KR101234658B1 - 엔진의 배기 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 엔진의 배기 시스템은, 엔진에서 발생되는 배기가스가 통과하는 배기라인, 상기 배기라인 중에 설치되어 환원제를 분사하는 분사유닛, 상기 분사유닛의 하류측 상기 배기라인에 설치되어 분사된 환원제를 이용하여 질소산화물을 제거하는 선택적촉매환원유닛, 및 상기 분사유닛과 상기 선택적촉매환원유닛 사이에 설치되어 배기가스와 환원제를 혼합하는 믹싱유닛을 포함하고, 상기 믹싱유닛은, 서로 인접해서 배치되어 상기 배기가스가 지나는 통로를 개폐하는 가변날개들, 및 상기 가변날개의 움직임을 탄성적으로 지지하여, 상기 배기라인을 지나는 배기가스의 유량에 따라서 상기 가변날개의 개폐율을 가변적으로 가변시키는 탄성부재를 포함한다.
따라서, 상기 믹싱유닛은 배기가스의 흐름양이나 배압에 따라서 그 개도율이 가변되어 배압의 급격한 증가를 방지하고, 출력을 향상시킬 수 있다. 아울러, 배압이 증가할 때, 상기 가변날개의 열림 각도가 상기 탄성부재에 의해서 자동적으로 조절된다. 여기서, 상기 탄성부재의 탄성력을 크게 하면, 배압을 설정된 수치로 증가시킬 수 있고, 탄성력을 작게 하면, 배압을 설정된 수치로 낮출 수 있다.

Description

엔진의 배기 시스템{INTAKE SYSTEM OF ENGINE}
본 발명은 배기가스에 포함된 입자상물질을 포집하고, 포집된 입자상물질을 제거하며, 배기가스에 포함된 환원제를 이용하여 질소산화물을 제거하는 배기가스 정화 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 엔진에서 발생되는 일산화탄소, 탄화수소, 입자상물질, 및 질소산화물을 제거하기 위해서 내연기관용 후처리 시스템이 장착되고 있다.
상기 후처리 시스템은 디젤산화촉매(DOC: diesel oxidation catalyst), 디젤매연필터(DPF: diesel particulate filter), 도징모듈(인젝터), 및 선택적촉매환원(SCR: selective catalytic reduction)유닛 중 적어도 일부를 포함한다.
상기 디젤산화촉매는 주로 배기가스에 포함된 일산화탄소나 탄화수소를 산화시키고, 그 산화열로 입자상물질의 일부를 태워 줄이는 기능을 수행한다.
상기 디젤매연필터는 주로 배기가스에 포함된 입자상물질을 여과하고, 설정된 온도에서 그 포집된 입자상물질을 태워 제거하는 기능을 수행한다.
상기 도징모듈은 배기가스 내로 환원제를 분사하고, 상기 선택적환원촉매유닛은 상기 배기가스에 포함된 환원제를 이용하여 질소산화물을 산화/환원시켜 질소와 물로 제거하는 기능을 수행한다.
한편, 환원제로서 요소(UREA)를 분사하는데, 분사된 요소를 혼합하기 위한 믹서가 설치되고 있으며, 분사된 요소입자를 균일하게 혼합하기 위해서 새로운 구조의 믹서가 연구 개발되고 있다.
따라서, 본 발명은 배기가스의 배압에 따라서 제어되어 환원제로서 도징모듈에서 분사되어 배기가스에 포함된 우레아를 균일하게 혼합하는 믹서를 구비한 엔진의 배기 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 엔진의 배기 시스템은, 엔진에서 발생되는 배기가스가 통과하는 배기라인, 상기 배기라인 중에 설치되어 환원제를 분사하는 분사유닛, 상기 분사유닛의 하류측 상기 배기라인에 설치되어 분사된 환원제를 이용하여 질소산화물을 제거하는 선택적촉매환원유닛, 및 상기 분사유닛과 상기 선택적촉매환원유닛 사이에 설치되어 배기가스와 환원제를 혼합하는 믹싱유닛을 포함하고, 상기 믹싱유닛은, 서로 인접해서 배치되어 상기 배기가스가 지나는 통로를 개폐하는 가변날개들, 및 상기 가변날개의 움직임을 탄성적으로 지지하여, 상기 배기라인을 지나는 배기가스의 유량에 따라서 상기 가변날개의 개폐율을 가변적으로 가변시키는 탄성부재를 포함한다.
