KR101383296B1 - Hybrid injector for nox reduction of diesel engine and urea-scr system installing the injector - Google Patents

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KR101383296B1 KR1020130008450A KR20130008450A KR101383296B1 KR 101383296 B1 KR101383296 B1 KR 101383296B1 KR 1020130008450 A KR1020130008450 A KR 1020130008450A KR 20130008450 A KR20130008450 A KR 20130008450A KR 101383296 B1 KR101383296 B1 KR 101383296B1
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임병주
정경열
박창대
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한국기계연구원
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Abstract

In a urea-SCR (Selective Catalytic Reduction), NH3 can be rapidly converted due to a thermal dissociation reaction as a urea solution is rapidly vaporized, so the rapid vaporization of the urea solution injected to an exhaust pipe critically influences efficiency of the system. Spraying characteristics and the sizes of droplets injected from an injector is most important to vaporize the urea solution rapidly. If a high injection pressure is used in the injector to improve spraying characteristics and the sizes of droplets, the urea solution is wall-wetted on the exhaust pipe in a limited space to be accumulated and solidified, which influences denitrification efficiency and engine output. Accordingly, the present invention discloses a hybrid injector equipped with an advantage of a gas injecting nozzle apparatus and a vortex spraying nozzle apparatus such that the sizes of droplets are made small while a relatively low injection pressure, and an urea-SCR system including the same. [Reference numerals] (AA) Air; (BB) Urea; (CC) Particulate Urea

Description

디젤엔진의 NOx 저감용 하이브리드 인젝터 및 이를 구비한 Ｕｒｅａ－ＳＣＲ 시스템{Hybrid Injector for NOx reduction of diesel engine and Urea-SCR system installing the injector}Hybrid Injector for NOx Reduction of Diesel Engine, and Hybrid Injector with It {{Hybrid Injector for NOx Reduction of Diesel Engine and Urea-SCR System Installing the Injector}

본 발명은 기체 주입식 노즐장치와 와류 분무 노즐장치가 결합된 분무장치로서 기체 주입식 노즐장치의 장점과 와류 분무 노즐장치의 장점을 동시에 지니는 하이브리드 인젝터 및 이를 구비한 Urea-SCR 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a hybrid injector having both the advantages of the gas injection nozzle device and the advantages of the vortex spray nozzle device as a spray device in which the gas injection nozzle device and the vortex spray nozzle device are combined, and a Urea-SCR system having the same.

자동차는 형태에 따라서 승용차나, 버스 및 트럭 등으로 분류하지만, 같은 차종이라도 사용하는 연료에 따라서 가솔린을 연료로 사용하는 가솔린 차량이나 디젤을 연료로 사용하는 디젤 차량 및 LPG(Liquefied Petroleum Gas)를 연료로 사용하는 LPG 차량으로 부르기도 한다.Cars are classified into passenger cars, buses, and trucks according to their type. However, even the same type of vehicle may be used. Also known as LPG vehicles.

상기 디젤 차량은 산소 과잉분위기에서 연소되므로 가솔린 엔진에 비해서 유해물질인 NOx의 발생량이 상당히 많고, 린번 분위기에서 연소되므로 NOx를 제거하기가 힘들다. 따라서, NOx제거기술로서 가장 활발히 개발 진행되는 것이 Urea(요소)-SCR(Selective Catalytic Reduction)시스템이다.Since the diesel vehicle is burned in an oxygen-rich atmosphere, the amount of generation of NOx, which is a harmful substance, is considerably higher than that of a gasoline engine, and it is difficult to remove NOx because it is burned in a lean burn atmosphere. Therefore, the most actively developed NOx removal technology is Urea (urea) -SCR (Selective Catalytic Reduction) system.

상기 Urea-SCR 시스템은 요소를 수용액 형태로 배기 가스라인에 공급하여 NOx와 NH2-CO-NH2 (요소;Urea)를 반응시켜 NOx를 N2 + O2 로 변환시키는 방법이다.The Urea-SCR system is a method of converting NOx into N2 + O2 by reacting NOx with NH2-CO-NH2 (urea; Urea) by supplying urea to an exhaust gas line in the form of an aqueous solution.

상기 Urea-SCR 시스템(300)은 도 1에 도시한 바와 같이, 엔진(400)의 배기 매니폴드로부터 배기파이프(350)를 통해 배출되는 배기가스 중의 유해물질을 정화하기 위한 촉매기(340)와, 배기파이프(350)에 설치되어 에어공급포트(360)를 통해 유입되는 공기에 의해서 요소를 주입하는 인젝터(310)와, 요소탱크(320) 내의 요소를 인젝터(310)로 공급하는 요소공급펌프(330)와, 촉매기(340) 내의 온도를 측정하는 열전대와, 열전대로부터의 입력신호와 엔진측으로부터의 입력신호를 제공받는 DAS와, DAS에서 제공되는 신호에 의거하여 DAS 및 증폭회로를 거쳐 인젝터에 요소주입 제어신호를 출력하는 CPU를 구비하고 있다.As shown in FIG. 1, the Urea-SCR system 300 includes a catalyst 340 for purifying harmful substances in exhaust gas discharged from the exhaust manifold of the engine 400 through the exhaust pipe 350. , An injector 310 installed in the exhaust pipe 350 to inject urea by air introduced through the air supply port 360, and an urea supply pump to supply urea in the urea tank 320 to the injector 310. 330, a thermocouple measuring the temperature in the catalyst 340, a DAS receiving an input signal from the thermocouple and an input signal from the engine side, and a DAS and amplifying circuit based on the signal provided from the DAS. The injector includes a CPU that outputs an element injection control signal.

