KR20090119682A - 디젤엔진의 배기장치 - Google Patents

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Abstract

[과제] 가연성가스의 연소를 확실하게 행할 수 있는 디젤엔진의 배기장치를 제공한다.
[해결수단] 가연성가스 도출관(5)의 종단부(5a)를 배기경로(7) 내에 배치하고, 가연성가스 도출관(5)의 종단부(5a)에 금속통(10)을 배치하며, 금속통(10) 내에 산화촉매(8)를 배치하고, 산화촉매(8)의 상류측에서 공기공급통로(12)의 통로출구(12a)를 개구하며, 산화촉매(8)의 상류측에서 가연성가스(4)와 공급공기(13)가 합류하도록 하고, 산화촉매(8)로 발생한 가연성가스(4)의 촉매연소열이, 금속통(10)의 외주면으로부터 배기경로(7)의 배기(9)에 방열되어, 이 방열로 가열된 배기(9)가 산화촉매(8)를 통과한 가연성가스(4)와 혼합하도록 하였다.
Figure P1020090019271
디젤엔진, 내연기관, 산화촉매, 가연성가스, 도출관, 매니폴드

Description

디젤엔진의 배기장치{AN EXHAUST DEVICE FOR A DIESEL ENGINE}
본 발명은, 디젤엔진의 배기장치에 관한 것으로, 자세하게는, 가연성가스의 연소를 확실하게 실시할 수 있고, 산화촉매의 열손상을 억제할 수 있는 디젤엔진의 배기장치에 관한 것이다.
종래의 디젤엔진의 배기장치로서 본 발명과 마찬가지로, 액체연료공급원으로부터 가스생성기에 액체연료를 공급하고, 이 가스생성기에서 액체연료를 가연성가스로하며, 이 가스생성기의 가연성가스 도출관을, 디젤·파티큘레이트·필터의 상류에서 배기경로에 연통시켜, 이 필터의 상류에서 배기경로 내에 산화촉매를 배치하고, 가연성가스를 산화촉매로 연소시켜, 그 연소열로 가온(加溫)된 배기로 상기 필터에 모인 배기미립자를 연소시킬 수 있도록 한 것이 있다.
그러나, 종래의 디젤엔진의 배기장치에서는, 가연성가스가 배기에 포함되는 산소만으로 연소되도록 하고 있으며, 가연성가스의 착화수단도 없기 때문에, 문제가 있다.
[발명의개시]
상기 종래 기술에서는, 다음의 문제가 있다.
《문제》가연성가스의 연소를 행해지지 않는 경우가 있다.
가연성가스가 배기에 포함되는 산소만으로 연소되기 때문에, 배기 중의 산소가 부족한 경우에는, 가연성가스의 연소를 행하여지지 않는 경우가 있다.
《문제》산화촉매가 열손상하는 경우가 있다.
배기 중의 산소의 농도분포는 불균일성하기 때문에, 산화촉매 중에 국부적인 고온 연소부분이 발생하기 쉬워, 산화촉매가 열손상하는 경우가 있다.
《문제》배기온도가 낮은 경우에는, 배기와 혼합된 가연성가스가 연소하지 않는 경우가 있다.
가연성가스의 착화수단이 없기 때문에, 배기온도가 낮은 경우에는, 배기와 혼합된 가연성가스가 연소하지 않는 경우가 있다.
본 발명은, 상기 문제점을 해결할 수 있는 디젤엔진의 배기장치, 즉, 가연성가스의 연소를 확실하게 행할 수 있어, 산화촉매의 열손상을 방지할 수 있는 디젤엔진의 배기장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
청구항 1에 따른 발명의 발명 특정사항은, 다음과 같다.
도 2에 예시하는 바와 같이, 액체연료공급원(1)으로부터 가스생성기(2)에 액체연료(3)를 공급하고, 이 가스생성기(2)에서 액체연료(3)를 가연성가스(4)로 하며, 이 가스생성기(2)의 가연성가스 도출관(5)을, 디젤·파티큘레이트·필터(6)의 상류에서 배기경로(7)에 연통시켜, 이 필터(6)의 상류에서 배기경로(7) 내에 산화촉매(8)(57)를 배치하고, 가연성가스(4)를 산화촉매(8)(57)로 연소시켜, 그 연소열로 가온된 배기(9)로 상기 필터(6)에 모인 배기미립자를 연소시킬 수 있도록 한, 디젤엔진의 배기장치에 있어서,
도 1(A) 또는 도 3(A)에 예시하는 바와 같이, 가연성가스 도출관(5)의 종단부(終端部)(5a)를 배기경로(7) 내에 배치하고, 가연성가스 도출관(5)의 종단부(5a)에 금속통(10)을 배치하며, 금속통(10) 내에 산화촉매(8)를 배치하고, 산화촉매(8)의 상류측에서 공기공급통로(12)의 통로출구(12a)를 개구(開口)하여, 산화촉매(8)의 상류측에서 가연성가스(4)와 공급공기(13)가 합류하도록 하며, 산화촉매(8)로 발생한 가연성가스(4)의 연소열이, 금속통(10)의 외주면(外周面)으로부터 배기경로(7)의 배기(9)에 방열되어, 이 방열로 가열된 배기(9)가 산화촉매(8)를 통과한 가연성가스(4)와 혼합하도록 한 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기장치.
