KR20160061995A - 흐름 분할 부재 및 혼합 가이드 부재를 포함하는 배기 가스 처리 유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배기 가스 처리 유닛(1)에 관한 것으로, 이 배기 가스 처리 유닛(1)은, 적어도, 입구 개구(3)와 출구 개구(4)를 구비하는 배기 가스용 공급 라인(2); 상기 공급 라인(2)이 상기 출구 개구(4)에 의해 내부로 연장되고 적어도 상기 공급 라인(2) 주위로 중간 챔버(6)를 형성하는 하우징(5); 상기 하우징(5) 내에 출구 챔버(7)를 포함하되, 상기 출구 챔버는 상기 공급 라인(2)에 대하여 측방향으로 배열되고, 분할 디바이스(8)가 상기 중간 챔버(6)와 상기 출구 챔버(7) 사이에 제공되며, 상기 중간 챔버(6)로부터 오는 배기 가스는 적어도 2개의 부분 스트림(9, 10)으로 분할되고, 이 적어도 2개의 부분 스트림은 상기 분할 디바이스(8)에 형성된 적어도 2개의 개구(11, 12)를 통해 대향하는 방향으로 상기 출구 챔버(7)로 안내될 수 있는 방식으로 설계된다. 본 발명에 따른 배기 가스 처리 유닛에 의해 환원제를 분사하는 경우, 과도한 역압이 공정에서 생성됨이 없이 작은 전체 공간에서 배기 가스를 양호하게 혼합하고 균일화할 수 있다.

Description

흐름 분할 부재 및 혼합 가이드 부재를 포함하는 배기 가스 처리 유닛{EXHAUST GAS TREATMENT UNIT COMPRISING FLOW DIVIDING AND MIXING GUIDE ELEMENTS}

본 발명은 바람직하게는 근접-결합된 사용을 위해 자동차용 배기-가스 처리 유닛에 관한 것이다.

배기-가스 처리 분야에서 증가하는 요구에 대하여, 가능한 한 균일한 배기-가스 혼합물을 작은 공간에서 생성하여, 배기 가스를 최적으로 처리하는 것이 필요하다. 특히 SCR(selective catalytic reactor) 배기-가스 처리 몸체(선택적 촉매 반응기)에서, SCR 배기-가스 처리 몸체의 (촉매로 활성화된) 전체 단면적에 걸쳐 배기 가스와, 첨가된 환원제, 예를 들어, 특히 요소-수용액(urea-water solution)을 양호하게 혼합하는 것이 필요하다.

나아가, 자동차 공학 분야에서 현대 내연 기관에 의해 생성된 배기 가스는 상대적으로 저온이어서, 이에 따라 배기-가스를 처리하는 특정 변환 반응을 위하여, 배기-가스 처리 몸체를 근접-결합된 위치에 수용하는 것이 유리한 것으로 고려되어야 한다.

근접-결합된 사용을 위해 이미 수립된 배기-가스 처리 유닛은 예를 들어 WO 2010/142647에 제시되어 있다. 배기-가스 처리 유닛을 측방향으로 오버랩하여 배열하는 것에 의해, 특히 컴팩트한 배기-가스 처리 유닛을 실현하는 것이 가능하다.

종래 기술에서, 여러 다른 근접-결합된 개념이 또한 알려져 있으나, 이 개념은 구조의 사이즈, 유입 배기 가스의 균일성 및/또는 배기-가스 처리 몸체의 단면적에 걸쳐 배기-가스 부품을 분배하는 것에 있어서 개선 가능성이 여전히 있는 것으로 보인다.

이것을 시작 점으로 취하면, 본 발명의 목적은 종래 기술에 알려진 단점을 적어도 부분적으로 해결하는 것이다. 특히, 자동차를 위한 배기-가스 처리 유닛으로서, 상기 배기-가스 처리 유닛은 특히 컴팩트한 구조적 사이즈를 구비하고 유입 배기 가스의 균일성을 타깃화하여 조절하거나 및/또는 상기 배기-가스 처리 몸체의 단면적에 걸쳐 배기-가스 부품을 타깃화하여 분배할 수 있는, 상기 배기-가스 처리 유닛을 제시하는 것이 추구된다.

