가열되고, 보조 연료 탱크(130)로부터 공급된 연료가 기화부(300)를 통과하는 동안 연료에 포함된 환원제가 배기가스의 열에 의해 기화되어 기화부(300)의 외면에 형성된 배기홀(301)을 따라 기체 상태로 배기되어 배기유로(500)에 공급되어 배기가스와 환원제가 혼합된다.
본 발명의 배기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템의 동작 매커니즘을 보다 자세하게 설명하자면, 먼저 연료 탱크(100)에 저장된 연료가 연료 공급 유로(120)를 통과하여 엔진(200)으로 공급된다. 엔진(200)에서 연료를 사용한 후 질소산화물이 포함된 배기가스가 배기유로(500)를 따라 이동한다.
이때, 배기유로(500)는 설명의 편의를 위하여 크게 세 가지로 구분하여 엔진(200)과 기화부(300) 사이에 형성된 배기유로는 제1배기유로(510), 기화부(300)와 컨버터(400) 사이에 형성된 배기유로는 제2배기유로(520), 컨버터(400)의 후단에 형성되어 외부와 연결되는 배기유로는 제3배기유로(530)라고 기재하도록 한다.
제1배기유로(510)를 따라 이동한 배기가스는 기화부(300)를 통과하게 되고, 배기가스의 열에 의해 기화부(300)를 통과하는 연료가 가열된다. 이때, 배기가스의 열에 의해 기화부(300)를 통과하는 연료에 포함된 환원제 성분이 기화되고, 기화부(300)의 외면에 형성된 배기홀(301)을 통해 배출되어 배기가스와 혼합되어 제2배기유로(520)를 통해 컨버터(400)로 공급된 후, 컨버터(400)에서 (배기가스+기체 환원제)의 산화 환원 공정을 진행한 후 질소산화물이 제거된 배기가스가 제3배기유로(530)를 통해 배기된다.
기화부(300)를 통과하는 연료를 공급하는 방법은 상술한 바와 같이 연료 탱크(100)에 저장된 연료가 바이패스 유로(110)를 통해 보조 연료 탱크(130)로 공급되고, 보조 연료 탱크(130)에 공급된 연료는 보조 연료 탱크(130)와 기화부(300) 사이에 형성된 환원제 공급 유로(310)를 통과하여 기화부(300)에 공급된다. 이때, 환원제 공급 유로(310) 상에는 밸브(311)가 설치되어 기화부(300)에 공급되는 연료의 양을 제어할 수 있다. 기화부(300)와 연료 탱크(100) 사이에는 연료 회수 유로(320)가 설치되어 기화부(300)를 통과하며 기화되지 않은 연료가 다시 연료 탱크(100)로 회수될 수 있도록 한다.
따라서, 보조 연료 탱크(130)가 가장 상부에 설치되고, 보조 연료 탱크(130)의 하부에 기화부(300)가 설치되며, 기화부(300)의 하부에 연료 탱크(100)가 설치되는 것이 바람직하며, 환원제 공급 유로(310)와 연료 회수 유로(320)는 높이 방향으로 연장되도록 형성되어 중력에 의해 연료가 위에서 아래로 떨어지도록 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 가장 하부에 위치한 연료 탱크(100)로부터 가장 상부에 위치하는 보조 연료 탱크(130)에 연료를 원활하게 공급하기 위해 바이패스 유로(110) 상에 압력을 가하는 펌프(111)가 설치되는 것이 바람직하다.
도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 배기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템의 기화부의 두 가지 실시예를 보다 자세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템의 기화부 정면도를 도시하고 있다. 도 2에 도시된 바와 같이 제1배기유로(510)와 제2배기유로(520) 사이에 위치하며, 상단은 환원제 공급 유로(310)와 연통되고, 하단은 연료 회수 유로(320)와 연통된다. 기화부(300a)는 높이 방향으로 연장되어 형성되는 파이프 형태의 유로가 배기유로(500)의 길이 방향을 따라 소정 간격을 두고 적어도 하나 이상 설치되며, 기화부(300a)의 외면에는 통공 형태의 배기홀(301a)이 복수 개 형성되어 있다.
도 3을 참조하여 보면, 환원제 공급 유로(310)로부터 연료가 공급되고, 연료는 상기 높이 방향으로 형성되는 파이프 형태의 유로를 통과한다. 이때, 엔진(200)으로부터 발생하는 배기가스의 열에 의해 기화부(300)가 가열되고, 기화부(300) 내부를 통과하는 연료의 환원제 성분이 기화하여 배기홀(301a)을 통해 배기유로(500)로 이동하고, 기화되지 않은 연료는 선택적 기화 유로(302a)를 따라 기화부(300a)의 하부로 이동하여 연료 회수 유로(320)를 통해 연료 탱크(100)로 이동한다. 배기홀(301a)을 통해 배기유로(500)로 배기된 기체 상태의 환원제는 배기가스와 혼합되어 제2배기유로(520)를 통과하여 컨버터(400)로 이동한다.
