KR101369651B1 - 자동차의 우레아 믹싱용 블레이드 믹서 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차의 우레아 믹싱용 블레이드 믹서에 관한 것으로서, 종래에는 자동차의 배기가스와 우레아 분사 인젝터로부터 분사된 우레아 미세입자가 전단 배기관을 통해 SCR로 배출될 경우, 차량의 구조상 전단 배기관의 길이가 짧아 자동차의 배출가스와 우레아 분사 인젝터로부터 분사된 우레아 미세입자가 충분히 유동이 분산됨에 따라 SCR 촉매전단에 넓게 분포되지 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 자동차의 배기가스 후처리 시스템인 DPF(Diesel Particulate Filter)와 우레아 SCR(Selective Catalytic Reduction)사이에 위치하여 엔진의 배출가스와 인젝터에서 분사한 우레아 미세입자가 잘 섞이도록 만들어주는 자동차의 우레아 믹싱용 블레이드 믹서에 있어서, 일측에 DOC 온도센서(110)가 설치되며 내부에 DOC 담체가 구비되는 DOC(100);와 일측에 전단 질소산화물 센서(210)와 SCR 전단 온도센서(220) 및 우레아 분사 인젝터(250)가 각각 구비되며, 일단은 DOC(100)에 연결되어 DOC 담체가 내부로 유입되고, 타단은 SCR(300)에 연결되는 전단 배기관(200);과 일측에 SCR 후단 온도센서(410)와 후단 질소산화물 센서(420)가 각각 구비되며, 일단이 SCR(300)에 연결되는 후단 배기관(400);과 전단 배기관(200)의 전단 질소산화물 센서(210)와 SCR 전단 온도센서(220) 및 우레아 분사 인젝터(250) 후방 내부에 구비되되, 전단 배기관(200)의 내주면에서 중심으로 갈수록 각도가 틀어지는 다수 개의 날개부(550)가 형성되는 블레이드 믹서(500);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

자동차의 우레아 믹싱용 블레이드 믹서{blade mixer for mixing urea of automobile}
본 발명은 자동차의 우레아 믹싱용 블레이드 믹서에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 전단 SCR 배기관의 질소산화물 센서와 온도센서 후방 내부에 다수 개의 날개부가 형성되는 블레이드 믹서를 구비하여, 엔진의 배출가스와 우레아 분사 인젝터로부터 분사되는 우레아의 미세입자가 짧은 길이의 전단 배기관 내에서 유동이 분산됨에 따라 SCR 촉매전단에 넓게 분포되어 SCR을 통해 후단 배기관으로 배출될 수 있도록 한 자동차의 우레아 믹싱용 블레이드 믹서에 관한 것이다.
최근 들어 지구 환경에 대한 관심이 커지면서 도심지의 대기질 악화에 가장 큰 주범으로 자동차가 배출하는 유해물질이 손꼽히고 있는 것이다.
특히, 디젤차량의 배출물질 중 상대적으로 배출량이 많은 질소산화물(NOx)과 입자상 물질 PM(Particulate Matter)을 줄이기 위한 배출가스 후처리 시스템에 대한 개발 노력이 국내 및 해외에서 계속 진행되는 것이다.
그 결과 입자상 물질 배출과 관련해서는 제로(zero)에 가깝게 만드는 매연여과장치DPF(diesel particulate filter)를 장착하도록 강제화하는 EU5 법규가 2009년 9월부터 유럽과 국내 동시에 시행되고 있는 것이다.
따라서, 향후 디젤차량의 배출가스를 줄이기 위해 중점적으로 연구, 개발될 시스템이 바로 질소산화물 저감(DeNOx) 시스템이다.
그 중 가장 높은 질소산화물 저감 효율을 보이는 시스템이 우레아를 이용한 선택적 환원촉매 저감(Selective Catalytic Reduction. SCR)시스템인 것이다.
이렇게, 우레아를 이용한 SCR 시스템을 장착한 경우, 질소산화물 저감을 극대화할 수 있는 우레아 분사(urea injection) 최적화가 무척 중요한 것이다.
우레아 분사 최적화를 위한 종래의 기술이 대한민국특허청 공개특허 공보 10-2011-0052852호(2011.05.19. 공개)(발명의 명칭: 우레아 분사 최적화 시스템)(이하, "종래 기술"이라 약칭함)에 개시되어 있는 것이다.
