KR20050120644A - 배기 가스 정화 장치 - Google Patents

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KR20050120644A
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도요다 지도샤 가부시끼가이샤
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Abstract

본 장치는 터보 차저가 장착된 내부 연소 엔진으로부터 흘러 나온 배기 가스를 정화시키는 것이고, 인젝터, 증발 증대기 및 NOx 흡수 및 환원 촉매를 포함한다. 인젝터는 액체 환원제를 배기 가스로 주입하고, 터보 차저의 상류측에 배치된다. 증발 증대기는 인젝터와 터보 차저 사이에 배치된다. NOx 흡수 및 환원 촉매는 터보 차저의 하류측에 배치된다. 증발 증대기는 액체 환원제의 증발을 증가시킨다. 따라서, 액체 환원제가 NOx 흡수 및 환원 촉매의 입구 끝단부에 거의 부착되지 않는다. 따라서, PMs가 액체 환원 촉매상에 거의 부착되지 않는다. 따라서, 배기 압력 손실이 증가하는 것을 방지할 수 있고, NOx 정화 성능이 업그레이드된다.

Description

배기 가스 정화 장치 {APPARATUS FOR PURIFYING EXHAUST GAS}
본 발명은 터보 차저(turbocharger)가 장착된 내부 연소 엔진으로부터 흘러 나오는 배기 가스를 정화시키는 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 내부 연소 엔진의 출력을 향상시키기 위하여, 연소 챔버에 충전될 공기-연료 혼합물의 부피를 증가시키는 것이 바람직하다. 따라서, 과급기(supercharger) 시스템이 실제 적용에 사용되어 왔다. 과급기 시스템은 하강 피스톤(descending piston)에 수반하여 발생하는 부압에 의해 공기-연료 혼합물을 공급할 뿐만 아니라, 연소 챔버에 공기-연료 혼합물을 강제로 공급한다. 과급기 시스템의 일례는 배기 가스의 에너지 흐름에 의해 연소 챔버로 공기를 강제로 공급하는 터보 차저이다.
터보 차저는 큰 열 용량을 나타내기 때문에, 터보 차저에 대하여 배기 가스 흐름의 하류측에 배치되는 촉매의 온도를 내부 연소 엔진을 시동시킴으로써 활성 온도로 급격히 증가시키는 것이 어렵다. 따라서, 촉매가 만족할 만한 배기 가스 정화 성능을 내는 것을 증명하기가 어렵다. 따라서, 일본 실용신안 공개 제 59-34,033호에는 터보 차저에 대하여 배기 가스 흐름의 하류측에 촉매 장치를 배치하는 것이 제안되어 있다. 이러한 배열에 따르면, 촉매의 산화 반응에 의해 발생된 열로 배기 가스를 가열시킬 뿐만 아니라, 촉매의 온도를 활성 온도로 급격히 증가시킬 수 있다. 따라서, 유해 성분의 전환이 개선된다.
또한, 일본 특허 공개 제 11-132,036호에는 터보 차저에 대하여 배기 가스 흐름의 하류측 뿐만 아니라 상류측에도 촉매를 배치하는 것이 제안되어 있다. 이러한 배열에 따르면, 상류측의 촉매 온도를 활성 온도로 급격히 증가시킬 수 있다. 또한, 상류측 촉매의 산화 반응에 의해 발생된 열로 가열되는 배기 가스가 하류측 촉매로 흐른다. 따라서, 하루측 촉매의 온도가 활성 온도로 급격히 증가한다. 따라서, 유해 성분의 전환이 더 향상된다.
부수적으로, 시스템은 NOx 환원 성능을 향상시키기 위하여 실제 적용에 사용되어 왔다. 이러한 시스템에, 경유와 같은 액체 환원제가 주기적으로 배기 가스에 첨가되고, NOx는 하류측 NOx 흡수 및 환원 촉매에 의해 정화된다. 보다 상세하게는, 시스템에서, NOx는 산소가 과도하게 존재하는 연료 부족 대기(fuel-lean atmosphere)에서 NOx 흡수 및 환원 촉매에 흡수된다. 그런 다음, 연료 부족 대기에 액체 환원제를 첨가함으로써 배기 가스의 대기가 연료가 풍부한 대기(fuel-rich atmosphere)로 바뀐다. 따라서, 흡수된 NOx가 NOx 흡수 및 환원 촉매로부터 해제되고, 풍부한 환원제에 의한 환원에 의해 정화된다.
그러나, 시스템에서, 액체 환원제가 배기 가스에 첨가되기 때문에, 배기 가스의 온도가 감소한다. 따라서, 촉매의 온도 증가가 저해되는 단점이 발생한다. 따라서, 액체 환원제가 촉매의 입구 끝단면에 부착되고, 탄소질의 미세 입자, 황산염과 같은 황산의 미세 입자 및 고분자량 탄화수소 미세 입자(high-molecular weight)와 같은 미립자 물질(이하, 집합적으로 "PMs"라 함)이 퇴적된 액체 환원 촉매에 부착된다. 따라서, 촉매의 세포질 배기 가스 통로(cellular exhaust-gas passage)가 폐쇄되어, 배기 압력 손실이 증가하는 문제점이 발생한다. 특히, 큰 열 용량을 나타내는 터보 차저가 장착된 내부 연소 엔진에서는, 액체 환원제가 터보 차저에 대하여 배기 가스 흐름의 상류측에서 공기-연료 혼합물에 일반적으로 첨가되기 때문에 터보 차저에서 문제점이 더 커진다.
