KR101091625B1 - Exhaust system - Google Patents

Exhaust system Download PDF

Info

Publication number
KR101091625B1
KR101091625B1 KR1020090080779A KR20090080779A KR101091625B1 KR 101091625 B1 KR101091625 B1 KR 101091625B1 KR 1020090080779 A KR1020090080779 A KR 1020090080779A KR 20090080779 A KR20090080779 A KR 20090080779A KR 101091625 B1 KR101091625 B1 KR 101091625B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel
nitrogen oxide
catalyst layer
injector
exhaust gas
Prior art date
Application number
KR1020090080779A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20110023146A (en
Inventor
이효경
Original Assignee
현대자동차주식회사
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020090080779A priority Critical patent/KR101091625B1/en
Publication of KR20110023146A publication Critical patent/KR20110023146A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101091625B1 publication Critical patent/KR101091625B1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust 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
    • F01N3/24Exhaust 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 constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/36Arrangements for supply of additional fuel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust 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
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/10Noble metals or compounds thereof
    • B01D2255/102Platinum group metals
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2570/00Exhaust treating apparatus eliminating, absorbing or adsorbing specific elements or compounds
    • F01N2570/14Nitrogen oxides
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/14Arrangements for the supply of substances, e.g. conduits
    • F01N2610/1453Sprayers or atomisers; Arrangement thereof in the exhaust apparatus

Abstract

본 발명은 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시키는 배기 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an exhaust system for reducing nitrogen oxide contained in exhaust gas.

본 발명의 실시예에 따른 배기 시스템은, 연소된 배기가스가 통과하여 외부로 배출되는 배기라인, 상기 배기라인에 연료를 분사하는 인젝터, 상기 인젝터에서 추가 분사된 연료를 환원제로 변환시키고, 배기가스에 포함된 질소산화물의 일부를 타지 않은 연료 또는 탄화수소를 이용하여 환원시키고, 질소산화물의 다른 일부는 내부로 확산시켜 저장하도록 상기 배기라인에 설치된 질소산화물정화촉매 및 설정된 조건에서 상기 인젝터를 제어하여 연료를 추가 분사하도록 하는 제어부를 포함하고, 상기 질소산화물정화촉매는, 상기 인젝터에서 추가 분사된 연료에 의해서 형성된 환원제를 이용하여 그 저장된 질소산화물을 탈착시켜 환원시킨다.Exhaust system according to an embodiment of the present invention, the exhaust line passing through the exhaust gas is discharged to the outside, the injector for injecting fuel to the exhaust line, converting the fuel additionally injected from the injector into a reducing agent, exhaust gas Part of the nitrogen oxide contained in the fuel is reduced by using unburned fuel or hydrocarbon, and another part of the nitrogen oxide is purified by the nitrogen oxide purification catalyst installed in the exhaust line and the injector under the set conditions so as to diffuse and store the fuel therein. And a control unit for additional injection, wherein the nitrogen oxide purification catalyst desorbs and stores the stored nitrogen oxide using a reducing agent formed by the fuel additionally injected from the injector.

인젝터, NOx, 연료분해촉매, DPF, DOC, 질소산화물, 정화촉매 Injector, NOx, Fuel Decomposition Catalyst, DPF, DOC, Nitrogen Oxide, Purification Catalyst

Description

배기 시스템{EXHAUST SYSTEM}Exhaust system {EXHAUST SYSTEM}

본 발명은 배기 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배기가스에 포함된 질소산화물을 저감시키는 배기 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to an exhaust system, and more particularly to an exhaust system for reducing nitrogen oxide contained in the exhaust gas.

일반적으로 엔진에서 배기 매니폴드를 통해 배출되는 배기가스는 배기 파이프의 도중에 형성된 촉매 컨버터(Catalytic converter)로 유도되어 정화되고, 머플러를 통과하면서 소음이 감쇄된 후 테일 파이프를 통해 대기 중으로 방출된다.In general, the exhaust gas discharged from the engine through the exhaust manifold is guided to a catalytic converter formed in the middle of the exhaust pipe and purified, and the noise is attenuated while passing through the muffler, and then released into the atmosphere through the tail pipe.

상기 촉매 컨버터는 배기가스에 포함되어 있는 오염물질을 처리한다. 그리고 배기 파이프 상에는 배기가스에 포함된 입자상 물질(PM)을 포집하기 위한 매연 필터가 장착된다.The catalytic converter treats pollutants contained in the exhaust gas. And a soot filter for trapping particulate matter (PM) contained in the exhaust gas is mounted on the exhaust pipe.

선택적 촉매 환원(Selective Catalytic Reduction; SCR) 장치는 이러한 촉매 컨버터의 한 형식이다. 선택적 촉매 환원(SCR) 장치는 우레아(Urea), 암모니아(Ammonia), 일산화탄소와 탄화수소(Hydrocarbon; HC) 등과 같은 환원제가 산소와 질소산화물 중에서 질소산화물과 더 잘 반응하도록 한다는 의미에서 선택적 촉매 환원이라고 명명된다.Selective Catalytic Reduction (SCR) equipment is a type of such catalytic converter. Selective Catalytic Reduction (SCR) devices are termed selective catalytic reduction in the sense that reducing agents such as urea, ammonia, carbon monoxide and hydrocarbons (HC) react better with nitrogen oxides in oxygen and nitrogen oxides. do.

