KR20130098882A - 역 배기 가스 처리 인젝터 - Google Patents

역 배기 가스 처리 인젝터 Download PDF

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KR20130098882A
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리안 에이. 플로이드
존 로우리
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테네코 오토모티브 오퍼레이팅 컴파니 인코포레이티드
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Abstract

엔진에서 배출을 감소시키기 위한 배기 가스 처리 시스템은 엔진의 배기 가스 처리 장치에 배기 가스 스트림(exhaust stream)을 제공하도록 적용된 배기 가스 도관(exhaust conduit)을 포함한다. 도관은 업스트림 지대(upstream zone), 감소한 횡단면 영역 지대(cross-sectional area zone) 및 다운스트림 지대(downstream zone)를 포함한다. 업스트림(upstream) 및 다운스트림 지대는 간소한 횡단면 영역 지대의 양측에 및 인접하게 위치된다. 인젝터(injector)는 감소된 배기 가스 압력의 벤투리 효과 위치에서 배기 가스 스트림(exhaust stream)에 시약을 주입하도록 다운스트림 지대에서 배기 가스 스트림에 시약 주입를 위해 배기 가스 도관이 고정된다. 인젝터(injector)는 도관의 길이 방향 축(longitudinal axis)에서 40 내지 65도의 각도 범위에서 연장된 주입 축을 따라 시약 분무기가 장착 된다.

Description

역 배기 가스 처리 인젝터{INVERTED EXHAUST GAS TREATMENT INJECTOR}
본 발명은 인젝터 시스템(injector systems)에 관련되며 및, 특히, 벤투리 효과(venturi effect) 위치에서 배기 가스 스트림(exhaust stream)에 시약을 주입하기 위한 인젝터 시스템(injector systems)에 관한 것이다.
본 섹션에서는 단순히 본 개시내용에 관련된 배경 정보를 제공하기 위해서 기술된 것으로 선행기술을 구성하지 않을 수 있다.
희박 연소 엔진(lean burn engine)은 연료의 완전 연소를 위해 필요한 양을 넘은 초과 산소로 작동에 의해 향상된 연료 효율을 제공한다. 이러한 엔진은 "희박(lean)" 또는 "희박 혼합기(lean mixture)" 실행을 말한다. 그러나, 열 소비율(fuel economy)의 증가는 특히 질소 산화물(NOx)의 형태로 원치 않는 오염 배출에 의해 상쇄 한다.
희박 연소 내연 엔진(lean burn internal combustion engines)에서 질소 산화물 배출을 줄이기 위해 사용된 한 방법은 선택적 촉매 환원(SCR)으로 알려져있다. SCR이 사용될 때, 예를 들어 디젤 엔진에서 질소 산화물(NOx) 배출을 줄이기 위해, 배기 가스 온도, 엔진 연료 흐름에 의해 측정된 엔진 RPM 또는 엔진 부하, 터보 부스트 압력(turbo boost pressure) 또는 배기 질소 산화물(NOx) 질량 유량과 같은 하나 또는 그 이상의 선택된 엔진 작동 매개변수와 관련된 엔진의 배기 가스 스트림(exhaust stream)에 미립화된 시약을 주입하는 것을 포함한다. 시약/배기 가스 혼합물는 예를들어, 시약이 있는 데서 질소 산화물(NOx) 농도를 감소시킬 수 있는 백금(platinum), 바나듐(vanadium) 또는 텅스텐(tungsten) 등 활성 탄소, 또는 금속과 같은 촉매를 포함하는 반응 장치를 통해 통과한다.
요소 수용액(aqueous urea solution)은 디젤 엔진(diesel engines) SCR 시스템(SCR systems)의 효과적인 시약로 알려져있다. 그러나, 요소 수용액(aqueous urea solution)의 사용은 약점을 포함할 수 있다. 요소(urea)는 고 부식성이며 배기 가스 스트림에 요소 혼합물을 주입하기 위해 사용되는 인젝터(injector)와 같은 SCR 시스템의 기계적 구성요소를 공격한다. 요소(urea)는 또한 디젤 배기 가스 시스템(diesel exhaust systems)에서 만나는 등 높은 온도에 장시간 노출시 굳어지는 경향이 있다. 응고된 요소는 인젝터(injector)에 있는 출구 오리피스 구멍(exit orifice openings) 및 좁은 통로에 축적될 수 있다. 응고된 요소는 인젝터(injector)의 이동 부분 및 특정 구멍을 막을 수 있고 인젝터(injector)를 사용할 수 없게 만든다. 응고된 요소(Solidified urea)는 또한 시스템에 관한 배출 감소 문제 및 배압을 야기할 수 있다. 시약은 질소 산화물(NOx)을 줄이는 대신에 침전물을 만들기 때문에 이 걱정이 존재한다.
