排気システム
【課題】
排気ガスに含まれている窒素酸化物を低減させる排気システムを提供する。
【解決手段】
燃焼した排気ガスが通過して外部に排出される排気ライン、排気ガスに含まれている窒素酸化物の一部を燃焼しない燃料または炭化水素を利用して還元させ、窒素酸化物の他の一部は内部に拡散させて保存するように排気ラインに設置された窒素酸化物浄化触媒、排気ラインに燃料を噴射するインジェクター、インジェクターから追加噴射された燃料を熱分解によって活性化させて高反応性の還元剤を生成して、インジェクター及び窒素酸化物浄化触媒の間に設置される燃料分解触媒、及び設定した条件でインジェクターから燃料を追加噴射するように制御して、追加噴射された燃料が活性化した還元剤を利用して窒素酸化物浄化触媒に保存された窒素酸化物を脱着して還元させる制御部を含むことを特徴とする。
排気ガスに含まれている窒素酸化物を低減させる排気システムを提供する。
【解決手段】
燃焼した排気ガスが通過して外部に排出される排気ライン、排気ガスに含まれている窒素酸化物の一部を燃焼しない燃料または炭化水素を利用して還元させ、窒素酸化物の他の一部は内部に拡散させて保存するように排気ラインに設置された窒素酸化物浄化触媒、排気ラインに燃料を噴射するインジェクター、インジェクターから追加噴射された燃料を熱分解によって活性化させて高反応性の還元剤を生成して、インジェクター及び窒素酸化物浄化触媒の間に設置される燃料分解触媒、及び設定した条件でインジェクターから燃料を追加噴射するように制御して、追加噴射された燃料が活性化した還元剤を利用して窒素酸化物浄化触媒に保存された窒素酸化物を脱着して還元させる制御部を含むことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気システムに関し、より詳細には、排気ガスに含まれている窒素酸化物を低減させる排気システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、エンジンから排気マニホールドを通じて排出される排気ガスは、排気パイプの途中に形成された触媒コンバータ（Ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）に誘導されて浄化され、マフラを通過して騒音が減殺された後で、テールパイプを通じて大気中に排出される。
【０００３】
前記触媒コンバータは、排気ガスに含まれている汚染物質を処理する。そして、排気パイプ上には、排気ガスに含まれている粒子状物質（ＰＭ）を捕集するための媒煙フィルターが装着される。
【０００４】
選択的触媒還元（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ；ＳＣＲ）装置は、このような触媒コンバータの一形式である。選択的触媒還元（ＳＣＲ）装置は、ウレア（Ｕｒｅａ）、アンモニア（Ａｍｍｏｎｉａ）、一酸化炭素、炭化水素（Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ；ＨＣ）などの還元剤が酸素及び窒素酸化物中で窒素酸化物とよりよく反応するようにするという意味で、選択的触媒還元と命名された。特許文献１参照。
【０００５】
このような選択的触媒還元装置が装着された内燃機関の場合、排気ガスに含まれている窒素酸化物の量によって燃料を連続的に追加噴射した。したがって、炭化水素のスリップが発生して、燃費が悪化した。
【０００６】
また、連続的に還元剤を供給する場合、酸化還元反応も連続的に起こるようになった。したがって、酸化還元反応時に発生する酸化熱によって触媒の耐久性が悪化した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−６８２２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明は、前記のような問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、排気ガスに含まれている窒素酸化物を保存し、設定された条件により燃料を追加噴射して前記保存された窒素酸化物を脱着することにより、窒素酸化物の浄化効率を向上させた、排気システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような目的を達成するための本発明の実施例による排気システムは、燃焼した排気ガスが通過して外部に排出される排気ライン、排気ガスに含まれている窒素酸化物の一部を燃焼しない燃料または炭化水素を利用して還元させ、窒素酸化物の他の一部は内部に拡散させて保存するように前記排気ラインに設置された窒素酸化物浄化触媒、前記排気ラインに燃料を噴射するインジェクター、前記排気ラインに燃料を追加噴射するように前記窒素酸化物浄化触媒の前端部の排気ライン上に設置されるインジェクター又はエンジンに設置されるインジェクター、前記インジェクターから追加噴射された燃料を熱分解によって活性化させて高反応性の還元剤を生成して、前記インジェクター及び前記窒素酸化物浄化触媒の間に設置される燃料分解触媒、及び設定した条件で前記インジェクターから燃料を追加噴射するように制御して、追加噴射された燃料が活性化された還元剤を利用して前記窒素酸化物浄化触媒に保存された窒素酸化物を脱着して還元させる制御部、を含むことを特徴とする。
【００１０】
排気ガス中の粒子状物質を捕集して除去する触媒ろ過フィルター、前記触媒ろ過フィルターの前後端の圧力差を感知して、前記触媒ろ過フィルターに捕集された粒子状物質の量を感知する差圧センサーをさらに含むことを特徴とする。
【００１１】
前記インジェクター、前記燃料分解触媒、前記触媒ろ過フィルター、前記窒素酸化物浄化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されることを特徴とする。
【００１２】
前記触媒ろ過フィルター、前記インジェクター、前記燃料分解触媒、前記窒素酸化物浄化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されることを特徴とする。
【００１３】
前記インジェクター、前記燃料分解触媒、前記窒素酸化物浄化触媒、前記触媒ろ過フィルターが排気ガスの排出される方向に順次配置されることを特徴とする。
【００１４】
前記燃料分解触媒は、排気ガスに含まれている有害物質を酸化させる酸化触媒機能を有することを特徴とする。
【００１５】
排気ガスに含まれている有害物質を酸化させる酸化触媒をさらに含むことを特徴とする。
【００１６】
前記インジェクター、前記燃料分解触媒、前記酸化触媒、前記触媒ろ過フィルター、前記窒素酸化物浄化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されることを特徴とする。
【００１７】
前記インジェクター、前記燃料分解触媒、前記触媒ろ過フィルター、前記酸化触媒、前記窒素酸化物浄化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されることを特徴とする。
【００１８】
前記インジェクター、前記酸化触媒、前記燃料分解触媒、前記触媒ろ過フィルター、前記窒素酸化物浄化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されることを特徴とする。
【００１９】
前記インジェクター、前記酸化触媒、前記触媒ろ過フィルター、前記燃料分解触媒、前記窒素酸化物浄化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されることを特徴とする。
【００２０】
前記インジェクター、前記触媒ろ過フィルター、前記酸化触媒、前記燃料分解触媒、前記窒素酸化物浄化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されることを特徴とする。
【００２１】
前記インジェクター、前記触媒ろ過フィルター、前記燃料分解触媒、前記酸化触媒、前記窒素酸化物浄化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されることを特徴とする。
【００２２】
前記インジェクター、前記燃料分解触媒、前記窒素酸化物浄化触媒、前記酸化触媒、前記触媒ろ過フィルターが排気ガスの排出される方向に順次配置されることを特徴とする。
【００２３】
