KR102262784B1 - 저가의 열 제어식 유입구 환원제 주입 유닛 - Google Patents

Abstract

디젤 배기 가스 처리 시스템용 주입 유닛은, 공동 내에 전기 작동식 유체 분사기를 둘러싸는 크기 및 형상을 갖는 상기 공동 내에 상기 유체 분사기를 수용하고 상기 공동을 통해 흐르는 엔진 냉각제로 상기 공동 내 전기 작동식 유체 분사기를 사용하여 배기 가스 스트림으로부터 열을 제거한다. 연속적인 용접이 구성 요소들 간의 열 전달을 돕는다.

Description

저가의 열 제어식 유입구 환원제 주입 유닛

디젤 엔진 배기 가스 오염물은 처리 유체를 엔진의 배기 가스 스트림에 주입함으로써 감소될 수 있다. 이러한 시스템은 전형적으로 선택적 촉매 환원(selective catalytic reduction) 또는 "SCR" 시스템의 일부로서 환원제 주입 유닛(reductant dosing unit) 또는 "RDU"를 사용한다. 그러나, 선택적 촉매 환원 시스템이 효과적으로 작동하기 위해서는, 디젤 배기 유체(diesel exhaust fluid: DEF)를 분사하는 주입 장치 또는 주입 유닛은 배기 가스 및 배기 시스템이 가수 분해 및 열 분해를 지원하는 상승된 온도에 있을 때 바람직하게 동작된다. RDU가 엔진에서 멀수록 배기 가스 및 배기 시스템이 동작 온도로 상승하는 데 오랜 시간이 걸려서, 선택적 촉매 환원 시스템이 제대로 작동하는 데 걸리는 시간이 길어진다. 다시 말해, 환원제 주입 유닛이 엔진에 가까울수록 보다 효과적이다.

엔진에 가까이 RDU를 위치시키면 장치가 매우 고온이 된다. 따라서 종래의 SCR 시스템은 RDU의 내부 온도를 제한하기 위해 냉각된 액체, 전형적으로 엔진 냉각제로 디젤 배기 유체 분사기를 둘러싸고 있다.

액체 냉각식 디젤 배기 유체 분사기가 알려져 있지만, 이 분사기는 RDU의 유입구 부분, 즉 엔진의 배기 가스 스트림에 바로 인접하여 배기 가스 스트림에 자주 삽입되는 부분으로 열 소산을 제공하지 않는다. 냉각제 재킷을 환원제 주입 유닛 둘레로 완전히 연장시키는 것은 종래 기술에 비해 개선점이 될 것이다.

도 1은 열 제어식 유입구 환원제 주입 유닛의 단면도;
도 2는 도 1에 도시된 단면도의 분리된 부분으로서, 디젤 배기 유체로부터 열을 냉각제로 전달하는 열 전달 경로 부분을 도시하는 도면;
도 3a는 도 1에 도시된 환원제 주입 유닛의 분해도;
도 3b는 환원제 주입 유닛의 사시도; 및
도 4a 및 도 4b는 디젤 배기 유체 분사기 부분을 냉각제 하우징에 용접하고 유입구 캡을 하우징에 용접하는 것을 도시하는 도면.

도 1은 열 제어식 유입구 환원제 주입 유닛(100)의 단면도이다. 주입 유닛(100)은 전기 작동식 유체 분사기(102), 바람직하게는 디젤 배기 유체 분사기를 포함하고, 이 분사기의 대부분은 냉각제 하우징(104) 내 공동(106) 내에 위치된다. 커버(106)는 하우징 플랜지(108)에 용접되고, 플랜지는 하우징(104)의 상부(109)에 위치된다. 제1 용접부(150)는 하우징(104)의 하부 플랜지(112) 주위에 형성되고, 관형 출력 포트는 공동(106)을 밀봉한다.

하우징(104) 및 그 내부 공동(106)은, 분사기(102)와 직접 및 간접 기계적 및 열적으로 접촉하는 크기, 형상 및 배열을 갖는 금속 표면(118)을 포함하는, 공동(106)의 금속 표면 위로 그리고 주위로 엔진 냉각재(122)가 흐를 수 있게 한다.

엔진 냉각제(122)는 하우징(104)의 엔진 냉각제 입력 포트(116)로 흐르고, 거기서부터 공동(106) 내로 흐르고, 공동에서 냉각제(122)는 공동(106)의 측벽(118)으로부터 열을 흡수한다. 가열된 냉각제, 즉 분사기로부터 냉각제(122)로 전달된 열에 의해 가열된 냉각제는 냉각제 출력 포트(120)를 통해 공동(106) 밖으로 흐른다. 따라서, 엔진 냉각제는 입력 포트(116)로 흐르고 나서 공동(106)을 통과한 후 출력 포트(120) 밖으로 연속적으로 흐른다. 중요한 것은, 분사기(102)의 출력 포트(126)를 수용하고 분사기(102)와 직접 기계적으로 접촉하는 크기, 형상 및 배열을 갖는 하우징(104)의 출력 오리피스(124) 위로 그리고 주위로도 엔진 냉각제(122)가 흐른다는 것이다. 분사기(102)의 출력 포트(126)는 연속 용접부(150)에서 결합된 하우징(104)의 하부 플랜지(112)를 통해 연장된다.

