KR101001349B1 - Housing arranged in an exhaust gas system for a combustion engine - Google Patents

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Abstract

The container arrangement is for incorporation in the exhaust gas system of an internal combustion engine and comprises an outer casing (1) enclosed by a tubular body (4) and a passage for conducting exhaust gases through the container. The passage has a first part extent (17a) located externally around the tubular body, a second part extent (17b) located inside the tubular body and a third part extent (17c) which handles the flow of exhaust gases between the first and second part extents. The third part extent incorporates at least one flow path, which constitutes an extended flow extent for exhaust gases in relation to a straight-line radial flow between the first and second part extents.

Description

연소 기관의 배기 가스 시스템 내에 설치되는 하우징{HOUSING ARRANGED IN AN EXHAUST GAS SYSTEM FOR A COMBUSTION ENGINE}HOUSING ARRANGED IN AN EXHAUST GAS SYSTEM FOR A COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 연소 기관의 배기 가스 시스템에 설치될 컨버터 장치(converter device)에 관한 것이다.The present invention relates to a converter device to be installed in an exhaust gas system of a combustion engine.

최근 수년간 디젤 구동 차량의 배출물에 관하여, 적어도 유럽에서는 점점 더 엄격한 요건들이 도입되고 있다. 효율적인 배기 가스 클리닝(cleaning)을 위한 점점 더 엄격해지는 요건은 디젤 기관 외에 다른 종류의 연소 기관에 대하여도 또한 설정되고 있다. 이러한 배출 요건을 만족시키기 위하여, 연소 기관에 의해 구동되는 차량의 배기 시스템에는, 배기 가스 중에서 특히 질소 산화물의 양을 감소시키는 촉매와 매연 입자의 양을 감소시키는 입자 필터가 장착된다. 이러한 배기 가스 클리닝의 구성 요소들은 주로 로우 패스 필터(low-pass filter)처럼 작용한다. 즉, 배기 소음의 지배적인 요소인 저주파수 음향은 거의 감쇄되지 않은 채 배기 가스 클리닝의 구성 요소들을 통과한다. 이에 따라, 배기 시스템 내의 입자 필터와 촉매 장치가 차지하는 체적을 보상하기 위하여 추가적인 소음 감쇄 체적이 배기 시스템에 추가될 필요가 있다. 그러므로, 이러한 컨버터 장치는 비교적 길고, 그렇기 때문에 차량 내에서 상당한 공간을 차지한다.In recent years, more and more stringent requirements are being introduced, at least in Europe, with respect to emissions from diesel powered vehicles. Increasingly stringent requirements for efficient exhaust gas cleaning are also being set for other types of combustion engines besides diesel engines. In order to meet these emission requirements, the exhaust system of a vehicle driven by a combustion engine is equipped with a catalyst which reduces the amount of nitrogen oxides in particular in the exhaust gas and a particle filter which reduces the amount of soot particles. The components of this exhaust gas cleaning mainly act like a low-pass filter. In other words, the low frequency sound, the dominant element of exhaust noise, passes through the components of the exhaust gas cleaning with little attenuation. Accordingly, additional noise attenuation volumes need to be added to the exhaust system to compensate for the volume occupied by the particle filter and catalyst device in the exhaust system. Therefore, such converter devices are relatively long and therefore occupy considerable space in the vehicle.

본 발명의 목적은 연소 기관의 배기 시스템에서 특히 저주파수 소음에 대하여 양호한 음향 감쇄 특성을 가지면서도, 이와 동시에 차지하는 공간의 관점에서 이점이 있고 정비에 있어서도 융통성이 있고 용이한 컨버터 장치를 제공하기 위한 것이다.It is an object of the present invention to provide a converter device which is advantageous in terms of space occupied while at the same time having good acoustic attenuation characteristics, especially for low frequency noise in the exhaust system of a combustion engine, and which is flexible and easy to maintain.

전술한 목적은 청구항1의 특징부에 기재된 사항에 의해 특징지워지는 장치에 의해 이루어진다.The above object is achieved by an apparatus characterized by the matter described in the characterizing part of claim 1.