이러한 선택적 촉매 환원 장치가 장착된 내연기관의 경우, 배기가스에 포함 된 질소산화물의 양에 따라 연료를 연속적으로 추가 분사하였다. 따라서, 탄화수소의 슬립이 발생되고 연비가 악화되었다.In the case of internal combustion engines equipped with such a selective catalytic reduction device, fuel was continuously injected continuously according to the amount of nitrogen oxide contained in the exhaust gas. Thus, slip of hydrocarbon occurs and fuel economy deteriorates.

본 발명의 목적은 배기가스에 포함된 질소산화물의 일부를 저장하고, 설정된 조건에 따라 추가로 분사된 연료를 환원제로 변환시켜 상기 환원제를 이용하여 상기 저장된 질소산화물을 탈착하고, 상기 탈착된 질소산화물을 상기 환원제를 이용하여 환원시켜 제거하는 배기 시스템을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to store a portion of the nitrogen oxide contained in the exhaust gas, and according to the set conditions further convert the fuel injected into a reducing agent to desorb the stored nitrogen oxide using the reducing agent, the desorbed nitrogen oxide It is to provide an exhaust system for reducing by using the reducing agent.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 배기 시스템은, 연소된 배기가스가 통과하여 외부로 배출되는 배기라인, 상기 배기라인에 연료를 분사하는 인젝터, 상기 인젝터에서 추가 분사된 연료를 환원제로 변환시키고, 배기가스에 포함된 질소산화물의 일부를 타지 않은 연료 또는 탄화수소를 이용하여 환원시키고, 질소산화물의 다른 일부는 내부로 확산시켜 저장하도록 상기 배기라인에 설치된 질소산화물정화촉매 및 설정된 조건에서 상기 인젝터를 제어하여 연료를 추가 분사하도록 하는 제어부를 포함하고, 상기 질소산화물정화촉매는, 상기 인젝터에서 추가 분사된 연료에 의해서 형성된 환원제를 이용하여 그 저장된 질소산화물을 탈착시켜 환원시킨다.Exhaust system according to an embodiment of the present invention for achieving this object, an exhaust line through which the burned exhaust gas is discharged to the outside, an injector for injecting fuel to the exhaust line, a fuel injected further from the injector reducing agent The nitrogen oxide purification catalyst installed in the exhaust line to convert a portion of the nitrogen oxide contained in the exhaust gas into an unburned fuel or hydrocarbon and to diffuse and store the other portion of the nitrogen oxide therein. And a control unit for controlling the injector to further inject fuel, wherein the nitrogen oxide purification catalyst desorbs and stores the stored nitrogen oxide using a reducing agent formed by the fuel additionally injected from the injector.

상기 질소산화물정화촉매는, 배기가스에 근접하게 배치되어 여기에 포함된 촉매성분을 이용하여 연료를 쪼개서 고반응성의 환원제를 형성하는 연료분해촉매 층, 상기 연료분해촉매층의 내측에 형성되어 배기가스내 질소산화물을 환원시켜 제거하는 환원촉매층, 및 상기 환원촉매층의 내측에 형성되어 배기가스에 포함된 질소산화물을 저장하는 저장촉매층을 포함한다.The nitrogen oxide purification catalyst is a fuel decomposition catalyst layer which is disposed in close proximity to the exhaust gas and splits the fuel using the catalyst component contained therein to form a highly reactive reducing agent, and is formed inside the fuel decomposition catalyst layer to form the exhaust gas. A reduction catalyst layer for reducing and removing nitrogen oxides, and a storage catalyst layer formed inside the reduction catalyst layer to store the nitrogen oxide contained in the exhaust gas.

상기 환원촉매층은 배기 가스에 포함된 질소 산화물의 일부를 타지 않은 연료 또는 배기 가스에 포함된 탄화 수소와의 산화-환원 반응에 의하여 환원시키고, 상기 질소 산화물의 다른 일부는 상기 저장촉매층으로 확산시키고, 상기 저장촉매층은 확산된 상기 질소 산화물을 저장하고, 상기 연료분해촉매층에서 형성된 환원제를 이용하여 상기 저장된 질소 산화물을 탈착하여 상기 환원촉매층에서 환원되도록 한다.The reduction catalyst layer reduces a portion of the nitrogen oxides contained in the exhaust gas by an oxidation-reduction reaction with unburned fuel or hydrocarbons contained in the exhaust gas, and diffuses another portion of the nitrogen oxides into the storage catalyst layer, The storage catalyst layer stores the diffused nitrogen oxide and desorbs the stored nitrogen oxide using a reducing agent formed in the fuel decomposition catalyst layer to be reduced in the reduction catalyst layer.

