KR101005528B1 - 배기 가스 정화 장치 - Google Patents

Abstract

배기 가스 정화 장치는 차례로 배치된 2개의 인서트, 특히 촉매 컨버터(8)와 미립자 필터(10)를 위해 유동 방향으로 분할되지 않은 공유된 외부 하우징(16)을 포함한다. 촉매 컨버터(8)와 미립자 필터(10)에 상이한 유지력을 가하기 위하여, 중간에 개재된 지지 매트(12, 14)는 구성이 상이하다.

Description

배기 가스 정화 장치{EXHAUST GAS PURIFICATION DEVICE}

본 발명은 공유된 외부 하우징 내에 차례로 배치되고 요구되는 상이한 크기의 유지력으로 인해 외부 하우징 내에 주변이 상이한 유지력으로 클램핑되는 적어도 2개의 배기 가스 정화 인서트를 포함하는 배기 가스 정화 장치에 관한 것이다.

차량용 배기 시스템에 채용되는 배기 가스 정화 장치는 점점 우수해지고 있다. 배기 가스 정화 장치는, 예컨대 미립자 필터에서 기계적 필터로서 작용하거나 배기 가스를 촉매식으로 정화하도록 촉매 재료가 피복되어 있는 세라믹 재료로 제조된 기판 형태의 인서트를 구비하는 것이 일반적이다. 인서트는 가능한 한 많은 공간을 절약하기 위해 제공되도록 되어 있다. 몇몇의 경우에, 인서트는 또한 다른 고려 사항 중에서도 촉매 컨버터와 필터 간의 열손실을 줄이기 위해 유동 관점에서 서로 매우 가깝게 배치되도록 되어 있다. 이 이유로, 인서트는 공유된 외부 하우징 내에 수용된다. 특히 SiC로 제조된 미립자 필터 기판은 촉매 컨버터 기판, 특히 디젤 산화 촉매 기판에 비해 매우 무겁지만 또한 매우 견고하다. 한편, 디젤 산화 촉매 기판은 매우 부서지기 쉽고 매우 가볍다. 디젤 산화 촉매 기판은 파괴 및 전단 강도가 낮다. 무겁고 견고한 미립자 필터에 반해, 촉매 컨버터가 감당할 수 있는 반경 방향 체결력은 매우 낮은데, 그 이유는 그렇지 않으면 촉매 컨버터가 변형되어 파괴되기 때문이다. 그러나, 낮은 중량으로 인해, 작은 체결력으로 충분하다. 상이한 인서트들에 대해 필요하고 가능한 최대 유지력을 다르게 하기 위하여, 지금까지 하우징은 유동 방향으로 복수 개의 분할된 구성으로 되어 있었다. 각 인서트는 필요한 유지력으로 별개의 하우징 부분에 합체된 다음 하우징 부분들은 이 하우징 부분들 사이에 배치된 원통형 링을 이용하여 함께 용접되며, 필요에 따라 하우징 부분들은 링의 대향 단부면에 용접된다. 별법으로서, 인서트는 연속적인 튜브 내에 배치되고 튜브가 여러 직경으로 조정된다.

본 발명의 목적은 제조가 간단하고 비용 효율적이며 상이한 크기의 유지력을 필요로 하는 복수 개의 배기 가스 정화 인서트를 수용하는 배기 가스 정화 장치를 제공하는 것이다.

이는 외부 하우징이 유동 방향으로 양 인서트에 걸쳐 분할되지 않은 상태로 연장되고 적어도 인서트의 영역에서 거의 동일한 내측 치수, 즉 횡단면 치수를 갖는, 서두에 언급한 타입의 배기 가스 정화 장치에서 달성된다. 인서트들 사이에는 센서를 위한 오목부가 마련될 수도 있다. 또한, 각 인서트와 외부 하우징 사이에는 탄성 균등화 부재가 마련된다. 탄성 균등화 부재는 인서트에 상이한 유지력을 가하거나 상이한 유지력을 전달하도록 구성이 상이하다.

