KR20240008076A

KR20240008076A - 가솔린 입자 필터 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR20240008076A
Application number: KR1020220084990A
Authority: KR
Inventors: 최성무
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2022-07-11
Filing date: 2022-07-11
Publication date: 2024-01-18

Abstract

가솔린 입자 필터 및 이의 제조 방법이 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터는 배기 가스가 유입되고 배기 가스가 흐르는 길이 방향으로 연장되는 유입 채널, 배기 가스가 유출되고, 상기 길이 방향으로 연장되는 유출 채널, 및 상기 유입 채널과 상기 유출 채널 사이의 경계를 정의하고, 미세 입자층, 필터층, 및 촉매층을 포함하는 경계벽을 포함하고, 상기 필터층을 기준으로 상기 유출 채널 측에 상기 촉매층이 형성되며, 상기 필터층을 기준으로 상기 유입 채널 측에 상기 미세 입자층이 형성될 수 있다.

Description

가솔린 입자 필터 및 이의 제조 방법 {GASOLINE PARTICULATE FILTER AND METHOD THE SAME}

본 발명은 가솔린 입자 필터 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

최근 개발되고 있는 가솔린 차량의 경우 엔진의 다운사이징, 터보 과급기 및 가솔린 직분사 시스템(GDI; Gasoline Direct Injection) 등의 적용을 통하여 적은 연료로 고출력을 얻을 수 있는 시스템 개발이 주류를 이루고 있다. 배기 규제의 강화, 특히 유럽, 중국 등 차량의 배출가스 중의 하나인 입자상 물질(PM; Particulate Matter) 규제가 적용되고, 실도로 배기 규제인 RDE(Real Driving Emission) 규제 도입에 따라 가솔린 GDI 차량의 PM 규제 대응이 필요하게 되었다.

이러한 PM 배기 규제를 만족하기 위해 가솔린 GDI 차량의 경우, 엔진 연소 개선을 통한 엔진 배출 PM을 저감시키는 연구와 더불어, 가솔린 입자 필터(GPF; Gasoline Particulate Filter)를 적용해 물리적으로 엔진에서 배출된 PM을 포집하는 기술이 개발되고 있다.

가솔린 입자 필터가 요구하는 성능으로는 배기 가스에 포함된 고체의 미립자를 필터링하고, 배압(back pressure)가 작아야 하며, 또한, 배기 가스에 포함된 기체의 정화 능력이 요구된다.

이러한 능력을 충족시키기 위한 가솔린 입자 필터와 이의 제조 방법이 요구되고 있다.

이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 높은 정화 능력과 촉매의 성능을 향상시키고, 낮은 배압을 갖는 가솔린 입자 필터 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 가솔린 입자 필터는 배기 가스가 유입되고 배기 가스가 흐르는 길이 방향으로 연장되는 유입 채널; 배기 가스가 유출되고, 상기 길이 방향으로 연장되는 유출 채널; 및 상기 유입 채널과 상기 유출 채널 사이의 경계를 정의하고, 미세 입자층, 필터층, 및 촉매층을 포함하는 경계벽을 포함하고, 상기 필터층을 기준으로 상기 유출 채널 측에 상기 촉매층이 형성되며, 상기 필터층을 기준으로 상기 유입 채널 측에 상기 미세 입자층이 형성될 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 따른 미세 입자 필터의 제조 방법으로서, 상기 필터층을 기준으로 상기 유입 채널 측에 상기 미세 입자층을 형성하는 단계; 및 상기 필터층을 기준으로 상기 유출 채널 측에 상기 촉매층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 미세 입자층을 형성하는 단계는 상기 필터층의 내측을 알루미나 또는 실리카가 포함된 슬러리 형태의 용액에 침지시키는 단계; 및 상기 미세 입자층을 제1 설정 온도 이상으로 가열하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 촉매층을 형성하는 단계는 상기 필터층의 외측을 알루미나, 세리아, 지르코니아, 및 귀금속 중 적어도 어느 하나가 포함된 슬러리 형태의 촉매 용액에 침지시키는 단계; 및 상기 필터층을 제2 설정 온도 이상으로 가열하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 가솔린 입자 필터는 배기 가스가 유입되고 배기 가스가 흐르는 길이 방향으로 연장되는 유입 채널; 배기 가스가 유출되고, 상기 길이 방향으로 연장되는 유출 채널; 및 상기 유입 채널과 상기 유출 채널 사이의 경계를 정의하고, 미세 입자층, 필터층, 및 촉매층을 포함하는 경계벽을 포함하고, 상기 유출 채널 측의 상기 필터층의 일부에 상기 촉매층이 형성되고, 상기 필터층을 기준으로 상기 유입 채널 측에 상기 미세 입자 층이 형성될 수 있다.

