KR20090094457A - Fluid injecting and mixing systems for exhaust after-treatment devices - Google Patents

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KR20090094457A
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마쿠스 슈스터
테드 지 고물카
사샤 하버캄프
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테네코 오토모티브 오퍼레이팅 컴파니 인코포레이티드
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Abstract

A system for applying secondary fluids to vehicular exhaust after-treatment apparatus utilizes a mixing chamber coupled for receipt of a portion of the vehicle's exhaust flow. A source of secondary fluid is coupled to the mixing chamber and a fluid distribution element is positioned in a mean exhaust flow conduit upstream of the exhaust after-treatment apparatus. The fluid distribution element presents a preselected pattern of fluid flow toward an upstream face of the after-treatment apparatus.

Description

배기가스 후처리 장치들을 위한 유체 분사 및 혼합 시스템들{FLUID INJECTING AND MIXING SYSTEMS FOR EXHAUST AFTER-TREATMENT DEVICES}FLUID INJECTING AND MIXING SYSTEMS FOR EXHAUST AFTER-TREATMENT DEVICES

본 출원은 2007년 9월 27일에 출원된 미국 특허출원 11/862,293 및 2006년 12월 14일에 출원된 미국 임시출원 60/874,921을 우선권 주장하며, 이는 참조로서 여기에 통합된다.This application claims priority to US patent application Ser. No. 11 / 862,293, filed September 27, 2007, and US provisional application 60 / 874,921, filed December 14, 2006, which is incorporated herein by reference.

본 발명은 배기가스 후처리 장치들에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 그러한 장치들에 의한 배기가스의 회생, 산화 또는 환원에 관한 것이다.The present invention relates to exhaust gas aftertreatment devices, and more particularly, to the regeneration, oxidation or reduction of exhaust gas by such devices.

이 단락 내의 설명들은 본 발명과 관련한 배경 기술정보를 제공할 뿐이며, 종래기술을 구성하지 않는다.The descriptions in this paragraph only provide background information relating to the present invention and do not constitute prior art.

다가올 연식(model years)의 고속주행 디젤엔진들을 위한 배기가스 후처리 시스템들은 전형적으로 디젤 미립자 필터들(DPF), 질소산화물(NOx) 흡수재들(LNT) 및 선택적인 촉매 환원(SCR) 시스템들을 포함한다. 회생의(regenerative) 산화 혹은 환원 유체(이차 유체)는 이러한 장치들 각각에 사용되는 기판들(substrates)의 적정한 작용 및/또는 유지를 위하여 필요하다. 대부분의 적용들에 있어서, 디젤 미립자 필터들(DPFs)은 상기 필터 내에 갇힌 그을음의 주기적인 회생 또는 산화를 위하여 탄화수소들, 가령 디젤 연료, 의 분사를 요구한다. SCR 시스템들은 배출되는 질소산화물의 환원을 위하여 촉매의 업스트림(upstream)에 환원제(일반적으로 요소)의 분사에 의존한다. LNTs는 일반적으로 배기가스 흐름 속으로 과량의 디젤 연료를 주입함에 의해 제공되는, 탄화수소 또는 일산화탄소가 풍부한 배기가스를 사용하는 주기적인 회생을 요구한다.Exhaust aftertreatment systems for upcoming model years of high speed diesel engines typically include diesel particulate filters (DPF), nitrogen oxide (NOx) absorbers (LNT) and selective catalytic reduction (SCR) systems. do. Regenerative oxidizing or reducing fluids (secondary fluids) are required for proper operation and / or maintenance of the substrates used in each of these devices. In most applications, diesel particulate filters (DPFs) require the injection of hydrocarbons, such as diesel fuel, for periodic regeneration or oxidation of soot trapped in the filter. SCR systems rely on the injection of a reducing agent (typically urea) upstream of the catalyst for the reduction of the nitrogen oxides emitted. LNTs generally require periodic regeneration using hydrocarbon or carbon monoxide rich exhaust gases, provided by injecting excess diesel fuel into the exhaust stream.

현재 이러한 탄화수소 연료들 및 요소의 분사를 위한 통상의 방법은 후처리 장치의 배기관 업스트림(upstream) 속으로 이들을 분사하는 것이다. 이러한 분사는 분사되는 유체의 적절한 혼합, 증발 및/또는 가수분해를 보장하기 위해 상기 장치의 아주 충분한 업스트림 장소, 특히 선형 거리가 관 직경의 적어도 10배 이상의 업스트림, 에서 행해져야만 한다.Currently a common method for the injection of these hydrocarbon fuels and urea is to inject them into the exhaust pipe upstream of the aftertreatment device. Such injection must be done at a very sufficient upstream location of the device, in particular a linear distance upstream of at least 10 times the diameter of the pipe, to ensure proper mixing, evaporation and / or hydrolysis of the fluid being injected.

