KR101807053B1 - 배기 가스 정화 장치 및 그 재생 방법 - Google Patents

배기 가스 정화 장치 및 그 재생 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화장치의 재생 방법은 배기 파이프 상에 배치되어 있으며, 제1 린 녹스 트랩(Lean NOx Trap; LNT) 촉매가 코팅된 LNT 장치와, 제2 LNT 촉매가 코팅된 매연 필터(Catalyzed Particulate Filter; CPF)가 순차적으로 배치되는 촉매 컨버터를 포함하는 배기 가스 정화 장치의 재생 방법에 관한 것이다.
상기 재생 방법은 LNT 장치에 흡장된 질소산화물(NOx)의 양이 한계 NOx량보다 큰지를 판단하는 단계; LNT 장치에 흡장된 NOx의 양이 한계 NOx량보다 크면, LNT 장치의 온도가 제1설정 온도보다 높은지를 판단하는 단계; 그리고 LNT 장치의 온도가 제1설정 온도보다 높으면, CPF의 온도에 따라 LNT 장치와 CPF를 함께 재생하거나 LNT 장치만 재생하는 단계;를 포함할 수 있다.

Description

배기 가스 정화 장치 및 그 재생 방법{APPARATUS OF PURIFYING EXHAUST GAS AND REGENERATION METHOD THEREOF}
본 발명은 배기 가스 정화 장치 및 그 재생 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제1 린 녹스 트랩(Lean NOx Trap; LNT) 촉매가 코팅된 LNT 장치와, 제2 LNT 촉매가 코팅된 매연 필터(Catalyzed Particulate Filter; CPF)가 순차적으로 배치되는 촉매 컨버터에서 운전 조건에 따라 LNT 장치와 CPF를 동시에 또는 분리하여 재생하도록 하는 배기 가스 정화 장치 및 그 재생 방법에 관한 것이다.
일반적으로 엔진에서 배기 매니폴드를 통해 배출되는 배기 가스는 배기 파이프에 설치된 촉매 컨버터(Catalytic Converter)로 유도되어 정화되고, 머플러를 통과하면서 소음이 감쇄된 후 테일 파이프를 통해 대기 중으로 배출된다. 상기한 촉매 컨버터는 배기 가스에 포함되어 있는 오염물질을 정화한다. 그리고 배기 파이프 상에는 배기 가스에 포함된 입자상 물질(Particulate Matters: PM)을 포집하기 위한 매연 필터가 장착된다.
질소산화물 저감 촉매(Denitrification Catalyst; DeNOx Catalyst)는 배기 가스에 포함된 질소산화물(NOx)을 정화시키는 촉매 컨버터의 한 형식이다. 우레아(Urea), 암모니아(Ammonia), 일산화탄소 및 탄화수소(Hydrocarbon; HC) 등과 같은 환원제를 배기 가스에 제공하면 질소산화물 저감 촉매에서는 배기 가스에 포함된 질소산화물이 상기 환원제와의 산화-환원 반응을 통해 환원되게 된다.
최근에는, 이러한 질소산화물 저감 촉매로 LNT(Lean NOx Trap) 촉매가 사용되고 있다. LNT 촉매는 엔진의 공연비가 희박(lean)한 분위기에서 작동되면 배기 가스에 포함된 질소산화물을 흡착하고, 엔진의 공연비가 농후(rich)한 분위기에서 작동되면 흡착된 질소산화물을 탈착하며, 탈착된 질소산화물과 배기 가스에 포함된 질소산화물을 환원시킨다.
그런데, LNT 촉매는 배기 가스의 온도가 높으면(예를 들어, 배기 가스의 온도가 400℃보다 높으면), 배기 가스에 포함된 질소산화물을 정화하지 못한다는 문제점이 있다. 특히, 차량이 고속 또는 고부하 운전 조건에서 운행을 하면, 배기 가스의 온도가 높아 엔진에 가깝게 배치된 LNT 촉매가 배기 가스 중의 질소산화물을 흡장하지 못하고 배출할 수 있다. 또한, 상기 조건에서는 배기 가스의 유량도 많아 정화되지 못하고 차량 외부로 배출되는 질소산화물의 양이 증가할 수 있다. 따라서, 질소산화물의 정화 성능이 크게 악화될 수 있었다.
최근에는, 매연 필터에 촉매를 코팅하여 입자상 물질을 제거하는 기능을 강화하거나 배기 가스에 포함된 유해 물질을 추가로 제거하도록 하고 있으며, 촉매가 코팅된 매연 필터를 촉매가 코팅된 매연 필터(Catalyzed Particulate Filter; CPF)라고 부르기도 한다.
CPF에서 촉매는 유입 채널과 유출 채널을 구분하는 다공성 월에 코팅되며, 유체는 상기 다공성 월을 지나가며 코팅된 촉매와 접촉하게 된다. 다공성 월에 의하여 구분되는 유입 채널과 유출 채널 사이에는 압력 차이가 존재하게 되고, 이로 인하여 유체는 다공성 월을 빠르게 지나가게 된다. 따라서, 촉매와 유체의 접촉 시간이 짧아 촉매 반응이 충분하게 일어나지 못한다.
또한, 다공성 월에 코팅된 촉매가 두꺼우면, 촉매가 월에 형성된 세공(micropore)을 막아 유입 채널로부터 유출 채널로의 유체의 흐름을 방해할 수 있다. 이에 따라, 배압이 증가하게 된다. 배압의 증가를 최소화하기 위하여 CPF에서는 월에 촉매가 얇게 코팅되게 된다. 이에 따라, CPF에 코팅된 촉매의 양이 부족해 촉매 반응이 충분하게 일어나지 못할 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 유입 채널과 유출 채널(이하, 통칭하여 '셀'이라고 한다.)의 개수(밀도)를 증가시켜, 촉매가 코팅될 수 있는 월의 표면적을 증가시킬 수 있다. 그러나, 한정된 공간에서 셀의 밀도가 증가하면, 월의 두께가 줄어들게 된다. 월의 두께 감소는 필터 성능을 악화시킬 수 있다. 따라서, 셀의 밀도도 한계 밀도 이상으로 증가시키지 못한다.
한편, 질소산화물의 저감 성능을 확보하기 위하여 두 개 이상의 질소산화물 저감 촉매를 배기 파이프에 장착하는 경우가 있다. 이 경우, 각각의 질소산화물 저감 촉매의 재생을 어떻게 제어할 것인지가 중요한 관심사이다.