본 발명은 유동 방향으로 차례로 배치된 복수 개의 하우징 섹션을 제공하고, 별개의 부품으로 제조된 후에 서로 용접되는 이전의 외부 하우징과 상이하다. 대조적으로, 하우징은 유동 방향으로 분할되지 않은 상태로 유지된다. 즉, 하우징은 시작 부분으로부터 연속적인 하나 이상의 부품으로 이루어진다. 하우징은 인서트 영역에서 거의 동일한 내측 치수를 갖지만, 적절하게 조정되는 상이한 균등화 부재를 개재함으로써 상이한 유지력 및 체결력이 인서트에 가해진다. 이들 균등화 부재는 소위, 지지 매트가 일반적이다. 사용된 지지 매트는 단위 면적당 중량이 상이하고, 바꿔 말하면 탄성이 상이하여, 외부 하우징의 내측과 인서트의 외측 사이의 간격 폭이 동일한 경우에, 인서트에 상이한 체결력이 전달된다. 별법으로서, 마찬가지로 상이한 압력을 가하고/가하거나 상이한 탄성/압축성을 갖는 상이한 타입의 균등화 부재가 사용될 수도 있다. 몇몇 실시예에서 외경이 제조 중에 감소되는 외부 하우징은 원통형으로 유지되어 보다 불안정한 탄성 부재를 향해 원뿔형으로 테이퍼지는 경향이 없다.

전술한 바와 같이, 인서트는, 예컨대 SiC(통상, 디젤 미립자 필터에 사용됨), 코디어라이트(통상, 디젤 산화 촉매에 사용됨) 또는 티타늄 산화물, 바나듐 산화물, 텅스텐 산화물(통상, 질소 산화물의 선택적인 촉매 환원을 위한 SCR 촉매에 사용됨)로 제조된 기판인 것이 바람직하다.

바람직한 구성에 따르면, 외부 하우징과 기판은 원통형, 특히 둥근 원통형이다.

전술한 바와 같이, 기판은 상이한 기판 중량 및/또는 파괴 강도를 갖는다.

제조를 보다 쉽고 간단히 하기 위하여, 인서트들은 또한 인서트 영역에서 하우징의 내측에 적용될 수 있는 것처럼 외측 횡단면 치수와 형태가 거의 동일하다.

덜 안정적인 인서트에 가해지는 압력의 일부를 흡수할 수 있는 어떠한 중간체 또는 지지벽이 인서트들 사이에 없는 것이 더 바람직하다.

바람직한 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 배기 가스 정화 장치는 외부 하우징으로서 랩어라운드(wrap around) 하우징에 끼워진다. 특히, 외부 하우징이 이 방식으로 제조되는 경우에, 한편으로는 상이한 안정성의 인서트를 충분할 정도로 클램핑하고, 다른 한편으로는 원통형 외측 형태를 얻는 것이 어렵다. 별법으로서, 본 발명에 따른 배기 가스 정화 장치는 쉘 하우징 또는 (압착 또는 롤링 등에 의해) 보다 작은 외측 치수로 조정된 하우징을 갖도록 구성될 수 있거나, 인서트를 구성하는 유닛과 관련 탄성 균등화 부재가 내측에 채워진 외부 하우징을 미리 제조된 튜브가 구성할 수도 있다.

바람직한 실시예에 따르면, 균등화 부재는 반경 방향으로 외측 하우징의 내측과 인서트의 외측 간의 전체 간격을 연결한다. 즉, 중간 부품 등이 제공되지 않는다.

본 발명의 추가 특징 및 이점은 이하의 설명 및 첨부 도면으로부터 명백할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 차량 배기 가스 정화 장치의 종단면도.

도 2는 도 1에 따른 배기 가스 정화 장치의 개략적인 횡단면도로서, 외부 하우징은 랩어라운드 하우징이다.

