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KR100814204B1 - 배기 시스템 - Google Patents

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KR100814204B1
KR100814204B1 KR1020037013338A KR20037013338A KR100814204B1 KR 100814204 B1 KR100814204 B1 KR 100814204B1 KR 1020037013338 A KR1020037013338 A KR 1020037013338A KR 20037013338 A KR20037013338 A KR 20037013338A KR 100814204 B1 KR100814204 B1 KR 100814204B1
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KR
South Korea
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catalytic converter
exhaust system
internal combustion
combustion engine
particle trap
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KR1020037013338A
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Inventor
롤프 브뤽
Original Assignee
에미텍 게젤샤프트 퓌어 에미시온스테크놀로기 엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Abstract

본 발명은 배출 가스가 특정 유동 방향(3)으로 유동하는, 내연 기관(2) 특히, 자동차의 디젤 엔진의 배출 가스를 정화시키기 위한 배기 시스템(1)에 관한 것이다. 이 배기 시스템(1)은 특히 배출 가스내에 함유된 일산화탄소 및 탄화수소를 변환시키기 위한 촉매 변환기(4), 특히 배출 가스내에 함유된 일산화질소를 변환시키기 위한 산화 촉매 변환기(5), 및 배출 가스내에 함유된 입자들을 포착하기 위한 입자 트랩(6)을 포함하며, 이들 요소들은 모두 유동 방향(3)으로 연속해서 배열되어 있다. 상기 가스 배기 시스템(1)은 배출 가스내에 함유된 유해 물질들을 상당히 효율적으로 변환시키는 것을 보장하여, 특히 입자 트랩(6)의 재생에 대해 특히 확실한 효과가 발생한다.

Description

배기 시스템 {EXHAUST GAS SYSTEM}
본 발명은 내연 기관으로부터 배출 가스를 정화시키기 위한, 특히 자동차의 디젤 엔진으로부터 나오는 배출 가스를 정화시키기 위한 배기 시스템에 관한 것이다.
자동차 엔지니어링에서 사용되는 배기 시스템에 대해 이전 보다 높은 조건을 요구하는 법정 조항으로 인해, 이들 배기 시스템은 과거에서 현재까지 계속되는 주제였었다. 이것은 배기 시스템 내부에서 상이한 기능을 각각 실행하는 광범위한 부품의 사용을 수반한다. 예컨대, 스타팅 촉매 변환기가 알려져 있는데, 이들 변환기들은 특히 작은 체적을 가져서, 내연 기관의 콜드 스타트에 이어 신속히 촉매 변환을 위해 필요한 스타팅 온도에 도달한다. 또한, 일례를 통해, 전기 가열식 촉매 변환기가 공지되어 있는데, 이 촉매 변환기는 마찬가지로 배기 시스템이 콜드 스타팅 성능을 향상시킨다. 내연 기관의 배기 시스템 내에서 흡수기라고 알려진 것은 일정 기간 동안 배출 가스 내에 존재하는 어떤 오염물질을 흡수하는 기능을 하며, 이들 오염물질은 하류이 촉매 변환기가 그 작동 온도에 도달할 때까지 저장되는 것이 바람직하다. 또한, 특히 디젤 엔진의 배기 시스템에는 입자 트랩(particulate trap) 또는 입자 필터가 사용되는데, 이러한 입자 필터는 배출 가스 내에 함유된 탄소계 입자들을 수집하며, 수집된 입자는 예를 들어 높은 레벨의 열에너지를 공급함으로써 연속적으로 또는 불연속적으로 변환된다.
본 발명의 목적은 내연 기관으로부터 나오는 배출 가스, 특히 자동차의 디젤 엔진으로부터 나오는 배기가스를 정화시키기 위해, 배출 가스내에 존재되어 있는 오염물질을 특히 효과적으로 변환하고, 배기 시스템내에 배열된 입자 트랩의 연속적인 재생(regeneration)을 보장하는 배기 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 청구범위 제 1항의 특징을 가진 배기 시스템에 의해서 달성된다. 배출 가스의 추가의 양호한 구성은 종속항에 기술되어 있다.
