排気ガス低減装置及びその制御方法
【課題】排気ガス低減装置及びその制御方法を提供する。
【解決手段】本発明は、排気ガス低減装置及びその制御方法に関し、より詳しくは、バーナー及びメタルフィルターを共に利用することによって、高温で短い時間内にフィルター再生が可能であり、車両のアイドリング中にバーナーが作動されるようにし、分散手段を利用して安定的に火炎を形成することによって、効率的な再生が可能であり、耐久性を高めた排気ガス低減装置及びその制御方法に関する。
【解決手段】本発明は、排気ガス低減装置及びその制御方法に関し、より詳しくは、バーナー及びメタルフィルターを共に利用することによって、高温で短い時間内にフィルター再生が可能であり、車両のアイドリング中にバーナーが作動されるようにし、分散手段を利用して安定的に火炎を形成することによって、効率的な再生が可能であり、耐久性を高めた排気ガス低減装置及びその制御方法に関する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス低減装置（exhaust gas-aftertreatment device）及びその制御方法に関し、より詳しくは、バーナー及びメタルフィルターを利用することによって、高温で短い時間内にフィルター再生が可能であり、車両のアイドリング中にバーナーが作動されるようにし、分散手段を利用して安定的に火炎を形成することによって、効率的な再生が可能であり、耐久性を高めた排気ガス低減装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼル自動車は、従来のガソリン自動車に比べて燃費を減らすことができる一方で、出力が優れるため、大型車量に多く利用されており、次第に小型車量にも適用されている実情である。
【０００３】
しかし、前記ディーゼルエンジンは、エンジン内部に燃料を噴射して圧縮着火方式で燃焼する４-行程機関であり、前記燃料の自己着火過程で燃料と空気の不均一化によって不完全燃焼が起きることによって有害微粒子（媒煙）が発生される。
【０００４】
特に、前記有害微粒子は、主に、窒素酸化物（ＮＯｘ）、粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）、及びスート（Soot、煤）であり、前記ディーゼル自動車による有害微粒子が総大気汚染の４０％を占めるという報告があり、これにより、多くの国家では、媒煙の排出を規制しており、これを満たすために排気管に挿入されて媒煙を低減させる媒煙低減装置が開示されたことがある。
【０００５】
前記媒煙低減装置は、大きく、媒煙を触媒フィルターにより捕集して、一定温度以上になると、捕集された媒煙を触媒により酸化させる自然再生方式と、外部熱源を利用して媒煙温度を強制的に高める強制再生方式と、に区分されることができる。
【０００６】
まず、前記自然再生方式の媒煙低減装置は、交通渋滞の激しい区間のように低速運行区間が多い場合には媒煙の温度が低くなって触媒により自然再生が難しい問題点がある。
【０００７】
特に、清掃車または交通渋滞の激しい都心の低速バスのように頻繁なアイドリング（Idle）状態を維持する車両には適用が難しく、燃料として低硫黄ディーゼル（ＬＳＤ：Low Sulfur Diesel）または高硫黄ディーゼル（ＨＳＤ：High Sulfur Diesel）を使用する場合には人体に非常に有害な硫酸塩（Sulfate）が生成され、超低硫黄ディーゼル（ＵＬＳＤ：Ultra Low Sulfur Diesel）のみ使用しなければならない限界がある。
【０００８】
また、前記触媒が本来の機能ができなくなる場合、排気排圧の増加によって出力が低下されて、燃料の消費量が増加され、このような現象が持続する場合には前記フィルターが破損されるだけでなく、エンジンまで損傷されるようになる。
【０００９】
なお、強制再生方式の媒煙低減装置は、前記触媒フィルターによる自然再生方式に電気ヒーター、プラズマ、バーナーなどを使用する。
【００１０】
前記電気ヒーターが利用された例として、韓国特許公開公報２００４-６８７９２号にディーゼルエンジン媒煙低減装置が開示されており、これを図１に示す。
【００１１】
図１に示すディーゼルエンジン媒煙低減装置は、媒煙を低減するために触媒を活用して媒煙を再生するディーゼルエンジン媒煙低減装置において、熱容量を空間的に差等に分配できる電気ヒーター４が低温領域で触媒の活性化またはＮＯ／ＮＯ２の転換効率増大のために触媒装置８と少なくとも一つ以上が結合することを特徴とする。
【００１２】
図１に示すディーゼルエンジン媒煙低減装置は、電気ヒーターが備えられ、触媒の反応を活性化させるようにして自然再生が円滑になされるようにする長所があるが、媒煙を昇温させるためには相当大きい容量のバッテリーが必要となり、現実的に適用が難しく、別途の装置が備えられなければならないため、大型化且つ複雑で経済性が落ちる問題点がある。
【００１３】
前記強制再生方式の他の例として、プラズマを利用したプラズマ反応器が提案されたことがあるが、前記プラズマ反応器の価格が高くて全体生産コストを増加させる要因になり、前記プラズマを発生するためには１００,０００Ｖｏｌｔの相当高い電圧を必要として、１２または２４Ｖｏｌｔで作動される車両内部には前記プラズマ発生電圧を誘導するための大容量の複雑な昇圧装置（Converter）が必要であり、点火部の汚染を防止するために定期的な清掃が必要であるため、維持補修が難しく、且つ商用化が難しい問題点がある。
【００１４】
また、前記強制再生方式の他の例として、ディーゼル燃料を原料にして火炎を発生するバーナーは、燃料の完全燃焼を介して排気ガス低減効率を高めることができる方法であるが、車両の走行中に直接的な火炎を利用するようになり、引火性物質が周辺に位置する場合に爆発などの危険があり、運行パターンによって排気流量及び温度が複雑に変化され、均一、且つ安定した火炎を形成し難い問題点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、前述したような問題点を解決するために案出されたものであり、本発明の目的は、バーナー及びメタルフィルターを利用することによって、高温で短い時間内にフィルター再生が可能であり、車両のアイドリング状態でバーナーが作動されるようにして危険要素無しに安定的に強制再生することによって、排気ガス低減効率及び安全度を高めることができ、エンジンの種類、排気量、走行パターンなどの条件に関係なく、あらゆる車両に適用されることができる排気ガス低減装置及びその制御方法を提供することである。
【００１６】
また、本発明の目的は、分散手段を介して燃料と排気ガスを効果的に混合して、火炎を安定的に形成することによって再生効率を高めて、熱伝導が良いフェカロイ（Fecalloy）材質のメタルフィルターを利用することによって、クラックまたはメルティングによるフィルターの損傷を防止することによって、耐久性及び信頼性を高めることができる排気ガス低減装置及びその制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の排気ガス低減装置は、ディーゼルエンジンから発生される排気ガスを低減させる排気ガス低減装置において、前記排気ガス低減装置は、一側に排気管と連結されて内部に排気ガスが流入されるようにする排気ガス流入部、及び他側に浄化された排気ガスが排出されるようにする排気ガス排出部が形成される本体；前記本体の排気ガス流入部に隣接して形成され、端部にノズル部が形成されて微粒化された燃料を噴射する燃料噴射手段、前記噴射された燃料を点火する点火手段、前記燃料噴射手段を介して噴射された燃料と排気ガス流入部を介して流入した排気ガスとをメタルフィルターにガイドする分散手段を含むバーナー；前記バーナーの後端に形成され、排気ガス内の有機物または粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を燃焼させるメタルフィルター；及び、前記バーナーの作動を制御し、装置状態を判断する制御手段；を含むことを特徴とする。
【００１８】
また、前記メタルフィルターは、フェカロイ（Fecalloy）材質であることを特徴とし、前記メタルフィルターは、表面熱処理されることを特徴とし、前記表面熱処理は、９００ないし１０００℃の空気（Air）雰囲気で実行され、表面にアルミナ酸化膜が形成されることを特徴とする。
【００１９】
また、前記分散手段は、前記燃料噴射手段から前記メタルフィルター方向へ直径が広くなる形態に形成され、複数個の中空部が形成されて前記排気ガス流入部を介して流入された排気ガスが前記中空部を介して分散手段の内部に移動することによって、内部の噴射された燃料と効果的に混合され、安定的に火炎が形成されるようにすることを特徴とし、前記中空部は、前記分散手段の接線方向で一定角度傾斜して形成され、前記中空部を介して分散手段の内部に移動された排気ガスが一定の流れを有するように形成されることを特徴とする。
【００２０】
なお、前記排気ガス低減装置は、前記燃料噴射手段のノズル部に空気を噴射する空気噴射手段がさらに形成されることを特徴とする。
【００２１】
