KR20140105651A - 건설기계용 디젤엔진의 배기가스 저감시스템 - Google Patents

건설기계용 디젤엔진의 배기가스 저감시스템 Download PDF

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KR20140105651A
KR20140105651A KR1020130019193A KR20130019193A KR20140105651A KR 20140105651 A KR20140105651 A KR 20140105651A KR 1020130019193 A KR1020130019193 A KR 1020130019193A KR 20130019193 A KR20130019193 A KR 20130019193A KR 20140105651 A KR20140105651 A KR 20140105651A
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원진희
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현대중공업 주식회사
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Abstract

본 발명은 건설기계용 디젤엔진의 배기가스 저감시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 건설기계용 디젤엔진의 배기가스 저감시스템에 있어서, 연료탱크로부터 연료를 공급받아 연소시키는 엔진과, 엔진으로부터 배출되는 배기가스가 배출되는 배기관에 설치된 DPF 재생장치와, 배기관으로 배출되는 배기가스의 일부를 엔진으로 공급시키도록 형성된 배기가스 재순환장치 및 DPF 재생장치와 배기가스 재순환장치의 효율을 높이고자 설치된 플라즈마 반응기를 포함하며, 플라즈마 반응기로부터 발생 된 생성물을 배기관으로 공급하여 배기관의 온도를 상승시킴으로써 DPF 재생장치의 효율을 높이고, 플라즈마 반응기로부터 발생 된 생성물을 엔진으로 공급하여 질소 산화물(NOx)의 생성을 저감하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 건설기계용 디젤엔진의 배기가스 저감시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 건설기계의 디젤엔진에서 발생 되는 배기가스 중 인체에 가장 해로운 입자상 물질(PM)과 질소 산화물(NOx)을 동시에 저감 시키는 효과가 있다.
또한, 엔진의 불필요한 일시적 농후 연소 상태를 필요로 하지 않음으로써 자동차의 상황 대처능력을 좋게 하는 효과가 있다.
또한, 플라즈마 반응기를 이용하여 엔진의 연소상태와 배기가스의 온도를 조절함으로써 엔진 컨트롤의 어려움을 극복하는 효과가 있다.

Description

건설기계용 디젤엔진의 배기가스 저감시스템{Exhaust gas reduction system of diesel engine for construction equipment}
본 발명은 디젤엔진의 배기가스 저감시스템에 관한 것으로, 특히 HHC(Heavy Hydro Carbon)연료를 사용하는 디젤엔진이 장착된 건설기계의 배기가스 중 대표적인 오염물질은 입자상 물질(PM)과 질소 산화물(NOx)이 있으며, 오염물질들을 플라즈마 반응기를 이용하여 감소시키기 위해 입자상 물질(PM)을 제거를 위한 DPF 장치의 재생시에는 플라즈마 반응기 생성물을 배기가스의 배기관에 유입시켜 배기관의 온도를 상승시켜 DPF 장치의 재생효과를 상승시킴으로써 입자상 물질(PM)을 처리하고, DPF 장치의 재생 이외의 시간에는 플라즈마 반응기에서 생성된 가스를 엔진에 공급하여 배기가스 재순환장치(EGR : Exhaust Gas Recirculation)률을 증가시켜 오염물질인 질소 산화물(NOx)를 저감시킬 수 있는 건설기계용 디젤엔진의 배기가스 저감시스템에 관한 것이다.
산업의 발달에 의하여 환경오염은 날로 심각해지고 있으며, 환경오염을 줄이고자 인류는 환경오염을 발생시키는 것에 대한 규제를 하고 있다.
본 발명은 인류에게 기동성을 주는 장치에는 비행기와 자동차들이 있으며, 자동차에는 대표적으로 가솔린을 이용한 가솔린 차량과 HHC(Heavy Hydro Carbon 연료를 사용하는 디젤 차량이 있으며, 환경오염에 대한 규제에 의하여 수소 차량과 하이브리드 차량 들이 개발되고 있다.
상기 디젤 차량은 인류에게 심각한 피해를 주는 입자상 물질(PM)과 질소 산화물(NOx)을 다량으로 배출함으로써 디젤 차량의 규제는 날로 심각해지고 있으며, 이를 극복하고자 종래에는 여러가지 기술들이 제안되고 있다.
