KR100202880B1 - 디젤자동차 배기집하 연소장치 - Google Patents

디젤자동차 배기집하 연소장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디젤자동차의 연소가스를 배출시키는 배기계통에 적용하기 위한 디젤자동차 배기집하 연소장치에 관한 것이다.
본 발명은 배기다기관(11)의 하류측으로 배기관(15) 상에 장착되는 세라믹필터(26)에 의해 엔진(10)에서 발생되는 연소가스 중의 입자성 물질을 정화시켜 배출하는 디젤자동차에 있어서: 상기 세라믹필터(26) 상에서 상류측으로 설치되고, 전기적 신호에 의해 펌핑량이 가변적으로 제어되는 전자펌프(20); 상기 세라믹필터(26)상에서 전자펌프(20) 부근에 장착되고, 전기적 신호에 의해 순간적으로 적열되는 점화코일(25); 그리고 상기 전자펌프(20) 및 점화코일(25)에 밧데리전원을 이용한 구형파를 출력하고, 엔진회전수에 따라 그 출력을 변화시키는 기능을 추가로 구비하는 ECU(30)를 포함한다.
이에 따라, 본 발명은 배기계통에 전자펌프를 적용하고 마이컴 제어함으로써 탄화물을 집진하고 재연소하여 유해 가스를 저감시키는 작동이 효율적으로 이루어지도록 하는 효과가 있다.

Description

디젤자동차 배기집하 연소장치
본 발명은 자동차 배기집하 연소장치에 관한 것으로서, 특히 디젤자동차의 연소가스를 배출시키는 배기계통에서 탄화물을 집진하고 재연소하여 유해 가스를 저감시키는 작동이 효율적으로 이루어지도록 하기 위한 디젤자동차 배기집하 연소장치에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차에서 배출되는 일산화탄소(CO), 탄화수소(CH), 질소산화물(NOX) 등의 유해가스를 저감시키기 위해 연료 혼합비를 낮추는 희박연소장치, 배기가스의 일부를 다시 순환시켜 연소하는 EGR(exhaust gas recirculation)장치 등 여러가지 수단이 시도되고 있는데, 특히 첨부된 도1과 같은 디젤엔진을 탑재하는 자동차에 있어서는 연료를 재연소시켜 배기가스의 입자성 물질을 저감하는 장치가 사용되기도 한다.
제1도는 디젤자동차에 탑재되는 엔진의 배기장치를 나타내는 사시도가 도시된다.
엔진(10)의 배기다기관(11)에서 수집되는 배기가스는 배기관(15)을 통해 세라믹필터(16)에 도달된다. 다공질의 세라믹필터(16)를 통과하면서 입자성 물질이 여과되어 청정한 상태로 유지되는 배기가스는 배기머플러(17)에서 적절히 감압되면서 소음이 감소된 상태로 대기에 배출된다.
이러한 배기장치를 지니는 디젤자동차의 배기관(15) 상에서 배기다기관(11) 측으로는 연소통(13)을 설치하고, 연료펌프(14)와 배관연결되는 연소통(13)의 상류에는 체크밸브(12)를 장착하는 경우가 있다. 연료펌프(14) 및 노즐(도시 생략)을 통하여 연소통(13)에 공급되는 연료가 점화코일(도시 생략)에 의해 발화되면 집진 탄화물이 재연소되고 세라믹필터(16)를 통과하는 배기가스 중의 입자성 물질이 더욱 저감된다.
이때, 상기 연료펌프(14)는 기어방식 또는 임펠러방식의 펌프를 사용하는데, 그 구동력은 별도로 장착되거나 캔 내부에 일체로 구성되는 모터에 의해 전달받는다. 연료펌프(14)에 공급되는 연료를 무상(霧狀)으로 하여 발화되기 용이하도록 하기 위해서는 비교적 높은 압력을 요하는 바, 상기와 같은 방식을 적용하는 연료펌프(14)는 효율이 낮아 동력소모가 많을 뿐아니라 압력증가에 따라 외형도 지나치게 커지는 단점이 있다.
또, 엔진회전수·부하량 등에 따라 연소조건을 결정짓는 가장 중요한 요인인 압력제어 기능이 약한 것도 배기정화 과정에서 제어의 비효율에 의한 정화능력 저하를 초래한다.
따라서, 이러한 단점을 보완하기 위해 본 발명은 디젤자동차의 연소가스를 배출시키는 배기계통에서 탄화물을 집진하고 재연소하여 유해 가스를 저감시키는 작동이 효율적으로 이루어지도록 하기 위한 디젤자동차 배기집하 연소장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
제1도는 디젤자동차에 탑재되는 엔진의 배기장치를 나타내는 사시도.
