KR930000473B1 - 디이젤엔진의 배기정화장치 - Google Patents

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미쯔비시지도오샤고오교오 가부시기가이샤
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Abstract

내용 없음.

Description

디이젤엔진의 배기정화장치
제1도는 요부를 표시한 설명도.
제2도는 전체시스템을 표시한 설명도.
제3도는 전기히이터의 설명도.
제4도는 전열변환소자의 설명도.
제5도는 미립자 트랩의 설명도.
제6도, 제7도, 제8도, 제9도는 전열변환소자의 다른 실시예를 표사한 설명도.
제10도, 제11도는 미립자 트랩의 다른 실시예를 표시한 설명도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 미립자트랩 11 : 캐닝(Canning)용기
12 : 캐닝용기의 입구 13 : 배기관
14 : 노즐 15 : 에어펌프
17 : 장착부재 19 : 전열변환소자
20 : 히이터 21 : 히이터구동회로
22 : 모우터의 구동회로 23 : 제어기
24 : 제어회로 25 : 압력센서
26 : 전열변환소자의 장착부재 28 : 전환밸브
29 : 분기관 51,52,53 : 필터편
본 발명은, 디이젤엔진의 배기가스통로에 설치되고, 배기속의 미립자(partic utate)를 미립자트랩에 의해 포집한 다음, 이것을 전기히이터의 발열에 의해 승온된 배기가스에 의해서 착화연소시켜서 처리하는 디이젤엔진의 배기정화장치에 관한 것이다.
디이젤엔진과 같이, 배기미립자인 미립자를 배출하는 것에 있어서는 그 배기 가스통로상에 미립자트랩과 같은 정화장치를 장착하는 경향에 있다. 또한, 미립자트랙은 미립자 포집량의 증가에 따라, 유토저항을 높이고, 엔진출력의 저하를 초래하기 때문에, 이것을 방지하기 위하여, 배출가스후처리장치를 병설하는 일이 많다.
이 배출가스후처리장치는 미립자트랩에 포집한 미립자를 소각하는 것으로서, 예를들면, 버어너의 연소가스를 사용하거나, 전기히이터의 열과 에어를 함께 받아서 소각을 행하도록 구성되어 있다.
그런데, 히이터를 사용한 경우, 특히 차량에서는, 그 전원을 배터리쪽으로부터 받는 것으로 되어, 전기 열량을 충분히 취할 수 없어서, 재생처리가 원활하게 행하여지지 않는 일이 있다.
그리하여, 본 발명의 목적은, 히이터가 발생하는 열을 낭비없이 미립자의 소각에 효율좋게 사용할 수 있도록한 배기가스후 처리장치를 제공하는데 있다. 즉, 적은 히이터의 발생열에 의해서 효율좋게 미립자를 완전히 연소시킬려고하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 배출가스후처리장치는, 히이터와 캐닝용기의 입구의 사이에, 히이터의 복사열을 흡수하여, 이열을 입구로부터 유입하는 기체에 방출하는 전열변환소자를 장착한 것을 특징으로하고 있다.
이 전열변환소자에 의해서 흡수된 열은, 미립자트랩으로 향하는 기체에방출되어, 미립자의 연소에 유효하게 이용된다.
이하, 본 발명의 제1의 실시예를 제1도~제5도에 의거해서 설명한다.
제1도에 표시한 배출가스후처리장치는, 디이젤엔젠(도시하지않음)의 배기로의 도중에 설치된 미립자트랩(10)의 미립자를 적시에 소각하는 것이다. 여기서 미립자트랩(10)은 스테인레스제의 통형상의 캐닝용기(11)내에 수용된다. 캐닝용기(11 )의 입구(12)는 직선형상관(131) 및 직선형상관의 도중에서부터 분기해서 뻗어 나와 엔진본체쪽으로 향하는 배기관(13)에 접속된다. 또한, 제2도에 표시한 바와같이, 엔진본체로부터의 배기는 통상은 캐닝용기(11)을 통과하고, 후술하는 재생시에는 전환밸브(28)의 절환에 의해 분기관(29) 및 머플러(30)을 통과하여, 대기 방출되도록 형성되어 있다.
직선형상관(131)의 선단은 에어분출용의 노즐(14)를 접속하고 있다. 노즐(14 )는 에어펌프(15)의 온작동시에만 외기를 도시하지 않는 에어클리이너쪽으로부터 거두어 들여서, 직선형상관(131)쪽으로 보낸다. 또한, 이 노즐(14)의 공기공급량은 미립자의 완전소각에 필요한 양으로되며, 후술하는 히이터의 열량부족을 초래하게되는 쓸데없는 공기의 공급 억제된다.
