KR200433965Y1

KR200433965Y1 - 배플판을 구비하는 디젤승용차용 배기시스템

Info

Publication number: KR200433965Y1
Application number: KR2020060027515U
Authority: KR
Inventors: 최병철; 박성호; 이춘희; 강한용; 정명근
Original assignee: 전남대학교산학협력단
Priority date: 2006-10-02
Filing date: 2006-10-02
Publication date: 2006-12-14

Abstract

본 고안은 디젤승용차용 웜업촉매의 내부 유동장의 균일성을 향상시킬 수 있는 배플판을 구비하는 디젤승용차용 배기시스템에 관한 것이다.

본 고안은 다기통 디젤엔진의 연소실별로 배출되는 배출가스를 한 배기관으로 모으기 위한 배기매니폴드와; 상기 배기매니폴드와 인접한 위치에 설치되어 냉시동 시 촉매를 급속히 가열하여 디젤엔진 배기 중의 탄화수소 및 일산화탄소를 정화시키는 웜업촉매와; 상기 배기매니폴드와 상기 웜업촉매의 연결플랜지 사이의 배기누출을 막기 위한 가스켓과; 상기 가스켓과 상기 웜업촉매 사이에 설치되어 상기 디젤엔진으로부터 웜업촉매 내부로 들어가는 배기의 흐름방향을 바꾸거나 배기를 분산시키는 배플판을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 고안은 상기의 구성을 통하여 디젤엔진으로부터 웜업촉매 내부로 들어오는 배기의 방향을 변경하고 분산함으로써 웜업촉매 내부의 불균일한 유동장을 개선하여 촉매 내부에 적체하는 매연을 없애며, 촉매의 용융을 막고 촉매표면의 배기처리 부하를 균일하게 조절하여 촉매의 내구성을 향상시킬 수 있다.

Description

배플판을 구비하는 디젤승용차용 배기시스템 {EXHAUST SYSTEM OF DIESEL PASSENGER CAR WITH BAFFLE PLATE}

도 1은 본 고안의 실시 예에 따른 배플판을 구비하는 디젤승용차용 배기시스템을 개략적으로 나타내는 사시도.

도 2는 도 1에 도시된 배플판을 자세히 나타내는 사시도.

도 3 내지 도 5는 본 고안에 따른 배플판을 구비하는 디젤승용차용 배기시스템을 사용한 경우와 종래의 배기시스템을 사용한 경우의 웜업촉매의 내부 온도분포를 비교하여 나타내는 웜업촉매의 온도분포 계측도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 배기매니폴드 20 : 가스켓

30 : 배플판 40 : 웜업촉매

50 : 배기입구 60 : 배기출구

본 고안은 디젤승용차용 배기시스템에 관한 것으로 특히, 디젤승용차용 웜업촉매의 내부 유동장의 균일성을 향상시킬 수 있는 배플판을 구비하는 디젤승용차용 배기시스템에 관한 것이다.

종래의 디젤승용차용 웜업촉매는 배기입구와 배기출구의 위치가 한쪽으로 치우쳐 동일 축 상에 위치하고 있어 웜업촉매의 유동장이 균일하지 못한 단점을 가진다. 이로 인하여 웜업촉매는 그 내부에서 유동이 느린 부분과 유동이 빠른 부분을 동시에 가지며, 유동이 느린 웜업촉매의 부분에는 디젤 매연이 적체되어 허니컴 타입의 촉매 셀을 막을 수 있으며 또한, 경우에 따라서는 촉매 셀 내의 적체된 매연이 고속, 고부하의 운전 조건에서 고온의 연소가스에 의해 연소하면서 촉매를 용융시키는 치명적인 결함을 발생시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 유동이 빠른 웜업촉매의 부분에는 유동이 빠른 웜업촉매의 표면에서 많은 양의 배기를 처리해야하기 때문에 웜업촉매의 특정부분에 고부하가 걸려 그 내구성이 단축되는 경향이 있다.

이러한 이유로 웜업촉매의 유동장 균일성 확보는 디젤승용차에 있어서는 필수적 요소이다.

그러나 현재의 승용차의 엔진은 조작의 편리성 확보, 저연비화 및 안전성 확보 등을 위한 전자제어 장치 등의 부품 배치로 엔진룸의 구조가 여유 공간이 없이 매우 복잡한 구조를 가진다. 따라서, 유동장 균일성을 확보한 최적구조의 웜업촉매를 설치할 공간의 확보가 어려우며, 엔진룸 내의 구조에 맞추어 제작된 웜업촉매를 가진 디젤승용차용 배기시스템은 촉매 내부 유동장의 균일성을 확보하지 못하여 최상의 정화율을 확보하기 어렵다는 문제점이 있다.

