KR102157717B1 - 배기가스 스트림 처리를 위한 방법 및 배기 처리 시스템 - Google Patents

배기가스 스트림 처리를 위한 방법 및 배기 처리 시스템 Download PDF

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마그너스 닐슨
헨릭 비르거슨
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스카니아 씨브이 악티에볼라그
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Abstract

본 발명에 따르면, 연소 기관에서의 연소로부터 생성되고 질소산화물(NOx)을 포함하는 배기 스트림의 처리를 위한 방법 및 배기 처리 시스템이 제공된다. 상기 방법은 배기 스트림 내 질소, 탄소 및 수소 중 하나 이상을 포함하는 화합물의 제1 산화를 포함한다. 상기 방법은 또한, 제1 산화 후에 제1 산화 촉매기를 떠나는 이산화질소의 제1 양(NO2_1)과 질소산화물의 제1 양(NOx_1)사이의 비에 대한 값 (NO2_1/NOx_1)det의 결정을 포함한다. 상기 방법은 또한, 상기 비에 대해 결정된 값 (NO2_1/NOx_1)det에 기초하여 능동적으로 제어되는, 배기 스트림으로의 제1 첨가제의 제1 공급을 포함한다. 후속적으로, 적어도 질소산화물의 제1 양(NOx_1)의 제1 환원이 촉매 필터에서의 촉매 반응을 통해 수행된다. 이러한 촉매 필터는 환원 특성을 갖는 적어도 부분적인 촉매 코팅을 구비하는 입자 필터로 구성된다. 촉매 필터는 그을음 입자들을 포집 및 산화시키도록, 그리고 질소산화물의 제1 양(NOx_1)의 제1 환원을 수행하도록 배치된다.

Description

배기가스 스트림 처리를 위한 방법 및 배기 처리 시스템{METHOD AND EXHAUST TREATMENT SYSTEM FOR TREATMENT OF AN EXHAUST GAS STREAM}
본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 분율 처리 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 청구항 제40항의 전제에 따른, 배기 스트림의 처리를 위해 배치되는 배기 처리 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 본 발명에 따른 방법을 구현하는 컴퓨터 프로그램 및 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.
아래에 기재되어 있는 배경에 관한 설명이 본 발명의 배경을 구성하지만, 이러한 배경에 관한 설명이 반드시 본 발명의 선행 기술을 구성하는 것은 아니다.
주로 도시 지역에서의 환경오염과 대기 질에 대한 정부의 관심이 증가하는 것과 관련하여, 많은 나라가 연소 엔진에서 발생되는 배출물에 대한 배출 표준과 규제를 제정하고 있다.
이러한 배출 표준이 예컨대 차량들의 연소 엔진에서 발생되는 배기물질의 허용 가능한 한도를 규정하는 요건을 구성하는 것이 보통이다. 예를 들면, 질소산화물(NOx), 탄화수소(CxHy), 일산화탄소(CO) 및 입자상 물질(PM)의 배출 레벨이 표준에 따라 대부분의 차량에 대해 규제된다. 연소 엔진들이 장착되어 있는 차량들은 이러한 일반적으로 배출물을 다양한 정도로 배출한다. 본 명세서에서는 주로 차량에 적용되는 것과 관련하여 본 발명을 설명한다. 그러나 본 발명은, 연소 엔진으로부터 발생되는 배출물에 대해 규제와 표준이 적용되는 분야 예컨대 배와 같은 선박 또는 비행기/헬리콥터 같이 연소 엔진들이 사용되는 모든 분야에 실질적으로 적용될 수 있다.
이들 배출물 표준에 부합되도록 하기 위한 노력의 일환으로, 연소 엔진의 연소에 의해 발생되는 배출물들이 처리(정화)된다.
연소 엔진에서 나오는 배출물들을 처리하는 통상적인 방식은 소위 촉매 정화 공정으로 구성되는데, 이는 연소 엔진이 장착되어 있는 차량들이 적어도 하나의 촉매를 포함하는 것이 일반적이기 때문이다. 예를 들어, 연소 개념, 연소 전략 및/또는 차량에 사용되는 연료의 종류 및/또는 정화 대상이 되는 배기 스트림 내에 존재하는 화합물의 종류에 따라 그에 적당한 다양한 형태의 촉매들이 사용된다. 이하에서 질소산화물(NOx)로 호칭되는, 적어도 질소계 가스(일산화질소, 이산화질소)와 관련하여, 질소산화물(NOx) 주로 질소 가스와 수증기를 줄이기 위해, 차량들은 촉매를 포함하되, 연소 엔진 내에서의 연소에 의해 발생되는 배기 스트림에 첨가제를 공급한다. 이에 대해서는 아래에서 상세하게 설명한다.
주로 중대형 화물 차량에 사용되는 이러한 형태의 환원을 위해 통상적으로 사용되는 촉매의 종류가 선택적 촉매 환원장치(SCR: Selective Catalytic Reduction) 촉매이다. SCR 촉매는 암모니아(NH3) 또는 배기가스 내에서 질소산화물(NOx)을 환원시키기 위한 첨가제로 암모니아가 발생/형성될 수 있는 화합물을 사용하는 것이 일반적이다. 촉매의 상류에서 연소 엔진에서 나오는 배기 스트림 내로 이 첨가제가 주입된다. 촉매에 부가되는 첨가제가 암모니아(NH3) 형태로 촉매에 흡수(저장)되어서, 배출물 내의 질소산화물(NOx)과 첨가제를 통해 활용 가능한 암모니아(NH3) 사이에서 산화 환원 반응이 일어날 수 있게 된다.
현대의 연소 엔진은, 엔진과 배기 처리장치가 서로 협동하고 서로에 대해 영향을 미치는 시스템이다. 좀 더 상세하게는, 연소 엔진의 연료 효율과 질소산화물(NOx)을 줄일 수 있는 배기 처리 시스템의 능력 사이에는 상관관계가 있다. 연소 엔진에 있어서, 엔진의 연료 효율/총 효율과 엔진에서 발생되는 질소산화물(NOx) 간에 상관관계가 있다. 이러한 상관관계가 해당 시스템에서 연료 효율과 발생되는 질소산화물(NOx) 사이에 양(positive)의 상관관계가 있는 지를 밝혀주게 된다. 다시 말하면, 보다 많은 양의 질소산화물(NOx)을 배출하는 엔진에 예컨대, 더 높은 연소 효율을 달성할 수 있는 최적의 분사 타이밍을 선택함으로써, 적은 양의 연료를 소모하게 할 수 있다. 이와 유사하게, 발생되는 입자상 물질(PM)과 연료 효율 사이에는 음(negative)의 상관관계가 있는데, 이는 엔진에서 배출되는 입자상 물질(PM)의 양이 증가한다는 것은 연료 소모를 증가시키는 것과 연관되어 있음을 의미한다. 이러한 상관관계가, 연료 소모와 입자상 물질의 배출과 관련된 엔진의 최적화가 질소산화물(NOx)의 양을 상대적으로 많게 하는 방향으로 이루어지는 SCR-촉매를 포함하는 배기 처리 시스템의 광범위한 사용에 대한 배경이 된다. 이들 질소산화물(NOx)의 환원은, SCR 촉매를 포함할 수도 있는 배기 처리 시스템 내에서 실시된다. 엔진과 배기 처리가 서로 보완되는 엔진과 배기 처리 시스템의 설계에 있어 통합된 접근을 통해, 질소산화물(NOx)과 입자상 물질(PM)의 배출이 감소되는 동시에 연료 효율이 높아지게 된다.
배기 처리 성능은 배기 처리 시스템 내에 포함되는 기판 부피를 증가시킴으로써 어느 정도까지는 향상될 수 있다. 특히, 배기 유동의 불균일한 분배로 인한 손실이 감소될 수 있다. 하지만, 기판 부피가 커지면, 제조 및/또는 생산 비용에 직접적인 영향을 미친다. 또한, 기판 부피가 커지면, 배압이 높아져, 증가된 부피에 의해 발생되는 높아진 전환 정도에 의한 연료 소비에 관련된 잠재적 이점을 방해한다. 따라서, 예를 들어 크기 및/또는 제조 비용 면에서, 과하게 대형화하는 것(over-sizing)을 회피함으로써 및/또는 배기 처리 시스템의 확장을 제한함으로써, 배기 처리 시스템을 최적으로 사용할 수 있도록 하는 것이 중요하다.
일반적으로, 촉매, 그리고 특히 환원 특성을 갖는 촉매에 대한 기능 및 효율은, 예를 들어 배기가스 내 이산화질소 및 질소산화물 사이의 비, 즉 NO2/NOx-분율에 좌우된다. 하지만, NO2/NOx-분율은 수 많은 요인들, 예를 들어 운전자가 어떻게 차량을 운전하는지 및/또는 현재 운전 모드에 따라 달라진다. 예를 들어, 배기가스 내 NO2/NOx-분율은 운전자 및/또는 크루즈 컨트롤에 의해 요구되는 토크, 차량이 위치한 도로 구간의 대푯값, 및/또는 운전자의 운전 스타일에 따라 달라질 수 있다.
종래의 배기 처리 시스템은, 주어진 배기 유동 및 주어진 온도에 대해서 실질적으로 일정한 질소산화물(NOx) 내 이산화질소(NO2) 분율을 생성한다. 이들 파라미터들은 엔진이 사용되는 방식에 따라 달라질 수 있고, 제어/조절되지 않을 수 있기 때문에, 이러한 요소들의 최적화는 어렵다. 반면에, 배기 처리 시스템 내 환원 촉매는 낮은 배기 온도에서 실질적으로 높은 이산화질소(NO2) 분율을 필요로 한다. 반면, 배기 처리 시스템 내 산화 촉매기기(DOC) 및 입자 필터(DPF)에 대해 최적의 온도에서 이산화질소(NO2) 분율이 너무 높아지면, 환원 촉매의 기능은 악화된다. 따라서, 오늘날의 배기 처리 시스템은, 현재 작동 및/또는 각각의 구성요소에 대한 하드웨어 사양에 따라, 너무 큰/너무 높은 이산화질소(NO2) 분율과 너무 작은/너무 낮은 이산화질소(NO2) 분율 모두에 대해 고통받을 수 있다.
촉매 온도 및 촉매 내에서 어느 정도 체류하도록 하기 위한 유동("공간 속도")에 대한 일부 조건에서, 질소산화물(NOx) 분의 이산화질소(NO2)의 유리하지 않은 분율이 획득될 위험이 있다. 구체적으로는, NO2/NOx 비의 값이 50%를 초과할 위험이 있으며, 이는 배기 정화에 대해 실질적인 문제가 될 수 있다. 따라서, 종래의 기술을 사용한 저온에서의 임계 작동 모드에 대한 NO2/NOx 비의 최적화는, 고온의 다른 작동 모드에서 너무 높은 이산화질소(NO2) 분율을 제공할 위험이 있다. 이러한 더 높은 이산화질소(NO2) 분율은 SCR-촉매에 대해 더 큰 부피를 필요하게 하고, 및/또는 엔진으로부터 배출되는 질소산화물의 양이 제한되도록 하며, 이로 인해 차량/엔진에 대한 연료 효율이 더 낮아지게 한다. 또한, 더 높은 이산화질소(NO2) 분율은 잠재적으로 하류에 배치되는 선택적 환원 촉매에서의 산화이질소(N2O) 생성의 위험도 있다.
이렇게 유리하지 않은 이산화질소(NO2)의 분률에 의한 위험은 시스템의 노화(ageing)에 의해서도 발생될 수 있다. 예를 들면, 시스템이 노화되면 NO2/NOx 비가 작아질 것으로 추정되며, 이는 노화되지 않은 상태에서 NO2/NOx 비가 지나치게 높아지게 되는 촉매 사양이 노화를 보상하는 데에 사용되어야만 한다.
WO2014044318호와 같이 촉매 입자 필터(SCRF)를 포함하는 종래의 배기 처리 시스템이 존재한다. 촉매 입자 필터는 촉매 코팅을 포함하는 필터인데, 촉매 코팅은 질소산화물(NOx)의 환원에 사용될 수 있는 특징이 있다. 그러나 이들 종래의 배기 처리 시스템들은 종종 촉매 필터(SCRF)에서 그을음의 불충분한 산화와 관련된 문제에 봉착한다. 이들 문제는 적어도 부분적으로 질소산화물(NOx)의 환원에 포함되는 반응 속도가 그을음 산화에 포함되는 반응 속도보다 빠르다는 사실에 의한 것이다. 또한, WO2014044318호의 환원 시스템은 부피가 상대적으로 커서 전술한 문제들을 발생시킬 수 있다. WO2014044318호의 제2 SCR 촉매도 이러한 구성에 대해 상대적으로 불충분하다.
따라서, 질소산화물(NOx) 내 이산화질소(NO2)의 분율이 높으면, SCR-촉매의 동적 활동(kinetic activity)이 제한되도록 한다. 이 경우, 비교적 짧은 시간 동안에 발생하는 우레아 주입의 조절은 SCR-촉매의 감소된 촉매 효율에 의해 정확한 결과를 제공하지 않을 위험이 있다.
전반적으로, 이는, 연료 소비의 최적화 및 배기 처리 효율을 모두 달성하는 해결책을 찾는 것이 어렵다는 것을 의미한다. 이는, 연료 소비 및 배기 처리 모두와 관련하여, 최대한 최적의 방식으로 시스템을 사용할 수 있는 것이 매우 중요하다는 것을 의미한다. 따라서, 배기 처리 시스템의 기능을 최적화할 필요가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 오늘날의 배기 처리 시스템의 최적화 및 이로 인한 고성능, 그리고 다양한 조건에서의 양호한 기능을 제공할 수 있는 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 제1항의 특징부에 따른 전술된 방법을 통해 달성된다. 또한, 이 목적은 청구항 제40항에 따른 전술된 배기 처리 시스템 및 전술된 컴퓨터 프로그램과 컴퓨터 프로그램 제품을 통해 달성된다.
본 발명에 따르면, 연소 기관에서의 연소로부터 발생되며 질소산화물(NOx)을 포함하는 배기 스트림의 처리를 위한 방법 및 배기 처리 시스템이 제공된다. 질소산화물(NOx)은 일산화질소(NO) 및 이산화질소(NO2)를 포함한다.
