KR101398571B1 - 디젤자동차용 배기정화장치의 점화 및 연소 안정성을 위한 연료/공기 분사점화장치 - Google Patents

디젤자동차용 배기정화장치의 점화 및 연소 안정성을 위한 연료/공기 분사점화장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디젤자동차용 배기정화장치의 점화 및 연소 안정성을 위한 연료/공기 분사점화장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 디스터번스 장치가 콘 형태로 형성되어 연료/공기 주입관의 끝단부에 설치되고, 배기관을 통과하는 배출가스와 연료/공기 주입관을 통해 공급된 연료/공기의 혼합기가 디스터번스 장치의 후면부에 넓은 재순환영역을 형성함으로써, 연소시간을 충분히 확보할 수 있어 미연 연료 성분의 배출을 줄이고, 화염이 안정화되어 강제 재생을 위한 고온가스를 DOC 및 DPF에 고르게 공급할 수 있는 특징이 있다.

Description

디젤자동차용 배기정화장치의 점화 및 연소 안정성을 위한 연료/공기 분사점화장치{Shape of fuel/air injection device for the stability of ignition and combustion in a exhaust gas cleaning device of diesel vehicle}
본 발명은 디젤자동차용 배기정화장치의 점화 및 연소 안정성을 위한 연료/공기 분사점화장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 디스터번스 장치가 콘 형태로 형성되어 연료/공기 주입관의 끝단부에 설치되고, 배기관을 통과하는 배출가스와 연료/공기 주입관을 통해 공급된 연료/공기의 혼합기가 디스터번스 장치의 후면부에 넓은 재순환영역을 형성함으로써, 연소시간을 충분히 확보할 수 있어 미연 연료 성분의 배출을 줄이고, 화염이 안정화되어 강제 재생을 위한 고온가스를 DOC 및 DPF에 고르게 공급할 수 있는 디젤자동차용 배기정화장치의 점화 및 연소 안정성을 위한 연료/공기 분사점화장치에 관한 것이다.
일반적으로, 가솔린 또는 디젤을 연료로 사용하는 가솔린 차량 또는 디젤 차량에는 배출되는 배기가스 중에서 일산화 탄소, 탄화 수소, 질소 산화물(NOx), 황산화물 및 입자상 물질(Particulate Matter, PM)이 포함된다.
여기서, 차량에서 배출되는 일산화 탄소, 탄화 수소, 질소 산화물(NOx), 황산화물 및 입자상 물질(Particulate Matter, PM) 등의 배기가스 중 입자상 물질은 부유 분진의 발생을 가중시킴으로써 대기 오염의 주요 원인으로 알려져 있다.
상술한 바와 같은 대기 오염 물질에 따른 인간의 쾌적한 환경의 요구 및 각국의 환경 규제에 의하여 배기가스에 포함되는 대기 오염 물질에 대한 규제가 점차 증가하고 있으며, 이에 대한 대책으로 다양한 배기가스 여과 방법이 연구되고 있다.
즉, 배기가스에 포함되는 대기 오염 물질을 감소시키기 위하여 차량의 엔진 내부에서 자체적으로 오염 물질을 저감시키는 기술로서, 엔진 기술 및 전처리 기술 등이 개발되고 있으나, 배기가스의 규제가 강화됨에 따라 엔진 내부에서의 유해 가스 저감 기술만으로는 규제를 만족시키는데 한계가 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 차량의 엔진에서 연소된 후 배출되는 배기가스를 처리하는 후처리 기술(Aftertreatment Technology)이 제안되었으며, 상술한 후처리 기술은 산화 촉매, 질소 산화물 촉매 및 매연 여과장치를 통한 배기가스 정화장치 등이 있다.
상술한 바와 같은 산화 촉매, 질소 산화물 촉매 및 매연 여과장치 중 입자상 물질을 저감시키는 가장 효율적이고 실용화에 접근되는 기술은 매연 여과장치(Diesel Particulate Filter Trap, DPF)를 이용한 배기가스 정화장치이다.
이러한 배기가스 정화장치는 디젤 또는 가솔린 엔진에서 배출되는 입자상 물질을 필터로 포집한 후 이것을 태우고(이하, 재생이라함) 다시 입자상 물질을 포집하여 계속 사용하는 기술로서 매연을 80% 이상 저감할 수 있어 성능면에서는 아주 우수하나, 내구성과 경제성이 실용화의 장애요인으로 작용하고 있다.