여기서, 상기 촉매기(340)의 열전대측에서 제공되는 온도 데이터와 엔진측에서 제공되는 rpm 데이터는 DAS(Data Acquisition System)로 입력되고, DAS는 입력된 온도 데이터 및 rpm 데이터를 가지고 전체 배기가스량 중에서 NOx량을 산출한 후, 이때의 산출값을 CPU로 전달한다.Here, the temperature data provided from the thermocouple side of the catalyst 340 and the rpm data provided from the engine side are input to a DAS (Data Acquisition System), and the DAS has the input temperature data and the rpm data in the total exhaust gas amount. After calculating the NOx amount, the calculated value at this time is transferred to the CPU.

상기 CPU는 입력된 산출값에 의거하여 DAS 및 증폭회로를 거쳐 인젝터(310)에 요소주입 제어신호를 출력한다.The CPU outputs the element injection control signal to the injector 310 via the DAS and amplification circuit based on the input calculated value.

즉, 상기 증폭회로를 거치면서 증폭된 신호를 인젝터(310)에 제공하여 이를 듀티제어하게 되며, 인젝터(310)는 요소공급펌프(330)를 통해 요소탱크(320)로부터 유입된 요소를 배기파이프(350)로 주입하게 된다.That is, the amplified circuit provides the amplified signal to the injector 310 to control the duty, and the injector 310 exhausts the element introduced from the urea tank 320 through the urea supply pump 330. Inject to 350.

이렇게 주입된 요소는 NOx와 반응하여 이를 N2 와 O2 로 변환시키게 되며, 촉매기(340)를 거치면서 정화된 배기가스는 중간 배기파이프를 통해 소음기로 공급된 다음, 엔드 파이프를 통해 대기 중으로 배출된다.The injected urea reacts with NOx and converts it into N2 and O2. The exhaust gas purified through the catalyst 340 is supplied to the silencer through the intermediate exhaust pipe and then discharged into the atmosphere through the end pipe. .

이와 같이 Urea-SCR 시스템(300)에서는 Urea(요소) 수용액의 증발이 가능한 빠르게 이루어져야 열 해리반응에 의해 NH3의 전환이 급속히 이루어지기 때문에 배기관 내에 분사된 요소 수용액의 빠른 증발이 시스템의 효율에 결정적인 영향을 끼친다. 요소 수용액을 빨리 증발시키기 위해서는 인젝터에서 분사된 수용액의 분무특성 및 액적 크기(SMD)가 무엇보다도 중요하다. 분무특성의 향상 및 액적 크기를 작게 하기 위해 인젝터에서 고압의 분사압력을 사용한다면 제한된 공간내의 배기관에 요소 수용액이 액체로 남아 흐르는 월 웨팅(wall-wetting) 현상이 발생되어 축적 및 고화될 가능성이 있으며, 이는 탈질 효율 및 엔진 출력에 영향을 끼친다.As described above, in the Urea-SCR system 300, the evaporation of the aqueous solution of urea (urea) must be made as fast as possible so that the NH 3 is rapidly converted by the thermal dissociation reaction. Exerted. The spray characteristics and droplet size (SMD) of the aqueous solution injected from the injector are important for the rapid evaporation of the aqueous urea solution. If high-pressure injection pressure is used in the injector to improve the spray characteristics and reduce the droplet size, the wall-wetting phenomenon in which the urea aqueous solution remains liquid in the exhaust pipe in the limited space may accumulate and solidify. This affects denitrification efficiency and engine power.

국내등록특허공보 제10-0792927호(공고일자 2008년01월08일)Domestic Patent Publication No. 10-0792927 (Notification date January 08, 2008) 국내등록특허공보 제10-1047402호(공고일자 2011년07월08일)Domestic Patent Publication No. 10-1047402 (Notice date July 08, 2011)

본 발명은 비교적 저압의 분사압력을 사용하여 월 웨팅(wall-wetting) 현상을 방지하면서도, 요소의 미립화를 촉진하기 위해 기체 주입식 노즐장치와 와류 분무 노즐장치를 결합한 하이브리드 인젝터 및 이를 구비한 Urea-SCR 시스템의 제공을 목적으로 한다.The present invention provides a hybrid injector combining a gas injection nozzle device and a vortex spray nozzle device and a Urea-SCR equipped with the same in order to prevent wall-wetting using a relatively low pressure injection pressure and to promote atomization of urea. To provide a system.

상기와 같은 본 발명의 목적은, According to an aspect of the present invention,

기체와 액체가 각각 유입되어 혼합되도록 기체유입부와 액체유입부가 형성된 혼합실과, 상기 혼합실에서의 혼합에 의한 혼합물이 와류현상을 일으키도록 하는 와류실과, 상기 혼합물이 외부로 토출되도록 상기 와류실과 연통되는 유체분사구로 이루어진 인젝터 본체와; 상기 인젝터 본체의 내부에 구비되어 혼합실과 와류실로 구분시키고, 혼합물이 혼합실에서 와류실로 유동되도록 유로가 형성되게 설치되거나, 유로가 형성된 스월러;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 인젝터와,A mixing chamber in which a gas inlet and a liquid inlet are formed so that gas and liquid are respectively introduced and mixed, a vortex chamber in which the mixture by mixing in the mixing chamber causes vortexing, and communication with the vortex chamber so that the mixture is discharged to the outside An injector body made of a fluid injection port; A hybrid injector provided in the injector main body and divided into a mixing chamber and a vortex chamber so that a flow path is formed so that the mixture flows from the mixing chamber to the vortex chamber, or a swirler having a flow path formed therein;