이때, 연료의 이동을 용이하도록 하기 위해 기화부(300a)를 포함하는 파이프 형태의 유로는 높이 방향으로 소정 길이 연장되도록 설치되어 둘레 면에 배기홀(301a)이 복수 개 형성되나, 기체 상태가 된 환원제는 위로 이동하기 때문에 둘레 면에 형성된 배기홀(301a)을 통해 원활하게 배출되지 않을 수도 있다는 문제점이 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 제 2 실시예를 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 배기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템의 기화부 정면도를 도시하고 있다. 도 4에 도시된 바와 같이 제1배기유로(510)와 제2배기유로(520) 사이에 위치하며, 상단은 환원제 공급 유로(310)와 연통되고, 하단은 연료 회수 유로(320)와 연통된다. 기화부(300b)는 지그재그 형태로 형성되되, 위에서 아래로 경사면을 갖는 지그재그 형태로 형성된다. 기화부(300b)의 외면에는 배기홀(301b)이 형성되되, 파이프의 외면 중 상면에 배기홀(301b)이 형성되는 것이 바람직하다.
도 5를 참조하여 보면, 환원제 공급 유로(310)로부터 연료가 공급되고, 연료는 지그재그 형태로 형성된 유로를 통과한다. 이때, 엔진(200)으로부터 발생하는 배기가스의 열에 의해 기화부(300b)가 가열되고, 기화부(300b) 내부를 통과하는 연료의 환원제 성분이 기화하여 배기홀(301b)을 통해 배기유로(500)로 이동하고, 기화되지 않은 연료는 기화부(300b)의 하부로 이동하여 연료 회수 유로(320b)를 통해 연료 탱크(100)로 이동한다. 배기홀(301b)을 통해 배기유로(500)로 배기된 기체 상태의 환원제는 배기가스와 혼합되어 제2배기유로(520)를 통과하여 컨버터(400)로 이동한다.
이때, 제 2 실시예에 따른 기화부(300b)는 위에서 아래로 경사가 형성된 지그재그 형태로 형성되기 때문에 기화되지 않은 연료는 선택적 기화 유로(302b)를 따라 이동한다. 상술한 바와 같이 위에서 아래로 경사가 형성되기 때문에 액체 상태의 연료는 선택적 기화 유로(302b)의 중심을 기준으로 하부를 따라 이동하고, 배기가스의 열에 의해 가열되어 기화된 성분은 선택적 기화 유로(302b)의 중심을 기준으로 상부에 형성된 배기홀(301b)을 따라 배기되어 배기유로(500)로 공급된다.
따라서, 액체 상태의 연료가 기화부(300)의 하부로 원활하게 이동할 수 있음과 동시에 연료의 환원제 성분이 기화하더라도 선택적 기화 유로(302b)의 상면에 형성된 배기홀(301b)을 통해 배기되기 때문에 기화된 성분이 용이하게 배기될 수 있다. 또한, 제 1 실시예와 같이 연료가 아래에서 위로 이동하는 것보다 제 2 실시예와 같이 지그재그 형태로 이동할 때 연료가 기화부(300b)에 머무르는 시간이 길기 때문에 연료에 포함된 환원제를 효과적으로 기화시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 배기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템의 선택적 기화 유로의 확대 평단면도를 도시하고 있다. 도 6에 도시된 바와 같이 선택적 기화 유로(302)의 내벽에는 윅(303)이 형성되는 것이 바람직하다. 윅은 히트 파이프에 주로 적용되는 구조로 모세관 현상을 만들어주는 것이다.
도 6에서 도시된 윅(303)의 구조는 그루브 타입으로 형성된 것을 도시하고 있으나, 그루브 타입, 소결 타입 및 금속 매쉬 타입 중 통상의 기술자가 용이하게 변경하여 사용할 수 있다.
보조 연료 탱크(130)에서 기화부(300)로 연료를 공급할 때, 환원제 공급 유로(310)에는 연료의 공급을 제어하는 밸브(311)가 설치되어 필요할 경우에 기화부(300)에 연료가 공급되도록 하는 것이 바람직하다. 이때, 밸브의 개폐를 제어하는 조건을 도 7 내지 도 9를 참조하여 설명하도록 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템의 동작 예시도를 도시하고 있다. 도 7에 도시된 바와 같이 엔진(200)이 구동되는 상태를 고려하여 배기가스에 포함된 질소산화물을 제거할 수 있는 최적의 연료 공급량을 확보하여 밸브의 개폐 정도를 조절하는 것이다. 이는 최적의 연료 공급량만큼 연료가 공급되도록 밸브가 열리는 정도가 고정되며, 시동이 켜지면 밸브가 열리고 시동이 꺼지면 밸브가 닫히도록 한다. 환원제로 사용되는 성분은 탄화수소로, 탄화수소/질소산화물의 비율이 1~20이 되는 범위 내에서 연료가 공급되도록 하는 것이 바람직하다. 다시 말해, 최적의 연료 공급량을 확보하여 해당되는 양만큼 연료가 공급되도록 밸브가 열리는 정도가 일정하게 유지된다.
