KR20090017966A - 디젤엔진의 배기장치 - Google Patents
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Abstract
[과제] 배기경로 안의 가연성가스를 확실하게 연소하게 할 수 있는 디젤엔진의 배기장치를 제공한다.
[해결 수단] 액체연료공급원(5)으로부터 가스생성기(3)에 액체연료(6)를 공급하고, 이 가스생성기(3)에서 액체연료(6)를 가연성가스(7)로 하며, 이 가스생성기(3)의 가연성가스 유출구(9)를, 디젤·파티큘레이트·필터(2)의 상류에서 배기경로(1)에 연통하게 하고, 가연성가스 유출구(9)로부터 유출한 가연성가스(7)를 배기(10) 중의 산소로 연소하게 하여, 그 연소열로 가온된 배기(10)로 상기 필터(2)에 모인 배기미립자를 연소하게 할 수 있도록 한, 디젤엔진의 배기장치에 있어서, 가스생성기(3)에 촉매실(51)을 구비하고 이 촉매실(51) 내에 촉매(4)를 수용하여, 촉매실(51) 내에서 촉매연소열을 발생하게 하며, 이 촉매실(51)을 배기경로 둘레벽(1a)의 외주를 따라 설치하였다.
디젤엔진, 촉매실, 배기가스 통로, 필터, 가연성 가스, 가스생성기, 디젤 파티큘레이트 필터, 가연성 가스 유출구, 방열벽, 둘레벽
Description
본 발명은 디젤엔진의 배기장치에 관한 것으로, 자세하게는, 배기경로 안의 가연성가스를 확실하게 연소하게 할 수 있는 디젤엔진의 배기장치에 관한 것이다.
종래의 디젤엔진의 배기장치로서, 본 발명과 마찬가지로, 액체연료공급원으로부터 가스생성기에 액체연료를 공급하고, 이 가스생성기에서 액체연료를 가연성가스로 하며, 이 가스생성기의 가연성가스 유출구를, 디젤·파티큘레이트·필터(diesel particulate filter)의 상류에서 배기경로에 연통하게 하여, 가연성가스 출구로부터 유출한 가연성가스를 배기 속의 산소로 연소하게 하며, 그 연소열로 가온(加溫)된 배기로 상기 필터에 모인 배기미립자를 연소하게 할 수 있도록 한 것이 있다.
이런 종류의 배기장치에서는, 배기온도가 낮은 경부하(輕負荷) 운전중에도, 배기경로 안의 가연성가스의 연소열로 필터에 유입하는 배기 온도를 높여 배기미립자를 연소하게 하여, 필터를 재생할 수 있는 이점이 있는 것으로 되어 있다.
그러나, 상기 종래의 배기장치에서는, 배기경로 안의 열이 배기경로 둘레벽으로부터 방열되는 것을 억제하는 수단이 없기 때문에, 문제가 생기고 있다.
상기 종래 기술에서는, 다음의 문제가 있다.
《문제》배기경로 안의 가연성가스가 연소하지 않는 경우가 있다.
배기경로 안의 열이 배기경로 둘레벽으로부터 방열되는 것을 억제하는 수단이 없기 때문에, 가연성가스의 온도가 저하하고, 배기경로 안의 가연성가스가 연소하지 않는 경우가 있다.
본 발명은, 상기 문제점을 해결할 수 있는 디젤엔진의 배기장치, 즉, 배기경로 안의 가연성가스를 확실하게 연소하게 할 수 있는 디젤엔진의 배기장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
청구항 1과 관련된 발명의 발명특정사항은, 다음과 같다.
도 1, 도 2, 도 5에 예시된 바와 같이, 액체연료공급원(5)으로부터 가스생성기(3)에 액체연료(6)를 공급하고, 이 가스생성기(3)에서 액체연료(6)를 가연성가스(7)로 하며, 이 가스생성기(3)의 가연성가스 유출구(9)를, 디젤·파티큘레이트·필터(2)의 상류에서 배기경로(1)에 연통하게 하여, 가연성가스 유출구(9)로부터 유출한 가연성가스(7)를 배기(10) 중의 산소로 연소하게 하고, 그 연소열로 가온된 배기(10)로 상기 필터(2)에 모인 배기미립자를 연소하게 할 수 있도록 한 디젤엔진의 배기장치에 있어서,
도 2, 도 3, 도 6에 예시된 바와 같이, 가스생성기(3)에 촉매실(51)을 구비 하고, 이 촉매실(51) 내에 촉매(4)를 수용하여, 촉매실(51) 내에서 촉매연소열을 발생하게 하며, 이 촉매실(51)을 배기경로 둘레벽(1a)의 외주를 따라 설치되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기장치.
(청구항1과 관련된 발명)
《효과》배기경로 안의 가연성가스를 확실하게 연소하게 할 수 있다.
도 2, 도 3, 도 5에 예시된 바와 같이, 가스생성기(3)에 촉매실(51)을 구비하고, 이 촉매실(51) 내에 촉매(4)를 수용하여, 촉매실(51) 내에서 촉매연소열을 발생하게 하며, 이 촉매실(51)을 배기경로 둘레벽(1a)의 외주를 따라 설치됨으로써, 배기경로(1) 안의 열이 배기경로 둘레벽(1a)으로부터 방열되는 문제가, 촉매실(51)에 의해서 제지되어, 가연성가스(7)의 온도가 높게 유지된다. 이 때문에, 배기경로(1) 안의 가연성가스(7)를 확실하게 연소하게 할 수 있다.