상기 연료분해촉매층은 Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, W, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Ag, 및 Zn 중 적어도 하나의 촉매성분을 포함하는 것을 특징으로 한다.The fuel decomposition catalyst layer is characterized in that it comprises at least one catalyst component of Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, W, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Ag, and Zn.

상기 연료분해촉매층은, 연료의 긴 탄소고리를 끊어 다수의 짧은 탄화수소를 만들어 상기 질소산화물정화촉매에서 질소산화물의 정화효율을 향상시킨다.The fuel decomposition catalyst layer cuts the long carbon ring of the fuel to form a plurality of short hydrocarbons to improve the purification efficiency of the nitrogen oxides in the nitrogen oxide purification catalyst.

상기 인젝터는, 엔진의 실린더로 연료를 분사하는 제1인젝터, 및 상기 배기라인에 설치되어 연료를 분사하는 제2인젝터를 포함한다.The injector includes a first injector for injecting fuel into a cylinder of an engine, and a second injector installed in the exhaust line to inject fuel.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 질소산화물정화촉매에는 배기가스에 포함된 연료를 고반응성 환원제로 변형시키는 연료분해촉매층, 상기 연료분해촉매층에서 형성된 환원제를 이용하여 배기가스의 질소산화물을 환원하는 환원촉매층, 및 배기가스에 포함된 질소산화물을 저장하되, 설정된 조건에서 그 저장된 질소산화물 을 상기 환원촉매층으로 탈착하는 저장촉매층을 포함함으로써, 배기가스 내에 포함된 질소산화물을 효과적으로 제거한다.As described above, according to the present invention, the nitrogen oxide purification catalyst includes a fuel decomposition catalyst layer for transforming fuel contained in exhaust gas into a highly reactive reducing agent, and a reduction for reducing nitrogen oxides of exhaust gas using a reducing agent formed in the fuel decomposition catalyst layer. By storing a nitrogen oxide contained in the catalyst layer and the exhaust gas, the storage catalyst layer for desorbing the stored nitrogen oxides to the reducing catalyst layer under the set conditions, thereby effectively removing the nitrogen oxide contained in the exhaust gas.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 실시예에 따른 배기 시스템을 먼저 도 3을 참조하여 설명한다.An exhaust system according to an embodiment of the present invention will first be described with reference to FIG. 3.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배기 시스템의 개략적인 구성도이다.3 is a schematic structural diagram of an exhaust system according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 배기 시스템은 엔진(300), 배기라인, 인젝터(310), 및 질소산화물정화촉매(320)를 포함한다.Referring to FIG. 3, the exhaust system includes an engine 300, an exhaust line, an injector 310, and a nitrogen oxide purification catalyst 320.

상기 배기라인에는 상기 인젝터(310)와 상기 질소산화물정화촉매(320)가 순차적으로 배치된다.The injector 310 and the nitrogen oxide purification catalyst 320 are sequentially disposed in the exhaust line.

도시되지 않았지만, 상기 배기라인에는, 터보차저(미도시), 촉매여과필터(미도시), 차압센서(미도시), 온도센서(미도시)들을 포함하고, 그 상세한 설명은 생략한다.Although not shown, the exhaust line includes a turbocharger (not shown), a catalytic filtration filter (not shown), a differential pressure sensor (not shown), a temperature sensor (not shown), and a detailed description thereof will be omitted.

상기 엔진(300)의 실린더에서 연소된 배기가스는 상기 배기라인을 통하여 외부로 배출되며, 상기 엔진(300)의 후단부 상기 배기라인에는 상기 터보차저(예를 들어, 터빈)가 배치되며, 상기 터보차저는 흡기라인과 연결되어 엔진으로 공기를 과급한다.Exhaust gas combusted in the cylinder of the engine 300 is discharged to the outside through the exhaust line, the turbocharger (for example, a turbine) is disposed in the exhaust line of the rear end of the engine 300, The turbocharger is connected to the intake line to charge air to the engine.

상기 배기라인에는 상기 인젝터(310), 상기 질소산화물정화촉매(320)가 순차적으로 배치된다.The injector 310 and the nitrogen oxide purification catalyst 320 are sequentially disposed in the exhaust line.

상기 질소산화물정화촉매(320)에 저장된 질소산화물과 배기가스 내의 HC의 비율이 맵데이터에 설정되고, 상기 제어부는 실제 운전조건에서 NOx 대비 HC의 비율과 맵데이터에서 설정된 값을 비교하여, 그 값이 설정된 값 이하인 경우 상기 인젝터(310)를 작동시켜 상기 배기라인으로 연료를 추가로 분사한다.The ratio of the nitrogen oxide stored in the nitrogen oxide purification catalyst 320 and the HC in the exhaust gas is set in the map data, and the controller compares the ratio of HC to NOx and the value set in the map data under the actual operating conditions. When the value is less than or equal to the set value, the injector 310 is operated to further inject fuel into the exhaust line.