상기 목적은 독립 청구항의 특징에 의해 달성된다. 종속 청구항은 유리한 개선에 관한 것이다.

여기서, 이에 따라 적어도 다음 부품들을 포함하는 배기-가스 처리 유닛이 제시된다:

- 진입 개구와 출구 개구를 구비하는 배기 가스용 공급 라인;

- 상기 공급 라인이 상기 출구 개구에 의해 내부로 연장되고 적어도 상기 공급 라인 주위에 중간 공간을 형성하는 하우징; 및

- 상기 하우징 내에 출구 공간(여기서 상기 출구 공간은 상기 공급 라인에 대하여 측방향으로 배열된다).

나아가, 상기 중간 공간과 상기 출구 공간 사이에 분할 디바이스가 제공되고, 상기 중간 공간은, 상기 중간 공간으로부터 나가는 배기 가스를 적어도 2개의 부분 스트림으로 분할하고, 상기 2개의 부분 스트림은, 상기 출구 공간 방향으로, 상기 분할 디바이스에 의해 형성된 적어도 2개의 개구에 의해 대향하는 방향으로 상기 출구 공간으로 안내될 수 있도록 설계된다.

상기 배기-가스 처리 유닛은 기본적으로, 작은 구조적 공간에서, 전체 단면에 걸쳐 (균일하게) 분배된 균일한 배기-가스 혼합물을 달성하도록 설계된다. 여기서, 상기 배기 가스는 배기 가스용 공급 라인을 통해 (측방향 위치에 형성된) 중간 공간으로 안내된다. 상기 공급 라인은 별개의 부품이거나 또는 배기 트랙트(tract)에 있는 배기 라인 부분이다.

상기 하우징은 (적어도 부분적으로 둘러싸는) 중간 공간이 상기 공급 라인과 상기 하우징 사이에 형성되도록 상기 공급 라인으로부터 이격된다. 상기 공급 라인은 이 경우에 상기 하우징에 의해 전체적으로 둘러싸이거나 또는 외부로부터 상기 하우징으로 연장되고, 상기 하우징은 통로 구역에서 상기 공급 라인에 (가스-기밀(gas-tight) 방식으로) 연결될 수 있다. 특히 바람직하게는 상기 하우징은 상기 공급 라인의 통로 구역에서만 상기 공급 라인에 연결되고, 다른 곳에서는 상기 하우징으로 연장되는 상기 공급 라인으로부터 이격된다. 상기 중간 공간은 바람직하게는 상기 출구 공간을 제외하고는 상기 하우징과 상기 공급 라인 사이에 실질적으로 전체 외주방향 구역을 둘러싼다.

나아가, 상기 하우징은 (또한) 상기 공급 라인에 대하여 측방향으로 배열된 출구 공간을 형성한다. "측방향" 배열이란 상기 출구 공간이 상기 공급 라인에 의해 적어도 부분적으로 오버랩되거나 또는 상기 출구 공간이 상기 공급 라인의 쉘(shell) 표면 구역의 외부에 위치되는 것을 의미한다. 여기서, 특히, 상기 공급 라인의 출구 개구로부터 상기 출구 공간으로 가는 선형 흐름 경로가 존재하지 않아서, 상기 배기 가스가 상기 공급 라인으로부터 상기 출구 공간에 들어가기 위해서는 적어도 하나의 (단일 또는 다수의) 흐름 역전이 있어야 하는 상황이 발생된다. 예를 들어, 상기 공급 라인은 상기 배기 가스의 평균 흐름 방향에 대응하는 축 주위로 (파이프 방식으로) 실질적으로 선형인 크기를 구비한다. 상기 하우징은, 상기 공급 라인의 적어도 일부에 걸쳐, 이 공급 라인에 대해 외부쪽으로 오프셋되어 있고, 상기 배기 가스가 상기 공급 라인으로부터 흐름 방향으로 전방으로 선형으로 흐르는 것을 방지하는 캡을, 상기 출구 개구의 전방에, 형성한다. 상기 하우징은 상기 공급 라인에 대해 측방향으로 배향된 출구를 형성하는데, 다시 말해 이 출구는 특히 상기 공급 라인에 대해 외부쪽으로 (병렬로) 오프셋된 상기 하우징의 벽에 배열되고, 이에 따라 특히 상기 캡에 배열되지 않는다. 상기 출구의 전방에는 상기 출구 공간이 위치되고, 이 출구 공간은 바람직하게는 상기 공급 라인과 상기 출구 사이에 연장된다.

