KR20150120525A - 요소 커먼 레일 - Google Patents

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KR20150120525A
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다나 크레글링
마이클 골린
구안유 쳉
앨런 브로크만
아담 제이. 코트르바
티모시 피. 가드너
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테네코 오토모티브 오퍼레이팅 컴파니 인코포레이티드
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Abstract

선택적 촉매 환원(SCR) 부품 및 산화 촉매 부품을 포함하는 배기 시스템이 제공된다. 배기 시스템은 또한 선택적 촉매 환원 부품 또는 산화 촉매 부품에 인접한 위치에서 배기 처리 유체를 배기 스트림 내로 분산시키기 위한 배기 처리 유체 주입 시스템을 포함하고, 배기 처리 유체 주입 장치는 배기 처리 유체를 배기 스트림 내로 주입하는 복수의 인젝터에 가압된 배기 처리 유체를 제공하는 커먼 레일을 포함한다. 배기 처리 유체 주입 장치는 또한 사용되지 않은 배기 처리 유체를 유체 소스로 회수하기 위한 회수 레일을 포함한다. 각각의 커먼 레일 및 회수 레일은 동결 방지 특징으로서 배기 처리 유체의 배수를 허용하도록 구성될 수 있다.

Description

요소 커먼 레일{UREA COMMON RAIL}
본 발명은 배기 시스템을 위한 선택적 촉매 환원 주입 시스템에 관한 것이다.
본 섹션은 반드시 종래 기술은 아닌 본 발명의 배경 정보를 제공한다.
배출가스 규제 요구는 예를 들면, 입자상 물질 및 질소산화물의 배출가스를 제거하거나 또는 적어도 실질적으로 최소화하기 위하여 배기 후처리 시스템들을 갖도록 명령한다. 입자상 물질 및 질소산화물의 배출가스를 제거하거나 또는 감소시키기 위하여, 배기 후처리 시스템들은 입자상 필터(예를 들면, 디젤 입자상 필터(DPF), 선택적 촉매 환원(SCR) 부품, 및 디젤 산화 촉매(DOC) 부품과 같은 부품들을 포함할 수 있다.
선택적 촉매 환원 또는 디젤 산화 촉매 부품은 일반적으로 배기가 선택적 촉매 환원 또는 디젤 산화 촉매 부품으로 들어가기 전에 배기를 처리하도록 배기 스트림 내로 환원제를 주입하는 환원제 주입 시스템들과 함께 작동한다. 선택적 촉매 환원의 경우에서, 요소(urea)를 포함하는 환원제 용액이 선택적 촉매 환원 부품 내로의 진입 이전에 배기 스트림 내로 주입된다. 디젤 산화 촉매의 경우에서, 디젤 연료와 같은 탄화수소 환원제가 디젤 산화 촉매 부품 내로의 진입 이전에 배기 스트림 내로 주입된다.
각각의 선택적 촉매 환원 및 디젤 산화 촉매 배기 후처리를 위한 주입 시스템들은 이러한 환원제들 각각의 배기 스트림 내로의 주입을 제어하기 위하여 주입 모듈(dosing module)들, 펌프들, 필터들, 레귤레이터(regulator)들, 및 다른 필요한 제어 메커니즘들이 통합을 포함한다. 각각의 이러한 시스템들을 구별하는 것은 탄화수소 환원제는 동결되지 않으나, 액상 요소 환원제들은 차가운 온도들에서 동결될 수 있다는 사실이다. 따라서, 요소 환원 주입 시스템은 요소 환원제가 주입 시스템이 부품들에 손상을 줄 수 있는, 주입 시스템 내의 동결을 방지하거나, 또는 주입 시스템이 요소 환원제가 배기 스트림 내로 적절하게 주입되는 것을 방지하는데 도움을 주는 다양한 부품들 또는 구성들을 필요로 할 수 있다.
본 섹션은 본 발명의 일반적인 요약을 제공하나, 완전한 범위 또는 모든 특징의 포괄적인 내용은 아니다.
본 발명은 배기 처리 부품; 배기 처리 유체를 수용하기 위한 탱크; 및 배기 처리 부품과 인접한 위치에서 배기 처리 유체를 배기 스트림 내로 분산시키기 위한 배기 처리 유체 주입 시스템(exhaust treatment fluid dosing system);을 포함하는 배기 시스템을 제공한다. 배기 처리 유체 주입 시스템은 배기 처리 유체를 배기 스트림 내로 주입하는 복수의 주입 모듈에 가압된(under pressure) 배기 처리 유체를 제공하는 커먼 레일을 포함하고, 사용되지 않은 배기 처리 유체를 탱크로 회수하기 위한 회수 레일(return rail)을 포함한다. 본 발명에 따르면, 커먼 레일 및 회수 레일 중 적어도 하나는 일 부분을 포함하되, 그 부분이 다른 일 부분보다 높은 높이에 위치하여서 임의의 사용되지 않은 배기 처리 유체가 그것으로부터 배출되도록 구성된다.
본 발명은 또한 배기 통로; 배기 통로 내에 위치되는 적어도 하나의 배기 처리 부품; 배기 처리 유체를 배기 통로를 통과하는 배기 스트림 내로 주입하기 위한 복수의 주입 모듈; 및 배기 처리 유체를 각각의 주입 모듈들에 제공하기 위한 커먼 레일;을 포함하는 배기 후처리 시스템을 제공한다. 커먼 레일은 각각 그것으로부터 배기 처리 유체의 중력-보조 배수를 허용하도록 배치되는 레일들의 제 1 쌍으로 분할된다. 배기 후처리 시스템은 또한 각각의 주입 모듈로부터 배기 처리 유체를 받기 위한 회수 레일을 포함한다. 회수 레일은 각각 그것으로부터 배기 처리 유체의 중력-보조 배수를 허용하도록 배치되는 레일들의 제 2 쌍으로 분할된다.