본 발명의 제2 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터의 제조 방법으로서, 상기 필터층을 기준으로 상기 유입 채널 측에 상기 미세 입자층을 형성하는 단계; 및 상기 유출 채널 측의 상기 필터층의 일부에 상기 촉매층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 촉매층을 형성하는 단계는 상기 필터층의 외측을 알루미나, 세리아, 지르코니아, 및 귀금속 중 적어도 어느 하나가 포함된 슬러리 형태의 촉매 용액에 침지시키는 단계; 상기 유입 채널에 흡압을 인가하는 단계; 및 상기 필터층을 제2 설정 온도 이상으로 가열하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 가솔린 입자 필터는 배기 가스가 유입되고 배기 가스가 흐르는 길이 방향으로 연장되는 유입 채널; 배기 가스가 유출되고, 상기 길이 방향으로 연장되는 유출 채널; 및 상기 유입 채널과 상기 유출 채널 사이의 경계를 정의하고, 미세 입자층, 필터층, 및 촉매층을 포함하는 경계벽을 포함하고, 상기 필터층을 기준으로 상기 유출 채널 측에 상기 미세 입자층이 형성되며, 상기 필터층을 기준으로 상기 유입 채널 측에 상기 촉매층이 형성될 수 있다.

본 발명의 제3 실시예에 따른 가솔린 입자 필터의 제조 방법으로서, 상기 필터층을 기준으로 상기 유출 채널 측에 상기 미세 입자층을 형성하는 단계; 상기 필터층을 기준으로 상기 유입 채널 측에 상기 촉매층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 미세 입자층을 형성하는 단계는 상기 필터층의 외측을 알루미나 또는 실리카가 포함된 슬러리 형태의 용액에 침지시키는 단계; 및 상기 미세 입자층을 제1 설정 온도 이상으로 가열하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 촉매층을 형성하는 단계는 상기 필터층의 내측을 알루미나, 세리아, 지르코니아, 및 귀금속 중 적어도 어느 하나가 포함된 슬러리 형태의 촉매 용액에 침지시키는 단계; 및 상기 필터층을 제2 설정 온도 이상으로 가열하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 제4 실시예에 따른 배기 가스가 유입되고 배기 가스가 흐르는 길이 방향으로 연장되는 유입 채널; 배기 가스가 유출되고, 상기 길이 방향으로 연장되는 유출 채널; 및 상기 유입 채널과 상기 유출 채널 사이의 경계를 정의하고, 미세 입자층, 필터층, 및 촉매층을 포함하는 경계벽을 포함하고, 상기 필터층을 기준으로 상기 유출 채널 측에 상기 미세 입자 층이 형성되며, 상기 유입 채널 측의 상기 필터층의 일부에 상기 촉매층이 형성될 수 있다.

본 발명의 제4 실시예에 따른 가솔린 입자 필터의 제조 방법으로서, 상기 필터층을 기준으로 상기 유출 채널 측에 상기 미세 입자층을 형성하는 단계; 및 상기 유입 채널 측의 상기 필터층의 일부에 상기 촉매층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 촉매층을 형성하는 단계는 상기 필터층의 내측을 알루미나, 세리아, 지르코니아, 및 귀금속 중 적어도 어느 하나가 포함된 슬러리 형태의 촉매 용액에 침지시키는 단계; 상기 유출 채널에 흡압을 인가하는 단계; 및 상기 필터층을 제2 설정 온도 이상으로 가열하는 단계를 포함할 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터 및 이의 제조 방법에 의하면, 배기 가스에 포함된 미립자의 제거 효율이 향상되고, 낮은 배압을 가지며, 검댕의 재생 성능이 향상될 수 있다.

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터의 제조 방법을 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터의 제조 방법을 도시한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터를 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터의 제조 방법을 도시한 순서도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터를 도시한 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터의 제조 방법을 도시한 순서도이다.
도 12는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않으며, 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다.

또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다.

