KR19980058549U - Exhaust gas aftertreatment device of vehicle gasoline engine - Google Patents
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Abstract
본 고안은 차량 가솔린엔진의 배기가스 후처리장치에 관한것으로, 종래 배기가스 후처리장치의 대표적인 것으로 이론공연비에 따른 피드백제어장치가 있는데, 차량의 주행중 피드백제어가 작용해서는 곤란한 경우가 있고, 우리나라 도심의 도로여건상 이러한 피드백제어가 수행되지 않는 구간이 많아 상기 공연비 피드백제어장치만으로는 적절한 배기가스경감이 수행되지 못한다는 문제점이 있었다.The present invention relates to an exhaust gas aftertreatment apparatus of a vehicle gasoline engine, and is a representative example of a conventional exhaust gas aftertreatment apparatus. There is a feedback control device according to the theoretical performance ratio. Due to the road condition, there are many sections in which such feedback control is not performed. Therefore, there is a problem that proper exhaust gas reduction is not performed by the air-fuel ratio feedback control device alone.
이에 본 고안은 예시도면 도 2 에서와 같이 배기계에 점화장치(12)를 설치하되, 이러한 점화장치는 산소센서(1)에 의해 이론공연비에 따르지 않는 연료가 분사된경우 배기가스를 재연소시키도록 한것이다.The present invention is to install the ignition device 12 in the exhaust system as shown in Figure 2, this ignition device to re-burn the exhaust gas when the fuel that does not comply with the theoretical performance ratio is injected by the oxygen sensor (1) It is.
따라서, 이론공연비 피드백 제어장치를 결점을 보완하여 배기가스의 정화효율이 상승되고 차량으로 인한 대기오염이 방지되는 효과가 있는 것이다.Therefore, the theoretical air-fuel feedback control device to compensate for the shortcomings, the purification efficiency of the exhaust gas is increased and the air pollution due to the vehicle is prevented.
Description
본 고안은 차량 가솔린엔진의 배기가스 후처리장치에 관한 것이다.The present invention relates to an exhaust gas aftertreatment apparatus of a vehicle gasoline engine.
통상, 불꽃점화 엔진인 가솔린엔진의 연소과정에 생성된 유해로운 배출물로는 일산화탄소, 질소산화물, 탄화수소등이 있다.Typically, harmful emissions generated during the combustion of a gasoline engine, which is a spark ignition engine, include carbon monoxide, nitrogen oxides and hydrocarbons.
이러한 배출물의 경감방법으로는 연소과정에서 관련된 인자를 적절히 제어하는 방법과, 엔진으로 부터 배출된 가스를 정화하는 후처리방법으로 크게 구분된다.Such emission reduction methods are largely classified into a method of properly controlling related factors in the combustion process and a post-treatment method of purifying the gas discharged from the engine.
전자의 방법으로 대표적인 것으로 점화시기 지연방법이 있으며, 이는 질소산화물 경감방법으로 점화시기를 지각시켜 연소의 개시를 지연시킴으로써 연소압력온도를 하강시키고 이에 의해 질소산화물의 생성을 억제시킨 것이다.The former method is representative of the ignition timing delay method, which is a nitrogen oxide reduction method that delays the start of combustion by retarding the ignition timing, thereby lowering the combustion pressure temperature and thereby suppressing the production of nitrogen oxides.
그러나, 이 경우 연소자체가 지연되기 때문에 열효율의 악화를 초래하는 동시에 배기온도가 상승되어 배기계의 열부하가 증대되는 결점이 있다.However, in this case, since the combustion itself is delayed, there is a drawback that the thermal efficiency is deteriorated and the exhaust temperature is increased to increase the heat load of the exhaust system.
또한, 과도하게 점화시기가 지연되면 실화의 원인이 되므로 이런점으로 부터 점화시기 지연에는 한도가 있고, 때문에 질소산화믈의 경감은 10 - 20% 정도로 한정되는 것이다.In addition, excessively delayed ignition timing can cause misfire, and thus, there is a limit to ignition timing delay from this point. Therefore, the reduction of nitrogen oxide is limited to about 10-20%.
