KR920007887B1 - 내연기관의 배기가스 정화장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

내연기관의 배기가스 정화장치

제1도는 본 발명이 적용될 오토바이의 배기관을 포함하는 기관과 관련부재의 약도.

제2도는 제1도에 도시된 배기관의 부분절단 확대도.

제3도는 본 발명에 따른 배기가스 정화장치가 설치된 배기관의 단면도.

제4도는 배기가스 정화장치의 층구조를 형성하기 위한 퓨즈(fuse)분사상태를 도시하는 도면.

제5도 내지 제8도는 배기가스 정화장치의 일부를 도시하는 단면약도이며,

제5도에서는 불규칙면을 구비한 하나의 중간층이 형성되어 있고,

제6도에서는 두개의 중간층이 형성되어 있고,

제7도에서는 처리전의 촉매 캐리어층이 중간층위에 형성되어 있고,

제8도에서는 처리후의 촉매 캐리어층이 중간층위에 형성되어 있다.

제9도와 제10도는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 중간층을 포함하고 있지 않고 제7도와 제8도와 유사한 도면,

제11도와 제12도는 제7도와 제8도와 비슷한 것으로, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 중간층이 불규칙면을 갖지 않고 있다.

제13도와 제14도는 제9도와 제10도와 유사한 것으로, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 중간층이 배기관의 내측관상에 형성되어 있지 않다.

제15도는 제12도와 유사한 것으로 본 발명의 다른 실시예에 따른 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 내연기관 2 : 배기포트(port)

3 : 배기관 4 : 공간

5 : 내측관 6 : 구멍

7 : 중간 불규칙면층(layer) 8 : 촉매 키리어층

9 : 촉매용역 10 : 촉매 입자

12 : 팽창실 13 : 머플러(muffler)

본 발명은 내연기관의 배기관내에 배치된, 배기가스의 불연성분을 정화하기 위한, 배기가스 정화장치에 관한 것이다. 예를들어, 자동차에 탑재된 내연기관에는 배기다기관이 연결되는 배기포트가 설치된다. 내연기관의 연소실로부터의 배기가스는 대체로 불연성분을 포함하고 있다.

벌집형태의 세라믹 캐리어에 촉매를 부착함으로써 형성되는 촉매부재는 다기관에 부착된다. 배기가스는 다기관내를 흐르며, 흐르는 동안에, 배기가스는, 배기가스내의 불연성분을 정화하기위해 촉매와 접촉하여 산화반응을 필요로 한다.

작은 크기의, 오토바이와 같은 차량에 탑재될, 내연기관에 있어서, 배기관은 기관의 배기포트에 연결되고, 예를 들어, 유리솜(glass wool)과 같은 직물 물질에 촉매를 부착함으로써 형성된, 벌집형태의 촉매부재는, 예를 들어 압력판을 이용함으로써, 배기관의 내면에 배치된다.

기관의 연소실로부터의 배기가스의 불연성분이 촉매부재와 접촉하여 산화반응을 통해 배기가스의 불연성분이 정화된다.

이러한 종래기술은, 예를 들어, 일본국 특허 공보 제59-1324호와 일본국 특허 공개 공보 제61-96120호에 개시되어 있다.

그러나, 벌집형태의 촉매에 대하여는, 배기가스는 벌집형태의 촉매부재의 다수의 구멍을 통과하므로, 배기가스의 유동면적이 감소되고 배기가스의 유동은 벌집형태의 촉매부재의 저항에 영향을 받게 된다.

이러한 사실에 의하여 기관의 출력저하가 초래되고, 특히, 작은 크기의 기관에 대하여는, 출력저하는 기관의 성능에 해로운 영향을 끼친다. 더우기, 다기관내에 벌집형태의 촉매부재를 위치시킴에 의해 다기관의 전체크기가 크게 되어 그 구조상 및 생산비용상 불편하게 된다.

더우기, 직물물질로 이루어진 촉매부재를 배기관의 내면에 부착함은 기관자체의 내구성 또는 성능문제 뿐 아니라 비용의 증가문제를 내포한다.

본 발명의 목적은 전술한 선행기술의 결점을 제거하고, 단순한 구조를 구비하는 한편 촉매수단과 접촉하여 효과적으로 배기가스를 정화할 수 있어 기관의 내구성과 성능을 향상기키는 배기가스 정화장치를 제공하는 것이다.