현재 여러 인젝터 시스템(injector systems)은 배기 파이프(exhaust pipe)로부터 떨어진 걸정된 거리로 인젝터(injector)가 위치한 장착 장치를 포함한다. 몇 몇 인젝터(injector) 장착 장치는 "도그 하우스(dog house) 또는 : "스탠드 오프(stand-off)" 스타일로 불릴 수 있다. 본 장착 장치는 요소 출구 오리피스(urea exit orifice)에서 또는 근처에서 냉점(cold spot) 및 재순환 와류(re-circulating vortices)를 도입할 수 있다. 요소 주입에서, 장착 영역에서 재순환 와류 및 감소된 온도는 배기 가스 스트림에 돌출하고 및 장착 영역을 막을 수 있는 요소 침전물을 야기할 수 있다.
게다가, 요소 혼합물(urea mixture)이 미세하게 미립화되지 않았을 경우에, 요소 침전물(urea deposits)은 촉매 반응기(catalytic reactor)에서 생성될 수 있으며 촉매의 활성을 억제하고 및 SCR 시스템 효율을 감소시킨다. 고주입 압력은 요소 혼합물(urea mixture)의 불충분한 미립화의 문제를 최소화 시키는 한 방법이다. 그러나, 고주입 압력은 종종 인젝터(injector) 반대쪽의 배기 파이프의 내부 표면에 충돌하는 연무를 일으키고, 배기 가스 스트림(exhaust stream)에 인젝터 스프레이 연무(injector spray plume)의 완전한 관통(over-penetration)을 야기한다. 완전한 관통은 요소 혼합물(urea mixture)의 비효율적인 사용을 유도하고 및 질소 산화물(NOx) 배출이 감소된 작동할 수 있는 차량에 관한 범위를 줄인다. 수성 요소(aqueous urea)의 한정된 양은 차량에 탑재될 수 있으며, 이 것은 차량 범위를 최대화로 효율적으로 사용할 수 있으며, 빈번히 가득찬 필요한 시약을 줄인다.
또한, 수성 요소는 부족한 윤활제이다. 이러한 특성은 인젝터(injector) 내에 이동부분에 부정적인 영향을 미치며 및 인젝터(injector) 내에 비교적 이동부분의 사이를 포함하는 특정한 끼워맞춤(special fits), 간격(clearances) 및 공차(tolerances)를 요구한다. 수성 요소(aqueous urea)는 또한 누설에 대한 높은 경향을 가진다. 이 특성은 많은 위치에서 강화된 실링 리소스(enhanced sealing resources)를 요구하는 접합면에 부정적인 영향을 미친다.
그것은 인젝터(injector) 구성요소의 수명 연장 및 요소 침전물(urea deposits)을 최소화하는 희박연소엔진의 배기 가스 스트림(exhaust stream)에 요소 수용액(aqueous urea solution)을 주입하기 위해 제공되는 방법 및 장치에 유익해질 수 있다.
본 발명의 방법 및 장치는 선행 및 기타 이점을 제공한다.
본 섹션에서는 공개의 일반적인 요약을 제공하고, 및 전체 범위 또는 모든 기능을 포괄적으로 공개 하지 않는다.
엔진에서 배출을 감소시키기 위한 배기 가스 처리 시스템은 엔진의 배기 가스 처리 장치에 배기 가스 스트림(exhaust stream)을 제공하도록 적용된 배기 가스 도관(exhaust conduit)을 포함한다. 도관은 업스트림 지대(upstream zone), 감소한 횡단면 영역 지대(cross-sectional area zone) 및 다운스트림 지대(downstream zone)를 포함한다. 업스트림(upstream) 및 다운스트림 지대(downstream zone)는 간소한 횡단면 영역 지대의 양측에 및 인접하게 위치된다. 인젝터(injector)는 감소된 배기 가스 압력의 벤투리 효과 위치에서 배기 가스 스트림(exhaust stream)에 시약을 주입하도록 다운스트림 지대(downstream zone)에서 배기 가스 스트림(exhaust stream)에 시약 주입를 위해 배기 가스 도관이 고정된다. 인젝터(injector)는 도관의 길이 방향 축(longitudinal axis)에서 40 내지 65도의 각도 범위에서 연장된 주입 축을 따라 시약 분무기가 장착 된다.