일반적으로 배기가스 중 입자상 물질(PM)을 저감 시키기 위하여 배기가스가 배출되는 배기관에 DPF 재생장치를 설치하나, 디젤 차량의 초기운행시나 정지시 등의 조건에서는 배기가스의 온도가 낮아 DPF 재생장치가 제대로 효과를 발휘하지 못하는 단점이 있으며, 배기관을 통하여 배출하는 배기가스의 일부를 회수하여 엔진에 공급하는 배기가스 재순환장치(EGR : Exhaust Gas Recirculation)는 배출되는 배기가스를 줄이고 질소 산화물(NOx)의 발생을 줄이나, 질소 산화물(NOx)의 발생을 줄이고자 배기가스의 량을 엔진에 많이 공급하게 되면 CO, PM 등이 증가하고 엔진의 출력이 저하되는 등 많은 문제점을 유발시킨다.
종래에 제시된 기술 대부분은 디젤 차량의 엔진을 컨트롤하여 배기가스를 줄이고자 하는 기술들이며, 통상 디젤 엔진은 엔진의 특성상 희박 연소를 하게 되나, 입자상 물질의 저감을 위해 일시적인 농후 연소를 하기도 한다.
이때, 엔진으로 공급된 연료를 희박 연소시키면 질소 산화물(NOx)의 발생이 증가 되는 단점이 있고, 질소 산화물(NOx)의 발생을 줄이고자 일시적인 농후 연소를 할 수 있도록 제어를 하나, 이 경우처럼 엔진으로 공급된 연료가 농후 연소를 하면 입자상 물질(PM)과 CO, HC 등이 증가하는 단점이 있다.
즉, 디젤 차량에서 입자상 물질(PM)을 줄이고자 할 경우에는 질소 산화물(NOx)의 발생이 증가하고, 질소 산화물(NOx)을 줄이고자 할 경우에는 입자상 물질(PM)이 증가하는 것으로, 디젤 차량의 엔진을 컨트롤하여 입자상 물질(PM)과 질소 산화물(NOx)를 동시에 저감 하기는 많은 어려움이 있는 것이다.
또한, 디젤 차량의 엔진을 컨트롤하여 엔진의 연소상태를 희박 연소와 농후 연소상태로 조절함으로써 차량의 상황 대처능력을 저하시켰다.
(0001) 대한민국 공개특허공보 제10-2006-0022453호 (0002) 일본 공개특허공보 특개2003-515030호
상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 과제는, 디젤엔진을 구비한 건설기계로부터 배출되는 입자상 물질(PM)과 질소 산화물(NOx)을 플라즈마 반응기를 이용하여 동시에 저감시킬 수 있는 건설기계용 디젤엔진의 배기가스 저감시스템을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 달성하기 위해 안출된 본 발명은, 건설기계용 디젤엔진의 배기가스 저감시스템에 있어서, 연료탱크로부터 연료를 공급받아 연소시키는 엔진, 상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스가 배출되는 배기관에 설치된 DPF 재생장치, 상기 배기관으로 배출되는 배기가스의 일부를 엔진으로 공급시키도록 형성된 배기가스 재순환장치 및 상기 DPF 재생장치와 배기가스 재순환장치의 효율을 높이고자 설치된 플라즈마 반응기를 포함하며, 상기 플라즈마 반응기로부터 발생 된 생성물을 배기관으로 공급하여 배기관의 온도를 상승시킴으로써 DPF 재생장치의 효율을 높이고, 플라즈마 반응기로부터 발생 된 생성물을 엔진으로 공급하여 질소 산화물(NOx)의 생성을 저감하도록 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 플라즈마 반응기에서 생성된 생성물을 DPF 재생장치를 이용한 입자상 물질(PM)을 재생시에는 배기관으로 공급하고, 그 외의 시간에는 엔진으로 공급하여 입자상 물질(PM)과 질소 산화물(NOx)의 생성을 저감시키도록 이루어진 것을 특징으로 한다.
건설기계용 디젤엔진의 배기가스 저감시스템에 있어서, 연료탱크로부터 연료를 공급받아 연소시키는 엔진, 상기 엔진으로부터 배출되는 배기가스가 배출되는 배기관에 설치된 DPF 재생장치, 상기 배기관으로 배출되는 배기가스의 일부를 엔진으로 공급시키도록 형성된 배기가스 재순환장치 및 상기 DPF 재생장치와 배기가스 재순환장치의 효율을 높이고자 설치된 플라즈마 반응기를 포함하며, 상기 플라즈마 반응기는 DPF 재생장치의 효율을 높이기 설치된 DPF용 플라즈마 반응기와, 배기가스 재순환장치의 효율을 높이기 위하여 설치된 EGR용 플라즈마 반응기로 이루어지며, 상기 DPF용 플라즈마 반응기는 배기가스가 공급되는 배기관에 DPF용 플라즈마 반응기로부터 발생 된 생성물을 공급하고, 상기 EGR용 플라즈마 반응기는 엔진에 EGR용 플라즈마 반응기로부터 발생 된 생성물을 공급하도록 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 플라즈마 반응기는 연료탱크로부터 공급되는 연료와 공기를 공급받아 플라즈마 반응을 하도록 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 플라즈마 반응기는 연료탱크로부터 공급되는 연료와 공기와 배기관을 통하여 공급되는 배기가스를 공급받아 플라즈마 반응을 하도록 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 플라즈마 반응기는 상측으로 배출구가 형성되고, 유입구가 형성된 원통 형상의 반응로와, 상기 반응로를 지지하는 베이스로 형성된 몸체, 상기 반응로 내측으로 설치된 흡열챔버와 노즐이 형성된 전극 및 상기 베이스에 설치되어 전극의 흡열챔버 내로 액체연료를 분사공급하도록 형성된 연료분사장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 반응로에는 유입구로 유입되는 가스가 예열 되도록 흡열로가 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 반응로에 형성된 흡열로는 반응기의 열을 흡수할 수 있도록 반응기의 원주에 나선형으로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 베이스에는 반응로의 유입구로부터 유입된 가스와, 전극의 흡열챔버 내에서 예열 된 연료가 혼합되도록 혼합챔버가 형성되고, 상기 혼합챔버에서 혼합된 혼합연료가 반응로에 유입되도록 유입홀이 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 유입홀은 반응로에 공급되는 혼합연료가 회전공급되도록 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 반응로의 반응구간에 연료를 공급할 수 있도록 연료분사장치가 더 설치된 것을 특징으로 한다.
본 발명은 건설기계의 디젤엔진에서 발생 되는 배기가스 중 인체에 가장 해로운 입자상 물질(PM)과 질소 산화물(NOx)을 동시에 저감시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 엔진의 불필요한 일시적 농후 연소 상태를 필요로 하지 않음으로써 건설기계의 상황 대처능력을 좋게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 플라즈마 반응기를 이용하여 엔진의 연소상태와 배기가스의 온도를 조절함으로써 엔진 컨트롤의 어려움을 극복하는 효과가 있다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 건설기계용 디젤엔진의 배기가스 저감시스템을 나타낸 개략도,
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 건설기계용 디젤엔진의 배기가스 저감시스템을 나타낸 개략도,
도 3 및 도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 건설기계용 디젤엔진의 배기가스 저감시스템을 나타낸 개략도,
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 건설기계용 디젤엔진의 배기가스 저감시스템에 사용되는 플라즈마 반응기를 나타낸 단면도,
도 7은 상기 도 5 및 상기 도 6의 부분상세도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 건설기계용 디젤엔진의 배기가스 저감시스템의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 건설기계용 디젤엔진의 배기가스 저감시스템을 나타낸 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 건설기계용 디젤엔진의 배기가스 저감시스템은, 연료탱크(1)로부터 연료를 공급받아 연소시키는 엔진(2)과, 상기 엔진(2)으로부터 배출되는 배기가스가 배출되는 배기관(6)에 설치된 DPF 재생장치(3)와, 상기 배기관(6)으로 배출되는 배기가스의 일부를 엔진(2)으로 공급시키도록 형성된 배기가스 재순환장치(4)와, 상기 DPF 재생장치(3)와 배기가스 재순환장치(4)의 효율을 높이고자 설치된 플라즈마 반응기(5)로 구성되어, 상기 플라즈마 반응기(5)로부터 발생 된 생성물을 배기관(6)으로 공급하여 배기관(6)의 온도를 상승시킴으로써 DPF 재생장치(3)의 효율을 높이고, 플라즈마 반응기(5)로부터 발생 된 생성물을 엔진(2)으로 공급하여 질소 산화물(NOx)의 저감을위한 EGR 증가로 인해 발생하는 CO, HC 등의 발생을 저감시키도록 하여 여타 오염물질의 추가 발생 없이 질소 산화물(NOx)의 저감이 가능하도록 이루어진다.