기체와 액체가 각각 유입되어 혼합되도록 기체유입부와 액체유입부가 형성된 혼합실과, 상기 혼합실에서의 혼합에 의한 혼합물이 와류현상을 일으키도록 하는 와류실과, 상기 혼합물이 외부로 토출되도록 상기 와류실과 연통되는 유체분사구로 이루어진 인젝터 본체와; 상기 인젝터 본체의 내부에 구비되어 혼합실과 와류실로 구분시키는 스월러;를 포함하며, 상기 스월러와 접촉되는 인젝터 본체의 내부는 상기 혼합물이 혼합실에서 와류실로 유동되도록 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 인젝터 및A mixing chamber in which a gas inlet and a liquid inlet are formed so that gas and liquid are respectively introduced and mixed, a vortex chamber in which the mixture by mixing in the mixing chamber causes vortexing, and communication with the vortex chamber so that the mixture is discharged to the outside An injector body made of a fluid injection port; And a swirler provided inside the injector body to separate the mixing chamber and the vortex chamber, wherein an inside of the injector body in contact with the swirler is formed such that the mixture flows from the mixing chamber to the vortex chamber. Hybrid injectors and

디젤엔진의 NOx 저감을 위한 Urea-SCR 시스템에 있어서, 기체와 액체가 각각 유입되어 혼합되도록 기체유입부와 액체유입부가 형성된 혼합실과 상기 혼합실에서의 혼합에 의한 혼합물이 와류현상을 일으키도록 하는 와류실과 상기 혼합물이 외부로 토출되도록 상기 와류실과 연통되는 유체분사구로 이루어진 인젝터 본체와, 상기 인젝터 본체의 내부에 구비되어 혼합실과 와류실로 구분시키고 혼합물이 혼합실에서 와류실로 유동되도록 유로가 형성되게 설치되거나 유로가 형성된 스월러를 포함하는 하이브리드 인젝터와; 상기 하이브리드 인젝터와 연결되어 상기 디젤엔진의 운전 조건에 따라 하이브리드 인젝터의 혼합물 분사량을 제어하는 제어부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 인젝터를 구비한 Urea-SCR 시스템에 의해 달성된다.In the Urea-SCR system for reducing the NOx of a diesel engine, a mixing chamber in which a gas inlet and a liquid inlet are formed so that gas and liquid are introduced and mixed, and a vortex causing the mixture by mixing in the mixing chamber to cause vortex phenomena. An injector body consisting of a fluid injection port in communication with the vortex chamber and a chamber and the mixture to be discharged to the outside, and provided inside the injector body to divide into a mixing chamber and a vortex chamber, and a flow path is formed so that the mixture flows from the mixing chamber to the vortex chamber, or A hybrid injector including a swirler having a flow path formed therein; It is achieved by the Urea-SCR system having a hybrid injector, characterized in that it comprises a control unit connected to the hybrid injector to control the injection amount of the mixture of the hybrid injector according to the operating conditions of the diesel engine.

본 발명에 의하면, 인젝터 내부에 설치된 스월러를 기점으로 스월러 상단 부에서는 액체와 기포를 발생시키는 액체주입구와 공기주입구를 위치시켜 액체와 기포를 발생시키고, 이때 만들어진 액체와 기포가 스월러를 통해 와류실로 유입되면 스월러에 의해 형성된 접선방향 속도에 의해 액체와 발생된 기포들은 와류실에서 원심력이 발생되어 유체분사구를 통해 분사되게 된다. 분무하류에서 액체는 기포가 소멸되면서 발생되는 에너지와 원심력에 의한 에너지에 의해 액체가 미립화되고 이는 각 노즐을 따로 사용했을 때 보다 액체에 미립화 에너지를 크게 공급할 수 있기 때문에 액체의 미립화 성능이 우수하게 된다.According to the present invention, at the top of the swirler installed inside the injector, the liquid inlet and the air inlet for generating liquid and bubbles are positioned at the upper end of the swirler to generate liquid and bubbles, and the liquid and bubbles produced at this time are through the swirler. When entering the vortex chamber, the liquid and bubbles generated by the tangential velocity formed by the swirler are centrifugal force generated in the vortex chamber and injected through the fluid injection port. In the downstream, the liquid is atomized by the energy generated by the disappearance of the bubbles and the energy of the centrifugal force, and the atomization performance of the liquid is excellent because the atomization energy can be supplied to the liquid more than when the nozzles are used separately. .

또한, 스월러에 의한 원심력 때문에 분무특성 중 하나인 분무각의 증대로 인해 주위 공기와 접하는 표면적이 증가함으로 인해 액체와 주위 공기와의 물질전달, 열전달 및 반응성이 증대될 수 있다.In addition, due to the increase in the spray angle, which is one of the spray characteristics due to the centrifugal force by the swirler, the surface area in contact with the ambient air may increase, thereby increasing the material transfer, heat transfer, and reactivity between the liquid and the ambient air.

그리고 분사되는 액체의 미립화 성능을 주입되는 기체의 양으로 제어할 수 있기 때문에 시스템의 목적에 맞는 미립화 특성을 구현할 수 있는 장점이 있다.In addition, since the atomization performance of the injected liquid can be controlled by the amount of the injected gas, there is an advantage of realizing the atomization characteristics according to the purpose of the system.