前記インジェクター、前記燃料分解触媒、前記窒素酸化物浄化触媒、前記酸化触媒、前記触媒ろ過フィルターが排気ガスの排出される方向に順次配置されることを特徴とする。
【００２４】
前記インジェクター、前記燃料分解触媒、前記窒素酸化物浄化触媒、前記触媒ろ過フィルター、前記酸化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されることを特徴とする。
【００２５】
前記インジェクター、前記燃料分解触媒、前記触媒ろ過フィルター、前記窒素酸化物浄化触媒、前記酸化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されることを特徴とする。
【００２６】
前記酸化触媒、前記触媒ろ過フィルター、前記インジェクター、前記燃料分解触媒、前記窒素酸化物浄化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されることを特徴とする。
【００２７】
前記触媒ろ過フィルター、前記酸化触媒、前記インジェクター、前記燃料分解触媒、前記窒素酸化物浄化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されることを特徴とする。
【００２８】
前記窒素酸化物浄化触媒は、排気ガスに近接して形成される第１触媒層、及び前記第１触媒層の内部に形成される第２触媒層を含み、前記第１触媒層は、排気ガスに含まれている窒素酸化物の一部を燃焼しない燃料または排気ガスに含まれている炭化水素との反応によって還元させ、前記窒素酸化物の他の一部は第２触媒層に拡散されて保存されて、設定された条件によって前記インジェクターから追加噴射される燃料によって前記第２触媒層に保存された窒素酸化物を脱着して、前記第１触媒層で還元されるようにすることを特徴とする。
【００２９】
前記第１触媒層は、ゼオライト触媒及び多孔性アルミナに担持された金属触媒のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする。
【００３０】
前記ゼオライト触媒は、銅、白金、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、銀、セリウム、ガリウムのうちの少なくとも１つ以上の元素がイオン交換された触媒であることを特徴とする。
【００３１】
前記多孔性アルミナには、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、タングステン、クロム、マンガン、鉄、コバルト、銅、亜鉛、銀のうちの少なくとも１つ以上の金属が担持されることを特徴とする。
【００３２】
前記第２触媒層は、貴金属及び窒素酸化物保存物質を含むことを特徴とする。
【００３３】
前記設定された条件は、前記第１触媒層で窒素酸化物の還元反応が活性化されるように、前記第２触媒層に保存された窒素酸化物の量が設定された値以上であることを特徴とする。
【００３４】
前記インジェクターは、前記エンジンの吸気空気またはシリンダー内に燃料を噴射する１次インジェクター、及び前記１次インジェクターとは別途に前記排気ラインの前記窒素酸化物浄化触媒の前端に設置されて、燃料を追加的に噴射する２次インジェクターを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、窒素酸化物浄化触媒に保存された窒素酸化物の量が設定された値より多い場合に、排気ラインに設置されたインジェクターから燃料を追加噴射し、追加噴射された燃料が燃料分解触媒で還元剤に活性化されて、窒素酸化物浄化触媒に保存された窒素酸化物が還元剤によって容易に脱着されて浄化される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施例による排気システムの概略的な構成図である。
【図２】本発明の実施例による排気システムの基本構成図である。
【図３】本発明による排気システムの変形実施例を示した図面である。
【図４】本発明の実施例による排気システムに窒素酸化物が保存されることを示した概略図である。
【図５】本発明の実施例による排気システムで窒素酸化物が脱着されることを示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の好ましい実施例を添付した図面に基づいて詳細に説明する。
【００３８】
図１は本発明の実施例による排気システムの概略的な構成図である。
【００３９】
図１を参照すれば、排気システムは、吸気ライン１００、制御部１０４、エンジン１１０、１次インジェクター１０２、排気ライン１１２、ターボチャージャ１１１、２次インジェクター１１６、燃料分解触媒１１８、触媒ろ過フィルター１２０、窒素酸化物浄化触媒１３０、差圧センサー１２４、第１温度センサー１１４、第２温度センサー１２２、第３温度センサー１２６、及び第４温度センサー１３２を含む。
【００４０】
前記吸気ライン１００に燃焼用空気が供給されて、前記エンジン１１０に装着された前記１次インジェクター１０２は、燃料（ディーゼルまたはガソリン）をシリンダー内に噴射する。本発明の実施例で、吸気ライン１００の吸気マニホールドで燃料及び空気が混合されて供給される。
【００４１】
前記エンジン１１０のシリンダーで燃焼した排気ガスは、前記排気ライン１１２を通じて外部に排出されて、前記エンジン１１０の後端部の前記排気ライン１１２には前記ターボチャージャ１１１（例えば、タービン）が配置され、前記ターボチャージャ１１１は、前記吸気ライン１００と連結されてエンジンに空気を供給する。
【００４２】
前記排気ライン１１２には、前記ターボチャージャ１１１の後端に前記２次インジェクター１１６、前記燃料分解触媒１１８、前記触媒ろ過フィルター１２０、前記窒素酸化物浄化触媒１３０が順次に配置され、前記ターボチャージャ１１１及び前記２次インジェクター１１６の間に前記第１温度センサー１１４が配置され、前記燃料分解触媒１１８及び前記触媒ろ過フィルター１２０の間に前記第２温度センサー１２２が配置される。
【００４３】
前記差圧センサー１２４は、前記触媒ろ過フィルター１２０の前端及び後端の圧力差を感知して、その信号を制御部１０４に伝達する。
【００４４】
前記窒素酸化物浄化触媒１３０の前端部には前記第３温度センサー１２６が配置され、後端部には前記第４温度センサー１３２及び窒素酸化物センサーが配置される。前記第１、２、３、４温度センサー１１４、１２２、１２６、１３２は、これらを通過する排気ガスの温度を感知し、前記窒素酸化物センサーは、排気ガスに含まれている窒素酸化物の量を感知する。
【００４５】
前記触媒ろ過フィルター１２０は、排気ガスに含まれている粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ；ＰＭ）を捕集して、設定された条件で除去する。
【００４６】
前記制御部１０４は、前記差圧センサーで測定された圧力差が設定された値以上である場合に、前記触媒ろ過フィルター１２０を再生するように制御する。この場合、前記１次インジェクター１０２または２次インジェクター１１６から燃料を後噴射することによって、前記触媒ろ過フィルター１２０の内部に捕集されたスーツ（ｓｏｏｔ）を燃焼させることができる。
【００４７】
前記２次インジェクター１１６は、前記制御部１０４の制御によって前記排気ライン１１２内に燃料を２次噴射する。特に、排気ガスの温度が摂氏２００度以上で燃料の蒸発が可能な条件で、燃料が噴射される。
【００４８】
前記窒素酸化物浄化触媒１３０に保存された窒素酸化物及び排気ガス中のＨＣの比率がマップデータに設定され、前記制御部１０４は、実際の運転条件でＮＯｘ対比ＨＣの比率及びマップデータに設定された値を比較して、その値が設定された値以下である場合には、前記２次インジェクター１１６を作動させて前記排気ガス中に燃料を追加的に噴射する。
【００４９】
前記燃料分解触媒１１８は、触媒反応によって燃料中に含まれている炭素化合物の鎖環を切って分解させる。つまり、前記燃料分解触媒１１８は、燃料を分解するＴｈｅｒｍａｌ Ｃｒａｃｋｉｎｇ機能によって炭化水素を構成する連結環を切って分解する。ここで、Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｒａｃｋｉｎｇは、下記のような手順で進められる。
Ｃ１６Ｈ３４→２ｎ−Ｃ８Ｈ１７＊→ｎ−Ｃ６Ｈ１３＊→ｎ−Ｃ４Ｈ９＊→Ｃ２Ｈ５＊→Ｃ２Ｈ４，即ち
