KR20200114380A - After treatment system for lean-burn engine - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 린번 엔진용 후처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선택적 환원 촉매 및 일산화탄소 제거 촉매를 포함하는 린번 엔진용 후처리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a lean-burn engine post-treatment device, and more particularly, to a lean-burn engine post-treatment device including a selective reduction catalyst and a carbon monoxide removal catalyst.
차량에는 배출가스에 포함된 배출물을 줄이기 위하여 촉매 컨버터가 장착된다. 엔진에서 배기 매니폴드를 통해 배출되는 배출가스는 배기 파이프에 설치된 촉매 컨버터(Catalytic Converter)로 유도되어 정화되고, 머플러를 통과하면서 소음이 감쇄된 후 테일 파이프를 통해 대기 중으로 배출된다. 상기한 촉매 컨버터는 배출가스에 포함되어 있는 배출물을 정화한다. 그리고 배기 파이프 상에는 배출가스에 포함된 입자상 물질(Particulate Matters: PM)을 포집하기 위한 매연 필터가 장착될 수 있다.Vehicles are equipped with catalytic converters to reduce emissions contained in exhaust gases. The exhaust gas discharged from the engine through the exhaust manifold is guided and purified by a catalytic converter installed in the exhaust pipe, and noise is attenuated while passing through the muffler, and then discharged into the atmosphere through the tail pipe. The catalytic converter described above purifies the emission contained in the exhaust gas. In addition, a soot filter for collecting particulate matter (PM) included in the exhaust gas may be mounted on the exhaust pipe.
삼원 촉매는 상기 촉매 컨버터의 일종이며, 배출가스의 유해성분인 탄화수소계 화합물, 일산화탄소 및 질소산화물(NOx)과 동시에 반응하여 이들 화합물을 제거시킨다. 삼원 촉매는 주로 가솔린 차량에 장착되며, Pt/Rh, Pd/Rh 또는 Pt/Pd/Rh계가 이용된다.The three-way catalyst is a kind of catalytic converter and removes these compounds by simultaneously reacting with hydrocarbon compounds, carbon monoxide, and nitrogen oxides (NOx), which are harmful components of exhaust gas. The three-way catalyst is mainly installed in gasoline vehicles, and Pt/Rh, Pd/Rh or Pt/Pd/Rh systems are used.
가솔린 엔진 중 린번 엔진은 연한 혼합기를 연소하여 연비를 향상시킨다. 린번 엔진은 연한 혼합기를 연소시키므로 배출가스의 공연비도 연하다. 그런데, 공연비가 연할 때 삼원 촉매는 배출가스에 포함된 질소산화물을 충분히 환원시키지 못하고 슬립(slip)시킨다. 따라서, 린번 엔진을 구비한 차량은 삼원 촉매에서 슬립되는 질소산화물을 정화하기 위한 선택적 환원(Selective Catalytic Reduction; SCR) 촉매를 추가로 구비하고 있다. 린번 엔진을 구비한 차량에 사용되는 선택적 환원 촉매는 패시브 타입의 선택적 환원 촉매일 수 있다.Among gasoline engines, the lean burn engine improves fuel economy by burning a soft mixer. The lean burn engine burns a soft mixer, so the air-fuel ratio of the exhaust gas is also soft. However, when the air-fuel ratio is soft, the three-way catalyst does not sufficiently reduce nitrogen oxides contained in the exhaust gas and slips. Therefore, a vehicle equipped with a lean-burn engine is further equipped with a selective catalytic reduction (SCR) catalyst for purifying nitrogen oxides slipping from the three-way catalyst. The selective reduction catalyst used in a vehicle equipped with a lean burn engine may be a passive type selective reduction catalyst.
공연비가 농후할 때, 삼원 촉매는 질소산화물을 환원하여 암모니아를 생성하고 삼원 촉매에서 생성된 암모니아는 패시브 타입의 선택적 환원 촉매에 저장된다. 공연비가 연할 때, 패시브 타입의 선택적 환원 촉매는 상기 저장된 암모니아를 이용하여 배출가스에 포함된 질소산화물을 정화한다. When the air-fuel ratio is rich, the three-way catalyst reduces nitrogen oxides to produce ammonia, and the ammonia produced in the three-way catalyst is stored in a passive type selective reduction catalyst. When the air-fuel ratio is low, the passive type selective reduction catalyst purifies nitrogen oxides contained in the exhaust gas using the stored ammonia.
삼원 촉매와 패시브 타입의 선택적 환원 촉매를 포함하는 린번 엔진은 패시브 타입의 선택적 환원 촉매에 충분한 암모니아를 저장하기 위하여 설정된 기간 동안 연료량을 증가시켜 공연비를 농후하게 조절하여야 한다. 만일 린번 엔진에서 배출되는 질소산화물의 양이 증가하면, 린번 엔진이 농후한 공연비에서 작동하는 기간 및 횟수가 증가하게 된다. 따라서, 연비가 악화될 수 있다. A lean-burn engine including a three-way catalyst and a passive type selective reduction catalyst needs to adjust the air-fuel ratio richly by increasing the amount of fuel for a set period in order to store sufficient ammonia in the passive type selective reduction catalyst. If the amount of nitrogen oxides emitted from the lean-burn engine increases, the period and number of times the lean-burn engine operates at a rich air-fuel ratio increases. Therefore, fuel economy may deteriorate.
또한, 공연비가 농후할 때 삼원 촉매는 일산화탄소와 탄화수소를 슬립시킬 수 있다. 삼원 촉매에서 슬립된 일산화탄소와 탄화수소는 정화되지 못하고 차량 외부로 배출될 수 있다. 따라서, 암모니아를 생성하기 위하여 공연비를 농후하게 조절할 때 슬립되는 일산화탄소와 탄화수소를 줄이기 위한 추가적인 촉매 컨버터 또는 제어가 필요하다.In addition, when the air-fuel ratio is rich, the three-way catalyst can slip carbon monoxide and hydrocarbons. Carbon monoxide and hydrocarbons slipped in the three-way catalyst cannot be purified and may be discharged to the outside of the vehicle. Accordingly, an additional catalytic converter or control is required to reduce slipping carbon monoxide and hydrocarbons when the air-fuel ratio is thickly adjusted to produce ammonia.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.The matters described in this background are prepared to enhance an understanding of the background of the invention, and may include matters not known in the prior art to those of ordinary skill in the field to which this technology belongs.
본 발명의 실시예는 농후한 공연비에서 암모니아 생성량을 증가시킬 수 있는 린번 엔진용 후처리 장치를 제공하고자 한다. An embodiment of the present invention is to provide a post-treatment device for a lean burn engine capable of increasing the amount of ammonia produced at a rich air-fuel ratio.
본 발명의 다른 실시예는 농후한 공연비에서 외부로 배출되는 일산화탄소와 탄화수소의 양을 줄일 수 있는 린번 엔진용 후처리 장치를 제공하고자 한다.Another embodiment of the present invention is to provide a post-treatment device for a lean burn engine capable of reducing the amount of carbon monoxide and hydrocarbons discharged to the outside at a rich air-fuel ratio.
본 발명의 다른 실시예는 고온 유지에 의해 촉매 정화 효율을 향상시킬 수 있는 촉매 챔버 열교환 구조를 제공하고자 한다.Another embodiment of the present invention is to provide a catalyst chamber heat exchange structure capable of improving catalyst purification efficiency by maintaining a high temperature.
