KR20120128938A - 차량용 매연 필터 및 이를 포함하는 배기 장치 - Google Patents

차량용 매연 필터 및 이를 포함하는 배기 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 매연 필터 내에 포집된 매연을 효과적으로 연소시킬 수 있는 차량용 매연 필터 및 이를 포함하는 배기 장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 매연 필터는 저온에서 배기 가스에 포함된 탄화수소를 흡착하는 제1탄화수소 트랩이 코팅된 제1층; 그리고 배기 가스에 포함된 탄화수소를 산화하는 제1산화 촉매가 코팅된 제2층;을 포함하며, 상기 제1층에 흡착된 탄화수소는 고온에서 탈착되고, 탈착된 탄화수소는 제2층에서 산화되어 배기 가스의 온도를 상승시킬 수 있다.

Description

차량용 매연 필터 및 이를 포함하는 배기 장치{PARTICULATE FILTER FOR VEHICLE AND EXHAUST SYSTEM USING THE SAME}
본 발명은 차량용 매연 필터 및 이를 포함하는 배기 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 매연 필터 내에 포집된 매연을 효과적으로 연소시킬 수 있는 차량용 매연 필터 및 이를 포함하는 배기 장치에 관한 것이다.
일반적으로 엔진에서 배기 매니폴드를 통해 배출되는 배기 가스는 배기 파이프 상에 형성된 촉매 컨버터(catalytic converter)로 유도되어 정화되고, 머플러를 통과하면서 소음이 감쇄된 후 테일 파이프를 통해 대기 중으로 방출된다.
상기 촉매 컨버터에 적용되는 촉매 중에는 디젤 산화 촉매(Diesel Oxidation Catalyst; DOC)가 있다. 상기 디젤 산화 촉매는 배기 가스에 포함된 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO), 질소산화물(NOx)을 산화시킨다.
그리고, 상기 배기 파이프 상에는 매연 필터(Particulate Filter)가 장착되어 있으며, 상기 매연 필터는 배기 가스에 포함된 입자상 물질(PM)(또는 매연)을 포집한다. 그런데, 상기 매연 필터에 과도한 매연이 포집되면, 배기 가스가 매연 필터를 통과하기 어려워지며 배기 가스의 압력이 높아지게 된다. 배기 가스의 높은 압력은 엔진의 성능을 저하시키고 매연 필터를 파손시킬 수 있다. 따라서, 매연 필터에 포집된 매연의 양이 설정된 양 이상이 되면, 배기 가스의 온도를 올려 매연 필터에 포집된 매연을 태우게 된다. 이러한 과정을 매연 필터의 재생(regeneration)이라고 한다.
일반적으로 매연 필터의 재생은 엔진의 연소실에 연료를 후분사함으로써 수행된다. 즉, 후분사된 연료는 배기 파이프 상에 장착된 디젤 산화 촉매에서 산화되고, 산화 과정에서 발생된 산화열에 의하여 배기 가스의 온도가 상승하여 매연 필터에 포집된 매연을 태운다.
매연 필터의 재생을 위해서는 배기 가스의 온도가 600℃(본 명세서에서는, 매연 필터가 재생되기 위하여 필요한 배기 가스의 온도를 '재생 온도'라고 하기로 한다.) 이상이어야 한다. 그런데, 특정 조건에서 운행 중인 차량은 배기 가스의 온도를 재생 온도 이상으로 올리기가 매우 어렵다. 예를 들어, 차량이 아이들 상태(idle state) 또는 저속/저부하 상태(low speed/low load state)에서 운행 중인 경우에는, 배기 가스의 온도가 너무 낮아서 후분사에 의하여 올릴 수 있는 배기 가스의 온도는 450℃~500℃이다. 이 경우, 매연 필터의 재생은 불가능하며, 배기 가스의 온도를 재생 온도 이상으로 상승시키기 위한 추가적인 수단이 필요하다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 아이들 상태 또는 저속/저부하 상태에서 운행 중인 차량에서 연비를 크게 악화시키지 않고 배기 가스의 온도를 재생 온도 이상으로 올릴 수 있는 매연 필터 및 이를 포함하는 배기 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 매연 필터는 저온에서 배기 가스에 포함된 탄화수소를 흡착하는 제1탄화수소 트랩이 코팅된 제1층; 그리고 배기 가스에 포함된 탄화수소를 산화하는 제1산화 촉매가 코팅된 제2층;을 포함하며, 상기 제1층에 흡착된 탄화수소는 고온에서 탈착되고, 탈착된 탄화수소는 제2층에서 산화되어 배기 가스의 온도를 상승시킬 수 있다.
