말리부 디젤을 얼마전 중고로 구입하고서 디펩 DPF 라는 단어를 듣었는데
저게 뭘까? 동호회 카페에서 검색해보니
배기가스 후처리장치 [Diesel Particulate Filter]의 약자로 DPF 라고하며,
디젤엔진의 배기가스 중 PM(입자상물질)을 물리적으로 포집하고 연소시켜 제거하는 배기 후처리장치의 일종이라고 하네요.
또 다른 디젤의 배기가스 처리 방법은
요소수 시스템(SCR : Selective Catalytic Reduction)은 요소수를 사용하여 배출가스에 남아있는 질소산화물을 질소와 물로 바꿔주는 배출가스 저감장치라고 합니다.
가끔 주유소에 보면 요소수 판매라고 써있기에 저게 대체 뭔가 했는데...ㅎㅎㅎ
저는 농사에 쓰이는 물질인줄 알았네요. ㅎㅎㅎ "요소비료" 가 생각이 납니다.
제차는 DPF 로 포집하고 태우는 방식이네요.
다그3을 사기전에는 느끼지 못했는데 디펩관련 글을 검색해보고 나니
얼마전 정차중 알피엠이 약간 높았던 기억과 배기가스냄새가 다른때보다 약간 다른 느낌을 받았었던 적이 있었습니다. 아마 그때 디펩이 작동중이 였던거 같네요.
다그3을 장착하고나서 디펩이 언제쯤 터질지 예상가능하니 참 좋더군요.
보통 80%이상에서 터진다고 하더니 제차는 80%부터 디펩이라는 네모가 깜박입니다.
아직 디펩이 작동하는 상태는 아닌거 같더라구요. 배기온도도 높지 않고 알피엠도 높지 안습니다.
곧 터지겠구나 라고 생각하고 주행을 하니 얼마 안가서 다그3 왼쪽 빨간 LED등이 점등합니다.
디펩이 작동하는 것이더군요.
DPF작동 후 1분 30초 정도 경과하니 배기온도가 468도까지 올라갑니다.
정차를 해보니 알피엠이 1000가까이 올라감을 알수있습니다.
주중에 도심 출퇴근을 하니 연비가 ㅎㅎㅎ.
디펩작동 6분이 넘어가자 배기온도가 600도 이상이 됩니다. 최대치가 640도네요.
기어 중립인데도 다그상 RPM이 943입니다.
7분 30초가 지나니 디펩작동이 중지합니다.
포집량이 80%에서 33%로 줄어듭니다. 근데 왜 0% 가까이 가지 않고 저만큼은 남겨두는걸까요? 궁금..
디펩이 작동을 멈추니 배기온도가 조금씩 내려갑니다.
알피엠도 849로 정상치로 옵니다.
DAG-3을 설치하고서 디펩작동을 눈으로 확인하니 편리하네요. 언제쯤 터질지 예상도하고
디펩시스템이 꽤 고가라고 하니 다그를 하나쯤 구비하시는것도 좋을듯합니다.
눈으로 여러가지 수치를 확인할 수 있어서 참 좋네요.
참고로 DPF에 관한 정보입니다.
디젤 미립자 필터 [Diesel Particle Filter ]
디젤기관에서 배출되는 입자상 고형물질의 크기는 직경 0.01~10μm 정도가 대부분이며, 평균질량의 입자크기는 직경 1μm 이하로 아주 작다. 따라서 분리성능이 아주 우수한 미립자-필터를 필요로 한다.
미립자-필터 시스템의 효율은 퇴적률의 영향을 크게 받는다. 퇴적률이 상승함에 따라 기공이 더 많이 막히기 때문에 효율도 따라서 상승한다. 효율을 90% 이상으로 높일 수 있다.
디젤기관은 항상 공기과잉상태로 운전되기 때문에, 미립자-필터에 퇴적된 매연(soot)을 자체 내에서 연소시킬 수 있는, 충분한 양의 산소가 배기가스에 포함되어 있다. 어느 자동차회사의 경우, 4/5단 기어에서 주행속도 60km/h 이상으로 15분 이상 주행 시, 기관회전속도 범위 2,000~3,000min－1에서 재생이 가장 잘 되는 것으로 보고하고 있다.
매연을 연소시켜 필터를 재생하기 위해서는, 미립자필터를 최소 550℃ 이상으로 가열시켜야 한다. 그러나 항상 이 온도에 도달할 수 있는 운전조건이 아니기 때문에 여러 가지 재생시스템들을 사용한다.
또 매연입자들이 연소될 때, 필터의 온도는 부분적으로 최고 약 1,200℃까지 상승하므로 특히 내열성의 재질이 요구된다. 촉매기의 담체로 널리 알려진 세라믹 모노리스(monolith) 외에도, 소결금속이 사용되고 있다. 미립자 필터는 그 재질의 종류에 상관없이, 미립자 전체의 약 95%를 포집할 수 있는 수준에 도달해 있다.
(1) 디젤 미립자-필터의 종류
① 세라믹 미립자-필터
세라믹 필터는 대부분 벌집 형상으로 가솔린기관의 촉매기 담체와 재질과 형상이 비슷하다. 그러나 벌집 형상의 통로양단을 하나 건너 교대로 세라믹 플러그로 막아 놓았다. 따라서 열린 통로로 들어온 배기가스는 세라믹 벽에 뚫린 기공(porous)을 통과, 이웃 통로를 거쳐 배기된다. 세라믹 담체의 벽두께는 약 300~400μm 정도이다. 통로의 크기는 셀(cell) 밀도로 나타내는 데, 100~300cpsi(channels per square inch)가 대부분이다.