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 발명의 실시 예는 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 엔진에 가까운 곳에 제1 LNT(Lean NOx Trap; LNT) 촉매가 코팅된 LNT 장치를 배치하고, 상기 LNT 장치의 후단에 제2 LNT 촉매가 코팅된 촉매가 코팅된 매연 필터(Catalyzed Particulate Filter; CPF)를 배치하며, LNT 장치에 흡장된 질소산화물의 양, LNT 장치의 온도, CPF 장치의 온도 등에 기초하여 LNT 장치와 CPF의 재생을 동시에 또는 별개로 진행하는 배기 가스 정화 장치 및 그 재생 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화장치의 재생 방법은 배기 파이프 상에 배치되어 있으며, 제1 린 녹스 트랩(Lean NOx Trap; LNT) 촉매가 코팅된 LNT 장치와, 제2 LNT 촉매가 코팅된 매연 필터(Catalyzed Particulate Filter; CPF)가 순차적으로 배치되는 촉매 컨버터를 포함하는 배기 가스 정화 장치의 재생 방법에 관한 것이다.
상기 재생 방법은 LNT 장치에 흡장된 질소산화물(NOx)의 양이 한계 NOx량보다 큰지를 판단하는 단계; LNT 장치에 흡장된 NOx의 양이 한계 NOx량보다 크면, LNT 장치의 온도가 제1설정 온도보다 높은지를 판단하는 단계; 그리고 LNT 장치의 온도가 제1설정 온도보다 높으면, CPF의 온도에 따라 LNT 장치와 CPF를 함께 재생하거나 LNT 장치만 재생하는 단계;를 포함할 수 있다.
CPF의 온도에 따라 LNT 장치와 CPF를 함께 재생하거나 LNT 장치만 재생하는 단계는 CPF 온도가 제2설정 온도보다 높은지를 판단하는 단계; 그리고 CPF 온도가 제2설정 온도보다 높으면, LNT 장치와 CPF를 함께 재생하는 단계;를 포함할 수 있다.
LNT 장치와 CPF를 함께 재생하는 단계는 LNT 장치의 입구 람다값과 CPF의 출구 람다값을 기준으로 수행될 수 있다.
CPF의 온도에 따라 LNT 장치와 CPF를 함께 재생하거나 LNT 장치만 재생하는 단계는 CPF 온도가 제2설정 온도 이하이면, LNT 장치만 재생하는 단계를 더 포함할 수 있다.
LNT 장치만 재생하는 단계는 LNT 장치의 입구 람다값과 LNT 장치의 출구 람다값을 기준으로 수행될 수 있다.
상기 재생 방법은 LNT 장치의 온도가 제1설정 온도 이하이면, CPF 온도가 제2설정 온도보다 높은지를 판단하는 단계; 그리고 CPF 온도가 제2설정 온도보다 높으면, CPF를 재생하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
CPF를 재생하는 단계는 LNT 장치의 출구 람다값과 CPF의 출구 람다값을 기준으로 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치는 배기 파이프 상에 배치되어 있으며, 제1 린 녹스 트랩(Lean NOx Trap; LNT) 촉매가 코팅된 LNT 장치와, 제2 LNT 촉매가 코팅된 매연 필터(Catalyzed Particulate Filter; CPF)가 순차적으로 배치되는 촉매 컨버터; 그리고 상기 LNT 장치의 입구 람다값, 상기 LNT 장치의 출구 람다값, 상기 CPF의 출구 람다값을 계산 또는 검출하도록 되어 있고, 상기 LNT 장치의 온도와 상기 CPF의 온도를 계산 또는 검출하도록 되어 있으며, 상기 LNT 장치와 CPF에 흡장된 질소산화물(NOx)의 양을 계산하도록 되어 있고, 상기 LNT 장치와 CPF의 재생을 제어하는 제어기;를 포함하며, 상기 제어기는 LNT 장치에 흡장된 NOx의 양이 한계 NOx량보다 크면, LNT 장치의 온도와 CPF의 온도에 따라 LNT 장치와 CPF의 재생을 진행하되, 상기 LNT 장치의 온도가 제1설정 온도보다 높고 상기 CPF의 온도가 제2설정 온도보다 높으면, 상기 제어기는 LNT 장치와 CPF의 재생을 함께 진행할 수 있다.
상기 제어기는 상기 LNT 장치의 입구 람다값과 상기 CPF의 출구 람다값을 기초로 LNT 장치와 CPF의 재생을 함께 진행하도록 되어 있을 수 있다.
상기 LNT 장치의 온도가 제1설정 온도보다 높고 상기 CPF의 온도가 제2설정 온도 이하이면, 상기 제어기는 LNT 장치의 재생을 진행할 수 있다.
상기 제어기는 상기 LNT 장치의 입구 람다값과 상기 LNT 장치의 출구 람다값을 기초로 LNT 장치의 재생을 진행하도록 되어 있을 수 있다.
상기 LNT 장치의 온도가 제1설정 온도 이하이고 상기 CPF의 온도가 제2설정 온도보다 높으면, 상기 제어기는 CPF의 재생을 진행할 수 있다.
상기 제어기는 상기 LNT 장치의 출구 람다값과 상기 CPF의 출구 람다값을 기초로 CPF의 재생을 진행할 수 있다.
상기 CPF는 유체가 유입되는 일단과, 막혀 있는 타단을 포함하며, 길이 방향으로 연장된 적어도 하나 이상의 유입 채널; 막혀 있는 일단과, 유체가 유출되는 타단을 포함하며, 상기 길이 방향으로 연장된 적어도 하나 이상의 유출 채널; 이웃하는 유입 채널과 유출 채널 사이의 경계를 정의하며, 상기 길이 방향으로 연장된 적어도 하나 이상의 다공성 월; 그리고 그 위에 상기 제2 LNT 촉매가 코팅되는 지지체;를 포함하며, 상기 지지체는 상기 적어도 하나 이상의 유입 채널과 상기 적어도 하나 이상의 유출 채널 중 적어도 하나 이상의 내부에 위치할 수 있다.
상기 제2 LNT 촉매는 상기 다공성 월 상에도 코팅될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 엔진에 가까운 곳에 제1 LNT(Lean NOx Trap; LNT) 촉매가 코팅된 LNT 장치를 배치하고, 상기 LNT 장치의 후단에 제2 LNT 촉매가 코팅된 촉매가 코팅된 매연 필터(Catalyzed Particulate Filter; CPF)를 배치하며, LNT 장치에 흡장된 질소산화물의 양, LNT 장치의 온도, CPF 장치의 온도 등에 기초하여 LNT 장치와 CPF의 재생을 동시에 또는 별개로 진행할 수 있다. 따라서, 질소산화물의 정화 효율이 향상된다.
또한, 상대적으로 저온에서 CPF의 재생을 금지함으로써 CPF로부터 NOx의 슬립이나 CO와 HC의 슬립을 방지할 수 있다.
또한, 상대적으로 저온에서 CPF의 재생을 금지함으로써 리치 시간 증가에 따른 연비 손실을 방지할 수 있다.
그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치에 사용되는 촉매가 코팅된 매연 필터의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 촉매가 코팅된 매연 필터의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 촉매가 코팅된 매연 필터의 일부 유입 채널과 유출 채널을 도시한 정면도이다.
