KR20140028730A - Ｓ-ｄｐｆ 및 이를 구비한 배기시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 S-DPF및 이를 구비한 배기시스템은, 전면부에서 후면부로 채널들이 형성되고, 상기 채널들은, 입구가 개방되고 출구가 막힌 입구채널 및 입구가 막히고 출구가 개방되고, 상기 입구채널과 인접하여 형성되는 출구채널을 포함하는 담체, 상기 입구채널의 내측면에 형성된 Cu-zeolite촉매 코팅층, 상기 출구채널의 내측면의 전단부에 형성된 Fe-zeolite촉매 코팅층, 및 상기 Fe-zeolite촉매 코팅층의 후단부에 상기 출구채널의 내측면에 형성되는 산화촉매 코팅층을 포함할 수 있다. 상기 Cu-zeolite촉매 코팅층은 Cu계열의 zeolite촉매성분을 포함할 수 있다. 상기 Fe-zeolite촉매 코팅층은 Fe계열의 zeolite촉매성분을 포함할 수 있다. 상기 산화촉매 코팅층은 환원제, CO, 및 HC를 산화시키는 귀금속을 포함할 수 있다.
따라서, S-DPF가 Cu-zeolite촉매 코팅층, Fe-zeolite촉매 코팅층, 및 산화촉매층을 이용하여 선택적환원촉매의 기능을 수행하도록 형성함으로써 전체적인 배기시스템의 볼륨이 작아지고, 별도의 선택적환원촉매장치를 구성하지 않음으로써 담체와 케이싱의 부품이 삭제되어 전체적인 생산비용을 절감시키며, 배기가스의 온도가 높은 상태에서 질소산화물이 정화됨으로써 전체적인 질소산화물정화율이 향상된다.

Description

Ｓ-ＤＰＦ 및 이를 구비한 배기시스템{SCR DIESEL PARTICULATE FILTER AND EXHAUST SYSTEM HAVING THIS}
본 발명은 S-DPF 및 이를 구비한 배기시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배기가스에 포함된 입자상물질을 필터링하고, 질소산화물을 저감시키는 S-DPF 및 이를 구비한 배기시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 배기 가스 정화 장치에서, 배기가스가 배출되는 배기라인 상에 매연산화촉매(DOC), 디젤매연필터(DPF), 환원제인젝터, 및 선택적촉매환원(SCR) 장치가 순서대로 장착된다.
엔진에서 발생된 배기 가스는 상기 디젤산화촉매, 상기 디젤매연필터, 그리고 선택적촉매환원 장치를 순차적으로 지나가며 배기 가스에 포함된 유해 물질이 제거된다.
즉, 상기 디젤산화촉매는 배기 가스에 포함된 일산화탄소와 탄화수소를 이산화탄소로 산화시키고, 상기 디젤매연필터는 배기 가스에 포함된 입자상 물질(Particulate Material; PM)을 포집하고, 그리고 상기 선택적촉매환원 장치는 상기 환원제인젝터에서 분사된 환원제를 이용하여 배기 가스에 포함된 질소산화물을 흡착 또는 질소 기체로 환원시킨다.
한편, 충분하게 질소산화물을 저감시키기 위해서 SCR(선택적촉매환원)장치는 비교적 큰 부피를 가진다.
이에, 선택적촉매환원장치를 위한 담체 및 담체하우징 등으로 인하여 비용이 상승하고, 차량하부 언더플로어 측에 설치되는 경우, 배기가스의 온도가 낮아짐으로써 전체적인 질소산화물 정화율이 저하될 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 선택적환원장치를 위한 담체 및 담체하우징으로 인한 비용의 상승을 방지하고, 배기가스의 온도가 높은 상태에서 배기가스를 정화함으로써 전체적인 질소산화물의 정화율을 향상시킬 수 있는 S-DPF 및 이를 구비한 배기시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 S-DPF 및 이를 구비한 배기시스템은, 전면부에서 후면부로 채널들이 형성되고, 상기 채널들은, 입구가 개방되고 출구가 막힌 입구채널 및 입구가 막히고 출구가 개방되고, 상기 입구채널과 인접하여 형성되는 출구채널을 포함하는 담체, 상기 입구채널의 내측면에 형성된 Cu-zeolite촉매 코팅층, 상기 출구채널의 내측면의 전단부에 형성된 Fe-zeolite촉매 코팅층, 및 상기 Fe-zeolite촉매 코팅층의 후단부에 상기 출구채널의 내측면에 형성되는 산화촉매 코팅층을 포함할 수 있다.