또한, 액체 환원제를 증발 또는 변경시키기 위하여 터보 차저에 대하여 배기 가스 흐름의 하류측에 산화 촉매를 배치하는 생각도 해볼 수 있다. 그러나, 이러한 경우에는, 터보 차저에 의해 온도가 감소되는 촉매 가스에 산화 촉매를 사용하기 위하여, 전체 길이를 연장하여 산화 촉매를 확대시킬 필요가 있다. 따라서, 차량의 제한된 탑승 공간과 관련된 문제가 발생한다. 또한, 이에 따라 산화 촉매가 배치되더라도, 액체 환원제 뿐만 아니라, PMs가 산화 촉매의 입구 끝단면에 부착되는 문제점이 여전히 남아 있다.
도 1은 본 발명의 예시 1에 따른 배기 가스 정화 장치의 전체 구성을 예시하는 설명도;
도 2는 본 발명의 예시 1에 따른 배기 가스 정화 장치에 사용된 산화 촉매(즉, 증발 증대기)를 예시하는 사시도;
도 3은 본 발명의 예시 2에 따른 배기 가스 정화 장치에 사용된 벌집 몸체(즉, 증발 증대기)를 예시하는 전체적인 설명도;
도 4는 본 발명의 예시 2에 따른 배기 가스 정화 장치에 사용된 벌집 몸체(즉, 증발 증대기)의 파형판(corrugated plate)을 예시하는 사시도;
도 5는 본 발명의 예시 2에 따른 배기 가스 정화 장치에 사용된 벌집 몸체(즉, 증발 증대기)를 예시하는 단면도;
도 6은 본 발명의 예시 2에 따른 배기 가스 정화 장치에 사용된 벌집 몸체(즉, 증발 증대기)의 배기 가스 흐름을 예시하는 단면도;
도 7은 본 발명의 예시 2에 따른 배기 가스 정화 장치에 사용된 벌집 몸체(즉, 증발 증대기)의 배기 가스 흐름을 예시하는 또 다른 단면도;
도 8은 본 발명의 예시 1에 따른 배기 가스 정화 장치 및 비교 예시 1 및 2에 따른 배기 가스 정화 장치가 나타내는 침투된 NOx 흡수량을 예시하는 막대 그래프;
도 9는 본 발명의 예시 1 및 2에 따른 배기 가스 정화 장치 및 비교 예시 1 및 2에 따른 배기 가스 정화 장치가 나타내는 방출량(emissions)을 예시하는 막대 그래프;
도 10은 본 발명의 예시 1에 따른 배기 가스 정화 장치 및 비교 예시 1에 따른 배기 가스 정화 장치에 사용된 NOx 흡수 및 환원 촉매의 전체 길이와 침투된 NOx 흡수량간의 관계를 예시하는 선 그래프;
도 11은 터보 차저의 전방에서 배기 가스의 온도와 터보 차저의 후방에서 배기 가스의 온도를 예시하는 막대 그래프.
본 발명은 이러한 사정을 고려하여 개발되었다. 따라서, 본 발명의 목적은 액체 환원제의 증발을 향상시켜, 터보 차저에 대하여 배기 가스 흐름의 하류측에 배치되는 N0x 흡수 및 환원 촉매의 배기 가스 통로가 막히는 것을 방지하는 것이다. 동시에, 본 발명의 또 다른 목적은 배기 가스 정화 장치의 NOx 정화 성능을 더욱 업그레이드시키는 것이다.
본 발명에 따른 배기 가스 정화 장치는 상술된 문제점을 해결한다. 상기 장치는,
배기 가스로 액체 환원제를 주입하고 터보 차저의 상류측에 배치되는 인젝터;
액체 환원제의 증발을 향상시키고 상기 인젝터와 상기 터보 차저 사이에 배치되는 증발 증대기(vaporization enhancer); 및
터보 차저의 하류측에 배치된 NOx 흡수 및 환원 촉매를 포함하는, 터보 차저가 장착된 내부 연소 엔진으로부터 흘러 나오는 배기 가스를 정화시키는 것이다.
본 장치에서, 증발 증대기는 산화 촉매 또는 돌출부가 있는 배기 가스 통로로 이루어진 벌집 몸체를 포함하는 것이 바람직하다.
본 장치는 터보 차저와 인젝터 사이에 배치된 증발 증대기를 포함한다. 증발 증대기는 인젝터가 배기 가스에 첨가하는 액체 환원제의 증발을 증가시킨다. 따라서, 액체 환원제의 증발이 증가되어, 액체 환원제가 NOx 흡수 및 환원 촉매의 입구 끝단면에 부착되는 것을 방지한다. 따라서, PMs가 액체 환원제상으로 부착되는 것 뿐만 아니라, NOx 흡수 및 환원 촉매의 세포질 배기 가스 통로를 둘러싸는 것을 방지한다. 따라서, 배기 압력 손실이 커지는 것을 방지할 수 있다. 또한, NOx 흡수 및 환원 촉매의 입구 끝단면에서 이용가능한 효율이 증가하기 때문에, 본 장치의 NOx 정화 성능이 업그레이드된다.
또한, 증발 증대기가 산화 촉매를 포함하면, 산화 촉매에 의해 배기 가스내의 액체 환원제 또는 탄화수소(이하, "HC"라 함)를 부분적으로 산화시킬 수 있다. 따라서, 부분적으로 산화된 활성 HC가 NOx 흡수 및 환원 촉매로 흐르기 때문에 환원에 의해 NOx를 보다 효과적으로 정화시킬 수 있다. 따라서, 본 장치의 NOx 정화 성능이 더 업그레이드된다.