また、前記制御手段は、前記排気ガス低減装置またはメタルフィルターの前段に位置した圧力センサ、メタルフィルター前端及び後端の温度を測定する温度センサ、エンジンのＲＰＭセンサ、またはＧＰＳ（Global Positioning System）情報を介して装置状態を判断することを特徴とし、前記排気ガス低減手段は、前記制御手段によって決定された装置状態及び危険状況を知らせる通報手段がさらに形成されることを特徴とする。
【００２２】
一方、本発明の排気ガス低減装置の制御方法は、前述したような特徴の排気ガス低減装置を利用し、前記排気ガス低減装置の制御方法は、エンジンが作動された後、前記バーナーの作動が必要かどうか判断する強制再生可否判断段階；前記強制再生可否判断段階でバーナーの作動が必要であると判断される場合、前記通報手段を介して車両運転者に警告信号を伝達する警告信号伝達段階；前記警告信号伝達段階よりも後に、車両がアイドリング（Idle）状態かどうか判断するアイドリング状態判断段階；前記アイドリング状態判断段階でアイドリング状態であると判断され、ユーザの再生作動指示が入力される場合、前記バーナーを作動させて強制再生する強制再生段階；及び、前記強制再生段階の実行後、バーナーを停止して強制再生を終了する強制再生終了段階；を含むことを特徴とする。
【００２３】
また、前記強制再生可否判断段階で、圧力センサの測定圧力が第１の圧力以上または圧力センサの一定時間中に測定平均圧力が第２の圧力以上の場合、バーナーが作動されなければならないことを判断することを特徴とし、前記第１の圧力は、１５０ないし２５０ｍｂａｒであり、前記第２の圧力は、７５ないし１５０ｍｂａｒであることを特徴とする。
【００２４】
なお、前記排気ガス低減装置の制御方法は、エンジン作動以後に装置の状態を点検する装置状態点検段階；がさらに含まれることを特徴とし、前記強制再生終了段階よりも後に、エンジンが作動される場合、前記強制再生可否判断段階が再び実行されることを特徴とする。
【００２５】
前記強制再生段階で、前記バーナーは、前記メタルフィルターの前段の温度が６００ないし９００℃になるように燃料噴射量が制御されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
これにより、本発明の排気ガス低減装置及びその制御方法は、バーナー及びメタルフィルターを共に使用し、分散手段を介して燃料と排気ガスを効果的に混合して火炎を安定的に形成することによって、高温で媒煙を燃焼して短い時間内にフィルター再生が可能であり、前記メタルフィルターの熱伝導が良いフェカロイ（Fecalloy）材質のメタルフィルターを利用することによって、従来セラミック材質のメタルフィルターで頻繁に発生したクラックまたはメルティングによるフィルターの損傷を防止することによって、耐久性及び信頼性を高めることができる長所がある。
【００２７】
また、本発明の排気ガス低減装置及びその制御方法は、バーナーが車両のアイドリング状態で作動されるようにすることによって、再生が必要な場合、安定的に強制再生することによって、排気ガス低減効率を上げることができ、外部危険要素を遮断して安全度を高めることができ、エンジンの種類、排気量、走行パターンなどの条件に関係なく、あらゆる車両に適用されることができる長所がある。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】従来の排気ガス低減装置を示す概略図である。
【図２】本発明に係る排気ガス低減装置を示す概略図である。
【図３】図２に示す排気ガス低減装置のバーナーを示す図である。
【図４】図３のＡＡ'断面図である。
【図５】本発明に係る排気ガス低減装置の他のバーナーを示す図である。
【図６】本発明に係る排気ガス低減装置の燃料及び排気ガスの流れの概略図である。
【図７】本発明に係る排気ガス低減装置の制御方法の概略図である。
【図８】本発明に係る排気ガス低減装置の排気ガス温度及び圧力を示すグラフである。
【図９】本発明に係る排気ガス低減装置の制御方法の他の概略図である。
【図１０】本発明に係る排気ガス低減装置の制御方法の他の概略図である。
【符号の説明】
【００２９】
１００ 排気ガス低減装置
１１０ 本体
１１１ 排気ガス流入部
１１２ 排気ガス排出部
１２０ バーナー
１２１ 燃料噴射手段
１２２ ノズル部
１２３ 点火手段
１２４ 分散手段
１２５ 中空部
１２６ 空気噴射手段
１３０ メタルフィルター
１４０ 制御手段
１４１ 圧力センサ
１４２、１４３ 温度センサ
１５０ 通報手段
２００ エンジン
２１０ 排気管
Ｓ１００〜Ｓ７００ 本発明の排気ガス低減装置の制御方法の各段階
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、前述したような特徴を有する本発明の排気ガス低減装置１００及びその制御方法を添付図面を参照して詳細に説明する。
【００３１】
図２は、本発明に係る排気ガス低減装置１００を示す概略図であり、図３は、図２に示す排気ガス低減装置１００のバーナー１２０を示す図であり、図４は、図３のＡＡ'断面図であり、図５は、本発明に係る排気ガス低減装置１００の他のバーナー１２０を示す図であり、図６は、本発明に係る排気ガス低減装置１００の燃料及び排気ガスの流れの概略図である。
【００３２】
本発明の排気ガス低減装置１００は、ディーゼルエンジン２００から発生される排気ガスを低減する装置であり、大きく、排気ガスが流入される排気ガス流入部１１１と排気ガスが排出される排気ガス排出部１１２とが形成された本体１１０；強制再生するバーナー１２０；排気ガス内の有機物または粒子状物質を燃焼させるメタルフィルター１３０；及び、制御手段１４０；を含んで形成される。
【００３３】
まず、前記本体１１０は、本発明の排気ガス低減装置１００を形成する基本本体であって、一側にディーゼルエンジン２００から発生される排気ガスが流動される排気管２１０と連結される排気ガス流入部１１１と、他側に浄化された排気ガスが排出される排気ガス排出部１１２とが形成され、内部に前記バーナー１２０及びメタルフィルター１３０が排気ガスの流動方向に順次形成される。
【００３４】
図２及び図３は、前記排気ガス流入部１１１と排気ガス排出部１１２とが前記本体１１０の前端及び後端に各々形成され、前記排気ガス流入部１１１、バーナー１２０、メタルフィルター１３０、及び排気ガス排出部１１２が前記排気ガスの進行方向に順次形成された例を示し、図５は、前記排気ガス流入部１１１が一側上部に形成され、排気ガスが段差状の流れを有する例を示す。
【００３５】
図２、図３及び図５は、本発明の排気ガス低減装置１００を示す一実施例であり、前記本体１１０はこの外にも多様に形成可能である。
【００３６】
前記バーナー１２０は、強制再生のための構成品であり、端部にノズル部１２２が形成されて微粒化された燃料を噴射する燃料噴射手段１２１、点火手段１２３、及び分散された燃料をガイドする分散手段１２４を含んで形成される。
【００３７】
前記燃料噴射手段１２１は、前記排気ガス流入部１１１に隣接して形成され、ノズル部１２２が形成されて微粒化された燃料を噴射する装置であり、前記制御手段１４０により燃料噴射量が制御され、前記燃料噴射量は、前記バーナー１２０により形成される火炎に影響を与えてフィルターの前段及び後端の温度に直接的な影響を与えるようになる。
【００３８】
前記ノズル部１２２による燃料噴射における燃料噴射角度は、４５〜６０゜程度に調節され、前記本体１１０の内部に全体的に火炎が形成されるようにするのが好ましい。
【００３９】
前記制御手段１４０は、排気ガス低減装置１００またはメタルフィルター１３０の前段に位置した圧力センサ１４１（図２では圧力センサ１４１が排気ガス低減装置１００の前段に位置した例を開示）、メタルフィルター１３０の前端及び後端の温度を測定する温度センサ１４２、１４３、エンジン２００のＲＰＭセンサ、またはＧＰＳ（Global Positioning System）情報を介して（図２において点線で表示）装置状態を判断し、これによりプログラミングされた燃料噴射量が噴射されるように前記燃料噴射手段１２１に制御信号を伝達（図２において実線で表示）する。
【００４０】
図２で、前記制御手段１４０が入力を受ける情報元として、エンジンのＲＰＭセンサ、排気ガス低減装置１００の前段に位置した圧力センサ１４１、及びメタルフィルター１３０の前端及び後端の温度を測定する温度センサ１４２、１４３が利用された例を示したが、これは一例に過ぎず、本発明の制御手段１４０は、図２に示す要素のうち一部のみを利用してもよく、前記ＧＰＳ情報をさらに利用してもよい。
【００４１】
前記制御手段１４０による作動制御は、以下、詳細に説明する。
【００４２】
このとき、前記制御手段１４０による燃料噴射量制御は、図面に示していないが、燃料貯留部と連結された配管の燃料ポンプ操作を制御して、前記燃料ポンプにかかる圧力を微細に制御でき、前記燃料噴射量制御は、設定された温度上昇パターンまたは目標値と比較して前記温度センサ１４２、１４３から追加的な情報がフィードバックされて制御されることができる。
【００４３】
また、本発明の排気ガス低減装置１００は、前記燃料噴射手段１２１のノズル部１２２が排気ガス内部の粒子により詰まる現象を防止するために、前記ノズル部１２２に空気を噴射する空気噴射手段１２６がさらに形成されることができる。
【００４４】