개시된 종래 기술은 전자제어장치(ECU)와 연결되어, 엔진 속도, 엔진 부하, 차량 속도, 배출가스 온도, 배출가스량 등을 입력받아, 최대의 질소 산화물 저감률을 얻기 위한 우레아 분사량을 결정하여 우레아 분사 최적화를 구현하게 되는 것이다.
특히, SCR촉매의 암모니아 흡착량 및 엔진운전 영역에 최적의 알파값(NH3/NOx, a ratio)를 결정하여 주어진 하드웨어에서 최대의 질소산화물 저감률을 얻는 방식이다.
하지만, 상기와 같은 종래의 기술은 배출가스의 유량에 대한 정보를 획득하기 위해 차량의 전자제어장치(ECU)와 캔(CAN) 을 통신으로 배출가스 유량에 대한 정보를 획득하기 때문에 추가적인 모델마다 재개발을 해야하는 단점이 있었다.
이를 보완하기 위해 HFM(Hot Film Meter or film type air flow sensor)을 이용하여 흡기 공기량으로 배출가스 유량을 인식하며, 우레아 분사를 최적으로 제어하는 방식이 있는 것이다.
이와 같은 자동차용 배출가스 후처리시스템은 다음과 같은 문제점이 있었다.
즉, 차량의 전단 배기관 내부에서 엔진의 배기가스와 우레아 분사 인젝터로부터 분사되는 우레아의 미세입자를 혼합시켜 SCR을 통해 후단 배기관으로 배출시킬 경우, 엔진의 배기가스와 우레아 분사 인젝터로부터 분사되는 우레아의 미세입자가 충분히 SCR 촉매전단에 넓게 분포되지 않아 자동차용 배기가스 후처리시스템의 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
또한, 차량의 구조상 전단 배기관의 길이가 짧을 경우, 전단 배기관 내부에서 엔진의 배기가스와 우레아 분사 인젝터로부터 분사되는 우레아의 미세입자의 혼합률이 저하됨으로써, 자동차용 배기가스 후처리시스템의 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명의 목적은 자동차의 배기가스 후처리 시스템 중 엔진의 배기가스와 우레아 분사 인젝터로부터 분사되는 우레아의 미세입자가 짧은 길이의 전단 배기관 내에서 유동이 분산됨에 따라 SCR 촉매전단에 넓게 분포되어 SCR을 통해 후단 배기관으로 배출될 수 있도록 전단 SCR 배기관의 질소산화물 센서와 온도센서 후방 내부에 다수 개의 날개부가 형성되는 블레이드 믹서를 구비함으로써, 차량의 전단 배기관 내부에서 엔진의 배출가스와 우레아 분사 인젝터로부터 분사되는 우레아의 미세입자를 혼합시켜 SCR을 통해 후단 배기관으로 배출시킬 경우, 엔진의 배기가스와 우레아 분사 인젝터로부터 분사되는 우레아의 미세입자가 충분히 유동이 분산됨에 따라 SCR 촉매전단에 넓게 분포되지 않아 자동차용 배기가스 후처리시스템의 효율이 떨어지는 문제점과, 차량의 구조상 전단 배기관의 길이가 짧을 경우, 전단 배기관 내부에서 엔진의 배출가스와 우레아 분사 인젝터로부터 분사되는 우레아의 미세입자의 혼합률이 저하됨으로써, 자동차용 배기가스 후처리시스템의 효율이 떨어지는 문제점을 효과적으로 해결할 수 있도록 한 자동차의 우레아 믹싱용 블레이드 믹서를 제공하는 데 있다.
