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KR20100064876A - 배기가스 필터 시스템 - Google Patents

배기가스 필터 시스템 Download PDF

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Publication number
KR20100064876A
KR20100064876A KR1020080123525A KR20080123525A KR20100064876A KR 20100064876 A KR20100064876 A KR 20100064876A KR 1020080123525 A KR1020080123525 A KR 1020080123525A KR 20080123525 A KR20080123525 A KR 20080123525A KR 20100064876 A KR20100064876 A KR 20100064876A
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KR
South Korea
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coating layer
filter
exhaust gas
washcoat
thickness
Prior art date
Application number
KR1020080123525A
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English (en)
Inventor
서정민
권충일
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아자동차주식회사
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Publication date
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Priority to US12/466,174 priority patent/US20100139261A1/en
Priority to DE102009022270A priority patent/DE102009022270A1/de
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 배기가스 필터 시스템은, 개방된 입구의 직경이 크고, 후단면 폐쇄된 출구부의 직경이 작은 채널이 형성된 비대칭 디젤 여과 필터에 있어서, 상기 채널의 전단부 내측면에 제1와시코트를 코팅하여 형성되는 제1코팅층, 및 상기 채널의 후단부 내측면에 제2와시코트를 코팅하여 형성되는 제2코팅층을 포함하고, 상기 2코팅층의 두께는 상기 제1코팅층의 두께와 동일 또는 작게 형성되는 것을 특징으로 한다.
따라서, 후단부에 형성되는 코팅층용 와시코트량을 감소시켜 그 두께를 줄여서 배압이 증가하는 것을 미연에 방지하고 재생효율을 향상시킨다.
CPF, DPF, 와시코트, 코팅, 필터, 비대칭, 전단부, 후단부

