KR20010006235A - 질소산화물 저장기를 모니터링하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

질소산화물 저장기를 모니터링하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 질소산화물 함유가스가 흘러 통과하는 특히 디젤 또는 린-번 엔진의 배기라인에서 재생가능한 질소산화물 저장기(2)를 모니터링하기 위한 방법, 모니터링 시스템 및 장치를 제공한다. 상기 질소산화물 저장기(2)에서 온도측정작동(4)은 배기라인에서 이루어지며, 질소산화물 저장기(2)의 작동능력, 작동상태 및/또는 저장용량은 상기 온도측정으로부터 유도된다.

Description

질소산화물 저장기를 모니터링하기 위한 방법 및 장치{PROCESS AND DEVICE FOR MONITORING A NOx ACCUMULATOR}
증가되는 환경에 대한 인식과 이에 수반되는 매우 엄격한 배기규제법에 의해 유해한 배기성분을 현저히 감소시켰다. 오늘날 자동차류에 보편적으로 사용되는 3상 촉매변환기는 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC) 및 질소산화물(NOX)을 변환시킬 수 있다. 상기 촉매변환기의 모니터링 및 제어는, 예를 들어 산소탐침에 의하여 이루어진다. 상기 탐침은 배기내의 잔류 산소함유량을 감지하며, 이를 기초로 하여 엔진에 공급되는 혼합가스의 공기연료비가 조절된다. 상기 잔류 산소함유량의 적절한 규제에 의하여 촉매변환기는 배기를 충분하게 변환시킨다. 더욱이 상기 촉매변환기에서 온도분포를 조사하며 상기 온도분포를 경고 또는 제어매개변수로 사용하는 것이 공지되어 있다. 또한 상기 방법의 개발은 촉매반응에서 배출되는 열량을 조사하며, 상기 촉매변환기의 하류부에 연결된 람다탐침에 의한 엔트로피 고려에 의하여 엔진의 배기특성에 대한 결과치를 도출하는 것을 가능하게 한다. 3상 촉매변환기를 모니터링하는 전술된 상기 3개의 변화가능한 방법은 EP 0 298 240 B1에 설명되어 있다.
특히 저온시동단계동안 내연기관은 오염물질의 배출수준이 증가된다. 상기 오염물질을 감소시키기 위하여 가열된 촉매변환기는 내연기관의 배기라인에 적합하다. 이와 같은 종류의 촉매변환기의 작동모드는, 예를 들면 WO 93/17228 또는 이와 동등한 EP 0 628 134 B1에 제시된다. 시동단계동안 발생되는 불연 탄화수소의 저장을 위한 흡수재의 이용, 및 상기 촉매밴환기가 작동상 가열상태에 있을 때 상기 흡수재로부터의 분리 또한 종래기술에 공지된 부분이다. 둘다, 예를 들면 EP 0 485 179에 제시된다. 또한 탄화수소 저장수단으로서 사용될 수 있는 비석 및 다른 물질은 바로 질소산화물의 촉매변환인 것으로 적절히 증명되었다. 적절한 촉매는, 예를 들면 EP 0 459 396 및 EP 0 286 967에 공개된다.
그러므로, 전술되었듯이, 촉매변환기의 적절한 작동은 작동동안 검사되는 촉매작용에 의하여 모니터된다. 상기 목적을 위한 다양한 방법은 WO 92/03643 또는 이와 동등한 EP 0 545 976 B1, WO 94/21902, WO 91/14855 또는 이와 동등한 EP 0 521 052, WO 92/03642 또는 이와 동등한 EP 0 545 974 B1 및 DE 26 43 739에 제시된다. 후자에는, 예를 들면 상기 촉매변환기에서 발생하는 반응이 두개의 온도센서에 의한 온도비교측정에 의하여 측정되는 방법이 공개된다. 상기 방법에서 조사되는 온도차는 상기 촉매변환기가 작동중인지 아직도 부작동중인지에 대한 표시가 된다. 상기 온도 모니터링의 모드는 주 촉매변환기뿐만 아니라 예비 촉매변환기에 대하여도 사용될 수 있다.
예를 들면 부분적으로 박판층구조로 구성된 벌집체 경우, 모니터링 목적을 위한 온도측정센서가 상기 벌집체사이에 결합될 수 있다. 이것은 EP 0603 221 B1에 설명되어 있다.
상기 촉매변환기의 작동모드는 내연기관의 작동모드에 의존된다. 고정식 내연기관의 경우, 독일에서 공기중의 탄탈량은 엄격히 규제되고 있다. 상기 질소산화물 한계는 내연유니트 및 엔진종류상의 연료발열효율에 의존되기 때문에, 입법자는 압축점화엔진을 위한 소위 인덱스-링킹조항(index-linking clause)을 도입하였다; 종래기술의 상태에 따라 엔진관련 및 다른 법령은 배출수준의 감소를 완전히 충족시켰다. 인덱스-링킹조항의 배경은 질소-제거 설비의 개발정도인데, 1985년에는 불충분하였다. 요소(urea)는 고정식 작동 내연유니트용 질소제거를 위하여 이용된다.
