KR19990053274A - 디젤기관의 배기가스 온도조절방법 - Google Patents
디젤기관의 배기가스 온도조절방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR19990053274A KR19990053274A KR1019970072890A KR19970072890A KR19990053274A KR 19990053274 A KR19990053274 A KR 19990053274A KR 1019970072890 A KR1019970072890 A KR 1019970072890A KR 19970072890 A KR19970072890 A KR 19970072890A KR 19990053274 A KR19990053274 A KR 19990053274A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- temperature
- exhaust gas
- diesel engine
- ceramic filter
- heat exchanger
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 29
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims abstract description 16
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 38
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 36
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 23
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 12
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 12
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 12
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 11
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 9
- 239000002816 fuel additive Substances 0.000 claims description 9
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 claims description 8
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000012804 iterative process Methods 0.000 claims description 6
- 230000002411 adverse Effects 0.000 claims description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims 3
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 claims 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims 3
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 claims 3
- 239000011669 selenium Substances 0.000 claims 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 abstract description 4
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 83
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 7
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 6
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 4
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 4
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 3
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 3
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 3
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N Sulphur dioxide Chemical compound O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229910052815 sulfur oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000003517 fume Substances 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 230000003584 silencer Effects 0.000 description 1
- XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N sulfur monoxide Chemical class S=O XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 231100000167 toxic agent Toxicity 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
- F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
- F01N3/023—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
- F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
- F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
- F01N3/22—Control of additional air supply only, e.g. using by-passes or variable air pump drives
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
- F01N2560/06—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being a temperature sensor
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
Abstract
본 발명은 디젤기관의 배기가스 온도조절방법에 관한 것으로, 디젤기관의 배기가스 정화용 필터에 흡착되는 미연소 미립자를 연소·소각시켜 필터를 반복적으로 재생사용하도록 함과 아울러, 필터 촉매의 적정 활성화 온도를 구현하여 필터에 의한 배기가스의 정화능을 개선할 수 있도록, 디젤기관으로의 흡입공기공급량을 감소시키거나 디젤기관으로부터 배출되는 배기가스의 고열을 열교환하여 디젤기관으로 공급되는 흡입공기의 온도를 상승시켜 배기가스 온도를 상승시키도록 함으로써, 별도의 외부 열원없이 열역학 사이클로부터 배기가스의 온도를 조절할 수 있도록 한 방법이다.
Description
본 발명은 디젤기관의 배기가스 온도조절방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 디젤기관의 배기가스 정화용 필터에 흡착되는 미연소 미립자를 연소·소각시켜 필터를 반복적으로 재생사용하도록 함과 아울러, 필터 촉매와 연료첨가제의 적정 활성화 온도를 구현하여 필터에 의한 배기가스의 정화능을 개선할 수 있도록, 디젤기관으로의 흡입공기 공급량을 감소시키거나 디젤기관으로부터 베출되는 배기가스의 고열을 열교환하여 디젤기관으로 공급되는 흡입공기의 온도를 상승시켜 배기가스 온도를 상승시키도록 함으로써, 빌도의 외부 열원없이 열역학 사이클로부티 배기가스의 온도를 조절할 수 있는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차에서 배출되는 배출가스에는 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx) 및 입자상물질과 독성화합물 등이 포함되어 있다. 이러한, 유해물질을 감소시키기 위하여 가솔린 자동차에서는 촉매장치를 부착하여 엔진으로부터 배출되는 일산화탄소, 탄화수소와 같은 배기가스 성분을 물과 탄산가스로, 질소산화물은 질소와 산소로 여과처리 하고 있다.
또한, 디젤자동차에서는 배출되는 유해성분을 감소시키기 위하여 흡기 다기관의 모양변경 및 흡기구멍의 개량, 밸브 개폐시기의 변동으로 흡기저항을 감소시켜 연소에 필요한 공기를 충분히 확보토록 하고, 실린더내로 흡입되는 공기에 와류를 형성케 하여 연료와의 혼합을 촉진하여 양호한 연소조건을 제공하게 하고, 이에 부가하여 연료분사장치의 분사시기, 분사량, 분사압력, 무화의 정도 및 연료입자의 분포상대 등을 적절히 조절하여 유해물질을 감소시키고 있다.
그러나, 각 기관들 마다 배기량, 압축비, 연소실의 모양, 밸브개폐 시기, 연료 분사시기 및 연료 분사량 등이 상이하여 배출가스의 발생 경향이 다를 뿐만 아니라 자기착화 점화방식의 디젤기관은 그의 특성상 연소상태를 제어하기 곤란함으로써 질소산화물과 입자상 물질을 동시에 감소시키기가 상당한 어려운 점이 있었다.
