KR100202294B1 - 엔진의 흡기 및 배기 이물질 처리 시스템과 그 시스템에 의한 처리방법 - Google Patents

Abstract

연소후 대기로 배기되는 연소가스중에 포함되어 있는 이물질을 여과하여 여과된 이물질을 흡기부압으로 연소실로 유입될 수 있도록 하여 연소를 시키고, 흡기에 포함되어 있는 이물질을 여과하여 배기압으로 대기로 방출시킬 수 있는 수단을 갖는 엔진의 흡기 및 배기 이물질 처리 시스템을 제공코자 한다.

상기한 수단은 엔진 또는 모터의 동력을 전달받아 회전하며 다수개의 영역으로 분할된 회전필터와, 이 회전필터의 외주에 위치하여 보호하며 독립된 흡기포트 및 배기포트를 구비한 하우징과, 이 하우징을 덮고 있으며 엔진의 흡기포트 및 배기포트와 각각 연통하는 포트들을 구비한 커버를 포함한다.

Description

엔진의 흡기 및 배기 이물질 처리 시스템과 그 시스템에 의한 처리방법

본 발명은 엔진의 흡기 및 배기 이물질 처리 시스템과 그 시스템에 의한 처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배기가스에 포함되어 있는 이물질을 엔진의 흡기부압으로 연소실로 이송시켜 연소를 시키고, 흡기에 포함되어 있는 이물질은 배기압으로 대기로 배출할 수 있도록 한 이물질 처리 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 디젤 엔진에서는 연소실로부터 배출되는 입자상 물질을 제거하기 위하여 매연 제거수단을 마련하고 있다.

이러한 매연 제거수단은, 여과재를 사용하여 매연을 포집하는 방식이 주로 사용되고 있으며, 이 여과재는 여과효율과 여과용량을 향상시키기 위하여 거품현상이나 가는 선형상과 같이 특별한 형상으로 제작되어 사용된다.

상기한 일반적인 매연 제거수단에서, 여과재의 재사용이 가능하도록 하는 시도들이 있으며, 그러한 시도들중 잘 알려진 방식으로는 전기히터나 디젤버너 또는 엔진 스로틀링과 같은 외부가열장치에 의해 여과재에 축적된 매연을 연소시키거나 제거하는 강제 재생방식과, 배기가스의 자체 열에 의해 매연이 연소되도록 하는 자연 재생방식이 있다.

그러나 상기한 바와 같은 매연 제거수단을 채용하는 엔진에서는, 상기한 바와 같은 장치들을 설치하여야 하므로 매연제거에 따른 비용이 상당히 상승하는 문제점이 있다.

게다가 그러한 방식들은 여과재의 온도상승과 최고온도가 여과재의 물성한계를 벗어나지 않도록 연소의 속도와 강도를 조정하여야 하므로 제어기술이 어려운 문제점도 있다.

또한 일반적으로 엔진에는 흡기에 포함되어 있는 이물질을 여과하는 수단을 별도로 갖추고 있으며, 배기압을 줄여주는 머플러도 별도로 갖추고 있으므로 특히 차량에서는 흡배기 시스템이 복잡한 구조로 이루어진다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 간단한 흡배기 시스템을 실현할 수 있으며, 흡기에 포함된 이물질은 배기압으로 배출시키며 배기가스에 포함된 이물질은 흡기압으로 연소실로 보내오 연소시킬 수 있는 엔진의 흡기 및 배기 이물질 처리 시스템을 제공하는데 있다.