캐닝용기(11)은, 통형상부(111)과 그 입구(12) 및 출구(16)쪽의 각 나팔형상의 연결부(112),(113)에 의해 테두리부를 형성하고 있다. 통형상부(111)의 중앙에는 열변형흡수작용을 나타내는 장착부재(17)을 개재해서 벌집형상구조를 한 내열재로 이루어진 미립자트랩(10)이 장착된다. 통형상부(111)의 입구쪽의 공간(18)에는 그 입구(12)쪽에 전열변환소자(19)가 설치되고, 이 소자와 병설됨과 동시에 미립자트랩 (10)의 유입단(101)쪽에 히이터(20)이 장착되어 있다. 미립자트랩(10)은 예를들면 세라믹등의 다공질체로 이루어지고, 캐닝용기(11)보다도 약간 소경의 원통형상으로 형성되어 있으며, 이 미립자트랩(10)의 외주면과 캐닝용기(11)내주면과의 사이에는, 예를들면 장착부재(17)로서 와이어메시(wienesh)등이 개재되어서, 미립자트랩(10)을 캐닝용기(11)내에 지지하고 있다.
제5도는 미립자트랩(10)의 구성의 일례를 표시한 것이며, 제5도(a)는 그 종단면도, 제5도(b)는 그 단면(端面)도이다. 이 미립자트랩(10)은 그 축방향을 따라서, 상류쪽이 폐색된 통로(10a)와 하류쪽이 폐색된 통로(10a')가 예를들면 바둑판눈 형상으로 교호로 다수형성되어 있으며, 각 통로(10a), (10a)와는 다공질의 박벽(10b)에 의해 사이가 떨어져 있다.(제5도(b)).
따라서 제5도(a)에 표시한 바와같이, 상류쪽이 개구된 통로(10a')로부터 유입한 배기가스는 상기 통로(10a')를 나아가나, 이 통로(10a')의 하류쪽은 폐색되어 있기 때문에, 배기가스는 다공질 박벽(10b)을 통과해서 인접하는 통로(10a)로 흘러들어가며, 이때 배기가스속의 미립자의 포집이 행하여져서 다공질박벽(10b)에 미립자가 부착한다. 그리하여, 미립자의 제거가 행하여진 후, 배기가스는 하류쪽이 개구된 통로(10a)로부터 배출된다.
히이터(20)는 히이터구동회로(21)를 개재해서 도시하지 않는 배터리에 접속되어 있다. 이 히이터는, 캐닝용기(11)내의 배기로 R의 유로저항을 증가시키는 일이 없도록 충분한 통기용 공간을 유지한 형상을 이룬다. 여기서는, 제3도에 표시한 바와같은 절곡리본형상의 히이터용선재(상품명 : 칸탈선)을 사용하고, 배기로 R을 흐르는 에어를 균일하게 가열할 수 있는 형상을 이룬다.
전열변환소자(19)는 충분히 통기성을 유지함과 동시에 전체적으로는 소정의 두깨로 형성되어 있다. 여기서는, 세라믹세선을 무질서한 상태로 절곡해서 맞포개어, 부피가 큰 상태로 완성시킨 것이 이용된다(제4도 참조). 이와같은 전열변호나소자(19)는 히이터(20)이 발하는 복사열중 입구(12)측에 향하는 것을 흡수해서 고온화된다. 또한 입구(12)쪽으로부터의 에어통기공간(191)을 흐를때에 이 에어에 열을 방출하도록 작용한다.
히이터(20)의 구동회로(21),에어펌프(15)의 모우터의 구동회로(2), 및 절환밸브의 구동회로(31)은 다같이 제어기(23)내의 제어회로(24)에 의해 제어된다. 여기서, 제어회로(24)는 미립자트랩(10)의 상류쪽의 압력센서(25)의 압력정보에 의거하여, 재생개시시를 판단하고, 히이터(20) 및 에어펌프(15)를 동시구동시켜, 미립자트랩(10)의 재생을 행하도록 작용한다. 또한, 재생개시는 미리규정된 압력치를 아력센서(25)가 검지하였을때, 제어회로(24)가 온신호를 출력하도록 형성되어 있다.
제1도중, 부호(26)은 통형상부(111)의 공간(18)상에 전열변환소자(19)를 장착하는데 사용하는 주지의 열변형흡수용의 장착부재를 표시하고 있으며, 이에 의해 전열변환소자(19)의 열변형까지도 흡수할 수 있다.
