KR930003172Y1 - 디이젤엔진의 배기미립자 정화장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

디이젤엔진의 배기미립자 정화장치

제1도는 본 고안의 일실시예를 표시한 전체 개략구성도.

제2도는 미립자를 포집하는 트랩(2)의 재생개시시의 제어를 표시한 플로우차아트.

제3도는 트랩(2)의 재생중에서 부터 재생종료에 이르는 제어를 표시한 플로우차아트.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 배기통로 2 : 트랩

3 : 바이패스통로 4 : 드로틀밸브

5 : 전자밸브 6 : 에어실린더

7 : 포집재 8 : 전기히이터

9 : 교류발전기 10 : 온도센서

11a,11b : 압력센서 12 : 콤퓨터

13 : 차량쪽배터리 14 : 차량쪽의 교류발진기

본 고안은 전기히이터에 의해 배기가스속의 미립자를 착화시켜서 연소시키는 디이젤엔진의 배기미립자 정화 장치에 관한 것이다.

디이젤엔진으로부터 배출된 배기가스는 그 배기통로에 설치된 트랩으로 통하게 되며, 배기가스속에 함유된 그 을음통의 미립자(particulate)가 트랩을 구성하는 세라믹다공질체로 이루어진 포집재(捕集材)에 의해 포집된다.

트랩에는 시간의 경과와 더불어 미립자가 축적되므로 압력손실이 증대해서 엔진의 출력손실이 증대된다. 이 때문에, 미립자가 어느정도 축적된 단계에서, 미립자를 소각제거하여 트랩을 재생할 필요가 있다. 트랩재생은, 포집재의 상류쪽 단면부에 전기히이터를 설치하여 이 전기히이터에 의해 배기가스온도를 상승시키고, 이 승온된 배기가스에 의해 미립자를 착화시켜서 연소시키므로서 행하여지고 있다.

상기한 종래의 트랩재생에 있어서, 트랩을 흐르는 배기가스의 전체유량을 승온할려고 하면 전기히이터의 용량이 너무 커지기 때문에, 재생중에는 배기가스를 바이패스시켜서 트랩에 유입하는 배기가스의 양을 줄이고 있었다.

그러나 전기히이터에 통전을 개시하여 트랩의 재생을 행할때, 트랩의 온도가 낮음, 즉 유입하는 배기가스의 온도가 낮으면 (예를들면 150℃정도)트랩의 열용량이 비교적 크기 때문에 미립자의 착화, 연소가 좀처럼 개시되지 않고, 그만큼 전기히이터에의 통전시간이 길어져서 배터리가 소진되어 버릴 염려가 있다.

또 트랩자체는 전기히이터에 의해서 승온된 배기가스에 쬐어지기 때문에 온도변화가 큰 조건하에 있으며, 큰 열응력을 발생하여 손상이 발생할 염려가 있다.

이상과 같이 전기히이터를 사용해서 배기가스를 승온시키고, 동승온된 배기가스에 의해서 미립자를 소각제거하는 미립자 정화장치에 있어서는 상기한 바와같은 여러가지의 불편이 발생하여 이들에 대해서 개선이 요망되고 있었다

