KR101736082B1 - 내연기관으로부터 배기가스 샘플을 제거하는 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내연기관으로부터 배기가스 샘플을 제거하는 시스템에 관한 것이다. 기존의 시스템이 배기가스 유입구(10)을 통해 배기가스 소스(14)와 유체연통하는 배기가스 덕트(12);와, 주변 공기가 공기 필터(28)를 통해 흡입되도록 적응된 공기 덕트(20);와, 상기 배기가스 덕트(12)의 유출 단면(18)의 하류에 배열된 혼합 구역(36);과, 배기가스/공기 혼합물이 관통하여 흐르는 희석 터널(38)을 포함하고, 상기 배기가스 덕트(12)의 유출 단면(18)은 기본적으로 동심원으로 상기 공기 덕트(20) 내에 배열되고, 상기 희석 터널(38) 내 상기 배기가스 덕트(12)의 상기 유출 단면 (18)의 하류에, 환형의 오리피스(34)가 배열되는 구성에 의하여 2개의 가스 흐름이 종종 불충분하게 혼합되는 문제점을 해결하여 양호한 혼합 및 전형적인 샘플채취를 보장하기 위하여, 본 발명은 상기 오리피스(34)의 상류와 상기 배기가스 덕트(12)의 유출 단면(18)의 하류에, 기류 분산 수단(32, 44, 50)들이 배열되어 이를 통해 배기가스 흐름이 상기 기류분산 수단(32, 44, 50)들의 바로 하류에서 축대칭 방식으로 상기 희석 터널(38)의 중심축으로부터 벗어나도록 배기가스 흐름이 굴절되도록 한다.

Description

내연기관으로부터 배기가스 샘플을 제거하는 시스템{SYSTEM FOR REMOVING EXHAUST GAS SAMPLES FROM INTERNAL COMBUSTION ENGINES}
본 발명은 배기가스 유입구, 주변 공기가 공기 필터를 통해 흡입되도록 적응된 공기 덕트, 배기 덕트의 유동 단면(flow cross section)의 하류에 배열된 혼합 구역, 배기가스/배기 혼합물이 통과하는 희석터널을 통해 배기가스 소스와 유체연통하는 배기가스 덕트를 구비하는 내연기관에서 배기가스 샘플을 제거하는 시스템에 관한 것으로서, 배기가스 덕트의 유출 단면은 기본적으로 배기 덕트에 동심으로, 배기가스 덕트의 유출 단면의 하류에 배열되며, 환형 오리피스가 희석 터널에 배열되는 내연기관으로부터 배기가스 샘플을 제거하는 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 배기가스 유입구, 주변 공기가 공기 필터를 통해 흡입되도록 적응된 공기 덕트, 배기 덕트의 유동 단면(flow cross section)의 하류에 배열된 혼합 구역, 배기가스/배기 혼합물이 통과하는 희석터널을 통해 배기가스 소스와 유체연통하는 배기가스 덕트를 구비하는 내연기관에서 배기가스 샘플을 제거하는 시스템에 관한 것으로서, 배기가스 덕트의 유출 단면은 기본적으로 배기 덕트에 동심으로, 배기가스 덕트의 유출 단면의 하류에 배열되며, 환형 오리피스가 희석 터널에 배열되는 내연기관에서 배기가스 샘플을 제거하는 시스템에 관한 것이다.
이러한 시스템들은 정용적 시스템 (constant volume sampling; CVS)으로 알려져 있다. 이러한 시스템들에서, 공기/배기가스 혼합물의 정용적 흐름이 발생되는 양까지, 공기가 배기가스에 혼합된다. 이러한 시스템에 의해 채취된 샘플들은 봉지에 모아, 오염원의 함량에 대하여 분석된다. 특히, 입자 무게뿐만 아니라, 이산화탄소, 일산화탄소, 탄화수소, 및 산화질소의 함량이 측정된다. 측정 방식은 법률, 예컨대, 유럽 국가를 위한 ECE 가이드라인 R 83 또는 미국-아메리카 국가를 위한 미국연방규정집, 법률 제 40 호에 의해 규정된다.
하기 특허문헌 1의 DE 10 2009 015 188 A1는 하나의 시스템이 디젤 엔진의 입자 무게와 휘발유 엔진의 입자무게 모두를 측정할 수 있도록 두 개의 서로 다른 배기가스 소스들에 연결되도록 적응된 배기가스 샘플들을 제거하는 시스템을 기술하고 있다. 디젤 엔진으로부터 연장된 시스템의 배기가스 덕트는 오리피스 상류에서 공기 덕트에 동심원으로 연결된다. 배기가스 덕트의 유출 단면과 오리피스사이의 영역에서, 배기가스가 공기와 혼합되는 혼합 구역이 생성된다.
그러나, 이러한 시스템에서 배기가스가 다른 영역에서와 같이 효과적으로 혼합되지 않는 플로우 스테이크(flow steak)가 발생할 수 있음이 밝혀졌다. 이에, 측정 결과가 변조되어 비교적 긴 길이임에도 불구하고 균일한 혼합이 보장되지 않는다.
특허문헌 1: DE 10 2009 015 188 A1
따라서, 본 발명은 배기가스 혼합이 잘 안되는 영역이 발생하는 것을 방지함으로서 법률 규정에 따른 전형적인 샘플링이 보장되는 시스템을 제공하고자 한다. 이와 동시에, 저비용으로 상기 시스템을 제작 및 운영하고자 한다. 특히, 비교적 작은 용량의 피드 펌프(feed pump) 두개의 가스 흐름을 공급하는데 충분하도록 하는 것을 그 과제로 한다.
주요 청구항에 따라, 내연기관으로부터 배기가스 샘플을 제거하기 위한 시스템을 이용하여 본 목적이 달성된다. 기류 분산 수단의 바로 하류에서 배기가스 흐름이 축대칭 방식으로 희석 터널의 중심축에서 벗어나도록, 오리피스의 상류 및 배기가스 덕트의 유출 단면의 하류에서 배기가스 배기흐름을 뒤바꾸는 기루 분산 수단이 배열된다는 특징으로 인해, 배기가스는 공기 덕트로 돌출된 배기 덕트에 의해 희석 터널의 외부 영역으로 사전에 대체된 공기 흐름 속으로 직접 공급되어, 이에 의해 혼합 효과가 상당히 증가된다. 이후, 오리피스는 배기가스/공기 혼합물의 속도를 증가시켜, 추가적인 난류가 생성되어 혼합 흐름의 추가적인 균질화로 이어진다.
바람직하게는, 흐름 굴절(flow deflection)을 위한 기류 분산 수단은 구형 구역(spherical zone)을 포함하고 희석 터널에 동심원으로 배열된 몸체에 의해 정의된다. 구형 구역으로 인해, 구동 압력 구배(driving pressure gradient)와 피드 펌프의 전력 소모량이 증가될 필요가 없도록 배기가스 흐름이 굴절될 때, 압력 손실이 실질적으로 증가되지 않는다.
다른 실시예에서 구형 구역은 반구형이다. 이러한 디자인은 혼합물의 균질화 및 동시에 압력 손실의 감소와 관련하여 특히 좋은 결과를 가져온다.
입자들이 퇴적되는 것을 방지하기 위하여, 구형 구역의 표면은 전자연마된다. 더욱이, 기류 뷴산 수단으로 나중에 분리된 입자들이 측정 결과를 변조시키는 것을 방지한다.
구형 구역의 바람직한 구성에서 상기 구역은 중심홀을 포함한다. 이 중심홀은, 혼합 효과의 눈에 띄는 감소 없이, 압력 손실을 상당히 증가시키는 정체점(stagnation point)의 생성을 방지한다.
또한, 구형 구역 또는 오리피스는 바람직하게는 가열되도록 적응된다. 이는 오리피스가 직접 배기가스 흐름에 영향받지 않고 상류 표면에 의해 보호되도록 구형 구역 또는 오리피스의 하류 표면에 가열 필름을 배열함으로써 특별히 간단한 방식으로 구현된다. 이렇게 하여, 가스가 가로질러 흐르는 표면들 상에 응축액이 형성되는 것이 방지되며, 퇴적물의 감소로 이어진다.