《효과》배기장치를 컴팩트하게 형성할 수 있다.
도 2, 도 3, 도 6에 예시된 바와 같이, 촉매실(51)을 배기경로 둘레벽(1a)의 외주를 따라 설치함으로써, 배기장치를 컴팩트하게 형성할 수 있다.
《효과》가연성가스 유출구로부터 배기경로로의 배관을 생략하거나, 혹은 짧게 할 수 있다.
도 2, 도 3, 도 6에 예시된 바와 같이, 촉매실(51)을 배기경로 둘레벽(1a)의 외주를 따라 설치함으로써, 가연성가스 유출구(9)로부터 배기경로(1)로의 배관을 생략하거나, 혹은 짧게 할 수 있다.
(청구항 2와 관련된 발명)
청구항 1과 관련된 발명의 효과에 부가하여, 다음의 효과를 얻는다.
《효과》배기경로 안의 가연성가스를 연소하게 하는 기능이 높다.
도 2, 도 3, 도 6에 예시된 바와 같이, 촉매실(51)을 배기경로 둘레벽(1a)의 둘레방향 전역을 따라 설치함으로써, 배기경로 둘레벽(1a)으로부터의 방열을 억제하는 기능이 우수하고, 배기경로(1) 안의 가연성가스(7)를 연소하게 하는 기능이 우수하다.
《효과》배기장치를 더 컴팩트하게 형성할 수 있다.
도 2, 도 3, 도 6에 예시된 바와 같이, 촉매실(51)을 배기경로 둘레벽(1a)의 전 둘레를 따라 설치함으로써, 배기장치를 더 컴팩트하게 형성할 수 있다.
(청구항 3과 관련된 발명)
청구항 1 또는 청구항 2와 관련된 발명의 효과에 부가하여, 다음의 효과를 얻는다.
《효과》배기의 온도가 낮은 경우에서도, 배기경로 안의 가연성가스를 더 확실하게 연소하게 할 수 있다.
도 2, 도 6에 예시된 바와 같이, 촉매실(51) 내에서 가온된 가연성가스(7)와 배기(10)의 일부(10a)를 가연성가스 혼합통로(15)에서 혼합하게 하고, 착화수단(45)으로 가연성가스(7)에 착화할 수 있도록 함으로써, 배기(10)의 온도가 낮은 경우에서도, 배기(10)의 전량(全量)을 가연성가스(7)와 혼합하게 하는 경우에 비해, 가연성기체(7)의 온도가 좀처럼 내려가지 않아, 착화수단(45)에 의해 가연성가 스(7)에 확실하게 착화하게 할 수 있다. 이 때문에, 배기경로(1) 중의 가연성가스(7)를 더 확실하게 연소하게 할 수 있다.
(청구항 4와 관련된 발명)
청구항 3과 관련된 발명의 효과에 부가하여, 다음의 효과를 얻는다.
《효과》가연성가스의 연소를 확실하게 행하게 할 수 있다.
도 2, 도 5에 예시된 바와 같이, 가연성가스 혼합통로(15)의 통로 단면적을 유로방향을 따라 변화하게 함으로써, 가연성가스(7)와 배기(10)의 일부(10a)로 이루어지는 혼합가스(67)의 유속이 가연성가스 혼합통로(15) 안에서 변화하여, 혼합가스(67)의 화염 전파(傳播)속도보다 혼합가스(67)의 통과속도가 늦어지는 부분이 생긴다. 이 때문에, 가연성가스 혼합통로(15) 안에서 발생한 연소화염이 좀처럼 소실하지 않아, 가연성가스(7)의 연소를 확실하게 행하게 할 수 있다.
(청구항 5와 관련된 발명)
청구항 4와 관련된 발명의 효과에 부가하여, 다음의 효과를 얻는다.
《효과》가연성가스(7)의 연소를 확실하게 행하게 할 수 있다.
도 2, 도 5에 예시한 바와 같이, 가연성가스 혼합통로(15)의 통로 단면적이 하류로 갈수록 커지도록 함으로써, 하류로 갈수록 혼합가스(67)의 통과속도가 늦어져, 가연성가스 혼합통로(15)의 상류측으로 발생한 연소화염이 하류에서 확실하게 유지된다. 이 때문에, 가연성가스(7)의 연소를 확실하게 행하게 할 수 있다.
(청구항 6과 관련된 발명)
청구항 3 내지 청구항 5 중 어느 하나에 관련된 발명의 효과에 부가하여, 다 음의 효과를 얻는다.
《효과》출구측 플랜지와 입구측 플랜지의 접속부분의 봉쇄성이 우수하다.
도 2 또는 도 5에 예시된 바와 같이, 배기경로(1)의 내측에 통형상 벽(1d)을 구비하고, 이 통형상 벽(1d)과 배기경로 둘레벽(1a) 사이, 및 통형상 벽(1d)과 출구측 플랜지(1c) 사이에 단열공간(1e)을 형성함으로써, 배기(10)나 가연성가스(7)의 열이 통형상 벽(1d)과 단열공간(1e)에 의해서 차단된다. 이 때문에, 이러한 열에 의한 출구측 플랜지(1c)와 입구측 플랜지(11c)의 과열이 억제되어, 출구측 플랜지(1c)와 입구측 플랜지(11c)의 접속부분의 봉쇄성이 우수하다.