따라서, 현재에는 배기가스 후처리방법이 널리 사용되며, 예시도면 도 1 에 그 일례가 도시되어 있다.Therefore, at present, the exhaust gas aftertreatment method is widely used, an example of which is illustrated in FIG.
도시된 것은 산소센서와 3원촉매를 이용한 공연비 피드백 장치로서, 산소센서(1)와 3원촉매 컨버터(2)가 조합되어 ECU(3)가 인적터의 연료분사량을 제어하는 장치이다.Shown is an air-fuel ratio feedback device using an oxygen sensor and a three-way catalyst, wherein the oxygen sensor 1 and the three-way catalyst converter 2 are combined to control the fuel injection amount of the injector.
이를 좀더 상세히 설명하면, 3원촉매 컨버터(2)는 배기계통에서 배출된 일산화탄소, 질소산화물, 탄화수소, 3가지 성분을 하나의 촉매로 동시에 처리할 능력을 가지고 있다.In more detail, the three-way catalytic converter 2 has the ability to simultaneously treat three components, such as carbon monoxide, nitrogen oxides, hydrocarbons, and the like, discharged from the exhaust system with one catalyst.
그러나, 이러한 3원촉매 컨버터(2)가 배기가스를 적절히 처리하기 위하여는 혼합기의 공연비가 어떤 조건하에서도 이론공연비 부근의 범위에서 유지되어 있어야 할것이 요구된다.However, in order for such a three-way catalytic converter 2 to properly treat the exhaust gas, it is required that the air-fuel ratio of the mixer should be maintained in the range near the theoretical performance ratio under any conditions.
이러한 이유하에서 혼합기의 농도를 감지하여 그 신호를 ECU(3)로 송출하는 것이 산소센서(1)이며, 산소센서(1)의 신호로부터 ECU(3)가 인젝터의 통전시간을 제어하여 혼합기의 농도를 이론공연비에 가깝게 제어하는 것이 공연비 피드백장치인 것이다.For this reason, the oxygen sensor 1 detects the concentration of the mixer and sends the signal to the ECU 3, and from the signal of the oxygen sensor 1, the ECU 3 controls the energization time of the injector to control the concentration of the mixer. To close the theoretical performance ratio is the air-fuel ratio feedback device.
3원촉매 컨버터(2)는 배기매니폴드(4)와 머플러(5)사이에 장착되며, 컨버터케이스내에 모노리스 형식의 필터가 내장된 것이 사용되고 있다.The three-way catalytic converter 2 is mounted between the exhaust manifold 4 and the muffler 5, and a monolithic filter is incorporated in the converter case.
또한, 냉간시동시에는 ECU(3)의 제어에 의해 농후한 혼합기가 연소실로 유도되고, 이로 인해 탄화수소의 배출이 증가되기 때문에 필터는 탄화수소트립과 3원촉매 모노리스로 2원화되어 사용되고 있다.In addition, at the time of cold start, the rich mixer is guided to the combustion chamber by the control of the ECU 3, and as a result, the emission of hydrocarbon is increased, so that the filter is binarized into a hydrocarbon trip and a three-way catalyst monolith.
즉, 냉간시동시 탄화수소를 탄화수소 트랩이 흡착시키고 후방에 위치된 3원촉매 모노리스의 3원촉매가 활성화되면 탄화수소가 탄화수소 트랩에서 탈착되어 정화되는 것이다.That is, the hydrocarbon trap is adsorbed by the hydrocarbon trap during cold start, and when the three-way catalyst of the three-way catalyst monolith positioned at the rear is activated, the hydrocarbon is desorbed and purified from the hydrocarbon trap.
상술된 바와 같이 배기가스의 배출물 경감을 위해 가솔린엔진에서는 배기가스 후처리장치로서 산소센서(1)와 3원촉매를 이용한 공연비 피드백장치가 널리 채용되고 있다.As described above, in the gasoline engine, the air-fuel ratio feedback device using the oxygen sensor 1 and the three-way catalyst has been widely used in the gasoline engine to reduce the emission of the exhaust gas.