상기 Cu-zeolite촉매 코팅층은 Cu계열의 zeolite촉매성분을 포함할 수 있다.
상기 Fe-zeolite촉매 코팅층은 Fe계열의 zeolite촉매성분을 포함할 수 있다.
상기 산화촉매 코팅층은 환원제, CO, 및 HC를 산화시키는 귀금속을 포함할 수 있다.
상기 Cu-zeolite촉매 코팅층, 상기 Fe-zeolite촉매 코팅층, 및 상기 산화촉매 코팅층은, 상기 담체의 표면에서 설정된 깊이로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배기시스템은 S-DPF, 상기 디젤매연필터가 배치되는 배기라인, 상기 디젤매연필터의 상류측에 설치되어 배기가스에 포함된 CO/HC를 저감시키고 일부 NO를 NO2로 변환시키는 디젤산화촉매, 및 상기 디젤산화촉매와 상기 S-DPF 사이에 설치되어 상기 디젤산화촉매를 지나서 상기 S-DPF로 유입되는 배기가스에 환원제를 분사하는 환원제인젝터를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 S-DPF 및 이를 구비한 배기시스템은 S-DPF가 Cu-zeolite촉매 코팅층, Fe-zeolite촉매 코팅층, 및 산화촉매층을 이용하여 선택적환원촉매의 기능을 수행하도록 형성함으로써 전체적인 배기시스템의 볼륨이 작아진다.
아울러, 별도의 선택적환원촉매장치를 구성하지 않음으로써 담체와 케이싱의 부품이 삭제되어 전체적인 생산비용을 절감시킨다.
뿐만 아니라, 배기가스의 온도가 높은 상태에서 질소산화물이 정화됨으로써 전체적인 질소산화물정화율이 향상된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기시스템에 구비되는 S-DPF의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 S-DPF에 적용되는 촉매성분의 종류와 배기가스온도에 따른 질소산화물 정화율을 보여주는 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 배기라인에는 디젤산화촉매(100), 환원제인젝터(110), 및 S-DPF(120)가 장착되고, 엔진(130)에서 배치되는 배기가스는 배기라인을 통해서 상기 디젤산화촉매(100)와 상기 SCR-디젤산화촉매(100)를 거쳐 외부로 방출된다.
상기 디젤산화촉매(100)는 배기 가스에 포함된 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC)를 이산화탄소(CO2)로 산화시키고, 일부 일산화질소(NO)를 이산화질소(NO2)로 산화시킨다.
구동되는 펌프(미도시)에 의해서 환원제인 우레아수용액이 펌핑되고, 상기 환원제인젝터(110)는 제어부(140)에서 보내진 신호에 따라서 펌핑된 우레아수용액을 배기라인 안으로 분사한다.
상기 S-DPF(120)는 배기 가스에 포함된 입자상 물질(Particulate Material; PM)을 포집하고, 그리고 상기 환원제인젝터(110)에서 분사된 환원제를 이용하여 배기 가스에 포함된 질소산화물을 흡착 또는 질소 기체로 환원시킨다.
즉, 상기 S-DPF(120)는 선택적환원촉매의 기능과 디젤매연필터의 기능을 모두 수행할 수 있다. 여기서, S-DPF는 선택적촉매환원장치(SCR: selective catalytic reduction converter)+디젤매연필터(DPF: diesel particulate filter)를 의미한다.