(청구항 7과 관련된 발명)
청구항 3 내지 청구항 6 중 어느 하나에 관련된 발명의 효과에 부가하여, 다음의 효과를 얻는다.
《효과》배기경로 안의 가연성가스의 착화의 실패가 좀처럼 일어나지 않는다.
도 2에 예시한 바와 같이, 착화수단(45)이 착화용 전기히터(45a)이므로, 스파크 플러그와 같이 전극에 카본이 부착하여 불꽃이 튀지않아서, 가연성가스(7)의 착화에 실패한다고 하는 사태가 발생하지 않아, 배기경로(1) 안의 가연성가스(7)의 착화의 실패가 좀처럼 일어나지 않는다.
(청구항 8과 관련된 발명)
청구항 3 내지 청구항 6 중 어느 하나에 관련된 발명의 효과에 부가하여, 다음의 효과를 얻는다.
《효과》배기경로 안의 가연성가스를 확실하게 연소하게 할 수 있다.
도 5에 예시된 바와 같이, 촉매실(51)을 따라 설치된 배기경로 둘레벽(1a)을 방열벽(8)으로 하고, 이 방열벽(8)을 착화수단(45)으로 함으로써, 배기경로(1) 안의 가연성가스(7)를 확실하게 연소하게 할 수 있다.
(청구항 9와 관련된 발명)
청구항 3 내지 청구항 8 중 어느 하나에 관련된 발명의 효과에 부가하여, 다음의 효과를 얻는다.
《효과》배기경로 안의 가연성가스를 확실하게 연소하게 하는 기능이 우수하다.
도 1에 예시된 바와 같이, 착화수단(45)의 하류에서 상기 필터(2)의 상류에 산화촉매(12)를 배치함으로써, 착화수단(45)의 착화로 연소하지 않은 가연성가스(7)는, 산화촉매(12)에 의해 연소하게 할 수 있다. 이 때문에, 배기경로(1) 안의 가연성가스(7)를 확실하게 연소하게 하는 기능이 우수하다.
(청구항 10과 관련된 발명)
청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 하나에 관련된 발명의 효과에 부가하여, 다음의 효과를 얻는다.
《효과》촉매실에서의 가스생성의 효율이 높아진다.
도 4(B)에 예시된 바와 같이, 촉매실(51)의 촉매연소열을 열전도체(58)로 연료노즐(53)에 전달할 수 있도록 함으로써, 액체연료(6)의 기화가 촉진되어 균일한 혼합기(56)가 촉매실(51)에 공급되어 촉매실(51)에서의 가스생성의 효율이 높아진 다.
《효과》촉매연소열을 균일한 혼합기의 형성에 이용할 수 있다.
도 4(B)에 예시된 바와 같이, 촉매실(51)의 촉매연소열을 열전도체(58)로 연료노즐(53)에 전달할 수 있도록 함으로써, 촉매연소열의 발생 중은, 촉매연소열을 균일한 혼합기(56)의 형성에 이용할 수 있다.
(청구항 11과 관련된 발명)
청구항 10과 관련된 발명의 효과에 부가하여, 다음의 효과를 얻는다.
《효과》촉매실에서의 가스생성효율이 높아지는 기능이 우수하다.
도 4(B)에 예시된 바와 같이, 열전도체(58)의 노출면(58a)을, 촉매실 입구(51a)을 향하는 위치에 배치하여, 혼합실 출구(57)로부터 유출한 액체연료(6)가 이 열전도체(58)의 노출면(58a)에 접촉하도록 함으로써, 혼합실(55)에서 기화하지 않고 남은 액체연료(6)를 열전도체(58)의 노출면(58a)에서 기화하게 할 수 있다. 이 때문에, 액체연료(6)의 기화가 촉진되고, 균일한 혼합기(56)가 촉매실(51)에 공급되어 촉매실(51)에서의 가스생성 효율이 높아지는 기능이 우수하다.
(청구항 12와 관련된 발명)
청구항 11과 관련된 발명의 효과에 부가하여, 다음의 효과를 얻는다.
《효과》촉매실에서의 가스생성 개시를 신속하게 행할 수 있다.
도 4(B)에 예시된 바와 같이, 열전도체(58)에 전기히터(65)를 접촉하게 하여, 가연성가스 생성개시시에 전기히터(65)로 열전도체(58)를 가열할 수 있도록 함으로써, 촉매연소열이 발생하지 않은 가연성가스 생성개시시에, 전기히터(65)로 열 전도체(58)를 가열할 수 있다. 이 때문에, 촉매실(51)에서의 가스생성 개시를 신속하게 행할 수 있다.
(청구항 13과 관련된 발명)
청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 하나에 관련된 발명의 효과에 부가하여, 다음의 효과를 얻는다.
《효과》배기장치를 컴팩트화할 수 있다.
도 4(B)에 예시된 바와 같이, 촉매(4)의 담체(4a)에 입체그물코 형상의 혼합기 통과경로를 형성함으로써, 촉매실(51)의 용적을 작게 할 수 있어 배기장치를 컴팩트화할 수 있다.
(청구항 14와 관련된 발명)
청구항 13과 관련된 발명의 효과에 부가하여, 다음의 효과를 얻는다.