이와같은 배출가스후처리장치는, 차량의 통상주행시에 다음과 같이 작동한다.
먼저, 미립자트랩의 포집량이 적은 동안은 압력센서(25)가 검출하는 압력치는 작아 히이터(20)등은 부작동(不作動)으로 유지된다.
이윽고, 배기로부터 포집된 미립자가 많아져서 배기로 R의 압력이 상승하여, 규정치를 상회했을 경우, 제어회로(24)는 히이터(20), 에어펌프(15)의 구동 지령 및 절환밸브(28)의 절환을 행한다.
이에의해 배기로 R에의 배개의 흐름은 정지되고, 여기에는 신기(新氣)로서의 에어만을 들여보내게 된다. 이 사이, 배기는 분기고나(29) 및 머플러(30)을 개재해서 대기에 방출된다.
재생시에 있어서, 히이터(20)가 발생하는 열은 미립자트랩(10)의 유입단(101 )쪽의 미립자의 소각에 이용된다. 특히 히이터(20)의 복사열중, 입력쪽으로 향하는 것은 절열변환소자(19)에 수취되며, 이것은 입구(12)쪽으로부터의 에어에 흡수되어 , 재차 히이터(20)를 통과하여 유입단(101)에 도달, 미립자 소각에 이용된다.
소정시간 경과후, 제어회로(24)는 히이터(20), 에어펌프(15)를 오프로되돌리고, 절환밸브를 절환해서 배기를 R쪽으로 흐르게 하도록 제어 작동한다.
이와같이, 히이터(20)가 발생하는 열중, 캐닝용기(11)의 통형상부(111)앞쪽이나 앞연결부(112)에 복사되어서 쓸데없이 대기방출되고 있던 열을 절연변환소자 (19)가 에어에 되돌려서, 미립자의 소각에 유효하게 이용할 수 있다.
다음에, 상기 전열변환소자(19)의 변형예를 표시한 제2의 실시예를 제6도에 의거하여 설명한다.
제6도에 표시한 전열변환소자(19)는 제1의 실시예에서 표시한 바와같은 세라믹 세선을 무질서한 상태로 절곡하여 맞포갠것에 대신하여, 블라인드형으로 구성되어 있는 것이다.
또, 상기 제1의 실시예의 전열변환소자(19)의 변형예를 표시한 제3의 실시예를 제7도에 의거해서 설명한다. 제7도에 표시한 전열변환소자(19)는, 제1의 실시예에서 표시한 바와같은 세라믹세선을 무질서한 상태로 절곡해서 맞포갠것에 대신해서 간헐세편(間歇細片)(27)을 포갠 구조이다.
상기 제1의 실시예, 제2의 실시예, 제3의 실시예의 각각이 전열변환소자(19)는 동 전열변환소자(19)을 이용해서, 히이터로부터 직접 미립자트랩쪽으로 향하는 일이 없이 열을 모아, 이것을 유입에어에 되돌리도록 하였으므로, 히이터의 열을 유효하게 이용할 수 있고, 히이터의 열량부족을 방지하여, 미립자의 완전소각을 달성할 수 있다.
또 전열변환소자(19)의 다른예를 표시한 제4의 실시예를 제8도, 제9도에 의거해서 설명한다.
제8도에 표시한 전열변환소자(19)는 세라믹다공질체로 구성되며, 세라믹으로서는, 특별히 한정되는 것은 아니나, 내열성, 내약품성 및 내열충격성등에 뛰어나 있는 것이 요구되기 때문에, 예를들면 근청석(Cordierite)등이 사용된다. 또, 제8도에 표시한 바와같이 전열변환소자(19)는 벌집형상구조로 형성되어서 메시의 크기가 상호 다른 2개의 반원형의 세라믹다공체(19a) 및 (19b)을 아래위로 조합해서 일체화 되어서 이루어진 것이다. 이 전열변호나소자(19)에 있어서, 하부의 세라믹다공체(19b)의 공극률 (메시)는 상부의 세라믹다공체(19a)의 공극률(메시)보다도크게 설정되어 있으며, 상기 전열변환소자(19)의 공기 통과량은 상부보다도 하부쪽이 많아지도록 되어 있다. 따라서, 제9도에 표시한 바와같이 이 전열변환소자(10)에 유입한 배기가스는 화살표로 표시한 바와같이, 하부의 통과량이 상부의 통과량에 비해서 많아진다. 즉, 캐닝용기 (11)내에 유입한 화살표시 A로 표시한 배기가스는 먼저 전열변환소자(19)를 통과한다. 이 전열변환소자(19)는 화살표시 C로 표시한 상부를 통과하는 배기량에 비해서 화살표시 B로 표시한 하부를 통과하는 배기가스량의 쪽이 많아지도록 되어 있으므로, 상기 전열변환소자(19)의 하류에 설치된 히이터(20)에 의해 가열되는 배기가스량은 상부보다 하부의 쪽이 많아져 있다.
