KR980009785A - Exhaust gas purification system - Google Patents
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Abstract
본 발명은 엔진으로부터 배출되는 배기 가스 흐름의 하류에 하우징내에 위치된 입구 및 출구 말단을 갖는 촉매 기질을 포함하는 엔진 배기 정화 시스템에 관한 것이다. 상기 촉매 구조물은 볼록한 모양의 입구 말단을 가지는 반면에, 상기 하우징은 유사한 형태인 프러스토-원뿔 모양의 입구부분을 갖는다. 본 발명의 특징은 상기 기질이 기질의 입구면을 통하여 배기 가스의 균일한 흐름 뿐만 아니라 상기 입구 부분에서 낮은 압력 강하를 초래하도록 상기 기질의 입구면과 하우징의 입구면을 충분히 밀착시키는 방법내에서 하우징내에 위치되는 것이다.The present invention relates to an engine exhaust purification system comprising a catalyst substrate having an inlet and an outlet end located in a housing downstream of an exhaust gas stream exiting the engine. The catalyst structure has a convexly shaped inlet end, while the housing has a similarly shaped crust-conical inlet. A feature of the present invention is to provide a housing in a method of sufficiently adhering the inlet face of the substrate and the inlet face of the housing such that the substrate causes a low pressure drop at the inlet portion as well as a uniform flow of exhaust gas through the inlet face of the substrate. It is located in.
Description
도1은 하우징내에 배치된 허니컴 구조를 갖는 통상의 엔진 배기 정화 시스템을 도시한 (세로의) 단면도.1 is a (vertical) cross sectional view showing a conventional engine exhaust purification system having a honeycomb structure disposed in a housing;
도2는 통상적인 배기 정화 시스템에 의해 나타나는 전형적인 압력 강하를 도시한 그래프.2 is a graph showing a typical pressure drop exhibited by a conventional exhaust purification system.
도3은 통상적인 배기 정화 시스템에 의해 기질의 입구에서 나타나는 불균일한 배기 가스의 흐름을 도시한 그래프.3 is a graph showing the non-uniform flow of exhaust gas appearing at the inlet of a substrate by a conventional exhaust purification system.
도4는 통상적인 배기 정화 시스템에 의해 전형적으로 나타나는 "에디영역 (eddy zone)"을 도시한 흐름 단면도.Fig. 4 is a flow sectional view showing an “eddy zone” typically represented by a conventional exhaust purification system.
도5는 통상적인 배기 정화 시스템 전체 압력 강하의 성분을 도시한 그래프.5 is a graph showing the components of a typical exhaust purification system overall pressure drop.
도6은 본 발명의 배기 가스 정화 시스템을 도시한 (세로의) 단면도.6 is a (vertical) cross sectional view showing the exhaust gas purification system of the present invention;
도7 및 8은 본 발명의 배기 가스 정화 시스템의 두 개의 실시예를 나타낸 단면도.7 and 8 are cross-sectional views showing two embodiments of the exhaust gas purification system of the present invention.
도9a 및 9b는 모의 배기 흐름을 조건으로 하는 통상적인 엔진 배기 정화 시스템과 본 발명의 엔진 배기 정화 시스템 모두를 도시한 (세로의) 단면도.9A and 9B are cross-sectional (vertical) diagrams illustrating both a conventional engine exhaust purification system subject to a simulated exhaust flow and the engine exhaust purification system of the present invention.
도10은 모의 배기를 조건으로 한 통상적인 배기 정화 시스템에 의해 나타난 불균일한 흐름의 단면을 도시한 그래프.Fig. 10 is a graph showing a cross section of non-uniform flow exhibited by a conventional exhaust purification system subject to simulated exhaust.
도11은 모의 배기를 조건으로 한 본 발명의 배기 정화 시스템에 의해 나타난 균일한 흐름의 단면을 도시한 그래프.Fig. 11 is a graph showing a cross section of a uniform flow exhibited by the exhaust purification system of the present invention subject to simulated exhaust.
[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술][Technical Field to which the Invention belongs and Prior Art in the Field]
본 발명은 하우징내에 위치한 볼록한 상류의 입구면을 갖는 허니컴 구조를 포함하는 향상된 엔진 배기 정화 시스템에 관한 것이다. 상기 하우징은 상류 부분이 프러스토-원뿔(깔대기)의 모양를 갖는다. 좀더 구체적으로는 기질을 통하여 배기 가스의 균일한 흐름을 나타내는 시스템을 초래하도록 허니컴 기질과 상기 하우징을 밀착시키는 것에 대한 배기 정화 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an improved engine exhaust purification system comprising a honeycomb structure having a convex upstream inlet face located within a housing. The housing has an upstream portion in the shape of a crust-cone. More specifically, it relates to an exhaust purification system for bringing the honeycomb substrate into close contact with the housing to result in a system exhibiting a uniform flow of exhaust gas through the substrate.
