초록 ▼

최종목표
► 제1세부
건설기계와 같은 Off-Road 차량에 부착 가능한 복합재생방식의 매연저감장치 실용화 기술 개발 정량적 목표
- 성능 : PM 저감효율 80% 이상, 연료소비량 5% 이하
- 내구 : 대상 차량 3대 장착 누적 1000시간 운행
► 제2세부
○ 80% 이상 PM 저감율의 건설 중장비용 복합재생 Metal Foam DPF
- 상온↔750°C, 700회 강제 재생 시 열변형 없는 Metal Foam DPF
- 10g/L 이상 Soot loading후 강제재생 시 용손 없는

최종목표
► 제1세부
건설기계와 같은 Off-Road 차량에 부착 가능한 복합재생방식의 매연저감장치 실용화 기술 개발 정량적 목표
- 성능 : PM 저감효율 80% 이상, 연료소비량 5% 이하
- 내구 : 대상 차량 3대 장착 누적 1000시간 운행
► 제2세부
○ 80% 이상 PM 저감율의 건설 중장비용 복합재생 Metal Foam DPF
- 상온↔750°C, 700회 강제 재생 시 열변형 없는 Metal Foam DPF
- 10g/L 이상 Soot loading후 강제재생 시 용손 없는 금속폼 최적화
- Off-road 엔진에서 Soot loading량과 차압의 연관성/내구성 연구
- 최적 재생 시점 연구 (최적 Max Soot loading량 vs. 차압)
- 엔진 내구 1,000시간 및 350시간 이상 실차 내구 평가 진행

개발내용 및 결과
► 제1세부
• 4단계 1차년도 (2009.6-2010.5)
- Off-road 차량 조사
- 메탈폼 필터 특성 시험
- Off-road 재생 로직 개발 및 평가
- 시스템 제어로직 개발 : 온도 제어 로직
- 플라즈마 버너 개 발 : 액츄에이터 개발, 차량 장착성 개선
- 차량 장착 개발 : 장착 브라켓, 와이어하니스 등 장착 부품 개발
- 차량 장착 (지게차 1대) : 시스템 성능 확인
• 4단계 2차년도 (2010.6-2011.5)
- 차량 장착 (지게차 추가 1대) -지게차 2대 누적 1000시간 운행
- 차량 장착 (콘크리트 믹서 트럭 1대)
- 재생특성시험 : HC slip 등 배출가스 특성 및 화염 안정성 확인
- 시스템 제어로직 개선 : 온도 제어, Fail safe 기능
- 엔진별 성능평가 : 입자상 물질/가스상 물질 저감효율 목표 만족
- 단품 내구 시험 1000 시간 수행 (공인시험기관)

이와 같은 기술 개발을 완료하여 차량 3대 누적 1,000시간 시험을 완료하였음.
►제2세부
1. 강제 재생에 최적의 Metal Foam DPF System 개발
- PM 저감율 80% 이상의 Off-road 차량용 금속 폼 DPF 개발
- 상온 ↔ Max 750°C(10min 유지) 반복 열내구 700회 이상 유지
- 10g/L의 Soot loading시에도 용손 없음
- Off road 차량용 캐닝 최적화 개발
2. 재생 특성 및 내구 평가
- Off-road차량용엔진에서 Soot loading량 대비 차압특성 평가 완료
- 1,000시간 엔진 내구 완료
3. 복합 재생 Metal Foam DPF 실증 평가
- 필터 시제품 3종 완성
- 복합재생 장치 평가 : 1,000시간 엔진 내구 확보
- 실차 운행 데이터 350시간 이상 확보