図面において、前記空気噴射手段１２６が前記燃料噴射手段１２１の周辺に形成されて二重管形態で形成された例を示したが、前記ノズル部１２２の詰まり現象が防止できるように空気が噴射できる構成であれば多様に形成されることができる。
【００４５】
前記空気噴射手段１２６は、一定時間ごとに特定圧力の空気圧を噴射し、前記特定圧力は、１ｂａｒ内外であるのが好ましい。
【００４６】
本発明の排気ガス低減装置１００は、前記空気噴射手段１２６の代りに、同一機能を担当するノズル部１２２を開閉する開閉手段（未図示）が形成されることができ、より詳しく、前記開閉手段は、前記排気ガスの粒子によりノズル部１２２が詰まる現象を防止するために、前記燃料噴射手段１２１の燃料噴射の際、前記ノズル部１２２が開放されるようにし、燃料噴射中止の際、閉鎖される。
【００４７】
前記点火手段１２３は、前記噴射された燃料を点火する手段であり、表面温度が１２００〜１５００℃の範囲で発熱され、前記発熱される部分が前記燃料噴射手段１２１により噴射された燃料範囲に触れるように形成され、前記メタルフィルター１３０の方向に火炎が形成されるように位置され、前記制御手段１４０により制御される。
【００４８】
このとき、排気ガス温度を効果的に上昇させて燃焼するためには前記火炎を安定的に維持されるようにすることが重要であり、前記排気ガス流入部１１１を介して多い量の排気ガスが流入される場合に前記火炎が弱くなるおそれがあるため、本発明の排気ガス低減装置１００は、前記バーナー１２０の内部に分散手段１２４が形成される。
【００４９】
前記分散手段１２４は、前記火炎を保護し、前記燃料噴射手段１２１を介して噴射された燃料と排気ガス流入部１１１を介して流入した排気ガスとを前記メタルフィルター１３０にガイドするための構成であり、より詳しく、前記燃料噴射手段１２１から前記メタルフィルター１３０の方向に直径が広くなるコーン（Cone）またはこれと類似の構造となっており、複数個の中空部１２５が形成される。
【００５０】
前記中空部１２５は、前記排気ガス流入部１１１を介して流入された排気ガスが前記火炎が形成される分散手段１２４の内部に移動されるように形成され、前記分散手段１２４の長さ方向及び横方向に複数個形成される。
【００５１】
また、前記中空部１２５は、図４に示すように、前記分散手段１２４の接線方向で一定角度傾斜して形成され、前記中空部１２５を介して分散手段１２４の内部に移動された排気ガスが一定の流れを有するように形成されるのが好ましい。
【００５２】
前記中空部１２５が傾斜して形成される場合、排気ガスの流れがスワール（Swirl）形態で形成（図６参照）され、本発明の排気ガス低減装置１００は、前記燃料と排気ガスとが円滑に混合され、前記メタルフィルター１３０の全領域に等しく分布して排気ガス低減効率を上げるようになる長所がある。
【００５３】
即ち、本発明の排気ガス低減装置１００は、前記分散手段１２４が形成されて排気ガスにより火炎が妨害されないように、直接接触されることを防止することによって、火炎が安定的に形成されるようにし、排気ガスと燃料との混合度を高めて低減効率を上げるようになる。
【００５４】
次に、前記メタルフィルター１３０は、前記バーナー１２０の後端に形成されて前記バーナー１２０により昇温された排気ガス内の有機物または粒子状物質を燃焼させる構成であり、高温に強いフェカロイ（Fecalloy）材質で形成され、表面が熱処理されて酸化膜層がさらに形成されることができる。
【００５５】
このとき、前記表面熱処理は、９００ないし１０００℃の空気（Air）雰囲気で実行され、アルミナ酸化膜が形成されて排気ガス低減効率を高めることができるようにするのが好ましい。
【００５６】
なお、前記メタルフィルター１３０は、火炎に直接触れて高温に露出されるため、高温に耐えることができる触媒をコーティングすることができる。
【００５７】
従来のセラミックフィルターと比較して本発明のメタルフィルター１３０は、メルティングポイントが低いが、熱伝導性が高く、且つ熱膨張が低い材質のものであり、本発明の排気ガス低減装置１００は、前記メタルフィルター１３０を使用することによって、従来のセラミックフィルターが有する部分クラック（Crack）またはメルティング（Melting）によりフィルターが破損される問題点を解決して耐久性を高めることができる長所がある。
【００５８】
より詳しく、セラミックフィルターであるコーディエライト（Cordierite）、シリコンカーバイド（SiC）材質のフィルターは、メルティングポイントが高く、一般的な熱的耐久性は有しているが、熱伝導が低くて車両運行中の排気ガス量が突然に多くなったり、流動が不均一化されて局部的に過剰捕集されたりする場合、特定部分で過剰発熱され、前記熱が適切に伝達されなくて前記部分でフィルタークラックまたはメルティングが発生される。
【００５９】
特に、前記過剰発熱は、２０００℃以上の温度になってセラミックフィルターのメルティングポイントより高いため、セラミックフィルターが損傷され、フィルターが局所部位でも損傷されると、排気ガスの流量はさらに不均一に偏向され、これによる耐久性の低下はさらに速く進行される。
【００６０】
従って、本発明の排気ガス低減装置１００は、熱伝導性が高く、且つ熱容量が低く、熱膨張が低いフェカロイ（Fecalloy）材質のメタルフィルター１３０を利用することによって、排気ガス流量が偏向されて特定部分で過剰発熱が発生されるとしても周辺部に熱を速く伝達してフィルター損傷が防止できる長所がある。
【００６１】
また、本発明の排気ガス低減手段は、前記制御手段１４０と連結され、前記制御手段１４０によって決定された装置状態及び危険状態などを車両運転者に知らせる通報手段がさらに形成されることができる。
【００６２】
前記通報手段は、ユーザに視覚または聴覚的に状態を知らせる手段であり、ＬＥＤのような視覚信号またはブザーまたは録音された音を利用した聴覚通報を個別的または同時に利用することができる手段であり、前記通報手段が形成され、車両運転者が排気ガス低減装置１００の状態が直接確認できるようにし、問題発生時にもさらに能動的に対処できるようにする長所がある。
【００６３】
図７は、本発明に係る排気ガス低減装置１００の制御方法の概略図であり、図８は、本発明に係る媒煙低減装置の排気ガス温度及び圧力を示す図であり、図９は、本発明に係る排気ガス低減装置１００の制御方法の他の概略図であり、図１０は、本発明に係る排気ガス低減装置１００の制御方法の他の概略図である。
【００６４】
本発明の排気ガス低減装置１００の制御方法は、前述したような排気ガス低減装置１００を利用し、より詳しく、エンジン２００が作動した後、強制再生可否判断段階（Ｓ１００）；警告信号伝達段階（Ｓ２００）；アイドリング状態判断段階（Ｓ３００）；再生作動指示入力（Ｓ４１０）；強制再生段階（Ｓ４２０）；及び、強制再生終了段階（Ｓ５００）；を含む。
【００６５】
まず、前記強制再生可否判断段階（Ｓ１００）は、バーナー１２０の作動が必要かを判断する段階であり、前記制御手段１４０は、圧力手段による測定圧力が第１の圧力以上、または圧力センサ１４１の一定時間中に測定平均圧力が第２の圧力以上の場合、バーナー１２０が作動されなければならないことを判断する。
【００６６】
このとき、前記第１の圧力は、１５０ないし２５０ｍｂａｒであり、前記第２の圧力は、７５ないし１５０ｍｂａｒであるのが好ましい。
【００６７】
図８のように、走行中には排気圧力と温度に大きい変化が起きるようになるため、最大圧力及び平均圧力を利用して媒煙過剰蓄積可否を判断して、強制再生が必要かを判断するようにする。
【００６８】
図８において、Ｔｉｎは、図２のメタルフィルターの前段に位置した温度センサ１４２、Ｔｏｕｔは、前記メタルフィルターの後端に位置した温度センサ１４３、背圧（Back Pressure）は、前記圧力センサ１４１により測定された値を意味する。
【００６９】
また、走行速度の低い車両は、媒煙が蓄積されても排圧の増加幅が大きくない場合があるため、本発明の排気ガス低減装置１００の制御方法は、前記強制再生可否判断段階（Ｓ１００）で、前記圧力センサ１４１だけでなく、エンジン２００の作動以後に一定時間が過ぎた後、次の段階である警告信号が伝達されるようにしたり、エンジン２００のＲＰＭセンサ、またはＧＰＳ情報を介して車両の走行状態を判断したり、前記メタルフィルター１３０に捕集された媒煙量を計算するようにすることもできる。
【００７０】
前記警告信号伝達段階（Ｓ２００）は、車両運転者がバーナー１２０の作動が必要であることが認知できるように知らせる段階であり、従来、運行中に車両運転者が周知しない状態でバーナー１２０が作動される場合、引火性物質などによる爆発などの危険から外れることができるようにする段階である。
【００７１】
ユーザが前記警告信号の伝達を受けた後、火災の危険性のない安全な所に車両を停車し、前記アイドリング状態判断段階（Ｓ３００）で車両がアイドリング状態であると判断され、ユーザの再生作動指示が入力（Ｓ４１０）されると、バーナー１２０を作動させて前記強制再生段階（Ｓ４２０）が実行される。
【００７２】
走行中に再生が行われる場合、アイドリング状態で再生が行われる場合より排気ガスの内部の酸素濃度が低く、且つ再生効率が低く、車両風量により冷却されて再生に必要な温度に昇温するためのエネルギーがさらに所要され、システムの複雑さによる信頼性低下の問題が発生できるため、本発明の排気ガス低減装置の制御方法は、前記アイドリング状態判断段階（Ｓ３００）で車両がアイドリング状態であることを確認した後、強制再生が実行されるようにする。