그리고, 강제 재생 방식을 채택한 디젤자동차의 배출가스 정화장치에서, 강제 재생을 위해 공급되는 연료/공기 공급장치의 연료공급방식은 초음파를 이용한 액체연료의 기화방식 공급장치에서 이송된 미세하게 미립화된 연료가 공기와 고르게 혼합되어 연소가 원활하게 이뤄질 수 있도록 한다.
그런데, 단순 분무식 연료/공기 분사장치는 기화되지 못한 액체상태의 연료가 존재할 수 있으며, 연소과정 및 연소영역이 완전하게 설계되지 못할 경우 담채(DOC+DPF)에 쌓여 있다가 갑자기 발화하게 되면 국부적으로 고온이 발생하여 담채가 녹아내릴 수 있는 문제점이 있다.
이럴 경우, DPF 고유의 필터기능이 상실되어 입자상 물질 및 오염물질이 정화되지 못하고 대기중으로 방출될 수 있는 문제점이 있다.
또한, 상기 연료/공기 분사장치는 미착화로 인해 점화가 되어도 불안정한 연소로 인해 초기에 HC slipdl 많이 발생하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서,
디스터번스 장치가 콘 형태로 형성되어 연료/공기 주입관의 끝단부에 설치되고, 배기관을 통과하는 배출가스와 연료/공기 주입관을 통해 공급된 연료/공기의 혼합기가 디스터번스 장치의 후면부에 넓은 재순환영역을 형성함으로써, 연소시간을 충분히 확보할 수 있어 미연 연료 성분의 배출을 줄이고, 화염이 안정화되어 강제 재생을 위한 고온가스를 DOC 및 DPF에 고르게 공급할 수 있는 디젤자동차용 배기정화장치의 점화 및 연소 안정성을 위한 연료/공기 분사점화장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하고자, 본 발명은 디젤자동차용 배기정화장치의 점화 및 연소 안정성을 위한 연료/공기 분사점화장치에 있어서,
엔진에서 배출된 배출가스가 내부에 이송되는 배기관과;
상기 배기관 내에 구비되어 배출가스 이송방향으로 형성되고, 혼합된 연료와 공기가 이송되어 배기관 내에 전달하는 연료/공기 주입관과;
상기 배기관 내에 구비된 연료/공기 주입관의 일측 외주연에 형성되어 연료/공기 주입관을 통해 토출되는 연료/공기를 방사상으로 확산시키는 디스터번스 장치와;
상기 배기관 내에 구비된 연료/공기 주입관의 끝단부에 형성되어 연료/공기 주입관을 통해 토출되는 연료/공기를 비산시키도록 다수개의 타공이 형성되는 연료/공기 주입구;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 디젤자동차용 배기정화장치의 점화 및 연소 안정성을 위한 연료/공기 분사점화장치에 관한 것이다.
이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 디젤자동차용 배기정화장치의 점화 및 연소 안정성을 위한 연료/공기 분사점화장치는 디스터번스 장치가 콘 형태로 형성되어 연료/공기 주입관의 끝단부에 설치되고, 배기관을 통과하는 배출가스와 연료/공기 주입관을 통해 공급된 연료/공기의 혼합기가 디스터번스 장치의 후면부에 넓은 재순환영역을 형성함으로써, 연소시간을 충분히 확보할 수 있어 미연 연료 성분의 배출을 줄이고, 화염이 안정화되어 강제 재생을 위한 고온가스를 DOC 및 DPF에 고르게 공급할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 연료/공기 분사점화장치가 설치된 디젤자동차용 배출가스 정화장치를 나타낸 개략도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 디젤자동차용 배기정화장치의 점화 및 연소 안정성을 위한 연료/공기 분사점화장치를 나타낸 개략도이고,
도 3은 도 2의 A부분을 나타낸 확대도이다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.
본 발명은 디젤자동차용 배기정화장치의 점화 및 연소 안정성을 위한 연료/공기 분사점화장치에 있어서,
엔진에서 배출된 배출가스가 내부에 이송되는 배기관과;
상기 배기관 내에 구비되어 배출가스 이송방향으로 형성되고, 혼합된 연료와 공기가 이송되어 배기관 내에 전달하는 연료/공기 주입관과;
상기 배기관 내에 구비된 연료/공기 주입관의 일측 외주연에 형성되어 연료/공기 주입관을 통해 토출되는 연료/공기를 방사상으로 확산시키는 디스터번스 장치와;
상기 배기관 내에 구비된 연료/공기 주입관의 끝단부에 형성되어 연료/공기 주입관을 통해 토출되는 연료/공기를 비산시키도록 다수개의 타공이 형성되는 연료/공기 주입구;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 더욱 명확히 설명될 수 있을 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, "제 1(first)", "제 2(second)"와 같은 용어는 설명을 위해 본원 및 첨부 청구항들에 사용되고 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 연료/공기 분사점화장치가 설치된 디젤자동차용 배출가스 정화장치를 나타낸 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 디젤자동차용 배기정화장치의 점화 및 연소 안정성을 위한 연료/공기 분사점화장치를 나타낸 개략도이고, 도 3은 도 2의 A부분을 나타낸 확대도이다.
도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 디젤자동차용 배기정화장치의 점화 및 연소 안정성을 위한 연료/공기 분사점화장치는 일반적인 디젤자동차용 배출가스 정화장치에 구비되는데, 먼저, 상기 디젤자동차용 배출가스 정화장치에 대해 설명하면, 도 1에서처럼, 엔진(1)에서 배출 이송된 배출가스를 혼합된 연료와 공기에 의해 연소시키는 연료/공기 분사점화장치(10)와, 상기 연료/공기 분사점화장치(10)에서 연소된 배출가스가 유입되어 촉매제에 의해 산화시키는 디젤 산화촉매장치(DOC,20)와, 상기 디젤 산화촉매장치(20)에서 산화된 배출가스 내의 입자상 물질 및 오염물질을 포집하는 매연저감장치(DPF,30)로 구성된다.
이렇듯, 본 발명에서는 연료/공기 분사점화장치(10)에 대한 특허로써, 상기 연료/공기 분사점화장치(10)는 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 엔진(1)에서 배출된 배출가스가 내부에 이송되는 배기관(11)과; 상기 배기관(11) 내에 구비되어 배출가스 이송방향으로 형성되고, 혼합된 연료와 공기가 이송되어 배기관(11) 내에 전달하는 연료/공기 주입관(12)과; 상기 배기관(11) 내에 구비된 연료/공기 주입관(12)의 일측 외주연에 형성되어 연료/공기 주입관(12)을 통해 토출되는 연료/공기를 방사상으로 확산시키는 디스터번스 장치(13)와; 상기 배기관(11) 내에 구비된 연료/공기 주입관(12)의 끝단부에 형성되어 연료/공기 주입관(12)을 통해 토출되는 연료/공기를 비산시키도록 다수개의 타공(17)이 형성되는 연료/공기 주입구(16)로 구성된다.
상기 배기관(11)은 도 2에서처럼, 엔진(1)에서 배출된 배출가스가 내부에 이송되는 관으로써, 연료/공기 분사점화장치(10)의 케이스에 해당되며, 엔진(1)과 디젤 산화촉매장치(DOC,20) 사이에 연결된다.
상기 연료/공기 주입관(12)은 도 2에서처럼, 배기관(11)을 관통하여 배기관(11) 내에 구비되고, 상기 연료/공기 주입관(12)은 외부에서 혼합된 연료와 공기가 이송되어 배기관(11) 내에 전달(분사)한다.
여기서, 상기 연료/공기 주입관(12)은 배기관(11) 내에서 배출가스 이송방향으로 형성되도록 절곡 형성되고, 상기 연료/공기 주입관(12)의 절곡 형상은 본 발명에서는 직각으로 형성되는데, 절곡이 직각 이외에도 경사지게 형성되는 등 다양한 설계변경이 가능하다.
상기 디스터번스 장치(Disturbance, 13)는 도 2에서처럼, 배기관(11) 내에 구비된 연료/공기 주입관(12)의 끝단부에 형성되어 연료/공기 주입관(12)을 통해 토출되는 연료/공기를 방사상으로 확산시킨다.
여기서, 상기 디스터번스 장치(13)는 연료/공기 주입관(12)을 통해 토출되는 연료/공기를 방사상으로 확산되도록 원뿔형 형태 즉, 콘 형태로 형성된다.
또한, 상기 디스터번스 장치(13)에 의해 연료/공기를 방사상으로 확산됨으로써, 디스터번스 장치(13)의 후면부에 연료/공기가 역압력 구배 및 난류 현상으로 재순환영역(14)이 형성되고, 상기 재순환영역(14)에 의해 연료/공기 점화시 화염이 안정화되면서 연소시간을 충분히 확보할 수 있어 미연 연료 성분의 배출을 줄인다.
한편, 상기 배기관(11) 내에는 도 2에서처럼, 연료/공기 주입관(12)을 통해 토출된 연료/공기를 점화시키도록 점화장치(15)가 더 형성되고, 상기 점화장치(15)는 배기관(11) 내에 돌출되는데, 상기 디스터번스 장치(13)의 후면부에 구비되어 재순환영역(14)의 연소시간을 확보하면서 화염의 안정화가 될 수 있다.
상기 연료/공기 주입구는 도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 배기관(11) 내에 구비된 연료/공기 주입관(12)의 끝단부에 형성되어 연료/공기 주입관(12)을 통해 토출되는 연료/공기를 비산시키도록 다수개의 타공(17)이 형성된다.
여기서, 상기 연료/공기 주입구(16)의 타공(17)은 도 3에서처럼, 연료/공기가 이송되는 방향의 전면부에만 다수개 형성되는데, 이건 일실시예로써, 타공(17)이 연료/공기 주입구(16)의 전체에 형성될 수 있다.
그리고, 상기 연료/공기 주입구(16)는 도 3에서처럼, 원형의 구 형태로 형성되어 타공(17)이 전면부에 형성되면서 방사상으로 형성됨으로써, 타공(17)을 통해 분사되는 연료/공기가 방사상으로 분사된다. 이때, 상기 연료/공기 주입구(16)는 구 형태 이외에도 다양한 형태로 설계변경이 가능하다.
10 : 연료/공기 분사점화장치 11 : 배기관
12 : 연료/공기 주입관 13 : 디스터번스 장치
14 : 재순환영역 15 : 점화장치
16 : 연료/공기 주입구 17 : 타공
20 : 디젤 산화촉매장치 30 : 매연저감장치

Claims (7)

  1. 엔진(1)의 배출가스가 유입되어 촉매제에 의해 산화시키는 디젤 산화촉매장치(DOC,20)와, 상기 디젤 산화촉매장치(20)에서 산화된 배출가스 내의 입자상 물질 및 오염물질을 포집하는 매연저감장치(DPF,30)로 구성되는 디젤자동차용 배기정화장치의 점화 및 연소 안정성을 위한 연료/공기 분사점화장치(10)에 있어서,
    엔진(1)에서 배출된 배출가스가 내부에 이송되도록 상기 엔진(1)과 디젤 산화촉매장치(DOC,20) 사이를 연결하는 배기관(11)과;
    상기 배기관(11) 내에 구비되어 배출가스 이송방향으로 형성되고, 혼합된 연료와 공기가 이송되어 배기관(11) 내에 전달하는 연료/공기 주입관(12)과;
    상기 배기관(11) 내에 구비된 연료/공기 주입관(12)의 일측 외주연에 형성되어 연료/공기 주입관(12)을 통해 토출되는 연료/공기를 방사상으로 확산시키는 디스터번스 장치(13)와;
    상기 배기관(11) 내에 구비된 연료/공기 주입관(12)의 끝단부에 형성되어 연료/공기 주입관(12)을 통해 토출되는 연료/공기를 비산시키도록 다수개의 타공(17)이 형성되는 연료/공기 주입구(16);를 포함하여 구성되고,
    상기 배기관(11) 내에는 연료/공기 주입관(12)을 통해 토출된 연료/공기를 점화시키도록 점화장치(15)가 더 형성되고, 상기 점화장치(15)는 배기관(11) 내에 돌출되되, 상기 디스터번스 장치(13)의 후면부에 구비되며,
    상기 디스터번스 장치(13)는 연료/공기 주입관(12)을 통해 토출되는 연료/공기를 방사상으로 확산되도록 원뿔형 형태로 형성되고, 상기 디스터번스 장치(13)에 의해 연료/공기를 방사상으로 확산됨으로써, 디스터번스 장치(13)의 후면부에 연료/공기가 역압력 구배 및 난류 현상으로 재순환영역(14)이 형성되며,
    상기 연료/공기 주입관(12)은 배기관(11) 내에서 배출가스 이송방향으로 형성되도록 절곡 형성되고,
    상기 연료/공기 주입구(16)의 타공(17)은 연료/공기가 이송되는 방향의 전면부에만 다수개 형성되는 것을 특징으로 하는 디젤자동차용 배기정화장치의 점화 및 연소 안정성을 위한 연료/공기 분사점화장치.
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