따라서, 본 고안의 목적은 디젤승용차용 웜업촉매의 내부 유동장의 균일성을 향상시킬 수 있는 배플판을 구비하는 디젤승용차용 배기시스템을 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 고안의 실시 예에 따른 배플판을 구비하는 디젤승용차용 배기시스템은 다기통 디젤엔진의 연소실별로 배출되는 배출가스를 한 배기관으로 모으기 위한 배기매니폴드와; 상기 배기매니폴드와 인접한 위치에 설치되어 냉시동 시 촉매를 급속히 가열하여 디젤엔진 배기 중의 탄화수소 및 일산화탄소를 정화시키는 웜업촉매와; 상기 배기매니폴드와 상기 웜업촉매의 연결플랜지 사이의 배기누출을 막기 위한 가스켓과; 상기 가스켓과 상기 웜업촉매 사이에 설치되어 상기 디젤엔진으로부터 웜업촉매 내부로 들어가는 배기의 흐름방향을 바꾸거나 배기를 분산시키는 배플판을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 배플판은 상기 가스켓과 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 배플판과 상기 가스켓 사이의 높이는 10㎜ 이상 30 10㎜ 이하인 동시에 배플판의 구부러진 반경은 0㎜(R0, 90도 각도)이상 반경 30㎜(R30) 이상인 것을 특징으로 한다.

상기 배플판은 사각형, 타원형, 원형 및 혹은 이들의 변형된 형태 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

상기 배플판은 사각형, 타원형, 원형 및 혹은 이들의 변형된 형태 중 어느 하나의 형태의 구멍을 가지는 것을 특징으로 한다.

상기 배플판의 재질은 고온의 배기에 대한 내구성을 가질 수 있는 금속, 세라믹 및 고온 내구성을 가지는 재질을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 고안의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 고안의 실시 예에 따른 배플판을 구비하는 디젤승용차용 배기시스템을 개략적으로 나타내는 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 고안의 실시 예에 따른 배플판을 구비하는 디젤승용차용 배기시스템은 배기매니폴드(10)와, 배기매니폴드(10)에 근접하게 설치되는 웜업촉매(40)와, 배기매니폴드(10)와 웜업촉매(40) 사이에 설치되며 배플판(30)이 접속된 가스켓(20)과, 디젤엔진으로부터의 배기를 웜업촉매(40) 내부로 흘러 보내는 배기입구(50) 및 웜업촉매(40)에서 정화된 디젤엔진 배기가 흘러나오는 배기출구(60)를 구비한다.

배기매니폴드(10)는 다기통 디젤엔진의 연소실별로 배출되는 배출가스를 한 배기관으로 모은다.

*웜업촉매(40)는 냉시동 시 디젤엔진 배기 중의 탄화수소 및 일산화탄소를 정화시키기 위하여 촉매를 급속히 가열하여 촉매의 성능을 향상시킨다.

가스켓(20)은 금속판 혹은 석면, 운모 등의 재질로 형성되어 배기매니폴 드(10)와 웜업촉매(40)의 연결플랜지 사이의 배기누출을 막는다.

배플판(30)은 디젤엔진으로부터 고속으로 흘러들어오는 배기가 웜업촉매(40)에 들어가기 전에 배기의 흐름방향을 바꾸거나 배기를 분산시켜 웜업촉매에서 배기가 균일한 분포를 형성하게 함으로써 촉매의 정화성능을 향상시키며 나아가 촉매 내 매연의 적체현상을 방지하여 촉매에서 고온 연소현상을 막아 촉매의 내구성 향상에 기여한다.

이 때, 배플판(30)은 도 1에 도시된 바와 같이, 가스켓(20)과 일체형으로 설계될 수도 있으며, 가스켓(30)과 웜업촉매(40) 사이에 고정되는 별개의 형태로 형성될 수도 있다.

도 2는 도 1에 도시된 배플판을 자세히 나타내는 사시도이다.

도 2를 참조하면, 배플판(30)은 가스켓(20)과 10mm ~ 30mm 의 사이의 높이 차이를 가지며 사각형, 타원형, 원형 혹은 이들의 변조된 형태로 형성된다.

또한, 배플판(30)에는 사각형, 타원형, 원형 혹은 이들의 변조된 형태의 다양한 모양의 구멍이 형성되며 가스켓(30)으로부터 배플판(30)이 구부러진 반경은 0mm(R0, 90도 각도)에서 반경 30mm(R30) 범위이다.

이러한 구성을 통하여, 배플판(30)은 디젤엔진으로부터 배기입구(50)를 통하여 웜업촉매(40) 내부로 들어오는 배기의 방향을 변경하고 분산함으로써 웜업촉매(40) 내부의 불균일한 유동장을 개선하여 촉매 내부에 적체하는 매연을 없애며, 촉매의 용융을 막고 촉매표면의 배기처리 부하를 균일하게 조절하여 촉매의 내구성을 향상시킨다.

