KR101718208B1

KR101718208B1 - 배기 가스 정화 조립체 및 배기 가스 정화 조립체를 포함하는 배기 라인

Info

Publication number: KR101718208B1
Application number: KR1020150063629A
Authority: KR
Inventors: 프레드릭 그레버; 세브린 뒤부아; 야닉 고다드
Original assignee: 포르시아 쥐스뗌 데샤피망
Priority date: 2014-05-07
Filing date: 2015-05-07
Publication date: 2017-03-20
Also published as: FR3020835B1; FR3020835A1; DE102015106876B4; KR20150127554A; DE102015106876A1

Abstract

본 발명은 배기 가스 정화 조립체(1)에 관한 것으로서, 배기 가스 정화 조립체(1)는 입구(13)의 주변부 에지(41)의 영역으로부터 주변부 에지(41)의 다른 직경 방향으로 대향하는 영역(43)까지 종방향으로 연장되는 설부(37)를 포함하며, 입구에 대해 직교 투영된 설부(37)는 설부(37)의 양측에 2개의 자유 영역(45)을 형성하고 입구(13)의 전체 표면의 20% 내지 70%를, 바람직하게는 입구(13)의 전체 표면의 30% 내지 60%를 덮는다.

Description

배기 가스 정화 조립체 및 배기 가스 정화 조립체를 포함하는 배기 라인{EXHAUST GAS PURIFICATION ASSEMBLY AND EXHAUST LINE COMPRISING SUCH AN ASSEMBLY}

본 발명은 전체적으로 배기 가스 정화 조립체에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명의 일 양태는 제1 배기 가스 정화 부재가 내부에 배열되는 상류부 도관과, 제2 배기 가스 정화 부재가 내부에 배열되는 하류부 도관과, 상류부 도관과 연통되는 배기 가스 입구 및 하류부 도관과 연통되는 배기 가스 출구를 가지며 배기 가스를 입구로부터 출구로 안내하는 통로를 한정하는 공간과, 입구를 향하는 공간 내에 배열되는 배플과, 질소산화물 환원 생성물을 공간 내에 주입하기 위한 장치를 포함하고, 상류부 도관과 하류부 도관은 서로 평행하게 배열되며, 입구는 주변부 에지에 의해 한정되는 것인, 배기 가스 정화 조립체에 관한 것이다.

그런 조립체는 예컨대 프랑스 특허 제2 977 632호에 개시되어 있다. 프랑스 특허 문헌에서, 주입 장치는 액체 환원제 생성물의 스트림을 배플에 의해 지지된 임팩터를 향하는 공간 내로 주입하도록 제공되는 인젝터를 포함한다. 배플은 나선형 램프의 형태이며, 임팩터를 사실상 접선 방식으로 스위핑하기 위해 배기 가스가 관통 유동하는 개구를 형성한다.

그런 조립체는 환원 생성물과 배기 가스 간의 혼합의 품질이 특히 배기 가스 유량에 따라 일정하지 않고 변동되는 단점이 있다.

본 발명의 목적은 배기 가스의 유량과 관계 없이 양호한 혼합 품질을 갖는 정화 조립체를 제공하는 것이다.

상술된 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 배플은 입구의 주변부 에지의 영역으로부터 주변부 에지의 반경 방향으로 대향하는 다른 영역까지 종방향으로 연장되는 설부(tongue)를 포함하며, 입구에 대해 직교 투영된 설부는 설부의 양측에 2개의 자유 영역을 형성하고 입구의 전체 표면의 20% 내지 70%를, 바람직하게는 입구의 전체 표면의 30% 내지 70%를 덮는 것을 특징으로 하는 상술된 유형의 정화 조립체를 제공한다.

또한, 본 발명의 정화 조립체는 개별적으로 또는 기술적으로 가능한 모든 조합으로 이하의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다:

- 설부는 입구를 향해 오목한 형상이고,

- 설부는, 입구의 주변부 에지의 영역과 일체형이며, 입구의 둘레의 10% 내지 40%에 걸쳐 연장되고,

- 설부는 종방향으로의 입구의 폭의 50% 내지 100%인 종방향의 길이를 갖고,

- 설부는 주변부 에지의 영역에 대향하는 둥근 자유 단부를 갖고,

- 설부는 종방향에 대해 수직으로 주변부 에지의 영역으로부터 다른 영역까지 점점 감소되는 폭을 갖고,

- 주입 장치는 종방향으로 직경 방향으로 대향하는 다른 영역으로부터 액체 환원 생성물의 스트림을 공간 내에 주입하는데 적합한 인젝터를 포함하고,

- 정화 조립체는, 설부에 고정되고 환원 생성물의 스트림의 적어도 일부를 인터셉트하도록 배열되는 적어도 하나의 제1 임팩터(impactor)를 포함하고,

