KR20140076821A - Ａｏｃ촉매를 이용하여 암모니아 슬립을 정화하는 차량/엔진용 촉매정화장치 및 제어방법 - Google Patents

Ａｏｃ촉매를 이용하여 암모니아 슬립을 정화하는 차량/엔진용 촉매정화장치 및 제어방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20140076821A
KR20140076821A KR1020120145295A KR20120145295A KR20140076821A KR 20140076821 A KR20140076821 A KR 20140076821A KR 1020120145295 A KR1020120145295 A KR 1020120145295A KR 20120145295 A KR20120145295 A KR 20120145295A KR 20140076821 A KR20140076821 A KR 20140076821A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
aoc
exhaust gas
catalytic device
catalyst
ammonia slip
Prior art date
Application number
KR1020120145295A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101474281B1 (ko
Inventor
장진영
우영민
이영재
조종표
김강출
표영덕
김종남
윤형철
유지행
주종훈
Original Assignee
한국에너지기술연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국에너지기술연구원 filed Critical 한국에너지기술연구원
Priority to KR1020120145295A priority Critical patent/KR101474281B1/ko
Publication of KR20140076821A publication Critical patent/KR20140076821A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101474281B1 publication Critical patent/KR101474281B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/009—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2570/00—Exhaust treating apparatus eliminating, absorbing or adsorbing specific elements or compounds
    • F01N2570/14—Nitrogen oxides
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

본 발명은 ＡＯＣ촉매를 이용하여 암모니아 슬립을 정화하는 차량/엔진용 촉매정화장치 및 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가솔린과 암모니아 액상 연료를 각각 또는 혼합하여 사용되는 차량용 엔진에서 발생되는 배기가스의 암모니아 슬립을 설정조건에 따라 제 1 AOC 촉매장치와 제 2 AOC 촉매장치를 각각 또는 함께 사용하여 정화시킴으로써, 기존에 촉매 또는 SCR 촉매로 산화시키지 못하는 암모니아 슬립을 산화시키고, 상기 암모니아가 산화하면서 발생되는 NOX를 제 2 촉매장치에 의해 정화시켜 NOX가 외부로 배출되는 것을 최소화하여 배기가스 유해성분 배출기준치보다 낮아져 환경오염을 방지할 수 있는 특징이 있다.

Description

ＡＯＣ촉매를 이용하여 암모니아 슬립을 정화하는 차량/엔진용 촉매정화장치 및 제어방법{Application and Control Method of Aftertreatment System for Vehicle/Engine to Reduce Ammonia Slip using AOC}
본 발명은 ＡＯＣ촉매를 이용하여 암모니아 슬립을 정화하는 차량/엔진용 촉매정화장치 및 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가솔린과 암모니아 액상 연료를 각각 또는 혼합하여 사용되는 차량용 엔진에서 발생되는 배기가스의 암모니아 슬립을 설정조건에 따라 제 1 AOC 촉매장치와 제 2 AOC 촉매장치를 각각 또는 함께 사용하여 정화시킴으로써, 기존에 촉매 또는 SCR 촉매로 산화시키지 못하는 암모니아 슬립을 산화시키고, 상기 암모니아가 산화하면서 발생되는 NOX를 제 2 촉매장치에 의해 정화시켜 NOX가 외부로 배출되는 것을 최소화하여 배기가스 유해성분 배출기준치보다 낮아져 환경오염을 방지할 수 있는 ＡＯＣ촉매를 이용하여 암모니아 슬립을 정화하는 차량/엔진용 촉매정화장치 및 제어방법에 관한 것이다.
일반적인 가솔린 차량의 엔진 후처리 장치는 엔진을 작동시 발생되는 배기가스가 외부로 배출되기 전에 1차 촉매처리, 2차 촉매처리 후 배기가스를 저감한 후에 배출된다.
여기서, 상기 1차 촉매는 촉매온도가 250도 이상 되어야 배기가스 저감 능력이 제대로 나타나게 된다. 따라서 냉 시동을 포함한 시동시에 발생하는 미연가스의 정화가 빨리 진행될 수 있도록 하기 위하여 엔진에 제일 가까이 설치하는 촉매장치이다.
그리고, 상기 2차 촉매는 1차 촉매에 의해 다 정화되지 않은 배기가스를 처리하기 위하여 설치된 촉매장치이다. 마지막으로 상기 2차 촉매장치의 후단부에 설치되어 배기소음을 줄이기 위하여 소음기가 더 설치된다.
그리고, 일반적인 엔진에서 배출된 배기 가스내의 NOX를 환원시키는 요소 SCR시스템이 개발되었다. 이 요소 SCR시스템은 요소수의 가수분해로 발생된 암모니아(NH3) 와 NOX 사이의 화학 반응으로 NOX 을 질소(N2)와 물(H2O)로 전환시키는 SCR 촉매를 사용한다.