도 1은 종래 기술에 따른 Urea-SCR 시스템의 개념도,
도 2는 본 발명에 따른 하이브리드 인젝터의 단면도,
도 3은 도 2의 A부분 확대도,
도 4는 도 2의 B부분 확대도 및 다양한 타입의 유로를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명에 따른 Urea-SCR 시스템의 개념도,
도 6은 본 발명에 따른 하이브리드 인젝터에서의 액체 및 기체의 흐름을 나타낸 도면,
도 7은 도 4의 주요부 확대도.1 is a conceptual diagram of a Urea-SCR system according to the prior art,
2 is a cross-sectional view of the hybrid injector according to the present invention;
3 is an enlarged view of a portion A of FIG. 2;
4 is an enlarged view of a portion B of FIG. 2 and various types of flow paths;
5 is a conceptual diagram of a Urea-SCR system according to the present invention;
6 is a view showing the flow of liquid and gas in a hybrid injector according to the present invention,
7 is an enlarged view of a main part of FIG. 4;

본 발명은 하이브리드 인젝터 및 이를 구비한 Urea(요소)-SCR(Selective Catalytic Reduction) 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따른 하이브리드 인젝터는 기체 주입식 노즐장치와 와류 분무 노즐장치가 결합된 형태의 분무장치로서 기체 주입식 노즐장치의 장점과 와류 분무 노즐장치의 장점을 동시에 지니는 장치이다.The present invention relates to a hybrid injector and a Urea (urea) -SCR (Selective Catalytic Reduction) system having the same. The hybrid injector according to the present invention is a spray device in which a gas injection nozzle device and a vortex spray nozzle device are combined. It is a device that has the advantages of injection nozzle device and vortex spray nozzle device at the same time.

기체 주입식 노즐장치는 액체가 분사되기 전에 기체 주입 노즐을 통해 비교적 저속으로 기체를 액체에 주입하여 기포를 만들고, 이때 만들어진 액체와 액체 내부의 기포를 같이 분사시키는 노즐장치이다. 이 결과 노즐 출구에서 압력강하로 인해 기포가 빠르게 팽창하여 소멸하면서 발생되는 에너지가 유체를 미립화 시키는 노즐장치이다. 기체주입 노즐의 경우 주입되는 기체의 양에 의해 미립화 성능을 조절할 수 있는 장점을 지닌다.The gas injection nozzle device is a nozzle device that injects gas into the liquid at a relatively low speed through the gas injection nozzle to make bubbles, and injects the liquid and bubbles in the liquid together at the time before the liquid is injected. As a result, the energy generated as the bubbles rapidly expand and disappear due to the pressure drop at the nozzle outlet is used to atomize the fluid. Gas injection nozzles have the advantage of controlling the atomization performance by the amount of gas injected.

와류 분무 노즐 장치는 와류실 윗부분에서 분무방향으로 접선방향을 가지는 스월러를 통해 유체가 와류실 내로 유입되며 이때 유체의 접선방향 운동량으로 인해 발생되는 원심력으로 인해 와류실 중심부분에는 에어코어가 형성되게 되고 유체는 얇은 액막을 형성하여 분사되게 된다. 분무하류에서 액막은 원심력에 의해 분열되어 유체가 미립화 된다.In the vortex spray nozzle device, the fluid flows into the vortex chamber through a swirler having a tangential direction in the spray direction from the upper part of the vortex chamber, and an air core is formed at the center of the vortex chamber due to the centrifugal force generated by the tangential momentum of the fluid. And the fluid is sprayed to form a thin liquid film. Downstream of the spray, the liquid membrane is broken up by centrifugal force to atomize the fluid.

도 2에 도시된 하이브리드 인젝터(100)는 이 두 가지 형태의 노즐 장치의 장점이 결합된 형태의 노즐장치이다. 노즐 내부에 장치된 스월러(60)를 기점으로 스월러(60) 상담부에서는 액체와 기포를 발생시키는 액체주입구(21)와 기체공급라인(11)을 위치시켜 액체와 기포를 발생시키고, 이때 만들어진 액체와 기포는 스월러(60)를 통해 와류실(40)로 유입된다. 스월러(60)에 의해 형성된 접선방향 속도에 의해 액체와 발생된 기포들은 와류실(40)에서 원심력이 발생되어 유체분사구(22)를 통해 분사되게 된다. 분무하류에서 액체는 기포가 소멸되면서 발생되는 에너지와 원심력에 의한 에너지에 의해 액체가 미립화 되고 이는 각 노즐을 따로 사용했을 때보다 액체에 미립화 에너지를 크게 공급할 수 있기 때문에 액체의 미립화 성능이 우수하게 된다. 또한 스월러(60)에 의한 원심력 때문에 분무특성 중 하나인 분무각의 증대로 인해 주위 공기와 접하는 표면적이 증가함으로 인해 액체와 주위 공기와의 물질전달, 열전달 및 반응성이 증대될 수 있다. 그리고 분사되는 액체의 미립화 성능을 주입되는 기체의 양으로 제어할 수 있기 때문에 Urea-SCR 시스템의 목적에 맞는 미립화 특성을 구현할 수 있는 장점이 있다.
The hybrid injector 100 shown in FIG. 2 is a nozzle device in which the advantages of these two types of nozzle devices are combined. From the swirler 60 installed inside the nozzle, the swirler 60 counseling unit generates liquid and bubbles by placing a liquid inlet 21 and a gas supply line 11 that generate liquid and bubbles. The liquid and bubbles made are introduced into the vortex chamber 40 through the swirler 60. The bubbles generated by the tangential velocity formed by the swirler 60 are centrifugal force generated in the vortex chamber 40 to be injected through the fluid injection port 22. In the downstream, the liquid is atomized by the energy generated by the disappearance of the bubbles and the energy by centrifugal force, and the atomization performance of the liquid is excellent because the atomization energy can be supplied to the liquid more than when each nozzle is used separately. . In addition, due to the centrifugal force by the swirler 60, the surface area in contact with the ambient air may be increased due to an increase in the spray angle, which is one of the spray characteristics, and thus, mass transfer, heat transfer, and reactivity between the liquid and the ambient air may be increased. In addition, since the atomization performance of the injected liquid can be controlled by the amount of the injected gas, there is an advantage in that the atomization characteristics suitable for the purpose of the Urea-SCR system can be realized.