자동차류용 내연기관에 관하여 요소의 이용은 상기 목적을 위하여 운반되는 탱크의 문제점, 그중에서도 특히 더러운 문제점 및 무게의 문제점이 있었다. 형성에 의하여 구별되는 3개의 질소산화물, 더 상세하게 연료 질소산화물, 즉발 질소산화물 및 열 질소산화물에 기초하여, 다른 방법이 질소산화물, 특히 열 질소산화물의 형성을 억제하기 위하여 추구되었다. 상업용 차량에 대하여, 배기를 재냉각된 배기로 재순환시키는 것으로 공지되어 있다. 또한 질소산화물 배출수준은 물분사에 의하여 감소될 수 있음이 공지되어 있다. 그러나 상기 옵션은 작동작용수를 부동 및 운반하는 문제점을 포함한다. 질소산화물 배출수준을 감소시키는 또 다른 방법은 중간저장을 제공하는 것이다. 이것은, 예를 들면 바륨 또는 백금을 포함하는 저장기에 의하여 가능하다.
본 발명은 질소산화물 함유가스가 흘러 통과하는 배기라인에서 재생가능한 질소산화물 저장기를 모니터링하기 위한 방법, 모니터링 시스템 및 장치에 관한 것이다. 특히 본 발명은 디이젤 및 린-번 엔진(lean-burn engines)과 같은 내연기관의 배기를 모니터링하는데 사용될 수 있다.
도 1은 하류부에 배치된 질소산화물저장 촉매변환기 및 3상 촉매변환기를 가진 내연기관을 도시하며,
도 2는 질소산화물 저장기에 대한 시간에 따른 재생상태를 도시하며,
도 3은 시간에 대한 다른 질소산화물 저장기의 다양한 실행모드를 도시하며,
도 4는 상류부에 배치된 산화 촉매변환기를 가진 질소산화물 발생원의 모니터링 시스템이 도시된다.
본 발명의 목적은 적어도 작동능력에 의하여 검사되는 질소산화물 저장기를 가지는 방법을 제공하기 위한 것이다. 또한 본 발명은 상기와 같은 질소산화물 저장기의 검사를 허용하는 모니터링 시스템 및 배기라인에서 특히 간결한 방법으로 사용될 수 있는 장치도 제공한다.
본 발명의 목적은 제 1 항의 특징을 가진 방법에 의한 방법, 제 17 항의 특징에 의한 모니터링 시스템 및 제 19 항의 특징에 의한 장치에 의하여 달성된다. 또한 유용한 특징 및 형상은 각 종속항에 상술된다.
질소산화물 함유가스가 흘러 관통하는 배기라인에서 재생가능한 질소산화물 저장기를 모니터링하기위한 본 발명에 의한 방법은 배기라인에서 온도측정을 하기 위한 것을 제공하는데, 상기 배기라인으로부터 질소산화물 저장기의 적절한 작동능력, 작동상태 및/또는 저장용량에 대한 결과치가 도출된다. 상기 용어 배기라인은 질소산화물 발생원, 예를 들면 내연기관으로부터 발생된 배기가스를 운반하는 모든 도관을 나타내는 것이다. 작동능력은 상기 질소산화물 저장기가 여전히 조금이라도 질소산화물을 저장할 수 있는지를 나타낸다. 작동능력을 모니터링하기 위한 과정에 의하여, 측정온도에 대하여 한계치 또는 범위폭을 예정함으로써, 배기요건에 따르는 질소산화물 저장기의 작동능력을 나타내는 검사과정을 제공하는 것이 가능하다. 상기 작동상태는 적어도 온도측정 시간내의 순간에 대하여 적용된 정보를 주며, 예를 들면 예정된 배기한계치, 온도, 시효상태 또는 이와 유사한 것에 대한 저장기의 실행계산에 대하여 적용된 정보를 주며, 상기 작동상태는 질적정보의 항목이다. 이에 비하여 질소산화물 저장기의 저장용량은 절대적인 또는 표준상태에 관계된 양적정보의 항목이다.
상기 방법의 개발은 시간내의 한정된 순간에서 온도측정작동을 위한 방법을 제공하는 것으로, 상기 방법은 질소산화물 저장기를 위한 또는 배기라인에 추가적으로 배치된 장치제어와 관련된 제어 또는 조절에 의하여 효과적으로 이루어진다. 상기 방법의 일 실시예에서 시간내의 한정된 순간은 질소산화물 저장기의 작동모도에 따라 조정가능하다. 만약 저장기가 내연기관의 하류부에 연결되고 상기 엔진이 대략 정부하하에서 작동된다면, 상기 온도조절 시간내의 순간은 상기 질소산화물 저장기의 공지된 가능한 저장량과 함께 한계치가 확실히 초과되지 않도록 조정된다. 이같이 고려된 한계치를 가질때, 질소산화물 저장기의 구조, 재질 및 작동모드와 같은 매개변수외에, 시효와 같은 시간제어 요소는 고려할 필요가 없다. 상기 모니터링 작동은 연속적 온도측정에 의한 방법의 일실시예에서 이루어지고, 또 다른 실시예에서 공간분리 개별적 온도측정에 의하여 이루어진다. 게다가 2 또는 그 이상의 연속적 온도측정은 함께 결합될 수 있다. 방법의 개발에서, 연속적 온도측정의 경우, 만약 질소산화물 저장기가 상기 능력이 상당히 감소된다면 상기 연속적인 온도측정 사이의 간격이 감소될 수 있다. 이것는 더 이상 허용되지 않는 저장모드가 초기에 기록되고 적절한 방법이 받아들여진다.