이러한 목적과 다른 목적이, 일실시예로서, 내연기관의 배기관내에 배치된 배기가스 정화장치를 제공함으로써, 본 발명에 따라 성취될 수 있고, 상기 배기가스 정화장치는 배기관의 내면과 내측관의 외면사이의 공간을 구비하면서 배기관내의 동축상으로 배치된 내측관을 포함하며, 상기 내측관에는 다수의 구멍과 내측관의 내 ·외면에 배치되는 한편 배기관내를 흐르는 배기가스의 불연성분을 정화하기 위한 촉매를 포함하는 층구조가 제공되며, 각 층구조는 촉매에 무해한 성질을 갖는 물질로 형성된다. 바람직한 실시예에서는, 층구조는 촉매에 무해한 성질을 갖는 물질로 형성된 내측관의 내 ·외면상의 제1층과 촉매용액과 촉매캐리어로 이루어진 슬러리를 분사하고 분사된 슬러리를 액체성분이 제거되도록 건조하는 퓨즈에 의해 형성된 촉매캐리어층으로써 상기 제1층의 외면에 형성된 제2층과를 포함한다.

제1층의 외면은 오목한 부분과 볼록한 부분이 제공되는 불규칙면을 나타내도록 형성된다. 하나의 변경실시예에 있어서는, 내측관의 내면과 외면이 오목 및 볼록부위가 제공된 불규칙면을 나타내도록 형성되며, 층구조가 촉매용액과 촉매캐리어로 이루어진 슬러리를 분사하고 분사된 슬러리를 액체 성분이 제거되도록 건조하는 퓨즈에 의해 불규칙한 내·외면상에 촉매캐리어로 형성된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서는, 내측관의 외면과 배기관의 내면사이에 공간이 구비되며 배기관내에 동축상으로 배치된 내측관을 포함하는, 내연기관의 배기관내에 배치된 배기가스 정화장치가 제공되며, 상기 내측관에는 다수의 구멍과 내측관의 내·외면상에 배치된 층구조가 제공되고, 각 층구조는 촉매에 무해한 성질을 갖는 중간의 필름층을 포함하는 한편 내측관의 내·외면상에 형성되며 촉매캐리어층을 상기 중간의 필름층의 외면상에 형성되고, 상기 촉매캐리어층은 촉매층을 형성하도록 중간의 필름층의 외면상에 금속 산화물을 분사하는 한편 촉매용액을 촉매층에 스며들게 하고 그후 액체성분이 제거되도록 촉매층을 건조시키는 퓨즈에 의해 형성된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서는, 내측관의 외면과 배기관의 내면과의 사이에 공간이 구비되며 배기관내에 동축상으로 배치된 내측관을 포함하는, 배기가스 정화장치가 제공되며 상기 내측관에는 다수의 구멍과 내측관의 내·외면상에 배치된 층구조가 제공되고, 상기 층구조는 다수의 구멍을 포함하는 촉매캐리어층을 포함하는 한편 내측관의 내·외면상에 형성되고, 상기 촉매캐리어층은 구멍을 포함하기 위하여 촉매층을 형성하도록 내측관의 내·외면상에 금속산화물을 분사하는 한편 촉매용액을 촉매층내로 스며들게 하고 그후 액체성분이 제거되도록 촉매층을 건조시키는 퓨즈에 의해서 형성된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서는, 배기관의 내면과 내측관의 외면사이의 공간을 구비하며 배기관내에 동축상으로 배치된 내측관을 포함하는, 내연기관의 배기관내에 배치된 가스 정화장치가 제공되며, 상기 내측관에는 다수의 구멍과 내측과의 내·외면상에 배치된 층구조가 제공되고, 상기 층구조는 내측관의 내·외면상에 알루미나를 분사하는 퓨즈에 의해 형성된 캐리어층과 상기 캐리어층의 외면상에 부착된 촉매수단으로 이루어진다.

전술한 실시예에 있어서, 상기 층구조는 배기관의 내면상에 형성될 수도 있다.

전술한 특징의 본 발명에 따라, 촉매지지수단으로써 내측관에는 배수용의 다수의 구멍이 설치되어, 배기관내를 흐르는 배기가스가 내측관의 내·외면상에 형성된 촉매층과 접촉하여 상기 구멍을 통해 내측관으로 통과한다.

