KR20010033964A - 상류에 제수기를 가지는 가열 가능한 촉매 컨버터 장치 - Google Patents

상류에 제수기를 가지는 가열 가능한 촉매 컨버터 장치 Download PDF

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KR20010033964A
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베. 마우스
에미텍 게젤샤프트 퓌어 에미시온스테크놀로기 엠베하
베. 디트리히
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Abstract

본 발명은 내연기관(1)의 배기가스류를 정화하기 위한 장치에 관한 것이다. 이 장치는 제 1 제수기(5), 전기 가열될 수 있는 허니콤 모노리스(7) 및 산화를 촉진하는 촉매 활성 코팅이 된 허니콤 모노리스(8)를 포함하며, 이들은 배기가스의 유동방향(S)을 따라 차례로 배열된다. 전기 가열될 수 있는 허니콤 모노리스(7) 및 촉매 활성 코팅이 된 허니콤 모노리스(8)는 완전히 또는 부분적으로 하나의 부품을 형성할 수 있다. 콜드스타트 상태에서 배기가스를 확실하게 정화하기 위해 이 조립체가, 람다 프로브(lambda-probe)가 장착된 촉매 컨버터 뒤에 작은 보조 시스템(supplemental system)으로서 연결될 수 있다. 보조 시스템은 규격이 크면 전체 배기가스를 정화할 수 있다. 상류에 위치한 제수기에 의해 전기적으로 가열될 수 있는 건조 허니콤(7)은 촉매 변환에 필요한 온도인 단 70∼90℃ 범위의 온도에 신속하게 도달하며, 게다가 종래 시스템에 비해 전기에너지 소모가 작다. 상기 장치는 차량 배기가스 중의 오염물질을 극히 낮은 양으로 감소시킬 수 있다.

Description

상류에 제수기를 가지는 가열 가능한 촉매 컨버터 장치{HEATABLE CATALYTIC CONVERTER ARRANGEMENT HAVING A WATER TRAP LOCATED UPSTREAM}
본 발명은 내연기관으로부터의 배기가스류(stream of exhaust gas)를 정화하기 위한 장치에 관한 것이다. 자동차 배기가스의 정화에 있어서, 환경문제를 줄이기 위해 오염물질의 배출 한계량을 낮추기 위한 노력이 있어 왔다. 배기가스 처리에 있어서 특별한 문제는 내연기관의 콜드 스타트 상태(cold-starting phase)로서, 이때에는 보통 훨씬 많은 양의 탄화수소가 배기가스로부터 제거되어야 한다. 일산화탄소도 산화되어 이산화탄소로 되어야 하며, 그 결과 콜드 스타트 상태의 산화 과정은 기본적으로 촉매 활성 물질의 도움으로 이루어져야 한다. 이후 내연기관이 부하를 받는 상태에서 작동되는 동안 배기가스를 정화하기 위해서는 보통 삼원 촉매 컨버터(3-way catalytic converters)가 사용되며, 이는 산화될 수 있는 성분을 산화시키며 동시에 산화질소를 환원시킨다.
콜드 스타트 상태에서 특히 배기가스를 정화하기 위해 설계된 배기가스 정화시스템은 예를 들어 EP 0 638 710 A2 및 EP 0 485 179 A2에 기재되어 있다. 이러한 시스템은 다양한 부품, 즉 3원 촉매 컨버터, 탄화수소 흡착기(hydrocarbon absorber) 및 가열 가능한 허니콤 모노리스(honeycomb monolith)를 포함할 수 있다. 동시에 배기가스 정화시스템의 각 부품 중 어느 것에 어떤 형태의 촉매 활성 코팅(catalytically active coating)이 제공될지와 관련 다양한 시스템이 있다.
이러한 배기시스템에 특히 적절하며, 콜드 스타트 상태에서 촉매의 작용을 위해 필요한 최소 온도까지 신속하게 도달되게 하는 전기 가열될 수 있는 부품(electrically heatable components)이 예를 들어 WO 96/10127에 개시되어 있다. 전기 가열될 수 있는 허니콤 모노리스가 구비된 장치에서 촉매 활성 코팅은, 필요한 산화 과정이 일어나게 하기 전에 약 250℃의 온도까지 도달되어야 한다.