상기한 바와 같이 흡기에 포함된 이물질을 대기로 방출시키고, 배기가스에 포함된 이물질을 흡기압으로 연소실로 공급하기 위하여, 연소에 필용한 공기를 엔진의 연소실로 유도하는 흡기관과;

상기한 연소실로부터 나오는 연소가스를 대기로 유도 방출하는 배기관과;

상기한 흡기관 및 배기관에 연통하여 연소실로 유입하는 공기에 포함된 이물질을 여과함과 아울러 연소가스에 포함된 미립자 물질을 여과하는 여과재를 갖는 필터링 수단과;

상기한 여과재를 회전시켜 이 여과재의 일부분들이 여과작용을 교번하여 행하고, 여과된 이물질은 흡기부압에 의해 연소실로 유입되도록 함과 아울러 여과된 미립자 물질은 배기압에 의해 대기로 방출될 수 있도록 하는 회전수단을 포함하는 엔진의 흡기 및 배기 이물질 처리 시스템을 제공한다.

도1은 본 발명에 의한 이물질 처리 시스템이 엔진에 적용된 상태를 나타내는 도면.

도2는 본 발명에 관련하는 이물질 처리수단의 분해 사시도.

도3은 본 발명에 관련하는 이물질 처리수단의 상측부 구조를 나타내는 도면.

도4는 본 발명에 관련하는 이물질 처리수단의 결합 측단면도.

도5는 본 발명에 관련하는 자성물 분리수단을 나타내는 도면이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

도1은 본 발명에 의한 시스템을 개략적으로 나타내는 도면으로서, 부호(2)는 엔진을 지칭한다.

상기한 엔진(2)은 개솔린 엔진이나 디이젤 엔진과 같은 차량용 엔진이나 내연기관 또는 외연기관의 산업용 엔진이 사용될 수 있다.

본 발명의 시스템은 대기를 연소실로 유입시켜 연소시킨 후 대기로 배출하는 모든 엔진에 적용이 가능한 것이므로 위에서 가능한 엔진을 열거한 것이다.

상기한 엔진(2)에는 일반적으로 대기를 엔진의 연소실로 유도하여 유입시키기 위한 흡기관(4)과, 상기한 엔진의 연소실에서 연소된 연소가스를 대기로 유도 방출하는 배기관(6)이 독립적으로 각각 흡기포트 및 배기포트에 연결된 것을 나타내고 있다.

이러한 흡기관(4) 및 배기관(6)은 통상적으로 엔진에 적용되는 구조의 것도 무관하므로 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.

단지 본 발명에 적용되는 흡기관(4)과 배기관(6)은, 흡기 및 배기 기능을 독립적으로 행할 수 있는 상태에서 관체들의 일부분이 한곳으로 집중되는 구조를 취하며, 이 집중된 부분에 본 발명의 분리수단이 제공된다.

본 실시예가 제공하는 상기한 분리수단은, 연소실로 유입되는 흡기중에 포함되어 있는 이물질을 걸러내고, 또 연소실로부터 나오는 연소가스에 포함된 미립자 물질을 동시에 걸러낼 수 있는 기능을 갖는다.

이러한 기능이 실현될 수 있도록 본 발명에서는, 흡기관(4)과 배기관(6)이 합쳐진 상태에서 이들 관의 입구측 및 출구측과 근접하여 여과재(8)를 제공하고 있다.

이 여과재(8)는, 실질적으로 대기와 연통하는 흡기닥트(10) 및 배기닥트(12)와 연결되어 있는 케이싱(14)에 회전 가능하게 안치된다.

이러한 케이싱(14)에 여과재가 안치된 상태에서 상기한 흡기관(4) 및 배기관(6)이 이곳에 덮여지는 상태로 위치하게 되는데, 이들 흡기관 및 배기관이 이 케이싱에 올려져 외부와 케이싱 내부가 차단될 수 있도록 하기 위하여 흡기관 및 배기관의 입구 및 출구는 실질적으로 케이싱을 덮는 캡(16)에 연결되는 구조를 취한다.

상기한 캡(16)이 케이싱(14)에 덮여진 상태에서 고정될 수 있도록 하기 위하여 상기한 케이싱(14)에는 잠금수단이 제공된다.