【００７３】
前記強制再生段階（Ｓ４２０）は、制御手段１４０により前記燃料噴射手段１２１、点火手段１２３、または空気噴射手段１２６などを制御してバーナー１２０が作動され、前記燃料噴射量制御により排気ガスを適切に昇温することができ、前記フィルターの前段の温度センサ１４２により測定された値をリアルタイムで分析して噴射される燃料量が制御される。
【００７４】
このとき、前記メタルフィルター１３０は、一般的に６００℃以上であれば、フィルターに蓄積された媒煙が燃焼できるが、短い時間内に燃焼が可能であるように前記フィルターの前段の温度がさらに高く制御でき、全体的に６００〜９００℃程度になるように制御する。
【００７５】
もちろん、前記制御手段１４０による燃料噴射量の制御は、フィルターの後端の温度センサ１４３を介して測定される温度を介してフィルターが損傷されない範囲内で強制再生が実行されなければならない。
【００７６】
前記強制再生段階（Ｓ４２０）が実行されて排気ガスを円滑に燃焼した後、前記バーナー１２０の作動を停止して強制再生を終了（Ｓ５００）する。
【００７７】
なお、本発明の排気ガス低減装置１００の制御方法は、図９に示すように、エンジン２００の作動以後に装置の状態を点検する装置状態点検段階（Ｓ６００）がさらに追加されることができ、前記装置状態点検段階（Ｓ６００）で点検された状態などは、前記通報手段を介してユーザが確認することができるようにするのが好ましい。
【００７８】
また、本発明の排気ガス低減装置１００の制御方法は、図１０に示すように、強制再生終了以後に車両が運行されて排気ガスが発生されることによって、強制再生が再び必要である場合があるため、前記強制再生終了段階（Ｓ５００）よりも後に、エンジン２００が作動されると、前記強制再生可否判断段階（Ｓ１００）が再び実行されるようにする。
【００７９】
前述した通り、本発明の排気ガス低減装置１００の制御方法は、車両情報を把握して強制再生が必要か判断し、車両のアイドリング中にのみバーナー１２０が作動されるようにすることによって、一層安全して速く強制再生が行われるようにする長所がある。
【００８０】
特に、排気ガス低減装置の制御方法において、入力を受けることができる情報は、ＲＰＭセンサ、排気圧力、温度などのような車両状態に対する条件であり、車両が位置する周辺環境に対する判断ができなくて火災の危険性があるため、本発明の排気ガス低減装置の制御方法は、運転者が周辺状況を把握し、基本情報を介して再生必要を判断して再生過程の安全性を確保する。
【００８１】
また、ユーザが排気ガス低減装置１００の状態をリアルタイムで確認することができ、ユーザの管理下に再生が実施されることによって、事故の危険を減らすことができる長所がある。
【００８２】
本発明は、前記実施例に限定されず、適用範囲が多様であり、請求の範囲で請求する本発明の要旨を外れることなしに多様な変形実施が可能であることはもちろんである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス低減装置（exhaust gas-aftertreatment device）及びその制御方法に関し、より詳しくは、バーナー及びメタルフィルターを利用することによって、高温で短い時間内にフィルター再生が可能であり、車両のアイドリング中にバーナーが作動されるようにし、分散手段を利用して安定的に火炎を形成することによって、効率的な再生が可能であり、耐久性を高めた排気ガス低減装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼル自動車は、従来のガソリン自動車に比べて燃費を減らすことができる一方で、出力が優れるため、大型車量に多く利用されており、次第に小型車量にも適用されている実情である。
【０００３】
しかし、前記ディーゼルエンジンは、エンジン内部に燃料を噴射して圧縮着火方式で燃焼する４-行程機関であり、前記燃料の自己着火過程で燃料と空気の不均一化によって不完全燃焼が起きることによって有害微粒子（媒煙）が発生される。
【０００４】
特に、前記有害微粒子は、主に、窒素酸化物（ＮＯｘ）、粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）、及びスート（Soot、煤）であり、前記ディーゼル自動車による有害微粒子が総大気汚染の４０％を占めるという報告があり、これにより、多くの国家では、媒煙の排出を規制しており、これを満たすために排気管に挿入されて媒煙を低減させる媒煙低減装置が開示されたことがある。
【０００５】
前記媒煙低減装置は、大きく、媒煙を触媒フィルターにより捕集して、一定温度以上になると、捕集された媒煙を触媒により酸化させる自然再生方式と、外部熱源を利用して媒煙温度を強制的に高める強制再生方式と、に区分されることができる。
【０００６】
まず、前記自然再生方式の媒煙低減装置は、交通渋滞の激しい区間のように低速運行区間が多い場合には媒煙の温度が低くなって触媒により自然再生が難しい問題点がある。
【０００７】
特に、清掃車または交通渋滞の激しい都心の低速バスのように頻繁なアイドリング（Idle）状態を維持する車両には適用が難しく、燃料として低硫黄ディーゼル（ＬＳＤ：Low Sulfur Diesel）または高硫黄ディーゼル（ＨＳＤ：High Sulfur Diesel）を使用する場合には人体に非常に有害な硫酸塩（Sulfate）が生成され、超低硫黄ディーゼル（ＵＬＳＤ：Ultra Low Sulfur Diesel）のみ使用しなければならない限界がある。
【０００８】
また、前記触媒が本来の機能ができなくなる場合、排気排圧の増加によって出力が低下されて、燃料の消費量が増加され、このような現象が持続する場合には前記フィルターが破損されるだけでなく、エンジンまで損傷されるようになる。
【０００９】
なお、強制再生方式の媒煙低減装置は、前記触媒フィルターによる自然再生方式に電気ヒーター、プラズマ、バーナーなどを使用する。
【００１０】
前記電気ヒーターが利用された例として、韓国特許公開公報２００４-６８７９２号にディーゼルエンジン媒煙低減装置が開示されており、これを図１に示す。
【００１１】
図１に示すディーゼルエンジン媒煙低減装置は、媒煙を低減するために触媒を活用して媒煙を再生するディーゼルエンジン媒煙低減装置において、熱容量を空間的に差等に分配できる電気ヒーター４が低温領域で触媒の活性化またはＮＯ／ＮＯ２の転換効率増大のために触媒装置８と少なくとも一つ以上が結合することを特徴とする。
【００１２】
図１に示すディーゼルエンジン媒煙低減装置は、電気ヒーターが備えられ、触媒の反応を活性化させるようにして自然再生が円滑になされるようにする長所があるが、媒煙を昇温させるためには相当大きい容量のバッテリーが必要となり、現実的に適用が難しく、別途の装置が備えられなければならないため、大型化且つ複雑で経済性が落ちる問題点がある。
【００１３】
前記強制再生方式の他の例として、プラズマを利用したプラズマ反応器が提案されたことがあるが、前記プラズマ反応器の価格が高くて全体生産コストを増加させる要因になり、前記プラズマを発生するためには１００,０００Ｖｏｌｔの相当高い電圧を必要として、１２または２４Ｖｏｌｔで作動される車両内部には前記プラズマ発生電圧を誘導するための大容量の複雑な昇圧装置（Converter）が必要であり、点火部の汚染を防止するために定期的な清掃が必要であるため、維持補修が難しく、且つ商用化が難しい問題点がある。
【００１４】
また、前記強制再生方式の他の例として、ディーゼル燃料を原料にして火炎を発生するバーナーは、燃料の完全燃焼を介して排気ガス低減効率を高めることができる方法であるが、車両の走行中に直接的な火炎を利用するようになり、引火性物質が周辺に位置する場合に爆発などの危険があり、運行パターンによって排気流量及び温度が複雑に変化され、均一、且つ安定した火炎を形成し難い問題点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、前述したような問題点を解決するために案出されたものであり、本発明の目的は、バーナー及びメタルフィルターを利用することによって、高温で短い時間内にフィルター再生が可能であり、車両のアイドリング状態でバーナーが作動されるようにして危険要素無しに安定的に強制再生することによって、排気ガス低減効率及び安全度を高めることができ、エンジンの種類、排気量、走行パターンなどの条件に関係なく、あらゆる車両に適用されることができる排気ガス低減装置及びその制御方法を提供することである。
【００１６】
