KR20140011043A

KR20140011043A - 디젤차량의 배기장치

Info

Publication number: KR20140011043A
Application number: KR1020120077555A
Authority: KR
Inventors: 최성무
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2012-07-17
Filing date: 2012-07-17
Publication date: 2014-01-28

Abstract

본 발명은 DOC와 SCR촉매가 순차적으로 배치된 디젤 차량의 배기계에 있어서, 상기 DOC의 산화능을 반복적으로 복원시킴으로써, 상기 DOC에서의 NO(NO2 반응이 원활하게 이루어질 수 있도록 하고 이로 인하여 상기 SCR촉매에서 NOx의 보다 효과적인 정화가 지속적으로 안정되게 이루어질 수 있도록 한다.

Description

디젤차량의 배기장치{EXHAUST APPARATUS FOR VEHICLE WITH DIESEL ENGINE}

본 발명은 디젤차량의 배기장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 SCR촉매를 탑재하여 배기관에 NH3의 공급에 의한 NOx제거를 도모하는 배기계에서 NOx의 효과적인 정화 성능을 구현하도록 하는 기술에 관한 것이다.

도 1은 종래 SCR(Selective Catalytic Reduction)촉매를 사용하여 NOx를 저감하는 디젤엔진의 배기계를 예시한 것으로서, 엔진으로부터 배출된 배기가스는 DOC(Diesel Oxidation Catalyst)를 통과하면서 HC와 CO가 산화되어 정화되고, DPF(Diesel Particulate Filter)를 통과하면서 PM(Particulate Matter)이 제거된 후 배기가스 중에 남아 있는 NOx는 SCR촉매에서 환원되어 정화된 후 대기중으로 방출되도록 되어 있다.

상기 SCR촉매의 전단에서는 도시된 바와 같이 UREA를 공급하여 궁극적으로 배기가스 중에 NH3를 공급함으로써, 배기가스 중에 포함되어 있는 NOx가 상기 NH3와 함께 반응하여 상기 SCR촉매에서 선택적으로 환원되도록 한다.

그런데, 상기 SCR촉매의 정화 효율은 상기 SCR촉매로 유입되는 배기가스의 NO2 및 NO의 비율에 따라 크게 좌우되는 성질이 있다.

즉, NO+NO2+2NH3 -> 2N2+3H20의 반응이 소위 VERY FAST REACTION이라 하여, 상기 NH3 분위기에서 발생될 수 있는 질소산화물의 환원 반응들 중 가장 빠른 반응으로 NOx를 가장 신속하고 효과적으로 정화할 수 있는바, 상기 NO와 NO2의 비율이 1:1이 되도록 하는 것이 상기 SCR촉매의 정화효율 향상에 큰 요인으로 작용하는 것이다.

종래에는 상기 SCR촉매 전단의 DOC에서 필연적으로 발생되는 NO->NO2의 반응에 의존하여 NO2가 생성됨으로써, 상기 NO와 NO2의 비율이 수동적으로 결정되는 것에 의존하고 있는데, 이와 같은 수동적이 방법에서 실질적으로 NO와 NO2의 비율을 1:1에 근접시키기 위해서는 상기 DOC의 귀금속 담지량을 크게 증대시켜 NO->NO2 반응의 촉진을 꾀할 필요가 있는데, 이는 DOC의 단가를 상승시키는 주요한 원인이 된다.

또한, 디젤엔진은 기본적으로 희박 연소가 이루어지는데, 이와 같은 희박 연소의 분위기에서 상기 DOC가 노출되는 상태가 수동적으로 지속되는 경우, 상기 DOC의 산화능 저하에 의해 상기 DOC에서의 NO->NO2 반응은 점차 느려지게 되는 문제가 있다.

