KR0139460B1 - 자동차의 배기가스 농도 저감장치 - Google Patents

Abstract

엔진의 각 실린더로부터 배기밸브가 열려 고온의 배기가스가 배출되는 시기에 요구되는 적절한 양의 2차 공기를 각 실린더에 분사함으로서, 고온의 배기가스와 2차 공기의 산화를 유도하고, 동시에 촉매 효율을 최대로 할 수 있는 균일한 배기가스와 2차 공기의 혼합을 이루어 촉매에서 효율이 높아지게 하는 데에 있는 것으로서, 그 구조는 엔진에 형성되는 배기 포트에 배기 매니폴드가 연결되어 설치되고, 이 배기 매니폴드에 배기 파이프가 연결되어 설치되며, 동시에 상기 배기 매니폴드에 관통되게 결합이 이루어지되, 배출되는 배기가스에 공기를 각 실린더에 공급하도록 된 토출관과, 상기 토출관에 결합되어 원하는 시기에 원하는 양의 공기를 공급하는 에어 인젝트와, 상기 에어 인젝터에 결합되어, 공기의 흐름을 유도하는 공급관과, 상기 공급관에 결합되어, 압축 공기를 공급하는 에어펌프로 구성된 자동차의 배기가스 농도 저감장치를 제공한다.

Description

자동차의 배기가스 농도 저감장치

제1도 본 발명의 제1실시예가 엔진의 배기 매니폴드에 설치된 상태를 나타낸 개략도

제2도는 본 발명의 제2실시예가 엔진의 배기 매니폴드에 설치된 상태를 부분적으로 나타낸 개략도

제3도는 본 발명에 연결되어 실치되는 촉매 컨버터의 일부를 절개하여 나타낸 부분 사시도

제4도는 종래의 구조로서 배기가스의 배출을 안내하는 구조를 나타낸 개략도

본 발명은 자동차의 엔진으로부터 연소되어 배출되는 배기가스의 농도 저감장치에 관한 것으로서, 특히 각 실린더로부터 배기가스가 배출되는 시기에 원하는 양의 2차 공기를 일정기간 동안 공급하므로써, 고온의 배기가스와 2차 공기가 균일하게 혼합되도록 하고, 동시에 촉매 효율을 최대로 할 수 있는 배기 공연비로 배기가스를 배출되도록 함으로서, 배기가스와 2차 공기 혼합에 의한 산화를 촉진시키고, 이와 함께 촉매의 효율을 높일 수 있게 한 자동차의 배기가스 농도 저감장치에 관한 것이다.

종래에는 제4도에 도시된 바와 같이, 구성되는 엔진(102)의 흡기포트(104)에 연료분사기(106)를 포함하고 있는 흡기 매니폴드(108)가 연결되어 설치되고, 동시에 엔진(102)의 타측에 형성되는 배기 포트(110)에, 공기를 내부로 공급시키는 노즐(112)이 구비된 배기 매니폴드(114)가 연결되어 설치된다.

상기 배기 매니폴드(114)에, 배기가스 중에 포함된 유해가스를 산화시키도록 된 촉매 컨버터(116)가 연결되어 설치되고, 이 촉매 컨버터(116)의 일단에는 연소가스의 배출을 안내하는 배기 파이프(118)가 배기가스 중에 포함된 산소를 감지하는 산소센서(120)를 구비하며 설치된다.

그리고, 상기 연료 분사기(106)는 E,C,U(elecronic control unit)(122)에 연결되어 각각 통제를 받아 작용을 하고, 산소센서(120)는 배기가스에 포함된 산소의 함얌을 상기 E,C,U(122)에 그 정보를 전달한다.

상기와 같이 구성되는 종래의 수단에 대하여 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저 엔진(102)이 작용을 하게 되면, 유입되는 외부의 공기와, 연료분사기(106)로부터 분사되는 연료가 혼합되어 엔진(102)의 내부로 유입된다.

동시에, 혼합된 공기와 연료가 엔진(102)의 내부에서 연소되면서 연소가스의 형태로 배기 포트(110)를 통해 배기 매니폴드(114)로 배출되는데, 이때 미 도시된 에어펌프로부터 압축된 공기가 공급되면서 배기가스와 혼합된다.

