KR100936325B1

KR100936325B1 - 디젤엔진의 배기가스 정화장치 시험방법

Info

Publication number: KR100936325B1
Application number: KR1020080009364A
Authority: KR
Inventors: 서정민
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2008-01-30
Filing date: 2008-01-30
Publication date: 2010-01-12
Also published as: KR20090083526A

Abstract

본 발명은 CPF의 경년열화에 따른 내구성을 미리 시험함에 있어서, DPF를 인위적으로 열화시키는 조건을 보다 실제 상황에 맞게 모사하도록 함으로써, 보다 정확한 CPF의 경년열화에 따른 내구성 시험결과를 얻어 낼 수 있도록 한 디젤엔진의 배기가스 정화장치 시험방법을 제공한다.

CPF, DOC, DPF, 경년열화

Description

디젤엔진의 배기가스 정화장치 시험방법{Testing Method of Exhaust Gas treatment Apparatus for Diesel Engine}

본 발명은 디젤엔진의 배기가스 정화장치 시험방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 디젤촉매형 매연포집장치(CPF: Catalyzed Particulate Filter)에 포함되는 디젤산화촉매(DOC: Diesel Oxidation Catalyst)와 매연여과필터(DPF: Diesel Particulate Filter)의 경년열화(經年劣化)를 인위적으로 시험하는 방법에 관한 기술이다.

디젤엔진의 연소과정에서 발생되는 매연의 처리를 위한 다양한 방법 중 상기 CPF(500)는 도 7에 도시된 바와 같이 DOC(502)와 DPF(504)를 함께 구비하고 있어서, 엔진(E)으로부터 배출되는 배기가스를 상기 DOC(502)와 DPF(504)에 차례로 통과시키면서 상기 DOC(502)의 촉매작용에 의해 배기가스 중의 유해성분인 HC와 CO 등을 감소시키고 상기 DPF(504)에 매연(PM: Particular Matter)을 포집하여 연소시켜서 제거하도록 되어 있다.

상기한 바와 같은 CPF(500)를 개발하기 위해서는, 상기 CPF(500)의 경년열화 에 따른 내구성을 실질적인 시험을 통해 미리 알아낼 필요가 있다.

종래 상기와 같은 CPF(500)의 경년열화에 따른 내구성을 시험하는 방법은, 상기 DOC(502)와 DPF(504)를 인위적으로 열화시키기 위한 조건이 다르기 때문에, 상기 DOC(502)와 DPF(504)를 각각 별도로 분리하여 엔진의 배기측에 장착한 후 해당 열화조건에서 엔진을 운전하여 상기 DOC(502)와 DPF(504)를 각각 열화시킨 후, 다시 이들을 하나로 조립하여 CPF(500)를 형성한 후 엔진에 장착하여 시험함으로써, 열화된 후의 CPF(500)의 각종 특성을 알아내도록 하는 방법이 사용된다.

그런데, 상기한 바와 같은 방법을 사용하는 경우, DOC(502)를 제거하고 DPF(504)에 배기가스를 바로 통과시켜서 DPF(504)를 열화시키면, 배기가스의 흐름은 중앙부가 외주부에 비해 속도가 상당히 빠른 상태로 DPF(504)를 통과하게 되므로, 상기 DPF(504)는 중앙부와 외주부의 온도차가 상당히 심하게 발생하여 열팽창에 의한 DPF(504)의 자체의 크랙이 심하게 발생되는 문제점이 있다.

