KR20080097215A - 주입 장치 - Google Patents

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마그누스 토르셀
쇠렌 안데르손
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Abstract

연소 엔진으로부터 배기 라인 내로 연료 또는 환원제와 같은 액상제를 주입하기 위한 장치에 관한 것이다. 상기 장치 (1) 는 상기 액상제가 배기 라인 내로 주입될 수 있는 노즐 헤드 (21) 를 갖는 노즐 장치 (20) 를 포함한다. 노즐 장치 (20) 는 노즐 헤드 (21) 에 압축 가스, 바람직하게는 압축 공기를 공급하기 위해 상기 노즐 헤드로 이어지는 제 1 도관 (22), 및 노즐 헤드에 상기 액상제를 공급하기 위해 상기 노즐 헤드 (21) 로 이어지는 제 2 도관 (23) 을 포함한다. 상기 노즐 헤드 (21) 에는 제 1 도관 (22) 및 제 2 도관 (23) 과 연결된 하나 이상의 유출 개구 (24) 가 구비되고, 이러한 유출 개구를 통하여 상기 액상제는 노즐 헤드 내부의 혼합 영역 (25) 내에서 압축 가스와 혼합한 후 미립자 상태로 배기 라인 내로 주입된다.
Figure 112008063027426-PCT00001
액상제 주입 장치.

Description

주입 장치{INJECTION DEVICE}
본 발명은 연소 엔진으로부터 배기 라인 내로 연료 또는 환원제와 같은 액상제를 주입하기 위한 장치로서, 상기 액상제가 배기 라인 내로 주입될 수 있는 노즐 헤드를 갖는 노즐 장치를 포함하는 액상제 주입 장치에 관한 것이다.
산화 촉매 하류에서 배기 라인 내에 배열된 입자 필터의 재생을 이루기 위하여 산화 촉매 상류의 배기 라인 내로 연료를 주입하기 위한, 상기 언급한 유형의 주입 장치가 예컨대 FR 2 829 180 A1 및 GB 2 064 983 A 에 이미 공지되어 있다. FR 2 829 180 A1 에 따른 주입 장치에서, 연료는 혼합 챔버 내에서 압축 공기와 혼합되며, 그 후 연료/공기 혼합물은 노즐로 향하고, 노즐은 그 혼합물을 연료의 미립자 상태로 배기 라인 내에 주입한다. GB 2 064 983 A 에 따른 주입 장치에서, 연료는 미리 압축 공기와 혼합되지 않고, 배기 라인 내에 배열된 노즐을 경유하여 배기 라인 내로 주입된다. 이러한 공지된 유형의 주입 장치가 사용되는 경우, 배기 가스 내의 연료의 만족할만한 미립화를 이루는 것이 어렵다는 것이 밝혀졌다.
SCR 촉매 (SCR = 선택적 촉매 환원) 상류의 배기 라인 내로 환원제를 주입하기 위해 도입된 유형의 주입 장치는 예를 들면 US 6 273 120 B1 으로부터 이미 공 지되어 있다. US 6 273 120 B1 에 따른 주입 장치에서, 환원제는 혼합 챔버 내에서 압축 공기와 혼합되고, 그 후 환원제/공기 혼합물은 노즐로 향하고, 노즐은 그 혼합물을 환원제의 미립자 상태로 배기 라인 내에 주입한다. 이러한 공지된 유형의 주입 장치가 사용되는 경우, 배기 가스 내의 환원제의 만족할만한 미립화를 이루는 것이 어렵다는 것이 밝혀졌다.
본 발명의 목적은 연소 엔진으로부터 배기 라인 내로 액상제를 주입하기 위한 장치로서, 배기 라인을 통과해 흐르는 배기 가스 내의 액상제의 양호한 미립화를 가능하게 하고, 동시에 배기 라인 내에 주입되는 액상제 양의 신속한 변화를 가능하게 하는 액상제 주입 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 목적은 청구항 1 에서 한정되는 특징을 갖는 주입 장치에 의해 달성된다.
본 발명의 주입 장치는 상기 액상제가 배기 라인 내로 주입될 수 있는 노즐 헤드를 갖는 노즐 장치를 포함하며, 노즐 장치는 노즐 헤드에 압축 가스, 바람직하게는 압축 공기를 공급하기 위해 노즐 헤드로 이어지는 제 1 도관, 및 노즐 헤드에 상기 액상제를 공급하기 위해 상기 노즐 헤드로 이어지는 제 2 도관을 포함하고, 상기 노즐 헤드에는 제 1 도관 및 제 2 도관과 연결된 하나 이상의 유출 개구가 구비되고, 이러한 유출 개구를 통하여 상기 액상제는 노즐 헤드 내부의 혼합 영역 내의 압축 가스와 혼합한 후 미립자 상태로 배기 라인 내로 주입된다. 액상제와 압축 가스의 혼합물이 유출 개구를 경유하여 노즐 헤드로부터 빠져나오기 직전에, 액상제가 노즐 헤드 내부, 즉 제한된 공간에서 압축 가스와 혼합하도록 함으로써, 액상제 공급량의 변화는 노즐 헤드를 경유하여 배기 라인 내로 주입되는 액상제의 양에 매우 신속하게 영향을 준다. 이와 동시에, 액상제가 노즐 헤드 내부에서 압축 가스 유동 내로 혼합될 때 액상제의 제 1 미립화가 얻어지며, 액상제가 상기 가스와 함께 노즐 헤드의 유출 개구를 경유하여 배기 라인 내로 주입될 때 액상제의 추가적인 미립화가 얻어진다. 이에 의하여, 액상제의 만족할만한 미립화를 이룰 수 있게 된다.
