KR100202001B1

KR100202001B1 - 자동차의 유해성분 배출 저감장치

Info

Publication number: KR100202001B1
Application number: KR1019960063372A
Authority: KR
Inventors: 류정인
Original assignee: 류정인
Priority date: 1996-12-07
Filing date: 1996-12-07
Publication date: 1999-06-15
Also published as: KR970011302A

Abstract

본 발명은 자동차의 유해성분 배출 저감장치에 관한 것이다. 본 발명은 자동차의 유해성분 배출 저감장치는 촉매컨버터(8)에 연이어지도록 배기 파이프(7)에 설치되며, 통로(11a)를 가지고, 일측에 분기관(12)과 관통구멍(16a)(16b)이 형성되는 하우징(11)과; 상기 분기관(12)과 에어클리너(5)를 관통되도록 이어주는 연결관(13)과; 상기 관통구멍(16a)(16b)을 입구와 출구로 하는 바이패스(16)가 형성되도록 상기 하우징(11)의 일측을 덮는 커버(17)와; 상기 하우징(11)의 통로(11a)에 회전가능하게 설치되어 상기 통로(11a)를 폐쇄함과 동시에 상기 분기관(12)을 개방하거나 상기 통로(11a)를 개방함과 동시에 상기 분기관(12)을 폐쇄하는 제어댐퍼(15)와; 바이패스(16)에 설치되어 연소가스의 온도에 의해 상기 제어댐퍼(15)를 회전시키는 더머스태틱 코일(18)로 이루어져 있다

Description

자동차의 유해성분 배출 저감 장치

본 발명은 자동차의 유해성분 배출 저감장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차용 엔진의 초기구동시 배기가스를 이용하여 촉매컨버터 변환기를 조기 활성화시킴으로써, 기관의 워엄-업 시간을 단축시킬 수 있음과 동시에 유해물질 발생을 최대한 저감시킬 수 있는 자동차의 유해성분 배출 저감장치에 관한 것이다.

일반적으로 가솔린 기관 및 디젤 기관을 이용하는 자동차는 흡기매니폴드를 통하여 연료와 공기를 흡입하여 엔진에서 연소시킨 후에, 연소에 의하여 생성된 연소가스는 배기매니폴드, 배기관, 촉매컨버터 및 머플러를 거쳐 외기로 배출된다.

한편, 이러한 과정에서 발생된 배기가스에는 여러 가지 유해물질이 포함되어 있으며, 자동차에는 상술한 유해물질을 걸러주거나 촉매에 의한 방법으로 감소시키는 촉매컨버터가 반드시 필요로하게 된다.

이러한 촉매컨버터는 배기가스중에 존재하는 유해한 연소생성물, 예를 들면, 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 또는 질소산화물(NOx) 등을 무해한 이산화탄소(CO₂), 수증기(H₂O), 질소(N₂₎로 산화시키는 것이며, 백금(Pt), 로듐(Rh), 파라듐(Pd)등을 주원료로 한 촉매성형체를 강철제의 케이스에 보유시킨 것이다.

한편, 이와 같은 촉매컨버터가 충분한 정화효율을 갖기 위해서는 일정한 반응온도 즉, 활성화 온도(250-300)가 필요로 하며, 이러한 반응온도의 유지를 위해 엔진으로부터 배기 매니폴드를 통해 연결된 배기관의 소정부위에 설치되어 엔진에서 배출되는 배기가스를 정화하도록 구성된다.

그러나, 이와 같은 종래의 촉매컨버터는 엔진의 시동초기 배기가스에 포함된 유해물질을 정상적으로 정화하지 못하여 유해물질이 외부로 배출되는 문제가 있었다.

측, 촉매컨버터가 정상적으로 유해물질을 정화하기 위해서는 소정의 반응온도 다시말해, 활성화 온도까지 이르러야 한다. 그러나 엔진시동초기 촉매컨버터가 활성화 온도까지 이르기 까지는 상당한 시간이 소요되며 이 때, 활성화 온도에 이를때까지 배기가스에 포함되어 있는 유해물질이 그대로 외기에 방출되는 문제가 있었다. 특히, 외기의 온도가 낮은 겨울철에는 활성화 온도까지의 도달시간이 더더욱 길어져 유해물질의 배출량은 더욱 많아지는 결과를 초래하게 되었던 것이다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 기관의 초기구동시 촉매컨버터의 활성화온도 도달시간을 단축시킴으로써, 촉매컨버터를 조기 활성화시켜 기관의 워엄-업 시간을 단축시키고, 유해물질 발생을 최대한 저감시킬 수 있는 자동차의 유해성분 배출 저감장치를 제공하는 데 있다.

제1도는 본 발명에 따른 자동차의 유해성분 배출 저감장치가 설치된 엔진의 흡배기계통을 개략적으로 나타낸 도면.