이와 같은 본 발명은 자동차의 배기가스 후처리 시스템인 DPF(Diesel Particulate Filter)와 우레아 SCR(Selective Catalytic Reduction)사이에 위치하여 엔진의 배출가스와 인젝터에서 분사한 우레아 미세입자가 잘 섞이도록 만들어주는 자동차의 우레아 믹싱용 블레이드 믹서에 있어서, 일측에 DOC 온도센서가 설치되며 내부에 DOC 담체가 구비되는 DOC(Diesel oxidation catalyst);와 일측에 전단 질소산화물 센서와 SCR 전단 온도센서 및 우레아 분사 인젝터가 각각 구비되며, 일단은 DOC에 연결되어 DOC 담체가 내부로 유입되고, 타단은 SCR에 연결되는 전단 배기관;과 일측에 SCR 후단 온도센서와 후단 질소산화물 센서가 각각 구비되며, 일단이 SCR에 연결되는 후단 배기관과 전단 SCR 배기관의 질소산화물 센서와 온도센서 및 우레아 분사 인젝터 후방 내부에 구비되되, 전단 배기관의 내주면에서 중심으로 갈수록 각도가 틀어지는 다수 개의 날개부가 형성되는 블레이드 믹서;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 전단 배기관 내부에 구비되는 블레이드 믹서를 전단 배기관의 내주면과 밀착되는 몸체부와, 몸체부로부터 다수 개의 날개부로 각각 형성하여, 블레이드 믹서의 위치를 조절할 수 있도록 형성하며, 전단 배기관 내부에 구비되는 블레이드 믹서의 날개부 형태를 몸체부에서 중심으로 갈수록 비틀어지게 형성하되, 각각의 날개부의 끝단이 모이는 중심에는 일정크기의 통공을 형성하여, 전단 배기관 내부에서 엔진의 배기가스와 우레아 미세입자가 잘 섞이도록 형성하며, 특히 전단 배기관 내부에 구비되는 블레이드 믹서를 전단 배기관과 일체로 형성하여, 배기시스템의 구조를 단순화함으로써 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 것이다.
이와 같은 본 발명은 전단 SCR 배기관의 질소산화물 센서와 온도센서 후방 내부에 다수 개의 날개부가 형성되는 블레이드 믹서를 구비하여, 자동차의 배기가스 후처리 시스템 중 엔진의 배기가스와 우레아 분사 인젝터로부터 분사되는 우레아의 미세입자가 짧은 길이의 전단 배기관 내에서 유동이 분산됨에 따라 SCR촉매전단에 넓게 분포되어 SCR을 통해 후단 배기관으로 배출되는 효과가 있는 것이다.
그리고, 차량의 구조상 전단 배기관의 길이가 짧을 경우에도 블레이드 믹서가 엔진의 배기가스와 우레아 분사 인젝터로부터 분사되는 우레아의 미세입자가를 잘 섞어줌으로써, 자동차용 배기가스 후처리시스템의 효율이 상승하는 효과도 있는 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 자동차의 우레아 믹싱용 블레이드 믹서가 설치되는 모습을 보여주는 개략도.
도 2 는 본 발명에 따른 자동차의 우레아 믹싱용 블레이드 믹서의 구조를 보여주는 사시도.
도 3 은 본 발명에 따른 자동차의 우레아 믹싱용 블레이드 믹서의 구조를 보여주는 정면도.
도 4 는 본 발명에 따른 자동차의 우레아 믹싱용 블레이드 믹서의 구조를 보여주는 측면도.
도 5 는 본 발명에 따른 자동차의 우레아 믹싱용 블레이드 믹서가 전단 배기관에 장착된 모습을 보여주는 정면도.
도 6 은 본 발명의 믹서에 의해 자동차 배출가스의 흐름상태와 농도변화를 도시한 도면.
이하 본 발명의 특징을 효과적으로 달성할 수 있는 바람직한 실시 예로서 그 기술구성 및 작용효과를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
즉, 도 1 은 본 발명에 따른 자동차의 우레아 믹싱용 블레이드 믹서가 설치되는 모습을 보여주는 개략도이고, 도 2 는 본 발명에 따른 자동차의 우레아 믹싱용 블레이드 믹서의 구조를 보여주는 사시도, 도 3 은 본 발명에 따른 자동차의 우레아 믹싱용 블레이드 믹서의 구조를 보여주는 정면도이고, 도 4 는 본 발명에 따른 자동차의 우레아 믹싱용 블레이드 믹서의 구조를 보여주는 측면도이며, 도 5 는 본 발명에 따른 자동차의 우레아 믹싱용 블레이드 믹서가 전단 배기관에 장착된 모습을 보여주는 정면도이고, 도 6 은 본 발명의 믹서에 의해 자동차 배출가스의 흐름상태와 농도변화를 도시한 도면이다.
이와 같은 본 발명은 자동차의 배기가스 후처리 시스템인 DPF(Diesel Particulate Filter)와 우레아 SCR(Selective Catalytic Reduction)사이에 위치하여 엔진의 배출가스와 인젝터에서 분사한 우레아 미세입자가 잘 섞이도록 만들어주는 자동차의 우레아 믹싱용 블레이드 믹서에 있어서, 일측에 DOC 온도센서(110)가 설치되며 내부에 DOC 담체가 구비되는 DOC(100);와 일측에 전단 질소산화물 센서(210)와 SCR 전단 온도센서(220) 및 우레아 분사 인젝터(250)가 각각 구비되며, 일단은 DOC(100)에 연결되어 DOC 담체가 내부로 유입되고, 타단은 SCR(300)에 연결되는 전단 배기관(200);으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.