엔진에서 배출을 감소시키기 위한 배기 가스 처리 시스템은 엔진의 배기 가스 처리 장치에 배기 가스 스트림(exhaust stream)을 제공하도록 적용된 배기 가스 도관(exhaust conduit)을 포함한다. 도관은 감소한 횡단면 영역 지대로 규정된 만입부(indentation)를 포함한다. 만입부(indentation)는 25 내지 50도의 각도 범위에서 도관의 길이 방향 축을 교차하는 플레인(plane)을 따라 연장된 장착 표면을 포함한다. 배기 가스 스트림(exhaust stream)에 시약을 주입하기 위한 인젝터(injector)는 처음 각도에서 길이 방향 축으로 횡방향으로 연장된 주입 축을 따라 감소된 배기 가스 압력의 지대에서 배기 가스 스트림(exhaust stream)에 시약을 주입하도록 장착 표면에 고정되고, 감소된 횡단면 영역 지대의 다운스트림(downstream)에 위치된다.
적용 가능한 추가 영역은 본 명세서에 제시된 설명으로부터 명백해질 것이다. 요약에서 상기 묘사 및 구체예는 오직 설명을 목적으로 하며 및 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.
여기에 설명된 도면은 오직 선택된 실시예를 설명하는 목적이며, 모든 가능한 구현을 나타내지 않으며, 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.
도 1은 본 가르침에 따라 인젝터(injector) 배치를 사용하는 오염 배출 제어 시스템과 함께 전형적인 디젤 엔진(diesel engines)의 구성도를 보여준다.
도 2는 역 배기 가스 처리 어셈블리의 투시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 어셈블리의 횡단면도이다.
도 4는 배기 가스 처리 어셈블리의 평면도이다.
도 5는 액적 궤적 모델(droplet trajectory model)이다.
도 6은 투피스 튜브 어셈블리(two-piece tube assembly)를 포함하는 다른 배기 가스 처리 어셈블리의 측면도이다.
도 7은 교대 튜브 구조의 투시도이다.
도 8은 도 7의 튜브를 포함하는 교대 배기 가스 처리 어셈블리의 투시도이다.
해당 참조 번호는 도면의 여러 도를 통해 해당 부분을 나타낸다.
실시예는 첨부한 도면을 참조하여 더 완전히 설명될 것이다.
본 가르침은 디젤 엔진(diesel engines) 및 NOx 배기 가스의 감소와 연관하여 설명하지만, 본 가르침은 이로 제한되지 않는 예로서, 디젤(diesel), 가솔린(gasoline), 터빈(turbine), 연료 전지(fuel cell), 제트(jet) 또는 배기가스 스트림을 출력하는 다른 전원 소스(power source) 같은 다수의 배기 가스 스트림(exhaust stream) 중 임의의 하나와 연결하여 사용될 수 있다. 게다가, 본 가르침은 원하지 않는 다수의 배기가스 중 임의의 하나의 배기 가스의 감소와 연관하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 디젤 매연 필터(diesel particulate filters)의 재생을 위한 탄화수소(hydrocarbons)의 주입은 또한 본 개시내용의 범위 내에 있다. 추가 설명에서, 참조에 의해 여기에 통합된 "미립화된 유체를 주입하기 위한 방법 및 장치(Method and Apparatus For Injecting Atomized Fluids)"라는 제목으로 2008년 11월 21일에 출원된 미국 특허 공개 번호 2009/0179087A1로 일반적인 양도에 따른 것이다.
도면을 참조하여, 디젤 엔진(diesel engines)(21)의 배기 가스에서 질소 산화물(NOx) 배기 가스를 줄이기 위한 오염 제어 시스템(8)이 제공된다. 도 1에서, 시스템의 요소(elements) 사이의 실선(solid lines)은 시약의 유체 라인(fluid lines)을 나타나며 및 점선(dashed lines)은 전기적 접속을 나타난다. 본 가르침의 시스템은 시약을 유지하는 시약 탱크(reagent tank)(10) 및 탱크(tank)(10)에서 시약을 전달하기 위한 전달 모듈(delivery module)(12)을 포함한다. 시약은 요소 용액(urea solution), 탄화수소(hydrocarbon), 알킬 에스테르(alkyl ester), 알코올(alcohol), 유기 화합물(organic compound) 등 일 수 있고 그것으로 블렌드 또는 조합일 수 있다. 또한 하나 이상의 시약이 시스템에서 사용될 수 있으며 및 단독으로 또는 결합으로 사용할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 탱크(10) 및 전달 모듈(12)은 통합된 시약 탱크/전달 모듈로 형성될 수 있다. 전자 주입 컨트롤러(electronic injection controller)(14), 시약 인젝터(reagent injector)(16), 및 배기 가스 시스템(19)은 시스템(8)의 일부로 제공된다. 배기 가스 시스템(19)은 적어도 하나의 촉매 베드(catalyst bed)(17)로 배기 가스 스트림(exhaust stream)을 제공하는 배기 가스 도관(18)을 포함한다.