상기 제1탄화수소 트랩은 베타 제올라이트일 수 있다.
상기 베타 제올라이트는 실리카와 알루미나를 포함하며, 상기 알루미나에 대한 상기 실리카의 중량비는 24~38일 수 있다.
상기 베타 제올라이트의 양은 전체 워시코트 양의 30~50%일 수 있다.
상기 매연 필터는 배기 가스가 유입되는 일단과 막혀 있는 타단을 포함하는 적어도 하나 이상의 입구 채널; 막혀 있는 일단과 배기 가스가 유출되는 타단을 포함하는 적어도 하나 이상의 출구 채널; 그리고 이웃하는 상기 입구 채널과 출구 채널 사이의 경계를 정의하며, 입구 채널의 배기 가스가 출구 채널로 흘러가도록 하는 월;을 더 포함하며, 상기 제1층과 상기 제2층은 각각 상기 입구 채널의 내주면과 상기 출구 채널의 내주면 중 적어도 하나 이상에 배치되어 있을 수 있다.
몇몇 실시예에서, 상기 제1층과 상기 제2층은 상기 입구 채널에 배치되어 있으며, 상기 제1층은 상기 월에 근접하여 배치되며, 상기 제2층은 상기 입구 채널의 배기 가스에 근접하여 배치되어 있을 수 있다.
몇몇 실시예에서, 상기 제1층은 상기 입구 채널에 배치되어 있으며, 상기 제2층은 상기 출구 채널에 배치되어 있을 수 있다.
몇몇 실시예에서, 상기 제1층과 상기 제2층은 상기 입구 채널에 배치되어 있으며, 상기 제1층은 상기 입구 채널의 배기 가스에 근접하여 배치되어 있고, 상기 제2층은 상기 월에 근접하여 배치되어 있을 수 있다.
상기 월은 50% 이상의 공극도(porosity)를 갖을 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배기 장치는 배기 가스에 포함된 물질을 산화 시키는 디젤 산화 촉매(DOC)와, 상기 디젤 산화 촉매의 하류에 배치되어 있으며 상기 배기 가스에 포함된 수트를 포집하는 매연 필터를 포함하며, 상기 매연 필터는 본 발명의 실시예에 따른 매연 필터일 수 있다.
상기 디젤 산화 촉매는 저온에서 배기 가스에 포함된 탄화수소를 흡착하는 제2탄화수소 트랩이 코팅된 제3층; 그리고 배기 가스에 포함된 탄화수소를 산화하는 제2산화 촉매가 코팅된 제4층;을 포함하며, 상기 제3층에 흡착된 탄화수소는 고온에서 탈착되고, 탈착된 탄화수소는 제4층 또는 제2층에서 산화되어 배기 가스의 온도를 상승시킬 수 있다.
상기 제2탄화수소 트랩은 베타 제올라이트일 수 있다.
상기 베타 제올라이트는 실리카와 알루미나를 포함하며, 상기 알루미나에 대한 상기 실리카의 중량비는 24~38일 수 있다.
상기 베타 제올라이트의 양은 전체 워시코트 양의 30~50%일 수 있다.
상기 제4층은 배기 가스에 근접하여 배치되며, 상기 제3층은 담체에 근접하여 배치될 수 있다.
상기 매연 필터와 상기 디젤 산화 촉매는 일체로 형성되어 있으며, 상기 디젤 산화 촉매는 상기 매연 필터의 전단부에 배치되어 있을 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 아이들 상태 또는 저속/저부하 상태에서 운행 중인 차량에서 연료를 많이 사용하지 않고도 배기 가스의 온도를 재생 온도 이상으로 올릴 수 있다. 따라서, 연비의 악화를 방지한다.
