KR20140034061A - 디젤 엔진의 배기처리장치 - Google Patents

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미츠구 오쿠다
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Abstract

[과제] 본 발명은 가연성 가스 생성촉매의 열 손상을 방지할 수 있음과 함께, 가연성 가스 의 생성 효율을 높일 수 있는 디젤 엔진의 배기처리장치를 제공한다.
[해결 수단] 이 과제 해결을 위해, 가연성 가스(2)를 배기(6) 중의 산소로 연소시키고, 그 연소열로 배기(6)를 승온시키고, 배기(6)의 열로 DPF에 축적된 PM를 연소 제거할 수 있도록 한, 디젤 엔진의 배기처리장치에 있어서, 가연성 가스 생성 개시시에 방열을 행하는 히터(67)를 촉매 입구부(75)에 진입시키고, 이 히터(67)의 주위에 액체연료 보유재(71)를 바깥에서 끼우게 함에 있어서, 액체연료 보유재(71)의 하면에 가이드판(73)을 설치하고, 액체연료 보유재(71) 내를 하강한 공연혼합물(27)이 가이드판(73)의 상면을 따라, 가이드판(73)의 주위로 유출되도록 하였다.

Description

디젤 엔진의 배기처리장치{EXHAUST TREATMENT DEVICE OF DIESEL ENGINE}
본 발명은 디젤 엔진의 배기처리장치에 관한 것으로, 상세하게는, 가연성 가스 생성촉매의 열 손상을 방지할 수 있음과 함께, 가연성 가스 의 생성 효율을 높일 수 있는 디젤 엔진의 배기처리장치에 관한 것이다.
종래, 디젤 엔진의 배기처리장치로서, 가연성 가스 생성기에 가연성 가스 생성촉매실을 설치하고, 이 가연성 가스 생성촉매실에 가연성 가스 생성촉매를 수용하고, 가연성 가스 생성기의 상부에 공연(空燃)혼합실을 형성하고, 이 공연혼합실에 공기와 액체 연료를 공급함으로써, 공연혼합실에서 공기와 액체 연료와의 공연혼합물을 형성하고, 이 공연혼합물을 공연혼합실의 하단부로부터 가연성 가스 생성촉매의 상부 중심의 촉매 입구부에 공급하고, 가연성 가스 생성촉매로 가연성 가스 를 생성시키고, 이 가연성 가스 를 가연성 가스 생성촉매의 하단부의 촉매 출구부로부터 유출시키고, 이 가연성 가스 를 DPF의 상류에서 가연성 가스 방출구로부터 배기 통로로 방출하고, 이 가연성 가스 를 배기중의 산소로 연소시키고, 그 연소열로 배기를 승온(昇溫)시키고, 배기의 열로 DPF에 축적된 PM를 연소 제거할 수 있도록 한 것이 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
이 종류의 배기처리장치에 의하면, 배기 온도가 낮은 경우에도, 가연성 가스 로 배기를 승온시키고, DPF에 축적된 PM를 연소 제거하고, DPF를 재생하여 재이용할 수 있는 이점이 있다.
그러나, 이 종래 기술에서는, 가연성 가스 생성 개시(開始)시에 방열을 행하는 히터를 촉매 입구부에 진입시키고, 이 히터의 주위에 액체연료 보유재를 바깥에서 끼우게 함에 있어서, 액체연료 보유재의 하면을 가연성 가스 생성촉매에 접촉시키고 있었기 때문에, 문제가 있다.
일본 특허공개 2011-214439호 공보(도 2 참조)
《문제》 가연성 가스 생성촉매가 열 손상될 우려가 있었다.
액체연료 보유재의 하면을 가연성 가스 생성촉매에 접촉시키고 있었기 때문에, 액체연료 보유재 안을 하강한 공연혼합물이 액체연료 보유재의 하면으로부터 바로 아래의 가연성 가스 생성촉매의 중심부에 집중적으로 유출하고, 가스생성촉매의 중심부가 촉매 반응열로 과열하고, 가연성 가스 생성촉매가 열 손상될 우려가 있었다.
《문제》 가연성 가스 의 생성 효율이 낮았다.
액체연료 보유재의 하면을 가연성 가스 생성촉매에 접촉시키고 있었기 때문에, 액체연료 보유재 안을 하강한 공연혼합물이 액체연료 보유재의 하면으로부터 바로 아래의 가연성 가스 생성촉매의 중심부에 집중적으로 유출하고, 가연성 가스 생성촉매의 외주측의 대용적(大容積) 부분에 공연혼합물이 공급되기 어렵고, 이 대용적 부분이 가연성 가스 의 생성에 충분히 활용되지 않고, 가연성 가스 의 생성 효율이 낮았다.
본 발명의 과제는 가연성 가스 생성촉매의 열 손상을 방지할 수 있음과 함께, 가연성 가스 의 생성 효율을 높일 수 있는 디젤 엔진의 배기처리장치를 제공하는 데 있다.
청구항 1에 관한 발명의 발명 특정 사항은 다음과 같다.
