KR20140045909A - 자동차의 배기 가스에서 NOx의 양을 줄이기 위한 시스템 - Google Patents

자동차의 배기 가스에서 NOx의 양을 줄이기 위한 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차의 배기 가스에서 NOx의 양을 줄이기 위한 시스템에 관한 것이다. 상기 시스템은 환원제; 환원제가 가해진 배기 가스를 처리하는 SCR(선택적 촉매 환원) 촉매 변환기(5); 및 SCR 촉매 변환기(5)의 상류에 자동차의 배기 가스 안으로 저장 공간(1)으로부터 환원제를 주입하기 위한 주입모듈(66)을 포함한다. 상기 시스템은 저장 공간(1)에 연결되어 상기 저장 공간(1)에서 발생하는 환원제를 흡수하는 다공성 매트릭스를 포함하는 적어도 하나의 열 교환기(2); 열 교환기(2)로의 환원제의 첨가를 제어하도록 설계되고 저장 공간(1)의 하류와 열 교환기(2)의 상류에 있는 밸브 또는 인젝터(11); 및 저장 공간(1)과 열 교환기(2) 사이에 위치된 밸브(12)를 추가로 포함한다. 이는 상기 자동차의 시동에 이은 기동 기간으로 알려진 제1 기간 중에 SCR 촉매 변환기(5)의 상류측에 자동차의 배기 가스에 열 에너지를 전달하도록 설계된다. 밸브 또는 인젝터(11)는, 열 교환기(2)의 다공성 매트릭스에 의한 환원제의 흡수가 열 교환기의 온도를 상승시키도록 상기 시동 기간 동안 열 교환기(2) 안으로 흐르는 환원제의 유량을 제어하기 위해 설계된다. 상기 밸브 또는 인젝터(11)는 이어서 배기 가스가 특정 온도에 도달 하자마자 자동차가 주행할 때 작동 온도에서의 기간으로 알려진 기간 동안 폐쇄되도록 또한 설계되어 있다. 상기 밸브(12)는 첫째로는 작동 온도에서 상기 기간 동안 열 교환기(2) 내부 압력을 조절하고, 둘째로는 열 교환기(2) 내부 압력이 저장 공간(1) 내부 압력보다 높을 때 열 교환기(2) 내에 포함된 환원제를 저장 공간으로 전달하도록 설계된다.

Description

자동차의 배기 가스에서 NOx의 양을 줄이기 위한 시스템{SYSTEM INTENDED TO REDUCE THE AMOUNT OF NOx IN THE EXHAUST GASES OF A MOTOR VEHICLE}
제안된 발명은 자동차의 배기 가스에서 NOx의 양을 줄이기 위한 SCR(선택적 촉매 환원) 촉매 시스템에 관한 것이다.
산업의 발전의 주요 원동력이 된 운송과 관련된 오염 물질이 약 삼십년 동안 배출되었다. 4가지 규제된 오염 물질(CO, HC, NOx, 분진)에 대한 배출 제한이 점진적으로 더 엄격해졌으므로 공기의 질, 특히 대도시의 공기의 질을 상당히 개선할 수 있게 되었다.
자동차 사용의 꾸준한 증가로 인해 더욱 더 오염 물질의 배출을 줄이기 위한 노력의 추구가 요구된다. 따라서 질소 산화물(NOx)의 감소는 ?6 표준(유로 6 자동차 배기가스 규제기준)의 발효로 2015년에 예상되는 더 엄격한 유럽 배출 임계값의 맥락에서 복잡한 문제가 남아있다. 실행중인 모든 조건에서 매우 효과적인 이용 가능한 오염 제어 기술을 보유하는 것은 운송 산업의 주요 과제로 남아 있다.
두 번째로, CO2 배출량과 직접적인 관계에 있는 연료의 소비는 몇 년 동안 자동차 업계의 주요 관심사가 되었다. 따라서 개인 자동차의 CO2 배출량에 대한 규정이 2012년도부터 유럽 수준으로 시행되고 있다. 이 제한은 수십 년 동안 정기적으로 낮추는 것으로 이미 제정되어 있다. 따라서 CO2는 전체 운송 산업의 새로운 성장 동력으로서 자리잡히게 되었다.
