KR102186649B1 - 환원제 주입 유닛의 콤팩트형 측면 공급 유입구 포트 - Google Patents

환원제 주입 유닛의 콤팩트형 측면 공급 유입구 포트 Download PDF

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Abstract

스탬핑된 부품을 사용하여 콤팩트하고 고강도인 3-부재 유입구 포트를 상당히 저렴한 비용으로 형성할 수 있는 분사기용 측면 공급 유입구 포트. 내부 슬리브와 외부 슬리브를 사용하는 것에 의해, 분사기의 밀봉은 상기 내부 슬리브를 사용하여 이루어져서, DEF 분사기의 밀봉 지점에서 또는 밀봉 지점 위 또는 아래에서 상기 외부 슬리브에 유입구 도관을 부착할 수 있게 하면서 밀봉 지점을 형성한다. 상기 유입구 포트의 구조는, 상기 유입구 포트 및 이에 따라 상기 분사기의 전체 높이를 감소시키도록 상기 유입구 도관과 상기 외부 슬리브 사이의 연결을 허용하면서, 상기 내부 슬리브와 하나 이상의 밀봉재 사이에 적절한 밀봉이 존재하도록 구성된다. 상기 유입구 도관의 위치는, 바람직한 전체 높이가 달성될 수 있도록 상기 내부 슬리브와 상기 밀봉재(들) 사이의 밀봉 연결에 영향을 미치지 않고 변경될 수 있다.

Description

환원제 주입 유닛의 콤팩트형 측면 공급 유입구 포트
본 발명은 일반적으로 배기가스 후처리 시스템을 위한 선택적 촉매 환원 시스템의 일부로서 사용되는 환원제 전달 유닛용 측면 공급 유입구 포트에 관한 것이다.
유럽 및 북아메리카에서 새로운 배기가스 규제는 특히 희박(lean) 및 초 희박(ultra-lean) 조건 하에서 동작하는 층화된 충전물 스파크 점화 엔진(일반적으로 직접 분사를 함) 및 압축 점화(디젤) 엔진과 같은 희박 연소 기술을 위한 새로운 배기가스 후처리 시스템의 실행을 추진하고 있다. 희박 연소 엔진은 희박 연소의 특성인 산소가 풍부한 배기가스 환경에서 처리하기가 어려운 높은 레벨의 질소 산화물(NOx) 배출을 나타낸다. 이러한 조건 하에서 NOx를 처리하는 배기가스 후처리 기술이 현재 개발 중이다.
이들 기술 중 하나는 암모니아(NH3)와 배기 질소 산화물(NOx)의 반응을 촉진시켜 질소(N2)와 물(H2O)을 생성하는 촉매를 포함한다. 이 기술을 선택적 촉매 환원(Selective Catalytic Reduction: SCR)이라고 지칭된다. 암모니아는 자동차 환경에서 순수한 형태로 취급하기가 어렵기 때문에 이 시스템에서는 일반적으로 32% 농도의 우레아(CO(NH2)2)로 액체 수성 우레아 용액을 사용하는 것이 일반적이다. 이 용액은 AUS-32 또는 DEF(diesel exhaust fluid)라고 지칭되고, AdBlue라는 상업용 명칭으로도 알려져 있다. DEF는 고온의 배기 스트림으로 전달되고, 열분해 또는 열에 의해 분해된 후 배출 가스 속에서 암모니아로 변환되고 나서 암모니아와 아이소사이안산(HNCO)으로 변환된다. 아이소사이안산은 배기가스에 존재하는 물로 가수분해되어 암모니아와 이산화탄소(CO2)로 변환되고, 열분해 및 가수분해로 생성된 암모니아는 전술한 바와 같이 질소 산화물과 촉매 반응을 일으킨다.
