KR102639057B1 - 촉매 컨버터 재생 중에도 지속적으로 유해물질 제거가 가능한 배기가스 유해물질 저감 시스템 및 이를 이용한 배기가스 유해물질 저감 방법 - Google Patents

촉매 컨버터 재생 중에도 지속적으로 유해물질 제거가 가능한 배기가스 유해물질 저감 시스템 및 이를 이용한 배기가스 유해물질 저감 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102639057B1
KR102639057B1 KR1020230074582A KR20230074582A KR102639057B1 KR 102639057 B1 KR102639057 B1 KR 102639057B1 KR 1020230074582 A KR1020230074582 A KR 1020230074582A KR 20230074582 A KR20230074582 A KR 20230074582A KR 102639057 B1 KR102639057 B1 KR 102639057B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
exhaust gas
branch pipe
catalytic converter
nitrogen oxide
fuel
Prior art date
Application number
KR1020230074582A
Other languages
English (en)
Inventor
이세영
우종헌
이택헌
Original Assignee
화이버텍 (주)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 화이버텍 (주) filed Critical 화이버텍 (주)
Priority to KR1020230074582A priority Critical patent/KR102639057B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102639057B1 publication Critical patent/KR102639057B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N11/00—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/0807—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents
    • F01N3/0828—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by using absorbents or adsorbents characterised by the absorbed or adsorbed substances
    • F01N3/0842—Nitrogen oxides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2006—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating
    • F01N3/2033—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating using a fuel burner or introducing fuel into exhaust duct
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2839—Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration
    • F01N3/2853—Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration using mats or gaskets between catalyst body and housing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N9/00—Electrical control of exhaust gas treating apparatus
    • F01N9/002—Electrical control of exhaust gas treating apparatus of filter regeneration, e.g. detection of clogging
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/16—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being an electric heater, i.e. a resistance heater
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2410/00—By-passing, at least partially, exhaust from inlet to outlet of apparatus, to atmosphere or to other device
    • F01N2410/14—By-passing, at least partially, exhaust from inlet to outlet of apparatus, to atmosphere or to other device in case of excessive pressure, e.g. using a safety valve
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2430/00—Influencing exhaust purification, e.g. starting of catalytic reaction, filter regeneration, or the like, by controlling engine operating characteristics
    • F01N2430/08—Influencing exhaust purification, e.g. starting of catalytic reaction, filter regeneration, or the like, by controlling engine operating characteristics by modifying ignition or injection timing

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 배기가스 유해물질 저감 시스템은, 엔진에서 생성된 배기가스가 배출되는 배기관, 배기관에서 분기되는 제1 분기관과 제2 분기관, 제1 분기관의 개폐를 조절하는 제1 밸브, 제2 분기관의 개폐를 조절하는 제2 밸브, 제1 분기관에 설치되어 배기가스에 포함된 유해물질을 제거하는 제1 촉매 컨버터, 제2 분기관에 설치되어 배기가스에 포함된 유해물질을 제거하는 제2 촉매 컨버터, 배기가스의 상태를 모니터링하는 센싱부, 및 센싱부에서 측정된 배기가스의 상태 정보를 이용하여 제1 밸브와 제2 밸브를 선택적으로 개폐하는 제어부를 포함한다.

Description

촉매 컨버터 재생 중에도 지속적으로 유해물질 제거가 가능한 배기가스 유해물질 저감 시스템 및 이를 이용한 배기가스 유해물질 저감 방법{HARMFUL SUBSTANCE REDUCTION SYSTEM FOR EXHAUST GAS CAPABLE OF CONTINUOUSLY REMOVING HARMFUL SUBSTANCES DURING REGENERATION OF THE CATALYTIC CONVERTER AND REDUCING METHOD FOR HARNFUL SUBSTANCE IN EXHAUST GAS USING THE SAME}
본 발명은 배기가스 유해물질 저감 시스템 및 이를 이용한 배기가스 유해물질 저감 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 촉매 컨버터가 재생 중인 경우에도 지속적으로 유해물질을 제거할 수 있는 배기가스 유해물질 저감 시스템 및 이를 이용한 배기가스 유해물질 저감 방법에 관한 것이다.
자동차의 엔진에서 배출되는 배기가스에는 인체에 유해한 유해물질들이 다수 포함되어 있다. 이에 따라, 각국에서는 배기가스 중에 포함된 유해물질을 저감하기 위한 다양한 법률적 규제들을 시행하고 있다. 예를 들면, 유럽연합은 1992년 유로 1(EURO 1) 기준을 도입한 이래로 지속적으로 배기가스 규제를 강화해 왔으며, 현재 시행중인 유로 6(EURO 6)에서는 승용 경유차의 질소산화물(NOX) 배출 허용치를 80mg/km로 매우 엄격하게 규정하고 있는 실정이다.
이와 같은 상황에서, 배기가스에 포함된 유해물질을 저감하기 위한 다양한 기술들이 제안되고 있으며, 대표적인 예로는 촉매 컨버터를 들 수 있다. 촉매 컨버터는 촉매를 이용하여 배기가스에 포함된 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC)를 인체에 무해한 이산화탄소(CO2)와 물(H2O)로 산화시키거나, 또는 질소산화물(NOX)을 질소(N2)와 산소(O2)로 환원시키는 장치이다. 촉매 컨버터의 예로는 삼원 촉매(Three Way Catalyst, TWC), 디젤 산화 촉매기(Diesel Oxidation Catalyst, DOC), 선택적 촉매 환원 장치(Selective Catalytic Reduction, SCR), 디젤 미립자 필터(Diesel Particulate Filter, DPF), 질소산화물 흡장 촉매 장치(Lean NOX Trap, LNT) 등이 있다.
도 1은 질소산화물 흡장 촉매 장치(2, LNT)와 디젤 미립자 필터(3, DPF)를 가진 종래의 배기가스 유해물질 저감 장치(1)를 나타내는 도면이다. 질소산화물 흡장 촉매 장치(2)는, 연료 희박 상태(Lean condition)인 디젤 차량의 일반적인 주행 상태에서 배기가스에 포함된 질소산화물(NOX)을 질산염의 형태로 흡장(storage)할 수 있다. 이후 흡장된 질소산화물(NOX)의 양이 질소산화물 흡장 촉매 장치(2)의 흡장 용량 한계에 도달하면, 질소산화물 흡장 촉매(2)는 더 이상 배기가스 중의 질소산화물(NOX)을 포집할 수 없게 된다. 이 경우 엔진 연소 제어(post injection) 등을 통해 배기가스를 연료 과잉 상태(Rich condition)로 전환하면, 흡장되어 있던 질산염이 질소(N2)로 환원될 수 있다. 디젤 미립자 필터(3)는, 배기가스에 포함된 입자상 물질(Particulate Matter, PM)을 필터 벽면에 포집할 수 있다. 이후 일정 주기마다 배기가스의 온도를 상승시켜 디젤 미립자 필터(3)에 포집된 입자상 물질을 제거하는 재생 과정을 거치게 된다. 이러한 과정들을 통해 배기가스에 포함된 유해물질들을 제거할 수 있다.
한편, 상술한 종래의 배기가스 유해물질 저감 장치는 다음과 같은 문제점들을 가지고 있다.
첫째, 촉매가 활성화 온도에 도달하기 전까지는 유해물질 저감효과를 기대하기 어렵다. 구체적으로, 질소산화물 흡장 촉매 장치(2)가 질소산화물(NOX)을 흡장하기 위해서는 촉매가 활성화된 상태여야 하고, 이를 위해서는 촉매가 300~400℃ 이상으로 가열되어야 한다. 따라서, 엔진의 시동 초기나 저부하 운전 시에는 촉매가 충분히 가열되지 못해 질소산화물(NOX) 제거가 원활하지 못할 수 있다.
둘째, 재생 중에는 유해물질 저감효과가 떨어진다. 구체적으로, 질소산화물 흡장 촉매 장치(2)의 재생이 진행되는 동안에는 배기가스가 연료 과잉 상태(Rich condition)로 유지되어야 한다. 따라서, 연료 희박 상태(Lean condition)에서 질소산화물(NOX)을 흡장하는 질소산화물 흡장 촉매 장치(2)는 제 기능을 수행하지 못하게 되는 것이다.
