KR20080034768A - 배기 가스 정화 장치, 배기 가스 정화 방법 및 미립자 측정방법 - Google Patents

배기 가스 정화 장치, 배기 가스 정화 방법 및 미립자 측정방법 Download PDF

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Abstract

배기 가스 정화 장치는, 디젤 엔진의 배기 라인에 설치된 주 디젤 미립자 필터, 상기 주 디젤 미립자 필터의 상류에서 배기 라인으로부터 분기된 부 배기 라인, 상기 부 배기 라인에 설치되고 상기 주 디젤 미립자 필터의 용량보다 작은 용량을 갖는 부 디젤 미립자 필터 및, 상기 부 디젤 미립자 필터의 입구와 출구 사이의 차압을 측정하는 차압 측정부를 포함한다.
배기 가스 정화 장치, 배기 가스 정화 방법, 미립자 측정 방법.

Description

배기 가스 정화 장치, 배기 가스 정화 방법 및 미립자 측정 방법{EXHAUST GAS PURIFYING APPARATUS, EXHAUST GAS PURIFYING METHOD, AND PARTICULATE MATTER MEASURING METHOD}
본 발명은 일반적으로 내연 기관의 배기 가스 정화 장치, 배기 가스 정화 방법 및 미립자 측정 방법에 관한 것이며, 특히 디젤 미립자 필터 (DPF) 를 포함하고 디젤 엔진의 배기 가스 내에 포함된 미립자 (PM) 의 제거를 위해 사용되는 배기 가스 정화 장치와 정화 방법 및, 디젤 엔진의 배기 가스 내에 포함된 미립자 (PM) 에 대한 미립자 측정 방법에 관한 것이다.
종래 기술에서는, 디젤 엔진으로부터 배출되는 주로 탄소로 이루어진 미립자의 수집을 위하여 다공질 세라믹으로 이루어진 디젤 미립자 필터가 사용되었다. 그러한 디젤 미립자 필터에서는, 연속적인 사용으로 미립자의 점진적인 퇴적이 일어나며, 이 때문에, 종래 배기 가스 정화 장치 기술에서는 디젤 미립자 필터를 사용하여 디젤 미립자 필터 내에 정기적으로 연소 공정을 일으킴으로써 퇴적된 미립자를 제거하고 디젤 미립자 필터를 재생하는 기술이 실시되었다. 그러한 미립자 퇴적을 주의하지 않는 경우에는, 배기 가스에 의해 디젤 미립자 필터 내에 과도 한 압력이 발생하며, 이는 연비의 악화 또는 엔진의 손상을 초래할 수 있다.
그러한 디젤 미립자 필터의 재생은, 필터를 교체하거나 분리하지 않고, 디젤 엔진의 동작 중에 수행되는 것이 바람직하며, 이 때문에, 종래 기술에 있어서, 연소 후에 피스톤이 실린더 내를 하강하는 상태에서 연료 분사를 실시하여 고온의 가스를 형성하는 기술 (후분사 공정) 이 실시되었다. 이에 의하여, 퇴적된 미립자는 발생한 고온 가스에 의해 연소 된다.
도 1 은 본 발명의 관련 기술에 따른 디젤 미립자 필터를 갖춘 디젤 엔진의 배기 가스 정화 시스템의 전체 구성을 나타내고 있다.
도 1 을 참조하면, 디젤 엔진 (11) 의 배기 라인 (12) 에는 디젤 미립자 필터 (12B) 가 설치되어 상기 디젤 엔진 (11) 으로부터 배출되는 상기 배기 가스 내에 함유된 미립자를 수집하게 된다.
도 2a 는 상기 디젤 미립자 필터 (12B) 의 개요를 나타내며, 반면 도 2b 는 상기 디젤 미립자 필터의 구성 부품을 나타낸다.
상기 디젤 미립자 필터 (12B) 는 전형적으로는 SiC 등의 다공질 세라믹으로 이루어진 필터 유닛 (12A) 으로 구성되어 있으며, 상기 필터 유닛 (12A) 에는 다수의 가스 통로 (12a) 가 형성되어, 예를 들면 1 ㎜×1 ㎜ 의 단면을 가지면서 일 단부에서 반대쪽 단부로 연장된다.
따라서, 상기 디젤 미립자 필터 (12B) 는 복수의 필터 유닛 (필터 부품) (12A) 을 밀봉재 (접착층) 에 의해 결속하고 외주부를 절삭 가공함으로써, 상기 필터 (12B) 가 전체적으로 원통 형상을 갖게 된다. 또한, 상기 필터 (12B) 의 외주부는 밀봉재 (코팅층) 로 덮여 있다. 상기 디젤 미립자 필터 (12B) 에는 하나의 유닛 (12A) 만이 사용되는 경우도 있다.
도 2c 는 상기 디젤 미립자 필터 (12B) 의 원리를 나타낸다.
도 2c 에 대략적으로 나타난 바와 같이, 복수의 가스 통로 (12a) 는 엔진으 로부터의 배기 가스 유동 방향에 대해 상류 단부 또는 하류 단부가 교대로 닫히게 되고, 그러한 가스 통로 (12a) 에 도입된 배기 가스는 상기 필터 (12B) 의 다공질 부재 (12b) 를 통하여 인접한 가스 통로를 지나간다. 그에 의하여, 배기 가스에 포함된 상기 미립자는 배기 가스가 다공질 부재 (12b) 를 투과하면서 수집되고, 도 2d 에 나타난 바와 같이 상기 다공질 부재 (12b) 상의 상기 미립자 (12c) 의 퇴적은 층의 형태로 일어난다.
이와 같이 상기 디젤 미립자 필터 (12B) 가 상기 배기 가스 내에 포함된 미립자를 퇴적시키기 때문에, 성기 설명한 바와 같이 재생 공정 (퇴적된 미립자의 연소) 에 의해 적절한 시점에 필터를 재생할 필요가 있다.
도 1 을 참조하여 설명한 상기 종래 배기 가스 정화 시스템에서는, 차량이 소정의 주행거리, 예를 들면 500 ㎞ 를 주행할 때마다, 10분 정도 동안 그러한 필터 재생이 이루어지고 있다.
후분사에 의한 필터 재생이 일률적으로 이루어진 경우, 재생은 필터 내의 미립자의 실제 수집량과는 무관하게 수행된다. 따라서, 필터 내의 미립자의 과도한 퇴적이 일어나지 않도록, 필터 재생 간격은 안전을 위해 실제 필요한 것보다 짧아질 필요가 있다. 하지만, 후분사에 의한 그러한 과도한 필터 재생은 연료소비를 증가시키고, 차량의 연비가 악화된다.
한편, 도 3 에 나타난 바와 같이, 상기 디젤 미립자 필터 (12B) 의 재생을 후분사에 의해 수행하는 구성으로서, 상기 디젤 미립자 필터 (12B) 의 상류측과 하류측 사이의 차압 (ΔP) 을 측정하고 상기 차압 (ΔP) 이 소정 값에 도달한 경우 후분사가 수행되는 구성이 공지되어 있다 (미국 특허 제 6,952,920 호 참조).
도 3 의 구성에 따르면, 상기 디젤 미립자 필터 (12B) 의 재생은 상류측과 하류측 사이의 차압이 소정 값에 도달한 경우에만 수행되며, 불필요한 후분사는 억제된다. 그 때문에, 디젤 엔진으로 구동되는 차량의 연비는 향상된다.
불행히도, 상기 디젤 미립자 필터 (12B) 의 미립자 수집은 균일하지 않다. 도 4 에 나타난 바와 같이, 상기 필터 (12B) 에서의 위치 (A,1), (B,1), (C,1), (A,2), (B,2), (C,2), (A,3), (B,3), (C,3) 에 따라서 수집된 미립자의 밀도나 두께의 차이가 생긴다. 또한, 상기 퇴적된 미립자 층 내에 공동이 생긴 것을 알 수 있는데, 미립자 층 내에 형성된 그러한 공동은 배기 가스의 통로가 된다. 그러한 공동의 존재는 수집된 미립자 내의 연소가 제어되지 않음을 나타내며, 또한 수집된 미립자 내에 국소적인 연소가 일어났음을 나타낸다.
또한, 도 5 에 나타난 바와 같이, 상기 미립자의 퇴적량이 동일한 경우라도 상기 수집된 미립자의 밀도는 상이한 값을 가질 수 있다. 도 5 는 최적량이 동일한 경우라도, 두께의 변화에 따라 차압에서 큰 변화가 발생함을 보여주고 있다. 도 5 의 예에서, 예를 들면, 상기 미립자의 퇴적량은 모두 8 g/L 이다. 그럼에도 불구하고, 수집된 미립자의 두께가 109 ㎛ ∼ 255 ㎛ 로 변할 때 차압은 15.3 ㎪ 에서 8.8 ㎪ 로 변하는 것을 알 수 있다. 따라서, 약 2 배에 이르는 차압 변화가 발생한 것을 알 수 있다.
따라서, 도 3 의 구성에 있어서, 수집된 미립자 (12c) 내에 그러한 불균일 퇴적 또는 국소적인 공동의 형성이 일어나는 경우, 실제 퇴적된 미립자 값과 차압 (ΔP) 의 계산에 대해서, 이론적인 계산 값에 대해 ±50 % 의 오차가 발생할 수 있다. 그러한 오차의 결과로서, 실제로 퇴적된 미립자의 양과 재생 시점 사이의 관계에서 큰 편차가 생긴다. 또한, 배기 가스 압력 및 배기 가스 유량이 엔진 부하 또는 엔진 회전수에 의해 변화하는 점에서, 디젤 미립자 필터 (12B) 내에서 미립자 퇴적량을 검출하기 위해서는 도 3 의 구성으로는 매우 곤란했다.