도 1a에 예시하는 바와 같이, 가연성 가스 생성기(1)에 가연성 가스 생성촉매실(21)을 설치하고, 이 가연성 가스 생성촉매실(21)에 가연성 가스 생성촉매(22)를 수용하고, 가연성 가스 생성기(1)의 상부에 공연혼합실(24)을 형성하고, 이 공연혼합실(24)에 공기(25)와 액체연료(26)를 공급함으로써, 공연혼합실(24)에서 공기(25)와 도 3에 예시하는 액체연료(26)와의 공연혼합물(27)을 형성하고, 이 공연혼합물(27)을 공연혼합실(24)의 하단부로부터 가연성 가스 생성촉매(22)의 상부 중심의 촉매 입구부(75)에 공급하고, 가연성 가스 생성촉매(22)로 가연성 가스(2)를 생성시키고, 이 가연성 가스(2)를 가연성 가스 생성촉매(22)의 하단부의 촉매 출구부(76)로부터 유출시키고, 도 3에 예시하는 바와 같이, 이 가연성 가스(2)를 DPF(7)의 상류에서 가연성 가스 방출구(3)로부터 배기통로(4)로 방출하고, 이 가연성 가스(2)를 배기(6) 중의 산소로 연소시키고, 그 연소열로 배기(6)를 승온시키고, 배기(6)의 열로 DPF(7)에 축적된 PM를 연소 제거할 수 있도록 한, 디젤 엔진의 배기처리장치에 있어서, 도 1a에 예시하는 바와 같이, 가연성 가스 생성 개시시에 방열을 행하는 히터(67)를 촉매 입구부(75)에 진입시키고, 이 히터(67)의 주위에 액체연료 보유재(71)를 바깥에서 끼우게 함에 있어서, 액체연료 보유재(71)의 하면에 가이드판(73)을 설치하고, 액체연료 보유재(71) 내를 하강한 공연혼합물(27)이 가이드판(73)의 상면을 따라, 가이드판(73)의 주위로 유출되도록 한 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 배기처리장치.
(청구항 1에 관한 발명)
청구항 1에 관한 발명은 다음의 효과를 발휘한다.
《효과》 가연성 가스 생성촉매의 열 손상을 방지할 수 있다.
도 1a에 예시하는 바와 같이, 액체연료 보유재(71)의 하면에 가이드판(73)을 설치하고, 액체연료 보유재(71) 내를 하강한 공연혼합물(27)이 가이드판(73)의 상면을 따라, 가이드판(73)의 주위로 유출되도록 하였으므로, 공연혼합물(27)이 가이드판(73)의 주위에 넓게 분산되어 촉매 반응열의 집중에 의한 과열이 일어나기 어렵고, 가연성 가스 생성촉매(22)의 열 손상을 방지할 수 있다.
《효과》 가연성 가스 의 생성 효율을 높일 수 있다.
도 1a에 예시하는 바와 같이, 액체연료 보유재(71)의 하면에 가이드판(73)을 설치하고, 액체연료 보유재(71) 내를 하강한 공연혼합물(27)이 가이드판(73)의 상면을 따라, 가이드판(73)의 주위로 유출되도록 하였으므로, 공연혼합물(27)이 가연성 가스 생성촉매(22)의 외주측의 대용적 부분에 원활하게 공급되어 이 대용적 부분이 가연성 가스(2)의 생성에 충분히 활용되어, 가연성 가스(2)의 생성 효율을 높일 수 있다.
《효과》 가연성 가스 의 생성을 원활하게 개시할 수 있다.
도 1a에 예시하는 바와 같이, 가연성 가스 생성 개시시에 방열을 행하는 히터(67)를 촉매 입구부(75)에 진입시키고, 이 히터(67)의 주위에 액체연료 보유재(71)를 바깥에서 끼우게 하므로, 히터(67)의 열이 액체연료 보유재(71)에 일시적으로 보유된 액체연료(26)에 집중적으로 전해져, 액체연료(26)의 온도를 조기에 높여, 가연성 가스 생성촉매(22)에 의한 가연성 가스(2)의 생성을 원활하게 개시할 수 있다.
(청구항 2에 관한 발명)
청구항 2에 관한 발명은 청구항 1에 관한 발명의 효과에 더하여 다음의 효과를 발휘한다.
《효과》 촉매온도 검출수단에 의한 가연성 가스 생성촉매의 온도 검출을 정확하게 행할 수 있다.
도 1a에 예시하는 바와 같이, 가이드판(73)의 바로 아래에 촉매온도 검출수단(20)의 온도검출부(20a)를 배치하였으므로, 촉매온도 검출수단(20)이 가연성 가스 생성촉매(22)의 외주측의 대용적 부분에 둘러싸인 중심부에 위치하고, 촉매온도 검출수단(20)에 의한 가연성 가스 생성촉매(22)의 온도 검출을 정확하게 행할 수 있다.
(청구항 3에 관한 발명)
청구항 3에 관한 발명은 청구항 2에 관한 발명의 효과에 더하여 다음의 효과를 발휘한다.
《효과》 촉매 성분을 용이하게 촉매담체의 내부까지 함침시킬 수 있다.
도 1a, 도 2b에 예시하는 바와 같이, 가연성 가스 생성촉매(22)는 촉매담체(39)(39)에 촉매 성분을 담지시킨 것이며, 촉매담체(39)(39)는 가연성 가스 생성촉매(22)의 중심축선(22c)을 따르는 수직한 분할면(40)으로 2분 되는 2부품으로 구성하였으므로, 1 부품으로 구성하는 경우에 비해 분할면(40)의 분만큼, 촉매담체(39)(39)의 표면적이 퍼져, 촉매 성분을 용이하게 촉매담체(39)(39)의 내부까지 함침시킬 수 있다.