또한, 실제 차량에 적용된 상태에서는 매연을 포집하여 재생할 경우 매연의 연소에 의해 DPF(504)의 후단부에서 주로 최고치의 온도가 형성되지만, 상기와 같이 배기가스를 직접 DPF(504)로 통과시키는 경우 주로 DPF(504)의 전방부에서 최고 온도를 이루어 실질적인 DPF(504)의 열화 조건을 유사하게 형성하지 못하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, CPF의 경년열화에 따른 내구성을 미리 시험함에 있어서, DPF를 인위적으로 열화시키는 조건을 보다 실제 상황에 맞게 모사하도록 함으로써, 보다 정확한 CPF의 경년열화에 따른 내구성 시험결과를 얻어 낼 수 있도록 한 디젤엔진의 배기가스 정화장치 시험방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명 디젤엔진의 배기가스 정화장치 시험방법은

DPF의 전방 DOC 설치위치에 DOC와 동일한 구조의 배기가스 유동 통로를 구비한 배기분배기를 장착하여 DPF시험샘플을 형성하는 DPF샘플제작단계와;

상기 DPF시험샘플을 엔진의 배기관에 장착하고, 상기 엔진을 DPF의 재생시 일어날 수 있는 온도로 열화시키는 DPF열화조건에 따라 운전하여, 상기 DPF시험샘플의 DPF를 열화시키는 DPF열화단계와;

상기 DPF시험샘플의 배기분배기를 제거하고, 별도로 열화된 DOC로 대체하여 CPF시험샘플을 형성하는 CPF샘플제작단계와;

상기 CPF시험샘플을 엔진의 배기관에 장착하고, 상기 엔진을 운전하면서 상기 CPF시험샘플을 측정 및 평가하는 시험완료단계;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 DPF샘플제작단계에서 상기 DPF시험샘플은 그 내부의 DPF를 상기 CPF시험샘플에 조립되는 방향과 전방부 및 후방부의 방향이 반대로 되도록 삽입하여 제작하고;

상기 DPF열화단계 이후 상기 CPF시험샘플의 제작시에, 상기 DPF의 전방부 및 후방부의 방향을 반대로 환원하여 조립하는 것이 바람직하다.

상기 DPF열화단계에 사용되는 DPF시험샘플은

상기 DPF의 상류측과 하류측에 각각 온도센서를 구비하고;

상기 DPF열화단계 수행시, 상기 엔진의 연료량 및 연료분사시기를 상기 온도센서들의 신호를 받아 피이드백제어 하는 것이 바람직하다.

상기 CPF시험샘플에 장착되는 DOC는

상기 DPF와는 별도로 상류측과 하류측에 각각 온도센서를 구비한 상태로 엔진의 배기관에 장착된 후, 상기 엔진을 DOC의 재생시 일어날 수 있는 온도로 열화시키는 DOC열화조건에 따라 운전하여 열화시킨 것을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 배기분배기는 DOC를 이루는 구조물로 이루어지되 촉매코팅이 배제된 것을 사용할 수 있다.

본 발명은 CPF의 경년열화에 따른 내구성을 미리 시험함에 있어서, DPF를 인 위적으로 열화시키는 조건을 보다 실제 상황에 맞게 모사하도록 함으로써, 보다 정확한 CPF의 경년열화에 따른 내구성 시험결과를 얻어 낼 수 있도록 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명 실시예는 DPF의 전방 DOC 설치위치에 DOC와 동일한 구조의 배기가스 유동 통로를 구비한 배기분배기(5)를 장착하여 DPF시험샘플(1)을 형성하는 DPF샘플제작단계(S101)와; 상기 DPF시험샘플(1)을 엔진의 배기관에 장착하고, 상기 엔진을 DPF를 열화시키기에 적합한 DPF열화조건에 따라 운전하여, 상기 DPF시험샘플(1)의 DPF를 열화시키는 DPF열화단계(S103)와; 상기 DPF시험샘플(1)의 배기분배기(5)를 제거하고, 별도로 열화된 DOC로 대체하여 CPF시험샘플(3)을 형성하는 CPF샘플제작단계(S105)와; 상기 CPF시험샘플(3)을 엔진의 배기관에 장착하고, 상기 엔진을 운전하면서 상기 CPF시험샘플(3)을 측정 및 평가하는 시험완료단계(S107)를 포함하여 구성된다.

