KR20070028372A - 배기 정화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 온도 센서의 측온 정밀도를 상승시켜서 파티큘레이트 필터의 재생 제어를 정확하게 할 수 있도록 한다.

배기관(4)의 도중에 개장한 필터 케이스(7) 내에, 다수의 연통 구멍(10a, 11a)을 갖는 한 쌍의 분산판(10, 11)을 배기가스(3)의 흐름 방향에 대향 배치하고, 이들 각 분산판(10, 11)의 상호간에 획정되는 수용 공간(12)에 촉매 재생형 파티큘레이트 필터(6)를 수용한 배기 정화장치에 관하여, 필터 케이스(7)에 수용 공간(12) 내의 배기 온도를 검출할 수 있도록 온도 센서(14)를 장비하고, 상기 온도 센서(14)의 검출자(15)가 배기가스(3)의 흐름의 형성 개소에 배치되도록 구성한다.

배기관, 필터 케이스, 연통 구멍, 분산판, 촉매 재생형 파티큘레이트 필터, 배기가스, 온도 센서, 검출자

Description

배기 정화장치{Exhaust gas purifier}

본 발명은 배기 정화장치에 관한 것이다.

디젤엔진으로부터 배출되는 파티큘레이트(Particulate Matter : 입자형 물질)는 탄소질로 이루어지는 매연과, 고비점 탄화수소 성분으로 이루어지는 SOF 분(Soluble Organic Fraction : 가용성 유기 성분)을 주성분으로 하고, 또 미량의 설페이트(미스트형 황산 성분)를 포함한 조성을 이루는 것이지만, 이 종류의 파티큘레이트의 저감 대책으로서, 도 1에 도시하는 바와 같이, 디젤엔진(1)으로부터의 배기가스(3)가 유통하는 배기관(4)의 도중에 파티큘레이트 필터(6)를 장비하는 것이 고려되고 있다.

여기에 도시하고 있는 예에 있어서는, 자동차의 디젤엔진(1; 내연기관)으로부터 배기 매니폴드(2; manifold)를 통해서 배출된 배기가스(3)가 유통하고 있는 배기관(4)의 머플러(5) 내에, 산화촉매를 일체적으로 담지하여 이루어지는 촉매 재생형 파티큘레이트 필터(6)를 수용시킨 경우를 예시하고 있고, 상기 파티큘레이트 필터(6)를 포지(抱持)하는 필터 케이스(7)가 머플러(5)의 외통을 이루도록 되어 있다.

즉, 도 2에 확대하여 도시하는 바와 같이, 머플러(5)의 입구 파이프(8)와 출 구 파이프(9)의 사이에 다수의 연통 구멍(10a, 11a)을 갖는 분산판(10, 11)에 의해 획정된 소정의 크기의 수용 공간(12)이 확보되어 있고, 이 수용 공간(12)에 상기 파티큘레이트 필터(6)가 수용되도록 되어 있다.

도 3에 모식적으로 단면 구조를 도시하고 있는 바와 같이, 이 파티큘레이트 필터(6)는 세라믹으로 이루어지는 다공질의 허니콤(honeycomb) 구조로 되어 있고, 격자형으로 구획된 각 유로(6a)의 입구가 교대로 막히며, 입구가 막히지 않은 유로(6a)에 관해서는 그 출구가 막히도록 되어 있고, 각 유로(6a)를 구획하는 다공질 박벽(6b)을 투과한 배기가스(3)만이 하류측으로 배출되도록 하고 있다.

그리고, 파티큘레이트 필터(6)에 있어서의 다공질 박벽(6b)의 내측 표면에 포집된 파티큘레이트는 상기 다공질 박벽(6b)의 내측 표면에 포집되어 퇴적되기 때문에, 막힘에 의해 배기저항이 증가하지 않는 동안에 파티큘레이트를 적당히 연소 제거하여 파티큘레이트 필터(6)의 재생을 도모할 필요가 있지만, 통상의 디젤엔진의 운전상태에 있어서는, 파티큘레이트가 자기 연소할 정도의 높은 배기 온도를 얻을 수 있는 기회가 적기 때문에, 예를 들면 알루미나에 백금을 담지시킨 것에 적당한 양의 세슘 등의 희토류 원소를 첨가하여 이루어지는 산화촉매를 일체적으로 담지시킨 촉매 재생형 파티큘레이트 필터(6)의 실용화가 진행되고 있다.

