KR19980038900A - Secondary air supply of car exhaust system - Google Patents

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서정근
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김영귀
기아자동차 주식회사
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Abstract

시동초기의 배기가스의 유해성분을 저감시키려는 목적에서, 고온, 고압으로 배출되는 배기가스의 출구에 직접 2차 공기를 분사하여, 배기가스중의 미연소된 유해 성분(HC, CO)과 2차 공기의 O2가 연소 반응을 일으켜, 배기가스가 저감되도록 한다. 이를 위하여, 이 발명의 2차 공기 공급장치는 에어 클리너와 연통되고, 배터리 전원에 의해 구동되는 에어 팸프(4)와; 상기 에어 펌프에서 가압된 공기를 제어하여 냉간시동시 1∼2분 동안만 개방되는 온/오프밸브(5)와; 상기 온/오프밸브를 통해 공급되는 공기를 배기포트(2)의 배기밸브(1) 직상방으로 분사하는 에어 파이프(7)로 구성된다.In order to reduce the harmful components of the exhaust gas at the beginning of the start-up, secondary air is injected directly to the outlet of the exhaust gas discharged at high temperature and high pressure, and the unburned harmful components (HC, CO) in the exhaust gas and the secondary O 2 in the air causes a combustion reaction to reduce the exhaust gas. To this end, the secondary air supply device of the present invention comprises: an air pump (4) in communication with the air cleaner and driven by battery power; An on / off valve (5) which opens only for 1 to 2 minutes during cold start by controlling the air pressurized by the air pump; It consists of an air pipe (7) for injecting the air supplied through the on / off valve directly above the exhaust valve (1) of the exhaust port (2).

Description

자동차 배기계의 2차 공기 공급장치Secondary air supply of car exhaust system

이 발명은 자동차 배기계의 2차 공기 공급장치에 관한 것으로서, 특히 배기포트에 신선한 공기를 공급하여, 유해 가스성분의 자연발화를 유도함으로써, 시동초기(또는 냉간시동; cold start)의 배기가스를 감소시킬 수 있도록하는 2차 공기 공급장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a secondary air supply device for an automobile exhaust system, and in particular, by supplying fresh air to the exhaust port to induce spontaneous ignition of noxious gas components, thereby reducing exhaust gas at the initial start (or cold start). To a secondary air supply.

[종래기술][Private Technology]

일반적으로, 자동차의 배기계는 엔진의 연소실에서 연소된 배기 가스를 외부로 배출시키기 위해, 배기 매니폴드, 배기파이프, 촉매컨버터 및 사일런서를 구비하여 이루어진다.In general, the exhaust system of an automobile includes an exhaust manifold, an exhaust pipe, a catalytic converter, and a silencer to exhaust the exhaust gas combusted in the combustion chamber of the engine to the outside.

이러한 배기계에 있어서, 연소실에서 배출되는 배기 가스는 인체에 무해한 수증기(H2O), 질소(N2), 탄산가스(CO2)등도 있으나, 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소 산화물(NOx) 등의 유독성 물질를 포함하게 된다.In such an exhaust system, the exhaust gas discharged from the combustion chamber includes water vapor (H 2 O), nitrogen (N 2 ), carbon dioxide (CO 2 ), and the like, which are harmless to humans, but carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC), and nitrogen oxides ( NO x ) and other toxic substances.

종래에는 상기 배기 가스의 유해성분을 제거하기 위한 방안으로서, 연소실을 비롯하여 연료, 점화, 흡배기 계통을 종합적으로 개량하거나 연소상태를 제어하는 부가 장치를 설치하는 기관 개량 방식과, 희박한 혼합기를 효율적으로 연소시키기 위해 일부 짙은 혼합기를 동시에 흡입시키는 성층급기 연소 방식과, 유해가스를 산화 또는 환원 촉매로 제거하는 촉매컨버터방식 등이 있다.Conventionally, as a method for removing the harmful components of the exhaust gas, the engine improvement method including the combustion chamber, the fuel, ignition, intake and exhaust system as a whole, or install an additional device for controlling the combustion state, and the lean mixer is efficiently burned. In order to achieve this, there are a stratified charge combustion method which simultaneously sucks some dense mixers, and a catalytic converter method which removes harmful gases with an oxidation or reduction catalyst.