배기가스에 DEF 용액을 전달하는 것은 배기가스 스트림으로 암모니아의 이후 혼합을 용이하게 하기 위해 DEF를 정확히 계량하고 DEF를 적절히 준비할 것을 수반한다. 배기가스에 DEF를 전달하는 것은 전형적으로 일정 유형의 분사기를 사용하여 달성된다. 환원제 전달 유닛(Reductant Delivery Unit: RDU)에서 분사기는 금속 하우징으로 둘러싸여 있다. 하우징은 분사기를 보호하고 배기 파이프에 장착 시스템을 제공하고 분사기에 유압 연결 인터페이스를 제공하는 데 사용된다. 차량이 보다 효율적이고 더 많은 특징과 기능을 포함하기를 원하는 요구가 점점 증가함에 따라 패키징 제약이 점점 더 제한되고 있다.
따라서, 분사기가 보다 엄격한 패키징 요건을 준수하면서 다양한 위치에 장착될 수 있도록, 패키징과 관련하여 더 큰 융통성을 허용하는 분사기가 필요하다.
일 실시예에서, 본 발명은, 분사기용 측면 공급 유입구 포트를 콤팩트하고, 고강도이며, 상당히 감소된 비용으로 제조할 수 있도록 3개의 스탬핑된(stamped) 부품을 사용하는 분사기용 측면 공급 유입구 포트이다. 모두 스탬핑된 금속으로 만들어진 내부 슬리브와 외부 슬리브를 사용하는 것에 의해, 상기 분사기의 밀봉은 상기 내부 슬리브를 사용하여 이루어져서, DEF 분사기의 밀봉 지점에서 또는 밀봉 지점 아래에서 상기 외부 슬리브에 유입구 도관을 부착할 수 있게 하면서 밀봉 지점을 생성한다. 상기 분사기는 하나 이상의 밀봉재를 갖고, 상기 유입구 포트의 구조는 상기 유입구 포트 및 이에 따라 상기 분사기의 전체 높이를 감소시키도록 상기 유입구 도관과 상기 외부 슬리브 사이의 연결을 허용하면서, 상기 내부 슬리브와 상기 하나 이상의 밀봉재(들) 사이에 적절한 밀봉이 존재하도록 구성된다. 상기 유입구 도관의 위치는 바람직한 전체 높이가 달성될 수 있도록 상기 내부 슬리브와 상기 밀봉재(들) 사이의 밀봉 연결에 영향을 미치지 않고 변경될 수 있다. 부품들을 함께 브레이징(brazing)하거나 용접하는 것에 의해 조립이 이루어져서 견고하고 컴팩트하며 저렴한 유입구 포트를 제공한다.
본 발명의 장점 중 하나는 상기 유입구 포트 내 전체 내부 유체 체적이 감소된다는 것이다. 결빙 및 이로 인한 유체 분사기의 손상 가능성을 줄이기 위해 엔진 정지 시 유체를 퍼지(purged)할 필요가 있는 RDU의 경우 유입구 포트 내에 액체가 더 적으면 퍼지 시간이 더 짧아진다. 스탬핑된 부품이므로, 상기 외부 슬리브는 내부 체적을 훨씬 더 감소시키기 위해 다양한 체적 감소 특징부와 같은 다양한 형상을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명은, 분사기의 유입구 튜브에 장착된 내부 슬리브뿐만 아니라 외부 슬리브를 갖고, 상기 내부 슬리브는 상기 외부 슬리브 내에 부분적으로 배치된, 분사기용 유입구 포트이다. 상기 외부 슬리브의 일부로서 공동(cavity)이 형성되고, 상기 내부 슬리브는 상기 공동 내에 부분적으로 배치된다. 상기 공동과 유체 연통하는 구멍이 상기 외부 슬리브의 일부로서 형성된다. 유입구 도관이 상기 구멍 내에 부분적으로 배치되어, 상기 유입구 도관은 상기 공동과 유체 연통된다. 상기 분사기의 동작 동안 유체는 상기 유입구 도관을 통해 상기 공동으로 흐르고 나서 상기 공동으로부터 상기 유입구 튜브로 흐른다.
조립 시에, 상기 내부 슬리브의 일부는 상기 구멍을 차단하고, 상기 내부 슬리브에 의해 차단되지 않는 상기 구멍 부분은 흐름 경로를 형성한다. DEF는 상기 유입구 도관으로부터 상기 흐름 경로를 거쳐 상기 공동으로 흐르고 나서 상기 유입구 튜브로 흐른다.