《효과》 액체연료 보유재와 가이드판을 가연성 가스 생성촉매 내에 용이하게 장착할 수 있다.
도 1a에 예시하는 바와 같이, 액체연료 보유재(71)와 가이드판(73)을 촉매담체(39)(39)를 구성하는 2부품의 사이에 끼워 붙여 고정하였으므로, 액체연료 보유재(71)와 가이드판(73)을 가연성 가스 생성촉매(22) 내에 용이하게 장착할 수 있다.
(청구항 4에 관한 발명)
청구항 4에 관한 발명은 청구항 3에 관한 발명의 효과에 더하여 다음의 효과를 발휘한다.
《효과》 가연성 가스 생성촉매의 제조 비용을 싸게 할 수 있다.
도 2b에 예시하는 바와 같이, 2부품으로 구성되는 촉매담체(39)(39)가 동일 형상으로 되도록 하였으므로, 동일 성형형(成形型)으로 성형한 동일 형상의 2부품을 이용하여 촉매담체(39)(39)를 구성할 수 있어, 가연성 가스 생성촉매(22)의 제조 비용을 싸게 할 수 있다.
(청구항 5에 관한 발명)
청구항 5에 관한 발명은 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 관한 발명의 효과에 더하여 다음의 효과를 발휘한다.
《효과》 가연성 가스 생성촉매의 열 손상을 방지할 수 있다.
도 2a에 예시하는 바와 같이, 가연성 가스 생성촉매실(21)의 내주면(21a)과 가연성 가스 생성촉매(22)의 외주면(22a)과의 사이에 단열재(74)를 개재시킴에 있어서, 이들 내주면(21a)과 외주면(22a) 중, 각 상단 가장자리(21b)(22b) 사이에는 단열재(74)를 개재시키지 않고, 각 상단 가장자리(21b)(22b) 끼리를 밀착시키고, 가연성 가스 생성촉매(22)의 외주면(22a)의 상단 가장자리(22b)로부터 가연성 가스 생성촉매실(21)의 내주면(21a)의 상단 가장자리(21b)에 촉매 반응열이 방열되도록 하였으므로, 가연성 가스 생성촉매(22)의 외주면(22a)의 상단 가장자리(22b) 부근에서 발생하는 과대한 촉매 반응열은 가연성 가스 생성촉매실(21)의 실벽에 방열되어 가연성 가스 생성촉매(22)의 외주면(22a)의 상단 가장자리(22b) 부근의 과열이 억제되어, 가연성 가스 생성촉매(22)의 열 손상을 방지할 수 있다.
《효과》 가연성 가스 의 생성 효율을 높일 수 있다.
도 2a에 예시하는 바와 같이, 가연성 가스 생성촉매실(21)의 내주면(21a)과 가연성 가스 생성촉매(22)의 외주면(22a)과의 사이에 단열재(74)를 개재시키므로, 가연성 가스 생성촉매(22)의 외주면(22a)의 상단 가장자리(22b) 이외의 개소에서는, 가연성 가스 생성촉매(22)의 촉매 반응열이 가연성 가스 생성촉매실(21)의 실벽에 방열되기 어렵고, 가연성 가스 생성촉매(22)의 활성화 온도가 유지되어, 가연성 가스(2)의 생성 효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 디젤 엔진의 배기처리장치를 설명하는 도면으로, 도 1a은 가연성 가스 생성기와 그 주변 부품의 종단면도, 도 1b는 도 1a의 B-B선 단면도, 도 1c은 가연성 가스 노즐의 변형예의 종단면도이다.
도 2a는 도 1a의 IIA부의 확대도, 도 2b는 도 1a의 IIB-IIB선 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 디젤 엔진의 배기처리장치의 모식도이다.
도 4a는 도 1의 배기처리장치로 이용하는 이중 개스킷을 덮개 재치면에 재치한 평면도, 도 4b는 도 1a의 IVB부의 확대도이다.
도 5a는 도 4a의 축소도, 도 5b는 액체연료출구를 구비한 하측의 개스킷의 평면도, 도 5(C)는 공기출구를 구비한 상측의 개스킷의 평면도이다.
도 6은 도 1의 배기처리장치에 의한 DPF 재생의 플로차트(flow chart)이다.
도 1∼도 6은 본 발명의 실시형태에 따른 디젤 엔진의 배기처리장치를 설명하는 도면이다.
이 배기처리장치의 개요는 다음과 같다. 도 1a에 나타내는 바와 같이, 가연성 가스 생성기(1)에 가연성 가스 생성촉매실(21)을 설치하고, 이 가연성 가스 생성촉매실(21)에 가연성 가스 생성촉매(22)를 수용하고, 가연성 가스 생성기(1)의 상부에 공연혼합실(24)을 형성하고, 이 공연혼합실(24)에 공기(25)와 액체연료(26)를 공급함으로써, 공연혼합실(24)에서 공기(25)와 도 3에 나타내는 액체연료(26)와의 공연혼합물(27)을 형성하고, 이 공연혼합물(27)을 공연혼합실(24)의 하단부로부터 가연성 가스 생성촉매(22)의 상부 중심의 촉매 입구부(75)에 공급하고, 가연성 가스 생성촉매(22)로 가연성 가스(2)를 생성시키고, 이 가연성 가스(2)를 가연성 가스 생성촉매(22)의 하단부의 촉매 출구부(76)로부터 유출시킨다. 가연성 가스 생성촉매(22)는 산화 촉매이다. 액체연료(26)에는 디젤 엔진의 연료인 경유를 이용하고 있다. 가연성 가스(2)는 공기(25)와 액체연료(26)와 액체연료(26)의 열분해 성분의 혼합물이며, 액체연료(26)의 일부가 가연성 가스 생성촉매(22)로 산화되어, 그 산화열로 나머지의 액체연료(26)가 기화되고, 또는 열분해되어 얻어진다. 촉매 출구부(76)는 가연성 가스 생성촉매(22)의 하단의 중앙부에 있다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 이 가연성 가스(2)를 DPF(7)의 상류에서 가연성 가스 방출구(3)로부터 배기통로(4)로 방출하고, 이 가연성 가스(2)를 배기(6) 중의 산소로 연소시키고, 그 연소열로 배기(6)를 승온시키고, 배기(6)의 열로 DPF(7)에 축적된 PM를 연소 제거할 수 있도록 하고 있다.