즉, 이러한 촉매 재생형 파티큘레이트 필터(6)를 채용하면, 포집된 파티큘레이트의 산화반응이 촉진되어 착화 온도가 저하되고, 종래보다 낮은 배기 온도에서도 파티큘레이트를 연소 제거하는 것이 가능해지는 것이다.

단, 이러한 촉매 재생형 파티큘레이트 필터(6)를 채용한 경우에도, 배기 온 도가 낮은 운전영역에서는 파티큘레이트의 처리량보다도 포집량이 상회하여 버리기 때문에, 이러한 낮은 배기 온도에서의 운전상태가 계속되면, 파티큘레이트 필터(6)의 재생이 양호하게 진행되지 않고 상기 파티큘레이트 필터(6)가 과포집 상태에 빠질 우려가 있어, 파티큘레이트의 퇴적량이 증가한 단계에서 파티큘레이트 필터(6)보다 상류측의 배기가스(3)중에 연료를 첨가하여 파티큘레이트 필터(6)의 강제 재생을 하는 것이 고려되고 있다.

요컨대, 파티큘레이트 필터(6)보다 상류측에서 연료를 첨가하면, 그 첨가된 연료가 파티큘레이트 필터(6)의 산화촉매상에서 산화반응하고, 그 반응열에 의해 촉매상 온도가 올라가 파티큘레이트가 다 타서, 파티큘레이트 필터(6)의 재생화를 도모할 수 있게 된다.

또, 이 종류의 파티큘레이트 필터(6)의 강제 재생을 도모하는 방법에 관해서는, 예를 들면 하기의 특허문헌 1이나 특허문헌 2에도 개시되어 있다.

특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 2003-155915호

특허문헌 2 : 일본 공개특허공보 2003-222040호

또한, 도 4에 도시하는 바와 같이, 특히 포집 완료 파티큘레이트의 산화반응을 지원할 목적으로 수용 공간(12) 내의 파티큘레이트 필터(6)의 전단에 플로 스루형 산화촉매(13; 도 5 참조)를 구비한 배기 정화장치에서는, 파티큘레이트 필터(6)의 전단의 산화촉매(13)로 첨가연료가 산화반응하여 반응열을 생기고, 그 반응열로 승온한 배기가스(3)가 파티큘레이트 필터(6)로 도입되게 되기 때문에, 더욱 낮은 배기 온도로부터 파티큘레이트 필터(6)의 강제 재생을 실현하는 것이 가능해진다.

발명이 해결하고자 하는 과제

그렇지만, 종래에 있어서는, 이 종류의 연료 첨가에 의한 파티큘레이트 필터(6)의 강제 재생을 행할 시에, 수용 공간(12)의 내부 온도를 검출할 수 있도록 온도 센서가 필터 케이스(7)에 장비되고, 이 온도 센서에 의한 검출 온도에 기초하여 재생 제어가 실행되게 되지만, 배기관(4)의 도중에 개장되어 있는 필터 케이스(7)에 온도 센서를 장비하는 데 있어서는, 그 주변 구조물과의 간섭을 피하고 또한 지상 최저 높이(새시 기구의 최저부와 노면의 틈간 : Load Clearance)를 확보할 수 있도록 고려하고 있을 뿐이며, 필터 케이스(7) 내에서의 온도 센서의 검출자의 위치까지는 각별히 배려하지 않은 것이 실정이다.