Ｃ１６Ｈ３４→８Ｃ２Ｈ４＋Ｈ２
【００５０】
ここで、＊はラジカルを意味する。
【００５１】
また、前記燃料分解触媒１１８は、炭化水素のうちの一部を酸素と結合された炭化水素に変換して、前記２次インジェクター１１６から噴射された燃料を活性化させる。
【００５２】
同時に、前記燃料分解触媒１１８は、液滴状態で噴射されて蒸発した燃料を高反応性還元剤に変換すると同時に、酸化反応によって酸素の濃度を減少させて、排気ガスの温度を上昇させる機能もする。触媒成分としては、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈが使用される。
【００５３】
前記窒素酸化物浄化触媒１３０の後端部には窒素酸化物感知センサーが形成され、前記窒素酸化物感知センサーは、排気ガス中の窒素酸化物の量を検出して、これに対する信号を前記制御部１０４に伝達する。
一方で、前記窒素酸化物感知センサーを使用する代わりに、実験値によって設定されたマップからその保存量を予測するのも好ましい。
【００５４】
前記制御部１０４は、各センサーで検出された信号及びマップデータに基づいて燃料の追加噴射量及び追加噴射時期を制御することによって、前記窒素酸化物浄化触媒１３０に保存された窒素酸化物を脱着して除去する。
【００５５】
一例として、前記制御部１０４は、前記窒素酸化物浄化触媒１３０に保存された窒素酸化物の量が設定された値以上である場合に、燃料を追加噴射するように制御する。
【００５６】
ここで、前記制御部１０４は、前記窒素酸化物浄化触媒１３０に保存された窒素酸化物が脱着して容易に還元されるように、窒素酸化物（ＮＯｘ）に対する炭化水素（ＨＣ）の比率が設定した比率以上になるように制御する。前記設定した比率は８でありうる。
【００５７】
図１を再び参照すれば、前記窒素酸化物浄化触媒１３０は、第１触媒１３０ａ及び第２触媒１３０ｂを含み、前記第１触媒１３０ａの後端部にこれと間隔をおいて第２触媒１３０ｂが配置され、前記第１触媒１３０ａは耐熱性が強化されるのが好ましく、前記第２触媒１３０ｂは炭化水素低減特性が強化されるのが好ましい。
【００５８】
図２は本発明の実施例による排気システムの基本構成図である。
【００５９】
図２を参照すれば、前記排気ライン１１２で前記エンジン１１０の後端に前記２次インジェクター１１６が配置され、その後端に前記燃料分解触媒１１８が配置され、その後端に前記窒素酸化物浄化触媒１３０が配置される。
【００６０】
図３は本発明による排気システムの変形実施例を示した図面である。
【００６１】
図３を参照すれば、本発明の変形実施例は、前記２次インジェクター１１６、前記燃料分解触媒１１８（ＤＦＣ；ｄｉｅｓｅｌ ｆｕｅｌ ｃｒａｃｋｉｎｇ）、前記触媒ろ過フィルター１２０（ＤＰＦ；ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｆｉｌｔｅｒ）、前記窒素酸化物浄化触媒１３０、及び前記酸化触媒３００（ＤＯＣ；ｄｉｅｓｅｌ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｃａｔａｌｙｓｔ）の配列順序を多様に変更して実施される。
以下、図４及び図６を参照して、本発明の実施例による排気システムをより詳細に説明する。
【００６２】
図４は本発明の実施例による排気システムに窒素酸化物が保存される場合を示した概略図であり、図５は本発明の実施例による排気システムで窒素酸化物が脱着される場合を示した概略図であり、図６は本発明の実施例による排気システムで第１触媒層の構成を示した概略図である。
【００６３】
図４及び図５に示されているように、前記窒素酸化物浄化触媒１３０は、担体にコーティングされた第１、２触媒層４４４、４４６を含む。前記第１触媒層４４４は排気ガスに近接して配置され、前記第２触媒層４４６は担体に近接して配置される。
【００６４】
前記第１触媒層４４４は、排気ガスに含まれている窒素酸化物を酸化させ、酸化された窒素酸化物の一部を燃焼しない燃料または排気ガスに含まれている炭化水素との酸化還元反応によって還元させる。
【００６５】
また、酸化された窒素酸化物の他の一部は前記第２触媒層４４６に拡散される。図４及び図５に示されているように、前記第１触媒層４４４は、ゼオライト触媒４１２及び多孔性アルミナに担持された金属触媒４１４のうちの少なくとも１つを含むことができる。
【００６６】
前記ゼオライト触媒４１２は、銅、白金、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、銀、セリウム、ガリウムのうちの少なくとも１つ以上の元素がイオン交換された触媒である。前記ゼオライト触媒４１２で起こる化学反応は、下記の通りである。
Ｚ−Ｃｕ２＋Ｏ−＋ＮＯ→Ｚ−Ｃｕ２＋（ＮＯ２−）ａｄｓ→Ｚ−Ｃｕ２＋＋ＮＯ２
Ｚ＋Ｏ−＋ＮＯ→Ｚ＋（ＮＯ２−）ａｄｓ→Ｚ＋＋ＮＯ２
Ｚ−Ｃｕ２＋（ＮＯ２−）ａｄｓ＋ＮＯ→Ｚ−Ｃｕ２＋（Ｎ２Ｏ３）−ａｄｓ→Ｚ−Ｃｕ２＋Ｏ−＋Ｎ２＋Ｏ２
Ｚ−Ｈ＋＋ＣｎＨ２ｎ→Ｚ−ＣｎＨ２ｎ＋１＋→ｎ（Ｚ−Ｈ）＋ＣｎＨ２ｎ＋
ｍＮＯ２＋ＣｎＨ２ｎ＋→ＣｎＨ２ｎＮｍＯ２ｍ→Ｎ２＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ
【００６７】
ここで、Ｚはゼオライトを意味し、下付け文字ａｄｓは吸着を意味する。
【００６８】
また、前記多孔性アルミナに担持された金属触媒４１４としては、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、タングステン、クロム、マンガン、鉄、コバルト、銅、亜鉛、銀のうちの少なくとも１つ以上の金属が使用される。前記多孔性アルミナに担持された金属触媒４１４で起こる化学反応は、下記の通りである。
ＮＯ＋Ｏ２→（ＮＯｘ）ａｄｓ
ＴＨＣ＋（ＮＯｘ）ａｄｓ→ＴＨＣ−ＯＮＯ ｏｒ ＴＨＣ−ＮＯ２
ＴＨＣ−ＮＯ２→ＴＨＣ−ＮＣＯ
ＴＨＣ−ＮＣＯ＋ＮＯ＋Ｏ２→Ｎ２＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ
【００６９】
ここで、ＴＨＣは炭化水素を意味する。前記で言及したように、炭化水素は、排気ガス及び燃料に含まれている炭素及び水素から構成された化合物を全て示すものとする。
【００７０】
前記第２触媒層４４６は、前記第１触媒層４４４で酸化された窒素酸化物の一部を保存して、設定した条件によって追加噴射される燃料によって前記保存した窒素酸化物を脱着して、前記第１触媒層４４４で還元されるようにする。
【００７１】
前記で言及したように、設定した条件は、前記第１触媒層４４４で窒素酸化物の還元反応が活性化されるように、前記第２触媒層４４６に保存した窒素酸化物の量がマップデータに設定した値以上である場合とする。
【００７２】
前記第２触媒層４４６は、貴金属４０８及び窒素酸化物保存物質４０６を含む。窒素酸化物保存物質４０６としては、酸化バリウム（ＢａＯ）が使用される。前記貴金属４０８は、窒素酸化物保存物質４０６が窒素酸化物を保存するのを促進させる。前記貴金属４０８としては、白金、パラジウムなどの多様な金属物質が使用される。
【００７３】
以下、本発明の作動原理を詳細に説明する。
【００７４】
［窒素酸化物保存モード］
前記第２触媒層４４６に保存された窒素酸化物の量が設定した値より小さい場合には、排気ガスに含まれている窒素酸化物は、第１触媒層４４４で酸化され、酸化された窒素酸化物の一部は排気ガスに含まれている炭化水素と酸化還元反応して窒素気体に還元され、他の一部は前記第２触媒層４４６に保存される。この過程で、排気ガスに含まれている炭化水素は二酸化炭素に酸化される。前記第１触媒層４４４で起こる反応は、下記の式のように簡略に示される。
ＮＯ＋１／２Ｏ２→ＮＯ２
ＮＯ＋ＨＣ→１／２Ｎ２＋ＣＯ２
【００７５】
また、酸化された窒素酸化物の他の一部及び排気ガスに含まれている窒素酸化物が前記第２触媒層４４６に拡散されて保存される時に、前記第２触媒層４４６の貴金属４０８は、窒素酸化物保存物質４０６が窒素酸化物を保存するのを促進させる。前記第２触媒層４４６で起こる反応は、下記の式のように簡略に示される。
ＢａＯ＋２ＮＯ２＋１／２Ｏ２→Ｂａ（ＮＯ３）２
【００７６】
［窒素酸化物再生モード］
