KR101047402B1

KR101047402B1 - Ｕｒｅａ-ＳＣＲ 시스템

Info

Publication number: KR101047402B1
Application number: KR1020050100005A
Authority: KR
Inventors: 김건태
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2005-10-24
Filing date: 2005-10-24
Publication date: 2011-07-08
Also published as: KR20070044093A

Abstract

본 발명은 Urea-SCR 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 요소 분무 후 배기가스에 요소가 잘 희석되도록 분무된 곳 후단에 스월생성장치를 설치함으로써, 에어라인을 통해 에어탱크로부터 유입된 공기를 소용돌이(스월;swirl) 치게 하여 배기가스와 요소를 희석시키고, SCR 시스템의 성능을 향상시켜 NOx의 양을 감소시키며, 요소 연비를 증대하여 경제적인 효과를 얻을 수 있도록 한 Urea-SCR 시스템에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 배기가스 중의 유해물질을 정화하기 위한 촉매기와, 배기파이프에 설치되어 에어공급포트를 통해 유입되는 공기에 의해서 요소를 주입하는 인젝터와, 요소탱크 내의 요소를 인젝터로 공급하는 요소공급펌프로 구성되되, 상기 인젝터에 의해 요소가 분무된 곳 후단에 스월생성장치를 설치하여 배기가스와 요소를 희석시키도록 한 것을 특징으로 하는 Urea-SCR 시스템을 제공한다.

Urea-SCR 시스템, NOx, 스월, 촉매기, 인젝터, 요소공급펌프

Description

Ｕｒｅａ-ＳＣＲ 시스템{Urea-Selective Catalytic Reduction system}

도 1은 종래의 Urea-SCR 시스템의 구성을 나타내는 장치구성도.

도 2는 본 발명에 따른 Urea-SCR 시스템의 구성을 나타내는 장치구성도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10a : 배기파이프 10b : 중간배기파이프

11 : 촉매기 12 : 에어공급포트

13 : 인젝터 14 : 요소공급펌프

15 : 에어탱크 16 : 스월발생포트

17 : 에어라인 18 : 요소탱크

자동차는 형태에 따라서 승용차나, 버스 및 트럭 등으로 분류하지만, 같은 차종이라도 사용하는 연료에 따라서 가솔린을 연료로 사용하는 가솔린 차량이나 디젤을 연료로 사용하는 디젤 차량 및 LPG(Liquefied Petroleum Gas)를 연료로 사용하는 LPG 차량으로 부르기도 한다.

상기 디젤 차량은 산소 과잉분위기에서 연소되므로 가솔린 엔진에 비해서 유해물질인 NOx의 발생량이 상당히 많고, 린번 분위기에서 연소되므로 NOx를 제거하기가 힘들다. 따라서, NOx제거기술로서 가장 활발히 개발 진행되는 것이 Urea(요소)-SCR(Selective Catalytic Reduction)시스템이다.

상기 Urea-SCR 시스템은 요소를 수용액 형태로 배기 가스라인에 공급하여 NOx와 NH₂-CO-NH₂ (요소;Urea)를 반응시켜 NOx를 N₂ + O₂ 로 변환시키는 방법이다.

상기 Urea-SCR 시스템은 도 1에 도시한 바와 같이, 엔진의 배기 매니폴드로부터 배기파이프(10a)를 통해 배출되는 배기가스 중의 유해물질을 정화하기 위한 촉매기(11)와, 배기파이프(10a)에 설치되어 에어공급포트(12)를 통해 유입되는 공기에 의해서 요소를 주입하는 인젝터(13)와, 요소탱크(18) 내의 요소를 인젝터(13)로 공급하는 요소공급펌프(14)와, 촉매기(11) 내의 온도를 측정하는 열전대와, 열전대로부터의 입력신호와 엔진측으로부터의 입력신호를 제공받는 DAS와, DAS에서 제공되는 신호에 의거하여 DAS 및 증폭회로를 거쳐 인젝터에 요소주입 제어신호를 출력하는 CPU를 구비하고 있다.

여기서, 상기 촉매기(11)의 열전대측에서 제공되는 온도 데이터와 엔진측에서 제공되는 rpm 데이터는 DAS(Data Acquisition System)로 입력되고, DAS는 입력된 온도 데이터 및 rpm 데이터를 가지고 전체 배기가스량 중에서 NOx량을 산출한 후, 이때의 산출값을 CPU로 전달한다.

상기 CPU는 입력된 산출값에 의거하여 DAS 및 증폭회로를 거쳐 인젝터(13)에 요소주입 제어신호를 출력한다. 즉, 상기 증폭회로를 거치면서 증폭된 신호를 인젝터(13)에 제공하여 이를 듀티제어하게 되며, 인젝터(13)는 요소공급펌프(14)를 통해 요소탱크(18)로부터 유입된 요소를 배기파이프(10a)로 주입하게 된다.