본 발명의 일 실시예에 따른 린번 엔진용 후처리 장치는, 린번 엔진에 연결되어 린번 엔진에서 발생한 배출가스가 흘러가는 배기 파이프와, 상기 배기 파이프에 장착되며, 배출가스에 포함된 배출물을 정화하고, 공연비가 농후하면 배출가스에 포함된 질소산화물 또는 그 안에 저장된 질소산화물을 이용하여 암모니아를 생성하는 암모니아 생성 촉매 모듈과, 상기 암모니아 생성 촉매 모듈(35) 하류의 배기 파이프에 장착되며, 배출가스에 포함된 질소산화물을 환원하고 배출가스에 포함된 일산화탄소를 정화하는 통합 촉매부, 및 상기 배출가스의 공연비 및 온도에 대한 정보를 검출하고, 배출가스의 공연비 및 온도에 대한 정보를 기초로 배출가스의 공연비를 제어하도록 된 제어기를 포함한다.A post-treatment apparatus for a lean-burn engine according to an embodiment of the present invention includes an exhaust pipe connected to the lean-burn engine through which exhaust gas generated from the lean-burn engine flows, and is mounted on the exhaust pipe, and purifies the emission contained in the exhaust gas , When the air-fuel ratio is rich, an ammonia generation catalyst module that generates ammonia using nitrogen oxides contained in the exhaust gas or nitrogen oxides stored therein, and the ammonia
상기 통합 촉매부는, 상기 암모니아 생성 촉매 모듈 하류의 배기 파이프에 장착되며, 암모니아 생성 촉매 모듈에서 생성된 암모니아를 저장하며, 저장된 암모니아를 이용하여 배출가스에 포함된 질소산화물을 환원하는 선택적 환원 촉매(Selective Catalytic Reduction; SCR), 및 상기 선택적 환원 촉매 하류의 배기 파이프에 장착되며, 배출가스에 포함된 일산화탄소를 정화하는 일산화탄소 제거 촉매(CO Clean-up Catalyst; CUC)를 포함할 수 있다.The integrated catalyst unit is mounted in an exhaust pipe downstream of the ammonia generation catalyst module, stores ammonia generated in the ammonia generation catalyst module, and uses the stored ammonia to reduce nitrogen oxides contained in the exhaust gas. Catalytic Reduction (SCR), and a carbon monoxide removal catalyst (CO Clean-up Catalyst; CUC) mounted on an exhaust pipe downstream of the selective reduction catalyst and purifying carbon monoxide contained in the exhaust gas may be included.
상기 선택적 환원 촉매 및 일산화탄소 제거 촉매는 통합 촉매부 케이스 내부에 구비되고, 상기 통합 촉매부는, 상기 통합 촉매부 케이스 내부에 구비되고 상기 배기 파이프와 연결되며 상기 배기 파이프로부터 유입되는 고온의 배출가스가 상기 일산화탄소 제거 촉매의 주위를 지나쳐 통과하도록 상기 일산화탄소 제거 촉매를 둘러싸는 형태로 형성된 일산화탄소 제거 촉매 가열 챔버를 포함할 수 있다.The selective reduction catalyst and the carbon monoxide removal catalyst are provided inside the integrated catalytic unit case, and the integrated catalytic unit is provided inside the integrated catalytic unit case and connected to the exhaust pipe, and the high-temperature exhaust gas introduced from the exhaust pipe is the It may include a carbon monoxide removal catalyst heating chamber formed in a form surrounding the carbon monoxide removal catalyst so as to pass through the periphery of the carbon monoxide removal catalyst.
상기 일산화탄소 제거 촉매는 일산화탄소 제거 촉매 캔 내부에 함유되며, 상기 일산화탄소 제거 촉매 캔의 배출가스의 흐름 방향에 평행한 방향의 단면은, 배출가스 흐름 방향을 기준으로 상기 일산화탄소 제거 촉매 캔의 후단이 전단보다 더 작은 반경을 갖도록 형성된 유선 형태일 수 있다.The carbon monoxide removal catalyst is contained in the carbon monoxide removal catalyst can, and a cross section in a direction parallel to the flow direction of the exhaust gas of the carbon monoxide removal catalyst can has a rear end of the carbon monoxide removal catalyst can than the front end based on the exhaust gas flow direction. It may have a streamlined shape formed to have a smaller radius.
상기 일산화탄소 제거 촉매 캔의 외부 표면은 상기 배출가스의 흐름 방향을 따라 핀(fin) 형태의 복수의 패턴이 형성된 것일 수 있다.The outer surface of the carbon monoxide removal catalyst can may have a plurality of fin-shaped patterns formed along the flow direction of the exhaust gas.
상기 일산화탄소 제거 촉매의 담체는 금속 담체일 수 있다.The carrier of the carbon monoxide removal catalyst may be a metal carrier.
상기 통합 촉매부 케이스는 차량 하부에 배치될 수 있다.The integrated catalyst case may be disposed under the vehicle.
상기 통합 촉매부 케이스 내부에는, 상기 일산화탄소 제거 촉매 가열 챔버와 선택적 환원 촉매의 위치를 구획하는 배플(baffle)이 구비될 수 있다.A baffle for partitioning locations of the carbon monoxide removal catalyst heating chamber and the selective reduction catalyst may be provided inside the integrated catalyst case.
상기 통합 촉매부 케이스는, 상기 배플에 의해 구획된 상기 선택적 환원 촉매가 위치하는 영역의 전단 및 후단에 상기 통합 촉매부 케이스의 내부 및 외부가 연통되도록 프론트 홀(front hall) 및 리어 홀(rear hall)이 각각 형성될 수 있다.The integrated catalytic unit case includes a front hall and a rear hall so that the interior and exterior of the integrated catalytic unit case are communicated to the front and rear ends of the region where the selective reduction catalyst is located divided by the baffle. ) Can be formed respectively.
상기 암모니아 생성 촉매 모듈은, 배출가스에 포함된 탄화수소, 일산화탄소, 질소산화물을 정화하는 삼원 촉매(Three-Way Catalyst; TWC), 및 상기 삼원 촉매 하류의 배기 파이프에 장착되며, 공연비가 연하면 질소산화물을 저장하고, 공연비가 농후하면 수소를 생성하여 저장된 질소산화물을 탈착하고 탈착된 질소산화물과 생성된 수소를 이용하여 암모니아를 생성하는 암모니아 생성 촉매(Ammonia Production Catalyst; APC)를 포함할 수 있다.The ammonia generation catalyst module is mounted on a three-way catalyst (TWC) that purifies hydrocarbons, carbon monoxide, and nitrogen oxides contained in exhaust gas, and an exhaust pipe downstream of the three-way catalyst, and when the air-fuel ratio is soft, nitrogen oxides When the air-fuel ratio is rich, hydrogen is generated to desorb the stored nitrogen oxide, and an ammonia production catalyst (APC) that generates ammonia using the desorbed nitrogen oxide and the generated hydrogen may be included.
본 발명에 따르면, 일산화탄소 제거 촉매(CUC) 및 선택적 환원 촉매(SCR)를 적용함으로써 차세대 가솔린 린번 엔진의 배출가스 정화 성능을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, it is possible to improve the exhaust gas purification performance of a next-generation gasoline lean burn engine by applying a carbon monoxide removal catalyst (CUC) and a selective reduction catalyst (SCR).