통상적인 방법의 단점들은 SCR, LNT, 및/또는 DPF 시스템들이 제한된 공간 속으로 패키지화(packaged) 되거나 공통의 하우징 내에 함께 결합되어야 할 때 발생한다. 분사된 유체의 적절한 혼합, 증발, 및/또는 가수분해를 위해 이용가능한 배기관 길이가 불충분하거나 충분한 배기관 길이의 사용이 후처리 시스템을 위한 용인할 수 없는 총 배압(back pressure)을 가져올 수 있다. 패키징 구속들 때문에 분사, 혼합, 증발, 및/또는 가수분해를 위해 필요한 배기관 경로에 후처리 부품들이 또한 존재할 수 있으나 이는 후처리 장치들의 적정한 기능을 간섭하게 된다.Disadvantages of conventional methods arise when SCR, LNT, and / or DPF systems must be packaged into limited space or combined together in a common housing. Insufficient exhaust pipe lengths available for proper mixing, evaporation, and / or hydrolysis of the injected fluid, or the use of sufficient exhaust pipe lengths, can result in an unacceptable total back pressure for the aftertreatment system. Due to packaging constraints, aftertreatment parts may also be present in the exhaust pipe paths required for spraying, mixing, evaporating, and / or hydrolysis, but this would interfere with the proper functioning of the aftertreatment devices.

따라서 적절한 길이의 배기관이 이용가능하지 않는 곳에서 분사되는 이차 유체의 적절한 혼합, 증발, 및/또는 가수분해를 용이하게 하기 위한 장치를 위한 기술상의 필요가 있다.Accordingly, there is a technical need for an apparatus for facilitating proper mixing, evaporation, and / or hydrolysis of secondary fluids injected where no appropriate length of exhaust pipe is available.

본 발명은 차량용 배기가스 후처리 시스템들을 위해 필요한 이차 유체들의 분사, 혼합, 증발 및/또는 가수분해를 용이하게 하기 위하여 필요한 보조 배관(piping), 대안적인 파이프 라우팅(pipe routing) 및 보조적인 장치들에 향하여져 있다. 이러한 이차 유체들은, 예를 들면 제한없이 재생시키는 유체 또는 산화시키는 유체들 또는 환원시키는 유체들이다.The present invention provides auxiliary piping, alternative pipe routing and auxiliary devices required to facilitate the injection, mixing, evaporation and / or hydrolysis of secondary fluids required for automotive exhaust aftertreatment systems. Turned to. Such secondary fluids are, for example and without limitation, regenerating fluids or oxidizing fluids or reducing fluids.

본 발명의 일 측면에서, 후처리 장치를 따라 구비되는 파이프는 배기가스 유동에 대해 평행하게 통하고 있다. 상기 파이프는 이차유체를 필요로 하는 상기 장치 기판으로부터 상류인, 상기 후처리 장치의 측면부로부터 들어간다. 분사전 및 분사중에, 상기 파이프는 그것이 배기 유동으로 진입하는 곳에서의 압력보다 더 높은 압력을 획득하도록 그리고 이차 유체의 적절한 혼합, 증발 및/또는 가수분해 하기에 충분한 유속을 획득하도록 압축공기를 공급받게 된다. 혼합관이 배기 유동으로 진입하는 장소에서, 밸브는 상기 관내에서 이러한 양의(positive) 압력을 유지한다. 상기 이차 유체는 상기 관으로 분사되며 상기 밸브는 필요에 따라 개방된다.In one aspect of the invention, the pipes provided along the aftertreatment device run parallel to the exhaust gas flow. The pipe enters from the side of the aftertreatment device, upstream from the device substrate requiring a secondary fluid. Before and during injection, the pipe supplies compressed air to obtain a pressure higher than the pressure at which it enters the exhaust flow and to obtain a flow rate sufficient for proper mixing, evaporation and / or hydrolysis of the secondary fluid. Will receive. At the point where the mixing tube enters the exhaust flow, the valve maintains this positive pressure in the tube. The secondary fluid is injected into the tube and the valve is opened as needed.

본 발명의 다른 측면에서, 엔진과 후처리 장치 사이에 있는 메인(main) 배기관에 대해 평행한 적어도 하나의 관들이 배기 메니폴드 또는 터빈 입구의 터보 차져(turbocharger) 업스트림에서 벗어난 위치로부터 상기 후처리 시스템 내의 지점인 분사된 이차 유체를 요구하는 부품의 바로 업스트림(upstream)까지 통한다.In another aspect of the invention, at least one of the pipes parallel to the main exhaust pipe between the engine and the aftertreatment device is located within the aftertreatment system from a position away from the turbocharger upstream of the exhaust manifold or turbine inlet. It passes up to the point directly upstream of the part requiring the injected secondary fluid.

본 발명의 또 다른 측면에서, 상기 배기가스 후처리 장치는 배기가스/이차 유체를 위한 혼합 챔버를 포함하는 상기 장치 기판을 통해 연장하는 중심 채널 또는 도관이 제공된다.In another aspect of the invention, the exhaust aftertreatment apparatus is provided with a central channel or conduit extending through the apparatus substrate comprising a mixing chamber for exhaust gas / secondary fluid.

그 이상의 적용가능한 분야들은 제공되는 상세한 설명으로부터 명백할 것이다. 이하 상세한 설명 및 실시예들은 설명을 위한 목적일 뿐 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아닌 것으로 이해되어야 한다.Further fields of applicability will become apparent from the detailed description provided. It is to be understood that the following detailed description and examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the invention.

이하 기술되는 도면들은 설명을 위한 것일 뿐이며 본 발명의 범위를 어떤 식으로든 제한하지 않는다.The drawings described below are for illustrative purposes only and do not limit the scope of the present invention in any way.