前記第２触媒層４４６に保存された窒素酸化物の量が設定した値以上である場合には、前記制御部１０４は、前記２次インジェクター１１６から燃料を追加噴射する。追加噴射された燃料は前記燃料分解触媒１１８（ＤＦＣ）を通過し、この過程で燃料が低分子の炭化水素に分解されて変換される。また、低分子の炭化水素の一部は、酸素と結合した炭化水素に変換されて前記窒素酸化物浄化触媒１３０を通過する。
【００７７】
この時、前記第２触媒層４４６では、窒素酸化物が前記炭化水素との置換反応によって脱着され、これは下記の式のように簡略に示される。
Ｂａ（ＮＯ３）２＋３ＣＯ→ＢａＣＯ３＋２ＮＯ＋２ＣＯ２
【００７８】
また、第１触媒層４４４では、前記第２触媒層４４６で脱着された窒素酸化物及び炭化水素／酸素と結合した炭化水素の間の酸化還元反応によって窒素酸化物が窒素気体に還元され、炭化水素／酸素と結合した炭化水素は二酸化炭素に酸化される。これは下記の式のように簡略に示される。
ＮＯ＋ＨＣ／ＯｘｙｇｅｎａｔｅｄＨＣ＝１／２Ｎ２＋ＣＯ２
【００７９】
前記のように、排気ガスに含まれている窒素酸化物及び炭化水素が浄化される。
【００８０】
本発明の実施例では、燃料が連続的に追加噴射される代わりに、前記制御部１０４が排気ガス中のＨＣ及びＮＯｘの比率が予め設定した比率以下である場合に前記２次インジェクター１１６から燃料を追加噴射する。したがって、運転条件によって最適化された条件で燃料が追加噴射されるので、炭化水素のスリップが防止されて、燃費が向上する。
【００８１】
以上で、本発明に関する好ましい実施例を説明したが、本発明は前記実施例に限定されず、本発明の実施例から当該発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が技術的範囲内において容易に変更することができる
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明は、排気ガスに含まれている窒素酸化物を低減させる排気システムの分野に適用できる。
【符号の説明】
【００８３】
１００ 吸気ライン
１０２ １次インジェクター
１０４ 制御部
１１０ エンジン
１１１ ターボチャージャ
１１２ 排気ライン
１１４ 第１温度センサー
１１６ ２次インジェクター
１１８ 燃料分解触媒
１２０ 触媒ろ過フィルター
１２２ 第２温度センサー
１２４ 差圧センサー
１２６ 第３温度センサー
１３０ 窒素酸化物浄化触媒
１３２ 第４温度センサー
３００ 酸化触媒
４４４ 第１触媒層
４４６ 第２触媒層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気システムに関し、より詳細には、排気ガスに含まれている窒素酸化物を低減させる排気システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、エンジンから排気マニホールドを通じて排出される排気ガスは、排気パイプの途中に形成された触媒コンバータ（Ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）に誘導されて浄化され、マフラを通過して騒音が減殺された後で、テールパイプを通じて大気中に排出される。
【０００３】
前記触媒コンバータは、排気ガスに含まれている汚染物質を処理する。そして、排気パイプ上には、排気ガスに含まれている粒子状物質（ＰＭ）を捕集するための媒煙フィルターが装着される。
【０００４】
選択的触媒還元（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ；ＳＣＲ）装置は、このような触媒コンバータの一形式である。選択的触媒還元（ＳＣＲ）装置は、ウレア（Ｕｒｅａ）、アンモニア（Ａｍｍｏｎｉａ）、一酸化炭素、炭化水素（Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ；ＨＣ）などの還元剤が酸素及び窒素酸化物中で窒素酸化物とよりよく反応するようにするという意味で、選択的触媒還元と命名された。特許文献１参照。
【０００５】
このような選択的触媒還元装置が装着された内燃機関の場合、排気ガスに含まれている窒素酸化物の量によって燃料を連続的に追加噴射した。したがって、炭化水素のスリップが発生して、燃費が悪化した。
【０００６】
また、連続的に還元剤を供給する場合、酸化還元反応も連続的に起こるようになった。したがって、酸化還元反応時に発生する酸化熱によって触媒の耐久性が悪化した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−６８２２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明は、前記のような問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、排気ガスに含まれている窒素酸化物を保存し、設定された条件により燃料を追加噴射して前記保存された窒素酸化物を脱着することにより、窒素酸化物の浄化効率を向上させた、排気システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような目的を達成するための本発明の実施例による排気システムは、燃焼した排気ガスが通過して外部に排出される排気ライン、排気ガスに含まれている窒素酸化物の一部を燃焼しない燃料または炭化水素を利用して還元させ、窒素酸化物の他の一部は内部に拡散させて保存するように前記排気ラインに設置された窒素酸化物浄化触媒、前記排気ラインに燃料を噴射するインジェクター、前記排気ラインに燃料を追加噴射するように前記窒素酸化物浄化触媒の前端部の排気ライン上に設置されるインジェクター又はエンジンに設置されるインジェクター、前記インジェクターから追加噴射された燃料を熱分解によって活性化させて高反応性の還元剤を生成して、前記インジェクター及び前記窒素酸化物浄化触媒の間に設置される燃料分解触媒、及び設定した条件で前記インジェクターから燃料を追加噴射するように制御して、追加噴射された燃料が活性化された還元剤を利用して前記窒素酸化物浄化触媒に保存された窒素酸化物を脱着して還元させる制御部、を含むことを特徴とする。
【００１０】
排気ガス中の粒子状物質を捕集して除去する触媒ろ過フィルター、前記触媒ろ過フィルターの前後端の圧力差を感知して、前記触媒ろ過フィルターに捕集された粒子状物質の量を感知する差圧センサーをさらに含むことを特徴とする。
【００１１】
前記インジェクター、前記燃料分解触媒、前記触媒ろ過フィルター、前記窒素酸化物浄化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されることを特徴とする。
【００１２】
前記触媒ろ過フィルター、前記インジェクター、前記燃料分解触媒、前記窒素酸化物浄化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されることを特徴とする。
【００１３】
前記インジェクター、前記燃料分解触媒、前記窒素酸化物浄化触媒、前記触媒ろ過フィルターが排気ガスの排出される方向に順次配置されることを特徴とする。
【００１４】
前記燃料分解触媒は、排気ガスに含まれている有害物質を酸化させる酸化触媒機能を有することを特徴とする。
【００１５】
排気ガスに含まれている有害物質を酸化させる酸化触媒をさらに含むことを特徴とする。
【００１６】
前記インジェクター、前記燃料分解触媒、前記酸化触媒、前記触媒ろ過フィルター、前記窒素酸化物浄化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されることを特徴とする。
【００１７】
前記インジェクター、前記燃料分解触媒、前記触媒ろ過フィルター、前記酸化触媒、前記窒素酸化物浄化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されることを特徴とする。
【００１８】
前記インジェクター、前記酸化触媒、前記燃料分解触媒、前記触媒ろ過フィルター、前記窒素酸化物浄化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されることを特徴とする。
【００１９】
前記インジェクター、前記酸化触媒、前記触媒ろ過フィルター、前記燃料分解触媒、前記窒素酸化物浄化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されることを特徴とする。
【００２０】