《효과》입체그물코 형상의 혼합기 통과경로를 용이하게 형성할 수 있다.
도 4(C)에 예시된 바와 같이, 담체(4a)에 펠릿형상 담체를 사용하여, 이웃하는 담체(4a)(4a) 사이의 간극에 입체그물코 형상의 혼합기 통과경로를 형성함으로써, 촉매실(51)에 촉매(4)를 충전물하는 것만으로 입체그물코 형상의 혼합기 통과경로를 용이하게 형성할 수 있다.
《효과》촉매실로의 촉매의 충전이 용이하게 된다.
도 4(C)에 예시된 바와 같이, 담체(4a)에 펠릿형상 담체를 사용함으로써, 촉매실(51)로의 촉매의 충전이 용이하게 된다.
(청구항 15와 관련된 발명)
청구항 13과 관련된 발명의 효과에 부가하여, 다음의 효과를 얻는다.
《효과》담체의 내열성이 우수하다.
도 4(C)에 예시된 바와 같이, 담체(4a)에 펠릿 형상 세라믹을 사용함으로써, 담체(4a)의 내열성이 우수하다.
《효과》진동에 의한 담체의 파손을 방지할 수 있다.
도 4(C)에 예시된 바와 같이, 담체(4a)에 금속재질 스프링(66)을 혼합하여 촉매실(51)에 수용하고, 이 금속재질 스프링(66)을 담체(4a)의 쿠션으로 함으로써, 진동에 의한 담체(4a)의 파손을 방지할 수 있다.
(청구항 16과 관련된 발명)
청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 하나에 관련된 발명의 효과에 부가하여, 다음의 효과를 얻는다.
《효과》배기장치를 저(低)비용으로 제조할 수 있다.
도 1에 예시된 바와 같이, 액체연료(6)로서, 디젤엔진의 연료탱크(5a)로부터의 연료를 사용하고, 액체연료(6)에 공기(44)를 혼입하게 함에 있어, 이 공기(44)로서 과급기(39)로부터의 공기를 사용함으로써, 과급기가 부착된 디젤엔진의 연료탱크(5a)와 과급기(39)를, 가스생성기(3)의 연료공급원 및 공기공급원으로 겸용할 수 있어 배기장치를 저비용으로 제조할 수 있다.
(청구항 17과 관련된 발명)
청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 하나에 관련된 발명의 효과에 부가하여, 다음의 효과를 얻는다.
《효과》가연성가스의 연소열을 안정적으로 얻을 수 있다.
촉매실(51)에서 액체연료(6)를 기화하게 하는 것으로, 이 액체연료(6)를 가연성가스(7)로 하도록 함으로써, 부분산화와 같은 반응에 비해, 가연성가스(7)의 성분비율의 변동이 적어, 가연성가스(7)의 연소열을 안정적으로 얻을 수 있다.
(청구항 18과 관련된 발명)
청구항 1 내지 청구항 16 중 어느 하나에 관련된 발명의 효과에 부가하여, 다음의 효과를 얻는다.
《효과》배기온도가 낮은 경우라도, 가연성가스를 연소하게 할 수 있다.
촉매실(51)에서 액체연료(6)를 부분산화하게 하는 것으로, 액체연료(6)를 일산화탄소와 수소를 포함하는 가연성가스(7)로 개질함으로써, 가연성가스(7)가 비교적 낮은 온도에서도 발화하고, 배기(10)의 온도가 낮은 경우에서도, 가연성가스(7)를 연소하게 할 수 있다.
본 발명의 실시 형태를 도면에 근거하여 설명한다. 도 1~도 4는 본 발명의 제1 실시 형태와 관련된 디젤엔진의 배기장치를 설명하는 도면이고, 도 5는 제2 실시 형태와 관련된 디젤엔진의 배기장치를 설명하는 도이다.
본 발명의 제1 실시 형태의 개요는, 다음과 같다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 액체연료공급원(5)으로부터 가스생성기(3)에 액체연료(6)를 공급하고, 이 가스생성기(3)에서 액체연료(6)를 가연성가스(7)로 하며, 이 가스생성기(3)의 가연성가스 유출구(9)를, 디젤 파티큘레이트필터(diesel- particulate-filter)(2)의 상류에서 배기경로(1)에 연통하게 하고, 가연성가스 유출구(9)로부터 유출한 가연성가스(7)를 배기(10) 중의 산소로 연소하게 하여, 그 연소열로 가온된 배기(10)로 상기 필터(2)에 모인 배기미립자(排氣微粒子)를 연소하게 할 수 있도록 되어 있다. 이 배기장치는, 디젤엔진의 배기 매니폴드의 배기출구(36)에 접속되어 있다. 디젤 파티큘레이트필터(2)는, 일반적으로 DPF라고 불리는 것으로, 세라믹의 벌집 형상 구조체이다. 디젤 파티큘레이트필터(2)에는, 산화촉매를 담지(擔持)하게 하고 있다. 필터(2)에는 NOx 흡장촉매(吸藏觸媒)를 담지하게 하여도 좋다.
가스생성기의 특징은, 다음과 같다.
도 2, 도 3에 나타낸 바와 같이, 가스생성기(3)에 촉매실(51)을 구비하고, 이 촉매실(51) 내에 촉매(4)를 수용하며, 촉매실(51) 내에서 촉매연소열을 발생하게 하고, 이 촉매실(51)을 배기경로 둘레벽(1a)의 외주를 따라 설치한다.