즉, CPF시험샘플(3)을 제작하기 전에, 미리 DPF시험샘플(1)과 DOC시험샘플(7)을 각각 만들어서 각각의 열화조건에 따라 열화시킨 후, 상기 열화된 DPF와 DOC를 상기 CPF시험샘플(3)로 조립하여 엔진의 배기관에 장착한 상태에서 CPF시험샘플(3)의 각종 특성을 측정하도록 하되, 상기 DPF시험샘플(1)의 전방에는 배기분배기(5)를 장착하여 배기가스의 유동이 실제 DOC가 장착된 경우와 동일한 양상을 가지도록 한 상태에서 상기 DPF열화단계(S103)를 수행하도록 함으로써, DPF의 온도구배 저하로 DPF의 크랙 발생을 억제하도록 한 것이다.

상기 DPF샘플제작단계(S101)에서 상기 DPF시험샘플(1)은 그 내부의 DPF를 상기 CPF시험샘플(3)에 조립되는 방향과 전방부 및 후방부의 방향이 반대로 되도록 삽입하여 제작하고, 상기 DPF열화단계(S103) 이후 상기 CPF시험샘플(3)의 제작시에는 상기 DPF의 전방부 및 후방부의 방향을 반대로 환원하여 조립한다.

즉, 도 2에 비교하여 도시된 바와 같이, DPF시험샘플(1)과 CPF시험샘플(3)은 DPF가 서로 반대방향으로 조립되어 있으며, 상기 DPF시험샘플(1)의 전방에는 물론 상기 배기분배기(5)가 구비되어 있고, 이와 대비하여 상기 CPF시험샘플(3)의 전방에는 후술하는 별도의 과정을 통해 열화된 DOC가 조립된 구조이다.

따라서, 상기 DPF는 DPF열화단계(S103)에서 열화 과정의 특성상 DPF의 상류측인 DPF의 후방부에서 최고 온도가 형성되는 상태로 열화가 이루어지고, 상기 시험완료단계(S107)에서는 상기 DPF열화단계(S103)에서 열화되는 과정 동안에 최고 온도가 형성되던 DPF의 후방부가 DPF의 하류측으로 환원되어 위치함으로써, 실제차량의 경년열화 상태를 보다 근사하게 모사할 수 있게 된다.

여기서, 상기 배기분배기(5)는 DOC를 이루는 구조물로 이루어지되 촉매코팅이 배제된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 즉, DOC를 제작하는 과정에서 촉매를 코팅하기 직전의 반제품인 구조물을 사용하면, 값비싼 촉매는 사용하지 않으면서, 실제 DOC를 통과하는 배기가스유동을 형성하여 상기 DPF로 공급할 수 있기 때문이다.

상기 DPF열화단계(S103)에 사용되는 DPF시험샘플(1)은 도 3에 도시된 바와 같이 상기 DPF의 상류측과 하류측에 각각 온도센서(9)를 구비하고, 상기 DPF열화단계(S103) 수행시, 도 4에 설명된 바와 같이, 상기 엔진의 연료량 및 연료분사시기를 상기 온도센서(9)들의 신호를 받아 피이드백제어 하여, 상기 DPF를 인위적으로 열화시킨다. 즉, 상기 DPF를 열화시키려면 DPF의 재생시 일어날 수 있는 온도조건으로 열화시켜준다.

한편, 상기 CPF시험샘플(3)에 장착되는 DOC도 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 DPF와는 별도로 상류측과 하류측에 각각 온도센서(9)를 구비한 상태로 엔진의 배기관에 장착된 후, 상기 엔진을 DOC를 열화시키기에 적합한 DOC열화조건에 따라 운전하여 열화시키며, 역시 도 6에 설명된 바와 같이 엔진의 ECU가 연료량과 연료분사시기를 상기 온도센서(9)들의 신호를 받아 피이드백제어 하여 인위적인 DOC열화를 수행한다. 즉, 상기 DOC를 열화시키려면 DOC의 재생시 일어날 수 있는 온도조건으로 열화시켜준다.

