KR101628131B1 - 디젤 차량의 배기가스 정화장치 - Google Patents

디젤 차량의 배기가스 정화장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 디젤 차량의 배기가스 정화장치는, 엔진으로부터 배출되는 배기가스 중의 질소산화물을 저감하기 위한 것으로서, ⅰ)배기라인 상에 구성되는 하우징과, ⅱ)상기 하우징의 내부에 배치되며, 담체에 촉매가 코팅된 코팅 영역과 촉매가 코팅되지 않은 비코팅 영역으로 이루어지는 디젤 산화 촉매와, ⅲ)상기 하우징의 내부에서 상기 디젤 산화 촉매의 후단에 배치되는 디젤 입자상 물질 필터를 포함하며, 상기 디젤 산화 촉매에는 배기 온도에 반응하여 상기 비코팅 영역을 선택적으로 개폐시키기 위한 개폐수단이 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

디젤 차량의 배기가스 정화장치 {EXHAUST GAS PURIFICATION SYSTEM OF DIESEL VEHICLE}
본 발명의 예시적인 실시예는 디젤 차량의 배기가스 정화장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 디젤 산화 촉매(DOC)와 디젤 입자상 물질 필터(DPF)로 구성된 디젤 차량의 배기가스 정화장치에 관한 것이다.
일반적으로, 디젤 엔진은 저연비이면서도 고출력 및 고부하의 운전이 가능하여 그 수요가 계속 증가하고 있는 추세이다.
그러나, 디젤 차량에 의한 대기 오염은 배기가스에 포함되어 배출되는 질소산화물(NOx)에 의한 것이며, 총 대기 오염의 약 40%를 차지할 정도로 대기 오염의 주범으로 인식되고 있고, 이에 대응하기 위하여 각 국에서는 디젤엔진의 배기가스 규제를 강화하고 있다.
디젤 엔진용 배기가스 규제에 대응하기 위하여 초기에는 디젤 산화 촉매(Diesel Oxidize Catalyst: DOC)를 주로 적용하였으나, 점차 규제가 강화됨에 따라 최근에는 디젤 입자상 물질 필터(Diesel Particulate matter Filter: DPF)를 추가로 적용하여 대응하고 있다.
이와 같이 디젤 산화 촉매(DOC)와 디젤 입자상 물질 필터(DPF)로 구성된 배기가스 정화장치는 배기가스 중의 총 탄화수소(THC)를 이용한 HC-DeNOX 반응으로서 배기가스 중의 질소산화물(NOX)을 저감시킬 수 있다.
그런데, 종래 기술에 따른 상기 배기가스 정화장치는 엔진에서 배출되는 배기가스 중의 총 탄화수소(THC)가 디젤 산화 촉매(DOC)에서 반응하여 산화되고, 디젤 산화 촉매(DOC)의 후단에 위치한 디젤 입자상 물질 필터(DPF)에 환원제로서의 HC가 충분하게 공급되지 않기 때문에, 디젤 입자상 물질 필터(DPF)에서 HC에 의한 질소산화물(NOX)의 정화율을 기대할 수 없다.
특히, 배기 온도가 상승할 경우, 디젤 산화 촉매(DOC)에 의한 HC의 산화 반응이 촉진되기 때문에 더 많은 양의 HC가 필요하고, HC의 대부분이 디젤 산화 촉매(DOC)에서 반응하게 되므로 디젤 산화 촉매(DOC)와 디젤 입자상 물질 필터(DPF)의 전체 부피에서 HC에 의한 DeNOX의 기능을 활용하지 못하게 된다.
그리고, 종래 기술에서는 HC에 의한 질소산화물(NOX)의 정화 성능을 향상시키기 위해 THC로서의 환원제를 디젤 입자상 물질 필터(DPF)에 별도로 공급할 필요가 있다.
