KR20180041195A - 배기 처리 시스템 및 배기가스 스트림 처리 방법 - Google Patents

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KR20180041195A
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마그너스 닐슨
헨릭 비르거슨
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스카니아 씨브이 악티에볼라그
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Abstract

배기 스트림의 처리를 위해 배치되는 배기 처리 시스템이 제시된다. 본 발명에 따르면 배기 처리 시스템은 다음을 포함한다: 제1 환원 촉매 장치로, 상기 배기 스트림이 상기 제1 환원 촉매 장치에 도달할 때 상기 배기 스트림에 포함되어 있는, 일산화탄소 및 탄화수소 중 하나 이상을 포함하는 화합물을 사용하여, 상기 배기 스트림 내 질소산화물(NOx)을 환원하도록 배치되는 제1 환원 촉매 장치; 상기 배기 스트림 내 그을음 입자들을 포집 및 산화시키도록, 상기 제1 환원 촉매 장치의 하류에 배치되는 입자 필터; 상기 입자 필터의 하류에 배치되고, 암모니아 또는 상기 배기 스트림에 암모니아를 추출 및/또는 방출할 수 있는 물질을 포함하는 첨가제를 공급하도록 배치되는 제2 주입 장치; 및 상기 제2 주입장치의 하류에 배치되고, 상기 첨가제를 사용하여 상기 배기 스트림 내 질소산화물(NOx)을 환원하도록 배치되는 제2 환원 촉매 장치.

Description

배기 처리 시스템 및 배기가스 스트림 처리 방법
본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 배기 처리 시스템과, 청구항 제23항의 전제부에 따른 배기 스트림 처리 방법에 관한 것이다.
본 발명은 본 발명에 따른 방법을 구현하는, 컴퓨터 프로그램 및 컴퓨터 프로그램 제품에도 관한 것이다.
아래에 기재되어 있는 배경에 관한 설명이 본 발명의 배경을 구성하지만, 이러한 배경에 관한 설명이 반드시 본 발명의 선행 기술을 구성하는 것은 아니다.
주로 도시 지역에서의 환경오염과 대기 질에 대한 정부의 관심이 증가하는 것과 관련하여, 많은 나라가 연소 엔진에서 발생되는 배출물에 대한 배출 표준과 규제를 제정하고 있다.
이러한 배출 표준이 예컨대 차량들의 연소 엔진에서 발생되는 배기물질의 허용 가능한 한도를 규정하는 요건을 구성하는 것이 보통이다. 예를 들면, 질소산화물(NOx), 탄화수소(CxHy), 일산화탄소(CO) 및 입자상 물질(PM)의 배출 레벨이 표준에 따라 대부분의 차량에 대해 규제된다. 연소 엔진들이 장착되어 있는 차량들은 이러한 일반적으로 배출물을 다양한 정도로 배출한다. 본 명세서에서는 주로 차량에 적용되는 것과 관련하여 본 발명을 설명한다. 그러나 본 발명은, 연소 엔진으로부터 발생되는 배출물에 대해 규제와 표준이 적용되는 분야 예컨대 배와 같은 선박 또는 비행기/헬리콥터 같이 연소 엔진들이 사용되는 모든 분야에 실질적으로 적용될 수 있다.
이들 배출물 표준에 부합되도록 하기 위한 노력의 일환으로, 연소 엔진의 연소에 의해 발생되는 배출물들이 처리(정화)된다.
연소 엔진에서 나오는 배출물들을 처리하는 통상적인 방식은 소위 촉매 정화 공정으로 구성되는데, 이는 연소 엔진이 장착되어 있는 차량들이 적어도 하나의 촉매를 포함하는 것이 일반적이기 때문이다. 예를 들어, 연소 개념, 연소 전략 및/또는 차량에 사용되는 연료의 종류 및/또는 정화 대상이 되는 배기 스트림 내에 존재하는 화합물의 종류에 따라 그에 적당한 다양한 형태의 촉매들이 사용된다. 이하에서 질소산화물(NOx)로 호칭되는, 적어도 질소계 가스(일산화질소, 이산화질소)와 관련하여, 질소산화물(NOx)을 주로 질소 가스와 수증기로 환원하기 위해, 차량들은 촉매를 포함하되, 연소 엔진 내에서의 연소에 의해 발생되는 배기 스트림에 첨가제를 공급한다. 이에 대해서는 아래에서 상세하게 설명한다.
주로 중대형 화물 차량에 사용되는 이러한 형태의 환원을 위해 통상적으로 사용되는 촉매의 종류가 선택적 촉매 환원장치(SCR: Selective Catalytic Reduction) 촉매이다. SCR 촉매는 암모니아(NH3) 또는 배기가스 내에서 질소산화물(NOx)을 환원시키기 위한 첨가제로 암모니아가 발생/형성될 수 있는 화합물을 사용하는 것이 일반적이다. 촉매의 상류에서 연소 엔진에서 나오는 배기 스트림 내로 이 첨가제가 주입된다. 촉매에 부가되는 첨가제가 암모니아(NH3) 형태로 촉매에 흡수(저장)되어서, 배출물 내의 질소산화물(NOx)과 첨가제를 통해 활용 가능한 암모니아(NH3) 사이에서 산화 환원 반응이 일어날 수 있게 된다.
현대의 연소 엔진은, 엔진과 배기 처리장치가 서로 협동하고 서로에 대해 영향을 미치는 시스템이다. 좀 더 상세하게는, 연소 엔진의 연료 효율과 질소산화물(NOx)을 줄일 수 있는 배기 처리 시스템의 능력 사이에는 상관관계가 있다. 연소 엔진에 있어서, 엔진의 연료 효율/총 효율과 엔진에서 발생되는 질소산화물(NOx) 간에 상관관계가 있다. 이러한 상관관계가 해당 시스템에서 연료 효율과 발생되는 질소산화물(NOx) 사이에 양(positive)의 상관관계가 있는 지를 밝혀주게 된다. 다시 말하면, 보다 많은 양의 질소산화물(NOx)을 배출하는 엔진에 예컨대, 더 높은 연소 효율을 달성할 수 있는 최적의 분사 타이밍을 선택함으로써, 적은 양의 연료를 소모하게 할 수 있다. 이와 유사하게, 발생되는 입자상 물질(PM)과 연료 효율 사이에는 음(negative)의 상관관계가 있는데, 이는 엔진에서 배출되는 입자상 물질(PM)의 양이 증가한다는 것은 연료 소모를 증가시키는 것과 연관되어 있음을 의미한다. 이러한 상관관계가, 연료 소모와 입자상 물질의 배출과 관련된 엔진의 최적화가 질소산화물(NOx)의 양을 상대적으로 많게 하는 방향으로 이루어지는 SCR-촉매를 포함하는 배기 처리 시스템의 광범위한 사용에 대한 배경이 된다. 이들 질소산화물(NOx)의 환원은, SCR 촉매를 포함할 수도 있는 배기 처리 시스템 내에서 실시된다. 엔진과 배기 처리가 서로 보완되는 엔진과 배기 처리 시스템의 설계에 있어 통합된 접근을 통해, 질소산화물(NOx)과 입자상 물질(PM)의 배출이 감소되는 동시에 연료 효율이 높아지게 된다.
배기 처리 시스템에 포함되어 있는 기재(substrate) 체적을 증가시키면 특히 기재를 통한 배기 유동의 고르지 못한 분배에 의한 손실이 감소되어 배기 처리 시스템의 성능이 어느 정도까지는 향상될 수 있다. 동시에, 기재 체적이 증가하면 배압을 증가시켜, 변환 정도가 높아짐에 따른 연료 효율에서의 이득을 상쇄시킨다. 기재 체적이 커질수록 비용 또한 증가한다. 이에 따라, 예를 들면, 배기 처리 시스템의 크기 및/또는 제조비용 측면에서 크기를 지나치게 크게 하지 않고 및/또는 배기 처리 시스템의 넓이(spread)를 제한함으로써 배기 처리 시스템을 최적화하여 사용하는 중요하다.
일반적으로 촉매장치 특히 환원 촉매장치의 기능과 효율은 환원 촉매장치의 온도에 많은 영향을 받는다. 본 명세서에서, "환원 촉매장치의 온도(temperature over the reduction catalyst)"라는 용어는 환원 촉매장치를 통과하는 배기 스트림 내/에서/있어서(in/at/for)의 온도를 의미한다. 기재의 열 교환 능력에 의해 기판은 이 온도에 있는 것으로 간주된다. 환원 촉매장치가 저온에 있을 때, 질소산화물(NOx)의 환원이 효과적이지 못한 것이 일반적이다. 배기 온도가 낮은 경우에도, 배기가스 내의 NO2/NOx 분률이 촉매 작용의 능력을 증대시킬 수 있는 어느 정도의 잠재력을 제공한다. 그러나 환원 촉매장치의 온도와 NO2/NOx 분률은 많은 요인들 예컨대 운전자가 차량을 어떻게 운전하는 지에 따라 상당히 달라질 수 있기 때문에, 이들은 일반적으로 제어하기가 어렵다. 예를 들면, 환원 촉매장치의 온도는 운전자 및/또는 크루즈 제어에 의해 요청되는 토크, 차량이 위치하고 있는 도로 구간의 외형 및/또는 운전자의 운전 스타일에 따라 달라질 수 있다.
제1 산화 촉매장치, 디젤 입자 필터 및 환원 촉매장치를 포함하며, 유로 Ⅵ 배출 표준(이하에서 "유로 Ⅵ-시스템"이라고 부름)을 만족시키는 데에 사용되고 있는, 아래에 상세하게 기재되어 있는 시스템과 같은 종래의 배기 처리 시스템은 촉매/필터의 큰 열 질량/관성(thermal mass/inertia) 및 예컨대 배기 파이프, 소음기 및 많은 연결부들 같은 배기 처리 시스템 중 나머지 부분의 큰 열 질량/관성과 관련된 문제들을 안고 있다. 예를 들면, 엔진과 배기 처리 시스템이 차가운 상태에 있는 냉 시동(cold start)할 때, 그리고 예를 들면 시내 주행을 하다 고속도로 주행을 할 때 또는 아이들링 및 동력을 인출할 때와 같이 이전에 요청되는 토크보다 더 큰 토크가 요구되는, 저 배기 온도에서 스로틀할 때, 이러한 종래의 배기 처리 시스템에서는, 주로 디젤 입자 필터의 큰 열 질량/관성이 환원 촉매장치의 온도를 매우 서서히 증가시킨다. 이에 의해, 예를 들어 냉시동할 때 그리고 차량이 온도- 및/또는 유동 전이 요소(flow transient elements)들과 함께 작동할 때, 환원 촉매장치의 기능이 열화되고 이에 따라 질소산화물(NOx)의 환원 역시 열화된다. 이러한 열화에 의해 배기 정화가 불량해질 수 있으며, 환경을 오염시킬 위험이 발생된다. 또한, 환원 촉매장치의 기능이 열화됨에 따라, 배기 정화와 관련된 규제 사양을 달성하지 못할 위험성도 증가한다. 이와 같이 기능이 열화함에 따라 연료 소모에도 부정적인 영향이 미친다. 이는, 다양한 온도 증가 대책을 통해 환원 촉매장치의 온도와 효율을 증대시키기 위해, 더 많은 연료 에너지가 필요하기 때문이다.
본 발명의 일 목적은, 연료 효율을 더 높이기 위해 상태(condition)를 개선하면서도, 배기 처리 시스템 내에서의 배기 정화를 개선하는 것이다.
이들 목적은, 청구항 제1항의 특징부를 구비하는 전술한 배기 처리 시스템에 의해 달성된다. 이 목적은 청구항 제11항의 특징부를 구비하는 전술한 방법에 의해서도 달성된다. 이 목적은 전술한 컴퓨터 프로그램 및 컴퓨터 프로그램 제품에 의해서도 달성된다.
본 발명에 따르면, 연소 기관으로부터의 배기 스트림의 처리를 위해 배치되는 배기 처리 시스템이 제공된다. 배기 처리 시스템은 제1 환원 촉매 장치를 포함하되, 배기 스트림이 제1 환원 촉매 장치에 도달할 때, 배기 스트림에 포함되는 일산화탄소(CO) 및 탄화수소(HC) 중 하나 이상을 포함하는 화합물의 사용을 통해 배기 스트림 내 질소산화물(NOx)의 환원을 위해 배치되는 제1 환원 촉매 장치를 포함한다. 본 명세서에서, 탄화수소(HC)라는 용어는 일반적으로, 다양한 비율로 탄소(C)와 수소(H)를 포함하는 화함물을 포함하는 탄화수소 화합물(CaHb)에 대해 사용된다. 따라서, 본 발명에 따른 질소산화물(NOx)의 제1 환원은, 자연 발생하거나 엔진으로부터의 배기 스트림에서 생성/배기 스트림으로 도입되는 화합물에 기초하여 수행된다. 따라서, 본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 제1 환원 촉매 장치의 상류에서의 암모니아를 포함하는 첨가제의 공급에 대한 필요성이 제거된다. 이는 또한, 제1 환원 촉매 장치에서의 질소산화물(NOx)의 제1 환원이 배기가스에만 기초할 수 있다는 가능성으로서 설명될 수 있으며, 배기가스 내 질소산화물(NOx)은 자연 발생되는 또는 연소 기관에서 이미 배기가스 내에 생성된 화합물을 사용하여 환원된다.
배기 처리 시스템은 또한, 배기 스트림 내 그을음 입자들을 포집 및 산화하기 위해, 제1 환원 촉매 장치의 하류에 배치되는 입자 필터를 포함한다.
배기 처리 시스템은, 암모니아 또는 배기 스트림에 암모니아를 추출 및/또는 방출할 수 있는 물질을 포함하는 첨가제를 공급하기 위해 입자 필터의 하류에 배치되는 제2 주입 장치를 포함한다.
배기 처리 시스템은 또한, 제2 주입 장치에 의해 공급되는 첨가제를 사용한 배기 스트림 내 질소산화물(NOx)의 환원을 위해, 제2 주입 장치의 하류에 배치되는 제2 환원 촉매 장치를 포함한다.
따라서, 본 발명을 사용하면, 자연 발생되거나 배기 스트림에서 생성/배기 스트림으로 도입되는 화합물이 제1 환원 촉매 장치를 사용한 질소산화물(NOx)의 환원에 사용될 수 있다. 따라서, 몇몇 실시예들에 따르면, 제1 환원 촉매 장치의 상류에 배치되는, 예컨대 암모니아 또는 애드블루와 같은 첨가제의 주입을 위한 제1 주입 장치와 관련된 요건이 제거되어, 차량의 제조 비용 및 서비스 비용을 감소시킨다. 또한, 제1 환원 촉매 장치의 상류에서 첨가제를 증발 및/또는 혼합시킬 필요성이 없어지므로, 이 배기 처리 시스템의 기술적 복잡도가 감소된다. 배기 처리 시스템은 제1 환원 촉매 장치의 상류에 제1 증발 장치 또는 제1 혼합기를 포함할 필요가 없다. 또한, 제1 환원 촉매 장치를 사용하여, 첨가제 대신에 배기 스트림에 발생하는 화합물로 제1 환원이 수행되기 때문에, 예컨대 애드블루 또는 그와 동등한 것과 같은 첨가제의 소비가 감소되어, 차량의 작동 비용이 감소된다.
또한, 엔진으로부터의 배기 스트림에서 발생하는 화합물에 기초하여 환원이 수행될 수 있기 때문에, 첨가제가 다 소진되었다 하더라도 본 발명에 따른 질소산화물(NOx)의 환원은 계속될 수 있다.
또한, 본 발명의 사용을 통해, 본 발명에 따른 배기 처리 시스템에서 상류에 배치되는 제1 환원 촉매 장치는, 일부 작동 모드에서, 하류에 배치되는 제2 환원 촉매 장치의 온도보다 더 바람직한 온도에서 작동할 수 있기 때문에, 배기가스의 보다 온도 효율적인 처리가 이루어진다. 예를 들어, 냉시동 및 저온으로부터의 증가된 파워 출력에서, 제1 환원 촉매 장치는 곧, 질소산화물(NOx)의 효율적 환원이 이루어지는 작동 온도에 도달한다. 따라서, 본 발명에 따르면, 예를 들어 냉시동 및 저온으로부터의 증가된 파워 출력에서, 전술된 종래 기술의 배기 처리 시스템을 사용할 때보다, 사용 가능한 열이 보다 효율적인 방식으로 사용되어, 질소산화물(NOx)의 보다 빠른 및/또는 보다 효율적인 환원을 초래한다.
유사하게, 특정 다른 작동 모드에서, 하류에 배치되는 제2 환원 촉매 장치는 상류에 배치된 제1 환원 촉매 장치의 온도보다 더 바람직한 온도에서 작동할 수 있다.
본 발명의 사용을 통해, 제1 환원 촉매 장치 및 제2 환원 촉매 장치에 대해 다양한 열 관성이 획득될 수 있다. 즉, 이러한 제1 환원 촉매 장치 및 제2 환원 촉매 장치는 활동 및 선택도(selectivity)에 대해 상이하게 최적화될 수 있다. 따라서, 제1 환원 촉매 장치 및 제2 환원 촉매 장치는 시스템 관점으로부터, 즉 전체 배기 처리 시스템의 기능에 대한 관점으로 최적화될 수 있으며, 이로 인해 제1 환원 촉매 장치 및 제2 환원 촉매 장치는 별도로 최적화된 촉매기들이 제공할 수 있는 것보다 더 전체적으로 효율적인 배기가스 정화를 제공하는 데 사용될 수 있다. 차량의 정상 작동 시에 종종 온도-천이 요소 및/또는 유동 천이 요소가 발생하기 때문에, 본 발명에 따른 제1 환원 촉매 장치와 제2 환원 촉매 장치의 이러한 최적화는, 예를 들어 냉시동에서 뿐만 아니라 실질적으로 모든 차량 작동에서, 전체적으로 보다 효율적인 정화를 제공하는 데 사용될 수 있다. 전술된 바와 같이, 본 발명은 예컨대 다양한 종류의 선박과 같이 차량 이외의 다른 유닛에서의 배기 정화를 위해서도 사용될 수 있으며, 상기 유닛으로부터 전체적으로 보다 효율적인 배기가스의 정화가 이루어진다.
본 발명은 입자 필터의 열 관성에 기초하여 제1 환원 촉매 장치와 제2 환원 촉매 장치 모두에 대한 기능을 최적화함으로써, 입자 필터의 열 관성/열 용량(thermal mass)을 기능에 유리하게 사용할 수 있다. 따라서, 본 발명을 의해, 자신이 노출되는 제1 열 용량 및 제1 온도 함수/열 공정(temperature process) 에 대해 최적화되는 제1 환원 촉매 장치와, 자신이 노출되는 제2 열 용량 및 제2 열 공정에 대해 최적화되는 제2 환원 촉매 장치 사이에서 협력/공생(symbiosis) 관계가 획득된다.
따라서, 제1 환원 촉매 장치 및/또는 제2 환원 촉매 장치는, 제2 환원 촉매 장치 및/또는 제1 환원 촉매 장치에 대한 특성들, 예를 들어 촉매 특성에 기초하여 최적화될 수 있다. 예를 들어, 제2 환원 촉매 장치는, 저온에서의 촉매 특성이 덜 효율적 이도록 하여, 고온에서의 촉매 특성이 최적화될 수 있도록 해석/선택될 수 있다. 제2 환원 촉매 장치의 이러한 촉매 특성이 고려되는 경우, 제1 환원 촉매 장치의 촉매 특성은 고온에서 효율적일 필요가 없도록 최적화된다.
제1 환원 촉매 장치 및/또는 제2 환원 촉매 장치의 이러한 최적화 가능성은, 본 발명이, 가변 온도 프로파일 및/또는 유동 프로파일을 초래하는, 실질적으로 모든 종류의 운전 모드, 특히 고도의 과도 작동(highly transient operation)에 대한 운전 모드에서 발생하는 배출에 적합한 배기 정화를 제공한다는 것을 의미한다. 과도 작동은 예를 들어, 차량의 비교적으로 많은 시동 및 브레이크, 또는 비교적 많은 오르막 경사 및 내리막 경사를 포함할 수 있다. 예컨대, 자주 정류장에서 정차하는 버스 및/또는 도시 교통이나 구릉성 지형(topology)에서 구동되는 차량과 같이, 비교적 많은 차량이 이러한 과도 작동을 경험하기 때문에, 본 발명은, 본 발명이 구현되는 차량으로부터의 배출물을 전체적으로 감소시키는 중요하고 매우 유용한 배기 정화를 제공한다.
본 발명은 주로 유로 Ⅵ-시스템의 입자 필터에서 이전에 문제가 되는 열 질량과 열 교환을 긍정적인 특성으로 사용한다. 본 발명에 따른 배기 처리 시스템은, 유로 Ⅵ-시스템과 유사하게, 드래깅 시간(dragging period) 또는 저온 작동이 고온 작동에 선행하는 경우 저온 작동 시간을 줄이기 위해, 배기 스트림과 하류에 장착되어 있는 환원 촉매장치에 열을 공급한다. 입자 필터의 열 관성에 의해, 이 시점에서 입자 필터가 배기 스트림보다 더 뜨겁고, 이에 따라 배기 스트림이 입자 필터에 의해 가열될 수 있게 된다.
또한, 이러한 유리한 특성은, 상류에 배치되는 환원 촉매 장치가 특히 과도 작동에서, 증가된 파워 출력과 관련하여 발생하는 보다 높은 온도를 사용할 수 있다는 사실에 의해 보완된다. 따라서, 제1 환원 촉매 장치는 파워 출력이 증가된 후에, 제2 환원 촉매 장치가 경험하는 것보다 높은 온도를 경험한다. 제1 환원 촉매 장치에 대한 이러한 더 높은 온도는, 본 발명에서 제1 환원 촉매 장치의 NOx-환원을 향상시키기 위해 사용된다. 2개의 환원 촉매 장치를 사용하는 본 발명은, 작은 열 관성을 갖는 NOx-환원 가능성을 추가함으로써, 이러한 긍정적인 특성들을 모두 사용할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배기 처리 시스템은, 큰 열 관성의 상류 NOx-전환 및 큰 열 관성의 하류 NOx-전환을 모두 포함한다. 이 때, 본 발명에 따른 배기 처리 시스템은 에너지 효율적인 방식으로 이용 가능한 열을 최대한으로 사용하며, 이는 상류에 배치되는 환원 촉매 장치에 의해 경험되는 급속하고 "여과되지 않은" 열이 본 발명에 따른 배기 처리 시스템을 효율적으로 만드는 데 사용될 수 있음을 의미한다.
본 발명에 따른 배기 처리 시스템은 유로 Ⅵ 배기 표준에서의 배기 사양을 만족시킬 수 있는 잠재력이 있다. 또한, 본 발명에 따른 배기 처리 시스템은 기존의 다양한 및/또는 미래의 배기 표준에서의 배기 사양을 만족시킬 수 있는 잠재력이 있다.
본 발명에 따른 배기 처리 시스템은, 성능/전달할 수 있는 정화 정도와 관련하여 배기 처리 시스템에 적은 수의 유닛을 포함하기 때문에, 콤팩트하게 제조될 수 있다. 이러한 비교적 적은 수의 유닛은 본 발명에 따른 균형 잡힌 배기 처리 시스템에서 큰 부피를 차지할 필요가 없다. 본 발명에 의해 유닛의 수 및 이러한 유닛의 크기가 최소화되기 때문에, 배기 배압 또한 제한되어, 차량의 연료 소비가 감소되도록 한다. 특정 촉매 정화를 획득하기 위해서, 기판 부피 단위당 촉매 성능은 더 작은 기판 부피로 교체될 수 있다. 배기 처리 시스템을 위한 공간이 제한되는 차량에서 종종 나타나는, 소정의 크기 및/또는 소정의 외부 기하학을 갖는 배기 정화 장치의 경우, 기판 부피가 더 작다는 것은 소정의 크기의 배기 정화 장치에서, 더 큰 부피가 배기 정화 장치 내에서의 배기 스트림의 분배, 혼합 및 전환(turning)에 사용될 수 있음을 의미한다. 이는, 기판 부피 단위당 성능이 증가되는 경우, 소정의 크기 및/또는 소정의 외부 기하학을 갖는 배기 정화 장치의 배기 배압이 감소될 수 있음을 의미한다. 따라서, 본 발명에 따른 배기 처리 시스템의 총 부피는 적어도 일부 종래 기술의 시스템과 비교하여 감소될 수 있다. 대안적으로, 배기 배압은 본 발명의 사용으로 감소될 수 있다.
본 발명을 사용할 때, 배기가스 재순환 시스템((EGR: Exhaust Gas Recirculation)의 사용 필요성이 줄어들거나 사용할 필요가 없다. 배기가스 재순환 시스템을 사용할 필요성이 줄어든다는 것은 무엇보다도 강건성(robustness), 가스 교환 복잡성 및 출력과 관련하여 이점이 된다.