또한, 미국 특허 제 5,651,248 호에는, 상기 디젤 미립자 필터 외에, 검출 필터를 사용하여 그 검출 필터 내에 수집된 미립자의 양을 전기 저항의 측정에 의해 계산하는 구성이 개시되어 있다. 이 기술에 따르면, 상기 디젤 미립자 필터에 의해 수집된 상기 미립자는, 검출된 저항값이 소정의 값 이하로 감소하는 경우 히터를 사용하여 연소가 일어난다. 이로써, 필터의 재생이 이루어진다.
한편 이 종래 기술은, 상기 디젤 미립자 필터 내에 히터 설치를 요하기 때문에 구성이 복잡해지는 문제점 외에도, 상기 디젤 미립자 필터의 재생 시점에서 전력 소비가 일어난다는 단점을 갖는다. 미국 특허 제 5,651,248 호의 기술에서는, 필터 재생 시점에서의 전력 소비를 줄이기 위해, 디젤 미립자 필터가 미립자 퇴적에 대해 임계 상태에 있어서 즉시 재생을 수행하는 것이 필연적인 경우를 제외하고는, 상기 디젤 미립자 필터의 온도가 소정의 값보다 높은 시점에서 재생 동작이 일어나도록 하기 위해 필터 재생의 실행 시점을 선택한다. 그 결과, 미립자 검출에 사용된 검출 필터의 재생 동작 시점은 제한되고, 미립자 검출 필터 재생 동작의 자유도가 제한된다.
또한, 미국 특허 제 5,651,248 호에서는, 히터에 의해 수행되는 재생 동작중 인 경우 상기 미립자 필터의 사용이 불가능하기 때문에, 여분의 디젤 미립자 필터가 설치되어 있으며, 상기 재생 동작중에는 이 여분의 디젤 미립자 필터로 전환하게 된다. 하지만, 그러한 구성은 두 개의 동등한 미립자 필터와 전환 밸브를 요하며, 배기 가스 정화 장치의 구성이 규모가 커지는 문제가 발생한다. 그러한 배기 가스 정화 장치는 소형 차량에 탑재하기 어렵다.
또한, 미국 특허 제 5,651,248 호에서는, 검출 필터의 재생이 디젤 미립자 필터와 동시에 또는 디젤 미립자 필터에 연속적으로 수행되지만, 그러한 구성은 검출 필터의 재생 시점을 임의적으로 선택할 수 없어, 검출 필터의 상태에 따라 디젤 미립자 필터의 재생 시점에 오차가 발생할 수 있는 문제가 있다.
디젤 미립자 필터의 재생 및 검출 필터의 재생이 독립적으로 수행되는 경우에는, 재생 시점에서의 검출 필터 내의 환기 저항이 감소하여, 배기 가스는 검출 필터를 주로 흐르게 된다. 그 결과, 디젤 미립자 필터의 재생 시점에 오차가 발생한다. 이러한 이유에서, 미국 특허 제 5,651,248 호의 기술은 상기 설명한 바와 같이, 검출 필터의 재생 및 디젤 미립자 필터를 동기화시킨다.
또한, 미국 특허 제 5,651,248 호의 기술은, (a) 재 (ash) 퇴적, (b) 악화에 의한 큰 계산 오차라는 점에서 단점을 갖는다.
또한, 미국 특허 제 5,651,248 호의 기술에서는, 수집된 미립자의 퇴적량을 계산하기 위한 전극의 전기 저항을 측정하는 원리 자체에 또 다른 문제점이 발생한다.
도 5 에 나타난 바와 같이, 퇴적량이 같다는 사실에도 불구하고 수집된 미립 자의 두께가 변화하는 상황이 있을 수 있다. 여기서, 수집된 미립자 두께가 다른 경우에는, 전기 저항을 정확히 측정하기 어렵고, 퇴적량의 계산에 오차가 발생할 수 있다.
또한, 미립자 연소 후에 디젤 미립자 필터 또는 검출 필터에 재의 퇴적이 발생하는 경우에는, 더 이상 전기 저항의 정확한 측정이 불가능하고, 퇴적량의 계산에 큰 오차가 생기게 된다.
또한, 검출 필터의 사용으로, 시간에 따라 또는 배기 가스 환경에서의 사용에 따라 필터 또는 전극이 악화된다. 부분적으로는, 전극 (전도성 금속으로 이루어진 단자) 은, Cu, Cr, Ni 등과 같은 금속이 함침된 것이므로, 산화, 불순물 부착, 갈라짐, 부식 등의 물리적 악화, 산화 악화 및 열적 악화의 문제점이 발생하기 쉽다.
필터 또는 전극에 악화가 발생하는 경우, 전기 저항의 정확한 측정은 더 이상 불가능하며, 미립자의 퇴적량 측정에 있어서 오차가 발생하게 된다.
제 1 실시예에서 본 발명은, 디젤 엔진의 배기 라인에 설치된 주 디젤 미립자 필터, 상기 주 디젤 미립자 필터의 상류 측으로부터 상기 배기 가스로부터 분기된 부 배기 라인, 상기 부 배기 라인에 설치되고 상기 주 디젤 미립자 필터의 매연 저장 용량보다 작은 매연 저장 용량을 갖는 부 미립자 필터 및, 상기 부 디젤 미립자 필터의 입구와 출구 사이의 차압을 측정하는 차압 측정부를 포함하는 배기 가스 정화 장치에 의해 상기 문제를 해결한다.
또 다른 실시예에서 본 발명은, 디젤 엔진의 배기 라인에 설치된 주 디젤 미립자 필터, 상기 주 미립자 필터의 상류 측으로부터 상기 배기 라인으로부터 분기된 부 배기 라인, 상기 배기 라인에 설치되고 상기 주 디젤 미립자 필터의 매연 저장 용량보다 작은 매연 저장 용량을 갖는 부 디젤 미립자 필터 및, 상기 부 미립자 필터의 입구와 출구 사이의 차압을 측정하는 차압 측정부를 포함하는 배기 가스 정화 장치를 사용하는 배기 가스 정화 방법으로서,
(A) 부 디젤 미립자를 통과하면서 발생한 차압, 상기 부 배기 라인에서의 배기 가스 온도 및, 상기 배기 가스의 유량을 측정하는 단계,
(B) 상기 단계 (A) 에서 얻은 상기 차압, 온도 및 유량으로부터 상기 부 디젤 미립자 필터에 의해 단위 시간당 수집되는 미립자의 질량을 계산하는 단계,
(C) 상기 단계 (B) 에서 얻어진 상기 부 디젤 미립자 필터에 의해 단위 시간당 수집된 미립자 질량으로부터 상기 배기 가스 내의 미립자의 농도를 계산하는 단계,
(D) 상기 단계 (C) 에서 얻어진 상기 배기 가스 내의 상기 미립자 농도 및 이에 더하여 엔진의 운전 상태 또는 상기 주 디젤 미립자 필터에 유입하는 가스 유량으로부터 상기 주 디젤 미립자 필터 내로 유입되는 미립자 질량을 계산하는 단계 및,
(E) 상기 단계 (D) 에서 얻어진 주 디젤 미립자 필터에 의해 수집된 상기 미립자의 질량과, 상기 주 디젤 미립자 필터의 수집 효율로부터, 상기 주 디젤 미립자 필터에 의하여 수집된 상기 미립자 질량이 소정의 임계치를 초과하는지 여부를 판단하는 단계 및,
(F) 상기 주 디젤 미립자 필터에 의해 수집된 상기 디젤 미립자의 질량이 상기 소정의 임계치를 초과하는 경우, 상기 주 디젤 미립자 필터의 재생을 실행하는 단계를 포함하는 배기 가스 정화 방법을 제공한다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은, 디젤 엔진의 배기 라인에 설치된 디젤 미립자 필터의 상류측으로부터 배기 라인으로부터 분기된 가스 라인에 설치되고 상기 디젤 미립자 필터의 매연 저장 용량보다 작은 매연 저장 용량을 갖는 PM 검출 필터 및, 상기 PM 검출 필터의 입구와 출구 사이의 차압을 측정하는 차압 측정부를 포함하는 미립자 센서를 사용하는 미립자 측정 방법으로서,
(A) 상기 PM 검출 필터를 지나면서 발생한 차압, 상기 가스 라인 내의 배기 가스 온도 및 상기 가스 라인 내의 배기 가스의 유량을 측정하는 단계,
(B) 상기 단계 (A) 에서 얻은 상기 차압, 온도 및 배기 가스의 유량으로부터 단위 시간당 상기 PM 검출 필터에 의해 수집되는 미립자의 질량을 계산하는 단계,
(C) 상기 단계 (B) 에서 얻은 단위 시간당 상기 PM 검출 필터에 의해 수집된 상기 미립자 질량으로부터 상기 배기 가스 내의 미립자의 농도를 계산하는 단계 및,
(D) 상기 단계 (C) 에서 얻은 상기 배기 가스 내의 상기 미립자 농도 및 이에 더하여 엔진 운전 상태 또는 상기 주 디젤 미립자 필터로 유입하는 가스 유량으로부터, 상기 주 디젤 미립자 필터 내로 유입되는 미립자 질량을 계산하는 단계를 포함하는 미립자 측정 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 매연 저장 용량이 더 작아 상기 미립자의 불균일 퇴적이 생기기 어려운 부 디젤 미립자 필터의 사용하고, 그와 같은 부 디젤 미립자 필터 내에 발생하는 차압의 측정을 통해 상기 주 디젤 미립자 필터 내의 미립자 퇴적을 검출함으로써, 상기 주 디젤 미립자 필터 내의 미립자 퇴적량을 간단하고 쉽게 측정할 수 있게 된다. 따라서 과도한 후분사에 의한 연비의 악화를 억제할 수 있게 된다. 또한, 본 발명에 의해 상기 주 디젤 미립자 필터와는 독립적으로 상기 부 디젤 미립자 필터의 재생을 실행할 수 있으며, 상기 부 디젤 미립자 필터를 사용하여 주 디젤 미립자 필터 내의 미립자 퇴적량을 항상 정확하게 측정하는 것이 가능해진다. 또한, 재 퇴적 효과 또는 필터나 전극의 악화를 방지하여 정확한 측정을 수행할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 부 배기 라인 내에 밸브를 설치하여 유입하는 유량을 일정하에 조절함으로써, 상기 부 디젤 미립자 필터의 재생에 수반하여 부 배기 라인 (21A) 의 환기 저항이 소멸하는 결과, 상기 부 디젤 미립자 필터의 재생에 수반하여 배기 라인 (21) 의 배기 가스가 상기 부 배기 라인 (21A) 에 집중되는 것을 피할 수 있게 된다. 그리하여, 상기 주 디젤 미립자 필터 내의 미립자의 수집은 상기 부 디젤 미립자 필터와 유사하게 일어나고, 상기 부 디젤 미립자 필터 내의 차압 측정에 의해 수행되는 상기 주 디젤 미립자 필터 내의 미립자의 퇴적량의 계산값과, 상기 주 디젤 미립자 필터 내의 미립자의 실제 퇴적량 사이에 발생하는 편차를 효과적으로 피하게 된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 디젤 엔진의 배기 라인 내에 설치된 주 디젤 미립자 필터, 상기 주 디젤 미립자 필터의 상류 측에서 배기 라인으로부터 분기된 부 배기 라인, 상기 부 배기 라인 내에 설치되고 주 디젤 미립자 필터의 용량보다 작은 용량을 갖는 부 디젤 미립자 필터 및, 상기 부 디젤 미립자 필터의 입구와 출구 사이의 차압을 측정하는 차압 측정부를 포함하는 배기 가스 정화 장치가 설치된다.