상기 출구 공간은 상기 분할 디바이스에 의해 상기 중간 공간으로부터 분리될 수 있다. 이것은 가스-기밀 분리가 있다는 것을 의미하는 것이 아니라; 상기 분할 디바이스에 의해 전환(diverted)된 흐름이 상기 출구 공간으로 안내되고, 상기 출구 공간은 상기 하우징의 출구의 반대쪽에 형성된다. 이에 따라 상기 출구 공간은 상기 분할 디바이스에 의해 한정(delimited)되고, 여기서 상기 개구는, 그 개구 영역을 통해, 또한 상기 출구 공간의 (가상) 한정을 형성한다. 다시 말해, 이것은 특히 상기 출구 개구로부터 오는 배기 가스가 초기에 상기 중간 공간에 들어가고, 무-방향성이고, 뒤얽혀, 바람직하게는 난류(turbulent)인 배기-가스 흐름이 적어도 하나의 흐름 역전으로 인해 생성되는 것을 의미한다. 상기 배기-가스 흐름은, 상기 분할 디바이스에 의해, 상기 개구를 통해 상기 출구 공간으로 타깃화된 방식으로 또는 상기 배기-가스 흐름이, 전이부에서, 적어도 2개의 부분 스트림으로 분할되는 방식으로, 상기 부분 스트림은 방향성 있는 방식으로 안내되고; 구체적으로, (각 경우에 2개의 부분 스트림은) 서로 대향하여 배향된다. 이것은 특히 상기 분할 디바이스가 상기 하우징과 상기 공급 라인 사이에서는 상기 중간 공간을 부분적으로 폐쇄하고, 다른 구역에서는 개구를 형성하는 것으로 달성된다.

상기 부분 스트림이 (특히 상기 출구 공간의 단면에서) 대향하는 방향으로 도입되는 것으로 인해, 상기 부분 스트림은 큰 혼합 공간을 요구함이 없이 특히 효과적인 방식으로 함께 혼합된다. 이런 방식으로, 상기 전체 구조적 사이즈가 크게 감소되고, 동시에, 상기 배기 가스의 높은 균일성 레벨이 달성된다. 나아가, 상기 배기 가스는, 이들 부분 스트림이 대향하는 것으로 인해, 흐름을 전달할 수 있는 최대 이용가능한 단면에 걸쳐 (방사방향으로) 확대되어, 상기 출구 공간을 상기 배기 가스로 균일하게 충전할 수 있다. 또한, 상기 부분 스트림은 방향성이고 이에 따라 거의 스월(swirling)이 없고 상기 하우징 또는 상기 출구 공간에 (사실상) 흐름 섀도우 존(flow shadow zone)이 없이 혼합되기 때문에 역압(back pressure)이 특히 높지 않다.

제시된 배기-가스 처리 유닛의 배기 가스는, 이들 부분 스트림에서, 상기 공급 라인과 상기 하우징 사이 상기 중간 공간에 형성된 케이싱 볼륨에 놓여 있는 방향으로, 예를 들어, 외주방향으로, 바람직하게는 대향하게 향한다.

