KR20060098775A - 디젤 엔진용 배기가스 정화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디젤 엔진용 배기가스 정화장치에 관한 것으로서, 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 정화시키기 위한 필터를 재생하는 열원으로 스로틀링 (Throttling) 방식을 채택함으로써 유입되는 배기가스의 압력으로 PM의 잔류물인 애쉬(Ash)를 외부로 배출시켜 보다 간편용이하게 애쉬를 제거 및 청소할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기가스에 포함된 입자상 물질을 정화하도록 상기 배기가스 배출경로상에 설치된 필터 트랩과, 상기 필터 트랩의 내부 수납공간에 장착되고 한쪽 끝이 서로 교대로 막혀 있으면서 벌집모양의 수많은 채널과 벽면으로 이루어지는 필터와, 상기 필터의 전후방의 배기가스의 압력 및 온도를 측정하는 센서와, 상기 센서를 전자적으로 제어하는 전자제어장치를 포함하는 디젤 엔진용 배기가스 정화장치에 있어서, 상기 필트 트랩에 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기가스가 유입되는 배기가스 유입관의 소정부분에서 분기되는 제1 분기관 및 제2 분기관이 상기 필터의 수납공간 전면 상, 하 양 방향에 연통구비되고, 정화된 배기가스를 배출하는 배기가스 배출관의 소정부분에서 분기되는 제3 분기관 및 제4 분기관이 상기 필터의 수납공간 후면 상, 하 양 방향에 연통구비되며, 상기 각 분기관의 관로 상에 상기 각 센서의 신호에 따른 전자제어장치에 의해 독립적으로 제어되는 스로틀 밸브가 포함되는 것을 특징한다.

디젤 엔진, 배기가스, 정화, DPF, 입자상 물질, 재생, 분기관, 양방향, 애쉬, 스로틀 밸브, 스로틀링

Description

디젤 엔진용 배기가스 정화장치{Exhaust Gas Purification System for a Disel Engine}

도 1은 종래에 의한 디젤 엔진용 배기가스 정화장치의 구성도,

도 2는 종래에 의한 디젤 엔진용 배기가스 정화장치의 필터의 구조도,

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 디젤 엔진용 배기가스 정화장치의 구성도,

도 4는 본 발명에 의한 디젤 엔진용 배기가스 정화장치의 필터의 구조도,

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 의한 디젤 엔진용 배기가스 정화장치의 포집동작시의 구성도,

도 6은 본 발명의 디젤 엔진용 배기가스 정화장치의 재생동작시의 구성도,

도 7은 본 발명의 디젤 엔진용 배기가스 정화장치의 애쉬 제거동작 시의 구성도,

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 의한 디젤 엔진용 배기가스 정화장치의 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 : 필터 트랩(Filter Trap),

101 : 배기가스 유입관

101a : 제1 분기관 ,

101b : 제2 분기관

102 : 배기가스 배출관,

102a : 제3 분기관,

102b : 제4 분기관,

110 : 필터,

111 : 채널(Channel),

112 : 벽면,

121, 122, 123, 124 : 스로틀 밸브(Throttle Valve),

130 : 센서.

본 발명은 디젤 엔진용 배기가스 정화장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기가스가 필터 트랩을 통과할 때 양 방향으로 흐르도록 유로를 구성하고, 그 유로상에 스로틀링 방식의 구조로 이루어지는 개폐밸브를 다수개 설치함과 아울러 필터에 배기가스 중의 입자상 물질의 발화온도를 낮출수 있는 금속 촉매를 코팅함으로써 필터의 재생 시 불필요한 에너지 소비를 줄 일 수 있음과 동시에 필터의 여과재를 크게 손상시킴이 없이 필터를 재생할 수 있도록 하고, 또한 그 필터의 재생 직후에 잔류하는 재를 별도로 청소할 필요없이 스로틀링 방식에 의해 유입되는 배기가스의 압력에 의해 외부로 자연스럽게 배출될 수 있도록 한 디젤 엔진용 배기가스 정화장치에 관한 것이다.

일반적으로 경유를 사용하는 디젤 엔진 차량은 가솔린 차량에 비하여 연비, 출력이 우수하고 이산화탄소, 휘발성 탄화수소(HC) 및 일산화탄소(CO)의 배출량이 적은 반면, 배기가스내에 질소산화물(NOx)과 입자상 물질(PM: Particulate Matter)의 배출량은 상당히 많다. 즉, 디젤 차량에 의한 대기오염은 주로 질소산화물과 입자상 물질에 의해 이루어지는데 이 중 입자상 물질은 운전조건이나 연소방법 등에 따라 달라지나 대체적으로 고상의 탄소입자(Soot) 57%, 가용유기성분(SOF) 40%, 황산염(H2SO4) 3%로 구성되어 있다.

