KR101389777B1

KR101389777B1 - 급가속 대응용 경유 차량 매연 저감 장치

Info

Publication number: KR101389777B1
Application number: KR1020080011199A
Authority: KR
Inventors: 김진홍; 김성환; 정홍석; 김용우; 이상민; 오승훈; 박세익; 민준석
Original assignee: 에스케이이노베이션 주식회사
Priority date: 2008-02-04
Filing date: 2008-02-04
Publication date: 2014-04-29
Also published as: WO2009099297A2; WO2009099297A3; KR20090085352A

Abstract

본 발명은 파셜 DPF(Partial Diesel Particulate Filter, 이하 pDPF라 칭함) 장치에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 정속 주행 시 발생하는 입자상물질 제거에 최적으로 설계된 금속 필터에, 부피를 크게 증가시키지 않으면서도 급가속 조건 시 분출 특성이 최소화되는 구조로 된 추가 필터를 구비하는 급가속 대응용 경유 차량 매연 저감 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 급가속 대응용 경유 차량 매연 저감 장치는, 디젤 엔진의 배기 통로에 삽입되는 배기 정화 장치에 있어서, 촉매 반응을 사용하여 CO, THC, NOx, SOF를 포함하는 배기가스 내 유해 물질의 일부를 제거하는 산화 촉매(200); 메인 필터(110) 및 상기 메인 필터(110)의 외주 상에 구비되는 보강 필터(120)를 포함하여 이루어지며, 수트를 포함하는 배기가스 내 유해 물질의 일부를 제거하는 복합 필터(100); 및 상기 산화 촉매(200) 및 상기 복합 필터(100)를 일체로 또는 각각 수용하는 케이스; 를 포함하여 이루어지며, 상기 산화 촉매(200) 및 상기 복합 필터(100)가 배기가스의 흐름에 대해 상류로부터 순차적으로 배치되어 구비되는 것을 특징으로 한다.

DPF, pDPF, 보강 필터, 유로 변경, 부피

Description

급가속 대응용 경유 차량 매연 저감 장치 {A Partial Diesel Particulate Filter System for Radical Accelerating}

본 발명은 파셜 DPF(Partial Diesel Particulate Filter, 이하 pDPF라 칭함) 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 급가속 주행 시 분출(blow-out) 특성을 최대한 억제함으로써 매연 배출을 최소화할 수 있는 고성능의 파셜 DPF 장치에 관한 것이다.

자동차의 내연기관은 일반적으로 가솔린 연료 또는 디젤 연료를 사용하여 작동하는데, 디젤 자동차의 배기가스에 다량 포함되어 있는 질소산화물(NOx)과 입자상물질(PM, Particulate Matter)은 총 대기오염의 40%를 차지 할 정도로 대기오염의 주범으로 인식되며, 그 때문에 디젤 자동차의 생산 시에는 환경적 규제가 엄격하게 적용되고 있다. 그러나 고유가 시대에 있어서 종래의 가솔린 자동차에 비해 보다 효율이 좋은 디젤 자동차가 각광받아 가고 있으며, 이에 따라 디젤 자동차의 생산에 비례하여 발생하는 대기오염물질의 배출량을 줄이기 위하여 선진 각국에서는 디젤 엔진의 배기가스 오염물질 포함량에 대한 규제를 점점 강화시켜 가고 있는 추세이다.

이와 같이 내연기관의 배출가스 규제를 만족시키기 위한 대응기술로는 연료의 개선ㆍ연소 방법의 개선ㆍ엔진의 개량 등 오염물질이 원천적으로 적게 발생하도록 하는 데 목적이 있는 전처리 기술과, 배기가스 배출구에 장착하여 발생된 배기가스를 정화하는 후처리 기술로 나뉜다. 각 분야에서 꾸준한 연구와 개발이 이루어지고 있으나 현재로서는 후처리 기술이 상용화에 보다 유리하다고 평가되고 있고, 따라서 후처리 기술에 대하여 보다 많은 연구ㆍ개발이 이루어지고 있는 실정이다. 이러한 후처리 기술로는, (1) 입자상물질(PM)중 미연소 탄화수소(CO)를 정화하기 위한 산화 촉매, (2) 입자상물질(PM)을 필터로 걸러주는 입자상물질 제거용 필터(Diesel Particulate Filter; 이하 'DPF'라 함), (3) 환원 분위기 하에서 질소산화물(NOx)을 분해 또는 환원하는 DeNOx 촉매 시스템 등이 있는데, 현재에는 상술한 여러 가지 기술들을 효과적으로 조합한 시스템, 즉 예를 들면 촉매 필터를 구비하는 DPF 시스템 등과 같은 하이브리드형 후처리 장치들이 널리 사용되고 있다.