또한, NOx 흡수 및 환원 촉매의 이용가능한 효율이 업그레이드되기 때문에 전체 길이를 연장시킴으로써 NOx 흡수 및 환원 촉매를 확대시킬 필요가 없다. 따라서, 이에 따라 소형화된 장치가 저렴해지고, 차량의 제한된 탑승 공간을 해결할 수 있다.
본 배기 가스 정화 장치는 터보 차저와 인젝터 사이에 배치된 증발 증대기를 포함한다. 증발 증대기는 인젝터가 배기 가스에 첨가하는 액체 환원제의 증발을 증가시킨다. 보다 상세하게는, 첨가된 액체 환원제는 증발 증대기를 통과할 때 촉진 방식으로 증발된다. 부가적으로, 첨가된 액체 환원제는 터보 차저에 섞일 때 또 다른 촉진 방식으로 증발된다. 따라서, 증발된 액체 환원제가 터보 차저에 대하여 배기 가스 흐름의 하류측에 배치된 NOx 흡수 및 환원 촉매로 흐를 때, 액체 환원제가 NOx 흡수 및 환원 촉매의 입구 끝단면에 거의 부착되지 않으며, 따라서 PMs가 액체 환원제상에 거의 부착되거나 증착되지 않는다.
따라서, NOx 흡수 및 환원 촉매를 통과하는 배기 가스에 영향을 미치는 저항이 증가하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 배기 압력 손실이 커지는 것을 방지할 수 있다. 또한, NOx 흡수 및 환원 촉매의 입구 끝단부에서 이용가능한 효율이 증가하기 때문에, NOx 정화 성능이 업그레이드된다.
증발 증대기에 있어서, 이를 가열함으로써 액체 환원제를 증발시키는 히터와 같은 수단 또는 변경(modification)에 의해 이것을 저분자량 화합물로 바꾸어 액체 환원제를 증발시키는 수단이 그 예가 될 수 있다. 증발 증대기에 있어서, 예를 들어, 산화 촉매를 사용하는 것이 바람직하다. 액체 환원제가 고온 배기 가스와 함께 산화 촉매를 통과하면, 액체 환원제가 부분적으로 산화되어 저분자 HC로 바뀌게 되어 증발이 더 촉진된다. 또한, 부분적으로 산화된 저분자량 활성 HC가 NOx 흡수 및 환원 촉매로 흐르기 때문에, NOx 흡수 및 환원 촉매의 NOx 정화 전환이 업그레이드된다.
산화 촉매에 있어서, 저온 범위에서 우수한 산화 활동을 나타내는 Pd 및 Pt와 같은 로디드 촉매 재료(loaded catalytic ingredient)를 포함하는 산화 촉매 또는 로디드 Pt 및 Rh를 포함하는 세-방향 촉매(three-way catalyst)를 이용할 수 있다. 산화 촉매의 형상은 특별히 제한되지 않는다. 그러나, 배기 압력 손실이 커지는 것을 방지하기 위하여 벌집 산화 촉매를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 경우에, 배기 가스의 흐름에 대하여 예각으로 벌집 산화 촉매의 입구 끝단면을 제공하는 것이 또한 바람직하다. 이러한 배열에 따르면, 벌집 산화 촉매로 흐르는 액체 환원제와 접촉하는 입구 끝단면의 면적이 넓어진다. 이러한 경우에, 비스듬하게 잘린 입구 끝단면은 벌집 산화 촉매의 입구 끝단부로 흐르는 배기 가스 방향에 대하여 가능한 한 수직으로 배치되는 것이 바람직하다. 따라서, 액체 환원제의 증발 효율이 업그레이드된다.
또한, 증발 증대기에 있어서, 돌출부를 가지는 배기 가스 통로를 포함하는 벌집 몸체를 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 경우에, 배기 가스 및 액체 환원제는 돌출부와 접촉하면서 벌집 몸체를 통과한다. 따라서, 액체 환원제가 배기 가스와 균일하게 혼합되도록 뒤섞이는 작용이 달성된다. 따라서, 배기 가스의 열이 액체 환원제의 증발을 촉진시킨다.
벌집 몸체는 작은 열 용량을 나타내는 것이 바람직하고 금속으로 만들어지는 것이 바람직하다. 또한, 돌출부는 그들이 벌집 몸체의 배기 가스 통로로 돌출할 때 이점을 만들어낸다. 예를 들어, 독일 특허 공개 제 20,117,873U1호는 필터를 개시하고 있다. 필터는 금속 포일로 만들어진 파형판 및 필터링 층으로 이루어진다. 파형판 및 필터링 층이 교대로 라미네이트된다. 파형판은 클러 형상 홀의 수직 직경(claw-shaped hole vertical diameter)을 가지는 복수의 클러 형상 홀로 이루어진다. 클러 형상 홀은 안쪽 클러 형상 홀 및 바깥쪽 클러 형상 홀로 이루어진 유로를 형성한다. 안쪽 클러 형상 홀 및 바깥쪽 클러 형상 홀은 서로 각도를 형성하도록 배치된다. 클러 형상 홀의 수직 직경은 적어도 20%의 유체 자유도를 보증하도록 필터의 구조적 높이의 100 내지 60%를 차지한다. 독일 특허 공개 제 20,117,873U1에 개시된 파형판만 라미네이트된 벌집 몸체를 이용하거나 상기 파형판 및 금속 플레인이 교대로 라미네이트된 벌집 몸체를 이용하면, 배기 가스 및 액체 환원제가 안쪽 및 바깥쪽 클러 형상 홀의 벽과 충돌하면서 복잡하게 발산하는 방식으로 흐른다. 따라서, 액체 환원제의 뒤섞임 효율이 현저히 향상된다. 따라서, 액체 환원제의 증발이 더 촉진된다.