상기 부 배기 라인은 유량계 또는 당량계 (예컨대 가스 속도계) 를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 부 배기 라인은 온도 측정부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 부 디젤 미립자 필터는 히터를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 배기 가스 정화 장치는 상기 부 배기 라인 내의 배기 가스 유량을 소정의 값으로 유지시키기 위한 밸브를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 디젤 엔진의 배기 라인 내에 설치된 주 디젤 미립자 필터, 상기 주 디젤 미립자 필터의 상류 측으로부터 배기 라인으로부터 분기된 부 배기 라인, 상기 부 배기 라인 내에 설치되고 주 디젤 미립자 필터의 매연 저장 용량보다 작은 매연 저장 용량을 갖는 부 디젤 미립자 필터 및, 상기 부 디젤 미립자 필터의 입구와 출구 사이의 차압을 측정하는 차압 측정부를 포함하는 배기 가스 정화 장치를 사용하는 배기 가스 정화 방법으로서,
(A) 부 디젤 미립자를 지나면서 발생한 차압, 상기 부 배기 라인에서의 배기 가스 온도 및, 상기 배기 가스의 유량을 측정하는 단계,
(B) 상기 단계 (A) 에서 얻어진 상기 차압, 온도 및 유량으로부터 상기 부 디젤 미립자 필터에 의해 단위 시간당 수집되는 미립자의 질량을 계산하는 단계,
(C) 상기 단계 (B) 에서 얻은 상기 부 디젤 미립자 필터에 의해 단위 시간당 수집된 미립자 질량으로부터 상기 배기 가스 내의 미립자의 농도를 계산하는 단계,
(D) 상기 단계 (C) 에서 얻은 상기 배기 가스 내의 상기 미립자 농도 및 상기 주 디젤 미립자 필터로 유입하는 가스 유량 또는 엔진 동작 상태로부터 상기 주 디젤 미립자 필터 내로 유입되는 미립자 질량을 계산하는 단계 및,
(E) 상기 단계 (D) 에서 얻은 주 디젤 미립자 필터에 의해 수집된 상기 미립자의 질량과, 상기 주 디젤 미립자 필터의 수집 효율로부터, 상기 미립자 질량이 소정의 임계치를 초과하는지 여부를 판단하는 단계 및,
(F) 상기 주 디젤 미립자 필터에 의해 수집된 상기 디젤 미립자의 질량이 상기 소정의 임계치를 초과하는 경우, 상기 주 디젤 미립자 필터의 재생을 실행하는 단계를 포함하는 배기 가스 정화 방법을 제공한다.
배기 가스 정화 방법은 부 디젤 미립자 필터를 재생하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하며, 상기 부 디젤 미립자 필터의 재생은 부 디젤 미립자 필터에 수집된 미립자의 질량이 소정의 값을 초과하는 경우, 주 디젤 미립자 필터의 재생과 독립적으로 실행된다.
상기 부 디젤 미립자 필터의 재생 단계는, 단계 (A) 이후에, 단계 (B) 를 포함하는 제 1 공정에 의하여 실행되고, 상기 주 디젤 미립자 필터의 재생은, 제 1 공정의 단계 (B) 이후에, 단계 (C) 및 단계 (D) 를 포함하는 제 2 공정에 의하여 실행되는 것이 바람직하다.
상기 부 디젤 미립자 필터의 재생 단계는, 단계 (A) 이후에, 단계 (B) 를 포함하는 제 1 공정에 의하여 실행되는 것이 바람직하고, 상기 주 디젤 미립자 필터의 재생 단계는, 단계 (A) 이후에, 단계 (B) 내지 단계 (D) 를 포함하는 제 2 공정에 의해 실행되며, 제 1 공정 및 제 2 공정이 병행하여 실행되는 것이 바람직하다.
상기 단계 (B) 는, 아래에 나타난 바람직한 예 (다른 식을 사용할 수도 있음) 에 따라, 부 디젤 미립자 필터 내에 수집된 미립자의 총 매연량을,
ΔP = function (유량, 온도, 매연량, 형상)
와 같은 형태의 식에 따라 계산하게 되는데, 이에 따르면, △P 를 상기 차압 [Pa], μ 를 동점성 계수, Q 를 상기 부 디젤 미립자 필터 내의 상기 배기 가스의 유량 [㎥/h], α 를 상기 부 디젤 미립자 필터 내의 셀의 일 가장자리 길이, ρ 를 상기 배기 가스의 비중, Vtrap 을 상기 부 디젤 미립자 필터의 필터 부피, Ws 를 상기 부 디젤 미립자 필터의 벽 두께, Kw 를 상기 부 디젤 미립자 필터의 벽 투과율, KSOOT 를 상기 부 디젤 미립자 필터에서 수집된 상기 미립자 층의 투과율, F 를 숫자 계수(=28.454), L 을 상기 부 디젤 미립자 필터의 유효 필터 길이, β 를 상기 부 디젤 미립자 필터의 다공질 벽의 포르히하이머 (Forchheimer) 계수, ζ 를 상기 부 디젤 미립자 필터로 유입하고 유출되는 상기 배기 가스에서 발생한 내부 손실 계수로 하여, 식
Figure 112007069695455-PAT00001
에 따라 상기 부 디젤 미립자 필터에서 수집된 상기 미립자 층의 두께 (W [m]) 를 얻고, 또한 Ncells 을 상기 부 디젤 미립자 필터의 입구 측의 상기 셀의 구멍 수, ρsoot 를 상기 수집된 미립자의 밀도로 하여, 식
Figure 112007069695455-PAT00002
에 따라 상기 부 디젤 미립자 필터에서 수집된 상기 미립자 층의 질량 (msoot [g]) 을 얻는 것이 바람직하다.
상기 단계 (C) 는, Q2 [㎥/h] 를 상기 부 디젤 미립자 필터를 통과하는 상기 배기 가스의 유량, PM [g/h] 을 단위 시간당 퇴적되는 미립자의 질량으로 하여, 식
PM [g/h] = PMconc [g/㎥] × Q2 [㎥/h]
에 의하여 상기 배기 가스 내의 상기 미립자 농도 (PMconc [g/㎥]) 를 얻는 것이 바람직하다.
상기 단계 (D) 는, PMconc [g/㎥] 을 상기 배기 가스의 미립자 농도로 하여, 식
PMenter full filter [g/h] = PMconc [g/㎥] × Q1 [㎥/h]
에 의하여 상기 주 디젤 미립자 필터 내부로 유입된 상기 미립자의 양 (PMenter full filter [g/h]) 을 얻는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 미립자 센서를 사용하는 미립자 측정 장치로서, 상기 미립자 센서는, 상기 배기 라인에 설치된 디젤 미립자 필터의 상류에서 디젤 엔진의 배기 라인으로부터 분기된 가스 라인 내에 설치되고, 상기 디젤 미립자 필터의 용량보다 작은 용량을 갖는 PM 검출 필터 및, 상기 PM 검출 필터의 입구와 출구 사이의 차압을 측정하는 차압 측정부를 포함하고, 상기 미립자 측정 장치는,
(A) PM 검출 필터를 지나면서 발생한 차압, 상기 가스 라인에서의 배기 가스 온도 및, 상기 가스 라인에서의 상기 배기 가스의 유량을 측정하는 단계,
(B) 상기 단계 (A) 에서 얻어진 상기 차압, 온도 및 배기 가스 유량으로부터 단위 시간당 상기 PM 검출 필터에 의해 수집되는 미립자 질량을 계산하는 단계,
(C) 상기 단계 (B) 에서 얻어진 단위 시간당 상기 PM 검출 필터에 의해 수집된 미립자 질량으로부터 상기 배기 가스 내의 미립자 농도를 계산하는 단계 및,
(D) 상기 단계 (C) 에서 얻어진 상기 배기 가스 내의 상기 미립자 농도 및 엔진 운전 상태 또는 상기 주 디젤 미립자 필터에 대한 가스 유량으로부터 상기 주 디젤 미립자 필터 내로 유입되는 상기 미립자 질량을 계산하는 단계를 포함한다.