또한, 선택적 환원 촉매의 암모니아(NH3) 저장 능력 향상을 통해, 암모니아의 인위적 생성을 위한 리치 연소 조건을 감소시킴으로써 가솔린 린번 엔진 차량의 주행 연비를 향상시킬 수 있다. In addition, by improving the ammonia (NH3) storage capacity of the selective reduction catalyst, it is possible to improve the driving fuel efficiency of a gasoline lean burn engine vehicle by reducing the rich combustion conditions for artificial generation of ammonia.
또한, 선택적 환원 촉매의 위치를 배기계 레이아웃 후단부에 위치시킴으로써 촉매의 고온 열피로 내구성을 증대시킬 수 있다.In addition, by placing the position of the selective reduction catalyst at the rear end of the exhaust system layout, durability of the catalyst from high temperature heat fatigue can be increased.
또한, 일산화탄소 제거 촉매 가열 챔버를 통해 일산화탄소 제거 촉매 활성화를 위한 고온 조건을 유지시킴으로써 일산화탄소 제거 촉매의 귀금속 로딩량을 축소시키고 원가 절감 효과를 기대할 수 있다.In addition, by maintaining a high temperature condition for activating the carbon monoxide removal catalyst through the carbon monoxide removal catalyst heating chamber, it is possible to reduce the amount of precious metal loading of the carbon monoxide removal catalyst and reduce the cost.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 린번 엔진용 후처리 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 린번 엔진용 후처리 장치의 통합 촉매부를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 린번 엔진용 후처리 장치의 통합 촉매부를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 린번 엔진용 후처리 장치의 배출가스 흐름을 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 린번 엔진용 후처리 장치의 일산화탄소 제거 촉매 가열 챔버를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 린번 엔진용 후처리 장치의 일산화탄소 제거 촉매 가열 챔버를 일부 절개한 후의 통합 촉매부를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 린번 엔진용 후처리 장치의 일부 절개 후의 일산화탄소 제거 촉매 가열 챔버를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 린번 엔진용 후처리 장치의 일산화탄소 제거 촉매 가열 챔버를 제거한 후의 통합 촉매부를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 린번 엔진용 후처리 장치의 일산화탄소 제거 촉매 가열 챔버를 제거한 후의 통합 촉매부를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 10은 도 8의 A-A 선을 따라 자른 일산화탄소 제거 촉매 캔의 단면도이다.
도 11은 도 9의 'B' 부위의 일산화탄소 제거 촉매 캔의 표면을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 린번 엔진용 후처리 장치의 리어 홀이 형성된 통합 촉매부를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 린번 엔진용 후처리 장치의 프론트 홀이 형성된 통합 촉매부를 개략적으로 도시한 사시도이다.1 is a schematic diagram of an aftertreatment apparatus for a lean burn engine according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view schematically showing an integrated catalyst unit of an aftertreatment apparatus for a lean burn engine according to an embodiment of the present invention.
3 is a plan view schematically showing an integrated catalyst unit of an aftertreatment apparatus for a lean burn engine according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing an exhaust gas flow of a lean-burn engine post-treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
5 is a view schematically showing a carbon monoxide removal catalyst heating chamber of the aftertreatment apparatus for a lean burn engine according to an embodiment of the present invention.
6 is a view schematically showing an integrated catalyst unit after partially cutting a carbon monoxide removal catalyst heating chamber of the aftertreatment apparatus for a lean burn engine according to an embodiment of the present invention.
7 is a view schematically showing a carbon monoxide removal catalyst heating chamber after a partial cut-out of the post-treatment apparatus for a lean burn engine according to an embodiment of the present invention.
8 is a plan view schematically showing an integrated catalyst unit after removing a carbon monoxide removal catalyst heating chamber of a lean burn engine post-treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
9 is a perspective view schematically showing an integrated catalyst unit after removing the carbon monoxide removal catalyst heating chamber of the post-treatment apparatus for a lean burn engine according to an embodiment of the present invention.
10 is a cross-sectional view of a carbon monoxide removal catalyst can taken along line AA of FIG. 8.
FIG. 11 is an enlarged view of the surface of a carbon monoxide removal catalyst can in a portion'B' of FIG. 9.
12 is a perspective view schematically showing an integrated catalyst unit having a rear hole formed in the aftertreatment apparatus for a lean burn engine according to an embodiment of the present invention.
13 is a perspective view schematically showing an integrated catalyst unit having a front hole formed in the aftertreatment apparatus for a lean burn engine according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. The present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 일 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예들에서는 일 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.In addition, in various embodiments, components having the same configuration will be representatively described in one embodiment by using the same reference numerals, and in other embodiments, only configurations different from the one embodiment will be described.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며, 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고, 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다. 어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수도 있다.Note that the drawings are schematic and have not been drawn to scale. Relative dimensions and ratios of parts in the drawings are exaggerated or reduced in size for clarity and convenience in the drawings, and arbitrary dimensions are merely exemplary and not limiting. In addition, the same reference numerals are used to indicate similar features to the same structure, element, or part appearing in two or more drawings. When a part is referred to as being "on" or "on" another part, it may be directly on top of another part, or other parts may be involved in between.
본 발명의 실시예는 본 발명의 한 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.Examples of the present invention specifically represent one embodiment of the present invention. As a result, various variations of the illustration are expected. Accordingly, the embodiment is not limited to a specific shape in the illustrated area, and includes, for example, a modification of the shape by manufacturing.