계속하여 배기가스가 촉매 컨버터(116)를 지나가면서 산화가 이루어지는데, 이로 인하여 일부 유해가스가 제거된 상태로 배기 파이프(118)를 통하여 배출이 이루어지되, 산소센서(120)를 스치면서 외부로 배출된다.

한편, 상기와 같이 엔진(102)이 작동되는 과정에서, 산소센서(120)가 배기가스 중에 포함된 산소의 양을 체크하여 E,C,U(122)에 그 정보를 보내게 되는데, 이때 E,C,U(122)에서는 그 정보를 토대로 하여 연료분사기(106)로부터 분사되는 연료의 양을 조절한다.

또한, 에어펌프는 엔진 초기의 콜드 상태에서 엔진속도나 부하에 관계없이 일정량의 공기를 배기 매니폴드(114)에 연속적으로 공기를 공급한다.

상기와 같이 작동되는 종래의 수단은, 각 실린더로부터 간헐적으로 배출되는 배기가스와 상관없이 연속적으로 2차 공기를 공급함으로서, 공급되는 공기와 배기가스가 적절하게 혼합이 이루어지지 않게 되는 문제가 발생된다.

또한, 엔진조건에 관계없이 일정한 공기량을 공급함으로서, 항상 촉매에서 산화에 유리하도록만 작용하는데, 이를 적절히 조정하여 공급하지 못함으로서 심각한 공해문제를 유발시킨다.

따라서, 공기와 적절하게 혼합이 이루어지지 않은 배기가스는, 부분적으로 농도가 짙거나 희박한 상태로 촉매층을 통과하게 되는데, 이로 인하여 촉매층을 통과하는 배기가스는 산화가 잘 이루어지지 않은 상태로 외부로 배출됨에 따라, 유해가스 성분을 허용기준치 이상으로 배출시키게 되는 문제점이 있다.

또한, 펌프로부터 공기를 연속적이고도 일정하게 공급하므로써, 자동차의 진행속도가 낮거나 과부하일 경우에 2차 공기가 과도하게 공급되는데, 이로 인하여 촉매를 오히려 냉각시켜서 촉매의 효율을 떨어뜨리게 되는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로써, 그 목적은 각 실린더의 배기 밸브가 각각 순차적으로 열리면서 배기가스를 배출하는 시점에서, 조건에 따라 요구되는 2차 공기를 일정 시간동안 공급하여 고온의 배기가스와 2차 공기가 강한 혼합을 할 수 있도록 유도함에 따라, 균일한 혼합과 함께 산화를 촉진시킴으로서 촉매효율이 증대되도록 하는 데에 있다.

다른 목적으로는, 배기가스의 유해성분을 감소시키는 촉매에, 배기가스의 양에 따라 공기를 적절하게 혼합시켜 통과시킴으로써, 과다한 2차 공기 공급에 따른 촉매온도가 감소하는 것을 방지하는데에 있다.

이를 실현시키기 위한 본 발명은, 엔진에 형성되는 배기 포트에 배기 매니폴드가 연결되어 설치되고, 이 배기 매니폴드에 배기 파이프가 연결되어 설치되며, 동시에 상기 배기 매니폴드에 관통되게 결합이 이루어지되, 배출되는 배기가스에 공기를 공급하도록 된 토출관과, 상기 토출관에 결합되어 원하는 시기에 원하는 공기량을 필요에 따라 공급 및 차단시키는 에어 인젝터와, 상기 에어 인젝터에 결합되어 공기를 흐름을 유도하는 공급관과, 상기 공급관에 결합되어 압축 공기를 공급하는 에어펌프로 구성된다.

다른 특징으로는, 상기 토출관에, 공기의 흐름을 일방향으로만 흐르도록 하는 체크벨브가 설치된다.

또 다른 특징으로는, 상기 공급관에 에어펌프로부터 공급되는 공기의 양이, 배기가스의 배출정도에 다라 적절히 공급되도록 조절하여 주는 압력 조절밸브가 설치된다.

또 다른 특징으로는, 상기 배기 매니폴드의 출구에 토출관의 선단부가 위치하게 설치된다.