내부 연소 엔진에 있어서, 가솔린 엔진, 직접 주입 가솔린 엔진, 디젤 엔진, 가스 엔진 및 알코올 엔진을 이용할 수 있다. 그러나, 내부 연소 엔진은 이들에만 제한되지 않는다. 예를 들어, 디젤 엔진은 PMs를 포함하는 배기 가스를 방출하고, 경유와 같은 액체 환원제가 첨가되는 시스템에서 종종 작동된다. 또한, 액체 기름은 증발 가능성이 더 낮은, 끓는점이 높은 HC를 포함한다. 따라서, 본 발명은 디젤 엔진에 적용될 때 보다 현저하게 이점을 나타낸다.
터보 차저에 있어서, 출구 부재 및 입구 부재를 포함하는 종래에 사용된 터보 차저를 이용할 수 있다. 출구 부재는 배기 가스가 흐르는 터빈 하우징 및 터빈 하우진에 배치된 터빈 휠을 포함한다. 부가적으로, 출구 부재는 터빈 휠의 회전 속도를 적절하게 변화시키도록 터빈 하우징의 개/폐 정도를 조절하는 노즐 베인(nozzle vane)을 더 포함할 수 있다. 또한, 출구 부재는 유입 공기가 흐르는 압축기 하우징 및 압축기 하우징에 배치되고 회전하는 터빈 휠에 의해 회전되는 압축기 휠을 포함한다.
인젝터에 있어서, 다양한 액추에이터들에 의해 작동되는 주입 노즐과 같은 인젝터를 이용할 수 있다. 일반적으로, 액체 환원제의 첨가 및 타이밍이 전기 제어 유닛(이하, "ECU"라 함)에 의해 제어되는 종래에 사용된 인젝터를 채택할 수 있다.
액체 환원제에 있어서, 배기 가스 정화 장치가 적용되는 내부 연소 엔진에 채택되는 연료를 이용하는 것이 바람직하다. 가솔린 및 경유가 그 예이다.
NOx 흡수 및 환원 촉매는 써포트, 써포트가 로딩된 촉매 원료 및 써포트가 로딩된 NOx 흡수 재료를 포함한다. 종래에 사용된 NOx 흡수 및 환원 촉매를 채택할 수 있다. 써포트에 관하여, Al2O3, ZrO2, TiO2 및 CeO2와 같은 단일 물질 또는 그 혼합물이 사용될 수 있다. 대안적으로, 상기 단일 물질로 구성된 그룹으로부터 선택된 2이상의 단일 물질로 구성된 복수의 합성 산화물을 사용할 수 있다. 촉매 원료에 관하여, Pt가 대표적인 예지만, Rh, Pd 및 Ir이 사용될 수 있다. NOx 흡수 재료에 관하여, 알칼리 금속, 알칼리 토류 금속 및 희토류 금속으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1이상의 부재들을 이용할 수 있다. 알칼리 금속 및 알칼리 토류 금속을 함께 사용하는 것이 바람직하다.
NOx 흡수 및 환원 촉매는 스트레이트-플로우 구조의(straight-flow-structured) NOx 흡수 및 환원 촉매 또는 월-플로우 구조의(wall-flow-structured) NOx 흡수 및 환원 촉매 중의 하나 일 수 있다. 예를 들어, NOx 흡수 및 환원 촉매는 스트레이트-플로우 구조의 벌집 기판상에 코팅층을 형성하고 코팅층 위에 촉매 원료 및 NOx 흡수 재료를 로딩하여 준비되는 촉매일 수 있다. 그러나, 배기 가스가 PMs를 포함하면, NOx 흡수 및 환원 촉매에 대하여 배기 가스 흐름의 상류측 또는 하류측에 PMs를 트래핑하기 위한 필터를 배치할 필요가 있다. 따라서, 배기 가스 흐름의 상류측에 NOx 흡수 및 환원 촉매를 배치하고, NOx 흡수 및 환원 촉매에 대하여 배기 가스 흐름의 하류측에 필터를 배치하는 것이 바람직하다. 따라서, 증발 증대기가 액체 환원제 및 PMs의 기화를 촉진시키므로, NOx 흡수 및 환원 촉매의 NOx 환원 능력이 뚜렷이 업그레이드된다. 또한, PMs가 배기 가스에 잔류하더라도, 하류측 필터가 PMs를 트래핑하기 때문에 PMs의 방출을 확실히 금지할 수 있다.
또한, NOx 흡수 및 환원 촉매에 있어서, 월-플로우 구조의 벌집 기판의 세포질 벽내의 세공 표면상에 코팅층을 형성하고, 형성된 코팅층상에 촉매 원료 및 NOx 흡수 재료를 로딩하여 준비되는 필터 촉매를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 필터 촉매를 이용하면, HC, CO, NOx를 정화시키는 동시에 PMs를 트래핑할 수 있을 뿐만 아니라, 산화에 의해 트래핑된 PMs를 정화시킬 수도 있다.
이하, 본 발명이 예시 및 비교 예시를 참조하여 상세히 설명된다.