도 8은 본 발명의 일 실시예의 변형 예에 따른 배기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템의 블록도를 도시하고 있다. 도 8에 도시된 바와 같이 밸브(311)는 ECU(600)와 전기적으로 연결된다. ECU(600)란 자동차의 엔진, 자동변속기, ABS의 상태를 컴퓨터로 제어하는 전자 제어 장치로 엔진 내 여러 기능을 최적 상태로 유지해 줄 수 있는 것으로, ECU(600)는 배기유로 상에 설치되어 엔진으로부터 발생된 배기가스에 포함된 질소산화물 농도를 측정하는 질소산화물 측정 센서(미도시)와 전기적으로 연결된다. ECU(600)는 질소산화물 측정 센서로부터 배기가스에 포함된 질소산화물 농도를 수신 받고, 수신 받은 질소산화물 농도에 따라 밸브(311)의 개폐 여부를 조절한다. 질소산화물 측정 센서 및 ECU(600)를 이용하여 밸브(311)가 제어되는 방법을 도 9의 순서도를 참조하여 자세히 설명하도록 한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예의 변형 예에 따른 배기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템의 동작 예시도를 도시하고 있다. 도 9에 도시된 바와 같이 먼저 ECU(600)는 질소산화물 농도 측정 센서로부터 엔진(200)에서 생성된 배기가스에 포함된 질소산화물 농도를 수신 받는 수신 단계(S100)를 진행한다. 수신 단계(S100) 이후 수신 받은 질소산화물의 농도 값과 미리 설정된 질소산화물의 농도 값을 비교하는 판단 단계(S200)를 진행한다.
판단 단계(S200)에서 ECU(600)가 질소산화물 측정 센서로부터 수신 받은 질소산화물의 농도 값이 미리 설정된 질소산화물의 농도 값보다 높거나 같다고 판단될 경우에는 밸브(311)를 열어 보조 연료 탱크(130)에 저장된 연료가 기화부(300)로 공급되도록 하는 밸브 오픈 단계(S300)를 진행하고, 판단 단계(S200)에서 ECU(600)가 수신 받은 질소산화물의 농도 값이 미리 설정된 질소산화물의 농도 값보다 낮다고 판단될 경우에는 ECU(600)가 배기가스에 포함된 질소산화물의 농도를 측정하고 값을 수신 받는 수신 단계(S100)를 다시 진행한다.
이때, 밸브 오픈 단계(S300)에서는 밸브가 열려 연료가 이동 가능하도록 할 뿐만 아니라 질소산화물의 농도를 실시간으로 수신 받아 질소산화물의 농도가 상당히 높다고 판단될 경우에는 밸브(311)를 100% 열어 기화부(300)로 연료가 많이 공급되도록 하고, 질소산화물의 농도가 미리 설정된 값보다 약간 더 높을 경우에는 밸브(311)를 50% 정도만 열어 연료가 적게 공급되도록 할 수 있다. 즉, ECU(600)가 실시간으로 배기가스에 포함된 질소산화물의 농도를 수신 받고 그에 따라 밸브의 개폐 정도도 실시간으로 제어하여 보조 연료 탱크(130)에서 기화부(300)로 공급되는 연료의 양을 제어할 수 있다.