그러나 이후의 발견에 따르면 만일 촉매 활성 물질을 위한 서포트(support)가 실질적으로 건조하게 유지될 수 있다면, 이 촉매 활성 물질이 일산화탄소와 탄화수소의 산화를 시작할 수 있는 온도는 현저하게 낮아질 수 있다. 세라믹 워시코트(washcoat)로 코팅된 허니콤 모노리스에 보통과 같이 도포되며, 허니콤 모노리스와 세라믹 코팅이 건조할 경우 100℃보다 훨씬 낮은 온도 예를 들어 70∼80℃에서 산화 촉매로 작용하는 코팅이 개발되어 왔다. 이들을 건조하게 유지하기 위해서, 특정 온도 아래에서 많은 양의 물을 수집 및 저장할 수 있는 이른바 제수기가 사용될 수 있다. 이러한 제수기와 이 제수기에 필요한 물질을 구비하는 다양한 형태의 배기시스템이 예를 들어 WO 96/39576에 개시되어 있다.
본 발명의 목적은 효과적인 배기가스 정화가 이루어져 출구 배출에서 오염물질의 비율이 특히 낮게 되도록, 종래 기술에 기초하여 배기가스 정화를 위해 종래 기술에서 알려진 다양한 부품을 결합하는 것이다. 본 발명의 특별한 목적은 콜드 스타트 상태에서 배기가스 정화를 개선하고, 엔진 부근에서 높은 부하를 받기 쉬운 부품을 배기라인으로부터 없앨 수 있게 하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 구조가 특히 간단하고 매우 효과적이며, 종래 장치보다 에너지 소비가 낮은 전기 가열될 수 있는 허니콤 모노리스가 구비되는 배기가스 정화시스템을 제공하는 것이다. 이러한 장치를 사용하는 적절한 방법도 설명될 것이다.
이 목적은 청구항 1의 장치 및 청구항 13의 방법에 의해 달성된다. 유리하고 특별히 바람직한 실시예는 각 종속항에 상술되어 있다.
본 발명에 따라 내연기관으로부터 배기가스류를 정화시키기 위한 장치는 배기가스의 유동 방향을 따라 차례로 아래의 부품을 포함한다:
제 1 제수기, 전기 가열될 수 있는 허니콤 모노리스 및 적어도 산화를 돕는 촉매 활성 코팅이 된 허니콤 모노리스. 이 경우 상기 전기 가열될 수 있는 허니콤 모노리스 및 촉매 활성 코팅이 된 허니콤 모노리스도 구조체(structural unit)를 형성할 수 있다.
이하 보다 구체적으로 설명되는 바와 같이, 이러한 장치는 그 규격에 따라 2가지 다른 기능으로 사용될 수 있다. 상대적으로 규격이 작은 전기 가열될 수 있는 허니콤 모노리스 및 촉매 활성 코팅이 된 허니콤 모노리스가 구비되면, 이 장치는 종래의 배기가스 정화시스템 예를 들어 삼원 촉매 컨버터의 하류에 배치될 수 있다. 이 경우 이 장치는 주로 콜드 스타트하는 동안 일산화탄소 및 탄화수소를 산화시키기 위해 기능하는 한편, 상류의 배기가스 정화시스템은 부하를 받는 상태에서 나오는 배기가스의 정화를 담당하며 하류의 장치는 오염물질 중 작은 잔류량만을 변환시킨다.
제수기는 2개의 하류 부품을 건조하게 유지하여, 촉매 작용이 70∼80℃의 온도에서도 가능하도록 한다. 콜드 스타트 상태에서는 배기가스류 중에서 작은 부분만이 배기시스템으로 흐르기 때문에, 전기 가열될 수 있는 허니콤 모노리스는, 제수기가 없는 종래의 시스템보다 적은 전기에너지 및/또는 빠른 시간에 이러한 온도에 도달될 수 있다. 종래의 시스템에서는 적어도 250℃까지 올라가야 된다. 전형적으로 전기 가열될 수 있는 허니콤 모노리스에는 적어도 하나의 산화 코팅이 제공되는 결과 촉매 작용에 필요한 온도가 도달되자마자 발열 산화반응의 촉매 작용을 시작하고, 이에 따라 배기가스의 온도가 급격히 상승되며, 마찬가지로 적어도 산화 효과가 있는 촉매 활성 코팅이 된 하류 허니콤 모노리스의 반응온도와 유사하게 한다. 그러므로 일산화탄소와 탄화수소 배기가스에 대한 어느 정도까지는 완전한 정화가 단 수초 이후 시작된다. 제수기는 전기 가열될 수 있는 허니콤 모노리스 및/또는 촉매 활성 코팅이 된 하류의 허니콤 모노리스 내에서 촉매작용이 시작될 때까지 내연기관으로부터 오는 수증기를 저장할 수 있는 규격으로 되어야 한다. 이후 제수기는 배기가스류에 의해 데워지고 배기가스의 정화를 손상시키지 않고 저장된 물을 방출할 수 있다. 내연기관이 계속 작동됨에 따라, 촉매 시스템도 작동 온도에 이르며 이후 배기가스 정화 기능을 넘겨받는다. 그 결과 하류 시스템은 과열되지 않으며, 경우에 따라 어느 정도까지 냉각되기도 한다.
