KR100832365B1 - 배기시스템을 가진 린번 가솔린 엔진 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 NOx-트랩(2)을 포함하고 있는 린번 내연기관용 배기 시스템에 관한 것으로서, 이 시스템은 린번 상태로서 탄화수소(HC)를 산화시키기 위한 산화촉매(1)를 포함하고 있으며, 이 산화촉매(1)는 NOx-트랩(2)의 상류부(U)에 있다.
Figure 112003007097932-pct00001
NOx-트랩, 산화촉매, 정화촉매, 탄화수소, 린번 내연기관, SOx-트랩, 3원촉매, 제올라이트, 배기관

Description

배기시스템을 가진 린번 가솔린 엔진{LEAN-BURN GASOLINE ENGINE INCLUDING EXHAUST SYSTEM THEREFOR}
본 발명은 배기시스템을 포함하는 린번 가솔린 엔진에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 NOx-트랩을 포함하고 있는 배기시스템을 가진 린번 가솔린 엔진에 관한 것이다.
제조업자는 린(lean) 상태하에서 차량에 동력을 공급하도록 작동하는 엔진에 대해 더욱 더 관심을 가지게 되었다. 이러한 사실에 대한 한 가지 이유는 린번 엔진이 C02를 보다 적게 배출하기 때문이다. 이러한 사실은 장래의 공해 배기물 규제 법령이 C02를 줄이는 것에 초점을 맞추고 있기 때문에 바람직하며 소비자도 연료 비용을 줄일 수 있는 잇점이 있다.
린번 엔진의 한 가지 형태는 이론적인 상태 및 린 상태로서 작동하도록 설계된 가솔린 직접 분사 엔진이다. 린 상태로서 작동되는 경우, 질소산화물(NOx)이 비교적 적게 만들어 지고, 비교적 많은 산소하에서는 감소(제거)될 수 없다. 결과적으로 린 상태로서 작동되는 경우 예를 들면 질산염과 같은 NOx가 "NOx-트랩"에 저장된다. 주기적으로 배기가스는 농축되며, 여분의 환원제, 예컨대 불연소 탄화수소(HC)가 저장된 NOx를 질소로 환원시킨다. 린 상태로서 작동되는 경우 배기가스는 비교적 많은 불연소 HC를 포함한다.
미래의 가솔린 직접 분사 엔진으로부터 배출된 배기물을 처리하기 위해 최근에 제안된 시스템은 클로즈-커플드 3원촉매(TWC)(close-coupled three-way catalyst:촉매온도상승을 촉진시키기 위해 배기 매니폴드에 가깝게 설치된 3원촉매) 및 바닥밑의 NOx-트랩을 포함하고 있다. 이 NOx-트랩은 약 550℃ 미만으로 유지되어야 하는 NOx를 열역학적으로 저장할 수 있도록 바닥밑에 위치되어 있다. TWC의 주된 역할은 이론적인 상태로서 배기물을 제어하는 것이다. 상온 시동시의 배기물을 감소시키기 위해서 라이트 오프(light-off) 온도에 비교적 신속하게 도달되어야 한다.
상기 제안된 시스템에 수반된 주된 문제점은 린 상태로서 작동되는 경우 비교적 많은 HC를 처리하는 능력이다. TWC는 이러한 문제점을 해결하도록 설계되어 있지 않으며, NOx-트랩도 마찬가지이다. HC에 대해서 일반적인 린번 엔진 및 특정의 린번 가솔린 엔진에 대해 장래의 법령 요건을 충족시키는 것은 곤란하다.
놀랍게도, NOx 트랩의 배기 시스템 상류부에 산화 촉매가 포함되면 린번 엔진에 대해서 HC 후처리가 개선될 수 있다는 사실을 알게 되었다.
본 발명의 한 실시형태에 따르면, 본 발명은 NOx-트랩을 포함하고 있는 배기시스템을 가진 린번 가솔린 엔진을 제공하는 것으로서, 상기 배기시스템이 λ > 1의 상태 동안에 불연소 탄화수소(HC)를 H20와 CO2로 산화시키는 산화촉매를 포함하고 있으며, 이 산화 촉매는 NOx-트랩의 상류부에 위치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 명세서에서 "린번 가솔린 엔진"이라 하면, 정상적인 작동의 적어도 일부분 동안 이론적인 공연비가 희박한 상태, 즉 λ > 1의 상태로 작동되도록 제어되는 엔진을 의미한다. 본 명세서에서 정의된 린번 가솔린 엔진은 공기 보조식 직접 분사 및 고압 직접 분사기능을 가진 인젝터를 포함한 다양한 인젝터를 사용하는 부분적인 린번 가솔린 엔진을 포함한다.