본 발명의 실시형태는, 장치가 노즐 장치에 연결되고 노즐 장치의 상기 제 1 도관 및 제 2 도관에 대한 압축 가스 및 액상체의 공급을 제어하기 위한 밸브를 수용하는 밸브 하우징을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 도관은 제 1 도관이 제 2 도관의 외측에 배열되는 공통의 도관 파이프를 형성하며, 상기 도관 파이프의 일단부는 밸브 하우징에 부착되고 다른 단부는 노즐 헤드에 부착되며, 이에 의해 상기 밸브 하우징을 상기 노즐 헤드에 연결하는 것을 특징으로 한다. 압축 가스와 액상제 각각에 대한 두 개의 도관을 공통의 도관 파이프로 결합함으로써, 밸브 하우징과 노즐 헤드 사이에는 오직 하나의 도관 파이프만 놓이면 되고, 이는 배기 라인에 본 발명의 주입 장치를 장착하는 것을 용이하게 한다. 제 1 도관이 제 2 도관을 둘러싸기 때문에, 제 1 도관은 제 2 도관을 기계적으로 보호하는 보호 덮개를 형성하고, 배기 라인에 주입 장치를 장착하는 동안 및 장착 후에 제 2 도관을 충격 및 충돌로부터 보호한다. 이러한 보호 효과는 액상제를 위한 제 2 도관이 상대적으로 박막이고 얇은 벽인 경우 특히 중요하며, 이는 당해 유형의 주입 장치에 흔히 바람직하다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 노즐 헤드는 압축 가스가 유출 개구 쪽을 향하도록 제 1 도관에 연결되는 제 1 채널, 및 제 2 도관에 연결되는 제 2 채널을 포함하고, 제 2 채널에 연결된 하나 또는 복수개의 유입 구멍은 제 1 채널로 이어지고, 각각의 유입 구멍은, 압축 가스가 제 1 채널을 통하여 유입 구멍을 지나 흐르고 유입 구멍으로부터 흘러나오는 액상제를 유출 개구로 운반하도록 배열되어 있다. 압축 가스가 제 1 채널 내로 흐르는 액상제가 효과적으로 미립화 효과를 받게끔 할 수 있도록 하기 위해, 액상제는 결과적으로 제 1 채널을 통과해 흐르는 압축 가스 내로 도입된다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 노즐 헤드는 배기 라인 내부에 배열되고, 배기 라인 내로 노즐 헤드까지 연장하는 상기 제 1 도관 및 제 2 도관의 적어도 일부가 서로에 대해 동축선으로 배열되며, 상기 제 1 도관은 상기 제 2 도관의 외측에 배열된다. 이에 의하여, 환원제의 주입 동안 제 1 도관을 통과하여 흐르는 압축 가스는 제 2 도관 내에 동시에 존재하는 액상제에 대해 냉각 및 단열 효과를 가질 수 있다. 이에 의하여, 배기 라인 내의 고온 배기 가스로부터의 열전달이 제 2 도관을 통과하여 노즐 헤드까지 통과하는 동안 액상제의 바람직하지 않은 과열을 일으키는 것을 간단하고 효율적인 방식으로 방지할 수 있게 된다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 노즐 헤드의 상기 유출 개구는 배기 라인을 통과해 흐르는 배기 가스의 의도된 유동 방향과 반대 방향을 향한다. 이는 결과적으로, 액상제가 배기 라인의 유동 방향과 반대 방향으로 배기 라인 내에 주입되고, 이에 의하여 주입이 배기 라인의 유동 방향으로 이루어지는 종래 고안된 주입 장치와 비교할 때, 주입된 액상제 방울이 배기 라인 내에서 보다 먼 거리로 전달되고 더 오랜 지속 시간을 갖게 됨을 의미한다. 배기 라인 내의 액상제 방울의 지속 시간이 증가함으로써 액상제가 노즐 헤드 하류에 배열된 촉매에 도달하기 전에 액상제 방울의 원하는 증발을 이룰 가능성이 높아진다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 상기 장치는, 상기 노즐 장치의 상기 제 1 도관 내의 유압을 나타내는 압력 값을 생성하도록 배열된 압력 센서, 및 상기 압력 센서에 연결되고, 상기 압력 값에 기초하여 상기 노즐 장치의 기능에 대한 정보를 생성하도록 배열되는 제어 장치를 포함한다. 전자 제어 장치는 예를 들면 상기 압력 값을 분석함으로써, 노즐 헤드의 유출 개구의 막힘 또는 예컨대 노즐 헤드의 손실 또는 누출과 같이 제 1 도관 내의 압력에 영향을 주는 노즐 장치의 다른 고장들을 검출하도록 되어 있다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 상기 장치는, 상기 압축 가스를 수용하기 위한 제 1 가스 유입구, 및 제 2 가스 유입구를 포함하며, 상기 제 2 가스 유입구는 상기 노즐 장치의 제 1 도관 및 제 2 도관의 하나 이상에 연결되고, 상기 제 2 가스 유입구는 노즐 헤드의 유출 개구를 통하여 이러한 공기의 배출이 가능하도록 연소 엔진의 유입구 공기 채널로부터 압축 공기를 수용하기 위한 것이며, 그로 인해 상기 압축 가스 및/또는 상기 액상제의 주입이 노즐 헤드를 경유하여 영향을 받지 않는 시간 동안 유출 개구가 막히지 않도록 한다. 이에 의해, 배기 라인을 통과해 흐르는 배기 가스에 의해 야기되는 유출 개구의 막힘을 간단한 방식으로 방지할 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태들은 종속항 및 이하의 상세한 설명에 나타나 있다.