연소 기관에서 저주파수 기관 소음의 양호한 감쇄를 위해서는, 통상적으로 배기 가스가 컨버터 장치를 통과하도록 유도하는 긴 통로(elongate passage)를 필요로 한다. 본 발명에 따른 통로는 관형(管形) 본체 주위의 외부에 있는 제1 부분과 관형 본체의 내부인 제2 부분을 포함하기 때문에, 컨버터 장치 내에서 실질적으로 배기 가스의 2-방향 유동이 있게 된다. 이러한 2-방향 유동에 의해 컨버터 장치를 통과하는 배기 가스에는 상당히 긴 통로가 제공되고, 이에 따라 저주파수 소음의 양호한 음향 감쇄가 자동적으로 제공된다. 통로 형상을 적절하게 형성하면, 비교적 거의 유동 저항 없이 컨버터 장치 내의 2-방향 유동이 제공된다. 적절한 형상의 통로를 구비한다면, 실질적으로 일직선인 배기 가스용 통로를 가지는 종래의 컨버터에 비해, 유동 저항이 훨씬 크지 않을 수 있다. 외부의 제1 부분과 내부의 제2 부분 사이에서 실질적으로 일직선인 반경 방향 유동보다 더 긴 거리의 유동을 배기 가스에 제공하는 유로(流路)를 도입함으로써, 컨버터 장치의 길이를 증가시킬 필요 없이 통로를 더욱 연장한다. 이와 같이, 본 발명에 따른 컨버터 장치는 저주파수 기관 소음의 매우 양호한 감쇄를 달성하는 짧고 소형인 구조 내에 배기 가스용의 긴 통로를 제공한다.Good attenuation of low frequency engine noise in combustion engines typically requires an elongate passage that leads the exhaust gas through the converter device. Since the passageway according to the invention comprises a first part outside the periphery of the tubular body and a second part inside the tubular body, there is substantially a two-way flow of exhaust gas within the converter device. . This two-way flow provides a fairly long passage for the exhaust gas passing through the converter device, thereby automatically providing good acoustic attenuation of low frequency noise. Properly forming passage shapes provide two-way flow in the converter device with relatively little flow resistance. If a properly shaped passageway is provided, the flow resistance may not be much larger than with a conventional converter having a substantially straight passageway for exhaust gases. By introducing a flow path that provides a longer distance of flow to the exhaust gas than a substantially straight radial flow between the first outer portion and the second inner portion, there is no need to increase the length of the converter device. Extend the passage further. As such, the converter device according to the invention provides a long passage for the exhaust gas in a short and compact structure which achieves a very good attenuation of low frequency engine noise.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 유로는 통로의 제1 공간과 제2 공간을 연결하도록 위치 설정된다. 저주파수 소음을 감쇄하기 위한 기본 원리는 두 개의 비교적 큰 공간 사이에 긴 배기 라인을 만드는 것이다. 배기 가스용의 두 개의 큰 공간 사이에서 종래의 일직선 유로에 의하여 효과적인 저주파수 소음 감쇄를 달성하기 위해서는 상당한 길이를 필요로 하므로 큰 공간을 차지하게 된다. 컨버터 장치내의 두 개의 큰 공간 사이에 유로를 적절히 위치 설정하면, 짧고 소형인 구조를 구비하며 이와 동시와 양호한 음향 감쇄 특성을 나타내는 컨버터 장치를 이루게 된다.According to a preferred embodiment of the invention, the flow path is positioned to connect the first space and the second space of the passage. The basic principle for attenuating low frequency noise is to create a long exhaust line between two relatively large spaces. It takes up a large space between the two large spaces for the exhaust gas because it requires a considerable length to achieve effective low frequency noise attenuation by a conventional straight flow path. Proper positioning of the flow path between two large spaces in the converter device results in a converter device having a short and compact structure and at the same time exhibiting good acoustic attenuation characteristics.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 유로는 나선형 연장 범위(spiral extent)를 가진다. 이러한 나선형 유로는 비교적 큰 외부 직경을 가지게 되어, 결과적으로 유로는 파이프 외부에 위치한 제1 부분과 파이프 내부에 배치된 제2 부분 사이에서 실질적으로 일직선인 반경 방향 유동 경로(route)보다 상당히 더 길게 된다. 나선형 유로는 매우 소형으로 만들어질 수 있고 주 연장 범위가 반경 방향 평면 내에 있게 된다. 이러한 나선형 유로에 의해 배기 가스를 위한 상당한 길이의 통로를 구성함에도 불구하고 컨버터 장치는 아주 짧고 소형으로 만들어질 수 있다. 나선형 유로는 또한 배기 유동의 실질적으로 최적인 적절한 제어를 제공한다. 유로 내에서의 유동 손실은 낮은 수준으로 낮추어져 유지될 수 있다.According to another preferred embodiment of the present invention, the flow path has a spiral extent. These spiral flow passages have a relatively large outer diameter, with the result that the flow passage is considerably longer than the substantially straight radial flow route between the first portion located outside the pipe and the second portion disposed inside the pipe. . The spiral flow path can be made very compact and the main extension range is in the radial plane. This spiral passage allows the converter device to be made very short and compact despite the fact that it constitutes a considerable length of passage for the exhaust gas. The spiral flow path also provides adequate control of the exhaust flow, which is substantially optimal. The flow loss in the flow path can be kept lower to a low level.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 유로는 180° 내지 1080°의 나선형 연장 범위를 나타낸다. 나선형 유로는 예를 들어 1회전만 연장해도 상당한 길이에 걸치게 되어 양호한 음향 감쇄를 제공한다. 유로는 단면적이 변화하는 적어도 하나의 부분을 가질 수 있다. 유로의 단면적은 배기 소음과 유동 저항의 감쇄를 제어하도록 변화될 수 있다. 단면적에는, 예를 들어 배기 가스의 유동 방향으로 증가하는 단면적이 포함될 수 있다. 유동 방향으로 증가하는 단면적에 의해 배기 가스의 속도가 감소된다. 이에 따라, 유로를 통과하는 유동의 저항은 낮아질 것이다.According to another preferred embodiment of the invention, the flow path exhibits a spiral extension range of 180 ° to 1080 °. Spiral flow paths, for example, may extend over a significant length of just one revolution, providing good acoustic attenuation. The flow path may have at least one portion whose cross-sectional area changes. The cross-sectional area of the flow path can be varied to control the attenuation of exhaust noise and flow resistance. The cross-sectional area may include, for example, a cross-sectional area that increases in the flow direction of the exhaust gas. The velocity of the exhaust gas is reduced by the increasing cross-sectional area in the flow direction. Accordingly, the resistance of the flow through the flow path will be lower.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 유로는 나선형 연장 범위를 갖는 적어도 하나의 윤곽 형성부(profiled section)를 포함한다. 이러한 윤곽 형성부는 길게 형성될 수 있으며 유로의 길이에 상응하는 길이를 나타낸다. 윤곽 형성부는 유로의 벽면을 형성한다. 제3 부분은 서로 360°/n 만큼 떨어져 있는 n 개의 윤곽 형성부에 의해 형성된 n 개의 유로를 포함한다. 배기 가스의 유동이 더욱 용이하도록 하기 위해, 바람직하게, 적어도 두 개의 유로가 사용된다. 두 개의 유로는 서로 180° 떨어져 있는 각각의 입구부와 출구부를 가진다. 그 결과 두 유로 사이에서 배기 가스의 실질적으로 균일한 분포가 이루어진다. 유로들 사이에서 배기 가스의 균일한 분포를 더욱 촉진시키기 위하여, 유로의 수는 더욱 증가될 수 있다. 세 개 이상의 유로는, 여러 유로들 사이에 배기 가스를 균일하게 분포시키기 위하여, 상기 식에 따라 서로로부터 떨어진 입구부와 출구부를 가지는 것이 바람직하다. 또한, 제3 부분의 길이는 이러한 방식으로 증가될 수 있다.According to another preferred embodiment of the invention, the flow path comprises at least one profiled section having a helical extension range. This contour portion may be elongated and exhibit a length corresponding to the length of the flow path. The contour forming portion forms the wall surface of the flow path. The third portion includes n flow paths formed by n contouring portions spaced apart from each other by 360 ° / n. In order to make the flow of the exhaust gas easier, at least two flow paths are preferably used. The two flow paths have respective inlets and outlets 180 ° apart from each other. The result is a substantially uniform distribution of exhaust gas between the two flow paths. In order to further promote a uniform distribution of exhaust gas between the flow paths, the number of flow paths can be further increased. Three or more flow paths preferably have inlets and outlets away from each other in accordance with the above formula in order to distribute the exhaust gas evenly among the several flow paths. Also, the length of the third portion can be increased in this way.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 배기 가스는, 파이프 내부에 위치한 제2 부분을 통과하여 유동하기 전에 파이프의 반경 방향 외측에 위치한 제1 부분을 먼저 통과하여 유동하는 방향으로 통로를 통하여 유도되어진다. 통로를 통과하는 배기 가스의 이러한 유동 방향은 많은 이점을 가진다. 그 중에서도 특히, 컨버터 장치의 구성 부품들을 조립하기 용이하게 하며, 효과적인 음향 감쇄가 달성될 수 있도록 한 유로 설계를 용이하게 하며, 그리고 통로 입구부에 필요한 경우 버너의 설치를 간단하게 하는 이점을 가진다. 상기 버너는, 필요한 경우, 배기 가스가 입자 필터에 도달하기 전에 배기 가스의 온도를 상승시키기 위한 것이다. 배기 가스 중의 매연 입자가 입자 필터 내에서 점화하고 연소하기 위하여, 배기 가스는 특정 온도에 도달해 있을 필요가 있다.According to another preferred embodiment of the invention, the exhaust gas is directed through the passage in a direction in which it first flows through the first portion located radially outward of the pipe before flowing through the second portion located inside the pipe. It is done. This direction of flow of exhaust gas through the passage has many advantages. In particular, it has the advantage of facilitating the assembly of the components of the converter device, facilitating the design of the flow path so that an effective acoustic attenuation can be achieved, and simplifying the installation of the burners if necessary at the passage entrance. The burner is for raising the temperature of the exhaust gas, if necessary, before the exhaust gas reaches the particle filter. In order for the soot particles in the exhaust gas to ignite and burn in the particle filter, the exhaust gas needs to reach a certain temperature.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 유로는 분리 가능한 모듈을 포함한다. 상기 모듈은 유로를 컨버터 장치에 조립하고 해체할 수 있게 한다. 이러한 모듈은 다양한 형태와 크기로 제조될 수 있다. 이에 따라, 모듈들은, 상이한 종류 및 크기의 연소 기관에 적당한, 상이한 길이 및 상이한 개수의 유로를 포함한다. 상기 분리 가능한 모듈은 케이싱(casing)의 일 단부벽을 포함한다. 모듈은 끼우고 제거하기가 매우 실질적으로 용이한 측면 덮개를 형성한다.According to another preferred embodiment of the present invention, the flow path includes a detachable module. The module makes it possible to assemble and disassemble the flow path to the converter device. Such modules can be manufactured in various shapes and sizes. Accordingly, the modules comprise different lengths and different numbers of flow paths, which are suitable for combustion engines of different types and sizes. The detachable module includes one end wall of the casing. The module forms a side cover that is very substantially easy to insert and remove.

