KR100668245B1 - 내연 기관 배기 가스 처리용 장치 - Google Patents

내연 기관 배기 가스 처리용 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배기 가스 내에 제공된 환원제, 특히 요소 또는 요소 수용액을 사용하여 내연 기관의 배기 가스를 처리하는 장치에 관한 것으로, 상기 장치는 믹싱 챔버를 구비하며 환원제-공기 혼합물을 발생시키기 위해 환원제 탱크 내에 저장된 환원제는 환원제 라인을 통해, 압축 공기 저장기 내에 포함된 압축 공기는 압축 공기 라인을 통해, 상기 믹싱 챔버 내에 제공될 수 있고, 또한 상기 장치는 환원제 또는 환원제-공기 혼합물이 상기 믹싱 챔버로부터 압축 공기 라인으로 역류하는 것을 방지하기 위한 수단을 갖는다.
환원제, 압축 공기, 믹싱 챔버, 체크 밸브, 탄성 호스

Description

내연 기관 배기 가스 처리용 장치{Device for subsequently treating exhaust gases of an internal combustion engine}
본 발명은 청구범위 제 1 항의 전제부에 따른 배기 가스 내에 제공된 환원제, 특히 요소 또는 요소 수용액을 사용하여 내연 기관의 배기 가스를 처리하는 장치에 관한 것이다.
최근 계속 더 낮게 책정된 오염 물질 한계치로 인해, 내연 기관의 배기 가스를 처리하는 많은 장치 및 방법이 개발되었다. 예를 들어 질소 산화물을 변환하기 위한 환원제로서 요소 및/또는 암모니아를 사용하는 촉매 변환기 시스템에 의해 효과적인 배기 가스 처리 시스템이 제공될 수 있다.
배기 가스 중의 질소 산화물 성분을 감소시키기 위해, 특히 디젤 엔진용 환원 촉매 변환기가 개발되었으며, 상기 촉매 변환기는, 일반적으로 요소 공급 시스템을 갖는 소위 SCR 촉매 변환기(선택 촉매 환원, Selective Catalytic Reduction)와 저장 촉매 변환기로 나눠진다. 소위 SCR 촉매 변환기는 요소 및/또는 암모니아 환원제 공급에 의해 재생되는 한편, 소위 저장 촉매 변환기는 소위 배기 가스 과잉단계에서 함께 이송된 내연 기관 연료의 탄화 수소에 의해 재생된다.
EP A 0381236에 디젤 엔진의 배기 가스 중의 질소 산화물을 제거하기 위해 암모니아를 환원제로서 도우징 하여 첨가하는 시스템이 공지되어 있다. 또한, 상기 시스템의 경우 터보 차저도 제공되며, 상기 터보 차저는 배기 가스의 압력을 낮춘다. 사용된 요소 수용액은 압축 공기에 의해 도우징 첨가된다.
DE A 44 41 261에는 내연 기관의 배기 가스를 처리하는 장치가 공지되어 있으며, 상기 장치에서 촉매 변환기의 성능은 도우징 장치에 의해 개선되어야 한다. 상기 도우징 장치는 최소량 도우징 양변위 펌프로서 형성되며, 상기 펌프는 원통형 회전 바디 상에 홈 형상의 나사산을 포함하고, 이때 송출 출력을 변경하기 위해서회전 바디는 가변 회전수로 구동된다. 상기 환원제를 배기 가스 시스템 내에 첨가하는 것은 바람직하게 특성 맵에 따라, 즉 배기 가스의 양 및/또는 조성에 의존하여 이루어진다.
DE 197 50 138은, 분무화를 위한 압축 공기 공급부를 구비한 요소 도우징 시스템을 설명하며, 상기 시스템에서 이를 위해 제공된 압축 공기 경로에는 체크 밸브가 제공된다.