본 발명은 또 산화 촉매 하류의 배기 라인 내에 배열된 필터의 재생 또는 산화 촉매 하류의 배기 라인 내에 배열된 NOx 트랩의 재생과 관련하여, 산화 촉매 상류의 자동차의 연소 엔진으로부터 상기 배기 라인 내에 연료를 주입하기 위한, 자동차에 있어서의 본 발명 장치의 용도에 관한 것이기도 하다. 또한, 본 발명은 SCR 촉매 또는 옅은 NOx 촉매 상류의 자동차의 연소 엔진으로부터 배기 라인 내에 환원제를 주입하기 위한, 자동차에 있어서의 본 발명 장치의 용도에 관한 것이다.
이하에서, 실시형태 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 기술하기로 한다.
도 1 은 장치의 일부가 절단되고, 장치 내에 포함된 노즐 헤드가 상세하게 확대되어 있는 본 발명에 따른 장치의 측면 개략도.
도 2 는 연소 엔진과 결합된 본 발명에 따른 장치의 외형도.
도 3 은 도 1 에 나타낸 장치의 일 요소를 나타낸 전방 개략도.
연료 또는 환원제와 같은 액상제를 연소 엔진 (3) 으로부터 배기 라인 (2) 으로 주입하기 위한 본 발명에 따른 주입 장치 (1) 가 도 1 및 도 2 에 나타나 있 다. 장치 (1) 는 노즐 헤드 (21) 를 갖는 노즐 장치 (20) 를 포함하며, 액상제는 노즐 헤드 (21) 로부터 배기 라인 내로 주입되게 된다. 노즐 장치 (20) 는 바람직하게는 압축 공기의 형태인 압축 가스를 노즐 헤드에 공급하기 위해 노즐 헤드 (21) 로 이어지는 제 1 도관 (22), 및 상기 액상제를 노즐 헤드에 공급하기 위해 노즐 헤드 (21) 로 이어지는 제 2 도관 (23) 을 포함한다. 노즐 헤드 (21) 에는 제 1 도관 (22) 및 제 2 도관 (23) 으로 연결되는 유출 개구 (24) 가 구비되고, 이 유출 개구를 통하여 액상제는 노즐 헤드 내부의 혼합 영역에서 압축 가스와 혼합된 후 미립자 상태로 배기 라인 내로 주입될 수 있다. 도시된 예에서, 노즐 헤드 (21) 에 그와 같은 유출 개구 (24) 가 하나 구비되어 있지만, 그 대신에 둘 이상의 유출 개구 (24) 가 노즐 헤드에 배열될 수도 있다.
도 1 에 나타낸 실시형태에서, 노즐 헤드 (21) 는 압축 가스를 유출 개구 (24) 로 향하게 하기 위해 제 1 도관 (22) 에 연결된 제 1 채널 (26), 및 제 2 도관 (23) 에 연결된 제 2 채널 (27) 을 포함한다. 제 2 채널 (27) 에 연결된 하나 또는 복수개의 유입 구멍 (28) 은 제 1 채널 (26) 로 이어지고, 각각의 유입 구멍 (28) 은, 압축 가스가 제 1 채널 (26) 을 통하여 유입 구멍 (28) 을 지나 흐르고 유입 구멍으로부터 흘러나오는 액상제를 유출 개구 (24) 쪽으로 운반하도록 배열된다. 제 2 채널 (27) 은 그 결과 상기 유입 구멍 (28) 을 통하여 제 1 채널 (26) 과 유체 연통된다. 제 1 채널 (26) 과 제 2 채널 (27) 은 도 1 에 나타낸 바와 같이 서로에 대해 동축선으로 적절하게 배열되어 있으며, 제 1 채널 (26) 이 제 2 채널 (27) 의 외측에 배열되는 것이 바람직하다. 도시된 예에서, 각각의 유입 구멍 (28) 은 제 1 채널 (26) 과 제 2 채널 (27) 사이에서 반경방향으로, 즉 상기 채널 (26, 27) 의 중심 축선에 대해 반경방향으로 연장하며, 이에 의해 액상제는 제 1 채널 (26) 을 통하여 유입 구멍 (28) 을 지나 유동하는 압축 가스 안으로 이 가스의 유동 방향에 실질적으로 수직으로 유입하게 된다. 이 경우, 결과적으로 유입 구멍 (28) 과 유출 개구 (24) 사이에서 연장하는 제 1 채널 (26) 의 일부에 의해 상기 언급한 혼합 영역 (25) 이 형성된다. 액상제는 유입 구멍 (28) 을 경유하여 혼합 영역 (25) 으로 들어갈 때 압축 가스에 의해 미립화되어 그 압축 가스와 혼합되며, 그 후 압축 가스와 함께 유출 개구 (24) 까지 계속 전달되어 유출 개구 (24) 를 통하여 나오게 된다. 유출 개구 (24) 를 통과하는 통로에서, 액상제의 추가적인 미립화가 일어난다. 유입 구멍 (28) 의 개수는 둘 이상이며, 제 2 채널의 원주 방향으로 분포된다.