산화촉매는 통상적으로 가능한 한 넓은 온도 범위, 특히 낮은 온도에서 산소를 가진 가스 성분의 반응이 가능하도록 설계되어 있다. 이 산화촉매는 가스 유동내에서의 반응을 위한 산소가 있는 때에는 언제나 산화시킨다. 산화촉매의 활성 성분은 백금, 팔라듐 또는 구리, 몰리브덴, 코발트 또는 산화반응에 활성인 그 밖의 전이 원소와 같은 산화반응에 활성인 모재(base metal)를 포함할 수 있다.
TWC는 HC 및 일산화탄소를 산화시키고 동시에 NOx를 환원시키도록 설계되어 있다. 산소저장성분(OSC)이 TWC의 작동창(operating window)을 확장하기 위해 포함될 수 있고, TWC는 λ = 1의 공연비 또는 이에 가까운 공연비에서 작동하도록 되어있다. 전형적인 TWC 활성 성분은 산화반응을 위한 백금 및/또는 팔라듐 그리고 환원반응을 위한 로듐이다. OSC는 세리아 기제(ceria based)로 될 수 있다.
GB-A-2342056 공보에는 상류부에 OSC를 가지고 있는 NOx 트랩을 포함하는 가솔린 직접 분사 엔진과 같은 내연기관용 촉매 전환기(catalytic converter)가 기술되어 있다. 이 OSC는 린 상태로서 작동하는 동안에는 산소를 흡수하고 NOx 트랩의 리치(rich) 상태의 재생동안에는 산소를 배출하며, 여분의 산소는 HC를 산화시키도 록 사용되어 NOx 트랩에 대한 발열성을 증가시켜서 NOx의 제거 및 환원을 보다 효율적으로 할 수 있다. 세리아 기제 OSC는 린 상태 작동하에서는 HC에 대한 산화촉매가 아니다.
NOx-트랩은 린 상태로 있는 동안에는 NOx를 흡수하여 저장하고, 리치 상태로 있는 동안에는 저장된 NOx를 배출하여 촉매로 환원시키도록 설계되어 있다. 이것은 엔진이 린 상태로 작동하는 동안 주기적으로 리치 상태로 작동하도록 엔진을 제어하는 것을 요한다. NOx-트랩은 통상적으로 3 가지 기능을 위한 활성 물질: 즉, 백금과 같은 산화촉매; 흡수제, 예를 들면 알칼리 금속 또는 탄산바륨으로 대표되는 알칼리토류 화합물; 그리고 로듐과 같은 환원촉매를 포함하고 있다.
EP 0893144 공보는 직접 분사 디젤 엔진의 NOx 트랩에서 황을 제거하는 방법 및 장치를 개시하고 있다. 한 가지 실시예에 따르면, λ > 1의 상태하에서 SOx를 제거하기 충분한 온도로 NOx 트랩을 가열하기 위해 상류부 산화촉매에서 열이 방출된다. 이것은 λ > 1의 상태하에서 부가적인 HC의 분사 및/또는 엔진의 스로틀링을 하고 연료 분사를 지연시킴으로써 이루어 진다. 대체 실시형태에서는, λ ＜ 1의 상태하에서 NOx 트랩의 상류부의 산화촉매에 물-가스 전환을 촉진시키는 성분을 포함시킴으로써 1-10%의 CO 함유량을 가진 거의 산소가 없는 배기 가스를 발생시킴으로써 SOx가 제거된다.
배기관 배출 HC 농도를 감소시키는 명백한 장점외에도, 산화촉매가 NOx-트랩의 상류부에 있는 실시예에서, 산화촉매가 NOx-트랩을 보다 효율적으로 작동할 수 있게 하는 것을 알게 되었다. 따라서 상기의 가솔린 직접 분사용으로 제안된 후처리 시스템에 있어서 NOx-트랩 담체(substrate)에 의해서 점유된 동일한 부피에 대해서, 본 발명의 상류부 산화촉매와 하류부 NOx-트랩의 조합은 비슷한 NOx 트랩 성능을 제공하지만, 비교적 많은 HC를 처리할 수 있다. 또 다른 이점은 NOx 트랩만 있는 경우와 본 발명의 산화촉매/NOx 트랩의 경우의 백금족 금속의 총 비용은 동등하다는 것이다.
