KR950004354B1 - 배기가스 정화장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

배기가스 정화장치

제1도는 본 발명에 따른 배기가스 정화장치를 갖춘 머플러의 부분단면 측면도.

제2도는 배기가스 정화장치의 일 실시예를 보여주는 제1도의 선 II-II단면도.

제3도 내지 제5도는 본 발명에 따른 다른 실시예를 보여주는 제2도와 유사한 단면도.

제6도는 배기가스 정화장치의 촉매판의 부분확대 단면도.

제7도는 머플러에서의 배기가스의 온도분포를 보여주는 그래프.

제8도는 종전기술에 대비하였을 때의 본 발명에 따른 머플러 표면온도의 대비그래프.

제9도는 종전기술과 대비하였을 때의 본 발명에 따른 엔진 출력의 대비 그래프.

제10도는 배기가스 정화장치가 부착된 머플러를 장비한 모터 사이클의 측면도.

제11도는 제10도에 보여준 머플러의 확대도.

제12도는 종래의 배기가스 정화장치를 보여주는 제11도의 XII-XII 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

2,10 : 머플러 3 : 배기 파이프부

15 : 머플러 보디 16 : 촉매판

17 : 펀칭판 18 : 피복층

l9 : 촉매층.

본 발명은 엔진유닛, 예를 들면 모터사이클에 부착되는 배기가스 정화장치에 관한 것이다.

종래의 기술에 있어서 배기가스에 포함된 일산화탄소 및 탄화수소와 같은 유해성분 및/또는 미연(未燃)성분과 촉매와의 사이에 촉매접촉 반응을 이용한 산화반응을 일으켜 배기가스를 정화하는 배기가스 정화장치가 엔진유닛, 예를 들면 모터사이클의 배기시스템에 이용되고 있다. 촉매는 산화반응을 수행하기 위하여 엔진배기가스의 온도를 높히는 데에 이용되고 있다. 이러한 종래의 배기가스 정화장치에 있어서 배기가스는배기가스 튜브와 연결된 머플러 내에 배치된 촉매와 접촉함으로써 정화된다.

모터 사이클의 머플러는 일반적으로 배기파이프부 및 머플러부를 구비하고 있고, 촉매가 부착되는 판부재를 가지고 있다. 이 판부재는 머믈러보디의 내벽에 인접하여 아취형으로 굽어져 있는 2개의 판을 포함하고 있으며, 이 판들은 머플러를 지나 흐르는 배기가스가 이 판부재에 부착된 촉매와 접촉될 수 있도록 내벽면에 대해 1∼5mm의 틈새를 유지하여 머플러 브디의 내벽면에 장착되어 있다.

그러나 위에서 설명한 구조의 종래의 배기가스 정화장치의 구조에 있어서, 촉매가 부착된 판들은 머플러 보디의 내벽면에 인접하여 동 머플러 보디를 따라 조립된 상태의 원통형으로 배치되며, 판부재의 촉매와 접촉되어야 하는 배기가스의 일부는 관상(tubular)통로의 주변부에서 비교적 낮은 온도를 가진다. 그러므로 촉매 반응을 시작하기 위한 온도로 높히는데에 많은 시간이 걸리려 이로 인해 배기가스 정화성능이 저하하는 결과로 된다.

또한, 머플러 보디의 표면온도는 촉매가 부착된 판이 머플러 보디의 표면 가까이에 배치되기 때문에 크게 증가한다. 결과적으로 머플러 보디의 고온표면으로 인해 받는 열해(熱害)영향에 대한 충분한 대책 수립이 요구되며 이로 인해 원가상승 및 디퓨져에 미치는 상당히 큰 영향으로 인한 엔진출력의 감소와 같은 몇가지 문제점이 생긴다.

본 발명의 목적은 실제적으로 위에서 설명한 종전기술이 당면한 결함 또는 결점을 제거하는 것이며, 배기가스 정화성능을 높히기 의해 엔진배기가스와 장치 사이의 촉매반응을 개선하고, 엔진출력의 향상은 물론 머플러에 미치는 열적 영향을 감소시킬 수 있는 배기가스 정화장치를 제공하는 것이다.

이 목적 및 그 밖의 목적은 엔진의 배기포트로부터 나온 배기가스가, 이 배기가스 포트에 연결된 배기파이프부가 구비된 원통형 머플러에 배치된 촉매를 가진 부재에 의해 정화되는 배기가스 정화장치를 제공함으로써 본 발명에 따라서 성취될수 있는데 상기 장치는 촉매가 부착되는 촉매판수단이 실제적으로 배기파이프부 횡단면의 직경방향 중앙부에 이 배기파이프부의 길이방향 전체에 걸쳐 뻗도록 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

람직한 실시예에서 상기 촉매판수단은 중앙판과 이 중앙판 양측면에 배치되는 촉매과는 이루어지는 드위치(sandwich)구조의 적어도 하나의 판부재를 포함하며, 또한 피복층 상기의 중앙판과 촉매층사이에 더 배치될수도 있다.

촉매판 수단은 하나의 촉매판 부재로 구성되며 배기파이프부의 직경부에 배치되거나 또는 배기파이프의 내면으로부터 1/3d 내지 2/3d(여기의 기호 d는 배기 파이프부의 내경을 가리킨다) 떨어진 범위 내의 배기파이프부의 직경 방향의 중앙부에 배치된다.

위에서 설명한 특징을 가진 본 발명에 따라서 촉매가 부착되는 촉매판은 머플러의 배기가스부의 직경방향의 중앙부 또는 그 가까이에 배치되며, 그리고 배기가스가 엔진 배기포트로부터 머플러 속으로 흘러나갈 때 배기가스의 고온부가 촉매와 접촉한다. 따라서 촉매반응이 신속하고 적극적으로 시작됨으로써 배기가스 정화성능이 향상 된다.

또, 촉매판이 실질적으로 머플러의 중앙부에 위치되기 때문에 촉매판과 머플러의 내벽면 사이에 큰 거리가 존재함으로써 머플러의 표면 온도의 상승이 크게 억제되고 이로 인해 엔진 출력향상이 도모된다.

본 발명의 이해를 돕기 위해 먼저 제10도 내지 제12도에 따라 종전기술이 설명된다.

제10도는 본 발명이 바람직하게 적용될 수 있는 종류의 모터사이클을 보여준다. 모터사이클(1)에는 머플러(2)가 구비되는데 이 머플러는 엔진 배기포트에 연결된 배기파이프에 연결된다.

제11도와 같이, 모터사이클(1)의 머플러(2)는 일반적으로 배기파이프부(3)와 머플러부(4)를 구비하고 있다. 소음기(7)는 배기파이프(6)를 통해 머플러(2)와 연결된다. 이러한 머플러(2)에는, 제12도에 도시된 바와 같이, 촉매가 부착되어 있는 한 쌍의 반원형판(8)(8)이 배치되고, 이 판들(8)(8)은 머플러 보디(5)의 내벽에 인접하여 아치형으로 굽어져 있다. 이 판들(8)은 머플러를 지나 흐르는 배기가스가 판(8)(8)에 부착된 촉매와 접촉될 수 있도록 머플러 내벽면에 대해 l∼5mm의 틈새를 유지하여 머플러보디의 내벽면에 장착되어 있다. 모터 사이클에 있어서 종래의 머플러의 배기가스 정화장치는 위의 설명과 같이 구성되어 있다.

그러나 이전한 종래의 배기가스 정화창치는 앞서 언급한 바의 문제점을 가지고 있다. 종전기술의 문제점을 제거하기 위해 고안된 본 발명은 제1도 내지 제9도에 의거 아래에 설명된다.

먼저, 본 발명에 따른 배기가스 정화장치가 구비된 제10도에 도시된 종류의 모터사이클의 머플러(10)를 보여주는 제1도에 관해 설명하면, 머플러(10)는 모터사이클의 엔진 배기포트에 부착된 배기파이프부(11)를 포함하는 머플러 보디(15)와 배기 파이프부(11)에 연결된 머플러부(12)를 구비하고 있다. 머플러부(12)는 머플러 보디(15)의 일부를 팽창하여 형성된 팽창실을 가지고 있다. 배기파이프(13)는 머플러부(12)의 하류측에 연결되고 소음기(14)는 배기파이프(13)에 연결된다. 이 실시예에서 머플러(10)는 모터사이클 보디의 좌측에 위치한 머플러에 관한 것이다.

제1도는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기가스 정화장치를 보여주는 머플러(10)의 배기 파이프부(11)의 횡단면이다. 제2도에 도시된 바와 같이 머플러(10)의 머플러 보디(15)는 내측 보디(15a)가 모터 사이클보디쪽에 배치되고 외측 보디(5b)는 바깥쪽에 배치되어 있는 한 쌍의 내·외측 하프(halves)로 형성되어있다. 내외측 머플러 보디(15a)(15b) 각각의 반원형 단면을 가지며 서로 짝지워져서 머플러보디(15)로서의 원통형 파이프를 구성한다.

촉매가 부착되어 있는 판(16)은 그 양 측단이 예를 들면 용접 수단에 의해 배기파이프부(11)의 길이방향을 따라 내외측 머플러 보디(15a)(15b)의 접속부분에 고정될 수 있도록 머플러 보디(15) 횡단면의 중앙부에 직경방향으로 배치된다. 이 판(16)을 이후 편의상 촉매판(16)이라 부르기로 한다.

제3도는 촉매판(16)이 도시원 바와 같이 내측보디(15a) 쪽의 내부에 수직방향으로 고착되어 있는 본 발명에 따른 또 다른 실시예를 보여준다. 즉, 촉매판(16)은 머플러 보디(15a)의 직경방향으로부터 1/3d 내지 2/3d(1/3d＜ ℓ ＜2/3d)(여기서 기호 d는 머플러 보디의 내경이다) 범위 내에서 치우쳐져 있으며, 이 범위는 이하 제2도의 위치와 대비하여 내측 머플러 보디(15a)의 내벽표면 쪽으로 치우친 중앙부로서 표현된다.

제4도는 촉매판(16)이 제3도의 그것과 유사한 중앙부에 배치된 본 발명에 따른 또 하나의 실시예를 보여주지만 제4도의 실시예에서는 촉매판(16)이 촉매의 표면적을 넓히는 것은 물론 촉매판(16)의 강성을 증가시키기 위해 그 중간부에 보조 리브부(16a)를 갖추고 있다.

제5도는 제3도에 보여준 종류의 촉매판(16)이 머플러 보디(15)의 중앙부에서 내측 및 외측 보디(15a)(15b)의 각각에 장착되어 있는 본 발명에 따른 또 하나의 실시예를 보여준다, 다시 말해 2개의 촉매판이 중앙부, 즉 1/3d 내지 2/3d(d : 머플러 보디(15)의 내경) 범위 내에, 예를 들면 직경방향으로 대칭으로 배치되어 있다. 이 실시예에 따르면 강성의 증가는 물론 촉매의 총표면적이 증가될 수 있다.

제2도 내지 제5도에 의한 앞서 설명한 바람직한 실시예에 있어서, 촉매판(16)은 예를 들면 제6도의 부분확대단면과 같이 샌드위치 구조를 가지고 있다.

제6도에 관해 언급하면, 촉매판(16)은 샌드위치 구조에 있어서 중앙에 배치된 편칭판(17)과, 이 편칭판(17)의 양쪽에 부착된 피복층(18) 및 이 피복층(18)의 외측면에 부착된 촉매층(19)으로 이루어져 있으며, 상기 피복층은 편칭판(17)의 외측 표면에 촉매층(19)의 부착성을 개선하기 위해 배치되어 있다. 편칭판(17)은 이 판의 편칭된 구멍을 지나는 배기가스의 흐름을 개선하기 위해 이용되지만 구멍이 없는 평판이 이용될 수도 있다.

바람직한 실시예에 있어서 편칭판(17)은 강판으로 만드는 것이 좋으며, 피복층(18)은 세라믹 상태의 백색알루미늄 재료와 같은 세라믹 재료를 용사(溶射)함으로써 피복층(18) 형성하는 것이 바람직하다. 촉매(19)로서는 배기가스의 온도를 증가하기 위해 산화반응을 촉진시키기 위한 것을 이용하도록 되어 있으며, 이를위해 백금 및 로듐(Rh)을 주성분으로 하는 촉매가 바람직하게 이용될 수 있다.

촉매의 종류에 따라서는 피복층(18)이 필요없을 수도 있다.

본 실시예들의 각각의 배기가스 정화장치는 다음과 같이 작동할 것이다.

제7도에 도시한 바와 같이 머플러 보디(15)의 배기 파이프부의 중앙부를 통해 흐르는 엔진 배기구멍으로부터 나온 배기가스는 일반적으로 그 반경방향 주변부를 따라 흐르는 것보다 고온이다. 배기가스가 머플러보디(15) 내에서 흐를 때 고온 배기가스는 머플러 보디내의 중앙부를 지나 흐른다. 본 발명에 따라 촉매판은 흐름통로의 중앙부에 배치되기 때문에 고온의 배기가스는 촉매 즉, 촉매판의 촉매층과 적극적으로 첩촉하며 그것과 신속히 반응한다. 그러므로 촉매반응이 신속하게 시작되고 이로인해 배기가스 정화성능이 향상될 수 있다.

또한 촉매판(16)이 배기가스 흐름통로의 중앙부에 배치되기 때문에 머플러 보디(15)내벽면의 온도는 제12도에 도시한 바와 같은 종래 촉매판의 구조와 비교하여 볼 때 촉매반응에 의한 온도증가가 크지 않다. 이러한 관점에서 제8도는 본 발명에 따른 머플러 보디의 표면온도가 점선 B로 표시된 종래의 것과 비교하여 실선 A로 표시된 것과 같이 머플러(2)의 길이방향의 전 길이에 걸쳐 더 낮게 됨을 보이고 있다.

또한 제9도에서와 같이, 머플러 보디의 표면온도가 덜 증가되기 때문에 온도 증가에 의해 야기된 영향이 머플러의 디퓨져에 덜 미치며, 그럼으로써 제12도에 따른 종래의 머플러가 제9도에서 점선 D로 표시된 것과 비교하여 실선 C로 표시되었둣이 출력의 감소가 엔진의 전체 회전수 범위에 걸쳐 덜하다.

앞의 실시예에서 배기가스 정화장치는 모터사이클 보디의 좌측에 배치된 머플러용으로 장비되어 있지만 실질적으로 모더사이클 보디의 우측상의 머플러에도 동일한 장치가 배치된다. 이 경우 촉매판이 제3도 또는 제4도와 같은 치우친 방법으로 구성되면 촉매판은 내측 보디 하프(15a)의 내벽쪽에 배치된다.

본 발명은 기 설명된 실시예에 국한되는 겻은 아니며, 그 다른 변경 및 수정이 첨부된 특허청구범위로부터 벗어남이 없이 행해질 수 있다.

Claims (7)

1. 엔진의 배기포트로부터 나온 배기가스가 이 배기가스구멍에 연결된 배기파이프부를 갖춘 원통형 머플러 내에 배치되어 있는 촉매를 가진 부재에 의해 정화되는 배기가스 정화장치에 있어서, 촉매가 부착되어있는 촉매판 수단이 실질적으로 배기 파이프부의 횡단면상의 직경방향의 중앙부에 배기 파이프부의 전체 길이방향에 걸쳐 뻗도록 배치되며, 상기의 촉매판 수단은 중간판 및 이 중간판의 양측면에 배치된 촉매층을 구비한 샌드위치구조의 적어도 하나의 판부재를 포함하며, 그리고 상기의 중간판은 다수의 관통구멍을 가진 편칭판인 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치.
2. 특허청구범위 제1항에 있어서, 상기의 중앙판은 스텐레스강판으로 이루어지고 상기의 촉매층은 주로 백금과 로듐(Rh)으로 형성된 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치.
3. 특허청구범위 제1항에 있어서, 또한 피복층이 상기 중앙판과 촉매층 사이에 더 배치되고 상기의 피복층은 세라믹 상태의 백색 알루미늄을 용사함에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치.
4. 특허청구범위 제l항에 있어서, 상기 촉매판 수단은 하나의 촉매판 부재이며, 배기 파이프부의 직경부에 배치되는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치.
5. 특허청구범위 제1항에 있어서 상기 촉매판 수단은 하나의 촉매판 부재로 구성되며, 배기 파이프부의 내측면으로부터 1/3d 내지 2/3d-여기서 기호 d는 배기 파이프부의 내경을 가리킨다-떨어진 범위 내에서 배기 파이프부의 직경방향의 중앙부에 배치되는 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치.
6. 6. 특허청구범위 제5항에 있어서, 촉매콴 부재는 동 촉매판부재의 중간부에 형성된 리브부를 갓춘 것을특징으로 하는 배기가스 정화장치.
7. 특허청구범위 제1항에 있어서, 상기의 촉매판 수단은 배기파이프의 내면으로부터 1/3d 내지 2/3d-여기서 기호 d는 배기 파이프부의 내경을 가리킨다-떨어진 범위 내에서 배기 파이프부의 직경방향의 중앙부에 직경 방향으로 대칭으로 배치된 2개의 촉매판을 구비한 것을 특징으로 하는 배기가스 정화장치.