이 때문에, 예를 들면, 도 6에 도시하는 바와 같이, 수용 공간(12) 내의 입구측의 분산판(10)과 가까운 위치에 삽입된 온도 센서(14)의 검출자(15)가 상기 분산판(10)에 있어서의 각 연통 구멍(10a)간의 벽부분에 숨도록 배치되어 버렸다고 하면, 온도 센서(14)의 검출자(15)가 배기가스(3)의 흐름에 노출되지 않게 되어, 특히 배기가스(3)의 유량이 적을 때에 측온 정밀도가 저하되어 파티큘레이트 필터(6)의 재생 제어를 정확히 할 수 없을 우려가 있었다.

본 발명은 상술한 실정을 감안하여 이루어진 것으로, 온도 센서의 측온 정밀도를 올려 파티큘레이트 필터의 재생 제어를 정확히 할 수 있도록 하는 것을 목적으로 하고 있다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명은 배기관의 도중에 개장한 필터 케이스 내에, 다수의 연통 구멍을 갖는 한 쌍의 분산판을 배기가스의 흐름 방향에 대향 배치하고, 이들 각 분산판의 상호간에 획정되는 수용 공간에 촉매 재생형 파티큘레이트 필터를 수용한 배기 정화장치에 있어서, 필터 케이스에 수용 공간 내의 배기 온도를 검출할 수 있도록 온도 센서를 장비하고, 상기 온도 센서의 검출자가 배기가스 흐름의 형성 개소에 배치되도록 구성한 것을 특징으로 하는 것이다.

하지만, 이와 같이 하면, 온도 센서의 검출자가 항상 배기가스의 흐름에 노출되게 되기 때문에, 상기 온도 센서의 측온 정밀도가 향상되어 파티큘레이트 필터의 정확한 재생 제어가 실현되게 된다.

또, 본 발명의 배기 정화장치를 더욱 구체적으로 실시하는 데에 있어서는, 입구측의 분산판의 연통 구멍의 직후에 온도 센서의 검출자를 배치하거나, 출구측의 분산판의 연통 구멍의 직전에 온도 센서의 검출자를 배치하면 좋고, 또한, 수용 공간 내의 파티큘레이트 필터의 전단에 산화촉매가 배치되어 있는 경우에 있어서, 상기 산화촉매와 파티큘레이트 필터 사이에 있어서의 배기가스 흐름의 형성 개소에 온도 센서의 검출자를 배치하면 좋다.

발명의 효과

본 발명의 배기 정화장치에 의하면, 온도 센서의 검출자를 항상 배기가스의 흐름에 노출시킬 수 있기 때문에, 상기 온도 센서의 측온 정밀도를 종래보다 대폭적으로 향상시킬 수 있고, 나아가서는, 파티큘레이트 필터의 재생 제어를 정확히 할 수 있다고 하는 우수한 효과를 가질 수 있다.

도 1은 종래의 배기 정화장치의 전체 구조를 도시하는 개략도.

도 2는 도 1의 머플러의 내부 구조의 상세를 도시하는 단면도.

도 3은 도 2의 파티큘레이트 필터의 구조를 모식적으로 도시하는 단면도.

도 4는 파티큘레이트 필터의 전단에 산화촉매를 배치한 예를 도시하는 단면도.

도 5는 도 4의 산화촉매의 구조를 모식적으로 도시하는 일부를 절결한 사시도.

도 6은 도 4의 분산판과 온도 센서의 검출자의 배치관계를 도시하는 정면도.

도 7은 본 발명의 일실시예를 도시하는 단면도.

도 8은 도 7의 분산판과 온도 센서의 검출자의 배치관계를 도시하는 정면도.

도 9는 도 8의 것과 다른 형식의 분산판에 적용한 예를 도시하는 정면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명 *

3 : 배기가스 4 : 배기관

6 : 파티큘레이트 필터 7 : 필터 케이스

10 : 분산판 10a : 연통 구멍

11 : 분산판 11a : 연통 구멍

12 : 수용 공간 13 : 산화촉매

14 : 온도 센서 15 : 검출자

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하 본 발명의 실시예를 도면을 참조하면서 설명한다.