셋째, 정밀한 배기가스 상태 조절이 어렵다. 구체적으로, 질소산화물 흡장 촉매 장치(2)의 재생을 위해 연료 과잉 상태(Rich condition)를 조성하고자 할 때, 이는 엔진에서 연료와 공기 분사량을 조절함으로써 달성된다. 그러나, 엔진에 공급되는 연료와 공기량을 조절하는 것으로는 질소산화물 흡장 촉매 장치(2)에 도달하는 배기가스의 상태를 정밀하게 제어하기 어렵다는 문제가 있다.
넷째, 재생 과정에서 연료가 낭비되어 차량의 연비가 나빠질 수 있다. 예를 들면, 디젤 미립자 필터(3)의 재생을 위해 배기가스의 온도를 상승시키고자 하는 경우, 엔진에서 발생한 배기가스가 디젤 미립자 필터(3)까지 도달하는 과정에서 많은 열 에너지의 소실이 발생할 수 있으며, 이는 차량의 연비 하락으로 이어질 수 있다.
공개특허 제10-2019-0029933호(2019.03.21)
본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 일 과제는 엔진의 시동 초기에 촉매 온도를 빠르게 활성화 온도까지 가열할 수 있는 배기가스 유해물질 저감 시스템 및 이를 이용한 배기가스 유해물질 저감 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 과제는 촉매 컨버터 재생 중에도 지속적으로 유해물질 제거가 가능한 배기가스 유해물질 저감 시스템 및 이를 이용한 배기가스 유해물질 저감 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 배기가스의 공기과잉률(excess air ratio, λ)을 엔진이 아닌 촉매 컨버터 전단에서 정밀하게 제어할 수 있는 배기가스 유해물질 저감 시스템 및 이를 이용한 배기가스 유해물질 저감 방법을 제공하는 것이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
상술한 본 발명의 과제를 달성하기 위하여, 예시적인 실시예들에 따른 배기가스 유해물질 저감 시스템은, 엔진에서 생성된 배기가스가 배출되는 배기관, 상기 배기관에서 분기되는 제1 분기관과 제2 분기관, 상기 제1 분기관의 개폐를 조절하는 제1 밸브, 상기 제2 분기관의 개폐를 조절하는 제2 밸브, 상기 제1 분기관에 설치되어 배기가스에 포함된 유해물질을 제거하는 제1 촉매 컨버터, 상기 제2 분기관에 설치되어 배기가스에 포함된 유해물질을 제거하는 제2 촉매 컨버터, 상기 배기가스의 상태를 모니터링하는 센싱부, 및 상기 센싱부에서 측정된 배기가스의 상태 정보를 이용하여 상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브를 선택적으로 개폐하는 제어부를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 촉매 컨버터는 연료 희박 상태(Lean condition)에서 배기가스에 포함된 질소산화물을 흡장하고 연료 과잉 상태(Rich condition)에서는 흡장된 질소산화물을 질소로 환원시키는 제1 질소산화물 흡장 촉매 장치(Lean NOX Trap), 및 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하는 제1 디젤 미립자 필터를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제2 촉매 컨버터는 제2 질소산화물 흡장 촉매 장치, 및 제2 디젤 미립자 필터를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 배기가스 유해물질 저감 시스템은 상기 제1 분기관에서 상기 제1 촉매 컨버터보다 상류에 설치되어 배기가스를 가열하는 제1 표면 연소장치, 및 상기 제2 분기관에서 상기 제2 촉매 컨버터보다 상류에 설치되어 배기가스를 가열하는 제2 표면 연소장치를 더 포함할 수 있다.
이 때, 상기 제1 표면 연소장치와 상기 제2 표면 연소장치는 상기 제1 분기관과 상기 제2 분기관을 각각 감싸는 파이프 형상의 표면 연소용 매트를 포함하며, 상기 표면 연소용 매트의 표면에서 연료가 표면연소를 일으키는 것일 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 센싱부에서 측정된 배기가스의 상태 정보를 이용하여 상기 제1 촉매 컨버터의 재생 필요성을 판단하고, 상기 제1 촉매 컨버터의 재생이 필요하다고 판단되면 상기 제1 밸브를 폐쇄하고 상기 제2 밸브를 개방하며, 상기 제1 표면 연소장치를 작동하여 상기 제1 촉매 컨버터를 재생시킬 수 있다.
한편, 상기 제1 표면 연소장치는, 상기 제1 분기관에 연결되는 원통 형상의 하우징, 상기 하우징에서 외측으로 돌출되는 원통 형상의 혼합부, 상기 혼합부에 연료를 공급하는 공급 커넥터, 상기 혼합부 내부에 구비되어 연료가 상기 표면 연소용 매트의 표면에 고르게 분산되도록 안내하는 분배 가이드, 및 스파크를 발생시키는 점화모듈을 더 포함할 수 있다. 이 경우에 있어서, 상기 표면 연소용 매트는 상기 하우징과 접하는 상기 혼합부의 개구에 배치되어 화염을 발생시킬 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 배기가스 유해물질 저감 시스템은 연료 탱크의 연료를 기화시켜 공급 커넥터로 기화된 연료를 공급하는 기화기를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 기화기는 내부 공간을 제공하는 기화기 하우징, 상기 기화기 하우징 내부에 수용되어 액체 연료를 가열하는 히터, 및 상기 히터 주변을 감싸 상기 기화기 하우징 내부로 유입된 액체 연료가 상기 히터에 직접 접촉하는 것을 방지하는 금속매트를 포함할 수 있다.
상기 금속매트는 금속 섬유(metal fiber)를 포함할 수 있고, 상기 히터 및 상기 금속매트는 상기 기화기 하우징 내에서 일 방향으로 연장하여 상기 액체 연료를 가열하는 면적을 증가시킬 수 있다.
상술한 본 발명의 다른 과제를 달성하기 위한 배기가스 유해물질 저감 방법은 엔진에서 생성된 배기가스가 배출되는 배기관, 상기 배기관에서 분기되는 제1 분기관과 제2 분기관, 상기 제1 분기관에 설치되어 배기가스에 포함된 유해물질을 제거하는 제1 촉매 컨버터, 및 상기 제2 분기관에 설치되어 배기가스에 포함된 유해물질을 제거하는 제2 촉매 컨버터를 포함하는 배기가스 유해물질 저감 시스템을 이용하여 배기가스 중의 유해물질을 저감하는 방법에 관한 것이다.
구체적으로, 본 발명에 따른 배기가스 유해물질 저감 방법은, 상기 제1 분기관을 개방하고 상기 제2 분기관을 폐쇄하여 상기 제1 촉매 컨버터 방향으로 배기가스를 공급하는 단계, 상기 배기가스의 상태를 모니터링하여 상기 제1 촉매 컨버터의 재생 필요성을 판단하는 단계, 및 상기 제1 촉매 컨버터의 재생이 필요하다고 판단되면 배기가스의 공급 방향을 상기 제2 촉매 컨버터 방향으로 전환한 상태에서 상기 제1 촉매 컨버터를 재생하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 촉매 컨버터는 연료 희박 상태(Lean condition)에서 배기가스에 포함된 질소산화물을 흡장하고 연료 과잉 상태(Rich condition)에서는 흡장된 질소산화물을 질소로 환원시키는 질소산화물 흡장 촉매 장치(Lean NOX Trap), 및 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하는 디젤 미립자 필터를 포함할 수 있다. 이 경우에 있어서, 상기 제1 촉매 컨버터의 재생 필요성을 판단하는 단계는, 상기 질소산화물 흡장 촉매 장치와 상기 디젤 미립자 필터 각각의 재생 필요성을 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 질소산화물 흡장 촉매 장치와 상기 디젤 미립자 필터 모두 재생이 필요하다고 판단된 경우, 상기 제1 촉매 컨버터를 재생하는 단계는, 배기가스를 상기 제2 분기관을 통해 상기 제2 촉매 컨버터 방향으로 공급하되 배기가스 중 일부는 여전히 상기 제1 분기관으로 공급되도록 배기가스 공급 방향을 제어하는 단계, 상기 제1 분기관으로 공급된 배기가스를 가열하는 단계, 상기 가열된 배기가스를 이용하여 상기 디젤 미립자 필터를 재생하는 단계, 상기 디젤 미립자 필터의 재생이 완료되면 상기 제1 분기관으로의 배기가스 공급을 완전히 차단하는 단계, 및 상기 제1 분기관에 남아있는 배기가스를 연료 과잉 상태로 전환하여 상기 질소산화물 흡장 촉매 장치를 재생하는 단계를 포함할 수 있다.