배기라인에서 온도측정은 적어도 질소산화물 저장기의 일부분의 직접적 온도측정으로서 또는 질소산화물 저장기를 통과하여 흐르는 가스흐름에 의한 간접적 온도측정으로서 이루어진다. 직접적 온도측정은 저장기 자체의 재질에서 이루어진다. 이 목적을 위하여 온도센서는 예를 들면 질소산화물 저장기의 표면, 상부층, 또는 재질내에 직접 배치된다. 배치되는 흐름센서의 특성 뿐만 아니라 위치는 질소산화물 저장기의 구조에 의존된다. 상기 질소산화물 저장기는 세라믹을 소결 또는 압출성형하여 제작될 수 있지만, 층을 이룬 형상으로, 예를 들면 적어도 부분적으로 구조화된 형상으로 배치된 금속박판으로도 동일하게 제작될 수 있다. 또한 세라믹 분말과 함께 금속의 소결 또는 압출성형은 포함된 재질의 다양한 특성을 함께 결합하는 장점이 있음을 알 수 있다. 상기 질소산화물 저장기는 벌집체의 형태로 단일 결정구조가 될 수 있다. 다른 설계 형상도 가능하다. 유용한 일 실시예에서 질소산화물 저장재질이 외관에 분포되는데, 특히 저장용량을 충분히 사용할 수 있는 방법으로 분포된다. 또 다른 유용한 실시예는 코팅, 예를 들면 박판으로 구성된 질소산화물 저장기상에 제공된다. 만약 질소산화물 저장기의 재질이 열전도성이 약한 재질로 제공된다면 상기 온도센서는 질소산화물 함유가스가 흐르는 표면상에 근접하여 배치된다. 우수한 열전도성을 가진 저장기의 경우, 예를 들면 금속저장기, 본 발명의 상세한 설명 내용의 부분을 형성하는 특징이고 종래기술로서 이미 제시되며 EP 0 603 222에 공개된 온도센서를 사용하는 것이 가능하다. 상기 목적을 위하여 온도측정작용은 상기 종류의 몸체 코팅에 기인한 위배효과가 발생되지 않는 것을 보장한다.
또한 본 방법의 일 실시예에서 질소산화물 저장기를 통하여 흐르는 가스흐름에 의한 간접적 온도측정은 가스흐름내에 배치된 온도센서에 의하여 실행된다. 열전소자 또는 이와 유사한 것과 같이 종래기술에서 공지된 모든 적절한 온도센서는 상기 목적을 위하여 이용될 수 있다. 상기 온도센서는 통로중의 하나에 있는 저장기내에 배치된다. 또한 상기 방법의 유용한 실시예에서 상기 온도센서는 질소산화물 저장기의 가스흐름 하류부에 배치되는데, 특히 질소산화물 저장기의 하류부에 가능하게 연결되는 3상 촉매변환기의 상류부에 배치된다. 또한 간접적 온도측정 개념은 상기 모니터링 시스템에 관련하여 가장 용이하게 설명된다. 특히, 상기 면에서, 상기 가스흐름은 질소산화물 저장기에 대한 결과치를 도출하는데 사용된다.
온도측정은 질소산화물 저장기의 재생단계전, 재생단계동안 및/또는 재생단계후에 이루어진다. 시간내에 한정된 순간에 대하여, 후술되는 결합은 특히 유용한 것으로 증명된다. 즉;
- 재생단계동안, 재생단계전 또는 재생단계후 온도측정: 상기 질소산화물 저장기에 대한 정보는 시간내 또는 시간동안 주어진 순간에서의 측정에 의하여 가능하다;
- 재생단계전 즉시 및 재생단계동안 온도측정: 온도차로부터 질소산화물 저장기에 대한 결과치를 도출하는 것이 가능하다;
- 재생단계동안 및 재생단계후: 이것은 예를 들면 온도차로부터 또한 저장기 및 특히 또한 재생품질에 대하여 도출되는 결과치를 허용한다;
-재생단계전 즉시 및 재생단계후 즉시: 두개의 측정에 대한 온도차는 또한 재생품질에 대한 정보를 제공하는 반면, 질소산화물 저장기에 관한 것으로부터 정보를 다시 유도하는 것이 가능하다; 미래에 대한 정보를 위해, 재생단계후 적어도 두개의 온도측정과정를 함께 결합하는 것이 유용한 것으로 공지되어있다; 두개의 측정작동의 시간에 대한 공간에 대하여 상기 경우에 발생하는 온도변화는 질소산화물 저장기의 실행에 대한 시간에 관한 정보를 허용한다; 및
-상기 온도측정의 결합: 상기 온도측정은 질소산화물 저장기의 실행에 대한 특히 정확한 정보를 제공한다.
상기 온도는 질소산화물 저장기의 작동능력, 작동상태 및/또는 저장용량에 대하여 도출되는 결과치를 직접적으로 허용하는 방법으로 측정된다. 이것은 상기 종류의 과정의 경우에 추가되는 재계산단계없이 측정된 온도에 기초하여 저장기에 대한 결과치를 도출하는 것이 가능하다.
온도측정에 대하여 특히 중요한 정보를 제공하기위하여, 만약 재생단계가 수초내, 특히 일초 또는 더 적은 시간내에 종결된다면 유용한다. 발열반응이 일어나는 재생과정은 온도의 상승에 의하여 감지된다. 온도에서 상기 변화 및 온도가 변화하는 방법은 한 편으로 저장기 재질 자체 및 다른 편으로 상기 저장기를 통하여 흐르는 가스에서 감지될 수 있다. 저장된 질소산화물을 배출하기 위한 재생단계가 짧을 수록, 온도의 상승이 더욱 명백하다. 그러므로 상기 노력은 특히 질소산화물 저장기의 전체 단면상의 갑작스런 방법에서 발생하는 온도의 상승을 달성하기 위한 것이다. 이것은 그때 저장기에서 또는 또한 저장기의 하류부에서 감지될 수 있다. 또한 상기 온도에서의 상승은 질소산화물 저장기에서 또한 일어나는 산화효과에 의하여 증가시킬 수 있다. 상기 효과는 흡열반응 또는 다른 수단, 예를 들면 촉매코팅 또는 저장기를 통과하는 질소산화물 함유가스에 적절히 추가되는 가스에 의하여 일어날 수 있다.
상기 방법의 일 실시예에서 재생단계 자체는 질소산화물 저장기에 재생을 일으키기 위한 작용제를 첨가함으로써 발생되는데, 상기 작용제는 저장된 질소산화물을 배출할 수 있다. 특히 상기 작용제는 반응에서 질소산화물과 참여할 수 있다. 상기 방법의 개발은 질소산화물 발생원 자체에 재생을 일으키는 작용제의 첨가를 제공한다. 특히 상기 방법과 함께, 만약 저장기에서 발생하는 반응이 촉매작용으로 이루어진다면 유용하다. 상기 목적을 위하여 예를 들면 저장기 재질을 제외하고 질소산화물 저장기는 또한 촉매코팅을 가진다.
온도측정의 계산을 위한 것으로서 온도측정을 위하여 작동 및/또는 재생작동이 제어된 형태에서 이루어지는 것이 중요하다. 1/10초내에 일어나는 재생단계의 경우, 관련된 온도를 기초로한 질소산화물 저장기의 성능에 대한 정보를 측정할 수 없게 하는 부정확함, 또는 시간에 따른 부정확함이 있다. 또한 재생 및 온도측정의 제어를 위한 일반적인 전자시스템이 사용될 때, 선택은 예를 들면, 내연기관의 작동모드와 같은 고등적인 수준 면에 의존한 결합에서 측정 또는 재생에 대한 시간내에 한정된 순간을 위한 것일 수 있는 장점이 있다.
또한 질소산화물 저장기의 작동능력, 작동상태 및/또는 저장용량에 대한 정보를 위하여, 시간에 대한 온도에서 변화가 관측되는 것이 가능하게 되는 방법으로 이루어지는 온도조절작동에 대하여 유용하다. 촉매변환기에 대하여, 매우 다른 온도측정과정 및 계산방법은 촉매변환기의 작용 및 예를 들면 미래에 대한 촉매변환기의 실행을 달성할 수 있도록 하기 위하여 적용된다. 특히 질소산화물 저장기 재생단계와 관련되어 온도를 측정하는 방법을 위하여, 상기 종류의 측정방법을 이용하는 것이 가능하다. 그러나 촉매변환기와 다른 경우, 질소산화물 저장기의 경우, 질소산화물 저장기가 저장모드에서 작동되지 않는 단계는 저장목적을 위한 용량에 대한 결과치를 도출하기 위한 원리로서 받아 들여진다. 종래기술로서 이미 제시된 공보는 다양한 온도계산방법, 측정된 위치 및 질소산화물 저장기에 적절히 사용되어 본 발명에서 이용되는 측정센서를 공개한다. 이 관점에서 상기 공보는 특히 WO 94/21902, EP 0 521 052 B1, EP 0 545 974 B1, EP 0 603 222 B1, EP 0 545 976 및 DE 26 43 739이며 , 대응되는 특징은 본 발명의 상세한 설명 내용의 부분으로부터 형성된다.
또한 본 발명에 의한 방법에서, 온도, 질소산화물 저장기의 특성 및/또는 질소산화물 함유가스의 가스성분 사이의 함수관계는 질소산화물 저장기의 작동능력, 작동상태 및/또는 저장용량에 대한 결과치에 도달하기 위하여 사용된다. 상기 목적을 위하여 질소산화물 저장기의 장기간동안의 실행에 대한 경험치뿐만 아니라 질소산화물 저장기를 위한 다른 재질의 사용으로부터 발생된 관계를 사용하는 것이 가능하다. 1 이상의 가스성분에 대하여, 상기 가스성분의 엔트로피 또는 엔탈피는 질소산화물 저장기의 모니터링을 위해 적절하다. 이것은 내연기관내의 배기의 오염성분을 모니터링하기 위하여 예를 들면 또한 본 발명의 상세한 설명 내용의 부분을 형성하는 대응특징과 함께 EP 0 298 240 B1으로부터 알려진 방법의 변형에 의하여 가능하다.
또한 질소산화물 저장기의 모니터링을 위한 유용한 방법은 다음과 같은 특징을 제공한다. 즉;
- 질소산화물 저장기내에 저장된 질소산화물은 질소산화물 함유가스에 따라 계산된다.
- 질소산화물을 위하여 예정된 한계치가 초과되었을 때, 재생이 시작된다.
- 질소산화물 저장기의 작동능력, 작동상태 및/또는 저장용량에 대한 결과치는 예정된 온도치 및/또는 예정된 온도범위폭과의 비교에 의하여 상기 상황에서 측정된 온도로부터 도출된다.
상기 방법의 일 실시예에서, 예를 들면 질소산화물 발생원을 제어하기 위한 전자시스템에 의하여 이루어지는 제어 또는 또한 조절과정에서, 저장기를 통하여 흐르는 가스흐름에서 체적흐름 및 질소산화물 비율이 얼마나 큰가에 의하여 달성된다. 체적흐름은 공지된 측정방법에 의하여 감지되는 반면, 질소산화물 비율은 예를 들면 내연기관의 경우 상기 내연기관에 공급되는 공기-연료 혼합가스의 계산으로부터 감지될 수 있다. 그러나 작동 및/또는 상태 데이터와 같은 내연기관의 다른 데이터는 또한 계산목적을 위하여 사용될 수 있다. 또한 상기 다른 데이터는 적어도 하나의 실행그래프내에 기록될 수 있으며 엔진관리시스템이 상기 다른 데이터를 사용되는 방법에서 저장될 수 있다. 또한 비교가능한 것은 본 발명을 이용하는 다른 영역에서 적절한 데이터가 사용된다. 저장되지 않고 저장기를 통하여 흐르는 질소산화물을 방지하기 위하여, 상기 한계치는 상기와 같은 질소산화물이 배제될 수 있도록 설정된다. 반대로, 예를 들면 질소산화물 저장기의 시효에 의하여 긴 기간의 작동동안 질소산화물 저장기의 작동능력에 사용될 수 있다.
상기 예정된 온도치 및/또는 예정된 온도범위폭은 각각 사용된 질소산화물 저장기를 위한 경험치로부터 구체화될 수 있으며, 적절한 전자시스템에 저장될 수 있다. 또한 상기 경험치는 함수관계로부터 예정되는데, 상기 함수관계는 시효, 온도, 작동모드 및 또한 포함될 수 있는 유사한 것과 같이 매우 넓게 변화하는 매개변수를 포함한다.
상기 방법의 개발에서, 신호는 한정된 측정온도로부터 발생되고, 상기 신호는 질소산화물 저장기의 작동능력, 작동상태 및/또는 저장용량의 계산에 의존된다. 저장기에 대한 이용가능한 테이터 및 예정된 계산표준에 대하여, 측정된 온도에 대한 계산은 이용자가 여전히 이용가능한 저장용량, 가능한 이용기간 또는 이와 유사한 것과 같은 임의의 정보를 제공하는 특성과 같은 것일 수 있다. 또한 한정된, 즉 예정된 온도로부터 발생되는 신호는 특히 유효시간내에 작동상 장애를 표시하는 경고신호이다. 게다가 상기와 같은 방법에서 발생되는 신호는 배기흐름에서 변화가 발생되도록 사용된다. 만약 예를 들면 질소산화물 저장기가 저장용량의 매우 낮은 수준만을 가지는 상태에 있거나 상기 저장기가 손상된다면, 질소산화물 발생원의 작동모드는 바람직하게 변경된다. 예를 들면 그때 응급 프로그램으로 변환된다.
본 발명에 의한 방법을 사용하는 특히 바람직한 영역은 내연기관으로, 특히 부하의 변동과 함께 바람직하게 작동되는 디이젤 또는 린번 엔진이다. 상기 종류의 방법은 특히 자동차류에 대하여 사용될 수 있다. 또한 개발은 탄화수소 및 산소가 농후한 가스흐름이 재생목적을 위한 질소산화물 저장기로서 질소산화물저장 촉매변환기내로 유입되는 것이 제공되는데, 상기 질소산화물저장 촉매변환기내에서 가스흐름은 저장되고 변환가능한 질소산화물 전체가 변환될 수 있는 정도로 탄화수소가 농후한 것이 바람직하다. 이것은 일반적으로 탄화수소 및 산소로부터 물 및 일산화탄소의 형성에 의하여 첫번째로 이루어지는 반면에, 상기 일산화탄소는 이때 질소산화물과 반응하여 이산화탄소(CO2)와 질소(N2)를 형성한다. 또 다른 개발은 엔진에서 충분한 탄화수소 및 일산화탄소를 생산하기 위하여 농후한 가연혼합가스의 농후함을 이용하는 것이다. 상기 질소산화물 저장기는 엔진에서 질소산화물 저장기 상류부의 탄화수소 및 산소로부터 물 및 일산화탄소의 형성에 의하여 다시 연속적으로 재생한다. 탄화수소 및/또는 일산화탄소는 재생작동에 적절한 것으로 입증되었다.
상기 저장 촉매변환기는 바람직하게 산화 및 저장물질의 혼합가스뿐만 아니라 촉매작용물질을 포함하는 코팅을 가진다. 그러나 상기 물질의 혼합가스로부터 충분히 구성될 수도 있다. 질소산화물 저장기 재생단계에서 상기 온도상승은 가스흐름에서의 탄화수소의 농후함 정도에 의존된다. 상기 저장기는 질소산화물과 탄화수소의 반응에 의하여 가능한 완전히 배출하여 질소, 물 및 이산화탄소를 형성한다. 특히 약 일초이하 시간내에 발생되는 반응이 유용한 것으로 공지되어 있다.
린-번 차량을 위한 일 예에서 저장용적의 1리터가 저장된 질소산화물의 약 2g에 대응된다. 이것은 자동차류가 작동되는 모드에 의존되어 1 및 2 마일 사이를 운전하는 거리에 대략 대응된다. 그때 상기 질소산화물 저장기는 다시 재생산되어야 한다. 질소산화물저장 촉매변환기는 약 600 J/l/K의 열용량을 가지는 반면에, 질소산화물2g당 약 14에서 20kJ의 발열에너지가 배출된다. 저장된 질소산화물의 100% 변환과 함께, 48K의 탄화수소 반응에 기초하여 일산하탄소 반응 및 온도상승에 기초한 23K의 온도상승을 감지하는 것이 가능하다.