이와 같이, 본 고안의 실시 예에 따른 배플판을 구비하는 디젤승용차용 배기시스템은 배기시스템 내의 디젤엔진 배기매니폴드(10)와 웜업촉매(40) 사이에 위치하는 가스켓(20)과 일체형 혹은 가스켓(30)과 웜업촉매(40) 사이에 고정되는 별개의 형태로 형성되는 배플판(30)을 구비함으로써 디젤엔진의 배기시스템의 구조의 변경없이 웜업촉매(40)의 유동장을 개선할 수 있다.

여기서, 배플판(30)은 가스켓(20)과 동일한 재질인 석면 등을 사용하거나 또는 고온의 배기에 대한 내구성을 가질 수 있는 금속 재질, 세라믹 재질 및 고온의 내구성을 가지는 다양한 재질로 형성할 수 있다.

이하, 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 고안의 배플판을 구비하는 배기시스템의 효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3 내지 도 5는 본 고안에 따른 배플판을 구비하는 디젤승용차용 배기시스템을 사용한 경우와 종래의 배기시스템을 사용한 경우의 웜업촉매의 내부 온도분포를 비교하여 나타내는 웜업촉매의 온도분포 계측도이다.

본 고안의 효과를 입증하기 위하여 2.9리터 배기용량의 디젤엔진의 배기관에 실제 웜업촉매(40)를 촉매의 배기 흐름방향으로 담체의 하부에서 1/3지점을 횡방향으로 잘라 낸 후 웜업촉매(40)의 상부 2/3만을 장착하여 촉매의 단면을 고온적외선 카메라로 온도분포를 측정하여 흐름의 상태를 파악하였다.

또한, 각 디젤엔진의 운전 조건은 회전수 1400 rpm(분당회전수), 2200 rpm, 3200 rpm 이며, 배기의 온도는 섭씨 약 220도가 되도록 디젤엔진의 부하를 적절히 조절하였다.

도 3은 회전수가 1400 rpm에서 시간에 따른 본 고안의 배플판(30)을 사용하는 배기시스템과 배플판(30)을 사용하지 않는 배기시스템을 비교한 웜업촉매의 온도분포 계측도이다. 도 3에 도시된 상부결과는 배플판(30)을 사용하지 않는 종래의 원적외선 카메라를 이용한 웜업촉매의 온도분포를 나타내며, 하부결과는 배플판(30)을 사용한 경우 온도분포 나타낸다.

배플판(30)을 사용하지 않은 경우 왼쪽에 저온영역(청색 혹은 녹색영역), 즉 저속흐름 영역이 확실히 나타나고 있으며, 특히 70초가 되어도 오른쪽 영역은 고온(고속), 왼쪽 영역은 저온(저속) 영역이 나타나고 있다. 그러나, 배플판(30)을 사용한 경우는 40초에서 촉매단면의 온도분포가 균일하게 나타나 중심부가 가장 높고 외부로 갈수록 저온영역이 나타나고 있음을 알 수 있다. 이와 같이 저속운전영역에서 균일한 온도 분포는 균일한 흐름을 나타내며, 이러한 균일한 흐름현상은 촉매의 배기 처리 부하를 경감시켜주고 매연의 정체를 막아주어 촉매의 내구성을 향상시키고 디젤자동차 배기(예를 들어 일산화탄소(CO), 탄화수소(THC))의 정화율을 극대화할 수 있다.

도 4는 회전수가 2200 rpm에서 시간에 따른 본 고안의 배플판(30)을 사용하는 배기시스템과 배플판(30)을 사용하지 않는 배기시스템을 비교한 웜업촉매의 온도분포 계측도이다. 도 4에 도시된 상부결과는 배플판(30)을 사용하지 않는 종래의 원적외선 카메라를 이용한 웜업촉매의 온도분포를 나타내며, 하부결과는 배플판(30)을 사용한 경우 온도분포 나타낸다.

배플판(30)을 사용하지 않은 경우 시간이 70초까지 왼쪽 안쪽에 저온영역(청 색 혹은 녹색영역), 즉 저속흐름 영역이 확실히 나타나고 있으며, 오른쪽 영역은 고온(고속) 영역이 나타나고 있다. 그러나, 배플판(30)을 사용한 경우는 40초에서 촉매단면의 온도분포가 균일하게 나타나 중심부가 가장 높고 외부로 갈수록 저온영역이 나타나고 있음을 알 수 있다. 또한, 배플판(30)을 사용하지 않은 경우 저온영역, 즉 저속부분에는 고속 흐름영역에 비교하여 상대적으로 디젤의 매연 등 입자상물질이 정체할 확률이 높으며, 정체된 매연 등 입자상물질은 디젤엔진이 고부하시 고온의 배기가 흘러들어 오면 한꺼번에 연소현상을 일으켜 촉매담체를 용융시킬 우려가 있다. 반면, 배플판(30)을 사용한 경우는 배플판(30)을 설치한 경우는, 중속운전조건에서도 균일한 온도 분포는 균일한 흐름을 나타내며 이러한 균일한 흐름현상은 촉매의 배기 처리 부하를 경감시켜주고 매연의 정체를 막아주어 촉매의 내구성을 향상시키고 디젤자동차 배기의 정화율을 극대화할 수 있다.

도 5는 회전수가 3200 rpm에서 시간에 따른 본 고안의 배플판(30)을 사용하는 배기시스템과 배플판(30)을 사용하지 않는 배기시스템을 비교한 웜업촉매의 온도분포 계측도이다. 도 5에 도시된 상부결과는 배플판(30)을 사용하지 않는 종래의 원적외선 카메라를 이용한 웜업촉매의 온도분포를 나타내며, 하부결과는 배플판(30)을 사용한 경우 온도분포 나타낸다.

배플판(30)을 사용하지 않은 경우 고속 운전조건에서도 시간이 70초가 되어도 왼쪽 안쪽에 저온영역(청색 혹은 녹색영역), 즉 저속흐름 영역이 확실히 나타나고 있으며, 오른쪽 영역은 고온(고속) 영역이 나타나고 있다. 그러나, 배플판(30)을 사용한 경우는 50초에서 촉매단면의 온도분포가 균일하게 나타나 중심부가 가장 높고 외부로 갈수록 저온영역이 나타나고 있음을 알 수 있다. 또한, 배플판(30)을 사용하지 않은 경우는 저온영역, 즉 저속부분에는 고속 흐름영역에 비교하여 상대적으로 디젤의 매연 등 입자상물질이 정체할 수 있으며, 여기에 디젤엔진의 고부하시 고온의 배기가 흘러들어와 연소현상을 일으켜 촉매담체를 용융시킬 우려가 있다. 반면, 배플판(30)을 사용한 경우는 고속운전조건에서도 균일한 온도 분포는 균일한 흐름을 나타내며 이와 같은 균일한 흐름현상은 촉매의 배기 처리 부하를 경감시켜주고 매연의 정체를 막아주어 촉매의 내구성을 향상시키고 디젤자동차 배기의 정화율을 극대화할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 고안에 따른 배플판을 구비하는 배기시스템은 배플판을 이용하여 디젤엔진으로부터 웜업촉매 내부로 들어오는 배기의 방향을 변경하고 분산함으로써 웜업촉매 내부의 불균일한 유동장을 개선하여 촉매 내부에 적체하는 매연을 없애며, 촉매의 용융을 막고 촉매표면의 배기처리 부하를 균일하게 조절하여 촉매의 내구성을 향상시킬 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 고안의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 고안의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims

다기통 디젤엔진의 연소실별로 배출되는 배출가스를 한 배기관으로 모으기 위한 배기매니폴드와;

상기 배기매니폴드와 인접한 위치에 설치되어 냉시동 시 촉매를 급속히 가열하여 디젤엔진 배기 중의 탄화수소 및 일산화탄소를 정화시키는 웜업촉매와;

상기 배기매니폴드와 상기 웜업촉매의 연결플랜지 사이의 배기누출을 막기 위한 가스켓과;

상기 가스켓과 상기 웜업촉매 사이에 설치되어 상기 디젤엔진으로부터 웜업촉매 내부로 들어가는 배기의 흐름방향을 바꾸거나 배기를 분산시키는 배플판을 구비하는 것을 특징으로 하는 배플판을 구비하는 디젤승용차용 배기시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 배플판은 상기 가스켓과 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 배플판을 구비하는 디젤승용차용 배기시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 배플판과 상기 가스켓 사이의 높이는 10㎜ 이상 30 10㎜ 이하인 동시에 배플판의 구부러진 반경은 0㎜(R0, 90도 각도)이상 반경 30㎜(R30) 이상인 것을 특징으로 하는 배플판을 구비하는 디젤승용차용 배기시스템.
제 3 항에 있어서,

상기 배플판은 사각형, 타원형, 원형 및 혹은 이들의 변형된 형태 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 배플판을 구비하는 디젤승용차용 배기시스템.
제 4 항에 있어서,

상기 배플판은 사각형, 타원형, 원형 및 혹은 이들의 변형된 형태 중 어느 하나의 형태의 구멍을 가지는 것을 특징으로 하는 배플판을 구비하는 디젤승용차용 배기시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 배플판의 재질은 고온의 배기에 대한 내구성을 가질 수 있는 금속, 세라믹 및 고온 내구성을 가지는 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 배플판을 구비하는 디젤승용차용 배기시스템.