도 1은 종래에 2종 저감 장치(입자상 물질의 저감율이 50%이상으로 규정된 저감 장치)에 일반적으로 많이 사용되는 배기 정화 장치의 한 예시를 도시하고 있다. 배기가스는 도 1에 화살표로 표시된 방향으로 유통되는데, 먼저 산화 촉매(Diesel Oxidation Catalyst, 200')를 통과하면서 CO, THC(총탄화수소), NOx, SOF(용해성유해 물질) 등이 일부 제거되며, 수트(soot)도 일부 제거된다. 상기 산화 촉매(200)에서는 촉매 반응을 이용하여 유해 물질들을 분해함으로써 제거한다. 따라서 대부분의 산화 촉매(200)의 경우 다른 유해 물질들(CO, THC, NOx, SOF)은 거의 제거하지만 수트의 제거율은 그다지 높지 않다. 보다 상세히 설명하자면, 산화 촉매로 세라믹 허니컴을 사용하는 경우에는 수트가 제거되지 않으며, 금속 재질의 촉매지지체를 사용하는 경우에는 지지체의 내부 구조의 설계 시 촉매 지지체로서의 기능과 더불어 수트의 저감 기능을 동시에 가지도록 만들 수 있다. 이후 금속 필터(100')를 통과하면서 나머지의 유해 물질들 및 수트의 대부분이 제거되게 된다.

각 유해 물질들이 전체 배기 정화 장치를 통과하면서 저감되는 비율을 100%로 했을 때, Full DPF(1종 저감 장치)는 저감 비율이 100%에 가까우며, pDPF(2종 저감 장치)는 저감 비율이 50~70% 정도이다. pDPF는 Full DPF와 대비하였을 때 필터가 개방형 구조로 되어 있기 때문에 PM의 일부를 배출하게 되어 있다.

평균적인 엔진 회전수(revolution per minute, RPM)를 가지는 정속 주행 시에는 배기가스의 유량이 작아 필터 용량이 작아도 올바른 성능을 발휘할 수 있다. 다시 말하면, 일반적으로 필터를 설계할 때 정속 주행 시임을 가정하고 그 상황에서의 환경에 맞추어 필터를 설계하기 때문에, 당연히 정속 주행 시에는 설계한 대로의 성능을 얻을 수 있게 된다.

그런데, 운전 도중에는 급가속 등의 이유로 엔진 회전수가 갑자기 높아지면, 배기가스 유량이 일시적으로 급격하게 증가하는 경우가 종종 발생한다. 이러한 경우는 정속 주행 시와는 환경이 전혀 달라지는 특수 환경으로서, 정속 주행 시에 최적으로 설계된 pDPF의 경우 급격히 많아진 배기가스 유량을 다 처리할 용량이 되지 못하여 제대로 포집 성능을 발휘하지 못하게 된다. 무엇보다도, 특히 이러한 경우에는 배기가스 유량 및 유속의 순간적인 증가로 인하여 pDPF 상에 포집되어 있던 매연이 오히려 털려서 배출되는 현상(blow-out)이 발생하게 되어, 매연의 배출이 늘어나게 되는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 방지하기 위하여, 급가속 시에도 매연의 배출량이 급증하지 않도록 하는 pDPF를 설계하고자 하는 경우, 종래의 pDPF의 구조를 그대로 둔 채 설계를 하게 되면 pDPF의 크기가 과도하게 커지게 된다. 즉 구체적인 예를 들면, 정속 주행 시에는 1의 부피를 가지는 필터로 충분한 저감율을 발휘할 수 있지만 급가속 등의 경우에 과도하게 발생되는 유량을 처리하기 위해서는 필터의 크기가 2 가량이 되어야 한다. 이 경우, 실제로는 정속 주행을 하는 시간이 훨씬 긴데도 불구하고 가끔 발생하는 급가속 시의 문제점을 대비하기 위하여 정속 주행 시에 쓸데없이 지나치게 큰 필터를 사용해야만 한다는 문제점이 있다. 더불어 필터 부피의 증가로 인하여, 장치 제작 비용의 상승, 장치 장착 시 배기 압력의 과도한 상승으로 인한 차량 출력 저하, 연비 저하 등의 문제점이 부가적으로 발생하게 된다.