초기의 배기 가스 정화 시스템은 평평한 입구면을 갖는 허니컴 기질로 피복된 실린더 형태의 촉매를 포함하였다. 이런 통상적인 시스템이 효과적으로 오염 물질을 무독성 가스로 전환할지라도, 이러한 초기의 시스템 설계는 불균일 흐름의 분포를 나타내었다. 특히, 내부 연소 엔진의 비교적으로 작은 직경의 배기 파이프로부터 방출되는 높은 속도의 배기 가스가 배기 파이프로부터 촉매 구조물에 위치된 더 큰 직경의 하우징으로 통과할 때 사라지지 않는다. 이 결과로서, 더 큰 부분의 배기 가스는 허니컴 구조물의 주변 부분을 통하기 보다 중앙부를 통해서 흐르는 경향이 있다. 중앙을 통과하는 배기 가스의 불균일한 흐름의 분포의 결과로서, 이러한 촉매 전환 시스템은 가장 높은 속도의 영역에서 전환제의 불활성 뿐만아니라 전환효율의 감소를 나타낸다. 불균일성 흐름의 분포 뿐만 아니라 이러한 초기 시스템은 또한 엔진의 성능을 감소시키는 결과를 초래하는 높은 압력 강하를 나타낸다.Early exhaust gas purification systems included catalysts in the form of cylinders coated with honeycomb substrates with flat inlet surfaces. Although this conventional system effectively converts contaminants into non-toxic gases, this early system design exhibited an uneven flow distribution. In particular, the high velocity exhaust gases emitted from the relatively small diameter exhaust pipe of the internal combustion engine do not disappear as they pass from the exhaust pipe into the larger diameter housing located in the catalyst structure. As a result of this, a larger portion of the exhaust gas tends to flow through the central portion rather than through the peripheral portion of the honeycomb structure. As a result of the uneven distribution of the exhaust gas through the center, this catalytic conversion system exhibits a decrease in conversion efficiency as well as inertness of the conversion agent in the region of the highest velocity. In addition to the distribution of non-uniform flows, these early systems also exhibit high pressure drops that result in reduced engine performance.
미합중국 특허 제3,749,130호는 불균일 흐름을 완화하기 위한 하나의 최종 설계에 관한 것으로, 내부 연소 엔진의 배기 파이프로부터 그 배기 파이프보다 더 큰 가로의 단면도의 쳄버로 방출되고 촉매 지지체를 포함하는 배기 가스의 흐름내에서 전향장치의 일부의 위치를 포함한다. 이것은 높은 속도의 방출 흐름을 편향시키고, 배기 가스를 상기 촉매 지지 구조물로 접근시킴으로써 균일한 흐름 앞면을 충분히 제공한다. 이 시스템은 더욱 균일한 흐름 앞면을 초래할지라도, 이 편향기의 사용은 이러한 시스템에서 비용 뿐만 아니라, 복잡성을 가중시킨다.U.S. Patent No. 3,749,130 relates to one final design for mitigating non-uniform flows, wherein the flow of exhaust gas is discharged from an internal combustion engine exhaust pipe into a chamber of cross sectional section larger than the exhaust pipe and comprising a catalyst support. It includes the location of a portion of the deflector within. This deflects the high velocity discharge flow and provides sufficient uniform flow front by bringing the exhaust gas into the catalyst support structure. Although this system results in a more uniform flow front, the use of this deflector adds complexity as well as cost in such a system.
오늘날 사용하는 통상적인 시스템은 더 큰 직경의 하우징 및 촉매 기질, 즉 도1에서 도시하고 있는 통상적인 시스템으로 흐름의 전이를 위한 확산기의 이용으로 균일하지 않은 흐름 앞면의 문제를 해결하였다. 이러한 시스템이 초기의 시스템을 성능을 개선했을지라도, 그것은 여전히 초기의 시스템에 의해 나타나는 동일한 단점, 즉 흐름이 도1에서 도시하는 흐름에 의해 보여지는 것과 같이 불균일한 경향을 띠는 문제를 여전히 나타내었고, 이러한 시스템은 바람직하지 못한 높은 압력 강하를 나타내었다. 흐름의 불균일성이 확산기의 길이를 증가시켜서 완화되는 것이 제안되었지만, 긴 확산기는 자동차의 배기 시스템과 같은 제한되어 있는 공간의 응용에서 실행불가능하다.Conventional systems used today solve the problem of non-uniform flow fronts with the use of diffusers for the transfer of flow to larger diameter housings and catalyst substrates, i.e., the conventional system shown in FIG. Although this system improved the performance of the earlier system, it still exhibited the same disadvantages exhibited by the earlier system, namely the problem that the flow tends to be non-uniform as shown by the flow shown in FIG. This system exhibited an undesirably high pressure drop. Although it is proposed that the nonuniformity of the flow be alleviated by increasing the length of the diffuser, long diffusers are not feasible in limited space applications such as automotive exhaust systems.
