KR20030028031A

KR20030028031A - 촉매변환기의 스월유도장치

Info

Publication number: KR20030028031A
Application number: KR1020010059927A
Authority: KR
Inventors: 김만영
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2001-09-27
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2003-04-08

Abstract

본 발명은 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하여 재생하는 촉매변환기의 필터담체로 유입되는 배기가스에 회전유동이 발생되도록 하므로서 입자상 물질이 필터담체에 균일하게 포집되도록 하므로서 촉매 변환기의 성능저하를 방지하며, 필터담체의 열적피로 및 융해를 방지하기 위한 촉매변환기의 스월유도장치에 관한 것으로,

배기가스 중에 포함된 입자상 물질을 포집하기 위한 필터담체가 하우징 내에 수용되어지고, 상기 하우징과 필터담체 사이에 열 및 소음을 흡수하기 위한 매트가 개재되는 촉매변환기에 있어서,

상기한 촉매변환기의 유입구 전방에 지지대에 의해서 회전축이 지지되고, 상기 회전축의 외주에 방사상으로 회전날개가 형성되는 스월러가 장착되어지되, 상기한 스월러가 배기가스의 유동이나 차량의 흔들림에 의해서 회전되므로서 촉매담체의 전영역에 걸쳐 배기가스가 포집되는 것을 특징으로 한다.

Description

촉매변환기의 스월유도장치{Swirl apparatus catalytic converter}

본 발명은 촉매변환기의 스월유도장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하여 재생하는 촉매변환기의 필터담체로 유입되는 배기가스에 회전유동이 발생되도록 하므로서 입자상 물질이 필터담체에 균일하게 포집되도록 하므로서 촉매 변환기의 성능저하를 방지하며, 필터담체의 열적피로 및 융해를 방지하기 위한 촉매변환기의 스월유도장치에 관한 것이다.

엔진에서 배기 매니폴드를 통해 배출되는 배기가스는 배기 파이프를 거쳐 촉매변환기(Catalytic converter)로 도입되어 정화되고, 머플러를 통과하면서 소음이 감쇄된 후 배기파이프를 통해 대기 중으로 방출된다. 상기한 촉매변환기는 매연여과장치(DTF, Diesel Particulate Filter)의 일종으로 배출가스에 포함되어 있는 오염물질을 처리하는 역할을 하는 것이다.

즉, 상기한 촉매변환기 내부에 형성되는 촉매담체에서는 배기가스에 포함된 입자상 물질(PM)을 포집하게 된다. 디젤엔진에서 배출되는 입자상 물질은 카본을 주체로 하는 불용해성 물질 및 연료와 연료실 안으로 들어온 엔진 오일의 미연탄화수소에서 나온 SOF분으로 구성되어 있다. 그런데 상기와 같이 촉매담체에서 포집된 입자상 물질로 인하여 엔진에 과도한 배압이 걸리고 이로 인한 엔진성능의 저하 및 연비의 손실을 방지하기 위하여 촉매담체에 포집된 입자상 물질을 제거(재생)해야 한다.

일반적으로 필터담체에 포집된 입자상 물질은 제거(재생)하는 방법으로는 열적 재생(Thermal regeneration)방법이 사용되고 있다. 촉매담체에 포집된 입자상 물질을 열적재생하기 위해서는 일반적으로 550~650℃의 온도가 요구되지만, 실제 디젤 엔진의 배기가스의 온도는 이에 미치지 않는다. 따라서 상기한 열적재생방법을 사용하기 위해서 연료버너, 전기히터, 마이크로 웨이브 등을 이용하여 배기가스를 가열하거나 혹은 후분사와 같은 여러가지 엔진제어방법이 이용되고 있는 실정이다.

도 4는 상기한 촉매변환기의 단면도이고, 도 5는 도 4의 B-B선 단면도이다. 도면에서와 같이 촉매변환기(10)의 하우징(11) 내측에 촉매담체(13)가 형성되는데, 상기 촉매담체(13)와 하우징(10) 사이에는 매트(12)가 개재되어 있다. 상기 매트(12)는 배기가스 열에 의해 뜨거워진 필터담체의 열이 하우징(11)으로 전달되는 것을 방지하고, 소음을 흡수하는 역할을 하는 것이다. 특히, 상기한 촉매담체(13)의 단면은 도 6과 같이 주기적으로 막혀 있는 구조로 되어 있으며, 각 채널(14) 입구로 들어온 배기가스는 채널(14)의 벽(15)을 통과하여 이웃하는 채널(14)로 이동하여 최종적으로 필터담체(13)를 빠져 나간다. 이렇게 배기가스가 옆 채널로 이동하는 과정 중에 배기가스에 포함된 입자상 물질이 채널 벽(15)에 포집되는 것이다.

상기와 같이 필터담체(13)에 포집된 입자상 물질은 상술한 바와 같이 열적재생방법 등으로 연속적 혹은 주기적으로 재생되어진다.