그러나, 차량의 주행중 상기 피드백제어가 작용해서는 곤란한 경우가 있고, 우리나라 도심의 도로여건상 이러한 피드백제어가 수행되지 않는 구간이 많아 상기 공연비 피드백제어장치만으로는 적절한 배기가스경감이 수행되지 못한다는 문제점이 있었다.However, there is a problem that the feedback control is difficult to operate while the vehicle is running, and there are many sections in which the feedback control is not performed due to the road conditions in urban centers of Korea. .
즉, 냉간시동시등의 경우 냉각수온이 낮을때 수온증량 보정이 작용되어 짙은 혼합기를 공급하고 있음에도 불구하고 이론공연비로 제어되면 이로인해 엔진이 정지해 버릴 수도 있다.In other words, in the case of cold start, the engine temperature may be stopped when the theoretical fuel ratio is controlled despite the fact that the water temperature increase correction is applied when the cooling water temperature is low to supply a dark mixer.
따라서, 이러한 경우 피드백 제어를 해제하여 냉간시동시 원할한 엔진의 구동을 돕고있는 것이다.Therefore, in this case, the feedback control is released to help the engine run smoothly during cold start.
그 결과로써 냉간시동의 경우 배기가스의 정화효율이 미미하며, 더우기 이러한 경우 상기 3원촉매가 적정온도로 가열되지 않아 활성화되지 않으므로 배기가스의 배출이 심각하다.As a result, in the case of cold start, the purification efficiency of the exhaust gas is insignificant. Moreover, in this case, since the three-way catalyst is not heated to an appropriate temperature, the exhaust gas is seriously discharged.
그런데, 이러한 냉간시동 뿐만아니라 더욱 문제시 되는 것이 통상의 도로주행중에도 아이들접점 해제신호에 의해 공연비 피드백제어와 상관없이 농후한 혼합기가 분사되는 구간이 많다는 것이다.However, in addition to such cold start, the problem is that there are many sections in which a rich mixer is sprayed regardless of the air-fuel ratio feedback control by the idle contact release signal during normal road driving.
즉, 차량 가솔린엔진의 스로틀밸브에는 스로틀 포지션센서가 장착되어 있어 ECU(3)가 스로틀밸브의 개도량에 따라 연료분사량을 조절하도록 되어 있다.In other words, the throttle valve of the vehicle gasoline engine is equipped with a throttle position sensor so that the ECU 3 adjusts the fuel injection amount according to the opening amount of the throttle valve.
특히, 스로틀밸브(6)가 완전히 개도되거나, 스로틀밸브가 전폐된 상태에서 개도되기 시작한 경우 이론공연비에 따른 연료분사량보다 농후하게 연료를 분사시켜 엔진의 출력을 보완하고 있다.In particular, when the throttle valve 6 is fully opened or starts to be opened when the throttle valve is fully closed, the engine output is supplemented by injecting fuel richer than the fuel injection amount according to the theoretical performance ratio.
여기서, 전자의 경우를 감지하는 것이 스로틀 포지션센서의 풀접점이며, 후자의 경우를 감지하는 것이 스로틀 포지션센서의 아이들접점이다.Here, sensing the former case is a full contact of the throttle position sensor, and sensing the latter case is an idle contact of the throttle position sensor.
그런데, 우리나라 도심의 도로여건상 정차되는 구간이 많으며, 이 경우 차량이 출발될 때마다 아이들접점의 온-오프 신호가 ECU(3)로 송출되므로 이에 따라 피으백 제어에 상관없이 농후한 연료가 분사되어 만족할만한 배기정화 효율이 기대될 수 없는 것이다.However, there are many sections that are stopped due to road conditions in urban centers of Korea.In this case, since the on-off signal of the idle contact is sent to the ECU 3 whenever the vehicle starts, rich fuel is injected regardless of the feedback control. Therefore, satisfactory exhaust purification efficiency cannot be expected.
더우기, 아이들접점의 신호에 의해 비동기 분사가 수행되는데, 상기 연료분사량 증가와 더불어 배기가스가 더욱 증가되는 원인이 되는 것이다.Moreover, asynchronous injection is performed by the signal of the idle contact, which causes the exhaust gas to increase with the increase of the fuel injection amount.
