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보고서 상세정보

클린디젤차의 입자상물질 포집효율 증진을 위한 비대칭형 SiC 필터 개발

  • 사업명

    클린디젤자동차핵심부품산업육성

  • 과제명

    클린디젤차의 입자상물질 포집효율 증진을 위한 비대칭형 SiC 필터 개발

  • 주관연구기관

    (주)오스템

  • 보고서유형

    연차보고서

  • 발행국가

    대한민국

  • 언어

    한국어

  • 발행년월

    2014-07

  • 과제시작년도

    2013

  • 주관부처

    산업통상자원부
    Ministry of Trade, Industry and Energy

  • 등록번호

    TRKO201600001623

  • 과제고유번호

    1415134258

  • 키워드

    캐닝.실리콘카바이드.비대칭.허니컴.입자상물질.디젤매연필터.

  • DB 구축일자

    2016-05-21

  • 초록 


    ...


    1. 기술개발개요
    ○ 세계 환경규제 법규에 따른 디젤차량의 배출가스 규제에 대응하기 위하여 디젤차량에서 배출되는 입자상물질의 포집효율을 증진시킬 수 있는 배압특성이 우수하고 여과 효율면적이 높은 비대칭형의 SiC 필터를 개발하...

    1. 기술개발개요
    ○ 세계 환경규제 법규에 따른 디젤차량의 배출가스 규제에 대응하기 위하여 디젤차량에서 배출되는 입자상물질의 포집효율을 증진시킬 수 있는 배압특성이 우수하고 여과 효율면적이 높은 비대칭형의 SiC 필터를 개발하고자 함

