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KR20200104768A - 배기 가스 후처리 시스템 및 방법과, 차량 및 차량의 작동 방법 - Google Patents

배기 가스 후처리 시스템 및 방법과, 차량 및 차량의 작동 방법 Download PDF

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KR20200104768A
KR20200104768A KR1020190046217A KR20190046217A KR20200104768A KR 20200104768 A KR20200104768 A KR 20200104768A KR 1020190046217 A KR1020190046217 A KR 1020190046217A KR 20190046217 A KR20190046217 A KR 20190046217A KR 20200104768 A KR20200104768 A KR 20200104768A
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South Korea
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exhaust gas
catalytic converter
tank
inlet
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캅 안드레아
랑 슈테판
고쯔너 페터
카레르 울리히
펠쩨테르 로만
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아자동차주식회사
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Abstract

본 발명은 배기 가스 후처리 시스템 및 방법과, 차량 및 차량의 작동 방법을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배기 가스 후처리 시스템은 가스 입구를 구비하고, 가스 입구에서 내연기관으로부터의 배기 가스를 받아들이며, 배기 가스에 촉매 처리를 수행하도록 구성되는 촉매 컨버터; 내연기관의 배기에 가스 입구를 결합하기 위해 가스 입구에 결합되는 배기 가스 라인; 가스 연료를 저장하기 위한 가스 탱크; 가압 공기를 저장하기 위한 공기 탱크; 및 공기 탱크 및 가스 탱크와 결합되는 입구, 및 촉매 컨버터의 가스 입구의 상류에서 배기 가스 라인에 결합되는 출구를 포함하고, 그 내부에서 가스 탱크로부터 받아들여지는 가스 연료를 공기 탱크로부터 받아들여지는 가압 공기로 연소시킴으로써 고온 가스 흐름을 생성하도록 구성되는 가스 버너;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배기 가스 후처리 시스템 및 방법과, 차량 및 차량의 작동 방법{SYSTEM AND METHOD FOR EXHAUST GAS AFTER TREATMENT, VEHICLE, AND METHOD FOR OPERATING A VEHICLE}
본 발명은 특히 차량의 내연기관, 예를 들어 디젤 엔진의 작동 중에 배기 가스 후처리 시스템에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 자동차, 버스, 트럭과 같은 차량에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 차량의 작동 방법과 배기 가스 후처리 방법에 관한 것이다.
촉매 컨버터는 산화 환원 반응(환원 과정 및 상보적인 산화 과정)을 촉진시킴으로써 내연기관으로부터의 배기 가스 내의 독성 가스 및 오염물질을 저독성 또는 비독성 물질로 전환시키는 배기 가스 제어 장치이다. 촉매 컨버터는, 등유 히터 및 스토브 등뿐 아니라, 특히 희박 연소 엔진(lean-burn engine)을 포함하는 가솔린 또는 디젤에 의해 연료가 공급되는 내연기관에 사용된다. 촉매 컨버터의 또 다른 용도는 가스 엔진, 예를 들어 액체 천연 가스 엔진 또는 압축 천연 가스 엔진으로 알려져 있다.
SCR(Selective Catalytic Reduction)은 촉매 컨버터에 사용되는 잘 알려진 기술이고, NOx라고도 하는 질소 산화물은 촉매 컨버터에서 촉매의 도움으로 이원자 질소(diatomic nitrogen) 및 물(water)로 전환된다. 기체 또는 유체 환원제, 예를 들어 무수 암모니아(anhydrous ammonia), 액상 암모니아(aqueous ammonia) 또는 요소(urea)는 배기 가스의 흐름에 첨가되어 촉매에 흡착된다. 촉매 반응은 일반적으로 200℃ 내지 250℃ 이상의 온도에서만 개시되므로, SCR 컨버터는 적합하게 작동하기 위해 특정 온도를 요구한다. 일반적으로, SCR은 통과하는 배기 가스에 의해 가열된다. 이러한 이유로, 냉간 시동 또는 저 부하 엔진 작동, 예를 들어 공회전 중과 같은 특정 환경 하에서, SCR 컨버터를 가열시키는 것에 비교적 오랜 시간이 걸릴 수 있거나, NOx 배출이 효율적으로 감소될 때까지 추가적인 지원 없이 가능하지도 않다.
가열 단계에서 SCR과 다른 촉매 컨버터의 성능을 향상시키기 위한 노력이 이루어지고 있다. 예를 들어, EP 2687694 A1는 SCR 컨버터의 상류에서 자동차의 배기 파이프에 주입되는 오존을 발생시키도록 구성되는 오존 생성기를 제공하는 것을 개시하고 있다. 이 접근 방식은 오존의 도움에 의해 배기 가스 내의 NOx에 함유되는 NO를 NO2로 전환시키는 것이다. NO2는 높은 반응성을 가지고, 배기 가스 온도가 낮더라도 SCR 내 요소와의 화학 반응에서 N2로 환원될 수 있다.
WO 2016/113045 A1은 차량의 공기 공급 시스템의 가압된 공기가 촉매 컨버터의 상류에서 배기 가스 라인으로 도입됨에 따라 가열 단계에서 촉매 컨버터의 성능을 향상시키는 또 다른 접근 방식을 개시한다. 이에 의해, 과도한 공기 하에서 촉매 컨버터에서 발열 반응이 발생할 수 있다. 과도한 공기는 반응을 촉진시키고, 따라서 배기 가스 온도가 비교적 낮더라도 촉매 컨버터의 가열을 가속시킨다.
본 발명의 목적은 보다 효율적으로 촉매 컨버터를 가열시킬 수 있는 배기 가스 후처리 시스템 및 방법과, 차량 및 차량의 작동 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 청구항 1에 따른 배기 가스 후처리 시스템, 청구항 10에 따른 차량, 청구항 12에 따른 차량의 작동 방법, 및 청구항 14에 따른 배기 가스 후처리 방법에 관한 것이다.
본 발명의 추가 실시예는, 도면을 참조하여, 추가 하위 청구항과 다음의 설명의 대상이다.
본 발명의 제1 양상은 배기 가스 후처리 시스템에 관한 것이다. 상기 시스템은 가스 입구를 구비하는 촉매 컨버터, 상기 가스 입구에서 내연기관으로부터 배기 가스를 받아들이고 상기 배기 가스에 촉매 처리를 수행하도록 수성되는 촉매 컨버터, 상기 내연기관의 배기에 상기 가스 입구를 연결하기 위해 상기 가스 입구에 결합되는 배기 가스 라인, 가스 연료를 저장하기 위한 가스 탱크, 및 가압 공기를 저장하기 위한 공기 탱크를 포함한다.
상기 배기 가스 라인은 상기 내연기관의 상기 배기에 결합 또는 연결되기 위해 제공되는 입구와, 상기 촉매 컨버터의 상기 가스 입구와 결합되거나 연결되는 출구를 포함할 수 있다. 상기 배기 가스 라인은 예를 들어 채널 또는 파이프 구조로 형성될 수 있고, 추가 구성은 이 채널 또는 파이프 구조의 일부이거나 일부를 형성할 수 있다.