따라서, 간소함의 필요가 계속적으로 요구되지만, 설계에서 간단하고 소형인 효율적인 배기 가스 정화 시스템은 아직 촉매 기질의 입구를 통해 낮은 압력 강하 및 균일한 배기 흐름을 제공하지 못한다.Thus, while the need for simplicity continues to be demanded, an efficient exhaust gas purification system that is simple and compact in design does not yet provide a low pressure drop and uniform exhaust flow through the inlet of the catalyst substrate.
[발명이 이루고자 하는 기술적 과제][Technical problem to be achieved]
따라서, 촉매 기질을 갖는 엔진 배기 정화 시스템이 여기에 기술되어 있고, 본 발명은 촉매 전환제의 성능을 향상시킬 뿐만 아니라, 배기 정화 시스템의 비용 또는 크기를 상당하게 증가시키지 않는 최적화된 설계의 하우징에 관한 것이다. 이러한 시스템은 하우징 내에 위치한 입구 및 출구 말단을 갖는 촉매 기질 구조물을 포함한다. 여기서 하우징은 엔진으로부터 배기 가스 흐름 하류에 위치한다. 상기 촉매 구조물은 볼록한 모양의 입구 말단을 가지는 반면에, 상기 하우징은 유사한 형태인 프러스토-원뿔 모양의 입구부분을 갖는다. 또한 본 발명의 하나의 궁극적인 특성은 상기 기질이 기질의 입구면을 통하여 배기 가스의 균일한 흐름을 초래하도록 상기 기질의 입구면과 하우징의 입구면을 충분히 밀착시키는 방법내에서 하우징내에 위치되는 것이다.Accordingly, an engine exhaust purification system having a catalyst substrate is described herein, and the present invention not only improves the performance of the catalytic converter, but also provides a housing with an optimized design that does not significantly increase the cost or size of the exhaust purification system. It is about. Such a system includes a catalyst substrate structure having inlet and outlet ends located within the housing. The housing here is located downstream of the exhaust gas flow from the engine. The catalyst structure has a convexly shaped inlet end, while the housing has a similarly shaped crust-conical inlet. In addition, one ultimate feature of the present invention is that the substrate is located in the housing within a method of sufficiently adhering the inlet face of the substrate and the inlet face of the housing to cause a uniform flow of exhaust gas through the inlet face of the substrate. .
[발명의 구성 및 작용][Configuration and Function of Invention]
도1에 도시된 시스템과 같이 통상적인 배기 가스 정화 시스템은 하우징(10) 입구 부분(11)의 벽(12)과 촉매 기질(14)의 입구면(13)사이의 각 α는 이후로는 원뿔각으로 부르고, 이 원뿔각은 통상적으로 매우 크고, 그 일반적인 범위는 60∼120˚이다. 이렇게 큰 원뿔각의 직접적인 결과는 전술한 바와 같이 입구 부분에서 발생되는 높은 압력 강하 및 바람직하지 못한 불균일한 배기 가스 흐름 분포를 초래한다. 도2의 그래프는 통상적인 배기 시스템의 원뿔각이 증가하는 것에 대응하여 압력 강하도증가하는 즉, 압력 강하(k′)-원뿔각(α)의 전형적 관계를 나타내었다. 이 그래프에서 관찰되는 바와 같이 가장 높은 압력 강하 계수(k′)는 일반적으로 60∼120˚사이의 범위의 원뿔각에서 발생된다.A typical exhaust gas purification system, such as the system shown in FIG. Called horn angle, this cone angle is usually very large, the general range of which is 60-120 degrees. The direct consequence of this large cone angle results in the high pressure drop and undesirable non-uniform exhaust gas flow distribution occurring at the inlet portion as described above. Which corresponds to increase in the pressure drop to which the increase of the source ppulgak 2 of the graph shows a conventional exhaust system, that is, the pressure drop (k ') - shows the typical relationship between the source ppulgak (α). As observed in this graph, the highest pressure drop coefficients k ' generally occur at cone angles ranging from 60 to 120 degrees.
