KR102069764B1

KR102069764B1 - 요소수 공급장치

Info

Publication number: KR102069764B1
Application number: KR1020180150406A
Authority: KR
Inventors: 안수진; 송태훈; 정재욱
Original assignee: 주식회사 화영
Priority date: 2018-11-29
Filing date: 2018-11-29
Publication date: 2020-02-24

Abstract

본 발명은 요소수 공급장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 별도의 밸브를 마련하지 않고 요소수 회수 펌프에 밸브의 역할을 수행하기 위한 쿠션부재와 밸브헤드를 마련하여 그 구성을 간단히 하고 제작 비용을 줄일 수 있는 요소수 공급장치에 관한 것이다.

Description

요소수 공급장치{UREA SUPPLY APPARATUS}

본 발명은 요소수 공급장치에 관한 것으로서, 선택적 촉매 환원장치(SCR System, Selective Catalytic Reduction System)의 요소수 분사모듈에 요소수를 공급하거나 요소수 탱크로 잔여 요소수를 회수하기 위한 요소수 공급장치에 관한 것이다.

요소수(Urea)를 환원제로 이용하여 질소산화물을 저감하는 선택적 촉매 환원장치(SCR System, Selective Catalytic Reduction System)에는 요소수를 요소수 분사모듈에 공급하기 위한 요소수 공급장치가 마련되어 있다.

요소수 공급장치는 요소수 탱크에 저장된 요소수를 요소수 분사모듈에 공급하거나 요소수 분사모듈에 공급하고 남은 잔여 요소수를 요소수 탱크로 회수하는 역할을 한다.

일반적으로 요소수 공급장치는 요소수를 공급하기 위한 요소수 공급 펌프와, 잔여 요소수를 회수하기 위한 요소수 회수 펌프, 그리고 이들을 상호 연결하는 유로를 포함하여 이루어진다.

요소수 공급 펌프는 요소수 탱크에 저장된 요소수를 요소수 공급관을 통하여 요소수 분사모듈에 공급하며, 요소수 회수 펌프는 차량의 엔진이 정지될 경우 요소수 공급관에 남아있는 잔여 요소수를 요소수 탱크로 회수한다.

요수소 공급 및 회수용 펌프로서 가장 널리 사용되는 것은 솔레노이드 펌프이다. 솔레노이드 펌프는 솔레노이드 코일에 의하여 플런저가 진퇴하여 유체를 이송하도록 작동되는 장치로서, 그 구조가 간단하고 소형화가 가능하여 모듈화된 장치에 널리 사용된다.

그러나 요소수 공급 및 회수용 펌프로서 솔레노이드 펌프를 이용하는 요소수 공급장치는, 솔레노이드 펌프의 작동시 발생되는 맥동에 의하여 요소수를 일정한 압력으로 공급하기 어렵다는 문제가 있다.

종래의 요소수 공급장치는 솔레노이드 펌프의 맥동을 흡수할 수 있도록 요소수 공급관을 고무호스로 사용하고 있다. 그러나 요소수 배관을 고무호스로 제작하더라도 솔레노이드 펌프의 맥동을 완전히 흡수할 수 없어 정교한 분사 제어가 이루어지지 않는다.

한편, 종래의 요소수 공급장치는 요소수 공급 펌프가 작동되는 동안에는 요소수가 요소수 회수 펌프로 유입되지 않도록 하기 위하여 요소수 배관에 별도의 밸브를 마련하도록 구성되어 있다.

즉, 요소수를 요소수 분사모듈에 공급하는 동안에는 요소수가 요소수 회수용 배관으로 유입되지 않도록 밸브를 차단하고, 차량의 운행이 중단되어 요소수를 다시 회수해야 하는 경우에는 밸브를 개방하여 요소수를 요소수 공급관에서 회수할 수 있도록 한다.

이와 같이 종래의 요소수 공급장치에는 요소수의 공급 및 회수에 따라 개폐되는 밸브가 더 마련되고 상황에 맞추어 밸브의 개폐를 제어해야 하므로, 요소수 공급장치의 구성이 매우 복잡하고 요소수 공급장치의 제조 비용이 높다는 문제가 있다.

대한민국 등록특허 제10-1655201호 "요소수 펌프유닛" (2016.09.01. 등록)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 별도의 밸브 없이도 요소수의 공급 및 회수를 완벽하게 제어할 수 있도록 하는 요소수 공급장치를 제시하고자 한다.