새로운 차량의 제조에서, 종래의 시스템에서 존재하는 별도의 산화 촉매기(DOC), 즉 산화 촉매기(DOC)를 위한 별도의 기판과 이러한 기판의 설치가, 제조 시에 본 발명에 따른 제1 환원 촉매 장치와 교체되기 때문에, 본 발명에 따른 시스템은 제한된 비용으로 용이하게 장착될 수 있다. 종래 기술 시스템에 존재했던 산화 촉매기(DOC)가 이미 생산된 차량에 있는 본 발명에 따른 제1 환원 촉매 장치와 교체될 수 있기 때문에, 본 발명에 따른 배기 처리 시스템의 개조(retrofitting)가 용이하게 수행될 수 있다. 자연적으로 발생하고, 배기 스트림에서 생성/배기 스트림으로 도입되는 일산화탄소(CO) 및/또는 탄화수소(HC)를 포함하는 화합물이 본 발명에 따른 질소산화물(NOx)의 환원에 사용되기 때문에, 추가적인 주입 장치가 필요하지 않을 것이다. 충분한 질소산화물에 기반한(NOx-기반) 그을음 산화를 달성하기 위해, 질소산화물과 그을음 사이의 엔진의 비, NOx/그을음-비는 본 발명의 일부 실시예들에 따라 특정 기준을 충족시킬 필요가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 입자 필터는 코팅되지 않은 입자 필터로 구성된다.
본 발명에 또 다른 실시예에 따르면, 유료VI-시스템에서 산화 촉매기(DOC) 내에 배치되는예를 들어 귀금속을 포함하는 산화 코팅은 대신 디젤 입자 필터(cDPF)에서 적어도 부분적으로 구현될 수 있으며, 이 때 충분한 NO2-기반 그을음 산화에 대한 조건이 획득될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 콤팩트한 설계의 배기 처리 시스템이 획득된다. 산화 촉매 특성을 갖는 디젤 입자 필터(cDPF)의 사용을 통해, 이산화질소(NO2) 형성에 대한 증가된 예측 가능성 또한 획득될 수 있다. 이는, 촉매 작용이 활성적인 시트의 비활성화(예컨대, 인에 의해 발생되는 비활성화)가, 축을 이루는 농도 기울기를 갖는 경우가 많기 때문이다. 이는, 물리적 길이가 비교적 짧은 촉매기가 물리적 길이가 더 긴 촉매기보다 이러한 중독(intoxication)에 더 민감할 수 있다는 것을 의미한다. 예를 들어, 물리적으로 짧은 산화 촉매기(DOC)의 대신, 물리적으로 긴 디젤 입자 필터(cDPF)에 귀금속(예컨대, 백금)이 배치되는 경우, 시간의 경과에 따라 보다 안정적인 레벨의 이산화질소(NO2)가 잠재적으로 획득될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 입자 필터는, 질소산화물(NOx)의 환원을 위해 배치되는, 적어도 부분적으로 촉매 작용이 있는 환원 코팅을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 환원 촉매 장치는 산화 촉매기의 상류에 적어도 부분적으로 보호적인 기판을 구성하며, 산화 코팅은 산화 촉매기 또는 예를 들어 귀금속으로 코팅된 입자 필터에 포함될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 환원 촉매 장치를 위한 촉매 코팅은 화학 피독에 견딜 만큼 튼튼하도록 선택되어, 시간의 경과에 따라, 제2 환원 촉매 장치에 도달하는 이산화질소와 질소산화물의 비 NO2/NOx에 대해 보다 안정적인 레벨을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 시스템에서 배기 처리 시스템 내의 다수의 NOx-센서의 개작/교정이 쉽게 실시될 수 있는데, 이는 개작/교정이 이루어지는 동안에 배기 레벨이 용인 가능한 레벨에 유지되는 동시에 센서들이 동일한 NOx-레벨을 겪을 수 있기 때문이다. 유로 Ⅵ-시스템의 경우, 예를 들어 개작/교정이 이루어지는 동안과 직후에 배기가 지나치게 높아지는 것을 수반한다.
전술된 바와 같이, 제1 환원 촉매 장치 및 제2 환원 촉매 장치는 개별적으로 최적화될 수 있고, 배기 처리 시스템의 전체 기능을 고려하여 전체적으로 매우 효율적인 배기가스 정화를 초래할 수 있다. 이러한 개별적인 최적화는 제1 환원 촉매 장치와 제2 환원 촉매 장치에 의해 취해지는 하나 또는 여러 부피를 감소하는 데 사용되어, 콤팩트한 배기 처리 시스템이 획득되도록 할 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 본 발명은 제2 환원 단계에서 이산화질소의 양(NO2_2)과 질소산화물 양(NOx_2) 사이의 비(NO2_2/NOx_2)를 제어할 수 있다. 이는 본 발명 시스템이 이 비가 지나치게 높게 되는 것을 방지할 수 있다는 것 예를 들어 NO2_2/NOx_2>50%가 되지 않도록 할 수 있음을 의미한다. 또한, 이는 비가 지나치게 낮은 경우 예컨대 NO2_2/NOx_2<50%인 경우 주입을 증가시킴으로써 시스템이 NO2_2/NOx_2 값을 증가시킬 수 있다는 것을 의미한다. 예를 들어 본 발명의 일 실시형태를 통하는 경우, 질소산화물(NOx_2)의 레벨을 감소시켜서 비(NO2_2/NOx_2)의 값이 증가될 수 있다.
일반적으로 비(NO2/NOx)는 예를 들어 시스템이 일정 시간이 경과함에 따라 작아질 수 있는 것으로 간주된다. 본 발명은 시간이 경과함에 따라 열화되며 시스템에 좋지 않아서 비(NO2/NOx)가 지나치게 작아지는 이러한 특성을 상쇄할 수 있다. 본 발명을 사용함으로써, 이산화질소(NO2)의 레벨이 능동적으로 제어될 수 있는데, 이는 산화 촉매장치 또는 입자 필터 내에서 예를 들어 귀금속을 함유하는 촉매적으로 산화성 코팅의 상류의 NOx-레벨을 조절함으로써 이루어질 수 있다. 이러한 비(NO2/NOx)의 제어는 고 NOx-변환 같은 촉매 성능과 관련된 이점 외에도, 특히 매우 독성이 강하고 냄새가 독한 배기물인 이산화질소(NO2) 배기물을 환원시킨다. 이는, 이산화질소(NO2)와 관련된 별개의 규제 사양이 도입될 수 있는 미래에 유리하게 작용할 수 있으며, 유해한 이산화질소(NO2) 배출을 줄일 수 있게 된다. 이는 유로 Ⅵ-시스템과 비교하여, 배기 정화장치에 제공되는 이산화질소(NO2)의 분률이 배기 처리 시스템 자체에서 영향을 받지 않게 된다. 이는, 배기 처리 시에 제공되는 이산화질소(NO2) 분률이 배기 처리 시스템 자체에 의해 영향을 받지 않을 수 있는 유로 Ⅵ-시스템과 비교될 수 있다.
다시 말하면, 본 발명을 사용할 때, 이산화질소(NO2)의 레벨을 능동적으로 제어할 수 있다. 이산화질소(NO2) 레벨이 높아야 하는 주행 모드에서 이산화질소(NO2) 레벨을 높이는 데에 능동 제어가 사용될 수 있다. 이에 따라, 예를 들면 귀금속을 덜 사용하여 제조비용을 낮출 수 있도록 배기 처리 시스템이 선택/구체화될 수 있다.
급속 반응 경로, 즉 일산화질소(NO)와 이산화질소(NO2) 모두에 걸친 반응 경로를 통해 환원이 일어나는 패스트 SCR을 통해 발생하는 질소산화물(NOx)의 총 변환의 분률이 이산화질소(NO2) 레벨의 능동 제어를 통해 증가되는 경우, 전술한 촉매 체적 사양도 또한 감소될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 배기 처리 시스템 내 제1 환원 촉매 장치는, 입자 필터(DPF)에서의 이산화질소 기반 그을음 산화를 위해 요구되는 산화 온도 구간(Tox)보다 낮은 환원 온도 구간(Tred)에서 활성이다. 예시로서, 입자 필터(DPF)에서의 이산화질소 기반 그을음 산화는 275℃를 초과하는 온도에서 발생할 수 있다. 따라서, 제1 환원 촉매 장치에서의 질소산화물(NOx)의 환원과 입자 필터(DPF)에서의 그을음 산화는 적어도 부분적으로 상이한 온도 구간에서 활성이기 때문에, 즉 Tred≠Tox이기 때문에, 제1 환원 촉매 장치에서의 질소산화물(NOx)의 환원은 입자 필터(DPF)에서의 그을음 산화와 크게 경쟁하지 않는다. 예를 들어, 잘 선택되고 최적화된 제1 환원 촉매 장치는 약 200℃에서 질소산화물(NOx)의 상당한 전환을 초래할 수 있는데, 이는 이러한 제1 환원 촉매 장치가 입자 필터의 그을음 산화 성능과 경쟁할 필요가 없어 효율적인 그을음 산화가 이루어진다는 것을 의미한다.
또한, 본 발명을 사용하면, 암모니아(NH3) 및/또는 아산화질소(laughing gas)(N2O) 같은 2차 배기물이 소정의 변환 레벨 및/또는 소정의 NOx-레벨과 관련하여 감소될 수 있다. 촉매장치 예컨대 특정 국가에서 배기가 매우 낮은 레벨로 감소되어야만 하는 경우에 제2 환원 단계에 포함될 수 있는 슬립-촉매장치(SC)는 예컨대 아산화질소(N2O)에 대해 어느 정도의 선택도를 가질 수 있다. 이는 본 발명에 따라 추가의 환원 단계를 사용함으로써 NOx-레벨의 환원이 아산화질소(N2O)를 낮추는 방향으로 이동할 수 있다는 것을 의미한다. 본 발명이 사용되면, 암모니아(NH3)에 대해 얻어지는 레벨이, 이와 유사한 방식으로, 낮아지도록 이동할 수 있다.
본 발명을 사용함으로써, 차량에 대해 연료를 최적으로 사용할 수 있게 된다. 이는 엔진을 보다 연료 효율적인 방식으로 제어해서 엔진 효율을 높일 수 있기 때문이다. 이에 따라 본 발명에 의하면, 성능 이득 및/또는 감소된 이산화탄소(CO2)의 배출이 얻어질 수 있다.
도 1은 본 발명을 포함할 수 있는 예시적인 차량을 나타낸다.
도 2는 종래의 배기 처리 시스템을 나타낸다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 배기 처리 시스템을 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 배기 처리 방법에 대한 흐름도를 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 제어 장치를 나타낸다.
도 6은 다기능 슬립-촉매기를 개략적으로 나타낸다.
이하에서, 첨부된 도면들을 참고로 하여 본 발명을 좀 더 상세하게 설명한다. 도면들에서, 유사한 구성에 대해서는 유사한 도면부호를 사용하였다.
도 1은 배기 처리 시스템(150)을 포함하는 예시적인 차량(100)을 개략적으로 나타내는 도면이다. 배기 처리 시스템은 본 발명의 일 실시형태에 따른 배기 처리 시스템(150)일 수 있다. 파워-트레인은 연소 엔진(101)을 포함하며, 연소 엔진(101)은 통상적인 방식으로 연소 엔진(101) 상의 출력축(102)을 통해, 통상적으로는 플라이휠을 통하고, 클러치(106)를 경유하여 기어박스(103)에 연결되어 있다.
연소 엔진(101)은 제어기기(115)를 통해 엔진의 제어 시스템에 의해 제어된다. 이와 유사하게, 클러치(106)와 기어박스(103)가 하나 이상의 적용가능한 제어기기(도시하지 않음)의 도움을 받아 차량의 제어 시스템에 의해 제어될 수 있다. 차량의 구동라인은 통상적인 오토매틱 기어박스를 구비하는 형태일 수 있고 하이브리드 구동라인을 구비하는 형태일 수도 있음은 물론이다.
기어박스(103)로부터 나온 출력축(107)이 예컨대 통상적인 차동장치 같은 최종 드라이브(108)와 상기 최종 드라이브(108)에 연결되어 있는 구동 샤프트(104, 105)를 통해 휠들(113, 114)을 구동한다.
차량(100)은 실린더들로 구성될 수 있는, 연소 엔진(101)의 연소실 내에서의 연소에 의해 발생되는 배기 배출물을 처리/정화하기 위한 배기 처리 시스템/배기 정화 시스템(150)도 포함한다.
도 2는 종래의 배기 처리 시스템(250)을 도시하고 있다. 종래의 배기 처리 시스템(250)은 전술한 유로 Ⅵ-시스템일 수 있으며, 배기 도관(202)을 통해 연소 엔진(201)에 연결되어 있고, 연소 시에 발생되는 배기가스 즉 배기 스트림(203)이 화살표로 표기되어 있다. 배기 스트림(203)이 디젤 산화 촉매장치(DOC: Diesel Oxidation Catlyst)를 경유하여 디젤 입자 필터(DPF: Diesel Particulate Filter)로 안내된다. 연소 엔진에서 연소하는 동안, 그을음 입자들이 형성되며, 이러한 그을음 입자들을 캐치하기 위해 입자 필터(220)가 사용된다. 배기 스트림(203)이 필터 구조물을 관통하여 안내되고, 배기 스트림(203)에서 그을음 입자들이 캐치되어 입자 필터(220) 내에 저장된다.
산화 촉매장치(DOC)(210)는 여러 기능을 갖고 있는데, 통상적으로 배기 처리하는 중에 배기 스트림(203) 내의 탄화수소(CxHy)(HC로도 호칭됨)와 일산화탄소(CO)를 이산화탄소(CO2)와 물(H2O)로 산화시키는 데에 주로 사용된다. 산화 촉매장치 DOC(210)는 배기 스트림 내에 발생되는 많은 양의 일산화질소(NO)를 이산화질소(NO2)로 산화시키기도 한다. 일산화질소(NO)의 이산화질소(NO2)로의 산화는 필터 내에서 그을음 산화에 기초하는 이산화질소에 중요하며, 잠재적인 후속 질소산화물(NOx)의 환원에서도 유리하다. 이러한 측면에서, 배기 처리 시스템(250)은 입자 필터 DPF(220) 하류에 SCR(Selective Catalytic Reduction) 촉매(230)를 추가로 포함한다. SCR 촉매는, 배기 스트림 내의 질소산화물(NOx)을 환원하기 위한 첨가제로 암모니아(NH3) 또는 예컨대 우레아(urea) 같이 암모니아가 발생/형성될 수 있는 조성물을 사용한다. 그러나 이 환원 반응의 속도는 배기 스트림 내의 일산화질소(NO)와 이산화질소(NO2) 사이의 비에 의해 영향을 받기 때문에, 환원 반응은 산화 촉매장치 DOC 내에서 이전의 NO의 NO2로의 산화에 의해 양의 방향(positive direction)으로 영향을 받게 된다. 이는 분자 비 NO2/NOx가 거의 50%를 나타내는 값까지도 적용된다. 분자 비 NO2/NOx가 높은 경우, 즉 50%를 초과하는 경우, 반응 속도는 강력한 음의 형태(negative manner)로 영향을 받게 된다.
전술한 바와 같이, SCR-촉매(230)는, 배기 스트림(230) 내에서 예컨대 질소산화물(NOx) 같은 화합물의 농도를 줄이기 위한 첨가제를 필요로 한다. 이러한 첨가제는 SCR-촉매(230)의 상류에서 배기 스트림 내로 주입된다(도 2에서는 도시되지 않음). 이러한 첨가제는 암모니아 및/또는 우레아 계열, 또는 암모니아가 추출되거나 방출될 수 있는 물질로 구성될 수 있으며, 예컨대 애드블루(AdBlue)로 이루어질 수 있다. 애드블루는 기본적으로 물과 혼합된 우레아로 구성되어 있다. 우레아는 가열할 때(열분해) 및 산화 표면 위의 불균일 촉매작용(heterogeneous catalysis) 시에(가수분해) 암모니아를 형성한다. 상기 산화 표면은 예를 들면 SCR-촉매 내에 이산화티타늄(TiO2)으로 구성될 수 있다. 배기 처리 시스템은 별개의 가수분해 촉매도 포함할 수 있다.
배기 처리 시스템(250)에는 암모니아 슬립-촉매장치(ASC)가 장착될 수도 있다. 슬립-촉매장치(ASC)는 SCR-촉매(230)를 거친 후에도 남아 있을 수 있는 잉여의 암모니아를 산화시키게 배치되어 있다.
배기 처리 시스템(250)에는, 배기 처리 시스템 내의 질소산화물 및/또는 온도를 판정하기 위한, 하나 혹은 복수의 NOx- 및/또는 온도 센서들(261, 262, 263, 264) 같은 하나 혹은 복수의 센서들이 장착될 수 있다.
도 2에 도시되어 있는 종래의 배기 처리 시스템 즉 유로 Ⅵ-시스템은, 촉매들이 예를 들어 소음기 및 여러 이음부를 위한 재료 및 공간뿐만 아니라 실질적인 열 질량/관성을 구비하는 배기 도관(202)을 포함하는 배기 시스템의 나머지 부분과 함께 효율적인 열 교환체라는 문제를 안고 있다. 촉매 온도가 예컨대 약 300℃일 수 있는 촉매의 최적 작동 온도보다 낮은 온도에서 시작할 때, 그리고 예컨대 도시 주행에서 고속도로 주행으로 전환할 때 발생할 수 있는 낮은 배기 온도로부터의 스로틀 시에 또는 아이들링 및 동력 차단 후, 배기 온도가 이러한 대형 열 질량체에 의해 필터링된다. 이에 따라, 기능과 환원 효율이 예컨대 SCR-촉매(230) 내의 질소산화물(NOx)에 의해 영향을 받게 되며, 이는 도 2에 도시되어 있는 시스템에 의해 불량한 배기 정화가 이루어지게 된다. 이는, 배기 정화가 더 효율적으로 이루어지는 경우에 비해 엔진(101)에서 더 적은 양의 질소산화물(NOx)이 배출된다는 것을 의미하며, 이에 따라 더 복잡한 엔진 및/또는 낮은 연료 효율로 이어질 수 있다는 것을 의미한다.
종래의 배기 처리 시스템에는, 상대적으로 찬 환원제가 배기 파이프 부품을 국소적으로 냉각시켜 침전을 일으킬 수 있다는 위험도 있다. 분사되는 환원제의 양이 많은 경우, 분사되는 하류에서 이러한 침전의 위험성이 증가하게 된다.
무엇보다도 예를 들어 냉시동 및 저 부하로 작동할 때에 열/온도의 제한된 이용을 보상하기 위해, 일산화질소(NO)와 이산화질소(NO2) 모두에 걸친 반응 경로를 통해 상당히 넓은 범위에서 환원제의 양을 조절할 수 있는 소위 패스트 SCR(fast SCR)이 사용될 수 있다. 패스트 SCR을 사용함으로써, 동등한 부분의 일산화질소(NO)와 이산화질소(NO2)를 사용하여 반응이 이루어지며, 이는 몰 비 NO2/NOx의 최적값이 50% 근방에 있다는 것을 의미한다.
촉매 온도 및 촉매 내에 어느 정도 체류하도록 하기 위한 유동("공간 속도(Space Velocity)")와 관련된 일부 조건에서, 이산화질소(NO2)의 유리하지 않은 분률이 얻어질 수 있는 위험이 있다. 좀 더 상세하게는, NO2/NOx 비가 50%를 초과할 위험이 있으며, 이는 배기 정화에 있어서 현실적인 문제를 야기할 수 있다. 전술한 바와 같이 매우 낮은 온도 작동 모드에서 NO2/NOx 비의 최적화는 다른 작동 모드 예를 들어 고온에서 작동할 때에는 지나치게 높은 분률의 이산화질소(NO2)를 제공할 위험이 있게 된다. 이렇게 높은 분률의 이산화질소(NO2)가 존재하게 되면, SCR-촉매에 필요한 체적이 커지고 및/또는 엔진에서 배출되는 질소산화물의 양이 제한되어서, 차량의 연료 효율이 좋지 않게 된다. 또한, 이산화질소(NO2)의 분률이 높게 되면 산화이질소 가스(N2O)를 배출할 위험도 있다. 이렇게 유리하지 않은 이산화질소(NO2)의 분률에 의한 위험은 시스템의 노화(ageing)에 의해서도 발생될 수 있다. 예를 들면, 시스템이 노화되면 NO2/NOx 비가 작아질 것으로 추정되며, 이는 노화되지 않은 상태에서 NO2/NOx 비가 지나치게 높아지게 되는 촉매 사양이 노화를 보상하는 데에 사용되어야만 한다.
환원제 양과 관련하여 주입 에러에 대한 불량한 제어 강건성(control robustness) 및/또는 센서 에러에 대한 불량한 제어 강건성은 배기 처리 시스템이 고 NOx-변환 레벨에 있게 하는 문제를 구성할 수도 있다.
도 3a는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 처리 시스템(350)을 개략적으로 도시하며, 시스템은 배기 도관(302)을 통해 연소 기관(301)에 연결된다. 엔진(301) 내 연소 시 생성되는 배기는 제1 환원 촉매 장치(331)로 배기 흐름(303)(화살표로 표시됨) 내에서, 제1 환원 촉매 장치(331)로 안내된다. 제1 환원 촉매 장치(331)는 하나 또는 여러 개의 일산화탄소(CO) 및 탄화수소(HC)를 포함하는 화합물을 사용함으로써 배기 흐름(303) 내 질소산화물(NOx)을 환원하도록 배치되며, 이 화합물은 배기 흐름(303)이 제1 환원 촉매 장치(331)에 도달할 때 배기 흐름(303)에 포함된다. 보다 상세하게는, 제1 환원 촉매 장치(331)는 배기 흐름(303) 내 질소산화물(NOx)의 환원 시, 자연적으로 발생하거나 연소 기관(301)으로부터의 배기에서 생성되는 하나 또는 여러 개의 화합물을 사용한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 예를 들어 적어도 다음의 단순화된 반응들이 제1 환원 촉매 장치(331)에 의해 수행될 것이다.
HC + NOx → N2 + CO2 + H2O (식 1)
및
CO + NOx → N2 + CO2 (식 2)
단순화된 이들 반응식에서, HC는 하나 또는 여러 개의 탄화수소 화합물을 나타낸다. 식 1 및 식 2는 모두 질소산화물(NOx)의 환원을 제공하며, HC와 CO가 각각의 환원에 사용된다.
본 발병의 일 실시예에 따르면, 연소 기관(301)은 하나 또는 여러 개의 선택된 작동 영역 내에서, 하나 또는 여러 개의 일산화 탄소 및 탄화수소를 포함하는 화합물의 레벨 상승이 배기 흐름(303) 내에서 발생하도록 하는 방식으로, 엔진에 주입되는 연료를 연소(burn)하도록 제어될 수 있다.
본 발명에 따른 배기 처리 시스템(350)은 제1 환원 촉매 장치(331)의 하류에 입자 필터(320)를 포함하며, 이 필터는 그을음 입자들을 포집(catch) 및 산화시키기 위해 배치된다. 이때 배기 흐름(303)은 입자 필터의 필터 구조를 통과하도록 안내되며, 통과하는 배기 흐름(303)으로부터 그을음 입자들이 필터 내에 포집되고, 입자 필터 내에 저장되어 산화된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 배기 처리 시스템(350)은 제1 환원 촉매 장치(331)의 상류에 배치되는 제1 산화 촉매(311)를 포함한다. 이 경우, 제1 산화 촉매(311)는, 제1 산화 및/또는 배기 흐름(303) 내 질소, 탄소 및 수소 중 하나 또는 여러 개를 포함하는 화합물의 분해(disintegration)를 수행하도록, 및/또는 발열 반응을 생성하도록 배치된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 입자 필터(320)는, 입자 필터(320)가 배기 흐름(303)이 제1 환원 촉매 장치(331)를 통과한 후에, 배기 흐름(303)이 도달하는 첫 배기 처리 시스템 구성 요소이 되도록 배치된다. 바꾸어 말하면, 이 실시예에 따른 입자 필터(320)는, 환원 촉매 장치(331)와 입자 필터(320) 사이에 잠재적인 도관 연결부를 제외하고 중간 배기 처리 시스템 구성요소가 없도록, 환원 촉매 장치(331)의 하류에 연결된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 배기 처리 시스템(350)은, 제2 산화 및/또는 상기 배기 흐름(303) 내 질소, 탄소 및 수소 중 하나 또는 여러 개를 포함하는 화합물의 분해를 수행하도록, 및/또는 발열 반응을 생성하도록 제1 환원 촉매 장치(331)의 하류 그리고 입자 필터(320)의 상류에 배치되는 제2 산화 촉매(312)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 배기 처리 시스템(350)은 제3 산화 및/또는 상기 배기 흐름(303) 내 질소, 탄소 및 산소 중 하나 또는 여러 개를 포함하는 화합물의 분해를 수행하도록, 및/또는 발열 반응을 생성하도록, 입자 필터(320)의 하류 그리고 제2 환원 촉매 장치(332)의 상류에 배치되는 제3 산화 촉매(313)를 포함한다.