여기서, 상기 SCR 촉매는 엔진과 머플러 사이에서 배기 가스 통로에 제공된다. 또한, 산화 촉매와 요소수를 배기 가스에 분사하기 위한 분사 밸브가 SCR 촉매의 상류측에 제공된다. 산화 촉매는 배기가스 내의 탄화수소(HC)와 일산화탄소(CO)를 물(H2O)과 이산화탄소(CO2)로 산화시키며 또한 산화질소(NO)의 이산화질소(NO2)로의 산화를 촉진시킨다.
또한 배기가스 내의 탄소와 같은 미립자 물질(PM)을 줄이기 위한 DPF(diesel particulate filter)가 엔진과 머플러 사이에서 배기 가스 통로에 제공된다. 상기 요소 SCR 시스템과 DPF 를 포함하는 배기가스 정화 장치는 엔진과 머플러 사이에서 제공되는 많은 구성 요소들을 가지며 또한 그러한 구성요소들을 차량에 설치하기 위한 큰 공간을 필요로 한다. 그러므로, 요소 SCR 시스템은 그 크기가 작아져야 하고 또한 요소수의 사용량에 대해 효율적으로 NOX 환원을 달성해야 한다.
그리고, 배기가스 내의 PM 을 여과하는 기능을 갖는 백금 함유 예비 촉매, 이 백금 함유 예비촉매의 하류측에 제공되는 SCR 촉매, 백금 함유 예비촉매의 상류측에 제공되어 암모니아나 요소를 공급하는 제 1 공급 장치 및 백금 함유 예비촉매와 SCR 촉매 사이에 제공되어 암모니아나 요소를 공급하는 제 2 공급 장치를 포함하는 배기가스 정화 장치가 개시되어 있다. 상기 백금 함유 예비 촉매는 약 250℃ 미만의 온도에서 환원 촉매로서 기능하고 또한 약 250℃ 이상의 온도에서는 산화 촉매로서 기능한다. SCR 촉매는 약 250℃ 이상의 온도에서 환원 촉매로서 활성화된다.
상기 배기 가스의 온도가 220℃∼270℃ 의 T1 에 있을 때, 암모니아 또는 요소가 제 1 공급 장치에서 공급되고, 그리고 나서 암모니아 또는 백금 함유 예비 촉매에서 요소의 가수분해로 발생된 암모니아가 배기 가스내의 NOX 를 환원시킨다. 배기 가스의 온도가 T1 을 초과하면, 암모니아 또는 요소가 제 2 공급 장치에서 공급되고, 그리고 나서 암모니아 또는 요소의 가수분해로 SCR 촉매에서 발생된 암모니아가 배기 가스내의 NOX 를 환원시킨다. 백금 함유 예비 촉매에서 암모니아의 산화는 제 2 공급 장치에서 암모니아 또는 요소를 공급함으로써 방지된다. 따라서, 상기 배기가스 정화 장치는 공급된 암모니아 또는 요소를 NOX 의 환원에 효율적으로 사용한다.
그러나, 상기 배기가스 정화 장치에서 요소가 제 1 공급 장치나 제 2 공급 장치에서 공급될 때, 공급된 요소가 백금 함유 예비 촉매나 SCR 촉매에 도달하기 전에 그 백금 함유 예비 촉매 또는 SCR 촉매의 상류 측에 머무는 시간은 요소가 암모니아로 가수분해되기에 충분히 긴 시간을 확보하기 위해서는 길어야 한다. 제 1 공급 장치와 백금 함유 예비 촉매 사이의 거리와 제 2 공급 장치와 SCR 촉매 사이의 거리는 요소의 가수분해를 위해 각각 충분히 길어야 한다. 그러므로 상기 장치는 그의 길이가 증가되어야 하며 또한 장치를 작게 만드는 것이 어렵다는 문제가 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2011-0025133호 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0042778호 대한민국 등록특허공보 제10-0642701호
따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서,
가솔린과 암모니아 액상 연료를 각각 또는 혼합하여 사용되는 차량용 엔진에서 발생되는 배기가스의 암모니아 슬립을 설정조건에 따라 제 1 AOC 촉매장치와 제 2 AOC 촉매장치를 각각 또는 함께 사용하여 정화시킴으로써, 기존에 촉매 또는 SCR 촉매로 산화시키지 못하는 암모니아 슬립을 산화시키고, 상기 암모니아가 산화하면서 발생되는 NOX를 제 2 촉매장치에 의해 정화시켜 NOX가 외부로 배출되는 것을 최소화하여 배기가스 유해성분 배출기준치보다 낮아져 환경오염을 방지할 수 있는 ＡＯＣ촉매를 이용하여 암모니아 슬립을 정화하는 차량/엔진용 촉매정화장치 및 제어방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하고자, 본 발명은 가솔린과 암모니아 액상 연료를 각각 또는 혼합하여 사용되는 차량용 엔진에서 발생되는 배기가스의 암모니아(NH₃) 슬립 정화장치에 있어서,
