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KR20110025133A - 배기가스 정화 장치 - Google Patents

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KR20110025133A
KR20110025133A KR1020100085328A KR20100085328A KR20110025133A KR 20110025133 A KR20110025133 A KR 20110025133A KR 1020100085328 A KR1020100085328 A KR 1020100085328A KR 20100085328 A KR20100085328 A KR 20100085328A KR 20110025133 A KR20110025133 A KR 20110025133A
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KR
South Korea
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exhaust gas
oxidation catalyst
catalyst
temperature
urea water
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Application number
KR1020100085328A
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English (en)
Inventor
요시후미 가토
Original Assignee
가부시키가이샤 도요다 지도숏키
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Publication date
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Abstract

본 배기가스 정화 장치는, 배기 가스가 관류하는 통로안에 제공되는 제 1 산화 촉매, 상기 제 1 산화 촉매의 하류측에 제공되는 미립자 물질 포집 장치, 상기 미립자 물질 포집 장치와 일체적으로 형성되며 암모니아 흡착성을 갖는 선택적 촉매 환원 촉매, 상기 미립자 물질 포집 장치와 일체적으로 형성되며 소정의 온도 이상에서 암모니아를 산화시키는 제 2 산화 촉매, 및 상기 선택적 촉매 환원 촉매의 상류측에 제공되어 요소수를 공급하는 요소수 공급 장치를 포함한다. 상기 요소수 공급 장치는 제 2 산화 촉매의 온도가 상기 소정의 온도 미만일 때만 요소수를 공급하게 된다.

Description

배기가스 정화 장치{EXHAUST GAS PURIFICATION APPARATUS}
본 발명은 배기가스 정화 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 디젤 엔진에서 배출된 배기 가스내의 질소 산화물(NOX)을 환원시키는 요소(urea) SCR (선택적 촉매 환원) 시스템을 갖는 배기가스 정화 장치에 관한 것이다.
디젤 엔진에서 배출된 배기 가스내의 NOX 를 환원시키는 요소 SCR 시스템이 개발되었다. 이 요소 SCR 시스템은 요소수의 가수분해로 발생된 암모니아(NH3) 와 NOX 사이의 화학 반응으로 NOX 을 질소(N2)와 물(H2O)로 전환시키는 SCR 촉매를 사용한다.
상기 SCR 촉매는 엔진과 머플러 사이에서 배기 가스 통로에 제공된다. 또한, 산화 촉매와 요소수를 배기 가스에 분사하기 위한 분사 밸브가 SCR 촉매의 상류측에 제공된다. 산화 촉매는 배기 가스내의 탄화수소(HC) 와 일산화탄소(CO)를 물(H2O)과 이산화탄소(CO2)로 산화시키며 또한 산화질소(NO)의 이산화질소(NO2)로의 산화를 촉진시킨다.
또한 배기 가스내의 탄소와 같은 미립자 물질(PM)을 줄이기 위한 DPF(diesel particulate filter)가 엔진과 머플러 사이에서 배기 가스 통로에 제공된다. 상기 요소 SCR 시스템과 DPF 를 포함하는 배기가스 정화 장치는 엔진과 머플러 사이에서 제공되는 많은 구성 요소들을 가지며 또한 그러한 구성요소들을 차량에 설치하기 위한 큰 공간을 필요로 한다. 그러므로, 요소 SCR 시스템은 그 크기가 작아져야 하고 또한 요소수의 사용량에 대해 효율적으로 NOX 환원을 달성해야 한다.
PCT 국제 공보의 일본어 공개 번역문 2006-519331 에는, 배기 가스내의 PM 을 여과하는 기능을 갖는 백금 함유 예비 촉매, 이 백금 함유 예비촉매의 하류측에 제공되는 SCR 촉매, 백금 함유 예비촉매의 상류측에 제공되어 암모니아나 요소를 공급하는 제 1 공급 장치 및 백금 함유 예비촉매와 SCR 촉매 사이에 제공되어 암모니아나 요소를 공급하는 제 2 공급 장치를 포함하는 배기가스 정화 장치가 개시되어 있다. 상기 백금 함유 예비 촉매는 약 250℃ 미만의 온도에서 환원 촉매로서 기능하고 또한 약 250℃ 이상의 온도에서는 산화 촉매로서 기능한다. SCR 촉매는 약 250℃ 이상의 온도에서 환원 촉매로서 활성화된다.
상기 공개 일본어 번역문에 따른 배기가스 정화 장치에서, 배기 가스의 온도가 220℃∼270℃ 의 T1 에 있을 때, 암모니아 또는 요소가 제 1 공급 장치에서 공급되고, 그리고 나서 암모니아 또는 백금 함유 예비 촉매에서 요소의 가수분해로 발생된 암모니아가 배기 가스내의 NOX 를 환원시킨다. 배기 가스의 온도가 T1 을 초과하면, 암모니아 또는 요소가 제 2 공급 장치에서 공급되고, 그리고 나서 암모니아 또는 요소의 가수분해로 SCR 촉매에서 발생된 암모니아가 배기 가스내의 NOX 를 환원시킨다. 백금 함유 예비 촉매에서 암모니아의 산화는 제 2 공급 장치에서 암모니아 또는 요소를 공급함으로써 방지된다. 따라서, 상기 배기가스 정화 장치는 공급된 암모니아 또는 요소를 NOX 의 환원에 효율적으로 사용한다.
그러나, 상기 공개 일본어 번역문의 배기가스 정화 장치에서 요소가 제 1 공급 장치나 제 2 공급 장치에서 공급될 때, 공급된 요소가 백금 함유 예비 촉매나 SCR 촉매에 도달하기 전에 그 백금 함유 예비 촉매 또는 SCR 촉매의 상류측에 머무는 시간은 요소가 암모니아로 가수분해되기에 충분히 긴 시간을 확보하기 위해서는 길어야 한다. 제 1 공급 장치와 백금 함유 예비 촉매 사이의 거리와 제 2 공급 장치와 SCR 촉매 사이의 거리는 요소의 가수분해를 위해 각각 충분히 길어야 한다. 그러므로 상기 장치는 그의 길이가 증가되어야 하며 또한 장치를 작게 만드는 것이 어렵다는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 요소수 사용량에 대한 NOX 환원의 효율이 개선되고 또한 크기 축소가 가능한 배기가스 정화 장치를 제공하는 것이다.