이 때문에, 배기(6)의 온도가 낮은 경우에도, 가연성 가스(2)로 배기(6)를 승온시키고, DPF(7)에 축적된 PM를 연소 제거시키고, DPF(7)를 재생하여 재이용할 수 있다.
DPF(7)의 상류에는 연소촉매(5)를 배치하고 있어, 가연성 가스(2)는 연소촉매(5)에 의해 배기(6) 중의 산소로 촉매 연소된다. 연소촉매(5)는 DOC이다. DPF는 디젤·파티큐레이트·필터(Diesel·Particulate·Filter)의 약칭이다. PM는 입자상(粒子狀) 물질의 약칭, DOC는 디젤 산화 촉매의 약칭이다.
도 2a에 나타내는 바와 같이, 가연성 가스 생성촉매실(21)의 내주면(21a)과 가연성 가스 생성촉매(22)의 외주면(22a)과의 사이에 단열재(74)를 개재시킴에 있어서, 이들 내주면(21a)과 외주면(22a) 중, 각 상단 가장자리(21b)(22b) 사이에는 단열재(74)를 개재시키지 않고, 각 상단 가장자리(21b)(22b) 끼리를 밀착시키고, 가연성 가스 생성촉매(22)의 외주면(22a)의 상단 가장자리(22b)로부터 가연성 가스 생성촉매실(21)의 내주면(21a)의 상단 가장자리(21b)로 촉매 반응열이 방열되도록 하고 있다.
이에 의해, 가연성 가스 생성촉매(22)의 외주면(22a)의 상단 가장자리(22b) 부근에서 발생하는 과대한 촉매 반응열은 가연성 가스 생성촉매실(21)의 실벽으로 방열되어, 가연성 가스 생성촉매(22)의 외주면(22a)의 상단 가장자리(22b) 부근의 과열이 억제되어, 가연성 가스 생성촉매(22)의 열 손상을 방지할 수 있다.
또한, 가연성 가스 생성촉매(22)의 외주면(22a)의 상단 가장자리(22b) 이외의 개소에서는, 가연성 가스 생성촉매(22)의 촉매 반응열이 가연성 가스 생성촉매실(21)의 실벽으로 방열되기 어려워, 가연성 가스 생성촉매(22)의 활성화가 유지되어, 가연성 가스(2)의 생성 효율을 높일 수 있다.
가연성 가스 생성촉매실(21)의 천정면(21c)과 가연성 가스 생성촉매(22)의 표면(22d) 사이에도 단열재(78)를 개재시키고 있다. 각 단열재(74)(78)는 알루미나 섬유의 매트로 쿠션재를 겸하고 있다.
도 1a에 나타내는 바와 같이, 가연성 가스 생성 개시시에 방열을 행하는 히터(67)를 촉매 입구부(75)에 진입시키고, 이 히터(67)의 주위에 액체연료 보유재(71)를 바깥에서 끼우게 함에 있어서, 액체연료 보유재(71)의 하면에 가이드판(73)을 설치하고, 액체연료 보유재(71) 내를 하강한 공연혼합물(27)이 가이드판(73)의 상면을 따라, 가이드판(73)의 주위로 유출되도록 하고 있다.
히터(67)는 전열식의 글로우 플러그(glow plug)이다.
액체연료 보유재(71)는 알루미나 섬유의 매트로, 표면에 로듐 촉매 성분을 담지시키고 있다. 이 액체연료 보유재(71)는 가연성 가스 생성촉매(22)에 비하여, 액체 연료의 보유재성이 높다.
가이드판(73)은 스텐레스강의 평판(平板)으로 구성되어 있다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 공기공급수단(18)과 액체연료공급수단(19)을 공연혼합실(24)에 연통시키고, 가연성 가스 생성촉매(22)에 촉매온도 검출수단(20)의 온도검출부(20a)를 삽입하고, 촉매온도 검출수단(20)을 제어수단(11)을 통하여 공기공급수단(18)과 액체연료공급수단(19)에 연결시키고, 촉매온도 검출수단(20)으로 검출한 가연성 가스 생성촉매(22)의 온도에 기초하여, 제어수단(11)이 공기공급수단(18)과 액체연료공급수단(19)으로 공연혼합실(24)으로의 공기(25)와 액체연료(26)의 공급량을 조절하여, 가연성 가스 생성촉매(22)의 온도를 조절함에 있어서, 도 1a에 나타내는 바와 같이, 가이드판(73)의 바로 아래에 촉매온도 검출수단(20)의 온도검출부(20a)를 배치하고 있다.
