KR19980041315U

KR19980041315U - 연소기 노즐에 공기차단막을 갖는 디젤기관 배기가스 미립자 포집장치

Info

Publication number: KR19980041315U
Application number: KR2019960054407U
Authority: KR
Inventors: 박기홍
Original assignee: 김욱한; 대우기전공업 주식회사
Priority date: 1996-12-23
Filing date: 1996-12-23
Publication date: 1998-09-15

Abstract

본 고안은 연소기 노즐에 노즐캡을 이용, 공기차단막을 형성시켜, 디젤기관으로부터 방출되는 배기가스의 미립자에 의해 연소기 노즐이 오염되는 것을 방지할 수 있음으로서, 미립자의 소각에 따른 담체에 재생 효율을 향상시킬 수 있는 연소기 노즐에 공기차단막을 갖는 디젤기관 배기가스 미립자 포집장치이다.

Description

연소기 노즐에 공기차단막을 갖는 디젤기관 배기가스 미립자 포집장치

본 고안은 디젤기관(diesel engine)의 배기가스 미립자 포집장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연소기 노즐에 노즐캡을 이용, 공기차단막을 형성시켜, 디젤기관으로부터 방출되는 배기가스의 미립자에 의해 연소기 노즐이 오염되는 것을 방지할 수 있도록 개선한 디젤기관의 배기가스 미립자 포집장치이다.

일반적으로 디젤기관은 공기의 압축열로 분사된 연료가 자기 착화를 일으켜 열에너지를 기계적 에너지로 바꾸는 것을 말하며, 연소과정에서 발생되는 배기가스에는 대기를 오염시키는 물질의 발생원이 포함되어 있음로서, 유해물질의 제거를 위하여 정화장치의 장착이 요구되었다.

여기서, 종래에 개발된 디젤기관 배기가스 정화장치의 한예를 도 1에 도시하였는 바, 이를 간단히 살펴보면 다음과 같다.

도시되는 바와 같이, 디젤기관(101)의 배기 매니폴드(102)에는 분지관(103)이 설치되고, 그 분지관(103)의 일측에는 온/오프 밸브(115)가 개재되고, 타측에는 바이패스 밸브(121)가 개재되어 있다.

온/오프 밸브(115)에는 배기가스의 미립자를 포집하는 담체(111) 및 그 포집된 미립자를 연소시키는 연소기(112)기 내장된 미립자포집장치(110)이 연통되게 연결되어 있고, 연소기(112)에는 연료탱크로부터의 연료를 공급하는 연료펌프(113)와 압축공기를 공급하는 공기압축기(114)가 연통되게 연결되어 있으며, 또한 연소기(112)의 일측에는 점화기(116)가 설치된다.

담체(111)의 전방에는 연소열을 검출하는 온도센서(117)가 설치되어 있고, 담체(111)의 전후방에는 담체(111)를 통과전의 압력과 통과후의 압력을 검출하는 압력센서(118)가 설치되어 있다.

한편, 바이패스 밸브(121)는 머플러(120)에 연통되게 연결되어 외부로 배출되는 배기가스의 고압 및 고열, 배기소음을 저감시키도록 되어 있다. 바이패스 밸브(121)에는 밸브 제어모터(122)에 의해 유량 즉, 배기가스의 통과량을 조절하도록 되어 있다.

미립자포집장치(110)의 압력에 따라 온/오프 밸브(115), 밸브 제어모터(122), 연료펌프(113), 공기압축기(114), 점화트랜스를 동작시키는 DPFCU(130; diesel partic ulate filter control unit)가 구비되어 있다. 즉, DPFCU(130)에 의해 디젤기관(101)으로부터 배출되는 배기가스를 여과시켜 외부로 배출하는 여과 모드와, 담체(111)에 포집된 미립자를 소각하면서 디젤기관(101)으로부터의 배기가스를 머플러(120)로 통해 외부로 직접 배출하는 재생모드를 설정할 수 있록 되어 있다.

이와 같이 구성되는 종래 디젤기관 배기가스 정화장치를 동작제어 과정에 따라 살펴보게 되면, 먼저 디젤기관(101)의 구동상태를 인식한 DPFCU(130)는 여과 모드의 상태 즉, 온/오프 밸브(115)를 개방시키면서 바이패스 밸브(121)는 폐쇄상태를 유지한다. 디젤기관(101)의 배기 매니폴드(102)로부터 배출되는 배기가스는 상기 개방된 온/오프 밸브(115) 및 담체(111)를 거쳐 외부로 배출된다. 이때, 담체(111)는 배기가스가 함유된 유해 물질인 미립자를 포집하게 된다.