본 배기가스 정화 장치는, 배기 가스가 관류하는 통로안에 제공되는 제 1 산화 촉매, 상기 제 1 산화 촉매의 하류측에 제공되는 미립자 물질 포집 장치, 상기 미립자 물질 포집 장치와 일체적으로 형성되며 암모니아 흡착성을 갖는 SCR 촉매, 상기 미립자 물질 포집 장치와 일체적으로 형성되며 소정의 온도 이상에서 암모니아를 산화시키는 제 2 산화 촉매, 및 상기 SCR 촉매의 상류측에 제공되어 요소수를 공급하는 요소수 공급 장치를 포함한다. 상기 요소수 공급 장치는 제 2 산화 촉매의 온도가 상기 소정의 온도 미만일 때만 요소수를 공급하게 된다.
본 발명의 다른 양태와 이점들은 본 발명의 원리를 예시하는 첨부된 도면과 함께 이하의 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
신규하다고 생각하는 본 발명의 특징적인 사항들은 첨부된 청구범위에 자세히 기재되어 있다. 본 발명과 그 목적 및 이점들은 첨부된 도면과 함께 현재의 바람직한 실시 형태에 대한 이하의 설명에서 가장 잘 이해할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 실시 형태에 따른 배기가스 정화 장치와 그의 관련 구성 요소들을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2 는 도 1 의 배기가스 정화 장치의 개략적인 단면도이다.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 배기가스 정화 장치의 실시 형태를 설명한다. 실시 형태를 나타내는 도 1, 2 를 참조하여, 전체적으로 도면 번호 "101" 로 표시된 상기 배기가스 정화 장치와 그의 관련 구성 요소들을 설명할 것이다. 본 배기가스 정화 장치 (101) 는 디젤 엔진을 갖추고 있는 차량에 사용된다.
도 1 을 참조하면, 엔진 (1) 과 배기가스 정화 장치 (101) 를 포함하는 엔진 어셈블리는 전체적으로 참조 번호 "10" 으로 표시되어 있다. 상기 엔진 (1) 은 다수의 실린더 (1A) 를 가지며, 각각의 실린더는 흡기 포트 (1B) 를 갖고 있으며 이 흡기 포트에는 흡기를 각각의 실린더 (1A) 에 분배하는 흡기 매니폴드 (4) 가 연결되어 있다. 이 흡기 매니폴드 (4) 는 엔진 흡기관 (3) 이 연결되는 입구 (4A) 를 갖고 있으며, 엔진 흡기관 (3) 은 터보과급기 (8) 의 압축기 하우징 (8A) 에 연결되어 있다. 이 압축기 하우징 (8A) 은 흡기관 (2) 에 연결되어 있으며 이 흡기관을 통해 외부 공기가 도입된다.
다른 한편, 각각의 배기 포트 (1C) 에서 배출된 배기 가스를 집결시키는 배기 매니폴드 (5) 가 엔진 (1) 의 다수의 배기 포트 (1C) 에 연결되어 있다. 배기 매니 폴드 (5) 의 출구 (5A) 는 터보과급기 (8) 의 터빈 하우징 (8B) 에 연결되어 있고, 실질적으로 원통형인 배기가스 정화 장치 (101) 가 상기 터빈 하우징에 연결되어 있고 엔진 (1) 의 측면에 인접하여 배치된다. 배기가스 정화 장치 (101) 는 배기관 (6) 에 연결되어 있고 이 배기관의 하류측 단부는 머플러 (7) 에 연결되어 있다. 상기 흡기관 (2), 터보과급기 (8), 엔진 흡기관 (3) 및 흡기 매니폴드 (4) 는 함께 차량의 흡기계를 형성하고, 배기 매니폴드 (5), 터보과급기 (8), 배기가스 정화 장치 (101), 배기관 (6) 및 머플러 (7) 는 함께 차량의 배기계를 형성하게 된다. 엔진 (1), 엔진 흡기관 (3), 흡기 매니폴드 (4), 배기 매니폴드 (5) 및 터보과급기 (8) 는 함께 상기 엔진 어셈블리 (10) 를 형성한다.
도 2 를 참조하면, 상기 배기가스 정화 장치 (101) 는 실질적으로 원통형인 케이싱 (11) 을 포함한다. 이 케이싱 (11) 은, 터보과급기 (8) 의 터빈 하우징 (8B) 의 출구 (8B2) 가 연결되는 상류측 끝면 (11A) 및 배기관 (6) 의 상류측 단부 (6A) 가 연결되는 하류측 끝면 (11B) 를 갖는다. 상기 케이싱 (11) 은 내부적으로 터빈 하우징 (8B) 및 배기관 (6) 과 통한다.
상기 원통형 케이싱 (11) 안에는 제 1 산화 촉매를 담지하는 제 1 산화 촉매층 (12) 및 케이싱 (11) 안에서 배기 가스의 흐름에 대해 상기 제 1 산화 촉매층 (12) 의 하류측에 배치되는 미립자 물질 포집 장치를 형성하는 디젤 미립자 필터 (DPF) (13D) 가 들어 있다. 제 1 산화 촉매층 (12) 과 DPF (13D) 는, 케이싱 (11) 의 원통형부 (11C) 내부의 전체 반경방향 치수에 걸쳐 그 원통형부 (11C) 의 축선에 수직하게 형성된 층의 형태로 만들어져 있다. 제 1 산화 촉매층 (12) 과 DPF (13D) 는 서로 떨어져 있어 그들 사이에는 공간 (16) 이 형성되어 있다.