상기의 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR

10-2011-0041502

A

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, DOC와 SCR촉매가 순차적으로 배치된 디젤 차량의 배기계에 있어서, 상기 DOC의 산화능을 반복적으로 복원시킴으로써, 상기 DOC에서의 NO->NO2 반응이 원활하게 이루어질 수 있도록 하고 이로 인하여 상기 SCR촉매에서 NOx의 보다 효과적인 정화가 지속적으로 안정되게 이루어질 수 있도록 한 디젤차량의 배기장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 디젤차량의 배기장치는

DOC와 SCR촉매가 엔진으로부터 차례로 배치된 디젤엔진의 배기계에 있어서,

상기 DOC와 SCR촉매 사이에 환원제를 공급할 수 있도록 설치된 제1인젝터와;

상기 DOC의 상류에 환원제를 공급할 수 있도록 설치된 제2인젝터;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 디젤차량의 배기장치는

SCR촉매의 상류에 배치된 DOC와;

상기 DOC의 상류에 환원제를 선택적으로 공급할 수 있도록 설치된 제2인젝터와;

상기 제2인젝터에 환원제를 펌핑하는 펌프와;

상기 펌프에 환원제를 공급하는 환원제탱크;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래 기술에 의한 디젤차량의 배기장치를 예시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 디젤차량의 배기장치의 제1실시예를 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 디젤차량의 배기장치의 제2실시예를 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 디젤차량의 배기장치의 제3실시예를 도시한 도면이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명 실시예들은 공통적으로 DOC와 SCR촉매가 엔진으로부터 차례로 배치된 디젤엔진의 배기계에 있어서, 상기 DOC와 SCR촉매 사이에 환원제를 공급할 수 있도록 설치된 제1인젝터(1)와; 상기 DOC의 상류에 환원제를 공급할 수 있도록 설치된 제2인젝터(3)를 포함하여 구성된다.

즉, 종래 기술에 비추어 본 발명에서는 상기 DOC의 상류에 제2인젝터(3)를 더 구비하고, 상기 제2인젝터(3)로부터 UREA와 같은 환원제를 분사할 수 있도록 함으로써, 상기 DOC로 유입되는 배기가스를 농후 분위기로 전환함으로써, 상기 DOC의 환원으로 그 산화능을 회복할 수 있도록 한 것이다.

물론, 상기 제2인젝터(3)를 통한 환원제의 분사는 일정한 주기 또는 시점마다 반복적으로 수행되어, 궁극적으로 상기 DOC의 산화능이 일정한 수준을 유지할 수 있도록 제어하며, 상기 DOC의 농후 분위기는 상기 제2인젝터(3)에 의한 과량의 NH3 공급 및 엔진 제어에 의한 산소 농도의 감소에 의해 이루어진다.

상기한 바와 같이 DOC가 농후 분위기에서 그 산화능이 복원되면, NO->NO2의 반응이 원활하게 이루어져 상기 SCR촉매로 유입되는 배기가스 중의 NO와 NO2의 비율은 1:1에 가까워지게 되고, 이는 상기 SCR촉매에서의 NOx정화 성능의 극대화를 가져오게 되는 것이다.

본 실시예에서 상기 제1인젝터(1)와 제2인젝터(3)는 상기 환원제를 공통의 환원제탱크(5) 및 펌프(7)에 의해 공급받도록 구성되며, 경우에 따라서는 상기 제1인젝터(1)로 공급되는 환원제와 제2인젝터(3)로 공급되는 환원제를 달리 구성하는 것도 가능할 것이다.

도 2의 제1실시예에서는 상기 DOC와 상기 제1인젝터(1) 사이에는 배기가스 중의 PM을 제거하는 DPF가 설치된 구성이다.

즉, 엔진측으로부터 보면 차례로 제2인젝터(3), DOC, DPF 제1인젝터(1), SCR촉매의 순서로 배치된 것이다.

도 3의 제2실시예는 상기 SCR촉매 하류에 배기가스 중의 PM을 제거하는 DPF가 설치된 구성이다.

즉, 엔진측으로부터 차례로, 제2인젝터(3) DOC, 제1인젝터(1), SCR촉매, DPF의 순서로 배치된 것이다.

한편, 도 4의 제3실시예에서, 상기 SCR촉매는 DPF에 촉매를 코팅하여 PM제거와 NOx의 선택적 환원 작용을 동시에 수행하도록 된 SCRF로 이루어진 구성이다.