이러한 성분을 갖는 입자상 물질은 대기를 오염시키는 가장 주된 원인으로 규명되고 있으며, 인체에도 많은 해를 입히는 것으로 판명되고 있다.

최근에는, 이러한 디젤 차량의 배기가스를 효율적으로 저감하기 위한 방법에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있으며, 그 중 대표적인 것은 입자상 물질을 필터로 여과하는, 소위 DPF(Diesel Particulate Filter)방법이다.

상기 DPF방법은 필터를 사용하여 배기가스 중의 입자상 물질을 물리적으로 포집하는 포집과정과 일정량 포집되었을 때 이를 배기가스의 온도 및 외부에서 공급하는 열원으로 연소하여 재생하는 재생과정을 교대로 반복 수행함으로써 필터를 지속적으로 사용할 수 있도록 하는 것이다.

도 1은 이러한 DPF방법을 이용한 종래의 디젤 엔진용 배기가스 정화장치의 일례를 도시한 것이다.

도면에 도시된 바와 같이, 종래의 디젤 엔진용 배기가스 정화장치는 디젤 차량에 구비되는 엔진의 배기관(10) 중단에 구비되어 그 내부로 배기가스를 통과시키도록 하는 유입관(21)와 배출관(22)를 갖고, 그 단면이 대략 타원형인 트랩(Trap, 20)과 상기 트랩(20)내에 장착된 필터(30)와 상기 필터(30)의 전방에 구비되어 전원공급에 따라 필터를 가열하는 전기히터(40)로 구성된다.

여기서, 상기 필터(30)의 주위에는 배기가스의 압력과 온도를 감지하기 위한 압력 및 온도센서(도시하지 않음)가 설치되고, 상기 압력센서는 전기히터로 공급되는 전원을 제어하는 ECU(Electronic Control Unit, 50)와 전기적으로 연결되어 있다.

상기 필터는, 도 2에 도시된 바와 같이, 한쪽 끝이 서로 교대로 막혀 있으면서 벌집모양의 수많은 채널(Channel)과 벽면으로 이루어진 세라믹 필터이다.

이러한 구성을 갖는 종래의 디젤 엔진용 배기가스 정화장치는 엔진으로부터 배출되는 배기가스에 포함된 입자상 물질이 상기 필터의 채널을 통하여 벽면을 통과하면서 그 벽면에 접착되어 포집됨으로써 배기가스를 정화시키는 역할을 한다.

그리고, 상기 필터에 입자상 물질이 일정량 이상 포집된 경우에는, 트랩내에 설치된 다수의 압력 및 온도센서가 이를 감지하게 되고, 이에 따라 ECU(50)가 전기히터(40)를 동작시켜 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 입자상 물질의 발화온도 이상의 고온(대략 500∼700℃)으로 발열시켜서 필터(30)내에 포집된 입자상 물질을 연소하여 제거하게 된다.

그러나, 상기 종래의 디젤 엔진용 배기가스 정화장치는 필터를 재생하기 위해서는 전기히터를 이용하여 필터를 대략 500∼700℃로 승온시키기 때문에 온도가 국부적으로 급격히 상승하여 세라믹 필터로 된 여과재가 손상되거나 내구성에 악역향을 미침으로써 여과재의 수명이 단축됨은 물론, 전기히터의 전력소모가 크다는 문제점이 있었다.

특히, 상기와 같은 재생과정을 거치고 나면 필터의 채널 내부에는 입자상 물질이 타고 남은 재(Ash)가 그대로 퇴적되게 되는데 이 경우 트랩 내부의 배압증가로 인하여 엔진의 출력이 저하되는 현상이 발생하였다.

