배기 가스 후처리, 기능

W14.40-1355-76

기본 부품

1 엔진

3 AdBlue 탱크

4 펌프 모듈

5 압축공기 컨트롤 유닛

6 저감 촉매장치가 있는 배기통

7 분사 노즐(엔진 브레이크 플랩 피팅에 있음)

8 정량기

7.03 역류 방지 오버플로우 밸브

30.03 배기 기능이 있는 압력 제한 밸브

A6 엔진 제어장치(MR) 컨트롤 유닛

A95 SCR 프레임 모듈 컨트롤 유닛

A113 컨트롤 유닛이 있는 NOx 센서

A113a1 NOx 센서 컨트롤 유닛

A113b1 NOx 센서

B115 SCR 촉매장치 앞 온도 센서

B116 SCR 촉매장치 뒤 온도 센서

B117 주입 레벨 및 SCR AdBlue 온도 콤비 센서

R28 열선

Y106 SCR 압축공기 제한 솔레노이드 밸브(33.01)

Y107 SCR 탱크 히터 솔레노이드 밸브

Y109 SCR AdBlue 정량 밸브

B128 SCR 압축공기 압력 센서

B129 SCR AdBlue 압력 센서

B130 SCR AdBlue 온도 센서

B132 SCR 공기 습도 및 공기 온도 콤비 센서

M25 SCR AdBlue 펌프

일반 사항

BlueTec 디젤 기술이 적용된 배기 가스 후처리는 디젤 엔진의 배기 가스 내에서 유해물질 배출을 줄이는 데 이용됩니다. 이 기술은 "Selektive Katalytische Reduktion"(SCR)이라 불리는 과정에 기초하고 있습니다. 즉, 배기 가스 후처리를 통해 배기 가스에 포함된 유해한 질소 산화물(NOx)이 무해한 질소(N2)와 수증기(H2O)로 환원됩니다.

BlueTec 디젤 기술 차량에는 특수한 시스템 부품과, 효율을 최대로 높이고 매연 입자는 적게 배출하도록 설계된 연소 방식의 엔진이 사용됩니다.

W14.40-1061-71

배경: 효율을 최대로 높이고 연료 소비량(C)이 적은 상태에서 출력을 가능한 높이도록 엔진을 최적화하는 경우, 더 많은 질소 산화물(NOx)이 생성됩니다. 질소 산화물(NOx)이 적게 배출되도록 연소 방식이 설계된 경우, 연료 소비량(C)이 증가하면서 미연소된 연료만큼 매연 입자(PM)가 더 많이 배출됩니다.

따라서 이러한 기술적 역의 상관관계로 인해 앞으로 법적 규격을 충족시키기 위해 NOx와 매연 입자의 배출을 동시에 줄이는 엔진 최적화 방법은 불가능합니다. 배기 가스는 후처리되어야 합니다.

따라서 BlueTec 디젤 기술이 적용된 차량에는 개량된 엔진 외에 연소 시 발생한 질소 산화물을 추가로 제거하는 데 이용되는 부품이 있습니다. 이 부품은 부착형 부품으로 설계되었습니다.

또한 이 차량에는 보조 운전재인 NOx 저감제 AdBlueTM가 필요합니다. 이 보조 운전재의 성분은 요소수이며 개별 탱크로 공급됩니다.

-------------------------------------------------------------------------------------------

기능이 적절하게 작동하기 위해, 배기 가스 후처리를 위한 기존의 시스템 부품 외에 다음과 같은 두 서브 시스템이 전체 시스템에 내장되어 있습니다.

• AdBlue 히터

• 압축공기 공급장치

-------------------------------------------------------------------------------------------

전체 시스템 기능

엔진 시동 후, 엔진 제어장치(MR) 컨트롤 유닛(A6)에 의해 자동 테스트 절차에 따라 먼저 BlueTec 시스템의 작동 대기 상태가 점검됩니다.

시스템 승인 후, SCR 압축공기 제한 솔레노이드 밸브(Y106)는 압축공기 컨트롤 유닛(5)에서 스위칭되고 보조 소모 회로 4에서 압축공기가 공급되어, 정량기(8)의 압축공기 흡입구로 흐르고 연료 분사 튜브 및 분사 노즐(7)을 통해 흐릅니다. 또한 압축공기는 펌프 모듈(4)의 압축공기 흡입구에 공급됩니다. 이때 공기는 공압식 압력 완화 밸브가 펌프 모듈(4)부터 AdBlue 탱크(3)까지의 AdBlue 리턴 라인을 막고, 정량기(8)에 AdBlue 압력이 구축되는 데 이용됩니다.