이론에 구속되는 것을 원하지는 않지만, 이러한 현상은 NO2를 만들기 위해서 NO를 산소와 반응하도록 활성화시키는 상류부 산화촉매에 의해, 한편으로 NOx-트랩 내의 산화촉매 성분에 의해서도 수행되는 작용에 의해 발생되는 것으로 생각된다.
따라서, 본 발명의 장점은 린번 가솔린 엔진이 린 상태로 작동하는 동안 HC 배출을 줄이고; CO 배출을 줄이며; NO→N02와 같이 산화시키고; HC를 제거하는 것이고, 상기한 3 가지 장점에 부가하여 NOx 트랩의 효율성 또한 향상시키는 것이다.
다른 실시예의 본 발명에 따른 엔진의 배기시스템에서는 NOx 트랩의 하류부에 또 다른 산화촉매를 포함하고 있다. 이 촉매는 상류부 산화촉매와 NOx 트랩을 빠져 나온 HC를 처리할 수 있다.
바람직하게는, 이 산화촉매가 HC-트랩이다. 이 HC-트랩은 γ타입 제올라이트, ZSM-5 타입 제올라이트 및 US-γ 타입 제올라이트와 같은 제올라이트, 모더나이트(mordernite), β-제올라이트, ZSM5를 포함할 수 있다. 이 HC-트랩은 알루미나, 바람직하게는 플래티늄 온 알루미나(platinum on alumina:Pt/Al2O3), 실리카-알루미나, 티타니아 및/또는 지르코니아. 이 실시예는 시동직후에는 HC가 흡수되고 HC-트랩이 가열되는 때에는 배출될 수 있도록 HC를 제어하는 것에 특히 유용하다. HC가 배출될 때까지 산화촉매가 라이트 오프 온도에 도달해야 하기 때문에 배출된 HC는 하류부에서 산화될 수 있다. HC-트랩과 하류부 촉매의 온도창(temperature window)을 조합한 것에 대한 내용은 EP-A-0830201 공보에 개시되어 있다.
삭제
산화에 대해 활성인 모재(base metal) 또는 2 개이상의 모재의 혼합물이 사용될 수도 있지만, 바람직하게는, 본 발명에서 사용되는 산화촉매의 활성 성분은 하나의 백금족 금속(PGM) 또는 2 개이상의 백금족 금속의 혼합물이다. 산화에 대해 활성인 모재는 구리, 니켈, 몰리브덴 및 코발트를 포함하지만, 그 밖의 다른 활성 전이원소가 적절하게 사용될 수 있다. 본 명세서에서 활성 성분은 PGM이므로, 팔라듐이 대신 사용될 수도 있지만, 백금을 사용하는 것이 바람직하다. 백금과 팔라듐의 혼합물과 같은, 임의의 2 개 이상의 PGM이 사용될 수도 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 엔진의 배기시스템은 가솔린기관 응용에 대해서 클로즈 커플드 3원촉매를 포함할 수도 있다. 또 다른 바람직한 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 시스템은 산화촉매의 상류부에 SOx-트랩을 포함하고 있지만, 클로즈 커플드 3원촉매의 하류부에 위치하는 것이 보다 바람직하다. SOx-트랩용 혼합물에 포함되는 활성 물질은 알칼리 토금속 화합물 또는 알칼리 금속 화합물 또는 이들의 2 개 이상의 혼합물을 포함한다. 촉매 물질의 황중독(sulphur poisoning)은 주지된 문제점이므로, SOx가 배기 시스템의 어떠한 촉매 물질에도 흡수되지 않도록 하는 (고온/리치 상태로 환원시키는 조건과 같은) 조건이 아니라면, SOx가 시스템 내의 NOx 트랩과 접촉하지 않도록 하는 것이 바람직하다. SOx 트랩 재생작용은 주기적으로 이러한 조건하에 놓임으로써 실행될 수 있으며 엔진제어유닛(ECU)의 제어하에서 실행될 수 있다. 연료에서 황의 농도가 감소됨에 따라, 배기 시스템내에 반드시 SOx 트랩을 포함할 필요는 없다. SOx 트랩에 관한 보다 상세한 내용은 EP-A-0814242 공보에 개시되어 있다.
