KR20060059400A

KR20060059400A - 엔진의 배기가스를 이용한 요소수용액 동결 방지구조

Info

Publication number: KR20060059400A
Application number: KR1020040098479A
Authority: KR
Inventors: 이동준
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2004-11-29
Filing date: 2004-11-29
Publication date: 2006-06-02
Also published as: KR101028482B1

Abstract

본 발명은 엔진의 배기가스를 이용한 요소수용액 동결 방지구조에 관한 것으로, 엔진(1) 및 콤프레셔(1') 그리고 온도센서가 설치된 UREA 탱크(2)와, ECU(3), 배기관(7)을 포함한 터보차져(4), SCR촉매(6), DCU(8) 및 DU(9) 등으로 이루어진 일련의 UREA 동결 방지구조에 있어서, 상기 터보차져(4)와 연결된 배기관(7)의 후단에 배기가스의 개폐 공급을 위한 밸브(5)를 설치하고 상기 밸브(5)와 UREA 탱크(2)를 이중관파이프(2')로 연결함과 아울러 상기 밸브(5)를 ECU(3)와 연결하며 UREA 탱크(2) 내부 온도가 -10 DEG 이하시 UREA 탱크(2)의 온도센서가 이를 감지하여 ECU(3)로 전달하고 상기 전달된 신호에 의해 ECU(3)가 상기 밸브(5)를 개방하여 배기가스의 공급에 의해 UREA의 온도가 상온이 되면 ECU(3)가 다시 개방된 밸브(5)가 차단될 수 있도록 구성된 구조를 특징으로 한다.

본 발명은 엔진 연소후 배출되는 약 300℃~600℃의 고온 고압의 배기가스를 이용하여 요소수용액 탱크(UREA 탱크)를 용이하게 히팅시켜 줌으로서 UREA 탱크 내부에 수용된 UREA의 동결을 방지할 수 있고 터보차져 후단의 배기가스를 이용함으로써 터보차져의 압축성능에 영향을 전혀 주지 않을 뿐 아니라 종래 흡입공기를 이용하는 방법과 비교하여 훨씬 효과적이고 안정적인 장점이 있다.

Description

엔진의 배기가스를 이용한 요소수용액 동결 방지구조{Preventing structure for freezing UREA being used exhaust gas of engine}

도 1은 본 발명의 개략적인 전체구성도

도 2는 종래 코일에 의한 히팅구조를 나타낸 개략적인 전체구성도

도 3은 종래 흡입공기를 이용한 히팅구조를 나타낸 개략적인 전체구성도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 엔진 1' : 콤프레셔

2 : 요소수용액(UREA) 탱크 2' : 이중관파이프

3 : 전자제어유닛(ECU) 4 : 터보차져

5 : 밸브 6 : SCR촉매

7 : 배기관 8 : 주입제어유닛(DCU)

9 : 주입유닛(DU)

본 발명은 엔진의 배기가스를 이용한 요소수용액 동결 방지구조에 관한 것이다.

본 발명은 엔진 연소후 배출되는 약 300℃~600℃의 고온 고압의 배기가스를 이용하여 요소수용액 탱크(UREA 탱크)를 용이하게 히팅시켜 줌으로서 UREA 탱크 내부에 수용된 UREA의 동결을 방지할 수 있도록 한 것이다.

현재 상용디젤 분야에서 EURO4, EURO5 배기가스규제 관련하여 새로운 후처리기술이 도입되고 있다. 이것은 국내 뿐만 아니라 해외의 모든 상용차 업체가 이를 준비하고 있는 배기가스 저감 기술로서 EGR기술과 UREA-SCR기술이 알려져 있다.

상기 두가지 기술 모두는 디젤엔진의 NOX를 저감하기 위해 제공되는 기술이며 EGR은 기존에 기적용중인 기술이나 UREA-SCR은 아직까지도 개발중인 신기술로 전세계적으로 양산에 적용된 예가 없다. 하지만 유럽의 몇몇 업체는 EURO4에 적용하기 위하여 개발중이며 나머지 업체들도 EURO5에서는 모두 후처리방식을 UREA-SCR로 가기 위해 개발중에 있다.

상기 UREA-SCR(SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION)에 대하여 좀더 구체적으로 설명하면, 디젤엔진의 배기가스(HC, CO, PM, NOX)중에서 NOX를 저감하는 기술로서 배기가스중 NOX와 NH3(암모니아)를 반응시켜 N2와 H2O로 환원시키는 기술이며 배기관을 통해서 나오는 배기가스 중 NOX의 량을 센서를 통해서 확인하고 ECU에서 UREA 분사량을 결정하여 촉매 전단 배기관에 UREA를 분사하며 UREA가 NH3로 분리되어 촉매로 NOX와 함께 공급되는 것으로서 촉매안에서 NH3와 NOX가 반응하여 NOX를 제거하게 되는 방법이다.