일 실시예에서, 상기 외부 슬리브, 상기 내부 슬리브 및 상기 유입구 튜브는 모두 스탬핑 공정 또는 성형(forming) 공정을 사용하여 형성되어 상기 유입구 포트를 제조하는 비용을 감소시킨다.
일 실시예에서, 상기 분사기는 상기 외부 슬리브의 상기 공동의 전체 체적을 감소시키는데 사용되는 체적 감소 특징부를 포함한다. 일 실시예에서, 상기 체적 감소 특징부는 상기 외부 슬리브의 일부로서 형성된 반구형 벽 부분이다. 상기 외부 슬리브의 일부로서 상부 벽이 형성되고, 일 실시예에서, 상기 체적 감소 특징부는 상기 외부 슬리브의 상기 상부 벽의 일부로서 형성된다.
상기 공동 내 체적을 감소시키면 상기 공동 내 DEF의 양이 줄어들어, 상기 분사기 내 DEF의 총량이 감소된다. 상기 분사기 내 DEF의 전체 체적이 줄어들면 DEF가 결빙될 때 DEF의 전체 체적 팽창이 줄어든다. DEF에 의한 체적 팽창이 더 적어지기 때문에 상기 분사기의 부품에 미치는 변형이 더 적어진다.
퍼지 기능이 구비된 분사기의 경우, 차량이 정지된 경우와 같은 특정 조건 하에서 DEF가 상기 분사기로부터 퍼지된다. 상기 체적 감소 특징부를 사용하면 상기 분사기 내 전체 DEF가 적어지므로 퍼지해야 하는 DEF가 줄어든다. 추가적으로, 상기 분사기의 사용을 필요로 하는 조건이 발생해서 상기 분사기가 "프라이밍(primed)"되어야 할 때, DEF는 상기 분사기로 다시 펌핑된다. 체적이 작으면 상기 분사기를 완전히 프라임하는데 필요한 DEF가 적어진다.
본 발명의 다른 응용 분야는 이후에 제공된 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예를 제시하는 상세한 설명 및 특정 예는 단지 예시를 위해 의도된 것일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하려고 의도된 것은 아닌 것으로 이해된다.
본 발명은 상세한 설명 및 첨부 도면으로부터 보다 완전히 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 분사기를 갖는 배기 시스템의 일부 분해도;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 콤팩트한 측면 공급 유입구 포트를 갖는 분사기의 측면도;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 분사기에 장착된 콤팩트한 측면 공급 유입구 포트의 확대 단면도;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 분사기에 장착된 콤팩트한 측면 공급 유입구 포트의 다른 실시예의 확대 단면도;
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 분사기에 장착된 콤팩트한 측면 공급 유입구 포트의 다른 실시예의 사시도; 및
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 분사기에 장착된 콤팩트한 측면 공급 유입구 포트의 다른 실시예의 분해도.
바람직한 실시예(들)의 이하 설명은 본질적으로 단지 예시를 위한 것일 뿐, 본 발명, 그 응용 또는 용도를 제한하는 것으로 의도된 것이 결코 아니다.
본 발명에 따른 측면 공급 유입구 포트를 갖는 분사기는 도 1 내지 도 3에 일반적으로 10으로 도시되어 있다. 분사기(10)는 디젤 배기 유체(DEF)를 수용하는 일반적으로 12로 도시된 다중 부재 유입구 포트를 갖는다. 유입구 포트(12)는 유압 연결부(62)에 연결되고 유압 연결부는 DEF가 호스(64)로부터 유입구 포트(12)로 전달되도록 호스(64)에 연결된다. 분사기(10)는 또한 유입구 튜브(14)를 포함하고, 여기서 DEF가 유입구 포트(12)로부터 유입구 튜브(14)로 흐를 수 있다. 분사기(10)는 배기 파이프(16) 내로의 DEF의 흐름을 제어하기 위해 밸브 조립체(도시되지 않음)를 제어하는데 사용되는 솔레노이드(도시되지 않음)와 같은 액추에이터를 또한 포함한다. 배기 파이프(16)는 분사기(10)가 장착된 외부 장착 부분(18)을 포함한다.