전달 모듈(12)은 공급 라인(supply line)(9)을 통해 탱크(10)에서 시약을 공급하는 펌프를 포함할 수 있다. 시약 탱크(10)는 폴리프로필렌, 에폰시 코팅 카본 스틸, PVC, 또는 스테인리스 스틸일 수 있으며 및 어플리케이션(application)(예를 들어, 차량 크기, 차량의 용도 등)에 따른 크기일 수 있다. 압력 조절 장치(pressure regulator)(표시되지 않은)는 미리 설정된 압력 설정값(예를 들어, 약 20-80 psi의 비교적 낮은 압력, 또는 일부 실시예에서 약 60-150 psi의 압력)으로 시스템을 유지하기 위해 제공되며 및 시약 인젝터(16)로부터 회수 라인(35)에 위치될 수 있다. 압력 센서는 시약 인젝터(16)로 이어진 공급 라인(9)에서 제공될 수 있다. 또한 시스템은 언 요소를 해동시키는 또는 요소가 어는 것을 막는 다양한 냉동 방지 방법을 통합할 수 있다. 예를 들어, 시스템 작동에서, 주입기가 어떻든지 관계없이 배기 가스로 시약을 방출하고, 인젝터(injector)를 냉각하는 시약 인젝터(16) 및 탱크(10) 사이에 연속적으로 순환하고 및 시약을 냉각 하도록 인젝터(injector)에서 시약의 드웰 시간(dwell time)을 최소화한다. 연속 시약 순환은 엔진 배기 가스 시스템에서 접하는 300-600℃의 높은 온도에 노출 시 더 굳어지는 경향이 있는 수성 요소(aqueous urea) 같은 온도에 민감한 시약을 위해 필요하다.
게다가, 140℃ 아래의 인젝터(injector) 내에서 또는 바람직하게 요소의 응고를 방지하는 것을 보장하기 위해 5℃ 및 95℃ 사이의 낮은 작동 범위에서 요소 혼합물을 유지하는 것이 바람직하다. 요소가 응고된다면, 인젝터(injector)의 이동부 및 구멍을 막을 수 있다.
필요한 시약의 양은 부하, 엔진 RPM(engine RPM), 엔진 스피드(engine speed), 배기 가스 온도, 배기 가스 흐름, 엔진 연료 주입 타이밍(engine fuel injection timing) 및 원하는 질소 산화물(NOx) 감소에 따라 다를 수 있다. 질소 산화물(NOx) 센서 또는 미터(meter)(25)는 촉매 베드(17)에서 다운스트림(downstream)에 위치한다. 질소 산화물(NOx) 센서(25)는 엔진 제어 유닛(engine control unit)(27)에 배기 질소 산화물(NOx)량을 나타내는 신호를 출력하여 사용 가능하다. 전체 또는 일부의 엔진 작동 매개변수는 시약 전자 주입 컨트롤러(14)로 엔진/차량 데이터 버스를 통해 엔진 제어 유닛(27)으로부터 공급될 수 있다. 또한 시약 전자 주입 컨트롤러(14)는 엔진 제어 유닛(27)의 일부로 포함될 수 있다. 배기 가스 온도, 배기 가스 흐름 및 배기 배압 및 다른 차량 작동 매개 변수는 각각의 센서에 의해 측정될 수 있다.
도 2-4를 참조하여, 역 배기 가스 처리 조립체(100)은 배기 가스 도관(18) 및 인젝터(16)을 포함하도록 정의된다. 배기 가스 도관(18)은 배기 통로(104)를 정의하는 실질적으로 원통형 튜브(cylindrical tube)(102)를 포함한다. 원통형 튜브(102)는 내부 표면(106) 및 외부 표면(108)을 포함한다. 유사한 방식으로 제2 플랜지(114)는 원통형 튜브(102)의 제2 단부에 고정될 수 있다.
