디젤 자동차 매연 제거 장치디젤 자동차 매연 제거 장치디젤 자동차 매연 제거 장치디젤 자동차 매연 제거 장치

설계 해석 기술 지원설계 해석 기술 지원설계 해석 기술 지원설계 해석 기술 지원

2005. 10.2005. 10.2005. 10.2005. 10.

지원기관지원기관지원기관지원기관 자동차부품연구원자동차부품연구원자동차부품연구원자동차부품연구원지원기업지원기업지원기업지원기업 대지금속 주대지금속 주대지금속 주대지금속 주( )( )( )( )

산업자원부산업자원부산업자원부산업자원부

- 2 -

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

부품 소재통합연구단장 귀 하부품 소재통합연구단장 귀 하부품 소재통합연구단장 귀 하부품 소재통합연구단장 귀 하ㆍㆍㆍㆍ

본 보고서를 디젤자동차 매연 제거장치 설계해석 기술 지원 지원기간" "( :2004. 10.

과제의 기술지원성과보고서로 제출합니다1.~2005. 9. 30.) .

2005. 10. .2005. 10. .2005. 10. .2005. 10. .

지원기관 기관명 자동차부품연구원지원기관 기관명 자동차부품연구원지원기관 기관명 자동차부품연구원지원기관 기관명 자동차부품연구원: ( ): ( ): ( ): ( )

대표자 노 영 욱대표자 노 영 욱대표자 노 영 욱대표자 노 영 욱( )( )( )( )

지원기업 기업명 대지금속 주지원기업 기업명 대지금속 주지원기업 기업명 대지금속 주지원기업 기업명 대지금속 주: ( ) ( ): ( ) ( ): ( ) ( ): ( ) ( )

대표자 김 혜 삼대표자 김 혜 삼대표자 김 혜 삼대표자 김 혜 삼( )( )( )( )

지원책임자지원책임자지원책임자지원책임자 :::: 원 종 필원 종 필원 종 필원 종 필

참여연구원참여연구원참여연구원참여연구원 :::: 허 형 석허 형 석허 형 석허 형 석

" :" :" :" : 이 기 수이 기 수이 기 수이 기 수

" :" :" :" : 배 석 정배 석 정배 석 정배 석 정

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목 차목 차목 차목 차

제 장 서론제 장 서론제 장 서론제 장 서론1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론2222

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1111

제 절 기술지원 수행내용제 절 기술지원 수행내용제 절 기술지원 수행내용제 절 기술지원 수행내용2222

자동차용 디젤 매연 저감 장치 개요자동차용 디젤 매연 저감 장치 개요자동차용 디젤 매연 저감 장치 개요자동차용 디젤 매연 저감 장치 개요1.1.1.1.

자동차용 디젤 매연 저감 장치 기술개발 동향자동차용 디젤 매연 저감 장치 기술개발 동향자동차용 디젤 매연 저감 장치 기술개발 동향자동차용 디젤 매연 저감 장치 기술개발 동향2.2.2.2.

자동차용 디젤 매연 저감 장치 유동 해석 개요자동차용 디젤 매연 저감 장치 유동 해석 개요자동차용 디젤 매연 저감 장치 유동 해석 개요자동차용 디젤 매연 저감 장치 유동 해석 개요3.3.3.3.

자동차용 배기 후처리 시스템 열유동 해석 결과자동차용 배기 후처리 시스템 열유동 해석 결과자동차용 배기 후처리 시스템 열유동 해석 결과자동차용 배기 후처리 시스템 열유동 해석 결과4.4.4.4.

디젤 산화 촉매 장치 유동 해석 결과디젤 산화 촉매 장치 유동 해석 결과디젤 산화 촉매 장치 유동 해석 결과디젤 산화 촉매 장치 유동 해석 결과4.14.14.14.1

디젤 매연 저감 장치 유동 해석 결과디젤 매연 저감 장치 유동 해석 결과디젤 매연 저감 장치 유동 해석 결과디젤 매연 저감 장치 유동 해석 결과4.14.14.14.1

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌

부 록부 록부 록부 록

기술지원일지 기술지원회의록기술지원일지 기술지원회의록기술지원일지 기술지원회의록기술지원일지 기술지원회의록----

기술지원자료 대젤산화촉매제 디젤매연저감장치 유동 해석 세미나 자료기술지원자료 대젤산화촉매제 디젤매연저감장치 유동 해석 세미나 자료기술지원자료 대젤산화촉매제 디젤매연저감장치 유동 해석 세미나 자료기술지원자료 대젤산화촉매제 디젤매연저감장치 유동 해석 세미나 자료- ,- ,- ,- ,

- 4 -

제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론제 장 서 론1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

최근 환경오염 문제가 심각하게 대두되면서 이들 오염원의 저감을 위해 다양한 기

술이 개발되고 있다 그 중 자동차의 배출원의 저감에 대한 각국의 규제치는 점차.

강화되어 가고 있다 미국 캘리포니아주의 프로그램. LEV(Low Emission Vedhicle)

과 유럽의 가 대표적인 규제이다 특히 세계적으로 배출가스 규제가EURO , . ,Ⅲ Ⅳ

가장 엄격한 미국 캘리포니아 주에서 년부터로 예정된2004 ULEV(Ultra Low

그리고Emission Vehicle), SULEV(Super Ultra Low Emission Vehicle) ZEV(Zero

를 포함한 규제를 발표하고 있다Emission Vehicle) LEV 2 .

그림 경유 소형 화물차 기준변화 및 대음기술그림 경유 소형 화물차 기준변화 및 대음기술그림 경유 소형 화물차 기준변화 및 대음기술그림 경유 소형 화물차 기준변화 및 대음기술( 1-1)( 1-1)( 1-1)( 1-1)

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한편 국내 자동차회사들이 디젤 엔진을 얹은 승용차를 선보이기 시작하면서 한국,

에도 디젤 승용차 시대 가 활짝 열릴 전망이다 경유자동차가 가지고 있는 미래 자‘ ’ .

동차 시장에서의 경쟁력 및 시장 전망과 함께 배출가스가 대도시 대기 공해에 미치

는 영향과 이의 대책에 대한 사회적 논쟁이 새롭게 점화되었다 특히 경유자동차의. ,

배출가스에서 가장 문제가 되고 있는 매연과 입자상물질 대책이 강력하게 요(PM)

구되고 있으며 이의 대책 기술이 디젤 매연 여과장치 기술이 큰 관심을 끌고 있다.