또한, 상기 플라즈마 반응기(5)에서 생성된 생성물을 DPF 재생장치(3)를 이용한 입자상 물질(PM)을 재생시에는 배기관(6)으로 공급하고, 그 외의 시간에는 엔진(2)으로 공급하여 입자상 물질(PM)과 질소 산화물(NOx)의 생성을 저감 시키도록 이루어진 것도 가능하다.
일반적으로 건설기계의 경우 초기운전시나 건설기계의 정지상태에는 배기가스의 온도가 낮아져 DPF 재생장치(3)에서 효과적으로 입자상 물질(PM)을 재생시키지 못한다.
좀더 상세하게 설명하면, 일반적으로 DPF 재생장치(3)에는 산화촉매제가 형성되어 있으며, 배기가스의 온도가 약 250℃ 이상이 되어야 산화촉매제에 의하여 배기가스의 입자상 물질(PM)이 산화하여 재생된다.
그러나 건설기계가 초기운전시나 정지상태에서는 배기가스의 온도가 약 250℃ 이하로 낮아져 입자상 물질(PM)이 재생되지 못한다.
또한, 소형 디젤엔진이 장착된 건설기계의 경우에는 배기가스의 온도가 약 200℃ 이하이다.
즉, 건설기계가 초기운전시나 정지상태와 같이 배기관(6)으로 배출되는 배기가스의 온도가 낮은 경우에는 플라즈마 반응기(5)로부터 발생 된 생성물을 배기관(6)으로 공급하여 배기관(6)의 온도를 상승시킴으로써 DPF 재생장치(3)의 효율을 높이고, 그외의 시간에는 플라즈마 반응기(5)로부터 발생 된 생성물을 엔진(2)으로 공급하여 배기가스 재순환장치(4)의 효율을 높여 질소 산화물(NOx)의 생성을 억제시키는 것이다.
예를 들면, DPF 장치 재생조건을 위한 압력 측정 정보에 의하여 플라즈마 반응기(5)로부터 발생 된 생성물을 배기관(6)과, 엔진(2)에 선택적으로 공급하여 입자상 물질(PM)과 질소 산화물(NOx)을 저감시킬 수 있는 것이다.
통상 DPF 시스템의 운전에 있어 매연 포집 시간에 비해 재생기간은 짧은 기간이므로 재상을 위한 짧은 시간 외의 대부분의 시간은 엔진에서의 질소 산화물 (NOx) 발생 저하를 위한 운전을 할 수 있게 되는 것이다.
또는, 플라즈마 반응기(5)로부터 발생 된 생성물을 배기관(6)과 엔진(2)으로 연속공급하여 DPF 재생장치(3)의 효율을 높이고, 배기가스 재순환장치(4)의 효율을 높여 입자상 물질(PM)과 질소 산화물(NOx)의 생성을 저감시킬 수 있는 것이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 건설기계용 디젤엔진의 배기가스 저감시스템을 나타낸 개략도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 건설기계용 디젤엔진의 배기가스 저감시스템은, 연료탱크(1)로부터 연료를 공급받아 연소시키는 엔진(2)과, 상기 엔진(2)으로부터 배출되는 배기가스가 배출되는 배기관(6)에 설치된 DPF 재생장치(3)와, 상기 배기관(6)으로 배출되는 배기가스의 일부를 엔진(2)으로 공급시키도록 형성된 배기가스 재순환장치(4)와, 상기 DPF 재생장치(3)와 배기가스 재순환장치(4)의 효율을 높이고자 설치된 플라즈마 반응기(5)로 구성되되, 상기 플라즈마 반응기(5)는 DPF 재생장치(3)의 효율을 높이기 설치된 DPF용 플라즈마 반응기(5b)와, 배기가스 재순환장치(4)의 효율을 높이기 위하여 설치된 EGR용 플라즈마 반응기(5a)로 이루어지며, 상기 DPF용 플라즈마 반응기(5b)는 배기가스가 공급되는 배기관(6)에 DPF용 플라즈마 반응기(5b)로부터 발생 된 생성물을 공급하고, 상기 EGR용 플라즈마 반응기(5a)는 엔진(2)에 EGR용 플라즈마 반응기(5a)로부터 발생 된 생성물을 공급할 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 건설기계용 디젤엔진의 배기가스 저감시스템을 나타낸 개략도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 건설기계용 디젤엔진의 배기가스 저감시스템에서 상기 플라즈마 반응기(5)는 연료탱크(1)로부터 공급되는 연료와 공기를 공급받아 플라즈마 반응을 하도록 설치할 수 있고, 연료탱크(1)로부터 공급되는 연료와 공기와 배기관(6)통하여 공급되는 배기가스를 공급받아 플라즈마 반응을 하도록 설치할 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 건설기계용 디젤엔진의 배기가스 저감시스템에 사용되는 플라즈마 반응기를 나타낸 단면도이고, 도 7은 상기 도 5 및 상기 도 6의 부분상세도이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건설기계용 디젤엔진의 배기가스 저감시스템에 사용되는 플라즈마 반응기(5)는, 상측으로 개방되도록 배출구(40)가 형성된 원통 형상의 반응로(11)와, 상기 반응로(11)를 지지하는 베이스(12)로 몸체(10)가 형성된다.
