KR100923615B1 - 내연 기관의 배기 가스 정화 장치 - Google Patents

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미쯔따까 고지마
고오지로오 오까다
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미찌히로 하따
가즈히또 가와시마
가즈오 고가
가즈또 마에하라
하지메 이시이
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미쯔비시 지도샤 고교 가부시끼가이샤
미츠비시 지도샤 엔지니어링 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 첨가제 분사로 내에서의 침전물의 생성을 억제하는 내연 기관의 배기 가스 정화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 내연 기관의 배기 가스 정화 장치는, 엔진으로부터 외측으로 배기되는 배기 가스를 안내하기 위한 배기로(15)와, 배기로(15) 내에 제공된 촉매(5)와, 배기로(15)의 촉매(5)의 상류측에 연결된 분사로(24a)와, 분사로(24a)를 통해 촉매(5)에 첨가제를 공급하기 위해 분사로(24a)에 설치된 첨가제 분사 밸브(23)와, 분사로(24a) 내로 배기로(15)의 배기 가스 유동의 일부를 유동시키기 위해 배기로(15)와 분사로(24a)가 합류하는 합류부에 제공되는 유입부(30)를 포함한다.
첨가제 분사로, 배기로, 합류부, 유입부, 배기 가스 정화 장치

Description

내연 기관의 배기 가스 정화 장치{EXHAUST GAS PURIFICATION DEVICE OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 촉매에 공급되는 첨가제의 분사를 행하는 구조를 갖는 내연 기관의 배기 가스 정화 장치에 관한 것이다.
디젤 엔진차(차량)의 배기 가스의 정화에는, 디젤 엔진의 배기 가스 중에 포함되는 NOx(질소산화물)나 PM[입자상 물질(particulate matter)]의 대기로의 방출을 방지하기 위해, NOx 트랩 촉매나 선택 환원형 NOx 촉매나 디젤 입자 필터 등을 조합한 배기 가스 정화 장치가 사용된다.
이와 같은 배기 가스 정화 장치에는, 엔진으로부터 배기된 배기 가스를 외부로 배기하는 배기로 내에, 전단 촉매(pre-stage catalyst)라 불리는 산화 촉매나 NOx 트랩 촉매나 선택 환원형 NOx 촉매 등의 촉매를 제공하고, 촉매의 상류측, 또는 산화 촉매의 상류에, 예를 들어 상기 촉매의 반응에 요구되는 첨가제로서 연료를 분사하는 연료 첨가 밸브(환원제를 첨가하는 것)를 설치한 구조가 채용된다.
항상 연료 첨가 밸브를 정상적으로 기능시키기 위해서는, 연료 첨가 밸브의 내열 온도를 초과하는 사용을 피하거나, 분사 막힘의 요인이 되는 연료 첨가 밸브 의 말단부에 침전물이 생성되는 것을 피하는 것이 요구된다.
따라서, 연료 첨가 밸브를 배기 가스 유동으로부터 멀리하여, 고온의 배기 가스에, 연료가 분사하는 말단부가 노출되지 않도록 하는 것이 유효하다. 일본특허출원공개 제2004-44483호에 개시된 배기 가스 정화 장치는, 배기로로부터 나누어져 연장하는 연료 분사로를 설치하고, 이 연료 분사로의 말단부에 연료 첨가 밸브를 설치하여, 연료 첨가 밸브의 연료를 배기 가스로부터 이격된 지점으로부터, 연료 분사로를 통해, 배기로 내로 분사시키는 기술이 채용되고 있다.
이와 같은 배기 가스 유동으로부터 멀리 떨어진 지점으로부터 연료를 분사하는 구조는, 연료 분사로가 배기로로부터 퇴피되어 있기 때문에, 배기로 내를 흐르는 배기 가스의 흐름이, 연료 분사로의 내부까지 도달하기 어렵다. 즉, 연료 분사로 내에는 정체되는 부분이 쉽게 발생하기 때문에, 연료 분사로에서 증발한 연료는, 연료 분사로에서 저류되기 쉽다.
연료 분사로 내에 저류된 증발 연료는 바인더로 되어, 배기 가스에 포함되는 매연을 연료 분사로의 벽면에 부착시켜 침전물을 생성시킨다. 연료가 분사될 때마다, 침전물은 연료 분사로의 벽면에 퇴적되기 때문에, 퇴적되는 침전물에 의해 연료 분사로가 폐색될 우려가 있다.
본 발명은 이러한 환경의 관점에서 이루어진 것이고, 본 발명의 목적은 분사로 내의 첨가제의 침전물의 생성을 억제하는 내연 기관의 배기 가스 정화 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 내연 기관의 배기 가스 정화 장치는,
엔진으로부터 배기된 배기 가스를 외부로 안내하는 배기로와,
상기 배기로에 설치되는 촉매와,
상기 배기로에서 상기 촉매의 상류측에 연결되는 분사로와,
분사로를 통해 촉매에 첨가제를 공급하기 위한 첨가제 분사 밸브와,
상기 분사로와 상기 배기로가 합류하는 합류부에 설치되고, 상기 배기로를 흐르는 배기 가스의 일부를 상기 분사로 내로 유동시키는 유입부를 구비한다.