도3은 전술한 큰 원뿔각을 갖는 전형적이고 통상적인 배기 정화 시스템의 대표적인 기질의 입구를 가로지르는 불균일한 배기 흐름의 분포를 그래프적으로 도시한 것이다. 즉, x축은 y축이 실제 배기 가스 속도로 나타낼 때, 기질의 직경을 가로지르는 거리를 나타낸다. 이 그래프가 통상적인 배기 시스템의 전형적으로 나타나는 불균일한 흐름을 도시하는 것과 같이, 속도 및 위치의 측정은 불균일한 흐름 분포가 속도 또는 위치의 수를 고려하지 않음이 명백하기 때문에 필요하지 않다고 생각된다. 도1은 또한 개략적으로 유체역학의 원리에 기초를 둔 예상되는 불균일한 배기 가스 흐름의 패턴을 도시하였다. 여기서, 상기 패턴은 통상적인 시스템에서의 전형적인 배기 흐름을 나타낼 것이다. 일반적으로 화살표로 표시되는 하우징(11)의 입구 부분으로 들어가는 배기 가스는 촉매 기질의 주변부로 대비되는 것과 같이 중앙부을 통해 거의 대부분 흐른다. 바꾸어 말하면, 표준 유체 역학의 결과로서 배기 가스의 높은 부피는 주변부을 통해서보다 중앙부를 통해서 흐르는 경향이 있다.3 graphically illustrates the distribution of non-uniform exhaust flow across the inlet of a representative substrate of a typical and conventional exhaust purification system having a large cone angle described above. That is, the x-axis represents the distance across the diameter of the substrate when the y-axis represents the actual exhaust gas velocity. As this graph shows the typical non-uniform flow of a conventional exhaust system, it is believed that the measurement of velocity and position is not necessary because it is clear that the non-uniform flow distribution does not consider the number of velocities or positions. Figure 1 also shows a pattern of expected non-uniform exhaust gas flows based schematically on the principles of hydrodynamics. Here, the pattern will represent typical exhaust flow in a conventional system. Exhaust gas entering the inlet portion of the housing 11, generally indicated by the arrow, flows almost through the center, as opposed to the periphery of the catalyst substrate. In other words, as a result of standard fluid dynamics, high volumes of exhaust gas tend to flow through the center rather than through the perimeter.
이론에 의해서 한정하지 않지만, 이 불균일 흐름 분포 및 높은 압력 강하 현상은 배기 가스 흐름으로 확산기 또는 하우징의 입구부분에서 발생되는 높은 원뿔각-기인된 에디영역(14 및 15) 때문에 기질 입구면에서 일어난다. 도4는 영역 (15 및 16)에서 발견되는 배기 흐름 에디를 개략적으로 도시하였다. 일반적으로 이러한 에디는 (1)높은 원뿔각에 의해 기인되는 이러한 입구면에서 흐름의 분리의 결과로서 형성되고, (2)하우징 벽에 근접하여 배기 가스 흐름을 초래하여 주요 흐름으로부터 분리시킨다.Without being bound by theory, this uneven flow distribution and high pressure drop phenomena occur at the substrate inlet face due to the high cone angle-induced eddy regions 14 and 15 occurring at the inlet of the diffuser or housing with the exhaust gas flow. 4 schematically illustrates the exhaust flow eddy found in regions 15 and 16. This eddy is generally formed as a result of (1) the separation of the flow at this inlet face caused by the high cone angle, and (2) causing the exhaust gas flow close to the housing wall to separate it from the main stream.
이러한 현상을 상세하게 설명하면, 도1에서 재언급되는 이 현상은 가스가 갑자기 입구부분(11), 또는 확산기, 배기 가스의 동력에너지 부분으로 통과할 때 단면도 B-B의 정압력이 A-A의 정압력보다 커지게 하고, B-B단면도의 가스 평균속도는 A-A보다 작아지도록 압력 에너지(또는 분자 포텐셜)로 전환되는 것이 관찰되었다. 이러한 압력/속도 차이의 전술한 두 개의 큰 에디영역의 결과로서, 배기 가스의 속도로 차례로 직접 기인되는 입구 영역에서 발생되어 기질의 입구면을 들어감으로써 매우 불균일하게 될 것이다.To explain this phenomenon in detail, the phenomenon mentioned again in FIG. 1 shows that when the gas suddenly passes through the inlet part 11 or the power energy part of the diffuser or the exhaust gas, the static pressure of the cross-sectional view BB is greater than Increasingly, it was observed that the gas mean velocity in the BB cross section is converted to pressure energy (or molecular potential) to be less than AA. As a result of these two large eddy regions described above, this pressure / speed difference will be generated in the inlet region, which is in turn directly attributable to the velocity of the exhaust gas, and will be very non-uniform by entering the inlet surface of the substrate.