도 1은 본 발명에 따른 컨버터 장치를 나타내는 도면이다.1 is a view showing a converter device according to the present invention.

도 2는 도 1의 A-A 선을 따르는 단면을 나타내는 도면이다.2 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG.

도 3은 도 1의 B-B 선을 따르는 단면을 나타내는 도면이다.3 is a cross-sectional view taken along line B-B of FIG. 1.

도 4는 도 1의 C-C 선을 따르는 단면을 나타내는 도면이다.4 is a cross-sectional view taken along line C-C of FIG. 1.

도 5는 나선형 유로를 포함하는 하나의 모듈만을 나타내는 도면이다.5 is a diagram illustrating only one module including a spiral flow path.

본 발명의 바람직한 실시예는 첨부한 도면을 참조하여 이하에서 예시로서 기술된다.Preferred embodiments of the invention are described below by way of example with reference to the accompanying drawings.

도 1은 디젤 동력 차량용 배기 시스템 내에 배치되는 컨버터 장치를 도시한다. 컨버터 장치는 실질적으로 원통 형상을 가지는 외부 케이싱(1)을 포함한다. 도 1에서, 관찰자를 향하는 케이싱(1) 부위는 케이싱(1)의 내부에 배치된 부품들을 나타내기 위하여 제거되어 있다. 케이싱(1)은 배기 가스용 입구부(2)와 출구부(3)가 배치된 지점 외에는 폐쇄된 외부 표면을 형성한다. 원형 단면의 파이프(4)는 케이싱(1)과 파이프(4)를 통과하는 중심선들이 일치하도록 케이싱(1) 내부에 배치된다. 파이프(4)의 길이는 케이싱(1)의 제1 단부벽(5)으로부터 케이싱(1)의 제2 단부벽(6)을 포함하는 모듈(M)까지 연장하도록 되어 있다.1 shows a converter device arranged in an exhaust system for a diesel powered vehicle. The converter device comprises an outer casing 1 having a substantially cylindrical shape. In FIG. 1, the casing 1 site facing the observer has been removed to show the components arranged inside the casing 1. The casing 1 forms a closed outer surface except at the point where the inlet part 2 and the outlet part 3 for the exhaust gas are arranged. The pipe 4 of circular cross section is arranged inside the casing 1 such that the casing 1 and the centerlines passing through the pipe 4 coincide. The length of the pipe 4 extends from the first end wall 5 of the casing 1 to the module M comprising the second end wall 6 of the casing 1.