상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 요소수 탱크에 저장된 요소수를 요소수 공급관을 통하여 요소수 분사모듈에 공급하기 위한 요소수 공급 펌프, 상기 요소수 공급관의 요소수를 상기 요소수 탱크로 회수하기 위한 요소수 회수 펌프, 상기 요소수 공급 펌프와 상기 요소수 회수 펌프와 상기 요소수 공급관을 연결하기 위한 요소수 공급 및 회수용 유로를 포함하여 이루어지는 요소수 공급장치에 있어서, 상기 요소수 회수 펌프는, 요소수 토출로가 형성된 아웃렛 포트와 상기 아웃렛 포트의 후단부에 마련되되 상기 요소수 토출로와 연통되는 요소수 수용공간이 형성된 플런저 수용부와 상기 플런저 수용부의 후단부에 마련되되 상기 요소수 수용공간과 연통되는 요소수 유입로가 형성되는 인렛 포트를 포함하는 펌프 몸체, 상기 인렛 포트의 전단부에 마련되되 중앙에 요소수용 통공이 형성되며 전단부 내주면에 전광후협의 플런저용 밸브시트면이 형성된 밸브시트 몸체와 상기 밸브시트 몸체의 전면부 가장자리에서 전방으로 돌출 형성되는 쿠션용 돌출부를 포함하여 이루어지는 쿠션부재, 상기 요소수 수용공간에 마련되어 전후 방향으로 진퇴하여 상기 요소수 유입로를 통하여 유입된 요소수를 상기 요소수 토출로를 통하여 토출하기 위한 것으로 후단부에 상기 쿠션부재의 플런저용 밸브시트면과 접촉 가능한 원뿔 형태의 밸브헤드가 형성된 피스톤과 상기 피스톤이 결합되되 상기 쿠션부재의 쿠션용 돌출부와 접촉 가능한 플런저 몸체를 포함하여 이루어지는 플런저 모듈, 상기 펌프 몸체의 외측에 마련되어 상기 플런저 모듈을 진퇴시키기 위한 솔레노이드 모듈을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기에 있어서, 상기 피스톤의 후단부에, 일단이 상기 밸브헤드의 후단부 중앙 외측에 연결되며 타단이 상기 피스톤의 방사상 방향 외측과 연결되는 맥동 흡수용 유로가 형성되는 것이 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 쿠션부재는 서로 이격되어 형성된 복수의 쿠션용 돌출부 사이에 요소수 유동용 홈이 형성되는 것이 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 요소수 공급 펌프 및 상기 요소수 회수 펌프를 수용하기 위한 공급장치 하우징이 마련되며, 상기 공급장치 하우징에는 요소수를 가열하기 위한 요소수 히터가 마련되며, 상기 요소수 탱크에서 요소수를 흡입하기 위한 요소수 흡인관이 상기 요소수 히터의 상부로 연장되면서 상기 요소수 공급 펌프에 연결되며, 상기 요소수 흡입관의 단부에는 상기 요소수 히터의 상부에 위치한 요소수 필터가 마련될 수 있다.

상기에 있어서, 상기 플런저 수용부의 후단부에는 관형의 인렛 포트 진퇴 안내부가 후방으로 연장 형성되고, 상기 인렛 포트는 전단부가 상기 인렛 포트 진퇴 안내부의 내주면에 밀착된 상태로 진퇴 가능하게 삽입되고, 상기 플런저 수용부의 후단부에는 상기 인렛 포트의 후퇴를 제한하는 마개부가 마련되며, 상기 마개부 및 상기 인렛 포트의 사이에 개재되어 상기 인렛 포트를 전방으로 탄성 가압하는 인렛 포트 탄성가압부재가 마련될 수 있다.

상기에 있어서, 상기 요소수 회수 펌프의 아웃렛 포트에는, 요소수를 수용하기 위한 댐퍼 하우징과 상기 댐퍼 하우징의 내부에 마련되어 요소수의 압력에 의하여 눌려지며 상기 댐퍼 하우징 내부의 체적이 가변되도록 하는 접시 형상 댐핑 부재를 포함하여 이루어지는 동파 방지용 댐퍼가 연결되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 본 발명은, 별도의 밸브를 마련하지 않고 요소수 회수 펌프에 밸브의 역할을 수행하기 위한 쿠션부재와 밸브헤드를 마련하여 그 구성을 간단히 하고 제작 비용을 줄일 수 있도록 한다.

또한 본 발명은, 요소수 공급 펌프의 작동시 발생되는 맥동을 흡수하여 요소수를 요소수 분사모듈에 균일한 압력으로 공급할 수 있도록 한다.

특히 요소수 공급 펌프의 맥동을 감소시키기 위하여 별도의 댐핑부재를 사용하지 않고 요소수 회수 펌프에 맥동 흡수용 유로를 형성하여 요소수 공급장치의 전체적인 구성을 간단히 하고 제작 비용을 줄일 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시례에 의한 요소수 공급장치가 장착된 선택적 촉매 환원장치의 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시례에 의한 요소수 공급장치의 사시도,
도 3은 도 2의 요소수 공급장치의 평면도,
도 4는 도 3의 요소수 공급장치의 A-A방향 단면도,
도 5는 도 4의 요소수 공급장치의 요소수 회수 펌프의 단면도,
도 6은 도 5의 요소수 회수 펌프의 쿠션부재의 사시도,
도 7은 도 5의 요소수 회수 펌프의 쿠션부재의 단면도,
도 8은 도 3의 요소수 공급장치의 B-B방향 단면도,
도 9는 도 3의 요소수 공급장치의 C-C방향 단면도.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시례를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시례에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 일 실시례에 의한 요소수 공급장치가 장착된 선택적 촉매 환원장치의 구성도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시례에 의한 요소수 공급장치의 사시도이며, 도 3은 도 2의 요소수 공급장치의 평면도이며, 도 4는 도 3의 요소수 공급장치의 A-A방향 단면도이며, 도 5는 도 4의 요소수 공급장치의 요소수 회수 펌프의 단면도이며, 도 6은 도 5의 요소수 회수 펌프의 쿠션부재의 사시도이며, 도 7은 도 5의 요소수 회수 펌프의 쿠션부재의 단면도이며, 도 8은 도 3의 요소수 공급장치의 B-B방향 단면도이며, 도 9는 도 3의 요소수 공급장치의 C-C방향 단면도이다.

본 발명의 일 실시례에 의한 요소수 공급장치(10)는 도 1의 선택적 촉매 환원장치(SCR System, Selective Catalytic Reduction System)에 마련되어 요소수 탱크(20)에 저장된 요소수를 요소수 공급관을 통하여 요소수 분사모듈(30)에 공급하거나 요소수 공급관의 잔량의 요소수를 요소수 탱크(20)로 회수하기 위한 것이다.