제2a도와 제2b도는 본 발명에 따른 자동차의 유해성분 배출 저감장치의 구성을 나타내는 사시도 및 단면도

제3도는 제2도의 A-A선 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 엔진 10 : 유해성분 배출 저감장치

11 : 하우징 12 : 분기관

13 : 연결관 15 : 제어댐퍼

16 : 바이패스 17 : 커버

18 : 더머스태틱 코일

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 자동차의 유해성분 배출저감장치는 촉매컨버터에 연이어지도록 배기 파이프에 설치되며, 통로를 가지고 일측에 분기관과 관통구멍이 형성되는 하우징과; 상기 분기관과 에어클리너를 관통되도록 이어주는 연결관과; 상기 관통구멍을 입구와 출구로 하는 바이패스가 형성되도록 상기 하우징의 일측을 덮는 커버와; 상기 하우징의 통로에 회전가능하게 설치되어 상기 통로를 폐쇄함과 동시에 상기 분기관을 개방하거나 상기 통로를 개방함과 동시에 상기 분기관을 폐쇄하는 제어댐퍼와; 바이패스에 설치되어 연소가스의 온도에 의해 상기 제어댐퍼를 회전시키는 더머스태틱 코일로 이루어져 있다.

이하, 본 발명에 따른 자동차의 유해성분 배출 저감장치의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참고로하여 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명에 따른 자동차의 유해성분 배출 저감장치가 설치된 엔진의 흡배기계통을 개략적으로 나타낸 도면이며, 제2a도와 제2b도는 본 발명에 따른 자동차의 유해성분 배출 저감장치의 구성을 나타내는 사시도 및 단면도이고, 제3도는 제2도의 A-A선 단면도이다. 이에 따르면, 자동차에는 다수의 실린더를 갖는 엔진(1)이 제공되며, 엔진(1)의 일측에는 엔진(1)의 각 실린더에 연료를 공급하는 흡기매니폴드(2)와 엔진(1)의 각 실린더에서 배출되는 배기가스를 외기로 안내하는 배기매니폴드(3)가 설치된다.

한편, 흡기매니폴드(2)는 외부의 공기중에 포함된 먼지등의 이물질을 제거하는 에어클리너(5)와, 공기의 양을 조절하는 스로틀바디(6)가 각각 연결되어 있으며, 배기매니폴드(3)는 연소가스를 외부로 유도하는 배기파이프(7)와 연결되고, 이 배기파이프(7)들에는 촉매컨버터(8)와 머플러(9)가 각각 설치된다. 여기서 배기파이프(7)와 촉매컨버터(8)는 엔진(1)에서 배출된 배기가스의 보온을 위하여 이중관으로 구성된다.

그리고 배기파이프(5)의 일측에는 유해성분 배출 저감장치(10)가 설치된다. 이를 제2a도와 제2b도 및 제3도를 참고로하여 상세히 살펴보면, 유해성분 배출 저감장치(10)는 통로(11a)를 갖는 하우징(11)이 제공된다. 이 하우징(11)은 촉매컨버터(6)에 연이어지면서 배기 파이프(7)와 연통되도록 긴밀하게 체결되며, 일측에는 분기관(12)이 형성되어 있다.

분기관(12)은 별도의 연결관(13)에 의해 에어클리너(5)와 연결되도록 구성되는 것으로, 촉매컨버터(8)를 통과한 연소가스를 선택적으로 에어클리너(5)에 공급하여 재연소되도록 구성된다.

그리고 하우징(11)의 내부에는 하우징(11)으로부터 분기된 상기 분기관(12)의 입구를 개방하거나 폐쇄하는 제어댐퍼(15)가 회전가능하게 설치된다. 특히, 이 제어댐퍼(15)는 고온의 연소가스에 의해 변형되지 않도록 내열성을 갖는 세라믹재질로 구성되며, 일측에는 분기관(12)의 입구를 긴밀하게 막을 수 있도록 마개(15a)가 형성된다.

한편, 하우징(11)에는 소정의 간격을 두고 관통구멍(16a),(16b)이 형성되어 있으며, 일측에는 상기 관통구멍(16a),(16b)을 입구와 출구로 하는 바이패스(16)가 형성되도록 커버(17)가 체결된다. 따라서, 촉매컨버터(8)에서 배출되는 배출가스는 상기 관통구멍(16a),(16b)과 바이패스(16)를 통하여 우회된다.

또한, 바이패스(16)에는 관통구멍(16a),(16b)을 통해 촉매컨버터(8)에서 배출되는 연소가스의 온도에 따라 상기 제어댐퍼(15)를 회전시켜 제어댐퍼(15)로 하여금 분기관(12)을 개방허거나 폐쇄하도록 하는 더머스태틱 코일(18)이 설치된다. 측, 더머스태틱 코일(18)은 열팽창계수가 서로 다른 두 금속을 접합시켜 코일 형상으로 형성한 바이메탈을 이용한 것으로 배출가스의 온도에 따라 수축 및 팽창이 가능하여 감기거나 풀리도록 구성된다. 이때, 더머스태틱 코일(18)의 열팽창 개시온도는 촉매컨버터(8)의 활성화 온도인(250-300)정도로 구성되어야 한다. 이러한 더머스태틱 코일(18)은 그 일단이 하우징(11)의 일측에 고정되고, 그 타측이 바이패스(16)로 돌출된 제어댐퍼(15) 축에 고정되며, 따라서 바이패스(16)에 유입된 연소가스의 온도에 따라 제어댐퍼(15)는 회전되어 분기관을 개방하거나 폐쇄하는 것이다.