이하에 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 일 실시예에 따르면, 제1 환원 촉매 장치(331)는 제1 환원 촉매(CR1), 제1 슬립-촉매기(SC1)가 하류에 뒤따르는 제1 환원 촉매(CR1), 제1 환원 촉매 장치(CR1)에 후속하는 하류 측 제1 슬립-촉매기(SC1), 또는 단지 제1 슬립-촉매기(SC1)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 입자 필터(DPF)(320)는 종래의 미-코팅 입자 필터, 즉 촉매 산화 코팅(catalytically oxidizing coating)이 없는 입자 필터(DPF)이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 입자 필터(DPF)(320)는 적어도 부분적으로 촉매 산화 코팅으로 코팅되며, 이러한 산화 코팅은 적어도 하나의 귀금속을 포함할 수 있다. 즉, 입자 필터(320)는 적어도 부분적으로, 하나 또는 여러 개의 귀금속, 예를 들어 플라티늄으로 코팅될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 필터의 코팅은 필터의 제1 부분, 즉 필터의 유입(inflow)과 관련하여 배치된다. 이는, 예를 들어 하나 또는 여러 개의 귀금속을 포함하는 코팅이, 배기 흐름이 필터 내로 유입되는 필터 단부에 배치되는 것으로 표현될 수도 있다. 산화 코팅을 포함하는 입자 필터(cDPF)(320)는 산화 코팅이 없는 전형적인 입자 필터(DPF)에 비해 몇 가지 이점이 있다. 산화 코팅을 포함하는 입자 필터(cDPF)(320)는 필터의 NO2-기반 재생의 개선, 즉 필터의 수동 재생으로도 지칭될 수 있는, NO2-기반 그을음 산화의 개선을 유도한다(lead). 산화 코팅을 포함하는 입자 필터(cDPF)(320)는 제2 환원 촉매 장치(332)에서 이산화질소(NO2)에 대해 보다 안정적인 조건들을 야기한다. 추가적으로, 산화 코팅을 포함하는 입자 필터(cDPF)(320)을 사용한다는 것은 NO2/NOx 비, 즉 NO2의 레벨이 제어될 수 있음을 의미한다.
적어도 부분적으로 촉매 산화 코팅을 포함하는 입자 필터(320)는 산화 코팅으로 인해 그을음 임자 및 하나 또는 여러 개의 불완전하게 산화된 질소 및/또는 탄소 화합물을 보다 효율적으로 산화시킬 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 입자 필터(320)는 질소산화물 환원을 위해 배치되는 촉매 환원 코팅으로 적어도 부분적으로 코팅된다.
본 발명의 이 실시예에 따른 시스템은, NO2-기반 수동 재생으로 그을음 필터를 세정(cleaning)하는 것과 관련된다. 하지만, 본 발명은 필터의 능동 재생, 즉 필터의 상류에 예를 들어 주입기를 사용하여 연료를 주입함으로써 재생이 개시될 때와 관련하여 유리하게 사용될 수도 있다. 능동 재생에서, 본 발명에 따른 배기 처리 시스템에는, 필터의 하류에 배치되는 제2 환원 촉매 장치가 재생 때문에 높은 전환 레벨을 달성하기 어려울 만큼 고온을 경험하는 동안, 제1 환원 촉매 장치가 특정 NOx-전환을 대처할 수 있다는 한가지 이점이 있다.
입자 필터(DPF/cDPF)의 재생 시에 엔진의 주입 시스템을 사용하면, 제1 환원 촉매 장치는 1차적으로 부분적으로 연료를 일산화탄소(CO)로 산화시킴으로써 입자 필터(DPF/cDPF)를 적어도 부분적으로 보조할 것이다. 따라서, 입자 필터(DPF/cDPF)의 재생은 본 발명에 따른 제1 환원 촉매 장치를 구비하지 않는 배기 처리 시스템에 비해 단순화된다.
배기 처리 시스템(350)은 입자 필터(320)의 하류에, 배기 스트림(303)에 첨가제를 공급하도록 배치되는 제2 투여 장치(dosage device)를 구비하며, 전술된 바와 같이 이러한 첨가제는 암모니아(NH3) 또는 암모니아를 생성/형성/방출 할 수 있는 물질, 예를 들어 에드블루(AdBlue)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 가수분해 촉매 및/또는 혼합기(mixer)가 제2 투여 장치와 관련하여 배치될 수도 있다. 가수분해 촉매는 실질적으로 임의의 적절한 가수분해 코팅으로 이루어질 수 있다. 혼합기는 제2 투여 장치(372)와 관련하여 배치될 수 있다. 가수분해 촉매 및/또는 혼합기는 우레아의 암모니아로의 분해 속도를 증가시키기 위해 및/또는 첨가제를 배출물과 혼합시키기 위해, 및/또는 첨가제를 증발시키기 위해 사용된다.
배기 처리 시스템(350)은 제2 투여 장치(372)의 하류에 배치되는 제2 환원 촉매 장치(332)도 포함한다. 제2 환원 촉매 장치(332)는 첨가제를 사용함으로써 배기 흐름(303) 내 질소산화물(NOx)을 환원하도록 배치된다.
배기 처리 시스템(350)은, 배기 처리 시스템(350) 내 NOx-농도 및 온도를 각각 결정하도록 배치되는 예컨대 하나 또는 여러 개의 NOx 센서 및/또는 온도 센서(361, 363, 364)와 같은, 하나 또는 여러 개의 센서도 구비할 수 있다. 도 3a 내지 도 3b에 도시된 바와 같이, 온도 센서들(361, 362, 363, 364)은 배기 처리 시스템(350) 내 구성 요소들(331, 320, 332)의 상류 및/또는 하류에 배치될 수 있다. 온도 센서들은 배기 처리 시스템(350) 내 하나 또는 여러 개의 구성 요소(331, 320, 332) 내에/구성 요소에/구성 요소 상에 배치될 수도 있다.
예를 들어, 환원 촉매 장치에 대한 하나 또는 여러 개의 온도 표현은, 예를 들어 각각의 환원 촉매 장치 내에/ 환원 촉매 장치에/ 환원 촉매 장치 상에, 환원 촉매 장치의 상류 및/또는 하류에 배치될 수 있는, 본 명세서에서 설명되는 하나 또는 여러 개의 온도 센서를 사용하여 측정, 모델링 및/또는 예측된 배기 처리 시스템 내 온도에 기반할 수 있다.
두 투여 장치(371, 372) 사이에, 그리고 바람직하게는 입자 필터(DPF/cDPF)(320)와 제2 투여 장치(372) 사이에 NOx-센서(363)를 배치함으로써, 입자 필터(DPF/cDPF)(320)에 거쳐 생성될 수 있는 질소산화물(NOx)에 대해, 제2 투여 장치(372)에 의해 투여되는(administered) 첨가제의 양을 조정하는 것이 가능해진다.
제2 환원 촉매 장치(332)의 하류에 있는 NOx-센서(364)는 첨가제 투여량을 피드백할 때 사용될 수 있다.
하나 또는 여러 개의 센서(361, 362, 363, 364)는, 하나 또는 여러 개의 일산화탄소(CO) 및 탄화수소(HC)를 포함하는 혼합물이 연소 기관(301)으로부터 배출되는 배기 흐름(303) 내에 희망하는 양만큼 존재하도록 연소 기관(301)을 제어할 때 사용될 수 있는, 하나 또는 여러 개의 제어 신호를 제공하도록 배치되는 제어 장치(360)에 연결될 수 있다. 따라서, 하나 또는 여러 개의 일산화탄소(CO) 및 탄화수소(HC)를 포함하는 혼합물의 이러한 희망하는 양은, 질소산화물(NOx)의 제1 환원 시에 혼합물이 제1 환원 촉매 장치(331)에서 사용될 수 있도록 하는 방식으로 제어될 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예들에 따르면, 연소 기관(301)의 능동 제어는 연소 기관에 대한 적어도 하나의 분사 전략의 선택을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 연소 기관의 각각의 실린더에 연료를 분사하는 타이밍은, 연소 기관(301)으로부터 배출되는 배기 흐름(303) 내에 하나 또는 여러 개의 일산화탄소(CO) 및 탄화수소(HC)를 포함하는 혼합물이 희망하는 양만큼 존재하도록 하는 방식으로 제어될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 연소 기관의 각각의 실린더에 연료를 분사하는 분사 압력은, 연소 기관(301)으로부터 배출되는 배기 흐름(303) 내에 하나 또는 여러 개의 일산화탄소(CO) 및 탄화수소(HC)이 희망하는 양만큼 존재하도록 하는 방식으로 제어될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 각각의 실린더에 연료를 분사하는 분사 페이징(phasing)가, 연소 기관(301)으로부터 배출되는 배기 흐름(303) 내에 하나 또는 여러 개의 일산화탄소(CO) 및 탄화수소(HC)를 포함하는 혼합물이 희망하는 양만큼 존재하도록 하는 방식으로 제어될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어, 분사 페이징은 시간의 경과에 따라 분사가 어떻게 변화하는가, 예를 들어 시간의 흐름에 따라 분사하는 압력이 어떻게 변화하는가를 의미한다. 분사 phasing의 표현(측정)은, 예를 들어 실린더 압력의 시간 미분(time derivative)일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 연소 기관(301)의 능동 제어는 교환 가스 순환(exchange gas circulation, EGR)을 위한 장치의 제어를 포함한다. 연소 기관은, 엔진에 공급되는 연료와 함께 연소에 적절한 가스 혼합물을 달성하기 위해 입구에서 공기가 공급된다. 연소는, 가스 혼합물이 연소되는 엔진의 실린더에서 이루어진다. 연소는 배기가스를 생성하며, 배기가스는 엔진의 출구에서 배출된다. 배기 재순환 도관은 엔진의 출구로부터 엔진의 입구까지 배치되어, 배기가스의 일부를 출구로부터 입구로 안내한다. 따라서, 공기 흡입구에서의 흡입 손실이 감소될 수 있고, 엔진으로부터의 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 중 하나 이상을 포함하는 혼합물의 양이 조절될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 배기 처리 시스템(350)은 첨가제 공급을 위한 시스템(370)을 포함하며, 상기 시스템(370)은 제2 주입 장치(372)에 첨가제, 즉 예를 들어 암모니아 또는 우레아를 공급하도록 배치되는 적어도 하나의 펌프(373)를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 시스템(370)은 제2 주입 장치(372)에 액체 형태의 첨가제를 공급한다. 액체 형태의 첨가제는 연료가 제공되는 많은 충전소/주유소에서 충전될 수 있어, 첨가제가 재충전될 수 있도록 하고, 이로 인해 배기 처리 시스템의 최적화된 사용을 보장할 수 있다. 따라서, 오늘날 액체 첨가제를 위한 기존 유통망이 이미 있으므로, 차량이 주행하는 곳에서 첨가제의 가용성이 보장된다.
액체 형태의 첨가제는, 연료가 제공되는 많은 충전소/주유소에서 충전될 수 있어, 첨가제가 재충전 될 수 있도록 하고, 이로 인해 배기 처리 시스템의 최적화된 사용을 보장한다.
또 다른 실시예에 따르면, 시스템(370)은 제2 주입 장치(372)에 기체 형태의 첨가제를 공급한다. 일 실시예에 따르면, 이러한 첨가제는 수소 가스(H2) 및/또는 암모니아 가스(NH3)로 구성될 수 있다.
첨가제 공급을 위한 이러한 시스템(370)에 대한 일 예시가 도 3a에 개략적으로 도시되며, 시스템은 제2 환원 촉매(332)의 상류에 배치되는 제2 주입 장치(372)를 포함한다. 배기 흐름(303)에 첨가제를 투여하고 이러한 첨가제를 배기 흐름(303)과 혼합시키는, 종종 주입 노즐로 구성되는 제2 주입 장치(372)에는 적어도 하나의 펌프(373)에 의해, 첨가제 용 도관(375)을 통해 첨가제가 공급된다. 적어도 하나의 펌프(373)는, 하나 또는 여러 개의 첨가제 용 탱크(376)로부터, 탱크/탱크들(376)과 적어도 하나의 펌프(373) 사이의 하나 또는 여러 개의 도관(377)을 통해 첨가제를 획득한다. 여기서, 첨가제는 전술된 바와 같이, 액체 형태 및/또는 기체 형태일 수 있음을 이해해야 한다. 첨가제가 액체 형태인 경우, 펌프(373)는 액체 펌프이고, 하나 또는 여러 개의 탱크(376)는 액체 탱크이다. 첨가제가 기체 형태인 경우, 펌프(373)는 기체 펌프이고, 하나 또는 여러 개의 탱크(376)는 기체 탱크이다. 기체 첨가제 및 액체 첨가제가 모두 사용되는 경우, 여러 개의 탱크 및 펌프가 배치되며, 적어도 하나의 탱크와 적어도 하나의 펌프가 액체 첨가제를 공급하도록 설정되고, 적어도 하나의 탱크 및 적어도 하나의 펌프가 기체 첨가제를 공급하도록 설정된다.
첨가제 시스템(370)의 특정 기능은 종래 기술에 잘 설명되어 있으며, 따라서 첨가제 분사에 대한 정확한 방법에 대해서는 본 명세서에서 더 이상 자세하게 기재되지 않는다. 하지만, 일반적으로 분사 지점/SCR-촉매에서의 온도는, 침전물 및 예컨대 질산암모늄(NH4NO3)와 같은 원치 않은 부산물의 형성을 피하기 위해, 하한 임계 온도보다 높아야 한다. 이러한 하한 임계 온도에 대한 값의 일 예시는 약 200℃일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 첨가제 공급을 위한 시스템(370)은 적어도 하나의 펌프(373)를 제거하도록 배치되는 주입 제어 장치(374)를 포함하여, 첨가제가 배기 흐름에 공급되도록 한다. 일 실시예에 따르면, 주입 제어 장치(374)는 적어도 하나의 펌프(373)를 제어하도록 배치되는 제2 펌프 제어 장치(379)를 포함하여, 첨가제의 제2 주입이 제2 주입 장치(372)를 통해 배기 흐름(303)에 공급되도록 한다.
따라서, 하나 또는 여러 개의 펌프(373)는 주입 제어 장치(374)에 의해 제어되며, 주입 제어 장치(374)는 첨가제 공급의 제어를 위한 제어 신호를 생성하여, 제2 환원 촉매 장치(332)의 도움으로 배기 흐름(303)에 원하는 양이 분사되도록 한다.
주입 제어 장치(374)는 또한, 연소 기관(301)에 대한 제어 신호를 제공하도록 배치되는 제어 장치(360)와 연결될 수 있다. 따라서, 제어 장치(360)는 이러한 제어 신호들의 생성을 주입 제어 장치(374)로부터의 정보에 기반하여, 연소 기관(301)의 제어 시에 첨가제 투여량을 고려할 수 있고, 그 반대도 가능하다.
제1 환원 촉매 장치(331)에서의 제1 환원은 배기 흐름(303) 자연적으로 존재하거나 배기 흐름(303) 내에서 생성/도입되는 일산화탄소 및/또는 탄화수소의 화합물에 기초하여 수행될 수 있기 때문, 도 3a에 도시된 실시예에 따른 배기 처리 시스템은 제1 환원 촉매 장치(331)의 상류에 제1 주입기를 구비할 필요가 없다는 것을 이해해야 한다.
도 3b는, 연소 기관(301)에서의 연소 시에 생성된 배기가스를 처리하는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 처리 시스템(350)을 개략적으로 도시한다. 도 3b는 전술된 도 3a에 도시된 배기 처리 시스템과 공통적인 구성 요소들을 다수 구비한다. 도 3b에서 이러한 공통적인 구성 요소들은 도 3a와 관련하여 전술된 것과 같은 대응하는 기능을 가지며, 따라서 이들 구성 요소들은 도 3b와 관련해서는 자세하게 설명되지 않는다.
따라서, 도 3b에 도시된 실시예들에 따른 배기 처리 시스템은 도 3a에 도시된 실시예들에 대한 특징들을 포함한다. 또한, 도 3b에 도시된 실시예에 따른 배기 처리 시스템은, 첨가제 공급을 위한 시스템(370)을 포함하며, 이 시스템은 일산화탄소(CO) 및/또는 탄화수소(HC)을 포함하는 화합물을 제1 주입 장치(371)에 공급하도록, 그리고 첨가제, 예를 들어 암모니아 또는 우레아를 제2 주입 장치(372)에 공급하도록 배치되는 적어도 하나의 펌프(373)을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 시스템(370)은 적어도 제1 주입 장치(371) 및 제2 주입 장치(372)에 액체 형태의 일산화탄소(CO) 및/또는 탄화수소(HC) 및 첨가제를 각각 공급한다.
액체 형태의 첨가제는 연료가 제공되는 많은 충전소/주유소에서 충전될 수 있어, 첨가제의 충전이 보장될 수 있다. 일산화탄소(CO) 및/또는 탄화수소(HC)를 포함하는 화합물 또한, 특정한 충전/주유소에서, 예를 들어 디젤, 천연가스, 바이오 가스 또는 에탄올의 형태로 충전될 수 있으며, 이는 이들 화합물이 기본적으로 어디서든지 구할 수 있음을 의미한다.
이는, 다양한 작동 유형에서 제1 주입 장치 및 제2 주입 장치 양측의 최적의 사용이 신뢰성 있게 제공될 수 있음을 의미한다. 그러면, 최적화된 사용은, 예를 들어 냉시동에서만 사용되는 제1 주입 장치에 국한되지 않는다. 오늘날, 액체 첨가제 및 화합물에 대한 기존의 유통망이 이미 존재하기 때문에, 차량이 주행하는 곳에서의 첨가제 및 화합물 입수 가능성이 보장된다.
본 발명의 일 실시예의 사용을 통해, 일산화탄소(CO) 및/또는 탄화수소(HC)가 제1 주입 장치(371)에서 투여되고, 첨가제가 제2 주입 장치에서 투여됨으로써, 냉시동에서뿐만 아니라, 연소 기관의 통상적인 작동에서 전체 배기 처리 시스템의, 예를 들어 암모니아(NH3), 이산화질소(NO2) 및/또는 산화이질소(N2O)의 2차 배출이 감소될 수 있다. 하지만, 이 실시예의 사용에서, 실질적으로 연속적인 주입의 제공이 가능하다는 것을 전제로 한다. 액체 형태의 첨가제 및 화합물은 일반적인 주유소에서 구매할 수 있기 때문에, 액체 형태의 첨가제 및 화합물을 사용함으로써 첨가제는 서비스(service)의 중단 없이 오래 지속된다. 따라서, 차량의 정상적인 전체 서비스 구간 동안, 제1 주입 장치(371) 및 제2 주입 장치(372)를 사용한 실질적으로 연속적인 주입이 이루어질 수 있다.
제1 주입 장치(371) 및 제2 주입 장치(372) 모두를 사용하여 실질적으료 연속적인 주입이 가능하다는 것은 배기 처리 시스템이 최대 잠재 능력까지 사용될 수 있다는 것을 의미한다. 따라서, 시스템이 첨가제 및/또는 CO/HC-화합물을 다 소모하는 것을 보상할 필요 없이, 시간의 경과에 따라 강력하고 매우 높은 총 NOx-전환 레벨이 획득되도록 하는 방식으로 시스템이 제어될 수 있다. 또한, 첨가제 및/또는 화합물의 확보된 가용성은, NO2/NOx의 NO2-레벨의 신뢰성 있는 제어가 항상, 즉 전체 서비스 구간 동안에서 수행될 수 있음을 의미한다.
또 다른 실시예에 따르면, 시스템(370)은 제1 주입 장치(371)와 제2 주입 장치(372) 중 적어도 하나에 CO/HC-화합물 및 첨가제를 각각 공급한다. 일 실시예에 따르면, 이 첨가제는 수소 가스(H2) 및/또는 암모니아 가스(NH3)로 구성될 수 있다.
첨가제를 공급하기 위한 이러한 시스템(370)의 일 예시가 도 3b에 개략적으로 도시되어 있으며, 이 예시에서 시스템은, 제1 환원 촉매 장치(331)의 상류 및 제2 환원 촉매 장치(332)의 상류에 각각 배치되는 제1 주입 장치(371) 및 제2 주입 장치(372)를 포함한다. 종종 CO/HC-화합물 및 첨가제를 각각 투여하여 배기 스트림(303)과 이들을 혼합시키는 주입 노즐로 구성되는 제1 주입 장치(371) 및 제2 주입 장치(372)에는 첨가제를 위한 도관(375)들을 통해 적어도 하나의 펌프(373)에 의해 CO/HC-화합물 및 첨가제가 각각 공급된다. 적어도 하나의 펌프(373)는, 첨가제를 위한 두 개 이상의 탱크(376a, 376b)와 적어도 하나의 펌프(373) 사이의 두 개 이상의 도관(377)을 통해, 상기 탱크들로부터 CO/HC-화합물 및 첨가제를 각각 획득한다. 여기서, 전술된 바와 같이, CO/HC-화합물 및 첨가제는 각각 액체 형태 및/또는 기체 형태일 수 있음을 이해해야 한다. CO/HC-화합물 및 첨가제가 각각 액체 형태인 경우, 펌프(373)는 액체 펌프이고, 두 개 이상의 탱크(376a, 376b)는 액체 탱크이다. CO/HC-화합물 및 첨가제가 각각 기체 형태인 경우, 펌프(373)는 기체 펌프이고, 두 개 이상의 탱크(376a, 376b)는 기체 탱크이다. 기체 및 액체 양쪽 형태의 CO/HC-화합물 및 첨가제가 각각 사용되는 경우, 여러 개의 탱크 및 펌프가 배치되며, 이때 적어도 하나의 탱크 및 적어도 하나의 펌프는 각각의 액체 CO/HC-화합물 및 액체 첨가제를 공급하도록 설정되고, 적어도 하나의 탱크 및 적어도 하나의 펌프는 각각의 기체 CO/HC-화합물 및 기체 첨가제를 공급하도록 설정된다.
도 3b에 도시된 실시예에 따르면, 배기 스트림(303)이 제1 환원 촉매 장치(331)에 도달할 때, 배기 스트림(303)에는 일산화탄소(CO) 및/또는 탄화수소(HC)가 존재하는데, 이 일산화탄소 및/또는 탄화수소의 일부는 연소 기관(301)으로부터 배출되었고 일부는 제1 주입 장치(371)에 의해 배기 스트림에 공급된 것이다. 전술된 바와 같이, 제1 환원 촉매 장치(331)는 일산화탄소(CO) 및/또는 탄화수소(HC)를 포함하는 배기 스트림에 존재하는 이러한 화합물을 사용함으로써 배기 스트림(303) 내 질소산화물(NOx)의 환원을 수행하도록 배치된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 펌프(373)는 제1 주입 장치(371) 및 제2 주입 장치(372) 양측에 CO/HC-화합물 및 첨가제를 각각 공급하는 공동 펌프를 포함한다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 적어도 하나의 펌프는, CO/HC-화합물과 첨가제 각각을 제1 주입 장치(371) 및 제2 주입 장치(372)에 각각 공급하는 제1 펌프 및 제2 펌프를 포함한다.
첨가제 시스템(370)의 특정 기능은 종래 기술에 잘 기술되어 있으며, 따라서 첨가제 투여에 대한 정확한 방법은 본 명세서에서는 더 이상 상세하게 설명되지 않는다. 하지만, 일반적으로, 침전물과 예컨대 질산암모늄(NH4NO3)와 같은 부산물 형성을 방지하기 위해, 투여 지점/SCR-촉매에서의 온도는 하한 임계 온도보다 높아야 한다. 이러한 하한 임계 온도에 대한 값의 일 예시는 약 200℃이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 첨가제 공급을 위한 시스템(370)은, CO/HC-화합물과 첨가제가 각각 배기 스트림에 공급되도록 하는 방식으로 적어도 하나의 펌프(373)가 제어되도록 배치되는 주입 제어 장치(374)를 포함한다. 일 실시예에 따르면, 주입 제어 장치(374)는, CO/HC-화합물의 제1 주입이 제1 주입 장치(371)를 통해 배기 스트림(303)에 공급되는 방식으로 적어도 하나의 펌프(373)를 제어하도록 배치된다. 주입 제어 장치(374)는 또한, 첨가제의 제2 주입이 제2 주입 장치(372)를 통해 배기 스트림(303)에 공급되는 방식으로 적어도 하나의 펌프(373)를 제어하도록 배치되는 제2 펌프 제어 장치(379)를 포함한다.
따라서, 하나 또는 여러 개의 펌프(373)는 CO/HC-화합물과 첨가제 각각의 공급을 제어하기 위한 제어 신호를 생성하는 주입 제어 장치(374)에 의해 제어되어, 제1 환원 촉매 장치(331)와 제2 환원 촉매 장치(332) 각각의 상류에 있는 제1 주입 장치(371)와 제2 주입 장치(372) 각각의 도움으로, 희망하는 양이 배기 스트림(303)에 투여되도록 한다. 보다 상세하게는, 제1 펌프 제어 장치(378)는 공용 펌프 또는 제1 주입 장치(371) 전용의 펌프 중 하나를 제어하도록 배치되어, 제1 주입은 제1 주입 장치(371)를 통해 배기 스트림(303)에 공급되도록 제어된다. 제2 펌프 제어 장치(379)는 공급 펌프 또는 제2 주입 장치(372) 전용의 펌프 중 하나를 제어하도록 배치되어, 제2 주입은 제2 주입 장치(372)를 통해 배기 스트림(303)에 공급되도록 제어된다.
