KR101158816B1 - 디젤 차량의 배기 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터보챠저(110) 후단에 설치되는 연료분해촉매(210)와, 상기 연료분해촉매(210) 후방에 설치되는 탄화수소 선택적 촉매 환원부(220)와, 상기 탄화수소 선택적 촉매 환원부(220) 후방에 설치되는 촉매 코팅형 매연여과장치(230) 및 상기 터보챠저(110)와 연료분해촉매(210) 사이의 배기가스 배관상에 설치되는 연료 2차 분사계(310)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 디젤 자동차의 배기 장치에 관한 것이다.
본 발명은 연료분해촉매와 탄화수소 선택적 촉매 환원부를 이용하여 질소산화물 및 입자상 물질을 동시에 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
디젤, 자동차, 배기, 에이치씨선택적 촉매환원법, 촉매

Description

디젤 차량의 배기 장치{Exhaust Device Of Diesel Vehicle}
본 발명은 디젤 차량의 배기 장치에 관한 것이다.
디젤 차량의 배기 장치 중 디젤 후처리장치에는 디젤산화촉매(DOC : Diesel Oxidation Catalyst), 매연여과장치(DPF : Diesel Particulate Filter), 선택적 촉매환원법(SCR: Selective Catalytic Reduction), 질소산화물 제거촉매(LNT: Lean NOx Trap) 등이 있으며 그 외에 디젤연료를 환원제로 사용하는 탄화수소 선택적 촉매 환원부(HC-SCR: Hydrocarbon-SCR)가 있다.
그리고 상기 디젤산화촉매(DOC)는 주로 HC와 CO를 산화시키는 역할을 하며, NO를 NO2로 산화시켜 매연여과장치(DPF)에서의 매연(Soot) 산화에 이용되거나
유레아 선택적 촉매환원법(Urea SCR)의 효율을 높이는 NO/NO2 비율을 만들기 위해 사용된다.
또한, 상기 선택적 촉매환원법 중 가장 일반적인 유레아 선택적 촉매환원법은 주로 철(Fe) 등을 사용하고, 그 효율은 NO/NO2 비율에 민감하며 1 정도일 때 효율이 높다.
한편, 상기 질소산화물 제거촉매(LNT)는 유레아 선택적 촉매환원법에 비해 효율이 낮으나 연료를 환원제로 공급하므로 따로 환원제 공급망을 구축할 필요가 없어 유리하다.
따라서, 디젤 승용차의 후처리 장치에 있어서 유레아 선택적 촉매환원법와 질소산화물 제거촉매(LNT) 등은 높은 정화성능에 의해 많이 적용되어지고 있다.
도 1은 종래의 디젤 차량용 배기 장치를 나타내는 개략도이다.
종래 디젤 차량용 배기 장치는 엔진(10)과 연결되는 디젤산화촉매(DOC)(20)와, 상기 디젤산화촉매(20)와 연결되는 탄화수소 선택적 촉매 환원부(30)를 포함하여 구성된다.
상기 디젤산화촉매(20)는 주로 HC와 CO를 산화시키는 역할을 하며, 탄화수소 선택적 촉매 환원부(30)의 효율을 높이는 NO:NO2=1:1 비율을 만들기 위해 사용된다.
그리고 상기 탄화수소 선택적 촉매 환원부(30)는 반응 활성화를 위해 2차 연료 분사 또는 엔진 후분사를 통해 HC:NOx 비율을 5:1 이상으로 제어하여 질소산화물(NOx)을 환원한다.
그러나 상기와 같은 종래의 탄화수소 선택적 촉매 환원부(30)은 디젤 자동차가 급가감속, 급변속 그리고 언덕 등판 직후 내려올 때 등의 상황인 경우에 HC:NOx 비율이 5:1 인 비율을 유지하기가 불가능하여 정화 성능이 저하된다.
또한, 상기 탄화수소 선택적 촉매 환원부(30)의 활성 온도 범위가 통상 섭씨 300도 이상으로 디젤 승용차의 경우 배출가스 온도가 낮아 정화성능이 낮은 문제가 있다.
본 발명은 탄화수소 선택적 촉매 환원부의 낮은 정화 효율을 개선한 구조를 가지며 질소산화물 및 입자상 물질을 동시에 저감시킬 수 있는 디젤 차량의 배기 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 터보챠저(110) 후단에 설치되는 연료분해촉매(210)와,
상기 연료분해촉매(210) 후방에 설치되는 탄화수소 선택적 촉매 환원부(220)와,
상기 탄화수소 선택적 촉매 환원부(220) 후방에 설치되는 촉매 코팅형 매연여과장치(230) 및
상기 터보챠저(110)와 연료분해촉매(210) 사이의 배기가스 배관상에 설치되는 연료 2차 분사계(310)
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 디젤 자동차의 배기 장치를 제공한다.