Description

배기가스 필터 시스템 {EXHAUST GAS FILTER SYSTEM}
본 발명은 배기가스 필터 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배기가스의 배압을 저감시키고 입자상 물질의 제거효율이 향상된 배기가스 필터 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 엔진의 배기시스템은 배기 가스를 차량의 후방으로 배출하는 기능과 배기음을 저감시키는 기능을 한다.
최근들어 배기가스를 정화하기 위해서 촉매장치가 사용되고 있으며, 이들은 유해한 배기가스를 무해한 이산화탄소 및 물로 변환한다.
특히, 촉매장치는 탄화수소, 일산화탄소, 질소산화물(NOx)을 저감시킨다. 또한, 촉매장치는 입자상 물질을 포집하거나 태운다. 일반적으로 디젤에서 배출되는 입자상물질을 물리적으로 포집하여 연소시키는 촉매장치를 디젤매연여과장치(DPF, Diesel Particulate Filter) 라 일컬으며, 이러한 디젤매연여과장치는 배기 가스 흐름 방향으로 여러 개의 채널들이 형성된다.
아울러, 상기 채널들 중 적어도 하나는 입구가 패쇄되고 출구가 개방되며, 상기 채널들 중 적어도 하나는 입구가 개방되고, 출구가 폐쇄되되, 입구 또는 출구 의 폐쇄된 부분이 교대로 배치되는 구조를 갖는다.
한편, 촉매장치 중에서 디젤 산화촉매(DOC: diesel oxidation catalyst) 및 촉매 여과필터(CPF: Catalyzed Particulate Filter)가 적용되는데, 이들은 입자상 물질들(PM: Particular Matters)을 포집하고 제거한다.
한편, 필터에는 고가의 SiC 또는 AT재질의 필터가 사용되고, 상기 필터의 입자상물질 포집 유효체적을 증가시키기 위해서 비대칭 필터가 적용되고 있다. 그러나, 입자상 물질이 포집되면서 배압이 증가하여 연비가 악화되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 배기가스 배압이 증가하는 것을 미연에 방지하고 재생효율이 향상된 배기가스 필터 시스템을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배기가스 필터 시스템은, 개방된 입구의 직경이 크고, 후단면 폐쇄된 출구부의 직경이 작은 채널이 형성된 비대칭 디젤 여과 필터에 있어서, 상기 채널의 전단부 내측면에 제1와시코트를 코팅하여 형성되는 제1코팅층, 및 상기 채널의 후단부 내측면에 제2와시코트를 코팅하여 형성되는 제2코팅층을 포함하고, 상기 2코팅층의 두께는 상기 제1코팅층의 두께와 동일 또는 작게 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1코팅층은 상기 필터의 길이 방향 중심부를 중심으로 전단부에 형성되고, 상기 제2코팅층은 상기 중심부를 기준으로 필터의 길이 방향 중심부를 기준 으로 후단부에 형성된다.
상기 제1코팅층을 위한 상기 제1와시코트의 양은 상기 제2코팅층을 위한 상기 제2와시코트의 양의 약 2배인 것을 특징으로 한다.
상기 제1와시코트에 포함된 귀금속과 상기 제2와시코트에 포함된 귀금속의 총량(g)은 같고, 귀금속의 농도(g/L)는 변동하는 것을 특징으로 한다.
상기 필터에는, 배기 가스 흐름 방향으로 여러 개의 상기 채널들이 형성되고, 상기 채널들 중 적어도 하나는 입구가 패쇄되고 출구가 개방되며, 상기 채널들 중 적어도 하나는 입구가 개방되고, 출구가 폐쇄되되, 입구 또는 출구의 폐쇄된 부분이 교대로 배치된다.
상기 필터의 상기 전단부를 상기 제1와시코트 액에 담그고, 상기 후단부를 상기 제2와시코트 액에 담가서 상기 제1코팅층과 상기 제2코팅층을 형성한다.
상기 제1와시코트의 양를 조절하여 상기 제1코팅층의 두께와 상기 제2코팅층의 두께를 조절하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 배기가스 필터 시스템에 의하면, 후단부의 촉매 코팅층의 두께를 줄여서 배압이 증가하는 것을 미연에 방지하고 재생효율을 향상시킨다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 필터 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 100은 디젤 엔진을 지시하고, 110은 배기파이프를 지시하며, 120은 디젤 여과 필터 (DPF, Diesel Particulate Filter) 를 지시한다.
상기 디젤 여과 필터(120)는 배기가스에 포함된 매연(soot)을 포함하는 입자상 물질(PM: Particular Matter)을 중점적으로 포집하고 제거한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 디젤 여과 필터(120) 대신에 촉매식 여과필터(CPF: catalyzed particulate filter)가 적용될 수 있음은 당연하다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 필터 시스템에 구비된 필터의 개략적인 측면도이고, 도 3은 도 2의 View A를 도시한 측면도이며, 도 4는 도 2의 View B를 도시한 측면도이다.
도 2를 참조하면, 상기 디젤 여과 필터(120) 내부에는 입자상 물질을 포집하기 위한 필터(200)가 배치되고, 상기 필터(200)는 길이방향으로 중심부(250)를 기준으로 전단부(230)와 후단부(240)가 형성된다. 그리고, 상기 전단부(230)의 앞에는 전단면(210)이 형성되고, 상기 후단부(240)의 뒤에는 후단면(220)이 형성된다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 필터(200)의 상기 전단면(210)에서 상기 후단면(220)으로 배기가스가 통과하는 여러 개의 채널들(310, 320)이 형성된다.
상기 전단면(210)에 형성된 상기 채널들(310, 320)은 교대로 제1플러그(300)로 폐쇄되고, 상기 후단면(220)에 형성된 상기 채널들(310, 320)은 교대로 제2플러그(400)로 폐쇄된다.
좀 더 상세하게는, 상기 전단면(210)의 입구가 개방되고 상기 후단면(220)의 출구가 제2플러그(400)로 폐쇄된 제1채널(310)의 단면적은 상기 필터(200)의 길이방향으로 점차 줄어드는 구조를 갖고 있다.
반대로, 상기 전단면(210)의 입구가 제1플러그(300)로 폐쇄되고 상기 후단면(220)의 출구가 개방된 제2채널(320)의 단면적은 상기 필터(200)의 길이방향으로 점차 늘어나는 구조를 갖는다.
전술한 바와 같이, 상기 필터(200)는 비대칭 구조를 가지고 있어서, 입자상 물질의 축적량을 효과적으로 증대시킬 수 있고, 상기 필터의 입구를 크게 함으로써 유효체적이 증가하여 필터의 부피 및 생산비용을 동시에 저감시킬 수 있다.
도 5는 도 2의 Ⅴ-Ⅴ선 및 Ⅵ-Ⅵ선에 따른 필터의 단면 상세도이다.
도 5를 참조하면, 상기 필터(200)의 상기 전단부(230)에 형성된 상기 제1채널(310)의 내측면에는 제1코팅층(500)이 형성되고, 상기 필터(200)의 상기 후단부(240)에 형성된 상기 제1채널(310)의 내측면에는 제2코팅층(505)이 형성된다.
상기 제1코팅층(500)의 두께(d1)와 상기 제2코팅층(505)의 두께(d2)는 서로 동일하게 형성 되거나 상기 제1코팅층의 두께가 상기 제2코팅층보다 커서 상기 필터(200)의 뒤쪽으로 갈수록 배압이 증가하는 것을 방지할 수 있다.
즉, 상기 제2코팅층에서 형성되는 배압을 저감시키고 엔진에서 배출되는 Ash 와 soot가 후단면에 쌓이게 함으로써 전체적인 배기시스템의 배압을 저감시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 필터에 적용되는 와시코트의 특징을 도시한 테이블이다.
도 6을 참조하면, 상기 필터(200)의 상기 전단부(230)에 형성되는 상기 제1코팅층(500)을 형성하기 위해서 제1와시코트가 사용되고, 상기 후단부(240)에 형성되는 상기 제2코팅층(505)을 형성하기 위해서 제2와시코트가 사용된다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1와시코트의 부피는 상기 제2와시코트의 부피보다 많다.
전술한 바와 같이, 상기 제1코팅층(500)의 두께(d1)와 상기 제2코팅층(505)의 두께(d2)가 동일하므로 상기 채널의 내측면 면적이 넓은 부분에 사용되는 상기 제1와시코트의 양이 많다. 좀 더 상세하게는, 상기 제1와시코트의 양은 상기 제2와시코트의 양의 두 배이다.
상기 필터(200)의 상기 후단부(240)에 주로 입자상 물질이 포집되어 적체되기 때문에 상기 후단부(240)에 형성된 상기 제2코팅층(505)의 두께가 두꺼운 경우, 오일첨가제로부터 야기되는 재(ash)와 매연(soot)이 필터의 전단부 또는 내부 벽면에 쌓여 배압이 증가하거나 입자상 물질의 제거 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
그러나 본 발명의 실시예에서는 상기 제2코팅층(505)의 두께를 상기 제1코팅층(500)의 두께와 동일하게 형성하여 Ash와 soot가 정상적으로 필터의 후단부에 쌓이게 함으로써 배압을 저감시키고 재생효율을 향상시킬 수 있다.
상기 필터(200)에 형성된 상기 채널들(310, 320)의 내측면을 코팅하는 방법은 상기 필터(200)를 와시코트 액에 상기 전단부(230) 또는 상기 후단부240를 담금으로써 가능하고, 상기 채널(310, 320)의 직경이 작은 경우 동일 와시코트량을 코 팅하면 상대적으로 전단부의 직경이 큰 경우보다 상기 와시코트가 두껍게 코팅된다.
이러한 경우 상기 필터(200)의 상기 후단부(240)에 형성되는 상기 제2코팅층(505)의 두께가 두꺼워 질 수 있으나, 본 발명의 실시예에서는 상기 제2코팅층(505)에 사용되는 제2와시코트의 양을 상기 제1와시코트의 양보다 작게하여 상기 제2코팅층(505)의 두께를 얇게 조절할 수 있다.
아울러, 본 발명의 실시예에서는 상기 제2코팅층(505)에 사용되는 제2와시코트를 형성하는 온도를 상기 제1와시코트를 형성하는 온도보다 높게 설정하여 두께를 얇게 조절할 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 필터 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배기가스 필터 시스템에 구비된 필터의 개략적인 측면도이다.
도 3은 도 2의 View A를 도시한 측면도이다.
도 4는 도 2의 View B를 도시한 측면도이다.
도 5는 도 2의 Ⅴ-Ⅴ선 및 Ⅵ-Ⅵ선에 따른 필터의 단면 상세도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 필터에 적용되는 와시코트의 특징을 도시한 테이블이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 엔진
110: 배기파이프
120: 디젤 여과 필터
200: 필터
210: 전단면
220: 후단면
230: 전단부
240: 후단부
310: 제1채널
320: 제2채널
300: 제1플러그
400: 제2플러그
500: 제1코팅층
505: 제2코팅층