표 국내 각 회사별 경유승용차 판매 계획표 국내 각 회사별 경유승용차 판매 계획표 국내 각 회사별 경유승용차 판매 계획표 국내 각 회사별 경유승용차 판매 계획( 1-1)( 1-1)( 1-1)( 1-1)

회사 차종 판매시기

현대차

뉴아반떼 유로XD( 3) 년 월2005 5

베르나 후속모델 유로MC( 4)ㆍ 월" 8

클릭 유로( 4) 년 월2005 9

쏘나타 유로NF ( 4) 연내"

라비타 유로( 4) 년 중2006

기아차

프라이드 리오 후속모델 유로( 4)ㆍ 년 월2005 4

쎄라토 유로( 3) 월" 5

쎄라토 유로( 4) 연내"

옵티마 후속모델 유로MG( 4)ㆍ 연내"

르노

삼성차

SM3 하반기 중"

SM5 SM7 미정

GM

대우차칼로스 라세티 매그너스 검토 중 년 중2006

배기 후처리 시스템에 관련하여 미국의 독일의 불ARVIN, BENTELER, Espascher,

란서의 일본의 등이 전 세계시장을 석권하Bosal, Fauceria, AISIN, TOKYO RYOKI

고 있고 이들 전문업체에서는 에 의한 최적 설계 생산 및 시험평가의 일관된, CAE ,

체계를 갖추고 있어 기술 품질 및 성능과 가격경쟁력을 갖추고 있다 따라서 국내, .

의 배기 후처리 장치 생산 업체에서도 독자적인 설계 개발에 의한 글로벌 아웃소싱

대응이 시급하다고 볼 수 있다.

- 6 -

본 지원사업에서는 자동차 배기 후처리 기술의 핵심 부품인 디젤 산화 촉매제

및 디젤 매연 저감 장치 의 유동 해석 설계 및 관련 평가 기술을 지원(DOC) (DPF)

하여 지원기업의 배기 후처리 시스템 대외 기술 경쟁력 확보를 목표로 하고 있다.

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

지원 기업 주 대지금속은 배기 후처리 관련 부품 전문 생산업체로서 이에 대한 제( )

조 공정설비를 확보하고 있어 가공 생산 기술은 우수하나 독자적인 설계 능력의 부

족으로 인하여 대여도 방식의 성장 발전 단계에 있다 따라서 지원 기업에서OEM .

요청하는 자동차용 후처리 시스템에 대한 열유동 해석 및 설계 기술을 적극 지원하

기 위해 다음과 같은 양산화 개발을 위한 설계 지원을 하고자 한다.

디젤 자동차용 매연 제거장치의 신기술 개발 동향 분석 및 기술 교육1)

국내외 기술문헌 및 자료 제공-

선진 기술 현황 파악 및 기술동향 분석 제공-

산화 촉매 및 성능에 미치는 설계 인자 가중치 분석 및 성능 설2) wall flow filter

계 지원

디젤 산화 촉매제 및 디젤 매연 제거 장치에 대한 해석 설계 기술 지원3)

디젤 산화 촉매제 및 디젤 매연 제거 장치 내부 주요 유동 특성 평가-

유동 균일도 개선을 위한 주요 설계 인자 분석 및 유동 특성 해석 설계 지원-

디젤 매연 제거장치의 캐닝 설계 기술 지원4)

디젤 매연 제거장치의 성능 실험 기술 지원5)

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제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

지원기업은 자동차 부품 디젤매연저감장치 디젤산화 촉매제 소음기 배기가스 정( , , ,

화 장치 공기 청정기 을 제조하는 업체로서 및 자동차의 차, ) GM Honda, Suzuki 1

협력업체와 기술제휴 계약을 체결하고 있으며 차 와는 현재 합작투자GM 1 Vender

를 추진 중에 있는 자동차 부품 전문 회사이다 따라서 본 지원사업에서는 지원기.

업이 신규로 추진 중인 대형 버스용 디젤 산화 촉매제 및 디젤 매연 저감 장치 개

발에 필요한 설계 주요 인자 분석 및 유동 특성 해석에 대한 해석 설계 기술을 지

원하였다.

또한 자동차 가솔린 엔진의 배기 후처리 시스템에 대한 기술 개요 및 해외 선진국,

기술 동향을 분석하였고 세미나를 통하여 적극적인 기술 지원을 하였다, .

- 8 -

제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론제 장 본 론2222

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과1111

표 연구지원 추진실적표 연구지원 추진실적표 연구지원 추진실적표 연구지원 추진실적( 2-1)( 2-1)( 2-1)( 2-1)

일련

번호연구지원내용 연구지원 추진실적

달성도

(%)

1선진 기술자료 및 기술동

향 분석 지원

배기 시스템 관련 특허 및 논문조사-

가솔린 엔진 배기 후처리 시스템 해외 선진-

기술 동향

해외 선진 기술 동향 관련 세미나 실시-

100

2배기 후처리 시스템 물성

조사 지원

계열 배기가스 및 공기에 대한 온도-SUS ,

별 물성자료 구축 완료100

3

디젤 산화 촉매 장치

열유동 해석 및 설CFD

계 인자별 성능 평가

디젤 산화 촉매 장치 설계 인자별 열- CFD

유동 성능 해석 및 설계지원100

4

디젤 산화 촉매 장치

열유동 해석 및 설CFD

계 인자별 성능 평가

디젤 매연 제거 장치 설계 인자별 열- CFD

유동 성능 해석 및 설계지원100

5배기 후처리 시스템

유동 특성 평가CFD

배기 후처리 시스템 유동저항 유동-B175 ,

균일도 특성 평가 지원100

6

배기 후처리 시스템 유동

균일도 평가 및 개선사양

설계

배기 후처리 시스템 설계 인자별 유동 균일-

도 평가 및 개선 사양 설계 지원100

표 에 나타낸 바와 같이 사전 지원 목표대로 성공적으로 사업을 달성하였다( 2-1) .

지원기업이 기존에 시행 착오법에 의해 설계 생산하던 자동차 배기 후처리 시스템,

에 대한 설계 방법 및 중요 설계 인자 가중치를 분석 지원하였으며 지원기업에서,

는 기술지원 사디젤 매연 저감 장치 및 디젤 산화 촉매제에 대한 체계적인 설계기

술을 구축하였으며 아울러 개발비 및 개발 기간을 단축시킬 수 있는 기술적 토대,

를 본 종합기술 지원사업을 통해서 마련하였다.

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제 절 기술지원 수행 내용제 절 기술지원 수행 내용제 절 기술지원 수행 내용제 절 기술지원 수행 내용2222

자동차용 디젤 매연 저감 장치 개요자동차용 디젤 매연 저감 장치 개요자동차용 디젤 매연 저감 장치 개요자동차용 디젤 매연 저감 장치 개요1.1.1.1.

최근 산업 발전에 따른 산업체 자동차 등에서 배출되는 환경오염 물질이 급격히,

증가하여 생태계와 인체에 심각한 문제를 일으키고 있다 대기오염은 자동차에 의.

한 오염이 가장 큰 비율을 차지하면서 그 중 일산화탄소 탄화수소 질소(CO), (HC),

산화물 등에 의해 신체 각부의 산소결핍 눈병 폐기능 장애 광화학스(NOx), Soot , , ,

모그 등의 현상으로 심각한 문제를 발생시키고 있고 또한 이산화탄소에 의한 지구,

의 온난화 현상 등을 야기 시키고 있다 이에 따라 환경공해에 커다란 영향을 미치.