아래 설명에서 단수로 기재된 표현은 "하나" 또는 "단일" 등의 명시적인 표현을 사용하지 않은 이상, 단수 또는 복수로 해석될 수 있다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도면을 참고하여 설명한 흐름도에서, 동작 순서는 변경될 수 있고, 여러 동작들이 병합되거나, 어느 동작이 분할될 수 있고, 특정 동작은 수행되지 않을 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터 및 이의 제조 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터를 도시한 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터는 엔진의 후단에 배치되고, 배기 가스에 포함된 미립자를 필터링한다. 가솔린 입자 필터에 의해 여과된 배기 가스는 배기 라인을 통해 외부로 배출될 수 있다.

본 발명의 제1 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터(1)는 하우징 내에 형성되는 적어도 하나의 유입 채널(50), 및 적어도 하나의 유출 채널(60)을 포함한다.

유입 채널(50)은 배기 가스가 유입되고, 개구된 일단과 막힌 타단을 포함하고, 배기 가스의 흐름을 따라 길이 방향으로 연장된다. 유출 채널(60)은 막혀 있는 일단과 유체가 유출되는 개구된 타단을 포함하고, 배기 가스의 흐름을 따라 길이 방향으로 연장된다. 유입 채널(50)과 유출 채널(60)의 막혀 있는 일단과 타단은 플러그(70)로 형성된다.

유입 채널(50)은, 앞에서 설명한 바와 같이, 배기 가스의 흐름을 따라 연장되어 있다. 유입 채널(50)의 전단은 개구되어 배기 가스가 유입 채널(50)을 통해 가솔린 입자 필터(1)의 내부로 유입된다. 유입 채널(50)의 후단은 플러그(70)에 의해 막혀 있다. 따라서, 가솔린 입자 필터(1) 내부로 유입된 배기 가스는 유입 채널(50)을 통하여 가솔린 입자 필터(1) 외부로 배출되지 않는다.

유출 채널(60)은 배기 가스의 흐름을 따라 연장되어 있고, 유입 채널(50)과 평행하게(또는, 병렬로) 배치될 수 있다. 유출 채널(60)의 주위에는 적어도 하나의 유입 채널(50)이 위치한다. 유출 채널(60)의 전단은 플러그(70)에 의해 막혀 있기 때문에, 배기 가스가 유출 채널(60)을 통해 가솔린 입자 필터(1)의 내부로 유입되지 않는다. 유출 채널(60)의 후단은 개구되어 가솔린 입자 필터(1) 내부의 배기 가스가 유출 채널(60)을 통해 가솔린 입자 필터(1)의 외부로 배출된다.

유입 채널(50)과 유출 채널(60)은 경계벽(10)에 의해 구획된다. 경계벽(10)은 이웃하는 유입 채널(50)과 유출 채널(60) 사이에 배치되어 유입 채널(50)과 유출 채널(60)의 경계를 정의한다.

경계벽(10)은 그 내부에 적어도 하나 이상의 세공(micropore)이 형성되는 다공성 월일 수 있다. 다공성 월로 구성되는 경계벽(10)은 유입 채널(50)과 유출 채널(60)을 유체적으로 연통시킨다. 따라서, 유입 채널(50)로 유입되는 배기 가스는 경계벽(10)을 통해 유출 채널(60)로 이동할 수 있다. 이때, 배기 가스에 포함된 입자상 물질은 다공성 월로 구성되는 경계벽(10)에 의해 필터링된다.

이를 위해, 경계벽(10)은 필터층(11), 미세 입자층(13), 및 촉매층(15)을 포함한다.

필터층(11)은 경계벽(10)은 지지체로서의 기능을 수행함과 동시에, 배기 가스에 포함된 고체 성분의 입자상 물질(예를 들어, 검댕)을 필터링한다. 이를 위해, 필터층(11)은 코디어라이트(codierite)를 포함하고, 기공률은 40~70%이며, 평균 기공 크기(MPS: mean pore size)는 10~20㎛일 수 있다.

미세 입자층(13)은 필터층(11)과 함께 배기 가스에 포함된 고체 성분의 입자상 물질(예를 들어, 검댕)을 필터링한다. 이를 위해, 미세 입자층(13)은 알루미나(Al₂O₃), 또는 실리카(SiO₂)를 포함하고, 기공률은 50~90%이며, 평균 기공 크기(MPS: mean pore size)는 0.5~3㎛이고, 두께는 20㎛ 이하일 수 있다.