상기 차량용 엔진에서 발생되는 배기가스를 1차 정화하는 제 1 촉매장치와;
상기 제 1 촉매장치와 근접해서 설치되어 제 1 촉매장치에서 정화된 배기가스 내의 암모니아 슬립을 AOC 산화촉매에 의해 산화시키는데, 배기가스의 온도가 설정범위 내에 있을 시, 사용되는 제 1 AOC 촉매장치와;
상기 제 1 촉매장치와 연결되되, 상기 제 1 촉매장치에서 제 1 AOC 촉매장치보다 멀리 구비되어 제 1 촉매장치에서 정화된 배기가스 내의 암모니아 슬립을 AOC 산화촉매에 의해 산화시키는데, 배기가스의 온도가 설정범위 이상 시에 사용되는 제 2 AOC 촉매장치와;
상기 제 1 AOC 촉매장치 또는 제 2 AOC 촉매장치에서 정화된 배기가스를 2차 정화하는 제 2 촉매장치;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 ＡＯＣ촉매를 이용하여 암모니아 슬립을 정화하는 차량용 촉매정화장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 ＡＯＣ촉매를 이용하여 암모니아 슬립을 정화하는 차량용 촉매정화장치의 제어방법에 있어서,
엔진에서 발생된 배기가스가 제 1 촉매장치에서 1차 정화된 뒤, 차량과 배기가스의 설정조건에 따라 배기가스를 제 1 AOC 촉매장치와 제 2 AOC 촉매장치에 선택적으로 전달하는 단계(S100);
상기 배기가스를 선택적으로 전달하는 단계(S100)에서, 차량의 초기시동시 또는 배기가스의 온도가 설정범위 시 제 1 솔레노이드밸브는 ON, 제 2 솔레노이드밸브는 OFF 하여 제 1 AOC 촉매장치에서 배기가스 내의 암모니아 슬립을 산화하는 단계(S200);
상기 배기가스를 선택적으로 전달하는 단계(S100)에서, 차량의 급발진/급가속시 또는 배기가스의 온도가 설정범위 이상의 고온시 제 1 솔레노이드밸브는 OFF, 제 2 솔레노이드밸브는 ON 하여 제 2 AOC 촉매장치에서 배기가스 내의 암모니아 슬립을 산화하는 단계(S300);
상기 제 2 AOC 촉매장치에서 산화된 배기가스가 제 2 촉매장치에서 2차 정화된 후, 소음기를 거쳐 외부로 배출되는 단계(S400);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 ＡＯＣ촉매를 이용하여 암모니아 슬립을 정화하는 차량용 촉매정화장치의 제어방법에 관한 것이다.
이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 ＡＯＣ촉매를 이용하여 암모니아 슬립을 정화하는 차량/엔진용 촉매정화장치 및 제어방법은 가솔린과 암모니아 액상 연료를 각각 또는 혼합하여 사용되는 차량용 엔진에서 발생되는 배기가스의 암모니아 슬립을 설정조건에 따라 제 1 AOC 촉매장치와 제 2 AOC 촉매장치를 각각 또는 함께 사용하여 정화시킴으로써, 기존에 촉매 또는 SCR 촉매로 산화시키지 못하는 암모니아 슬립을 산화시키고, 상기 암모니아가 산화하면서 발생되는 NOX를 제 2 촉매장치에 의해 정화시켜 NOX가 외부로 배출되는 것을 최소화하여 배기가스 유해성분 배출기준치보다 낮아져 환경오염을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 ＡＯＣ촉매를 이용하여 암모니아 슬립을 정화하는 차량용 촉매정화장치를 나타낸 개략도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 ＡＯＣ촉매를 이용하여 암모니아 슬립을 정화하는 차량용 촉매정화장치의 제어방법을 나타낸 순서도이다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.