이와 관련되어 종래에는 UREA의 동결방지를 위해 두가지 구조가 제안되었다.

첫째로, 코일스프링에 의한 히팅방식은 UREA 탱크의 온도센서를 통해 ECU에 서 릴레이를 통하여 전원을 공급하고 이를 제어해 주는 방법이나 코일스프링 설치에 따르는 문제점이 있고 내지 릴레이를 통해 별도의 전원을 공급해야 하는 문제점이 있다.

두 번째로 인테이크(INTAKE) 즉 흡입공기를 이용한 히팅방식은 UREA 탱크 내부 온도가 -11 DEG 이하시 UREA 온도센서에 의해 정보가 DCU로 전달되고 DCU와 엔진 ECU간 CAN 통신에 의해 정보를 엔진 ECU에서 인식하여 ECU에서 솔레노이드 밸브에 신호를 주어 밸브를 오픈시키게 되면 상기 밸브를 통해 고온의 흡기공기가 UREA 파이프를 따라 흘러 상기 흡기공기에 의해 UREA가 가열되고 탱크와 주입유닛내의 UREA온도가 0 DEG 이상이 되며 DCU를 통해 UREA 온도 정보가 엔진 ECU로 전해지게 되면 ECU에서 밸드를 다시 차단하여 바이패스된 공기는 UREA 탱크를 지난뒤에 대기로 방출도록 하는 과정을 통해 UREA의 동결을 방지시켜 주는 구조로 제공되고 있다.

그러나 상기 인테이크측 압축 흡입공기 방식은 흡입공기를 콤프레셔로 압축하기 때문에 온도가 올라가는 것인데 여기서 밸브를 통해 UREA 탱크와 파이프에 흡입공기를 공급하게 되면 그 늘어난 부피만큼 압력이 떨어져서 온도도 같이 떨어지고 기대하는 효과도 떨어진다.

또한, 에어 콤프레셔에서 흡입공기를 압축하는 것은 같은 부피의 연소실내로 많은양의 공기를 넣어서 같은 양의 연료로 최대한의 효과를 보기 위한 것으로 연소성을 좋게 하기 위한 방법인데 여기서 고압의 흡입공기량을 다른곳으로 바이패스 시키면 압력이 급격히 떨어지고 연소실내에 공급되는 공기량이 감소하여 엔진성능( 마력)이 떨어지게 된다.

그리고 주행중 UREA탱크내부의 온도가 -11 DEG 이하로 떨어지면 ECU에 의해 밸브가 작동하여 압축흡입공기가 공급되고 압력이 급격히 떨어지는데 이렇게 주행중 압축이 갑자기 떨어지면 연소실내 공기량이 줄어들어 불완전연소(즉, 공기량이 부족하여 연소가 잘 안된다)가 일어나고 엔진의 힘이 갑자기 떨어지게 되며 이렇게 되면 엔진은 심하게 펑펑 소리를 내는 소음이 발생하게 될 뿐 아니라 또한 불완전연소가 일어나서 배기가스의(PM, HC, CO)양이 갑자기 늘어나 차량이 심하게 울컥거리는 현상이 발생하게 된다.

이를 위해 본 발명은 엔진 및 콤프레셔 그리고 온도센서가 설치된 UREA 탱크와, ECU, 배기관을 포함한 터보차져, SCR촉매, DCU 및 DU 등으로 이루어진 일련의 UREA 동결 방지구조에 있어서, 상기 터보차져와 연결된 배기관의 후단에 배기가스의 개폐 공급을 위한 밸브를 설치하고 상기 밸브와 UREA 탱크를 이중관파이프로 연결함과 아울러 상기 밸브를 ECU와 연결하며 UREA 탱크 내부 온도가 -10 DEG 이하시 UREA 탱크의 온도센서가 이를 감지하여 ECU로 전달하고 상기 전달된 신호에 의해 ECU가 상기 밸브를 개방하여 배기가스의 공급에 의해 UREA의 온도가 상온이 되면 ECU가 다시 개방된 밸브가 차단될 수 있도록 구성되는 일련의 UREA 동결방지 구조 를 제공함으로서 상기 목적을 달성하고자 한다.