이렇게 주입된 요소는 NOx와 반응하여 이를 N₂ 와 O₂ 로 변환시키게 되며, 촉매기(11)를 거치면서 정화된 배기가스는 중간 배기파이프(10b)를 통해 소음기로 공급된 다음, 엔드 파이프를 통해 대기 중으로 배출된다

한편, 현재의 Urea-SCR 시스템은 단공 또는 다공의 분무형태를 갖는 인젝터(13)를 사용하고 있다. 이것은 요소의 분무성능을 향상시키기 위하여 기존의 단공형태에서 다공의 분무형태로 발전시킨 형태이다.

상기 분무성능의 향상은 요소가 암모니아로 분해되고, 배기가스와 혼합되어 최고의 NOx 저감효율을 가져올 수 있다.

또한, 분무후 배기가스와의 혼합에 필요한 요소의 이동거리가 짧아져 레이아 웃 측면에서 유리하다.

그러나, 상기 인젝터의 다공홀로 분사하더라도 요소의 분무입자의 크기가 크고, 배기가스와 희석되기 위해 긴 이동거리가 필요하며, 다공으로 분무하더라도 미립화에 한계가 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 요소 분무 후 배기가스에 요소가 잘 희석되도록 분무된 곳 후단에 스월생성장치를 설치함으로써, 에어라인을 통해 에어탱크로부터 유입된 공기를 소용돌이 치게(스월;swirl) 하여 배기가스와 요소를 희석시키고, SCR 시스템의 성능을 향상시켜 NOx의 양을 감소시키며, 요소 연비를 증대하여 경제적인 효과를 얻을 수 있도록 한 Urea-SCR 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 요소를 수용액 형태로 배기 가스라인에 공급하여 NOx를 제거하는 Urea-SCR 시스템에 있어서,

배기가스 중의 유해물질을 정화하기 위한 촉매기와, 배기파이프에 설치되어 에어공급포트를 통해 유입되는 공기에 의해서 요소를 주입하는 인젝터와, 요소탱크 내의 요소를 인젝터로 공급하는 요소공급펌프로 구성되되, 상기 인젝터에 의해 요소가 분무된 곳 후단에 스월생성장치를 설치하여 배기가스와 요소를 희석시키도록 한 것을 특징으로 한다.

바람직한 구현예로서, 상기 스월생성장치는 에어탱크로부터 에어라인을 거쳐 스월발생포트를 통해 공기를 분사하여 스월(소용돌이)을 발생시키는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직한 구현예로서, 상기 스월발생포트는 배기파이프에서 단면적이 확장되는 촉매기의 입구에 설치되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명한다.

첨부한 도 2는 본 발명에 따른 Urea-SCR 시스템의 구성을 나타내는 장치구성도이다.

본 발명은 분무성능을 향상시키기 위해 스월생성장치를 장착한 Urea-SCR 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 분무성능을 향상시키기 위해 요소의 분무후 분무된 곳 후단에 스월생성장치를 설치한 점에 주안점이 있다.

상기 Urea-SCR 시스템은 가솔린 엔진에 비해서 유해물질인 NOx의 발생량이 상당적으로 많은 디젤차량에 사용되고, 요소를 수용액 형태로 배기 가스라인에 공급하여 NOx와 NH₂-CO-NH₂ (요소;Urea)를 반응시켜 NOx를 N₂ 와 O₂ 로 변환시킴으로써 NOx를 제거한다.

보다 상세하게는, 상기 Urea-SCR 시스템은 엔진의 배기 매니폴드로부터 배기파이프(10a)를 통해 배출되는 배기가스 중의 유해물질을 정화하기 위한 촉매기(11) 와, 배기파이프(10a)에 설치되어 에어공급포트(12)를 통해 유입되는 공기에 의해서 요소를 주입하는 인젝터(13)와, 요소탱크(18) 내의 요소를 인젝터(13)로 공급하는 요소공급펌프(14)와, 촉매기(11) 내의 온도를 측정하는 열전대와, 열전대로부터의 입력신호와 엔진측으로부터의 입력신호를 제공받는 DAS와, DAS에서 제공되는 신호에 의거하여 DAS 및 증폭회로를 거쳐 인젝터에 요소주입 제어신호를 출력하는 CPU로 구성되어 있다.

여기서, NOx와 요소의 반응을 원활하게 하기 위해서는 수용액 형태의 요소를 인젝터(13)를 통해 분무하여 미립화 시킨 다음, 배기가스의 NOx와 잘 혼합되도록 하는 것이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 분무성능을 향상시키기 위해 요소가 분무된 곳 후단에 스월생성장치를 장착한 것이다.