도 5는 촉매 코팅량에 따른 배압을 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치의 재생 방법을 수행하기 위한 시스템의 블록도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치의 재생 방법의 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 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 실시 예에 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, 하기의 설명에서 구성의 명칭을 제1, 제2 등으로 구분한 것은 그 구성의 명칭이 동일하여 이를 구분하기 위한 것으로, 반드시 그 순서에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치는 엔진(10), 배기 파이프(20), 배기 가스 재순환(Exhaust Gas Recirculation; EGR) 장치(30), 촉매 컨버터(40), 선택적 환원(Selective Catalytic Reduction; SCR) 장치(50), 그리고 제어기(60)를 포함한다.
엔진(10)은 연료와 공기가 혼합된 혼합기를 연소시켜 화학적 에너지를 기계적 에너지로 변환한다. 엔진(10)은 흡기 매니폴드(16)에 연결되어 연소실(12) 내부로 공기를 유입받으며, 연소 과정에서 발생된 배기 가스는 배기 매니폴드(18)에 모인 후 엔진 밖으로 배출되게 된다. 상기 연소실(12)에는 인젝터(14)가 장착되어 연료를 연소실(12) 내부로 분사한다.
여기에서는 디젤 엔진을 예시하였으나 희박 연소(lean burn) 가솔린 엔진을 사용할 수도 있다. 가솔린 엔진을 사용하는 경우, 흡기 매니폴드(16)를 통하여 혼합기가 연소실(12) 내부로 유입되며, 연소실(12) 상부에는 점화를 위한 점화플러그(도시하지 않음)가 장착된다. 또한, 가솔린 직접 분사(Gasoline Direct Injection; GDI) 엔진을 사용하는 경우, 디젤 엔진과 마찬가지로 인젝터(14)가 연소실(12)의 상부에 장착된다.
배기 파이프(20)는 상기 배기 매니폴드(18)에 연결되어 배기 가스를 차량의 외부로 배출시킨다. 상기 배기 파이프(20) 상에는 촉매 컨버터(40), 선택적 환원 촉매(50)가 장착되어 배기 가스 내에 포함된 유해한 물질을 제거한다.
배기 가스 재순환 장치(30)는 배기 파이프(20) 상에 장착되어 엔진(10)에서 배출되는 배기 가스 일부를 상기 배기 가스 재순환 장치(30)를 통해 엔진(10)에 재공급한다. 또한, 상기 배기 가스 재순환 장치(30)는 상기 흡기 매니폴드(16)에 연결되어 배기 가스의 일부를 공기에 섞어 연소 온도를 제어한다. 이러한 연소 온도의 제어는 제어기(60)의 제어에 의하여 흡기 매니폴드(16)에 공급되는 배기 가스의 양을 조절함으로써 수행된다. 따라서, 배기 가스 재순환 장치(30)와 흡기 매니폴드(16)를 연결하는 라인 상에는 제어기(60)에 의하여 제어되는 재순환 밸브(도시하지 않음)가 장착될 수 있다.
촉매 컨버터(40)는 상기 배기 가스 재순환 장치(30)의 후단 배기 파이프(20) 상에 장착되어 있으며, 린 녹스 트랩(Lean NOx Trap; LNT) 장치(42)와 촉매가 코팅된 매연 필터(Catalyzed Particulate Filter; CPF)(44)를 포함한다. 상기 LNT 장치(42)와 CPF(44)는 상기 촉매 컨버터(40) 내에 순차적으로 배치된다.
LNT 장치(42)는 그 내부에 제1 LNT 촉매가 코팅되어 있다. 상기 LNT 장치(42)는 연한(lean) 분위기에서 배기 가스에 포함된 질소산화물(NOx)을 흡장하고, 농후한(rich) 분위기에서 흡장된 질소산화물을 탈착하며 배기 가스에 포함된 질소산화물 또는 탈착된 질소산화물을 환원시키거나 암모니아를 생성한다. 또한, LNT 장치(42)는 배기 가스에 포함된 일산화탄소(CO) 및 탄화수소(HC)를 산화시킨다.
여기에서, 탄화수소는 배출 가스와 연료에 포함된 탄소와 수소로 구성된 화합물을 모두 지칭하는 것으로 이해하여야 할 것이다.
상기 제1 LNT 촉매는 세리아(CeO2), 바륨(Ba), 백금(Pt)을 포함하는 귀금속을 포함한다. 상기 세리아와 바륨은 질소산화물을 질산염 형태로 흡장하는 기능을 가지며, 백금을 포함하는 귀금속은 질소산화물을 질산염 형태로 산화시키고, 질소산화물과 일산화탄소 또는 탄화수소의 산화-환원 반응을 촉진시킨다.
CPF(44)는 상기 촉매 컨버터(40) 내에서 상기 LNT 장치(42)의 후단에 위치한다. 상기 LNT 장치(42)의 출구와 상기 CPF(44)의 입구 사이의 거리는 설정 거리로 유지된다. 상기 설정 거리는 600mm 이내일 수 있다. 바람직하게는, 상기 설정 거리는 100mm 이상일 수 있다. 상기 설정 거리가 600mm를 초과하면 CPF(44)의 온도가 너무 낮아 재생 온도 또는 탈황 온도를 확보하기가 어렵다. 이와는 달리, 설정 거리가 100mm 미만이면 고속 조건이나 고부하 조건에서 CPF(44)의 온도가 높아 질소산화물을 정화하지 못하고 배출할 수 있다. CPF(44)는, 도 2 내지 도 4를 참고로, 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치에 사용되는 촉매가 코팅된 매연 필터의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 촉매가 코팅된 매연 필터의 단면도이며, 도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 촉매가 코팅된 매연 필터의 일부 유입 채널과 유출 채널을 도시한 정면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 촉매가 코팅된 매연 필터(44)는 하우징 내에 적어도 하나 이상의 유입 채널(110)과, 적어도 하나 이상의 유출 채널(120)을 포함한다. 상기 복수개의 유입 채널(110)과 유출 채널(120)은 월(130)에 의하여 구획되어 있다. 또한, 상기 적어도 하나 이상의 유입 채널(110)과 적어도 하나 이상의 유출 채널(120) 중 적어도 하나 이상의 내부에는 지지체(140)가 배치될 수 있다.
본 명세서에서 유입 채널(110)과 유출 채널(120)은 모두 '셀'로 통칭될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 하우징의 형상은 원통 형상이고 셀의 형상은 사각형인 것을 예시하였으나, 하우징의 형상과 셀의 형상은 예시된 형상들에 한정되지 아니한다. 또한, 하우징은 촉매 컨버터의 하우징일 수 있으나, 이에 한정되지 아니한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 유입 채널(110)은 배기 가스의 흐름을 따라서 연장되어 있다. 상기 유입 채널(110)의 전단은 개구되어 배기 가스가 상기 유입 채널(110)을 통하여 CPF(44)의 내부로 유입된다. 상기 유입 채널(110)의 후단은 제1플러그(112)에 의하여 막혀 있다. 따라서, CPF(44) 내부의 배기 가스는 유입 채널(110)을 통하여 CPF(44) 외부로 유출될 수 없다.