본 발명의 목적들과 특징들은 이하의 도면과 함께 제시되는 상세한 설명을 읽음으로써 명백할 것이다.Objects and features of the present invention will become apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings.

도 1은 하나의 하우징내에 다양한 후처리 장치들을 포함하는 배기가스 후처리 시스템의 단면도이며, 상기 시스템은 본 발명에 따라 배치된 평행한 경로(path) 이차 유체 혼합 시스템을 포함한다.1 is a cross-sectional view of an exhaust aftertreatment system comprising various aftertreatment devices in one housing, the system comprising a parallel path secondary fluid mixing system arranged in accordance with the present invention.

도 2는 본 발명의 원리들에 따라 배치되는 배기가스 후처리 시스템의 제1 대체 실시예에 대한 부분 측단면도이다.2 is a partial side cross-sectional view of a first alternative embodiment of an exhaust aftertreatment system arranged in accordance with the principles of the present invention.

도 3은 본 발명의 원리들에 따라 배치되는 배기가스 후처리 시스템의 제2 대체 실시예에 대한 부분 단면도이다.3 is a partial cross-sectional view of a second alternative embodiment of an exhaust aftertreatment system arranged in accordance with the principles of the present invention.

도 4A 및 도 4B는 각각 도 3의 상기 후처리 장치의 측단면도 및 종단면도를 나타내는 것으로, 본 발명의 원리들에 따라 배치되는 회생의(regenerative) 유체 분배 요소를 묘사한다.4A and 4B show side and cross-sectional views, respectively, of the post-treatment apparatus of FIG. 3, depicting a regenerative fluid distribution element disposed in accordance with the principles of the present invention.

도 5는 본 발명의 원리들에 따라 배치되는 배기가스 후처리 시스템의 제3 실시예의 단면도이며,5 is a cross-sectional view of a third embodiment of an exhaust gas aftertreatment system arranged in accordance with the principles of the present invention;

도 6은 외부의 쉘(shell)이 제거된 내부 혼합 챔버를 구비하며 본 발명의 원리들에 따라 배치되는 대체의 배기가스 후처리 장치의 사시도이다.6 is a perspective view of an alternative exhaust aftertreatment device having an internal mixing chamber with an external shell removed and arranged in accordance with the principles of the present invention.

아래의 설명은 단지 예시적인 것이며 본 발명, 응용, 또는 용도들을 제한하기 위한 것은 아니다.The following description is illustrative only and is not intended to limit the invention, application, or uses.

도 1을 참조하면, 배기가스 후처리 시스템(100)은 여러 요소(element)들을 포함하는 다용도 배기가스 후처리 장치를 포함한다. 상기 장치에 대해 입력 배기가스(exhaust)는 화살표(130)에 나타내었으며 상기 장치로부터의 출력 배기가스(exhaust)는 화살표(132)에 나타내었다. 상기 다용도 후처리 장치는 제1 디젤 산화 촉매 또는 NOx 흡수재 기판(102a), 선택적인 촉매 환원 기판(104), 제2 디젤 산화 촉매 또는 NOx 흡수재 기판(102b), 디젤 미립자 필터 기판(106) 및 제3 디젤 산화 촉매 또는 NOx 흡수재 기판(102c)를 포함한다. 이러한 기판들 각각은 아래에 기술될 이차 유체 분배 요소(element)를 수용하기 위한 기판간 갭(inter-substrate gap)에 의해 분리된다.Referring to FIG. 1, the exhaust aftertreatment system 100 includes a versatile exhaust aftertreatment apparatus that includes several elements. The input exhaust for the device is shown by arrow 130 and the output exhaust from the device is shown by arrow 132. The multipurpose aftertreatment device comprises a first diesel oxidation catalyst or NOx absorber substrate 102a, an optional catalytic reduction substrate 104, a second diesel oxidation catalyst or NOx absorber substrate 102b, a diesel particulate filter substrate 106 and a first 3 diesel oxidation catalyst or NOx absorber substrate 102c. Each of these substrates is separated by an inter-substrate gap for receiving a secondary fluid distribution element described below.

요소(urea) 혼합관(106)은 상기 배기가스 후처리 장치를 따라 배기가스 유동에 대해 실질적으로 평행하게 통하며 도관(conduit)(106)의 챔버(116) 내에서 혼합을 위한 입력(108)에서 요소와 압축공기 조합을 받아들인다. 밸브(120a)는 기판들(102a 및 104) 사이에 위치하며 도관(106)으로부터 오는 이차 유체를 기판(104)의 입력면에 향하도록 하기 위한 복수의 반경방향의 구멍들 또는 입구들(123)을 운반하는 제1 회생의 유체 분배 요소(122a) 속으로 압축공기와 요소 혼합물을 도입 (집어넣음)한다.Urea mixing conduit 106 communicates substantially parallel to the exhaust gas flow along the exhaust aftertreatment and input 108 for mixing in chamber 116 of conduit 106. Accepts a combination of urea and compressed air. Valve 120a is positioned between substrates 102a and 104 and has a plurality of radial holes or inlets 123 for directing secondary fluid from conduit 106 to the input surface of substrate 104. Compressed air and the urea mixture are introduced (inserted) into the first regenerative fluid distribution element 122a that carries.

