KR20140076373A - Catalytic converter of engine for vehicle and apparatus of purifying exhaust gas provided with the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a catalytic converter of a vehicle engine and a device for purifying exhaust gas equipped with the same. By means of the catalytic converter, hydrocarbon which is generated in a large quantity at the beginning of engine starting is stored, and the stored hydrocarbon is converted into ammonia, so that nitrogen oxide included in exhaust gas can be purified. The catalytic converter of a vehicle engine according to the embodiment of the present invention comprises: a base layer; a hydrocarbon trap which is coated on the base layer and selectively occludes or detaches hydrocarbon depending on temperature; a three way catalyst which is coated on the hydrocarbon trap and produces ammonia through a catalytic reaction using hydrocarbon detached from the hydrocarbon trap or hydrocarbon included in exhaust gas; and a selective reducing catalyst which is coated on the three way catalyst, stores ammonia produced from the three way catalyst, and reduces nitrogen oxide included in the exhaust gas into nitrogen gas using the stored ammonia.

Description

자동차 엔진의 촉매 장치 및 이를 구비한 배기 가스 정화 장치{CATALYTIC CONVERTER OF ENGINE FOR VEHICLE AND APPARATUS OF PURIFYING EXHAUST GAS PROVIDED WITH THE SAME}Technical Field [0001] The present invention relates to a catalytic apparatus for an automobile engine, and an exhaust gas purifying apparatus having the catalytic apparatus and an exhaust gas purifying apparatus having the catalyst apparatus.

본 발명은 자동차 엔진의 촉매 장치 및 이를 구비한 배기 가스 정화 장치에 관한 것으로, 시동 초기에 다량으로 발생하는 탄화수소를 저장하고 저장된 탄화수소를 암모니아로 변환하여 배기가스에 포함된 질소산화물을 정화할 수 있는 자동차 엔진의 촉매 장치 및 이를 구비한 배기 가스 정화 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a catalytic device for an automobile engine and an exhaust gas purifying apparatus having the same, and more particularly, to an exhaust gas purifying apparatus for an automotive engine, which is capable of storing hydrocarbons generated in a large amount at the initial stage of startup and converting stored hydrocarbons into ammonia, A catalytic device of an automobile engine, and an exhaust gas purifying apparatus having the same.

최근에는 내연기관에서 연비 및 성능을 개선하기 위하여 가솔린 직접 분사(Gasoline Direct Injection; GDI) 엔진의 사용이 늘어나고 있다. 일반적인 가솔린 엔진은 연료(가솔린)를 흡기 매니폴드에 분사하여 흡기와의 혼합을 통해 혼합기를 생성한 후 상기 혼합기를 연소실에 분사하나, GDI 엔진은 가솔린을 연소실에 직접 분사하는 연료 분사 방식을 채택하고 있다. In recent years, the use of gasoline direct injection (GDI) engines has been increasing to improve fuel economy and performance in internal combustion engines. In general, a gasoline engine injects fuel (gasoline) into an intake manifold to produce a mixture through mixing with intake air, and then injects the mixture into a combustion chamber. However, the GDI engine employs a fuel injection system that directly injects gasoline into the combustion chamber have.

이러한 GDI 엔진은 점화 플러그 주위의 공연비를 농후하게 하므로 희박한 공연비에서도 엔진의 작동이 가능한 장점이 있으나, 연료를 연소실에 직접 분사하므로 연료와 흡기가 충분히 섞이지 못하고 연소실 내에 불완전 연소 구간이 증대하는 단점이 있을 수 있다. 이러한 불완전 연소 구간의 증대에 따라 입자상 물질의 증대 및 배기가스에 포함된 유해물질의 증대 등의 문제점이 있을 수 있다. Such a GDI engine has an advantage in that the engine can be operated even in a lean air-fuel ratio because the air-fuel ratio around the spark plug is enriched. However, since the fuel is injected directly into the combustion chamber, the fuel and the intake air are not sufficiently mixed and the incomplete combustion section increases in the combustion chamber . As the incomplete combustion duration increases, there may be problems such as increase of particulate matter and increase of harmful substances contained in the exhaust gas.

최근에는 가솔린 직접 분사 엔진이 장착된 차량의 배기 파이프에 매연 필터를 장착하는 기술이 개발되고 있으며, 또한 기존의 가솔린 엔진에 사용되는 삼원촉매 외에 추가적인 촉매 장치를 장착하는 기술이 개발되고 있다. Recently, a technique of installing a soot filter on an exhaust pipe of a vehicle equipped with a gasoline direct injection engine has been developed, and a technique of installing an additional catalyst device in addition to the three-way catalyst used in a conventional gasoline engine is being developed.