는 자동차 배기가스 성분들이 인체에 미치는 영향을 파악하고 이 성분들을 분석, ,

저감시키기 위한 연구가 선진국을 중심으로 활발히 진행되고 있다 이에 세계 각국

은 환경보호를 위한 노력으로 환경오염 물질의 배출에 대한 규제를 강화하고 있으

며 자동차 업계에서도 세계적으로 강화되고 있는 배기가스 규제를 만족시키기 위,

한 차량 개발의 일환으로써 배기 후처리 장치 개발에 대한 관심이 점점 커지고 있

다 특히 경유자동차 배출가스에서 가장 문제가 되고 있는 매연과 입자상물질. (PM)

대책이 강력하게 요구되고 있으며 이의 대책기술인 디젤매연저감장치 에 대한, (DPF)

기술이 큰 관심을 끌고 있다.

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경유자동차 시장 전망1.1

경유자동차는 열효율이 높아 휘발유 자동차에 비해 연비가 우수하며 배출량도CO2

이상 적게 배출된다 특히 최근 들어 전자제어 고압연료 분사장치인20% . Common

이 개발되어 직접 분사식 경유엔진에 사용됨으로써 진동과 소음을 대폭 개선함rail

으로서 휘발유 승용차와 경쟁할 수 있는 기술로 인식되고 있다 유럽의 경유 승용.

차 시장은 빠른 속도로 확장되고 있는 추세이며 년 현재 전체 승용차 시장의2005

약 이상을 차지 하고 있다50% .

경유자동차 기술이 앞서 있는 유럽에서는 자동차 배출가스의 기준을 새롭게CO2

설정하여 유럽에 자동차를 수출하는 모든 국가에 이 기준을 적용함으로써 환경기술

로서 새로운 자동차 무역장벽을 구축하였다.

경유자동차 배출허용기준 추세1.2

표 경유승용차 배출가스 허용기준 단위표 경유승용차 배출가스 허용기준 단위표 경유승용차 배출가스 허용기준 단위표 경유승용차 배출가스 허용기준 단위( 2-2) ( :g/ )( 2-2) ( :g/ )( 2-2) ( :g/ )( 2-2) ( :g/ )㎞㎞㎞㎞

경유자동차 연비의 우수성과 배출이 적은 장점으로 경유자동차의 증가를 예측CO2

하였지만 아직도 경유자동차에서 배출되는 과 는 휘발유 자동차에 비해 훨PM NOx

씬 높다 따라서 유럽의 경유자동차 정책방향은 등 유해 배출가스를 휘발. PM, NOx

유 자동차 수준으로 낮추면서 지구기 후변화 대책을 위하여 적극적으로 보급하겠다

는 것이다 미국에서도 배기 가스 허용기준을 대폭 강화함으로서 휘발유자동차와.

동일한 수준의 배출 가스를 요구하고 있다 표 는 경유승용차 배출가스 허용. ( 2-2)

기준을 나타낸 것이다.

- 11 -

입자상물질 특성1.3 (PM)

미국 에서는 을CARB PM “51.7℃ 아하의 공기로 희석되어 필터에 포집된 자동차

배출성분 중 응축수분을 제외한 모든 배출성분(Fines, Dust, Soot, Mist, Fog,

등이 포함됨 으로 정의하며 필터에 포집된 의 중량을 측정하여 규제한Smog )” , PM

다 발생량은 연료량의 약 중량 이며 대부분의 은 연료 탄화수. PM 0.2%-0.5%( ) PM

소계의 불완전연소에 기인하고 일부는 엔진 윤활유에서 발생한다.

의 성분은 크게PM SOL(solid fraction), SOF(soluble organic fraction),

로 구성되어 있다SO4(sulfate particles) .

그림 구성성분그림 구성성분그림 구성성분그림 구성성분( 2-1) PM( 2-1) PM( 2-1) PM( 2-1) PM

- 12 -

은 탄소입자가 대부분이며 재 도 포함된다 배기가스온도 이상에서는SOL (ash) . 500℃

직경 탄소입자나 입자의 덩어리로서 의 상태이다15-30mm H/C=0.2-0.3 dry soot .

엔진 기술이 향상됨에 따라 은 대폭 저감되고 있으며 이에 따라 비carbon PM ash

중이 커지고 있다 재의 발생원인은 엔진 윤활유첨가제에서 산화물이. Ca, Zn, Mg

발생하며 엔진마모에 따른 산화물 엔진배기관의 부식영향 매연여과, Fe, Cu, Cr , ,

장치의 연료첨가제에 의한 발생 등이 있다.

반면 배기가스온도 이하에서는 의 가 에 흡착되어 있다500 H/C=1.2-1.7 SOF PM .℃

는 미연탄화수소 산화탄화수소 둥으로 구성되어 있다 발생은 엔진SOF , , PAH . SOF

종류 해정 행정 와 엔진 작동 상태의 영향이 크며 엔진오일로부터 생성된(2 , 4 ) , SOF

가 대부분이다 에서는 가 이상 차지하나 에서는. Wet PM SOF 20% dry PM SOF

가 까지도 낮아진다10% .

또한 의 도 에 응축되어 있다,SO2, NO2, sulfates inorganic species PM .

그림 구성비율그림 구성비율그림 구성비율그림 구성비율( 2-2) PM( 2-2) PM( 2-2) PM( 2-2) PM

디젤엔진에서 배출되는 은 다양한 크기로 분포하고 있으며 중량기준으로 할 경PM ,

우 입자직경 에 분포되어 있으며 에 집중되어 있다 그러20-500nm 100-200nm .

나 수량기준으로 보면 그림 에서 보듯이 에 분포되어 있으며 에4 3-30nm 10-20nm

집중되어 있고 중량은 전체의 이내이나 수량은 이상이다, 10% 90% .

- 13 -

인체 유해성을 보면 중량비율은 미미하나 입자수량 면에서는 대부분을 차지하고 있

는 이하의 나노 입자의 유해도가 훨씬 큰 것으로 알려져 있어 앞으로 나노50nm

입자 저감이 중요 과제로 다루어질 전망이다PM .

현재의 규제는 중량을 측정하는 방식이지만 유럽에서는 년의 기PM 2008 EURO 5

준에 수량 규제를 실시하는 것을 검토 중에 있으며 이를 위해서는 배기관에서 직,

접 수량을 용이하게 측정할 수 있는 시험방법과 장치 개발이 필요하다PM .

그림 입자상물질 분포 상태그림 입자상물질 분포 상태그림 입자상물질 분포 상태그림 입자상물질 분포 상태( 2-3)( 2-3)( 2-3)( 2-3)

자동차용 디젤 매연 저감 장치 기술동향자동차용 디젤 매연 저감 장치 기술동향자동차용 디젤 매연 저감 장치 기술동향자동차용 디젤 매연 저감 장치 기술동향2.2.2.2.