또한, 매연 필터의 재생을 효과적으로 수행함으로써 엔진의 성능 향상시킬 수 있고, 매연 필터의 파손을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 매연 필터의 부분 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 매연 필터의 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 매연 필터의 부분 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배기 장치에서 배기 가스의 온도가 낮은 경우의 작동을 설명하기 위한 개략도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 배기 장치에서 배기 가스의 온도가 높은 경우의 작동을 설명하기 위한 개략도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 배기 장치에서 일체로 형성된 디젤 산화 촉매와 매연 필터를 도시한 개략도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 배기 장치가 적용된 차량을 아이들 운행 시킨 후 재생을 하는 경우 아이들 운행 시간에 따른 매연 필터 후단의 온도를 도시한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 배기 장치가 적용된 차량이 운행하는 경우 시간에 따른 매연 필터 후단의 온도를 도시한 그래프이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기 장치의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 배기 장치는 엔진(10), 배기 파이프(20), 배기 가스 재순환(Exhaust Gas Recirculation; EGR) 장치(30), 디젤 산화 촉매(Diesel Oxidation Catalyst; DOC)(40), 매연 필터(Particulate Filter)(60), 그리고 제어부(90)를 포함한다.
엔진(10)은 연료와 공기가 혼합된 혼합기를 연소시켜 화학적 에너지를 기계적 에너지로 변환한다. 엔진(10)은 흡기 매니폴드(16)에 연결되어 연소실(12) 내부로 공기를 유입받으며, 배기 매니폴드(18)에 연결되어 연소 과정에서 발생된 배기 가스는 배기 매니폴드(18)에 모인 후 차량의 외부로 배출되게 된다. 상기 연소실(12)에는 인젝터(14)가 장착되어 연료를 연소실(12) 내부로 분사한다.
또한, 다양한 압축비, 바람직하게는 16.5 이하의 압축비를 가지는 엔진이 사용될 수 있다.
배기 파이프(20)는 상기 배기 매니폴드(18)에 연결되어 배기 가스를 차량의 외부로 배출시킨다. 상기 배기 파이프(20) 상에는 DOC(40)와 매연 필터(60)가 장착되어 배기 가스 내에 포함된 입자상 물질(Particulate Matters; PM), 탄화수소, 일산화탄소, 그리고 질소산화물 등을 제거한다. 이러한 목적을 위하여, 상기 배기 파이프(20) 상에는 질소산화물을 제거하는 질소 산화물 저감 촉매(DeNOx catalyst) 또는 선택적 촉매 환원(Selective Catalytic Reduction; SCR) 장치가 구비되어 있을 수 있다. 본 명세서에서는 설명의 편의 상 질소 산화물 저감 촉매 또는 선택적 촉매 환원 장치에 대하여는 기재하지 않았다. 그러나, 배기 파이프(20) 상에 본 발명의 실시예에 따른 매연 필터(60) 외에 질소 산화물 저감 촉매 또는 선택적 촉매 환원 장치가 장착된 실시예도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 이해하여야 할 것이다.
한편, 본 명세서에서 탄화수소는 배기 가스와 연료에 포함된 탄소와 수소로 구성된 화합물을 모두 지칭하는 것으로 한다. 따라서, 일산화탄소도 탄화수소에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
배기 가스 재순환 장치(30)는 배기 파이프(20) 상에 장착되어 엔진(10)에서 배출되는 배기 가스는 상기 배기 가스 재순환 장치(30)를 통과한다. 또한, 상기 배기 가스 재순환 장치(30)는 상기 흡기 매니폴드(16)에 연결되어 배기 가스의 일부를 공기에 섞어 연소 온도를 제어한다. 이러한 연소 온도는 제어부(90)의 의하여 제어된다. 즉, 상기 제어부(90)는 상기 배기 가스 재순환 장치(30)에 구비된 EGR 밸브(도시하지 않음)를 ON/OFF 제어함으로써 흡기 매니폴드(16)에 공급되는 배기 가스의 양을 조절한다.
상기 배기 가스 재순환 장치(30)의 후방의 배기 파이프(20)에는 DOC(40)가 장착되어 있다. 상기 DOC(40)는 배기 가스 내의 탄화수소(HC)를 이산화 탄소(CO2)로 산화시킨다. 또한, 상기 DOC(40)는 배기 가스 내의 일산화질소(NO)을 이산화질소(NO2)로 산화시킬 수도 있다.