본 실시례의 요소수 공급장치(10)는, 요소수 탱크(20)에 장착하기 위한 브라켓 역할을 하는 공급장치 하우징(100), 공급장치 하우징(100)에 장착되는 요소수 공급 펌프(200) 및 요소수 회수 펌프(300), 그리고 요소수 공급 및 회수용 유로(400) 등을 포함하여 이루어진다.

공급장치 하우징(100)은 원형의 통 형태이다. 공급장치 하우징(100)은 장착되는 구성요소의 구조나 배치에 따라서 그 형태가 변형될 수 있다.

요소수 공급 펌프(200)는 요소수 탱크(20)에 저장된 요소수를 요소수 공급관을 통하여 요소수 분사모듈(30)에 공급하기 위한 것이다. 그리고 요소수 회수 펌프(300)는 요소수 분사모듈(30)에 공급하고 남은 잔량의 요소수를 다시 요소수 탱크(20)로 회수하기 위한 것이다.

요소수 공급 펌프(200)는 요소수 탱크(20)에서 요소수를 흡입하여 요소수 분사모듈(30)로 공급할 수만 있으면 되므로 그 구조를 특별히 한정하지 않는다. 본 실시례에서는 요소수 공급 펌프(200)를 별도로 설계하는 번거로움을 줄이기 위하여 요소수 회수 펌프(300)와 동일한 구조로 제작된다.

본 발명의 일 실시례에 의한 요소수 공급장치(10)는 요소수 회수 펌프(300)에 주요 특징이 마련되어 있으므로, 요소수 회수 펌프(300)를 기준으로 요소수 공급 펌프(200) 및 요소수 회수 펌프(300)의 구조를 설명하도록 한다.

아울러 요소수 공급 펌프(200)는 요소수 회수 펌프(300)를 거꾸로 배치한 것에 불과하므로 요소수 회수 펌프(300)의 상세한 설명을 참조하면 요소수 공급 펌프(200)의 구조 및 작동 형태를 쉽게 이해할 수 있다.

요소수 회수 펌프(300)는 도 5에 도시된 바와 같이 펌프 몸체(310), 플런저 모듈(320), 솔레노이드 모듈(330), 펌프 하우징(340)을 포함하여 이루어진다.

펌프 몸체(310)는, 요소수 토출로(311a)가 형성되는 아웃렛 포트(311)와, 아웃렛 포트(311)의 후단부에 마련되되 요소수 토출로(311a)와 연통되는 요소수 수용공간(A)이 형성되는 플런저 수용부와, 플런저 수용부의 후단부에 마련되되 요소수 수용공간(A)과 연통되는 요소수 유입로(315a)가 형성되는 인렛 포트(315)를 포함하여 이루어진다.

아웃렛 포트(311)는 요소수 회수 펌프(300)로 유입된 요소수를 토출하기 위한 일반적인 포트의 형태이며, 아웃렛 포트(311)에는 요소수 토출로(111)를 통한 유체의 일방향 토출만을 허용하는 체크밸브(350)가 마련된다. 체크밸브(350)는, 볼(351)과, 볼(351)이 안착되는 밸브시트(352)와, 볼(351)을 밸브시트(352)를 향하여 가압하는 가압스프링(353)으로 이루어지는 일반적인 체크밸브의 형태이다.

앞서 언급한 바와 같이 아웃렛 포트(110)의 후단에는 아웃렛 포트(110)의 유체 토출로(111)와 연통되는 유체 수용공간(A)을 구비한 플런저 수용부가 마련된다.

플런저 수용부는 요소수 수용공간(A)에 마련되는 플런저 모듈(320)의 구조와 솔레노이드 모듈(330)에 의한 플런저 모듈(320)의 작동 방식에 따라서 다양한 형태로 실시될 수 있다. 일례로 플런저 수용부는, 아웃렛 포트(311) 및 인렛 포트(315)에 일체화된 구조로 실시될 수도 있고, 둘 이상의 구성요소로 나뉘어진 형태로 실시될 수도 있다.

본 실시례의 플런저 수용부는 아웃렛 포트(311)의 후단부에 일체로 형성되는 제1수용부 몸체(312)와, 제1수용부 몸체(312)의 후단부에 결합되는 스페이서(313)와, 스페이서(313)의 후단부에 결합되는 제2수용부 몸체(314)로 이루어진다.

제1수용부 몸체(312)와 제2수용부 몸체(314)는 자성체 금속으로 제작되며, 스페어서(313)는 비자성체 금속으로 제작된다. 스페이서(313)는 제1수용부 몸체(312)와 제2수용부 몸체(314)의 사이에 용접으로 결합된다.

제1수용부 몸체(312)와 제2수용부 몸체(314)는 자성체 금속으로 제작되고 스페이서(313)는 비자성체 금속으로 제작되므로, 솔레노이드 모듈(330)에 의한 자기장이 요소수 수용공간(A)에 위치한 플런저 모듈(320)을 지나가도록 자기회로가 형성되며 플런저 모듈(320)을 진퇴시키게 된다.

한편, 플런저 수용부의 후단부, 즉 제2수용부 몸체(314)의 후단부에는 관형의 인렛 포트 진퇴 안내부(314a)가 후방으로 연장되어 형성된다. 인렛 포트 진퇴 안내부(314a)는 플런저 수용부보다 직경이 확장된 관 형태이며 그 경계에는 걸림턱(314b)이 형성된다.