주입 제어 장치(374)는 또한, 연소 기관(301)에 대한 제어 신호를 제공하도록 배치되는 제어 장치(360)에 연결될 수도 있다. 따라서, 제어 장치(360)는 이러한 제어 신호의 생성을 주입 제어 장치(374)로부터의 정보에도 기초하여, 연소 엔진(301)의 제어 시에 CO/HC-화합물 및 첨가제 주입의 각각에 대해 고려되도록 할 수 있으며, 그 반대도 가능하다.
배기 처리 시스템(350)에서 두 개의 주입 장치(371, 372) 사이, 그리고 바람직하게는 입자 필터(320)와 제2 주입 장치(372) 사이에 NOx-센서(363)가 배치되는 본 발명의 일 실시예에 의해, 투여된 CO/HC-화합물의 투여량의 오차에 강해질 수 있다. 이는, 제1 환원 촉매 장치(371) 및/또는 입자 필터(320)의 하류에서 예기치 못한 배출 레벨을 생성하는 잠재적인 주입 오차를 제2 주입 장치(372)에 의해 정정하는 것을 가능하게 한다.
두 개의 주입 장치(371, 372), 그리고 바람직하게는 입자 필터(cDPF)와 제2 주입 장치(372) 사이의 이러한 NOx-센서(363)의 배치는, 일 실시예에 따라 촉매작용 코팅을 구비하는 입자 필터 cDPF(320)를 거쳐, 제1 주입 장치(371)에 의해 수행된 주입으로부터의 CO/HC-화합물의 잉여 잔류물로부터 생성될 수 있는 질소산화물(NOx)에 대해, 제2 주입 장치(372)에 의해 투여되는 첨가제의 양을 정정하는 것 또한 가능하게 한다.
제2 환원 촉매 장치(332)의 하류에 있는 NOx-센서(364)는 첨가제 주입의 피드백 시에 사용될 수 있다.
도 3a 내지 도 3b에 도시된 배기 처리 시스템(350)의 사용을 통해, 제1 환원 촉매 장치(331) 및 제2 환원 촉매 장치(332) 모두가 질소산화물(NOx) 환원을 위한 촉매 특성의 선택에 대해서, 및/또는 제1 환원 촉매 장치(331) 및 제2 환원 촉매 장치(332) 각각의 부피에 대해서 최적화될 수 있다. 본 발명을 사용하면, 입자 필터(320)는 입자 필터의 열 질량이 제2 환원 촉매 장치(332)의 온도에 어떤 영향을 미치는지를 고려함으로써 기능의 이점을 위해 사용된다(used to the advantage). 입자 필터가 촉매성 코팅을 구비하는 실시예들에서, 입자 필터(cDPF)의 기능 또한, 배기 정화에서 입자 필터가 제2 환원 촉매(332)의 상류의 NO2/NOx-분율에 어떤 영향을 끼치는지를 고려함으로써 이점으로서 사용될 수 있다.
입자 필터(320)의 열 관성을 고려함으로써, 제1 환원 촉매 장치(331)와 제2 환원 촉매 장치(332)의 각각은, 각각의 촉매 장치가 경험할 특정 온도 함수(function)에 대해 최적화될 수 있다. 본 발명에 따르면, 최적화된 제1 환원 촉매 장치(331)와 제2 환원 촉매 장치(332)는 협력하여 배기를 정화하도록 설정되기 때문에, 배기 처리 시스템(350)이 컴팩트하게 제조될 수 있다. 예를 들어, 차량 내에서 배기 처리 시스템(350)에게 할당된 공간은 제한되기 때문에, 본 발명에 따라 사용되는, 높은 촉매 사용 수준을 통해, 컴팩트한 배기 처리 시스템을 제공하는 것은 큰 이점이다. 이러한 높은 사용 수준 및 관련된 더 작은 부피 요건은 또한, 배압 감소, 그리고 이로 인한 연소 소비 감소에 대한 가능성을 제공한다.
본 발명은, 낮은 배기 온도 및 부하 감소(즉, 감소된 요구 토크)로부터, 특히 냉시동 및 증가된 파워 출력(즉, 증가된 요구 토크)을 포함하는, 실질적으로 모든 주행 모드에서 배기 스트림 내 질소산화물(NOx)의 양을 효과적으로 감소시키는 배기 처리 시스템(350)을 제공한다. 따라서, 본 발명에 따른 배기 처리 시스템(350)은 실질적으로 모든 주행 모드에 적합하며, 이는 배기 처리에서 일시적인 열 방출(evolution)을 일으킨다. 이러한 주행 모드의 일 예시는 많은 시동과 감속을 포함하는 도시 주행으로 구성될 수 있다.
너무 높은 이산화질소(NO2) 분율과 관련된 종래 기술의 문제점은 적어도 부분적으로 본 발명을 사용할 때 해결될 수 있는데, 이는 배기 처리 시스템(350)에 두 개의 환원 촉매 장치(371, 372)가 포함되기 때문이다. 이 문제는, 질소산화물(NOx)의 양이 필터 및/또는 촉매적 산화 코팅의 하류에 어느 정도 큰 분율의 이산화질소(NO2)가 획득되는지 제어한다는 것, 즉 질소산화물(NOx)의 양이 NO2/NOx 비의 값을 제어하는 데 사용될 수 있다는 것을 이해하고 본 발명을 조합함으로써 해결될 수 있다. 저온에서의 작동 중에 제1 환원 촉매 장치(371)를 거치는 질소산화물(NOx)을 감소시킴으로써, 더 적은 양의 산화 코팅, 그리고 이로 인해 더 저렴한 비용으로, 제2 환원 촉매 장치(372)에 도달하는 배기가스 내 이산화질소(NO2) 및 질소산화물(NOx) 사이의 주어진 비에 대한 요건이 충족될 수 있다.
본 발명은, 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 시, 종래 기술의 시스템에서 이용 가능한 산화 촉매(DOC)(210)를 본 발명에 따른 제1 환원 촉매(331)로 대체할 수 있기 때문에, 본 발명의 결과로서 추가되는 제조 비용은 낮은 수준으로 유지될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 환원 촉매 장치(331)에서의 제1 환원은 자연적으로 발생하거나 배기 스트림에서 생성/배기 스트림으로 도입되는 일산화탄소(CO) 및/또는 탄화수소(HC)와의 반응을 통해 일어나기 때문에, 제1 주입 장치도 필수적이지 않다. 따라서, 산화 촉매(DOC)(210)의 조립을 포함하는 제조 작업이, 본 발명에 따른 제1 환원 촉매 장치(331)의 조립을 포함하는 또 다른 제조 작업으로 용이하게 대체될 수 있다. 이로 인해, 조립 및/또는 제조에 드는 추가 비용이 최소화된다.
종래 기술에 존재했던 산화 촉매(DOC)(210)는 본 발명에 따른 제1 환원 촉매 장치(331)로 대체될 수 있기 때문에, 유로VI-사양에 따른 배기 처리 시스템을 포함하는 이미 제조된 유닛에 새로 장착하는 것이 가능하다.
본 발명의 특정 실시예들에서, 전술된 바와 같이 제1 주입 장치(371)는 일산화탄소(CO) 및/또는 탄화수소(HC)의 투여를 위해 사용된다. 여기서, 엔진으로부터 배출되고 및/또는 제1주입 장치(371)에 의해 추가되는 일산화탄소(CO) 및/또는 탄화수소(HC)를 포함하는 화합물은 제1 환원 촉매 장치에서의 환원 시에 사용될 수 있다. 이러한 실시예들에서는, 추가적인 주입 장치가 배기 처리 시스템에 장착될 필요가 있다.
일 실시예에 따르면, 배기 처리 시스템(350)의 제1 환원 촉매 장치(331)는, 산화 온도 구간(Tox)과 적어도 부분적으로 다른, 더 낮은 환원 온도 구간(Tred)에서 활성화되며, 이러한 온도에서 입자 필터(320) 내에서 불완전하게 산화된 탄소 화합물의 이산화질소 기반 그을음 산화라 활성화된다. 예를 들어, 환원 온도 구간(Tred)는 산화 온도 구간(Tox)보다 낮을 수 있으며, 입자 필터(320) 내 그을음 산화에 대한 소위 "라이트-오프"를 위한 온도는 제1 환원 촉매 장치(331) 내 질소산화물(NOx)의 환원에 대한 "라이트-오프"보다 높을 수 있다. 따라서, 제1 환원 촉매 장치(331)에서의 질소산화물(NOx)의 환원은 입자 필터(320)에서의 그을음 산화와 반드시 경쟁할 필요는 없는데, 이는 이들이 적어도 부분적으로 다른 온도 구간, 즉 Tred ≠ Tox 내에서 활성화되기 때문이다.
배기 처리 시스템은 종종, 배기 처리 시스템이 배기 정화에 대해 충분한 효율을 도달할 수 있도록, 제어 장치(360)에서 생성되는 제어 신호에 의해, 엔진이 열을 발생시키도록 요구한다. 이때, 이러한 열 발생은 연료 소비와 관련된 엔진의 효율의 감소를 희생시킴으로써 이루어진다. 본 발명의 따른 배기 처리 시스템의 한 가지 유리한 특성은, 필터의 상류에 있는 제1 환원 촉매 장치가, 예를 들어 유로VI-시스템에서 가능한 것보다, 이러한 발생된 열에 더 신속하게 반응하도록 만들어질 수 있다는 점이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 엔진은 제1 환원 촉매 장치를 특정한 주어진 온도/성능에 도달하게 하는 범위로 이러한 열을 발생시키도록 제어된다. 따라서, 불필요한 가열과 이로 인한 연료 비효율을 피하면서, 제1 환원 촉매 장치가 바람직한 온도에서 작동할 수 있기 때문에, 효율적인 배기 정화가 획득될 수 있다.
전술된 종래 기술의 해결책과는 대조적으로, 본 발명에 따른 제1 환원 촉매 장치(331)는 엔진 및/또는 터보에 근접하게 연결될 필요가 없다. 본 발명에 따른 제1 환원 촉매 장치(331)가 엔진 및/또는 터보로부터 먼 곳에 장착될 수 있고, 예를 들어 소음기 내에 배치될 수 있다는 점은, 엔진 및/또는 터보와 제1 환원 촉매 장치(331) 사이의 배기 스트림에서 더 긴 혼합 거리를 획득할 수 있다는 점에서 이점을 갖는다. 이는, 제1 환원 촉매 장치(331)의 개선된 이용이 획득된다는 것을 의미한다.
한편, 본 발명에 의해서, 열 관성 필터(cDPF)의 상류와 하류 양측에서 질소산화물(NOx)의 잠재적인 환원과 관련하여 본 명세서에서 언급된, 많은 이점들이 달성될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 일산화탄소(CO) 및 탄화수소(HC) 중 하나 또는 여러 개를 포함하는 화합물의 사용을 통한 질소산화물(NOx)을 환원하도록 배치되는 제1 환원 촉매 장치(331)는 다음 중 하나로 구성된다.
- 제1 환원 촉매 장치(CR1),
- 하류에 제1 슬립-촉매기(SC1)가 뒤따르는 제1 환원 촉매 장치(CR1)로, 제1 슬립 촉매(SC1)는 일산화탄소(CO) 및 탄화수소(HC) 중 하나 또는 여러 개를 포함하는 화합물의 잔여물을 산화 및/또는 분해하도록, 배기 스트림(303) 내 질소산화물(NOx)의 추가적인 환원으로 CR1을 보조하도록, 및/또는 발열 반응을 생성하도록 배치된다.
- 하류에 제1 환원 촉매 장치(CR1)가 뒤따르는 제1 슬립-촉매기기(SC1)로, 제1 슬립 촉매기(SC1)는 일산화탄소(CO) 및 탄화수소(HC) 중 하나 또는 여러 개를 포함하는 화합물을 산화하도록, 및/또는 배기 스트림(303) 내 질소산화물(NOx)의 환원으로 제1 환원 촉매 장치(CR1)를 보조하도록 배치된다.
- 1차적으로는 질소산화물(NOx)의 환원을 위해 배치되고, 2차적으로는 일산화탄소(CO) 및 탄화수소(HC) 중 하나 또는 여러 개를 포함하는 화합물의 잔여물(residue)의 산화를 위해 배치되는 제1 슬립-촉매기(SC1).
다양한 실시예들에 따르면, 첨가제를 사용함으로써 질소산화물(NOx)의 환원을 수행하는 제2 환원 촉매 장치(332)는 적어도 일부분이 다음 중 하나로 구성된다.
- 제2 선택적 환원 촉매 장치(SCR2), 및
- 하류에 제2 슬립-촉매기(SC2)가 뒤따르는 제2 선택적 환원 촉매 장치(SCR2)로, 제2 슬립-촉매기(SC2)는 첨가제(예를 들어 우레아, 암모니아(NH3) 또는 이오시안산(HNCO)으로 구성됨)의 잔여물을 산화시키도록, 및/또는 배기 스트림(303) 내 질소산화물(NOx)의 추가적인 환원으로 SCR2를 보조하도록 배치된다.
본 명세서에서, 제1 슬립-촉매기(SC1)라는 용어는 일반적으로, 배기 스트림(303) 내 CO-화합물 및/또는 HC-화합물을 산화 및/또는 분해하도록 배치되고, 및/또는 배기 스트림 내 CO-화합물 및/또는 HC-화합물을 사용하여 배기 스트림(303) 내 질소산화물(NOx)의 잔여물을 환원할 수 있도록 배치되는 제1 촉매기를 지칭하도록 사용된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이러한 제1 슬립-촉매기(SC1)는, 1차적으로는 질소산화물(NOx)을 환원하도록, 그리고 2차적으로는 화합물을 산화 및/또는 분해하도록 배치된다. 즉, 제1 슬립-촉매기(SC1)는 다기능 슬립-촉매기이다. 다르게 말하면, 다기능적 제1 슬립-촉매기(SC1)는 화합물의 슬립-잔여물을 처리할 수 있고, 및/또는 질소산화물(NOx)의 슬립-잔여물을 처리할 수 있다. 이는 또한, 슬립-촉매기(SC1)가 연장형 암모니아 슬립-촉매기(ASC)인 것으로도 설명될 수 있으며, 연장형 암모니아 슬립-촉매기(ASC) 또한 배기 스트림(303) 내 CO-화합물 및/또는 HC-화합물을 산화 및/또는 분해하고 배기 스트림(303) 내 질소산화물(NOx)을 환원하도록 설정되어, 여러 유형의 슬립을 처리하는, 즉 질소산화물(NOx) 및/또는 CO-화합물 및/또는 HC-화합물의 잔여물을 모두 처리하는, 일반적인/다기능 제1 슬립-촉매기(SC1)가 획득되도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 환원 촉매 장치(331)에 포함되는, 질소산화물(NOx)을 환원하고 및/또는 화합물을 산화시키는 제1 다기능 슬립-촉매기(SC1)에서는, 적어도 다음의 반응들이 수행될 수 있다.
HC + O2 → H2O + CO2; (식 3)
HC + NOx → N2 + CO2; (식 4)
및/또는
CO + NOx → NO2 + CO2 (식 5).
이러한 단순화된 반응식에서, HC는 하나 또는 여러 개의 탄화수소 화합물(CaHb)을 대표한다. 여기서, 식 3에 따른 반응은 탄화수소(HC)의 산화를 초래한다. 식 4 및 식 5에 따른 반응은 질소산화물(NOx)의 환원을 제공하며, HC 및 CO가 각각의 반응에서 사용된다.
이러한 특성들을 획득하기 위해서, 즉 제1 다기능 슬립-촉매기(SC1)를 획득하기 위해서, 일 실시예에 따르면, 슬립-촉매기는 백금족 원소(Platinum Group Metals, PGM)에 포함되는 하나 또는 여러 개의 물질, 즉 이리듐, 오스뮴, 팔라듐, 백금, 로듐 및 루테늄 중 하나 또는 여러 개를 포함할 수 있다. 슬립-촉매(SC1)는 백금족 원소와 유사한 특성을 슬립-촉매기에 제공하는 하나 또는 여러 개의 다른 물질을 포함할 수도 있다. 슬립-촉매기는 또한, NOx-환원 코팅을 포함할 수 있으며, 이 때 코팅은 예를 들어 제올라이트 또는 바나듐을 포함할 수 있다. 여기서, 제올라이트는 예컨대 구리(Cu) 또는 철(Fe)과 같은 활성 금속으로 활성화될 수 있다. 슬립-촉매기(SC1)는 은(Ag)을 포함할 수도 있다.
제1 환원 촉매 장치(331)에 있어서, 그 촉매 특성은 제1 환원 촉매 장치가 노출되는, 또는 노출될 환경에 기초하여 선택될 수 있다. 또한, 제1 환원 촉매 장치(331) 및 제2 환원 촉매 장치(332)에 대한 촉매 특성은 이들 환원 촉매 장치가 서로 협력하여 작동할 수 있게 하도록 적응될 수 있다. 제1 환원 촉매 장치(331)는 또한, 촉매적 특성을 제공하는 하나 또는 여러 개의 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 바나듐 및/또는 텅스텐과 같은 전이 금속이, 예를 들어 V2O5/WO3/TiO2를 포함하는 촉매기에 사용될 수 있다. 예컨대 철 및/또는 구리와 같은 금속 또한, 제1 환원 촉매 장치(331)에, 예를 들어 제올라이트-기반 촉매기에 포함될 수 있다. 전술된 바와 같이, 은(Ag) 및/또는 백금족 원소(PGM) 또한 제1 환원 촉매 장치에 포함될 수 있다.
본 명세서에서, 제2 슬립-촉매기(SC2)라는 용어는 일반적으로, 배기 스트림(303) 내 첨가제를 산화 및/또는 분해하도록 배치되고, 및/또는 배기 스트림(303) 내 질소산화물(NOx)의 잔여물을 환원할 수 있도록 배치되는 촉매기를 의미하도록 사용된다. 전술된 바와 같이, 첨가제는 우레아, 암모니아(NH3) 및 이소시안산(HNCO) 중 하나 또는 여러 개를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이러한 제2 슬립-촉매기(SC2)는 1차적으로는 질소산화물(NOx)을 환원하도록 배치되고, 2차적으로는 첨가제의 잔여물을 산화 및/또는 분해하도록 배치된다. 즉, 제2 슬립-촉매기(SC2)는 다기능 슬립-촉매기이다. 다르게 말하면, 제2 다기능 슬립-촉매기(SC2)는 첨가제의 슬립-잔여물을 처리할 수 있고, 및/또는 질소산화물(NOx)의 슬립-잔여물을 처리할 수 있다. 이는, 제2 슬립-촉매기(SC2)가 연장형 암모니아 슬립-촉매(ASC)인 것으로 설명될 수 있으며, 연장형 암모니아 슬립-촉매는 첨가제를 산화 및/또는 분해하고 배기 스트림(303) 내 질소산화물(NOx)을 환원하도록 배치되어, 여러 유형의 슬립을 처리하는, 즉 질소산화물(NOx) 및/또는 첨가제의 잔여물을 처리하는, 일반적/다기능 제2 슬립-촉매기(SC2)가 획득되도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 질소산화물(NOx)를 환원하고 및/또는 첨가제를 산화시키는 제2 환원 촉매 장치(332)에 포함되는 제2 다기능 슬립-촉매기(SC2)에서는, 예를 들어 적어도 다음의 반응들이 수행될 수 있다.
NH3 + O2 → N2; (식 6)
및/또는
NOx + NH3 → N2 + H2O (식 7).
여기서, 식 6에 따른 반응은 첨가제, 예를 들어 암모니아를 포함하는 첨가제의 잔여물의 산화를 초래한다. 식 7에 따른 반응은 질소산화물(NOx)의 환원을 초래한다. 따라서, 예컨대 암모니아(NH3), 이소시안산(HNCO), 우레아 또는 그와 유사한 것과 같은 첨가제가 산화될 수 있다. 이러한 첨가제 잔여물, 즉 암모니아(NH3), HNCO, 우레아 또는 그와 유사한 것은, 여기서 질소산화물(NOx)을 환원하는 데에도 사용될 수 있다.
이러한 특성을 획득하기 위해, 즉 다기능 슬립-촉매기를 획득하기 위해, 제2 슬립-촉매기(SC2)는, 일 실시예에 따라 백금족 원소(Platinum Group Metals, PGM)에 포함되는 하나 또는 여러 개의 물질, 즉 이리듐, 오스뮴, 팔라듐, 백금, 로듐 및 루테늄 중 하나 또는 여러 개를 포함할 수 있다. 슬립-촉매기는 백금족 원소와 유사한 특성을 슬립-촉매기에 제공하는 하나 또는 여러 개의 다른 물질을 포함할 수도 있다. 또한, 슬립-촉매기는 NOx-환원 코팅을 포함할 수 있으며, 이 코팅은 예를 들어 제올라이트 또는 바나듐을 포함할 수 있다. 이때, 제올라이트는 예컨대 구리(Cu) 또는 철(Fe)과 같은 활성 금속으로 활성화될 수 있다.
제2 환원 촉매 장치(332)에 있어서, 이러한 촉매 특성은 제2 환원 촉매 장치가 노출되는, 또는 노출될 환경에 기초하여 선택될 수 있다. 또한, 제1 환원 촉매 장치(331) 및 제2 환원 촉매 장치(332)는, 이들 환원 촉매 장치가 서로 협력하여 작동할 수 있도록 적응될 수 있다. 제2 환원 촉매 장치(332)는 또한, 촉매적 특성을 제공하는 재료를 하나 또는 여러 개 포함할 수 있다. 예를 들어, 예컨대 바나듐 및/또는 텅스텐과 같은 전이 금속이, 예를 들어 V2O5/WO3/TiO2를 포함하는 촉매기에 사용될 수 있다. 예컨대 철 및/또는 구리와 같은 금속 또한, 제1 환원 촉매 장치(331) 및/또는 제2 환원 촉매 장치(332), 예를 들어 제올라이트-기반 촉매기에 포함될 수 있다.
도 3a 내지 도 3b에 개략적으로 도시된 배기 처리 시스템(350)은, 다양한 실시예들에 따라, 이하에서 요약될 수 있는 다수의 다양한 구조/구성을 가질 수 있으며, 각각의 유닛 CR1, SCR2, DPF, cDPF, SC1, SC2은 본 명세서 전체에서 설명되는 각각의 특징을 갖는다. 종래의 입자 필터, 즉 코팅되지 않은 입자 필터는 여기서 DPF로 지칭된다. 적어도 일부분이 촉매 산화 작용이 있는 코팅을 구비하는 입자 필터(320)는 여기서 cDPF로 지칭된다. 촉매 산화작용이 있는 코팅은 그 특성에 따라, 한편으로는 질소산화물(NO)을 산화시키도록, 그리고 다른 한편으로는 불완전하게 산화된 탄소화합물을 산화시키도록 적응될 수 있다. 불완전하게 산화된 탄소화합물은, 예를 들어 엔진의 분사 시스템을 통해 생성되는 연료 잔여물로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 하나의 구성에 따르면, 배기 처리 시스템은 CR1-cDPF-SCR2 구조를 포함한다. 즉, 배기 처리 시스템(350)은, 하류에 적어도 일부분이 촉매 산화작용이 있는 코팅을 구비하는 입자 필터(cDPF)가 뒤따르고, 그 하류에 제2 선택적 환원 촉매 장치(SCR2)가 뒤따르는, 제1 환원 촉매기(CR1)를 포함한다. 배기 처리 시스템(350)에서 제1 환원 촉매기(CR1)과 제2 선택적 환원 촉매기(SCR2)의 협력적으로 사용함으로써, 특정 적용에 대해서, 예를 들어 제한된 전환 레벨 요건을 초래하는 제한된 NOx-레벨에서, 배기 처리 시스템(350) 내 제2 슬립-촉매기(SC2)를 생략할 수 있다. 이는, 예를 들어 슬립-촉매기가 실제로 요구되는 전술된 유로VI-시스템과 비교하여 유리하다. 통상적으로, SCR-촉매기는 SC-촉매기보다 저렴하기 때문에, 본 발명의 이러한 실시예에 의해 제2 슬립-촉매기(SC2)를 생략함으로써 제조 비용이 절감될 수 있다.
제1 환원 촉매기(CR1)는, 예를 들어 황 오염된 구성요소들(예컨대, 제1 환원 촉매기(CR1) 및/또는 그 하류에 배치되는 구성 요소들)의 재생을 용이하게 하는, 배기 스트림 내 탄화수소(HC)의 산화에 의한 열의 발생하는 목적으로 사용될 수 있다. 황 오염된 구성요소들의 재생 시에는, 구성 요소들, 즉 제1 환원 촉매기(CR1) 및 그 하류에 배치되는 구성요소들 중 적어도 하나에 침전된 황의 양이 감소된다.