전술한 바와 같이 구성된 배기 가스 정화 장치에 따르면, 분사로 내로의 배기 가스의 유입에 의해, 분사로 내의 첨가제 또는 매연의 정체가 감소되고, 분사로 내의 침전의 발생이 억제될 수 있다. 그 결과, 첨가제가 바람직하게는 항상 첨가제 첨가 밸브로부터 주입될 수 있고, 배기 가스 정화 성능은 바람직하게는 항상 유지될 수 있다.
본 발명의 바람직한 양태에서, 유입부는 배기로에서 유동하는 배기 가스의 일부가 분사로 내로 유동하도록 하는 유입로와, 유입로로부터 분사로 내로 유동하는 배기 가스의 유동을 분사로 내측을 소기하기 위한 유동으로 변경시키기 위한 소기류 형성 수단을 구비한다. 따라서 분사로의 소기는 효율적으로 수행된다.
또한, 본 발명의 다른 바람직한 양태에서, 유입부는 분사로에 의해 형성된 코너부로 구성되고, 배기로에서 분사로가 연결되는 부분의 상류측의 일부는 외측으로 확장된다. 따라서, 배기로와 분사로가 제조될 때, 유입부는 배기로와 분사로의 형상을 변경하는 것만으로 구현될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 유입부는 분사로에 연결된 일단부와, 배기로의 분사로의 상류측의 일부에 연결된 타단부를 갖는 도입관 부재이다. 따라서, 도입관 부재를 제공함으로써, 배기로의 형상을 크게 변경하지 않고 유입로가 구현될 수 있다.
본 발명의 바람직한 양태에서, 소기류 형성 수단은 유입로로부터 도입된 배 기 가스가 분사로의 벽면에 대해 충돌하는 충돌부를 형성하고, 충돌에 의해 발생된 배기 가스 유동에 의해 분사로의 내측이 소기되도록 구성된다. 따라서, 분사로 내의 소기는 단순한 구조로 효율적으로 수행될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 바람직한 양태에서, 소기류 형성 수단은 분사로의 축심에 대해 오프셋되어 분사로에서 개방된 유입로를 갖고, 분사로 내에서 배기 가스의 선회류가 생성되고, 분사로의 내측은 선회류에 의해 소기된다. 따라서, 분사로의 내측은 단순한 구조에 의해 효율적으로 소기될 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 양태에서, 배기로는 굴곡부를 갖고, 분사로는 배기로의 굴곡부의 도중에서 외향으로 연장된다. 따라서, 첨가제 분사로와 굴곡부에 의해 형성된 분기부를 활용하여 분사로에서 쉽게 소기되는 구조가 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 바람직한 양태에서, 분사로는 배기로와는 별도로 제공되는 관 부재에 의해 형성되고, 그 배기로 내로 돌출하는 말단부를 갖고, 유입부는 관 부재의 말단부에 형성되고, 이는 배기로의 배기 가스 유동의 일부를 수용하기 위한 절결부이다. 따라서, 절결부가 말단부에 형성되는 관 부재를 이용하는 단순한 구조에 의해, 첨가제의 분사로의 소기가 수행될 수 있다.
절결부는 배기로 내의 배기 가스 유동의 일부를 수용하기 위한 도입부를 갖도록 바람직한 양태에서 관 부재의 말단부를 대각선으로 절결한다. 따라서, 단순한 구성으로, 첨가제의 분사로의 소기가 수행될 수 있다.
또한, 다른 바람직한 양태의 절결부는 축심 방향으로 연장하는, 관 부재의 벽부에 형성된 슬릿이고, 배기로에서 유동하는 배기 가스 유동의 일부는 슬릿으로부터 관 부재의 내측으로 흐른다. 따라서, 첨가제의 분사로의 소기가 수행될 수 있다.
본 발명의 응용성의 다른 범주는 후술하는 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다. 그러나, 상세한 설명과 특정예는 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내지만, 본 발명의 사상과 범주 내에서의 다양한 변경 및 변형이 상세한 설명으로부터 해당 기술 분야의 종사자들에게 명백하기 때문에, 이는 도시의 용도만으로 제공된다.
상술한 구성에 의해, 분사로 내로의 배기 가스의 유입에 의해, 분사로 내의 첨가제 또는 매연의 정체가 감소되고, 분사로 내의 침전의 발생이 억제될 수 있다. 그 결과, 첨가제는 바람직하게는 항상 첨가제 첨가 밸브로부터 주입될 수 있고, 배기 가스 정화 성능은 바람직하게는 항상 유지될 수 있는 효과를 제공한다.
본 발명은 도시의 목적으로만 제공되고 따라서 본 발명을 제한하지 않은 첨부된 도면과 이하의 상세한 설명으로부터 보다 잘 이해될 것이다.
이하, 본 발명을 도1 내지 도5에 도시한 제1 실시예를 기초로 하여 설명한다.
도1은 내연 기관, 예를 들어 디젤 엔진의 배기계를 도시한다. 도1 중 부호 1은 디젤 엔진의 엔진 본체, 1a는 상기 엔진 본체(1)의 배기 매니폴드(exhaust manifold)(일부밖에 도시하지 않음), 2는 그 배기 매니폴드(1a)의 출구에 접속된 터보 차저를 도시한다.
터보 차저(2)의 배기 출구에는 배기 가스 정화 장치(3)가 설치된다. 이 배기 가스 정화 장치(3)에는, 배기 가스 중의 NOx(질소산화물)를 흡장(吸藏)하고, 정기적으로 흡장한 NOx를 제거하는 NOx 제거계(3a)와, PM(입자상 물질)을 포집하는 PM 포집계(3b)를 조합한 구조가 사용되고 있다.
예를 들어, NOx 제거계(3a)에는, 터보 차저(1a)의 배기 출구로부터 하방을 향하도록 연결된, 전단 촉매인 산화 촉매(5)가 내장된 촉매 컨버터(6)와, 상기 촉매 컨버터(6)의 후방에 횡방향으로 연결된, NOx 트랩 촉매(8)가 내장된 촉매 컨버터(9)와, 후술하는 첨가제인 촉매 반응용의 연료를 공급하는 연료 첨가 밸브(첨가제 분사 밸브)(23)를 조합한 구성이 사용되고 있다. 포집계(3b)에는, 촉매 컨버터(9)에, 입자 필터(11)가 내장된 촉매 컨버터(12)를 연결한 구성이 사용되고 있다. 이들 촉매 컨버터(6, 9, 12)와 상기 컨버터 사이를 연결하는 접속부(13)는, 디젤 엔진의 엔진 본체(1)로부터 배기된 배기 가스를 외부로 유도하는 배기로(15)를 구성하고 있다.
촉매 컨버터(6)의 산화 촉매(5)를 수용하는 세로 통형의 하우징은, 통형의 몸통부(18)의 양단부에, 입구 구체(inlet body)(19a)와 출구 구체(outlet body)(19b)를 장착하여 구성된다. 예를 들어 상부측의 입구 구체(19a)는 대략 L형으로 성형되고, 횡방향으로 배치되는, 터보 차저(2)와 접속되는 입구부(17a)를 갖는다. 하측의 출구 구체(19b)는 하측으로 돌출되고, 하향으로 배치되는, 촉매 컨 버터(9)와 연통하는 출구부(17b)를 갖는다. 하우징(17)에 의해, 배기로(15)의 디젤 엔진의 배기측의 직후의 지점에서, 배기 가스 정화 장치(3)를 차량의 엔진 룸(도시하지 않음)에 수납하기 위해, L형으로 굴곡한 굴곡부(15a)가 형성된다. 즉, 굴곡부(15a)로부터 하측에 배치되는 몸통부(18)에 의해, 촉매 설치 공간을 확보한다. 산화 촉매(5)는 굴곡부(15a)의 바로 아래에 배치되는 몸통부(18) 내에 설치된다.
촉매 반응에 요구되는 연료를 산화 촉매(5)로 분사시키기 위해, 연료 첨가 밸브(23)는, 예를 들어 공간적인 제약을 피하기 위해 굴곡부(15a)의 외주측과 같이 산화 촉매(5)의 바로 위의 지점에 설치된다. 연료 첨가 밸브(23)는 말단부에서, 연료를 분사하는 연료 분사부를 갖는다. 굴곡부(15a)의 출구측의 외주 부분(굴곡된 배기로 부분)으로부터, 굴곡부(15a)로부터 이격되는 방향, 즉 외측 방향으로 연장되는 통형부(24)가 분기된다. 연료 첨가 밸브(23)는, 굴곡부(15a)의 도중에서 나누어진 통형부(24)의 말단부에서, 장착 플랜지(24a) 및 받침대(25)를 사용하여 설치된다. 이에 의해, 연료 첨가 밸브(23)의 말단부의 연료 분사부는, 통형부(24)의 내부 공간으로 형성되는 첨가제 분사로로서의 연료 분사로(24b)에 대면한다. 연료 분사로(24b)는 굴곡부(15a)의 구부러짐 방향과는 반대측으로 기울어져 있고, 연료 분사로(24b)는 산화 촉매(5)의 입구 단부면을 향한다. 이에 의해, 배기 가스 유동으로부터 먼 지점으로부터, 촉매 반응에 필요한 연료가 산화 촉매(5)로 분사된다. 부호 25a는 받침대(25)의 내부에 형성되어 있는 냉각수로를 나타낸다.
분사계의 구조에서, 연료 분사로(24)와 배기로(15)가 합류하는 합류부(26)를 이루는 지점, 즉 연료 분사로(24b)의 기단과, 그로부터 바로 상류의 굴곡되면서 상승하는 배기관 부분(15b)과의 사이에는, 유입부(30)가 설치된다. 유입부(30)는, 굴곡부(15a)를 흐르는 배기 가스의 일부로 연료 분사로(24b) 내를 소기한다. 유입부(30)의 각 부의 단면이 도2 및 도3에 도시되고, 유입부(30)의 각 부의 외관이 도4 및 도5에 도시되어 있다.
유입부(30)는 소기용으로 배기로(15)를 흐르는 배기 가스의 일부를 수용하기 위한 유입로(33)와, 수용된 배기 가스를 소기에 적합한 배기 가스 유동으로 만드는 소기류 형성 수단(36)을 갖는다.
구체적으로는, 유입로(33)는, 도2 내지 도5에 도시된 바와 같이 통형부(24)의 기단부로부터 상기 기단부의 직상류에서 예각으로 교차하는 배기관 부분(15b)[굴곡부(15a)의 출구측의 관 부분]까지의 분기부(35)의 상부벽을 외측으로 확장시키고, 분기부(35) 상의 배기관 부분(15)만을 국소적으로 확장시켜 이루어진다. 도1 내지 도3 중의 부호 20은 상술한 확장한 벽 부분을 나타내고 있다. 유입로(33)는, 도3 및 도5에 도시된 바와 같이 굴곡부(15a)의 유로 단면보다 상당히 좁은 유로 단면으로 형성된다. 이에 의해, 유입로(33)는 부분(15b)에서 개방된 입구(33a)로부터 배기 가스의 일부를 도입하고, 통형부(24)의 기단부에서 개방된 출구(33b)로부터, 배기 가스가 연료 분사로(24b)로 도입되도록 된다. 유입로(33)의 형성을 쉽게 하기 위해, 도5에 도시된 바와 같이 입구 구체(19a)에는, 유입로(33)의 폭 방향 중앙에 분할면(21)을 갖는 절반 분할 구조가 채용된다.
소기류 형성 수단(36)은 도2에 도시된 바와 같이 연료 분사로(24b)의 벽면 에, 유입로(33)로부터 안내되어 나온 배기 가스와 충돌하는 충돌부(37)가 형성되는 구조가 사용된다. 구체적으로는, 충돌부(37)는, 연료 분사로(24b)의 벽면에서, 출구(33b)와 마주 향하는 벽면 부분이다. 이에 의해, 충돌부(37)와 충돌한 배기 가스의 충돌류가, 연료 분사로(24)의 벽면을 따라 그 깊이 방향으로 유동한다. 충돌류의 유입에 의해, 배기 가스가 연료 분사로(24) 내를 순환하여, 연료 분사로(24) 내의 증발 연료나 매연 등이 밀려 나온다.
또한, 연료 첨가 밸브(23)로부터 분사되는 연료는, 산화 촉매(5)의 반응에 의해 환원제를 생성하고, 이 환원제에 의해 NOx 트랩 촉매(8)에 흡장된 NOx나 SOx를 제거하고, 마찬가지로 산화 촉매(5)의 반응에서 얻은 열에 의해, 입자 필터(11)에서 포집된 PM을 연소 제거하는데 사용된다. 그로 인해, 연료 첨가 밸브(23)는, 디젤 엔진을 제어하는 제어부, 예를 들어 ECU(도시하지 않음)에 의해, 디젤 엔진의 운전 중, NOx나 SOx의 환원 제거, PM의 연소 제거 등의 촉매 반응이 요구될 때에 연료가 분사되도록 되어 있다.
다음에, 전술한 바와 같이 구성된 배기 가스 정화 장치(3)의 작용을 설명한다.
디젤 엔진의 운전 중, 디젤 엔진으로부터 배출된 배기 가스는, 도1에 도시된 바와 같이 배기 매니폴드(1a), 터보 차저(2), 굴곡부(15a), 산화 촉매(5), NOx 트랩 촉매(8) 및 입자 필터(11)를 통해 외기로 배출된다.
배기 가스 중에 포함되는 NOx는, NOx 트랩 촉매(8)에 흡장되고, 마찬가지로 PM은 입자 필터(11)에 의해 포집된다.
흡장된 NOx, SOx나 포집된 PM을 제거하는 시기가 되면, 연료 첨가 밸브(23)가 작동하는 것으로 가정한다.
그러면, 연료 첨가 밸브(23)의 연료 분사부로부터, NOx, SOx나 PM을 제거하기 위한 연료가, 도1에 도시된 바와 같이 연료 분사로(24b)를 통해, 소정의 시간에서 산화 촉매(5)의 입구 단부면쪽으로 분사된다. 이에 의해, 환원제가 생성되고, 이 환원제로 NOx 트랩 촉매(8)에 흡장된 NOx나 SOx가 환원 제거되고, 산화 촉매(5)의 반응에서 얻어진 열에 의해, 입자 필터(11)에서 포집된 PM이 연소 제거된다.
이때, 도2, 도4 및 도5에서 화살표 a로 나타내어진 바와 같이 굴곡부(15a)로부터 유입로(33)를 통해, 배기 가스의 일부가 연료 분사로(24b)로 연속적으로 안내된다. 배기 가스는 연료 분사로(24b)의 충돌부(37)와 충돌한다. 충돌에서 발생한 충돌류는 화살표 b로 나타내어진 바와 같이 연료 분사로(24b)의 벽면을 따라 깊이 방향으로 유입된다.
그 다음에, 도2에 도시된 바와 같이 배기 가스는, 연료 분사로(24b)의 내부를 소기하도록, 연료 분사로(24b)의 단부에서 턴하여 복귀되고, 연료 분사로(24b) 내를 순환한다. 이러한 소기에 의해, 연료 분사로(24b) 내의 증발 연료나 매연, 즉 침전물 등의 생성의 요인이 되는 물질은 연료 분사로(24b) 밖으로 흘러가게 된다.
따라서, 연료 분사로(24) 내에는 증발 연료나 매연이 축적되지 않아, 연료 분사로(24b) 내에서의 침전물의 생성이 억제된다. 이 결과, 양호하게는 항상 연료 첨가 밸브(23)가 연료 분사를 행할 수 있고, 양호하게는 항상 배기 가스 정화 성능 을 유지할 수 있다.
게다가, 소기 구조는, 합류부(26)에서 확장됨으로써 유입로(33)를 형성하고, 유입로(33)에 의해, 안내된 배기 가스를 소기에 적합한 흐름으로 바꾸는 구조이므로 간단하다. 게다가, 충돌식의 소기 구조는 배기 가스를 충돌시키는 것만으로, 효과적으로 연료 분사로(24b)에 체류하는 증발 연료나 매연 등을 소기시킬 수 있다. 특히 굴곡부(15a)에 연료 분사로(24b)나 연료 첨가 밸브(23)가 설치되는 경우, 연료 분사로(24b)와 부분(15)이 이루는 분기부(35)를 활용하여, 연료 분사로(24b) 내를 소기하는 구조를 간단하게 구축할 수 있다.
도6 내지 도9는 본 발명의 제2 실시예를 도시한다.
본 실시예에서, 연료 분사로(24b)는 제1 실시예의 충돌식의 소기부와 별개의 다른 선회식의 소기부(40)를 사용하여 소기한다.
구체적으로는, 본 실시예의 소기부(40)는, 소기류 형성 수단(36)으로서, 도8 및 도9에 도시된 바와 같이 유입로(33)의 출구(33b)를, 연료 분사로(24b)의 중앙으로부터 측방으로 오프셋한 지점, 구체적으로는 연료 분사로(24b)의 접선 방향의 지점에서 개방시켜, 배기 가스가 연료 분사로(24)의 하류측으로부터, 원주를 따라 연료 분사로(24b) 내로 도입되도록 한다.
배기 가스의 도입에 의해, 도6 내지 도8에 도시된 바와 같이 연료 분사로(24b) 내에는 선회류(a)가 발생하고, 선회류(a)의 중심부에 발생하는 부압에 의해, 연료 분사로(24b) 내에 체류하고 있는 증발 연료나 매연이 흡인된다. 흡인에 대해서는, 선회류(a)의 유속이 높을수록 높은 흡인 성능이 확보되기 때문에, 도7에 도시한 바와 같이 유입로(33)의 출구측에는 교축부(throttle portion)(33c)가 형성된다.
전술한 바와 같은 선회류에 의한 흡인에서도, 효과적으로 연료 분사로 내로부터 증발 연료나 매연을 유출시킬 수 있고, 제1 실시예와 같은 효과를 얻을 수 있다. 선회류식도 간단한 구조이다.
도6 내지 도9에서, 제1 실시예와 동일한 부분에는 동일 부호를 부여하여, 그 설명은 생략한다.
도10 및 도11은 본 발명의 제3 실시예를 도시한다.
본 실시예는 제1 실시예의 일체 구조의 유입로(33)가 아니라, 별도 구조의 유입로(43)를 채용한다.
구체적으로는, 유입로(43)는 관 부재로 구성되는 배기 가스 도입관 부재(45)의 일단부를 연료 분사로(24b)의 하류측의 지점에 연통시키고, 타단부를 연료 분사로(24b)로부터 직상류가 되는 배기로(15)의 부분(15b)에 연통시켜, 양자 사이를 배기 가스 도입관 부재(45)로 연결함으로써 형성된다. 상기 구조에서도 간단하게 소기 구조를 구축할 수 있다.
유입로(43)로부터 연료 분사로(24b)로 유동하는 배기 가스는 제1 실시예의 소기류 형성 수단(36)과 유사한 연료 분사로(24b)의 벽면과 충돌하여 연료 분사로(24b) 내의 증발된 연료나 매연을 배출시킨다. 따라서, 도10 및 도11에서, 제1 실시예와 동일한 부분에 대해서는 동일 부호를 부여하고, 그 설명을 생략했다.
도12 및 도13은 본 발명의 제4 실시예를 도시한다.
본 실시예에서는, 제3 실시예에서 예로 든 별도 구조의 유입로(43)가 제2 실시예에서 예로 든 선회류식의 유입부(40)에 적용된다.
구체적으로는, 관 부재로 구성되는 배기 가스 도입관 부재(45)의 일단부는 연료 분사로(24b)에 대해 접선 방향으로 연통된다. 즉, 도입관 부재(45)의 일단부는 분사로(24b)의 중심선으로부터 오프셋된 위치에서 연통된다. 또한, 단부는 분사로(24b)의 하류측으로 기울어진다. 또한 타단부는 분사로(24b)로부터 직상류의 배기로 부분(15b)과 연통되어, 배기 가스 도입관 부재(45)로부터 분사로(24b) 내로 도입된 배기 가스가 선회하면서 하류로 유동한다. 이러한 구조에서, 간단하게 소기 구조를 구축할 수 있다.
도12 및 도13에서, 제2 실시예와 동일한 부분에는 동일 부호를 부여하여, 그 설명을 생략한다.
도14 및 도15는 본 발명의 제5 실시예를 도시한다.
본 실시예는 제4 실시예의 변형예이고, 제4 실시예에서 관 부재로 형성되는 배기 가스 도입관 부재(45)는 배기로(15)의 굴곡부(15a)와 분사로(24b)의 통형부(24)와 일체로 성형된다.
도14 및 도15에서, 제4 실시예와 동일한 부분에는 동일 부호를 부여하여, 그 설명을 생략한다.
도16 및 도17은 본 발명의 제6 실시예를 도시한다.
본 실시예는 제1 내지 제5 실시예와는 달리, 연료 분사로(24b)는 배기로(15)를 형성하는 부재와 별개의 관 부재(50)를 사용하여 형성되는 구조를 갖고, 굴곡 부(15a)로부터의 배기 가스의 일부는 연료 분사로(24b) 내로 도입된다.
구체적으로는, 관 부재(50)는, 말단부에 배기 가스로에서 유동하는 배기 가스의 일부를 수용하도록 형성된 절결부(50a)를 갖고, 후단부에 연료 첨가 밸브(23)가 설치된다. 절결부(50a)에는, 도16 및 도17에 도시된 바와 같이 관 부재(50)의 말단부를 비스듬하게 절결한 경사 절결부(51)가 형성된다. 관 부재(50)는 굴곡부(15a)의 출구측(12)에 형성된 삽입용의 포트부(52)로부터 삽입되어 장착되고, 말단부에 형성된 경사 절결부(51)의 개구가 배기로(15)의 상류측을 향하도록 배열되고, 개구는 배기 가스를 수용하는 도입 포트(53)가 된다. 관 부재(50)의 말단부의 경사 절결부(51)는 굴곡부(15a) 내로 돌출하도록 배치되고, 배기로(15)와의 합류부(26)를 형성한다.
상기 구조에 따르면, 도16 및 도17의 화살표 c로 도시된 바와 같이 배기로(15)의 굴곡부(15a)에서 유동하는 배기 가스의 일부는, 도입 포트(53)로부터 관 부재(50)에 의해 형성되는 연료 분사로(24b) 내로 유동하고, 연료 분사로(24b) 내를 소기한다. 이러한 소기에 의해, 연료 분사로(24b) 내를 체류하고 있는 증발 연료나 매연과 같은 침전물 생성 요인 물질은 배기로(15) 내로 흘러가게 된다.
따라서, 제1 및 제3 실시예와 마찬가지로, 간단한 구조로 침전물의 생성을 억제할 수 있다. 특히 경사 절결부(51)를 채용한 관 부재(50)에 의해, 말단부의 돌출량을 변경시키거나, 경사 절결부(51)의 절결 각도를 변경함으로써, 도입하는 배기 가스량을 조정할 수 있고, 배기량 등의 사양이 다른 엔진에 용이하게 대응할 수 있다.
도16 및 도17에서, 제1 실시예와 동일한 부분에는 동일 부호를 부여하여, 그 설명을 생략한다.
도18 내지 도20은 본 발명의 제7 실시예를 도시한다.
본 실시예는 제6 실시예에서 예로 든 경사 절결부(51)가 아닌, 도19에 도시된 바와 같은 관 부재(50)의 축심 방향을 따라 연장하는 슬릿(55)으로 형성한 절결부를 갖는다. 즉, 슬릿(55)의 개구는 배기로(15)에서 유동하는 배기 가스의 일부를 수용하는 도입 포트(56)로 만들어진다. 도입 포트(56)는 도18에 도시된 바와 같이 배기 가스 유동에 대향하여 배치된다. 슬릿(55)은 굴곡부(15a) 내로 돌출하도록 배치되고, 배기로(15)와의 합류부(26)를 형성한다.
이러한 구조에서, 도18, 도20a 및 도20b에서 화살표 d로 나타내어진 바와 같이 배기 가스로(15)의 굴곡부(15a)를 흐르는 배기 가스의 일부는 슬릿(55)으로 형성되는 도입 포트(56)로부터, 관 부재(50)로 형성되는 연료 분사로(24b) 내로 유동하고, 연료 분사로(24b) 내를 소기한다. 이러한 소기에 의해, 연료 분사로(24b) 내를 체류하고 있는 증발 연료나 매연은 배기로(15) 내로 흘러가게 된다.
그로 인해, 제6 실시예와 마찬가지로, 간단한 구조로 침전물의 생성을 억제할 수 있다. 게다가, 슬릿(55)을 채용한 관 부재(50)에서 말단부의 돌출량을 변경하거나, 슬릿의 폭 치수를 변경함으로써, 도입되는 배기 가스량을 조정할 수 있어, 배기량 등 사양이 다른 엔진에 용이하게 대응할 수 있다.
또한 도21a 및 21b의 변형예에서 도시된 바와 같이, 슬릿(55)의 방향을 배기 가스 유동의 정면으로 위치시키지 않고, 횡방향으로 오프셋하여 위치시키면, 도 21a, 도21b에서 화살표 e로 나타내어진 바와 같이 굴곡부(15a)의 배기 가스의 일부가 슬릿(55)으로 형성되는 도입 포트(56)로부터 선회하면서 연료 분사로(24b) 내로 도입되고, 선회류의 중심부에 발생하는 부압으로, 연료 분사로(24b) 내에서 체류하고 있는 증발 연료나 매연을 빨아낼 수 있다. 이로 인해, 슬릿(55)이 형성된 구조는, 사양에 따라서, 충돌류를 사용한 소기나 선회류를 사용한 소기를 구분하여 사용할 수 있는 이점도 있다.
도18 내지 도21b에서, 제6 실시예와 동일한 부분에는 동일 부호를 부여하여, 그 설명을 생략한다.
본 발명은 상술한 어느 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 다양하게 변경하여 실시하는 것도 가능하다. 예를 들어 상술한 실시예에서는, 본 발명은 배기 가스로의 굴곡부의 외주측에 연료 첨가 밸브를 설치한 배기 가스 정화 장치에 적용되었지만, 이에 한정되지 않고, 본 발명은 굴곡부의 내주측에 연료 첨가 밸브를 설치한 배기 가스 정화 장치에도 적용할 수 있다. 물론, 상술한 실시예와 같이 굴곡부를 갖는 배기로를 구비하는 배기 가스 정화 장치뿐만 아니라, 굴곡부가 없는 배기로를 구비하는 배기 가스 정화 장치에도 본 발명을 적용할 수 있다. 물론, 상술한 실시예에서는, 굴곡부의 직하류에서 촉매로서 산화 촉매를 사용하고, 그 하류에 NOx 트랩 촉매, 입자 필터를 설치한 배기 가스 정화 장치에 본 발명을 적용한 경우를 예로 들었으나, 이에 한정되지 않고, 다른 정화 방식의 배기 가스 정화 장치, 예를 들어 굴곡부의 직하류에서 촉매로서 NOx 트랩 촉매를 사용하고, 그 하류에 입자 필터를 설치하고, NOx 트랩 촉매 의 상류에 첨가 밸브를 설치한 배기 가스 정화 장치나, 굴곡부의 직하류에서 촉매로서 NOx 트랩 촉매를 사용하고, 그 하류에 산화 촉매, 입자 필터를 설치하고, NOx 트랩 촉매의 상류에 첨가 밸브를 설치한 배기 가스 정화 장치, 또는 첨가제 분사 밸브의 직하류에 선택 환원형 촉매나 입자 필터를 설치한 배기 가스 정화 장치 에도 본 발명을 적용할 수 있다.
또한, 상술한 실시예에서는, 첨가제로서 연료를 사용하여 설명했으나, 촉매에 공급되는 것이면 무엇이든지 좋고, 예를 들어 환원제로서 경유, 가솔린, 에탄올, 디메틸 에테르, 천연 가스, 프로판 가스, 요소, 암모니아, 수소, 일산화탄소 등일 수 있다. 또한, 환원제 이외의 물질도 가능하고, 예를 들어 촉매 냉각을 위한 공기, 질소, 이산화탄소 등이나, 입자 필터에 포집한 매연의 연소 제거를 촉진시키기 위한 공기나 산화세륨 등이라도 좋다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 관한 전체 배기 가스 정화 장치를 도시하는 측면도.
도2는 연료 분사로의 소기 상태를 설명하기 위한 측단면도.
도3은 도1에서 A-A선을 따르는 단면도.
도4는 도1의 주요부를 도시하는 사시도.
도5는 도1의 주요부를 유사하게 도시하는 평면도.
도6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치를 도시하는 단면도.
도7은 도6의 주요부를 도시하는 사시도.
도8은 도6의 주요부를 유사하게 도시하는 평면도.
도9는 도7의 B-B선을 따르는 단면도.
도10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치를 도시하는 단면도.
도11은 도10의 C-C선을 따르는 단면도.
도12는 본 발명의 제4 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치를 도시하는 단면도.
도13은 도12의 D-D선을 따르는 단면도.
도14는 본 발명의 제5 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치를 도시하는 단면도.
도15는 도14의 E-E선을 따르는 단면도.
도16은 본 발명의 제6 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치를 도시하는 단면도.
도17은 도16의 주요부를 도시하는 사시도.
도18은 본 발명의 제7 실시예에 따른 배기 가스 정화 장치를 도시하는 단면도.
도19는 도18의 주요부를 도시하는 사시도.
도20a는 도18의 연료 분사로(24b) 내의 배기 가스의 흐름을 도시하는 길이 방향 단면도.
도20b는 도18의 연료 분사로(24b) 내의 배기 가스의 흐름을 도시하는 수직 방향 단면도.
도21a는 변형예의 연료 분사로(24b) 내의 배기 가스의 흐름을 도시하는 길이 방향 단면도.
도21b는 변형예의 연료 분사로(24b) 내의 배기 가스의 흐름을 도시하는 수직 방향 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 엔진 본체
3 : 배기 가스 정화 장치
15 : 배기로
15a : 굴곡부
23 : 연료 첨가 밸브
24b : 연료 분사로(첨가제 분사로)
26 : 합류부
30 : 소기부(유입부)
33, 43 : 배기 가스 통로
35 : 분기부
36 : 소기류 형성 수단
37 : 충돌부
50 : 관 부재
50a : 절결부
51 : 경사 절결부
55 : 슬릿

Claims (10)

  1. 엔진으로부터 배출된 배기 가스를 외부로 안내하는 배기 통로와,
    상기 배기 통로의 도중에 설치된 촉매와,
    상기 배기 통로에 있어서의 상기 촉매의 상류측에 접속된 분사로와,
    상기 분사로에 설치되고, 당해 분사로를 통해 상기 촉매로 첨가제를 공급하는 첨가제 분사 밸브와,
    상기 배기 통로를 유동하는 배기 가스의 일부를 상기 분사로 내로 유입시키는 유입로와,
    상기 유입로로부터 상기 분사로로 유입된 배기 가스의 유동을, 상기 분사로 내측을 소기하는 유동으로 변경하는 소기류 형성 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 가스 정화 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 배기 통로는, 상기 촉매의 입구측에 배기 가스류의 방향을 바꾸는 굴곡부를 갖고,
    상기 분사로는, 상기 굴곡부의 도중으로부터 외측으로 나뉘어지도록 기단부가 접속되고,
    상기 유입로는, 상기 분사로의 기단부와 상기 기단부로부터 직상류의 구부러지면서 연장되는 배기 통로 부분과의 사이에서 이루는 분기부를 외측으로 확장하여 형성된 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 가스 정화 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 배기 통로는, 상기 촉매의 입구측에 배기 가스류의 방향을 바꾸는 굴곡부를 갖고,
    상기 분사로는, 상기 굴곡부의 도중으로부터 외측으로 나뉘어지도록 기단부가 접속되고,
    상기 유입로는, 일단부가, 상기 분사로의 기단부와 상기 기단부로부터 직상류의 구부러지면서 연장되는 배기 통로 부분과의 사이에서 이루는 분기부 중의 배기 통로 부분에 접속되고, 타단부가 분사로에 접속된 도입관 부재인 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 가스 정화 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 소기류 형성 수단은, 상기 분사로의 벽면에, 상기 유입로로부터 도입된 배기 가스가 충돌하는 충돌부를 구비하고,
    상기 충돌에 의해 발생되는 배기 가스의 유동에 의해 상기 분사로 내측을 소기하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 가스 정화 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 소기류 형성 수단은 상기 유입로가, 상기 분사로 내에 배기 가스의 선회류를 발생시키도록 상기 분사로의 축선에 대해 오프셋하여 상기 분사로에 개방하고,
    상기 선회류에 의해 상기 분사로 내측을 소기하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 가스 정화 장치.
  6. 엔진으로부터 배출된 배기 가스를 외부로 안내하는 배기 통로와,
    상기 배기 통로의 도중에 설치된 촉매와,
    상기 배기 통로에 있어서의 상기 촉매의 상류측에 접속된 분사로와,
    상기 분사로에 설치되고, 상기 분사로를 통해 상기 촉매로 첨가제를 공급하는 첨가제 분사 밸브를 갖는 내연 기관의 배기 가스 정화 장치이며,
    상기 분사로는, 상기 배기 통로와는 별개 부재이고 또한 그 말단부가 상기 배기 통로 내로 돌출하도록 설치된 관 부재와,
    상기 관 부재의 말단부에 형성되고, 상기 배기 통로를 유동하는 배기 가스의 일부를 수용하는 절결부를 갖게 형성되고,
    상기 절결부로부터 상기 배기 통로를 유동하는 배기 가스의 일부를 상기 관 부재의 내부에 유입시켜 상기 관 부재 내측을 소기하는 유동으로 변경하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 가스 정화 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 절결부는, 상기 관 부재의 말단부를 비스듬하게 절결하여, 상기 배기 통로를 유동하는 배기 가스의 일부를 수용하는 도입 포트로 하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 가스 정화 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 절결부는, 상기 관 부재의 벽부에 축심 방향으로 연장되는 슬릿을 형성하고, 상기 배기 통로를 유동하는 배기 가스의 일부가 상기 슬릿으로부터 관 부재의 내부로 유입되는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 가스 정화 장치.
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