또 종래 공지된 방법중에 하나로서, 배기 가스에 신선한 공기를 불어 넣어 CO와 HC의 함유량을 감소시킨 후, 촉매의 최대 효율을 실현하는 2차 공기 공급장치가 제안되어 있다.In addition, as one of the conventionally known methods, a secondary air supply device is proposed which realizes maximum efficiency of the catalyst after blowing fresh air into the exhaust gas to reduce the content of CO and HC.

이러한 종래의 2차 공기 공곱장치는 엔진의 크랭크 샤프트에서 벨트로 구동되는 에어 펌프와, 여기서 가압된 공기를 제어하는 제어 밸브 및 첵밸브와, 공기의 분사구로서의 에어 분사 매니폴드로 구성된다.This conventional secondary air mixing device is composed of an air pump driven by a belt in a crankshaft of an engine, a control valve and a check valve for controlling pressurized air, and an air injection manifold as an air inlet.

그러나 엔진이 냉각되어 있는 상태에서의 시동시에는 공연비가 농후하고 연소 상태도 불량하여, 배기가스의 유해 성분(HC, CO)이 다량으로 배출된다. 특히, 냉간시동후 1∼2분 사이에는 혼합기 중의 일부가 차가운 실린더벽에 응축되므로, 응축된 연료만큼의 연료를 추가로 공급하기 위해, 농후한 공연비[ψ=1.8; 이론공연비(14.7:1)에 대하여 1.8배가 농후한 상태로 공연비가 26: 1 이상]를 형성하게 되는데. 이때 배기가스는 과도한 양의 유해성분을 포함하여 배출되는 문제점이 있다.However, when the engine is cooled down, the air-fuel ratio is rich and the combustion state is poor, and a large amount of harmful components (HC, CO) of the exhaust gas are discharged. Particularly, a part of the mixer condenses on the cold cylinder wall between 1 and 2 minutes after cold start, so that a rich air-fuel ratio [ψ = 1.8; 1.8 times the theoretical performance ratio (14.7: 1), the air-fuel ratio is 26: 1 or more]. At this time, there is a problem that the exhaust gas is discharged including an excessive amount of harmful components.

그렇지만, 종래의 2차 공기 공급장치에서는 상기와 같은 시동초기의 유해 가스 성분을 효과적으로 저감시키지 못하고 있는 실정이다.However, in the conventional secondary air supply device, the situation is that the harmful gas components of the initial start-up as described above are not effectively reduced.

이에 따라, 이 발명은 종래 기술에서 시동초기의 배기 가스의 유해성분을 저감시키려는 목적에서, 고온, 고압으로 배출되는 배기가스의 출구에 직접 2차 공기를 분사하여, 배기가스중의 미연소된 유해 성분(HC, CO)과 2차 공기의 O2가 연소 반응을 일으켜, 배기가스를 저감시킬 수 있도록 한다.Accordingly, the present invention injects secondary air directly into the outlet of the exhaust gas discharged at a high temperature and high pressure in order to reduce the harmful components of the exhaust gas at the beginning of the start-up in the prior art, thereby unburned harmful gas in the exhaust gas. The components (HC, CO) and O 2 of the secondary air cause a combustion reaction to reduce the exhaust gas.

도 1은 이 발명에 의한 자동차 배기계의 2차 공기 공급장치를 보인 구성도.1 is a block diagram showing a secondary air supply apparatus for a vehicle exhaust system according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 배기밸브 2 : 배기포트1: exhaust valve 2: exhaust port

4 : 에어 펌프 5 : 제어밸브4: air pump 5: control valve

6 : 첵밸브 7 : 에어 파이프6: check valve 7: air pipe

상술한 목적을 실현하기 위하여, 이 발명은 다음과 같은 수단을 구비하여 이루어지는 자동차 배기계의 2차 공기 공급장치를 제안한다.In order to realize the above object, this invention proposes the secondary air supply apparatus of the automobile exhaust system provided with the following means.

즉, 이 발명은 에어 클리너와 연통되고, 배터리 전원에 의해 구동되는 에어 펌프와; 상기 에어 펌프에서 가압된 공기를 제어하는 제어 밸브와;That is, this invention is an air pump in communication with an air cleaner and driven by battery power; A control valve for controlling the air pressurized by the air pump;

상기와 같이 가압된 공기를 배기포트의 배기밸브 직상방으로 분사하는 에어파이프로 구성됨을 특징으로 한다.It characterized in that it is composed of an air pipe for injecting the pressurized air as above directly above the exhaust valve of the exhaust port.

또한, 상기 2차 공기의 공급은 시동 초기 1∼2분 이내로 한정되어, 특히 냉간시동시에 과다하게 발생되는 배기가스의 유해 성분을 저감시킨다.In addition, the supply of the secondary air is limited to within 1 to 2 minutes at the start of the start, and in particular, reduces harmful components of the exhaust gas generated excessively during cold start.

이러한 구성에 따라, 상기 2차 공기 공급장치는 냉간시동시 연소실로부터 방출되는 고온, 고압의 배기가스에 2차 공기를 분사함으로써, 상기 배기가스에 포함된 미연소 유해 성분이 2차 공기의 O2와 반응하여 자연 발화되도록 한다. 따라서, 상기 배기가스는 유해 성분이 저감된 상태로, 배기매니폴드를 배출되며, 촉매의 배기가스 정화 효율을 더욱 향상시키게 된다.According to this configuration, the secondary air supply device injects the secondary air to the high-temperature, high-pressure exhaust gas emitted from the combustion chamber during cold start, so that the unburned harmful components contained in the exhaust gas is O 2 of the secondary air Reacts with spontaneously ignites. Therefore, the exhaust gas discharges the exhaust manifold in a state where harmful components are reduced, thereby further improving the exhaust gas purification efficiency of the catalyst.

실시예Example

이하, 이 발명을 실현하기 위한 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the preferred embodiment for implementing this invention is demonstrated in detail based on an accompanying drawing.

도 1은 이 실시예에 관련된 자동차 배기계의 2차 공기 공급장치를 보인 전체 구성도이다.Fig. 1 is an overall configuration diagram showing a secondary air supply device for an automobile exhaust system according to this embodiment.

도면에서의 설명 부호(1)은 배기밸브를 지칭한다. 이 배기밸브(1)는 크랭크 샤프트에 연동되는 밸브개폐기구에 의해 개폐되며, 연소실에서 연소된 가스의 배출을 제어한다.Reference numeral 1 in the drawing refers to the exhaust valve. The exhaust valve 1 is opened and closed by a valve opening and closing mechanism interlocked with the crankshaft and controls the discharge of the gas burned in the combustion chamber.

상기 배기밸브(1)의 개방시 배출되는 배기가스는 배기포트(2)와, 배기 매니폴드(3), 및 촉매컨버터, 사이런서를 통해 외부로 배출된다.The exhaust gas discharged when the exhaust valve 1 is opened is discharged to the outside through the exhaust port 2, the exhaust manifold 3, the catalytic converter, and the silencer.

여기서, 이 실시예에 의한 2차 공기 공급장치는 특히, 시동초기에 농후한 공연비에 의해 과도하게 배출되는 배기가스의 유해 성분을 저감시키기위해, 연소실로부터 배출된 배기가스에 2차 공기를 분사하여 상기 배기가스의 자연 발화를 유도한다.Here, the secondary air supply apparatus according to this embodiment, in particular, by injecting secondary air to the exhaust gas discharged from the combustion chamber in order to reduce the harmful components of the exhaust gas excessively discharged by the rich air-fuel ratio at the beginning of the start-up Induces spontaneous ignition of the exhaust gas.

이를 실현하기 위해, 이 실시예에 의한 2차 공기 공급장치는 배터리전원(B)에 의해 구동되는 에어 펌프(4)와, 상기 에어 펌프(4)에서 가압된 공기를 제어하여 냉간시동시 1∼2분 동안만 개방되는 제어밸브(5)와, 상기 제어밸브(5)를 통해 공급되는 공기를 배기포트(2)의 배기밸브(1) 직상방으로 분사하는 에어 파이프(7)로 구성된다.In order to realize this, the secondary air supply apparatus according to this embodiment controls the air pump 4 driven by the battery power source B and the air pressurized by the air pump 4 so as to perform cold start 1 to 1. The control valve 5 which opens only for 2 minutes, and the air pipe 7 which injects the air supplied through the control valve 5 directly above the exhaust valve 1 of the exhaust port 2 are comprised.

여기서, 상기 제어밸브(5)는 도시하지 않은 전자제어유니트(ECU)에 의해 제어되는 솔레노이드밸브 혹은 온/오프밸브로 구성될 수 있다. 또, 상기 제어밸브(5)와 에어 파이프(7)의 사이에는 첵밸브(6)가 설치되는데, 이 첵밸브(6)는 배기가스가 역류되는 것을 방지한다.Here, the control valve 5 may be configured as a solenoid valve or an on / off valve controlled by an electronic control unit (ECU) not shown. In addition, a check valve 6 is provided between the control valve 5 and the air pipe 7, and this check valve 6 prevents the exhaust gas from flowing back.

상술한 이 실시예의 구성에 따라, 상기 2차 공기 공급장치는 냉간시동시 연소실로부터 배기포트(2)로 방출되는 배기가스에 1∼2분 동안에 걸쳐 2차 공기를 분사한다. 이때, 상기 배기가스는 냉간시동을 위해 농후한 공연비를 형성한 까닭으로, 다량의 유해 성분이 미연소된 상태로 배출되는데, 이 미연소가스는 고온, 고압의 상태로 배출되어 상기 2차 공기의 O2와 연소반응하으로써, 자연 발화된다.According to the configuration of this embodiment described above, the secondary air supply device injects secondary air into the exhaust gas discharged from the combustion chamber to the exhaust port 2 during cold start for 1 to 2 minutes. In this case, since the exhaust gas forms a rich air-fuel ratio for cold start, a large amount of harmful components are discharged in an unburned state, and the unburned gas is discharged in a state of high temperature and high pressure to discharge the secondary air. By combustion reaction with O 2 , it ignites spontaneously.

따라서, 상기 배기가스는 유해 성분이 저감된 상대로, 배기 매니폴드(3)를 통해 촉매컨버터로 배출되며, 촉매의 배기가스 정화 효율을 더욱 향상시키게 된다.Therefore, the exhaust gas is discharged to the catalytic converter through the exhaust manifold 3 with the harmful component reduced, and further improves the exhaust gas purification efficiency of the catalyst.

이상에서 설명된 실시예를 통하여, 이 발명에 의한 자동차 배기계의 2차 공기 공급장치는 종래 기술의 문제점을 실질적으로 해소한다.Through the embodiments described above, the secondary air supply of the vehicle exhaust system according to the present invention substantially solves the problems of the prior art.

즉, 이 발명은 엔진의 시동초기에 특히 다량으로 발생되는 배기 가스를 자연 발화시켜, 미연소된 상태의 유해 성분을 저감시키는 효과를 갖는다. 이러한 효과는 촉매컨버터로 보내지는 배기가스의 유해 성분을 저감시키기 때문에, 촉매의 효율을 최대로 하며, 배기계를 통해 외부로 배출되는 자동차 배기가스의 저감을 실현할 수 있다.That is, the present invention has the effect of spontaneously igniting the exhaust gas generated in a large amount in the initial stage of engine start, thereby reducing harmful components in an unburned state. This effect reduces the harmful components of the exhaust gas sent to the catalytic converter, thereby maximizing the efficiency of the catalyst and realizing the reduction of automobile exhaust gas discharged to the outside through the exhaust system.

한편, 이 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 청구하는 이 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.On the other hand, the present invention is not limited to the above-described specific preferred embodiments, and any person having ordinary knowledge in the field of the present invention can make various changes without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Would be possible.

Claims (3)

배터리 전원에 의해 구동되는 에어 펌프와, 상기 에어 펌프에서 가압된 공기를 제어하여 냉간시동시 1∼2분 동안만 개방되는 제어밸브와, 상기 제어밸브를 통해 공급되는 공기를 배기포트의 배기밸브 직상방으로 분사하는 에어 파이프로 구성된 것을 특징으로 하는 자동차 배기계의 2차 공기 공급장치.An air pump driven by battery power, a control valve opened for only 1 to 2 minutes during cold start by controlling the air pressurized by the air pump, and the air supplied through the control valve is directly above the exhaust valve of the exhaust port. Secondary air supply apparatus of the vehicle exhaust system, characterized in that consisting of air pipes for injection into the room. 제 1 항에 있어서, 제어밸브는 전자제어유니트에 의해 제어되는 솔레노이드밸브 혹은 온/오프밸브로 구성된 것을 특징으로 하는 자동차 배기계의 2차 공기 공급장치.The secondary air supply system of an automobile exhaust system according to claim 1, wherein the control valve is composed of a solenoid valve or an on / off valve controlled by an electronic control unit. 제 1 항에 있어서, 제어밸브와 에어 파이프의 사이에는 첵밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 자동차 배기계의 2차 공기 공급장치.The secondary air supply system of an automobile exhaust system according to claim 1, wherein a check valve is provided between the control valve and the air pipe.
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