본 발명의 예시적인 실시예는 상기에서와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 디젤 산화 촉매에서 반응하는 THC의 일부를 간단한 구조로서 디젤 입자상 물질 필터에 공급하여 HC에 의한 DeNOX 반응을 유도할 수 있도록 한 디젤 차량의 배기가스 정화장치를 제공한다.
이를 위해 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 디젤 차량의 배기가스 정화장치는, 엔진으로부터 배출되는 배기가스 중의 질소산화물을 저감하기 위한 것으로서, ⅰ)배기라인 상에 구성되는 하우징과, ⅱ)상기 하우징의 내부에 배치되며, 담체에 촉매가 코팅된 코팅 영역과 촉매가 코팅되지 않은 비코팅 영역으로 이루어지는 디젤 산화 촉매와, ⅲ)상기 하우징의 내부에서 상기 디젤 산화 촉매의 후단에 배치되는 디젤 입자상 물질 필터를 포함하며, 상기 디젤 산화 촉매에는 배기 온도에 반응하여 상기 비코팅 영역을 선택적으로 개폐시키기 위한 개폐수단이 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 디젤 차량의 배기가스 정화장치에 있어서, 상기 개폐수단은 상기 비코팅 영역의 전단 혹은 후단에 구성될 수 있다.
상기 디젤 차량의 배기가스 정화장치에 있어서, 상기 디젤 산화 촉매는 상기 비코팅 영역이 원형 담체의 가장자리 내측에 형성될 수 있다.
상기 디젤 차량의 배기가스 정화장치에 있어서, 상기 개폐수단은 상기 비코팅 영역을 선택적으로 개폐하는 커버와, 상기 커버에 연결되며 배기 온도에 따라 변형하는 바이메탈 지지체를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 디젤 차량의 배기가스 정화장치에 있어서, 상기 바이메탈 지지체는 200℃ 이상에서 상기 커버를 이동시켜 상기 비코팅 영역을 개방할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 디젤 차량의 배기가스 정화장치에 의하면, 배기 가스 중의 THC 일부가 디젤 산화 촉매에서 반응하여 산화되고, 나머지가 THC와 CO가 디젤 산화 촉매의 비코팅 영역을 통해 디젤 입자상 물질 필터로 충분히 공급되면서 디젤 입자상 물질 필터에서의 HC-DeNOX 반응에 의한 질소산화물(NOX)의 정화율을 기대할 수 있다.
따라서, 본 실시예에서는 디젤 산화 촉매와 더불어 디젤 입자상 물질 필터의 부피를 이용, HC-DeNOX 반응을 통해 질소산화물(NOX)을 효과적으로 저감할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 디젤 산화 촉매의 비코팅 영역이 디젤 입자상 물질 필터에 대한 환원제의 공급 통로 역할을 하므로, 디젤 입자상 물질 필터에 대하여 별도의 환원제 공급 없이 HC-DeNOX 반응을 통해 질소산화물(NOX)을 저감할 수 있다.
그리고, 본 실시예에서는 기존에 양산되고 있는 디젤 산화 촉매(DOC) 및 디젤 입자상 물질 필터(DPF) 컨버터를 그대로 활용할 수 있으므로, LNT 및 SCR 보다 수평 전개가 용이하며 적용이 편리하다.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 디젤 차량의 배기가스 정화장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 디젤 차량의 배기가스 정화장치의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 디젤 차량의 배기가스 정화장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 디젤 차량의 배기가스 정화장치(100)는 엔진에서 배출되는 배기가스 중의 총 탄화수소(THC)를 이용한 HC-DeNOX 반응으로서 배기가스 중의 질소산화물(NOX)을 저감시키기 위한 디젤 차량용 배기가스 후처리 시스템에 적용된다.