즉 종래의 pDPF 구조로는 정속 주행 시 및 급가속 시 모두에 있어서 만족스러운 매연 저감 효과를 얻는 것이 불가능하다는 점이 꾸준히 지적되어 왔다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 정속 주행 시 발생하는 입자상물질 제거에 최적으로 설계된 금속 필터에, 부피를 크게 증가시키지 않으면서도 급가속 조건 시 분출 특성이 최소화되는 구조로 된 추가 필터를 구비하는 급가속 대응용 경유 차량 매연 저감 장치를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 급가속 대응용 경유 차량 매연 저감 장치는, 디젤 엔진의 배기 통로에 삽입되는 배기 정화 장치에 있어서, 촉매 반응을 사용하여 CO, THC, NOx, SOF를 포함하는 배기가스 내 유해 물질의 일부를 제거하는 산화 촉매(200); 메인 필터(110) 및 상기 메인 필터(110)의 외주 상에 구비되는 보강 필터(120)를 포함하여 이루어지며, 수트를 포함하는 배기가스 내 유해 물질의 일부를 제거하는 복합 필터(100); 및 상기 산화 촉매(200) 및 상기 복합 필터(100)를 일체로 또는 각각 수용하는 케이스; 를 포함하여 이루어지며, 상기 산화 촉매(200) 및 상기 복합 필터(100)가 배기가스의 흐름에 대해 상류로부터 순차적으로 배치되어 구비되는 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 보강 필터(120a)는 파이프 형상으로 형성되어 상기 메인 필터(110)가 수용되는 상기 케이스의 외주 내부에 삽입 고정되며, 상기 케이스 쪽의 외면에 홈 형상으로 된 다수 개의 가스 유통로(122a)가 형성된 필터 지지대(121a)와, 바 형상으로 형성되어 상기 가스 유통로(122a)에 각각 수용되는 다수 개의 필터 바(123a)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또는, 상기 보강 필터(120b)는 상기 메인 필터(110)가 수용되는 상기 케이스의 외측에 외주면을 따라 다수 개 구비되는 외측 가스 유통로(121b)와, 상기 가스 유통로(121b)에 각각 수용되는 다수 개의 필터 파트(122b)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 메인 필터(110) 및 상기 보강 필터(120)는 각각 금속 박판의 성형체, 금속 와이어 메쉬, 금속 마이크로파이버(microfiber)의 성형체, 금속 와이어 성형체, 금속 폼(foam), 금속 마이크로파이버를 신터링(sintering)한 금속 판재의 성형체 또는 금속 판재와 금속 박판으로 이루어진 성형체를 포함하는 금속제 또는 full DPF의 플러깅(plugging)에 미세 구멍을 낸 세라믹 성형체, 세라믹 파이버의 성형체, 세라믹 폼을 포함하는 세라믹제 중에서 선택되는 어느 하나의 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 보강 필터(120)는 상기 메인 필터(110)과 동일한 재질로 이루어지거나, 또는 상기 메인 필터(110)를 이루는 재질보다 단위 부피당 저감율이 높은 재질로서, 금속 박판의 성형체, 금속 와이어 메쉬, 금속 마이크로파이버(microfiber)의 성형체, 금속 와이어 성형체, 금속 폼(foam), 금속 마이크로파이버를 신터링(sintering)한 금속 판재의 성형체 또는 금속 판재와 금속 박판으로 이루어진 성형체를 포함하는 금속제 또는 full DPF의 플러깅(plugging)에 미세 구멍을 낸 세라믹 성형체, 세라믹 파이버의 성형체, 세라믹 폼을 포함하는 세라믹제 중에서 선택되는 어느 하나의 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 급가속 대응용 경유 차량 매연 저감 장치는 상기 복합 필터(100)의 상류 측에 상기 메인 필터(110) 및 상기 보강 필터(120)로 유입되는 배기가스의 유량을 조절하는 유로 변경 수단(130)이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 유로 변경 수단(130)은 상기 산화 촉매(200) 및 상기 복합 필 터(100) 사이에 구비되거나, 또는 상기 산화 촉매(200)의 상류 측에 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유로 변경 수단(130)은 상기 산화 촉매(200)의 상류 측의 배기가스 통로 상에 구비되며, 상기 복합 필터(100) 쪽으로 유입되는 배기가스를 상기 메인 필터(110) 쪽으로 흐르는 유동과 상기 보강 필터(120) 쪽으로 흐르는 유동으로 분리하는 분리 유로(131)와, 상기 분리 유로(131)와 상기 배기가스 통로 사이에 구비되어, 상기 보강 필터(120) 쪽으로의 유통로를 개폐하는 밸브(132)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 밸브(132)는 정속 주행 시에는 상기 보강 필터(120) 쪽으로의 유통로를 폐쇄하고, 급가속 주행 시에는 상기 보강 필터(120) 쪽으로의 유통로를 개방하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 pDPF는, 종래에 정속 주행 시에 발생되는 상대적으로 적은 유량의 배기가스를 처리하기 적절한 부피를 가지는 pDPF와 비교하여 부피가 크게 증가하지 않으면서도, 급가속 시에 발생되는 대량의 배기가스를 효과적으로 배출함으로써 분출(blow-out) 현상을 최대한 방지할 수 있는 큰 효과가 있다. 분출 현상의 방지로 매연 저감 효율이 높아질 뿐만 아니라, (급가속 시 배출되는 대량의 배기가스를 소화하기 위해) 지나치게 큰 pDPF를 구비할 경우 오히려 배기 압력이 과도하게 상승하여 차량의 출력이 저하되는 문제점을 원천적으로 배제할 수 있다. 물론 이에 따라 기존의 pDPF가 장착되는 부분에 단지 pDPF를 본 발명에 의한 pDPF로 교체하는 것만으로 쉽게 설치가 가능하여, pDPF 설치 구조를 바꾸지 않아도 되어 설치자의 편의성이 증대되며 교체 비용이 저감되는 효과 또한 있다.