이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 린번 엔진용 후처리 장치에 관하여 설명한다.Hereinafter, a description will be given of a lean burn engine post-treatment apparatus according to an embodiment of the present invention with reference to FIG. 1.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 린번 엔진용 후처리 장치의 개략도이다. 1 is a schematic diagram of an aftertreatment apparatus for a lean burn engine according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 린번 엔진용 후처리 장치는 엔진(10)과, 배기 파이프(20)와, 암모니아 생성 촉매 모듈(35)과, 통합 촉매부(55), 및 제어기(90)를 포함한다. As shown in FIG. 1, the post-treatment apparatus for a lean-burn engine according to an embodiment of the present invention includes an
엔진(10)은 연료와 공기가 혼합된 혼합기를 연소시켜 화학적 에너지를 기계적 에너지로 변환한다. 엔진(10)은 흡기 매니폴드(16)에 연결되어 연소실(12) 내부로 공기를 유입받으며, 연소 과정에서 발생된 배출가스는 배기 매니폴드(18)에 모인 후 엔진(10) 밖으로 배출되게 된다. 연소실(12)에는 점화플러그(14)가 장착되어 연소실(12) 내부의 혼합기를 점화할 수 있다. 엔진(10)은 가솔린 엔진일 수 있다. 가솔린 엔진의 타입에 따라, 연료를 연소실(12) 내부로 직접 분사하거나 흡기 매니폴드(16)를 통해 혼합기가 연소실(12)에 공급될 수 있다. 또한, 엔진(10)은 린번 엔진(lean-burn engine)일 수 있다. 따라서, 엔진(10)은 특별한 운전 조건을 제외하고는 연한 공연비에서 작동된다. The
배기 파이프(20)는 배기 매니폴드(18)에 연결되어 배출가스를 차량의 외부로 배출시킨다. 배기 파이프(20)에는 암모니아 생성 촉매 모듈(35), 및 통합 촉매부(55)가 장착되어 배출가스 내에 포함된 배출물을 정화하거나 제거한다.The
암모니아 생성 촉매 모듈(35)은 삼원 촉매(Three-Way Catalyst; TWC)(30)와 암모니아 생성 촉매(Ammonia Production Catalyst; APC)(40)를 포함한다. 삼원 촉매(30)와 암모니아 생성 촉매(40)는, 이에 한정되지 않으나. 하나의 하우징 안에 배치될 수 있다. 암모니아 생성 촉매 모듈(35)은 농후한 공연비에서 배출가스에 포함된 질소산화물 또는 암모니아 생성 촉매 모듈(35) 안에 저장된 질소산화물을 이용하여 암모니아를 생성할 수 있다. 암모니아 생성 촉매 모듈(35)은 산소 저장 용량(Oxygen Storage Capacity; OSC)을 갖는 산소 저장 물질을 포함하고 있다.The ammonia
삼원 촉매(30)는 엔진(10)에서 배출되는 배출가스가 통과하는 배기 파이프(20)에 배치되며, 배출가스에 포함된 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물을 포함하는 유해물질을 산화-환원 반응에 의해 무해한 성분으로 변화시킨다. 특히, 삼원 촉매(30)는 공연비(air-fuel ratio; AFR)가 농후하면 배출가스에 포함된 질소산화물을 암모니아로 환원시킬 수 있다. 이 때, 삼원 촉매(30)는 배출가스의 일산화탄소와 탄화수소를 충분히 정화하지 못하고 슬립할 수 있다. 또한, 삼원 촉매(30)는 공연비가 연하면 배출가스에 포함된 일산화탄소와 탄화수소를 산화한다. 삼원 촉매(30)에 대하여는 당업자에게 잘 알려져 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.The three-
암모니아 생성 촉매(40)는 삼원 촉매(30) 하류의 배기 파이프(20)에 배치된다. 암모니아 생성 촉매(40)는 공연비가 연하면 배출가스에 포함된 질소산화물을 저장하고, 공연비가 농후하면 수소를 생성하여 저장된 질소산화물을 탈착하며 탈착된 질소산화물과 생성된 수소를 이용하여 암모니아를 생성한다.The
하나의 양상에서, 암모니아 생성 촉매(40)는 그 전체 중량에 대하여, 0.4 ~ 0.9 중량%의 백금(Pt), 0.057 ~ 0.3 중량%의 팔라듐(Pd), 0.03 ~ 0.1 중량%의 로듐(Rh), 5.0 ~ 15.0 중량%의 바륨(Ba), 10 ~ 30 중량%의 세리아(CeO2), 48.7 ~ 84.513 중량%의 산화마그네슘(MgO)과 알루미나(Al2O3)의 복합체, 0 ~ 5 중량%의 첨가물을 포함할 수 있다. In one aspect, the
다른 하나의 양상에서, 암모니아 생성 촉매(40)는 그 전체 중량에 대하여, 촉매 전체 중량에 대하여, 0.4 ~ 0.9 중량%의 백금(Pt), 0.057 ~ 0.3 중량%의 팔라듐(Pd), 0.03 ~ 0.1 중량%의 로듐(Rh), 5.0 ~ 15.0 중량%의 바륨(Ba), 10 ~ 25 중량%의 세리아(CeO2), 48.7 ~ 79.513 중량%의 산화마그네슘(MgO)과 알루미나(Al2O3)의 복합체, 0 ~ 10 중량%의 첨가물을 포함할 수 있다. In another aspect, the
상기 첨가물은 세리아 및 알루미나의 성능 향상을 위해 첨가되는 것으로, 란타늄(La), 지르코늄(Zr), 마그네슘(Mg), 프라세오디뮴(Pr) 중 하나 이상을 포함한다. The additive is added to improve the performance of ceria and alumina, and includes at least one of lanthanum (La), zirconium (Zr), magnesium (Mg), and praseodymium (Pr).
암모니아 생성 촉매(40)에 포함된 백금은 질소산화물을 산화하여 암모니아 생성 촉매(40)가 질소산화물을 저장할 수 있도록 하는 것이다. 또한, 백금은 암모니아 생성 촉매(40)가 생성하는 수소(H2)의 양을 증가시킨다. Platinum included in the
암모니아 생성 촉매(40)에 포함된 팔라듐은 암모니아 생성 촉매(40)의 내열성을 향상시킨다. 암모니아 생성 촉매(40)는 엔진(10)에 가깝게 배치되므로 그 온도가 950℃까지 상승할 수 있다. 따라서, 팔라듐을 암모니아 생성 촉매(40)에 포함시켜 그 내열성을 향상시킨다. Palladium contained in the
암모니아와 수소의 생성량을 증대시키기 위하여, 암모니아 생성 촉매(40)에 포함된 백금과 팔라듐의 중량비는 3:1 ~ 7:1일 수 있다. 바람직하게는, 암모니아 생성 촉매(40)에 포함된 백금과 팔라듐의 중량비는 3:1 ~ 5:1일 수 있다. In order to increase the amount of ammonia and hydrogen produced, the weight ratio of platinum and palladium included in the
암모니아 생성 촉매(40)에 포함된 로듐은 공연비가 이론공연비(stoichiometric AFR)일 때 배출가스에 포함된 질소산화물을 정화한다. Rhodium contained in the
암모니아 생성 촉매(40)에 포함된 바륨과 세리아는 질소산화물을 질산염 형태로 저장하는 기능을 가진다. 세리아는 산소 저장 물질을 포함하고 있다. Barium and ceria contained in the
또한, 세리아는 수소의 생성을 증가시킨다. 그러나 암모니아 생성 촉매(40)가 많은 양의 세리아를 포함하고 있으면, 생성된 암모니아를 다시 산화시킬 수 있다. 따라서, 암모니아 생성 촉매(40)는 그 전체 중량에 대하여 10 ~ 30 중량%의 세리아를 포함하는 것이 바람직하다. In addition, ceria increases the production of hydrogen. However, if the