배기 가스 흐름 속도 및 전환의 기하학에 기초를 둔 통상적인 배기 가스 정화 시스템에서, 입구 및 출구 영역에서의 압력 강하는 전환제를 통한 압력 강하보다 전체 압력 강하의 더 큰 부분을 각각 형성하였다. 특히 도5에서 언급된 것과 같이, 약 75cfm이상의 실제 가스 유속을 위한 입구 부분, 두 개의 큰 에디영역에 의한 압력 강하(에너지 손실)가 전체 압력 강하의 지배 영역을 형성한다. 도5는 본 시스템에서 전체 압력 강하는 시스템에서 발생하는 세 개의 압력 강하, 즉, 입구 부분의 압력 강하, 기질을 가로지르는 압력 강하, 출구 부분의 압력 강하의 조합임을 나타낸다. 상기 그래프는 가스 유속의 선형 함수인 기질을 가로지르는 압력 강하는 전체 압력 손실의 가장 큰 부분을 작성하지 않음을 나타낸다. 반면에, 상기 그래프는 입구 부분에서 압력 강하는 전체 압력 강하의 주요한 부분을 형성하고, 가스 유속의 2차 배율 함수임이 나타날 것이다.In a typical exhaust gas purification system based on the exhaust gas flow rate and the geometry of the conversion, the pressure drop in the inlet and outlet regions respectively formed a larger portion of the total pressure drop than the pressure drop through the diverter. In particular, as mentioned in FIG. 5, the pressure drop (energy loss) by the two large eddy regions, the inlet portion for the actual gas flow rate above about 75 cfm, forms the dominant region of the total pressure drop. 5 is the total pressure drop in the present system. Is the three pressure drops that occur in the system, that is, the pressure drop at the inlet. Pressure drop across the substrate Pressure drop at outlet Indicates a combination of. The graph shows that the pressure drop across the substrate as a linear function of gas flow rate does not produce the largest portion of the total pressure loss. On the other hand, the graph will show that the pressure drop at the inlet portion forms a major part of the total pressure drop, and is a function of the second magnification of the gas flow rate.
여기서, 함수는 식로 나타난다. 따라서, 두 개의 큰 에디영역의 강도 및 크기를 감소하는 결과를 초래하는 기질 입구 설계의 향상은 배기 흐름 분포의 균일성과 압력 강하의 저하 모두에서 가장 큰 향상을 일으킬 것이다.Where the function is an expression Appears. Thus, an improvement in substrate inlet design resulting in a reduction in strength and size of the two large eddy regions will result in the greatest improvement in both the uniformity of the exhaust flow distribution and the drop in pressure drop.
전술한 바와 같이, 유체 흐름역학 및 원리는 기질 입구 형태의 변이 및 하우징 입구 영역의 관계를 가장 최적화시켜 목표에 도달하도록 이끌 것이다. 따라서, 도6과 같은 본 발명은 엔진 배기 정화 시스템(17)이 하우징(10)내에 위치된 입구(18) 또는 출구(19)말단 또는 면을 갖는 촉매 기질(14)을 포함한다. 이 시스템은 엔진으로부터 배기 가스 흐름 하류에 위치된다(도시되지 않음). 촉매 기질(14)은 볼록한 형태의 입구 말단(18)을 갖는 반면에, 하우징(11)이 유사한 형태인 프러스토-원뿔 모양의 상류 또는 입구 부분(20)을 갖는다. 도6에서 도시한 실시예에서 촉매 기질의 볼록한 형태의 입구 말단(18)은 프러스토-원뿔 모양을 나타낸다.As mentioned above, fluid flow mechanics and principles will best optimize the relationship between the variation of the substrate inlet shape and the housing inlet area to reach the goal. Thus, the present invention as shown in FIG. 6 includes a catalyst substrate 14 having an inlet 18 or outlet 19 end or face in which engine exhaust purification system 17 is located within housing 10. This system is located downstream of the exhaust gas flow from the engine (not shown). The catalyst substrate 14 has a convex inlet end 18, while the housing 11 has a crust-conical upstream or inlet portion 20 that is similar in shape. In the embodiment shown in FIG. 6 the convex inlet end 18 of the catalyst substrate exhibits a crust-conical shape.
본 발명의 주요특징은 기질이 통상적인 시스템과 비교될 때 기질의 입구면을 통하여 배기 가스의 균일한 흐름을 초래하도록 상기 기질의 입구면(18)과 하우징의 입구면(20)을 충분히 밀착시키는 방법 및 형태로 하우징(10)내에 위치되는 것이다. 바꾸어 말하면, 입구 하우징 부분(20)의 설계가 실질적으로 촉매 기질 입구면 형태(18)의 설계와 일치하기 때문에, 후부 압력은 감소한다. 여기서 허니컴 촉매 기질을 통한 배기 가스 흐름은 더욱 균일하게 분포된다.The main feature of the present invention is to provide a sufficient contact between the inlet face 18 of the substrate and the inlet face 20 of the housing such that the substrate has a uniform flow of exhaust gas through the inlet face of the substrate as compared to conventional systems. In the method and form in the housing 10. In other words, the back pressure decreases because the design of the inlet housing portion 20 substantially matches the design of the catalyst substrate inlet face form 18. Here the exhaust gas flow through the honeycomb catalyst substrate is more evenly distributed.