도 2는 하우징과 분사기 사이의 계면 부분의 확대도이다. 열 전달 경로(200)는 분사기(102)의 외측 표면(204)과 직접 접촉하는 하우징(104)의 금속 측벽(202)을 포함한다. 분사기(102)에서 흡수되는 디젤 배기 유체(DEF)(206)로부터 열은, 하방으로, 즉 참조 번호(250)로 표시된 화살표 방향으로 전달되고 나서, 분사기(102)로부터 하우징(104)을 통해 흐른 후 유출구 포트(126)를 빠져 나가는 엔진 냉각제로 전달된다.

도 3a는 주입 유닛(100)의 분해도이다. 이 도 3a는 냉각제 하우징(104)과 커버(106)를 분사기(102)와 축 방향 정렬한 것을 도시한다. 캡, 분사기 및 하우징은 축(303)과 일치하는 중심선을 갖는다.

커버(106)는, 도 1에 도시된 바와 같이 디젤 배기 유체(DEF)를 분사기(102)의 DEF 입력 포트(304)에 운반하는 크기 및 형상을 갖는 유입구 파이프(302)를 갖는다. 하우징(104) 내에 있지 않아서 공동 내에 있지 않은 커넥터(306)를 통해 분사기(102)에 제공되는 전기 신호는 제어 신호가 분사기(102)로 보내지도록 한다. 이 신호는, 도시되지 않고 본 명세서에 개시된 본 발명과 관련이 없는 제어기에 의해 분사기에 제공되는 전기 신호에 응답하여 분사기가 개폐되도록 한다.

분사기(102)는 유입구 포트(304) 바로 아래에서 이 유입구 포트와 정렬된 DEF 출력 포트(306)를 갖는다. 커넥터(306)를 제외하고는 전체 분사기(102)는 냉각제 하우징(104) 내 공동(106) 내로 삽입된다. 하우징의 DEF 출력 오리피스는 DEF 입력 포트뿐만 아니라 출력 포트, 및 분사기(102)의 출력 포트와 정렬되고 센터링되고 축 방향으로 배열된다. 분사기는 또한 공동의 커버(106)와도 정렬된다. 도 3b는 조립된 주입 유닛(100)의 사시도이다.

이제 도 1을 참조하면, 주입 유닛(100)은, 주입 유닛(100)의 바닥에 위치되고, 분사기(102)의 출력 포트(126)를 하우징(104)의 출력 오리피스(124)에 연결하는 부분을 에워싸는 제1 용접부(150)를 사용하여 조립된다. 제2 용접부(160)는 하우징(104)의 상부(109)에 있는 플랜지(108)에서 커버(106)를 에워싼다. 용접부(150, 160)는 커버(106)와 분사기(102)를 하우징(104)에 열적 및 기계적으로 결합시킨다. 스폿 용접이 아니라 연속적인 용접(150 및 160)이 배기 가스 스트림으로부터 하우징의 하부 단부에서 흡수된 열 에너지를 공동을 통해 흐르는 엔진 냉각제로 직접 전달할 수 있는 열 전달 경로를 제공한다.

도 1에 가장 잘 도시된 바와 같이, 하우징(104)은 하우징의 원형 출력 오리피스(124)로부터 내측으로 연장되는 실질적으로 관형 슬리브 부분(170)을 포함한다. 슬리브 부분(170)은 분사기(102)의 출력 포트(126)의 외부 표면과 이 슬리브 부분 사이에 헐거운 끼워 맞춤(clearance fit)을 제공하는 크기 및 형상을 갖는다. 슬리브 부분(170)은 또한 우수한 열 전도체를 제공하여, 엔진 냉각제 온도에 의해 디젤 배기 유체 온도를 결정할 수 있게 한다. 액체 냉각식 하우징(104)은 출력 포트(126) 및 엔진 냉각제(122)가 서로 맞은 편에서 접하는 출력 오리피스(124)로부터 이격된 제1 용접부(150)측에서 시작하여 출력 포트(126)를 따라 축 방향으로 연장되는 관형 슬리브 부분(170)을 더 포함한다.

이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 또한 도 3a로부터 분사기를 통해 흐르는 디젤 배기 유체가 적어도 커버의 파이프 부분과 하우징의 출력 오리피스 사이에서 본질적으로 직선으로 그리고 축(303)과 평행하게 진행한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 주입 유닛(100)은, 그렇지 않은 경우 분사기를 통해 배기 유체를 방향 전환하거나 또는 재 라우팅하는 것에 의해 야기될 수 있는 기계적 손실을 최소화한다.