또 다른 바람직한 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 엔진의 배기시스템은 NOx-트랩의 하류부에 정화촉매를 포함하고 있다. 이것은 SOx-트랩을 포함하는 시스템에서 특히 유용하며, 이 SOx-트랩이 재생될 때 불쾌한 냄새를 가진 H2S가 발생될 수 있다. 이러한 문제를 처리하기 위해, 정화촉매는 세리아와 같은 산소저장성분, 백금과 같은 산화성분, NOx 환원 성분, 예를 들면 로듐, 그리고 H2S를 억제하는 성분, 예를 들면 NiO, Fe203, Mn02, CoO 및 Cr02을 포함한다. 대체 실시예에 있어서, 정화촉매는 본 발명의 산화촉매를 빠져 나온 HC를 처리하도록 형성될 수 있으며, 가스유동 내에 HC를 H20와 CO2로 산화시키기에는 불충분한 산소가 있는 곳에서 HC가 산화촉매를 빠져 나오는 일이 발생할 수 있다. 이 실시예에서, 정화촉매는 세리아와 같은 촉매 성능을 가진 산소저장성분을 포함하고 있다.
산화촉매 및 NOx-트랩은 각각 관류식 벌집형상 단일체(flow-through honeycomb monolith)와 같은 별개의 담체상에 설치될 수 있다. 이 단일체는 금속이나 세라믹으로 될 수 있고, 이 세라믹은 근청석(cordierite)이 될 수 있지만, 알루미나, 물라이트, 실리콘 카바이드, 지르코니아 또는 나트륨/지르코니아/인산염이 대체물로 사용될 수 있다. 특히 바람직한 실시예에 있어서 NOx 트랩 및 산화촉매는 각각 특정 구역을 차지하는 단일체 담체 즉 "벽돌모양의 덩어리"상에 설치되어 있다. 코팅처리된 담체는 당해 기술분야의 전문가에게 주지된 방법에 의해서 제작될 수 있으므로 더 이상의 설명은 생략한다. 바람직하게는, NOx-트랩 및 산화촉매 담체가 하나의 셸이나 캔 안에 있다.
또 다른 실시형태에 따르면, 본 발명은 본 발명에 따른 린번 가솔린 엔진을 포함하는 자동차를 제공한다.
상기 엔진은 가솔린직접분사(GDI) 엔진이 될 수 있다.
린번 가솔린 엔진용 바람직한 배기 시스템은 산화촉매의 상류부에 클로즈 커플드 TWC를 포함한다.
본 발명에 따른 엔진의 배기시스템은 NOx 트랩의 상류부(TWC의 하류부)에 SOx 트랩을 포함할 수 있고; NOx 트랩의 하류부에 정화촉매를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예는 첨부된 도면을 참고하여 아래에서 설명한다.
산화촉매 및 NOx 트랩은 차량의 바닥밑에 위치되는 것이 바람직하다.
다른 실시형태에 따르면, 본 발명은 λ > 1의 상태 동안에 린번 가솔린 엔진으로부터 배기 가스에 포함된 불연소 HC의 양을 감소시키는 방법을 제공하는 바, 이 방법은 배기가스가 NOx-트랩을 통과하기 전에 린 상태의 배기 가스가 산화촉매를 통과하는 것을 포함하고 있다.
또 다른 실시형태에 따르면, 본 발명은 린번 엔진으로부터 λ > 1의 상태의 배기 가스에 포함된 불연소 HC의 양을 감소시키기 위해 NOx 트랩의 상류부에 산화촉매를 사용하는 방법을 제공한다.
본 발명을 더욱 잘 이해하기 위해, 본 발명에 따른 엔진에 사용하는 시스템의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 관하여 기술한다.