예시 1
도 1은 본 발명의 예시 1에 따른 배기 가스 정화 장치를 예시한다. 직접 주입 디젤 엔진(1)의 배기 시스템은 배기 매니폴드(10)로부터 2개의 유로로 분기된다. 터보 차저(2)는 유로들 중에 하나에 배치되고, 배기 가스 재순환(이하, "EGR"라는 약자로 사용함) 쿨러(3)는 유로 중의 나머지 하나에 배치된다. 터보 차저(2)에서 방출된 배기 가스는 촉매 컨버터(4)를 통과하고, 외부로 배출된다. 한편, EGR 쿨러(3)를 통과하는 배기 가스는 유량이 EGR 밸브(30)에 의해 제어되면서 입구 매니폴드(11)로 복귀된다. 인젝터(12)는 터보 차저(2)에 대하여 배기 가스 흐름의 상류측에 설치되어, 경유를 배기 가스에 첨가할 수 있다. 작은 벌집 산화 촉매(5)가 인젝터(12)와 터보 차저(2) 사이에 배치된다. 또한, 촉매 컨버터(4)에는 필터링 NOx 흡수 및 환원 촉매(6)가 장착된다.
도 2에 예시된 바와 같이, 산화 촉매(5)는 벌집 기판(52), 코팅층 및 Pt로 이루어진다. 벌집 기판(52)은 적층되어 감겨진 평평한 금속 플레이트(50) 및 골이 진 금속 플레이트(51)로 이루어진다. 또한, 벌집 기판(52)은 24.6 c.c의 부피를 가지고, 세포질 유로로 구성된다. 코팅층은 벌집 기판(52)의 세포질 유로 표면에 형성되고, Al203 가루의 무게가 57파트, Ce02 가루의 무게가 8파트, 제올라이트 가루의 무게가 35파트로 이루어진다. Pt는 코팅층에 로딩된다. 또한, 벌집 기판(52)이 금속 외피(53)에 수용된다. 벌집 기판(52)및 외피(53)의 어셈블리는 입구 끝단부에서 배기 가스에 대하여 예각 예를 들어, 20°로 기울어지는 경사면(54)을 가지도록 형성된다. 따라서, 산화 촉매(5)는 접촉 면적이 확대되어 배기 가스와 접촉한다. 코팅층은 벌집 기판(52)의 1 L에 대하여 100 g의 양으로 형성되고, Pt가 벌집 기판(52)의 1 L에 대하여 5 g의 양으로 로딩되는 것에 유의하여야 한다. 어셈블리는 세포질 유로의 저항을 균일화시키고 마침내 배기 가스 흐름을 균일화시키기 위하여 도 2의 점선으로 표시된 출구 끝단부에서 더 비스듬하게 커팅될 수 있다.
인젝터(12)를 통해 첨가된 경유는 배기 가스와 함께 산화 촉매(5)를 통과한다. 따라서, 배기 가스의 열이 경유를 증발시키고 이를 부분적으로 산화시킨다. 따라서, 경유의 증발이 촉진된다.
필터링 NOx 흡수 및 환원 촉매(6)는 근청석(cordierite)으로 만들어진 벌집모양 기판 및 촉매 코팅층으로 이루어진다. 벌집 기판은 세포질 벽 및 대향 끝단부를 가지는 세포질 통로로 이루어진다. 세포질 통로의 절반은 교차 방식으로 대향 끝단부의 한쪽에서 폐쇄되고, 세포질 통로의 나머지 반쪽은 교차 방식으로 대향 끝단부의 다른 한쪽에서 폐쇄된다. 촉매 코팅층은 세포질 벽의 세공의 표면상에 형성된다. 벌집 기판은 근청석으로 만들어지고, 부피가 2,000 c.c 인 월-플로우 구조의 벌집 기판인 것을 유의하여야 한다. 촉매 코팅층은 세포질 벽내에 균일하게 형성된다. 촉매 코팅층은 코팅층 및 코팅층상에 로딩되는 Pt, Ba, K, Li로 이루어진다. 코팅층은 Al2O3 가루의 무게가 56파트, ZrO-TiO2 합성 산화물 가루의 무게가 56파트, Ce02-ZrO2 합성 산화물 가루의 무게가 11파트, Rh/ZrO2 촉매 가루의 무게가 27파트로 이루어진다. Rh/ZrO2 촉매 가루는 Rh가 무게로 1%의 양이 로딩되는 ZrO2로 이루어진다. 또한, 코팅층은 벌집 기판의 1 L에 대하여 150g의 양으로 형성된다. Pt는 벌집 기판의 1 L에 대하여 3 g의 양으로 로딩된다. Ba, K, Li는 벌집 기판의 1 L에 대하여 각각 0.1 몰, 0.1 몰, 0.2 몰의 양으로 로딩된다.
필터링 NOx 흡수 및 환원 촉매(6)는 배기 가스가 세포질 벽을 통과할 때 배기 가스에 포함된 PMs를 세포질 벽내의 세공으로 트래핑하고, 동시에 배기 가스에 포함된 HC, CO, NOx 뿐만 아니라 트래핑된 PMs를 정화한다.
예시 2
도 3에 예시된 벌집 몸체(7)가 산화 촉매(5) 대신에 배치되는 것을 제외하고, 본 발명의 예시 2에 따른 배기 가스 정화 장치는 예시 1에 따른 배기 가스 정화 장치와 동일한 구조를 가진다. 벌집 몸체(7)는 금속으로 이루어지고, 24 c.c의 부피를 가진다. 상세하게는, 도면에 도시된 바와 같이, 벌집 몸체(7)는 도 4에 도시된 파형판(8) 및 평평한 금속 플레이트(70)로 이루어진다. 파형판(8) 및 평판(70)은 하나씩 라미네이트된다. 라미네이트된 파형판(8) 및 평판(70)의 서브 어셈블리가 금속 외피(71)에 수용된다.