본 실시예가 제공하는 잠금수단은, 도2에 도시하고 있는 바와 같이 통상적으로 사용되는 클립이나 개폐핸들(18)로서 이루어질 수 있다.

이러한 잠금수단은 케이싱(14)과 캡(16)이 합쳐진 상태에서 이들을 고정할 수 있는 구조이면 되므로 도면에 표현된 것으로 한정되지는 않는다.

상기한 여과재(8)는 케이싱(14) 내부에 놓여진 상태에서 상기한 흡기관(4) 및 배기관(6)의 입출구와 대응하는 부분은 실질적으로 이들 관의 내부와 동일한 면적이므로, 대응된 부분만이 여과작용을 하게 된다.

따라서 실질적으로 흡기관(4) 및 배기관(6)의 입출구와 대응하고 있지 않은 부분은 여과작용을 하지 않는 상태가 되는데, 본 발명은 이와 같이 여과작용을 하지 않는 부분이 교대로 여과작용을 할 수 있도록 이 여과재를 회전시킬 수 있도록 하고 있다.

상기한 여과재(8)를 회전시키기 위한 수단으로서, 엔진의 크랭크 축 풀리(20) 또는 다른 풀리나, 전동모터(미도시)의 동력을 전달받아 회전시킬 수 있도록 하고 있다.

엔진의 회전력 전달은, 일반적으로 사용하는 강선(22)을 이용할 수 있는데, 이러한 강선은 구동측과 피구동측이 어떠한 위치관계에 있어도 회전력 전달이 가능한 이점을 갖는다.

예를 들면 차량에서 강선으로 속도계와 스피도 미터를 연결하는 방식과 동일한 구조로 할 수도 있다.

상기한 여과재(8)는 강선(22)의 회전력을 전달받기 위하여 그 중앙부에 강선이 삽입될 수 있는 보스(24)가 있으며, 케이싱(14) 내부에서 회전할 때 여과재가 손상되는 것을 방지하기 위하여 보호판(26)으로 주위가 둘러싸여진 구조를 갖는다.

상기한 여과재(8)는 여과영역이 구획판(28)에 의해 다수개로 분할되어 실질적으로 하나의 영역은 이물질 여과를 하고, 다른 영역은 미립자 물질을 여과할 수 있도록 하고 있다.

상기한 캡(16)의 중앙부에는 도3 및 도4에 도시하고 있는 바와 같이, 흡기관(4)과 배기관(6)이 인접하는 부분의 내측에는 배기관(6)으로부터 나오는 연소가스가 흡기관(6)측으로 흐르는 것을 방지하기 위한 가스 차단벽(30)이 제공된다.

도4는 도2의 분해상태를 결합하여 나타낸 것으로서, 여과재(8)는 케이싱(14)내부에 돌출된 돌출턱(32)에 올려져 회전할 수 있도록 할 수 있으며, 이 돌출턱(32)에는 여과재의 회전이 원활하게 이루어질 수 있도록 윤활유를 공급하는 관(34)이 연통하여 설치된다.

상기한 돌출턱(32)에는 여과재(8)의 보호판(26)이 올려지게 된다. 그리고 상기한 구획판(28)는 여과재(8)의 높이와 같거나 약간 높은 상태로 위치되면 좋다.

도5는 본 발명에서 흡기관(4)을 통하여 엔진의 연소실로 유입되는 공기중에 함유되어 있을 미량의 금속성분 및 고형분을 여과하기 위한 수단을 개시하고 있다.

이 수단은 본 실시예에서 금속성분을 여과하기 위하여 흡기관(4)에 전자석(36)을 제공하는 것이며, 고형분을 여과하기 위하여 흡기관(4)을 굽혀진 형상으로 하고, 이 굽혀진 부위에 포켓(38)을 형성하는 것이다.

상기한 전자석(36)은 차량의 전원을 이용하여 자력을 형성할 수 있는 것이며, 포켓(38)은 관이 굽혀진 부위에 별도의 용기를 부착하는 것으로 실현 가능하다.