내연 기관, 특히 자동차의 디젤 엔진으로부터의 배출 가스는 정화를 위해 본 발명에 따른 배기 시스템을 통해서 바람직한 유동 방향으로 유동될 수 있으며, 이런 배기 시스템은 유동 방향에서 보았을 때 다음의 연속적인 부품을 포함한다.
1. 배출 가스내에 함유된 특히, 일산화탄소와 탄화수소를 변환하기 위한 촉매 변환기,
2. 배출 가스내에 함유된 특히, 일산화질소를 변환하기 위한 산화 촉매 변환기, 및
3. 배출 가스내에 함유된 입자를 수집하기 위한 입자 트랩.
배기 시스템내 상술한 부품의 제안한 구성은 특히 입자 트랩의 재생에 대해서 유익한 효과를 가진다. 이들 양호한 효과는, 아래에 보다 상세히 설명하듯이, 연속해서 연결되는 상술한 부품들로부터의 예상치 못한 결과이다.
상류 촉매 변환기는 특히 일산화탄소와 탄화수소를 변환하는데 사용된다. 디젤 엔진으로부터의 배출 가스내에 함유한 전체 일산화탄소 함량은 비교적 낮고 단지 특정 제한치에 도달하면 상당히 강하게 증가한다. 이것은 연료 소비의 관점에서 특히 디젤 엔진의 일반적인 린 작동 방법(generally lean operating strategy)(공기 초과)에 의해 야기된다. 이 경우에, 높은 레벨의 탄화수소가 예를 들어 초과 린 연료/공기 혼합 영역에서 발생되고, 이들은 연소실(부분 로드 모드)내에서 저온에서 제 때에 변환될 수 없다. 배출 가스내의 탄화수소 함유량의 증가는 또한 일시적으로 매우 농후한 연소(공기 희박)의 경우에도 존재한다. 특히 촉매 변환기가 엔진에 가깝게 배열되면, 촉매 변환기는 배출 가스내에 함유된 매우 특정한 오염물(특히, 일산화탄소와 비포화 탄화수소)을 양호하게 변환시키며, 이들 과정은 엔진의 근처에서의 고온을 고려해서 신속하고 사실상 완전히 일어난다.
촉매 변환기가 대부분의 일산화탄소와 불포화 탄화수소를 이미 변환했다는 사실로 인해, 하류에 배치된 산화 촉매 변환기는 배출 가스내에 여전히 존재하고 있는 특히 질소 산화물을 변환하는데 사용된다. 높은 레벨의 질소 산화물은 공기의 적절한 초과 공기(약 λ= 3까지)까지 특히 실질적인 화학량론 연소의 경우에 생성된다. 이 경우에, 배출 가스내의 이산화질소 함유량은 일반적으로 5와 15%사이이다. 현존 산화 촉매 변환기는 촉매 활성 코팅을 가지며, 이 코팅은 일산화질소를 이산화질소로 변환한다. 이것으로 배출 가스내의 이산화질소 함유량이 상당히 증가, 적합하게 50% 이상, 특히 80%이상 또는 심지어 95%까지의 레벨로 증가하게 된다. 이러한 특성의 변환 속도는 상류에 배치된 촉매 변환기가 추가의 오염물질을 무해한 성분으로 이미 대부분 변환시켜 놓았기 때문에 달성된다. 이러한 방식으로 산화 촉매 변환기에 의해서 생성된 높은 이산화질소 함유량은 특히 하류의 입자 트랩의 재생에 유익한 효과를 가져온다.