촉매온도 검출수단(20)은 서미스터이다.
도 1a, 도 2b에 나타내는 바와 같이, 가연성 가스 생성촉매(22)는 촉매담체(39)(39)에 촉매 성분을 담지시킨 것이며, 촉매담체(39)(39)는 가연성 가스 생성촉매(22)의 중심축선(22c)을 따르는 수직한 분할면(40)으로 2분되는 2부품으로 구성하고, 도 1a에 나타내는 바와 같이, 액체연료 보유재(71)와 가이드판(73)을 촉매담체(39)(39)를 구성하는 2부품의 사이에 끼워 붙여 고정하고 있다.
촉매담체(39)(39)는 철크롬선을 직조하여, 원추대의 반할(半割) 형상으로 한 것으로, 이 촉매담체(39)(39)에는 로듐 촉매 성분을 담지시키고 있다.
도 2b에 나타내는 바와 같이, 가연성 가스 생성촉매(22)에 촉매온도 검출수단(20)의 온도검출부(20a)를 삽입하는 삽입구멍(77)을 관통 형상으로 형성하고, 이 삽입통과구멍(77)의 중심축선(77a)을 가연성 가스 생성촉매(22)의 중심축선(22c)과 직교시키고, 또한 분할면(40)과 평행한 방향을 따르게 함으로써, 2부품으로 구성되는 촉매담체(39)(39)가 동일 형상으로 이루어지도록 하고 있다.
도 1a에 나타내는 바와 같이, 가연성 가스 생성촉매실(21)과 가연성 가스 생성촉매(22)를 아래쪽으로 좁아지는 형상으로 하여, 가연성 가스 생성촉매실(21)에 가연성 가스 생성촉매(22)를 끼워 넣고 있다.
이에 의해, 가연성 가스 생성촉매(22)의 하방 근접부는 직경 방향의 단면적을 비교적 작게 할 수 있고, 경사시에, 가연성 가스 생성촉매(22)의 하방 근접부를 통과하는 액체연료(26)가 중심부에서 가까운 외주부와 중심부를 치우침 없이 통과하고, 촉매 반응열에 의한 가연성 가스 생성촉매(22)의 온도 분포의 불균일화가 시정(是正)되어, 가연성 가스 생성촉매(22)의 열 손상을 억제할 수 있다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 연소촉매(5)의 상류에서 배기통로(4)에 가연성 가스 공급통로(8)를 연통시키고, 이 가연성 가스 공급통로(8)에 2차 공기공급수단(9)과 착화수단(10)을 설치하고, 이 2차 공기공급수단(9)과 착화수단(10)을 제어수단(11)에 연결시키고 있다. 착화수단(10)은 전열식의 글로우 플러그이다. 도면 중의 부호(72)는 판재에 다수의 구멍을 뚫은 보염(保炎) 스크린이며, 배기(6)에 의한 연소 화염의 소염(消炎)을 억제한다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 배기 온도가 소정 온도보다 낮은 경우에는, 제어수단(11)이 2차 공기공급수단(9)으로 가연성 가스(2)에 2차 공기(12)를 공급함과 함께, 착화수단(10)으로 가연성 가스(2)에 착화를 일으키게 하여, 가연성 가스(2)를 화염 연소시키고, 이 화염 연소의 열로 배기통로(4) 안의 배기(6)를 승온시키도록 하고 있다.
이에 의해, 엔진 시동 직후나 경부하 운전시 등, 본래적으로 배기 온도가 연소촉매(5)의 활성화 온도에 이르지 않는 경우이라도, 가연성 가스(2)의 화염 연소의 열로 배기(6)의 온도를 승온시키고, 배기 온도를 연소촉매(5)의 활성화 온도에 도달시키는 것이 가능하게 되고, 엔진 시동 직후나 경부하 운전시라도 DPF(7)에 축적된 PM의 연소, 혹은 배기 정화 촉매의 활성화를 도모할 수 있다.
도 1a에 나타내는 바와 같이, 배기통로(4)와 가연성 가스 공급통로(8)를 병설(竝設)하고, 가연성 가스 공급통로(8)의 하류측에서, 배기통로(4)와 가연성 가스 공급통로(8)의 경계에 방열구(13)를 뚫고, 이 방열구(13)에서 배기통로(4)와 가연성 가스 공급통로(8)를 연통시키고, 이 방열구(13)에 가연성 가스 공급통로(8)의 하류측에 배치한 착화수단(10)을 향하게 하고 있다.
이에 의해, 가연성 가스 공급통로(8)나 착화수단(10)에 의해 배기통로(4)의 배기(6)의 흐름이 방해받는 일이 없고, 배압(排壓)을 상승시키는 일이 없다. 또한, 가연성 가스(2)의 연소 화염으로 배기(6)가 직접 승온되어, 배기(6)의 승온 효율이 높다.
도 1a에 나타내는 바와 같이, 배기통로(4)의 하측에 가연성 가스 공급통로(8)를 병설하고, 배기통로(4)의 둘레면 하측에 방열구(13)를 뚫고 있다.
이에 의해, 가연성 가스(2)의 연소 화염의 열기가 배기통로(4)로 부상(浮上)하여, 배기통로(4)의 배기(6)의 온도를 높여, 배기(6)의 승온 효율이 보다 높아진다.