도 1 및 도 2를 참조하여 상기 질소산화물정화촉매의 구조와 기능에 대해서 설명한다.The structure and function of the nitrogen oxide purification catalyst will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기 시스템에 구비되는 질소산화물정화촉매의 흡장모드를 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기 시스템에 구비되는 질소산화물정화촉매의 재생모드를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing the storage mode of the nitrogen oxide purification catalyst provided in the exhaust system according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a regeneration mode of the nitrogen oxide purification catalyst provided in the exhaust system according to an embodiment of the present invention It is a cross-sectional view.

도 1을 참조하면, 상기 질소산화물정화촉매(320)를 구성하는 담체에는 배기가스와 인접하게 연료분해촉매층(100)이 형성되고, 그 내부에 환원촉매층(110)이 형성된다. 상기 환원촉매층(110) 내부에 저장촉매층(120)이 형성된다.Referring to FIG. 1, a fuel decomposition catalyst layer 100 is formed on a carrier constituting the nitrogen oxide purification catalyst 320 and adjacent to exhaust gas, and a reducing catalyst layer 110 is formed therein. The storage catalyst layer 120 is formed inside the reduction catalyst layer 110.

상기 연료분해촉매층(100)은 아래 반응식과 같이 촉매 반응을 통해 연료 내에 포함된 탄소화합물의 체인 고리를 끊어 분해시킨다. The fuel decomposition catalyst layer 100 breaks the chain ring of the carbon compound contained in the fuel through a catalytic reaction as in the following reaction formula.

* Steam Reforming : C16H34 + 16H2O ↔ 16CO + 33H2 Steam Reforming: C16H34 + 16H2O ↔ 16CO + 33H2

* Partial Oxidation : C16H34 + 0.5O2 → 8C2H4 + H2O, C16H34 + 8O2 ↔ 16CO + 17H2* Partial Oxidation: C16H34 + 0.5O2 → 8C2H4 + H2O, C16H34 + 8O2 ↔ 16CO + 17H2

* Catalytic Cracking : C11-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 (long chain) → C11-CH=CH2(olefine) + CH3-CH2-CH3(Praffin)* Catalytic Cracking: C11-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3 (long chain) → C11-CH = CH2 (olefine) + CH3-CH2-CH3 (Praffin)

아울러, 상기 연료분해촉매층(100)은 아래 반응식과 같이 연료를 분해하는 Thermal Cracking 기능을 통해 탄화수소를 구성하는 연결 고리를 끊어 분해하게 된다.In addition, the fuel decomposition catalyst layer 100 is broken by breaking the connecting ring constituting the hydrocarbon through the thermal cracking function to decompose the fuel as shown in the following reaction formula.

* C16H34 → 2n-C8H17* → n-C6H13* → n-C4H9* → C2H5* → C2H4 * C 16 H 34 → 2n-C 8 H17 * → nC 6 H 13 * → nC 4 H 9 * → C 2 H 5 * → C 2 H 4

* C16H34 → 8C2H4 + H2, *는 라디칼을 의미.* C 16 H 34 → 8C 2 H 4 + H 2 , * means a radical.

전술한 바와 같이, 상기 연료분해촉매층(100)은 탄화수소 중 일부를 산소와 결합된 탄화수소로 변환하여 상기 인젝터(310)에서 분사된 연료를 활성화시킨다. As described above, the fuel decomposition catalyst layer 100 converts some of the hydrocarbons into hydrocarbons combined with oxygen to activate fuel injected from the injector 310.

아울러, 상기 연료분해촉매층(100)은 액적 상태로 분사되어 증발된 연료를 고 반응성 환원제로 변환하는 동시에, 산화반응으로 산소의 농도를 감소시키고 배기가스의 온도를 상승시키는 기능도 한다. In addition, the fuel decomposition catalyst layer 100 converts the fuel evaporated and ejected into the droplet state into a highly reactive reducing agent, and also reduces the concentration of oxygen and increases the temperature of the exhaust gas by oxidation.

상기 연료분해촉매층(100)에 포함되는 촉매성분으로써는 Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, W, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, 및 Au 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The catalyst component included in the fuel decomposition catalyst layer 100 may include at least one of Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, W, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, and Au.

상기 질소산화물정화촉매(320)의 후단부에는 질소산화물감지센서가 구비될 수 있고, 상기 질소산화물감지센서는 배기가스 내의 질소산화물의 양을 검출하고 이에 대한 신호를 상기 제어부에 전달 할 수 있다. A nitrogen oxide detection sensor may be provided at a rear end of the nitrogen oxide purification catalyst 320, and the nitrogen oxide detection sensor may detect an amount of nitrogen oxide in the exhaust gas and transmit a signal thereof to the controller.

한편, 상기 질소산화물감지센서를 사용하는 대신, 실험값에 의하여 정해진 맵으로부터 그 저장량을 예측하는 것이 바람직하다.On the other hand, instead of using the nitrogen oxide sensor, it is preferable to predict the storage amount from the map determined by the experimental value.