하우징 입구면(20) 및 기질의 입구면(18)은 통상적인 시스템보다 훨씬 적은 원뿔각 α1을 나타내고, 바람직하게 약 20˚이하이고 더욱 바람직하게는 약 2 내지 12˚사이이다. 도2에서 도시한 바와 같이, 이러한 바람직한 각의 범위는 최저값 k′또는 압력 손실계수를 초래하는 것이 관찰될 것이다. 특히 도2는 각이 8∼20°일 때, 배기 가스 흐름의 바람직한 균일성 및 낮은 압력 강하를 예견할 수 있다.The housing inlet face 20 and the substrate inlet face 18 exhibit a much smaller cone angle α 1 than conventional systems, preferably less than about 20 degrees and more preferably between about 2 and 12 degrees. As shown in Figure 2, it will be observed that this preferred range of angles results in the lowest value k 'or pressure loss coefficient. In particular, FIG. 2 can predict the desired uniformity and low pressure drop of the exhaust gas flow when the angle is between 8 and 20 degrees.
속도의 한가지 측정치는 상대 불균일 속도 펙터 N이고 이것은 식에 의해 정의 된다. 여기서는 국부 속도(local velocity)이고,는 평균 속도이며, n은 측정된 국부 속도의 수이다. N의 값이 낮을수록 더 균일한 흐름을 나타낼 것이다. 본 발명의 시스템은 통상적인 시스템과 비교될 때, 적어도 2.5배의 낮은 상대 불균일 속도 분포값(N)을 생산할 수 있음이 실험적으로 결정된다. 즉, 통상적인 시스템에서 전형적/대표적인 N인 0.187인 반면, 본 발명의 시스템의 전형적/대표적인 N은0.08이다. 통상적인 시스템의 대표적인 도1에서의 α보다 α1이 작기 때문에, 배기 흐름 운동 에너지는 통상적인 시스템의 설계에서 같이 많이 감소되지 않을 것이다. 따라서, 에디영역은 한정될 것이고 더욱 균일한 흐름을 초래할 것이다.One measure of velocity is the relative uneven velocity factor N, which is Is defined by here Is the local velocity, Is the average speed and n is the number of local speeds measured. Lower values of N will result in more uniform flow. It is experimentally determined that the system of the present invention can produce at least 2.5 times the relative nonuniformity velocity distribution value N when compared to conventional systems. That is, while the typical / representative N of a typical system is 0.187, the typical / representative N of a system of the present invention is 0.08. Since α 1 is smaller than α in the representative FIG. 1 of the conventional system, the exhaust flow kinetic energy will not be reduced as much in the design of the conventional system. Thus, the eddy region will be limited and will result in a more uniform flow.
도7 및 8에서 본 발명의 배기 가스 정화 시스템의 구체예가 도시되었다. 도8의 시스템에서 볼록한 모양의 기질의 입구 말단(22)이 원뿔 형태를 나타낼 때, 도7의 시스템에서 상기 기질(14)의 볼록한 모양의 입구 말단(21)은 타원형의 형태를 나타낸다. 이러한 구체예들 중에서 배기 정화 시스템은 볼록한 것이 약간 변형되었을지라도 입구말단 부분의 모양만 제외하면 도6의 시스템과 유사하다. 그러므로, 도7 및 8의 유사 부품은 도6에서 도시된 배기 정화 시스템의 부품에 대해 사용된 참조부호와 동일하다.7 and 8, an embodiment of the exhaust gas purification system of the present invention is shown. When the inlet end 22 of the convexly shaped substrate in the system of FIG. 8 exhibits a conical shape, the convex inlet end 21 of the substrate 14 in the system of FIG. 7 shows an elliptical form. Among these embodiments, the exhaust purification system is similar to the system of FIG. 6 except for the shape of the inlet end portion, although the convex one is slightly modified. Therefore, the similar parts of FIGS. 7 and 8 are the same as the reference numerals used for the parts of the exhaust purification system shown in FIG.
최적화된 기질과 하우징 형태 및 이의 관계의 이점은 다음과 같다. (1)본 시스템은 배기 가스 흐름이 단면도 C-C에서 균일하게 분포되도록 하고, (2)상기 벽근처의 배기 가스의 흐름은 원 설계의 동력 에너지보다 더 큰 동력 에너지를 갖고, (3)상기 기질의 중앙부에서의 흐름의 분포는 벽 근처의 평균속도가 통상적인 시스템에서 나타나는 것 만큼 감소되지 않기 때문에 감소될 것이고 가스 질량의 보존은 상기 흐름의 분포가 향상될 수 있도록 여전히 일어나며,(4)난류정도의 강도에서의 감소의 결과로서 상당히 감소될 것이고 압력 강하는 더욱 감소될 것이며, (5)결과적으로 균일한 배기 가스의 흐름은 더 낮은 방출과 촉매 시스템의 더 낮은 내구성을 초래할 것이다.The advantages of optimized substrate and housing shapes and their relationships are as follows. (1) the system allows the exhaust gas flow to be uniformly distributed in cross section CC, (2) the flow of exhaust gas near the wall has a greater power energy than the power energy of the original design, and (3) The distribution of flow at the center is reduced because the average velocity near the wall is not reduced as it appears in conventional systems and the preservation of gas mass still occurs so that the distribution of the flow can be improved (4) As a result of the decrease in strength will be significantly reduced and the pressure drop will be further reduced (5) as a result a uniform flow of exhaust gas will result in lower emissions and lower durability of the catalyst system.