예를 들어 DE 42 30 056 A1에는, 환원제 및 그것을 공급하는 압축 공기를 기초로 에어로졸을 믹싱 챔버 내에서 발생시키는 것이 공지되어 있다. 이 경우 환원제 및 공기는 믹싱 챔버의 분리된 라인을 통해 공급된다. 도우징 과정 동안 믹싱 챔버 내에는 압력 변동 및 소용돌이가 발생될 수 있으며, 이는 환원제, 예컨대 요소 수용액을 압축 공기 라인 내로 역류시킬 수 있다. 예를 들어 자동차의 경우, 사용되는 압축 공기는 압축 공기 온-보오드 회로망으로부터 취해지므로, 압축 공기 라인 내로 상기와 같이 환원제가 역류할 경우 전체 압축 공기 공급 온-보오드 회로망이 오염될 수 있다. 예를 들어 부식을 일으키는 요소 수용액에 의해 압축 공기 브레이크 시스템이 손상될 수 있다.
본 발명의 목적은 공기 공급 라인 또는 이와 연통하는 압축 공기 온-보오드 회로망의 오염이 콤팩트한 구조에서 확실하게 방지될 수 있도록 배기 가스를 처리하기 위한 장치를 개선하는 것이다.
상기 목적은 독립 청구항의 특징을 갖는 장치를 통해 달성된다.
공기 또는 환원제-공기 혼합물이 믹싱 챔버로부터 압축 공기 라인으로 역류하는 것을 방지하기 위한 수단을 제공하는 본 발명에 따른 조치에 의해, 압축 공기 라인 또는 압축 공기 온-보오드 회로망의 오염이 효과적으로 방지될 수 있다. 따라서 예컨대 압축 공기 중의 공기에는 종래의 방법에 비해서 상대적으로 낮은 압력이 공급될 수 있다.
역류를 방지하기 위한 수단은 믹싱 챔버 내에 배치된 체크 밸브로서 형성된다. 믹싱 챔버 내에 통합된 상기와 같은 체크 밸브에 의해, 본 발명에 따른 장치는 특히 탄성 호스 또는 엘라스토머 밸브 바디와 같은, 작게 구성된 탄성 바디를 사용함으로써 콤팩트한 구조가 가능하다.
본 발명에 따른 장치 또는 본 발명에 따른 믹싱 챔버의 바람직한 구성은 종속 청구항의 대상이다.
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상기 믹싱 챔버 내에 배치된 체크 밸브는 바람직하게 밸브 바디 상에 삽입된 탄성 호스를 포함하며, 상기 호스는 밸브의 가압 방향에 따라 밀봉되거나 통과된다. 예를 들어 호스가 실리콘으로 구성될 수 있는 상기 체크 밸브는 매우 작게 구성되며 쉽게 교체될 수 있다.
본 발명에 따른 장치의 다른 바람직한 실시예에 따라 체크 밸브는 엘라스토머 밸브 바디를 포함하며, 상기 밸브 바디는 밀봉립에 의해, 밸브 하우징 또는 압축 공기 라인의 내벽에 기밀 방식으로 접한다. 또한, 상기의 체크 밸브는 매우 작게 구성되며, 저렴하게 제공될 수 있고 실제로 견고하고 신뢰성 있는 것으로 증명되었다.
본 발명에 따른 믹싱 챔버의 바람직한 실시예에 따라, 상기 체크 밸브는 밸브 바디 상에 삽입된 탄성 호스를 포함하며, 상기 호스는 압축 공기를 이용하여 압축 공기 공급 방향으로 가압할 때 압축 공기가 압축 공기 라인으로부터 믹싱 챔버 내로 유입되는 것을 허용하고, 믹싱 공간 내의 환원제-공기 혼합물을 통해 반대 방향으로 가압할 때에는 상기 혼합물이 압축 공기 라인으로 유입되는 것을 방지한다.
본 발명에 따른 장치 또는 믹싱 챔버의 바람직한 구성은 첨부된 도면을 이용하여 하기에서 더 자세히 설명된다.
도 1은 블록 회로도를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 믹싱 챔버의 바람직한 실시예의 측단면도.
도 3은 본 발명에 따라 사용될 수 있는 체크 밸브의 다른 바람직한 실시예의 측면도 및 사시도.