前記インジェクター、前記触媒ろ過フィルター、前記酸化触媒、前記燃料分解触媒、前記窒素酸化物浄化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されることを特徴とする。
【００２１】
前記インジェクター、前記触媒ろ過フィルター、前記燃料分解触媒、前記酸化触媒、前記窒素酸化物浄化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されることを特徴とする。
【００２２】
前記インジェクター、前記燃料分解触媒、前記窒素酸化物浄化触媒、前記酸化触媒、前記触媒ろ過フィルターが排気ガスの排出される方向に順次配置されることを特徴とする。
【００２３】
前記インジェクター、前記燃料分解触媒、前記窒素酸化物浄化触媒、前記酸化触媒、前記触媒ろ過フィルターが排気ガスの排出される方向に順次配置されることを特徴とする。
【００２４】
前記インジェクター、前記燃料分解触媒、前記窒素酸化物浄化触媒、前記触媒ろ過フィルター、前記酸化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されることを特徴とする。
【００２５】
前記インジェクター、前記燃料分解触媒、前記触媒ろ過フィルター、前記窒素酸化物浄化触媒、前記酸化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されることを特徴とする。
【００２６】
前記酸化触媒、前記触媒ろ過フィルター、前記インジェクター、前記燃料分解触媒、前記窒素酸化物浄化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されることを特徴とする。
【００２７】
前記触媒ろ過フィルター、前記酸化触媒、前記インジェクター、前記燃料分解触媒、前記窒素酸化物浄化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されることを特徴とする。
【００２８】
前記窒素酸化物浄化触媒は、排気ガスに近接して形成される第１触媒層、及び前記第１触媒層の内部に形成される第２触媒層を含み、前記第１触媒層は、排気ガスに含まれている窒素酸化物の一部を燃焼しない燃料または排気ガスに含まれている炭化水素との反応によって還元させ、前記窒素酸化物の他の一部は第２触媒層に拡散されて保存されて、設定された条件によって前記インジェクターから追加噴射される燃料によって前記第２触媒層に保存された窒素酸化物を脱着して、前記第１触媒層で還元されるようにすることを特徴とする。
【００２９】
前記第１触媒層は、ゼオライト触媒及び多孔性アルミナに担持された金属触媒のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする。
【００３０】
前記ゼオライト触媒は、銅、白金、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、銀、セリウム、ガリウムのうちの少なくとも１つ以上の元素がイオン交換された触媒であることを特徴とする。
【００３１】
前記多孔性アルミナには、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、タングステン、クロム、マンガン、鉄、コバルト、銅、亜鉛、銀のうちの少なくとも１つ以上の金属が担持されることを特徴とする。
【００３２】
前記第２触媒層は、貴金属及び窒素酸化物保存物質を含むことを特徴とする。
【００３３】
前記設定された条件は、前記第１触媒層で窒素酸化物の還元反応が活性化されるように、前記第２触媒層に保存された窒素酸化物の量が設定された値以上であることを特徴とする。
【００３４】
前記インジェクターは、前記エンジンの吸気空気またはシリンダー内に燃料を噴射する１次インジェクター、及び前記１次インジェクターとは別途に前記排気ラインの前記窒素酸化物浄化触媒の前端に設置されて、燃料を追加的に噴射する２次インジェクターを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、窒素酸化物浄化触媒に保存された窒素酸化物の量が設定された値より多い場合に、排気ラインに設置されたインジェクターから燃料を追加噴射し、追加噴射された燃料が燃料分解触媒で還元剤に活性化されて、窒素酸化物浄化触媒に保存された窒素酸化物が還元剤によって容易に脱着されて浄化される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施例による排気システムの概略的な構成図である。
【図２】本発明の実施例による排気システムの基本構成図である。
【図３】本発明による排気システムの変形実施例を示した図面である。
【図４】本発明の実施例による排気システムに窒素酸化物が保存されることを示した概略図である。
【図５】本発明の実施例による排気システムで窒素酸化物が脱着されることを示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の好ましい実施例を添付した図面に基づいて詳細に説明する。
【００３８】
図１は本発明の実施例による排気システムの概略的な構成図である。
【００３９】
図１を参照すれば、排気システムは、吸気ライン１００、制御部１０４、エンジン１１０、１次インジェクター１０２、排気ライン１１２、ターボチャージャ１１１、２次インジェクター１１６、燃料分解触媒１１８、触媒ろ過フィルター１２０、窒素酸化物浄化触媒１３０、差圧センサー１２４、第１温度センサー１１４、第２温度センサー１２２、第３温度センサー１２６、及び第４温度センサー１３２を含む。
【００４０】
前記吸気ライン１００に燃焼用空気が供給されて、前記エンジン１１０に装着された前記１次インジェクター１０２は、燃料（ディーゼルまたはガソリン）をシリンダー内に噴射する。本発明の実施例で、吸気ライン１００の吸気マニホールドで燃料及び空気が混合されて供給される。
【００４１】
前記エンジン１１０のシリンダーで燃焼した排気ガスは、前記排気ライン１１２を通じて外部に排出されて、前記エンジン１１０の後端部の前記排気ライン１１２には前記ターボチャージャ１１１（例えば、タービン）が配置され、前記ターボチャージャ１１１は、前記吸気ライン１００と連結されてエンジンに空気を供給する。
【００４２】
前記排気ライン１１２には、前記ターボチャージャ１１１の後端に前記２次インジェクター１１６、前記燃料分解触媒１１８、前記触媒ろ過フィルター１２０、前記窒素酸化物浄化触媒１３０が順次に配置され、前記ターボチャージャ１１１及び前記２次インジェクター１１６の間に前記第１温度センサー１１４が配置され、前記燃料分解触媒１１８及び前記触媒ろ過フィルター１２０の間に前記第２温度センサー１２２が配置される。
【００４３】
前記差圧センサー１２４は、前記触媒ろ過フィルター１２０の前端及び後端の圧力差を感知して、その信号を制御部１０４に伝達する。
【００４４】
前記窒素酸化物浄化触媒１３０の前端部には前記第３温度センサー１２６が配置され、後端部には前記第４温度センサー１３２及び窒素酸化物センサーが配置される。前記第１、２、３、４温度センサー１１４、１２２、１２６、１３２は、これらを通過する排気ガスの温度を感知し、前記窒素酸化物センサーは、排気ガスに含まれている窒素酸化物の量を感知する。
【００４５】
前記触媒ろ過フィルター１２０は、排気ガスに含まれている粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ；ＰＭ）を捕集して、設定された条件で除去する。
【００４６】
前記制御部１０４は、前記差圧センサーで測定された圧力差が設定された値以上である場合に、前記触媒ろ過フィルター１２０を再生するように制御する。この場合、前記１次インジェクター１０２または２次インジェクター１１６から燃料を後噴射することによって、前記触媒ろ過フィルター１２０の内部に捕集されたスーツ（ｓｏｏｔ）を燃焼させることができる。
【００４７】
前記２次インジェクター１１６は、前記制御部１０４の制御によって前記排気ライン１１２内に燃料を２次噴射する。特に、排気ガスの温度が摂氏２００度以上で燃料の蒸発が可能な条件で、燃料が噴射される。
【００４８】
前記窒素酸化物浄化触媒１３０に保存された窒素酸化物及び排気ガス中のＨＣの比率がマップデータに設定され、前記制御部１０４は、実際の運転条件でＮＯｘ対比ＨＣの比率及びマップデータに設定された値を比較して、その値が設定された値以下である場合には、前記２次インジェクター１１６を作動させて前記排気ガス中に燃料を追加的に噴射する。