구체적으로, 본 발명에 따른 하이브리드 인젝터(100)는 기체(공기 등)와 액체(요소 등)가 각각 유입되어 혼합되도록 기체유입부와 액체유입부가 형성된 혼합실(30)과, 상기 혼합실(30)에서의 혼합에 의한 혼합물이 와류현상을 일으키도록 하는 와류실(40)과, 상기 혼합물이 외부로 토출되도록 상기 와류실(40)과 연통되는 유체분사구(22)로 이루어진 인젝터 본체(50)와;Specifically, the hybrid injector 100 according to the present invention includes a mixing chamber 30 in which a gas inlet and a liquid inlet are formed such that gas (air, etc.) and liquid (urea, etc.) are introduced and mixed, respectively, and the mixing chamber 30 Injector body (50) consisting of a vortex chamber (40) for causing a mixture by mixing in the vortex phenomena, and a fluid injection port (22) communicating with the vortex chamber (40) so that the mixture is discharged to the outside; ;

상기 인젝터 본체(50)의 내부에 구비되어 혼합실(30)과 와류실(40)로 구분시키고, 혼합물이 혼합실(30)에서 와류실(40)로 유동되도록 유로(W)가 형성되게 설치되거나, 유로(W)가 형성된 스월러(60);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.It is provided in the injector main body 50 is divided into the mixing chamber 30 and the vortex chamber 40, installed so that the flow path (W) is formed so that the mixture flows from the mixing chamber 30 to the vortex chamber 40 Or a swirler 60 having a flow path W formed therein.

또는, 기체와 액체가 각각 유입되어 혼합되도록 기체유입부와 액체유입부가 형성된 혼합실(30)과, 상기 혼합실(30)에서의 혼합에 의한 혼합물이 와류현상을 일으키도록 하는 와류실(40)과, 상기 혼합물이 외부로 토출되도록 상기 와류실(40)과 연통되는 유체분사구(22)로 이루어진 인젝터 본체(50)와;Alternatively, the mixing chamber 30 in which the gas inlet and the liquid inlet are formed so that the gas and the liquid are introduced and mixed, and the vortex chamber 40 causing the mixture by the mixing in the mixing chamber 30 to cause the vortex phenomenon. And an injector body 50 composed of a fluid injection port 22 communicating with the vortex chamber 40 so that the mixture is discharged to the outside;

상기 인젝터 본체(50)의 내부에 구비되어 혼합실(30)과 와류실(40)로 구분시키는 스월러(60);를 포함하며, 상기 스월러(60)와 접촉되는 인젝터 본체(50)의 내부는 상기 혼합물이 혼합실(30)에서 와류실(40)로 유동되도록 유로(W)가 형성되는 것을 특징으로 한다.A swirler 60 provided inside the injector body 50 to divide the mixing chamber 30 and the vortex chamber 40 into the injector main body 50 in contact with the swirler 60. The interior is characterized in that the flow path (W) is formed so that the mixture flows from the mixing chamber 30 to the vortex chamber (40).

이와 같은 하이브리드 인젝터(100)에서 상기 기체유입부는 상기 인젝터 본체(50) 내부의 혼합실(30)에 배치되며 기체분사공(12)이 복수개 형성된 기체공급라인(11)을 포함하고, 상기 액체유입부는 상기 기체공급라인(11)과 직교되는 방향의 인젝터 본체(50)에 형성되는 것을 특징으로 한다.In the hybrid injector 100, the gas inlet part is disposed in the mixing chamber 30 inside the injector body 50 and includes a gas supply line 11 in which a plurality of gas injection holes 12 are formed. Part is characterized in that formed on the injector body 50 in the direction orthogonal to the gas supply line (11).

한편, 본 발명에 따른 하이브리드 인젝터를 구비한 Urea-SCR 시스템(200)은 디젤엔진의 NOx 저감을 위한 Urea-SCR 시스템에 있어서, 기체와 액체가 각각 유입되어 혼합되도록 기체유입부와 액체유입부가 형성된 혼합실(30)과 상기 혼합실(30)에서의 혼합에 의한 혼합물이 와류현상을 일으키도록 하는 와류실(40)과 상기 혼합물이 외부로 토출되도록 상기 와류실(40)과 연통되는 유체분사구(22)로 이루어진 인젝터 본체(50)와, 상기 인젝터 본체(50)의 내부에 구비되어 혼합실(30)과 와류실(40)로 구분시키고 혼합물이 혼합실(30)에서 와류실(40)로 유동되도록 유로(W)가 형성되게 설치되거나 유로(W)가 형성된 스월러(60)를 포함하는 하이브리드 인젝터(100)와;On the other hand, the Urea-SCR system 200 with a hybrid injector according to the present invention is a Urea-SCR system for reducing the NOx of the diesel engine, the gas inlet and liquid inlet is formed so that the gas and the liquid is introduced and mixed, respectively The vortex chamber 40 which causes the mixture by mixing in the mixing chamber 30 and the mixing chamber 30 to cause vortex phenomena, and the fluid injection port communicating with the vortex chamber 40 so that the mixture is discharged to the outside ( Injector body 50 consisting of 22, and the inside of the injector body 50 is divided into a mixing chamber 30 and the vortex chamber 40, the mixture from the mixing chamber 30 to the vortex chamber 40 A hybrid injector 100 installed to have a flow path W formed therein or including a swirler 60 having a flow path W formed therein;

상기 하이브리드 인젝터(100)와 연결되어 상기 디젤엔진의 운전 조건에 따라 하이브리드 인젝터(100)의 혼합물 분사량을 제어하는 제어부(270);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.And a controller 270 connected to the hybrid injector 100 to control the injection amount of the mixture of the hybrid injector 100 according to the operating condition of the diesel engine.

