KR20060102002A - 디젤 자동차용 매연여과장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디젤 자동차용 매연여과장치에 관한 것으로서, 배기가스가 유입되는 여과필터를 수직배치함으로써 필터의 단면적을 극대화시키고, 길이를 최소화시켜 다량의 입자상 물질을 포집하여 여과 시 유동저항을 면적의 증대분 만큼 저감시키고, 엔진의 배압 감소 및 출력과 연비를 효율적으로 상승시킬 수 있을 뿐만 아니라, 내구성을 향상시키며, 원가를 절감할 수 있는 디젤 자동차용 매연여과장치를 제공하기 위한 것으로, 그 기술적 구성은 배기매니폴드와 소음기 사이에 설치되는 중앙케이싱과, 상기 중앙케이싱의 전, 후면부로 연통되는 각각의 흡, 배기관과, 상기 중앙케이싱의 내부에 장착되어 배기가스 중에 포함된 입자상 물질을 포집하도록 수평방향으로 배치되는 여과필터를 포함하는 디젤 자동차용 매연여과장치에 있어서, 상기 중앙케이싱의 전면부에 구비되는 흡기관이 일측으로 편향되게 설치되고, 후면부에 구비되는 배기관이 타측으로 편향되게 설치되며, 중앙케이싱 내부 중심에 장착되는 여과필터가 수직방향으로 배치되는 것을 특징으로 한다.

중앙케이싱, 여과필터, 필터 유입구, 필터 배출구, 흡음재

Description

디젤 자동차용 매연여과장치{Disel Particulate Filter Apparatus for Exhaust Gas Invehicle using Diesel Fuel}

도 1은 종래기술에 따른 디젤 자동차용 매연여과장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면,

도 2는 종래기술에 따른 디젤 자동차용 매연여과장치의 여과필터를 나타내는 개략적인 정면도,

도 3은 종래기술에 따른 디젤 자동차용 매연여과장치의 여과필터를 나타내는 개략적인 측단면도,

도 4는 본 발명에 의한 디젤 자동차용 매연여과장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면,

도 5는 본 발명에 의한 디젤 자동차용 매연여과장치의 여과필터를 나타내는 개략적인 정면도,

도 6은 본 발명에 의한 디젤 자동차용 매연여과장치의 여과필터를 나타내는 개략적인 측단면도,

도 7은 본 발명에 의한 디젤 자동차용 매연여과장치의 다른 실시예를 나타내는 개략적인 도면.

**** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ****

1 : 디젤 자동차용 매연여과장치,

10 : 중앙케이싱, 10a : 흡기관,

10b : 배기관, 13 : 흡음재,

15 : 보조배기관, 17 : 서포트 매트,

30 : 여과필터, 31 : 필터 유입구,

33 : 필터 유출구, 34 : 채널,

37 : 필터마개.

본 발명은 디젤 자동차용 매연 여과장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배기가스가 유입되는 여과필터를 수직배치함으로써 필터의 단면적을 극대화시키고, 길이를 최소화시켜 다량의 입자상 물질을 포집하여 여과 시 유동저항을 면적의 증대분 만큼 저감시키고, 엔진의 배압 감소 및 출력과 연비를 효율적으로 상승시킬 수 있을 뿐만 아니라, 원가를 절감할 수 있도록 하는 디젤 자동차용 매연 여과장치에 관한 것이다.

일반적으로, 경유를 원료로 사용하는 디젤 엔진(Diesel engine)은 열효율이 좋고 연료비용이 적게 드는 장점이 있어 트럭과 같이 큰 힘이 필요한 차량이나 장 치 등에 주로 사용되고 있다.

그러나, 디젤 엔진은 열효율이 좋은 반면에 매연 등 입자상 오염물질을 다량 배출하기 때문에 최근 대기오염에 대한 규제로부터 자유롭지 못한 문제점이 있었다.

이러한 디젤 자동차의 배기가스 중에는 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물(NOx), 황산화물 및 입자상 물질(Particulate Matter, PM)이 포함되어 있는데, 특히 상기 입자상 물질은 부유분진의 발생을 가중시키게 되어 대기오염의 주요 원인이 되고 있다.

이에 따라, 최근에는 인간의 쾌적한 환경에 대한 요구와 각국의 환경규제가 맞물려 배기가스에 포함된 대기 오염물질에 대한 규제가 점점 심해지고 있어 이에 대한 대책으로 다양한 배기가스 여과 방법이 연구되고 있다.