컨버터 장치는 입구부(2)와 출구부(3) 사이를 연장하는 유로를 통과하여 유동하는 배기 가스를 클리닝하기 위한 배기 클리닝 구성 요소를 포함한다. 입자 필터(7) 형태의 제1 배기 클리닝 구성 요소가 파이프(4) 주위의 외부에 설치된다. 도 2는 도 1의 A-A 선을 따르는 단면을 도시하며, 파이프(4) 주위에서 환상으로(annularly) 연장하는 입자 필터(7)를 나타낸다. 입자 필터(7)는 파이프(4)와 케이싱(1) 사이의 반경 방향 공간을 완전히 채우는 반경 방향 연장 범위를 가진다. 입자 필터(7)는 제1 방향(8)으로 연장 범위를 가지는 긴 덕트(duct)들을 포함한다. 긴 덕트는 배기 가스로 하여금 입자 필터(7)를 관통하도록 유도하기 위한 것이다. 입자 필터(7)는 배기 가스의 유동 방향으로 일정한 단면 형상을 가진다. 그러므로, 배기 가스는 입자 필터(7)를 통하여 실질적으로 제1 방향(8)으로 유도된다. 입자 필터(7)는 긴 덕트의 연장 범위를 따라 적당한 지점에 설치된 정지면(stop surface)(9)들을 포함한다. 정지면에 의해 배기 가스는 정지면(9)에서 입자 필터 내의 인접한 긴 덕트 내로 유도된다. 이 때에, 매연 입자가 포집되고 입자 필터(7) 내에서 연소된다. 촉매 클리너(10) 형태의 제2 배기 클리닝 구성 요소는 파이프(4) 내부에 배치된다. 촉매 클리너(10)는 입자 필터(7) 범위 내에서 반경 방향으로 배치된다. 촉매 클리너(10)에는 배기가스를 촉매 클리너(10)를 통하여 실질적으로 제2 방향(11)으로 유도하기 위한 긴 덕트들을 포함한다. 촉매 클리너(10)는 배기 가스 유동 방향(11)으로 일정한 단면 형상을 가진다. 촉매 클리너(10)는 배기 가스의 촉매 클리닝을 이루기 위한 것으로, 특히 통과하는 배기 가스 중의 질소 산화물을 감소시키기 위한 것이다. 입자 필터(7)는 도 2에 도시된 평면(A)에서 촉매 클리너(10)보다 더 큰 단면적을 가진다. 배기 가스의 유동 저항은 유동 속도에 관계된다. 정지면(9)들 때문에, 배기 가스의 유동 저항은 일반적으로 촉매 클리너(10)보다 입자 필터(7)에서 더 크다. 입자 필터(7)를 통과하는 유동 속도를 낮추면 유로를 통과하는 전체 유동 저항을 상당히 감소시킬 수 있다. 입자 필터(7)의 단면적은 촉매 클리너(10)의 단면적의 두 배 정도인 것이 바람직하다.The converter device comprises an exhaust cleaning component for cleaning the exhaust gas flowing through a flow path extending between the inlet 2 and the outlet 3. A first exhaust cleaning component in the form of a particle filter 7 is installed externally around the pipe 4. FIG. 2 shows a cross section along line A-A of FIG. 1 and shows a particle filter 7 extending annularly around the pipe 4. The particle filter 7 has a radial extension range that completely fills the radial space between the pipe 4 and the casing 1. The particle filter 7 comprises elongated ducts having an extension range in the first direction 8. The long duct is for directing the exhaust gas through the particle filter 7. The particle filter 7 has a constant cross-sectional shape in the flow direction of the exhaust gas. Therefore, the exhaust gas is led in the first direction 8 substantially through the particle filter 7. The particle filter 7 comprises stop surfaces 9 installed at appropriate points along the elongation range of the long duct. By the stop face the exhaust gas is led from the stop face 9 into an adjacent elongated duct in the particle filter. At this time, soot particles are collected and burned in the particle filter 7. A second exhaust cleaning component in the form of a catalyst cleaner 10 is arranged inside the pipe 4. The catalyst cleaner 10 is arranged radially within the particle filter 7 range. The catalyst cleaner 10 includes elongated ducts for directing exhaust gas through the catalyst cleaner 10 in a substantially second direction 11. The catalyst cleaner 10 has a constant cross-sectional shape in the exhaust gas flow direction 11. The catalyst cleaner 10 is for achieving catalytic cleaning of the exhaust gas, and particularly for reducing nitrogen oxides in the exhaust gas passing through. The particle filter 7 has a larger cross-sectional area than the catalyst cleaner 10 in the plane A shown in FIG. 2. The flow resistance of the exhaust gas is related to the flow rate. Because of the stop surfaces 9, the flow resistance of the exhaust gas is generally greater in the particle filter 7 than in the catalyst cleaner 10. Lowering the flow rate through the particle filter 7 can significantly reduce the overall flow resistance through the flow path. The cross-sectional area of the particle filter 7 is preferably about twice the cross-sectional area of the catalyst cleaner 10.

저주파 소음을 감쇄하는 기본 원리는 두 공간들 사이에 긴 배기 경로를 만들어내는 것이다. 배기 경로가 일직선인 경우에, 효과적인 저주파수 소음 감쇄기는 상당한 공간을 차지한다. 저주파수 음향은 연소 기관의 소음에 있어서 지배적인 요소이다. 컨버터 장치는 상기 기본 원리에 따라 설계된 음향 감쇄 수단을 포함한다. 이 때에, 컨버터 장치는 나선형으로 연장하는 두 개의 윤곽 형성부(profiled section)(12a, 12b)를 포함한다. 이 경우, 윤곽 형성부(12a, 12b) 각각은 1.5 회전, 즉 540°를 연장한다. 두 개의 윤곽 형성부(12a, 12b)는 그 입구부와 출구부가 서로 180°떨어져 있는 두 개의 나선형 유로(13a, 13b)를 위한 벽면을 형성한다. 나선형 유로(13a, 13b)는 모듈(M) 내부에 배치된다. 배기 가스는 상기 나선형 유로(13a, 13b)를 포함하는 통로의 제3 부분(17c)을 매개하여 파이프(4) 외부에 위치하는 통로의 제1 부분(17a)으로부터 파이프(4) 내부에 위치하는 통로의 제2 부분(17b)으로 반경 방향으로 유도된다. 유로(13a, 13b)의 상류인 파이프(4) 외부의 통로에 있는 공간은 제1 공간을 구성하고, 유로(13a, 13b) 하류인 파이프 내부에 있는 공간은 제2 공간을 구성한다. 반경 방향 연장 범위를 갖는 상기 유로(13a, 13b) 내로 배기 가스를 유도하면 컨버터 장치가 긴 형상일 필요 없이 긴 배기 경로를 이룰 수 있다. 그러므로, 배기 클리닝 구성 요소와 음향 감쇄 구성 요소 모두를 포함하는 컨버터 장치는 매우 양호한 음향 감쇄 특성을 나타내는 동시에 상당히 소형으로 만들어져 거의 공간을 차지하지 않을 수 있다.The basic principle of attenuating low frequency noise is to create a long exhaust path between the two spaces. If the exhaust path is straight, an effective low frequency noise attenuator takes up considerable space. Low frequency sound is the dominant factor in the noise of combustion engines. The converter device comprises sound attenuating means designed according to the above basic principle. At this time, the converter device comprises two profiled sections 12a, 12b extending helically. In this case, each of the contour forming portions 12a, 12b extends 1.5 revolutions, that is, 540 °. The two contouring portions 12a and 12b form wall surfaces for the two helical flow passages 13a and 13b whose inlet and outlet portions are 180 degrees apart from each other. The spiral flow passages 13a and 13b are disposed inside the module M. As shown in FIG. The exhaust gas is located inside the pipe 4 from the first portion 17a of the passage located outside the pipe 4 via the third portion 17c of the passage including the spiral flow passages 13a and 13b. It is directed radially to the second portion 17b of the passage. The space in the passage outside the pipe 4 upstream of the flow passages 13a and 13b constitutes the first space, and the space inside the pipe downstream of the flow passages 13a and 13b constitutes the second space. Inducing exhaust gas into the flow passages 13a and 13b having a radially extending range enables the converter device to achieve a long exhaust path without having to have a long shape. Therefore, a converter device comprising both an exhaust cleaning component and an acoustic damping component can be made quite compact and take up little space while exhibiting very good acoustic damping characteristics.