배기가스는 이 전열변환소자(19)를 통과한후, 히이터(20)에 의해 가열되어서 고온가스로되며, 이 고온가스는 미립자트랩(10)의 상류쪽단면에 도달할때 까지의 사이에, 자연대류에 의해 상승한다. 상기한 바와같이, 히이터(20)통과 후의 고온가스량은 하부의 쪽이 많아지고 있기 때문에, 그 일부가 화살표시 D로 표시한 바와같이 상승하므로서 미립지트랩(10)으로 유입하는 고온가스량은 상기 미립자트랩(10 )의 입구쪽의 전체면에 있어서 거의 균일하게 된다. 따라서, 미립자트랩(10)의 각 통로(10a),(10 a')(제5도)에는 거의 균일한 온도의 고온가스가 거의 균일한 통과량으로 통과하게 되며, 이 결과, 상기 미립자트랩(10)에 열응력이 발생하는 일이 방지된다.
또한, 상기 제4의 실시예에 있어서는, 전열변환소자(19)로서 위아래로 2분할된 세라믹다공질체를 사용하였을 경우에 대해서 기술하였으나, 이러한 2분할체에 한정되는 것은 아니고, 하부로 갈수록 가스통과량이 증대하게되는 구성의 것이면 된다.
다음에, 제1의 실시예에 있어서의 미립자트랩(10)의 변형예를 표시한 제5실시예를 제10도, 제11도를 근거로 설명한다. 도면에 있어서, 미립자트랩(10)은, 복수개 예를들면, 3개의 필터편(51),(52) 및 (53)에 의해 동심형상을 이루어 구성되어 있으며, 중심의 필터편(51)은 막대형상을 이루고, 이 필터(51)에 환형상의 필터편(52)가 미소한 간극을 가지고 겉에 끼워지고, 이 필터편(52)의 바깥쪽에 또 환형상의 필터편(53)이 미소한 간극을 가지고 겉에 끼워져 있다. 이들 필터편(51),(52) ,(53)은 예를들면 제5도에 표시한 바와같은, 다수의 통로를 가진 근청석등에 세라믹다공질체로 구성되어 있다.
그리고, 이들 필터편(51)과 (52)와의 사이, 및 필터편(52)와 (53)과의 사이의 각 환형상의 간극에는, 필터(22)의 전체길이에 걸쳐서 탄성지지부재(55) 및 (56)이 각각 설치되어 있다. 이들 탄성지지부재(55),(56)으로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를들면, 베어미클라이트, 질석등의 가열팽창제, 알루미나, 실리카등의 세라믹 파이버 및 유기결합제로 이루어진 가열팽창성 세라믹재료는 뛰어난 탄력성을 가짐과 동시에, 단열성에도 뛰어나 있기 때문에, 각 필터편(51)~(53)사이에 있어서의 열의 전달을 방지하고, 균일한 온도분포를 달성하는데 있어 극히 유용하다. 또한, 이들 탄성지지부재 (55),(56)은 양단부에만 개재시키도록 해도 된다. 따라서, 캐닝용기(11)내에 유입한 배기가스는 전열변환소자(19) 및 히이터(20)에 의해 가열되며, 고온으로된 가스는 미립자트랩(10)의 상류쪽 단면에 도달하여, 각 필터편(51)~(53)의 단면(51a)~(53a)로부터 유입한다. 이때, 각 필터단면(51a)~ (53a)에 있어서는, 거의 균일한 가스유량분포 및 거의 균일한 온도분포를 고온가스가 유입한다. 또한 각 필터편(51)~(53)내에서는 제11도에 화살표시로 표시한 바와 같이 균일한 유량 및 온도분포상태가 거의 유지된 채로, 하류쪽까지 고온가스가 흐르므로, 고온가스가 상기 미립자트랩(10)의 중앙으로 집중되는 것이 방지되며, 이에 따라 상기 미립자트랩(10)의 반경방향의 온도 구배를 가급적으로 작게할 수 있어서, 포집된 미립자가 남김없이 완전히 연소되고, 히이터(20)이 발생하는 열량을 극히 유효하게 사용하게 된다. 또, 균일하게 연소되기 때문에 미립자트랩(10)에 발생하는 열응력의 발생이 방지된다.