(청구항 1에 따른 발명)
《효과》가연성가스의 연소를 확실하게 행할 수 있다.
도 1(A) 또는 도 3(A)에 예시하는 바와 같이, 산화촉매(8)의 상류측에서 공기공급통로(12)의 통로출구(12a)를 개구하여, 산화촉매(8)의 상류측에서 가연성가스(4)와 공급공기(13)가 합류하도록 하였으므로, 배기(9) 중의 산소량이 적은 경우에서도, 가연성가스(4)의 연소를 확실하게 행할 수 있다.
《효과》산화촉매의 열손상을 억제할 수 있다.
공급공기(13) 중의 산소의 농도분포는 균일하기 때문에, 산화촉매(8) 안에서 국부적인 고온 연소부분이 발생하기 어렵고, 이에 기인하는 산화촉매(8)의 열손상을 억제할 수 있다.
《효과》배기온도가 낮은 경우에도, 배기에 혼합된 가연성가스를 확실하게 연소시킬 수 있다.
도 1(A) 또는 도 3(A)에 예시하는 바와 같이, 산화촉매(8)로 발생한 가연성 가스(4)의 연소열이, 금속통(10)의 외주면으로부터 배기경로(7)의 배기(9)에 방열되어, 이 방열로 가열된 배기(9)가 산화촉매(8)를 통과한 가연성가스(4)와 혼합하도록 하였으므로, 배기(9)의 온도가 낮은 경우에도, 금속통(10)의 외주면으로부터의 방열로 배기(9)의 온도를 높여, 배기(9)에 혼합된 가연성가스(4)를 확실하게 연소시킬 수 있다.
(청구항 2에 따른 발명)
청구항 1에 따른 발명의 효과에 부가하여, 다음의 효과를 가져온다.
《효과》배기경로의 내경(內徑)이 불필요하게 커지게 되는 경우가 없다.
도 1(A) 또는 도 3(A)에 예시하는 바와 같이, 가연성가스 도출관(5)의 종단부(5a)와 금속통(10)의 축길이방향을 배기경로(7)의 축길이방향에 따르게 했으므로, 배기경로(7)의 내경이 불필요하게 크게 되는 경우가 없다.
《효과》배기맥동(脈動)에 의한 가연성가스의 착화불량이 일어나기 어렵다.
도 1(A) 또는 도 3(A)에 예시하는 바와 같이, 방열부로 되는 금속통(10)의 축길이방향을 배기경로(7)의 축길이방향에 따르게 하고, 산화촉매(8)의 하류측에서, 금속통(10) 내를 산화촉매 하류실(14)로 하며, 이 산화촉매 하류실(14)의 출구 개구(14a)와 가연성가스 도출관(5)의 종단개구(5b)를 배기경로(7)의 하류측을 향하게 하였으므로, 금속통(10)과 산화촉매 하류실(14)의 길이를 어느 정도의 길이로 설정해 둠으로써, 배기 맥동에 의해 가연성가스(4)가 배기경로(7) 내를 그 축길이방향에 따라 고속으로 이동하여도, 이 가연성가스(4)가 금속통(10)의 외주면과 산화촉매 하류실(14)의 내주면에 계속적으로 접촉하고, 이들로부터의 방열에 의해 가연성가스(4)의 착화를 가능하게 한다. 이 때문에, 배기 맥동에 의한 가연성가스(4)의 착화불량이 일어나기 어렵다.
(청구항 3에 따른 발명)
청구항 1 또는 청구항 2에 따른 발명의 효과에 부가하여, 다음의 효과를 가져온다.
《효과》산화촉매의 활성화온도를 확보할 수 있다.
도 2에 예시하는 바와 같이, 제어수단(19)이 공기조량밸브(18)의 개도(開度)를 조절하여, 산화촉매(8)의 온도를 소정범위 내로 유지하도록 하였으므로, 산화촉매(8)의 활성화온도를 확보할 수 있다.