【００４９】
前記燃料分解触媒１１８は、触媒反応によって燃料中に含まれている炭素化合物の鎖環を切って分解させる。つまり、前記燃料分解触媒１１８は、燃料を分解するＴｈｅｒｍａｌ Ｃｒａｃｋｉｎｇ機能によって炭化水素を構成する連結環を切って分解する。ここで、Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｒａｃｋｉｎｇは、下記のような手順で進められる。
Ｃ１６Ｈ３４→２ｎ−Ｃ８Ｈ１７＊→ｎ−Ｃ６Ｈ１３＊→ｎ−Ｃ４Ｈ９＊→Ｃ２Ｈ５＊→Ｃ２Ｈ４，即ち
Ｃ１６Ｈ３４→８Ｃ２Ｈ４＋Ｈ２
【００５０】
ここで、＊はラジカルを意味する。
【００５１】
また、前記燃料分解触媒１１８は、炭化水素のうちの一部を酸素と結合された炭化水素に変換して、前記２次インジェクター１１６から噴射された燃料を活性化させる。
【００５２】
同時に、前記燃料分解触媒１１８は、液滴状態で噴射されて蒸発した燃料を高反応性還元剤に変換すると同時に、酸化反応によって酸素の濃度を減少させて、排気ガスの温度を上昇させる機能もする。触媒成分としては、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈが使用される。
【００５３】
前記窒素酸化物浄化触媒１３０の後端部には窒素酸化物感知センサーが形成され、前記窒素酸化物感知センサーは、排気ガス中の窒素酸化物の量を検出して、これに対する信号を前記制御部１０４に伝達する。
一方で、前記窒素酸化物感知センサーを使用する代わりに、実験値によって設定されたマップからその保存量を予測するのも好ましい。
【００５４】
前記制御部１０４は、各センサーで検出された信号及びマップデータに基づいて燃料の追加噴射量及び追加噴射時期を制御することによって、前記窒素酸化物浄化触媒１３０に保存された窒素酸化物を脱着して除去する。
【００５５】
一例として、前記制御部１０４は、前記窒素酸化物浄化触媒１３０に保存された窒素酸化物の量が設定された値以上である場合に、燃料を追加噴射するように制御する。
【００５６】
ここで、前記制御部１０４は、前記窒素酸化物浄化触媒１３０に保存された窒素酸化物が脱着して容易に還元されるように、窒素酸化物（ＮＯｘ）に対する炭化水素（ＨＣ）の比率が設定した比率以上になるように制御する。前記設定した比率は８でありうる。
【００５７】
図１を再び参照すれば、前記窒素酸化物浄化触媒１３０は、第１触媒１３０ａ及び第２触媒１３０ｂを含み、前記第１触媒１３０ａの後端部にこれと間隔をおいて第２触媒１３０ｂが配置され、前記第１触媒１３０ａは耐熱性が強化されるのが好ましく、前記第２触媒１３０ｂは炭化水素低減特性が強化されるのが好ましい。
【００５８】
図２は本発明の実施例による排気システムの基本構成図である。
【００５９】
図２を参照すれば、前記排気ライン１１２で前記エンジン１１０の後端に前記２次インジェクター１１６が配置され、その後端に前記燃料分解触媒１１８が配置され、その後端に前記窒素酸化物浄化触媒１３０が配置される。
【００６０】
図３は本発明による排気システムの変形実施例を示した図面である。
【００６１】
図３を参照すれば、本発明の変形実施例は、前記２次インジェクター１１６、前記燃料分解触媒１１８（ＤＦＣ；ｄｉｅｓｅｌ ｆｕｅｌ ｃｒａｃｋｉｎｇ）、前記触媒ろ過フィルター１２０（ＤＰＦ；ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｆｉｌｔｅｒ）、前記窒素酸化物浄化触媒１３０、及び前記酸化触媒３００（ＤＯＣ；ｄｉｅｓｅｌ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｃａｔａｌｙｓｔ）の配列順序を多様に変更して実施される。
以下、図４及び図６を参照して、本発明の実施例による排気システムをより詳細に説明する。
【００６２】
図４は本発明の実施例による排気システムに窒素酸化物が保存される場合を示した概略図であり、図５は本発明の実施例による排気システムで窒素酸化物が脱着される場合を示した概略図であり、図６は本発明の実施例による排気システムで第１触媒層の構成を示した概略図である。
【００６３】
図４及び図５に示されているように、前記窒素酸化物浄化触媒１３０は、担体にコーティングされた第１、２触媒層４４４、４４６を含む。前記第１触媒層４４４は排気ガスに近接して配置され、前記第２触媒層４４６は担体に近接して配置される。
【００６４】
前記第１触媒層４４４は、排気ガスに含まれている窒素酸化物を酸化させ、酸化された窒素酸化物の一部を燃焼しない燃料または排気ガスに含まれている炭化水素との酸化還元反応によって還元させる。
【００６５】
また、酸化された窒素酸化物の他の一部は前記第２触媒層４４６に拡散される。図４及び図５に示されているように、前記第１触媒層４４４は、ゼオライト触媒４１２及び多孔性アルミナに担持された金属触媒４１４のうちの少なくとも１つを含むことができる。
【００６６】
前記ゼオライト触媒４１２は、銅、白金、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、銀、セリウム、ガリウムのうちの少なくとも１つ以上の元素がイオン交換された触媒である。前記ゼオライト触媒４１２で起こる化学反応は、下記の通りである。
Ｚ−Ｃｕ２＋Ｏ−＋ＮＯ→Ｚ−Ｃｕ２＋（ＮＯ２−）ａｄｓ→Ｚ−Ｃｕ２＋＋ＮＯ２
Ｚ＋Ｏ−＋ＮＯ→Ｚ＋（ＮＯ２−）ａｄｓ→Ｚ＋＋ＮＯ２
Ｚ−Ｃｕ２＋（ＮＯ２−）ａｄｓ＋ＮＯ→Ｚ−Ｃｕ２＋（Ｎ２Ｏ３）−ａｄｓ→Ｚ−Ｃｕ２＋Ｏ−＋Ｎ２＋Ｏ２
Ｚ−Ｈ＋＋ＣｎＨ２ｎ→Ｚ−ＣｎＨ２ｎ＋１＋→ｎ（Ｚ−Ｈ）＋ＣｎＨ２ｎ＋
ｍＮＯ２＋ＣｎＨ２ｎ＋→ＣｎＨ２ｎＮｍＯ２ｍ→Ｎ２＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ
【００６７】
ここで、Ｚはゼオライトを意味し、下付け文字ａｄｓは吸着を意味する。
【００６８】
また、前記多孔性アルミナに担持された金属触媒４１４としては、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、タングステン、クロム、マンガン、鉄、コバルト、銅、亜鉛、銀のうちの少なくとも１つ以上の金属が使用される。前記多孔性アルミナに担持された金属触媒４１４で起こる化学反応は、下記の通りである。
ＮＯ＋Ｏ２→（ＮＯｘ）ａｄｓ
ＴＨＣ＋（ＮＯｘ）ａｄｓ→ＴＨＣ−ＯＮＯ ｏｒ ＴＨＣ−ＮＯ２
ＴＨＣ−ＮＯ２→ＴＨＣ−ＮＣＯ
ＴＨＣ−ＮＣＯ＋ＮＯ＋Ｏ２→Ｎ２＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ
【００６９】
ここで、ＴＨＣは炭化水素を意味する。前記で言及したように、炭化水素は、排気ガス及び燃料に含まれている炭素及び水素から構成された化合物を全て示すものとする。
【００７０】
前記第２触媒層４４６は、前記第１触媒層４４４で酸化された窒素酸化物の一部を保存して、設定した条件によって追加噴射される燃料によって前記保存した窒素酸化物を脱着して、前記第１触媒層４４４で還元されるようにする。
【００７１】
前記で言及したように、設定した条件は、前記第１触媒層４４４で窒素酸化物の還元反応が活性化されるように、前記第２触媒層４４６に保存した窒素酸化物の量がマップデータに設定した値以上である場合とする。
【００７２】
前記第２触媒層４４６は、貴金属４０８及び窒素酸化物保存物質４０６を含む。窒素酸化物保存物質４０６としては、酸化バリウム（ＢａＯ）が使用される。前記貴金属４０８は、窒素酸化物保存物質４０６が窒素酸化物を保存するのを促進させる。前記貴金属４０８としては、白金、パラジウムなどの多様な金属物質が使用される。
【００７３】
以下、本発明の作動原理を詳細に説明する。
【００７４】
［窒素酸化物保存モード］
前記第２触媒層４４６に保存された窒素酸化物の量が設定した値より小さい場合には、排気ガスに含まれている窒素酸化物は、第１触媒層４４４で酸化され、酸化された窒素酸化物の一部は排気ガスに含まれている炭化水素と酸化還元反応して窒素気体に還元され、他の一部は前記第２触媒層４４６に保存される。この過程で、排気ガスに含まれている炭化水素は二酸化炭素に酸化される。前記第１触媒層４４４で起こる反応は、下記の式のように簡略に示される。
ＮＯ＋１／２Ｏ２→ＮＯ２