그러나, 배기 파이프에 추가적인 촉매 장치를 부착하더라도, 냉 시동시와 같이 배기 가스의 온도가 낮아 촉매의 활성화 온도에 도달하기 전에는 배기 가스에 포함된 유해한 물질을 제거하기가 어려운 문제점이 있었다. 특히, 탄화수소와 같은 물질은 시동 초기에 다량으로 발생하는데, 시동 초기에 다량으로 발생한 탄화수소는 촉매 장치에서 정화되지 못하고 그대로 차량 외부로 배출되는 문제점이 있었다.However, even when an additional catalytic device is attached to the exhaust pipe, there is a problem that it is difficult to remove harmful substances included in the exhaust gas before the temperature of the exhaust gas is low as in the case of cold start, until the activation temperature of the catalyst is reached. In particular, hydrocarbons such as hydrocarbons are generated in a large amount at the beginning of the starting operation, and hydrocarbons generated in a large amount at the initial stage of starting are not purified by the catalytic converter but are discharged to the outside of the vehicle as they are.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 냉 시동시와 같이 배기 가스의 온도가 낮은 경우에 발생하는 탄화수소를 저장해 두었다가 상기 저장된 탄화수소를 이용하여 질소산화물을 환원시킴으로써 배기 가스에 포함된 탄화수소와 질소산화물을 동시에 저감시킬 수 있는 자동차 엔진의 촉매 장치 및 이를 구비한 배기 가스 정화 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and an object of the present invention is to provide an exhaust gas purifying apparatus, Which is capable of simultaneously reducing hydrocarbons and nitrogen oxides contained in the exhaust gas purifying apparatus, and an exhaust gas purifying apparatus having the same.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 자동차 엔진의 촉매 장치는 기저층; 상기 기저층 상에 코팅되어 있으며, 온도에 따라 선택적으로 탄화수소를 흡장하거나 탈착하는 탄화수소 트랩; 상기 탄화수소 트랩 상에 코팅되어 있으며, 상기 탄화수소 트랩에서 탈착된 탄화수소 또는 배기 가스에 포함된 탄화수소를 이용한 촉매 반응으로 암모니아를 생성하는 삼원촉매; 그리고 상기 삼원촉매 상에 코팅되어 있으며, 상기 삼원촉매에서 생성된 암모니아를 저장하고, 배기 가스에 포함된 질소산화물을 상기 저장된 암모니아를 이용하여 질소기체로 환원시키는 선택적 환원 촉매;를 포함할 수 있다. According to an aspect of the present invention, there is provided a catalytic apparatus for an automobile engine, comprising: a base layer; A hydrocarbon trap coated on the base layer and capable of selectively storing or desorbing hydrocarbons according to temperature; A three-way catalyst coated on the hydrocarbon trap to produce ammonia by catalytic reaction using hydrocarbon desorbed from the hydrocarbon trap or hydrocarbon contained in the exhaust gas; And a selective reduction catalyst coated on the three-way catalyst, for storing the ammonia produced in the three-way catalyst and reducing the nitrogen oxide contained in the exhaust gas to nitrogen gas using the stored ammonia.

상기 탄화수소 트랩은 베타 제올라이트 또는 ZSM-5일 수 있다. The hydrocarbon trap may be beta zeolite or ZSM-5.

상기 삼원촉매는 팔라듐을 포함할 수 있다. The three-way catalyst may comprise palladium.

상기 선택적 환원 촉매는 구리 또는 철이 이온 결합된 제올라이트일 수 있다.The selective reduction catalyst may be a zeolite in which copper or iron is ion-bonded.

본 발명의 다른 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치는 연소실 내 가솔린을 분사하는 인젝터를 가지는 자동차 엔진; 상기 자동차 엔진에서 발생된 배기가스가 흘러가는 배기 파이프; 상기 자동차 엔진의 후단 배기 파이프에 장착되어 있으며, 배기 가스에 포함된 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물을 포함하는 유해물질을 산화-환원 반응에 의해 무해한 성분으로 변화시키는 제1삼원촉매; 그리고 상기 제1삼원촉매의 후단 배기 파이프에 장착되어 있으며, 배기 가스에 포함된 유해물질을 무해한 성분으로 변화시키는 촉매 장치;를 포함하며, 상기 촉매 장치는 기저층; 상기 기저층 상에 코팅되어 있으며, 온도에 따라 선택적으로 탄화수소를 흡장하거나 탈착하는 탄화수소 트랩; 상기 탄화수소 트랩 상에 코팅되어 있으며, 상기 탄화수소 트랩에서 탈착된 탄화수소 또는 배기 가스에 포함된 탄화수소를 이용한 촉매 반응으로 암모니아를 생성하는 제2삼원촉매; 그리고 상기 제2삼원촉매 상에 코팅되어 있으며, 상기 제2삼원촉매에서 생성된 암모니아를 저장하고, 배기 가스에 포함된 질소산화물을 상기 저장된 암모니아를 이용하여 질소기체로 환원시키는 선택적 환원 촉매;를 포함할 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas purifying apparatus comprising: an automobile engine having an injector for injecting gasoline in a combustion chamber; An exhaust pipe through which the exhaust gas generated from the automobile engine flows; A first three-way catalyst mounted on a rear end exhaust pipe of the automobile engine and converting harmful substances including carbon monoxide, hydrocarbons and nitrogen oxides contained in the exhaust gas into harmless components by oxidation-reduction reaction; And a catalyst device mounted on a rear end exhaust pipe of the first three-way catalyst and converting a harmful substance contained in the exhaust gas into a harmless component, the catalyst device comprising: a base layer; A hydrocarbon trap coated on the base layer and capable of selectively storing or desorbing hydrocarbons according to temperature; A second three-way catalyst coated on the hydrocarbon trap, the second three-way catalyst generating ammonia by a catalytic reaction using hydrocarbons desorbed from the hydrocarbon trap or hydrocarbons contained in the exhaust gas; And a selective reduction catalyst coated on the second three-way catalyst, for storing the ammonia produced in the second three-way catalyst and reducing nitrogen oxides contained in the exhaust gas to nitrogen gas using the stored ammonia can do.