산화 코팅을 포함하는 입자 필터(cDPF)(320)의 사용은, 필터의 향상된 NO-기반 재생, 제2 환원 촉매 장치(332)에서의 이산화질소(NO2) 레벨에 대한 보다 안정적인 조건 및/또는 NO2/NOx 비에 대한 값의 제어 가능성을 초래한다.
본 발명에 따른 하나의 구성에 따르면, 배기 처리 시스템은 CR1-SC1-cDPF-SCR2 구조를 포함한다. 즉, 배기 처리 시스템(350)은 하류에 제1 슬립-촉매기(SC1)가 뒤따르고, 그 하류에는 적어도 일부가 촉매 산화작용이 있는 코팅을 구비하는 입자 필터(cDPF)가 뒤따르며, 그 하류에는 제2 선택적 환원 촉매기(SCR2)가 뒤따르는 제1 환원 촉매기(CR1)를 포함한다. 전술된 바와 같이, 배기 처리 시스템(350)에서의 제1 환원 촉매기(CR1)와 제2 선택적 환원 촉매기(SCR2) 양 측의 사용은, 일부 적용에 대해 배기 처리 시스템(350)에서 제2 슬립-촉매기(SC2)를 생략할 수 있도록 하며, 이는 차량의 제조 비용을 절감한다. 제1 슬립-촉매기(SC1)의 사용은 보다 큰 부하를 용이하게 하며, 이로 인해 제1 환원 촉매기(CR1)의 보다 양호한 사용을 용이하게 한다.
발명의 일 실시예에 따르면, 이 때 제1 환원 촉매 장치(331)는, 다기능이고 이로 인해 일산화탄소(CO) 및 탄화수소(HC) 중 하나 또는 여러 개를 포함하는 화합물의 잔여물을 사용함으로써 질소산화물(NOx)을 환원하고, (전술된 것과 같은) 화합물의 잔여물을 산화 및/또는 분해시키기도 하는 제1 슬립-촉매(SC1)를 포함한다. 이는, 배기 처리 시스템에 대해 많은 이점을 보장한다. 여기서, 제1 슬립-촉매기(SC1)는 제1 환원 촉매기(CR1)와 협력하여 사용되어, 질소산화물(NOx)의 환원 및 화합물의 잔여물의 산화 및/또는 분해에 대한 제1 슬립-촉매기(SC1)의 활동뿐만 아니라, 화합물에 대한 슬립-촉매(SC1)의 침전(deposition) 특성이 제1 환원 촉매기(CR1)의 기능에 대한 보완을 구성하도록 할 수 있다. 제1 환원 촉매기(CR1) 및 제1 슬립-촉매기(SC1)를 포함하는 제1 환원 촉매 장치(331)에 대한 이러한 특징들의 조합은 더 높은 전환 수준이 제1 환원 촉매 장치(331)를 거쳐서 획득될 수 있음을 의미한다. 또한, 제1 환원 촉매 장치(331)에 제1 슬립-촉매기(SC1)를 사용하는 것은, 배기 처리 시스템에서 제1 환원 촉매 장치(331)의 하류에 배치되는 구성요소들에서 CO/HC-화합물의 비-선택적인 산화가 발생하는 것을 방지할 수 있도록 하는 조건을 야기한다.
제1 환원 촉매기(CR1) 및/또는 제1 슬립-촉매기(SC1)는, 황 오염된 구성 요소들(예컨대, 제1 환원 촉매기(CR1) 및/또는 그 하류에 배치되는 구성 요소들)의 재생을 용이하게 하는, 예를 들어 배기 스트림 내 탄화수소(HC)의 산화에 의한 열 발생의 목적으로 사용될 수 있다. 황 오염된 구성 요소들의 재생 시에는, 구성요소들, 즉 제1 환원 촉매기(CR1) 및 그 하류에 배치된 구성 요소들에 침전된 황의 양이 감소된다.
산화 코팅을 포함하는 입자 필터 cDPF(320)의 사용은, 필터의 개선된 NO2-기반 재생, 제2 환원 촉매 장치(332)에서의 이산화질소(NO2) 수준에 대해 보다 안정적인 조건, 및/또는 NO2/NOx 비에 대한 값의 제어 가능성을 초래한다.
본 발명에 따른 하나의 구성에 따르면, 배기 처리 시스템은 CR1-cDPF-SCR2-SC2 구조를 포함한다. 즉, 배기 처리 시스템(350)은, 하류에 적어도 일부분이 촉매 작용이 있는 산화 코팅을 구비하는 입자 필터(cDPF)가 뒤따르고, 그 하류에는 제2 선택적 환원 촉매기(SCR2)가 뒤따르며, 그 하류에는 제2 슬립-촉매기(SC2)가 뒤따르는 제1 환원 촉매기(CR1)를 포함한다. 제2 환원 촉매기(SCR2)는 하류에 제2 슬립-촉매기(SC2)가 뒤따르므로, 예를 들어 첨가제의 증가된 주입에 의한 큰 부하를 취할 수 있기 때문에, 이러한 배기 처리 시스템(350)은 질소산화물(NOx)의 배출 수준이 0에 가깝도록 할 수 있다. 제2 슬립-촉매기(SC2)을 사용함으로써, 제2 슬립-촉매기(SC2)에 의해 추가적인 슬립이 처리될 수 있으므로, 시스템의 성능이 추가적으로 개선된다.
제1 환원 촉매기(CR1)는, 황 오염된 구성 요소들(예컨대, 제1 환원 촉매기(CR1) 및/또는 그 하류에 배치되는 구성 요소들)의 재생을 용이하게 하는, 예컨대 배기 스트림 내 탄화수소(HC)의 산화에 의한 열 발생을 목적으로 사용될 수 있다. 황 오염된 구성 요소들의 재생 시에는, 구성 요소들, 즉 제1 환원 촉매기(CR1) 및 그 하류에 배치되는 구성 요소들 중 적어도 하나에서 침전되는 황의 양이 감소된다.
산화 코팅을 포함하는 입자 필터(cDPF)(320)의 사용은, 필터의 개선된 NO2-기반 재생, 제2 환원 촉매 장치(332) 내 이산화질소(NO2)에 보다 안정적인 조건, 및/또는 NO2/NOx 비에 대한 값의 제어 가능성을 초래한다.
본 발명에 따른 일 구성에 따르면, 배기 처리 시스템은 CR1-SC1-cDPF-SCR2-SC2 구조를 포함한다. 즉, 배기 처리 시스템(350)은, 하류에 제1 슬립-촉매기(SC1)가 뒤따르고, 그 하류에는 적어도 일부분이 촉매작용이 있는 산화 코팅을 구비하는 입자 필터(cDPF)가 뒤따르고, 그 하류에는 제2 선택적 환원 촉매기(SCR2)가 뒤따르며, 그 하류에는 제2 슬립-촉매기(SC2)가 뒤따르는, 제2 환원 촉매기(CR1)를 포함한다. 제2 환원 촉매기(SCR2)는 그 하류에 제2 슬립-촉매(SC2)가 뒤따르므로, 제2 환원 촉매기(SCR2)가 증가된 첨가제 주입에 의해 더 작동(work hard)하도록 만들어질 수 있기 때문에, 이러한 배기 처리 시스템(350)은 질소산화물(NOx)의 배출 수준을 0에 근접하게 할 수 있다. 제2 슬립-촉매기(SC2)를 사용함으로써, 제2 슬립-촉매기(SC2)에 의해 추가적인 슬립이 처리되기 때문에, 시스템의 성능이 추가적으로 개선된다. 제2 슬립-촉매기(SC2)의 사용은 또한, NOx-환원에 대한 환원의 시작 온도("라이트-오프"온도)의 감소를 가능하게 하고, 따라서 제2 선택적 환원 촉매기(SCR2)의 개선된 사용을 용이하게 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이 때 제1 환원 촉매 장치(331)는 제1 슬립-촉매기(SC1)를 포함하는데, 제1 슬립-촉매기(SC1)는 다기능이고, 일산화탄소(CO) 및 탄화수소(HC) 중 하나 또는 여러 개를 포함하는 화합물의 잔여물을 사용함으로써 질소산화물(NOx)을 환원하고, (전술된 바와 같은) 화합물의 잔여물을 산화 및/또는 분해하기도 한다. 이는, 배기 처리 시스템에 대한 다수의 이점을 보장한다. 여기서, 제1 슬립-촉매기(SC1)는, 제1 환원 촉매기(CR1)와 협력하여 사용되어, 질소산화물(NOx)의 환원과 CO/HC-화합물의 잔여물의 산화 및/또는 분해에 대한 제1 슬립-촉매기(SC1)의 활동뿐만 아니라, CO/HC-화합물에 대한 슬립-촉매기(SC1)의 침전 특성이 제1 환원 촉매기(CR1)의 기능에 대한 보완을 구성하도록 한다. 제1 환원 촉매기(CR1) 및 제1 슬립-촉매기(SC1)를 포함하는 제1 환원 촉매 장치(331)에 대한 이들 특징의 조합은, 제1 환원 촉매 장치(331)에 거쳐 더 높은 전환 수준이 획득될 수 있음을 의미한다. 또한, 제1 환원 촉매 장치(331)에 제1 슬립-촉매기(SC1)을 사용함으로써, 배기 처리 시스템에서 제1 환원 촉매 장치(331)의 하류에 배치되는 구성 요소들에서 비-선택적인 CO/HC-화합물의 산화가 발생하는 것을 방지할 수 있도록 만드는 조건을 이룬다.
제1 환원 촉매기(CR1) 및/또는 제1 슬립-촉매기(SC1)는, 황 오염된 구성 요소들(예컨대 제1 환원 촉매기(CR1) 및/또는 그 하류에 배치되는 구성 요소들)의 재생을 용이하게 하는, 예를 들어 배기 스트림 내 탄화수소(HC)의 산화에 의한 발열의 목적으로 사용될 수 있다. 황 오염된 구성 요소들의 재생 시에는, 구성 요소들, 즉 제1 환원 촉매기(CR1) 및 그 하류에 배치된 구성 요소들 중 적어도 하나에 침전된 황의 양이 감소된다.
산화 코팅을 포함하는 입자 필터(cDPF)(320)의 사용은, 필터의 개선된 NO2-기반 재생, 제2 환원 촉매 장치(332)에서의 이산화탄소(NO2) 수준에 대한 보다 안정적인 조건, 및/또는 NO2/NOx비에 대한 값의 제어 가능성을 초래한다.
본 발명에 따른 하나의 구성에 따르면, 배기 처리 시스템은 SC1-cDPF-SCR2 구조를 포함한다. 즉, 배기 처리 시스템(350)은, 하류에 적어도 일부가 촉매작용이 있는 산화 코팅을 구비하는 입자 필터(cDPF)가 뒤따르고, 그 하류에 제2 선택적 환원 촉매기(SCR2)가 뒤따르는 제1 슬립-촉매기(SC1)를 포함한다. 여기서도, 제1 슬립-촉매기(SC1)와 제2 선택적 환원 촉매기(SCR2)의 사용에 의해, 특정 적용에서 제2 슬립-촉매기(SC2)가 배기 처리 시스템(350)으로부터 생략될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 여기서 제1 환원 촉매 장치(331)는, 다기능이고 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 중 하나 또는 여러 개를 포함하는 화합물의 사용을 통해 질소산화물(NOx)을 환원하고 (전술된 것과 같은) 화합물을 산화 및/또는 분해하는, 슬립-촉매기(SC1)만을 포함한다. 이는 배기 처리 시스템에 대한 다수의 이점을 보장한다.
제1 슬립-촉매기(SC1)는, 예를 들어 배기 스트림 내 탄화수소(HC)의 산화에 의한 발열의 목적으로 사용될 수 있으며, 이 열은 또한 황 오염된 구성요소들(예컨대, 촉매기 및/또는 그 하류에 배치되는 구성 요소들)의 재생을 용이하게 할 수 있다. 황 오염된 구성 요소들의 재생 시에는, 구성 요소들에 삽입된 황의 양이 감소된다.
산화 코팅을 포함하는 입자 필터(cDPF)(320)의 사용은, 필터의 개선된 NO2-기반 재생, 제2 환원 촉매 장치(332)에서의 질소산화물(NO2) 수준에 대한 보다 안정적인 조건, 및/또는 NO2/NOx 비에 대한 값의 제어 가능성을 초래한다.
본 발명에 따른 하나의 구성에 따르면, 배기 처리 시스템은 SC1-cDPF-SCR2-SC2 구조를 포함한다. 즉, 배기 처리 시스템(350)은, 하류에 적어도 일부분이 촉매작용이 있는 산화 코팅을 구비하는 입자 필터(cDPF)가 뒤따르고, 그 하류에는 제2 선택적 환원 촉매기(SCR2)가 뒤따르고, 그 하류에는 제2 슬립-촉매기(SC2)가 뒤따르는, 제1 슬립-촉매기(SC1)를 포함한다. 이러한 배기 처리 시스템(350)은, 제2 환원 촉매기(SCR2)의 하류에 제2 슬립-촉매기(SC2)가 뒤따라서, 제2 환원 촉매기가 큰 부하, 즉 첨가제의 비교적 높은 주입을 취할 수 있기 때문에, 질소산화물(NOx)의 배출 레벨을 0에 근접하게 할 수 있다. 제2 슬립-촉매기(SC2)를 사용함으로써, 추가적인 슬립이 제2 슬립-촉매기(SC2)에 의해 처리될 수 있기 때문에, 시스템에 대한 성능이 향상된다. 제2 슬립-촉매기(SC2)의 사용은 NOx-화원에 대한 시작 온도("라이트-오프" 온도)의 감소를 용이하게 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 여기서 제1 환원 촉매 장치(331)는, 다기능이고 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 중 하나 또는 여러 개를 포함하는 화합물의 사용을 질소산화물(NOx)을 환원하고 (전술된 것과 같은) 화합물을 산화 및/또는 분해하는 슬립-촉매기(SC1)만을 포함한다. 이는, 배기 처리 시스템에 대한 다수의 이점을 보장한다. 제1 슬립-촉매기(SC1)는, 예를 들어 배기 스트림 내 탄화수소(HC)의 산화에 의한 발열의 목적으로 사용될 수 있으며, 이러한 열은 황 오염된 구성 요소들(예컨대, 촉매기 및/또는 그 하류에 배치되는 구성 요소들)의 재생을 용이하게 한다. 황 오염된 구성 요소들의 재생 시에는, 구성 요소들에 삽입되는 황의 양이 감소된다.
산화 코팅을 포함하는 입자 필터(cDPF)(320)의 사용은, 필터의 개선된 NO2-기반 재생, 제2 환원 촉매 장치(332)에서의 이산화질소(NO2)에 대한 보다 안정적인 조건, 및/또는 NO2/NOx 비에 대한 값의 제어 가능성을 초래한다.
본 발명에 따른 하나의 구성에 따르면, 배기 처리 시스템은 SC1-CR1-cDPF-SCR2 구조를 포함한다. 즉, 배기 처리 시스템(350)은, 하류에 제1 환원 촉매기(CR1)가 뒤따르고, 그 하류에는 적어도 일부분이 촉매작용이 있는 산화 코팅을 구비하는 입자 필터(cDPF)가 뒤따르고, 그 하류에는 제2 선택적 환원 촉매기(SCR2)가 뒤따르는, 제1 슬립-촉매기(SC1)를 포함한다.
전술된 바와 같이, 제1 환원 촉매기(CR1)와 제2 선택적 환원 촉매기(SCR2)을 둘 다 사용함으로써, 일부 적용에 대해 배기 처리 시스템(350)에서 제2 슬립-촉매(SC2)를 생략할 수 있으며, 이는 차량의 제조 비용을 절감한다. 제1 슬립-촉매기(SC1)의 사용은 더 큰 부하를 가능하게 하고, 이로 인해 제1 환원 촉매기(CR1)의 더 양호한 사용을 가능하게 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 여기서 제1 환원 촉매 장치(331)는, 다기능이고 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 중 하나 또는 여러 개를 포함하는 화합물의 사용을 통해 질소산화물(NOx)을 환원하고, (전술된 것과 같은) 화합물을 산화 및/또는 분해시키는, 슬립-촉매기(SC1)만을 포함하며, 이는 배기 처리 시스템에 대한 다수의 이점을 보장한다. 여기서, 제1 슬립-촉매기(SC1)는 제1 환원 촉매기(CR1)와 협력하여 사용되어, 질소산화물(NOx)의 화원과 첨가제의 산화에 대한 제1 슬립-촉매기(SC1)의 활동뿐만 아니라, CO/HC-화합물에 대한 슬립촉매기(SC1)의 침전 특성이 제1 환원 촉매기(CR1)의 기능에 대한 보완을 구성하도록 한다. 제1 환원 촉매기(CR1) 및 제1 슬립-촉매기(SC1)을 포함하는 제1 환원 촉매 장치(331)의 이러한 특징들의 조합은 제1 환원 촉매 장치(331)를 거쳐 더 높은 전환 레벨을 획득할 수 있음을 의미한다. 또한, 제1 환원 촉매 장치(331)에 제1 슬립-촉매기(SC1)를 사용하는 것은, 배기 처리 시스템에서 제1 환원 촉매 장치(331)의 하류에 배치되는 구성 요소들에서 CO/HC-화합물의 비-선택적인 산화가 발생하는 것을 방지할 수 있도록 하는 조건을 초래한다.
제1 환원 촉매기(CR1) 및/또는 제1 슬립-촉매기(SC1)는 예를 들어 배기 스트림 내 탄화수소(HC)의 산화를 통해, 황 오염된 구성 요소들(예컨대, 촉매기 및/또는 그 하류에 배치되는 구성 요소들)의 재생을 용이하게 하는, 열을 방출하는 목적으로 사용될 수 있다. 황 오염된 구성 요소들의 재생 시에는, 구성 요소들에 삽입되는 황의 양이 감소된다. 제1 환원 촉매기(CR1)의 상류에 제1 슬립-촉매기(SC1)를 사용하면, 이러한 열을 생성하는 가능성이 높아진다.
산화 코팅을 포함하는 입자 필터(cDPF)(320)의 사용은, 필터의 향상된 NO2-기반 재생, 제2 환원 촉매 장치(332)에서의 이산화질소(NO2) 레벨에 대한 보다 안정적인 조건들, 및/또는 NO2/NOx 비에 대한 값의 제어 가능성을 초래한다.
본 발명에 따른 하나의 구성에 따르면, 배기 처리 시스템은 SC1-CR1-cDPF-SCR2-SC2 구조를 포함한다. 즉, 배기 처리 시스템(350)은, 하류에 제1 환원 촉매기(CR1)가 뒤따르고, 그 하류에는 적어도 일부가 촉매작용이 있는 산화 코팅을 구비하는 입자 필터(cDPF)가 뒤따르고, 그 하류에는 제2 선택적 환원 촉매기(SCR2)가 뒤따르며, 그 하류에는 제2 슬립-촉매기(SC2)가 뒤따르는, 제1 슬립-촉매기(SC1)를 포함한다. 이러한 배기 처리 시스템(350)은, 제2 환원 촉매기(SCR2)의 하류에 제2 슬립-촉매(SC2)가 뒤따르므로, 예를 들어, 제2 환원 촉매기가 증가된 첨가제 주입에 의해 잘 작동하도록 제조될 수 있기 때문에, NOx-환원에 대한 시동 온도("라이트-오프"온도)의 감소를 용이하게 한다. 제2 슬립-촉매기(SC2)를 사용함으로써, 제2 슬립-촉매기(SC2)에 의해 추가적인 슬립이 처리될 수 있으므로, 시스템에 대한 성능이 추가적으로 향상된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 여기서 제1 환원 촉매 장치(331)는, 다기능이고 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 중 하나 또는 여러 개를 포함하는 화합물의 사용을 통해 질소산화물(NOx)을 환원하고 (전술된 것과 같은) 화합물을 산화 및/또는 분해하는, 슬립-촉매기(SC1)만을 포함하며, 이는 배기 처리 시스템에 대한 다수의 이점을 보장한다. 여기서, 제1 슬립-촉매기(SC1)는 제1 환원 촉매기(CR1)과 협력하여 사용되어, 질소산화물(NOx)의 환원과 CO/HC-화합물의 잔여물의 산화 및/또는 분해와 관련된 제1 슬립-촉매기(SC1)의 활동뿐만 아니라, CO/HC-화합물에 대한 슬립-촉매기(SC1)의 침전 특성이 제1 환원 촉매기(CR1)의 기능에 대한 보완을 구성하도록 한다. 제1 환원 촉매기(CR1)와 제1 슬립-촉매기(SC1)를 포함하는 제1 환원 촉매 장치(331)의 이러한 특징들의 조합은, 제1 환원 촉매 장치(331)를 거쳐 더 높은 전환 레벨이 획득될 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 제1 환원 촉매 장치에 제1 슬립-촉매기(SC1)를 사용하는 것은, 배기 처리 시스템에서 제1 환원 촉매 장치(331)의 하류에 배치되는 구성 요소들에서 CO/HC-화합물의 비-선택적인 산화가 발생하는 것을 피할 수 있도록 하는 조건을 초래한다.
제1 환원 촉매기(CR1) 및/또는 제1 슬립-촉매기(SC1)는, 예를 들어 배기 스트림 내 탄화 수소(HC)의 산화를 통해, 황 오염된 구성 요소들(예컨대, 촉매기 및/또는 그 하류에 배치되는 구성 요소들)의 재생을 용이하게 하는, 열의 발생시키는 목적으로 사용될 수 있다. 황 오염된 구성 요소들의 재생 시에는, 구성 요소들에 삽입되는 황의 양이 감소된다. 제1 슬립-촉매기(SC1)를 제1 환원 촉매기(CR1)의 상류에 사용함으로써, 이러한 열을 생성할 수 있는 가능성을 높인다.
상기 실시예들에 따라 위에 열거된 구성들에서, 제1 환원 촉매기(CR1)와 제1 슬립-촉매기(SC1)는, CR1 와 SC1를 모두 포함하는 통합형 유닛으로 구성되거나, CR1과 SC1에 대한 별개의 유닛들로 구성될 수 있다.
유사하게, 제1 환원 촉매 장치(331)와 적어도 일부가 촉매작용이 있는 산화 코팅을 구비하는 입자 필터(cDPF)는, 제1 환원 촉매 장치(331)와 입자 필터(cDPF)를 모두 포함하는 통합형 유닛으로 구성될 수도 있고, 제1 환원 촉매 장치(331)와 필터(cDPF)에 대한 별개의 유닛들로 구성될 수도 있다.
유사하게, 제2 환원 촉매기(SCR2)와 제2 슬립-촉매기(SC2)는, SCR2와 SC2를 모두 포함하는 통합형 유닛으로 구성되거나, SCR2와 SC2에 대한 별개의 유닛들로 구성될 수 있다.
유사하게, 제1 슬립-촉매기(SC1)와 적어도 일부가 촉매작용이 있는 산화 코팅을 구비하는 입자 필터(cDPF)는 적어도 부분적으로 통합되어 있는 유닛을 구성하거나, 별개의 유닛들을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전술된 구성들은, 본 발명의 다양한 실시예들에 따라, 전술된 것과 같은 상기 배기 스트림(303) 내 질소, 탄소 및 수소 중 하나 이상을 포함하는 화합물의 제1 산화를 수행하도록 제1 환원 촉매 장치(331)의 상류에 배치되는 제1 산화 촉매기(DOC1)(311)도 포함할 수 있다. 그러면, 구성들은 다음과 같이 간략하게 묘사될 수 있다. DOC1-CR1-cDPF-SCR1, DOC1-CR1-cDPF-SCR2-SC2, DOC1-CR1-SC1-cDPF-SCR2, DOC1-CR1-SC1-cDPF-SCR2-SC2, DOC1-SC1-cDPF-SCR2, DOC1-SC1-cDPF-SCR2-SC2, DOC1-SC1-CR1-cDPF-SCR2, DOC1-SC2-CR1-cDPF-SCR2-SC2.
본 발명에 따른 전술된 구성들은, 본 발명의 다양한 실시예들에 따라, 전술된 것과 같은 상기 배기 스트림(303) 내 질소, 탄소 및 수소 중 하나 이상을 포함하는 화합물의 제2 산화를 수행하도록 제2 환원 촉매장치(331)의 하류와 코팅되지 않은 입자 필터(DPF)(320)의 상류에 배치되는 제2 산화 촉매기(312)도 포함할 수 있다. 그러면, 구성들은 다음과 같이 간략하게 각각 묘사될 수 있다. CR1-DOC2-DPF-SCR2, CR1-DOC2-DPF-SCR2-SC2, CR1-SC1-DOC2-DPF-SCR2, CR1-SC1-DOC2-DPF-SCR2-SC2, SC1-DOC2-DPF-SCR2, SC1-DOC2-DPF-SCR2-SC2, SC1-CR1-DOC2-DPF-SCR2, SC1-CR1-DOC2-DPF-SCR2-SC2; 그리고 DOC1-CR1-DOC2-DPF-SCR2, DOC1-CR1-SC1-DOC2-DPF-SCR2-SC2, DOC1-CR1-SC1-DOC2-DPF-SCR2, DOC1-CR1-SC1-DOC2-DPF-SCR2-SC2, DOC1-SC1-DOC2-DPF-SCR2, DOC1-SC1-DOC2-DPF-SCR2-SC2, DOC1-SC1-CR1-DOC2-DPF-SCR2, DOC1-SC1-CR1-DOC2-DPF-SCR2-SC2.