이는 AdBlue의 분사 여부와 상관없이 실행됩니다. 정량기(8), 연료 분사 튜브 및 분사 노즐(7)에 지속적으로 공기가 공급되면, 정량된 AdBlue는 항상 충분히 지체 없이 엔진 브레이크 플랩 피팅에 장착된 분사 노즐(7)에 공급됩니다.

------------------------------------------------------------------------------------------

또한 이를 통해 정량기(8), 분사 노즐(7) 및 그 사이에 있는 연료 분사 튜브에 AdBlue 침적물이 남아 있지 않음이 확인됩니다.

엔진 제어장치(MR) 컨트롤 유닛(A6)이 특정 센서값에 따라 펌프를 승인하는 경우, AdBlue 탱크(3)에 공급된 AdBlue는 펌프 모듈(4)에 의해 흡입, 필터링된 후 계속해서 정량기(8) 방향으로 펌핑됩니다.

정량기(8)에 도달하면, AdBlue는 우선 닫혀 있는 SCR AdBlue 정량 밸브(Y109)에 작동 압력을 가합니다. 이 밸브가 엔진 제어장치(MR) 컨트롤 유닛(A6)에 의해 계산된 주기에 따라 열리면, AdBlue가 흐를 수 있으며 압력과 배기 가스 흐름의 비율을 따라 공기 흐름에 의해 연료 분사 튜브 및 분사 노즐(7) 방향으로 함께 이동됩니다.

분사 노즐(7)는 엔진 브레이크 플랩 피팅에 있습니다. 따라서 AdBlue는 직접 뜨거운 배기 가스 흐름에 분사됩니다.

------------------------------------------------------------------------------------------

발생한 AdBlue-공기 혼합물은 뜨거운 배기 가스 흐름에서 먼저 암모니아(NH3)로 분해됩니다(첫 번째 프로세스 단계). 암모니아는 연소 시 발생한 산화질소 분자와 함께 저감 촉매장치가 있는 배기통(6) 방향으로 이동합니다.

저감 촉매장치 내부에는 코팅된 세라믹 벌집 바디가 있습니다. 여기에서 환원 프로세스의 두 번째 단계가 실행됩니다.

산화질소 분자가 암모니아 분자와 결합하여, 열 형태의 에너지가 발생하고 화학 반응 결과물로 환경에 무해한 질소(N2)와 수증기(H2O)만이 남습니다. 작동 사이클에서 항상 AdBlue의 적정량이 올바른 시점에 분사되도록, BlueTec 센서 장치와 엔진 제어장치(MR) 컨트롤 유닛(A6) 사이에서 지속적으로 데이터 교환이 이루어져야 합니다.

------------------------------------------------------------------------------------------

이를 위해 정량기(8)의 센서는 AdBlue 압력, AdBlue 온도 및 압축공기 압력과 같은 정보를 전달합니다. 그 밖의 다른 센서는 촉매장치 흡입구 및 배출구의 배기 가스 온도에 관한 정보를 전달합니다.

습기 및 흡기 온도가 질소 산화물 배출에 미치는 영향을 고려하기 위해, 추가로 SCR 공기 습도 및 공기 온도 콤비 센서(B132)가 있습니다.

프레임 측 센서의 아날로그 데이터는 SCR 프레임 모듈 컨트롤 유닛(A95)으로 전송되고, 거기에서 디지털화되어 CAN 버스를 통해 엔진 제어장치(MR) 컨트롤 유닛(A6)으로 전달됩니다.

또한 컨트롤 유닛이 있는 NOx 센서(A113)를 통해 엔진 제어장치(MR) 컨트롤 유닛(A6)은 배기 가스 내의 NOx 농도에 관한 정보를 수신합니다.

------------------------------------------------------------------------------------------

엔진 제어장치(MR) 컨트롤 유닛(A6)은 현재 엔진 데이터 및 특성곡선에 저장된 값을 고려하여 SCR AdBlue 정량 밸브(Y109) 및 SCR 탱크 히터 솔레노이드 밸브(Y107)가 열리는 시간을 지속적으로 계산합니다. 또한 이 컨트롤 유닛은 SCR 프레임 모듈 컨트롤 유닛(A95)이 SCR AdBlue 펌프(M25) 및 SCR 압축공기 제한 솔레노이드 밸브(Y106)의 작동을 위해 필요한 시점을 계산합니다. 점화를 끈 후, 서리 손상을 방지하기 위해 정량기(8)가 환기됩니다.