암모니아 생성 촉매(40)에 포함된 산화마그네슘과 알루미나의 복합체는 담체로서 기능한다. 산화마그네슘과 알루미나 복합체는 산화마그네슘과 알루미나 복합체의 총 중량 대비 15~25%의 산화마그네슘을 포함할 수 있다. 산화마그네슘은 바륨의 열적 안정성을 증가시킨다.The complex of magnesium oxide and alumina contained in the
통합 촉매부(55)는 선택적 환원 촉매(SCR)(50) 및 일산화탄소 제거 촉매(CUC)(60)를 포함할 수 있다. The
선택적 환원 촉매(50)는 암모니아 생성 촉매(40)의 하류 배기 파이프(20)에 장착된다. 선택적 환원 촉매(50)는 공연비가 농후할 때 암모니아 생성 촉매 모듈(35)(즉, 삼원 촉매(30)와 암모니아 생성 촉매(40))에서 생성된 암모니아를 저장하고, 공연비가 연할 때 상기 저장된 암모니아를 이용하여 배출가스에 포함된 질소산화물을 환원한다. 이러한 타입의 선택적 환원 촉매(50)를 패시브(passive) 타입 선택적 환원 촉매(50)라고 부르기도 한다.The
선택적 환원 촉매(50)는 제올라이트 촉매와 다공성 알루미나에 담지된 금속 촉매 중 하나 또는 이들의 조합으로 구성되어 있을 수 있다. 제올라이트 촉매는 구리(Cu), 백금(Pt), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 아연(Zn), 세슘(Cs), 갈륨(Ga) 중 하나 이상의 원소가 이온 교환된 것일 수 있다. 다공성 알루미나에 담지된 금속 촉매는 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 구리(Cu), 아연(Zn), 은(Ag) 중 하나 이상의 금속이 다공성 알루미나에 담지된 것일 수 있다.The
일산화탄소 제거 촉매(60)는 선택적 환원 촉매(50)의 하류 배기 파이프(20)에 장착된다. 일산화탄소 제거 촉매(60)는 배출가스에 포함된 일산화탄소를 정화한다. 특히, 공연비가 농후할 때 암모니아 생성 촉매 모듈(35)(즉, 삼원 촉매(30)와 암모니아 생성 촉매(40))로부터 일산화탄소가 슬립될 수 있다. 따라서, 일산화탄소 제거 촉매(60)를 후처리 장치의 가장 하류에 장착하여 차량 외부로 일산화탄소의 배출을 방지한다. 일산화탄소 제거 촉매(60)는 세리아(CeO2)와 알루미나(Al2O3)에 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 바륨(Ba) 등이 담지된 것일 수 있다.The carbon
하나의 양상에서, 일산화탄소 제거 촉매(60)는 그 전체 중량에 대하여, 0.2 ~ 1.5 중량%의 백금(Pt), 0 ~ 0.4 중량%의 팔라듐(Pd), 0 ~ 0.4 중량%의 로듐(Rh), 0 ~ 5.0 중량%의 바륨(Ba), 40 ~ 90 중량%의 세리아(CeO2), 9.8 ~ 59.8 중량%의 알루미나(Al2O3), 0 ~ 10 중량%의 첨가물을 포함할 수 있다. In one aspect, the carbon
다른 하나의 양상에서, 일산화탄소 제거 촉매(60)는 그 전체 중량에 대하여, 0.2 ~ 1.5 중량%의 백금(Pt), 0 ~ 0.4 중량%의 팔라듐(Pd), 0 ~ 0.4 중량%의 로듐(Rh), 0 ~ 5.0 중량%의 바륨(Ba), 40 ~ 90 중량%의 세리아(CeO2), 9.8 ~ 59.8 중량%의 알루미나(Al2O3), 0 ~ 20 중량%의 첨가물을 포함할 수 있다.In another aspect, the carbon
상기 첨가물은 세리아 및 알루미나의 성능 향상을 위해 첨가되는 것으로, 란타늄(La), 지르코늄(Zr), 마그네슘(Mg), 프라세오디뮴(Pr) 중 하나 이상을 포함한다.The additive is added to improve the performance of ceria and alumina, and includes at least one of lanthanum (La), zirconium (Zr), magnesium (Mg), and praseodymium (Pr).
일산화탄소 제거 촉매(60)는 백금/세리아를 그 주성분으로 한다. 여기서, 백금은 일산화탄소를 산화시키는 역할을 하고, 세리아는 산소 저장 물질을 포함하고 있어 공연비가 농후한 저온에서 일산화탄소의 산화를 돕는다. 팔라듐/알루미나도 백금/세리아와 유사한 역할을 하나, 저온 산화 능력의 향상을 위하여 백금/세리아의 양이 팔라듐/알루미나의 양보다 많은 것이 바람직하다. The carbon
일산화탄소 제거 촉매(60)에 포함된 바륨은 공연비가 연할 때 선택적 환원 촉매(50)에서 제거되지 못한 미량의 질소산화물을 제거하는 역할을 한다. Barium contained in the carbon
일산화탄소 제거 촉매(60)에 포함된 로듐은 공연비가 농후할 때 질소산화물의 환원을 촉진하기 위한 것이다.Rhodium contained in the carbon
배기 파이프(20)에는 배출가스의 공연비 및 촉매(30, 40, 50, 60)의 작동을 검출하기 위한 다수의 센서들(32, 34, 36, 62, 64)이 장착될 수 있다.The
제1 산소 센서(32)는 삼원 촉매(30)의 전단의 배기 파이프(20)에 장착되며, 삼원 촉매(30) 전단의 배출가스에 포함된 산소의 농도를 검출하여 이에 대한 신호를 제어기(90)에 전달한다. 여기에서 기재된 배출가스의 공연비(이하 'λ'라고 합니다.)는 제1 산소 센서(32)의 측정값을 의미할 수 있다. 또한, 여기에서 기재된 공연비 제어는 배출가스의 공연비를 목표 공연비가 되도록 제어하는 것을 의미할 수 있다.The
제2 산소 센서(34)는 삼원 촉매(30)의 후단 배기 파이프(20)에 장착되며, 삼원 촉매(30) 후단의 배출가스에 포함된 산소의 농도를 검출하여 이에 대한 신호를 제어기(90)에 전달한다.The
제3 산소 센서(36)는 암모니아 생성 촉매(40)의 후단 배기 파이프(20)에 장착되며, 암모니아 생성 촉매(40)(즉, 암모니아 생성 촉매 모듈(35)) 후단의 배출가스에 포함된 산소의 농도를 검출하여 이에 대한 신호를 제어기(90)에 전달한다. 제3 산소 센서(36)의 측정값은 암모니아 생성 촉매 모듈(35)의 산소 저장 용량이 소진되었는지를 판단하는데 사용될 수 있다.The
제1 온도 센서(62)는 선택적 환원 촉매(50)의 전단의 배기 파이프(20)에 장착되며, 선택적 환원 촉매(50) 전단의 배출가스의 온도를 검출하여 이에 대한 신호를 제어기(90)에 전달한다. The
제2 온도 센서(64)는 선택적 환원 촉매(50)의 후단의 배기 파이프(20)에 장착되며, 선택적 환원 촉매(50) 후단의 배출가스의 온도를 검출하여 이에 대한 신호를 제어기(90)에 전달한다. The
여기에서 기재된 센서들(32, 34, 36, 62, 64) 외에 후처리 장치는 다양한 센서들을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 삼원 촉매(30)의 전단과 후단의 배기 파이프(20)에 추가 온도 센서를 장착하여, 삼원 촉매(30)의 전단과 후단에서 배출가스의 온도를 검출할 수도 있다. 더 나아가, 후처리 장치는 배기 파이프(20)에 장착된 질소산화물 센서, 탄화수소 센서 또는 일산화탄소 센서 등을 더 포함하며, 이들 센서를 통하여 배출가스에 포함된 배출물의 농도를 검출할 수도 있다.In addition to the
제어기(90)는 상기 센서들(32, 34, 36, 62, 64, 66)에 전기적으로 연결되어 센서들(32, 34, 36, 62, 64, 66)에서 검출된 값들에 해당하는 신호들을 수신하고, 상기 신호들을 기초로 차량의 운전 조건, 공연비, 촉매들(30, 40, 50, 60)의 온도 등을 판단할 수 있다. 제어기(90)는 상기 판단을 근거로 엔진(10)을 제어하여 점화 시기, 연료의 분사 시기, 연료량 등을 제어할 수 있다. 제어기(90)는 설정된 프로그램에 의해 동작하는 하나 이상의 프로세서로 구현될 수 있으며, 상기 설정된 프로그램은 본 발명의 실시예에 따른 린번 엔진용 후처리 방법의 각 단계를 수행하도록 프로그램밍된 것일 수 있다.The