지역의 오염 물질(NOx)의 감소와 연료 소비량(CO2)의 감소라는 두 가지 문제는 디젤 엔진에 있어서는 특히 어려운데, 희박 혼합기에서의 디젤 엔진의 연소에는 처리하기 어려운 NOx의 배출이 수반된다.
이러한 맥락에서, SCR 후처리 기술이 상품의 운송에 할당된 차량 및 개인 차량 모두에서 구상되고 있다. 높은 효율로 NOx를 저감시키면 엔진을 효율의 관점에서 최적의 기능으로 배치시킬 수 있게 되고, 그러면 다량으로 배출되는 NOx가 배기부에서 SCR 시스템에 의해 처리된다는 것이 실제로 입증되었다.
SCR 기술의 한 가지 제약은 질소 산화물의 환원에 필요한 환원제를 차량에 설치하는 것이 필요하다는 점이다. 현재 대형 운송 차량을 위해 채택된 시스템은 환원제로서 수용액의 요소를 사용한다. 배기 장치에 주입된 요소는 배기 가스의 온도의 영향에 의해 암모니아(NH3)로 분해되고 NOx는 특정 촉매에 의해 환원될 수 있다.
수용액 요소의 저장소를 통합시킴에 있어서는 SCR 시스템에 대한 큰 제약이 있다. 연구 중인 대체 방안은 염 형태의 기체 암모니아의 저장이다. 이 경우, 암모니아는 특히 염화 형태의 염(MgCl2, SrCl2, CaCl2, BaCl2, ZnCl2 등)으로 이루어진 다공성 매트릭스 화학 복합체의 형태로 저장된다. 암모니아는 매트릭스의 온도 및/또는 압력을 변경시킴으로써 탈착시킨 후 NOx 처리를 위한 배기 장치로 주입된다.
열 기관 내의 연소에서 나오는 연기의 후처리에 포함된 화학 반응은 배기 가스의 온도와 촉매 함침에 주로 의존하는 촉매 반응이다.
그러나 차량이 시동될 때 배기 가스의 온도는 중요한 촉매 변환을 제공하기에 불충분하다. 따라서 배기 가스가 SCR에 의한 NOx의 저감이 효과적으로 되는 온도에 도달하기 위해서는 일정 시간을 기다릴 필요가 있다. 도 1에는 유럽 승인 사이클(NEDC: 유럽연비기준)을 통해 배기 가스 온도의 일반적인 변화가 도시되어 있다. 또한, SCR 촉매에 의해 후처리 후에 얻어진 NOx와 후처리의 효율성도 도시되어 있다. 따라서 차량이 출발할 때의 배기 가스의 온도는 중요한 촉매 변환을 확보하기에는 충분하지 못하므로 엔진에서 발생되는 배출이 후처리되지 않고, 효율이 제로에 가까워진다. 사이클 중에 상기 배기 온도가 점진적으로 상승하고, 다음에 후처리 시스템의 "점화"를 가능하게 하고, 촉매 변환에 의해 100 %에 근접할 수 있는 효율이 가능하다.
따라서, 본 발명의 목적은 자동차가 시동될 때 촉매 변환이 최적으로 되는 데 필요한 시간을 단축하기 위한 것으로서, 자동차의 배기 가스에서 NOx의 양을 줄이고 배기 가스의 온도 상승을 가속시킬 수 있도록 구성된 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 목적은 자동차의 배기 가스에서 NOx의 양을 줄이기 위한 SCR 촉매 시스템의 의해 달성되고, 상기 시스템은 환원제를 포함하는 저장 챔버; 환원제가 가해진 배기가스를 처리하기 위한 SCR 촉매 및 상기 SCR 촉매의 상류에서 상기 저장 챔버로부터 나오는 환원제를 자동차의 배기 가스 안으로 주입하기 위해 배치된 주입 모듈을 포함한다. 본 발명에 따른 시스템은 또한 저장 챔버에 연결되어 저장 챔버에서 나오는 환원제를 흡수하기 위한 다공성 매트릭스를 포함하는 적어도 하나의 열 교환기; 상기 저장 챔버의 하류와 상기 열 교환기의 상류에서 상기 열 교환기로의 환원제 첨가를 제어하기 위해 설치된 셔터 또는 인젝터; 및 저장 챔버와 열 교환기 사이에 배치된 밸브를 포함한다. 열 교환기가 자동차의 시동에 이어지는 소위 제1 시동 기간 중에 SCR 촉매의 상류에 자동차의 배기 가스에 열 에너지를 전달하기 위해 배치된다. 