상기 PM 검출 필터에 의해 수집된 상기 미립자의 질량을 계산하는 단계는 상 기 단계 (A) 이후에 상기 단계 (B) 를 포함하는 제 1 공정에 의해 실행되고, 상기 디젤 미립자 필터 내로 유입되는 상기 미립자의 질량을 계산하는 단계는 상기 제 1 공정의 단계 (B) 이후에 상기 단계 (C) 및 단계 (D) 를 포함하는 제 2 공정에 의해 실행되는 것이 바람직하다.
상기 PM 검출 필터에 의해 수집된 상기 미립자의 질량을 계산하는 단계는 상기 단계 (A) 이후에 상기 단계 (B) 를 포함하는 제 1 공정에 의해 실행되고, 상기 디젤 미립자 필터 내로 유입되는 상기 미립자의 질량을 계산하는 단계는 상기 단계 (A) 이후에 상기 단계 (B) 내지 단계 (D) 를 포함하는 제 2 공정에 의해 실행되며, 상기 제 1 공정 및 제 2 공정은 병행하여 실행되는 것이 바람직하다.
상기 단계 (B) 는, 아래에 나타난 바람직한 예 (다른 식을 사용할 수도 있음) 에 따라, 부 디젤 미립자 필터 내에 수집된 미립자의 총 매연량을,
ΔP = function (유량, 온도, 매연량, 형상)
와 같은 형태의 식에 따라 계산하게 되는데, 이에 따르면, △P 를 상기 차압 [Pa], μ 를 동점성 계수, Q 를 상기 PM 검출 필터 내의 상기 배기 가스의 유량 [㎥/h], α 를 상기 PM 검출 필터 내의 셀의 일 가장자리 길이, ρ 를 상기 배기 가스의 비중, Vtrap 를 상기 PM 검출 필터의 필터 부피, Ws 를 상기 PM 검출 필터의 벽 두께, Kw 를 상기 PM 검출 필터의 벽 투과율, KSOOT 를 상기 PM 검출 필터에서 수집된 상기 미립자 층의 투과율, F 를 숫자 계수(=28.454), L 을 상기 PM 검출 필터의 유효 필터 길이, β 를 상기 PM 검출 필터의 다공질 벽의 포르이하이머 계수, ζ 를 상기 PM 검출 필터로 유입하고 유출되는 상기 배기 가스에서 발생한 내부 손실 계수로 하여, 식,
Figure 112007069695455-PAT00003
에 따라 상기 PM 검출 필터에서 수집된 상기 미립자 층의 두께 (W [m]) 를 얻고, 또한 Ncells 를 상기 PM 검출 필터의 입구 측의 상기 셀의 구멍 수, ρsoot 를 상기 수집된 미립자의 밀도로 하여, 식
Figure 112007069695455-PAT00004
에 따라 PM 검출 필터에서 수집된 상기 미립자 층의 질량 (msoot [g]) 을 얻는 것이 바람직하다.
상기 단계 (C) 는, Q2 [㎥/h] 를 상기 PM 검출 필터를 통과하는 상기 배기 가스의 유량, PM [g/h] 를 상기 PM 검출 필터 내에 단위 시간당 퇴적되는 미립자의 질량으로 하여, 식,
PM [g/h] = PMconc [g/㎥] × Q2 [㎥/h]
에 의하여 배기 가스 내의 상기 미립자 농도 (PMconc [g/㎥]) 를 얻는 것이 바람직하다.
상기 단계 (D) 는, PMconc [g/㎥] 를 상기 배기 가스의 미립자 농도로 하여, 식,
PMenter full filter [g/h] = PMconc [g/㎥] × Q1 [㎥/h]
에 의하여 상기 주 디젤 미립자 필터 내부로 유입된 상기 미립자의 양 (PMenter full filter [g/h]) 을 얻는 것이 바람직하다.
[제 1 실시예]
도 6 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치 (20) 의 구성을 나타낸다.
도 6 에 의하면, 디젤 엔진 (도시 생략) 으로부터 나오는 배기 가스는, 배기 라인 (21) 을 경유하여 상기 도 2a 를 참조하여 전술한 것과 유사한 주 디젤 미립자 필터 (DPF) (22) 로 흐르게 되며, 도 2c 및 도 2d 를 참조하여 설명한 바와 같이 주 디젤 미립자 필터 (DPF) (22) 는 배기 가스 중의 미립자를 수집한다.
또한, 도 6 의 구성에 의하면, 부 배기 라인 (21A) 은 주 디젤 미립자 필터 (DPF) (22) 의 상류측에서 배기 라인 (21) 으로부터 분기되며, 부 디젤 미립자 필터 (22A) 는 주 디젤 미립자 필터 (DPF) (22) 보다 작은 부피를 갖는 부 배기 라인 (21A) 에 설치된다. 또한, 부 디젤 미립자 필터 (22A) 의 입구와 출구 사이의 차압 (ΔP) 을 측정하기 위해 차압계 (22B) 가 설치된다. 또한, 도 6 의 구성에 의하면, 부 디젤 미립자 필터 (22A) 의 하류측에서 부 배기 라인 (21A) 에는 유 량계 (24) 및 제어 밸브 (23) 가 설치되며, 이 제어 밸브 (23) 는 유량계 (24) 의 측정값에 기초하여 부 배기 라인 (21A) 중의 배기 가스의 유량을 일정하게 유지시키는데 사용된다. 제어 밸브 (23) 및 유량계 (24) 는 부 배기 라인 (21A) 상의 어느 곳에도 설치될 수 있다. 여기서, 부 디젤 미립자 필터 (22A), 차압계 (22B), 및 유량계 (24) 가 배기 가스에 포함된 미립자의 양을 측정하는 미립자 (PM) 센서를 구성한다. 미립자 (PM) 센서는 온도 측정부 (T1) 를 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 주 디젤 미립자 필터 (DPF) (22) 에는 온도 측정부 (T2) 를 설치할 수도 있다.
배기 라인의 온도 측정부는, (1) 주 디젤 미립자 필터의 내부, (2) 부 디젤 미립자 필터의 내부, (3) 이들에 연결된 관, (4) 주 디젤 미립자 필터의 외부, 또는 (5) 부 디젤 미립자 필터의 외부 중 어느 곳에도 설치될 수 있다. 배기 가스 온도의 정확한 측정의 관점에서, (1) 또는 (2) 의 배치가 바람직하며, (2) 의 배치가 좀 더 바람직하다.
도 7a 는 부 디젤 미립자 필터 (22A) 를 포함하는 전체적인 구성을 나타내며, 도 7b 는 부 디젤 미립자 필터 (22A) 의 원리를 나타내고 있다.
부 디젤 미립자 필터 (22A) 는 주 디젤 미립자 필터 (DPF) (22) 와 유사한 다공질 세라믹으로 이루어질 수 있다. 부 디젤 미립자 필터가 다공질 세라믹으로 이루어진 경우, 부 디젤 미립자 필터는 직사각형 형태의 셀 (22b) 을 포함한다. 부 디젤 미립자 필터에는, 0.05 ~ 65 ㎖ 와 같이 65 ㎖ 이하, 또는 주 디젤 미립자 필터 (DPF) (22) 의 배기 가스 통로 {도 3 의 통로 (12a) 에 해당} 의 총 부 피의 0.05 ~ 5 % 와 같이 5 % 이하의 부피를 갖는 단일의 가스 통로 (22a) 가 형성되어 있다. 선택적으로는, 상기 가스 통로 (22a) 는 0.1 ~ 1000 ㎠ (바람직하게는 1 ~ 10 ㎠) 의 여과 면적을 가질 수 있다. 상기 가스 통로 (22a) 는 직사각형 단면 형상을 가질 수 있으며, 예컨대 그 일 단부가 밀폐되어 있는 상태 (셀의 경우에는 후단부가 밀폐되어 있는 상태) 로 형성된다. 여기서, 가스 통로 (22a) 의 외측 형상 또는 부 디젤 미립자 필터 (22A) {셀 (22b)} 의 외측 형상은, 주 디젤 미립자 필터 (DPF) (22) 의 가스 통로의 단면 형상과 동일할 필요는 없으며, 따라서 이들은 원형, 정방형, 8각형, 타원형 등의 임의의 형상이 될 수 있다. 또한, 부 디젤 미립자 필터 (22A) {셀 (22b)} 를 구성하는 다공질 세라믹은 주 디젤 미립자 필터 (DPF) (22) 를 형성하는 다공질 세라믹과 동일할 필요는 없다. 또한, 부 디젤 미립자 필터 (22A) {셀 (22b)} 는 세라믹 이외의 재료로 형성될 수 있다.
주 디젤 미립자 필터 (DPF) (22) 의 배기 가스 통로 {도 3 의 통로 (12a) 에 해당} 의 5 % 이하의 부피이거나, 65 ㎖ 이하의 부피, 또는 0.1 ~ 1000 ㎠ (바람직하게는 1 ~ 10 ㎠) 의 여과 면적을 갖는 가스 통로 (22a) 를 형성함으로써, 간단한 절차로 주 디젤 미립자 필터 (DPF) (22) 의 미립자의 퇴적량을 측정하는 것이 가능해진다.