종래에는 이러한 현상을 방지하기 위하여 배기가스 정화장치를 차량으로부터 직접 탈거하여 재를 주기적으로 제거하는 작업을 행하였으나, 그 청소 및 유지보수가 번거롭다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기가스가 필터 트랩을 통과할 때, 양방향으로 흐르도록 유로를 구성하고, 그 유로상에 스로틀링 방식의 개폐밸브를 다수개 설치함과 함께 필터에 배기가스 중의 입자상 물질의 발화온도를 낮출수 있는 금속 촉매를 코팅함으로써 필터의 재생 시 불필요한 에너지 소비를 줄일 수 있음과 함께 필터의 여과재를 크게 손상시킴이 없이 필터를 재생할 수 있도록 하고, 또한 그 필터의 재생 직 후에 잔류하는 재를 별도로 청소할 필요없이 스로틀링 방식에 의해 유입되는 배기가스의 압력으로 외부로 자연스럽게 배출될 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은, 필터 트랩의 유로상에 설치되는 밸브의 갯수를 절감하도록 하여 구조를 보다 간소화할 수 있도록 하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기가스에 포함된 입자상 물질을 정화하도록 상기 배기가스 배출경로상에 설치된 필터 트랩과, 상기 필터 트랩의 내부 수납공간에 장착되고 한쪽 끝이 서로 교대로 막혀 있으면서 벌집모양의 수많은 채널과 벽면으로 이루어지는 필터와, 상기 필터의 전후방의 배기가스의 압력 및 온도를 측정하는 센서와, 상기 센서를 전자적으로 제어하는 전자제어장치를 포함하는 디젤 엔진용 배기가스 정화장치에 있어서, 상기 필트 트랩에 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기가스가 유입되는 배기가스 유입관의 소정부분에서 분기되는 제1 분기관 및 제2 분기관이 상기 필터의 수납공간 전면 상, 하 양 방향에 연통구비되고, 정화된 배기가스를 배출하는 배기가스 배출관의 소정부분에서 분기되는 제3 분기관 및 제4 분기관이 상기 필터의 수납공간 후면 상, 하 양 방향에 연통구비되며, 상기 각 분기관의 관로 상에 상기 각 센서의 신호에 따른 전자제어장치에 의해 독립적으로 제어되는 스로틀 밸브가 포함되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 스로틀 밸브는 상기 제1 및 제2 분기관의 각 후단부와 상기 제3 및 제4 분기관의 각 선단부에 설치된다.

더불어, 상기 필터의 양 측 벽면에 백금계 금속촉매가 구비된다.

여기서, 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기가스에 포함된 입자상 물질을 정화하도록 상기 배기가스 배출경로상에 설치된 필터 트랩과, 상기 필터 트랩의 내부 수납공간에 장착되고 한쪽 끝이 서로 교대로 막혀 있으면서 벌집모양의 수많은 채널과 벽면으로 이루어지는 필터와, 상기 필터의 전후방의 배기가스의 압력 및 온도를 측정하는 센서와, 상기 센서를 전자적으로 제어하는 전자제어장치를 포함하는 디젤 엔진용 배기가스 정화장치에 있어서, 상기 필트 트랩에 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기가스가 유입되는 배기가스 유입관의 소정부분에서 분기되는 제1 분기관 및 제2 분기관이 상기 필터의 수납공간 전면 상, 하 양 방향에 연통구비되고, 정화된 배기가스를 배출하는 배기가스 배출관의 소정부분에서 분기되는 제3 분기관 및 제4 분기관이 상기 필터의 수납공간 후면 상, 하 양 방향에 연통구비되며, 상기 배기가스 유입관 및 상기 배기가스 배출관의 관로 상에 상기 각 센서의 신호에 따른 전자제어장치에 의해 독립적으로 제어되는 유로전환 밸브이 포함된다.

바람직하게는, 상기 유로전환 밸브은 상기 배기가스 유입관의 후단부와 상기 배기가스 배출구의 선단부에 각각 설치된다.

그리고, 상기 필터의 양 측 벽면에 백금계 금속촉매가 구비된다.

이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

(제1 실시예)

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 디젤 엔진용 배기가스 정화장치의 구성도이고, 도 4는 본 발명에 의한 디젤 엔진용 배기가스 정화장치의 필터의 구성도이다.

본 발명의 제1 실시예에 의한 디젤 엔진용 배기가스 정화장치는 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 정화하기 위한 방법으로서 종래와 마찬가지로 DPF방법을 사용하고 있다.

다만, 상기 DPF방법에 의한 필터 트랩의 유로구조를 도 1에 도시된 편방향에서 후술하는 바와 같이 양 방향으로 변경함으로써, 필터 트랩을 통과하는 배기가스가 양 방향으로 자유자재로 유동되도록 하고, 그 배기가스 유동 경로상에 스로틀링 방식에 의해 교축되는 개폐밸브를 설치하여 배기가스의 온도로 필터를 재생함과 아울러 배출되는 배기가스의 압력에 의해 필터 재생 시 퇴적된 재를 자연적으로 제거할 수 있도록 한 것을 특징으로 하고 있다.