그리고, 일측에 SCR 후단 온도센서(410)와 후단 질소산화물 센서(420)가 각각 구비되며, 일단이 SCR(300)에 연결되는 후단 배기관(400);과 전단 배기관(200)의 전단 질소산화물 센서(210)와 SCR 전단 온도센서(220) 및 우레아 분사 인젝터(250) 후방 내부에 구비되되, 전단 배기관(200)의 내주면에서 중심으로 갈수록 각도가 틀어지는 다수 개의 날개부(550)가 형성되는 블레이드 믹서(500);로 이루어지며, 전단 배기관(200) 내부에 구비되는 블레이드 믹서(500)를 전단 배기관(200)의 내주면과 밀착되는 몸체부(510)와, 몸체부(510)로부터 다수 개의 날개부(550)로 각각 형성하여, 블레이드 믹서(500)의 위치를 조절할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 전단 배기관(200) 내부에 구비되는 블레이드 믹서(500)의 날개부(550) 형태를 몸체부(510)에서 중심으로 갈수록 비틀어지게 형성하되, 각각의 날개부(550)의 끝단이 모이는 중심에는 일정크기의 통공(530)을 형성하여, 전단 배기관(200) 내부에서 엔진의 배기가스와 우레아 미세입자가 잘 섞이도록 형성하며, 전단 배기관(200) 내부에 구비되는 블레이드 믹서(500)를 전단 배기관(200)과 일체로 형성하여, 배기시스템의 구조를 단순화한 것을 특징으로 하는 것이다.
이와 같은 본 발명은 자동차의 우레아 믹싱용 블레이드 믹서에 관한 것이다.
즉, 자동차의 배기가스가 DOC(100)를 통해 전단 배기관(200)으로 유입되는 것이다.
그리고, 전단 배기관(200)으로 유입되는 자동차의 배기가스는 SCR(300)을 통해 후단 배기관(400)으로 배출되는 것이다.
이때, DOC(100) 일측에는 DOC 온도센서(110)가 구비되어 있고, 전단 배기관(200)에는 전단 질소산화물 센서(210)와 SCR 전단 온도센서(220) 및 우레아 분사 인젝터(250)가, 그리고 후단 배기관(400)에는 SCR 후단 온도센서(410)와 후단 질소산화물 센서(420)가 각각 설치되어 있어서, 제어기를 통해 자동차의 배기가스를 후처리 하는 것이다.
이러한 자동차의 배기가스 후처리시스템 중 전단 배기관(200)에서 자동차의 배기가스와 우레아 분사 인젝터(250)를 통해 분사되는 우레아의 미세입자가 섞여 SCR(300)을 통해 후단 배기관(400)으로 배출되는데, 이때 자동차의 배기가스와 우레아 분사 인젝터(250)를 통해 분사되는 우레아의 미세입자가 충분히 섞이지 못하면 자동차의 배기가스 후처리시스템의 효율이 떨어지게 되는 것이다.
따라서, 전단 배기관(200)의 전단 질소산화물 센서(210)와 SCR 전단 온도센서(220) 및 우레아 분사 인젝터(250) 후방 내부에 블레이드 믹서(500)를 설치하게 되는 것이다.
즉, 자동차의 배기가스 후처리시스템 중 전단 배기관(200)에서 자동차의 배기가스와 우레아 분사 인젝터(250)를 통해 분사되는 우레아의 미세입자는 흐름 방향에 따라 전단 배기관(200)을 지나 SCR(300) 방향으로 흐르게 되는데, 전단 배기관(200) 내측에 스크류성 기류를 형성하는 블레이드 믹서(500)를 설치하여 자동차의 배기가스 후처리시스템 중 전단 배기관(200)에서 자동차의 배기가스와 우레아 분사 인젝터(250)를 통해 분사되는 우레아의 미세입자를 스크류성 기류로 섞게 되는 것이다.