도 4에 예시된 바와 같이, 벌집 몸체(7)의 파형판(8)은 파상 리지(wavy ridge; 82), 2차 루트(83), 2차 파상 리지(82), 2차 정점(crest; 84) 및 제2 2차 루트(83)로 이루어진다. 파상 리지(82), 2차 루트(83), 2차 파상 리지(82), 2차 정점(84) 및 제2 2차 루트(83)가 배기 가스 흐름 방향에 평행하게 상기 순서대로 교대로 형성된다. 파상 리지(82)는 1차 정점(80) 및 1차 루트(81)로 이루어진다. 1차 정점(80) 및 1차 루트(81)는 배기 가스 흐름 방향에 수직하게 연속적으로 교대로 배치된다. 2차 루트(83)는 파상 리지(82)에 대하여 배기 가스의 흐름 방향의 하류측에 배치되고, 파상 리지(82)의 1차 정점(80) 바로 옆에 연속적으로 배치된다. 2차 파상 리지(82)는 2차 루트(83)에 대하여 배기 가스 흐름 방향의 하류측에 배치되고, 2차 루트(83) 바로 옆에 연속적으로 배치된다. 2차 정점(84)은 제2 파상 리지(82)에 대하여 배기 가스 흐름 방향의 하류측에 배치되고, 제2 파상 리지(82)의 1차 정점(80) 바로 옆에 연속적으로 배치된다. 제2 2차 정점(83)은 2차 정점(84)에 대하여 배기 가스 흐름 방향의 하류측에 배치되고, 2차 파상 리지(82)의 1차 정점(80) 바로 옆에 연속적으로 배치된다. 도 5에 예시된 바와 같이, 2차 정점(84)의 피크는 1차 정점(80)의 피크보다 낮은 높이를 가진다. 2차 루트(83)의 바닥부는 1차 루트(81)의 바닥부보다 깊이가 얕다.
도 6에 도시된 바와 같이, 2차 루트(83)는 경사면(85)을 각각 포함한다. 경사면(85)은 배기 가스 흐름 방향으로 2차 루트(83)의 하류측에 배치되고, 넓은 쪽에서 좁은 쪽으로 테이퍼진다. 경사면(85)은 이웃하는 1차 정점(80)의 피크로 원활하게 연장한다. 또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 2차 정점(84)은 각각 경사면(86)을 포함한다. 경사면(86)은 배기 가스 흐름 방향으로 2차 정점(84)의 하류측에 배치되고, 넓은 쪽에서 좁은 쪽으로 테이퍼진다. 경사면(86)은 이웃하는 1차 루트(81)의 바닥부로 원활하게 연장하는 것에 유의하여야 한다.
이에 따라 구성된 벌집 몸체(7)에서, 1차 정점(80)과 평평한 하부 플레이트(70) 사이에 형성된 제1통로(71)로부터 방출되는 배기 가스는 2차 루트(83)와 평평한 상부 플레이트(70) 사이에 형성된 제2 통로(72)로 흐른다. 제2통로(72)는 좁은 쪽에서 넓은 쪽으로 테이퍼진 경사면(85)에 의해 하류 끝단 개구부에서 부분적으로 폐쇄되기 때문에, 경사면(85)은 본 발명에 따른 돌출부로 작용하는 것에 유의하여야 한다.
경사면(85)과 충돌하는 배기 가스는 배기 가스의 흐름에 수직한 방향으로 경사면(85)의 양쪽에 배치되는 1차 루트(81; 도 4 및 도 5 참조)로 흐른다. 그런 다음, 도 7에 예시된 바와 같이, 배기 가스는 2차 정점(84)과 평평한 하부 플레이트(70) 사이에 형성된 제3통로(73)로 흐른다. 제3통로(73)는 넓은 쪽에서 좁은 쪽으로 테이퍼진 경사면(86)에 의해 하류 끝단 개구부에서 부분적으로 폐쇄되기 때문에, 경사면(86)은 또한, 본 발명에 따른 돌출부로 작용하는 것에 유의하여야 한다. 또한, 경사면(86)과 충돌하는 배기 가스는 배기 가스의 흐름에 수직한 방향으로 제3통로(73)의 양쪽에 배치되는 제1통로(71)로 흐른다.
따라서, 배기 가스는 경사면(85, 86)과 충돌하면서 복잡하게 발산 방식으로 흐른다. 따라서, 경유의 뒤섞인 효율이 현저하게 증가한다. 인젝터(12)를 통해 첨가된 경유는 고온 배기 가스와 접촉한다. 따라서, 경유의 증발이 더 촉진된다.
비교 예시 1
산화 촉매(5)가 배치되지 않은 것을 제외하고, 비교 예시 1에 따른 배기 가스 정화 장치는 본 발명의 예시 1에 따른 배기 가스 정화 장치와 동일한 구조를 가진다.
비교 예시 2
산화 촉매(5)가 배치되지 않고, 벌집 산화 촉매가 터보 차저(2)와 필터링 NOx 흡수 및 환원 촉매(6) 사이에 배치되는 것을 제외하고, 비교 예시 2에 따른 배기 가스 정화 장치는 본 발명의 예시 1에 따른 배기 가스 정화 장치와 동일한 구조를 가진다.