즉, 본 발명의 제1 실시예에 의한 디젤 엔진용 배기가스 정화장치, 도 3에 도시된 바와 같이, 디젤 엔진에 장착된 배기 매니폴드(Manifold, 미도시)와 엔드 파이프(End Pipe, 미도시) 사이의 배기가스 배출경로 상에 설치된 필터 트랩(100)과 상기 필터 트랩(100)의 내부 수납공간에 장착되는 필터(110)와 상기 필터 트랩(100)의 일단부에 형성되어 상기 배기 매니폴드를 통하여 배출되는 배기가스를 유입하기 위한 배기가스 유입관(101)의 소정부분에서 분기되는 제1 분기관(101a) 및 제2 분기관(101b)이 상기 필터(110)의 수납공간 전면 상, 하 양 방향에 연통구비되고, 정화된 배기가스를 배출하는 배기가스 배출관(102)의 소정부분에서 분기되는 제3 분기관 (102a) 및 제4 분기관(102b)이 상기 필터(110)의 수납공간 후면 상, 하 양 방향에 연통구비되는 구조로 이루어져 있다.

여기서, 상기 각 분기관(101a, 102a, 101a, 102b)의 관로 상에 설치된 상기 각 센서(130)의 신호에 따른 전자제어장치에 의해 독립적으로 제어되는 스로틀 밸브(121, 122, 123, 124)가 포함된다.

그리고, 상기 제1 분기관(101a)은 제3 분기관(102a)과 수평방향으로 대향하여 있고, 상기 제2 분기관(101b)은 제4 분기관(102b)과 수평방향으로 대향하여 있다.

더욱이, 상기 제1 및 제2 분기관(101a, 101b)과 상기 제3 및 제4 분기관(102a, 102b)의 관로상에 구체적으로는, 상기 제1 및 제2 분기관(101a, 101b)의 각 후단부와 상기 제3 및 제4 분기관(102a, 102b)의 각 선단부에 스로틀링 방식에 의해 교축되는 제1 내지 제4 스로틀 밸브(Throttle Valve, 121, 122, 123, 124)가 각각 설치된다.

또한, 상기 필터(110)에 의해 배기가스를 정화함에 있어서, 상기 필터(110)에 배기가스 중의 입자상 물질이 일정량 포집되었을 때 상기 필터(110)의 재생시기를 결정하기 위하여 상기 필터(110)의 입구와 출구에는 배기가스의 압력을 측정하는 센서(130)가 다수개 설치되어 있다.

상기 스로틀 밸브(121, 122, 123, 124)와 센서(130) 모두는 도시하지 않은 전자제어장치(ECU)에 의해 전자적으로 제어된다.

본 발명의 일 실시예에서는 상기 각 분기관(101a, 101b, 102a, 102b)의 적소 에 배기가스의 압력을 측정하기 위한 센서(130)가 각각 구비되어 있으나, 상기 각 센서(130) 이외에 배기가스의 온도를 측정하기 위한 별도의 센서가 설치되는 것도 가능하다.

그리고, 상기 전자제어장치는 필터(110)의 입구측과 출구측간의 압력차를 계산하여 이를 미리 입력된 기준 압력차와 비교하여 그 입구측과 출구측간의 압력차가 기준 압력차 이상이면 재생과정을 위한 신호를 상기 스로틀 밸브 (121, 122, 123, 124)에 출력하도록 되어 있다.

상기 제1 내지 제4 스로틀 밸브(121, 122, 123, 124)는 상기 전자제어장치에 의해 전부 또는 부분적으로 개폐되도록 작동된다. 예컨대, 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 정화를 위한 포집과정 시에는, 각 스로틀 밸브(121, 122, 123, 124)의 개, 폐 각도를 상반되게 설정한다.

즉, 상기 포집과정 시에는 서로 엇갈린 방향으로 형성되어 있는 상기 제1 및 제4 스로틀 밸브(121, 124) 또는 상기 제2 및 제3 스로틀 밸브(122, 123)만을 개방함으로써 필터 트랩(100)의 배기가스 유입관(101)으로부터 유입된 배기가스가 제1 분기관(101a)→필터(110)→제4 분기관(102b) 또는 제2 분기관(101b)→필터(110)→제3 분(102a)을 통하여 배기가스 배출관(102)으로 배출되도록 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서는 상기 제1 및 제4 스로틀 밸브(121, 124) 또는 상기 제2 및 제3 스로틀 밸브(122, 123)만을 개방함으로써 필터 트랩(100)의 배기가스 유입관(101)으로부터 유입된 배기가스가 제1 분기관(101a)→필터(110)→제4 분기관(102b) 또는 제2 분기관(101b)→필터(110)→제3 분기관(102a)을 통하여 배기가 스 배출관(102)으로 배출되도록 이루어져 있으나, 상기 제1 및 제3 스트로 밸브(121, 123) 또는 상기 제2 및 제4 스트로 밸브(122, 124)만을 개방함으로써 필터 트랩(100)의 배기가스 유입관(101)으로부터 유입된 배기가스가 제1 분기관(101a)→필터(110)→제3 분기관(102a) 또는 제2 분기관(101b)→필터(110)→제4 분기관(102b)을 통하여 배기가스 배출관(102)으로 배출되게 이루어지는 것도 가능하다.

그리고, 필터(110)의 재생과정 시에는 필터 트랩(100)의 내부를 고온으로 승온시켜서 그 승온된 배기가스에 의해 필터(110)에 포집된 입자상 물질을 연소할 수 있도록 상기 제1 내지 제4 스로틀 밸브(121, 122, 123, 124)를 전부 폐쇄할 수 있다.

다만, 이 재생 도중에 증가되는 배압에 의해 필터 트랩(100)이 파열 또는 균열되는 것을 방지하기 위하여 상기 제1 및 제3 스로틀 밸브(121, 123), 또는 상기 제2 및 제4 스로틀 밸브(122, 124)를 개방하고, 이 때 그 각각의 개도를 적절히 조절하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 필터(110)의 재생과정 직후에는, 상기 포집과정과 반대방향으로 상기 제1 내지 제4 스로틀 밸브(121, 122, 123, 124)의 개, 폐 각도를 상반되게 설정한다.

이에 의해, 상반되는 방향으로 개방된 분기관을 통하여 유입되는 배기가스의 압력에 의해 상기 재생과정 직후에 필터(110)에 퇴적되는 애쉬를 별도로 청소할 필요없이 자연적으로 제거할 수 있게 된다.

상기한 포집과정, 재생과정, 및 애쉬제거과정에 대하여는 이후에 본 발명의 배기가스 정화장치의 작동관계와 관련하여 구체적으로 설명한다.

한편, 본 발명에서 사용되는 필터는 도 4에 도시된 바와 같이, 한쪽 끝이 서로 교대로 막혀 있으면서 벌집모양의 수많은 채널(Channel, 111)과 벽면(112)으로 이루어진 세라믹 필터이다.

이러한 구조에 의해, 각 채널(111) 입구로 들어온 배기가스는 벽면(112)을 통과하여 이웃하는 채널(111)로 이동하는 과정 중에 배기가스에 포함된 입자상 물질이 그 벽면(112)에 포집된다. 이와같이, 상기 벽면(112)은 필터(110)의 여과재로서 기능을 행한다.

그런데, 필터(110)내에 포집된 입자상 물질이 연소되는 온도는 대략 550∼500℃이상이지만, 디젤 엔진의 특성상 배출된 배기가스의 온도는 일반적으로 대략 200∼300℃정도로 낮기 때문에 필터(110)내에 포집된 입자상 물질이 연소되지 못하는 경우가 발생한다.

따라서, 본 발명에서는 입자상 물질을 충분히 연소할 수 있도록 상기와 같이 스로틀링 방식에 의해 강제재생을 하도록 한 것이다.

그러나, 상기 스로틀링 방식에 의해 강제재생을 할 경우, 상기 입자상 물질의 연소온도를 초과함에 따라 필터(110)의 여과재를 손상시킬 우려가 있다.

이러한 문제점을 감안하여, 본 발명에서 상기 필터(110)의 벽면(112) 양측에 백금계 촉매를 코팅함으로써 그 연소온도를 조절할 수 있도록 하였다. 이에 의해, 필터(112)의 반복적인 재생과정에 의해서도 필터(110)의 여과재를 크게 손상시킴이 없이 내구성을 향상시킬 수 있고, 그에 따라 필터의 수명을 연장시킬 수 있는 이점 이 있다.

이와 같은 구조를 갖는 필터(110)를 상기 필터 트랩(100)의 내부 수납공간에 설치함에 있어서, 상기 필터(110)의 채널(111)이 서로 엇갈리는 방향으로 각각 형성된 상기 제1 및 제4 분기관(101a, 102b) 또는 상기 제2 및 제3 분기관(101b, 102a)을 통하여 유동하는 배기가스의 흐름방향, 즉 상기 필터 트랩(100)의 수평방향을 향하도록 구비된다.

또한, 상기 필터(110)는 상기와 같이 필터 트랩(100)의 수납공간에 설치하였을 때 그 상하단이 서로 대향하는 방향으로 각각 형성되어 있는 상기 제1 분기관(101a) 및 제4 분기관(102b)과 상기 제2 분기관 (101b)및 제3 분기관(102a)으로 유동되는 배기가스의 흐름방향, 즉 상기 필터 트랩(100)의 수직방향을 향하여 설치되도록 이루어지는 것도 가능하다.

이는 후술하는 바와 같이 필터(110)의 포집과정과 애쉬 제거과정 시에만 배기가스가 필터(110)를 거치게 하도록 하기 위한 것이다.

이에 의해, 상기 필터(110)가 수납되는 수납공간의 상, 하단면은 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1 내지 제4 분기관(101a, 101b, 102a, 102b)의 높이보다 높게 돌출되어 있다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 배기가스 정화장치의 작동과정을 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 작동과정은 포집과정, 재생과정, 애쉬 제거과정으로 구분할 수 있다.

포집과정

도 5에 도시된 바와 같이, 필터 트랩(100)의 제1 분기관(101a)과 제4 분기관(102b)에 각각 설치되어 있는 제1 스로틀 밸브(121)와 제4 스로틀 밸브(124)가 개방되면 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기가스는 상기 필터 트랩(100)의 배기가스 유입관(101)을 통하여 상기 제1 분기관(101a) 내로 유입된다.

이어서, 상기 배기가스는 화살표 방향으로 표시한 바와 같이, 필터(110)를 통과한 후 제4 분기관(102b)과 배기가스 배출관(102)을 거쳐서 외부로 배출된다.

이 때, 상기 필터(110)를 통과하는 배기가스 중 입자상 물질이 여과재, 즉 필터(110)의 벽면(112)에 포집된다. 이러한 포집과정이 일정시간 진행되면 필터(110)는 그러한 입자상 물질에 의해 막히게 되고, 그에 따라 엔진의 배압이 높아져서 배기효율이 저하되며 동일한 출력을 내기 위해 연료소모가 증가하게 된다.

따라서, 필터(110)에 입자상 물질을 지속적으로 포집하기 위해서는 적정한 포집후에 필터를 재생하는 과정을 반드시 거쳐야 한다.

본 발명의 일 실시예에서는 상기 필터 트랩(100)의 제1 분기관(101a)과 제4 분기관(102b)에 각각 설치되어 있는 제1 스로틀 밸브(121)와 제4 스로틀 밸브(124)가 개방되면 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 상기 필터 트랩(100)의 배기가스 유입관(101)을 통하여 상기 제1 분기관(101a) 내로 유입되게 이루어져 있으나, 상기 필터 트랩(100)의 제2 분기관(101b)과 제3 분기관(102a)에 각각 설치되어 있는 제2 스로틀 밸브(122)와 제3 스로틀 밸브(123)가 개방되면서 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 상기 필터 트랩(100)의 배기가스 유입관(101)을 통하여 상 기 제2 분기관(101b) 내로 유입되게 이루어지는 것도 가능하다.

또한, 상기 필터 트랩(100)의 제1 분기관(101a)과 제4 분기관(102b)에 각각 설치되어 있는 제1 스로틀 밸브(121)와 제4 스로틀 밸브(124) 및 제2 분기관(101b)과 제3 분기관(102a)에 각각 설치되어 있는 제2 스로틀 밸브(122)와 제3 스로틀 밸브(123) 모두가 개방되면서 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기가스를 상기 필터 트랩(100)의 배기가스 유입관(101)을 통하여 상기 제1 분기관(101a) 및 제2 분기관(101b) 내로 유입되게 이루어지는 것도 가능하다.

재생과정

필터 트랩(100)에 설치된 센서(130)에 의해 필터(110)의 입구측 압력과 출구측 압력의 차이가 기준 압력차보다 크다는 것이 감지되면 그 감지신호에 따라 상기 전자제어장치는 해당 스로틀 밸브를 제어하여 필터 트랩(100) 내부를 수초간 밀폐한다.

즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 전자제어장치는 제2 및 제4 스로틀 밸브(122, 124)를 완전히 폐쇄하고, 상기 제1 및 제3 스로틀 밸브(121, 123)는 부분적으로 개방하는 상태로 제어를 행한다.

상기 제1 및 제3 스로틀 밸브(121, 123)를 부분 개방하는 이유는, 전술한 바와 같이 필터 트랩(100)의 과열을 방지하기 위한 것이다.

이와같이 필터 트랩(100) 내부를 부분적으로 밀폐하게 되면, 필터 트랩(100) 내부의 배기가스가 고압으로 압축되어 고온으로 상승하게 되므로 필터(110)의 벽면 (112)에 포집된 입자상 물질은 이 열에 의해 연소된다.

이 때, 상기 필터(110)는 그 양 측 벽면에 코팅된 백금계 금속촉매에 의해 연소온도를 낮추므로, 적정한 온도에서 재생과정이 이루어진다. 이러한 재생과정후에 필터(110)의 벽면(112)에 포집된 입자상 물질은 연소되면서 애쉬를 발생하고, 이 애쉬는 한쪽 끝이 막힌 채널(111) 바닥으로 퇴적된다. 이에 따라, 아래와 같은 애쉬 제거과정을 통하여 애쉬를 제거한다.