본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
100 연료 탱크
110 바이패스 유로
111 펌프
120 연료 공급 유로
130 보조 연료 탱크
200 엔진
300 기화부
301 배기홀
302 선택적 기화 유로
303 윅
310 환원제 공급 유로
311 밸브
320 연료 회수 유로
400 컨버터
500 배기유로
510 제1배기유로
520 제2배기유로
530 제3배기유로
600 ECU

Claims (12)

  1. 엔진에 공급되는 연료가 저장되는 연료 탱크;
    외부와 연결되며 상기 엔진으로부터 발생된 배기가스를 외부로 배기하는 배기유로;
    상기 연료 탱크로부터 연료를 공급받고, 가장 상부에 설치되는 보조 연료 탱크;
    상기 보조 연료 탱크에 설치되는 환원제 공급 유로;
    상기 연료 탱크에 설치되는 연료 회수 유료; 및
    상기 배기유로 상에 설치되고, 상기 환원제 공급 유로와 상기 연료 회수 유로에 연결되며, 상기 보조 연료 탱크로부터 연료를 공급받고, 상기 연료에 포함된 환원제를 기화시켜 외면에 형성된 배기홀을 통해 기체 상태의 환원제가 상기 배기유로로 이동하는 기화부;를 포함하고,
    상기 기화부에서 기화되지 않은 연료는 상기 연료 회수 유로를 통해 상기 연료 탱크에 재공급하는 것을 특징으로 하는 배기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템은 상기 연료 탱크와 상기 보조 연료 탱크 사이를 연결하며 연료가 이동 가능하도록 형성되는 바이패스 유로를 포함하며,
    상기 바이패스 유로는,
    상기 바이패스 유로 상에 설치되어 상기 바이패스 유로를 통과하는 연료를 가압하는 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 기화부는,
    상단은 상기 환원제 공급 유로와 연통되고, 하단은 상기 연료 회수 유로와 연통되도록 형성되며,
    상기 배기유로의 높이 방향으로 소정 길이 연장되는 파이프 형태의 선택적 기화 유로가 상기 배기유로의 길이 방향을 따라 소정 간격을 두고 적어도 하나 이상 설치되며,
    상기 선택적 기화 유로의 둘레 면에는 통공 형태의 배기홀이 복수 개 형성되는 것을 특징으로 하는 배기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 기화부는,
    상단은 상기 환원제 공급 유로와 연통되고, 하단은 상기 연료 회수 유로와 연통되도록 형성되며,
    상기 배기유로의 높이 방향을 따라 지그재그 형태로 형성되되 위에서 아래 방향으로 경사가 형성된 선택적 기화 유로가 형성되며,
    상기 선택적 기화 유로의 중심에 대해 상면에는 통공 형태의 배기홀이 복수 개 형성되는 것을 특징으로 하는 배기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 선택적 기화 유로는,
    내벽에 윅(wick)이 형성된 것을 특징으로 하는 배기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 환원제 공급 유로는,
    상기 보조 연료 탱크에서 상기 기화부로 연료의 공급 여부 및 공급량을 제어하는 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 밸브는,
    상기 엔진에 시동이 켜졌다고 판단될 경우 상기 환원제 공급 유로를 열어 상기 보조 연료 탱크에 저장된 연료가 상기 기화부로 공급되도록 하고,
    상기 엔진에 시동이 꺼졌다고 판단될 경우 상기 환원제 공급 유로를 닫아 상기 보조 연료 탱크에 저장된 연료가 상기 기화부로 공급되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 배기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템.
  9. 제7항에 있어서, 상기 배기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템은,
    상기 배기유로 상에 설치되어 상기 엔진으로부터 생성된 배기가스에 포함된 질소산화물의 농도를 측정하는 질소산화물 측정 센서;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 배기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템은,
    상기 질소산화물 측정 센서와 전기적으로 연결되며, 상기 질소산화물 측정 센서가 측정한 배기가스 내 포함된 질소산화물 농도를 수신 받고, 수신 받은 질소산화물 농도를 기반으로 상기 밸브를 제어하는 ECU;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 밸브는,
    상기 질소산화물로부터 측정된 질소산화물의 농도에 따라 개폐가 제어되며,
    상기 ECU가 수신 받은 질소산화물의 농도가 미리 설정된 농도보다 높거나 같다고 판단될 경우 상기 환원제 공급 유로를 열어 상기 보조 연료 탱크에 저장된 연료가 상기 기화부로 공급되도록 하고,
    상기 ECU가 수신 받은 질소산화물의 농도가 미리 설정된 농도보다 낮다고 판단될 경우 상기 환원제 공급 유로를 닫아 상기 보조 연료 탱크에 저장된 연료가 상기 기화부로 공급되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 배기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 ECU는,
    상기 질소산화물 측정 센서로부터 측정되는 배기가스에 포함된 질소산화물 농도를 실시간으로 수신 받으며, 상기 밸브는 상기 질소산화물 측정 센서가 실시간으로 측정한 질소산화물 농도에 따라 상기 밸브의 개폐 정도를 자동으로 조절하여 연료의 공급량을 조절하는 것을 특징으로 하는 배기 후처리 장치의 선택적 환원제 공급 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2003010644A (ja) * 2001-07-03 2003-01-14 Meidensha Corp 脱硝装置の尿素水気化器
KR101456855B1 (ko) * 2012-11-22 2014-10-31 삼성중공업 주식회사 배기가스 정화장치 및 이를 구비한 선박
KR101508731B1 (ko) 2013-12-20 2015-04-07 계명대학교 산학협력단 자동차 배기 후처리장치의 보조 환원제 주입 시스템

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