이와 같은 하이브리드 인젝터를 구비한 Urea-SCR 시스템(200)에 있어서, 상기 기체유입부는 인젝터 본체(50)에 유입되는 기체의 양을 조절하는 기체조절부(210)가 더 구비되고, 상기 제어부(270)는 상기 기체조절부(210)와 연결되어 인젝터 본체(50)에 유입되는 기체의 양을 조절함으로써 혼합물 분사량을 제어하는 것을 특징으로 한다.
In the Urea-SCR system 200 having such a hybrid injector, the gas inlet is further provided with a gas control unit 210 for adjusting the amount of gas flowing into the injector body 50, the control unit 270 Is connected to the gas control unit 210 is characterized in that for controlling the injection amount of the mixture by adjusting the amount of gas flowing into the injector body (50).

이하, 본 발명의 양호한 실시예를 도시한 첨부 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings.

도 2는 하이브리드 인젝터(100)의 단면도로서, 인젝터 본체(50)와 스월러(60)를 포함한 구성이다.2 is a cross-sectional view of the hybrid injector 100, which includes an injector main body 50 and a swirler 60.

인젝터 본체(50)는 기체와 액체가 각각 유입되어 혼합되도록 기체유입부와 액체유입부가 형성된 혼합실(30)과, 상기 혼합실(30)에서의 혼합에 의한 혼합물이 와류현상을 일으키도록 하는 와류실(40)과, 상기 혼합물이 외부로 토출되도록 상기 와류실(40)과 연통되는 유체분사구(22)로 이루어진다.The injector body 50 has a mixing chamber 30 in which a gas inlet and a liquid inlet are formed so that gas and liquid are introduced and mixed with each other, and a vortex causing the mixture by mixing in the mixing chamber 30 to cause a vortex phenomenon. A chamber 40 and a fluid injection port 22 in communication with the vortex chamber 40 to discharge the mixture to the outside.

기체유입부는 상기 인젝터 본체(50) 내부의 혼합실(30)에 배치되며 도 3에 도시된 바와 같이 기체분사공(12)이 복수개 형성된 기체공급라인(11)을 포함하고, 상기 액체유입부는 상기 기체공급라인(11)과 직교되는 방향의 인젝터 본체(50)에 형성된다.The gas inlet part is disposed in the mixing chamber 30 inside the injector body 50 and includes a gas supply line 11 having a plurality of gas injection holes 12 as shown in FIG. 3, and the liquid inlet part is It is formed in the injector body 50 in the direction orthogonal to the gas supply line (11).

스월러(60)는 인젝터 본체(50)의 내부에 구비되어 혼합실(30)과 와류실(40)로 구분시키고, 혼합물이 혼합실(30)에서 와류실(40)로 유동되도록 유로(W)가 형성되게 설치되거나, 유로(W)가 형성된다. 또는, 상기 스월러(60)와 접촉되는 인젝터 본체(50)의 내주면에 상기 혼합물이 혼합실(30)에서 와류실(40)로 유동되도록 유로(W)가 형성(도 4 및 도 7 참조)될 수도 있으며, 바람직하게는 스월러(60)에 유로(W)가 형성되는 것이 적합하다.
The swirler 60 is provided inside the injector body 50 to divide the mixing chamber 30 and the vortex chamber 40, and the flow path W so that the mixture flows from the mixing chamber 30 to the vortex chamber 40. ) Is formed to be formed, or the flow path (W) is formed. Alternatively, a flow path W is formed on the inner circumferential surface of the injector body 50 in contact with the swirler 60 so that the mixture flows from the mixing chamber 30 to the vortex chamber 40 (see FIGS. 4 and 7). It is preferable that the flow path W is formed in the swirler 60.

한편, 본 발명에 따른 하이브리드 인젝터를 구비한 Urea-SCR 시스템(200)은 디젤엔진의 NOx 저감을 위한 Urea-SCR 시스템으로서, 전술한 바와 같은 구성의 하이브리드 인젝터(100)와, 디젤엔진의 운전 조건에 따라 하이브리드 인젝터(100)의 혼합물 분사량을 제어하는 제어부(270)를 포함하며, 하이브리드 인젝터(100)에서의 기체유입부는 인젝터 본체(50)에 유입되는 기체의 양을 조절하는 기체조절부(210)(예컨대, 에어 컨트롤 밸브 등)를 더 구비하고 있고, 이에 따라 상기 제어부(270)는 기체조절부(210)와 연결되어 인젝터 본체(50)에 유입되는 기체의 양을 조절함으로써 혼합물 분사량을 제어한다.On the other hand, the Urea-SCR system 200 with a hybrid injector according to the present invention is a Urea-SCR system for reducing the NOx of a diesel engine, the hybrid injector 100 and the operating conditions of the diesel engine as described above The control unit 270 for controlling the injection amount of the mixture of the hybrid injector 100, the gas inlet in the hybrid injector 100 gas control unit 210 for controlling the amount of gas flowing into the injector body 50 (Eg, an air control valve, etc.), and thus the controller 270 is connected to the gas control unit 210 to control the amount of the gas injected into the injector body 50 to control the mixture injection amount.

Urea-SCR 시스템(200)에 사용되는 노즐장치의 경우 유량 제어가 필수적인 것으로서, 엔진의 운전 조건에 따라 발생되는 NOx의 양이 달라지고, 이 결과 분사되는 혼합물(이하, '요소 수용액'이라 한다)의 양도 달라져야 한다. 즉, 발생되는 NOx의 양에 비해 분사되는 요소 수용액의 양이 많으면 암모니아 슬립이 발생하게 됨으로 이는 또 다른 독성물질을 배출하게 되는 결과를 가져온다.In the case of the nozzle device used in the Urea-SCR system 200, flow rate control is essential, and the amount of NOx generated varies according to the operating conditions of the engine, and the resultant mixture (hereinafter referred to as 'urea aqueous solution') The amount must also be different. In other words, if the amount of the injected urea solution is higher than the amount of NOx generated, ammonia slip is generated, which results in the release of another toxic substance.