제1 밀봉재는 유입구 튜브(14)를 둘러싸고 이 실시예에서 O-링(20)이다. 분사기(10)는 유입구 튜브(14)의 일부를 둘러싸는 하우징(22)을 또한 포함한다. 하우징(22)은 그루브(groove)(24)를 포함하고, 그루브(24)에는 이 실시예에서 또 다른 O-링(26)인 제2 밀봉재가 배치된다.
입구 포트(12)는 수 개의 부품을 포함하고; 부품들 중 하나는 내부 슬리브(28)이다. 내부 슬리브(28)는 일반적으로 원통형 형상이고, 플랜지 부분(30)을 갖는다. 분사기(10)가 조립될 때, 내부 슬리브(28)는 O-링(20, 26)을 모두 둘러싸고, 이 O-링은 DEF가 O-링(20, 26) 주위를 거쳐 분사기(10)의 특정 영역으로 이동하는 것을 방지하는 밀봉 기능을 제공한다. 내부 슬리브(28)는 DEF가 유입구 튜브(14)로 들어가기 전에 통과하는 구멍(28a)을 또한 포함한다.
입구 포트(12)는 또한 원통형 형상인 외부 슬리브(32)를 또한 포함하고, 이 외부 슬리브는 참조 부호 34로 일반적으로 도시된 공동을 포함한다. 외부 슬리브(32)는 도 3에 도시된 바와 같이 내부 슬리브(28)를 둘러싼다. 내부 슬리브(28)는 외부 슬리브(32) 내로 압입될 수 있고, 또는 내부 슬리브(28)는 용접 연결 지점(36, 38)을 따라 용접 연결을 사용하여 외부 슬리브(32)에 연결될 수 있다. 내부 슬리브(28)와 외부 슬리브(32)는 브레이징 공정을 통해 함께 또한 연결될 수 있다. 외부 슬리브(32)는 구멍(42)을 갖는 원통형 플랜지 부분(40)을 또한 포함한다. 유입구 도관(44)이 외부 슬리브(32)에 연결되도록 유입구 도관(44)은 구멍(42) 내에 부분적으로 배치된다. 유입구 도관(44)은 용접 연결, 압입 연결 등을 통해 구멍(42)에 배치될 수 있다. 유입구 도관(44)은 호스(64)로부터 DEF를 수용하기 위해 유압 연결부(62)에 연결된다.
내부 슬리브(28)는 외주 벽(46)을 포함하고, 외주 벽(46)의 일부는 구멍(42)의 일부를 차단한다. 차단되지 않는 구멍(42)의 일부는 일반적으로 48로 도시된 흐름 경로를 제공한다. 유입구 도관(44)은 또한 유입구 구멍(50)을 포함하고, 유입구 구멍(50)으로 흐르고 유입구 도관(44)을 통해 흐르는 DEF는 흐름 경로(48)를 통해 외부 슬리브(32)의 공동(34)으로 흐른다. 이후, DEF는 공동(34)으로부터 유입구 튜브(14)로 흐른다.
제1 O-링(20)의 영역은 내부 슬리브(28)의 외주 벽(46)과 접촉하여, 일반적으로 참조 부호(56)로 도시된 밀봉 영역을 형성한다. 밀봉 영역(56)의 크기는 O-링(20)의 크기 및 O-링(20)의 압축 정도에 따라 변할 수 있으며, 이에 따라 외주 벽(46)과 접촉하는 O-링(20)의 외부 표면의 양을 더 크게 또는 더 적게 할 수 있다. 밀봉 영역(56)은 중심(56a)을 갖고, 유입구 도관(44)은 도 3에 도시된 바와 같이 유입구 도관(44)의 중심을 따라 축(58)을 갖는다. 축(58)은 밀봉 영역(56)의 중심(56a)으로부터 거리(60)에 위치된다. 이 거리(60)는 변할 수 있고, 이에 흐름 경로(48)의 크기에 영향을 미칠 수 있다. 흐름 경로(48)의 크기는 유입구 도관(44)의 직경을 변화시키고 이에 대응하여 원통형 플랜지 부분(40)의 직경을 변화시키는 것에 의해, 내부 슬리브(28)에 대해 외부 슬리브(32)의 위치를 변화시키는 것에 의해, 외부 슬리브(32)에 대해 원통형 플랜지 부분(40)의 위치를 변화시키는 것에 의해 또한 영향을 받을 수 있다. 이 실시예에서, 밀봉 영역(56)의 중심(56a)은 축(58) 아래에 있다. 그러나, 밀봉 영역(56)의 중심(56a)이 축(58) 위 또는 아래로 임의의 거리(60)에 있을 수 있도록 상기 언급된 부품들 중 임의의 부품의 위치 및 크기가 변할 수 있다는 것은 본 발명의 범위 내에 있다.