입자들, 특히 탄소계 입자들은 연료가 극도의 결손 상태로 연소되는 경우 배출 가스내에 존재하며, 그리고 국부적으로 상당한 비균질(inhomogeneous) 연료-공기 혼합으로 인해 디젤 엔진에서의 연소를 대표한다. 이들 입자들은 통상 배기 시스템의 예컨대 배기 섹션내의 외벽에 및/또는 부품의 코팅물에 적층되는 경향이 있다. 이후, 부하 변경의 경우에, 적층된 이들 입자들은 입자의 덩어리(cloud) 형태로 방출된다. 이들 입자들은 유지되고, 본 발명에 따라 하류에 배열되어 있는 입자 트랩에 의해 확산 및 흡수 현상의 결과로서 연속적으로 화학적으로 변환된다. 이것은 입자 트랩의 연속적인 재생을 보장하고, 입자 트랩의 내부의 유동 경로가 막히게 되는 것을 방지한다. 이러한 재생 과정은 이산화질소에 의해 대단히 효과적으로 촉진되는데, 이 이산화질소는 산화 촉매 변환기에 의해 앞서 재생되었었다. 결과적으로, 한편으론, 탄소계 입자들의 효과적인 변환이 보장되고, 다른 한편으로, 유동 경로가 차단되어 배기 시스템내의 압력이 상승하는 것을 방지한다. 본 명세서에서, 모든 부품들은 엔진, 즉 특히 자동차의 하체가 아닌 엔진에 근접하게 배열되는 것이 바람직하다. 이것은 내연 기관의 작동 수명에 걸쳐(심지어 콜트 스타트 바로 이후에) 충분히 높은 온도를 보장하여, 현재 적용하는 배기 방출물 가이드라인이 배출 가스내에 잔존하는 개별의 오염물질에 관해서 상당한 차이를 두고 요구될 수 있다.
배기 시스템의 다른 구성에 따르면, 이 구성은, 유동 방향으로 볼 때, 터보차저(turbocharger), 이 터보차저의 상류에 배열된 촉매 변환기, 및 터보차저의 하류에 배열된 산화 촉매 변환기를 포함한다. 터보차징(turbocharging)은 내연 기관의 파워를 향상시키는 방법이며, 특히 디젤 엔진과 연관되어 사용된다. 터보차징 동안, 작동-실행 머신은 엔진 연소 과정에 필요한 공기를 압축해서, 보다 큰 질량의 공기가 내연 기관이 사이클 마다 연소 챔버 또는 실린더 안으로 통과하게 한다. 이를 위해, 예컨대, 배출 가스의 에너지를 이용하는 터보차지에 의해 압축기가 구동된다. 엔진으로의 커플링은 본 경우에 있어 기계식이 아니라 순전히 열식이며, 자동차 산업에 있어서 사용되는 램 챠징(ram charging)의 원리는 중요하다. 이러한 특성의 터보차저의 상류에 촉매 변환기를 배열함으로써, 이러한 방식으로 터보차저의 부품들과의 접촉의 결과로 배출 가스로부터 열을 소실하는 것을 방지하므로, 촉매 변환기의 작동 온도가 상당히 빠르게 도달되는 것을 보장한다. 또한, 이것은 촉매 변환기가 엔진에 근접해서 배열되는 것을 보장한다. 본 명세서에서, 촉매 변환기는 내연 기관에 직접 연결되는 것이, 특히 배기 매니폴드내에 배열되는 것이 특히 유리하다. 복수의 소형 변환기 각각이 배기 매니폴드의 개별의 배기 섹션 내에 고정될 수 있으며, 이 경우, 복수의 소형 변환기는 바람직하게로는 내연 기관과 배기 매니폴드의 연결 지점에 직접 고정된다. 촉매 변환기의 열적 라이트-오프 성능(thermal light-off performance)은 내연 기관의 실린더 또는 연소 챔버의 근접성에 의해 상당히 향상된다.