ＮＯ＋ＨＣ→１／２Ｎ２＋ＣＯ２
【００７５】
また、酸化された窒素酸化物の他の一部及び排気ガスに含まれている窒素酸化物が前記第２触媒層４４６に拡散されて保存される時に、前記第２触媒層４４６の貴金属４０８は、窒素酸化物保存物質４０６が窒素酸化物を保存するのを促進させる。前記第２触媒層４４６で起こる反応は、下記の式のように簡略に示される。
ＢａＯ＋２ＮＯ２＋１／２Ｏ２→Ｂａ（ＮＯ３）２
【００７６】
［窒素酸化物再生モード］
前記第２触媒層４４６に保存された窒素酸化物の量が設定した値以上である場合には、前記制御部１０４は、前記２次インジェクター１１６から燃料を追加噴射する。追加噴射された燃料は前記燃料分解触媒１１８（ＤＦＣ）を通過し、この過程で燃料が低分子の炭化水素に分解されて変換される。また、低分子の炭化水素の一部は、酸素と結合した炭化水素に変換されて前記窒素酸化物浄化触媒１３０を通過する。
【００７７】
この時、前記第２触媒層４４６では、窒素酸化物が前記炭化水素との置換反応によって脱着され、これは下記の式のように簡略に示される。
Ｂａ（ＮＯ３）２＋３ＣＯ→ＢａＣＯ３＋２ＮＯ＋２ＣＯ２
【００７８】
また、第１触媒層４４４では、前記第２触媒層４４６で脱着された窒素酸化物及び炭化水素／酸素と結合した炭化水素の間の酸化還元反応によって窒素酸化物が窒素気体に還元され、炭化水素／酸素と結合した炭化水素は二酸化炭素に酸化される。これは下記の式のように簡略に示される。
ＮＯ＋ＨＣ／ＯｘｙｇｅｎａｔｅｄＨＣ＝１／２Ｎ２＋ＣＯ２
【００７９】
前記のように、排気ガスに含まれている窒素酸化物及び炭化水素が浄化される。
【００８０】
本発明の実施例では、燃料が連続的に追加噴射される代わりに、前記制御部１０４が排気ガス中のＨＣ及びＮＯｘの比率が予め設定した比率以下である場合に前記２次インジェクター１１６から燃料を追加噴射する。したがって、運転条件によって最適化された条件で燃料が追加噴射されるので、炭化水素のスリップが防止されて、燃費が向上する。
【００８１】
以上で、本発明に関する好ましい実施例を説明したが、本発明は前記実施例に限定されず、本発明の実施例から当該発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が技術的範囲内において容易に変更することができる
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明は、排気ガスに含まれている窒素酸化物を低減させる排気システムの分野に適用できる。
【符号の説明】
【００８３】
１００ 吸気ライン
１０２ １次インジェクター
１０４ 制御部
１１０ エンジン
１１１ ターボチャージャ
１１２ 排気ライン
１１４ 第１温度センサー
１１６ ２次インジェクター
１１８ 燃料分解触媒
１２０ 触媒ろ過フィルター
１２２ 第２温度センサー
１２４ 差圧センサー
１２６ 第３温度センサー
１３０ 窒素酸化物浄化触媒
１３２ 第４温度センサー
３００ 酸化触媒
４４４ 第１触媒層
４４６ 第２触媒層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼した排気ガスが通過して外部に排出される排気ライン、
排気ガスに含まれている窒素酸化物の一部を燃焼しない燃料または炭化水素を利用して還元させ、窒素酸化物の他の一部は内部に拡散させて保存するように前記排気ラインに設置された窒素酸化物浄化触媒、
前記排気ラインに燃料を噴射するインジェクター、
前記排気ラインに燃料を追加噴射するように前記窒素酸化物浄化触媒の前端部の排気ライン上に設置されるインジェクター又はエンジンに設置されるインジェクター、
前記インジェクターから追加噴射された燃料を熱分解によって活性化させて高反応性の還元剤を生成して、前記インジェクター及び前記窒素酸化物浄化触媒の間に設置される燃料分解触媒、及び
設定した条件で前記インジェクターから燃料を追加噴射するように制御して、追加噴射された燃料が活性化された還元剤を利用して前記窒素酸化物浄化触媒に保存された窒素酸化物を脱着して還元させる制御部、を含むことを特徴とする排気システム。
【請求項２】
排気ガス中の粒子状物質を捕集して除去する触媒ろ過フィルターをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の排気システム。
【請求項３】
前記インジェクター、前記燃料分解触媒、前記触媒ろ過フィルター、前記窒素酸化物浄化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されたことを特徴とする、請求項２に記載の排気システム。
【請求項４】
前記触媒ろ過フィルター、前記インジェクター、前記燃料分解触媒、前記窒素酸化物浄化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されたことを特徴とする、請求項２に記載の排気システム。
【請求項５】
前記インジェクター、前記燃料分解触媒、前記窒素酸化物浄化触媒、前記触媒ろ過フィルターが排気ガスの排出される方向に順次配置されたことを特徴とする、請求項２に記載の排気システム。
【請求項６】
前記燃料分解触媒及び前記触媒ろ過フィルターのうちの少なくとも１つ以上は、排気ガスに含まれている有害物質を酸化させる酸化触媒機能を有することを特徴とする、請求項３ないし５のいずれか一項に記載の排気システム。
【請求項７】
排気ガスに含まれている有害物質を酸化させる酸化触媒をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の排気システム。
【請求項８】
前記インジェクター、前記燃料分解触媒、前記酸化触媒、前記触媒ろ過フィルター、前記窒素酸化物浄化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されたことを特徴とする、請求項７に記載の排気システム。
【請求項９】
前記インジェクター、前記燃料分解触媒、前記触媒ろ過フィルター、前記酸化触媒、前記窒素酸化物浄化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されたことを特徴とする、請求項７に記載の排気システム。
【請求項１０】
前記インジェクター、前記酸化触媒、前記燃料分解触媒、前記触媒ろ過フィルター、前記窒素酸化物浄化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されたことを特徴とする、請求項７に記載の排気システム。
【請求項１１】
前記インジェクター、前記酸化触媒、前記触媒ろ過フィルター、前記燃料分解触媒、前記窒素酸化物浄化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されたことを特徴とする、請求項７に記載の排気システム。
【請求項１２】
前記インジェクター、前記触媒ろ過フィルター、前記酸化触媒、前記燃料分解触媒、前記窒素酸化物浄化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されたことを特徴とする、請求項７に記載の排気システム。
【請求項１３】
前記インジェクター、前記触媒ろ過フィルター、前記燃料分解触媒、前記酸化触媒、前記窒素酸化物浄化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されたことを特徴とする、請求項７に記載の排気システム。
【請求項１４】
前記インジェクター、前記燃料分解触媒、前記窒素酸化物浄化触媒、前記酸化触媒、前記触媒ろ過フィルターが排気ガスの排出される方向に順次配置されたことを特徴とする、請求項７に記載の排気システム。
【請求項１５】
前記インジェクター、前記燃料分解触媒、前記窒素酸化物浄化触媒、前記酸化触媒、前記触媒ろ過フィルターが排気ガスの排出される方向に順次配置されたことを特徴とする、請求項７に記載の排気システム。
【請求項１６】
前記インジェクター、前記燃料分解触媒、前記窒素酸化物浄化触媒、前記触媒ろ過フィルター、前記酸化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されたことを特徴とする、請求項７に記載の排気システム。
【請求項１７】
前記インジェクター、前記燃料分解触媒、前記触媒ろ過フィルター、前記窒素酸化物浄化触媒、前記酸化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されたことを特徴とする、請求項７に記載の排気システム。