내부 슬리브(28), 외부 슬리브(32) 및 유입구 도관(44) 각각은 스탬핑 공정을 통해 만들어진 다음 제조 동안 함께 조립된다.
본 발명의 대안적인 실시예가 도 4 내지 도 6에 도시되어 있다. 이 실시예에서, 외부 슬리브(32)는 이 실시예에서 반구형 벽 부분인 체적 감소 특징부(52)를 또한 포함한다. 체적 감소 특징부(52)는 외부 슬리브(32)의 상부 벽(54)의 일부로서 형성된다. 체적 감소 특징부(52)는 외부 슬리브(32)의 공동(34) 내 전체 체적을 감소시킨다. 분사기(10)는 외부 슬리브(32)의 일부로서 형성된 측부 벽을 포함한다. 이 실시예에서, 체적 감소 특징부(52)는 약 6 밀리미터의 반경을 갖고, 체적 감소 특징부(52)의 형상은 공동(34)의 체적을 약 20% 감소시킨다. 그러나, 체적 감소 특징부(52)를 형성하여 공동(34)의 체적을 변화시키는데 다른 치수 및 형상이 사용될 수 있다는 것은 본 발명의 범위 내에 있다. 공동(34) 내 체적을 감소시키면 공동(34) 내 DEF의 양이 감소되어, 분사기(10) 내 DEF의 전체 양이 줄어든다. 특정 조건 하에서 DEF가 저온에 노출되면 결빙될 수 있다. 일부 시스템은 차량이 정지할 때 DEF를 퍼지할 수 있는 기능을 갖지 않아서, DEF가 저온에 노출되면 결빙(및 팽창)될 수 있다. 분사기(10) 내 DEF의 전체 체적을 감소시키면 DEF가 결빙될 때 DEF의 전체 체적 팽창이 줄어든다. DEF에 의한 체적 팽창이 적어지면 분사기(10)의 부품이 덜 변형된다.
퍼지 기능을 갖는 분사기가 있다. 본 발명의 분사기(10)는 차량이 정지된 때와 같은 특정 조건 하에서 DEF가 분사기(10)로부터 퍼지되는 이러한 퍼지 기능을 구비할 수 있다. 체적 감소 특징부(52)를 갖게 되면 분사기(10) 내 전체 DEF가 더 적어져서, 퍼지될 필요가 있는 DEF가 감소한다. 추가적으로, 분사기(10)의 사용을 필요로 하는 조건이 발생해서 분사기(10)가 "프라임(primed)"되어 DEF가 분사기(10) 내로 다시 펌핑되어야 할 때, 더 적은 체적을 가지면 분사기(10)를 완전히 프라이밍하는 데 필요한 DEF가 더 적어진다.
본 발명의 설명은 본질적으로 단지 예시를 위한 것일 뿐, 본 발명의 요지로부터 벗어나지 않는 변형은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 이러한 변형은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나는 것으로 간주되어서는 안 된다.