즉, 엔진 내부에서 자체적으로 오염물질을 저감시키기 위한 기술로서 엔진기술 및 전처리 기술등이 개발되고 있으나 배기규제가 강화됨에 따라 엔진 내부에서의 유해가스 저감기술만으로는 규제를 만족하기에 한계가 있어 엔진에서 이미 연소된 배기가스를 처리하는 후처리 기술(Aftertreatment Technology)의 적용이 불가피해졌다.

디젤 자동차의 후처리 기술로서는 산화촉매, 질소산화물 촉매 및 매연여과장치를 예를 들수 있는데, 이 중에서 가장 효율적이고 실용화에 접근되어 있는 입자성 물질 저감 기술이 매연 여과장치(Diesel Particulate Filter Trap, DPF)이다.

이러한 매연 여과장치는 디젤엔진에서 배출되는 입자성물질을 필터로 포집한 후 이것을 태우고(이하, 재생이라함) 다시 입자성 물질을 포집하여 계속 사용하는 기술로서 매연을 80% 이상 저감할 수 있어 성능면에서는 아주 우수하나, 내구성과 경제성이 실용화의 장애요인으로 작용하고 있다.

여기서, 디젤 자동차의 입자상 물질을 재생하는 방식은 별도의 열원 공급없이 배출가스 만으로 재생이 이루어지는 자연재생방식(Passive type)과 강제로 화학적 또는 전기적으로 열원을 공급하여 입자상 물질을 연소시키는 강제재생방식(Active type)이 있다.

이러한 자연재생방식은 철(Fe), 세륨(Ce), 구리(Cu), 백금(Pt) 등의 금속물질을 연료에 혼합함으로서 입자상 물질의 재생온도를 낮추는 첨가제 방식(Fuel additive), 백금 등의 귀금속을 여과필터 표면에 코팅하여 입자상 물질을 연소시키는 촉매 필터방식(Catalyst filter trap), 그리고 촉매를 전단에 여과필터는 후단에 설치하는 촉매-트랩 복합방식(Catalyst-Trap combinations)이 있다.

또한, 강제재생방식은 여과필터를 통해 입자상 물질을 포집한 다음 버너(Buner)나 전기 히터(Electric heater)를 통해 입자상 물질을 직접 연소시키거나 연소가 가능한 온도까지 가열하는 방식으로 구조가 복잡하여 고장이 심하고 가격이 고가여서 실용화가 지연되고 있다.

따라서, 자연재생방식은 필터에 포집된 입자상 물질을 외부열원의 도움없이 엔진배출가스 온도로만 연속적으로 태우는 방식으로 구조가 간단하고, 엔진배압이 상대적으로 적으며, 가격도 저렴하여 매연 여과장치의 제안되고 있다.

본 명세서에서 후술하는 디젤 자동차용 매연여과장치에 있어서, 자연재생방 식 대한 여과필터의 일 예를 설명하고자 하지만, 강제재생방식에 대한 여과필터의 구성에도 적용될 수 있음을 첨언한다.

도 1은 종래기술에 따른 매연여과장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면이고, 도 2는 종래기술에 따른 여과필터를 나타내는 정면도이며, 도 3은 종래기술에 따른 여과필터를 나타내는 개략적인 측단면도이다.

종래기술에 따른 디젤 자동차용 매연여과장치는 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 배기매니폴드와 소음기 사이에 설치되는 중앙케이싱(120)과 상기 중앙케이싱(120)의 전, 후면부로 연통되는 각각의 흡, 배기관(120a, 120b)과 상기 중앙케이싱(120)의 내부에 서포트 매트(121)로 고정 및 지지되어 장착되고, 배기가스 중에 포함된 입자상 물질을 포집하는 여과필터(130) 등으로 구성되어 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 상기 여과필터(130)는 대략 원통형상체로서, 전면과 후면에 다수의 격자형으로 이루어진 필터 유입구(131) 및 필터 배출구(136)가 형성되고, 각각의 사이마다 필터마개(132)가 교대로 막혀있다.

그리고, 상기 필터 유입구(131)와 필터 배출구(136) 사이에는 수평하게 연장되어 소정간격으로 수직하게 배치되는 필터 벽면(133)이 층을 이루게 되며, 상기 필터 벽면(133)의 내부공간에는 채널(Channel, 134)이 형성되어 유입되는 배기가스가 이동하게 된다.