이러한 문제점을 감안하여, 디젤기관은 배기관과 소음기 사이에 세라믹으로 된 미세다공여과판 형상의 필터를 끼움설치하여 배기가스중에 함유된 아황산가스와 매연가스를 여과판의 미세다공을 통과시키도록 함으로써, 통과벅면이 상기의 가스를 여과하여 포집토록 하였다. 포집되는 각종 미연소 미립자는 미세통공 주벽에 용이하게 부착되어 미세통공을 폐쇄시키기 때문에 필터의 여과기능을 저하시키는 동시에 포집된 미연소 미립자의 축적으로 인해 배압상승이 유발되는 단좀이 있었다.
상기한 문제점을 해결코자 촉매방법, 전기히터 가열방법 및 경유버너에 의해 소각방법 등이 제안되었다. 이 때, 촉매의 사용에 의한 경우에는 배기가스에 촉매가 활성화되지 않아 질소산화물이 증가되는 단점이 있고, 전기히터 사용에 의한 경우에는 자동차 전기시스템에 부하를 주는 단점이 있으며, 경유버너 사용에 의한 경우에는 버너 가열온도의 제어가 특히 어렵고, 가격이 고가(高價)인 단점들이 있었다.
이러한 방법에 의한 문제점을 극복하고자, 대한민국 특허출원 91-15982(공개번호 93-5660)는 디젤기관의 작동중에 디젤필터의 배기가스에 함유되는 미연소 미립자를 연소하는 방법과 장치를 제공하고 있는바, 이를 구체적으로 살펴보면, 디젤필터의 배기가스 상하류에서 실제 온도가 검출되는 것과, 재생작동이 제1설정값 배기온도가 디젤기관의 작동중에 디젤필터의 상류에 도달될 때 자동적으로 시작된다는 것과, 재생작동이 디젤필터의 제2설정값 배기온도외 상류가 초과될 때 자동적으로 오프(off)된다는 것 그리고, 디젤필터의 소정 배기온도 하류가 초과될 때 디젤필터의 재생이 공기비를 1이상으로 설정하거나 디젤필터의 바이패스(bypass)하는 바이패스 통로를 통하여 배기를 통과시켜 배기류로부터 디젤필터를 일시적으로 단절시킴으로써 상기하는 목적을 달성하고 있었다.
그러나, 이러한 방법과 장치는 교축작용 즉, 압축 및 팽창시 온도가 상승되고, 특정운전조건이 필요한 강제재생방법을 이용하고 있기 때문에 출력 감소폭이 25∼100%이고, 온도상승의 폭이 최대 119℃로서 저출력시 온도제어가 불가능한 단점들이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창출된 것으로서, 그 목적은 디젤기관의 작동시 배출되는 배기가스의 온도를 별도의 외부 열원없이 열역학적 사이클로부터 조절할 수 있는 디젤기관의 배기가스 온도조절방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 디젤기관의 배기가스 정화용 필터에 흡착되는 미연소미립자를 연소·소각시켜 필터를 반복적으로 재생사용할 수 있도록 배기가스의 온도를 조절하는 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 디젤기관의 배기가스 정화용 필터 촉매와 연료첨가제의 최적 활성화 온도를 구현하도록 배기가스의 온도를 조절하는 방법을 제공함에 있다.
여기서, 배기가스의 온도는 필터의 열손상을 방지하는 온도에서 조절되고, 필터에 흡착된 미연소 미립자를 연소·소각시키는 한편, 촉매의 최적 활성화 온도를 구현할 수 있는 온도범위 내에서 조절되어야 한다.
도 1(a)은 디젤 공기표준 사이클의 P-V선도.
도 1(b)은 디젤 공기표준 사이클의 T-S선도.
도 2는 공기연료비 변화에 따른 배기온도의 변화를 나타내는 선도.
도 3은 초기온도 변화에 따른 배기온도의 변화를 나타내는 선도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 디젤기관의 공기연료비를 조절하여 배기 가스의 온도를 조절하는 개략도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 배기가스 열교환기를 이용하여 배기가스의 온도를 조절하는 개략도.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 디젤기관의 공기연료비를 조절하고 배기가스 열교환기를 이용하여 배기가스의 온도를 조절하는 개략도.