Claims (14)

  1. 장치로서,
    분사기를 포함하되, 상기 분사기는,
    유입구 튜브로 유체를 전달하기 위한 유입구 포트;
    상기 유입구 포트의 일부인 내부 슬리브;
    상기 내부 슬리브에 장착되고 상기 유입구 포트의 일부인 외부 슬리브;
    상기 외부 슬리브 내에 부분적으로 배치되고 상기 유입구 포트의 일부인 유입구 도관;
    상기 외부 슬리브의 일부로서 형성된 공동;
    체적 감소 특징부;
    상기 외부 슬리브의 일부로서 형성된 상부 벽; 및
    상기 외부 슬리브의 일부로서 형성된 측부 벽을 포함하고,
    유체가 상기 유입구 도관으로부터 상기 외부 슬리브를 거쳐 상기 유입구 튜브로 흐르고,
    유체는 상기 유입구 도관으로부터 상기 공동으로 흐르고 나서 상기 유입구 튜브로 흐르고,
    상기 체적 감소 특징부는 상기 외부 슬리브의 일부로서 형성된 상기 공동 내 체적을 감소시키고,
    상기 체적 감소 특징부는 상기 외부 슬리브의 상기 상부 벽의 일부로서 형성되고, 상기 측부 벽과 일체로 형성된, 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 외부 슬리브의 일부로서 형성된 구멍을 더 포함하되;
    상기 유입구 도관의 일부는 상기 외부 슬리브의 일부로서 형성된 상기 구멍 내에 배치되고, 상기 유입구 도관은 공동(cavity)과 유체 연통하는, 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    흐름 경로를 더 포함하되;
    상기 내부 슬리브의 일부는 상기 구멍을 차단하고, 상기 흐름 경로는 상기 내부 슬리브에 의해 차단되지 않는 상기 구멍 부분에 의해 형성되는, 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 체적 감소 특징부는 상기 외부 슬리브의 일부로서 형성된 반구형 벽 부분을 더 포함하는, 장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 외부 슬리브, 상기 내부 슬리브 및 상기 유입구 튜브는 스탬핑 공정 및 성형 공정으로 이루어진 군으로부터 선택된 공정을 사용하여 형성된 모두 별개의 부품인, 장치.
  9. 분사기용 유입구 포트로서,
    분사기의 유입구 튜브에 장착된 내부 슬리브;
    외부 슬리브로서, 상기 내부 슬리브는 상기 외부 슬리브 내에 부분적으로 배치된, 상기 외부 슬리브;
    상기 외부 슬리브의 일부로서 형성된 공동으로서, 상기 내부 슬리브는 상기 공동 내에 부분적으로 배치된, 상기 공동;
    상기 외부 슬리브의 일부로서 형성되고, 상기 공동과 유체 연통하는 구멍;
    유입구 도관이 상기 공동과 유체 연통하도록 상기 구멍 내에 부분적으로 배치된 상기 유입구 도관;
    체적 감소 특징부;
    상기 외부 슬리브의 일부로서 형성된 상부 벽; 및
    상기 외부 슬리브의 일부로서 형성된 측부 벽을 포함하고,
    유체는 상기 유입구 도관을 통해 상기 공동으로 흐르고 나서 상기 공동으로부터 상기 유입구 튜브로 흐르고,
    상기 체적 감소 특징부는 상기 외부 슬리브의 일부로서 형성된 상기 공동 내의 체적을 감소시키고,
    상기 체적 감소 특징부는 상기 외부 슬리브의 상기 상부 벽의 일부로서 형성되고, 상기 측부 벽과 일체로 형성된, 분사기용 유입구 포트.
  10. 제9항에 있어서,
    흐름 경로를 더 포함하되, 상기 유입구 도관은 상기 흐름 경로를 통해 상기 공동과 유체 연통하고;
    상기 내부 슬리브의 일부는 상기 구멍을 차단하고, 상기 흐름 경로는 상기 내부 슬리브에 의해 차단되지 않는 상기 구멍 부분에 의해 형성되는, 분사기용 유입구 포트.
  11. 제9항에 있어서, 상기 외부 슬리브, 상기 내부 슬리브 및 상기 유입구 튜브는 스탬핑 공정 및 성형 공정으로 이루어진 군으로부터 선택된 공정을 사용하여 모두 형성된, 분사기용 유입구 포트.
  12. 삭제
  13. 제9항에 있어서, 상기 체적 감소 특징부는 상기 외부 슬리브의 일부로서 형성된 반구형 벽 부분을 더 포함하는, 분사기용 유입구 포트.
  14. 삭제
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