KR20020033828A - 내연 기관 배기 가스 처리용 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배기 가스 내에 제공된 환원제, 특히 요소 또는 요소 수용액을 사용하여 내연 기관의 배기 가스를 처리하기 위한 장치에 관한 것이고, 상기 장치는 믹싱 챔버를 구비하며 환원제-공기 혼합물을 발생시키기 위해, 환원제 저장기 내에 저장된 환원제는 환원제 라인을 통해, 압축 공기 저장기 내에 포함된 압축 공기는 압축 공기 라인을 통해, 상기 믹싱 챔버 내에 제공될 수 있고, 또한 상기 장치는 환원제 또는 환원제-공기 혼합물이 상기 믹싱 챔버로부터 압축 공기 라인으로 역류하는 것을 방지하기 위한 수단을 갖는다.

Description

내연 기관 배기 가스 처리용 장치{Device for subsequently treating exhaust gases of an internal combustion engine}
최근 계속 낮게 책정된 오염 물질 한계치로 인해, 내연 기관의 배기 가스를 처리하기 위한 많은 장치 및 방법이 발명되었다. 예를 들어 질소 산화물을 변환하기 위한 환원제로서 요소 및/또는 암모니아를 사용하는 촉매 변환기 시스템을 이용하여 효과적인 배기 가스 처리 시스템이 사용될 수 있다.
배기 가스 중의 질소 산화물 성분을 줄이기 위해, 특히 디젤 엔진을 위한 환원 촉매 변환기가 발명되었으며, 상기 촉매 변환기는, 요소 공급 시스템을 갖는 일반적인 소위 SCR 촉매 변환기(선택 촉매 환원, Selective Catalytic Reduction)와 저장 촉매 변환기로 나눠진다. 소위 SCR 촉매 변환기는 요소 및/또는 암모니아 환원제를 제공함으로써 생성되는 반면, 저장 촉매 변환기는 소위 배기 가스 오일 상으로 함께 이송된 내연 기관 연료의 탄화 수소에 의해 재생된다.
EP A 0381236으로부터는, 디젤 엔진의 배기 가스 중의 질소 산화물을 제거하기 위해 암모니아를 환원제로서 측정 공급하는 시스템이 공지되어 있다. 상기 시스템에는 또한 터보 차저도 제공되며, 상기 터보 차저는 배기 가스의 압력을 낮춘다. 사용될 요소 수용액은 압축 공기에 의해 측정 공급된다.
DE A 44 41 261에는 내연 기관의 배기 가스를 처리하기 위한 장치가 공지되어 있으며, 상기 장치에서 촉매 변환기의 성능은 공급 장치에 의해서 개선되어야 한다. 상기 공급 장치는 최소량 측정 공급 양변위 펌프로서 형성되며, 상기 펌프는 원통형 회전 바디 상에 홈 형상의 나사산을 포함하고, 이때 공급 성능을 변경하기 위해서는 변형될 수 있는 회전수를 갖는 회전 바디가 구동된다. 상기 환원제를 배기 가스 시스템 내에 첨가하는 것은 주로 특성 곡선에 따라, 즉 배기 가스의 량 및/또는 조성물에 따라 이루어진다.
예를 들어 DE 42 30 056 A1에는, 환원제 및 이것을 공급하는 압축 공기를 기초로 하는 에어로졸을 믹싱 챔버 내에서 발생시키는 것이 공지되어 있다. 이를 위해 환원제 및 공기는 믹싱 챔버의 분리된 라인을 통해 공급된다. 공급 과정 중 믹싱 챔버 내에는 압력 변동 및 소용돌이가 발생될 수 있으며, 이는 환원제, 예컨대 묽은 요소 용액을 압축 공기 라인 내로 역류시킬 수 있다. 예를 들어 자동차의 경우, 사용되는 압축 공기는 압축 공기 공급 시스템으로부터 취해지므로, 상기와 같이 환원제가 압축 공기 라인 내로 역류할 경우 전체 압축 공기 공급 시스템이 오염될 수 있다. 예를 들어 부식을 일으키는 요소 수용액에 의해 압축 공기 브레이크 시스템이 손상될 수 있다.
