KR100191998B1 - 내연기관의 배기가스 정화장치 - Google Patents

Abstract

내구성이 강한 티타늄 합금재의 금속담체에 다수의 골과 봉우리를 형성하여 표면적을 증대시킨 내연기관의 배기가스 정화장치는 배기관에 설치되는 하우징과, 하우징내에 장착되며 표면적을 증대시키기 위해 다수의 골과 봉우리로 형성한 금속담체와, 금속담체에 부착되며, 길이 방향으로 배치된 제 1 열 교반요소와 반경방향으로 배치된 제 2 열 교반요소로 구성된 다수개의 교반체로 구성되며, 구조가 간단하고 저가이며, 유체저항이 작아 배압이 적게 형성되므로 엔진의 효율저하를 최대한 막을 수 있다.

Description

내연기관의 배기가스 정화장치

제1도는 본 발명에 따른 내연기관의 배기가스 정화장치의 개략도.

제2도는 본 발명에서 채용한 금속담체의 단면도.

제3도는 본 발명에서 채용한 교반체의 정면도.

제4도는 본 발명의 배기가스 정화장치에서의 배기가스 흐름도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 하우징 20 : 금속담체

32,34 : 제1, 2열 교반요소 40,40' : 플랜지

본 발명은 내연 기관의 배기가스 정화장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 금속담체를 이용한 촉매변환장치를 설치하여 2륜 자동차 및 경승용차와 같은 배기량이 적은 기관의 배기 유해 가스를 정화하는 내연 기관의 배기 가스 정화 장치에 관한 것이다.

자동차 배출가스는 그 배출원에 따라 배기 가스, 블로바이가스(blowby gas), 증발가스(evaporation gas)로 구분되며, 이중에서 배기가스(exhaust gas)는 연료와 공기혼합기가 실린더내에서 연소한 다음에 배기관을 통해서 대기중에 방출되는 가스를 말한다. 이러한 배기 가스 중에는 대기 오염을 유발하는 유해가스가 포함되어 있으며, 현재 세계적으로 환경 오염에 대한 관점에서 이 같은 유해 가스를 저감시키려는 노력이 진행되고 있다. 이에 따라 각 자동차업계에서는 촉매 변환장치와 같은 4륜 승용차용의 배기가스 정화장치의 개발이 활발이 진행되고 있으며, 그중에서도 한개의 촉매기 내에서 3종류의 유해 물질(HC, CO, NOx)이 동시에 산화 또는 환원 반응하는 3원촉매기가 널리 사용되고 있다. 그러나, 2륜승용차와 같은 배기량이 적은 엔진에서는 4행정 기관에서 배출되는 배기가스와는 달리 엔진오일 등이 연소되어 각종 유해성분이 다량 포함되어 있으므로 4륜 승용차용 촉매변환장치를 2륜 승용차나 경승용차용 정화장치로 사용하기가 어려우며, 제품이 고가인 단점이 있다.

이러한 문제점을 감안하여 본 발명의 목적은 구조가 간단하고 저가이며 보수유지가 필요없으며, 배압으로 인한 기관성능저하를 줄일 수 있는 내연기관의 배기가스 정화장치를 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 배기관에 설치되는 하우징과, 하우징 내에 장착되 며 다수의 골과 봉우리를 구비한 금속담체와, 금속담체에 부착되며, 길이방향으로 배치된 제 1 열 교반요소와 반경방향으로 배치된 제 2 열 교반요소로 구성된 다수개의 교반체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

다음에는 첨부된 제1도 내지 제4도를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 내연 기관의 배기 가스 정화장치에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

제1도는 본 발명에 따른 내연기관의 배기가스 정화장치의 개략도이고, 제2도는 본 발명에서 채용한 금속담체(metalic monoliths substrate)의 단면도이며, 제3도는 본 발명에서 채용한 교반체의 정면도이다.