이와 다르게, 상기 질소산화물 흡장 촉매 장치는 재생이 필요하지만 상기 디젤 미립자 필터는 재생이 불필요하다고 판단되면, 상기 제1 촉매 컨버터를 재생하는 단계는, 상기 제1 분기관으로의 배기가스 공급을 완전히 차단하고 모든 배기가스가 상기 제2 분기관을 통해 상기 제2 촉매 컨버터 방향으로 공급되도록 배기가스 공급 방향을 제어하는 단계, 및 상기 제1 분기관에 남아있는 배기가스를 연료 과잉 상태로 전환하여 상기 질소산화물 흡장 촉매 장치를 재생하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 상기 배기가스 유해물질 저감 시스템은 상기 제1 분기관에서 상기 제1 촉매 컨버터보다 상류에 설치되어 표면연소를 일으키는 표면 연소장치를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 분기관에 남아있는 배기가스를 연료 과잉 상태로 전환하여 상기 질소산화물 흡장 촉매 장치를 재생하는 단계는, 상기 표면 연소장치를 작동시켜 상기 제1 분기관 내부의 산소를 소모하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 배기가스 유해물질 저감 시스템 및 이를 이용한 배기가스 유해물질 저감 방법은 엔진의 시동 초기나 저부하 운전 시 표면연소 방식을 이용해 배기가스의 온도를 빠르게 증가시킴으로써 단시간 내에 유해물질 저감 촉매를 활성화 상태로 전환할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배기가스 유해물질 저감 시스템 및 이를 이용한 배기가스 유해물질 저감 방법은, 복수개의 촉매 컨버터들을 동시에 또는 교번적으로 이용함으로써 촉매 컨버터 재생 중에도 지속적으로 유해물질을 제거할 수 있다. 이에 따라, 배기가스에 포함된 유해물질 제거 성능을 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배기가스 유해물질 저감 시스템 및 이를 이용한 배기가스 유해물질 저감 방법은, 촉매 컨버터 상류에 설치된 표면 연소장치를 이용해 배기가스의 공기과잉률(λ)을 빠르고 정밀하게 제어할 수 있다. 이에 따라, 별도의 환원제가 불필요하며 연료 소비 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 배기가스 유해물질 저감 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 유해물질 저감 시스템을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 배기가스 유해물질 저감 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 4는 도 2의 제1 표면 연소장치를 나타내는 단면도이다.
도 5는 기화기를 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 2의 배기가스 유해물질 저감 시스템을 사용하여 배기가스에 포함된 유해물질을 제거하는 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7과 도 8은 도 6의 유해물질 제거 과정을 진행하는 동안 배기가스의 온도 변화와 각 물질들의 농도 변화를 나타내는 도면이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시 된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 유해물질 저감 시스템을 나타내는 도면이다. 도 3은 도 2의 배기가스 유해물질 저감 시스템을 나타내는 블록도이며, 도 4는 도 2의 제1 표면 연소장치를 나타내는 단면도이다. 그리고 도 5는 기화기를 나타내는 단면도이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 배기가스 유해물질 저감 시스템(10)은 배기가스의 이동 통로가 되는 배기부(100), 배기부(100)를 선택적으로 개폐하는 유량 제어부(200), 배기가스에 포함된 질소산화물(NOX)을 제거하는 질소산화물 흡장 촉매 장치(300), 배기가스에 포함된 입자상 물질(PM)을 제거하는 디젤 미립자 필터(400), 배기가스를 가열하거나 연소시키는 가열부(500), 가열부(500)로 연료와 공기를 각각 공급하는 연료 공급부(600)와 공기 공급부(700), 배기가스의 상태를 모니터링하는 센싱부(800), 및 상기 각 부분들의 동작을 제어하는 제어부(900)를 포함한다.
엔진(도시되지 않음)에서 생성된 배기가스는 배기부(100)를 거쳐 외부로 배출될 수 있다. 이 경우 배기가스의 흐름을 기준으로 상기 엔진에 보다 가까운 방향을 '상류'라 칭하고, 상기 엔진에서 더 먼 방향을 '하류'라고 칭하기로 한다. 도 2에 도시된 배기가스 유해물질 저감 시스템(10)에서, 유량 제어부(200)는 가열부(500)보다 상류에 위치하고, 가열부(500)는 질소산화물 흡장 촉매 장치(300)보다 상류에 위치하며, 디젤 미립자 필터(400)는 질소산화물 흡장 촉매 장치(300)보다 하류에 위치한다. 즉, 상기 엔진에서 생성된 배기가스는 배기부(100) 내에서 유량 제어부(200), 가열부(500), 질소산화물 흡장 촉매 장치(300), 및 디젤 미립자 필터(400)를 순차적으로 거친 이후 외부로 배출될 수 있다.
한편, 도 2의 배기가스 유해물질 저감 시스템(10)은 디젤 미립자 필터(400)를 포함하므로 디젤 엔진에 장착될 것을 전제하고 있다. 그러나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 가솔린 엔진에도 유사하게 적용될 수 있다. 즉, 전체 시스템(10)에서 디젤 미립자 필터(400)를 제거한다면, 배기가스 유해물질 저감 시스템(10)은 가솔린 엔진에도 그대로 적용될 수 있다.
배기부(100)는 상기 엔진에 연결되며, 속이 빈 파이프 형상일 수 있다. 상기 엔진에서 생성된 배기가스는 배기부(100)를 통해 외부로 배출되는데, 이 과정에서 배기가스 중에 포함된 유해물질들이 제거될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 배기부(100)는 상기 엔진에 연결된 배기관(110), 및 배기관(110)에서 분기되는 제1 분기관(120)과 제2 분기관(130)을 포함할 수 있다. 즉, 배기관(110)의 일단은 상기 엔진에 연결되며, 타단은 분기관들(120, 130)에 연결될 수 있다.
제1 분기관(120)과 제2 분기관(130)은 배기관(110)에서 분기되어 길게 연장되며, 내부 혹은 외부에 유량 제어부(200), 가열부(500), 질소산화물 흡장 촉매 장치(300), 디젤 미립자 필터(400), 및 센싱부(800)가 장착될 수 있다.
유량 제어부(200)는 분기관(120, 130) 내부에 설치되며 배기가스의 흐름을 통제할 수 있다. 구체적으로, 제1 밸브(210)는 제1 분기관(120) 내부에 설치되어 제1 분기관(120)을 지나는 배기가스의 흐름을 단속할 수 있고, 제2 밸브(220)는 제2 분기관(130) 내부에 설치되어 제2 분기관(130)을 지나는 배기가스의 흐름을 단속할 수 있다. 상기 밸브들(210, 220)의 동작은 제어부(900)에 의해 제어될 수 있다.
예를 들어, 제1 밸브(210)는 개방되고 제2 밸브(220)는 폐쇄되면, 배기관(110)을 통해 흘러온 배기가스는 제1 분기관(120)을 통해 하류로 이동할 수 있다. 이 경우 제2 분기관(130)에 설치된 제2 표면 연소장치(520), 제2 질소산화물 흡장 촉매 장치(320), 및 제2 디젤 미립자 필터(420)에는 배기가스가 유입되지 않을 수 있다.
한편, 도 2에는 밸브들(210, 220)이 회전 운동을 통해 분기관(120, 130)을 차단하는 것으로 도시하였으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 밸브들(210, 220)은 분기관(120, 130)을 통한 배기가스의 흐름을 단속할 수 있으면 족하며, 그 작동방식은 필요에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
질소산화물 흡장 촉매 장치(300)는 공기과잉률(excess air ratio, λ)에 따라 배기가스 중의 질소산화물을 포집하거나 또는 포집된 질소산화물을 질소로 환원할 수 있다.