    2. 당해연도 개발내용 및 결과
    ① 개발목표(2차년도)
    ○ 비대칭형 300CPSI SiC DPF 구조 최적화 및 시작품 제작
    ○ 비대칭 필터의 형태에 따른 Canning 기술 개발
    ○ 비대칭형 300CPSI 필터의 기초 성능 확보 및 엔진 제어인자 도출
    ○ 비대칭형 필터의 제어인자 도출 및 내구성 확보
    ② 개발내용
    ○ 300 CPSI 비대칭형 필터 조성 개발
    ○ 300 CPSI 비대칭형 세그먼트 구조 최적화
    ○ 300 CPSI 비대칭형 세그먼트 금형 및 시제작품 개발
    ○ DOC/DPF 캐닝 설계 인자 분석 및 제조기술 확보
    ○ 300 CPSI 비대칭형 필터 성능 평가 및 제어인자 도출
    ○ 비대칭형 필터의 제어인자 도출 및 내구성 확보
    ③ 개발결과
    ○ 2차년도에는 1차년도에서 개발된 200CPSI비대칭형SiC 필터의 성능 개선을 위해 300CPSI 비대칭형 SiC 필터를 개발하였음
    ○ 금년도 300CPSI 담체개발을 함에 있어, 담체의 Cell Structure가 기존 200CPSI 대비 박육화 됨에 따라, 캐닝시스템 설계에 영향을 줄 수 있는 인자들에 대해서 분석을 완료함. 벽두께의 박육화는 캐닝의 설계 인자 중,담체의 Isostatic strength에 영향을 주기 때문에, 담체를 Shell 안에서 고정 하기 위해 필요한 Required Mat Pressure가 얻어질 수 있도록, Shell과 담체간의 적절한 Gap diameter 설정 방법 및 적절한 Support Mat를 설정하기 위한 설계적 검토가 필요하며, 금년도 개발 과제에서 이러한 이론적 체계를 확립함. 또한, 이러한 설계인자들에 대한 이론적 배경을 기준으로, 캐닝 제조 시 발생할 수 있는 부작용등을 조사하기 위해서 캐닝 장치를 개발 하였으며, 300CPSI와 같이 Thin Wall의 담체에 대해 양산시 야기 될 수 있는 문제점에 대해 조사 할 수 있는 기반을 마련함.
    ○ 필터의 입/출구 채널형상 최적화
    채널 입/출구 크기에 따른 배압 특성 분석 모델 개발 및 해석을 통한 비대칭형 필터의 입/출구 크기 최적화하였음
    ○ 채널형상의 최적화 해석 결과를 바탕으로 300CPSI 비대칭 필터를 설계하였음
    ○ 설계도를 바탕으로 금형 설계 진행하였고 압출 금형 제작을 위해 방전 속도 및 방전 시간에 대한 금형 품질을 검토하여, 최적의 금형 제작 공정을 개발한 후 300CPSI 비대칭형 SiC 필터 압출공정에 적합한 금형을 제작하였음
    ○ SiC 필터는 주요 원료인 SiC가 내마모성이 강한 소재이기 때문에 제작된 금형의 마모 문제가 매우 심각하여 금형의 마모를 줄일 수 있는 보로나이징 열처리 공법을 이용하여 금형의 수명을 4배 이상 늘일 수 있었음
    ○ 비대칭형 구조는 대칭형 구조와 비교하여 기계적 강도가 약한데 금번 2차년도에서는 200CPSI에서 300CPSI로 셀의 밀도가 증가됨으로 인하여 셀벽이 얇아져 기계적 강도가 더욱 취약하였는데, 이를 개선하기 위한 조성을 개발하여 강도가 12.48MPa, 기공크기가 16.8㎛, 기공율이 47.5%인 300CPSI 비대칭형 물질을 개발하였음
    ○ 이렇게 개발된 조성물질로 300CPSI 비대칭형 SiC 필터를 세그먼트 형태로 압출,건조, 소성하여 세그먼트를 제작하였으며 이를 위한 제조 조건을 확보하였음
    ○ 제작된 300CPSI 비대칭형 SiC 세그먼트를 접합하기 위하여 내열충격성이 강한 접합제, 접합 보강제에 대한 조성 물질 개발을 하였으며, 열충격 및 강도 시험, 기공특성분석, 열팽창계수 측정 시험을 통하여 필터 소재의 물성을 확보하였음
    ○ 현재 국내 완성차 업체 및 외국 선진사들의 DPF시스템에 대한 내구 시험 조건을 보면 650℃의 고온열풍을 이용한 Heat Thermal Shock Cycle와 50G의 진동 시험을 동시에 실시하여 캔과 필터의 파손 없이 진동에 견딤을 확인하였음
    ○ 필터 성능 및 내구 평과 결과 정량적 목표를 달성하였음
    : ND-13 모드 시험 결과 Aging 필터의 효율이 Fresh 필터 효율보다 높음
    :NEDC 모드의 Fresh 필터는 정량적 목표를 달성하며,Aging 필터의 효율이 개선되는 ND-13 모드 시험 결과를 통해 Aging 필터도 정량적 목표 달성 가능할 것으로 추정
    ○ 최대 Soot 로딩량: 정량적 목표 달성(12g/L)
    :Soot 로딩량 12g/L에서는 내부 크랙이 없었으나,14g/L에서 내부 크랙 발견
    ○ Ash 포집량: 대칭형 300CPSI 필터와 비교하여 22.5% 개선
    :Ash 포집 채널 평균 높이- 대칭형(30.7mm), 비대칭형(23.8mm)
    ○ 필터 배압:Fresh 및 Aging 필터의 정량적 목표(45mbar) 달성
    :필터 배압- Fresh 14mbar,Aging 27mbar @250m3/h
    ○ 유동 균일도: 정량적 목표 달성(0.94@Cone Length 100mm)
    ○ 배압개선효과: 정량적 목표 달성(13%@200CPSI 대비 배압비교)
    ④ 정량적 기술 목표 대비 달성도

    3. 당해연도 기술 및 경제적 성과
    ○ 기술 성과
    당해연도에는 차년도에 확보된 200CPSI 비대칭형 SiC필터를 개발하기 위해 각 참여
    기관이 담당한 캐닝 기술, 소재 기술, 금형 기술, 평가 기술의 기초 기술을 바탕으로
    고난이의 300CPSI 비대칭형 SiC 필터 제작 조건과 캐닝 조건을 확보하여 200CPSI보
    다 배압이 개선된 SiC 필터를 개발하였음
    ○ 경제적 성과
    당해연도에는 SiC 소재의 압출 공정에서 가장 중요한 금형의 마모 문제를 효과적으로
    해결하여 금형 제작비용을 4배 이상 절감할 수 있는 경제적 성과를 얻었으며,
    내열충격 및 필터 성능이 확보된 300CPSI 비대칭형 SiC 필터 시작품이 제작됨으로써
    수입에 의존하던 비대칭형 필터의 수입대체 시기를 앞당길 수 있음

    4. 차년도 개발내용(3차년도)
    ① 개발목표
    ○ 300 CPSI 최종시제품 제조공정 확립 및 양산기술 확보
    ○ CDPF의 촉매 및 코팅 기술 확보
    ○ 촉매 코팅 필터의 내구성능 확보
    ○ 차량 환경 적용성 평가 (대상차종:SUV 2.5L 급)
    ② 개발내용 및 범위
    ○ 캐닝 제조기술 확립 및 양산성 확보
    ○ 비대칭 세그먼트 필터 양산금형 개발 및 내마모성을 위한 코팅기술 확립
    ○ 비대칭 담체 필터 양산 공정 확립
    ○ 촉매 및 코팅 기술 확보
    ○ 차량 환경 적용성 평가를 통한 개발 필터의 내구/신뢰성 확보


  • 목차(Contents) 

    1. 표지 ... 1
    2. 제출문 ... 2
    3. 광역경제권거점기관지원사업 연차보고서 초록 ... 3
    4. 기술개발사업 주요 연구 성과 ... 8
    5. 목차 ... 11
    6. 제1장 서론 ... 12
    7. 제1절 개발기술의 개요 및 필요성 ... 12
    8. 1. 개발 대상 기술·제품의 개요 .....
    1. 표지 ... 1
    2. 제출문 ... 2
    3. 광역경제권거점기관지원사업 연차보고서 초록 ... 3
    4. 기술개발사업 주요 연구 성과 ... 8
    5. 목차 ... 11
    6. 제1장 서론 ... 12
    7. 제1절 개발기술의 개요 및 필요성 ... 12
    8. 1. 개발 대상 기술·제품의 개요 ... 12
    9. 2. 개발 대상 기술·제품의 중요성 ... 17
    10. 3. 대상기술제품의 창의성 및 도전성 ... 18
    11. 제2절 국내·외 관련 기술의 현황 ... 20
    12. 1. 국내 기술 동향 및 수준 ... 20
    13. 2. 국외 기술 동향 및 수준 ... 21
    14. 제3절 기술개발 시 예상되는 기술적·경제적 파급 효과 ... 22
    15. 1. 기술적 파급 효과 ... 22
    16. 2. 경제적 파급 효과 ... 24
    17. 제2장 기술개발 내용 및 방법 ... 26
    18. 제1절 최종 목표 및 평가 방법 ... 26
    19. 1. 최종목표 ... 26
    20. 2. 개발기술의 평가방법 및 평가항목 ... 26
    21. 제2절 연차 목표 및 평가 방법 ... 27
    22. 1. 2차년도 개발 목표 ... 27
    23. 2. 평가 방법 ... 27
    24. 제3절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 28
    25. 1. 1차년도 ... 28
    26. 2. 2차년도(당해년도) ... 29
    27. 3. 3차년도 ... 31
    28. 제3장 기술개발결과 및 차년도 계획 ... 33
    29. 제1절 기술개발 결과 ... 33
    30. 1. 총연구개발 추진 일정 ... 33
    31. 2. 당해년도 연구개발 추진 실적 ... 35
    32. 3. 주관 및 참여기관별 추진 내역 ... 125
    33. 제2절 차기 연차 개발계획 ... 127
    34. 1. 개발목표 ... 127
    35. 2. 개발내용 및 범위 ... 127
    36. 제4장 사업성과관리 ... 129
    37. 제1절 연구성과(지재권, 논문, 고용 등 유·무형 성과전체 기재) ... 129
    38. 가. 지식재산권 ... 129
    39. 나. 논문 게재/발표 실적 ... 129
    40. 다. 고용 창출 ... 130
    41. 제2절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ... 130
    42. 제3절 사업화를 위한 수요기업과의 연계협력 실적 및 계획 ... 131
    43. 1. 사업화 전략 ... 131
    44. 2. 사업화 추진 실적 ... 131
    45. 3. 향후 추진 계획 ... 132
    46. 끝페이지 ... 133
  • 참고문헌

    1. 전체(0)
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    4. 보고서(0)

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