촉매층(15)은 배기 가스에 포함된 기체 성분을 정화한다. 예를 들어, 촉매층(15)에 의해 배기 가스에 포함된 일산화탄소(CO)는 이산화탄소(CO₂)로 산화되어 무해한 가스로 변환시켜 배출한다. 이를 위해, 촉매층(15)은 알루미나, 세리아, 지르코니아, 및 귀금속 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 기공률은 40~60%이며, 평균 기공 크기(MPS: mean pore size)는 1~5㎛이고, 코팅량은 25~125g/L일 수 있다.

본 발명의 제1 실시 예에서, 촉매층(15)은 필터층(11)을 기준으로 유출 채널(60) 측에 형성되고, 미세 입자층(13)은 필터층(11)을 기준으로 유입 채널(50) 측에 형성된다. 이하에서, 필요에 따라, 필터층(11)을 기준으로 유입 채널(50)을 향하는 방향을 필터층(11)의 내측(또는, 가솔린 입자 필터의 내측)이라 하고, 필터층(11)을 기준으로 유출 채널(60)을 향하는 방향을 필터층(11)의 외측(또는, 가솔린 입자 필터의 외측)이라 한다.

이와 같이, 촉매층(15)과 미세 입자층(13)을 필터층(11)의 양측에 코팅에 의해 형성하면, 코팅층과 미세 입자층(13)을 확실하게 분리할 수 있기 때문에, 미세 입자층(13)의 오염을 최소화할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터(1)의 제조 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터의 제조 방법을 도시한 순서도이다. 그리고 도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 먼저, 플러그(70)와 필터층(11)만이 형성된 가솔린 입자 필터(1)를 제공한다(S110). 이하, 필요에 따라, 베이스 필터 구조체라 한다.

필터층(11)을 기준으로 유입 채널(50) 측(또는, 필터층(11)의 내측)에 미세 입자층(13)을 형성한다(S120). 이때, 가솔린 입자 필터(1)를 알루미나(Al₂O₃), 또는 실리카(SiO₂)가 포함된 슬러리 형태의 용액에 침지(dipping 또는 immersing)하여 미세 입자층(13)을 필터층(11)의 유입 채널(50) 측(또는, 필터층(11)의 내측)에 코팅한다.

미세 입자층(13)이 코팅된 가솔린 입자 필터(1)를 제1 설정 온도(예를 들어, 섭씨 1,000도) 이상으로 가열하여, 미세 입자층(13) 내에 기공을 형성한다(S130).

필터층(11)을 기준으로 유출 채널(60) 측(또는, 필터층(11)의 외측)에 촉매층(15)을 형성한다(S140). 이때, 필터층(11)의 외측을 알루미나, 세리아, 지르코니아, 및 귀금속 중 적어도 어느 하나가 포함된 슬러리 형태의 촉매 용액에 침지(dipping 또는 immersing)하여 촉매층(15)을 필터층(11)의 유출 채널(60) 측(또는, 필터층(11)의 외측)에 코팅한다.

마지막으로, 촉매층(15)이 코팅된 가솔린 입자 필터(1)를 제2 설정 온도(예를 들어, 섭씨 600도) 이상으로 가열하여, 촉매층(15) 내에 기공을 형성한다(S150). 촉매층(15)이 상대적으로 고온에 노출되는 것을 방지하기 위해, 미세 입자층(13)을 먼저 필터층(11)에 코팅하고, 이후, 촉매층(15)을 필터층(11)에 코팅한다.

촉매층(15)을 코팅할 때, 미세 입자층(13) 또는 필터층(11)의 기공의 크기와 유사한 촉매 물질이 섞이는 경우, 기공이 막히고 급격하게 배압이 증가할 수 있다. 따라서, 촉매층(15)을 형성할 때, 촉매 용액의 점도를 높여 필터층(11)의 벽면에만 촉매층(15)이 코팅되도록 함으로써, 필터층(11) 내부로 촉매 물질이 유입되는 것을 방지한다.

다음으로, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터 및 이의 제조 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터를 도시한 단면도이다.

본 발명의 제2 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터(1)는 앞에서 설명한 본 발명의 제1 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터(1)와 대체적으로 유사하므로, 본 발명의 제1 실시 예와 차이가 있는 부분에 대해서만 설명하도록 한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터(1)의 경계벽(20)은 필터층(21), 미세 입자층(23), 및 촉매층(25)을 포함한다.