이는 컨트롤 유닛 파워 다운(최대 300s) 동안 SCR 압축공기 제한 솔레노이드 밸브(Y106) 및 SCR AdBlue 정량 밸브(Y109)를 지정된 주기로 열고 닫는 과정을 통해 실행됩니다. 환기 시간의 기본 영향변수는 SCR AdBlue 압력 센서(B129)의 압력 및 SCR 압축공기 압력 센서(B128)의 압력입니다. 엔진 제어장치(MR) 컨트롤 유닛(A6)이 이 값을 통해 정량기에 공기가 충분히 주입되어 있음을 감지하면, 환기는 종료됩니다.

W14.40-1053-11

AdBlue 히터

엔진 541.9를 예로 들어 설명함

Y107 SCR 탱크 히터 솔레노이드 밸브

AdBlue 히터는 엔진 우측면의 SCR 탱크 히터 솔레노이드 밸브(Y107) 및 엔진부터 AdBlue 탱크까지의 냉각수 라인 시스템으로 구성됩니다.

W14.40-1252-75

AdBlue 히터, 기능 패턴

3 AdBlue 탱크

4 펌프 모듈

5 압축공기 컨트롤 유닛

7 분사 노즐

8 정량기

7.03 역류 방지 오버플로우 밸브

30.03 배기 기능이 있는 압력 제한 밸브

M25 SCR AdBlue 펌프

Y106 SCR 압축공기 제한 솔레노이드 밸브(33.01)

Y107 SCR 탱크 히터 솔레노이드 밸브

A 냉각수 공급(엔진으로부터)

B 냉각수 리턴(엔진으로)

개별 BlueTec 부품(예: 펌프 모듈(4))에는 직접 덕트 또는 라인을 통해 냉각수가 흐릅니다.

-----------------------------------------------------------------------------------------

AdBlue 라인에는 묶여 있는 라인 배선 및 절연 호스를 통해 열이 공급됩니다.

-----------------------------------------------------------------------------------------

AdBlue 히터, 기능

AdBlue 히터는 차량정지 시 얼음으로 결빙된 AdBlue가 다시 흐르고, 외부온도가 낮을 때 주행 중 얼지 않도록 방지하는 데 이용됩니다.

SCR 탱크 히터 솔레노이드 밸브(Y107)는 엔진 제어장치(MR) 컨트롤 유닛(A6)에 의해 작동됩니다. 이 컨트롤 유닛은 AdBlue 탱크(3)에 내장된 주입 레벨 및 SCR AdBlue 온도 콤비 센서(B117)를 통해 탱크 내용물의 온도가 지정된 한계값인 약 8°C에 근접하는지를 감지합니다. 냉각수의 온도가 ≥ 65°C에 도달하는 즉시, SCR 탱크 히터 솔레노이드 밸브(Y107)는 엔진 제어장치(MR) 컨트롤 유닛(A6)으로부터 개방 신호를 수신하고, 엔진 냉각수 회로에서 냉각수가 공급됩니다.

개방 후 냉각수는 라인을 통해 펌프 모듈(4) 방향으로 흐릅니다. 펌프 모듈(4) 및 AdBlue 탱크(3)에는 덕트가 있으며, 이 덕트를 통해 냉각수가 직접 흐릅니다. 그 다음 냉각수는 다시 엔진 방향으로 되돌아갑니다.

W14.40-1093-76

압축공기 공급

엔진 541.9를 예로 들어 설명함

5 압축공기 컨트롤 유닛

7.03 역류 방지 오버플로우 밸브

30.03 배기 기능이 있는 압력 제한 밸브

Y106 SCR 압축공기 제한 솔레노이드 밸브(33.01)

압축공기는 좌측 프레임 사이드 멤버 안쪽면, 배기통 높이에 있는 압축공기 컨트롤 유닛(5) 및 펌프 모듈(4)부터 정량기(8)까지의 라인 시스템을 통해 공급됩니다.

W14.40-1253-75

압축공기 공급, 기능 패턴

3 AdBlue 탱크

4 펌프 모듈

5 압축공기 컨트롤 유닛

7 분사 노즐

8 정량기

7.03 역류 방지 오버플로우 밸브

30.03 배기 기능이 있는 압력 제한 밸브

M25 SCR AdBlue 펌프

Y106 SCR 압축공기 제한 솔레노이드 밸브(33.01)

Y107 SCR 탱크 히터 솔레노이드 밸브

A 압축공기

W14.40-1034-02

압축공기 공급, 기능

압축공기는 정량기(8)에서 분사 노즐(7)까지 AdBlue를 공급하고, 펌프 모듈(4)에서 AdBlue 탱크(3)로 AdBlue를 재순환시키는 데 이용됩니다.

엔진 시동 후, 엔진 제어장치(MR) 컨트롤 유닛(A6)은 SCR 프레임 모듈 컨트롤 유닛(A95)을 통해 SCR 압축공기 제한 솔레노이드 밸브(Y106)를 활성화시킵니다.