상기 믹싱유닛은, 상기 배기라인의 내주면과 대응하는 형태의 하우징, 및 상기 하우징의 내측에서 이를 가로질러 회전가능하게 배치되는 회전파이프를 포함하고, 상기 가변날개는 상기 회전파이프에 고정되어 배열되고, 상기 탄성부재는 상기 회전파이프를 탄성적으로 지지하여 상기 회전파이프의 회전을 조절한다.
양단이 상기 하우징의 내측 일측과 타측에 각각 고정되는 고정바를 더 포함하고, 상기 회전파이프는 파이프 형태이고, 상기 회전파이프가 상기 고정바에서 회전가능하도록 상기 고정바가 상기 회전파이프를 관통하여 배치된다.
상기 회전파이프가 회전가능하게 관통하여 배치되며, 그 양단이 상기 하우징의 내측에 고정되는 보강판를 더 포함한다.
상기 배기라인을 지나는 배기가스의 흐름양이 많으면 상기 가변날개가 상기 탄성부재의 탄성력을 이기고 그 개도율이 높아지고, 상기 배기라인을 지나는 배기가스의 흐름양이 적으면 상기 가변날개가 상기 탄성부재의 탄성력에 의해서 그 개도율이 낮아진다.
상기 가변날개의 개도율은 배기가스의 배압에 따라서 0도 내지 45도의 범위 내에서 개폐되고, 상기 탄성부재의 스프링장력은 상기 가변날개의 개도율과 엔진의 배기가스 사양에 따라서 결정된다.
앞에서 기재된 바와 같이 본 발명에 따른 엔진의 배기 시스템에서, 상기 믹싱유닛은 배기가스의 흐름양이나 배압에 따라서 그 개도율이 가변되어 배압의 급격한 증가를 방지하고, 출력을 향상시킬 수 있다.
아울러, 배압이 증가할 때, 상기 가변날개의 열림 각도가 상기 탄성부재에 의해서 자동적으로 조절된다. 여기서, 상기 탄성부재의 탄성력을 크게 하면, 배압을 설정된 수치로 증가시킬 수 있고, 탄성력을 작게 하면, 배압을 설정된 수치로 낮출 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 배기 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 배기 시스템에 구비되는 믹싱유닛의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 배기 시스템에 구비되는 믹싱유닛의 평면도이다.
도 4는 도 3의 라인 Ⅳ에 따른 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 배기 시스템에 구비되는 믹싱유닛의 일부 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 배기 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 엔진의 배기 시스템은 엔진(100), 배기라인(110), 촉매(120), 요소분사유닛(150), 믹싱유닛(130), 선택적촉매환원유닛(140), 및 요소탱크(160)를 포함한다.
상기 엔진(100)에서 발생된 배기가스는 상기 배기라인(110)을 통해서 배출되고, 상기 배기라인(110)에는 상기 촉매(120), 상기 요소분사유닛(150), 상기 믹싱유닛(130), 및 상기 선택적촉매환원유닛(140)이 순차적으로 배치된다.
상기 요소분사유닛(150)은 상기 요소탱크(160)로부터 펌핑되는 요소를 공급받고, 상기 배기라인(110) 내로 설정된 압력으로 분사한다.
상기 촉매(120)는 산화촉매 또는 매연필터로 구성되어, 배기가스 유해물질을 제거하고 입자상 물질을 필터링할 수 있다.
상기 선택적촉매환원유닛(140)은 질소산화물을 흡장하고, 상기 요소분사유닛(150)에서 분사된 환원제를 이용하여 흡장된 질소산화물을 산화/환원하여 제거한다.
상기 믹싱유닛(130)은 상기 요소분사유닛(150)에서 분사되는 요소와 같은 환원제를 배기가스와 믹싱하여 그 균일도를 높이고, 질소산화물의 정화율을 향상시키며, 요소에서 전환되어 형성된 암모니아가 상기 선택적촉매환원유닛(140)을 통과해서 외부로 배출되는 것을 줄여준다.
본 발명의 실시예에서는 상기 믹싱유닛(130)은 새로운 구조를 갖고 있으며, 그 구조는 상기 배기라인(110) 내의 배기가스압력에 따라서 그 개폐율이 조절되는 구조를 갖는다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 배기 시스템에 구비되는 믹싱유닛의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 배기 시스템에 구비되는 믹싱유닛의 평면도이며, 도 4는 도 3의 라인 Ⅳ에 따른 본 발명의 실시예에 따른 엔진의 배기 시스템에 구비되는 믹싱유닛의 일부 단면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 상기 믹싱유닛(130)은 하우징(200), 회전파이프(210), 탄성부재(220), 가변날개(230), 보강판(240), 및 고정바(400)를 포함한다.