바람직한 실시예에 있어서, 촉매 기질은 허니컴 기질, 바람직하게 압출된 허니컴 기질을 포함한다. 이 허니컴 구조의 기질은 고온의 적용에 알맞은 금속 합금, 세라믹, 유리-세라믹, 유리, 고표면적-고온안정산화물, 및 이러한 물질들의 조합중의 어떠한 물질일 수 있다. 유용한 기질 물질의 예는 근청석(cordierite), 무라이트, 크래이, 활석, 지르콘, 지르코니아, 첨정석(spinel), 알루미나, 실리카, 붕소화물, 리튬 알루미노규산염, 알루미나 실리카, 장석(feldspar), 티타니아, 용융된 실리카, 질화물, 탄화물, 및 이의 혼합물을 포함한다. 이러한 기질의 유용한 금속은 Fe-Al, Fe-Cr-Al 합금, 스테인레스 스틸, 및 Fe-니켈 합금과 같은 철을 함유한 군의 금속으로부터 형성되는 기질을 포함한다.In a preferred embodiment, the catalyst substrate comprises a honeycomb substrate, preferably an extruded honeycomb substrate. The substrate of this honeycomb structure can be any of metal alloys, ceramics, glass-ceramic, glass, high surface-temperature stable oxides, and combinations of these materials suitable for high temperature applications. Examples of useful substrate materials include cordierite, lite, cray, talc, zircon, zirconia, spinel, alumina, silica, boride, lithium aluminosilicate, alumina silica, feldspar, Titania, fused silica, nitrides, carbides, and mixtures thereof. Useful metals of such substrates include substrates formed from metals containing iron, such as Fe-Al, Fe-Cr-Al alloys, stainless steel, and Fe-nickel alloys.
인스턴트 장치에서의 사용을 위한 적절한 촉매는 탄화수소를 산화시킴으로 물과 이산화탄소를 형성할 뿐만아니라, 엔진 배기 시스템에서 일산화탄소나 NOX를 무독성 물질로 전환하는 것이 가능한 촉매 중 하나이다. 자동차 촉매 전환제로서 통상적으로 사용해 오던 이러한 촉매는 백금, 로듐, 팔라듐 뿐만아니라, 이 혼합물같은 귀금속 산화 촉매를 포함한다. 바람직하게, NOX, 일산화탄소, 탄화수소로 각각 전환가능한 삼-원 촉매는 희토류 산화물(즉, 세리아(ceria))을 갖는 감마 알루미나에서 백금/팔라듐/로듐 또는 지르코니아상의 로듐과 세리아-알루미나상의 백금의 조합이 바람직하다. 이러한 촉매들이 알려진 방법에 의해 허니컴 기질로 혼합되는 것이 관찰된다.Suitable catalysts for use in instant devices are one of the catalysts capable of oxidizing hydrocarbons to form water and carbon dioxide, as well as converting carbon monoxide or NO x into non-toxic substances in engine exhaust systems. Such catalysts which have been commonly used as automotive catalyst converters include platinum, rhodium, palladium, as well as noble metal oxidation catalysts such as this mixture. Preferably, the three-way catalyst convertible to NO X , carbon monoxide, and hydrocarbon, respectively, is a combination of platinum / palladium / rhodium or rhodium on zirconia and platinum on ceria-alumina in gamma alumina with rare earth oxides (ie ceria). This is preferred. It is observed that these catalysts are mixed into the honeycomb substrate by known methods.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하지만, 하기 예에서 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the scope of the present invention is not limited in the following Examples.
[실시예]EXAMPLE
도9a 및 9b에서 개략적으로 도시된 모의 배기 시스템은 통상적인 시스템 및 본 발명의 배기 가스 분포를 비교하도록 사용되었다. 즉, 도9 a 및 도9b는 통상적인 시스템 및 본 발명의 배기 가스 시스템 각각을 나타낸다. 각각의 배기 시스템은 각각 5.78in.(14.68cm) 및 3.03in.(7.7cm)의 길고 짧은 축을 나타내는 타원형 허니컴 구조물(14)을 포함한다. 이 구조물은 통상적인 시스템이 평평한 입구면(13)을 갖는 허니컴 기질을 갖는 반면, 도9b 시스템이 프러스토-원뿔형 입구면 (18)을 갖는 것이 유일한 차이이다.The simulated exhaust system shown schematically in FIGS. 9A and 9B was used to compare the exhaust gas distribution of the present invention with conventional systems. That is, Figures 9a and 9b show a conventional system and an exhaust gas system of the present invention, respectively. Each exhaust system includes an elliptical honeycomb structure 14 representing long and short axes of 5.78 in. (14.68 cm) and 3.03 in. (7.7 cm), respectively. This structure is the only difference between the conventional system having a honeycomb substrate with a flat inlet face 13, while the FIG. 9B system has a crust-conical inlet face 18.