상기 장치 (1) 는 노즐 장치 (20) 에 연결되는 밸브 장치 (30) 를 추가로 포함하고, 이 밸브 장치는 상기 노즐 장치의 도관 (22, 23) 에 대한 압축 가스 및 액상제의 공급을 제어하기 위한 밸브 (31, 32, 33) 를 포함한다. 도시된 예에서, 이러한 밸브 (31, 32, 33) 는 공통의 밸브 하우징 (34) 에 장착된다.
상기 제 1 도관 (22) 및 제 2 도관 (23) 은 제 1 도관 (22) 이 제 2 도관 (23) 의 외측에 배열되어 공통의 도관 파이프 (29) 를 형성한다. 이 도관 파이프 (29) 는 일 단부에서 밸브 하우징 (34) 에 부착되고 다른 단부에서는 노즐 헤드 (21) 에 부착되며, 이에 의해 밸브 하우징 (34) 을 노즐 헤드 (21) 에 연결한다. 제 1 도관 (22) 은 예를 들어 테플론 파이프 또는 주름진 강 파이프와 같은 내열 재료로 된 가요성 파이프로 형성되며, 예컨대 약 10 ~ 15 ㎜ 의 외경을 가질 수 있다. 제 2 도관 (23) 은 박막이고 얇은 벽으로 되어 있어 구부릴 수 있는 강 파이프로 적절하게 형성되어 있으며, 예를 들면 약 2 ㎜ 의 내경 및 약 3~4 ㎜ 의 외경을 가질 수 있다.
밸브 장치 (30) 는 노즐 장치의 제 2 도관 (23) 에 대한 액상제의 공급을 조절하는 조절 밸브 (31) 를 포함한다. 조절 밸브 (31) 는 펄스 폭 변조식 주입 밸브인 것이 적절하다. 이 밸브 (31) 에 의해, 배기 라인 내로 주입되는 액상제의 양, 즉 액상제의 공급량을 조절할 수 있다. 도시된 실시형태에서, 액상제를 수용하기 위한 유입구 (35) 가 밸브 하우징 (34) 내에 배열된다. 액상제는 조절 밸브 (31) 를 경유하여 유입구 (35) 로부터 제 2 도관 (23) 으로 향할 수 있다. 유입구 (35) 를 경유하여 조절 밸브 (31) 로 향하는 액상제의 원하는 압력을 확보하기 위해서 밸브 하우징 (34) 내에는 압력 조절기 (36) 가 배열된다.
밸브 장치 (30) 는 제 1 제어 밸브 (32) 를 추가로 포함하는데, 이를 통하여 노즐 장치의 제 1 도관 (22) 이 공급원, 적절하게는 압축 공기 공급원의 형태인 압축 가스 공급원에 연결될 수 있다. 그 결과, 이러한 제어 밸브 (32) 에 의해 제 1 도관 (22) 에 대한 압축 가스의 공급을 조절할 수 있게 된다. 도시된 실시형태에서, 제 1 제어 밸브 (32) 는 3 방 밸브이다.
도시된 예에서, 밸브 장치 (30) 는 또한 제 2 제어 밸브 (33) 를 포함하는데, 원하는 경우에 바람을 불어넣어 제 2 도관 (23) 을 세정하기 위해 노즐 장치의 제 2 도관 (23) 이 상기 제 2 제어 밸브를 통해 상기 압축 가스 공급원에 연결될 수 있다. 그 결과, 이러한 제어 밸브 (33) 에 의해 제 2 도관 (23) 에 대한 압축 가스의 공급을 조절할 수 있게 된다.
도시된 실시형태에서, 제 1 가스 유입구 (37) 및 제 2 가스 유입구 (38) 가 밸브 하우징 (34) 내에 배열된다. 제 1 가스 유입구 (37) 는 상기 압축 가스를 수용하기 위한 것이다. 압축 가스는 제 1 제어 밸브 (32) 를 경유하여 제 1 가스 유입구 (37) 로부터 제 1 도관 (22) 안으로 향할 수 있으며, 이 가스는 제 2 제어 밸브 (33) 를 경유하여 제 1 가스 유입구 (37) 로부터 제 2 도관 (23) 안으로 향할 수 있다. 제 2 가스 유입구 (38) 는 연소 엔진의 유입구 공기 채널로부터 압축 공기를 수용하기 위한 것이다. 공기는 제 1 제어 밸브 (32) 를 경유하여 제 2 가스 유입구 (38) 로부터 제 1 도관 (22) 안으로 향할 수 있다. 따라서, 제 2 가스 유입구 (38) 를 경유하여 수용된 압축 공기는, 노즐 헤드의 유출 개구 (24) 를 통하여 배출되도록 하기 위해, 제 1 도관 (22) 을 경유하여 노즐 헤드 (21) 로 향할 수 있으며, 그로 인해 상기 압축 가스 및/또는 상기 액상제의 주입이 노즐 헤드 (21) 를 경유하여 행해지지 않는 시간 동안 유출 개구가 막히지 않도록 한다.