그리고 상기 연료 2차 분사계(310)에서 분사된 연료가 연료분해촉매(210)에서 산소 함유 HC로 분해되고 탄화수소 선택적 촉매 환원부(220)에 공급되어 질소산화물(NOx)을 정화할 수 있고, 상기 매연여과장치(230)의 후방에서 배기가스 내 질소산화물(NOx)의 양을 검출하는 질소산화물 센서(320)가 마련될 수 있다.
또한, 상기 탄화수소 선택적 촉매 환원부(220)에서 반응하고 남는 산소 함유 HC는 상기 촉매 코팅형-매연여과장치(230)에 포집되어 있는 매연과 반응하여 매연을 산화시킬 수 있고, 상기 질소산화물 센서(320)의 신호를 인가 받아 배기가스 내 기준치 이상의 질소산화물(NOx)이 검출되는 질소산화물(NOx) 흡장촉매의 재생시점에서 상기 연료 2차 분사계(310)의 연료 분사를 위한 제어신호를 출력하도록 된 전자제어장치(410)를 포함할 수 있다.
본 발명은 연료분해촉매와 탄화수소 선택적 촉매 환원부를 이용하여 질소산화물 및 입자상 물질을 동시에 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
따라서 본 발명에 의하면 반응성을 향상시켜서 연비 악화를 억제하고 효과적으로 질소산화물(NOx)을 제거할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명인 디젤 자동차의 배기 장치를 나타내는 개략도이다.
도 2와 같이 본 발명인 디젤 자동차의 배기 장치는 배기 파이프상에서 터보챠저(Turbo Chager)(110) 후단에 설치되는 연료분해촉매(DFC: Diesel Fuel Creaking)(210)가 내장된 촉매부(200)와, 상기 촉매부(200) 내부에서 연료분해촉매(210) 후방에 설치되는 탄화수소 선택적 촉매 환원부(220) 및 탄화수소 선택적 촉매 환원부(220) 후방에 설치되는 존드코티드(Zoned-Coated) 방식의 촉매 코팅형 매연여과장치(CC-DPF : Catalyst Coated-Diesel Particulate Filter)(230)와, 상기 터보챠저(110) 후방과 연료분해촉매(210) 전방 사이의 배기가스 배관상에 설치되는 연료 2차 분사계(310)와, 상기 매연여과장치(230)의 후방에서 배기가스 내 질소산화물(NOx)의 양을 검출하는 질소산화물 센서(320)와, 상기 질소산화물 센서(320)의 신호를 인가 받아 배기가스 내 기준치 이상의 질소산화물(NOx)이 검출되는 질소산화물(NOx) 흡장촉매의 재생시점에서 상기 연료 2차 분사계(310)의 연료 분사 및 배기가스 분배밸브의 개방 동작을 위한 제어신호를 출력하도록 된 전자제어장치(ECU: Electric Control Unit)(410)를 포함한다.
상기와 같은 본 발명의 구조에 의하면 아래와 같이 연료분해촉매(210)와 탄화수소 선택적 촉매 환원부(220)를 이용하여 질소산화물 및 입자상 물질을 동시에 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
그리고 상기 연료 2차 분사계(310)에서 분사된 연료가 연료분해촉매(210)에서 산소 함유 탄화수소(HC)로 분해되고, 탄화수소 선택적 촉매 환원부(220)에 공급되어 질소산화물(NOx)을 정화한다.
즉, 급가감속, 급변속 그리고 언덕 등판 직후 내려올 때 등의 상황에서 디젤 엔진의 운전 조건에 따라 탄화수소 선택적 촉매 환원부(220)의 정화 성능을 극대화하기 위해 HC:NOx 최소 비율 5:1 이상 유지수단으로 연료 2차 분사계(310)를 연료분해촉매(210) 전단에 설치하여 엔진 운전 조건에 따라 HC:NOx 비율이 5:1 이하가 될 때 일정량의 연료를 분사하여 HC:NOx 최소 비율 5:1 이상을 유지시킨다.
이때, 연료 2차 분사계(310)에서 분사된 연료는 바로 탄화수소 선택적 촉매 환원부(220)와 반응하는 것이 아니라, 탄화수소 선택적 촉매 환원부(220) 전방에 설치된 연료분해촉매(210)에 의해 탄화수소 선택적 촉매 환원부(220)에서의 반응성이 양호한 산소 함유 HC로 변환된다.