도 1에는 요소 탱크(1)가 도시되며, 상기 탱크(1)로부터 요소 수용액은 체크 밸브(2) 및, 필터 스크린으로 구현된 필터(3)를 구비한 라인(1a)을 통해 공급 펌프(4)에 의해 흡인되고, 다른 체크 밸브(6)를 통해 믹싱 챔버(8)의 도우징 밸브(7)로 공급된다. 상기 도우징 밸브(7)는 필요한 량의 요소 수용액을 믹싱 공간으로 도우징 하며, 상기 믹싱 공간은 도 2에서 9로 도시된다. 경우에 따라 발생되는 요소 수용액의 과류량은 압력 조절기(5) 및 다른 체크 밸브(11)에 의해, 역류 라인(12)을 통해서 요소 탱크(1)로 역류될 수 있다. 경우에 따라 필요한 상기 라인(1a)의 배기는 배기 밸브(10)를 포함하는 배기 회로에 의해 실행될 수 있다.
또한, 압축 공기 저장기(20)가 도시되며, 압축 공기는 상기 압축 공기 저장기로부터 압력 제한기(21), 2/2 방향 밸브(22) 및 체크 밸브(23)를 거쳐 믹싱 챔버 내로 제공될 수 있다. 예를 들어 구형 밸브 또는 플랫 시트 밸브로 형성될 수 있는 체크 밸브(23)가 제공됨으로써, 환원제-공기 혼합물이 믹싱 챔버로부터 압축 공기 라인(24)으로 역류하는 것이 방지될 수 있다. 따라서 압축 공기 라인(24)과 연통하는 압축 공기 온-보오드 회로망이 오염될 위험은 종래의 시스템에 비해 매우 줄어든다. 예를 들어 볼 밸브 또는 플랫 시트 밸브로 형성될 수 있는 상기와 같은 체크 밸브는 매우 저렴하게 제공될 수 있으며 실제로 견고하고 신뢰성 있는 것으로 증명되었다.
상기 믹싱 챔버(8) 내에서는 요소 수용액이 공급되면서 압축 공기에 의해 에어로졸이 발생되며, 상기 에어로졸은 에어로졸 라인(25)을 통해 촉매 변환기(30) 내로 제공된다. 제어 장치(40)는, 상위의 모터 제어 장치에 의해 CAN 데이터 라인(41)을 통해서 수신되는 신호 및, 그 작동 방식이 공지되어 있으며 여기서는 더 자세히 설명되지 않는 압력 센서, 온도 센서 또는 충진 레벨 센서(50 내지 55)의 신호를 검출한다. 상기 제어 장치(40)는 촉매 변환기(30)를 통해 흐르는 배기 가스에 첨가되어야 하는 요소 도우징 양을 상기 정보로부터 계산한다.
상기 제어 장치(40)는 설명된 솔레노이드 밸브를 이용하여 압축 공기 라인(24) 내의 압력을 조절하며, 또한 요소 수용액 압력을 모니터링 한다. 제어 장치(40)는 편차 및 에러를 인식하고 저장해서 (도시되지 않은) 진단 장치를 통해, 예컨대 PC에 이를 디스플레이한다.
도 2를 참고로, 본 발명에 따른 장치의 범위에서 사용될 수 있는, 본 발명에 따른 믹싱 챔버의 바람직한 실시예가 설명된다. 상기 믹싱 챔버(8)의 경우, 체크 밸브는 실리콘 호스(14) 또는 유사한 탄성 재료로 된 호스로 구성되며, 상기 호스는 밸브 바디(15) 상에 삽입되고 믹싱 챔버(8)의 내벽(16)에 밀봉방식으로 접한다. 상기 압축 공기 라인(24)으로부터 압축 공기가 노즐 보어(17)로 흐르면(상기와 같은 다수의 노즐 보어들이 원주에 걸쳐 분포되어 제공될 수 있다), 실리콘 호스(14)는 믹싱 챔버 내벽(16)으로부터 가압 분리되며 공기는 확산기(18) 내로 유입될 수 있고 또한 환형 틈(19)을 통해 믹싱 공간(9)에 이른다. 상기 믹싱 공간(9)에서 공기는 요소 라인(1a)으로부터 유출된 요소 수용액과 혼합된다.
불안정한 작동시 또는 난류에 의해 혼합물이 믹싱 공간(9)으로부터 확산기(18)로 역류하면, 실리콘 호스(14)는 믹싱 챔버의 내벽(16)에 밀봉방식으로 접하고 상기 혼합물이 압축 공기 라인(24)으로 역류하는 것을 방지한다.