실내 온도 공기, 모의 배기 흐름은 각각의 하우징으로 변하고, 약 70 cfpm(cubic feet per minute)의 부피 유속으로 허니컴 기질로 향하게 된다. 허니컴 구조물을 벗어나는 공기의 fpm (feet per minute)인 선형 유속은 열선풍속계를 사용하여 허니컴 구조물의 하류면 위의 몇몇 위치에서 측정된다. 즉, 도10 및 11에 위치한 가로 위치의 (1∼11)와 세로위치(S1∼S5)의 교차점이다. 이러한 측정치들은 기록되어 각각의 두 시스템- 도10 (통상적인 시스템), 도11(본 발명의 시스템)-의 모의 배기 흐름 단면도를 그래프적으로 도시하도록 사용된다.Room temperature air, the simulated exhaust flow, is diverted into each housing and directed to the honeycomb substrate at a volume flow rate of about 70 cfpm (cubic feet per minute). The linear flow rate, fpm (feet per minute) of air leaving the honeycomb structure, is measured at several locations on the downstream surface of the honeycomb structure using a thermo-pyrometer. That is, it is the intersection of the horizontal position (1-11) and the vertical position S1-S5 located in FIGS. These measurements are recorded and used to graphically show the simulated exhaust flow cross sectional views of each of the two systems-Figure 10 (Typical System), Figure 11 (System of the Invention).
도10 및 11의 흐름 단면의 비교는 최적화된 기질/하우징 설계를 갖는 본 발명의 시스템의 모의 배기 흐름 분포는 통상적인 배기 정화 시스템에 의해 생산되는 흐름 분포보다 더 균일함을 그래프적으로 도시하였다.Comparison of the flow cross sections of FIGS. 10 and 11 graphically shows that the simulated exhaust flow distribution of the system of the present invention with an optimized substrate / housing design is more uniform than the flow distribution produced by conventional exhaust purification systems.
본 발명의 시스템의 증가된 균일성의 입증으로써, 상대 불균일 속도의 펙터는 각각의 두 실시예의 배기 정화 시스템을 위해 계산된다. 통상적인 시스템의 N의 값은 본 발명의 실시예의 시스템의 N의 값이 균일성이 57% 증가된 바에 등식화하여 0.08로 계산되어질 때, 0.187로 계산된다.By demonstrating the increased uniformity of the system of the present invention, the factor of relative nonuniformity velocity is calculated for the exhaust purification system of each of the two embodiments. The value of N in the conventional system is calculated as 0.187 when the value of N in the system of the embodiment of the present invention is calculated to be 0.08 equal to a 57% increase in uniformity.
[발명의 효과][Effects of the Invention]
본 발명은 촉매 기질을 갖는 엔진 배기 정화 시스템으로, 촉매 전환제의 성능을 향상할 뿐만 아니라, 배기 정화 시스템의 비용 또는 크기를 상당하게 증가시키지 않는 최적화된 설계의 하우징을 갖는다.The present invention is an engine exhaust purification system having a catalyst substrate, which not only improves the performance of the catalytic converter, but also has an optimized design housing that does not significantly increase the cost or size of the exhaust purification system.
Claims (9)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US1586096P | 1996-07-08 | 1996-07-08 | |
| US60/015,860 | 1996-07-08 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR980009785A true KR980009785A (en) | 1998-04-30 |
Family
ID=66039492
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1019970031586A KR980009785A (en) | 1996-07-08 | 1997-07-08 | Exhaust gas purification system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR980009785A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101453410B1 (en) * | 2012-11-20 | 2014-10-21 | 현대머티리얼 주식회사 | Flow distribution adaptive type large catalyst filter |
| KR20230019755A (en) * | 2021-08-02 | 2023-02-09 | 국민대학교산학협력단 | Design index evaluation device of post processong system using cfd and operation method thereof |
-
1997
- 1997-07-08 KR KR1019970031586A patent/KR980009785A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101453410B1 (en) * | 2012-11-20 | 2014-10-21 | 현대머티리얼 주식회사 | Flow distribution adaptive type large catalyst filter |
| KR20230019755A (en) * | 2021-08-02 | 2023-02-09 | 국민대학교산학협력단 | Design index evaluation device of post processong system using cfd and operation method thereof |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |