KR20070020138A - Reductant addition in exhaust system comprising nox-absorbent - Google Patents

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Abstract

An exhaust system for a vehicular lean- burn internal combustion engine comprises a NOX-absorbent, a reductant injector (78) disposed upstream of the NOX-absorbent and means (50), when in use, for controlling reductant addition, wherein the reductant addition control means supplies reductant to the NOX-absorbent at all vehicle speeds in a duty cycle at a rate which is predetermined to correlate with a desired NOX conversion at the average duty cycle speed of the vehicle. ® KIPO & WIPO 2007

Description

NOx-흡수제를 포함하는 배기 시스템에서의 환원제 첨가{REDUCTANT ADDITION IN EXHAUST SYSTEM COMPRISING NOx-ABSORBENT}REDUCTANT ADDITION IN EXHAUST SYSTEM COMPRISING NOx-ABSORBENT}

본 발명은 NOX-흡수제를 포함하는 린번 내연기관용 배기시스템, 특히 NOX-흡수제를 재생하고 NOX를 N2로 환원할 목적으로 배기시스템으로의 환원제 첨가를 제어하는 방법에 관한 발명이다. The present invention NO X - is an invention relating to a method of reproducing the absorber and control the reducing agent to the exhaust system for the purpose of reduction of NO X to N 2 - lean-burn internal combustion engine exhaust system, in particular NO X containing the absorbent.

NOX-흡수제를 포함하는 린번 가솔린엔진이나 디젤엔진 등의 린번 내연기관용 배기시스템은 예컨대 EP 0560991 등에 기재되어 있다. Exhaust systems for lean burn internal combustion engines, such as lean burn gasoline engines and diesel engines containing NO X -absorbers, are described, for example, in EP 0560991 and the like.

본 명세서에서, "NOX-트랩"은 NOX-흡수제를 포함하는 촉매 및 NO를 NO2로 산화시키기 위한 촉매이다. 또한, NOX-트랩은 "린 NOX 트랩" 또는 "LNC"라고 알려져 있다. As used herein, "NO X -trap" is a catalyst comprising a NO X -absorber and a catalyst for oxidizing NO to NO 2 . NO X -traps are also known as "lean NO X traps" or "LNCs."

일반적인 NOX-트랩 조성물은, Pt 등의 촉매; 포타슘 및/또는 세슘 등의 알칼리금속의 화합물, 바륨 또는 스트론튬 등의 알칼리토금속의 화합물, 또는 일반적으로 란탄 및/쏘는 이트륨 등의 희토금속의 화합물 등의 NOX-흡수제; 및 로듐 등의 환원촉매;를 포함한다. 상기 조성물을 위하여 린 엔진 작동 중에 NOX-저장을 위하여 일반적으로 제공되는 메커니즘은, 제 1 단계에서 NO는 Pt상의 활성 산화 자리에서 산소와 반응하여 NO2를 형성하는 것이다. 제 2 단계는 무기 질산염의 형태로 저장 물질에 의한 NO2의 흡수를 포함한다.Typical NO X -trap compositions include catalysts such as Pt; Absorber - NO X, such as potassium and / or a compound of an alkaline earth metal compound such as barium or strontium of the alkali metals such as cesium, or in general compounds of rare earth metals such as lanthanum and / stinging yttrium; And reducing catalysts such as rhodium. The mechanism generally provided for NO X -storage during lean engine operation for the composition is that in the first step NO reacts with oxygen at the active oxidation site on Pt to form NO 2 . The second step involves the absorption of NO 2 by the storage material in the form of inorganic nitrates.

무기 NOX-저장 구성성분은 일반적으로 산화물로서 존재하지만, CO2 및 H2O를 포함하는 배기가스 또는 공기가 존재하는 데에서는 탄산염의 형태 또는 수산화물의 형태일 수도 있음은 당연하다.Inorganic NO x -storage components are generally present as oxides, although it is obvious that in the presence of exhaust gases or air comprising CO 2 and H 2 O, they may be in the form of carbonates or in the form of hydroxides.

엔진이 농축(enrich)상태 또는 온도가 증가된 상태에서 간헐적으로 구동될 때, 질산염 종은 열역학적으로 불안정하게 되어 분해되고, NO 또는 NO2를 생성한다. 농축상태에서, 이러한 NOX는 일산화탄소, 수소 및 탄화수소에 의하여 N2로 환원되며, 이러한 환원반응은 환원 촉매와 함께 일어날 수 있다. When the engine is intermittently driven in an enriched or elevated temperature, the nitrate species become thermodynamically unstable and decompose and produce NO or NO 2 . In concentrated state, such NO X is reduced to N 2 by carbon monoxide, hydrogen and hydrocarbons, and this reduction reaction can take place with a reduction catalyst.

NOX-트랩을 포함하는 배기 시스템의 목적은 엔진의 경제성을 높이는 동시에 관련된 배기가스 기준, 예컨대 Euro IV을 만족시키기 위함이다. The purpose of an exhaust system comprising a NO X -trap is to increase the economics of the engine while at the same time satisfying the relevant emission standards, for example Euro IV.

NOX-트랩을 재생하고 흡수된 NOX을 환원시킬 목적으로 환원제의 첨가를 제어하는 시스템은 공지되어 있지만, 복수의 센서 입력을 포함하는 등의 매우 복잡한 제어 방식 및 복잡한 알고리즘을 구동하기 위한 프로세서가 필요하다. Systems for controlling the addition of reducing agents for the purpose of regenerating NO x -traps and reducing the absorbed NO x are known, but processors for driving very complex control schemes and complex algorithms, including multiple sensor inputs, are known. need.