따라서, 냉간시동이나 엑셀페달을 최대로 밟아 스로틀 포지션센서가 풀접점되는 경우, 그리고 정차중 출발할때등에는 피드백제어가 수행되지 않으므로 배기가스의 방출이 심하고, 특히 우리나라 도심의 도로여건상 정차구간이 많다는 점을 고려할때 상기 피드백제어장치는 해결되어야할 과제인 것이다.Therefore, since the feedback control is not carried out when the throttle position sensor is fully contacted by cold start or accelerator pedal, and when the vehicle stops, the emission of the exhaust gas is severe. Considering that there are many, the feedback control device is a problem to be solved.
이에 본 고안은 상기 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로 배기계에서 배기가스를 재연소하여 배출물을 경감시킨 차량 가솔린엔진의 배기가스 후처리장치를 제공함에 그 목적이 있는 것이다.The present invention has been made to solve the above problems is to provide an exhaust gas after-treatment apparatus of a vehicle gasoline engine to reduce the emissions by re-burning the exhaust gas in the exhaust system.
이를 위한 본 고안은 배기계에 점화장치를 설치하되, 이러한 점화장치는 산소센서에 의해 이론공연비에 따르지 않는 연료가 분사된경우 배기가스를 재연소시키도록 한것이다.The present invention for this purpose is to install an ignition device in the exhaust system, the ignition device is to re-burn the exhaust gas when the fuel is injected by the oxygen sensor does not comply with the theoretical performance ratio.
따라서, 이론공연비 피드백 제어장치를 결점을 보완하여 배기가스의 정화효율이 상승되고 차량으로 인한 대기오염이 방지되는 효과가 있는 것이다.Therefore, the theoretical air-fuel feedback control device to compensate for the shortcomings, the purification efficiency of the exhaust gas is increased and the air pollution due to the vehicle is prevented.
도 1 은 종래 가솔린엔진 배기가스 후처리장치의 일례를 나타낸 개요도,1 is a schematic diagram showing an example of a conventional gasoline engine exhaust gas after-treatment device;
도 2 는 본 고안에 따른 배기가스 후처리장치의 점화장치를 나타낸 개요도,2 is a schematic view showing an ignition device of the exhaust gas aftertreatment apparatus according to the present invention;
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1 - 산소센서, 3 - ECU,1-oxygen sensor, 3-ECU,
10 - 배기파이프, 12 - 점화장치,10-exhaust pipe, 12-igniter,
14 - 스파크플러그,16 - 점화코일,14-sparkplug, 16-ignition coil,
18 - 점화릴레이 스위치, 20 - 배터리,18-ignition relay switch, 20-battery,
22 - 중심전극, 24 - 절연가이서,22-center electrode, 24-insulation
26 - 나사부, 28 - 접지전극.26-threaded portion, 28-ground electrode.
이하 첨부된 예시도면과 함께 본 고안을 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
본 고안은 차량 가솔린엔진의 배기파이프(10)에 점화장치(12)가 설치되고, 점화장치(12)는 산소센서(1)가 연결된 ECU(3)의 출력단에 연결되어 상기 ECU(3)의 통전제어로 배기가스가 연소되는 구조인 차량 가솔린엔진의 배기가스 후처리장치이다.According to the present invention, the ignition device 12 is installed in the exhaust pipe 10 of the vehicle gasoline engine, and the ignition device 12 is connected to the output terminal of the ECU 3 to which the oxygen sensor 1 is connected, Exhaust gas after-treatment device for vehicle gasoline engine, which is a structure in which exhaust gas is combusted by energization control.
예시도면 도 2 는 본 고안에 따른 배기가스 후처리장치를 나타낸 설명도이다.2 is an explanatory view showing an exhaust gas aftertreatment apparatus according to the present invention.
본 고안은 배기파이프(10)로 배출되는 배기가스에 다시 인위적으로 고온의 에너지를 공급하여 배기가스가 재연소되도록 하였다.The present invention artificially supplies high-temperature energy to the exhaust gas discharged to the exhaust pipe 10 so that the exhaust gas is reburned.