상기 촉매층은, 예를 들어 촉매에 무해한 성질을 갖는 금속의 중간층을 통해 내측관과 직접 접촉하지 않도록 형성된다. 촉매와 접촉하여, 배기가스의 불연성분은 이를 정화하는 산화반응을 필요로 한다. 내측관은 배기관내에 동축상으로 공간을 유지하며 배치되고, 촉매층은 내측관상에 형성되어, 배기가스의 유동은 배기가스 정화수단이 설치된 종래의 기관과 비교하여 거의 영향을 받지 않고 따라서 기관자체의 내구성과 성능이 향상된다. 촉매캐리어층과 내측관의 외면사이에 중간층을 위치시킴에 따라 열사이클에 의한 열충격와 열변형을 약화시킬 수 있다. 더우기, 퓨즈 분사 공정은 촉매캐리어층내에 구멍을 형성할 수 있어 촉매의 밀도를, 용액을 포함하는 촉매를 준비하여 임의 로 선택할 수 있다.

우선, 배기가스 정화장치가 설치되는 배기관을 포함하는 관련부품과 기관유니트를 도시하는 제1도를 설명하면, 내연기관(1)의 연소실로부터 배기가스를 배기하기 위한 배기포트(2)가 내연기관(1)에 설치되어 있다.

배기관(3)은 배기포트(2)와 연결되고, 제2도에 도시된 바와 같이 내측관(5)가 배기관(3)내에 내측관(5)의 외면과 배기관(3)의 내면사이에 공간을 형성하여 동축상에 배치된다.

상기 내측관(5)는 후술하는 촉매캐리어층을 지지하기 위한 지지부재로써 작용한다.

상기 배기관(3)의 뒷쪽 끝부위는 머플러(13)과 연결되는 관형구조의 팽창실 (12)과 연결된다.

배기관(3)으로부터의 배기가스는 팽창실(12)내에서 팽창되고 머플러(13)내에서 소음(消音)된 후 머플러(13)의 뒷쪽끝으로부터 배기된다.

배기관(3)과 내측관(5)은 바람직한 실시예에서는, 강판 또는 스테인레스판으로 만들어지며, 제3도에 도시된 바와 같이, 배기관(3)과 내측관(5)은 각각 두개의 부위로 형성되고, 그 각각은 반원형 단면을 갖는다.

이들 두개의 부위는 단면이 원형인 배기관(3)과 내측관(5)를 형성하도록 서로 짝지어 융합되어 있다.

내측관(5)의 상기 짝지어 융합된 부위는 배기관(3)의 짝지어진 부위로 끼워 맞춰지고 일체로 융합되어 있다.

다수의 구멍(6)이 배수의 목적으로 내측관(5)에 뚫리어 있다.

제4도 내지 제6도에 도시된 바와 같이, 하나의 또는 둘의 중간 금속층이, 촉매에 무해한 성질을 갖는 알루미나, 세라믹 또는 서밋(cermet)과 같은, 미세한 오목과 볼록을 포함하는 중간의 불규칙면층(7)을 형성하도록 내측관(5)의 내·외면에 퓨즈분사된다.

중간의 불규칙면층(7)의 각 외면은, 예를 들어 샌드페이퍼로 문지르거나 샌드블라스팅 기술에 의해 거친 면을 나타내도록 형성될 수 있다. 촉매용액과 실리카 알루미늄과 같은 다공성 물질로 이루어진 촉매캐리어로 구성된 슬러리가, 예를들어 제7도에 도시된 바와 같이, 코팅기술에 의해 불규칙면(7)의 외면에 부착되고 그렇게 형성된 층을 건조시켜 액체성분을 제거하기 위해 태우면 촉매를 포함하는 촉매캐리어층(8)이 제8도에 도시된 바와 같이 중간층(7)의 외면에 형성된다.

전술한 방법에 따라면, 촉매는 내측관(5)의 외면에 직접 접촉하지 않으므로, 유해한 물질에 의한 촉매의 열화가 방지될 수 있다.

더우기. 불규칙 중간층(7)은 열절연되어, 촉매의 활성화 온도가 효과적으로 유지될 수 있다.

중간층(7)를 놓음으로써 내측관의 화학적 반응을 방지할 수 있고, 금속이온의 퓨징아우트(fusing-out)를 방지할 수 있어 내측관(5)의 내구성을 향상시킬 수 있다.

더우기, 중간층(7)은 열사이클에 의한 열충격과 열음력을 약화기켜 촉매캐리어층(8)이 확실하게 부착되는 상태를 유지하도록 한다.

이러한 목적을 위해, 중간층의 물질로는 내측관(5)과 촉매캐리어층(8b)의 열팽창계수사이의 열팽창계수를 갖는 물질이 요구된다.