즉, 상기 연료분해촉매(210)는 디젤연료의 긴 탄소 고리(Carbon chain)를 끊어 짧은 다수의 탄화수소로 만들어 유효반응 표면적을 증가시켜 반응성을 향상시키며, 반응성이 큰 펑션널그룹(functional group) 또는 이중결합의 형성 또는 H2/CO로 변환시킨다.
따라서 본 발명에 의하면 반응성을 향상시켜서 연비 악화를 억제하고 효과적으로 질소산화물(NOx)을 제거할 수 있는 효과가 있다.
한편, 상기 HC:NOx 비율을 맞추기 위해 분사된 연료에 의한 산소 함유 HC가 탄화수소 선택적 촉매 환원부(220)에서 반응하고 남는 여분의 산소 함유 HC는 탄화수소 선택적 촉매 환원부(220) 후방의 촉매 코팅형-매연여과장치(230)에 포집되어 있는 매연과 반응하여 매연을 산화시킨다.
그리고 본 발명은 연료분해촉매(210), 탄화수소 선택적 촉매 환원부(220) 그리고 촉매 코팅형 매연여과장치(230)가 내장된 상기 촉매부(200) 후방에 질소산화물 센서(320)를 설치하여 정화시기를 판단한다.
한편, 상기 연료분해촉매(210)는 상기 탄화수소 선택적 촉매 환원부(220) 전단에 위치함으로써 배기매니폴더에서 배출되는 불균일한 유동 패턴을 가진 배기가스를 완충 및 분산(distributor)시킴으로써 탄화수소 선택적 촉매 환원부(220)로 배기가스를 균일하게 공급한다.
탄화수소인 HC와 질소산화물인 NOx 비율은 디젤 입자상 물질 제거용 필터(DPF: Diesel Particulate Filter) 후방의 질소산화물 센서(320)와 엔진 배출구에 장착된 람다센서(미도시)를 통해 측정된 값을 가지고 산정한다.
상기와 같은 본 발명은 연료분해촉매와 탄화수소 선택적 촉매 환원부를 이용하여 질소산화물 및 입자상 물질을 동시에 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
따라서 본 발명에 의하면 반응성을 향상시켜서 연비 악화를 억제하고 효과적으로 질소산화물(NOx)을 제거할 수 있는 효과가 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따 라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 종래의 디젤 차량용 배기 장치를 나타내는 개략도.
도 2는 본 발명인 디젤 자동차의 배기 장치를 나타내는 개략도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110: 터보챠저 200: 촉매부
210: 연료분해촉매 220: 탄화수소 선택적 촉매 환원부
230: 촉매 코팅형 매연여과장치 310: 연료 2차 분사계
320: 질소산화물 센서 410: 전자제어장치

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 터보챠저(110) 후단에 설치되는 연료분해촉매(DFC)(210)와,
    상기 연료분해촉매(210) 후방에 설치되는 탄화수소 선택적 촉매 환원부(220)와,
    상기 탄화수소 선택적 촉매 환원부(220) 후방에 설치되는 촉매 코팅형 매연여과장치(CC-DPF)(230) 및
    상기 터보챠저(110)와 연료분해촉매(210) 사이의 배기가스 배관상에 설치되며 엔진 운전 조건에 따라 HC:NOx 비율이 5:1 이하가 될 때 일정량의 연료를 분사하는 연료 2차 분사계(310)
    를 포함하여 구성되며,
    상기 연료 2차 분사계(310)에서 분사된 연료가 연료분해촉매(210)에서 산소 함유 탄화수소(HC)로 분해되고,
    탄화수소 선택적 촉매 환원부(220)에 공급되어 질소산화물(NOx)을 정화하며,
    탄화수소 선택적 촉매 환원부(220)에서 반응하고 남는 산소 함유 탄화수소(HC)는 상기 촉매 코팅형 매연여과장치(230)에 포집되어 있는 매연과 반응하여 매연을 산화시키는 것을 특징으로 하는 디젤 자동차의 배기 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 매연여과장치(230)의 후방에서 배기가스 내 질소산화물의 양을 검출하 는 질소산화물 센서(320)가 마련되는 것을 특징으로 하는 디젤 자동차의 배기 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 탄화수소 선택적 촉매 환원부(220)에서 반응하고 남는 산소 함유 탄화수소는 상기 촉매 코팅형-매연여과장치(230)에 포집되어 있는 매연과 반응하여 매연을 산화시키는 것을 특징으로 하는 디젤 자동차의 배기 장치.
  5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 질소산화물 센서(320)의 신호를 인가 받아 배기가스 내 기준치 이상의 질소산화물이 검출되는 질소산화물 흡장촉매의 재생시점에서 상기 연료 2차 분사계(310)의 연료 분사를 위한 제어신호를 출력하도록 된 전자제어장치(410)를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 자동차의 배기 장치.
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