이를 위해 점화장치(12)가 배기계에 설치되었으며, 본 고안에 따른 점화장치(12)는 산소센서(1)가 연결된 ECU(3)의 출력단에 연결되어 연료분사상태를 ECU (3)가 감지하고 이에따라 배기가스가 재연소되도록 한것이다.For this purpose, the ignition device 12 is installed in the exhaust system, and the ignition device 12 according to the present invention is connected to the output terminal of the ECU 3 to which the oxygen sensor 1 is connected, so that the ECU 3 detects the fuel injection state. As a result, the exhaust gases were reburned.
특히, 본 고안은 3원촉매를 이용한 공연비 피드백제어의 결점을 보완하게 된다.In particular, the present invention compensates for the drawbacks of air-fuel ratio feedback control using three-way catalyst.
예를들어, 냉간시동시 농후하게 분사된 연료를 배기계에서 재연소시켜 배기가스의 저감을 도모할 뿐더러, 재연소로 인한 배기계의 온도상승으로 3원촉매가 빨리 활성화된다.For example, the fuel injected heavily during cold start is re-burned in the exhaust system to reduce the exhaust gas, and the three-way catalyst is quickly activated due to the temperature rise of the exhaust system due to the reburn.
또한, 전술된 정차중 출발에 따른 아이들접점 해제신호나, 풀접점신호시에 농후한 혼합기가 연소되더라도 이를 재연소시켜 유해가스의 방출을 방지하고 정화효율을 상승시킨 것이다.In addition, the idle contact release signal according to the start of the stop described above, even when the rich mixer is burned at the full contact signal is reburned to prevent the emission of harmful gases and to increase the purification efficiency.
이러한 본 고안을 위한 점화장치(12)는 ECU(3)의 배기가스 상황판단을 위해 배기계통에서 산소센서(1) 뒤에 설치되어야 함이 바람직하며, 이러한 점화장치(12)는 인위적인 전기불꽃의 방전에 의해 열에너지가 활성원소에 공급된다는 점에서 실린더에 설치되는 점화장치와 그 유사성이 있다.The ignition device 12 for this invention is preferably installed behind the oxygen sensor 1 in the exhaust system for the exhaust gas situation determination of the ECU (3), such an ignition device 12 is the discharge of artificial electric flame It is similar to the ignition device installed in the cylinder in that thermal energy is supplied to the active element by means of.
즉, 본 고안에 따른 점화장치(12)는 스파크 플러그(14)와 점화코일(16) 그리고 점화릴레이 스위치(18)등으로 구성되며, ECU(3)가 점화릴레이 스위치(18)로의 통전을 제어하여 배터리(20)로 부터 점화코일(16)로의 전원공급 차폐를 제어하게 된다.That is, the ignition device 12 according to the present invention is composed of a spark plug 14, the ignition coil 16 and the ignition relay switch 18, etc., the ECU 3 controls the energization of the ignition relay switch 18. By controlling the shielding of the power supply from the battery 20 to the ignition coil (16).
여기서, ECU(3)의 점화릴레이 스위치(18) 제어는 산소센서(1)에 의한 연료분사 상태와 더불어 엔진의 연소행정에 따라 맥동적으로 수행됨이 바람직하다.Here, the control of the ignition relay switch 18 of the ECU 3 is preferably pulsated according to the fuel injection state by the oxygen sensor 1 and the combustion stroke of the engine.
즉, 산소센서(1)에 의해 배기가스의 상태를 감지하여 점화장치(12)를 가동함과 더불어 상기 배기가스는 배기밸브가 주기적으로 개도되고 이에따라 맥동적으로 배기파이프(10)로 흘러감에 따라 이러한 맥동적 흐름을 갖는 배기가스에 마추어 주기적으로 점화장치(12)가 가동되어야 하는 것이다.That is, the oxygen sensor 1 senses the state of the exhaust gas to operate the ignition device 12 and the exhaust gas is periodically opened and the pulsation flows to the exhaust pipe 10 accordingly. Accordingly, the ignition device 12 must be operated periodically in response to the exhaust gas having the pulsating flow.
이러한 점화릴레이 스위치(18)에 의해 배기가스의 상태에 마추어 전원이 점화코일(16)로 공급되며, 점화코일(16)은 배터리(20)로부터 공급되는 저전압을 스파크 플러그(14)의 방전에 필요한 고전압으로 변환시켜 준다.Power is supplied to the ignition coil 16 in response to the state of the exhaust gas by the ignition relay switch 18, and the ignition coil 16 supplies the low voltage supplied from the battery 20 to the spark plug 14. Convert to high voltage.