본 발명은 가솔린과 암모니아 액상 연료를 각각 또는 혼합하여 사용되는 차량용 엔진에서 발생되는 배기가스의 암모니아(NH₃) 슬립 정화장치에 있어서,
상기 차량용 엔진에서 발생되는 배기가스를 1차 정화하는 제 1 촉매장치와;
상기 제 1 촉매장치와 근접해서 설치되어 제 1 촉매장치에서 정화된 배기가스 내의 암모니아 슬립을 AOC 산화촉매에 의해 산화시키는데, 배기가스의 온도가 설정범위 내에 있을 시, 사용되는 제 1 AOC 촉매장치와;
상기 제 1 촉매장치와 연결되되, 상기 제 1 촉매장치에서 제 1 AOC 촉매장치보다 멀리 구비되어 제 1 촉매장치에서 정화된 배기가스 내의 암모니아 슬립을 AOC 산화촉매에 의해 산화시키는데, 배기가스의 온도가 설정범위 이상 시에 사용되는 제 2 AOC 촉매장치와;
상기 제 1 AOC 촉매장치 또는 제 2 AOC 촉매장치에서 정화된 배기가스를 2차 정화하는 제 2 촉매장치;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 ＡＯＣ촉매를 이용하여 암모니아 슬립을 정화하는 차량용 촉매정화장치의 제어방법에 있어서,
엔진에서 발생된 배기가스가 제 1 촉매장치에서 1차 정화된 뒤, 차량과 배기가스의 설정조건에 따라 배기가스를 제 1 AOC 촉매장치와 제 2 AOC 촉매장치에 선택적으로 전달하는 단계(S100);
상기 배기가스를 선택적으로 전달하는 단계(S100)에서, 차량의 초기시동시 또는 배기가스의 온도가 설정범위 시 제 1 솔레노이드밸브는 ON, 제 2 솔레노이드밸브는 OFF 하여 제 1 AOC 촉매장치에서 배기가스 내의 암모니아 슬립을 산화하는 단계(S200);
상기 배기가스를 선택적으로 전달하는 단계(S100)에서, 차량의 급발진/급가속시 또는 배기가스의 온도가 설정범위 이상의 고온시 제 1 솔레노이드밸브는 OFF, 제 2 솔레노이드밸브는 ON 하여 제 2 AOC 촉매장치에서 배기가스 내의 암모니아 슬립을 산화하는 단계(S300);
상기 제 2 AOC 촉매장치에서 산화된 배기가스가 제 2 촉매장치에서 2차 정화된 후, 소음기를 거쳐 외부로 배출되는 단계(S400);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 더욱 명확히 설명될 수 있을 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, "제 1(first)", "제 2(second)"와 같은 용어는 설명을 위해 본원 및 첨부 청구항들에 사용되고 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 ＡＯＣ촉매를 이용하여 암모니아 슬립을 정화하는 차량용 촉매정화장치를 나타낸 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 ＡＯＣ촉매를 이용하여 암모니아 슬립을 정화하는 차량용 촉매정화장치의 제어방법을 나타낸 순서도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 ＡＯＣ촉매를 이용하여 암모니아 슬립을 정화하는 차량용 촉매정화장치는 가솔린과 암모니아 액상 연료를 각각 또는 혼합하여 사용되는 차량용 엔진에서 발생되는 배기가스의 유해물질과 암모니아(NH₃) 슬립을 정화하는 장치로써, 제 1 촉매장치(10)와, 제 1 AOC 촉매장치(20)와, 제 2 AOC 촉매장치(30) 및 제 2 촉매장치(40)로 구성된다. 이때, 상기 구성품은 엔진(1)에 연결된 배기가스 이송관(70)에 의해 연결된다.
상기 제 1 촉매장치(10)와 제 2 촉매장치(40)는 통상의 촉매제가 내포된 촉매장치로 엔진(1)에서 발생된 배기가스가 통과되면서 배기가스 내의 유해물질을 정화시키고, 상기 제 1 촉매장치(10)는 엔진(1)에서 제일 근접한 위치에 구비되며, 상기 제 2 촉매장치(40)는 엔진(1)에서 제일 먼 곳에 위치하여 마지막에 배출되는 배기가스를 한번 더 정화시킨다.
여기서, 상기 제 1 촉매장치(10)와 제 2 촉매장치(40)의 촉매제는 통상의 산화촉매, SCR촉매 등이 내포되어 있고, 이때, 상기 "SCR"은 환원제와 질소 산화물의 촉매 반응이 발생하여 질소 산화물, 즉 N2O를 N2로 환원시키는 선택적 촉매작용 환원을 의미한다. 환원제는 배출 가스 내의 탄화수소가 환원 작용제로서 기능할 수 있기 때문에 외부, 내부 또는 외부 및 내부 공급원의 조합을 통해 공급될 수 있다. 이하에 설명되는 바와 같이, SCR 촉매는 NOX와의 반응시 환원되지만 단독으로 환원촉매일 필요는 없다. 산화 반응이 일어날 수 있다.
상기 제 1 AOC 촉매장치(20)는 도 1에 도시한 바와 같이, 제 1 촉매장치(10)와 근접 즉, 제 2 AOC 촉매장치(30)보다 가까운 거리(H₁)에 설치되어 제 1 촉매장치(10)에서 정화된 배기가스 내의 암모니아(NH₃) 슬립(slip)을 AOC 산화촉매에 의해 산화시키는데, 배기가스의 온도가 설정범위 내에 있을 시, 제 1 AOC 촉매장치(20)를 사용한다. 이때, 상기 AOC란 Ammonia Oxidation Catalyst의 약자로써, 암모니아 산화 촉매라는 뜻으로 암모니아를 산화시키는 촉매인 것이다.