이렇게 배기가스가 담체(111)를 거쳐 여과되는 과정에서 DPFCU(130)는 담체(111)의 전후방에 설치된 압력센서(118)를 통해 담체(111)에 포집된 미립자량을 검출하고, 그 검출된 값이 설정치(포집 한계치) 이상인가를 판단하여 이하일 경우에는 여과 모드를 계속 유지하고, 이상일 경우에는 재생모드의 상태 즉, 밸브 제어모터(122)를 통해 바이패스 밸브(121)를 개방시키면서 연료펌프(113) 및 공기압축기(114)를 구동, 점화기(116)를 점화시킨다. 이렇게 점화기(116)를 통해 점화된 불꽃은 연료펌프(113)로부터 연소기(112)에 공급된 연료 및 압축공기를 통해 담체(111)에 포집된 미립자를 소각하게 된다. 이 재생모드 수행시의 배기가스는 개방된 바이패스 밸브(121)를 통해 머플러(120)를 통해 외부로 배출된다.

상기 재생모드시 다시 압력센서(118)를 통해 미립자가 소각되는 담체(111)의 미립자 잔류량을 검출하고, 그 검출된 값이 설정치 이하인가를 판단하여 이상일 경우에는 재생모드를 계속 유지하고, 이하일 경우에는 여과 모드로 전환된다. 이에 따라, 담체(111)에 포집된 미립자를 소각 제거하고 다시 배기가스를 여과하게 되는 순환과정에 의해 배기가스를 보다 효율적으로 정화할 수 있었다.

그러나, 종래 디젤기관 배기가스 정화장치는 그 유용성에도 불구하고 배기가스의 미립자를 포집, 소각시키는 미립자 포집장치(110)의 연소기(112)에 있어 몇 가지 문제점을 가지게 되었다. 즉, 여과모드시 디젤기관(101)에서 배출되는 배기가스내에 포함된 오염 물질 즉, 미립자가 노즐(125)의 분사구를 요염시켜, 연료가 분사되는 분사구가 막히게 되었다. 이렇게 미립자의 오염에 의해 막힌 노즐(125)의 분사구는 재생모드시 연료를 원활히 분사할 수 없어, 담체(111)에 포집된 미립자의 소각 즉, 담체(111)의 재생 효율을 저하시키게 되었다.

따라서, 본 고안은 상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 디젤기관으로부터 방출되는 배기가스의 미립자에 의해 연소기 노즐이 오염되는 것을 방지하여, 담체에 포집된 미립자를 소각하는 재생모드시 연소기 노즐의 원활한 연료분사가 가능하도록 하고, 아울러 담체에 재생 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 연소기 노즐에 공기차단막을 갖는 디젤기관 배기가스 미립자 포집장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안은 디젤기관으로부터 배출되는 배기가스의 미립자를 포집하는 담체와, 연료탱크에서의 연로를 연로펌프로부터 공급받는 노즐, 상기 노즐로부터 분사되는 연로를 점화시키는 점화기로 이루어져 상기 담체에 포집된 미립자를 연소시키는 연소기와, 상기 연소기에 압축공기를 공급하는 공기압축기로 구성되는 디젤기관 배기가스 미립자 포집장치에 있어서, 상기 공기압축기로부터 압축공기를 상기 노즐의 분사구에 분사하여 공기차단막을 형성하는 스월러 유로가 형성되는 디젤기관 배기가스 미립자 포집장치를 제공한다.

