KR20140012260A - 산업용 작업차량의 배기가스 후처리장치 취부구조 - Google Patents

산업용 작업차량의 배기가스 후처리장치 취부구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 산업용 작업차량의 배기가스 후처리장치의 취부구조에 관한 것으로서, 지게차와 같은 협소한 엔진룸을 갖는 산업용 작업차량에 별도의 레이아웃 변경 없이도 배기가스 후처리장치를 콤팩트한 구조로 설치하여 사용할 수 있는 산업용 작업차량의 배기가스 후처리장치의 취부구조를 제공한다. 이를 위한 본 발명은, 산업용 작업차량의 엔진 배기가스를 정화시키기 위한 배기가스 후처리장치를 엔진에 취부하는 구조에 있어서, 상기 배기가스 후처리장치를 엔진의 길이방향에 대하여 수직하게 배치한 상태에서 상기 엔진의 후방측에 위치한 라디에이터의 후방측 차체프레임상에 고정부재를 이용하여 고정하고, 상기 배기가스 후처리장치의 일측에 구비된 배기가스 유입구과 상기 엔진의 배기매니폴드와 연결된 터보차저의 배기구를 연결파이프를 통해 상호 연결하여 구성한 것을 특징으로 한다.

Description

산업용 작업차량의 배기가스 후처리장치 취부구조 {Fixing structure of Exhaust Gas After treatment Device}
본 발명은 지게차와 같은 협소한 엔진룸을 갖는 산업용 작업차량에 별도의 레이아웃 변경 없이도 배기가스 후처리장치를 콤팩트한 구조로 설치하여 사용할 수 있는 산업용 작업차량의 배기가스 후처리장치 취부구조에 관한 것이다.
지게차 등과 같은 산업용 작업차량의 대부분은 디젤엔진(Diesel Engine)을 통해 주행동력 및 작업동력을 제공받게 된다. 이러한 디젤엔진은 경유 또는 중유를 연료로 압축, 점화에 의해 작동하는 왕복 운동형 내연기관으로서, 내구성이 우수한 반면 가솔린엔진과 비교하여 대기오염에 심각한 영향을 주는 질소산화물(NOx)과 입자상 물질(PM: Particulate Matter)의 배출이 심한 단점이 있다.
따라서, 각국에서는 디젤엔진의 배기가스 규제를 강화하고 있으며, 특히, 유럽이나 북미 등 선진국에서 시행하고 있는 Tier 4 수준의 환경규제를 충족시키기 위해서, 기술적으로 연료분사시기를 지연하고, 배기가스 재순환 장치를 사용하여 질소산화물의 농도를 저감하며, 입자상 물질을 감소시키기 위해 엔진의 연소성능을 개선하는 등의 다양한 대책을 강구하고 있는 실정이다.
이러한 배기가스 오염물질을 최소화하고 대기환경 보존을 위한 디젤엔진의 배기가스 후처리장치로서, 디젤 산화 촉매(DOC; Diesel Oxidation Catalyst, 이하 ‘DOC’라 한다)와 디젤 입자 필터(DPF; Diesel Particulate Filter, 이하 ‘DPF’라 한다)를 결합시킨 형태의 배기가스 후처리장치가 당업계에서 널리 채택되어 사용되고 있다.(대한민국 공개특허 제2012-0052510호 참조)
디젤엔진의 배기가스 정화는 주로 질소 산화물(NOx)과 입자상 물질(PM; 매연을 포함한 다양한 입자상 유해물질)을 대상으로 하는데, 이러한 물질은 배기과정에서 배기가스 후처리장치의 DOC 또는 DPF에 의해 흡착됨으로써 정화처리된다.
이 중에서, 특히, DPF는 디젤엔진에서 배출되는 입자상 물질을 필터로 포집한 후 이것을 태우고(재생) 다시 입자상 물질을 포집하여 계속 사용하도록 함으로써, 매연을 80% 이상 저감할 수 있는 특성 때문에 그 성능면에서 아주 우수한 배기가스 후처리장치로 알려져 있다.
하지만, 이러한 DOC 및 DPF를 결합시킨 형태의 배기가스 후처리장치는 부피가 크고 무거운 단점이 있어 기존의 산업용 작업차량에 탑재하여 사용하는데 많은 어려움이 야기된다.
또한, 이러한 배기가스 후처리장치는 입자상 물질의 확실한 연소 제거나 충분한 촉매활성을 얻기 위해서 소정온도 이상의 배기온도를 필요로 하기 때문에 그 특성상 엔진에 최대한 근접한 위치에 설치할 수밖에 없는 구조적 제약이 따른다.
이 때문에, 배기가스 후처리장치를 엔진룸 내에 설치하는 것이 바람직하지만, 지게차와 같은 기존의 산업용 작업차량의 엔진룸 구조는 아주 협소하기 때문에 이러한 배기가스 후처리장치를 위한 설치공간을 확보하는데 많은 어려움이 있다.
또한, 산업용 작업차량이 대부분 고마력 엔진을 탑재하기 때문에 주행진동이 심하게 발생되는데, 이러한 경우 배기가스 후처리장치를 견고히 지지할 수 있도록 하는 고정수단이 마련되어 있지 못하면 배기가스 후처리장치가 진동충격에 의해 파손되거나 정화기능에 손상이 가해질 수 있고, 심할 경우에는 배기가스 후처리장치가 주행 중 고정위치를 벗어나 주변구조물, 특히 엔진에 충돌함으로써, 심각한 고장 및 사고를 유발할 수 있게 된다.
이에, 본 발명은 상기한 종래기술의 여러 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 엔진 배기가스를 정화시키기 위한 배기가스 후처리장치를 엔진의 길이방향에 대하여 수직하게 배치되도록 한 상태에서 라디에이터의 후방측 차체프레임상에 고정부재를 통해 고정하고, 배기가스 후처리장치의 일측에 구비된 배기가스 유입구과 엔진의 배기매니폴드와 연결된 터보차저의 배기구를 연결파이프를 통해 상호 연결하여 구성함으로써, 지게차와 같은 협소한 엔진룸을 갖는 산업용 작업차량 등에 별도의 레이아웃 변경 없이도 배기가스 후처리장치를 콤팩트한 구조로 장착하여 사용할 수 있는 산업용 작업차량의 배기가스 후처리장치 취부구조를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 엔진 케이스를 가공하거나 기존의 엔진룸 구조를 변경하지 않고서도 배기가스 후처리장치를 안정적으로 설치할 수 있고, 이로 인해 엔진룸 내부의 공간 활용성을 향상시킬 수 있도록 하는 산업용 작업차량의 배기가스 후처리장치 취부구조를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 배기가스 후처리장치를 엔진과 멀리 떨어진 라디에이터 후방측 공간상에 배치하여, 엔진 진동에 따른 충격을 최소화할 수 있고 배기가스 후처리장치의 성능을 안정적으로 유지할 수 있도록 하는 산업용 작업차량의 배기가스 후처리장치의 취부구조를 제공함에 있다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은 산업용 작업차량의 엔진 배기가스를 정화시키기 위한 배기가스 후처리장치를 엔진에 취부하는 구조에 있어서, 상기 배기가스 후처리장치를 엔진의 길이방향에 대하여 수직하게 배치한 상태에서 상기 엔진의 후방측에 위치한 라디에이터의 후방측 차체프레임상에 고정부재를 이용하여 고정하고, 상기 배기가스 후처리장치의 일측에 구비된 배기가스 유입구와 상기 엔진의 배기매니폴드와 연결된 터보차저의 배기구를 연결파이프를 통해 상호 연결하여 구성한 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 연결파이프는 엔진과 배기가스 후처리장치 사이에 위치한 라디에이터의 측면방향으로 지나가도록 배치할 수 있다.
또한, 상기 연결파이프의 일부분을 주름진 외형을 갖는 플렉시블 파이프(flexible pipe)로 설치하여 구성할 수 있다.
한편, 상기 배기가스 후처리장치를 차체프레임상에 고정하기 위한 고정부재는, 라디에이터의 후방측 하부에 위치한 차체프레임상에 일정간격을 두고 세워져 고정되는 복수의 제1브라켓과; 상기 제1브라켓과 각각 결합되며 상기 배기가스 후처리장치가 고정되는 복수의 제2브라켓;으로 구성될 수 있다.
이때, 상기 제2브라켓은 'ㄱ'자 형태의 절곡형상을 가지며, 그의 일측 단부는 상기 제1브라켓과 맞대어져 볼트를 통해 결합되고, 그의 타측 단부는 배기가스 후처리장치의 저면부에 볼트를 통해 결합되도록 구성할 수 있다.
상기한 구성에 따른 본 발명은, 엔진 배기가스를 정화시키기 위한 배기가스 후처리장치를 엔진의 길이방향에 대하여 수직하게 배치되도록 한 상태에서 라디에이터의 후방측 차체프레임상에 고정부재를 통해 고정하고, 배기가스 후처리장치의 일측에 구비된 배기가스 유입구과 엔진의 배기매니폴드와 연결된 터보차저의 배기구를 연결파이프를 통해 상호 연결하여 구성함으로써, 지게차와 같은 협소한 엔진룸을 갖는 산업용 작업차량 등에 별도의 레이아웃 변경 없이도 배기가스 후처리장치를 장착하여 사용할 수 있는 장점이 있다.
또한, 배기가스 후처리장치의 설치를 위해 엔진 케이스를 별도로 가공하거나 기존의 엔진룸 구조를 변경하지 않고서도 배기가스 후처리장치를 콤팩트한 구조로 설치할 수 있는 장점이 있다.
또한, 배기가스 후처리장치를 엔진과 멀리 떨어진 라디에이터 후방측 공간상에 배치하여, 엔진 진동에 따른 진동 충격 전달을 최소화할 수 있고 배기가스 후처리장치의 성능을 안정적으로 유지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 배기가스 후처리장치가 엔진에 직접 마운팅되지 않는 구조로 구성이 가능하기 때문에 기설계된 엔진 자체의 구조적 강성이나 NVH(Noise Vibration Harshness) 특성의 변화를 유발시키지 않으므로 엔진의 성능 및 내구성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 고온의 열원부인 배기가스 후처리장치가 엔진 주변부에 근접하여 배치됨으로써 발생되는 엔진의 열에 의한 성능저하 문제를 원천적으로 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 산업용 작업차량의 배기가스 후처리장치 취부구조를 보여주는 사시도.
도 2는 도 1을 배기가스 후처리장치가 위치한 후방측에서 바라본 도면.
도 3은 도 1의 좌측면도.
이하, 본 발명의 일실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 산업용 작업차량(지게차)의 배기가스 후처리장치 취부구조를 보여주는 사시도이다. 그리고, 도 2는 도 1을 배기가스 후처리장치가 위치한 후방측에서 바라본 도면이고, 도 3은 도 1의 좌측면도이다.
여기서, 도 1에 도시된 엔진 및 배기가스 후처리장치 배치구조에서는, 엔진(120)이 위치된 쪽이 포크(fork)가 위치한 지게차의 전방측 방향이고, 배기가스 후처리장치(200)가 위치된 쪽이 카운터 웨이트(counter weight)가 위치한 지게차의 후방측 방향이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 배기가스 후처리장치(200)는 지게차의 엔진(120)으로부터 후방측으로 일정거리 떨어진 라디에이터(130)의 후방측 공간상에 설치되는데, 이러한 상기 배기가스 후처리장치(200)는 배기가스에 포함된 일산화탄소(CO) 및 탄화수소(HC)를 제거하는 디젤 산화 촉매(DOC; Diesel Oxidation Catalyst, 이하 'DOC' 라고 한다)(210)와, 배기가스에 포함된 입자상 물질(PM; 매연을 포함한 다양한 입자상 유해물질)을 걸러내는 디젤 입자 필터(DPF; Diesel Particulate Filter, 이하 'DPF' 라고 한다)(220)를 포함하여 구성된다.
상기 배기가스 후처리장치(200)는 엔진(120)의 길이방향(Y축 방향)에 대하여 수직한 방향(X축 방향)으로 배치되고, 상기 엔진(120)의 후방측에 위치한 라디에이터(radiator)의 후방측 차체프레임(110)상에 브라켓(250)(260)을 통해 고정된다.
그리고, 상기 배기가스 후처리장치(200)에 있어서, DOC(210) 측에는 엔진(120)의 배기매니폴드(140)에서 배출되는 배기가스가 유입되는 배기가스 유입구(212)가 구비되고, DPF(220) 측에는 상기 배기가스 후처리장치(200)를 거쳐 정화된 가스가 배출되는 정화가스 배출구(222)가 구비된다.
그리고, 상기 정화가스 배출구(222)에는 지게차의 외부의 대기 중으로 배기가스를 배출시키도록 하는 배기파이프(224)가 연결되어 있다. 이때, 상기 배기파이프(224)는 배기가스 후처리장치(200)의 하부에 이와 수직한 후방측 방향으로 배치되어 배기가스가 후방측으로 배출되도록 되어 있다.
이때, 상기 배기가스 후처리장치(200)의 일측에 구비된 배기가스 유입구(212)과 상기 엔진(120)의 배기매니폴드(140)와 연결된 터보차저(150)의 배기구는 다수 회 절곡된 형태의 연결파이프(270)를 통해 상호 연결된다.
이때, 상기 연결파이프(270)는 엔진(120)과 배기가스 후처리장치(200) 사이에 위치한 라디에이터(130)의 측면방향으로 근접하여 지나가도록 배치된다.
이때, 상기 연결파이프(270)의 일부분에는 주름진 관 형상의 플렉시블 파이프(flexible pipe)를 설치하여 구성할 수 있다. 이렇게 되면, 상기 연결파이프(270)를 통해 전달되는 엔진(120)의 진동을 상기 플렉시블 파이프 설치구간에서 효과적으로 흡수 및 차단하는 것이 가능하고, 배기가스 후처리장치(200)가 엔진에서 전달되는 진동 충격에 의해 파손되는 것을 방지할 수 있다.
이러한 진동 완충을 위한 플렉시블 파이프는 상기 연결파이프(270)에 전체적으로 걸쳐 형성하는 것도 가능하다.
상기 터보차저(Turbo Charger)(150)는 엔진(120)의 배기매니폴드(140)를 통해 배출되는 배출가스 압력을 이용하여 내부의 터빈 휠을 회전시키고, 이와 동일 축에 연결된 컴프레셔 휠을 회전시켜 유입공기를 강제로 압축하여 연소실로 밀어 넣어 엔진의 출력을 높이는 기능을 한다.
한편, 상기 배기가스 후처리장치(200)를 차체프레임(110)상에 고정하는 브라켓(250)(260)은, 라디에이터(130)의 후방측 공간 하단부측에 위치한 차체프레임(110)상에 일정간격을 두고 세워져 고정되는 일자형 판 형상을 갖는 2개의 제1브라켓(250)과, 상기 제1브라켓(250)과 각각 결합되며 배기가스 후처리장치(200)가 고정되는 2개의 제2브라켓(260)으로 구성된다.
이때, 상기 제2브라켓(260)은 'ㄱ'자 형태의 절곡형상을 가지며, 그의 일측 단부는 상기 제1브라켓(250)과 맞대어져 볼트를 통해 결합되고, 그의 타측 단부는 배기가스 후처리장치(200)의 저면부에 볼트를 통해 결합된다.
이때, 상기 배기가스 후처리장치(200)의 저면부를 지지하는 상기 2개의 제2브라켓(260)의 각 상단부는 상기 배기가스 후처리장치(200)의 원통형 외면을 감싸며 지지할 수 있도록 원호 형상으로 굴곡진 형태를 갖도록 형성된다.
그리고, 상기 "ㄱ"자 형상의 2개의 제2브라켓(260) 내측 절곡부에는 구조적 강성을 향상시킬 수 있도록 리브(262)가 형성되어 있다.
이러한 구조에 따라, 상기 배기가스 후처리장치(200)는 상기 2개의 제1브라켓(250)과, 2개의 제2브라켓(260)을 통해 라디에이터(130)의 후방측 차체 프레임(110)상에 견고하게 고정 및 지지될 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 배기가스 후처리장치(200)의 작동 메커니즘을 설명하면, 엔진(120) 구동시 배출되는 배기가스가 배기매니폴드(140) 측과 연결된 터보차저(150) 내부로 유입되어 상기 터보차저(150)를 구동시키게 되고, 이후 상기 터보차저(150)와 연결된 DOC(210)의 배기가스 유입구(212)를 통해 배기가스가 유입되어 배기가스 후처리장치(200) 내부에 공급된다. 그리고, 상기 배기가스 후처리장치(200) 내부로 공급된 배기가스는 DOC(210)와 및 DPF(220)를 거쳐서 정화된 후 정화가스 배출구(222)를 통해 대기 중으로 최종 배출된다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 엔진 배기가스의 정화를 위한 배기가스 후처리장치(200)를 엔진(120)의 길이방향에 대하여 수직하게 배치되도록 하여 라디에이터(130)의 후방측 차체프레임(110)상에 브라켓(250)(260)을 통해 고정하고, 배기가스 후처리장치(200)의 일측에 구비된 배기가스 유입구(212)과 엔진(120)의 배기매니폴드(140)와 연결된 터보차저(150)의 배기구를 연결파이프(270)를 통해 상호 연결하여 구성함으로써, 지게차와 같은 협소한 엔진룸을 갖는 산업용 작업차량 등에 별도의 레이아웃 변경 없이도 배기가스 후처리장치(200)를 효과적으로 장착하여 사용할 수 있다. 특히, 배기가스 후처리장치(200)의 설치를 위해 엔진 케이스를 별도로 가공하거나 기존의 엔진룸 구조를 변경하지 않고서도 배기가스 후처리장치(200)를 라디에이터(130) 후방측 공간에 콤팩트한 구조로 설치할 수 있는 장점이 있다.
그리고, 배기가스 후처리장치(200)를 엔진(120)과 멀리 떨어진 라디에이터(130) 후방측 공간상에 배치함으로써, 엔진 진동에 따른 진동 충격 전달을 최소화하여 배기가스 후처리장치의 성능을 안정적으로 유지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 배기가스 후처리장치(200)가 엔진(120)에 직접 마운팅되지 않는 구조로 구성이 가능하기 때문에 기설계된 엔진 자체의 구조적 강성이나 NVH(Noise Vibration Harshness) 특성의 변화를 유발시키지 않으므로 엔진의 성능 및 내구성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
아울러, 고온의 열원부인 배기가스 후처리장치(200)가 엔진(120) 주변부에 근접하여 배치됨으로써 발생되는 엔진의 열에 의한 성능저하 문제를 원천적으로 방지할 수 있는 장점이 있다.
110 : 차체프레임 120 : 엔진
130 : 라디에이터 140 : 배기매니폴드
150 : 터보차저 200 : 배기가스 후처리장치
210 : 디젤 산화 촉매(DOC) 212 : 배기가스 유입구
220 : 디젤 입자 필터(DPF) 222 : 정화가스 배출구
224 : 배기파이프 250, 260 : 제1,2브라켓
262 : 리브 270 :연결파이프

Claims (5)

  1. 산업용 작업차량의 엔진 배기가스를 정화시키기 위한 배기가스 후처리장치를 엔진에 취부하는 구조에 있어서,
    상기 배기가스 후처리장치를 엔진의 길이방향에 대하여 수직하게 배치한 상태에서 상기 엔진의 후방측에 위치한 라디에이터의 후방측 차체프레임상에 고정부재를 이용하여 고정하고, 상기 배기가스 후처리장치의 일측에 구비된 배기가스 유입구과 상기 엔진의 배기매니폴드와 연결된 터보차저의 배기구를 연결파이프를 통해 상호 연결하여 구성한 것을 특징으로 하는 산업용 작업차량의 배기가스 후처리장치 취부구조
  2. 제1항에 있어서, 상기 연결파이프는 엔진과 배기가스 후처리장치 사이에 위치한 라디에이터의 측면방향으로 지나가도록 배치된 것을 특징으로 하는 산업용 작업차량의 배기가스 후처리장치 취부구조
  3. 제1항에 있어서, 상기 연결파이프의 일부분은 주름진 외형을 갖는 플렉시블 파이프(flexible pipe)로 설치되는 것을 특징으로 하는 산업용 작업차량의 배기가스 후처리장치 취부구조
  4. 제1항에 있어서, 제1항에 있어서, 상기 고정부재는,
    상기 라디에이터의 후방측 하부에 위치한 차체프레임상에 일정간격을 두고 세워져 고정되는 복수의 제1브라켓과;
    상기 제1브라켓과 각각 결합되며 상기 배기가스 후처리장치가 고정되는 복수의 제2브라켓;
    을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 산업용 작업차량의 배기가스 후처리장치 취부구조
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2브라켓은 'ㄱ'자 형태의 절곡형상을 가지며, 그의 일측 단부는 상기 제1브라켓과 맞대어져 볼트를 통해 결합되고, 그의 타측 단부는 배기가스 후처리장치의 저면부에 볼트를 통해 결합되는 것을 특징으로 하는 산업용 작업차량의 배기가스 후처리장치 취부구조
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KR20160053306A (ko) 2014-11-03 2016-05-13 현대중공업 주식회사 작업기계의 배기가스 처리방법

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