구체적으로, 산소 농도가 높은 연료 희박 상태(Lean condition)에서, 질소산화물 흡장 촉매 장치(300)는 배기가스에 포함된 질소산화물(NOX)을 질산염의 형태로 흡장(storage)할 수 있다. 이 경우, 제1 질소산화물 흡장 촉매 장치(310)보다 하류에 설치된 제2 녹스 센서(825)에서 측정된 질소산화물의 농도는, 상류에 설치된 제1 녹스 센서(820)에서 측정된 질소산화물의 농도보다 더 작아질 수 있다.
이후 질소산화물 흡장 촉매 장치(300)가 충분한 양의 질소산화물을 흡장하여 흡장 용량 한계에 도달하면, 질소산화물 흡장 촉매 장치(300)는 더 이상 질소산화물을 포집할 수 없게 된다. 이에 따라 제2 녹스 센서(825)의 측정 농도와 제1 녹스 센서(820)의 측정 농도 간의 차이는 좁혀질 수 있다.
이 경우, 배기가스 중의 산소 농도를 감소시켜 연료 과잉 상태(Rich condition)로 전환하면, 배기가스에 포함된 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 등이 환원제로 작용하여 질소산화물 흡장 촉매 장치(300)에 흡장된 질산염을 질소(N2)로 환원될 수 있다. 이와 같은 과정을 통해 별도의 환원제를 공급하지 않더라도 배기가스 중의 질소산화물이 인체에 무해한 질소로 전환될 수 있으며, 배기가스에 포함된 다른 유해물질(CO, HC)도 함께 제거될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 질소산화물 흡장 촉매 장치(300)는 제1 분기관(120) 내에 설치되는 제1 질소산화물 흡장 촉매 장치(310), 및 제2 분기관(130) 내에 설치되는 제2 질소산화물 흡장 촉매 장치(320)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 질소산화물 흡장 촉매 장치들(310, 320)은 LNT(Lean NOX Trap)일 수 있다.
디젤 미립자 필터(400)는 이후 질소산화물 흡장 촉매 장치(300)보다 하류에 설치되며, 배기가스 중의 입자상 물질을 필터로 포집할 수 있다. 포집된 입자상 물질의 양이 증가할수록 디젤 미립자 필터(400) 전단과 후단의 배기가스 압력차가 점점 더 증가할 수 있다. 따라서, 차압센서(869, 870)에서 측정된 압력차가 기 설정된 기준압력을 초과하면 디젤 미립자 필터(400)의 재생이 필요하다고 판단할 수 있다. 이 경우, 디젤 미립자 필터(400)로 공급되는 배기가스의 온도를 승온시켜 포집된 입자상 물질을 연소시킴으로써 상기 압력차를 해소할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 디젤 미립자 필터(400)는 제1 분기관(120) 내에 설치되는 제1 디젤 미립자 필터(410), 및 제2 분기관(130) 내에 설치되는 제2 디젤 미립자 필터(420)를 포함할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 디젤 미립자 필터(400)는 필요에 따라 제거될 수도 있다.
가열부(500)는 질소산화물 흡장 촉매 장치(300)보다 상류에 설치되며, 분기관(120, 130)으로 유입된 배기가스를 가열하거나 또는 배기가스 중의 산소를 소비하여 공기과잉률(λ)을 조절할 수 있다.
구체적으로, 엔진의 시동 초기에는 질소산화물 흡장 촉매 장치(300)의 촉매 온도가 충분히 높지 못할 수 있으며, 질소산화물 흡장 효과도 떨어질 수 있다. 이 경우 가열부(500)는 연료를 연소시켜 화염을 발생시키고, 상기 화염을 이용해 배기가스의 온도를 증가시킬 수 있다. 온도가 증가된 배기가스가 질소산화물 흡장 촉매 장치(300)로 공급됨으로써, 촉매 온도를 보다 빠르게 증가시킬 수 있고, 질소산화물 저감 효과도 크게 증가시킬 수 있다. 예를 들면, 가열부(500)는 배기가스를 가열하여 질소산화물 흡장 촉매 장치(300)의 온도를 약 200℃ 내지 250℃까지 증가시킬 수 있다.
한편, 질소산화물 흡장 촉매 장치(300)의 재생이 필요한 경우 배기가스의 공기과잉률(λ)을 감소시켜 연료 과잉 상태(Rich condition)로 전환해야 한다. 종래에는 엔진에서 연료의 분사량을 증가시키거나 EGR(Exhaust Gas Recirculation)을 이용하여 공기과잉률(λ)을 감소시켰으나, 질소산화물 흡장 촉매 장치(300)로 공급되는 배기가스의 공기과잉률(λ)을 신속하고 정밀하게 제어하기 힘들다는 문제가 있었다. 이와 다르게, 본 발명에서는 가열부(500)에서 발생한 화염이 배기가스 중에 포함된 산소를 소비하고, 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC)의 농도는 증가시킬 수 있다. 이에 따라 질소산화물 흡장 촉매 장치(300)에 흡장된 질소산화물이 질소로 전환될 수 있다. 특히, 질소산화물 흡장 촉매 장치(300)에 인접한 가열부(500)를 통해 배기가스의 공기과잉률(λ)을 제어하기 때문에, 빠르고 정밀하게 공기과잉률(λ)을 제어할 수 있는 장점이 있다.
일 실시예에 있어서, 가열부(500)는 제1 분기관(120)에 설치되는 제1 표면 연소장치(510), 및 제2 분기관(130)에 설치되는 제2 표면 연소장치(520)를 포함할 수 있다. 도 4에는 제1 표면 연소장치(510)의 일 예가 도시되어 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제1 표면 연소장치(510)는 제1 분기관(120)에 연결되는 원통 형상의 하우징(511), 하우징(511)에서 외측으로 돌출되는 혼합부(512), 하우징(511)에서 내측으로 돌출되어 화염이 배기가스와 직접 접촉하는 것을 방지하는 격벽부(513), 혼합부(512)로 연료와 공기를 공급하는 공급 커넥터(514), 혼합부(512) 내부에 구비되어 연료와 공기의 혼합물을 표면 연소용 매트(517) 표면에 고르게 분산시키는 분배 가이드(515), 스파크를 발생시키는 점화모듈(516), 하우징(511)과 접하는 혼합부(512)의 개구에 배치되어 화염을 발생시키는 표면 연소용 매트(517), 및 표면 연소용 매트(517)에서 발생한 열에너지를 배기가스와 균일하게 혼합하는 혼합 덕트(518)를 포함할 수 있다.
도 4에는 제1 분기관(120)이 단절되고, 단절된 제1 분기관(120) 사이에 하우징(511)이 삽입되는 예가 도시되어 있다. 이와 다르게, 하우징(511)이 제1 분기관(120)을 외부에서 감싸는 방식을 취할 수도 있다. 이러한 경우에는 격벽부(513)가 생략될 수 있으며, 제1 분기관(120)이 격벽부(513)의 역할을 수행할 수 있다.
혼합부(512)의 측면에는 공급 커넥터(514)가 연결되며, 공급 커넥터(514)는 다시 연료 공급 커넥터(514a)와 공기 공급 커넥터(514b)가 연결될 수 있다. 연료 공급 커넥터(514a)는 연료 공급부(600)에 연결되며, 공기 공급 커넥터(514b)는 공기 공급부(700)에 연결될 수 있다. 공급 커넥터(514)를 통해 공급된 연료와 공기는 혼합부(512) 내부에서 혼합될 수 있다. 이 때, 분배 가이드(515)는 혼합물이 표면 연소용 매트(517)의 전 면적에 고르게 분배될 수 있도록 가이드할 수 있다.
표면 연소용 매트(517)는 하우징(511)의 내측면을 따라 파이프 형상으로 배치되며, 그 표면에서 연료를 연소시켜 화염을 발생시킬 수 있다. 상기 화염은 제1 분기관(120)을 지나는 배기가스의 온도를 승온시킬 수 있다. 따라서, 제1 분기관(120) 하류에 위치한 제1 질소산화물 흡장 촉매 장치(310)와 제1 디젤 미립자 필터(410)에 보다 높은 온도의 배기가스를 공급할 수 있고, 보다 빨리 촉매 활성화 온도에 도달할 수 있다.