노즐 장치 (20) 는 상호 연결 기구 (39) 를 경유하여 밸브 장치 (30) 에 연결된다. 도시된 예에서 노즐 장치 (20) 의 제 2 도관 (23) 은 밸브 하우징 (34) 내에 배열된 유출 채널 (40) 내로 일정 길이만큼 진입해 있다. 유출 채널 (40) 내에 수용된 제 2 도관 (23) 의 단부는, 제 2 도관 (23) 을 반경 방향으로 지지하는 슬리브 형상의 고정 부재 (41) 에 의해 유출 채널 내에 그 위치를 유지한 다. 이러한 고정 부재 (41) 는 제 2 도관 (23) 과 함께 조절 밸브 (31) 로부터 액상제를 수용하기 위한 제 1 공간 (40a) 과 압축 가스를 수용하기 위한 제 2 공간 (40b) 으로 유출 채널 (40) 을 분할한다. 제어 밸브 (32) 에 연결된 채널 (42) 은 제 2 공간 (40b) 으로 이어지고, 이 채널 (42) 은 고정 부재 (41) 내의 개구 (43) 를 경유하여 노즐 장치 (20) 의 제 1 도관 (22) 에 연결된다. 압축 가스에 의해 제 2 도관 (23) 의 세정이 가능하도록 하기 위해, 제어 밸브 (33) 에 연결된 채널 (44) 은 제 1 공간 (40a) 으로 이어진다.
도시된 예에서, 장치 (1) 는 노즐 장치의 제 1 도관 (22) 내의 공압을 나타내는 압력 값을 생성하도록 배열된 압력 센서 (45) 를 포함한다. 압력 센서 (45) 는 밸브 하우징 (34) 내에 장착되고, 압력 센서와 유출 채널 (40) 사이에서 연장하는 채널 (46) 을 경유하여 제 1 도관 (22) 과 연통한다. 압력 센서 (45) 는 전자 제어 장치 (50) 에 연결되며 (도 2 참조), 이 장치는 상기 압력 값에 기초하여 노즐 장치 (20) 및/또는 밸브 장치 (30) 의 기능에 대한 정보를 생성하도록 되어 있다. 전자 제어 장치 (50) 는 상기 압력 값을 분석하여, 노즐 헤드의 유출 개구 (24) 의 막힘 및/또는 노즐 장치 (20) 의 누출 및/또는 손상되거나 손실된 노즐 헤드를 검출하기에 적합한 이점이 있다. 이러한 검출은 예를 들면 배기 라인 내로의 액상제 주입 전 및/또는 주입 후 바람을 불어넣어 노즐 장치를 세정하기 위해 압축 가스가 노즐 장치를 통과할 때 적절하게 수행된다.
도시된 예에서, 장치 (1) 는 또한 상기 조절 밸브 (31) 상류의 액상제의 유압을 나타내는 압력 값을 생성하도록 되어 있는 압력 센서 (47) 를 포함한다. 이 압력 센서 (47) 는 밸브 하우징 (34) 내에 장착되고, 압력 센서 (47) 와 유입 채널 (48) 사이에서 연장하는 채널 (49) 을 경유하여 밸브 하우징 내에 배열되는 액상제를 위한 유입 채널 (48) 과 연통한다. 또한 압력 센서 (47) 는 도 2 에 나타난 바와 같이, 상기 전자 제어 장치 (50) 에 연결될 수도 있다.
노즐 헤드 (21) 는 도 1, 2 에 나타난 바와 같이, 배기 라인 내부에 적절하게 배열된다. 이 경우, 배기 라인 내로 노즐 헤드 (21) 까지 연장하는 제 1 도관 (22) 및 제 2 도관 (23) 의 부분들은 서로 동축선으로, 제 1 도관 (22) 이 제 2 도관 (23) 의 외측에 있도록 배열하는 것이 유리하다. 제 1 도관 (22) 및 제 2 도관 (23) 은 밸브 하우징 (34) 과 노즐 헤드 (21) 사이 전체에서 서로에 대해 동축선으로 배열되어 있는 것이 적절하다.
액상제가 배기 가스 내에 지속되는 시간, 즉 액상제가 배기 라인 내로 주입된 후, 배기가스와 함께 의도된 촉매에 도달하기 전에 배기 라인 내의 배기 가스와 접촉하고 있는 시간을 증가시키기 위해, 노즐 헤드의 유출 개구 (24) 는 도 1 및 도 2 에 나타난 바와 같이 배기 라인을 통과해 흐르는 배기 가스의 의도된 유동 방향의 반대 방향으로 향하는 것이 유리하다. 이러한 유동 방향은 도 1 및 도 2 에서 화살표 (P1) 로 표시되었다. 도시된 예에서, 노즐 헤드 (21) 는 배기 라인 내에서 그 중심에 배열되어 있고, 배기 라인을 통과해 흐르는 배기 가스의 의도된 유동 방향의 반대 방향으로 향하고 있다.