배기 스트림 내 질소, 탄소 및 수소 중 하나 이상을 포함하는 화합물의 제1 산화가 배기 처리 시스템 내에 배치되는 제1 산화 촉매기기에 의해 수행된다.
그러면, 제1 산화 촉매기기에서 나와 촉매 필터에 도달하는 이산화질소의 제1 양(NO2_1)과 질소산화물의 제1 양(NOx_1) 사이의 비에 대한 값, (NO2_1/NOx_1)det의 결정이 수행된다.
제1 산화 촉매기기의 하류에 배치되는 제1 주입 장치를 사용하여, 배기 스트림으로의 제1 첨가제의 제1 공급이 수행된다. 본 발명에 따르면, 이 제1 공급은, 상기 비에 대해 결정된 값, (NO2_1/NOx_1)det에 기초하여 능동적으로 제어된다.
그 다음, 제1 주입 장치의 하류에 배치되는 촉매 필터에서의 촉매 반응을 사용하여, 적어도 질소산화물의 제1 양(NOx_1)의 제1 환원이 수행된다. 이 촉매 필터는 환원 특성을 갖는 촉매 코팅을 적어도 부분적으로 구비하는 입자 필터로 구성된다. 촉매 필터는 그을음 입자를 포집 및 산화시키도록, 그리고 질소산화물의 제1 양(NOx_1)의 제1 환원을 수행하도록 배치된다. 제1 환원에 대한 촉매 반응은 제1 첨가제와 적어도 일부분이 촉매작용이 있는 코팅(at least partly catalytic coating)의 환원 특성을 사용한다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 제1 환원의 능동 제어는 제1 주입 장치로 첨가제의 투여를 능동적으로 제어함으로써 수행될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 예를 들어 촉매 필터에서의 배기 스트림에 대한 온도를 포함하는 배기 환경의 능동 조절이 수행된다. 여기서, 배기 환경은, 예를 들어 공기로의 접근성이 양호한 산화 또는 공기로의 접근성이 불량한 환원일 수 있다. 따라서, 엔진으로의 연료 분사는 배기 환경에 영향을 미치도록 제어될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 온도의 능동 제어는 연소 기관 내 공기/연료-비(람다값)을 조절함으로써 제어될 수 있으며, 공기 유동의 감소는 온도를 상승시키고, 공기 유동의 증가는 온도를 저하시킨다. 예를 들어, 공기/연료비는 엔진의 연소 모드를 변경함으로써 변화될 수 있다.
또한, 다른 기어를 사용하면 배기 처리 시스템을 통과하는 공기 유량이 달라지기 때문에, 배기 처리 시스템을 통과하는 공기 유량 및 이로 인한 배기 처리 시스템에 대한 온도는 차량의 기어박스를 제어함으로써 제어될 수 있다.
본 발명은 일반적으로, 이산화질소(NO2)의 양과 질소산화물(NOx)의 양 사이의 비(NO2/NOx)의 제어를 제공한다. 따라서, 예를 들어 능동 제어에 의해 비에 대한 값이 지나치게 높아지는 것을 피할 수 있다. 예를 들어, 비에 대한 값이 감소하도록 능동적으로 제어될 수 있기 때문에, NO2/NOx > 50%을 피할 수 있다. NO2/NOx 비에 대한 값이 너무 낮을 때, 예를 들어 NO2/NOx < 50%인 경우에, 이 값을 증가시킬 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 특히 상류에 배치되는 촉매 필터(SCRF)와 하류에 배치되는 환원 촉매 장치를 포함하는 배기 처리 시스템 내 이산화질소(NO2)의 분율이 너무 높은 경우, 제1 첨가제의 공급을 감소함으로써, 촉매 필터 내 질소산화물(NOx)의 환원 및 그을음 산화 모두와 관련하여 전반적으로 양호한 성능을 갖는 배기 처리 시스템이 획득된다.
따라서, 본 발명의 일 실시예를 사용함으로써, 이산화질소(NO2)로 구성되는 질소산화물(NOx)의 분율은 능동적으로 제어될 수 있으며, 이는 배기 처리 시스템에서 산화 코팅, 예를 들어 귀금속을 포함하는 산화 코팅을 갖는 적어도 하나의 기판의 상류에서 질소산화물(NOx)의 양을 능동적으로 제어함으로써 촉진된다.
이러한 비(NO2/NOx)의 제어는, 예컨대 높은 NOx-전환과 같은 촉매 성능에서의 이점외에도, 매우 독성이 강하고 냄새가 강한 배출을 야기하는 이산화질소(NO2)의 배출을 구체적으로 감소시킬 수 있도록 한다. 이는, 이산화질소(NO2)의 배출을 감소시킬 수 있도록 함으로써, 이산화질소(NO2)와 관련한 별도의 법적 요건의 잠재적인 미래 도입에서 유리할 것이다. 이는, 유로6-시스템과 비교할 수 있는데, 유로6-시스템에서 배기 정화에서 제공되는 이산화질소(NO2)의 분율은 재기 처리 시스템 자체에서 직접적으로 영향을 받지 않을 수 있으며, 이는 유로6-시스템 내 이산화질소(NO2)의 분율은 사용/작동에 기인한 것으로 다른 어떤 방법으로도 제어될 수 없기 때문이다.
다르게 말하면, 이산화질소(NO2) 레벨의 능동 제어는 본 발명의 사용에 의해 촉진되며, 이는 이산화질소(NO2) 레벨의 증가 또는 감소가 필요한 운전 모드에서 이산화질소 레벨을 증가 또는 감소시키는 데 사용된다. 따라서, 중금속이 덜 필요하고, 이로 인해 제조비용이 더 저렴한 배기 처리 시스템이 생성될 수 있다.
본 발명에 따른 제어의 사용을 통해, 배기 처리 시스템 내 하나 또는 여러 개의 선택적 환원 촉매에 대한 반응 속도를 증가시키는 연료 소비 중립적 방식이 획득되는데, 이는 일산화질소(NO) 및 이산화질소(NO2) 모두에 대한 반응경로를 통해 최대한의 분율의 환원이 발생하도록 하는 방식으로 제어가 수행될 수 있기 때문이다. 따라서, 본 발명에 따른 제어를 통해, 일산화질소(NO) 및 이산화질소(NO2) 모두에 대한 반응경로를 통해 환원이 발생하는 빠른 반응 경로, 즉 "빠른 SCR"을 통해 발생하는 질소산화물의 총 전환율은 이산화질소(NO2) 레벨을 능동적으로 제어함으로써 증가될 수 있다. 따라서, 촉매와 관련된 부피 요건 또한 감소될 수 있다. 빠른 SCR은 이하에 보다 자세하게 설명된다.
NO2/NOx 비는, 노후로 인해, 예를 들어 얼마 동안 배기 처리 시스템이 작동되고 난 후에, 더 낮은 값을 취할 수 있다. 이로 인해, 배기 처리 시스템의 노후/열화에 의한 유리하지 않은 질소산화물(NOx) 내 이산화질소(NO2) 분율이 발생할 위험이 있다. 예를 들어, NO2/NOx 비는 배기 처리 시스템이 노후되었을 때 더 낮은 값을 취할 수 있으며, 이는 노후되지 않은 상태/새로운 상태에서 너무 높은 분율의 NO2/NOx을 야기하는 촉매 사양이 미래의 노후/열화에 대비하고 이를 보충하는 데 사용되어야 한다는 것을 수반한다.
본 발명은, 본 발명에 따른 능동 제어로 NO2/NOx 비에 대해 과도하게 낮은 값을 방지함으로써, 시간의 경과에 따라 악화되고 배기 처리 시스템에게 부정적인 이러한 특성을 방지할 가능성을 제공한다. 본 발명을 사용하면 NO2/NOx 비에 대해 더 높은 초기 값을 처리하는 것이 가능하기 때문에, 새로운 배기 처리 시스템 및 노후된 배기 처리 시스템 모두에 대해 성능을 최적화하기에 보다 양호한 조건이 있다.
본 발명은, 배기가스의 조성이 악화되면, 주어진 온도에서 획득되는 촉매 활동이 영향받을 수 있다는 사실을 이용한다. 질소산화물(NOx) 중 이산화질소(NO2)를 구성하는 분율을 조절함으로써, 환원의 기초가 되는 반응이 영향받을 수 있다. 바꾸어 말하면, 환원 촉매의 활동은 질소산화물(NOx) 중 이산화질소(NO2)로 구성되는 분율의 조절에 의해 영향을 받을 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 질소산화물(NOx) 중 이산화질소(NO2)로 구성되는 분율이 50%가 되면, 가장 빠른 동력학 및/또는 가장 양호한 촉매 성능이 야기되고, 따라서 촉매 필터에 대한 기판 부피가 가장 적게 요구된다. 또한, 질소산화물(NOx) 중 이산화질소(NO2)로 구성되는 분율에 대한 적절한 값을 향한 본 발명에 따른 제어는 배기 처리 시스템에서 하류에 배치되는 잠재적인 슬립-촉매기(SC)와 관련된 요건이 낮다는 것을 의미한다.
배기 처리 시스템에서, 예를 들어 산화 촉매기기(DOC) 및/또는 촉매 필터(SCRF) 내에 산화 특성도 갖고 있는 촉매 코팅에 포함될 수 있는 산화 코팅을 구비하는 하나 또는 여러 개의 기판에 도달하는 질소산화물(NOx)의 레벨을 능동적으로 제어함으로써, 예를 들어 촉매 필터 및/또는 환원 촉매 장치산화 코팅의 하류에 배치될 때, 촉매 필터 및/또는 환원 촉매 장치에 도달하는 이산화질소(NO2)의 분율의 조절이 수행될 수 있다. 이는, 예를 들어 환원 촉매 장치가 보다 예측 가능한 전환율(turnover)을 제공한다는 것을 의미한다. 이는, 예를 들어 질소산화물(NOx) 중 이산화질소(NO2)의 분율이 희망하는 최대 값(상한 임계값)을 초과할 수 있을 위험이 있는 경우, 엔진에 의해 생성되는 질소산화물(NOx)의 양의 증가에 대응하는 능동 제어에 관한 것이다.
본 발명을 사용함으로써, 보다 효율적이고 예측 가능한 질소산화물(NOx)의 환원이 획득된다. 결과적으로, 예를 들어 우레아 투여의 조절은 보다 신뢰성 있는 결과를 제공한다.
본 발명에 따른 능동 제어는 배기 처리 시스템이 유로6 배출 기준의 배출 요건을 충족할 수 있도록 하는 가능성을 갖고 있다. 또한, 본 발명에 따른 제어는 배기 처리 시스템이 몇몇 다른 현존하는 및/또는 미래의 배출 기준의 배출 요건을 충족할 수 있도록 하는 가능성을 갖고 있다.
이는, 본 발명이, 예를 들어 수 많은 다양한 조건에서 요구되는 배기 스트림 내 질소산화물(NOx)의 환원과 같이, 요구되는/희망하는/요청되는 영향을 제공할 수 있다. 따라서, 이는 요구되는/희망하는/요청되는 양의 질소산화물(NOx)이 배기 처리 시스템으로부터 배출되도록 보장할 수 있다. 따라서, 종래의 시스템이 사용될 때 보다 더 많은 조건 및/또는 운전 모드에서, 배기 처리 시스템으로부터의 질소산화물(NOx) 배출에 대한 법적 요구사항 및/또는 기준이 충족될 수 있다.
본 명세서에서 언급되는 요구되는 영향/환원/촉매 기능은, 예를 들어 유로 6 배출 기준 또는 다른 현존하는 및/또는 미래의 배출 기준에서의 배출 요건에 기반할 수 있는 질소산화물(NOx)의 최대 허용 배출량과 관련될 수 있다.
본 발명을 사용하면, 보다 연료 효율적인 방식으로 엔진을 제어할 수 있어 엔진에 대해 더 높은 효율이 획득되기 때문에, 차량에 대해 보다 양호한 연료 최적화가 획득될 수 있다. 따라서, 본 발명에 사용될 때, 성능 향상 및/또는 이산화질소(NO2) 배출의 감소가 획득될 수 있다.
본 발명은 촉매 필터와 환원 촉매 장치 상류에서 첨가제/환원제 예컨대 우레아를 주입하기 위해 협동하는 2개의 주입 장치들이 조합 사용되어, 환원제의 분사가 물리적으로 떨어져 있는 두 지점으로 분리되기 때문에, 환원제의 혼합과 잠재적 증발을 완화 및 가능케 한다는 이점을 갖고 있다. 이는, 환원제가 배기 처리 시스템을 국소적으로 냉각시키는 위험을 감소시킨다. 배기 처리 시스템이 국소적으로 냉각되면, 냉각제가 분사되거나 혹은 그 하류에 침전물을 형성할 위험이 있다.
도 1은 본 발명을 포함할 수 있는 예시적인 차량을 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 배기 처리를 위한 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 처리 시스템의 일 예시를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 방법이 구현될 수 있는 제어 장치를 도시한다.
도 5는 NOx-레벨의 영향에 대한 일 예시를 도시한다.
이하에서, 첨부된 도면들을 참고로 하여 본 발명을 좀 더 상세하게 설명한다. 도면들에서, 유사한 구성에 대해서는 유사한 도면부호를 사용하였다.
도 1은 배기 처리 시스템(150)을 포함하는 예시적인 차량(100)을 개략적으로 나타내는 도면이다. 배기 처리 시스템은 본 발명의 일 실시형태에 따른 배기 처리 시스템(150)일 수 있다. 파워-트레인은 연소 엔진(101)을 포함하며, 연소 엔진(101)은 통상적인 방식으로 연소 엔진(101) 상의 출력축(102)을 통해, 통상적으로는 플라이휠을 통하고, 클러치(106)를 경유하여 기어박스(103)에 연결되어 있다.