탄화수소 혼합관(110)은 또한 배기가스 유동에 대해 실질적으로 평행하게 연장하며 도관(110)의 챔버(118)내 혼합을 위한 입력(112)에서 디젤 연료와 같은 탄화수소들과 압축공기의 혼합물을 받아들인다. 선택적으로, 글로우 플러그 또는 다른 보조 열 부품(114)이 상기 혼합 챔버(118) 속으로 연장할 수 있다. 밸브(120b)는 분배 요소(122b) 속으로 유입되는 배기가스 및 이차 유체의 혼합물을 계량하기 위해 사용된다. 도관들(106 및 110)은 후처리 장치의 측면으로부터, 상기 이차 유체를 요구하는 상기 개별 기판으로부터의 업스트림(upstream)으로 들어간다. 분사전 및 분사중, 이러한 관들은 상기 유체/배기가스 혼합물이 상기 장치를 통한 배기가스 유동으로 들어가는 지점에서의 압력보다 더 높은 압력을 얻도록 하기 위해 그리고 이차 유체의 적정한 혼합, 증발 및/또는 가수분해를 위해 충분한 유속을 위해 부가적으로 압축공기를 공급받는다. 상기 이차 유체가 상기 배기가스 유동으로 들어가는 지점에서, 밸브는 상기 관내에서 이러한 양의 압력을 유지한다. 상기 이차 유체는 분사되며 상기 밸브는 필요에 따라 개방된다.The hydrocarbon mixing tube 110 also extends substantially parallel to the exhaust gas flow and receives a mixture of hydrocarbons such as diesel fuel and compressed air at the input 112 for mixing in the chamber 118 of the conduit 110. It is. Optionally, a glow plug or other auxiliary thermal component 114 may extend into the mixing chamber 118. The valve 120b is used to meter the mixture of exhaust gas and secondary fluid flowing into the dispensing element 122b. Conduits 106 and 110 enter from the side of the aftertreatment device upstream from the individual substrate requiring the secondary fluid. Prior to and during the injection, these tubes are used to obtain a higher pressure than the pressure at the point where the fluid / exhaust gas mixture enters the exhaust flow through the device and for proper mixing, evaporation and / or hydrolysis of the secondary fluid. Additional compressed air is supplied for a sufficient flow rate for decomposition. At the point where the secondary fluid enters the exhaust flow, a valve maintains this amount of pressure in the tube. The secondary fluid is injected and the valve is opened as needed.

이러한 평행한 관들은, 처리될 상기 기판의 면을 가로질러 필요한 유동 양상을 제공하기 위해 조정된 일련의 구멍(orifice)들을 통해 상기 기판의 업스트림인 상기 배기가스 후처리 장치 기판간 챔버내로 공기와 분사된 이차 유체 혼합물을 방출한다.These parallel tubes are blown with air into the exhaust aftertreatment inter-substrate chamber upstream of the substrate through a series of orifices adjusted to provide the required flow pattern across the face of the substrate to be treated. The secondary fluid mixture.

이차 유체들의 증발을 돕는 가열 장치들, LNTs 및/또는 DPFs의 회생을 돕는 버너(burner)들, 및/또는 층류 또는 난류 양상들을 발생시키는 또는 배기가스 및 이차 유체들의 혼합을 돕는 장치들을 포함하는 다른 보조적인 장치들이 이러한 평행 파이핑 시스템에 또한 합체가 될 수 있다. 대신에, 상기 후처리 장치로부터 열전달이 상기 공기/이차 유체 혼합물의 가열을 돕도록 하는 방식으로 도관들(106 및 110)이 상기 후처리 장치 하우징의 쉘(shell)에 물리적으로 부착이 될 수 있다.Heating devices to assist in the evaporation of secondary fluids, burners to assist in the regeneration of LNTs and / or DPFs, and / or other devices to generate laminar or turbulent aspects or to assist in the mixing of exhaust gases and secondary fluids. Auxiliary devices can also be incorporated into this parallel piping system. Instead, conduits 106 and 110 may be physically attached to a shell of the aftertreatment housing in such a way that heat transfer from the aftertreatment device aids in heating the air / secondary fluid mixture. .