경유자동차의 을 저감하는 기술로 을 필터에 포집하고 이것을 태우는 재생PM PM ( )

장치인 디젤 매연저감장치가 가장 효과적인 기술로서 현재 실용화 수준에 도달하고

있다 는 을 이상 저감할 수 있어 매연저감 성능 면에서는 아주 우수. DPF PM 80%

하나 가격이 높고 내구성이 부족한 것이 실용화에 장애요인이 되고 있다.

- 14 -

디젤 매연 저감장치 기술은 크게 포집 기술과 재생 기PM (trapping) (regeneration)

술로 나누어지며 시스템은 기본적으로 필터 재생장치 제어장치의 부분으로 구성, , 3

되어 있다 디젤 매연 저감장치 기술은 년 이상 개발되어 오면서 초기의 강제재. 15

생방식인 세대 기술을 거쳐서 현재는 세대기술인 자연 재생방식 장치가1 , 2 (passive)

주로 사용되고 있다 그러나 자연재생방식은 배출가스온도가 높은 대형차에 주로.

적용되고 있다.

강제 재생방식 세대 초기기술2.1 (active) : 1

외부열원으로 가열하는 강제재생방식 에서는(thermal regeneration) thermal

문제가 중요하며 특히 점화를 위해서는 공급되는 산소농도도 중요한 인자stability ,

가 된다 예를 들면 조건에서는 에서 점화되지만 조건에서는. 6% O2 570 ,2% O2℃

에서 점화되며 터보차져 엔진의 경우 배기가스에 잔류 산소가 많기 때문에750℃

일반 자연흡기 엔진에 비해 점화온도가 낮다(NA) .

전기히터방식의 장치 예전기히터방식의 장치 예전기히터방식의 장치 예전기히터방식의 장치 예(a) DPF(a) DPF(a) DPF(a) DPF 버너방식의 장치 예버너방식의 장치 예버너방식의 장치 예버너방식의 장치 예(b) DPF(b) DPF(b) DPF(b) DPF

그림 강제 재생방식 예그림 강제 재생방식 예그림 강제 재생방식 예그림 강제 재생방식 예( 2-4)( 2-4)( 2-4)( 2-4)

전방에 열원을 설치하여 을 점화시키면 연소된 고온가스는 벽을 통하여 반대편PM

통로로 빠져나가게 되므로 뒤편에 남아 있는 잔류 을 연소시키는 데 어려움이PM

있다 이런 문제점을 보완하는 방안으로 후방 열원 공급 방식도 사용되며 공급된. ,

열원은 벽면을 통해 이 포집되어 있는 통로로 공급되어 점화와 연소가 활발하게PM

일어난다 이 경우 재생시간이 단축되는 이점이 있으나 점화에너지가 많이 소모되.

는 문제점이 있다.

- 15 -

자연 재생방식 세대 기술2.1 (passive) : 2

일반적으로 탄소입자는 산소나 공기 분위기에서는 이상에서 연소되나550 , NO℃ 2

는 에서도 탄소입자가 산화할 수 있도록 작용한다 따라서 배출가스의 를250 . NO℃

백금산화촉매를 이용하여 NO2로 변환시키고 외부의 열원 없이 배출가스 온도로서

만 을 태우는 방식을 자연재생방식이라고 한다 미국과 유럽 등지에서 배출가스PM .

온도가 상대적으로 높은 중량차에 촉매 방식 장치가 이미 상당량 장착되어 운DPF

행되고 있으며 세대 기술은 구조가 간단하고 고장이 적은 장점이 있어 실용화 단2

계에 있다고 볼 수 있지만 배출가스 온도가 낮은 자동차에는 적용이 어려운 한계,

를 지니고 있다.

재연재생 촉매방식 장치로는 사의 와 사의DPF Johnson Matthey CRT Engelhard

장치가 가장 앞서 있는 기술로 평가받고 있다 의DPX . Johnson Matthey

장치는 유럽에서 가장 유력한 기술로 평가된CRT(Continuous Regeneration Trap)

다 이 장치는 캐니스터 내부에 필터가 개 설치되어 있으며 전단의 백금산화촉매. 2 ,

에서는 산화반응으로 를NO NO2로 변환시키며 와 도 저감시킨다 성능은, CO HC .

과 를 수준으로 저감시키며 는 정도 감소시킨다 특히PM CO, HC 90% , NOx 3-8% .

중 크기의 나노입자 수량도 현저하게 감소하는 것으로 발표PM 10nm - 250nm

되었다 그러나 촉매의 재생능력에는 한계가 있기 때문에 엔진에서 배출되는. PM ,

과 의 비율 이 이상이고 배출가스가 이상이어야 작동이PM NOx (NOx/PM) 8 , 275℃

안정적으로 이루어진다 또한 촉매의 정상적인 작동을 위해서는 경유의 황 성분이.

이하인 초저황유 를 요구한다10 ppm (ULSD) .

- 16 -

그림 사의그림 사의그림 사의그림 사의( 3-5) Johnson Matthey CRT( 3-5) Johnson Matthey CRT( 3-5) Johnson Matthey CRT( 3-5) Johnson Matthey CRT

그림 의그림 의그림 의그림 의( 2-6) Engelhard DPX( 2-6) Engelhard DPX( 2-6) Engelhard DPX( 2-6) Engelhard DPX

복합 재생방식 세대 기술2.3 (passive·active combination) : 3

현재 대형 운행차 적용기술의 핵심기술인 촉매방식 자연재생 장치는 구조가DPF

간단한 장점이 있으나 배출가스 온도가 상대적으로 높은 대형 고속 주행차량에만

적용이 가능하다 그러나 도심을 주행하는 많은 경우의 차량은 엔진 배출가스 온도.

가 낮아 적용이 곤란하므로 촉매나 첨가제에 보조적으로 강제적인 열원을 공급하는

복합방식인 세대 기술의 디젤 매연저감장치 기술이 필요하다3 .

에서는 리터 고급 경유승용차인 에 첨가제 방식의 매연여Peugeot 2.2 Model 607

과장치를 장착하여 년부터 판매를 시작하였으며 년에 적용 차종을 개로2000 , 2003 7

확장하여 약 만대가 판매되어 운행하고 있다65 .

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그림 경유 승용차그림 경유 승용차그림 경유 승용차그림 경유 승용차( 2-7) Peugeot 607( 2-7) Peugeot 607( 2-7) Peugeot 607( 2-7) Peugeot 607

장치의 특징으로는 모노리스 필터를 사용하였으며 에서 생산한SiC , Rhodia

첨가제를 사용하고 있으며 강제재생을 위하여 산화촉매를 전Cerium-based Eolys

방에 사용하여 미연탄화수소 연소로 방열을 시키며 연료장치에서, Common rail

으로 배출가스 온도를 상승하고 재생주기는 이multiple post-injection 400-500km

며 첨가제에 의한 필터 내에 쌓인 재는 마다 물로서 세척한다, 80,000km .

