KR19980047877A - 자동차 배기가스 정화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 배기가스 정화장치에 관한 것으로서, 촉매 컨버터의 전후에 산소센서를 각각 설치하여 촉매 컨버터의 정화상태를 파악할 수 있도록 이루어진 촉매 컨버터 유닛을 가진 자동차 배기가스 정화장치에 있어서, 배기관에 직렬로 설치된 다수개의 촉매 컨버터 유닛과, 배기가스가 직렬 연결된 촉매 컨버터 유닛의 사이를 연결하는 연결관을 직접통과하지 않고 우회할 수 있도록 형성된 배기가스 우회관과, 상기 배기가스 우회관에 설치된 우회가스용 촉매 컨버터 유닛과, 상기 연결관과 배기가스 우회관에 설치되어 배기가스의 흐름을 조절하는 밸브수단과, 상기 다수의 촉매 컨버터 유닛과 우회가스용 촉매 컨버터 유닛의 산소센서들의 신호에 따라 상기 밸브수단을 조작하는 조작수단으로 구성된 자동차 배기가스 정화장치를 제공함으로써, 배기가스중의 유해성분을 파악하여 배기가스 규제를 만족할 수 없는 경우에는 배기가스를 재순환시키면서 정화시켜 규정치 이하로 충분한 정화작용이 이루어진 후에 대기중으로 방출시킬 수 있도록 함으로써, 보다 수준 높은 정화작용으로 강력한 배기가스 규제에 적극적으로 대응할 수 있는 효과가 있다.

Description

자동차 배기가스 정화장치

본 발명은 자동차 엔진에서 발생되는 배기가스의 정화에 사용되는 배기 가스 정화 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수개의 촉매 컨버터를 사용하여 배출되는 배기가스를 정화하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 엔진은 실린더와 실린더 헤드 및 상기 실린더 내에서 왕복 운동하는 피스톤의 사이에 형성되는 연소실에서 연료를 연소시켜 발생된 폭발력을 상기 피스톤에 연결된 커넥팅 로드를 통해 크랭크 샤프트를 회전시킴으로서 열에너지를 기계적인 회전력으로 변환하는 장치이다.

상기한 엔진에는 연소된 혼합기를 배기하는 배기 장치가 요구되는 바, 상기 배기 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 연소실과 연결된 배기 매니폴드에 연결되어 있는 배기관(50)과, 상기한 배기관(50)과 연결되어 있는 촉매 컨버터(51) 및 소음기(52)로 구성되어 있다.

여기서, 상기한 바와 같은 배기장치를 통해 대기중으로 배출되는 배기 가스에는 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO), 질소 화합물(NOx), 아황산 가스등이 포함되어 대기 오염이 유발되기 때문에 이를 제거한 상태로 대기중에 방출하도록 규제되고 있다.

상기와 같이 유해한 배기 가스를 정화하기 위한 장치로서 상기한 촉매 컨버터가 사용되는 바, 도 2에 도시된 바와 같이 촉매 컨버터 케이스의 내측에 설치되는 촉매 담체(substrate)(53)에 백금(Pt)과 소량의 로듐(Rh)을 혼합한 것이 부착되어 배기가스를 정화하도록 하며, 상기 백금은 주로 일산화탄소와 탄화수소의 산화 작용에 사용되고 로듐은 주로 질소 화합물의 환원 작용을 위해서 사용된다.

그런데, 상기한 바와 같은 촉매 컨버터(51)가 종래에는 도 1에 도시된 바와 같이 배기관(50)에 하나만이 설치되어 있어 배기되는 가스가 일정시간이 경과하면 그 정화 상태에 무관하게 계속적으로 배출되는 배기가스에 의해 자연적으로 배출되도록 되어있어 미처 정화되지 못한 배기 가스가 그대로 대기중으로 방출되는 문제점이 있다.

특히, 북미지역과 같이 HC 와 CO에 대해 보다 강화된 규제를 가하는 지역에서는 그 규제를 충족시키지 못하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 다수의 촉매 컨버터를 사용하여 정화되지 않은 배기가스는 일정수준으로 정화될 때까지 반복적으로 정화하여 보다 수준 높은 배기 가스 정화가 이루어질 수 있도록 한 자동차의 배기가스 정화 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 자동차 배기장치의 사시도,

도 2는 일반적인 촉매 컨버터의 구조를 도시한 구조도,

도 3은 본 발명에 따른 자동차 배기가스 정화장치의 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1: 배기관2,3: 촉매 컨버터 유닛

4: 연결관5: 배기가스 우회관

6: 우회가스용 촉매 컨버터 유닛7: 산소촉매 컨버터

8: 배기가스 순환관9: 차단밸브

10: 유입관로 조절밸브11: 유출관로 조절밸브

12: ECU

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차 배기가스 정화장치는 촉매 컨버터의 전후에 산소센서를 각각 설치하여 촉매 컨버터의 정화상태를 파악할 수 있도록 이루어진 촉매 컨버터 유닛을 가진 자동차 배기가스 정화장치에 있어서, 배기관에 직렬로 설치된 다수개의 촉매 컨버터 유닛과, 배기가스가 직렬 연결된 촉매 컨버터 유닛의 사이를 연결하는 연결관을 직접통과하지 않고 우회할 수 있도록 형성된 배기가스 우회관과, 상기 배기가스 우회관에 설치된 우회가스용 촉매 컨버터 유닛과, 상기 연결관과 배기가스 우회관에 설치되어 배기가스의 흐름을 조절하는 밸브수단과, 상기 다수의 촉매 컨버터 유닛과 우회가스용 촉매 컨버터 유닛의 산소센서들의 신호에 따라 상기 밸브수단을 조작하는 조작수단으로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 자동차 배기가스 정화장치를 도시한 것으로서, 설명의 간단화를 위하여 촉매 컨버터의 전후에 산소센서를 각각 설치하여 촉매 컨버터의 정화상태를 파악할 수 있도록 이루어진 것을 촉매 컨버터 유닛이라 칭하면서 도시된 정화장치를 설명하면, 배기관(1)에 직렬로 설치된 2개의 촉매 컨버터 유닛(2,3)과, 배기가스가 직렬 연결된 상기 두 촉매 컨버터 유닛(2,3)의 사이를 연결하는 연결관(4)을 직접통과하지 않고 우회할 수 있도록 형성된 배기가스 우회관(5)과, 상기 배기가스 우회관(5)에 설치된 우회가스용 촉매 컨버터 유닛(6)과, 상기 연결관(4)과 배기가스 우회관(5)에 설치되어 배기가스의 흐름을 조절하는 밸브수단과, 상기 두 촉매 컨버터 유닛(2,3)과 우회가스용 촉매 컨버터 유닛(6)의 산소센서(21,22,23,24,25,26)들의 신호에 따라 상기 밸브수단을 조작하는 조작수단으로 구성되어 있다.

여기서, 상기 우회가스용 촉매 컨버터 유닛(6)의 촉매 컨버터는 배기가스중의 HC와 CO의 산화작용만을 담당하는 산소촉매 컨버터(7)를 사용하여 강화된 HC, CO의 규제에 대응토록 하였다.

또한, 상기 배기가스 우회관(5)에는 배기가스 유입구쪽과 배기가스 유출구쪽을 연결하도록 배기가스 순환관(8)을 설치하였으며, 상기 밸브수단은 연결관(4)에 설치된 차단밸브(9)와, 상기 배기가스 우회관(5)의 배기가스 유입구쪽에 설치되어 상기 배기가스 순환관(8)과 연결관(4)이 배기가스 우회관(5)으로 연통되는 상태를 조절하는 유입관로 조절밸브(10)와, 상기 배기가스 우회관(5)의 배기가스 유출구쪽에 설치되어 배기가스 우회관(5)이 상기 배기가스 순환관(8) 및 연결관(4)으로 연통되는 상태를 조절하는 유출관로 조절밸브(11)로 구성하였다.

상기 조작수단은 산소센서(21,22,23,24,25,26)들의 신호를 입력받아 기준치와 비교하여 상기 밸브수단에 전기적 신호를 가하여 밸브수단이 작동되도록 하는 ECU(12)로 구성하였으며, 물론 상기 밸브수단인 차단밸브(9)와 유입관로 조절밸브(10) 및 유출관로 조절밸브(11)는 ECU(12)로부터의 전기적 신호에 의해 작동되도록 솔레노이드(13,14,15)에 의해 작동되도록 되어 있고, 상기 산소센서(21,22,23,24,25,26)은 ECU에 각각 연결되어 있다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

엔진의 연소실에서 발생된 배기가스가 배기관(1)을 통해 배출되면 상기 직렬로 연결된 두 촉매 컨버터 유닛(2,3)을 통과하여 유해성분이 정화되어 대기중으로 방출된다.

이때, 상기 두 촉매 컨버터 유닛(2,3)에 설치된 산소센서(21,22,23,24)들의 신호를 받는 ECU(12)는 배기가스중의 유해성분이 얼마나 정화되고 있는지를 파악하고 미리 ROM에 기억되어 있는 데이터와 비교하여 기준치 이상의 유해성분이 대기중으로 방출되면 상기 밸브수단을 조절하여 배기가스가 우회가스용 촉매 컨버터 유닛(6)을 통과하도록 하여 더 높은 정화율로 정화되도록 한다.

즉, 본 실시 예에서는 ECU(12)가 배기가스중의 CO와 HC의 정화상태를 파악하여 기준치 이상이라고 판단되면 상기 차단 밸브(9)를 작동하여 직렬로 연결된 두 촉매 컨버터 유닛(2,3)중 나중에 배기가스가 통과하는 촉매 컨버터 유닛(3)으로 배기가스가 공급되는 것을 차단하고 상기 유입관로 조절밸브(10)가 연결관(4)과 배기가스 우회관(5)을 연통시켜 배기가스가 우회가스용 촉매 컨버터 유닛(6)을 통과하도록 한다.

이때, 상기 우회가스용 촉매 컨버터 유닛(6)의 산소센서(25,26)로부터 신호를 받는 ECU(12)는 HC와 CO의 정화정도를 다시 파악하여 상기 두 촉매 컨버터 유닛(2,3)중 통과하지 않은 나머지 하나의 촉매 컨버터 유닛(3)을 통과함으로써 규정된 배기가스 규제를 만족할 수 있으면 상기 유출관로 조절밸브(11)를 작동하여 배기가스 우회관(5)이 연결관(4)으로 연통되도록 하고, 그렇지 않으면 배기가스 우회관(5)이 배기가스 순환관(8)과 연통되도록 하여 배기가스가 다시 우회가스용 촉매 컨버터 유닛(6)으로 공급되도록 한다.

물론, 상기와 같이 배기가스 순환관(5)을 통해 유출관로 조절밸브(11)로부터 배기가스가 공급되는 상태에는 상기 유입관로 조절밸브(10)도 상기 배기가스 순환관(8)과 배기가스 우회관(5)이 연통되도록 하여 배기가스가 순환되도록 한다.

따라서, 상기한 바와 같이 배기가스중의 유해성분을 파악하여 배기가스 규제를 만족할 수 없는 경우에는 배기가스를 재순환시키면서 정화시켜 규정치 이하로 충분한 정화작용이 이루어진 후에 대기중으로 방출시킬 수 있도록 함으로써, 보다 수준 높은 정화작용으로 강력한 배기가스 규제에 적극적으로 대응할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 촉매 컨버터의 전후에 산소센서를 각각 설치하여 촉매 컨버터의 정화상태를 파악할 수 있도록 이루어진 촉매 컨버터 유닛을 가진 자동차 배기가스 정화장치에 있어서, 배기관에 직렬로 설치된 다수개의 촉매 컨버터 유닛과, 배기가스가 직렬 연결된 촉매 컨버터 유닛의 사이를 연결하는 연결관을 직접통과하지 않고 우회할 수 있도록 형성된 배기가스 우회관과, 상기 배기가스 우회관에 설치된 우회가스용 촉매 컨버터 유닛과, 상기 연결관과 배기가스 우회관에 설치되어 배기가스의 흐름을 조절하는 밸브수단과, 상기 다수의 촉매 컨버터 유닛과 우회가스용 촉매 컨버터 유닛의 산소센서들의 신호에 따라 상기 밸브수단을 조작하는 조작수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 자동차 배기가스 정화장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 우회가스용 촉매 컨버터 유닛의 촉매 컨버터는 배기가스중의 HC와 CO의 산화작용을 담당하기 위한 산소촉매 컨버터임을 특징으로 하는 자동차 배기가스 정화장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 조작수단은 산소센서의 신호를 입력받아 기준치와 비교하여 상기 밸브수단에 전기적 신호를 가하여 밸브수단이 작동되도록 하는 ECU로 구성된 것을 특징으로 하는 자동차 배기가스 정화장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 배기가스 우회관에는 배기가스 유입구쪽과 배기가스 유출구쪽을 연결하도록 설치된 배기가스 순환관을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동차 배기가스 정화장치.
5. 제4항에 있어서,

   밸브수단은 연결관에 설치된 차단밸브와, 상기 배기가스 우회관의 배기가스 유입구쪽에 설치되어 상기 배기가스 순환관과 연결관이 배기가스 우회관으로 연통되는 상태를 조절하는 유입관로 조절밸브와, 상기 배기가스 우회관의 배기가스 유출구쪽에 설치되어 배기가스 우회관이 상기 배기가스 순환관과 연결관으로 연통되는 상태를 조절하는 유출관로 조절밸브로 구성된 것을 특징으로 하는 자동차 배기가스 정화장치.