실시예 1

도 7 및 도 8은 본 발명의 일실시예를 도시하는 것으로, 도 1 내지 도 6과 동일한 부호를 붙인 부분은 동일물을 도시하고 있다.

도 7에 도시하는 바와 같이, 본 실시예에 있어서는, 배기관(4)의 도중에 개장(介奬)한 필터 케이스(7) 내에, 다수의 연통 구멍(10a, 11a)을 갖는 한 쌍의 분산판(10, 11)을 배기가스(3)의 흐름 방향에 대향 배치하고, 이들 각 분산판(10, 11)의 상호간에 획정되는 수용 공간(12)에 촉매 재생형 파티큘레이트 필터(6)를 수용하는 동시에, 수용 공간(12) 내에서의 파티큘레이트 필터(6)의 전단에 산화촉매(13)를 배치하고, 수용 공간(12) 내의 입구측의 분산판(10)에 가까운 위치와, 수용 공간(12) 내의 출구측의 분산판(11)에 가까운 위치와, 산화촉매(13) 및 파티큘레이트 필터(6)의 상호간의 3개소에 온도 센서(14)의 검출자(15)를 각기 삽입하고 있다.

그리고, 도 8에 확대하여 도시하는 바와 같이, 수용 공간(12) 내의 입구측의 분산판(10)과 가까운 위치의 온도 센서(14)는 입구측의 분산판(10)의 연통 구멍(10a)의 직후에 검출자(15)를 배치하도록 하고 있고, 또한, 이것과 같이, 수용 공간(12) 내의 출구측의 분산판(11)과 가까운 위치의 온도 센서(14)는 출구측의 분산판(11)의 연통 구멍(11a)의 직전에 검출자(15)를 배치하도록 하고 있다.

또, 도 8에서는 입구 파이프(8)나 출구 파이프(9)의 접속부분의 주위를 둘러 싸고 비교적 크게 개구되어 있는 연통 구멍(10a, 11a)에 대응시켜 온도 센서(14)의 검출자(15)를 배치하고 있지만, 입구 파이프(8)나 출구 파이프(9)의 접속부분에 있어서의 비교적 잘게 개구된 연통 구멍(10a, 11a)에 대응시켜 온도 센서(14)의 검출자(15)를 배치하는 것도 가능하다.

또, 산화촉매(13) 및 파티큘레이트 필터(6)의 상호간의 온도 센서(14)는 산화촉매(13)의 각 유로를 통과하여 파티큘레이트 필터(6)의 각 유로(6a)에 흘러 들어 오는 배기가스(3)의 흐름이 형성되어 있는 개소에 검출자(15)를 배치하도록 하고 있다.

즉, 본 발명자 등에 의해 각종의 실험을 거쳐 얻어진 지견에 의하면, 입구측의 분산판(10)의 어떤 특정한 연통 구멍(10h)으로부터 수용 공간(12)에 흘러 들어 온 배기가스(3)는 항상 출구측의 분산판(11)에 있어서의 결정된 연통 구멍(11a)을 향해서 흐름을 형성하는 경향이 있다는 것을 알 수 있고, 산화촉매(13) 및 파티큘레이트 필터(6)의 상호간에 있어서도 몇개의 결정된 배기가스(3)의 흐름이 형성되어 있기 때문에, 그 흐름의 형성 개소에 온도 센서(14)의 검출자(15)가 배치되도록 하고 있는 것이다.

그리고, 이와 같이 배기 정화장치를 구성하면, 각 위치에 있어서의 온도 센서(14)의 검출자(15)가 항상 배기가스(3)의 흐름에 노출되게 되기 때문에, 각 온도 센서(14)의 측온 정밀도가 종래보다 대폭적으로 향상되게 되고, 나아가서는, 파티큘레이트 필터(6)의 정확한 재생 제어가 실현되게 된다.