본 발명의 과제는, 공기 공급 라인 또는 이와 소통된 압축 공기 공급 시스템의 오염이 확실히 방지될 수 있도록, 배기 가스를 처리하기 위한 일반적인 장치를 개선하는 것이다.
본 발명은 제 1 항의 전제부에 따라, 배기 가스 내에 제공된 환원제, 특히 요소 또는 요소 수용액을 사용함으로써, 내연 기관의 배기 가스를 처리하기 위한 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 장치의 바람직한 제 1 실시예의 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 믹싱 챔버의 바람직한 실시예의 측면 단면도.
도 3은 본 발명에 따라 사용될 수 있는 체크 밸브의 또 다른 바람직한 실시예의 측면도 및 사시도.
상기 과제는 제 1 항의 특징을 갖는 장치 및 제 6 항의 특징을 갖는 믹싱 챔버를 통해서 해결된다.
공기 또는 환원제-공기 혼합물이 믹싱 챔버로부터 압축 공기 라인으로 역류하는 것을 방지하기 위한 수단 및, 본 발명에 따른 방법이 제공됨으로써, 압축 공기 라인 또는 압축 공기 공급 시스템의 오염은 효과적으로 방지될 수 있다. 따라서 압축 공기 중의 공기는 종래의 방법에 비해서 상대적으로 작은 압력으로 공급될 수 있다.
본 발명에 따른 장치 또는 본 발명에 따른 믹싱 챔버의 바람직한 구성은 종속항의 대상이다.
본 발명에 따른 장치의 선호되는 실시예에 따라, 역류를 방지하기 위한 수단은 압축 공기 라인 내에 배열된 체크 밸브로서 형성된다. 예를 들어 볼형 밸브 또는 플랫 시트 밸브로서 형성될 수 있는 상기와 같은 체크 밸브는 매우 저렴하게 사용될 수 있으며 실제로 견고하고 신뢰성 있는 것으로 증명되었다.
본 발명에 따른 장치의 특히 바람직한 실시예에 따라, 역류를 방지하기 위한 수단은 믹싱 챔버 내에 배열된 체크 밸브로서 형성된다. 믹싱 챔버 내에 통합된 상기와 같은 체크 밸브에 의해 본 발명에 따른 장치는 특히 치밀하게 구성될 수 있다.
상기 믹싱 챔버 내에 배열된 체크 밸브는 바람직한 방법으로, 밸브 바디 상에 삽입된 탄성 호스를 포함하며, 상기 호스는 밸브의 가압 방향에 따라 밀봉되거나 투과된다. 예를 들어 그 호스가 실리콘으로 구성될 수 있는 상기와 같은 체크 밸브는 매우 작게 구성되며 쉽게 교체될 수 있다.
본 발명에 따른 장치의 또 다른 바람직한 실시예에 따라 상기 체크 밸브는 엘라스토머 밸브 바디를 포함하며 상기 밸브 바디는 밀봉립에 의해, 밸브 하우징 또는 압축 공기 라인의 내벽에 기밀 방식으로 접한다. 또한 상기의 체크 밸브는 매우 작게 구성되며, 저렴하게 제공될 수 있고 실제로 견고하고 신뢰성 있는 것으로 증명되었다.
본 발명에 따른 믹싱 챔버의 바람직한 실시예에 따라, 상기 체크 밸브는 밸브 바디 상에 삽입된 탄성 호스를 포함하며, 상기 호스는 압축 공기를 이용하여 압축 공기 공급 방향으로 가압할 때 압축 공기 라인으로부터 압축 공기가 믹싱 챔버로 유입되는 것을 허용하고, 믹싱 공간 내의 환원제-공기 혼합물을 통해 반대 방향으로 가압할 때에는 상기 혼합물이 압축 공기 라인으로 유입되는 것을 방지한다.
본 발명에 따른 장치 또는 믹싱 챔버의 바람직한 구성은 첨부된 도면을 이용하여 하기에서 더 자세히 설명된다.