본 발명의 제2 실시 예에서, 촉매층(25)은 필터층(21)의 유입 채널(50) 측의 일부(또는, 필터층(21)의 외측 일부)에 형성되고, 미세 입자층(23)은 필터층(21)을 기준으로 유입 채널(50) 측(또는, 필터층(21)의 내측)에 형성된다.

이하에서는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터의 제조 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터의 제조 방법을 도시한 순서도이다. 그리고 도 5는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 먼저, 플러그(70)와 필터층(21)만이 형성된 가솔린 입자 필터를 제공한다(S210).

필터층(21)을 기준으로 유입 채널(50) 측(또는, 필터층(21)의 내측)에 미세 입자층(23)을 형성한다(S220). 이때, 가솔린 입자 필터(1)를 알루미나(Al₂O₃), 또는 실리카(SiO₂)가 포함된 슬러리 형태의 용액에 침지(dipping 또는 immersing)하여 미세 입자층(23)을 필터층(21)의 유입 채널(50) 측(또는, 필터층(21)의 내측)에 코팅한다.

미세 입자층(23)이 코팅된 가솔린 입자 필터(1)를 제1 설정 온도(예를 들어, 섭씨 1,000도) 이상으로 가열하여, 미세 입자층(23) 내에 기공을 형성한다(S230).

필터층(21)의 유출 채널(60) 측(또는, 필터층(21)의 외측) 일부에 촉매층(25)을 형성한다(S240).

촉매층(25)을 형성할 때, 필터층(21)의 외측을 알루미나, 세리아, 지르코니아, 및 귀금속 중 적어도 어느 하나가 포함된 슬러리 형태의 촉매 용액에 침지(dipping 또는 immersing)하고, 가솔린 입자 필터(1)의 유입 채널(50) 내부에 설정된 흡압을 인가함으로써, 필터층(21)의 내부에 촉매 물질이 코팅되도록 한다.

이때, 유입 채널(50) 내부의 흡압에 의해 미세 입자층(23)과 촉매층(25)이 섞이면, 미세 입자층(23)의 기공이 막히고 급격하게 배압이 증가할 우려가 있으므로, 흡압의 크기를 적절히 조절할 필요가 있다. 흡압의 크기를 조절하여, 미세 입자층(23)과 촉매층(25)의 사이에 화이트 밴드(미코팅 영역)을 형성할 수 있다.

마지막으로, 촉매층(25)이 코팅된 가솔린 입자 필터(1)를 제2 설정 온도(예를 들어, 섭씨 600도) 이상으로 가열하여, 촉매층(25) 내에 기공을 형성한다(S250). 촉매층(25)이 상대적으로 고온에 노출되는 것을 방지하기 위해, 미세 입자층(23)을 먼저 필터층(21)에 코팅하고, 이후, 촉매층(25)을 필터층(21)에 코팅한다.

본 발명의 제2 실시 예와 같이, 미세 입자층(23)을 필터층(21)의 내측에 코팅하여 형성하고, 촉매층(25)을 필터층(21)의 내부에 코팅하여 형성하는 경우, 촉매에 의한 재생 성능과 배기 가스의 정화 성능이 우수하다.

다음으로, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터 및 이의 제조 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 7은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터를 도시한 단면도이다.

본 발명의 제3 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터(1)는 앞에서 설명한 본 발명의 제1 및 제2 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터(1)와 대체적으로 유사하므로, 본 발명의 제1 및 제2 실시 예와 차이가 있는 부분에 대해서만 설명하도록 한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터(1)의 경계벽(30)은 필터층(31), 미세 입자층(33), 및 촉매층(35)을 포함한다.

본 발명의 제3 실시 예에서, 미세 입자층(33)은 필터층(31)을 기준으로 유출 채널(60) 측(또는, 필터층(31)의 내측)에 형성되고, 촉매층(35)은 필터층(31)을 기준으로 유입 채널(50) 측(또는, 필터층(31)의 외측)에 형성된다.

이하에서는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터의 제조 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.

도 8은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터의 제조 방법을 도시한 순서도이다. 그리고 도 9는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 플러그(70)와 필터층(31)만이 형성된 가솔린 입자 필터(1)를 제공한다(S310).

필터층(31)을 기준으로 유출 채널(60) 측(또는, 필터층(31)의 외측)에 미세 입자층(33)을 형성한다. 이때, 가솔린 입자 필터(1)를 알루미나(Al₂O₃), 또는 실리카(SiO₂)가 포함된 슬러리 형태의 용액에 침지(dipping 또는 immersing)하여 미세 입자층(33)을 필터층(31)의 유출 채널(60) 측(또는, 필터층(31)의 외측)에 코팅한다.