먼저, 제1도에 도시한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 내연기관의 배기가스 정화장치는 대략적으로, 하우징(10)내에 장착된 금속담체(20)와, 통상 용접등의 방법에 의해 금속담체(20)에 일체로 부착된 다수의 교반체(30) 및 하우징(10)의 양단에 부착된 조립용 플랜지(40), (40')로 구성되며, 플랜지(40). (40')는 나사조립이나 용접등의 방법으로 배기관(도시 않음)에 설치된다. 또한. 금속담체(20)와 하우징(10)간에는 일정한 간격의 공간부(12)를 형성하여 교반체(30)에서 교반되어 나온 가스가 금속담체(20)를 통과하여 다시 교반요소로 흘러갈 수 있게 하였다. 금속담체(20)는 내구성이 강한 티타늄합금으로 제조하여 열화로 인한 내구성의 저하를 방지한다. 여기에서, 하우징(10)내에 장착된 금속담체(20)는 제2도에 상세히 도시한 바와 같이, 다수의 골(22)과 봉우리(24)로 구성하여 단면적을 증대시킴으로써 배기가스가 접촉하는 시간을 증가시켜 정화효율을 향상시켰다 또, 금속담체(20)를 구성하는 다수의 골(22)과 봉우리(24)에는 다수개의 홀(26) 및 격자(25)를 형성하였으며, 홀(26)을 통해 배기가스가 통과할 수 있게 하였다. 또, 이 홀(26)에는 확대하여 도시한 바와 같이, 각 홀(26)의 벽면으로 부터 연장되는 격벽(29)을 여러개(본 실시예에서는 4개) 설치하여 배기가스의 접촉면적을 더욱 증대시킨다. 여기서 격벽은 금속단체 성형시 펀칭에 의해 이루어진다. 통상적으로, 금속담체(20)의 표면에는 백금(Pt)과 로디움(Rh)같은 촉매층을 형성하며 이 촉매층과 금속담체(20)사이에는 다공성의 중간층(Mash-coat)을 만들어 촉매와 유해 가스가 접촉하는 유효면적을 확대하는 한편, 반응성을 향상시키기 위해 교반체(30)에도 촉매인 귀금속을 코팅하여 이곳에서도 정화가 이루어지게 한다.

교반체 (30)는 제3도에 도시한 바와 같이, 길이방향으로 배치된 제 1 열 교반요소(32)와 반경방향으로 배치된 제 2 열 교반요소(34)로 구성되어 있으며, 배기가스는 요소 하나를 통과할 때마다 화살표로 도시한 바와 같이 2 등분된다. 따라서, n개의 분할요소가 있다면 총 2ⁿ번의 가스분할이 이루어져 분할면적이 증대되는데, 이를 식으로 나타내면 다음과 같다.

A=A'/2ⁿ

여기에서, A는 분할면적. A'는 하우징내 단면적, n은 교반 요소 열의 수이다. 이 식에서 알 수 있는 바와 같이, 분할면적은 교반요소 열의 수에 따라 비례적으로 작아지게 되어 정화된 가스와 정화되지 않은 가스의 충분한 교반이 이루어지면서 금속담체(20)를 넘너들 수 있다.

내연기관에서 배기관을 통해 배출되는 배기가스는 제4도에 도시한 바와 같이, 화살표방향을 따라 배출된다. 이때, 배기 가스는 귀금속을 담고있는 금속담체(20)를 통과하면서 정화가 진행됨과 동시에, 귀금속이 코팅된 제 1 열 교반요소(32)와 제 2 열 교반요소(34)를 차례로 통과하면서 교반되어 유해성분의 균일한 정화가 진행되어 유해가스의 배출을 최대한 억제한다.

이상으로 설명한 본 발명에 의한 정화장치는 내구성이 강한 티타늄 합금재의 금속담체에 다수의 골과 봉우리를 형성하여 표면적을 증대시켰으며, 구조가 간단하고 저가이며, 유체저항이 작아 배압이 적게 형성되므로 엔진의 효율저하를 최대한 막을 수 있는 효과를 얻는다.

Claims (5)

1. 배기관에 설치되는 하우징과, 상기 하우징 내에 장착되며 다수의 골과 봉우리를 구비한 금속담체와, 상기 금속담체에 부착되며, 깊이 방향으로 배치된 제 1 열 교반요소와 반경방향으로 배치된 제 2 열 교반요소로 구성된 다수개의 교반체를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 배기가스 정화장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 금속담체의 골과 봉우리에는 다수의 홀과 격벽이 형성된 내연기관의 배기가스 정화장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 금속담체는 티타늄합금으로 제조되는 내연기관의 배기가스 정화장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 하우징의 양단에는 조립용 플랜지가 부착된 내연기관의 배기가스 정화장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 제 1 열 교반요소의 꼬임방향과 상기 제 2 열 교반요소의 꼬임방향은 서로 반대인 내연기관의 배기가스 정화장치.