KR101485419B1

KR101485419B1 - 차량용 배기가스 여과장치

Info

Publication number: KR101485419B1
Application number: KR20130047934A
Authority: KR
Inventors: 김혜삼; 박효국; 이배균; 김상만; 이상일; 이재용
Original assignee: 대지금속 주식회사
Priority date: 2013-04-30
Filing date: 2013-04-30
Publication date: 2015-01-26
Also published as: KR20140129531A

Abstract

본 발명에 따른 차량용 배기가스 여과장치는, 케이싱; 상기 케이싱의 일단에 연결되는 배기가스 유입부; 상기 케이싱의 타단의 연결되는 배기가스 유출부; 및 상기 케이싱의 내부에 제공되는 여과부;를 구비하며, 상기 여과부는 상기 케이싱의 내면과 접촉하도록 제공되는 제1 여과부 및 상기 제1 여과부의 내부에 제공되는 제2 여과부를 포함하여, 제1 여과부가 기능을 하지 못하는 경우에도 제2 여과부가 임시로 일정 기간 기능할 수 있기 때문에 배기가스의 오염물질이 여과되지 않고 대기 중으로 배출되는 것을 방지할 수 있으며 차량의 시동이 꺼지는 것을 방지할 수 있다.

Description

차량용 배기가스 여과장치{APPARATUS FOR EXHAUST GAS FILTERING USED IN VEHICLE}

본 발명은 차량용 배기가스 여과장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수개의 여과부를 구비하여 여과장치의 교체 주기를 늘일 수 있고 사용 수명을 연장할 수 있는 차량용 배기가스 여과장치에 관한 것이다.

차량의 배기가스라 함은, 엔진으로부터 연소된 혼합기가 배기관을 통해 대기 중으로 방출되는 가스를 말한다. 이러한 배기가스는 주로 일산화탄소(C0), 질소산화물(NOx), 미연소탄화수소(HC) 등의 유해물질을 포함하고 있다.

한편, 디젤엔진 차량은 연비, 출력면에서 우수함에도 불구하고 가솔린엔진과 달리 배기가스 내에 질소산화물과 입자상 물질(PM; Particulate Matter)이 상당히 많이 함유되어 있다. 디젤차량에 있어서 공기가 대부분의 운전조건에서 충분한 상태로 연소되기 때문에 CO와 HC는 가솔린 차량에 비해 아주 적게 배출되지만, 질소산화물(NOx)과 입자상 물질이 많이 배출된다.

따라서, 디젤자동차 배기규제의 주요한 대상물질은 질소산화물(NOx)와 입자상 물질(PM)이고, 이의 대응기술로는 연료분사시기의 지연과 배기가스 재순환장치(Exhaust Gas Recirculation)에 의한 질소산화물의 농도저감기술과, 입자상 물질을 저감하기 위한 엔진의 연소성능 개선 및 개량기술 등이 있다. 즉, 디젤 자동차 배기규제의 구체적인 대응책으로 엔진의 개량과 후처리 기술로 구분되고 있는데, 우선 디젤자동차의 엔진 개량기술로는 연료실 개량, 흡기계 개량, 연료분사계 개량, 배기가스 재순환장치 등이 적용 또는 개발되고 있다.

또한, 후처리기술로는 입자상물질(PM) 중 고비점 탄화수소를 정화하기 위한 산화촉매, 과잉산소분위기 하에서 질소산화물(NOx)을 분해 또는 환원하는 DeNOx 촉매, 배기가스 내에 포함된 매연입자를 걸러주는 필터가 장착된 배기가스 여과장치 등이 있는데, 근래에 들어서는 이러한 배기가스 여과장치의 적용이 활발해지고 있는 실정이다.

종래의 배기가스 여과장치는 장시간 사용함에 따라 여과된 입자상 물질이 필터에 흡착됨으로써 필터의 기능이 저하된다. 이와 같이, 기능이 저하된 필터는 재사용을 위해서 입자상 물질을 제거하거나, 새로운 필터로 교체해야 한다.

그런데, 운전자들은 필터의 기능이 저하되거나 필터의 교체가 필요하다는 것을 잘 알지 못하고 차량을 운행하는 경우가 많다. 필터가 제대로 기능하지 못하는 상태에서 차량을 지속적으로 운행하게 되면 필터가 막혀 배기효율이 급격하게 저하되어 차량의 운행이 불가능한 상태가 발생할 수 있으며 일부 차종에서는 배기가스 오염물질이 그대로 대기 중에 배출되는 문제가 있다. 만약, 필터가 기능을 제대로 하지 못하는 경우에 임시 방편으로 한정된 기간 동안 사용할 수 있는 보조필터가 있다면 오염물질의 배출을 방지할 수 있으며, 필터가 막힌 상태에서도 비상 운행이 가능하기 때문에 정비센터까지 차량을 운행할 수 있도록 도울 수 있다.

또한, 사용 수명이 만료된 필터를 교체하는 경우에도 작업을 편리하게 할 수 있도록 배기가스 여과장치의 구조를 개선할 필요가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 메인 여과부가 사용 수명이 만료된 경우에 임시적으로 사용할 수 있는 보조 여과부를 구비한 차량용 배기가스 여과장치를 제공한다.

본 발명은 압력에 의해서 개폐되는 밸브를 이용하여 복수개의 여과부를 구분 작동시킬 수 있는 차량용 배기가스 여과장치를 제공한다.

상기한 바와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 배기가스 여과장치는, 케이싱; 상기 케이싱의 일단에 연결되는 배기가스 유입부; 상기 케이싱의 타단의 연결되는 배기가스 유출부; 및 상기 케이싱의 내부에 제공되는 여과부;를 구비하며, 상기 여과부는 상기 케이싱의 내면과 접촉하도록 제공되는 제1 여과부 및 상기 제1 여과부의 내부에 제공되는 제2 여과부를 포함할 수 있다.