《효과》산화촉매의 열손상을 방지할 수 있다.
도 2에 예시하는 바와 같이, 제어수단(19)이 공기조량밸브(18)의 개도를 조절하여, 산화촉매(8)의 온도를 소정범위 내로 유지하도록 하였으므로, 산화촉매(8)의 열손상을 방지할 수 있다.
(청구항 4에 따른 발명)
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나에 따른 발명의 효과에 부가하여, 다음 의 효과를 가져온다.
《효과》가연성가스가 간단히 얻어진다.
가스생성기(2)로 액체연료(3)를 기화시킴으로써, 이 액체연료(3)를 가연성가스(4)로 되도록 하였으므로, 가연성가스(4)가 간단히 얻어진다.
(청구항 5에 따른 발명)
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나에 따른 발명의 효과에 부가하여, 다음의 효과를 가져온다.
《효과》배기의 온도가 낮은 경우에도, 가연성가스를 연소시킬 수 있다.
가스생성기(2)로 액체연료(3)를 부분산화시킴으로써, 이 액체연료(3)를 일산화탄소와 수소를 포함하는 가연성가스(4)로 개질(改質)되도록 하였으므로, 가연성가스(4)가 비교적 낮은 온도에서도 발화하고, 배기(9)의 온도가 낮은 경우에도, 가연성가스(4)를 연소시킬 수 있다.
(청구항 6에 따른 발명)
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나에 따른 발명의 효과에 부가하여, 다음의 효과를 가져온다.
《효과》배기온도가 낮은 경우에도, 배기에 혼합되는 가연성가스를 확실하게 연소시킬 수 있다.
도 1(A) 또는 도 3(A)에 예시하는 바와 같이, 배기가열통로(51)를 배기경로(7)의 배기(9)의 일부가 통과하는 동시에, 산화촉매(8)로 발생한 연소열이, 금속통(10)의 외주면으로부터 배기가열통로(51)의 배기(9)에 방열되도록 하였으므로, 배기(9)의 온도가 낮은 경우에도, 금속통(10)의 외주면에서 배기(9)의 일부에 집중적으로 방열을 행하여, 그 온도를 높일 수 있어, 그 배기(9)에 혼합되는 가연성가스(4)를 확실하게 연소시킬 수 있다.
(청구항 7에 따른 발명)
청구항 6에 따른 발명의 효과에 부가하여, 다음의 효과를 가져온다.
《효과》배기온도가 낮은 경우에도, 배기에 혼합된 가연성가스를 확실하게 연소시킬 수 있다.
도 1(A)에 예시하는 바와 같이, 배기가열통로(51) 내에서, 배기경로(7)의 배기(9)의 일부와 산화촉매(8)를 통과한 가연성가스(4)의 일부가 혼합하도록 하였으므로, 배기(9)의 온도가 낮은 경우에도, 배기가열통로(51)의 가연성가스(4)가 금속통(10)의 외주면으로부터의 방열에 의해 착화하고, 배기(9)에 혼합된 가연성가스(4)를 확실하게 연소시킬 수 있다.
(청구항 8에 따른 발명)
청구항 6 또는 청구항 7에 따른 발명의 효과에 부가하여, 다음의 효과를 가져온다.
《효과》배기온도가 낮은 경우에도, 배기에 혼합되는 가연성가스를 확실하게 연소시킬 수 있다.
도 1(A) 또는 도 3(A)에 예시하는 바와 같이, 상기 외통(外筒)(50)을 금속으로 구성하고, 외통(50)와 금속통(10)을 열전도 가능하게 연결하여, 산화촉매(8)로 발생한 연소열이 외통(50)의 내주면으로부터도 배기가열통로(51)의 배기(9)에 방열 되도록 하였으므로, 배기(9)의 온도가 낮은 경우에도, 외통(50)의 내주면에서 배기(9)의 일부에 집중적으로 방열을 행하여, 그 온도를 높일 수 있어, 그 배기(9)에 혼합되는 가연성가스(4)를 확실하게 연소시킬 수 있다.
(청구항 9에 따른 발명)
청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 하나에 따른 발명의 효과에 부가하여, 다음의 효과를 가져온다.
《효과》산화촉매의 열손상을 억제할 수 있다.