상기 산화 촉매층 (12) 은 탄화수소(HC) 와 일산화탄소(CO)를 물(H2O)과 이산화탄소(CO2)로 산화시키고 또한 일산화질소(NO)의 이산화질소(NO2)로의 산화를 촉진하는 제 1 산화 촉매를 담지한다. 제 1 산화 촉매층 (12) 의 제 1 산화 촉매는 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 은(Ag), 철(Fe), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au) 또는 이들 재료의 2종 이상의 혼합물과 같은 재료를 사용한다.
상기 DPF (13D) 는 배기가스에 포함되어 있는 미립자 물질(PM)을 포집하기 위해 세라믹과 같은 다공성 재료로 만들어진다. PM의 축적으로 인해 DPF (13D) 가 악화되는 것을 방지하기 위해 DPF (13D) 에 축적된 PM 을 연소시킬 필요가 있다.
또한, 상기 DPF (13D) 는 예컨대 코팅으로 담지되는 선택적 촉매 환원 촉매로서 (요소) SCR 촉매 (14) 를 갖고 있다. DPF (13D) 와 SCR 촉매 (14) 는 함께 촉매 구비 DPF (13) 를 일체적으로 형성한다.
상기 선택적 촉매 환원 촉매는 특정 화학 물질간에 화학 반응을 선택적으로 촉진시키는 역할을 한다. 구체적으로, 요소 SCR 촉매(이하, SCR 촉매라고 함)는 질소 산화물(NOX)과 암모니아(NH3) 간의 반응을 촉매하여 NOX 를 질소(N2)와 물(H2O)로 환원시킨다. 뒤에서 자세히 설명하겠지만, SCR 촉매 (14) 는 전술한 기능을 가지며 바람직하게는 높은 암모니아 흡착성과 또한 저온 촉매 특성을 갖는다. SCR 촉매 (14) 의 암모니아 흡착성은 바람직하게는 20 mg/l 이상이어야 하는데, 즉 SCR 촉매 (14) 를 담지하는 기재 1 리터당 20 mg 이상의 암모니아를 흡착할 수 있어야 하며, SCR 촉매 (14) 는 바람직하게는 150℃ 이상에서 촉매 활성화되어야 한다. SCR 촉매 (14) 는 바람직하게는 철 등과 같은 금속으로 치환된 제올라이트로 만들어져야 한다. SCR 촉매 (14) 가 활성화된다는 것은 암모니아에 의한 NOX 의 환원 속도가 급속히 증가함을 의미한다.
SCR 촉매 (14) 를 담지하는 DPF (13D) 는 또한 DPF (13D) 에 포집된 PM 의 연소 온도를 낮추기 위해 예컨대 코팅으로 담지되어 있는 제 2 산화 촉매 (15) 를 갖고 있다. DPF (13D) 와 제 2 산화 촉매 (15) 는 함께 촉매 구비 DPF (13) 를 일체적으로 형성한다. 따라서, 촉매 구비 DPF (13) 는
DPF (13D), SCR 촉매 (14) 및 제 2 산화 촉매 (15) 로 형성된다. 제 2 산화 촉매 (15) 는 바람직하게는 PM 의 연소 온도를 400∼650℃ 의 온도로 낮출 수 있어야 한다.
제 2 산화 촉매 (15) 는 PM 의 연소 온도를 낮추는 기능뿐만 아니라 소정의 온도 Tp℃ 이상에서 암모니아를 산화 및 분해시키는 기능도 한다. 그러나, 제 2 산화 촉매 (15) 는 상기 소정의 온도 Tp℃ 보다 낮은 온도에서는 암모니아를 산화 및 분해시키지 못한다. 소정의 온도 Tp℃ 는 제 2 산화 촉매 (15) 가 활성화되는 온도에 상응한다. 산화 촉매가 활성화된다는 것은, 산화 대상 물질의 50% 가 소정의 레벨로 산화됨을 의미한다. 촉매가 활성화되는 온도는 DPF 에서 촉매가 담지되는 영역에 있어서 촉매의 성분 재료의 비율과 그 촉매의 농도에 달려 있으므로, 제 2 촉매 (15) 가 활성화되는 상기 온도 Tp℃ 는 150∼250℃ 일 수 있다. 제 2 산화 촉매 (15) 는 Ag/CeO2 촉매, 즉 세리아(CeO2)에 담지되는 은(Ag)일 수 있다.
SCR 촉매 (14) 와 제 2 산화 촉매 (15) 는 어떤 순서로도 DPF (13D) 에 담지될 수 있는데, 먼저 SCR 촉매 (14) 가 담지되고 다음에 제 2 산화 촉매 (15) 가 담지되거나 또는 그 반대의 순서로 담지되어도 된다. 대안적으로, SCR 촉매 (14) 와 제 2 산화 촉매 (15) 의 혼합물을 DPF (13D) 에 담지해도 된다. DPF (13D) 와 SCR 촉매 (14) 는, SCR 촉매 (14) 가 DPF (13D) 의 후방에 배치되고 DPF (13D) 가 제 2 산화 촉매 (15) 를 담지하도록 일체적으로 형성될 수 있다.
전자기 밸브로 된 분사 밸브 (18) 가 케이싱 (11) 의 원통형부 (11C) 에서 상기 제 1 산화 촉매층 (12) 의 상류측에 제공된다. 상기 분사 밸브 (18) 는 본 발명의 요소수 공급 장치를 형성한다. 이 분사 밸브 (18) 는 차량(미도시)에 제공된 요소수 탱크 (19) 에 연결되어 있고, 제 1 산화 촉매층 (12)(SCR 촉매 (14)) 의 상류측에서 케이싱 (11) 안에 요소수를 분사할 수 있다. 분사 밸브 (18) 는 이 분사 밸브 (18) 의 개폐 작동을 제어하는 투여 제어 유닛(DCU)(20)에 전기적으로 연결되어 있다. 요소수 탱크 (19) 는 분사 밸브 (18) 에 요소수를 공급하는 전기 펌프를 갖고 있다. 이 전기 펌프는 DCU (20) 에 전기적으로 연결되어 있고 이 DCU (30) 에 의해 펌프 작동이 제어된다. DCU (20) 는 차량용 ECU 와 일체적으로 또는 개별적으로 제공될 수 있다.
상기 DPF (13) 의 상류측 끝면 (13A) 에는, 배기 가스내의 물질들을 상기 끝면 (13A) 에 균일하게 분포시키는 원통형 믹서 (17) 가 제공되어 있다. 이 믹서 (17) 는 PCT 국제 공보의 일본어 공개 번역문 H06-509020 호 또는 일본 특허 공개 공보 2006-9608 호에 개시되어 있는 것과 유사한 구성을 갖는다. 일본어 공개 번역문 H06-509020 호에 개시되어 있는 믹서는 격자 형태로 되어 있는데, 이 격자는 가스 통로를 다수의 셀로 분할하여, 각각의 셀을 관류하는 가스를 나선형으로 흐르게 하고 또한 인접 셀쪽으로 흐르게 한다. 이는 배기 가스내의 물질이 전체 통로에서 균일하게 분산되도록 도와준다. 다른 한편, 일본 특허 공개 공보 2006-9608 호에 개시되어 있는 믹서는 가스 흐름 방향에 수직하게 되어 있는 다수의 판을 가지며, 이 판은 가스를 꾸불꾸불하게 통과하게 하여 그 가스내의 물질들을 균일하게 분포시키는 역할을 한다.
배기 가스의 온도를 검출하는 배기 가스 온도 센서 (31) 가 케이싱 (11) 의 상류측 끝면 (11A) 의 하류측에 제공되어 있다. 상기 배기 가스 온도 센서 (31) 는 DCU (20) 에 전기적으로 연결되어 있고 검출된 온도 정보를 그 DCU (20) 에 보내준다. 전술한 바와 같이, 배기가스 정화 장치 (101) 는 일체적으로 형성된 SCR 촉매 (14) 와 DPF (13D) 를 포함하며, 엔진 어셈블리 (10) 에 고정되고 엔진 (1) 에 인접하여 배치된다 (도 1 참조).
다음은 본 실시 형태에 따른 배기가스 정화 장치 (101) 와 그의 관련 구성 요소의 작동에 대해 도 1, 2 를 참조하여 설명한다. 도 1 을 참조하면, 엔진 (1) 이 작동하고 있을 때, 외부 공기가 흡기관 (2) 을 통해 터보과급기 (8) 의 압축기 하우징 (8A) 안으로 유입된다. 그 공기는 압축기 하우징 (8A) 내의 압축기 휠(미도시) 에 의해 송출되어 상승된 압력으로 엔진 흡기관 (3) 으로 흘러가게 된다. 상기 공기는 엔진 흡기관 (3) 과 흡기 매니폴드 (4) 를 통과하여 엔진 (1) 의 실린더 (1A) 안으로 유입한다. 그런 후에 실린더 (1A) 내의 공기는 그 실린더 (1A) 안으로 공급된 연료(경유)와 혼합되고, 연료는 연소를 위해 자발적으로 점화된다.
상기 연소로 발생된 배기 가스는 다수의 배기 포트 (1C) 를 통해 배기 매니폴드 (5) 안으로 배출되어 그 배기 매니폴드 (5) 에 집결되며 그리고 나서 터보과급기 (8) 의 터빈 하우징 (8B) 안으로 유입한다. 터빈 하우징 (8B) 을 관류하는 배기 가스는 터빈 하우징 (8B) 내의 터빈휠(미도시) 과 이 터빈휠에 연결된 압축기 휠의 회전 속도를 증가시키며 그리고 나서 배기가스 정화 장치 (101) 안으로 배출된다. 배기가스 정화 장치 (101) 를 관류한 후에 배기 가스는 배기관 (6) 과 머플러 (7) 를 관류한 다음에 차량(미도시) 밖으로 배출된다.
도 2 를 참조하면, 배기가스 정화 장치 (101) 안으로 유입한 모든 배기 가스는 먼저 제 1 산화 촉매층 (12) 을 관류한다. 배기 가스가 상기 제 1 산화 촉매층 (12) 을 관류할 때, 그 배기 가스내에 있는 탄화수소와 일산화탄소는 산화되어 이산화탄소와 물로되고 NO 의 일부는 산화되어 NO2 로 되는데, 이는 쉽게 환원될 수 있다. 제 1 산화 촉매층 (12) 을 관류한 후 배기 가스는 믹서 (17) 를 관류하며 그리고 나서 촉매 구비 DPF (13) 안으로 유입하게 된다. 배기 가스내의 PM 은 촉매 구비 DPF (13) 의 DPF (13D) 에 의해 포집된다.
한편, 상기 DCU(20) 는 배기 가스 온도 센서 (31) 가 보낸 온도 정보에 기초하여, (1) 및 (2) 에서 설명하는 다음의 두 작동중 어느 하나를 수행하게 된다.
(1) 배기 가스 온도 센서 (31) 에 의해 검출된 배기 가스 온도 (T) 가 제 2 산화 촉매 (15) 가 활성화되는 상기 소정의 온도 Tp℃ 미만일 때:
배기 가스 온도 센서 (31) 에 의해 검출된 배기 가스 온도 (T) 를 촉매 구비 DPF (13) 의 제 2 산화 촉매 (15) 의 온도로 간주할 수 있다. 그러므로, 배기 가스 온도 센서 (31) 에 의해 검출된 배기 가스 온도 (T) 가 Tp℃ 이상일 때, 제 2 산화 촉매 (15) 는 이 제 2 산화 촉매 (15) 가 암모니아를 산화 및 분해할 수 있는 온도 환경에 있다고 생각할 수 있다.
다음 설명은 소정의 온도 Tp℃ 가 250℃ 이라는 가정하에서 하는 것이다.