본 발명에 따른 전술된 구성들은, 본 발명의 다양한 실시예들에 따라, 전술된 것과 같은 상기 배기 스트림(303) 내 질소, 탄소 및 수소 중 하나 이상을 포함하는 화합물의 제2 산화를 수행하도록, 코팅된 입자 필터(cDPF) 또는 비-코팅된 입자 필터(DPF)(320)의 하류와 제2 환원 촉매 장치(332)의 상류에 배치되는, 제3 산화 촉매기(313)도 포함할 수 있다. 그러면, 구성들은 다음과 같이 간략하게 각각 묘사될 수 있다. CR1-cDPF-DOC3-SCR2, CR1-cDPF-DOC3-SCR2-SC2, CR1-SC1-cDPF-DOC3-SCR2, CR1-SC1-cDPF-DOC3-SCR2-SC2, SC1-cDPF-DOC3-SCR2, SC1-cDPF-DOC3-SCR2-SC2, SC1-CR1-cDPF-DOC3-SCR2, SC1-CR1-cDPF-DOC3-SCR2-SC2; 그리고 DOC1-CR1-cDPF-DOC3-SCR2, DOC1 -CR1-cDPF-DOC3-SCR2-SC2, DOC1-CR1-SC1-cDPF-DOC3-SCR2, DOC1-CR1-SC1-cDPF-DOC3-SCR2-SC2, DOC1-CR1-SC1cDPF-DOC3-SCR2, DOC1-CR1-cDPF-DOC3-SCR2-SC2, DOC1-SC1-CR1-cDPF-DOC3-SCR2, DOC1-SC1-CR1-cDPF-DOC3-SCR2-SC2; 그리고 CR1-DOC2-DPF-DOC3-SCR2, CR1-DOC2-DPF-DOC3-SCR2-SC2, CR1-SC1-DOC2-DPF-DOC3-SCR2, CR1-SC1-DOC2-DPF-DOC3-SCR2-SC2, SC1-DOC2-DPF-DOC3-SCR2, SC1-DOC2-DPF-DOC3-SCR2-SC2, SC1-CR1-DOC2-DPF-DOC3-SCR2, SC1-CR1-DOC2-DPF-DOC3-SCR2-SC2; 그리고 DOC1-CR1-DOC2-DPF-DOC3-SCR2-SC2, DOC1-CR1-DOC2-DPF-DOC3-SCR2-SC2, DOC1-CR1-SC1-DOC2-DPF-DOC3-SCR2, DOC1-CR1-SC1-DOC2-DPF-DOC3-SCR2-SC2, DOC1-SC1-DOC2-DPF-DOC3-SCR2, DOC1-SC1-DOC2-DPF-DOC3-SCR2-SC2, DOC1-SC1-CR1-DOC2-DPF-DOC3-SCR2, DOC1-SC1-CR1-DOC2-DPF-DOC3-SCR2-SC2.
본 발명에 따른 전술된 구성들 중 제2 산화 촉매기(DOC2)를 포함하지 않는 구성들은, 본 발명의 다양한 실시예들에 따라, 코팅되지 않은 입자 필터(DPF)(320)도 포함할 수 있다. 그러면, 구성들은 다음과 같이 간략하게 각각 묘사될 수 있다. CR1-DPF-SCR2, CR1-DPF-SCR2-SC2, CR1-SC1-DPF-SCR2, CR1-SC1-DPF-SCR2-SC2, SC1-DPF-SCR2, SC1-DPF-SCR2-SC2, SC1-CR1-DPF-SCR2, SC1-CR1-DPF-SCR2-SC2; 그리고 DOC1-CR1-DPF-SCR2, DOC1-CR1-DPF-SCR2-SC2, DOC1-CR1-SC1-DPF-SCR2, DOC1-CR1-SC1-DPF-SCR2-SC2, DOC1-SC1-DPF-SCR2, DOC1-SC1-DPF-SCR2-SC2, DOC1-SC1-CR1-DPF-SCR2, DOC1-SC1-CR1-DPF-SCR2-SC2; 그리고 CR1-DPF-DOC3-SCR2, CR1-DPF-DOC3-SCR2-SC2, CR1-SC1-DPF-DOC3-SCR2, CR1-SC1-DPF-DOC3-SCR2-SC2, SC1-DPF-DOC3-SCR2, SC1-DPF-DOC3-SCR2-SC2, SC1-CR1-DPF-DOC3-SCR2, SC1-CR1-DPF-DOC3-SCR2-SC2; 그리고 DOC1-CR1-DPF-DOC3-SCR2, DOC1-CR1-DPF-DOC3-SCR2-SC2, DOC1-CR1-SC1-DPF-DOC3-SCR2, DOC1-CR1-SC1-DPF-DOC3-SCR2-SC2, DOC1-SC1-DPF-DOC3-SCR2, DOC1-SC1-DPF-DOC3-SCR2-SC2, DOC1-SC1-CR1-DPF-DOC3-SCR2, DOC1-SC1-CR1-DPF-DOC3-SCR2-SC2.
상세하게 전술된 바와 같이, 위에 열거된 본 발명의 구성들의 각각은 제2 환원 촉매 장치(332)의 상류에 제2 주입 장치(372)를 포함할 수 있으며, 제1 환원 촉매 장치(331)의 상류에는 제1 주입 장치(371)를 포함할 수도 있고, 포함하지 않을 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 연소 기관(301)에 의해 배출되는 배기 스트림(303)의 처리를 위한 방법이 제공된다. 이러한 방법은 도 4를 참조하여 본 명세서에서 설명되며, 방법 단계들은 배기 처리 시스템(350)을 통과하는 배기 스트림의 유동을 따른다.
상기 방법의 제1 단계(410)에서, 배기 스트림(303) 내에 존재하는 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 중 하나 또는 여러 개를 포함하는 화합물을 사용하여, 제1 환원 촉매장치(331)에서 배기 스트림 내 질소산화물(NOx)의 환원이 수행된다. 제1 환원 촉매 장치(331)는, 다양한 실시예에 따라, 제1 환원 촉매기(CR1) 및/또는 제1 슬립-촉매기(SC1)를 포함할 수 있다. 제1 슬립-촉매기(SC1)는 CO/HC-화합물을 산화 및/또는 분해하도록 배치되며, 및/또는 배기 스트림(303) 내 질소산화물(NOx)의 추가적인 환원을 제공한다. 본 명세서에서, 제1 환원 촉매 장치(331)를 사용한 질소산화물(NOx)의 환원은, 전체 반응이 질소산화물(NOx)의 환원을 구성하는 한, 부분적으로 산화를 포함할 수 있다는 것을 이해해야 한다.
상기 방법의 제2 단계(420)에서는, 배기 스트림이 여과되어, 입자 필터(320)에 의해 그을음 입자들이 포집 및 산화된다. 다양한 실시예에 따르면, 입자 필터(320)는 코팅되지 않은 입자 필터(DPF) 또는 촉매작용이 있는 산화 코팅을 적어도 부분적으로 포함하는 입자 필터(cDPF)로 구성될 수 있으며, 이러한 촉매작용이 있는 산화 코팅은 그을음 입자들과 하나 또는 여러 개의 불완전하게 산화된 질소 및/또는 탄소 화합물을 산화시킨다.
상기 방법의 제3 단계(430)에서는, 제2 주입 장치(372)의 사용으로, 배기 스트림(303)으로의 첨가제 공급이 제어된다.
상기 방법의 제4 단계(440)에서는, 제2 선택적 환원 촉매기(SCR2)와 일부 구성에서는 제2 슬립-촉매기(SC2)를 포함할 수 있는, 제2 주입 장치(371)의 하류에 배치되는, 적어도 제2 환원 촉매 장치(332) 내 첨가제 사용을 통해, 배기 스트림(303) 내 질소산화물(NOx)의 환원이 수행된다. 여기서, 제2 환원 촉매 장치(332)에서의 환원은 제3 단계(430)에서의 첨가제 공급에 의해 영향을 받는다. 여기서, 제2 슬립-촉매기(SC2)는 예컨대 암모니아와 같은 첨가제의 잔여를 산화시키고, 및/또는 배기 스트림(303) 내 질소산화물(NOx)의 추가적인 환원을 제공한다. 본 명세서에서, 제2 환원 촉매 장치(332)를 사용한 질소산화물(NOx)의 환원은, 전체 반응이 질소산화물(NOx)의 환원을 구성하는 한, 부분적으로 산화를 포함할 수 있다는 것을 이해해야 한다.
제1 환원 촉매 장치(331)가 노출되는 제1 온도(T1)와 제2 환원 촉매 장치(332)가 노출되는 제2 온도(T2)가 배기 처리 시스템(350)의 기능에 매우 중요하다는 것을 이해할 수 있다. 하지만, 이들 온도(T1, T2)는 운전자가 차량을 어떻게 주행하는지에 따라 크게 달라지기 때문에 제어하기 어렵다. 즉, 제1 온도(T1)와 제2 온도(T2)는 차량의 현재 작동과, 예를 들어 차량의 가속 페달을 통한 입력에 따라 달라진다.
본 발명에 따른 방법을 통해, 예를 들어 시동 과정에서, 제1 환원 촉매 장치(331)의 제1 온도(T1)가, 제1 온도(T1)에 대한 높은 값에 더 빨리 도달하고, 이로 인해 질소산화물(NOx)의 환원에서 더 높은 효율을 달성함으로써, 상기 배기 처리 방법과 (도 2에 도시된 것과 같은) 배기 처리 시스템(350) 자체는 종래의 시스템보다 상당히 효율적이 된다. 따라서, 예를 들어 냉시동 및 낮은 배기 온도로부터 증가된 파워 출력 시에 보다 효율적인 질소산화물(NOx) 환원이 획득되어, 이러한 운전 모드에서 연료 소비가 더 적게 증가된다.
배기 처리 시스템(350)에 대한 전술한 이점들은 본 발명에 따른 방법에 의해 얻어진다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 중 하나 또는 여러 개를 포함하는 화합물의 배기 스트림(303)으로의 배출(401)은 연소 기관(301)으로부터 제어된다. 이러한 실시예에서, 제1 환원 촉매 장치(331)를 사용한 배기 스트림(303) 내 질소산화물(NOx)의 환원(410)은, 배기 스트림(303)으로 방출된, 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 중 하나 또는 여러 개를 포함하는 이러한 화합물을 사용한다. 본 발명의 이 실시예에 따르면, 하나 또는 여러 개의 제어 신호가 제공되며, 이 신호는 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 중 하나 또는 여러 개를 포함하는 화합물이 희망하는 양만큼 연소 기관(301)으로부터 배기 스트림(303)에 배출되도록 하기 위해 연소 기관(301)의 제어 시에 사용될 수 있다. 따라서, 제1 환원 촉매 장치에서의 환원을 이루기 위해 제1 환원 촉매 장치의 상류에 주입 장치가 필요 없다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 환원 촉매 장치(331)를 가열하기 위한 열이, 제1 환원 촉매 장치(331)가 그 기능에 적합한 소정의 온도에 도달하게 할 정도로 생성되도록 하는 방식으로, 연소 기관(301)을 제어하는 데 사용될 수 있는 제어 신호가 하나 또는 여러 개 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 연소 기관(301)의 하류와 제1 환원 촉매 장치(331)의 상류에 배치되는 제1 주입 장치(371)의 사용으로, 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 중 하나 이상을 포함하는 화합물의 공급(402)이 제어된다. 이 실시예에서, 배기 스트림(303) 내 질소산화물(NOx)의 환원은 제1 방법 단계(410)에서 공급된 화합물을 사용한다. 따라서, 제1 환원 촉매 장치(331)는, 일산화탄소(CO) 및/또는 탄화수소(HC)를 포함하는 공급된 화합물 중 하나 이상을 사용한다. 따라서, 이 실시예에 따르면, 배기 처리 시스템(350)은 제1 주입 장치(371)를 포함한다. 제1 주입 장치(371)로 일산화탄소 및/또는 탄화수소 화합물의 공급을 제어하는 데 사용될 수 있는 하나 이상의 제어 신호가 여기에 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 엔진(301)으로부터의 방출과 제1 주입 장치(371)를 사용한 공급을 모두 제어하는 데 사용될 수 있는 하나 이상의 신호가 제공된다. 따라서, 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 중 하나 이상을 포함하는 화합물의 배기 스트림(303)으로의 방출(401)은 연소 기관(301)으로부터 제어된다. 또한, 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 중 하나 이상을 포함하는 화합물의 배기 스트림(303)으로의 공급(402)이, 연소 기관(301)의 하류와 제1 환원 촉매 장치(331)의 상류에 배치되는 제1 주입 장치(371)의 사용으로 제어된다. 제1 환원 촉매 장치(331)로 배기 흐름(303) 내 질소산화물(NOx)의 환원(410)은 이들 공급된 화합물과 이들 방출된 화합물 중 하나 이상을 사용하여 발생한다. 여기서, 공급된 화합물과 방출된 화합물은 전술된 바와 같이, 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 중 하나 이상을 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 공급(402)은, 배기 스트림 내 일산화탄소(CO) 및/또는 탄화수소(HC)를 포함하는 화합물의 희망하는 양만큼의 배출 또는 제1 환원 촉매 장치의 가열을 위한 열을 획득하기 위해 연소 기관(301)을 제어하는 데 사용될 수 있는 하나 이상의 제어 신호에 의해 공급(402)이 제공된다. 이 때, 도 3a 내지 도 3b에 도시된 바와 같이, 이러한 하나 이상의 제어 신호는 제어 장치(360)에 의해 생성되어 엔진(301)에 공급된다.
유사하게, 도 3b에 도시된 바와 같이, 제어 장치(360)는, 일산화탄소(CO) 및/또는 탄화수소(HC)를 포함하는 화합물의 배기 스트림으로의 공급을 제어하기 위해, 그리고 생성된 신호를 주입 제어 장치(374)에 제공하기 위해, 전술된 하나 이상의 제어 신호들을 생성할 수 있다.
전술된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 슬립-촉매기(SC1)는, 예를 들어 1차적으로는 질소산화물(NOx)을 환원하고, 2차적으로는 CO/HC-화합물의 잔여물을 산화시킴으로써, 질소산화물(NOx)의 환원과 CO/HC-화합물의 잔여물의 산화룰 모두 수행하는 다기능 슬립-촉매기일 수 있다. 이러한 특징을 획득하기 위해, 이 실시예에 따른 제1 슬립-촉매기(SC1)는 백금족 원소에 포함되는 하나 이상의 물질 및/또는 은(Ag)을 포함할 수 있다.
제1 환원 촉매 장치(331)에 포함되는 이러한 다기능 제1 슬립-촉매기(SC1)는, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 그 자체로 제1 환원 촉매 장치(331)를 구성한다. 즉, 제1 환원 촉매 장치(331)는 다기능 슬립-촉매기(SC1)만으로 구성된다.
제1 환원 촉매 장치에 포함되는 이러한 다기능 슬립-촉매기(SC1)는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 제1 환원 촉매기(CR1)와 함께 제1 환원 촉매 장치(331)를 구성할 수 있다. 즉, 제1 환원 촉매 장치(331)는 제1 환원 촉매기(CR1) 및 다기능 제1 슬립-촉매기(SC1)로 구성된다.
전술된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 슬립-촉매기(SC2)는, 예를 들어 1차적으로는 질소산화물(NOx)을 환원하고 2차적으로는 첨가제 잔여물을 산화시킴으로써, 질소산화물(NOx)의 환원 및 첨가제 잔여물의 산화 모두를 수행하는, 다기능 슬립-촉매기일 수 있다.
이러한 특징을 획득하기 위해, 제2 슬립-촉매기(SC2)는, 일 실시예에 따라, 백금족 원소에 포함되는 하나 또는 여러 개의 물질 및/또는 슬립-촉매기에 백금족 원소와 유사한 특성을 제공하는 하나 또는 여러 개의 다른 물질을 포함할 수 있다.
제2 환원 촉매 장치(332) 내 제2 슬립-촉매기(SC2)에 있어서, 제2 환원 촉매기(SCR2)를 통과한 첨가제 잔여물의 산화만이 종종 실질적으로 획득되는데, 이는 이 지점에서는 배기 스트림(303) 내에 낮은 레벨의 질소산화물(NOx)만이 사용 가능하기 때문이다.
일 실시예에 따르면, 제2 다기능 슬립-촉매기(SC2)(600)는, 도 6에 개략적으로 도시된 적어도 하나의 안정화 층(layer/stratum)(601) 위에 배치되는 적어도 2개의 활성층을 포함한다. 도 6에 도시된 실시예는 단지, 제2 다기능 슬립-촉매기(SC2)의 가능한 설계에 대한 예시일 뿐임을 이해해야 한다. 제2 다기능 슬립-촉매기(SC2)는, 제2 다기능 슬립-촉매기(SC2)에 의해 전술된 반응들이 이루어지는 한, 다양한 방식으로 적응될 수 있다. 따라서, 도 6에 도시된 것 외에도, 첨가제의 산화와 질소산화물(NOx)의 환원을 초래하는 제2 다기능 슬립-촉매기(SC2)의 다양한 설계가 제2 다기능 슬립-촉매기(SC2)를 위해 사용될 수 있다.
제2 슬립-촉매기(SC2)의 이들 활성층 중 제1 층(602)은, 백금족 원소에 포함되는 하나 또는 여러 개의 물질이나, 슬립-촉매기에 백금족 원소와 유사한 특성, 즉 예를 들어 암모니아의 산화와 같은 특성을 제공하는 하나 또는 여러 개의 다른 물질을 포함한다. 제2 층(603)은, 예를 들어 Cu-제올라이트 또는 Fe-제올라이트, 또는 바나듐을 포함하는 NOx-환원 코팅을 포함한다. 이때, 제올라이트는 예컨대 구리(Cu) 또는 철(Fe)과 같은 활성 금속으로 활성화된다. 여기서, 제2 층(603)은 배기 처리 시스템을 통과하는 배기 스트림(303)과 직접적으로 접촉한다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 환원 촉매 장치(331), 즉 제1 슬립-촉매기(SC1) 및/또는 제1 환원 촉매기(CR1)는, 자연적으로 발생하거나 배기 스트림에서 생성/배기 스트림으로 주입되는 탄화수소(HC) 및/또는 일산화탄소(CO)의 산화를 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 배기 스트림(303) 내에 있는 탄화수소(HC)는 연소 기관(101) 내 연소에 의한 연료 잔여물 및/또는 입자 필터(DPF/cDPF)의 재생과 관련한 연료의 추가 주입에 의한 연료 잔여물에 포함되어 있을 수 있다.
제1 환원 촉매 장치(331)에서의 탄화수소(HC)의 산화는 적어도 하나의 발열 반응, 즉 열을 생성하는 반응을 포함하여, 제1 환원 촉매 장치(331)에 대한 온도 상승 및/또는 예컨대 입자 필터(DPF/cDPF)(320) 및/또는 소음기와 같은 배기 처리 시스템(350)에서 하류에 뒤따르는 구성 요소들에 대한 온도 상승이 뒤따르도록 할 수 있다. 이러한 온도 상승은, 입자 필터(DPF/cDPF)(320)에서의 그을음 산화에서 사용되거나, 및/또는 소음기의 예컨대 우레아와 같은 부산물을 제거(clean)하는 데 사용될 수 있다. 이러한 적어도 하나의 발열 반응을 통해, 제1 환원 촉매 장치(331)에서의 탄화수소(HC)의 산화 또한 용이해진다. 또한, 제1 슬립-촉매기(SC1)의 CR-층은, 예를 들어 황에 의해, 시간이 경과함에 따라 비활성화될 수 있으며, 이는 재생을 통한 제1 슬립-촉매기(SC1)의 기능을 보호하기 위해서는 열을 발생시키는 발열 반응이 필요할 수 있다는 것을 의미한다. 유사하게, 열을 발생시키는 발열 반응은 재생을 통해 제1 환원 촉매기(CR1)의 기능을 보호하는 데 사용될 수 있다. 전술된 바와 같이, 재생은, 재생되는 촉매기/구성 요소 내 황의 양을 감소시킨다.
제1 화원 촉매 장치(331)의 제1 다기능 슬립-촉매기(SC1)에 대한 전술된 특징들 및 명시된 이점들은, 전술된 것과 같은 배기 처리 시스템(350), 즉 하류에 일 실시예에 따라 일부가 촉매 코팅으로 코팅될 수 있는 입자 필터(320)가 뒤따르고, 그 하류에는 제2 환원 촉매 장치(332)가 뒤따르는 제1 환원 촉매 장치(331)를 구비하는 배기 처리 시스템에 대해 매우 잘 기능하도록 만들어질 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 일 실시예에 따르면, 입자 필터(320)에서 큰(significant) 그을음 산화가 발생하는 온도인 산화 온도 구간(Tox)과 적어도 부분적으로 상이한 환원 온도 구간(Tred), 즉 Tred ≠ Tox인 환원 온도 구간(Tred) 내에서 환원이 발생하도록, 제1 환원 촉매 장치(331)에서의 환원이 제어되어, 제1 환원 촉매 장치에서의 질소산화물(NOx)의 환원이 입자 필터(DPF/cDPF)에서의 이산화질소 기반의 그을음 산화와 크게 경쟁하지 않도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 환원 촉매 장치(331)는, 제1 환원 촉매 장치(331) 및/또는 제2 환원 촉매 장치(332)에 대한 특성들, 예컨대 촉매 특성들에 기초하여 최적화된다. 또한, 제2 환원 촉매 장치(332)는, 제1 환원 촉매 장치(331) 및/또는 제2 환원 촉매 장치(332)에 대한 특성들, 예컨대 촉매 특성들에 기초하여 최적화될 수 있다. 제1 환원 촉매 장치 및/또는 제2 환원 촉매 장치의 이러한 최적화의 가능성은, 완전한 배기 처리 시스템의 조건들에 보다 잘 반응하는, 전체적으로 효율적인 배기 정화를 초래한다.
제1 환원 촉매 장치(331) 및/또는 제2 환원 촉매 장치(332)에 대한 전술된 특성들은, 제1 환원 촉매 장치(331) 및/또는 제2 환원 촉매 장치(332)에 대한 하나 이상의 촉매 특성, 제1 환원 촉매 장치(331) 및/또는 제2 환원 촉매 장치(332)에 대한 촉매 종류, 제1 환원 촉매 장치(331) 및/또는 제2 환원 촉매 장치(332)가 활성화되는 온도 구간, 그리고 제1 환원 촉매 장치(331) 및/또는 제2 환원 촉매 장치(332) 각각에 대한 CO/HC와 암모니아 각각의 적용(coverage)과 관련될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 환원 촉매 장치(331)와 제2 환원 촉매 장치(332) 각각은, 제1 환원 촉매 장치(331)와 제2 환원 촉매 장치(332) 각각의 작동 조건에 기초하여 최적화된다. 이러한 작동 조건은 제1 환원 촉매 장치(331)와 제2 환원 촉매 장치(332) 각각에 대한 온도, 즉 정온도 및/또는 제1 환원 촉매 장치(331)와 제2 환원 촉매 장치(332) 각각에 대한 온도 트랜드, 즉 온도의 변화에 기초하여 최적화된다.
본 발명에 따른 방법의 일 실시예에 따르면, 제1 환원 촉매 장치(331)에 의해 구형되는 환원의 능동 제어가, 제2 환원 촉매 장치(332)에 도달하는 이산화질소의 양(NO2_2)과 질소산화물의 양(NOx_2) 사이의 관계에 기초하여 수행된다. 다르게 말하면, NO2_2/NOx_2 비가 제2 환원 촉매 장치(332)에서의 환원에 대해 적절한 값을 가지도록 NO2_2/NOx_2 비가 제어되며, 이를 통해 보다 효율적인 환원이 획득될 수 있다. 더욱 상세하게는, 본 명세서에서 제1 환원 촉매 장치(331)는, 제1 환원 촉매 장치(331)에 도달하는 질소산화물의 제1 양(NOx_1)의 제1 환원을 수행한다. 제2 환원 촉매 장치(332)에서는, 제2 환원 촉매 장치(331)에 도달하는 질소산화물의 제2 양(NOx_2)의 제2 환원이 수행되며, 제2 환원 촉매 장치(332)에 도달하는 이산화질소의 양(NO2_2)과 질소산화물의 제2 양(NOx_2) 사이의 비 NO2_2/NOx_2의 적응이 수행된다. 여기서, 이러한 적응은, NO2_2/NOx_2 비가 제2 환원을 보다 효율적으로 만드는 값을 갖도록 의도되는, NO2_2/NOx_2 비에 대한 결정된 값 (NO2_2/NOx_ 2)det에 기초한, 제1 환원의 능동 제어를 사용하여 수행된다. 여기서, NO2_2/NOx_2 비에 대한 값 (NO2_2/NOx_2)det은 측정된 값, 모델링된 값 및/또는 예측된 값으로 구성된다. 여기서, 예측된 값은 차량의 전방 도로 구간에 대한 대푯값에 기초하여 결정될 수 있다. 이러한 대푯값은, 예를 들어 위치 정보(예컨대, GPS-정보)와 지도 데이터에 기초할 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 일 실시예에 따르면, 배기 스트림(303) 내 질소, 탄소 및 수소 중 하나 이상을 포함하는 화합물의 제1 산화가 수행된다. 이 때, 이러한 제1 산화는, 제1 환원 촉매 장치(332)의 상류에 배치되는 제1 산화 촉매기(311)에 의해 수행된다.