걸림턱(314b)은 인렛 포트 진퇴 안내부(314a)에 인렛 포트(315)가 삽입된 이후 인렛 포트(315)가 인렛 포트 진퇴 안내부(314a)를 넘어서 플런저 수용부의 내부로 전진하는 것을 제한하는 역할을 한다.

인렛 포트 진퇴 안내부(314a)에는 인렛 포트(315)의 전단부가 삽입된다. 인렛 포트(315)는 내부에 요소수 수용공간(A)와 연통되는 요소수 유입로(315a)가 형성되어 있으며, 인렛 포트(315)의 전단부에는 인렛 포트 진퇴 안내부(314a)의 내주면에 밀착된 상태로 인렛 포트(315)가 진퇴 가능하게 삽입되도록 하기 위한 수밀 결합부(315c)가 형성된다.

수밀 결합부(315c)가 인렛 포트 진퇴 안내부(314a)에 삽입될 때 수밀 결합부(315c)와 인렛 포트 진퇴 안내부(314a)의 사이에 수밀이 이루어지도록 수밀 결합부(315c)에 오링(315d)이 개재된다.

인렛 포트(315)는 인렛 포트 진퇴 안내부(314a)에 삽입된 상태로 진퇴 가능하므로, 요소수 수용공간(A)의 요소수가 결빙되어 요소수의 부피가 증가되면 인렛 포트(315)가 후퇴하며 요소수 수용공간(A)의 용적이 늘어나게 된다. 즉, 요소수의 빙결시 요소수 수용공간(A)의 용적이 가변되어 물리적 변형이나 파손을 방지한다.

인렛 포트(315)의 후단부는 아웃렛 포트(311)와 마찬가지로 배관을 연결할 수 있는 일반적인 포트의 형태이다.

인렛 포트(315)의 전단부에는 쿠션부재(360)가 더 마련된다. 쿠션부재(360)는 플런저 모듈(320)의 후퇴시 플런저 모듈(320)이 인렛 포트(150)에 직접 접촉되어 충격이 전달되는 것을 방지하기 위한 것이다. 본 실시례의 쿠션부재(360)는 플런저 모듈(320)에 의하여 인렛 포트(315)의 요소수 유입로(315a)가 개폐되도록 하기 위한 역할도 한다.

쿠션부재(360)는 밸브시트 몸체(361)와 복수의 쿠션용 돌출부(362)로 이루어진다.

밸브시트 몸체(361)는, 중앙에 요소수용 통공(361a)이 형성되는 도넛 형태로서, 전단부 내주면에 전광후협의 플런저용 밸브시트면(361b)이 형성된다.

플런저용 밸브시트면(361b)은, 플런저 모듈(320)의 밸브헤드(322a)가 삽입 접촉되어 인렛 포트(315)의 요소수 유입로(315a)가 개폐되도록 하기 위한 역할을 한다.

쿠션용 돌출부(362)는, 밸브시트 몸체(361)의 전면부 가장자리에서 전방으로 돌출 형성되는 것이다.

본 실시예에서 쿠션용 돌출부(362)는 밸브시트 몸체(361)의 전면부 가장자리에서 서로 이격된 상태로 복수개 돌출 형성되어, 한 쌍의 쿠션용 돌출부(362)의 사이는 서로 이격되어 요소수가 이동할 수 있는 요소수 유동용 홈(363)이 형성된다.

한 쌍의 쿠션용 돌출부(362)는 전방으로 돌출되어, 플런저 모듈(320)의 플런저 몸체(321)의 후면에 접촉 가능한 것으로, 플런저 몸체(321)가 인렛 포트(315)에 직접 접촉되어 인렛 포트(315)에 충격이 전달되는 것을 방지하기 위한 것이다.

플런저 수용부의 후단부, 즉 제2수용부 몸체(314)의 인렛 포트 진퇴 안내부(314a)의 외측 및 후단부에는 인렛 포트(315)의 후방 이탈을 저지하기 위한 마개부(316)가 더 마련되고, 마개부(316)에 지지된 상태로 인렛 포트(315)를 전방으로 탄성 가압하는 인렛 포트 탄성가압부재(317)가 마련된다.

마개부(316)는 인렛 포트(315)의 후단부가 후방으로 돌출된 상태로 전후방향으로 진퇴할 수 있도록 중앙에 인렛 포트용 통공이 형성되는 마개 형태이다. 마개부(316)는 결합부위의 수밀이 이루어지도록 하기 위한 오링(318)이 개재된 상태로 후술할 펌프 하우징(340)에 나사 결합된다.

플런저 수용부의 내부에는 실린더(319)가 더 마련된다. 실린더(319)는 플런저 모듈(320)이 삽입된 상태로 진퇴하며 요소수를 가압 토출할 수 있도록 하기 위한 것으로서, 주면에 내부의 중공과 연통되는 실린더용 통공(319a)이 형성되는 중공관 형태이다.

실린더(319)는 내부의 중공이 요소수 토출로(311a)와 연통되도록 실린더(319)의 전단부가 아웃렛 포트(311)에 연결된다.

실린더(319)의 외주면에는 둘레를 따라서 단속적으로 돌출되어 제1수용부 몸체(312)의 내주면에 지지되는 복수의 지지다리(319b)가 형성된다. 실린더(319)는 복수의 지지다리(319b)에 의하여 제1수용부 몸체(312)에 지지된 상태로 외주면이 제1수용부 몸체(312)로부터 이격되어 배치된다.