다른 특징으로는, 상기 에어 인젝터와 압력 조절밸브가 E,C,U에 연결되어, 각각 조정을 받아 작동되도록 설치된다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도에 도시된 바와 같이, 흡기포트(2)와 배기 포트(4)를 각각 구비하고 있는 실린더(6)가 엔진(8)에 다수 구성되는데, 이 실린더(6)의 배기 포트(4)에 배기가스가 배출되도록 안내하는 배기 매니폴드(10)가 각각 연결되어 설치된다.

상기 각 배기 매니폴드(10)에, 각각 배출되어 나오는 연소가스를 모아서 외부로 배출되도록 안내하는 배기 파이프(12)가 연결되어 설치되는데, 이 배기 파이프(12)에는 배기가스에 포함된 유해가스 성분을 산화시키도록 된 촉매 컨버터(14)가 연결되어 설치된다.

상기 배기 매니폴드(10)의 상부에, 배기 포트(4)로부터 배출되는 배기가스에 대하여 공기를 유출시키는 토출관(15)이 내부를 향하여 관통되게 설치되는데, 이 토출관(15)의 선단부는 상기 배기 포트(4)의 입구에 근접하게 위치하되 갈라지면서 설치되고, 동시에 이 토출관(15)에는 공급된 공기가 역으로 유입되는 것을 방지시키는 체크밸브(16)가 결합된다.

또한 상기 토출관(15)에는, 배기 매니폴드(10)에 원하는 공기량을 원하는 시기에 공급할 수 있도록 된 에어 인젝터(18)가 연결되어 설치된다.

상기와 같이 체크벨브(16)를 구비하고 있는 토출관(15)과 에어 인젝터(18)가 엔진(8)에 설치된 다수개의 실린더(6)에 각각 설치되는데, 이 에어 인젝터(18)에는 공기를 각각 동일하게 분배하도록 된 분배관(20)이 연결되어 설치된다.

그리고, 상기 분배관(20)에 미도시된 펌프로부터 공급되는 공기의 유입을 안내하는 공급관(22)이 연결되어 설치되는데, 이 공급관(22)에는 상황에 따라 공기의 공급량을 조절하여 공급시키는 압력 조절밸브(24)가 설치된다.

또한 상기 배기 파이프(12)에, 배출되는 배기가스 중에 포함된 유해성분중 산소의 양을 체크하는 산소센서(26)가 설치된다.

한편, 상기 산소센서(26)로부터 정보를 입력받아 압력 조절밸브(24)의 작동을 조절하고, 동시에 에어 인젝터(18)를 엔진(8)의 운전상태에 따라 작동하도록 조정하는 E,C,U(28)가 설치되는데, 이 E,C,U(28)에 상기 산소센서(26)와 압력 조절밸브(24), 그리고 에어 인젝터(18)가 각각 연결되어 설치된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저 엔진(8)이 작동하게 되면, 엔진(8)의 각 실린더(6)에 공기와 연료가 적절하게 혼합된 혼합가스가 유입되어 연소가 이루어지는데, 이때 연소된 가스는 배기 매니폴드(10)를 통하여 배출이 이루어진다.

이와 동시에, 에어펌프로부터 압축 공기가 공급관(22)을 통하여 공급이 이루어지면, 적절하게 개.폐된 압력 조절밸브(24)에 의하여 분배관(20)으로 유입되는데, 이때 분배관(20)에 도착한 공기는 각각의 실린더로부터 연소가스가 배출되는 시기에, 에어 인젝터(18)가 배기가스에서 요구하는 공기량을 조절하여 토출관(15)을 통해 배기 매니폴드(10)에 공급한다.

상기와 같이, 배기 매니폴드(10)에 공급된 공기가 배기 포트(4)를 통하여 배출된 배기가스와 혼합이 이루어지면, 1차적으로 산화가 일어나면서 배기 파이프(12)를 통하여 배출된다. 이때, 배기 파이프(12)를 따라 배출되는 배기가스는 산소센서(26)를 스쳐 지나가면서 산소의 현재 함량을 체크받고, 촉매 컨버터(14)를 통과하게 된다.