도 1(A) 또는 도 3(A)에 예시하는 바와 같이, 공기공급통로(12)의 통로출구(12a)와 산화촉매(8) 사이에, 좁은 공(孔)(52, throttle orifice)과 팽창실(53)을 교대로 배치한 공기혼합통로(54)를 배치하고, 이 공기혼합통로(54)에서 가연성가스(4)와 공급공기(13)가 혼합하도록 하였으므로, 가연성가스(4)에 공급공기(13)가 균일하게 혼합되어, 산화촉매(8) 안에 국부적인 고온 연소부분이 발생하기 어려워, 이에 기인하는 산화촉매(8)의 열손상을 억제할 수 있다.
(청구항 10에 따른 발명)
청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 하나에 따른 발명의 효과에 부가하여, 다음의 효과를 가져온다.
《효과》부품 개수를 줄일 수 있다.
도 1(A)에 예시하는 바와 같이, 상기 금속통(10)을 가연성가스 도출관(5)의 종단부(5a)로 구성하였으므로, 이들을 다른 부품으로 준비할 필요가 없어, 부품 개수를 줄일 수 있다.
(청구항 11에 따른 발명)
청구항 6 내지 청구항 8 중 어느 하나에 따른 발명의 효과에 부가하여, 다음의 효과를 가져온다.
《효과》부품 개수를 줄일 수 있다.
도 3(A)에 예시하는 바와 같이, 상기 외통(50)을 가연성가스 도출관(5)의 종단부(5a)로 구성하였으므로, 이들을 다른 부품으로 준비할 필요가 없어, 부품 개수를 줄일 수 있다.
(청구항 12에 따른 발명)
청구항 1 내지 청구항 11의 어느 하나에 따른 발명의 효과에 부가하여, 다음의 효과를 가져온다.
《효과》배기온도가 낮은 경우에도, 배기에 혼합되는 가연성가스를 확실하게 연소시킬 수 있다.
도 2(A)(B)에 예시하는 바와 같이, 필터(6)의 상류에서, 금속통(10)의 하류에 하류측 산화촉매(57)를 배치하여, 금속통(10)으로부터 방출된 가연성가스(4)를 하류측 산화촉매(57)로 연소시키도록 하였으므로, 금속통(10) 내의 산화촉매(8)의 작용으로 고온화된 배기(9)로 하류측 산화촉매(57)의 촉매활성이 높아져, 이 하류측 산화촉매(8)에서의 가연성가스(4)의 연소열로 배기(9)가 더 고온화된다. 이 때문에, 배기온도가 낮은 경우에도, 배기(9)에 혼합되는 가연성가스(4)를 확실하게 연소시킬 수 있다.
본 발명의 실시 형태를 도면에 근거하여 설명한다. 도 1과 도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 디젤엔진의 배기장치를 설명하는 도면, 도 3은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 디젤엔진의 배기장치를 설명하는 도면으로, 이 각 실시 형태에서는, 다기통열형(多氣筒列型)의 입형(立型) 디젤엔진의 배기장치에 대해 설명한다.
본 발명의 제1 실시 형태의 개요는, 다음과 같다.
이 엔진은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 실린더블록(20)의 상부에 실린더헤드(21)를 조립하고, 실린더헤드(21)의 상부에 헤드커버(22)를 조립하며, 실린더블록(20)의 하부에 오일팬(23)을 조립하고, 실린더블록(20)의 전부(前部)에 기어케이스(24)를 조립하며, 기어케이스(24)의 전부에 엔진냉각팬(25)을 배치하고, 실린더블록(20)의 후부에 플라이휠(flywheel)(26)을 배치하고 있다. 실린더헤드(21)의 옆쪽에는 배기 매니폴드(manifold)(27)를 조립하고 있다. 배기 매니폴드(27)에는 배기도출관(28)을 통해 배기관(29)을 접속하고, 배기관(29)에 필터수용 케이스(30)를 접속하고 있다. 필터수용 케이스(30)에는 디젤·파티큘레이트·필터(Diesel-Particulate-Filter)(6)를 수용하여, 이 필터(6)로 배기(9)에 포함되는 배기미립자가 포착되게 되어 있다. 이 엔진은, 필터 재생장치(31)를 구비하며, 이 필터 재생장치(31)에서 필터(6)에 모인 배기미립자가 소각되어, 필터(6)가 재생되도록 되어 있다.
필터 재생장치의 개요는, 다음과 같다.