제1수용부 몸체(312)의 내주면에는 실린더(319)의 지지다리(319b)를 지1수용부 몸체(312)에 고정하기 위한 고정링(319c)이 더 마련된다.

실린더(319)는 제1수용부 몸체(312)의 내주면으로부터 이격되며, 그 사이에 실린더(319)의 실린더용 통공(319a)으로 연결되는 요소수 유동로(319d)가 형성된다. 인렛 포트(315)를 통하여 요소수 수용공간(A)로 유입된 요소수는 요소수 유동로(319d)와 실린더용 통공(319a)를 통과하여 실린더(319)의 내부로 이동된다.

요소수 수용공간(A)에는 플런저 모듈(320)이 마련된다. 플런저 모듈(320)은, 제2수용부 몸체(314)의 내측에 진퇴 가능하게 마련되는 플런저 몸체(321)와, 플런저 몸체(321)에 결합된 상태로 전단부가 실린더(319)의 후단부를 통하여 실린더(319)에 삽입되는 피스톤(322)과, 그리고 플런저 몸체(321)를 후방으로 탄성 가압하는 플런저 탄성부재(323)를 포함하여 이루어진다.

플런저 몸체(321)는 중앙에 피스톤(322)이 관통 결합되는 원통 형태이다.

플런저 모듈(320)의 후퇴시 플런저 몸체(321)의 후면이 쿠션부재(360)의 쿠션용 돌출부(362)와 접촉되어, 인렛 포트(315)로의 충격 전달을 완충하게 된다.

피스톤(322)은 플런저 몸체(321)를 관통하면서 플런저 몸체(321)에 결합되는 환봉 형태이며, 후단부에는 쿠션부재(360)의 플런저용 밸브시트면(361b)에 접촉되거나 이격되어 요소수 유입로(315a)를 개폐하는 원뿔 형태의 밸브헤드(322a)가 형성되어 있다.

밸브헤드(322a)는 쿠션부재(360)의 플런저용 밸브시트면(361b)에 안착되어 요소수용 통공(361a)을 폐쇄할 수 있도록 직경이 점점 줄어드는 원뿔 형태로 형성된다.

한편 본 실시예에서, 피스톤(322)에는 맥동 흡수용 유로(322a-1)가 형성된다.

맥동 흡수용 유로(322a-1)는, 일단이 밸브헤드(322a)의 후단부 중앙 외측에 연결되며, 타단이 피스톤(322)의 방사상 방향 외측과 연결된다.

맥동 흡수용 유로(322a-1)는 밸브헤드(322a)가 쿠션부재(360)에 접촉되어 요소수 유입로(315a)가 완전히 폐쇄된 상태에서도 요소수의 일부가 맥동 흡수용 유로(322a-1)를 통과하여 요소수 수용공간(A)으로 유입될 수 있도록 하기 위한 것이다. 맥동 흡수용 유로(322a-1)는 직경이 0.2mm 내지 1mm가 되도록 형성되어 미량의 요소수만 통과할 수 있도록 한다.

피스톤(322)의 밸브헤드(322a)와 쿠션부재(360)는 요소수 회수 펌프(300)가 작동되지 않는 동안 다량의 요소수가 요소수 회수 펌프(300)로 유입되지 않도록 제한하는 밸브 역할을 한다.

즉, 밸브헤드(322a)와 쿠션부재(360)가 밸브의 역할을 하므로 요소수 공급 및 회수용 유로(400)에 별도의 밸브부재와 이를 제어하기 위한 구성을 마련하지 않아도 된다. 따라서 본 요소수 공급장치(10)의 구성을 단순화시킬 수 있으며 제작 비용 또한 절감할 수 있다.

플런저 탄성부재(323)는 코일스프링으로서 실린더(319)의 후단부에 지지된 상태로 플런저 몸체(321)를 후방으로 탄성 가압하며, 이를 통하여 플런저 몸체(321)와 피스톤(322)을 요소수 수용공간(A)에서 후퇴시킬 수 있도록 한다. 별도의 외력이 없을 경우, 플런저 탄성부재(323)에 의하여 피스톤(322)이 후퇴되어 있으므로 밸브헤드(322a)와 쿠션부재(360)가 항상 접촉된 상태로 유지된다.

플런저 몸체(321)는 투자율이 높은 자성체 금속으로 제작되며, 솔레노이드 모듈(300)에 의하여 자기장이 인가되면 자기력선이 플런저 몸체(321)를 통과하도록 자기회로가 형성되어 플런저 몸체(321)와 피스톤(322)가 전진하게 된다.

피스톤(322)의 전단부는 실린더(319)의 후단부에 삽입된다. 피스톤(322)은 플런저 몸체(321)와 함께 진퇴하며 실린더(319)의 내부로 유입된 요소수를 아웃렛 포트(311)를 통하여 토출한다.

피스톤(322)이 전진하는 동안 실린더(319)의 실린더용 통공(319a)은 폐쇄되므로 실린더(319) 내부의 요소수를 가압 토출하는 동안 피스톤(322)의 가압력이 다른 부위로 전달되지 않는다. 즉, 피스톤(322)의 가압력이 실린더용 통공(319a)를 통하여 유실되지 않는다.

앞서 언급한 쿠션부재(360)의 한 쌍의 쿠션용 돌출부(362)는 서로 이격되어 마련되므로 그 사이에 요소수가 지나갈 수 있는 요소수 유동용 홈(363)이 형성된다. 따라서 피스톤(322)이 후퇴하여 피스톤(322) 후단부의 밸브헤드(322a)가 쿠션부재(360)에 접촉되더라도 맥동 흡수용 유로(322a-1)로 유입된 요소수는 쿠션용 돌출부(362) 사이의 요소수 유동용 홈(363)을 통과하여 요소수 수용공간(A)으로 유동되면서, 요소수 공급 펌프(200)의 맥동을 흡수할 수 있다.

