KR200165483Y1 - 디젤 엔진의 파티큘레이트 제거장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 디젤 엔진의 파티큘레이트 제거장치에 관한 것이다.

본 고안은 입구(3a)와 출구(4a)를 가지며 내부에 연소실(5)이 형성된 케이스(2)와, 상기 연소실(5)에 설치되는 세라믹 필터(7)로 이루어진 파티큘레이트 트랩(1)을 포함하는 디젤 엔진에 있어서, 상기 파티큘레이트 트랩(1)에는, 입구(3a)로부터 유입되는 파티큘레이트를 연소시킬 수 있도록 연소실(5)로 초고주파를 발생시키는 마그네트론(10)과, 마그네트론(10)에 고압의 전류를 공급하는 고압트랜스(20)가 설치되는 것을 특징으로 한다. 그리고 연소실(5)에는 배기가스를 우회시킬 수 있도록 격판(30)을 설치하고, 격판(30)에는 마그네트론(10)의 초고주파가 통과하면서 균일하게 분산될 수 있도록 다수의 관통구멍(32)이 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

디젤 엔진의 파티큘레이트 제거장치{a Particulate exclusion system}

본 고안은 디젤 엔진의 파티큘레이트 제거장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배기가스에 포함되어 있는 파티큘레이트를 재연소시켜 이를 제거하는 디젤 엔진의 파티큘레이트 제거장치에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이 엔진에서 배출되는 배기가스에는 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC) 또는 질소산화물(NOx), 납산화물 등과 같은 많은 량의 유해물질이 포함되어 있으며, 이러한 유해물질은 대기오염의 주원인이 된다.

한편, 경유를 연료로 하는 디젤 엔진에서는 상기 유해성분 이외에도 불완전 연소에 의해 발생되는 카본 입자(카본 블랙)와, 그을음, 오일의 탄 찌꺼기 등으로 구성된 파티큘레이트(Particulate)가 다량 포함되어 있으며, 이러한 파티큘레이트는 상기 유해물질과 함께 발암성분으로 작용하거나 폐에 축적되어 만성 폐질환을 일으키는 등 인체에 치명적인 영향을 준다.

최근에는 디젤 엔진을 탑재한 차량이 늘어나 파티큘레이트를 비롯한 각종 유해 물질이 보다 많이 배출되는 등, 대기 오염을 더욱 가중시키는 결과를 가져왔다.

한편, 이러한 문제를 감안하여 디젤 차량에는 파티큘레이터 트랩(Particulate Trap)이라 불리우는 필터를 배기라인 중에 장착하여 유해물질, 그 중에서도 인체에 가장 치명적인 영향을 끼치는 파티큘레이트를 감소시킬 수 있도록 하였다.

이러한, 파티큘레이터 트랩은 배기라인 중에 설치되는 강철제 케이스의 내측면에 석면망을 설치하고, 이 석면망의 내부에 다공성 세라믹 필터를 설치한 구성을 갖는다.

이와 같은 구성에 의해 디젤 엔진의 배기가스가 배기관을 통해 파티큘레이트 트랩으로 유입되면, 이 배기가스는 파티큘레이트 트랩의 석면망과 다공성 세라믹 필터를 거치면서 내부에 포함된 파티큘레이트가 제거되어 외기로 배출되는 것이다. 한편, 파티큘레이트는 배기가스 열에 의해 대략, 500。C이상으로 가열된 세라믹 필터를 통과하면서 연소됨으로써, 제거될 수 있는 것이다.

그러나, 이와 같은 종래의 디젤 엔진의 파티큘레이트 트랩은 파티큘레이트를 충분히 제거할 수 없었다. 즉, 파티큘레이트가 완전히 연소되기 위해서는 550。C이상의 온도와, 충분한 산소가 제공되야 한다. 따라서, 상기 파티큘레이트를 제거하기 위해서는 파티큘레이트 트랩을 적어도 500。C(활성화 온도)이상으로 가열하여야 한다.

그러나, 디젤 엔진에서 배출되는 배기가스 온도는 일반 주행시에는 약, 200。C 내지 400。C, 고속 주행시에는 약, 400。C 내지 500。C정도이기 때문에 상기 파티큘레이트 트랩이 활성화 온도에 도달하지 못하여 배기가스에 포함된 파티큘레이트를 충분히 연소시킬 수 없는 등의 문제를 발생시켰다.

더욱이, 엔진의 초기 구동시에는 파티큘레이트 트랩이 냉각되어 있는 상태이기 때문에 시동초기로부터 파티큘레이트 트랩의 활성화 온도에 이르는 시점까지는 배기가스에 포함된 파티큘레이트가 여과없이 그대로 대기중으로 방출되는 결과를 가져왔다.

또한, 초기 구동시에는 엔진의 워엄 시간을 단축하기 위하여 정상운전시에 비해 보다 많은 연료가 공급되므로 배기가스의 발생이 많아지는 것은 물론, 배기가스에 포함되는 파티큘레이트가 더욱 증가되어 대기오염을 더욱 가중시키는 결과를 가져왔다.