필요한 경우, 버너(burner)(14)가 컨버터 장치의 입구부(2) 부근에 설치될 수 있다. 버너(14)는 매연 입자가 입자 필터(7) 내에서 연소할 수 있는 온도로 배기 가스를 가열시키기 위한 것이다. 매연 입자는 보통 600℃ 정도의 온도에서 점화하지만, 대부분의 경우 고성능 버너(14)에 의해서도 이와 같이 높은 배기 온도를 보장하기는 어렵다. 그러므로, 매연 입자의 점화 온도는 통상적으로 낮추어져야 한 다. 이것은 발생된 다양한 종류의 질소 산화물 NOx를 이산화질소 NO2로 변환시킴으로써 달성된다. 이를 달성하기 위해 기본적으로 두 가지 방법이 있다. 제1 방법인 CRT[연속식 매연제거 트랩(Continuous Regeneration Trap)]에 따르면, 독립적인 산화 촉매 클리너가 배기 가스 유동 방향에서 입자 필터(7)의 전방에 배치된다. 이러한 상태에서는, 매연 입자가 입자 필터(7) 내에서 225℃ 정도에서 점화한다. 제2 방법인 CSF[촉매식 매연 필터(Catalytic Soot Filter)]에 따르면, 입자 필터(7)의 표면에서 NOx 로부터 이산화질소 NO2로의 산화 촉매 작용이 직접 발생하도록, 입자 필터(7)는 적절한 피복 재료(lining material)로 피복된다. 이 경우, 매연 입자는 250℃ 정도에서 점화한다. 연료에 다양한 첨가제를 첨가시켜 통상적인 입자 필터(7) 내에서 350℃ 정도의 낮아진 점화 온도를 달성하는 것도 또한 가능하다.If necessary, a burner 14 may be installed near the inlet 2 of the converter device. The burner 14 is for heating the exhaust gas to a temperature at which soot particles can burn in the particle filter 7. The soot particles are usually ignited at a temperature of around 600 ° C., but in most cases it is difficult to ensure such a high exhaust temperature even with the high performance burner 14. Therefore, the ignition temperature of the soot particles should typically be lowered. This is achieved by converting the various types of nitrogen oxides NO x generated into nitrogen dioxide NO 2 . There are basically two ways to achieve this. According to the first method, CRT (Continuous Regeneration Trap), an independent oxidation catalyst cleaner is disposed in front of the particle filter 7 in the exhaust gas flow direction. In such a state, the soot particles ignite at about 225 ° C in the particle filter 7. According to the second method, CSF (Catalytic Soot Filter), the particle filter 7 is suitably coated so that oxidation catalysis from NO x to nitrogen dioxide NO 2 occurs directly on the surface of the particle filter 7. It is coated with a lining material. In this case, the soot particles are ignited at about 250 ° C. It is also possible to add various additives to the fuel to achieve lower ignition temperatures on the order of 350 ° C. in conventional particle filters 7.

SCR[선택적 촉매 환원(Selective Catalytic Reduction)]에 의해 작용하는 촉매 필터(10)가 사용되는 경우에는, 분사 장치(15)가 컨버터(1)의 원주에 배치되어, 예를 들어 요소 형태의 암모니아 담체(ammonia carrier) 물질을 첨가한다. 암모니아 담체가 첨가되는 경우, 통과하는 배기 가스 중의 암모니아 및 질소 산화물을 질소 가스 및 물로 분해하는 데 있어서 촉매 필터(10)의 성능을 최적화하려면, 암모니아 담체가 적절하게 혼합될 필요가 있다. 긴 나선형 유로(13a, 13b)을 구비하는 경우, 이러한 혼합은 문제가 되지 않는다.When a catalytic filter 10 acting by SCR (Selective Catalytic Reduction) is used, an injection device 15 is arranged at the circumference of the converter 1, for example in the form of an ammonia carrier (ammonia carrier) material is added. When an ammonia carrier is added, in order to optimize the performance of the catalytic filter 10 in decomposing ammonia and nitrogen oxides in the exhaust gas passing through with nitrogen gas and water, the ammonia carrier needs to be mixed properly. Such mixing is not a problem when the long spiral flow passages 13a and 13b are provided.