밸브가 열리면 보조 소모 회로 4에서 압축공기가 공급됩니다. 압축공기는 SCR 압축공기 제한 솔레노이드 밸브(Y106)를 통해 흐른 후, 역류 방지 오버플로우 밸브(7.03) 및 배기 기능이 있는 압력 제한 밸브(30.03)를 통해 흐릅니다. 배기 기능이 있는 압력 제한 밸브(30.03)에서 보조 소모 회로 4의 원래 압력인 약 8bar가 압축공기 공급장치의 작동 압력인 약 5.5bar로 낮아집니다.

그 다음 보조 소모 회로의 압축공기는 압축공기 라인을 따라 정량기(8) 및 분사 노즐(7)을 통해 흐릅니다. 또한 압축공기는 펌프 모듈(4)의 압축공기 커넥션에 공급됩니다. 여기에서 압축공기는 공압식 스위칭 밸브가 펌프 모듈(4)에서 AdBlue 탱크(3)로의 AdBlue 리턴을 막는 데 이용됩니다. 압축공기가 공급되는 경우, 이 밸브는 닫혀 있습니다.

개별 BlueTec 부품의 배기 및 감압

점화를 끈 후, 서리 손상을 방지하기 위해 정량기(8)가 환기됩니다. 이는 컨트롤 유닛 파워 다운(최대 300s) 동안 SCR 압축공기 제한 솔레노이드 밸브(Y106) 및 정량기(8)의 SCR AdBlue 정량 밸브(Y109)를 지정되고 결정된 주기로 열고 닫는 과정을 통해 실행됩니다.

SCR 압축공기 제한 솔레노이드 밸브(Y106)가 닫히면, 더 이상 압축공기가 없으므로 펌프 모듈(4)의 공압식 압력 완화 밸브가 열립니다.

그 결과, 펌프 모듈(4)의 AdBlue 탱크(3) 측 리턴 채널이 열립니다.

정량기(8) 환기 시간의 기본 영향변수는 SCR AdBlue 압력 센서(B129)의 압력 및 SCR 압축공기 압력 센서(B128)의 압력입니다.

우선 SCR 압축공기 압력 센서(B128)의 압력 및 SCR AdBlue 압력 센서(B129)의 압력이 측정됩니다.

-----------------------------------------------------------------------------------------

압력 편차가 지정된 임계값보다 크거나 측정된 AdBlue 압력이 측정된 압축공기 압력보다 높으면, SCR 압축공기 제한 솔레노이드 밸브(Y106)가 열립니다.

보조 소모 회로 4의 압축공기는 정량기(8) 측으로 흐른 후, SCR AdBlue 정량 밸브(Y109)의 흐름 방향과 반대로 정량기(8)를 통해 흘러서, 남아 있는 AdBlue를 정량기(8)와 펌프 모듈(4) 사이의 라인으로 다시 밀어냅니다.

다음 주기에서는 SCR 압축공기 제한 솔레노이드 밸브(Y106)가 닫힙니다. 이제 더 이상 정량기(8)를 통해 펌프 모듈(4)의 공압식 스위칭 밸브로 압축공기가 흐르지 않습니다.

SCR AdBlue 정량 밸브(Y109)는 닫혀 있으며, AdBlue는 역류되지 않습니다. 펌프 모듈(4)의 공압식 스위칭 밸브에 이제 더 이상 압축공기가 공급되지 않으므로, AdBlue 라인에 구축된 AdBlue 압력은 현재 열려 있는 AdBlue 탱크(3) 측 리턴 채널을 통해 감압됩니다.

-----------------------------------------------------------------------------------------

따라서 AdBlue는 AdBlue 탱크(3)로 되돌아가고 AdBlue 라인 시스템의 압력은 거의 대기압으로 감압됩니다.

펌프 모듈(4)과 정량기(8) 사이의 AdBlue 라인은 탄성 호스 라인입니다. 이는 라인에 남아 있는 AdBlue가 결빙되어 커지는 체적을 수용할 수 있습니다.

해당 밸브가 번갈아 열리고 닫히는 과정은 SCR 압축공기 압력 센서(B128)의 측정된 압력이 SCR AdBlue 압력 센서(B129)에 있는 압력보다 커질 때까지 실행됩니다.

그 다음 엔진 제어장치(MR) 컨트롤 유닛(A6)이 센서 신호를 통해 정량기(8)에 충분한 공기가 주입되었고 AdBlue 라인 시스템의 압력이 충분히 감압되었음을 감지하면, 환기는 종료됩니다.

엔진 정지 후, 환기 절차가 종료될 때까지 정량기(8) 및 펌프 모듈(4)이 환기되는 소리가 들립니다.