상기 가스 탱크는 기체 또는 특히 대기압 보다 높은 소정 압력 하에서, 액체 상태의 가스 연료를 저장하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 가스 탱크는 금속으로 형성될 수 있다. 유사하게, 상기 공기 탱크는 대기압 보다 높은 소정 압력, 예를 들어 5bar와 15bar 사이 범위의 압력 하에서 가압된 공기를 저장하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 공기 탱크는 금속으로 형성될 수 있다.
상기 시스템은 상기 공기 탱크와 상기 가스 탱크에 결합되는 입구를 포함하고, 상기 촉매 컨버터의 상기 가스 입구의 상류에서 상기 배기 가스 라인에 결합되는 출구를 포함하는 가스 버너를 더 포함하며, 상기 가스 버너는 그 내부에서 상기 가스 탱크로부터 받아들여지는 가스 연료를 상기 공기 탱크로부터 받아들여지는 가압된 공기와 연소시킴으로써 고온 가스 흐름을 생성하도록 구성될 수 있다. 상기 가스 버너의 출구는 상기 배기 가스 라인의 입구와 출구 사이의 위치에서, 그리고 상기 내연기관에 대해 상기 촉매 컨버터의 상류에서 상기 배기 가스 라인에 결합된다. 상기 가스 버너에 의해 생성되는 고온 가스 흐름을 상기 촉매 컨버터의 상류에서 상기 배기 가스 라인에 공급함으로써, 상기 촉매 컨버터는 고온 가스 흐름에 의해 가열될 수 있다.
본 발명의 제2 양상에 따르면, 내연기관, 본 발명의 제1 양상에 따른 배기 가스 후처리 시스템으로서 가스 탱크로부터 받아들여지는 가스 연료를 공기 탱크로부터 받아들여지는 가압 공기로 연소시킴으로써 고온 가스 흐름을 생성하고, 상기 고온 가스 흐름에 의해 촉매 컨버터 및 상기 내연기관(101)으로부터의 배기가스 중 적어도 하나를 가열하며, 상기 내연기관으로부터의 배기 가스를 후처리하는 배기 가스 후처리 시스템, 및 압축된 공기의 저장조를 포함하고, 상기 저장조가 상기 배기 가스 후처리 시스템의 공기 탱크를 형성하는 압축 공기 시스템을 포함하는 차량이 제공된다. 따라서, 상기 차량은 상기 차량의 가압 공기 시스템의 저장조가 배기 가스 후처리 시스템의 공기 탱크로서 사용되는 자동차, 버스, 트럭과 같은 자동차류이다
본 발명의 제3 양상은 본 발명의 제2 양상에 따른 차량의 작동 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 상기 가스 버너 내의 가압된 공기로 가스 연료를 연소함으로써 고온 가스 흐름을 생성하는 단계, 상기 배기 가스 라인으로 상기 고온 가스 흐름을 유도하는 단계, 및 시동 조건이 충족될 때 내연기관을 시동시키는 단계를 포함한다.
이러한 양상에 따르면, 상기 촉매 컨버터는 상기 내연기관을 시동시키기 전에 상기 가스 버너에 의해 생성되는 상기 고온 가스 흐름에 의해 가열될 수 있다. 예를 들어, 이러한 가열은 내연기관의 유입 공기가 전처리되는 단계 중에 수행될 수 있다. 이러한 단계는 예를 들어, 약 2초 내지 15초 동안 지속될 수 있다.
본 발명의 제4 양상에 따르면, 가스 버너 내에서 가압된 공기로 가스 연료를 연소함으로써 고온 가스 흐름을 생성하는 단계, 배기 가스로 상기 고온 가스 흐름을 유도함으로써 상기 고온 가스 흐름으로 내연기관으로부터의 배기 가스를 가열하는 단계, 및 상기 가열된 배기 가스를 촉매 처리하기 위해 촉매 컨버터의 가스 입구로 상기 가열된 배기 가스를 공급하는 단계를 포함하는 배기 가스 후처리 방법이 제공된다.
본 발명의 이러한 양상에 따른 방법은 예를 들어, 본 발명의 제1 양상의 시스템의 도움에 의해 및/또는 본 발명의 제2 양상에 따른 차량에서, 수행될 수 있다. 또한, 본 발명의 이러한 제4 양상에 따른 방법은 본 발명의 제3 양상의 방법의 일부로서 수행될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 이러한 제3 양상의 방법 단계는 상기 촉매 컨버터의 상기 가스 입구에서 포착된 온도가 소정 온도 임계값에 도달된 이후에 상기 내연기관이 시동된 때에 수행될 수 있다. 이러한 구성에서, 제4 양상의 방법 단계는 상기 촉매 컨버터의 상기 가스 입구에서 포착된 온도가 제2 소정 온도 임계값 예를 들어, 상기 촉매 컨버터의 라이트 오프 온도에 도달될 때까지 수행될 수 있다.
본 발명의 하나의 사상은 내연기관의 하류에 위치하는 상기 배기 가스 후처리 구성요소, 특히 촉매 컨버터, 예를 들어 SCR 장치를 가열하는 데에 이용되는 고온 가스 흐름을 생성하는 목적을 위해 가스 버너를 특별히 제공하는 것이다.
결과적으로, EATS(exhaust after treatment system)의 상기 촉매 컨버터 및 다른 구성의 작동 온도는 종래 장치에서 보다 매우 빠르게 도달될 수 있다. 특히, 촉매 컨버터의 라이트 오프 온도, 즉 상기 촉매 컨버터 내에서 촉매 반응이 개시되는 온도는 보다 매우 일찍 도달될 수 있다. 가스 가연성 물질을 연소시킬 수 있는 가스 버너는 천연 가스와 같은 가스 연료가 통상 낮은 입자 및 NOx 배출로 연소된다는 이점을 제공한다. 또한, 가스 연료는 일반적으로 값싼 가격으로 이용할 수 있다.
가스 버너를 제공함으로써, 엔진의 시동 전에 상기 EATS를 가열하는 것이 가능할 수도 있다. 실제로, 본 발명은 엔진 작동과 무관하게 후처리 시스템을 가열하는 데에 이용될 수 있다. 결과적으로, 본 발명은 특히 엔진의 냉간 시동 단계 동안에 배출 수준에 관한 이점을 제공한다. 특히 높은 열 질량을 가지고 또한 높은 열 질량의 EATS를 가지는 고용량 엔진에서, 상기 배출과 상기 가열 시간이 감소될 수 있다. 따라서, 내연기관, 특히 디젤 엔진의 경우에 새롭고 엄격한 규제가 충족될 수 있다. 본 발명은 가열 에너지가 종종 많은 양의 전기 에너지를 요구하는 전기 가열 수단과 독립적으로 이용 가능하므로, 추운 기후 및/또는 겨울 동안에 특별한 이점을 제공한다.
또한, 본 발명은 차량의 가압 공기 시스템의 저장조의 가압된 공기를 사용할 수 있으므로, 상기 EATS는 최소량의 구성만을 요구하는 매우 컴팩트한 설계로 구현될 수 있다.