도 2를 참조하면, 상기 하우징(200)의 외주면은 상기 배기라인(110)의 내주면과 밀착되는 구조를 가지며, 상기 하우징(200)의 내측에 회전파이프(210)가 서로 평행하게 배치된다.
도 4에 도시한 바와 같이, 상기 하우징(200)에는 상기 고정바(400)의 양단이 고정되고, 상기 회전파이프(210)는 상기 고정바(400)가 삽입되는 파이프 구조를 갖는다. 따라서, 상기 회전파이프(210)는 상기 고정바(400)에서 회전이 가능하다.
상기 회전파이프(210)에는 그 길이방향으로 상기 가변날개(230)가 간격을 두고 고정배치되고, 상기 가변날개(230)는 상기 회전파이프(210) 또는 상기 고정바(400)를 기준으로 회전하여, 배기가스가 흐르는 배기유로의 개도율을 조절한다.
아울러, 상기 탄성부재(220)의 일단은 상기 회전파이프(210)에 연결되고, 그 타단은 상기 하우징(200) 또는 상기 고정바(400)에 고정된다.
상기 탄성부재(220)에 의해서 상기 회전파이프(210)의 위치가 탄성적으로 유지되되, 상기 배기라인(110)을 통해서 흐르는 배기가스의 양이 많거나 배압이 높으면, 상기 가변날개(230)의 개도율이 증가하고, 상기 배기라인(110)을 통해서 흐르는 배기가스의 양이 적거나 배압이 낮으면, 상기 가변날개(230)의 개도율은 낮아진다.
상기 하우징(200)이 형성하는 배기유로는 원형의 통로를 형성하고, 이 통로의 중심부를 보강판(240)과 중심판(245)이 십자형태로 교차한다.
상기 중심판(245)은 상기 회전파이프(210) 및 상기 고정바(400)와 나란하게 배치되고, 그 양측면에는 고정날개(235)가 배치된다. 상기 고정날개(235)는 배기가스가 흐르는 방향 즉, 도 2에서는 상부에서 하부방향으로 기울어진 상태를 유지한다.
상기 중심판(245)의 양측면에 고정되어 설치되는 상기 고정날개(235)는 배기가스의 유량에 상관없이 고정된 상태를 유지하여 배기가스와 환원제가 안정적으로 순환하도록 하고, 상기 회전파이프(210)에 부착되는 상기 가변날개(230)는 배기유량에 따라서 회전하여 상기 고정날개(235)와 함께 배기가스와 환원제의 혼합을 향상시키고 있습니다.
본 발명의 실시예에서는 상기 하우징(200)의 중심부를 지나도록 상기 고정바(400)와 나란하게 설치되는 중심판(245), 상기 중심판(245)의 중심부와 십자형태로 교차되고, 각 양단은 상기 하우징(200)의 내주면에 고정되며, 상기 회전파이프(210)가 관통하여 상기 회전파이프가 회전가능하도록 지지하는 보강판(240), 및 상기 중심판(245)의 양측면에서 배기가스 흐름방향으로 기울어진 상태로 고정되어 배치되는 고정날개(235)를 포함하여 배기가스와 환원제의 혼합을 배기유량에 따라서 원활하게 하고, 배기가스의 흐름을 안정적으로 유지한다.
아울러, 본 발명의 실시예에서는, 상기 탄성부재(220)는 코일스프링 형태로, 그 일단은 상기 회전파이프(210)에 연결되고, 그 타단은 고정되되, 상기 가변날개(230)와 인접하여 상기 가변날개(230)가 설치되지 않은 배기유로 상에 설치된다.
따라서, 상기 탄성부재(220)는 배기가스의 유로상에서 배기가스와 환원제가 혼합되는 것을 도와준다. 좀 더 상세하게 설명하면, 배기유량이 증가하면, 상기 가변날개에 의해서 상기 회전파이프가 회전하면 상기 코일스프링 구조를 갖는 상기 탄성부재는 신장되어 코일사이의 거리가 증가함으로써 이러한 코일사이를 지날때 배기가스와 환원제의 혼합도가 증가한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 회전파이프(210)가 상부에서 하부로 연장되고, 상기 회전파이프(210)를 가로질러 상기 하우징(200)의 중심을 관통하여 좌측에서 우측으로 보강판(240)가 배치된다.
상기 회전파이프(210)가 상기 보강판(240)를 관통하여 배치되고, 상기 보강판(240)는 상기 회전파이프(210)를 회전가능하게 지지한다.