따라서, 요소 수용액의 유량을 제어하기 위해서는 필수적으로 분사압력의 변화가 요구되는데 이 결과 분사량에 따라 분무특성이 변화하게 됨으로 배기관 내부에서 요소 수용액의 증발특성이 변하게 되고 이는 시스템의 효율에 직접적인 영향을 끼치게 된다. 그러나 본 발명에 따른 Urea-SCR 시스템(200)은 하이브리드 인젝터(100)를 사용하고 있으므로, 주입되는 기체의 양을 조정하여 요소 수용액 분사량에 따른 요소 수용액의 분무특성 변화를 최소화시킬 수 있기 때문에 배기가스의 질소 산화물양에 따른 Urea-SCR 시스템(200)의 효율을 일정하게 유지할 수 있다.
Therefore, in order to control the flow rate of the urea aqueous solution, it is necessary to change the injection pressure. As a result, the spraying characteristics change according to the injection amount, so that the evaporation characteristics of the urea aqueous solution change in the exhaust pipe, which directly affects the efficiency of the system. do. However, since the Urea-SCR system 200 according to the present invention uses the hybrid injector 100, since the change in the spraying characteristics of the urea aqueous solution according to the injection amount of the urea aqueous solution can be minimized by adjusting the amount of injected gas, the exhaust gas is exhaust gas. The efficiency of the Urea-SCR system 200 according to the amount of nitrogen oxide can be kept constant.

이상 본 발명이 양호한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 진정한 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications, and variations will readily occur to those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the invention. Therefore, it should be understood that the disclosed embodiments are to be considered in an illustrative rather than a restrictive sense, and that the true scope of the invention is indicated by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof, .

11: 기체공급라인 12: 기체분사공
22: 유체분사구 30: 혼합실
40: 와류실 50: 인젝터 본체
60: 스월러 W: 유로
100: 하이브리드 인젝터 210: 기체조절부
270: 제어부11: gas supply line 12: gas injection hole
22: fluid injection port 30: mixing chamber
40: vortex chamber 50: injector body
60: Swallower W: Euro
100: hybrid injector 210: gas control unit
270:

Claims (7)