즉, 상기 흡기관(120a)을 통해 유입되는 배기가스는 개방된 필터 유입구(131)를 통해 채널(134)의 각 필터 벽면(133)을 통과시에 입자상 물질이 포집되고, 여과된 배기가스가 이웃하는 채널(134)로 이동함으로써 필터마개(132)가 미삽입된 필터 배출구(136)를 통해 배기관(120b)쪽으로 빠져나가게 된다.

그러나, 유체 유동인 배기가스의 흐름으로 인하여 발생하는 배압은 필터의 단면적이 작고, 길이가 길수록 크게 나타나게 되며, 이렇게 벽면 유동을 통하면 기존 차량 대비의 배압이 급증하여 차량의 동력 특성을 감소시키는 등의 문제가 발생하였다.

즉, 배기가스 흐름의 수직면적의 절반이 막혀있기 때문에 유동저항으로 인한 디젤 엔진의 배압이 증가되고 출력 및 연비 저하되는 문제점이 발생하게 되며, 이로 인해 필터의 전체 크기가 증대되어 원가가 상승됨은 물론, 필터 벽면에 여과되는 입자성 물질의 유동저항이 증대되어 내구성이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 배기가스가 유입되는 여과필터를 수직배치함으로써 필터의 단면적을 극대화시키고, 길이를 최소화시켜 다량의 입자상 물질을 포집하여 여과 시 유동저항을 면적의 증대분 만큼 저감시키고, 엔진의 배압 감소 및 출력과 연비를 효율적으로 상승시킬 수 있을 뿐만 아니라, 원가를 절감할 수 있도록 하는 디젤 자동차용 매연 여과장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 배기매니폴드와 소음기 사이에 설치되는 중앙케이싱과, 상기 중앙케이싱의 전, 후면부로 연통되는 각각의 흡, 배기관과, 상기 중앙케이싱의 내부에 장착되어 배기가스 중에 포함된 입자상 물질을 포집하도록 수평방향으로 배치되는 여과필터를 포함하는 디젤 자동차용 매연여과장치에 있어서, 상기 중앙케이싱의 전면부에 구비되는 흡기관이 일측으로 편향되게 설치되고, 후면부에 구비되는 배기관이 타측으로 편향되게 설치되며, 중앙케이싱 내부 중심에 장착되는 여과필터가 수직방향으로 배치되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 여과필터는 그 길이(L)가 짧아지고, 폭(W)이 길어지는 직육면체형상으로 형성된다.

여기서, 상기 여과필터 전면의 필터 유입구와 후면의 필터 배출구가 상기 중앙케이싱의 내부 양 측면과 소정거리 이격되어 구비된다.

그리고, 상기 중앙케이싱의 내주연에 흡음재가 구비된다.

한편, 상기 중앙케이싱의 전면부에 편향되게 구비되는 흡기관의 대응되는 후면부에 보조소음기가 더 포함된다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 의한 디젤 자동차용 매연여과장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명에 의한 디젤 자동차용 매연여과장치의 여과필터를 나타내는 개략적인 정면도이고, 도 6은 본 발명에 의한 디젤 자동차용 매연여과장치의 여과필터를 나타내는 개략적인 측단면도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 디젤 자동차용 매연여과장치에 있어서, 배기매니폴드와 소음기 사이에 설치되는 중앙케이싱(10)과 상기 중앙케이싱(10)의 전, 후면부로 연통되는 각각의 흡, 배기관(10a, 10b) 등은 종래기술과 동일하므로 이하에서는 상기한 구성에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

다만, 상기 중앙케이싱(10)의 전, 후면부에 설치되는 흡, 배기관(10a, 10b) 및 여과필터(30)의 구조에 차이가 있음을 나타내기로 한다.

본 발명에 따른 디젤 자동차용 매연여과장치(1)는 중앙케이싱(10)의 전면부에 구비되는 흡기관(10a)이 일측으로 편향되게 설치되고, 후면부에 구비되는 배기관(10b)이 타측으로 편향되게 설치되며, 중앙케이싱(10)의 내부 중심에 장착되는 여과필터(30)가 수직방향으로 배치된다.

즉, 상기 중앙케이싱(10)의 전면부에 구비되는 흡기관(10a)과 후면부에 구비되는 배기관(10b)의 위치가 대략 사선방향으로 이루어짐으로써 흡기관(10a)을 통하여 유입되는 배기가스가 그 내부 중심에 설치되는 여과필터(30)를 수직방향으로 통과한 후 배기관(10b)으로 배출되어 소음기로 유출되게 된다.