본 발명에 따른 스월생성장치는 압축공기가 충진된 에어탱크(15)와, 공기를 분사하여 스월을 발생시키는 스월발생포트(16)와, 에어탱크(15)와 스월발생포트(16)를 연결하는 에어라인(17)으로 구성되어 있다.

상기 스월발생포트(16)는 요소를 분무하는 인젝터(13)와 배기가스의 유해물질을 정화하는 촉매기(11) 사이에 장착되고, 중간 배기파이프(10b)에서 단면적이 확장되는 촉매기(11)의 입구에 일정각도로 경사지게 설치되어 공기가 소용돌이 치는데 효과적이다.

또한, 상기 스월발생포트(16)는 배기가스와 요소를 잘 희석시키기 위한 것으로서, 인젝터(13)와 연동하여 작동되어야 하므로 상기 CPU의 제어신호를 받게 되 고, 내부에는 솔레노이드 밸브와 같은 개폐수단이 내장되어 있다.

이와 같은 구성에 의한 본 발명에 따른 Urea-SCR 시스템의 작동상태를 설명하면 다음과 같다.

상기 CPU는 DAS에서 열전대의 온도 데이터 및 엔진측의 rpm 데이터를 가지고 전체 배기가스량 중에서 NOx량을 산출한 산출값을 입력받아 인젝터(13) 및 스월발생포트(16)의 작동을 제어하게 된다.

이때, 상기 촉매기(11)의 열전대측에서 제공되는 온도 데이터와 엔진측에서 제공되는 rpm 데이터는 DAS(Data Acquisition System)로 입력되고, DAS는 입력된 온도 데이터 및 rpm 데이터를 가지고 전체 배기가스량 중에서 NOx량을 산출한 후, 이때의 산출값을 CPU로 전달한다.

상기 CPU는 입력된 산출값에 의거하여 DAS 및 증폭회로를 거쳐 인젝터(13)에 요소주입 제어신호를 출력하고, 스월발생포트(16)에 스월발생 제어신호를 출력한다. 즉, 상기 증폭회로를 거치면서 증폭된 신호를 인젝터(13) 및 스월발생포트(16)에 제공하여 이를 듀티제어하게 되며, 인젝터(13)는 요소공급펌프(14)를 통해 요소탱크(18)로부터 유입된 요소를 배기파이프(10a)로 주입하게 되고, 스월발생포트(16)는 에어라인(17)을 통해 에어탱크(15)로 부터 유입된 공기를 중간 배기파이프(10b)로 소용돌이 치게 한다.

이렇게 주입된 요소는 스월발생에 의해 NOx와 용이하게 희석되므로, 반응성을 향상시켜 NOx를 N₂ 와 O₂ 로 변환시키게 되며, 촉매기(11)를 거치면서 정화된 배 기가스는 중간 배기파이프(10b)를 통해 소음기로 공급된 다음, 엔드 파이프를 통해 대기 중으로 배출된다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따른 Urea-SCR 시스템에 의하면, 요소 분무 후 배기가스에 요소가 잘 희석되도록 분무된 곳 후단에 스월생성장치를 설치함으로써, 에어라인을 통해 에어탱크로부터 유입된 공기를 소용돌이(스월;swirl) 치게 하여 배기가스와 요소를 희석시키고, SCR 시스템의 성능을 향상시켜 NOx의 양을 감소시키며, 요소 연비를 증대하여 경제적인 효과를 얻을 수 있다.

Claims

요소를 수용액 형태로 배기 가스라인에 공급하여 NOx를 제거하는 Urea-SCR 시스템에 있어서,

배기가스 중의 유해물질을 정화하기 위한 촉매기(11)와, 배기파이프(10a)에 설치되어 에어공급포트(12)를 통해 유입되는 공기에 의해서 요소를 주입하는 인젝터(13)와, 요소탱크(18) 내의 요소를 인젝터로 공급하는 요소공급펌프(14)로 구성되되, 상기 인젝터에 의해 요소가 분무된 곳 후단에 스월생성장치를 설치하여 배기가스와 요소를 희석시키도록 한 것을 특징으로 하는 Urea-SCR 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 스월생성장치는 에어탱크(15)로부터 에어라인(17)을 거쳐 스월발생포트(16)를 통해 공기를 분사하여 스월(소용돌이)을 발생시키는 것을 특징으로 하는 Urea-SCR 시스템.
청구항 2에 있어서, 상기 스월발생포트는 배기파이프에서 단면적이 확장되는 촉매기의 입구에 설치되는 것을 특징으로 하는 Urea-SCR 시스템.