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 린번 엔진용 후처리 장치의 통합 촉매부를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 린번 엔진용 후처리 장치의 통합 촉매부를 개략적으로 나타낸 평면도이다.2 is a perspective view schematically showing an integrated catalyst unit of a lean-burn engine post-treatment device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is It is a plan view shown.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 통합 촉매부(55)는 통합 촉매부 케이스(52) 내부에 구비된 선택적 환원 촉매(50) 및 일산화탄소 제거 촉매(60)를 포함한다. 배기 파이프(20)는 통합 촉매부 케이스(52)의 일단에 연결되고, 통합 촉매부 케이스(52) 내부의 선택적 환원 촉매(50) 및 일산화탄소 제거 촉매(60)를 순차적으로 연결하도록 구비된다. 2 and 3, the
한편, 통합 촉매부(55)는 배기 파이프(20)로부터 유입되는 고온의 배출가스가 일산화탄소 제거 촉매(60)의 주위를 지나쳐 통과하도록 일산화탄소 제거 촉매(60)를 둘러싸는 형태로 형성된 일산화탄소 제거 촉매 가열 챔버(65)를 포함한다. On the other hand, the
배기 파이프(20)는 통합 촉매부 케이스(52) 내부에서 일산화탄소 제거 촉매 가열 챔버(65)의 일단 및 타단에 연결되고, 일산화탄소 제거 촉매 가열 챔버(65)의 타단은 배기 파이프(20)에 의해 선택적 환원 촉매(50)의 일단에 연결된다. 또한, 선택적 환원 촉매(50)의 타단은 일산화탄소 제거 촉매 가열 챔버(65)의 또 다른 일단에 연결되고, 또 다른 타단은 배기 파이프(20)에 연결되며, 배기 파이프(20)는 통합 촉매부 케이스(52)의 타단을 통해 외부로 연장된다.The
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 린번 엔진용 후처리 장치의 배출가스 흐름을 도시하는 도면이다.4 is a view showing an exhaust gas flow of a lean-burn engine post-treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, 고온의 배출가스는 배기 파이프(20)를 통해 일산화탄소 제거 촉매 가열 챔버(65)를 통과하고, 그 후 저온이 된 배출가스가 선택적 환원 촉매(50)를 통과한다. 선택적 환원 촉매(50)를 통과한 저온의 배출가스는 일산화탄소 제거 촉매 가열 챔버(65)를 통과하면서 고온의 배출가스의 열을 흡수하면서 고온이 되고, 내부에 구비된 일산화탄소 제거 촉매(60)를 통과하게 된다. 이러한 열교환에 의해 일산화탄소 제거 촉매(60)의 활성화를 위한 고온 조건을 유지할 수 있다. As shown in FIG. 4, the high-temperature exhaust gas passes through the carbon monoxide removal
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 린번 엔진용 후처리 장치의 일산화탄소 제거 촉매 가열 챔버를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 린번 엔진용 후처리 장치의 일산화탄소 제거 촉매 가열 챔버를 일부 절개한 후의 통합 촉매부를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 린번 엔진용 후처리 장치의 일부 절개 후의 일산화탄소 제거 촉매 가열 챔버를 개략적으로 나타내는 도면이다. 5 is a view schematically showing a carbon monoxide removal catalyst heating chamber of a lean burn engine post-treatment apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a carbon monoxide removal of a lean burn engine post-treatment apparatus according to an embodiment of the present invention. It is a diagram schematically showing the integrated catalyst unit after partially cutting the catalyst heating chamber, and FIG. 7 is a view schematically showing the carbon monoxide removal catalyst heating chamber after partial cutting of the post-treatment apparatus for a lean burn engine according to an embodiment of the present invention.
도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 일산화탄소 제거 촉매(60)는 일산화탄소 제거 촉매 캔(63) 내부에 함유될 수 있으며, 일산화탄소 제거 촉매 가열 챔버(65)는 배기 파이프(20)로부터 유입되는 고온의 배출가스가 일산화탄소 제거 촉매 캔(63)의 외면을 지나쳐 통과하도록 일산화탄소 제거 촉매 캔(63)을 둘러싸는 형태로 형성될 수 있다. 5 to 7, the carbon
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 린번 엔진용 후처리 장치의 일산화탄소 제거 촉매 가열 챔버를 제거한 후의 통합 촉매부를 개략적으로 나타내는 평면도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 린번 엔진용 후처리 장치의 일산화탄소 제거 촉매 가열 챔버를 제거한 후의 통합 촉매부를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 10은 도 8의 A-A 선을 따라 자른 일산화탄소 제거 촉매 캔의 단면도이며, 도 11은 도 9의 'B' 부위의 일산화탄소 제거 촉매 캔의 표면을 확대하여 나타낸 도면이다.FIG. 8 is a plan view schematically showing an integrated catalyst unit after removing a carbon monoxide removal catalyst heating chamber of a post-treatment apparatus for a lean-burn engine according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9 is A perspective view schematically showing the integrated catalyst unit after removing the carbon monoxide removal catalyst heating chamber of the treatment device, FIG. 10 is a cross-sectional view of the carbon monoxide removal catalyst can taken along line AA of FIG. 8, and FIG. 11 is It is a view showing an enlarged surface of a carbon monoxide removal catalyst can.