도 2(A) 및 도 2(B)에 나타내는 바와 같이, 액체연료공급원(1)으로부터 가스 생성기(2)에 액체연료(3)를 공급하여, 이 가스생성기(2)에서 액체연료(3)를 가연성가스(4)로 하고, 이 가스생성기(2)의 가연성가스 도출관(5)을, 디젤·파티큘레이트·필터(6)의 상류에서 배기경로(7)에 연통시켜, 이 필터(6)의 상류에서 배기경로(7) 내에 산화촉매(8)(57)를 배치하여, 가연성가스(4)를 산화촉매(8)(57)로 연소시키며, 그 연소열로 가온(加溫)된 배기(9)로 상기 필터(6)에 모인 배기미립자를 연소시킬 수 있도록 하고 있다. 산화촉매(8)(57)에는 상류측의 산화촉매(연소촉매)(8)와 하류측의 하류측 산화촉매(57)가 있으며, 상류의 산화촉매(8)는 배기관(29) 내에 배치하고, 하류측 산화촉매(57)는 필터수용 케이스(30) 내의 필터(6)의 상류에 배치되어 있다. 배기관(29) 내의 산화촉매(8)만으로 배기(9)를 충분히 가온할 수 있는 경우에는, 하류측 산화촉매(57)는 생략하여도 좋다.
필터 재생장치의 상세는, 다음과 같다.
도 2(A)에 나타내는 바와 같이, 액체연료공급원(1)은, 디젤엔진의 연료인 경유의 연료탱크이다. 가스생성기(2)는, 믹서(32)와 촉매실(33)을 구비하고, 믹서(32)에는 액체연료공급원(1)으로부터 도출된 액체연료 도출로(導出路)(34)와 공기공급원(35)으로부터 도출된 공기도출로(36)가 접속되며, 액체연료(3)와 공급공기(13)가 믹서(32)로 혼합되고, 촉매실(33)에서 액체연료(3)가 가연성가스(4)로 되도록 하고 있다. 공기공급원(35)은 공기블로어이며, 모터로 구동하지만, 엔진으로 구동해도 좋다. 촉매실(33) 내에는 촉매가 수용되어 있다. 이 실시 형태에서는, 가스생성기(2)에서 액체연료(3)를 기화시킴으로써, 이 액체연료(3)를 가연성가스(4)로 한다. 촉매실(33) 내의 촉매는 산화촉매로서, 액체연료(3)의 일부를 산화시켜, 그 연소열로 액체연료(3)의 잔부를 기화시킨다. 공급공기(13)와 액체연료(3)의 혼합비, 즉 공연비 O/C는 O.6 전후의 0.4~0.8의 범위로 설정한다. 촉매성분은 백금, 팔라듐계의 것이다.
액체연료(3)를 기화시키는 대신, 액체연료(3)를 개질하여도 좋다. 즉, 촉매실(33)에서 액체연료(3)를 부분산화시킴으로써, 이 액체연료(3)를 일산화탄소와 수소를 포함하는 가연성가스(4)로 개질하도록 하여도 좋다. 이 경우에는, 촉매실(33) 내의 촉매로서 산화촉매 대신 부분산화촉매를 사용한다. 공급공기(13)와 액체연료(3)의 혼합비, 즉 공연비 O/C는 1.3 전후의 1.0~1.6의 범위로 설정한다. 촉매성분은 로듐계의 것이다.
도 1(A)에 나타내는 바와 같이, 가연성가스 도출관(5)의 종단부(5a)를 배기관(29) 내에 배치하고, 가연성가스 도출관(5)의 종단부(5a)를 곧으면서 원통형인 금속통(10)으로하며, 금속통(10) 내에 산화촉매(8)를 배치하고 있다. 산화촉매(8)의 상류측에서 공기공급통로(12)의 통로출구(12a)를 개구하여, 촉매(8)의 상류측에서 가연성가스(4)와 공급공기(13)가 합류하도록 하고, 산화촉매(8)로 발생한 가연성가스(4)의 촉매연소열이, 가스혼합통로(15)에 따르는 금속통(10)의 외주면으로부터 배기관(29)의 배기(9)에 방열되며, 이 방열로 가열된 배기(9)가 산화촉매(8)를 통과한 가연성가스(4)와 혼합하도록 하고 있다.
도 1(A)에 나타내는 바와 같이, 가연성가스 도출관(5)의 종단부(5a)인 금속통(10)의 축길이방향을 배기관(29)의 축길이방향에 따르게 하고 있다. 공기공급통로(12)는, 공기도출로(36)로부터 분기되어 있다. 산화촉매(8)는 금속통(10)의 내주 면(內周面)에 밀착시키고 있다.
도 1(A)~도 1(D)에 나타내는 바와 같이, 배기관(29) 내에서, 상기 금속통(10)의 외주(外周)를 따라 금속통(10)과 동심(同心)형상인 외통(50)를 설치하고, 금속통(10)과 외통(50) 사이에 배기가열통로(51)를 설치하여, 이 배기가열통로(51)를 배기관(29)의 배기(9)의 일부가 통과하는 동시에, 산화촉매(8)로 발생한 촉매연소열이, 금속통(10)의 외주면으로부터 배기가열통로(51)의 배기(9)로 방열되도록 하고 있다. 외통(50)은, 원통형이며, 상류측은 격벽(38)으로 폐색(閉塞)되고, 이 격벽(隔璧)(38)으로 금속통(10)에 지지되어 있다.