또한, 공급 커넥터(514)로 공급되는 공기의 양을 조절하면, 표면 연소용 매트(517)에서 발생한 화염이 배기가스 중에 포함된 산소를 소모할 수 있다. 즉, 제1 표면 연소장치(510)를 이용하여 배기가스의 공기과잉률(λ)을 제어할 수 있게 되는 것이다. 특히, 제1 표면 연소장치(510) 하류에 설치된 제1 람다 센서(840)의 측정값을 피드백 함으로써 보다 정밀한 공기과잉률(λ) 제어가 가능할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 표면 연소용 매트(517)는 금속 섬유(metal fiber)를 포함할 수 있다.
한편, 질소산화물 흡장 촉매 장치(300)에서는 배기가스의 공기과잉률(λ)에 따라 질소산화물의 흡장 또는 흡장된 질소산화물의 환원이 선택적으로 일어날 수 있다. 즉, 흡장된 질소산화물이 환원될 때(λ<1, 질소산화물 흡장 촉매 장치 재생)에는 더 이상 질소산화물을 흡장하지 못할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본원발명에서는 제1 질소산화물 흡장 촉매 장치(310)와 제2 질소산화물 흡장 촉매 장치(320)를 동시에 또는 교번적으로 이용할 수 있다. 예를 들면, 제1 질소산화물 흡장 촉매 장치(310)가 재생 중일 경우 제어부(900)는 제1 밸브(210)를 폐쇄하고 제2 밸브(220)는 개방할 수 있다. 이 경우 배기가스는 제2 질소산화물 흡장 촉매 장치(320) 방향으로 공급되며, 배기가스에 포함된 질소산화물은 제2 질소산화물 흡장 촉매 장치(320)에서 포집될 수 있다. 따라서, 질소산화물 흡장 촉매 장치(300)의 재생 여부와 무관하게 질소산화물을 지속적으로 제거할 수 있다.
연료 공급부(600)는 제1 질소산화물 흡장 촉매 장치(310)와 제2 질소산화물 흡장 촉매 장치(320)로 연료를 공급할 수 있다. 상기 공급된 연료들은 질소산화물 흡장 촉매 장치(310, 320)에서 표면연소를 일으켜 배기가스를 가열할 수 있다.
공기 공급부(700)는 제1 질소산화물 흡장 촉매 장치(310)와 제2 질소산화물 흡장 촉매 장치(320)로 공기를 공급할 수 있다. 상기 공급된 공기는 연료 공급부(600)를 통해 공급된 연료와 혼합되고, 질소산화물 흡장 촉매 장치(310, 320)에서 표면연소를 일으켜 배기가스를 가열할 수 있다.
한편, 도 4에서는 연료와 공기가 제1 표면 연소장치(510)에 각각 공급되는 것으로 도시되어 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 공기와 연료가 기화기에서 미리 혼합되고, 혼합 연료가 제1 표면 연소장치(510)로 공급될 수도 있다. 기화기의 일예가 도 5에 도시되어 있다.
일 실시예에 있어서, 연료 공급부(600)는 연료 탱크, 및 제어 밸브를 포함할 수 있다. 한편, 사용되는 연료가 액체상인 경우, 연료 공급부(600)는 연료를 기체상으로 전환하는 기화기(610)를 더 포함할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 기화기(610)는 기화 공간을 제공하는 기화기 하우징(611), 액체 연료를 기화기 하우징(611) 내부로 액체 연료를 공급하는 연료 유입구(613), 유입된 액체 연료를 가열하는 히터(615), 열충격을 방지하는 금속매트(617), 및 기화된 연료를 배출하는 연료 배출구(619)를 포함할 수 있다.
기화기 하우징(611) 내부로 유입된 액체 연료는 히터(615)와 접촉하여 가열될 수 있다. 이 때, 상대적으로 온도가 낮은 액체 연료가 히터(615)와 직접 접촉하면 히터(615)가 열충격에 의해 손상될 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 히터(615) 주변에 금속매트(617)를 배치함으로써 액체 연료가 히터(615)와 직접 접촉하는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라 히터(615)에 가해지는 열충격을 차단할 수 있다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 히터(615)와 금속매트(617)를 일방향으로 길게 연장되도록 하여 가열 면적을 증가시켰다. 이에 따라, 액체 연료의 기화효율을 향상시킬 수 있다.
히터(615)와 금속매트(617)의 연장 방향을 기준으로, 기화기 하우징(611)의 일측에 연료 유입구(613)가 구비되고, 연료 배출구(619)는 타측에 구비될 수 있다. 한편, 도 5에는 연료 유입구(613)와 연료 배출구(619)가 서로 다른 방향으로 개구된 것이 도시되어 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 금속매트(617)는 금 속섬유(metal fiber)를 포함할 수 있으며, 소결 공정을 통해 제조될 수 있다.
센싱부(800)는 배기가스의 상태를 실시간으로 모니터링하고, 상태 정보를 측정하여 제어부(900)로 전달할 수 있다. 센싱부(800)는 녹스 센서, 차압 센서, 람다 센서 등을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 센싱부(800)는, 제1 표면 연소장치(510)와 제1 질소산화물 흡장 촉매 장치(310) 사이에 설치되는 제1 녹스 센서(820)와 제1 람다 센서(840)와 제1 온도 센서(880), 제1 질소산화물 흡장 촉매 장치(310)와 제1 디젤 미립자 필터(410) 사이에 설치되는 제2 녹스 센서(825)와 제1 차압 센서(860), 제2 표면 연소장치(520)와 제2 질소산화물 흡장 촉매 장치(320) 사이에 설치되는 제3 녹스 센서(830)와 제2 람다 센서(850)와 제2 온도 센서(890), 그리고 제2 질소산화물 흡장 촉매 장치(320)와 제2 디젤 미립자 필터(420) 사이에 설치되는 제4 녹스 센서(835)와 제2 차압 센서(870)를 포함할 수 있다. 상기 녹스 센서들(820, 825, 830, 835)은 해당 지점의 질소산화물 농도를 측정할 수 있고, 상기 람다 센서들(840, 850)은 해당 지점의 공기과잉률(λ)을 측정할 수 있다. 또한, 상기 차압 센서들(860, 870)은 디젤 미립자 필터(410, 420) 양단에 걸리는 압력차를 측정할 수 있으며, 상기 온도 센서들(880, 890)은 해당 지점의 배기가스 온도를 측정할 수 있다. 상기 측정된 정보들은 제어부(900)로 전송될 수 있다.
제어부(900)는 센싱부(800)에서 전달받은 현재의 상태 정보들을 이용하여 유량 제어부(200), 가열부(500), 연료 공급부(600), 및 공기 공급부(700)의 동작을 제어할 수 있다.
예를 들어, 엔진의 시동 초기와 같이 배기가스 온도의 승온이 필요한 경우, 제어부(900)는 연료 공급부(600)와 공기 공급부(700)를 제어해 가열부(500)로 연료와 공기를 공급할 수 있다. 또한, 제어부(900)는 가열부(500)로 화염 발생 신호를 전송하여 배기가스를 가열할 수 있다.
다른 예로써, 디젤 미립자 필터(400)의 재생이 필요한 경우에도, 제어부(900)는 가열부(500)를 작동시켜 디젤 미립자 필터(400)로 공급되는 배기가스의 온도를 승온시킬 수 있다.
또 다른 예로써, 제1 질소산화물 흡장 촉매 장치(310)의 재생이 필요한 경우, 제어부(900)는 배기가스의 흐름 방향을 제2 질소산화물 흡장 촉매 장치(320) 방향으로 전환하고, 제1 표면 연소장치(510)를 작동시켜 제1 질소산화물 흡장 촉매 장치(310)로 공급되는 배기가스의 공기과잉률(λ)을 감소시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 질소산화물 흡장 촉매 장치(310)가 흡장 한계에 도달하면, 제어부(900)는 제1 밸브(210)를 폐쇄하고 제2 밸브(220)는 개방할 수 있다. 이 경우 제1 질소산화물 흡장 촉매 장치(310)로는 더 이상 새로운 배기가스가 유입되지 않으며, 모든 배기가스는 제2 질소산화물 흡장 촉매 장치(320)로 공급될 수 있다. 이에 따라 지속적으로 질소산화물을 제거할 수 있다. 이와 동시에, 제어부(900)는 제1 표면 연소장치(510)를 작동시켜 제1 질소산화물 흡장 촉매 장치(310)로 유입될 배기가스를 연료 과잉 상태(Rich condition)로 전환할 수 있다. 제1 표면 연소장치(510)의 작동은 제1 람다 센서(850)에서 측정된 공기과잉률(λ)이 기 설정된 공기과잉률 이하로 떨어질 때까지 지속될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제어부(900)는 차량의 전자제어유닛(Electronic Control Unit) 또는 엔진제어유닛(Engine Control Unit)일 수 있다.