본 발명의 일 실시예에서는 상기 전자제어장치에 의하여 제2 및 제4 스로틀 밸브(122, 124)를 완전히 폐쇄하고, 상기 제1 및 제3 스로틀 밸브(121, 123)는 부분적으로 개방하는 상태로 제어를 진행하도록 이루어져 있으나, 전자제어장치에 의하여 상기 제1 및 제3 스로틀 밸브(121, 123)를 완전히 폐쇄하고, 상기 제2 및 제4 스로틀 밸브(122, 124)를 부분적으로 개방하는 상태로 제어를 진행하도록 이루어지는 것도 가능하다.

또한, 상기 전자제어장치에 의하여 제1 및 제4 스로틀 밸브(121, 124)를 완전히 폐쇄하고, 상기 제2 및 제3 스로틀 밸브(122, 123)는 부분적으로 개방하는 상태로 제어를 진행하거나, 상기 제2 및 제3 스로틀 밸브(122, 123)를 완전 폐쇄하고, 상기 제1 및 제4 스로틀 밸브(121, 124)는 부분적으로 개방하는 상태로 제어를 진행하도록 이루어지는 것도 가능하다.

애쉬 제거과정

상기와 같은 재생과정 직후에, 상기 포집과정과 반대방향으로 제2 스로틀 밸 브(122)와 제3 스로틀 밸브(123)를 개방하거나, 제1 스로틀 밸브(121)와 제4 스로틀 밸브(144)를 개방한다.

이에 의해, 필터 트랩(100)의 배기가스 유입관(101)을 통하여 유입된 배기가스는 화살표 방향으로 표시한 바와 같이 제2 분기관(101b), 필터(110), 제3 분기관(102a)의 순으로 통과하게 되거나, 제1 분기관(101a), 필터(110), 제4 분기관(102b)의 순으로 통과하게 된다.

이 때, 필터(110)의 채널(111) 바닥에 퇴적된 애쉬는 필터(110)를 통과하는 배기가스의 압력에 의해 상기 제3 분기관(102a) 또는 제4 분기관(102b)을 통하여 송풍되면서 외부로 배출되고, 이와 동시에 애쉬가 퇴적되지 않은 채널(111)쪽으로 배기가스가 흐르면서 포집과정도 행하게 된다.

이에 따라, 필터(110)에 퇴적된 애쉬는 종전과 같이 필터 트랩(100)을 차량에서 탈거한 후에 주기적인 청소를 할 필요없이 단순히 필터 트랩(100) 내부로 유입되는 배기가스의 압력에 의해서 자연적으로 제거된다.

(제2 실시예)

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 의한 디젤 엔진용 배기가스 정화장치의 구성도를 도시한 것이다.

본 발명의 제2 실시예에 의한 배기가스 정화장치는, 상술한 제1 실시예와 같이 필터 트랩(100)에 설치되는 스로틀 밸브 대신에 유로전환밸브(210)를 설치한 것을 제외하고는 상술한 제1 실시예에 의한 배기가스 정화장치와 동일한 구성과 작용 을 갖는다. 즉, 상기 유로전환 밸브(210)은 상기 배기가스 유입관(101)의 후단부와 상기 배기가스 배출구(102)의 선단부에 각각 설치된다.

다만, 본 실시예에서는 상기 유로전환밸브(210)를 설치함에 있어서 상기 제1 및 제2 분기관(101a, 101b)의 분기점과 상기 제3 및 제4 분기관(102a, 102b)의 분기점에 각각 설치하고 있다.

상기 유로전환밸브(210)는 상기 필터 트랩(100)의 배기가스 유입관(101)을 통하여 유입되는 배기가스가 상기 제1 분기관(101a) 또는 제2 분기관(101b)으로 선택적으로 유입되도록 하고, 또한 상기 제3 분기관(102a) 또는 제4 분기관(102b)을 통하여 선택적으로 배출되도록 그 유로의 방향을 적절히 전환하는 역할을 하는 것이다.

이러한 구성에 의하면, 필터 트랩(100)의 좁은 공간상에 스로틀 밸브를 설치하는데 있어서 공간상의 제약을 해결할 수 있고, 또한 밸브의 갯수를 절감할 수 있으므로, 구조의 간소화를 도모할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 실시예에서도 상기 필터(110)의 양 측 벽면에 백금계 금속촉매가 구비되는 것이 바람직하다.

본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부 특허청구의 범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 일 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 디젤 엔진용 배기가스 정화장치에 의하면, 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기가스가 필터 트랩을 통과할 때 양 방향으로 흐르도록 그 입구단과 출구단에 다수개의 분기관을 구성하고, 그 분기관의 유로상에 스로틀링 방식에 의한 개폐밸브를 다수개 설치함으로써 불필요한 가열수단을 필요로 함이 없이 상기 개폐밸브의 제어에 의해 필터의 재생과정을 간편하게 행할 수가 있다.