상기 배기 가스 정화 장치는 배기가스의 공연비를 조절하는 제어 유닛을 더 포함할 수 있다. The exhaust gas purifying apparatus may further include a control unit for adjusting the air-fuel ratio of the exhaust gas.

상기 제어 유닛은 상기 탄화수소 트랩에서 탄화수소가 탈착될 조건에 해당되면 공연비를 농후하게 조절할 수 있다. The control unit can adjust the air-fuel ratio to a rich level if the hydrocarbon trap is under the condition that the hydrocarbon is desorbed.

상기 제어 유닛은 상기 선택적 환원 촉매가 질소산화물을 환원시킬 조건에 해당되면 공연비를 연하게 조절할 수 있다. The control unit can adjust the air-fuel ratio to a low level if the selective reduction catalyst is in a condition for reducing nitrogen oxides.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 배기 가스의 온도가 낮은 경우에 발생되는 탄화수소를 탄화수소 트랩에서 흡장하고, 배기 가스의 온도가 올라가면 흡장된 탄화수소를 탈착하여 암모니아를 생성하며, 상기 암모니아를 이용하여 배기 가스에 포함된 질소산화물을 저감하므로 배기 가스의 정화 효율이 향상될 수 있다. As described above, according to the present invention, hydrocarbons generated when the temperature of the exhaust gas is low are adsorbed by the hydrocarbon trap, and when the temperature of the exhaust gas rises, the adsorbed hydrocarbons are desorbed to generate ammonia, Since the nitrogen oxide contained in the gas is reduced, the purification efficiency of the exhaust gas can be improved.

또한, 탄화수소와 질소산화물을 제1삼원촉매에 추가적으로 장착되는 촉매 장치를 사용하여 정화시키므로 제1삼원촉매에 들어가는 귀금속양을 줄여 원가절감이 가능하게 된다.In addition, since hydrocarbon and nitrogen oxide are purified using a catalyst device additionally installed in the first three-way catalyst, it is possible to reduce the cost by reducing the amount of noble metal in the first three-way catalyst.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 촉매 장치의 개략적인 구성도로서, 배기 가스의 온도가 낮아 탄화수소가 흡장되는 과정을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 촉매 장치의 개략적인 구성도로서, 배기 가스의 온도가 높아 탄화수소가 탈착되는 과정을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 촉매 장치의 개략적인 구성도로서, 암모니아가 생성되는 과정 및 질소산화물이 정화되는 과정을 도시한 도면이다. 1 is a configuration diagram of an exhaust gas purifying apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view of a catalytic device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a view showing a process in which hydrocarbon is occluded due to a low exhaust gas temperature.
FIG. 3 is a schematic structural view of a catalytic device according to an embodiment of the present invention, showing a process in which hydrocarbon is desorbed due to a high exhaust gas temperature.
FIG. 4 is a schematic view of a catalytic device according to an embodiment of the present invention, showing a process of generating ammonia and a process of purifying nitrogen oxide.

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 배기 가스 정화 장치의 구성도이다. 1 is a configuration diagram of an exhaust gas purifying apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치는 가솔린 직접 분사 엔진(10), 배기 파이프(20), 제1삼원촉매(30), 촉매 장치(40) 및 제어 유닛(50)을 포함한다. 1, the exhaust gas purifying apparatus according to the embodiment of the present invention includes a gasoline direct injection engine 10, an exhaust pipe 20, a first three-way catalyst 30, a catalytic device 40, (50).