가이드 부재 (60) 가 노즐 헤드 (21) 의 하류에서 배기 라인 (2) 내에 배열되는 것이 유리하며, 이 가이드 부재 (60) 는 배기 가스가 통과해 흐르고, 지나가 는 배기 가스 내에 난류 (turbulence) 를 생성하여 이로 인해 노즐 헤드 (21) 를 경유하여 배기 라인 (2) 내로 주입된 후 배기 가스를 따라가는 액상제의 분산을 증가시키도록 되어 있다. 이에 의하여, 액상제가 의도된 촉매에 도달하기 전에 배기 가스 내에서의 액상제의 균일한 분산 및 신속한 증발을 이룰 가능성이 향상된다. 가이드 부재 (60) 는 또한 배기 라인 (2) 내의 주입 후 아직 증발되지 않은 액상제 방울을 잡는 것을 도와준다.
도 1 에 나타난 유형의 장치 (1) 의 기능은 이하 도 2 를 참조하여 설명하기로 한다. 도 2 는 배기 라인 내에 배열된 산화 촉매 (4) 의 하류에서 배기 라인에 배열된 필터의 재생과 관련하여 상기 산화 촉매의 상류에서 자동차의 연소 엔진 (3) 으로부터 배기 라인 (2) 내로 연료 형태의 액상제를 주입하기 위하여 장치 (1) 가 자동차 내에 사용되는 적용을 나타내고 있다. 하지만, 본 발명의 장치 (1) 는 또한 배기 라인 내에 배열된 산화 촉매 하류에서 배기 라인 내에 배열된 NOx 트랩의 재생 및 탈황과 관련하여 상기 산화 촉매 상류의 자동차의 연소 엔진으로부터 배기 라인에 연료 형태의 액상제를 주입하기 위해 자동차에 사용될 수도 있다. 또한, 본 발명의 장치 (1) 는 배기 라인 내에 배열된 SCR 촉매 또는 희박 NOx 촉매의 상류의 자동차의 연소 엔진으로부터 배기 라인 내에, 예컨대 요소 또는 연료와 같은 환원제의 형태로 된 액상제를 주입하기 위해 자동차에 사용될 수도 있다.
도 2 에 나타낸 예에서, 장치 (1) 는 공급 도관 (71) 을 경유하여 밸브 하우징 (34) 내의 상기 언급한 유입구 (35) 에 연결되는 연료 저장소 (70) 를 포함한 다. 연료 저장소 (70) 로부터 밸브 장치 (30) 의 조절 밸브 (31) 에 연료를 공급하기 위해 공급 도관 (71) 내에 펌프 (72) 가 배열된다. 공급 도관 (71) 내에는 연료 필터 (74) 또한 배열된다. 반환 도관 (73) 이 밸브 하우징 (34) 내의 유출구 (35') 를 경유하여 밸브 장치 (30) 로부터의 초과 연료를 연료 저장소 (70) 로 돌려보낸다. 연료 저장소 (70) 는 연소 엔진으로부터의 반환 연료를 수용하기 위해 연소 엔진 (3) 과 연료 탱크 (6) 사이에서 연장하는 반환 연료 도관 (7) 내로 연결된다. 상기 연료 탱크 (6) 는 자동차의 엔진 연료를 위한 통상의 탱크를 구성한다.
공기는 공기 필터 (9) 가 배열될 수 있는 근방의 공기 흡입구 (8) 를 경유하여, 도 2 에 개략적으로 나타나 있는 연소 엔진 (3) 에 흡입된다. 상기 공기는 유입 공기 채널 (일반적으로 도면 부호 10으로 표시) 을 통하여 연소 엔진의 연소 챔버 쪽으로 향한다. 도 2 에 나타낸 예에서, 자동차에는 터보 과급기 (11) 가 구비되어 있고. 이 과급기는 연소 엔진에 공기를 초과 압력으로 공급하기 위한 압축기 휠 (11a) 과, 연소 엔진을 나가는 배기 가스의 활성화에 의해 회전되도록 위치한 터빈 휠 (11b) 을 포함한다. 압축기 휠 (11) 및 터빈 휠 (11b) 은, 예를 들면 하나의 동일한 축 (11c) 상에 위치함으로써 서로에 작동 연결된다. 수퍼 과급 시에 보통 그렇듯이, 공기는 초과 압력으로 공급된 후 급기 냉각기 (12) (인터쿨러) 내에서 냉각된다. 연소 엔진 (3) 을 나오는 배기 가스는 배기 라인 (2) 내에서 이동하고 배기 가스 유출구 (13) 을 경유하여 주위로 들어간다. 도 2 는 배기 가스가 배기 가스 유출구 (13) 를 경유하여 주위로 들어가기 전에 상기 언급한 산화 촉매 (4) 및 필터 (5) 를 어떻게 통과하는 지를 나타낸다. 