배기 가스는 입구부(2)를 통하여 컨버터 장치 내로 유입된다. 도 3은 입구부(2)에서 컨버터 장치를 관통하는 B-B 단면을 도시한다. 배기 가스는 입구부(2)로부 터 통로의 제1 부분(17a)으로 유도되며, 통로의 제1 부분(17a)은 파이프(4) 주위 외부로 연장하는 실질적으로 환형 공간을 나타낸다. 통로의 제1 부분(17a)의 환형 공간은, 유입되는 배기 가스에 비교적 거의 유동 저항을 주지 않으며, 배기 가스가 파이프(4) 외부에서 축 방향으로 입자 필터(7)를 향해 유도되기 전에 실질적으로 균일한 배기 가스 분포를 만들어 낸다. 배기 가스가 입자 필터(7)에 도달하기 이전에, 입자 필터(7) 내에서 배기 가스 중 매연 입자의 점화 및 연소를 보장할 정도의 온도로 버너(14)에 의해 배기 가스가 필요한 만큼 가열된다. 배기 가스는 입자 필터(7)의 긴 덕트들을 통하여 제1 방향(8)으로 유도된다. 입자 필터(7) 내의 긴 덕트들을 따라서 적절한 지점에 배치된 정지면(9)은 강제적으로 배기 가스를 인접한 긴 덕트들 내로 들어가게 한다. 매연 제거 시스템 및 온도에 의존하여, 이 단계에서 입자 필터(7)에 포집된 매연 입자는 점화되고 연소된다. 배기 가스는 이와 같이 짧은 거리를 옆으로 비껴가도록 강제되지만, 배기 가스는 입자 필터(7)를 관통하는 실질적으로 일직선을 따라서 제1 방향(8)으로 주로 유동한다. 입자 필터(7)를 빠져 나오는 배기 가스는 원칙적으로 매연 입자가 제거되어 있다.The exhaust gas flows into the converter device through the inlet portion 2. 3 shows a B-B cross section through the converter device at the inlet 2. Exhaust gas is led from the inlet 2 to the first portion 17a of the passageway, which represents a substantially annular space extending outward around the pipe 4. The annular space of the first portion 17a of the passage gives relatively little flow resistance to the incoming exhaust gas and is substantially reduced before the exhaust gas is directed to the particle filter 7 in the axial direction outside the pipe 4. Produces a uniform exhaust gas distribution. Before the exhaust gas reaches the particle filter 7, the exhaust gas is heated by the burner 14 to a temperature sufficient to ensure ignition and combustion of the soot particles in the exhaust gas in the particle filter 7. . The exhaust gas is directed in the first direction 8 through the elongated ducts of the particle filter 7. A stop surface 9 disposed at an appropriate point along the elongated ducts in the particle filter 7 forces the exhaust gas into the adjacent elongated ducts. Depending on the soot removal system and the temperature, soot particles collected in the particle filter 7 are ignited and combusted at this stage. The exhaust gas is forced to deflect sideways such a short distance, but the exhaust gas mainly flows in the first direction 8 along a substantially straight line passing through the particle filter 7. The exhaust gas exiting the particle filter 7 is in principle removed with soot particles.