상기 EATS의 실시예에 따르면, 상기 버너는 상기 가스 탱크로부터 받아들여지는 가스 연료와 상기 공기 탱크로부터 받아들여지는 가압된 공기를 혼합함으로써 공기 연료 혼합물을 생성하도록 구성되는 혼합부와, 상기 공기 연료 혼합물을 점화하기 위한 점화 장치를 포함한다. 즉, 가스 탱크에 저장되는 가스 연료와 공기 탱크에 저장되는 가압된 공기는 상기 가스 버너의 체적 내에서 혼합되고, 상기 가스 버너는 입구를 통해 상기 체적으로 들어가는 가스 흐름에서 난류를 촉진시키는 경사 블레이드와 같은 구조를 포함할 수 있다. 상기 점화 장치, 예를 들어 전기 점화 장치는 상기 공기 연료 혼합물에 열을 도입함으로써, 예를 들어 스파크를 생성함으로써 상기 공기 연료 혼합물을 초기에 점화시키기 위해 제공된다.
일 실시예에 따르면, 상기 점화 장치는 스파크 플러그 또는 피에조(piezo) 점화기에 의해 형성될 수 있다. 내연기관에서 통상적으로 사용되는 스파크 플러그는 저렴하고 신뢰성 있는 이점을 제공한다. 피에조 점화기는 압전 재료(piezo-electric material)의 갑작스런 변형으로 인해 전기 아크를 발생시키는 원리에 기반하므로 전기 시스템으로부터 독립적으로 작동할 수 있는 이점을 제공한다. 이러한 변형은 스프링과 같은 기계적 구성에 의해 달성될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 시스템은 가스 탱크에 저장되는 가스 연료를 증발하도록 구성되는 가스 기화기를 더 포함할 수 있다. 상기 가스 연료는 상기 가스 탱크에 액체 상태로 저장될 수 있다. 상기 가스 기화기는 상기 가스 탱크를 상기 가스 버너의 입구와 연결하는 공급 라인에 배열될 수 있다. 예를 들어, 상기 가스 기화기는 상기 공급 라인을 통과하는 연료를 가열하기 위해 가열 요소, 예를 들어 전기 가열 요소를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 시스템은 촉매 컨버터 내에서 배기 가스의 촉매 환원을 위해 촉매 컨버터의 상류에서 배기 가스 라인으로 환원제를 주입 또는 분사하도록 구성되는 환원제 인젝터와, 상기 환원제 인젝터와 상기 촉매 컨버터의 가스 입구 사이의 배기 가스 라인에 배열되고 상기 환원제를 상기 배기 가스와 혼합하도록 구성되는 혼합 유닛을 더 포함할 수 있고, 상기 가스 버너의 출구는 상기 혼합 유닛의 상류 또는 하류에서 상기 배기 가스 라인에 결합된다. 상기 환원제는 기체 및/또는 유체 형태로 주입 또는 분사될 수 있다.
상기 혼합 유닛의 상류에서 상기 가스 버너의 출구를 결합하는 것은 상기 가스 버너에 의해 생성되는 고온 가스 흐름의 도움에 의해 상기 혼합 유닛이 가열되는 이점을 가진다. 이에 따라, 상기 환원제에 포함될 수 있는 액체 성분이 증발되어, 촉매 컨버터의 성능이 더욱 향상된다. 상기 혼합 유닛의 하류에서 상기 가스 버너의 출구를 결합하는 것은 상기 환원제가 이미 배기 가스와 혼합되어 양자가 상기 가스 버너로부터의 고온 가스 흐름에 의해 함께 가열되는 이점을 가진다. 또한, 상기 고온 가스 흐름이 상기 촉매 컨버터 바로 앞에서 도입되기 때문에, 상기 촉매 컨버터는 짧은 시간 내에 가열된다.
일 실시예에 따르면, 시스템은 배기 가스의 산화 처리를 수행하도록 구성되고 상기 촉매 컨버터의 상류에서 상기 배기 가스 라인에 배치되는 산화 촉매를 더 포함할 수 있고, 상기 가스 버너의 출구는 상기 산화 촉매의 상류 또는 하류에서 상기 배기 가스 라인에 결합될 수 있다. 상기 산화 촉매는 선택적으로 입자 필터를 포함할 수 있다.
상기 산화 촉매의 상류에서, 예를 들어 상기 배기 가스 라인의 입구와 상기 산화 촉매의 사이에서 상기 가스 버너의 출구를 결합하는 것은 상기 산화 촉매 및 상기 산화 촉매의 하류에 위치하는 혼합 유닛과 같은 다른 선택적 구성도 가열되는 이점을 제공한다. 한편, 상기 산화 촉매의 하류에서, 예를 들어 상기 산화 촉매와 상기 선택적 혼합 유닛 사이 또는 상기 선택적 혼합 유닛과 상기 촉매 컨버터 사이에서 상기 가스 버너의 출구를 결합하는 것은 상기 촉매 컨버터를 소정 온도로 가열하기 위해 요구되는 시간을 감소시킬 수 있다.
일 실시예에 따르면, 시스템은 상기 가스 버너의 출구를 상기 배기 가스 라인의 특정 위치에 선택적으로 결합시키도록 구성되는 분배 매니폴드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 분배 매니폴드는 상기 촉매 컨버터와 상기 혼합 유닛 사이, 상기 혼합 유닛과 상기 산화 촉매 사이, 또는 상기 산화 촉매의 상류에서 상기 배기 가스 라인을 선택적으로 결합하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 제3 또는 제4 양상에 따른 방법에서, 첫째로, 상기 분배 매니폴드는 상기 촉매 컨버터를 빠르게 가열하기 위해 상기 가스 버너의 출구를 상기 촉매 컨버터의 가스 입구에 바로 인접한 위치에 결합시킬 수 있다. 이어서, 상기 가스 버너의 출구는 상기 혼합 유닛과 상기 산화 촉매 사이 또는 상기 산화 촉매의 상류에서 상기 배기 가스 라인에 결합될 수 있다. 또한, 상기 가스 버너의 출구가 상기 배기 가스 라인에 결합되는 위치는 주위 온도에 의존할 수 있다. 예를 들어, 높은 주위 온도에서, 상기 촉매 컨버터의 가스 입구에서 소정 시간 내에 소정 온도에 도달하는 것은 상기 산화 촉매의 상류에서 상기 가스 버너의 출구를 상기 배기 가스 라인에 결합 것으로 충분할 수 있다. 한편, 낮은 주위 온도에서, 소정 시간 내에 상기 촉매 컨버터를 빠르게 가열하기 위해 상기 가스 버너의 출구를 상기 촉매 컨버터의 상기 가스 입구와 바로 인접한 위치에 결합시키는 것이 보다 바람직할 수 있다. 따라서, 상기 매니폴드의 도움에 의해 시스템의 유연성이 향상될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 시스템은 시작 명령, 상기 촉매 컨버터의 가스 입구에서의 온도, 및 상기 촉매 컨버터의 가스 입구에서 배기 가스 내의 산소 함량 중 적어도 하나에 따라 상기 가스 버너의 작동을 제어하도록 구성되는 제어기를 포함할 수 있다. 상기 제어기는 프로세서, 마이크로 제어기, ASIC, FPGA, 또는 유사한 처리 장치로서 구현될 수 있다. 상기 제어기는 상기 가스 버너를 가동시키기 위해 상기 가스 버너의 제어 구조 또는 장치를 작동시키는 명령 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 상기 제어 구조는 상기 가스 탱크와 공기 탱크를 상기 가스 버너 및/또는 상기 점화 장치 또는 유사한 장치의 입구에 연결하는 입구 밸브에 의해 형성될 수 있다.