EP-B-0341832에는 디젤 배기가스에서 입자상물질(PM)을 연소시키기 위한 과정이 설명되어 있다. 상기 방법은 배기가스에서의 NO를 촉매 상에서 NO2로 산화시 키고, 배기가스로부터의 PM을 정화하고, 여과된 입자상물질을 NO2에서 최대 400℃에서 연소시키는 단계를 포함한다. 이러한 시스템은 Johnson Matthey사에 의해 공급되고 CRT®로서 상품화되어 있다. EP-B-0341832 describes a process for the combustion of particulate matter (PM) in diesel exhaust. The method comprises oxidizing NO in exhaust gas to NO 2 on a catalyst, purifying PM from exhaust gas, and burning the filtered particulate matter at NO 2 up to 400 ° C. This system is supplied by Johnson Matthey and commercialized as CRT ® .

NOX-흡수제를 재생하는 방법을 연구한 결과, 알고리즘이 프로그램화되어 있는 프로세서 및 센서 입력 네트워크 등의 복잡한 장비를 필요로 하지 않는 NOX-흡수제를 포함하는 배기 시스템으로 Euro IV 등의 관련 배기가스 기준을 만족시키는 것이 가능하다는 것이 발견되었다. NO X - After a study how to play the absorber, the algorithm is programmed the processor and the NO X which does not require sophisticated equipment such as a sensor input network which - related to the exhaust gas, such as Euro IV with an exhaust system including an absorber It has been found that it is possible to meet the criteria.

본 발명의 제 1 양태에 따르면, NOX-흡수제, NOX-흡수제의 상류에 배치되어 있는 환원제 분사장치, 및 구동시에 환원제의 첨가를 제어하기 위한 수단을 포함하는 차량용 린번 내연기관용 배기 시스템이 제공되는데, 상기 환원제 첨가 제어 수단은, 환원제를 차량의 평균 듀티 사이클(duty cycle) 속도에서 요구되는 NOX 변환과 관련된 소정의 비율로 차량의 전체 속도에 걸쳐 듀티 사이클에서 NOX-흡수제에 공급한다. According to the first aspect of the invention, NO X - absorber, NO X - reducing agent injection, which is disposed upstream of the absorber device, and obtain at the same time providing the vehicle a lean burn internal combustion engine exhaust system comprising means for controlling the addition of the reducing agent there is, the reducing agent addition control means includes: a reducing agent, NO X in the duty cycle over the whole speed of the vehicle at a predetermined rate related to the NO X conversion required by the average duty cycle (duty cycle) the speed of the vehicle is supplied to the absorber.

제 1 양태에서의 본 발명은 버스나 폐 트럭 등의 제한된 듀티 사이클의 차량을 위한 구형장비 개선시장(retrofit market)에 특별한 용도를 가지고 있다. 이것은, 평균 듀티 사이클 속도에서의 NOX-흡수제에서, 선택된 NOX의 양을 예컨대 90%로 감소시키기 위해 필요한 환원제 분사율이 얼마인지를 결정하는 것이다. 예를 들면, NOX-흡수제가 NOX-트랩의 성분일 경우에, 구동시에, 시스템 컨트롤러는 탄화수소(HC) 연료 분사의 연속적인 템포 및 분량을, 예컨대 매 분당 2초에서 발생시키도록 구성될 수 있다. 또한, 시스템 컨트롤러는 NOX-트랩이 실질적으로 완벽하게 재생되도록 하기 위하여 이따금식 상대적으로 긴 과잉(rich) HC 연료 펄스를 제공하도록 구성될 수 있으며, 그 후에는 NOX-트랩의 저장 용량을 유지하기 위하여 더욱 빈번한 일련의 더 짧은 농축(enrichment) 펄스가 뒤따른다. 정확하고 상세한 분사 방법은 차량과 차량의 듀티 사이클에 좌우된다. The present invention in the first aspect has particular use in the retrofit retrofit market for vehicles of limited duty cycles, such as buses and waste trucks. This is to determine how much reducing agent injection rate is needed to reduce the amount of NO x selected, for example to 90%, in the NO X -absorbent at the average duty cycle rate. For example, where the NO X -absorber is a component of the NO X -trap, upon operation, the system controller may be configured to generate a continuous tempo and amount of hydrocarbon (HC) fuel injection, eg at 2 seconds per minute. Can be. In addition, the system controller can be configured to provide a relatively long, rich HC fuel pulse from time to time to ensure that the NO X -trap is substantially completely regenerated, after which it maintains the storage capacity of the NO X -trap. In order to follow a more frequent series of shorter enrichment pulses. The precise and detailed injection method depends on the vehicle and the duty cycle of the vehicle.

평균 듀티 사이클 속도 이상의 속도에서는, 더 많은 NOX와 더 큰 질량의 공기흐름이 있을 것이고, 따라서 NOX 변환은 감소할 것이다. 이는 환원제가 충분하지 않기 때문이다. 그러나, 예컨대 시내 버스 등에서는 속도가 높아질 가능성이 작으므로, 연료 소모율을 증가시키지 않고도 전체 운전 사이클에서 시스템은 NOX 배출 기준을 만족할 것이다. 동등하게, 차량 속도가 평균 듀티 사이클 속도 이하로 떨어질 경우에 HC가 배출될 수 있지만, 듀티 사이클에 걸쳐 평균적으로는 시스템은 HC 배출 기준을 만족할 수 있다. HC 분사율과 평균 듀티 사이클 속도의 상관관계는 특정 목적(예컨대, 영국 맨체스터시티 시내에서 운행되는 버스는 런던 시내의 경우와는 다른 듀티 사이클을 만족하여야 한다)에 맞추어 질 수 있다. At speeds above the average duty cycle rate, there will be more NO x and greater mass airflow, so the NO x conversion will decrease. This is because there is not enough reducing agent. However, for example in city buses, the speed is less likely to be high, so the system will meet the NO X emission criteria for the entire operating cycle without increasing fuel consumption. Equivalently, HC may be emitted when the vehicle speed drops below the average duty cycle speed, but on average over the duty cycle the system may meet the HC emission criteria. The correlation between HC injection rate and average duty cycle speed can be tailored for a particular purpose (eg, a bus running in Manchester City, UK, must meet a different duty cycle than in London).

제 1 양태의 일실시예에서, 재생을 위하여 NOX-트랩의 온도를 증가시키기 위하여, 및/또는 NOX-흡수제의 재생을 위하여 배기가스가 농축될 수 있도록 배기가스로부터 산소를 제거하기 위하여, 산화 촉매가 환원제 분사장치 및 NOX-흡수제 사이에 배치되어 있다. In one embodiment of the first aspect, to increase the temperature of the NO x -trap for regeneration and / or to remove oxygen from the exhaust so that the exhaust can be concentrated for regeneration of the NO x -absorbent, An oxidation catalyst is disposed between the reducing agent injector and the NO x -absorbent.

특정한 구성에서, 본 명세서에서 설명하는 NOX-트랩 및 환원제를 전달하기 위한 시스템은 EP-B-0341832에 기재되어 있는 구성의 하류에 배치되어 있다. 즉, NO를 NO2로 산화시키기 위한 촉매에는 선택적으로 촉매가 작용된 필터가 뒤따르고, 환원제 분사장치에는 NOX-흡수제가 뒤따른다. In certain configurations, the system for delivering NO x -traps and reducing agents described herein is disposed downstream of the configurations described in EP-B-0341832. That is, the catalyst for oxidizing NO to NO 2 is optionally followed by a filter on which the catalyst is acted, and the reducing agent injector is followed by a NO X -absorbent.

일 실시예에서, 본 발명에 사용되는 NOX-흡수제는 NOX-트랩의 성분이다. In one embodiment, the NO X -absorbent used in the present invention is a component of the NO X -trap.

다른 설명이 없는 한, 본 발명에서 사용되는 촉매는 금속이나 세라믹이나 탄화규소 물질, 예컨대 근청석으로 만들어진 담체 모노리스의 고 표면 영역 상에 코팅이 되어 있다. 공통적인 구성은 유체가 통과하는 벌집 모양의 모노리스 구조인데, 평방 인치 당 셀수(cpsi)로써 100-600 cpsi 정도이며, 예컨대 300-400 cpsi이다(15.5-93.0 cells cm-2, 예컨대 46.5-62.0 cells cm-2).Unless otherwise stated, the catalysts used in the present invention are coated on the high surface area of the carrier monolith made of metal or ceramic or silicon carbide material such as cordierite. A common configuration is a honeycomb monolithic structure through which fluids pass, ranging from 100-600 cpsi in cells per square inch (cpsi), for example 300-400 cpsi (15.5-93.0 cells cm -2 , for example 46.5-62.0 cells). cm -2 ).

내연기관은 디젤이나 린번 가솔린 엔진, 예컨대 가솔린 직접 분사 엔진일 수 있다. 디젤 엔진은 관련 법규에 의해 정해진 바에 따라 경량 엔진 또는 중량 엔진일 수 있다. The internal combustion engine may be a diesel or lean burn gasoline engine, such as a gasoline direct injection engine. The diesel engine may be a light engine or a heavy engine as defined by the relevant legislation.

본 발명의 제 2 양태에 따른 차량용 린번 내연기관의 배기가스에서 NOX를 환원시키는 방법은, NOX-흡수제에서 배기가스로부터 NOX를 흡수하는 단계, 차량의 전체 속도에 걸쳐 듀티 사이클에서, NOX-흡수제를 재생하기 위하여 NOX-흡수제를 환원제와 접촉시키는 단계, 및 NOX를 N2로 환원시키는 단계를 포함하고, 환원제 분사율은 평균 듀티 사이클 속도에서 요구되는 NOX 변환과 관련되어 있다. A method of reducing NO x in the exhaust gas of a vehicle lean burn internal combustion engine according to a second aspect of the present invention comprises the steps of: absorbing NO X from the exhaust gas in a NO X -absorbent, in a duty cycle over the entire speed of the vehicle, NO X-NO X in order to reproduce the absorbent-step of the absorbent in contact with the reducing agent, and NO X steps, and the reducing agent injection rate include the reduction to N 2 is associated with the NO X conversion required by the average duty cycle speed .

도 1은 본 발명의 제 1 양태에 따른 개략적인 시스템을 나타내는 도이다. 1 shows a schematic system according to a first aspect of the invention.

도 2는 도 1의 시스템에서 구동시에 연료 분사 방법을 나타내는, 시간에 대한 연료의 양을 도시하는 개략적인 그래프이다. FIG. 2 is a schematic graph showing the amount of fuel over time, illustrating a fuel injection method when driven in the system of FIG.

도 3은 본 발명의 작동 실시예를 나타내는 개략도이다. 3 is a schematic diagram showing an operational embodiment of the present invention.

도 4는 도 3의 실시예에서 상류의 공기/연료비(AFR)를 도로 속도의 함수로서 나타내는 그래프이다. 4 is a graph showing the upstream air / fuel ratio (AFR) as a function of road speed in the embodiment of FIG.

도 5는 도 3의 실시예에 대하여 아이들 상태에서 NOX 측정을 나타내는 그래프이다. FIG. 5 is a graph illustrating NO x measurement in an idle state with respect to the embodiment of FIG. 3.

도 6은 도 5에 도시된 자취에 대하여 아이들 상태에서 상응하는 시스템 온도를 나타내는 그래프이다. FIG. 6 is a graph showing the corresponding system temperature in the idle state for the trace shown in FIG.

도 7은 도 3의 실시예에 대하여 40mph에서의 NOX 측정을 나타내는 그래프이다. FIG. 7 is a graph showing NO x measurements at 40 mph for the example of FIG. 3.

도 8은 도 7에 도시된 자취에 대하여 40mph에서의 상응하는 온도 측정을 나 타내는 그래프이다. FIG. 8 is a graph showing the corresponding temperature measurement at 40 mph for the trace shown in FIG.

도 9는 도 3의 시스템에 대하여 NOX 변환을 도로 속도의 함수로서 나타내는 그래프이다. FIG. 9 is a graph showing NO x conversion as a function of road speed for the system of FIG.

이하, 본 발명에 대한 깊은 이해를 위해서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings for a deep understanding of the present invention.

도 1에 도시되어 있는 시스템(50)에서, 도면번호 52는 조건부 시스템 컨트롤러(conditional system controller, CSC)이고, 도면번호 54는 마스터 스위치, 56은 교류발전기, 58은 블로킹 커패시터, 60은 서모커플, 62는 분사 컨트롤러(ICU), 64는 연료펌프, 66은 밸브, 68은 연료 분사장치, 70은 양극 전력선이다. CSC(52)는, 마스터 파워 스위치(54)가 온(on) 상태이고, 엔진이 DC 블로킹 커패시터(58) 뒤에 위치하는 교류발전기로부터의 AC 리플(ripple)에 의해 검출된 대로 구동하고 있으며, 배기 시스템을 검출하기 위해 적절하게 배치되어 있는 서모커플(60)의 출력이 적절한 NOX-트랩 상에서의 NOX의 환원을 위한 최소한의 소정의 온도 이상일 경우에, ICU(62)에 전력을 공급하는 스위치이다. 마스터 스위치(54)는 키-온(key-on) 위치에 연결될 필요가 없다. In the system 50 shown in FIG. 1, reference numeral 52 is a conditional system controller (CSC), 54 is a master switch, 56 is an alternator, 58 is a blocking capacitor, 60 is a thermocouple, 62 is an injection controller (ICU), 64 is a fuel pump, 66 is a valve, 68 is a fuel injector, and 70 is a positive power line. The CSC 52 is driven as detected by the AC ripple from the alternator whose master power switch 54 is on, the engine is located behind the DC blocking capacitor 58, and the exhaust is exhausted. Switch to power the ICU 62 when the output of the thermocouple 60 properly positioned to detect the system is above the minimum predetermined temperature for the reduction of NO X on the appropriate NO X trap. to be. The master switch 54 need not be connected to the key-on position.

CSC(52)는, 세 가지 특성(마스터 스위치의 위치, 교류발전기 리플의 검출, 및 소정의 최소값 이상의 배기가스 온도) 모두가 일치할 때에 연속적인 HC 분사 템포와 분량을 발생시키도록 설계되어 있다. CSC(52)가 온 상태일 때, 배기가스가 NOX-흡수 구성요소의 상류에 있는 산화촉매를 통과하기 전에 배기가스를 농축하기 위하여 솔레노이드 밸브(66)를 일련의 펄스를 발생시키도록 구동하는 ICU(62)와 분사펌프(64)에 전력이 공급된다. 일반적으로, 분사 컨트롤러는 NOX-트랩이 실질적으로 완전하게 비어있게 하기 위하여 이따금씩 상대적으로 매우 긴 과잉(rich) 펄스를 제공할 것이고, 그 후에는 저장된 NOX-트랩의 용량을 유지하기 위하여 더욱 빈번한 일련의 더 짧은 농축(enrichment) 펄스, 예컨대 매 분당 2초에서의 분사가 뒤따른다(도 2 참조). CSC 52 is designed to generate a continuous HC injection tempo and quantity when all three characteristics (position of master switch, detection of alternator ripple, and exhaust gas temperature above a predetermined minimum value) coincide. When the CSC 52 is on, it drives the solenoid valve 66 to generate a series of pulses to concentrate the exhaust gas before it passes through the oxidation catalyst upstream of the NO x -absorbing component. Power is supplied to the ICU 62 and the injection pump 64. In general, the injection controller will provide a relatively very long rich pulse from time to time to make the NO X -trap substantially completely empty, and thereafter further to maintain the capacity of the stored NO X -trap. There is a frequent series of shorter enrichment pulses, such as injection at 2 seconds per minute (see FIG. 2).

상기 연료 분사율은 평균적인 듀티 사이클 속도에서, 선택된 NOX 변환, 예컨대 90%인 변환과 관련된다. 분사 방법에 관한 상세사항은 차량과 차량의 듀티 사이클에 따라 다르다.The fuel injection rate is associated with a conversion which is a selected NO X conversion, for example 90%, at an average duty cycle speed. The details of the injection method depend on the vehicle and the duty cycle of the vehicle.

매우 일반적으로, 본 명세서에서 설명하는 NOX-트랩을 사용하는 시스템은, 언제 NOX-트랩 재생이 발생해야 하는지를 예측하는 단순한 제어 메커니즘에 구형장비 개선시장에 특별한 용도를 제공하기 위하여 개발되어 온 동시에, 다수의 차량은 차량 구동에서의 다른 요소를 제어하기 위하여 데이터를 ECU로 입력하는 일련의 센서를 이미 포함하고 있다. ECU를 적절하게 재프로그래밍함으로써, 잔여 NOX-트랩 용량을 예측하기 위하여 상기 센서를 하나 이상 채택하는 것이 가능하다. 이것은 키-온 또는 이전의 재생으로부터 경과된 소정의 또는 예측된 시간을 포함하는데(그러나 이것에만 국한되는 것은 아니다), 이는 적절한 기록수단의 상태; TWC 또는 매 니폴드 진공을 지나가는 흐름의 상태; 점화 타이밍의 상태; 엔진 속도의 상태; 스로틀 위치의 상태; 예컨대 람다 센서, 바람직하게는 선형 람다 센서를 사용한 배기가스 산화환원반응 화합물의 상태; 엔진에서 분사된 연료의 양; 차량이 배기가스 재순환(EGR) 회로를 포함하고 있는 경우에, EGR 밸브의 위치 및 그에 따라 측정된 EGR의 양; 엔진 냉각제 온도; 및 배기 시스템이 NOX 센서를 포함하고 있는 경우에, NOX-트랩의 상류 및/또는 하류에서 검출된 NOX의 양;을 검지함으로써 이루어진다. 기록수단이 사용될 경우에, 예측되는 시간은 데이터 입력에 응하여 결과적으로 조절될 수 있다. Very generally, the systems using the NO x -traps described herein have been developed to provide special use in the older equipment retrofit market with simple control mechanisms that predict when NO x -trap regeneration should occur. Many vehicles already include a series of sensors that input data into the ECU to control other elements of the vehicle drive. By properly reprogramming the ECU, it is possible to employ one or more of these sensors to predict residual NO x -trap capacity. This includes (but is not limited to) a predetermined or predicted time elapsed from key-on or previous playback, which includes the appropriate state of recording means; State of flow through the TWC or manifold vacuum; State of ignition timing; State of engine speed; State of throttle position; The state of the exhaust gas redox compound, for example using a lambda sensor, preferably a linear lambda sensor; The amount of fuel injected from the engine; Where the vehicle comprises an exhaust gas recirculation (EGR) circuit, the position of the EGR valve and the amount of EGR measured accordingly; Engine coolant temperature; And when the exhaust system includes a NO X sensor, the amount of NO X detected upstream and / or downstream of the NO X -trap. In the case where recording means are used, the estimated time can be adjusted as a result of the data input.

(실시예)(Example)

이하의 실시예는 단지 예시에 불과하다. The following examples are merely illustrative.

6리터 터보차저 엔진에 적합하고 European Stage 1 배기제한을 만족하는 타입의 엔진 터보(12)를 포함하는 단층 버스의 배기 시스템(10)(도 3 참조)이, 배기가스를 세 개의 평행 레그(16) 중 하나로 전환시키기 위한 삼원(3-way) 스플리터(14)를 포함하도록 변형되어 있다. 각각의 레그에서 배기가스는 동일한 속도로 흐른다. 각각의 레그(56)는 NOX-트랩(22)이 후속하는 산화 촉매(20)을 포함하는 챔버(18)를 포함한다. 가스 흐름은 NOX-트랩의 하류에서 합쳐지고, 배기가스가 곧바로 대기 중으로 통과하기 전에 NOX-트랩에서 나오는 불연소 탄화수소(HC)를 제거하기 위하여 총 배기가스 흐름이 "클린 업(clean up)" 산화 촉매(24)를 거쳐 통과된 다. 연료 솔레노이드(28)를 포함하는 연료 분사장치(66)는 각각의 산화 촉매(20) 앞에 배치되어 있고, NOX 센서(29)는 배기 스플리터(54) 앞에 배치되어 있으며, 결합된 NOX/공기 연료비 센서(30)는 NOX-트랩 뒤에 배치되어 있으며, 온도를 측정하는 열전대(T1, T2, T3, T4)는 산화 촉매(20)의 전후 및 리액터 출구에 배치되어 있다. 산화 촉매(20) 및 NOX-트랩(22)은 각각 400셀 in-2 (62셀 cm-2) 및 0.06in (0.15mm) 벽 두께로 세라믹 유체통과 모노리스 상에 코팅되어 있다. 산화 촉매(20)는 직경이 5.66in(144mm)이고 길이가 3in(76mm)이며, 체적은 75.5in3(1.24리터)이다. NOX-트랩(22)의 직경은 산화 촉매(20)의 직경과 동일하지만 길이가 6in(152mm)이다. "클린 업" 촉매(24)는 10.5in(267mm)의 직경, 3in(76mm)의 길이, 260in3(4.26리터)의 체적을 가지고 있다. A single-floor bus exhaust system 10 (see FIG. 3) comprising an engine turbo 12 of the type suitable for a 6 liter turbocharged engine and meeting the European Stage 1 emission limits is provided with three parallel legs (16). It is modified to include a three-way splitter 14 for switching to one of (). In each leg the exhaust flows at the same speed. Each leg 56 includes a chamber 18 with an NO x -trap 22 followed by an oxidation catalyst 20. Gas flow is NO X - are combined downstream of the trap, before the exhaust gas is directly passed into the atmosphere NO X - the total exhaust gas flow of "clean-up (clean up) in order to remove unburned hydrocarbons (HC) coming out of the trap Pass through an oxidation catalyst 24. A fuel injector 66 comprising a fuel solenoid 28 is disposed in front of each oxidation catalyst 20, and a NO X sensor 29 is disposed in front of the exhaust splitter 54, combined NO x / air. The fuel ratio sensor 30 is disposed behind the NO x -trap, and thermocouples T1, T2, T3, and T4 for measuring temperature are disposed before and after the oxidation catalyst 20 and at the reactor outlet. Oxidation catalyst 20 and NO x -trap 22 are coated on a ceramic fluid passage and monolith with a 400 cell in -2 (62 cell cm -2 ) and 0.06 in (0.15 mm) wall thickness, respectively. The oxidation catalyst 20 is 5.66 inches (144 mm) in diameter, 3 inches (76 mm) in length, and has a volume of 75.5 inches 3 (1.24 liters). The diameter of the NO x -trap 22 is the same as the diameter of the oxidation catalyst 20 but is 6 inches (152 mm) in length. The "clean up" catalyst 24 has a diameter of 10.5 inches (267 mm), a length of 3 inches (76 mm), and a volume of 260 inches 3 (4.26 liters).