본 실시예에서 흡기관의 굽혀진 부분에는 차단부재(40)가 제공되어 흡기에 포함된 고형물질이 이곳에서 차단될 수 있도록 하고 있다.

이와 같이 이루어지는 본 발명의 엔진의 흡기 및 배기 이물질 처리 시스템은, 먼저 엔진(2)이 시동되면 엔진의 흡기부압에 의해 흡기관(4)으로 대기가 유입되고, 배기관(6)으로는 연소실에서 나오는 연소가스가 대기를 향하여 흐르게 된다.

이러한 흡배기 작용은 모든 엔진에서 실현되는 것이므로 그것에 대하여 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이러한 흡배기 작용이 이루어질 때 본 발명의 시스템은 흡기에서 이물질을 걸러내어 배출가스압으로 대기로 방출시키고, 연소가스에서는 미립자 물질을 걸러내어 흡기압으로 연소실로 공급하는 것이다.

즉, 흡기덕트(10)로 유입되는 대기는 여과재(8)를 통하여 흡기관(4)으로 흐르게 되는데, 이 과정에서 대기에 포함되어 있는 이물질은 여과재(8)의 하단부(도면에서 볼때)에서 걸러져 이 여과재의 하단부에 주로 분포된다.

이때 여과재(8)의 하단부에 분포되는 이물질은 흡기관(4)의 내경에 해당하는 영역에 분포되는데, 이것은 엔진의 흡기부압이 흡기관(4)에 작용하는 것이므로 대기는 이 부분만을 통하여 흐르기 때문이다.

그리고 배출되는 연소가스는 여과재(8)의 상측부분과 접촉이 이루어지므로 이 연소가스에 포함된 미립자 물질(예를 들면 HC)은 여과재의 상측에서 걸러져 이 여과재의 상단부에 분포된다.

이때 여과재(8)의 상단부에 분포되는 미립자 물질은 배기관(6)의 내경에 해당하는 영역에 분포된다.

이러한 여과작용은 엔진이 구동할 때 계속하여 이루어지게 되는데, 본 발명이 제공하는 여과재(8)는 엔진의 회전력이나 구동모터에 의해 회전하는 것이므로 여과되지 않은 부분이 흡기관(4) 및 배기관(6)과 대응하는 위치에서 여과작용을 반복하게 된다.

이와 같이 여과재(8)가 회전을 하게 되면 위에서 설명한 바와 같이 새로운 영역이 여과작용을 하지만, 대기중의 이물질이 여과된 여과재(8)의 여과부분은 배기관(6)과 대응하는 위치에 오게 된다.

이때 여과재(8)에 여과된 이물질은 연소가스의 배출압력에 의해 여과재로부터 분리되어 배기덕트(12)를 통하여 대기로 배출된다.

그리고 배기관(6)으로부터 나오는 미립자 물질이 여과된 부분은 흡기관(4)과 대응하는 위치에 오면서 흡기부압에 의해 흡기관(4)을 통하여 연소실로 유입된다.

이때 연소실로 유입되는 미립자 물질은 재연소되어 배기관을 통하여 배출된다.

그리고 본 발명은 특히 흡기관(4)을 통하여 연소실로 유입되는 대기중에 금속미립자가 포함되어 있는 경우에는, 이 금속 미립자가 전자석(36)에 흡착되어 연소실로 유입되지 못하도록 하고 있다.

또한 대기중에 고형물질이 포함되어 있는 경우 즉 비철금속이나 기타 다른 물질이 있는 경우에는 이들 물질이 흡기관(4)의 굽혀진 부분을 통과하면서 포켓(38)으로 유입되도록 하므로서 이들을 여과할 수 있도록 하고 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 엔진의 흡기 및 배기 이물질 처리 시스템은, 연소실로 유입되는 공기중에 포함되어 있는 이물질을 1차적으로 여과재의 하부에서 여과하고, 배출되는 연소가스에 포함된 미립자 물질은 여과재의 상부에서 여과하도록 하고, 이 여과재를 회전시켜 걸러진 이물질은 연소가스 출압으로 불어 내고, 미립자 물질은 흡기부압으로 빨아드리도록 하고 있기 때문에 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

1) 회전형 여과재를 사용하므로 종래와 같은 에어 필터가 필요 없다.

