KR20110023153A - Exhaust gas purification system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 배기가스 정화 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배기가스를 정화하는 배기가스 정화 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an exhaust gas purification system, and more particularly, to an exhaust gas purification system for purifying exhaust gas.
일반적으로 엔진의 배기시스템은 배기 가스를 차량의 후방으로 배출하는 기능과 배기음을 저감시키는 기능을 한다.In general, the exhaust system of the engine functions to discharge the exhaust gas to the rear of the vehicle and to reduce the exhaust sound.
최근들어 배기가스를 정화하기 위해서 촉매장치가 사용되고 있으며, 이들은 유해한 배기가스를 무해한 질소, 이산화탄소, 또는 물로 변환한다.Recently, catalytic devices have been used to purify exhaust gases, which convert harmful emissions into harmless nitrogen, carbon dioxide, or water.
즉, 촉매장치는 탄화수소, 일산화탄소, 질소산화물(NOx)을 저감시키며, 입자상 물질을 포집하거나 태운다. That is, the catalytic device reduces hydrocarbons, carbon monoxide, and nitrogen oxides (NOx), and collects or burns particulate matter.
일반적으로 디젤에서 배출되는 입자상물질을 물리적으로 포집하여 연소시키는 촉매장치를 디젤매연여과장치(DPF, Diesel Particulate Filter) 라 일컬으며, 이러한 디젤매연여과장치는 배기 가스 흐름 방향으로 여러 개의 채널들이 형성된다.In general, a catalytic device that physically collects and burns particulate matter discharged from diesel is called a diesel particulate filter (DPF), and the diesel particulate filter has a plurality of channels formed in an exhaust gas flow direction. .
아울러, 상기 채널들 중 적어도 하나는 입구가 패쇄되고 출구가 개방되며, 상기 채널들 중 적어도 하나는 입구가 개방되고, 출구가 폐쇄되되, 입구 또는 출구 의 폐쇄된 부분이 교대로 배치되는 구조를 갖는다.In addition, at least one of the channels has a structure in which the inlet is closed and the outlet is open, and at least one of the channels is the inlet is opened, the outlet is closed, and the closed part of the inlet or outlet is alternately arranged. .
상기 채널들의 입구와 출구는 교대로 플러그로 막힌 구조를 갖고 있으며, 상기 채널을 형성하는 표면에 촉매층이 형성된 구조를 갖고 있다. 일반적으로, 촉매장치에는 그 내부로 배기가스가 투과되는 다공성의 필터가 사용되고 있으며, 이는 SiC 또는 AT재질로 형성된다. The inlet and the outlet of the channels are alternately plugged and have a structure in which a catalyst layer is formed on the surface of the channels. Generally, a porous filter through which exhaust gas is permeated is used in a catalytic device, which is formed of SiC or AT material.
한편, 촉매여과필터(DPF) 후단부로 산화촉매(DOC)가 배치되는 경우, 상기 여과촉매의 산화열에 의해서 상기 산화촉매가 열화되는 문제점이 있다. 따라서, 산화촉매의 기능저하로 이산화질소의 발생이 저감되고 탄화수소가 슬립되고, 선택적환원촉매의 기능이 저하되는 문제점이 있다.On the other hand, when the oxidation catalyst (DOC) is disposed at the rear end of the catalyst filtration filter (DPF), there is a problem that the oxidation catalyst is deteriorated by the heat of oxidation of the filtration catalyst. Accordingly, there is a problem in that generation of nitrogen dioxide is reduced, hydrocarbons are slipped, and the function of the selective reduction catalyst is reduced due to a decrease in the function of the oxidation catalyst.
본 발명의 목적은 촉매여과필터(DPF) 후단부에 장착된 산화촉매(DOC)의 열화를 방지하는 배기가스 정화 시스템을 제공하는 것이다. 아울러, 촉매여과필터의 재생효율을 향상시키는 배기가스 정화 시스템을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide an exhaust gas purification system which prevents deterioration of an oxidation catalyst (DOC) mounted at a rear end of a catalytic filtration filter (DPF). In addition, to provide an exhaust gas purification system for improving the regeneration efficiency of the catalytic filtration filter.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화 시스템은, 배기가스가 통과하는 배기라인, 상기 배기라인에 설치되어 배기가스의 일부에 포함된 입자상 물질을 포집하고, 배기가스의 다른 일부는 그대로 통과시키는 보조촉매여과필터(pre DPF), 및 상기 보조촉매여과필터의 후단으로 배치되어 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하고 설정된 주기로 제거하는 메인촉매여과필터(DPF)를 포함할 수 있다.According to the present invention for achieving this object, the exhaust gas purification system according to an embodiment of the present invention, the exhaust line through which the exhaust gas, trapped particulate matter contained in a part of the exhaust gas installed in the exhaust line and In addition, a precatalyst filtration filter (pre DPF) which passes another part of the exhaust gas as it is, and a main catalyst filtration filter (DPF) disposed at the rear end of the precatalyst filtration filter to collect particulate matter contained in the exhaust gas and remove it at a set cycle. ) May be included.
상기 메인촉매여과필터의 후단으로 산화촉매(DOC)가 배치될 수 있다.An oxidation catalyst (DOC) may be disposed at a rear end of the main catalyst filtration filter.
상기 산화촉매의 후단으로 선택적환원촉매(SCR)가 배치되고, 상기 산화촉매와 상기 선택적환원촉매 사이에 환원제공급장치(dosing module)가 배치될 수 있다.A selective reduction catalyst (SCR) may be disposed after the oxidation catalyst, and a dosing module may be disposed between the oxidation catalyst and the selective reduction catalyst.
배기가스가 통과하는 배기라인, 상기 배기라인에 설치되어 배기가스의 일부에 포함된 입자상 물질을 포집하고 다른 일부는 그대로 통과시키는 보조촉매여과필터(pre DPF), 및 상기 보조촉매여과필터의 후단으로 배치되어 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하고 설정된 주기로 제거하는 메인촉매여과필터(DPF)를 포함하고, 상기 보조촉매여과필터는, 배기가스가 흐르도록 전면에서 후면으로 여러 개의 채널들이 형성된 담체를 포함하고, 상기 채널들은, 그 입구가 개방되고 그 출구가 폐쇄된 제1채널; 그 입구가 폐쇄되고 그 출구가 개방된 제2채널; 및 그 입구와 그 출구가 모두 개방된 제3채널을 포함할 수 있다.An exhaust line through which exhaust gas passes, a precatalyst filtration filter (pre DPF) installed in the exhaust line to trap particulate matter contained in a portion of the exhaust gas and pass the other portion as it is, and a rear end of the cocatalyst filter And a main catalyst filtration filter (DPF) disposed to collect particulate matter contained in the exhaust gas and to remove the particulate matter in a set cycle. The co-catalyst filter includes a carrier having a plurality of channels formed from front to back to flow the exhaust gas. And the channels comprising: a first channel whose inlet is open and whose outlet is closed; A second channel whose inlet is closed and whose outlet is open; And a third channel in which both the inlet and the outlet are open.
엔진에서 후분사를 실시하여, 상기 보조촉매여과필터의 전단부의 온도를 설정된 온도로 상승시켜 상기 보조촉매여과필터에 포집된 입자상 물질을 제거하고, 상기 메인촉매여과필터의 전단부 온도를 설정된 온도로 상승시켜 상기 메인촉매여과필터에 포집된 입자상 물질을 설정된 주기로 산화시켜 제거하는 제어부를 더 포함할 수 있다.Post-injection is performed in an engine to raise the temperature of the front end of the co-catalyst filter to a set temperature to remove particulate matter trapped in the co-catalyst filter, and to set the temperature of the front end of the main catalyst filtration filter to a set temperature. The control unit may further include a controller configured to increase and oxidize and remove particulate matter collected in the main catalyst filtration filter at a predetermined cycle.
배기가스가 통과하는 배기라인, 및 상기 배기라인에 설치되어 배기가스의 일부에 포함된 입자상 물질을 포집하고, 배기가스의 다른 일부는 그대로 그 내부를 통과시키는 촉매여과필터(DPF)를 포함할 수 있다.An exhaust line through which the exhaust gas passes, and a catalyst filtration filter (DPF) installed in the exhaust line to collect particulate matter contained in a part of the exhaust gas, and the other part of the exhaust gas as it passes through. have.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 배기가스 정화 시스템에 의하면, 메인촉매여과필터 전단부에 보조촉매여과필터를 배치하여, 상기 메인촉매여과필터의 전단부의 온도는 상승시키되 상기 메인촉매여과필터의 후단부의 온도는 저하시켜, 상기 메인촉매여과필터의 후단부에 배치된 산화촉매의 열화를 방지하고, 상기 메인촉매여과필터의 재생효율을 향상시킨다.As described above, according to the exhaust gas purifying system according to the present invention, an auxiliary catalyst filtration filter is disposed at the front end of the main catalyst filtration filter, and the temperature of the front end of the main catalyst filtration filter is increased, but the rear end of the main catalyst filtration filter is increased. The temperature is lowered to prevent deterioration of the oxidation catalyst disposed at the rear end of the main catalyst filter and to improve the regeneration efficiency of the main catalyst filter.
아울러, 상기 산화촉매의 열화가 방지되어 상기 산화촉매 후단에 설치되는 상기 선택적환원촉매의 정화효율이 향상되고, 상기 보조촉매여과필터를 이용하여 촉매의 재생이 용이하게 제어된다.In addition, the deterioration of the oxidation catalyst is prevented to improve the purification efficiency of the selective reduction catalyst installed at the rear end of the oxidation catalyst, and the regeneration of the catalyst is easily controlled by using the cocatalyst filtration filter.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화 시스템을 도시한 개략적인 구성도이다.1 is a schematic diagram illustrating an exhaust gas purification system according to an exemplary embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른, 배기가스 정화 시스템은, 엔진(100), 배기라인(110), 보조촉매여과필터(120), 메인촉매여과필터(130), 산화촉매(140), 환원제공급장치(150), 및 선택적환원촉매(160)를 포함하여 구성된다.Exhaust gas purification system according to an embodiment of the present invention, the
상기 배기라인(110)은 상기 엔진(100)에서 배출된 배기가스를 외부로 배출시키고, 상기 배기라인(110)에는 상기 보조촉매여과필터(120), 메인촉매여과필터(130), 상기 산화촉매(140), 및 상기 환원제공급장치(150), 및 상기 선택적환원 촉매(160)가 순차적으로 배치된다.The
본 발명의 실시예에서, 상기 보조촉매여과필터(120)는 pre-DPF 로 지칭될 수 있고, 상기 메인촉매여과필터(130)는 DPF로 지칭될 수 있다. In an embodiment of the present invention, the
상기 보조촉매여과필터(120)에는 귀금속이 균일하게 코팅되어 가용성유기성분(SOF)의 일부를 제거하고, 입자상물질의 일부를 포집한다.The
상기 메인촉매여과필터(130)는 귀금속이 존코팅되어, 상기 보조촉매여과필터(120)를 통과한 배기가스에 포함된 입자상물질의 나머지 일부를 포집하고, 잔여 SOF를 모두 제거한다. 아울러, 설정된 조건에서 포집된 입장상 물질을 산화시켜 재생된다.The main
1단계로, 엔진에서 1차로 후분사가 실행되면, 상기 보조촉매여과필터(120)의 전단부 온도가 300도 정도로 상승하고, 2단계로, 엔진에서 2차로 후분사가 실행되면, 배기가스 내에 HC 가 증가하여 상기 보조촉매여과필터(120)에 포집된 입자상물질은 산화되며, 그 후단부의 온도가 580-620도로 상승하게 된다.In the first stage, after the first injection is carried out in the engine, the temperature of the front end of the
상기 메인촉매여과필터(130)의 재생은 상기 메인촉매여과필터(130)의 후단부의 온도가 700 내지 800도 이하의 조건에서 실시되며, 포집된 입자상 물질을 제거하기 위한 재생은 상기 보조촉매여과필터(120)의 재생(산화)열과 상기 메인촉매여과필터(130)의 HC 산화열에 의해서 수행된다.The regeneration of the main
상기 메인촉매여과필터(130)의 재생주기는 포집된 입자상물질이 설정된 양(4 g/L)을 초과하였거나, 주행거리가 설정된 거리(1000km)로 설정될 수 있다.The regeneration period of the main
한편, 상기 메인촉매여과필터(130)가 재생되기 위해서는 설정된 온도를 유지 해야 하는 것이 필수적이며, 본 발명의 실시예에서는 상기 보조촉매여과필터(120)가 산화반응을 통해서 후단부의 온도를 높이기 때문에 상기 메인촉매여과필터(130)의 재생효율이 향상된다. On the other hand, it is essential to maintain the set temperature in order to regenerate the
아울러, 상기 보조촉매여과필터(120)에서 연료의 일부가 미리 산화되고, 그 나머지 연료를 이용하여 상기 메인촉매여과필터(130)가 재생되므로, 실질적으로 상기 메인촉매여과필터(130)의 후단부 온도는 저하되어 상기 산화촉매(140)의 열화는 방지된다.In addition, since a part of the fuel is pre-oxidized in the
상기 산화촉매(140)는 배기가스에 포함된 유해물질(HC, CO) 등을 산화시켜 저감시킨다. 아울러, 상기 산화촉매(140)의 후단부에 장착된 상기 환원제공급장치(150)는 우레아 또는 환원제용 연료를 상기 배기라인(110) 안으로 분사한다. 상기 환원제공급장치(150)는 Dosing module 이라고 지칭될 수 있다.The
상기 선택적환원촉매(160)는 상기 환원제를 이용하여 배기가스 내에 포함된 유해물질(NOx)을 환원시켜 제거한다.The
상기 보조촉매여과필터(120)가 적용됨으로써, 재생시에 상기 메인촉매여과필터(130)의 재생열 감소로 후단부의 온도가 설정된 수치 이상으로 상승되는 것이 방지되어 상기 산화촉매(140)의 열화를 방지한다. 아울러, Fe-zeolite의 성능을 강화시킨다.By applying the
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화 시스템에 구비된 보조촉매여과필터의 개략적인 단면도이다.2 is a schematic cross-sectional view of the co-catalyst filtration filter provided in the exhaust gas purification system according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 상기 보조촉매여과필터(120)는 배기가스의 흐름방향으로 여러 개의 채널들(210)이 형성된 담체(200)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the
상기 담체(200)는 전면부에서 반대측 후면부로 배기가스가 흐르는 제1채널(210a), 제2채널(210b), 및 제3채널(210c)을 포함한다.The
상기 제1채널(210a)은 입구가 개방되고 출구가 폐쇄되고, 상기 제2채널(210b)은 입구와 출구가 모두 개방되며, 상기 제3채널(210c)은 입구가 폐쇄되고 출구가 개방된 구조를 갖는다.The
상기 제3채널(210c)에서 그 입구는 제1플러그(220a)로 폐쇄되고, 상기 제1채널(210a)에서 그 출구는 제2플러그(220b)로 폐쇄된다.Inlet of the
도시한 바와 같이, 배기가스에 포함된 입장상물질은 상기 제1채널(210a)의 후단부에 포집되고, 상기 제2채널(210b)의 입구를 통해서 들어온 배기가스는 그 출구를 통해서 바로 상기 메인촉매여과필터(130)로 이동한다.As shown, the entry material contained in the exhaust gas is collected at the rear end of the
전술한 바와 같이, 상기 보조촉매여과필터(120)는 배기가스의 일부는 필터링되고, 다른 일부는 그대로 통과하는 구조로 배기가스의 흐름저항이 낮아지며, 상기 메인촉매여과필터(130)의 부하를 줄여준다.As described above, the
아울러, 일부 배기가스를 산화시켜 후단부의 온도를 상승시킴으로써 상기 메인촉매여과필터(130)의 재생효율을 향상시키며, 배기가스에 포함된 연료의 일부를 미리 연소시킴으로써 상기 메인촉매여과필터(130) 후단부의 온도가 설정된 온도보다 높게 상승하는 것을 방지한다.In addition, by improving the regeneration efficiency of the main
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분 야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and can be easily changed by those skilled in the art from the embodiments of the present invention. Includes all changes that are considered to be equivalent.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화 시스템을 도시한 개략적인 구성도이다.1 is a schematic diagram illustrating an exhaust gas purification system according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 정화 시스템에 구비된 보조촉매여과필터의 개략적인 단면도이다.2 is a schematic cross-sectional view of the co-catalyst filtration filter provided in the exhaust gas purification system according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100: 엔진100: engine
110: 배기라인110: exhaust line
120: 보조촉매여과필터120: cocatalyst filtration filter
130: 메인촉매여과필터130: main catalyst filtration filter
140: 산화촉매140: oxidation catalyst
150: 환원제공급장치150: reducing agent supply device
160: 선택적환원촉매160: selective reduction catalyst
200: 담체200: carrier
210: 채널210: channel
210a: 제1채널210a: first channel
210b: 제2채널210b: second channel
210c: 제3채널210c: third channel
220a: 제1플러그220a: first plug
220b: 제2플러그220b: second plug
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