도 1에는 요소 탱크(1)가 도시되며, 요소 수용액은 체크 밸브(2) 및, 필터 스크린으로서 제시된 필터(3)를 구비한 라인(1a)을 통해 공급 펌프(4)로 흡인되고, 또 다른 체크 밸브(6)에 의해서는 믹싱 챔버(8)의 도우징 밸브(7)로까지 공급된다. 상기 도우징 밸브(7)는 필요한 량의 요소 수용액을 믹싱 공간으로 공급하며 상기 믹싱 공간은 도 2에서 (9)로 도시된다. 경우에 따라 발생되는 요소 수용액의 과류는 압력 조절부(5) 및 또 다른 체크 밸브(11)에 의해, 귀환 파이프(12)를 통해서 요소 탱크(1)로 귀환될 수 있다. 경우에 따라 필요한 상기 라인(1a)의 통기는 통기 밸브(10)를 포함하는 통기 순환계에 의해 실행될 수 있다.
또한 압축 공기 탱크(20)가 도시되며, 압축 공기는 상기 탱크로부터 압력 제한부(21), 2/2 방향 밸브(22) 및 체크 밸브(23)를 거쳐 믹싱 챔버 내로 제공될 수 있다. 예를 들어 구형 밸브 또는 플랫 시트 밸브로서 형성될 수 있는 체크 밸브(23)가 제공됨으로써, 환원제-공기 혼합물이 믹싱 챔버로부터 압축 공기 라인(24)으로 역류하는 것은 방지될 수 있다. 따라서 압축 공기 라인(24)과 소통하는 압축 공기 공급 시스템이 오염될 위험은 종래의 시스템에 비해 매우 줄어든다.
상기 믹싱 챔버(8) 내에서는 요소 수용액을 가하면서 압축 공기를 이용하여 에어로졸이 발생되며, 상기 에어로졸은 에어로졸 라인(25)에 의해 촉매 변환기(30) 내로 제공된다. 제어 장치(40)는, 상위의 모터 제어 장치에 의해 CAN 데이터라인(41)을 통해서 수신되는 신호 및, 그 작동 방식이 공지되었으며 여기서는 더 자세히 설명되지 않는 압력 센서, 온도 센서 또는 충진 레벨 센서(50 내지 55)의 신호를 검출한다. 상기 제어 장치(40)는 촉매 변환기(30)를 통과하는 배기 가스에 첨가되어야 하는 요소 공급량을 상기 정보로부터 계산한다.
상기 제어 장치(40)는 설명된 솔레노이드 밸브를 이용하여 압축 공기 라인(24) 내의 압력을 조절하며 요소 수용액 압력을 검사한다. 제어 장치(40)는 편차 및 에러를 인식하고 저장해서 (도시되지 않은)진단 장치를 통해, PC에 이를 알린다.
도 2에서는 본 발명에 따른 장치의 테두리 내에서 사용될 수 있는, 믹싱 챔버의 바람직한 실시예가 설명된다. 실제로 상기 믹싱 챔버(8)의 경우, 체크 밸브는 실리콘 호스(14) 또는 유사한 탄성 재료로 된 호스로 구성되며, 상기 호스는 밸브 바디(15)에 삽입되고 믹싱 챔버(8)의 내벽(16)에 밀봉되게 접한다. 상기 압축 공기 라인(24)으로부터 압축 공기가 노즐 보어(17)로 흐르면(상기와 같은 다수의 노즐 보어들이 원주에 걸쳐 분배되어 제공될 수 있다), 실리콘 호스(14)는 믹싱 챔버 내벽(16)에 의해 압착되며 공기는 디퓨저(18) 내로 유입될 수 있고 또한 환형 틈(19)에 의해 믹싱 공간(9)에 이른다. 상기 믹싱 공간(9)에서 공기는 요소 라인(1a)로부터 유출된 묽은 요소 용액과 함께 혼합된다.
불안정한 작동시 또는 난류에 의해 혼합물이 믹싱 공간(13)으로부터 디퓨저(18)로 역류하면, 실리콘 호스(14)는 믹싱 챔버의 내벽(16)에 밀봉되어 압착되고 상기 혼합물이 압축 공기 라인(24)으로 또 다시 역류하는 것을 방지한다.