특히, 블레이드 믹서(500)에는 외측인 몸체부(510)로부터 중심으로 갈수록 비틀린 형태의 다수 개의 날개부(550)가 형성되어 있어서, 자동차의 배기가스와 우레아 분사 인젝터(250)를 통해 분사되는 우레아의 미세입자를 효과적으로 섞이게 하는 것이다.
또한, 블레이드 믹서(500)의 중앙에는 통공(530)이 형성되어 있어서 전단 배기관(200) 내부에서 자동차의 배기가스와 우레아 분사 인젝터(250)를 통해 분사되는 우레아의 미세입자가 균일하게 섞이면서도 배출되는 시간이 지연되는 현상을 방지할 수 있게 되는 것이다.
이러한 블레이드 믹서(500)는 전단 배기관(200)과 일체로 형성 가능하며, 또한 전단 배기관(200)과 각각 별도로 형성하여 차량의 생산단계에서 작업자가 블레이드 믹서(500)의 위치를 조절할 수도 있는 것이다.
그리고, 필요에 따라 블레이드 믹서(500)의 날개부(550)만 전단 배기관(200)의 내벽에 설치하여 자동차의 배기가스와 우레아 분사 인젝터(250)를 통해 분사되는 우레아의 미세입자를 혼합할 수도 있게 되는 것이다.
또한, 몸체부(510) 전방에 설치되는 각각의 날개부(550)는 시계 반대 방향으로 비틀어짐을 갖도록 믹서(500)에 형성하는 것이 바람직하다.
100 : DOC 110 : DOC 온도센서
200 : 전단 배기관 210 : 전단 질소산화물 센서
220 : SCR 전단 온도센서 250 : 우레아 분사 인젝터
300 : SCR 400 : 후단 배기관
410 : SCR 후단 온도센서 420 : 후단 질소산화물 센서
500 : 블레이드 믹서 510 : 몸체부
530 : 통공 550 : 날개부

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 자동차의 배기가스 후처리 시스템인 DPF(Diesel Particulate Filter)와 우레아 SCR(Selective Catalytic Reduction)사이에 위치하여 엔진의 배출가스와 인젝터에서 분사한 우레아 미세입자가 잘 섞이도록 만들어주는 자동차의 우레아 믹싱용 블레이드 믹서에 있어서,
    일측에 DOC 온도센서(110)가 설치되며 내부에 DOC 담체가 구비되는 DOC(100);와
    일측에 전단 질소산화물 센서(210)와 SCR 전단 온도센서(220) 및 우레아 분사 인젝터(250)가 각각 구비되며, 일단은 DOC(100)에 연결되어 DOC 담체가 내부로 유입되고, 타단은 SCR(300)에 연결되는 전단 배기관(200);과
    일측에 SCR 후단 온도센서(410)와 후단 질소산화물 센서(420)가 각각 구비되며, 일단이 SCR(300)에 연결되는 후단 배기관(400);과
    전단 배기관(200)의 전단 질소산화물 센서(210)와 SCR 전단 온도센서(220) 및 우레아 분사 인젝터(250) 후방 및 SCR(300) 전방 내부에 구비되되, 전단 배기관(200)의 내주면에서 중심으로 갈수록 각도가 틀어지는 다수 개의 날개부(550)가 형성되는 블레이드 믹서(500);로 이루어지며,
    전단 배기관(200) 내부에 구비되는 블레이드 믹서(500)를 전단 배기관(200)의 내주면과 밀착되는 몸체부(510)와, 몸체부(510)로부터 다수 개의 날개부(550)로 각각 형성하여,
    블레이드 믹서(500)의 위치를 조절할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 자동차의 우레아 믹싱용 블레이드 믹서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    전단 배기관(200) 내부에 구비되는 블레이드 믹서(500)의 날개부(550) 형태를 몸체부(510)에서 중심으로 갈수록 비틀어지게 형성하되, 각각의 날개부(550)의 끝단이 모이는 중심에는 일정크기의 통공(530)을 형성하여,
    전단 배기관(200) 내부에서 엔진의 배출가스와 우레아 미세입자가 잘 섞이도록 한 것을 특징으로 하는 자동차의 우레아 믹싱용 블레이드 믹서.
  4. 제 2 항에 있어서,
    전단 배기관(200) 내부에 구비되는 블레이드 믹서(500)를 전단 배기관(200)과 일체로 형성하여,
    배기시스템의 구조를 단순화한 것을 특징으로 하는 자동차의 우레아 믹싱용 블레이드 믹서.
  5. 삭제
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