배기가열통로(51) 내에서는, 배기관(29)의 배기(9)의 일부와 산화촉매(8)를 통과한 가연성가스(4)의 일부가 혼합하도록 되어 있다.
외통(50)을 금속으로 구성하고, 외통(50)과 금속통(10)을 열전도가능하게 연결하여, 산화촉매(8)에서 발생한 촉매연소열이 외통(50)의 내주면으로부터도 배기가열통로(51)의 배기(9)로 방열되도록 하고 있다. 즉, 외통(50)은 금속통(10)과, 금속제의 격벽(38)에 의해 열전도가능하게 연결되어 있다.
공기공급통로(12)의 통로출구(12a)와 산화촉매(8) 사이에 좁은 공(孔)(52)과 팽창실(53)을 교대로 배치한 공기혼합통로(54)를 배치하여, 이 공기혼합통로(54)에서 가연성가스(4)와 공급공기(13)가 혼합되도록 하고 있다.
외통(50)의 주벽(周壁)에는 배기도입구(55)가 설치되고, 금속통(10)의 주벽에는 가연성가스 도입구(56)가 설치되어 있다. 배기도입구(55)로부터 외통(50)의 바깥쪽을 통과하는 배기(9)의 일부가 배기가열통로(51)에 도입되고, 가연성가스 도 입구(56)로부터 산화촉매(8)를 통과한 가연성가스(4)의 일부가 배기가열통로(51)에 도입된다.
또한, 필터(6)의 상류에서, 금속통(10)의 하류에 하류측 산화촉매(57)를 배치하여, 금속통(10)으로부터 방출된 가연성가스(4)를 하류측 산화촉매(57)로 촉매연소시킨다.
필터 재생장치에 의한 배기의 가온기능은 다음과 같다.
도 1(A)에 나타내는 바와 같이, 산화촉매(8)의 상류측에서 가연성가스(4)와 공급공기(13)가 합류되고, 산화촉매(8)를 통과하는 과정에서 가연성가스(4)의 일부가 촉매연소하며, 나머지의 가연성가스(4)는 고온화되어, 가연성가스 도출관(5)의 종단개구(5b)측의 산화촉매 하류실(14)로 유출한다. 이 산화촉매(8)에서 발생한 가연성가스(4)의 촉매연소열이, 배기가열통로(51)로 향하는 금속통(10)의 외주면과 외통(50)의 내주면으로부터 방열된다. 배기가열통로(51) 내에서는 배기(9)와 가연성가스(4)가 혼합되고, 금속통(10)의 외주면과 외통(50)의 내주면으로부터의 방열로, 가연성가스(4)에 착화가 이루어지고, 이것이 배기(9)에 포함되는 산소에 의해 연소되어, 고온화된 배기(9)가 가연성가스 도출관(5)의 종단개구(5b)측으로 유출된다.
산화촉매 하류실(14)로부터 유출된 고온의 가연성가스(4)와 배기가열통로(51)로부터 유출된 고온의 배기가스(9)는, 외통(50) 바깥쪽의 배기(9)와 혼합하고, 가연성가스(4)는 배기(9)의 산소에 의해 연소되어, 배기(9)는 더욱 고온화되며, 이 고온화된 배기(9)로 하류측 산화촉매(57)의 촉매활성이 높여져, 이 하류측 산화촉매(8)에서의 가연성가스(4)의 촉매연소열로 배기(9)가 더욱 고온화되고, 이 고온화된 배기(9)가 필터(6)에 공급되어, 필터(6)에 모인 배기미립자를 연소시켜, 필터(6)가 재생된다.
또한, 배기 맥동에 의해 가연성가스(4)가 배기관(29) 내를 그 축길이방향에 따라 고속으로 이동하여도, 이 가연성가스(4)가 금속통(10)의 외주면과 산화촉매 하류실(14)의 내주면과 외통(50)의 내외주면에 계속적으로 접촉하여, 이들로부터의 방열에 의해 가연성가스(4)의 착화를 가능하게 한다.
필터 재생장치의 제어수단은 다음과 같다.