국부 변형 또는 압입부(indentation)(120)는 원통형 튜브(102)의 부분에 따라 형성된다. 반지름 방향에서 내부로 압입부(120)는 통로(104)에 돌출되며 외부 표면(108)의 일부로 형성된 인젝터 장착 표면(122)을 포함한다. 장착 표면(122)은 실질적으로 평면이고 튜브(102)의 종방향 축(124)과 대하여 각도 A에서 연장된다. 각도 A는 25 내기 50°의 범위로 고려된다. 압입부(120)는 원통형 표면(108)으로부터 반지름 방향에서 내부로 연장된 비탈면(sloped surface)(128)을 포함한다. 곡면(curved surface)(130)은 장착 표면(122) 및 표면(128)과 연결된다. 비탈면(128)은 실질적으로 튜브(102)의 종방향 축에 대하여 각도 B에서 연장된다. 각도 B는 각도 A보다 작다. 표면(128, 130)은 평면 부분을 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 응력 집중(stress concentrations)을 최소화하기 위해, 그 중 하나가 참조 번호(132)로 지정되는, 다수의 추가 전이 표면(transition surfaces)이 외부 표면(108)의 원통형 형상에서 표면(128, 122)으로 부드러운 전환부를 포함할 수 있다. 원통형 튜브(102)는 실질적으로 일정한 두께의 벽을 포함하여 내부 표면(106)이 압입부(120)를 형성하는 외부 표면의 형태 및 위치에 대응하는 평면 부분뿐만 아니라, 복잡한 곡선을 포함한다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 압입부(120)는 참조 번호(134)에서 최소의 횡단 면적을 정의한다. 통로(104)의 업스트림 부분(upstream portion)(138)은 참조번호(134)의 면적보다 더 큰 횡단면을 정의한다. 유사한 방식으로, 통로(104)의 다운스트림 부분(downstream portion)(140)은 횡단 면적(134)에 비해 확장된 횡단 면적을 포함한다. 벤투리 효과는 다운스트림 부분(140)에 또는 감소된 횡단 면적 부분(134)을 통해 업스트림 부분(138)에서 배기 가스 경로로 제공된다. 벤투리 효과로 인해, 낮은 압력 지대는 튜브(102)를 통해 연장된 어퍼처(aperture)(144) 근처에 도입된다.
인젝터(injector)(16)은 축 방향으로 이동가능한 밸브 부재(axially translatable valve member)(154)를 수용하는 원통형 챔버(cylindrical chamber)(152)를 정의한다. 바디(body)(150)는 주입된 요소에 대한 방전 위치로 출구 오리피스(exit orifice)(156)를 포함한다. 밸브 시트(valve seat)(146)는 배기 가스 흐름 경로에 요소 주입을 제어하는 밸브 부재(154)에 의해, 선택적으로 연결된 근접한 출구 오리피스(156)에 형성된다. 밸브 부재(154)는 시약 주입(158)의 축을 따라 이동이 가능하다. 주입(158)의 축은 튜브(102)의 종방향 축과 함께 각도 C로 형성된다. 각도 C는 40 내지 65도 범위와 같고 및 A의 여각이다.
바디(150)는 반지름 방향에서 외측으로 연장된 플랜지(160)를 포함한다. 장착 플레이트(mounting plate)(162)는 더 강건한 장착 구조를 제공하도록 평면 표면(122) 및 플랜지(160) 사이에 협지될 수 있다. 복수의 파스너(166)는 플랜지(160) 및 튜브(102)에 고정된 인젝터(16)으로 장착 플레이트(162)를 통해 연장된다. 장착 플레이트(162)는 출구 오리피스(156) 및 통로(104) 사이에 유체 소통을 허용하도록 연장된 어퍼처(168)를 포함한다.
엔진(21)이 작동하는 동안, 연소는 배기 가스 도관(18)을 통해 배기 가스 스트림을 생산한다. 전자 컨트롤러(14)가 환원제를 주입해야 한다고 결정하면, 축방향으로 이동가능한 밸브 부재(154)가 출구 오리피스(156)로부터 다운스트림 부분(140)에서 배기 가스 스트림 경로에 주입 축(158)을 따라 어퍼처(168) 및 어퍼처(144)를 통해 가압된 요소가 분무되도록 이동된다.