한편, 본 발명에서는 더머스태틱 코일(18)을 바이메탈로 제작하여 제어댐퍼(15)를 회전시켰으나, 이에 한정되지는 않고 예를 들면, 영구변형을 하지 않고 소정온도에 의해 원래의 형상으로 되돌아 가는 초탄성효과를 가진 형상기억합금(Shape Memory Alloy)을 이용하여 사용할 수도 있다.

그리고 이러한 더머스태틱 코일(18)은 제어댐퍼(15)를 엔진 정지시나 엔진초기구동시 측, 촉매컨버터(8)가 활성화온도에 까지 이르지 않았을 때에는 항상 분기관(12)을 개방함과 동시에 하우징(11)의 통로(11a)를 폐쇄하고, 촉매컨버터(8)가 활성화온도에 까지 이르면 분기관(12)을 폐쇄함과 동시에 하우징(11)의 통로(11a)를 개방하도록 구성된다.

한편, 더머스태틱 코일(18)은 촉매컨버터(8)에서 배출된 배기가스에 의해 서서히 열팽창하기 때문에 엔진에서 배출된 3-5기압 정도의 배기가스의 압력을 충분히 제압하고 제어댐퍼(15)를 회전시킬 수 있으며 특히, 엔진(1)의 실린더에서 배출된 연소가스가 촉매컨버터(8)을 지나면서 소정기압 감소됨과 동시에 그 일부는 바이패스(16)와 연결관(13)을 통해 배출되므로 제어댐퍼(15)가 받는 기압은 엔진(1)에서 배출된 기압보다 상당히 감소된다 할 것이다. 따라서, 제어댐퍼(15)는 연소가스의 배기압력을 충분히 제압하고 분기관을 폐쇄할 수 있는 것이다.

이상과 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 자동차의 유해성분 배출 저감장치의 작용에 대하여 살펴본다. 우선, 제어댐퍼(15)가 분기관(12)을 막고있는 상태에서 엔진(1)의 시동을 걸면, 엔진(1)의 실린더에서 발생된 연소가스는 배기매니폴드(3)을 지나 배기 파이프(7)로 유입되며, 배기 파이프(7)에 유입된 연소가스는 촉매컨버터(8)를 거치면서 유해성분 배출 저감장치(10)의 하우징(11)으로 유입된다. 이때, 제어댐퍼(15)는 하우징(11)의 통로(11a)를 막고 있음과 동시에 분기관(12)을 폐쇄하고 있는 상태이다. 따라서 연소가스는 분기관(12)의 연결관(13)을 지나 에어클리너(5)로 공급되어 재연소되는 것이다.

한편, 하우징(11)에 유입된 연소가스의 일부는 관통구멍(16a),(16b)을 통해 바이패스되며, 그 온도가 촉매컨버터(8)의 활성화 온도에 까지 이르게 되면, 더머스태틱 코일(18)은 열팽창되어 서서히 제어댐퍼(15)를 회전시키게 되며 결국, 제어댐퍼(15)는 분기관(12)을 폐쇄하게 되고, 연소가스는 정상적으로 촉매컨버터(8)에 의해 정화되어 하우징(11)의 통로(11a)를 지나 머플러(9)를 통하여 외부로 배출되는 것이다.

그리고 엔진(1)을 정지하면, 더머스태틱 코일(18)은 수축하여 감기게 되며, 분기관(12)을 개방하게 되면서 하우징(11)의 통로(11a)를 폐쇄하게 되는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차의 유해성분 배출 저감장치는 자동차용 엔진의 초기구동시 정화되지 않는 연소가스를 순환시켜 재연소시키도록 제어댐퍼를 설치함으로써, 촉매컨버터 변환기를 조기 활성화시켜 기관의 워엄-업 시간을 단축시킬 수 있음을 물론 유해물질 발생을 최대한 저감시킬 수 있는 효과를 갖는다.

Claims

촉매컨버터(8)에 연이어지도록 배기 파이프(7)에 설치되며, 통로(11a)를 가지고, 일측에 분기관(12)과 관통구멍(16a)(16b)이 형성되는 하우징(11)과; 상기 분기관(12)과 에어클리너(5)를 관통되도록 이어주는 연결관(13)과; 상기 관통구멍(16a)(16b)을 입구와 출구로 하는 바이패스(16)가 형성되도록 상기 하우징(11)의 일측을 덮는 커버(17)와; 상기 하우징(11)의 통로(11a)에 회전가능하게 설치되어 상기 통로(11a)를 폐쇄함과 동시에 상기 분기관(12)을 개방하거나 상기 통로(11a)를 개방함과 동시에 상기 분기관(12)을 폐쇄하는 제어댐퍼(15)와; 바이패스(16)에 설치되어 연소가스의 온도에 의해 상기 제어댐퍼(15)를 회전시키는 더머스태틱 코일(18)로 이루어지는 자동차의 유해성분 배출 저감장치.