이상 설명한 바와같이, 본 발명에 의하면, 히이터(20)가 발생하는 열이 전열변환소자(19)에 의해서 유효하게 이용되고, 또 상기 전열변환소자(19)에 의해서 얻어진 고온가스를 미립자트랩(10)내의 전역에 걸쳐서 통과시켜서 미립자를 완전히 연소시키므로서 히어터(20)으로부터 발생하는 열이 극히 효율좋게 이용된다. 따라서, 본 발명에 의하면 전기 히이터를 사용했을 경우에, 차량의 배터리쪽으로부터 충분한 전기열량이 공급되지 않기 때문에 원활한 재생처리를 할 수 없는 경우에 있어서도, 적은 전기열량을 효율좋게 이용하므로서, 미립자트랩을 포집된 미립자를 충분하고도 원활하게 재생처리를 할 수 있는 것이다.

Claims (7)

  1. 디이젤엔진의 배기통로에 동 디이젤엔지의 배기가스속에 함유되는 미립자를 포집하는 미립자트랩(10)을 설치하고, 동 미립자트랩을 내부에 수용하는 캐닝용기 (11)을 장착하고, 상기 미립자트랩의 상류쪽에 있어서 상기 캐닝용기내에 상기 포지보딘 미립자를 착화연소시키는 고온의 배기가스를 얻는 전기히이터(20)를 설치하고, 동 저기히이터의 상류쪽에 있어서 상기 캐닝용기내에 상기 전기히이터의 복사열을 흡수하여 이 열을 상기 캐닝용기의 상류쪽으로부터 상기 미립자트랩으로 유입하는 배기가스에 방출하는 전열변환소자(19)를 장착한 것을 특징으로하는 디이젤엔진의 배기정화장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전열변환소자(19)가 다수개의 배기가스통로의 집합체에 의해서 형성되고, 상기 전열변환소자의 하부쪽에 형성되는 상기 집합체의 단위 단면적당의 상기 배기가스통로부단면적(공극률(메시))이 상부쪽에 형성되는 상기 집합체의 단위 단면적당의 상기 배기스통로부단면적(공극률(메시))보다 크게 설정되는 것을 특징으로 하는 디이젤엔진의 배기정화장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전열변화소자(19)가 세라믹다공질체를 벌집구조형상으로 형성된 것으로 이루어진 것으로 특징으로하는 디이젤엔진의 배기정화장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전열변환소자(19)가 다수의 배기가스통로를 가진 세라믹다공질체로 이루어지고, 또 상기 전열변환소자가 2개의 단면반원형의 것을 아래위로 조합하여 일체화하여 구성되고, 하부의 세라믹다공질체(19b)에 의해 형성되는 단위단면적당의 상기 배기가스통로부의 단면적(공극률)(메시)를 상부의 세라믹다공질체(19a)에 의해 형성되는 단위단면적당의 상기 배기가스통로부의 단면적(공극률(메시))보다 크게 하는 것을 특징으로하는 디젤엔진의 배기정화장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전열변환소자(19)가 세라믹다공질체의 가는선을 무질서한 상태로 절곡해서 맞포개어 형성되고, 충분히 통기성을 유지함과 동시에 전체적으로 소정의 두께를 가진 것을 특징으로 하는 디이젤엔진의 배기정화장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 미립자트랩(10)이 통형상의 필터이며, 동필터가 동심형상으로 서로 미소한 간극을 가지고 끼워 맞추어지는 복수개의 필터편(51,52,53)으로 형성되고, 각 필터편의 상기 미소한 간극의 적어도 길이방향에 따르는 양단부에 탄성지지부재(55,56)를 개재시키는 것을 특징으로 하는 디이젤엔진의 배기정화장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 통형상의 필터가 중심부를 형성하는 막대형상의 중심필터편(51)과, 동 중심필터편에 미소한 간극을 가지고 겉에 끼워지는 환형상의 중간필터편 (52)과, 동중간필터편에 미소한 간극을 가지고 겉에 끼워지는 환형상의 바깥쪽 필터편 (53)과의 3개의 동심형상을 이루는 필터편에 의해서 형성되어 있는 것을 특징으로하는 디이젤엔진의 배기정화장치.
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