KR20130058988A - 엔진의 질소산화물 정화 촉매 - Google Patents

Abstract

본 발명은 NOx 저감기술이 사용되어 배기가스 온도가 상대적으로 낮고 배기가스 중의 CO, HC의 농도가 상대적으로 높은 엔진에 장착된 LNT촉매에서도, 질소산화물의 원활한 흡장 반응이 이루어질 수 있도록 함으로써, LNT촉매의 정화성능을 향상시킬 수 있도록 한다.

Description

엔진의 질소산화물 정화 촉매{LNT FOR ENGINE}

본 발명은 엔진의 질소산화물 정화 촉매에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 엔진으로부터 배출되는 질소산화물을 흡장하였다가 정화시키는 LNT(Lean NOx Trap)에 관한 기술이다.

디젤엔진에서 배출되는 유해물질 중에는 NOx와 PM이 가장 문제시되며, 최근의 강화되고 있는 NOx 배기규제에 대응하기 위해서 보다 활발한 기술 개발이 필요한 실정이다.

한편, 종래 NOx를 저감하기 위하여 연소실 온도가 지나치게 높아지지 않도록 하는 등의 각종 엔진 제어기술과 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 등이 개발되었는데, 이러한 종래의 NOx 저감기술을 사용하면, 대체로 배기가스 중의 CO와 HC의 농도는 증가하고 배기가스의 온도는 낮아지는 경향이 있다.

한편, 디젤 차량용 LNT 촉매는 약 280℃ 미만의 저온에서는 농후모드로 전환시에 흡장되었던 NOx가 탈착은 가능하지만 환원되지 못하고 대기중으로 방출되는 경향이 있고, NOx가 N₂로 원활하게 환원되기 위해서는 LNT촉매가 280℃ 이상으로 가열되어야 한다.

따라서, 상기한 바와 같이 종래 NOx 배출량 저감 엔진 기술이 적용된 경우에 배기가스 온도가 저하하는 경향에 의해, 상기 LNT촉매는 상기한 바와 같은 280℃ 미만의 저온에서는 질소산화물의 원활한 환원작용이 어렵고, 상기 LNT촉매가 NOx를 흡장하여 저감시키는 것만이 가능하므로 질소산화물 흡장 성능이 더욱 중요해진다.

한편, 상기와 같은 LNT촉매의 흡장을 위해서는 NOx 중의 대부분인 NO가 먼저 NO₂로 산화되는 것이 선행되어야 하는데, 상기한 바와 같이 종래 NOx 배출량 저감 엔진 기술이 적용된 경우에는 CO와 HC의 농도가 증가하는 경향이 있고, 이러한 CO, HC의 증가는 LNT 촉매 상에서 NO -> NO₂ 의 산화반응과 경쟁하여 LNT의 NOx 흡장성능을 저하시키는 원인으로 작용하여, LNT촉매의 정화성능을 전반적으로 저하시키는 문제가 있다.

상기의 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-0867832 B1

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, NOx 저감기술이 사용되어 배기가스 온도가 상대적으로 낮고 배기가스 중의 CO, HC의 농도가 상대적으로 높은 엔진에 장착된 LNT촉매에서도, 질소산화물의 원활한 흡장 반응이 이루어질 수 있도록 함으로써, LNT촉매의 정화성능을 향상시킬 수 있도록 한 엔진의 질소산화물 정화 촉매를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 엔진의 질소산화물 정화 촉매는

질소산화물을 흡장하는 흡장촉매층과;

상기 흡장촉매층의 상층에 CO와 HC를 산화시키도록 구비된 산화촉매층;

을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 NOx 저감기술이 사용되어 배기가스 온도가 상대적으로 낮고 배기가스 중의 CO, HC의 농도가 상대적으로 높은 엔진에 장착된 LNT촉매에서도, 질소산화물의 원활한 흡장 반응이 이루어질 수 있도록 함으로써, 저온시의 LNT촉매 정화성능을 향상시킬 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 엔진의 질소산화물 정화 촉매의 구조를 설명한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 엔진의 질소산화물 정화 촉매가 희박모드에서 NOx를 흡장하는 작용을 설명한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 엔진의 질소산화물 정화 촉매가 농후모드에서 NOx를 N2로 환원시키는 작용을 설명한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명 엔진의 질소산화물 정화 촉매는 질소산화물을 흡장하는 흡장촉매층(1)과; 상기 흡장촉매층(1)의 상층에 CO와 HC를 산화시키도록 구비된 산화촉매층(3)을 포함하여 구성된다.