본 발명에 따른 장치 또는 본 발명에 따른 믹싱 챔버에서 사용될 수 있는 체크 밸브의 다른 바람직한 실시예는 도 3에서 설명된다. 도 3a는 체크 밸브의 단면도, 도 3b는 분해 사시도를 도시한다. 도 3에 도시된 체크 밸브의 핵심 부품은 엘라스토머 밸브 바디(34)이고, 상기 밸브 바디는 밀봉립(35)에 의해 밸브 하우징(46)의 내벽(36)에 기밀 방식으로 접한다. 도 1에 의해 설명된 바와 같이, 마찬가지로 상기 밀봉립(35)이 압축 공기 라인의 내벽에 직접 접할 수도 있다. 압축 공기 라인(24)으로부터 공기가 유입되면 밸브는 개방되고 공기가 역류하면 밸브는 폐쇄된다.
보편적인 사용을 위해, 상기 밸브는 카트리지형 밸브(70)로서 형성되며 이는 밸브 바디(34), 밸브 하우징(46) 및 밸브 커버(60)로 구성된다.

Claims (7)

  1. 배기 가스 내에 제공된 환원제, 특히 요소 또는 요소 수용액을 사용하여 내연 기관의 배기 가스를 처리하는 장치로서, 믹싱 챔버(8)를 구비하며, 환원제-공기 혼합물을 발생시키기 위해, 환원제 탱크(1)에 저장된 환원제는 환원제 라인(1a)을 통해, 압축 공기 저장기(20)에 포함된 압축 공기는 압축 공기 라인(24)을 통해, 상기 믹싱 챔버에 제공될 수 있고, 환원제 또는 환원제-공기 혼합물이 상기 믹싱 챔버(8)로부터 상기 압축 공기 라인(24)으로 역류하는 것을 방지하기 위해 체크 밸브가 설치되는 내연 기관의 배기 가스를 처리하는 장치에 있어서,
    상기 체크 밸브(14, 15; 70)는 상기 믹싱 챔버(8) 내에 배치되며, 탄성 바디(34, 14)를 포함하고, 상기 탄성 바디는 압축 공기 공급 장치 내에서 가압시 압축 공기가 상기 압축 공기 라인으로부터 상기 믹싱 챔버의 믹싱 공간으로 유입되는 것을 허용하고, 반대 방향으로 가압할 시에는 역류를 방지하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 가스를 처리하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 탄성 바디는 탄성 호스(14)인 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 가스를 처리하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 탄성 바디는 엘라스토머 밸브 바디(34)이며, 상기 엘라스토머 밸브 바디는 밀봉립(35)을 포함하고, 상기 밀봉립은 밸브 하우징(46) 또는 상기 압축 공기 라인(24)의 내벽에서 기밀 방식으로 접하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 배기 가스를 처리하는 장치.
  4. 내연 기관의 배기 가스를 처리하기 위해, 환원제-공기 혼합물, 특히 에어로졸을 발생시키기 위한 믹싱 챔버로서, 믹싱 공간(9)을 구비하며, 환원제는 환원제 라인(1a)을 통해, 압축 공기는 압축 공기 라인(24)을 통해 상기 믹싱 공간 내로 제공될 수 있는 믹싱 챔버에 있어서,
    상기 믹싱 챔버는 환원제 또는 환원제-공기 혼합물이 상기 믹싱 챔버로부터 상기 압축 공기 라인으로 역류하는 것을 방지하기 위해 체크 밸브(14, 15; 70)를 포함하며, 상기 체크 밸브는 탄성 바디(14, 34)를 포함하고, 상기 탄성 바디는 압축 공기 공급 장치 내에서 가압시 압축 공기가 상기 압축 공기 라인으로부터 상기 믹싱 챔버의 상기 믹싱 공간으로 유입되는 것을 허용하고, 반대 방향으로 가압 시에는 역류를 방지하는 것을 특징으로 하는 믹싱 챔버.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 탄성 바디는 탄성 호스(14)인 것을 특징으로 하는 믹싱 챔버.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 탄성 바디는 엘라스토머 밸브 바디(34)이며, 상기 엘라스토머 밸브 바디는 밀봉립(35)을 포함하고, 상기 밀봉립은 밸브 하우징(46) 또는 상기 압축 공기 라인(24)의 내벽에서 기밀 방식으로 접하는 것을 특징으로 하는 믹싱 챔버.
  7. 삭제
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