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디젤 엔진에서 발생하는 입자상물질(PM : Particulate Matter)을 필터 등을 이용하여 매연을 포집하는 기술과, 이를 재생하는 기술로 구분됩니다.
크린어스는 포집과 재생에 관련된 다양한 기술을 모두 보유한 회사입니다.
필터 포집 기술
입자상 물질을 포집하기 위해서는 세라믹 또는 금속 소재로 된 필터가 주로 사용되며, 필터는 격벽 구조로 되어 있어 그 안에 입자상 물질을 포집하고 그 외의 가스상 물질은 필터 격벽의 미세한 기공 등을 통해 배출되는 원리입니다.
이러한 포집 기술은 입자상물질의 저감 성능과 필터로 인해 발생하는 배압 증가를 최적화 시키는 것이 관건인데, 크린어스는 이에 대한 다양한 솔루션을 보유하고 있습니다.
  • Cordierite Filter

    Cordierite Filter

  • SiC Filter

    SiC Filter

  • Partial plugging Filter

    Partial plugging Filter

  • Pinhole Filter

    Pinhole Filter

필터의 재생 기술
입자상 물질이 축적된 필터는 주기적으로 재생을 필요로 합니다.
필터를 재생하는 방식에 따라, 엔진의 배기열을 이용하여 재생하는 자연재생방식, 별도의 첨가제 주입시스템 또는 보조열원을 두어 재생하는 강제재생방식, 그리고 자연재생방식과 강제재생방식이 결합된 복합재생방식으로 나누어집니다.
자연재생방식의 경우, 재생을 위해서 고온의 배기열을 필요하기 때문에 주로 고속 주행을 하는 차량 등 적용에 한계가 있습니다.
이에 반해, 강제재생방식 또는 복합재생방식은 배기열과 관계없이 모든 운전 패턴에 적용이 가능한 기술입니다.
다음은 강제재생방식 또는 복합재생방식과 관련한 크린어스의 보유 기술입니다. 적용 되는 차량 및 엔진의 상태, 운전 패턴 등에 따라 다음의 기술을 단독 또는 조합해서 사용할 수 있습니다.
FBC를 이용한 촉매 기술
FBC(Fuel Borne Catalyst, 연료 혼합 촉매제)를 연료에 미량 첨가(주입)하여, 엔진 연소실에서 매연과 함께 미립자로 배출되게 하는 원리로, 타 귀금속 코팅 촉매 기술과 비교하여, ½ 수준의 배출가스 온도 상승(재생 시간 단축)만으로 필터의 재생이 가능하여, 중대형 상용차 및 건설기계 등에 효과적입니다. 크린어스에서는 자체 개발한 FBC와 분사시스템을 현재까지 수만대 수준의 차량에 적용하여 현재까지 탁월한 성능을 발휘하고 있습니다.

재생 방식별 DPF의 재생 가능 온도

크린어스에서 개발한 FBC

FBC 특성
  • 계열 : Fe계
  • FBC용액 중 Fe 농도 : 6%
  • 경유연료 중 투입되는 FBC량 : 25ppm,Fe
  • 밀도 : 경유밀도와 동등

    - FBC는 Fe화합물(유기철 에스테르 화합물)과 이를 희석하는 용매제로 구성되어 있으며
    경유와 동일한 물성을 지니므로 경유에 쉽게 용해됨

  • 사용온도 : -40°C ~ +80°C
Solubility in Diesel

Solubility in Diesel

FBC 촉매를 이용한 DPF의 작동 원리
  • ➊ 차량이 주유 직후에 FBC가 연료탱크 내로 주입(연료 중 FBC 주입농도 400ppm,solution)
  • ➋ 엔진이 기동되면 연료와 이에 혼합된 FBC가 연소실로 유입
  • ➌ 엔진 연소실에서 연소 후에 FBC의 Fe입자가 PM과 함께 혼합되어 배출
  • ➍ Fe입자가 포함된 PM이 필터에 포집
  • ➎ 배압이 상승되거나 재생주기가 도래되면 연료를 분사하고 경유버너 또는 촉매버너를 작동하여 강제재생

FBC를 이용한 복합재생 기술은 배출가스의 온도, 압력, 속도 등의 신호를 받아 재생의 시기를 판단하고, 재생온도를 제어하기 위하여 고유의 제어 로직으로 기능품을 제어함으로써 필터를 안전하게 재생시킬 수 있습니다.

일일 시스템 작동 그래프, 필터 재생 작동 그래프
Hybrid Burner를 이용한 복합재생 기술
Hybrid Burnner 방식의 재생 기술은 촉매필터와 경유버너로 구성됩니다. 배출가스 온도가 높은 운전 영역에서는 촉매버너의 산화 반응을 통해 재생을 하며, 온도가 높지 않은 운전 영역에서는 경유버너의 가동을 통해 재생을 하는 시스템입니다. 버너의 가동 시기 및 가열 온도는 별도의 센서 및 제어기를 통해 정밀히 제어가 되며, 버너는 원활한 장치 부착을 위해 Compact한 사이즈로 설계되어 있습니다.
배기온도가 자연재생이 불가능한 250℃ 이하 영역에서는 배기온도를 강제로 상승시키기 위해 경유(HC)를 이용하여 배출가스 온도를 상승시킵니다. 엔진의 저RPM-저부하 영역에서는 경유버너가 작동하여 배기가스온도를 직접 상승시키며, 엔진의 중RPM-중부하 영역에서는 촉매버너에 의해 배기가스온도를 직접 상승시킵니다.
경유버너는 점화기의 작동에 의해서, 분사된 경유가 버너 내에서 착화되어 화염이 형성되며, 이에 의해 배기가스온도를 직접 상승시킴으로써 포집된 매연을 연소시켜 제거할 수 있습니다. 당사의 버너 시스템은 배기가스 중의 산소를 이용하여 경유버너에 연소공기를 공급하는데, 배기가스 중의 산소농도가 12~14% 영역까지의 엔진 운전조건에서 작동이 가능합니다.
촉매버너는 산화촉매(Pre-CAT)의 촉매 활성화온도인 250℃ 이상의 엔진 영역에서 분사된 경유(HC)가 Pre-CAT을 통과하면서 산화되어 발생하는 반응열에 의해 배기가스 온도를 상승시키는 원리입니다. 이는 촉매연소(Catalytic Combustion)의 원리와 동일하며 반응식은 다음과 같습니다.

◆ HC + O2 → CO2 + H2 (발열반응)
이상의 두 가지 강제재생모드에 의하여 Soot가 산화 및 연소하여 제거되는 450~650℃으로 배기가스온도를 강제로 상승하는 것이 가능합니다.

Hybrid Burner를 이용한 배기가스 승온 효과 ①

Hybrid Burner를 이용한 배기가스 승온 효과 ②

Hybrid 연소방식을 이용한 재생방식은 배출가스의 온도, 압력, 속도 등의 신호를 받아 재생의 시기를 판단하고, 경유버너와 촉매버너를 영역별로 정밀 제어함으로써 필터를 안전하게 재생시킬 수 있습니다.

일일 시스템 작동 그래프, 필터 재생 작동 그래프
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