그리하여, 본 고안은 상기 불편을 개선하기 위하여 제창된 것으로서, 본 고안은 디이젤엔진의 배기통로에 전기히이터를 설치하는 트랩과, 동트랩을 바이패스하도록 상기 배기통로에 설치된 바이패스통로와, 동바이패스통로에 설치되고 동바이패스 통로에 유입하는 배기가스량을 제어하는 제어밸브를 구비하고 상기 전기히이터를 통과해석 승온된 배기가스에 의해 미립자를 착화연소시키는 디이젤엔진의 배기미립자 정화장치에 있어서, 상기 트랩내에 설치되어 상기 미립자를 포집하는 미립자포집재와, 동포집재의 전방과 후방에 각각 장착된 압력 센서로 형성되는, 미립자의 퇴적량을 검지하는 퇴적량 검지수단과, 상기 트랩의 상류측에 설치되어 동트랩에 유입하는 배기가스의 온도를 계측하는 온도센서와, 상기 퇴적량검지수단과 상기 온도센서부터의 출력신호에 의거하여 상기 전기히이터에의 통전과 상기 제어밸브의 개폐동작을 제어하는 제어장치와, 상기 전기히이터와 상기 제어장치 사이에 설치됨과 동시에, 상기 제어장치에 의해 피일드코일에 대한 전류공급이 제어되고, 동피일드코일에 전류가 공급되었을때 발전된 전류가 상기 전기히이터에 통전되도록 구성된 상기 전기히이터에의 전류공급을 전용으로 행하는 발전기를 구비하고, 상기 제어장치가 재생개시시의 처리 및 재생 종료시의 처리를 최적하게 제어하므로서, 미립자를 확실, 신속하게 연소시키는 동시에, 장치의 내구성을 향상시키는 것이다.

본 고안의 디이젤엔진의 배기미립자 정화장치의 일실시예를 제1도에 표시한다.

제1도에 표시한 바와같이 디이젤엔진(도시하지 않음)의 배기통로(1)에는 배기가스속의 미립자를 포집하는 트랩(2)와 트랩(2)를 바이패스하도록 해서 바이패스통로(3)가 형성되어 있다. 바이패스통로(3)내에는 드로틀밸브(4)가 설치되어 있으며, 전자밸브(5), 에어실린더(6)에 의해서 개폐가 행하여진다.

트랩(2)에는 포집재(7)이 장입되어 있으며, 그 상류쪽에 미립자를 착화시키는 고온의 배기가스를 얻기 위하여 배기가스를 승온하는 전기히이터(8)이 설치되어 있다. 전기히이터(8)에는 전기히이터(8)에 전력을 공급하는 전용의 교류발전기(9)가 접속되어 있으며, 이 교류발전기(9)는 전기히이터(8)에 24V혹은 24V이상의 전압을 공급할수 있는 것을 사용하여, 배기가스를 효율좋게 승온시켜서 미립자를 신속하게 착화, 연소시킨다. 또, 트랩(2)의 상류쪽에는 트랩(2)에 유입하는 배기가스의 온도를 계측하는 온도센서(10)이 설치되고, 또 포집재(7)의 상류쪽 및 하류쪽에는 미립자의 퇴적에 의한 트랩(2)의 압손을 검지하는 퇴적량 검지수단인 압력센서(11a),(11b)가 설치되어 있으며, 온도센서(10), 압력센서(11a),(11b)로부터의 온도정보, 압손정보(損情報)는 제어장치인 콤퓨터(ECU)(12)에 입력된다. 콤퓨터(12)는 헤드라이트, 테일램프등의 차량의 전기기기의 전원(12V계)인 차량쪽 배터리(13)으로부터 교류발전기(9)에 발전용의 피일드전류(a)를 공급하여 상기 교류발전기(9)로부터 발전되는 전류를 전기히이터(8)에 통전시키는 동시에, 전자밸브(5)에 개방신호(b)를 출력하여 에어실린더(6)을 개재해서 제어밸브인 드로틀밸브(4)의 개폐제어를 행하며, 트랩(2)를 흐르는 배기가스의 유량을 조정해서 트랩(2)를 재생하는 제어기능을 가지고 있다. (14)는 차량쪽(12V계)의 교류발전기이다.

상기 콤퓨터(12)의 재생을 개시하는 경우의 작동을 제2도의 플로우차아트도에 의거하여 설명한다.

통상시는, 바이패스통로(3)내의 드로틀밸브(4)는 닫혀져 있으므로 배기가스는 트랩(2)을 흐르며, 그속의 미립자는 포집재(7)에 의해 포집되어서 정화된 다음 대기속으로 배기된다. 그리하여, 시간의 경과에 따라서 트랩(2)에 미립자가 퇴적되면, 압력센서(11a), (11b)로 검지된다. 압력센서(11a), (11b)로부터의 퇴적정보에 의거해서 콤퓨터(12)는 재생시기판단수단(스텝 S1)에 의하여 재생시기를 판단하여 재생모우드로 들어간다. 이때 온도센서(10)으로부터 입력되는 온도정보에 의해, 트랩(2)에 유입하는 배기가스의 온도(T)가 미리 설정한 온도(To)이상인지를 제1온도판단수단(스텝 S2)으로 판단하고, 저온(예를들면 400℃이하)이면 전기히이터(8)에 통전은 행하여지지 않는다. 그리고 미리 설정한 온도(To) (예를들면 400℃정도)이상으로 된후에, 콤퓨터(12)는 배터리(13)으로부터 전기히이터(8)용의 교류발전기(9)에 발전용의 피일드전류(a)를 공급하도록 지령을 출력해서, 교류발전기(9)의 발전전류를 전기히이터(8)에 통전하는(스텝 S3)동시에, 전자밸브(5)에 개방신호(b)를 출력하여 에어실린더(6)를 개재해서 드로틀밸브(4)을 열고(스텝 S4), 트랩(2)를 통과하는 배기가스를 승온하여 이 승온된 배기가스에 의해서 미립자를 착화, 연소시켜서 트랩(2)을 효율좋게 재생한다. 그리고 트랩(2)의 재생시간(t)가 소정의 시간(to)을 경과했는지를 제1소정시간 판단수단(스텝 S5)으로 판단하고, (to)이상 경과하면 콤퓨터(12)로부터의 지령에 의거해서 전기히이터(8)에의 통전을 정지(스텝 S6)함과 동시에, 드로틀밸브(4)를 닫고 (스텝 S7), 트랩(2)의 재생이 종료된다.

이상의 실시예의 제어장치에 의한 제어라면, 트랩(2)에 유입하는 배기가스의 온도가 미리 설정한 배기온도가 상으로 된후에 전기히이터에 통전이 개시되므로, 배터리가 소진되는 것을 방지하여 전기히이터에 효율이 좋은 통전이 행하여져서, 미립자를 착화, 연소를 신속, 확실하게 행할수 있다.

다음에, 상기 콤퓨커(12)에 재생중에서부터 재생종료에 이르는 작동을 제3도의 플로우차아트도에 의거해서 설명한다.

압력센서(11a), (11b)로부터의 퇴적정보에 의거해서 콤퓨터(12)는 재생모우드시기를 판단하고(스텝 S1), 배터리(13)으로부터 전기히이터(8)용의 교류발진기(9)에 발전용의 피일드전류(a)를 공급하도록 지령을 출력해서 전기히이터(8)에 통전을 행함(스텝 S3)과 동시에, 전자밸브(5)에 개방신호(b)를 출력하여 에어실린더(6)을 개재해서 드로틀밸브(4)을 열고(스텝 S4), 트랩(2)를 통과하는 배기가스를 승온하고 이 승온된 배기가스에 의해서 미립자를 착화, 연소시켜서 트랩(2)를 재생한다.

그리고, 트랩(2)의 재생시간(t)가 소정의 시간(to)을 경과했는지를 제1소정시간 판단수단(스탭 S5)으로 판단하고, (to)이상 경과하면, 콤퓨터(12)로부터의 지령에 의거해서 전기히이터(8)에의 통전을 정지한다. 그리고 콤퓨터(12)는 온도센서(10)으로분터 입력되는 온도정보에 의해 트랩(2)에 유입되는 배기가스의 온도(T1)이 미리 설정한 온도(T2)(예를들면 400℃정도)이상으로 되었는지 어떤지를 제2온도 판단수단(스텝 S10)으로 판단하고, (T2)이상이라는 것을 검지하면, 전자밸브(5)에 폐쇄신호를 출력하여 에어실린더(6)을 개재해서 드로틀 밸브(4)를 닫도록 제어를 행하고 트랩(2)의 재생을 종료한다. 이때, 트랩(2)에 유입하는 배기가스의 온도(T1)이 미리 설정한 온도(T2) (예를들면 400℃정도)에 도달해 있지 않다고 검지하였을 경우, 배기가스가 온도(T2)에 도달해 있지 않는 상태에 있는 시간(t1)이 소정의 시간(t2) (트랩(2)가 고온상태로 부터 서서히 냉각되어서 저온의 배기가스가 유입하여도 열응력이 크게 되지 않는 시간)를 경과하였는지 어떤지를 제2소정시간 판단수단 (스텝 S11)으로 판단하고, 경과한 후에 드로틀밸브(4)를 닫도록 (스텝 S7)제어를 행하여 트랩(2)의 재생을 종료한다.