도 1은 GDI 엔진에 사용하기 위해 제안된 종래 기술의 배기 시스템의 개략도;
도 2는 아래의 실시예와 비교하기 위한 목적으로 제공된 배기 시스템의 개략도;
도 3은 린번 가솔린 엔진에 사용하기 위한 형태로서 본 발명의 기본적인 기술 사상을 구현한 배기 시스템을 도시하는 개략도;
도 4는 도 3에 도시된 배기 시스템의 대체 실시예를 도시하는 개략도;
도 5는 3원촉매를 포함하는 본 발명의 배기시스템의 실시예를 도시하는 개략도;
도 6은 SOx-트랩을 포함하는 본 발명의 배기시스템의 실시예를 도시하는 개략도;
도 7은 정화촉매를 포함하는 본 발명의 배기시스템의 실시예를 도시하는 개략도;
도 8은 3원촉매 및 SOx-트랩을 포함하는 본 발명의 배기시스템의 실시예를 도시하는 개략도; 그리고
도 9는 3원촉매, SOx-트랩 및 정화촉매를 포함하는 본 발명의 배기시스템의 실시예를 도시하는 개략도이다.
삭제
도면을 참고하면: 1은 본 발명에 따른 산화촉매; 2는 NOx-트랩; 3은 3원촉매; 4는 SOx-트랩; 5는 정화촉매; U는 배기 시스템의 상류단부; 그리고 D는 배기 시스템의 하류단부를 표시한다.
도면은 설명을 용이하게 하기 위한 것이고, 아래의 설명은 도시된 특정의 실시예의 이해를 돕기 위한 것이다.
도 3 내지 도 9중의 각각에 있어서, 본 발명에 따른 산화촉매는 바람직하게는 HC-트랩이다. 이 HC-트랩은 γ타입 제올라이트, ZSM-5 타입 제올라이트 및 US-γ 타입 제올라이트와 같은 제올라이트를 포함하는 것이 바람직하다. 대체 실시예에 있어서, HC-트랩은 플래티늄 온 알루미나이다.
도 9에 도시된 실시예에 있어서, 정화촉매는 세리아와 같은 산소저장성분, 백금과 같은 산화성분, NOx 환원 성분, 예를 들면 로듐, 그리고 H2S를 억제하는 성분, 예를 들면 NiO, Fe203, Mn02, CoO 및 Cr02을 포함한다.
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본 발명을 보다 잘 이해하기 위해, 아래의 구체예를 단지 예시로서 설명한다.
구체예
장치
벤치 테스트 셀에서, 일본 시장을 위해 맞추어진 자동차로부터 나온 4 실린더, 1.8 리터, 1997년산 모델의 미츠비시 직접분사 엔진이 직류 동력계와 함께 설치되었다. 원래의 엔진 제어 유닛(ECU)은 연결해제되고 엔진의 제어는 엔진 관리 및 제어 시스템(EMACS)에 의해서 이루어졌다. 이는 NOx 트랩 기술과 함께 사용하기에 적합한 엔진 제어 전략이 우리의 연구 목적을 위해 배기 시스템에 적용될 수 있도록 행해졌다. 특히, EMACS는 균일 연소 모드와 린번 연소 모드 양자 모두에서 점화 및 분사 타이밍과 지속시간에 걸쳐 완벽한 제어를 가능하게 해 주었다.
엔진은 균일 모드를 하나로 그리고 린상태 모드를 다른 하나로 하는 2 세트의 맵 중 하나에서부터 작동되었다. 점화 및 분사 타이밍과 지속시간에 대한 기본 맵은 첫째로 벤치 테스트에서 사용된 것과 동일한 모델의 엔진을 가진 자동차의 ECU로부터의 데이타를 기록하고 이 정보를 기초로 분해공학(reverse engineering)에 의해 맵을 세움으로써 만들어졌다. 균일 모드에서, 엔진은 일정 범위의 엔진 속도와 부하에서 작동되었고, 기본 맵에 보충 맵이 λ= 1 작동하에서 최고의 NOx 배기, CO 및 HC 배기를 위해 만들어졌다. 린상태 모드는 동일한 속도 및 하중 요구량에서 균일 모드에서 얻어진 토크를 맞춤으로써 매핑되었다.