그림 시스템그림 시스템그림 시스템그림 시스템( 2-8) Peugeot 607 DPF( 2-8) Peugeot 607 DPF( 2-8) Peugeot 607 DPF( 2-8) Peugeot 607 DPF

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디젤 매연 저감 장치 세대기술로 촉매 방식 필터 전방에 전기히터를 설치하여 엔3

진의 배출온도가 낮을 경우에 전기히터를 가열하여 복사열로서 을 재생하는 복PM

합방식 가 개발되고 있다 보조재생기술로서는 현재 가장 많이 사용되는 세라DPF .

믹 또는 모노리스 타입 필터의 전방에 전기히터를 설치하여 복사열을 이용하( SiC)

는 기술 등이 개발되고 있으나 전기에너지 사용량의 제한이 개발에 가장 큰 어려움

으로 작용하고 있다.

그림 전기히터 보조방식의 시스템그림 전기히터 보조방식의 시스템그림 전기히터 보조방식의 시스템그림 전기히터 보조방식의 시스템( 2-9) DPF( 2-9) DPF( 2-9) DPF( 2-9) DPF

자동차용 디젤 매연 저감 장치 유동 해석 개요자동차용 디젤 매연 저감 장치 유동 해석 개요자동차용 디젤 매연 저감 장치 유동 해석 개요자동차용 디젤 매연 저감 장치 유동 해석 개요3.3.3.3.

디젤 매연 저감 장치는 이 대기 중으로 배출되지 않도록 포집하고 재생시켜 엔PM

진 배기가스 중 을 대부분 저감 시킨다 이와 같은 재생 과정 동안에는 다공성PM .

세라믹 물질로 되어있는 필터 안에서의 연소에 의해 많은 열이 발생하고 필터 크랙

의 원인이 되는 등 배기 후처리 장치의 성능에 크게 관여하기 때문에 유동 및 열

문제의 이해와 제어가 디젤 매연 저감 장치 강건 설계를 위해 매우 중요하다.

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그러나 디젤 매연 저감장치의 재생과 관련된 인자들이 매우 많기 때문에 실험을 통

한 제품의 평가 및 분석하는데 많은 어려움이 있다 또한 실험적으로 평가하기에는.

포함된 변수가 너무 많고 필터 내에서의 정확한 측정이 어렵기 때문에 유동해석을

통한 평가가 선행되어야 한다 유동해석을 통해서 디젤 매연 저감 장치 내의 유동.

균일도 압력 손실 재생전의 매연 포집 분포 온도 분포 슈트 산화 재생기, , , , (soot) ,

간 고온 재생 과정 및 재생 효율 등에 대한 전반적인 평가가 가능하다 본 연, DPF .

구에서는 디젤 매연 저감 장치의 재생 효율을 증대시키기 위한 방법으로 입구 균일

도에 대한 평가를 중심으로 제품에 대한 평가를 수행하였으며 다양한 입출구 콘의

형상 변경 및 배플 형상 변화에 따른 균일도 변화 특성을 비교 분석하였다.

배기 후처리 시스템 지배방정식3.1

본 연구에서 배기 후처리 시스템에 대한 열 및 유동 해석은 상용코드인 Fluent 6.2

을 이용하였다 해석하고자 하는 배기 후처리 시스템 지배방정식. (governing

은 차원 방정식에 근거를 둔 것으로 디젤 매연 저감 장equation) 3 Navier-Stokes

치 내의 배기가스 온도장 압력장 및 속도장 특성을 해석하는데 사용되었다 또한, .

배기 디젤 매연 저감 장치 내 난류에 의한 영향을 고려하기 위하여 Standard k-ℇ

모델을 사용하였다.

배기 후처리 시스템 내의 열유동 해석을 위한 지배방정식은 차원3 Navier-Stokes

방정식으로 보존형 텐서 형으로 표현하면 다음과 같다(conservative form) (tensor) .

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Standard k 모델에서 사용되는 난류 운동 에너지- (turbulent kinetic energy)ℇ k와

소산율 에 관한 식은 다른 유동 변수들과 유사하게 다음과 같이(dissipation rate) ℇ

보존형 수송 방정식으로 나타낼 수 있다.

여기서

Standard, k 모델에서 난류 점성계수는 다음과 같이 표현된다- .ℇ

여기서

실험에 의하면 대수영역과 점성저층에서 다음과 같은 관계가 있는 것으로 알려져

있다.

여기서

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또한 무차원 거리 y+와 벽면 마찰 속도 u

*는 다음과 같이 정의된다.

따라서 대수 영역으로 불리우는 영역내의 점을 벽면의 제 격자점으로 취하면 다음1

과 같은 벽면에서의 경계조건을 얻게된다.

지배방정식에 쓰인 상수( f1 , f2 는 다음과 같다) .

따라서 벽법칙 을 이용한 모델은 대수 영역내의 점을 벽면의 제 격자(wall function) 1

점으로 취함으로써 격자의 개수를 줄여 계산시간을 단축시킬 수 있는 장점이 있다.

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디젤매연저감장치 해석 모델링3.2

가 디젤 산화 촉매 장치( )

유동해석을 수행한 디젤 산화 촉매 장치 및 형상 제원은 그림 과 같다 모델( 2-10) .

는 엔진 배기량 급 모델 는 엔지 배기량이 급이며 입구 체적A 3,000cc , B 7,000cc

유량은 모델 는 엔진 회전수 에서A 4,500rpm 0.18m3

이고 모델 는 엔진 회전/s , B

수 에서3,500rpm 0.276m3

이다 디젤 산화 촉매 장치는 촉매제 입구 유동 균일도/s .

를 향상시키기 위해 콘에 다공성 플레이트를 장착하였으며 전체 길이DOC (LDOC 는)

고정시키고 다공성 플레이트와 담체 입구와의 거리 (DB-C 와 다공성 플레이트)

형상을 변화시키며 유동해석을 수행하였다(Baffle) .

그림 디젤 산화 촉매 장치 형상 모델링그림 디젤 산화 촉매 장치 형상 모델링그림 디젤 산화 촉매 장치 형상 모델링그림 디젤 산화 촉매 장치 형상 모델링( 2-10)( 2-10)( 2-10)( 2-10)

디젤 산화 촉매 장치 유동 해석을 위한 계산격자를 그림 에 나타내었다 전( 2-11) .

체 형상의 만 모델링을 수행하였고 유동의 구배가 큰 입구 다공성 플레이트 주1/4

변에 많은 격자를 밀집 시켰으며 이때 사용된 전체 격자수는 약 개다600,000 .