도 8 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 일산화탄소 제거 촉매 캔(63)은 유선 형태로 형성될 수 있다. 도 8의 A-A선을 따라 자른 일산화탄소 제거 촉매 캔(63)의 단면 형상은 도 10에 도시된 바와 같이, 배출가스 흐름 방향을 기준으로 일산화탄소 제거 촉매 캔(63)의 후단이 전단보다 더 작은 반경을 갖도록 형성될 수 있다. 기존의 일산화탄소 제거 촉매 캔의 단면 형상이 원의 형태인 경우, 캔의 후단부에 와류가 발생하여 배출가스 배압이 증가하는 문제점이 있었으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 캔(63)의 형상은 캔(63)의 후단부가 전단부보다 더 작은 반경을 갖도록 형성된 유선 형태를 적용함으로써, 캔(63) 후단부의 와류 발생을 저감하여 배출가스 배압을 감소시킬 수 있다. As shown in FIGS. 8 to 11, the carbon monoxide removal catalyst can 63 may be formed in a streamlined shape. The cross-sectional shape of the carbon monoxide removal catalyst can 63 cut along the line AA of FIG. 8 is as shown in FIG. 10, wherein the rear end of the carbon monoxide removal catalyst can 63 has a smaller radius than the front end based on the exhaust gas flow direction. It can be formed to have. When the cross-sectional shape of the conventional carbon monoxide removal catalyst can is in the shape of a circle, there is a problem in that a vortex is generated at the rear end of the can and the exhaust gas back pressure increases, but the shape of the
한편, 도 9의 'B' 부위의 일산화탄소 제거 촉매 캔(63)의 표면을 확대하여 나타낸 도 11을 참조하면, 일산화탄소 제거 촉매 캔(63)의 외부 표면은 배출가스의 흐름 방향을 따라 핀(fin) 형태의 복수의 패턴이 형성될 수 있다. 즉, 일산화탄소 제거 촉매 캔(63)의 외부 표면을 미세한 핀 형태 패턴을 적용함으로써, 배출가스 흐름을 원활히 유도할 수 있어 캔(63) 후단부의 배출가스 배압을 감소시킬 수 있다. Meanwhile, referring to FIG. 11, which is an enlarged view of the surface of the carbon monoxide removal catalyst can 63 in the portion'B' of FIG. 9, the outer surface of the carbon monoxide removal catalyst can 63 is fin along the flow direction of the exhaust gas. ) A plurality of patterns may be formed. That is, by applying a fine fin-shaped pattern to the outer surface of the carbon monoxide removal catalyst can 63, the exhaust gas flow can be smoothly guided, and the exhaust gas back pressure at the rear end of the
한편, 일산화탄소 제거 촉매(60)의 담체는 금속 담체로 이루어질 수 있다. 따라서, 일산화탄소 제거 촉매(60)의 열전달 효율이 증대될 수 있다. Meanwhile, the carrier of the carbon
또한, 통합 촉매부 케이스(52)는 차량 하부에 배치될 수 있다. 통합 촉매부 케이스(52)는 선택적 환원 촉매(50)와 일산화탄소 제거 촉매(60)를 내부에 포함함으로써, 일산화탄소 제거 촉매(60)를 보온하고, 선택적 환원 촉매(50)와 일산화탄소 제거 촉매(60)를 보호하며, 차량 하부의 미관이 개선될 수 있다. In addition, the integrated
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 린번 엔진용 후처리 장치의 리어 홀이 형성된 통합 촉매부를 개략적으로 도시한 사시도이며, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 린번 엔진용 후처리 장치의 프론트 홀이 형성된 통합 촉매부를 개략적으로 도시한 사시도이다.12 is a perspective view schematically showing an integrated catalyst unit having a rear hole of a lean-burn engine post-treatment apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 13 is a diagram illustrating a lean-burn engine post-treatment apparatus according to an embodiment of the present invention. It is a perspective view schematically showing an integrated catalyst unit having a front hole.
도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 통합 촉매부 케이스(52) 내부에는, 일산화탄소 제거 촉매 가열 챔버(65)와 선택적 환원 촉매(50)의 위치를 구획하는 배플(baffle)(58)이 구비될 수 있다. 통합 촉매부 케이스(52) 내부 구조를 배플(58)로 분리함으로써, 일산화탄소 제거 촉매(60)의 가열 및 보온 효과를 유지할 수 있다. 12 and 13, a
한편, 배플(58)에 의해 구획된 선택적 환원 촉매(50)가 위치하는 영역의 전단 및 후단에 통합 촉매부 케이스(52)의 내부 및 외부가 연통되도록 프론트 홀(front hall)(57) 및 리어 홀(rear hall)(59)이 각각 형성될 수 있다. 선택적 환원 촉매(50) 전단의 배출가스 온도가 높은 경우 선택적 환원 촉매(50) 주변부의 온도를 낮추기 위해 통합 촉매부 케이스(52)의 전단 및 후단에 프론트 홀(57) 및 리어 홀(59)을 통해 주행풍 유입이 유도되어 선택적 환원 촉매(50)의 냉각 효과를 극대화할 수 있다. Meanwhile, the
이와 같이, 본 발명에 따르면, 일산화탄소 제거 촉매(CUC) 및 선택적 환원 촉매(SCR)를 적용함으로써 차세대 가솔린 린번 엔진의 배출가스 정화 성능을 향상시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, by applying a carbon monoxide removal catalyst (CUC) and a selective reduction catalyst (SCR), it is possible to improve the exhaust gas purification performance of the next generation gasoline lean burn engine.
또한, 선택적 환원 촉매의 암모니아(NH3) 저장 능력 향상을 통해, 암모니아의 인위적 생성을 위한 리치 연소 조건을 감소시킴으로써 가솔린 린번 엔진 차량의 주행 연비를 향상시킬 수 있다. In addition, by improving the ammonia (NH3) storage capacity of the selective reduction catalyst, it is possible to improve the driving fuel efficiency of a gasoline lean burn engine vehicle by reducing the rich combustion conditions for artificial generation of ammonia.
또한, 선택적 환원 촉매의 위치를 배기계 레이아웃 후단부에 위치시킴으로써 촉매의 고온 열피로 내구성을 증대시킬 수 있다.In addition, by placing the position of the selective reduction catalyst at the rear end of the exhaust system layout, durability of the catalyst from high temperature heat fatigue can be increased.
또한, 일산화탄소 제거 촉매 가열 챔버를 통해 일산화탄소 제거 촉매 활성화를 위한 고온 조건을 유지시킴으로써 일산화탄소 제거 촉매의 귀금속 로딩량을 축소시키고 원가 절감 효과를 기대할 수 있다.In addition, by maintaining a high temperature condition for activating the carbon monoxide removal catalyst through the carbon monoxide removal catalyst heating chamber, it is possible to reduce the amount of precious metal loading of the carbon monoxide removal catalyst and reduce the cost.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and the embodiments of the present invention are easily changed by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains. It includes all changes to the extent deemed acceptable.
10: 엔진
12: 연소실
14: 점화플러그
16: 흡기 매니폴드
18: 배기 매니폴드
20: 배기 파이프
30: 삼원 촉매
32: 제1 산소 센서
34: 제2 산소 센서
35: 암모니아 생성 촉매 모듈
36: 제3 산소 센서
40: 암모니아 생성 촉매
50: 선택적 환원 촉매
52: 통합 촉매부 케이스
55: 통합 촉매부
57: 프론트 홀
58: 배플
59: 리어 홀
60: 일산화탄소 제거 촉매
62: 제1 온도 센서
63: 일산화탄소 제거 촉매 캔
64: 제2 온도 센서
65: 일산화탄소 제거 촉매 가열 챔버
90: 제어기10: engine 12: combustion chamber
14: spark plug 16: intake manifold
18: exhaust manifold 20: exhaust pipe
30: three-way catalyst 32: first oxygen sensor
34: second oxygen sensor 35: ammonia generation catalyst module
36: third oxygen sensor 40: ammonia generation catalyst
50: selective reduction catalyst 52: integrated catalyst part case
55: integrated catalyst part 57: front hole
58: baffle 59: rear hall
60: carbon monoxide removal catalyst 62: first temperature sensor
63: carbon monoxide removal catalyst can 64: second temperature sensor
65: carbon monoxide removal catalyst heating chamber
90: controller
Claims (10)
상기 배기 파이프에 장착되며, 배출가스에 포함된 배출물을 정화하고, 공연비가 농후하면 배출가스에 포함된 질소산화물 또는 그 안에 저장된 질소산화물을 이용하여 암모니아를 생성하는 암모니아 생성 촉매 모듈;
상기 암모니아 생성 촉매 모듈 하류의 배기 파이프에 장착되며, 배출가스에 포함된 질소산화물을 환원하고 배출가스에 포함된 일산화탄소를 정화하는 통합 촉매부; 및
상기 배출가스의 공연비 및 온도에 대한 정보를 검출하고, 배출가스의 공연비 및 온도에 대한 정보를 기초로 배출가스의 공연비를 제어하도록 된 제어기를 포함하는 린번 엔진용 후처리 장치.An exhaust pipe connected to the lean burn engine through which exhaust gas generated from the lean burn engine flows;
An ammonia generation catalytic module mounted on the exhaust pipe and purifying the emission contained in the exhaust gas, and generating ammonia using nitrogen oxide contained in the exhaust gas or nitrogen oxide stored therein when the air-fuel ratio is high;
An integrated catalyst unit mounted on an exhaust pipe downstream of the ammonia generation catalyst module, reducing nitrogen oxides contained in the exhaust gas and purifying carbon monoxide contained in the exhaust gas; And
And a controller configured to detect information on the air-fuel ratio and temperature of the exhaust gas, and to control the air-fuel ratio of the exhaust gas based on the information on the air-fuel ratio and temperature of the exhaust gas.
상기 통합 촉매부는,
상기 암모니아 생성 촉매 모듈 하류의 배기 파이프에 장착되며, 암모니아 생성 촉매 모듈에서 생성된 암모니아를 저장하며, 저장된 암모니아를 이용하여 배출가스에 포함된 질소산화물을 환원하는 선택적 환원 촉매(Selective Catalytic Reduction; SCR); 및
상기 선택적 환원 촉매 하류의 배기 파이프에 장착되며, 배출가스에 포함된 일산화탄소를 정화하는 일산화탄소 제거 촉매(CO Clean-up Catalyst; CUC)를 포함하는 린번 엔진용 후처리 장치.In claim 1,
The integrated catalyst unit,
A selective reduction catalyst (Selective Catalytic Reduction (SCR)) which is mounted on an exhaust pipe downstream of the ammonia generation catalyst module, stores ammonia generated in the ammonia generation catalyst module, and reduces nitrogen oxides contained in the exhaust gas using the stored ammonia. ; And
A post-treatment device for a lean-burn engine, which is mounted on an exhaust pipe downstream of the selective reduction catalyst and includes a carbon monoxide removal catalyst (CO Clean-up Catalyst; CUC) that purifies carbon monoxide contained in exhaust gas.
상기 선택적 환원 촉매 및 일산화탄소 제거 촉매는 통합 촉매부 케이스 내부에 구비되고,
상기 통합 촉매부는, 상기 통합 촉매부 케이스 내부에 구비되고 상기 배기 파이프와 연결되며 상기 배기 파이프로부터 유입되는 고온의 배출가스가 상기 일산화탄소 제거 촉매의 주위를 지나쳐 통과하도록 상기 일산화탄소 제거 촉매를 둘러싸는 형태로 형성된 일산화탄소 제거 촉매 가열 챔버를 포함하는 린번 엔진용 후처리 장치.In claim 2,
The selective reduction catalyst and the carbon monoxide removal catalyst are provided inside the case of the integrated catalyst unit,
The integrated catalyst unit is provided in the case of the integrated catalyst unit, is connected to the exhaust pipe, and surrounds the carbon monoxide removal catalyst so that the high-temperature exhaust gas introduced from the exhaust pipe passes past the circumference of the carbon monoxide removal catalyst. A post-treatment device for a lean burn engine comprising a formed carbon monoxide removal catalyst heating chamber.
상기 일산화탄소 제거 촉매는 일산화탄소 제거 촉매 캔 내부에 함유되며,
상기 일산화탄소 제거 촉매 캔의 배출가스의 흐름 방향에 평행한 방향의 단면은, 배출가스 흐름 방향을 기준으로 상기 일산화탄소 제거 촉매 캔의 후단이 전단보다 더 작은 반경을 갖도록 형성된 유선 형태인 린번 엔진용 후처리 장치.In claim 3,
The carbon monoxide removal catalyst is contained in the carbon monoxide removal catalyst can,
The cross section in a direction parallel to the flow direction of the exhaust gas of the carbon monoxide removal catalyst can is a streamlined shape formed such that the rear end of the carbon monoxide removal catalyst can has a smaller radius than the front end based on the exhaust gas flow direction. Device.
상기 일산화탄소 제거 촉매 캔의 외부 표면은 상기 배출가스의 흐름 방향을 따라 핀(fin) 형태의 복수의 패턴이 형성된 린번 엔진용 후처리 장치.In claim 4,
A post-treatment device for a lean-burn engine in which a plurality of fin-shaped patterns are formed on the outer surface of the carbon monoxide removal catalyst can along the flow direction of the exhaust gas.
상기 일산화탄소 제거 촉매의 담체는 금속 담체인 린번 엔진용 후처리 장치.In claim 3,
The carrier of the carbon monoxide removal catalyst is a metal carrier, a post-treatment device for a lean burn engine.
상기 통합 촉매부 케이스는 차량 하부에 배치되는 린번 엔진용 후처리 장치.In claim 3,
The integrated catalyst part case is a post-treatment device for a lean burn engine disposed under a vehicle.
상기 통합 촉매부 케이스 내부에는,
상기 일산화탄소 제거 촉매 가열 챔버와 선택적 환원 촉매의 위치를 구획하는 배플(baffle)이 구비된 린번 엔진용 후처리 장치.In claim 3,
Inside the integrated catalyst part case,
A post-treatment device for a lean-burn engine provided with a baffle for partitioning the carbon monoxide removal catalyst heating chamber and the selective reduction catalyst.
상기 통합 촉매부 케이스는,
상기 배플에 의해 구획된 상기 선택적 환원 촉매가 위치하는 영역의 전단 및 후단에 상기 통합 촉매부 케이스의 내부 및 외부가 연통되도록 프론트 홀(front hall) 및 리어 홀(rear hall)이 각각 형성된 린번 엔진용 후처리 장치.In claim 8,
The integrated catalyst part case,
For a lean-burn engine in which a front hall and a rear hall are respectively formed so that the inside and outside of the integrated catalytic unit case communicate with each other at the front and rear ends of the region in which the selective reduction catalyst is located divided by the baffle Post-treatment device.
상기 암모니아 생성 촉매 모듈은,
배출가스에 포함된 탄화수소, 일산화탄소, 질소산화물을 정화하는 삼원 촉매(Three-Way Catalyst; TWC); 및
상기 삼원 촉매 하류의 배기 파이프에 장착되며, 공연비가 연하면 질소산화물을 저장하고, 공연비가 농후하면 수소를 생성하여 저장된 질소산화물을 탈착하고 탈착된 질소산화물과 생성된 수소를 이용하여 암모니아를 생성하는 암모니아 생성 촉매(Ammonia Production Catalyst; APC)를 포함하는 린번 엔진용 후처리 장치.In claim 1,
The ammonia generation catalyst module,
Three-Way Catalyst (TWC) for purifying hydrocarbons, carbon monoxide, and nitrogen oxides contained in exhaust gas; And
It is installed in the exhaust pipe downstream of the three-way catalyst, and when the air-fuel ratio is low, it stores nitrogen oxide, and when the air-fuel ratio is high, it generates hydrogen to desorb the stored nitrogen oxide and generate ammonia using the desorbed nitrogen oxide and the generated hydrogen. A lean-burn engine post-treatment device comprising an ammonia production catalyst (APC).
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KR1020190036061A KR20200114380A (en) | 2019-03-28 | 2019-03-28 | After treatment system for lean-burn engine |
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