본 발명의 실시예에서, 디젤매연필터와 선택적환원촉매장치를 별도로 구성하지 않음으로써 담체와 케이싱의 부품이 삭제되어 전체적인 생산비용을 절감시킨다. 또한, 배기가스의 온도가 높은 디젤매연필터의 내부에서 질소산화물이 정화됨으로써 전체적인 질소산화물의 정화율이 향상된다.
도 2를 참조하여, 상기 S-DPF의 내부 구조에 대해서 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기시스템에 구비되는 S-DPF의 단면도이다.
도 2를 참조하면, S-DPF(120)는 담체(200), Cu-zeolite촉매 코팅층(210), Fe-zeolite촉매 코팅층(220), 및 산화촉매 코팅층(230)을 포함한다.
상기 담체(200)는 전면부에서 후면부로 여러 개의 채널들이 형성되고, 상기 채널들은 입구채널(202)과 출구채널(204)을 포함한다.
상기 입구채널(202)과 상기 출구채널(204)은 교대로 배치되고, 상기 입구채널(202)의 입구로 유입된 배기가스는 상기 담체(200)의 벽을 통해서 상기 출구채널(204)의 출구를 통해서 배출된다.
좀 더 상세하게 설명하면, 상기 입구채널(202)은 그 입구가 개방되고 그 출구는 폐쇄되며, 상기 출구채널(204)은 그 입구가 폐쇄되고 그 출구는 개방된다.
상기 입구채널(202)의 안쪽에는 출구방향으로 그 내측면에 Cu-zeolite촉매 코팅층(210)이 형성되고, 상기 출구채널(204)의 안쪽 내측면에서 전단부에는 Fe-zeolite촉매 코팅층(220)이 설정된 길이를 가지고 형성된다.
아울러, 상기 출구채널(204)의 안쪽 내측면에서 후단부에는 상기 산화촉매 코팅층(230)이 형성된다. 도시한 바와 같이, 상기 Fe-zeolite촉매 코팅층(220)이 끝나는 지점부터 상기 산화촉매 코팅층(230)이 형성된다.
상기 Fe-zeolite촉매 코팅층(220)의 길이는 상기 산화촉매 코팅층(230)의 길이보다 길다. 아울러, 상기 Fe-zeolite촉매 코팅층(220)과 상기 산화촉매 코팅층(230)은 연속적으로 형성되는 것으로 묘사되었으나, 이에 한정되지 않고 이들은 서로 간격을 두고 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 Cu-zeolite촉매 코팅층(210)은 Cu계열의 zeolite 촉매성분을 포함하고, 상기 Fe-zeolite촉매 코팅층(220)은 Fe계열의 zeolite 촉매성분을 포함한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 S-DPF에 적용되는 촉매성분의 종류와 배기가스온도에 따른 질소산화물 정화율을 보여주는 그래프이다.
도 3을 참조하면, 가로축은 배기가스의 온도를 나타내고, 세로축은 질소산화물(NOx)의 전환율(정화율)을 나타낸다.
도시한 바와 같이, Fe 계열의 zeolite촉매성분은 비교적 저온(200도)과 고온(400도)에서 일정한 정화율을 가진다. 그리고, Cu 계열의 zeolite촉매성분은 비교적 저온(200도)에서는 정화율이 유지되지만, 고온(400도)에서는 정화율이 낮아진다.
아울러, Fe 계열의 zeolite촉매성분과 Cu 계열의 zeolite촉매성분을 동시에 사용함으로써 저온과 고온에서 모드 일정한 정화율을 가진다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 상기 담체(200)에서 상기 입구채널(202)은 비교적 온도가 낮은 부분으로 Cu 계열의 zeolite촉매성분을 포함하는 Cu-zeolite촉매 코팅층(210)을 형성하고, 상기 담체(200)에서 상기 출구채널(204)은 비교적 온도가 높은 부분으로 Fe 계열의 zeolite촉매성분을 포함하는 Fe-zeolite촉매 코팅층(220)을 형성한다.