이와 같이 (급가속 시 배출되는) 대량의 배기가스를 소화할 수 있으면서도 pDPF의 부피가 크게 증가하지 않음으로써 pDPF의 무게 역시 크게 증가하지 않고, 따라서 자동차 자체의 연비에 끼치는 악영향이 최소화된다. 물론 장치의 크기가 줄어듦으로써 제작비용 역시 감소하게 되는 경제적 효과 또한 있다.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 급가속 대응용 경유 차량 매연 저감 장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 2는 종래의 pDPF를 도시한 것으로, 도 2(A)는 정속 주행 시 PM 저감율을 50 ~ 70%로 유지하기 위해 필요한 파셜 필터(100')의 크기를 도시한 것이다. 그런데, 상기 종래의 파셜 필터(100')를 사용할 경우 상술한 바와 같이 정속 주행 시, 즉 엔진의 rpm이 낮을 경우에는 50 ~ 70%의 PM 저감율을 유지할 수 있으나, 급가속 또는 언덕길 주행 시와 같이 rpm이 급격히 높아질 경우 배기가스 양 역시 급격히 증가하게 되며, 따라서 상기 도 2(A)에 도시된 종래의 파셜 필터(100')로는 이와 같은 대량의 배기가스를 소화시킬 수 없다. 급가속 등의 경우 일반적으로 정속 주행 시에 배출되는 배기가스 양의 2배 이상의 배기가스가 발생된다는 사실이 잘 알려져 있으므로, 종래의 파셜 필터(100')로 대량의 배기가스를 소화하기 위해서는 도 2(B)에 도시된 바와 같이 2배 이상 부피가 커진 파셜 필터(100')를 사용해야만 한다. 그러면 상기 파셜 필터(100')에 포집되는 매연의 절대량 자체가 많아지게 되며, 따라서 산화 촉매(200)도 도 2(A)에서 도 2(B)에 도시된 바와 같이 용량을 증가시켜야만 해서, pDPF 자체의 부피가 매우 커지게 된다. 이에 따라 제작 비용 상승, 차량 출력 저하, 연비 불량 등의 문제점이 발생하게 되는 것이다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 도 3에 도시된 바와 같은 pDPF를 제시한다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 pDPF는 산화 촉매(200)와 복합 필터(100)가 배기가스의 흐름 방향에 나란하게 순차적으로 배열되어 이루어지되, 종래의 50 ~ 70% 정도의 저감율을 보이는 pDPF와 동일한 부피를 가진다. 이 때, 상기 복합 필터(100)는 메인 필터(110) 및 보강 필터(120)를 포함하여 이루어지며, 또한 상기 복합 필터(100)의 상류 측에는 배기가스의 흐름을 조절하는 유로 변경 수단(130)이 더 구비되는 것이 바람직하다.