벌집형(honeycomb) 여과기의 대체 여과기로 소위 저상필터(deep-bed filter)가 개발되었다. 이 형식의 필터는 기공(porous)의 크기는 훨씬 크나, 대신에 세라믹 담체의 벽 두께를 두껍게 하여 여과효과를 증대시킨 형식이다. 필터 담체의 재료로는 세라믹 섬유(ceramic fiber)가 사용된다.
② 소결 금속 미립자-필터
소결 금속 필터의 경우, 필터 표면이 금속담체이며, 담체의 그물망은 소결금속가루로 채워져 있다. 필터 표면은 동심(concentric)으로 배열되어 있으며, 배기가스가 통과하는 필터의 판(slat)은 앞쪽이 뾰쪽한 쐐기형이다. 필터-판(slat)의 뒤쪽이 막혀 있어, 배기가스는 반드시 필터 주머니의 벽을 통과해야 하도록 설계되어 있다. 이때 매연입자는 세라믹 필터에서와 비슷한 원리로 기공의 벽에 퇴적되게 된다.
(2) 디젤 미립자-필터의 재생 방법
미립자-필터는 배압이 지나치게 상승하는 것을 방지하고, 또 필터가 막히는 위험을 방지하기 위해, 필터의 재질(세라믹 또는 소결금속)에 상관없이 가끔 재생시켜야한다. 재생주기는 매연입자의 크기와 필터의 크기에 따라 주행거리 300km~800km의 범위가 대부분이다.(평균적으로 약 500km)
재생은 약 10~15분 동안 진행된다. 첨가제 시스템을 사용하는 경우는 재생시간이 약간 더 단축되지만, 이 역시 기관의 작동상태에 따라 달라진다. 필터에 퇴적된 미립자(주로 매연)를 연소시켜 제거하면, 필터는 재생된다. 미립자-필터를 통과하는 배기가스온도가 약 600℃ 이상이 되면, 배가가스에 들어있는 산소를 이용하여 매연입자들을 CO2로 산화시킬 수 있다. 그러나 이와 같이 높은 온도는 단지 정격출력상태에서나 가능하다. 일반적으로 정격출력상태로 운전하는 경우는 아주 드물기 때문에. 매연입자의 연소온도를 낮추거나, 또는 배기가스온도를 높여야 한다.
NO2를 산화제로 사용할 경우, 매연은 300~450℃의 낮은 온도에서도 산화한다. 이 방식은 산업용으로, 지속적인 재생-방출(CRT：Continuously Regenerating Trap) 시스템에 사용되고 있다.
소결금속-필터는 세라믹-필터에 비해 열전도율이 더 높다는 장점을 가지고 있다. 소결금속-필터는 필터의 한 부분에서 매연의 연소가 시작되면, 생성된 반응열은 인접한 부분으로 쉽게 전달된다. 따라서 매연층은 고르게 연소, 제거된다. 세라믹-필터에서는 최악의 경우에, 부분적으로 재생이 되지 않는 부분이 있을 수 있다.
① 첨가제 시스템(Additive system)
경유에 첨가제(예：세륨(Cerium) 또는 금속화합물)를 첨가하여 600℃인 매연의 산화온도를 약 450~500℃로 낮출 수 있다. 그러나 기관운전 중, 배기시스템의 온도가 항상 450~500℃를 유지할 수는 없기 때문에, 매연을 계속적으로 연소시킬 수는 없다. 따라서 미립자-필터의 매연 포화수준이 일정 수준에 도달하면, 능동 재생시스템을 활성화 시킨다. 능동 재생시스템을 활성화시키기 위해, 엔진의 연소제어는 예를 들면, 분사시기를 지연시켜 배기가스온도를 매연의 연소가 가능한 수준으로 상승시킨다.
연료에 첨가된 첨가제는 재생 후에도 잔류물(회분；ash)로서 미립자 - 필터에 남아있게 된다. 이 회분은 물론이고 윤활유로부터 그리고 연료잔류물로부터 생성된 회분도 미립자-필터에 퇴적된다. 필터가 점점 더 막힘에 따라, 배압이 상승하게 된다. 막힘률이 같을 경우, 소결금속-필터의 배압이 세라믹-필터에 비해 더 낮다.
압력상승을 감소시키기 위해, 유입 통로의 단면적을 가능한 한 크게 하여 회분-저장능력을 극대화시킨다. 따라서 자동차의 수명이 다할 때까지 퇴적된 회분 때문에 촉매기를 교환하는 일은 없다.
② 촉매식 디젤 미립자 필터(CDPF：Catalyzed Diesel Particulate Filter)
필터에 귀금속(주로 백금)을 코팅하여, 매연입자의 연소를 촉진시킬 수 있다. 효과는 첨가제를 첨가하는 경우보다는 더 낮으나, 회분의 퇴적이 없다는 점이 장점이다.
재생을 위해서는 CDPF에서도 첨가제 시스템과 마찬지로, 배기가스온도를 상승시키기 위한 추가 대책을 필요로 한다.
③ 버너(burner) 시스템
이론적으로는 퇴적된 입자상 물질을 충분히 연소시킬 수 있으나, 실제로는 필터가 막혀 배압이 걸리는 현상이 빈번히 발생되고 있다. 따라서 대형차량의 경우에는 버너(burner)를 이용하여 강제로 필터를 재생시키는 방법도 사용하고 있다.
[네이버 지식백과] 디젤 미립자 필터 [Diesel Particle Filter] (최신자동차공학시리즈 2 - 자동차디젤기관, 2011. 4. 10., 도서출판 골든벨)
아래는 DAG-3 DPF작동 영상입니다.
