초록 ▼

기후변화협약(CO2 규제) 및 환경 규제에 대응하기 위한 방법으로 대체 에너지 이용과 고효율 자동차를 위한 기술 개발이 이루어지고 있다. 자동차에서 발생되는 주요 대기환경 오염원은 CO, SOx, HC, NOx, PM 그리고 PN이 있으며, 이 중에서 NOx와 PM 그리고 Euro-6 배기규제에서 새로이 추가된 PN은 계속해서 규제가 강화될 것으로 예상되고 있다. 디젤 자동차는 NOx와 PM을 저감시키기 위한 주요 기술로 SCR과 DPF가 사용되고 있으며, 가솔린 자동차는 당량비 1에서 삼원촉매를 이용해서 CO, HC 그리고 NOx

기후변화협약(CO2 규제) 및 환경 규제에 대응하기 위한 방법으로 대체 에너지 이용과 고효율 자동차를 위한 기술 개발이 이루어지고 있다. 자동차에서 발생되는 주요 대기환경 오염원은 CO, SOx, HC, NOx, PM 그리고 PN이 있으며, 이 중에서 NOx와 PM 그리고 Euro-6 배기규제에서 새로이 추가된 PN은 계속해서 규제가 강화될 것으로 예상되고 있다. 디젤 자동차는 NOx와 PM을 저감시키기 위한 주요 기술로 SCR과 DPF가 사용되고 있으며, 가솔린 자동차는 당량비 1에서 삼원촉매를 이용해서 CO, HC 그리고 NOx를 동시에 저감시키는 기술을 사용하고 있지만 CO2규제가 강화되고 있어 희박연소 영역에 사용할 수 있는 촉매가 요구되고 있다. 가솔린 자동차는 PM Filter 없이 Euro-6 PM 규제를 만족하지만 GDI 엔진의 경우 새로 추가된 PN규제를 만족시키지 못하고 있어 이를 해결하기 위한 연구로 PFI+GDI, Multi-Injection GDI(다단분사 GDI) 그리고 GPF 기술을 이용한 연구결과가 발표되고 있다.
본 과제에서는 하나의 후처리장치에서 여러 기능(PM/NOx 동시저감)을 담당할 수 있는 콤팩트하고 엔진과 독립적인 NOx 필터 Proto-System 개발이 핵심 목표로 제품 개발과 평가를 위해서 배기가스 모사장치, soot 생성기 그리고 가열분사시스템을 개발하였다. 배기가스 모사장치는 배기가스의 온도, 유량 그리고 배기가스의 조성을 변화시킬 수 있어 여러 조건들에 대해서 개발 제품의 특성을 빠르게 평가와 분석을 할 수 있다. soot 생성기는 PM과 PN 저감 특성 평가를 위해서 개발하였으며 열분해 온도 및 체재시간에 따라서 soot size를 조절과 엔진에서 배출되는 PM, SOF 그리고 C/H 비율과 같은 성분을 배기가스와 유사하게 제어할 수 있다. 가열 분사시스템은 촉매의 환원제(rich 분위기 조성)로 사용되는 연료를 분사하며 분사되는 연료의 무화도 증가와 저온 활성에 의한 DeNOx 효율을 증가시킨다. 가열분사장치에 대해서 특허를 출원하였다.

Abstract ▼

Usage of alternative energies and technological development for highly efficient automobile are being pursued as a means of coping with the Climate Change Convention (CO2 regulation) and environmental regulations. Main pollutants of environment generated from automobiles include CO, SOx, HC, NOx, PM

Usage of alternative energies and technological development for highly efficient automobile are being pursued as a means of coping with the Climate Change Convention (CO2 regulation) and environmental regulations. Main pollutants of environment generated from automobiles include CO, SOx, HC, NOx, PM and PN, and it is anticipated that the regulations on NOx and PM, and PN, which was recently added to the Euro-6 Exhaust Regulation among these will continue to be intensified. Although diesel vehicles use SCR and DPF as the key technology for reduction of NOx and PM in exhaust, and gasoline vehicles are using technology of reducing CO, HC and NOx by using three way catalyst with equivalent ratio of 1, development of catalyst that can be used in the domain of lean burning is demanded as regulations of emission of CO2 is intensifying. Although gasoline vehicles satisfy the Euro-6 PM regulations as they do not have PM Filter, GDI engine does not meet the recently added PN regulations. Accordingly, results of researches on the usage of PFI+GDI, Multi-Injection GDI and GPF technologies to solve this problem are being presented.
In this Study, development of compact NOx Filter Proto-System that is independent of the engine and can handle various functions (simultaneous reduction of PM/NOx) in a single post-processing device is the core goal, and exhaust gas simulator, soot generator and heated injection system were developed for development and assessment of product. Exhaust gas simulator can quickly assess and analyze the characteristics of development products under various conditions as it can modify the temperature, flux and composition of exhaust gas. Soot generator was developed in order to assess the characteristics of PM and PN reduction, and is capable of adjusting the soot size in accordance with thermal disintegration temperature and stay-over time, and control the substances such as PM, SOF and C/H ratio discharged from engine similarly to the exhaust gas. Heated injection system injects fuel used as the reductant of catalyst (establishment of rich environment) and elevates the level of atomization of injected fuel and DeNOx efficiency through low-temperature activation. Patent application has been submitted for the heated injection system.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 초록 ... 3
• 요약문 ... 7
• SUMMARY ... 8
• 목차 ... 10
• 제 1 장 서 론 ... 20
• 제 1 절 연구개발의 중요성 및 필요성 ... 20
• 제 2 절 연구개발의 국내외 현황 ... 26
• 1. 해외 기술개발 동향ㆍ시장 ... 27
• 2. 국내 기술개발 동향ㆍ시장 ... 37
• 제 3 절 연구개발대상 기술의 차별성 ... 41
• 제 2 장 연구개발의 목표 및 내용 ... 42
• 제 1 절 연구의 최종목표 ... 42
• 제 2 절 연도별 연구개발의 목표 및 평가방법 ... 43
• 1. 1차년도 ... 43
• 가. 1차년도 연구목표 ... 43
• 나. 1차년도 연구내용 ... 43
• 2. 2차년도 ... 43
• 가. 2차년도 연구목표 ... 43
• 나. 2차년도 연구내용 ... 44
• 3. 연차별 연구개발의 목표내용 요약 ... 45
• 4. 평가 착안점 및 기준 ... 46
• 제 3 절 연도별 추진체계 ... 47
• 제 3 장 연구개발 결과 및 활용계획 ... 49
• 제 1 절 연구개발 결과 및 토의 ... 49
• 1. 평가시스템 구축 ... 49
• 가. GDI 엔진의 배기가스 특성 ... 49
• 나. 엔진 배기사스 모사 시스템 구축(가솔린 배기가스 모사 시스템) ... 55
• 다. 단품 평가를 위한 조건 확인 ... 60
• 라. PM 저감 효율 및 영향성 평가를 위한 soot 생성기 제작 ... 66
• 2. 단품 특성 평가 결과 토의 ... 76
• 가. GPF 담체 ... 76
• 나. LNT 촉매 ... 83
• 다. 연료 무화개선을 위한 가열 분사기 ... 94
• 라. NOx 센서 ... 120
• 3. 시스템 구성 및 시험 결과 토의 ... 143
• 가. DPF 담체/촉매 특성 평가 및 토의 ... 143
• 나. GPF 담체 특성 평가 ... 153
• 다. 시스템 분사 전략 파악 ... 158
• 제 2 절 연구개발 결과 요약 ... 181
• 1. NOx 필터 및 촉매평가를 위한 엔진 배기가스 모사장치 개발 ... 181
• 2. PM 저감 효율 및 영향성 평가를 위한 soot 생성기 개발 ... 184
• 3. 연료 무화개선을 위한 분사시스템 개발 ... 185
• 4. 단품성능 평가(NOx 필터, 센서, 촉매) 및 개선 방향제시 ... 188
• 5. NOx, PM 정화용 4 Way 후처리 시스템(NOx 필터 시스템) 개발 ... 193
• 제 3 절 연도별 연구개발목표의 달성도 ... 196
• 1. 1차년도 ... 196
• 2. 2차년도 ... 197
• 제 4 절 연도별 연구성과(논문/특허 등 증빙자료 부록 참조) ... 198
• 제 5 절 관련분야의 기술발전 기여도 ... 199
• 제 6 절 연구개발 결과의 활용계획 ... 200
• 제 7 절 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설/장비현황 ... 201
• 제 4 장 참고문헌 ... 202
• 부 록 ... 205
• 1. 국내외 전문학술지(논문) 게재 성과 ... 205
• 2. 국내외 학술회의(세미나) 게재 성과 ... 209
• 3. 지식재산권 출원/등록 성과 ... 212
• 4. 공개세미나 개최 성과 ... 214