KR20030093885A - 디젤엔진 배기가스 방출장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디젤엔진 배기가스 방출장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 디젤엔진의 배기유로상에 설치되는 매연저감장치의 필터 전단에 위치하며 배기유로와 연통하는 연결부와, 상기 연결부와 결합되며 상기 디젤엔진의 배압이 소정 압력 이상이 되면 개방되어 상기 배기가스가 상기 매연저감장치의 필터를 통과하지 않고 대기로 방출되도록 하는 방출부를 포함하여 구성되는 디젤엔진 배기가스 방출장치를 제공한다.

Description

디젤엔진 배기가스 방출장치 및 방법{Device for Discharging Exhaust Gas of Diesel Engine and Method therefore}

본 발명은 디젤엔진의 매연저감장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 매연저감장치의 비정상적인 작동에 의하여 엔진 배압이 과도하게 걸릴 경우에 배기가스를 대기로 직접 방출하는 디젤엔진 배기가스 방출장치 및 방법에 관한 것이다.

근래에는 디젤엔진의 사용이 점점 늘어가고 있다. 디젤엔진의 배기 가스에는 매연 및 입자상물질(이하 총칭하여 "매연")이 포함되어 있으며, 상기 매연이 대기 중으로 배출되는 것을 억제하여야 한다. 이를 위하여, 매연저감장치를 배기유로 중에 설치하여 디젤엔진에서 배출되는 매연을 포집하고 처리하는 방법이 제안되어 있다.

일반적인 매연저감장치를 설명하면 다음과 같다.

매연저감장치는 주로 필터 및 그 부속장치로 구성되며, 상기 매연저감장치는 배기가스가 배출되는 통로인 배기유로 중에 설치되어 매연를 포집하게 된다. 그런데, 매연이 포집됨에 따라 매연저감장치의 전후의 압력 차이가 나게 된다. 압력 차이가 소정값 이상이 되면 배기유로내에 압력이 증가되고, 이에 따라서 엔진 출력저하가 나타나게 된다. 따라서 필터에 포집된 매연을 연소시켜 필터를 다시 재생시키는 과정이 필요하다. 이를 위해서 별도의 열공급수단 예를 들어 전기 히터나 연소기를 설치한다. 필터 자체를 촉매 처리하여 자체적인 산화반응에 의한 재생을 행하는 형태의 매연저감장치도 시도되고 있다.

지금까지 개발된 매연저감장치의 대부분은 매연저감장치에 걸리는 압력을 압력 측정수단을 이용하고 측정하고, 측정된 압력이 설정 압력 이상이 되면 재생 과정을 시작하여 배압을 낮추는 방식을 택하고 있다.

한편, 상술한 바와 같이 압력측정수단, 열공급수단 또는 촉매 등의 조합으로 구성된 매연저감장치가 실제 차량에 적용된 경우에 상기 매연저감장치가 정상적으로 동작되지 않으면 다음과 같은 문제를 야기할 수 있다.

첫째, 매연저감장치의 압력측정수단의 압력측정 불능, 열공급을 위한 전기히터 및 연소기의 작동불능, 촉매를 통한 매연 산화 불능 등의 비정상 상태가 차량 운행시에 나타날 수 있다.

둘째, 디젤엔진의 운전에 따라서 연속적으로 포집되는 매연 및 입자상 물질의 산화가 불가능한 상황이 지속될 경우, 배기가스의 배출이 불가능해지므로 디젤엔진의 작동이 불가능한 상태에 도달할 수 있다.

따라서, 매연저감장치가 정상적으로 작동하는 것이 일시적으로 어렵더라도 디젤엔진이 동작하여 엔진이 장착된 차량을 정비 및 점검을 받을 수 있는 장소까지 이동시킬 수 있도록 안전조치(failsafe)를 하는 방법이 있어야 한다. 그러나, 현재에는 이러한 방법이 없어서 매연저감장치가 정상적으로 동작하지 못하여 디젤엔진이 동작하지 못하면 차량을 운행할 수 없다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 디젤엔진용 매연저감장치의 비정상적인 작동 시에도 디젤엔진을 동작시키는 것이 가능하도록 하는 디젤엔진 배기가스의 방출장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 디젤엔진 배기가스 방출장치가 설치된 상태를 개략적으로 도시한 단면도