즉, 종래 공지의 기술과 같이 SCR촉매의 기능과 DPF의 기능을 함께 수행하는 SCRF를 상기 SCR촉매로 사용하여, 엔진측으로부터 차례로 제2인젝터(3), DOC, 제1인젝터(1), 그리고 SCRF로 이루어진 구성이다.

상기한 바와 같은 실시예들의 구성은 공통적으로, SCR촉매의 상류에 DOC가 배치되고, 상기 DOC의 상류에 환원제를 선택적으로 공급할 수 있도록 제2인젝터(3)가 설치되며, 상기 펌프(7)가 상기 환원제탱크(5)로부터 UREA와 같은 환원제를 상기 제2인젝터(3)에 펌핑하도록 된 구성이며, 물론, 상기 SCR촉매와 DOC촉매 사이에는 상기 환원제탱크(5)로부터 상기 펌프(7)에 의해 펌핑되는 환원제를 선택적으로 분사할 수 있도록 제1인젝터(1)가 설치된 구성을 가진다.

상기한 바와 같이 구성된 제1실시예 내지 제3실시예는 모두 상기한 바와 같이 DOC의 상류에 분사되는 환원제에 의한 상기 DOC의 농후 분위기에 의해 상기 DOC의 산화능을 반복적이고 능동적으로 회복시킴에 의해 NO->NO2의 반응이 항상 원활하게 이루어질 수 있도록 함으로써, 상기 SCR촉매에서의 NO와 NO2비율이 1:1에 근접하게 되도록 하여, 신속한 질소산화물 환원 반응에 의해 원활하고 안정된 질소산화물 제거가 가능하도록 한다.

상기한 바와 같은 기술은 상기 DOC의 귀금속 담지량을 증대시키지 않고도, 상기 NO->NO2반응을 촉진 시킬 수 있어서, 디젤엔진의 배기계를 구성하는 비용을 절감할 수 있도록 한다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

1; 제1인젝터
3; 제2인젝터
5; 환원제탱크
7; 펌프

Claims

DOC와 SCR촉매가 엔진으로부터 차례로 배치된 디젤엔진의 배기계에 있어서,
상기 DOC와 SCR촉매 사이에 환원제를 공급할 수 있도록 설치된 제1인젝터(1)와;
상기 DOC의 상류에 환원제를 공급할 수 있도록 설치된 제2인젝터(3);
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 디젤차량의 배기장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1인젝터(1)와 제2인젝터(3)는 상기 환원제를 공통의 환원제탱크(5) 및 펌프(7)에 의해 공급받도록 구성된 것
을 특징으로 하는 디젤차량의 배기장치.
청구항 1에 있어서,
상기 DOC와 상기 제1인젝터(1) 사이에는 배기가스 중의 PM을 제거하는 DPF가 설치된 것
을 특징으로 하는 디젤차량의 배기장치.
청구항 1에 있어서,
상기 SCR촉매 하류에는 배기가스 중의 PM을 제거하는 DPF가 설치된 것
을 특징으로 하는 디젤차량의 배기장치.
청구항 1에 있어서,
상기 SCR촉매는 DPF에 촉매를 코팅하여 PM제거와 NOx의 선택적 환원 작용을 동시에 수행하도록 된 SCRF로 이루어진 것
을 특징으로 하는 디젤차량의 배기장치.
청구항 1 내지 5항에 있어서,
상기 환원제는 UREA인 것을 특징으로 하는 디젤차량의 배기장치.
SCR촉매의 상류에 배치된 DOC와;
상기 DOC의 상류에 환원제를 선택적으로 공급할 수 있도록 설치된 제2인젝터(3)와;
상기 제2인젝터(3)에 환원제를 펌핑하는 펌프(7)와;
상기 펌프(7)에 환원제를 공급하는 환원제탱크(5);
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 디젤차량의 배기장치.
청구항 7에 있어서,
상기 SCR촉매와 DOC촉매 사이에는 상기 환원제탱크(5)로부터 상기 펌프(7)에 의해 펌핑되는 환원제를 선택적으로 분사할 수 있도록 제1인젝터(1)가 설치된 것
을 특징으로 하는 디젤차량의 배기장치.