상기 제어부는 각 센서들에서 검출된 신호 및 맵자료들을 기초로 연료의 추가 분사량 및 추가 분사 시기를 제어함으로써 상기 질소산화물정화촉매(320)의 상기 저장촉매층(120)에 저장된 질소산화물을 탈착하여 제거한다. The controller removes and removes nitrogen oxide stored in the storage catalyst layer 120 of the nitrogen oxide purification catalyst 320 by controlling the additional injection amount and the additional injection timing of the fuel based on the signals and map data detected by the sensors. do.

상기 제어부는 상기 질소산화물정화촉매(320)의 상기 저장촉매층(120)에 저장된 질소산화물이 이탈되어 용이하게 환원되도록 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)에 대한 탄화수소(HC)의 비율이 설정된 비율 이상이 되도록 제어한다. 상기 설정된 비율은 8일 수 있다. The control unit is a ratio in which the ratio of the hydrocarbon (HC) to the nitrogen oxide (NOx) contained in the exhaust gas so that the nitrogen oxide stored in the storage catalyst layer 120 of the nitrogen oxide purification catalyst 320 is separated and easily reduced Control to be abnormal. The set ratio may be eight.

상기 환원촉매층(110)은 배기가스에 포함된 질소산화물을 산화시키고, 산화된 질소산화물의 일부를 타지 않은 연료 또는 배기가스에 포함된 탄화수소와의 산화-환원 반응에 의하여 환원시킨다. The reduction catalyst layer 110 oxidizes the nitrogen oxide contained in the exhaust gas, and reduces a portion of the oxidized nitrogen oxide by redox reaction with unburned fuel or hydrocarbon contained in the exhaust gas.

또한, 산화된 질소산화물의 다른 일부는 상기 저장촉매층(120)으로 확산된다. 도시된 바와 같이, 상기 환원촉매층(110)은, 제올라이트촉매와 다공성 알루미나에 담지된 금속촉매중 적어도 하나를 포함할 수 있다. In addition, another portion of the oxidized nitrogen oxide is diffused into the storage catalyst layer 120. As shown, the reduction catalyst layer 110 may include at least one of a zeolite catalyst and a metal catalyst supported on the porous alumina.

상기 제올라이트촉매는 구리, 백금, 망간, 철, 코발트, 니켈, 아연, 은, 세륨, 갈륨 중 적어도 하나 이상의 원소가 이온 교환된 촉매이다. 상기 제올라이트촉매에서 일어나는 화학 반응은 하기와 같다.The zeolite catalyst is a catalyst in which at least one element of copper, platinum, manganese, iron, cobalt, nickel, zinc, silver, cerium, and gallium is ion exchanged. Chemical reactions occurring in the zeolite catalyst are as follows.

Z-Cu2+O- + NO → Z-Cu2+(NO2-)ads → Z-Cu2+ + NO2 Z-Cu 2+ O- + NO → Z-Cu 2+ (NO 2- ) ads → Z-Cu 2+ + NO 2

Z+O- + NO → Z+(NO2-)ads → Z+ + NO2 Z + O- + NO → Z + (NO 2- ) ads → Z + + NO 2

Z-Cu2+(NO2-)ads + NO → Z-Cu2+(N2O3)-ads → Z-Cu2+O- +N2 +O2 Z-Cu 2+ (NO 2- ) ads + NO → Z-Cu 2+ (N 2 O 3 ) -ads → Z-Cu 2+ O- + N 2 + O 2

Z-H+ + CnH2n → Z-CnH2n+1 + → n(Z-H) + CnH2n + ZH + + C n H 2n → ZC n H 2n + 1 + → n (ZH) + C n H 2n +

mNO2 + CnH2n+ → CnH2nNmO2m → N2 + CO2 + H2OmNO 2 + C n H 2n + → C n H 2n N m O 2m → N 2 + CO 2 + H 2 O

여기에서, Z는 제올라이트를 의미하고, 아래첨자 ads는 흡착을 의미한다. Here, Z means zeolite and subscript ads means adsorption.

또한, 상기 다공성 알루미나에 담지된 금속촉매로는 백금, 팔라듐, 로듐, 이리듐, 루테늄, 텅스텐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 구리, 아연, 은 중 적어도 하나 이상의 금속이 사용될 수 있다. 상기 다공성 알루미나에 담지된 금속촉매에서 일어나는 화학 반응은 아래와 같다. In addition, at least one metal of platinum, palladium, rhodium, iridium, ruthenium, tungsten, chromium, manganese, iron, cobalt, copper, zinc, and silver may be used as the metal catalyst supported on the porous alumina. Chemical reactions occurring in the metal catalyst supported on the porous alumina are as follows.

NO + O2 → (NOx)ads NO + O 2 → (NO x ) ads

THC + (NOx)ads → THC-ONO or THC-NO2 THC + (NO x ) ads → THC-ONO or THC-NO 2

THC-NO2 → THC-NCO THC-NO 2 → THC-NCO

THC-NCO + NO + O2 → N2 + CO2 + H2OTHC-NCO + NO + O 2 → N 2 + CO 2 + H 2 O

여기에서, THC는 탄화수소를 의미한다. 앞에서 언급한 바와 같이, 탄화수소는 배기가스와 연료에 포함된 탄소와 수소로 구성된 화합물을 모두 나타내는 것으로 한다.Here, THC means hydrocarbon. As mentioned above, hydrocarbons are intended to represent compounds composed of carbon and hydrogen contained in exhaust gases and fuels.