상기 셔터 또는 인젝터가 상기 시동 기간 중에 열 교환기 내에서 환원제의 유량을 제어하기 위해 설치되고 열 교환기의 다공성 매트릭스에 의해 환원제를 흡수하여 열교환기의 온도를 상승시킨다. 이어서 상기 셔터 또는 인젝터가 또한 배기 가스가 특정 온도에 도달하자마자 자동차의 작동 중에 소위 작동 온도 기간 동안 폐쇄되도록 배치된다. 밸브는 한편으로는 상기 작동 온도 기간 동안 열 교환기 내부의 압력을 조절할 수 있도록 하기 위해 배치되고 다른 한편으로는 열 교환기 내부의 압력이 저장 챔버의 내부 압력보다 클 때 열 교환기에 포함된 환원제를 전달하는 상기 저장 챔버 안으로 전달할 수 있도록 하기 위해 배치된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는, 저장 챔버는 제1 염을 함유하고 열 교환기는 제2 염을 함유한다. 상기 염들은 저장 챔버에 배치된 제1 염의 암모니아 탈착 엔탈피가 열 교환기 내에 배치된 제2 염의 암모니아 탈착 엔탈피보다 적어지도록 선택된 금속 염화물이다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 저장 챔버는 제1 염 대신에 가압된 암모니아를 환원제로서 포함한다.
또한, 본 발명은 다음의 단계, 즉
저장 챔버와 열 교환기에 각각 존재하는 압력 차의 영향 하에서 저장 챔버 내에 포함된 환원제가 열 교환기 내에 가스 형태로 전달될 수 있도록 자동차가 시동될 때 밸브를 개방하는 단계;
가스의 온도가 미리 설정된 값에 도달할 때 밸브를 폐쇄하는 단계; 및
환원제가 저장 챔버 안으로 다시 한 번 더 도입되도록 밸브를 통해 환원제를 방출시킴으로써 자동차의 작동 기간 중에 열 교환기를 점진적으로 드레인하는 단계를 포함하는 SCR 촉매 시스템을 실행시키는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 다음의 개략적인 도면을 참조하여 비한정적인 방식으로, 전적으로 예제의 방법에 의해 주어진 몇 가지 실시예의 설명의 판독에 의해 더욱 분명해질 것이다.
도 1에는 종래 오염 제거 시스템에 대한 NEDC(유럽 연비 기준) 승인 사이클에 따른 배기 가스의 촉매 변환 효율, NOx 배출 및 온도가 도시되어 있다.
도 2에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배기 가스에서 NOx의 양을 줄이기 위한 SCR 촉매 시스템이 도시되어 있다.
도 3에는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배기 가스에서 NOx의 양을 줄이기 위한 SCR 촉매 시스템이 도시되어 있다.
도 4에는 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 시스템의 자세한 부분이 도시되어 있다.
도 5에는 클라페이론(Clapeyron) 방정식에 따른 시스템의 작동 원리가 도시되어 있다.
도 6에는 NEDC 승인 사이클에 따른 배기 라인에서의 열 교환기의 기능이 도시되어 있다.
도 7은 제1 변형예에 따른 열 교환기 정화 요소의 개략도이다.
도 8은 제2 변형예에 따른 열 교환기 정화 요소의 개략도이다.
도 9는 열 교환기가 배치된 주위의 가스 재순환 도관(pipe)의 개략도이다.
제안된 시스템에서, 환원제의 저장은 다음과 같은 유형의 가역적 고체-기체 반응에 의거하고,
Figure pct00001
기체는 암모니아이고 고체는 MgCl2, SrCl2, CaCl2, BaCl2, ZnCl2 등의 금속 염화물 형태의 무수 염(anhydrous salt)이다.
흡착(i)과 탈착(ii) 반응은 완전히 가역성이다. 시스템의 암모니아 평형 압력은 다음 식에 의해 주어지는 클라우지우스-클라페이론 식으로 주어진 온도에 대해 결정될 수 있다.