탄화수소 농후는 저장된 모든 질소산화물이 변환되는 방법으로 유용하게 이루어진다. 배기내의 적절한 탄화수소 함유량의 가정상, 상기 온도의 증가는 저장된 질소산화물에 비례한다. 또한 상기 탄화수소 추가는 상대적으로 작은 양의 추가에 의하여 저장기가 점진적으로 재생산되도록 제어될 수 있다. 적절한 측정센서를 이용할 때, 일단 다시 저장기의 부분의 용량에 대한 정보를 제공하는 것이 가능하다. 만약 재생목적을 위해 추가된 탄화수소가 필요양보다 많으면, 상기 질소산화물은 완전히 변환되며, 또한 상기 질소산화물은 상기 저장기로부터 완전히 배출될 것이다. 상기 미변환 탄화수소는 연속된 3상 촉매변환기에서 유용하게 변환된다. 작동능력, 작동상태 및/또는 저장용량에 대한 정보에서 온도측정, 재생 및 도착을 위한 전자엔진 관리시스템의 이용은 임의의 시간에서 질소산화물을 생산하는 발생원, 즉 내연기관에 접근하는 것을 의미한다. 재생목적을 위하여 예를 들면 불연소 탄화수소가 질소산화물 저장기에 도달함으로써 점화장치의 부점화를 발생하는 것이 가능하다.
또한 본 발명의 바람직한 실시예 및 특징은 다음과 같이 첨부된 도면에 도시된다.
도 1은 재생가능한 질소산화물 저장기(2)의 모니터링을 위한 모니터링 시스템이 도시된다. 상기 모니터링 시스템(1)은 적어도 재생가능한 질소산화물 저장기(2)외에 질소산화물 저장기(2)의 재생을 위한 수단, 이 경우 상류부에 배치된 내연기관(3), 질소산화물 저장기 또는 배기흐름(5)내의 온도센서(4)를 가지는데, 상기 온도센서(4)는 질소산화물 저장기(2) 및 상기 온도센서(4)에 접속부재(7)를 가진 전자부품(6)의 모니터링을 위한 것이다. 상기 전자부품(6)은 엔진제어시스템이 바람직하다.
상기 엔진제어시스템은 프로그램가능하며, 입력유니트(8)에 의하여 실행되는 입력수단이 구비된다. 질소산화물 저장기(2)의 하류부에는 3상 촉매변환기(9)가 연결된다. 만약 상기 질소산화물 저장기(2)는 상기 전자부품(6)이 상기 내연기관(3)으로 흐르는 연료흐름(10) 및 공기흐름(11)으로부터 상기 질소산화물 저장기의 질소산화물 저장능력을 위한 한계치를 계산할 때 재생된다면, 관련 작동모드에 대하여, 상기 내연기관(3)은 점화되지 않으며 이에 따라, 상기 배기흐름(5)은 불연 탄화수소가 농후하게 되도록 작동된다. 또한 상기 배기흐름(5)내로 적절한 연료주사와 같은 다른 방법이 실행될 수 있다. 만약 추가 및 불연 탄화수소 비율이 재생을 위해 요구된 비율보다 높다면, 상기 초과비율은 상기 촉매변환기(9)내에서 변환된다. 또한 상기 모니터링 시스템(1)은 질소산화물 저장기(2)의 상류부에 제 1 람다탐침(12.1), 상기 저장기(2)와 촉매변환기(9) 사이에 제 2 람다탐침(12.2), 및 상기 촉매변환기(9)의 하류부에 제 3 람다탐침(12.3)을 가진다. 상기 제 1 ,2 및 3 람다탐침은 상기 배기흐름(5)의 탄화수소 함유량을 검사하며 상기 내연기관(3)을 제어하거나 조절하기 위하여 동시에 사용될 수 있다. 그러나 상기 람다탐침(12.1, 12.2 및 12.3) 대신 온도센서를 사용하는 것도 가능하다. 또한 상기 3상 촉매변환기(9) 자체는 모니터링목적을 위하여 온도센서(4)를 가진다. 상기 온도센서(4)로부터 전자부품(6)으로 파선으로 표시된 접속라인은 상기 모니터링 형상의 선택적 성질을 나타낸다. 다른 실시예에서 상기 질소산화물 저장기(2)는 파선에 의하여 도시되었듯이, 두 개 이상의 온도센서(4)를 가진다. 그러므로, 도시된 모니터링 시스템(1)에 따라, 촉매변환기가 되는 저장기(2)를 가지며 질소산화물 함유가스(5)흐름이 통하여 흐르는 배기라인(13)에서 재생가능한 질소산화물 저장기(2)의 모니터링을 위한 장치를 설계하는 것이 가능하다. 상기 촉매변환기는 적어도 일산화탄소 및 탄화수소를 포함하는 산화능력을 가진다. 상기 종류의 장치 경우, 만약 온도센서가 유입단부로부터 고려된 것으로서, 촉매변환기내 약 촉매변환기 길이의 1/4 하류부에 배치된다면 온도조절에 대하여 장점이 있음이 증명된다. 바람직하게는 촉매변환기 길이의 약 1/2에 배치된다.
도 2는 시간에 대한 질소산화물저장 촉매변환기에서의 온도에서 가능한 변화를 보여준다. 질소산화물 한계에 도달하였을 때, 시간 T1에서 배기가스흐름은 시간 T2까지 불연 탄화수소가 농후해진다. 그래서, 온도에서 상승을 발생시키는 효과가 있는 발열반응은 질소산화물저장 촉매변환기내에서 발생한다. 기울기 /T 및 적분에 의하여 표시될 때 상기 온도에서 상승은 측정 및 계산된다.
도 3은 질소산화물 저장기에서 질소산화물의 저장에서 다양한 변화를 보여준다. 형상(a1)은 완만한 상승 쌍곡선함수에 따라 발생하고, 형상(a2)은 완만한 하강 쌍곡선함수에 따라 발생하며, 형상(b)은 직선이고, 형상(c)은 루트함수에 따른 것이다. 상기 형상외, 사인곡선 함수 또는 다른 형상도 가능하다. 질소산화물의 저장이 흡열반응을 일으킬 때, 이것은 저장기 온도의 하강을 의미한다. 만약 지금 저장 형상이 저장기로 공지되어 있다면, 그것으로부터 온도와 함께 온도측정을 위한 비교치로서의 원리를 제시하는 것이 가능하다. 그때, 재생전, 재생동안 또는 재생후 온도측정에 관하여, 상기 원리는 질소산화물 저장기에 대하여 제공되는 정보를 허용한다. 상기 원리를 얻기위하여 예를 들면 저장기의 전기저항 또는 실험치 원리를 기초로 하여 기저온도(base temperature)를 얻는 것이 가능하다.
도 4는 질소산화물 저장기(2)의 흐름방향 상류부에 산화 촉매변환기(15)를 가진 다른 모니터링 시스템(14)을 보여주는데, 상기 산화 촉매변환기는 질소산화물 저장기(2)보다 질소산화물 발생원(3)에 더 가깝게 설치된다. 질소산화물 저장기(2)에 직접 연결되었을 때 상기 배기흐름(5)은 상기 산화 촉매변환기(15)를 매우 신속하게 가열한다. 재생과정에 관하여, 질소산화물 저장기(2)에서 개선된 시설과 특정한 온도 형상의 형성을 위하여, 만약 재생공정에 대한 배기가 표준작동에서보다 더 작은 산소함유량을 가지고 있다면 바람직한 것으로 증명된다. 이것은, 예를 들면 내연기관의 연소혼합가스를 농후하게 함으로써 달성될 수 있다. 질소산화물 저장기(2)에 대한 산소저장용량은 다음의 3상 촉매변환기(9)의 산소저장용량보다 적은 것이 유리하다. 바람직하게 약 1/3이며, 특히 1/10보다 적거나 더 적다. 상기 배기흐름(5)는 질소산화물 저장기(2)가 발열반응에 의하여 일단 다시 과도하게 열이 상승되지 않는 동안 임의의 경우에 변환되도록 여전히 농후하다. 그러므로 상기 산화 촉매변환기(15)는 또한 질소산화물 저장기(2)보다 더 큰 산소저장능력을 가지지만 3상 촉매변환기(9)보다 더 작은 산소저장능력을 가진다. 상기 질소산화물 저장기(2)는 매우 작은 산소저장능력을 가지거나 상기 목적을 위한 약간의 능력도 가지지 않는다.
본 발명은 저장기를 이용하고 검사함으로써 질소산화물 발생원으로부터 질소 산화물 배출의 확실한 모니터링을 제공하는데 성과를 거두었으며, 이때문에, 예를 들면 차량용 디젤엔진 또는 린-번 엔진에서 추정 배기한계치를 알 수 있다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 모니터링 시스템
2 질소산화물 저장기
3 내연기관
4 온도센서
5 배기흐름
6 전자부품
7 접속부재
8 입력유니트
9 3상 촉매변환기
10 연료흐름
11 공기흐름
12.1, 12.2, 12.3 람다탐침
13 배기라인
14 제 2 모니터링 시스템
15 산화 촉매변환기

Claims (25)

  1. 질소산화물 함유가스(5)가 흘러 통과하는 배기라인(13)에서 재생가능한 질소산화물 저장기(2)를 모니터링하기 위한 방법으로서,
    상기 질소산화물 저장기(2)내 상기 배기라인(13)에서 온도측정작동이 이루어지며,
    상기 질소산화물 저장기(2)의 작동능력, 작동상태 및/또는 저장용량이 상기 온도측정으로부터 유도되는 재생가능한 질소산화물 저장기(2)를 모니터링하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 온도측정은 정해진 한정된 순간에 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 질소산화물 저장기(2)의 재생단계전, 재생단계동안 및/또는 재생단계후에,
    상기 질소산화물 저장기(2)의 적어도 일부분에 대한 직접적 온도측정이 이루어지거나,
    간접적 온도측정이 상기 질소산화물 저장기(2)를 통하여 흐르는 가스흐름에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 온도는 상기 질소산화물 저장기(2)의 작동능력, 작동상태 및/또는 저장용량에 대한 결과치를 직접 얻을 수 있게 측정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항내지 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 온도, 상기 질소산화물 저장기(2)의 특성 및/또는 상기 질소산화물 함유가스(5)의 가스성분의 함수관계는 작동능력, 작동상태 및/또는 상기 질소산화물 저장기(2)의 저장용량에 대한 결과치를 얻기위하여 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 3 항내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재생단계는 수초내에 종결되며, 특히 1초이하의 시간내에 종결되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 시간에 대한 온도의 변화가 감지되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 3 항내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 질소산화물 함유가스흐름에 재생을 일으키기 위한 작용제를 첨가함으로써 재생단계가 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 질소산화물 저장기(2)에서 촉매작용에 의하여 반응이 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 내연기관, 특히 디젤 또는 린번 엔진의 하류부에 연결된 상기 질소산화물 저장기(2)를 모니터링하기 위하여 내연기관(3), 특히 디이젤 또는 린번 엔진용으로 사용되는 것을 특징으로 전술한 항중 어느 한 항에 따른 재생가능한 질소산화물 저장기를 모니터링하기 위한 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 재생작동을 위한 질소산화물 저장기(2)로서 질소산화물저장 촉매변환기내측으로는 탄화수소 및/또는 일산화탄소가 농후한 가스흐름, 바람직하게 농후한 연소환합물의 가스흐름이 유입되며, 상기 질소산화물저장 촉매변환기내의 가스흐름은 바람직하게 저장 및 변환가능한 모든 질소산화물이 변환되는 정도로 탄화수소 및/또는 이산화탄소가 농후한 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 상기 질소산화물 저장기(2)의 상류부, 특히 엔진에 있는, 탄화수소 및 산소로부터 물 및 일산화탄소를 형성함으로써, 상기 질소산화물 저장기(2)는 순차적으로 재생되며, 상기 일산화탄소는 상기 질소산화물과 더 반응하여 질소 및 이산화탄소를 발생시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 10 항 내지 12 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 온도측정, 재생 및 평가되는 작동능력, 작동상태 및/또는 저장용량은 전자엔진 관리시스템에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 질소산화물 저장기(2)에 저장된 상기 질소산화물은 상기 질소산화물 함유가스흐름(5)에 따라 계산되고, 특히 상기 내연기관의 경우 작동데이터 및/또는 작동상태로부터 계산되며,
    상기 질소산화물을 위한 예정된 한계치가 초과한 경우, 재생작동이 시작되며,
    상기 질소산화물 함유가스흐름(5)에서 상기 질소산화물 저장기(2)의 작동능력, 작동상태 및/또는 저장용량은 상기 작동에서 측정된 온도로부터, 예정된 온도치 및/또는 예정된 온도범위폭을 비교함으로써 유도되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 한정된 측정온도로부터 신호가 유발되며, 상기 신호는 상기 질소산화물 저장기(2)의 작동능력, 작동상태 및/또는 저장용량의 계산에 따르는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 한정된 측정온도로부터 신호가 유발되며, 상기 신호는 상기 질소산화물함유 가스흐름(5)의 변화를 초래하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 재생가능한 질소산화물 저장기(2)를 모니터링하기 위한 모니터링 시스템으로서,
    상기 재생가능한 질소산화물 저장기(2),
    상기 질소산화물 저장기(2)의 재생을 위한 수단,
    상기 질소산화물 저장기(2) 또는 배기흐름(5)에서 작동을 모니터링하는 상기 질소산화물 저장기용 온도센서(4), 및
    상기 온도센서(4)에 연결되는 전자부품(6)을 가지는 재생가능한 질소산화물 저장기(2)를 모니터링하기 위한 모니터링 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 질소산화물 저장기(2)를 통과하는 관통흐름방향에서 볼 때 상기 질소산화물 저장기(2)의 하류부에 배치되는 3상촉매(2),
    탄화산소-C-함유량을 검사하기 위해 상기 질소산화물 저장기(2)의 상류부에 배치되는 람다탐침(12.1),
    탄화수소-C-함유량을 검사하기 위해 상기 질소산화물 저장기(2)의 하류부에 배치되는 람다탐침(12.2),
    특히 내연기관에서, 흐름방향에서 상기 질소산화물 저장기(2)의 상류부에 배치되는 질소산화물 발생원(3), 및/또는
    적어도 제 17항에서 상술된 구성요소중의 하나를 제어 및/또는 조절하기 위한 관리시스템을 더 포함하는 모니터링 시스템.
  19. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서, 흐름방향에서 상기 질소산화물 저장기(2)의 상류부에 산화 촉매변환기(15)를 가지며, 바람직하게 상기 산화 촉매변환기(15)는 상기 질소산화물 저장기(2)보다 상기 질소산화물 발생원(3)에 근접하게 배치되며 특히 상기 질소산화물 발생원(3)에 바로 인접하게 배치되는 모니터링 시스템.
  20. 제 17항 내지 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 질소산화물 저장기(2)의 산소저장능력은 다음의 3상 촉매변환기(9)의 산소저장용량보다 적으며, 바람직하게 약 1/3, 더 바람직하게는 1/10 이하인 것을 특징으로 하는 모니터링 시스템.
  21. 제 17 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산화 촉매변환기(15)는 상기 질소산화물 저장기(2)보다 더 큰 산소저장능력을 가지나 상기 3상 촉매변환기(9)보다 더 작은 산소저장능력을 가지는 것을 특징으로 하는 모니터링 시스템.
  22. 제 17 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 질소산화물 저장기(2)는 매우 작은 산소 저장능력을 가지는 것을 특징으로 하는 모니터링 시스템.
  23. 질소산화물 함유가스(5)가 흘러 통과하는 배기라인(13)에서 재생가능한 질소산화물 저장기(2)를 모니터링하기 위한 장치로서,
    제 1 항 내지 제 17 항에 의한 방법을 수행하기 위해, 상기 배기라인(13)내에서 상기 재생가능한 질소산화물 저장기(2)는 온도센서(4)를 가지며 상기 질소산화물을 위한 산화능력 및 저장능력을 가진 촉매변환기인 재생가능한 질소산화물 저장기(2)를 모니터링하기 위한 장치.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 산화능력은 적어도 일산화탄소 및 탄화수소와 관련되는 것을 특징으로 하는 장치.
  25. 전술한 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 온도센서(4)는 상기 촉매변환기 내부의 유입단부로부터 고려할 때 촉매변환기의 길이의 약 1/4의 하류부에 배치되며, 바람직하게는 상기 촉매변환기의 길이의 약 1/2의 하류부에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
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