본 발명은 엔진(1) 및 콤프레셔(1') 그리고 온도센서가 설치된 UREA 탱크(2)와, ECU(3), 배기관(7)을 포함한 터보차져(4), SCR촉매(6), DCU(8) 및 DU(9) 등으로 이루어진 일련의 UREA 동결 방지구조에 있어서, 상기 터보차져(4)와 연결된 배기관(7)의 후단에 배기가스의 개폐 공급을 위한 밸브(5)를 설치하고 상기 밸브(5)와 UREA 탱크(2)를 이중관파이프(2')로 연결함과 아울러 상기 밸브(5)를 ECU(3)와 연결하며 UREA 탱크(2) 내부 온도가 -10 DEG 이하시 UREA 탱크(2)의 온도센서가 이를 감지하여 ECU(3)로 전달하고 상기 전달된 신호에 의해 ECU(3)가 상기 밸브(5)를 개방하여 배기가스의 공급에 의해 UREA의 온도가 상온이 되면 ECU(3)가 다시 개방된 밸브(5)가 차단될 수 있도록 구성된 구조를 특징으로 한다.

본 발명은 엔진(1) 및 콤프레셔(1') 그리고 온도센서가 설치된 UREA 탱크(2)와, ECU(3), 배기관(7)을 포함한 터보차져(4), SCR촉매(6), DCU(8) 및 DU(9) 등의 기본적인 구성요소는 종래와 같이 그대로 유지한다.

다만 본 발명은 연소 후 배출되는 배기가스를 이용하여 UREA의 동결을 효과적으로 방지하기 위해 배기포트와 콤프레셔 사이에 약 300℃ ~ 600℃의 온도로 형성된 고온, 고압의 배기가스를 이용하여 이를 UREA 탱크(2)에 수용된 UREA의 온도를 상온으로 끌어올려 주고 있는 것이다.

이에 본 발명은 터보차져(4)와 연결된 배기관(4)의 후단에 배기가스의 개폐 공급을 위한 밸브(5)를 설치하고 상기 밸브(5)와 UREA 탱크(2)를 이중관파이프(2') 로 연결함과 아울러 상기 밸브(5)를 ECU(3)와 연결하고 있다.

이와 같은 상태에서 UREA 탱크(2) 내부 온도가 -10 DEG 이하시 UREA 탱크(2)의 온도센서가 이를 감지하여 ECU(3)로 전달하고 상기 전달된 신호에 의해 ECU(3)가 상기 밸브(5)를 개방하여 배기가스의 공급에 의해 UREA의 온도가 상온이 되면 ECU(3)가 다시 개방된 밸브(5)가 차단될 수 있도록 하고 있는 것이다.

이를 좀더 구체적으로 설명하면, UREA 탱크(2)의 온도를 온도센서가 감지하고 있는 상태에서 상기 UREA의 온도가 -10 DEG가 되면 ECU(3)의 신호에 의해 밸브(5)가 개방된다. 상기 밸브(5)는 배기관(7)과 이중관파이프(2')를 연결해 주기 위해 설치되는 것으로서 터보차져(4) 후단에 놓인 밸브(5)를 통해 고온 고압의 배기가스가 UREA 탱크(2)를 히팅시키고 안정된 온도 즉, UREA의 동결이 진행되지 않을 정도의 온도 0 DEG 이상의 상온이 되면 ECU(3)의 전기적인 신호에 의해 밸브가(5) 자동으로 닫히게 되어 있는 것이다.

한편, 이중관파이프(2')로 공급된 배기가스는 계속 이중관파이프(2')안에 있게 되어 온도와 압력이 동시에 떨어져 다시 밸브(5)가 열리게 되면 배기관(7)의 배압과 이중관파이프(2')의 압력차로 인해 고온의 배기가스가 이중관파이프(2')에 들어있는 낮은 압력의 차거운 공기를 밀어 순환시켜주게 됨으로서 UREA의 동결을 막을 수 있게 되는 것이다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누 구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.

Claims

엔진(1) 및 콤프레셔(1') 그리고 온도센서가 설치된 UREA 탱크(2)와, ECU(3), 배기관(7)을 포함한 터보차져(4), SCR촉매(6), DCU(8) 및 DU(9) 등으로 이루어진 일련의 UREA 동결 방지구조에 있어서, 상기 터보차져(4)와 연결된 배기관(7)의 후단에 배기가스의 개폐 공급을 위한 밸브(5)를 설치하고 상기 밸브(5)와 UREA 탱크(2)를 이중관파이프(2')로 연결함과 아울러 상기 밸브(5)를 ECU(3)와 연결하며 UREA 탱크(2) 내부 온도가 -10 DEG 이하시 UREA 탱크(2)의 온도센서가 이를 감지하여 ECU(3)로 전달하고 상기 전달된 신호에 의해 ECU(3)가 상기 밸브(5)를 개방하여 배기가스의 공급에 의해 UREA의 온도가 상온이 되면 ECU(3)가 다시 개방된 밸브(5)가 차단될 수 있도록 구성된 구조를 특징으로 하는 엔진의 배기가스를 이용한 요소수용액 동결 방지구조.