입자 필터(7)를 빠져 나오는 배기 가스는, 모듈(M)에 도달하기 전에, 분사 장치(15)에 의해 배기 가스에 암모니아 담체가 부가된 형태의 물질을 가진다. 모듈(M)은 도 5에 분리되어 도시된다. 모듈(M)은 반경 방향의 내부 영역에서 파이프(4)에 대하여 밀봉이 되도록 접하는 벽면(18)을 포함한다. 벽면(18)은, 배기 가스를 제1 유로(13a)로 유도하는 제1 입구부(19a)와, 배기 가스를 제2 유로(13b)로 유도하는 제2 입구부(19b)를 포함한다. 도면에서 부분적으로 식별할 수 있는 나선형의 윤곽 형성부(12a, 12b)는 제1 및 제2 유로(13a, 13b)를 형성한다. 모듈 유니트(M)는 케이싱(1)의 제2 단부벽(6)과 외부 반경 방향 영역(20)을 또한 포함한다. 모듈 유니트(M)는 적절한 방식으로 컨버터 장치의 다른 부품들에, 예를 들어 클램프 결합에 의해 분리 가능하게 끼워진다. 배기 가스는 나선형의 윤곽 형성부(12a, 12b)에 의해 형성된 두 개의 유로(13a, 13b) 중의 하나를 경유하여 모듈(M) 내에 반경 방향으로 유도된다. 두 유로(13a, 13b)의 입구부(19a, 19b)는 서로 180°떨어져 있어서, 결과적으로 두 개의 유로(13a, 13b)들 사이에서 배기 가스는 실질적으로 균일한 분포로 된다. 후속하여 통로의 제3 부분(17c)의 나선형 유로(13a, 13b)를 경유하여 반경 방향으로 유도되는 배기 가스는, 파이프(4) 외부에 위치한 통로의 제1 부분(17a)과 파이프(4) 내부에 위치한 통로의 제2 부분(17b) 사이에서, 실질적으로 일직선인 반경 방향 유동보다 상당히 더 긴 수송 경로를 가진다. 나선형 유로(13a, 13b)는 통로의 두 공간을 연결하는 긴 배기 경로를 구성하여 디젤 기관의 저주파 소음의 효과적인 음향 감쇄가 이루어지도록 한다. 긴 나선형 유로(13a, 13b)는 또한 암모니아 담체에 필수적인 혼합 거리를 제공하여서, 암모니아 담체가 배기 가스 내에 실질적으로 균일하게 분포되도록 한다. 배기 가스가 나선형 유로(13a, 13b)를 지나감에 따라 유동 방향은 비교적 작은 변화를 겪게 되고, 이에 따라 유동 저항은 감소한다. 나선형 유로(13a, 13b)에 의해 결과적으로 배기 가스의 제1 유동 방향(8)과 제2 유동 방향(11)에 실질적으로 직각인 평면에서의 유동이 된다. 나선형 유로를 빠져 나온 배기 가스는 파이프(4) 내로 유도된다. 유로(13a, 13b)로부터 빠져 나온 배기 가스는, 파이프(4)로 유도되어 촉매 클리너(10)로 향하기 전에, 모듈(M) 의 중앙에 위치한 공간(21)에 수용된다. 파이프(4) 내부를 유동하는 배기 가스가 촉매 클리너(10)에 도달하면, 배기 가스는 촉매 클리너(10)의 긴 덕트들 내로 유동한다. 긴 덕트들에 의해 배기 가스는 제1 유동 방향(8)에 반대 방향이지만 평행한 제2 유동 방향(11)으로 유동할 수 있게 된다. 촉매 클리너(10)에서, 배기 가스 중에 함유된 질소 산화물과 암모니아는 질소 가스와 물로 분해된다. 그 다음, 매연 입자와 질소 산화물이 실질적으로 제거된 배기 가스는 출구부(3)를 통하여 빠져나간다. 출구부(3)는 파이프(4)를 배기 시스템의 더 좁은 파이프로 연결하는 매끈하게 만곡되어 경사진 형상을 포함한다. 더 좁은 파이브(4)는 도면에 도시되어 있지 않다. 출구부(3)의 상기 형상에 의해 배기 가스가 이곳에서도 또한 거의 유동 저항을 받지 않게 된다.The exhaust gas exiting the particle filter 7 has a substance in which an ammonia carrier is added to the exhaust gas by the injection device 15 before reaching the module M. Module M is shown separately in FIG. 5. The module M comprises a wall surface 18 which abuts against the pipe 4 in the radially inner region. The wall surface 18 includes a first inlet portion 19a for guiding the exhaust gas into the first flow passage 13a and a second inlet portion 19b for guiding the exhaust gas into the second flow passage 13b. Spiral contoured portions 12a, 12b, which can be partially identified in the figure, form first and second flow paths 13a, 13b. The module unit M also comprises a second end wall 6 of the casing 1 and an outer radial area 20. The module unit M is detachably fitted to the other parts of the converter device in a suitable manner, for example by clamping. The exhaust gas is led radially in the module M via one of the two flow paths 13a, 13b formed by the spiral contouring portions 12a, 12b. The inlets 19a and 19b of the two flow passages 13a and 13b are 180 degrees apart from each other, so that the exhaust gas is substantially uniformly distributed between the two flow passages 13a and 13b. The exhaust gas subsequently introduced radially via the helical flow passages 13a and 13b of the third portion 17c of the passageway is provided with the first portion 17a of the passageway located outside the pipe 4 and the pipe 4. Between the second portions 17b of the passage located therein, there is a considerably longer transport path than the substantially straight radial flow. The helical flow passages 13a and 13b form a long exhaust path connecting the two spaces of the passage so that an effective acoustic attenuation of the low frequency noise of the diesel engine is achieved. The long helical flow paths 13a and 13b also provide the necessary mixing distances for the ammonia carrier, allowing the ammonia carrier to be distributed substantially uniformly in the exhaust gas. As the exhaust gas passes through the helical flow passages 13a and 13b, the flow direction undergoes a relatively small change, thereby decreasing the flow resistance. The spiral flow paths 13a and 13b result in flow in a plane substantially perpendicular to the first flow direction 8 and the second flow direction 11 of the exhaust gas. The exhaust gas exiting the helical flow path is led into the pipe 4. The exhaust gas which escaped from the flow paths 13a and 13b is accommodated in the space 21 located in the center of the module M before being led to the pipe 4 and directed to the catalyst cleaner 10. When the exhaust gas flowing inside the pipe 4 reaches the catalyst cleaner 10, the exhaust gas flows into the long ducts of the catalyst cleaner 10. The elongated ducts allow the exhaust gas to flow in a second flow direction 11 parallel to, but parallel to, the first flow direction 8. In the catalyst cleaner 10, the nitrogen oxides and ammonia contained in the exhaust gas are decomposed into nitrogen gas and water. Then, the exhaust gas from which the soot particles and nitrogen oxides have been substantially removed exits through the outlet portion 3. The outlet part 3 comprises a smoothly curved inclined shape which connects the pipe 4 to a narrower pipe of the exhaust system. Narrower 5 is not shown in the figure. The shape of the outlet 3 causes the exhaust gas to here also receive little flow resistance here.

이와 같이, 유로(13a, 13b)는 끼우고 제거하기가 용이한 분리 가능한 독립적인 모듈(M) 내에 포함되어 있다. 이것은, 단부벽(6)과 유로(13a, 13b)가 하나의 유니트로 끼워질 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 모듈(M)은 다양한 형태와 크기로 제조될 수 있다. 개수, 길이 및 단면적이 상이한 유로를 포함하는 모듈(M)들이, 특히 연소 기관의 종류 및 크기에 의존하여, 컨버터 장치에 장착될 수 있다. 모듈의 끼움은 클램프 결합에 의해 이뤄질 수 있다.As such, the flow paths 13a and 13b are contained within a detachable, independent module M that is easy to insert and remove. This means that the end wall 6 and the flow paths 13a and 13b can be fitted into one unit. Such a module M may be manufactured in various shapes and sizes. Modules M, including flow paths with different numbers, lengths and cross sections, can be mounted to the converter device, in particular depending on the type and size of the combustion engine. The fitting of the module can be done by clamping.

본 발명은 기술된 실시예에 결코 국한되지 않으며 청구의 범위 내에서 자유롭게 변경될 수 있다. 예를 들어, 유로는 반드시 나선형 연장 범위일 필요는 없으며 실질적으로 일직선인 반경 방향 유동보다 결과적으로 더 긴 배기 가스 경로가 되도록 실질적으로 임의의 소정 형상인 곡선 연장 범위를 가질 수 있다. 배기 가스 가 우선 파이프(4) 내부에서 유동한 다음에, 유로(13a, 13b)를 경유하여 반경 방향 바깥쪽으로 향하여 파이프(4) 외부에서 최종 유동이 되도록, 배기 가스의 방향은 반대로 유도될 수도 있다. 이러한 경우에, 입자 필터(7)는 파이프(4)의 내부에 배치되고, 촉매 클리너(10)는 파이프(4) 외부에 배치된다. 케이싱(1), 배기 클리닝 구성 요소(7, 10)들 및 파이프(4)의 단면은 반드시 원형일 필요는 없으며 실질적으로 임의의 소정 기능적 형상일 수 있다. 또한, 파이프(4)는 케이싱(1)의 내부에 배치될 필요는 없으며 실질적으로 임의의 소정 기능적 위치에 배치될 수 있다The invention is in no way limited to the embodiments described but may be varied freely within the scope of the claims. For example, the flow path need not necessarily be a helical extension range and may have a curve extension range of substantially any desired shape such that it is a longer exhaust gas path than a substantially straight radial flow. The direction of the exhaust gas may be reversed so that the exhaust gas first flows inside the pipe 4 and then becomes the final flow outside the pipe 4 radially outward via the flow paths 13a and 13b. . In this case, the particle filter 7 is arranged inside the pipe 4 and the catalyst cleaner 10 is arranged outside the pipe 4. The cross section of the casing 1, the exhaust cleaning components 7, 10 and the pipe 4 need not necessarily be circular and may be substantially any desired functional shape. In addition, the pipe 4 need not be disposed inside the casing 1 but can be disposed at substantially any desired functional position.