도 2는 본 발명에 따른 디젤엔진 배기가스 방출장치의 제1실시예를 도시한 사시도

도 3은 본 발명에 따른 디젤엔진 배기가스 방출장치의 제2실시예를 도시한 사시도

도 4는 본 발명에 따른 디젤엔진 배기가스 방출장치의 제3실시예를 도시한 사시도

도 5는 본 발명에 따른 디젤엔진 배기가스 방출장치의 제4실시예를 도시한 사시도

＜ 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 ＞

1 : 디젤엔진 3 : 배기유로

10 : 매연저감장치 12 : 필터

14 : 열공급수단 16 : 압력측정수단

20 : 배기가스 방출장치 22 : 연결부

24 : 방출부 26 : 힌지부

30 : 방출부 개방수단 32 : 충격발생부

34 : 고정부 40 : 탄성수단

42 : 지지부

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 디젤엔진의 배기유로상에 설치되는 매연저감장치의 필터 전단에 위치하며 배기유로와 연통하는 연결부와, 상기 연결부와 결합되며 상기 디젤엔진의 배압이 소정 압력 이상이 되면 개방되어 상기 배기가스가 상기 매연저감장치의 필터를 통과하지 않고 대기로 방출되도록 하는 방출부를 포함하여 구성되는 디젤엔진 배기가스 방출장치를 제공한다.

따라서, 본 발명에 따르면, 매연저감장치의 작동이 정상적이지 않은 경우에 배기가스가 매연저감장치의 필터를 통과하지 않고 대기로 배출되므로 디젤엔진의 작동불능을 방지하는 것이 가능하다.

이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 디젤엔진 배기가스 방출장치의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.

디젤엔진(1)에는 매연 및 입자상물질을 포함하는 배기가스가 흐르는 배기유로(3)가 연결되며, 상기 배기유로(3)의 소정 위치에는 매연저감장치(10)가 설치된다.

매연저감장치(10)의 내부에는 매연 및 입자상 물질의 포집하고 연소시키는 필터(12)가 설치되며, 또한, 상기 필터(12)에 포집된 물질을 연소시키기 위한 열을 공급하는 열공급수단(14)이 설치된다. 그리고, 매연저감장치(10)의 유입부 부근에는 압력을 측정하는 압력측정수단(16)이 설치된다.

한편, 배기가스를 매연저감장치(10)를 통과시키지 않고 대기로 방출하기 위하여, 디젤엔진 배기가스 방출장치(20)는 매연저감장치(10)의 전단 또는 매연저감장치(10)의 필터(12)의 전단에 설치된다.

따라서, 디젤엔진 배기가스 방출장치(20)는 디젤엔진(1)과 매연저감장치(10)사이를 연결하는 배기유로(3) 상의 소정 위치에 설치된다. 또한, 디젤엔진 배기가스 방출장치(20)를 매연저감장치(10)와 일체형으로 구성할 수도 있다. 즉, 매연저감장치(10)의 전단부에는 필터(12)를 설치하지 않고, 이곳에 디젤엔진 배기가스 방출장치(20)를 설치하는 것도 가능하다.

디젤엔진 배기가스 방출장치(20)는 엔진 배압이 설정 압력 이상이 되면 안전을 위하여 배기가스가 매연저감장치(10)의 필터(12)에 유입되기 전에 대기 중으로 방출시키게 된다.

도 2를 참조하여, 디젤엔진 배기가스 방출장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.

배기유로(3)에는 상기 배기유로(3)와 연통하는 연결부(22)가 결합되며, 상기 연결부(22)에는 상기 디젤엔진의 배압이 소정 압력 이상이 되면 개방되어, 상기 배기가스가 상기 매연저감장치(10)를 통과하지 않고 대기로 방출되도록 하는 방출부(24)가 연결된다. 물론, 상기 연결부(22) 및 상기 방출부(24)는 일체형으로 구성될 수 있다.

한편, 디젤엔진의 배압이 소정 압력 이상이 되는 경우에 방출부(24)가 개방되도록 하는 것은 여러가지 방식으로 구현할 수 있다. 예를 들어, 배기유로(3)상에 엔진 배압을 측정하는 압력센서를 설치하고 방출부(24)로서 제어가 가능한 솔레노이드 밸브를 사용하여, 상기 압력센서에서 측정된 압력이 소정값 이상이면 방출부(24)인 솔레노이드 밸브가 자동적으로 개방되도록 할 수 있다. 물론 압력센서로서 매연저감장치(10)의 재생 시기를 판단하기 위하여 이미 설치된 압력측정수단을 사용할 수도 있다.