본 발명에 따른 방법의 일 실시예에 따르면, 배기 스트림(303) 내 질소, 탄소, 수소 중 하나 이상을 포함하는 화합물의 제2 산화가 수행된다. 이 때, 이러한 제2 산화는, 제1 환원 촉매 장치(332)의 하류와 입자 필터(320)(이 경우에는 코팅되지 않은 입자 필터(DPF)일 수 있음)의 상류에 배치되는 제2 산화 촉매기(312)에 의해 수행된다.
본 발명에 따른 방법의 일 실시예에 따르면, 배기 스트림(303) 내 질소, 탄소, 수소 중 하나 이상을 포함하는 화합물의 제3 산화가 수행된다. 이 때, 이러한 제3 산화는, 입자 필터(320)의 하류와 제2 환원 촉매 장치의 상류에 배치되는 제3 산화 촉매기(313)에 의해 수행된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 배기 스트림 내 일산화질소(NO) 및 불완전하게 산화된 탄소 화합물 중 하나 이상을 산화시키도록 배치되는 입자 필터(cDPF)(320)는 적어도 일부가 촉매작용이 있는 산화 코팅을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 환원 촉매 장치(331)에서의 환원(410)은, 일산화탄소(CO) 및/또는 탄화수소(HC)를 포함하는 화합물의 환원 촉매 장치(331)로부터의 슬립(HC/COslip)이 슬립-임계값 HC/COslip _threshold 이하가 되도록, 즉 HC/COslip ≤ HC/COslip_threshold가 되도록 제어된다. 이러한 슬립 임계값 HC/COslip_threshold는, 예를 들어 일산화탄소(CO) 및/또는 탄화수소(HC)를 포함하는 화합물에 대해 500ppm, 100pm, 50ppm, 10ppm의 값을 가질 수 있다. 여기서, 화합물의 슬립(HC/COslip)은 확원 촉매 장치(331)로부터 배출된 일산화탄소(CO) 및 탄화수소(HC)의 양 또는 일산화탄소(CO) 및 탄화수소(HC)의 총량과 동등할 수 있다.
일산화탄소(CO) 및/또는 탄화수소(HC)의 슬립(HC/COslip)이 제한되도록 제1 환원 촉매 장치(331)에서의 환원(410)을 제어할 수 있다는 것은, 배기 처리 시스템에서 제1 환원 촉매 장치(331)의 하류에 배치되는 구성 요소들에 대한 이점들을 수반한다. 예를 들어, 입자 필터(DPF)(320)와 제2 환원 촉매 장치(332)가 제1 환원 촉매 장치(331)의 하류에 배치될 경우, 슬립(HC/COslip)이 입자 필터(320)를 통과하여 제2 환원 촉매 장치(332)에 도달할 위험이 있다. 그러면, 제2 환원 촉매 장치(332)의 기능이 이러한 슬립(HC/COslip)에 의해 악영향 받을 수 있다. 따라서, 슬립(HC/COslip)이 제한되기 때문에 본 발명의 이 실시예에 의해 제2 환원 촉매 장치(332)에서의 질소산화물(NOx)의 효율적인 환원이 제공될 수 있다.
예를 들어, 배기 스트림 내 일산화질소(NO)와 불완전하게 산화된 탄소 화합물 중 하나 이상을 산화하도록 배치되는, 촉매작용이 있는 산화 코팅을 적어도 부분적으로 포함하는 입자 필터(cDPF)(320)가 제1 환원 촉매 장치(331)의 하류에 배치되면, 필터(cDPF)는 이산화질소(NO2)의 생성 대신 슬립(HC/COslip)을 산화시키는 데에 매달리게 되므로, 슬립(HC/COslip)이 필터(cDPF)에서의 그을음 산화를 제한할 수 있다. 따라서, 슬립(HC/COslip)이 제한되기 때문에, 본 발명의 이 실시예에 의해 필터(cDPF)에서의 효과적인 그을음 산화가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 환원 촉매 장치(331)에서의 환원(410)은, 제1 환원 촉매 장치(331)로부터의 암모니아 슬립(NH3_slip)이 암모니아 슬립 임계값 NH3_slip_threshold 이하가 되도록, 즉 NH3_slip ≤ NH3_slip_threshold가 되도록 하는 방식으로 제어된다. 여기서, 암모니아 슬립 임계값 NH3_slip_threshold은 암모니아(NH3)의 100ppm, 50ppm, 20ppm, 10ppm, 5ppm, 또는 0ppm의 값을 가질 수 있다. 특정한 경우에, 제1 환원 촉매 장치(331)는 일산화탄소(CO) 및/또는 탄화수소(HC)를 사용한 질소산화물(NOx)의 환원 시에, 부산물로서 낮은 레벨의 암모니아(NH3)를 생성할 수 있다. 제1 환원 촉매 장치(331)로부터 배출되는 암모니아 슬립(NH3_slip)을 제한함으로써, 제1 환원 촉매 장치(331)의 하류에 배치되는 입자 필터(DPF)에서 보다 효율적인 그을음 산화가 이루어질 수 있다. 그 대신, 배기 스트림 내 일산화질소(NO) 및 불완전하게 산화된 탄소화합물을 산화하도록 배치되는 촉매작용이 있는 산화 코팅을 적어도 부분적으로 포함하는 입자 필터(cDPF)(320)가 제1 환원 촉매 장치(331)의 하류에 배치되면, 암모니아 슬립(NH3_slip)이 예컨대 산화이질소와 같은 하나 이상의 원치 않은 화합물로 전환될 수 있는 위험, 및/또는 필터(cDPF)에서 질소산화물(NOx)의 원치 않은 재현으로 이어질 수 있는 위험이 있다.
전술된 슬립(HC/COslip)과 다양한 유형의 NH3_slip을 제한하는 목적으로 적어도 부분적으로 수행되는 환원(410)의 제어는, 일산화탄소(CO) 및/또는 탄화수소(HC)를 포함하는 화합물의 연소 기관(301)으로부터의 배기 스트림(303)으로의 배출(401)의 제어, 및/또는 제1 환원 촉매 장치(331)의 상류에 배치되는 제1 주입 장치(371)를 사용한, 일산화탄소(CO) 및/또는 탄화수소(HC)를 포함하는 화합물의 배기 스트림(303)으로의 공급(402)의 제어를 포함할 수 있다. 따라서, 제1 환원 촉매 장치로부터 배출되는 슬립(HC/COslip, NH3_slip)이 각각의 임계값(HC/COslip _threshold, NH3_slip_thershold)보다 낮도록 하기 위해, 연소 기관(301)의 제어 및/또는 제1 주입 장치(371)를 사용한, 일산화탄소(CO) 및/또는 탄화수소(HC)의 공급이 제어된다.
통상의 기술자라면 본 발명에 따른 배기 스트림의 처리 방법이, 컴퓨터 프로그램이 컴퓨터에서 실행될 때 컴퓨터가 이 방법을 실행하도록 하는 컴퓨터 프로그램으로 구현될 수도 있다는 점을 인지할 수 있을 것이다. 컴퓨터 프로그램은 통상적으로 컴퓨터 프로그램 제품(503)의 일부분을 형성하며, 그 컴퓨터 프로그램 제품은 컴퓨터 프로그램이 저장되는 적당한 디지털 비휘발성/영구한/지속적인/내구성 있는 저장 매체를 포함한다. 상기 비휘발성/영구한/지속적인/내구성 있는 컴퓨터 판독 가능 매체는 적당한 메모리, 예를 들면: ROM(Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), EPROM(Erasable PROM), Flash, EEPROM(Electrically Erasable PROM), 하드 디스크 기기 등으로 구성될 수 있다.
도 5는 제어 장치(500)를 개략적으로 도시하고 있다. 제어 장치(500)는 계산 유닛(501)을 포함한다. 계산 유닛은 기본적으로 적당한 유형의 프로세서 또는 마이크로컴퓨터, 예컨대 디지털 신호 처리를 위한 회로(Digital Signal Processor, DSP) 또는 소정의 특정 기능을 가진 회로(Application Specific Integrated Circuit, ASIC)로 구성될 수 있다. 계산 유닛(501)은 제어 장치(500)에 설치되어 있는 메모리 유닛(502)에 연결되어 있다. 메모리 유닛은 계산 유닛에 예를 들면 저장되어 있는 프로그램 코드 및/또는 저장되어 있는 데이터를 제공한다. 계산 유닛(501)은 계산을 하기 위해 이러한 데이터를 필요로 한다. 계산 유닛(501)은 메모리 유닛(502) 내에 중간 계산 결과 또는 최종 계산 결과를 저장하도록 설치되어 있다.
또한, 제어 장치(500)에는 입력 신호 및 출력 신호를 각각 수신하고 송신하기 위한 장치들(511, 512, 513, 514)이 구비될 수 있다. 이들 입력 및 출력 신호들은 입력 신호들을 수신하기 위한 장치(511, 513)에 의해 정보로 검출될 수 있는 파형, 펄스 또는 다른 어트리뷰트를 포함할 수 있으며, 이들은 계산 유닛(501)에 의해 처리될 수 있는 신호로 변환될 수 있다. 이들 신호들이 계산 유닛(501)에 제공된다. 출력 신호들을 송신하기 위한 장치들(512, 514)이 배치되어, 계산 유닛(501)에서 나온 계산 결과를 차량의 제어 시스템의 다른 파트 및/또는 신호들이 사용되는 부품들로 전달할 수 있는 출력 신호로 변환된다.
입력 및 출력 신호들을 수신하고 송신하기 위한 장치들과의 연결 각각은 하나 또는 다수의 케이블에 의해 이루어질 수 있다; CAN(Controller Area Network) 버스, MOST(Media Oriented Systems Transport) 버스, 또는 다른 구성의 버스와 같은 데이터 버스 또는 무선 연결.
통상의 기술자라면 전술한 컴퓨터가 계산 유닛(501)으로 구성될 수 있으며, 전술한 메모리가 메모리 유닛(502)으로 구성될 수 있다는 점을 알 수 있을 것이다.
일반적으로 현대 차량의 제어 시스템은 차량에서 산재되어 있는 다양한 부품들, 다수의 전자 제어 장치(ECU) 또는 컨트롤러를 연결하는 하나 또는 다수의 통신 버스들로 이루어진, 통신 버스 시스템으로 구성되어 있다. 이러한 제어 시스템은 다수의 제어 장치들과 하나 이상의 제어 장치들로 특수 기능이 분산되도록 하는 책임을 포함할 수 있다. 도시되어 있는 유형의 차량은 도 5에 도시되어 있는 것보다 더 많은 제어 장치를 구비할 수 있으며, 이는 통상의 기술자에게는 널리 알려져 있는 사실이다.
통상의 기술자라면 도 5의 제어 장치(500)가 도 1의 제어 장치들(115, 160), 도 2의 제어 장치(260), 도 3a 및 도 3b의 제어 장치(360) 및 도 3a 및 도 3b의 제어 장치(374) 중 하나 또는 다수 개를 포함할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도시된 실시형태에서, 본 발명은 제어 장치(500) 내에서 구현된다. 그러나 본 발명의 전부 혹은 일부가 차량 내에 이미 존재하고 있는 하나의 혹은 다수의 다른 제어 장치 내에서 또는 본 발명에 대한 전용 제어 장치 내에서 구현될 수도 있다.
본 명세서에서, 예컨대 제어 장치와 같은 장치들은 종종, 본 발명에 따른 방법의 단계들을 수행하도록 배치되는 것으로 기술된다. 또한, 이는, 장치들은 이들 방법 단계들을 수행하도록 적응 및/또는 설정된다는 것을 포함한다. 예를 들어, 이들 유닛은, 각각의 방법 단계를 구현하기 위해 각각의 유닛이 액티브/사용될 때, 프로세서에 공급되어 프로세서에 의해 사용되는 프로그램 코드의 형태인, 다양한 그룹의 명령어에 대응될 수 있다.
통상의 기술자라면 본 발명에 따른 방법의 다양한 실시형태들에 따라 전술한 배기 처리 시스템이 변형될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명은 예를 들어 승용차, 트럭 또는 버스 같은 모터 차량(100)에 관한 것이고, 또는 예컨대 선박 또는 전압/전류-제너레이터 같은 본 발명에 따른 배기 처리 시스템을 하나 이상 포함하는 다른 유닛에도 관한 것이다.
본 발명이 전술한 본 발명의 실시형태들로 한정되는 것이 아니며, 첨부된 독립 청구항의 범위 내에 속하는 모든 실시형태들을 포함하고, 그러한 모든 실시형태들에 관련된다.

Claims (49)

  1. 연소 기관(301)에서의 연소로부터 생성되는 배기 스트림(303)의 처리를 위해 배치되는 배기 처리 시스템(350)에 있어서,
    - 제1 환원 촉매 장치(331)로서, 상기 배기 스트림(303)이 상기 제1 환원 촉매 장치(313)에 도달할 때 상기 배기 스트림(303)에 포함되어 있는 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 중 하나 이상을 포함하는 화합물을 사용함으로써, 상기 배기 스트림(303) 내 질소산화물(NOx)을 환원하도록 배치되는, 제1 환원 촉매 장치(331);
    - 상기 배기 스트림(303) 내 그을음 입자를 포집 및 산화시키기 위해 상기 제1 환원 촉매 장치(331)의 하류에 배치되는, 입자 필터(320);
    - 상기 입자 필터(320)의 하류에 배치되고, 암모니아를 포함하거나 상기 배기 스트림(303)으로 암모니아를 추출 및/또는 방출할 수 있는 물질을 포함하는 첨가제를 공급하도록 배치되는, 제2 주입 장치(372); 및
    - 상기 첨가제의 사용을 통해, 상기 배기 스트림(303) 내 질소산화물(NOx)을 환원하도록, 상기 제2 주입 장치(372)의 하류에 배치되는 제2 환원 촉매 장치(332)를 특징으로 하는, 배기 처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    - 상기 내연 기관(301)은 상기 배기 스트림(303)으로 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 중 하나 이상을 포함하는 화합물을 배출하도록 배치되고;
    - 상기 제1 환원 촉매 장치(331)는, 상기 배기 스트림(303)으로 배출된, 일산화 탄소(CO) 및 탄화수소(HC) 중 하나 이상을 포함하는 상기 화합물을 적어도 사용함으로써, 상기 배기 스트림(303) 내 질소산화물(NOx)을 환원하도록 배치되는 것을 특징으로 하는, 배기 처리 시스템.
  3. 제1항 내지 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 연소 기관(301)의 하류와 상기 제1 환원 촉매 장치(331)의 상류에 제1 주입 장치(371)가 배치되고, 상기 제1 주입 장치(371)는 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 중 하나 이상을 포함하는 화합물을 상기 배기 스트림(303)으로 공급하도록 배치되며;
    - 상기 제1 환원 촉매 장치(331)는, 상기 배기 스트림(303)에 공급된, 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 중 하나 이상을 포함하는 상기 화합물을 적어도 사용함으로써, 상기 배기 스트림(303) 내 질소산화물(NOx)을 환원하도록 배치되는 것을 특징으로 하는, 배기 처리 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 내연 기관(301)은, 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 중 하나 이상을 포함하는 화합물을 상기 배기 스트림(303)에 배출하도록 배치되고;
    - 제1 주입 장치(371)가 상기 연소 기관(301)의 하류와 상기 제1 환원 촉매 장치(331)의 상류에 배치되고, 상기 제1 주입 장치(371)는 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 중 하나 이상을 포함하는 화합물을 상기 배기 스트림(303)에 공급하도록 배치되며;
    - 상기 제1 환원 촉매 장치(331)는, 상기 공급된 화합물과 상기 배출된 화합물 중 하나 이상을 사용함으로써, 상기 배기 스트림(303) 내 질소산화물(NOx)을 환원하도록 배치되며, 상기 공급된 화합물과 상기 배출된 화합물은 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 배기 처리 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 하나 또는 여러 개의 제어 신호를 제공하도록 배치되는 제어 장치(360)로, 상기 내연 기관(301)으로부터 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 중 하나 이상을 포함하는 상기 화합물이 희망하는 양만큼 배출되도록 하는 방식으로, 상기 연소 기관(301)을 제어하는 데 사용될 수 있는 제어 장치(360)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배기 처리 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 환원 촉매 장치(331)는,
    - 제1 환원 촉매기(CR1);
    - 하류에 제1 슬립-촉매기(SC1)가 뒤따르는 제1 환원 촉매기(CR1)로, 상기 제1 슬립-촉매기(SC1)는 상기 화합물을 산화 및/또는 분해하고, 상기 배기 스트림(303) 내 질소산화물(NOx)의 추가적인 환원으로 상기 제1 환원 촉매기(CR1)를 보조하며, 및/또는 발열 반응을 생성하도록 배치되는, 제1 환원 촉매기(CR1);
    - 하류에 제1 환원 촉매기(CR1)가 뒤따르는 제1 슬립-촉매기(SC1)로, 상기 제1 슬립-촉매기(SC1)는 상기 화합물을 산화 및/또는 분해하고, 상기 배기 스트림(303) 내 질소산화물(NOx)의 추가적인 환원으로 상기 제1 환원 촉매기(CR1)를 보조하며, 및/또는 발열 반응을 생성하도록 배치되는, 제1 슬립-촉매기(SC1); 및
    - 상기 화합물을 산화 및/또는 분해하고, 상기 배기 스트림(303) 내 질소산화물(NOx)의 환원을 제공하며, 및/또는 발열 반응을 생성하도록 배치되는 제1 슬립-촉매기(SC1), 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배기 처리 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 환원 촉매 장치(332)는,
    - 제2 선택적 환원 촉매기(SCR2); 및
    - 하류에 제2 슬립-촉매기(SC2)가 뒤따르는 제2 선택적 환원 촉매기(SCR2)로, 상기 제2 슬립-촉매기(SC2)는 첨가제 잔여물을 산화시키고, 및/또는 상기 배기 스트림(303) 내 질소산화물(NOx)의 추가적인 환원으로 상기 제2 선택적 환원 촉매기(SCR2)를 보조하도록 배치되는 제2 선택적 환원 촉매기(SCR2), 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배기 처리 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배기 처리 시스템(350)은 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 중 하나 이상을 포함하는 상기 화합물 및 상기 첨가제 중 하나 이상을 공급하기 위한 시스템(370)을 포함하며, 상기 시스템(370)은, 상기 제1 주입 장치(371)와 상기 제2 주입 장치(372)에 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 중 하나 이상을 포함하는 상기 화합물과 상기 첨가제를 각각 공급하도록 배치되는 적어도 하나의 펌프(373)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배기 처리 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 중 하나 이상을 포함하는 상기 화합물과 상기 첨가제 중 하나 이상을 공급하기 위한 상기 시스템(370)은, 상기 적어도 하나의 펌프(373)를 제어하도록 배치되는 주입 제어 장치(374)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배기 처리 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 중 하나 이상을 포함하는 상기 화합물과 상기 첨가제 중 하나 이상을 공급하기 위한 상기 시스템(370)은 주입 제어 장치(374)를 포함하고, 상기 주입 제어 장치(374)는,
    - 상기 제1 주입 장치(371)의 사용으로, 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 중 하나 이상을 포함하는 상기 화합물의 제1 투여가 상기 배기 스트림에 공급되도록, 상기 적어도 하나의 펌프(373)를 제어하기 위해 배치되는 제1 펌프 제어 장치(378); 및
    - 상기 제2 주입 장치(372)의 사용으로, 상기 첨가제의 제2 투여가 상기 배기 스트림에 공급되도록, 상기 적어도 하나의 펌프(373)를 제어하기 위해 배치되는 제2 펌프 제어 장치(379)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배기 처리 시스템.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 환원 촉매 장치(331)는, 상기 입자 필터(320)가 불완전하게 산화된 탄소 화합물을 산화시키도록 배치되는 구간인 산화 온도 구간(Tox)과는 적어도 부분적으로 다른, 즉 Tred≠Tox인 환원 온도 구간(Tred)에서, 상기 질소산화물(NOx)을 환원하도록 배치되는 것을 특징으로 하는, 배기 처리 시스템.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 환원 촉매기(331)의 상류에 배치되는 제1 산화 촉매기(311)로, 상기 배기 스트림(303) 내 질소, 탄소 및 수소 중 하나 이상을 포함하는 화합물을 제1 산화 및/또는 분해하도록 및/또는 발열 반응을 생성하기 위한 제1 산화 촉매기(311)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배기 처리 시스템.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입자 필터(320)는, 질소산화물(NO)과 불완전하게 산화된 탄소 화합물 중 하나 이상을 산화하도록 배치되는, 촉매작용이 있는 산화 코팅(catalytically oxidizing coating)을 적어도 부분적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 배기 처리 시스템.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입자 필터(320)는, 질소산화물(NOx)의 환원을 위해 배치되는 촉매작용이 있는 산화 코팅을 적어도 부분적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 배기 처리 시스템.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배기 스트림(303) 내 질소, 탄소 및 수소 중 하나 이상을 포함하는 화합물의 제2 산화 및/또는 분해를 수행하기 위해 및/또는 발열 반응을 생성하기 위해, 상기 제1 환원 촉매 장치(331)의 하류와 상기 입자 필터(320)의 하류에 배치되는 제2 산화 촉매기(312)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배기 처리 시스템.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배기 스트림(303) 내 질소, 탄소 및 수소 중 하나 이상을 포함하는 화합물의 제3 산화 및/또는 분해를 수행하기 위해 및/또는 발열 반응을 생성하기 위해, 상기 입자 필터(320)의 하류와 상기 제2 환원 촉매 장치(332)의 상류에 배치되는 제3 산화 촉매기(313)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배기 처리 시스템.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 하나 또는 여러 제어 신호를 제공하도록 배치되는 제어 장치(360)로, 상기 환원 촉매 장치(331)로부터 배출되는 상기 화합물의 슬립(HC/COslip)이 슬립 입계값 (HC/COslip_threshold)의 이하 이도록, 즉 HC/COslip ≤ HC/COslip _threshold 이도록, 상기 제1 환원 촉매 장치(331)로 상기 환원(410)을 제어하는 데 사용될 수 있는, 제어 장치(360)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배기 처리 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 환원(410)의 제어는,
    - 상기 연소 기관(301)으로부터 상기 배기 스트림(303)으로의 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 중 하나 이상을 포함하는 화합물의 배출(401); 및
    - 상기 연소 기관(301)의 하류와 상기 제1 환원 촉매 장치(331)의 상류에 배치되는 제1 주입 장치(371)를 사용한, 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 중 하나 이상을 포함하는 화합물의 상기 배기 스트림(303)으로의 공급(402), 중 하나 이상의 제어를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배기 처리 시스템.
  19. 제17항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 슬립 임계값(HC/COslip _threshold)은,
    - 500ppm의 상기 화합물;
    - 100ppm의 상기 화합물;
    - 50ppm의 상기 화합물; 및
    - 10ppm의 상기 화합물, 중 하나의 값을 갖는 것을 특징으로 하는, 배기 처리 시스템.
  20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 하나 또는 여러 제어 신호를 제공하도록 배치되는 제어 장치(360)로, 상기 환원 촉매 장치(331)로부터 배출되는 암모니아 슬립(NH3_slip)이 암모니아 슬립 임계값(NH3_slip_threshold)의 이하 이도록, 즉 NH3_slip ≤ NH3_slip_threshold 이도록, 상기 제1 환원 촉매 장치(331)로 상기 환원(410)을 제어하는 데 사용될 수 있는 제어 장치(360)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 배기 처리 시스템.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 환원(410)의 제어는,
    - 상기 연소 기관으로부터 상기 배기 스트림(303)으로의 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 중 하나 이상을 포함하는 화합물의 배출(401);
    - 상기 연소 기관(301)의 하류와 상기 제1 환원 촉매 장치(331)의 상류에 배치되는 제1 주입 장치(371)를 사용한, 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 중 하나 이상을 포함하는 화합물의 상기 배기 스트림(303)으로의 공급(402), 중 하나 이상의 제어를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배기 처리 시스템.
  22. 제20항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 암모니아 슬립 입계값(NH3_slip_threshold)은,
    - 100ppm의 암모니아(NH3);
    - 50ppm의 암모니아(NH3);
    - 20ppm의 암모니아(NH3);
    - 10ppm의 암모니아(NH3);
    - 5ppm의 암모니아(NH3); 및
    - 0ppm의 암모니아(NH3), 중 하나의 값을 갖는 것을 특징으로 하는, 배기 처리 시스템.