실시예 2

또한, 도 9는 도 8과 다른 형식의 분산판(10, 11)에 적용한 예를 도시하고 있고, 여기에 도시하고 있는 분산판(10, 11)에서는 머플러(5)의 주변 구조물과의 레이아웃상의 관계로 입구 파이프(8)나 출구 파이프(9)가 편심 배치되어 있고, 그 접속부분의 주위에 다수의 비교적 잔 연통 구멍(10a, 11a)을 산재시킨 형식으로 되어있다.

그리고, 수용 공간(12) 내의 입구측의 분산판(10)에 가까운 위치의 온도 센서(14)가, 입구측의 분산판(10)에 있어서의 다른 것보다 크게 개구된 연통 구멍(10a)의 직후에 검출자(15)를 배치하고 있고, 또한, 이것과 마찬가지로, 수용 공간(12) 내의 출구측의 분산판(11)에 가까운 위치의 온도 센서(14)가, 출구측의 분산판(11)에 있어서의 다른 것보다 크게 개구된 연통 구멍(11a)의 직전에 검출자(15)가 배치되도록 되어 있지만, 이러한 형식의 분산판(10, 11)에 적용한 경우에도 전술한 바와 같은 작용 효과를 가질 수 있다.

본 발명의 배기 정화장치는 상술한 실시예에만 한정되는 것이 아니라, 예를 들면, 출구측의 분산판에 있어서의 연통 구멍에 소음 효과를 높이기 위한 인너 파이프가 부설된 형식이어도 좋고, 기타, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 여러가지 변경을 가할 수 있다.

Claims (8)

1. 배기관의 도중에 개장한 필터 케이스 내에, 다수의 연통 구멍을 갖는 한 쌍의 분산판을 배기가스의 흐름 방향에 대향 배치하고, 이들 각 분산판의 상호간에 획정되는 수용 공간에 촉매 재생형 파티큘레이트 필터를 수용한 배기 정화장치에 있어서,

   필터 케이스의 적절한 위치에 수용 공간 내의 배기 온도를 검출할 수 있도록 온도 센서를 장비하고, 상기 온도 센서의 검출자가 배기가스 흐름의 형성 개소에 배치되도록 구성하여 되는 배기 정화장치.
2. 제 1 항에 있어서, 입구측의 분산판의 연통 구멍의 직후에 온도 센서의 검출자가 배치되어 있는 배기 정화장치.
3. 제 1 항에 있어서, 출구측의 분산판의 연통 구멍의 직전에 온도 센서의 검출자가 배치되어 있는 배기 정화장치.
4. 제 2 항에 있어서, 출구측의 분산판의 연통 구멍의 직전에 온도 센서의 검출자가 배치되어 있는 배기 정화장치.
5. 제 1 항에 있어서, 수용 공간 내의 파티큘레이트 필터의 전단에 산화촉매가 배치되고, 상기 산화촉매와 파티큘레이트 필터의 사이에 있어서의 배기가스 흐름의 형성 개소에 온도 센서의 검출자가 배치되어 있는 배기 정화장치.
6. 제 2 항에 있어서, 수용 공간 내의 파티큘레이트 필터의 전단에 산화촉매가 배치되고, 상기 산화촉매와 파티큘레이트 필터 사이에 있어서의 배기가스 흐름의 형성 개소에 온도 센서의 검출자가 배치되어 있는 배기 정화장치.
7. 제 3 항에 있어서, 수용 공간 내의 파티큘레이트 필터의 전단에 산화촉매가 배치되고, 상기 산화촉매와 파티큘레이트 필터 사이에 있어서의 배기가스 흐름의 형성 개소에 온도 센서의 검출자가 배치되어 있는 배기 정화장치.
8. 제 4 항에 있어서, 수용 공간 내의 파티큘레이트 필터의 전단에 산화촉매가 배치되고, 상기 산화촉매와 파티큘레이트 필터 사이에 있어서의 배기가스 흐름의 형성 개소에 온도 센서의 검출자가 배치되어 있는 배기 정화장치.

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