본 발명의 실시예에 따라서, 엔진에서 배출되는 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)을 저감하기 위해서 요소(UREA)를 상기 요소분사유닛(150)을 통해서 분사한다.
여기서, 배기가스와 요소액을 균일하게 혼합하기 위해서, 상기 믹싱유닛(130)이 배치되는데, 상기 믹싱유닛(130)은 배기가스의 흐름양이나 배압에 따라서 그 개도율이 가변되어 배압의 급격한 증가를 방지하고, 출력을 향상시킬 수 있다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 기존의 날개가 일정한 각도를 갖는 평평한 플레이트 구조였다. 하지만, 본 발명의 실시예에 따른 상기 가변날개(230)는 선풍기 날개와 같이 유선형으로 각도와 비틀림을 주어 배기가스와 요소입자를 혼합하는 기능과 더불어 가스흐름에 사이클론(회전)을 형성하여 배기가스의 흐름을 원활하게 한다. 즉, 세면대에서 물이 회전하면서 배출되어 물의 빠짐을 원활하게 하는 것과 같은 원리이다.
아울러, 전술한 바와 같이, 배압이 증가할 때, 상기 가변날개(230)의 열림 각도가 상기 탄성부재(220)에 의해서 자동적으로 조절된다.
여기서, 상기 탄성부재(220)의 탄성력을 크게 하면, 배압을 설정된 수치로 증가시킬 수 있고, 탄성력을 작게 하면, 배압을 설정된 수치로 낮출 수 있으며, 설계사양에 따라서 상기 탄성부재(220)의 탄성력을 조절하여 적용할 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
100: 엔진
110: 배기라인
120: 촉매
130: 믹싱유닛
140: 선택적촉매환원유닛
150: 요소분사유닛
160: 요소탱크
200: 하우징
210: 회전파이프
220: 탄성부재
230: 가변날개
235: 고정날개
240: 보강판
245: 중심판
400: 고정바

Claims (7)

  1. 배기라인 중에 설치되어 환원제를 분사하는 분사유닛;
    상기 분사유닛의 하류측 상기 배기라인에 설치되어 분사된 환원제를 이용하여 질소산화물을 제거하는 선택적촉매환원유닛; 및
    상기 분사유닛과 상기 선택적촉매환원유닛 사이에 설치되어 배기가스와 환원제를 혼합하는 믹싱유닛; 을 포함하고, 상기 믹싱유닛은,
    상기 배기라인의 내주면과 대응하는 형태의 하우징;
    양단이 상기 하우징의 내측 일측과 타측에 각각 고정되는 고정바들;
    상기 고정바에서 회전가능하게 배치되는 회전파이프들;
    각 상기 회전파이프에 고정되어 배열되어 배기가스가 지나는 통로를 개폐하는 가변날개들;
    각 상기 회전파이프의 회전을 탄성적으로 지지하여, 상기 배기라인을 지나는 배기가스의 유량에 따라서 상기 가변날개의 개폐율을 개별적으로 가변시키는 탄성부재들; 을 포함하되,
    상기 탄성부재는 코일스프링 구조로, 상기 가변날개가 설치되지 않은 상기 믹싱유닛의 배기유로 상에 설치되어 배기유량에 따라서 신장 수축되어 배기가스와 환원제의 혼합을 증가시키는 것을 특징으로 하는 엔진의 배기 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에서,
    상기 배기라인을 지나는 배기가스의 흐름양이 많으면 상기 가변날개가 상기 탄성부재의 탄성력을 이기고 그 개도율이 높아지고,
    상기 배기라인을 지나는 배기가스의 흐름양이 적으면 상기 가변날개가 상기 탄성부재의 탄성력에 의해서 그 개도율이 낮아지는 것을 특징으로 하는 엔진의 배기 시스템.
  6. 제1항에서,
    상기 가변날개의 개도율은 배기가스의 배압에 따라서 0도 내지 45도의 범위 내에서 개폐되고, 상기 탄성부재의 스프링장력은 상기 가변날개의 개도율과 엔진의 배기가스 사양에 따라서 결정되는 것을 특징으로 하는 엔진의 배기 시스템.
  7. 제1항에서,
    상기 하우징의 중심부를 지나도록 상기 고정바와 나란하게 설치되는 중심판;
    상기 중심판의 중심부와 십자형태로 교차되고, 상기 회전파이프가 회전가능하도록 관통하여 상기 회전파이프를 지지하는 보강판; 및
    상기 중심판의 양측면에서 배기가스 흐름방향으로 기울어진 상태로 고정되어 배치되는 고정날개; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진의 배기 시스템.
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