도 7은 디젤기관에서 발생되는 연료공급량에 따른 배기가스온도 변화와 본 발명에 제어되는 공기공급량에 따른 배기가스 온도변화를 나타내는 모식도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
DE : 디젤기관 SF : 세라믹필터
TS : 온도감지센서 ECU : 전자제어유니트
TV : 트로틀밸브 FI : 연료주입인젝션
HE : 열교환기
이러한 본 발명의 목적은, 디젤기관(DE)과 연통된 세라믹필터(SF)의 전방에 온도감지센서를 설치하여 디젤기관(DE) 구동시 발생되는 배기가스온도를 측정하고, 온도감지 센서(TS)와 전기적으로 연결된 전자제어유니트(ECU)가 온도감지센서(TS)에 의해 측정된 배기온도데이터를 연산제어하여 출력제어데이터를 생성하고, 전자제어 유니트(ECU)에 의해 각기 제어되는 트로틀밸브(TV)를 상기 출력제어데이터에 의거하여 제어함으로써 공기공급량을 조절하는 반복적과정에 의해 배기가스온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 디젤기관의 배기가스 온도조절방법에 의해서 달성될 수있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 디젤기관(DE)과 연통된 세라믹필퍼(SF)의 후방배기관을 분기하여 세라믹필터(SF)에 의해 정화된 고열의 배기가스를 열교환기(HE)를 통과시켜 트로틀벨브(TV)의 전방 흡기관으로 공급되는 공기의 온도를 상승시키고, 디젤기관(DE)과 연통된 세라믹필터(SF)의 전방에 온도감지센서를 설치하여 디젤기관(DE) 구동시 발생되는 배기가스온도를 측정하고, 온도감지센서(TS)와 전기적으로 연결된 전자제어유니트(ECU)가 온도감지센서(TS)에 의해 측정된 배기온도데이터를 연산제어하여 열교환기 제어데이터를 생성하고, 전자제어유니트(ECU)에 의해 제어되는 열교환기(HE)를 상기 열교환기 제어데이터에 의거, 조절하여 디젤기관(DE)으로 공급되는 공기의 온도를 조절하는 반복적과정에 의해 배기가스의 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 디젤기관의 배기가스 온도조절방법에 의해서 달성된다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 디젤기관(DE)과 연통된 세라믹필터(SF)의 전방에 온도감지센서를 설치하여 디젤기관(DE) 구동시 발생되는 배기가스온도를 측정 하고, 온도감지 센서(TS)와 전기적으로 연결된 전자제어유니트(ECU)가 온도감지 센서(TS)에 의해 측정된 배기온도데이터를 연산제어하여 출력제어데이터와 열교환기제어데이터를 생성하고, 전자제어유니트(ECU)에 의해 각기 제어되는 트로틀밸브(TV)를 상기 출력제어데이터에 의거하여 제어함으로써 공기공급량을 조절하고, 디젤기관(DE)과 연통된 세라믹필퍼(SF)의 후방 배기관을 분기하여 세라믹필터(SF)에 의해 정화된 고열의 배기가스를 열교환기(HE)를 통과시켜 트로틀밸브(TV)의 전방 흡기관으로 공급되는 공기의 온도를 상승시키고, 전자제어유니트(ECU)에 의해 제어되는 열교환기(HE)를 상기 열교환기 제어데이터에 의거, 조절하여 디젤기관(DE)으로 공급되는 공기의 온도를 조절하는 반복적과정에 의해 배기가스의 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 디젤기관의 배기가스 온도조절방법에 의해서 달성된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
우선, 본 발명의 이론적 근거가 되는 디젤기관의 열역학적 사이클을 해석하여 배기가스 온도 T4를 계산하면 다음과 같다.
디젤 사이클은 압축점화 내연기관에 대응되는 이상적인 사이클로서 도 1에 표시된 바와 같이 각 과정은 다음과 같다.
1-2 : 압축비로 등엔트로피 압축
2-3 : 일정한 압력에서 기체로의 열전달에 의하여 온도상승
3-4 : 최초체적 V1=V4까지 등엔트로피 팽창
4-1 : 일정한 체적에서 열방출
그리고, 이 사이클에서 공급열량 및 방출열량은 비열을 일정하다고 가정하면, 각각 다음과 같이 나타내어진다.
공급열량 :
방출열량 :
따라서, 이론열효율 ηth는
로 계산된다.
한편, 과정 1-2와 3-4가 등엔트로피 과정이고, V2=V3, V1=V4이므로
이며, 여기서 ε은 압축비이다.
따라서, 구하고자 하는 배기가스 온도 T4는 식(1)에서,
와 같이 구해진다.
식 (2)로부터 배기가스 온도 T4에 영향을 미치는 인자들을 함수관계로 표시하면 식 (3)과 같다.
여기서, 정압비열 Cp와 비열비 k는 공기사이클에 대한 가정으로부터 상수로 취급하고, 압축비 ε은 기관 설계인자이므로 상수로 취급하면, 결과적으로 배기가스의 온도는 초기흡기온도 T1과 작동유체에 공급된 열량2q3만의 함수가 된다.