- 제1 임팩터는 인젝터를 향해 보우 형상(bow-shaped)이고,

- 공간은 상류부 도관과 하류부 도관에 대향하는 커버를 포함하며, 정화 조립체는, 커버에 부착되고 환원 생성물의 스트림의 적어도 일부를 인터셉트하도록 배열되는 적어도 하나의 제2 임팩터를 포함하고,

- 공간은 통로를 형성하도록 구성되는 상류부 도관과 하류부 도관에 대향하는 커버를 포함하고,

- 통로는, 종방향을 따라 긴 형상이고 설부를 향해 배열되는 상류부 채널을 포함하고,

- 설부는 입구의 주변부 에지의 영역과 일체형인 기부를 가지며, 상류부 채널은 종방향에 대해 수직으로 기부와 동일한 폭을 갖고,

- 통로는 입구와 출구 사이에 중앙 채널을 포함하며, 주변부 에지의 영역은 중앙 채널의 상류부 단부를 향해 굴곡된다.

본 발명의 제2 양태에 따르면, 본 발명은 상술된 특징들을 갖는 정화 조립체를 포함하는 차량 배기 라인에 관한 것이다.

도 1은 배기 가스 정화 조립체의 내부 구성요소가 보닛의 절결부를 통해 도시되어 있는 본 발명에 따른 배기 가스 정화 조립체의 상면도.
도 2는 도 1의 화살표 II의 방향으로의 절결도.
도 3은 도 1의 배기 가스 정화 조립체 베즐과 배플의 사시도.
도 4는 도 1의 배기 가스 정화 조립체의 베즐, 배플, 임팩터 및 인젝터의 사시도.
도 5는 도 1의배기 가스 정화 조립체의 보닛의 사시도.
도 6 및 도 7은 도 1의 화살표 Ⅵ 및 Ⅶ의 방향으로의 각각의 절결도.

본 발명의 다른 특징들은 첨부된 도면을 참조하여 예로서만 제공되는 이하의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

이하의 설명에서, "상류부" 및 "하류부"라는 용어는 배기 가스의 순환 방향에 상대적인 것이다.

특히 도 1 및 도 2에 도시된 조립체(1)는 차량의 내연 기관으로부터의 배기 가스를 정화하도록 구성된다. 차량은 통상 자동차, 예컨대 승용차 또는 화물차이다.

보다 구체적으로는, 조립체는 디젤 엔진으로부터의 배기 가스를 정화하도록 구성된다.

도 1 및 도 2에 도시된 조립체(1)는,

- 제1 배기 가스 정화 부재(5)가 내부에 배열되는 상류부 도관(3)과,

- 제2 배기 가스 정화 부재(9)가 내부에 배열되는 하류부 도관(7)과,

- 상류부 도관(3)과 연통되는 배기 가스 입구(13) 및 하류부 도관과 연통되는 배기 가스 출구(15)를 가지며, 배기 가스를 입구(13)로부터 출구(15)로 안내하는 통로(17)를 한정하는 공간(11)과,

- 입구(13)를 향하는 공간(11) 내에 배열되는 배플(19)과,

- 질소산화물 환원 생성물을 공간(11) 내로 주입하기 위한 장치(21)를 포함한다.

상류부 도관(3)은 내연 기관의 연소 챔버로부터 배기 가스를 수집하는 (도시 안 된)배기물 수집 장치에 상류 방향으로 연결된다. 다른 장치가 상류부 도관과 배기물 수집 장치, 예컨대 터보차저 사이에 배열될 수 있다.

제1 정화 부재(5)는 통상 디젤 엔진용 산화 촉매("DOC")이다. 일 변형예에서, 상류부 도관은 몇몇의 배기 가스 정화 부재, 특히 입자 필터 및 하나 이상의 산화 촉매를 포함한다.

제1 정화 부재(5)는 배기 가스가 배기물 수집 장치로부터 입구(13)로 순환될 때 배기 가스가 제1 정화 부재(5)를 횡단하게 하도록 상류부 도관(3) 내부에 배열된다.