미세 입자층(33)이 코팅된 가솔린 입자 필터(1)를 제1 설정 온도(예를 들어, 섭씨 1,000도) 이상으로 가열하여, 미세 입자층(33) 내에 기공을 형성한다(S330).

필터층(31)을 기준으로 유입 채널(50) 측(또는, 필터층(31)의 내측)에 촉매층(35)을 형성한다(S340). 이때, 필터층(31)의 내측을 알루미나, 세리아, 지르코니아, 및 귀금속 중 적어도 어느 하나가 포함된 슬러리 형태의 촉매 용액에 침지(dipping 또는 immersing)하여 촉매층(35)을 필터층(31)의 유입 채널(50) 측(또는, 필터층(31)의 내측)에 코팅한다.

마지막으로, 촉매층(35)이 코팅된 가솔린 입자 필터(1)를 제2 설정 온도(예를 들어, 섭씨 600도) 이상으로 가열하여, 촉매층(35) 내에 기공을 형성한다(S150). 촉매층(35)이 상대적으로 고온에 노출되는 것을 방지하기 위해, 미세 입자층(33)을 먼저 필터층(31)에 코팅하고, 이후, 촉매층(35)을 필터층(31)에 코팅한다.

이와 같이, 촉매층(35)과 미세 입자층(33)을 필터층(31)의 양측에 코팅에 의해 형성하면, 코팅층과 미세 입자층(33)을 확실하게 분리할 수 있기 때문에, 미세 입자층(33)의 오염을 최소화할 수 있다.

그리고 필터층(31)의 외측에 미세 입자층(33)을 형성하고, 필터층(31)의 내측에 촉매층(35)을 형성하면, 배기 가스에 포함된 미립자의 제거 효율이 높아지고, 배압이 소폭으로 증가하며, 검댕(soot)의 재생 성능이 향상된다.

마지막으로, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터 및 이의 제조 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 10은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터를 도시한 단면도이다.

본 발명의 제4 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터(1)는 앞에서 설명한 본 발명의 제1 내지 제3 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터(1)와 대체적으로 유사하므로, 본 발명의 제1 내지 제3 실시 예와 차이가 있는 부분에 대해서만 설명하도록 한다.

도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터(1)의 경계벽(40)은 필터층(41), 미세 입자층(43), 및 촉매층(45)을 포함한다.

본 발명의 제4 실시 예에서, 촉매층(45)은 필터층(41)의 유출 채널(60) 측의 일부(또는, 필터층(41)의 내측 일부)에 형성되고, 미세 입자층(43)은 필터층(41)을 기준으로 유출 채널(60) 측(또는, 필터층(41)의 외측)에 형성된다.

이하에서는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터의 제조 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.

도 11은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터의 제조 방법을 도시한 순서도이다. 그리고 도 12는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 가솔린 입자 필터의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 먼저, 플러그(70)와 필터층(41)만이 형성된 가솔린 입자 필터(1)를 제공한다(S410).

필터층(41)을 기준으로 유출 채널(60) 측(또는, 필터층(41)의 외측)에 미세 입자층(43)을 형성한다(S420). 이때, 가솔린 입자 필터(1)를 알루미나(Al₂O₃), 또는 실리카(SiO₂)가 포함된 슬러리 형태의 용액에 침지(dipping 또는 immersing)하여 미세 입자층(43)을 필터층(41)의 유출 채널(60) 측(또는, 필터층(41)의 외측)에 코팅한다.

미세 입자층(43)이 코팅된 가솔린 입자 필터(1)를 제1 설정 온도(예를 들어, 섭씨 1,000도) 이상으로 가열하여, 미세 입자층(43) 내에 기공을 형성한다(S430).

필터층(41)의 유입 채널(50) 측(또는, 필터층(41)의 내측) 일부에 촉매층(45) 형성한다(S440).

촉매층(45)을 형성할 때, 필터층(41)의 내측을 알루미나, 세리아, 지르코니아, 및 귀금속 중 적어도 어느 하나가 포함된 슬러리 형태의 촉매 용액에 침지(dipping 또는 immersing)하고, 가솔린 입자 필터(1)의 유출 채널(60) 내부에 설정된 흡압을 인가함으로써, 필터층(41)의 내부에 촉매 물질이 코팅되도록 한다.

