KR101765636B1 - 차량의 배기가스 정화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 차량의 배기가스 정화장치는 배기 파이프에 설치되며, 제1 LNT(Lean NOx Trap) 촉매가 배치되는 제1 촉매부, 그리고 상기 제1 촉매부의 후단에서 상기 배기 파이프에 설치되며, DPF(Diesel Particulate matter Filter)에 제2 LNT 촉매가 코팅되는 제2 촉매부를 포함한다.

Description

차량의 배기가스 정화장치{DEVICE FOR PURIFYING EXHAUST OF VEHICLE}

본 발명은 차량의 배기가스 정화장치에 관한 것이다.

일반적으로, 엔진의 배기 시스템은 배기 가스 중에 함유된 공해 물질인 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 입자상 물질(Particulate Matter), 질소산화물(NOx) 등을 감소시키기 위해 DOC(Diesel Oxidation Catalyst), DPF((Diesel Particulate matter Filter), 및 SCR(Selective Catalyst Reduction), LNT(Lean NOx Trap) 등과 같은 배기가스 후처리장치를 구비하고 있다.

DOC는 배기 가스 중의 총 탄화수소와 일산화탄소를 산화시키고, 일산화질소를 이산화질소로 산화시킬 수 있다.

DPF는 배기 가스에 포함된 입자상 물질을 포집하고 그 입자상 물질을 화학적 변환 과정을 통하여 정화시킬 수 있다.

그리고 SCR은 인젝터를 통해 배기 가스의 스트림 방향으로 분사되는 환원제(요소)가 배기 가스의 열에 의해 암모니아(NH3)로 전환되고, SCR 촉매에 의한 배기 가스 중의 질소산화물과 암모니아의 촉매 반응으로서 질소산화물을 질소 가스(N2)와 물(H2O)로 환원시키는 것이다.

하지만, 종래의 배기가스 후처리 장치는 NOx 정화 성능에 한계가 있고, 고온 및 고부하 시 LNT 촉매의 NOx 흡장 효율이 악화된다.

특히, 고속 고부하 구간에서는 촉매 온도가 400 ℃ 이상으로 상승하고, 다량의 NOx가 촉매로 유입됨으로써, LNT 촉매가 충분히 NOx를 흡장하지 못하고 배출하는 어려움이 있다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명은 DPF에 LNT 촉매를 추가로 배치하여 배기가스를 정화할 수 있는 차량의 배기가스 정화장치를 제안하고자 한다.

본 발명의 차량의 배기가스 정화장치는 배기 파이프에 설치되며, 제1 LNT(Lean NOx Trap) 촉매가 배치되는 제1 촉매부, 그리고 상기 제1 촉매부의 후단에서 상기 배기 파이프에 설치되며, DPF(Diesel Particulate matter Filter)에 제2 LNT 촉매가 코팅되는 제2 촉매부를 포함한다.

상기 제2 촉매부는, 배기가스가 유입되는 일단과, 상기 배기가스가 통과하지 못하도록 막힌 타단을 포함하는 적어도 하나의 유입 채널, 그리고 막혀 있는 일단과, 배기가스가 유출되는 타단을 포함하는 적어도 하나의 유출부를 포함할 수 있다.

상기 제2 촉매부는, 상기 유입 채널과 상기 유출 채널 사이에 형성되며, 상기 유입 채널의 배기 가스를 상기 유출 채널로 통과시키는 적어도 하나의 필터부를 더 포함할 수 있다.

상기 제2 촉매부는, 상기 제2 LNT 촉매가 상기 필터부의 적어도 한면에 코팅할 수 있다.

상기 제1 촉매부의 제1 LNT 촉매 및 상기 제2 촉매부의 제2 LNT 촉매는, CeO₂, Pt, Rh, Ba 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 제2 촉매부의 제2 LNT 촉매는, 상기 제1 촉매부의 제1 LNT 촉매 보다 CeO₂의 함량 및 Pt의 함량이 10 % 이상 높을 수 있다.

상기 제2 촉매부의 제2 LNT 촉매는, 상기 제1 촉매부의 제1 LNT 촉매 보다 CeO₂의 함량이 10 % 이상 낮고, Ba의 함량이 10 % 이상 높을 수 있다.

상기 제2 촉매부의 제2 LNT 촉매는, 상기 제1 촉매부의 제1 LNT 촉매 보다 Rh의 함량이 10 % 이상 높을 수 있다.

상기 제1 촉매부의 후단과 상기 제2 촉매부의 전단 사이의 거리는, 80 cm 이내로 형성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 제1 LNT 촉매 후단에 배치된 DPF에 제2 LNT 촉매를 코팅하고, 고온 고부하에서 제1 LNT 촉매에서 슬립된 NOx를 제2 LNT 촉매에서 추가적으로 흡장함으로써, 고온 고부하에서의 NOx 흡장 효율 및 배기가스의 정화 효율을 향상시킬 수 있는 환경을 제공한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 차량의 배기가스 정화 장치의 구조를 간략히 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 LNT 촉매와 DPF 상에 코팅된 LNT 촉매의 온도를 비교한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 제2 촉매부의 단면도이다.
도 4는 촉매 구조에 따른 NOx 정화 성능을 비교한 그래프이다.

아래에서는 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.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.

본 명세서에서 사용된 "차량", "차", "차량의", "자동차" 또는 다른 유사한 용어들은 스포츠 실용차(sports utility vehicles; SUV), 버스, 트럭, 다양한 상용차를 포함하는 승용차, 다양한 종류의 보트나 선박을 포함하는 배, 항공기 및 이와 유사한 것을 포함하는 자동차를 포함하며, 하이브리드 차량, 전기 차량, 플러그 인 하이브리드 전기 차량, 수소연료 차량 및 다른 대체 연료(예를 들어, 석유 외의 자원으로부터 얻어지는 연료) 차량을 포함한다.

추가적으로, 몇몇 방법들은 적어도 하나의 제어기에 의하여 실행될 수 있다. 제어기라는 용어는 메모리와, 알고리즘 구조로 해석되는 하나 이상의 단계들을 실행하도록 된 프로세서를 포함하는 하드웨어 장치를 언급한다. 상기 메모리는 알고리즘 단계들을 저장하도록 되어 있고, 프로세서는 아래에서 기재하는 하나 이상의 프로세스들을 수행하기 위하여 상기 알고리즘 단계들을 특별히 실행하도록 되어 있다.

더 나아가, 본 발명의 제어 로직은 프로세서, 제어기 또는 이와 유사한 것에 의하여 실행되는 실행 가능한 프로그램 명령들을 포함하는 컴퓨터가 읽을 수 있는 수단 상의 일시적이지 않고 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체로 구현될 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 수단의 예들은, 이에 한정되지는 않지만, ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 플래쉬 드라이브, 스마트 카드 및 광학 데이터 저장 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 재생 매체는 네트웍으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 예를 들어 텔레매틱스 서버나 CAN(Controller Area Network)에 의하여 분산 방식으로 저장되고 실행될 수 있다.

이제 도 1 내지 도 4를 참고하여 본 발명의 한 실시예에 따른 차량의 배기가스 정화장치에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 차량의 배기가스 정화 장치의 구조를 간략히 도시한 도면이다. 이때, 배기가스 재순환 장치는 본 발명의 실시예에 따른 설명을 위해 필요한 개략적인 구성만을 도시할 뿐 이러한 구성에 국한되는 것은 아니다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 배기가스 정화 장치는 엔진(10)과 연결되는 제1 촉매부(20), 제2 촉매부(30) 및 제어부(70)를 포함한다.

제1 촉매부(20)는 엔진(10)의 배기가스(G)가 유입되는 배기 파이프에 설치된다. 제1 촉매부(20)에는 본 발명의 한 실시예에 따라 제1 질소 산화물 정화 촉매(Lean NOx Trap, 이하 LNT) 촉매가 배치될 수 있다.

제2 촉매부(30)는 상기 제1 촉매부(20)의 후단에서 상기 배기 파이프에 설치된다. 제2 촉매부(30)는 입자상물질 제거용 필터(Diesel Particulate Filter, 이하 DPF) 및 제2 LNT 촉매를 포함한다. 상기 DPF에는 본 발명의 한 실시예에 따라 상기 제2 LNT 촉매가 코팅될 수 있다.

상기 제2 촉매부(30)는 DPF에 코팅된 상기 제2 LNT 촉매를 통해 상기 제1 촉매부(20)의 제1 LNT 촉매에서 슬립되는 NOx를 추가적으로 정화할 수 있다. 여기서, 본 발명의 한 실시예에 따른 배기가스 정화 장치는 제1 촉매부(20)의 후단과 상기 제2 촉매부(30)의 전단 사이의 거리를 80 cm 이내로 형성함으로써, 상기 제2 촉매부(30)의 재생 및 탈황(deSOx)을 위한 온도를 확보할 수 있다.

도 2은 본 발명의 한 실시예에 따른 LNT 촉매와 DPF 상에 코팅된 LNT 촉매의 온도를 비교한 그래프이다.

도 2를 참조하면, 제2 촉매부(30)의 온도는 상기 제1 촉매부(20)의 온도보다 저온이다. 그리고, 제2 촉매부(30)는 제1 촉매부(20) 보다 온도 변화가 적으므로, 고온 고부하에서의 NOx 흡장에 유리하다.

따라서, 본 발명의 한 실시예에 따른 배기가스 정화 장치는 흡장온도를 하강시키는 효과가 있으며, 급격한 온도 상승에 의한 열탈착을 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 한 실시예에 따른 배기가스 정화 장치는 제1 람다 센서(40), 제2 람다 센서(50), 및 제3 람다 센서(60)를 더 포함한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 제1 람다 센서(40)는 제1 촉매부(20)의 전단에 배치되고, 제2 람다 센서(50)는 제1 촉매부(20)와 제2 촉매부(30) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 제3 람다 센서(60)는 제2 촉매부(30)의 후단에 배치된다.

제어부(70)는 엔진(10)의 운전을 제어하고, 제1 람다 센서(40), 제2 람다 센서(50), 및 제3 람다 센서(60)로부터 수신된 정보를 이용해서 상기 제1 LNT 촉매와 상기 제2 LNT 촉매의 재생을 제어한다. 여기서, 제어부(70)는 제1 LNT 촉매 및 상기 제2 LNT 촉매가 동시에 재생되도록 제어하거나, 제1 LNT 촉매 및 상기 제2 LNT 촉매가 각각 재생되도록 제어할 수도 있다.

본 발명의 한 실시예에 따른 배기가스 정화 장치는 제1 촉매부(20)와 제2 촉매부(30) 사이에 제2 람다 센서(50)를 추가 배치함으로써, 상기 제1 LNT 촉매와 상기 제2 LNT 촉매의 재생을 분리하여 제어할 수 있다.

이러한 목적을 위하여, 제어부(70)는 설정된 프로그램에 의하여 동작하는 하나 이상의 프로세서로 구현될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화 방법의 각 단계를 수행하도록 프로그래밍 된 것일 수 있다.

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 제2 촉매부의 단면도이다. 이때, 제2 촉매부는 본 발명의 실시예에 따른 설명을 위해 필요한 개략적인 구성만을 도시할 뿐 이러한 구성에 국한되는 것은 아니다.

도 3을 참조하면, 제2 촉매부(30)는 본 발명의 한 실시예에 따라 적어도 하나 이상의 유입 채널(34) 및 적어도 하나 이상의 유출 채널(38)을 포함한다. 그리고, 상기 유입 채널(34)과 상기 유출 채널(38) 사이에는 필터부(36)가 배치될 수 있다.

유입 채널(34)의 전단은 개구되고, 유입구(32a)의 배기 가스가 상기 유입 채널(34)을 통하여 제2 촉매부(30)의 내부로 유입된다. 상기 유입 채널(34)의 후단은 제1플러그(34a)에 의하여 막혀 있다.

상기 유출 채널(38)의 전단은 제2플러그(38a)에 의해 막혀 있다. 상기 유출 채널(38)의 후단은 개구되고, 제2 촉매부(30) 내부의 배기 가스는 상기 유출 채널(38)을 통하여 유출구(32b)로 유출된다.

상기 필터부(36)는 상기 유입 채널(34)과 유출 채널(38)의 사이에 배치되고, 유입 채널(34)로 유입된 배기 가스를 상기 유출 채널(38)로 통과시킬 수 있다. 그리고, 필터부(36)의 적어도 한면에는 상기 제2 LNT 촉매가 코팅될 수 있다.

이때, 상기 제1 촉매부(20)의 제1 LNT 촉매 및 상기 제2 촉매부(30)의 제2 LNT 촉매는 CeO₂, Pt, Rh 또는 Ba 중 적어도 하나를 포함한다.