【請求項１８】
前記酸化触媒、前記触媒ろ過フィルター、前記インジェクター、前記燃料分解触媒、前記窒素酸化物浄化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されたことを特徴とする、請求項７に記載の排気システム。
【請求項１９】
前記触媒ろ過フィルター、前記酸化触媒、前記インジェクター、前記燃料分解触媒、前記窒素酸化物浄化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されたことを特徴とする、請求項７に記載の排気システム。
【請求項２０】
前記インジェクターは、
前記エンジンの吸気空気またはシリンダー内に燃料を噴射する１次インジェクター、及び
前記１次インジェクターとは別途に前記排気ラインの前記窒素酸化物浄化触媒の前端に設置されて、燃料を追加的に噴射する２次インジェクター、を含むことを特徴とする、請求項１に記載の排気システム。
【請求項１】
燃焼した排気ガスが通過して外部に排出される排気ライン、
排気ガスに含まれている窒素酸化物の一部を燃焼しない燃料または炭化水素を利用して還元させ、窒素酸化物の他の一部は内部に拡散させて保存するように前記排気ラインに設置された窒素酸化物浄化触媒、
前記排気ラインに燃料を噴射するインジェクター、
前記排気ラインに燃料を追加噴射するように前記窒素酸化物浄化触媒の前端部の排気ライン上に設置されるインジェクター又はエンジンに設置されるインジェクター、
前記インジェクターから追加噴射された燃料を熱分解によって活性化させて高反応性の還元剤を生成して、前記インジェクター及び前記窒素酸化物浄化触媒の間に設置される燃料分解触媒、及び
設定した条件で前記インジェクターから燃料を追加噴射するように制御して、追加噴射された燃料が活性化された還元剤を利用して前記窒素酸化物浄化触媒に保存された窒素酸化物を脱着して還元させる制御部、を含むことを特徴とする排気システム。
【請求項２】
排気ガス中の粒子状物質を捕集して除去する触媒ろ過フィルターをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の排気システム。
【請求項３】
前記インジェクター、前記燃料分解触媒、前記触媒ろ過フィルター、前記窒素酸化物浄化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されたことを特徴とする、請求項２に記載の排気システム。
【請求項４】
前記触媒ろ過フィルター、前記インジェクター、前記燃料分解触媒、前記窒素酸化物浄化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されたことを特徴とする、請求項２に記載の排気システム。
【請求項５】
前記インジェクター、前記燃料分解触媒、前記窒素酸化物浄化触媒、前記触媒ろ過フィルターが排気ガスの排出される方向に順次配置されたことを特徴とする、請求項２に記載の排気システム。
【請求項６】
前記燃料分解触媒及び前記触媒ろ過フィルターのうちの少なくとも１つ以上は、排気ガスに含まれている有害物質を酸化させる酸化触媒機能を有することを特徴とする、請求項３ないし５のいずれか一項に記載の排気システム。
【請求項７】
排気ガスに含まれている有害物質を酸化させる酸化触媒をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の排気システム。
【請求項８】
前記インジェクター、前記燃料分解触媒、前記酸化触媒、前記触媒ろ過フィルター、前記窒素酸化物浄化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されたことを特徴とする、請求項７に記載の排気システム。
【請求項９】
前記インジェクター、前記燃料分解触媒、前記触媒ろ過フィルター、前記酸化触媒、前記窒素酸化物浄化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されたことを特徴とする、請求項７に記載の排気システム。
【請求項１０】
前記インジェクター、前記酸化触媒、前記燃料分解触媒、前記触媒ろ過フィルター、前記窒素酸化物浄化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されたことを特徴とする、請求項７に記載の排気システム。
【請求項１１】
前記インジェクター、前記酸化触媒、前記触媒ろ過フィルター、前記燃料分解触媒、前記窒素酸化物浄化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されたことを特徴とする、請求項７に記載の排気システム。
【請求項１２】
前記インジェクター、前記触媒ろ過フィルター、前記酸化触媒、前記燃料分解触媒、前記窒素酸化物浄化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されたことを特徴とする、請求項７に記載の排気システム。
【請求項１３】
前記インジェクター、前記触媒ろ過フィルター、前記燃料分解触媒、前記酸化触媒、前記窒素酸化物浄化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されたことを特徴とする、請求項７に記載の排気システム。
【請求項１４】
前記インジェクター、前記燃料分解触媒、前記窒素酸化物浄化触媒、前記酸化触媒、前記触媒ろ過フィルターが排気ガスの排出される方向に順次配置されたことを特徴とする、請求項７に記載の排気システム。
【請求項１５】
前記インジェクター、前記燃料分解触媒、前記窒素酸化物浄化触媒、前記酸化触媒、前記触媒ろ過フィルターが排気ガスの排出される方向に順次配置されたことを特徴とする、請求項７に記載の排気システム。
【請求項１６】
前記インジェクター、前記燃料分解触媒、前記窒素酸化物浄化触媒、前記触媒ろ過フィルター、前記酸化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されたことを特徴とする、請求項７に記載の排気システム。
【請求項１７】
前記インジェクター、前記燃料分解触媒、前記触媒ろ過フィルター、前記窒素酸化物浄化触媒、前記酸化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されたことを特徴とする、請求項７に記載の排気システム。
【請求項１８】
前記酸化触媒、前記触媒ろ過フィルター、前記インジェクター、前記燃料分解触媒、前記窒素酸化物浄化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されたことを特徴とする、請求項７に記載の排気システム。
【請求項１９】
前記触媒ろ過フィルター、前記酸化触媒、前記インジェクター、前記燃料分解触媒、前記窒素酸化物浄化触媒が排気ガスの排出される方向に順次配置されたことを特徴とする、請求項７に記載の排気システム。
【請求項２０】
前記インジェクターは、
前記エンジンの吸気空気またはシリンダー内に燃料を噴射する１次インジェクター、及び
前記１次インジェクターとは別途に前記排気ラインの前記窒素酸化物浄化触媒の前端に設置されて、燃料を追加的に噴射する２次インジェクター、を含むことを特徴とする、請求項１に記載の排気システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−３３０１７（Ｐ２０１１−３３０１７Ａ）
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２３１８８８（Ｐ２００９−２３１８８８）
【出願日】平成２１年１０月５日（２００９．１０．５）
【出願人】（５９１２５１６３６）現代自動車株式会社 (1,064)
【出願人】（５００５１８０５０）起亞自動車株式会社 (449)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月５日（２００９．１０．５）
【出願人】（５９１２５１６３６）現代自動車株式会社 (1,064)
【出願人】（５００５１８０５０）起亞自動車株式会社 (449)
【Ｆターム（参考）】
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