이때, 유출 채널(60) 내부의 흡압에 의해 미세 입자층(43)과 코팅층이 섞이면, 미세 입자층(43)의 기공이 막히고 급격하게 배압이 증가할 우려가 있으므로, 흡압의 크기를 적절히 조절할 필요가 있다. 흡압의 크기를 조절하여, 미세 입자층(43)과 코팅층의 사이에 화이트 밴드(미코팅 영역)을 형성할 수 있다.

마지막으로, 촉매층(45)이 코팅된 가솔린 입자 필터(1)를 제2 설정 온도(예를 들어, 섭씨 600도) 이상으로 가열하여, 촉매층(45) 내에 기공을 형성한다(S250). 촉매층(45)이 상대적으로 고온에 노출되는 것을 방지하기 위해, 미세 입자층(43)을 먼저 필터층(41)에 코팅하고, 이후, 촉매층(45)을 필터층(41)에 코팅한다.

본 발명의 제4 실시 예와 같이, 미세 입자층(43)을 필터층(41)의 외측에 코팅하여 형성하고, 촉매층(45)을 필터층(41)의 내부에 코팅하여 형성하는 경우, 촉매에 의한 재생 성능과 배기 가스의 정화 성능이 우수하다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

1: 가솔린 입자 필터
10, 20, 30, 40: 경계벽
11, 21, 31, 41: 필터층
13, 23, 33, 43: 미세 입자층
15, 25, 35, 45: 촉매층
50: 유입 채널
60: 유출 채널
70: 플러그