상기한 바와 같이, 중앙케이싱(10)의 내부 중심에 수직되게 설치되는 여과필터(30)는 배압을 감소시키기 위하여 그 길이(L)는 짧아지고, 폭(W)이 길어지는 형상으로 구비되며, 직육면체형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

즉, 상기 여과필터(30)를 직육면체형상으로 형성시킴으로써 중앙케이싱(10) 내부 중심에 수직되게 설치할 경우 그 단면적을 커지게 하고, 길이를 최소화시킴으로써 배압을 감소시켜 동력손실을 최소화할 수 있으며, 차량 내 주어진 공간의 효 율적인 사용이 가능해진다.

여기서, 상기 여과필터(30)의 양 측면에는 중앙케이싱(10) 내부에 설치되는 여과필터(30)를 고정 및 지지하기 위하여 서포트 매트(17)가 구비된다.

그리고, 상기 중앙케이싱(10)의 내부 중심으로 수직되게 설치되는 여과필터(30) 전면의 필터 유입구(31) 및 후면의 필터 유출구(33)는 중앙케이싱(10)의 내부 양 측면과 소정거리 이격되어 구비된다.

즉, 상기 중앙케이싱(10)의 내부 중심에 수직되게 설치되는 여과필터(30)는 중앙케이싱(10)의 전면부에 설치되는 흡기관(10a)을 통하여 유입되는 배기가스의 진행 경로 및 여과필터(30)를 거쳐 배기관(10b)으로 유출되는 배기가스의 진행경로를 위하여 여과필터(30)의 필터 유입구(31) 및 필터 유출구(33)는 중앙케이싱(10)의 내부 양 측면과 소정거리 이격되어 구비된다.

한편, 상기 중앙케이싱(10)의 전면부에 구비되는 흡기관(10a)을 통하여 유입되는 배기가스가 수직방향으로 설치되는 여과필터(30)를 통과한 후 배기관(10b)을 통하여 배출될 때 발생되는 소음을 최소화하기 위하여 중앙케이싱(10)의 내주연에 흡음재(13)가 구비된다.

본 발명의 일 실시예에서는 상기 중앙케이싱(10)의 내주연에 흡음재(13)가 구비되어 배기가스로 인해 발생되는 소음을 최소화시키도록 이루어져 있으나, 배기관(10b)을 통하여 유입되는 배기가스의 소음뿐만 아니라, 배기가스에서 발생되는 매연을 제거시키는 역할을 담당하도록 이루어지는 것도 가능하다.

이를 위하여 상기 흡음재(13)가 소음을 최소화시킬 뿐만 아니라, 매연을 제 거할 수 있는 여과재로 이루어지는 것도 가능하다.

한편, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 디젤 자동차용 매연여과장치(1)에 구비되는 여과필터(30)가 그 단면이 대략 사각형상으로 형성되어 있으나, 원형 또는 삼각형 등 기타 다양한 형상으로 형성되는 것도 가능할 뿐만 아니라, 상기 여과필터(30)의 전체 형상 또한 다양하게 형성되는 것도 바람직하다.

이를 위하여 상기 여과필터(30)의 형상에 따라 상기 중앙케이싱(10)의 형상이 이에 대응되게 형성되는 것이 바람직하며, 이와 반대로 중앙케이싱(10)의 형상에 따라 여과필터(30)의 형상이 대응되게 형성되는 것도 가능하다.

이하, 본 발명에 따른 디젤 자동차용 매연여과장치(1)의 작용 및 효과를 설명한다.

중앙케이싱(10)의 전면부에 일측으로 편향되게 구비되는 흡기관(10a)을 통하여 배기가스가 유입되고, 유입된 배기가스는 중앙케이싱(10)의 내부 중앙에 구비되는 여과필터(30)의 필터 유입구(31)로 통하여 입자상 물질이 포집되고, 여과된 입자성 물질이 여과필터(30)의 각 채널로 이동된 후 필터 유출구(33)로 유출되어 소음기로 배출된다.

즉, 상기 흡기관(10a)을 통해 유입되는 배기가스는 개방된 필터 유입구(31)를 통해 채널(34)의 각 필터 벽면을 통과 시에 입자상 물질이 포집되고, 여과된 배기가스가 이웃하는 채널(34)로 이동함으로써 필터마개(37)가 미삽입된 필터 배출구(33)를 통해 배기관(10b)쪽으로 빠져나가게 된다.