Figure pct00002
여기서 ΔHr은 NH3의 몰당 탈착 엔탈피이고, ΔSr는 NH3의 몰당 탈착 엔트로피이고 R은 완전 기체 상수이다.
이 공식에 따르면, 이들 염의 암모니아 평형 압력은 온도에 따라 달라진다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 본 발명의 시스템은 저장 챔버(1)와 열 교환기(2)에 각각 배치된 2 개의 복합 재료로 구성되어 있다. 각각의 복합 재료는 하나 이상의 압축된 염과 바람직하게는 암모니아를 수용하기 위한 다공성 매트릭스를 얻도록 바인더로 사용되는 팽창된 그라파이트를 포함한다. 저장 챔버(1)에 배치된 복합 재료의 염(이하 염 A라 함)과 열 교환기(2)에 배치된 복합 재료의 염(이하 염 B라고 함)이 염 A의 암모니아 탈착 엔탈피가 염 B의 암모니아 탈착 엔탈피보다 적게되도록 선택된다. 염 A는 바람직하게는 염화바륨(BaCl2) 또는 염화 스트론튬(SrCl2)이고 염 B는 바람직하게는 염화망간(MnCl2), 염화 제1철(FeCl2) 또는 염화마그네슘(MgCl2)이다.
도 2를 참조하면, 암모니아를 흡수하고 탈착하기 위한 염 A를 포함하고 있는 저장 챔버(1)가, SCR 촉매(5)의 상류측 배기 가스 안으로 암모니아를 주입할 수 있게 하기 위해 염에서 암모니아를 탈착하고 제1 도관(4)을 통해 암모니아를 전달하도록 가열체에 의해 온도 제어되기 위해 배치된다. 가열체(3)의 에너지 소비를 제한하기 위해서는, 상기 챔버(1)의 내부의 압력이 낮은 값으로 제한되어야 하지만, 열 기관의 NOx 배출에 적합한 암모니아가 충분히 유동을 할 수 있게 하기 위해서는 충분히 높아져야 한다. 이를 위해서, 상기 저장 챔버(1)가 엔진 컴퓨터(8)에 연결된 전용 컴퓨터(7)에 의해 제어되는 공급 모듈(6)에 연결되어 있다. 도 4에 따르면, 이 공급 모듈(6)은 저장 챔버(1) 내의 압력 또는 온도 측정 장치(6a)뿐만 아니라 암모니아 측정 장치(6b)를 포함한다. 상기 챔버(1) 내의 압력 또는 온도 측정 장치(6a)에 의해 측정된 압력 또는 온도는 설정 압력 또는 온도와 비교된다. 설정 압력 또는 온도는 엔진 및 차량 매개 변수들 중 특정 개수의 매개 변수, 예를 들면 매 순간에 배출된 NOx의 농도(측정 및/또는 모델링 될 수 있는 양), 엔진 윤활유의 온도, 엔진 냉각액의 온도, 가스 흐름에서 또는 촉매나 필터 채널에서 배기 가스의 온도, 자동차의 속도, 엔진의 속도, 엔진 부하 또는 이들 매개 변수의 조합 등과 같은 매개 변수의 분석에 따라 동적으로 결정된다.
도 2에 따르면, 도관(9)에 의해 저장 챔버(1)와 연결되어 있는 열 교환기(2)가 산화 촉매 또는 삼원 촉매, 해당되는 경우, 미립자 필터의 형태로 하나 이상의 추가적인 정화 요소(10)의 배기 가스 흐름 하류에 배치되고, 열 교환기(2) 또한 암모니아 주입 모듈(6c)의 하류와 SCR 촉매(5)의 상류에 배치되어 있다.
도 4에 따르면, 밸브(11)가, 저장 챔버(1)의 하류측이며 열 교환기(2)의 상류측인 도관(9)에 설치되어 있고 상기 열 교환기(2) 내의 암모니아 추가를 제어하도록 컴퓨터(7)에 의해 제어될 수 있도록 배치된다. 본 발명에 따른 SCR 촉매 시스템은 또한 저장 챔버(1)와 열 교환기(2) 사이에 배치된 밸브(12)를 포함한다.
본 발명에 따른 SCR 촉매 시스템의 기능은 두 단계(도 6), 즉 자동차의 시동을 개시하여 배기 가스가 촉매 변환이 최적인 온도에 도달할 때까지 계속되는 제1 시동 단계(이하 시동 기간이라고 칭함)와, 이어서 엔진이 정지될 때까지 계속되는 자동차의 제2 작동 단계(이하 작동 기간이라고 칭함)로 나누어질 수 있다.