상기 DOC(40)의 후방의 배기 파이프(20)에는 매연 필터(60)가 장착되어 있다. 상기 매연 필터(60)는 배기 파이프(20)를 통하여 배출되는 배기 가스에 포함된 입자상 물질을 포집한다.
또한, 상기 배기 파이프(20)에는 차압센서(62)가 장착되어 있다. 차압센서(62)는 상기 매연 필터(60)의 전단부와 후단부의 압력 차이를 측정하고 이에 대한 신호를 상기 제어부(90)에 전달한다. 상기 제어부(90)는 상기 차압센서(62)에서 측정된 압력 차이가 설정값 이상인 경우 상기 매연 필터(60)를 재생하도록 제어할 수 있다. 이 경우, 상기 인젝터(14)에서 연료를 후분사함으로써 매연 필터(60) 내부에 포집된 수트(soot)를 연소시킬 수 있다.
상기 매연 필터(60)의 후방의 배기 파이프(20)에는 온도 센서(64)가 장착되어 매연 필터(60)를 통과한 배기 가스의 온도를 측정하고, 이에 대한 신호를 제어부(90)에 전달한다.
제어부(90)는 상기 차압센서(62)와 온도 센서(64)로부터 차압과 온도에 대한 신호를 전달 받아 인젝터(14)의 작동을 제어한다. 구체적으로, 차압센서(62)에서 측정된 차압이 설정값 이상이면, 후분사를 수행하여 매연 필터(60)의 재생을 진행한다. 또한, 매연 필터(60)의 재생 중 온도 센서(64)에서 측정된 온도가 설정값 이하이면 후분사량을 증가시키도록 인젝터(14)를 제어한다. 이러한 제어부(90)의 작동은 당업자에게 잘 알려져 있으므로 여기에서는 더욱 상세한 설명을 생략하기로 한다.
이하, 본 발명의 실시예들에 따른 매연 필터(60)를 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 매연 필터의 부분 단면도이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 매연 필터의 부분 단면도이며, 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 매연 필터의 부분 단면도이다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 매연 필터(60)는 그 내부에 복수개의 채널(72, 74)을 포함한다. 상기 채널(72, 74)은 입구 채널(72)과 출구 채널(74)로 대분된다.
입구 채널(72)은 DOC(40)를 통과한 배기 가스가 유입되는 채널이다. 이를 위하여, 입구 채널(72)은 일단(도면에서 좌측단)이 열려 있고 타단(도면에서 우측단)이 채널 플러그(78)에 의하여 막혀 있다.
출구 채널(74)은 매연 필터(60) 내의 배기 가스가 배기 파이프(20)로 흘러가는 채널이다. 이를 위하여, 출구 채널(74)은 일단(도면에서 좌측단)이 채널 플러그(78)에 의하여 막혀 있고 타단(도면에서 우측단)이 열려 있다.
상기 입구 채널(72)과 출구 채널(74)은 대체적으로 평행하게 형성되어 있다. 이웃하는 상기 입구 채널(72)과 출구 채널(74) 사이에는 월(76)이 형성되어 입구 채널(72)과 출구 채널(74)의 경계를 정의한다. 상기 월(76)은 다공성 재질로 형성되어 있어 배기 가스는 통과하지만 배기 가스에 포함된 입자상 물질(즉, 매연)은 통과하지 못한다. 따라서, 배기 가스는 입구 채널(72)을 통하여 매연 필터(60) 내에 유입되고 월(76)을 관통한 후 출구 채널(74)을 통하여 매연 필터(60) 외부로 유출되게 된다. 이 과정에서, 매연은 입구 채널(72)의 타단부에 포집되게 된다. 몇몇 실시예에서, 상기 월은 50% 이상의 공극도를 가질 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
상기 매연 필터(60)는 제1탄화수소 트랩이 코팅된 제1층(68)과 제1산화 촉매가 코팅된 제2층(70)을 더 포함한다.