배기 시스템의 또 다른 구성에 따르면, 산화 촉매 변환기는 2개 이상의 영역(zone)을 구비하는데, 내연 기관으로부터 가장 멀리 떨어져 있는 영역은 다른 하나의 영역보다 높은 비열(specific heat capacific)을 가지도록 구성된다. 산화 촉매 변환기는 통상 벌집형상체(honeycomb structure)를 가지는데, 이 경우 격벽들(partitions)이 배출 가스가 통과하여 유동할 수 있는 통로를 형성한다. 예컨대, 격벽들을 보다 두껍게 제조함으로써, 비열(특히 표면적-비열)의 증가를 보장할 수 있다. 예컨대, 산화 촉매 변환기의 상류 영역내의 격벽들이 0.03mm 미만의 두께를 가진다면, 중앙 영역의 격벽들은 대략 0.03mm 내지 0.06mm의 두께를 가지는 한편, 하류 영역의 격벽은 적어도 0.08mm의 두께를 가진다. 영역의 개수와 격벽의 두께는 특히 특정 조성의 배출 가스와 그 열 에너지에 방향이 맞추어 진다. 유동 방향으로 비열의 증가는, 상류 영역의 산화 촉매 변환기가 가장 이른 단계에서 그 작동 온도에 도달하며, 거기에서 야기되는 촉매 반응이 마찬가지로 신속하게 가열되는 하류 영역을 위해 충분한 발열 에너지를 전달한다는 것을 의미한다. 이러한 경우에, 최고 열용량을 가지는 영역은 내연 기관이 가동중지된 후에도 열 저장소의 형태를 나타내어, 예컨대, 재시동 이후의 콜드-스타트 상태가 상당히 단축된다.
배기 시스템의 또 다른 구성에 따르면, 입자 트랩은, 유동 방향으로 볼 때, 산화 촉매 변환기의 바로 하류에, 바람직하게 50mm 미만의 거리에, 특히 20mm 미만의 거리에 배열된다. 배기 시스템이 이러한 방식으로 구성된다면, 공통 하우징 내에 입자 트랩과 산화 촉매 변환기를 수용하는 것이 특히 유리하다. 본 명세서에서, 실시예에 선호되는 것은, 산화 촉매 변환기가 입자 트랩에 일체화되는 것이며, 이 입자 트랩은 촉매 활성 코팅을 가지는 것이 바람직하다. 이것은 산화 촉매 변환기 및 입자 트랩의 특히 공간-절약 배치를 가능하게 하는데, 이러한 배치는 엔진에 인접하게 배기 시스템을 배열한다는 견지에서 특히 중요하다.
배기 시스템의 또 다른 구성에 따르면, 입자 트랩은 내연 기관의 체적 용량의 75% 미만, 특히 50% 미만, 바람직하게로는 25% 미만의 총 체적을 가진다. 예컨대, 엔진에 인접하게 배열되는 경우 및/또는 상당히 짧은 불연속적인 입자 트랩의 재생 동안과 같은, 일부 상황 하에서, 적절하다면 내연 기관의 체적 용량의 5% 미만 또는 1% 미만의 크기로 총 체적을 보다 더 감소시키는 것도 가능하다. 본 명세서에서, 용어, 체적 용량은 연료의 연소가 발생되는 내연 기관의 연소 챔버 또는 실린더의 체적의 합계를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
따라서, 입자 트랩은 상당히 작은 총 체적을 가지며, 이러한 작은 총 체적은 한편으로는 공간-절약 배열을 보장하고, 다른 한편으로는 입자들의 효과적인 화학 변환을 보장한다. 입자 트랩의 연속적인 재생이 보장되고, 변환되려는 탄소계 입자들을 위한 커다란 저장 볼륨을 필요로 하지 않을 정도의 이산화질소를 상류의 촉매 변환기가 발생시킨다는 사실로 인해, 입자 트랩이 특히 이러한 소형으로 구성될 수 있다.