개발기술의 특징·장점
Off-road 차량은 일반 운행차들과는 운행패턴이 상이하여 배기가스 온도가 낮고 배기가스유량 변동이 심한 특징이 있다. 즉, 대부분의 차량들이 배기 온도가 낮아서 자연재생이 불가능하고 일반적 인 경유 버너를 사용하여도 소염 현상이 심하다.
플라즈마 버너 시스템과 다른 재생 장치와의 차별점은 크게 연소 효율과 화염 안정성 측면으로 볼 수 있다.
• 기존 전기 히터 방식과 같이 차량의 전력을 이용하여 배기가스를 승온시키는 방식과 비교하면 에너지 효율 측면에서 플라즈마 버너 기술이 우월함.
• 연료후분사 방식에 비하여 적용할 수 있는 대상 차량의 폭이 넓음
• 일반적인 경유 버너는 배기가스에 의하여 화염이 꺼지는 경우가 많으나 플라즈마 버너는 이러한 현상이 거의 없음.
본 기술은 연료 후분사와 버너 방식의 장점을 활용하여 아크방전을 통한 플라즈마 상태에서의 연소를 통하여 연소 안정성을 높이고, 촉매 방식을 이용하여 미연소된 연료의 추가 산화를 이루어 2차 오염원 발생을 최소화한 복합재생 방식이다.
• 필터 - 촉매 코팅 - 캐닝 100% 국내 기술 확보
• 독일 KBA 인증에 따른 자연 재생 방식 제품 사업화 개시

기대효과(기술적 및 경제적 효과)
(1) 기술적 측면
기존 디젤 매연 저감장치의 촉매 재생 방식의 문제점인 차량의 배출 가스 온도가 일정 온도 이상으로 일정 시간 이상 지속되지 못 할 경우 재생이 원활히 되지 못해 1) 필터 파손，2) 연비 악화, 3) 엔진 부조 등의 문제가 발생할 수 있는데 본 과제의 플라즈마 버너를 이용하여 기존 시스템의 기술적 문제를 해결할 수 있음. 또한 Off-road 차량의 운행 특성, 온도, 배압 등의 정보를 획득
(2) 경제적 측면
• 건설기계용 매연저감장치 사업에 참여하여 매출 확대
• off-road용 기존 판매량 확대
• 밀폐공간에서 운전 중인 지게차에 특화된 제품 판매.
• 메탈 필터 적용을 통한 유관 산업 부흥
• 자동차 업계에서의 플라즈마 기술 활성화를 통한 신산업 발굴
• 배기가스 후처리 장치용 필터 수입 대체
• 배기가스 후처리 장치용 필터 수출

적용분야
1) 건설기계용 매연저감장치 강제 재생 기술
2) 기타 off-road 차량용 매연저감장치
3) 발전기 및 건설 중장비 엔진 배기가스 후처리 장치
4) 운행 건설 중장비 배기가스 후처리 장치