따라서, 본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 배기가스 중에 포함되어 있는 파티큘레이트를 재연소시킴으로써, 초기 구동시나 급가속시는 물론, 정상 운전시에도 파티큘레이트를 완벽하게 제거할 수 있는 디젤 엔진의 파티큘레이트 제거장치를 제공하는데 있다.

이러한, 목적을 달성하기 위하여 본 고안은, 입구와 출구를 가지며 내부에 연소실이 형성된 케이스와, 상기 연소실에 설치되는 세라믹 필터로 이루어진 파티큘레이트 트랩을 포함하는 디젤 엔진의 파티큘레이트 제거장치에 있어서, 상기 파티큘레이트 트랩에는 상기 입구로부터 유입되는 파티큘레이트를 연소시킬 수 있도록 상기 연소실로 초고주파를 발생시키는 마그네트론과, 상기 마그네트론에 고압의 전류를 공급하는 고압트랜스가 설치되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 상기 연소실에는 배기가스를 우회시킬 수 있도록 격판을 설치하고, 상기 격판에는 마그네트론의 초고주파가 통과하면서 균일하게 분산될 수 있도록 다수의 관통구멍이 형성되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 고안에 따른 디젤 엔진의 파티큘레이트 제거장치가 장착된 파티큘레이트 트랩의 사시도,

도 2는 본 고안에 따른 디젤 엔진의 파티큘레이트 제거장치의 구성을 나타내는 도 1의 종단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 파티큘레이트 트랩

2 : 케이스

3 : 제 1케이스

3a : 입구

4 : 제 2케이스

4a : 출구

5 : 연소실

5a : 격실

6 : 석면망

7 : 세라믹 필터

10: 마그네트론

12 : 고주파 차단막

20: 고압트랜스

30: 격판

32: 관통구멍

이하, 본 고안에 따른 디젤 엔진의 파티큘레이트 제거장치에 대한 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 디젤 엔진의 파티큘레이트 제거장치가 장착된 파티큘레이트 트랩의 사시도이고, 도 2는 본 고안의 구성을 나타내는 도 1의 종단면도이다. 먼저, 도 1에서 알 수 있듯이 본 고안의 파티큘레이트 제거장치는 파티큘레이트 트랩(1)에 설치된다.

한편, 본 고안의 파티큘레이트 제거장치를 설명하기에 앞서 파티큘레이트 트랩을 간략하게 살펴보면, 파티큘레이트 트랩(1)은 원통형 케이스(2)를 갖는다. 이 케이스(2)는 제 1케이스(3)와 제 2케이스(4)로 이루어져 있으며, 제 1케이스(3)의 일측에는 입구(3a)가 형성되어 있고, 제 2케이스(4)의 일측에는 출구(4a)가 형성되어 있다. 이 제 1케이스(3)와 제 2케이스(4)는 연소실(5)이 형성되도록 플랜지 이음되어 있으며, 충분한 강도를 갖기 위해 강철재로 구성된다.

그리고 제 1케이스(3)의 연소실(5) 내주면에는 석면망(6)이 소정의 폭으로 설치되며, 이 석면망(6)의 내측으로는 다공성 세라믹 필터(7)가 설치된다. 여기서, 세라믹 필터(7)는 세라믹을 폼(Foam) 형태로 성형한 것으로, 배기가스 열에 의해 가열되어 파티큘레이트를 연소시키는 역할을 한다.

또한, 석면망(6)은 세라믹 필터(7)를 감싸도록 배치되어 세라믹 필터(7)의 열이 제 1케이스(3)에 전달되지 않게 하며, 동시에 외부온도의 변화에 따른 세라믹 필터(7)의 기능 저하를 방지하는 단열작용 및 보온작용을 동시에 수행한다.

한편, 본 고안의 파티큘레이트 제거장치는 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 파티큘레이트 트랩(1)의 일측에 설치된다. 이를 상세히 살펴보면 다음과 같다. 상기 파티큘레이트 제거장치는 마그네트론(10)을 갖는다. 이 마그네트론(10)은 초고주파(마이크로 웨이브)를 발생시키는 것으로서, 파티큘레이트 트랩(1)의 제 1케이스(3) 외측면에 설치된다. 이러한 마그네트론(10)은 파티큘레이트 트랩(1)의 연소실(5)로 초고주파를 발생시켜 입구(3a)로부터 유입되는 파티큘레이트를 가열하여 연소시키는 역할을 수행한다.

여기서, 상기 마그네트론(10)은 제 1케이스(3)의 입구(3a)측에 설치되어야 한다. 이는 배기가스가 세라믹 필터(7)로 유입되기 전에 고주파를 발생시킴으로써, 파티큘레이트가 발화점까지 가열될 수 있도록 하기 위함이다.

