KR100649383B1 - 배기 시스템 - Google Patents

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Abstract

연비가 좋으며, 촉매의 열화를 방지하는 배기 시스템을 제공하는 것을 과제로 한다. 내연기관으로부터의 배기가스가 유동하는 배기 통로 (25) 와, 배기 가스를 촉매에 의해 정화하는 배기 정화 수단 (삼원 촉매부, 27) 과, 배기 가스의 열 에너지를 전기에너지로 변환하는 열전 변환 수단 (열전 변환 모듈, 30) , 을 구비하는 배기 시스템 (2) 이며, 배기 정화 수단 (27) 을 우회하여 배기가스가 유동하는 바이 패스 통로 (26, 26) 를 구비하며, 중앙부에 배기 통로 (25) 를 배치하며, 배기 통로 (25) 내에 배기 정화 수단 (27) 을 설치하며, 배기 통로 (25) 의 외측에 바이 패스 통로 (26, 26) 를 배치하고, 이 바이 패스 통로 (26, 26) 의 외측에 열전 변환 수단 (30) 을 설치하는 것을 특징으로 한다.

Description

배기 시스템{EXHAUST SYSTEM}
본 발명은, 배기가스를 촉매로 정화함과 동시에 배기 가스의 열 에너지를 전기 에너지로 변환하는 배기 시스템에 관한 것이다.
엔진으로부터 배출되는 배기가스는, 유해 물질 (일산화탄소, 탄화수소, 질소 산화물 등) 을 포함하고 있으며, 이 때문에 배기계에는 삼원 촉매 등의 배기 정화 촉매가 설치되며, 이 촉매에 의해서 배기 가스를 정화한다. 이러한 촉매는, 활성온도 (예를 들어, 350℃ ∼ 800℃) 를 갖으며, 촉매온도가 상기 활성온도 이내의 경우에 정화작용을 한다.
또한, 배기가스는 다량의 열에너지를 포함하고 있으며 고온이며, 이 열에너지는 그 일부가 배기 정화 촉매의 촉매 온도를 활성온도까지 상승시키기 위해서 사용된다. 그러나, 그 이외의 배기가스 열 에너지는 거의 회수되지 않고 방출된다. 그래서, 배기가스의 열 에너지가 전기에너지로 변환되도록, 배기가스의 열에너지 회수하는 배열 발전 장치가 개발되어 왔다.
특정 형태의 상기 배열 발전 장치에는, 배기가스가 흐르는 배기관 (고온측) 과 냉각부 (저온측) 사이에 열전 변환 모듈이 배치되여, 이 고온 측과 저온 측의 온도차에 따라 열전 변환 모듈의 각 열전 변환 소자로 발전한다 (일본 공개 특허 공보 1: 평 10-234194 호 참조) . 이 배열 발전 장치에서 열전 변환 효율을 향상시키기 위해서는, 고온 측의 온도를 올림과 동시에, 고온 측과 저온 측의 온도차를 크게할 필요가 있다. 다른 형태의 배열 발전 장치에서는, 배기 통로 내에 촉매를 제공하여, 그 촉매에 의해서 배기가스를 정화함과 동시에 촉매의 반응열에 의해서 배기 온도 (나아가서는, 열전 변환 모듈의 고온 측의 온도) 를 높이는 것도 있다. 고 부하 운전하에, 엔진으로부터의 배기 가스 유동은 분할되어 이 분할된 유동이 다른 촉매가 함유된 바이 패스 통로를 재통과할 수 있다 (일본 공개 특허 공보 2: 2000-352313 호 참조) . 열전 변환 요소의 열 저항 온도를 초과하는 열전 변환 요소를 보호하기 위해서, 예를 들어, 고 부하 운전 동안에, 배기 가스 유동이 바이 패스 통로를 통하여 또한 재통과할 수 있다 (일본 특허 문헌 3: JP-06-081639) .
종래의 배기 시스템에서, 엔진의 시동 시 등의 촉매 온도가 저온 시에는 엔진의 느린 작동을 신속히 증가시켜야 한다. 배기 정화 촉매를 배기 매니 폴드의 근처 등의 배기계인 배기가스가 고온의 (즉, 배기가스에 포함되는 열에너지가 많다) 장소에 배치하여, 배열 발전 장치를 배기 시스템의 배기 정화 촉매의 하류 측에 (예를 들어, 보조 머플러의 근처에) 배치하였다. 그러나, 하류측에서는, 배기 정화 촉매에서의 온도상승에 이용되거나 또는 배기 통로 내를 흐르고 있을 때에 방출하기 때문에, 열에너지가 감소하여, 배기 정화 촉매의 하류 측을 통과하는 배기 가스의 온도는 낮게 된다. 그 때문에, 배열 발전 장치에서는 열전 변환 효율이 감소하며, 열 에너지의 회수 효율도 낮다.
또한, 엔진의 고부하 시 (고회전 시) 에 배기 매니 폴드의 근처에서는 배기 온도가 고온이기 때문에, 배기 정화 촉매의 촉매 온도도 상당한 고온이 된다. 촉매 온도가 활성온도를 초과하면, 정화 작용이 저하되며, 촉매가 열로써 열화된다. 그래서, 종래의 배기 시스템에서는, 촉매 온도가 활성 온도를 초과한 경우에 엔진을 농후한 운전으로 하여 촉매온도를 저하시켰다. 이 때문에, 연료 공 급량이 증가하여, 연비가 악화되었다.
본 발명의 목적은 연비가 좋으며, 촉매의 열화를 방지하는 배기 시스템을 제공는 것이다.
본 발명의 일 양태에 따른 배기 시스템은 배기 가스를 정화하기 위한 제 1 배기 제어 유닛과 변환을 통하여 열 에너지를 전기 에너지로 회수하기 위한 제 1 배열 회수 유닛을 포함한다. 배기 시스템은, 배기 가스를 제 1 통로로 유입시키는 제 1 통로 외에, 제 1 배기 제어 유닛을 통과함 없이 배기 가스가 통과하는 제 2 통로를 포함한다. 배기 시스템은 제 1 통로 내에 제 1 배기 제어 유닛을 포함하여 이 제 1 통로 내를 통과하는 배기 가스를 정화한다. 배기 시스템은 제 1 통로와 제 2 통로 사이에서 가스의 유동을 변경시키는 제어 부재를 포함한다. 촉매 온도가 높은 경우에, 배기 가스가 배기 시스템의 제 2 통로를 통하여 제어되어 고온의 배기 가스로 인하여 촉매 온도의 과도한 증가를 피할 수 있다. 이로써, 촉매의 열화가 방지될 수 있다. 이로써, 배기 가스 온도를 줄이기 위해서 부유한 사태로 엔진을 작동시켜 촉매 온도가 상승되는 염려 또한 없어지게 된다. 또한, 배기 가스의 열 에너지는 전기 에너지로서 회수될 수 있어, 결과적으로 연료 효율을 향상시킨다.
배기 시스템은 제 1 통로 및 제 2 통로가 합쳐지는 배기 통로에 제공된 제 2 배기 제어 유닛을 또한 포함할 수 있다.
제 2 배기 제어 유닛으로 배기 시스템의 배기 가스를 정화하는 경우에, 제어 부재는 제 2 통로 내로 배기 가스 유입을 제어하도록 작용한다. 만약, 배기 가스가 제 2 배기 제어 유닛에 의해 정화될 수 있다면, 제 1 배열 회수 유닛은 배기 가스로부터 열 에너지를 회수할 수 있어, 결과적으로 열 효율이 향상된다.
배기 시스템에서, 제어 부재의 작동은 제 1 배기 제어 유닛 또는 제 2 배기 제어 유닛의 온도에 따라 제어될 수 있다. 제어 부재는 제 1 배기 제어 유닛 또는 제 2 배기 제어 유닛의 온도가 규정된 온도를 초과할 때, 제 2 통로를 통과하도록 작동된다. 규정된 온도는 제 1 배기 제어 유닛 또는 제 2 배기 제어 유닛에서 활성화된 촉매 온도에 따라 결정된다.
배기 시스템에서, 제어 부재의 작동은 제 1 배기 제어 유닛 또는 제 2 배기 제어 유닛의 온도에 따라 제어된다. 예를 들어, 제 1 배기 제어 유닛의 촉매 온도가 낮다면, 배기 가스의 열 에너지가 제 1 배기 제어 유닛의 촉매 온도를 증가시키는데 사용될 수 있도록 제 2 통로를 통과하는 배기 가스의 유량을 감소시켜 제 1 통로를 통과하는 배기 가스의 유량을 증가시킨다. 다른 한편, 제 1 배기 제어 유닛의 온도가 더 높다면, 제 1 통로를 통과하는 배기 가스의 유량이 감소되도록 제 2 통로를 통과하는 배기 가스의 유량이 증가되어, 촉매 온도가 감소된다. 배기 온도의 열 에너지는 촉매 온도를 증가시키는데 사용되지 않고, 제 1 배열 회수 유닛에 의해 회수되는데 사용된다. 따라서, 높은 온도의 배기 가스로 인한 촉매 온도의 상승을 피할 수 있으며, 촉매가 열로써 열화되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 배기 가스의 열 에너지는 전기 에너지로 효과적으로 사용될 수 있다. 제어 부재의 작동은 제 2 배기 제어 유닛의 촉매 온도에 따라 제어된다. 촉매 온도가 활성온도에 도달할 때 제 2 배기 제어 유닛에서 배기 가스는 정화될 수 있다. 따라서, 제 2 통로를 통과하는 배기 가스의 유랑은, 배기 가스의 열 에너지가 제 1 배열 회수 유닛에 의해 회수되도록 제 1 통로를 통과하는 배기 가스의 유랑을 감소시키기 위해서 증가된다.
배기 시스템은 배기 가스의 열을 제 1 배열 회수 유닛으로 이송시키기 위하여 제 2 통로의 열 교환 부재를 포함할 수 있으며, 열 교환 부재에는 배기 가스를 정화하기 위한 촉매 장치가 제공되어 있다.
배기 시스템은 배기 가스의 열 에너지를 제 1 배열 회수 유닛의 고온 측으로 전달시키는 열 교환 부재를 포함할 수 있다. 열 교환 부재에는 제 2 통로를 통과하는 배기 가스를 정화하기 위한 촉매가 제공되어 있다. 배기 시스템에서, 배기 가스는 제 2 통로에서 정화되며, 열 교환 부재는 배기 가스의 열 에너지 뿐만 아니라 촉매의 반응열을 흡수하도록 작용한다. 제 1 배열 회수 유닛에 의해 회수된 열 에너지의 합은 증가한다.
배기 시스템에서, 제 1 통로 및 제 2 통로는 단일 구조로 합쳐질 수 있다. 제 1 통로는 구조 중앙에 형성되며, 제 2 통로는 제 1 통로의 외주에 형성된다.
배기 시스템에서, 제 2 통로는 구조 중앙에 형성된 제 1 통로의 외측에 형성되어 있으며, 제 1 배열 회수 유닛은 제 2 통로의 외측에 제공되어 있다. 제 1 배열 회수 유닛은 제 2 통로를 통과하는 배기 가스의 열 에너지가 전기 에너지로 변환되도록 형성되어 있다. 배기 시스템에서, 구조 중앙에 형성된 제 1 통로를 통과하는 고온의 배기 가스 (높은 열 에너지를 갖는다) 로 촉매 온도를 급격히 상승시킬 수 있다.
배기 시스템에서, 상기 구조는 내연 기관의 배기 매니 폴드 근처에 배치될 수 있다.
배기 시스템에서 배기 매니 폴드로 부터 방출되는 배기 가스의 열 에너지는 배기 매니 폴드 근처 (방출된 고온의 배기 가스가 통과하는 배기 매니 폴드의 하류) 에서 감소된 열 에너지와 같지 않다. 따라서, 상기 구조를 될 수 있는 한 배기 매니 폴드 근처에 제공하는 것이 바람직하다. 다른 예로서, 만약 가능하다면 배기 매니 폴드 내에 상기 구조를 배치해도 된다.
배기 시스템에서, 제어 부재는 배기 가스의 유량을 내연기관으로부터 제 1 통로 및 제 2 통로 내로 변경하도록 작용한다. 상기 시스템에서, 제 2 통로를 통과하는 배기 가스의 유량은 조정될 수 있다.
배기 시스템에는 제 2 배기 제어 유닛 (열전 변환 부재) 의 열전 부재 하류부를 포함하는 제 2 배열 회수 유닛이 제공되어 있다.
배기 시스템에서, 제 2 배열 회수 유닛은 배기 가스의 열 에너지를 전기 에너지로 회수하는 효율을 증가시키기 위하여 제공된다. 이로써, 제 1 배열 회수 유닛에서 회수되지 못한 배기 가스의 열 에너지를 전기 에너지로 회수할 수 있으며, 결과적으로 연료 효율이 향상된다. 이로써, 배기 가스 온도가 또한 감소하며, 기관 출력이 증대된다.
배기 시스템에서, 촉매는 열 교환 부재에 보유될 수 있다.
상기 배기 시스템에는 열 교환 부재의 열 교환 핀부가 제공되어 있다. 제 2 통로를 통과하는 배기 가스를 정화하기 위해서 촉매는 열 교환 핀에 보유된다. 배기 시스템은 제 2 통로에서 배기 가스를 정화하며, 열 교환 핀이 배기 가스의 열 에너지 외에 촉매의 반응열을 흡수하게 하여, 제 1 배열 회수 유닛에 의해 회수된 열 에너지의 양이 증가된다.
배기 시스템에서, 제어 부재는 규정된 수치로 제 1 통로 및/또는 제 2 통로를 폐쇄 및 개방하도록 작동되는 밸브로 형성될 수 있다.
상기 배기 시스템에서, 제 1 통로 및 제 2 통로를 통과하는 배기 가스의 유량은 규정된 치수로 개방/폐쇄되는 밸브로 적절히 조정될 수 있다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시 형태의 배기 시스템의 전체 구성도.
도 2 는 도 1 에서 보인 상류측 촉매 장치의 일부를 분해한 사시도.
도 3 은 도 1 에서 보인 상류측 촉매 장치의 측면도.
도 4 는 도 3 에서 보인 측면도의 IV - IV 선을 따라 취한 단면도.
도 5 는 도 4 에서 보인 바이 패스 통로의 배출 개구부 근처의 확대도.
도 6 은 도 3 에서 보인 측면도의 VI - VI 선을 따라 취한 단면도.
도 7 은 제 2 실시 형태에 따른 배기 시스템의 전체 구성도.
도 8 은 도 7 에서 보인 배열 발전 장치의 사시도.
도 9 는 배열 발전 장치의 정면도.
도 10 은 도 9 에서 보인 정면도의 X - X 선을 따라 취한 단면도.
도 11 은 도 9 에서 보인 정면도의 XI - XI 선을 따라 취한 단면도.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 배기 시스템의 실시형태를 설명한다.
본 실시형태에서는, 본 발명의 배기 시스템을 자동차에 탑재시켜 엔진으로부터의 배기가스를 정화함과 동시에 배기가스의 열 에너지를 전기 에너지로 변환하는 배기 시스템에 적용한다. 본 실시형태에 따른 배기 시스템은 배기 매니 폴드의 근처 (이제 부터 상류 측 촉매 장치라 한다) 와 그 보다 하류 측 (이제 부터 하류 측 촉매 장치라 한다) 에 2 개의 촉매장치를 구비한다. 배기 매니 폴드 근처의 상류 측 촉매장치에는 배열 발전 유닛이 제공되어 있다. 본 실시형태는 배열 발전 유닛 외에 추가 배열 발전 장치가 제공되지 않는다. 제 2 실시형태는 추가적인 배열 발전 장치가 제공된 경우이다.
도 1 을 참조하여, 제 1 실시형태의 배기 시스템의 구성에 관해서 설명하며, 도 1 은 제 1 실시형태의 배기 시스템의 전체 구성도이다.
배기시스템 (1) 은 자동차 (M) 에 탑재되며, 4 기통 엔진 (도시되지 않음) 의 배기 매니 폴드 (EM) 하류의 배기계를 구성한다. 배기 시스템 (1) 은 주로 배기 정화 수단 (예컨대, 주 배기 제어 유닛) 및 열전 변환 수단 (예컨대, 제 1 배열 회수 유닛) 을 갖는 상류 측 촉매 장치 (2) , 하류 측 배기 정화 수단 (예컨대, 제 2 배기 제어 유닛) 으로서의 하류 측 촉매 장치 (3) , 보조 머플러 (4) , 주 머플러 (5) 를 구비하고 있다. 엔진의 각 기통으로부터 배출된 배기가스는 배기 매니 폴드 (EM) 에 합류된다. 배기 매니 폴드 (EM) 의 근처에는, 상류 측 촉매 장치 (2) 가 배치되며, 이 상류 측 촉매 장치 (2) 는 볼 조인트 기구 (도시되지 않음) 를 통하여 배기관 (6a) 에 접속된다. 그 배기관 (6a) 의 하류 단에는 하류 측 촉매 장치 (3) 가 제공된다. 하류 측 촉매 장치 (3) 에는, 배기관 (6b) 이 접속된다. 상기 배기관 (6b) 의 하류단에는 보조 머플러 (4) 가 제공된다. 또한, 보조 머플러 (4) 에는, 배기관 (6c) 이 접속된다. 상기 배기관 (6c) 의 하류 단에는 볼 조인트 기구 (도시되지 않음) 를 통하여 주 머플러 (5) 가 제공된다. 주 머플러 (5) 의 하류 측에는, 테일 파이프 (tail pipe, 도시되지 않음) 가 제공된다.
상류 측 촉매 장치 (2) 는 이 장치의 중앙부를 관통하는 제 1 통로로서 배기 통로를 가지며, 그 배기 통로의 양측에 제 2 통로로서 바이 패스 통로를 각각 갖고 있다. 상류 측 촉매 장치 (2) 배기 통로에는 삼원 촉매가 제공되며, 이 삼원 촉매에 의해 일산화탄소, 탄화수소, 질소 산화물을 제거한다. 상류 측 촉매 장치 (2) 에는, 배기 매니폴드 (EM) 로 부터의 고온의 (열에너지가 많다) 배기가스가 유입된다. 그래서, 상류 측 촉매 장치 (2) 는 엔진 시동 시 등의 저온 시에 배기가스를 정화한다 (구체적으로는, 하류 측 촉매 장치 (3) 의 삼원 촉매가 활성온도에 도달하여 배기가스를 정화할 때까지) . 또한, 상류 측 촉매 장치 (2) 에는 배기 통로의 양 측 부에 배열 발전 유닛이 제공되어 있으며, 각 배열 발전 유닛은 바이 패스 통로를 흐르는 배기가스의 열에너지를 전기에너지로 변환하여, 그 전기 에너지를 DC/DC 변환기 (도시되지 않음) 등을 통하여 배터리 (도시되지 않음) 에 충전한다. 상류 측 촉매 장치 (2) 가 배기 통로의 삼원 촉매로 배기가스를 정화할 필요가 없는 경우에 (구체적으로는, 하류 측 촉매 장치 (3) 의 삼원 촉매가 활성 온도에 도달하여 배기가스를 정화할 수 있게 된 이후에) 배열에 의한 발전을 행한다. 상류 측 촉매 장치 (2) 의 구성에 관해서는 이하에 상세히 설명한다.
하류 측 촉매 장치 (3) 에는 삼원 촉매가 채워 넣어져 있고, 이 삼원 촉매에 의해 일산화탄소, 탄화수소, 질소 산화물이 제거된다. 하류 측 촉매 장치 (3) 는 상류 측 촉매 장치 (2) 를 통과하는 배기 가스의 온도 보다 저온의 배기가스 (열 에너지가 낮다) 가 유입되기 때문에, 엔진 고부하 등의 고온 시에 (구체적으로는, 하류 측 촉매 장치 (3) 의 삼원 촉매가 활성온도에 도달하여 배기가스를 정화할 수 있게 될 때에) 배기가스를 정화한다.
또한, 상류 측 촉매 장치 (2) 의 삼원 촉매와 하류 측 촉매 장치 (3) 의 삼원 촉매는 동일한 삼원 촉매이다. 다시 말하면, 상류 측 촉매 장치 (2) 에서는, 고온의 배기가스의 영향에 의해 삼원 촉매가 열로써 열화할 가능성이 있다. 이 때문에, 상류 측 촉매 장치 (2) 에는 하류 측 촉매 장치 (3) 보다 많은 삼원 촉매가 채워 넣어져 있다. 이 삼원 촉매는 각종 금속이나 금속 산화물을 펠릿으로 형성시킨 것으로, 활성온도 (예를 들어, 350℃ ∼ 800℃) 의 범위에서 활성화된다. 삼원 촉매는 이 활성 온도 범위에서 촉매 기능을 발휘한다. 상류 측 촉매 장치 (2) 및 하류 측 촉매 장치 (3) 에서는, 열전쌍에 의해 삼원 촉매의 온도를 검출하며, 그 검출된 촉매온도를 나타내는 온도신호 (US, DS) 를 엔진 ECU (E1ectronic Control Unit, 7) 에 송신한다.
작은 종류의 보조 머플러 (4) 는 주 머플러 (5) 의 소음 기능을 보조하는 소 음기이다. 보조 머플러 (4) 는 주 머플러 (5) 의 상류 측에서 배기가스가 갖고 있는 음향 에너지를 감소시킨다. 또한, 배기 시스템 (1) 은 상류 측 촉매 장치 (2) 및 하류 측 촉매 장치 (3) 의 작용에 의해 일반적으로 사용된 배기 시스템과 비교해 볼 때 본래부터 배기음이 작기 때문에, 보조 머플러 (4) 가 없더라도 좋다.
주 머플러 (5) 는 주 소음기이며, 보조 머플러 (4) 보다 소음효과가 크며, 대형이다. 주 머플러 (5) 는, 보조 머플러 (4) 의 하류측에서, 보조 머플러 (4) 에 의해 특정 정도로 감소된 배기가스의 음향 에너지를 더욱 감소시킨다.
엔진 ECU (7) 은 CPU (Central Processing Unit) , ROM (Read Only Memory) , RAM (Random Access Memory) 등을 포함하는 이루어지는 전자 제어 유닛이다. 엔진 ECU (7) 에는 각종 센서가 접속되며, 각종 센서로부터의 검출치에 따라서 각종 제어치 등을 설정하여, 엔진 및 이 엔진에 관련된 각 부분을 제어한다. 또한, 엔진 ECU (7) 은 배기 시스템 (1) 의 상류 측 촉매 장치 (2) 에서 배기 통로와 바이 패스 통로를 흐르는 배기가스의 유량을 또한 제어한다.
도 2 ∼ 도 6 을 참조하여, 상류 측 촉매 장치 (2) 의 구성에 관해서 설명한다. 도 2 는 상류 측 촉매 장치의 일부를 분해한 사시도이다. 도 3 은 도 1 에서 보인 상류 측 촉매 장치의 측면도이다. 도 4 는 도 3 에서 보인 측면도의 IV-IV 선을 따라 취한 단면도이다. 도 5 는 도 4 에서 보인 바이 패스 통로의 배출 개구부 부근의 확대도이다. 도 6 은 도 3 에서 보인 측면도의 VI-VI 선을 따라 취한 단면도이다.
상류 측 촉매 장치 (2) 의 입구 (20) 는, 이 상류 촉매 장치 입구의 상류 단부에서 볼트 (도시 안됨) 를 사용하여 배기 매니 폴드 (EM) 의 하류 단부의 배출구 (EMa) 에 고정되어 있다. 입구 (20) 는 배출구 (EMa) 와 동일한 직경이고, 그 하류 단에는 테이퍼 관 (21) 이 연결되어 있다. 테이퍼 관 (21) 은 이 테이퍼 관이 하류로 감에 따라 감소된 직경으로 형성되어 있으며, 그 하류 단에는 상류 촉매 장치 (2) 의 본체 (22) 가 연결되어 있다. 상류 촉매 장치 (2) 의 본체 (22) 는 하류 단에서 테이퍼 관 (23) 과 연결되어 있다. 테이퍼 관 (23) 은 이 테이퍼 관이 하류로 감에 따라 감소된 직경으로 형성되어 있다. 테이퍼 관 (23) 은 하류단에서 볼트 (도시되지 않음) 로 볼 조인트 기구에 고정되어 있다.
본체 (22) 는 상류에서 하류로 뻗어있는 튜브 형상이며, 중앙에 1 개의 배기 통로 (25) 와 이 배기 통로 (25) 의 양측에 바이 패스 통로 (26) 를 갖고 있다 (도 4, 도 6 참조) . 본체 (22) 의 외주부에는 2 개의 벽 (22a) 및 2 개의 벽 (22b) 이 제공되어 있다 (도 6 참조) . 본체 (22) 의 내부에는 외벽 (22b) 에 평행하며 소정의 간격으로 제공된 내벽 (22c) 이 있다 (도 6 참조) . 배기통로 (25) 는 측벽 (22a) 및 내벽 (22c) 에 의해서 형성되며, 단면이 대략 직사각형이며, 테이퍼 관 (21) 과 테이퍼 관 (23) 의 사이에 뻗어있다. 각 바이 패스 통로 (26) 는 측벽 (22a) , 외벽 (22b) , 내벽 (22c) 및 2 개의 열 교환 부재 (29) 를 포함하며, 단면이 대략 직사각형이며, 배기 통로 (25) 의 외측 부에 배치된다.
외벽 (22b) 에는 길이 방향을 따라 2 개의 열 교환부재 (29) 가 제공된다. 열 교환 부재 (29) 가 제공되는 위치에는 2 개의 개구부 (22d) 가 형성되어 있다 ( 도 2 참조) . 개구부 (22d) 는 대략 직사각형이며, 열 교환 부재 (29) 의 열 교환 핀 (29b) 이 상기 개구부 내로 삽입된다 (도 2, 도 6 참조) . 또한, 외벽 (22b) 은 각 개구부 (22d) 의 양 외측에서 플랜지부 (22e) 를 가진다 (도 2, 도 6 참조) . 또한, 외벽 (22b) 에는 개구부 (22d) 의 외주에 열 교환 부재 (29) 및 냉각부 (31) 를 볼트 (35) 로 체결하여 부착시키기 위한 복수의 볼트 구멍 (22f) 가 형성되어 있다 (도 2 참조) . 볼트 구멍 (22f) 에는 암 나사가 형성되어 있다.
내벽 (22c) 에는 최상류부에 도입 개구부 (22g) 가 형성되어 있으며 또한 최하류부에는 배출 개구부 (22i) 가 형성되어 있으며, 배기 통로 (25) 와 바이 패스 통로 (26) 가 연결되어 있다 (도 4 참조) . 따라서, 바이 패스 통로 (26) 는 배기 통로 (25) 의 최상류부로 부터 배기가스가 유입됨과 동시에 배기 통로 (25) 의 최하류부로 배기가스가 배출된다. 또한, 내벽 (22c) 의 내면 측에는 배출 개구부 (22i) 를 개폐하기 위해서 개폐문 (22j) 가 형성되어 있다 (도 4, 도 5 참조). 개폐문 (22j) 은 닫힌 경우에 배출 개구부 (22i) 를 완전히 감싸는 크기를 갖으며, 상류 측의 일단이 축 (22k) 에 대하여 회전가능하도록 고정되어 있다. 개폐문 (22j) 은 바이 패스 통로 (26) 를 흐르는 배기가스의 가스압에 의해 개방되며, 배기 통로 (25) 에 흐르는 배기가스의 가스압에 의해서 닫힌다. 따라서, 개폐문 (22j) 은 각각 바이 패스 통로 (26) 의 가스압 (가스유량) 과 배기 통로 (25) 의 가스압 (가스유량) 에 의해서 개방도가 결정된다.
배기통로 (25) 의 개구부 (22g) 와 배출 개구부 (22i) 의 사이에는, 펠릿 형 삼원 촉매가 채워져 있으며, 주 배기 제어 유닛으로서, 배기가스를 정화시키기 위한 삼원 촉매부 (27) 를 구성한다. 또한, 배기 통로 (25) 는 삼원 촉매부 (27) 와 배출 개구부 (22i) 사이에서 밸브 (22m) 를 포함한다 (도 4 참조) . 밸브 (22m) 는 배기 통로 (25) 를 완전히 덮는 크기 (배기 통로 (25) 의 단면에 상당하는 크기) 를 갖는다. 또한, 밸브 (22m) 의 중앙부는 축 (22n) 에 대하여 자유롭게 회전하도록 고정되어 있으며, 이 축 (22n) 은 액츄에이터 (도시되지 않음) 에 의해서 회전한다. 이 액츄에이터는 엔진 ECU (7) 으로 부터의 회전 구동 신호 (RS) 에 따라 구동하며 (도 1 참조) , 축 (22n) (또는, 밸브 (22m)) 를 회전시킨다. 밸브 (22m) 의 개방도는 엔진 ECU (7) 에 의해서 제어된다. 밸브 (22m) 가 내벽 (22c) 에 대하여 수직한 경우 (배기 통로 (25) 를 완전히 막는 경우) 가 완전히 닫힌 상태이다. 또한, 밸브 (22m) 가 내벽 (22c) 에 대하여 평행한 경우 (배기 통로 (25) 를 완전히 관통하는 경우) 가 완전히 개방된 상태이다. 상기 밸브 (22m) , 축 (22n) , 액츄에이터 및 개폐문 (22j) , 축 (22k) 은 통로 개폐 구조를 포함하는 제어 부재를 구성한다.
또한, 엔진 ECU (7) 은 상류 측 촉매 장치 (2) 로 부터의 온도 신호 (US) 와 하류 측 촉매 장치 (3) 로 부터의 온도신호 (DS) 를 수신하며, 밸브 (22m) 를 회전시키기 위한 액츄에이터에 대하여 구동 신호 (RS) 를 송신한다 (도 1 참조) . 상류 측 촉매 장치 (2) 의 촉매 온도가 상류 측 하한 온도 (삼원 촉매 활성 온도의 하한치 : 예를 들어, 350℃) 미만의 경우와, 상류 측 촉매 장치 (2) 의 촉매 온도가 상류 측 하한 온도 이상 및 하류 측 촉매 장치 (3) 의 촉매 온도가 하류 측 하 한 온도 (삼원 촉매 활성온도의 하한치 : 예를 들어, 350℃) 미만의 경우, 엔진 ECU 는 개폐 밸브 (22m) 을 완전히 개방시키기 위하여 회전 구동 신호 (RS) 를 송신한다. 이 경우, 밸브 (22m) 가 완전히 개방하여 배기 통로 (25) 를 개방시키고, 이 배기 통로 (25) 에는 배기가스가 유입된다. 이 배기가스의 가스압에 의해서 개폐문 (22j) 이 완전히 폐쇄되어 바이 패스 통로 (26) 가 닫힌다. 따라서, 바이 패스 통로 (26) 에는 배기가스가 흐르지 않게 된다. 또한, 하류 측 촉매 장치 (3) 의 촉매 온도가 하류 측 하한 온도 이상의 경우, 개폐 밸브 (22m) 를 완전히 폐쇄하기 위한 회전 구동 신호 (RS) 가 엔진 ECU (7) 에 의해 송신된다. 이 경우, 밸브 (22m) 가 완전히 폐쇄되어 배기 통로 (25) 가 닫힌다. 따라서, 배기 통로 (25) 내로 배기가스가 흐르지 않게 된다. 바이 패스 통로 (26) 를 통하여 유입되는 배기가스의 가스압에 의해서 개폐문 (22j) 이 완전히 개방된다. 따라서, 배기가스는 바이 패스 통로 (26) 를 통하여 유입된다. 상류 측 촉매 장치 (2) 의 촉매 온도가 상류 측 상한 온도 (삼원 촉매의 활성 온도의 상한치: 예를 들어, 800℃) 보다 높게 된 경우, 밸브 (22m) 를 완전히 밀폐하는 회전 구동 신호 (RS) 를 엔진 ECU (7) 로 부터 송신해도 된다.
상류 촉매 장치 (2) 의 본체 (22) 의 각 개구부 (22d) 에는, 각 배열 발전 유닛 (28) 이 끼워 맞춰져 있다. 배열 발전 유닛 (28) 은 열전 변환 모듈 (30) 에 따라 구성된다. 열전 변환 모듈 (30) 의 크기에 따라 유닛 (28) 을 구성하는 각 부분이 구성되어 있다. 배열 발전 유닛 (28) 은 저온 측 및 고온 측으로 부터 적절한 압력 (예를 들어, 17 kg/cm2) 를 열전 변환 모듈 (30) 에 가하여, 열전 변환 효율을 높인다. 배열 발전 유닛 (28) 에는 열 교환 부재 (29) , 열전 변환 수단으로서의 열전 변환 모듈 (30) , 냉각부 (31) 가 제공되어 있다.
열 교환 부재 (29) 는 주로 기부 (29a) 및 열 교환 핀 (29b) 으로 이루어진다 (도 6 참조) . 기부 (29a) 는 두꺼운 판 형상이며, 기부 (29a) 의 일 평면은 열전 변환 모듈 (30) 의 고온 단면과 밀착된다. 기부 (29a) 의 외주부는 열 교환 부재 (29) 를 본체 (22) 에 부착시키기 위하여 외벽 (22b) (플랜지부, 22e) 에 연결되도록, 볼트 (35) 와 끼워 맞춰지는 볼트구멍 (29c) 이 형성되어 있다 (도 2 참조) . 기부 (29a) 의 다른 면에는, 열 교환 핀부 (29b) 가 형성되어 있다. 열 교환 핀부 (29b) 의 각 핀의 높이는 열 교환 부재 (29) 가 본체 (22) 에 부착된 경우에 본체 (22) 의 내벽 (22c) 에 닿지 않을 정도의 높이이다 (도 4 참조) . 열 교환 부재 (29) 의 열 교환 핀부 (29b) 의 표면적을 크게하는 것에 의해, 배기가스와의 접촉면적을 크게하여, 배기가스의 열 에너지의 흡수량을 많게 한다. 각 열 교환 부재 (29) 는 본체 (22) 에 형성된 대응 개구부 (22d) 와 맞추어져, 각 냉각부 (31) 와 함께 볼트 (35) 로 체결된다 (도 2 참조) . 이로써 각 바이 패스 통로 (26) 가 형성된다 (도 4 참조) .
또한, 삼원 촉매부 (27) 의 펠릿 형상의 삼원 촉매와 같은 펠릿 형상의 삼원 촉매를 열교환 핀 부 (29b) 의 각 핀 표면에 소착하여 열 교환 부재 (29) 에 보유되도록 구성해도 좋다. 이와 같이 구성함으로써, 바이 패스 통로 (26) 를 통하 여 배기가스가 흐르는 경우, 그 배기가스의 열 에너지를 전기 에너지로 변환하는 것 외에, 그 배기가스를 정화할 수 있다. 이러한 경우에, 삼원 촉매에 의해서 반응열이 발생하기 때문에, 열 교환 핀부 (29b) 에서는 배기가스의 열 에너지 외에 그 반응열에 의한 열에너지도 흡수할 수 있다. 따라서, 배열 발전 유닛 (28) 의 열전 교환 효율이 향상된다.
열전 변환 모듈 (30) 은 복수의 열전 소자 (예를 들어, Bi2Te3 등으로 이루어지는 p 형과 n 형의 두 가지의 반도체) (도시되지 않음) 를 구비하고 있고, 이들의 열전 소자를 전기적으로는 직렬 또는 열적으로는 병렬로 배치하고 있다. 또한, 열전 변환 모듈 (30) 은 작은 면적의 실질적으로 사각형이며, 서로 평행하며 수평인 고온 단면과 저온 단면을 갖고 있다. 열전 변환 모듈 (30) 은 양 단면 사이의 온도차에 따라 시벡 (Seebeck) 효과에 의해 열에너지를 전기에너지로 변환하여, 그 전기에너지를 2 개의 전극 (도시되지 않음) 으로부터 출력한다.
냉각부 (31) 는 열전 변환 모듈 (30) 의 저온 단면에 적절한 압력을 가하여 고정하며, 수냉식으로 그 저온단면을 냉각한다. 냉각부 (31) 에는 냉각 덮개 (32) , 본체 (33) 및 냉각 수관 (34) 이 제공되어 있다.
냉각 덮개 (32) 는 본체 (33) 의 덮개이며, 냉각 덮개 (32) 는 본체 (33) 와 같은 치수로 두꺼운 두께의 판부 (32a) 를 갖고 있다 (도 2, 도 3 참조) . 판부 (32a) 는 냉각수관 (34) 이 부착된 양측에, 설치부 (32b) 가 형성되어 있다 (도 2, 도 3 참조) . 각 설치부 (32b) 에는 냉각수관 (34) 을 수용하는 설치 구멍 (32c) 이 형성되어 있으며, 이 설치 구멍 (32c) 의 하부 측에 연결되는 냉각수 구멍 (32d) 이 형성되어 있다 (도 4 참조) . 각 냉각수 구멍 (32d) 은 덮개 (32) 의 바닥면까지 관통하며, 냉각부 (33a) 로 연결된다. 또한, 판부 (32a) 의 네 구석에는, 본체 (33) 및 열 교환 부재 (29) 를 본체 (22) 에 부착할 때에 각각의 볼트 (35) 로 체결하기 위한 (도 2 참조), 볼트 구멍 (도시되지 않음) 이 형성되어 있다.
본체 (33) 는 덮개 (32) 로 감싸지도록 두꺼운 박스 형상으로 되어 있으며,본체 (33) 는 열전 변환 모듈 (30) 보다 약간 긴 치수를 가진다. 본체 (33) 의 오목부에는 냉각수가 흐르는 냉각부 (33a) 가 형성되어 있다 (도 6 참조) . 냉각부 (33a) 에는 냉각수를 식히기 위한 냉각 핀부 (33b) 가 제공되어 있다. 냉각 핀부 (33b) 의 각 핀은 동일 높이를 가지며, 본체 (33) 에 부착될 경우에 덮개 (32) 의 바닥부에 닿는 정도의 높이이다. 본체 (33) 의 바닥면은 열전 변환 모듈 (30) 의 저온 단면과 밀착되도록, 편평하게 되어있다. 본체 (33) 의 각 코너에는 덮개 (32) 및 열 교환 부재 (29) 를 본체 (22) 에 부착시킬 때에 볼트 (35) 로 체결하기 위해서 (도 2 참조) , 볼트 구멍 (도시되지 않음) 이 형성되어 있다.
냉각부 (31) 는 덮개 (32) 를 본체 (33) 에 고정시키는 4 개의 볼트 (35) 로 체결되며 (도 2 참조) , 또한 냉각 덮개 (32) 에 2 개의 냉각수관 (34) 이 용접에 의해서 부착되어 구성된다. 또한, 냉각부 (31) 는 그 4 개의 볼트 (35) 에 의하여 열 변환 부재 (29) 를 통하여 본체 (22) 에 고정된다. 이 볼트 (35) 에 의한 체결에 의하여, 열전 변환 모듈 (30) 을 냉각부 (31) 와 열 교환 부재 (29) 의 사이에 적절한 면상의 압력으로 끼워 고정시킬 수 있다.
상류 측 촉매 장치 (2) 에는, 길이방향으로 배치된 2 개의 냉각부 (31) 가 제공되어 있다. 상류 냉각부 (31) 의 상류 측의 냉각수관 (34) 과 하류 냉각부 (31) 의 하류 측의 냉각수관 (34) 이 래디에이터 호스 (도시되지 않음) 를 통하여 래디에이터 (도시되지 않음) 에 연결됨과 동시에, 그 외의 냉각수관 (34) 은 서로 연결된다 (도 2 참조) . 그리고, 각 냉각부 (31) 에는, 래디에이터에 의해 식혀진 냉각수가 냉각수관 (34) ,냉각수 구멍 (32d) 를 통하여 냉각부 (33a) 로 유입된다. 냉각 핀부 (33b) 의 각 핀 사이를 냉각수가 흐름에 따라 열전 변환 모듈 (30) 을 식혀 저온을 유지한다 (도 4 참조) .
도 1 ∼ 도 6 을 참조하여, 배기 시스템 (1) 에서의 동작에 대해서 설명한다. 배기 시스템 (1) 의 각 동작을 하기의 각 경우에 설명한다.
(1) 상류 측 촉매 장치 (2) 의 촉매 온도가 상류 측 하한 온도 미만의 경우,
(2) 상류 측 촉매 장치 (2) 의 촉매 온도가 상류 측 하한 온도 이상 및 하류 측 촉매 장치 (3) 의 촉매 온도가 하류 측 하한 온도 미만의 경우와,
(3) 하류 측 촉매 장치 (3) 의 촉매 온도가 하류 측 하한 온도 이상의 경우에 관해서 설명한다.
(1) 상류 측 촉매 장치 (2) 의 촉매 온도가 상류 측 하한 온도 미만의 경우에 관해서 배기 시스템 (1) 의 작동을 설명한다. 엔진의 시동 시, 엔진의 각 기통으로부터 배기가스가 배출된다. 그 후, 그 배기가스는 배기 매니폴드 (EM) 를 통하여 상류 측 촉매 장치 (2) 로 유입된다. 상류 측 촉매 장치 (2) 에서는, 그 배기가스가 배기 통로 (25) 로 유입되어, 삼원 촉매부 (27) 를 통과한다.
엔진 시동시에는, 엔진의 시동 시에는 배기계 전체가 저온이기 때문에, 삼원 촉매부 (27) 의 촉매 온도가 상류 측 하한 온도 미만으로 되어있다 (촉매 온도가 활성온도에 도달하지 않았다) . 엔진 ECU (7) 는 상류 측 촉매 장치 (2) 로 부터의 온도 신호 (US) 에 따라서, 개폐 밸브 (22m) 를 완전히 개방하기 위한 회전 구동 신호 (RS) 를 액츄에이터로 송신한다. 액츄에이터는 개폐 밸브 (22m) 가 완전히 개방되도록 축 (22n) 을 회전시킨다. 이렇게 하면, 밸브 (22m) 가 완전히 개방 상태가 될 때, 배기 통로 (25) 내로 배기가스가 흐르도록 배기 통로 (25) 가 개방된다. 그 가스압에 의하여 개폐문 (22j) 이 완전히 폐쇄 상태로 되어, 바이 패스 통로 (26) 가 닫혀지며, 배기가스가 상기 바이 패스 통로 내부로 유입되는 것이 방지된다. 따라서, 각 배열 발전 유닛 (28) 은 배열에 의한 발전을 하지 않는다. 이 순간에, 배열 발전 유닛 (28) 의 냉각부 (31) 에서는 냉각수가 순환되지 않는다.
상류 측 촉매 장치 (2) 로 부터 배출된 배기가스는 하류 측 촉매 장치 (3) 에 유입된다. 하류 측 촉매 장치 (3) 에서는, 배기가스가 흘러 들어 와, 삼원 촉매를 통과한다. 이 순간에, 하류 측 촉매 장치의 촉매 온도는 하류 측 하한 온도 미만으로 되어있다 (촉매온도가 활성온도에 도달하지 않았다) .
하류 측 촉매 장치 (3) 를 통과한 후에 배출 배기가스는 배기가스의 유동에 의해 발생된 소음을 제거하는 보조 머플러 (4) 및 주 머플러 (5) 에 유입된다. 그 후, 그 소음된 배기가스는 대기 중에 방출된다.
이 경우에, 바이 패스 통로 (26) 가 닫혀져 있기 때문에, 배기가스의 열에너지는, 배열 발전 유닛 (28) 으로 소비되지 않고, 삼원 촉매의 온도 상승에만 이용될 수 있다. 결과적으로, 배기가스의 온도상승에 따라, 삼원 촉매부 (27) 의 촉매온도를 신속히 상승시킬 수 있다.
(2) 상류 측 촉매 장치 (2) 의 촉매 온도가 상류 측 하한 온도 이상 및, 하류 측 촉매 장치 (3) 의 촉매 온도가 하류 측 하한 온도 미만의 경우에 관해서 배기 시스템 (1) 의 작동을 설명한다. 엔진의 시동 후에 서서히 배기계 전체의 온도가 상승된다. 배기가스가 배기 매니폴드 (EM) 를 통하여 상류 측 촉매 장치 (2) 에 유입된다. 그 배기가스는 상류 측 촉매 장치 (2) 의 배기 통로 (25) 로 유입되어, 삼원 촉매부 (27) 를 통과한다. 상류 측 촉매 장치 (2) 는 배기 매니 폴드 (EM) 의 근처에 배치되기 때문에, 배기가스는 고온을 유지하면서, 배기 통로 (25) 내로 유입된다. 이 때문에, 삼원 촉매부 (27) 의 촉매 온도가 급속히 상승하여, 단시간에 활성온도에 도달한다. 촉매 온도가 활성온도에 도달하면, 삼원 촉매부 (27) 는 배기가스를 정화하기 시작한다. 이 때, 삼원 촉매부 (27) 의 촉매 온도는 상류 측 하한 온도 이상이 된다.
상류 측 촉매 장치 (2) 를 통과한 후에, 배기가스는 삼원 촉매부 (27) 의 온도상승에 의해서 열에너지가 소비된다. 감소된 온도로 배기가스는 하류 측 촉매 장치 (3) 에 유입된다. 배기가스는 유입되어, 하류 측 촉매 장치 (3) 의 삼원 촉매를 통과한다. 하류 측 촉매 장치 (3) 의 삼원 촉매온도는 서서히 상승 하지만, 하류 측 하한 온도 미만으로 되어있다 (촉매온도가 활성온도에 도달하지 않았다) . 엔진 ECU (7) 은 상류 측 촉매 장치 (2) 로부터의 온도신호 (US) 및 하류 측 촉매 장치 (3) 로부터의 온도신호 (DR) 에 따라서, 밸브 (22m) 를 완전히 개방하기 위한 구동 신호 (RS) 를 액츄에이터에 송신한다. 밸브 (22m) 는 완전히 개방된 상태에 있으며 배기 통로 (25) 는 개방된다. 개폐문 (22j) 이 완전히 닫혀진 상태에 있음에 따라 바이 패스 통로 (26) 는 닫혀 진다. 또한, 이 경우에 엔진 ECU (7) 는 상류 측 촉매 장치 (2) 또는 하류 측 촉매 장치 (3) 중 어느 하나의 촉매온도에 따라, 밸브 (22m) 의 개방도를 서서히 감소시키는 구동 신호 (RS) 를 액츄에이터에 송신 해도 된다. 이와 같이 제어함으로써, 바이 패스 통로 (26) 로 서서히 배기가스가 흐르기 때문에, 배열 발전 유닛 (28) 으로 발전할 수 있음과 동시에, 상류 측 촉매 장치 (2) 에서 과도한 촉매온도의 상승을 억제할 수 있다.
하류 측 촉매 장치 (3) 를 통과한 후에, 배기가스는 배기 가스의 유동에 의해 발생된 소음을 제거하는 보조 머플러 (4) 및 주 머플러 (5) 에 유입된다. 그 정화 및 소음된 배기가스는 대기 중에 방출된다.
이 경우에, 하류 측 촉매 장치 (3) 의 촉매 온도가 활성온도에 도달하지 않더라도, 상류 측 촉매 장치 (2) 는 배기가스를 정화한다. 또한, 바이 패스 통로 (26) 가 닫혀짐에 따라, 배기가스의 열에너지는 배열 발전 유닛 (28) 으로 소비되지 않고, 상류 측 촉매 장치 (2) 및 하류 측 촉매 장치 (3) 의 삼원 촉매의 온도 상승에만 이용될 수 있다. 이 때문에, 배기가스의 온도상승에 따라, 하류 측 촉매 장치 (3) 의 촉매 온도를 신속히 상승시킬 수 있다. 또한, 하류 측 촉매 장치 (3) 가 부분적으로 정화능력이 있는 경우, 부분적으로 열려 있는 상태의 바이 패스 통로 (26) 를 통과하는 배기가스를 정화할 수 있다.
(3) 하류 측 촉매 온도 (3) 의 촉매 온도가 하류 측 하한 온도 이상의 경우의 배기 시스템 (1) 의 작동에 관해서 설명한다. 엔진의 고부하 시 (고회전 시) 에는 배기가스의 배기온도가 높으며, 그 고온의 배기가스가 상류 측 촉매 장치 (2) 및 하류 측 촉매 장치 (3) 에 유입된다. 이로써, 상류 측 촉매 장치 (2) 및 하류 측 촉매 장치 (3) 의 각 촉매온도는, 활성온도에 도달한다.
하류 측 촉매 장치 (3) 의 촉매 온도는 하류 측 하한 온도 이상이다 (촉매온도가 활성온도에 도달하였다) . 엔진 ECU (7) 는 하류 측 촉매 장치 (3) 로부터의 온도신호 (DS) 에 따라서, 개폐밸브 (22m) 을 완전히 폐쇄하기 위한 회전 구동 신호 (RS) 를 액츄에이터에 송신한다. 구동신호 (RS) 의 수용에 대한 응답으로 액츄에이터는 밸브 (22m) 가 완전히 폐쇄 상태로 되도록 축 (22n) 을 회전시킨다. 이렇게 되면, 밸브 (22m) 는 완전히 폐쇄 상태가 되며, 배기 통로 (25) 는 닫힌다. 이 순간에, 배기 통로 (25) 에는 배기가스가 유입되지 않기 때문에, 삼원 촉매부 (27) 는 배기가스를 정화하지 않는다.
바이 패스 통로 (26) 로 배기가스가 유입될 때, 그 가스압에 의해서 개폐문 (22j) 이 완전히 개방 상태가 되며, 바이 패스 통로 (26) 가 열린다. 이 순간에, 바이 패스 통로 (26) 에는 배기가스가 흐른다. 각 배열 발전 유닛 (28) 에서, 바이 패스 통로를 통과하는 배기가스의 열 에너지는 열 교환 부재 (29) 의 열 교환 핀부 (29b) 에서 흡수된다. 그 고온은 열전 변환 모듈 (30) 의 고온 단면에 전달된다. 각 배열 발전 유닛 (28) 에서 냉각수는 냉각부 (31) 에서 순환되어, 그 저온을 열전 변환 모듈 (30) 의 저온 단면에 전달한다. 마지막으로, 배열 발전 유닛 (28) 은 열전 변환 모듈 (30) 에서 그 고온과 저온의 온도차에 따라 발전하여, 그 전기 에너지를 배터리에 충전한다.
열 교환 핀 부 (29b) 에 삼원 촉매를 보유하고 있는 경우에, 바이 패스 통로 (26) 를 통과하는 배기가스는, 그 삼원 촉매에 의해서 정화된다. 또한, 그 삼원 촉매에 의한 반응열이 열 교환 핀 부 (29b) 에서 흡수된다.
상류 측 촉매 장치 (2) 를 통과한 후, 배기가스는 하류 측 촉매 장치 (3) 에 유입된다. 하류 측 촉매장치 (3) 의 촉매온도가 활성온도에 도달함에 따라, 배기가스가 정화될 수 있다. 그리고, 하류 측 촉매 장치 (3) 를 통과한 배기가스는, 보조 머플러 (4) 및 주 머플러 (5) 에 유입되며, 보조 머플러 (4) 및 주 머플러 (5) 에서는 배기가스가 소음된다. 그리고, 그 정화 및 소음된 배기가스는 대기 중에 방출된다.
이 경우, 하류 측 촉매 장치 (3) 의 촉매 온도가 활성온도에 도달함에 따라, 배기가스가 확실히 정화될 수 있다. 또한, 바이 패스 통로 (26) 가 열리기 때문에, 배기가스의 열에너지는 상류 측 촉매 장치 (2) 의 삼원 촉매부 (27) 에서의 촉매온도의 상승으로 소비되는 일없이, 배열 발전 유닛 (28) 의 발전에 의해서 회수된다. 따라서, 삼원 촉매부 (27) 에서의 촉매온도는 상승하지 않기 때문에, 활성 온도의 상한치를 초과하지 않는다.
이 배기 시스템 (1) 에 따르면, 배기 매니 폴드 (EM) 의 근처에 상류 측 촉매 장치 (2) 를 배치시킴과 동시에 삼원 촉매를 채워 넣은 배기 통로 (25) 를 장치의 중앙에 배치시킨다. 이 때문에, 삼원 촉매부 (27) 에는 배기 시스템 (1) 에서 열에너지를 가장 많이 포함하는 배기가스가 유입된다. 이로써, 촉매 온도가 활성 온도보다 낮은 경우라도 빠른 시기에 활성 온도까지 상승시킬 수 있다. 또한, 배기 시스템 (1) 에는, 배기 통로 (25) 의 양측에 각각 제공된 바이 패스 통로 (26) 를 포함한다. 상기 바이 패스 통로 (26) 가 보온 단열 층으로서 기능하기 때문에, 삼원 촉매부 (27) 의 온도 상승 효과가 더욱 높다.
또한, 배기 시스템 (1) 에는, 상류 측 촉매 장치 (2) 의 배기 통로 (25) 의 외에 바이 패스 통로 (26) 를 형성함과 동시에 바이 패스 통로 (26) 를 통과하는 배기 가스의 열 에너지를 회수하는 배열 발전 유닛 (28) 이 제공되어 있다. 삼원 촉매부 (27) 에서 배기가스의 열에너지를 필요로 하지 않은 경우에는 바이 패스 통로 (26) 에 배기가스를 유입시키는 것에 따라 그 배기 가스의 열 에너지를 회수하는데 사용된다. 특히, 배기 시스템 (1) 에서, 상류 측 촉매 장치 (2) 는 배기 매니 폴드 (EM) 의 근처에 배치되어 있기 때문에, 열 에너지를 가장 많이 포함하는 배기 가스로부터 전기 에너지를 효과적으로 회수할 수 있다. 또한, 배기 시스템 (1) 에는, 하류 측 촉매 장치 (3) 가 제공되어 있기 때문에, 하류 측 촉매 장치 (3) 의 촉매 온도가 활성 온도에 도달한 경우에 상류 측 촉매 장치 (2) 에서는 배기 통로 (25) 로 배기가스가 유입되는 것을 막을 수 있다. 이로써, 상류 측 촉매 장치 (2) 의 촉매 온도가 활성 온도를 넘어서 과도하게 상승하지 않으며, 삼원 촉매가 열화하지 않는다. 또한, 상류 측 촉매 장치 (2) 의 촉매 온도를 저하시키기 위해서 엔진에서 농후한 운전을 할 필요가 없다. 이 때문에, 상기 배기 시스템 (1) 은 함부로 연료를 소비하지 않으며, 다량의 열 에너지를 전기 에너지로 회수할 수 있기 때문에, 연료 소비율이 향상한다. 또한, 삼원 촉매가 열화되지 않기 때문에, 삼원 촉매의 사용량을 감소시킬 수 있으며, 각 상류 및 하류 촉매장치 (2, 3) 를 소형화할 수 있다.
또한, 배기 시스템 (1) 은 각 촉매 장치 (2, 3) 의 촉매 온도에 따라 각각의 배기 통로 (25) 및 바이 패스 통로 (26) 의 가스유량을 제어할 수 있다. 이로써, 배기가스 매니 폴드 (EM) 의 근처에 삼원 촉매부 (27) 와 배열 발전 유닛 (28) 함께 작동시켜, 배기가스의 열 에너지를 효과적으로 이용할 수 있다.
또한, 배기 시스템 (1) 에는, 열 교환 핀 부 (29b) 에 삼원 촉매를 보유한 경우에, 촉매 효과가 증대됨과 동시에, 그 삼원 촉매의 반응열에 따라 열 에너지의 흡수 효과도 향상한다. 또한 이 경우에, 바이 패스 통로 (26) 로 새어 나온 배기가스를 확실히 정화할 수 있다. 따라서, 하류 측 촉매 장치 (3) 를 설치하지 않더라도 배기 시스템 (1) 은 배기 시스템의 기능을 충분히 수행할 수 있다.
또한, 배기 시스템 (1) 에서는, 배기가스의 유동에 의해 발생된 배기음을 감쇠시킬 수 있어, 각 머플러 (4, 5) 의 크기를 소형화할 수 있다. 배기 시스템 (1) 은 보조 머플러 (4) 를 설치하지 않더라도 배기 시스템의 기능을 수행할 수 있다. 또한 , 배기 시스템 (1) 에서는, 배기 가스의 열 에너지의 회수 효율이 우수하기 때문에, 배기 온도가 저하하게 되며, 배기 가스의 체적이 감소하게 된다. 이 때문에 가스유량이 감소하며, 배압 저항이 작게 되어, 엔진의 출력이 상승된다.
도 7 를 참조하여, 제 2 실시형태의 배기 시스템 (41) 의 구성에 관해서 설명한다. 도 7 은 제 2 실시 형태의 배기 시스템의 전체 구성도이다. 배기 시스템 (41) 에서는, 제 1 실시형태의 배기 시스템 (1) 과 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이며, 그 설명을 생략한다.
배기 시스템 (41) 의 구성은 제 2 배열 회수 유닛으로서, 배열 발전 장치 (42) 가 보조 머플러 (4) 의 위치에 제공된 것을 제외하고 배기 시스템 (1) 의 구성과 동일하다 (도 1 참조) . 제 1 실시형태에서 설명한 바와 같이, 이 실시형태의 배기 시스템에서는 종래의 배기 시스템과 비교하여 배기음이 작다. 이 실시형태에서, 배기 시스템 (41) 에는, 배기 가스의 열 에너지를 전기에너지로 회수하는 효율이 향상되도록, 서브 머플러로서의 효과도 갖는 배열 발전 장치 (42) 가 제공되어 있다. 따라서, 배기 시스템 (41) 에는 주로, 상류 측 촉매 장치 (2) , 하류 측 촉매 장치 (3) , 배열 발전 장치 (42) , 주 머플러 (5) 가 형성되어 있다. 배열 발전 장치 (42) 는 배기 시스템 (1) 의 보조 머플러 (4) 가 제공된 위치에 배치된다. 배열 발전 장치 (42) 의 상류 단에는 배기관 (6b) 이 접속되며, 하류 단에는 배기관 (6c) 이 접속된다.
배열 발전 장치 (42) 는 상류 측 촉매 장치 (2) 로 회수할 수 없었던 배기가스의 열 에너지를 전기 에너지로 변환하여, 그 전기에너지를 DC/DC 컨버터 등을 통하여 배터리에 충전한다.
도 8 ∼ 도 11 를 참조하여, 배열 발전 장치 (42) 의 구성에 관해서 설명한 다. 도 8 은 배열 발전 장치의 사시도이다. 도 9 는 도 7 의 배열 발전 장치의 정면도이다. 도 10 은 도 9 의 정면도의 X - X 선을 따라 취한 단면도이다. 도 11 는 도 9 의 정면도의 XI - XI 선을 따라 취한 단면도이다.
배열 발전 장치 (42) 는 배기관을 원주 방향을 따라 4 분할 구조로 하며, 원주 방향을 따라 4 개의 배열 발전 유닛 (43) 이 배치된다 (도 10 참조) . 배열 발전 장치 (42) 의, 각 배열 발전 유닛 (43) 은 배기가스의 열 에너지를 전기 에너지로 변환한다.
배열 발전 장치 (42) 에는, 상류 측에서 배기관 (6b) 과 접속하는 배기 도입관 (44) 이 상류측 단부에 제공되며, 하류 측에서 배기관 (6c) 과 접속하는 배기 배출관 (45) 이 제공되어 있다. 배기 도입관 (44) 과 배기 배출관 (45) 의 사이에는, 4 개의 분할 배기관 (46) 이 용접 등에 의해서 접속된다. 각 분할 배기관 (46) 은 배열 발전 장치 (42) 의 중앙부에 90°마다 배치되며, 4 개의 분할 배기 통로 (47) 의 골격을 각각 형성하고 있다 (도 10 참조) .
분할 배기관 (46) 은 주요부가 얇은 판상이며, 단면이 대략 사다리꼴이다 (도 10 참조) . 이 사다리꼴 형상에는, 평행한 장변부와 단변부를 연결하는 2 개의 측변부와 장변부로 이루어진 각이 45°이다. 또한, 분할 배기관 (46) 는 사다리꼴의 장변부를 이루는 외판에 개구부가 형성되어 있다. 이 개구부는 실질적으로 사각형이며, 열 교환 부재 (48) 의 열 교환 핀 (48b) 이 삽입된다. 또한, 상기 외판에는 개구부의 외주를 따라 열 교환 부재 (48) 를 볼트로 체결하여 부착시키기 위한 볼트구멍이 형성되어 있다.
각 분할 배기관 (46) 의 측판은 90°의 위치로 각각 배치된 양측의 분할 배기관 (46, 46) 의 각 측판에 용접으로 각각 부착되어 있다. 그리고, 4 개의 분할 배기관 (46) 는 원주 방향을 따라 연결되며, 측면이 실질적으로 사각형 이다 (도 10 참조) . 또한, 각 분할 배기관 (46) 에는 열 교환 부재 (48) 가 설치되어 있다. 개구부가 닫힘에 따라 분할 배기 통로 (47) 가 형성된다. 또한, 연결된 4 개의 분할 배기관 (46) 내판의 양단에는, 그 상류 측에 분류 부재 (46a) 가 용접에 의해서 접속되며, 그 하류 측에 합류 부재 (46b) 가 용접에 의해서 접속된다 (도 11 참조) . 분류 부재 (46a) 는 상류 측이 되도록 가늘게 된 사각 방추상의 관 형상으로 되어 있으며, 배기 도입관 (6b) 으로부터의 배기가스를 4 개의 분할 배기 통로 (47) 로 분류시킨다. 또한, 합류 부재 (46b) 는 하류 측이 되도록 가늘게 된 사각 방추상의 관 형상으로 되고 있으며, 4 개의 분할 배기 통로 (47) 를 흐르는 배기가스를 합류시킨다.
배열 발전 유닛 (43) 은 주로 열전 변환 모듈 (49) 로 구성되어 있다. 열전 변환 모듈 (49) 의 크기를 기준으로서 유닛 (43) 을 구성하는 각부가 구성되어 있다. 배열 발전 유닛 (43) 에서, 저온 측 및 고온 측에서 적절한 압력 (예를 들어, 17 kg/cm2) 를 열전 변환 모듈 (49) 에 가한다. 배열 발전 유닛 (43) 을 용수철 계에 의해 가요적으로 눌러, 열전 변환 모듈 (49) 의 열전 변환 효율을 올린다. 그리고, 각 배열 발전 유닛 (43) 은 각 분할 배기관 (46) 의 개구부에 끼워 맞춰진다. 배열 발전 유닛 (43) 에는 열 교환 부재 (48) , 열전 변환 모 듈 (49) , 냉각부 (50) , 스프링 클램프 부 (54) 가 제공되어 있다.
열 교환 부재 (48) 는 주로 기부 (48a) 및 열 교환 핀부 (48b) 로 이루어진다. 기부 (48a) 는 폭 방향, 길이 방향 모두 열전 변환 모듈 (49) 보다 긴 치수를 갖는다. 기부 (48a) 의 상부면은 열전 변환 모듈 (49) 의 고온 단면과 밀착되도록, 수평면으로 되어있다. 기부 (48a) 의 외주부에는, 분할 배기관 (46) 에 고정 및 조여질 때에 볼트로 체결하기 위한 복수의 구멍이 형성되어 있다. 열교환 핀 부 (48b) 는 기부 (48a) 에 부착되어 있으며, 열 교환 부재 (48) 가 분할 배기관 (46) 에 부착되어진 경우에 각 핀의 높이가 분할 배기관 (46) 의 측판 및 내판에 닿지 않을 정도의 높이이다. 따라서, 도 10 에 도시된 바와 같이, 열교환 핀 부 (48b) 의 모든 핀에 의해서, 실질적으로 사다리꼴 형상이 형성된다. 열 교환 부재 (48) 가 분할 배기관 (46) 의 개구부에 삽입되며 볼트 (58) 에 의해서 체결되며, 분할 배기 통로 (47) 를 형성한다 (도 10, 도 11 참조) . 또한, 열 교환 핀 부 (48b) 의 각 핀의 높이가 분할 배기관 (46) 의 측판 및 내판에 닿을 정도의 높이라도 좋다. 이러한 경우에, 각 핀 또는 분할 배기관 (46) 은 충분한 변형, 배기가스 흡수작용을 가지도록 형성되어야 한다.
열전 변환 모듈 (49) 은 제 1 실시형태의 열전 변환 모듈 (30) 과 동일하다.
냉각부 (50) 는 열전 변환 모듈 (49) 의 저온 단면에 적절한 압력을 가하여 고정하며, 수냉식으로 그 저온단면을 냉각한다. 이를 위하여, 냉각부 (50) 에는 냉각 덮개 (51) , 냉각 본체 (52) 및 냉각수관 (53) 이 제공되어 있다.
덮개 (51) 는 냉각 본체 (52) 의 덮개이며, 판부를 갖고 있다. 판부의 중앙부에는, 가압 부재 (57) 를 탑재하기 위해서, 가압 부재 (57) 가 끼워지는 원형의 바닥 구멍이 형성되어 있다. 또한, 복수개의 판 스프링 (56) 을 양측으로부터 둘러싸 지지함과 동시에 냉각수관 (53) 을 설치하기 위해서, 판부 구멍의 양측에 지지부 (9) 가 제공되어 있다. 냉각수관 (53) 이 지지부 외측부에 설치되도록, 냉각수관 (53) 이 삽입되는 부착 구멍이 형성되어 있다. 또한, 지지부의 밑바닥 부에는, 설치구멍의 측부에 연결되는 냉각수 구멍이 각각 형성되어 있다. 냉각수 구멍은, 덮개 (51) 의 바닥면까지 관통하여, 냉각본체 (52) 의 냉각부 (52a) 에 연결된다 (도 11 참조) . 또한, 판부의 네 구석에는, 냉각 본체 (52) 에 부착할 때에 볼트로 체결하기 위한 볼트 구멍이 형성되어 있다.
냉각 본체 (52) 는 두꺼운 두께의 상자 형상이다. 냉각 본체 (52) 의 오목부에는 냉각수가 흐르는 냉각부 (52a) 가 형성되어 있다 (도 11 참조) . 냉각부 (52a) 에는 냉각수를 식히기 위한 냉각 핀 부 (52b) 가 제공되어 있다. 냉각 핀 부 (52b) 의 각 핀은 모두 동일한 높이를 갖으며, 냉각 본체 (52) 에 냉각 덮개 (51) 가 부착되는 경우에 냉각 덮개 (51) 의 바닥면에 닿을 정도의 높이이다. 냉각 본체 (52) 의 바닥면은 열전 변환 모듈 (49) 의 저온 단면과 밀착되도록 수평면으로 되어 있다. 또한, 냉각 덮개 (51) 를 부착시킬 때에 볼트로 체결하기 위해서, 냉각 본체 (52) 의 네 코너에는 볼트구멍이 형성되어 있다.
덮개 (51) 는 냉각 본체 (52) 에 고정되도록 4 개의 볼트 (도시되지 않음) 로 체결되며, 또한 덮개 (51) 에 2 개의 냉각수관 (53) 이 용접 등에 의해서 냉각부 (50) 에 부착되어 구성된다. 배열 발전 장치 (42) 에는, 원주 방향으로 배 치된 4 개의 냉각부 (50) 를 가진다 (도 10 참조) . 냉각부 (50) 에 인접하여 각기 부착된 두개의 냉각수관 (53) 이 래디에이터 호스 (도시되지 않음) 를 통하여 래디에이터 (도시되지 않음) 로 연결된다. 다른 냉각수관 (53) 은 인접하는 냉각부 (50) 사이에서 접속관 (53) 을 통하여 연결된다 (도 8 참조) . 그리고, 각 냉각부 (50) 에는 래디에이터에 의해 냉각된 냉각수가 냉각수관 (53) , 냉각수 구멍을 통하여 냉각부 (52a) 에 유입되며, 또한 냉각 핀 부 (52b) 의 각 핀 사이를 냉각수가 흐름에 따라 열전 변환 모듈 (49) 을 식혀 저온을 유지하고 있다.
스프링 클램프부 (54) 는 냉각부 (50) 의 외측으로 부터 소정의 압력을 열전 변환 모듈 (49) 에 가하도록 작용하며, 냉각부 (50) 와 열 교환 부재 (48) 의 사이에서 고정된다. 이 때에 클램프부 (54) 에서는, 복수의 판 스프링에 의한 탄성력에 의해서, 배열 발전 유닛 (43) 전체를 누르고 있다. 또한, 배열 발전 장치 (42) 에는, 원주 방향을 따라 4 개의 스프링 클램프 (54) 가 체결되며, 이 4 개의 스프링 클램프 (54) 에 의해서 장치 전체를 조인다. 이를 위하여, 스프링 클램프부 (54) 는 클램프 (55) , 복수의 판 스프링 (56) 및 가압 부재 (57) 를 포함한다.
클램프 (55) 는 수납부 (55a) , 접속부 (55b) 및 체결부 (55c) 를 포함한다 (도 8 참조) . 수납부 (55a) , 접속부 (55b) 및 체결부 (55c) 는 한 장의 판으로 형성된다. 수납부 (55a) 는 정면에서 볼 때 오목부 형상을 가진다. 수납부 (55a) 의 중앙부에는, 판 스프링 (56) 과 동일한 형상으로 크기가 약간 작은 개구 구멍 (55d) 가 형성되어 있다 (도 8 참조) . 이 개구 구멍 (55d) 의 외주 부는 판 스프링 (56) 을 가압하도록 작용한다. 접속부 (55b) 는 수납부 (55a) 와 양단의 체결부 (55c) 를 연결한다. 체결부 (55c) 는 접속부 (55b) 에 대하여 대략 수직으로 구부러져 있으며, 인접하는 클램프 (55) 의 체결부 (55c) 와 바닥부 끼리 접해있는 형상으로 되어있다. 각 체결부 (55c) 에는 볼트가 관통하는 각각의 볼트 구멍이 형성되어 있다. 다시 말하면, 4 개의 클램프 (55) 가 체결되면, 그 4 개의 클램프 (55) 가 단면으로 볼 때 실질적으로 원 형상이 되며, 배열 발전 장치 (42) 의 최외곽부를 감싼다 (도 10 참조) .
판 스프링 (56) 은 평면에서 볼 때 실질적으로 타원 형상이다. 판 스프링 (56) 은 작은 스프링 상수를 갖으며, 스프링 클램프부 (54) 는 판 스프링 (56) 을 소정 겹으로 겹쳐서 탄성력을 발생시킨다.
가압 부재 (57) 는 판 스프링 (56) 과 점 접촉을 이루도록 반구 형상이다. 가압 부재 (57) 의 원형상의 바닥면은 덮개 (51) 의 구멍에 끼워지도록 충분한 크기를 갖는다.
스프링 클램프부 (54) 에는, 냉각부 (50) 의 덮개 (51) 구멍에 가압 부재 (57) 가 끼워 넣어진다. 그 가압 부재 (57) 위에 복수의 판 스프링 (56) 이 적재된다. 판 스프링 (56) 이 수납부 (55a) 에서 감싸지도록 클램프 (55) 가 판 스프링 (56) 위에 탑재된다. 이 순간에, 판 스프링 (56) 은 덮개 (51) 의 지지부에 의해 양측에서 지지된다. 판 스프링 (56) 의 상면부가 지지부보다 높게 되어 있다. 클램프 (55) 의 체결부 (55c) 는 양측의 클램프 (55) 의 각 체결부 (55c) 에 맞춰지며, 인접하는 클램프 (55) 의 체결부 (55c) 가 볼트 (59) 및 너트 (60) 에 의해서 체결된다 (도 10 참조) . 그리고, 원주 방향을 따라 체결되어 있는 4 개의 스프링 클램프 (54) 로 배열 발전 장치 (42) 를 벨트처럼 조인다.
도 7 ∼ 도 11 를 참조하여, 배기 시스템 (41) 의 동작에 관해서 설명한다. 배기 시스템 (41) 은 보조 머플러 (4) 에서 소음을 행함 없이 발전을 하는 점만이, 제 1 실시형태에 대한 배기 시스템 (1) 과 동작이 다르기 때문에 그 점만 설명한다.
배열 발전 장치 (42) 에는 배기 도입관 (44) 으로부터 배기가스가 유입되며, 래디에이터로 연결되는 냉각수관 (53) 으로부터 냉각수가 흐르게 된다. 유입된 배기가스는 분류 부재 (46a) 에 의해서 4 개의 분할 배기 통로 (47) 로 분류된다. 다시 말하면, 이 유입되는 배기가스는 상류 측 촉매 장치 (2) 의 삼원 촉매를 가열하는데 부분적으로 사용되든지 또는 전기에너지로 변환되도록 사용된다. 따라서, 이 유입되는 배기가스는 상류 측 촉매 장치 (2) 에 유입되는 배기가스의 열 에너지 보다 감소되어 있다.
각 분할 배기 통로 (47) 에는, 배기가스가 열 교환 부재 (48) 의 열 교환 핀 부 (48b) 의 핀 사이를 빠져나가 하류로 흐른다. 배기가스의 열 에너지는 배기가스가 열 교환 핀 부 (48b) 를 통과함에 따라 열 교환 핀 부 (48b) 에 의해 흡수된다. 그리고, 열 교환 부재 (48) 는 그 흡수한 열 에너지를 열전 변환 모듈 (49) 의 고온단면에 전달한다.
한편, 냉각수는 냉각부 (50) 의 각 냉각부 (52a) 내의 냉각 핀 부 (52b) 의 핀 사이를 빠져 나가, 하류로 흐른다. 그리고, 냉각부 (50) 는 저온의 냉각수 를 열전 변환 모듈 (49) 의 저온 단면에 전달한다.
각 열전 변환 모듈 (49) 은 고온 단면에 전달된 고온과 저온 단면에 전달된 저온의 온도차에 따라 발전한다. 그 전기 에너지를 배터리에 충전한다. 이 순간에, 고온과 저온이 충분히 유지되고 있기 때문에, 온도차가 크며, 발전력도 크다.
그리고, 배열 발전 장치 (42) 에서 배기가스의 열 에너지가 전기 에너지로 회수된 후에, 그 배기가스가 주 머플러 (5) 에 유입된다. 배기가스의 열 에너지가 회수됨에 따라, 저온으로 된다.
배기 시스템 (41) 에 의하면, 제 1 실시형태의 배기 시스템 (1) 의 효과에 부가하여, 배기가스의 열 에너지를 또한 전기 에너지로 회수할 수 있어, 연료 소비율이 향상한다. 또한, 배기 온도가 더욱 저하하기 때문에, 엔진의 출력도 상승한다.
이상으로, 본 발명의 실시형태에 관해서 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않으며, 여러 가지 형태로 실시가능하다.
예를 들어, 본 실시형태에서는 2 개의 촉매장치가 제공되어 있지만, 배열 발전 유닛이 제공된 촉매 장치를 1 개 구비하는 구성으로 해도 좋다. 이 경우에, 바이 패스 통로를 통과하는 배기가스를 정화하기 위해서 열 교환 핀에 삼원 촉매를 보유시키는 구성이 필요하다. 또한, 2 개의 촉매장치에는 함께 삼원 촉매가 배기가스를 정화하는데 사용된다. 일측의 촉매 장치를 산화 촉매로 하며, 다른 측의 촉매 장치를 환원 촉매로 하는 등의, 엔진의 특성 등을 고려하여 2 개의 촉매 장치로 서로 다른 촉매에 의하여 배기가스를 정화하는 구성이라도 좋다.
또한, 이 실시형태에서는 배열 발전 유닛을 지닌 촉매장치를 배기 매니 폴드의 근처에 형성하였다. 하지만, 촉매 시스템은 배기계라면 그 이외의 장소라도 좋다. 다른 안으로서, 배기 시스템은 배기 매니 폴드 내의 최하류부에 설치되더라도 좋다.
이 실시형태에 따른 배기 시스템은 상류 측 및 하류 측에 2 개의 촉매 장치가 설치되어 있다. 상기 2 개의 촉매장치에서의 촉매 온도에 따라서 개폐 밸브의 개방도를 제어하였지만, 배열 발전 유닛을 지닌 촉매 장치를 1 개만 제공하여, 그 촉매 장치의 촉매 온도가 활성 온도 범위가 되도록 개폐밸브의 개방도가 제어되도록 구성해도 된다.
또한, 이 실시형태에서는 배기통로에 제공된 개폐밸브를 완전히 밀폐 또는 완전히 개방 하도록 제어하였지만, 촉매 온도에 따라 그 개방도를 단계적으로 제어해도 된다. 또한, 바이 패스 통로에 액츄에이터로 구동하는 개폐 밸브를 제공하고, 촉매온도에 따라 그 밸브의 개방도를 제어하도록 해도 된다.
또한, 이 실시형태에서는 냉각부를 수냉식으로 구성하였지만, 공냉식으로 구성해도 된다.
본 발명의 배기 장치는 촉매의 열화를 방지할 수 있으며, 배기 가스로 부터 열 에너지를 효율성 있게 회수 가능하며, 연료 효율을 향상시킨다.

Claims (12)

  1. 내연 기관으로부터 방출되는 배기 가스가 통과하는 배기통로 (6) ,
    배기 가스가 정화되도록 촉매 (27) 를 포함하는 제 1 배기 제어 유닛 (2) 및,
    배기 가스의 열 에너지를 전기 에너지로 변경시키는 열전 부재 (30) 를 포함하는 제 1 배열 회수 유닛 (28) 을 포함하는 배기 시스템 (1; 41) 에 있어서,
    배기 통로는 제 1 배기 제어 유닛 (2) 이 제공되어 있는 제 1 통로 (25) 와, 열전 부재 (30) 를 포함하는 제 1 배열 회수 장치 (28) 가 제공되어 있는 제 2 통로 (26) 로 나눠져 있으며,
    배기 시스템은 제 1 통로 (25) 와 제 2 통로 (26) 사이에서 배기 가스의 유동이 변경되도록 작동되는 제어 부재 (22j, 22k, 22m, 22n) 를 또한 포함하며,
    제어 부재 (22j, 22k, 22m, 22n) 의 작동은 제 1 배기 제어 유닛 (2) 의 온도에 따라 제어되며,
    제 1 배기 제어 유닛 (2) 의 온도가 규정된 온도를 초과할 때에, 배기가스가 제 2 통로 (26) 를 통과하도록 제어 부재 (22j, 22k, 22m, 22n) 가 작동되며,
    규정된 온도는 제 1 배기 제어 유닛 (2) 에서 촉매 (27) 의 활성 온도에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 제 1 통로와 제 2 통로가 합쳐지는 배기 통로 (6) 에 제공된 제 2 배기 제어 유닛 (3) 을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 제어 부재 (22j, 22k, 22m, 22n) 의 작동은 제 2 배기 제어 유닛 (3) 의 온도에 따라 제어되는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 제 2 배기 제어 유닛 (3) 의 온도가 규정된 온도를 초과할 때, 배기 가스가 제 2 통로 (26) 를 통과하도록 제어 부재 (22j, 22k, 22m, 22n) 가 작동되는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 규정된 온도는 제 2 배기 제어 유닛의 촉매 활성 온도에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
  6. 제 2 항에 있어서, 제 2 배기 제어 유닛 (3) 의 하류에서 열전 부재를 포함하는 제 2 배열 회수 유닛 (42) 을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    제 1 통로 (25) 와 제 2 통로 (26) 는 단일 구조로 결합되어 있으며,
    제 1 통로 (25) 는 상기 구조의 중앙부에 제공되어 있으며,
    제 2 통로 (26) 는 제 1 통로 (25) 의 외주에 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    제 2 통로 (26) 는 배기 가스의 열을 배열 회수 장치에 전달시키는 열 교환 부재를 포함하며,
    배열 회수 장치에는 배기 가스를 정화하기 위한 촉매가 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 촉매 (27) 는 열 교환 부재 (29) 에 보유되는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
  10. 제 7 항에 있어서, 제 1 통로 (25) 와 제 2 통로 (26) 가 결합된 구조는 내연 기관에서 배기 매니 폴드 (EM) 의 근처에 배치되는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
  11. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 제어 부재 (22j, 22k, 22m, 22n) 는 제 1 통로 (25) 와 제 2 통로 (26) 로 유입되는 배기 가스의 각 유량을 변경시키는 역할을 하는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서, 제어 부재는 규정된 각도로 제 1 통로 (25) 와 제 2 통로 (26) 중의 어느 하나를 개폐시키는 작용을 하는 밸브 (22j, 22k, 22m, 22n) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 시스템.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101428615B1 (ko) 2013-09-16 2014-08-08 현대자동차주식회사 차량의 배기열 활용 시스템 작동구조

Families Citing this family (98)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4165405B2 (ja) * 2003-10-06 2008-10-15 トヨタ自動車株式会社 排気ガス浄化装置
JP2005223132A (ja) * 2004-02-05 2005-08-18 Toyota Motor Corp 内燃機関の熱電発電装置
JP4123163B2 (ja) 2004-02-17 2008-07-23 トヨタ自動車株式会社 発電装置
JP4055728B2 (ja) 2004-03-19 2008-03-05 トヨタ自動車株式会社 排熱回収装置
JP4085998B2 (ja) 2004-03-22 2008-05-14 トヨタ自動車株式会社 排熱回収装置
US20060157102A1 (en) * 2005-01-12 2006-07-20 Showa Denko K.K. Waste heat recovery system and thermoelectric conversion system
EP1846720B1 (de) * 2005-02-03 2020-12-23 MAHLE Behr GmbH & Co. KG Abgaswärmeübertrager, insbesondere für kraftfahrzeuge
US9184364B2 (en) 2005-03-02 2015-11-10 Rosemount Inc. Pipeline thermoelectric generator assembly
JP4715333B2 (ja) * 2005-06-23 2011-07-06 トヨタ自動車株式会社 熱電発電装置
FR2897100B1 (fr) * 2006-02-08 2008-04-18 Faurecia Sys Echappement Element d'echappement de ligne d'echappement des gaz
DE102006036463A1 (de) * 2006-08-04 2007-08-02 Mahesh Chandra Dwivedi Vorrichtung zur Sammlung, zum Speichern und zur Abgabe von Energie
US8188359B2 (en) * 2006-09-28 2012-05-29 Rosemount Inc. Thermoelectric generator assembly for field process devices
US7426910B2 (en) * 2006-10-30 2008-09-23 Ford Global Technologies, Llc Engine system having improved efficiency
DE102006057662A1 (de) * 2006-12-07 2008-06-12 Bayerische Motoren Werke Ag Fahrzeug mit einem thermoelektrischen Generator
DE102007005520A1 (de) 2007-02-03 2008-08-07 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Fahrzeug mit einem thermoelektrischen Generator
JP4240130B2 (ja) * 2007-03-29 2009-03-18 トヨタ自動車株式会社 ハイブリッド車両の触媒昇温装置
US8448427B2 (en) * 2007-11-12 2013-05-28 Ford Global Technologies, Llc Hydrocarbon retaining and purging system for flex-fuel combustion engine
US8333063B2 (en) 2007-11-12 2012-12-18 Ford Global Technologies, Llc Hydrocarbon retaining system and method
US8112985B2 (en) 2007-11-12 2012-02-14 Ford Global Technologies, Llc Hydrocarbon retaining system configuration for combustion engine
US7913672B2 (en) * 2007-11-12 2011-03-29 Ford Global Technologies, Llc Hydrocarbon retaining and purging system
US8448422B2 (en) 2007-11-12 2013-05-28 Ford Global Technologies, Llc Engine starting control for engine with hydrocarbon retaining system
JP4894738B2 (ja) * 2007-11-30 2012-03-14 ヤマハ株式会社 テールパイプ照明装置
DE102007063196A1 (de) * 2007-12-19 2009-07-02 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Thermoelektrischer Generator und Verfahren zur Herstellung eines thermoelektrischen Generators
DE102007063173A1 (de) * 2007-12-19 2009-06-25 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Thermoelektrischer Generator
US8250924B2 (en) 2008-04-22 2012-08-28 Rosemount Inc. Industrial process device utilizing piezoelectric transducer
DE102008023937A1 (de) * 2008-05-16 2009-11-19 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie aus Abgaswärme
JP4737230B2 (ja) * 2008-05-23 2011-07-27 トヨタ自動車株式会社 排熱回収システム
DE102008002096A1 (de) 2008-05-30 2009-12-03 Robert Bosch Gmbh Wärmeübertrager
US8929948B2 (en) 2008-06-17 2015-01-06 Rosemount Inc. Wireless communication adapter for field devices
US8413433B2 (en) * 2008-07-17 2013-04-09 Ford Global Technologies, Llc Hydrocarbon retaining and purging system
US20100024859A1 (en) * 2008-07-29 2010-02-04 Bsst, Llc. Thermoelectric power generator for variable thermal power source
EP2180534B1 (en) * 2008-10-27 2013-10-16 Corning Incorporated Energy conversion devices and methods
DE102008063861A1 (de) * 2008-12-19 2010-07-01 Emcon Technologies Germany (Augsburg) Gmbh Abgasbehandlungsvorrichtung
US20110308560A1 (en) * 2009-02-26 2011-12-22 Ivan Arbuckle Temperature and flow control of exhaust gas for thermoelectric units
DE102009012841A1 (de) * 2009-03-04 2010-09-16 Elringklinger Ag Strukturbauteil zur Wärmeabschirmung von Motoren oder Motorkomponenten, insbesondere Hitzeschild für Verbrennungskraftmaschinen
DE102009013535A1 (de) * 2009-03-19 2010-09-23 Behr Gmbh & Co. Kg Thermoelektrische Vorrichtung
US8522560B2 (en) * 2009-03-25 2013-09-03 United Technologies Corporation Fuel-cooled heat exchanger with thermoelectric device compression
US8453456B2 (en) * 2009-03-25 2013-06-04 United Technologies Corporation Fuel-cooled flexible heat exchanger with thermoelectric device compression
EP2457271B1 (en) * 2009-07-24 2016-09-28 Gentherm Incorporated Thermoelectric-based power generation systems and methods
KR101125656B1 (ko) * 2009-09-10 2012-03-27 주식회사 아모그린텍 촉매연소식 탈취모듈을 이용한 음식물 처리장치와 그 처리방법
DE102009048192A1 (de) 2009-10-05 2011-04-21 Daimler Ag Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie aus Wärme
DE102009049621A1 (de) 2009-10-16 2011-04-21 Daimler Ag Vorrichtung zum Betrieb einer elektrischen Last in einem Fahrzeug und Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung einer Vorrichtung hierzu
DE102009058948A1 (de) * 2009-12-17 2011-06-22 J. Eberspächer GmbH & Co. KG, 73730 Abgasanlage mit thermoelektrischem Generator
CN102142798A (zh) * 2010-01-28 2011-08-03 陈翔 发动机排气管温差发电的方法
DE102010011472A1 (de) * 2010-03-15 2011-09-15 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Vorrichtung zur Abgaswärmenutzung
KR101260776B1 (ko) * 2010-04-15 2013-05-06 한라비스테온공조 주식회사 열전발전 열교환기
DE102011004243B4 (de) * 2011-02-16 2015-02-19 Eberspächer Exhaust Technology GmbH & Co. KG Abgaskrümmer
KR101270627B1 (ko) 2011-02-17 2013-06-03 한라비스테온공조 주식회사 차량의 배기가스를 이용한 열전 발전 및 배기열 회수 장치
EP2686531B1 (en) * 2011-03-18 2016-10-12 Basf Se Exhaust train having an integrated thermoelectric generator
DE102011016808A1 (de) 2011-04-13 2012-10-18 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Vorrichtung mit einem Wärmetauscher für einen thermoelektrischen Generator eines Kraftfahrzeugs
US9006557B2 (en) 2011-06-06 2015-04-14 Gentherm Incorporated Systems and methods for reducing current and increasing voltage in thermoelectric systems
US9293680B2 (en) 2011-06-06 2016-03-22 Gentherm Incorporated Cartridge-based thermoelectric systems
US20130000285A1 (en) * 2011-06-28 2013-01-03 GM Global Technology Operations LLC Internal combustion engine exhaust thermoelectric generator and methods of making and using the same
DE102011081565A1 (de) 2011-08-25 2013-02-28 Siemens Aktiengesellschaft Gasturbinenanordnung, Kraftwerk und Verfahren zu dessen Betrieb
EP2752984B1 (en) * 2011-08-31 2017-11-15 Daihatsu Motor Co., Ltd. Power generation system
JP5691999B2 (ja) * 2011-10-26 2015-04-01 トヨタ自動車株式会社 熱電発電装置
KR101340846B1 (ko) 2011-12-12 2013-12-12 현대자동차주식회사 차량용 열전 발전기
KR101340848B1 (ko) * 2011-12-15 2013-12-12 현대자동차주식회사 차량용 열전 발전기
KR101401065B1 (ko) * 2011-12-15 2014-05-30 현대자동차주식회사 차량용 열전 발전기
US8661800B2 (en) 2012-04-09 2014-03-04 Ford Global Technologies, Llc Method of collection and reuse of exhaust heat in a diesel-powered vehicle
US9476340B2 (en) 2012-04-16 2016-10-25 GM Global Technology Operations LLC Vehicle with stirling engine integrated into engine exhaust system
CN102664562A (zh) * 2012-04-18 2012-09-12 中国华能集团清洁能源技术研究院 柔性基座的温差发电装置
CN102820556B (zh) * 2012-05-30 2015-10-21 武汉理工大学 一种汽车尾气余热发电用热电转换模块连接装置
CN102720573B (zh) * 2012-06-29 2015-04-08 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 温差发电模组的保护外壳和汽车尾气管温差发电装置
CN102710178B (zh) * 2012-06-29 2016-01-20 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 汽车尾气管温差发电装置
EP2880270A2 (en) 2012-08-01 2015-06-10 Gentherm Incorporated High efficiency thermoelectric generation
DE102012214759B3 (de) * 2012-08-20 2014-02-06 Eberspächer Exhaust Technology GmbH & Co. KG Wärmeübertrager
DE102012216042A1 (de) * 2012-09-11 2014-03-13 Friedrich Boysen Gmbh & Co. Kg Vorrichtung zur Wandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie
JP5708606B2 (ja) * 2012-09-27 2015-04-30 トヨタ自動車株式会社 熱電発電装置
WO2014047671A1 (en) * 2012-09-28 2014-04-03 Empire Technology Development Llc Exhaust energy recovery for engines
CN102996212A (zh) * 2012-10-31 2013-03-27 苏州萃智新技术开发有限公司 一种摩托车排气管
JP6001423B2 (ja) * 2012-11-21 2016-10-05 トヨタ自動車株式会社 サーモアクチュエータ
KR101421956B1 (ko) * 2012-12-31 2014-07-22 현대자동차주식회사 자동차용 적층형 열전발전장치
CN103457519A (zh) * 2013-02-21 2013-12-18 上海海事大学 废热温差发电装置
CN103147879B (zh) * 2013-03-12 2015-07-22 武汉理工大学 一种汽车尾气温差发电热交换器
JP6078412B2 (ja) * 2013-04-17 2017-02-08 日立化成株式会社 熱電変換式発電装置
KR101421958B1 (ko) * 2013-08-06 2014-07-22 현대자동차주식회사 차량의 배기열 활용 구조
JP2015135059A (ja) * 2014-01-16 2015-07-27 トヨタ自動車株式会社 電気加熱式排ガス浄化システム
CN103899440B (zh) * 2014-03-11 2016-05-04 哈尔滨工程大学 一种船用双燃料发动机lng气化系统及其控制方法
AT515887A1 (de) 2014-05-20 2015-12-15 Ge Jenbacher Gmbh & Co Og Verfahren zum Anfahren eines Thermoreaktors
AT516110B1 (de) 2014-07-21 2016-08-15 Ge Jenbacher Gmbh & Co Og Abgasnachbehandlungseinrichtung
KR20160063000A (ko) * 2014-11-26 2016-06-03 현대자동차주식회사 열전 발전장치
KR101673703B1 (ko) 2014-11-27 2016-11-07 현대자동차주식회사 엔진의 열전 발전 시스템
CN104929742A (zh) * 2015-06-23 2015-09-23 张伟飞 一种汽车尾气发电装置
AT517670B1 (de) 2015-09-04 2023-03-15 Innio Jenbacher Gmbh & Co Og Abgasnachbehandlungsvorrichtung
JP6253632B2 (ja) * 2015-12-24 2017-12-27 本田技研工業株式会社 排気装置
US10508574B2 (en) * 2016-01-22 2019-12-17 Futaba Industrial Co., Ltd. Integrated exhaust heat recovery device
CN105656354B (zh) * 2016-03-16 2017-11-03 湖北工业大学 一种圆筒式汽车尾气热电转换装置及安装方法
KR101806676B1 (ko) * 2016-03-29 2017-12-07 현대자동차주식회사 열전발전시스템 및 이를 포함하는 차량용 배기매니폴드
DE102016209818A1 (de) 2016-06-03 2017-12-07 Ford Global Technologies, Llc Abgasnachbehandlungsanordnung, sowie Verfahren zur Abgasnachbehandlung
CN106314236B (zh) * 2016-09-08 2018-06-22 安徽工业大学 一种利用汽车尾气发电的车载制冷坐垫
CN106368774B (zh) * 2016-09-08 2019-03-22 安徽工业大学 一种翼板换热式汽车尾气发电装置
FR3056726A1 (fr) * 2016-09-28 2018-03-30 Valeo Systemes Thermiques Module tubulaire unitaire pour vehicule automobile a moteur thermique, et generateur thermoelectrique incorporant plusieurs de ces modules
RU188354U1 (ru) * 2018-11-30 2019-04-09 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Астраханский государственный технический университет", ФГБОУ ВО "АГТУ" Термоэлектрический генератор
DE102019000676B4 (de) * 2019-01-25 2021-09-09 Ansgar Wittkemper Wartungsfreie, batterielose elektrische Energieversorgung für Kleingeräte mit Verbrennungskraftmaschine
EP4049321B1 (en) * 2019-10-23 2023-08-09 Calidi AS Thermoelectric generator and its applications
CN110838685B (zh) * 2019-11-19 2021-09-21 华能国际电力股份有限公司上安电厂 一种高压电箱封闭状态下的高温余热利用装置
FR3107727B1 (fr) * 2020-02-28 2022-11-04 Faurecia Systemes Dechappement Ligne d’échappement

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2352965A1 (de) * 1973-10-23 1975-04-30 Bosch Gmbh Robert Anordnung zur abgasentgiftung von brennkraftmaschinen
FR2512499A1 (fr) * 1981-09-04 1983-03-11 Carabetian Charles Dispositif pour la transformation en electricite de la chaleur dissipee dans les gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne
GB8516420D0 (en) * 1985-06-28 1985-07-31 Ontario Research Foundation Diesel particulate traps
US5250268A (en) * 1990-03-09 1993-10-05 Volkswagen Ag Catalytic cleaning arrangement for exhaust from an internal combustion engine
JPH062539A (ja) 1992-06-18 1994-01-11 Aisin Seiki Co Ltd 排気ガス発電装置
JPH0681639A (ja) * 1992-09-02 1994-03-22 Mitsubishi Motors Corp エンジンの排熱回収装置
FR2698909B1 (fr) 1992-12-04 1994-12-30 Renault Dispositif d'échappement pour moteur à combustion interne.
JPH09329058A (ja) * 1996-06-11 1997-12-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd 熱電発電器
JPH10178216A (ja) * 1996-12-18 1998-06-30 Seru Appl Kk 熱電素子及び熱電冷却装置
JPH10234194A (ja) * 1997-02-20 1998-09-02 Calsonic Corp 排熱発電装置
FR2764638B1 (fr) * 1997-06-16 1999-08-13 Inst Francais Du Petrole Procede et ensemble d'elimination des oxydes d'azote presents dans des gaz d'echappement, utilisant un echangeur thermique
JP3637365B2 (ja) * 1997-07-22 2005-04-13 日産自動車株式会社 排熱発電装置
JP3564274B2 (ja) * 1997-10-13 2004-09-08 カルソニックカンセイ株式会社 排熱発電装置
GB2374029B (en) * 1998-05-15 2002-12-31 Arvinmeritor Inc Exhaust system
JP2000018095A (ja) 1998-06-30 2000-01-18 Nissan Motor Co Ltd 排熱発電装置
JP2000352313A (ja) * 1999-06-09 2000-12-19 Nissan Motor Co Ltd 自動車用排熱発電装置
US6347511B1 (en) * 1999-12-21 2002-02-19 Ford Global Technologies, Inc. Exhaust gas purification system for lean burn engine
JP4441091B2 (ja) * 2000-10-16 2010-03-31 本田技研工業株式会社 内燃機関の排気熱エネルギ回収装置
JP2002321210A (ja) 2001-02-26 2002-11-05 Denso Corp 成形用ダイス，中空型セラミックモノリス担体及びその製造方法並びに触媒コンバータシステム
US6568179B2 (en) * 2001-03-01 2003-05-27 Engelhard Corporation Apparatus and method for vehicle emissions control

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101428615B1 (ko) 2013-09-16 2014-08-08 현대자동차주식회사 차량의 배기열 활용 시스템 작동구조

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