몇몇 실시예에서, 상기 제1탄화수소 트랩으로는 베타 제올라이트가 사용된다. 베타 제올라이트는 12링(12-ring) 구조로 실리카(SiO2)와 알루미나(Al2O3)를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 알루미나에 대한 상기 실리카의 중량비는 24~38일 수 있다. 상기 제1탄화수소 트랩은 설정된 온도(예를 들어, 250℃) 미만에서는 탄화수소를 흡착하고 상기 설정된 온도 이상에서는 흡착된 탄화수소를 탈착한다.
상기 제1산화 촉매로는 차량용 배기 장치에 사용되는 산화 촉매가 사용될 수 있다. 백금(Pt)과 팔라듐(Pd)을 포함하는 산화 촉매가 차량용 배기 장치에 많이 사용되나, 이에 한정되지 않는다.
몇몇 실시예에서, 상기 베타 제올라이트 양은 전체 워시코트(wash-coat) 양의 30~50%일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 여기서, 전체 워시코트 양은 베타 제올라이트 양과 제1산화 촉매의 양의 합을 의미한다.
상기 제1층(68)과 상기 제2층(70)은 입구 채널(72)과 출구 채널(74)의 내벽들 중 적어도 하나 이상에 배치될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1층(68)과 제2층(70)은 입구 채널(72)에만 배치될 수 있다. 또한, 제1층(68)은 월(76) 상에 배치되고, 제2층(70)은 상기 제1층(68) 상에 배치될 수 있다. 이 경우, 입구 채널(72)을 통과하는 배기 가스에 포함된 탄화수소의 일부는 제2층(70)에서 산화 되고 다른 일부는 제1층(68)에 포집된다. 그 후, 어느 정도의 탄화수소가 제거된 배기 가스가 출구 채널(74)을 통하여 매연 필터(60) 외부로 배출되게 된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1층(68)은 입구 채널(72)의 월(76) 상에 배치되고, 제2층(70)은 출구 채널(74)의 월(76) 상에 배치될 수 있다. 이 경우, 입구 채널(72)을 통과하는 배기 가스에 포함된 탄화수소의 일부는 제1층(68)에 포집되고, 배기 가스는 출구 채널(74)로 진행한다. 그 후, 배기 가스에 포함된 탄화수소의 다른 일부는 제2층(70)에서 산화된다. 도 3에 도시된 매연 필터(60)에 따르면, 제1층(60)과 제2층(70)의 배치에 따른 배압 증가가 최소화된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제1층(68)과 제2층(70)은 입구 채널(72)에만 배치될 수 있다. 또한, 제2층(70)은 월(76) 상에 배치되고, 제1층(68)은 상기 제2층(70) 상에 배치될 수 있다. 이 경우, 입구 채널(72)을 통과하는 배기 가스에 포함된 탄화수소의 일부는 제1층(68)에 포집되고 다른 일부는 제2층(70)에서 산화된다. 그 후, 어느 정도의 탄화수소가 제거된 배기 가스가 출구 채널(74)을 통하여 매연 필터(60) 외부로 배출되게 된다. 도 4에 도시된 매연 필터(60)는 도 2 및 도 3에 도시된 매연 필터(60)에 비하여 보다 고온에서 탄화수소를 흡착할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 DOC(40)와 본 발명의 실시예에 따른 배기 장치의 작동에 대하여 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배기 장치에서 배기 가스의 온도가 낮은 경우의 작동을 설명하기 위한 개략도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 배기 장치에서 배기 가스의 온도가 높은 경우의 작동을 설명하기 위한 개략도이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 DOC(40)는 담체(42), 제3층(44), 그리고 제4층(46)을 포함한다.
담체(42)로는 차량용 산화 촉매에 사용되는 담체가 사용될 수 있다.
제3층(44)는 상기 담체(42) 상에 배치되며, 제2탄화수소 트랩이 코팅되어 있다. 상기 제2탄화수소 트랩은 제1탄화수소 트랩과 동일하거나 다를 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 제2탄화수소 트랩으로는 베타 제올라이트가 사용된다. 베타 제올라이트는 12링(12-ring) 구조로 실리카(SiO2)와 알루미나(Al2O3)를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 상기 알루미나에 대한 상기 실리카의 중량비는 24~38일 수 있다. 상기 제2탄화수소 트랩은 설정된 온도(예를 들어, 250℃) 미만에서는 탄화수소를 흡착하고 상기 설정된 온도 이상에서는 흡착된 탄화수소를 탈착한다.
