KR100372548B1 - 디젤엔진용 배기가스 후처리장치 - Google Patents

디젤엔진용 배기가스 후처리장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차 배기관 일측에 배치되어 배기 가스중의 유해물질을 정화하는 여과재가 포함된 디젤 엔진용 배기가스 후처리장치에 있어서; 상기 여과재를 제 1 여과부와 제 2 여과부로 구분하고 제 1 여과부 전방에 열선과 연소망이 설치되어 제 2 여과부가 버너와 송풍기에 의해 재생되는 동안에 제 1 여과부에서는 연속적으로 여과작용이 일어나도록 하여, 종래의 재생과정이 진행되는 도중에 배기가스를 바이패스 시키는 경우에 비해 배기가스의 전환율이 향상되는 효과가 있다.

Description

디젤엔진용 배기가스 후처리장치{catalytic converter for disel engine}
본 발명은 디젤엔진용 배기가스 후처리장치에 관한 것으로서, 특히 바이패스관을 설치한 종래의 배기가스 후처리장치에 비하여 배출물의 전환율이 향상된 디젤엔진용 배기가스 후처리장치에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 엔진이 작동하기 위해서는 실린더 내에 혼합기를 흡입하고, 연소후의 가스를 배출하여야 하는데, 여기서 사용되는 배기장치는 통상 각 실린더의 배기가스를 종합하는 배기 매니폴드, 배기가스를 대기중으로 배출하는 배기관 및 배기소음을 저하시키는 소음기 등으로 구성되어 있다.
한편, 흡입된 연료가 연소실에서 연소될 때에는 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질산산화물(NO_X)등의 유해물질이 생성되는바, 이러한 유해물질의 대기중 방출을 방지하기 위하여 상기 배기관의 일측에 배기가스 후처리장치를 갖추고 있다.
상기 배기가스 후처리장치는 통상 내부에 백금, 파라듐, 로듐 등의 중금속이 내재된 삼원 촉매 컨버터가 사용되고 있으며, 이러한 삼원 촉매 컨버터 내부로 배기가스가 통과할시 산화, 환원 반응을 통하여 유해한 CO,HC,NO_X를 무해한 CO_2,H_2 O,N_2 등으로 변환하는 것이다.
도 1은 일반적인 자동차의 배기장치의 주요부 구성을 나타낸 사시도로서, 자동차의 배기장치(2)는 엔진실린더블럭 일측의 배기다기관(미도시)에 연결된 제 1 배기관(4)과, 상기 제 1 배기관(14)에 일단이 연결된 촉매 컨버터(10)와, 상기 촉매 컨버터(10)의 타단에 연결된 제 2 배기관(6)과, 상기 제 2 배기관(6)에 연결된 머플러(8) 등으로 구성된다.
도 2는 종래 기술에 따른 촉매 컨버터의 일예를 나타낸 단면도로서, 상기 촉매 컨버터(10)는 외관을 형성하고 제 1 배기관(4)과 제 2 배기관(6) 사이에 배치되는 컨버터 본체(12)와, 상기 컨버터 본체(12) 내측에 포함되어 배기가스를 정화하는 여과재(14)와, 상기 여과재(14)의 재생 도중에 상기 여과재(14)의 전방으로 유입된 배기가스를 여과재(14) 후방으로 안내하는 바이패스관(16) 및 밸브(18)로 구성된다.
상기 컨버터 본체(12)는 상기 여과재(14) 전방의 유입구(12a)가 전방으로 갈수록 내경이 작아지도록 형성되고, 상기 여과재(14) 후방의 배출구(12b)가 후방으로 갈수록 내경이 작아지도록 형성된다.
여기서, 상기 여과재(14)의 재생은 상기 밸브(18)를 회전시켜 배기가스가 상기 여과재(14) 측으로 유입되지 않고 상기 바이패스관(16)을 통해 상기 여과재(14)의 후방으로 이동되도록 하고, 상기 여과재(14) 전후에 압력센서(미도시)를 적용하여 일정 압력 이상이 되면 버너(미도시) 등으로 가열하고, 송풍기(미도시)로 공기를 공급하여 여과재(14)에 퇴적된 입자상 물질을 태우는 방법을 사용한다.
그러나, 상기와 같이 구성된 종래의 촉매 컨버터(10)는 상기 여과재(14)의 재생 중에 상기 여과재(14) 전방의 배기가스가 상기 바이패스관(16)을 경유하면서 정화 처리되지 않은 채 제 2 배기관(6) 및 머플러(8)을 통해 대기 중으로 배출되므로 촉매 컨버터(10)의 전체적인 전환효율이 감소되는 문제점이 있다.
도 3은 종래 기술에 따른 촉매 컨버터의 다른 예의 주요부 구성을 나타낸 개략도로서, 제 1 배기관(4)과 제 2 배기관(6) 사이에 두개의 촉매 컨버터(20,30)를 배치되고, 상기 촉매 컨버터(20,30) 각각의 전방에 개폐밸브(22,32)를 설치되며, 상기 촉매 컨버터(20,30) 중의 어느 하나의 촉매 컨버터(20)에 내장된 여과재(24)를 재생하는 동안에 배기가스를 다른 촉매 컨버터(30)에 내장된 여과재(34)로 유입되도록 하여 유해물질을 교대로 여과한다.
그러나, 이와 같이 촉매 컨버터(20,30)를 복수개 설치하는 경우 상기 촉매 컨버터(20,30)의 각각에 버너(26,36) 및 여과재(24,34) 등을 설치해야고, 송풍기(42)에서 상기 촉매 컨버터(20,30)의 내측 각각으로 에어를 불어줘야 하므로, 그 구조가 복잡하고, 전체적인 크기가 커지는 문제점이 있다.
한편, 도 4는 종래 기술에 따른 촉매 컨버터 유입구에서의 배기가스 유동을 나타낸 예시도이고, 촉매 컨버터(10)의 유입구(12a)에서는 도 4에 도시된 바와 같이 배기가스 유동의 박리와 이에 따른 재순환영역(A)이 존재하게 됨에 따라 유동저항과 압력손실이 발생되어 촉매 컨버터의 효율이 감소되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 배기가스의 전환효율이 향상되고, 그 구조가 간단한 촉매 컨버터를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 일반적인 자동차 배기장치의 주요부 구성을 나타낸 사시도,
도 2는 종래 기술에 따른 촉매 컨버터의 일예를 나타낸 단면도,
도 3은 종래 기술에 따른 촉매 컨버터의 다른 예의 주요부 구성을 나타낸 개략도,
도 4는 종래 기술에 따른 촉매 컨버터 유입구에서의 배기가스 유동을 나타낸 예시도,
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 디젤엔진용 배기가스 후처리장치의 주요부 구성을 나타낸 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 디젤엔진용 배기가스 후처리장치의 블럭도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
50: 배기관 54: 외부 하우징
56: 여과재 58: 제 1 여과부
60: 제 2 여과부 62: 내부 하우징
66: 연속여과수단 67: 열선
68: 연소망 71: 버너
72: 송풍기 74: 제 1 압력센서
76: 제 2 압력센서 80: 개폐밸브
84: 제어부
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 디젤 엔진용 배기가스 후처리장치는 자동차 배기관 일측에 배치되어 배기 가스중의 유해물질을 정화하는 여과재가 포함된 디젤 엔진용 배기가스 후처리장치에 있어서, 외관을 형성하고 상기 여과제를 포함하는 외부 하우징과, 상기 여과재를 제 1 여과부와 제 2 여과부로 구분하는 내부 하우징과, 상기 제 1 여과부에서 연속적인 여과가 이루어질 수 있도록 상기 제 1 여과부 전방에 배치된 연속여과수단과, 상기 제 2 여과부에 퇴적된 입자상물질을 태우는 재생수단과, 상기 제 2 여과부 전방과 후방의 압력을 감지하는 감지부과, 상기 제 2 여과부에서 재생이 일어나는 도중에 외부하우징으로 유입된 배기가스가 상기 제 2 여과부로 유입됨을 차단하도록 상기 제 2 여과부 전방에 배치된 개폐밸브와, 상기 감지부의 신호에 의해 상기 재생수단의 작동 및 개폐밸브의 개폐여부를 판단하여 작동 및 개폐신호를 출력하는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 디젤엔진용 배기가스 후처리장치의 주요부구성을 나타낸 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 디젤엔진용 배기가스 후처리장치의 블럭도이다.
본 발명에 따른 디젤엔진용 배기가스 후처리장치(52)는 도 5에 도시된 바와 같이 자동차의 배기관(50)을 통해 배기되는 배기가스를 정화하도록 배기관(50) 일측에 배치된다.
상기 디젤엔진용 배기가스 후처리장치는 도 5a 및 도 5b와 도 6에 도시된 바와 같이, 외관을 형성하고 여과재(56)를 포함하는 외부 하우징(54)과, 상기 여과재(56)를 제 1 여과부(58)와 제 2 여과부(60)로 구분하는 내부 하우징(62)과, 상기 제 1 여과부(58)에서 연속적인 여과가 이루어질 수 있도록 상기 제 1 여과부(58) 전방에 배치된 연속여과수단(66)과, 상기 제 2 여과부(60)에 퇴적된 입자상물질을 태우는 재생수단과, 상기 제 2 여과부(60) 전방과 후방의 압력을 감지하는 감지부과, 상기 제 2 여과부(60)에서 재생이 일어나는 도중에 외부 하우징(54)의 내측으로 유입된 배기가스가 상기 제 2 여과부(60)로 유입됨을 차단하도록 상기 제 2 여과부(60) 전방에 배치된 개폐밸브(80)와, 상기 감지부의 신호에 의해 상기 재생수단의 작동 및 개폐밸브(80)의 개폐여부를 판단하여 작동 및 개폐신호를 출력하는 제어부(84)를 포함하여 구성된다.
상기 내부 하우징(62)은 원통모양으로 형성되어 상기 제 1 여과부(58)와 제 2 여과부(60)의 사이에 끼여서 지지되고, 상기 제 1 여과부(58)는 상기 내부 하우징(62)과 외부 하우징(54) 사이에 배치되며, 상기 제 2 여과부(60)는 상기 내부 하우징(62)의 내측에 배치된다.
한편, 상기 제 1 여과부(58) 및 제 2 여과부(60)의 각각은 일반적인 허니콤에 촉매를 코팅하여 배기관으로부터 유입된 배기가스 중에 함유된 유해한 CO,HC, NO_X를 산화 환원반응을 통하여 무해한 CO_2,H_2 O,N_2 등으로 변환하는 것이다.
상기 외부 하우징(54) 및 내부 하우징(62)은 배기관(50)으로부터 배기가스가 유입되는 배기가스 유입구(54a,62a)가 배기관(50)측으로 갈수록 내경이 점차 작아지도록 경사지게 형성되고, 상기 내부하우징(62)의 배기가스 유입구(62a)는 상기 제 1 여과부(58) 및 제 2 여과부(60) 전방에서의 배기가스 유동의 박리와 이에 따른 재순환영역를 줄여 유동저항 및 손실을 저감할 수 있도록 상기 외부하우징(54)의 배기가스 유입구(54a)의 선단까지 연장된다.
상기 연속여과수단(66)은 열선(67) 및 연소망(68)으로 구성되고, 상기 열선(67)과 연소망(68)은 상기 내부 하우징(62)과 외부 하우징(54)의 배기가스 유입구(54a,62a) 사이에 교대로 배치된다.
상기 재생수단은 상기 내부하우징 내측에 화염을 일으키는 버너(71)와, 상기 내부하우징 내측으로 공기를 불어주는 송풍기(72)로 구성된다.
상기 감지부는 상기 제 2 여과부의 전방에 배치된 제 1 압력센서(74)와 상기 제 2 여과부의 후방에 배치된 제 2 압력센서(76)로 구성된다.
상기 개폐밸브(80)는 상기 내부 하우징(62)의 배기가스 유입구(62a) 전방에 배치되어 상기 제어부(84)의 신호에 따라 온/오프 작동되어 상기 내부 하우징(62)의 배기가스 유입구(62a)를 열고 닫는다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 엔진에서 배출된 배기가스는 도 5a에 도시된 바와 같이, 상기 배기관(50)을 통해 외부 하우징(54)의 내측으로 유입되고, 상기 외부 하우징(54) 내측 공간이 상기 내부 하우징(62)에 의해 중앙측과 가장자리측으로 분리되므로 유입된 배기가스는 내부 하우징(62) 내측과 내부 하우징(62)과 외부 하우징(54)의 사이의 공간으로 분리되며 유입된다.
이때, 상기 내부 하우징(62)의 배기가스 유입구(62a)가 상기 외부 하우징(54)의 배기가스 유입구(54a)에 내측에 경사지게 배치되므로, 종래와 비교하여 배기가스 유동의 박리와 이에 따른 재순환영역를 줄여 유동저항 및 손실을 저감할 수 있게 된다.
한편, 상기 외부 하우징(54)과 내부 하우징(62)의 사이로 유입된 배기가스는 상기 열선(67)과 연소망(68)을 각각 통하면서 제 1 여과부(58)로 유입되고, 이 배기가스가 상기 열선(67)과 연소망(68)을 차례로 통과할 때, 상기 열선(67)에 의해 발열된 연소망(68)은 배기가스 내에 함유된 입자상 물질과 탄화수소를 연소하여, 상기 제 1 여과부(58)에는 입자상 물질이나 탄화수소가 점착되지 않게 되며, 그리하여 상기 제 1 여과부(58)는 주기적으로 청소할 필요없이 연속적으로 여과가 가능하게 된다.
한편, 상기 내부 하우징(62) 내측으로 유입된 배기가스는 상기 제 2 여과부(60)를 통하면서 유해한 CO,HC, NO_X가 산화 환원반응을 통하여 무해한 CO_2,H_2 O,N_2 등으로 변환되나, 상기 제 2 여과부(60)는 여과기능을 수행하면서 퇴적물이 많이 퇴적되고, 그로 인해 상기 제 2 여과부(60)의 전방과 후방은 압력차가 생긴다. 상기 제 1, 2 압력센서(74,76)는 상기 제 2 여과부(60) 전방과 후방의 압력을 각각 감지하여 상기 제어부(84)에 감지신호를 출력하고, 상기 제어부(84)는 상기 제 1, 2 압력센서(74,76)에서 인가된 감지신호에 의한 압력차값과 기설정값을 비교하여 압력차값이 기설정값 이상으로 판단되면 상기 개폐밸브(80)를 도 5b에 도시된 바와 같이 온작동시켜 개폐밸브(80)가 상기 내부하우징(62)의 배기가스 유입구(62a)를 막도록 하고, 상기 버너(71)와 송풍기(72)를 온 작동시켜 상기 제 2 여과부(60)에서 퇴적된 입자상 물질 기타 퇴적물 등이 태워 없어지는 재생과정이 진행된다.
이때, 상기 배기관(50)을 통해 상기 내부 하우징(62)으로 유입되던 배기가스는 상기 개폐밸브(80)에 의해 차단되어 상기 내부 하우징(62) 내측으로 유입되지 못하고, 상기 열선(67)과 연소망(68)을 통하면서 연소되고, 상기 제 1 여과부(58)에서 여과된다.
한편, 상기 개폐밸브(80)의 온작동과 상기 버너(71)와 송풍기(72)의 온 작동 후 일정시간 경과하여 상기 제 2 여과부(60)의 재생작용이 완료되면, 상기 제어부(84)는 상기 버너(71) 및 송풍기(72)에 오프 시키고, 상기 개폐밸브(80)를 도 5a에 도시된 바와 같이 오프시켜 상기 개폐밸브(80)가 상기 내부 하우징(62)의 배기가스 유입구(62a)를 막지 못하게 하여 배기가스가 내부 하우징(62)의 내측으로 다시 유입되도록 함에 따라 상기 제 1 여과부(58)와 제 2 여과부(60)는 동시에 여과작용을 하게 된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 디젤엔진용 배기가스 후처리장치는 제 2 여과부의 재생과정이 진행되는 동안 배기가스를 바이패스하여 외부로 배출시키지 않고, 배기가스를 열선과 연소망을 통하면서 제 1 여과부에서 여과되도록 하여 재생과정이 진행되는 도중에 배기가스를 바이패스 시키는 경우에 비해 배기가스의 전환율이 향상되는 효과가 있다.
또한, 여과재를 제 1 여과부와 제 2 여과부로 구분하고 하나의 재생수단를 이용하며, 제 1 여과부와 제 2 여과부가 함께 또는 제 1 여과부 단독으로 여과작용을 하므로, 두개의 촉매 컨버터를 교대로 사용하는 경우에 비해 그 구조가 간단하고 차지하는 공간을 줄일 수 있는 이점이 있다.
한편, 상기 내부 하우징의 배기가스 유입구가 종래의 유동의 박리 및 이에 따른 재순환영역이 발생되는 위치에 배치되어 유동저항과 압력손실을 상대적으로 저감시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (6)

  1. 자동차 배기관 일측에 배치되어 배기 가스중의 유해물질을 정화하는 여과재가 포함된 디젤 엔진용 배기가스 후처리장치에 있어서,
    외관을 형성하고 상기 여과제를 포함하는 외부 하우징과, 상기 여과재를 제 1 여과부와 제 2 여과부로 구분하는 내부 하우징과, 상기 제 1 여과부에서 연속적인 여과가 이루어질 수 있도록 상기 제 1 여과부 전방에 배치된 연속여과수단과, 상기 제 2 여과부에 퇴적된 입자상물질을 태우는 재생수단과, 상기 제 2 여과부 전방과 후방의 압력을 감지하는 감지부과, 상기 제 2 여과부에서 재생이 일어나는 도중에 외부하우징으로 유입된 배기가스가 상기 제 2 여과부로 유입됨을 차단하도록 상기 제 2 여과부 전방에 배치된 개폐밸브와, 상기 감지부의 신호에 의해 상기 재생수단의 작동 및 개폐밸브의 개폐여부를 판단하여 작동 및 개폐신호를 출력하는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 디젤엔진용 배기가스 후처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 하우징은 원통모양으로 형성되어 상기 제 1 여과부와 제 2 여과부의 사이에 끼여서 지지되고, 상기 제 1 여과부는 상기 내부 하우징과 외부 하우징 사이에 배치되며, 상기 제 2 여과부는 상기 내부 하우징의 내측에 배치되어짐을 특징으로 하는 디젤엔진용 배기가스 후처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 외부 하우징 및 내부 하우징은 배기관으로부터 배기가스가 유입되는 배기가스 유입구가 배기관측으로 갈수록 내경이 점차 작아지도록 경사지게 형성되고, 상기 내부하우징의 배기가스 유입구는 상기 제 1 여과부 및 제 2 여과부 전방에서의 배기가스 유동의 박리와 이에 따른 재순환영역를 줄여 유동저항 및 손실을 저감할 수 있도록 상기 외부하우징의 배기가스 유입구의 선단까지 연장되어짐을 특징으로 하는 디젤엔진용 배기가스 후처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 연속여과수단은 열선 및 연소망으로 구성되고, 상기 열선과 연소망은 상기 내부 하우징과 외부 하우징의 배기가스 유입구 사이에 교대로 배치되어짐을 특징으로 하는 디젤엔진용 배기가스 후처리장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 재생수단은 상기 내부하우징 내측에 화염을 일으키는 버너와, 상기 내부하우징 내측으로 공기를 불어주는 송풍기로 구성된 것을 특징으로 하는 디젤엔진용 배기가스 후처리장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 감지부는 상기 제 2 여과부의 전방과 후방의 각각에 배치된 압력센서로 구성된 것을 특징으로 하는 디젤엔진용 배기가스 후처리장치.
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