그러나, 상술한 방식은 비교적 구조가 복잡하므로 도 2에 도시된 바와 같은 방식을 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 방출부(24)를 소정 압력 이상이면 스스로 파열되는 멤브레인(membrane) 구조로 구성할 수 있다.

한편, 디젤엔진의 동작 이상을 야기하는 압력을 적절히 파악하여, 이를 멤브레인의 최대 허용 압력으로 할 수 있다. 또한, 멤브레인의 최대 허용 압력은 상기 멤브레인의 재질, 두께, 크기 및 지지방법 등의 소정의 형상 관련 인자들 및 소정의 적용조건 예를 들어 배기가스의 온도 및 외부 온도 등을 고려하여 설계할 수 있다. 또한, 설정 압력의 손쉬운 변경 등을 도모하기 위하여 상기 멤브레인에 다양한 표면 처리 및 형상 설계를 하는 것도 물론 가능하다.

도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 디젤엔진 배기가스 방출장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

디젤엔진(1)에서 발생되는 매연 및 입자상물질은 매연저감장치(10)의 필터(12)에 포집되면 엔진 배압이 증가하게 된다. 압력측정수단(16)에 의하여 엔진 배압이 측정되며, 측정된 압력이 소정값이 되면 매연저감장치(10)를 재생하게 된다. 즉, 필터(12)에 포집된 매연을 연소시키게 된다.

한편, 매연저감장치(10)에 이상이 있게 되면 정상적인 매연 포집 및 재생이 이루어지지 않는다. 이러한 상태가 지속되면 디젤엔진(1)의 운전이 불가능해 질 수 있다. 그러나, 본 발명에 따르면, 매연저감장치(10)가 정상적으로 동작되지 않는 경우 즉 엔진 배압이 디젤엔진(1)의 운전에 영향을 미칠 정도의 압력 이상이 되는 경우에는 디젤엔진 배기가스 방출장치(20)의 방출부(24) 즉 멤브레인이 스스로 파열되어 이곳으로 배기가스가 배출되게 된다. 따라서, 매연저감장치(10)가 정상적으로 동작되지 않는 경우에도 디젤엔진을 동작시키는 것이 가능하다.

한편, 도 3에 도시한 바와 같이, 필요시에 수동으로 방출부(24)를 파열시키기 위하여 방출부 개방수단(30)이 더욱 설치되는 것이 바람직하다. 방출부 개방수단(30)은 상기 방출부(24)를 기계적으로 파열시키는 충격발생부(32)와, 상기 충격발생부(32)에 연결되며 상기 충격발생부(32)를 직선 또는 회전 운동 가능하게 지지하는 고정부(34)를 포함하여 구성된다.

이렇게 구성하면, 디젤엔진에 설정 압력 이상이 작용하여 디젤엔진의 운전이 불가능하다고 생각되는 경우에 사용자가 디젤엔진 배기가스 방출장치(20)의 방출부(24)를 수동으로 파열시킬 수 있다.

도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 디젤엔진 배기가스 방출장치의 다른 실시예를 설명하면 다음과 같다.

본 실시예도 상술한 실시예와 원리는 동일하다. 다만, 본 실시예에서는 방출부(24)는 개폐 가능하게 구성된다 즉, 연결부(22)와 방출부(24)는 별개로 구성되며, 상기 연결부(22)와 방출부(24)는 힌지부(26)에 의하여 결합된다. 따라서, 필요시 수동으로 방출부(24)를 개방하여 배기가스를 배출하고 난 후에 방출부(24)를 다시 폐쇄하는 것이 가능하다.

도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 디젤엔진 배기가스 방출장치의 또 다른 실시예를 설명하면 다음과 같다.

본 실시예도 상술한 실시예와 원리는 동일하다. 다만, 본 실시예에서는 엔진 배압이 설정 압력 이상인 경우에는 개방되어 배기가스를 배출하고, 설정 압력 이하가 되면 폐쇄되어 배기가스는 매연저감장치로 유동하게 된다.