배기가스는 배기관(3)내를 흐르는 동안에 촉매캐리어층과 접촉하여 산화반응을 수행하여 배기가스의 불연성분을 정화한다.

이러한 효과는 전술한 특성의 중간불규칙층과 촉매캐리어층을 배기관(3)의 내면에 가함으로써 더욱 향상 될 수 있다.

더우기 내측관(5)는 관형구조를 구비하여 배기가스 유동에 대한 저항이 효과적으로 감소되고, 따라서 기관의 출력저하를 최소화할 수 있다.

제9도에 도시된 바와 같이, 하나의 변형실시예에 있어서, 전술한 실시예의 중간층(7)이 제거되며, 내측관(5)의 외면의 예를 들어, 미세한 오목과 볼록부위를 포함하는 불규칙면을 제공하도록, 샌드페이퍼에 의해 상기 면을 문지르거나 샌드블라이팅 기술에 의해 불규칙면(7a)으로써 형성된다. 이러한 실시예에 있어서, 실리카 알루미늄과 같은 다공성물질로 이루어진 촉매캐리어와 촉매용액으로 구성된 슬러리가 그후 불규칙층 (7a)의 외면에 부착되고 건조되어 액체성분이 제거되도록 태워져서, 제10도에 도시된 바와 같이 불규칙층(7a)의 외면상에 촉매캐리어층(8a)를 형성한다.

이러한 처리가 배기관(3)의 내면에 같은 방식으로 행하여 질 수 있다.

이러한 실시예에서, 배기가스 정화장치는 간단하게 구성될 수 있고, 배기가스의 불연성분이 효과적으로 정화할 수 있다.

본 발명의 또다른 실시예에서, 제2도에 도시된 바와 같이 중간필름층이 배기관 (3)의 안쪽에 배치된 내측관(5)의 내, 외면상에 형성되고, 촉매캐리어층이 중간층의 외면상에 형성된다.

즉, 제11도 및 제12도에 도시된 바와 같이, 중간필름층(7b)은 촉매에 무해한 성질을 갖는 알루미나와 같은 물질을 내측관(5)의 내, 외면상에 알루미늄을 입히는 방법으로 코팅함으로써 형성된다.

그후 알루미나와 같은 금속 산화물을, 중간필름층(7b)의 외면상에 퓨즈 분사공정에 의한 다수의 구멍(11)을 포함하는 캐리어층(8b)을 형성하도록, 퓨즈 분사한다. 그러면 캐리어층(8b)은 제11도에 도시된 바와 같이 촉매용액(9)에 담그어져 촉매입자 (10)가 캐리어층(8b)에 스며들게 된다.

이렇게 형성된 내측관(5)은 용액층을 포함하는 촉매를 건조시키기 위해 태워져서 제12도에 도시된 바와 같이 촉매캐리어층(8b)을 형성한다.

중간필름층(7b)과 촉매캐리어층(8b)은 배기가스 정화효과를 증대시키기 위하여 배기관(3)의 내면상에 형성될 수도 있다.

중간필름층(7b)을 놓음으로써 중간 불규칙층(7)에 대하여 전술한 것과 같은 효과와 기능을 얻을 수 있다.

변형된 실시예에 있어서, 제11도와 제12도의 중간층(7b)은 제13도와 제14도에 도시된 바와 같이 제거될 수 있다.

이러한 변형 실시예에 있어, 중간필름층(7b)을 두는 효과는 제거될지라도, 배기가스의 불연성분은 효과적으로 정화될 수 있다.

전술한 실시예에 있어서, 촉매의 밀도는 용액을 포함하는 적절히 촉매를 준비함으로써 임의로 선택될 수 있다.

제15도에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 알루미나와 같은 금속산화물이, 촉매캐리어층으로써 중간층(7c)을 형성하도록 배기관(3)내에 배치된 내측관(5)의 내, 외면상에 퓨즈 분사된다.

그후 촉매제(8c)가, 예를들어 코팅방법에 의해, 촉매제(8c)를 운반할 중간층 (7c)의 각 외층에 부착된다.

이러한 실시예에 있어서, 배기관(3)내를 흐르는 배기가스가 촉매제(8c)와 접촉하여 산화반응을 수행하고 따라서 배기가스의 불연성분을 효과적으로 정화하도록 제거한다.