본 발명은 또한 복수의 레그(leg)로 분할하도록 구성되는 배기 통로; 각각의 레그들 내에 배치되는 배기 처리 장치; 배기 처리 유체를 배기 통로 내로 주입하기 위한 복수의 주입 모듈을 포함하되, 복수의 주입 모듈 중 적어도 하나는 배기 통로의 상응하는 레그와 관련됨; 배기 처리 유체를 각각의 주입 모듈들에 제공하도록 구성되는 커먼 레일; 각각의 주입 모듈들로부터 사용되지 않은 배기 처리 유체를 받도록 구성되는 회수 레일; 및 배기 통로로부터 복수의 레그 각각의 내로 배기의 진입을 제어하도록 구성되는 복수의 밸브;를 포함하는 배기 후처리 시스템을 제공한다. 본 발명에 따르면, 커먼 레일 및 회수 레일 중 적어도 하나는 일 부분을 포함하되 그 부분이 다른 일 부분보다 높은 높이에 위치하여서 임의의 사용되지 않은 배기 처리 유체가 그것으로부터 배출되도록 구성된다.
적용의 또 다른 영역들은 여기서 제공되는 설명으로부터 자명해질 것이다. 본 요약에서의 설명과 특정 실시 예들은 단지 설명의 목적을 위하여 의도되며 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 의도되지 않는다.
여기서 설명되는 도면들은 모든 가능한 구현이 아닌 단지 선택된 실시 예들의 설명을 위한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 의도되지 않는다.
도 1은 본 발명의 원리에 따른 배기 처리 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 원리에 따라 선택적 촉매 환원을 배기 스트림 내로 주입하기 위한 커먼 레일 주입 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 원리에 따른 커먼 레일 주입 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 원리에 따른 커먼 레일 주입 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 5는 본 발명의 원리에 따른 커먼 레일 주입 시스템을 포함하는 대형 배기 처리 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 6은 본 발명의 원리에 따른 냉각 시스템을 포함하는 커먼 레일 주입 시스템을 개략적으로 도시한다.
도면들의 일부에 걸쳐 상응하는 참조 번호들은 상응하는 부품들을 나타낸다.
첨부된 도면들을 참조하여 바람직한 실시 예들이 이제 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 배기 시스템(10)을 개략적으로 도시한다. 배기 시스템(10)은 일단 소비되면 배기 후처리 시스템(16)을 갖는 배기 통로(24) 내로 배출되는 배기 가스들을 생산할, 연료원(도시되지 않음)과 소통되는 적어도 하나의 엔진(12)을 포함할 수 있다. 엔진(12)으로부터 하류에 디젤 산화 촉매(DOC), 디젤 입자상 필터(DPF) 부품, 또는 도시된 것과 같이 선택적 촉매 환원 부품(20)일 수 있는, 배기 처리 부품(18)이 배치된다. 본 발명에서는 필요하지 않더라도, 배기 후처리 시스템(16)은 배기 통로(24)를 통과하는 배기 가스들의 온도를 증가시키기 위하여 열 향상 장치 또는 버너(17)와 같은 부품들을 더 포함할 수 있다. 배기 가스의 온도 증가는 추운 날씨 조건들 및 엔진(12)의 시동 상에서 디젤 산화 촉매 및 선택적 환원 촉매 부품들(22 및 24)에서의 촉매를 활성화하는데 바람직할 뿐만 아니라 배기 처리 부품(18)이 디젤 입자상 필터일 때 배기 처리 부품(18)의 재생을 개시하는데 바람직할 수 있다.
엔진(12)에 의해 생산되는 배출가스의 감소에 도움을 주기 위하여, 배기 후처리 시스템(16)은 배기 처리 유체들을 배기 스트림 내로 주기적으로 주입하기 위한 주입 모듈(22)을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 것과 같이, 주입 모듈(22)은 배기 처리 부품(18)의 상류에 위치될 수 있고 배기 처리 유체를 배기 스트림 내로 주입하도록 작동할 수 있다. 이와 관련하여, 주입 모듈(22)은 디젤 연료 또는 요소와 같은 배기 처리 유체를 배기 처리 부품(20) 상류의 배기 통로(16) 내로 주입하기 위하여 입구 라인(28)에 의해 시약 탱크(24) 및 펌프(26)와 유체 소통된다. 주입 모듈(22)은 또한 회수 라인(30)을 거쳐 시약 탱크(24)와 소통될 수 있다. 회수 라인(36)은 배기 스트림 내로 주입되지 않은 어떠한 탄화수소도 시약 탱크(24)로 되돌아오도록 허용한다. 입구 라인(28), 주입 모듈(22), 및 회수 라인(30)을 통한 배기 처리 유체의 흐름은 또한 주입 모듈(22)이 과열하지 않도록 주입 모듈(22)을 냉각시키는데 도움을 준다. 이후에 설명될 것과 같이, 주입 모듈들(22)은 이를 냉각시키기 위하여 주입 모듈(22) 주위로 냉각수를 통과시키는 냉각 재킷(도 6)을 포함하도록 구성될 수 있다.