제2도는 본 발명에 따른 배기집하 연소장치가 적용되는 상태를 나타내는 예시도.
제3도는 제2도가 개선된 변형예를 나타내는 예시도.
제4도는 제2도 및 제3도의 제어를 수행하는 ECU의 입출력 배선 블럭도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 엔진 11 : 배기다기관
12 : 체크밸브 13 : 연소통
14 : 연료펌프 15 : 배기관
15' : 제2배기관 16,26 : 세라믹필터
17 : 배기머플러 20 : 전자펌프
21 : 보빈코일 22 : 자기로드
23 : 플란저 24 : 피스톤
25 : 점화코일 27,27' : 개폐밸브
30 : ECU
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 배기다기관(11)의 하류측으로 배기관(15) 상에 장착되는 세라믹필터(26)에 의해 엔진(10)에서 발생되는 연소가스 중의 입자성 물질을 정화시켜 배출하는 디젤자동차에 있어서: 상기 세라믹필터(26) 상에서 상류측으로 설치되고, 전기적 신호에 의해 펌핑량이 가변적으로 제어되는 전자펌프(20); 상기 세라믹필터(26) 상에서 전자펌프(20) 부근에 장착되고, 전기적 신호에 의해 순간적으로 적열되는 점화코일(25); 그리고 상기 전자펌프(20) 및 점화코일(25)에 밧데리전원을 이용한 구형파를 출력하고, 엔진회전수에 따라 그 출력을 변화시키는 기능을 추가로 구비하는 ECU(30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤자동차 배기집하 연소장치를 제공한다.
이때, 상기 전자펌프(20)는 보빈코일(21)·자기로드(22) 등의 전자기력 발생부와 플란저(23)·피스톤(24) 등의 펌핑부를 일체의 조립구조로 지닌다.
또, 상기 ECU(30)는 엔진(10)의 무부하 공회전시 전자펌프(20)의 가동을 중지시키고, 엔진의 부하운전시 점화코일(25)을 잠시 동안 온시키는 동시에 그 회전수에 반비례하는 펌핑주기로 전자펌프(20)를 온시키는 출력을 형성한다.
한편, 상기 배기관(15)은 그 상류에서 분기되어 세라믹필터(26) 없이 배기머플러(17)만 지니는 제2배기관(15')이 추가로 연결되고, 상기 배기관(15) 및 제2배기관(15')은 각각의 개폐밸브(27)(27') 및 ECU(30)의 제어에 따라 어느하나의 유로만 개방되도록 하는 것도 가능하다.
[실시예]
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상술한다.
제2도는 본 발명에 따른 배기집하 연소장치가 적용되는 상태를 나타내는 예시도가 도시된다.
본 발명은 배기다기관(11)의 하류측으로 배기관(15) 상에 장착되는 세라믹필터(26)에 의해 엔진(10)에서 발생되는 연소가스 중의 입자성 물질을 정화시켜 배출하는 디젤자동차에 적용하는 바, 종래의 연료펌프(14)(제1도) 대신 전자펌프(20)를 사용하는 동시에 점화코일(25)과 함께 ECU(30)에 의한 마이컴 제어가 이루어지도록 한다.
이때, 본 발명의 전자펌프(20)는 상기 세라믹필터(26) 상에서 상류측으로 설치되고, 전기적 신호에 의해 펌핑량이 가변적으로 제어된다.
상기 세라믹필터(26)는 나사체결되는 부분을 형성하여 전자펌프(20)의 토출니플이 장착되도록 하고, 전자펌프(20)는 종래와 마찬가지로 엔진(10)의 연료계통에서 분기되도록 배관연결한다.
이때, 상기 전자펌프(20)는 보빈코일(21)·자기로드(22) 등의 전자기력 발생부와 플런저(23)·피스톤(24) 등의 펌핑부를 일체의 조립구조로 지닌다.
상기 보빈코일(21)은 전선을 나선형으로 권선한 것으로서 밧데리에 의한 직류전원이 구형파로 전달되면 온·오프되고, 상기 자기로드(22)는 보빈코일(21)의 내측으로 고정되는 것으로서 보빈코일(21)의 온주기 동안 전자기력을 형성하고, 상기 플란저(23)는 보빈코일(21)의 전자기력이 발생하면 상승하고 전자기력이 소멸되면 상하에 장착된 스프링에 의해 하강하면서 왕복운동으로, 상기 피스톤(24)은 플란저(23)의 운동에 연동하여 연료를 펌핑한다.
이외에도 전자펌프(20)는 연료의 역류를 방지하는 체크밸브, 연료의 토출압력을 조절하는 밸브 등을 지니는데, 이와 같이 구동력을 제공하는 전자기력 발생부 및 연료를 이동시키는 펌핑부가 일체로 형성되므로 구조가 간단하다.
또, 본 발명의 점화코일(25)은 상기 세라믹필터(26) 상에서 전자펌프(20) 부근에 장착되고, 전기적 신호에 의해 순간적으로 적열된다.
전자펌프(20)의 토출니플에는 종래와 같은 노즐(도시 생략)을 장착하여 분사되는 연료가 무상으로 되도록 하는데, 상기 점화코일(25)은 이러한 노즐과 약간의 거리를 유지하며 장착되도록 한다. 점화코일(25)은 항상 온 상태로 두는 것도 가능하지만 전기소모가 과다하므로 적절히 온·오프되도록 하는데, 특히 온되는 순간 즉시 고온의 적열 상태로 되어야 한다. 그러기 위해서는 점화코일(25)에 인가되는 전압을 고전압으로 형성하거나, 점화코일(25)의 저항선을 미세한 직경으로 형성하는 것을 고려할 수 있다. 전자의 경우는 별도의 고압발생장치가 필요한 반면, 후자의 경우는 저항선의 내열성이 요구된다.
한편, 본 발명에 의한 세라믹필터(26)는 종래의 세라믹필터(16)(제1도)와 그 주요부 구성은 동일하나 연소에 의한 발열이 인접부에 전달되지 않도록 외피를 단열재로 마감하는 것이 바람직하다.
제3도는 제2도가 개선된 변형예를 나타내는 예시도가 도시된다.
본 발명의 배기관(15)은 그 상류에서 분기되어 세라믹필터(26) 없이 배기머풀러(17)만 지니는 제1배기관(15')이 추가로 연결되고, 상기 배기관(15) 및 제2배기관(15')은 각각의 개폐밸브(27)(27') 및 ECU(30)의 제어에 따라 어느하나의 유로만 개방되도록 하는 것이다.
제2도에서는 하나의 배기관(15)에 세라믹필터(26) 및 배기머플러(17)를 구성하여 항상 배기가스가 소정의 처리과정을 거치도록 하였으나, 제3도에서는 세라믹필터(26)를 지니지 않는 제2배기관(15')을 추가로 연결하는 동시에 배기관(15) 및 제2배기관(15') 상류에는 솔레노이드에 의해 작동되는 각각의 개폐밸브(27)(27')도 추가로 설치하고 ECU(30)에 결선한다. 이러한 구성은 제2도에 비해 약간 복잡한 편이지만 엔진의 무부하 공회전시 등 세라믹필터(26)에 의한 배기배압을 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
제4도는 제2도 및 제3도의 제어를 수행하는 상기 ECU(30)의 입출력 배선 블럭도가 도시되는 바, 점선으로 결선도록 표시된 부분은 제3도에만 적용된다.
우선, 제2도의 경우를 살펴보면 상기 전자펌프(20) 및 점화코일(25)에 밧데리 전원을 이용한 구형파를 출력하고, 엔진회전수에 따라 그 출력을 변화시키는 기능을 추가로 구비한다.
일반적으로 ECU(30)는 마이컴을 중심으로 입력부, 출력부, 구동부가 구성되고, 자동차 엔진(10)의 주요부 및 냉방장치 등 보조부를 제어한다. ECU(30)는 엔진의 플라이휠에서 치차의 잇수를 카운트하여 회전수를 검출하고 인스트루먼트 상의 계기에 디스플레이 시키기도 한다. 이러한 마이컴은 소정의 주기를 지니는 펄스를 발생하여 출력부로 보내고, 출력부는 내장된 파워 트랜지스터를 통하여 밧데리 전원(DC 12V 또는 24V)이 동일한 주기로 온·오프되는 구형파를 전자펌프(20)에 인가하는 것이 가능하다.
이때, 상기 ECU(30)는 엔진(10)의 무부하 공회전시 전자펌프(20)의 가동을 중지시키고, 엔진의 부하운전시 점화코일(25)을 잠시 동안 온시키는 동시에 그 회전수에 반비례하는 펌핑주기로 전자펌프(20)를 온시키는 출력을 형성한다.
엔진(10)의 플라이휘일로부터 검출되는 신호가 ECU(30)의 입력부를 통하여 마이컴에 전달되면 마이컴은 엔진(10)이 공회전 상태인지 판달할 수 있다. 통상적으로 무부하 공회전 상태에서는 배기가스 중의 입자성 물질이 적으므로 전자펌프(20)를 오프시켜 전기소모를 차단한다.
자동차가 정상 주행중에는 그 회전수 및 부하량에 따라 배기가스내의 입자성 물질량이 변동되므로 전자펌프(20)에 인가되는 구형파의 주기도 변경시키는데, 엔진(10)의 회전수가 높을수록 구형파의 주기가 짧아지게(주파수가 높아지게) 한다. 이러한 구형파는 온·오프 주파수가 대략 60Hz∼80Hz 범위 내에서 가변적으로 제어되도록 한다.
자동차가 공회전 상태를 벗어나는 순간 ECU(30)는 점화코일(25)을 먼저 온시키고 이어 전자펌프(20)를 가동시킨 후 점화코일(25)을 오프시킨다. 만일 전자펌프(20)가 먼저 작동되어 세라믹필터(26) 내부에 연료가 지나치게 확산되면 점화코일(25)이 온되는 순간 폭발적 연소가 일어날 수 있기 때문이다. 점화코일(25)은 전기소모의 주요인이 되므로 그 작동시간을 최소화하는 것이 바람직한데, 엔진(10)의 기동직후에는 비교적 온시간을 길게 하고 엔진(10)이 정상온도에 이르면 배기 가스의 온도가 500℃∼800℃ 정도에 달하므로 온시간을 짧게 한다.
제3도의 경우에 있어서도 ECU(30)의 주요구성이나 ECU(30)가 점화코일(25) 및 점화코일(25)를 온·오프시키는 조건은 전술한 제2도와 동일하다. 반면 점화코일(25) 및 전자펌프(20)를 오프시키는 동안에는 배기관(15)의 개폐밸브(27)를 차단시키고 제2배기관(15')의 개폐밸브(27')를 개방시켜 배기배압을 줄이고, 점화코일(25) 및 전자펌프(20)를 온시키는 동안에는 개폐밸브(27)(27')로의 출력을 모두 반전시켜 배기관(15)으로만 유로가 형성되도록 한다. 즉, 제3도는 ECU(30)가 개폐밸브(27)(27')의 제어를 추가적으로 수행하여 배기정화 기능 외에 배압증가에 따른 출력감소방지 기능을 지닌다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 디젤자동차 배기집하 연소장치는 디젤자동차의 연소가스를 배출시키는 배기계통에 점자펌프를 적용하고 마이컴 제어함으로써 탄화물을 집진하고 재연소하여 유해 가스를 저감시키는 작동이 효율적으로 이루어지도록 하는 효과가 있다.
본 발명은 특정의 바람직한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구 범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 이탈하지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 알 수 있다.

Claims (4)

  1. 배기다기관(11)의 하류측으로 배기관(15) 상에 장착되는 세라믹필터(26)에 의해 엔진(10)에서 발생되는 연소가스 중의 입자성 물질을 정화시켜 배출하는 디젤자동차에 있어서: 상기 세라믹필터(26) 상에서 상류측으로 설치되고, 전기적 신호에 의해 펌핑량이 가변적으로 제어되는 전자펌프(20); 상기 세라믹필터(26) 상에서 전자펌프(20) 부근에 장착되고, 전기적 신호에 의해 순간적으로 적열되는 점화코일(25); 그리고 상기 전자펌프(20) 및 점화코일(25)에 밧데리전원을 이용한 구형파를 출력하고, 엔진 회전수에 따라 그 출력을 변화시키는 기능을 추가로 구비하는 ECU(30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 디젤자동차 배기집하 연소장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전자펌프(20)는 보빈코일(21)·자기로드(22) 등의 전자기력 발생부와 플란저(23)·피스톤(24)등의 펌핑부를 일체의 조립구조로 지니는 것을 특징으로 하는 디젤자동차 배기집하 연소장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 ECU(30)는 엔진(10)의 무부하 공회전시 전자펌프(20)의 가동을 중지시키고, 엔진의 부하운전시 점화코일(25)을 잠시 동안 온시키는 동시에 그 회전수에 반비례하는 펌핑주기로 전자펌프(20)를 온시키는 출력을 형성하는 것을 특징으로 하는 디젤자동차 배기집하 연소장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 배기관(15)은 그 상류에서 분기되어 세라믹필터(26)없이 배기머플러(17)만 지니는 제2배기관(15')이 추가로 연결되고, 상기 배기관(15) 및 제2배기관(15')은 각각의 개폐밸브(27)(27') 및 ECU(30)의 제어에 따라 어느 하나의 유로만 개방되는 것을 특징으로 하는 디젤자동차 배기집하 연소장치.
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