상기 유출 채널(120)은 배기 가스의 흐름을 따라서 연장되어 있으며, 상기 유입 채널(110)과 평행하게 배치될 수 있다. 상기 유출 채널(120)의 주위에는 적어도 하나 이상의 유입 채널(110)이 위치하고 있다.
예를 들어, 셀의 형상이 사각형이면, 유출 채널(120)을 둘러싸는 월(130)은 4개의 면을 가지고 있다. 상기 4개의 면 중 적어도 하나 이상의 면은 유출 채널(120)과, 이에 이웃하는 유입 채널(110) 사이에 위치하게 된다. 셀의 형상이 사각형이면, 유출 채널(120)은 4개의 이웃하는 유입 채널(110)에 의하여 둘러싸이고 유입 채널(110)은 4개의 이웃하는 유출 채널(120)의하여 둘러싸일 수 있으나, 이에 한정되지는 아니한다.
상기 유출 채널(120)의 전단은 제2플러그(122)에 의하여 막혀 있어 배기 가스가 유출 채널(120)을 통하여 CPF(44)의 내부로 유입될 수 없다. 상기 유출 채널(120)의 후단은 개구되어 CPF(44) 내부의 배기 가스는 상기 유출 채널(120)을 통하여 CPF(44)의 외부로 유출되게 된다.
월(130)은 이웃하는 유입 채널(110)과 유출 채널(120) 사이에 배치되어 경계를 정의한다. 상기 월(130)을 그 내부에 적어도 하나 이상의 세공(micropore)이 형성된 다공성 월(130)일 수 있다. 상기 다공성 월(130)은 이웃하는 유입 채널(110)과 유출 채널(120)을 유체적으로 연통한다. 따라서, 유입 채널(110)로 유입된 배기 가스는 상기 다공성 월(130)을 통하여 유출 채널(120)로 이동할 수 있다. 또한, 상기 다공성 월(130)은 배기 가스에 포함된 입자상 물질은 통과시키지 않는다. 배기 가스가 다공성 월(130)을 통하여 유입 채널(110)에서 유출 채널(120)로 이동할 때, 상기 배기 가스에 포함된 입자상 물질은 다공성 월(130)에 의하여 걸러진다. 상기 다공성 월(130)은 알루미늄 티타네이트(aluminum titanate), 코디어라이트(codierite), 실리콘 카바이드(silicon carbide) 등에 의하여 제작될 수 있다.
상기 지지체(140)는 상기 유입 채널(110)과 유출 채널(120) 중 적어도 하나 이상의 내부에 배치될 수 있다. 상기 지지체(140)는 유입 채널(110)에만 배치될 수도 있고 유출 채널(120)에만 배치될 수도 있다. 도 2 내지 도 4에서는, 상기 지지체(140)가 유입 채널(110) 및/또는 유출 채널(20)이 연장되는 방향에 평행하게 연장되어 있는 것을 도시하였으나, 이에 한정되지 아니한다. 즉, 상기 지지체(140)는 유입 채널(110) 및/또는 유출 채널(120)이 연장되는 방향에 수직 또는 비스듬하게 연장될 수 있다. 상기 지지체(140)는 유입 채널(110) 및/또는 유출 채널(120)이 연장되는 방향에 수직 또는 비스듬하게 연장되는 경우, 상기 지지체(140)의 양단 중 적어도 하나는 상기 셀을 구획하는 다공성 월(130)에 접촉하지 않을 수 있다. 또한, 상기 지지체(140)가 유입 채널(110) 및/또는 유출 채널(120)이 연장되는 방향에 평행하게 연장되는 경우, 상기 지지체(140)는 채널(110 또는 120)의 전체 길이만큼 연장될 수도 있고, 채널(110 또는 120)의 일부 길이만큼 연장될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 CPF(44)에서, 상기 지지체(140)가 적어도 하나의 유입 채널(110)과 적어도 하나의 유출 채널(120)의 내부에 위치한다. 또한, 상기 다공성 월(130)과 지지체(140)에는 동일한 종류의 촉매(150)가 코팅된다. 즉, 다공성 월(130)에 코팅되는 촉매와 상기 지지체(140)에 코팅되는 촉매는 모두 제2 LNT 촉매(150)이다.
상기 다공성 월(130)과 지지체(140)에 코팅되는 제2 LNT 촉매(150)는 세리아(CeO2), 바륨(Ba), 백금(Pt)을 포함하는 귀금속을 포함한다. 상기 다공성 월(130)과 지지체(140)에 코팅되는 제2 LNT 촉매(150)와 상기 LNT 장치(42)에 코팅되는 제1 LNT 촉매는 성분이 동일하나 각 성분의 함량에는 차이가 있다.
하나의 실시예에서(일반 차량의 경우), 상기 다공성 월(130)과 지지체(140)에 코팅되는 제2 LNT 촉매(150)에 포함된 세리아의 함량은 상기 LNT 장치(42)에 코팅되는 제1 LNT 촉매에 포함된 세리아의 함량보다 10% 이상 높고, 상기 다공성 월(130)과 지지체(140)에 코팅되는 제2 LNT 촉매(150)에 포함된 백금의 함량은 상기 LNT 장치(42)에 코팅되는 제1 LNT 촉매에 포함된 백금의 함량보다 10% ~ 50% 높을 수 있다. 상기 다공성 월(130)과 지지체(140)에 코팅되는 제2 LNT 촉매(150)는 상대적으로 저온에서 재생(농후한 분위기에서 질소산화물을 탈착하여 환원시키는 것을 의미) 및 탈황이 이루어져야 한다. 따라서, 상기 다공성 월(130)과 지지체(140)에 코팅되는 제2 LNT 촉매(150)에서 세리아의 함량을 높여 농후한 분위기에서 발열이 증가하도록 하였으며, 상기 다공성 월(130)과 지지체(140)에 코팅되는 제2 LNT 촉매(150)에서 백금 함량을 높여 발열이 증가하도록 하고 질소산화물과 일산화탄소 또는 탄화수소의 반응이 활발하게 일어나도록 하였다.
다른 실시예에서(고배기량 차량), 상기 다공성 월(130)과 지지체(140)에 코팅되는 제2 LNT 촉매(150)에 포함된 세리아의 함량은 상기 LNT 장치(42)에 코팅되는 제1 LNT 촉매에 포함된 세리아의 함량보다 10% 이상 낮고, 상기 다공성 월(130)과 지지체(140)에 코팅되는 제2 LNT 촉매(150)에 포함된 바륨의 함량은 상기 LNT 장치(42)에 코팅되는 제1 LNT 촉매에 포함된 바륨의 함량보다 10% 이상 높을 수 있다. 이러한 함량을 통하여, CPF(44)는 300℃ ~ 450℃의 고온에서 질소산화물의 흡장 및 환원에 적합하다.