요소수 공급 펌프(200)가 작동되어 요소수가 요소수 공급 및 회수용 유로(400)을 따라서 요소수 분사모듈(30)에 공급되는 동안에 발생하는 맥동은, 요소수의 일부가 맥동 흡수용 유로(322a-1)를 통과하여 요소수 수용공간(A)으로 유입됨으로써 감소된다.

자기장을 형성하여 플런저 모듈(320)을 진퇴시키기 위한 솔레노이드 모듈(330)이 마련된다. 솔레노이드 모듈(330)은 펌프 몸체부(310)의 외측을 감싸는 보빈(331)과 보빈(331)에 권취되는 솔레노이드 코일(332), 그리고 자기회로를 구성하기 위한 요크(333)와 코일 케이스(334)로 이루어진다.

보빈(331)은 펌프 몸체부(310)의 외측, 더욱 상세하게는 제1수용부 몸체(312)와 스페이서(313) 그리고 제2수용부 몸체(314)의 외측에 위치되며, 솔레노이드 코일(332)은 보빈(331)에 권취된다.

보빈(331)의 양단부에는 한 쌍의 요크(333)가 마련된다. 요크(333)는 자기회로를 구성하기 위한 것으로서 자기력의 누설이 발생하지 않고 자기력선이 플런저 모듈(320)을 통과하는 자기회로를 구성할 수 있도록 투자율이 높은 소재로 제작된다.

보빈(331)의 외측에는 코일 케이스(334)가 마련된다. 코일 케이스(334)는 보빈(331)을 감싸도록 결합된다. 코일 케이스(334)도 한 쌍의 요크(333)와 함께 자기회로를 구성할 수 있도록 요크(333)와 동일한 소재로 제작된다.

솔레노이드 모듈(320) 및 펌프 몸체부(310)의 외측을 감싸는 펌프 하우징(400)이 마련된다. 펌프 하우징(400)의 내부에 펌프 몸체부(310)와 솔레노이드 모듈(330)이 안착된 이후, 펌프 하우징(400)의 후단부에 펌프 몸체부(310)의 마개부(316)가 결합된다.

요소수 공급 펌프(200) 및 요소수 회수 펌프(300)가 마련되는 본 실시례의 요소수 공급장치(10)의 전체적인 구조를 이어서 설명하도록 한다.

요소수 공급 펌프(200)는 요소수 회수 펌프(300)와 동일한 구조이므로, 요소수 공급 펌프(200)의 상세한 구성요소들은 요소수 회수 펌프(300)의 대응대는 구성요소와 동일한 명칭으로 지칭한다.

공급장치 하우징(100)에는 요소수 공급 펌프(200)와 요소수 회수 펌프(300) 그리고 요소수 공급관을 연결하기 위한 요소수 공급 및 회수용 유로(400)가 마련된다.

본 실시례의 요소수 공급 및 회수용 유로(400)는 'T'자 형태로 분기되는 분기관이다. 요소수 공급 및 회수용 유로(400)의 제1단부(410)는 요소수 공급관과 연결될 수 있도록 공급장치 하우징(100)의 외측으로 돌출되고, 제2단부(420) 및 제3단부(430)는 요소수 공급 펌프(200)와 요소수 회수 펌프(300)가 각각 연결될 수 있도록 공급장치 하우징(100)의 내부에 위치된다.

요소수 공급 및 회수용 유로(400)의 제2단부(420)에서 제1단부(410)로 연장되는 부위에는 요소수 공급 펌프(200)를 통하여 토출된 요소수의 압력을 측정하기 위한 요소수 압력센서(510)가 마련된다.

요소수 공급 및 회수용 유로(400)의 제2단부(420)에는 요소수 공급 펌프(200)가 마련된다. 요소수 공급 펌프(200)는 아웃렛 포트(211)가 하방을 향하고 인렛 포트(215)가 상방을 향하도록 배치되며, 아웃렛 포트(211)가 제2단부(420)에 결합된다.

요소수 공급 및 회수용 유로(400)의 제3단부(430)에는 요소수 회수 펌프(300)가 마련된다. 요소수 회수 펌프(300)는 인렛 포트(315)가 하방을 향하고 아웃렛 포트(311)가 상방을 향하도록 요소수 공급 펌프(300)와는 정반대로 배치되며, 인렛 포트(315)가 제3단부(430)에 결합된다.

요소수 공급 펌프(200)의 인렛 포트(215)의 상부와 요소수 회수 펌프(300)의 아웃렛 포트(311)의 상부 각각에는 요소수의 결빙으로 인한 파손을 방지하기 위한 동파 방지용 댐퍼(600)가 마련된다.

동파 방지용 댐퍼(600)는 내부에 요소수를 수용할 수 있도록 하는 댐퍼 하우징(610)과 댐퍼 하우징(610)의 내부에 마련되어 요소수의 유입량에 따라서 댐퍼 하우징(610) 내부의 체적을 가변시키기 위한 접시 형상의 접시 형상 댐핑 부재(620)로 이루어진다.

요소수의 결빙으로 인하여 부피가 증가된 요소수가 댐퍼 하우징(610)의 내부로 유입되면, 접시 형상 댐핑 부재(620)가 상방으로 눌려지게 되며 댐퍼 하우징(610)의 증가된 체적만큼 요소수를 더 수용하여 다른 부품의 파손을 방지한다.

요소수 공급 펌프(200)의 인렛 포트(215)에는 요소수 탱크(20)에 저장된 요소수를 요소수 공급 펌프(200)의 내부로 흡입하기 위한 요소수 흡입관(700)이 연결된다. 요소수 흡입관(700)은 인렛 포트(215)에서 'ㄱ'자 형태로 굴곡되어 하방으로 연장되도록 형성되며, 요소수 흡입관(700)의 연장된 단부에는 요소수 흡입관(700)으로 유입되는 요소수의 이물질을 거르기 위한 요소수 필터(710)가 마련된다.

공급장치 하우징(100)에는 요소수를 가열하기 위한 요소수 히터(800)가 마련되며, 요소수 필터(710)는 요소수 히터(800)의 상부에 위치하도록 배치된다.

요소수 필터(710)와 요수수 흡입관(700)의 단부가 요소수 히터(800)의 상부에 위치하게 되므로, 요소수의 온도에 따라서 요소수 공급 펌프(200)로 공급되는 요소수를 신속하게 가열하여 요소수 회수 펌프(200)의 내부로 가열된 요소수를 공급할 수 있다.

요소수 회수 펌프(300)의 아웃렛 포트(311)에는 요소수 공급관 및 요소수 공급 및 회수용 유로(400)에 잔존하는 잔여 요소수를 회수하여 요소수 탱크(20)로 배출하기 위한 요소수 배출관(900)이 마련된다. 요소수 배출관(900)은 요소수 흡입관(700)과 마찬가지로 아웃렛 포트(311)에서 'ㄱ'자 형태로 굴곡되어 하방으로 연장되도록 형성된다. 요소수 배출관(900)의 단부는 요소수 흡입관(700)과 마찬가지로 요소수 히터(800)의 상부에 위치한다.

한편, 공급장치 하우징(100)에는 요소수의 수위를 감지하기 위한 요소수 레벨센서(520), 요소수의 농도를 측정하기 위한 요소수 농도센서(530), 요소수의 온도를 측정하기 위한 요소수 온도센서(540)가 더 마련된다.

각종 센서부재를 이용하여 요소수 공급장치(10)를 제어하는 것은 매우 일반적인 기술이므로 이와 관련된 상세한 설명은 생략하도록 한다.

본 발명의 일 실시례에 의한 요소수 공급장치(10)는 요소수 회수 펌프(300)에 밸브부재의 기능을 대체하는 쿠션부재(360)와 밸브헤드(322a)가 마련되어, 요소수 회수 펌프(300)의 작동이 중지되면 자동으로 요소수가 요소수 회수 펌프(300)로 유입되는 것을 저지하게 된다.

아울러 밸브헤드(322a)에는 미량의 요소수가 요소수 수용공간(A)으로 유입되도록 하기 위한 맥동 흡수용 유로(322a-1)가 형성되어 요소수 공급 펌프(200)의 작동으로 인한 맥동을 감소시킬 수 있도록 하며, 이를 통하여 요소수를 요소수 분사모듈(30)에 일정한 압력으로 공급할 수 있도록 한다.

이와 같이 요소수의 출입을 제어하기 위한 별도의 밸브부재와 요소수 공급 펌프(200)의 맥동을 제어하기 위한 별도의 댐핑부재를 마련하지 않고, 쿠션부재(360), 밸브헤드(322a), 맥동 흡수용 유로(322a-1)를 통하여 상기의 과제를 해결하므로 요소수 공급장치(10)의 구성을 매우 단순화시켜 비용을 절감하고 용이하게 제작할 수 있다.

또한 본 실시례에 의한 요소수 회수 펌프(300)는 내부로 유입된 요소수가 결빙되는 경우에도 물리적인 변형이 발생되거나 파손되지 않도록 하기 위하여 요소수 수용공간(A)의 용적이 가변될 수 있도록 설계되었다. 요수수 수용공간(A)의 용적 변화는 인렛 포트(315)의 진퇴를 통하여 이루어진다.

요소수가 인렛 포트(315)를 통하여 요소수 수용공간(A)으로 유입된 상태에서 온도가 하강하면 요소수가 결빙되어 요소수의 부피가 늘어난다.

특히 유로단면적이 작은 요소수 토출로(311a)와 요소수 유입로(315a)에서 결빙이 시작되므로, 요소수 회수 펌프(300) 내부는 결빙에 의하여 밀폐된 구조가 되며, 요소수 회수 펌프(300) 내부의 요소수가 결빙되어 부피가 팽창한다.

이와 같이 요소수의 결빙으로 유체의 부피가 늘어나면, 인렛 포트(315)가 인렛포트 진퇴 안내부(314a)를 따라 후방으로 밀려나면서 요소수 수용공간(A)의 용적이 증가된다.

이후 결빙된 요소수가 다시 해동되면 인렛 포트(315)는 인렛 포트 탄성가압부재(317)에 의하여 다시 전진하면서 본래의 위치로 되돌아오게 된다.

이와 같이 요소수의 부피 변화에 따라서 인렛 포트(315)가 진퇴되면 요소수의 결빙으로 인한 요소수 회수 펌프(300) 또는 요소수 공급 펌프(200)의 물리적 변형이나 파손을 방지할 수 있으며, 요소수가 해동되면 다시 제 기능을 회복하여 정상적인 작동이 가능하게 된다.

