KR20070002728A - 저온배기차량용 매연저감 시스템 - Google Patents

저온배기차량용 매연저감 시스템 Download PDF

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KR20070002728A
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정홍석
김용우
조연근
이성호
이우진
전효준
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에스케이 주식회사
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Abstract

본 발명은 배기가스 온도가 낮은 차량에서 필터를 저온에서 재생하는 방법 및 장치를 제공하는 것으로서, 필터의 구성요소로서 촉매가 코팅된 촉매필터 및 산화촉매의 전단에 소량의 디젤을 분사시켜 이를 산화촉매를 이용하여 연소시키고 이 때 발생되는 열량을 이용하여 배기가스 및 필터의 온도를 승온시켜 매연을 연소하여 촉매의 재생을 유도하는 방법을 제공한다.
필터재생, 저온배기차량, 촉매필터, 매연저감, 디젤분사, 인젝터

Description

저온배기차량용 매연저감 시스템{Exhaust Gas Treatment System For Low Exhaust Temp. Vehicle}
도 1은 NO2 및 O2에 의한 Soot 산화 반응속도
도 2는 NO 및 NO2에 의한 촉매필터 재생 메카니즘
도 3은 본 발명에서 사용되는 디젤분사 장치가 적용된 매연저감 시스템의 측면도
도 4는 본 발명에서 사용되는 디젤분사 장치가 적용된 매연저감 시스템에서 디젤분사에 의한 촉매필터의 재생성 실험 결과
[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]
1: 산화촉매(DOC: Diesel Oxidation Catalyst)
2: 촉매필터(DPF: Diesel Particulate Filter)
3: 압력센서 4, 7: 온도센서
5: 데이터 저장, 알람 및 인젝터 제어유닛
6: 분사된 디젤의 기화와 배기가스와의 혼합을 돕는 분배기
8: 디젤 인젝터 9: 디젤 펌프
10: 디젤 연료관 11: 배기가스 유입부
20: 매연저감장치
디젤엔진은 엔진내부로 분사된 연료가 피스톤의 압축으로 인한 온도상승으로 자기 착화를 일으켜 연소된다. 이와 같은 과정에서 연료와 공기의 불균일성 등으로 불완전 연소가 일어나며, 이때 미연 탄소와 같은 유해 미립자(매연)가 발생된다. 이와 같은 매연은 호흡을 통하여 인체에 심각한 질병을 유발시킬 수가 있으며, 특히 디젤 차량의 증가와 함께 사회적인 문제로 대두되고 있다.
매연저감 장치로서 촉매식 필터를 사용하였을 때 필터에 누적된 매연성분은 일정 온도 이상의 배기가스에 대해서는 코팅된 촉매에 의해 제거되어 필터가 자연적으로 재생이 어느정도 가능하지만, 교통체중이 심한 도심의 버스 등과 같이 운전 중 잦은 아이들(Idle) 상태를 경험하거나 차량의 부하(Load)가 많이 걸리지 않을 경우에는 배기가스의 온도가 낮아 촉매에 의해서도 필터의 자연적인 재생이 어렵게 된다.
종래의 배기가스 차량의 매연저감장치에서는 매연을 촉매필터에 의해 포집하고, 포집된 매연을 배기가스의 온도가 일정온도 이상에서 촉매에 의해 산화시키는 방식이 적용되고 있다. 그러나 배기가스의 온도가 촉매가 작용할 수 있는 온도보다 낮을 경우에는 종래의 매연저감장치로서는 매연을 산화시키기 어려우므로 배기가스 및 촉매필터를 직접 산화가 가능한 온도까지 올리는 강제재생방식이 있다. 상기에서 직접 산화온도를 매연의 산화온도 까지 올리는 방법으로는 전기히터 가열식과 버너 연소식 등의 수단을 이용하여 직접 가열하는 방식이 있다.