연소 엔진(101)은 제어기기(115)를 통해 엔진의 제어 시스템에 의해 제어된다. 이와 유사하게, 클러치(106)와 기어박스(103)가 하나 이상의 적용가능한 제어기기(도시하지 않음)의 도움을 받아 차량의 제어 시스템에 의해 제어될 수 있다. 차량의 구동라인은 통상적인 오토매틱 기어박스를 구비하는 형태일 수 있고 하이브리드 구동라인을 구비하는 형태일 수도 있음은 물론이다.
기어박스(103)로부터 나온 출력축(107)이 예컨대 통상적인 차동장치 같은 최종 드라이브(108)와 상기 최종 드라이브(108)에 연결되어 있는 구동 샤프트(104, 105)를 통해 휠들(113, 114)을 구동한다.
차량(100)은 실린더들로 구성될 수 있는, 연소 엔진(101)의 연소실 내에서의 연소에 의해 발생되는 배기 배출물을 처리/정화하기 위한 배기 처리 시스템/배기 정화 시스템(150)도 포함한다. 배기 처리 시스템(150)은, 엔진 및/또는 엔진 제어 장치(115)에도 연결될 수 있는 제어 장치(160)를 통해 차량의 제어 시스템에 의해 제어될 수 있다.
본 발명에 따르면, 연소 기관에서의 연소로부터 생성되고 질소산화물(NOx)을 포함하는 배기 스트림의 처리를 위한 방법이 제공된다. 전술된 바와 같이, 질소산화물(NOx)은 일산화질소(NO)와 이산화질소(NO2)를 포함한다. 이 방법은 도 2의 흐름도로 설명될 수 있다.
상기 방법의 제1 단계(210)에서, 배기 처리 시스템에 배치되는 제1 산화 촉매기기에 의해, 배기 스트림 내 질소, 탄소 및 수소 중 하나 이상을 포함하는 화합물의 제1 산화가 수행된다.
상기 방법의 제2 단계(220)에서는, 제1 산화 촉매기기에서 배출되고 촉매 필터에 도달하는, 이산화질소의 제1 양(NO2_1)과 질소산화물의 제1 양(NOx_1) 사이의 비에 대한 값 (NO2_1/NOx_1)det의 결정이 수행된다.
상기 방법의 제3 단계(230)에서는, 배기 스트림으로의 제1 첨가제의 제1 공급이 제1 산화 촉매기기의 하류에 배치되는 제1 주입 장치를 사용하여 수행된다. 본 발명에 따르면, 제1 공급은 비에 대해 결정된 값, (NO2_1/NOx_1)det에 능동적으로 기초한다.
상기 방법의 제4 단계(240)에서는, 적어도 질소산화물의 제1 양(NOx_1)의 제1 환원이, 제1 주입 장치의 하류에 배치되는 촉매 필터에서의 촉매 반응에 의해 수행된다. 이러한 촉매 필터는 환원 특성을 갖는 촉매 코팅이 적어도 부분적으로 코팅된 입자 필터로 구성되며, 본 명세서에서는 종종 SCRF로 지칭된다. 촉매 필터는 그을음 입자들을 포집 및 산화시키고, 질소산화물의 제1 양(NOx_1)의 제1 환원을 수행하도록 배치된다. 촉매 반응은 제1 첨가제와 적어도 부분적인 촉매 코팅의 환원 특성을 사용한다.
본 발명에 따르면, 제1 첨가제의 제1 공급(230)의 능동적인 제어는 질소산화물의 제1 양(NOx_1)의 제1 환원(240)의 능동적 제어를 초래하며, 상기 환원은 촉매 필터에서 수행된다.
질소산화물의 제1 양(NOx_1)의 이러한 제1 환원(240)은 촉매 필터의 적어도 부분적으로 촉매 코팅된 부분에서 질소산화물의 제1 양(NOx_1)과 반응하는 제1 첨가제를 통해 달성될 수 있다.
제1 환원(240)은 또한, 촉매 필터에서의 그을음 입자의 산화 시 그을음 입자들과 반응하는, 질소산화물의 제1 양(NOx_1)에 포함되는 이산화질소의 제1 양(NO2_1)에 의해 달성될 수 있다. 이러한 경우, 제1 첨가제의 제1 공급(230)의 능동 제어는 적어도 촉매 필터 내 그을음 양에 기초한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 방법은 추가적인 제6 단계(260)를 포함하며, 제6단계에서는 촉매 필터의 하류에 배치되는 제2 주입 장치를 사용하여, 배기 스트림(303)으로의 제2 첨가제의 제2 공급이 수행된다.
일 실시예에 따르면, 방법의 제7 단계(270)에서는, 제2 주입 장치의 하류에 배치되는 환원 촉매 장치에 도달하는 질소산화물의 제2 양의 제2 환원이 수행된다. 이 경우, 이러한 제2 환원은 제1 첨가제및/또는 제2 첨가제를 사용한다.
도 2에 도시되고 전술된 단계들(210, 220, 230, 240)을 포함하는 본 발명의 실시예에서, 그리고 단계들(260, 270)도 포함하는 어떤 실시예들에서, 제1 공급(230)의 능동 제어는 제1 첨가제의 감소된 공급(230)으로 인해, 질소산화물의 제1 양(NOx_1)의 감소된 제1 환원을 야기하는 방식으로 수행될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 이러한 감소는, 비의 결정된 값 (NO2_1/NOx_1)det이 상한 입계값 (NO2_1/NOx_1)thresold_high 이상인 경우, 즉(NO2_1/NOx_1)det ≥ (NO2_1/NOx_1)threshold_high일 경우에 수행된다. 예를 들어, 이러한 감소는 중단을 나타낸다(represent). 이러한 상한 입계값(NO2_1/NOx_1)thresold_high 은 예를 들어, 촉매 필터의 온도 및/또는 촉매 필터의 하류에 배치되는 환원 촉매 장치의 온도의 대푯값에 따라 달라지는 값을 가질 수 있으며, 45%, 50%, 60% 또는 >65%에 대응하는 값을 가질 수 있다. 하나 또는 여러 개의 이러한 온도 대푯값은, 예를 들어 촉매 필터 및/또는 환원 촉매 장치의 상류 및/또는 하류에(in/at/on) 배치될 수 있는, 본 명세서에서 설명되는 하나 또는 여러 개의 온도 센서를 사용하여 배치 처리 시스템 내에서 측정된 온도, 모델링된 온도 및/또는 예측된 온도에 기초할 수 있다.
따라서, 질소산화물의 제1 양(NOx_1)은 촉매 필터에 도달하는 이산화질소의 제1 양(NO2_1)과 질소산화물의 제1 양(NOx_1) 사이의 제1 비(NO2_1/NOx_1)에 대응한다. 이 경우, 제1 환원이 촉매 필터에서의 환원 및/또는 환원 촉매 장치에서의 환원에서 사용될 수 있도록, 제1 첨가제의 제1 공급(230)이 제1 비에 대한 결정된 값(NO2_1/NOx_1)det 에 기초하여 제어될 수 있다. 따라서, 촉매 필터에서의 환원이 일산화질소(NO) 및 이산화질소(NO2) 모두를 거치는 반응 경로를 통해 가능한 한 최대한으로 발생하도록 하는 방식으로, 제1 공급(230)이 제어될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 방법은 배기 스트림 내 질소, 탄소 및 산소 중 하나 이상을 포함하는 화합물의 제2 산화가 수행되는 제5 단계(250)도 포함한다. 일 실시예에 따르면, 제5 단계(250)는 촉매 필터의 하류에 배치되는 제2 산화 촉매기기에 의해 수행될 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 제2 산화(250)는 촉매 필터에 포함되는 적어도 부분적인 촉매 코팅의 사용으로 수행될 수 있는데, 이때 촉매 코팅은 환원 특성 외에도 산화 특성도 갖는다.
이 실시예에 따른 방법의 제6 단계(260)에서는, 촉매 필터의 하류에 배치되는 제2 주입 장치의 사용으로, 배기 스트림으로의 제2 첨가제의 제2 주입이 수행된다.
이 실시예에 따른 방법의 제7단계에서는, 제2 주입 장치의 하류에 배치되는 환원 촉매 장치에 도달하는 질소산화물의 제2 양(NOx_2)의 제2 환원이 수행된다. 이 경우, 이러한 제2 환원은 제1 첨가제및/또는 제2 첨가제를 사용한다.
도 2에 도시되고 전술된 단계들(210, 220, 230, 240, 250)을 포함하는 본 발명의 실시예에서, 그리고 단계들(260, 670)도 포함하는 어떤 실시예들에서, 제1 공급(230)의 능동 제어는, 제1 첨가제의 제1 공급(230)의 감소에 의해 질소산화물(NOx)의 제1 양의 제1 환원의 감소가 이루어지도록 하는 방식으로 수행될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 이러한 감소는, 비에 대한 결정된 값 (NO2_1/NOx_1)det 이 상한 임계값 (NO2_1/NOx_1)threshold_high 이상인 경우, 즉 (NO2_1/NOx_1)det ≥ (NO2_1/NOx_1)threshold_high 일 경우에 수행될 수 있다. 예를 들어, 상한 임계값 (NO2_1/NOx_1)threshold_high 은 촉매 필터의 온도 및/또는 촉매 필터의 하류에 배치되는 환원 촉매 장치의 온도의 대푯값에 따라 달라지는 값을 가지며, 45%, 50%, 60% 또는 >65%에 대응하는 값을 가질 수 있다. 하나 또는 여러 온도 대푯값은, 예를 들어 촉매 필터 및/또는 환원 촉매 장치의 상류 및/또는 하류에(in/at/on) 배치될 수 있는, 본 명세서에 설명되는 하나 또는 여러 개의 온도 센서들을 사용하여 측정된, 모델링된, 및/또는 예측된 배기 처리 시스템의 온도에 기초할 수 있다.
도 2에 도시되고 전술된 단계들(210, 220, 230, 240, 250)을 포함하는 본 발명의 실시예에서, 그리고 단계들(260, 270)도 포함하는 어떤 실시예들에서, 제1 공급(230)의 능동 제어는, 이러한 제어가 촉매 필터 내 질소산화물의 제1 양(NOx_1)의 제1 환원이 증가하도록 하는 방식으로 수행될 수도 있다. 비에 대한 결정된 값 (NO2_1/NOx_1)det이 하한 임계값 (NO2_1/NOx_1)threshold_low 이하일 경우, 즉 (NO2_1/NOx_1)det ≤ (NO2_1/NOx_1)threshold_low 일 경우에, 제1 첨가제의 제1 공급(230)을 증가시킴으로써, 제1 환원이 증가하도록 제어된다. 하한 임계값 (NO2_1/NOx_1)threshold_low 은 촉매 필터의 온도 및/또는 촉매 필터의 하류에 배치되는 환원 촉매 장치의 온도 대푯값에 따라 달라지는 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 하한 임계값 (NO2_1/NOx_1)threshold_low 은 50%, 40%, 30%, 20% 또는 10%를 나타내는 값을 가질 수 있다. 하나 또는 여러 개의 이러한 온도 대푯값들은, 예를 들어 촉매 필터 및/또는 환원 촉매 장치의 상류 및/또는 하류에(in/at/on) 배치될 수 있는, 본 명세서에 설명되는 하나 또는 여러 개의 온도 센서들을 사용하여 측정된, 모델링된, 및/또는 예측된 배기 처리 시스템 내 온도에 기초할 수 있다.
따라서, 질소산화물의 제1 양(NOx_1)은, 촉매 필터에 도달하는 이산화질소의 제1 양(NO2_1)과 질소산화물의 제1 양(NOx_1) 사이의 제1 비(NO2_1/NOx_1)에 대응한다. 이 경우, 제1 환원이 촉매 필터에서 및/또는 하류에 배치된 환원 촉매 장치에서의 환원에 사용되는 방식으로, 제1 첨가제의 제1 공급(230)이 제1 비의 결정된 값 (NO2_1/NOx_1)det 에 기초하여 제어될 수 있다. 따라서, 촉매 필터 내 환원이 일산화질소(NO) 및 이산화질소(NO2) 모두를 거치는 반응 경로를 통해 최대한으로 발생하도록 하는 방식으로 제1 공급(230)이 제어될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 공급(230)의 능동 제어는, 환원 촉매 장치에 도달하는 이산화질소의 제2 양(NO2_2)과 질소산화물의 제2 양(NOx_2) 사이의 제2 비에 대한 결정된 값 (NO2_2/NOx_2)det 에도 기초한다. 이 경우, 비에 대해 결정된 값 (NO2_2/NOx_2)det 이 하한 임계값 (NO2_2/NOx_2)threshold_low 이하인 경우, 즉 (NO2_2/NOx_2)det ≤ (NO2_2/NOx_2)threshold_low 일 경우에, 질소산화물의 제1 양(NOx_1)의 제1 환원이 촉매 필터에서 수행되는 방식으로, 제1 첨가제의 제1 공급(230)의 능동 제어가 수행된다. 능동 제어는 제1 첨가제의 제1 공급(230)의 증가를 의미하기 때문에, 질소산화물의 제1 양(NOx_1)의 제1 환원의 이러한 증가가 달성된다.
하한 임계값 (NO2_2/NOx_2)threshold_low 은 촉매 필터(SCRF) 및/또는 환원 촉매 장치의 온도의 대푯값에 따라 달라지는 값을 가질 수 있으며, 이러한 값은 예를 들어 50%, 40%, 30%, 20% 또는 10%에 대응한다. 하나 또는 여러 온도의 이러한 대푯값들은, 예를 들어 촉매 필터 및/또는 환원 촉매 장치의 상류 및/또는 하류에(in/at/on) 배치될 수 있는, 본 명세서에 설명되는 하나 또는 여러 개의 온도 센서를 사용하여 측정된, 모델링된 및/또는 예측된 온도들에 기초할 수 있다.