전술된 공기사이클의 가정(假定)은,
(a) 작동유체는 일정한 질량의 공기로서 밀폐시스템을 이루거나 정상상태의 유동에 의하여 사이클을 구성
(b) 공기는 이상기체이며, 대부분의 경우 비열이 일정한 것으로 간주
(c) 연소과정은 고온열원으로부터의 열전달, 배기과정은 저온열원으로의 열전달로 대치
(d) 사이클의 각 과정은 내부적으로 이상적, 즉 가역적(可逆的)이며 운동에너지와 위치에너지는 무시로서, 정압비열 Cp와 비열비 k는 (b)의 가정에 의해 일정하게 간주됨으로써 상수가 된다.
결과적으로 T4는,
T4=f(T1,2q3) - - - - - - (3-1)
로 나타내어진다.
따라서, 본 발명자는 별도의 열원없이 초기흡기온도 T1과 작동유체에 공급된 열량2q3을 적절하게 조절함으로써 배기가스 온도 T4를 목적하는 바와 같이 상승시킬 수 있음을 알 수 있었다.
또한, 본 발명자는 디젤기관에 있어 작동유체에 공급된 열량2q3이 다른 인자들과 어떠한 관계를 가지고 있는가를 해석하였는데, 그 결과는 하기와 같다.
2q3= Q1 /- - - - - - (4)
여기서,: 작동유체(공기)의 질량유량이고, 실제 디젤기관에 있어서의 공급열량 Q는,
공급열량(Q)=연료질량유량(f)×연료의 저위발열량(Hl) - - - - - (5)
이기 때문에, 결과적으로 작동유체에 공급된 열량2q3은 식(4)와 식(5)를 정리하면,
2q3= (f·Hl)/= H1/ (A/F) - - - - - - (6)
와 같이 된다. 여기서, (A/F)는 공기연료비이다.
따라서, 작동유체에 공급된 열량2q3은 연료의 저위발열량(Hl)에 비례하고, 공기 연료비(A/F)와는 반비례한다.
이상에서 살펴본 바와 같이,2q3은 식 (6)에 의거하여,
2q3= f(Hl, Hl,(A/F)) - - - - - - (7)
상기 식과 같은 함수관계가 있다. 따라서, 최종적으로 배기가스 온도 T4는 식 (7)을 식 (3-1)에 대입시켜 정리하면,
T4=f(T1, Hl,(A/F)) - - - - - - (8)
와 같은 함수관계가 있음을 알 수 있었다.
도 2는 공기연료비(A/F) 변화에 따른 배기온도(T4)의 변화를 전술된 식 (2)에 의거 이론적으로 계산하여 도시한 것으로, 이 때 초기온도(T1)는 15℃로 고정하였다.
도면에 나타나 있는 바와 같이, 공기연료비가 100정도인 매우 희박한 영역에서는 배기온도가 220℃ 정도이지만, 공기연료비가 40정도가 되면 580℃ 이상의 온도가 얻어진다. 즉, 공기연료비가 낮을수록 배기온도의 온도는 상승된다.
도 3은 초기온도(T1) 변화에 따른 배기온도(T4)의 변화를 전술된 식 (2)에 의거 이론적으로 계산하여 도시한 것으로, 이 때 공기연료비는 80으로 고정하였다.
계산 구간에서 배기가스 온도의 상승은 흡입공기온도의 상승보다 약간 완만하기는 하지만, 거의 직선적으로 비례하는 결과를 보이고 흡입공기 온도가 300℃ 증가함에 따라 배기가스 온도는 290℃ 상승하는 결과를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 디젤기관의 공기연료비를 조절하여 배기가스의 온도를 조절하는 개략도이다.
본 발명은 디젤기관(DE)과 연통된 세라믹필터(SF)의 전방에 온도감지센서를 설치하여 디젤기관(DE) 구동시 발생되는 배기가스온도를 측정하고, 온도감지 센서(TS)와 전기적으로 연결된 전자제어유니트(ECU)가 온도감지센서(TS)에 의해 측정된 배기온도데이터를 연산제어하여 출력제어데이터를 생성하고, 전자제어유니트(ECU)에 의해 각기 제어되는 트로틀밸브(TV)를 상기 출력제어데이터에 의거하여 제어함으로써 공기공급량을 조절하는 과정을 반복적으로 수행하도록 하였다.
여기서, 조절된 공기공급량은 세라믹필터(SF)에 악영향을 주지 않는 범위에서 배기가스온도를 유지시켜 세라믹필터(SF) 흡착된 상기의 첨가제와 함께 미연소 미립자를 소각시키는 반복적 작용에 의해 세라믹필터(SF)를 반복적으로 재생하여 세라믹필더(SF)가 가지는 본래의 기능을 항상 유지할 수 있도록 하였다.