부 디젤 미립자 필터 (22A) {셀 (22b)} 에는 배기 가스 온도 (T) 를 측정하기 위한 온도 측정부가 설치되며, 온도 측정부에는 열전대 (22d) 가 설치되어 있다. 또한, 내벽면에 퇴적된 미립자 층 (22c) 을 연소시키고 부 디젤 미립자 필 터 (22A) 를 재생하기 위해, 히터 (22h) 가 부 디젤 미립자 필터 {셀 (22b)} 에 감겨 있다. 또한, 셀 (22b), 열전대 (22d), 및 히터 (22h) 는 Al2O3 등으로 된 절연체 (22i) 를 경유하여 SiO2-Al2O3 등으로 된 원통형 홀더 (22e) 등에 수용되며, 상기 홀더 (22e) 에는 차압 (ΔP) 을 측정하기 위한 다이어프램 압력계 (22B) 가 설치되는데, 상기 부 배기 라인 (21A) 내의 배기 가스가 압력계 (22B) 에 공급되도록 설치된다. 상기 홀더 (22e) 는 금속 하우징에 수용되어 있고 미립자 (PM) 센서로서 부 배기 라인에 설치되어 있다. 상기 홀더 (22e) 는 부 배기 라인의 관 내부에 설치될 수도 있으며, 금속 하우징에 수용된 상태로 부 배기 라인 내부에 설치될 수도 있다.
이와 같이, 부 배기 라인 (21A) 의 배기 가스가 부 디젤 미립자 필터 {셀 (22b)} 의 배기 통로 (22a) 에 유입될 경우, 상기 배기 가스는 부 디젤 미립자 필터 {셀 (22b)} 의 벽면을 통해 셀 외부로 흐르게 되며, 배기 가스 내의 미립자는 도 2c 의 경우와 유사하게 수집된다. 그에 의해, 미립자는 셀 (22b) 의 내벽면에 퇴적되어 층 (22c) 을 형성한다.
본 실시예에서, 이와 같이 디젤 미립자 필터 (22) 의 내벽면에 수집 및 퇴적된 미립자 (22c) 의 퇴적량은, 이하의 식 (1) 을 이용하여 얻게 되는 차압 (ΔP), 배기 가스 온도 (T), 및 배기 가스 유량 (Q) 으로부터 계산된다.
도 8 은 도 6 의 부 디젤 미립자 필터 (22A) 의 보다 상세한 구성을 나타내고 있다.
도 8 에 의하면, 부 배기 라인 (21A) 의 배기 가스는, 화살표로 나타낸 바와 같이 부 디젤 미립자 필터 {셀 (22b)} 의 가스 통로 (22a) 에 공급되며, 셀을 통과한 후에 측방 또는 후방으로 배출된다. 그에 의하여, 부 디젤 미립자 필터 {셀 (22b)} 내의 히터 (22h) 는 구동 라인 (22b1) 에 의해 공급되는 전력에 의해 구동되어, 셀 (22b) 에 의해 수집된 미립자 (22c) 를 태우게 된다. 또한, 다이어프램 압력계 (22B) 의 출력 신호는 신호 라인 (22p) 을 통해 제어 회로에 공급된다.
도 7a 및 도 7b 의 부 디젤 미립자 필터 (22A) 에서, 부 디젤 미립자 필터 내에 수집된 미립자의 총 매연량은, ΔP 를 상기 차압, μ 를 동점성 계수, Q 를 상기 부 디젤 미립자 필터 내의 상기 배기 가스의 유량 [㎥/h], α 를 상기 부 디젤 미립자 필터 내의 셀의 일 가장자리 길이, ρ 를 상기 배기 가스의 비중, Vtrap 를 상기 부 디젤 미립자 필터의 필터 부피, Ws 를 상기 부 디젤 미립자 필터의 벽 두께, Kw 를 상기 부 디젤 미립자 필터의 벽 투과율, Ksoot 를 상기 부 디젤 미립자 필터에서 수집된 상기 미립자 층의 투과율, W 를 상기 수집된 미립자 층의 두께, F 를 숫자 계수(=28.454), L 을 상기 부 디젤 미립자 필터의 유효 필터 길이, β 를 상기 부 디젤 미립자 필터의 다공질 벽의 포르이하이머 계수, ζ 를 상기 부 디젤 미립자 필터로 유입하고 유출되는 상기 배기 가스에서 발생한 내부 손실 계수로 하여, 식
Figure 112007069695455-PAT00005
(1)
에 따라 얻게 되는 차압 (ΔP) 으로부터 계산된다.
다음으로, 부 미립자 필터 {셀 (21b)} 에 의해 수집된 미립자의 질량 (msoot) 은, msoot 를 수집된 미립자의 질량 [g], Ncells 를 상기 부 디젤 미립자 필터의 입구 측의 상기 셀의 구멍 수, ρsoot 를 상기 수집된 미립자의 밀도로 하여, 식
Figure 112007069695455-PAT00006
(2)
에 따라 얻게 된다.
따라서, 단위 시간당 수집량 (PM [g/h]) 은, 상기 미립자 질량 (msoot) 을 부 디젤 미립자 필터 (22A) 의 전회 재생에서 측정된 시간 [h] 로 나누어 얻게 된다.
일단 단위 시간당 퇴적된 미립자의 질량 (PM [g/h]) 을 얻게 되면, 배기 가스 내의 미립자 농도 (PMconc [g/㎥]) 는, 부 미립자 필터 (22A) 를 통과하는 배기 가스의 유량 (Q2 [㎥/h]) 을 이용하여, 식
PM [g/h] = PMconc [g/㎥] × Q2 [㎥/h] (3)
에 의해 얻어진다.
배기 가스 내의 미립자 농도 (PMconc [g/㎥]) 는 부 배기 라인 (21A) 및 배기 라인 (21) 에서 동일한 값을 갖기 때문에, 상기 디젤 미립자 필터 (22) 에 유입된 미립자의 양 (PMenter full filter [g/h]) 은, 단위 시간당 퇴적되는 미립자의 질량 (PM [g/h]) 으로부터, 식
PMenter full filter [g/h] = PMconc [g/㎥] × Q1 [㎥/h] (4)
에 의해 얻게 된다.
또한, 이로부터, 필터 내에 퇴적된 미립자의 양은 필터의 수집 효율을 고려함으로써 얻게 된다. 전술한 바에서, Q1 은 주 디젤 미립자 필터 (DPF) (22) 를 통과하는 배기 가스의 유량을 나타낸다. Q1 은 실제의 측정으로 얻거나 엔진의 동작 상태로부터 추정될 수 있다.
도 9 는 도 6 의 배기 가스 정화 장치의 주 디젤 미립자 필터 (DPF) (22) 를 지나면서 발생하는 차압과 주 디젤 미립자 필터 (DPF) (22) 에서의 미립자의 퇴적량 사이의 관계를 나타내며, 여기서 실선은 주 디젤 미립자 필터 (22) 에서의 미립자의 퇴적량이, 부 디젤 미립자 필터 (22A) 및 식 (1) ~ (4) 를 이용해 얻어지는 경우를 나타낸다. 한편, 점선은 주 디젤 미립자 필터 (DPF) (22) 내의 미립자의 퇴적량이 주 디젤 미립자 필터 (DPF) (22) 에서의 차압으로부터 직접 얻어지는 경우를 나타낸다.
도 9 에 의하면, 동일한 미립자의 퇴적량에서 비교할 경우, 주 디젤 미립자 필터 (DPF) (22) 에서의 차압에 있어서 ±50 % 만큼의 편차에 의한 오차가 발생함 을 알 수 있다.
이에 반해, 부 디젤 미립자 필터에서의 차압 (ΔP) 을 얻어, 식 (1) ~ (4) 을 이용함으로써, ±10 % 의 오차 내에서, 주 디젤 미립자 필터 (DPF) (22) 에 의해 수집된 미립자의 퇴적량을 얻을 수 있다.
따라서 본 발명에 따르면, 부피가 작은 부 디젤 미립자 필터 (22A) 내에 형성된 차압 (ΔP) 을 측정함으로써, 도 6 의 배기 가스 정화 장치 내의 주 디젤 미립자 필터 (DPF) (22) 의 미립자 퇴적량을 정확하게 계산할 수 있으며, 상기 결과에 기초하여 후분사를 실행함으로써 최적의 시점에 주 디젤 미립자 필터 (DPF) (22) 의 재생을 실행할 수 있다. 이로써, 불필요한 후분사를 피하여, 차량의 연비가 향상된다.
도 6 의 구성에 있어서, 공지된 벤체리 유량계 (Vencheri flow meter), 열선 유량계 등을 사용할 수 있으며, 유량계 (24) 는 부 배기 라인 (21A) 에서의 배기 가스 유량을 예컨대, 50 ~ 6000 ㎖/min 에서 일반적으로 일정하게 제어할 수 있다. 이로써, 배기 가스가 부 배기 라인 (21A) 에 편중되어 흐르는 것을 피하게 되고, 부 디젤 미립자 필터 (22A) 를 이용하여 얻은 퇴적량으로부터 주 디젤 미립자 필터 (DPF) (22) 에서의 미립자의 퇴적량을 더욱더 정확하게 얻을 수 있다.