배기 가스의 온도가 250℃ 미만이면, DCU (20) 는 요소수 탱크 (19) 에 있는 전기 펌프를 작동시키고 또한 분사 밸브 (18) 를 연다. 그런 다음, 분사 밸브 (18) 로부터 요소수가 제 1 산화 촉매층 (12) 의 상류측에서 케이싱 (11) 안에 분사된다.
분사된 요소수는 배기 가스에 실려 제 1 산화 촉매층 (12) 을 관류하게 된다. 제 1 산화 촉매층 (12) 은 그를 관류하는 배기 가스로 인한 열과 배기 가스내의 NO 및 다른 물질의 산화로 인한 반응열을 갖는다. 그러므로, 제 1 산화 촉매층 (12) 을 관류하는 요소수의 대부분은 제 1 산화 촉매층 (12) 이 갖는 열과 그 제 1 산화 촉매층 (12) 을 관류하는 배기 가스의 열에 의해 가수분해되어 암모니아와 이산화탄소로 된다.
제 1 산화 촉매층 (12) 을 관류한 후에, 요소수와 암모니아를 포함하는 배기 가스는 공간 (16) 을 관류한 다음에 믹서 (17) 로 간다. 요소수와 암모니아는 분산되면서 믹서 (17) 를 관류하고 이어서 촉매 구비 DPF (13) 안으로 유입하게 된다. 한편, 제 1 산화 촉매층 (12) 에서 가수분해되지 않은 배기 가스내의 요소수는 SCR 촉매 (14) 와 일체적으로 형성된 촉매 구비 DPF (13) 에 도달하기 전에 배기 가스의 열에 의해 가수분해되어 암모니아로 된다. 요소수가 SCR 촉매 (14) 에 도달하기 전에 제 1 산화 촉매층 (12), 공간 (16) 및 믹서 (17) 를 관류하는 중에 이들에 머무는 시간은 요소수의 가수분해에 필요한 반응 시간을 만족한다. 따라서, 요소수의 가수분해는 높은 효율로 이루어지게 된다.
전술한 바와 같이, 분사 밸브 (18) 에서 분사된 요소수는 제 1 산화 촉매층 (12) 에서 뿐만 아니라, 촉매 구비 DPF (13) 에 도달하기 전에 관류하는 공간 (16) 에서도 가수분해되므로, 요소수는 높은 효율로 가수분해되어 암모니아로 된다. 그러므로, 배기가스 정화 장치 (101) 에서 제 1 산화 촉매층 (12) 과 촉매 구비 DPF (13) 사이의 거리, 즉 공간 (16) 의 거리는 짧아질 수 있으며, 그리 하여 배기가스 정화 장치 (101) 를 작게 만들 수 있다.
촉매 구비 DPF (13) 에 유입하는 배기 가스에 포함되어 있는 암모니아는 촉매 구비 DPF (13) 의 SCR 촉매 (14) 의 온도 조건에 따라 다음의 두 작동 (1A) 과 (1B) 중 어느 하나를 수행하게 된다. SCR 촉매 (14) 의 온도는 제 2 산화 촉매 (15) 의 온도와 동등하며, 따라서 배기 가스 온도 센서 (31) 가 검출한 배기 가스 온도 (T) 는 SCR 촉매 (14) 의 온도로 간주된다.
(1A) SCR 촉매 (14) 의 온도가 그 SCR 촉매 (14) 가 활성화되는 온도 Ts℃ 미만일 때:
다음 설명은 상기 소정의 온도 Ts℃ 가 일반적으로 촉매가 활성화되는 150℃ 이라는 가정하에서 하는 것이다.
SCR 촉매 (14) 의 온도가 150℃ 미만이면, SCR 촉매 (14) 는 활성화되지 않고, 따라서 촉매 구비 DPF (13) 에 유입하는 배기 가스에 포함되어 있는 암모니아는 배기 가스에 포함되어 있는 NOX (NO 와 NO2 를 포함해서) 를 SCR 촉매 (14) 의 촉매 반응으로 환원시키지 못하고 SCR 촉매 (14) 에 흡착된다. 촉매구비 DPF (13) 를 관류한 후에, 유해한 암모니아가 제거된 배기 가스는 배기가스 정화 장치 (101) 에서 배출된다. 그러므로, 높은 암모니아 흡착성을 갖는 SCR 촉매의 사용이 유해한 암모니아가 차량(미도시) 밖으로 배출되는 것을 막는데 바람직하다.
(1B) SCR 촉매 (14) 의 온도가 그 SCR 촉매 (14) 가 활성화되는 온도 Ts℃(150℃) 이상일 때:
촉매 구비 DPF (13) 에 유입하는 배기 가스에 포함되어 있는 암모니아는 SCR 촉매 (14) 의 촉매 반응으로 배기 가스내의 NOX 를 N2 로 환원시킨다. NOX 의 환원에 사용되지 않은 잔류 암모니아는 SCR 촉매 (14) 에 흡착된다. 따라서, 촉매 구비 DPF (13) 를 관류할 때 NOX 함량이 감소되고 유해한 암모니아가 제거된 배기 가스가 배기가스 정화 장치 (101) 에서 배출된다. SCR 촉매 (14) 가 활성화되는 온도 Ts℃ 가 낮을 수록, SCR 촉매 (14) 가 배기 가스내의 NOX 를 환원시킬 수 있는 온도 범위는 더 커지게 된다. 그러므로, SCR 촉매 (14) 가 활성화되는 온도 Ts℃ 는 바람직하게는 낮아야 한다.
(1A) 또는 (1B) 어느 경우든, 촉매 구비 DPF (13) 의 제 2 산화 촉매 (15) 의 촉매 온도는 배기 가스 온도 센서 (31) 가 검출하는 배기 가스 온도와 실질적으로 동등하며, 배기 가스 온도는 촉매에 의한 암모니아의 산화 및 분해를 일으키지 않는 250℃ 미만이다. 따라서, 제 2 산화 촉매 (15) 는 촉매 구비 DPF (13) 를 관류하는 배기 가스내의 암모니아를 산화 및 분해시키지 못한다. 그래서, 분사 밸브 (18) 에서 분사된 요소수의 가수분해로 발생된 암모니아는 제 2 산화 촉매 (15) 에 의해 산화 및 분해되지 않고, 높은 효율로 배기 가스내 NOX 의 환원에 사용되거나 SCR 촉매 (14) 에 흡착된다.