상기의 필터의 전단에 전기히터를 설치하여 배기가스 온도를 강제적으로 승온 시키는 방식은 우리나라특허공개공보 2004-68792호에 공지되어 있는데 이와 같은 방식은 배기가스의 온도를 승온시키기 위한 전기에너지를 얻기 위해 배터리를 이용하여야 하지만, 배기가스의 온도를 승온시키기 위해서는 상당히 큰 용량의 배터리가 필요하게 되어 현실적으로 적용이 어렵고, 또한 상기의 버너 연속식의 경우도 장치의 내부나 외부에 버너를 장착하고, 고압의 외부공기를 별도로 공급하므로 장치가 대형화되고 복잡하여 경제성이 떨어지는 단점이 있다.
또 다른 방식으로는 우리나라공개특허공보 2003-3599호에서는 매연저감장치가 설치되어 있는 배기유로상의 소정의 위치에서 연료를 분사하는 인젝터와 인젝터의 인접한 위치에서 점화하는 점화수단을 구비하여 연료를 점화장치로 점화하여 강제적으로 승온시키는 장치를 개시하고 있으나, 상기 장치는 반복적으로 사용할 경우 점화장치가 탄소성분에 의해 자주 막히는 현상이 발생하고, 또한 화염을 직접 이용하여 연소하기 때문에 완전연소를 이루기가 어려워 온도는 올릴 수 있지만 오히려 미연소된 매연, 탄화수소 및 일산화탄소를 증대시켜 필터의 부담도 동시에 증가되는 단점이 있으며, 여전히 점화장치의 설치에 따른 별도의 복잡한 장치가 소요 되고, 또한 사용에 따라 점화장치의 홀이 막히게 되어 사용이 불가능 한 경우가 발생되며, 장치가 복잡하여 경제성이 떨어지며 또한 현실적으로 장기 사용이 어려워 사용될 가능성이 없는 단점이 있다.
또 다른 방식으로는 디젤 연료에 촉매성능을 보일 수 있는 금속 및 금속산화물을 포함하고 있는 물질을 혼합하고 엔진의 연소실에서 디젤연료를 후분사하는 방식이 있는데, 이 방식은 디젤연료에 촉매성능을 보여주는 물질을 혼합한 혼합 연료가 엔진에 분사되어 엔진에서 연료 및 연료첨가제가 함께 연소되면 연소 후에 촉매성능을 보이는 금속 및 금속산화물이 Soot와 함께 필터에 축적된다. 그리고 엔진의 연소실에서 후 분사된 디젤연료가 배기가스와 함께 산화촉매에 전송되어 촉매 연소가 일어나며, 이때 연소열에 의해 배기가스의 온도가 상승하게 된다. 배기가스 온도가 상승하게 되면 필터에 이미 축적된 연료첨가제가 촉매로서 작용을 하게 되며 Soot를 촉매 연소시켜 제거할 수 있게 된다. 그러나 이와 같은 방식은 지속적으로 연료에 첨가제를 넣어주어야 하는 부담과 함께 궁극적으로 필터에 첨가제가 지속적으로 누적되므로 필터를 세정해주어야 하는 기간이 짧은 단점이 있다.
일본공개공보 2005-69017호에는 연소 가능한 액체연료를 촉매필터에 포착되는 매연 및 유기물에 미연인체로 직접 공급하여 필터를 재생하는 방법이 공지되어 있다. 그러나 이 방법에 의하면 촉매 필터의 온도를 충분히 올리기 위해 액체 연료를 많이 유입할 경우 촉매필터에서 완전히 산화되지 않고 대기 중으로 미연 탄화수소나 일산화탄소 등이 배출될 우려가 있으며, 또한 매연이 촉매필터에 다량 축적되었을 경우에는 촉매표면이 매연에 의해 가리게 되어 낮은 온도에서 액체연료를 효 과적으로 연소시키기 어렵다.
따라서, 본 발명은 상기의 단점을 해소하기 위하여 연구한 결과, 기존의 기술보다 더욱 에너지 소모를 적게 하면서 입자상매연을 효과적으로 저감할 수 있는 저온배기차량용 매연저감시스템을 제공한다.
또한 본 발명은 점화장치 등의 부수적 요소 없이 촉매연소를 통하여 승온시켜 입자상 매연을 효과적으로 저감시킬 수 있는 저온배기차량용 매연저감시스템을 제공한다.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 배기가스의 어느 한 지점에 설치된 배기가스유입부와 산화촉매부와 촉매필터부 및 배기가스유출부를 구비한 촉매저감장치의 산화촉매부 전단부에 디젤연료를 주입하는 인젝터를 장치하고, 엔진으로부터 배출되는 매연과 인젝터로부터 분사되는 소량의 디젤연료를 혼합하여 산화촉매부에서 산화촉매반응 의해 배기가스중의 유기물과 디젤연료를 연소시켜, 배기가스를 승온시키고, 승온된 배기가수를 촉매필터로 이송하여 매연을 산소에 의해 연소시키며, 또한 촉매필터의 촉매작용에 의해 연소온도를 낮추어 줌으로써 더욱 효과적으로 저온에서 입자상매연을 저감할 수 있는 매연저감장치를 제공한다.
본 발명은 유기물을 연소시키는 산화촉매부와 매연입자를 연소시키는 백금족 촉매필터부를 구비한 필터의 전단부에 디젤연료를 인젝션하여 주입하는 인젝터부를 장치하여 산화촉매부에서 연료 및 배기가스중의 유기물을 촉매연소시켜 배기가스를 승온시키고, 승온된 배기가스가 촉매필터부로 이송되고, 그 열에 의해 촉매필터부에서는 촉매필터부의 촉매작용과 산소에 의한 산소연소에 의해 입자상 매연의 연소되며, 또한 촉매필터부의 촉매에 의해 연소온도를 낮추어 주어, 저온에서 입자상물질을 효과적으로 제거하여 필터를 재생시킬 수 있다.
그러나 본 발명과는 달리 촉매필터 부만을 구비하는 촉매저감장치에서는 촉매필터부의 전단부에 디젤연료를 인젝션을 할 경우에는 촉매필터의 촉매에서 디젤을 연소시키는 역할과 매연을 연소하는 역할이 동시에 이루어지게 되어 연소능력이 과중되어 입자상 매연을 제거하는 효율이 감소될 뿐만 아니라 촉매필터를 통과한 배기가스 중에는 디젤이 불완전 연소되어 생긴 탄화수소 및 일산화탄소가 섞여 있어 대기 중으로 오염물질을 배출할 수 있고 또한 불완전 연소된 매연을 충분히 연소하지 못하여 사용효율이 매우 나쁘므로 본 발명의 목적을 달성할 수 없다.
즉, 본 발명에서 적용되는 배기가스 온도가 낮은 차량에 있어서, 촉매저감장치에 디젤을 분사할 경우 디젤은 저온에서 분사되기 때문에 원활히 기화되기 어렵다. 디젤의 기화온도는 여러 성분의 혼합물이므로 약 200~320℃에 걸쳐 있는데, 저온 배기가스 차량의 배기가스의 온도가 250도 이하로서, 이 경우에 필터의 내부로 또는 필터의 전단부에서 디젤연료를 분사하게 되면 분사된 디젤의 일부만 기화가 일어나고 일부는 액상으로 배기가스와 혼합되어 촉매필터로 진입된다. 이 때 기화된 디젤은 배기가스와 균일하게 혼합되어 적절히 분산된 상태로 촉매필터에 진입 이 가능하지만, 기화가 안 된 액상의 디젤연료는 무게편차에 의해 필터의 하단으로 몰려서 진입하게 되며, 필터의 온도상승은 상단에 비해 하단의 온도가 상대적으로 높게 되고 필터의 재생이 균일하고 원활히 일어나기 어려우며, 분사된 디젤연료의 양이 많으면 많을수록 이와 같은 현상은 더욱 커질 것이며, 심한 경우 필터의 하단부가 극심한 디젤의 연소열로 파손될 가능성도 있다.
따라서 본 발명에서와 같이 촉매필터 앞단에 배기가스의 유기물과 분사되는 디젤연료를 촉매연소시키는 산화촉매를 위치시키면, 산화촉매부에서 분사된 디젤연료가 촉매연소되고, 일부 연소되지 않은 경우라 하여도 촉매연소에 의한 승온으로 기화되어 촉매필터부로 진입하게 되어 촉매필터부에 포집된 입자상매연물질을 연소시키므로, 상기한 바와 같이 불균일한 문제가 발생하지 않는다. 또한 디젤연료의 분사량이 많을 경우에도 필터 전단에 산화촉매를 설치하면 산화촉매와 촉매필터에서 충분한 연소가 이루어져서 미연소된 탄화수소 및 일산화탄소가 대기 중으로 방출되는 것을 막을 수 있다.
본 발명과 같이 촉매저감장치에서 디젤연료를 분사하는 인젝터, 산화촉매부 및 촉매필터부를 구비하는 경우, 배압이 많이 올라가지 않은 상태에서는 인젝션을 중지하여 기존의 산화촉매에서 NO를 NO2로 전환시켜 촉매필터에서 매연을 NO2에 의해 산화시키는 메카니즘을 적용할 수 있으며, 일정 배압이 올라가게 될 경우 인젝션을 시작하여 산화촉매에서 디젤을 산화시켜 배기가스 온도를 승온시키고 촉매필터에서 O2에 의해 매연을 산화시키는 두가지 방식을 적절하게 사용할 수 있으므로, 인젝터부와 촉매필터부로 구성되는 기존의 매연재생장치에 비하여, NO2에 의한 자연재생이 일어나고 있어 디젤을 인젝션하게 되는 빈도수가 적어지고 따라서 상대적으로 디젤 소모량을 절약할 수 있으므로, 매연의 연소효율을 높여 필터의 재생효율을 극대화 시킬 수 있다. 또한 본 발명은 필터의 재생 시, 즉, 필터내부에 디젤연료를 분사하여 연소를 실시할 경우 Filter의 온도가 과다하게 승온되는 경우에도 안전하게 사용할 수 있도록 Filter의 재질을 내열성이 우수한 코디어라이트, SiC를 포함하는 세라믹, Ni합금 또는 FeCr합금을 포함하는 합금을 사용하여 재생하게 할 수 있다. 이와 같은 고내열성 재료를 Filter로 사용할 경우에는 Filter에 Soot가 과량으로 축적될 경우에도 재생 시에 발생되는 고열에 대해 안정되게 운전할 수 있으며, 또한 과다한 Soot가 산화 시에 발생하는 열량을 이용할 수 있어 분사되는 디젤연료의 양을 절약할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 내열성 SiC 필터에 Pt가 담지된 촉매필터를 예로 든 것으로, 필터에 누적된 매연의 산화속도(필터 재생속도)를 나타낸 것이다. 촉매필터에는 NO와 O2 또는 NO, O2, H2O가 유입하게 되면 도 2에서 알 수 있듯이 촉매상에서 NO2가 발생되고 NO2에 의해 매연이 CO2로 산화가 일어난다. 이때의 반응온도 범위는 250~350℃에서 최대 전환율을 보이는데, 온도범위가 좁아 자동차 배기가스가 이 온도범위 이외의 온도일 때가 많을 경우 매연은 재생이 원활히 일어날 수 없다. 반면에 반응물질로 O2를 유입하게 되면 최대전환율은 500℃ 이상으로 상대적으로 높지만 반응속도가 아 주 빠르며 온도가 높으면 높을수록 전환율은 증가된다. 따라서 본 발명에서와 같이 디젤연료를 분사를 하여 산화촉매부분에서 촉매연소시켜 의도적으로 배기가스의 온도를 500도 가까이 높일 경우 매연 재생이 어려운 차량에 대해서도 O2에 산화반응에 의해 빠른 속도로 매연을 재생할 수 있다.
본 발명은 디젤연료주입 인젝터와 산화촉매부 사이에 분사된 디젤연료의 기화와 배기가스의 혼합을 도울 수 있는 분배기를 더 구비함으로써 효과적으로 입자상물질을 저온에서 제거할 수 있다.
본 발명은 상기의 분배기 또는 산화촉매 전단부에 압력센서와 온도센서를 구비하고, 촉매저감장치의 촉매필터 후단부에 온도센서를 구비한다.
본 발명에서 상기 압력센서 및 온도센서와 디젤연료 인젝터는 제어유닛에 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 제어유닛은 다양한 엔진운전정보가 입력되어 있다. 그러므로 상기 제어유닛은 온도센서와 압력센서에서 측정된 온도 및 압력과 엔진의 운전정보에 기초하여 재생장치의 작동을 제어하게 된다.
이하에서는 도 3를 이용하여 본 발명의 매연저감장치를 효과적으로 재생할 수 있는 재생장치의 작동관계를 설명한다.
도 3는 본 발명의 일 실시예를 나타낸 것으로서, 배기가스가 유입되는 배기관에 연결되는 저온 매연저감시스템을 도시한 것이다.
매연저감시스템은 엔진의 배기관의 일정위치에 연결되며, 엔진의 배기관과 연결되는 매연저감장치(20)의 전단부의 배기가스유입부(11), 디젤연료를 매연저감 장치내로 분사하는 디젤인젝터(8), 디젤인젝터(8)에 인접하여 형성되며 배기가스의 유기물과 분사된 디젤연료를 촉매연소하는 산화촉매부(1), 산화촉매부(1)에 의해 승온되어 포집된 매연입자를 연소하는 촉매필터부(2), 디젤인젝터로 분사하는 연료를 공급하는 디젤펌프(9)와 디젤펌프(9) 및 외부의 디젤연료저장조(별도의 도시를 하지 않음)와 연결되는 디젤연료관(10)으로 구성된다.
본 발명은 또한 상기 매연저감장치의 산화촉매 전단부의 일측에 삽설된 압력센서(3)와 온도센서(4) 및 매연자감장치의 후단부에 설치된 온도센서(7)와 상기 압력센서와 온도센서의 정보를 저장하고 엔진의 상태에 대한 정보를 저장하여 디젤펌프의 디젤연료분사를 제어하는 제어유닛(5)으로 구성된다.
또한 본 발명은 산화촉매의 전단부에 위치하며, 배기가스와 디젤인젝터(8)로부터 분사된 디젤연료를 원활히 분배하고 혼합하는 분배기(6)를 추가로 설치할 수 있다.
이하는 본 발명의 저온 매연저감시스템의 작동방식을 설명한다.
엔진의 배기관과 연결되어 매연배기관의 일정한 곳에 위치하는 매연저감장치의 전단부에 설치된 압력센서(3)에 걸리는 압력은 매연입자가 걸러지는 필터에 의해 엔진의 운전시간이 경과함에 따라서 증가하게 되며, 압력센서(3)에서 측정된 값이 설정값 이상이 되면 포집된 매연의 연소를 위하여 재생과정을 거치게 된다. 상기 압력센서의 값과 설정값으로부터 제어유닛(5)에 의해 매연저감장치에 포집된 매연을 연소시키기 위해서는 디젤인젝터(8)에서 고압으로 디젤연료를 분사하게 되면 배기가스 중의 산소와 함께 산화촉매를 통과하며 연소되어 승온하게 된다.
디젤인젝터(8)는 디젤펌프(9)에 의해 고압의 연료가 기화되어 공급되는데 재생 시에 만 공급되게 된다. 또한 재생의 정도는 압력센서(3)의 압력을 측정함으로써 재생의 정도를 측정할 수 있지만, 필터후단부의 온도센서(7)의 온도를 측정함으로써도 그 온도의 승온 정도에 따라서 필터의 재생정도를 가늠할 수 있다. 따라서 재생하는 동안 측정되는 압력, 온도 및 RPM에 따라서 재생과정에 필요한 디젤연료의 분사 주기와 분사 양등을 조절하여 재생정도를 조절한다.
본 발명은 산화촉매와 촉매필터에 의해 디젤연료를 빠르고 완전하게 산화하여 배기가스를 빠르게 승온시킬 수 있는 효과를 가지며, 또한 촉매필터에 축적된 매연입자를 짧은 주기로 제거할 수 있어, 과다 축적 시 배기가스가 고온으로 될 경우에 발생될 수 있는 촉매필터의 열충격에 의한 재료의 파괴를 낮추어 재료의 수명을 더욱 연장시킬 수 있고 장치의 안전성을 증대하여 준다. 본 발명의 산화촉매는 배기가스중의 유기물과 분사된 디젤연료를 촉매연소할 수 있는 기능을 하며, 촉매필터는 매연입자를 촉매연소시키는 기능을 하는 것으로, 예를 들면 본 출원인이 출원한 우리나라 출원번호 10-2004-0012642 등에 기재된 것으로서, 산화촉매부와 촉매필터부의 기능을 가지는 구성수단을 채택한 것이라면 제한되지 않으므로 더 이상의 구체적인 설명은 생략한다. 본 발명에서는 또한 상기의 촉매필터의 재질로 내열촉매필터를 사용할 수 도 있다. 내열촉매필터는 세라믹등의 내열성 재질을 사용한다.
이하는 본 발명의 실시예로부터 본 발명의 기술을 좀더 자세히 설명하며, 본 발명의 하기의 실시예에만 한정되는 것이 아니며, 당업자라면 다양하게 변경하여 사용할 수 있다.
<실시예>
도 3와 같이 장착된 시스템을 이용하여 입자상매연의 재상효과를 실험하여 보았다. 시험 시작 후 초기 엔진의 회전수를 1250 RPM으로 유지하고 디젤 분사를 위하여 1800RPM으로 증가시켰다. 1800RPM에서 1분간 분사 후 RPM을 600으로 낮추고 동시에 분사를 중지 시켜 약 25초를 유지하였으며 이후에 다시 RPM을 초기의 1250으로 상승시켰다. 매연입자의 제거효과를 도 4에 수록하였다.
도 4에서 알 수 있듯이 촉매필터 전단에 배기가스 중으로 디젤을 분사하여 촉매 연소를 유도할 수 있었으며 디젤연료의 분사를 통하여 촉매필터의 온도를 260℃정도에서 400도 이상으로 빠르게 승온시켜 수십초 이상을 용이하게 유지할 수 있었으며, 재생이 완료된 후의 압력을 측정한 결과 디젤연료를 분사하여 승온하기 전의 압력과 승온하여 매연입자를 제거한 경우의 압력이 더욱 낮아졌음을 알 수 있어 수트(soot)의 재생이 원활하게 이루어졌음을 알 수 있었다. 또한 분사시기에 RPM이 갑자기 낮게 되었을 때에는 배기가스의 유량이 작아져 필터의 온도가 갑자기 상승할 수 있으나 RPM의 갑작스런 감소와 동시에 분사를 중지하게 되면 이러한 현상도 막을 수 있음을 알 수 있었다.
촉매필터에 Soot가 재생이 일어나지 않은 채 많은 양이 축적되어 있다가 디젤을 분사하여 온도가 승온됨에 따라 과다한 Soot 재생이 일어나게 될 경우, Filter의 온도가 과다하게 승온되어 필터에 손상을 줄 수가 있으므로 분사량과 분사시기를 조절하여 일정량 이상의 Soot가 축적되기 이전에 디젤을 분사하여 재생이 일어나도록 하여야 한다.
본 발명의 입자상매연저감시스템은 촉매연소를 통하여 축적된 매연을 배기가스 온도가 낮은 차량에서도 효과적으로 제거할 수 있는 장치를 제공한다. 즉, 본 발명은 산화촉매에 의한 디젤연료와 배기가스중의 유기물을 우선적으로 연소시켜 신속히 승온시킨 후, 이를 백금족 촉매가 담지된 촉매필터에 이송시켜 촉매연소에 의해 승온된 온도에 의해 촉매필터에 포집된 입자상 매연을 효과적으로 재생시킴으로써, 촉매필터에서 디젤연료를 인젝션 시켜 입자상매연을 재생하는 것보다 매우 효과적으로 재생되는 효과를 가진다.

Claims (5)

  1. 엔진 배기관의 일정 위치에 설치되는 입자상매연을 저감할 수 있는 저온배기차량용 매연저감시스템에 있어서,
    엔진 배기관의 소정위치에 장치되고, 상기 배기가스내의 유기물을 연소시켜 배기가스를 승온하는 산화촉매와 승온된 배기가스에 의해 승온되고 입자상매연을 연소시키는 촉매필터를 포함하는 매연저감장치와
    상기 매연저감장치의 산화촉매 전단부 내로 디젤연료를 분사하는 디젤인젝터를 가지는, 디젤연료 분사에 의해 매연입자를 저감하는 저온배기차량용 매연저감시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    분사된 디젤연료가 배기가스의 온도에 의해 자발 연소되어 배기가스의 온도 및 촉매필터의 온도가 승온되는 것을 특징으로 하는 저온배기차량용 매연저감시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    촉매가 코팅된 필터를 사용하며, 필터는 코디어라이트, SiC를 포함하는 세라 믹, Ni합금 또는 FeCr합금을 포함하는 합금을 사용하는 저온배기차량용 매연저감시스템.
  4. 제 1항 내지 제3항에서 선택된 어느 한 항에 있어서,
    디젤인젝터의 연료 분사 제어를 위해, 상기 산화촉매 전단부에 온도센서와 압력센서를 구비하고, 촉매필터의 후단부에 온도센서를 설치하며, 상기 압력과 온도 및 RPM을 센싱하여 분사시기와 분사량을 제어하는 제어유닛을 가지는 저온배기차량용 매연저감시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 디젤연료의 분사는 제어유닛에 의해 제어되는 디젤펌프와 디젤인젝터에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 저온배기차량용 매연저감시스템.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009014275A1 (en) * 2007-07-26 2009-01-29 Sk Energy Co., Ltd. Exhaust gas treatment system for low exhaust temperature vehicle using catalytic combustion type diesel injector
KR100909704B1 (ko) * 2007-06-20 2009-07-29 한국기계연구원 자동차 배출가스유량 측정장치
KR20160002170A (ko) 2014-06-30 2016-01-07 (주)아모레퍼시픽 콜레스테롤 액정을 포함하는 다층상 화장료 조성물

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08170520A (ja) * 1994-12-19 1996-07-02 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 内燃機関の排ガス黒煙除去装置
JP2002030919A (ja) * 2000-07-19 2002-01-31 Hino Motors Ltd 排気浄化装置
JP2003193824A (ja) * 2001-12-27 2003-07-09 Hino Motors Ltd 排気浄化装置
JP2004290827A (ja) * 2003-03-27 2004-10-21 Ne Chemcat Corp 軽油燃焼用酸化触媒
JP2005061249A (ja) * 2003-08-20 2005-03-10 Bosch Automotive Systems Corp 排気浄化装置
KR20050047596A (ko) * 2003-11-18 2005-05-23 현대자동차주식회사 디젤 차량의 배기가스 정화시스템

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08170520A (ja) * 1994-12-19 1996-07-02 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 内燃機関の排ガス黒煙除去装置
JP2002030919A (ja) * 2000-07-19 2002-01-31 Hino Motors Ltd 排気浄化装置
JP2003193824A (ja) * 2001-12-27 2003-07-09 Hino Motors Ltd 排気浄化装置
JP2004290827A (ja) * 2003-03-27 2004-10-21 Ne Chemcat Corp 軽油燃焼用酸化触媒
JP2005061249A (ja) * 2003-08-20 2005-03-10 Bosch Automotive Systems Corp 排気浄化装置
KR20050047596A (ko) * 2003-11-18 2005-05-23 현대자동차주식회사 디젤 차량의 배기가스 정화시스템

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100909704B1 (ko) * 2007-06-20 2009-07-29 한국기계연구원 자동차 배출가스유량 측정장치
WO2009014275A1 (en) * 2007-07-26 2009-01-29 Sk Energy Co., Ltd. Exhaust gas treatment system for low exhaust temperature vehicle using catalytic combustion type diesel injector
KR20160002170A (ko) 2014-06-30 2016-01-07 (주)아모레퍼시픽 콜레스테롤 액정을 포함하는 다층상 화장료 조성물

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