스파크 플러그(14)는 실린더에 설치되는 것과 마찬가지로 연소행정에 의한 고온의 배기가스에 노출되고 고전압이 인가되는 등 험한 환경조건에 직면하고 있으므로 이에 적합한 재질로 형성되어야 한다.As the spark plug 14 is installed in a cylinder, it is required to be formed of a material suitable for this, since it faces harsh environmental conditions such as being exposed to a high temperature exhaust gas by a combustion stroke and applying a high voltage.
이러한 스파크 플러그(14)는 그 중심을 관통하는 플러스전극인 중심전극(22)의 주위를 세라믹인 절연가이서(24)가 절원시키고, 배기파이프(10)에 접촉되는 나사부(26)에 마이너스전극인 접지전극(28)이 설치되어 두 전극간에 점화를 발생시키는 구조로 되어있다.The spark plug 14 is a negative electrode in the threaded portion 26 that is in contact with the exhaust pipe 10 by the ceramic insulation guider 24 is cut around the center electrode 22 which is a positive electrode penetrating the center thereof. The ground electrode 28 is provided to generate ignition between the two electrodes.
즉, 상기 점화릴레이 스위치(18)와 점화코일(16)에 의해 중심전극(22)에 통전되면 배기가스내에서 고온의 가스핵이 형성되고, 이러한 가스핵이 성장하여 배기가스를 재연소시키게 되는 것이다.That is, when the ignition relay switch 18 and the ignition coil 16 are energized to the center electrode 22, a hot gas nucleus is formed in the exhaust gas, and the gas nucleus grows to reburn the exhaust gas. will be.
이러한 본 고안에 의한 그 작용을 설명하면 다음과 같다.When explaining the operation of the present invention as follows.
본 고안에 따른 점화장치(12)의 점화제어는 ECU(3)의 제어에 따르고 이는 산소센서(1)의 송출신호에 의한다.Ignition control of the ignition device 12 according to the present invention is in accordance with the control of the ECU 3, which is due to the transmission signal of the oxygen sensor (1).
산소센서(1)는 이론공연비에 따른 연료분사상테를 감지하며 따라서, 연료분사상태가 이론공연비에 따르지 않을경우 ECU(3)는 점화장치(12)를 가동하여 배기가스를 재연소시키고, 특히 공연비 피드백 제어장치가 해제되는 경우 이의 결점을 보완하게 되는 것이다.The oxygen sensor 1 detects the fuel injection frame according to the theoretical performance ratio. Therefore, when the fuel injection state does not comply with the theoretical performance ratio, the ECU 3 operates the ignition device 12 to reburn the exhaust gas, in particular, the air-fuel ratio. If the feedback control device is released, it will compensate for its shortcomings.
상기한 바와 같이 본 고안에 따르면, 배기계에 점화장치를 설치하되 이러한 점화장치는 산소센서에 의해 이론공연비에 따르지 않는 연료가 분사된경우 배기가스를 재연소시키므로써, 이론공연비 피드백 제어장치를 결점을 보완하여 배기가스의 정화효율이 상승되는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, an ignition device is installed in the exhaust system, but such an ignition device re-burns the exhaust gas when fuel that does not comply with the theoretical performance ratio is injected by the oxygen sensor, thereby reducing the theoretical fuel consumption feedback control device. In addition, the purification efficiency of the exhaust gas is increased.
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| KR2019970002982U KR19980058549U (en) | 1997-02-24 | 1997-02-24 | Exhaust gas aftertreatment device of vehicle gasoline engine |
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| KR (1) | KR19980058549U (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101428717B1 (en) * | 2013-04-30 | 2014-08-08 | 쌍용자동차 주식회사 | Spark plug with oxygen sensor |
-
1997
- 1997-02-24 KR KR2019970002982U patent/KR19980058549U/en not_active Application Discontinuation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101428717B1 (en) * | 2013-04-30 | 2014-08-08 | 쌍용자동차 주식회사 | Spark plug with oxygen sensor |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |