KR101831832B1 - 배기 가스를 위한 인서트, 홀더 및 후처리 유닛 - Google Patents

Abstract

연소 엔진의 배기 가스를 위한 후처리 유닛(10) 내의 홀더(22)의 인서트(50)로서, 상기 인서트는 처리될 배기 가스가 통과하도록 구성된 처리 부품(70)을 위한 소켓(52)과, 상기 인서트(50)를 홀더(22) 내의 제 위치에 유지하기 위한 연결 수단(54)과, 상기 홀더(22)에 대해 소켓(52)을 기밀식으로 밀폐하기 위한 밀봉 수단(82)을 포함한다. 본 발명에 따르면, 상기 밀봉 수단은 홀더 내의 반대측 밀봉 링(84)과 셀프 센터링 시트 맞물림으로 협력하는 소켓(52) 상의 밀봉 링(82)을 갖는다.

Description

배기 가스를 위한 인서트, 홀더 및 후처리 유닛{INSERT, HOLDER AND POST-TREATMENT UNIT FOR EXHAUST GASES}

본 발명은 연소 엔진의 배기 가스를 위한 후처리 유닛 내의 홀더의 인서트에 관한 것으로, 상기 인서트는 처리될 배기 가스가 통과하도록 구성된 처리 부품을 위한 소켓과, 상기 인서트를 홀더 내의 제 위치에 유지하기 위한 연결 수단과, 상기 홀더에 대해 소켓을 기밀식으로 밀폐하기 위한 밀봉 수단을 포함한다. 또한, 본 발명은 위와 같은 인서트를 위한 홀더와, 위와 같은 인서트를 구비한 후처리 유닛에 관한 것이다.

점점 더 엄격해지는 배출 요건을 충족시키기 위해, 차량 제조사들은 배기 가스 후처리에 오랫동안 의지하고 있다. 이 처리는 배기 가스를 화학적으로 또는 물리적으로 변형시키는 다양한 촉매와 필터에서 실시되며, 이에 따라, 소량의 바람직하지 않은 물질만 배기 파이프로부터 배출될 수 있다. 전술한 유형의 인서트에서, 처리 부품은, 예컨대, 산화 촉매, SCR(선택적 촉매 환원) 촉매 또는 월 플로우 필터(wall flow filter)일 수 있다. 필터와 촉매에 사용되는 코팅을 구비한 기판들이 자신의 기능을 수행하기 위해서는, 재생을 위해, 예컨대, 높은 배압을 초래하는 애쉬(ash) 잔류물을 제거하는 세척을 위해, 그리고 처리 부품의 교환을 위해, 후처리 유닛/소음기로부터 추출가능하여야 할 필요가 흔히 있다. 그러한 인서트를 위한 공지의 시일은 소위 V자형 시일을 포함한다. 시일을 각각 추출한 후, 그 시일은 소성적으로 변형되었거나, 인서트가 후처리 유닛의 홀더에 재연결될 경우 더 이상 충분히 치밀하지 않을 것이므로, 배기 가스 배출에 관해 널리 알려진 요건을 충족시킬 수 있도록 새로운 시일로 교환할 필요가 있다. 오늘날의 배출 요건은 심지어 소량의 배기 가스도 후처리 유닛의 인서트를 통과하여 누설되는 것을 허용하지 않는다.

본 발명의 목적은 효과적인 시일을 구비하고, 시일을 교환할 필요없이 분리와 재장착이 용이한 서두에 언급한 유형의 인서트를 제안하는 것이다.

이 목적은 후술하는 특허청구범위에 기술된 특징들에 의해 구현된다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 밀봉 수단은 홀더 내의 반대측 밀봉 링과 셀프 센터링 시트 맞물림(self-centering seat engagement)으로 협력하는 소켓 상의 밀봉 링을 포함한다. 이론적으로 밸브 시트 시일과 같이 기능하는 것으로 간주될 수 있는 이러한 밀봉 배열체는 우수한 밀봉 성능을 가지며, 다수 회 재삽입될 수 있다. 환형의 실시예도 시일을 원주 방향으로 휘어지게 탄성적으로 만들며, 이에 따라, 인서트가 홀더에 연결될 때, 예컨대, 원뿔형의 셀프 센터링이 링들을 서로에 대해 긴밀하게 선형 접촉하도록 강제한다.

밀봉 링은 강성 재료, 예컨대, 금속, 특히 스틸로 제조되는데, 세라믹 재료도 고려할 수 있다. 또한, 밀봉 링은 최적의 밀봉 성능을 위해 높은 표면 입도로 기계가공, 예컨대, 선반가공 또는 연마될 수 있다. 표면 입도는, 널리 알려진 배출 요건, 예컨대, 현재의 유로 6(Euro 6)를 충족시킬 수 있을 정도로 밀봉이 충분히 치밀해지도록 하는, 표면 입도일 수 있다.

또한, 밀봉 링은 홀더와 소켓의 각 코너 리세스 내에 배치될 수 있다.

홀더 내에서 인서트를 제 위치에 유지하기 위한 연결은 나사식 연결을 포함할 수 있다. 조임 토크를 모니터링함으로써 확인할 수 있는 그러한 연결은 밀봉 링들 간의 우수하고 정확한 접촉력을 구현하는 간단한 방법이다.

나사식 연결은 홀더의 내부 나사산과 맞물리는 소켓의 외부 나사산을 포함할 수 있다. 이는 인서트가 1회의 작동으로 홀더에 결합될 수 있도록 한다.

또한, 소켓의 외측 단부는 연결을 조이거나 해제하는 공구를 위해 원주에 배치된 리세스를 가질 수 있다.

본 발명의 다른 특징과 장점이 특허청구범위와 후술하는 실시예에 대한 설명으로부터 명확해질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 인서트를 구비할 수 있는 배기 가스 후처리 유닛의 사시도이다.
도 2는 배기 가스 후처리 유닛의 홀더에 밀봉식으로 연결되는 본 발명에 따른 인서트의 부분 측단면도이다.
도 3은 개략적으로 도시된 배기 가스 후처리 유닛의 홀더에 부분적으로 삽입된 본 발명에 따른 인서트의 측면도이다.
도 4는 배기 가스 후처리 유닛의 홀더와 인서트 사이에서 본 발명에 따른 시일의 일부를 절개한 확대 단면도이다.
도 5는 배기 가스 후처리 유닛의 커버 배열체의 일부를 절개한 단면 사시도이다.
도 6은 배기 가스 후처리 유닛과 커버 배열체 사이의 밀봉 영역의 일부를 절개한 확대 단면도이다.
도 7은 커버 배열체를 위한 커버 조임쇠의 일부를 절개한 사시도이다.
도 8은 편심 클램핑 수단을 구비한 커버 조임쇠의 일례를 개략적으로 도시한 도면이다.

동일하거나 유사한 기능을 가진 항목을 나타내기 위해 도면 전반에 걸쳐 동일한 참조 번호를 사용한다.

도 1은 도시되지 않은 내연 기관, 예컨대, 화물 차량의 디젤 엔진을 위한 배기 가스 후처리 유닛(10)을 도시하고 있다. 후처리 유닛(10)은 엔진으로부터의 배기 가스를 위한, 도시되지 않은 입구 및 출구를 구비한 하우징(12)을 공지된 방식으로 포함하고 있다. 후처리 유닛(10)은 하나 이상의 교환가능한 인서트들, 예컨대, 도 1에 점선으로 표시된 인서트(50)를 가질 수 있으며, 각각의 인서트는 배기 가스가 통과하도록 배열된 기판을 수용하는 처리 부품, 예컨대, 산화 촉매, SCR 촉매 또는 월 플로우 필터를 포함한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 인서트(50)는 양 단부가 개방되어 있는 박벽 슬리브(52) 또는 소위 "슬리브형 파이프"를 구비하고, 상기 박벽 슬리브 속으로 기판(70)이 밀려들어간 다음 서로 대향하는 한 쌍의 잠금 링(72)에 의해 축방향으로 고정되며, 상기 잠금 링들 자체는 슬리브(52)의 서로 대향하는 단부들에 형성된 환형 쇼울더(74)에 의해 고정된다. 기판(70)은 적당한 재료, 예컨대, 충격 흡수 또는 진동 감쇠 재료로 제조된 내부 슬리브(76) 형태의 방사상 지지체를 가질 수도 있다.

도 3에 부분적이면서 개략적으로 추가하여 도시한 바와 같이, 인서트(50)는 하우징(12) 내에서 커버(30)를 구비한 개구(16)를 통해 후처리 유닛(10)으로부터 제거되거나 후처리 유닛에 삽입될 수 있다. 구체적으로, 인서트(50)는 배기 가스 덕트(20)와 일체화된 홀더(22)로부터 뽑히거나 홀더 속으로 밀려들어갈 수 있으며, 상기 배기 덕트는 도시되지 않은 방식으로 하우징(12) 내의 제 위치에 용접되어 있다. 인서트(50)가 덕트(20)에 견고하게 연결될 수 있도록, 슬리브(52)의 타단부에는 홀더(22)의 내부 나사산(24)과 맞물리는 외부 나사산(54)이 더 구비되어 있다. 슬리브(52)의 외측 에지에 있는 축방향 외측 플랜지(56)는, 덕트(20)의 홀더(22) 내에서 인서트(50)를 뽑아서 분리하기 위해 도시되지 않은 공구와 맞물리도록, 원주 주위에 균일하게 분포된 다수의 리세스(58)를 더 가질 수 있다.

도 2에 가장 명확하게 도시된 바와 같이, 홀더(22)와 슬리브(52)의 내측 단부 사이에는 환형 시일(80)이 존재한다. 환형 시일(80)은, 실질적으로 선형 접촉으로 협력하며 적당한 등급의 스틸로 제조된 밀봉 링(82, 84) 형태의 한 쌍의 밀봉 수단을 포함한다. 도 4에 가장 명확하게 도시된 바와 같이, 밀봉 링(82, 84)들은 홀더(22)와 슬리브(52)의 각각의 적당한 형상의 코너 리세스 내에 배치될 수 있으며, 적당한 조인트(86)에 의해, 예컨대, 용접 또는 납땜 조인트, 또는 통과하는 배기 가스로부터의 고온을 견딜 수 있는 결합제(binding agent)와 같이 가능한 몇몇 다른 치밀한 형태의 조인트에 의해 리세스 내에 연결될 수 있다. 밀봉 링(82, 84)의 밀봉면(82', 84') 중 하나의 밀봉면(84')이 원뿔형이고, 이에 따라, 인서트(50)의 슬리브(52)가 덕트(20)의 홀더(22) 속으로 견고하게 나사결합될 때 시일(80)이 이론적으로 시트 밸브와 같이 기능하기 때문에, 시일(80)은 셀프-센터링(self-centering) 타입이다. 물론, 원뿔형 표면이 슬리브(52)(미도시)의 밀봉 링(82)에 있도록, 밀봉 링(82, 84)들이 반대로 구성될 수도 있다. 협력하는 밀봉면(82', 84')들은 기계가공, 예컨대, 선반가공되는 것이 유리할 수도 있으며, 필요하다면, 밀봉 성능을 더 개선하기 위해 높은 표면 입도로 연마된다.

도 1을 다시 참조하면, 소음기/후처리 유닛(10)의 판금벽(14)의 원형 접근 개구(16)를 위한 개방가능한 커버 배열체(30)가 도시되어 있다. 도 5에 상세하게 도시된 바와 같이, 커버 배열체(30)는 커버 조임쇠(40)를 구비한 커버(32)를 포함한다. 페인트 통의 덮개와 같은 커버(32)는 판금, 예컨대, 박강판으로 제조되며, 곡률(v)을 가진 곡선형 커버 디스크(34)와, 커버(30)가 개구(16)에 압입될 때 개구(16)의 에지와 밀봉식으로 맞물리도록 구성된 적당하게 약간 원뿔형으로 형성된 탄성 밀봉 플랜지(38)를 구비하고 있다. 도 5의 예에서, 개구(16)의 에지는 내측 플랜지(18)에 의해 획정되며, 상기 내측 플랜지도 마찬가지로, 반드시 필요하지는 않지만, 약간 원뿔형으로 형성될 수 있다. 개구(16)의 에지가 반드시 플랜지(18)를 포함할 필요는 없으며, 가능한 라운드진 단면(미도시)을 구비한 원형의 내측 에지일 수도 있다.

커버 조임쇠(40)는 도 6에 도시된 바와 같이 결합 상태로 커버(32)를 클램핑할 수 있다. 이 예에서, 커버 조임쇠(40)는 밀봉 플랜지(38)의 내면에 견고하게 연결된, 예컨대, 용접되거나 납땜된 직경방향으로 대향하는 절곡형 단부(44)들을 구비한 한쌍의 상호 교차하는 지지 부재들 또는 지지 암(42)들을 포함하는 지지 프레임을 갖는다. 고정 너트(48)를 구비한 클램핑 스크류(46) 형태의 클램핑 수단이 나사식으로 지지 암(42)들의 교차 영역에 연결된다. 스크류(46)의 자유 단부는 곡선형 커버 디스크(34)와 맞물리며, 이에 따라, 스크류(46)가 조여지면, 그 자유 단부가 커버 디스크(34)의 중앙 영역을 압입하여 곡률을 줄이게 된다. 커버 배열체(30)가 후처리 유닛(10)의 개구 내에 배치되면, 대략 도 6에 도시된 바와 같이, 밀봉 플랜지(38)가 쇄선으로 표시된 위치로부터 실선으로 표시된 위치까지 화살표 방향으로 이동하게 되며, 이에 따라, 개구(16)의 에지/플랜지(18)에 대해 밀봉식으로 더 클램핑된다. 도 6에 추가로 도시된 바와 같이, 각각의 지지 암(42)은, 필요하다면, 클램핑 스크류(46)가 조여질 때, 지지 암(42)의 외향 변형을 방지하기 위해, 예컨대, 곡선형 단면을 가질 수 있다.

커버와 커버 조임쇠의 다양한 변형이 가능하다. 도 7에 도시된 바와 같이, 커버 조임쇠(40)는, 예컨대, 적당한 개수의 방사상 지지 암 또는 스포크(42)를 획정하는 리세스를 구비한 판금으로 제조된 지지 디스크 형태를 취할 수 있다. 도 8은 클램핑 수단(90)을 구비한 커버 조임쇠(40)를 개략적으로 도시하고 있으며, 상기 클램핑 수단은, 지지 프레임(42)의 개구에 피벗가능하게 지지되고 커버 디스크(34)의 곡률을 실선과 쇄선으로 표시된 각각의 상태들로 변화시키기 위해 핸들(94)에 의해 용이하게 방향이 조정될 수 있는 편심 요소(92)를 포함한다.

커버 디스크가 도면에 도시된 방향과는 반대 방향으로(즉, 개구 속으로 내측 방향으로) 곡선화되고, 클램핑 디바이스가 커버 디스크(미도시)에 대해 압력 대신 인장력을 가하는 것도 생각할 수 있다.

전술한 설명은 주로 이해를 돕기 위한 것이며, 본 발명에 대한 불필요한 제한을 유추하고자 하는 것이 아니다. 이 설명을 정독함으로써 당업자에게 자명하게 될 변형들이 본 발명의 개념이나 후술하는 특허청구범위로부터 일탈하지 않고 이루어질 수 있다.

Claims (13)

1. 연소 엔진의 배기 가스를 위한 후처리 유닛(10) 내의 홀더(22)의 인서트(50)로서,
   처리될 배기 가스가 통과하도록 구성된 처리 부품(70)을 위한 소켓(52)과,
   상기 인서트(50)를 홀더(22) 내의 제 위치에 유지하기 위한 연결 수단(54)과,
   상기 홀더(22)에 대해 소켓(52)을 기밀식으로 밀폐하기 위한 밀봉 수단(80)을 포함하며,
   상기 밀봉 수단(80)은 홀더(22) 내의 반대측 밀봉 링(84)과 셀프 센터링 시트 맞물림으로 협력하는 소켓(52) 상의 밀봉 링(82)을 포함하는, 인서트에 있어서,
   상기 밀봉 링(82)은 상기 소켓(52)의 코너 리세스 내에 배치되고, 상기 연결 수단은 홀더(22)의 내부 나사산(24)과 맞물리는 소켓(52)의 외부 나사산(54)을 포함하는 나사식 연결(24, 54)을 포함하는 것을 특징으로 하는 인서트.
2. 제1항에 있어서,
   상기 밀봉 링(82)은 상기 반대측 밀봉 링(84)과 원뿔형 시트 맞물림(conical seat engagement)되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 인서트.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 밀봉 링이 금속으로 제조되는 것을 특징으로 하는 인서트.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 소켓(52)의 외측 단부는 나사식 연결(54, 24)을 조이거나 해제하는 공구를 위해 원주에 배치된 리세스(58)를 가진 것을 특징으로 하는 인서트.
5. 배기 가스 후처리 유닛(10)을 위한 제1항에 따른 인서트(50)용 홀더(22)로서,
   상기 반대측 밀봉 링(84)을 구비하는 것을 특징으로 하는 홀더.
6. 제5항에 있어서,
   상기 반대측 밀봉 링(84)이 금속으로 제조되는 것을 특징으로 하는 홀더.
7. 제5항에 있어서,
   상기 반대측 밀봉 링(84)이 상기 홀더(22)의 코너 리세스 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 홀더.
8. 제1항에 따른 인서트(50) 및 제5항에 따른 홀더(22)를 구비한 배기 가스 후처리 유닛(10).
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