디젤 배기 유체 분사기의 온도를 제어하는 방법은 본질적으로 하우징의 공동 내 냉각제 공동 내에서 전기 작동식 배기 유체 분사기를 둘러싸고, 유입구 포트 및 유출구 포트에 상기 공동을 제공하여 결합시켜 엔진 냉각제를 흐르게 하는 것을 특징으로 할 수 있다. 하우징을 통해 및 그리하여 공동을 통해 냉각제를 흐르게 하거나 펌핑함으로써, 엔진 온도가 높을 때 디젤 배기 유체의 온도를 제어할 수 있다. 유사하게, 디젤 배기 유체는 디젤 배기 유체의 온도를 초과할 수 있는 온도를 갖는 엔진 냉각제에 의해 필요에 따라 가온되거나 가열될 수 있다. 따라서, 디젤 배기 유체 분사기의 온도를 제어하는 방법은 디젤 배기 유체를 엔진 배기 가스 스트림으로 보내는 운반하는 구조물 주위로 그리고 공동 내외로 열 전달 유체를 흐르게 하거나 보내는 것을 필수적으로 포함한다. 바람직한 실시예에서, 이러한 열 전달 유체는 엔진 냉각제이다. 엔진 냉각제는 전형적으로 물과 에틸렌 글리콜 및 그 등가물의 혼합물로 구성된다.

전술한 설명은 단지 설명을 위한 것이다. 본 발명의 진정한 범위는 다음의 청구 범위에 제시된다.

Claims (12)

1. 주입 유닛(dosing unit)으로서,
   입력 포트에서 유체를 수용하도록 구성되고, 추가적으로 제어 입력 단자에서 수신된 전기 신호에 응답하여 관형 출력 포트로부터 상기 유체를 토출하도록 구성된 전기 작동식 유체 분사기;
   내부 공동을 갖는 액체 냉각식 하우징으로서, 상기 공동은, 상기 공동 내에 상기 전기 작동식 유체 분사기를 수용하고, 상기 공동을 통해 흐르는 엔진 냉각제로 상기 공동 내에 상기 유체 분사기를 둘러싸는 크기 및 형상을 갖고, 엔진 냉각제는 엔진 냉각제 입력 포트 및 엔진 냉각제 출력 포트를 통해 공동을 통과하고, 상기 액체 냉각식 하우징은 상기 유체 분사기의 상기 출력 포트를 수용하는 크기, 형상 및 배열을 갖는 원형인 출력 오리피스를 갖는, 상기 액체 냉각식 하우징;
   상기 공동을 위한 커버로서, 상기 분사기의 상기 입력 포트에 유체를 운반하도록 구성된 파이프를 포함하는 상기 커버;
   상기 커버를 에워싸고 상기 커버를 상기 하우징에 열적 및 기계적으로 결합시키는 제2 용접부; 및
   상기 하우징을 상기 유체 분사기의 관형 출력 포트에 열적으로 그리고 기계적으로 결합시키는 제1 용접부로서, 상기 하우징의 상기 출력 오리피스를 에워싸고 상기 유체 분사기의 상기 관형 출력 포트를 에워싸는 상기 제1 용접부를 포함하고,
   상기 공동은 하부 부분을 갖고, 상기 하부 부분은 상기 엔진 냉각제가 흐르는, 상기 유체 분사기의 상기 관형 출력 포트를 둘러싸고,
   상기 공동의 하부 부분은 내부로 연장되는 관형 플랜지를 포함하고, 상기 플랜지는 상기 공동 내로 부분적으로 연장되고, 상기 유체 분사기의 출력 포트는 상기 내부로 연장되는 관형 플랜지 내에 있고,
   상기 액체 냉각식 하우징은 상기 출력 포트 및 상기 엔진 냉각제가 서로 맞은 편에서 접하는 상기 출력 오리피스로부터 이격된 상기 제1 용접부측에서 시작하여 상기 출력 포트를 따라 축 방향으로 연장되는 관형 슬리브 부분을 더 포함하는, 주입 유닛.
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3. 제1항에 있어서, 상기 전기 작동식 유체 분사기는 디젤 배기 유체 분사기인, 주입 유닛.
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6. 제1항에 있어서, 상기 제2 용접부는 상기 하우징의 상부에 있는 상기 플랜지에서 상기 커버를 에워싸는, 주입 유닛.
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8. 제1항에 있어서, 상기 유체 분사기의 유체 입력 포트, 상기 출력 오리피스, 상기 커버의 파이프, 상기 제1 용접부 및 상기 제2 용접부는 기하 축을 중심으로 센터링되고, 이에 의해 상기 유체 분사기의 입력 포트에 수용되는 유체는 상기 주입 유닛을 통해 직선으로 진행하는, 주입 유닛.
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