이 촉매실(51)을 배기경로 둘레벽(1a)의 둘레방향 전역을 따라 설치되도록 하고 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 촉매실(51)을 따라 설치된 배기경로 둘레벽(1a) 안에 구획벽(14)을 구비하고, 이 구획벽(14)으로 배기경로(1) 안을 가연성가스 혼합통로(15)와 배기통과로(16)를 구분하며, 가연성가스 혼합통로(15)의 시단부(始端部)(15a)에 가연성가스 유출구(9)를 연통하게 하고, 가연성가스 혼합통로(15)의 종단부(15b)에 착화수단(45)을 배치하고 있다.
이로써, 촉매실(51) 내에서 가온된 가연성가스(7)와 배기(10)의 일부(10a)를 가연성가스 혼합통로(15)에서 혼합하게 하고, 착화수단(45)으로 가연성가스(7)에 착화할 수 있도록 되어 있다. 착화수단(45)은 가연성가스 혼합통로(15) 안으로부터 그 종단부(15b) 직후까지의 영역 안의 소정 개소에 배치하면 된다. 착화수단(45)은 착화용 전기히터(45a)로서, 구체적으로는 시이즈형 글로우플러그를 이용하고 있다. 시이즈형 글로우플러그는, 발열선을 내열성 튜브에 넣은 것이다.
구획벽(14)은 원통형으로서, 선단부를 원추대(圓錐臺)형으로 하고, 이 선단부로 배기경로(1) 안을 외측의 가연성가스 혼합통로(15)와 내측의 배기통과로(16)로 구분하며, 가연성가스 혼합통로(15)의 시단부(15a) 위치에서, 구획벽(14)에 복수의 배기분류구(排氣分流口)(16a)를 구비하여, 이 배기분류구(16a)를 통해 배기통과로(16)를 통과하는 배기(10)의 일부(10a)가 가연성가스 혼합통로(15)에서 분류된다. 또한, 도 2 및 도 4(A)에 나타낸 바와 같이, 통형상 벽(1d)은 원통형이다. 즉, 가연성가스 혼합통로(15)의 통로 단면적은 유로방향을 따라 변화하여, 가연성가스 혼합통로(15)의 통로 단면적은 하류로 갈수록 커진다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 착화수단(45)의 하류이자 상기 필터(2)의 상류에 산화촉매(12)를 배치하고 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 배기경로 둘레벽(1a)의 하류측 단부에 출구측 플랜지(1c)를 구비하고, 상기 필터(2)를 수용하는 필터수용케이스(11)에 입구측 플랜지(11c)를 구비하며, 이 필터수용케이스(11)의 입구측 플랜지(11c)에 배기경로 둘레벽(1a)의 출구측 플랜지(1c)를 접속함에 있어, 배기경로(1)의 내측에 통형상 벽(1d)을 구비하여, 이 통형상 벽(1d)과 배기경로 둘레벽(1a) 사이, 및 통형상 벽(1d)과 출구측 플랜지(1c) 사이에 단열공간(1e)을 형성하고 있다.
믹서의 특징은, 다음과 같다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 촉매실(51)의 상방(즉 촉매실입로(51a) 측)에 믹서(52)를 배치하고, 도 4(B)에 나타낸 바와 같이, 연료노즐(53)로부터 공급한 액체연료(6)와 공기(44)를 혼합실(55)에서 혼합하게 하여, 혼합기(56)를 혼합실 출구(57)로부터 촉매실 입구(51a)에 공급함에 있어, 촉매실(51)의 촉매연소열을 열전도체(58)로 연료노즐(53)에 전달할 수 있도록 되어 있다.
열전도체(58)의 노출면(58a)을, 촉매실 입구(51a)을 향한 위치에서, 혼합실 출구(57)의 하방에 배치하고, 혼합실 출구(57)로부터 낙하한(즉 유출한) 액체연료(6)가 이 열전도체(58)의 노출면(58a)에 접촉하도록 되어 있다.
열전도체(58)에 전기히터(65)를 접촉하게 하여, 가연성가스 생성개시시에, 전기히터(65)로 열전도체(58)를 가열할 수 있도록 하고 있다.
도 4(A)에 나타낸 바와 같이, 혼합실(55)은 링 형상으로 형성되고, 연료노즐(53)은 혼합실(55)의 바닥부에 둘레방향으로 일정 간격을 유지한 복수의 연료분출구(53a)를 개구하고 있다. 혼합실(55)의 바닥부에는, 연료분사구(53a)로부터 하향으로 경사된 사면(斜面)(53b)을 구비하고, 이 사면(53b)의 내리막 종단에 링 형상의 혼합실 출구(57)를 형성하고 있다. 복수의 연료분출구(53a)로부터 분출한 액체연료(6)는, 사면(53b)을 따라 흐르면서 혼합실(51)을 선회하는 공기(44)와 혼합하여, 도 4(B)에 나타낸 바와 같이, 혼합기(56)로 되어, 혼합실 출구(57)로부터 연소실 입구(51a)를 향해 유출한다.
촉매의 특징은, 다음과 같다.
도 4(B)에 나타낸 바와 같이, 촉매(4)의 담체(4a)에 입체그물코 형상의 혼합기 통과경로를 형성하고 있다.