중심축 방향으로 돌출된 구형 구역의 표면이 적어도 배기가스 덕트의 유출 단면에 대응할 경우 특히 좋은 결과를 얻을 수 있다. 이는 한편으로는 전반적인 배기가스 흐름을 공기 흐름 방향으로 굴절되게하고, 다른 한편으로는, 압력 손실로 이어지는 면적의 추가적 감소가 방지되는 것을 보장하기 때문이다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에서, 오리피스의 유동 단면이 흐름 굴절을 위한 수단의 단면에 1.2 내지 1.8 배의 면적을 가진다. 이렇게 하여, 유속이 증가되고, 난류가 생성되어 과도한 압력 손실 없이 혼합 효과를 더욱 증대시킨다.
배기가스 덕트의 유출 단면으로부터 흐름 굴절을 위한 기류 분산수단까지의 거리는 공기 덕트의 단면과 배기가스 덕트의 단면 간의 직경 차이의 1/3 내지 1/5이다. 이렇게 하여, 배기가스가 공기 흐름 속으로 흐를 때, 압력 강하가 과도하게 커지지 않도록 보장한다. 한편으로는, 배기가스 흐름에 유용한 적절한 유출 면적이 형성되고, 다른 한편으로는, 굴절각이 충분히 커서 스트리크(streak) 가 형성되는 것이 방지될 수 있도록 난류를 생성한다.
가스가 오리피스를 통해 흐르는 경우, 흐름 굴절을 위한 기류분산 수단에서부터 오리피스 까지의 거리가 공기 덕트의 직경의 1/3 내지 1/5라는 점에서 과도한 압력 강하가 방지된다. 이렇게 하여, 한편으로는, 배기가스/공기 혼합물을 위한 충분한 면적이 유용하도록 형성되고, 다른 한편으로는, 반대 방향으로 계속해서 일어나는 굴절로 인해 난류가 형성된다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 흐름 굴절을 위한 기류 분산 수단은 중심축에 대하여 서로 대칭적으로 배열된 복수의 유출관에 의해 정의된다. 이렇게 하여, 유량 제한기가 아닌 오리피스가 배기가스 덕트의 후방에 배열되므로 압력 강하가 추가적으로 감소된다. 그럼에도 불구하고, 배기가스 흐름은 공기 흐름의 방향으로 굴절된다.
바람직하게는, 4개의 유출관이 서로 90도만큼 떨어져 배열된다. 이는 전반적인 단면에 걸쳐 배기가스가 적당히 끊임없이 유입되는 결과를 가져오나, 설계비용은 낮다. 더욱이, 본 실시예는 설치가 용이하다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 먼저 4개의 유출관이 배기가스 덕트 내부에서부터 배기가스 덕트에 인접한 부분까지는 배기가스 덕트의 중심축에 평행하게 연장되고, 배기가스 덕트 외부의 추가적 경로에서는 4개의 유출관이 계속해서 중심축의 바깥 방향으로 벗어나 굽는다. 이러한 연속적인 굽힘으로 인해, 압력 손실이 감소된다.
유리한 구성으로, 유출관의 유출 단면은 희석 터널의 중심축에 대하여 30도 내지 80도의 각을 포함하여, 한편으로는 혼합효과를 증가시키는 적절한 굴절이 보장되며, 다른 한편으로는 2개의 가스 흐름이 서로 만나는 경우 압력 강하가 허용한계 내로 유지되어, 가스 흐름을 공급하기 위한 팬들의 전반적인 압력 증가가 더 이상 조절될 필요가 없다.
본 발명에 의하는 경우, 오리피스로의 적어도 1개, 바람직하게는 3개의 지지대의 도움으로 흐름 굴절을 위한 기류 분산 수단들이 체결되는 경우, 오리피스의 설치와 함께 설치될 수 있으므로 특별히 간단한 체결 및 설치가 보장된다.
또한, 2개의 가스 흐름의 양호한 혼합이 보장되기 때문에, 전형적인 샘플들이 희석 터널로부터 제거될 수 있도록 보장하는 내연기관으로부터 배기가스 샘플을 제거하는 시스템이 제공된다.
한편, 설치가 간단하고 비교적 작은 트랜스포트 블로워(transport blower)들이 이용될 수 있고 추가적인 압력 손실이 적게 유지되므로, 상기 시스템은 제조 및 운영하기에 경제적이다.
이하, 본 발명에 따른 배기가스 샘플들을 제거하기 위한 시스템의 2개의 예시적인 실시예들이 도면에 도시되고 기술된다.
도1은 본 발명에 따른 배기가스 샘플을 제거하기 위한 시스템을 개략적으로 보여주는 측면도이다.
도2는 혼합 구역의 영역에서 도1의 시스템을 보여주는 확대입체단면도이다.
도3은 혼합 구역의 또 다른 대안적인 실시예를 보여주는 입체도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조로 하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 내연기관으로부터 배기가스 샘플을 제거하는 시스템을 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
디젤 또는 휘발유 엔진을 위한 내연기관에서 배기가스 샘플을 제거하기 위한 본 발명에 따른 시스템은 배기가스 덕트(12)가 이를 통해 자동차의 내연기관에 의해 정의되는 배기가스 소스(14)와 유체연통하는 배기가스 유입구(10)를 포함한다.
배기가스 덕트(12)는 유출 단면(18)을 가지면서 공기 덕트(20) 내부에 동심원상으로 끝나는 단부(16)를 포함한다. 이러한 목적을 달성키 위해, 공기 덕트(20)는 덕트의 경계벽(24)에 개구부(22)를 포함하며, 개구부(22)를 통해 배기 가스 덕트(12)가 수직으로 공기 덕트(20)에 돌출 연결 된다. 배기가스 덕트(12)는 끝에서 공기 덕트(20)와 동심원상으로 만나게 하기 위해 90도 굴절된다.
배기가스 덕트(12)의 상류에 공기 덕트(20)는 유입구(26)를 포함하며 유입구(26)에는, 통상 세 개의 필터로 구성되는 공기 필터(28)가 배열되어 이를 통해 공기가 공기 덕트(20)로 흡입될 수 있도록 한다. 배기가스 덕트(12)를 이처럼 굴절되게 디자인한 것은 배기가스의 유출 방향이 공기 필터(28)의 반대 측으로 향하도록 하여 배기가스 덕트(12)의 유출 단면(18)에서 공기 흐름과 배기가스 흐름이 기본적으로 공기 덕트(20)의 중심축과 평행한 공통의 흐름 방향이 되도록 하기 위함이다.
흐름의 방향에서 보는 바와 같이, 배기가스 흐름을 굴절시키기 위한 기류 분산 수단(32)이 배기가스 덕트(12)의 유출 단면(18) 후면에 구비된다. 이들은 아래의 도2 및 3에서 알 수 있는 바와 같이 서로 다르게 디자인될 수 있다. 기류 분산 수단(32)들의 디자인과는 관계없이, 공기 흐름의 방향의 배기가스의 흐름을 굴절시키기 위하여, 즉, 공기 덕트(20)의 방사형 방향의 구성을 이용하여, 공기 흐름으로 굴절시키기 위하여 기류 분산 수단(32)들이 제공되어, 난류가 생성되고 혼합이 향상된다.
흐름을 바꾸기 위한 이러한 기류 분산 수단(32) 이면에는 오리피스(34)가 구비되어 공기 덕트의 자유-흐름 단면을 좁혀 흐름 속도가 증가되며 추가적인 난류가 형성된다. 이러한 난류 구역들은 배기가스 흐름과 공기 흐름이 가능한 한 완전히 혼합되며 오리피스(34) 후면 지점까지 연장되는 혼합 구역(36)을 정의한다.
혼합 구역(36)에 인접하여, 희석터널(36)이 구비되어 아무런 스트리크(streak)도 형성됨 없이 배기가스/공기 혼합물의 균일한 흐름이 이루어진다. 희석 터널(38)에는 혼합 기체 흐름에서 샘플을 채집하기 위해 샘플링 프로브(40)가 중심축 중심에 구비된다. 샘플링 프로브(40)로 채취된 샘플 흐름은 가열 가능한 입자 필터를 통해 플레임 이혼화 감지기(flame ionization detector)에 공급되며 본 감지기의 도움을 받아 배기가스 내의 탄화수소 양이 결정 됨으로써, 배기가스 내의 산화질소, 이산화탄소 및 일산화탄소 함유량을 확정할 수 있다. 샘플링 프로브(40)를 통해 방출 입자들이 채취되어 입자 측정 도구에 공급된다. 상기한 분석을 위한 기체의 흐름은 여기서는 보여지지 않은 별개의 펌프를 통해 차례로 공급된다.
나머지 혼합가스 흐름은 희석 터널(38)로부터 공기와 배기가스를 공급하기 위해 알맞은 압력을 만들어내기 위해 구비된 제어 가능한 피드 펌프(42)로 이어지며, 여기에서, 혼합가스 흐름이 방출된다. 제어된 피드 펌프(42)의 구비 이외에도, 바람직한 흐름율을 조절하기 위해 피드 펌프 전면에 벤츄리 노즐을 구비하는 것도 가능하다.
더 나아가 피드 펌프를 통한 가스 흐름이 일정한 온도와 일정한 압력, 그리고/또는 일정한 용적의 흐름에서 측정된다는 점을 인식하여야 한다. 어떠한 경우에도 배기가스는 규정된 비율로 외기와 혼합되어 희석된다. 샘플링은 피드 펌프(42)을 통해 흐름율에 비례하여 일어난다. 여기서 다양한 희석 및 변위 펌프(dilution and displacement pump)를 포함하는 샘플링 시스템은, 예를 들어, ECE 가이드라인 R 83에 기술된 바와 같이 벤츄리관을 통해 임계 흐름율을 가지는 희석 시스템 등을 통하여 잘 알려져 있다. 이러한 시스템에서 사용되는 흐름 레귤레이터, 밸브와 흐름, 압력 및 온도 측정 기기들의 구성 또한 알려져 있으며 사용된 시스템에 따라 상이하기 때문에 이러한 규정에 따른 다양한 실시예 들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 널리 알려진 것이며, 본 발명은 이런 모든 타입의 샘플링에 적당하다.
그러나 이러한 시스템의 샘플링 결과는 샘플링 시점에 가능한 한 동질의 흐름이 확실히 존재할 경우에만 전형성을 갖는다. 다시 말하면, 공기 흐름에 배기가스 흐름이 적절히 혼합되어 스트리크 형성이 신뢰할 수 있을 정도로 예방되었을 경우에만 샘플링 결과가 전형성을 갖는다. 앞에서 언급되었다시피, 본 발명에서는 이러한 기능을 위하여 흐름 굴절을 위한 기류 분산 수단(32)을 구비하여 이러한 기능을 실현한다. 도 2에 나타낸 본 발명의 일 실시예에서는 이러한 기류 분산 수단들이 구형 구역으로 디자인된 물체로 정의되었으며, 그 일 실시예에서는 볼록한 표면이 배기가스 덕트(12) 방향으로 향하게 되어있는 반구(44)로 구성되는 것이 가능하다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 반구(44)는 배기가스 덕트(12)에서 유출 단면(18) 방향으로 45 밀리미터 거리에 위치하며 약 95 밀리미터의 반경을 갖고 있는 한편, 배기가스덕트(12)의 유출 단면은 반경이 약 90 밀리미터이다. 또한, 반구(44)는 자유-흐름 단면이 약 150 밀리미터인 오리피스(34) 까지 약 70 밀리미터 떨어져 있다. 이러한 규격값들은 공기 덕트(20)의 직경에 따라 결정되었으며 이번 경우의 덕트 직경은 273 밀리미터이다. 즉, 오리피스(34)의 흐름 단면의 면적이 흐름 굴절을 위한 상기 기류 분산 수단(32)의 단면적의 약 1.6배가 되고, 흐름 굴절을 위한 상기 기류 분산 수단(32)에서부터 배기가스 덕트(12)의 유출 단면(18)까지의 거리가 공기 덕트(20)과 배기가스 덕트(12)의 단면 직경 간의 차이값의 약 4분의 1이 되고, 흐름 굴절을 위한 상기 기류 분산 수단(32)에서 오리피스(34)까지의 거리가 상기 공기 덕트(20) 직경의 약 4분의 1이 되도록 하는 것이 바람직하다.
앞서 언급된 비율들은 한편으로는 배기가스 덕트(12)와 반구(44) 사이의 간극에서 배기가스의 흐름을 위한 자유 원통형 구역이 배기가스 덕트(12)의 유출 지역보다 더 크게 되어 압력 하강이 작게 유지되도록 하는 동시에, 또 한편으로는 거리가 충분히 작게 유지되어 반구(44)에서 방사형의 외부로 흐름의 방향 굴절이 확실히 생기도록 하여 배기가스 흐름이 공기 흐름으로 압축되도록 함으로써 난류가 확실하게 발생하도록 한다. 그에 덧붙여, 오리피스(34)와 반구(44) 간의 원통형 지역을 반구(44)의 수준에서 중심축과 평행한 자유-흐름 단면과 대략 거의 같은 크기가 되도록 유지함으로서 여기에도 아무런 압력 손실이 발생하지 않도록 함으로써 배기가스/공기 혼합물의 흐름을 위한 공간이 적절하게 크게 유지된다. 이 지역에서 오리피스(34)가 소용돌이를 갖는 배기가스/공기 혼합물의 흐름을 또다시 방사형으로 안쪽으로 가게 하는데 이로써 반대 방향에 소용돌이가 발생하여 결국은 난류를 만듬으로서 아주 양호한 혼합이 이루어지게 한다. 이러한 난류는 오리피스 뒤에서 소정 거리로 유지된다. 배기가스가 공기에 흘러가 함께 혼합되는 본 지역이 혼합 구역(36)을 정의한다.
반구(44)는 정체점의 발생을 예방하고 그럼으로써 더 이상의 압력 손실도 예방하는 중앙홀(46)을 더 포함한다. 반구(44)의 표면은 흐름이 접하는 면이 전해연마(electro-polish)되며, 그 반대쪽 면은 가열 필름으로 덮어 배기가스의 응결이 예방된다. 반구(44)는 3개의 지지대(48)를 통해 오리피스(34)에 체결되어 반구(44)가 간단한 방식으로 오리피스(34)와 함께 사전 조립되어 오리피스(34)와 함께 희석 터널(38)에 동심원 상으로 삽입될 수 있게 된다. 이러한 기류 분산 수단(32)들 및 덕트(20)에의 이들의 배열은 배기가스 흐름이 중심축에 대칭적으로 굴절되도록 보장하여, 공기와의 균일한 혼합이 보장된다.
도3은 본 발명의 또 다른 실시예를 보여준다. 배기가스 덕트(12)의 유출 단면(18)에는 네 개의 유출관(50)들이 서로 대칭적으로 90도 이격 배열되어 처음에는 배기가스 덕트(12)의 흐름 방향과 평행이 되게 나아가다가 배기가스 덕트(12)의 단부(16) 뒤에서 방사형으로 외측으로 휘어져 파이프(50)들은 흐름 방향으로 그 경로에서 계속적으로 중심축에서 벗어나도록 한다. 유출관(50)의 방출 단면은 희석 터널(38)의 중심축에 대하여 45도의 각도를 가지도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 유출관(50)들은 설치과정에서 배기가스 덕트(12)에 체결하는 링(52)에 미리 체결된다. 대안적으로, 오리피스(34)에 지지대(brace)들을 통해 체결하는 것이 가능하다.
본 발명에서 흐름 방향굴절을 위한 기류 분산 수단(32)의 구성 역시 배기가스 흐름이 축에 대해 대칭적으로 소정의 각도를 가지고 공기 흐름으로 확실하게 흐르도록 하므로 배기가스 흐름에 방사형 요소가 부가됨으로서 오리피스(34)에 의해 줄어든 지역에 의해 생성된 소용돌이의 반대 방향으로 소용돌이가 생성되게 함으로서 거대한 난류가 발생하여 두 가스 흐름이 아주 양호하게 혼합되는 결과를 낳는다. 상기와 같이 계속적으로 방향 굴절이 일어남으로서 압력 손실을 최소화하는 것이 확실하게 가능하게 된다.
따라서, 두 실시예 모두 향상된 혼합과 배기가스 흐름의 균질화를 위하여 적합한 구조를 제공하므로 전형적인 샘플링이 가능하며, 기존 발명과는 달리 압력 손실을 최소로 유지하기 때문에 오염물질 함유량 분석시 피드 펌프의 용량을 증가할 필요 없이 더 나은 시험 결과를 얻게 된다.
이상에서는 도면과 명세서에서 최적 실시 예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 배기가스 유입구
12: 배기가스 덕트 14: 배기가스 소스
16: 단부 18: 유출 단면
20: 공기 덕트
22: 개구부 24: 경계벽
28: 공기 필터
34: 오리피스 36: 혼합 구역
38: 희석 터널
32,44,50: 기류 분산 수단
40: 샘플링 프로브 42: 피드 펌프
46: 중심홀
50: 유출관

Claims (17)

  1. 내연기관으로부터 배기가스 샘플을 제거하는 시스템으로서,
    배기가스 유입구(10)을 통해 배기가스 소스(14)와 유체연통하는 배기가스 덕트(12);
    주변 공기가 공기 필터(28)를 통해 흡입되도록 적응된 공기 덕트(20);
    상기 배기가스 덕트(12)의 유출 단면(18)의 하류에 배열된 혼합 구역(36);
    배기가스/공기 혼합물이 관통하여 흐르는 희석 터널(38)을 포함하고,
    상기 배기가스 덕트(12)의 유출 단면(18)은 기본적으로 동심원으로 상기 공기 덕트(20) 내에 배열되고, 상기 희석 터널(38) 내 상기 배기가스 덕트(12)의 상기 유출 단면 (18)의 하류에, 환형의 오리피스(34)가 배열되되,
    상기 오리피스(34)의 상류와 상기 배기가스 덕트(12)의 유출 단면(18)의 하류에, 기류 분산 수단(32)이 배열되며, 상기 유출 단면(18)을 통해 배기가스 흐름이 주변의 공기 흐름 속으로 공급되어 이를 통해 배기가스 흐름이 상기 기류 분산 수단(32)의 바로 하류에서 축대칭 방식으로 상기 희석 터널(38)의 중심축으로부터 벗어나도록 배기가스 흐름이 굴절되되,
    흐름 굴절을 위한 상기 기류 분산 수단(32)은, 구(毬)형 구역(44)을 포함하여 구성되고 상기 희석 터널(38)에 동심원으로 배열된 몸체에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 내연기관으로부터 배기가스 샘플을 제거하는 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 구형 구역(44)은 반구 형상인 것을 특징으로 하는 내연기관으로부터 배기가스 샘플을 제거하는 시스템.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 구형 구역(44)은 전해연마(electropolish)되는 것을 특징으로 하는 내연기관으로부터 배기가스 샘플을 제거하는 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 구형 구역(44)은 중심홀(46)을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관으로부터 배기가스 샘플을 제거하는 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 구형 구역(44) 또는 오리피스(34)는 가열되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 내연기관으로부터 배기가스 샘플을 제거하는 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 구형 구역(44) 또는 오리피스(34)의 하류 표면 상에 가열 필름이 배열되는 것을 특징으로 하는 내연기관으로부터 배기가스 샘플을 제거하는 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    중심축의 방향으로 돌출한 상기 구형 구역(44)의 돌출 표면이 적어도 상기 배기가스 덕트(12)의 유출 단면(18)에 대응하도록 위치하는 것을 특징으로 하는 내연기관으로부터 배기가스 샘플을 제거하는 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 오리피스(34)의 유출 단면의 면적은 흐름 굴절을 위한 상기 기류 분산 수단(32)의 단면 면적에 대하여 1.2배 내지 1.8배인 것을 특징으로 하는 내연기관으로부터 배기가스 샘플을 제거하는 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 배기가스 덕트(12)의 유출 단면(18)에서부터 흐름 굴절을 위한 상기 기류 분산 수단(32)까지의 거리(d)는, 상기 공기 덕트(20)의 직경과 상기 배기가스 덕트(12)의 직경 간의 차이의 1/3 내지 1/5인 것을 특징으로 하는 내연기관으로부터 배기가스 샘플을 제거하는 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 오리피스(34) 에서부터 흐름 굴절을 위한 상기 기류 분산 수단(32)의 거리는, 상기 공기 덕트(20)의 직경의 1/3 내지 1/5인 것을 특징으로 하는 내연기관으로부터 배기가스 샘플을 제거하는 시스템.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제 1 항에 있어서,
    흐름 굴절을 위한 상기 기류 분산 수단(32)은 적어도 1개의 지지대(48)를 통해 상기 오리피스(34)에 체결되는 것을 특징으로 하는 내연기관으로부터 배기가스 샘플을 제거하는 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    흐름 굴절을 위한 상기 기류 분산 수단(32)은 3개의 지지대(48)를 통해 상기 오리피스(34)에 체결 고정되는 것을 특징으로 하는 내연기관으로부터 배기가스 샘플을 제거하는 시스템.
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