여기서, "상기 부 디젤 미립자 필터의 입구와 출구 사이의 차압을 측정하는 차압 측정부" 는, 부 디젤 미립자 필터 (22A) 의 입구 측과 출구 측 사이의 차압을 측정하는 차압계를 포함할 뿐만 아니라, 디젤 미립자 필터 (22A) 의 출구 측에서만 압력계를 이용하는 구성도 포함한다. 이러한 구성에 의하면, 초기 상태 (재생 직후의 상태) 의 압력 값이 저장되어 있고, 부 디젤 미립자 필터 (22A) 에 미립자가 퇴적된 상태에서 압력을 측정하고, 이와 같이 얻어진 압력 값을 저장된 초기 압력 값으로부터 빼서 차압을 계산한다.
또한, 차압을 측정하기 위해, 상기 부 디젤 미립자 필터의 입구 측 및 출구 측, 또는 출구측에만 유량계, 유속계 등을 설치할 수도 있다. 이러한 구성에 의하면, 부 디젤 미립자 필터의 입구 측 및 출구 측에 제공된 유량계, 유속계 등의 값을 읽어 차압을 얻게 된다. 선택적으로는, 초기 상태 (재생 직후의 상태) 에서 읽은 값과 부 디젤 미립자 필터 내에 미립자가 퇴적된 상태에서 읽은 값을 비교하여, 부 디젤 미립자 필터의 출구 측에 있는 유량계, 유속계 등의 값을 읽어 상기 차압을 얻을 수도 있다.
본 발명은 식 (1) ~ (4) 을 이용하여 상기 부 디젤 미립자 필터 (22A) 에 대해 얻은 차압으로부터, 주 디젤 미립자 필터 (DPF) (22) 에 퇴적된 미립자의 양을 얻는 것을 특징으로 하며, 따라서 부 디젤 미립자 필터의 차압을 측정하는데는 종래 차압 측정에 사용되는 것들을 포함하여 어떤 기구라도 사용될 수 있다.
[제 2 실시예]
도 10 은 도 6 의 배기 가스 정화 장치를 사용하는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 배기 가스 정화 방법을 나타내는 순서도이다.
도 10 에 의하면, 배기 가스 유량 (Q) 은 단계 1 에서 유량계 (24) 에 의해 검출되고, 상기 부 디젤 미립자 필터 (22A) 에서의 차압 (ΔP) 은 상기 차압계 (22B) 에 의해 검출된다. 또한, 배기 가스의 온도는 상기 온도 측정부 (T1) 에 의해 검출된다.
다음으로 단계 2 에서는, 상기 부 디젤 미립자 필터 (22A) 에 의해 수집된 미립자의 두께 (W) 가, 상기 식 (1) 에 따라 단계 1 에서 검출된 차압 (ΔP) 으로부터 얻어진다. 여기서, 배기 가스의 온도 (T) 는 본 경우에서처럼 부 디젤 미립자 필터 (22A) 의 온도 측정부 (T1) 를 사용하는 대신에, 주 디젤 미립자 필터 (DPF) (22) 의 온도 측정부 (T2) 를 사용함으로써 얻을 수 있다. 또한, 상기 온도 (T) 는 상기 온도 측정부 (T1, T2) 의 온도로부터 (예를 들면 평균값, 최대값, 최소값 등의 형태로) 계산할 수 있다. 상기 미립자의 양의 보다 정확한 계산의 관점에서는, 상기 부 디젤 미립자 필터 (22A) 의 온도 측정부 (T1) 를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 온도 측정부에 대해서는, 열전대가 사용될 수 있지만, 온도 측정이 가능한 것은 어떤 것이라도 사용 가능하다. 배기관 내의 배기 가스 온도를 측정하는 것이 바람직하지만, 필터 또는 셀의 온도를 측정할 수도 있다.
또한, 단계 2 에서는, 상기 셀 (21b) 에 의해 수집된 미립자의 질량 (msoot) 이, 전술한 식 (2) 를 사용하여 단계 1 에서 검출된 층의 두께 (W) 로부터 얻어진다.
또한, 단계 3 에서는, 상기 부 디젤 미립자 필터 (22A) 의 셀 (22b) 에 퇴적된 미립자 층의 질량 (msoot) 이 소정의 임계값 (Th0) 을 초과했는지 여부가 판단되며, 결과가 '아니오' 인 경우 공정은 단계 1 로 회귀한다.
상기 부 디젤 미립자 필터 (22A) 의 셀 (22b) 내에 퇴적된 미립자 층의 질량 (msoot) 이 단계 3 에서 소정의 임계값 (Th0) 을 초과한 경우에는, 단계 4 에서 히터 (22h) 가 가동되어 미립자 (22c) 는 연소에 의해 제거된다.
한편, 도 10 의 공정에서는, 단계 11 에서, 상기 배기 가스 내의 미립자 농도 (PM) 는 단계 2 에서 얻어진 셀 (22b) 내의 수집된 미립자의 질량 (msoot) 을 이용하여 식 (3) 으로부터 얻어지고 , 상기 주 디젤 미립자 필터 (22) 내에 퇴적된 미립자의 퇴적량 (PMenter full filter) 은 상기 주 디젤 미립자 필터 (DPF) (22) 의 수집 효율 및 식 (4) 로부터 얻어진다.
이와 같이, 단계 12 에서는, 상기 주 디젤 미립자 필터 (DPF) (22) 의 미립자의 퇴적량 (PMenter full filter) 이 소정의 임계값 (Th1) 을 초과하는지 여부가 판단되고, 결과가 '아니오' 인 경우, 공정은 단계 11 로 회귀한다.
단계 12 에서 상기 주 디젤 미립자 필터 (DPF) (22) 내의 미립자 퇴적량 (PMenter full filter) 이 소정의 임계값 (Th1) 을 초과하는 것으로 판단되는 경우, 엔진 제어 장치 (ECU) 를 제어함으로써 단계 13 에서 후분사가 실행되며, 상기 주 디젤 미립자 필터 (DPF) (22) 에 퇴적된 미립자는 연소에 의해 제거된다. 그에 의해, 필터의 재생이 이루어진다.
도 10 의 공정에서는, 상기 부 디젤 미립자 필터 (22A) 및 주 디젤 미립자 필터 (DPF) (22) 의 재생을 독립적으로 실행할 수 있어서, 부 디젤 미립자 필터 (22A) 를 구성하는 셀 (22b) 내의 미립자 물질 (22c) 의 퇴적량 또는 미립자 층의 양을 0.5 g/ℓ 이하의 작은 값으로 항상 유지할 수 있다. 그러한 구성에 의하면, 상기 부 디젤 미립자 필터 (22A) 를 이용하여 미립자 센서의 감도를 향상시킬 수 있게 된다.
도 6 의 구성에서는, 밸브 (23) 가 부 배기 라인 (21A) 에 삽입되어 있으나, 상기 부 디젤 미립자 필터 (22A) 의 재생이 주 디젤 미립자 필터 (DPF) (22) 와 독립적으로 실행되는 경우에도, 재생이 실행된 상기 부 디젤 미립자 필터를 통해 배기 가스가 지배적으로 흐르는 상황은 발생하지 않으며, 주 디젤 미립자 필터 (DPF) (22) 내의 미립자 퇴적량의 계산에는 오차가 발생하지 않는다.
그에 의하여, 상기 부 배기 라인 (21A) 내의 배기 가스 유량을 일정한 수준으로 정확하게 유지시키는 밸브 (23) 는 필요하지 않으며, 상기 부 배기 라인 (21A) 에 대한 배기 가스 유동의 극단적인 편중을 피하는 것으로 충분하다.
따라서, 상기 제 2 실시예에서는, 차압 (ΔP), 배기 가스 온도 (T), 및 배기 가스 유량 (Q) 을 측정하고 (단계 1), 식 (1) 및 (2) 를 이용하여 상기 측정 결과로부터 상기 부 디젤 미립자 필터에 의해 수집된 미립자의 질량을 얻고 (단계 2), 식 (3) 및 (4) 를 이용하고 또한 상기 주 디젤 미립자 필터의 수집 효율을 이용하여 상기 부 디젤 미립자 필터에 수집된 미립자의 양으로부터 주 디젤 미립자 필터에 의해 수집된 미립자 양을 얻게 된다 (단계 11).
도 10 및 이하 설명할 도 11 에 있어서, 상기 주 디젤 미립자 필터 (DPF) (22) 를 'DPF' 로 표기하고, 상기 부 디젤 미립자 필터 (22A) 를 '부-DPF' 로 표기 한다. 또한, 디젤 미립자의 퇴적량을 'DPM depo' 로 표기한다.
한편, 상기 주 디젤 미립자 필터에 수집된 미립자의 양을 얻는 공정은 도 11 에 나타난 바와 같이 변형할 수도 있다.
따라서, 도 11 에 있어서, 상기 주 디젤 미립자 필터에 의해 수집된 미립자 양을 얻는 공정 (단계 11) 은, 상기 단계 1 에서 얻어진 측정 결과를 이용하여, 상기 부 디젤 미립자 필터에 의해 수집된 미립자 양을 얻는 공정 (단계 2) 과 병행하여 수행된다.
[제 3 실시예]
도 12 는 도 6 의 미립자 센서 (PM) 을 사용하는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 미립자 측정 방법을 나타내는 순서도이며, 전술한 부분들에 대응하는 부분들은 동일한 참조 번호로 표기되며 그에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 12 에 의하면, 상기 부 배기 라인 (21A) 내의 유량은, 유량계 (24) 를 이용함으로써 또는 때로는 밸브 (23) 를 이용함으로써, 상기 단계 1 에 대응하는 상기 단계 21 에 있어서 50∼6000 ㎖/min 범위 내의 소정의 값으로 설정되고, 상기 부 디젤 미립자 필터 (22A) 에서의 차압 (ΔP) 은 차압계 (22B) 에 의해 검출된다. 또한 상기 배기 가스 온도는 온도 측정부 (T1) 를 사용하여 검출된다.