상기 반응로(11)의 일측에 형성된 유입구(50)로부터 유입되는 가스가 예열 되도록 반응로(11)에 흡열로(13)가 형성되며, 상기 흡열로(13)는 반응기(11)의 열을 오랜 시간 동안 머물러 흡수할 수 있도록 반응기(11)의 원주에 나선형으로 형성된다.
상기 유입구(50)로 유입되는 가스는 보통 공기 또는 공기와 배기가스가 혼합된 혼합가스이다.
상기 반응로(11) 내측에는 전류가 인가되는 전극(20)이 베이스(12)에 지지 되어 설치된다.
상기 전극(20)에는 내측으로 공급된 연료가 흡열할 수 있도록 공간으로 이루어진 흡열챔버(21)가 형성되고, 상기 공급되어 예열 된 연료가 반응로(11)로 분사되도록 노즐(22)이 형성된다.
상기 노즐(22)은 반응로(11)에 골고루 분사되도록 전극(20) 상부에 1개 또는 등간격으로 다수 개가 배치되도록 형성된다.
상기 베이스(12)에 지지 되어 설치된 전극(20)의 흡열챔버(21) 내로 액체연료를 분사공급할 수 있도록 연료분사장치(30)가 설치된다.
상기 연료분사장치(30)는 연료를 공급하는 연료탱크(1)와 연결관으로 연결되며, 보통 인젝터를 사용하나 노즐을 사용할 수 있다.
상기 반응로(11)의 유입구(50)로부터 유입된 가스는 흡열로(13)에서 예열 되어 베이스(12)에 형성된 혼합챔버(14)로 이동하고, 상기 혼합챔버(14)로 이동한 가스는 연료분사장치(30)로 전극(20)의 흡열챔버(21) 내에서 분사되어 예열 된 연료와 혼합하여 혼합연료를 생성한다.
상기 혼합챔버(14)에서 혼합된 혼합연료는 유입홀(15)을 통하여 반응로(11)에 유입된다.
도 7과 같이 상기 유입홀(15)은 접선방향으로 반응로(11)에 경사지게 형성되어 공급되는 혼합연료가 스월(swirl) 형태가 발생하도록 회전 공급한다.
상기 유입홀(15)은 1개 또는 2개 이상이 형성되며, 상기 유입홀(15)의 개수는 플라즈마 반응기(5)의 크기 즉, 반응로(11)의 크기와 반응물의 유량에 따라 설치 개수가 변화한다.
상기 유입홀(15)이 2개 이상을 설치될 경우에는 등간격으로 배치한다.
상기 고압의 전류가 인가되는 전극(20)의 형상은 원추형상으로 형성되며, 내측에는 소정의 공간을 형성하여 연료분사장치(30)로부터 공급되는 연료를 예열하는 흡열챔버(21)를 형성하고, 상측에는 예열 된 연료를 반응로(11) 내로 공급할 수 있도록 노즐(22)이 형성된다.
상기 유입홀(15)을 통하여 회전공급되는 혼합연료는 회전류를 형성하면서 진행하여 반응로(11)의 길이방향의 상측으로 곧바로 이동되는 것보다 원주방향으로 회전하면서 이동함으로써 동일체적대비 플라즈마 반응효율을 높게 할 수 있는 것이다.