아울러, 상기 출구채널(204)의 후단부에 형성되는 상기 산화촉매 코팅층(230)은 상기 S-DPF(120)가 재생될 때 발생되는 CO/HC를 산화시키기 위해서 귀금속을 포함하고 있다.
아울러, 상기 산화촉매 코팅층(230)은 상기 디젤산화촉매(100)에 의해서 생성되는 이산화질소(NO2)를 암모니아를 통해서 환원시킨다.
따라서, 상기 산화촉매 코팅층(230)은 상기 SCR-디젤산화촉매(100)의 후단으로 슬립될 수 있는 암모니아를 제거하거나 줄인다.
따라서, 본 발명의 실시예에서 상기 S-DPF(120)가 Cu-zeolite촉매 코팅층(210), Fe-zeolite촉매 코팅층(220), 및 산화촉매 코팅층(230)를 이용하여 선택적환원촉매(SCR)의 기능을 수행하도록 형성함으로써 전체적인 배기시스템의 볼륨이 작아진다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
100: 디젤산화촉매 110: 환원제인젝터
120: S-DPF 130: 엔진
140: 제어부 200: 담체
202: 입구채널 204: 출구채널
210: Cu-zeolite촉매 코팅층 220: Fe-zeolite촉매 코팅층
230: 산화촉매 코팅층

Claims (7)

  1. 전면부에서 후면부로 채널들이 형성되고, 상기 채널들은, 입구가 개방되고 출구가 막힌 입구채널 및 입구가 막히고 출구가 개방되고, 상기 입구채널과 인접하여 형성되는 출구채널을 포함하는 담체;
    상기 입구채널의 내측면에 형성된 Cu-zeolite촉매 코팅층;
    상기 출구채널의 내측면의 전단부에 형성된 Fe-zeolite촉매 코팅층; 및
    상기 Fe-zeolite촉매 코팅층의 후단부에 상기 출구채널의 내측면에 형성되는 산화촉매 코팅층; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 S-DPF.
  2. 제1항에서,
    상기 Cu-zeolite촉매 코팅층은 Cu계열의 zeolite촉매성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 S-DPF.
  3. 제1항에서,
    상기 Fe-zeolite촉매 코팅층은 Fe계열의 zeolite촉매성분을 포함하는 것을 특징으로 S-DPF.
  4. 제1항에서,
    상기 산화촉매 코팅층은 환원제, CO, 및 HC를 산화시키는 귀금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 S-DPF.
  5. 제1항에서,
    상기 Cu-zeolite촉매 코팅층, 상기 Fe-zeolite촉매 코팅층, 및 상기 산화촉매 코팅층은, 상기 담체의 표면에서 설정된 깊이로 형성되는 것을 특징으로 하는 S-DPF.
  6. 제1항에 따른 S-DPF;
    상기 디젤매연필터가 배치되는 배기라인;
    상기 디젤매연필터의 상류측에 설치되어 배기가스에 포함된 CO/HC를 저감시키고 일부 NO를 NO2로 변환시키는 디젤산화촉매; 및
    상기 디젤산화촉매와 상기 S-DPF 사이에 설치되어 상기 디젤산화촉매를 지나서 상기 S-DPF로 유입되는 배기가스에 환원제를 분사하는 환원제인젝터; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기시스템.
  7. 전면부에서 후면부로 채널들이 형성되고, 상기 채널들은, 입구가 개방되고 출구가 막힌 입구채널 및 입구가 막히고 출구가 개방되고, 상기 입구채널과 인접하여 형성되는 출구채널을 포함하는 담체;
    상기 입구채널의 내측면에 형성된 Fe-zeolite촉매 코팅층;
    상기 출구채널의 내측면의 전단부에 형성된 Cu-zeolite촉매 코팅층; 및
    상기 Fe-zeolite촉매 코팅층의 후단부에 상기 출구채널의 내측면에 형성되는 산화촉매 코팅층; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 S-DPF.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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