터보 차저(2)와 필터링 NOx 흡수 및 환원 촉매(6) 사이에 배치된 벌집 산화 촉매는 스트레이트-플로우 구조의 벌집 기판, 코팅층 및 Pt를 포함한다. 스트레이트-플로우 구조의 벌집 기판은 세포질 벽 및 대향 끝단부를 가지는 세포질 통로를 포함한다. 스트레이트-플로우 구조의 벌집 기판은 근청석으로 만들어지고, 부피는 800 c.c이다. 코팅층은 스트레이트-플로우 벌집 기판의 세포질 통로의 표면상에 코팅된다. 코팅층은 Al203 가루의 무게로 91파트, CeO2 가루의 무게로 13파트, 제올라이트 가루의 무게로 56파트로 이루어진다. Pt는 코팅층에 로딩된다. 코팅층은 스트레이트-플로우 벌집 기판의 1 L에 대하여 160 g의 양으로 형성되는 것에 유의하여야 한다. Pt는 스트레이트-플로우 벌집 기판의 1 L에 대하여 2 g의 양으로 로딩된다.
테스트 및 평가
표 1은 본 발명의 예시 1 및 2에 따른 배기 가스 정화 장치의 구성 및 비교 예시 1 및 2에 따른 배기 가스 정화 장치의 구성을 전체적으로 요약해 놓았다.
변위가 2 L인 직접-주사 공동-레일 디젤 엔진이 장착되는 엔진 테스팅 벤치(engine testing bench)가 준비된다. 비교 예시 1 및 2 뿐만 아니라 예시 1에 따른 배기 가스 정화 장치는 각각 디젤 엔진의 배기 시스템에 배치된다. 그런 다음, 유럽 구동 모드에서 100,000-km 구동으로 시뮬레이션되는 내구성 테스트가 수행된다. 그 후, 온도가 340℃인 배기 가스가 인젝터(12)를 통해 30초 마다 배기 가스에 2 c.c 의 경유가 첨가되면서 배기 가스 정화 장치를 통과한다. 따라서, 경유 첨가가 완료될 때까지 침투된 NOx 흡수량에 대하여 배기 가스 정화 장치가 조사된다. 도 8은 이에 따라 측정된 침투된 NOx 흡수량을 나타낸다.
도 8에서, 본 발명의 예시 1에 따른 배기 가스 정화 장치는 비교 예시 1 및 2에 따른 배기 가스 정화 장치 보다 높은 NOx 흡수량을 나타내는 것을 알 수 있다.
차이를 나타내는 원인을 완전히 규명하기 위하여, NOx 흡수 및 환원 촉매(6)의 전체 길이가 다양하게 변경된, 본 발명의 예시 1에 따른 배기 가스 정화 장치의 수정된 버전들이 준비되고, NOx 흡수 및 환원 촉매(6)의 전체 길이가 다양하게 변경된, 비교 예시 1에 따른 배기 가스 정화 장치의 수정된 버전이 또한 준비된다. 수정된 버전은 상술된 방식으로 침투된 NOx 흡수량에 대하여 조사된다. 도 10은 이에 따라 측정된 침투된 NOx 흡수량을 예시한다.
도 10에서, NOx 흡수 및 환원 촉매(6)가 길수록 침투된 NOx 흡수량이 많아진다는 것이 증명된다. 그러나, 비교 예시 1에 따른 배기 가스 정화 장치의 NOx 흡수 및 환원 촉매(6)는 입구 끝단부로부터 대략 5cm 까지의 부분에서 NOx 흡수 능력이 거의 입증되지 않았다. 한편, 예시 1에 따른 배기 가스 정화 장치의 NOx 흡수 및 환원 촉매(6)는 동일한 부분에서 어느 정도 NOx 흡수 능력이 입증되었다. 이러한 이점은, 변형례가 경유의 증발을 촉진시켰고, 변형된 활성 HC가 필터링 NOx 흡수 및 환원 촉매(6)로 흘러서 NOx 정화 능력을 업그레이드시키고, 산화 촉매(5)가 NO의 산화를 촉진시킨 점에서 기인한 것으로 생각된다.
또한, 비교 예시 1 및 2 뿐만 아니라, 예시 1 및 2에 따른 배기 가스 정화 장치는 각각 엔진 테스팅 벤치의 디젤 엔진의 배기 시스템에 배치된다. 그런 다음, 디젤 엔진이 유럽 구동 모드를 시뮬레이션하는 방식으로 구동된다. 따라서, 배기 가스 정화 장치가 1-km 운전당 NOx, CO, HC, PMs 방출에 대하여 각각 실험된다. 도 9는 이에 따라 측정된 NOx, CO, HC, PMs 방출을 예시한다.
도 9에서, 본 발명의 예시 1 및 2에 따른 배기 가스 정화 장치는 비교 예시 1 및 2에 따른 배기 가스 정화 장치보다 NOx, CO, HC, PMs 방출량이 현저히 감소되는 것으로 나타난다. 이러한 이점은 경유의 증발 및 변경이 촉진된 사실에서 기인한 것으로 생각된다.
시간당 60 km의 안정된 구동에서 터보 차저(2)에 대하여 배기 가스 흐름의 상류측 및 하류측의 배기 가스의 온도에 관하여, 터보 차저(2)에 대하여 배기 가스 흐름의 상류측상의 배기 가스 온도가 터보 차저(2)에 대하여 배기 가스 흐름의 하류측상의 배기 가스의 온도가 더 높다는 것이 알려져 있다. 따라서, 예시 1에 따른 배기 가스 정화 장치는 경유의 증발 및 변경이 촉진되도록 터보 차저(2)에 대하여 배기 가스 흐름의 상류측에 배치된 산화 촉매(5)를 포함하기 때문에, 예시 1에 따른 배기 가스 정화 장치가 비교 예시 2에 따른 배기 가스 정화 장치보다 더 낮은 NOx, CO, HC, PMs 방출을 나타낸다.