차량의 점화가 켜짐을 나타내는 상기 시작 명령은 예를 들어 엔진이나 차량의 다른 장치에 의해 제공되는 전기 신호일 수 있다. 선택적으로, 상기 시작 명령은 소정 열 출력에서 소정 시간 동안 상기 가스 버너의 작동을 촉발시킴으로써 개방 루프 제어를 구현하는 데에 사용될 수 있다. 상기 시작 명령에 선택적으로 부가하여, 상기 가스 입구에서의 상기 온도 및 상기 산소 함량은 폐쇄 루프 제어를 구현하는 데에 사용될 수 있고, 상기 제어기는 상기 가스 입구에서 소정 온도 및/또는 소정 산소 함량이 충족되도록 상기 가스 입구에서 상기 온도 및/또는 상기 산소 함량을 변경하기 위해 상기 가스 버너의 작동을 제어한다.
상기 제어기는 또한 초기 점화 및/또는 열 출력에 대한 상기 가스 버너의 작동을 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 공기 탱크와 상기 가스 탱크로부터 상기 가스 버너의 입구로 공급되는 가압된 공기와 가스 연료의 비율은 상기 촉매 컨버터의 가스 입구에서 배기 가스의 온도 및/또는 산소 함량, 및/또는 다른 작동 조건, 특히 상기 촉매 컨버터의 입구에서 또는 배기 가스 라인 내에서 포착되는 열 역학적 상태 변수에 따라 변경될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 압축 공기 시스템은 차량의 브레이크 시스템에 압축 공기를 공급하도록 구성된다. 예를 들어 저장조는 공급 라인, 및 밸브와 플랩(flap)과 같은 각각의 제어 장치를 통해 상기 브레이크 시스템의 브레이크 엑추에이터, 예를 들어 휠 실린더에 결합될 수 있다. 이러한 구조는 일반적으로 트럭과 버스 또는 트랙터와 같은 HDV(heavy duty vehicle)에 통합된다. 따라서, 상기 EATS가 차량에 매우 용이하게 통합될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 차량은 내연기관의 공연비을 제어하도록 구성되는 제어기를 포함한다. 바람직하게는, 이러한 제어기는 전술한 바와 같이 EATS의 제어기의 기능을 통합한다. 이에 의해, 차량 내로 EATS의 통합이 보다 개선된다.
본 발명의 제3 양상의 방법의 일 실시예에 따르면, 시동 조건은 소정 시간의 경과 또는 소정 임계 온도에 의해 정의된다. 즉, 내연기관은 상기 촉매 컨버터가 소정 시간 동안, 예를 들어 2초 내지 10초의 시간 동안 상기 가스 버너에 의해 가열된 이후, 또는 상기 촉매 컨버터의 가스 입구에서의 온도가 소정 온도 임계값에 도달된 이후에 시동된다. 특히, 상기 가스 버너는 상기 가스 입구에서 시동 조건을 생성하기 위한 개방 또는 폐쇄 루프 제어에서 작동될 수 있다.
폐쇄 루프 제어에서, 상기 방법은 예를 들어 온도 센서에 의해 상기 촉매 컨버터의 가스 입구에서의 온도를 포착하는 단계와, 상기 포착된 온도가 상기 소정 임계 온도와 동일하거나 보다 큰 때에 상기 내연기관을 시동시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한 선택적으로, 상기 온도는 상기 가스 버너의 개방 또는 폐쇄 루프 제어 작동과 무관하게 상기 촉매 컨버터의 가스 입구에서 포착될 수 있다. 특히, 상기 방법은 상기 촉매 컨버터의 가스 입구에서 온도를 포착하는 단계와, 상기 포착된 온도가 상기 소정 임계 온도 보다 낮은 때에 상기 가스 버너 내에서 가압된 공기로 가스 연료를 연소시킴으로써 고온 가스 흐름을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 즉, 예를 들어 자동차의 시동이 전에 단지 짧은 시간 전에 꺼졌기 때문에, 자동차를 시동하기 전에 상기 시동 조건이 이미 충족되었다고 판단되면, 가열이 요구되지 않고, 따라서 상기 가스 버너는 작동되지 않는다.
제3 또는 제4 양상에 따른 방법의 일 실시예에 따르면, 상기 촉매 컨버터 내에서의 촉매 환원을 위해 환원제는 환원제 인젝터에 의해 상기 배기 가스로 주입 또는 분사되고, 상기 환원제는 상기 가스 버너의 상기 고온 가스 흐름의 상류 또는 하류에서 주입 또는 분사된다. 환원제는 예를 들어 요소(urea)일 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 가압된 공기는 5bar 내지 15bar의 압력으로 상기 가스 버너에 공급될 수 있다. 상기 가스 연료는 상기와 같은 압력으로 상기 가스 버너에 공급될 수 있다. 대기압 보다 높은 압력을 사용함으로써, 상기 가스 버너에 의해 생성되는 상기 고온 가스 흐름은 상기 배기 가스 라인 내로 비교적 높은 압력으로 도입될 수 있다. 이에 따라, 상기 배기 가스 라인 내의 유속이 증가되고, 이는 열 전달을 유리하게 증가시켜 상기 촉매 컨버터의 가열을 가속시킨다.
상기 EATS 및 차량에 대해 여기에서 설명된 특징은 또한 본 발명의 제3 및 제4 양상의 방법에 대한 개시이고, 그 반대로 마찬가지이다.
본 명세서에서 사용된 "가스 연료"는 대기 조긴 하에서 기체 상태를 취하는 가연성 물질이다. 대기 조건은 표준 온도 및 압력(STP), 즉 0℃ 및 1013.25hPA에서 주어진다. 상기 가스 연료는 예를 들어 메탄, 프로판, 부탄, 이들의 혼합물 또는 천연 가스이거나, 이들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 배기가스 후처리 시스템의 촉매 컨버터 및 다른 구성의 온도가 매우 빠르게 그 작동 온도에 도달될 수 있고, 특히 촉매 컨버터의 온도는 촉매 컨버터 내에서 촉매 반응이 개시되는 온도에 도달될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 엔진 작동과 무관하게 배기가스 후처리 시스템을 가열하는 데에 이용됨으로써, 본 발명은 엔진의 냉간 시동 단계 동안에 배출 수준에 관한 이점을 제공할 수 있다.
첨부 도면은 본 발명의 추가 이해를 제공하기 위해 포함되며, 본 명세서에 통합되어 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면은 본 발명의 일 실시예를 도시하고 발명의 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다. 본 발명의 다른 실시예 및 본 발명의 다수의 의도된 이점들은 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 도면의 구성요소는 반드시 서로에 비례하여 크기가 조정될 필요는 없다. 도면들에서, 달리 지시되지 않는 한, 동일한 참조 번호는 동일하거나 기능적으로 유사한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 후처리 시스템을 포함하는 차량을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 개기 가스 후처리 시스템에 사용되는 가스 버너를 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 추가 실시예에 따른 배기 가스 후처리 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 다른 추가 실시예에 따른 배기 가스 후처리 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 5는 본 발명의 또 다른 추가 실시예에 따른 배기 가스 후처리 시스템을 개략적으로 도시한다.