자동차가 시동될 때, 배기 가스는 비교적 차갑다. 이러한 상황에서, 저장 챔버(1)의 온도가 열 교환기(2)의 온도와 유사하다. 염 A와 염 B의 서로 다른 성질 때문에, 저장 챔버(1) 내부 압력이 열교환기(2) 내부의 압력보다 크다. 시동 기간 중에, 셔터(11)가 개방되어 가스 형태의 암모니아가 열 교환기(2)에 주입되고 염 B에 의해 흡수될 수 있도록 도관(9)을 통하여 상기 저장 챔버(1)로부터 전달된다. 이 흡수에 의해 클라우지우스- 클라페이론 방정식에 따라 열 교환기(2)의 온도를 상승시키고 열의 전도에 의해 배기 가스를 가열시킬 수 있다.
배기 가스가 촉매 변환이 최적으로 되는 온도에 도달하자마자, 밸브(11)가 닫힌다. 이어서 배기 가스의 온도는 열 교환기 온도를 상승 시키고 열 교환기 내부의 압력을 증가시키는 약 250℃ 또는 심지어 그 이상이 된다. 밸브(2)는 첫째로는 작동 기간 중에 열 교환기(2)의 압력을 조절하고, 둘째로는 열 교환기(2)에서 저장 챔버(1) 안으로 암모니아를 방향을 변경시키도록 배치된다. 따라서, 자동차의 작동 기간 동안 배출되는 배기 가스의 온도의 영향 하에서, 열 교환기(2)가 점차적으로 암모니아를 "비우게" 된다. 자동차의 작동 온도 기간 동안, 본 발명에 따른 시스템은 완전히 수동적인 방식으로 작용한다.
엔진이 정지되었을 때, 본 발명의 시스템은 점진적으로 외부 온도로 복귀된다. 이러한 상황에서, 저장 챔버(1)의 압력이 열 교환기(2)의 압력보다 다시 한 번 더 크게 된다. 셔터(11)가 저장 챔버(1)의 암모니아 가스를 한정하기 위해 폐쇄된 위치에 유지된다. 상기 시스템은 자동차가 다음에 시동될 때, 재생되어 작동할 준비를 한다.
도 3에 예시된 바와 같은 제2 실시예에서, 추가 정화 요소 또는 요소(11)들이 암모니아 주입 모듈(6c)의 상류측에 배치되는 반면에, SCR 촉매(3)는 주입 모듈의 하류측에 배치된다.
본 발명의 제2 응용례에서, 계량 장치는 특히 저장 챔버(1) 내부에서 측정된 압력에 따라 열 교환기(2)에 유입되는 암모니아 가스의 흐름을 제어할 수 있다. 그러면 인젝터 타입의 이 장치는 열 교환기(2)의 압력 상승 프로파일을 조정할 수 있고, 그에 따라서 배기 가스로 전도된 열 용량을 조절할 수 있다.
변형례에 따르면, 저장 챔버(1)는 염 A 대신에 가압된 암모니아를 포함하는 반면에, 열 교환기(2)는 염화바륨(BaCl2) 또는 염화 스트론튬(SrCl2)과 같은 금속 염화물 형태의 염을 포함한다.
본 발명에서, 배기 가스의 가열 단계의 시작과 종료와 이 단계 중에 측정 장치의 개방 프로파일은 엔진 매개 변수의 특정의 수에 따라 컴퓨터(7)에 의해 제어된다. 엔진 냉각수의 온도, 오일 온도, 배기 가스의 온도 및/또는 과거와 현재 운행 조건 분석이 특히 고려될 수 있다. 이 제어 전략의 보정을 통해, 재생 단계가 충분히 길고 엔진이 정지되기 전에 가열 장치에 대해 충분히 높은 온도에서 완전히 재생될 수 있도록 할 필요가 있다.
위에서 설명한 원리는 첫째로는 SCR 촉매(5)의 상류측 배기 라인에 배치되는 주입 시스템을 제공할 수 있도록 하는 저장 챔버(1)와 둘째로는 배기 온도를 조절할 수 있게 하는 금속 염화물로의 NH3의 화학 흡착에 결부된 공기 조절 속성을 이용할 수 있게 하는 열 교환기(2) 사이에서의 암모니아의 적절한 이동을 제공한다.