즉, 고열의 세라믹 필터(7)를 통과한 파티큘레이트는 수분을 포함하고 있지 않기 때문에, 이러한 상태에서 마그네트론(10)의 초고주파를 아무리 발생시켜도 파티큘레이트는 연소되지 않는다. 따라서, 파티큘레이트를 가열하여 연소시키기 위해서는 세라믹 필터(7)를 통과하기전, 다시 말해, 파티큘레이트가 충분한 수분을 포함하고 있는 상태에서 마그네트론(10)의 초고주파를 발생시켜야만 파티큘레이트는 연소될 수 있는 것이다.

참고로, 마그네트론(10)의 초고주파는 가열체에 포함되어 있는 물분자를 진동시켜 그 마찰열로 상기 가열체를 가열하는 원리로서, 상기 가열체를 가열하기 위해서는 가열체에 충분한 수분이 포함되어야만 하는 것이다.

한편, 연소실(5)의 내주면에는 마그네트론(10)에서 발생하는 초고주파가 외부로 누설되지 않도록 고주파 차단막(12)이 설치되어 있다.

그리고, 파티큘레이트 트랩(1)의 일측에는 고압트랜스(20)가 설치되며, 이 고압트랜스(20)는 상기 마그네트론(10)에 고압의 전류를 공급하는 역할을 한다. 이러한 고압트랜스(20)는 별도로 설치되는 콘트롤러(도시하지 않음)에 의해 온/오프 된다.

한편, 초고주파가 공급되는 파티큘레이트 트랩(1)의 연소실(5)에는 격판(30)들이 설치된다. 이 격판(30)들은 상기 연소실(5)이 작은 격실(5a)로 구획될 수 있도록 소정각도를 이루면서 서로 엇갈리게 설치되며, 다수의 관통구멍(32)이 형성되어 있다. 이러한 격판(30)은 배기가스를 연소실(5)내에서 보다 오랫동안 머물게 하여 마그네트론(10)로 하여금 보다 많은 파티큘레이터를 연소시킬 수 있도록 한다.

여기서, 격판(30)에 형성된 관통구멍(32)은 마그네트론(10)의 초고주파가 통과하면서 연소실(5)내로 균일하게 분산될 수 있도록 대략, 16ø이상의 직경을 가져 야 한다.

한편, 이와 같은 구성을 갖는 파티큘레이트 제거장치의 작동을 살펴보면 다음과 같다. 우선, 콘트롤러에 고압트랜스(20)와 마그네트론(10)이 작동된 상태에서 배기가스가 입구(3a)를 통해 파티큘레이트 트랩(1)의 연소실(5)로 유입되면, 배기가스는 격판(30)을 따라 우회하면서 격실(5a)을 통과하게 된다. 이때, 배기가스에 포함되어 있는 파티큘레이터는 마그네트론(10)의 고주파에 의해 발화점 즉, 550。C이상까지 가열되면서 연소되는 것이다.

그리고, 격실(5a)을 통과한 배기가스는 다공성 세라믹 필터(7)를 통과하면서 재차 가열되어 배기가스에 포함된 파티큘레이트가 완벽하게 연소된 상태에서 출구(4a)를 통하여 외기로 배출되는 것이다.

이와 같이 본 고안에 따른 파티큘레이트 제거장치는 초고주파를 이용하여 파티큘레이트를 완벽하게 연소시킴으로써, 엔진의 회전속도에 따라 달라지는 배기열에 관계 없이 즉, 초기 구동시나 급가속시는 물론, 정상 운전시에도 파티큘레이트를 완벽하게 제거할 수 있는 것이다.

상기한 실시예는 본 고안의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 고안의 적용 범위는 이와 같은 것에 한정되는 것은 아니며 동일 사상의 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다. 예를 들어 본 고안의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소의 형상 및 구조는 변형하여 실시할 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안은 디젤 엔진의 파티큘레이트 제거장치는 초고주파를 발생시키는 마그네트론을 이용하여 파티큘레이트를 재연소시킴으로써, 초기 구동시나 급가속시는 물론, 정상 운전시에도 파티큘레이트를 완벽하게 제거할 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (2)

1. 입구(3a)와 출구(4a)를 가지며 내부에 연소실(5)이 형성된 케이스(2)와, 상기 연소실(5)에 설치되는 세라믹 필터(7)로 이루어진 파티큘레이트 트랩(1)을 포함하는 디젤 엔진의 파티큘레이트 제거장치에 있어서,

   상기 파티큘레이트 트랩(1)에는,

   상기 입구(3a)로부터 유입되는 파티큘레이트를 연소시킬 수 있도록 상기 연소실(5)로 초고주파를 발생시키는 마그네트론(10)과, 상기 마그네트론(10)에 고압의 전류를 공급하는 고압트랜스(20)가 설치되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 파티큘레이트 제거장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 연소실(5)에는 배기가스를 우회시킬 수 있도록 격판(30)을 설치하고, 상기 격판(30)에는 마그네트론(10)의 초고주파가 통과하면서 균일하게 분산될 수 있도록 다수의 관통구멍(32)이 형성되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 파티큘레이트 제거장치.