본 명세서에서 특정 실시예가 도시되고 설명되었지만, 다양한 대체 및/또는 균등 구현이 상기 특정 실시예를 본 발명의 범위를 벗어남 없이 대체될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다. 일반적으로, 본 출원은 본 명세서에서 논의된 특정 실시예의 임의의 응용 또는 변형을 포괄하도록 의도된다.
도 1은 디젤 엔진과 같은 내연기관(101) 및 배기 가스 후처리 시스템(10)(EATS)을 포함하는 차량(100)을 개략적으로 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 차량(100)은 가압된 공기를 저장하는 저장조(104)를 포함하는 압축 또는 가압 공기 시스템(102)을 포함한다.
엔진(101)은 차량(100)의 적어도 하나의 축(106, 107)을 차례로 구동하는 드라이브 샤프트(105)를 구동한다. 축(106, 107)의 회전 운동을 차량(100)의 병진 운동으로 변화하기 위해, 휠(W)이 도 1에 상징적으로 도시된 바와 같이 축(106, 107)에 결합된다.
저장조(104)는 예를 들어 5bar 내지 15bar의 압력 하에서 공기를 저장하도록 구성되는 탱크로서 구현될 수 있다. 가압 공기 시스템(102)은 저장조(104)로부터 차량(100) 내의 다양한 위치로 공기를 안내하기 위해 상기 저장조에 연결되는 공압 라인(108)을 포함한다.
또한, 차량(100)은 도 1에서 블록(103)으로서 상징적으로 도시되는 브레이크 시스템을 포함한다. 상기 브레이크 시스템(103)은 차량(100)을 제동하기 위해 휠(W)에 마찰력을 가하도록 구성된다. 예를 들어, 브레이크 시스템(103)은 공압 엑추에이터(미도시)를 포함할 수 있다. 따라서, 브레이크 시스템(103)은 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이 공압 라인(108)에 의해 압축 공기 시스템(102)에 결합될 수 있다. 일반적으로, 압축 공기 시스템(102)은 차량(100)의 브레이크 시스템(103)에 압축 공기를 공급하도록 구성된다.
도 1에 예시적으로 도시된 엔진(101)은 터보 차저(17) 및 충전 공기 냉각기(16)를 통해 상기 엔진(101)에 신선하고 냉각된 공기를 주입 또는 분사하기 위해 공기 입구(15a)와 결합된다. 엔진(101)은 가스 파이프(15)를 통해 배기 가스를 방출하고, 상기 배기 가스는 상기 터보 차저의 터빈을 통과한 후 자동차의 배기(15b)에서 배출된다.
시스템(10)은 차량(100)의 내연기관(101)으로부터 방출되는 배기 가스를 정화하도록 구성된다. 도 1에 예시적으로 도시된 바와 같이, 시스템(10)은 선택적 산화 촉매 또는 선택적으로 디젤 미립자 필터(이들 둘은 도 1에서 참조 부호 19로 표시됨), 선택적 환원제 인젝터(11), 선택적 혼합 유닛(12) 및 예를 들어 SCR(Selective Catalytic Reduction) 장치일 수 있는 촉매 컨버터(2)를 포함하는 일련의 배기 가스 후처리 장치를 포함할 수 있다. 또한, 시스템(10)은 가스 버너(1), 가스 탱크(3), 및 가압 공기 시스템(102)의 저장조(104)에 의해 형성될 수 있는 공기 탱크(4)를 포함한다.
도 1에 예시적으로 도시된 바와 같이, 촉매 컨버터(2)의 가스 입구(2a)는 배기 가스 라인(20)을 통해 엔진(101)의 배기(15b)에 결합될 수 있다. 특히, 배기 가스 라인(20)의 입구(21)는 엔진(101)의 배기(15b)에 결합되고, 배기 가스 라인(20)의 출구(22)는 촉매 컨버터(2)의 가스 입구(2a)에 결합된다. 즉, 엔진(101)에 의해 생성되는 배기 가스는 입구(21)를 통해 배기 가스 라인(20)에 도입되고, 배기 가스 라인(20)을 통해 배기 가스 라인(20)의 출구(22)로 흐르며, 촉매 컨버터(2)의 가스 입구(2a)에 공급된다. 따라서, 유동 방향은 배기 가스 라인(20)의 입구(21)로부터 촉매 컨버터(2)의 입구(2a)로 정의된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 선택적 산화 촉매(19)는 입구(21)에 인접한 배기 가스 라인(20)에, 즉 촉매 컨버터(2)의 상류에 배열될 수 있다. 상기 산화 촉매(19)는 일반적인 설계물일 수 있고, 예를 들어 미연소 탄화 수소를 이산화탄소 및 물(water)로 변환하기 위해, 배기 가스의 산화 처리를 수행하도록 구성된다.
선택적 환원제 인젝터(11)는 촉매 컨버터(2)의 상류에서, 바람직하게는 도 1에 예시적으로 도시된 바와 같이 촉매 컨버터(2)와 산화 촉매(19)의 사이에서 배기 가스 라인(20)에 결합된다. 상기 인젝터(11)는 촉매 컨버터(2)에서 배기 가스의 촉매 환원을 위해 촉매 컨버터(2)의 상류에서 배기 가스 라인(20)으로 환원제를 주입 또는 분사하도록 구성된다. 상기 환원제는 통상적인 방식으로 SCR 촉매 컨버터(2) 내부의 촉매 과정에서 환원제로 작용한다. 예를 들어, SCR 촉매 컨버터(2)는 입구 표면과 출구 표면(미도시) 사이에 배열되는 촉매 활성 기질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 기질은 통상적인 방식으로 예를 들어 복수의 촉매 활성 서브-채널을 제공하는 벌집 구조를 가지는 세라믹 모노리스(monolith)를 포함할 수 있고, 상기 배기 가스는 촉매 처리를 위해 상기 촉매 활성 서브-채널을 통해 안내된다.
선택적으로, 혼합 유닛(12)은 상기 환원제, 예를 들어 요소(urea)와 배기 가스 라인(20)에서 흐르는 상기 배기 가스 간의 혼합을 향상시키기 위해 제공된다. 따라서, 혼합 유닛(12)은 도 1에 예시적으로 도시된 바와 같이 환원제 인젝터(11)가 배기 가스 라인(20)에 결합되는 위치의 하류에 배열될 수 있다.
가스 탱크(3)은 특히 대기압 보다 높은 압력, 예를 들어 5bar 내지 15bar의 압력 하에서 액체 또는 기체 상태의 연료를 저장할 수 있거나 저장하도록 구성되는 탱크 또는 컨테이너이다. 예를 들어, 가스 탱크(3)는 임의의 원하는 형상의 금속 탱크일 수 있다. 대기의 압력과 온도 하에서 기체 상태에 있는 천연 가스와 같은 연료 가연 물질이 사용될 수 있다. 가스 탱크는 예를 들어 액화 석유 가스 또는 압축 천연 가스를 저장할 수 있다.
가스 버너(1)는 도 2에 보다 상세하게 도시된다. 가스 버너(1)는 가스 탱크(3)에 결합되는 입구(1a)와 배기 가스 라인(20)에 결합되는 출구(1b)를 포함한다. 또한, 가스 버너(1)는 연소 챔버(7)를 포함한다. 선택적으로, 가스 버너(1)는 혼합부(5)와 점화 장치(6)를 포함한다.