제1 정화 부재(5)는 배기 가스가 제1 정화 부재(5)를 관통하여 떠나는 출구면(23)을 갖는다. 출구면(23)은 사실상 입구(13)에 대응한다. 상류부 도관(3)은 입구(13) 내로 직접 개방된다. 일 변형예에서, 출구면(23)은 입구(13)에서 약간 이격된 상류부로 변위된다.

상류부 도관(3)은 배기 가스가 정화된 후에 대기로 관통하여 방출되는 (도시 안 된)배기 니들에 하류 방향으로 연결된다. 머플러와 같은 다른 장치가 하류부 도관과 배기 니들 사이에 배열된다.

제2 정화 부재는 "SCR"(Selective Catalytic Reduction; 선택적 환원 촉매)로 공지되어 있는 촉매이다. SCR은 암모니아 NH3와 같은 질소 환원 생성물의 존재시에 배기 가스에 함유된 NOX의 N2 가스를 환원시키도록 제공된다. 또한, 하류부 도관도 SCR뿐만 아니라, SCR의 상류 또는 하류의 하류부 도관 내에 배열되는 입자 필터 및/또는 몇몇 다른 촉매 또는 환원제(reducer)도 포함할 수 있다. 예컨대, 제2 정화 부재(9)는 SCR 필터, 즉 SCR 촉매로서 동일한 촉매 작용 재료가 함침된 입자 필터이다.

제2 정화 부재(9)는 출구(15)를 통해 빠져나가 니들을 향해 순환되는 배기 가스가 제2 정화 부재(9)를 횡단하게 하도록 하류부 도관 내에 배열된다. 제2 정화 부재(9)는 배기 가스가 제2 정화 부재(9) 내로 관통하여 침투하는 입구면(25)을 갖는다. 입구면(25)은 사실상 출구(15)에 대응하도록 배열된다. 일 변형예에서, 입구면은 출구(15)로부터 이격되어 있는 하류부 도관을 따라 변위된다. 일 변형예에서, 입자 필터 또는 다른 촉매가 출구(15)와 제2 정화 부재(9) 사이에 배열된다.

상류부 도관(3)과 하류부 도관(7)은 사실상 서로 평행하다. 상류부 도관과 하류부 도관은 서로 나란히 배열된다. 이는 상류부 도관(3)과 하류부 도관(7)이 공간을 절감하도록 나란히 배열된다는 것을 의미한다. 보다 구체적으로는, 공간(11) 근방에 배열되는 상류부 도관과 하류부 도관의 각각의 부품이 나란히 배열된다. 이들 부품은 통상 제1 및 제2 정화 부재를 포함한다.

본 명세서에서 "나란히(side by side)"라는 용어는 상류부 도관과 하류부 도관의 각각의 중심 축 X와 Y가 서로에 대해 사실상 평행하거나, 서로에 대해 약간 경사져 있거나, 서로 근방에 위치된다는 것을 의미한다(도 2 참조).

상류부 도관(3)과 하류부 도관(7)은 서로 대향하게 배열된다. 다시 말해서, 상류부 도관(3)과 하류부 도관(7)은 사실상 서로 대향하는 각각의 측방향 표면을 갖는다.

배기 가스는 제1 정화 부재(5)와 제2 정화 부재(9)를 통해 대향하는 방향으로 순환된다.

도시된 실시예에서, 공간(11)은 입구(13)와 출구(15)가 내부에 배열되는 베즐(bezel; 27)을 포함하며, 리드(29)가 베즐(27) 상에 배열된다. 베즐은 특히 도 3 및 도 4에 도시되어 있으며, 보닛(bonnet)은 도 5에 도시되어 있다.

베즐(27)은 스탬핑된 금속 부품이다. 입구와 출구는 예컨대 원형이다. 입구와 출구는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 단일 평면 상에 배열된다. 일 변형예에서, 입구와 출구는 서로 평행하거나 서로에 대해 약간 변위되도록 2개의 평면 상에 배열된다.

베즐(27)은 입구(13)와 출구(15)의 각각의 중심 C와 C'를 통과하는 주축 P를 따라 긴 형상이다(도 3 참조). 도시된 예에서, 입구와 출구는 베즐의 2개의 단부를 점유한다. 입구(13)는 베즐의 일 단부의 사실상 전체를 점유하며, 출구(15)는 베즐의 제2 단부의 전체를 유사하게 점유한다. 베즐은 분리를 위해 입구와 출구 사이에 완전한 중앙부(31)를 포함한다. 주축에 평행한 중앙부(31)의 폭은 상류부 도관과 하류부 도관 사이의 거리에 의해 결정된다.