벤치 테스트 장비에서 촉매의 배치는 다음과 같이 이루어졌다. 제곱 인치당 400 셀( 400 cpsi, 62 cells cm-2)과 0.15 mm의 벽두께로 된 세라믹 담체 상의 93 g ft-3의 팔라듐과 7 g ft-3의 로듐, 엔진 배기량(ESV)의 22%의 체적의 팔라듐/로듐 3원촉매가 엔진 배기 매니폴드로부터 대략 30 cm의 클로즈-커플드 위치내에 설치되었다. 하류부 촉매는 동일한 탈착가능한 캔 내에 총 133% ESV의 체적으로 되었고 바닥밑 위치에 해당하는 클로즈 커플드 촉매로부터 후방 200 cm 위치에 설치되었다. 배기물을 측정하기 위한 샘플 포인트들은 유발제 촉매 앞에 그리고 바닥밑 촉매를 하우징하고 있는 캔 뒤에 배치되었다. NOx, HC, CO2, CO 및 O2의 농도는 클로즈 커플드 촉매 이전 가스 농도와 NOx 트랩 이후 가스 농도 양자 모두의 연속적인 측정을 가능하게 하도록 듀얼 뱅크의 MEXA(Motor Exhaust Gas Analyser) 9500 가스를 사용하여 측정되었다. 열전대들이 바닥밑과 유발제 촉매 양자의 입구 및 출구 콘 내에 설치되었고, 하나의 열전대가 1 인치(2.54 cm) 베드 온도 측정을 제고하도록 바닥밑 촉매 25 mm 내에 배치되었다.
테스트에 앞서, 엔진은 공회전 상태에서 완전히 워밍업되었다. 다음에 균일 모드에서, 엔진이 작동되어 바닥밑 촉매에 대한 입구 온도가 210℃가 되었다. 다음에 린상태 작동으로 전환되었고 배기 가스 재순환(EGR) 밸브 위치는 엔진 배출 NOx가 300ppm이 되었을 때까지 조정되었다. 이 EGR 밸브 위치는 기록되었고 린상태 셋 포인트로서 사용된다. 엔진은 다시 균일 모드로 전환되고, EGR 밸브는 폐쇄되었다. 리치 셋 포인트가 λ=0.80을 얻도록 연료 분사기 펄스폭을 증가시킴으로써 얻어졌다. 일련의 린상태/리치상태 사이클이 다음과 같이 동작되어졌다. 린상태 모드에서, EGR 밸브는 시스템의 NOx 효율이 75% 아래로 떨어질 때까지 린상태 셋 포인트에 있었다. 그런 다음 엔진은 분사기가 리치 셋 포인트에 있는 상태로 15초 동안 다시 균일 모드로 전환되었다. 사이클은 5번 반복되었고, 각각의 사이클마다 얻어진 결과는 기록되었다. 이 과정은 다른 온도에서 반복되었다. 배기 시스템은 엔진에 설치되었고 상기 프로토콜이 이어졌으며 데이타가 수집되었다.
테스트되는 배기 시스템 내의 성분들의 구성이 아래 표 1에 나타내어져 있다. 보고된 모든 테스트에서 촉매는 노화상태에 있었다. 클로즈 커플드 3원촉매는 10% O2, 10% H2O, 나머지 질소 하에서 1100℃에서 4시간 동안 열수작용으로 노화되었다. 바닥밑 촉매는 2% O2, 10% H2O, 나머지 질소 하에서 850℃에서 4시간 동안 열수작용으로 노화되었다.
시스템 1은 상류부 촉매 A, 즉 33% ESV로, 400 cpsi(62 cells cm-2)와 벽두께 0.15 mm의 세라믹 담체에 코팅된, 100 g ft-3(3.53 g l-1)의 백금과 20 g ft-3(0.7 g l-1)의 로듐을 함유한 NOx-트랩으로 이루어져 있다. 촉매 B는 600 cpsi(93 cells cm-2)와 0.1 mm의 벽두께의 세라믹 담체에 코팅된 60 g ft-3(2.12 g l-1)의 백금과 20 g ft-3(0.7 g l-1)의 로듐을 함유하고 100% ESV의 NOx-트랩이다. 이 구성은 첨부 도면중 도 2에 개략적으로 나타내어져 있다.
시스템 2는 상류부 촉매 A, 즉 33% ESV로, 400 cpsi(62 cells cm-2)와 벽두께 0.15 mm의 세라믹 담체에 코팅된 100 g ft-3(3.53 g l-1)의 플래티튬 온 알루미나-제올라이트 혼합물을 함유한 개량된 린상태 산화촉매로 이루어져 있다. 촉매 B는 시스템 1에서의 촉매 B로서 설명된 NOx-트랩과 동일한 형태의 것이다. 이 구성이 첨부 도면중 도 5에 개략적으로 도시되어 있다.
시스템 클로즈 커플드 TWC인가? 촉매 A (상류부) 촉매 B
1 예 NOx-트랩 NOx-트랩
2 예 개량된 산화촉매 NOx-트랩

결과
엔진 배출 HC 및 배기관 HC는 5번의 사이클로부터의 평균값이다.