도 2(A)에 나타내는 바와 같이, 엔진회전수를 검출하는 회전수 센서(41)와, 엔진부하를 검출하는 부하검출센서(42)와, 배기의 배압(背壓)을 검출하는 배압센서(43)와, 필터(6) 입구의 배기온도를 검출하는 배기온도센서(44)를 구비하고 있다. 부하검출센서(42)는 연료분사펌프(45)의 연료조량랙(fuel-metering rack)(45a)의 랙위치를 검출한다. 액체연료 도출로(34)에 액체연료 조량밸브(47)를 배치하고, 공기도출로(34)에 공기조량밸브(46)를 배치하며, 회전수 센서(41)와 부하검출센서(42)와 배압센서(43)와 배기온도센서(44)를 제어수단(19)을 통해 액체연료 조량밸브(47)와 공기조량밸브(46)에 연계시켜, 엔진회전수와 엔진부하와 배압과 배기온도에 근거해서, 제어수단(19)이 필터(6)의 막힘상태를 추정하여, 필터재생의 필요여부를 판별하고, 필터재생을 행하는 경우에는, 제어수단(19)이 필요한 가연성가스생성량을 연산하여, 액체연료 조량밸브(47)와 공기조량밸브(46)의 개도를 조절한다. 또한, 촉매실(33)의 온도를 검출하는 촉매실온도 검출센서(48)를 설치하고, 이 를 제어수단(19)에 접속해서, 액체연료공급량이나 공기공급량의 증감을 제한하여, 촉매실온도를 소정범위 내로 유지하도록 하고 있다. 이에 의해, 촉매실(33) 내의 촉매의 열손상을 방지하는 동시에, 가연성가스(4)의 수율(收率)을 높게 유지한다. 제어수단(19)은 마이크로컴퓨터이다.
또한, 도 2(A)에 나타내는 바와 같이, 산화촉매(8)의 가온상태를 검출하는 온도검출수단(17)을 설치하고, 공기공급통로(12)에 공기조량밸브(18)를 배치하며, 이 공기조량밸브(18)를 제어수단(19)을 통해 온도검출수단(17)에 연계시켜, 온도검출수단(17)의 검출온도에 근거해서, 제어수단(19)이 공기조량밸브(18)의 개도를 조절하여, 산화촉매(8)의 온도를 소정범위 내로 유지하도록 하고 있다.
온도검출수단(17)은 산화촉매(8)로부터 산화촉매 하류실(14)에 유출한 가연성가스(4)의 온도를 검출함으로써, 산화촉매(8)의 가온상태를 검출하고 있다. 온도검출수단(17)은, 산화촉매(8)의 온도를 검출하는 것이어도 좋다.
도 3에 나타내는 제2 실시 형태는, 다음 사항이 제1 실시 형태와 상이하다.
금속통(10)을 가연성가스 도출관(5)의 종단부(5a)와는 다른 부품으로 구성하고, 금속통(10)은 격벽(38)을 통해 가연성가스 도출관(5)의 종단부(5a)에 의해 지지되며, 외통(50)을 가연성가스 도출관(5)의 종단부(5a)에 구성하고 있다. 배기가열통로(51)에는 산화촉매 하류실(14)로부터의 가연성가스(4)의 유입은 없다. 공기혼합통로(54)의 상류측의 금속통(10) 안은 가연성가스 입구실(11)로 하고, 가연성가스 입구실(11) 내에서 공기공급통로(12)의 통로출구(12a)를 개구하고 있다.
다른 구성이나 기능은 제1 실시 형태와 같다. 도 3중의, 제1 실시 형태와 동 일한 요소에는 동일한 부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 디젤엔진의 배기장치의 요부를 설명 하는 도면으로서, 도 1(A)는 종단측면도, 도 1(B)는 도 1(A)의 B-B선 단면도, 도 1(C)는 도 1(A)의 C-C선 단면도, 도 1(D)은 도 1(A)의 D-D선 단면도이다.
도 2는 도 2(A)는 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 배기장치를 구비한 디젤엔진의 모식도, 도 2(B)는 필터수용 케이스 내의 하류측 산화촉매와 필터의 배치를 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 디젤엔진의 배기장치의 요부를 설명하는 도면으로서, 도 3(A)는 종단측면도, 도 3(B)는 도 3(A)의 B-B선 단면도, 도 3(C)는 도 3(A)의 C-C선 단면도, 도 3(D)는 도 3(A)의 D-D선 단면도이다.