도 2의 실시예에서, 배기가스 후처리 시스템(200)은 상기 이차 유체가 분사되는, 평행한 배기가스 유동 흐름을 확립하기 위한 보조 배관(piping)을 활용한다. 디젤엔진(202)는 터보차저(206) 속으로 비워지는 배기 메니폴드(204)를 갖는다. 그 다음으로, 배기가스는 배기관(208)를 경유하여 배기가스 후처리 장치(220)의 입력(222)으로 보내어진다. 도관(208)을 통한 배기가스 유동에 실질적으로 평행한 것은 마찬가지로 배기가스를 배기 메니폴드(204) 또는 선택적으로 터보차저(206)로부터 후처리 장치(220)의 제2 입력(224)로 운반하는 도관(210)이다. 분사기(212)는 입력(224)에서 장치(220)에 도입을 위해, 도관(210)을 통해 흐르는 상기 배기가스 흐름속으로 요구되는 상기 이차 유체를 분사한다. 이러한 혼합물은 후처리 장치(220)의 상기 기판(226)을 통해 흐르며 테일관(tailpipe) 또는 추가 배기관(230)에 의해 수용되도록 출력(228)에서 나온다. 따라서, 도관(210)은 상기 배기 메니폴드(204) 상의 어느 한 위치 또는 터빈 입구의 터보차저(206) 업스트림으로부터 상기 후처리 시스템내의 어느 한 지점, 분사된 이차 유체를 필요로 하는 상기 기판 부품의 바로 업스트림에 까지 통한다. 도관(210)은 상기 기판(226)의 바로 업스트림에서의 압력보다 훨씬 높은 압력을 갖는 위치에서 시작되므로, 도관(210)을 통한 배기가스 유동이, 분사기(212)를 지나서 그리고 도관(210)의 혼합 길이를 통해서 확보된다.In the embodiment of FIG. 2, the exhaust gas aftertreatment system 200 utilizes auxiliary piping to establish a parallel exhaust gas flow stream through which the secondary fluid is injected. The diesel engine 202 has an exhaust manifold 204 that is emptied into the turbocharger 206. The exhaust gas is then sent to the input 222 of the exhaust gas aftertreatment device 220 via the exhaust pipe 208. Substantially parallel to the exhaust gas flow through conduit 208 is similarly a conduit that carries the exhaust gas from exhaust manifold 204 or optionally turbocharger 206 to second input 224 of aftertreatment device 220. (210). Injector 212 injects the secondary fluid required into the exhaust gas stream flowing through conduit 210 for introduction into device 220 at input 224. This mixture flows through the substrate 226 of the aftertreatment device 220 and exits the output 228 to be received by a tailpipe or additional exhaust pipe 230. Accordingly, conduit 210 may be located at any point on the exhaust manifold 204 or at any point in the aftertreatment system from the turbocharger 206 upstream of the turbine inlet, directly to the substrate component requiring the injected secondary fluid. Upstream. As conduit 210 begins at a position that has a pressure that is much higher than the pressure just upstream of the substrate 226, exhaust gas flow through conduit 210 passes past injector 212 and of conduit 210. It is ensured through the mixing length.

도 3에 제시된 것과 같은 또 다른 가능한 구성에서, 관 또는 관들이 후처리 기판을 통한 상기 유동에 평행한 경로를 따라서 배기가스를 운반하며, 우회시키며 상기 이차 유체의 분사, 적절한 혼합, 증발, 및/또는 가수분해를 위한 충분한 전장대 직경(diameter-to-length) 비율을 허용한다. 배기가스 후처리 시스템(300)은 배기관(304)과 테일관(tailpipe)(332) 사이에 위치하는 후처리 장치(306)을 포함한다. 배기가스 유동은 화살표(302)에 의해 나타내었다.In another possible configuration, such as shown in FIG. 3, the tube or tubes carry exhaust gas along a path parallel to the flow through the aftertreatment substrate, bypass and spray the secondary fluid, proper mixing, evaporation, and / or Or allow a sufficient diameter-to-length ratio for hydrolysis. The exhaust aftertreatment system 300 includes an aftertreatment device 306 positioned between an exhaust pipe 304 and a tailpipe 332. Exhaust gas flow is indicated by arrow 302.

배기가스는 입구(308)에서 입력 챔버(310)로 장치(306)에 들어간다. 챔버(310)로부터 배기가스는 기판(326) 및 화살표(322)에 나타낸 바와 같이 배기가스 유동 속으로 이차 유체를 분사하기 위한 분사기(316)를 지나서 실질적으로 평행한 도관(312)을 통해서 흐른다. 이후에 이러한 혼합물은 장치(306)의 챔버(311) 속으로 흐르며 거기서 기판(328)을 통해서 흐르고 제2 분사기(318)를 지나서 제2 평행관(314)을 통해서 역방향으로 흐른다. 상기 혼합물은 화살표(324)에 나타낸 바와 같이 기판(326)의 처리를 위하여 챔버(310)로 역으로 흐른다. 이러한 구성은 보다 높은 압력인 지역으로부터 보다 낮은 압력인 지역으로 가스를 반드시 운반하지 않을 수도 있으므로, 상기 이차 유체의 적정한 유동 및 적절한 혼합, 증발 및/또는 가수분해를 용이하게 하기 위하여 보조 펌핑 장치(320)가 시스템(300)의 일부로 만들어질 수 있다.Exhaust gas enters the apparatus 306 from the inlet 308 into the input chamber 310. Exhaust gas from chamber 310 flows through substantially parallel conduit 312 past injector 316 for injecting secondary fluid into the exhaust gas flow, as indicated by substrate 326 and arrow 322. This mixture then flows into the chamber 311 of the device 306 where it flows through the substrate 328 and back through the second parallel tube 314 past the second injector 318. The mixture flows back into the chamber 310 for processing of the substrate 326 as indicated by arrow 324. This configuration may not necessarily transport gas from the higher pressure region to the lower pressure region, so that the secondary pumping device 320 may facilitate proper flow and proper mixing, evaporation and / or hydrolysis of the secondary fluid. ) May be made part of system 300.