이상의 재생중에서부터 재생종료에 이르는 콤퓨터로의 작동에 의하면, 트랩재생 종료시에 트랩에 유입하는 배기가스의 온도가 미리 설정한 온도이하라면, 드로틀밸브를 소정의 시간이 경화할때까지 개방상태로 유지하므로서, 저온의 배기가스가 트랩에 유입해도 큰열응력이 발생하지 않으므로 트랩의 손상을 방지할수 있다.

다음에 상기 콤퓨터(12)에 의한 드로틀밸브(14)의 개방작동시에 있어서의 구체적인 제어에 대해서 설명한다.

일반적으로 트랩의 재생처리를 행할 경우에는, 트랩의 내구성의 관점에서, 재생회수를 감소시키고 연소하는 미립자의 양을 증가시키고 있었다. 그러나, 이 경우, 트랩내에 퇴적된 미립자가 연소될때에 미립자 자체가 발열하는 열량(일반적으로 1g당 약8kcal)에 의해서 트랩내 온도가 매우 높아져서 트랩의 용손(溶損)을 발생할 위험이 있으며, 이때문에 드로틀밸브의 개폐를 트랩내 또는 근처온도를 피이드백시켜서 연속적으로 또한 미묘하게 조정할 필요가 있었다.

이와같은 일반적인 드로틀밸브의 개폐제어에 대해서 본 발명은 한번에 연소하는 미립자의 퇴적량을 일반적인 양(트랩 1ℓ당 약 4g)보다도 적은 양으로 설정하여 용손을 방지하고, 드로틀밸브(14)의 개폐는 미리 설정된 개방도(예를들면 45°)로 작동되도록 설정되어 있다.

이하에 트랩(2)에 퇴적하는 미립자의 양을 종래의 약 4g/ℓ로부터 약 2g/ℓ로 설정하였을 경우 이 약 2g/ℓ에 의해서 미립자 자체의 연소에 의한 트랩(2)의 온도상승 △T를 계산한다.

트랩(2)의 용량 : 12.5ℓ, 미립자의 퇴적량 : GP : 25g, 발열량 Qo : 8kcal/g, 트랩(2)의 중량 Gt : 4.7kg, 트랩(2)의 비열 Cp : 0.25kcal/kg·cm로하면, Cp x Gt x △T = Qo x Gp

가 된다.

이것으로부터 전기히터에 의해서 승온된 배기가스에 의해서 미립자가, 착화되기 위해서는, 상기 배기가스가 약 600℃까지 승온되지 않으면 안되나, 트랩(2)에 유입하는 배기가스에 의한 냉각작용이 전혀없는 상태에서도 약 770℃(600℃+170℃)까지 밖에 올라가지 않기 때문에 트랩(2)의 손상이나 용손등의 불편이 발생하지 않는다. 즉, 드로틀밸브(4)가 완전개방으로 되어서 트랩(2)에 유입하는 배기가스유량이 극히 소량이라도 트랩(2)의 손상이나 용손등이 발생하지 않는다.

따라서, 드로틀밸브(4)의 개방도를 트랩(2)내 또는 근처의 온도에 의해서 피이드백 제어할 필요가 없고, 온-오프적으로 소정개방정도로 개방작동되는 것만으로도 되며, 그만큼 구조가 간단하게 되고 확실하고 또한 내구성이 높은 디이젤엔진의 배기미립자 정화장치들 얻을수 있다.

이상, 제어장치인 콤퓨터(12)에 의해서 제어를 행하므로서 미립자의 착화, 연소가 신속, 확실하게 행하여지는 동시에 내구성의 향상을 도모할수 있는 디이젤엔진의 배기미립자 정화장치를 얻을수 있다.

Claims (2)

1. 디이젤엔진의 배기통로에 전기히이터(8)를 설치한 트랩(2)과 동트랩을 바이패스 하도록 상기 배기통로에 설치된 바이패스통로(3)와 동바이패스통로에 유입하는 배기가스량을 제어하는 제어밸브(4)를 구비하고, 상기 전기히이터를 통과해서 승온된 배기가스에 의해 미립자를 착화연소시키는 디이젤엔진의 배기미립자 정화장치에 있어서, 상기 트랩내에 설치되어 상기 미립자를 포집하는 미립자포집재(7)와, 동포집재의 전방과 측방에 각각 장착된 압력센서로 형성되는, 미립자의 퇴적량을 검지하는 퇴적량 검지수단(11a), (11b)와, 상기 트랩의 상류측에 설치되어 동트랩에 유입하는 상기 가스의 온도를 계측하는 온도센서(10)와, 상기 퇴적량검지수단과 상기 온도센서로 부터의 출력신호에 의거하여 상기 전기히이터에의 통전가 상기 제어밸브의 개폐동작을 제어하는 제어장치(12)와, 상기 전기히이터와 상기 제어장치 사이에 설치됨과 동시에 상기 제어장치에 의해 피일드코일에 대한 전류공급이 제어되고, 동피일드로일에 전류가 공급되었을때 발전된 전류가 상기 전기히이터에 통전되도록 구성된 상기 전기히이터에의 전류공급을 전용으로 행하는 교류발전기(9)를 구비하고, 상기 제어장치가, 퇴적량 감지수단으로부터의 출력신호를 근거로 상기 미립자 포집재의 재생시기를 판단하는 재생기판단수단(S1)과 상기 온도센서로부터의 출력신호를 근거로 배기가스온도가 소정온도이상으로 되었는지 여부를 판단하는 제1온도판단 수단(S2)을 가지고, 상기 재생시기판단수단이 재생시기를 판단하고, 상기 제1온도판단수단이 상기 소정온도이상을 판단하였을때 상기 발전전류가 상기 전기히이터에 통전되는 동시에 상기 제어밸브를 개방작동시키고 또한 상기 제어장치가 상기 전기히이터를 통전시키는 동시에 상기 제어밸브를 개방작동시킨 후에 소정시간 경과하였는지 어떤지를 판단하는 제1소정시간 판단수단(S5)을 가지고, 동 제1소정시간 판단수단에 의해서 소정시간이 경과한 것을 판단된 후에, 상기 전기히이터에의 통전을 오프시키는 동시에 상기 제어밸브를 폐쇄하고, 또한 상기 제어장치가 상기 온도센서로부터의 출력신호를 근거로 배기가스온도가 소정온도이하인지 여부를 판단하는 제2온도판단수단과, 동 제2온도판단수단(S10)으로 판단되는 소정온도이하의 온도상태가 소정시간 계속하였는지 여부를 판단하는 제2소정시간 판단수단(S11)을 가지고, 상기 전기히이터가 통전상태로부터 비통전상태로 절환된 후에 상기 제2소정시간 판단수단에 의해서 소정시간이 경과할때까지 상기 제어밸브가 개방상태로 유지되도록 구성한 것을 특징으로 하는 디이젤엔진의 배기미립자 정화장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제어밸브가 상기 바이패스통로내의 1개소에 설치되고, 통상 운전시에는 완전패쇄로 하고, 상기 전기히이터에의 통전과 동시에 미리 설정된 소정개방도로 개방작동되는 것을 특징으로 하는 디이엔진의 배기미립자 정화장치.