KR19990003223U

KR19990003223U - 촉매재를 내장한 배기매니폴드의 구조

Info

Publication number: KR19990003223U
Application number: KR2019970016817U
Authority: KR
Inventors: 손기영
Original assignee: 양재신; 대우자동차 주식회사
Priority date: 1997-06-30
Filing date: 1997-06-30
Publication date: 1999-01-25

Abstract

본 고안은 촉매재를 내장한 배기매니폴드의 구조에 관한 것으로, 특히 배기매니폴드 내부에 배기가스 촉매를 위한 촉매재를 내장시킨 구성을 갖도록 함으로써, 최단시간내에 촉매재의 온도를 상승시켜 효율적인 배기가스 정화가 이루어지도록 함을 특징으로 하는 촉매 컨버터를 배기매니폴드에 내장한 엔진 구조에 관한 것이다.

Description

촉매재를 내장한 배기매니폴드의 구조

본 고안은 촉매재를 내장한 배기매니폴드의 구조에 관한 것으로, 특히 배기매니폴드 내부에 배기가스 촉매를 위한 촉매재를 내장시킨 구성을 갖도록 함으로써, 최단시간내에 촉매재의 온도를 상승시켜 효율적인 배기가스 정화가 이루어지도록 함을 특징으로 하는 촉매재를 내장한 배기매니폴드의 구조에 관한 것이다.

일반적으로 엔진의 흡기장치(intake system)는 도 1에 나타낸 바와같이, 실린더에 흡입하는 공기중의 먼지 등을 제거하는 에어 클리너(1) 및 각 실린더에 혼합기를 분배하는 흡기 매니폴드 등으로 구성되어 있으며, 배기장치(exhaust system)는 각 실린더의 배기가스를 종합하는 배기 매니폴드(2)와, 배기 가스중 유해가스를 차단하는 촉매 컨버터(3)와, 배기 가스를 대기중으로 배출하는 배기 파이프(4) 및, 배기소음을 저하시키는 소음기(5) 등으로 구성되어 있다.

여기서 상기 흡기 매니폴드는 기화기에서 만든 혼합기를 될 수 있는대로 저항을 적게하여 실린더로 유도하는 관이며, 2 실린더 이상의 다실린더 기관에서는 질과 양이 균일한 혼합기를 각 실린더에 분배하는 역할을 한다.

그런데, 동절기 등 냉각된 상태에서 엔진의 초기시동시, 흡기 매니폴드의 상부 끝단 가장자리에 설치되어 있는 인젝터에서 분사되는 연료는 냉각수와 흡기포트 내부의 온도가 낮아 가장 농후한 연료를 분사하는데, 이 연료의 일부가 완전히 연소되지 못하고 불완전 연소 상태인 그대로 배기가스가 되어 배출되는 문제가 있다.

따라서 이를 해결하기 위해 배기가스 재순환 시스템(EGR, Exhast Gas Recirculation System)을 탑재하고 있는바, 엔진의 배기포트에서 출력되는 배기가스의 일부를 재순환 파이프라인을 통해 흡기 매니폴드로 재순환토록하여 질소산화물의 발생을 감소시킨다.

또한 배기가스를 줄이기 위해 도 2와 같이, 엔진의 각 실린더마다 배기관(2-1)이 설치되고 상기 배기관(2-1)의 출력단이 1개의 통합 배기관(2-2)으로 연결되어 플렌지를 통해 배기파이프(4)로 배기가스를 방출하는 배기매니폴드(2)의 출력단에 촉매 컨버터(3)를 설치하여 배기가스중에 유해한 CO, HC, NO_X를 무해한 CO₂, H₂O, N₂로 산화 환원시키고 있다.

상기 촉매 컨버터(3)는 엔진의 불완전 연소나 고온 연소에 의해서 생기는 일산화탄소와 탄화수소, 질소산화물 등의 유해 성분을 촉매의 도움으로 무해한 탄산가스나 물로 만들어 대기 중에 방출하는 것이다. 이 장치는 일단 산화 반응이 시작하면 자기 발열 작용에 의해서 반응이 반복하여 이루어지는 것이며, 배기가스를 산화시키는 촉매재로는 백금, 코발트, 니켈등 여러 가지가 있다.

그러나 상기와 같이 재순환 파이프 라인과 촉매 컨버터(3)를 설치하여도 엔진을 워밍업시에 발생하는 유해가스를 차단하기는 어려운 문제점이 있다.

이는 촉매 컨버터가 재기능을 발휘하기 위해서는 350℃정도로 온도가 상승되어야 하나, 최초 차량을 워밍업시에는 배기가스의 온도가 낮기 때문에 촉매 컨버터의 최적작동시까지 일정한 시간이 필요로하며, 이시간에 이르기 까지는 인체에 유해한 CO, HC, NO_X를 걸러내지 못하고 그대로 외부에 방출하게 되는 문제점이 있었다.

특히 배기가스가 배기파이프를 거치는 동안 배기파이프의 벽을 통하여 외부로 고온을 방출하기 때문에 결국 촉매컨버터로 들어오는 배기가스의 온도가 낮아져 원할한 배기가스 정화가 이루어지지 못하게 된다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결코자 하는 것으로, 촉매 컨버터를 배기매니폴드의 가까운 위치에 설치하고, 최초 출력되는 배기가스의 고온을 이용하여 원할한 촉매작용으로 유해한 배기가스의 량을 줄이도록 하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 수단으로,

본 고안은 배기매니폴드 내에 촉매재를 장착시킨 구성를 갖는 것을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 흡배기 장치 구성도.

도 2는 일반적인 배기파이프와 촉매 컨버터의 관계도.

도 3은 본 고안의 설치 구성도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1: 에어클리너 2: 배기매니폴드

3: 촉매컨버터 3-1: 촉매재

4: 배기파이프 5: 소음기

이하 도면을 참조로 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 고안의 구성도로써, 엔진의 각 실린더마다 배기관(2-1)이 설치되고 상기 배기관(2-1)의 출력단이 1개의 통합 배기관(2-2)으로 연결되어 플렌지를 통해 배기파이프(4)로 배기가스를 방출하는 배기매니폴드(2)에 있어서,

배기파이프(4)를 통과하는 동안의 배기열손실을 막아 고온상태에서 촉매가 일어날 수 있도록, 실린더의 배기관이 합쳐지는 통합 배기관(2-2)에 촉매재(3-1)를 내장하되 배기파이프 연결 플렌지(4-1) 상부에 설치한 구성을 갖는다.

그리고 상기 촉매재(3-1)를 배기관(2-2)에 내장시키되, 고정수단에 의하여 유동되지 않토록 해야 하며, 이를 위해 촉매재 고정용 돌출 형상을 배기관 내주연에 형성할 수 있다. 여기서 촉매재 고정수단에 관해서는 여러 가지 형식이 가능함으로 도면에 도시하지 않았다.

상기와 같이 구성하는 본 고안은 최초 흡기 매니폴드를 통해 혼합가스를 연소실로 공급하여 점화플러그로 혼합가스를 점화시킨다. 여기서 점화된 혼합가스는 피스톤에 압력을 가하여 엔진에 동력을 제공하게 되고, 혼합가스는 배기매니폴드(2)를 통하여 외부로 방출된다.

이후 상기 배기 매니폴드(2)를 통해 외부로 배출되기 시작하는 배기 가스중 일부는 배기순환 라인을 통하여 흡기 매니폴드로 순환하고, 나머지는 배기매니폴드(2) 출력단을 통하여 방출하되, 종래에는 배기매니폴드 출력단의 배기파이프(4)를 통해 촉매컨버터(3)에 이르게 되어, 상기 촉매컨버터(3)에서 유해가스를 차단한후 차량 외부로 방출하는 방식을 사용하기 때문에, 배기파이프(4)의 내벽을 통하여 열손실이 발생하여 촉매컨버터(3)가 효율적으로 동작할 수 있기까지는 일정한 시간이 요구된다.

그러나 본 고안은 실린더의 배기관(2-1)이 합쳐지는 통합 배기관(2-2)에 촉매재(3-1)를 내장한 구성을 갖기 때문에 배기파이프(4)를 통과하는 동안의 배기열손실을 막을 수 있고, 따라서 촉매작용이 가장 활발하게 일어날 수 있는 온도(약 350℃)까지 이르는 시간을 단축하여 효율적인 유해가스 재거가 가능하다.

상술한 바와같이 본 고안은 배기매니폴드 내부에 배기가스 촉매를 위한 촉매재를 내장시킨 구성을 갖도록 함으로써 최단시간내에 촉매재의 온도를 상승시켜 효율적인 배기가스 정화를 가능케 하는 효과를 제공한다.

Claims

엔진의 각 실린더마다 배기관(2-1)이 설치되고 상기 배기관(2-1)의 출력단이 1개의 통합 배기관(2-2)으로 연결되어 플렌지를 통해 배기파이프(4)로 배기가스를 방출하는 배기매니폴드(2)에 있어서,

배기파이프(4)를 통과하는 동안의 배기열손실을 막아 고온상태에서 촉매가 일어날 수 있도록, 실린더의 배기관이 합쳐지는 통합 배기관(2-2)에 촉매재(3-1)를 내장하되 배기파이프 연결 플렌지(4-1)상부에 설치한 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 촉매재를 내장한 배기매니폴드의 구조.