Claims (12)

  1. 액체연료공급원(1)으로부터 가스생성기(2)에 액체연료(3)를 공급하고, 이 가스생성기(2)에서 액체연료(3)를 가연성가스(4)로 하며, 이 가스생성기(2)의 가연성가스 도출관(5)을, 디젤·파티큘레이트·필터(diesel-particulate-filter)(6)의 상류(上流)에서 배기경로(7)에 연통(連通)시키고, 이 필터(6)의 상류에서 배기경로(7) 내에 산화촉매(8)(57)를 배치하며, 가연성가스(4)를 산화촉매(8)(57)로 연소시켜, 그 연소열로 가온(加溫)된 배기(9)에서 상기 필터(6)에 모인 배기미립자를 연소시킬 수 있도록 한, 디젤엔진의 배기장치에 있어서,
    가연성가스 도출관(5)의 종단부(5a)를 배기경로(7) 내에 배치하고, 가연성가스 도출관(5)의 종단부(終端部)(5a)에 금속통(10)을 배치하며, 금속통(10) 내에 산화촉매(8)를 배치하고, 산화촉매(8)의 상류측에서 공기공급통로(12)의 통로출구(12a)를 개구(開口)하며, 산화촉매(8)의 상류측에서 가연성가스(4)와 공급공기(13)가 합류하도록 하고, 산화촉매(8)로 발생한 가연성가스(4)의 연소열이, 금속통(10)의 외주면(外周面)으로부터 배기경로(7)의 배기(9)에 방열되어, 이 방열로 가열된 배기(9)가 산화촉매(8)를 통과한 가연성가스(4)와 혼합하도록 한 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기장치.
  2. 제1항에 있어서,
    가연성가스 도출관(5)의 종단부(5a)와 금속통(10)의 축길이방향을 배기경 로(7)의 축길이방향에 따르게 하고, 산화촉매(8)의 하류(下流)측에서, 금속통(10) 내를 산화촉매 하류실(14)로 하며, 이 산화촉매 하류실(14)의 출구개구(14a)와 가연성가스 도출관(5)의 종단개구(5b)를 배기경로(7)의 하류측으로 향하게 한 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    산화촉매(8)의 가온상태를 검출하는 온도검출수단(17)을 설치하고, 공기공급통로(12)에 공기조량밸브(18, air-metering valve)를 배치하며, 이 공기조량밸브(18)를 제어수단(19)을 통해 온도검출수단(17)에 연계시켜, 온도검출수단(17)의 검출온도에 의거해서, 제어수단(19)이 공기조량밸브(18)의 개도(開度, opening degree)를 조절하여, 산화촉매(8)의 온도를 소정범위 내로 유지하도록 한 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기장치
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    가스생성기(2)로 액체연료(3)를 기화시킴으로써, 이 액체연료(3)를 가연성가스(4)로 하도록 한 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    가스생성기(2)로 액체연료(3)를 부분산화시킴으로써, 이 액체연료(3)를 일산화탄소와 수소를 포함하는 가연성가스(4)로 개질(改質)하도록 한 것을 특징으로 하 는 디젤엔진의 배기장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    배기경로(7) 내에서, 상기 금속통(10)의 외주(外周)에 따라 금속통(10)과 동심(同心)형상인 외통(50)를 설치하고, 금속통(10)과 외통(50) 사이에 배기가열통로(51)를 설치하며, 이 배기가열통로(51)를 배기경로(7)의 배기(9)의 일부가 통과하는 동시에, 산화촉매(8)로 발생한 연소열이, 금속통(10)의 외주면으로부터 배기가열통로(51)의 배기(9)에 방열되도록 한 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기장치.
  7. 제6항에 있어서,
    배기가열통로(51) 내에서, 배기경로(7)의 배기(9)의 일부와 산화촉매(8)를 통과한 가연성가스(4)의 일부가 혼합하도록 한 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기장치.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 외통(50)을 금속으로 구성하고, 외통(50)와 금속통(10)을 열전도가능하게 연결하며, 산화촉매(8)로 발생한 연소열이 외통(50)의 내주면으로부터도 배기가열통로(51)의 배기(9)에 방열되도록 한 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    공기공급통로(12)의 통로출구(12a)와 산화촉매(8) 사이에, 좁은 공(52, throttle orifice)과 팽창실(53)을 교대로 배치한 공기혼합통로(54)를 배치하고, 이 공기혼합통로(54)에서 가연성가스(4)와 공급공기(13)가 혼합하도록 한 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속통(10)을 가연성가스 도출관(5)의 종단부(5a)에 구성한 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기장치.
  11. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외통(50)을 가연성가스 도출관(5)의 종단부(5a)에 구성한 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필터(6)의 상류에서, 금속통(10)의 하류에 하류측 산화촉매(57)를 배치하고, 금속통(10)으로부터 방출된 가연성가스(4)를 하류측 산화촉매(57)로 연소시키도록 한 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 배기장치.
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