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그림 디젤 산화 촉매 장치 수치 해석 격자 및 경계 조건그림 디젤 산화 촉매 장치 수치 해석 격자 및 경계 조건그림 디젤 산화 촉매 장치 수치 해석 격자 및 경계 조건그림 디젤 산화 촉매 장치 수치 해석 격자 및 경계 조건( 2-11)( 2-11)( 2-11)( 2-11)

나 디젤 매연 저감 장치( )

디젤 산화 촉매 장치는 입구 배기가스 유입부와 디젤 산화 촉매장치 포집 및, PM

재생을 위한 필터 그리고 출구부로 이루어진다 유동해석은 타입과 타입. DPF I L 2

가지 입구 형상에 대해 수행하였다 타입의 경우 입구 콘 부분에 유동 균일도를. I

증가시키기 위해 다공성 플레이트를 장착 하였고 타입은 입구에 다공성 파이프를L

삽입한 형상을 띄고 있다 그림 는 디젤 산화 촉매 장치 타입 형상 제원을. ( 2-12) I

나타낸 것이다 또한 타입 디젤 매연 저감 장치는 다공성 플레이트와 디젤 산화. , I

촉매제까지의 거리와 출구 형상이 다른 와 두 가지 모델에 대해 해석을 수행하D M

였다 그림 은 타입 및 타입 해석 격자를 나타낸 그림으로 타입은 전체. ( 2-13) I L I

모델 타입은 전체 모델에 대해서 해석을 수행하였다1/4 , L 1/2 .

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그림 디젤 매연 제거 장치 형상 모델링그림 디젤 매연 제거 장치 형상 모델링그림 디젤 매연 제거 장치 형상 모델링그림 디젤 매연 제거 장치 형상 모델링( 2-12)( 2-12)( 2-12)( 2-12)

그림 디젤 매연 제거 장치 수치 해석 격자그림 디젤 매연 제거 장치 수치 해석 격자그림 디젤 매연 제거 장치 수치 해석 격자그림 디젤 매연 제거 장치 수치 해석 격자( 2-13)( 2-13)( 2-13)( 2-13)

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자동차용 디젤 매연 저감 장치 유동 해석 결과자동차용 디젤 매연 저감 장치 유동 해석 결과자동차용 디젤 매연 저감 장치 유동 해석 결과자동차용 디젤 매연 저감 장치 유동 해석 결과4.4.4.4.

디젤 산화 촉매 장치 유동 해석 결과4.1 (DOC)

그림 는 디젤 산화 촉매 장치의 다공성 플레이트 위치 변화에 따른 정압력( 2-14)

분포 결과를 나타낸 그림이다 다공성 플레이트와 촉매와의 거리를. 100mm,

로 변화시켜 가며 해석한 결과를 그림에 나타내었다 결과를 살펴의70mm, 40mm .

면 디젤 산화 촉매 장치 전체 압력 손실 중 산화 촉매제에 의한 압력 손실은 전체

약 를 차지하고 있으며 이 때 다공성 플레이트 위치에 따른 압력 손실75%, 92%

변화는 없는 것으로 예측되었다.

(a) Model A

(b) Model B

그림 다공성 플레이트 위치 변화에 따른 정압력 분포 결과그림 다공성 플레이트 위치 변화에 따른 정압력 분포 결과그림 다공성 플레이트 위치 변화에 따른 정압력 분포 결과그림 다공성 플레이트 위치 변화에 따른 정압력 분포 결과( 2-14)( 2-14)( 2-14)( 2-14)

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그림 에서 알 수 있듯이 입구 유동이 다공성 플레이트 중앙부에 집중 됨으로써 중

심 부분이 압력이 높게 형성되고 이후 촉매제를 지나면서 점점 압력이 감소하는 형

태를 지니고 있다.

(a) Model A(DOC-1)(a) Model A(DOC-1)(a) Model A(DOC-1)(a) Model A(DOC-1)

(b) Model B(DOC-3)(b) Model B(DOC-3)(b) Model B(DOC-3)(b) Model B(DOC-3)

그림 다공성 플레이트 위치 변화에 따른 정압력 분포 결과그림 다공성 플레이트 위치 변화에 따른 정압력 분포 결과그림 다공성 플레이트 위치 변화에 따른 정압력 분포 결과그림 다공성 플레이트 위치 변화에 따른 정압력 분포 결과( 2-15)( 2-15)( 2-15)( 2-15)

그림 은 다공성 플레이트 위치 변화에 따른 압력 손실 값을 나타낸 그림이( 2-16)

다 전체 압력 손실은 모델 는 약 모델 가. A(DOC-1) 9,500Pa, B(DOC-3) 15,000Pa

이며 촉매제에서의 압력 손실 값은 각각 이다7,200Pa, 13,700Pa .

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(a) Model A (b) Model B

그림 디젤산화 촉매 장치 압력 손실 결과그림 디젤산화 촉매 장치 압력 손실 결과그림 디젤산화 촉매 장치 압력 손실 결과그림 디젤산화 촉매 장치 압력 손실 결과( 2-16)( 2-16)( 2-16)( 2-16)

(a) Model A

(b) Model B

그림 디젤 산화 촉매 장치 중심 단면에서의 속도 분포 결과그림 디젤 산화 촉매 장치 중심 단면에서의 속도 분포 결과그림 디젤 산화 촉매 장치 중심 단면에서의 속도 분포 결과그림 디젤 산화 촉매 장치 중심 단면에서의 속도 분포 결과( 2-17)( 2-17)( 2-17)( 2-17)

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그림 은 디젤 산화 촉매 장치 중심 단면에서의 속도 분포 결과를 나타낸 그( 2-17)

림이다 두 모델 모두 입구 콘 각도. (2222θθθθ 모델 모델 가 크게 설)( A : 116°, B : 110°)

계 되어 입구에서 국부적인 유동 와류 지역이 발생한다 그리고 유동은 다공성 플.

레이트를 지나면서 반경 방향으로 유동이 확산되고 이 확산된 유동은 디젤 산화 촉

매제를 만나면서 촉매제 입구 전면에 걸쳐 출구 빠져 나가는 것을 알 수 있다 다.

공성 플레이트와 촉매제 입구까지의 거리가 로 좁혀 짐에 따라 전체적인 속40mm

도 분포가 매우 고르게 형성되는 것을 확인 할 수 있다 이와 같은 유동 현상으로.

볼 때 다공성 플레이트와 촉매제 입구까지의 적절한 거리 유지는 촉매제 입구 균일

도 형성에 매우 주요한 설계 인자임을 확인 할 수 있다 그림 의 단면에서의. ( 2-18)

속도 벡터 분포 결과를 살펴보면 입구 콘에서의 와류 분포의 형태를 보다 명확히

알 수 있다.

디젤 산화 촉매제 촉매 입구 전방 수직 단면에서의 평균속도 이상인10mm 80%

부분만을 그림 에 나타내었다 전체적으로 중심 부분과 촉매제 끝 단 부분을( 2-19) .

제외한 부분에서 평균 속도 이상 속도 분포가 형성되고 있으며 다공성 플레이80%

트와의 거리가 일 때 가장 넓게 분포되고 로 점점 가까워짐에 따라100mm 40mm

그 영역도 점차 감소함을 알 수 있다.