Claims (7)

  1. 개방된 입구의 직경이 크고, 후단면 폐쇄된 출구부의 직경이 작은 채널이 형성된 비대칭 디젤 여과 필터에 있어서,
    상기 채널의 전단부 내측면에 제1와시코트를 코팅하여 형성되는 제1코팅층; 및
    상기 채널의 후단부 내측면에 제2와시코트를 코팅하여 형성되는 제2코팅층;을 포함하고,
    상기 2코팅층의 두께는 상기 제1코팅층의 두께와 동일 또는 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 필터 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1코팅층은 상기 필터의 길이 방향 중심부를 중심으로 전단부에 형성되고, 상기 제2코팅층은 상기 중심부를 기준으로 필터의 길이 방향 중심부를 기준으로 후단부에 형성되는 배기가스 필터 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1코팅층을 위한 상기 제1와시코트의 양은 상기 제2코팅층을 위한 상기 제2와시코트의 양의 약 2배인 것을 특징으로 하는 배기가스 필터 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1와시코트에 포함된 귀금속과 상기 제2와시코트에 포함된 귀금속의 총량(g)은 같고, 귀금속의 농도(g/L)는 변동하는 것을 특징으로 하는 배기가스 필터 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 필터에는,
    배기 가스 흐름 방향으로 여러 개의 상기 채널들이 형성되고, 상기 채널들 중 적어도 하나는 입구가 패쇄되고 출구가 개방되며, 상기 채널들 중 적어도 하나는 입구가 개방되고, 출구가 폐쇄되되, 입구 또는 출구의 폐쇄된 부분이 교대로 배치되는 배기가스 필터 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 필터의 상기 전단부를 상기 제1와시코트 액에 담그고, 상기 후단부를 상기 제2와시코트 액에 담가서 상기 제1코팅층과 상기 제2코팅층을 형성하는 배기가스 필터 시스템.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제1와시코트의 양를 조절하여 상기 제1코팅층의 두께와 상기 제2코팅층의 두께를 조절하는 것을 특징으로 하는 배기가스 필터 시스템.
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