한편, 지지체(140)는 필터의 역할을 수행하기 위하여 구비되는 것이 아니라 제2 LNT 촉매(150)를 잡아 두기 위하여 구비되는 것이므로, 반드시 다공성 재질로 제작될 필요가 없다. 즉, 지지체(140)는 상기 다공성 월(130)과 동일한 재질로 제작되거나 다른 재질로 제작될 수 있다. 지지체(140)가 다공성 재질로 제작된다고 하더라도, 지지체(140)에 의하여 구획되는 채널(110 또는 120)의 두 부분 사이에는 압력 차이가 거의 없으므로, 배기 가스는 거의 지지체를 통과하지 않고 지지체(140)와 월(130)을 따라 이동하게 된다. 또한, 지지체(140)는 필터의 역할을 수행할 필요가 없으므로, 지지체(140)를 두껍게 형성할 필요가 없다. 즉, 지지체(140)의 두께는 월(130)의 두께보다 얇게 형성할 수 있으며, 이는 배압의 증가를 최소화하게 된다.
도 5는 촉매 코팅량에 따른 배압을 도시한 그래프이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 배압을 감소하기 위하여 종래 기술에 따른 CPF에는 120(g/L) 이상의 촉매를 코팅하기는 어려웠으나, 본 실시예에서는 180(g/L)의 촉매를 CPF(44)에 코팅할 수 있다. 즉, 본 실시예에 따르면, 배압의 증가는 최소화하면서 CPF(44)에 코팅되는 촉매(150)의 양을 증가시킬 수 있으므로, 배기 가스의 정화 성능이 향상된다.
앞에서 설명한 바와 같이, CPF(44)는 제2 LNT 촉매(150)를 포함하므로, 상기 CPF(44)는 연한(lean) 분위기에서 배기 가스에 포함된 질소산화물(NOx)을 흡장하고, 농후한(rich) 분위기에서 흡장된 질소산화물을 탈착하며 배기 가스에 포함된 질소산화물 또는 탈착된 질소산화물을 환원시키거나 암모니아를 생성한다. 또한, CPF(44)는 배기 가스에 포함된 일산화탄소(CO) 및 탄화수소(HC)를 산화시키고, 배기 가스에 포함된 입자상 물질을 포집한다.
다시 도 1을 참고하면, 상기 촉매 컨버터(40)의 후단 배기 파이프(20) 상에는 SCR 장치(60)가 배치된다. 상기 SCR 장치(60)는 그 내부에 SCR 촉매가 코팅되어 상기 촉매 컨버터(40)에서 질소산화물이 완벽하게 정화되지 못하는 경우, 질소산화물을 추가적으로 환원시킬 수 있다. 즉, SCR 장치(60)는 촉매 컨버터(40)에서 발생되는 암모니아를 이용하여 배기 가스에 포함된 질소산화물을 환원시킨다. 상기 SCR 장치(60)는 상기 촉매 컨버터(40)와는 물리적으로 이격되어 장착될 수도 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치의 배기 파이프(20)에는 다양한 센서들이 장착될 수 있다.
구체적으로, 상기 촉매 컨버터(40)의 전단 배기 파이프(20)에는 제1람다 센서(62)와 제1온도 센서(64)가 장착되어 있다.
상기 제1람다 센서(62)는 상기 촉매 컨버터(40)(즉, LNT 장치(42))에 유입되는 배기 가스의 람다값(이하, 'LNT 장치의 입구 람다값'이라 합니다.)을 측정하여 이에 대한 신호를 상기 제어기(60)에 전달한다.
상기 제1온도 센서(64)는 상기 촉매 컨버터(40)(즉, LNT 장치(42))에 유입되는 배기 가스의 온도를 측정하여 이에 대한 신호를 상기 제어기(60)에 전달한다.
또한, 상기 LNT 장치(42)의 후단 배기 파이프(20)에는 제2람다 센서(66)와 제2온도 센서(68)가 장착되어 있다.
상기 제2람다 센서(66)는 상기 LNT 장치(42)에서 배출되는 배기 가스의 람다값(이하, 'LNT 장치의 출구 람다값'이라 합니다.)을 측정하여 이에 대한 신호를 상기 제어기(60)에 전달한다. 상기 제1람다 센서(62)와 제2람다 센서(66)의 검출값을 기초로 상기 제어기(60)는 LNT 장치(42)의 재생을 수행할 수 있다.
상기 제2온도 센서(68)는 상기 LNT 장치(42)에서 배출되는 배기 가스의 온도를 측정하여 이에 대한 신호를 상기 제어기(60)에 전달한다. 상기 제1온도 센서(64)와 제2온도 센서(68)의 검출값을 기초로 상기 제어기(60)는 상기 LNT 장치(42)의 온도를 계산할 수 있다. 예를 들어, 상기 LNT 장치(42)의 온도는 제1온도 센서(64)와 제2온도 센서(68)의 검출값의 평균일 수 있다.
상기 CPF(44)의 전단부와 후단부에는 차압 센서(70)가 장착되고, 상기 촉매 컨버터(40)의 후단 배기 파이프(20)에는 제3람다 센서(72)가 장착된다.
상기 차압 센서(70)는 CPF(44)의 전단부와 후단부의 압력 차이를 측정하고 이에 대한 신호를 상기 제어기(60)에 전달한다. 상기 제어기(60)는 상기 차압센서(66)에서 측정된 압력 차이가 설정 압력 이상인 경우 상기 CPF(44)에 포집된 수트를 태우도록 제어할 수 있다. 이 경우, 인젝터(14)에서 연료를 후분사함으로써 CPF(44) 내부에 포집된 입자상 물질을 연소시킬 수 있다.
상기 제3람다 센서(72)는 상기 CPF(44)에서 배출되는 배기 가스의 람다값(이하, 'CPF의 출구 람다값'이라 합니다.)을 측정하여 이에 대한 신호를 상기 제어기(60)에 전달한다. 상기 제1람다 센서(62)와 제3람다 센서(72)의 검출값을 기초로 상기 제어기(60)는 LNT 장치(42)와 CPF(44)의 재생을 수행할 수 있고, 상기 제2람다 센서(66)와 제3람다 센서(72)의 검출값을 기초로 상기 제어기(60)는 CPF(44)의 재생을 수행할 수 있다.