제1 첨가제의 증가된 투여는 더 많은 질소산화물(NOx), 즉 더 많은 질소산화물(NOx) 입자를 제거하는데, 이는 환원 촉매 장치에서 비(NO2_2/NOx_2)에 대한 값이 증가하여, 환원 촉매 장치에서 소위 고속 SCR에 의한 환원이 용이해짐을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 공급(230)의 능동 제어는 환원 촉매 장치에 도달하는 이산화질소의 제2 양(NO2_2)과 질소산화물의 제2 양(NOx_2) 사이의 제2 비에 대한 결정된 값 (NO2_2/NOx_2)det 에도 기초할 수 있다. 이 경우, 상기 비에 대한 결정된 값 (NO2_2/NOx_2)det 이 상한 임계값 (NO2_2/NOx_2)threshold_high 이하일 경우, 즉 (NO2_2/NOx_2)det ≤ (NO2_2/NOx_2)hreshold_high 일 경우에, 촉매 필터(320)에서 질소산화물의 제1 양의 감소된 제1 환원이 수행되는 방식으로, 제1 첨가제의 제1 공급(230)의 능동 제어가 수행된다. 능동 제어는 제1 첨가제의 제1 공급(230)이 감소함을 의미하므로, 질소산화물의 제1 양(NOx_1)의 이러한 감소된 제1 환원이 달성된다.
상한 임계값 (NO2_2/NOx_2)threshold_high 는 촉매 필터 및/또는 환원 촉매 장치에서의 온도의 대푯값에 따라 달라지는 값을 가질 수 있으며, 이 값은 45%, 50%, 60% 또는 > 65%에 대응한다. 하나 또는 여러 온도의 이러한 대푯값들은, 예를 들어 촉매 필터 및/또는 환원 촉매 장치의 상류 및/또는 하류에(in/at/on) 배치될 수 있는 하나 또는 여러 개의 온도 센서를 사용하여 측정된, 모델링된, 및/또는 예측된 배기 처리 시스템 내 온도에 기초할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 본 발명을 사용함으로써, 비에 대한 결정된 값 (NO2_1/NOx_1)det 이 최적이 아닐 경우, 연소 기관은 배출하는 질소산화물(NOx)의 양을 변경하도록 제어될 수 있다. 최적으로 고려되는 값은, 연소 파라미터들의 능동 제어 목적에 따라 달라진다. 이러한 목적은 촉매 필터에서의 효과적인 그을음 산화를 달성하는 것일 수 있다. 또 다른 목적은, 촉매 필터에서 효과적인 질소산화물의 환원을 달성하는 것일 수 있다.
촉매 필터에서 배기 스트림 내 이산화질소(NO2_1)에 접근하는 것이, 부분적으로는 필터에서의 이산화질소-기반 그을음 산화를 위해서, 그리고 부분적으로는 질소산화물(NOx_1)의 환원을 위해서 중요하다. 따라서, 본 발명에 따른 배기 처리 시스템은 제1 산화 촉매기기 이후에 이산화질소(NO2_1)의 이용 가능성 때문에, 촉매 필터에서 양호한 그을음 산화를 제공할 수 있다. 또한, 촉매 필터에서의 제1 환원에 대한 반응 속도는 촉매 필터에 도달하는 배기 스트림 내 일산화질소(NO_1)와 이산화질소(NO2_1) 사이의 비에 의해 영향받을 수 있다. 여기서, 예를 들어 엔진에 대한 희망하는 주입 계획을 제공할 수 있는, 연소 기관에 관련된 적어도 하나의 파라미터의 능동 제어와 함께, 이전의 제1 산화 촉매기기에서 일산화질소(NO_1)의 이산화질소(NO2_1)로의 산화로 인해, 촉매 필터에서의 보다 효과적인 제1 환원이 획득될 수 있다.
본 발명에 따른 제어를 사용함으로써, 배기 처리 시스템 내의 촉매 필터 및/또는 환원 촉매 장치에 대한 반응 속도를 증가시키는 연료 소비 중립적 방법이 획득되는데, 그 이유는 이러한 일산화질소(NO)과 이산화질소(NO2) 모두를 거치는 반응 경로를 통해 최대한 큰 분율의 환원이 발생하는 방식으로 제어가 구현될 수 있기 때문이다. 따라서, 본 발명에 따른 제어를 통해, 일산화질소(NO)과 이산화질소(NO2)를 모두 거치는 반응 경로를 통해 환원이 발생하는, 빠른 반응 경로, 즉 "빠른 SCR"를 통해 발생하는, 질소 산화물(NOx)의 총 전환 분율은 이산화질소(NO2) 레벨의 능동 제어로 인해 증가될 수 있다. 따라서, 촉매에 관련된 체적 요건도 또한 감소될 수 있다.
SCR-촉매 및 따라서 환원 특성을 갖는 촉매 필터에 대해서는, 주로 3가지 유형의 반응 경로가 정의된다.
이러한 반응 경로 중 하나는 흔히 "표준-SCR(Standard-SCR)"로 불린다. 여기서, 질소산화물(NOx)은 주로 일산화질소(NO)로 구성되며, 반응 경로는 다음과 같이 표현된다.
4NH3 + 4NO + O2 ↔ 4N2 + 6H2O (i)
이러한 반응 경로 중 또 다른 하나는 빠른 동역학에 해당하며, 흔히 "빠른 SCR(fast SCR)"/"빠른 환원"으로 불린다. 여기서는, 질소산화물(NOx)에 동일한 분율로 일산화질소(NO) 및 이산화질소(NO2)가 모두 존재 가능(available)하므로 반응 경로는 다음과 같이 표현될 수 있다.
4NH3 + 2NO + 2NO2 ↔ 2N2 + 3H2O (ii)
이러한 반응 경로 중 또 다른 하나는 느린 동역학에 해당하며, 흔히 "느린 SCR(slow SCR)"/"느린 환원"으로 불린다. 여기서는, 모든 일산화질소가 환원되어 사라졌기 때문에, 이산화질소(NO2)만이 반응에 이용 가능하며, 반응 경로는 다음과 같이 표현될 수 있다.
6NO2 + 8NH3 ↔ 7N2 + 12H2O (iii)
상기(iii)의 보다 느린 동역학에서는, 다음 반응 경로들에 따라 산화이질소(N2O)가 생성될 수 있는 위험이 있다.
8NO2 + 6NH3 → 7N2O + 9H2O (iv)
4NO2 + 4NH3 + O2 → 4N2O + 6H2O (v)
환원 반응 속도는(이름에서 알 수 있듯이) 반응 경로와 밀접하게 관련되어 있다. 전체적인 환원은 항상, 이러한 반응 경로들의 조합일 것이며, 대게 몇 가지 추가적인 반응들도 있을 것이다. 따라서, SCR-촉매에서의 반응은 다양한 속도를 갖는 전술된 반응 경로를 통해 일어난다.
배출 온도가 약 280℃보다 높은 경우, 정선된 SCR 촉매/SCRF는 "표준 SCR"(i) 반응 경로를 통해 고속일 것이다. 따라서, 이러한 고온에서는, 이산화질소(NO2)의 분율에 대해 크게 상관성이 없고/영향을 미치지 않는다.
하지만, 저온에서는 이산화질소(NO2)의 분율이 너무 낮으면 낮은 반응속도(kinetics)를 초래하고, 이로 인해 비효율적인 촉매 과정을 초래한다. 전술된 바와 같이, 하류에 배치된 구성 요소에서 산화이질소(N2O)가 생성될 위험이 있는데, 이러한 위험은 예를 들어 슬립-촉매기(SC) 및/또는 산화 촉매기기(DOC)와 같이 귀금속 계 촉매의 경우 특히 크다. 따라서, 본 발명을 사용하면, 질소산화물이 촉매 필터(SCRF) 및 환원 촉매 장치 각각에 도달할 때, 질소산화물(NOx_1, NOx_2) 중의 이산화질소(NO2_1, NO2_2)의 분율이 적절한 최소값 (NO2_1/NOx_1)threshold_low, (NO2_2/NOx_2)threshold_low을 초과하고, 적절한 최대값 (NO2_1/NOx_1)threshold_high, (NO2_2/NOx_2)threshold_high 미만이도록, 질소산화물 내 이산화질소의 분율을 제어할 수 있다는 점이 유리하다.
일산화질소(NO_1, NO_2)와 이산화질소(NO2_1, NO2_2) 사이의 열역학적 평형 상태는, 넓은 온도 범위에서 질소산화물(NOx_1, NOx_2) 내 이산화질소(NO2_1, NO2_2)의 분율을 제어하는 것이 문제가 있다는 것을 의미한다. 귀금속의 기하학 구조, 귀금속의 양 및/또는 귀금속의 분포뿐만 아니라 그을음 퇴적물이, 배기 처리 시스템에서 산화제기판의 하류, 즉 예를 들어 제1 산화 촉매기기의 하류에서 획득되는 비(NO2_1/NOx_1, NO2_2/NOx_2)의 값에 영향을 미치는 파라미터들 중 일부이다.
본 발명은, 현대의 디젤 엔진에서 질소 산화물(NOx) 내 이산화질소(NO2)의 분율을 제어할 수 있는 추가적 가능성이 열려 있다는 발견을 이용한다. 여기서, 본 발명은 엔진의 질소산화물(NOx) 레벨을 제어할 수 있는 가능성을 이용한다. 이는, 질소산화물(NOx) 내 이산화질소(NO2)의 분율이 질소산화물(NOx) 레벨에 따라 달라지기 때문에 가능하다.
따라서, 촉매 필터(SCRF)의 상류에 배치되는, 예컨대 산화 촉매기기(DOC)와 같은 귀금속으로 코팅된 구성 요소를 포함하는 배기 처리 시스템에서, 촉매 필터(SCRF) 또는 하류에 배치되는 다른 구성 요소에 도달하는 배기 스트림에 대한 제1 비(NO2_1 /NOx_1)가 제어될 수 있다.
예를 들어, 냉시동 및 낮은 부하(low load)에서의 작동에서 제한된 열 가용성을 보완하기 위해, 소위 빠른 환원/ SCR("빠른 SCR")을 사용하는 것이 바람직하다. 빠른 환원/SCR 시, 환원은 일산화질소(NO) 및 이산화질소(NO2) 모두를 거치는 반응 경로를 통해 최대한 크게 발생하도록 제어된다. 따라서, 빠른 환원/SCR에서, 반응은 일산화질소(NO)과 이산화질소(NO2)을 동일한 만큼 사용하며, 이는 몰비(NO2/NOx)에 대한 최적 값이 예를 들어 50%에 근접할 수 있음을 의미한다. 본 발명의 사용을 통해, 몰비(NO2/NOx)는, 본 발명에 따른 제어가 사용되지 않은 경우에서 보다, 상기 최적 값에 더 근접하도록 제어될 수 있다. 본 발명을 사용함으로써, 보다 효율적이고 예측 가능한 이산화질소(NOx)의 환원이 달성된다. 결과적으로, 예를 들어 우레아 주입의 조절은 보다 신뢰성 있는 결과를 제공한다.
전술된 바와 같이, 촉매 필터(SCRF)는 배기 내 질소산화물(NOx_1)의 환원 시에 첨가제를 사용한다. 촉매의 상류에 있는 연소 기관으로부터 생성된 배기 스트림으로 첨가제가 주입되고, 환원 특성을 갖는 촉매 코팅에 흡착(침전)되어, 배기 가스 내의 질소산화물(NOx_1)과 첨가제 사이에서 산화 환원 반응이 발생할 수 있다.
제1 첨가제의 제1 공급(230)의 능동 제어는, 예를 들어 촉매 필터에 대한 첨가제의 적용 정도/충진 정도에 기초할 수 있다.
제1 첨가제의 제1 공급(230)의 능동 제어는, 예를 들어 촉매 필터(SCRF)에 대한 적어도 하나의 촉매 특성에 기초할 수 있다.
제1 첨가제의 제1 공급(230)의 능동 제어는, 예를 들어 촉매 필터 및/또는 환원 촉매 장치에서의 온도에 기초할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 촉매 필터에 도달하는 질소산화물의 제1 양(NOx_1)은 촉매 필터(SCRF)에 도달하는 이산화질소의 제1 양(NO2_1)과 질소산화물의 제1 양(NOx_1) 사이의 제1 비(NO2_1/NOx_1)에 대응할 수 있다. 예를 들어, 측정, 모델링 및/또는 예측된 값의 형태로 이러한 제1 비(NO2_1/NOx_1)에 대한 값 (NO2_1/NOx_1)det이 결정될 수 있다. 예를 들어, 예측된 값은 차량의 전방 도로 구간의 대푯값에 기초하여 결정될 수 있으며, 여기서 대푯값은, 예를 들어 GPS-정보와 같은 위치 정보와 지도 데이터에 기초할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 환원 촉매 장치에 도달하는 질소산화물의 제2 양(NOx_2)는 환원 촉매장치에 도달하는 이산화질소의 제2 양(NO2_2)과 질소산화물의 제2 양(NOx_2) 사이의 제2 비(NO2_2/NOx_2)에 대응할 수 있다. 예를 들어, 측정, 모델링, 및/또는 예측된 값의 형태로 제2 비(NO2_2/NOx_2)에 대한 값 (NO2_2/NOx_2)det이 결정될 수 있다. 전술된 바와 같이, 예측된 값은, 예를 들어 GPS-정보 및 지도 데이터에 기초할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 첨가제의 제1 공급(230)의 능동 제어는, 환원 촉매 장치에 도달하는 이산화질소의 제2 양(NO2_2)과 질소산화물의 제2 양(NOx_2) 사이의 제2 비에 대한 결정된 값 (NO2_2/NOx_2)det에도 기초할 수 있다. 따라서, 제1 공급(230)은, 환원 촉매 장치에서의 환원이 일산화질소(NO) 및 이산화질소(NO2) 모두에 대한 반응경로를 통해 가능한 한 최대 정도로 발생하도록 제어될 수 있다. 빠른 환원에서, 반응은 일산화질소(NO)와 이산화질소(NO2)를 동일한 만큼 사용하는데, 이는 몰비 (NO2/NOx)에 대한 최적 값이 거의 50%임을 의미한다.