また、本発明の目的は、分散手段を介して燃料と排気ガスを効果的に混合して、火炎を安定的に形成することによって再生効率を高めて、熱伝導が良いフェカロイ（Fecalloy）材質のメタルフィルターを利用することによって、クラックまたはメルティングによるフィルターの損傷を防止することによって、耐久性及び信頼性を高めることができる排気ガス低減装置及びその制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の排気ガス低減装置は、ディーゼルエンジンから発生される排気ガスを低減させる排気ガス低減装置において、前記排気ガス低減装置は、一側に排気管と連結されて内部に排気ガスが流入されるようにする排気ガス流入部、及び他側に浄化された排気ガスが排出されるようにする排気ガス排出部が形成される本体；前記本体の排気ガス流入部に隣接して形成され、端部にノズル部が形成されて微粒化された燃料を噴射する燃料噴射手段、前記噴射された燃料を点火する点火手段、前記燃料噴射手段を介して噴射された燃料と排気ガス流入部を介して流入した排気ガスとをメタルフィルターにガイドする分散手段を含むバーナー；前記バーナーの後端に形成され、排気ガス内の有機物または粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を燃焼させるメタルフィルター；及び、前記バーナーの作動を制御し、装置状態を判断する制御手段；を含むことを特徴とする。
【００１８】
また、前記メタルフィルターは、フェカロイ（Fecalloy）材質であることを特徴とし、前記メタルフィルターは、表面熱処理されることを特徴とし、前記表面熱処理は、９００ないし１０００℃の空気（Air）雰囲気で実行され、表面にアルミナ酸化膜が形成されることを特徴とする。
【００１９】
また、前記分散手段は、前記燃料噴射手段から前記メタルフィルター方向へ直径が広くなる形態に形成され、複数個の中空部が形成されて前記排気ガス流入部を介して流入された排気ガスが前記中空部を介して分散手段の内部に移動することによって、内部の噴射された燃料と効果的に混合され、安定的に火炎が形成されるようにすることを特徴とし、前記中空部は、前記分散手段の接線方向で一定角度傾斜して形成され、前記中空部を介して分散手段の内部に移動された排気ガスが一定の流れを有するように形成されることを特徴とする。
【００２０】
なお、前記排気ガス低減装置は、前記燃料噴射手段のノズル部に空気を噴射する空気噴射手段がさらに形成されることを特徴とする。
【００２１】
また、前記制御手段は、前記排気ガス低減装置またはメタルフィルターの前段に位置した圧力センサ、メタルフィルター前端及び後端の温度を測定する温度センサ、エンジンのＲＰＭセンサ、またはＧＰＳ（Global Positioning System）情報を介して装置状態を判断することを特徴とし、前記排気ガス低減手段は、前記制御手段によって決定された装置状態及び危険状況を知らせる通報手段がさらに形成されることを特徴とする。
【００２２】
一方、本発明の排気ガス低減装置の制御方法は、前述したような特徴の排気ガス低減装置を利用し、前記排気ガス低減装置の制御方法は、エンジンが作動された後、前記バーナーの作動が必要かどうか判断する強制再生可否判断段階；前記強制再生可否判断段階でバーナーの作動が必要であると判断される場合、前記通報手段を介して車両運転者に警告信号を伝達する警告信号伝達段階；前記警告信号伝達段階よりも後に、車両がアイドリング（Idle）状態かどうか判断するアイドリング状態判断段階；前記アイドリング状態判断段階でアイドリング状態であると判断され、ユーザの再生作動指示が入力される場合、前記バーナーを作動させて強制再生する強制再生段階；及び、前記強制再生段階の実行後、バーナーを停止して強制再生を終了する強制再生終了段階；を含むことを特徴とする。
【００２３】
また、前記強制再生可否判断段階で、圧力センサの測定圧力が第１の圧力以上または圧力センサの一定時間中に測定平均圧力が第２の圧力以上の場合、バーナーが作動されなければならないことを判断することを特徴とし、前記第１の圧力は、１５０ないし２５０ｍｂａｒであり、前記第２の圧力は、７５ないし１５０ｍｂａｒであることを特徴とする。
【００２４】
なお、前記排気ガス低減装置の制御方法は、エンジン作動以後に装置の状態を点検する装置状態点検段階；がさらに含まれることを特徴とし、前記強制再生終了段階よりも後に、エンジンが作動される場合、前記強制再生可否判断段階が再び実行されることを特徴とする。
【００２５】
前記強制再生段階で、前記バーナーは、前記メタルフィルターの前段の温度が６００ないし９００℃になるように燃料噴射量が制御されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
これにより、本発明の排気ガス低減装置及びその制御方法は、バーナー及びメタルフィルターを共に使用し、分散手段を介して燃料と排気ガスを効果的に混合して火炎を安定的に形成することによって、高温で媒煙を燃焼して短い時間内にフィルター再生が可能であり、前記メタルフィルターの熱伝導が良いフェカロイ（Fecalloy）材質のメタルフィルターを利用することによって、従来セラミック材質のメタルフィルターで頻繁に発生したクラックまたはメルティングによるフィルターの損傷を防止することによって、耐久性及び信頼性を高めることができる長所がある。
【００２７】
また、本発明の排気ガス低減装置及びその制御方法は、バーナーが車両のアイドリング状態で作動されるようにすることによって、再生が必要な場合、安定的に強制再生することによって、排気ガス低減効率を上げることができ、外部危険要素を遮断して安全度を高めることができ、エンジンの種類、排気量、走行パターンなどの条件に関係なく、あらゆる車両に適用されることができる長所がある。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】従来の排気ガス低減装置を示す概略図である。
【図２】本発明に係る排気ガス低減装置を示す概略図である。
【図３】図２に示す排気ガス低減装置のバーナーを示す図である。
【図４】図３のＡＡ'断面図である。
【図５】本発明に係る排気ガス低減装置の他のバーナーを示す図である。
【図６】本発明に係る排気ガス低減装置の燃料及び排気ガスの流れの概略図である。
【図７】本発明に係る排気ガス低減装置の制御方法の概略図である。
【図８】本発明に係る排気ガス低減装置の排気ガス温度及び圧力を示すグラフである。
【図９】本発明に係る排気ガス低減装置の制御方法の他の概略図である。
【図１０】本発明に係る排気ガス低減装置の制御方法の他の概略図である。
【符号の説明】
【００２９】
１００ 排気ガス低減装置
１１０ 本体
１１１ 排気ガス流入部
１１２ 排気ガス排出部
１２０ バーナー
１２１ 燃料噴射手段
１２２ ノズル部
１２３ 点火手段
１２４ 分散手段
１２５ 中空部
１２６ 空気噴射手段
１３０ メタルフィルター
１４０ 制御手段
１４１ 圧力センサ
１４２、１４３ 温度センサ
１５０ 通報手段
２００ エンジン
２１０ 排気管
Ｓ１００〜Ｓ７００ 本発明の排気ガス低減装置の制御方法の各段階
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、前述したような特徴を有する本発明の排気ガス低減装置１００及びその制御方法を添付図面を参照して詳細に説明する。
【００３１】
図２は、本発明に係る排気ガス低減装置１００を示す概略図であり、図３は、図２に示す排気ガス低減装置１００のバーナー１２０を示す図であり、図４は、図３のＡＡ'断面図であり、図５は、本発明に係る排気ガス低減装置１００の他のバーナー１２０を示す図であり、図６は、本発明に係る排気ガス低減装置１００の燃料及び排気ガスの流れの概略図である。
【００３２】
本発明の排気ガス低減装置１００は、ディーゼルエンジン２００から発生される排気ガスを低減する装置であり、大きく、排気ガスが流入される排気ガス流入部１１１と排気ガスが排出される排気ガス排出部１１２とが形成された本体１１０；強制再生するバーナー１２０；排気ガス内の有機物または粒子状物質を燃焼させるメタルフィルター１３０；及び、制御手段１４０；を含んで形成される。
【００３３】
まず、前記本体１１０は、本発明の排気ガス低減装置１００を形成する基本本体であって、一側にディーゼルエンジン２００から発生される排気ガスが流動される排気管２１０と連結される排気ガス流入部１１１と、他側に浄化された排気ガスが排出される排気ガス排出部１１２とが形成され、内部に前記バーナー１２０及びメタルフィルター１３０が排気ガスの流動方向に順次形成される。
【００３４】
図２及び図３は、前記排気ガス流入部１１１と排気ガス排出部１１２とが前記本体１１０の前端及び後端に各々形成され、前記排気ガス流入部１１１、バーナー１２０、メタルフィルター１３０、及び排気ガス排出部１１２が前記排気ガスの進行方向に順次形成された例を示し、図５は、前記排気ガス流入部１１１が一側上部に形成され、排気ガスが段差状の流れを有する例を示す。
【００３５】
図２、図３及び図５は、本発明の排気ガス低減装置１００を示す一実施例であり、前記本体１１０はこの外にも多様に形成可能である。
【００３６】
前記バーナー１２０は、強制再生のための構成品であり、端部にノズル部１２２が形成されて微粒化された燃料を噴射する燃料噴射手段１２１、点火手段１２３、及び分散された燃料をガイドする分散手段１２４を含んで形成される。
【００３７】
前記燃料噴射手段１２１は、前記排気ガス流入部１１１に隣接して形成され、ノズル部１２２が形成されて微粒化された燃料を噴射する装置であり、前記制御手段１４０により燃料噴射量が制御され、前記燃料噴射量は、前記バーナー１２０により形成される火炎に影響を与えてフィルターの前段及び後端の温度に直接的な影響を与えるようになる。