여기서, 상기 제 1 촉매장치(10)의 배출구 측에 연결된 배기가스 이송관(70)이 분기되어 하나의 배기가스 이송관(70)은 제 1 AOC 촉매장치(20)와 연결되고, 다른 배기가스 이송관(70)은 제 2 AOC 촉매장치(30)와 연결되어 제 1 촉매장치(10)에서 정화된 배기가스가 설정조건에 따라 제 1 AOC 촉매장치(20)와 제 2 AOC 촉매장치(30)에 각각 전달된다. 이때, 설정조건에 대한 기술은 이하의 제어방법에서 상세히 설명한다.
그리고, 상기 제 1 AOC 촉매장치(20)의 배출구 측에 연결되는 배기가스 이송관(70)은 배기가스의 암모니아 슬립이 제 1 AOC 촉매장치(20)에서 1차 산화된 뒤, 제 2 AOC 촉매장치(30)에서 2차 산화되도록 제 2 AOC 촉매장치(30)의 입구 측 배기가스 이송관(70)에 연결된다. 이때, 상기 제 1 AOC 촉매장치(20)에 연결된 배기가스 이송관(70)은 바이패스 관 형태로 양측이 연결된다.
상기 제 2 AOC 촉매장치(30)는 도 1에 도시한 바와 같이, 제 1 촉매장치(10)와 배기가스 이송관(70)에 의해 연결되는데, 이때, 상기 제 1 촉매장치(10)에서 제 1 AOC 촉매장치(20)보다 멀리(H₂) 구비되어 제 1 촉매장치(10)에서 정화된 배기가스 내의 암모니아 슬립을 AOC 산화촉매에 의해 산화시키고, 이때, 배기가스의 온도가 설정범위 이상 시에 제 2 AOC 촉매장치(30)가 사용된다.
여기서, 상기 제 2 AOC 촉매장치(30)는 제 1 AOC 촉매장치(20)와 연결된 배기가스 이송관에서 분기된 다른 배기가스 이송관(70)과 연결되어 제 1 촉매장치(10)에서 정화된 배기가스가 설정조건에 따라 제 1 AOC 촉매장치(20)와 제 2 AOC 촉매장치(30)에 각각 전달된다. 이때, 설정조건에 대한 기술은 이하의 제어방법에서 상세히 설명한다.
그리고, 상기 제 2 AOC 촉매장치(30)의 배출구 측에 연결된 배기가스 이송관(70)은 제 2 촉매장치(40)와 연결되어 2차까지 산화시킨 배기가스가 전달되는 것이다.
한편, 상기 제 1 촉매장치(10)의 배출구 측에는 배기가스가 설정조건에 따라 제 1 AOC 촉매장치(20)와 제 2 AOC 촉매장치(30)에 각각 전달되도록 배기가스 이송관(70)이 분기되어 각각 연결되는데, 상기 분기된 배기가스 이송관(70)에는 설정조건에 따라 제 1 AOC 촉매장치(20)와 제 2 AOC 촉매장치(30)에 이송되는 배기가스를 제어할 수 있도록 제 1 솔레노이드밸브(51)와 제 2 솔레노이드밸브(52)가 각각 설치된다.
여기서, 상기 제 1 솔레노이드밸브(51)와 제 2 솔레노이드밸브(52)는 설정조건에 따라 배기가스 이송관(70)을 개폐하도록 제어하는 제어부(50)가 더 형성되고, 상기 제어부(50)는 도 1에서처럼, 엔진(1) 및 엔진(1)의 배출구 측에 설치된 온도센서(53)에서 신호를 전달받아 입력된 설정조건에 따라 제 1 솔레노이드밸브(51)와 제 2 솔레노이드밸브(52)를 제어하는 것이다.
한편, 상기 제 2 촉매장치(40)의 배출구 측에는 도 1에서처럼, 마지막으로 정화된 배기가스가 외부로 배출 전에 이송시, 발생하는 소음을 저감시키기 위해 소음기(60)가 더 설치된다.
이하에서는 상기에서 기술한 ＡＯＣ촉매를 이용하여 암모니아 슬립을 정화하는 차량용 촉매정화장치의 제어방법에 대해 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 ＡＯＣ촉매를 이용하여 암모니아 슬립을 정화하는 차량용 촉매정화장치의 제어방법은 먼저, 엔진(1)에서 발생된 배기가스가 제 1 촉매장치(10)에서 1차 정화된 뒤, 차량의 엔진(1)운동과 배기가스의 설정조건에 따라 배기가스를 제 1 AOC 촉매장치(20)와 제 2 AOC 촉매장치(30)에 선택적으로 전달한다.(S100)
상기 선택 중, 상기 차량의 초기시동시 또는 배기가스의 온도가 설정범위 시 제 1 솔레노이드밸브(51)는 ON 하고, 제 2 솔레노이드밸브(52)는 OFF 하여 제 1 촉매장치(10)에서 1차 정화된 배기가스를 제 1 AOC 촉매장치(20)에 전달하여 상기 제 1 AOC 촉매장치(20)에서 배기가스 내의 암모니아 슬립을 산화한다.(S200) 이때, 상기 차량의 초기시동상태일 때 배기가스의 압력이 저부하(저압)로써 배기가스의 온도가 저온인 상태를 뜻한다. 즉, 운전자가 시동 후 곧바로 출발하는 경우에는 냉각수 온도가 40도에 도달하지 못하기에 제 1 AOC 촉매장치(20)를 사용한다. 그리고, 상기 배기가스의 설정온도는 200 ~ 300℃ 범위로써, AOC 산화촉매의 열화가 발생되지 않는 온도범위이다.