본 명세서에서는, 입자 트랩이 자유롭게 접근가능한 통로을 구비하는 것이 유리한데, 이러한 통로에는 난류 지점(turbulence points)과 고요 지점(calming points) 및/또는 디버터 장치(diverter devices)가 배열되어 있다. 이것은 입자 트랩 내의 입자들(특히 탄소계 입자들)이 잔류 시간을 연장시킴으로써 단순한 방법으로 질소 산화물과 입자들이 반응할 가능성을 증가시킨다. 이것은, 본래로 자유롭게 접근가능한 유동 경로의 경우에, 난류 지점 및 고요 지점 및/또는 디버터 장치를 충분한 개수로 구비하여 벽에 입자들이 적층되는 것을 촉진시킴으로써 달성된다. 배출 가스 스트림(stream)을 따라 날아가는 입자는 배출 가스의 다른 구성성분과 반응할 기회가 미미하지만, 입자가 난류 지점 또는 고요 지점에 정지하거나, 격벽에 적층된다면, 이러한 기회는 막대하게 증가된다. 이후, 앞서 이동하는 모든 이산화질소는 반응을 위해 이용가능해서, 입자들이 신속하게 파괴된다. 결국, 입자 트랩은 차단되지 않고, 연속해서 재발생된다.
배기 시스템의 또 다른 구성에 따르면, 촉매 변환기는 산화 촉매 변환기의 촉매 변환기 체적이 절반 이하인 변환기 체적을 가진다. 용어들, 변환기 체적 및 촉매 변환기 체적은 각각의 경우에 하나 이상의 변환기 또는 산화 촉매 변환기의 외부 체적(벽 + 통로)을 의미한다. 이러한 촉매 변환기의 소형 구성은 라이트-오프 성능을 돕고, 공간-절약 배열을 촉진시킨다.
배기 시스템의 또 다른 구성에 따르면, 하나 이상의, 그리고 바람직하게 배기 시스템의 각각의 부품은 배출 가스가 통과해서 유동할 수 있는 통로를 갖춘 벌집형상체를 구비하며, 이 벌집형상체는 적어도 부분적으로 구조화된 금속 포일(metal foil)로 형성되어 있다. 이 경우, 변환기 및/또는 산화촉매 변환기의 이러한 벌집형상체는 적어도 600 cpsi(in2당 셀의 개수), 특히 1000cpsi의 통로 밀도를 가진다. 입자 트랩의 단면적은 통로 단면적보다 경미하게 큰 것이 요구되는데, 이는 입자 트랩이 200cpsi 이상, 특히 400cpsi 또는 600cpsi의 통로 밀도로 구성되어야 한다는 것을 의미해서, 이러한 경우, 입자를 수용하는 충분한 면적이 항상 이용가능하다. 산화 촉매 변환기가 이러한 특성의 금속 포일을 포함하는 벌집형상체로 구성된다면, 금속 포일은 바람직하게 0.06mm 미만의 두께, 특히 0.03mm 미만의 두께를 가진다.
도면에 도시된 특히 바람직한 실시예들에 근거하여 본 발명에 따른 배기 시스템을 보다 상세히 설명한다.
도 1은 배기 시스템의 실시예를 도시한다.
도 2는 벌집형상체를 가지는 배기 시스템의 부품의 평면도이다.
도 3은 배기 시스템의 입자 트랩의 실시예의 도시적인 상세도이다.