부하를 받는 상태에서 작동하는 동안 시스템의 노화(aging) 및 온도 부하를 낮게 유지하도록, 제수기 및 전기 가열될 수 있는 허니콤 모노리스는 자동차 내의 엔진으로부터 상대적으로 멀리 배치하는 것이 유리하다.
전기 가열될 수 있는 허니콤 모노리스 및 촉매 활성 코팅이 된 허니콤 모노리스는 단일 구조체를 형성할 수 있으며, 따라서 극단적인 경우 촉매 활성 코팅이 된 충분히 넓은 면적의 가열 가능한 허니콤 모노리스 하나만이 있어야 한다. 그러나 특히 바람직한 것은 WO 96/10127에 나타난 바와 같이 아주 짧은 전기 가열될 수 있는 허니콤 모노리스가, 코팅된 허니콤 모노리스의 직상류에 배치되며 이에 의해 지지되는 실시예이다.
차량이 정지상태인 경우에도 촉매 활성 코팅이 된 허니콤 모노리스 및/또는 전기 가열될 수 있는 모노리스를 건조하게 유지하기 위해서, 가장 간단한 경우 배기가스에 의해 개방되며 배기가스가 흐르지 않을 때는 실링방식으로 폐쇄되는 체크밸브가 배기가스 시스템에 설치될 수 있다.
추가로 또는 대체적으로 배기라인의 단부에는 제 2 제수기가 설치될 수 있으며, 이 트랩은 긴 정지상태 시간 동안, 앞에 놓인 허니콤 모노리스가 습윤하게 되는 일없이, 시스템 내를 관통할 수 있는 대기 중의 습기를 취할 수 있다.
만일 본 발명에 따른 장치가 종래의 삼원 촉매 컨버터와 함께 사용된다면, 이 컨버터는 더 이상 엔진 부근에 배치될 필요가 없으며, 내연기관 출구로부터 30cm 또는 그 이상 떨어져 배치될 수 있다. 내연기관은 콜드 스타트 상태에서는 일반적으로 진한 혼합기로, 즉 공기에 대한 연료의 비가 이론공연비보다 높게 작동하므로, 내연기관 하류 어디엔가에서 2차공기가 공급되어 과잉 연료의 촉매 변환이 가능하도록 해야 한다. 이 2차공기가 내연기관으로부터 흘러나오는 배기가스의 온도를 낮추기 때문에, 공급은 종종 1차 촉매 컨버터와 주 촉매 컨버터 사이에서, 1차 촉매 컨버터가 보다 빨리 가열될 수 있는 순서로 이루어진다. 이는 본 발명에서는 거의 중요하지 않으며, 그 결과 2차공기의 유입구는 내연기관과 배기가스 정화시스템의 첫 번째 부품 사이 어느 곳에서 있을 수 있다. 콜드 스타트 상태 동안 요구되는 특히 강력한 배기가스 정화의 필요성에 따라, 전기 가열될 수 있는 허니콤 모노리스의 상류 어딘가에 탄화수소 흡착기(absorber)가 설치될 수 있으며, 이는 전기 가열될 수 있는 허니콤 모노리스가 촉매 반응을 위해 충분히 높은 온도에 있게 될 때까지, 배기가스 내의 탄화수소를 초기에 흡착한다. 본 발명에 따른 배기가스 정화시스템에서, 탄화수소 흡착기는 제 1 제수기와 전기 가열될 수 있는 허니콤 모노리스 사이에 배치되는 것이 바람직하다. 이러한 탄화수소 흡착기는 일반적으로 종래기술에서 언급된 바와 같이 특별한 제오라이트가 코팅된 허니콤 모노리스이다.
제수기, 탄화수소 흡착기, 또 일반적으로 촉매 활성 코팅도 매우 높은 온도에서, 에이징(aging)으로도 알려진 과정에 의해 손상될 수 있다. 유입되는 배기가스의 온도에 의해 본 발명에 따른 장치의 사용 가능성이 손상시키지 않으므로, 전체 장치는 차량에서 내연기관으로부터 상대적으로 멀리 떨어져 배치될 수 있어, 부품이 에이징되는 위험을 감소시킬 수 있다. 만일 이러한 장치가 불가능하다면, 상기 제 1 제수기의 상류에 열을 제거하기 위한 수단 또는 적당하다면 탄화수소 흡착기가 배치될 수 있다. 가장 간단한 경우에, 이 수단은 열교환기로 설계된 배기파이프일 수 있다. 그러나 강제냉각도 가능하며, 이는 제어될 수도 있고 제어되지 않을 수도 있다. 종래의 삼원 촉매 컨버터가 본 발명 장치의 상류에 배치되면 특히 바람직하며, 이는 부하 하의 작동시 발열반응에 의해 배기가스의 온도를 추가로 높인다. 이 경우 배기가스의 온도를 시스템의 다른 부품에까지 전달되기 전에 다시 낮추는 것이 유리하다.
또 본 발명에 따른 장치는 상류의 삼원 촉매 컨버터 없이 그 장치만으로 콜드 스타트 상태로부터의 전체 배기가스를 감당할 수 있는 규격으로 될 수도 있다. 이 경우 전기 가열될 수 있는 허니콤 모노리스 하류의 촉매 활성 코팅이 된 허니콤 모노리스는 물론 부하 하의 작동에서 전체 배기가스 변환을 위해 충분히 큰 부피를 가진다. 이는 이 경우 삼원 코팅을 가져야 한다. 전기 가열될 수 있는 허니콤 모노리스는 산화를 돕는 적어도 하나의 촉매 활성 코팅을 가진다. 이 사용 영역에서의 바람직한 배치는 따라서 유동 방향으로 차례로 하나씩의 제수기, 전기가열 가능한 촉매 컨버터, 활성 촉매의 삼원 코팅된 허니콤 모노리스, 그리고 적절하다면 제 2 제수기 및/또는 체크밸브를 포함한다. 게다가 이 시스템은 필요하다면 탄화수소 흡착기도 포함할 수 있다.
전기 가열될 수 있는 허니콤 모노리스 및 촉매 활성 코팅이 된 허니콤 모노리스 부품은 다양한 형태로 사용될 수 있다. 예를 들어 전열 모노리스는 하류의 허니콤 모노리스에 지지되거나 통합되어 커다란 허니콤 모노리스를 형성할 수 있다. 촉매 활성 코팅이 된 허니콤 모노리스는 복수의 개별적인 서브모노리스(submonoliths)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서, 전기 가열될 수 있는 허니콤 모노리스는 늦어도 내연기관이 시동된 때로부터 가열된다. 탄화수소 흡착기가 없는 시스템에서, 시작부터 배기가스를 완전히 정화하기 위해, 내연기관이 시동되기 1 내지 5초 전에도 가열이 시작될 수 있다. 적절한 시간 내에, 예를 들어 도어가 열리고 운전자가 운전석에 앉을 때나 시동키가 삽입될 때, 가열을 개시하는 회로가 알려져 있다. 촉매 반응을 시작하기 위해 필요한 온도는 건조 허니콤 모노리스의 경우 예를 들어 70∼80℃로 매우 낮아서, 가열에는 짧은 가열 시간 및/또는 작은 전력만이 필요하다. 따라서 전기 가열될 수 있는 허니콤 모노리스의 규격을 정하는데 있어 선택의 폭이 넓다.