이때 배기가스의 배기온도가 300℃-600℃의 범위가 가장 적당하였는데 300℃이하에서는 세라믹필터(SF)에 흡착된 상기 첨가물과 미연소 미립자의 소각이 발생하지 않아 세라믹필터(SF)의 재생효율이 지극히 낮은 반면 600℃이상인 경우에는 세라믹필터(SF)가 소각 또는 파손되는 단점이 있었다.
이러한 배기가스의 온도범위를 유지하기 위하여 공기공급량의 제어정도 즉, 공기연료비가 20-60의 범위가 되도록 조절함으로써, 상기한 바와 같이 배기가스온도가 300℃-600℃의 범위를 유지하여 본 발명에서 구하고자 하는 본래의 목적하는 바를 달성할 수 있었다.(도 7 참조)
이러한 본 발명은 결국 트로틀밸브(TV)를 조절하여 상기한 공기연료비로 디젤기관(DE)에 공급되도록 조절함으로써 세라믹필터(SF)에 흡착된 첨가제와 미연소 미립자를 연소시켜 세라믹필터(SF)의 재생을 도모하고, 세라믹필터(SF)에 코팅된 촉매와 연료첨가제의 활성화 온도를 최적으로 구현할 수 있었다.
연료공급량을 조절한 경우는 통상의 기관과 마찬가지로 흡입공기량은 관계없이 최대로 두고 연료펌프에서 송출하는 연료량을 조절한다. 공기공급량 조절의 경우는 공전 상태 즉, 연료공급량이 극히 적은 상태에서 트로틀밸브(TV)에 의해 흡기량을 점차적으로 줄인 결과를 나타낸다. 배기가스온도는 열해리, 열손실 등에 의해 계산치 보다는 낮은 값을 나타내지만, 공기연료비에 반비례하는 경향은 동일하게 나타났으며, 이를 통하여 어느 운전조건에서도 원하는 배기가스온도의 조절을 가능하다는 것을 알 수 있었다.
여기서, 배기가스 온도는 공기연료비에 반비례하여 상승한다. 즉, 배기가스온도는 연료량에 비례하고, 공기량에 반비례하므로, 연료량의 추가공급없이 흡입공기량 만을 제어하여도 배기가스 온도를 상승시킬 수 있었다. 이것은 연료주입인젝션(FI)을 정지시킨 상태에서 전자제어유니트(ECU)의 제어에 의해 트로틀밸브(TV)만을 제어함으로써 구현할 수 있는 것이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 배기가스 열교환기를 이용하여 배기가스의 온도를 조절하는 개략도이다.
본 발명은, 디젤기관(DE)과 연통된 세라믹필퍼(SF)의 후방 배기관을 분기하여 세라믹필터(SF)에 의해 정화된 고열의 배기가스를 열교환기(HE)를 통과시켜 트로틀밸브(TV)의 전방 흡기관으로 공급되는 공기의 온도를 상승시키고, 디젤기관(DE)과 연통된 세라믹필더(SF)의 전방에 온도감지센서를 설치하여 디젤기관(DE) 구동시 발생되는 배기가스온도를 측정하고, 온도감지 센서(TS)와 전기적으로 연결된 전자제어 유니트(ECU)가 온도감지 센서(TS)에 의해 측정된 배기온도데이터를 연산제어하여 열교환기 제어데이터를 생성하고, 전자제어유니트(ECU)에 의해 제어되는 열교환기(HE)를 상기 열교환기 제어데이터에 의거, 조절하여 디젤기관(DE)으로 공급되는 공기의 온도를 조절하는 과정을 반복적으로 수행하도록 하였다.
여기서, 열교환기(HE)에 의해 상승된 흡입공기의 온도는 세라믹필터(SF)에 악영향을 주지 않는 범위에서 배기가스온도를 유지시켜 세라믹필터(SF) 흡착된 상기의 첨가제와 함께 미연소 미립자를 소각시키는 반복적작용에 의해 세라믹필터(SF)를 반복적으로 재생하여 세라믹필터(SF)가 가지는 본래의 기능을 항상 유지할 수 있도록 함과 세라믹필터(SF)에 코팅된 촉매와 연료첨가제의 최적 활성화 온도를 구현할 수 있도록 하였다.
이때 배기가스온도는 전술된 바와 동일하기 때문에 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이 방식은 기관으로부터 배출되는 배기가스의 고열을 열교환기를 이용하여 흡입공기에 전달하여 온도가 상승한 흡입공기가 엔진으로 흡입되어 배기가스의 온도를 상승시키는 방식이다.
흡입 공기의 온도상승은 흡입공기에 전달된 열량에 비례하고, 전열량은 다음식과 같이 표현된다.
α=h·A·ΔΤ·h·A·(T4- T1) - - - - - - (9)
따라서, 배기가스의 고열에 의해 흡입공기의 온도가 상승되면, 식 (2)에 의해 배기가스의 온도가 상승하게 되고, 배기가스온도가 상승되면, 식 (9)에 의해 흡입공기온도가 더욱 상승함으로써 엔진의 사이클이 반복될 때마다 순환적으로 온도가 더욱 상승하게 된다.
여기서, 엔진의 사이클이 반복될 때마다 순환적으로 온도가 더욱 상승되기 때문에 온도감지센서(TS)에 의해 측정된 배기온도데이터에 의해 전자제어유니트(ECU)는 생성된 열교환기 제어데이터에 의해 세라믹필터(SF)에 악영향을 미치는 온도 이상이나 촉매의 최적활성화 온도이상인 경우에 있어, 열교환기(HE)를 정지시킨다. 즉, 전자제어유니트(ECU)는 배기가스와 디젤기관(DE)으로 공급되는 공기간의 열전달을 차단시킨다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 디젤기관의 공기연료비를 조절하고 배기가스 열교환기를 이용하여 배기가스의 온도를 조절하는 개략도이다.
본 발명은 디젤기관(DE)과 연통된 세라믹필터(SF)의 전방에 온도감지센서를 설치하여 디젤기관(DE) 구동시 발생되는 배기가스온도를 측정하고, 온도감지센서(TS)와 전기적으로 연결된 전자제어유니트(ECU)가 온도감지 센서(TS)에 의해 측정된 배기온도데이터를 연산제어하여 출력제어데이터와 열교환기 제어데이터를 생성하고, 전자제어유니트(ECU)에 의해 각기 제어되는 트로틀밸브(TV)를 상기 출력제어데이터에 의거하여 제어함으로써 공기공급량을 조절하고, 디젤기관(DE)과 연통된 세라믹필퍼(SF)의 후방 배기관을 분기하여 세라믹필터(SF)에 의해 정화된 고열의 배기가스를 열교환기(HE)를 통과시켜 트로틀밸브(TV)의 전방 흡기관으로 공급되는 공기의 온도를 상승시키고, 전자제어유니트(ECU)에 의해 제어되는 열교환기(HE)를 상기 열교환기 제어데이터에 의거, 조절하여 디젤기관(DE)으로 공급되는 공기의 온도를 조절하는 과정을 반복적으로 수행하도록 하였다.
도 6에 나타나 있는 실시예는 원칙적으로 도 4에 설명된 실시예와 같이 공기공급량을 조절하는 방식과 도 5에 설명된 실시예와 같이 배기가스의 고열을 열교환시켜 초기공기온도를 상승시키는 방식이 선택적으로 이루어지거나 또는 동시에 이루어지도록 된 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 방법에 의하면, 디젤기관의 작동시 배출되는 배기가스의 온도를 별도의 외부 열원없이 일역학적 사이클로부터 조절함으로써 배기가스 정화용 필터에 흡착되는 미연소 미립자를 연소·소각시켜 필터를 반복적으로 재생사용할 수 있도록 하는 동시에 촉매와 연료첨가제의 최적활성화 온도를 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 방법을 구현함에 있어 구조는 전자제어유니트와 열교환기에 의해 구현되기 때문에 구조가 매우 간단하고, 단가가 저렴한 장점이 있다.
Claims (6)
- 디젤기관(DE)의 구동시 발생되는 배기가스에 함유되어 배출되면서 통상의 세라믹 필터(SF)에 흡착되는 디젤연료에 첨가된 메탈첨가제, 세레늄 등의 첨가물질과 미연소 미립자를 연소시켜 상기 세라믹 필터(SF)를 재생하고, 상기 세라믹필더(SF)에 코팅된 촉매와 연료첨가제의 최적 활성화온도를 구현하도록 배기가스의 온도를 조절하는 것에 있어서, 디젤기관(DE)과 연통된 세라믹필터(SF)의 전방에 온도감지센서를 설치하여 디젤기관(DE) 구동시 발생되는 배기가스온도를 측정하고, 온도감지 센서(TS)와 전기적으로 연결된 전자제어유니트(ECU)가 온도감지 센서(TS)에 의해 측정된 배기온도데이터를 연산제어하여 출력제어데이터를 생성하고, 전자제어유니트(ECU)에 의해 각기 제어되는 트로틀밸브(TV)를 상기 출력제어데이터에 의거하여 제어함으로써 공기공급량을 조절하는 반복적과정에 의해 배기가스온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 디젤기관의 배기가스 온도조절방법.
- 제1항에 있어서, 상기 세라믹필터(SF)의 악영향을 미치지 않고, 촉매와 연료첨가제의 최적활성화 온도를 구현하도록 상기 공기공급량과 연료공급량의 비(공기연료비)를 20∼60으로 조절하고, 이 경우에 배기가스온도가 250∼600℃ 정도인 것을 특징으로 하는 디젤기관의 배기가스 온도조절방법.
- 디젤기관(DE)의 구동시 발생되는 배기가스에 함유되어 배출되면서 통상의 세라믹 필터(SF)에 흡착되는 디젤연료에 첨가된 메탈첨가제, 세레늄 등의 첨가물질과 미연소 미립자를 연소시켜 상기 세라믹 필터(SF)를 재생하고, 상기 세라믹필터(SF)에 코팅된 촉매와 연료첨가제의 최적 활성화온도를 구현하도록 배기가스의 온도를 조절하는 것에 있어서, 디젤기관(DE)과 연통된 세라믹필터(SF)의 후방 배기관을 분기하여 세라믹필터(SF)에 의해 정화된 고열의 배기가스를 열교환기(HE)를 통과시켜 트로틀밸브(TV)의 전방 흡기관으로 공급되는 공기의 온도를 상승시키고, 디젤기관(DE)과 연통된 세라믹필터(SF)의 진방에 온도감지센서를 설치하여 디젤기관(DE) 구동시 발생되는 배기가스온도를 측정하고, 온도감지 센서(TS)와 전기적으로 연결된 전자제어 유니트(ECU)가 온도감지센서(TS)에 의해 측정된 배기온도데이터를 연산제어하여 열교환기 제어데이터를 생성하고, 전자제어유니트(ECU)에 의해 제어되는 열교환기(HE)를 상기 열교환기 제어데이터에 의거, 조절하여 디젤기관(DE)으로 공급되는 공기의 온도를 조절하는 반복적과정에 의해 배기가스의 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 디젤기관의 배기가스온도조절방법.
- 제3항에 있어서, 상기 온도감지센서(TS)에 의해 측정된 배기온도데이터가 상기 세라믹필터(SF)에 악영향을 미치는 온도범위 이상이거나 촉매와 연료첨가제의 최적활성화 온도 이상인 경우에 상기 전자제어유니트(ECU)가 배기가스와 상기 디젤기관(DE)으로 공급되는 공기간의 열전달을 차단하도록 상기 열교환기(HE)를 정지시키는 것을 특징으로 하는 디젤기관의 배기가스 온도조절방법.
- 디젤기관(DE)의 구동시 발생되는 배기가스에 함유되어 배출되면서 통상의 세라믹 필터(SF)에 흡착되는 디젤연료에 첨가된 메탈첨가제, 세레늄 등의 첨가물질과 미연소 미립자를 연소시켜 상기 세라믹 필터(SF)를 재생하고, 상기 세라믹필터(SF)에 코팅된 촉매와 연료첨가제의 최적 활성화온도를 구현하도록 배기가스의 온도를 조절하는 것에 있어서, 디젤기관(DE)과 연통된 세라믹필터(SF)의 전방에 온도감지센서를 설치하여 디젤기관(DE) 구동시 발생되는 배기가스온도를 측정하고, 온도감지센서(TS)와 전기적으로 연결된 전자제어유니트(ECU)가 온도감지센서(TS)에 의해 측정된 배기온도데이터를 연산제어하여 출력제어데이터와 열교환기 제어데이터를 생성하고, 전자제어유니트(ECU)에 의해 각기 제어되는 트로틀밸브(TV)를 상기 출력제어데이터에 의거하여 제어함으로써 공기공급량을 조절하고, 디젤기관(DE)과 연통된 세라믹필퍼(SF)의 후방 배기관을 분기하여 세라믹필터(SF)에 의해 정화된 고열의 배기가스를 열교환기(HE)를 통과시켜 트로틀밸브(TV)의 전방 흡기관으로 공급되는 공기의 온도를 상승시키고, 전자제어유니트(ECU)에 의해 제어되는 열교환기(HE)를 상기 열교환기 제어데이터에 의거, 조절하여 디젤기관(DE)으로 공급되는 공기의 온도를 조절하는 반복적 과정에 의해 배기가스의 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 디젤기관의 배기가스온도조절방법.