(2) 배기 가스 온도 센서 (31) 가 검출한 배기 가스 온도 (T) 가 제 2 산화 촉매 (15) 가 활성화되는 소정의 온도 Tp℃(250℃) 이상일 때:
상기 DCU (20) 는 요소수 탱크 (19) 에 있는 전기 펌프의 작동을 중단시키고 또한 분사 밸브 (18) 를 닫아서 이 분사 밸브 (18) 로부터 요소수의 분사를 중단한다. 그러므로, 케이싱 (11) 에 도입된 배기 가스는 요소수와 요소수의 가수분해로 생성된 암모니아를 포함지하지 않고 제 1 산화 촉매층 (12) 과 믹서 (17) 를 관류한 다음에 촉매 구비 DPF (13) 안으로 유입한다.
한편, 배기 가스 온도 (T) 가 250℃ 미만일 때, 촉매 구비 DPF (13) 의 SCR 촉매 (14) 에는 발생된 암모니아가 많이 흡착된다. 배기 가스 온도 (T) 가 250℃ 이상일 때 SCR 촉매 (14) 가 활성화된다. 그러므로, 촉매 구비 DPF (13) 에 유입하는 배기 가스내의 NOX 는 SCR 촉매 (14) 의 촉매 반응하에서 그 SCR 촉매 (14) 에 흡착된 암모니아에 의해 환원된다. 그래서, 촉매 구비 DPF (13) 를 관류하는 중에 NOX 함량이 감소되고 유해한 암모니아가 제거된 배기 가스가 배기가스 정화 장치 (101) 에서 배출된다.
촉매 구비 DPF (13) 의 제 2 산화 촉매 (15) 가 활성화되는 온도는 제 2 산화 촉매 (15) 가 암모나아를 산화 및 분해시킬 수 있는 250℃ 이상이다. 그러나, 촉매 구비 DPF (13) 를 관류하는 배기 가스는 암모니아를 포함하지 않고, 암모니아는 SCR 촉매 (14) 에 흡착될 뿐이다. SCR 촉매 (14) 에 흡착된 암모니아는 전술한 바와 같이 NOX 의 환원에 사용되므로, 암모니아는 제 2 산화 촉매 (15) 에 의해 산화 및 분해되지 않는다. 따라서, 배기 가스 온도가 250℃ 이상일 때, 요소수의 가수분해로 발생된 암모니아는 제 2 산화 촉매 (15) 에 의해 산화 및 분해되지 않고 배기 가스내의 NOX 의 환원에 사용된다.
도 1 을 참조하면, 배기가스 정화 장치 (101) 는 엔진 (1) 에 인접하여 배치되며, 그러므로 그 엔진 (1) 에서 배출된 직후의 고온 배기 가스가 터보과급기 (8) 를 통과하여 배기가스 정화 장치 (101) 에 유입한다. 또한, 엔진 (1) 에 의해 발생된 열은 엔진 (1) 에 인접하여 위치된 배기가스 장화 장치 (101) 에 부여되고 케이싱 (11) 의 외벽을 통해 안쪽으로 전달된다.
도 2 를 참조하면, 둘다 케이싱 (11) 안에 배치된 제 1 산화 촉매층 (12) 및 촉매 구비 DPF (13) 는 고온 배기 가스의 열과 엔진 (1) 에서 주어진 열을 받으며, 따라서 각 구성 요소의 온도는 증가하는 경향이 있다. 배기가스 정화 장치 (101) 에서 엔진 (1) 의 냉간 시동 중에 각 구성 요소, 즉 제 1 산화 촉매층 (12) 의 산화 촉매와 촉매 구비 DPF (13) 의 SCR 촉매 (14) 의 온도 증가율이 개선되며, 엔진 (1) 의 그러한 냉간 시동 중에 각 촉매를 활성화시키는데 필요한 시간이 짧아지게 된다. 결국, NOX 환원 성능이 개선된다.
따라서, 본 발명에 따른 배기가스 정화 장치 (101) 는 배기 가스 통로안에 제공되는 제 1 산화 촉매층 (12), 이 제 1 산화 촉매층 (12) 의 하류측에 제공되는 DPF (13D), 이 DPF (13D) 와 일체적으로 형성되고 암모니아를 흡착할 수 있는 SCR 촉매 (14), DPF (13D) 와 일체적으로 형성되고 소정의 온도 이상에서 암모니아를 산화시키는 제 2 산화 촉매 (15), 및 제 2 산화 촉매 (15) 의 온도가 소정의 온도 미만일 때만 요소수를 공급하기 위해 SCR 촉매 (14) 의 상류측에 제공되는 분사 밸브 (18) 를 포함한다.
SCR 촉매 (14) 와 제 2 산화 촉매 (15) 가 DPF (13D) 와 일체적으로 형성되는 배기가스 정화 장치 (101) 는 작게 만들어질 수 있다. 분사 밸브 (18) 에서 공급된 요소수의 가수분해로 암모니아가 제 1 산화 촉매층 (12) 등의 도움으로 발생된다. 그러나, 제 2 산화 촉매 (15) 가 산화를 위한 활성화가 되지 않는 소정의 온도 미만에서 요소수가 공급되므로, 발생된 암모니아는 제 2 산화 촉매 (15) 에 의해 산화 및 분해되지 않는다. 다시 말해, 제 2 산화 촉매 (15) 의 온도가 제 2 산화 촉매가 산화를 위한 활성화가 되지 않는 소정의 온도 미만일 때, 배기 가스내의 NOX 는, 요소수의 가수분해로 발생되어 배기 가스에 포함되어 있는 암모니아에 의해 SCR 촉매 (14) 의 촉매 반응하에서 환원된다. NOX 의 환원에 사용되지 않은 잔류 암모니아는 SCR 촉매 (14) 에 흡착된다. 다른 한편, 제 2 산화 촉매 (15) 의 온도가 소정의 온도 이상일 때, 요소수는 공급되지 않고, 배기 가스내의 NOX 는 SCR 촉매 (14) 에 흡착된 암모니아에 의해 SCR 촉매 (14) 의 촉매 반응하에서 환원된다. 따라서, 요소수의 가수분해로 발생된 암모니아는 NOX 의 환원에 효율적으로 사용되며, 그리 하여 요소수 사용량에 대한 NOX 환원의 효율이 개선된다.