담체(4a)에 세라믹을 사용하여, 담체(4a)의 내부조직으로 입체그물코 형상의 혼합기 통과경로를 형성하고 있다.
도 4(C)에 나타낸 바와 같이, 담체(4a)에 펠릿형상 담체, 예를 들면, 펠릿 형상 세라믹을 사용하여 이웃하는 담체(4a)(4a) 사이의 간극에 입체그물코 형상의 혼합기 통과경로를 형성하여도 좋다. 이 경우, 담체(4a)에 금속재질 스프링(66)을 혼합하여 촉매실(51)에 수용하고, 이 금속재질 스프링(66)을 담체(4a)의 쿠션으로 하는 것이 바람직하다. 담체(4a)로는 알루미나 펠릿을 사용한다. 금속재질 스프링(66)은 원통형이 바람직하다. 알루미나 펠릿과의 형상의 유사성에 의하고, 알루미나 펠릿과 혼합하기 쉽기 때문이다. 금속재질 스프링(66)의 소재는 텅스텐이다. 텅스텐의 금속재질 스프링(66)에는 산화방지를 위해, 금도금을 실시한다.
액체연료와 공기공급의 특징은, 다음과 같다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 액체연료(6)로서 디젤엔진의 연료탱크(5a)로부터의 연료를 사용하고, 액체연료(6)에 공기(44)를 혼입함에 있어서, 이 공기(44)로서 과급기(39)로부터의 공기(44)를 사용하도록 하고 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 액체연료 공급로(46)에 액체연료밸브(40)를 구비하고, 공기공급로(38)에 공기밸브(41)를 구비하며, 각 밸브(40)(41)를 제어기(42)를 통해 배압(背壓)센서(43)에 연계하게 하고 있다. 필터(2)에 배기미립자가 모였 을 경우에는, 배압이 상승하기 때문에, 배압센서(43)로 이를 검출한 것에 기초하여, 제어기(42)가 액체연료밸브(40)와 공기밸브(41)를 개방하여, 가스생성기(3)에 액체연료(6)와 공기(44)를 공급하고, 촉매실(51)에서 액체연료(6)를 기화하게 함으로써, 액체연료(6)를 가연성가스(7)로 하여, 이 가연성가스(7)를 배기경로(1) 안에 공급한다.
가연성가스의 생성개시시에는, 제어기(42)가 전기히터(65)에 통전(通電)을 하고, 소정시간 경과 후에는, 타이어로 전기히터(65)로의 통전을 정지한다.
이 실시 형태에서는, 촉매실(51)에서 액체연료(6)를 기화하게 함으로써, 이 액체연료(6)를 가연성가스(7)로 하도록 하고 있다.
촉매실(51) 내의 촉매(4)는 산화촉매로서, 액체연료(6)의 일부를 산화하게 하여, 그 연소열로 나머지의 액체연료(6)를 기화하게 한다. 공기(44)와 액체연료(6)의 혼합비, 즉 공연비 0/C는 0.6 전후의 0.4~0.8의 범위로 설정한다. 촉매성분은 백금계의 것이다.
액체연료(6)를 증발하게 하는 것에 대신하고, 액체연료(6)를 개질(改質)하여도 좋다. 즉, 촉매실(51)에서 액체연료(6)를 부분산화하게 함으로써, 이 액체연료(6)를 일산화탄소와 수소를 포함한 가연성가스(7)로 개질하도록 하여도 좋다.
이 경우에는, 촉매실(51) 내의 촉매(4)로서 산화촉매를 대신하여 부분산화촉매를 사용한다. 공기(44)와 액체연료(6)의 혼합비, 즉 공연비 O/C는, 1.3 전후의 1.0~1.6의 범위로 설정한다.
촉매 성분은, 팔라듐, 로듐 계(系)의 것이다.
필터수용케이스의 구체적 구성은, 다음과 같다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 양단(兩端)에 단벽(端壁)(17)(18)을 갖춘 통 형상의 필터수용케이스(11)를 사용하고, 이 필터수용케이스(11)의 축 길이방향을 전후방향으로 하여, 필터(2)의 입구(2a) 측을 앞, 출구(2b) 측을 뒤로 하며, 필터수용케이스(11) 안에서 필터(2)의 전방에 배기입구실(19)을, 필터(2)의 후방에 배기출구실(20)을 각각 구비하고, 이 배기입구실(19)에 배기입구관(21)을, 이 배기출구실(20)에 배기출구관(22)을 각각 연통하게 하고 있다.
이 배기입구관(21)을 상기 필터수용케이스(11)의 직경방향을 따라 배기입구 실(19) 내에 삽입하고, 이 배기입구관(21)과 배기매니폴드의 배기출구(36)와의 사이에 배기관(1b)을 구비하며, 이 배기관(1b)의 외주에 촉매실(51)을 따라 설치하고 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 필터수용케이스(11)로서 배기머플러(28)를 사용하고, 배기입구실(19)을 제1 팽창실(29)로 구성하며, 배기출구실(20)을 최종팽창 실(30)로 구성하고, 배기입구관(21)을 제1 팽창실(29)의 배기도입관(31)으로 구성하며, 배기출구관(22)을 최종팽창실(30)의 배기도출관(32)으로 구성하고 있다.