도 1은 종래 디젤기관 배기가스 정화장치를 구성을 보인 개략 구성도

도 2는 본 고안의 실시예에 따른 디젤기관 배기가스 정화장치를 구성을 보인 개략 구성도

도 3은 본 고안의 실시예에 따른 연소기 노즐에 공기차단막을 갖는 미립자 포집장치를 보인 단면도

도 4는 본 고안의 실시예에 따른 미립자 포집장치의 연소기 노즐 캡을 보인 일측 단면도

도 5는 도 4의 A-A선 단면도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 미립자 포집장치 12 : 연소기

40 : 노즐 41 : 스월러 블록

42 : 스월러 유로 50 : 노즐 캡

51 : 유입공 52 : 취출공

이하, 본 고안의 실시예를 첨부도면에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 고안의 실시예에 따른 연소기 노즐에 공기차단막을 갖는 디젤기관 배기가스 미립자 포집장치는 도 2에 도시되는 바와 같이, 종래의 배기가스 정화장치의 적용하여 설명한 것으로서, 본 고안에서도 역시, 디젤기관(1)의 배기 매니폴드(2)에 두 개의 관으로 분지된 분지관(3)이 설치되고, 그 분지관(3) 일측에는 온/오프 밸브(15)가 개재되고, 타측에는 바이패스 밸브(21)가 개재된다. 바이패스 밸브(21)에는 배기가스의 고압 및 고열, 배기소음을 저감시키도록 하는 머플러(20)가 연결 설치된다. 그 바이패스 밸브(21)에는 배기가스의 통과량을 조절하는 밸브 제어모터(22)가 설치된다.

온/오프 밸브(15)에는 배기가스의 미립자를 포집하는 담체(11) 및 그 포집된 미립자를 연소시키는 연소기(12)기 내장된 미립자포집장치(110)이 연통되게 연결되고, 연소기(12)에는 연료탱크로부터의 연료를 노즐(40)에 공급하는 연료펌프(13)와 압축공기를 공급하는 공기압축기(14)가 설치되며, 또한 연소기(12)의 일측에는 불꽃을 연소기(12)에 점화하는 점화기(16)가 설치된다. 그 점화기(16)는 이에 결선된 점화트랜스(19)에서 발생되는 고압의 공급에 의해 불꽃을 발생하게 된다.

도 3에 도시되는 바와 같이, 상기 노즐(40)을 지지하고 있는 스월러 블록(41)에는 공기압축기(14)로부터 압축공기를 상기 노즐(40)의 분사구에 분사하여 공기차단막을 형성하는 스월러 유로(42)가 형성되고, 그 스월러 유로(42)는 노즐(40)의 선단부에 씌어지는 노즐 캡(50)과 노즐(40)의 선단 외주면사이로 연장되어 형성된다.

상기 노즐 캡(50)은 도 4 및 도 5에 도시되는 바와 같이, 후단부에 상기 스월러 블록(41)의 스월러 유로(42)와 연통되는 유입공(51)이 다수개 형성되고, 선단 중심부에 취출공(52)이 형성되어 스월러 블록(41)의 스월러 유로(42)를 통해 흐르는 압축공기가 노즐(40)의 선단 외주면에 공기차단막을 형성하면서 전방으로 취출되게 된다.

상기 담체(11)의 전방에는 담체(11)내의 온도를 검출하는 온도센서(17)가 설치되고, 담체(11)의 전후방에는 담체(11)를 통과전의 압력과 통과후의 압력을 검출하는 압력센서(18)가 설치된다. 즉, DPFCU(30)에서 압력센서(18)에서 검출된 압력차를 판단하여 담체(11)에 포집된 미립자량을 측정하게 된다.

DPFCU(30)는 담체(11)에 포집된 미립자량이 설정치 이상일 경우 포집된 미립자를 소각하면서 배기가스를 머플러(20)로 통해 직접 외부로 배출하는 재생 모드, 이하일 경우 배기가스를 담체(11)를 통해 여과시켜 외부로 배출하는 여과 모드를 설정할 수 있게 된다. 즉, 설정 모드에 따라 온/오프 밸브(15), 밸브 제어모터(22), 연료펌프(13), 공기압축기(14), 점화기(16)를 단속 제어하게 된다.

한편, 재생모드시 DPFCU(30)는 온도센서(17)로부터 검출된 온도값에 설정치 이상일 경우 바이패스 밸브(21)를 폐쇄 또는 개폐량을 조절하여 배기가스가 미립자포집장치(10)측으로 유입되도록 하고, 다시 온도값이 설정치 이하로 검출되면 바이패스 밸브(21)를 개방시키도록 한다. 또한, DPFCU(30)는 디젤기관(1)의 RPM을 검출하는 RPM센서(31)와 연결된다.

이와 같이 구성되는 본 고안에 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 디젤기관(1)을 동작시키게 되면, DPFCU(30)는 RPM센서(31) 및 ECU를 통해 디젤기관(1)의 동작상태를 인식하여 필터링 모드의 상태 즉, 온/오프 밸브(15)를 개방시키면서 바이패스 밸브(21)는 폐쇄상태를 유지시키게 된다. 디젤기관(1)의 배기 매니폴드(2)로부터 배출되는 배기가스는 상기 개방된 온/오프 밸브(15)를 통해 필터(11)를 거쳐 외부로 배출된다. 이때, 필터(11)는 배기가스가 함유된 유해 물질인 미립자를 포집하게 된다.

이렇게 디젤기관으로부터 배출되는 배기가스가 담체(11)를 거쳐 여과되는 과정에서 공기압축기(14)는 구동되어 압축공기를 스월러 블록(41)의 스월러 유로(42)로 공급하게 된다. 이때, 스월러 유로(42)로 공급되는 압축공기는 노즐 캡(50)의 유입공(51)을 통해 노즐 캡(50)의 내주면과 노즐(40) 선단부의 외주면사이로 흐르면서 공기차단막을 형성하면서 선단의 취출공(52)으로 취출된다.

이에 따라, 배기가스는 공기차단막에 의해 노즐(40)과 접촉하지 않고 그대 담체(11)를 통과하게 됨으로 배기가스에 포함된 미립자가 노즐(40)의 분사구를 오염시키는 것을 미연에 방지할 수 있게 된다.

이런과정에서 DPFCU(30)는 담체(11)의 전후방에 설치된 압력센서(18)를 통해 담체(11)에 포집된 미립자량을 검출하고, 그 검출된 값이 설정치(포집 한계치) 이상인가를 판단하여 이하일 경우 여과 모드를 계속 유지하고, 이상일 경우에는 재생모드의 상태 즉, 밸브 제어모터(22)를 통해 바이패스 밸브(21)를 개방시키면서 연료펌프(13) 및 공기압축기(14)를 구동, 점화기(16)를 점화시킨다. 이렇게 점화기(16)를 통해 점화된 불꽃은 연료펌프(13)로부터 연소기(12)에 공급된 연료 및 압축공기를 통해 담체(11)에 포집된 미립자를 소각하게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 고안은 연소기 노즐에 노즐캡을 이용, 공기차단막을 형성시킴으로서, 디젤기관으로부터 방출되는 배기가스의 미립자에 의해 연소기 노즐이 오염되는 것을 방지할 수 있어, 결과적으로 미립자의 소각에 따른 담체에 재생 효율을 향상시킬 수 있다.

한편, 본 고안의 상기한 실시예에서는 노즐 캡을 노즐에 씌어 공기차단막을 형성하도록 되어 있지만, 스월러 블록의 스월로 유로만으로 노즐의 분사구에 압축공기를 분사시켜 공기차단막을 형성시킬 수도 있다.

본 고안은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부 실용신안등록청구범위에 의해 나타난 본 고안의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.

Claims

디젤기관(1)으로부터 배출되는 배기가스의 미립자를 포집하는 담체(11)와, 연료탱크로의 연로를 연로펌프(13)로부터 공급받는 노즐(40), 상기 노즐(40)로부터 분사되는 연로를 점화시키는 점화기(16)로 이루어져 상기 담체(11)에 포집된 미립자를 연소시키는 연소기(12)와, 상기 연소기(12)에 압축공기를 공급하는 공기압축기(14)로 구성되는 디젤기관 배기가스 미립자 포집장치(10)에 있어서, 상기 공기압축기(14)로부터 압축공기를 상기 노즐(40)의 분사구에 분사하여 공기차단막을 형성하는 스월러 유로(42)가 상기 노즐(40)의 일측에 형성되는 것을 특징으로 하는 디젤기관 배기가스 미립자 포집장치.
제 1항에 있어서, 상기 스월러 유로(42)는 노즐(40)의 선단부에 씌어지는 노즐 캡(50)과 노즐(40)의 선단 외주면사이에서 형성되는 것을 특징으로 하는 디젤기관 배기가스 미립자 포집장치.
제 2항에 있어서, 상기 노즐 캡(50)의 후단 양측단에는 상기 스월러 블록(41)의 스월러 유로(42)와 연통되는 유입공(51)이 형성되고, 선단 중심부에는 취출공(52)이 형성되는 것을 특징으로 하는 디젤기관 배기가스 미립자 포집장치.