상기 저장촉매층(120)은 상기 환원촉매층(110)에서 산화된 질소산화물의 일부를 저장하고, 설정된 조건에 따라 추가 분사되는 연료에 의하여 상기 저장된 질소산화물을 탈착하여 상기 환원촉매층(110)에서 환원되도록 한다.The storage catalyst layer 120 stores a portion of the nitrogen oxide oxidized in the reduction catalyst layer 110, and desorbs the stored nitrogen oxide by fuel injected further according to a set condition so that the storage catalyst layer 120 is reduced in the reduction catalyst layer 110. do.

앞에서 언급한 바와 같이, 설정된 조건은 상기 환원촉매층(110)에서 질소산 화물의 환원 반응이 활성화되도록 상기 저장촉매층(120)에 저장된 질소산화물이 맵데이타에서 설정된 값 이상인 경우로 한다.As mentioned above, the set condition is a case where the nitrogen oxide stored in the storage catalyst layer 120 is greater than or equal to the value set in the map data so that the reduction reaction of the nitrogen oxide in the reduction catalyst layer 110 is activated.

상기 저장촉매층(120)은 귀금속과 질소산화물저장물질을 포함한다. 질소산화물저장물질로는 산화 바륨이 사용될 수 있다. 상기 귀금속은 질소산화물저장물질이 질소산화물을 저장하는 것을 촉진시킨다. 상기 귀금속으로는 백금, 팔라듐 등 다양한 금속 물질이 사용될 수 있다. The storage catalyst layer 120 includes a noble metal and a nitrogen oxide storage material. Barium oxide may be used as the nitrogen oxide storage material. The precious metal promotes the storage of nitrogen oxides by the nitrogen oxide storage material. As the precious metal, various metal materials such as platinum and palladium may be used.

이하, 본 발명의 작동 원리를 상세히 설명한다. Hereinafter, the operating principle of the present invention will be described in detail.

질소산화물 저장 모드NOx storage mode

상기 저장촉매층(120)에 저장된 질소산화물이 설정된 수치보다 작은 경우에는, 배기가스에 포함된 질소산화물은 상기 환원촉매층(110)에서 산화되고, 산화된 질소산화물의 일부는 배기가스에 포함된 탄화수소와 산화-환원 반응을 하여 질소 기체로 환원되고, 다른 일부는 상기 저장촉매층(120)에 저장된다. 이 과정에서, 배기가스에 포함된 탄화수소는 이산화 탄소로 산화된다. 상기 환원촉매층(110)에서 일어나는 반응은 하기의 식과 같이 간략하게 표현된다.When the nitrogen oxide stored in the storage catalyst layer 120 is smaller than the set value, the nitrogen oxide contained in the exhaust gas is oxidized in the reduction catalyst layer 110, and a part of the oxidized nitrogen oxide is combined with hydrocarbons contained in the exhaust gas. The oxidation-reduction reaction is reduced to nitrogen gas, and the other part is stored in the storage catalyst layer 120. In this process, the hydrocarbons contained in the exhaust gas are oxidized to carbon dioxide. The reaction occurring in the reduction catalyst layer 110 is briefly expressed as in the following equation.

NO + 1/2O2 → NO2 NO + 1 / 2O 2 → NO 2

NO + HC → 1/2N2 + CO2 NO + HC → 1 / 2N 2 + CO 2

또한, 산화된 질소산화물의 다른 일부와 배기가스에 포함된 질소산화물이 상기 저장촉매층(120)으로 확산되어 저장될 때, 상기 저장촉매층(120)의 귀금속은 질 소산화물저장물질이 질소산화물을 저장하는 것을 촉진시킨다. 상기 저장촉매층(120)에서 일어나는 반응은 하기의 식과 같이 간략하게 표현된다.In addition, when a portion of the oxidized nitrogen oxide and nitrogen oxide contained in the exhaust gas are diffused and stored in the storage catalyst layer 120, the noble metal of the storage catalyst layer 120 is a nitrogen oxide storage material stores the nitrogen oxide. Promotes The reaction occurring in the storage catalyst layer 120 is briefly expressed as in the following equation.

BaO + 2NO2 + 1/2O2 → Ba(NO3)2 BaO + 2NO 2 + 1 / 2O 2 → Ba (NO 3 ) 2

질소산화물 재생 모드NOx Regeneration Mode

상기 저장촉매층(120)에 저장된 질소산화물이 설정된 값 이상인 경우, 상기 제어부는 상기 인젝터(310)로 하여금 연료의 추가 분사를 수행한다. When the nitrogen oxide stored in the storage catalyst layer 120 is greater than or equal to a set value, the controller causes the injector 310 to further inject fuel.