상기 고압의 전류가 인가되는 전극(20)에 형성되어 있는 노즐(22)에서 분사되는 연료가 반응구간(60)에서 플라즈마 반응을 하여 배출구(40)로 플라즈마 반응으로 생성된 생성물을 배출한다.
또한, 도 6과 같이 반응로(11)에 플라즈마 반응이 일어나는 반응구간(60)에 연료를 분사하는 연료분사장치(8)를 더 설치하는 것도 가능하다.
상기 연료분사장치(8)는 플라즈마 반응기(5)의 최소화하면서 많은 플라즈마 생성물을 생성할 수 있는 것이다.
보통 상기 액체연료분사장치(8)는 인젝터 또는 노즐을 사용한다.
상기 플라즈마 반응기(5)의 반응구간(60)에 연료분사장치(8)를 통하여 연료를 분사하면 연료는 순간적으로 기화되어 기체연료로 전환되어 연소 혹은 부분산화 되거나, 혹은 미연 상태의 기체연료 된다.
상기와 같이 이루어진 플라즈마 반응기(5)는 도 1 내지 도 4와 같은 형태로 설치되어 사용되는 것으로, 유입구(50)를 통하여 유입되는 가스(공기 또는 공기와 배기가스가 혼합된 혼합가스)는 흡열로(13)에서 예열 되고, 상기 흡열로(13)에서 예열된 가스는 혼합챔버(14)로 유입되어 전극(20)의 흡열챔버(21) 내에서 예열 된 연료와 혼합되어 혼합연료를 형성하여 유입홀(15)을 통하여 반응로(11)로 유입된다.
상기 유입홀(15)을 통하여 유입되는 혼합연료는 유입홀(15)의 형상에 의하여 회전하며 공급되어 반응로(11) 안에 연료가 고르게 분포된다.
상기 반응로(11) 안으로 유입된 혼합연료는 다시 전극(20)의 노즐(22)에서 분사되는 예열 된 연료와 함께 전극(20)에서 인가되는 고전압에 의하여 플라즈마 반응을 한다.
상기 연료분사장치(8)에서 분사되는 연료에 의하여 플라즈마 반응을 하는 반응구간에서는 다량의 플라즈마 반응에 의한 생성물이 생성되며, 연료분사장치(8)를 통하여 분사되는 연료에 따라 플라즈마 반응에 의한 생성물은 수소를 포함하는 합성가스가 생성될 수 있는 것으로, 수소를 포함하는 합성가스가 엔진(2)으로 공급되면 질소 산화물(NOx)의 저감을 위한 EGR 증가시 일어나는 CO, HC 등의 발생이 저감 된다.
상기와 같이 플라즈마 반응에 의하여 생성되는 생성물은 배기가스가 배출되는 배기관(6)과 엔진(2)에 공급되어 DPF 장치와 배기가스 재순환장치(EGR)의 효율을 증가시켜 입자상 물질(PM)과 질소 산화물(NOx)의 발생을 저감 시킨다.
이상에서는 본 발명을 바람직한 실시예에 의거하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 아니하고 청구항에 기재된 범위 내에서 변형이나 변경 실시가 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부된 특허청구범위에 속한다 할 것이다.
1: 연료탱크 2: 엔진
3: DPF 재생장치 4: 배기가스 재순환장치(EGR)
5: 플라즈마 반응기 6: 배기관

Claims (11)

  1. 건설기계용 디젤엔진의 배기가스 저감시스템에 있어서,
    연료탱크(1)로부터 연료를 공급받아 연소시키는 엔진(2);
    상기 엔진(2)으로부터 배출되는 배기가스가 배출되는 배기관(6)에 설치된 DPF 재생장치(3);
    상기 배기관(6)으로 배출되는 배기가스의 일부를 엔진(2)으로 공급시키도록 형성된 배기가스 재순환장치(4); 및
    상기 DPF 재생장치(3)와 배기가스 재순환장치(4)의 효율을 높이고자 설치된 플라즈마 반응기(5)를 포함하며,
    상기 플라즈마 반응기(5)로부터 발생 된 생성물을 배기관(6)으로 공급하여 배기관(6)의 온도를 상승시킴으로써 DPF 재생장치(3)의 효율을 높이고, 플라즈마 반응기(5)로부터 발생 된 생성물을 엔진(2)으로 공급하여 질소 산화물(NOx)의 생성을 저감하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 건설기계용 디젤엔진의 배기가스 저감시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 플라즈마 반응기(5)에서 생성된 생성물을 DPF 재생장치(3)를 이용한 입자상 물질(PM)을 재생시에는 배기관(6)으로 공급하고, 그 외의 시간에는 엔진(2)으로 공급하여 입자상 물질(PM)과 질소 산화물(NOx)의 생성을 저감 시키도록 이루어진 것을 특징으로 하는 건설기계용 디젤엔진의 배기가스 저감시스템.
  3. 건설기계용 디젤엔진의 배기가스 저감시스템에 있어서,
    연료탱크(1)로부터 연료를 공급받아 연소시키는 엔진(2);
    상기 엔진(2)으로부터 배출되는 배기가스가 배출되는 배기관(6)에 설치된 DPF 재생장치(3);
    상기 배기관(6)으로 배출되는 배기가스의 일부를 엔진(2)으로 공급시키도록 형성된 배기가스 재순환장치(4); 및
    상기 DPF 재생장치(3)와 배기가스 재순환장치(4)의 효율을 높이고자 설치된 플라즈마 반응기(5)를 포함하며,
    상기 플라즈마 반응기(5)는 DPF 재생장치(3)의 효율을 높이기 설치된 DPF용 플라즈마 반응기(5b)와, 배기가스 재순환장치(4)의 효율을 높이기 위하여 설치된 EGR용 플라즈마 반응기(5a)로 이루어지며,
    상기 DPF용 플라즈마 반응기(5b)는 배기가스가 공급되는 배기관(6)에 DPF용 플라즈마 반응기(5b)로부터 발생 된 생성물을 공급하고,
    상기 EGR용 플라즈마 반응기(5a)는 엔진(2)에 EGR용 플라즈마 반응기(5a)로부터 발생 된 생성물을 공급하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 건설기계용 디젤엔진의 배기가스 저감시스템.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마 반응기(5)는 연료탱크(1)로부터 공급되는 연료와 공기를 공급받아 플라즈마 반응을 하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 건설기계용 디젤엔진의 배기가스 저감시스템.
  5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마 반응기(5)는 연료탱크(1)로부터 공급되는 연료와 공기와 배기관(6)을 통하여 공급되는 배기가스를 공급받아 플라즈마 반응을 하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 건설기계용 디젤엔진의 배기가스 저감시스템.
  6. 제 1항 내지 제 3중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플라즈마 반응기(5)는,
    상측으로 배출구(40)가 형성되고, 유입구(50)가 형성된 원통 형상의 반응로(11)와, 상기 반응로(11)를 지지하는 베이스(12)로 형성된 몸체(10);
    상기 반응로(11) 내측으로 설치된 흡열챔버(21)와 노즐(22)이 형성된 전극(20); 및
    상기 베이스(12)에 설치되어 전극(20)의 흡열챔버(21) 내로 액체연료를 분사공급하도록 형성된 연료분사장치(30)를 구비하는 것을 특징으로 하는 건설기계용 디젤엔진의 배기가스 저감시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 반응로(11)에는 유입구(50)로 유입되는 가스가 예열 되도록 흡열로(13)가 형성된 것을 특징으로 하는 건설기계용 디젤엔진의 배기가스 저감시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 반응로(11)에 형성된 흡열로(13)는 반응기(11)의 열을 흡수할 수 있도록 반응기(11)의 원주에 나선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 건설기계용 디젤엔진의 배기가스 저감시스템.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 베이스(12)에는 반응로(11)의 유입구(50)로부터 유입된 가스와, 전극(20)의 흡열챔버(21) 내에서 예열 된 연료가 혼합되도록 혼합챔버(14)가 형성되고, 상기 혼합챔버(14)에서 혼합된 혼합연료가 반응로(11)에 유입되도록 유입홀(15)이 형성된 것을 특징으로 하는 건설기계용 디젤엔진의 배기가스 저감시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 유입홀(15)은 반응로(11)에 공급되는 혼합연료가 회전공급되도록 형성된 것을 특징으로 하는 건설기계용 디젤엔진의 배기가스 저감시스템.
  11. 제 6항에 있어서,
    상기 반응로(11)의 반응구간(60)에 연료를 공급할 수 있도록 연료분사장치(8)가 더 설치된 것을 특징으로 하는 건설기계용 디젤엔진의 배기가스 저감시스템.
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