Claims (11)

연소 기관의 배기 시스템 내에 설치되는 컨버터 장치로서,A converter device installed in an exhaust system of a combustion engine, 외부 케이싱(1)과, 상기 케이싱(1)에 의해 둘러싸인 관형(管形) 본체(4)와, 배기 가스를 컨버터 장치를 통과하도록 유도하는 통로를 포함하고,An outer casing 1, a tubular body 4 surrounded by the casing 1, and a passage for guiding exhaust gas through the converter device, 상기 통로는, 관형 본체(4) 주위의 외부에 위치한 제1 부분(17a)과, 관형 본체(4) 내부에 위치한 제2 부분(17b)과, 상기 제1 부분(17a)과 상기 제2 부분(17b) 사이에서 반경 방향으로 배기 가스의 유동을 제공하는 제3 부분(17c)을 포함하고,The passage includes a first portion 17a located outside the tubular body 4, a second portion 17b located inside the tubular body 4, the first portion 17a and the second portion. A third portion 17c providing a flow of exhaust gas in the radial direction between the 17b, 상기 제3 부분은, 통로의 외부에 위치된 제1 부분(17a)과 내부에 위치된 제2 부분(17b) 사이에서, 실질적으로 일직선인 반경 방향 유동보다 더 긴 유동 경로를 배기 가스에 제공하는 적어도 하나의 유로(流路)(13a, 13b)를 포함하는, 연소 기관의 배기 시스템 내에 설치되는 컨버터 장치에 있어서,The third portion provides the exhaust gas with a flow path longer than the substantially straight radial flow between the first portion 17a located outside of the passageway and the second portion 17b located therein. In the converter device provided in the exhaust system of a combustion engine containing at least one flow path 13a, 13b, 상기 유로(13a, 13b)는, The flow paths 13a and 13b are 180° 내지 1080°의 나선형 연장 범위(spiral extent)를 가지며, Has a spiral extent of 180 ° to 1080 °, 유로(13a, 13b)의 벽면을 형성하고 나선형 연장 범위를 가지는 적어도 하나의 윤곽 형성부(profiled section)(12a, 12b)를 포함하는 것을 Including at least one profiled section 12a, 12b that forms the wall surface of the flow path 13a, 13b and has a helical extension range. 특징으로 하는 연소 기관의 배기 시스템 내에 설치되는 컨버터 장치.A converter device installed in an exhaust system of a combustion engine. 제1항에 있어서, 상기 유로(13a, 13b)는 통로의 제1 공간과 제2 공간을 연결하도록 위치 설정되는 것을 특징으로 하는 연소 기관의 배기 시스템 내에 설치되는 컨버터 장치.2. A converter device as set forth in claim 1, wherein said flow paths (13a, 13b) are positioned to connect the first space and the second space of the passage. 삭제delete 삭제delete 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유로(13a, 13b)는 단면적이 변화하는 적어도 하나의 부분을 가지는 것을 특징으로 하는 연소 기관의 배기 시스템 내에 설치되는 컨버터 장치.3. Converter device according to claim 1 or 2, characterized in that the flow passage (13a, 13b) has at least one part of which the cross-sectional area is varied. 삭제delete 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 통로의 제3 부분(17a)은 서로 360°/n 만큼 떨어져 있는 n 개의 윤곽 형성부(12a, 12b)에 의해 형성된 n 개의 유로(13a, 13b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소 기관의 배기 시스템 내에 설치되는 컨버터 장치.3. The passage (3) according to claim 1 or 2, wherein the third portion (17a) of the passageway comprises n flow paths (13a, 13b) formed by n contour forming portions (12a, 12b) spaced 360 ° / n from each other. And a converter device installed in an exhaust system of a combustion engine. 제7항에 있어서, n은 2 이상인 것을 특징으로 하는 연소 기관의 배기 시스템 내에 설치되는 컨버터 장치.8. The converter device according to claim 7, wherein n is two or more. 제1항 또는 제2항에 있어서, The method according to claim 1 or 2, 배기 가스를 통로의 제1 부분(17a)으로 유도하는 배기 가스용 입구부(2)와, 배기 가스를 통로의 제2 부분(17b)으로부터 배출되게 유도하는 배기 가스용 출구부(3)를 또한 포함하며,An inlet part 2 for exhaust gas leading the exhaust gas to the first part 17a of the passage, and an outlet part 3 for the exhaust gas leading the exhaust gas to be discharged from the second part 17b of the passage. Include, 상기 배기 가스는 통로의 제2 부분(17b)을 통과하여 유동하기 전에 통로의 제1 부분(17a)을 먼저 통과하여 유동하는 방향으로 상기 통로를 통하여 유도되는 것을 특징으로 하는 연소 기관의 배기 시스템 내에 설치되는 컨버터 장치.The exhaust gas is guided through the passageway in a direction to flow first through the first portion 17a of the passage before flowing through the second portion 17b of the passage. Converter device installed. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유로(13a, 13b)는 분리 가능한 독립적인 모듈(M) 내에 포함되는 것을 특징으로 하는 연소 기관의 배기 시스템 내에 설치되는 컨버터 장치.Converter device according to one of the preceding claims, characterized in that the flow path (13a, 13b) is contained in a separate and independent module (M). 제10항에 있어서, 상기 분리 가능한 모듈(M)은 케이싱(1)의 적어도 일 단부벽(6)을 포함하는 것을 특징으로 하는 연소 기관의 배기 시스템 내에 설치되는 컨버터 장치.11. Converter device according to claim 10, characterized in that the detachable module (M) comprises at least one end wall (6) of the casing (1).
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