KR19990087470A - 압력파 과급기를 구비한 불꽃 점화 기관 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압력파 과급기(5)와 삼원 촉매(4)를 구비한 불꽃 점화 기관(1)에 관한 것이다. 효과적인 방법으로 오염 물질(HC, CO, 및 NOx)을 제거하기 위해, 산화 촉매(12)가 삼원 촉매의 하류에 연결되고, 상기 산화 촉매는 과급기의 출구와 배기구(11) 사이에 배치된다. 따라서, 산화 촉매는 과급기로부터의 초과 공기와 함께 작용할 수 있다. 상기 조합은 기관의 특정 출력을 높이고 오염 물질을 실질적으로 감소시킨다.

Description

압력파 과급기를 구비한 불꽃 점화 기관
현재 불꽃 점화 기관은 100년에 걸쳐 제작되어 오고 있고, 출력의 증가와 연료 소비의 감소 면에서 지속적으로 향상되었다. 그러나, 이미 실현된 중요한 향상으로서는 종래의 불꽃 점화 기관의 연료 소비의 점진적인 감소만이 가능하다. 또한, 최근에 오염 물질의 배기를 줄이기 위해 노력하고 있으며, 가장 적합한 조절 삼원 촉매의 다양한 촉매를 사용한 대응 배기 가스 정화 시스템은 세 개의 주요 오염 물질 성분의 동시 전환을 허용한다.
배기 가스와 공기가 양측이 개방된 각각의 셀과 직접 접촉하여 순간적으로 운반되는 압력파 과급기는 이미 공지되어 있다. 여러 회사들이 자동차 구조체 내에 압력파 과급기를 사용하려고 시도해 왔지만, 대부분의 시도는 기관의 출력 증가에 노력을 기울였다. 공지된 바와 같이, 압력파 과급기는 단지 디젤 기관과 협력하여 직렬로 조립되고 있다.
EP-A-0 415 128에는 청구항 1의 전제부에 따른 기관이 공지되어 있고, 촉매가 기관 근처에 배치되며 충전 공기에 의해 냉각되는 압력파 과급기를 구비한 내연 기관 내의 촉매의 노화를 최소화하는 방법이 제안되어 있다.
1987년 12월 22일자 일본 특허 초록 제 11권, 392쪽(M-653) 및 JP-A-62-159 717로부터, 과급된 기관은 저속으로만 작동되는 삼원 촉매의 출구가 제공된다는 것을 알 수 있다.
DE-C-37 32 301에는 산화 촉매로 사용되는 삼원 촉매가 사용된 내연 기관의 배기 가스 정화를 위한 장치가 공지되어 있다. 산화 촉매 내의 온도 증가가 측정되어 피드백 조절에 사용된다.
본 발명은 압력파 과급기 및 삼원 촉매를 구비한 불꽃 점화 기관에 관한 것이다.
도 1은 효과적인 배기 가스 정화 시스템을 구비한 본 발명에 따른 불꽃 점화 기관을 개략적으로 도시한 도면.
본 기술 분야의 배경에 있어서, 본 발명의 목적은 실질적으로 증가된 특정 출력과 실질적으로 감소된 오염 물질 배기를 허용하는 불꽃 점화 기관을 제공하는 것이다. 상기 목적은 압력파 과급기, 삼원 촉매, 및 부가의 산화 촉매를 구비한 불꽃 점화 기관의 조합을 설명하는 청구항 1에 따른 불꽃 점화 기관에 의해 획득된다.
특히, 상온 시동 상태에서의 단점을 방지하는 수단과 부가의 특징 및 이점은 종속 청구항에서 한정된다. 본 발명은 실시예의 도면을 참조하여 하기에 더욱 상세히 설명된다.
도 1은 불꽃 점화 기관(1) 즉, 내연 기관과, 입구 도관(3) 내의 스로틀(2)과, 출구(15) 내의 삼원 촉매(three-way catalyst: 4)를 도시한다. 자동차나 항공기 엔진과 같은 임의의 공지된 내연 기관일 수 있는, 팬(fan: 17)과 출력부(18)를 갖는 기관이 도시되어 있고, 삼원 촉매(4)는 도입부에 설명된 것처럼 본 기술 분야에 따른 종래의 불꽃 점화 기관을 형성한다.
