KR100435964B1

KR100435964B1 - 촉매컨버터의 매연여과장치

Info

Publication number: KR100435964B1
Application number: KR10-2001-0062971A
Authority: KR
Inventors: 김만영
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2001-10-12
Filing date: 2001-10-12
Publication date: 2004-06-12
Also published as: KR20030030699A

Abstract

본 발명은 배기가스에 포함된 입자상물질을 포집하여 재생하는 촉매컨버터의 필터담체로 유입되는 배기가스에 회전유동이 발생되도록 하므로서 입자상물질이 필터담체에 균일하게 포집되도록 하므로서 촉매컨버터의 성능저하를 방지하며, 필터담체의 열적피로 및 융해를 방지하기 위한 촉매컨버터의 매연여과장치에 관한 것으로,

배기가스 중에 포함된 입자상물질을 포집하기 위한 필터담체가 하우징 내에 수용되어지고, 상기 하우징과 필터담체 사이에 열과 소음을 흠수하기 위한 매트가 개재되는 촉매컨버터에 있어서,

상기한 필터담체를 감싸는 매트가 별도의 내측하우징에 수용되어지고, 상기 내측하우징과 하우징 사이의 공간에는 볼이 개재되어, 촉매컨버터의 유입부로 유입되는 배기가스의 유동에 의해 상기 내측하우징이 회전되는 것을 특징으로 한다.

Description

촉매컨버터의 매연여과장치{Catalytic converter}

본 발명은 촉매컨버터의 매연여과장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배기가스에 포함된 입자상물질을 포집하여 재생하는 촉매컨버터의 필터담체로 유입되는 배기가스에 회전유동이 발생되도록 하므로서 입자상물질이 필터담체에 균일하게 포집되도록 하므로서 촉매컨버터의 성능저하를 방지하며, 필터담체의 열적피로 및 융해를 방지하기 위한 촉매컨버터의 매연여과장치에 관한 것이다.

엔진에서 배기 매니폴드를 통해 배출되는 배기가스는 배기 파이프를 거쳐 촉매컨버터(Catalytic converter)로 도입되어 정화되고, 머플러를 통과하면서 소음이 감쇄된 후 배기파이프를 통해 대기 중으로 방출된다. 상기한 촉매컨버터는 매연여과장치(DTF, Diesel Particulate Filter)의 일종으로 배출가스에 표함되어 있는 오염물질을 처리하는 역할을 하는 것이다.

즉, 상기한 촉매컨버터 내부에 형성되는 촉매담체에서는 배기가스에 포함된 입자상 물질(PM)을 포집하게 된다. 디젤엔진에서 배출되는 입자상 물질은 카본을 주체로 하는 불용해성 물질 및 연료와 연료실 안으로 들어온 엔진 오일의 미연탄화수소에서 나온 SOF분으로 구성되어 있다. 그런데 상기와 같이 촉매담체에서 포집된 입자상 물질로 인하여 엔진의 과도한 배압이 걸리고 이로 인한 엔진성능의 저하 및 연비의 손실을 방지하기 위하여 촉매 담체에 포집된 입자상 물질을 제거(재생)해야 한다.

일반적으로 필터 담체에 포집된 입자상 물질을 제거(재생)하는 방법으로는 열적 재생(Thermal regeneration)방법이 사용되고 있다. 촉매 담체에 포집된 입자상 물질을 열적재생하기 위해서는 일반적으로 550~650℃의 온도가 요구되지만, 실제 디젤 엔진의 배기가스의 온도는 이에 미치지 않는다. 따라서 상기한 열적재생방법을 사용하기 위해서 연료버너, 전기히터, 마이크로 웨이브 등을 이용하여 배기가스를 가열하거나 혹은 후분사와 같은 여러가지 엔진제어방법이 이용되고 있는 실정이다.

도 6은 상기한 촉매컨버터의 단면도이고, 도 7은 도 6의 B-B선 단면도이다. 도면에서와 같이 촉매컨버터(10)의 하우징(11) 내측에 촉매 담체(13)가 형성되는데, 상기 촉매담체(13)와 하우징(11) 사이에는 매트(12)가 개재되어 있다. 상기 매트(12)는 배기가스 열에 의해 뜨거워진 필터담체의 열이 하우징(11)으로 전달되는 것을 방지하고, 소음을 흡수하는 역할을 하는 것이다. 특히, 상기한 촉매담체(13)의 단면은 도 8과 같이 주기적으로 막혀 있는 구조로 되어 있으며, 각 채널(14) 입구로 들어온 배기가스는 채널(14)의 벽(15)을 통과하여 이웃하는 채널(14)로 이동하여 최종적으로 필터담체(13)를 빠져 나간다. 이렇게 배기가스가 옆 채널로 이동하는 과정 중에 배기가스에 포함된 입자상 물질이 채널 벽(15)에 포집되는 것이다.