- 제5항에 있어서, 상기 전자제어유니트(ECU)가 상기 트로틀밸브(TV)와 열료주입인젝션(FI) 및 상기 열교환기(HE)를 선택적 또는 동시에 제어하는 것을 특징으로 하는 디젤기관의 배기가스 온도조절방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019970072890A KR100309143B1 (ko) | 1997-12-24 | 1997-12-24 | 디젤기관의배기가스온도조절방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019970072890A KR100309143B1 (ko) | 1997-12-24 | 1997-12-24 | 디젤기관의배기가스온도조절방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR19990053274A true KR19990053274A (ko) | 1999-07-15 |
| KR100309143B1 KR100309143B1 (ko) | 2001-12-17 |
Family
ID=37530756
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1019970072890A Expired - Fee Related KR100309143B1 (ko) | 1997-12-24 | 1997-12-24 | 디젤기관의배기가스온도조절방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100309143B1 (ko) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5898651A (ja) * | 1981-12-08 | 1983-06-11 | Ngk Spark Plug Co Ltd | デイ−ゼル機関の排ガス浄化装置 |
| JPH0666208A (ja) * | 1991-09-10 | 1994-03-08 | Yanmar Diesel Engine Co Ltd | ディーゼル機関の排気ガス還流装置 |
| JPH06200751A (ja) * | 1993-01-07 | 1994-07-19 | Mazda Motor Corp | エンジンの排気浄化装置 |
-
1997
- 1997-12-24 KR KR1019970072890A patent/KR100309143B1/ko not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR100309143B1 (ko) | 2001-12-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1158143B1 (en) | Device for purifying the exhaust gas of a diesel engine | |
| KR102602970B1 (ko) | 내연기관의 배기가스 후처리 시스템 및 배기가스 후처리 방법 | |
| JP3150150B2 (ja) | 内燃機関の作動方法 | |
| KR100504422B1 (ko) | 엔진의 배기 정화 장치 | |
| US20040144069A1 (en) | Exhaust gas purifying system | |
| JP2004211680A (ja) | 温度に敏感なディーゼルエンジン部品および後処理装置を保護するために再生時に排出ガス温度および空間速度を制御する方法 | |
| JPS61123709A (ja) | 排気ガス微粒子浄化機能を有する内燃機関の制御装置 | |
| AU6405694A (en) | Method and apparatus for reduction of pollutants emitted from automotive engines by flame incineration | |
| CN110593999A (zh) | 废气后处理系统和用于再生颗粒过滤器的方法 | |
| BR0315827A (pt) | Método para a limpeza de um filtro de partìcula e um veìculo para a utilização de referido método | |
| KR102540442B1 (ko) | 가솔린 입자상 물질 필터 강제 재생 시스템 | |
| JP5033869B2 (ja) | エミッション低減システム動作方法および装置 | |
| CN110500220B (zh) | 用于在内燃机的冷起动的情形中降低颗粒排放的方法 | |
| KR19990053274A (ko) | 디젤기관의 배기가스 온도조절방법 | |
| JPH1089054A (ja) | ディーゼル機関の排気浄化装置 | |
| JP2003035130A (ja) | 煤煙低減装置の再生方法とこれを用いた再生装置 | |
| JP6461585B2 (ja) | 排気浄化装置 | |
| KR100291045B1 (ko) | 디젤기관의배기가스필터링용세라믹필터재생방법 | |
| EP0997616A2 (en) | Filter regenerating method and exhaust emission control device | |
| WO2011114381A1 (ja) | 内燃機関の排気装置 | |
| WO1997024516A1 (en) | Device for removing particulate materials from exhaust gas of diesel vehicles | |
| JP3642017B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| JP3520789B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| KR100479654B1 (ko) | 디젤차량의 매연정화시스템 및 이를 이용한 이상연소방지방법 | |
| KR100196318B1 (ko) | 매연 저감장치 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 19971224 |
|
| PA0201 | Request for examination |
Patent event code: PA02012R01D Patent event date: 19971224 Comment text: Request for Examination of Application |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20000630 Patent event code: PE09021S01D |
|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20010131 Patent event code: PE09021S01D |
|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20010803 |
|
| GRNT | Written decision to grant | ||
| PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20010904 Patent event code: PR07011E01D |
|
| PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20010905 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
| PG1601 | Publication of registration | ||
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20040906 Start annual number: 4 End annual number: 4 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20050720 Start annual number: 5 End annual number: 5 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20060721 Start annual number: 6 End annual number: 6 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20070710 Start annual number: 7 End annual number: 7 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20080813 Start annual number: 8 End annual number: 8 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20090901 Year of fee payment: 9 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20090901 Start annual number: 9 End annual number: 9 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee | ||
| PC1903 | Unpaid annual fee |