또한, 상기 제 1 AOC 촉매장치(20)에서 암모니아 슬립을 1차 산화한 배기가스는 배기가스 이송관(70)을 따라 제 2 AOC 촉매장치(30)에 전달되어 2차 산화된 뒤, 제 2 촉매장치(40)에 전달된다.
한편, 상기 배기가스를 선택적으로 전달하는데, 차량의 급발진/급가속시 또는 배기가스의 온도가 설정범위 이상의 고온시 제 1 솔레노이드밸브(51)는 OFF 하고, 제 2 솔레노이드밸브(52)는 ON 하여 제 1 촉매장치(10)에서 1차 정화된 배기가스를 제 2 AOC 촉매장치(30)에 전달하여 상기 제 2 AOC 촉매장치(30)에서 배기가스 내의 암모니아 슬립을 산화한다.(S300) 이때, 차량의 급발진/급가속 상태일 때, 배기가스의 압력이 고부하로써 배기가스의 온도가 고온인 상태이고, 상기 배기가스의 온도는 400℃ 이상이다. 그리고, 상기 제 2 AOC 촉매장치(30)의 사용은 냉각수 온도가 40℃ 이상이거나 스로틀 개도가 60%이상일 때 사용된다.
여기서, 상기 냉각수 온도 40℃라는 것은 아이들 상태의 안정화 및 AOC가 충분히 암모니아를 산화시킬 수 있는 배기 온도인 400℃에 도달했다는 판단조건으로 제 1 촉매장치(10)를 지난 배기가스 온도가 400℃ 이상이 되면 AOC에 의한 암모니아 산화가 충분히 잘 되기 때문에 제 1 AOC 촉매장치(20)를 거치지 않고 바로 제 2 AOC 촉매장치(30)로 가게 하는 것이다.
그리고, 대부분의 가솔린 차량에서 스로틀 개도 60%는 엔진 출력 기준으로 최대출력의 70%이상을 의미하고, 그때 발생하는 배기 가스의 온도(제 1 촉매장치 후단)가 700℃를 넘을 수 있다. 이때, 배기가스 온도가 700℃가 넘으면 AOC촉매를 손상시킬 가능성이 커지기 때문에 제 1 촉매장치(10)와 가까운 제 1 AOC 촉매장치(20)의 AOC 산화촉매를 보호하기 위하여 제 1 AOC 촉매장치(20)를 건너뛰고, 상기 제 1 촉매장치(10)에서 제 1 AOC 촉매장치(20)의 설치거리(H₁)보다 먼 거리(H₂)에 설치되는 제 2 AOC 촉매장치(30)에 전달되는데, 배기가스의 온도가 고온이기에 이송과정에서 온도가 낮아져 AOC 촉매의 열화가 방지된다.
마지막으로 상기 제 2 AOC 촉매장치(30)에서 산화된 배기가스가 제 2 촉매장치(40)에서 2차 정화된 후, 소음기(60)를 거쳐 외부로 배출된다.(S400)
10 : 제 1 촉매장치 20 : 제 1 AOC 촉매장치
30 : 제 2 AOC 촉매장치 40 : 제 2 촉매장치
50 : 제어부 51 : 제 1 솔레노이드밸브
52 : 제 2 솔레노이드밸브 53 : 온도센서
60 : 소음기 70 : 배기가스 이송관

Claims (11)

  1. 가솔린과 암모니아 액상 연료를 각각 또는 혼합하여 사용되는 차량용 엔진에서 발생되는 배기가스의 암모니아(NH₃) 슬립 정화장치에 있어서,
    상기 차량용 엔진(1)에서 발생되는 배기가스를 1차 정화하는 제 1 촉매장치(10)와;
    상기 제 1 촉매장치(10)와 근접(H₁)해서 설치되어 제 1 촉매장치(10)에서 정화된 배기가스 내의 암모니아 슬립을 AOC 산화촉매에 의해 산화시키는데, 배기가스의 온도가 설정범위 내에 있을 시, 사용되는 제 1 AOC 촉매장치(20)와;
    상기 제 1 촉매장치(10)와 연결되되, 상기 제 1 촉매장치(10)에서 제 1 AOC 촉매장치(20)보다 멀리(H₂) 구비되어 제 1 촉매장치(10)에서 정화된 배기가스 내의 암모니아 슬립을 AOC 산화촉매에 의해 산화시키는데, 배기가스의 온도가 설정범위 이상 시에 사용되는 제 2 AOC 촉매장치(30)와;
    상기 제 1 AOC 촉매장치(20) 또는 제 2 AOC 촉매장치(30)에서 정화된 배기가스를 2차 정화하는 제 2 촉매장치(40);
