DPF(디젤 미세입자 필터)

1 DPF의 개요
  - 미세매연입자를 포집하고 연소시켜 제거하는 배기가스 후처리 장치 중 하나
  - 디젤엔진의 배출가스 중 매연을 저감시키기 위해 연소실 개선이나 산화촉매(DOC)를 사용하는데 이것들 만으로 매연을 완전하게 제거하는데 한계가 있다.
  - 디젤차량은 15미크론 사이즈의 PM이 발생하는데 이러한 PM을 DPF를 통해 물리적으로 여과하여 배출되지 않도록 필터역할을 한다
  - 여과된 PM은 탄소(C)/Ash 덩어리 및 CO로 구성되어 600도 에서 산화가 일어나면 CO2로 변환된다

DPF 개념도(출처 : kixx엔진오일)

2 DPF의 적용
 1) DPF의 구성
   - DPF는 다공질 세라믹 필터, 캐니스터, 단열재, 재생시스템으로 구성
   - 세라믹 필터는 하우징, 세라믹 담체, 세라믹 플러그로 구성되며 세라믹 이외에 소결금속이 사용되기도 함
   - 세라믹 필터는 허니콤형태로 배열되어 있으며 입구와 출가가 교대로 배치된 형태, 코닝社 제품이 가장 많이 쓰이며 코디어라이트(cordierite)로 만들어진 필터가 일반적임.   

세라믹 필터 구성

 2) DPF의 원리
   - 참고)미세매연입자(PM Particulate Matterl)은 SOOT, ASH로 구성되며 주 성분은 탄소이다.
   - 연소실 후단에 DPF가 설치되며 배기가스가 세라믹 담채(필터)를 통과하면서 PM이 걸러지는 구조를 갖는다.

 3) DPF 재생(regeneration) : PM 입자가 필터 벽면에 포집된뒤 지속적으로 퇴적되는데 퇴적후 여과성능 개선을 위해 퇴적물(탄화물)을 연소시키는 행위
   ① 자연재생방식(passive type)
    - 자체적으로 연소시킬 만큼 충분한 산소가 포함되어야 하며 600 이상에서 가능하므로 최대출력에서 시행
    - PM저감 효율증가를 위해서는 PM의 연소온도를 낮추가나 배기가스 온도를 높여야함
    - 150~250℃에서 배기가스 산화시키기 위해 백금족 금속계 촉매가 산화촉매(DOC) 및 필터의 벽면에 코팅되어 있어서 재생 효율을 높일 수 있다.
   - PM의 연소되는 온도를 낮추는 방법으로 세륨 또는 금속화하물의 첨가제를 첨가해 PM의 연소온도 낮출수 있으며 450~500 수준임
    - 배기가스 온도를 높이기 위해서 DPF 전에 DOC를 추가하여 DPF로의 유입 배기가스 온도를 높임
    - 통상 고출력 상태에서 배기가스의 연소열만으로 PM을 태워서 배출함

   ② 강제재생방식(active type)
    - 배기온도가 자연재생이 불가능한 250℃ 이하 영역 및 잔여 PM을 제거하기 위해 배기온도를 강제로 550~600℃ 정도로 상승시켜 PM을 태워 재생하는 방식
    - 경유버너가 작동하여 배기가스 온도를 직접 상승시킴. 경유버너는 점화기의 작동에 의해서 분사된 경유가 버너 내에서 착화되어 화염이 형성되고 이에 의해 배기가스 온도가 상

 참고) DOC(Diesel Oxdational Catalitic, 디젤 산화 촉매장치)
   - HC와 CO를 줄이는 목적으로 설치되며 산화반응을 통해 배기가스의 오염원을 산화시킴
   - 배기가스온도를 이용하여 산화작용으로 CO, HC를 CO2, H2O로 변환하여 제거하는데 변환 효율을 높이기 위해 통기구 벽면에 코팅된 백금의 촉매가 사용된다.
   - DPF는 PM의 물리적인 필터링을 DOC는 CO, HC 를 화학적으로 제거한다. 백금 촉매를 이용하여 온도를 낮추는 것은 DPF와 DOC 동일