다음으로, 전술한 단계 2 에 대응하는 단계 22 에 있어서, 상기 부 디젤 미립자 필터 (22A) 에 의해 수집된 미립자 층의 두께 (W) 는 식 (1) 에 따라 상기 단계 1 에서 검출된 차압 (ΔP) 으로부터 얻는다. 여기서, 상기 배기 가스의 온도 (T) 는, 본 경우에서처럼, 상기 부 디젤 미립자 필터 (22A) 의 온도 측정부 (T1) 를 사용하는 대신에 상기 주 디젤 미립자 필터 (DPF) (22) 의 온도 측정부 (T2) 를 사용하여 얻을 수도 있다. 또한, 상기 온도 (T) 는 온도 측정부 (T1, T2) 의 온도들로부터 (예를 들면, 평균값, 최대값, 최소값 등의 형태로) 계산될 수 있다. 미립자의 양의 보다 정확한 계산의 관점에서는, 상기 부 디젤 미립자 필터 (22A) 의 온도 측정부 (T1) 를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 온도 측정부에 대해서는, 열전대가 사용될 수 있지만, 온도 측정이 가능한 것은 어떤 것이라도 사용 가능하다. 배기관 내의 배기 가스 온도를 측정하는 것이 바람직하지만, 필터 또는 셀의 온도를 측정할 수도 있다.
또한, 단계 22 에서는, 상기 셀 (21b) 에 의해 수집된 미립자의 질량 (msoot) 이, 전술한 식 (2) 를 사용하여 단계 1 에서 검출된 층의 두께 (W) 로부터 얻어진다.
또한, 도 12 의 공정에서는, 상기 배기 가스 내의 미립자 농도 (PM) 는, 전술한 단계 11 에 대응하는 단계 31 에 있어서, 상기 단계 22 에서 얻어진 셀 (22b) 내에 수집된 미립자의 질량 (msoot) 을 이용하여 식 (3) 으로부터 얻어지고 , 상기 주 디젤 미립자 필터 (22) 내에 퇴적된 미립자의 퇴적량 (PMenter full filter) 은 상기 주 디젤 미립자 필터 (DPF) (22) 의 수집 효율 및 식 (4) 로부터 얻어진다.
따라서, 상기 제 3 실시예에서는, 차압 (ΔP), 배기 가스 온도 (T), 및 배기 가스 유량 (Q) 을 측정하고 (단계 21), 식 (1) 및 (2) 를 이용하여 상기 측정 결과로부터 상기 부 디젤 미립자 필터에 의해 수집된 미립자의 질량을 얻고 (단계 22), 식 (3) 및 (4) 를 이용하고 또한 상기 주 디젤 미립자 필터의 수집 효율을 이용하여 상기 부 디젤 미립자 필터에 수집된 미립자의 양으로부터 주 디젤 미립자 필터에 의해 수집된 미립자 양을 얻게 된다 (단계 31).
도 12 및 이하 설명할 도 13 에 있어서, 상기 주 디젤 미립자 필터 (DPF) (22) 를 'DPF' 로 표기하고, 상기 부 디젤 미립자 필터 (22A) 를 '부-DPF' 로 표기한다. 또한, 디젤 미립자의 퇴적량을 'DPM depo' 로 표기한다.
한편, 상기 주 디젤 미립자 필터에 수집된 미립자의 양을 얻는 공정은 도 13 에 나타난 바와 같이 변형할 수도 있다.
따라서, 도 13 에 있어서, 상기 주 디젤 미립자 필터에 의해 수집된 미립자 양을 얻는 공정 (단계 31) 은, 상기 단계 21 에서 얻어진 측정 결과를 이용하여, 상기 부 디젤 미립자 필터에 의해 수집된 미립자 양을 얻는 공정 (단계 22) 과 병행하여 수행된다.
또한, 지금까지는 상기 주 디젤 미립자 필터 (DPF) (22) 및 부 디젤 미립자 필터 (22A) 에 대해 SiC 로 된 벌집 부재를 사용하는 경우에 대하여 설명했지만, 본 발명은 그러한 특정 필터 부재에 결코 한정되지 않으며, 탄화 규소를 60% 이상 함유한 탄화 규소와 실리콘 등의 금속과의 복합체 (본 발명은 그러한 복합체 역시 탄화 규소 내에 포함한다), 질화 알루미늄, 질화 규소, 질화 붕소, 텅스텐 질화물 등의 질화물, 탄화 지르코늄, 탄화 티타늄, 탄화 탄탈륨, 탄화 텅스텐 등의 탄화물, 알루미나, 산화 지르코늄, 코디에라이트, 뮬라이트, 실리카, 티탄산 알루미늄 등의 산화물, 또는 스테인리스강 등의 다공질 금속체를 사용할 수도 있다. 또 한, 벌집 구조 뿐만 아니라 코로게이트나 엘리먼트 판 등과 같은 구조체의 사용도 가능하다.
본 발명의 배기 가스 정화 장치는 소형이며, 트럭 또는 산업 기계 등의 대형 차량 뿐만 아니라 승용차에도 적용 가능하다.
도 1 은 종래 기술의 배기 가스 정화 장치를 사용하는 전체 엔진 시스템을 나타내는 도.
도 2a 는 디젤 미립자 필터의 개략적 구성을 나타내는 도.
도 2b 는 디젤 미립자 필터의 구성 요소를 나타내는 도.
도 2c 는 디젤 미립자 필터의 동작 원리를 나타내는 도.
도 2d 는 디젤 미립자 필터에 수집된 미립자의 상태를 나타내는 도.
도 3 은 본 발명의 관련 기술에 따른 배기 가스 정화 장치를 사용하는 전체 엔진 시스템을 나타내는 도.
도 4 는 도 3 의 배기 가스 정화 장치의 문제점을 설명하는 도.
도 5 는 도 3 의 배기 가스 정화 장치의 문제점을 설명하는 또 하나의 도.
도 6 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치의 구성을 나타내는 도.
도 7a 는 도 6 에 사용된 부 디젤 미립자 필터의 구성을 나타내는 도.
도 7b 는 도 7a 의 부 디젤 미립자 필터의 원리를 설명하는 도.
도 8 은 도 6 의 부 디젤 미립자 필터를 사용하는 미립자 (PM) 센서의 구성을 나타내는 도.
도 9 는 본 발명의 효과를 설명하는 도.
도 10 은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치에 있어서 디젤 미립자 필터의 재생 동작을 설명하는 순서도.
도 11 은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치의 디젤 미립자 필터의 또 다른 재생 동작을 나타내는 도.
도 12 는 도 10 의 단계 (A) 내지 단계 (D) 에 따른 미립자 측정 방법을 나타내는 순서도.
도 13 은 도 11 의 단계 (A) 내지 단계 (D) 에 따른 미립자 측정 방법을 나타내는 순서도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
11 디젤 엔진 12 배기 라인
12A 필터 유닛 12B 디젤 미립자 필터
12a 가스 통로 12b 다공질 부재
12c 미립자 20 배기 가스 정화 장치
21 배기 라인 21A 부 배기 라인
22 주 디젤 미립자 필터 22A 부 디젤 미립자 필터
22a 가스 통로 22b 셀
22b1 구동 라인 22c 미립자 층
22d 열전대 22e 홀더
22h 히터 22i 절연체
22p 신호 라인 23 제어 밸브
24 유량계

Claims (18)

  1. 디젤 엔진의 배기 라인에 설치된 주 디젤 미립자 필터,
    상기 주 디젤 미립자 필터의 상류측으로부터 상기 배기 라인으로부터 분기된 부 배기 라인,
    상기 부 배기 라인에 설치되고, 상기 주 디젤 미립자 필터의 매연 저장 용량보다 작은 매연 저장 용량을 갖는 부 디젤 미립자 필터 및,
    상기 부 디젤 미립자 필터의 입구와 출구 사이의 차압을 측정하는 차압 측정부를 포함하는 배기 가스 정화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 부 배기 라인은 유량계 또는 당량계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 부 배기 라인은 온도 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 부 디젤 미립자 필터는 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 부 배기 라인에서 상기 배기 가스의 유량을 소정 값으로 유지시키기 위한 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
  6. 디젤 엔진의 배기 라인에 설치된 주 디젤 미립자 필터, 상기 주 디젤 미립자 필터의 상류측으로부터 상기 배기 라인으로부터 분기된 부 배기 라인, 상기 부 배기 라인에 설치되고 상기 주 디젤 미립자 필터의 매연 저장 용량보다 작은 매연 저장 용량을 갖는 부 디젤 미립자 필터 및, 상기 부 디젤 미립자 필터의 입구와 출구 사이의 차압을 측정하는 차압 측정부를 포함하는 배기 가스 정화 장치를 사용하는 배기 가스 정화 방법으로서,
    (A) 상기 부 디젤 미립자 필터를 지나면서 발생한 차압, 상기 부 배기 라인에서의 배기 가스의 온도 및, 상기 배기 가스의 유량을 측정하는 단계,
    (B) 상기 단계 (A) 에서 얻어진 상기 배기 가스의 차압, 온도 및 유량으로부터, 상기 부 디젤 미립자 필터에 의해 단위 시간당 수집되는 미립자의 질량을 계산하는 단계,
    (C) 상기 단계 (B) 에서 얻어진 단위 시간당 부 디젤 미립자 필터에 의하여 수집되는 상기 미립자 질량으로부터, 상기 배기 가스 내의 미립자 농도를 계산하는 단계,
    (D) 상기 단계 (C) 에서 얻어진 상기 배기 가스 내의 미립자 농도 및 이에 더하여 엔진의 운전 상태 또는 상기 주 디젤 미립자 필터에 유입하는 가스 유량으로부터, 상기 주 디젤 미립자 필터 내로 유입되는 상기 미립자 질량을 계산하는 단 계,
    (E) 상기 단계 (D) 에서 얻어진 상기 주 디젤 미립자 필터에 의해 수집되는 상기 미립자 질량과, 상기 주 디젤 미립자 필터의 수집 효율로부터, 상기 주 디젤 미립자에 의하여 수집된 상기 미립자 질량이 소정의 임계치를 초과하는지 여부를 판단하는 단계 및,
    (F) 상기 주 디젤 미립자 필터에 의해 수집된 상기 디젤 미립자 질량이 상기 소정의 임계치를 초과하는 경우, 상기 주 디젤 미립자 필터의 재생을 실행하는 단계를 포함하는 배기 가스 정화 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 부 디젤 미립자 필터의 재생 단계를 더 포함하고, 상기 부 디젤 미립자 필터의 재생은, 상기 부 디젤 미립자 필터에 수집된 미립자 질량이 소정의 값을 초과한 경우, 주 디젤 미립자 필터의 재생과는 독립적으로 실행되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 부 디젤 미립자 필터의 재생 단계는, 상기 단계 (A) 이후에 상기 단계 (B) 를 포함하는 제 1 공정에 의해 실행되고, 상기 주 디젤 미립자 필터의 재생 단계는, 상기 제 1 공정의 상기 단계 (B) 이후에 상기 단계 (C) 및 단계 (D) 를 포함하는 제 2 공정에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 방법.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 부 디젤 미립자 필터의 재생 단계는, 상기 단계 (A) 이후에 상기 단계 (B) 를 포함하는 제 1 공정에 의해 실행되고, 상기 주 디젤 미립자 필터의 재생 단계는, 상기 단계 (A) 이후에 상기 단계 (B) 내지 단계 (D) 를 포함하는 제 2 공정에 의해 실행되며, 상기 제 1 공정 및 상기 제 2 공정은 병행하여 실행되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 방법.