Claims

배기 가스가 유입되고 배기 가스가 흐르는 길이 방향으로 연장되는 유입 채널;
배기 가스가 유출되고, 상기 길이 방향으로 연장되는 유출 채널; 및
상기 유입 채널과 상기 유출 채널 사이의 경계를 정의하고, 미세 입자층, 필터층, 및 촉매층을 포함하는 경계벽;
을 포함하고,
상기 필터층을 기준으로 상기 유출 채널 측에 상기 촉매층이 형성되며,
상기 필터층을 기준으로 상기 유입 채널 측에 상기 미세 입자층이 형성되는 가솔린 입자 필터.
제1항에 따른 미세 입자 필터의 제조 방법으로서,
상기 필터층을 기준으로 상기 유입 채널 측에 상기 미세 입자층을 형성하는 단계; 및
상기 필터층을 기준으로 상기 유출 채널 측에 상기 촉매층을 형성하는 단계;
를 포함하는 가솔린 입자 필터의 제조 방법.
제2항에 있어서,
상기 미세 입자층을 형성하는 단계는
상기 필터층의 내측을 알루미나 또는 실리카가 포함된 슬러리 형태의 용액에 침지시키는 단계; 및
상기 미세 입자층을 제1 설정 온도 이상으로 가열하는 단계;
를 포함하는 가솔린 입자 필터의 제조 방법.
제2항에 있어서,
상기 촉매층을 형성하는 단계는
상기 필터층의 외측을 알루미나, 세리아, 지르코니아, 및 귀금속 중 적어도 어느 하나가 포함된 슬러리 형태의 촉매 용액에 침지시키는 단계; 및
상기 필터층을 제2 설정 온도 이상으로 가열하는 단계;
를 포함하는 가솔린 입자 필터의 제조 방법.
배기 가스가 유입되고 배기 가스가 흐르는 길이 방향으로 연장되는 유입 채널;
배기 가스가 유출되고, 상기 길이 방향으로 연장되는 유출 채널; 및
상기 유입 채널과 상기 유출 채널 사이의 경계를 정의하고, 미세 입자층, 필터층, 및 촉매층을 포함하는 경계벽;
을 포함하고,
상기 유출 채널 측의 상기 필터층의 일부에 상기 촉매층이 형성되고,
상기 필터층을 기준으로 상기 유입 채널 측에 상기 미세 입자 층이 형성되는 가솔린 입자 필터.
제5항에 따른 가솔린 입자 필터의 제조 방법으로서,
상기 필터층을 기준으로 상기 유입 채널 측에 상기 미세 입자층을 형성하는 단계; 및
상기 유출 채널 측의 상기 필터층의 일부에 상기 촉매층을 형성하는 단계;
를 포함하는 가솔린 입자 필터의 제조 방법.
제6항에 있어서,
상기 미세 입자층을 형성하는 단계는
상기 필터층의 내측을 알루미나 또는 실리카가 포함된 슬러리 형태의 용액에 침지시키는 단계; 및
상기 미세 입자층을 제1 설정 온도 이상으로 가열하는 단계;
를 포함하는 가솔린 입자 필터의 제조 방법.
제6항에 있어서,
상기 촉매층을 형성하는 단계는
상기 필터층의 외측을 알루미나, 세리아, 지르코니아, 및 귀금속 중 적어도 어느 하나가 포함된 슬러리 형태의 촉매 용액에 침지시키는 단계;
상기 유입 채널에 흡압을 인가하는 단계; 및
상기 필터층을 제2 설정 온도 이상으로 가열하는 단계;
를 포함하는 가솔린 입자 필터의 제조 방법.
배기 가스가 유입되고 배기 가스가 흐르는 길이 방향으로 연장되는 유입 채널;
배기 가스가 유출되고, 상기 길이 방향으로 연장되는 유출 채널; 및
상기 유입 채널과 상기 유출 채널 사이의 경계를 정의하고, 미세 입자층, 필터층, 및 촉매층을 포함하는 경계벽;
을 포함하고,
상기 필터층을 기준으로 상기 유출 채널 측에 상기 미세 입자층이 형성되며,
상기 필터층을 기준으로 상기 유입 채널 측에 상기 촉매층이 형성되는 가솔린 입자 필터.
제9항에 따른 가솔린 입자 필터의 제조 방법으로서,
상기 필터층을 기준으로 상기 유출 채널 측에 상기 미세 입자층을 형성하는 단계;
상기 필터층을 기준으로 상기 유입 채널 측에 상기 촉매층을 형성하는 단계;
를 포함하는 가솔린 입자 필터의 제조 방법.
제10항에 있어서,
상기 미세 입자층을 형성하는 단계는
상기 필터층의 외측을 알루미나 또는 실리카가 포함된 슬러리 형태의 용액에 침지시키는 단계; 및
상기 미세 입자층을 제1 설정 온도 이상으로 가열하는 단계;
를 포함하는 가솔린 입자 필터의 제조 방법.
제10항에 있어서,
상기 촉매층을 형성하는 단계는
상기 필터층의 내측을 알루미나, 세리아, 지르코니아, 및 귀금속 중 적어도 어느 하나가 포함된 슬러리 형태의 촉매 용액에 침지시키는 단계; 및
상기 필터층을 제2 설정 온도 이상으로 가열하는 단계;
를 포함하는 가솔린 입자 필터의 제조 방법.
배기 가스가 유입되고 배기 가스가 흐르는 길이 방향으로 연장되는 유입 채널;
배기 가스가 유출되고, 상기 길이 방향으로 연장되는 유출 채널; 및
상기 유입 채널과 상기 유출 채널 사이의 경계를 정의하고, 미세 입자층, 필터층, 및 촉매층을 포함하는 경계벽;
을 포함하고,
상기 필터층을 기준으로 상기 유출 채널 측에 상기 미세 입자 층이 형성되며,
상기 유입 채널 측의 상기 필터층의 일부에 상기 촉매층이 형성되는 가솔린 입자 필터.
제13항에 따른 가솔린 입자 필터의 제조 방법으로서,
상기 필터층을 기준으로 상기 유출 채널 측에 상기 미세 입자층을 형성하는 단계; 및
상기 유입 채널 측의 상기 필터층의 일부에 상기 촉매층을 형성하는 단계;
를 포함하는 가솔린 입자 필터의 제조 방법.
제14항에 있어서,
상기 미세 입자층을 형성하는 단계는
상기 필터층의 외측을 알루미나 또는 실리카가 포함된 슬러리 형태의 용액에 침지시키는 단계; 및
상기 미세 입자층을 제1 설정 온도 이상으로 가열하는 단계;
를 포함하는 가솔린 입자 필터의 제조 방법.
제14항에 있어서,
상기 촉매층을 형성하는 단계는
상기 필터층의 내측을 알루미나, 세리아, 지르코니아, 및 귀금속 중 적어도 어느 하나가 포함된 슬러리 형태의 촉매 용액에 침지시키는 단계;
상기 유출 채널에 흡압을 인가하는 단계; 및
상기 필터층을 제2 설정 온도 이상으로 가열하는 단계;
를 포함하는 가솔린 입자 필터의 제조 방법.