본 발명에 따른 장치는 특별히 문제없이 내연기관의 바람직한 성능에 필요한 콜드 스타트 모드를 가능하게 한다. 내연기관은 초기에는 진한 혼합기로 작동될 수 있으며, 내연기관이 이론공연비 또는 희박 혼합기로 작동될 수 있을 때까지 상기 혼합기에 유입구로부터 2차공기가 공급된다. 본 발명에 따른 장치는 희박 혼합기 엔진의 배기시스템에서, 콜드 스타트를 하는 동안 배기가스를 정화시키기 위한 추가 구성요소로도 적합하다. 진한 혼합기에서의 작동으로부터 이론공연비 또는 이론공연비 혼합물로의 전환은, 부하를 받는 상태에서의 작동을 위해 설계된 삼원 촉매 컨버터의 온도를 측정 또는 계산함으로써, 구체적으로는 상기 촉매가 촉매 변환에 필요한 온도에 이를 때 일어나는 것이 바람직하다.
제수기가 배기가스 시스템에서 사용될 때, 제수기가 한계용량까지 물로 포화되어, 다른 조치가 제공되지 않을 경우 그 기능을 상실할 여지가 있는 작동 셋업 및 모드가 있을 수 있다. 이러한 경우를 위해, 제수기에는 내연기관이 작동하는 동안 및/또는 정지된 뒤에 제수기를 건조시키기 위해 작동되는 전열 장치가 장착될 수 있다.
현재도 사용되고 있는 황이 포함된 연료에 대해, 황 트랩 즉 황흡착 코팅이 된 허니콤 모노리스가 제공되어, 배기가스 정화시스템의 부품이 오염 또는 손상되는 것을 방지할 수 있다. 이 트랩은 황으로부터의 위험이 가장 많은 부품 상류에, 그러나 황 트랩에의 열 손상을 방지할 수 있도록 엔진으로부터는 충분히 멀리 떨어져 설치되는 것이 바람직하다. 장착에 바람직한 위치는 예를 들어 시스템 중 제 1 제수기의 직상류이다.
본 발명의 추가적인 이점과 상세한 내용은 도면을 참조하여 이하에 상세하게 설명되어 있으며, 도면은 2개의 기본적인 실시예를 나타내나, 본 발명이 이들 실시예에 국한되는 것은 아니다.
도 1은 콜드 스타트 상태를 위한, 본 발명에 따른 3원 촉매 컨버터 및 하류 정화시스템이 구비한 배기가스 정화 장치를 나타내며,
도 2는 부하를 받는 상태에서의 작동 및 콜드 스타트 상태에 대한 본 발명의 장치를 나타낸다.
도 1은 배기가스류를 정화하는 본 발명 장치의 제 1실시예의 구조를 개략적으로 나타낸다. 내연기관(1)으로부터 배출된 배기가스는 유동방향(S)으로 배기라인(2a, 2b, 2c, 2e, 2f)을 지나 흐른다. 콜드 스타트 상태 동안 가스 유입구(3)에서 2차공기가 공급되는 것이 바람직하다. 그 뒤에 삼원 촉매 컨버터(4)가 이어지며, 이는 부하가 걸린 작동 상태에서 일산화탄소와 탄화수소를 산화시키고 질소산화물을 환원시킴으로써 배기가스를 정화시킨다. 그 뒤에 배기라인의 서브섹션(2b)이 이어지며, 이 라인은 고온에 의한 하류 부품의 에이징을 막기 위해 열(Q)을 제거하는 수단(11)을 가지는 것이 바람직하다. 그 뒤에는 제 1 제수기(5)가 이어지며, 이 제수기는 배기가스 및 2차공기에 포함된 모든 물을, 하류 부품에서 촉매 반응이 시작될 때까지 가능한 한도로 저장한다. 탄화수소의 배출을 극히 낮은 수준까지 감소시키려 한다면 배기라인의 나머지 부분에 탄화수소 흡착기(6)가 설치될 수 있다. 그 뒤를 전기 가열될 수 있는 허니콤 모노리스(7)와 촉매 활성 코팅이 있는 허니콤 모노리스(8)가 뒤따른다. 전기 가열될 수 있는 모노리스(7) 역시 촉매 활성 코팅을 가지는 것이 바람직하며, 이는 적어도 산화 특히 일산화탄소의 산화를 돕는다. 촉매 활성 코팅이 된 허니콤 모노리스(8)도 산화를 돕는 것이 바람직하다.
배기시스템에서 허니콤 모노리스(8)의 하류에는 제 2 제수기가 있을 수 있으며, 이는 내연기관이 정지되어 있을 때, 배기시스템의 출구를 통해 수분이 모여드는 것을 방지한다. 이 목적은 체크밸브(10)에 의해서도 추가적으로 또는 대체적으로 이루어질 수 있다.