리드(29)는 베즐(27)을 둘러싸는 오목한 형상의 금속 부품이다. 따라서, 리드는 복잡한 내부 공간과, 주변부 에지(33)에 의해 한정되는 개구를 갖는다(도 2 참조). 베즐(27)은 개구를 폐쇄시키며, 베즐의 주변부 에지(35)는 개구의 주변부 에지(33) 상에 시일을 형성하도록 조립된다. 예컨대, 에지(33, 35)는 기밀 방식으로 함께 용접된다.

도시된 예에서, 리드(29)는 배기 가스 통로들의 상이한 섹션들이 리드(29)의 성형에 의해 달성된다는 점에서 통로(17)를 형성한다. 일 변형예에서, 다양한 섹션들은 베즐의 성형에 의해 또는 베즐과 보닛의 동시 성형에 의해 달성된다.

통로(17)는 배기 가스가 입구에서 출구로 진행될 때 배기 가스의 거의 모두가 관통하여 유동하는 공간(11)의 부분에 대응한다. 이 통로는 전체 공간(11)을 점유하지는 않는다.

다른 한편으로, 공간(11)은 사실상 어떤 배기 가스도 통로의 외부 영역으로 순환되지 않도록 구성된다.

특히 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 배플(19)은 입구의 주변부 에지(41)의 영역(39)으로부터 영역(39)에 직경 방향으로 대향하는 주변부 에지(43)의 다른 영역까지 종방향으로 연장되는 설부(tongue; 37)를 포함한다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 입구가 원형인 경우, 종방향은 사실상 반경 방향이다. 따라서, 영역들(39, 43)은 입구를 한정하는 원의 중심에 대해 서로 대칭이다.

입구(13)가 원형이 아닌 경우, 영역들(39, 43)은 입구(13)의 기하학적 중심에 대해 서로 대칭이다.

또한, 입구(13)에 대해 직교 투영된 설부(37)는 설부의 양측에 2개의 자유 영역(45)을 형성한다. 입구에 대해 직교 투영된 설부는 입구(13)의 전체 표면의 20% 내지 70%를 덮는다. 바람직하게는, 설부는 전체 표면의 30% 내지 60%, 보다 바람직하게는 35% 내지 45%를 덮는다.

자유 영역(45)은 바람직하게는 동일한 크기이며, 설부(37)에 대해 서로 대칭이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 설부(37)는 입구(13)에 대해 공간의 내부를 향해 약간 변위된다. 설부는 얇은 금속판으로 구성되며, 입구(13)에 사실상 평행하게 전체적으로 배향된다.

도시된 예에서, 설부는 베즐(27)과 일체형이다. 예컨대, 설부는 베즐(27)을 스탬핑함으로써 제조된다.

일 변형예에서, 설부(37)는 베즐(27)에 의해 형성된다.

설부(37)는 입구의 둘레의 10% 내지 40%에 걸쳐 원주 방향으로 연장되는 제1 영역(39) 근방의 기부(46)를 갖는다. 바람직하게는 기부는 입구의 둘레의 15% 내지 35%에 걸쳐, 바람직하게는 20% 내지 25%에 걸쳐 원주 방향으로 연장된다.

종방향에서, 설부(37)는 종방향으로의 입구의 폭의 50% 내지 100%의 길이를 갖는다. 둥근 유입구를 위해, 이 폭은 입구의 직경에 대응한다. 바람직하게는, 설부의 종방향 길이는 입구의 종방향 길이의 66% 내지 100%, 보다 바람직하게는 입구의 종방향 길이의 66% 내지 80%이다.

또한, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 설부(37)는 입구를 향해 오목하다.

보다 구체적으로, 설부(37)는, 종방향에 대해 평행하고 설부(37)에 비해 공간의 내부를 향해 변위된 (도시 안 된)축 주위로 만곡되어 있다. 따라서, 설부(37)의 측방향 에지는 설부(37)의 중앙 영역에 비해 공간의 내부를 향해 약간 상승되어 있다.

도 3 및 도 4에 도시된 예에서, 설부(37)는 둥근 에지(47)에 의해 한정되는 기부(46)에 대향하는 자유 단부를 갖는다. 이 둥근 에지는 대략 180°에 걸쳐 연장된다. 둥근 에지(47)는 2개의 측방향 에지(49)에 의해 기부(46)를 향해 긴 형상을 갖는다. 측방향 에지(49)는 직선형이다.

도 3 및 도 4에 도시된 예에서, 설부(37)는 종방향에 대해 수직으로 영역(39)으로부터 대향 영역(43)까지 점점 줄어드는 폭을 갖는다. 보다 구체적으로, 설부의 길이는 기부(46)로부터 자유 단부까지 점점 줄어든다. 따라서, 2개의 측방향 에지(49)는 기부(46)로부터 자유 단부로 수렴된다.

일 변형예에서, 설부(37)는 일정한 폭을 갖는다.

도시된 예에서, 설부(37)는 복수의 개구(51)에 의해 천공된다. 일 변형예에서, 설부(37)는 구멍이 없다.

설부(37)의 기부(46)는 직립 에지(52)에 의해 주변부 에지의 영역(39)에 연결된다. 이 직립 에지는 도 3 및 도 4의 예시적인 실시예에서 대략 240°에 걸쳐 연장된다. 직립 에지(52)는 입구(13)의 중앙을 향해 만곡된다. 직립 에지는 주변부 에지(41)로부터 공간의 내부로 돌출된다.

통로(17)는 이하에서 "채널"로 칭해지는 다양한 섹션들을 포함한다. 보다 구체적으로, 도 5에 도시된 바와 같이 통로(17)는 입구에 대향하는 상류부 채널(53), 출구(15)에 대향하는 하류부 채널(55), 및 상류부 채널(53)과 하류부 채널(55)을 연결시키는 중앙 채널(57)을 갖는다.

중앙 채널(57)은 베즐의 중앙 영역(31)에 대향한다.

상류부 채널(53)은 종방향으로 긴 형상이며, 설부(37)를 향해 연장된다.

상류부 채널(53)은 종방향에 대해 수직으로 기부(46)와 사실상 동일한 폭을 갖는다.

하류부 채널(55)의 형상은 나선형이다. 하류부 채널은 축 Y 주위로 권취된다.

도시된 예에서, 중앙 채널(57)은 사실상 직선형이다. 중앙 채널은 주 방향 P의 한쪽으로 변위된다. 중앙 채널은 주 방향 P에 대해 사실상 평행하다. 중앙 채널은 입구(13)와 출구(15)에 대해 접선 방향이다.

환원 생성물을 위한 주입 챔버가 설부(37)와 리드(29) 사이에 한정된다. 주입 챔버는 상류부 채널(53)에 사실상 대응한다.

도 1 내지 도 6에 도시된 예에서, 주입 장치는 종방향으로의 입구의 에지의 다른 영역(43)으로부터 (도 4에 도시된)액체 환원 생성물의 스트림(J)을 공간(11)으로 주입하는데 적합한 인젝터(59)를 포함한다. 따라서, 인젝터(59)는 설부(37)의 종방향 연장부에 사실상 배열된다. 통상, 인젝터는 리드(29)에 고정된다. 일 변형예에서, 인젝터는 베즐(27)에 고정된다.

액체 환원 생성물은 예컨대, 아모니아, 요소(urea)와 같은 암모니아 전구체, 또는 임의의 다른 적절한 환원제이다.

인젝터(59)는 (도시 안 된)액체 환원제 생성물 저장조에 연결된다.

또한, 정화 조립체는, 설부(37)에 고정되고 환원제 생성물의 스트림의 적어도 일부를 인터셉트하도록 배열되는 적어도 하나의 제1 임팩터(impactor; 61)를 포함한다. 통상, 정화 조립체는, 커버(29)에 고정되고 환원제 생성물의 스트림(J)의 다른 부분을 인터셉트하도록 배열되는 적어도 하나의 제2 임팩터(62)를 또한 포함한다.

도시된 예에서, 정화 조립체는 단일의 제1 임팩터(61) 및 2개의 제2 임팩터(62)를 갖는다. 특히 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 임팩터는 인젝터(59)를 향하는 보우 형상이다.

보다 구체적으로, 제1 임팩터(61)는 리지(65)를 따라 결합되는 서로에 대해 경사진 2개의 윙(wing; 63)을 포함한다. 리지(65)는 인젝터를 향한다. 스트림을 수용하기 위한 윙(63)의 표면은 종방향에 대해 120° 내지 150°의 각도를 형성한다.

윈도우(67)는 제1 임팩터(61)의 기부에서, 즉 설부(37)에 가장 인접한 임팩터(61)의 부분에서 분할된다.

스트림(J)을 수용하기 위한 제2 임팩터(62)의 표면은 서로를 향해 굴곡되어 있으며 종방향에 대해 30° 내지 60°의 각도를 형성한다.

3개의 임팩터(61, 62)는 함께 스트림(J)의 전체를 인터셉트한다.

일 변형예에서, 주입 장치(21)는 액체 환원제 생성물보다는 기체 환원제 생성물을 주입하도록 제공된다. 환원 생성물은 예컨대, 기체 암모니아, 수소, 또는 임의의 다른 적절한 기체 환원제이다.

이 경우, 정화 조립체는 임팩터(62, 63)를 포함하지 않는다. 예컨대, 중앙 채널(57)의 입구에서 설부(37)와 보닛 사이의 영역에서 또는 설부(37)의 약간 상류부에서 주입이 수행된다.

인젝터(59)는 중앙 채널(57)의 상류부 단부에 직경 방향으로 대향한다. 따라서, 환원제 생성물의 스트림(J)은 상류부 단부를 향해 배향된다. 이는 설부(37)의 기부가 부착되는 주변부 에지의 영역(39)이 중앙 채널(57)의 상류부 단부를 향해 굴곡된다는 사실에 특히 기인한다.

일 변형예에서, 중앙 채널은 주 방향에 대해 변위되기보다는 주 방향으로 연장되거나 임의의 중간 위치로 연장될 수 있다. 종방향으로의 배향은 영역(39)이 중앙 채널(57)의 상류부 단부를 향해 항상 굴곡되도록 선택된다. 따라서, 환원 생성물의 스트림은 항상 상류부 단부를 향해 안내된다. 예컨대, 중앙 채널(57)은 주 방향으로 연장되는데, 이 경우 종방향은 주 방향과 동일하다.

배기 가스 정화 조립체의 작동이 이제 상세히 기술될 것이다.

배기물 수집 장치로부터 도달된 배기 가스는 먼저 제1 정화 부재(5)를 횡단하여, 입구(13)를 통해 공간(11) 내로 침투한다.

배기 가스의 일부는 배플(19)에 의해 설부(37)의 일 측부의 자유 영역(45)으로 방향 전환된다. 배기 가스의 다른 부분은 배플(19)에 의해 설부(37)의 다른 측부의 자유 영역(45)으로 방향 전환된다. 설부(37)의 배열 및 형상으로 인해, 배기 가스는 종방향에 대해 사실상 평행한 회전 축을 갖는 설부(37)의 양 측부 상의 2개의 볼텍스(vortex; V)를 형성한다.

그런 상태가 도 6에 도시되어 있다.

그런 볼텍스(V)의 형성은 통로(17)의 형상에 의해, 특히 설부(37) 바로 위의 상류부 채널(53)의 형상에 의해 추가로 용이해진다.

도 6에 도시된 바와 같이, 설부(37)의 양 측부의 볼텍스(V)는 볼텍스의 각각의 축을 중심으로 역회전 방향을 갖는다. 배기 가스는, 설부(37)와 리드(29) 사이의 설부(37)의 중앙을 향해 가스를 이동시키는 회전 운동에 의해 사실상 활발해진다. 그런 회전 운동은 중앙 채널(57) 내에서 적어도 부분적으로 유지된다.

종방향에 대해 평행한 축을 갖는 2개의 볼텍스(V)의 존재와 자유 영역(45)의 대칭으로 인해, 통로를 따르는 배기 가스의 유동은 특히 배기 가스의 유량이 입구(13)에서 변동되는 경우에 특히 적절하다. 동일한 현상은 배기 가스의 유량에 상관없이 관측된다.

이는 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이 정화 조립체가 액체 환원제 생성물을 위한 주입 장치를 갖추고 있는 경우에 특히 중요하다.

액체 환원제 생성물의 스트림은 인젝터(59)에 의해 임팩터(61, 62)을 향해 종방향으로 배출된다. 스트림(J)은 임팩터(61, 62)에 충돌될 때 미세 액적으로 파열된다. 임팩터는 입구에 대향하는 설부(37)의 일 측부에서 설부(37)에 위치되기 때문에, 액적은 제1 정화 부재(5) 상으로 배출되지 않는다.

또한, 액체 환원제 생성물의 액적은 임팩터에 충돌되기 전에 스트림(J)으로부터 분리되는 경우, 액적은 스트림(J)이 설부(37) 위에서 종방향으로 배출되기 때문에 설부(37) 상으로 하강될 것이다. 이런 점에서, 설부(37)를 영역(43)까지, 즉 인젝터(21)까지 연장시킬 필요는 없다. 실제로, 액체 환원제 생성물의 어떤 액적도 임팩터를 빠져나가는 즉시 스트림(J)으로부터 분리되지 않을 것이다. 설부(37)의 종방향 길이가 과도하게 연장되지 않기 때문에, 배압(back pressure)이 감소될 수 있다.

그러나, 설부의 종방향 길이는 볼텍스(V)를 생성하는데 충분할만큼 길어야 한다.

설부(37)가 오목한 형상이라는 사실도 또한 적절한 볼텍스를 생성하는데 도움이 된다.

볼텍스가 주입 방향에 대해 평행한 회전 축을 갖는다는 사실은, 즉 볼텍스가 주입 방향에 대해 동축류라는 사실은 환원제 생성물과 배기 가스 간의 혼합의 품질이 적어도 입구(13)에서의 배기 가스의 유량의 변동에 의해 최소한으로만 영향을 받는다는 것을 의미한다.

또한, 종방향이 중앙 채널의 상류부 단부를 향해 배향되어 있어서, 2개의 볼텍스가 서로에 대해 용이하게 밸런싱될 수 있다. 실제로, 2개의 볼텍스는 설부(37)에 대한 대칭으로 인해 중앙 채널을 향하는 상류부 채널을 따르는 유동의 일반적인 방향에 대해 사실상 대칭이다. 따라서, 2개의 볼텍스의 밸런스는 배기 가스의 유량이 입구(13)에서 변동되는 경우에도 유지된다.

제1 임팩터의 보우형 형상은 종방향에 대해 대칭이라는 점을 알아야 한다. 제1 임팩터는 높은 기체 투과성을 가지며, 종방향으로의 양측에서의 배기 가스의 유동에 있어서의 대칭에 방해되지 않는다.

2개의 볼텍스(V)의 배기 가스는 임팩터(61, 62)의 높이에서 결합됨으로써, 환원제 생성물이 증발되는 영역에서 가스들이 환원제 생성물로 로딩되지 않고 일정하게 분배될 수 있다.

환원제 생성물과 배기 가스 간의 혼합은 상류부 채널에서 부분적으로 야기된다. 그런 혼합은 배기 가스가 중앙 섹션(57)을 따라 유동할 때 완료된다. 이는 특히 배기 가스가 중앙 섹션(57) 내부에서 회전 운동이 유지된다는 사실로 인해 가능해진다.

중앙 채널(57)을 떠나는 배기 가스는 스파이럴 형상인 하류부 채널(55)을 통해 빠져나갈 때까지 안내된다. 환원제 생성물과 배기 가스 간의 혼합은 배기 가스가 하류부 채널(55) 내로 침투할 때 이미 완료된 상태이다. 스파이럴 형상으로 인해, 제2 정화 부재(9)의 입구면(25)에 걸친 배기 가스의 균일한 분배가 가능해진다.

설부(37)의 기부(46)는 천공되어 있기 때문에, 배기 가스의 유동에 있어서의 난류가 배기 가스가 상류부 채널을 따라 유동할 때 증가될 수 있다. 이로 인해, 환원제 생성물과 배기 가스 간의 혼합이 향상된다.

임팩터의 위치는 혼합 성능에 대한 중요성에 있어서는 최소의 사항임을 알아야 한다. 반면에, 임팩터가 환원제 생성물의 전체 스트림(J)을 수용하는 것이 중요한 사항이다. 다른 한편으론, 임팩터의 형상, 특히 스트림(J)을 수용하는 표면에 의해 형성되는 종방향에 대한 각도가 배압에 영향을 미친다.

1 : 배기 가스 정화 조립체 3 : 상류부 도관
5 : 제1 정화 부재 7 : 하류부 도관
9 : 제2 정화 부재 11 : 공간
13 : 입구 15 : 출구
17 : 통로 19 : 배플
21 : 주입 장치 27 : 베즐

Claims

배기 가스를 정화하기 위한 조립체(1)로서,
- 배기 가스를 정화하기 위한 제1 부재(5)가 내부에 수용되는 상류부 도관(3)과,
- 배기 가스를 정화하기 위한 제2 부재(9)가 내부에 수용되는 하류부 도관(7)으로서, 상기 상류부 도관(3)과 하류부 도관(7)은 서로 평행하게 위치설정되는 것인, 하류부 도관(7)과,
- 상기 상류부 도관(3)과 연통되는 배기 가스용 입구(13) 및 하류부 도관(7)과 연통되는 배기 가스용 출구(15)를 가지며, 배기 가스를 입구(13)로부터 출구(15)로 안내하는 통로(17)를 한정하는 공간(11)으로서, 상기 입구(13)는 주변부 에지(41)에 의해 한정되는 것인, 공간(11)과,
- 상기 입구(13)를 향하는 공간(11) 내에 위치설정되는 배플(19)과,
- 질소산화물 환원 생성물을 상기 공간(11) 내부에 주입하기 위한 장치(21)를 포함하는, 배기 가스 정화 조립체에 있어서,
상기 배플(19)은 입구(13)의 주변부 에지(41)의 하나의 영역(39)으로부터 주변부 에지(41)에 직경 방향으로 대향하는 다른 영역(43)까지 종방향으로 연장되는 설부(tongue; 37)를 포함하며,
상기 입구(13)에 대해 직교 투영된 설부(37)는 상기 설부(37)의 양측에 2개의 자유 영역(45)을 형성하고, 상기 입구(13)의 전체 표면적의 20% 내지 70%를 덮고,
상기 장치(21)는 상기 직경 방향으로 대향하는 다른 영역(43)으로부터, 종방향을 따라 액체 환원 생성물의 제트(J)를 공간(11)으로 주입하도록 구성되는 인젝터(59)를 포함하고,
배기가스는 상기 설부(37)의 양 측부 상에서 종방향에 대해 평행한 회전 축을 갖는 2개의 볼텍스들(V)을 형성하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 조립체.
제1항에 있어서, 상기 설부(37)는 입구(13)를 향해 오목한 형상인 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 조립체.
제1항에 있어서, 상기 설부(37)는, 상기 입구(13)의 주변부 에지(41)의 영역(39)에 고정되고 입구(13)의 둘레의 10% 내지 40%에 걸쳐 연장되는 기부(46)를 갖는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 조립체.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 설부(37)는 종방향을 따라 입구(13)의 폭의 50% 내지 100%인 종방향을 따르는 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 조립체.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 설부(37)는 상기 주변부 에지의 영역(39)에 대향하는 둥근 자유 단부를 갖는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 조립체.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 설부(37)는 상기 주변부 에지의 영역(39)으로부터 상기 영역(43)까지 종방향에 대해 수직으로 감소되는 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 조립체.
삭제
제1항에 있어서, 상기 설부(37)에 고정되고 상기 환원 생성물의 제트(J)의 적어도 일부를 인터셉트하도록 배치되는 적어도 하나의 제1 임팩터(61)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 조립체.
제8항에 있어서, 상기 제1 임팩터(61)는 인젝터(59)를 향해 스템(stem)의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 조립체.
제1항에 있어서, 상기 공간(11)은 상류부 도관(3)과 하류부 도관(7)에 대향하는 리드(29)를 포함하며,
상기 배기 가스 정화 조립체(1)는, 리드(29)에 부착되고 상기 환원 생성물의 제트(J)의 적어도 일부를 인터셉트하도록 배치되는 적어도 하나의 제2 임팩터(62)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 조립체.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공간(11)은 통로(17)를 형성하도록 성형되는 상류부 도관(3)과 하류부 도관(7)에 대향하는 리드(29)를 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 조립체.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 통로(17)는, 종방향을 따라 긴 형상이고 설부(37)를 향해 배치되는 상류부 채널(53)을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 조립체.
제12항에 있어서, 상기 설부(37)는 상기 입구(13)의 주변부 에지(41)의 영역(39)에 고정되는 기부(46)를 가지며, 상기 상류부 채널(53)은 종방향에 대해 수직으로 기부(46)와 동일한 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 조립체.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 통로(17)는 입구(13)와 출구(15) 사이에 중앙 채널(57)을 포함하며, 상기 주변부 에지(41)의 영역(39)은 중앙 채널(57)의 상류부 단부를 향해 굴곡되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 조립체.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 정화 조립체(1)를 포함하는 차량 배기 라인.
삭제
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 설부(37)의 양 측부의 배기가스의 볼텍스(V)는 볼텍스의 각각의 축을 중심으로 역회전 방향을 가지고, 배기 가스는, 상기 설부(37)의 중앙을 향해 배기 가스를 이동시키는 회전 운동에 의해 활발해지는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 조립체.