상기 입구(1a)는 도 2에 예시적으로 도시된 바와 같이 제1 밸브(23) 및 제2 밸브(24)와 같은 유동 제어 장치를 포함할 수 있다. 상기 제어 장치는 유체의 유량을 변화시키도록 구성된다. 특히, 제1 밸브(23)는 가스 탱크(3)를 가스 버너(1)에 결합시키고, 제2 밸브(23)은 공기 탱크(4) 또는 저장조(104)를 가스 버너(1)에 결합시킨다. 가스 탱크(3)에 저장되는 가스 연료 및 공기 탱크(4)에 저장되는 가압 공기는 가스 버너(1)의 출구(1b)에서 제공되는 고온 가스 흐름을 생성하기 위해 가스 연료가 가압 공기와 함께 연소되는 연소 챔버(7)로 도입될 수 있다.
도 2에 개략적으로 도시된 바와 같이, 혼합부(5)는 입구(1a)에 인접하게 배열될 수 있고, 가스 탱크(3)로부터 받아들여지는 가스 연료와 공기 탱크(4)로부터 받아들여지는 가압 공기를 혼합함으로써 공기 연료 혼합물을 생성한다. 예를 들어, 복수의 블레이드(미도시)가 혼합부(5)에 배치될 수 있다.
점화 장치(6)는 연소 챔버(7)에서 공기 연료 혼합물을 초기에 점화시키는 역할을 한다. 예를 들어, 점화 장치(6)는 스파크 플러그 또는 피에조(piezo) 점화기에 의해 형성될 수 있다.
도 1에 예시적으로 도시된 바와 같이, 가스 탱크(3)와 공기 탱크(4)는, 예를 들어 공급 라인을 통해, 가스 버너의 입구(1a)에 연결된다. 선택적으로, 가스 탱크(3)에 저장되는 가스 연료를 증발시키도록 구성되는 가스 기화기(8)는 가스 탱크(3)와 가스 버너의 입구(1a) 사이의 공급 라인에 배치될 수 있다. 예를 들어, 가스 기화기(8)는 전기 히터로 구현될 수 있다.
도 2를 다시 참조하면, 혼합부(5)에서 선택적으로 미리 혼합된, 기체 상태의 가압 공기 및 가스 연료는 입구(1a)를 통해 가스 버너(1)에 도입되고, 가스 연료는 연소 챔버(7)에서 공기와 함께 연소된다. 이에 의해, 고온 가스 흐름은 가스 버너(1)의 출구(1b)에서 연소 챔버(7)의 외부로 흐른다.
가스 버너의 출구(1b)는 배기 가스 라인(20)에 결합된다. 도 1에 예시적으로 도시된 바와 같이, 가스 버너의 출구(1b)는 촉매 컨버터(2)의 입구(2a)에 바로 인접하게, 예를 들어 선택적 혼합 유닛(12)과 촉매 컨버터(2)의 가스 입구(2a) 사이에서 배기 가스 라인(20)에 결합될 수 있다. 일반적으로, 가스 버너의 출구(1b)는 촉매 컨버터(2)의 가스 입구(2a)의 하류에서 배기 가스 라인(20)에 결합된다. 이에 의해, 고온 가스는 촉매 컨버터(2)의 하류에서 배기 가스 라인(20)으로 도입될 수 있고, 촉매 컨버터(2)로 공급될 수 있다. 따라서, 촉매 컨버터(2)는 배기 가스의 온도가 낮거나, 예를 들어 엔진(101)이 정지하여, 엔진(101)으로부터 배기 가스의 흐름이 없을 때에도 가열될 수 있다.
대안적으로, 가스 버너의 출구(1b)는 도 3 및 도 4에 예시적으로 도시된 바와 같이, 혼합 유닛(12)의 상류에서 배기 가스 라인(20)에 결합될 수 있다. 선택적으로, 버너의 출구(1b)는 혼합 유닛(12)과 산화 촉매(19) 사이에서, 즉 도 3에 도시된 바와 같이 산화 촉매(19)의 하류 및 혼합 유닛(12)의 상류에서 배기 가스 라인(20)에 결합될 수 있다. 도 4는 가스 버너(1)의 출구(1b)가 산화 촉매(19)의 상류에서, 즉 산화 촉매(19)와 배기 가스 라인(20)의 입구(21) 사이에서 배기 가스 라인(20)에 결합되는 예를 도시한다. 일반적으로, 가스 버너(1)의 출구(1b)는 촉매 컨버터(2)의 가스 입구(2a)의 상류에서 배기 가스 라인(20)에 결합될 수 있다.
도 5에 도시된 시스템(10)은 분배 매니폴드(9)를 포함하는 점에서 도 1에 도시된 시스템(10)과 상이하다. 분배 매니폴드(9)는 가스 버너(1)의 출구(1b)에 결합되고, 복수의 분배 출구(9b, 9c, 9d)를 포함한다. 제1 분배 출구(9b)는 촉매 컨버터(2)와 혼합 유닛(12) 사이에서 배기 가스 라인(20)에 결합된다. 제2 분배 출구(9c)는 혼합 유닛(12)과 산화 촉매(10) 사이에서 배기 가스 라인(20)에 연결된다. 제3 분배 출구(9d)는 산화 촉매(19)의 상류에서 배기 가스 라인(20)에 결합된다. 분배 매니폴드(9)는 가스 버터(1)의 출구(1b)와 분배 출구(9b, 9c, 9d.) 중 하나 사이에서 선택적으로 유체를 안내하도록 구성되는 플랩(flap) 시스템(미도시)을 포함할 수 있다. 따라서, 분배 매니폴드(9)는 촉매 컨버터(2)와 혼합 유닛(12) 사이, 혼합 유닛(12)과 산화 촉매(19) 사이, 또는 산화 촉매(19)의 상류에서 선택적으로 가스 버너(1)의 출구(1b)를 배기 가스 라인(20)에 결합시키도록 구성된다.
도 1, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제어기(13)가 시스템(10) 및/또는 차량(100)에 제공될 수 있다. 제어기(13)는 데이터 저장 장치, 특히 하드 디스크 드라이브 또는 플래시 드라이브와 같은 비휘발성 데이터 저장 장치, 및 CPU와 같은 프로세싱 유닛을 포함할 수 있다. 물론, 제어기(13)는 마이크로 제어기, ASIC, RPGA 등으로 구현될 수도 있다. 제어기(13)는, 예를 들어 무선 또는 유선 접속을 통해, 가스 버너(1) 및 선택적으로 차량(100)의 엔진(101)에 기능적으로 연결된다. 제어기(13)는 시스템(10) 및/또는 엔진(101)의 다양한 제어 장치를 작동시키기 위한 제어 명령을 생성하도록 구성된다. 또한, 제어기(13)는 시스템(10)을 통해 제공되는 다양한 센서, 예를 들어 촉매 컨버터(2)의 가스 입구(2a)에서 제공되는 온도 센서 및/또는 람다 센서에 기능적으로 연결될 수 있다.