배기가스 정화시스템의 전체 설정 때문에 내연기관이 작동하는 동안 하나 또는 2개의 제수기가 완전히 건조되지 않을 가능성이 있다면, 하나 또는 2개의 제수기 역시 전기 가열될 수 있다. 이러한 상황은 콜드 스타트 상태 사이의 부하 하 작동이 길게 이루어지지 않으면서, 콜드 스타트 상태가 자주 일어나는 특정 경우에 발생될 수 있다. 본 발명의 첫 번째 실시예에 따르면, 적어도 하나의 제 1 제수기(5), 전기 가열될 수 있는 허니콤 모노리스(7) 및 촉매 활성 코팅이 된 허니콤 모노리스(8)를 포함하는 본 발명에 따른 장치는, 콜드 스타트 상태에서도 배기가스를 효과적으로 정화시키기 위해 종래의 3원 촉매 컨버터에 추가되는 시스템으로서 사용될 수 있다. 이 경우 전기 가열될 수 있는 허니콤 모노리스(7) 및 촉매 활성 코팅이 된 허니콤 모노리스(8) 역시 구조체를 형성할 수 있으며, 적절하다면 이들이 결합되어 촉매 활성 코팅이 된 전기 가열될 수 있는 하나의 허니콤 모노리스를 형성할 수 있다. 본 발명에 따른 장치는 주 촉매 컨버터가 없어도 되며, 삼원 촉매 컨버터가 엔진으로부터 충분히 멀리 떨어져, 더 이상 극도의 열부하에 노출되지 않을 수 있게 한다. 추가로 2차공기는 배기가스 정화 부품의 상류, 원하는 아무 위치에서 공급될 수 있다.
본 발명의 추가적인 실시예가 도 2에 나타나 있으며, 여기서 본 발명에 따른 장치는 엔진 근처에 배치될 필요가 없이도 전체 배기가스 정화를 담당한다. 이 장치는 엔진으로부터 더 멀리 떨어져 극히 높은 배기가스 온도의 영향을 받지 않으면 더욱 유리하다. 도 2에 따라 내연기관(1)의 배기가스는 배기라인(12a, 12b, 12c, 12d, 12e)을 통해 유동방향(S)을 따라 흐른다. 2차공기를 위한 유입구(3)는 배기라인의 첫 번째 서브섹션(12a) 어딘가에 놓인다. 제 1 제수기(5)는, 하류의 전기 가열될 수 있는 허니콤 모노리스(17) 및 그 뒤의 촉매 활성 코팅이 있는 허니콤 모노리스(18)가 촉매 변환을 시작할 때까지, 배기가스에 저장된 물의 전체량을 저장한다. 정지상태에서 시스템을 건조하게 유지하기 위한 제 2 제수기(9) 및/또는 체크밸브(10)가 배기라인의 끝부분에 설치될 수 있다. 도 2에 따른 실시예 역시 탄화수소 흡착기(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 도 2에 따른 실시예에서, 촉매 활성 코팅(18)된 허니콤 모노리스가 충분히 커서 부하를 받는 상태에서의 작동시도 배기가스 중의 유해 성분을 완전히 촉매 변환시킬 수 있어야 한다. 그러므로 엔진으로부터 상대적으로 멀리 떨어져 배치되는 것이 주 촉매 컨버터이며, 그 상류에는 전기 가열될 수 있는 허니콤 모노리스가, 바람직하게는 적어도 산화를 돕는 촉매 활성 코팅이 된 허니콤 모노리스와 함께 선행한다. 배기가스 정화 및 엔진을 제어하기 위한 일반적인 계측 시스템도 있어야 한다.
상기 양 실시예에서, 전기 가열될 수 있는 허니콤 모노리스는 엔진이 시동된 뒤 바로 또는 심지어 그 몇 초 전에 직접 작동이 시작될 수 있다. 특히 만일 상류의 탄화수소 흡착기가 없다면, 내연기관이 시동된 뒤 1 내지 5초 이내에 작동이 시작되어 처음부터 배기가스가 확실히 정화될 수 있다.