상세히 설명하면, 연결부(22)와 방출부(24)는 별개로 구성되며, 상기 연결부(22)와 방출부(24)는 힌지부(26)에 의하여 결합된다. 그리고, 방출부(24)는 소정 물성치를 가지는 탄성수단(40)의 일측에 의하여 연결부(22)에 밀착 지지되며, 탄성수단(40)의 타측은 지지부(42)에 의하여 지지된다.

이렇게 구성하면, 엔진 배압이 소정 압력 이하 즉 탄성수단(40)의 탄성력 이하이면 방출부(24)가 개방되지 않으므로 배기가스는 매연저감장치(10)로 유입되게 된다.

그러나, 엔진 배압이 소정 압력 이상이 되면 배기가스는 탄성수단(40)의 탄성력을 이기고 방출부(24)를 개방시키고 이곳을 통하여 대기로 방출되게 된다.

상기에서 설명한 본 발명에 따른 디젤엔진 배기가스 방출장치 및 방법의 효과를 설명하면 다음과 같다.

첫째, 매연저감장치의 불완전한 운전에 의하여 배기가스가 매연저감장치를 통하여 배출되는 것이 일시적으로 불가능하더라도 배기가스는 디젤엔진 배기가스 방출장치을 통하여 배출된다. 따라서, 차량의 운행을 방해하지 않고, 장치의 정비 및 점검을 받을 수 있는 장소까지 차량이 이동하는 것이 가능하다.

둘째, 디젤엔진에 대하여 매연저감장치를 적용할 경우, 매연저감장치의 정비점검, 엔진 정지 등의 비상 사태에 대비할 수 있는 안전장치(Failsafe)를 제공한다.

한편, 본 발명은 본 발명자에 의한 특허 등록된 "매연저감 방법 및 그 방법을 이용한 매연저감장치" (특허출원일 : 1999. 10. 12, 출원번호 : 10-1999-0044185)와 국제특허 출원된 "Particulate Filtering Method and Device Using the Same" (특허출원번호: PCT/KR10/00112, 국제공개번호:WO 01/57370)에서 언급된 매연저감장치 등을 실제 차량에 적용하는 경우에 사용할 수 있다.

Claims (10)

1. 디젤엔진의 배기유로상에 설치되는 매연저감장치의 전단에 위치하며, 배기유로와 연통하는 연결부와;

   상기 연결부와 결합되며, 상기 디젤엔진의 배압이 소정 압력 이상이 되면 개방되어, 상기 배기가스가 상기 매연저감장치의 필터를 통과하지 않고 대기로 방출되도록 하는 방출부를 포함하여 구성되는 디젤엔진 배기가스 방출장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 연결부 및 상기 방출부는 일체형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진 배기가스 방출장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 방출부는 상기 배압이 소정 압력 이상이면 스스로 파열되는 멤브레인 구조인 것을 특징으로 하는 디젤엔진 배기가스 방출장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 방출부를 필요시 강제로 개방하기 위한 방출부 개방수단이 더욱 설치되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진 배기가스 방출장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 방출부 개방수단은 상기 방출부를 파열시키는 충격발생부와, 상기 충격발생부와 결합되며 상기 충격발생부를 운동 가능하게 지지하는고정부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진 배기가스 방출장치.
6. 제1항 및 제2항에 있어서, 상기 방출부는 개폐 가능한 구조인 것을 특징으로 하는 디젤엔진 배기가스 방출장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 방출부와 상기 연결부의 사이에는 힌지부가 형성되어, 필요시 수동으로 상기 방출부를 개방할 수 있는 것을 특징으로 하는 디젤엔진 배기가스 방출장치.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 배압이 소정값 이상이면 자동으로 개방되고 소정값 이하이면 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진 배기가스 방출장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 방출부는 탄성수단에 의하여 상기 연결부에 밀착되는 것을 특징으로 하는 배기가스 방출장치.
10. 디젤엔진과 매연저감장치 사이에 연결되는 배기유로상의 소정 위치에 배기가스를 방출하기 위한 방출부를 형성하는 단계와;

    상기 디젤엔진의 배압이 소정 압력 이상이 되면, 상기 방출부를 개방하는 단계를 포함하여 구성되어,

    상기 디젤엔진의 배압이 소정 압력 이상이 되면, 상기 배기가스를 상기 매연저감장치의 필터를 통과시키지 않고 대기 중으로 방출하는 디젤엔진 배기가스 방출방법.