제4층(46)은 상기 제3층(44) 상에 배치되며, 제2산화 촉매가 코팅되어 있다. 상기 제2산화 촉매는 제1산화 촉매와 동일하거나 다를 수 있다. 상기 제2산화 촉매로는 차량용 배기 장치에 사용되는 산화 촉매가 사용될 수 있다. 백금(Pt)과 팔라듐(Pd)을 포함하는 산화 촉매가 차량용 배기 장치에 많이 사용되나, 이에 한정되지 않는다.
몇몇 실시예에서, 상기 베타 제올라이트 양은 전체 워시코트(wash-coat) 양의 30~50%일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 여기서, 전체 워시코트 양은 베타 제올라이트 양과 제2산화 촉매의 양의 합을 의미한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 배기 가스의 온도가 저온일 때에는(즉, 배기 가스의 온도가 설정된 온도(예를 들어, 250℃) 미만일 때에는), 배기 가스에 포함된 탄화수소 중 일부는 제4층(46)과 제2층(70)에서 산화되고, 배기 가스에 포함된 탄화수소 중 다른 일부는 제3층(44)과 제1층(68)에 흡착된다.
이 상태에서, 배기 가스의 온도가 고온이 되면(즉, 배기 가스의 온도가 설정된 온도 이상이 되면), 제3층(44)과 제1층(68)에 흡착된 탄화수소가 탈착되고 탈착된 탄화수소와 배기 가스에 포함된 탄화수소의 또 다른 일부는 제4층(46)과 제2층(70)에서 산화된다. 이에 따라 배기 가스의 온도가 더욱 올라가게 되고 매연 필터(60)의 재생이 원활히 수행된다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 배기 장치에서 일체로 형성된 디젤 산화 촉매와 매연 필터를 도시한 개략도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, DOC(40)와 매연 필터(60)는 일체로 형성될 수 있다. 이 때, DOC(40)는 매연 필터(60)의 전단부에 배치될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 배기 장치가 적용된 차량을 아이들 운행 시킨 후 재생을 하는 경우 아이들 운행 시간에 따른 매연 필터 후단의 온도를 도시한 그래프이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 아이들 운행 없이 매연 필터(60)를 재생하는 경우 매연 필터(60)의 후단 온도는 약 460℃이다. 이 경우, 매연 필터(60)를 통과하는 배기 가스의 온도가 재생 온도(약 600℃)보다 낮으므로 매연 필터(60)는 재생되지 않는다.
아이들 운행을 2시간 진행한 후 매연 필터(60)를 재생하는 경우 매연 필터(60)의 후단 온도는 재생 온도 이상으로 올라간다. 아이들 운행 시에는 배기 가스의 온도가 저온이어서 배기 가스에 포함된 탄화수소가 제3층(44)과 제1층(68)에 흡착된다. 이 상태에서, 매연 필터(60)의 재생을 위하여 후분사를 진행하면 배기 가스의 온도가 높아지며 제3층(44)과 제1층(68)에 흡착된 탄화수소가 탈착되어 산화된다. 이 과정에서 발생된 산화열에 의하여 배기 가스의 온도가 재생 온도 이상으로 빠르게 상승하게 된다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 배기 장치가 적용된 차량이 운행하는 경우 시간에 따른 매연 필터 후단의 온도를 도시한 그래프이다.
도 9에 도시된 바와 같이, X 구간에서는 아이들 운행 중이어서 배기 가스의 온도가 낮다. 즉, X 구간에서는 배기 가스에 포함된 탄화수소가 제3층(44)과 제1층(68)에 흡착된다.
Y 구간에서는 제어부(90)가 매연 필터(60)의 재생을 진행하기 위하여 후분사를 진행한다. 이 때, 제3층(44)과 제1층(68)에 흡착된 탄화수소가 탈착되어 산화되므로 배기 가스의 온도가 빠르게 상승한다.
Z 구간에서는 배기 가스의 온도가 재생 온도 이상이므로 매연 필터(60)의 재생이 진행된다.