그리고, 필터의 재생과정 직후에 필터에 퇴적된 애쉬를 제거할 때 필터의 포집과정과 반대방향으로 개폐밸브의 개폐각도를 상반되게 설정함으로써 필터 트랩내부로 유입되는 배기가스의 압력에 의해서 필터에 퇴적된 애쉬를 자연적으로 제거할 수 있으므로 별도로 애쉬를 청소할 필요가 없다.

또한, 필터에 배기가스 중의 입자상 물질의 연소온도를 낮출수 있는 금속 촉매를 코팅함으로써 필터의 재생 시 필터의 여과재를 크게 손상시킴이 없이 적절한 온도에서 필터를 재생할 수가 있다.

더불어, 필터 트랩의 분기관의 분기점에만 유로전환밸브를 설치함으로써 구조의 간소화를 도모할 수가 있다.

Claims (6)

1. 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기가스에 포함된 입자상 물질을 정화하도록 상기 배기가스 배출경로상에 설치된 필터 트랩(100)과, 상기 필터 트랩(100)의 내부 수납공간에 장착되고 한쪽 끝이 서로 교대로 막혀 있으면서 벌집모양의 수많은 채널(111)과 벽면(112)으로 이루어지는 필터(110)와, 상기 필터(110)의 전후방의 배기가스의 압력 및 온도를 측정하는 센서(130)와, 상기 센서(130)를 전자적으로 제어하는 전자제어장치(ECU)를 포함하는 디젤 엔진용 배기가스 정화장치에 있어서,

   상기 필트 트랩(100)에 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기가스가 유입되는 배기가스 유입관(101)의 소정부분에서 분기되는 제1 분기관(101a) 및 제2 분기관(101b)이 상기 필터(110)의 수납공간 전면 상, 하 양 방향에 연통구비되고, 정화된 배기가스를 배출하는 배기가스 배출관(102)의 소정부분에서 분기되는 제3 분기관 (102a) 및 제4 분기관(102b)이 상기 필터(110)의 수납공간 후면 상, 하 양 방향에 연통구비되며, 상기 각 분기관(101a, 102a, 101a, 102b)의 관로 상에 상기 각 센서(130)의 신호에 따른 전자제어장치에 의해 독립적으로 제어되는 스로틀 밸브(121, 122, 123, 124)가 포함되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진용 배기가스 정화장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 스로틀 밸브(121, 122, 123, 124)는 상기 제1 및 제2 분기관(101a, 101b)의 각 후단부와 상기 제3 및 제4 분기관(102a, 102b)의 각 선단부에 설치되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진용 배기가스 정화장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 필터(110)의 양 측 벽면(112)에 백금계 금속촉매가 구비되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진용 배기가스 정화장치.
4. 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기가스에 포함된 입자상 물질을 정화하도록 상기 배기가스 배출경로상에 설치된 필터 트랩(100)과, 상기 필터 트랩(100)의 내부 수납공간에 장착되고 한쪽 끝이 서로 교대로 막혀 있으면서 벌집모양의 수많은 채널(111)과 벽면(112)으로 이루어지는 필터(110)와, 상기 필터(110)의 전후방의 배기가스의 압력 및 온도를 측정하는 센서(130)와, 상기 센서(130)를 전자적으로 제어하는 전자제어장치(ECU)를 포함하는 디젤 엔진용 배기가스 정화장치에 있어서,

   상기 필트 트랩(100)에 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기가스가 유입되는 배기가스 유입관(101)의 소정부분에서 분기되는 제1 분기관(101a) 및 제2 분기관(101b)이 상기 필터(110)의 수납공간 전면 상, 하 양 방향에 연통구비되고, 정화된 배기가스를 배출하는 배기가스 배출관(102)의 소정부분에서 분기되는 제3 분기관 (102a) 및 제4 분기관(102b)이 상기 필터(110)의 수납공간 후면 상, 하 양 방향에 연통구비되며, 상기 배기가스 유입관(101) 및 상기 배기가스 배출관(102)의 관로 상에 상기 각 센서(130)의 신호에 따른 전자제어장치에 의해 독립적으로 제어되는 유로전환 밸브(210)이 포함되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진용 배기가스 정화장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 유로전환 밸브(210)은 상기 배기가스 유입관(101)의 후단부와 상기 배기가스 배출구(102)의 선단부에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진용 배기가스 정화장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 필터(110)의 양 측 벽면(112)에 백금계 금속촉매가 구비되는 것을 특징으로 하는 디젤 엔진용 배기가스 정화장치.

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