상기 배기 가스 온도 센서 (31) 는 제 2 산화 촉매 (15) 를 관류하는 배기 가스의 온도를 검출하기 위해 배기가스 정화 장치 (101) 에 제공된다. 배기 가스 온도 센서 (31) 가 검출한 온도를 제 2 산화 촉매 (15) 의 온도로 간주하면, 분사 밸브 (18) 로부터의 요소수 공급을 제 2 산화 촉매 (15) 의 온도를 사용하여 쉽게 제어할 수 있다.
제 1 산화 촉매층 (12) 의 상류측에 제공된 분사 밸브 (18) 에서 요소수를 공급하면, 제 1 산화 촉매층 (12) 을 관류하는 요소수는, 배기 가스내의 일산화질소가 이산화질소로 산화될 때의 반응열 및 배기 가스가 갖는 열과 같은, 제 1 산화 촉매층 (12) 이 갖는 열을 이용할 수 있다. 그러므로, 제 1 산화 촉매층 (12) 을 관류하는 요소수는 높은 효율로 가수분해될 수 있다. 더우기, 제 1 산화 촉매층 (12) 의 상류측에서 요소수를 공급하면, 공급된 요소수가 SCR 촉매 (14) 에 도달하기 전에 그 SCR 촉매 (14) 의 상류측에 머무는 시간이 길어지며, 그리 하여 요소수는 SCR 촉매 (14) 에 도달하기 전에 효율적으로 가수분해될 수 있으며, 그 결과 배기가스 정화 장치 (101) 의 NOX 환원 성능이 개선된다. 따라서, 제 1 산화 촉매층 (12) 과 SCR 촉매 (14) 를 포함하는 촉매 구비 DPF (13) 사이의 거리는 짧아질 수 있으며, 그리 하여 배기가스 정화 장치 (13) 를 작게 만들 수 있다.
제 2 산화 촉매 (15) 는 DPF (13D) 에 포집된 PM 의 연소중에 촉매 구비 DPF (13) 의 연소 온도를 낮추기 때문에, DPF (13D) 의 재생을 위해 PM 을 연소시킬 때 생기는 열의 SCR 촉매 (14) 에 대한 영향이 줄어들 수 있다. 그러므로, 배기가스 정화 장치 (101) 에서 NOX 를 환원시키는 SCR 촉매 (14) 의 촉매 기능, 즉 SCR 촉매 (14) 의 내구성이 개선될 수 있다.
또한, 제 1 산화 촉매층 (12), 촉매 구비 DPF (13) (DPF (13D), SCR 촉매 (14) 와 제 2 산화 촉매 (15)) 및 분사 밸브 (18) 는 모두 하나의 케이싱 (11) 안에 수용되므로, 배기가스 정화 장치 (101) 는 더욱 작게 만들어질 수 있다.
배기가스 정화 장치 (101) 는 엔진 어셈블리 (10) 에 설치되고, 이 엔진 어셈블리 (10) 에서 배출된 고온의 배기 가스가 배기가스 정화 장치 (101) 에 도입된다. 작동중인 엔진 어셈블리 (10) 에 의해 발생된 열은 배기가스 정화 장치 (101) 의 케이싱 (11) 의 내부에 전달된다. 그러므로, 엔진의 냉간 시동중에 배기가스 정화 장치 (101) 의 온도가 요소수의 가수분해에 필요한 레벨까지 증가하는데 걸리는 시간과 SCR 촉매 (14) 의 온도가 이 SCR 촉매 (14) 의 활성화에 필요한 레벨까지 증가하는게 걸리는 시간이 짧아질 수 있는데, 그 결과 NOX 환원 성능이 개선될 수 있다.
본 실시 형태의 배기가스 정화 장치 (101) 는 터보과급기 (8) 를 갖는 엔진 어셈블리 (10) 에 제공되지만, 본 발명은 이러한 구성에 한정되지 않는다. 엔진 어셈블리 (10) 에 터보과급기 (8) 가 없을 때 배기가스 정화 장치 (101) 는 배기 매니폴드 (5) 의 출구 (5A) 에 직접 연결될 수 있다. 배기가스 정화 장치 (101) 는 엔진 어셈블리 (10) 에서 떨어져서 제공될 수도 있다.
본 실시 형태에 따른 배기가스 정화 장치 (101) 에서 상기 분사 밸브 (18) 는 제 1 산화 촉매층 (12) 의 상류측에 제공되어 그 제 1 산화 촉매층 (12) 의 상류측에서 요소수를 공급하지만, 본 발명은 이러한 구성에 한정되지 않는다. 분사 밸브 (18) 는 요소수가 제 1 산화 촉매층 (12) 의 하류측으로 공급되도록 배치될 수도 있다. 이러한 구성은 요소수의 가수분해로 발생된 암모니아가 제 1 산화 촉매층 (12) 에 의해 산화 및 분해되는 것을 방지한다.
본 실시 형태에 따른 배기가스 정화 장치 (101) 의 케이싱 (11) 은 원통형으로 되어 있지만, 이 케이싱 (11) 은 이러한 형상에 한정되지 않는다. 상기 케이싱 (11) 은 사각주와 같은 다각주, 구 또는 타원을 포함하는 단면으로 형성될 수도 있다.