【００３８】
前記ノズル部１２２による燃料噴射における燃料噴射角度は、４５〜６０゜程度に調節され、前記本体１１０の内部に全体的に火炎が形成されるようにするのが好ましい。
【００３９】
前記制御手段１４０は、排気ガス低減装置１００またはメタルフィルター１３０の前段に位置した圧力センサ１４１（図２では圧力センサ１４１が排気ガス低減装置１００の前段に位置した例を開示）、メタルフィルター１３０の前端及び後端の温度を測定する温度センサ１４２、１４３、エンジン２００のＲＰＭセンサ、またはＧＰＳ（Global Positioning System）情報を介して（図２において点線で表示）装置状態を判断し、これによりプログラミングされた燃料噴射量が噴射されるように前記燃料噴射手段１２１に制御信号を伝達（図２において実線で表示）する。
【００４０】
図２で、前記制御手段１４０が入力を受ける情報元として、エンジンのＲＰＭセンサ、排気ガス低減装置１００の前段に位置した圧力センサ１４１、及びメタルフィルター１３０の前端及び後端の温度を測定する温度センサ１４２、１４３が利用された例を示したが、これは一例に過ぎず、本発明の制御手段１４０は、図２に示す要素のうち一部のみを利用してもよく、前記ＧＰＳ情報をさらに利用してもよい。
【００４１】
前記制御手段１４０による作動制御は、以下、詳細に説明する。
【００４２】
このとき、前記制御手段１４０による燃料噴射量制御は、図面に示していないが、燃料貯留部と連結された配管の燃料ポンプ操作を制御して、前記燃料ポンプにかかる圧力を微細に制御でき、前記燃料噴射量制御は、設定された温度上昇パターンまたは目標値と比較して前記温度センサ１４２、１４３から追加的な情報がフィードバックされて制御されることができる。
【００４３】
また、本発明の排気ガス低減装置１００は、前記燃料噴射手段１２１のノズル部１２２が排気ガス内部の粒子により詰まる現象を防止するために、前記ノズル部１２２に空気を噴射する空気噴射手段１２６がさらに形成されることができる。
【００４４】
図面において、前記空気噴射手段１２６が前記燃料噴射手段１２１の周辺に形成されて二重管形態で形成された例を示したが、前記ノズル部１２２の詰まり現象が防止できるように空気が噴射できる構成であれば多様に形成されることができる。
【００４５】
前記空気噴射手段１２６は、一定時間ごとに特定圧力の空気圧を噴射し、前記特定圧力は、１ｂａｒ内外であるのが好ましい。
【００４６】
本発明の排気ガス低減装置１００は、前記空気噴射手段１２６の代りに、同一機能を担当するノズル部１２２を開閉する開閉手段（未図示）が形成されることができ、より詳しく、前記開閉手段は、前記排気ガスの粒子によりノズル部１２２が詰まる現象を防止するために、前記燃料噴射手段１２１の燃料噴射の際、前記ノズル部１２２が開放されるようにし、燃料噴射中止の際、閉鎖される。
【００４７】
前記点火手段１２３は、前記噴射された燃料を点火する手段であり、表面温度が１２００〜１５００℃の範囲で発熱され、前記発熱される部分が前記燃料噴射手段１２１により噴射された燃料範囲に触れるように形成され、前記メタルフィルター１３０の方向に火炎が形成されるように位置され、前記制御手段１４０により制御される。
【００４８】
このとき、排気ガス温度を効果的に上昇させて燃焼するためには前記火炎を安定的に維持されるようにすることが重要であり、前記排気ガス流入部１１１を介して多い量の排気ガスが流入される場合に前記火炎が弱くなるおそれがあるため、本発明の排気ガス低減装置１００は、前記バーナー１２０の内部に分散手段１２４が形成される。
【００４９】
前記分散手段１２４は、前記火炎を保護し、前記燃料噴射手段１２１を介して噴射された燃料と排気ガス流入部１１１を介して流入した排気ガスとを前記メタルフィルター１３０にガイドするための構成であり、より詳しく、前記燃料噴射手段１２１から前記メタルフィルター１３０の方向に直径が広くなるコーン（Cone）またはこれと類似の構造となっており、複数個の中空部１２５が形成される。
【００５０】
前記中空部１２５は、前記排気ガス流入部１１１を介して流入された排気ガスが前記火炎が形成される分散手段１２４の内部に移動されるように形成され、前記分散手段１２４の長さ方向及び横方向に複数個形成される。
【００５１】
また、前記中空部１２５は、図４に示すように、前記分散手段１２４の接線方向で一定角度傾斜して形成され、前記中空部１２５を介して分散手段１２４の内部に移動された排気ガスが一定の流れを有するように形成されるのが好ましい。
【００５２】
前記中空部１２５が傾斜して形成される場合、排気ガスの流れがスワール（Swirl）形態で形成（図６参照）され、本発明の排気ガス低減装置１００は、前記燃料と排気ガスとが円滑に混合され、前記メタルフィルター１３０の全領域に等しく分布して排気ガス低減効率を上げるようになる長所がある。
【００５３】
即ち、本発明の排気ガス低減装置１００は、前記分散手段１２４が形成されて排気ガスにより火炎が妨害されないように、直接接触されることを防止することによって、火炎が安定的に形成されるようにし、排気ガスと燃料との混合度を高めて低減効率を上げるようになる。
【００５４】
次に、前記メタルフィルター１３０は、前記バーナー１２０の後端に形成されて前記バーナー１２０により昇温された排気ガス内の有機物または粒子状物質を燃焼させる構成であり、高温に強いフェカロイ（Fecalloy）材質で形成され、表面が熱処理されて酸化膜層がさらに形成されることができる。
【００５５】
このとき、前記表面熱処理は、９００ないし１０００℃の空気（Air）雰囲気で実行され、アルミナ酸化膜が形成されて排気ガス低減効率を高めることができるようにするのが好ましい。
【００５６】
なお、前記メタルフィルター１３０は、火炎に直接触れて高温に露出されるため、高温に耐えることができる触媒をコーティングすることができる。
【００５７】
従来のセラミックフィルターと比較して本発明のメタルフィルター１３０は、メルティングポイントが低いが、熱伝導性が高く、且つ熱膨張が低い材質のものであり、本発明の排気ガス低減装置１００は、前記メタルフィルター１３０を使用することによって、従来のセラミックフィルターが有する部分クラック（Crack）またはメルティング（Melting）によりフィルターが破損される問題点を解決して耐久性を高めることができる長所がある。
【００５８】
より詳しく、セラミックフィルターであるコーディエライト（Cordierite）、シリコンカーバイド（SiC）材質のフィルターは、メルティングポイントが高く、一般的な熱的耐久性は有しているが、熱伝導が低くて車両運行中の排気ガス量が突然に多くなったり、流動が不均一化されて局部的に過剰捕集されたりする場合、特定部分で過剰発熱され、前記熱が適切に伝達されなくて前記部分でフィルタークラックまたはメルティングが発生される。
【００５９】
特に、前記過剰発熱は、２０００℃以上の温度になってセラミックフィルターのメルティングポイントより高いため、セラミックフィルターが損傷され、フィルターが局所部位でも損傷されると、排気ガスの流量はさらに不均一に偏向され、これによる耐久性の低下はさらに速く進行される。
【００６０】
従って、本発明の排気ガス低減装置１００は、熱伝導性が高く、且つ熱容量が低く、熱膨張が低いフェカロイ（Fecalloy）材質のメタルフィルター１３０を利用することによって、排気ガス流量が偏向されて特定部分で過剰発熱が発生されるとしても周辺部に熱を速く伝達してフィルター損傷が防止できる長所がある。
【００６１】
また、本発明の排気ガス低減手段は、前記制御手段１４０と連結され、前記制御手段１４０によって決定された装置状態及び危険状態などを車両運転者に知らせる通報手段がさらに形成されることができる。
【００６２】
前記通報手段は、ユーザに視覚または聴覚的に状態を知らせる手段であり、ＬＥＤのような視覚信号またはブザーまたは録音された音を利用した聴覚通報を個別的または同時に利用することができる手段であり、前記通報手段が形成され、車両運転者が排気ガス低減装置１００の状態が直接確認できるようにし、問題発生時にもさらに能動的に対処できるようにする長所がある。
【００６３】
図７は、本発明に係る排気ガス低減装置１００の制御方法の概略図であり、図８は、本発明に係る媒煙低減装置の排気ガス温度及び圧力を示す図であり、図９は、本発明に係る排気ガス低減装置１００の制御方法の他の概略図であり、図１０は、本発明に係る排気ガス低減装置１００の制御方法の他の概略図である。
【００６４】
本発明の排気ガス低減装置１００の制御方法は、前述したような排気ガス低減装置１００を利用し、より詳しく、エンジン２００が作動した後、強制再生可否判断段階（Ｓ１００）；警告信号伝達段階（Ｓ２００）；アイドリング状態判断段階（Ｓ３００）；再生作動指示入力（Ｓ４１０）；強制再生段階（Ｓ４２０）；及び、強制再生終了段階（Ｓ５００）；を含む。
【００６５】
まず、前記強制再生可否判断段階（Ｓ１００）は、バーナー１２０の作動が必要かを判断する段階であり、前記制御手段１４０は、圧力手段による測定圧力が第１の圧力以上、または圧力センサ１４１の一定時間中に測定平均圧力が第２の圧力以上の場合、バーナー１２０が作動されなければならないことを判断する。
【００６６】
このとき、前記第１の圧力は、１５０ないし２５０ｍｂａｒであり、前記第２の圧力は、７５ないし１５０ｍｂａｒであるのが好ましい。
【００６７】
図８のように、走行中には排気圧力と温度に大きい変化が起きるようになるため、最大圧力及び平均圧力を利用して媒煙過剰蓄積可否を判断して、強制再生が必要かを判断するようにする。
【００６８】
図８において、Ｔｉｎは、図２のメタルフィルターの前段に位置した温度センサ１４２、Ｔｏｕｔは、前記メタルフィルターの後端に位置した温度センサ１４３、背圧（Back Pressure）は、前記圧力センサ１４１により測定された値を意味する。
【００６９】
また、走行速度の低い車両は、媒煙が蓄積されても排圧の増加幅が大きくない場合があるため、本発明の排気ガス低減装置１００の制御方法は、前記強制再生可否判断段階（Ｓ１００）で、前記圧力センサ１４１だけでなく、エンジン２００の作動以後に一定時間が過ぎた後、次の段階である警告信号が伝達されるようにしたり、エンジン２００のＲＰＭセンサ、またはＧＰＳ情報を介して車両の走行状態を判断したり、前記メタルフィルター１３０に捕集された媒煙量を計算するようにすることもできる。
【００７０】
前記警告信号伝達段階（Ｓ２００）は、車両運転者がバーナー１２０の作動が必要であることが認知できるように知らせる段階であり、従来、運行中に車両運転者が周知しない状態でバーナー１２０が作動される場合、引火性物質などによる爆発などの危険から外れることができるようにする段階である。
【００７１】
ユーザが前記警告信号の伝達を受けた後、火災の危険性のない安全な所に車両を停車し、前記アイドリング状態判断段階（Ｓ３００）で車両がアイドリング状態であると判断され、ユーザの再生作動指示が入力（Ｓ４１０）されると、バーナー１２０を作動させて前記強制再生段階（Ｓ４２０）が実行される。
【００７２】
走行中に再生が行われる場合、アイドリング状態で再生が行われる場合より排気ガスの内部の酸素濃度が低く、且つ再生効率が低く、車両風量により冷却されて再生に必要な温度に昇温するためのエネルギーがさらに所要され、システムの複雑さによる信頼性低下の問題が発生できるため、本発明の排気ガス低減装置の制御方法は、前記アイドリング状態判断段階（Ｓ３００）で車両がアイドリング状態であることを確認した後、強制再生が実行されるようにする。
【００７３】
前記強制再生段階（Ｓ４２０）は、制御手段１４０により前記燃料噴射手段１２１、点火手段１２３、または空気噴射手段１２６などを制御してバーナー１２０が作動され、前記燃料噴射量制御により排気ガスを適切に昇温することができ、前記フィルターの前段の温度センサ１４２により測定された値をリアルタイムで分析して噴射される燃料量が制御される。
【００７４】
このとき、前記メタルフィルター１３０は、一般的に６００℃以上であれば、フィルターに蓄積された媒煙が燃焼できるが、短い時間内に燃焼が可能であるように前記フィルターの前段の温度がさらに高く制御でき、全体的に６００〜９００℃程度になるように制御する。
【００７５】
もちろん、前記制御手段１４０による燃料噴射量の制御は、フィルターの後端の温度センサ１４３を介して測定される温度を介してフィルターが損傷されない範囲内で強制再生が実行されなければならない。
【００７６】
前記強制再生段階（Ｓ４２０）が実行されて排気ガスを円滑に燃焼した後、前記バーナー１２０の作動を停止して強制再生を終了（Ｓ５００）する。
【００７７】
なお、本発明の排気ガス低減装置１００の制御方法は、図９に示すように、エンジン２００の作動以後に装置の状態を点検する装置状態点検段階（Ｓ６００）がさらに追加されることができ、前記装置状態点検段階（Ｓ６００）で点検された状態などは、前記通報手段を介してユーザが確認することができるようにするのが好ましい。
【００７８】
また、本発明の排気ガス低減装置１００の制御方法は、図１０に示すように、強制再生終了以後に車両が運行されて排気ガスが発生されることによって、強制再生が再び必要である場合があるため、前記強制再生終了段階（Ｓ５００）よりも後に、エンジン２００が作動されると、前記強制再生可否判断段階（Ｓ１００）が再び実行されるようにする。
【００７９】
前述した通り、本発明の排気ガス低減装置１００の制御方法は、車両情報を把握して強制再生が必要か判断し、車両のアイドリング中にのみバーナー１２０が作動されるようにすることによって、一層安全して速く強制再生が行われるようにする長所がある。
【００８０】
特に、排気ガス低減装置の制御方法において、入力を受けることができる情報は、ＲＰＭセンサ、排気圧力、温度などのような車両状態に対する条件であり、車両が位置する周辺環境に対する判断ができなくて火災の危険性があるため、本発明の排気ガス低減装置の制御方法は、運転者が周辺状況を把握し、基本情報を介して再生必要を判断して再生過程の安全性を確保する。
【００８１】
また、ユーザが排気ガス低減装置１００の状態をリアルタイムで確認することができ、ユーザの管理下に再生が実施されることによって、事故の危険を減らすことができる長所がある。
【００８２】
本発明は、前記実施例に限定されず、適用範囲が多様であり、請求の範囲で請求する本発明の要旨を外れることなしに多様な変形実施が可能であることはもちろんである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジン２００から発生される排気ガスを低減させる排気ガス低減装置１００において、
前記排気ガス低減装置１００は、
一側に排気管２１０と連結されて内部に排気ガスが流入されるようにする排気ガス流入部１１１、及び他側に浄化された排気ガスが排出されるようにする排気ガス排出部１１２を有する本体１１０；
前記本体１１０の排気ガス流入部１１１に隣接して形成され、端部にノズル部１２２が形成されて微粒化された燃料を噴射する燃料噴射手段１２１、前記噴射された燃料を点火する点火手段１２３、前記燃料噴射手段１２１を介して噴射された燃料と排気ガス流入部１１１を介して流入された排気ガスとをメタルフィルター１３０にガイドする分散手段１２４を含むバーナー１２０；
前記バーナー１２０の後端に形成され、排気ガス内の有機物または粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を燃焼させるメタルフィルター１３０；及び、
前記バーナー１２０の作動を制御し、装置状態を判断する制御手段１４０；
を含むことを特徴とする排気ガス低減装置。
【請求項２】
前記メタルフィルター１３０は、フェカロイ（Fecalloy）材質からなることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス低減装置。
【請求項３】
前記メタルフィルター１３０は、表面熱処理されたものであることを特徴とする請求項２に記載の排気ガス低減装置。
【請求項４】
前記表面熱処理は、９００〜１０００℃の空気雰囲気で実行され、表面にアルミ酸化膜が形成されることを特徴とする請求項３に記載の排気ガス低減装置。
【請求項５】
前記分散手段１２４は、前記燃料噴射手段１２１から前記メタルフィルター１３０方向へ直径が広くなる形態に形成され、複数個の中空部１２５が形成されて前記排気ガス流入部１１１を介して流入した排気ガスが前記中空部１２５を介して分散手段１２４の内部に移動することによって、内部の噴射された燃料と効果的に混合され、安定的に火炎が形成されるようにすることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス低減装置。
【請求項６】
前記中空部１２５は、前記分散手段１２４の接線方向で一定角度傾斜して形成され、前記中空部１２５を介して分散手段１２４の内部に移動した排気ガスが一定の流れを有するように形成されることを特徴とする請求項５に記載の排気ガス低減装置。
【請求項７】
前記排気ガス低減装置１００は、前記燃料噴射手段１２１のノズル部１２２に空気を噴射する空気噴射手段１２６をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の排気ガス低減装置。
【請求項８】
前記制御手段１４０は、前記排気ガス低減装置１００またはメタルフィルター１３０の前段に位置した圧力センサ１４１、メタルフィルター１３０の前端及び後端の温度を測定する温度センサ１４２、１４３、エンジン２００のＲＰＭセンサ、またはＧＰＳ情報を介して装置状態を判断することを特徴とする請求項５に記載の排気ガス低減装置。
【請求項９】
前記排気ガス低減手段は、前記制御手段１４０によって決定された装置状態及び危険状況を知らせる通報手段がさらに形成されることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス低減装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項の排気ガス低減装置の制御方法において、
前記排気ガス低減装置１００の制御方法は、
エンジン２００が作動された後、前記バーナー１２０の作動が必要かどうか判断する強制再生可否判断段階（Ｓ１００）；
前記強制再生可否判断段階（Ｓ１００）でバーナー１２０の作動が必要であると判断される場合、通報手段を介して車両運転者に警告信号を伝達する警告信号伝達段階（Ｓ２００）；
前記警告信号伝達段階（Ｓ２００）よりも後に、車両がアイドリング（Idle）状態かどうか判断するアイドリング状態判断段階（Ｓ３００）；
前記アイドリング状態判断段階（Ｓ３００）でアイドリング状態であると判断され、ユーザの再生作動指示が入力（Ｓ４１０）される場合、前記バーナー１２０を作動させて強制再生する強制再生段階（Ｓ４２０）；及び、
前記強制再生段階（Ｓ４２０）の実行後、バーナー１２０を停止して強制再生を終了する強制再生終了段階（Ｓ５００）；
を含むことを特徴とする排気ガス低減装置の制御方法。
【請求項１１】
前記強制再生可否判断段階（Ｓ１００）で、圧力センサ１４１の測定圧力が第１の圧力以上または圧力センサ１４１の一定時間中に測定平均圧力が第２の圧力以上の場合、バーナー１２０が作動されなければならないとを判断することを特徴とする請求項１０に記載の排気ガス低減装置の制御方法。
【請求項１２】
前記第１の圧力は、１５０〜２５０ｍｂａｒであり、前記第２の圧力は、７５〜１５０ｍｂａｒであることを特徴とする請求項１１に記載の排気ガス低減装置の制御方法。
【請求項１３】
前記排気ガス低減装置の制御方法は、エンジン２００の作動以後に装置状態を点検する装置状態点検段階（Ｓ６００）；をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の排気ガス低減装置の制御方法。
【請求項１４】
前記強制再生終了段階（Ｓ５００）よりも後にエンジン２００が作動される場合、前記強制再生可否判断段階（Ｓ１００）が再び実行されることを特徴とする請求項１３に記載の排気ガス低減装置の制御方法。
【請求項１５】
前記強制再生段階で、前記バーナー１２０は、前記メタルフィルター１３０の前段の温度が６００ないし９００℃になるように燃料噴射量が制御されることを特徴とする請求項１０に記載の排気ガス低減装置の制御方法。
【請求項１】
ディーゼルエンジン２００から発生される排気ガスを低減させる排気ガス低減装置１００において、
前記排気ガス低減装置１００は、
一側に排気管２１０と連結されて内部に排気ガスが流入されるようにする排気ガス流入部１１１、及び他側に浄化された排気ガスが排出されるようにする排気ガス排出部１１２を有する本体１１０；
前記本体１１０の排気ガス流入部１１１に隣接して形成され、端部にノズル部１２２が形成されて微粒化された燃料を噴射する燃料噴射手段１２１、前記噴射された燃料を点火する点火手段１２３、前記燃料噴射手段１２１を介して噴射された燃料と排気ガス流入部１１１を介して流入された排気ガスとをメタルフィルター１３０にガイドする分散手段１２４を含むバーナー１２０；
前記バーナー１２０の後端に形成され、排気ガス内の有機物または粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を燃焼させるメタルフィルター１３０；及び、
前記バーナー１２０の作動を制御し、装置状態を判断する制御手段１４０；
を含むことを特徴とする排気ガス低減装置。
【請求項２】
前記メタルフィルター１３０は、フェカロイ（Fecalloy）材質からなることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス低減装置。
【請求項３】
前記メタルフィルター１３０は、表面熱処理されたものであることを特徴とする請求項２に記載の排気ガス低減装置。
【請求項４】
前記表面熱処理は、９００〜１０００℃の空気雰囲気で実行され、表面にアルミ酸化膜が形成されることを特徴とする請求項３に記載の排気ガス低減装置。
【請求項５】
前記分散手段１２４は、前記燃料噴射手段１２１から前記メタルフィルター１３０方向へ直径が広くなる形態に形成され、複数個の中空部１２５が形成されて前記排気ガス流入部１１１を介して流入した排気ガスが前記中空部１２５を介して分散手段１２４の内部に移動することによって、内部の噴射された燃料と効果的に混合され、安定的に火炎が形成されるようにすることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス低減装置。
【請求項６】
前記中空部１２５は、前記分散手段１２４の接線方向で一定角度傾斜して形成され、前記中空部１２５を介して分散手段１２４の内部に移動した排気ガスが一定の流れを有するように形成されることを特徴とする請求項５に記載の排気ガス低減装置。
【請求項７】
前記排気ガス低減装置１００は、前記燃料噴射手段１２１のノズル部１２２に空気を噴射する空気噴射手段１２６をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の排気ガス低減装置。
【請求項８】
前記制御手段１４０は、前記排気ガス低減装置１００またはメタルフィルター１３０の前段に位置した圧力センサ１４１、メタルフィルター１３０の前端及び後端の温度を測定する温度センサ１４２、１４３、エンジン２００のＲＰＭセンサ、またはＧＰＳ情報を介して装置状態を判断することを特徴とする請求項５に記載の排気ガス低減装置。
【請求項９】
前記排気ガス低減手段は、前記制御手段１４０によって決定された装置状態及び危険状況を知らせる通報手段がさらに形成されることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス低減装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項の排気ガス低減装置の制御方法において、
前記排気ガス低減装置１００の制御方法は、
エンジン２００が作動された後、前記バーナー１２０の作動が必要かどうか判断する強制再生可否判断段階（Ｓ１００）；
前記強制再生可否判断段階（Ｓ１００）でバーナー１２０の作動が必要であると判断される場合、通報手段を介して車両運転者に警告信号を伝達する警告信号伝達段階（Ｓ２００）；
前記警告信号伝達段階（Ｓ２００）よりも後に、車両がアイドリング（Idle）状態かどうか判断するアイドリング状態判断段階（Ｓ３００）；
前記アイドリング状態判断段階（Ｓ３００）でアイドリング状態であると判断され、ユーザの再生作動指示が入力（Ｓ４１０）される場合、前記バーナー１２０を作動させて強制再生する強制再生段階（Ｓ４２０）；及び、
前記強制再生段階（Ｓ４２０）の実行後、バーナー１２０を停止して強制再生を終了する強制再生終了段階（Ｓ５００）；
を含むことを特徴とする排気ガス低減装置の制御方法。
【請求項１１】
前記強制再生可否判断段階（Ｓ１００）で、圧力センサ１４１の測定圧力が第１の圧力以上または圧力センサ１４１の一定時間中に測定平均圧力が第２の圧力以上の場合、バーナー１２０が作動されなければならないとを判断することを特徴とする請求項１０に記載の排気ガス低減装置の制御方法。
【請求項１２】
前記第１の圧力は、１５０〜２５０ｍｂａｒであり、前記第２の圧力は、７５〜１５０ｍｂａｒであることを特徴とする請求項１１に記載の排気ガス低減装置の制御方法。
【請求項１３】
前記排気ガス低減装置の制御方法は、エンジン２００の作動以後に装置状態を点検する装置状態点検段階（Ｓ６００）；をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の排気ガス低減装置の制御方法。
【請求項１４】
前記強制再生終了段階（Ｓ５００）よりも後にエンジン２００が作動される場合、前記強制再生可否判断段階（Ｓ１００）が再び実行されることを特徴とする請求項１３に記載の排気ガス低減装置の制御方法。
【請求項１５】
前記強制再生段階で、前記バーナー１２０は、前記メタルフィルター１３０の前段の温度が６００ないし９００℃になるように燃料噴射量が制御されることを特徴とする請求項１０に記載の排気ガス低減装置の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公表番号】特表２０１１−５１８９８５（Ｐ２０１１−５１８９８５Ａ）
【公表日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５０６１９６（Ｐ２０１１−５０６１９６）
【出願日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＫＲ２００９／００２１２８
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１３１３９０
【国際公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【出願人】（３０８００７０４４）エスケー エナジー カンパニー リミテッド (53)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＫＲ２００９／００２１２８
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１３１３９０
【国際公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【出願人】（３０８００７０４４）エスケー エナジー カンパニー リミテッド (53)
【Ｆターム（参考）】
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