상기와 같이 2개의 여과부를 구비함으로써, 제1 여과부가 기능을 하지 못하는 경우에도 제2 여과부가 임시로 일정 기간 기능할 수 있기 때문에 배기가스의 오염물질이 여과되지 않고 대기 중으로 배출되는 것을 방지할 수 있으며, 차량의 시동이 꺼지는 것을 방지할 수 있다.

상기 배기가스 유입부로 유입된 배기가스가 상기 제1 여과부를 통과하지 못하면 상기 배기가스는 상기 제2 여과부를 통과할 수 있다.

상기 케이싱의 내부 전단에는 상기 배기가스 유입부와 마주 보는 밸브부가 형성되며, 상기 밸브부는 상기 배기가스가 상기 제2 여과부로 들어가는 것을 단속할 수 있다.

상기 배기가스 유입부는 상기 케이싱에 연결되는 유입부재를 포함하고, 상기 케이싱의 일단과 인접한 상기 유입부재의 일단 내부에는 배기가스 안내판이 형성되며, 상기 배기가스 안내판과 상기 제1 여과부 및 상기 제2 여과부의 일단 사이에는 유동챔버가 형성될 수 있다.

상기 밸브부는 상기 유동챔버의 압력에 의해 개폐될 수 있다.

상기 유동챔버 내의 상기 배기가스가 상기 제1 여과부로 진입하도록 안내하는 상기 유동챔버와 접하는 상기 제1 여과부의 일단에는 여과안내판이 형성될 수 있다.

상기 배기가스 안내판의 가장자리 부분에는 제1 유입안내공이 형성되고, 상기 배기가스 안내판의 가운데 부분에는 제2 유입안내공이 형성되며, 상기 제1 유입안내공은 상기 제1 여과부의 길이방향 일단면과 대응하도록 형성되고, 상기 제2 유입안내공은 상기 제2 여과부의 길이방향 일단면과 대응하도록 형성될 수 있다.

상기 제1 유입안내공의 크기는 상기 제2 유입안내공의 크기 보다 크게 형성될 수 있다.

상기 여과안내판에는 상기 제1 유입안내공과 대응하는 여과안내공이 형성될 수 있다.

상기 배기가스 유입부로 유입된 배기가스는 상기 제2 유입안내공에 우선하여 상기 제1 유입안내공을 통과하고 상기 유동챔버를 거쳐 상기 여과안내공을 통과하여 상기 제1 여과부로 들어갈 수 있다.

상기 밸브부는, 일단이 상기 제2 여과부와 접하도록 상기 제1 여과부의 내부에 삽입되는 밸브안내관; 상기 유동챔버와 접하도록 상기 밸브안내관의 내부에 형성되는 밸브판; 및 상기 밸브판을 탄성 지지하여 상기 배기가스가 상기 제2 여과부로 유입되는 것을 단속하는 탄성부재;를 포함할 수 있다.

상기 제1 여과부로 유입되지 못하고 상기 유동챔버를 채운 상기 배기가스에 의해 상승한 상기 유동챔버 내부의 압력이 상기 탄성부재의 탄성력을 초과하는 경우에 상기 밸브판이 상기 밸브안내관을 따라 움직이면서 상기 밸브안내관의 전단이 개방될 수 있다.

상기 밸브부는, 상기 유동챔버의 반대쪽에 위치하도록 상기 밸브판의 후면에 형성되며, 상기 밸브판과 일체로 움직이는 제1 가이드부; 상기 제2 여과부의 일단면에 접촉 지지되도록 형성되는 밸브지지부재; 및 상기 밸브판을 향하도록 상기 밸브지지부재의 전면에 형성되는 상기 제2 가이드부;를 더 포함할 수 있다.

상기 탄성부재의 양단은 상기 밸브판과 상기 밸브지지부재에 의해 각각 지지되며, 상기 탄성부재는 상기 제1 가이드부와 상기 제2 가이드부의 사이에 제공될 수 있다.

상기 제1 가이드부와 상기 제2 가이드부 중 어느 하나는 다른 하나에 삽입될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 배기가스 여과장치는 메인 여과부와 보조 여과부를 구비하고 있기 때문에 메인 여과부를 사용할 수 없는 경우에도 보조 여과부를 사용함으로써 배기가스 중의 오염물질이 대기로 배출되는 것을 방지할 수 있으며, 차량의 시동이 꺼지는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에 따른 차량용 배기가스 여과장치는 압력에 의해서 개폐되는 밸브를 구비하여 메인 여과부와 보조 여과부의 작동을 구분할 수 있기 때문에 정상적인 상태에서 보조 여과부가 사용되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에 따른 차량용 배기가스 여과장치는 보조 여과부를 구비함으로써 교체 주기 또는 사용 수명을 연장할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 배기가스 여과장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 절단선 "Ⅱ-Ⅱ"에 따른 단면도이다.
도 3은 도 1에 여과장치의 배기가스 유입부를 제거한 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 도 1에 따른 여과장치의 제1 여과부 및 제2 여과부를 도시한 도면이다.
도 5 내지 도 7은 도 1에 따른 여과장치의 밸브부를 도시한 도면이다.
도 8은 도 1에 따른 차량용 배기가스 여과장치 내부에서 배기가스의 흐름을 도시한 도면이다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 배기가스 여과장치를 도시한 사시도, 도 2는 도 1의 절단선 "Ⅱ-Ⅱ"에 따른 단면도, 도 3은 도 1에 여과장치의 배기가스 유입부를 제거한 상태를 도시한 도면, 도 4는 도 1에 따른 여과장치의 제1 여과부 및 제2 여과부를 도시한 도면, 도 5 내지 도 7은 도 1에 따른 여과장치의 밸브부를 도시한 도면, 도 8은 도 1에 따른 차량용 배기가스 여과장치 내부에서 배기가스의 흐름을 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 차량용 배기가스 여과장치(100)는, 케이싱(150), 케이싱(150)의 일단에 연결되는 배기가스 유입부(110), 케이싱(150)의 타단의 연결되는 배기가스 유출부(120) 및 케이싱(150)의 내부에 제공되는 여과부(171,176)를 구비하며, 여과부(171,176)는 케이싱(150)의 내면과 접촉하도록 제공되는 제1 여과부(171) 및 제1 여과부(171)의 내부에 제공되는 제2 여과부(176)를 포함할 수 있다.