상기 메인 필터(110)는 종래의 파셜 필터(100')와 동일한 필터로서, 금속 박판의 성형체, 금속 와이어 메쉬, 금속 마이크로파이버(microfiber)의 성형체, 금속 와이어 성형체, 금속 폼(foam), 금속 마이크로파이버를 신터링(sintering)한 금속 판재의 성형체 또는 금속 판재와 금속 박판으로 이루어진 성형체 등과 같은 다양한 형태의 금속제로 될 수도 있으며, 또는 full DPF의 플러깅(plugging)에 미세 구멍을 낸 세라믹 성형체, 세라믹 파이버의 성형체, 세라믹 폼 등과 같은 다양한 형태의 세라믹제로 될 수도 있다.

상기 보강 필터(120)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 메인 필터(110)의 외주 상에 구비된다. 상기 보강 필터(120)는 상기 메인 필터(110)와 동일한 재질로 되어 있거나, 또는 다른 재질로 되어 있어도 무방하다. 보다 구체적으로 설명하자면, 상기 보강 필터(120)는 상기 메인 필터(110)와 동일한 단위 부피당 저감율을 가지는 재질을 사용하여도 무방하며, 또는 상기 메인 필터(110)보다 높은 단위 부피당 저감율을 가지는 재질을 사용하여도 무방하다. 물론 상기 보강 필터(120)의 단위 부피당 저감율이 상기 메인 필터(110)의 단위 부피당 저감율보다 높은 것이 바람직한데, 도시된 바와 같이 상기 보강 필터(120)의 부피는 상기 메인 필터(110)에 비해 상대적으로 작기 때문이다. 상기 보강 필터(120)의 구체적인 구조에 대해서는 하기에 보다 상세히 설명한다.

상기 유로 변경 수단(130)은 상기 메인 필터(110) 및 상기 보강 필터(120)로 유입되는 배기가스의 유량을 조절하는 역할을 한다. 예를 들어, 정속 주행 시(즉 rpm 및 배기가스 유량이 적은 평소 상태)에는 배기가스가 상기 메인 필터(110)로만 통과하게 하고 상기 보강 필터(120)로의 흐름을 차단하도록 하다가, 급가속 등과 같은 경우(즉 rpm 및 배기가스 유량이 급격히 증가하는 상태)에는 배기가스를 상기 메인 필터(110) 및 상기 보강 필터(120) 모두로 흘러가게 하는 등과 같이 제어할 수 있다. 상기 유로 변경 수단(130)의 구체적인 구조에 대해서도 하기에 보다 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 보강 필터의 실시예이다. 먼저 도 4(A)에는 상기 메인 필 터(110)가 구비되는 케이스의 내부에 구비되는 보강 필터의 제1실시예(120a)를 도시하고 있다. 케이스의 내부에 구비되는 보강 필터(120a)는, 상기 케이스의 외주 내부에 삽입 고정되는 파이프 형상의 필터 지지대(121a)와, 상기 필터 지지대(121a) 상에 형성된 다수 개의 가스 유통로(122a) 내부에 각각 구비되는 필터 바(123a)를 포함하여 이루어진다.

상기 필터 지지대(121a)는 도시된 바와 같이 상기 케이스의 외주 내부에 딱 맞는 형상으로 되어 있어, 상기 필터 지지대(121a) 외측에 홈 형상으로 형성되어 있는 상기 가스 유통로(122a)와 상기 케이스의 외주 내부 면이 빈 공간을 이루게 된다. 이와 같이 형성된 다수 개의 빈 공간에 상기 필터 바(123a)가 각각 수용됨으로써, 배기가스가 상기 필터 바(123a)를 통과함으로써 매연이 걸러지게 된다.