이때, 중앙케이싱(10)의 전면부에 일측으로 편항되게 구비되는 흡기관(10a) 을 통하여 유입되는 배기가스는 중앙케이싱(10)의 내주연에 구비되는 흡음재(13)에 의하여 배기가스에서 발생되는 소음이 감소된다.

상기와 같이, 유입되는 배기가스는 단면적을 극대화시키고, 길이를 최소화시킨 여과필터(30)에 의하여 포집 및 여과되는 면적이 증가되고, 유동저항을 거의 소멸시키게 됨으로써 배압에 의한 동력 손실을 최소화시킴으로써 차량의 성능을 현저히 향상시킬 수 있다.

도 7은 본 발명에 의한 디젤 자동차용 매연여과장치의 다른 실시예를 나타내는 개략적인 도면이다.

도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 실시예에서는 상기 중앙케이싱(10)의 전면부에 편향되게 구비되는 흡기관(10a)의 대응되는 후면부에 보조배기관(15)이 더 구비된다. 즉, 상기 중앙케이싱(10)의 전면부에 구비되는 흡기관(10a)에 대응되는 후면부에 보조배기관(15)를 추가함으로써 흡기관(10a)으로 유입되는 배기가스의 PM 등의 매연이 규제치 이하일 경우 여과필터(30)를 통과하지 않고, 바로 보조배기관(15)를 통하여 배출되게 한다.

상기와 같이 구조에 의하여 배기가스의 매연이 규제치 이상일 경우 흡기관(10a)을 통하여 유입되는 배기가스는 여과필터(30)의 필터 유입구(31)로 통하여 입자상 물질이 포집되고, 여과된 입자성 물질이 여과필터(30)의 각 채널로 이동된 후 필터 유출구(33)로 유출되어 배기관(10b)을 통하여 소음기로 배출되며, 배기가스의 매연이 규제치 이하일 경우 흡기관(10a)을 통하여 유입되는 배기가스는 직접적으로 보조배기관(15)로 배출시켜 배압을 감소시키도록 이루어진다.

이와 같이 배기가스의 매연 규제치에 따라 배기관(10b) 및 보조배기관(15)로 배기가스의 배출경로를 달리하기 위하여 상기 배기관(10b) 및 보조배기관(15)의 입구측 적소에 밸브가 구비되는 것이 바람직하며, 상기 밸브는 센서에 의하여 전자적으로 제어가능하게 이루어지는 것이 바람직하다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이같은 특정 실시예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위내에 기재된 범주내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 배기가스가 유입되는 여과필터를 수직배치함으로써 필터의 단면적을 극대화시키고, 길이를 최소화시켜 다량의 입자상 물질을 포집하여 여과 시 유동저항을 면적의 증대분 만큼 저감시키고, 엔진의 배압 감소 및 출력과 연비를 효율적으로 상승시킬 수 있을 뿐만 아니라, 내구성을 향상시키며, 원가를 절감할 수 있는 등의 효과를 거둘 수 있다.

Claims (5)

1. 배기매니폴드와 소음기 사이에 설치되는 중앙케이싱(10)과, 상기 중앙케이싱(10)의 전, 후면부에 연통되는 각각의 흡, 배기관(10a, 10b)과, 상기 중앙케이싱(10)의 내부에 장착되어 배기가스 중에 포함된 입자상 물질을 포집하도록 수평방향으로 배치되는 여과필터(30)를 포함하는 디젤 자동차용 매연여과장치(1)에 있어서,

   상기 중앙케이싱(10)의 전면부에 구비되는 흡기관(10a)이 일측으로 편향되게 설치되고, 후면부에 구비되는 배기관(10b)이 타측으로 편향되게 설치되며, 중앙케이싱(10) 내부 중심에 장착되는 여과필터(30)가 수직방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 디젤 자동차용 매연여과장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 여과필터(30)는 그 길이(L)가 짧아지고, 폭(W)이 길어지는 직육면체형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 디젤 자동차용 매연여과장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 여과필터(30) 전면의 필터 유입구(31)와 후면의 필터 유출구(33)가 상기 중앙케이싱(10)의 내부 양 측면과 소정거리 이격되어 구비되는 것을 특징으로 하는 디젤 자동차용 매연여과장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 중앙케이싱(10)의 내주연에 흡음재(13)가 구비되는 것을 특징으로 하는 디젤 자동차용 매연여과장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 중앙케이싱(10)의 전면부에 편향되게 구비되는 흡기관(10a)의 대응되는 후면부에 보조배기관(15)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 디젤 자동차용 매연여과장치.

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