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.

Claims (16)

  1. 차량용 매연 필터에 있어서,
    저온에서 배기 가스에 포함된 탄화수소를 흡착하는 제1탄화수소 트랩이 코팅된 제1층; 그리고
    배기 가스에 포함된 탄화수소를 산화하는 제1산화 촉매가 코팅된 제2층;
    을 포함하며,
    상기 제1층에 흡착된 탄화수소는 고온에서 탈착되고, 탈착된 탄화수소는 제2층에서 산화되어 배기 가스의 온도를 상승시키는 것을 특징으로 하는 차량용 매연 필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1탄화수소 트랩은 베타 제올라이트인 것을 특징으로 하는 차량용 매연 필터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 베타 제올라이트는 실리카와 알루미나를 포함하며,
    상기 알루미나에 대한 상기 실리카의 중량비는 24~38인 것을 특징으로 하는 차량용 매연 필터.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 베타 제올라이트의 양은 전체 워시코트 양의 30~50%인 것을 특징으로 하는 차량용 매연 필터.
  5. 제1항에 있어서,
    배기 가스가 유입되는 일단과 막혀 있는 타단을 포함하는 적어도 하나 이상의 입구 채널;
    막혀 있는 일단과 배기 가스가 유출되는 타단을 포함하는 적어도 하나 이상의 출구 채널; 그리고
    이웃하는 상기 입구 채널과 출구 채널 사이의 경계를 정의하며, 입구 채널의 배기 가스가 출구 채널로 흘러가도록 하는 월;
    을 더 포함하며,
    상기 제1층과 상기 제2층은 각각 상기 입구 채널의 내주면과 상기 출구 채널의 내주면 중 적어도 하나 이상에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 매연 필터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1층과 상기 제2층은 상기 입구 채널에 배치되어 있으며,
    상기 제1층은 상기 월에 근접하여 배치되며, 상기 제2층은 상기 입구 채널의 배기 가스에 근접하여 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 매연 필터.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1층은 상기 입구 채널에 배치되어 있으며, 상기 제2층은 상기 출구 채널에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 매연 필터.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제1층과 상기 제2층은 상기 입구 채널에 배치되어 있으며,
    상기 제1층은 상기 입구 채널의 배기 가스에 근접하여 배치되어 있고, 상기 제2층은 상기 월에 근접하여 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 차량용 매연 필터.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 월은 50% 이상의 공극도(porosity)를 갖는 것을 특징으로 하는 차량용 매연 필터.
  10. 배기 가스에 포함된 물질을 산화 시키는 디젤 산화 촉매(DOC)와, 상기 디젤 산화 촉매의 하류에 배치되어 있으며 상기 배기 가스에 포함된 수트를 포집하는 매연 필터를 포함하는 배기 장치에 있어서,
    상기 매연 필터는 제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 따른 매연 필터인 것을 특징으로 하는 배기 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 디젤 산화 촉매는
    저온에서 배기 가스에 포함된 탄화수소를 흡착하는 제2탄화수소 트랩이 코팅된 제3층; 그리고
    배기 가스에 포함된 탄화수소를 산화하는 제2산화 촉매가 코팅된 제4층;
    을 포함하며,
    상기 제3층에 흡착된 탄화수소는 고온에서 탈착되고, 탈착된 탄화수소는 제4층 또는 제2층에서 산화되어 배기 가스의 온도를 상승시키는 것을 특징으로 하는 배기 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2탄화수소 트랩은 베타 제올라이트인 것을 특징으로 하는 배기 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 베타 제올라이트는 실리카와 알루미나를 포함하며,
    상기 알루미나에 대한 상기 실리카의 중량비는 24~38인 것을 특징으로 하는 배기 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 베타 제올라이트의 양은 전체 워시코트 양의 30~50%인 것을 특징으로 하는 배기 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제4층은 배기 가스에 근접하여 배치되며, 상기 제3층은 담체에 근접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 배기 장치.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 매연 필터와 상기 디젤 산화 촉매는 일체로 형성되어 있으며, 상기 디젤 산화 촉매는 상기 매연 필터의 전단부에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 배기 장치.
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