상기와 같이 필터담체(13)에 포집된 입자상 물질은 상술한 바와 같이 열적재생방법 등으로 연속적 혹은 주기적으로 재생되어진다.

그런데 상기와 같이 촉매컨버터의 입구가 디퓨저형상으로 구성되기 때문에촉매컨버터로 유입되는 배기가스의 유동이 촉매담체의 중앙부에 집중되어 입자상물질이 중앙부에 집중되는 현상이 발생된다. 따라서 입자상물질을 재생하는 과정에서 필터담체의 중앙부에는 국부적인 과부하가 발생하게 되어 열방출이 과다하게 발생되고, 필터담체의 열적 피로가 증가되고, 필터담체 재질의 융해 등 필터담체의 성능 및 내구성이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 배기가스에 포함된 입자상물질을 포집하여 재생하는 촉매컨버터의 필터담체로 유입되는 배기가스에 회전유동이 발생되도록 하므로서 입자상물질이 필터담체에 균일하게 포집되도록 하므로서 촉매컨버터의 성능저하를 방지하며, 필터담체의 열적피로 및 융해를 방지하기 위한 촉매컨버터의 매연여과장치를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,

도 1은 본 발명에 의해 형성된 촉매컨버터의 정단면도.

도 2는 본 발명에 의한 촉매컨버터의 측단면도.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 촉매컨버터의 측단면도.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 구성도.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 케이스의 측단면도.

도 6 내지 도 8은 종래의 기술을 설명하기 위한 도면.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 촉매컨버터 21 : 하우징

22 : 유입부 23 : 유출부

24 : 내측하우징 25 : 갭

26 : 볼 27 : 필터담체

28 : 매트 30 : 회전날개

31 : 중심축 41 : 케이스

42 : 구동장치 43 : 구동축

44 : 기어부 44a : 종동기어

44b : 구동기어 46 : 송풍팬

이하, 본 발명에 의한 촉매컨버터의 구성 및 작동에 따른 바람직한 실시예를첨부한 도면과 함께 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의해 형성된 촉매컨버터의 정단면도이고, 도 2는 본 발명에 의한 촉매컨버터의 측단면도이며, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 촉매컨버터의 측단면도이고, 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 구성도이고, 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 케이스의 측단면도이다.

도면 중에 표시되는 도면부호 20은 본 발명에 의한 촉매컨버터를 지시하는 것이고, 도면부호 30은 회전날개를 지시하는 것이다.

상기한 촉매컨버터(20)의 하우징(21)에는 종래와 같이 배기가스가 유입되는 유입구(22) 및 유해물질이 산화 및 환원된 배기가스가 배기파이프로 유도되기 위한 유출구(23)가 형성된다. 그리고 상기한 하우징(21)의 내측 중간부에는 원통형의 내측하우징(24)이 형성되는데, 상기한 하우징(21)의 내주연과 내측하우징(24)의 외주연 사이에는 소정의 갭(25)이 형성되고, 이 갭(25)에는 베어링 역할을 하는 볼(26)이 개재된다. 특히, 상기한 하우징(21)의 내주연과 내측하우징(24)의 외주연에는 볼이 장착되기 위한 홈(21a, 24a)이 형성되는 것이 바람직하다.

그리고 상기한 내측하우징(24)의 내측에는 배기가스 중에 포함된 입자상물질을 포집하기 위한 필터담체(27)와, 배기가스에 포함된 열과 소음을 흡수하기 위한 메트(28)가 수용된다.

그리고 상기한 필터담체(27)의 전면에는 소정길이의 중심축(31)이 돌출형성되고, 상기 중심축(31)의 전단에 배기가스의 유동의 의해 회전되는 회전날개(30)가 축지된다. 상기한 회전날개(30)는 본 발명의 실시예에서는 배기가스의 유동에 의해회전되는 것으로 하였으나, 경우에 따라서는 별도의 구동모터에 의해 회전되도록 형성될 수도 있다.

그리고 본 발명의 다른 실시예로서 도 3과 같이 상기한 회전날개(30)를 촉매담체(27)의 후방에 형성할 수도 있다.

그리고 본 발명의 또 다른 실시예로서, 도 4와 같이 상기한 촉매컨버터(20)의 후방에는 별도의 케이스(41)가 부착되는데, 상기한 케이스(41)의 내부에는 기어부(44)와 송풍팬(46)이 형성되어 있다.

상기한 송풍팬(46)을 구동시키기 위한 구동장치(42)는 배터리 전원에 의해 작동되는 별도의 모터를 사용하는 것이 바람직하지만, 엔진의 다른 구동원과 연결하여 사용하여도 무방하다.

상기한 송풍팬(46)은 회전축(47)과, 상기 회전축(47)의 일단에 다수 형성되는 회전날개(48)로 구성된다. 상기한 회전축(47)의 다른 일단에는 상기 기어부(44)의 종동기어(44a)가 축지된다. 상기 종동기어(44a)는 구동장치(42)의 구동축(43)의 일끝단에 형성되는 구동기어(44b)와 서로 맞물린 채로 기어박스(45)에 형성되는 것이 바람직하다. 특히 상기한 기어부(44)는 본 발명의 실시예에서는 베벨기어를 사용하였으나, 이는 구동장치(42)와 송풍팬(46)의 레이아웃에 따라 변형될 수 있다.

또한, 상기한 구동장치를 생략하고 촉매담체(27)를 통과하는 배기가스의 유동에 의해 상기 송풍팬(46)이 작동되도록 할 수도 있다.

이상과 같이 형성되는 본 발명의 작동을 설명하면 다음과 같다.

엔진이 시동되어 연소실에서 발생되는 배기가스는 유해성분을 포함한 채로배기매니폴드와 배기파이프를 통해 촉매컨버터(20)로 유입된다. 이와 같이 촉매컨버터(20)로 유입된 배기가스에는 엔진의 운전상태에 따라 열과 난류에 의한 선회성분을 포함하고 있다.

따라서 촉매담체(27)의 전방에 형성된 회전날개(30)가 회전되어지고, 회전날개의 회전에 의해 촉매담체(27)의 전방으로 유입되는 배기가스는 촉매담체 중앙부에 집중되지 않고 전영역으로 퍼지게 된다.

또한, 내측 하우징(24)의 외주연에 형성된 볼(26)을 매개로 하여 상기 내측하우징(24)이 자전하게 된다. 내측하우징(24)은 배기가스의 스월 및 차량의 흔들림에 의해서 볼(26)을 매개로 회전되는 것이다. 이와 같이 내측하우징(24) 내의 촉매담체(27)가 회전되므로서 상기 촉매담체(27)의 전면적에 걸쳐 배기가스가 흐르게 된다. 따라서 배기가스에 포함된 입자상물질이 국부적으로 포집되는 것이 방지되므로서 촉매담체(27)의 효율감소를 방지되며, 촉매담체의 내구성이 저하되는 현상이 방지된다.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 경우에는 촉매컨버터(20)의 후방에 형성된 송풍팬(46)이 회전되므로서, 촉매담체(27)를 통과하는 배기가스의 유동이 보다 활발하게 이루어진다. 특히, 엔진의 고부하 및 입자상물질이 많이 포집된 상태에서 송풍팬(46)이 회전되어 강제적으로 배기가스에 유동을 가하게 되면 배기가스의 유동흐름이 개선된다. 따라서 촉매담체(27)의 유동저항이 감소되고, 배압이 감소되므로서 엔진의 내구성은 물론 연비의 향상을 도모할 수 있게 된다.

또한, 촉매컨버터(20)의 유입부(22)에 발생되는 유동박리가 방지되므로서 배압이 증가되는 것이 방지된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명은 촉매컨버터의 유입부에 발생되는 유동박리현상을 방지하고, 촉매담체의 전면적에 걸쳐 입자상물질이 포집되도록 하므로서 촉매담체의 중앙부에 한정하여 입자상물질이 포집되는 현상이 방지되고, 촉매담체의 효율이 감소되는 것이 방지될 뿐만 아니라, 촉매담체의 내구성이 증대되는 커다란 장점이 있는 것이다.

Claims

배기가스 중에 포함된 입자상물질을 포집하기 위한 필터담체가 하우징 내에 수용되어지고, 상기 하우징과 필터담체 사이에 열과 소음을 흡수하기 위한 매트가 개재되는 촉매컨버터에 있어서,

상기한 필터담체(27)를 감싸는 매트(28)가 별도의 내측하우징(24)에 수용되어지고, 상기 내측하우징(24)과 하우징(21) 사이의 공간(25)에는 볼(26)이 개재되어, 촉매컨버터(20)의 유입부로 유입되는 배기가스의 유동에 의해 상기 내측하우징(24)이 회전되는 것을 특징으로 하는 촉매컨버터의 매연여과장치.
제 1 항에 있어서,

상기한 필터담체(27)의 전방으로 중심축(31)이 돌출형성되고, 상기 중심축(31)의 전방에 배기가스의 유동에 의해 회전되는 회전날개(30)가 형성되는 것을 특징으로 하는 촉매컨버터의 매연여과장치.
제 2 항에 있어서,

상기한 회전날개(30)는 촉매담체(27)의 후방에 형성되는 것을 특징으로 하는 촉매컨버터의 매연여과장치.
제 1 항에 있어서,

상기한 하우징(21)의 후방에 별도의 케이스(41)가 형성되고, 상기한 케이스(41) 내부에 송풍팬(46)이 형성되며, 상기 송풍팬(46)의 회전축(47)은 기어부(44)를 매개로 별도의 구동장치(42)와 연결되어 회전되므로서 필터담체(27)를 통과하는 배기가스의 유동에 선회성분을 갖게하는 것을 특징으로 하는 촉매컨버터의 매연여과장치.