그런데 상기와 같이 필터담체에는 촉매변환기 도입부가 깔대기 형상으로 형성되어 있으므로 배기가스의 유동이 촉매담체의 중앙부에 집중되어 입자상 물질이 중앙부에 집중되는 현상이 발생된다. 따라서 입자상 물질을 재생하는 과정에서 필터담체의 중앙부에서 국부적인 급격한 연소가 발생하게 되어 열방출이 과다하게 발생되고, 필터담체의 열적 피로가 증가되고, 필터담체 재질의 융해 등 필터담체의 성능 및 내구성이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 배기가스에 포함된 입자상 물질을 포집하여 재생하는 촉매변환기의 필터담체로 유입되는 배기가스에 회전유동이 발생되도록 하므로서 입자상 물질이 필터담체에 균일하게 포집되도록 하므로서 촉매 변환기의 성능저하를 방지하며, 필터담체의 열적피로 및 융해를 방지하기 위한 촉매변환기의 스월유도장치를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,

도 1은 본 발명에 의한 촉매변환기의 단면도.

도 2는 도 2의 A-A선 단면도.

도 3은 본 발명에 의한 촉매변환기의 공기흐름을 도시한 도면.

도 4 내지 도 6은 종래기술을 설명하기 위한 도면.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 촉매변환기 11 : 하우징

12 : 매트 13 : 촉매담체

20 : 스월러 21 : 케이스

22 : 지지대 23 : 회전축

24 : 회전날개

이하, 본 발명의 구성 및 작동에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 촉매변환기의 단면도이고, 도 2는 도 2의 A-A선 단면도이고, 도 3은 본 발명에 의한 촉매변환기의 공기흐름을 도시한 도면이다. 도면 중에 표시되는 도면부호 20은 본 발명에 의해 형성되는 스월러를 지시하는 것이고,도면부호 10은 촉매변환기를 지시하는 것이다.

상기한 촉매변환기(10)는 종래와 같이 하우징(11) 내측에 촉매담체(13)가 형성되고, 상기 촉매담체(13)와 하우징(10) 사이에는 매트(12)가 개재된다.

그리고 상기한 촉매변환기(10)의 전방에는 별도로 형성되는 스월러(20)가 장착되는데, 상기한 스월러(20)는 상기 원통형의 케이스(21) 내부에는 원통의 중심축으로 방사상의 지지대(22)가 형성되고, 상기 지지대(22)에는 회전축(23)이 축지된다.

상기한 회전축(23)의 외주연에는 방사상으로 회전날개(24)가 형성된다. 상기한 회전축(23)에 바람개비 형상의 회전날개(24)를 형성하는 것은 배기가스의 유동이나 차량의 흔들림에 의해서 상기한 회전날개(24)가 회전되도록 하여 촉배담체(13)의 전영역에 걸쳐 배기가스가 포집되도록 하기 위한 것이다. 즉, 촉매담체(13)로 유입되는 배기가스가 종래와 같이 촉매담체(13)의 중앙부로 집중되는 현상을 방지하여 촉매담체의 성능 향상 및 내구성 저하를 방지하기 위한 것이다.

상기와 같이 형성되는 스월러(20)의 작동을 설명하면 다음과 같다. 엔진이 구동되면 배기매니폴드를 통해 고열의 배기가스가 배기파이프로 전달된다. 상기와 같이 배출되는 배기가스는 가스의 맥동흐름을 동반하게 된다.

이 과정에서 상기한 회전날개(24)가 배기가스의 맥동흐름 및 차량의 흔들림에 의해서 회전되므로서 배기가스의 흐름방향에 스월을 가해게 되어 촉매담체(13)로 유입되는 배기가스는 도 3과 같은 선회성분을 갖고 흐르게 된다.

따라서 촉매담체(13)의 중심부로 배기가스의 유동이 집중되지 않을 뿐만 아니라, 디퓨저 현상을 갖는 촉매변환기의 유입부에 유동박리가 생성되지 않게 된다. 즉, 유동이 촉매담체의 입구에 균일하게 분포함으로서 결과적으로 촉매담체의 균일한 포집이 가능하여 촉매의 국부적 성능저하를 방지할 수 있게 된다. 또한, 스월러에 의한 엔진 배압의 증가는 유동박리의 소멸로 인하여 보상을 받을 수 있게 된다.

필터담체(13)에 포집된 입자상 물질은 종래와 같이 열적재생방법 등으로 연속적 혹은 주기적으로 재생되어진다.

상기와 같이 구성되는 본 발명은 종래의 경우처럼 촉매담체의 중앙부에 국부적인 유동집중을 방지하므로서 촉매담체의 국부적인 과부하 및 배압의 증가를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 촉매변환기가 DPF인 경우 재생시 발생하는 국부적인 과열 및 이에 따른 내구성의 저하를 방지할 수 있는 커다란 장점이 있는 것이다. 또한 본 발명은 촉매담체의 전 부분을 골고루 이용하게 되므로서 정화효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있는 것이다.

Claims

배기가스 중에 포함된 입자상 물질을 포집하기 위한 필터담체가 하우징 내에 수용되어지고, 상기 하우징과 필터담체 사이에 열 및 소음을 흡수하기 위한 매트가 개재되는 촉매변환기에 있어서,

상기한 촉매변환기(10)의 유입구 전방에 케이스(21)가 형성되고, 상기 케이스(21)의 내주연에서 중심방향으로 지지대(22)에 의해서 회전축(23)이 지지되고, 상기 회전축(23)의 외주에 방사상으로 회전날개(24)가 형성되는 스월러(20)가 장착되어지되, 상기한 스월러(20)가 배기가스의 유동이나 차량의 흔들림에 의해서 회전되므로서 촉매담체의 전영역에 걸쳐 배기가스가 포집되는 것을 특징으로 하는 촉매변환기의 스월유도장치.