필터 (5) 는 배기 가스로부터 미립자 성분을 분리하도록 되어 있다. 도시된 예에서, 노즐 헤드 (21) 는 터빈 휠 (11b) 과 산화 촉매 (4) 사이에서 배기 라인 (2) 내에 배치되고, 노즐 헤드의 유출 개구 (24) 는 배기 라인 (2) 을 통과하는 배기 가스 유동의 유동 방향과 반대 방향으로 향하게 된다. 상기 언급한 밸브 장치 (30) 의 제 2 가스 유입구 (38) 는 압축기 휠에 의해 압축된 공기를 수용하기 위하여, 압축기 휠 (11a) 하류에서 도관 (14) 을 경유하여 유입구 공기 채널 (10) 과 연결된다. 비반환 밸브 (15) 가 도 2 에 나타난 바와 같이, 이 도관 (14) 내에 적절하게 배열되어 있다. 도시된 예에서, 도관 (14) 은 급기 냉각기 (12) 와 연소 엔진 (3) 사이에서 유입구 공기 채널 (10) 에 연결된다. 상기 언급한 밸브 장치 (30) 의 제 1 가스 유입구 (37) 는 도관 (16) 을 경유하여 압축 공기 공급원 (17) 에 연결된다. 비반환 밸브 (18) 는 도 2 에 나타난 바와 같이 이 도관 (16) 내에 적절하게 배열된다. 밸브 장치의 조절 밸브 (31) 및 제어 밸브 (32, 33) 는 전자 제어 장치 (50) 로부터의 제어 신호에 따라 제어되며, 이 장치는 미리 정해진 파라미터에 따라 상기 밸브 (31, 32, 33) 에 제어 신호를 송신하도록 되어 있다. 이 파라미터들은 예를 들면 산화 촉매 (4) 상류의 배기 가스 온도, 필터 (5) 하류의 배기 가스 온도, 배기 질량 유동, 필터 (5) 를 가로지르는 배기 가스의 압력 저하 등을 포함한다. 도시된 예에서, 전자 제어 장치 (50) 는 또한 조절 밸브 (31) 상류의 연료 압력 및 노즐 장치 (20) 의 상기 언급한 제 1 도관 (22) 내의 압력 각각에 관련된 이 센서들로부터의 측정값을 수신하기 위해, 상기 언급한 압력 센서 (47, 45) 에 연결된다.
연료가 배기 라인 (2) 내로 주입되기 전에, 노즐 장치의 제 2 도관 (23), 즉 상기 언급한 제 2 도관이 압축 공기 공급원 (17) 으로부터의 압축 공기에 의하여 세정되도록, 제어 밸브 (33) 가 개방된다. 이러한 세정 단계 동안, 조절 밸브 (31) 는 폐쇄 상태로 유지된다. 그 후, 제어 밸브 (33) 는 폐쇄되고, 제어 밸브 (32) 는 노즐 장치의 공기 도관 (22), 즉 상기 언급한 제 1 도관이 압축 공기 공급원 (17) 과 연통하게 한다. 조절 밸브 (31) 를 개방함으로써, 노즐 헤드 (21) 내의 혼합 영역 (25) 에서 압축 공기와 혼합되고 압축 공기와 함께 노즐 헤드의 유출 개구 (24) 를 경유하여 배기 라인 (2) 내로 주입되도록 하기 위하여, 연료가 연료 도관 (23) 내로 향하게 된다. 충분한 연료가 주입된 경우, 바람을 불어넣어 연료 도관 (23) 을 세정하기 위하여 제어 밸브 (33) 가 개방된다. 조절 밸브 (31) 는 이러한 세정 하에서 다음 주입 때까지 폐쇄 상태를 유지한다. 세정 후, 제어 밸브 (33) 는 폐쇄되고, 제어 밸브 (32) 는 공기 도관 (22) 을 통과하여 노즐 헤드의 유출 개구 (24) 를 통과해 나가는 급기 공급을 위하여, 공기 도관 (22) 이 연소 엔진의 유입구 공기 채널 (10) 과 연통하게 한다. 다음번 연료 주입 시간이 되면, 제어 밸브 (32) 는 유입구 공기 채널 (10) 과 공기 도관 (22) 사이의 연결을 차단하게 되고, 상기 언급한 과정이 반복된다. 또한, 본 발명에 따른 장치가 환원제를 내연기관으로부터 배기 라인 내로 주입하기 위해 사용되는 경우에도 여기서 기술된 과정이 사용될 수 있다.
본 발명은 물론 상기 기술된 바람직한 실시형태들에 어떤 식으로도 한정되는 것이 아니다. 그 반대로, 이하의 청구항에 한정된 본 발명의 기본 사상을 벗어나지 않으면서 많은 변형 가능성이 존재함이 당업자에게 명백하다.