(a) Model A

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(b) Model B

그림 디젤 산화 촉매 장치 중심 단면에서의 속도 벡터 결과그림 디젤 산화 촉매 장치 중심 단면에서의 속도 벡터 결과그림 디젤 산화 촉매 장치 중심 단면에서의 속도 벡터 결과그림 디젤 산화 촉매 장치 중심 단면에서의 속도 벡터 결과( 2-18)( 2-18)( 2-18)( 2-18)

(a) Model A

(b) Model B

그림 배플 입구 전방 단면에서의 속도 분포 결과그림 배플 입구 전방 단면에서의 속도 분포 결과그림 배플 입구 전방 단면에서의 속도 분포 결과그림 배플 입구 전방 단면에서의 속도 분포 결과( 2-19) DOC 10mm( 2-19) DOC 10mm( 2-19) DOC 10mm( 2-19) DOC 10mm

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그림 은 디젤 산화 촉매제 유동해석결과 촉매제 입구에서의 유동균일도( 2-20) (flow

를 나타낸 결과이다 다공성 플레이트와의 거리가 약 일 때 모uniformity, ) . 40mmσ

델 의 경우 약 모델 의 경우 약 으로 이지만 거리가 점점 멀어 짐에A 0.85, B 0.83

따라 까지 균일도가 향상 되는 것으로 나타났다 유동 해석 결과 동일 위치에0.925 .

서 모델 가 모델 보다 상대적으로 유동 균일도가 우수함을 알 수 있다A B .

그림 디젤 산화 촉매제 입구 유동 균일도그림 디젤 산화 촉매제 입구 유동 균일도그림 디젤 산화 촉매제 입구 유동 균일도그림 디젤 산화 촉매제 입구 유동 균일도( 2-20)( 2-20)( 2-20)( 2-20)

디젤 매연 저감 장치 유동 해석 결과4.2

가 디젤 매연 저감 장치 입출구 형상 변화에 따른 유동 균일도 특성 변화( )

디젤 매연 저감 장치 유동 해석은 전체 길이가 동일한 모델 와 모델(L=918mm) D

두 가지 형상에 대해 수행하였다 모델 의 경우 다공성 플레이트에서 까M . D DOC

지 거리는 약 이며 출구 콘 형상은 입구와 동일하게 직관형 콘 형상을 취하65mm

고 있으며 모델 의 경우 까지 거리를 약 로 배 정도 증가시키면서M DOC 125mm 2

출구 콘 형상을 짧게 설계하였다.

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그림 은 디젤 매연 저감 장치 압력 결과를 나타낸 그림으로 전체적인 압력( 2-21)

분포는 두 가지 모델이 유사한 결과를 얻었다 그러나 그림 의 단면에서의. ( 2-22)

속도 분포를 살펴보면 촉매제 입구에서의 두 가지 모델 차이점이 뚜렷한데 거리가

짧은 모델 의 경우 다공성 플레이트에서의 와류가 형성되는 것을 알 수 있으며D

이러한 현상은 입구 유동균일도 측면에서 바람직하지 못한 현상이다.

전체적인 압력 분포는 거의 동일함전체적인 압력 분포는 거의 동일함전체적인 압력 분포는 거의 동일함전체적인 압력 분포는 거의 동일함DPFDPFDPFDPF

(a) M model (b) D model

그림 디젤 매연 저감장치 표면 압력 분포 결과그림 디젤 매연 저감장치 표면 압력 분포 결과그림 디젤 매연 저감장치 표면 압력 분포 결과그림 디젤 매연 저감장치 표면 압력 분포 결과( 2-21)( 2-21)( 2-21)( 2-21)

(a) M model (b) D model

그림 디젤 매연 저감장치 중심 단면에서의 속도 분포 결과그림 디젤 매연 저감장치 중심 단면에서의 속도 분포 결과그림 디젤 매연 저감장치 중심 단면에서의 속도 분포 결과그림 디젤 매연 저감장치 중심 단면에서의 속도 분포 결과( 2-22)( 2-22)( 2-22)( 2-22)

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(a) M model (b) D model

그림 디젤 매연 저감장치 중심 단면에서의 속도 벡터 결과그림 디젤 매연 저감장치 중심 단면에서의 속도 벡터 결과그림 디젤 매연 저감장치 중심 단면에서의 속도 벡터 결과그림 디젤 매연 저감장치 중심 단면에서의 속도 벡터 결과( 2-23)( 2-23)( 2-23)( 2-23)

디젤 매연 저감 장치 중심 단면에서의 속도 벡터 결과를 살펴보면 모델 의 경우D

입구 콘 벽면 부근과 중심부분 두 부분에서 와류영역이 발생함을 그림 에서( 2-23)

알 수 있다.

(a) M model (b) D model

그림 입구 전방 단면에서의 속도 분포 결과그림 입구 전방 단면에서의 속도 분포 결과그림 입구 전방 단면에서의 속도 분포 결과그림 입구 전방 단면에서의 속도 분포 결과( 2-24) DOC 10mm( 2-24) DOC 10mm( 2-24) DOC 10mm( 2-24) DOC 10mm

그림 는 디젤 매연 저감 장치의 입구 전방 단면에서의 속도 분( 2-24) DOC 10mm

포 결과를 나타낸 그림이다 모델 의 평균속도는 약 로 모델 의 약. M 3.8m/s D

2.6ms 보다 약 크지만 디젤 매연 저감 장치 필터 입구 전방 단면/ 1.2m/s 10mm

에서의 속도 분포를 나타낸 그림 를 살펴보면 두 모델 모두 고른 속도 분포( 2-25)

를 형성하고 있는 것을 알 수 있다.

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(a) M model (b) D model

그림 필터 입구 전방 단면에서의 속도 분포 결과그림 필터 입구 전방 단면에서의 속도 분포 결과그림 필터 입구 전방 단면에서의 속도 분포 결과그림 필터 입구 전방 단면에서의 속도 분포 결과( 2-25) DPF 10mm( 2-25) DPF 10mm( 2-25) DPF 10mm( 2-25) DPF 10mm

그림 은 입구 전방 단면과 필터 입구 전방 단면에서( 2-26) DOC 10mm DPF 10mm

의 유동균일도를 나타낸 그림으로 입구에서는 모델에 따라 유동 균일도가 차DOC

이가 나지만 필터 입구에서는 유동 균일도가 약 로 동등하게 향상되는 것DPF 0.95

을 알 수 있다 이 해석 결과로부터 동일 디젤 매연 제거 장치에서 출구 콘 형상을.

적절히 변경하여 입구 길이를 확보한 모델 이 유동 근일도 측면에서 모델 보다M D

유리한 것으로 판단 된다.

그림 디젤 매연 제거 장치 각 단면에서의 유동 균일도 결과그림 디젤 매연 제거 장치 각 단면에서의 유동 균일도 결과그림 디젤 매연 제거 장치 각 단면에서의 유동 균일도 결과그림 디젤 매연 제거 장치 각 단면에서의 유동 균일도 결과( 2-26)( 2-26)( 2-26)( 2-26)

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나 디젤 매연 저감 장치 형상 변경에 따른 유동 균일도 특성 변화( )

타입 디젤 매연 저감 장치는 총 차의 형상 변경을 통해 최종 형상을 결정하였으L 4

며 그 중 제 차 및 제 차 디젤 매연 저감 장치 유동 해석 부분에 대한 내용을 본문3 4

에 정리하였다 제 차 및 제 차 형상은 그림 과 같다 제 차 는 제. 3 4 DPF ( 2-27) . 4 DPF

차 에 비해 전면 엔드 콘에서부터의 다공 파이프 중심까지의 거리가 약3 DPF

증가하여 전체길이가 약 증가한 형상이다20mm 20mm .