상기와 같이 각각 엔진의 배기관에 장착되어 피이드백 제어에 의해 인위적인 열화과정을 거친 DPF와 DOC를 조립하여 상기한 바와 같이 CPF시험샘플(3)로 형성한 후 엔진의 배기관에 장착하면, 실제 차량에 장착되어 경년열화된 CPF의 상태를 상기 CPF시험샘플(3)로부터 근사적으로 측정 및 평가할 수 있게 되며, 그 결과는 다시 CPF의 설계에 반영되어 시장에서 요구되는 품질의 CPF를 제작할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 디젤엔진의 배기가스 정화장치 시험방법을 설명한 순서도,

도 2는 DPF시험샘플과 CPF시험샘플을 비교하여 도시한 도면,

도 3은 DPF시험샘플에 온도센서가 설치된 상태를 도시한 도면,

도 4는 DPF열화단계의 피이드백제어를 설명한 도면,

도 5는 DOC시험샘플에 온도센서가 설치된 상태를 도시한 도면,

도 6은 DOC를 열화시키는 피이드백제어를 설명한 도면,

도 7은 종래의 CPF 장착 상태를 설명한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>

1; DPF시험샘플 3; CPF시험샘플

5; 배기분배기 7; DOC시험샘플

9; 온도센서

S101; DPF샘플제작단계

S103; DPF열화단계

S105; CPF샘플제작단계

S107; 시험완료단계

Claims

DPF의 전방 DOC 설치위치에 DOC와 동일한 구조의 배기가스 유동 통로를 구비한 배기분배기를 장착하여 DPF시험샘플을 형성하는 DPF샘플제작단계와;

상기 DPF시험샘플을 엔진의 배기관에 장착하고, 상기 엔진을 DPF의 재생시 일어날 수 있는 온도로 열화시키는 DPF열화조건에 따라 운전하여, 상기 DPF시험샘플의 DPF를 열화시키는 DPF열화단계와;

상기 DPF시험샘플의 배기분배기를 제거하고, 별도로 열화된 DOC로 대체하여 CPF시험샘플을 형성하는 CPF샘플제작단계와;

상기 CPF시험샘플을 엔진의 배기관에 장착하고, 상기 엔진을 운전하면서 상기 CPF시험샘플을 측정 및 평가하는 시험완료단계;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기가스 정화장치 시험방법.
청구항 1에 있어서,

상기 DPF샘플제작단계에서 상기 DPF시험샘플은 그 내부의 DPF를 상기 CPF시험샘플에 조립되는 방향과 전방부 및 후방부의 방향이 반대로 되도록 삽입하여 제작하고;

상기 DPF열화단계 이후 상기 CPF시험샘플의 제작시에, 상기 DPF의 전방부 및 후방부의 방향을 반대로 환원하여 조립하는 것

을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기가스 정화장치 시험방법.
청구항 2에 있어서, 상기 DPF열화단계에 사용되는 DPF시험샘플은

상기 DPF의 상류측과 하류측에 각각 온도센서를 구비하고;

상기 DPF열화단계 수행시, 상기 엔진의 연료량 및 연료분사시기를 상기 온도센서들의 신호를 받아 피이드백제어 하는 것

을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기가스 정화장치 시험방법.
청구항 3에 있어서, 상기 CPF시험샘플에 장착되는 DOC는

상기 DPF와는 별도로 상류측과 하류측에 각각 온도센서를 구비한 상태로 엔진의 배기관에 장착된 후, 상기 엔진을 DOC의 재생시 일어날 수 있는 온도로 열화시키는 DOC열화조건에 따라 운전하여 열화시킨 것을 사용하는 것

을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기가스 정화장치 시험방법.
청구항 4에 있어서,

상기 배기분배기는 DOC를 이루는 구조물로 이루어지되 촉매코팅이 배제된 것

을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기가스 정화장치 시험방법.