도 4는 엔진에 근접해서 배열된 배기 시스템의 다른 실시예를 도시한다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 배기 시스템 2 : 내연 기관
3 : 유동 방향 4 : 촉매 변환기
5 : 산화 촉매 변환기 6 : 입자 트랩
7 : 터보차저 8 : 배기 매니폴드
9 : 영역 10 : 거리
11 : 총 체적 12 : 체적 용량
13 : 통로 14 : 난류 지점
15 : 고요 지점 16 : 디버터 장치
17 : 변환기 체적 18 : 촉매 변환기 체적
19 : 벌집형상체 20 : 구조화된 금속 포일
21 : 실린더 22 : 관형 케이싱
23 : 평탄한 금속 포일 24 : 구멍
25 : 개방부 26 : 하우징
27 : 신선 공기 공급부 28 : 배기 매니폴드
L : 거리
도 1은 디젤 엔진으로부터 나오는 배출 가스를 정화하기 위한 배기 시스템(1)의 개략적인 사시도이다. 이 배기 시스템에서, 내연 기관(2)으로부터 시작되는 배출 가스는 바람직한 유동 방향(3)으로 배기 시스템(1)을 통해 유동한다. 이 배기 시스템(1)은 특히 배출 가스내에 함유된 일산화탄소 및 탄화수소를 변환시키기 위한 촉매 변환기(4), 특히 배출 가스내에 함유된 일산화질소를 변환시키기 위한 산화 촉매 변환기(5), 및 배출 가스내에 함유된 입자들 특히, 탄소계 입자들을 포착하기 위한 입자 트랩(6)을, 유동 방향(3)으로 연속해서 포함한다. 일부의 경우에 도시된 배기 시스템(1)은 터보차저(7)의 하류에 복수의 배기 섹션을 구비하는데, 여기 도시된 실시예는 내연 기관(2)에 상당히 근접하게 배열된 2개의 촉매 변환기(4)가 장착되어 있다. 이러한 경우에, 하나 이상의 배기 매니폴드(8)의 배기 섹션내에 촉매 변환기(4)를 배열할 수도 있는데, 이 배기 매니폴드(8)는 내연 기관(2)에 직접 연결된다. 도시된 산화 촉매 변환기(5)는 복수의 영역(9)을 구비하는데, 이 영역(9)은 배출 가스의 유동 방향(3)에 도시된 바와 같이 증가하는 비열을 가진다. 입자 트랩(6)은 유동 방향(3)에 도시된 바와 같이 50mm 미만의 거리로 떨어져 산화 촉매 변환기(5)의 바로 하류에 배열된다. 여기에서의 입자 트랩(6)은 내연 기관(2)의 체적 용량(volumetric capacity; 12)의 바람직하게로 75% 미만인 총 체적(total volume; 11)을 가진다. 이 체적 용량(12)은 내연 기관(2)의 실린더(21)의 개별의 체적의 합계에 상응한다. 또한, 촉매 변환기(4)는 산화 촉매 변환기(5)의 촉매 변환기 체적(18)의 절반 이하인 변환기 체적(17)으로서 구성된다. 이러한 경우에, 종국의 변환기 체적(17)은 촉매 변환기(4)의 체적의 합계를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
도시된 배기 시스템(1)은 내연 기관(2)에 바로 근접해서 배열되는 것이 바람직하다. 본 명세서에서, 부품(4, 5, 6) 중 하나가 자동차의 하체(underbody)에 배열되는 것을 피하는 것이 중요하다.
도 2는 벌집형상체(19)를 갖춘 산화 촉매 변환기(5) 또는 촉매 변환기(4)의 평면도이다. 이 벌집형상체(19)는 적어도 부분적으로 구조화된 금속 포일(20)에 의해 형성되며, 통로(13)를 구비하는데, 이 통로(13)를 통해 배출 가스가 유동할 수 있다. 이를 위해, 평탄한 금속 포일(23)과 구조화된 금속 포일(20)이 초기에 적층된 후 감기고, 벌집형상체(19)가 부품의 안정성을 증가시키기 위해 관형 케이싱(22) 내에 배열된다. 이 벌집형상체(19)는 촉매 코팅을 가지도록 구성되는 것이 바람직한데, 이 촉매 코팅은 특히 상당히 갈라진 표면(fissured surface)에 의해, 그리고 이에 따라 오염물질의 변환에 대한 높은 수준의 효율성을 특징으로 가진다.
도 3은 입자 트랩(6)의 도식적이고 사시적인 상세도이다. 이 입자 트랩(6)은 구멍(24)을 갖춘 평탄한 금속 포일(23)과 구조화된 금속 포일(20)로 이루어지며, 자유롭게 접근가능한 통로(13)를 형성한다. 개방부(25)를 갖춘 날개형 디버터 장치(diverter devices; 16)가 상술한 효과에 이르게 한다. 이 디버터 장치(16)는 고요 지점(15) 및 난류 지점(14)을 구비하는데, 이 디버터 장치(16)는 배출 가스를 소용돌이 치게 해서, 입자들이 보다 장시간 입자 트랩(6) 내에 유지되게 하며, 따라서, 배출 가스의 다른 구성요소와 반응하는 것이 보다 용이하게 된다. 이러한 디버터 장치(16)의 정밀한 구성에 따라, 입자들이 또한 금속 포일(20) 상에 던져지고, 이들 입자들은 여기서 계속해서 고착된다. 거기에서, 탄소계 입자들은 통로를 통과하는 자유 유동이 항상 보장되도록 연속적으로 그리고 효율적으로 통해서 유동하는 이산화질소에 의해 화학적으로 변환된다.