한편, 도 2에는 한 쌍의 질소산화물 흡장 촉매 장치들(310, 320)과 한 쌍의 디젤 미립자 필터들(410, 420)이 동시에 또는 교번적으로 작동함으로써 배기가스 중에 포함된 유해물질을 지속적으로 제거할 수 있는 배기가스 유해물질 저감 시스템(10)이 도시되어 있다. 그러나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 배기가스의 배출 용량이나 오염도, 촉매 컨버터의 유해물질 처리 성능 등에 따라 더 많은 수의 촉매 컨버터들을 가질 수도 있다. 예를 들면, 배기가스 유해물질 저감 시스템은 세 쌍의 촉매 컨버터들을 가질 수도 있다. 이 경우, 세 쌍의 촉매 컨버터들이 동시에 또는 선택적으로 동작함으로써 배기가스 중에 포함된 유해물질을 지속적으로 제거할 수 있다.
이하에서는 도 2 내지 도 5를 참조로 설명한 배기가스 유해물질 저감 시스템(10)을 이용하여 배기가스에 포함된 유해물질을 제거하는 방법에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 6은 도 2의 배기가스 유해물질 저감 시스템을 사용하여 배기가스에 포함된 유해물질을 제거하는 과정을 설명하기 위한 순서도이다. 도 7과 도 8은 도 6의 유해물질 제거 과정을 진행하는 동안 배기가스의 온도 변화와 각 물질들의 농도 변화를 나타내는 도면이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 유해물질 저감 방법은, 배기가스를 제1 촉매 컨버터(310, 410) 방향으로 공급하는 단계(S100), 배기가스의 상태를 모니터링하는 단계(S110), 제1 촉매 컨버터(310, 410)의 재생 필요성을 판단하는 단계(S120, S130), 재생이 필요하다고 판단되면 배기가스의 공급 방향을 제1 촉매 컨버터(310, 410) 방향에서 제2 촉매 컨버터(320, 420) 방향으로 전환하는 단계(S140, S170, S200), 제1 표면 연소장치(510)를 작동시켜(S150, S210) 제1 촉매 컨버터(310, 410)를 재생하는 단계(S160, S180), 및 재생이 완료되면 제1 표면 연소장치(510)의 작동을 중지하는 단계(S190)를 포함한다.
한편, 제1 촉매 컨버터(310, 410)는 제1 질소산화물 흡장 촉매 장치(310)와 제1 디젤 미립자 필터(410)를 포함하는 용어이며, 제2 촉매 컨버터(320, 420)는 제2 질소산화물 흡장 촉매 장치(320)와 제2 디젤 미립자 필터(420)를 포함하는 용어이다. 이하에서 각 단계들에 대하여 보다 상세하게 서술한다.
먼저, 배기가스를 제1 촉매 컨버터(310, 410) 방향으로 공급하는 단계(S100)는, 제어부(900)가 유량 제어부(200)를 조절함으로써 수행될 수 있다. 구체적으로, 제어부(900)는 제1 밸브(210)를 개방하고 제2 밸브(220)는 폐쇄할 수 있다. 이 경우, 배기관(110)을 거친 배기가스는 제1 분기관(120)으로만 공급되며, 제1 질소산화물 흡장 촉매 장치(310)와 제1 디젤 미립자 필터(410)를 순차적으로 통과할 수 있다.
배기가스가 제1 촉매 컨버터(310, 410)를 거치는 동안 배기가스의 상태를 실시간으로 모니터링 한다(S110). 상기 모니터링 과정은 센싱부(800)에서 수행되며, 측정된 상태 정보들은 제어부(900)로 전달될 수 있다.
제어부(900)는 전달받은 정보들을 이용하여 제1 촉매 컨버터(310, 410)의 재생 필요성을 판단한다(S120, S130).
예를 들면, 제1 녹스 센서(820)의 측정값과 제2 녹스 센서(825)의 측정값의 차이가 기 설정된 기준 농도차보다 더 작은 경우, 제어부(900)는 제1 질소산화물 흡장 촉매 장치(310)의 재생이 필요하다고 판단할 수 있다. 상기 측정값들의 차이가 작다는 것은 질소산화물이 제1 질소산화물 흡장 촉매 장치(310)에서 충분히 포집되지 못했다는 것을 의미하고, 이는 제1 질소산화물 흡장 촉매 장치(310)가 질소산화물 포집 용량 한계에 도달했다는 것을 의미하기 때문이다.
또 다른 예로써, 제1 차압 센서(860)에서 측정된 제1 디젤 미립자 필터(410) 양단의 압력차가 기 설정된 기준 압력보다 더 큰 경우, 제어부(900)는 제1 디젤 미립자 필터(410)의 재생이 필요하다고 판단할 수 있다. 상기 압력차가 크다는 것은 제1 디젤 미립자 필터(410) 내부에 이미 충분한 양의 입자상 물질들이 포집되었으며, 포집된 입자상 물질들이 배기가스의 흐름을 방해하여 압력이 상승한 것을 의미하기 때문이다.
만약 제1 질소산화물 흡장 촉매 장치(310)와 제1 디젤 미립자 필터(410) 모두 재생이 필요하다고 판단되면, 제어부(900)는 제1 밸브(210)는 일부만 개방하고 제2 밸브(220)는 완전히 개방한다(S140). 이때, 제2 밸브(220)를 개방하는 것은 배기가스를 제2 촉매 컨버터(320, 420) 방향으로 공급하여 지속적으로 유해물질을 제거하기 위함이다. 다만, 제1 밸브(210)를 완전히 폐쇄하지 않는 것은 제1 디젤 미립자 필터(410)의 재생에 짧지 않은 시간이 필요하며, 포집된 입자상 물질을 연소시키려면 고온의 배기가스를 지속적으로 공급해주어야 하기 때문이다.
또한, 제1 표면 연소장치(510)를 작동시켜(S150) 제1 디젤 미립자 필터(410)로 공급되는 배기가스의 온도를 증가시킨다. 고온의 배기가스를 공급함으로써 제1 디젤 미립자 필터(410)에 포집된 입자상 물질을 연소시키기 위함이다.
예를 들면, 제1 밸브(210)는 완전히 개방한 상태 대비 약 5% 내지 10% 개방될 수 있고, 제1 디젤 미립자 필터(410)의 재생을 위해 약 500℃ 내지 550℃의 배기가스를 10분간 공급할 수 있다.
제1 디젤 미립자 필터(410)의 재생이 완료되면(S160) 제1 밸브(210)를 완전히 폐쇄하여 제1 촉매 컨버터(310, 410)로의 배기가스 공급을 완전히 중단하고, 모든 배기가스가 제2 촉매 컨버터(320, 420) 방향으로 이동하도록 제어한다(S170).
한편, 제1 디젤 미립자 필터(410)의 재생이 완료되더라도 제1 표면 연소장치(510)는 계속 작동하는 상태를 유지한다. 제1 질소산화물 흡장 촉매 장치(310)를 재생시키기 위함이다. 구체적으로, 제1 밸브(210)를 완전히 폐쇄함으로써 제1 표면 연소장치(510)로의 배기가스 공급이 중단되면, 제1 표면 연소장치(510)는 제1 분기관(120) 내부에 남아있는 산소를 소비할 수 있으며, 불완전 연소로 인해 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC)의 농도는 증가할 수 있다. 이에 따라 제1 분기관(120) 내부의 공기과잉률(λ)이 1보다 작은 연료 과잉 상태(Rich condition)로 전환될 수 있으며, 제1 질소산화물 흡장 촉매 장치(310)에서는 흡장된 질소산화물이 질소로 환원될 수 있다. 이러한 과정이 도 7 및 도 8에 도시되어 있다.