본 실시예에서 설명하고 있는 실험은 배기 스플리트 중 하나의 레그 만을 사용하여 수행된다. 본 차량은 50ppm의 황을 포함하는 디젤 연료를 사용하여 구동되고, 작동 시간 동안 10, 20, 30 및 40 mph의 일정한 아이들 속도에서 구동된다. 연료는 도 4에 도시된 바와 같이 결정된 분사 중 공연비로 각각의 지점에서 분사된다. 시간 및 지속시간의 조합(2초 분사, 레그 당 1분 당 한번)은, 배기가스 온도(동적 온도 윈도우 내에서 NOX-트랩을 유지하기 위한 온도) 및 NOX 변환 사이의 최적의 조합을 달성하도록 경험적으로 선택된다. 동시에, 온도 프로파일과 함께 시 스템의 사전 및 사후의 NOX-배출이 측정된다. The experiment described in this embodiment is performed using only one leg of the exhaust split. The vehicle is driven using diesel fuel containing 50 ppm of sulfur and is driven at constant idling speeds of 10, 20, 30 and 40 mph during operation. Fuel is injected at each point with the air-fuel ratio during the injection determined as shown in FIG. The combination of time and duration (two-second injection, once per minute per leg) determines the exhaust gas temperature (temperature to maintain the NO X -trap within the dynamic temperature window) and NO X. Empirically selected to achieve the best combination between transforms. At the same time, the NO x -emissions before and after the system together with the temperature profile are measured.

도 5은 엔진으로부터의 NOX 배기(ppm), 및 NOX-트랩 후에 측정된 공연비와 함께 아이들 상태 동안에 NOX-트랩 후의 NOX 배기(ppm)를 나타낸다. 도 6은 같은 시간 동안에 온도 자취를 나타낸다. 도 5에서, 아이들 시간이 시작되는 순간 연료가 분사되면, 공연비는 도 3에서의 예상으로부터 예견되는 바와 같이 희박상태에서 과잉상태로 떨어지는 것을 관찰할 수 있으며, 초기 NOX 돌파 후에는 양호한 NOX 변환이 관찰된다. 시간에 따라, 공연비는 분사 작동 전체에서 희박한 상태를 유지하지만, 양호한 NOX 변환이 계속 유지된다. 산화 촉매를 걸쳐 발생되는 발열(T2)은 NOX-트랩의 온도가 220-550℃의 작동 윈도우 사이에서 유지될 수 있도록 한다. 또한, 발열(T3)은 NOX-트랩을 가로질러 기록되는데, 이들 중 일부는 산화 촉매로부터 반응하지 않은 기체 환원제가 연소됨에 따라 발생된다. 이러한 결과는, 엔진 아이들 상태에서 시간이 경과함에 따라 NOX-트랩의 표면에서 반응하는 불연소된 연료 액적의 연소로부터 상기 발열 중 일부가 발생한다는 것을 의미한다고 해석된다. 이것은, 시스템 입구 온도가 떨어져서 유입되는 연료를 기화시키기에 불충분하기 때문이고, 또한, 일련의 침전, 기화 및 이에 따른 연료 액적의 순차적인 산화를 표시하면서, 후방 센서로 측정된 공기/연료비 피크(spike)가 정확하게 표시되지 않고 더욱 둥글게 되기 때문이다. 이렇게 야기된 일부의 과잉 역시 관찰되는 NOX-트랩 작동 효율을 유지하는 역할을 한다. 5 is NO X from the engine. Exhaust (ppm), and NO X - During the idle state with the air-fuel ratio measured after the NO X trap - trap after the NO X Exhaust (ppm). 6 shows temperature traces during the same time. In FIG. 5, if fuel is injected at the start of idle time, the air-fuel ratio can be observed to fall from lean to excess, as predicted from the expectation in FIG. 3, with good NO X conversion after initial NO X breakthrough. This is observed. Over time, the air-fuel ratio remains sparse throughout the injection operation, but good NO X conversion remains. The exotherm T2 generated over the oxidation catalyst allows the temperature of the NO X -trap to be maintained between operating windows of 220-550 ° C. In addition, the exotherm T3 is recorded across the NO x -trap, some of which are generated as the unreacted gas reducing agent is burned from the oxidation catalyst. This result is interpreted to mean that some of the heat generation occurs from the combustion of unburned fuel droplets reacting on the surface of the NO X -trap over time in the engine idle state. This is because the system inlet temperature is insufficient to vaporize the incoming fuel, and also the air / fuel ratio peak measured by the rear sensor, indicating a series of settling, vaporization and thus sequential oxidation of the fuel droplets. ) Is not displayed correctly and becomes rounder. Some of the excess thus caused also serves to maintain the observed NO x -trap operating efficiency.