종래의 불꽃 점화 기관은 입구 도관 내의 충전 공기 냉각기(6)로 양호하게 작동되는 압력파 과급기(5)에 의해 완성되고, 압력파 과급기가 적절한 모양과 크기를 가질 경우 전기 또는 기계 드라이브(7)를 포함할 수 있지만, 배제될 수도 있다. 공기 입구(8)는 공기 필터(9)와 충전기 스로틀(10)(공지된 압력파 과급기 시스템과는 다름)을 포함한다. 배기구(11)는 산화 촉매(12)의 형태로 제 2 촉매를 포함한다. 촉매는 람다 프로브(lambda probe: 13), 온도 프로브(temperature probe: 14), 및 소위 웨이스트게이트 플랩(wastegate flap: 19)에 의해 효과적으로 제어된다.
도관 내의 화살표는 공기 및 가스 흐름의 방향을 표시하고, 이 개략도는 공기 입구(8)에서 취해진 신선한 공기가 공기 필터(9)와 충전기 스로틀(10)를 통해 압력파 과급기(5)로 공급되는 것을 도시한다. 압력파 과급기에서, 신선한 공기의 대부분은 배기 가스의 작용하에서 압축되어 충전 공기 냉각기(6)와 스로틀(2)을 통해 내연 기관(1)으로 공급된다. 신선한 공기의 나머지 부분은 배기 공기의 형태로 압력파 과급기(5)를 통과하고 배기 가스와 혼합되는 배기구(11)로 배출된다. 내연 기관(1)으로부터의 배기 가스는 삼원 촉매(4)를 통해 압력파 과급기(5)를 통과하여 신선한 공기와 혼합되고 산화 촉매(12)를 통해 배기구(11)로 배출된다.
웨이스트게이트 플랩(19)은 초과 충전 압력의 경우에 개방되어서, 배기 가스의 일부가 압력파 과급기(5)를 통과하고, 그 결과 더욱 작은 압력비로 된다. 이는 구동 유니트의 더욱 향상된 전체 효율을 얻을 수 있게 하고, 그에 따라서 연료 소비가 감소된다. 웨이스트게이트 플랩 대신에, 충전 압력의 제어를 위해 이미 공지되어 있는 다른 수단이 사용될 수 있다.
충전기 스로틀(10)은 배기 공기의 제어를 위해 제공된다. 그것은 배기구를 통과하는 신선한 공기의 비율을 감소시킨다. 이것은 산화 촉매(12)에서 배기 가스 온도를 증가시켜서, 그 온도는 시동 온도에 도달해서 높은 전환비를 야기한다. 온도 프로브(14)의 신호는 충전기 스로틀의 제어를 위한 조절 변수로서 사용될 수 있다. 엔진 속도와 스로틀(2)의 하류의 압력은 부가의 제어 변수로서 제공될 수 있다. 람다 프로브(13)는 혼합물 제어를 위한 조절 변수를 제공한다.
기관은 람다 비(lambda ratio) 1 에서 또는 경미한 연료 초과시 작동된다. 일반적으로, 전자 혼합물 제어(람다 프로브)와 협력하는 삼원 촉매는 현재 가장 효과적인 촉매 배기 가스 정화 시스템을 나타내는 것으로 이해된다. 삼원 촉매는 세 개의 모든 오염 물질 성분의 동시 전환을 허용하지만 정확한 화학량론의 연료-공기 혼합물(람다 1)을 필요로 한다. 세 개의 성분은 HC, CO 및 NOX이다. 람다 1 의 제어 범위를 농후한 측으로 이동시키므로써, NOX성분은 매우 효과적으로 전환되어 제거될 수 있다. 그러나, 단지 삼원 촉매가 사용될 경우, 이것은 나머지 두 성분의 전환비를 감소시키므로 유용하지는 않다.
압력파 과급기의 사용은 내연 기관의 효율을 증가시키고, 압력파 과급기가 배기 시스템 내의 공기 초과를 발생시킨다는 사실에 의해, 이 지점에서 산화 촉매의 사용을 허용하고, 주로 HC 와 CO 로 구성되는 잔류 오염 물질은 최상으로 전환될 수 있다. 게다가, 촉매의 코팅에 의해, 실질적인 NOX전환비가 산화 촉매 내에서 획득될 수 있다.
