KR20040042440A - 디젤 엔진의 매연 여과장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디젤 엔진의 배기 가스에 포함된 입자상 물질을 포집하여 재생하기 위한 필터 담체의 구조를 풍차 모양의 필터 유니트가 다중 배치된 형태로 하여 배기 가스가 통과하는 채널이 확대되도록 하는 디젤 엔진의 매연 여과장치에 관한 것으로,

배기 가스 중에 포함된 입자상 물질을 포집하기 위해 필터 담체가 촉매 컨버터의 하우징 내에 수용되는 구조에 있어서,

상기한 필터 담체는 다수의 필터 유니트가 적층된 구조를 이루되, 상기 필터 유니트는 소정 각도로 형성된 내측호와 외측호가 내측원과 외측원의 원주에 소정 각도간격으로 분할 배치되고, 상기 내측호와 외측호의 양끝단 간은 벽으로써 방사상으로 서로 연결되어 풍차 모양으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

디젤 엔진의 매연 여과장치{Catalytic converter}

본 발명은 디젤 엔진의 매연 여과장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 디젤 엔진의 배기 가스에 포함된 입자상 물질을 포집하여 재생하기 위한 필터 담체의 구조를 풍차 모양의 필터 유니트가 다중 배치된 형태로 하여 배기 가스가 통과하는 채널이 확대되도록 하는 디젤 엔진의 매연 여과장치에 관한 것이다.

엔진에서 배기 매니폴드를 통해 배출되는 배기 가스는 배기 파이프를 거쳐 촉매 컨버터(Catalytic converter)로 도입되어 정화되고, 머플러를 통과하면서 소음이 감쇄된 후 배기 파이프를 통해 대기 중으로 방출된다. 촉매 컨버터는 매연 여과 장치(DPF, Diesel Particulate Filter)로 배출 가스에 포함되어 있는 오염물질을 처리하는 역할을 하는 것이다.

즉, 상기한 촉매 컨버터 내부에 형성되는 촉매 담체에서는 배기 가스에 포함된 입자상 물질(PM)을 포집하게 된다. 디젤 엔진에서 배출되는 입자상 물질은 카본을 주체로 하는 불용해성 물질 및 연료와 연료실 안으로 들어온 엔진 오일의 미연탄화 수소에서 나온 SOF분으로 구성되어 있다. 그런데 상기와 같이 촉매 담체에서 포집된 입자상 물질로 인하여 엔진의 과도한 배압이 걸리고 이로 인한 엔진 성능의 저하 및 연비의 손실을 방지하기 위하여 촉매 담체에 포집된 입자상 물질을 제거해야 한다.

일반적으로 필터 담체에 포집된 입자상 물질을 제거하는 방법으로는 열적 재생(Thermal regeneration)방법이 사용되고 있다. 상기한 열적재생방법을 사용하기 위해서 연료버너, 전기히터, 마이크로 웨이브 등을 이용하여 배기가스를 가열하거나 혹은 후분사와 같은 여러가지 방법이 이용되고 있다.

도 5는 일반적인 촉매 컨버터의 단면도이고, 도 6은 도 5의 A-A선 단면도이다. 도면에서와 같이 촉매 컨버터(10)의 하우징(11) 내측에 촉매 담체(13)가 형성되는데, 상기 촉매 담체(13)와 하우징(11) 사이에는 매트(12)가 개재되어 있다. 상기 매트(12)는 배기 가스 열에 의해 뜨거워진 필터 담체의 열이 하우징(11)으로 전달되는 것을 방지하고, 소음을 흡수하는 역할을 하는 것이다. 특히, 상기한 촉매 담체(13)의 단면은 도 7과 같이 수많은 평행통로로 구성되어 있고, 배기가스 흐름방향의 벌집모양으로 셀을 이루는 구조로 되어 있으며, 각 채널(14) 입구로 들어온 배기 가스는 채널(14)의 벽(15)을 통과하여 이웃하는 채널(14)로 이동하여 최종적으로 필터 담체(13)를 빠져 나가게 된다. 이렇게 배기 가스가 옆 채널을 이동하는 과정 중에 배기 가스에 포함된 입자상 물질이 채널 벽(15)에 포집되는 것이다.

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

그러나 엔진에서 배출되는 매연이 상기와 같이 구성되는 필터 담체에 포집됨에 따라 엔진의 배압이 증가하고 그에 따른 성능저하, 유동저항 증가, 그리고 포집효율의 감소라는 문제점을 안고 있다. 또한, 포집된 매연을 재생하는 경우에 중심에서 먼 거리에 있는 부분에서는 열재생이 원활하지 못하여 필터의 성능 및 내구성 저하를 야기한다. 한편, 포집 효율의 관점에서 볼 때, 필터로 유입된 배기 가스가 이웃하는 채널로 빠져나가면서 포집되고 그 배기 가스는 더 이상의 여과없이 배기관을 통하여 대기 중으로 빠져나가기 때문에 포집효율을 증대시키기 위해서는 담체의 셀 밀도를 증가시키거나 길이 방향으로 촉매의 크기를 증가시켜야 한다. 하지만 이러한 경우에 배압의 증가, 담체 크기의 증가에 따른 차량장착 레이 아웃의 문제,그리고 원가가 상승되는 문제를 야기하게 된다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 디젤 엔진의 배기 가스에 포함된 입자상 물질을 포집하여 재생하기 위한 필터 담체의 구조를 풍차 모양의 필터 유니트가 다중 배치된 형태로 하여 배기 가스가 통과하는 채널이 확대되도록 하는 디젤 엔진의 매연 여과장치를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기위한 수단으로서,

배기 가스 중에 포함된 입자상 물질을 포집하기 위해 필터 담체가 촉매 컨버터의 하우징 내에 수용되는 구조에 있어서,

상기한 필터 담체는 다수의 필터 유니트가 적층된 구조를 이루되, 상기 필터 유니트는 소정 각도로 형성된 내측호와 외측호가 내측원과 외측원의 원주에 소정 각도간격으로 분할 배치되고, 상기 내측호와 외측호의 양끝단 간은 벽으로써 방사상으로 서로 연결되어 풍차 모양으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 의해 촉매 담체를 구성하는 필터 유니트의 평면도.

도 2는 본 발명에 의한 필터 유니트의 사시도.

도 3은 본 발명에 의한 필터 유니트가 적층된 상태의 도면.

도 4는 본 발명에 의한 촉매 담체로 배기 가스가 통과하는 상태를 설명하기 위한 도면.

도 5 내지 도 7은 종래의 기술을 설명하기 위한 도면.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 촉매 담체 21 : 캔

30 : 필터 유니트 31 : 내측호

32 : 외측호 33 : 벽

34 : 중앙 채널 35 : 폐쇄 채널

36 : 개방 채널

이하, 본 발명에 의한 구성 및 작동에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의해 촉매 담체를 구성하는 필터 유니트의 평면도이고, 도 2는 본 발명에 의한 필터 유니트의 사시도이며, 도 3은 본 발명에 의한 필터 유니트가 적층된 상태의 도면이고, 도 4는 본 발명에 의한 촉매 담체로 배기 가스가 통과하는 상태를 설명하기 위한 도면이다.

도면 중에 표시되는 도면부호 20은 본 발명에 의한 촉매 담체를 지시하는 것이고, 도면부호 30은 본 발명에 의한 필터 유니트를 지시하는 것이다.

본 발명에 의한 촉매 담체(20)는 종래의 일반적인 촉매 컨버터에서와 같이 촉매 컨버터의 하우징의 내측에 수용되는 것이다.

상기한 촉매 담체(20)는 다수의 필터 유니트(30)가 적층된 상태로 형성되는데, 이와 같이 낱개의 필터 유니트(30)를 다중으로 적층하는 이유는 배기가스가 통과하는 채널을 길게 할 뿐만 아니라 촉매 담체의 셀 밀도를 증대하기 위해서이다.

상기한 필터 유니트(30)는 도면에서와 같이 전체적인 형태가 풍차 모양을 이루도록 형성되는데, 소정 각도로 형성된 내측호(31)와 외측호(32)가 내측원과 외측원의 원주에 소정 각도간격으로 배치되고, 상기 내측호(31)와 외측호(32)의 양끝단 간은 벽(33)으로써 방사상의 방향으로 서로 연결된 형태로 이루어진다.

특히, 상기한 필터 유니트(30)는 세라믹이나 코디어 라이트(Cordierite) 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 형성된 필터 유니트(30)는 촉매 담체(20)의 캔(21) 내부에 다중으로 적층되는데, 서로 이웃하는 필터 유니트(30) 간에는 외주연이 폐쇄된 채널과 개방된 채널이 서로 교차된 채로 적층된다. 이는 배기 가스의 흐름이 촉매 담체(20)의 전방에서 후방을 향할 뿐만 아니라, 촉매 담체(20)의 원주방향으로도 이동되도록 하기 위한 것이다.

한편, 필터 유니트(30)의 중앙에 마련되는 중앙 채널(34)은 이웃하는 필터 유니트(30)의 중앙 채널(34)과 연통된 상태가 된다.