도 7에서 T1은 배기관(110) 내부의 배기가스 온도를 나타내고, T2는 가열부(500) 내부의 배기가스 온도를 나타내고, T3는 질소산화물 흡장 촉매 장치(300) 전단의 배기가스 온도를 나타내고, T4는 디젤 미립자 필터(400) 전단의 배기가스 온도를 나타낸다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 엔진 시동 이후 제1 표면 연소장치(510)를 작동시키면 제1 촉매 컨버터(310, 410)의 촉매 온도가 빠르게 상승할 수 있다. 상기 촉매가 활성화 온도에 도달(약 50초 부근)한 이후부터, 배기가스에 포함된 탄화수소(HC)와 일산화탄소(CO) 등의 유해물질이 원활하게 제거될 수 있다. 약 130초 이후 제1 질소산화물 흡장 촉매 장치(310) 재생 가능 구간에 돌입하면, 산소의 농도는 감소하여 공기과잉률(λ)이 1보다 작은 연료 과잉 상태(Rich condition)로 전환되며, 환원제로 작용하는 탄화수소(HC)와 일산화탄소(CO)의 농도는 증가할 수 있다. 이에 따라, 제1 질소산화물 흡장 촉매 장치(310)에 포집된 질소산화물이 인체에 무해한 질소로 환원되고, 제1 질소산화물 흡장 촉매 장치(310)는 질소산화물 흡장 능력을 회복할 수 있다.
한편, 제1 촉매 컨버터(310, 410)의 재생 필요성을 판단(S120, S130)한 결과, 제1 질소산화물 흡장 촉매 장치(310)는 재생이 필요하지만 제1 디젤 미립자 필터(410)는 재생이 불필요하다고 판단된 경우에는 제1 촉매 컨버터(310, 410) 방향으로 배기가스를 공급할 필요가 없다. 이 경우에는 제1 밸브(210)를 완전히 폐쇄하고 제2 밸브(220)를 개방하여(S200) 모든 배기가스가 제2 촉매 컨버터(320, 420) 방향으로 공급되도록 한다. 이후, 제1 표면 연소장치(510)를 작동시켜(S210), 제1 질소산화물 흡장 촉매 장치(310)를 재생한다(S180).
상술한 과정들은 제1 촉매 컨버터(310, 410)를 사용하여 배기가스에 포함된 유해물질을 제거하고, 제1 촉매 컨버터(310, 410)의 재생 중에는 제2 촉매 컨버터(320, 420)를 이용하여 유해물질 제거를 지속적으로 수행할 수 있음을 설명한 것이다. 이후 제2 촉매 컨버터(320, 420)의 재생이 필요하다고 판단되면, 상술한 과정과 동일한 방식으로 제2 촉매 컨버터(320, 420)의 재생과 제1 촉매 컨버터(310, 410)를 이용한 유해물질 제거가 동시에 이루어질 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 배기가스 유해물질 저감 시스템 및 이를 이용한 배기가스 유해물질 저감 방법은, 엔진의 시동 초기나 저부하 운전 시 가열부(500)를 이용해 배기가스의 온도를 빠르게 증가시킴으로써 단시간 내에 유해물질 저감 촉매를 활성화 상태로 전환할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배기가스 유해물질 저감 시스템 및 이를 이용한 배기가스 유해물질 저감 방법은, 복수개의 촉매 컨버터들을 동시에 또는 교번적으로 이용함으로써 촉매 컨버터 재생 중에도 지속적으로 유해물질을 제거할 수 있다. 이에 따라, 배기가스에 포함된 유해물질 제거 성능을 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배기가스 유해물질 저감 시스템 및 이를 이용한 배기가스 유해물질 저감 방법은, 촉매 컨버터 상류에 설치된 가열부(500)를 이용해 배기가스의 공기과잉률(λ)을 빠르고 정밀하게 제어할 수 있다. 이에 따라, 별도의 환원제가 불필요하며 연료 소비 효율을 향상시킬 수 있다.
10: 배기가스 유해물질 저감 시스템
100: 배기부 200: 유량 제어부
300: 질소산화물 흡장 촉매 장치 400: 디젤 미립자 필터
500: 가열부 600: 연료 공급부
700: 공기 공급부 800: 센싱부
900: 제어부

Claims (12)

  1. 엔진에서 생성된 배기가스가 배출되는 배기관;
    상기 배기관에서 분기되는 제1 분기관과 제2 분기관;
    상기 제1 분기관의 개폐를 조절하는 제1 밸브, 및 상기 제2 분기관의 개폐를 조절하는 제2 밸브;
    상기 제1 분기관에 설치되어 배기가스에 포함된 유해물질을 제거하는 제1 촉매 컨버터, 및 상기 제2 분기관에 설치되어 배기가스에 포함된 유해물질을 제거하는 제2 촉매 컨버터;
    상기 배기가스의 상태를 모니터링하는 센싱부; 및
    상기 센싱부에서 측정된 배기가스의 상태 정보를 이용하여 상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브를 선택적으로 개폐하는 제어부를 포함하고,
    상기 제1 분기관에서 상기 제1 촉매 컨버터보다 상류에 설치되어 배기가스를 가열하는 제1 표면 연소장치, 및 상기 제2 분기관에서 상기 제2 촉매 컨버터보다 상류에 설치되어 배기가스를 가열하는 제2 표면 연소장치를 더 포함하되,
    상기 제1 표면 연소장치와 상기 제2 표면 연소장치는 상기 제1 분기관과 상기 제2 분기관을 각각 감싸는 파이프 형상의 표면 연소용 매트를 포함하며,
    상기 표면 연소용 매트의 표면에서 연료가 표면연소를 일으키며,
    상기 제어부는, 상기 센싱부에서 측정된 배기가스의 상태 정보를 이용하여 상기 제1 촉매 컨버터의 재생 필요성을 판단하고,
    상기 제1 촉매 컨버터의 재생이 필요하다고 판단되면, 상기 제1 밸브를 폐쇄하고 상기 제2 밸브를 개방하며, 상기 제1 표면 연소장치를 작동하여 상기 제1 촉매 컨버터를 재생시키고,
    상기 제1 표면 연소장치는, 상기 제1 분기관에 연결되는 원통 형상의 하우징; 상기 하우징에서 외측으로 돌출되는 원통 형상의 혼합부; 상기 혼합부에 연료를 공급하는 공급 커넥터; 상기 혼합부 내부에 구비되어 연료가 상기 표면 연소용 매트의 표면에 고르게 분산되도록 안내하는 분배 가이드; 및 스파크를 발생시키는 점화모듈을 더 포함하고,
    상기 표면 연소용 매트는 상기 하우징과 접하는 상기 혼합부의 개구에 배치되어 화염을 발생시키며, 연료 탱크의 연료를 기화시켜 상기 공급 커넥터로 기화된 연료를 공급하는 기화기를 더 포함하고,
    상기 기화기는, 내부 공간을 제공하는 기화기 하우징; 상기 기화기 하우징 내부에 수용되어 액체 연료를 가열하는 히터; 및 상기 히터 주변을 감싸 상기 기화기 하우징 내부로 유입된 액체 연료가 상기 히터에 직접 접촉하는 것을 방지하는 금속매트를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 유해물질 저감 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 촉매 컨버터는 연료 희박 상태(Lean condition)에서 배기가스에 포함된 질소산화물을 흡장하고 연료 과잉 상태(Rich condition)에서는 흡장된 질소산화물을 질소로 환원시키는 제1 질소산화물 흡장 촉매 장치(Lean NOX Trap), 및 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하는 제1 디젤 미립자 필터를 포함하고,
    상기 제2 촉매 컨버터는 제2 질소산화물 흡장 촉매 장치, 및 제2 디젤 미립자 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 유해물질 저감 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 금속매트는 금속 섬유를 포함하며,
    상기 히터 및 상기 금속매트는 상기 기화기 하우징 내에서 일 방향으로 연장하여 상기 액체 연료를 가열하는 면적을 증가시키는 것을 특징으로 하는 배기가스 유해물질 저감 시스템.
  8. 제1항에 따른 배기가스 유해물질 저감 시스템을 이용하여 배기가스 중의 유해물질을 저감하는 방법에 있어서,
    상기 제1 분기관을 개방하고 상기 제2 분기관을 폐쇄하여 상기 제1 촉매 컨버터 방향으로 배기가스를 공급하는 단계;
    상기 배기가스의 상태를 모니터링하여 상기 제1 촉매 컨버터의 재생 필요성을 판단하는 단계; 및
    상기 제1 촉매 컨버터의 재생이 필요하다고 판단되면, 배기가스의 공급 방향을 상기 제2 촉매 컨버터 방향으로 전환한 상태에서 상기 제1 촉매 컨버터를 재생하는 단계를 포함하는 배기가스 유해물질 저감 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 촉매 컨버터는 연료 희박 상태(Lean condition)에서 배기가스에 포함된 질소산화물을 흡장하고 연료 과잉 상태(Rich condition)에서는 흡장된 질소산화물을 질소로 환원시키는 질소산화물 흡장 촉매 장치(Lean NOX Trap), 및 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하는 디젤 미립자 필터를 포함하고,
    상기 제1 촉매 컨버터의 재생 필요성을 판단하는 단계는, 상기 질소산화물 흡장 촉매 장치와 상기 디젤 미립자 필터 각각의 재생 필요성을 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 유해물질 저감 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 촉매 컨버터의 재생 필요성을 판단하는 단계에서 상기 질소산화물 흡장 촉매 장치와 상기 디젤 미립자 필터 모두 재생이 필요하다고 판단되면,
    상기 제1 촉매 컨버터를 재생하는 단계는,
    배기가스를 상기 제2 분기관을 통해 상기 제2 촉매 컨버터 방향으로 공급하되 배기가스 중 일부는 여전히 상기 제1 분기관으로 공급되도록 배기가스 공급 방향을 제어하는 단계;
    상기 제1 분기관으로 공급된 배기가스를 가열하는 단계;
    상기 가열된 배기가스를 이용하여 상기 디젤 미립자 필터를 재생하는 단계;
    상기 디젤 미립자 필터의 재생이 완료되면 상기 제1 분기관으로의 배기가스 공급을 완전히 차단하는 단계; 및
    상기 제1 분기관에 남아있는 배기가스를 연료 과잉 상태로 전환하여 상기 질소산화물 흡장 촉매 장치를 재생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 유해물질 저감 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 제1 촉매 컨버터의 재생 필요성을 판단하는 단계에서 상기 질소산화물 흡장 촉매 장치는 재생이 필요하지만 상기 디젤 미립자 필터는 재생이 불필요하다고 판단되면,
    상기 제1 촉매 컨버터를 재생하는 단계는,
    상기 제1 분기관으로의 배기가스 공급을 완전히 차단하고 모든 배기가스가 상기 제2 분기관을 통해 상기 제2 촉매 컨버터 방향으로 공급되도록 배기가스 공급 방향을 제어하는 단계; 및
    상기 제1 분기관에 남아있는 배기가스를 연료 과잉 상태로 전환하여 상기 질소산화물 흡장 촉매 장치를 재생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 유해물질 저감 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 배기가스 유해물질 저감 시스템은 상기 제1 분기관에서 상기 제1 촉매 컨버터보다 상류에 설치되어 표면연소를 일으키는 표면 연소장치를 더 포함하고,
    상기 제1 분기관에 남아있는 배기가스를 연료 과잉 상태로 전환하여 상기 질소산화물 흡장 촉매 장치를 재생하는 단계는, 상기 표면 연소장치를 작동시켜 상기 제1 분기관 내부의 산소를 소모하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 유해물질 저감 방법.
KR1020230074582A 2023-06-12 2023-06-12 촉매 컨버터 재생 중에도 지속적으로 유해물질 제거가 가능한 배기가스 유해물질 저감 시스템 및 이를 이용한 배기가스 유해물질 저감 방법 KR102639057B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020230074582A KR102639057B1 (ko) 2023-06-12 2023-06-12 촉매 컨버터 재생 중에도 지속적으로 유해물질 제거가 가능한 배기가스 유해물질 저감 시스템 및 이를 이용한 배기가스 유해물질 저감 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020230074582A KR102639057B1 (ko) 2023-06-12 2023-06-12 촉매 컨버터 재생 중에도 지속적으로 유해물질 제거가 가능한 배기가스 유해물질 저감 시스템 및 이를 이용한 배기가스 유해물질 저감 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102639057B1 true KR102639057B1 (ko) 2024-02-21

Family

ID=90052638

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020230074582A KR102639057B1 (ko) 2023-06-12 2023-06-12 촉매 컨버터 재생 중에도 지속적으로 유해물질 제거가 가능한 배기가스 유해물질 저감 시스템 및 이를 이용한 배기가스 유해물질 저감 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102639057B1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100548451B1 (ko) * 2005-07-22 2006-01-31 한국기계연구원 디젤엔진매연여과장치 재생용 내염버너
KR20060093350A (ko) * 2004-01-21 2006-08-24 얀마 가부시키가이샤 배기가스 정화장치 및 그 제어방법
KR20130038556A (ko) * 2011-10-10 2013-04-18 에이치케이엠엔에스(주) 배기가스 정화장치
KR20170035714A (ko) * 2015-09-23 2017-03-31 현대자동차주식회사 N2o 배출 저감을 위한 후분사 제어 방법
KR20190029933A (ko) 2017-09-13 2019-03-21 현대자동차주식회사 DPF 재생시 배출 NOx 가스 감소를 위한 LNT 제어방법 및 LNT 장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060093350A (ko) * 2004-01-21 2006-08-24 얀마 가부시키가이샤 배기가스 정화장치 및 그 제어방법
KR100548451B1 (ko) * 2005-07-22 2006-01-31 한국기계연구원 디젤엔진매연여과장치 재생용 내염버너
KR20130038556A (ko) * 2011-10-10 2013-04-18 에이치케이엠엔에스(주) 배기가스 정화장치
KR20170035714A (ko) * 2015-09-23 2017-03-31 현대자동차주식회사 N2o 배출 저감을 위한 후분사 제어 방법
KR20190029933A (ko) 2017-09-13 2019-03-21 현대자동차주식회사 DPF 재생시 배출 NOx 가스 감소를 위한 LNT 제어방법 및 LNT 장치

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2722987B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
KR101684502B1 (ko) 배기 가스 정화 장치 및 배기 가스 정화 방법
EP2387656B1 (en) Exhaust gas control device of internal combustion engine
CN102144080B (zh) 用于内燃发动机的排气控制装置
US7784276B2 (en) Exhaust gas purifier and method of control therefor
US6915629B2 (en) After-treatment system and method for reducing emissions in diesel engine exhaust
US6813882B2 (en) System and method for removing NOx from an emission control device
JP5683267B2 (ja) 排気ガス装置、およびＮＯｘトラップと粒子フィルタの再生方法
JP6305128B2 (ja) リーンノックストラップの脱硫装置および方法
KR101048112B1 (ko) 내연 기관의 배기 가스 정화 장치 및 이의 탈황 방법
US7490463B2 (en) Process and system for removing soot from particulate filters of vehicle exhaust systems
JPH06272541A (ja) 内燃機関の排気浄化装置
KR101886088B1 (ko) 배기 가스 정화 장치 및 배기 가스 정화 방법
KR101807053B1 (ko) 배기 가스 정화 장치 및 그 재생 방법
WO2012066606A1 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
KR101713743B1 (ko) 선택적 환원 촉매가 코팅된 디젤 매연 필터의 재생 방법 및 배기 가스 정화 장치
US7204082B1 (en) System for combustion of reformate in an engine exhaust stream
JP5282568B2 (ja) 排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化システム
JP2009092015A (ja) 排気浄化装置
JP2007198315A (ja) 内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法
KR102639057B1 (ko) 촉매 컨버터 재생 중에도 지속적으로 유해물질 제거가 가능한 배기가스 유해물질 저감 시스템 및 이를 이용한 배기가스 유해물질 저감 방법
KR20220099866A (ko) 디젤 미립자 필터를 구비한 매연저감장치
KR100769571B1 (ko) 디젤엔진의 유해물질 저감시스템
JP7354976B2 (ja) 内燃機関の排気浄化システム
JP4162238B2 (ja) 排気浄化部材の再生方法及び排気浄化部材の再生装置

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant