KR19990072425A - 내연기관에있어서의촉매부착배기계장치 - Google Patents

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Abstract

배기관내에 원통상의 금속촉매를 설치하고 이 금속촉매를 완충체를 통해 그 배기관에 지지하도록 한 내연기관에서의 촉매가 부착된 배기계장치에 있어서, 배기가스가 그 완충체에 의해 방해되는 것 없이 원활하게 흐르고 배기가스 저항의 저감과 배기가스의 반응정화능률의 향상을 도모한다.
배기관(P)에 완충체(6)를 갖춘 촉매홀더(Hc)를 설치하고 그 완충체(6)에 후부스테이(10)를 통해 원통상의 금속촉매(C)를 그 완충체(6)로부터 접동가능하게 지지하고 그 촉매(C)와 완충체(6)와의 사이에 배기가스의 유통로(11)를 형성했다.

Description

내연기관에 있어서의 촉매부착 배기계장치{Exhaust Gas System mounting a Catalytic Converter in Internal Combustion Engine}
본 발명은 내연기관, 특히 자동 이·삼륜차의 구동용으로서 적합한 내연기관에 있어서의 촉매가 부착된 배기장치에 관한 것이다.
종래의 자동이륜차용 내연기관의 배기장치내에 원통상의 촉매를 배치하고 상기 기관에서의 배기가스를 반응정화하게 한 촉매가 부착된 배기장치는 공지이다.(특개평9-53441호 공보참조)
그러나 종래의 촉매가 부착된 배기계장치에서는 배기관내에 배치된 원통상의 촉매는 배기관의 내면을 따라 설치된 글래스울 등에 의한 완충체에 의해 밀착상태로 지지되어 있기 때문에 배기관과 원통상의 촉매와의 사이를 흐르는 배기가스의 흐름이 상기 완충체에 의해 방해를 받고, 이것이 배기가스 흐름의 저항을 다소이지만 증대시키고, 게다가 배기가스와 촉매와의 접촉면적이 감소해서 배기가스의 반응정화효율을 저하시키는 원인이 된다고 하는 문제가 있다.
본발명은 이러한 사정을 감안한 것이기 때문에 원통상의 촉매를 배기관에 완충체를 통해 완충적으로 지지하면서 촉매를 흐르는 배기가스의 유동저항을 가급적 저감할 수 있게 한, 신규적인 내연기관에 있어서의 촉매가 부착된 배기계장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도1은 본발명 장치를 갖춘 자동이륜차의 측면도,
도2는 배기계의 촉매장착 부분의 종단면도,
도3은 도2의 3-3선에 따른 확대단면도,
도4는 도2의 4-4선에 따른 확대단면도,
도5는 도2의 5-5선에 따른 확대단면도,
도6은 도5의 6-6선에 따른 단면도,
도7은 배기계 소음기의 종단면도,
도8은 도7의 8-8선에 따른 단면도,
도9는 도7의 9-9선에 따른 단면도,
도10은 도7의 10-10선에 따른 단면도,
도11은 배기계의 촉매장착부의 횡단면도,
도12는 도11의 12-12선에 따른 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
6········완충체
10········스테이 (후부 스테이)
11········유통로
C ········촉매 (금속촉매)
E ········내연기관
H c ·······촉매홀더
P ········배기관
P e········배기포트
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의하면, 내연기관의 배기포트에 접속된 배기관내에 원통상의 촉매를 설치하고 이 촉매를 배기관에 설치한 완충체에 의해 지지하게 한 내연기관에서의 촉매가 부착된 배기계장치에 있어서 배기관에 완충체를 갖춘 촉매홀더를 설치하고, 그 완충체에 스테이를 통해 촉매를 그 완충체로부터 떨어뜨려 접동가능하게 지지하고 촉매와 완충체와의 사이에 배기가스의 유통로를 형성한 것을 특징으로 한다. 이러한 특징에 의하면 원통상의 촉매는 배기관에 완충적으로 접동가능하게 지지되면서 배기관내를 흐르는 배기가스는 그 완충체에 방해되지 않게, 그 촉매의 외주를 저항이 적게, 원활하게 흘러서 내연기관의 출력의 향상 및 촉매에 의한 배기가스의 반응정화능률의 향상을 도모할 수 있다.
이하, 본발명의 실시형태를 첨부도면에 도시한 본발명의 실시예를 기본으로 설명한다.
그리고 이하의 설명에 있어서 전후, 좌우 및 상하는 자동이륜차의 진행방향에 대해서 말한다.
먼저, 도1∼10을 참조해서 본발명장치를 자동이륜차에 실시한 경우의 제1실시예에 대해서 설명하는데, 도1은 본발명장치를 갖춘 자동이륜차의 측면도, 도2는 배기장치의 촉매장착부분의 종단면도, 도3은 도2의 3-3선에 따른 확대단면도, 도4는 도2의 4-4선에 따른 확대단면도, 도5는 도2의 5-5선에 따른 확대단면도, 도6은 도5의 6-6선에 따른 단면도, 도7은 배기장치 소음기의 종단면도, 도8은 도7의 8-8선에 따른 단면도, 도9는 도7의 9-9선에 따른 단면도, 도10은 도7의 10-10선에 따른 단면도이다.
도1에 있어서 자동이륜차의 차체프레임(F)에는 그 주행용 내연기관(E)이 탑재되어 있다. 이 내연기관(E)의 머리부 전면에는 배기포트(Pe)가 개구되고 이 배기포트(Pe)에 배기장치(Ex)가 연통접속된다.
그리고 내연기관(E)이 다기통인 경우에는 배기포트에 배기매니폴드를 통하여 배기장치(Ex)가 연통접속된다.
상기 배기장치(Ex)는 내연기관(E)의 전방에서 그 내연기관(E)의 일측을 통해서 차체프레임(F)의 후방과 연장되어 있고, 그 후단부는 자동이륜차의 후차륜(Wr)의 측면방향을 통하고, 그 출구는 후방으로 향해 대기에 개방되어 있다. 또 배기장치(Ex)의 후부를 구성하는 후술의 소음기(M)에는 행거(Ha)가 용접되어 있고, 이 행거(Ha)를 통해 소음기(M), 즉 배기장치(Ex)의 후부가 차체프레임(F)에 볼트·너트 등의 고착구에 의해 착탈가능하게 매달려 지지된 것이다.
다음에 배기장치(Ex)의 구조를 주로 도2∼10을 참조해서 상세하게 설명하는데, 이 배기장치(Ex)는 내연기관(E)의 배기포트(Pe)에 일체로 연통접속된 배기관(P)의 후부에 소음기(M)를 일체로 접속해서 구성되어 있다.
상기 배기관(P)내에는 뒤에 상술하는 원통상의 금속촉매(C)가 장착되어 있고, 내연기관(E)에서 배출되는 배기가스는 배기관(P)을 통하는 사이에 그 금속촉매(C)에 의해 HC, CO, NOx등의 유해성분을 반응정화한 다음, 소음기(M)를 통해 대기에 방출된다.
상기 배기관(P)은 상류측 배기관(1)과 그 하류단에 접속된 하류측 배기관(2)으로 구성되어 있다. 상류측 배기관(1)은 아래를 향해 홈으로 만곡형성되어 있고, 또한 상류단에는 접속플랜지가 고착되어 있으며 이 접속플랜지(11)가 상기 내연기관(E)의 전면에 개구하는 배기포트(Pe)의 취부자리에 볼트 등의 고착구(3)를 가지고 고정된다. 상류측 배기관(1)의 하류단은 하류측기관(2)의 상류단에 삽입되고 용접 등에 의해 일체로 접속된다. 상기 하류측 배기관(2)은 짧은 상류측 부분(2u)의 후단에 그것보다도 긴 하류측 부분(2d)을 용접 등에 의해 일체로 접속하여 구성되어 있다.
상기 하류측 배기관(2)의 하류측 부분(2d)은 직상(直狀)으로 형성되어 있고 그 내부에 같은 직상으로 형성된 원통상의 금속촉매(C)가 장착된다. 상기 금속촉매(C)는 SUS판 등의 내열성 금속판에 다수의 소공(91)을 천설(穿設)한 펀칭플레이트에 의해 양단개방의 원통상으로 형성된 촉매본체(9)의 내외면에 촉매엘리먼트를 가지고 구성되어 있다.
도2, 3에 도시된 바와 같이 상기 원통상의 금속촉매(C)의 전(前)부는 전부스테이(4)를 통해 하류측 배기관(2)에 고정상태로 지지되어 있다. 상기 전부스테이(4)는 횡단면 장원(長圓)형상의 중공통체(中空筒??)에 의해 구성되고, 그 단경부(41)의 내주면이 상기 금속촉매(C)의 전부 외주면에 용접 등에 의해 고착되고, 또 그 장경부(42)의 외주면이 하류측 배기관(2)의 전부 내주면에 용접 등에 의해 고착된다. 따라서 원통상의 금속촉매(C)의 전부는 상기 스테이(4)를 통해서 하류측 배기관(2)의 전부에 고정지지되고, 그 하류측 배기관(2)과 금속촉매(C)와의 사이에는 환상(環狀)의 배기가스 통로가 형성된다.
또 도2, 5, 6에 도시된 바와 같이 상기 금속촉매(C)의 후부는 촉매홀더(Hc)를 통해서 하류측 배기관(2)에 그 긴 방향으로 접동가능하게 지지되어 있다. 상기 촉매홀더(Hc)는 하류측 배기관(2)의 하류측 부분(2d)의 중간에 개재되어 있고, 그 하류측부분(2d) 보다도 직경이 크게 형성된 짧은 원통상의 홀더케이스(5)의 환상공극부(環狀空隙部)내에 완충체(6)을 채우고, 그 위에 그 완충체(6)의 내주면을 따라 하류측 배기관(2)의 하류측 부분(2d)과 대략 동일한 직경의 환상(環狀)의 지지통(7)을 설치하여 구성되어 있다. 상기 홀더케이스(5)는 하류측 배기관(2)의 하류측 부분(2d)의 전후에 분할된 앞부분과 뒷부분과의 사이에 용접 등에 의해 일체로 고착되고, 상기 지지통(7)은 그 둘레벽에 다수의 통기공(8)이 천설되어 있고 이 통기공(8)을 통해서 완충체(6)내에 배기가스를 유통시켜 그 배기가스음을 흡수감음할 수 있도록 되어 있다. 상기 완충체(6)은 SUS울에 의해 메시상으로 형성되어 있다.
도5, 6에 명료하게 도시된 바와 같이 금속촉매(C) 후단의 상기 촉매홀더(Hc)와 대응하는 부분의 외주면에 상기 전부스테이(4)와 동일하게 횡단면 장원형상의 중공통체로 된 후부스테이(10)의 단경부(101)의 내주면이 용접등에 의해 고착되고, 이 후부스테이(10)의 장경부(102)의 외주면은 상기 촉매홀더(Hc)의 지지통(7)의 내주면에 축방향으로 접동가능하게 지지되어 있다. 따라서 원통상의 금속촉매(C)의 후부는 하류측 배기관(2)에 대해 상기 촉매홀더(Hc)에 의해 긴방향으로 접동가능하고, 하류측 배기관(2)에 대해 금속촉매(C)의 열등에 의해 팽창수축이 허용되며, 또 그 금속촉매(C)는 하류측 배기관(2)에 완충체(6)를 통해서 완충적으로 지지되고, 금속촉매(C)의 후부 외주면과 촉매홀더(Hc)의 완충체(6)와의 사이는 떨어져서 배기가스의 유통로(11)가 형성된다. 이것에 의해 금속촉매(C)를 흐르는 배기가스는 완충체(6)에 방해되지 않고, 그 유통로(11)를 통해서 작은 저항으로 흐른다.
도2, 4에 명료하게 도시된 바와 같이 하류측 배기관(2)의 큰부분은 보온통(12)에 의해 피복되어 있다. 이 보온통(12)은 전부(前部) 보온통(121)의 후단에 후부(後部) 보온통(122)을 용접 등에 의해 일체로 접속하여 구성되어 있고, 그 전단은 하류측 배기관(2)의 상류단에 용접 등에 의해 고착되고, 또 보온통(12)의 후단에는 대략 180。의 위상차를 가지고 짝을 이루는 횡단면 U자상의 찌그러짐부(13)가 형성되고, 이들 찌그러짐부(13)의 내면이 하류측 배기관(2)의 후부 외주면에 밀착되며, 보온통(12)의 후단은 하류측 배기관(2)에 지지되고 있다.
그러나 상기 보온통(12)은 금속촉매(C)를 보온해서 그 반응정화성능을 높이는 동시에 배기관(P)에서의 열의 외부로의 방산(放散)을 억제하고 후술하는 소음기(M)의 외통(18)에의 열해(熱害)를 저감하는데에 도움을 준다.
도2에 도시된 바와 같이 하류측 배기관(2)의 상류측 부분(2u)에는 짧은 중공원통상의 변색방지통(15)이 용접 등에 의해 고착된다. 이 변색방지통(15)은 하류측 배기관(2)과 상기 보온통(12)과의 사이에 개재되고 이들 사이에는 각각 공극이 형성된다. 하류측 배기관(2)의 상기 변색방지통(15)에 의해 덮혀진 부분에는 원주방향으로 간격을 두고 다수의 소공으로 이루어진 배기가스 우회공(16)이 천설되어 있다. 내연기관(E)에서 상류측 배기관(1)을 지나 하류측 배기관(2)을 흐르는 배기가스의 일부분은 상기 배기가스 우회공(16)을 통해서 하류측 배기관(2)과 보온통(12)과의 사이를 후방으로 우회해서 흐르게 되어 있고, 이것에 의해 배기가스의 배기저항을 저감해서 내연기관(E)의 출력업(up), 특히 그 중에 저속운전영역에서의 출력업에 기여할 수 있게 되어 있다.
상기 하류측 배기관(2) 및 보온통(12)은 배기관(Ex)의 후반부를 구성하는 소음기(M)내에 그 입구측에서 삽착(揷着)되어 있고, 그 소음기(M)의 입구단은 전부(前部) 보온통(121)의 전단외주에 용접 등에 의해 고착되어 있으며 하류측 배기관(2)의 하류측 부분(2d)는 소음기(M)의 중간까지 연장되어 있다.
도7,8에 도시된 바와 같이 소음기(M)의 외통(18)은 후방으로 향해서 끝이 넓어지는 형상으로 펼치는 절두(截頭)원추상의 전부외통(18f)과, 그 후단에 용접 등에 의해 고착된 원통상의 후부외통(18r)으로 구성되어 있다. 후부외통(18r) 내에는 환상의 공극을 가지는 내통(19)이 설치된다. 이 내통(19)은 제1격벽(20), 제2격벽(21) 및 내통(19)의 후벽(191)에 의해 제1실(23), 제2실(24) 및 제3실(25)로 구획되어 있고, 상기 제1실(23)과 제3실(25)은 제1격벽(20)과 제2격벽(21) 사이에 교가(橋架)연결된 제1연통관(26)에 의해 서로 연통되고, 또 제3실(25)과 제2실(24)은 제2격벽(21)에 한쪽 지지되는 제2연통관(27)에 의해 서로 연통되고, 그리고 제2실(24)과 대기가 제2격벽(21) 및 외통(18)의 후벽(181) 사이에 교가지지되는 제3연통관(28)에 의해 연통되어 있다.
하류측 배기관(2)에서 금속촉매(C)를 통해 반응정화된 배기가스는 소음기(M)내에 유입하고, 여기에서 제1실(23)로부터 제1연통관(26)을 통해 제3실(25)에 들어가며, 이 제3실(25)에서 제2연통관(27)을 통해 제2실(24)로 들어가고, 그리고 제2실(24)에서 제3연통관(28)을 통해 대기로 방출된다. 그리고 이 사이에 배기가스는 소음기(M)내를 팽창과 수축을 반복하면서 소음기(M)내의 제1, 3 및 2실(23, 25 및 24)을 우회해서 흘러 효과적으로 감음된 뒤, 대기에 방출된다.
다음에 이 제1실시예의 작용에 대해서 설명하면, 지금 내연기관(E)의 운전에 의해 발생한 배기가스는 그 배기가스 포트(Pe)에서 상류측 배기관(1)을 지나 하류측 배기관(2)으로 흘러서 그 하류측 배기관(2)에 설치된 원통상의 금속촉매(C)에 의해 그 속에 포함된 유해성분이 반응제거된 후, 소음기(M)로 흘러서 여기에서 감음되고 대기로 방출된다.
그런데 금속촉매(C)와 이것을 완충적으로 지지하는 촉매홀더(Hc)의 완충체(6) 사이는 떨어져서 이것들 사이에 배기가스의 유통로(11)가 형성되기 때문에 금속촉매(C)의 외측을 흐르는 배기가스는 그 완충체(6)에 의해 방해되지 않고 그 흐름에 혼란을 생기게 하지 않게 원활하게 흐르며, 이것에 의해 배기저항을 저감해서 내연기관(E)의 출력향상에 기여하는 것 뿐 아니라 배기가스와 금속촉매(C)와의 접촉면적을 증대해서 그 촉매(C)에 의해 배기가스 정화능률을 높일 수 있다.
다음에 본발명의 제2실시예에 대해서 도11, 12를 참조해서 설명한다.
도11은 배기장치의 촉매장착부의 횡단면도, 12는 도11의 12-12선에 따른 단면도이고, 상기 제1실시예의 것과 같은 부재에는 같은 부호가 부여된다.
이 제2실시예에서는 촉매홀더(Hc)의 구조에 있어서 상기 제1실시예와 상위하게 되어 있고 이 촉매홀더(Hc)는 홀더케이스(5)와 이 홀더케이스(5)내에 장전된 완충체(6)로 구성되어 있으며, 이 완충체(6)의 내면은 하류측 배기관(2)내의 금속촉매(C)에 고착된 단면타원형상의 후부스테이(10)의 외주면에 직접 접촉해서 이 축방향으로 접동자재하게 지지되어 있다. 그리고 이 제2실시예의 것은 상기 제1실시예의 지지통이 생략된다.
그런데 이 제2실시예의 것도 원통상의 금속촉매(C)의 후부가 촉매홀더(Hc)의 완충체(6)에 의해 축방향으로 접동가능하게 지지되어 금속촉매(C)는 완충체(6)에 대해서 떨어져 있고, 이들 사이에 배기가스의 유통로(11)를 형성할 수 있으며 상기 제1실시예의 것과 동등의 효과를 이루고, 그리고 상기 지지통(제1실시예)의 생략에 의해 부품점수를 저감해서 배기계장치의 비용절감을 도모할 수 있다.
이상, 본발명의 실시예에 대해 설명했지만, 본발명은 이 실시예에 한정되지 않고 본발명의 범위내에서 여러 가지 실시예가 가능하다. 예를들면 상기 실시예에서는 본발명장치를 자동 이륜차용 내연기관의 배기장치에 실시된 경우에 관해서 설명했지만, 이것을 다른 차량, 다른 기기용 내연기관의 배기장치에 실시해도 좋고, 또 상기 실시예에서는 원통상의 촉매로서 금속촉매(C)를 사용한 경우에 대해서 설명했지만, 그 금속촉매(C)를 바꿔서 비금속성의 다른 촉매을 사용해도 좋다. 그리고 상기 실시예에서는 완충체로서 SUS울을 사용하고 있지만, 이것을 바꿔서 종래 공지의 다른 완충체를 사용해도 좋다.
이상과 같이 본발명에 의하면 촉매가 부착된 배기계장치에 있어서 배기관에 완충체를 갖춘 촉매홀더를 설치하고 그 완충체에 스테이를 통해서 촉매를 그 완충체로부터 떨어뜨려 접동가능하게 지지하고 촉매와 완충체와의 사이에 배기가스의 유통로를 형성했기 때문에 배기관내를 흐르는 배기가스는 촉매를 지지하는 완충체에 방해되지 않고 그 촉매의 외주를 작은 저항으로 원활하게 흘러서 배기저항을 저감하고 내연기관의 출력향상 및 촉매에 의한 배기가스의 반응정화능률의 향상을 도모할 수 있다.

Claims (1)

  1. 내연기관(E)의 배기포트(Pe)에 접속되는 배기관(P)내에 원통상의 촉매(C)를 설치하고 이 촉매(C)를 배기관(P)에 설치한 완충체(6)에 의해 지지하게 한 내연기관에서의 촉매가 부착된 배기계장치에 있어서,
    배기관(P)에 완충체(6)를 갖춘 촉매홀더(Hc)를 설치하고, 그 완충체(6)에 스테이(10)를 통해 촉매(C)를, 그 완충체(6)에서 떨어뜨려 접동가능하게 지지하고, 촉매(C)와 완충체(6)와의 사이에 배기가스의 유통로(11)를 형성한 것을 특징으로 하는 내연기관에 있어서의 촉매부착 배기계장치.
KR1019990003772A 1998-02-04 1999-02-04 내연기관에 있어서의 촉매부착 배기계장치 KR100287442B1 (ko)

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