한편, 본 실시예는 피스톤(322)에 맥동 흡수용 유로(322a-1)가 형성되도록 하였지만, 실시예에 따라서는 피스톤(322)에 맥동 흡수용 유로(322a-1)가 형성되지 않도록 하여 피스톤(322)의 유로 차단 기능을 높이면서, 별도의 맥동 흡수용 장치를 더 마련할 수도 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시례들은 모든 면에서 예시적인 것일 뿐 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 요소수 공급장치 20 : 요소수 탱크
30 : 요소수 분사모듈
100 : 공급장치 하우징 200 : 요소수 공급 펌프
211 : 아웃렛 포트 215 : 인렛 포트
300 :요소수 회수 펌프 310 : 펌프 몸체
311a : 요소수 토출로
A : 요소수 수용공간 315 : 아웃렛 포트
315a : 요소수 유입로
320 : 플런저 모듈 322a : 밸브헤드
322a-1 : 맥동 흡수용 유로 330 : 솔레노이드 모듈
350 : 체크밸브 360 : 쿠션부재
400 : 요소수 공급 및 회수용 유로 510 : 요소수 압력센서
520 : 요소수 레벨센서 530 : 요소수 농도센서
540 : 요소수 온도센서 600 : 동파방지용 댐퍼
700 : 요소수 흡입관 800 : 요소수 히터
900 : 요소수 배출관

Claims

요소수 탱크에 저장된 요소수를 요소수 공급관을 통하여 요소수 분사모듈에 공급하기 위한 요소수 공급 펌프, 상기 요소수 공급관의 요소수를 상기 요소수 탱크로 회수하기 위한 요소수 회수 펌프, 상기 요소수 공급 펌프와 상기 요소수 회수 펌프와 상기 요소수 공급관을 연결하기 위한 요소수 공급 및 회수용 유로를 포함하여 이루어지는 요소수 공급장치에 있어서,
상기 요소수 회수 펌프는,
요소수 토출로가 형성된 아웃렛 포트와 상기 아웃렛 포트의 후단부에 마련되되 상기 요소수 토출로와 연통되는 요소수 수용공간이 형성된 플런저 수용부와 상기 플런저 수용부의 후단부에 마련되되 상기 요소수 수용공간과 연통되는 요소수 유입로가 형성되는 인렛 포트를 포함하는 펌프 몸체,
상기 인렛 포트의 전단부에 마련되되 중앙에 요소수용 통공이 형성되며 전단부 내주면에 전광후협의 플런저용 밸브시트면이 형성된 밸브시트 몸체와 상기 밸브시트 몸체의 전면부 가장자리에서 전방으로 돌출 형성되는 쿠션용 돌출부를 포함하여 이루어지는 쿠션부재,
상기 요소수 수용공간에 마련되어 전후 방향으로 진퇴하여 상기 요소수 유입로를 통하여 유입된 요소수를 상기 요소수 토출로를 통하여 토출하기 위한 것으로 후단부에 상기 쿠션부재의 플런저용 밸브시트면과 접촉 가능한 원뿔 형태의 밸브헤드가 형성된 피스톤과 상기 피스톤이 결합되되 상기 쿠션부재의 쿠션용 돌출부와 접촉 가능한 플런저 몸체를 포함하여 이루어지는 플런저 모듈,
상기 펌프 몸체의 외측에 마련되어 상기 플런저 모듈을 진퇴시키기 위한 솔레노이드 모듈을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 요소수 공급장치.
제 1 항에 있어서,
상기 피스톤의 후단부에, 일단이 상기 밸브헤드의 후단부 중앙 외측에 연결되며 타단이 상기 피스톤의 방사상 방향 외측과 연결되는 맥동 흡수용 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 요소수 공급장치.
제 2 항에 있어서,
상기 쿠션부재는 서로 이격되어 형성된 복수의 쿠션용 돌출부 사이에 요소수 유동용 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 요소수 공급장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 요소수 공급 펌프 및 상기 요소수 회수 펌프를 수용하기 위한 공급장치 하우징이 마련되며, 상기 공급장치 하우징에는 요소수를 가열하기 위한 요소수 히터가 마련되며, 상기 요소수 탱크에서 요소수를 흡입하기 위한 요소수 흡입관이 상기 요소수 히터의 상부로 연장되면서 상기 요소수 공급 펌프에 연결되며, 상기 요소수 흡입관의 단부에는 상기 요소수 히터의 상부에 위치한 요소수 필터가 마련되는 것을 특징으로 하는 요소수 공급장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 플런저 수용부의 후단부에는 관형의 인렛 포트 진퇴 안내부가 후방으로 연장 형성되고, 상기 인렛 포트는 전단부가 상기 인렛 포트 진퇴 안내부의 내주면에 밀착된 상태로 진퇴 가능하게 삽입되고, 상기 플런저 수용부의 후단부에는 상기 인렛 포트의 후퇴를 제한하는 마개부가 마련되며, 상기 마개부 및 상기 인렛 포트의 사이에 개재되어 상기 인렛 포트를 전방으로 탄성 가압하는 인렛 포트 탄성가압부재가 마련되는 것을 특징으로 하는 요소수 공급장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 요소수 회수 펌프의 아웃렛 포트에는, 요소수를 수용하기 위한 댐퍼 하우징과 상기 댐퍼 하우징의 내부에 마련되어 요소수의 압력에 의하여 눌려지며 상기 댐퍼 하우징 내부의 체적이 가변되도록 하는 접시 형상 댐핑 부재를 포함하여 이루어지는 동파 방지용 댐퍼가 연결되는 것을 특징으로 하는 요소수 공급장치.