즉, 종래의 LNT촉매를 구성하던 흡장촉매층(1) 위에 새롭게 산화촉매층(3)을 더 추가한 구조인 것이다.

여기서, 상기 산화촉매층(3)은 다공성 물질에 담지된 금속 촉매로 이루어져서, 배기가스가 상기 산화촉매층(3)은 물론 그 하측의 상기 흡장촉매층(1)으로 원활하게 분산되어 공급될 수 있다.

여기서, 상기 금속 촉매는 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 중 적어도 한가지 이상으로 이루어져서, 배기가스 중의 HC와 CO를 산화 제거할 수 있도록 하며, 이와 같은 HC와 CO를 산화반응에서 발생되는 반응열은 상기 흡장촉매층(1)으로 제공되어 상기 흡장촉매층(1)의 활성화에 기여하게 된다.

상기 다공성 물질은 Al203, ZrO2, Ce02, SiO2, Ti02 중 적어도 한가지 이상의 산화물로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 흡장촉매층(1)은 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh) 중 적어도 한가지 이상과 NOx 저장물질로 구성되고, 상기 NOx 저장물질은 바륨(Ba), 스트론튬(Sr), 칼륨(K) 중의 적어도 한가지 이상을 포함하여 이루어진다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 엔진의 질소산화물 정화 촉매의 작용을 도 2와 도 3을 참조하여 살펴본다.

도 2는 희박모드에서 NOx를 흡장하는 작용을 설명한 것으로서, NOx 저감기술을 적용한 엔진으로부터 제공되는 상대적으로 많은 CO와 HC는 상기 산화촉매층(3)에서 산화하게 되며, 상기한 바와 같은 산화작용에 의해 발생된 반응열은 상기 흡장촉매층(1)으로 제공되어 상기 흡장촉매층(1)의 활성화에 기여하게 된다.

상기와 같이 CO와 HC가 상기 산화촉매층(3)에서 산화되어 제거됨에 따라, 종래 N0가 NO₂로 산화되는 작용과의 경쟁이 현저히 감소하게 되어, 상기 흡장촉매층(1)에서 NOx의 대부분을 차지하는 NO의 NO₂로의 산화반응이 향상되게 되고, 이와 같이 산화된 NO₂는 상기 NOx저장물질에 Ba(NO₃)₂ 등과 같은 상태로 원활하게 흡장되게 되는 것이다.

상기한 바와 같이 흡장된 NOx는 농후모드에서 도 3에 도시된 바와 같이, N₂로 환원되어 배출되게 되는 바, 배기가스 중의 CO를 이용하여 NOx 저장물질로부터 Ba(NO₃)₂ + 3CO -> BaCO₃ + 2NO + 2CO₂와 같은 반응이 일어나 NO가 발생되는 탈착이 이루어지고, 이 NO는 2NO + 2CO -> N₂ + 2CO₂의 반응으로 환원되어 배출되게 되는 것이다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

1; 흡장촉매층
3; 산화촉매층

Claims (5)

1. 질소산화물을 흡장하는 흡장촉매층(1)과;
   상기 흡장촉매층(1)의 상층에 CO와 HC를 산화시키도록 구비된 산화촉매층(3);
   을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 엔진의 질소산화물 정화 촉매.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 흡장촉매층(1)은
   백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh) 중 적어도 한가지 이상과 NOx 저장물질로 구성된 것
   을 특징으로 하는 엔진의 질소산화물 정화 촉매.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 NOx 저장물질은
   바륨(Ba), 스트론튬(Sr), 칼륨(K) 중의 적어도 한가지 이상을 포함하여 이루어진 것
   을 특징으로 하는 엔진의 질소산화물 정화 촉매.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 산화촉매층(3)은 다공성 물질에 담지된 금속 촉매로 이루어지며;
   상기 금속 촉매는 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 중 적어도 한가지 이상으로 이루어진 것
   을 특징으로 하는 엔진의 질소산화물 정화 촉매.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 다공성 물질은 Al₂0₃, ZrO₂, Ce0₂, SiO₂, Ti0₂ 중 적어도 한가지 이상의 산화물로 이루어진 것
   을 특징으로 하는 엔진의 질소산화물 정화 촉매.

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