Claims (15)

  1. 연소 엔진으로부터 배기 라인 내로 연료 또는 환원제와 같은 액상제를 주입하기 위한 장치 (1) 로서, 상기 액상제가 배기 라인 내로 주입될 수 있는 노즐 헤드 (21) 를 갖는 노즐 장치 (20) 를 포함하는 액상제 주입 장치에 있어서,
    노즐 장치 (20) 는 노즐 헤드 (21) 에 압축 가스, 바람직하게는 압축 공기를 공급하기 위해 상기 노즐 헤드로 이어지는 제 1 도관 (22), 및 노즐 헤드에 상기 액상제를 공급하기 위해 상기 노즐 헤드 (21) 로 이어지는 제 2 도관 (23) 을 포함하고,
    상기 노즐 헤드 (21) 에는 제 1 도관 (22) 및 제 2 도관 (23) 과 연결된 하나 이상의 유출 개구 (24) 가 구비되고, 이러한 유출 개구를 통하여 상기 액상제는 노즐 헤드 내부의 혼합 영역 (25) 내에서 압축 가스와 혼합한 후 미립자 상태로 배기 라인 내로 주입되는 것을 특징으로 하는 액상제 주입 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    장치 (1) 는 노즐 장치 (20) 에 연결되고 노즐 장치 (20) 의 상기 제 1 도관 및 제 2 도관 (22, 23) 에 대한 압축 가스 및 액상체의 공급을 제어하기 위한 밸브 (31, 32, 33) 를 수용하는 밸브 하우징 (34) 을 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 도관 (22, 23) 은 제 1 도관 (22) 이 제 2 도관 (23) 의 외측에 배열되는 공통의 도관 파이프 (29) 를 형성하며,
    상기 도관 파이프 (29) 의 일단부는 밸브 하우징 (34) 에 부착되고 다른 단부는 노즐 헤드 (21) 에 부착되며, 이에 의해 상기 밸브 하우징 (34) 을 상기 노즐 헤드 (21) 에 연결하는 것을 특징으로 하는 액상제 주입 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 노즐 헤드 (21) 는 압축 가스가 상기 유출 개구 (24) 쪽으로 향하도록 제 1 도관 (22) 에 연결된 제 1 채널 (26), 및 상기 제 2 도관 (23) 에 연결된 제 2 채널 (27) 을 포함하고,
    제 2 채널 (23) 에 연결된 하나 또는 복수개의 유입 구멍 (28) 은 제 1 채널 (22) 로 이어지고, 각각의 유입 구멍 (28) 은, 압축 가스가 제 1 채널 (22) 을 통하여 유입 구멍 (28) 을 지나 흐르고 유입 구멍으로부터 흘러나오는 액상제를 유출 개구 (24) 로 운반하도록 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 액상제 주입 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 채널 (26) 및 제 2 채널 (27) 은 서로에 대해 동축선으로 배열되는 것을 특징으로 하는 액상제 주입 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 채널 (26) 은 제 2 채널 (27) 의 외측에 배열되는 것을 특징으로 하는 액상제 주입 장치.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 유입 구멍 (28) 은 상기 제 2 채널 (27) 과 상기 제 1 채널 (26) 사이에서 반경 방향으로 연장하는 것을 특징으로 하는 액상제 주입 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 유입 구멍 (28) 은 둘 이상이고 상기 제 2 채널의 원주 방향으로 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 액상제 주입 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노즐 헤드 (21) 는 배기 라인 내부에 배열되고, 배기 라인 내로 노즐 헤드까지 연장하는 상기 제 1 도관 (22) 및 제 2 도관 (23) 의 적어도 일부가 서로에 대해 동축선으로 배열되며, 상기 제 1 도관 (22) 은 상기 제 2 도관 (23) 의 외측에 배열되는 것을 특징으로 하는 액상제 주입 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노즐 헤드 (21) 의 유출 개구 (24) 는 배기 라인을 통과해 흐르는 배기 가스의 의도된 유동 방향과 반대 방향으로 향하는 것을 특징으로 하는 액상제 주입 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 노즐 헤드 (21) 는 배기 라인 내부에, 바람직하게는 그 중심에서 배열되고, 배기 라인을 통과해 흐르는 배기 가스의 의도된 유동 방향과 반대 방향으로 향하는 것을 특징으로 하는 액상제 주입 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치 (1) 는, 상기 노즐 장치 (20) 의 상기 제 1 도관 (22) 내의 공압을 나타내는 압력 값을 생성하도록 배열된 압력 센서 (45), 및
    상기 압력 센서 (45) 에 연결되고, 상기 압력 값에 기초하여 상기 노즐 장치 (20) 의 기능에 대한 정보를 생성하도록 되어 있는 제어 장치 (50) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 액상제 주입 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항에 있어서,
    상기 장치 (1) 는, 상기 압축 가스를 수용하기 위한 제 1 가스 유입구 (37), 및 상기 노즐 장치 (20) 의 제 1 도관 (22) 및 제 2 도관 (23) 의 하나 이상에 연결되는 제 2 가스 유입구 (38) 를 포함하며,
    상기 제 2 가스 유입구 (38) 는 노즐 헤드의 유출 개구 (24) 를 통하여 이러한 공기의 배출이 가능하도록 하고, 그리하여 상기 압축 가스 및/또는 상기 액상제의 주입이 노즐 헤드 (21) 를 경유하여 행해지지 않는 시간 동안 유출 개구가 막히지 않도록 연소 엔진의 유입구 공기 채널로부터 압축 공기를 수용하기 위한 것임을 하는 것을 특징으로 하는 액상제 주입 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 장치 (1) 는 노즐 장치 (20) 의 제 1 도관 (22) 이 제 1 가스 유입구 (37) 에 연결되는 제 1 위치와, 노즐 장치 (20) 의 제 1 도관 (22) 이 제 2 가스 유입구 (38) 에 연결되는 제 2 위치 사이에서 전환 가능한 제어 밸브 (32) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 액상제 주입 장치.
  14. 산화 촉매 하류에서 배기 라인 내에 배열된 필터의 재생 또는 산화 촉매 하류에서 배기 라인 내에 배열된 NOx 트랩의 재생과 관련하여, 산화 촉매 상류의 자동차의 연소 엔진으로부터 상기 배기 라인 내에 연료를 주입하기 위해 자동차에 사용되는 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 장치의 용도.
  15. SCR 촉매 또는 희박 NOx 촉매 상류의 자동차의 연소 엔진으로부터 배기 라인 내에 환원제를 주입하기 위해 자동차에 사용되는 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 장치의 용도.
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