40mph의 일정한 속도로 유지되는 버스로 시험한 결과가 도 7 및 도 8에 도시되어 있다. 여기서 배기 유량은 더 높지만, 아이들 상태에서 동일한 분사 유량이 사용되며, 배기는 분사 시간(도 3 참조) 전체에서 희박한 상태에 있을 것이 요구된다. 그러나, 연료가 처음으로 분사될 때 돌파 피크(breakthrough spike)와는 별도로, 아이들 상태에서만큼 효율적이지는 않지만 NOX가 남은 작동시간에 걸쳐 감소된다. 발열(T2) 위의 발열(T3)은 때때로 아이들 상태의 경우보다 낮지만, 배기가스의 증가된 유량의 열용량 때문에, 이는 매우 중요하다. 그러므로, 발열 반응이 여전히 일어나고 있으며, 또한 이와 같은 현상은 불연소 연료 액적의 일부가 산화 촉매를 통하여 운반되어 NOX-트랩 상에서 연소되기 때문이라고 생각된다. 산화 촉매의 높은 입구 온도에도 불구하고 연료 액적이 지속될 것이라고 예상되는데, 이는 NOX-트랩을 거쳐 측정된 현저한 발열 및 명백하게 희박한 상태에서 관찰된 트랩 재생에 의해 나타나는 바와 같이, 더 많은 배기 유량이 산화 촉매를 통하여 액적을 운반할 것이기 때문이다. Results of testing with a bus maintained at a constant speed of 40 mph are shown in FIGS. 7 and 8. The exhaust flow rate is higher here, but the same injection flow rate is used in the idle state, and the exhaust is required to be in a lean state throughout the injection time (see FIG. 3). However, apart from the breakthrough spike when the fuel is first injected, NO X is reduced over the remaining operating time, although not as efficient as in the idle state. The exotherm T3 above the exothermic T2 is sometimes lower than in the idle state, but because of the increased heat capacity of the exhaust gas, this is very important. Therefore, an exothermic reaction is still taking place, and it is also believed that this phenomenon is because some of the unburned fuel droplets are carried through the oxidation catalyst and burned on the NO X -trap. It is expected that fuel droplets will persist despite the high inlet temperature of the oxidation catalyst, as more exhaust flow rates result from the marked exotherm measured through the NO X -trap and the trap regeneration observed in the apparently sparse state. It will carry the droplet through it.

도 9은 시스템에 대하여 산출된 평균 NOX 변환 효율의 경향을 속도의 함수로 나타낸 것이다. 도 3는 약 6mph 위에서 과잉 배기가스 상태가 발생하지는 않으며, 넓은 속도 범위에 걸쳐 희박상태에서 양호한 NOX 변환을 얻을 수 있음을 나타낸다. 이것은 아이들 상태로부터 30mph의 범위(도시형 버스에서 가장 일반적인 작동 범위 에 해당한다)에서 특히 적절하다. 9 shows the trend of the average NO x conversion efficiency calculated for the system as a function of speed. 3 shows that no excess exhaust gas condition occurs above about 6 mph, and a good NO X conversion can be obtained in lean conditions over a wide speed range. This is particularly relevant in the range of 30 mph from idle (which is the most common operating range for urban buses).

Claims (21)

차량용 린번 내연기관용 배기 시스템에 있어서, In the vehicle exhaust system for lean burn internal combustion engine, NOX-흡수제, NOX-흡수제의 상류에 배치되어 있는 환원제 분사장치(68), 및 구동시에 환원제의 첨가를 제어하기 위한 수단(50)을 포함하고, NO X - absorber, NO X - reducing agent injector 68 is disposed upstream of the absorbent, and obtain at the same time includes means (50) for controlling the addition of the reducing agent, 상기 환원제 첨가 제어 수단은, 환원제를 차량의 평균 듀티 사이클 속도에서 요구되는 NOX 변환과 관련된 소정의 비율로 차량의 전체 속도에 걸쳐 듀티 사이클에서 NOX-흡수제에 공급하는 것을 특징으로 하는 배기 시스템. The reducing agent addition control means, NO X in the duty cycle over the whole speed of the vehicle at a predetermined rate related to a reducing agent and the NO X conversion required by the average duty cycle speed of the vehicle exhaust system, characterized in that to be supplied to the absorber. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, NOX-흡수제는, 알칼리토금속 화합물, 알칼리금속 화합물, 희토금속의 화합물, 및 이들 중 두 가지 이상의 혼합물으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 배기 시스템. The NO x -absorber is selected from the group consisting of alkaline earth metal compounds, alkali metal compounds, compounds of rare earth metals, and mixtures of two or more thereof. 제 2 항에 있어서, The method of claim 2, 상기 알칼리토금속은, 바륨, 마그네슘, 스트론튬 및 칼슘으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.The alkaline earth metal is exhaust gas, characterized in that selected from the group consisting of barium, magnesium, strontium and calcium. 제 2 항에 있어서, The method of claim 2, 상기 알칼리금속은, 포타슘 및 세슘으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 배기 시스템. The alkali metal is exhaust gas, characterized in that selected from the group consisting of potassium and cesium. 제 2 항에 있어서, The method of claim 2, 상기 희토금속은, 세륨, 이트륨, 란탄 및 프라세오디뮴으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.And said rare earth metal is selected from the group consisting of cerium, yttrium, lanthanum and praseodymium. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 2 to 5, 상기 알칼리토금속 화합물, 상기 알칼리금속 화합물 또는 상기 희토금속 화합물은 지지물질 상에 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.And said alkaline earth metal compound, said alkali metal compound or said rare earth metal compound is supported on a support material. 제 6 항에 있어서, The method of claim 6, 상기 지지물질은, 알루미나, 실리카, 티타니아, 지르코니아, 세리아 및 이들 중 두 가지 이상의 혼합물 또는 화합물로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.And said support material is selected from the group consisting of alumina, silica, titania, zirconia, ceria and mixtures or compounds of two or more thereof. 제 6 항에 있어서, The method of claim 6, NOX-흡수제는 상기 지지물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 시스템. NO x -Absorbent comprising said support material. 제 1 항 내지 제 8 항에 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 8, NOX-흡수제는, NO를 산화시키기 위한 촉매를 포함하는 NOX-트랩의 성분인 것을 특징으로 하는 배기 시스템. An NO x -absorbent is a component of a NO X -trap comprising a catalyst for oxidizing NO. 제 9 항에 있어서, The method of claim 9, NO 산화 촉매는 백금족 금속, 선택적으로는 백금 및/또는 팔라듐을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 시스템. The NO oxidation catalyst comprises a platinum group metal, optionally platinum and / or palladium. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, The method according to claim 9 or 10, NOX-트랩은 NOX 환원 촉매, 선택적으로는 로듐을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 시스템. The NO x -trap comprises an NO x reduction catalyst, optionally rhodium. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 11, 환원제 분사장치(68) 및 NOX-흡수제 사이에 배치되어 있는 산화 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 시스템. And an oxidation catalyst disposed between the reducing agent injector (68) and the NO x -absorbent. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 12, 환원제 분사장치의 상류에 배치되어 있는, NO를 NO2로 산화시키기 위한 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 시스템. And a catalyst for oxidizing NO to NO 2 disposed upstream of the reducing agent injector. 제 13 항에 있어서, The method of claim 13, NO 산화 촉매는 알루미나 지지물질 상의 백금인 것을 특징으로 하는 배기 시스템. And the NO oxidation catalyst is platinum on an alumina support material. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, The method according to claim 13 or 14, 산화 촉매와 환원제 분사장치 사이에 배치되어 있는, 선택적으로 촉매가 작용된 미립자 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 시스템. An exhaust system, characterized in that it comprises an optionally catalyzed particulate filter disposed between the oxidation catalyst and the reducing agent injector. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 9 to 11, NOX-트랩은 미립자 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 시스템. The NO x -trap comprises an particulate filter. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 1 to 16, 구동시에, NOX-흡수제를 재생하기 위하여 배기가스 조성물을 간헐적으로 농축하기 위한 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 시스템. And, in operation, control means for intermittently concentrating the exhaust gas composition to regenerate the NO X -absorbent. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항을 인용하는 제 17 항에 있어서, The method according to claim 17, which cites any one of claims 9 to 11. 상기 제어 수단은, 구동시에, 촉매가 NOX 환원을 위하여 활성화된 경우에만 NOX-트랩에 환원제를 공급하는 것을 특징으로 하는 배기 시스템. Wherein said control means supplies, upon operation, a reducing agent to the NO x -trap only when the catalyst is activated for NO x reduction. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 배기 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진.A diesel engine comprising an exhaust system according to any of the preceding claims. 제 19 항에 있어서, The method of claim 19, 상기 디젤 엔진은 경량용인 것을 특징으로 하는 디젤 엔진. The diesel engine is characterized in that the diesel engine for light weight. 차량용 린번 내연기관의 배기가스에서 NOX를 환원시키는 방법에 있어서, In the method for reducing NO x in the exhaust gas of a vehicle lean burn internal combustion engine, NOX-흡수제에서 배기가스로부터 NOX를 흡수하는 단계, NO X - step to absorb NO X in the exhaust gas from the absorber, 차량의 전체 속도에 걸쳐 듀티 사이클에서, NOX-흡수제를 재생하기 위하여 NOX-흡수제를 환원제와 접촉시키는 단계, 및In duty cycle over the whole speed of the vehicle, NO X - the step of contacting the sorbent with a reducing agent, and - NO X absorbent to regenerate the NOX를 N2로 환원시키는 단계를 포함하고, Reducing NO X to N 2 , 환원제 분사율은 평균 듀티 사이클 속도에서 요구되는 NOX 변환과 관련되는 것을 특징으로 하는 배기 시스템. Reductant injection rate is related to the NO x conversion required at the average duty cycle rate.
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