가연성가스의 생성과 기능은, 다음과 같다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 가스생성기(3)에 액체연료(6)와 공기(44)가 공급 되면, 도 4(B)에 나타낸 바와 같이, 믹서(52)의 혼합실(55)에서 액체연료(6)가 공기(44)와 혼합하여, 혼합기(56)로 되어 촉매실(51) 내로 유입한다. 이 액체연료(6)의 일부는 촉매실(51) 내에서 산화(촉매연소)되고, 그 산화열(연소)에 의해 나머지 의 액체연료(6)가 기화하여, 고온의 가연성가스(7)로 된다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 고온의 가연성가스(7)는, 가연성가스 유출구(9)로부터 가연성가스 혼합통로(15) 안에 공급된다. 한편, 배기경로(1) 안을 통과하는 배기(10)의 일부(10a)가 가연성가스 혼합통로(15) 안에 유입하여, 고온의 가연성가스(7)와 혼합된다. 가연성가스(7)는, 배기(10) 일부(10a)의 온도가 높으면 그 열에 의해 착화되고, 그 온도가 낮으면 착화용 전기히터(4)를 발열하게 함으로써 그 열에 의해서 착화된다. 가연성가스(7)는 혼합 한 배기(10)의 일부(10a) 중의 산소에 의해서 산화(연소)되고, 그 산화열(연소열)에 의해 혼합된 배기(10)의 일부(10a)를 가온한다. 또한, 배기(10)의 잔부(10b)는, 배기통과로(16)를 통과하여, 가온된 배기(10)의 일부(10a)와 혼합하여, 가온된다. 착화용 전기히터(45a)의 착화로 연소하지 않은 가연성가스(7)는, 산화촉매(12)를 통과할 때, 그 산화에 의해서 연소하여, 배기(10)의 온도를 높인다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 배기(10)는 산화촉매(12)로부터 화살표(60)와 같이 유출하고, 또한, 배기도입관(31)의 출구구멍(47)으로부터 유출하여, 제1 팽창실(29)에 유입한 후, 화살표(62)와 같이 필터(2)에 그 입구(2a)로부터 유입하여, 필터(2) 안을 통과한다. 필터(2) 안을 통과한 배기는, 화살표(63)와 같이 필터(2)의 출구(2b)로부터 최종팽창실(30) 내로 유입한 후, 배기도출관(32)의 입구구멍(48)으로부터 배기도출관(32) 내에 유입하여, 화살표(64)와 같이 배기도출관(32)으로부터 유출한다.
제2 실시 형태는, 제1 실시 형태와 다음의 사항이 상이하다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 착화수단(45)으로서 방열벽(8)을 사용하였다.
즉, 촉매실(51)을 따라 설치된 배기경로 둘레벽(1a)을 방열벽(8)으로 하고, 촉매실(51) 내에서 가온된 가연성가스(7)와 배기(10)를 배기경로(1)에서 혼합하게 하며, 이 혼합가스에 촉매실(51) 내에서 발생한 촉매연소열을 방열벽(8)으로부터 방열하여, 방열벽(8)을 착화수단(45)으로서 가연성가스(7)에 착화할 수 있도록 하였다.
이 구성에 의해, 배기경로(1) 안의 가연성가스를 확실하게 연소하게 할 수 있다.
촉매실(51)은 배기경로 둘레벽(1a)의 둘레방향 전역을 따라, 배기경로 둘레벽(1a)의 둘레방향 전역에 방열벽(8)을 형성하고 있다.
촉매실(51)을 따라 배기경로 둘레벽(1a) 안에 구획벽(14)을 구비하고, 이 구획벽(14)으로 배기경로(1) 안을 가연성가스 혼합통로(15)와 배기통과로(16)로 구분하며, 가연성가스 혼합통로(15)의 입구(15a)에 가연성가스 유출로(9)를 연통하게 하고, 가연성가스 혼합통로(15) 안에 방열벽(8)을 배치하며, 촉매실(51) 내에서 가온된 가연성가스(7)와 배기(10)의 일부(10a)를 가연성가스 혼합통로(15)에서 혼합하게 하여, 방열벽(8)으로 가연성가스(7)에 착화할 수 있도록 하였다.
다른 구성과 기능은, 제1 실시 형태와 같다. 도 5 중, 제1 실시 형태와 동일한 요소에는, 동일한 부호를 붙여 둔다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태와 관련된 디젤엔진의 배기장치의 종단면도이다.
도 2는 도 1의 배기장치의 가스생성기와 그 주위의 종단면도이다.
도 3은 도 2의 III－III선 단면도이다.
도 4에서, 도 4(A)는 도 2의 IVA－lVA선 단면도이고, 도 4(B)는 도 2의 IVB 화살표 부분의 확대도, 도 4(C)는 산화촉매의 변형예의 설명도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시 형태와 관련된 디젤엔진의 배기장치의 도 2 상당 도이다.
Claims (18)
- 액체연료공급원(5)으로부터 가스생성기(3)에 액체연료(6)를 공급하고, 이 가스생성기(3)로 액체연료(6)를 가연성가스(7)로 하며, 이 가스생성기(3)의 가연성가스 유출구(流出口)(9)를, 디젤·파티큘레이트·필터(diesel-particulate-filter)(2)의 상류(上流)에서 배기경로(1)에 연통(連通)하게 하여, 가연성가스 유출구(9)로부터 유출한 가연성가스(7)를 배기(10) 중의 산소로 연소하게 하며, 그 연소열로 가온(加溫)된 배기(10)로 상기 필터(2)에 모인 배기미립자를 연소하게 할 수 있도록 한, 디젤엔진의 배기장치에 있어서,가스생성기(3)에 촉매실(51)을 구비하고, 이 촉매실(51) 내에 촉매(4)를 수용하여, 촉매실(51) 내에서 촉매연소열을 발생하게 하며, 이 촉매실(51)을 배기경로 둘레벽(1a)의 외주(外周)를 따라 구비한 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기장치.