제어기(13)는 촉매 컨버터(2)의 가스 입구(2a)에서, 예를 들어 상기 온도 센서(미도시)에 의해 포착되는 온도, 및 예를 들어 상기 람다 센서에 의해 포착되는 촉매 컨버터(2)의 가스 입구(2a)에서 상기 배기 가스 내의 산소 함량 중 적어도 하나에 따라 가스 버너(1)의 작동을 제어하도록 구성된다. 부가적 또는 대안적으로, 제어기(13)는 시동 조건에 따라 가스 버너(1)의 작동을 제어하도록 구성될 수 있다. 상기 시동 조건은 예를 들어 제어기(13)가 차량(100)의 점화가 켜짐을 나타내는 시작 신호, 예를 들어 엔진(101) 또는 차량(100)의 다른 장치에 의해 제공되는 전기 신호를 탐지한 때에 충족될 수 있다.
특히, 제어기(13)는 가스 연료의 초기 점화에 대한 가스 버너(1)의 작동을 제어하도록 구성된다. 즉, 제어기(13)는 가스 버너(1) 내 가스 연료의 연소를 개시하기 위해 점화 장치(6)가 스파크를 발생시키도록 하는 명령 신호를 생성할 수 있다. 부가적 또는 대안적으로, 제어기(13)는 열 출력에 대한 가스 버너(1)의 작동을 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어기(13)는 제어 장치, 예를 들어 밸브(23, 24)가 가스 연료 및/또는 가압 공기의 유량을 변화시키도록 하는 명령 신호를 생성할 수 있다. 이에 의해, 공연비도 변화될 수 있다.
제어기(13)는 선택적 분배 매니폴드(9)를 제어하도록 구성될 수도 있다. 즉, 제어기(13)는 분배 매니폴드(9)의 플랩(flap) 시스템(미도시)이 가스 버너(1)의 출구(1b)를 매니폴드 출구들(9b, 9c, 9d) 중 하나와 연결시키도록 하는 명령 신호를 생성할 수 있다.
또한, 제어기(13)는 차량(100)의 내연기관(101)의 작동, 예를 들어 내연기관(101)에서의 공연비를 제어하도록 구성될 수도 있다.
차량(100) 작동 방법 및 배기 가스 후처리 방법은 상술된 차량(100) 및 시스템(10)을 참조하여 예로써 이하에서 설명될 것이다. 특히, 제어기(13)는 시스템(10) 및 차량(100)의 구성, 특히 가스 버너(1) 및 엔진(101)이 이하에서 설명되는 방법 단계에 따라 작동되게 하도록 구성될 수 있다.
상기 차량(100)의 작동 방법은, 예를 들어 온도 센서(미도시)에 의해, 촉매 컨버터(2)의 가스 입구(2a)에서 온도를 포착하는 단계를 선택적으로 포함할 수 있다. 고온 가스 흐름은 가스 버너(1) 내에서 가스 탱크(3)로부터의 가스 연료를 공기 탱크(4) 또는 저장조(104)로부터의 가압 공기와 연소시킴으로써 생성된다. 선택적으로, 상기 고온 가스 흐름은 포착된 온도가 소정 임계 온도 보다 낮을 때 또는 일반적으로 시동 조건이 충족되지 않은 때에만 생성될 수 있다. 상기 고온 가스 흐름을 생성하기 위해, 제어기(13)는 밸브(23, 24) 및 점화 장치(6)를 제어할 수 있다. 상기 고온 가스 흐름은 배기 가스 라인(20)으로, 특히 도 1, 도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같이 배기 가스 라인(20)의 위치 중 하나로 향한다. 상기 포착된 온도가 상기 소정 임계 온도와 동일하거나 보다 높을 때, 또는 다른 시동 조건이 충족되는 때에, 내연기관(101)이 시동된다. 예를 들어, 제어기(13)는 엔진(101)의 공기 연료 혼합물의 연소를 개시한다.
배기 가스 후처리 방법은 촉매 컨버터(2)의 입구(2a)에서 온도가 여전히 임계값, 즉 촉매 컨버터(2)의 라이트 오프 온도 미만일 때, 예를 들어 엔진(101)의 냉간 시동 후에, 엔진(101)이 작동 중일 때 수행된다.
이러한 방법에 따르면 고온 가스 흐름은 상술한 바와 같이 가스 버너(1) 내에서 가스 연료를 가압된 공기와 연소시킴으로써 생성된다. 내연 기관(101)으로부터의 배기 가스를 상기 고온 가스 흐름으로 가열하기 위해 상기 고온 가스 흐름이 배기 가스 라인(20)으로 공급됨으로써, 상기 고온 가스 흐름은 배기 가스로 도입된다. 상기 가열된 배기 가스는 상기 가열된 배기 가스에 촉매 처리를 수행하기 위해 배기 가스 라인(20)을 통해 촉매 컨버터(2)의 가스 입구(2a)로 향한다. 선택적으로, 환원제는 인젝터(11)에 의해 촉매 컨버터(2) 내에서 촉매 환원을 위해 환원제 인젝터(11)에 의해 상기 배기 가스로 주입 또는 분사될 수 있다. 전술한 바와 같이, 상기 환원제는 가스 버너(1)의 고온 가스 흐름의 하류 또는 상류에서 주입 또는 분사될 수 있다.
비록 전술한 시스템 및 방법은 트럭 또는 자동차와 같은 차량과 관련하여 설명되었지만, 본 명세서에서 설명된 시스템 및 방법이 연소 엔진을 포함하는 다양한 대상에 적용될 수 있음은 당업자에게 명확하고 모호하지 않게 이해될 수 있다.
본 발명은 예시적인 실시예에 따라 상세하게 설명되었다. 그러나, 본 발명의 원리 및 중심 사상, 청구항에서 정의되는 본 발명의 범위, 및 그 균등물로부터 벗어남 없이 이러한 실시예들에 대한 변형이 이루어질 수 있음은 당업자에게 자명하다.
1: 가스 버너
1a: 가스 버너의 입구
1b: 가스 버너의 출구
2: 촉매 컨버터
2a: 촉매 컨버터의 가스 입구
2b: 촉매 컨버터의 가스 출구
3: 가스 탱크
4: 공기 탱크
5: 가스 버너의 혼합부
6: 점화 장치
7: 연소 챔버
8: 가스 기화기
9: 분배 매니폴드
9c-d: 분배 출구
10: 배기 가스 후처리 시스템
11: 환원제 인젝터
12: 혼합 유닛
13: 제어기
15: 가스 파이프
15a: 공기 입구
15b: 배기
16: 충전 공기 냉각기
17: 터보 차저
19: 산화 촉매/미립자 필터
20: 배기 가스 라인
21: 배기 가스 라인의 입구
22: 배기 가스 라인의 출구
23: 제1 밸브
24: 제2 밸브
100: 차량
101: 내연기관
102: 가압 공기 시스템
103: 브레이크 시스템
104: 저장조
105: 드라이브 샤프트
106, 107: 축
108: 공압 라인
W: 휠

Claims (16)

  1. 가스 입구(2a)를 구비하고, 상기 가스 입구(2a)에서 내연기관(101)으로부터의 배기 가스를 받아들이며, 상기 배기 가스에 촉매 처리를 수행하도록 구성되는 촉매 컨버터(2);
    상기 내연기관(101)의 배기(15b)에 상기 가스 입구(2a)를 결합하기 위해 상기 가스 입구(2a)에 결합되는 배기 가스 라인(20);
    가스 연료를 저장하기 위한 가스 탱크(3);
    가압 공기를 저장하기 위한 공기 탱크(4); 및
    상기 공기 탱크(4) 및 상기 가스 탱크(3)와 결합되는 입구(1a), 및 상기 촉매 컨버터(2)의 상기 가스 입구(2a)의 상류에서 상기 배기 가스 라인(20)에 결합되는 출구(1b)를 포함하고, 그 내부에서 상기 가스 탱크(3)로부터 받아들여지는 가스 연료를 상기 공기 탱크(4)로부터 받아들여지는 가압 공기로 연소시킴으로써 고온 가스 흐름을 생성하도록 구성되는 가스 버너(1);
    를 포함하는 배기 가스 후처리 시스템(10).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가스 버너(1)는
    상기 가스 탱크(3)로부터 받아들여지는 가스 연료와 상기 공기 탱크(4)로부터 받아들여지는 가압 공기를 혼합함으로써 공기 연료 혼합물을 생성하도록 구성되는 혼합부(5); 및
    상기 공기 연료 혼합물을 점화하기 위한 점화 장치(6);
    를 포함하는 배기 가스 후처리 시스템(10).