본 발명은 가장 엄격한 법적 요구라도 만족할 수 있는 저비용의 배기가스 정화시스템을 위한 차량용 배기시스템에 특히 적합하다.

Claims (16)

  1. 배기가스의 유동방향으로 적어도 이하의 구성 요소를 차례로 포함하는, 내연기관(1)에서 나오는 배기가스류를 정화하는 장치로서:
    제 1 제수기(water trap; 5)와, 전기 가열될 수 있는 허니콤 모노리스(honeycomb monolith; 7, 17)와, 촉매 활성 코팅(catalytically active coating)이 되어 적어도 산화를 돕는 허니콤 모노리스(8, 18)를 포함하며, 상기 전기 가열될 수 있는 허니콤 모노리스(7, 17) 및 촉매 활성 코팅이 된 허니콤 모노리스(8, 18)의 전체 또는 일부가 구조체(structural unit)를 형성하는 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 내연기관(1)이 정지상태일 때 수분이 들어오는 것을 방지하기 위한 체크밸브(10)가, 상기 촉매 활성 코팅이 된 허니콤 모노리스(8, 18)의 하류에 배치되는 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 촉매 활성 코팅이 된 허니콤 모노리스(8, 18)의 하류에 제 2 제수기(9)가 배치되는 장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 제수기(5)의 상류에 삼원 촉매 컨버터(4)가 선행하며, 이 컨버터는 그 자체로서 또는 적어도 다른 부품(7, 8)과 함께, 상기 내연기관(1)이 부하를 받는 상태에서 작동하는 동안 배기가스를 정화할 수 있게 하는 장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 내연기관(1)의 출구와 상기 삼원 촉매 컨버터(4) 사이의 거리가 30cm 이상, 바람직하게는 80cm 이상이며, 특히 3원 촉매 컨버터(4)가 언더플로어(underfloor) 촉매 컨버터인 장치.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내연기관(1)과 상기 첫 번째 배기가스 정화 부품(4, 5) 사이에 유입구(3)가 있는 장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 전기 가열될 수 있는 허니콤 모노리스(7)의 상류, 특히 제 1 제수기(5)의 하류에 탄화수소 흡착기(hydrocarbon absorber; 6)가 배치되는 장치.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 제수기(5, 9)가 전기 가열될 수 있는 장치.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 촉매 활성 코팅이 된 허니콤 모노리스(8, 18)가, 최대 부하 상태에서의 배기가스 정화에 적합한 규격의 삼원 촉매 컨버터인 장치.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 전기 가열될 수 있는 허니콤 모노리스(7, 17)가, 상기 촉매 활성 코팅이 된 허니콤 모노리스(8, 18)의 하부 영역(subregion)인 장치.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 전기 가열될 수 있는 허니콤 모노리스(7, 17)가, 촉매 활성 코팅이 된 허니콤 모노리스(8, 18)의 직상류에 배치되며, 바람직하게는 이에 의해 지지되는 장치.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 제수기(5) 상류에 배기가스류로부터 열(Q)을 제거하기 위한 수단(11)이 있는 장치.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 따라 장치를 작동하는 방법으로서, 상기 전기 가열될 수 있는 허니콤 모노리스(7, 17)가 늦어도 내연기관(1)이 시동될 때로부터 가열되는 방법.
  14. 제 13항에 있어서, 콜드스타팅(cold starting)하는 동안, 상기 내연기관(1)이 초기에는 연료가 과잉인 진한 혼합기로 작동되며, 상기 내연기관(1)이 연료와 공기의 이론공연비 또는 이론공연비보다 낮은(substoichiometric) 희박한 공연비로 작동될 수 있을 때까지, 상기 공기에 대해 입구(3)로부터 2차공기가 추가되는 방법.
  15. 제 14항에 있어서, 부하를 받는 상태, 정확하게는 계산되거나 측정된 온도가 촉매 배기가스 정화에 적합한 상태에서만 작동되도록 설계된 삼원 촉매 컨버터(4, 18)의 온도에 의존하여, 상기 내연기관(1)의 작동이, 진한 혼합기하의 작동에서 이론공연비 또는 그 이하의 공연비에서의 작동으로 전환되는 방법.
  16. 제 13항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 상기 제 1 제수기(5)는, 전기 가열될 수 있으며, 상기 내연기관(1)이 작동하는 동안 및/또는 정지된 뒤에 가열되어 건조되는 방법.
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