Claims (17)

1. 다수의 구멍이 설치된 한편 배기관의 내면과 내측관의 외면사이에 공간을 형성하면서 배기관내에 동축상으로 배치된 내측관을 포함하는 지지수단과, 배기관내를 흐르는 배기가스의 불연성분을 정화하기 위한 촉매를 포함하고 상기 내측관의 내·외면상에 배치되는 한편 상기 촉매에 무해한 성질을 갖는 물질로 이루어진 층구조를 포함하는 내연기관의 배기관 내에 배치된 배기가스 정화장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 층구조가 상기 내측관의 내·외면상에 촉매에 무해한 성질을 갖는 물질로 형성된 제1층과, 촉매용액과 촉매캐리어층으로써 구성된 슬러리를 퓨지 분사하고 액체성분이 제거되도록 분사된 슬러리를 건조시킴으로써 형성된 촉매캐리어층으로써 상기 제1층의 외면상에 형성된 제2층과 포함하는 배기가스 정화장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 제1층의 각각이 두개의 층성분으로 구성되는 배기가스 장화장치
4. 제2항에 있어서, 상기 제1층의 물질이 알루미나인 배기가스 정화장치.
5. 제2항에 있어서, 상기 제1층의 물질이 세라믹 또는 서밋인 배기가스 정화장치.
6. 제2항에 있어서, 상기 제1층의 외면이 오목 및 볼록부위를 갖는 불규칙면을 나타내도록 형성된 배기가스 정화장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 층구조가 배기관의 내면상에 형성된 배기가스 정화장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 내측관의 내·외면이 오목 및 볼록부위를 갖는 불규칙면을 나타내도록 형성되고, 상기 층구조가 촉매용액과 촉매캐리어로 구성된 슬러리를 퓨즈 분사하고 액체성분을 제거하기 위해 분사된 슬러리를 건조시킴으로써 상기 내측관의 불규칙한 내·외면상에 촉매캐리어층으로 형성된 배기가스 정화장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 층구조가 상기 배기관의 내면상에 형성된 배기가스 정화장치.
10. 내측관의 외면과 배기관의 내면사이에 공간을 형성하면서, 다수의 구머를 구비하는 한편 배기관내에 동축상에 배치된 내측관을 포함하는 지지수단과, 촉매에 무해한 성질을 갖는 한편 상기 내측관의 내·외면상에 형성된 한편 촉매층을 형성토록 상기 중간필름층의 외면상에 금속산화물을 퓨즈 분사하여 촉매층에 촉매용액을 스며들게한 후 액체 성분이 제거되도록 상기 촉매층을 건조시킴으로써 형성된 촉매캐리어층과를 포함하는, 내측관의 내·외면상에 배치된 층구조를 포함하는 내연기관의 배기관내에 배치된 배기가스 정화장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 금속 산화물이 알루미나인 배기가스 정화장치.
12. 제10항에 있어서, 상기 층구조가 상기 배기관의 내면상에 형성된 배기가스 정화장치.
13. 내측관의 외면과 배기관의 내면사이에 공간을 형성하면서, 다수의 구멍을 구비하는 한편 배기관내에 동축상에 배치된 내측관을 포함하는 지지수단과, 다수의 구멍을 포함하는 한편 상기 내측관의 내·외면상에 형성되고, 구멍을 포함하기 위하여 촉매층을 형성하도록 내측관의 내·외면상에 금속 산화믈을 퓨즈 분사하여 촉매용액을 상기 촉매층에 스며들게한 후 액체성분이 제거되도록 상기 촉매층을 건도시킴으로써 형성된 촉매캐리어층을 포함하는, 상기 내측관의 내·외면상에 배치된 층구조를 포함하는 내연기관의 배기관내에 배치된 배기가스 정화장치.
14. 제13항에 있어서, 상기 금속산화물이 알루미나인 배기가스 정화장치.
15. 제13항에 있어서, 상기 층구조가 배기관의 내면상에 형성된 배기가스 정화장치.
16. 내측관의 외면과 배기관의 내면사이에 공간을 형성하면서, 배기관내에 동축상으로 배치된 한편 다수의 구멍을 갖는 내측관을 포함하는 지지수단과, 상기 내측관의 내·외면상에 배치되는 한편 상기 내측관의 내·외면상에 알루미나를 퓨즈 분사함으로써 형성된 캐리어층으로 구성된 층구조와, 상기 캐리어층의 외면상에 부착된 촉매수단을 포함하는 내연기관의 배기관내에 배치된 배기가스 정화장치.
17. 제16항에 있어서, 상기 층구조가 상기 배기관의 내면상에 형성된 배기가스 정화장치.

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