(출처 : 보고서 초록 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 초록 ... 3
• 목차 ... 6
• 표목차 ... 7
• 그림목차 ... 7
• 제1장 서론 ... 11
• 제1절 개발기술의 중요성 및 필요성 ... 11
• 1. 연구 개발의 중요성 및 필요성 ... 11
• 제2절 연구 개발의 국내외 현황 ... 13
• 1. 해외 기술개발 동향·시장 ... 13
• 2. 국내 기술개발 동향·시장 ... 14
• 제3절 연구 개발 대상 기술의 차별성 ... 15
• 1. 차별성 ... 15
• 2. 주관기관의 관련기술 보유현황 ... 18
• 제2장 연구개발의 목표 및 내용 ... 19
• 제1절 연구의 최종목표 ... 19
• 제2절 연도별 연구개발의 목표 및 평가방법 ... 20
• 1. 연도별 연구개발 목표 및 내용 ... 20
• 2. 평가의 착안점 및 기준 ... 20
• 제3절 연도별 추진 전략 및 체계 ... 21
• 1. 연구개발의 추진전략 ... 21
• 2. 연도별 추진 체계 ... 22
• 제3장 연구개발 결과 및 활용계획 ... 26
• 제1절 연구개발 결과 및 토의 ... 26
• 1. 플라즈마 기술 연구 ... 26
• 2. Off-road 차량 조사 ... 27
• 3. 대상 차량 선정 ... 32
• 4. 재생 시스템 구성 ... 34
• 5. 매연 포집 필터 ... 37
• 6. 화엄 혼합관 개발 ... 40
• 7. 플라즈마 버너 개발 ... 45
• 8. 컨트롤러 개발 ... 49
• 9. 고전압 파워 모듈 개선 ... 51
• 10. 연료공기공급장치 개발 ... 52
• 11. 시스템 제어 로직 개발 ... 54
• 12. 시스템 검증용 차량 장착 ... 67
• 13. 엔진 평가 ... 69
• 14. 차량 장착 및 주행 시험 (차량적용성 평가) ... 84
• 15. 단품 동작 내구 시험 ... 92
• 16. 자기 진단 로직 개발 ... 92
• 제2절 연구개발 결과 요약 ... 94
• 제3절 연도별 연구개발목표의 달성도 ... 94
• 1. 1차년도 ... 94
• 2. 2차년도 (최종) ... 95
• 제4절 연구 성과 ... 95
• 1. 지적재산권 ... 95
• 2. 기타 성과 ... 96
• 제5절 관련분야의 기술발전 기여도 ... 97
• (1) 플라즈마 응용 기술 분야 ... 97
• (2) DPF용 재생 장치 분야 ... 97
• 제6절 연구개발 결과의 활용계획 ... 98
• 1. 건설기계용 매연저감장치 부착 사업 참여 ... 98
• 2. 기타 특수 차량 사업화 ... 99
• 3. 사업화가능성 SWOT 분석 ... 100
• 제4장 참고문헌 ... 101
• 제2세부 Off-road 차량용 복합재생 금속 폼 DPF 적용 기술개발 ... 102
• 목차 ... 103
• 제1장 서론 ... 104
• 제1절 연구개발의 중요성 및 필요성 ... 104
• 제2절 연구개발의 국내외 현황 ... 107
• 1. 해외 기술개발 동향·시장 ... 107
• 2. 국내 기술개발 동향·시장 ... 109
• 제3절 연구개발대상 기술의 차별성 ... 111
• 1. 차별성 ... 111
• 2. 주관기관의 관련기술 보유현황 ... 111
• 제2장 연구개발의 목표 및 내용 ... 112
• 제1절 연구개발의 최종목표 ... 112
• 제2절 연도별 연구개발의 목표 및 평가방법 ... 112
• 제3절 연도별 추진체계 ... 112
• 제3장 연구개발 결과 및 활용계획 ... 114
• 제1절 Off-road vehicle 차량분석 ... 114
• 제2절 Off-road 차량용 PM 80% 저감 필터 개발 ... 116
• 1. Filter 설계 ... 116
• 2. 강제재생 및 HC slip을 고려한 캐닝 디자인 개발 ... 132
• 제3절 시제품 평가 ... 139
• (1) 엔진동력계 성능 평가 ... 139
• 제4절 버너 장착 평가 ... 144
• (1) Test bench set-up 및 승온 평가 ... 144
• 제5절 재생 특성 평가 ... 146
• (1) 최적 재생 안정점 평가 ... 146
• (2) 10g/L Soot loading 후 강제재생 내구 (상온 ↔ 750℃) 평가 결과 ... 148
• 제6절 내구 특성 평가 ... 149
• (1) 엔진 내구 평가 ... 149
• (2) 실차 운행 평가 ... 154
• 제7절 연구개발 결과 요약 ... 159
• 제8절 연도별 연구개발목표의 달성도 ... 160
• 제9절 관련분야의 기술발전 기여도 ... 161
• 제10절 연구개발 결과의 활용계획 ... 162
• (1) 연구성과 ... 162
• (2) 활용실적 ... 162
• 제4장 참고문헌 ... 164
• 끝페이지 ... 165