가솔린 직접 분사 엔진(10)은 연료와 공기를 연소시켜 화학적 에너지를 기계적 에너지로 변환한다. 가솔린 직접 분사 엔진(10)은 연료와 공기가 유입되는 다수의 연소실(11)과, 연소실(11) 내로 유입된 연료와 공기를 점화시키는 점화 장치(도시하지 않음)를 포함한다. 상기 가솔린 직접 분사 엔진(10)은 흡기 매니폴드(15)에 연결되어 연소실(11) 내부로 공기를 유입 받으며, 배기 매니폴드(17)에 연결되어 연소 과정에서 발생한 배기 가스는 배기 매니폴드(17)에 모인 후 가솔린 직접 분사 엔진(10) 외부로 배출되게 된다. 상기 연소실(11)에는 가솔린을 그 내부로 직접 분사하기 위한 인젝터(13)가 장착되어 있다. 한편, 본 실시예에서는 가솔린 직접 분사 엔진(10)이 사용되는 것을 예시하고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 일반적인 자동차의 엔진 역시 사용될 수 있다. The gasoline direct injection engine 10 burns fuel and air to convert chemical energy into mechanical energy. The gasoline direct injection engine 10 includes a plurality of combustion chambers 11 into which fuel and air are introduced and an ignition device (not shown) which ignites the fuel and air introduced into the combustion chamber 11. The gasoline direct injection engine 10 is connected to the intake manifold 15 to receive air into the combustion chamber 11 and connected to the exhaust manifold 17 so that the exhaust gas generated in the combustion process passes through the exhaust manifold 17 And then discharged to the outside of the gasoline direct injection engine 10. [ An injector 13 for directly injecting gasoline into the combustion chamber 11 is mounted in the combustion chamber 11. Meanwhile, although the gasoline direct injection engine 10 is used in the present embodiment, the present invention is not limited thereto, and a general automobile engine may also be used.

배기 파이프(20)는 상기 배기 매니폴드(17)에 연결되어 배기 가스를 차량의 외부로 배출시킨다. 상기 배기 파이프(20) 상에는 제1삼원촉매(30)와 촉매 장치(40)가 장착되어 배기 가스에 포함된 탄화수소, 일산화탄소 그리고 질소산화물 등을 제거한다. The exhaust pipe 20 is connected to the exhaust manifold 17 to exhaust the exhaust gas to the outside of the vehicle. A first three-way catalyst 30 and a catalytic device 40 are mounted on the exhaust pipe 20 to remove hydrocarbons, carbon monoxide and nitrogen oxides contained in the exhaust gas.

상기 제1삼원촉매(30)는 상기 가솔린 직접 분사 엔진(10) 후단의 배기 파이프(20) 상에 장착되어 있으며, 가솔린 직접 분사 엔진(10)으로부터 배출되는 배기 가스에 포함된 유해물질을 산화-환원 반응을 통하여 제거한다. 일반적으로, 제1삼원촉매(30)는 배기 가스에 포함된 3개의 유해물질(CO, HC, NOx)을 산화-환원 반응을 통해 무해한 가스(CO2, H2O, N2)로 변환시킨다. 상기 제1삼원촉매(30)에는 통상적으로 귀금속이 코팅되어 있으며, 이에 대한 구성은 당업자에게 잘 알려져 있으므로 여기에서는 상세한 설명은 생략하기로 한다. The first three-way catalyst 30 is mounted on the exhaust pipe 20 at the rear end of the gasoline direct injection engine 10 and oxidizes the harmful substances contained in the exhaust gas discharged from the gasoline direct injection engine 10, It is removed through a reduction reaction. Generally, the first three-way catalyst 30 converts the three harmful substances (CO, HC, NOx) contained in the exhaust gas into harmless gases (CO 2, H 2 O, N 2) through oxidation-reduction reaction. The first three-way catalyst 30 is usually coated with a noble metal, and the construction thereof is well known to those skilled in the art, so a detailed description thereof will be omitted.

촉매 장치(40)는 상기 제1삼원촉매(30)의 후단 배기 파이프(20) 상에 장착되어 있다. 상기 촉매 장치(40)는 제1삼원촉매(30)를 통과한 배기 가스에 포함된 탄화수소와 질소산화물을 제거하도록 되어 있다. The catalyst device 40 is mounted on the exhaust pipe 20 at the rear end of the first three way catalytic converter 30. The catalyst device 40 is configured to remove hydrocarbons and nitrogen oxides contained in the exhaust gas that has passed through the first three-way catalyst 30.

한편, 상기 배기 파이프(20)에는 제1산소 센서(60)와 제2산소 센서(70)가 장착되어 있다. Meanwhile, the exhaust pipe 20 is equipped with a first oxygen sensor 60 and a second oxygen sensor 70.

상기 제1산소 센서(60)는 상기 가솔린 직접 분사 엔진(10)과 상기 제1삼원촉매(30) 사이의 배기 파이프(20) 상에 장착되어 상기 가솔린 직접 분사 엔진(10)에서 배출된 배기 가스 내의 산소량을 검출한다. 상기 제1산소 센서(60)는 제어 유닛(50)이 배기 가스의 공연비 제어를 수행하는 것을 돕기 위한 것이다. The first oxygen sensor 60 is mounted on an exhaust pipe 20 between the gasoline direct injection engine 10 and the first three way catalytic converter 30 to exhaust the exhaust gas from the gasoline direct injection engine 10. [ Is detected. The first oxygen sensor 60 is for assisting the control unit 50 to perform air-fuel ratio control of the exhaust gas.

또한, 상기 제2산소 센서(70)는 상기 촉매 장치(40) 후측의 배기 파이프(20) 상에 장착되어 상기 촉매 장치(40)를 통과한 배기 가스 내에 포함된 산소량을 검출한다. 상기 제2산소 센서(70)는 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치가 배기 가스에 포함된 유해 물질을 정상적으로 제거하고 있는지 모니터링 하기 위한 것이다. The second oxygen sensor 70 is mounted on the exhaust pipe 20 on the rear side of the catalytic converter 40 to detect the amount of oxygen contained in the exhaust gas passing through the catalytic converter 40. The second oxygen sensor 70 is for monitoring whether the exhaust gas purifying apparatus according to the embodiment of the present invention normally removes harmful substances contained in the exhaust gas.

제어 유닛(50)은 배기 가스의 공연비를 조절하도록 되어 있다. 즉, 상기 제어 유닛(50)은 제1산소 센서(60)와 제2산소 센서(70)에 전기적으로 연결되어 제1산소 센서(60)와 제2산소 센서(70)에서 측정한 값들을 전달 받는다. 또한, 상기 제어 유닛(50)은 상기 인젝터(13)에 전기적으로 연결되어 배기 가스의 상태(예를 들어, 배기 가스의 온도 및 배기 가스의 공연비)에 따라 상기 인젝터(13)가 분사하는 연료의 양을 조절함으로써 배기 가스의 공연비를 조절하도록 되어 있다. The control unit 50 is adapted to adjust the air-fuel ratio of the exhaust gas. That is, the control unit 50 is electrically connected to the first oxygen sensor 60 and the second oxygen sensor 70 to transmit the measured values from the first oxygen sensor 60 and the second oxygen sensor 70 Receive. The control unit 50 is electrically connected to the injector 13 to control the amount of fuel injected by the injector 13 according to the state of the exhaust gas (for example, the temperature of the exhaust gas and the air- So that the air-fuel ratio of the exhaust gas can be adjusted by adjusting the amount.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 촉매 장치의 개략적인 구성도로서, 배기 가스의 온도가 낮아 탄화수소가 흡장되는 과정을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 촉매 장치의 개략적인 구성도로서, 배기 가스의 온도가 높아 탄화수소가 탈착되는 과정을 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 촉매 장치의 개략적인 구성도로서, 암모니아가 생성되는 과정 및 질소산화물이 정화되는 과정을 도시한 도면이다. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a catalytic device according to an embodiment of the present invention, showing a process in which hydrocarbon is stored due to a low temperature of exhaust gas, and FIG. 3 is a schematic view of a catalytic device according to an embodiment of the present invention FIG. 4 is a schematic view of a catalytic device according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, a process of generating ammonia and a process of removing nitrogen oxides And FIG.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 촉매 장치(40)는 기저층(42), 탄화수소 트랩(44), 제2삼원촉매(46), 그리고 선택적 환원 촉매(48)를 포함한다. 2 to 4, the catalyst device 40 according to the embodiment of the present invention includes a base layer 42, a hydrocarbon trap 44, a second three-way catalyst 46, and a selective reduction catalyst 48, .

기저층(42)은 상기 촉매 장치(40)의 틀을 형성하는 것으로 상기 기저층(42)에 의하여 배기 가스가 흘러갈 수 있는 복수개의 채널이 형성된다. The base layer 42 forms a frame of the catalyst device 40, and a plurality of channels through which the exhaust gas flows can be formed by the base layer 42.

탄화수소 트랩(44)은 상기 기저층(42) 상에 코팅되어 있다. 상기 탄화수소 트랩(44)은 베타 제올라이트 또는 ZSM-5로 제작된다. 상기 탄화수소 트랩(44)은 배기 가스의 온도가 낮은 경우(약 200~250℃ 이하) 배기 가스에 포함된 탄화수소를 흡장하며, 배기 가스의 온도가 높은 경우 상기 흡장된 탄화수소를 탈착한다. 즉, 상기 탄화수소 트랩(44)은 시동 초기와 같이 배기 가스의 온도가 낮은 경우 다량으로 발생하는 탄화수소를 흡장하고 있다가 배기 가스의 온도가 올라 촉매 장치(40) 또는 제1삼원촉매(30)가 활성화되는 온도에서 탄화수소를 탈착한다. A hydrocarbon trap (44) is coated on the base layer (42). The hydrocarbon trap 44 is made of beta zeolite or ZSM-5. The hydrocarbon trap 44 stores hydrocarbons contained in the exhaust gas when the temperature of the exhaust gas is low (about 200 to 250 ° C.), and when the temperature of the exhaust gas is high, the hydrocarbon trap 44 desorbs the stored hydrocarbon. That is, when the temperature of the exhaust gas is low as in the initial stage of starting the hydrocarbon trap 44, the hydrocarbon trap 44 stores a large amount of hydrocarbons. When the temperature of the exhaust gas rises and the catalytic device 40 or the first three- Desorbs hydrocarbons at the activated temperature.

제2삼원촉매(46)는 상기 탄화수소 트랩(44) 상에 코팅되어 있으며, 배기 가스에 포함된 3개의 유해물질(CO, HC, NOx)을 산화-환원 반응을 통해 무해한 가스(CO2, H2O, N2)로 변환시킨다. 특히, 제2삼원촉매(46)에 사용되는 귀금속으로 팔라듐(Pd) 만이 사용되어 탄화수소를 산화하고 질소산화물을 환원하는 과정에서 암모니아의 발생이 많아지도록 설계되어 있다. 즉, 상기 제2삼원촉매(46)는 배기 가스에 포함된 탄화수소 또는 탄화수소 트랩(44)으로부터 탈착된 탄화수소를 이용하여 배기 가스에 포함된 질소산화물을 산화시키며, 이 과정에서 암모니아를 생성한다. 상기 생성된 암모니아는 선택적 환원 촉매(48)로 이동한다. The second three-way catalyst 46 is coated on the hydrocarbon trap 44 to remove harmful substances (CO 2, H 2 O, and NO 3) contained in the exhaust gas through oxidation- N2). Particularly, only palladium (Pd) is used as a noble metal used for the second three-way catalyst 46 to increase the generation of ammonia during oxidation of hydrocarbons and reduction of nitrogen oxides. That is, the second three-way catalyst 46 oxidizes the nitrogen oxides contained in the exhaust gas using hydrocarbons desorbed from hydrocarbon or hydrocarbon traps 44 contained in the exhaust gas, and ammonia is generated in the process. The generated ammonia moves to the selective reduction catalyst (48).

상기 선택적 환원 촉매(48)는 상기 제2삼원촉매(46) 상에 코팅되어 있으며, 구리와 철이 이온 교환된 제올라이트가 사용될 수 있다. 상기 선택적 환원 촉매(48)는 제2삼원촉매(46)에서 생성된 암모니아를 저장하고, 설정된 조건 하에서 상기 저장된 암모니아를 탈착하여 배기 가스에 포함된 질소산화물을 질소기체로 환원시키도록 되어 있다. 이때, 상기 암모니아는 환원제로 사용된다. The selective reduction catalyst 48 may be a zeolite coated on the second three-way catalyst 46 and ion-exchanged with copper and iron. The selective reduction catalyst 48 is configured to store the ammonia produced in the second three-way catalyst 46 and to desorb the stored ammonia under a predetermined condition to reduce the nitrogen oxide contained in the exhaust gas to nitrogen gas. At this time, the ammonia is used as a reducing agent.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치의 작동을 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, the operation of the exhaust gas purifying apparatus according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

정상적인 엔진 작동 조건에서는(즉, 냉 시동과 같이 배기 가스의 온도가 낮지 않은 경우에는), 상기 제1삼원촉매(30)가 배기 가스에 포함된 3개의 유해물질(CO, HC, NOx)을 산화-환원 반응을 통해 무해한 가스(CO2, H2O, N2)로 변환하고, 상기 제1삼원촉매(30)에서 완전히 제거되지 못한 배기 가스에 포함된 탄화수소와 질소산화물은 촉매 장치(40)에 의하여 제거되어 차량의 외부로 배출된다. The first three-way catalyst 30 oxidizes the three harmful substances (CO, HC, NOx) contained in the exhaust gas under normal engine operating conditions (i.e., when the temperature of the exhaust gas is not low, (CO 2, H 2 O, N 2) through the reduction reaction, and hydrocarbons and nitrogen oxides contained in the exhaust gas not completely removed from the first three-way catalyst 30 are removed by the catalyst device 40 And is discharged to the outside of the vehicle.

초기 시동시와 같이 배기 가스의 온도가 낮은 경우에는 가솔린 직접 분사 엔진(10)에서 다량의 탄화수소가 발생하나, 제1삼원촉매(30)가 활성화 온도에 도달하지 못하여 상기 탄화수소는 제1삼원촉매(30)에서 산화되지 못하고 촉매 장치(40)로 유입된다. When the temperature of the exhaust gas is low as in the initial start-up, a large amount of hydrocarbons are generated in the gasoline direct injection engine 10, but the first three-way catalyst 30 does not reach the activation temperature, 30 and is introduced into the catalytic device 40 without being oxidized.

이 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 배기 가스에 포함된 탄화수소는 탄화수소 트랩(44)에 흡장되게 된다. 상기 탄화수소 트랩(44)은 가솔린 직접 분사 엔진(10)에서 촉매 활성화 온도에 도달하기까지 발생하는 탄화수소를 모두 흡장할 수 있도록 설계될 수 있다. In this case, as shown in FIG. 2, the hydrocarbon contained in the exhaust gas is occluded in the hydrocarbon trap 44. The hydrocarbon trap 44 may be designed to store all of the hydrocarbons generated until the catalyst activation temperature is reached in the gasoline direct injection engine 10.

그 후, 배기 가스의 온도가 높아져서 탄화수소 탈착 온도에 도달하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 탄화수소 트랩(44)에 흡장된 탄화수소는 탈착되어 제2삼원촉매(46)로 이동하게 된다. 상기 탄화수소 트랩(44)에서 탈착된 탄화수소와 배기 가스에 포함된 탄화수소는 제2삼원촉매(46)에 의하여 산화되고, 이 과정에서 배기 가스에 포함된 질소산화물이 환원되며 암모니아가 생성되게 된다. 또한, 생성된 암모니아는 선택적 환원 촉매(48)로 이동하여 저장된다. 이 때, 암모니아의 생성을 촉진하기 위하여 상기 제어 유닛(50)은 인젝터(13)를 제어함으로써 배기 가스의 공연비를 농후(rich)하게 조절할 수 있다. 즉, 제어 유닛(50)은 탄화수소 트랩(44)에서 탄화수소가 탈착될 조건(즉, 배기 가스의 온도가 탄화수소 탈착 온도에 도달)을 만족하면, 배기 가스의 공연비를 농후하게 조절할 수 있다. 실험에 의하면, 암모니아는 공연비가 14.0~14.2 사이에서 많이 발생한다. 따라서, 제어 유닛(50)은 배기 가스의 공연비를 14.0~14.2 사이가 되도록 제어할 수 있다. Then, when the exhaust gas temperature rises and reaches the hydrocarbon desorption temperature, the hydrocarbon trapped in the hydrocarbon trap 44 is desorbed and moved to the second three-way catalyst 46, as shown in Fig. The hydrocarbons desorbed from the hydrocarbon trap 44 and the hydrocarbons contained in the exhaust gas are oxidized by the second three-way catalyst 46, and the nitrogen oxide contained in the exhaust gas is reduced and ammonia is produced. Further, the generated ammonia is transferred to and stored in the selective reduction catalyst 48. At this time, in order to promote the generation of ammonia, the control unit 50 can control the injector 13 to control the air-fuel ratio of the exhaust gas to be rich. That is, when the control unit 50 satisfies the condition under which the hydrocarbon is desorbed from the hydrocarbon trap 44 (that is, the temperature of the exhaust gas reaches the hydrocarbon desorption temperature), the control unit 50 can adjust the air-fuel ratio of the exhaust gas to a rich level. Experiments have shown that ammonia can occur at a high air-fuel ratio of between 14.0 and 14.2. Therefore, the control unit 50 can control the air-fuel ratio of the exhaust gas to be between 14.0 and 14.2.

이러한 상태에서, 질소산화물이 환원될 수 있는 조건(즉, 배기 가스에 포함된 질소산화물의 양이 많아지면)에 해당하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 선택적 환원 촉매(48)에 저장된 암모니아가 배기 가스에 포함된 질소산화물과 반응을 하며 상기 질소산화물을 질소기체로 환원시키게 된다. 이 때, 질소산화물의 환원 반응을 촉진하기 위하여 제어 유닛(50)은 배기 가스의 공연비를 연(lean)하게 조절할 수 있다. In this state, as shown in FIG. 4, if the amount of the nitrogen oxide is reduced (that is, the amount of nitrogen oxide contained in the exhaust gas becomes large), the ammonia stored in the selective reduction catalyst 48 Reacts with the nitrogen oxide contained in the exhaust gas and reduces the nitrogen oxide to nitrogen gas. At this time, the control unit 50 can adjust the air-fuel ratio of the exhaust gas to lean to promote the reduction reaction of nitrogen oxides.

이상에서 살펴본 바와 같이, 상기 촉매 장치(40)는 시동 초기와 같이 배기 가스의 온도가 낮은 경우 다량으로 발생하는 탄화수소를 저장하였다가 배기 가스의 온도가 높아지면 상기 저장된 탄화수소를 암모니아로 변환하여 배기 가스에 포함된 질소산화물을 저감할 수 있다. 따라서, 시동 초기에 발생할 수 있는 배기 가스의 정화 효율을 향상시키는 효과가 있다.
As described above, the catalytic device 40 stores hydrocarbons generated in a large amount when the temperature of the exhaust gas is low as in the initial stage of starting. When the temperature of the exhaust gas becomes high, the catalyst 40 converts the stored hydrocarbons to ammonia, It is possible to reduce nitrogen oxides contained in the exhaust gas. Therefore, there is an effect of improving the purification efficiency of the exhaust gas which may occur at the initial stage of starting.

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.
While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, And all changes to the scope that are deemed to be valid.

Claims (8)

기저층;
상기 기저층 상에 코팅되어 있으며, 온도에 따라 선택적으로 탄화수소를 흡장하거나 탈착하는 탄화수소 트랩;
상기 탄화수소 트랩 상에 코팅되어 있으며, 상기 탄화수소 트랩에서 탈착된 탄화수소 또는 배기 가스에 포함된 탄화수소를 이용한 촉매 반응으로 암모니아를 생성하는 삼원촉매; 그리고
상기 삼원촉매 상에 코팅되어 있으며, 상기 삼원촉매에서 생성된 암모니아를 저장하고, 배기 가스에 포함된 질소산화물을 상기 저장된 암모니아를 이용하여 질소기체로 환원시키는 선택적 환원 촉매;
를 포함하는 자동차 엔진의 촉매 장치.Base layer;
A hydrocarbon trap coated on the base layer and capable of selectively storing or desorbing hydrocarbons according to temperature;
A three-way catalyst coated on the hydrocarbon trap to produce ammonia by catalytic reaction using hydrocarbon desorbed from the hydrocarbon trap or hydrocarbon contained in the exhaust gas; And
A selective reduction catalyst coated on the three-way catalyst, for storing ammonia produced in the three-way catalyst and reducing nitrogen oxides contained in the exhaust gas to nitrogen gas using the stored ammonia;
Wherein the catalytic converter is a catalytic converter. 제1항에 있어서,
상기 탄화수소 트랩은 베타 제올라이트 또는 ZSM-5인 것을 특징으로 하는 자동차 엔진의 촉매 장치.The method according to claim 1,
Wherein the hydrocarbon trap is beta zeolite or ZSM-5. 제1항에 있어서,
상기 삼원촉매는 팔라듐을 포함하는 자동차 엔진의 촉매 장치.The method according to claim 1,
Wherein the three-way catalyst comprises palladium. 제1항에 있어서,
상기 선택적 환원 촉매는 구리 또는 철이 이온 결합된 제올라이트인 것을 특징으로 하는 자동차 엔진의 촉매 장치.The method according to claim 1,
Wherein the selective reduction catalyst is an ion-bonded zeolite of copper or iron. 연소실 내 가솔린을 분사하는 인젝터를 가지는 자동차 엔진;
상기 자동차 엔진에서 발생된 배기가스가 흘러가는 배기 파이프;
상기 자동차 엔진의 후단 배기 파이프에 장착되어 있으며, 배기 가스에 포함된 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물을 포함하는 유해물질을 산화-환원 반응에 의해 무해한 성분으로 변화시키는 제1삼원촉매; 그리고
상기 제1삼원촉매의 후단 배기 파이프에 장착되어 있으며, 배기 가스에 포함된 유해물질을 무해한 성분으로 변화시키는 촉매 장치;
를 포함하며,
상기 촉매 장치는
기저층;
상기 기저층 상에 코팅되어 있으며, 온도에 따라 선택적으로 탄화수소를 흡장하거나 탈착하는 탄화수소 트랩;
상기 탄화수소 트랩 상에 코팅되어 있으며, 상기 탄화수소 트랩에서 탈착된 탄화수소 또는 배기 가스에 포함된 탄화수소를 이용한 촉매 반응으로 암모니아를 생성하는 제2삼원촉매; 그리고
상기 제2삼원촉매 상에 코팅되어 있으며, 상기 제2삼원촉매에서 생성된 암모니아를 저장하고, 배기 가스에 포함된 질소산화물을 상기 저장된 암모니아를 이용하여 질소기체로 환원시키는 선택적 환원 촉매;
를 포함하는 배기 가스 정화 장치.An automobile engine having an injector for injecting gasoline in a combustion chamber;
An exhaust pipe through which the exhaust gas generated from the automobile engine flows;
A first three-way catalyst mounted on a rear end exhaust pipe of the automobile engine and converting harmful substances including carbon monoxide, hydrocarbons and nitrogen oxides contained in the exhaust gas into harmless components by oxidation-reduction reaction; And
A catalytic device mounted on a rear end exhaust pipe of the first three-way catalyst and converting a harmful substance contained in the exhaust gas into a harmless component;
/ RTI >
The catalyst device
Base layer;
A hydrocarbon trap coated on the base layer and capable of selectively storing or desorbing hydrocarbons according to temperature;
A second three-way catalyst coated on the hydrocarbon trap, the second three-way catalyst generating ammonia by a catalytic reaction using hydrocarbons desorbed from the hydrocarbon trap or hydrocarbons contained in the exhaust gas; And
A selective reduction catalyst coated on the second three-way catalyst, for storing ammonia produced in the second three-way catalyst and reducing nitrogen oxides contained in the exhaust gas to nitrogen gas using the stored ammonia;
And an exhaust gas purifying device for purifying exhaust gas. 제5항에 있어서,
상기 배기 가스 정화 장치는 배기가스의 공연비를 조절하는 제어 유닛을 더 포함하는 배기 가스 정화 장치.6. The method of claim 5,
Wherein the exhaust gas purifying apparatus further comprises a control unit for adjusting an air-fuel ratio of the exhaust gas. 제6항에 있어서,
상기 제어 유닛은 상기 탄화수소 트랩에서 탄화수소가 탈착될 조건에 해당되면 공연비를 농후하게 조절하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.The method according to claim 6,
Wherein the control unit controls the air-fuel ratio to be rich if the hydrocarbon trap is in a condition to desorb the hydrocarbon. 제6항에 있어서,
상기 제어 유닛은 상기 선택적 환원 촉매가 질소산화물을 환원시킬 조건에 해당되면 공연비를 연하게 조절하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
The method according to claim 6,
Wherein the control unit controls the air-fuel ratio to be soft when the selective reduction catalyst is in a condition for reducing nitrogen oxides.
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