  3. 제2항에 있어서,
    상기 점화 장치(6)는 스파크 플러그 또는 피에조(piezo) 점화기에 의해 형성되는 배기 가스 후처리 시스템(10).
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가스 탱크(3)에 저장되는 가스 연료를 증발시키도록 구성되는 가스 기화기(8)를 더 포함하는 배기 가스 후처리 시스템(10).
  5. 제1항에 있어서,
    상기 촉매 컨버터(2) 내에서 상기 배기 가스의 촉매 환원을 위해 상기 촉매 컨버터(2)의 상류에서 상기 배기 가스 라인(20)으로 환원제를 주입 또는 분사하도록 구성되는 환원제 인젝터(11); 및
    상기 환원제 인젝터(11)와 상기 촉매 컨버터(2)의 상기 가스 입구(2a) 사이에서 상기 배기 가스 라인(20)에 배치되고, 상기 배기 가스와 환원제를 혼합하도록 구성되는 혼합 유닛(12);
    을 포함하고,
    상기 가스 버너(1)의 상기 출구(1b)는 상기 혼합 유닛(12)의 상류 또는 하류에서 상기 배기 가스 라인(20)에 결합되는 배기 가스 후처리 시스템(10).
  6. 제1항에 있어서,
    상기 배기 가스의 산화 처리를 수행하고, 상기 촉매 컨버터(2)의 상류에서 상기 배기 가스 라인(20)에 배치되는 산화 촉매(19)를 더 포함하고,
    상기 가스 버너(1)의 출구(1b)는 상기 산화 촉매(19)의 상류 또는 하류에서 상기 배기 가스 라인(20)에 결합되는 배기 가스 후처리 시스템(10).
  7. 제1항에 있어서,
    상기 촉매 컨버터(2)의 내부에서 상기 배기 가스의 촉매 환원을 위해 상기 촉매 컨버터(2)의 상류에서 상기 배기 가스 라인(20)으로 환원제를 주입 또는 분사하도록 구성되는 환원제 인젝터(11);
    상기 환원제 인젝터(11)와 상기 촉매 컨버터(2)의 상기 가스 입구(2a) 사이에서 상기 배기 가스 라인(20)에 배치되고, 상기 환원제를 상기 배기 가스와 혼합하도록 구성되는 혼합 유닛(12);
    상기 배기 가스의 산화 처리를 수행하고, 상기 환원제 인젝터(11)의 상류에서 상기 배기 가스 라인(20)에 배치되는 산화 촉매(19); 및
    상기 촉매 컨버터(2)와 상기 혼합 유닛(12) 사이에서, 상기 혼합 유닛(12)과 상기 산화 촉매(19) 사이에서, 또는 상기 산화 촉매(19)의 상류에서 상기 가스 버너(1)의 상기 출구(1b)를 상기 배기 가스 라인(20)에 선택적으로 결합하도록 구성되는 분배 매니폴드(9);
    를 포함하는 배기 가스 후처리 시스템(10)
  8. 제7항에 있어서,
    시작 명령, 상기 촉매 컨버터(2)의 상기 가스 입구(2a)에서의 온도, 및 상기 촉매 컨버터(2)의 상기 가스 입구(2a)에서 상기 배기 가스 내의 산소 함량 중 적어도 하나에 따라 상기 가스 버너(1)의 작동을 제어하도록 구성되는 제어기(13)를 더 포함하는 배기 가스 후처리 시스템(10).
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어기(13)는
    초기 점화 및 열 출력 중 적어도 하나에 대한 상기 가스 버너(1)의 작동을 제어하도록 구성되는 배기 가스 후처리 시스템(10).
  10. 내연기관(101);
    가스 탱크(3)로부터 받아들여지는 가스 연료를 공기 탱크(4)로부터 받아들여지는 가압 공기로 연소시킴으로써 고온 가스 흐름을 생성하고, 상기 고온 가스 흐름에 의해 촉매 컨버터(2) 및 상기 내연기관(101)으로부터의 배기가스 중 적어도 하나를 가열하며, 상기 내연기관으로부터의 배기 가스를 후처리하는 배기 가스 후처리 시스템(10); 및
    압축 공기의 저장조(104)를 포함하는 압축 공기 시스템(102);
    을 포함하고,
    상기 저장조(104)는 상기 배기 가스 후처리 시스템(10)의 공기 탱크(4)를 형성하는 차량(100)
  11. 제10항에 있어서,
    상기 압축 공기 시스템(102)은 상기 차량(100)의 브레이크 시스템(103)에 압축된 공기를 공급하도록 구성되는 차량(100).
  12. 가압된 공기로 가스 연료를 연소시킴으로써 가스 버너(1)에서 고온 가스 흐름을 생성하는 단계;
    배기 가스 라인(20)으로 상기 고온 가스 흐름을 유도하는 단계; 및
    시동 조건이 충족될 때 내연기관을 시동시키는 단계;
    를 포함하는 차량(100)의 작동 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 시동 조건은
    소정 시간 경과 또는 소정 임계 온도에 의해 정의되는 차량(100)의 작동 방법.
  14. 가압된 공기로 가스 연료를 연소함으로써 가스 버너(1)에서 고온 가스 흐름을 생성하는 단계;
    상기 고온 가스 흐름을 배기 가스로 유도함으로써 상기 고온 가스 흐름으로 내연기관(101)으로부터의 배기 가스를 가열하는 단계; 및
    상기 가열된 배기 가스를 촉매 처리하기 위해 촉매 컨버터(2)의 가스 입구(2a)로 상기 가열된 배기 가스를 공급하는 단계;
    를 포함하는 배기 가스 후처리 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 촉매 컨버터(2) 내에서의 촉매 환원을 위해 환원제 인젝터(11)에 의해 상기 배기 가스로 환원제를 주입 또는 분사하는 단계를 더 포함하고,
    상기 환원제는 상기 가스 버너(1)의 상기 고온 가스 흐름의 상류 또는 하류에서 주입 또는 분사되는 배기 가스 후처리 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 가압된 공기는 5bar 내지 15bar의 압력으로 상기 가스 버너(1)에 공급되는 배기 가스 후처리 방법.
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