여기서, 제1 공급(230)의 이러한 능동 제어는, 제2 장치에 도달하는 질소산화물의 제2 양(NOx_2)이 증가하기 때문에, 이러한 제2 비에 대한 값(NO2_2/NOx_2)의 감소가 달성될 수 있다. 이는, 제1 공급이 감소하도록 제1 공급의 능동 제어를 수행함으로써 달성될 수 있으며, 이때 촉매 필터 내 질소산화물의 제1 양(NOx_1)은 감소한다. 따라서, 질소산화물의 제2 양(NOx_2)의 증가가 달성된다. 환언하면, 능동 제어는, 제2 비에 대한 결정된 값, (NO2_2/NOx_2)det이 높으면, 제2 비에 대한 결정된 값(NO2_2/NOx_2)det이 낮을 때보다 적은 첨가제가 공급되는 것을 의미한다.
이는, 제2 비의 결정된 값 (NO2_2/NOx_2)det이 상한 임계값, (NO2_2/NOx_2)threshold_high 보다 큰 경우, 즉 (NO2_2/NOx_2)det > (NO2_2/NOx_2)threshold_high인 경우에 첨가제의 제1 공급(230)이 감소하는 것으로도 묘사될 수 있다.
이러한 상한 임계값 (NO2_2/NOx_2)threshold_high은 촉매 필터(SCRF)에 대한 촉매 특성 및/또는 환원 촉매 장치에 대한 촉매 특성에 따라 달라지는 값을 가질 수 있다. 상한 임계값 (NO2_2/NOx_2)threshold_high은 또한, 촉매 필터(SCRF) 및/또는 환원 촉매 장치에 대한 촉매 유형에 따라 달라지는 값을 가질 수 있다. 상한 임계값 (NO2_2/NOx_2)threshold_high은 또한, 촉매 필터 및/또는 환원 촉매 장치가 활성화되는 온도 구간에 따라 달라지는 값을 가질 수 있다. 상한 임계값 (NO2_2/NOx_2)threshold_high은 또한, 촉매 필터 및/또는 환원 촉매 장치에 대한 첨가제의 적용 레벨(coverage level)에 따라 달라지는 값을 가질 수 있다. 상한 임계값 (NO2_2/NOx_2)threshold_high은 또한, 촉매 필터 및/또는 환원 촉매 장치에서의 온도에 따라 달라지는 값을 가질 수 있다.
예를 들어, 상한 임계값 (NO2_2/NOx_2)threshold_high은 (NO2_2/NOx_2)threshold_high > 50%, 바람직하게는 50% ＜ (NO2_2/NOx_2)threshold_high ≤ 85%, 보다 바람직하게는 60% ＜ (NO2_2/NOx_2)threshold_high ≤ 75% 구간 내의 값을 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 제1 공급(230)의 능동 제어는 제2 비(NO2_2/NOx_2)에 대한 값의 증가를 달성한다. 이러한 증가는, 질소산화물의 제2 양(NOx_2)가 감소하기 때문에 달성된다. 여기서, 제2 비(NO2_2/NOx_2)에 대한 값의 증가는, 촉매 필터 내에서의 제1 환원이 증가하는 방식으로 제1 공급의 능동 제어가 수행됨으로써 달성될 수 있다. 촉매 필터에서의 증가된 환원은 질소산화물의 제2 양(NOx_2)의 감소를 초래한다. 다르게 말하면, 이러한 제1 공급(230)은, 결정된 값 (NO2_2/NOx_2)det이 낮으면 결정된 값 (NO2_2/NOx_2)det이 높을 때보다 더 많은 첨가제가 공급되도록, 제2 비에 대한 결정된 값 (NO2_2/NOx_2)det에 기반할 수 있다.
이는, 제2 비에 대한 결정된 값 (NO2_2/NOx_2)det이 하한 임계값 (NO2_2/NOx_2)threshold_low 이하일 경우, 즉 (NO2_2/NOx_2)det ≤ (NO2_2/NOx_2)threshold_low 일 경우에 증가되는 제1 공급(230)으로서 표현될 수도 있다. 이러한 하한 임계값 (NO2_2/NOx_2)threshold_low은 촉매 필터 및/또는 환원 촉매 장치의 촉매 특성에 따라 달라지는 값을 가질 수 있다. 하한 임계값 (NO2_2/NOx_2)threshold_low은 또한, 촉매 필터 및/또는 환원 촉매 장치에 대한 촉매 유형에 따라 달라지는 값을 가질 수도 있다. 하한 임계값 (NO2_2/NOx_2)threshold_low은 또한, 촉매 필터 및/또는 환원 촉매 장치가 활성화되는 온도 구간에 따라 달라지는 값을 가질 수도 있다. 하한 임계값 (NO2_2/NOx_2)threshold_low은 또한, 촉매 필터 및/또는 환원 촉매 장치에 대한 첨가제의 적용 레벨에 따라 달라지는 값을 가질 수도 있다. 하한 임계값 (NO2_2/NOx_2)threshold_low은 또한, 촉매 필터 및/또는 환원 촉매 장치에 대한 첨가제의 적용 레벨에 따라 달라지는 값을 가질 수도 있다. 하한 임계값(NO2_2/NOx_2)threshold_low은 또한, 촉매 필터 및/또는 환원 촉매 장치에서의 온도에 따라 달라지는 값을 가질 수도 있다. 하한 임계값 (NO2_2/NOx_2)threshold_low은, 예를 들어 (NO2_2/NOx_2)threshold_low < 50%, 보다 바람직하게는 10% ≤ (NO2_2/NOx_2)threshold_low ≤ 40%, 보다 바람직하게는 20%≤ (NO2_2/NOx_2)threshold_low ≤ 60% 구간 내 값을 가질 수 있다.
전술한 바와 같이 질소산화물의 제2 양(NOx_2)은 환원 촉매 장치에 도달하는 이산화질소의 제2 양(NO2_2)과 질소산화물의 제2 양(NOx_2) 사이의 제2 비(NO2_2/NOx_2)에 상응한다.
결정된 값들, (NO2_1/NOx_1)det 및 (NO2_2/NOx_2)det은 예를 들어 예측된 값, 모델링된 값 및/또는 측정된 값으로 구성될 수 있으며, 예를 들어 예측된 값은 전방 도로 구간의 대푯값에 기초하여 결정될 수 있다.
통상의 기술자는 본 발명에 따른 배기 스트림 처리 방법이, 컴퓨터에서 수행될 때 상기 컴퓨터으로 하여금 상기 방법을 수행하도록 하는 컴퓨터 프로그램에서 구현될 수도 있다는 것을 인식할 것이다. 컴퓨터 프로그램은 통상적으로, 컴퓨터 프로그램 제품(403)의 일부로 구성되며, 컴퓨터 프로그램 제품은 컴퓨터 프로그램이 저장되는 적절한 비-휘발성/영구적/지속적/내구성 있는 디지털 저장 매체를 포함한다. 상기 비-휘발성/영구적/지속적/내구성 있는 컴퓨터 판독 가능 매체는 예를 들어, ROM(Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), EPROM(Erasable PROM), 플래시, EEPROM(Electrically Erasable PROM), 하드 디스크 장치 등과 같은 적절한 메모리로 구성된다.
도 4는 제어 장치(400)를 개략적으로 도시하고 있다. 제어 장치(400)는 계산 유닛(401)을 포함한다. 계산 유닛은 기본적으로 적당한 유형의 프로세서 또는 마이크로컴퓨터, 예컨대 디지털 신호 처리를 위한 회로(Digital Signal Processor, DSP) 또는 소정의 특정 기능을 가진 회로(Application Specific Integrated Circuit, ASIC)로 구성될 수 있다. 계산 유닛(401)은 제어 장치(400)에 설치되어 있는 메모리 유닛(402)에 연결되어 있다. 메모리 유닛은 계산 유닛에 예를 들면 저장되어 있는 프로그램 코드 및/또는 저장되어 있는 데이터를 제공한다. 계산 유닛(401)은 계산을 하기 위해 이러한 데이터를 필요로 한다. 계산 유닛(401)은 메모리 유닛(402) 내에 중간 계산 결과 또는 최종 계산 결과를 저장하도록 설치되어 있다.
또한, 제어 장치(400)에는 입력 신호 및 출력 신호를 각각 수신하고 송신하기 위한 장치들(411, 412, 413, 414)이 구비될 수 있다. 이들 입력 및 출력 신호들은 입력 신호들을 수신하기 위한 장치(411, 413)에 의해 정보로 검출될 수 있는 파형, 펄스 또는 다른 어트리뷰트를 포함할 수 있으며, 이들은 계산 유닛(401)에 의해 처리될 수 있는 신호로 변환될 수 있다. 이들 신호들이 계산 유닛(401)에 제공된다. 출력 신호들을 송신하기 위한 장치들(412, 414)이 배치되어, 계산 유닛(401)에서 나온 계산 결과를 차량의 제어 시스템의 다른 파트 및/또는 신호들이 사용되는 부품들(예를 들어, 제1 주입 장치 및 제2 주입 장치)로 전달할 수 있는 출력 신호로 변환된다.
입력 및 출력 신호들을 수신하고 송신하기 위한 장치들과의 연결 각각은 하나 또는 다수의 케이블에 의해 이루어질 수 있다; CAN(Controller Area Network) 버스, MOST(Media Oriented Systems Transport) 버스, 또는 다른 구성의 버스와 같은 데이터 버스 또는 무선 연결.
통상의 기술자라면 전술한 컴퓨터가 계산 유닛(401)으로 구성될 수 있으며, 전술한 메모리가 메모리 유닛(402)으로 구성될 수 있다는 점을 알 수 있을 것이다.
일반적으로 현대 차량의 제어 시스템은 차량에서 산재되어 있는 다양한 부품들, 다수의 전자 제어 장치(ECU) 또는 컨트롤러를 연결하는 하나 또는 다수의 통신 버스들로 이루어진, 통신 버스 시스템으로 구성되어 있다. 이러한 제어 시스템은 다수의 제어 장치들과 하나 이상의 제어 장치들로 특수 기능이 분산되도록 하는 책임을 포함할 수 있다. 도시되어 있는 유형의 차량은 도 4에 도시되어 있는 것보다 더 많은 제어 장치를 구비할 수 있으며, 이는 통상의 기술자에게는 널리 알려져 있는 사실이다.
도시된 실시형태에서, 본 발명은 제어 장치(400) 내에서 구현된다. 그러나 본 발명의 전부 혹은 일부가 차량 내에 이미 존재하고 있는 하나의 혹은 다수의 다른 제어 장치 내에서 또는 본 발명에 대한 전용 제어 장치 내에서 구현될 수도 있다.
여기서, 그리고 본 명세서에서, 제어 장치는 종종 본 발명에 따른 발명의 단계들을 수행하도록 배치되는 것으로 설명된다. 이는 또한, 장치들이 이러한 방법 단계들을 수행하기에 적합한 것 및/또는 수행하도록 설정되는 것을 포함한다. 예를 들어, 이러한 제어 장치들은, 각각의 제어 장치가 각각의 방법 단계를 구현하도록 액티브/사용될 때 프로세서에 제공되어 프로세서에 의해 사용되는, 예를 들어 프로그램 코드의 형태의 다양한 그룹의 명령어에 상응할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 양태에 따른 배기 처리 시스템(350)을 개략적으로 나타내며, 이 시스템은 배기 도관(302)을 통해 연소 기관(301)에 연결된다. 엔진(301) 내에서의 연소 시에 생성되는 배기 및 배기 스트림(303)(화살표로 표시됨)은, 배기 스트림(303) 내 질소, 탄소 및 수소 중 하나 이상을 포함하는 화합물의 산화(210)를 위해 배치되는 제1 산화 촉매기기(310)로 안내된다.
배기 스트림(303)은 촉매 필터(320)에 도달하기 전에, 배기 스트림(303)에 제1 첨가제의 제1 공급(230)을 제공하기 위해 배기 처리 시스템(350)에 배치되는 제1 주입 장치(371)를 지나도록 안내된다. 제1 공급(230) 시에 배기 스트림(303)에 공급되는 제1 첨가제는 촉매 필터(320)에 의한 질소산화물의 제1 양(NOx_1)의 제1 환원(240) 시에 사용된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 실질적으로 임의의 적절한 가수분해 코팅으로 구성될 수 있는 제1 가수분해 촉매 및/또는 제1 혼합기가 제1 주입 장치(371)와 관련하여 배치될 수 있다. 그러면, 제1 가수분해 촉매 및/또는 제1 혼합기는 우레아의 암모니아로의 분해 속도를 증가시키기 위해 및/또는 첨가제를 배출물과 혼합시키기 위해 및/또는 첨가제를 기화시키기 위해 사용된다.
촉매 필터(320)는 제1 주입 장치(371)의 하류에 배치되며, 그을음 입자의 포집 및 산화, 그리고 촉매 필터(320)에 도달하는 질소산화물의 제1 양(NOx_1)의 제1 환원(240)을 수행하도록 배치되는, 환원 특성을 갖는 촉매 코팅을 적어도 부분적으로 구비하는 입자 필터로 구성된다. 제1 환원 시, 촉매 필터(320) 내에서의 촉매 반응은 제1 첨가제를 사용한다.
본 발명에 따른 배기 처리 시스템(350)은 또한, 제1 산화 촉매기기(310)를 떠나 촉매 필터(320)에 도달하는 이산화질소의 제1 양(NO2_1)과 질소산화물의 제1 양(NOx_1) 사이의 비에 대한 값의 결정(NO2_1/NOx_1)det을 제공하도록 배치되는 제어 장치(380)를 포함한다. 제어 장치(380)는 또한, 상기 비에 대한 결정된 값(NO2_1/NOx_1)det에 기초하여 배기 스트림(303)으로의 제1 첨가제의 제1 공급(230)을 수행하기 위해, 제1 산화 촉매기(310)의 하류 그리고 촉매 필터(320)의 상류에 배치되는 제1 주입 장치(371)의 능동 제어(230)를 제공하도록 배치된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 배기 처리 시스템(350)은 또한, 배기 스트림(303)에 제2 첨가제의 제2 공급(260)을 제공하기 위해, 촉매 필터(320)의 하류에 배치되는, 즉 환원 촉매 장치(330)의 상류에 배치되는 제2 주입 장치(372)를 포함한다. 이 실시예에서, 환원 촉매 장치(330)에서의 제2 환원(270) 동안에 제2 주입 장치(372)에 의해 배기 스트림에 공급되는 제2 첨가제가 사용된다.