제어기(60)는 각 센서들에서 검출된 신호들을 기초로 LNT 장치(42)와 CPF(44)의 재생 시점을 판단하고, LNT 장치(42)와 CPF(44)의 재생 시점을 기초로 린/리치 제어를 제어한다. 일 예로, 제어기(60)는 공연비를 농후한 분위기로 제어함으로써 LNT 장치(42) 및/또는 CPF(44)에서 질소산화물을 제거(본 명세서에서는 '재생'이라고 한다)하도록 할 수 있다. 린/리치 제어는 인젝터(14)에서 분사되는 연료의 양 및 분사 시기를 조절함으로써 수행될 수 있다.
한편, 상기 제어기(60)는 복수의 맵들과 LNT 장치(42) 및 CPF(44)의 특성들을 정의하는 복수의 모델들이 저장되어 있으며, 이것들을 기초로 LNT 장치(42)에 흡장되는 NOx 양, CPF(44)에 흡장되는 NOx 양, LNT 장치(42)의 온도 및/또는 CPF(44)의 온도를 계산할 수 있다. 또한, 상기 제어기(60)는 LNT 장치(42) 및 CPF(44)에서 발생하는 암모니아의 양을 계산할 수 있다. 상기 복수의 맵들 및 모델들은 수많은 실험에 의하여 정해질 수 있다.
또한, 상기 제어기(60)는 LNT 장치(42) 및 CPF(44)의 재생을 진행한다.
이러한 목적을 위하여, 상기 제어기(60)는 설정된 프로그램에 의해 동작하는 하나 이상의 프로세서로 구현될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치의 재생 방법의 각 단계를 수행하도록 프로그래밍된 것일 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치의 작동을 설명하기로 한다.
일반 운전 조건(배기 가스의 온도가 과도하게 높지 않은 조건)에서 배기 가스에 포함된 질소산화물은 주로 LNT 장치(42)에 흡장되게 된다. 만일 차량이 고속 또는 고부하 조건에서 운행 중이면, 배기 가스의 온도가 높아 LNT 장치(42)는 질소산화물을 거의 흡장하지 못한다. 이 때, CPF(44)는 LNT 장치(42)의 후단에 이격되어 배치되므로 CPF(44)의 온도가 LNT 장치(42)의 온도보다 낮다. 따라서, 고온 또는 고부하 조건에서는 CPF(44)가 배기 가스에 포함된 질소산화물을 주로 흡장하게 된다. 또한, CPF(44)는 열용량이 커서 온도 변화가 적어 고속 또는 고부하 조건에서 CPF(44)로부터 질소산화물의 열탈착이 줄어들게 된다. 더 나아가, 질소산화물의 산화/흡장 반응과 경쟁 반응을 하는 CO/HC가 LNT 장치(42)에서 대부분 정화되므로 질소산화물의 흡장 효율이 높아지게 된다.
한편, 상기 촉매 컨버터(40)의 후단 배기 파이프(20) 상에 SCR 장치(60)를 배치함으로써, 촉매 컨버터(40)에서 발생되는 암모니아를 이용하여 배기 가스에 포함된 질소산화물을 최종적으로 환원시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치의 재생 방법을 수행하기 위한 시스템에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치의 재생 방법을 수행하기 위한 시스템의 블록도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제1람다 센서(62), 제1온도 센서(64), 제2람다 센서(66), 제2온도 센서(68), 차압 센서(70), 제3람다 센서(72), 흡기량 센서(74), 압력 센서(76)는 제어기(60)에 전기적으로 연결되어 있으며 검출한 값들을 제어기(60)에 전달한다.
제1람다 센서(62)는 LNT 장치(42)의 입구 람다값을 측정하여 이에 대한 신호를 상기 제어기(60)에 전달한다. 통상적으로, 람다는 이론 공연비에 대한 실제 공연비의 비를 나타내며, 람다가 1을 초과하면 희박한 분위기로 보고, 람다가 1 미만이면 농후한 분위기로 본다.
제1온도 센서(64)는 상기 촉매 컨버터(40)에 유입되는 배기 가스의 온도를 측정하여 이에 대한 신호를 상기 제어기(60)에 전달한다.
제2람다 센서(66)는 LNT 장치(42)의 출구 람다값을 측정하여 이에 대한 신호를 상기 제어기(60)에 전달한다.
제2온도 센서(68)는 LNT 장치(42)에서 배출되는 배기 가스의 온도를 측정하여 이에 대한 신호를 상기 제어기(60)에 전달한다.
차압 센서(70)는 CPF(44)의 전단부와 후단부의 압력 차이를 측정하고 이에 대한 신호를 상기 제어기(60)에 전달한다. 상기 제어기(60)는 상기 차압센서(66)에서 측정된 압력 차이가 설정 압력 이상인 경우 상기 CPF(44)에 포집된 수트를 태우도록 제어할 수 있다.
제3람다 센서(72)는 CPF(44)의 출구 람다값을 측정하여 이에 대한 신호를 상기 제어기(60)에 전달한다.
흡기량 센서(11)는 엔진(10)의 흡기 장치에 공급되는 흡기의 양을 검출하고, 이에 대한 신호를 제어기(60)에 전달한다.
압력 센서(11)는 엔진(10)의 연소 압력을 측정하여 이에 대한 신호를 제어기(60)에 전달한다.
제어기(60)는 상기 검출된 값을 기초로 LNT 장치(42)의 온도와 CPF(44)의 온도를 계산한다. 또한, 상기 제어기(60)는 흡기의 양과 연소 압력을 기초로 엔진(10)에서 발생되는 NOx의 양을 계산하고, 엔진(10)에서 발생되는 NOx의 양과 LNT 장치(42)의 온도를 기초로 LNT 장치(42)에 흡장되는 NOx의 양을 계산하며, 엔진(10)에서 발생되는 NOx의 양, LNT 장치(42)에 흡장되는 NOx의 양 및 CPF(44)의 온도를 기초로 CPF(44)에 흡장되는 NOx의 양을 계산한다. 또한, 제어기(60)는 LNT 장치(42)에 흡장되는 NOx의 양, CPF(44)에 흡장되는 NOx의 양, LNT(42)의 온도, CPF(44)의 온도 등을 기초로 LNT 장치(42)와 CPF(44)의 재생 시점을 결정하고, 인젝터(14)를 제어하기 위한 신호를 인젝터(14)에 출력한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치에는 도 6에 기재된 센서들 외에 다수의 센서들이 장착될 수 있으나, 설명의 편의를 위하여 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치의 재생 방법을 상세히 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치의 재생 방법의 흐름도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제어기(60)는 LNT 장치(42)의 온도를 결정한다(S200). LNT 장치(42)의 온도는 제1온도 센서(64)와 제2온도 센서(68)의 측정값의 평균으로 할 수 있으나, 이에 한정되지 아니한다.
제어기(60)는 CPF(44)의 온도를 결정한다(S210). 제어기(60)는 제2온도 센서(68)의 측정값을 기초로 미리 설정된 모델로부터 CPF(44)의 온도를 결정할 수 있으나, 이에 한정되지 아니한다.