도 4(B)는 상기 메인 필터(110)가 구비되는 케이스의 외부에 구비되는 보강 필터의 제2실시예(120b)를 도시하고 있다. 케이스의 외부에 구비되는 보강 필터(120b)는, 상기 케이스의 외측에 외주면을 따라 구비되는 다수 개의 외측 가스 유통로(121b) 및 상기 가스 유통로(121b) 내부에 각각 구비되는 필터 파트(122b)를 포함하여 이루어진다. 상기 보강 필터(120b) 역시 도 4(A)에 도시된 보강 필터(120a)와 비슷한 방법으로 배기가스가 상기 필터 파트(122b)를 통과함으로써 매연이 걸러지게 된다.

상기 도 4에 도시된 상기 보강 필터(120)의 두 실시예(120a, 120b)로 보아 알 수 있듯이, 본 발명에 의한 보강 필터(120)는 상기 메인 필터(110)의 부피를 크게 벗어나지 않는 범위 내의 부피로 형성된다. pDPF는 일반적으로 차량 내부의 배 기가스 배출 파이프 상에 구비되는데, 따라서 본 발명의 pDPF는 기존에 사용되는 pDPF의 부피보다 크게 증가하지 않은 부피를 가지게 되며, 따라서 기존에 사용되는 pDPF가 구비되던 부분에 본 발명에 의한 pDPF를 용이하게 구비시킬 수 있다. 즉, 종래의 pDPF 구조에 의하면 급가속 시 매연 저감율을 높이려면 pDPF 자체의 부피가 2배 이상 증가하기 때문에 배출 파이프 상에 pDPF를 구비시키기 위한 구조 또한 바꾸어 주어야 하여 설치가 번거로웠던 문제점이 있었으나, 본 발명의 pDPF는 이러한 문제점을 일부 극복할 수 있게 된다.

도 5는 본 발명의 유로 변경 수단의 한 실시예를 도시하고 있다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 유로 변경 수단(130)은 상기 복합 필터(100)의 상류 측에 구비되어 상기 메인 필터(110) 및 상기 보강 필터(120)로 유입되는 배기가스의 유량을 조절하며, 상기 산화 촉매(200) 및 상기 복합 필터(100) 사이에 구비되거나, 또는 상기 산화 촉매(200)의 상류 측에 구비될 수 있다. 도 3에서는 상기 유로 변경 수단(130)이 상기 산화 촉매(200) 및 상기 복합 필터(100) 사이에 구비되는 실시예를 도시하였으나, 도 5에서는 상기 유로 변경 수단(130)이 상기 산화 촉매(200)의 상류 측, 즉 배기가스 통로 상에 구비되는 실시예를 도시하고 있다.

도 5에 도시된 유로 변경 수단(130)의 실시예에 대해 보다 상세히 설명한다. 상기 유로 변경 수단(130)은, 분리 유로(131) 및 밸브(132)로 구성된다. 상기 분리 유로(131)는 상기 복합 필터(100) 쪽으로 유입되는 배기가스를 상기 메인 필터(110) 쪽으로 흐르는 유동과 상기 보강 필터(120) 쪽으로 흐르는 유동으로 분리 한다. 상기 밸브(132)는 상기 보강 필터(120) 쪽으로의 유통로를 개폐하는 기능을 가진다. 도 5는 단면도를 도시하고 있어 상기 밸브(132)를 편의상 도 5에서와 같이 도시하였으나, 정면에서 볼 때 상기 밸브(132)는 원주 형상을 하고 있으므로, 상기 밸브(132)는 실제로는 조리개 형태 등과 같은 형상으로 구현될 수 있다.