도 3은 외부 하우징으로서 2개의 반쪽 쉘을 포함하는 본 발명에 따른 배기 가스 정화 장치의 횡단면도.

도 4는 인서트가 채워져 있는 본 발명에 따른 배기 가스 정화 장치를 도시하는 도면.

도 5는 본 발명에 따른 배기 가스 정화 장치의 외부 하우징을 조정하기 위한 장치의 부분 도면.

도 1은 차량에 제공되는 배기 가스 정화 장치를 도시하는 도면으로서, 그 주요 부품은 촉매 컨버터(8; 이 경우에, 디젤 산화 촉매)의 형태로 차례로 배치되는 2개의 긴 원통형(바람직하게는 둥근 원통형) 인서트(세라믹 기판)와, 하류측의 미립자 필터(10; 이 경우에, 디젤 미립자 필터 형태)이다. 촉매 컨버터(8)와 미립자 필터(10)는 각각 코디어라이트(cordierite)와 SiC로 제조되고, 중량과 파괴 강도가 매우 상이하다. 촉매 컨버터(8)는 무겁고 견고한 미립자 필터(10)에 비해 매우 경량이고 파괴 강도가 매우 낮다.

촉매 컨버터(8)와 미립자 필터(10)는 그 제조 공차의 범위 내에서 외경과 외측 횡단면 형태가 동일하고, 주변이 폐쇄되도록 지지 매트(12, 14) 형태인 별개의 관련 탄성 균등화 부재에 의해 각각 둘러싸인다. 지지 매트(12, 14)는 촉매 컨버터(8)와 미립자 필터(10)의 외측에 대해 각각 놓여 이들 지지 매트가 놓이는 공유된 외부 하우징(16)의 내측까지 반경 방향으로 전체 공간을 채운다. 외부 하우징(16)은 유동 방향(S)으로 분할되어 있지 않다. 즉, 전술한 바와 같이 촉매 컨버터(8)로부터 시작하여 미립자 필터(10)를 지나서 연장되고 이 방향으로 분할되어 있지 않다. 2개의 인서트의 영역에서, 외부 하우징(16)은 그 제조 공차의 범위 내 에서 내측 횡단면 치수와 기하학적 형태가 동일하고, 본 실시예의 경우에 내경이 동일하다. 바람직한 실시예에서, 외부 하우징(16)은 심지어는 그 전체 길이에 걸쳐서 동일한 내경을 갖도록 구성된다.

인서트들의 중량 및 파괴 강도의 차이 때문에, 인서트들은 외부 하우징(16) 내에서 상이한 반경 방향 유지력으로 클램핑된다. 이것은 상이한 지지 매트(12, 14)에 의해 달성된다. 사실상, 지지 매트(12)는 지지 매트(14)보다 단위 면적당 중량이 작고/작거나 탄성이 높고, 이 이유로, 지지 매트(12)가 보다 압착되기 쉽기 때문에 외부 하우징(16)에 의해 가해져 반경 방향 내측으로 작용하는 힘은 촉매 컨버터(8)에 보다 작게 가해진다.

외부 하우징(16)을 어떻게 구성하고 기판들을 외부 하우징(16) 내에 어떻게 클램핑하는가에 따라 다양한 실시예들이 존재한다.

바람직한 실시예는 도 2에 따른 감기 공정이다. 여기서, 한편으로는 촉매 컨버터(8) 및 지지 매트(12)와, 다른 한편으로는 미립자 필터(10) 및 지지 매트(14)로 이루어진 2개의 패키지 둘레에 판금으로 된 단일 스트립을 감은 다음, 에지에서 용접에 의해 폐쇄한다. 외부 하우징에 의해 가해지는 압력은 중첩부를 제외하고 주변에 매우 균일하게 분배되어, 외부 하우징(16)은 둥근 원통형의 형태를 갖는다. 이와 관련하여, 본 발명은 인서트의 둥근 원통형 외측 형태로 제한되지 않고 임의의 다른 원하는 외측 형태가 또한 제공될 수 있다는 것을 알아야 함은 물론이다. 원통형 형태는 반경 D로 나타낸다.

도 3에 따른 실시예에 있어서, 외부 하우징(16)은 함께 결합되어 용접되는 2 개의 부분적으로 중첩하는 반쪽 쉘(18, 20)로 이루어진다. 반쪽 쉘 양자는 유동 방향(S)으로 양 인서트에 걸쳐서 분할되지 않은 상태로 연장됨으로써, 또한 이 경우에 하우징을 유동 방향(S)으로 분할되지 않은 것이라 한다. 오히려, 여기서 분할은 원주 방향으로 된다.

도 4에 따른 실시예에서, 외부 하우징(16)은 한편으로는 지지 매트(12)와 함께 촉매 컨버터(8)가 그리고 다른 한편으로는 관련 지지 매트(14)와 함께 미립자 필터(10)가, 예컨대 반대쪽 단부면으로부터 채워지는 폐쇄된 튜브이다. 이 경우에도, 이전 실시예와 같이, 상이한 유지력이 상이한 인서트에 가해진다.

도 5에 따른 실시예에서, 관형 외부 하우징(16)은 압착 공정 중에 압착 또는 압연함으로써, 예컨대 압착 조오(22)를 내측으로 이동시킴으로써 조정되어, 외부 하우징(16)를 그 전체 축방향 길이를 따라 균일하게 변형시키고, 지지 매트(12, 14)를 압착하며, 인서트에 체결력을 가한다. 여기서도, 다른 실시예와 같이, 인서트의 외경 및 외측 횡단면 형태 뿐만 아니라 외부 하우징(16; 인서트 영역에서)의 내경 및 내측 횡단면 형태가 동일하다.

참조 번호 목록

8: 촉매 컨버터

10: 미립자 필터

12: 지지 매트

14: 지지 매트

16: 외부 하우징

18: 반쪽 쉘

20: 반쪽 쉘

22: 압착 조오

Claims (14)

1. 공유된 외부 하우징(16) 내에 차례로 배치되고, 요구되는 상이한 크기의 유지력으로 인해 상이한 유지력으로 외부 하우징(16) 내에서 주변이 클램핑되는 2개 이상의 배기 가스 정화 인서트를 구비하는 배기 가스 정화 장치에 있어서,

   상기 외부 하우징(16)은 유동 방향(S)으로 양 인서트에 걸쳐 분할되지 않은 상태로 연장되고 인서트 영역에서 동일한 내경을 가지며,

   각 인서트와 외부 하우징(16) 사이에 탄성 균등화 부재가 마련되고,

   상기 탄성 균등화 부재는 인서트에 상이한 유지력을 가하도록 상이한 구성으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 인서트는 기판인 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 기판은 상이한 기판 중량, 또는 상이한 파괴 강도, 또는 상이한 기판 중량과 파괴 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 하나의 인서트는 미립자 필터(10)인 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 하나의 인서트는 촉매 컨버터(8)인 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부 하우징(16)과 인서트는 원통형인 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성 균등화 부재는 압축성이 상이한 지지 매트(12, 14)인 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성 균등화 부재는 단위 면적당 중량이 상이한 지지 매트(12, 14)인 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인서트는 횡단면 치수와 횡단면 형태가 동일한 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부 하우징(16)은 인서트들 사이에 반경 방향 중간벽이 없도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부 하우징은 랩어라운드(wrap around) 하우징인 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부 하우징(16)은 보다 작은 외측 치수로 조정되거나 쉘 하우징 형태인 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 탄성 균등화 부재와 함께 인서트는 외부 하우징(16) 내에 채워서 삽입되고 외부 하우징 내에 클램핑되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.
14. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성 균등화 부재는 내측이 인서트에 대해 놓이고 외측이 외부 하우징(16)에 대해 놓이는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 장치.

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