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 ＡＯＣ촉매를 이용하여 암모니아 슬립을 정화하는 차량용 촉매정화장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 촉매장치(10)와 제 1 AOC 촉매장치(20)와 제 2 AOC 촉매장치(30) 및 제 2 촉매장치(40)는 엔진에서부터 배기가스 이송관(70)에 의해 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 ＡＯＣ촉매를 이용하여 암모니아 슬립을 정화하는 차량용 촉매정화장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 촉매장치(10)의 배출구 측에는 배기가스가 설정조건에 따라 제 1 AOC 촉매장치(20)와 제 2 AOC 촉매장치(30)에 각각 전달되도록 배기가스 이송관(70)이 분기되어 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 ＡＯＣ촉매를 이용하여 암모니아 슬립을 정화하는 차량용 촉매정화장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 분기된 배기가스 이송관(70)에는 설정조건에 따라 제 1 AOC 촉매장치(20)와 제 2 AOC 촉매장치(30)에 이송되는 배기가스를 제어할 수 있도록 제 1 솔레노이드밸브(51)와 제 2 솔레노이드밸브(52)가 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 ＡＯＣ촉매를 이용하여 암모니아 슬립을 정화하는 차량용 촉매정화장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제 1 솔레노이드밸브(51)와 제 2 솔레노이드밸브(52)는 설정조건에 따라 배기가스 이송관(70)을 개폐하도록 제어하는 제어부(50)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 ＡＯＣ촉매를 이용하여 암모니아 슬립을 정화하는 차량용 촉매정화장치.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 제 1 AOC 촉매장치(20)와 연결된 배기가스 이송관(70)은 배기가스의 암모니아 슬립이 제 1 AOC 촉매장치(20)에서 1차 산화된 뒤, 제 2 AOC 촉매장치(30)에서 2차 산화되도록 제 2 AOC 촉매장치(30)의 입구 측 배기가스 이송관(70)에 연결되는 것을 특징으로 하는 ＡＯＣ촉매를 이용하여 암모니아 슬립을 정화하는 차량용 촉매정화장치.
  7. ＡＯＣ촉매를 이용하여 암모니아 슬립을 정화하는 차량용 촉매정화장치의 제어방법에 있어서,
    엔진(1)에서 발생된 배기가스가 제 1 촉매장치(10)에서 1차 정화된 뒤, 차량과 배기가스의 설정조건에 따라 배기가스를 제 1 AOC 촉매장치(20)와 제 2 AOC 촉매장치(30)에 선택적으로 전달하는 단계(S100);
    상기 배기가스를 선택적으로 전달하는 단계(S100)에서, 차량의 초기시동시 또는 배기가스의 온도가 설정범위 시 제 1 솔레노이드밸브(51)는 ON, 제 2 솔레노이드밸브(52)는 OFF 하여 제 1 AOC 촉매장치(20)에서 배기가스 내의 암모니아 슬립을 산화하는 단계(S200);
    상기 배기가스를 선택적으로 전달하는 단계(S100)에서, 차량의 급발진/급가속시 또는 배기가스의 온도가 설정범위 이상의 고온시 제 1 솔레노이드밸브(51)는 OFF, 제 2 솔레노이드밸브(52)는 ON 하여 제 2 AOC 촉매장치(30)에서 배기가스 내의 암모니아 슬립을 산화하는 단계(S300);
    상기 제 2 AOC 촉매장치(30)에서 산화된 배기가스가 제 2 촉매장치(40)에서 2차 정화된 후, 소음기(60)를 거쳐 외부로 배출되는 단계(S400);
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 ＡＯＣ촉매를 이용하여 암모니아 슬립을 정화하는 차량용 촉매정화장치의 제어방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제 1 AOC 촉매장치(20)에 의해 배기가스 내의 암모니아 슬립을 산화하는 단계(S200)에서,
    상기 제 1 AOC 촉매장치(20)의 사용은 배기가스의 온도가 200 ~ 300℃일 때 사용하는 것을 특징으로 하는 ＡＯＣ촉매를 이용하여 암모니아 슬립을 정화하는 차량용 촉매정화장치의 제어방법.