여기서, 제2 촉매부(30)의 제2 LNT 촉매는 상기 제1 촉매부(20)의 제1 LNT 촉매 보다 CeO₂의 함량이 10 % 이상 높을 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 한 실시예에 따른 배기가스 정화 장치는 Rich 조건시 발열을 증가시켜 NOx 및 SOx의 반응을 가속시킬 수 있다.

또한, 제2 촉매부(30)의 제2 LNT 촉매는 상기 제1 촉매부(20)의 제1 LNT 촉매 보다 Pt의 함량이 10 % 이상 높을 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 한 실시예에 따른 배기가스 정화 장치는 발열을 증가시키고, CO, HC와 흡장 NOx간의 반응점을 증가시킬 수 있다.

또한, 제2 촉매부(30)의 제2 LNT 촉매는 상기 제1 촉매부(20)의 제1 LNT 촉매 보다 Rh의 함량이 함량이 10 % 이상 높을 수 있다. 따라서, 본 발명의 한 실시예에 따른 배기가스 정화 장치는 저온에서 NOx와 N₂의 반응을 강화할 수 있다.

그리고, 배기온이 높은 차량에서는, 고온에서의 NOx 흡장 및 정화 효율을 향상시키기 위해서, 제2 촉매부(30)의 제2 LNT 촉매가 상기 제1 촉매부(20)의 제1 LNT 촉매 보다 CeO₂의 함량이 10 % 이상 낮고, Ba의 함량이 10 % 이상 높게 형성될 수 있다.

도 4는 촉매 구조에 따른 NOx 정화 성능을 비교한 그래프이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 배기가스 정화 장치는 LNT 촉매 후단에 복합 촉매(LNT on DPF)를 형성함으로써, 종래기술 대비 NOx 정화 성능을 향상시킬 수 있음을 보여준다.

이와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 차량의 배기가스 정화 장치는 제1 LNT 촉매 후단에 배치된 DPF에 제2 LNT 촉매를 코팅하고, 고온 고부하에서 제1 LNT 촉매에서 슬립된 NOx를 제2 LNT 촉매에서 추가적으로 흡장함으로써, 고온 고부하에서의 NOx 흡장 효율 및 배기가스의 정화 효율을 향상시킬 수 있는 환경을 제공한다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (9)

1. 배기 파이프에 설치되며, 제1 LNT(Lean NOx Trap) 촉매가 배치되는 제1 촉매부, 그리고
   상기 제1 촉매부의 후단에서 상기 배기 파이프에 설치되며, 상기 제1 LNT 촉매에서 슬립되는 NOx를 추가적으로 정화하도록 DPF(Diesel Particulate matter Filter)에 제2 LNT 촉매가 코팅되는 제2 촉매부
   를 포함하며,
   상기 제1 촉매부의 제1 LNT 촉매 및 상기 제2 촉매부의 제2 LNT 촉매는, CeO₂, Pt, 및 Rh을 포함하며,
   상기 제2 촉매부의 제2 LNT 촉매는, 상기 제1 촉매부 보다 낮은 온도의 상기 제2 촉매부에서의 배기가스 정화 효율을 향상시키기 위해, 상기 제1 촉매부의 제1 LNT 촉매 보다 CeO₂의 함량, Pt의 함량 및 Rh의 함량이 10 % 이상 높게 형성되는 차량의 배기가스 정화장치.
2. 제1항에서,
   상기 제2 촉매부는,
   배기가스가 유입되는 일단과, 상기 배기가스가 통과하지 못하도록 막힌 타단을 포함하는 적어도 하나의 유입 채널, 그리고
   막혀 있는 일단과, 배기가스가 유출되는 타단을 포함하는 적어도 하나의 유출 채널을 포함하는 차량의 배기가스 정화장치.
3. 제2항에서,
   상기 제2 촉매부는,
   상기 유입 채널과 상기 유출 채널 사이에 형성되며, 상기 유입 채널의 배기 가스를 상기 유출 채널로 통과시키는 적어도 하나의 필터부
   를 더 포함하는 차량의 배기가스 정화장치.
4. 제3항에서,
   상기 제2 촉매부는,
   상기 제2 LNT 촉매가 상기 필터부의 적어도 한면에 코팅되는 차량의 배기가스 정화장치.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 제1항에서,
   상기 제1 촉매부의 후단과 상기 제2 촉매부의 전단 사이의 거리는, 80 cm 이내로 형성되는 차량의 배기가스 정화장치.

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