정속 주행 시에는 배기가스의 발생량이 상대적으로 적기 때문에 (종래 pDPF의 필터와 동일한 부피인) 상기 메인 필터(110)만으로도 효과적으로 매연을 저감할 수 있다. 따라서 이 때에는 상기 밸브(132)가 상기 보강 필터(120) 쪽으로의 유통로를 폐쇄하게 된다. 한편, 급가속 시와 같이 배기가스의 발생량이 급격하게 증가하는 경우, 상기 메인 필터(110)만으로는 매연 저감이 충분히 이루어지지 않을 뿐만 아니라 매연의 분출(blow-out) 현상이 일어날 가능성이 있으므로, 이 경우에는 상기 밸브(132)를 개방하여 상기 보강 필터(120)로도 배기가스가 흘러갈 수 있도록 한다. 이와 같이 밸브(132)를 동작시킴으로써, 정속 주행 시에는 종래와 동일한 매연 저감 효과를 얻을 수 있으며, 급가속 시에는 상기 밸브(132)를 열어 일시적으로 pDPF의 용량을 증가시켜 줌으로써 보강 필터(120)에 의해 대량의 배기가스를 소화할 수 있게 되어 높은 매연 저감 효과를 얻을 뿐만 아니라 상기 메인 필터(110)에서의 분출 현상을 방지할 수도 있게 된다.

도 6은 종래 및 본 발명의 pDPF의 부피를 비교하여 도시한 그래프이다. 위의 그래프는 산화 촉매 부분의 부피를, 아래쪽의 그래프는 필터 부분의 부피를 비교하고 있다. 각 그래프에서, A는 정속 주행 시 요구 저감율(즉 pDPF의 경우 50 ~ 70% 정도의 매연 저감율)을 충족시킬 수 있는 종래 구조의 pDPF에서의 산화 촉매 또는 필터의 부피를, B는 급가속 주행 시 요구 저감율을 충족시킬 수 있는 A와 동일한 종래 구조의 pDPF에서의 산화 촉매 또는 필터의 부피를, C는 급가속 주행 시 요구 저감율을 충족시킬 수 있는 본 발명에 의한 구조의 pDPF에서의 산화 촉매 또는 필터의 부피를 각각 나타낸다.

도시된 바와 같이, 종래 구조의 pDPF의 경우 정속 주행 시 요구 저감율을 만족시킬 수 있는 부피 A와 비교하였을 때 급가속 주행 시 요구 저감율을 만족시킬 수 있는 부피 B는 A의 2배로 증가하는 것을 알 수 있다. 그러나, 본 발명에 의한 pDPF는 요구 저감율을 만족시킬 수 있는 부피 C는 B보다 현저히 작고 A에 가깝게 나오게 된다. 물론 도 6은 하나의 실험 결과일 뿐으로, 상기 부피 C는 상기 보강 필터의 구조에 따라 더욱 줄어들 수 있다. 즉 실제로 본 발명에 의한 pDPF는 자체 부피가 크게 증대되지 않으면서도 정속 주행 시 및 급가속 주행 시 모두의 경우에서 효과적으로 매연을 저감할 수 있음을 알 수 있다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

도 1은 종래의 pDPF의 여러 가지 실시예.

도 2는 종래의 pDPF.

도 3은 본 발명의 pDPF.

도 4는 본 발명의 보강 필터의 실시예.

도 5는 본 발명의 유로 변경 수단의 실시예.

도 6은 종래 및 본 발명의 pDPF의 부피 비교.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

100': (종래의) 파셜 필터

100: (본 발명의) 복합 필터

110: 메인 필터 120: 보강 필터

120a: 보강 필터의 제1실시예 121a: 필터 지지대

122a: 가스 유통로 123a: 필터 바

120b: 보강 필터의 제2실시예

121b: 외측 가스 유통로 122b: 필터 파트

130: 유로 변경 수단

131: 분리 유로 132: 밸브

200: 산화 촉매

Claims

디젤 엔진의 배기 통로에 삽입되는 배기 정화 장치에 있어서,

촉매 반응을 사용하여 CO, THC, NOx, SOF를 포함하는 배기가스 내 유해 물질의 일부를 제거하는 산화 촉매(200);

메인 필터(110) 및 상기 메인 필터(110)의 외주 상에 구비되는 보강 필터(120)를 포함하여 이루어지며, 수트를 포함하는 배기가스 내 유해 물질의 일부를 제거하는 복합 필터(100); 및

상기 산화 촉매(200) 및 상기 복합 필터(100)를 일체로 또는 각각 수용하는 케이스;

을 포함하여 이루어지며, 상기 산화 촉매(200) 및 상기 복합 필터(100)가 배기가스의 흐름에 대해 상류로부터 순차적으로 배치되어 구비되는 것을 특징으로 하는 급가속 대응용 경유 차량 매연 저감 장치.
제 1항에 있어서, 상기 보강 필터(120a)는