본 발명에 따른 열 교환기(2)는 바람직하게는 가능한 한 배기 라인에 가깝게 배치된다. 도 7에 따르면, 열 교환기(2)의 다공성 매트릭스는 SCR 촉매(5) 또는 다른 모든 기타 정화 요소(10) 주위에 배치되고, 정화 요소(5, 10)와 상기 열 교환기(2)의 다공성 매트릭스가 리셉터클(13)의 내부에 제한된다. 도 8에 의해 도시된 바와 같이 다른 구성에서, 튜브(14)는 배기 라인(14′)의 주위에 서로 다른 지점에서 동축으로 배치되고, 열 교환기(2)의 다공성 매트릭스가 배기 라인(1′)과 튜브(14) 사이의 공간에 배치된다.
열 교환기(2)의 다공성 매트릭스는 다양한 촉매 슬랩 주위의 촉매(5) 내부에 배치될 수 있으며, 이 장치는 또한 암모니아를 전달하지 않는 단계 중에 포함하는, 배기 부분을 열적으로 격리하는, 즉 배기 장치 내부에 최대 열량을 제한해서 외부로 불필요한 에너지 손실을 최소화하는 이점을 가진다.
디젤 엔진에 잠재적으로, 마주치게 되는 여러 배기 라인 구조는, 특히,
배기 가스 재순환 회로(이하 "EGR 도관") - 터빈 - 산화 촉매(디젤 산화 촉매 이하 "DOC") - 미립자 필터(디젤 미립자 필터 이하 "DPF") - NH3 주입 및 SCR 촉매를 포함하는 구조;
EGR 도관 - 터빈 - DOC - NH3 주입 - SCR 촉매 - DPF를 포함하는 구조; 및
EGR 도관 - 터빈 - DOC - NH3 주입 - SCR 촉매 및 단일 기판상의 DPF를 포함하는 구조가 존재한다.
앞서 언급한 세 가지 구조는 DPF의 하류에 위치하고 낮은 압력(모든 디젤 엔진에 존재하는 HP "고압" EGR에 대비한 LP "저압"EGR)으로 불리는 제2 LP EGR 도관 연결을 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 열 교환기(2)는 상기 구조와 추구되는 목표에 따라 다른 지점에 배치될 수 있다. 그것은 예를 들어 "터보 래그"를 제한하고 있으므로 낮은 엔진 속도에서 토크를 증가시킬 목적으로, 터빈의 활성화를 촉진하기 위해 터빈의 상류 어느 지점에 배치할 수 있다. 역 순환(열 교환기(2)를 "비우는" 것을 가능하게 하는)이 열 교환기 온도가 터빈에 의해 허용되는 최대 온도를 초과하면 배기 라인에서 열을 추출하기 위해 포함될 수 있다.
열 교환기(2)는 항상 DOC의 하류에 위치된 SCR 촉매의 프라이밍을 촉진하기 위해 산화 촉매(DOC)의 상류측 임의의 지점에 배치될 수 있다. 이 위치는 또한 미립자 필터를 재생할 목적으로 촉매의 활성화를 가속화시키는 데 영향을 미칠 수 있다. 저장 용량은 열을 회수하고자 하는 단계 중에 충전해야 한다.
열 교환기(2)는 또한 미립자 필터의 재생에 관한 과열을 방지하기 위해 미립자 필터의 하류에 배치될 수 있고, 따라서 이 필터의 하류에 위치하는 경우, 발열로부터 SCR 촉매(5)를 보호할 수 있다. 이 경우, 저장 챔버(1)는, 과열을 방지하고자 할 때 비워져야 한다.
SCR 촉매의 함침이 여과 물질의 발열을 방지하기 위해 필터에 위치된 경우 열 교환기도 또한 DPF 기판 주위에 배치될 수 있다.
마지막으로, 열 교환기는 유량을 증가 할 목적으로 EGR 흐름의 냉각을 촉진하기 위해 EGR 도관(HP 및 BP) 주위에 배치 될 수 있다. 이 경우, 저장 챔버는 EGR을 냉각하고자 할 때에 비워져야 한다.