시스템 1
바닥밑 촉매의 입구 온도(℃) U/F촉매에서의 공간속도(h-1) 엔진 배출HC(ppm) 배기관HC(ppm) HC전환(%) 저장된 NOx(g)
210 37,000 1809 600 67 0.11
291 44,000 1836 268 85 0.37
340 55,000 1800 203 89 0.45

시스템 2
바닥밑 촉매의 입구 온도(℃) U/F촉매에서의 공간 속도(h-1) 엔진 배출HC(ppm) 배기관HC(ppm) HC전환(%) 저장된 NOx(g)
210 37,000 1808 517 71 0.10
291 44,000 1814 173 91 0.42
340 55,000 1781 153 91 0.45

결론
NOx-트랩으로 이루어진 산화촉매 상류부를 포함하고 있는 시스템 2는 NOx-트랩만의 구성의 시스템 1에 비하여 210, 291 및 340℃에서 린상태 탄화수소 전환을 향상시켰다. 6 % HC 전환에 이르는 향상이 291℃에서 관찰되고, 평균적인 향상율은 2-3%이다. 이 정도의 배기물에 있어서의 향상은 유럽 4차 법령(European Stage IV legislation)을 충족시키는 데 중요하다. 시스템 2의 NOx 저장 기능은 33% ESV의 NOx 저장 용량의 제거에도 불구하고 시스템 1에 비해 저하되지 않았다.

Claims (19)

  1. 배기시스템을 가진 린번 가솔린 엔진으로서, 상기 배기시스템은 λ > 1 작동 조건 동안에 엔진에서 배출된 불연소 탄화수소(HC)를 H20와 CO2로 산화시키기 위한, 백금족 금속(PGM)을 함유하고 있는 산화촉매를 포함하고 있으며, 이 산화촉매는 NOx-트랩의 상류부에 배치되어 있고, 산화촉매에 있어서 최적의 백금족 금속(PGM)은 백금인 것을 특징으로 하는 배기시스템을 가진 린번 가솔린 엔진.
  2. 제 1 항에 있어서, NOx-트랩의 하류부에 배치되어 있으며, 하나의 백금족 금속(PGM) 또는 2 개의 이상의 백금족 금속(PGM)의 혼합물을 선택적으로 포함하고 있는 제 2 산화촉매를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 배기시스템을 가진 린번 가솔린 엔진.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 각각의 산화촉매가 HC-트랩을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 배기시스템을 가진 린번 가솔린 엔진.
  4. 제 3 항에 있어서, HC-트랩이 제올라이트, 선택적으로 β-제올라이트, 또는 γ타입 제올라이트, 또는 ZSM-5 타입 제올라이트 또는 US-γ 타입 제올라이트 그리고 알루미나, 실리카-알루미나, 티타니아 또는 지르코니아 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기시스템을 가진 린번 가솔린 엔진.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 배기시스템이 3원촉매(TWC), 바람직하게는 클로즈 커플드 3원촉매(TWC)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기시스템을 가진 린번 가솔린 엔진.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 배기시스템이 NOx-트랩의 상류부에 SOx-트랩을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기시스템을 가진 린번 가솔린 엔진.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 배기시스템이 별개의 구역에서 산화촉매와 NOx-트랩을 각각 지지하는 담체를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기시스템을 가진 린번 가솔린 엔진.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 엔진이 가솔린 직접 분사 엔진인 것을 특징으로 하는 배기시스템을 가진 린번 가솔린 엔진.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 배기시스템을 가진 린번 가솔린 엔진을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 자동차.
  10. λ > 1 작동 조건 동안에 린번 가솔린 엔진으로부터 대기로 배출된 불연소 탄화수소(HC)의 양을 감소시키고 NOx를 처리하기 위한 방법으로서,
    상기 탄화수소(HC)를 함유하고 있는 린번 가솔린 엔진으로부터 배출된 배기 가스를 백금족 금속(PGM)을 함유하고 있는 산화촉매에 통과시킨 다음, 상기 배기 가스를 NOx-트랩에 통과시킴으로써 상기 탄화수소(HC)를 H20와 CO2로 산화시키는 단계를 포함하고 있고, 산화촉매에 있어서 최적의 백금족 금속(PGM)은 백금인 것을 특징으로 하는 방법.
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