차 모델 형상차 모델 형상차 모델 형상차 모델 형상3 DPF3 DPF3 DPF3 DPF 차 모델 형상차 모델 형상차 모델 형상차 모델 형상4 DPF4 DPF4 DPF4 DPF

그림 타입 디젤 매연 저감 장치 형상그림 타입 디젤 매연 저감 장치 형상그림 타입 디젤 매연 저감 장치 형상그림 타입 디젤 매연 저감 장치 형상( 2-27) L( 2-27) L( 2-27) L( 2-27) L

그림 그림 는 디젤 매연 저감 장치 벽면에서의 압력 분포와 중심 단( 2-28)~( 2-29)

면에서의 속도 분포를 나타낸 그림으로 전체적인 압력 분포와 속도 분포 특성은 디

젤 산화 촉매제 및 타입 디젤 매연 저감 장치 해석 결과와 매우 유사하다 해석I .

결과 입구 다공 파이프에서의 압력 분포는 디젤 매연 저감 장치 하단부에 이르기까

지 다소 상승하다가 와 필터를 지나면서 감소하는 형태를 지닌다DOC .

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제 차 모델(a) 3 제 차 모델(b) 4

그림 디젤 매연 저감 장치 표면에서의 압력 분포그림 디젤 매연 저감 장치 표면에서의 압력 분포그림 디젤 매연 저감 장치 표면에서의 압력 분포그림 디젤 매연 저감 장치 표면에서의 압력 분포( 2-28)( 2-28)( 2-28)( 2-28)

제 차 모델(a) 3 제 차 모델(b) 4

그림 디젤 매연 저감 장치 중심 단면에서의 속도 분포그림 디젤 매연 저감 장치 중심 단면에서의 속도 분포그림 디젤 매연 저감 장치 중심 단면에서의 속도 분포그림 디젤 매연 저감 장치 중심 단면에서의 속도 분포( 2-29)( 2-29)( 2-29)( 2-29)

그림 은 입구 다공 파이프 부근에서의 속도 벡터 및 속도 크기 결과를( 2-30) DPF

나타낸 그림으로 입구 유동은 다공 파이프를 지나면서 점점 속도는 감소하고 다공

파이프와 엔드 콘 사이 및 다공 파이프와 사이에 여러 개의 와류 유동 구조DOC

를 형성한다 차 모델의 경우 차 모델에 비해 유동 분포가 보다 균일하게 형상하. 4 3

며 이와 같은 결과는 입구 균일도를 약 향상 시키는 결과를 가져온다DOC 2% .

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차 모델(a) 3

차 모델(b) 4

그림 디젤 매연 저감 장치 중심 단떤에서의 속도 분포그림 디젤 매연 저감 장치 중심 단떤에서의 속도 분포그림 디젤 매연 저감 장치 중심 단떤에서의 속도 분포그림 디젤 매연 저감 장치 중심 단떤에서의 속도 분포( 2-30)( 2-30)( 2-30)( 2-30)

입구 다공 파이프( )

표 은 디젤 매연 저감 장치 각 모델별 단면에서의 평균 압력을 나타낸 것이( 2-3)

다 출구에서의 상대 압력. (Pg 를 기준으로 할 때 각 단면에서의 압력 값을 표) OPa

로 정리하였다 입구 유량이 일 경우 전체 압력 손실은 약 로. 1,300kg/h 8,500pa

큰 변화가 없으며 대부분의 압력 손실은 및 필터에서 발생하며 이때 압력 손DOC

실은 각각 이다1,300pa, 5,300pa .

표 에 디젤 매연 저감 장치 각 모델별 입구 및 필터 입구에서의 유동균( 2-4) DOC

일도를 정리하였다 차 모델의 경우 입구 유동균일도는 약 이지만 차 형상. 1 76% 4

변경으로 입구 유동균일도를 약 까지 향상 시킬 수 있었다 또한 필터 입구의85% .

경우 형상 변경에도 약 이상 높은 유동균일도를 유지할 수 있다 그 이DPF 97% .

유는 입구의 불균일한 유동이 를 거쳐 매우 균일하게 유동이 흐르기 때DOC DOC

문이다.

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표 각 단면에서의 압력 분포표 각 단면에서의 압력 분포표 각 단면에서의 압력 분포표 각 단면에서의 압력 분포( 2-3)( 2-3)( 2-3)( 2-3)

표 및 필터 입구에서의 유동 균일도표 및 필터 입구에서의 유동 균일도표 및 필터 입구에서의 유동 균일도표 및 필터 입구에서의 유동 균일도( 2-4) DOC( 2-4) DOC( 2-4) DOC( 2-4) DOC

- 38 -

제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론제 장 결 론3333

본 부품 소재종합기술지원 사업에서는 자동차용 디젤 매연 저감 장치에 필요한 해·

석 및 평가 기술을 지원함으로써 지원기업이 제품 개빌 시 사전 성능예측을 통한

개발비용 및 시간을 단축시킬 수 있는 기반 기술을 마련하였다 디젤 산화 촉매제.

및 디젤 매연 저감 장치의 형상 및 다공성 플레이트 위치 변화에 따른 설계 인자

구축 및 입구 유동 균일도 개선을 위한 노력을 지속적으로 수행함으로써 본D/B

지원사업 결과의 활용도가 높아지리라 판단된다 본 부품 소재종합기술지원사업 결. ·

과 얻어진 결론은 다음과 같다.

자동차 디젤 매연 저감 장치 해외 선진 제품 기술 분석 및 설계 자료 화 구1) D/B

축 지원을 수행하였다.

자동차용 디젤 산화 촉매제 및 디젤 매연 저감 장치 입구 유량 변화 입구 콘2) ,

형상 및 다공 플레이트와 촉매와의 거리 변화에 따른 유동 해석을 통하여 압력 및

유동 특성을 비교 분석하였으며 입구 유동균일도 향상을 위한 시스템의 최적 형상

개발을 위한 설계 인자 를 구축하였다DB .

디젤 산화 촉매제 유동해석결과 다공성 플레이트와의 거리가 약 일 때3) 40mm

촉매제 입구에서의 유동균일도는 모델 의 경우 약 모델 의 경우 약A 85%, B 83%

이다 또한 동일 위치에서는 모델 가 모델 보다 상대적으로 유동 균일도가 우수. , A B

함을 알 수 있다.

디젤 매연 저감 장치 제 차 모델의 경우 입구 유동균일도는 약 이지만 제4) 1 76% 4

차 이르는 형상 변경으로 입구 유동균일도를 약 까지 향상 시킬 수 있었다 또85% .

한 필터 입구는 약 이상 높은 유동균일도를 유지할 수 있다97% .

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참고문헌참고문헌참고문헌참고문헌

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