추가 분사된 연료는 상기 연료분해촉매층(100)에서 저분자의 탄화수소로 쪼개져 변환된다. 또한, 저분자의 탄화수소의 일부는 산소와 결합된 탄화수소로 변환된다. The further injected fuel is converted into low molecular hydrocarbons in the fuel decomposition catalyst layer 100 and converted. In addition, some of the low molecular weight hydrocarbons are converted to hydrocarbons combined with oxygen.

이 때, 상기 저장촉매층(120)에서는 질소산화물이 상기 탄화수소와 치환 반응을 통하여 탈착되며 이는 하기의 식과 같이 간략하게 표현된다. At this time, in the storage catalyst layer 120, the nitrogen oxide is desorbed through the substitution reaction with the hydrocarbon, which is briefly expressed as follows.

Ba(NO3)2 + 3CO → BaCO3 + 2NO + 2CO2 Ba (NO 3 ) 2 + 3CO → BaCO 3 + 2NO + 2CO 2

또한, 상기 환원촉매층(110)에서는 상기 저장촉매층(120)에서 탈착된 질소산화물과 탄화수소/산소와 결합한 탄화수소 사이의 산화-환원 반응에 의하여 질소산화물은 질소 기체로 환원되고 탄화수소/산소와 결합한 탄화수소는 이산화 탄소로 산화된다. 이는 하기의 식과 같이 간략하게 표현된다.In addition, in the reduction catalyst layer 110, the nitrogen oxide is reduced to nitrogen gas by a redox reaction between the nitrogen oxide desorbed from the storage catalyst layer 120 and the hydrocarbon combined with the hydrocarbon / oxygen, and the hydrocarbon combined with the hydrocarbon / oxygen is Oxidized to carbon dioxide. This is briefly expressed as follows.

NO + HC/Oxygenated HC = 1/2N2 + CO2 NO + HC / Oxygenated HC = 1 / 2N 2 + CO 2

전술한 바와 같이, 배기가스에 포함된 질소산화물과 탄화수소가 정화된다. As described above, nitrogen oxides and hydrocarbons contained in the exhaust gas are purified.

본 발명의 실시예에서는 연료의 추가 분사가 연속적으로 수행되는 대신, 상기 제어부는 배기가스 내의 HC/NOx의 비율이 미리 설정된 값 이하일 때 상기 인젝터에서 연료의 추가 분사를 수행된다. In the embodiment of the present invention, instead of continuously performing further injection of fuel, the control unit performs further injection of fuel in the injector when the ratio of HC / NOx in exhaust gas is equal to or less than a preset value.

따라서, 운전조건에 따라서 최적화된 조건에서 연료가 추가 분사되기 때문에 탄화수소의 슬립이 방지되고 연비가 향상된다.Therefore, since fuel is additionally injected under conditions optimized according to the operating conditions, slip of hydrocarbon is prevented and fuel economy is improved.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, And all changes to the scope that are deemed to be valid.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기 시스템에 구비되는 질소산화물정화촉매의 흡장모드를 도시한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating an occlusion mode of a nitrogen oxide purification catalyst included in an exhaust system according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기 시스템에 구비되는 질소산화물정화촉매의 재생모드를 도시한 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing a regeneration mode of the nitrogen oxide purification catalyst provided in the exhaust system according to the embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배기 시스템의 개략적인 구성도이다.3 is a schematic structural diagram of an exhaust system according to an embodiment of the present invention.

Claims (6)