배기 스트림을 효율적으로 처리하는데 필요한 배기 처리 유체의 양은 부하, 엔진 속도, 배기 가스 온도, 배기 가스 흐름, 엔진 연료 주입 타이밍, 원하는 질소산화물 환원, 기압, 상대 습도, 배기 가스 재순환 비율 및 엔진 냉각수 온도들에 따라 변경된다. 질소산화물 센서 또는 미터(32)가 선택적 촉매 환원(20)으로부터 하류에 위치될 수 있다. 질소산화물 센서(32)는 엔진 제어 유닛(34)에 배기 질소산화물 농도를 나타내는 신호를 출력하도록 작동된다. 모든 또는 일부 엔진 작동 파라미터들이 엔진 제어 유닛(34)으로부터 엔진/차량 데이터버스를 통하여 시약 전자 주입 컨트롤러(36)로 제공될 수 있다. 시약 전자 주입 컨트롤러(36)는 또한 엔진 제어 유닛(34)의 일부분으로서 포함될 수 있다. 배기 가스 온도, 배기 가스 흐름 및 배기 역압과 다른 차량 작동 파라미터들이 도 1에 표시된 것과 같이, 각각의 센서들에 의해 측정될 수 있다.
배기 스트림을 효율적으로 처리하는데 필요한 배기 처리 유체의 양은 또한 엔진(12)의 크기에 의존할 수 있다. 이와 관련하여, 기관차, 해양 선박들, 및 고정식 적용들에서 사용되는 대형 디젤 엔진들은 단일 주입 모듈(22)의 용량을 초과하는 배기 흐름 비율들을 가질 수 있다. 따라서, 요소 주입을 위하여 단일 주입 모듈(22)이 도시되나, 본 발명에 의해 요소 주입을 위하여 다수의 주입 모듈(22)이 고려될 수 있다는 것을 이해하여야만 한다. 그러나, 다수의 주입 모듈(22)이 사용될 때, 배기 시스템(10)은 압력 변동들을 경험할 수 있다.
다수의 주입 모듈(22)을 사용하여 배기 처리 유체를 배기 스트림에 효율적으로 공급하기 위하여, 본 발명은 유체의 분배기로서 역할을 하고 개별 주입 모듈 활성화 및 불활성화로부터 발생하는 압력 변동들을 방지하는 커먼 레일과 유체 소통되는 복수의 주입 모듈(22)을 사용한다. 도 2는 요소 배기 처리 유체를 배기 스트림 내로 공급하도록 사용될 수 있는 선택적 촉매 환원 레일 주입 시스템(selective catalytic reductant rail injection system, 40)을 개략적으로 도시한다.
도 2에 도시된 것과 같이, 커먼 레일 주입 시스템(40)은 요소 배기 처리 유체를 배기 스트림 내로 주입하도록 작동된다. 커먼 레일 주입 시스템(40)은 일반적으로 요소 배기 처리 유체가 필터(42)를 통하여 펌프(26)에 의해 끌어 당겨질 수 있는 시약 탱크(24)를 포함한다. 비록 필터(42)가 펌프(26)로부터 하류에 존재하는 것으로서 도시되나, 필터(42)는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 펌프(26)의 상류에 위치될 수 있다는 것을 이해하여야만 한다. 시약 탱크(24)로부터 요소 처리 유체를 끌어당기도록 작동되는 것에 더하여, 펌프(26)는 또한 커먼 레일(44) 및 각각 주입 모듈(22)과 소통되는 주입 모듈 입구 라인들(28)을 가압하도록 작동된다. 도시된 바람직한 실시 예에서, 도 2에 비록 12개의 주입 모듈(22)이 도시되나, 커먼 레일 주입 시스템(40)이 사용되려는 적용에 의존하여, 더 많거나 또는 더 적은 수의 주입 모듈(22)이 고려된다는 것을 이해하여야만 한다.
요소 배기 처리 유체는 커먼 레일(44)로부터 주입 모듈 입구 라인들(28) 내로 공급되고 그리고 나서 요소 배기 처리 유체가 이후에 각각의 배기 통로들(14) 내로 주입되는 주입 모듈들(22) 내로 공급된다. 주입 모듈들(22)에 또한 각각 회수 레일(50) 내로 공급되는 회수 라인들(30)이 제공될 수 있다. 위에 설명된 것과 같이, 회수 라인들(30)은 주입 모듈들(22)이 냉각을 유지하고 적절하게 기능을 하도록 그것들을 통하여 흐르는 유체의 일정한 공급이 필요할 수 있다는 점에서 바람직하다. 입구 라인(28)으로 주입 모듈(22)을 통하여 회수 라인들(30) 내로 통과하는 배기 처리 유체는 따라서, 주입 모듈들(22)에 충분한 냉각 효과를 제공한다. 회수 레일(50)이 시약 탱크(24)와 소통하기 때문에, 회수 레일(50) 내에 존재하는 어떠한 사용되지 않는 배기 처리 유체는 시약 탱크(24)로 회수된다.
게다가, 커먼 레일(44)로부터 하류에 오버플로 라인(overflow line, 46)이 위치될 수 있다. 오버플로 라인(46) 내에 역압 레귤레이터(48)가 위치될 수 있다. 오버플로 라인(46)은 커먼 레일 시스템(40)의 작동 동안에 요소 배기 처리 유체를 위한 릴리프 경로(relief path)를 제공한다. 커먼 레일 시스템(40)의 작동 동안에, 많은 양의 요소 배기 처리 유체가 커먼 레일(44) 내로 공급될 수 있다. 커먼 레일 시스템(40)의 구성으로부터 역압을 방지하기 위하여, 과도한 요소 배기 처리 유체가 오버플로 라인(46) 내로 그리고 역압 레귤레이터(48)를 통하여 공급될 수 있다. 즉, 충분한 양의 압력이 커먼 레일 시스템(40) 내에 쌓일 때, 역압 레귤레이터(48) 내의 밸브(도시되지 않음)가 열릴 것이고 과도한 요소 배기 처리 유체가 다시 시약 탱크(24) 내로 돌아가도록 허용한다. 또한 역압 레귤레이터(48)는 펌프(26)가 스톨링(stalling) 또는 공명 없이 완전 용량에서 가동하도록 허용하는, 펌프(26) 상에 작동하는 것을 방지한다.
주입 모듈들(22)은 동시에 또는 교번 방식(staggered maner)으로 활성화될 수 있다. 동시에 또는 교번 방식으로 주입 모듈들(22)을 활성화하고 불활성화하기 위하여 컨트롤러(36, 도 1)는 각각의 주입 모듈(22)이 타이밍을 제어하고, 펌프(26)를 작동시키며, 압력 센서들(52)을 모니터링하도록 작동될 수 있는 있다. 각각의 주입 모듈(22)의 타이밍과 관련하여, 모든 주입 모듈(22)은 동시에 활성화될 수 있거나, 혹은 주입 모듈들(22)의 그룹들(예를 들면, 두 개, 4개, 또는 6개의 그룹)이 나머지 주입 모듈들(22)이 불활성화되는 동안에 활성화될 수 있다. 주입 모듈들(22)의 그룹들의 활성화는 시스템(40) 내의 압력 변동을 감소시키는데 도움을 준다.
커먼 레일 주입 시스템(40)은 또한 만일 원하면, 어큐뮬레이터(accumulator, 54)를 포함할 수 있다. 어큐뮬레이터(54)는 커먼 레일 주입 시스템(40) 내의 압력 변동들에 도움을 준다. 어큐뮬레이터(54)는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 역압 레귤레이터(48)와 함께 사용될 수 있거나, 또는 역압 레귤레이터(48)를 대신하여 사용될 수 있다.
요소 처리 유체가 동결될 수 있기 때문에, 커먼 레일 주입 시스템(40)은 사용하지 않을 때 제거가 필요할 수 있다. 위에 설명된 것과 같이, 펌프(26)는 커먼 레일 주입 시스템(40)이 사용되지 않을 때, 커먼 레일(44) 및 입구 라인들(28)로부터 다시 시약 탱크(24) 내로 요소 처리 유체를 펌핑할 수 있는, 가역 펌프이다. 그러나 단순하게 가역적으로 펌프를 구동하는 것은 때때로 인젝터 회수 라인들(30)을 완전하게 퍼지하기에(purge) 불충분할 수 있으며, 이는 만일 동결 조건들 동안에 어떠한 요소 처리 유체도 회수 라인들(30) 내에 남아 있으면, 회수 라인들(30)이 파열에 민감하게 된다.
그것의 비-사용 동안에 커먼 레일 주입 시스템(40)으로부터 요소 처리 유체의 제거에 더 도움을 주기 위하여, 커먼 레일(44)은 사용되지 않은 배기 처리의 배수를 허용하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 도 3을 참조하면, 커먼 레일(44)은 각각 사용되지 않은 배기 처리 유체가 시약 탱크(24)를 향하는 방향으로 중력에 끌려지도록 허용하는 방식으로 각진(angled) 한 쌍의 레일들(56 및 58)로 분할될 수 있다. 더 구체적으로, 커먼 레일(44)은 레일들(56 및 58)이 가압되지 않을 때, 그 안의 배기 처리 유체가 제 1 및 제 2 레일(56 및 58)의 단부들(60)을 향하여 흐르는 것을 허용하도록 각진 제 1 레일(56) 및 제 2 레일(58)로 분할될 수 있다. 펌프(26)의 가역 작동 상에서, 각각의 단부(60)에 위치되는 배기 처리 유체는 입구 라인들(68)을 통하여 다시 탱크(24)로 끌려질 수 있다.
각각의 레일(56 및 58)은 적어도 하나의 단부(60)가 반대편 단부(61)의 높이보다 낮은 높이에 위치되는 것과 같이 구성될 수 있다는 것을 이해하여야만 한다. 이러한 방식으로 각각의 레일(56 및 58)을 배치함으로써, 커먼 레일(44)이 사용되지 않을 때 어떠한 사용되지 않은 배기 처리 유체도 커먼 레일(44) 내에 남아 있지 않을 것을 보장하기 위하여 어떠한 사용되지 않은 배기 처리 유체도 반대편 단부(61)로부터 단부(60)로 흐를 수 있다.
배기 처리 유체가 회수 레일(50) 내에 남지 않는 것을 보장하기 위하여, 회수 레일(50)은 또한 어떠한 사용되지 않은 배기 처리 유체가 시약 탱크(24)를 향하는 방향으로 중력에 끌려지도록 허용하는 방식으로 각진 한 쌍의 레일들(62 및 64)로 분할될 수 있다. 즉, 배기 처리 유체는 중력의 당김 하에서 배기 처리 유체가 그 뒤에 다시 밸브들(92)을 통하여 입구 라인들(68)에 연결되는 출구 라인들(90) 내로 공급할, 단부들(66)을 향하여 시약 탱크(24)로 흐를 것이다. 더 구체적으로, 펌프(26)가 컨트롤러(36)에 의한 퍼지를 구동하도록 명령될 때, 신호는 또한 회수 레일들(62 및 64)이 퍼지되는 것과 같이 출구 라인들(90)을 개방하기 위하여 밸브들(92)에 전송될 수 있다. 커먼 레일(44)과 유사하게, 회수 레일(50)의 각각의 레일(62 및 64)은 적어도 하나의 단부(66)가 반대편 단부(67)의 높이보다 낮은 높이에 위치되는 것과 같이 구성될 수 있다는 것을 또한 이해하여야만 한다. 이러한 방식으로 각각의 레일(62 및 64)을 배치함으로써, 커먼 레일 주입 시스템(40)이 사용되지 않을 때 어떠한 사용되지 않은 배기 처리 유체도 회수 레일(50) 내에 남아 있지 않을 것을 보장하기 위하여 어떠한 사용되지 않은 배기 처리 유체도 반대편 단부(67)로부터 단부(66)로 흐를 것이다.
커먼 레일 주입 시스템(40)은 또한 선택적으로 공기-퍼지밸브(94) 및 공기 펌프(96)를 포함하는 공기-퍼지시스템을 포함한다. 이와 관련하여, 공기 퍼지동안에, 공기는 만일 공기 펌프가 사용되지 않으면 일반적으로 닫힌 상태로 남아있는, 밸브(98)를 통하여 입구 라인들(68) 내로 펌핑될 수 있다. 공기가 커먼 레일 시스템(40)으로 들어가기 때문에, 유체는 커먼 레일들(56 및 58), 인젝터들(22), 및 회수 레일들(62 및 64)을 통하여 밀려지고 다시 탱크(24)로 회수된다. 그리고 나서 커먼 레일 시스템(40) 내의 공기를 제거하기 위하여, 공기 퍼지밸브(94)는 커먼 레일 시스템(40) 내의 공기가 시스템(40)으로부터 배출되는 것을 허용하도록 개방될 수 있다.
커먼 레일(44) 및 회수 레일(50)이 그것으로부터 배기 처리 유체를 제거하는데 도움을 주도록 각진 한 쌍의 레일들로 분할하는 대안으로서, 커먼 레일(44) 및 회수 레일(50)은 또한 중력 제거에 도움을 주는 역할을 하는 서로 다른 지향들로 구성될 수 있다. 도 4를 참조하면, 커먼 레일(44) 및 회수 레일(50)은 아치 형태일 수 있다. 커먼 레일(44)의 아치 형태의 구성은 커먼 레일(44)이 가압되지 않을 때, 그 안의 배기 처리 유체가 커먼 레일(44)의 단부들(60)을 향하여 흐르도록 허용하고, 단부들(60)에서 축적되는 어떠한 배기 처리 유체도 각각의 단부(60)에 위치되는 d주입 모듈들(22)의 입구 라인들(28) 내로 배출될 수 있다. 펌프(26)의 가역 작동 상에서, 각각의 입구 라인(28) 내에 위치되는 배기 처리 유체는 주입 모듈(22) 및 회수 라인들(30) 통하여 회수 레일(50)로 끌려질 수 있다. 회수 레일(50)은 또한 아치 형태일 수 있기 때문에, 배기 처리 유체는 중력의 당김 하에서 배기 처리 유체가 그 뒤에 출구 라인들(68) 내로 시약 탱크(24)로 흐를, 단부들을 향하여 흐를 것이다. 도 4에 도시된 구성과 유사하게, 커먼 레일(44) 및 회수 레일(50)의 중앙 부분(69 및 71)은 배기 처리 유체가 각각의 레일로부터 적절하게 배출될 것을 보장하기 위하여 각각 단부들(60 및 66)보다 높은 높이에 위치된다.
비록 도 4는 커먼 레일(44) 및 회수 레일(50) 각각을 위하여 아치(arch) 형태의 구성을 도시하나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 더 구체적으로, 예를 들면, 커먼 레일(44) 및 회수 레일(50)을 위하여 선택된 구성이 배기 처리 유체를 커먼 레일(44) 및 회수 레일(50)로부터 제거하는데 도움을 주기 위한 중력을 허용하는 한, V-형태의 커먼 레일(44) 및 회수 레일(50)과 같은 부가적인 구성들이 고려된다.
커먼 레일(44) 및 회수 레일(60)로부터 사용되지 않은 배기 처리 유체를 제거하는데 도움을 주는 것에 더하여, 커먼 레일(44) 및 회수 레일(50)의 한 쌍의 레일들로의 분할 또는 커먼 레일(44) 및 회수 레일(50)의 중력-보조 제거를 허용하는 형태들로의 재구성은 또한 커먼 레일(44) 및 회수 레일(50)로서 선형 파이프의 사용을 방지할 수 있는 기관차 내의 패키징 제한들을 극복하는데 도움을 준다. 오히려, 커먼 레일들(48 및 44)은 배기 시스템(100)의 디자인 동안에 존재하는 어떠한 패키징 제한들을 설명하기 위하여 모듈식 또는 곡선일 수 있다. 이와 관련하여, 커먼 레일들(48 및 44)은 패키징 제한들을 설명하기 위하여 다양한 지향들에서 함께 연결되는 다양한 레그들을 포함할 수 있다. 커먼 레일들(48 및 44)의 모듈식 디자인은 압력 변동들의 감소를 포함하여, 커먼 레일들의 성능에 중요하게 영향을 미치지 않는다.
이제 도 5를 참조하면, 커먼 레일 주입 시스템(40)을 포함하는, 예를 들면 기관차용 배기 시스템(70)이 도시된다. 배기 시스템(70)은 배기 터보 매니폴드(exhaust turbo manifold, 72) 내로 배기를 공급할 수 있는 디젤 동력 엔진(12)을 포함한다. 터보 매니폴드(72)로부터 하류에, 배기 스트림은 복수의 배기 통로(74)로 분할된다. 각각의 배기 통로(74)는 디젤 산화 촉매들(76)과 디젤 입자상 필터들(78)의 어레이를 포함하는 복수의 배기 처리 부품과 소통된다. 도시된 실시 예에서, 각각의 배기 통로(74)는 세 개의 디젤 산화 촉매(76) 및 세 개의 디젤 입자상 필터(78)의 어레이와 소통된다. 디젤 산화 촉매들(76) 및 디젤 입자상 필터들(78)을 빠져나간 후에, 배기 스트림은 배기 통로들(80) 내로 통과된다. 배기 통로들(80)에서, 요소 처리 유체가 배기 스트림 내로 주입된 후에 배기 통로들(80)에서 배기 스트림이 선택적 촉매 환원들(20)을 통하여 이동하는 것과 같이, 선택적 촉매 환원들(20)의 상류 위치에서 요소 처리 유체가 배기 스트림 내로 주입되는 커먼 레일 주입 시스템(40)이 배치된다.
각각의 배기 통로(80)는 배기 시스템(70)을 통한 배기 흐름을 제어하기 위하여 그 안에 배치되는 밸브(75)를 포함할 수 있다는 것을 이해하여야만 한다. 예를 들면, 낮은 배기 흐름의 기간 동안에(예를 들면, 무부하 또는 낮은 엔진 부하 동안에), 각각의 통로(74)를 통한 배기 흐름을 갖고, 각각의 주입 모듈(22)에 주입되는 요소 환원제 용액을 갖는 것이 필요하지 않을 수 있다. 그와 같이, 밸브들(75)은 그것을 통한 흐름을 방지하기 위하여 선택된 배기 통로들(75)에서 닫힐 수 있다. 만일 선택된 배기 통로(74)가 닫히면, 그러한 배기 통로(74)와 관련된 입구 모듈들(22)은 차례로, 환원제의 불필요한 사용을 방지하기 위하여 배기 통로(80) 내로의 환원제의 주입이 방지될 것이다.
밸브들(75)은 디젤 입자상 필터들(78)의 재생 기간들 동안에 작동될 수도 있다. 즉, 만일 어떤 디젤 입자상 필터(78)가 재생되고 있다면, 디젤 입자상 필터(78)가 재생되지 않고 있는 레그들(74)을 통하여 배기를 바꾸는 것이 바람직할 수 있다. 대안으로서, 만일 각각의 주입 모듈(22)이 오작동하고 있는 것으로 결정되면, 배기가 그러한 주입 모듈(22)에 의해 통과하는 것을 방지하는 것이 또한 바람직할 수 있다. 만일 그러한 경우가 발생하면, 밸브(75)는 주입 모듈(22)의 오작동에 이르게 하는 배기 통로(74)를 폐쇄할 수 있다. 밸브들(75)은 제한 없이, 컨트롤러(36) 또는 엔진 제어 유닛(34)에 의해서, 그러나 이에 한정되지 않고 제어될 수 있다.
이제 도 6을 참조하면, 커먼 레일 주입 시스템(40)은 냉각수 소스(102)로부터 냉각수가 제공되는 냉각 시스템(100)을 포함할 수 있다. 도 6에 도시된 구성에서, 입구 라인들(28)을 통하여 각각의 주입 모듈(22)에 배기 처리 유체가 제공된다. 그러나, 주입 모듈들(22)은 회수 라인들(30)을 포함하지 않는다. 따라서, 회수 레일(50)을 위한 필요성이 존재하지 않는다. 회수 라인(30)을 포함하지 않도록 구성되는 주입 모듈들(22)은 일반적으로 "데드-헤드(dead-head)" 주입 모듈들로서 알려져 있다. 주입 모듈들(22)이 회수 라인들(30)을 포함하지 않기 때문에, 주입 모듈들(22)의 과열이 문제가 된다.
주입 모듈들(22)을 냉각하기 위하여, 회수 레일(50)은 냉각 시스템(100)에 의해 대체될 수 있다. 냉각 시스템(100)은 냉각수 펌프(108)를 사용하여 냉각수 입구 라인(106)을 통하여 공급되는, 냉각수 소스(102)로부터 냉각수가 제공되는 냉각 공급 레일(104)을 포함할 수 있다. 각각의 주입 모듈(22)은 냉각수 공급 레일(104)로부터 공급 라인들(112)을 통하여 냉각수가 제공되는 냉각 재킷(110)을 포함하도록 구성될 수 있다. 냉각수가 냉각 재킷(110)을 통과한 후에, 냉각수(102)는 출구 라인들(114)을 통하여 냉각 회수 레일(116)로 냉각수 재킷(110)을 빠져나갈 수 있다. 냉각수(102)는 그리고 나서 냉각 회수 레일(116)로부터 냉각수 소스(102)로 자유롭게 돌아온다. 사용되는 냉각수는 글리콜(glycol)과 같은 항-동결 용액들을 포함하여 통상의 지식을 가진 자들에 알려진 어떠한 형태의 냉각수일 수 있다. 예를 들면, 냉각수는 만일 원하면, 엔진 냉각수 시스템(도시되지 않음)으로부터 공급될 수 있다.
위에 따르면, 대형 디젤 적용들을 위한 배기 처리 유체들의 주입은 분사 품질 및 양의 변화 없이 다수의 인젝터를 사용하여 배기 스트림으로 효율적으로 주입될 수 있다. 유체의 분배기로서 역할을 하는 커먼 레일(44)과 유체 소통되는 복수의 주입 모듈(22)의 사용에 의해, 개별 주입 모듈(22) 활성화 및 불활성화로부터 발생하는 압력 변동들이 방지된다. 이는 배기 스트림으로부터 질소산화물을 감소시키기 위하여 배기 스트림에 지속적으로 제공되는 환원제의 적절한 양과 품질을 야기한다. 게다가, 커먼 레일(44) 및 회수 레일(50)의 구성이 어떠한 사용되지 않은 배기 처리 유체가 각각으로부터 배출될 것과 같기 때문에, 배기 후처리 시스템(16)은 시스템(18)의 소자들에 손상을 줄 수 있는 동결 조건들에서 보호된다. 회수 라인들(30) 및 회수 레일(50)이 사용되지 않는 경우에, 커먼 레일 주입 시스템(40)은 각각의 주입 모듈(22)을 효율적으로 냉각하기 위하여 냉각 시스템(100)을 포함할 수 있다.
도해와 설명의 목적을 위하여 앞선 실시 예들의 설명들이 제공되었다. 이는 완전하거나 또는 본 발명을 한정하는 것으로 의도되지 않는다. 특정 실시 예의 개별 소자들 또는 특징들은 일반적으로 그러한 특정 실시 예에 한정되지 않으며, 만일 적용 가능하면, 상호호환될 수 있고 구체적으로 도시되거나 또는 설명되지 않더라도 선택된 실시 예에서 사용될 수 있다. 다른 다양한 방법들로 변경될 수 있다. 그러한 변경들은 본 발명의 범위를 벗어나는 것으로 간주되지 않으며 그러한 모든 변형은 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.
10 : 배기 시스템(10)
12 : 엔진
14 : 배기 통로
16 : 배기 후처리 시스템
18 : 배기 처리 부품
20 : 선택적 촉매 환원 부품
22 : 주입 모듈
24 : 시약 탱크
26 : 펌프
28 : 입구 라인
30 : 회수 라인
32 : 질소산화물 센서
34 : 엔진 제어 유닛
35 : 컨트롤러
40 : 커먼 레일 주입 시스템
42 : 필터
44 : 커먼 레일
46 : 오버플로 라인
48 : 역압 레귤레이터
50 : 회수 레일
52 : 압력 센서
54 : 어큐뮬레이터
56 : 제 1 레일
58 : 제 2 레일
60, 61 : 단부
62, 64 : 회수 레일
66, 67 : 단부
68 : 입구 라인
69 : 회수 레일의 중앙 부분
70 : 배기 시스템
71 : 회수 레일의 중앙 부분
72 : 터보 매니폴드
74 : 배기 통로
75 : 밸브
76 : 디젤 산화 촉매
78 : 디젤 입자상 필터
80 : 배기 통로
90 : 출구 라인
92 : 밸브
94 : 공기-퍼지밸브
96 : 공기 펌프
100 : 냉각 시스템
102 : 냉각수 소스
104 : 냉각 공급 레일
106 : 냉각수 입구 라인
108 : 냉각수 펌프
110 : 냉각 재킷
112 : 공급 라인
114 : 출구 라인
116 : 냉각 회수 레일

Claims (28)

  1. 배기 처리 부품;
    배기 처리 유체를 수용하기 위한 탱크; 및
    상기 배기 처리 유체를 상기 배기 처리 부품과 인접한 위치에서 배기 스트림 내로 분산시키기 위한 배기 처리 유체 주입 시스템을 포함하되, 상기 배기 처리 유체 주입 시스템은 상기 배기 처리 유체를 상기 배기 스트림 내로 주입하는 복수의 주입 모듈에 가압된 상기 배기 처리 유체를 제공하는 커먼 레일을 포함하고, 사용되지 않은 배기 처리 유체를 상기 탱크로 회수하기 위한 회수 레일을 포함함;을 포함하고,
    상기 커먼 레일 및 상기 회수 레일 중 적어도 하나는 일 부분을 포함하되 그 부분이 다른 일 부분보다 높은 높이에 위치하여서 임의의 사용되지 않은 배기 처리 유체가 그것으로부터 배출되도록 구성되는 배기 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 커먼 레일 및 상기 회수 레일 중 적어도 하나는 제 1 레일 및 제 2 레일로 분할되고, 각각의 레일은 일 부분을 포함하되 그 부분이 다른 부분보다 높은 위치에 위치하도록 구성되는 배기 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 커먼 레일 및 상기 회수 레일 중 적어도 하나는 아치 형태인 배기 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 배기 처리 유체 주입 시스템은 상기 커먼 레일의 가압 및 상기 주입 모듈의 입구 라인들의 가압을 위한 펌프를 포함하는 배기 시스템.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 배기 처리 유체는 요소 배기 처리 유체인 배기 시스템.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 배기 처리 부품은 선택적 촉매 환원 부품인 배기 시스템.
  7. 제 4항에 있어서, 상기 펌프는 상기 배기 처리 주입 시스템으로부터 상기 배기 처리 유체를 퍼지하기 위하여 가역되는 배기 시스템.
  8. 배기 통로;
    상기 배기 통로 내에 위치되는 적어도 하나의 배기 처리 부품;
    배기 처리 유체를 상기 배기 통로를 통과하는 배기 스트림 내로 주입하기 위한 하나 이상의 주입 모듈; 및
    상기 배기 처리 유체를 각각의 상기 주입 모듈들에 제공하는 커먼 레일을 포함하되, 상기 커먼 레일은 제 1 쌍의 레일들로 분할되고 각 레일은 상기 배기 처리 유체의 중력-보조 배수를 허용하도록 배치됨;을 포함하는 배기 후처리 시스템.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 제 1 쌍의 레일들 각각은 일 단부를 포함하되 그 단부가 제 2 단부보다 높은 높이에 위치되는 배기 후처리 시스템.
  10. 제 8항에 있어서, 회수 레일을 더 포함하고, 상기 회수 레일은 제 2 쌍의 레일들로 분할되고 각 레일은 그것으로부터 중력-보조 배수를 허용하도록 배치되는 배기 후처리 시스템.
  11. 제 10항에 있어서, 회수 레일을 더 포함하고, 상기 제 2 쌍의 레일들 각각은 일 단부를 포함하되 그 단부가 제 2 단부보다 높은 높이에 위치되는 배기 후처리 시스템.
  12. 제 8항에 있어서, 각각의 주입 모듈을 냉각하기 위하여 냉각수를 제공하는 냉각수 공급 레일을 포함하는 냉각 시스템을 더 포함하는 배기 후처리 시스템.
  13. 제 8항에 있어서, 상기 배기 처리 유체 주입 시스템은 상기 커먼 레일의 가압 및 상기 주입 모듈의 입구 라인들의 가압을 위한 펌프를 포함하는 배기 후처리 시스템.
  14. 제 8항에 있어서, 상기 배기 처리 유체는 요소 배기 처리 유체인 배기 후처리 시스템.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 배기 처리 부품은 선택적 촉매 환원 부품인 배기 후처리 시스템.
  16. 제 13항에 있어서, 상기 펌프는 상기 배기 처리 주입 시스템으로부터 상기 배기 처리 유체를 퍼지하기 위하여 가역되는 배기 후처리 시스템.
  17. 복수의 레그로 분할하도록 구성되는 배기 통로;
    각각의 상기 레그들 내에 배치되는 배기 처리 장치;
    상기 배기 통로 내로 배기 처리 유체를 주입하기 위한 복수의 주입 모듈을 포함하되, 상기 복수의 주입 모듈 중 적어도 하나는 상기 배기 통로의 상응하는 레그와 관련됨;
    상기 배기 처리 유체를 각각의 상기 주입 모듈들에 제공하도록 구성되는 커먼 레일;
    각각의 상기 주입 모듈들로부터 사용되지 않은 배기 처리 유체를 받도록 구성되는 회수 레일; 및
    상기 배기 통로로부터 상기 복수의 레그 각각의 내로 배기의 진입을 제어하도록 구성되는 복수의 밸브;를 포함하고,
    상기 커먼 레일 및 상기 회수 레일 중 적어도 하나는 일 부분을 포함하되 그 부분이 다른 일 부분보다 높은 높이에 위치하여서 임의의 사용되지 않은 배기 처리 유체가 그것으로부터 배출되도록 구성되는 배기 후처리 시스템.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 커먼 레일 및 상기 회수 레일 중 적어도 하나는 제 1 레일 및 제 2 레일로 분할되고, 각각의 레일은 일 부분을 포함하되 그 부분이 다른 일 부분보다 높은 높이에 위치되도록 구성되는 배기 후처리 시스템.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 커먼 레일 및 상기 회수 레일 중 적어도 하나는 아치 형태인 배기 후처리 시스템.
  20. 제 17항에 있어서, 상기 커먼 레일의 가압 및 상기 주입 모듈의 입구 라인들의 가압을 위한 펌프를 더 포함하는 배기 후처리 시스템.
  21. 제 17항에 있어서, 상기 배기 처리 유체는 요소 배기 처리 유체인 배기 후처리 시스템.
  22. 제 21항에 있어서, 상기 배기 처리 부품은 선택적 촉매 환원 부품인 배기 후처리 시스템.
  23. 제 20항에 있어서, 상기 펌프는 상기 배기 처리 주입 시스템으로부터 상기 배기 처리 유체를 퍼지하기 위하여 가역되는 배기 후처리 시스템.
  24. 제 17항에 있어서, 상기 복수의 밸브 각각 및 상기 주입 모듈들 각각을 제어하기 위한 컨트롤러를 더 포함하는 배기 후처리 시스템.
  25. 제 24항에 있어서, 상기 컨트롤러는 감소된 엔진 부하 기간 동안에 상기 복수의 밸브 각각을 폐쇄하도록 작동될 수 있고, 만일 각각의 레그의 밸브가 폐쇄되면, 상기 컨트롤러는 그 레그와 관련된 주입 모듈이 상기 각각의 레그 내로 상기 배기 처리 유체를 주입하는 것을 방지하도록 작동될 수 있는 배기 후처리 시스템.
  26. 제 1항에 있어서, 상기 커먼 레일 및 상기 회수 레일의 공기 퍼지를 위한 공기 펌프를 더 포함하는 배기 시스템.
  27. 제 8항에 있어서, 상기 커먼 레일 및 상기 회수 레일의 공기 퍼지를 위한 공기 펌프를 더 포함하는 배기 후처리 시스템.
  28. 제 17항에 있어서, 상기 커먼 레일 및 상기 회수 레일의 공기 퍼지를 위한 공기 펌프를 더 포함하는 배기 후처리 시스템.
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