본 실시예에 의한 상기 디젤 차량의 배기가스 정화장치(100)는 HC-DeNOX 반응을 통해 질소산화물(NOX)을 저감시킬 수 있는 디젤 산화 촉매(11)(Diesel Oxidize Catalyst: DOC)와, 디젤 입자상 물질 필터(21)(Diesel Particulate matter Filter: DPF)를 기본적으로 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 디젤 산화 촉매(11)와 디젤 입자상 물질 필터(21)는 배기라인 상의 하우징(10) 내부에 구성되는 바, 디젤 산화 촉매(11)는 배기가스 중의 HC를 산화 반응으로서 H2O와 CO2로, CO를 CO2로, NO를 N2와 NO2로 변환시키고, 디젤 입자상 물질 필터(21)는 디젤 산화 촉매(11)의 후단에 배치되며 THC를 환원제로 사용하여 HC-DeNOX 반응이 이루어진다.
본 실시예에서, 상기 디젤 산화 촉매(11)는 원형의 담체에 촉매가 일부 코팅된 구조로 이루어지는 바, 촉매가 코팅된 코팅 영역(13a)과 촉매가 코팅되지 않은 비코팅 영역(13b)으로 이루어진다.
이 경우, 상기 코팅 영역(13a)은 담체의 가장자리부에 형성되며, 비코팅 영역(13b)은 담체의 가장자리 내측, 바람직하게는 그 담체의 중심부에 형성될 수 있다.
그리고, 본 실시예에서는 배기 온도에 반응하여 디젤 산화 촉매(11)의 비코팅 영역(13b)을 선택적으로 개폐시키기 위한 개폐수단(30)이 구성된다.
여기서, 상기 개폐수단(30)은 도 1a에서와 같이 비코팅 영역(13b)의 전단에 구성될 수 있으며, 도 1b에서와 같이 비코팅 영역(13b)의 후단에 구성될 수도 있다.
대안으로서, 상기 개폐수단(30)은 비코팅 영역(13b)의 전단 및 후단에 각각 구성될 수도 있음은 당연하다 할 것이다.
이러한 개폐수단(30)은 디젤 산화 촉매(11)의 비코팅 영역(13b)을 선택적으로 개폐하는 커버(31)와, 그 커버(31)에 연결되며 배기 온도에 따라 변형하는 바이메탈 지지체(33)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 바이메탈 지지체(33)는 열팽창률이 다른 2개의 얇은 금속판이 맞붙은 것으로서, 온도의 높고 낮음에 비례해서 변형하는 성질을 지닌 통상적인 바이메탈 소재로서 이루어진다.
예를 들면, 상기 바이메탈 지지체(33)는 배기 온도가 200℃ 이상인 경우, 커버(31)를 이동시켜 디젤 산화 촉매(11)의 비코팅 영역(13b)을 개방할 수 있고, 배기 온도가 200℃ 미만인 경우, 커버(31)를 이동시켜 디젤 산화 촉매(11)의 비코팅 영역(13b)을 폐쇄할 수 있다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 디젤 차량의 배기가스 정화장치(100)의 작용을 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 디젤 차량의 배기가스 정화장치의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도면을 참조하면, 우선 본 실시예에서는 냉시동 초기의 경우 즉, 배기 온도가 200℃ 미만인 경우, 개폐수단(30)의 커버(31)는 도 1a를 기준할 때, 디젤 산화 촉매(11)의 비코팅 영역(13b)을 폐쇄하고 있는 상태에 있다.
이 경우는 배기 가스 중의 THC와 CO가 디젤 산화 촉매(11)의 비코팅 영역(13b)을 통과할 수 없으므로, 디젤 산화 촉매(11)의 비코팅 영역(13b)을 통해 디젤 입자상 물질 필터(21)로 공급되는 THC와 CO를 차단하는 것이다.
상기와 같은 상태에서, 예컨대 배기 온도가 200℃ 이상인 경우, 커버(31)는 바이메탈 지지체(33)의 변형에 의해 디젤 산화 촉매(11)의 비코팅 영역(13b)을 개방한다.
이에, 배기 가스 중의 THC 일부는 디젤 산화 촉매(11)의 코팅 영역(13a)에서 반응(HC-DeNOX 반응)하며 산화되고, 나머지 THC와 CO는 디젤 산화 촉매(11)의 비코팅 영역(13b)을 통과하여 디젤 입자상 물질 필터(21)로 공급된다.
따라서, 상기 디젤 입자상 물질 필터(21)에서는 산화되지 않은 상기 나머지 THC와 CO가 배기가스 중의 질소산화물과 반응하여 N2로 환원되는 반응이 활발하게 이루어진다.
이로써, 본 실시예에서는 배기 가스 중의 THC 일부가 디젤 산화 촉매(11)에서 반응하여 산화되고, 나머지가 THC와 CO가 디젤 산화 촉매(11)의 비코팅 영역(13b)을 통해 디젤 입자상 물질 필터(21)로 충분히 공급되면서 디젤 입자상 물질 필터(21)에서의 HC-DeNOX 반응에 의한 질소산화물(NOX)의 정화율을 기대할 수 있다.
즉, 본 실시예에서는 디젤 산화 촉매(11)와 더불어 디젤 입자상 물질 필터(21)의 부피를 이용, HC-DeNOX 반응을 통해 질소산화물(NOX)을 효과적으로 저감할 수 있게 된다.
또한, 본 실시예에서는 디젤 산화 촉매(11)의 비코팅 영역(13b)이 디젤 입자상 물질 필터(21)에 대한 환원제의 공급 통로 역할을 하므로, 디젤 입자상 물질 필터(21)에 대하여 별도의 환원제 공급 없이 HC-DeNOX 반응을 통해 질소산화물(NOX)을 저감할 수 있다.
그리고, 본 실시예에서는 기존에 양산되고 있는 디젤 산화 촉매(11) 및 디젤 입자상 물질 필터(21)의 컨버터를 그대로 활용할 수 있으므로, LNT 및 SCR 보다 수평 전개가 용이하며, 적용이 편리하다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10... 하우징 11... 디젤 산화 촉매(DOC)
13a... 코팅 영역 13b... 비코팅 영역
21... 디젤 입자상 물질 필터(DPF) 30... 개폐수단
31... 커버 33... 바이메탈 지지체

Claims (5)

  1. 엔진으로부터 배출되는 배기가스 중의 질소산화물을 저감하기 위한 디젤 차량의 배기가스 정화장치로서,
    배기라인 상에 구성되는 하우징;
    상기 하우징의 내부에 배치되며, 담체에 촉매가 코팅된 코팅 영역과 촉매가 코팅되지 않은 비코팅 영역으로 이루어지는 디젤 산화 촉매; 및
    상기 하우징의 내부에서 상기 디젤 산화 촉매의 후단에 배치되는 디젤 입자상 물질 필터;를 포함하며,
    상기 디젤 산화 촉매는 비코팅 영역이 원형 담체의 가장자리 내측에 형성되고, 상기 디젤 산화 촉매에는 배기 온도에 반응하여 비코팅 영역을 선택적으로 개폐시키기 위한 개폐수단이 구성되며,
    상기 개폐수단은 비코팅 영역을 선택적으로 개폐하는 커버와, 상기 커버에 연결되며 배기 온도에 따라 변형하는 바이메탈 지지체를 포함하고,
    상기 바이메탈 지지체는 200℃ 이상에서 커버를 이동시키며 비코팅 영역을 개방하여, 배기가스 중의 THC 일부가 상기 디젤 산화 촉매의 코팅 영역에서 반응하며 산화되고, 나머지 THC와 CO가 상기 디젤 산화 촉매의 비코팅 영역을 통과하여 디젤 입자상 물질 필터로 공급되되, 상기 디젤 입자상 물질 필터에서는 산화되지 않은 나머지 THC와 CO가 질소산화물과 반응하여 N2로 환원되는 것을 특징으로 하는 디젤 차량의 배기가스 정화장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 개폐수단은 상기 비코팅 영역의 전단 혹은 후단에 구성되는 것을 특징으로 하는 디젤 차량의 배기가스 정화장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
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