  23. 연소 기관(301)에서의 연소로부터 생성되는 배기 스트림(303)의 처리 방법에 있어서,
    - 제1 환원 촉매 장치(331)를 사용한 상기 배기 스트림 내 질소산화물(NOx)의 환원(410)으로, 상기 환원(410)은, 상기 배기 스트림(303)이 상기 제1 환원 촉매 장치(331)에 도달할 때 상기 배기 스트림(303)에 포함되어 있는, 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 중 하나 이상을 포함하는 화합물을 사용하여 수행되며;
    - 상기 제1 환원 촉매 장치(331)의 하류에 배치되는 입자 필터(320)를 사용한 상기 배기 스트림(303) 내 그을음 입자 포집 및 산화(420);
    - 상기 입자 필터(320)의 하류에 배치되는 제2 주입 장치(372)를 사용한, 암모니아 또는 상기 배기 스트림(303)으로 암모니아를 추출 및/또는 방출할 수 있는 물질을 포함하는 첨가제의 공급의 제어(430)로, 상기 첨가제의 공급은, 상기 제2 주입 장치(372)의 하류에 배치되는 제2 환원 촉매 장치(332)에서의 상기 첨가제를 사용한 상기 배기 스트림(303) 내 질소산화물(NOx)의 환원(440)에 영향을 미치는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    - 상기 연소 기관(301)으로부터 상기 배기 스트림(303)으로, 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 중 하나 이상을 포함하는 화합물의 배출(401)이 이루어지고;
    - 상기 제1 환원 촉매 장치(331)를 사용한 상기 배기 스트림(303) 내 질소산화물(NOx)의 상기 환원(410)은, 상기 배기 스트림(303)으로 배출된 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 중 하나 이상을 포함하는 화합물을 사용하는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  25. 제23항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 연소 기관(301)의 하류와 상기 제1 환원 촉매 장치(331)의 상류에 배치되는 제1 주입 장치(371)를 사용하여, 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 중 하나 이상을 포함하는 화합물의 상기 배기 스트림(303)으로의 공급(402)이 수행되고;
    - 상기 제1 환원 촉매 장치(331)를 사용한 상기 배기 스트림(303) 내 질소산화물(NOx)의 상기 환원(410)은, 상기 배기 스트림(303)에 공급된 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 중 하나 이상을 포함하는 상기 화합물을 사용하는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  26. 제23항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 연소 기관(301)으로부터 상기 배기 스트림(303)으로, 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 중 하나 이상을 포함하는 화합물의 배출(401)이 이루어지고;
    - 상기 연소 기관(301)의 하류와 상기 제1 환원 촉매 장치(331)의 상류에 배치되는 제1 주입 장치(371)를 사용하여, 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 중 하나 이상을 포함하는 화합물의 공급(402)이 수행되며;
    - 상기 공급된 화합물과 상기 배출된 화합물 중 하나 이상을 사용한 상기 배기 스트림(303) 내 질소산화물(NOx)의 환원(410)이 상기 제1 환원 촉매 장치(331)의 사용을 통해 발생되고, 상기 공급된 화합물과 상기 배출된 화합물은 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  27. 제23항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 내연 기관(301)으로부터 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 중 하나 이상을 포함하는 상기 화합물이 희망하는 양만큼 배출되도록 하는 방식으로, 상기 내연 기관(301)을 제어하는 데 사용될 수 있는 하나 또는 여러 제어 신호의 공급(402)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  28. 제23항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내연 기관(301)은, 상기 제1 환원 촉매 장치(331)가 소정 온도에 도달할 때까지 상기 제1 환원 촉매 장치(331)를 가열하기 위해 열을 발생시키도록 제어되는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  29. 제23항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,
    불완전하게 산화된 탄소 화합물의 산화가 상기 입자 필터(320)에 의해 발생하는 온도 구간인 산화 온도 구간(Tox)과는 적어도 부분적으로 다른 환원 온도 구간(Tred), 즉 Tred ≠Tox인 환원 온도 구간(Tred)에서, 상기 제1 환원 촉매 장치(331)에 의한 상기 환원(410)이 발생하도록 제어되는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  30. 제23항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 환원 촉매 장치(331)에 의한 질소산화물(NOx)의 상기 환원(410)은, 상기 제1 환원 촉매 장치(331)에 대한, 하나 또는 여러 특성 및/또는 작동 조건에 기초하여 제어되는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  31. 제23항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 환원 촉매 장치(331)에 의한 질소산화물(NOx)의 상기 환원(410)은, 상기 제2 환원 촉매 장치(332)에 대한, 하나 또는 여러 특성 및/또는 작동 조건에 기초하여 제어되는 것을 특징으로하는, 배기 스트림 처리 방법.
  32. 제23항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 환원 촉매 장치(440)와 상기 제2 환원 촉매 장치(372)는, 상기 제2 환원 촉매 장치(332)에 대한, 하나 또는 여러 특성 및/또는 작동 조건에 기초하여 제어되는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  33. 제23항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 환원 촉매 장치(332)에 의한 상기 환원(440)은, 상기 제1 환원 촉매 장치(331)에 대한, 하나 또는 여러 특성 및/또는 작동 조건에 기초하여 제어되는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  34. 제30항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 환원 촉매 장치(331)와 상기 제2 환원 촉매 장치(332) 각각에 대한 상기 특성은,
    - 상기 제1 환원 촉매 장치(331)에 대한 촉매 특성;
    - 상기 제2 환원 촉매 장치(332)에 대한 촉매 특성;
    - 상기 제1 환원 촉매 장치(331)에 대한 촉매 종류;
    - 상기 제2 환원 촉매 장치(332)에 대한 촉매 종류;
    - 상기 제1 환원 촉매 장치(331)가 활성인 온도 구간;
    - 상기 제2 환원 촉매 장치(332)가 활성인 온도 구간;
    - 상기 제1 환원 촉매 장치(331)에 대한 일산화탄소 및/또는 탄화수소 적용 레벨(coverage level);
    - 상기 제2 환원 촉매 장치(332)에 대한 일산화탄소 및/또는 탄화수소 적용 레벨, 중 하나 또는 여러 개와 관련이 있는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  35. 제23항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 제1 환원 촉매 장치(331)는, 상기 제1 환원 촉매 장치(331)에 도달하는 질소산화물의 제1 양(NOx_1)의 제1 환원(410)을 수행하고;
    - 상기 제2 환원 촉매 장치(332)는, 상기 제2 환원 촉매 장치(332)에 도달하는 질소산화물의 제2 양(NOx_2)의 제2 환원(440)을 수행하며;
    - 상기 제2 환원 촉매 장치(332)에 도달하는 이산화질소의 양(NO2_2)과 상기 질소산화물의 제2 양(NOx_2) 사이의 비 NO2_2/NOx_2의 조절(adaptation)이 수행되고, 상기 비 NO2_2/NOx_2에 대한 값 (NO2_2/NOx_ 2)det에 기초하여, 상기 질소산화물의 제1 양(NOx_1)에 대한 상기 제1 환원(410)의 능동 제어가 수행되는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 비 NO2_2/NOx_ 2에 대한 상기 값 (NO2_2/NOx_ 2)det은,
    - 측정된 값;
    - 모델링된 값;
    - 예측된 값, 중 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  37. 제23항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 제1 환원 촉매(331)의 상류에 배치되는 제1 산화 촉매기(311)에 의해 수행되는, 상기 배기 스트림(303) 내 질소, 탄소 및 수소 중 하나 이상을 포함하는 화합물의 제1 산화 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  38. 제23항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 제1 환원 촉매 장치(331)의 하류와 상기 입자 필터(320)의 상류에 배치되는 제2 산화 촉매기(312)에 의해 수행되는, 상기 배기 스트림(303) 내 질소, 탄소 및 수소 중 하나 이상을 포함하는 화합물의 제2 산화 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  39. 제23항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 입자 필터(320)의 하류와 상기 제2 환원 촉매 장치(332)의 상류에 배치되는 제3 산화 촉매기(313)에 의해 수행되는, 상기 배기 스트림(303) 내 질소, 탄소 및 수소 중 하나 이상을 포함하는 화합물의 제3 산화 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  40. 제23항 내지 제39항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입자 필터(320)는, 배기 스트림 내 질소산화물(NO)과 불완전하게 산화된 탄소 화합물 중 하나 이상을 산화시키도록 배치되는, 촉매작용이 있는 산화 코팅을 적어도 부분적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  41. 제23항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입자 필터(320)는, 상기 입자 필터(320) 내에 배치된 적어도 부분적으로 촉매작용이 있는 환원 코팅을 사용하여 질소산화물(NOx)의 환원을 수행하는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  42. 제23항 내지 제41항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 환원 촉매 장치(331)로부터 배출된 상기 화합물의 슬립(HC/COslip)이 슬립 임계값(HC/COslip _threshold)의 이하 이도록, 즉 HC/COslip ≤ HC/COslip _threshold 이도록, 상기 제1 환원 촉매 장치(331)에 의한 상기 환원(410)이 제어되는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  43. 제42항에 있어서,
    상기 환원(410)의 제어는,
    - 상기 연소 기관(301)으로부터 상기 배기 스트림(303)으로의, 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 중 하나 이상을 포함하는 화합물의 배출(401);
    - 상기 연소 기관(301)의 하류와 상기 제1 환원 촉매 장치(331)의 상류에 배치되는 제1 주입 장치(371)를 사용한, 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 중 하나 이상을 포함하는 화합물의 상기 배기 스트림(303)으로의 공급(402), 중 하나 이상의 제어를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  44. 제42항 내지 제43항에 있어서,
    상기 슬립 임계값(HC/COslip _threshold)은,
    - 500ppm의 상기 화합물;
    - 100ppm의 상기 화합물;
    - 50ppm의 상기 화합물; 및
    - 10ppm의 상기 화합물, 중 하나의 값을 갖는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  45. 제23항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 환원 촉매 장치(331)로부터 배출되는 암모니아의 슬립(NH3_slip)이 암모니아 슬립 임계값(NH3_slip_threshold)의 이하 이도록, 즉 NH3_slip ≤ NH3_slip_threshold 이도록 상기 제1 환원 촉매 장치(331)에 의한 상기 환원(410)이 제어되는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  46. 제45항에 있어서,
    상기 환원(410)의 제어는,
    - 상기 연소 기관(301)으로부터 상기 배기 스트림(303)으로의, 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 중 하나 이상을 포함하는 화합물의 배출(401);
    - 상기 연소 기관(301)의 하류와 상기 제1 환원 촉매 장치(331)의 상류에 배치되는 제1 주입 장치(371)를 사용한, 일산화탄소(CO)와 탄화수소(HC) 중 하나 이상을 포함하는 화합물의 상기 배기 스트림(303)으로의 공급(402), 중 하나 이상의 제어를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  47. 제45항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 암모니아 슬립 임계값(NH3_slip_threshold)은,
    - 100ppm의 암모니아(NH3);
    - 50ppm의 암모니아(NH3);
    - 20ppm의 암모니아(NH3);
    - 10ppm의 암모니아(NH3);
    - 5ppm의 암모니아(NH3); 및
    - 0ppm의 암모니아(NH3), 중 하나의 값을 갖는 것을 특징으로 하는, 배기 스트림 처리 방법.
  48. 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램으로, 상기 프로그램 코드는, 컴퓨터에 의해 상기 프로그램 코드가 실행될 때, 제23항 내지 제47항 중 어느 한 항에 따른 방법을 상기 컴퓨터가 수행하도록 하는 것을 특징으로 하는, 컴퓨터 프로그램.
  49. 컴퓨터 프로그램 제품으로, 상기 컴퓨터 프로그램 제품은 컴퓨터 판독가능 매체와 제48항에 따른 컴퓨터 프로그램을 포함하며, 상기 컴퓨터 프로그램은 상기 컴퓨터 판독가능 매체에 포함되어 있는 것을 특징으로 하는, 컴퓨터 프로그램 제품.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190353071A1 (en) * 2018-05-18 2019-11-21 GM Global Technology Operations LLC Selective catalytic reduction device control
US11725555B1 (en) * 2022-02-07 2023-08-15 Caterpillar Inc. Aftertreatment system

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090035194A1 (en) * 2007-07-31 2009-02-05 Caterpillar Inc. Exhaust treatment system with an oxidation device for NO2 control
JP2009041454A (ja) * 2007-08-09 2009-02-26 Isuzu Motors Ltd ＮＯｘ浄化方法及びＮＯｘ浄化システム
US20090193794A1 (en) * 2008-01-31 2009-08-06 Caterpillar Inc. Exhaust system implementing SCR and EGR
JP2015507118A (ja) * 2011-12-23 2015-03-05 ボルボ ラストバグナー アーベー 排気後処理システム及びそのシステムを操作する方法
JP2015137583A (ja) * 2014-01-22 2015-07-30 日野自動車株式会社 排気浄化装置

Family Cites Families (75)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3733501A1 (de) 1987-10-03 1989-04-13 Ruhrgas Ag Verfahren zur verminderung von emissionen beim betrieb von stationaeren verbrennungsmotoren
US5120695A (en) 1989-07-28 1992-06-09 Degusaa Aktiengesellschaft (Degussa Ag) Catalyst for purifying exhaust gases from internal combustion engines and gas turbines operated at above the stoichiometric ratio
US5239860A (en) 1991-05-13 1993-08-31 General Motors Corporation Sensor for measuring alcohol content of alcohol/gasoline fuel mixtures
WO2000050874A1 (de) 1999-02-24 2000-08-31 Ruhrgas Aktiengesellschaft Verfahren und anordnung zur messung des brennwertes und/oder des wobbeindexes von brenngas, insbesondere von erdgas
JP3876705B2 (ja) * 2001-12-13 2007-02-07 いすゞ自動車株式会社 ディーゼルエンジンの排気ガス浄化システム
WO2003054364A2 (en) 2001-12-20 2003-07-03 Johnson Matthey Public Limited Company Method and apparatus for filtering partriculate matter and selective catalytic reduction of nox
US7134273B2 (en) 2002-09-04 2006-11-14 Ford Global Technologies, Llc Exhaust emission control and diagnostics
US6823663B2 (en) 2002-11-21 2004-11-30 Ford Global Technologies, Llc Exhaust gas aftertreatment systems
DE10257113A1 (de) 2002-12-05 2004-06-24 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Partikelfalle mit beschichteter Faserlage
DE10338628A1 (de) 2003-08-22 2005-03-17 Daimlerchrysler Ag Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit Abgasreinigungsanlage
JP4308094B2 (ja) 2004-06-23 2009-08-05 日野自動車株式会社 還元剤供給装置
US7213395B2 (en) * 2004-07-14 2007-05-08 Eaton Corporation Hybrid catalyst system for exhaust emissions reduction
US7481983B2 (en) 2004-08-23 2009-01-27 Basf Catalysts Llc Zone coated catalyst to simultaneously reduce NOx and unreacted ammonia
US7485272B2 (en) * 2005-11-30 2009-02-03 Caterpillar Inc. Multi-stage system for selective catalytic reduction
DE102006011411B3 (de) 2006-03-11 2007-11-29 Argillon Gmbh Katalysator
BRPI0621825A2 (pt) 2006-06-13 2011-12-20 Volvo Lastvagnar Ab sistema de conversor catalìtico de diesel
DE102006031650B4 (de) 2006-07-08 2014-11-20 Man Truck & Bus Ag Anordnung zur Verminderung von Stickoxiden in Abgasen
US20080060348A1 (en) 2006-09-08 2008-03-13 Caterpillar Inc. Emissions reduction system
FR2919339A1 (fr) * 2007-07-24 2009-01-30 Peugeot Citroen Automobiles Sa Ligne d'echappement de gaz equipee de systemes de depollution pour moteur a combustion interne de vehicule automobile fonctionnant en melange pauvre.
US8166751B2 (en) 2007-07-31 2012-05-01 Caterpillar Inc. Particulate filter
US7799289B2 (en) 2007-07-31 2010-09-21 Caterpillar Inc Exhaust treatment system with NO2 control
FR2922304B1 (fr) 2007-10-12 2009-11-20 Sp3H Dispositif de spectrometrie pour l'analyse d'un fluide
DE102007060623B4 (de) 2007-12-15 2011-04-14 Umicore Ag & Co. Kg Entstickung von Dieselmotorenabgasen unter Verwendung eines temperierten Vorkatalysators zur bedarfsgerechten NO2-Bereitstellung
US8201394B2 (en) 2008-04-30 2012-06-19 Cummins Ip, Inc. Apparatus, system, and method for NOx signal correction in feedback controls of an SCR system
DE102008026191B4 (de) 2008-05-30 2020-10-08 Daimler Ag Kraftfahrzeug mit Brennkraftmaschine und einer Abgasnachbehandlungseinrichtung sowie Verfahren zur Partikel- und Stickoxidverminderung
JP2010096039A (ja) * 2008-10-15 2010-04-30 Denso Corp 尿素水噴射量制御装置及び尿素水噴射制御システム
FR2940448B1 (fr) 2008-12-23 2011-10-14 Continental Automotive France Guide d'onde perfectionne et spectrometre associe embarque dans un vehicule automobile
FR2940447B1 (fr) 2008-12-23 2011-10-21 Continental Automotive France Spectrometre miniature embarque dans un vehicule automobile a detecteur de mesure et detecteur de reference unique
US8544260B2 (en) 2008-12-24 2013-10-01 Basf Corporation Emissions treatment systems and methods with catalyzed SCR filter and downstream SCR catalyst
US8844274B2 (en) 2009-01-09 2014-09-30 Ford Global Technologies, Llc Compact diesel engine exhaust treatment system
JP2010185369A (ja) * 2009-02-12 2010-08-26 Fuji Heavy Ind Ltd エンジンの燃料供給装置
RU2524165C2 (ru) * 2009-02-20 2014-07-27 Хальдор Топсеэ А/С Способ очистки выхлопного газа дизельного двигателя
US8635855B2 (en) * 2009-06-17 2014-01-28 GM Global Technology Operations LLC Exhaust gas treatment system including a lean NOx trap and two-way catalyst and method of using the same
DE102009038835A1 (de) 2009-08-25 2011-03-03 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Abgasreinigungsanlage für eine Brennkraftmaschine
FR2956039B1 (fr) 2010-02-08 2014-08-29 Peugeot Citroen Automobiles Sa Procede de traitement des gaz d'echappement contenant des oxydes d'azote
SE1050161A1 (sv) 2010-02-19 2011-08-20 Scania Cv Ab Arrangemang och förfarande för att reducera kväveoxider i avgaser från en förbränningsmotor
US8139222B2 (en) 2010-03-01 2012-03-20 Gas Technology Institute Pressure controlled spectroscopic heating value sensor
US20140229010A1 (en) 2010-04-09 2014-08-14 Real-Time Analysers, Inc. Method of monitoring and controlling activity involving a fuel composition
SE537927C2 (sv) 2010-04-21 2015-11-24 Scania Cv Ab Metod och system för tillförsel av tillsatsmedel till en avgasström
US8293182B2 (en) 2010-05-05 2012-10-23 Basf Corporation Integrated SCR and AMOx catalyst systems
JP5721346B2 (ja) 2010-05-25 2015-05-20 本田技研工業株式会社 内燃機関の排気浄化システム
US9528413B2 (en) 2010-07-30 2016-12-27 Ford Global Technologies, Llc Synergistic SCR/DOC configurations for lowering diesel emissions
KR101996196B1 (ko) 2010-09-15 2019-07-03 존슨 맛쎄이 퍼블릭 리미티드 컴파니 조합된 슬립 촉매와 탄화수소 발열 촉매
DE102010050312A1 (de) 2010-11-03 2012-05-03 Süd-Chemie AG Ammoniak-Oxidationskatalysator mit geringer N2O Nebenproduktbildung
EP3715207A1 (en) 2011-01-06 2020-09-30 Cummins Intellectual Properties, Inc. Supervisory thermal management system and method for engine system warm up and regeneration
CN103282627B (zh) 2011-01-07 2016-03-16 德尔福国际运营卢森堡有限公司 具有排气后处理的内燃发动机及其操作方法
JP5351186B2 (ja) 2011-01-25 2013-11-27 本田技研工業株式会社 内燃機関の排気浄化システム
JP5366988B2 (ja) 2011-02-09 2013-12-11 本田技研工業株式会社 内燃機関の排気浄化システム
JP5284408B2 (ja) 2011-04-05 2013-09-11 本田技研工業株式会社 内燃機関の排気浄化システム
JP2013002283A (ja) 2011-06-10 2013-01-07 Hitachi Constr Mach Co Ltd 排気浄化装置
WO2013022517A1 (en) 2011-08-09 2013-02-14 International Engine Intellectual Property Company, Llc Method and system for reducing nox in engine exhaust using a cooling element
US9068492B2 (en) 2011-11-04 2015-06-30 Ford Global Technologies, Llc Motor vehicle on-board diagnostics to distinguish degradation from tampering
JP5787083B2 (ja) * 2011-11-14 2015-09-30 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
SE536798C2 (sv) 2011-12-28 2014-08-26 Scania Cv Ab Förfarande och system för reduktion av en beläggning i ett efterbehandlingssystem
EP2819769B1 (en) 2012-03-02 2017-11-22 Haldor Topsøe A/S Method for the removal of noxious compounds from engine exhaust gas
US9162183B2 (en) * 2012-03-06 2015-10-20 Cummins Inc. System and method to manage SCR catalyst NO2/NOX ratio
JP5843699B2 (ja) 2012-05-31 2016-01-13 本田技研工業株式会社 内燃機関の排気浄化システム
SE538193C2 (sv) 2012-07-05 2016-03-29 Scania Cv Ab SCR-system och förfarande vid ett SCR-system
GB201213443D0 (en) 2012-07-27 2012-09-12 Perkins Engines Co Ltd Apparatus and method for exhaust gas after treatment
WO2014044318A1 (en) 2012-09-21 2014-03-27 Haldor Topsøe A/S Method and system for the removal of noxious compounds from engine exhaust gas
KR102149735B1 (ko) * 2012-10-18 2020-08-31 존슨 맛쎄이 퍼블릭 리미티드 컴파니 근접-장착식 scr 시스템
DE112014000618T5 (de) 2013-02-18 2015-10-22 Cummins, Inc. System, Verfahren und Vorrichtung zum Verwalten der Nachbehandlungstemperatur
EP2826971A1 (de) 2013-07-17 2015-01-21 DEUTZ Aktiengesellschaft Verfahren zur Verminderung von Stickoxiden in dieselmotorischen Abgasen und Abgasnachbehandlungssystem zur Durchführung des Verfahrens
GB201315892D0 (en) 2013-07-31 2013-10-23 Johnson Matthey Plc Zoned diesel oxidation catalyst
EP3055670A1 (en) 2013-10-11 2016-08-17 MKS Instruments, Inc. Systems and methods for pressure differential molecular spectroscopy of compressible fluids
KR101684502B1 (ko) 2013-11-22 2016-12-08 현대자동차 주식회사 배기 가스 정화 장치 및 배기 가스 정화 방법
DE102014019427A1 (de) 2014-02-14 2015-08-20 Deutz Aktiengesellschaft Verfahren zur Reinigung von Dieselmotorenabgasen
DE102014001879A1 (de) 2014-02-14 2015-08-20 Deutz Aktiengesellschaft Brennkraftmaschine
DE102014001880A1 (de) 2014-02-14 2015-08-20 Deutz Aktiengesellschaft Verfahren zum Reinigen von Dieselmotorenabgassen
BR112016017572B1 (pt) * 2014-02-28 2021-08-03 Scania Cv Ab Método e sistema para controlar emissões de óxido de nitrogênio a partir de um motor de combustão
US20150337702A1 (en) 2014-05-23 2015-11-26 Tenneco Automotive Operating Company Inc. Exhaust aftertreatment system with low-temperature scr
US9732646B2 (en) 2015-01-12 2017-08-15 Ford Global Technologies, Llc Systems and methods for opportunistic diesel particulate filter regeneration
US9993772B2 (en) * 2015-06-18 2018-06-12 Johnson Matthey Public Limited Company Zoned exhaust system
SE539131C2 (sv) * 2015-08-27 2017-04-11 Scania Cv Ab Förfarande och avgasbehandlingssystem för behandling av en avgasström
DE102015015260A1 (de) 2015-11-26 2017-06-01 Daimler Ag Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine sowie Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung mit einer solchen Abgasnachbehandlungseinrichtung

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090035194A1 (en) * 2007-07-31 2009-02-05 Caterpillar Inc. Exhaust treatment system with an oxidation device for NO2 control
JP2009041454A (ja) * 2007-08-09 2009-02-26 Isuzu Motors Ltd ＮＯｘ浄化方法及びＮＯｘ浄化システム
US20090193794A1 (en) * 2008-01-31 2009-08-06 Caterpillar Inc. Exhaust system implementing SCR and EGR
JP2015507118A (ja) * 2011-12-23 2015-03-05 ボルボ ラストバグナー アーベー 排気後処理システム及びそのシステムを操作する方法
JP2015137583A (ja) * 2014-01-22 2015-07-30 日野自動車株式会社 排気浄化装置

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