도 4는 엔진(2)에 근접해서 배열된 배기 시스템(1)의 다른 구성을 도식적으로 나타낸다. 이 배기 시스템(1)은 내연 기관(2) 특히, 자동차의 디젤 엔진으로부터 나오는 배출 가스를 정화시키는데 사용되며, 배출 가스는 이 배기 시스템(1)을 유동 방향(3)으로 유동한다. 이 배기 시스템(1)은 특히 배출 가스 내에 함유된 일산화탄소 및 탄화수소를 변환시키기 위한 하나 이상의 촉매 변환기(4), 특히 배출 가스내에 함유된 일산화질소를 변화시키기 위한 산화 촉매 변환기(5), 및 배출 가스 내에 함유된 입자들을 수집하기 위한 입자 트랩(6)을, 유동 방향(3)으로 연속해서 포함한다. 도시된 실시예에서, 촉매 변환기(4)는 엔진의 연소 챔버에 특히 근접하게 배열되는데, 구체적으로는 배기 매니폴드(28)내의 연소 챔버로부터의 각각의 출구 내에 소형 촉매 변환기(4)가 배열되어 있다. 따라서, 촉매 변환기(4)는 터보차저(7)의 상류에도 연결되는데, 이 터보차저(7)는 특히 배출 가스 터보차저로서 구성되어 있으며, 엔진에 공급되는 신선한 공기를 압축하는데 사용된다(신선 공기 공급부(27)).
도시된 배기 시스템(1)의 경우에, 산화 촉매 변환기(5) 및 입자 트랩(6)이 공통 하우징(26) 내에 배열되며, 산화 촉매 변환기(5)는 입자 트랩(6) 내에 일체화되어 있다. 이를 위해, 입자 트랩(6)은 산화 촉매 변환기(5)와 동일한 방식으로 촉매 활성 코팅(catalytically active coating)을 가진다. 입자 트랩(6)은 내연 기관(3)의 체적 용량(12)의 75% 미만, 특히 50% 미만, 바람직하게로는 25% 미만인 총 체적(11)을 가진다. 내연 기관(2)의 작동 및 배기 시스템(1)의 작동 동안 입자 트랩(6)을 재생시키기 위해 최고의 가능한 온도가 존재하는 것을 보장하기 위해, 입자 트랩(6)이 엔진으로부터 거리(L)에 배열되며, 이러한 거리는 바람직하게 80cm이다. 본 명세서에서, 이 거리(L)는 배출 가스가 입자 트랩(6)에 도달하기 전에 배출 가스에 의해 덮이는 경로 길이(path length)를 의미하는 것으로서 이해되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 배기 시스템은 디젤 엔진으로부터 나오는 배출 가스내에 함유된 오염물질(특히, 일산화탄소, 불포화 탄화수소, 질소 산화물, 탄소계 입자)의 상당히 효과적인 변환을 보장하며, 또한, 특히 입자 트랩의 재생과 관련하여 특히 긍정적인 효과를 가진다. 보다 정확하게는, 상류의 촉매 변환기로 인해, 산화 촉매 변환기에 의한 증가된 이산화질소의 생성은, 이산화질소의 충분한 양이 입자 트랩에 이용가능하게 되어 연속적인 재생을 보장한다는 것의 의미한다. 이로 인해, 통로가 차단되는 것을 방지하고, 방출물이 현재의 배기 방출물 제한량 이하로 떨어져 양호하게 된다.