그 후, 제어기(60)는 LNT 장치(42)에 흡장된 NOx의 양을 계산한다(S220). 제어기(60)는 흡기의 양과 연소 압력을 설정된 모델에 대입하여 엔진(10)에서 발생되는 NOx의 양을 계산하고, 엔진(10)에서 발생되는 NOx의 양과 LNT(42)의 온도를 설정된 모델에 대입하여 LNT 장치(42)에 흡장되는 NOx의 양을 계산할 수 있으나, 이에 한정되지 아니한다.
그 후, 제어기(60)는 CPF(44)에 흡장되는 NOx의 양을 계산한다. 제어기(60)는 엔진(10)에서 발생되는 NOx의 양, LNT 장치(42)에 흡장되는 NOx의 양 및 CPF(44)의 온도를 설정된 모델에 대입하여 CPF(44)에 흡장되는 NOx의 양을 계산할 수 있으나, 이에 한정되지 아니한다.
그 후, 제어기(60)는 LNT 장치(42)에 흡장된 NOx의 양이 한계 NOx량보다 큰지를 판단한다(S240). 여기서, 한계 NOx량은 LNT 장치(42)의 용량, LNT 장치(42)의 노화(aging) 등에 따라 미리 설정되어 있을 수 있다.
S240 단계에서 LNT 장치(42)에 흡장된 NOx의 양이 한계 NOx량 이하이면, 제어기(60)는 S200 단계로 돌아가서 LNT 장치(42)의 온도를 결정한다.
S240 단계에서 LNT 장치(42)에 흡장된 NOx의 양이 한계 NOx량보다 크면, 제어기(60)는 LNT 장치(42)의 온도가 제1설정 온도보다 높은지를 판단한다(S250). 여기서, 제1설정 온도는 LNT 장치(42)가 원활하게 재생될 수 있는 온도로 당업자가 미리 설정할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1설정 온도는 280℃일 수 있으나, 이에 한정되지 아니한다.
S250 단계에서 LNT 장치(42)의 온도가 제1설정 온도보다 높으면, 제어기(60)는 CPF(44)의 온도가 제2설정 온도보다 높은지를 판단한다(S260). 여기서, 제2설정 온도는 CPF(44)가 원활하게 재생될 수 있는 온도로 당업자가 미리 설정할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2설정 온도는 280℃일 수 있으나, 이에 한정되지 아니한다. 또한, 상기 제2설정 온도는 제1설정 온도 이하일 수 있다.
S260 단계에서 CPF(44)의 온도가 제2설정 온도보다 높으면, 제어기(60)는 LNT 장치(42)와 CPF(44)를 동시에 재생한다(S280). 즉, 제어기(60)는 제1람다 센서(62)의 검출값(또는 LNT 장치(42)의 입구 람다값)과 제3람다 센서(72)의 검출값(또는 CPF(44)의 출구 람다값)의 차이가 설정값 이하가 될 때까지 인젝터(14)를 제어하여 공연비를 농후하게 만든다. 이 경우, LNT 장치(42)와 CPF(44)에 흡장되었던 NOx는 탈착되어 배기 가스에 포함된 환원제에 의하여 환원된다.
S260 단계에서 CPF(44)의 온도가 제2설정 온도 이하이면, 제어기(60)는 LNT 장치(42)를 재생한다(S290). 즉, 제어기(60)는 제1람다 센서(62)의 검출값(또는 LNT 장치(42)의 입구 람다값)과 제2람다 센서(66)의 검출값(또는 LNT 장치(42)의 출구 람다값)의 차이가 설정값 이하가 될 때까지 인젝터(14)를 제어하여 공연비를 농후하게 만든다. 이 경우, LNT 장치(42)에 흡장되었던 NOx는 탈착되어 배기 가스에 포함된 환원제에 의하여 환원된다. 또한, CPF(44)에 흡장되었던 NOx의 일부도 탈착되어 배기 가스에 포함된 환원제에 의하여 환원된다.
S250 단계에서 LNT 장치(42)의 온도가 제1설정 온도 이하이면, 제어기(60)는 CPF(44)의 온도가 제2설정 온도보다 높은지를 판단한다(S270).
S270 단계에서 CPF(44)의 온도가 제2설정 온도보다 높으면, 제어기(60)는 CPF(44)를 재생한다(S300). 즉, 제어기(60)는 제2람다 센서(66)의 검출값(또는 LNT 장치(42)의 출구 람다값)과 제3람다 센서(72)의 검출값(또는 CPF(44)의 출구 람다값)의 차이가 설정값 이하가 될 때까지 인젝터(14)를 제어하여 공연비를 농후하게 만든다. 이 경우, CPF(44)에 흡장되었던 NOx는 탈착되어 배기 가스에 포함된 환원제에 의하여 환원된다. 또한, LNT 장치(42)에 흡장되었던 NOx의 일부도 탈착되어 배기 가스에 포함된 환원제에 의하여 환원된다. 이 경우, 제어기(60)는 LNT 장치(42)에서 탈착된 NOx의 양을 설정 모델로부터 계산하고, LNT 장치(42)에 흡장된 NOx의 양을 다시 계산할 수 있다.
S270 단계에서 CPF(44)의 온도가 제2설정 온도 이하이면, 제어기(60)는 LNT 장치(42)와 CPF(44)를 재생하지 않고(S310), S200 단계로 돌아간다.
한편, 제어기(60)는 필요한 경우 제1, 2, 3람다 센서(62, 66, 72)의 검출값들 중 두 개의 차이가 설정값 이하가 되더라도 재생을 종료하지 않고 농후한 공연비를 일정 시간 동안 더 유지할 수 있다. 이 경우, LNT 장치(42)와 CPF(44)에서는 암모니아가 생성되며, 생성된 암모니아는 SCR 장치(60)에서 질소산화물을 환원시키는데 사용될 수 있다.
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.