  10. 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계 (B) 는, △P 를 상기 차압 [Pa], μ 를 동점성 계수, Q 를 상기 부 디젤 미립자 필터 내의 상기 배기 가스의 유량 [㎥/h], α 를 상기 부 디젤 미립자 필터 내의 셀의 일 가장자리 길이, ρ 를 상기 배기 가스의 비중, Vtrap 를 상기 부 디젤 미립자 필터의 필터 부피, Ws 를 상기 부 디젤 미립자 필터의 벽 두께, Kw 를 상기 부 디젤 미립자 필터의 벽 투과율, Ksoot 를 상기 부 디젤 미립자 필터에서 수집된 상기 미립자 층의 투과율, F 를 숫자 계수(=28.454), L 을 상기 부 디젤 미립자 필터의 유효 필터 길이, β 를 상기 부 디젤 미립자 필터의 다공질 벽의 포르히하이머 (Forchheimer) 계수, ζ 를 상기 부 디젤 미립자 필터로 유입하고 유출되는 상기 배기 가스의 내부 손실 계수로 하여, 식
    Figure 112007069695455-PAT00007
    에 따라 상기 부 디젤 미립자 필터에서 수집된 상기 미립자 층의 두께 (W [m]) 를 계산하고, 또한 Ncells 을 상기 입구 측의 상기 셀의 구멍 수, ρsoot 를 상기 수집된 미립자의 밀도로 하여, 식
    Figure 112007069695455-PAT00008
    에 따라 상기 부 디젤 미립자 필터에서 수집된 상기 미립자 층의 질량 (msoot [g]) 을 얻게 되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 단계 (C) 는, Q2 [㎥/h] 를 상기 부 디젤 미립자 필터를 통과하는 상기 배기 가스의 유량, PM [g/h] 를 단위 시간당 퇴적되는 미립자의 질량으로 하여, 식
    PM [g/h] = PMconc [g/㎥] × Q2 [㎥/h]
    에 의하여 상기 배기 가스 내의 상기 미립자 농도 (PMconc [g/㎥]) 를 계산하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 단계 (D) 는, PMconc [g/㎥] 을 상기 배기 가스의 미립자 농도로 하여, 식,
    PMenter full filter [g/h] = PMconc [g/㎥] × Q1 [㎥/h]
    에 의하여 상기 주 디젤 미립자 필터 내부로 유입된 상기 미립자의 양 (PMenter full filter [g/h]) 을 계산하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 방법.
  13. 디젤 엔진의 배기 라인에 설치된 디젤 미립자 필터의 상류측으로부터 디젤 엔진의 배기 라인으로부터 분기된 가스 라인 내에 설치되고, 상기 디젤 미립자 필터의 매연 저장 용량보다 작은 매연 저장 용량을 갖는 PM 검출 필터 및, 상기 PM 검출 필터의 입구와 출구 사이의 차압을 측정하는 차압 측정부를 포함하는 미립자 센서를 사용하는 미립자 측정 방법으로서,
    (A) PM 검출 필터를 지나면서 발생한 차압, 상기 가스 라인에서의 배기 가스 온도 및, 상기 가스 라인에서의 상기 배기 가스의 유량을 측정하는 단계,
    (B) 상기 단계 (A) 에서 얻어진 상기 배기 가스의 차압, 온도 및 배기 가스 유량으로부터, 단위 시간당 상기 PM 검출 필터에 의해 수집되는 미립자 질량을 계산하는 단계,
    (C) 상기 단계 (B) 에서 얻어진 단위 시간당 상기 PM 검출 필터에 의해 수집된 미립자 질량으로부터, 상기 배기 가스 내의 미립자 농도를 계산하는 단계 및,
    (D) 상기 단계 (C) 에서 얻어진 상기 배기 가스 내의 상기 미립자 농도 및 이에 더하여 엔진 운전 상태 또는 상기 주 디젤 미립자 필터에 유입하는 가스 유량으로부터, 상기 주 디젤 미립자 필터 내로 유입되는 미립자 질량을 계산하는 단계를 포함하는 미립자 측정 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 PM 검출 필터에 의해 수집된 상기 미립자의 질량을 얻는 단계는, 상기 단계 (A) 이후에 상기 단계 (B) 를 포함하는 제 1 공정에 의해 실행되고, 상기 디젤 미립자 필터 내로 유입되는 상기 미립자의 질량을 얻는 단계는, 상기 제 1 공정의 단계 (B) 이후에 상기 단계 (C) 및 단계 (D) 를 포함하는 제 2 공정에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는 미립자 측정 방법.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 PM 검출 필터에 의해 수집된 상기 미립자의 질량을 얻는 단계는, 상기 단계 (A) 이후에 상기 단계 (B) 를 포함하는 제 1 공정에 의해 실행되고, 상기 디젤 미립자 필터 내로 유입되는 상기 미립자의 질량을 얻는 단계는, 상기 단계 (A) 이후에 상기 단계 (B) 내지 단계 (D) 를 포함하는 제 2 공정에 의해 실행되며, 상기 제 1 공정 및 제 2 공정은 병행하여 실행되는 것을 특징으로 하는 미립자 측정 방법.
  16. 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단계 (B) 는, △P 를 상기 차압 [Pa], μ 를 동점성 계수, Q 를 상기 PM 검출 필터 내의 상기 배기 가스의 유량 [㎥/h], α 를 상기 PM 검출 필터 내의 셀의 일 가장자리 길이, ρ 를 상 기 배기 가스의 비중, Vtrap 를 상기 PM 검출 필터의 필터 체적, Ws 를 상기 PM 검출 필터의 벽 두께, Kw 를 상기 PM 검출 필터의 벽 투과율, Ksoot 를 상기 PM 검출 필터에서 수집된 상기 미립자 층의 투과율, F 를 숫자 계수(=28.454), L 을 상기 PM 검출 필터의 유효 필터 길이, β 를 상기 PM 검출 필터의 다공질 벽의 포르히하이머 계수, ζ 를 상기 PM 검출 필터로 유입하고 유출하는 상기 배기 가스의 내부 손실 계수로 하여, 식
    Figure 112007069695455-PAT00009
    에 따라 상기 PM 검출 필터에서 수집된 상기 미립자 층의 두께 (W [m]) 를 얻고, 또한, Ncells 을 입구 측의 상기 셀의 구멍 수, ρsoot 를 상기 수집된 미립자의 밀도로 하여, 식
    Figure 112007069695455-PAT00010
    에 따라 PM 검출 필터에서 수집된 상기 미립자 층의 질량 (msoot [g]) 을 얻게 되는 것을 특징으로 하는 미립자 측정 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 단계 (C) 는, Q2 [㎥/h] 를 상기 PM 검출 필터를 통과하는 상기 배기 가스의 유량, PM [g/h] 을 상기 PM 검출 필터 내에 단위 시간당 퇴적되는 미립자의 질량으로 하여, 식
    PM [g/h] = PMconc [g/㎥] × Q2 [㎥/h]
    에 의하여 배기 가스 내의 상기 미립자 농도 (PMconc [g/㎥]) 를 계산하는 것을 특징으로 하는 미립자 측정 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 단계 (D) 는, PMconc [g/㎥] 를 상기 배기 가스의 미립자 농도로 하여, 식,
    PMenter full filter [g/h] = PMconc [g/㎥] × Q1 [㎥/h]
    에 의하여 상기 주 디젤 미립자 필터 내부로 유입된 상기 미립자의 양 (PMenter full filter [g/h]) 을 계산하는 것을 특징으로 하는 미립자 측정 방법.
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