Claims (17)

  1. 환원제를 포함하는 저장 챔버(1);
    환원제와 함께 가해진 배기 가스를 처리하기 위한 SCR(선택적 촉매 환원) 촉매(5); 및
    SCR 촉매(5)의 상류측에, 저장 챔버(1)에서 나오는 환원제를 자동차의 배기 가스 안으로 주입하도록 배치된 주입 모듈(66)을 포함한, 자동차의 배기 가스에서 NOx의 양을 줄이기 위한 시스템에 있어서,
    저장 용기(1)에 연결되고 저장 챔버(1)에서 나오는 환원제를 흡수하기 위한 다공성 매트릭스를 포함하는 적어도 하나의 열 교환기(2);
    저장 챔버(1)의 하류와 열 교환기(2)의 상류에서 상기 열 교환기로의 환원제 첨가를 제어하기 위해 설치된 셔터 또는 인젝터(11); 및
    저장 챔버(1)와 열 교환기(2) 사이에 배치된 밸브(12)를 포함하고,
    상기 열 교환기(2)는 상기 자동차의 시동에 이은 소위 제1 시동 중에 SCR 촉매(10)의 상류측에 자동차의 배기 가스에 열 에너지를 전달하도록 배치되고;
    셔터 또는 인젝터(11)는 상기 시동 기간 중에 열 교환기 내에서 환원제의 유량을 제어하기 위해 배치되고 열 교환기의 다공성 매트릭스에 의해 환원제를 흡수하여 열교환기의 온도를 상승시키고;
    셔터 또는 인젝터(11)는 이어서 배기 가스가 특정 온도에 도달하자마자 자동차의 작동 중에 소위 작동 온도 기간 동안에는 폐쇄되도록 배치되고;
    상기 작동 온도 중에 열 교환기(2)의 압력을 우선 조절하고 다음에 열 교환기 내의 압력이 저장 챔버 내의 압력보다 클 때 열 교환기(2) 내에 포함된 환원제를 저장 챔버(1) 안으로 전달하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 자동차의 배기 가스에서 NOx의 양을 줄이기 위한 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    셔터 또는 인젝터(11)는 다음 시동 기간이 시작될 때까지 자동차의 작동 온도 기간이 시작될 때 바로 폐쇄될 수 있도록 설치되는 것을 특징으로 하는 자동차의 배기 가스에서 NOx의 양을 줄이기 위한 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    배출되는 NOx의 농도, 엔진 윤활유의 온도, 엔진 냉각액의 온도, 자동차의 속도, 엔진의 속도 및 엔진 부하로부터 선택된 하나 이상의 매개 변수의 값에 따라 저장 챔버(1)를 가열하도록 배치된 가열체(3)를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차의 배기 가스에서 NOx의 양을 줄이기 위한 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    환원제는 암모니아인 것을 특징으로 하는 자동차의 배기 가스에서 NOx의 양을 줄이기 위한 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    저장 챔버(1)가 가압 암모니아를 포함하고, 열 교환기(2)의 다공성 매트릭스가 염화바륨, 염화스트론튬, 염화마그네슘, 염화칼슘 및 염화 니켈과 같은 금속 염화물에서 선택된 염인 것을 특징으로 하는 자동차의 배기 가스에서 NOx의 양을 줄이기 위한 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    저장 챔버(1)와 열 교환기(2)는 각각 제1 염과 제2 염을 포함하고, 상기 염이 제1 염의 암모니아 탈착 엔탈피가 제2 염의 암모니아 탈착 엔탈피보다 적어지도록 선택된 금속 염화물인 것을 특징으로 하는 자동차의 배기 가스에서 NOx의 양을 줄이기 위한 시스템.
  7. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    열 교환기(2)가 환원제를 주입하는 모듈(6c)의 하류와 SCR 촉매(10)의 상류의 배기 가스 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 자동차의 배기 가스에서 NOx의 양을 줄이기 위한 시스템.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    산화 촉매, 삼원 촉매 및 입자 필터에서 선택된 하나 이상의 추가 정화 요소(10)를 또한 포함하고, 상기 추가 정화 요소 또는 정화요소(10)들이 환원제를 주입하는 모듈(6c)로부터 상류에 배치되는 반면에 SCR 촉매(5)가 주입 모듈(6c)의 하류에 배치되고, 열 교환기(2)가 상기 추가 정화 요소 또는 요소(10)들의 상류에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차의 배기 가스에서 NOx의 양을 줄이기 위한 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    열 교환기 또는 열 교환기(2)들의 다공성 매트릭스가 SCR 촉매(5)의 상류 및/또는 상기 추가 정화 요소 또는 요소(10)들의 상류에서 배기 도관 주위의 튜브(14) 내부에 배치된 것을 특징으로 하는 자동차의 배기 가스에서 NOx의 양을 줄이기 위한 시스템.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    열 교환기 또는 열 교환기(2)들의 다공성 매트릭스(2)가 SCR 촉매(5)의 주위 및/또는 상기 추가 정화 요소 또는 요소(10)들의 주위에 배치된 것을 특징으로 하는 자동차의 배기 가스에서 NOx의 양을 줄이기 위한 시스템.
  11. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    배기 가스를 재순환시키는(이하 EGR이라 함) 도관(15), EGR 도관(15)의 주위에 설치된 튜브(16)를 또한 포함하고, 상기 튜브(14)와 상기 EGR 도관(15) 사이의 직경(1)의 차이에 의해 상기 EGR 도관(15) 내에서 순환하는 가스의 온도가 임계값을 초과할 때 저장 챔버(1)로부터 열 교환기(2)로 환원제를 전달하여 EGR 가스가 냉각될 수 있도록 배치된 열 교환기(2)의 다공성 매트릭스의 내부 용적을 생성하는 것을, 특징으로 하는 자동차의 배기 가스에서 NOx의 양을 줄이기 위한 시스템.
  12. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 따른 시스템을 포함하는 자동차에 있어서,
    터보컴프레서를 포함하고 터보컴프레서의 터빈이 열 교환기(2)의 하류에 배치되는 것을 특징으로 하는 자동차.
  13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 시스템을 실행시키는 방법으로서,
    저장 챔버(1)에 포함된 환원제가 저장 챔버(1)와 열 교환기(2) 각각에 존재하는 압력 차이의 영향 하에서 가스 형태로 열 교환기 안으로 전달되도록 자동차가 시동될 때 셔터 또는 인젝터를 개방하는 단계;
    가스의 온도가 미리 설정된 값에 도달할 때 셔터 또는 인젝터(11)를 폐쇄하는 단계; 및
    환원제가 저장 챔버(1) 안으로 한번 더 도입되도록 밸브(12)를 통해 환원제를 방출시킴으로써 자동차의 작동 온도 기간 중에 열 교환기(2)를 점진적으로 드레인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템을 실행시키는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    열 교환기가 차량의 시동 시에 완전히 드레인되어 어떠한 환원제도 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 시스템을 실행시키는 방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    셔터 또는 인젝터(11)를 개방하는 단계는 배출된 NOx의 농도, 엔진 윤활유의 온도, 엔진 냉각액의 온도, 가스 흐름에서 또는 촉매 채널이나 필터 내부의 배기 온도, 자동차의 속도 및 엔진 속도로부터 선택된 하나 이상의 매개 변수의 값에 따라 컴퓨터(7)에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 시스템을 실행시키는 방법.
  16. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 시스템을 사용하는 방법에 있어서,
    SCR 촉매(5)의 활성화를 향상시키도록 산화 촉매에 의해 NO2의 제조를 촉진하기 위해 저장 챔버(1)에 포함된 환원제가 가스 형태로 산화 촉매(10)의 상류에 배치된 열 교환기(2) 안으로 전달되도록, 자동차가 시동될 때 셔터 또는 인젝터(11)가 개방되게 하는 것을 특징으로 하는 시스템을 사용하는 방법.
  17. 제12항에 따른 자동차의 시스템을 실행시키는 방법에 있어서,
    터빈의 활성화를 가속시키기 위해 저장 챔버(1)에 포함된 환원제가 가스 형태로 열 교환기(2) 안으로 전달되도록 자동차가 시동될 때 셔터 또는 인젝터(11)가 개방되고, 터빈의 상류 온도가 터빈의 정상 작동 온도 범위를 초과할 때 셔터 또는 인젝터(11)가 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 자동차의 시스템을 실행시키는 방법.
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