상기와 같이 2개의 여과부를 구비함으로써, 본 발명에 따른 차량용 배기가스 여과장치(100)는 제1 여과부(171)가 기능을 하지 못하는 경우에도 제2 여과부(176)가 임시로 일정 기간 기능할 수 있기 때문에 배기가스의 오염물질이 여과되지 않고 대기 중으로 배출되는 것을 방지할 수 있다.

케이싱(150)은 대략 원통형 부재로서 내부에 여과부(filter, 담체)가 수용될 수 있고, 배기가스의 여과작용이 일어나는 부재이다. 여과부의 요구 성능에 따라서 케이싱(150)의 크기와 모양은 달라질 수 있다.

케이싱(150)의 일단에는 배기가스 유입부(110)가 연결되고 타단에는 배기가스 유출부(120)가 연결될 수 있다.

배기가스 유입부(110)는 케이싱(150)에 연결되는 유입부재(115), 유입부재(115)에 연결되는 유입관(114), 유입관(114)에 부착되어 차량의 배기관에 여과장치를 연결하는 연결플랜지(113)를 포함할 수 있다. 연결플랜지(113)에는 유입포트(112)가 형성되고, 연결을 위한 체결핀(111)이 구비될 수 있다.

여기서, 유입부재(115)는 대략 원추형 또는 콘(cone) 모양으로 형성될 수 있을 뿐만 아니라, 다른 형태로 형성될 수도 있다. 예를 들면, 케이싱(150)의 일단에 연결되되 일단이 막힌 원통형상으로 형성될 수도 있다. 유입부재(115)가 원통형상으로 형성되는 경우에는 유입포트(112)가 형성된 유입관(114)이 케이싱(150)의 측면(즉, 곡면)에 연결될 수도 있다. 이때, 케이싱(150)의 내부로 돌출된 유입관(114)의 일단에는 작은 구멍이 여러 개 형성될 수도 있다.

한편, 유입관(114)에는 배기가스의 온도, 유량 등을 측정하기 위한 각종 센서(미도시)가 부착될 수도 있다.

케이싱(150)의 타단에 연결되는 배기가스 유출부(120)는 배기가스 유입부(110)와 유사한 구조를 가진다. 배기가스 유출부(120)는 케이싱(150)에 연결되는 유출부재(125), 유출부재(125)에 부착되어 차량의 배기관에 여과장치를 연결하는 연결플랜지(123)를 포함할 수 있다. 연결플랜지(123)에는 유출포트(122)가 형성되고, 연결을 위한 체결핀(121)이 구비될 수 있다.

여기서, 유출부재(125)는 대략 원추형 또는 콘(cone) 모양으로 형성될 수 있을 뿐만 아니라, 다른 형태로 형성될 수도 있다. 예를 들면, 케이싱(150)의 일단에 연결되되 일단이 막힌 원통형상으로 형성될 수도 있다. 유출부재(125)가 원통형상으로 형성되는 경우에는 유출포트(122)가 케이싱(150)의 측면(즉, 곡면)에 형성될 수도 있다.

케이싱(150)과 배기가스 유입부(110) 및 배기가스 유출부(120)의 연결을 위해서 제1 체결부(130) 및 제2 체결부(140)가 각각 마련될 수 있다. 제1 체결부(130)는 케이싱(150)과 배기가스 유입부(110)를 연결하고, 제2 체결부(140)는 케이싱(150)과 배기가스 유출부(120)를 연결할 수 있다.

제1 및 제2 체결부(130,140)는 브이 클램프(v clamp, 도 3의 153 참조)를 이용하여 유입부(110) 및 유출부(120)를 케이싱(150)에 연결할 수 있으며, 제1/제2 체결부(130,140)를 해제하면 유입부(110) 및 유출부(120)와 케이싱(150)을 쉽게 분리할 수 있다. 즉, 차량 배기부의 다른 배기관에 연결플랜지(113,123)가 연결된 상태에서 제1/제2 체결부(130,140)를 해제하여 케이싱(150)만 분리할 수 있다. 이와 같이, 케이싱(150)만 쉽게 분리할 수 있기 때문에, 케이싱(150)의 내부에 있는 여과부(171,176)를 교체하거나 재활용하는 작업도 수월하게 할 수 있다.

도 2를 참조하면, 제1 여과부(171)는 외측에 위치하고 제2 여과부(176)는 제1 여과부(171)의 내측에 위치한다. 여기서, 제1 여과부(171)는 중공형의 원통 모양을 가지고, 제2 여과부(176)는 원기둥 모양을 가지는 것이 바람직하다. 제1 여과부(171)는 메인 필터(main filter)로 작동하고, 제2 여과부(176)는 보조 필터(sub filter)로 작동할 수 있다. 즉, 여과장치(100)가 정상적으로 작동하는 경우에는 제1 여과부(171)에 의해서 오염물질이 여과되지만, 제1 여과부(171)의 여과기능이 저하되거나 제1 여과부(171)에 의해 걸러진 오염물질에 의해서 제1 여과부(171)로 배기가스가 들어가지 못하는 경우에 제2 여과부(176)에 의해서 오염물질이 여과될 수 있다. 또한, 제1 여과부(171)는 통상적으로 사용되는 반면에 제2 여과부(176)는 임시적으로 사용된다고 할 수 있다.