- 제1항에 있어서,촉매실(51)을 배기경로 둘레벽(1a)의 둘레방향 전역(全域)을 따라 구비한 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기장치.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,배기경로 둘레벽(1a) 안에 구획벽(14)을 구비하여, 이 구획벽(14)으로 배기 경로(1) 안을 가연성가스 혼합통로(15)와 배기통과로(16)로 구분하고, 가연성가스 혼합통로(15)의 시단부(始端部)(15a)에 가연성가스 유출구(9)를 연통하게 하여, 가연성가스 혼합통로(15) 안으로부터 그 종단부(終端部)(15b) 직후까지의 영역 안의 소정 개소에 착화(着火)수단(45)을 배치하며,촉매실(51) 내에서 가온된 가연성가스(7)와 배기(10)의 일부(10a)를 가연성가스 혼합통로(15)에서 혼합하게 하고, 착화수단(45)으로 가연성가스(7)에 착화할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기장치.
- 제3항에 있어서,가연성가스 혼합통로(15)의 통로 단면적(斷面績)을 유로(流路)방향을 따라 변화하게 하는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기장치.
- 제4항에 있어서,가연성가스 혼합통로(15)의 통로 단면적이 하류(下流)일수록 커지도록 한 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기장치.
- 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,배기경로 둘레벽(1a)의 하류측 단부에 출구측 플랜지(1c)를 구비하고, 상기 필터(2)를 수용하는 필터수용케이스(11)에 입구측 플랜지(11c)를 구비하며, 이 필터수용케이스(11)의 입구측 플랜지(11c)에 배기경로 둘레벽(1a)의 출구측 플랜 지(1c)를 접속함에 있어서,배기경로(1)의 내측에 통형상 벽(1d)을 구비하고, 이 통형상 벽(1d)과 배기경로 둘레벽(1a) 사이, 및 통형상 벽(1d)과 출구측 플랜지(1c) 사이에 단열공간(1e)을 형성한 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기장치.
- 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,착화수단(45)이 착화용 전기히터(45a)인 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기장치.
- 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,촉매실(51)을 따라 설치된 배기경로 둘레벽(1a)을 방열벽(8)으로 하고, 이 방열벽(8)을 착화수단(45)으로 한 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기장치.
- 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,착화수단(45)의 하류에서 상기 필터(2)의 상류에 산화촉매(12)를 배치한 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기장치.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,촉매실 입구(51a) 측에 믹서(52)를 배치하고, 연료노즐(53)로부터 공급한 액체연료(6)와 공기(44)를 혼합실(55)에서 혼합하게 하여, 혼합기(混合氣)(56)를 혼 합실 출구(57)로부터 촉매실 입구(51a)에 공급함에 있어서,촉매실(51)의 촉매연소열을 열전도체(58)로 연료노즐(53)에 전달할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기장치.
- 제10항에 있어서,열전도체(58)의 노출면(露出面)(58a)을, 촉매실 입구(51a)를 향하는 위치에 배치하여, 혼합실 출구(57)로부터 유출한 액체연료(6)가 이 열전도체(58)의 노출면(58a)에 접촉하도록 한 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기장치.
- 제11항에 있어서,열전도체(58)에 전기히터(65)를 접촉하게 하여, 가연성가스생성 개시시에, 전기히터(65)로 열전도체(58)를 가열할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기장치.
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,촉매(4)의 담체(擔體)(4a)로 입체그물코 형상의 혼합기 통과경로를 형성한 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기장치.
- 제13항에 있어서,담체(4a)에 펠릿(pellet)형상 담체를 사용하고, 이웃하는 담체(4a)(4a) 사이 의 간극에 입체그물코 형상의 혼합기 통과경로를 형성한 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기장치.
- 제13항에 있어서,담체(4a)에 펠릿 형상 세라믹을 사용하고, 이웃하는 담체(4a) 사이의 간극에 입체그물코 형상의 혼합기 통과경로를 형성함에 있어, 담체(4a)(4a)에 금속재질 스프링(66)을 혼합하여 촉매실(51)에 수용하고, 이 금속재질 스프링(66)을 담체(4a)의 쿠션으로 한 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기장치.
- 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서.액체연료(6)로서 디젤엔진의 연료탱크(5a)로부터의 연료를 사용하고, 액체연료(6)에 공기(44)를 혼입하게 함에 있어서,이 공기(44)로서 과급기(39)로부터의 공기(44)를 사용하도록 한 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기장치.
- 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,촉매실(51)에서 액체연료(6)를 기화하게 함으로써, 이 액체연료(6)를 가연성가스(7)로 하도록 한 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기장치.
- 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,촉매실(51)에서 액체연료(6)를 부분산화(部分酸化)하게 함으로써, 이 액체연료(6)를 일산화탄소와 수소를 포함하는 가연성가스(7)로 개질(改質)하도록 한 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기장치.
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