연소된 배기가스가 통과하여 외부로 배출되는 배기라인;An exhaust line through which the burned exhaust gas is discharged to the outside; 상기 배기라인 또는 엔진의 실린더에 연료를 분사하는 인젝터;An injector for injecting fuel into the exhaust line or the cylinder of the engine; 상기 인젝터에서 추가 분사된 연료를 환원제로 변환시키고, 배기가스에 포함된 질소산화물의 일부를 타지 않은 연료 또는 탄화수소를 이용하여 환원시키고, 질소산화물의 다른 일부는 내부로 확산시켜 저장하도록 상기 배기라인에 설치된 질소산화물정화촉매; 및The fuel injected further from the injector is converted into a reducing agent, and a part of the nitrogen oxide contained in the exhaust gas is reduced by using unburned fuel or hydrocarbon, and another part of the nitrogen oxide is diffused into the exhaust line so as to be stored. Installed nitrogen oxide purification catalysts; And 설정된 조건에서 상기 인젝터를 제어하여 연료를 추가 분사하도록 하는 제어부; 를 포함하고, A controller configured to control the injector under additional conditions to further inject fuel; Including, 상기 질소산화물정화촉매는, 상기 인젝터에서 추가 분사된 연료에 의해서 형성된 환원제를 이용하여 그 저장된 질소산화물을 탈착시켜 환원시키되, The nitrogen oxide purification catalyst is reduced by desorbing the stored nitrogen oxide using a reducing agent formed by the fuel additionally injected from the injector, 배기가스에 근접하게 배치되어 여기에 포함된 촉매성분을 이용하여 연료를 쪼개서 고반응성의 환원제를 형성하는 연료분해촉매층;A fuel decomposition catalyst layer disposed in close proximity to the exhaust gas to split a fuel using a catalyst component included therein to form a highly reactive reducing agent; 상기 연료분해촉매층의 내측에 형성되어 배기가스내 질소산화물을 환원시켜 제거하는 환원촉매층; 및A reduction catalyst layer formed inside the fuel decomposition catalyst layer to reduce and remove nitrogen oxides in the exhaust gas; And 상기 환원촉매층의 내측에 형성되어 배기가스에 포함된 질소산화물을 저장하는 저장촉매층; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.A storage catalyst layer formed inside the reduction catalyst layer to store nitrogen oxide contained in exhaust gas; Exhaust system comprising a. 삭제delete 제1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 환원촉매층은 배기 가스에 포함된 질소 산화물의 일부를 타지 않은 연료 또는 배기 가스에 포함된 탄화 수소와의 산화-환원 반응에 의하여 환원시키고, 상기 질소 산화물의 다른 일부는 상기 저장촉매층으로 확산시키고,The reduction catalyst layer reduces a portion of the nitrogen oxides contained in the exhaust gas by an oxidation-reduction reaction with unburned fuel or hydrocarbons contained in the exhaust gas, and diffuses another portion of the nitrogen oxides into the storage catalyst layer, 상기 저장촉매층은 확산된 상기 질소 산화물을 저장하고, 상기 연료분해촉매층에서 형성된 환원제를 이용하여 상기 저장된 질소 산화물을 탈착하여 상기 환원촉매층에서 환원되도록 하는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.And the storage catalyst layer stores the diffused nitrogen oxide and desorbs the stored nitrogen oxide using a reducing agent formed in the fuel decomposition catalyst layer to be reduced in the reduction catalyst layer. 제1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 연료분해촉매층은 Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, W, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Ag, 및 Zn 중 적어도 하나의 촉매성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.The fuel cracking catalyst layer comprises at least one catalyst component of Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, W, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Ag, and Zn. 제1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 연료분해촉매층은, 연료의 긴 탄소고리를 끊어 다수의 짧은 탄화수소를 만들어 상기 질소산화물정화촉매에서 질소산화물의 정화효율을 향상시키는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.The fuel decomposition catalyst layer is an exhaust system, characterized in that to cut the long carbon ring of the fuel to make a plurality of short hydrocarbons to improve the purification efficiency of the nitrogen oxide in the nitrogen oxide purification catalyst. 제1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 인젝터는, The injector, 엔진의 실린더로 연료를 분사하는 제1인젝터; 및A first injector for injecting fuel into a cylinder of the engine; And 상기 배기라인에 설치되어 연료를 분사하는 제2인젝터; 를 포함하는 배기 시스템.A second injector installed in the exhaust line to inject fuel; Exhaust system comprising a.
KR1020090080779A 2009-08-28 2009-08-28 Exhaust system KR101091625B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090080779A KR101091625B1 (en) 2009-08-28 2009-08-28 Exhaust system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090080779A KR101091625B1 (en) 2009-08-28 2009-08-28 Exhaust system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110023146A KR20110023146A (en) 2011-03-08
KR101091625B1 true KR101091625B1 (en) 2011-12-08

Family

ID=43931298

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090080779A KR101091625B1 (en) 2009-08-28 2009-08-28 Exhaust system

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101091625B1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1028841A (en) 1996-07-16 1998-02-03 Sekiyu Sangyo Kasseika Center Reductive removing method for nitrogen oxide

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1028841A (en) 1996-07-16 1998-02-03 Sekiyu Sangyo Kasseika Center Reductive removing method for nitrogen oxide

Also Published As

Publication number Publication date
KR20110023146A (en) 2011-03-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101448734B1 (en) Nox reduction catalyst and exhaust system using the same
JP5676089B2 (en) Diesel oxidation catalyst and exhaust device equipped with the same
WO2011090189A1 (en) Exhaust purification device and exhaust purification method for diesel engine
KR101091626B1 (en) Method for purifying nitrogen oxide in exhaust gas and exhaust system operating the same
JP5600422B2 (en) Exhaust system
KR20130040269A (en) Exhaust gas purifying filter, system of regenerating gasoline particulate filter and method thereof
JP5676093B2 (en) Exhaust system
KR101776730B1 (en) Apparatus of purifying exhaust gas
KR102563441B1 (en) Apparatus for purifying exhaust gas
KR20130008881A (en) System for purifying exhaust gas and method for controlling the same
KR101091625B1 (en) Exhaust system
KR101416352B1 (en) Diesel fuel cracking catalyst and lean nox trap provided with the same
KR101091633B1 (en) Denitrification catalyst and exhaust system using the same
KR101091628B1 (en) Exhaust system
WO2023158798A1 (en) Device for the reduction of ammonia and nitrogen oxides emissions
KR20120012068A (en) Exhaust gas processing system
KR200223225Y1 (en) Exhaust gas post-processing for lean burn engine of car
CN116291835A (en) Automobile exhaust aftertreatment system and method and automobile

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141128

Year of fee payment: 4