2) 에어 필터를 사용하지 않으므로 부하 변동이 없어 항상 흡입부하와 배기부압을 일정하게 유지할 수 있다.

3) 여과재가 소음수단으로 사용될 수 있으므로 종래와 같은 소음기가 필요 없다.

4) 미연소된 HC를 재연소시킬 수 있으므로 엔진의 성능을 향상시킬 수 있다.

5) 전자제어에 의해 이루어지는 것이 아니므로 내구성 및 신뢰성이 향상된다.

Claims (8)

1. 연소에 필용한 공기를 엔진의 연소실로 유도하는 흡기관과;

   상기한 연소실로부터 나오는 연소가스를 대기로 유도 방출하는 배기관과;

   상기한 흡기관 및 배기관에 연통하여 연소실로 유입하는 공기에 포함된 이물질을 여과함과 아울러 연소가스에 포함된 미립자 물질을 여과하는 여과재를 갖는 필터링 수단과;

   상기한 여과재를 회전시켜 이 여과재의 일부분들이 여과작용을 교번하여 행하고, 여과된 이물질은 흡기부압에 의해 연소실로 유입되도록 함과 아울러 여과된 미립자 물질은 배기압에 의해 대기로 방출될 수 있도록 하는 회전수단을 포함하는 엔진의 흡기 및 배기 이물질 처리 시스템.
2. 청구항 1에 있어서, 여과재는 분할판에 의해 다수개의 영역으로 분할되는 엔진의 흡기 및 배기 이물질 처리 시스템.
3. 청구항 1에 있어서, 회전수단은, 엔진의 회전력 또는 구동모터를 구동원으로 하며, 여과재는 케이싱 내부에 회전 가능하게 배치되는 엔진의 흡기 및 배기 이물질 처리 시스템.
4. 청구항 1에 있어서, 흡기관에는 금속물질을 흡착하기 위한 흡착수단이 제공되는 엔진의 흡기 및 배기 이물질 처리 시스템.
5. 청구항 1에 있어서, 흡기관에는 고형물을 포집하기 위한 포켓이 제공되는 엔진의 흡기 및 배기 이물질 처리 시스템.
6. 청구항 5에 있어서, 흡기관은 포켓이 제공되는 부분이 굽혀진 형상으로 이루어지는 엔진의 흡기 및 배기 이물질 처리 시스템.
7. 청구항 5에 있어서, 흡기관의 굽혀진 부분에는 차단부재가 제공되는 엔진의 흡기 및 밸기 이물질 처리 시스템.
8. 다수개의 구획으로 분할된 여과재의 일측 일부면은 대기측으로 노출되도록 배치하고, 이 여과재의 반대측 일부면은 엔진의 배기포트측과 연통하도록 배치하여, 엔진의 흡기부압에 의해 연소실로 유입되는 대기 속의 이물질이 여과재의 대기측 노출면에서 여과되도록 하고, 연소실로부터 나오는 연소가스에 포함된 미립자 물질은 여과재의 배기포트측 노출면에서 여과되도록 함과 아울러 상기한 여과재를 회전시켜 연소실 입구측과 배기포트측에는 여과재의 여과되지 않은 부분이 위치하도록 하며, 흡기 속의 이물질이 걸러진 부분은 배기측 부압에 의해 대기로 방출되도록 하며, 배기측 이물질은 흡기부압에 의해 연소실로 유입되어 재연소가 이루어지도록 하는 엔진의 흡기 및 배기 이물질 처리방법.

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