파이프 형상으로 형성되어 상기 메인 필터(110)가 수용되는 상기 케이스의 외주 내부에 삽입 고정되며, 상기 케이스 쪽의 외면에 홈 형상으로 된 다수 개의 가스 유통로(122a)가 형성된 필터 지지대(121a)와,

바 형상으로 형성되어 상기 가스 유통로(122a)에 각각 수용되는 다수 개의 필터 바(123a)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 급가속 대응용 경유 차량 매연 저감 장치.
제 1항에 있어서, 상기 보강 필터(120b)는

상기 메인 필터(110)가 수용되는 상기 케이스의 외측에 외주면을 따라 다수 개 구비되는 외측 가스 유통로(121b)와,

상기 가스 유통로(121b)에 각각 수용되는 다수 개의 필터 파트(122b)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 급가속 대응용 경유 차량 매연 저감 장치.
제 1항에 있어서, 상기 메인 필터(110) 및 상기 보강 필터(120)는 각각

금속 박판의 성형체, 금속 와이어 메쉬, 금속 마이크로파이버(microfiber)의 성형체, 금속 와이어 성형체, 금속 폼(foam), 금속 마이크로파이버를 신터링(sintering)한 금속 판재의 성형체 또는 금속 판재와 금속 박판으로 이루어진 성형체를 포함하는 금속제 또는

full DPF의 플러깅(plugging)에 미세 구멍을 낸 세라믹 성형체, 세라믹 파이버의 성형체, 세라믹 폼을 포함하는 세라믹제 중에서 선택되는 어느 하나의 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 급가속 대응용 경유 차량 매연 저감 장치.
제 4항에 있어서, 상기 보강 필터(120)는

상기 메인 필터(110)과 동일한 재질로 이루어지거나, 또는

상기 메인 필터(110)를 이루는 재질보다 단위 부피당 저감율이 높은 재질로서, 금속 박판의 성형체, 금속 와이어 메쉬, 금속 마이크로파이버(microfiber)의 성형체, 금속 와이어 성형체, 금속 폼(foam), 금속 마이크로파이버를 신터링(sintering)한 금속 판재의 성형체 또는 금속 판재와 금속 박판으로 이루어진 성형체를 포함하는 금속제 또는 full DPF의 플러깅(plugging)에 미세 구멍을 낸 세라믹 성형체, 세라믹 파이버의 성형체, 세라믹 폼을 포함하는 세라믹제 중에서 선택되는 어느 하나의 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 급가속 대응용 경유 차량 매연 저감 장치.
제 1항에 있어서, 상기 급가속 대응용 경유 차량 매연 저감 장치는

상기 복합 필터(100)의 상류 측에 상기 메인 필터(110) 및 상기 보강 필터(120)로 유입되는 배기가스의 유량을 조절하는 유로 변경 수단(130)이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 급가속 대응용 경유 차량 매연 저감 장치.
제 6항에 있어서, 상기 유로 변경 수단(130)은

상기 산화 촉매(200) 및 상기 복합 필터(100) 사이에 구비되거나, 또는 상기 산화 촉매(200)의 상류 측에 구비되는 것을 특징으로 하는 급가속 대응용 경유 차량 매연 저감 장치.
제 6항에 있어서, 상기 유로 변경 수단(130)은

상기 산화 촉매(200)의 상류 측의 배기가스 통로 상에 구비되며,

상기 복합 필터(100) 쪽으로 유입되는 배기가스를 상기 메인 필터(110) 쪽으로 흐르는 유동과 상기 보강 필터(120) 쪽으로 흐르는 유동으로 분리하는 분리 유로(131)와,

상기 분리 유로(131)와 상기 배기가스 통로 사이에 구비되어, 상기 보강 필터(120) 쪽으로의 유통로를 개폐하는 밸브(132)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 급가속 대응용 경유 차량 매연 저감 장치.
제 8항에 있어서, 상기 밸브(132)는

정속 주행 시에는 상기 보강 필터(120) 쪽으로의 유통로를 폐쇄하고, 급가속 주행 시에는 상기 보강 필터(120) 쪽으로의 유통로를 개방하는 것을 특징으로 하는 급가속 대응용 경유 차량 매연 저감 장치.