상기 촉매 컨버터(14)를 통과하는 배기가스는, 산화하기에 적당하도록 배기가스와 공기가 적절하게 혼합이 이루어진 상태임으로, 촉매 컨버터(14)를 통과하는 배기가스는 유해가스 성분이 감소된 상태로 배기 파이프(12)를 통과하게 된다.

상기와 같이 엔진(8)으로부터 배출되는 배기가스가 산소센서(26)를 지나가게 되면, 배기가스 중에 포함된 산소의 함량이 체크되어 E,C,U(28)에 전달된다.

이때, E,C,U(28)에서는 배기가스 중에서 체크된 산소의 양에 따라, 실린더(6)에 공급되는 연료의 양을 조절하고, 동시에 압력 조절밸브(24)를 조절하여 에어펌프로부터 공급되는 공기의 양을 조절하여 분배관(20)에 공급한다.

한편, 본 발명의 제2실시예를 제2도에서 설명하면 다음과 같다.

상기 배기 매니폴드(10)를 관통하면서 설치되는 토출관(30)의 선단부가 엔진(8)의 배기 포트(4)에 근접하여 설치된다.

그리고, 엔진(8)의 특성에 따라 배기 포트(4)가 다수 형성된 경우에는, 각 배기 포트(4)의 입구에 토출관(14)이 설치된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 작용은 다음과 같다.

엔진(8)의 작용상태에 따라 엔진(8)으로부터 배출되는 배기가스에, 공기가 공급되는 작용순서는 전술한 바와 같다.

그러나, 배기가스가 배기 포트(4)를 통하여 배출이 이루어질 때, 배출되는 그 순간은 고온의 상태임으로 에어펌프로부터 공급되는 공기와 쉽게 산화반응이 이루어지게 된다.

한편, 제3도에 도시된 바와 같이, 외부로부터 공급되는 공기와 혼합을 이룬 배기가스가 농도가 엷은 상태로 촉매 컨버터(14)에 구성되는 촉매층(32)을 통과하게 되면, 촉매층(32)과 광범위하게 반응을 일으켜 됨에 따라, 최종적으로 배출되는 배출가스 중에는 유해 성분이 감소한 상태가 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은, 엔진의 각 실린더로부터 고온의 배기가스가 배출되는 시기에 원하는 양의 2차 공기를 공급함으로서, 배기가스와 2차 공기의 직접적인 산화반응을 높이고, 이와 함께 균일한 배기가스와 2차 공기의 혼합으로 촉매에서 효율적인 산화가 이루어지도록 하는 효과가 있으며, 동시에 엔진의 작용 상태에 따라 공급되는 2차 공기의 양을 적절히 조정하여 공급이 이루어지도록 함으로서, 촉매온도를 더욱 빨리 올릴 수 있는 장점이 있다.

Claims (5)

1. 엔진에 형성되는 배기 포트에 배기 매니폴드가 연결되어 설치되고, 이 배기 매니폴드에 배기 파이프가 연결되어 설치된 것에 있어서, 상기 배기 매니폴드에 관통되게 결합이 이루어지되, 배출되는 배기가스에 공기를 공급하도록 된 토출관과, 상기 토출관에 결합되어, 원하는 시기에 원하는 양의 공기를 공급하는 에어 인젝터와, 상기 에어 인젝터에 결합되어, 공기의 흐름을 유도하는 공급관과, 상기 공급관에 결합되어, 압축 공기를 공급하는 에어펌프로 구성된 것을 특징으로 하는 자동차의 배기가스 농도 저감장치.
2. 제1항에 있어서 상기 토출관에, 공기의 흐름을 일방향으로만 흐르도록 하는 체크밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 자동차의 배기가스 농도 저감장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 공급관에, 에어펌프로부터 공급되는 공기의 양이, 배기가스의 배출정도에 따라 적절히 공급되도록 조절하여 주는 압력 조절밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 자동차의 배기가스 농도 저감장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 배기 매니폴드의 출구에 토출관의 선단부가 각 실린더의 각 배기포트마다 위치하면서 설치된 것을 특징으로 하는 자동차의 배기가스 농도 저감장치.
5. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 에어 인젝터와 압력 조절밸브가 E,C,U에 연결되어, 각각 조정을 받으면서 작동하도록 된 것을 특징으로 하는 자동차의 배기가스 농도 저감장치.