Claims (20)

  1. 내연 기관(2)으로부터 유동 방향(3)으로 관류하는 배출 가스를 정화시키기 위한 배기 시스템(1)으로서:
    촉매 변환기(4);
    산화 촉매 변환기(5); 및
    상기 배출 가스 내에 함유된 입자들을 수집하기 위한 입자 트랩(6);을, 상기 유동 방향(3)을 따라 연속적으로 포함하며,
    상기 입자 트랩(6)은 자유롭게 접근가능한 통로(13)를 구비하며, 상기 자유롭게 접근가능한 통로 내에는 난류 지점(14) 및 고요 지점(15), 또는 디버터 장치(16)가 배치되는,
    배기 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내연 기관(2)이 자동차 디젤 기관인
    배기 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 촉매 변환기(4)가 상기 배출 가스 내에 함유된 탄화수소 및 일산화탄소를 변환시키며, 상기 산화 촉매 변환기가 상기 배출 가스 내에 함유된 일산화질소를 변환시키는
    배기 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 배기 시스템(1)은 터보차저(7)를 더 포함하며,
    상기 유동 방향(3)으로 볼 때, 상기 촉매 변환기(4)가 상기 터보차저(7)의 상류에 배열되고, 상기 산화 촉매 변환기(5)가 상기 터보차저(7)의 하류에 배열되는
    배기 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 촉매 변환기(4)가 상기 내연 기관(2)에 근접해서 배치되는
    배기 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 촉매 변환기(4)가 상기 내연 기관에 직접 연결된 배기 매니폴드(8) 내에 배치되는
    배기 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화 촉매 변환기(5)는 상기 내연 기관(2)으로부터 가장 멀리 배치된 영역 및 하나 이상의 나머지 영역을 포함하는 2개 이상의 영역(9)을 구비하며, 상기 내연 기관(2)으로부터 가장 멀리 배치된 영역은 상기 하나 이상의 나머지 영역보다 높은 비열을 가지는
    배기 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 입자 트랩(6)이 상기 유동 방향(3)으로 상기 산화 촉매 변환기(5)의 하류에 직접 배치되는
    배기 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 입자 트랩(6)이 상기 산화 촉매 변환기(5)로부터 50mm 미만의 거리에 배치되는
    배기 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 입자 트랩(6)이 상기 산화 촉매 변환기(5)로부터 20mm 미만의 거리에 배치되는
    배기 시스템.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 산화 촉매 변환기(5) 및 상기 입자 트랩(6)이 공통 하우징(26) 내에 배치되는 배기 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 산화 촉매 변환기(5)가 상기 입자 트랩(6)내에 일체화되는
    배기 시스템.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 입자 트랩(6)이 촉매 활성 코팅을 가지는
    배기 시스템.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 내연 기관이 체적 용량을 가지며,
    상기 입자 트랩(6)이 상기 내연 기관(2)의 체적 용량의 75% 미만의 총 체적을 가지는
    배기 시스템.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 내연 기관이 체적 용량을 가지며,
    상기 입자 트랩(6)이 상기 내연 기관(2)의 체적 용량의 50% 미만의 총 체적을 가지는
    배기 시스템.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 내연 기관이 체적 용량을 가지며,
    상기 입자 트랩(6)이 상기 내연 기관(2)의 체적 용량의 25% 미만의 총 체적을 가지는
    배기 시스템.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화 촉매 변환기(5)가 촉매 변환기 체적(18)을 가지며, 상기 촉매 변환기(4)가 상기 산화 촉매 변환기(5)의 상기 촉매 변환기 체적(18)의 불과 절반 크기의 변환기 체적(17)을 가지는
    배기 시스템.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 촉매 변환기, 상기 산화 촉매 변환기 및 상기 입자 트랩 중 하나 이상이 배출 가스가 통과해서 유동할 수 있는 복수의 통로(13)를 형성하는, 일부분 또는 모든 부분이 구조화된 금속 포일(20)로 형성되는 벌집형상체(19)를 구비하는
    배기 시스템.
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