본 실시 형태에 따른 배기가스 정화 장치 (101) 는 상기 케이싱 (11) 의 끝면 (11A) 의 상류측에 제공되는 배기 가스 온도 센서 (31) 를 포함하지만, 이런 구성에 한정되는 것은 아니다. 배기 가스 온도 센서 (31) 는 제 2 산화 촉매 (15) 의 바로 상류측 또는 하류측에서 그에 인접한 위치에 제공될 수도 있다. 본 실시 형태에서 배기가스 정화 장치 (101) 의 믹서 (17) 는 없어도 된다.

Claims (10)

  1. 배기 가스가 관류하는 통로안에 제공되는 제 1 산화 촉매,
    상기 제 1 산화 촉매의 하류측에 제공되는 미립자 물질 포집 장치,
    상기 미립자 물질 포집 장치와 일체적으로 형성되며 암모니아 흡착성을 갖는 선택적 촉매 환원 촉매,
    상기 미립자 물질 포집 장치와 일체적으로 형성되며 소정의 온도 이상에서 암모니아를 산화시키는 제 2 산화 촉매, 및
    상기 선택적 촉매 환원 촉매의 상류측에 제공되어 요소수를 공급하는 요소수 공급 장치를 포함하며,
    상기 요소수 공급 장치는 제 2 산화 촉매의 온도가 상기 소정의 온도 미만일 때만 요소수를 공급하는 배기가스 정화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 배기 가스의 온도를 검출하기 위한 배기 가스 온도 센서를 더 포함하며,
    상기 배기 가스 온도 센서에 의해 검출된 배기 가스 온도가 상기 제 2 산화 촉매의 온도로 사용되는 배기가스 정화 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 요소수 공급 장치는 상기 제 1 산화 촉매의 상류측에서 요소수를 공급하는 배기가스 정화 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 산화 촉매는 상기 미립자 물질 포집 장치에 포집된 미립자 물질의 연소 온도를 400∼650℃ 의 온도로 저하시키는 배기가스 정화 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 산화 촉매, 미립자 물질 포집 장치, 선택적 촉매 환원 촉매, 제 2 산화 촉매 및 요소수 공급 장치를 수용하는 케이싱을 더 포함는 배기가스 정화 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 배기가스 정화 장치는 엔진 어셈블리에 설치되는 배기가스 정화 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 미립자 물질 포집 장치의 상류측 끝면에 제공되는 믹서를 더 포함하며, 이 믹서는 그를 관류하는 배기 가스내의 물질들을 분산시키는 배기가스 정화 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 미립자 물질 포집 장치, 선택적 촉매 환원 촉매 및 제 2 산화 촉매는, 선택적 촉매 환원 촉매와 제 2 산화 촉매가 어떤 순서로도 미립자 물질 포집 장치에 코팅되도록 일체적으로 형성되어 있는 배기가스 정화 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 소정의 온도는 제 2 산화 촉매가 활성화되는 온도인 배기가스 정화 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 선택적 촉매 환원 촉매는 금속으로 치환된 제올라이트로 만들어지며, 제 2 산화 촉매는 Ag/CeO2 촉매인 배기가스 정화 장치.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2655819A4 (en) * 2010-12-22 2017-01-25 Mahindra & Mahindra Limited Integrated exhaust gas after-treatment system for diesel fuel engines
WO2013005851A2 (en) 2011-07-01 2013-01-10 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust Purification System for Internal Combustion Engine
US20140090374A1 (en) * 2012-10-03 2014-04-03 Caterpollar Inc. Exhaust aftertreatment system and method
JP5869464B2 (ja) * 2012-11-28 2016-02-24 本田技研工業株式会社 内燃機関の排気浄化システム
KR101416410B1 (ko) 2012-12-31 2014-07-08 기아자동차 주식회사 차량의 요소수 분사 제어장치 및 방법
CN104295350B (zh) * 2014-09-29 2017-02-01 日立汽车系统(苏州）有限公司 发动机系统和发动机系统的控制方法
WO2016184774A1 (en) 2015-05-19 2016-11-24 Haldor Topsøe A/S Method, multifunctional filter and system for the removal of particulate matter and noxious compounds from engine exhaust gas
CN113882933A (zh) * 2021-11-12 2022-01-04 昆明理工大学 一种用于发电机组的通用型箱式集成尾气净化系统

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4123161A1 (de) 1991-07-12 1993-01-14 Siemens Ag Statischer mischer
AU2002318208A1 (en) * 2001-07-06 2003-01-21 3M Innovative Properties Company Inorganic fiber substrates for exhaust systems and methods of making same
DE10308288B4 (de) 2003-02-26 2006-09-28 Umicore Ag & Co. Kg Verfahren zur Entfernung von Stickoxiden aus dem Abgas eines mager betriebenen Verbrennungsmotors und Abgasreinigungsanlage hierzu
DE10308287B4 (de) * 2003-02-26 2006-11-30 Umicore Ag & Co. Kg Verfahren zur Abgasreinigung
JP4347120B2 (ja) * 2004-04-12 2009-10-21 トヨタ自動車株式会社 排ガス浄化装置
JP2006009608A (ja) 2004-06-23 2006-01-12 Hino Motors Ltd 排気浄化装置
FR2873158B1 (fr) * 2004-07-15 2008-11-14 Peugeot Citroen Automobiles Sa Ligne d'echappement d'un moteur a combustion interne, et systeme d'epuration des gaz d'echappement la comprenant
JP2006274986A (ja) * 2005-03-30 2006-10-12 Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp 排気後処理装置
DE502007003465D1 (de) * 2007-02-23 2010-05-27 Umicore Ag & Co Kg Katalytisch aktiviertes Dieselpartikelfilter mit Ammoniak-Sperrwirkung
JP2007239752A (ja) * 2007-03-30 2007-09-20 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気浄化装置
JP4840703B2 (ja) * 2007-11-16 2011-12-21 トヨタ自動車株式会社 排気浄化システムの異常診断装置

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