일 실시예에 따르면, 배기 처리 시스템(350)은 또한, 제1 공급(230) 및 제2 공급(360) 중 적어도 하나를 제어하도록 배치되는 적어도 하나의 투여 제어 장치(374)를 포함한다.
다르게 말하면, 투여 제어 장치(374)는 제1 주입 장치(371)와 제2 주입 장치(372), 및/또는 이러한 주입 장치들(371, 372)에 첨가제를 공급하는 펌프들 또는 유사한 장치들 중 하나 또는 여러 개를 제어한다. 일 실시예에 따르면, 이러한 투여는, 촉매 필터(320)에서의 제1 환원의 능동 제어를 달성하기 위해, 충분한 양의 첨가제가 제1 주입 장치(371)를 통해 배기 스트림으로 공급되도록 하는 방식으로 제어된다.
본 발명에 따른 배기 처리 시스템(350)의 사용을 통해, 이산화질소(NO2) 레벨의 능동 제어는, 이러한 능동 제어가 필요한 운전 모드에서 이산화질소(NO2) 레벨을 증가/감소시키는 데에 사용될 수 있다. 따라서, 더 적은 양의 귀금속을 필요로 하고, 이로 인해 제조 비용이 저렴한 배기 처리 시스템이 생성될 수 있다.
본 발명에 따른 제어의 사용으로, 배기 처리 시스템 내 환원 반응 송도를 증가시키는 연료소비 중립적 방식이 획득되는데, 이는 일산화질소(NO) 및 이산화질소(NO2) 모두에 대한 반응 경로를 통해 최대한 큰 분율의 환원이 발생하도록 하는 방식으로 제어가 구현될 수 있기 때문이다.
일부 실시예들에서, 질소산화물(NOx)의 증가된 레벨에 의해 환원 촉매에 대한 부하가 증가한다. 하지만, 이러한 증가는 촉매가 오히려 양호한 성능을 갖는 온도인 약 260-340℃의 대략적인 배기 온도에서 일차적으로 발생하기 때문에, 질소산화물(NOx)의 환원을 수행하는 촉매는 이러한 부하에 대처하는데 양호한 조건을 가질 것이다.
본 발명을 사용함으로써, 질소산화물(NOx)의 보다 효율적이고 예측 가능한 환원이 획득된다. 이는, 예를 들어 첨가제 투여의 제어는 보다 신뢰성 있는 결과를 제공할 것임을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 촉매 필터에 포함되는 적어도 부분적인 촉매 코팅은 환원 특성 및 산화 특성을 모두 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 배기 처리 시스템은, 배기 스트림(303) 내 질소, 탄소 및 수소 중 하나 이상을 포함하는 화합물의 제2 산화(250)를 수행하기 위해, 촉매 필터(320)의 하류에 배치되는 제2 산화 촉매기(311)를 포함할 수 있다. 따라서, 여기에서 제2 산화 촉매기(311)는 배기 스트림(303)에 제2 첨가제의 제2 공급(260)을 제공하도록 배치되는 제2 주입 장치(372)가 하류에 뒤따를 수 있으며, 상기 첨가제는 제2 주입 장치(372)의 하류에 있는 환원 촉매 장치(330)에서의 제2 환원(270)에서 사용된다.
제1 산화 촉매기(DOC1)(310) 및/또는 제2 산화 촉매기(DOC2)(311)는 촉매 산화 코팅으로 적어도 부분적으로 코팅될 수 있으며, 이러한 산화 코팅은 예를 들어 플라티늄과 같은 귀금속을 적어도 하나 포함할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 배기 처리 시스템(350)은 제1 및/또는 제2 산화 촉매기(311, 312)에 탄화수소(HC)를 공급하는 적어도 하나의 외부 인젝터를 포함한다.
이 경우, 엔진을 제1 및/또는 제2 산화 촉매기(311, 312)에 탄화수소(HC)를 공급하는 하나의 인젝터로 볼 수도 있으며, 탄화수소(HC)는 열을 발생시키는 데에 사용될 수 있다.
예를 들어 제1 DOC1, 제2 DOC2, 및/또는 촉매 필터(320)(SCRF)에 포함될 수 있는 산화 코팅을 구비하는 적어도 하나의 기판에 도달하는 질소산화물(NOx) 레벨을 능동적으로 제어함으로써, 하류에 배치되는 환원 촉매 장치에 도달하는 이산화질소(NO2)의 분율의 조절이 획득될 수 있다. 이는, 환원 촉매 장치가 보다 예측 가능한 전환율(turnover)을 제공한다는 것을 의미한다. 예를 들어, 엔진에 의해 생성된 질소산화물(NOx)의 양의 증가는 이산화질소(NO2)의 분율이 희망하는 최대값을 초과할 위험이 있는 것으로 예측되는 경우에 바람직할 수 있다. 예를 들어, 도 5는 낮은 값(예를 들어, 300ppm)으로부터 높은 값(예를 들어, 1400ppm)으로 질소산화물(NOx)의 레벨이 증가할 때, 이산화질소(NO2)의 분율에 대해 획득되는 효과를 나타낸다. 도면에 표현된 바와 같이, 질소산화물(NOx)의 레벨이 300ppm으로부터 1400ppm으로 증가할 때, DOC 및/또는 DPF에서의 NO2/NOx 비에 대한 값은 약 70%로부터 50% 내지 60%로 떨어진다. 상기 NO2/NOx 비에 대한 값의 이러한 감소는, 전술한 바와 같이, "빠른 SCR"에 대한 조건을 상당히 향상시킨다.
촉매 필터(SCRF) 및/또는 환원 촉매 장치에 대한 부하는, 질소산화물(NOx) 레벨의 증가의 결과로서 증가한다. 상기 증가는 주로, 적어도 하나의 산화제 기판(oxidizing substrate)이 NO2/NOx > 50%를 생성할 위험이 있는 온도인 약 260 내지 340℃의 대략적인 배기 온도에서 발생하기 때문에, 촉매 필터(320) 및/또는 환원 촉매 장치(330)는 이러한 하중에 대처하기에 좋은 조건을 가질 것이다. 이러한 온도, 즉 260-240℃에서, 각각의 사양에 따라서 촉매 필터(320) 및/또는 환원 촉매 장치(330)는 다소 양호한 성능을 갖는다. 게다가, 이러한 온도는 환원제의 기화에 비교적 좋은 조건이다.
비-제한적 예시로, 제어는, 제1 첨가제의 투입이 이산화질소 분률(NO2_1)과 질소산화물 분률(NOx_1) 사이의 비의 2배에 해당하는 값을 초과하는 NOx-변환에 거의 대응되지 않게 즉 제1 첨가제의 주입이 NOx-변환이 (NO2_1/NOx_1)*2보다 미만인 경우에 대응되게 제어된다. 예를 들어, NO2_1/NOx_1=30%인 경우라면, 제1 첨가제의 주입은 NOx-변환이 60%(2*30%=60%)보다 작게 예를 들어 NOx-변환이 대략 50%가 되게 제어되며, 이는 촉매 필터(320)에 걸쳐 일어나는 반응 속도가 빠르게 되도록 하고, 이산화질소(NO2_1)의 5%가 촉매 필터(320)를 통한 NO2-계 그을음 산화를 위해 잔류하는 것을 보증한다.
본 발명의, 일 실시예에 따르면, 제1 첨가제 및/또는 제2 첨가제는 암모니아(NH3) 또는 암모니아를 생성/형성/방출할 수 있는 우레아를 포함한다. 이러한 첨가제는, 예를 들어 에드블루로 구성될 수 있다. 제1 첨가제 및 제2 첨가제는 동일한 종류이거나 상이한 종류일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 배기 처리 시스템(350)은 첨가제를 공급하기 위한 시스템(370)을 포함한다. 시스템(370)은 제1 및 제2 주입 장치(371, 372)에 첨가제 즉 예를 들어 암모니아나 우레아를 공급하도록 배치되어 있는 적어도 하나의 펌프(373)를 포함한다.
첨가제 공급을 위한 시스템(370)의 일 예시가 도 3에 개략적으로 도시되어 있다. 이 시스템은 제1 주입 장치(371) 및 제2 주입 장치(372)를 포함하며, 이들 각각은 촉매 필터(320) 상류와 환원 촉매장치(330) 상류에 배치되어 있다. 종종 첨가제를 주입하는 주입 노즐로 구성되어 있으며, 첨가제와 배기 스트림(303)을 혼합하는 제1 및 제2 주입 장치(371, 372)에는 적어도 하나의 펌프(373)에 의해 첨가제 도관(375)을 거쳐 첨가제가 공급된다. 적어도 하나의 펌프(373)는 하나 또는 다수의 첨가제 탱크(376)로부터 탱크/탱크들(376)과 적어도 하나의 펌프(373) 사이의 하나 또는 다수의 도관들(377)을 거쳐 첨가제를 획득한다. 여기서 첨가제는 전술한 바와 같이 액체 상태 및/또는 기체 상태일 수 있다는 점을 알아야 한다. 첨가제가 액체 상태인 경우, 펌프(373)는 액체 펌프이고, 하나 또는 다수의 탱크들(376)은 액체 탱크이다. 첨가제가 기체 상태인 경우, 펌프(373)는 기체 펌프이고, 하나 또는 다수의 탱크들(376)은 기체 탱크이다. 기체 및 액체 첨가제가 모두 사용되는 경우, 복수의 탱크들과 펌프들이 배치되며, 이때 적어도 하나의 탱크와 하나의 펌프가 액체 첨가제 공급을 위해 설치되고, 적어도 하나의 탱크와 하나의 펌프는 기체 첨가제 공급을 위해 설치된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 펌프(373)는 제1 주입 장치(371)와 제2 주입 장치(372) 모두에게 제1 첨가제 및 제2 첨가제를 각각 공급하는 공동 펌프를 포함한다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 적어도 하나의 펌프는 제1 주입 장치(371)와 제2 주입 장치(372) 각각에 제1 첨가제 및 제2 첨가제를 각각 공급하는 제1 펌프 및 제2 펌프를 포함한다. 첨가제 시스템(370)의 특수 기능은 종래 기술에 잘 설명되어 있으므로, 첨가제 분사에 대한 정확한 방법은 본 명세서에서 더 이상 상세하게 설명되지 않는다. 하지만, 일반적으로 분사 지점/SCR-촉매에서의 온도는, 침전물 및 예컨대 질산암모늄(NH4NO3)과 같은 원치 않는 부산물의 형성을 피하기 위해 하한 임계 온도보다 높아야 한다. 이러한 하한 임계 온도의 예시적인 값은 약 200℃이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 첨가제 공급을 위한 시스템(370)은 첨가제가 배기 스트림에 공급되도록 하는 방식으로 적어도 하나의 펌프(373)를 제어하도록 배치되는 투여 제어 장치(374)를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 주입 제어 장치(374)는, 제1 첨가제의 제1 투여가 제1 주입 장치(371)를 통해 배기 스트림(303)에 공급되도록 하는 방식으로 적어도 하나의 펌프(373)를 제어하도록 배치되는 제1 펌프 제어 장치(378)를 포함한다. 주입 제어 장치(374)는 또한, 제2 첨가제가 제2 주입 장치(372)를 통해 배기 스트림(303)에 공급되도록 하는 방식으로 적어도 하나의 펌프(373)를 제어하도록 배치되는 제2 펌프 제어 장치(379)를 포함한다.
제1 및 제2 첨가제는 통상적으로 동일한 타입의 첨가제 예를 들면 우레아로 구성되어 있다. 그러나 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 제1 및 제2 첨가제는 예컨대 우레아와 암모니아와 같이 서로 다른 타입일 수 있다. 이는, 촉매 필터(320)와 환원 촉매 장치(330) 각각에 대한 주입이 이에 따라 촉매 필터(320)와 환원 촉매 장치(330) 각각에 대한 기능이 첨가제 타입에 대하여 최적화될 수 있다는 것을 의미한다. 다른 타입의 첨가제가 사용되는 경우, 탱크(376)는 각각이 다른 타입의 첨가제를 저장하는 복수의 서브-탱크들을 포함한다. 이에 따라, 다른 타입의 첨가제를 제1 주입 장치(371)와 제2 주입 장치(372)에 공급하기 위해 하나 또는 복수의 펌프(373)들이 사용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 하나 또는 복수의 탱크들, 및 하나 또는 복수의 펌프들은 첨가제의 상태 즉 첨가제가 기체인지 아니면 액체인지에 따라 수정될 수 있다.
하나 또는 복수의 펌프들(373)은 주입 제어 장치(374)에 의해 제어된다. 주입 제어 장치(374)는 첨가제 공급을 제어하기 위한 제어 신호들을 생성하여, 각 촉매 필퍼(320)와 환원 촉매 장치(330) 상류에서 제1 주입 장치(371)와 제2 주입 장치(372) 각각의 도움을 받아 소망하는 양의 첨가제가 배기 스트림(303) 내로 주입되게 한다. 좀 더 상세하게는, 제1 펌프 제어 장치(378)는 공통 펌프 또는 제1 주입 장치(371) 전용 펌프 중 어느 하나를 제어하도록 배치되어, 제1 주입 장치(371)를 통해 배기 스트림(303) 내로 공급되는 제1 주입량이 제어되게 된다. 제2 펌프 제어 장치(379)는 공통 펌프 또는 제2 주입 장치(372) 전용 펌프 중 어느 하나를 제어하도록 배치되어, 제2 주입 장치(372)를 통해 배기 스트림(303) 내로 공급되는 제1 주입량이 제어되게 된다.
적어도 하나의 제어 장치(374)는 분리되게 표시된 유닛들(378, 379)을 포함하도록 도면에 표시되어 있다. 이들 유닛(378, 379)은 논리적으로는 분리되어 있지만 물리적으로는 동일한 유닛에서 구현될 수 있고, 또는 이들은 논리적으로나 물리적으로 공동으로 배치/구현될 수 있다. 예를 들어, 이들 유닛(378, 379)은 각각의 유닛이 각각의 방법 단계를 구현하기 위해 액티브/사용될 때, 프로세서에 공급되어 프로세서에 의해 사용되는 다양한 그룹의 명령어, 예를 들어 프로그램 코드 형식의 명령어에 대응할 수 있다.