Claims (8)

  1. 터보 차저(turbocharger)가 장착된 내부 연소 엔진으로부터 흘러 나온 배기 가스를 정화시키는 장치에 있어서,
    상기 배기 가스로 액체 환원제를 주입하고 상기 터보 차저의 상류측에 배치되는 인젝터;
    상기 액체 환원제의 증발을 증가시키고 상기 인젝터와 상기 터보 차저 사이에 배치되는 증발 증대기; 및
    상기 터보 차저의 하류측에 배치된 NOx 흡수 및 환원 촉매를 포함하는 배기 가스 정화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 증발 증대기는 산화 촉매인 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 산화 촉매는, 벌집 기판 내의 상기 배기 가스의 흐름 방향에 대하여 예각을 가지는 상류 끝단면을 가지는 벌집 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 증발 증대기는 돌출부를 가지는 배기 가스 통로를 포함하는 벌집 몸체를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 배기 가스 통로는 파형판 및 평판을 교대로 라미네이트하여 구성된 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 파형판은 돌출부를 가지는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배기 가스는 미립자 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 NOx 흡수 및 환원 촉매는 월-플로우 구조의 벌집 기판인 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006024778B3 (de) 2006-03-02 2007-07-19 J. Eberspächer GmbH & Co. KG Statischer Mischer und Abgasbehandlungseinrichtung
FR2907159A1 (fr) * 2006-10-17 2008-04-18 Renault Sas Systeme de traitement des gaz d'echappement d'un moteur diesel a turbocompresseur.
JP4730351B2 (ja) * 2007-08-01 2011-07-20 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP5050917B2 (ja) * 2008-02-25 2012-10-17 マツダ株式会社 過給機付エンジンシステム
US7971430B2 (en) 2008-04-04 2011-07-05 Ford Global Technologies, Llc Diesel turbine SCR catalyst
US8071037B2 (en) * 2008-06-25 2011-12-06 Cummins Filtration Ip, Inc. Catalytic devices for converting urea to ammonia
FR2934012B3 (fr) * 2008-07-15 2011-11-25 Renault Sas Agencement pour accroitre l'enthalpie des gaz d'echappement comportant un organe d'injection d'un agent reducteur dans un dispositif de depollution catalytique
DE102009015420A1 (de) 2009-03-27 2010-09-30 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Wabenkörper für ein Abgasreinigungssystem
US20110099984A1 (en) * 2009-05-15 2011-05-05 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust purification apparatus for internal combustion engine
US8596063B2 (en) * 2009-06-18 2013-12-03 GM Global Technology Operations LLC Exhaust treatment system for an internal combustion engine
US8191354B2 (en) * 2009-10-20 2012-06-05 Ford Global Technologies, Llc Method and aftertreatment configuration to reduce engine cold-start NOx emissions
FR2961852A1 (fr) * 2010-06-28 2011-12-30 Daniel Teboul Dispositif de traitement des gaz d'echappement des moteurs a combustion interne, notamment diesel, comprenant au moins un element filtrant catalytique a plaques minces en metal etire.
DE102013005192B4 (de) * 2013-03-20 2015-06-18 Audi Ag Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs sowie Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage
CN104548151B (zh) * 2013-10-28 2018-04-17 珠海格力电器股份有限公司 消毒柜
US10022667B2 (en) * 2016-07-29 2018-07-17 Cummins Inc. Systems and methods for increasing nitrogen dioxide fraction in exhaust gas at low temperature

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE352136B (ko) * 1971-04-05 1972-12-18 Saab Scania Ab
JPS57206718A (en) * 1981-06-15 1982-12-18 Fuji Heavy Ind Ltd Exhaust gas purifier for engine with supercharger
JPS5934033A (ja) 1982-08-16 1984-02-24 Akebono Brake Ind Co Ltd デイスクブレ−キ用ピストン
JP3116628B2 (ja) * 1993-01-21 2000-12-11 株式会社日本自動車部品総合研究所 吸着装置
JP3391587B2 (ja) * 1994-11-18 2003-03-31 株式会社小松製作所 ディーゼルエンジンの排気脱硝装置
US6089211A (en) * 1996-03-05 2000-07-18 Swissauto Engineering S.A. Spark ignition engine with pressure-wave supercharger
AU2434597A (en) * 1996-04-02 1997-10-22 Clean Diesel Technologies, Inc. Method and apparatus for reducing harmful emissions from a diesel engine by urea injection scr
US6109018A (en) * 1996-07-26 2000-08-29 Catalytica, Inc. Electrically-heated combustion catalyst structure and method for start-up of a gas turbine using same
JP3552649B2 (ja) * 1999-06-23 2004-08-11 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
DE29916158U1 (de) * 1999-09-14 1999-12-09 Emitec Emissionstechnologie Katalytischer Konverter zum Reinigen von Abgas und Abgasreinigungsanordnung mit einem katalytischen Konverter
JP2003041930A (ja) * 2001-08-01 2003-02-13 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気浄化装置
JP2003090212A (ja) * 2001-09-18 2003-03-28 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気浄化装置
DE20117873U1 (de) 2001-11-06 2002-02-14 Emitec Emissionstechnologie Offener Filterkörper mit verbesserten Strömungseigenschaften
DE10303085B4 (de) * 2002-01-28 2011-08-11 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha, Aichi-ken Abgassteuerungsvorrichtung und -verfahren eines Verbrennungsmotors
DE10203309A1 (de) * 2002-01-29 2003-07-31 Daimler Chrysler Ag Luftverdichtende, selbstzündende Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader

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