기체와 액체가 각각 유입되어 혼합되도록 기체유입부와 액체유입부가 형성된 혼합실(30)과, 상기 혼합실(30)에서의 혼합에 의한 혼합물이 와류현상을 일으키도록 하는 와류실(40)과, 상기 혼합물이 외부로 토출되도록 상기 와류실(40)과 연통되는 유체분사구(22)로 이루어진 인젝터 본체(50)와;
상기 인젝터 본체(50)의 내부에 구비되어 혼합실(30)과 와류실(40)로 구분시키고, 혼합물이 혼합실(30)에서 와류실(40)로 유동되도록 유로(W)가 형성되게 설치되거나, 유로(W)가 형성된 스월러(60);
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 NOx 저감용 하이브리드 인젝터.A mixing chamber 30 in which a gas inlet part and a liquid inlet part are formed so that gas and liquid are introduced and mixed, and a vortex chamber 40 causing the mixture by mixing in the mixing chamber 30 to cause vortex phenomena; An injector body (50) consisting of a fluid injection port (22) in communication with the vortex chamber (40) so that the mixture is discharged to the outside;
It is provided in the injector main body 50 is divided into the mixing chamber 30 and the vortex chamber 40, installed so that the flow path (W) is formed so that the mixture flows from the mixing chamber 30 to the vortex chamber 40 Or a swirler 60 in which a flow path W is formed;
Hybrid injector for NOx reduction of a diesel engine comprising a. 기체와 액체가 각각 유입되어 혼합되도록 기체유입부와 액체유입부가 형성된 혼합실(30)과, 상기 혼합실(30)에서의 혼합에 의한 혼합물이 와류현상을 일으키도록 하는 와류실(40)과, 상기 혼합물이 외부로 토출되도록 상기 와류실(40)과 연통되는 유체분사구(22)로 이루어진 인젝터 본체(50)와;
상기 인젝터 본체(50)의 내부에 구비되어 혼합실(30)과 와류실(40)로 구분시키는 스월러(60);를 포함하며,
상기 스월러(60)와 접촉되는 인젝터 본체(50)의 내부는 상기 혼합물이 혼합실(30)에서 와류실(40)로 유동되도록 유로(W)가 형성되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 NOx 저감용 하이브리드 인젝터.A mixing chamber 30 in which a gas inlet part and a liquid inlet part are formed so that gas and liquid are introduced and mixed, and a vortex chamber 40 causing the mixture by mixing in the mixing chamber 30 to cause vortex phenomena; An injector body (50) consisting of a fluid injection port (22) in communication with the vortex chamber (40) so that the mixture is discharged to the outside;
And a swirler (60) provided inside the injector body (50) to divide the mixing chamber (30) and the swirl chamber (40).
The inside of the injector body 50 in contact with the swirler 60, the flow path (W) is formed so that the mixture flows from the mixing chamber 30 to the vortex chamber 40, NOx reduction of the diesel engine Hybrid injector for 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 기체유입부는 상기 인젝터 본체(50) 내부의 혼합실(30)에 배치되며 기체분사공(12)이 복수개 형성된 기체공급라인(11)을 포함하고,
상기 액체유입부는 상기 기체공급라인(11)과 직교되는 방향의 인젝터 본체(50)에 형성되는 것을 특징으로 하는 디젤엔진의 NOx 저감용 하이브리드 인젝터.3. The method according to claim 1 or 2,
The gas inlet part is disposed in the mixing chamber 30 inside the injector body 50 and includes a gas supply line 11 in which a plurality of gas injection holes 12 are formed.
The liquid inlet is formed in the injector main body 50 in the direction orthogonal to the gas supply line (11) hybrid injector for NOx reduction of a diesel engine. 디젤엔진의 NOx 저감을 위한 Urea-SCR 시스템에 있어서,
기체와 액체가 각각 유입되어 혼합되도록 기체유입부와 액체유입부가 형성된 혼합실(30)과 상기 혼합실(30)에서의 혼합에 의한 혼합물이 와류현상을 일으키도록 하는 와류실(40)과 상기 혼합물이 외부로 토출되도록 상기 와류실(40)과 연통되는 유체분사구(22)로 이루어진 인젝터 본체(50)와, 상기 인젝터 본체(50)의 내부에 구비되어 혼합실(30)과 와류실(40)로 구분시키고 혼합물이 혼합실(30)에서 와류실(40)로 유동되도록 유로(W)가 형성되게 설치되거나 유로(W)가 형성된 스월러(60)를 포함하는 하이브리드 인젝터(100)와;
상기 하이브리드 인젝터(100)와 연결되어 상기 디젤엔진의 운전 조건에 따라 하이브리드 인젝터(100)의 혼합물 분사량을 제어하는 제어부(270);
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 인젝터를 구비한 Urea-SCR 시스템.In the Urea-SCR system for reducing the NOx of the diesel engine,
The mixing chamber 30 and the mixing chamber 30 in which the gas inlet and the liquid inlet are formed so that the gas and the liquid are introduced and mixed, respectively, and the vortex chamber 40 and the mixture which cause the vortex phenomenon. The injector main body 50 which consists of the fluid injection port 22 which communicates with the vortex chamber 40, and the inside of the injector main body 50 so that it may be discharged to the exterior is provided in the mixing chamber 30 and the vortex chamber 40. And a hybrid injector 100 including a swirler 60 provided with a flow path W or a flow path W formed such that the mixture flows from the mixing chamber 30 to the vortex chamber 40;
A control unit 270 connected to the hybrid injector 100 and controlling a mixture injection amount of the hybrid injector 100 according to an operating condition of the diesel engine;
Urea-SCR system having a hybrid injector, characterized in that comprises a. 디젤엔진의 NOx 저감을 위한 Urea-SCR 시스템에 있어서,
기체와 액체가 각각 유입되어 혼합되도록 기체유입부와 액체유입부가 형성된 혼합실(30)과 상기 혼합실(30)에서의 혼합에 의한 혼합물이 와류현상을 일으키도록 하는 와류실(40)과 상기 혼합물이 외부로 토출되도록 상기 와류실(40)과 연통되는 유체분사구(22)로 이루어진 인젝터 본체(50)와, 상기 인젝터 본체(50)의 내부에 구비되어 혼합실(30)과 와류실(40)로 구분시키는 스월러(60)를 포함하되,
상기 스월러(60)와 접촉되는 인젝터 본체(50)의 내부는 상기 혼합물이 혼합실(30)에서 와류실(40)로 유동되도록 유로(W)가 형성되는 하이브리드 인젝터(100)와;
상기 하이브리드 인젝터(100)와 연결되어 상기 디젤엔진의 운전 조건에 따라 하이브리드 인젝터(100)의 혼합물 분사량을 제어하는 제어부(270);
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 인젝터를 구비한 Urea-SCR 시스템.In the Urea-SCR system for reducing the NOx of the diesel engine,
The mixing chamber 30 and the mixing chamber 30 in which the gas inlet and the liquid inlet are formed so that the gas and the liquid are introduced and mixed, respectively, and the vortex chamber 40 and the mixture which cause the vortex phenomenon. The injector main body 50 which consists of the fluid injection port 22 which communicates with the vortex chamber 40, and the inside of the injector main body 50 so that it may be discharged to the exterior is provided in the mixing chamber 30 and the vortex chamber 40. Including a swirler (60) to separate,
The inside of the injector body 50 in contact with the swirler 60 includes a hybrid injector 100 in which a flow path W is formed so that the mixture flows from the mixing chamber 30 to the vortex chamber 40;
A control unit 270 connected to the hybrid injector 100 and controlling a mixture injection amount of the hybrid injector 100 according to an operating condition of the diesel engine;
Urea-SCR system having a hybrid injector, characterized in that comprises a. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
상기 기체유입부는 인젝터 본체(50)에 유입되는 기체의 양을 조절하는 기체조절부(210)가 더 구비되고,
상기 제어부(270)는 상기 기체조절부(210)와 연결되어 인젝터 본체(50)에 유입되는 기체의 양을 조절함으로써 혼합물 분사량을 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 인젝터를 구비한 Urea-SCR 시스템.The method according to claim 4 or 5,
The gas inlet is further provided with a gas control unit 210 for adjusting the amount of gas flowing into the injector body 50,
The control unit 270 is connected to the gas control unit 210 Urea-SCR system having a hybrid injector, characterized in that for controlling the amount of the mixture injection by adjusting the amount of gas flowing into the injector body (50). 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
상기 기체유입부는 상기 인젝터 본체(50) 내부의 혼합실(30)에 배치되며 기체분사공(12)이 복수개 형성된 기체공급라인(11)을 포함하고,
상기 액체유입부는 상기 기체공급라인(11)과 직교되는 방향의 인젝터 본체(50)에 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 인젝터를 구비한 Urea-SCR 시스템.
The method according to claim 4 or 5,
The gas inlet part is disposed in the mixing chamber 30 inside the injector body 50 and includes a gas supply line 11 in which a plurality of gas injection holes 12 are formed.
The liquid inlet is Urea-SCR system having a hybrid injector, characterized in that formed in the injector body 50 in the direction orthogonal to the gas supply line (11).
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KR20080097215A (en) * 2006-02-08 2008-11-04 에스티티 엠텍 에이비 Injection device

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