배기 처리 시스템(350)은 또한, 질소산화물, 이산화질소 및/또는 배기 처리 시스템 내 온도를 결정하기 위해, 예를 들어 촉매 필터의 상류에 배치되는 잠재적인 산화 촉매기(310)의 상류, 촉매 필터(320)의 입구, 촉매 필터의 출구, 환원 촉매 장치(330)의 입구 및/또는 환원 촉매 장치(330)의 출구에 배치되는, 예컨대 하나 또는 여러 개의 NOx-센서, NO2-센서 및/또는 온도 센서(361, 362, 363, 364, 365)와 같은 하나 또는 여러 개의 센서를 구비할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 온도 센서들(361, 362, 363, 364, 365)은 배기 처리 시스템(350) 내 구성 요소들(310, 320, 330)의 상류 및/또는 하류에 배치될 수 있다. 온도 센서들은 또한, 배기 처리 시스템(350) 내 구성 요소들(310, 320, 330) 내에, 구성 요소들에, 구성 요소들 위에 배치될 수 있다.
제어 장치(380)는 적어도 하나의 주입 제어 장치(374)에 제어 신호 및/또는 하나 또는 여러 개의 NOx-센서, NO2-센서 및/또는 온도 센서들(361, 362, 363, 364, 365)에 의해 수행되는 측정값에 대응하는 신호들을 제공하도록 배치될 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 주입 제어 장치(374)는, 주입 물질 공급의 제어를 이러한 제어 신호들 및/또는 측정 신호들을 기반으로 하여, 전술된 제1 영향(impact)의 능동 제어가 획득되도록 한다.
제어 장치(380)는 또한, 연소 기관(301) 및/또는 엔진 제어 장치에 제어 신호 및/또는 하나 또는 여러 개의 NOx-센서, NO2-센서 및/또는 온도 센서들(361, 362, 363, 364, 365)에 의해 수행되는 측정값에 대응하는 신호들을 제공하도록 배치될 수 있다. 따라서, 연소 기관(301) 및/또는 엔진 제어 장치는 이러한 제어 신호 및/또는 측정 신호을 기반으로 하여, 온도 및/또는 배기 환경의 제어를 통해 전술된 제1 영향의 능동 제어가 획득되도록 한다.
본 발명에 따른 방법은, 전술된 촉매 필터(320), 전술된 환원 촉매 장치(330) 및 첨가제의 투여/공급의 능동 제어를 포함하는 실질적으로 모든 배기 처리 시스템에서 구현될 수 있다. 촉매 필터(320)와 환원 촉매 장치(330)의 각각은 다양한 방식으로 배치될 수 있고, 다양한 특성/기능을 가질 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 환원 촉매 장치(330)는 다음의 그룹 중 하나를 포함한다.
- 선택적 환원 촉매(SCR: selective catalytic reduction catalyst),
- 첨가제 잔류물의 산화 및/또는 배기 스트림(303) 내 질소산화물(NOx)의 추가적 환원으로 선택적 환원 촉매(SCR)를 보조하도록 배치되는 슬립-촉매기(SC)가 하류에 뒤따르는 선택적 환원 촉매(SCR), 및
- 1차적으로는 질소산화물(NOx)의 환원을 위해, 그리고 2차적으로는 배기 스트림(303) 내 첨가제 산화를 위해 배치되는 슬립-촉매기.
본 명세서에서, 선택적 환원 촉매(SCR)는 종래의 SCR-촉매(Selective Catalytic Reduction)를 의미한다. 통상적으로, SCR 촉매는 종종, 암모니아(NH3) 또는 암모니아가 생성/형성될 수 있는 화합물과 같은 첨가제를 사용하며, 이러한 첨가제는 배기가스(exhausts) 내 질소산화물(NOx)의 환원을 위해 사용된다. 첨가제는, 전술된 바와 같이 촉매의 상류에 있는 연소 기관으로부터 생성되는 배기 스트림으로 분사된다. 촉매에 첨가되는 첨가제는 암모니아(NH3)의 형태로 촉매에 흡수(저장)되어, 배기가스 내 질소산화물(NOx)과 첨가제를 통해 사용 가능한 암모니아(NH3) 사이에 산화 환원 반응이 발생될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 슬립-촉매기(SC)는, 첨가제를 산화 및/또는 상기 배기 스트림(303) 내 질소 산화물(NOx)의 환원으로 선택적 환원 촉매(SCR)를 보조하도록 배치되는 촉매를 의미한다.
따라서, 슬립-촉매기(SC)는, 배기 스트림 내 첨가제를 산화하도록 배치되고, 배기 스트림 내 질소산화물(NOx)의 잔류물을 환원할 수 있게 배치되는 촉매이다. 보다 상세하게는, 이러한 슬립-촉매기(SC)는 1차적으로는 질소산화물(NOx)을 환원하고, 2차적으로는 첨가제를 산화시키도록 배치된다. 환언하면, 슬립-촉매기(SC)는 첨가제 및 질소산화물(NOx) 양측의 슬립-잔여물을 처리할 수 있다. 이는 또한, 슬립-촉매기(SC)가, 배기 스트림 내 질소산화물(NOx)의 환원을 위해 설치되는 연장형 암모니아 슬립 촉매(ASC)인 것으로도 표현될 수 있으며, 이로 인해 여러 종류의 슬립을 처리하는, 즉 첨가제 및 질소산화물(NOx) 모두를 처리하는 일반적인 다기능 슬립-촉매기(SC)가 획득된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 질소산화물(NOx)을 환원하고 첨가제를 산화시키는 다기능 슬립-촉매기(SC)에서, 예를 들어 적어도 다음의 반응들이 수행될 것이다.
NH3+ O2 → N2 (vi)
및
NOx + NH3 → N2 + H2O (vii)
여기서, 화학식(vi)에 따른 반응은 첨가제, 예를 들어 암모니아를 포함할 수 있는 첨가제 잔류물의 산화를 제공한다. 화학식(vii)에 따른 반응은 질소산화물(NOx)의 환원을 야기한다.
이에 따라, 첨가제 예컨대 암모니아(NH3), 이소시안산(HNCO), 우레아 또는 이와 유사한 물질의 잔류물이 산화될 수 있다. 이들 첨가제 잔류물 즉 암모니아(NH3), 이소시안산(HNCO), 우레아 또는 이와 유사한 물질의 잔류물이 질소산화물(NOx)을 산화시키는 데에 사용될 수도 있다.
이들 특성들을 얻기 위해, 즉 다기능 슬립-촉매기장치를 얻기 위해, 일 실시형태에 따른 슬립-촉매기장치는 하나 또는 다수의 물질들이 포함되어 있는 백금 금속(PGM; Platinum Group Metals) 즉 이리듐, 오스뮴, 팔라듐, 플라티늄, 로듐 및 루테늄 중 하나 또는 다수를 포함한다. 슬립-촉매기장치는, 백금 그룹 금속들과 유사한 슬립-촉매기장치 특성을 발휘하는 하나 또는 다수의 다른 물질들을 포함할 수도 있다. 슬립-촉매기장치는 NOx-환원 코팅층도 포함할 수 있다. 여기서, NOx-환원 코팅층은 예를 들어 Cu- 또는 Fe-제올라이트 또는 바나듐을 포함할 수 있다. 제올라이트는 예를 들면 구리(Cu) 또는 철(Fe) 같은 활성 금속(active metal)으로 활성화될 수 있다.
본 발명에 따른 시스템은 전술된 방법 실시예들 및 청구범위에 기재된 방법 실시예들 모두를 수행하도록 배치될 수 있으며, 각각의 실시예에 대한 시스템은 각각의 실시예에 대한 전술된 이점을 달성한다.
통상의 기술자는 또한, 전술된 시스템이 본 발명에 따른 방법의 다양한 실시예들에 따라 변경될 수 있음을 인지할 것이다. 또한, 본 발명은 배기 스트림의 처리를 위한 적어도 하나의 시스템을 포함하는 자동차(100), 예를 들어 트럭 또는 버스에 관한 것이다.
본 발명이 전술한 본 발명의 실시형태들로 한정되는 것이 아니며, 첨부된 독립 청구항의 범위 내에 속하는 모든 실시형태들을 포함하고, 그러한 모든 실시형태들에 관련된다.

Claims (41)

  1. 연소 기관(301)에서의 연소로부터 생성되어, 배기 처리 시스템(350)을 통과하며, 질소산화물(NOx)을 포함하는 배기 스트림(303)의 처리 방법으로, 상기 질소산화물(NOx)은 일산화질소(NO) 및 이산화질소(NO2)를 포함하는, 배기 스트림 처리 방법에 있어서,
    - 상기 배기 스트림(303) 내에 질소, 탄소 및 수소 중 하나 이상을 포함하는 화합물의 제1 산화(210) 단계로, 상기 제1 산화(210)는 상기 배기 처리 시스템(350)에 배치되는 제1 산화 촉매기(310)에 의해 수행되고,
    - 상기 제1 산화 촉매기(310)에서 나오는 이산화질소의 제1 양(NO2_1)과 질소산화물의 제1 양(NOx_1) 사이의 제1 비에 대한 값, (NO2_1/NOx_1)det의 결정(220) 단계,
    - 상기 제1 산화 촉매기(310)의 하류에 배치되는 제1 주입 장치(371)를 사용한 상기 배기 스트림(303) 내로의 제1 첨가제의 제1 공급(230) 단계로, 상기 제1 공급(230)은 상기 제1 비에 대한 상기 결정된 값 (NO2_1/NOx_1)det에 기초하여 능동적으로 제어되며,
    - 상기 제1 주입 장치(371)의 하류에 배치되는 촉매 필터(320)에서의 촉매 반응을 통한 적어도 상기 질소산화물의 제1 양(NOx_1)의 제1 환원(240) 단계로, 상기 촉매 필터(320)는 환원 특성을 갖는 적어도 일부분이 촉매작용이 있는 코팅을 구비하는 입자 필터로 구성되고, 상기 입자 필터는 그을음 입자의 포집 및 산화, 그리고 상기 질소산화물의 제1 양(NOx_1)의 상기 제1 환원을 수행하도록 배치되며, 상기 제1 환원을 위한 촉매 반응은 상기 제1 첨가제를 사용하며,
    - 상기 촉매 필터(320)의 하류에 배치되는 제2 주입 장치(372)를 사용한 상기 배기 스트림(303) 내로의 제2 첨가제의 제2 공급(260) 단계, 및
    - 상기 제2 주입 장치(372)의 하류에 배치되는 환원 촉매 장치(330)에 도달하는 질소산화물의 제2 양(NOx_2)의 제2 환원(270) 단계로, 상기 제2 환원이 상기 제1 첨가제 및 제2 첨가제 중 적어도 하나를 사용하는, 제2 환원 단계,
    - 상기 환원 촉매 장치(330)에 도달하는 이산화질소의 제2 양(NO2_2)과 질소산화물의 제2 양(NOx_2) 사이의 제2 비에 대한 값, (NO2_2/NOx_2)det의 결정 단계로, 상기 제1 공급(230)의 능동 제어가 제2 비에 대해 결정된 값(NO2_2/NOx_2)det에도 기초하는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 첨가제의 제1 공급(230)의 능동 제어에 의해, 상기 촉매 필터(320)에서 수행되는 상기 질소산화물의 제1 양(NOx_1)의 제1 환원(240)이 능동적으로 제어되는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 질소산화물의 제1 양(NOx_1)의 제1 환원(240)이, 상기 제1 첨가제가 상기 촉매 필터(320)에서 질소산화물의 제1 양(NOx_1)과 반응함으로써 달성되는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 질소산화물의 제1 양(NOx_1)의 제1 환원(240)은, 상기 촉매 필터(320)에서의 그을음 입자의 산화 시, 상기 질소산화물의 제1 양(NOx_1)에 포함되는 이산화질소의 제1 양(NO2_1)이 상기 그을음 입자와 반응함으로써 달성되며, 상기 제1 첨가제의 제1 공급(230)의 능동 제어는 상기 촉매 필터(320) 내 그을음의 양에 기초하는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 첨가제의 제1 공급(230)의 능동 제어가, 상기 제1 비에 대한 결정된 값 (NO2_1/NOx_1)det이 상한 임계값 (NO2_1/NOx_1)threshold_high 이상인 경우, 즉 (NO2_1/NOx_1)det ≥ (NO2_1/NOx_1)threshold_high인 경우, 상기 능동 제어가 상기 촉매 필터(320) 내 질소산화물의 제1 양(NOx_1)의 제1 환원의 감소를 제공하도록 하는 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 질소산화물의 제1 양(NOx_1)의 제1 환원의 감소가 상기 제1 첨가제의 제1 공급(230)의 감소를 야기하는 상기 능동 제어에 의해 달성되는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 상한 임계값 (NO2_1/NOx_1)threshold_high이,
    - 45%,
    - 50%,
    - 60%, 및
    - > 65%, 중 하나의 값을 갖는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 상한 임계값 (NO2_1/NOx_1)threshold_high이 상기 촉매 필터(320) 및 상기 촉매 필터(320)의 하류에 배치되는 환원 촉매 장치(330) 중 적어도 하나의 온도의 대푯값(representation)에 따라 달라지는 값을 갖는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 촉매 필터(320)에 포함되는 상기 적어도 일부분이 촉매작용이 있는 코팅이 산화 특성도 갖는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    - 상기 배기 스트림(303) 내 질소, 탄소 및 수소 중 하나 이상을 포함하는 화합물의 제2 산화(250)로, 상기 제2 산화(250)는 상기 촉매 필터(320)의 하류에 배치되는 제2 산화 촉매기(311)에 의해 수행되고,
    - 상기 제2 산화 촉매기(311)의 하류에 배치되는 제2 주입 장치(372)를 사용한 상기 배기 스트림(303) 내로의 제2 첨가제의 제2 공급(260), 및
    - 상기 제2 주입 장치(372)의 하류에 배치되는 환원 촉매 장치(330)에 도달하는 질소산화물의 제2 양(NOx_2)의 제2 환원(270)으로, 상기 제2 환원(270)은 상기 제1 첨가제 및 제2 첨가제 중 적어도 하나를 사용하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 공급(230)의 능동 제어가, 상기 환원 촉매 장치(330)에 도달하는 이산화질소의 제2 양(NO2_2)과 질소산화물의 제2 양(NOx_2) 사이의 제2 비에 대한 결정된 값 (NO2_2/NOx_2)det에도 기초하는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 첨가제의 제1 공급(230)의 능동 제어가, 상기 촉매 필터(320)에서 수행되는 상기 질소산화물의 제1 양(NOx_1)의 제1 환원(240)의 능동 제어를 야기하는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 질소산화물의 제1 양(NOx_1)의 제1 환원(240)이, 상기 촉매 필터(320)에서 제1 첨가제가 질소산화물의 제1 양(NOx_1)과 반응함으로써 달성되는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 질소산화물의 제1 양(NOx_1)의 제1 환원(240)은, 상기 촉매 필터(320)에서의 그을음 입자 산화 시, 상기 질소산화물의 제1 양(NOx_1)에 포함되는 이산화질소의 제1 양(NO2_1)이 상기 그을음 입자와 반응함으로써 달성되며, 상기 제1 첨가제의 제1 공급(230)의 능동 제어는 상기 촉매 필터(320) 내 그을음의 양에 기초하는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 제1 공급(230)의 능동 제어가, 상기 제1 비에 대한 결정된 값 (NO2_1/NOx_1)det이 상한 임계값 (NO2_1/NOx_1)threshold_high 이상인 경우, 즉 (NO2_1/NOx_1)det ≥ (NO2_1/NOx_1)threshold_high인 경우, 상기 제1 첨가제의 능동 제어가 상기 촉매 필터(320)에서의 질소산화물의 제1 양(NOx_1)의 제1 환원의 감소를 제공하는 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 질소산화물의 제1 양(NOx_1)의 감소된 제1 환원이, 상기 능동 제어가 제1 첨가제의 제1 공급(230)의 감소를 야기함으로써 달성되는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 상한 임계값 (NO2_1/NOx_1)threshold_high이,
    - 45%,
    - 50%,
    - 60%, 및
    - > 65%의 그룹 중 하나를 나타내는 값을 갖는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 상한 임계값 (NO2_1/NOx_1)threshold_high이, 상기 촉매 필터(320) 및 상기 촉매 필터(320)의 하류에 배치되는 환원 촉매 장치(330) 중 적어도 하나의 온도 대푯값에 따라 달라지는 값을 갖는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  19. 제10항에 있어서,
    상기 제1 첨가제의 제1 공급(230)의 능동 제어가, 상기 제1 비에 대한 결정된 값 (NO2_1/NOx_1)det이 하한 임계값 (NO2_1/NOx_1)threshold_low 이하인 경우, 즉 (NO2_1/NOx_1)det ≤ (NO2_1/NOx_1)threshold_low인 경우, 상기 촉매 필터(320)에서 상기 질소산화물의 제1 양(NOx_1)의 증가된 제1 환원이 수행되도록 하는 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 질소산화물의 제1 양(NOx_1)의 증가된 제1 환원이, 상기 능동 제어가 상기 제1 첨가제의 제1 공급(230)을 증가시키기 때문에 달성되는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 하한 임계값 (NO2_1/NOx_1)threshold_low이,
    - 50%,
    - 45%,
    - 30%,
    - 20%, 및
    - 10%의 그룹 중 하나를 나타내는 값을 갖는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 하한 임계값 (NO2_1/NOx_1)threshold_low이 상기 촉매 필터(320) 및 상기 촉매 필터(320)의 하류에 배치되는 환원 촉매 장치(330) 중 적어도 하나의 온도 대푯값에 따라 달라지는 값을 갖는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  23. 제1항에 있어서,
    제2 비에 대한 결정된 값 (NO2_2/NOx_2)det이 높으면, 결정된 값 (NO2_2/NOx_2)det이 낮을 때 야기되는 것보다 첨가제가 적게 공급되도록, 상기 제1 공급(230)의 능동 제어가 제2 비에 대한 상기 결정된 값 (NO2_2/NOx_2)det에 기초하는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    - 상기 제1 공급(230)의 능동 제어는, 상기 촉매 필터(320)의 하류에 배치되는 상기 환원 촉매 장치(330)에 도달하는 이산화질소의 제2 양(NO2_2)과 질소산화물의 제2 양(NOx_2) 사이의 제2 비에 대한 결정된 값 (NO2_2/NOx_2)det에 기초하며, 및
    - 상기 제1 첨가제의 제1 공급(230)의 능동 제어는, 상기 제2 비에 대한 결정된 값 (NO2_2/NOx_2)det이 하한 임계값 (NO2_2/NOx_2)threshold_low 이하일 경우, 즉 (NO2_2/NOx_2)det ≤ (NO2_2/NOx_2)threshold_low일 경우, 상기 촉매 필터(320)에서 상기 질소산화물의 제1 양(NOx_1)의 증가된 제1 환원이 수행되도록 하는 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 질소산화물의 제1 양(NOx_1)의 상기 증가된 제1 환원은, 상기 능동 제어가 상기 제1 첨가제의 상기 제1 공급(230)을 증가시키기 때문에 달성되는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 하한 임계값 (NO2_2/NOx_2)threshold_low이,
    - 50%,
    - 45%,
    - 30%,
    - 20%, 및
    - 10%의 그룹 중 어느 하나를 나타내는 값을 갖는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  27. 제24항에 있어서,
    상기 하한 임계값 (NO2_2/NOx_2)threshold_low이 상기 촉매 필터(320) 및 상기 환원 촉매 장치(330) 중 적어도 하나의 온도 대푯값에 따라 달라지는 값을 갖는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  28. 제1항에 있어서,
    - 상기 제1 공급(230)의 상기 능동 제어는, 상기 촉매 필터(320)의 하류에 배치되는 상기 환원 촉매 장치(330)에 도달하는 이산화질소의 제2 양(NO2_2)과 질소산화물의 제2 양(NOx_2) 사이의 제2 비에 대한 결정된 값 (NO2_2/NOx_2)det에 기초하며,
    - 상기 제1 첨가제의 제1 공급(230)의 상기 능동 제어는, 상기 제2 비에 대한 상기 결정된 값 (NO2_2/NOx_2)det이 상한 임계값 (NO2_2/NOx_2)threshold_high 이상일 경우, 즉 (NO2_2/NOx_2)det ≥ (NO2_2/NOx_2)threshold_high일 경우, 상기 촉매 필터(320)에서 질소산화물의 제1 양(NOx_1)의 감소된 제1 환원이 수행되는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 질소산화물의 제1 양(NOx_1)의 감소된 제1 환원은, 상기 능동 제어가 상기 제1 첨가제의 제1 공급(230)을 감소시킴으로써 달성되는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  30. 제28항에 있어서,
    상기 상한 임계값 (NO2_2/NOx_2)threshold_high이,
    - 45%,
    - 50%,
    - 60%, 및
    - > 65%의 그룹 중 하나를 나타내는 값을 갖는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  31. 제28항에 있어서,
    상기 상한 임계값 (NO2_2/NOx_2)threhold_high이 상기 촉매 필터(320) 및 상기 환원 촉매 장치(330) 중 적어도 하나의 온도 대푯값에 따라 달라지는 값을 갖는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  32. 제1항에 있어서,
    상기 제1 공급(230)의 상기 능동 제어는 또한,
    - 상기 촉매 필터(320)에 대한 제1 첨가제의 적용 정도(coverage degree) 및
    - 상기 촉매 필터(320)의 하류에 배치되는 환원 촉매 장치(330)에 대한 제1 첨가제와 제2 첨가제 중 적어도 하나의 첨가제의 적용 정도, 중 적어도 하나에 기초하는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  33. 제1항에 있어서,
    상기 제1 공급(230)의 상기 능동 제어는 또한, 상기 촉매 필터(320) 및 상기 촉매 필터(320)의 하류에 배치되는 환원 촉매 장치(330) 중 적어도 하나에 대한, 적어도 하나의 촉매 특성에 기초하는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  34. 제1항에 있어서,
    상기 제1 공급(230)의 상기 능동 제어는 또한, 상기 촉매 필터(320) 및 상기 촉매 필터(320)의 하류에 배치되는 환원 촉매 장치(330) 중 적어도 하나의 온도 대푯값에 기초하는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  35. 제1항에 있어서,
    상기 제1 비에 대한 상기 결정된 값 (NO2_1/NOx_1)det이,
    - 예측된 값,
    - 모델링된 값, 및
    - 측정된 값 중 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  36. 제1항에 있어서,
    상기 제2 비에 대한 상기 결정된 값 (NO2_2/NOx_2)det이,
    - 예측된 값,
    - 모델링된 값, 및
    - 측정된 값 중 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  37. 컴퓨터 판독 가능한 매체로,
    상기 컴퓨터 판독 가능한 매체는 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램을 포함하고, 상기 프로그램 코드가 컴퓨터에서 실행될 때, 상기 컴퓨터가 제1항에 따른 방법을 수행하는 것을 특징으로 하는, 컴퓨터 판독 가능한 매체.
  38. 연소 기관(301)에서의 연소로부터 생성되고, 질소산화물(NOx)을 포함하는 배기 스트림(303)을 처리하도록 배치되는 배기 처리 시스템(350)으로, 상기 질소산화물(NOx)은 일산화질소(NO) 및 이산화질소(NO2)를 포함하는, 배기 처리 시스템에 있어서, 상기 배기 처리 시스템은,
    - 상기 배기 스트림(303) 내 질소, 탄소 및 수소 중 하나 이상을 포함하는 화합물을 산화(210)시키기 위해, 상기 배기 처리 시스템(350)에 배치되는 제1 산화 촉매기(310),
    - 제어 장치(380)로,
    - 상기 제1 산화 촉매기(310)를 떠나는 이산화질소의 제1 양(NO2_1)과 질소산화물의 제1 양(NOx_1) 사이의 제1 비에 대한 값 (NO2_1/NOx_1)det의 결정(220), 및
    - 상기 제1 비에 대한 상기 결정된 값 (NO2_1/NOx_1)det에 기초하여, 상기 배기 스트림(303) 내로의 제1 첨가제의 제1 공급(230)을 수행하기 위해, 상기 제1 산화 촉매기(310)의 하류에 배치되는 제1 주입 장치(371)의 능동 제어(230),를 제공하도록 배치되는, 제어 장치(380),
    - 상기 제1 주입 장치(371)의 하류에 배치되는 촉매 필터(320)로, 상기 촉매 필터(320)는 환원 특성을 갖는 적어도 일부분이 촉매작용이 있는 코팅을 구비하는 입자 필터로 구성되고, 상기 입자 필터는 그을음 입자의 포집 및 산화, 그리고 상기 질소산화물의 제1 양(NOx_1)의 제1 환원(250)을 수행하도록 배치되며, 상기 제1 환원을 위한 촉매 반응은 상기 제1 첨가제를 사용하는, 촉매 필터(320),
    - 상기 배기 스트림(303) 내로의 제2 첨가제의 제2 공급(260)을 수행하기 위해, 상기 촉매 필터(320)의 하류에 배치되는 제2 주입 장치(372), 및
    - 상기 제2 주입 장치(372)의 하류에 배치되는 환원 촉매 장치(330)로, 상기 환원 촉매 장치(330)는 상기 환원 촉매 장치(330)에 도달하는 질소산화물의 제2 양(NOx_2)의 제2 환원을 수행하기 위해 배치되며, 상기 제2 환원은 상기 제1 첨가제 및 제2 첨가제 중 적어도 하나를 사용하는, 환원 촉매 장치(330),를 포함하며,
    상기 제어 장치(380)는, 상기 환원 촉매 장치(330)에 도달하는 이산화질소의 제2 양(NO2_2)과 질소산화물의 제2 양(NOx_2) 사이의 제2 비에 대한 값 (NO2_2/NOx_2)det의 결정 또한 제공하도록 배치되며, 상기 제1 공급(230)의 능동 제어는 상기 제2 비에 대해 결정된 값(NO2_2/NOx_2)det에도 기초하는 것을 특징으로 하는, 배기 처리 시스템.
  39. 제38항에 있어서,
    상기 촉매 필터에 포함되는 상기 적어도 일부분이 촉매작용이 있는 코팅이 산화 특성도 갖는 것을 특징으로 하는, 배기 처리 시스템.
  40. 제38항에 있어서,
    - 상기 배기 스트림(303) 내 질소, 탄소 및 수소 중 하나 이상을 포함하는 화합물의 제2 산화(260)를 수행하기 위해, 상기 촉매 필터(320)의 하류에 배치되는 제2 산화 촉매기(311),
    - 상기 배기 스트림(303) 내로의 제2 첨가제의 제2 공급(270)을 수행하기 위해, 상기 제2 산화 촉매기(311)의 하류에 배치되는 제2 주입 장치(372), 및
    - 상기 제2 주입 장치(372)의 하류에 배치되는 환원 촉매 장치(330)로, 상기 환원 촉매 장치(330)는 상기 환원 촉매 장치(330)에 도달하는 질소산화물의 제2 양(NOx_2)의 제2 환원(280)을 수행하기 위해 배치되며, 상기 제2 환원은 제1 첨가제 및 제2 첨가제 중 적어도 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는, 배기 처리 시스템.
  41. 제40항에 있어서,
    상기 환원 촉매 장치(330)는,
    - 선택적 환원 촉매(SCR),
    - 하류에 슬립-촉매기(SC)가 뒤따르는 선택적 환원 촉매(SCR)로, 상기 슬립-촉매기(SC)가, 첨가제의 잔류물을 산화하거나 상기 배기 스트림(303) 내 질소산화물(NOx)의 추가 환원으로 상기 선택적 환원 촉매(SCR)를 보조하도록, 또는 첨가제의 잔류물을 산화하고 상기 배기 스트림(303) 내 질소산화물(NOx)의 추가 환원으로 상기 선택적 환원 촉매(SCR)를 보조하도록 배치되는, 선택적 환원 촉매(SCR),로 구성되는 그룹 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배기 처리 시스템.
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