도 5는 환원제 주입 및 엔진 작동 동안 환원제 액적의 분산을 나타낸다. 감소된 횡단 영역 부분(134)으로부터 출구 오리피스(156)의 다운스트림 부분에 기반하여, 주입된 분사 방향과 함께, 환원제 액적이 다운스트림으로 이동하고 실질적으로 균일하게 부분(140) 내부에서 확산된다. 벤투리 효과에 기반하여 출구 오리피스(156)에서 또는 출구 오리피스에 근접하여 낮은 압력 지대가 존재하기 때문에 배기의 재순환 흐름이 더 이상 존재하지 않는다. 본 액적 분배 형태에 기반한, 원통형 튜브(102)의 내부 표면(106)의 어퍼처(144)에서 또는 어퍼처(144) 근처에서는 액체 요소로 코팅되지 않는다. 따라서, 요소의 응고된 침전물은 출구 오리피스(156)에서 또는 출구 오리피스(156) 근처에 형성되지 않는다. 환원제는 SCR(17) 영향에 방해받지 않는 다운스트림 흐름으로 계속된다. 어퍼처(144)에서 또는 어퍼처(144) 근처에 감소된 압력 지대를 형성하고 및 재순환을 최소화하기 위하여, 튜브(102)는 실질적으로 감소된 횡단 면적(134)의 다운스트림(downstream)에서 방해받지 않는다.
다른 여러 방법에서 제조된 배기 가스 도관(18)이 고려된다. 첫 번째 예시 제조 공정에서, 압입부(120)가 없는 속 빈 원통형 튜브(102)가 형성된다. 압입부(120)는 스탬핑(stamping) 또는 스웨이징(swaging), 하이드로포밍(hydroforming)을 포함하는 다수의 제조 공정 사용을 통해 정의될 수 있다. 내부 굴대(Internal mandrels)는 압입부(120)의 형상을 적절하게 정의하기 위해 필요하거나 필요하지 않을 수 있다. 대안의 제조 공정에서, 관형 부분(tubular portion)(102)은 도 6과 같이, 클램쉘 접근(clam shell approach)을 사용하여 두 개의 분리된 절반으로부터 조립될 수 있다. 압입부(120)를 포함하는 튜브의 제1 쉘(102a)은 튜브(120)의 약 절반을 정의하는 스태핑 작동(stamping operation)에서 형성된다. 제2 쉘(102b)은 압입부(120을 포함하지 않는다. 원하는 클램쉘 모양을 형성한 후, 절반은 용접과 같은 적합한 공정을 통해 서로 연결된다. 용접(180)은 그림 6에 나타낸 튜브의 양면에서 길이방향으로 연장 된다.
또 다른 제조 방법에서, 도 7과 같이, 실질적으로 원통형 튜브(200)는 절단되거나 또는 연장된 어퍼처(202)를 정의하기 위해 다른 방법으로 가공된다. 플레이드(204)는 단일 벤드를 포함하는 실질적으로 금속의 평면 시트(sheet)에서 형성될 수 있고 그로 인하여 표면(128, 122)을 형성한다. 어퍼처(144)는 또한 플레이트(204)를 제조하는데 사용되는 스탬핑 작동 동안에 형성될 수 있다. 플레이트(204)는 도 8에 나타낸 바와 같이 튜브(200)에 용접되고 및 어퍼처(202) 내에 실질적으로 위치한다. 플랜지(110) 및 (114)는 또한 튜브(200)에 용접될 수 있다.
상기 기술한 구체예는 설명 및 기술의 목적을 위해 제공되었다. 본 발명을 제한하거나 배제하는 것으로 예정되지 않는다. 특정한 구체예의 개별 요소 또는 특징부는 일반적으로 그 특정한 구체예로 제한되지 않으며, 비록 특히 도시되거나 기술되지 않아도, 적용 가능하면, 상호교환할 수 있고 선택된 구체예에서 이용될 수 있다. 많은 방법으로 동일한 것이 변경될 수도 있다. 그런 변형례는 본 발명에서 벗어나는 것으로 간주되지 않으며, 그런 수정안은 전부 본 발명의 범위 내에서 포함되는 것으로 예정된다.

Claims (18)

  1. 엔진에서 배기 가스를 줄이기 위한 배기 가스 처리 시스템으로서,
    배기 가스 처리 장치;
    엔진에서 배기 가스 처리 장치로 배기 가스 스트림(exhaust stream)을 공급하고, 업스트림 지대(upstream zone), 감소된 횡단면 영역 지대 및 다운스트림 지대(downstream zone)를 포함하는 배기 가스 도관(exhaust conduit); 및
    다운스트림 지대(downstream zone)에서 배기 가스 스트림(exhaust stream)으로 시약을 주입하기 위해 배기 가스 도관에 고정되어 시약(reagent)이 감소된 배기 가스 압력의 벤투리 효과 위치로 배기 가스 스트림(exhaust stream)에 주입되는 인젝터(injector); 를 포함하며,
    상기 업스트림(upstream) 및 다운스트림 지대는 감소된 횡단면 영역 지대의 양쪽에 인접하고 감소된 횡단면 영역 지대의 양쪽 위에 위치하고,
    상기 인젝터(injector)는 도관의 종방향 축에서 40 내지 65°의 각도 범위에서 연장된 주입 축을 따라 시약을 분사하도록 장착되며, 상기 다운스트림 지대는 시약 및 배기 가스 스트림에 대한 장애물을 실질적으로 포함하지 않는, 배기 가스 처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주입된 시약은 배기 가스 처리 장치에 도달할 때까지 주입된 후 배기 가스 내에서 다운스트림(downstream)으로 계속 흐르는, 배기 가스 처리 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 배기 가스 처리 장치는 촉매를 포함하는, 배기 가스 처리 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 도관은 감소된 횡단면 영역 지대를 형성하는 반지름 방향에서 내부로 연장된 돌출부를 포함하는, 배기 가스 처리 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 돌출부는 도관에 일체로 되어있는, 배기 가스 처리 시스템,
  6. 제5항에 있어서,
    상기 인젝터는 돌출부에 고정되는, 배기 가스 처리 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 돌출부의 일부는 여각(complement of an angle)에서 종 방향 축과 교차하는 플레인(plane)을 따라 연장되는, 배기 가스 처리 시스템.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 돌출부는 도관의 외부 원통형 표면과 인접한 반지름 방향에서 내부로 연장되는 비탈면을 포함하는, 배기 가스 처리 시스템.
  9. 엔진에서 배기 가스를 줄이기 위한 배기 가스 처리 시스템으로서,
    배기 가스 처리 장치;
    엔진에서 배기 가스 처리 장치로 배기 가스 스트림(exhaust stream)을 공급하도록 적용되고, 감소된 횡단면 영역 지대를 형성하는 압입부(indentation)를 포함하는 배기 가스 도관; 및
    배기 가스 스트림(exhaust stream)에 시약을 주입하고, 감소된 횡단면 영역 지대의 다운스트림(downstream)에 위치하고, 장착 표면에 고정되어 시약이 제1 각도에서 종방향 축에서 가로방향으로 연장된 주입 축을 따라 감소된 배기 가스 압력의 지대에서 배기 가스 스트림(exhaust stream)으로 주입되는 인젝터;를 포함하고,
    압입부는 25 내지 50°의 제1 각도 범위에서 도관의 종 방향 축과 교차하는 플레인을 따라 연장된 장착 표면을 포함하는, 배기 가스 처리 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 압입부는 원주 방향으로(circumferentially) 180° 미만으로 연장되는, 배기 가스 처리 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 압입부는 장착 표면을 교차하는 도관의 외부 원통형 표면으로부터 반지름 방향에서 내부로 연장되는 실질적으로 평면인 비탈면을 포함하는, 배기 가스 처리 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 비탈면은 제1 각도보다 작은 제2 각도로 종방향 축과 교차하는, 배기 가스 처리 시스템.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 도관은 제2 쉘에 고정된 압입부를 포함하는 제1 쉘을 포함하고, 제1 및 제2 쉘은 종 방향으로 연장된 심(seam)에서 연결되는, 배기 가스 처리 시스템.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 도관은 환원제가 재순환 없이 다운스트림(downstream)에서 흐르도록 허용하는 감소된 횡단면 영역 지대의 다운스트림(downstream)에 형성되는, 배기 가스 처리 시스템.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 도관은 실질적으로 일정한 벽 두께를 포함하는, 배기 가스 처리 시스템.
  16. 제9항에 있어서,
    도관은 시약 및 배기 가스 스트림에 대한 장애물을 실질적으로 포함하지 않는 감소된 횡단면 영역 지대의 다운스트림(downstream)에 형성되는, 배기 가스 처리 시스템.
  17. 제9항에 있어서,
    도관은 튜브의 측벽에 연장된 구멍 및 구멍을 밀봉하여 보호하기 위해 튜브에 고정된 각진 플레이트를 포함하는 튜브를 포함하는, 배기 가스 처리 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 인젝터는 플레이트에 고정된, 배기 가스 처리 시스템.

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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202008001547U1 (de) 2007-07-24 2008-04-10 Emcon Technologies Germany (Augsburg) Gmbh Baugruppe zur Einbringung eines Reduktionsmittels in die Abgasleitung einer Abgasanlage einer Verbrennungskraftmaschine
US20130161112A1 (en) * 2011-12-22 2013-06-27 Caterpillar Inc. Modular exhaust carrier
US20150076811A1 (en) * 2013-08-26 2015-03-19 Nelson Global Products, Inc. Thin Foil Encapsulated Assemblies
US9353663B2 (en) * 2013-11-06 2016-05-31 Continental Automotive Systems, Inc. Liquid intrusion sealing structure of a urea injector
CN106414931B (zh) 2014-06-03 2019-06-28 佛吉亚排放控制技术美国有限公司 混合器与计量给料器锥形件的组件
WO2016176076A1 (en) 2015-04-30 2016-11-03 Faurecia Emissions Control Technologies, Usa, Llc Full rotation mixer
US9828897B2 (en) 2015-04-30 2017-11-28 Faurecia Emissions Control Technologies Usa, Llc Mixer for a vehicle exhaust system
WO2016176078A1 (en) 2015-04-30 2016-11-03 Faurecia Emissions Control Technologies, Usa, Llc Mixer with integrated doser cone
US9719397B2 (en) 2015-04-30 2017-08-01 Faurecia Emissions Control Technologies Usa, Llc Mixer with integrated doser cone
CN106812574B (zh) * 2015-12-02 2020-09-01 天纳克汽车经营有限公司 直列式分流器
US9915185B2 (en) * 2016-02-17 2018-03-13 Caterpillar Inc. Injector mounting assembly
DE112016007361T5 (de) 2016-10-21 2019-07-04 Faurecia Emissions Control Technologies, Usa, Llc Reduktionsmittelmischer
WO2020046373A1 (en) * 2018-08-31 2020-03-05 Cummins Emission Solutions Inc. Systems and methods for multipoint reductant insertion
US10787946B2 (en) 2018-09-19 2020-09-29 Faurecia Emissions Control Technologies, Usa, Llc Heated dosing mixer
GB2592859B (en) * 2019-10-18 2022-06-29 Delphi Tech Ip Ltd Process for cooling a SCR dozer for a catalytic exhaust of an automotive vehicle

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19806265C5 (de) * 1998-02-16 2004-07-22 Siemens Ag Dosiersystem
EP1644619A2 (en) * 2003-06-12 2006-04-12 Donaldson Company, Inc. Method of dispensing fuel into transient flow of an exhaust system
ATE484659T1 (de) * 2006-07-12 2010-10-15 Delphi Tech Holding Sarl Isolierte reagenzdosiervorrichtung
JP4888171B2 (ja) * 2006-07-27 2012-02-29 株式会社デンソー 排気浄化装置
US20080087006A1 (en) * 2006-10-11 2008-04-17 International Engine Intellectual Property Company , Llc Tailpipe exhaust gas mixer and method
US7788907B2 (en) * 2007-06-08 2010-09-07 Ford Global Technologies, Llc Exhaust injector spray target
US7814745B2 (en) * 2007-07-17 2010-10-19 Ford Global Technologies, Llc Approach for delivering a liquid reductant into an exhaust flow of a fuel burning engine
JP4949152B2 (ja) * 2007-07-20 2012-06-06 三菱ふそうトラック・バス株式会社 内燃機関の排気浄化装置
ATE524643T1 (de) * 2007-12-05 2011-09-15 Emitec Denmark As Düsenanordnung
US8079211B2 (en) * 2008-11-06 2011-12-20 Ford Global Technologies, Llc Bypass purge for protecting against formation of reductant deposits
US8240137B2 (en) * 2009-10-27 2012-08-14 Cummins Filtration Ip, Inc. Reductant injection and decomposition system
US20110099974A1 (en) * 2009-11-03 2011-05-05 International Engine Intellectual Property Company Llc Reductant spray injector boss
US8683790B2 (en) * 2009-11-10 2014-04-01 GM Global Technology Operations LLC Nozzle diffuser mixer

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Publication number Publication date
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CN103119261A (zh) 2013-05-22
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DE112011101560T5 (de) 2013-04-18
WO2011139953A2 (en) 2011-11-10
JP2013528739A (ja) 2013-07-11

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