출구(15)에서 배기 가스 온도가 상온 시동 상태로 낮아지면, 촉매의 전환비가 더욱 작아져 더욱 농후한 배기 가스를 배출한다.
또한, 배기 가스 온도가 감소됨에 따라, 충전기 내의 압력파 처리는 더욱 더 불확실해지고, 과도한 경우 완전히 정지될 수도 있다. 따라서, 기관이 냉각될 때, 감소된 충전압이 일차로 획득될 수 있고, 기관의 출력이 감소된다.
출구(15)와 삼원 촉매(4) 사이에 배치되며 낮은 배기 가스 온도의 경우에 작동되는 버너(22)에 의해 상기 두 문제는 해결될 수 있다. 한편, 이 방법에서, 촉매는 더욱 빠르게 최적 작동 온도로 되고, 이에 반해서, 가스는 더 높은 온도로 과급기에 이른다. 따라서, 압력파 처리는 기관이 여전히 냉각된 상태에서 개시되고, 기관의 최대 출력이 가능하다. 도 1은 버너(22)의 연료 공급기(21)와 공기 공급기(20)를 부가로 도시한다.
상기 버너(22) 대신, 전기 작동 히터와 같은 다른 가열 장치가 사용될 수 있다. 상기 관계에 있어서, 촉매의 기능과 충전기의 기능이 유리하게 작용한다는 것은 중요하다.
따라서, 압력파 과급기를 구비한 불꽃 점화 기관의 조합은 중요한 출력을 증가시키고 주로 하기의 산화 촉매를 적용시키는데, 그 산화 촉매는 삼원 촉매의 종래의 적용에서보다 오염 물질 성분중 하나 즉, NOx를 삼원 촉매에 의해 더욱 효과적으로 제거하고, 내부의 공기 초과로 인한 산화 촉매 내의 잔류 오염 물질(HC, CO)의 특히 높은 전환비를 허용한다.
상기 시스템은 종래의 불꽃 점화 기관에 비해 오염 물질을 상당히 감소시킨다. 동일한 출력을 갖는 종래의 불꽃 점화 기관에 비해서, 압력파 과급기의 적용은 상당히 감소된 오염 물질 배기가 획득되는 낮은 연료 소비를 갖는 더욱 작은 엔진 또는 더욱 작은 총 중량을 갖는 엔진의 사용을 허용한다는 것이 이해될 것이다.

Claims (7)

  1. 압력파 과급기(5)와 조절된 삼원 촉매(4)를 구비한 불꽃 점화 기관에 있어서,
    삼원 촉매(4)는 압력파 과급기(5)의 출구와 배기구 사이에 배치되는 산화 촉매(12)에 이어지는 것을 특징으로 하는 불꽃 점화 기관.
  2. 제 1항에 있어서, 충전기 스로틀(10)은 배기 공기량을 제어하기 위해 압력파 과급기의 입구에 제공되는 것을 특징으로 하는 불꽃 점화 기관.
  3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 제어 수단은 충전압을 조절하기 위해 압력파 과급기(5)의 출구에 제공되는 것을 특징으로 하는 불꽃 점화 기관.
  4. 제 3항에 있어서, 제어 수단은 웨이스트게이트 플랩(19)을 포함하는 것을 특징으로 하는 불꽃 점화 기관.
  5. 제 1항 내지 4항중 어느 한 항에 있어서, 압력파 과급기(5)는, 그 내의 셀 회전자 속도의 안정성을 제공하며 전기 또는 기계적으로 구동되는 드라이브(7)를 포함하는 것을 특징으로 하는 불꽃 점화 기관.
  6. 제 1항 내지 5항중 어느 한 항에 있어서, 가열 장치(22)는, 삼원 촉매를 최적 작동 온도에 도달시켜 압력파 과급기를 더욱 빠르게 작동시키기 위해, 기관의 출구(15)와 삼원 촉매(4) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 불꽃 점화 기관.
  7. 제 6항에 있어서, 가열 장치는 공기 및 연료 공급기(20, 21)를 포함하는 버너(22)인 것을 특징으로 하는 불꽃 점화 기관.
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