도 4A 및 도 4B를 참조하면, 도 2 및 도 3의 실시예들은 배기가스 및 분사된 이차 유체들의 혼합물을 상기 챔버의 외부면(outer skin)에 인접한 도우넛형 또는 나선형 링(402) 내에 일련의 구멍들(404)(orifices)을 통하여 처리될 상기 후처리 기판 부품의 업스트림인 챔버내로 방출하게 된다. 분사가 단지 주기적인 기반(예를 들어, LNT 또는 DPF 회생)으로 요구되어 지는 경우들은, 적어도 하나의 밸브들이 상기 평행한 관 또는 관들을 통해서 배기가스 유동을 개시하고 멈추도록 상기 시스템내에 배치될 수 있다.4A and 4B, the embodiments of FIGS. 2 and 3 provide a series of mixtures of exhaust gas and injected secondary fluids in a donut or helical ring 402 adjacent to the outer skin of the chamber. Through holes 404 orifices are released into the chamber upstream of the aftertreatment substrate component to be processed. In cases where injection is only required on a periodic basis (eg LNT or DPF regeneration), at least one valve may be arranged in the system to start and stop the exhaust flow through the parallel pipe or tubes. have.

본 발명의 원리들에 따라 배치되는 배기가스 후처리 시스템의 제3 실시예는 도 5에 나타내었다. 배기가스 후처리 시스템(500)은 후처리 장치(510)의 입력(518)으로 들어가는 배기가스 흐름속으로 이차 유체를 분사하기 위한 분사기(504)를 가지는 입력 배기관(502)을 포함한다. 상기 실시예에서, 상기 혼합 챔버는 상기 기판(512)를 통해 연장하는 혼합 도관(508)을 수용하기 위한 채널을 형성함에 의하여 후처리 장치(510) 내에 담겨있다. 도 5에 도시된 상기 개별 장치에서, 상기 장치(510)의 상기 배기가스 출구(520)는 상기 배기가스 입구와 마찬가지로 동일한 끝단에 위치한다. 선회 챔버(516)는 배기가스 및 이차 유체의 혼합물을 받아들여 이를 역방향으로 회전시키고 상기 기판 구멍들을 통하여 출구(520)로부터 방출을 위해 출구 챔버(514)로 흐르도록 한다.A third embodiment of an exhaust aftertreatment system arranged in accordance with the principles of the invention is shown in FIG. 5. The exhaust aftertreatment system 500 includes an input exhaust 502 having an injector 504 for injecting secondary fluid into the exhaust gas stream entering the input 518 of the aftertreatment apparatus 510. In this embodiment, the mixing chamber is contained within the aftertreatment device 510 by forming a channel for receiving a mixing conduit 508 extending through the substrate 512. In the individual device shown in FIG. 5, the exhaust gas outlet 520 of the apparatus 510 is located at the same end as the exhaust gas inlet. Swivel chamber 516 receives the mixture of exhaust gas and secondary fluid, rotates it in reverse and flows through the substrate apertures to outlet chamber 514 for discharge from outlet 520.

도 5에 도시된 상기 후처리 장치(510)에 대한 대체 실시예가 도 6에 도시되었다. 도 6의 배치에서, 두 개의 관들이 상기 후처리 장치 기판의 전면에 있는 챔버로부터 상기 후처리 장치를 통하여 그 후면에 통하게 된다. 이러한 관들 중 제1 관은 배기가스를 촉매 기판을 통하여, 유동이 반전되어 상기 기판 자체를 통해 역방향으로 통과하는 기판 후면으로 운반한다. 제2 관은 상기 기판의 전면부로부터 가스의 출현 및 상기 기판의 내부채널을 통하여 제2 다운스트림 기판 앞에 있는 상기 챔버로 역방향으로 반전이 있은 후에 상기 가스를 운반한다. 하나의 예는 DPF가 수반되는 SCR 시스템이 될 것이며, 여기서 이차 유체들은 각 후처리 장치 전에서 분사되고 혼합되어야 한다. 배기가스를 후처리 부품을 통한 상기 유동에 평행한 경로를 따라 운반하거나, 우회하게 하거나 분사 및 적절한 혼합, 증발, 및/또는 가수분해를 위해 충분한 전장대 직경 비율을 허용함에 의하여, 도 6의 배치는 그렇지 않다면 실행불가능한 상황들에서 이차 유체의 적절한 도입을 가능하게 한다.An alternative embodiment of the post-processing device 510 shown in FIG. 5 is shown in FIG. 6. In the arrangement of FIG. 6, two tubes pass from the chamber in front of the aftertreatment substrate to the backside through the aftertreatment apparatus. The first of these tubes carries the exhaust gas through the catalyst substrate to the back side of the substrate where the flow is reversed and passes back through the substrate itself. The second tube carries the gas after the emergence of gas from the front portion of the substrate and reversed backward through the internal channel of the substrate to the chamber in front of the second downstream substrate. One example would be an SCR system with DPF, where secondary fluids must be injected and mixed before each aftertreatment device. The arrangement of FIG. 6 by conveying, bypassing, or permitting a full length diameter ratio for spraying and proper mixing, evaporation, and / or hydrolysis along the path parallel to the flow through the aftertreatment component. Otherwise enables the proper introduction of the secondary fluid in situations that are otherwise impractical.

또한, 이차 유체의 분사가 단지 주기적인 기반으로 요구되는 곳에서는 적어도 하나의 밸브들이 상기 배기가스 유동으로부터 상기 분사기들을 막기 위하여 상기 시스템 내에 위치할 수도 있다.Further, where injection of secondary fluid is required only on a periodic basis, at least one valve may be located in the system to prevent the injectors from the exhaust flow.

도 6의 장치(600)는 배기관(602)로부터 화살표(604a)에 의해 나타낸 배기가스 유동을 받아들인다. 배기가스 입력 도관(606)은 상기 배기가스 및 분사기를 경유하여 그것으로부터 일면 상에 있는 제1 파티션(608)에 의해 정의되는 상기 입력 볼륨속으로 분사되는 이차 유체를 위한 제1 혼합 챔버를 형성한다. 이후에 상기 배기가스/이차 유체 혼합물은 화살표(604b)에 나타낸 바와 같이 상기 도관(606) 아래, 제2 파티션(618)에 의해 정의되는 상기 기판(616)의 다운스트림(downstream) 면에있는 턴어라운드 챔버로 진행한다. 이후에 상기 배기가스/이차 유체 혼합물은 화살표(604c)를 경유하여 상기 기판(616) 자체의 구조를 통하여 상기 기판(616)과 상기 파티션(608) 사이에서 정의되는 제2 분사 지역으로 역방향으로 진행하며, 여기서 제2 분사기는 도 6에 도시된 파티션(618)의 좌측에 위치한 또 다른 후처리 장 치에 의한 다운스트림 용도를 위한 제2 내부 도관(614)을 통하여 기판(616)을 통하여 역방향으로 운반하기 위해 상기 배기가스 흐름속으로 또 다른 이차 유체를 분사한다. 이러한 배기가스/이차 유체의 출력 유동은 화살표(604d)에 의해 나타내었다.The apparatus 600 of FIG. 6 receives the exhaust gas flow indicated by arrow 604a from the exhaust pipe 602. Exhaust gas input conduit 606 defines a first mixing chamber for secondary fluid that is injected into the input volume defined by a first partition 608 on one side therefrom via the exhaust and injector. . The exhaust / secondary fluid mixture is then turned around on the downstream side of the substrate 616, defined by the second partition 618, under the conduit 606 as shown by arrow 604b. Proceed to the chamber. The exhaust / secondary fluid mixture then proceeds backward through the structure of the substrate 616 itself via arrow 604c to a second injection zone defined between the substrate 616 and the partition 608. Wherein the second injector is reversed through the substrate 616 via a second internal conduit 614 for downstream use by another post-treatment device located to the left of the partition 618 shown in FIG. 6. Inject another secondary fluid into the exhaust stream for delivery. This output flow of exhaust / secondary fluid is represented by arrow 604d.

본 발명의 원리들에 따라 배치되는 시스템들은 후처리 시스템을 위한 덮개(envelope)가 작으며 후처리 장치들의 조합이 공통된(common) 하우징 쉘에 함께 결합되어야 하는 점에서 패키징 장점들을 제공한다. 마찬가지로, 본 발명에 따른 시스템들은 이차 유체의 적절한 혼합, 증발, 및/또는 가수분해를 지원하기 위한 메인(main) 배기관의 길이가 불충분한 상황에서도 수월한 배치를 제공한다. 부가적으로, 그러한 시스템들은 혼합용 도관들이 보다 나은 전장대 직경 비율 및/또는 메인 배기관보다 더 일직선의 경로를 갖도록 만들어질 수 있는 경우들에서 상기 혼합물의 보다 효과적인 혼합 및 균일성을 제공한다. 더구나, 처리될 후처리 부품의 업스트림 지역 속으로, 상기 이차 유체가 풍부한 혼합물의 조정가능한 입장 경로(entry path)가 제공된다. 마지막으로, 본 발명에 의한 시스템들은 보다 큰 직경의 촉매 기판(담체)(보다 양호한 유동 균일성 및 보다 낮은 시스템 역압을 위해)의 사용을 가능하게 하며, 이는 많은 경우들에 있어서 상기 기판(담체)들이 서로 가깝게 위치할 것을 요구하게 되며, 그로 인하여 다른 경우라면 사용중인 이차 유체 및 상기 배기가스 흐름의 분사 및 적절한 혼합을 위해 적합할, 상기 기판(담체)들 사이의 관의 길이, 끝단의 원추 등을 제거한다.Systems deployed in accordance with the principles of the present invention provide packaging advantages in that the envelope for the aftertreatment system is small and the combination of aftertreatment devices must be coupled together in a common housing shell. Likewise, the systems according to the invention provide an easy arrangement even in situations where the length of the main exhaust pipe to support proper mixing, evaporation, and / or hydrolysis of the secondary fluid is insufficient. In addition, such systems provide more effective mixing and uniformity of the mixture in cases where mixing conduits can be made to have a better straight line diameter ratio and / or a more straight path than the main exhaust pipe. Moreover, into the upstream region of the aftertreatment component to be treated, an adjustable entry path of the secondary fluid-rich mixture is provided. Finally, the systems according to the present invention allow the use of larger diameter catalyst substrates (carriers) (for better flow uniformity and lower system back pressure), which in many cases are such substrates (carriers). The length of the tube between the substrates (carriers), the cone of the tip, etc., which would otherwise be suitable for the injection and proper mixing of the secondary fluid in use and the exhaust gas stream in other cases. Remove it.