Claims (15)

  1. 배기 파이프 상에 배치되어 있으며, 제1 린 녹스 트랩(Lean NOx Trap; LNT) 촉매가 코팅된 LNT 장치와, 제2 LNT 촉매가 코팅된 매연 필터(Catalyzed Particulate Filter; CPF)가 순차적으로 배치되는 촉매 컨버터를 포함하는 배기 가스 정화 장치의 재생 방법에 있어서,
    LNT 장치에 흡장된 질소산화물(NOx)의 양이 한계 NOx량보다 큰지를 판단하는 단계;
    LNT 장치에 흡장된 NOx의 양이 한계 NOx량보다 크면, LNT 장치의 온도가 제1설정 온도보다 높은지를 판단하는 단계; 그리고
    LNT 장치의 온도가 제1설정 온도보다 높으면, CPF의 온도에 따라 LNT 장치와 CPF를 함께 재생하거나 LNT 장치만 재생하는 단계;
    를 포함하는 배기 가스 정화 장치의 재생 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    CPF의 온도에 따라 LNT 장치와 CPF를 함께 재생하거나 LNT 장치만 재생하는 단계는
    CPF 온도가 제2설정 온도보다 높은지를 판단하는 단계; 그리고
    CPF 온도가 제2설정 온도보다 높으면, LNT 장치와 CPF를 함께 재생하는 단계;
    를 포함하는 배기 가스 정화 장치의 재생 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    LNT 장치와 CPF를 함께 재생하는 단계는 LNT 장치의 입구 람다값과 CPF의 출구 람다값을 기준으로 수행되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치의 재생 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    CPF의 온도에 따라 LNT 장치와 CPF를 함께 재생하거나 LNT 장치만 재생하는 단계는 CPF 온도가 제2설정 온도 이하이면, LNT 장치만 재생하는 단계를 더 포함하는 배기 가스 정화 장치의 재생 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    LNT 장치만 재생하는 단계는 LNT 장치의 입구 람다값과 LNT 장치의 출구 람다값을 기준으로 수행되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치의 재생 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    LNT 장치의 온도가 제1설정 온도 이하이면, CPF 온도가 제2설정 온도보다 높은지를 판단하는 단계; 그리고
    CPF 온도가 제2설정 온도보다 높으면, CPF를 재생하는 단계;
    를 더 포함하는 배기 가스 정화 장치의 재생 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    CPF를 재생하는 단계는 LNT 장치의 출구 람다값과 CPF의 출구 람다값을 기준으로 수행되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치의 재생 방법.
  8. 배기 파이프 상에 배치되어 있으며, 제1 린 녹스 트랩(Lean NOx Trap; LNT) 촉매가 코팅된 LNT 장치와, 제2 LNT 촉매가 코팅된 매연 필터(Catalyzed Particulate Filter; CPF)가 순차적으로 배치되는 촉매 컨버터; 그리고
    상기 LNT 장치의 입구 람다값, 상기 LNT 장치의 출구 람다값, 상기 CPF의 출구 람다값을 계산 또는 검출하도록 되어 있고, 상기 LNT 장치의 온도와 상기 CPF의 온도를 계산 또는 검출하도록 되어 있으며, 상기 LNT 장치와 CPF에 흡장된 질소산화물(NOx)의 양을 계산하도록 되어 있고, 상기 LNT 장치와 CPF의 재생을 제어하는 제어기;
    를 포함하며,
    상기 제어기는 LNT 장치에 흡장된 NOx의 양이 한계 NOx량보다 크면, LNT 장치의 온도와 CPF의 온도에 따라 LNT 장치와 CPF의 재생을 진행하되,
    상기 LNT 장치의 온도가 제1설정 온도보다 높고 상기 CPF의 온도가 제2설정 온도보다 높으면, 상기 제어기는 LNT 장치와 CPF의 재생을 함께 진행하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 LNT 장치의 입구 람다값과 상기 CPF의 출구 람다값을 기초로 LNT 장치와 CPF의 재생을 함께 진행하도록 되어 있는 배기 가스 정화 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 LNT 장치의 온도가 제1설정 온도보다 높고 상기 CPF의 온도가 제2설정 온도 이하이면, 상기 제어기는 LNT 장치의 재생을 진행하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 LNT 장치의 입구 람다값과 상기 LNT 장치의 출구 람다값을 기초로 LNT 장치의 재생을 진행하도록 되어 있는 배기 가스 정화 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 LNT 장치의 온도가 제1설정 온도 이하이고 상기 CPF의 온도가 제2설정 온도보다 높으면, 상기 제어기는 CPF의 재생을 진행하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 LNT 장치의 출구 람다값과 상기 CPF의 출구 람다값을 기초로 CPF의 재생을 진행하도록 되어 있는 배기 가스 정화 장치.
  14. 제8항 내지 제13항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 CPF는
    유체가 유입되는 일단과, 막혀 있는 타단을 포함하며, 길이 방향으로 연장된 적어도 하나 이상의 유입 채널;
    막혀 있는 일단과, 유체가 유출되는 타단을 포함하며, 상기 길이 방향으로 연장된 적어도 하나 이상의 유출 채널;
    이웃하는 유입 채널과 유출 채널 사이의 경계를 정의하며, 상기 길이 방향으로 연장된 적어도 하나 이상의 다공성 월; 그리고
    그 위에 상기 제2 LNT 촉매가 코팅되는 지지체;
    를 포함하며,
    상기 지지체는 상기 적어도 하나 이상의 유입 채널과 상기 적어도 하나 이상의 유출 채널 중 적어도 하나 이상의 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제2 LNT 촉매는 상기 다공성 월 상에도 코팅되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016223723A1 (de) * 2016-11-29 2018-05-30 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Anordnung und Verfahren zum Bestimmen von Lambda-Werten
US10399037B1 (en) * 2018-04-20 2019-09-03 GM Global Technology Operations LLC Nitrogen oxides storage catalyst and methods of using the same
US10953366B2 (en) 2018-04-20 2021-03-23 GM Global Technology Operations LLC Nitrogen oxides and hydrocarbon storage catalyst and methods of using the same
EP3787772A2 (en) 2018-05-04 2021-03-10 Corning Incorporated Outlet-coated ceramic honeycomb bodies and methods of manufacturing same

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005155374A (ja) 2003-11-21 2005-06-16 Isuzu Motors Ltd 排気浄化方法及び排気浄化システム
JP2006291825A (ja) * 2005-04-08 2006-10-26 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気浄化装置
KR100680792B1 (ko) 2005-12-09 2007-02-08 현대자동차주식회사 질소산화물 제거 촉매와 촉매 여과 장치를 구비한ＮＯｘ－ＰＭ 동시 저감 장치의 재생 제어 방법 및 장치
JP2014131795A (ja) * 2012-12-03 2014-07-17 Ngk Insulators Ltd ハニカム触媒体

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101567209B1 (ko) 2014-04-24 2015-11-06 현대자동차주식회사 차량용 배기 후처리장치의 제어 방법
KR20160088157A (ko) 2015-01-15 2016-07-25 스위스텍 주식회사 손목시계 스트랩용 고무 조성물 및 그 조성물에 의한 손목시계 스트랩

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005155374A (ja) 2003-11-21 2005-06-16 Isuzu Motors Ltd 排気浄化方法及び排気浄化システム
JP2006291825A (ja) * 2005-04-08 2006-10-26 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気浄化装置
KR100680792B1 (ko) 2005-12-09 2007-02-08 현대자동차주식회사 질소산화물 제거 촉매와 촉매 여과 장치를 구비한ＮＯｘ－ＰＭ 동시 저감 장치의 재생 제어 방법 및 장치
JP2014131795A (ja) * 2012-12-03 2014-07-17 Ngk Insulators Ltd ハニカム触媒体

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