  9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 제 1 AOC 촉매장치(20)에서 암모니아 슬립을 1차 산화한 배기가스는 제 2 AOC 촉매장치(30)에 전달되어 2차 산화된 뒤, 제 2 촉매장치(40)에 전달되는 것을 특징으로 하는 ＡＯＣ촉매를 이용하여 암모니아 슬립을 정화하는 차량용 촉매정화장치의 제어방법.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 제 2 AOC 촉매장치(30)에 의해 배기가스 내의 암모니아 슬립을 산화하는 단계(S300)에서,
    상기 제 2 AOC 촉매장치(30)의 사용은 스로틀 개도 60%이상이거나 배기가스의 온도가 700℃ 이상 또는 냉각수 온도가 40℃ 이상일 때 사용하는 것을 특징으로 하는 ＡＯＣ촉매를 이용하여 암모니아 슬립을 정화하는 차량용 촉매정화장치의 제어방법.
  11. 제 7항 또는 제 10항에 있어서,
    상기 제 2 AOC 촉매장치(30)는 제 1 촉매장치(10)에서 제 1 AOC 촉매장치(20)의 설치거리(H₁)보다 먼 거리(H₂)에 구비됨으로써, 배기가스의 온도가 고온이라도 이송과정에서 온도가 낮아져 AOC 촉매의 열화가 방지되면서 암모니아 슬립을 산화시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 ＡＯＣ촉매를 이용하여 암모니아 슬립을 정화하는 차량용 촉매정화장치의 제어방법.
KR1020120145295A 2012-12-13 2012-12-13 Ａｏｃ촉매를 이용하여 암모니아 슬립을 정화하는 차량/엔진용 촉매정화장치 및 제어방법 KR101474281B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120145295A KR101474281B1 (ko) 2012-12-13 2012-12-13 Ａｏｃ촉매를 이용하여 암모니아 슬립을 정화하는 차량/엔진용 촉매정화장치 및 제어방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120145295A KR101474281B1 (ko) 2012-12-13 2012-12-13 Ａｏｃ촉매를 이용하여 암모니아 슬립을 정화하는 차량/엔진용 촉매정화장치 및 제어방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140076821A true KR20140076821A (ko) 2014-06-23
KR101474281B1 KR101474281B1 (ko) 2014-12-18

Family

ID=51128968

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120145295A KR101474281B1 (ko) 2012-12-13 2012-12-13 Ａｏｃ촉매를 이용하여 암모니아 슬립을 정화하는 차량/엔진용 촉매정화장치 및 제어방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101474281B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101907685B1 (ko) 2016-12-07 2018-10-12 현대오트론 주식회사 Nh3 슬립 방지 시스템 및 방법

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005002968A (ja) 2003-06-16 2005-01-06 Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp 内燃機関の排気浄化装置
JP4290032B2 (ja) 2004-02-18 2009-07-01 日産ディーゼル工業株式会社 排気浄化装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR101474281B1 (ko) 2014-12-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6114305B2 (ja) 排気後処理システム及びそのシステムを操作する方法
US20100101218A1 (en) NOx PURIFICATION SYSTEM AND METHOD FOR CONTROL OF NOx PURIFICATION SYSTEM
JP5846488B2 (ja) 内燃機関の排気浄化装置
KR20150096328A (ko) 내연기관
US20090056319A1 (en) Exhaust Aftertreatment System with Pre-Catalysis
US8327624B2 (en) System for purifying exhaust gas
KR101158816B1 (ko) 디젤 차량의 배기 장치
EP2216520A1 (en) Exhaust gas purifying apparatus and method for regenerating particulate filter thereof
EP2977578B1 (en) Exhaust purification device for internal combustion engine
EP3075975B1 (en) Exhaust gas purification device for internal combustion engine
US20090133389A1 (en) Exhaust emission control device
KR101398569B1 (ko) 배기가스 유로의 구조에 따라 ａｏｃ촉매를 이용하여 암모니아 슬립을 정화하는 차량의 엔진용 촉매정화장치 및 제어방법
EP3607178B1 (en) Method and system for the removal of noxious compounds from engine exhaust gas
KR101474281B1 (ko) Ａｏｃ촉매를 이용하여 암모니아 슬립을 정화하는 차량/엔진용 촉매정화장치 및 제어방법
CN110709589B (zh) 喷射装置
WO2018230521A1 (ja) 排気ガス浄化システムおよび堆積量推定方法
KR20140089229A (ko) 연료로 암모니아를 사용하는 ｄｕａｌ 또는 ｂｉ―ｆｕｅｌ 엔진에서 발생되는 배기가스의 암모니아 슬립을 설정기준에 맞추는 제어방법
CN109386364B (zh) 废气净化系统
JP7354976B2 (ja) 内燃機関の排気浄化システム
JP2019190425A (ja) 排気浄化装置および車両
JP2019190423A (ja) 排気浄化装置および車両
JP2016133007A (ja) 排気処理システム及び排気処理方法
CN110770420A (zh) 废气净化系统
JP2022054626A (ja) 内燃機関の排気浄化システム
JP2019007402A (ja) 排気ガス浄化システムおよび排気ガス浄化システムの昇温制御方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171204

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180918

Year of fee payment: 5