본 발명은 단지 예를 들기 위해 제시된 실시예들을 참조하여 기술되었다. 본 발명은 적절하게 해석된 청구항들을 참조하여 기술된다.The invention has been described with reference to the examples presented for purposes of example only. The invention is described with reference to the properly interpreted claims.

Claims (12)

혼합 챔버 입구에서 배기 유동의 일부를 수용하기 위해 결합되는 혼합 챔버;A mixing chamber coupled to receive a portion of the exhaust flow at the mixing chamber inlet; 상기 혼합 챔버와 유체 교환을 하는 이차 유체의 소스; 및A source of secondary fluid in fluid communication with the mixing chamber; And 배기가스 후처리 장치의 메인 배기가스 유동 도관 업스트림(upstream)에 위치하며 상기 혼합 챔버의 출력에 결합되고, 상기 후처리 장치의 업스트림 면을 향하여 미리 선택된 유동 양상을 나타내도록 작동하는 유체 분배 요소를 포함하는 이차 유체들을 차량용 후처리 장치에 적용하기 위한 시스템.A fluid distribution element located upstream of the main exhaust flow conduit of the exhaust aftertreatment device and coupled to the output of the mixing chamber and operative to exhibit a preselected flow pattern towards the upstream face of the aftertreatment device. A system for applying secondary fluids to a vehicle aftertreatment device. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 혼합 챔버는 상기 메인 배기가스 유동 도관으로부터 분리되어 있는, 이차 유체들을 차량용 후처리 장치에 적용하기 위한 시스템.And the mixing chamber is separate from the main exhaust flow conduit. 제 2 항에 있어서, The method of claim 2, 상기 혼합 챔버는 상기 메인 배기가스 유동 도관에 평행하게 연장하는 통로를 포함하는, 이차 유체들을 차량용 후처리 장치에 적용하기 위한 시스템.And the mixing chamber includes a passage extending parallel to the main exhaust gas flow conduit. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 압력 하에서 상기 이차 유체의 소스로부터 받은 이차 유체를 상기 혼합 챔버로 분사하는 이차 유체 분사기를 더 포함하는, 이차 유체들을 차량용 후처리 장치 에 적용하기 위한 시스템.And a secondary fluid injector for injecting a secondary fluid received from the source of the secondary fluid into the mixing chamber under pressure. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 혼합 챔버의 출력에 위치하며, 상기 혼합 챔버와 상기 유체 분배 요소간 유체 교환을 선택적으로 허용 및 금지하도록 하는 밸브를 더 포함하는, 이차 유체들을 차량용 후처리 장치에 적용하기 위한 시스템.And a valve located at the output of the mixing chamber, the valve selectively allowing and inhibiting fluid exchange between the mixing chamber and the fluid dispensing element. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 배기가스 후처리 장치는 미립자 필터를 포함하며 상기 이차 유체는 필터 회생 유체를 포함하는, 이차 유체들을 차량용 후처리 장치에 적용하기 위한 시스템.Wherein said exhaust aftertreatment device comprises a particulate filter and said secondary fluid comprises a filter regenerative fluid. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 배기가스 후처리 장치는 선택적 촉매 환원 촉매변환기를 포함하며 상기 이차 유체는 환원제를 포함하는, 이차 유체들을 차량용 후처리 장치에 적용하기 위한 시스템.Wherein said exhaust aftertreatment device comprises a selective catalytic reduction catalytic converter and said secondary fluid comprises a reducing agent. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 배기가스 후처리 장치는 질소 산화물 흡수재를 포함하며 상기 이차 유체는 변환기 기판(substrate) 회생 유체를 포함하는, 이차 유체들을 차량용 후처리 장치에 적용하기 위한 시스템.Wherein said exhaust aftertreatment device comprises a nitrogen oxide absorbent and said secondary fluid comprises a transducer substrate regenerative fluid. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 혼합 챔버는 상기 후처리 장치의 하우징 내에 위치하는, 이차 유체들을 차량용 후처리 장치에 적용하기 위한 시스템.And the mixing chamber is located within the housing of the aftertreatment device. 제 3 항에 있어서, The method of claim 3, wherein 상기 혼합 챔버 입력(input)은 상기 차량의 배기 메니폴드에 결합되는, 이차 유체들을 차량용 후처리 장치에 적용하기 위한 시스템.The mixing chamber input is coupled to an exhaust manifold of the vehicle, wherein the secondary fluids are applied to a vehicle aftertreatment device. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 유체 분배 요소는 상기 미리 선택된 양상을 나타내도록 상기 후처리 장치의 업스트림 면에 대해 배치된 일련의 구멍들을 가진, 구멍난 도관을 포함하는, 이차 유체들을 차량용 후처리 장치에 적용하기 위한 시스템.And the fluid distribution element comprises perforated conduits having a series of holes disposed about an upstream face of the aftertreatment device to exhibit the preselected aspect. 제 11 항에 있어서, The method of claim 11, 상기 구멍난 도관은 도넛형(toroidal)인, 이차 유체들을 차량용 후처리 장치에 적용하기 위한 시스템.And the perforated conduit is toroidal.
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