제1 여과부(171)는 제2 여과부(176) 보다 크고 넓은 여과 면적을 가지는 것을 바람직하다.

배기가스 유입부(110)와 배기가스 유출부(120)에서 케이싱(150)을 분리한 상태에서 제1 여과부(171)와 제2 여과부(176)는 서로 쉽게 분리될 수 있다. 즉, 케이싱(150)에서 제1 여과부(171)와 제2 여과부(176)를 분리한 후, 제1 여과부(171)에서 제2 여과부(176)를 쉽게 분리하거나 빼낼 수 있도록 형성된다. 이처럼 제1 여과부(171)와 제2 여과부(176)를 쉽게 서로 분리할 수 있기 때문에 여과부를 재활용하거나 교체하기 쉬운 장점이 있다.

케이싱(150)의 양단에는 외측으로 절곡된 절곡부(151,152)가 형성될 수 있다. 절곡부(151,152)는 제1/제2 체결부(130,140)의 브이 클램프에 의해서 각각 배기가스 유입부(110) 및 배기가스 유출부(120)와 연결될 수 있다.

배기가스 유입부(110)는 케이싱(150)에 연결되는 유입부재(115)를 포함하고, 케이싱(150)의 일단과 인접한 유입부재(115)의 일단 내부에는 배기가스 안내판(161)이 형성될 수 있다. 배기가스 안내판(161)은 제1 및 제2 여과부(171,176)와 인접하도록 유입부재(115)의 내부에 형성될 수 있다. 다만, 여과장치(100) 내부의 배압(Back pressure)에 따라서 배기가스 안내판(161)을 사용하지 않을 수도 있다. 이하에서는 배기가스 안내판(161)을 사용하는 경우에 대해서 설명한다.

배기가스 안내판(161)은 유입부재(115) 보다 좁은 유입관(114)을 통해 유입된 배기가스가 유입부재(115)의 내부에 고르게 퍼질 수 있도록 배기가스의 유동 속도를 저감시킬 수 있다.

배기가스 유입부(110)로 유입된 배기가스는 배기가스 안내판(161)에 의해서 유동이 다소 장애를 받으면서 유입부재(115)를 채울 수 있게 된다. 유입부재(115)를 어느 정도 채우게 된 배기가스는 배기가스 안내판(161)을 통과하여 여과부 쪽으로 흘러가야 한다. 배기가스가 통과할 수 있도록 배기가스 안내판(161)에는 다수개의 유입안내공(162,163,164)이 형성될 수 있다.

배기가스 안내판(161)의 가장자리 부분에는 제1 유입안내공(162,163)이 형성되고, 배기가스 안내판(161)의 가운데 부분에는 제2 유입안내공(164)이 형성될 수 있다.

도 3을 참조하면, 제1 유입안내공(162,163)은 배기가스 안내판(161)의 가장자리 쪽에 원형으로 배치 형성될 수 있다. 제1 유입안내공(162,163)은 상대적으로 크게 형성되는 큰 안내공(162)과 상대적으로 작게 형성되는 작은 안내공(163)을 포함할 수 있다. 여기서, 큰 안내공(162)은 대략 2열로 원형 배치되고, 작은 안내공(163)은 외측의 큰 안내공(162) 사이에 형성될 수 있다.

제2 유입안내공(164)은 배기가스 안내판(161)의 가운데 부분에 형성되는데, 제1 유입안내공(162,163) 보다 작은 크기의 구멍으로 형성될 수 있다. 제1 유입안내공(162,163)에 비하여 제2 유입안내공(164)은 다수개의 구멍이 조밀하게 배치될 수 있다. 제2 유입안내공(164)은 도 3에 도시된 것처럼 사각형 모양으로 배치될 수도 있고, 원형 모양으로 배치될 수도 있다.

제1 유입안내공(162,163)과 제2 유입안내공(164) 사이에는 구멍이 형성되지 않기 때문에 제1 유입안내공(162,163)과 제2 유입안내공(164)을 구획하는 기능을 가질 수 있다. 유입부재(115) 안으로 유입된 배기가스 중 크기가 큰 제1 유입안내공(162,163)을 통과하는 배기가스가 제2 유입안내공(164)을 통과하는 배기가스 보다 많게 된다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 유입안내공(162,163)은 제1 여과부(171)의 길이방향 일단면과 대응하도록 형성되고, 제2 유입안내공(164)은 제2 여과부(176)의 길이방향 일단면과 대응하도록 형성될 수 있다. 즉, 제1 유입안내공(162,163)을 통과한 배기가스가 그대로 직진한다고 가정하면, 제1 여과부(171)의 일단면과 만나게 되고, 제2 유입안내공(164)을 통과한 배기가스가 그대로 직진한다고 가정하면 제2 여과부(176)의 일단면과 만나게 된다.

상기에서 언급한 바와 같이, 제2 유입안내공(164)이 제1 유입안내공(162,163) 보다 작은 크기의 구멍으로 형성되어 있기 때문에 유입부재(115)를 통과하는 배기가스는 대부분은 제2 유입안내공(164) 보다는 제1 유입안내공(162,163)을 통과하게 되고, 결국 제1 여과부(171) 쪽으로 흘러가게 된다.

여기서, 배기가스 안내판(161)과 제1 여과부(171) 및 제2 여과부(176)의 일단 사이에는 유동챔버(SC)가 형성될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 배기가스 안내판(161)을 지난 배기가스는 제1 여과부(171) 또는 제2 여과부(176)로 유입되기 전에 배기가스 안내판(161)의 후단에 형성된 유동챔버(SC)에 일단 모이게 된다. 배기가스 안내판(161)과 제1 여과부(171) 또는 제2 여과부(176) 사이에 형성된 공간에 해당하는 유동챔버(SC)에 배기가스가 모이게 함으로써 제1 여과부(171)로 배기가스가 잘 스며들게 할 수 있다.

배기가스는 배기가스 안내판(161)을 통과하자마자 곧장 제1 여과부(171)로 유입되기 보다는 유동챔버(SC)를 채운 후 유동챔버(SC)의 압력이 상승하면 그 압력에 의해서 제1 여과부(171)로 유입된다.

유동챔버(SC) 내의 배기가스가 제1 여과부(171)로 진입하도록 안내하는 유동챔버(SC)와 접하는 제1 여과부(171)의 일단에는 여과안내판(166)이 형성될 수 있다. 여과안내판(166)는 링모양의 부재로서 원통형 모양으로 형성된 제1 여과부(171)의 일단면에 접촉하게 된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 여과안내판(166)에는 제1 유입안내공(162,163)과 대응하는 다수개의 여과안내공(166a,166b,166c)이 형성될 수 있다. 여과안내공(166a,166b,166c)은 상대적으로 큰 구멍으로 된 여과안내공(166a,166c)이 2열로 배치되고, 큰 구멍의 여과안내공(166a,166c) 사이에 형성된 작은 구멍으로 된 여과안내공(166b)을 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 여과안내공(166a,166b,166c)의 형태 및 배치모양은 제1 유입안내공(162,163)과 비슷하다.

배기가스 유입부(110)로 유입된 배기가스는 제2 유입안내공(164)에 우선하여 제1 유입안내공(162,163)을 통과하고 유동챔버(SC)를 거쳐 여과안내공(166a,166b,166c)을 통과하여 제1 여과부(171)로 들어갈 수 있다.

한편, 여과안내판(166)에 형성된 여과안내공(166a,166b,166c)의 형태는 원형에 한정되지 않고 다양한 형태와 다양한 개수로 형성될 수 있다. 예를 들면, 여과안내판(166)에 긴 장공 또는 타원형 모양의 여과안내공이 2~3개 정도 형성될 수도 있다.

유동챔버(SC)를 채운 배기가스는 유동챔버(SC)의 압력이 증가함에 따라 여과부(171,176)로 들어가게 되는데, 배기가스는 우선적으로 제1 여과부(171)로 들어가게 된다.

배기가스는 우선적으로 제1 여과부(171)로 들어가서 오염물질 등이 제1 여과부(171)에 의해 걸러지게 되는데, 제1 여과부(171)에 의해 걸러진 오염물질의 양이 증가하게 되면 제1 여과부(171)의 여과 기능은 떨어지게 된다.

제1 여과부(171)에 걸린 오염물질 또는 입자상 물질 등이 많아지면 배기가스가 제1 여과부(171)로 들어가지 못하게 된다. 제1 여과부(171)로 들어가지 못하게 되면 배기가스는 계속해서 유동챔버(SC)에 머무르게 된다. 그런데, 배기가스 유입부(110)를 통해서 새로운 배기가스가 계속적으로 유동챔버(SC)에 유입되면, 유동챔버(SC) 내부의 압력이 높아지게 될 것이다. 유동챔버(SC)의 내부 압력이 높아지게 되면 배기가스는 제2 여과부(176)로 들어갈 수 있다. 이와 같이, 배기가스 유입부(110)로 유입된 배기가스가 제1 여과부(171)를 통과하지 못하면, 상기 배기가스는 제2 여과부(176)를 통과할 수 있다.

제1 여과부(171)의 여과 성능이 저하되지 않아서 제1 여과부(171)가 정상적으로 작동하는 경우에는 제2 여과부(176)로 배기가스가 흘러가는 것을 방지하고, 제1 여과부(171)의 기능이 저하되는 경우에만 제2 여과부(176)로 배기가스가 흘러가도록 해야 한다. 이를 위해, 케이싱(150)의 내부 전단에는 배기가스 유입부(110)와 마주 보는 밸브부(180)가 형성되며, 밸브부(180)는 상기 배기가스가 제2 여과부(176)로 들어가는 것을 단속할 수 있다.

밸브부(180)는 제1 여과부(171)가 정상적으로 작동하는 경우에는 배기가스가 제2 여과부(176)로 흘러 드는 것을 방지하고, 제1 여과부(171)가 작동하지 못하는 경우에만 제2 여과부(176)로 배기가스가 유입되게 개폐 동작을 할 수 있다. 밸브부(180)는 배기가스가 제2 여과부(176)로 유입되는 것을 차단하거나, 배기가스가 제2 여과부(176)로 유입되도록 작동할 수 있다.

밸브부(180)는 유동챔버(SC)의 압력에 의해 개폐될 수 있다. 즉, 유동챔버(SC) 내부의 압력이 소정의 기준값 보다 큰 경우에만 밸브가 열릴 수 있다 유동챔버(SC) 내부의 압력이 기준값 보다 커지게 되면, 제2 여과부(176)로 배기가스가 유입되도록 밸브부(180)가 열리게 된다.

이하에서는 도면을 참조하여 밸브부(180)의 구성에 대해서 상세하게 설명한다.

밸브부(180)는 유동챔버(SC)를 채운 배기가스가 제2 여과부(176)로 들어가는 것을 단속(斷續)하는 밸브이다. 밸브부(180)를 구비함으로써 제1 여과부(171)가 정상적으로 기능하는 상태에서는 배기가스가 제2 여과부(176)로 들어가는 것을 막고, 제1 여과부(171)가 정상적으로 작동하지 않는 경우에만 개방되어 배기가스가 제2 여과부(176)로 들어가는 것을 허용한다.

밸브부(180)는 유동챔버(SC) 내부의 압력이 높지 않거나 정상 범위 내에 있을 때에는 열리지 않지만, 유동챔버(SC) 내부의 압력이 높거나 정상 범위를 넘어서면 열리게 된다. 여기서, 유동챔버(SC) 압력의 정상 범위 한계치는 후술하는 밸브부(180)의 최대 탄성복원력과 동일하게 설정하는 것이 바람직하다.

도 2를 참조하면, 밸브부(180)는, 일단이 제2 여과부(176)와 접하도록 제1 여과부(171)의 내부에 삽입되는 밸브안내관(181), 유동챔버(SC)와 접하도록 밸브안내관(181)의 내부에 형성되는 밸브판(183) 및 밸브판(183)을 탄성 지지하여 배기가스가 제2 여과부(176)로 유입되는 것을 단속하는 탄성부재(185)를 포함할 수 있다.

밸브안내관(181)은 밸브판(183)의 개폐동작을 가이드하는 파이프 형상의 부재이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 배기가스의 유동 방향에 대해서 제2 여과부(176)의 후단은 제1 여과부(171)의 후단과 일치하지만, 제2 여과부(176)의 전단은 제1 여과부(171)의 전단 보다 짧게 형성된다. 제2 여과부(176)의 전단이 짧게 형성되고, 제2 여과부(176)의 전단 앞쪽에 밸브안내관(181)이 장착된다. 밸브안내관(181)의 전단은 제1 여과부(171) 밖으로 노출되고, 후단은 제1 여과부(171) 내에 삽입되는 형태로 설치되는 것이 바람직하다.

밸브판(183)은 밸브안내관(181)의 내면을 따라 슬라이딩 운동하면서 개폐되는데, 밸브판(183)의 개폐는 탄성부재(185)에 의해서 탄성적으로 지지될 수 있다.

제1 여과부(171)로 유입되지 못하고 유동챔버(SC)를 채운 상기 배기가스에 의해 상승한 유동챔버(SC) 내부의 압력이 탄성부재(185)의 탄성력 또는 탄성복원력을 초과하는 경우에 밸브판(183)이 밸브안내관(181)을 따라 움직이면서 밸브안내관(181)의 전단이 개방될 수 있다.

사용수명이 될 때까지 제1 여과부(171)를 사용하게 되면, 제1 여과부(171) 내부에 오염물질이나 입자상 물질 등이 남게 되는데, 이러한 오염물질 등이 남게 되면 배기가스가 통과할 유로가 제1 여과부(171) 내부에 남아 있지 않게 된다. 이런 상태가 되면 배기가스 유입부(110)로 유입된 배기가스는 제1 여과부(171)로 들어가지 못하게 유동챔버(SC)를 채우게 된다. 배기가스가 유동챔버(SC)를 꽉 채우게 되면, 유동챔버(SC)의 내부 압력이 상승하게 되고 이 압력에 의해서 밸브부(180)가 개방되면서 배기가스가 제2 여과부(176)로 들어갈 수 있는 상태가 된다.

상기한 바와 같이, 제1 여과부(171)에 오염물질 등이 많이 걸리게 되면 제1 여과부(171)를 교체하거나 제1 여과부(171)를 세정해야 한다. 하지만, 차량 운전자는 제1 여과부(171)가 이러한 상태에 있는지 정확히 알 수 없는 경우가 많다. 즉, 제1 여과부(171)를 교체해야 함에도 불구하고 차량을 계속 운행하는 경우가 많다. 이런 경우에 제2 여과부(176)가 없다면 배기가스의 오염물질이 대기 중으로 배출될 수도 있고 심한 경우에는 차량의 운행이 불가능한 상태가 발생할 수도 있겠지만, 본 발명의 경우에는 제2 여과부(176)가 제1 여과부(171) 대신 작동하게 되어 오염물질의 배출을 방지할 수 있으며, 차량의 운행 가능 시간을 연장할 수 있기 때문에 정비센터까지 차량을 운행할 수 있는 상태를 유지해 줄 수 있다. 제2 여과부(176)는 제1 여과부(171)를 사용할 수 없거나 교체해야 하는 경우에 임시적으로 작동하는 필터라고 할 수 있다.

유동챔버(SC)의 압력이 탄성부재(185)의 최대 탄성복원력 보다 크게 되면, 밸브판(183)이 탄성부재(185)를 누르면서 밸브안내관(181)을 따라 전진(배기가스의 유동방향에서 볼 때 전진)하게 된다. 밸브판(183)이 전진하게 되면 밸브안내관(181)과 밸브판(183) 사이에 틈새가 생기게 되고, 이 틈새를 통해 배기가스가 제2 여과부(176)로 유입될 수 있다.

유동챔버(SC)의 압력이 탄성부재(185)의 탄성복원력 보다 크지 않은 경우에는 탄성부재(185)에 의해 밸브판(183)이 유동챔버(SC) 쪽으로 밀려 나면서 닫히게 된다. 밸브판(183)이 닫힌 상태에서 밸브판(183)의 유동챔버(SC) 쪽 외면은 밸브마개부재(182)와 접하게 된다.

밸브마개부재(182)는 밸브판(183)에 형성된 밸브포트(미도시)를 막는 부재이다. 유동챔버(SC)의 압력이 커져서 밸브판(183)이 탄성부재(185)의 탄성복원력을 이기고 움직이게 되면 밸브마개부재(182)가 밸브판(183)에서 분리되면서 밸브포트가 열리게 된다. 이 밸브포트를 통해서 배기가스가 밸브안내관(181) 안으로 유입되어 제2 여과부(176)로 들어갈 수 있다. 이 때, 밸브마개부재(182)는 배기가스 안내판(161)에 고정되도록 형성될 수 있다.

탄성부재(185)는 일단이 밸브판(183)에 의해 지지되고 타단은 제2 여과부(176)에 의해 지지될 수 있다.

도 2, 도 5 및 도 6을 참조하면, 탄성부재(185)가 압축코일 스프링인 실시예가 도시되어 있다. 밸브판(183)이 움직일 때, 탄성부재(185)가 초기장착위치를 유지하지 못하면 밸브판(183)이 제대로 움직이지 않을 수도 있다. 따라서, 탄성부재(185)가 일정한 위치에서 작동할 수 있도록 해야 한다. 이를 위해, 밸브부(180)는, 유동챔버(SC)의 반대쪽에 위치하도록 밸브판(183)의 후면에 형성되며, 밸브판(183)과 일체로 움직이는 제1 가이드부 (184), 제2 여과부(176)의 일단면에 접촉 지지되도록 형성되는 밸브지지부재(187) 및 밸브판(183)을 향하도록 밸브지지부재(187)의 전면에 형성되는 상기 제2 가이드부(186)를 더 포함할 수 있다.

밸브지지부재(187)는 제2 여과부(176)의 일단에 접촉 지지되면서 탄성부재(185)의 위치를 잡아주는 부재이다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 밸브지지부재(187)는 방사상으로 형성된 복수개의 브릿지(187a), 브릿지(187a) 사이에 형성된 유입포트(187c), 브릿지(187a)의 일단을 연결하는 림부(187b)를 포함할 수 있다. 림부(187b)의 두께방향 외면에는 복수개의 가이드돌기(187d)가 돌출 형성될 수 있다.

밸브지지부재(187)의 가운데 부분에는 제2 가이드부(186)가 유동챔버(SC)를 향해 돌출 형성될 수 있다. 제2 가이드부(186)는 원통모양으로 형성되며, 그 내부에 탄성부재(185)가 수용될 수 있다. 또한, 제2 가이드부(186)의 내부에는 탄성부재(185) 뿐만 아니라 제1 가이드부(184)도 수용될 수 있다.

제1 가이드부(184)는 제2 여과부(176)를 향해서 밸브판(183)의 후면에 돌출 형성될 수 있다. 제1 가이드부(184)도 원통모양으로 형성될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 가이드부(184)의 내부에도 탄성부재(185)가 수용될 수 있다. 도 2를 참조하면, 제1 가이드부(184)가 제2 가이드부(186) 내부에 수용되도록 형성되는데, 그 반대가 될 수도 있다. 즉, 제1 가이드부(184)와 제2 가이드부(186) 중 어느 하나는 다른 하나에 삽입될 수 있다.

탄성부재(185)의 양단은 밸브판(183)과 밸브지지부재(187)에 의해 각각 지지되며, 탄성부재(185)는 제1 가이드부(184)와 제2 가이드부(186)의 사이에 제공될 수 있다. 즉, 도 2를 참조하면, 제1 가이드부(184)의 외면에 압축코일 스프링모양의 탄성부재(185)가 끼워지고, 탄성부재(185)의 외면에 제2 가이드부(186)가 끼워진다. 따라서, 탄성부재(185)는 제1 가이드부(184)와 제2 가이드부(186) 사이에서 압축되거나 복원될 수 있기 때문에 압축 또는 복원되는 과정에서 탄성부재(185)의 초기 장착위치가 변경되는 것을 방지할 수 있다.

밸브판(183)은 탄성부재(185)의 탄성복원력과 유동챔버(SC)의 압력의 차이에 의해서 작동방향(도 5의 OD 참조)으로 움직이며 개폐될 수 있다.

상기에서 설명한 밸브부(180)의 구성은 예시에 불과하며, 이러한 구조 외에 다른 구조 또는 형태를 가지는 밸브부(180)를 적용할 수 있다. 본 발명에 따른 차량용 배기가스 여과장치(100)의 밸브부(180)는 유동챔버(SC)의 압력에 의해서 개폐되는 구조라면 어떠한 형태라도 적용할 수 있다.

이하에서는 도면을 참조하여, 밸브부(180)의 작동에 대해서 설명한다. 도 7의 (a)는 밸브판(183)이 개방되기 전의 상태이고, 도 7의 (b)는 밸브판(183)이 전진하여 개방된 상태이다. 유동챔버(SC)의 압력이 커져서 밸브판(183)이 탄성부재(185)를 누르게 되면 밸브마개부재(182)에서 밸브판(183)이 분리된다. 그러면, 밸브판(183)에 형성된 밸브포트 또는 밸브안내관(181)과 밸브판(183) 사이의 틈을 통해서 배기가스가 밸브판(183)과 밸브지지부재(187) 사이로 들어오게 된다. 이와 같이 들어온 배기가스는 밸브지지부재(187)의 유입포트(187c)를 통과하여 제2 여과부(176)로 들어가게 된다. 도 7에서 도면부호 "SD"는 배기가스가 제2 여과부(176)로 유입되는 방향을 의미한다.

도 8에는 본 발명에 따른 차량용 배기가스 여과장치(100)를 통과하는 배기가스의 흐름이 도시되어 있다. 유입포트(112)를 통해 흡기(S)된 배기가스는 유입부재(115)를 통과하면서 흐름이 점자 넓어지게 된다. 유입부재(115)를 통과한 배기가스는 유동챔버(SC)를 거쳐 제1 여과부(171)를 통과하면서 오염물질이 제거된 후 유출포트(122)를 통해 배기(D)될 수 있다(실선 화살표 참조).

만약, 제1 여과부(171)의 사용수명이 다 하여 배기가스가 제1 여과부(171)로 들어가지 못하는 경우에는 배기가스는 유동챔버(SC)에서부터 밸브부(180)를 거쳐 제2 여과부(176)를 통과하면서 오염물질이 제거된 후 유출포트(122)를 통해 배기될 수 있다(점선 화살표 참조).

제1 여과부(171)는 단일 필터로 형성될 뿐만 아니라, 복수개의 필터로 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 8에 도시된 바와 같이, 유입포트(112)에 가까운 부분은 큰 입자를 여과하는 필터(171a), 유출포트(122)에 가까운 부분은 작은 입자를 여과하는 필터(171b)로 형성할 수도 있다.

본 발명에 따른 차량용 배기가스 여과장치(100)는 제1 여과부(171)가 기능하지 못하는 경우에는 제2 여과부(176)를 사용하여 배기가스를 여과할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 체결부(130,140)를 해제하면 케이싱(150)을 분리할 수 있고, 케이싱(150)에서 제1 여과부(171) 및 제2 여과부(176)를 쉽게 빼내어 여과부를 세정하거나 교환할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 차량용 배기가스 여과장치(100)는 디젤 차량 뿐만 아니라 건설기계 등에도 적용될 수 있음은 물론이다.

이상과 같이 본 발명의 일실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100: 차량용 배기가스 여과장치
110: 배기가스 유입부
120: 배기가스 유출부
130: 제1 체결부
140: 제2 체결부
150: 케이싱
171: 제1 여과부
176: 제2 여과부
180: 밸브부

Claims

케이싱;
상기 케이싱의 일단에 연결되는 배기가스 유입부;
상기 케이싱의 타단의 연결되는 배기가스 유출부; 및
상기 케이싱의 내부에 제공되는 여과부;를 구비하며,
상기 여과부는 상기 케이싱의 내면과 접촉하도록 제공되는 제1 여과부 및 상기 제1 여과부의 내부에 제공되는 제2 여과부를 포함하고,
상기 케이싱의 내부 전단에는 상기 배기가스 유입부와 마주 보는 밸브부가 형성되며, 상기 밸브부는 유동챔버의 압력에 의해 개폐되고, 상기 배기가스가 상기 제2 여과부로 들어가는 것을 단속하되,
상기 밸브부는,
일단이 상기 제2 여과부와 접하도록 상기 제1 여과부의 내부에 삽입되는 밸브안내관;
상기 유동챔버와 접하도록 상기 밸브안내관의 내부에 형성되는 밸브판; 및
상기 밸브판을 탄성 지지하여 상기 배기가스가 상기 제2 여과부로 유입되는 것을 단속하는 탄성부재;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배기가스 여과장치.
제1항에 있어서,
상기 배기가스 유입부로 유입된 배기가스가 상기 제1 여과부를 통과하지 못하면 상기 배기가스는 상기 제2 여과부를 통과하는 것을 특징으로 하는 차량용 배기가스 여과장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 배기가스 유입부는 상기 케이싱에 연결되는 유입부재를 포함하고,
상기 케이싱의 일단과 인접한 상기 유입부재의 일단 내부에는 배기가스 안내판이 형성되며,
상기 배기가스 안내판과 상기 제1 여과부 및 상기 제2 여과부의 일단 사이에는 상기 유동챔버가 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 배기가스 여과장치.
삭제
제4항에 있어서,
상기 유동챔버 내의 상기 배기가스가 상기 제1 여과부로 진입하도록 안내하는 상기 유동챔버와 접하는 상기 제1 여과부의 일단에는 여과안내판이 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 배기가스 여과장치.
제6항에 있어서,
상기 배기가스 안내판의 가장자리 부분에는 제1 유입안내공이 형성되고, 상기 배기가스 안내판의 가운데 부분에는 제2 유입안내공이 형성되며,
상기 제1 유입안내공은 상기 제1 여과부의 길이방향 일단면과 대응하도록 형성되고, 상기 제2 유입안내공은 상기 제2 여과부의 길이방향 일단면과 대응하도록 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 배기가스 여과장치.
제7항에 있어서,
상기 제1 유입안내공의 크기는 상기 제2 유입안내공의 크기 보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 배기가스 여과장치.
제8항에 있어서,
상기 여과안내판에는 상기 제1 유입안내공과 대응하는 여과안내공이 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 배기가스 여과장치.
제9항에 있어서,
상기 배기가스 유입부로 유입된 배기가스는 상기 제2 유입안내공에 우선하여 상기 제1 유입안내공을 통과하고 상기 유동챔버를 거쳐 상기 여과안내공을 통과하여 상기 제1 여과부로 들어가는 것을 특징으로 하는 차량용 배기가스 여과장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1 여과부로 유입되지 못하고 상기 유동챔버를 채운 상기 배기가스에 의해 상승한 상기 유동챔버 내부의 압력이 상기 탄성부재의 탄성력을 초과하는 경우에 상기 밸브판이 상기 밸브안내관을 따라 움직이면서 상기 밸브안내관의 전단이 개방되는 것을 특징으로 하는 차량용 배기가스 여과장치.
제12항에 있어서,
상기 밸브부는,
상기 유동챔버의 반대쪽에 위치하도록 상기 밸브판의 후면에 형성되며, 상기 밸브판과 일체로 움직이는 제1 가이드부;
상기 제2 여과부의 일단면에 접촉 지지되도록 형성되는 밸브지지부재; 및
상기 밸브판을 향하도록 상기 밸브지지부재의 전면에 형성되는 상기 제2 가이드부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 배기가스 여과장치.
제13항에 있어서,
상기 탄성부재의 양단은 상기 밸브판과 상기 밸브지지부재에 의해 각각 지지되며,
상기 탄성부재는 상기 제1 가이드부와 상기 제2 가이드부의 사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 차량용 배기가스 여과장치.
제14항에 있어서,
상기 제1 가이드부와 상기 제2 가이드부 중 어느 하나는 다른 하나에 삽입되는 것을 특징으로 하는 차량용 배기가스 여과장치.