도 1a, 1b에 나타내는 바와 같이, 착화수단(10)의 상류에서 가연성 가스 공급통로(8)를 따라 가연성 가스(2)와 2차 공기(12)의 혼합실(14)을 형성하고, 이 혼합실(14)에 가연성 가스 노즐(15)과 공기 공급관(16)을 설치하고, 가연성 가스 노즐(15)은 혼합실(14)의 형성 방향을 따르는 방향으로 혼합실(14)의 중심부에 배치하고, 이 가연성 가스 노즐(15)의 둘레면에 복수의 가연성 가스 출구(17)를 뚫고, 공기 공급관(16)은 혼합실(14)의 내주면의 둘레방향을 따르는 방향으로 혼합실(14)의 내주면부에 배치하고, 공기 공급관(16)으로부터 공급한 2차 공기(12)를 가연성 가스 노즐(15)의 주위로 혼합실(14)의 내주면을 따라 선회시키고 있다.
이 선회하는 2차 공기(12)에 가연성 가스 출구(17)로부터 혼합실(14)의 직경 방향으로 공급한 가연성 가스(2)를 혼합시키도록 하고 있다. 이에 의해, 가연성 가스(2)와 2차 공기(12)와의 혼합성이 양호하여, 가연성 가스(2)의 착화에 의해 높은 방열량이 얻어진다.
또한, 도 1c에 나타내는 바와 같이, 가연성 가스 노즐(15)에 캡(15a)을 씌우고, 이 캡(15a)의 둘레벽에도 둘레방향으로 가연성 가스 출구(17)를 뚫고, 가연성 가스 노즐(15)로부터 캡(15a) 내에 유출시킨 가연성 가스(2)를 캡(15a)의 가연성 가스 출구(17)로부터 혼합실(14)의 직경 방향으로 공급해도 좋다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 가연성 가스 생성기(1)에 액체연료(26)와 공기(25)를 공급하여 가연성 가스 생성촉매(22)로 가연성 가스(2)를 생성함에 있어서, 가연성 가스 생성촉매(22)의 온도가 소정 온도보다 낮은 경우에는, 제어수단(11)이 2차 공기공급수단(9)으로 가연성 가스(2)에 2차 공기(12)를 공급함과 함께, 착화수단(10)으로 가연성 가스(2)에 착화를 일으키게 하여, 가연성 가스(2)를 화염 연소시키고, 이 화염 연소의 열로 가연성 가스 생성기(1)로부터 유출한 액체 성분을 기화시키도록 하고 있다. 이에 의해, 배기통로(4) 내에 가연성 가스 생성기(1)로부터 유출한 액체 성분이 부착되지 않아, 엔진 시동시에 흰 연기가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 1a에 나타내는 바와 같이, 가연성 가스 생성기(1)에 가연성 가스 생성촉매실(21)을 설치하고, 이 가연성 가스 생성촉매실(21)에 가연성 가스 생성촉매(22)를 수용하고, 가연성 가스 생성촉매실(21)의 상단부에 환상벽(環狀壁)(23)을 배치하고, 이 환상벽(23)의 내측에 공연혼합실(24)을 형성하고, 이 공연혼합실(24)에 공기(25)와 액체연료(26)를 공급함으로써, 공연혼합실(24)에서 공연혼합 가스(27)를 형성하고, 이 공연혼합 가스(27)를 가연성 가스 생성촉매(22)에 공급하고, 가연성 가스 생성촉매(22)로 가연성 가스(2)를 생성시킴에 있어서, 다음과 같이 하고 있다.
도 4b에 나타내는 바와 같이, 환상벽(23)의 시단부(始端部)에 덮개(28)를 배치하고, 환상벽(23)의 시단부에 환상의 덮개 재치면(29)을 설치하고, 덮개(28)에 피재치면(30)을 설치하고, 환상벽(23)의 덮개 재치면(29)에 환상(環狀)의 개스킷(31)(32)을 통하여 덮개(28)의 피재치면(30)을 재치 고정하였다.
도 4a에 예시하는 바와 같이, 개스킷(31)에 그 둘레방향으로 소정간격을 유지하여 복수의 액체연료입구(33)와 액체연료출구(34)를 설치하고, 액체연료출구(34)는 각 액체연료입구(33)로부터 개스킷(31)의 내측을 향하여 도출(導出)하고 있다.
도 4b에 예시하는 바와 같이, 환상벽(23)의 덮개 재치면(29)과 덮개(28)의 피재치면(30) 중 어느 하나의 면에 그 둘레방향을 따르는 액체연료 가이드홈(35)을 오목하게 형성하고, 이 액체연료 가이드홈(35)의 통로에 각 액체연료입구(33)를 연통시키고, 액체연료 가이드홈(35)에 공급된 액체연료(26)가 각 액체연료입구(33)를 통하여 액체연료출구(34)에서 공연혼합실(24)로 유출되도록 하고 있다.
이에 의해, 환상벽(23) 내에 액체연료 가이드 통로나 액체연료출구를 형성하는 경우에 비하여, 환상벽(23)의 가공을 용이하게 할 수 있다.
도 4a에 나타내는 바와 같이, 공연혼합실(24)에서 공기(25)를 선회시킴에 있어서, 액체연료출구(34)를 공연혼합실(24)의 공기 선회 방향의 하류측으로 향하게 하고 있다. 이에 의해, 공연혼합실(24)에서의 공기(25)와 액체연료(26)의 혼합이 균일하게 된다.
도 4a에 나타내는 바와 같이, 개스킷(32)에 그 둘레방향으로 소정간격을 유지하여 복수의 공기입구(36)와 공기출구(37)를 설치하고, 공기출구(37)는 각 공기입구(36)로부터 개스킷(32)의 내측을 향하여 도출하고, 도 4b에 예시하는 바와 같이, 환상벽(23)의 덮개 재치면(29)과 덮개(28)의 피재치면(30) 중 어느 하나의 면에 그 둘레방향을 따르는 공기 가이드홈(38)을 오목하게 형성하고, 이 공기 가이드홈(38)의 통로에 각 공기입구(36)를 연통시키고, 공기 가이드홈(38)에 공급된 공기(25)가 각 공기입구(36)를 통하여 공기출구(37)에서 공연혼합실(24)로 유출되도록 하고 있다.
이에 의해, 환상벽(23) 내에 공기 가이드 통로나 공기출구를 형성하는 경우에 비하여, 환상벽(23)의 가공을 용이하게 할 수 있다.
도 4a에 나타내는 바와 같이, 공연혼합실(24)에서 공기(25)를 선회시킴에 있어서, 공기출구(37)를 공연혼합실(24)의 공기 선회 방향의 하류측으로 향하게 하고 있다. 이에 의해, 공연혼합실(24)에서 용이하게 공기(25)를 선회시킬 수 있다.
도 4b에 나타내는 바와 같이, 개스킷(31)에 그 둘레방향으로 일정 간격을 유지하여, 4개의 액체연료출구(34)를 배치하고 있다.
DPF 재생의 제어는 다음과 같이 하여 행한다.
도 3에 나타내는 엔진 ECU(61)는 PM퇴적량 추정수단(62)과 PM재생 제어수단(63)을 구비하고 있다. 엔진 ECU는 엔진 전자제어유닛의 약칭이다.
PM퇴적량 추정수단(62)은 엔진 ECU(61)의 소정의 연산부이며, 엔진 부하, 엔진 회전수, DPF 상류측 배기온도센서(64)에 의한 검출 배기 온도, DPF 상류측 배기압센서(65)에 의한 DPF(7) 상류측의 배기압, 차압센서(66)에 의한 DPF(7)의 상류와 하류의 차압 등에 기초하여, 미리 실험적으로 구한 맵 데이터로부터 PM퇴적량을 추정한다.
PM퇴적량 추정수단(62)에 의해 PM퇴적량 추정치가 소정의 재생 개시치에 이르면, PM재생 제어수단(63)은 히터(67)를 발열시키고, 액체연료 펌프(42)와 블로어(48)의 모터(46)를 구동한다. 이에 의해, 공연혼합실(24)에 액체연료(26)와 공기(25)가 공급되고, 가연성 가스 생성촉매(22)로 가연성 가스(2)가 발생된다. 히터(67)의 주위는 액체 연료를 보유할 수 있는 액체연료 보유재(71)로 둘러싸이고, 액체연료 보유재(71)에 보유된 액체 연료에 히터(67)의 열이 집중적으로 공급되어, 가연성 가스(2)의 생성이 신속하게 개시된다.
가연성 가스(2)의 생성 개시의 초기에는 소정 시간, 히터(67)를 발열시키지만, 가연성 가스(2)의 생성이 개시되면, 가연성 가스 생성촉매(22)는 발열 반응에 의해서 온도가 상승하기 때문에, 가연성 가스(2)의 생성이 개시되고 나서 소정 시간 경과한 경우에는, 타이머에 의해 히터(67)의 발열을 정지한다.
PM재생 제어수단(63)에는 가연성 가스 생성촉매(22)의 온도센서(68)와 연소촉매(5)의 입구측 온도센서(69)를 연결시키고, 가연성 가스 생성촉매(22)의 온도나, 연소촉매(5)의 입구측 온도가 소정 온도보다 낮은 경우에는, 착화수단(10)으로 가연성 가스(2)에 착화시킨다.
PM재생 제어수단(63)에는, DPF(7)의 출구측 온도센서(70)를 연결시키고, DPF(7)의 출구측 온도가 비정상으로 높은 경우에는, 긴급하게 재생을 중지한다.
DPF 재생의 플로우는 다음과 같다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 단계(S1)에서 PM퇴적 추정치가 재생 개시치에 이르렀는지 여부가 판정되고, 판정이 긍정되면, 단계(S2)에서 가연성 가스 생성을 개시하고, 단계(S3)에서 연소촉매(5)의 입구측 배기 온도가 250℃ 이상인지 여부가 판정되고, 판정이 긍정인 경우에는, 단계(S4)에서 가연성 가스 생성촉매(22)의 온도가 400℃ 이상인지 여부가 판정되고, 판정이 긍정인 경우에는, 단계(S5)에서 가연성 가스(2)에 착화하지 않고, 가연성 가스(2)를 배기통로(4)에 공급하고, 단계(S6)에서 PM퇴적 추정치가 재생 종료치에 이르렀는지 여부가 판정되고, 판정이 긍정인 경우에는, 단계(S7)에서 가연성 가스 생성을 종료하고, DPF의 재생을 종료한다.
단계(S6)에서의 판정이 부정인 경우에는, 단계(S3)으로 복귀된다. 단계(S3)과 단계(S4)의 판정이 부정인 경우에는, 어느 경우에도 단계(S8)에서 가연성 가스(2)에 착화하여, 화염 연소의 열을 배기통로(4)에 공급한다.
(1) 가연성 가스 생성기
(2) 가연성 가스
(3) 가연성 가스 방출구
(4) 배기통로
(6) 배기
(7) DPF
(11) 제어수단
(18) 공기공급수단
(19) 액체연료공급수단
(20) 촉매온도 검출수단
(20a) 온도검출부
(21) 가연성 가스 생성촉매실
(22) 가연성 가스 생성촉매
(22c) 중심축선
(24) 공연혼합실
(25) 공기
(26) 액체연료
(27) 공연혼합물
(39) 촉매담체
(40) 분할면
(67) 히터
(71) 액체연료 보유재
(73) 가이드판
(75) 촉매 입구부
(76) 촉매 출구부
(77) 삽입구멍
(77a) 중심축선

Claims (5)

  1. 가연성 가스 생성기(1)에 가연성 가스 생성촉매실(21)을 설치하고, 이 가연성 가스 생성촉매실(21)에 가연성 가스 생성촉매(22)를 수용하고, 가연성 가스 생성기(1)의 상부에 공연혼합실(24)을 형성하고, 이 공연혼합실(24)에 공기(25)와 액체연료(26)를 공급함으로써, 공연혼합실(24)에서 공기(25)와 액체연료(26)와의 공연혼합물(27)을 형성하고, 이 공연혼합물(27)을 공연혼합실(24)의 하단부로부터 가연성 가스 생성촉매(22)의 상부 중심의 촉매 입구부(75)에 공급하고, 가연성 가스 생성촉매(22)로 가연성 가스(2)를 생성시키고, 이 가연성 가스(2)를 가연성 가스 생성촉매(22)의 하단부의 촉매 출구부(76)로부터 유출시키고,
    이 가연성 가스(2)를 DPF(7)의 상류에서 가연성 가스 방출구(3)로부터 배기통로(4)로 방출하고, 이 가연성 가스(2)를 배기(6) 중의 산소로 연소시키고, 그 연소열로 배기(6)를 승온시키고, 배기(6)의 열로 DPF(7)에 축적된 PM를 연소 제거할 수 있도록 한, 디젤 엔진의 배기처리장치에 있어서,
    가연성 가스 생성 개시시에 방열을 행하는 히터(67)를 촉매 입구부(75)에 진입시키고, 이 히터(67)의 주위에 액체연료 보유재(71)를 바깥에서 끼우게 함에 있어서,
    액체연료 보유재(71)의 하면에 가이드판(73)을 설치하고, 액체연료 보유재(71) 내를 하강한 공연혼합물(27)이 가이드판(73)의 상면을 따라, 가이드판(73)의 주위로 유출되도록 한 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 배기처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    공기공급수단(18)과 액체연료공급수단(19)을 공연혼합실(24)에 연통시키고, 가연성 가스 생성촉매(22)에 촉매온도 검출수단(20)의 온도검출부(20a)를 삽입하고, 촉매온도 검출수단(20)을 제어수단(11)을 통하여 공기공급수단(18)과 액체연료공급수단(19)에 연결시키고, 촉매온도 검출수단(20)으로 검출한 가연성 가스 생성촉매(22)의 온도에 기초하여, 제어수단(11)이 공기공급수단(18)과 액체연료공급수단(19)으로 공연혼합실(24)에의 공기(25)와 액체연료(26)의 공급량을 조절하여, 가연성 가스 생성촉매(22)의 온도를 조절함에 있어서,
    가이드판(73)의 바로 아래에 촉매온도 검출수단(20)의 온도검출부(20a)를 배치한 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 배기처리장치.
  3. 제2항에 있어서,
    가연성 가스 생성촉매(22)는 촉매담체(39)(39)에 촉매 성분을 담지시킨 것이고, 촉매담체(39)(39)는 가연성 가스 생성촉매(22)의 중심축선(22c)을 따르는 수직한 분할면(40)으로 2분 되는 2부품으로 구성하고,
    액체연료 보유재(71)와 가이드판(73)을 촉매담체(39)(39)를 구성하는 2부품 사이에 끼워 붙여 고정한 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 배기처리장치.
  4. 제3항에 있어서,
    가연성 가스 생성촉매(22)에 촉매온도 검출수단(20)의 온도검출부(20a)를 삽입하는 삽입구멍(77)을 관통 형상으로 형성하고, 이 삽입통과구멍(77)의 중심축선(77a)을 가연성 가스 생성촉매(22)의 중심축선(22c)과 직교시키고, 또한 분할면(40)과 평행한 방향을 따르게 함으로써, 2부품으로 구성되는 촉매담체(39)(39)가 동일 형상으로 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 배기처리장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    가연성 가스 생성촉매실(21)의 내주면(21a)과 가연성 가스 생성촉매(22)의 외주면(22a) 사이에 단열재(74)를 개재시킴에 있어서, 이들 내주면(21a)과 외주면(22a) 중, 각 상단 가장자리(21b)(22b) 사이에는 단열재(74)를 개재시키지 않고, 각 상단 가장자리(21b)(22b) 끼리를 밀착시켜서, 가연성 가스 생성촉매(22)의 외주면(22a)의 상단 가장자리(22b)로부터 가연성 가스 생성촉매실(21)의 내주면(21a)의 상단 가장자리(21b)에 촉매 반응열이 방열되도록 한 것을 특징으로 하는 디젤 엔진의 배기처리장치.
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