즉, 상기한 촉매 담체(20)를 구성하는 낱개의 필터 유니트(30)에 마련된 폐쇄 채널(35)을 통과한 배기 가스는 이웃하는 필터 유니트(30)의 개방 채널(36)로 유입되고, 상기 필터 유니트(30)의 폐쇄 채널(35)을 통과한 배기 가스는 또 그와 이웃하는 필터 유니트(30)의 개방 채널(36)로 흐르도록 구성되는 것이다. 이를 위해, 내측호(31)와 외측호(32)를 연결하는 벽(33)과, 이웃하는 벽(33) 사이에는 소정의 틈이 마련되는 것이 바람직하다.

이상과 같이 구성되는 본 발명의 작동을 설명하면 다음과 같다.

디젤 엔진이 시동되어 연소실에서 발생되는 배기 가스는 유해성분을 포함한 채로 배기 매니폴드와 배기 파이프를 통해 촉매 컨버터로 유입된다. 이와 같이 촉매 컨버터로 유입된 배기 가스에는 엔진의 운전상태에 따라서 고온 고압의 상태가 된다.

이렇게 촉매 컨버터로 유입된 배기 가스는 낱개의 필터 유니트(30)가 조합되어 이루어진 필터 담체(20)를 통과하게 된다.

촉매 담체(20)를 통과하는 배기 가스는 우선 첫번째 필터 유니트(30)의 중앙 채널(34)에서 방사상의 방향으로 분배되어 폐쇄 채널(35)로 흐르고, 상기 폐쇄 채널(35)을 통과한 배기 가스는 두번째 필터 유니트(30)의 개방 채널(36)로 흐르게 된다. 두번째 필터 유니트(30)의 개방 채널(36)로 유입된 배기 가스는 세번째 필터 유니트(30)의 폐쇄 채널(35)로 흐르게 된다.

이상과 같이 필터 유니트(30)의 중앙 채널(34)을 통과하는 배기 가스는 촉매 담체(20)의 전방에서 후방의 방향으로 흐르게 되고, 폐쇄 채널(35) 및 개방채널(36)을 통과하는 배기 가스는 촉매 담체(20)의 원주방향으로 흐르게 된다. 특히, 촉매 담체(20)의 원주방향으로 흐르는 배기 가스의 흐름방향은 결과적으로 촉매 담체(20)의 전방에서 후방의 방향으로 흐르게 된다.

또한, 중앙 채널(34)과 폐쇄 채널(35) 및 개방 채널(36)을 통과하는 배기 가스의 흐름방향은 일정하게 정해지는 것이 아니라, 촉매 담체(20)의 전방에서 후방으로 흐르는 흐름방향을 유지한 채로 중앙 채널(34)에서 폐쇄 채널(35)로 혹은 패쇄 채널(36)에서 중앙 채널(34)로 배기 가스가 흐르는 되는 것이다.

따라서 배기 가스의 흐름통로가 되는 채널(34,35,36)의 전체적인 길이가 길어지고 담체의 셀 밀도가 증가되므로서 촉매 컨버터의 부피를 크게 하지 않아도 촉매의 포집효율이 증대되는 것이다.

이상과 같이 구성되는 본 발명은 촉매 컨버터에 수용되는 촉매 담체를 소정 두께로 형성되는 다수의 필터 유니트가 서로 교차되도록 다중 적층하는 방법으로 형성하므로서, 배기 가스가 통과되는 채널의 셀 밀도가 증가되고 전체적으로 배기 가스가 통과되는 채널의 길이가 길어지게 되어 촉매 컨버터의 부피를 크게 하지 않은 상태에서 촉매의 포집효율이 증대되는 커다란 장점이 있는 것이다.

Claims (3)

1. 배기 가스 중에 포함된 입자상 물질을 포집하기 위해 필터 담체가 촉매 컨버터의 하우징 내에 수용되는 구조에 있어서,

   상기한 필터 담체(20)는 다수의 필터 유니트(30)가 적층된 구조를 이루되, 상기 필터 유니트(30)는 소정 각도로 형성된 내측호(31)와 외측호(32)가 내측원과 외측원의 원주에 소정 각도간격으로 분할 배치되고, 상기 내측호(31)와 외측호(32)의 양끝단 간은 벽(33)으로써 방사상으로 서로 연결되어 풍차 모양으로 형성되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 매연 여과장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기한 필터 유니트(30)는 세라믹 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 매연 여과장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기한 필터 유니트(30)는 코디어 라이트(Cordierite) 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 매연 여과장치.