본 발명에 따른 장치 또는 본 발명에 따른 믹싱 챔버에서 사용될 수 있는 체크 밸브의 또 다른 바람직한 실시예는 도 3에 의해 설명된다. 이때 도 3a는 단면도, 도 3b는 분해된 체크 밸브의 사시도를 도시한다. 도 3에 도시된 체크 밸브의 핵심 부품은 엘라스토머 밸브 바디(34)이고, 상기 밸브 바디는 밀봉립(35)에 의해 밸브 하우징(46)의 내벽(36)에 기밀 방식으로 접한다. 도 1에 의해 설명된 바와 같이, 경우에 따라서는 상기 밀봉립(15)이 압축 공기 라인의 내벽에 직접 접할 수도 있다. 압축 공기 라인(24)으로부터 공기가 유입되면 밸브는 개방되고 공기가 역류하면 밸브는 폐쇄된다.
일반적인 사용을 위해, 상기 밸브는 카트리지형 밸브(70)로서 형성되며 이는 밸브 바디(34), 밸브 하우징(46) 및 밸브 커버(60)로 구성된다.

Claims (7)

  1. 배기 가스 내에 제공된 환원제, 특히 요소 또는 요소 수용액을 사용하여 내연 기관의 배기 가스를 처리하기 위한 장치로서, 믹싱 챔버(8)를 구비하며 환원제-공기 혼합물을 발생시키기 위해, 환원제 저장기(1) 내에 저장된 환원제는 환원제 라인(1a)을 통해, 압축 공기 저장기(20) 내에 포함된 압축 공기는 압축 공기 라인(24)을 통해, 상기 믹싱 챔버 내에 제공될 수 있는 장치에 있어서,
    환원제 또는 환원제-공기 혼합물이 상기 믹싱 챔버(8)로부터 압축 공기 라인(24)으로 역류하는 것을 방지하기 위한 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 역류를 방지하기 위한 수단은 상기 압축 공기 라인(24) 내에 배열된 체크 밸브(23, 50)로서 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 역류를 방지하기 위한 수단은 상기 믹싱 챔버(8) 내에 배열된 체크 밸브(14, 15, 50)로서 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 체크 밸브는 밸브 바디(15) 상에 삽입된 탄성 호스(14)를 포함하며, 상기 호스는 압축 공기 공급 방향으로 가압할 시에 상기 압축 공기 라인으로부터 압축 공기가 믹싱 챔버(8)의 믹싱 공간(13)으로 유입되는 것을 허용하고, 반대 방향으로 가압할 시에는 환원제 또는 환원제-공기 혼합물이 압력 챔버로부터 압축 공기 라인으로 유입되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 체크 밸브(50)는 엘라스토머 밸브 바디(34)를 포함하며 상기 바디는 밀봉립(35)에 의해, 밸브 하우징(46) 또는 압축 공기 라인(24)의 내벽에 기밀 방식으로 접하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 환원제-공기 혼합물, 특히 에어로졸을 발생시키기 위한 믹싱 챔버로서, 믹싱 공간(9)을 구비하며, 환원제는 환원제 라인(1a)을 통해, 압축 공기는 압축 공기 라인(24)을 통해 상기 믹싱 공간 내로 제공될 수 있는 믹싱 챔버에 있어서,
    환원제 또는 환원제-공기 혼합물이 믹싱 챔버의 믹싱 공간으로부터 압축 공기 라인으로 역류하는 것을 방지하기 위한 체크 밸브(14, 15)가 제공되는 것을 특징으로 하는 믹싱 챔버.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 체크 밸브(14, 15)는 밸브 바디(15) 상에 삽입된 탄성 호스(14)를 포함하며, 상기 호스(14)는 압축 공기 방향으로 가압할 시에 압축 공기가 압축 공기 라인으로부터 믹싱 공간으로 유입되는 것을 허용하고, 반대 방향으로 가압할 시에는 환원제 또는 환원제-공기 혼합물이 압축 공기 라인(24)으로 유입되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 믹싱 챔버.
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