제1 배기-가스 처리 몸체, 예를 들어 디젤 산화 촉매 컨버터가 상기 공급 라인에 위치되고, 이에 의해 상기 배기 가스가, 바람직하게는 층류(laminar) 방식으로, 상기 공급 라인의 축방향 배향으로, 상기 중간 공간에 들어가는 것이 바람직하다. 벌집형 몸체(honeycomb body)가 이 목적을 위해 사용될 수 있다. 나아가, 환원제, 예를 들어, 요소-수용액 또는 암모니아를 주입(dosing)하는 주입 유닛이, 상기 중간 공간 및/또는 출구 공간으로 개방되는 것이 바람직하고, 상기 환원제는 가스 및/또는 액적 형태(droplet form)로 도입되고 여기서 제시된 배기-가스 처리 유닛에서 흐름이 가이드되는 것으로 인해 배기 가스와 균일하게 혼합된다.

바람직한 실시예는 가스 암모니아를 주입하는 주입 유닛 또는 (분무되는) 액체 환원제를 계량하여 주입하는 주입 유닛을 제공하고, 상기 주입 유닛은, 배기-가스 흐름에 대해, 적어도 엔진으로부터 주변으로 방출 방향으로 배기-가스 흐름에 대해, 상기 제1 배기-가스 처리 몸체 쪽에 방향성 부품을 구비하지 않는 스프레이 콘(spray cone)을 형성한다. 이 경우에, 상기 제1 배기-가스 처리 몸체는 유리하게는 순수 디젤 산화 촉매 컨버터이다.

다른 실시예에서, 액체 (분무되는) 환원제는 상기 제1 배기-가스 처리 몸체로부터 나오는 배기 가스의 주 흐름 방향과 적어도 부분적으로 반대 방향으로 계량된다. 여기서, 상기 환원제는 상기 공급 라인의 출구 개구에 그리고 그리하여 상기 제1 배기-가스 처리 몸체의 출구 측에 잘 분배된 방식으로 적용될 수 있다. 상기 출구 개구의 구역에서, 상기 제1 배기-가스 처리 몸체는 바람직하게는 환원제를 암모니아와 용매로 분해하는 것을 지원하는 가수 분해 코팅(hydrolytic coating)을 구비한다. 상기 제1 배기-가스 처리 몸체는 이 경우에 상기 출구 측에 인접한 구역에서 전체 길이의 대략 10%에 걸쳐 매우 특히 바람직하게는 가수 분해적으로 코팅되고, (전체) 나머지 구역에 걸쳐 디젤 산화 촉매로 코팅된다. 이 실시예에서, 이용가능한 혼합 공간이 작은 것에도 불구하고, 요구되는 환원제 양을 저장하거나 버퍼링하는 것이 가능하고, 특히 배기-가스 흐름율이 상대적으로 낮은 상태에서 주입 유닛이 보호된다.

두 경우 모두, 상기 환원제는 매우 일찍, 다시 말해, 방출 방향으로 보았을 때 늦어도 상기 제1 배기-가스 처리 몸체의 출구 개구 바로 하류에서 계량된다. 따라서, 상기 제1 배기-가스 처리 몸체의 출구 개구와 상기 제2 배기-가스 처리 몸체의 입구 개구 사이에 전체 경로가 혼합을 위하여 사용될 수 있다.

상기 배기-가스 처리 유닛의 추가적인 유리한 실시예에서, 상기 출구 공간은 상기 제2 배기-가스 처리 몸체의 입구 개구에 인접한다.

이 바람직한 예시적인 실시예에서, 상기 출구 공간은 상기 배기 가스의 전체 혼합 챔버를 형성한다. 상기 출구 공간은, 이 경우에, 상기 입구 개구에 의해, 상기 출구 공간에 바로 인접한 제2 배기-가스 처리 몸체에서 처리되기 위하여 상기 분할 디바이스에 의해 배기 가스를 적절히 혼합하고 균일화하도록 구성된다. 특히 바람직한 변형에서, 상기 하우징은 상기 공급 라인의 단면에 대해 병렬로 그리고 바람직하게는 동심으로 이격된 파이프 단면을 형성하고, 상기 제2 배기-가스 처리 몸체의 입구 개구는 중간 부재 없이 상기 하우징 벽에 바로 인접한다. 여기서, 상기 입구 개구는 상기 배기-가스 처리 몸체의 입구를 한정하고 상기 입구 개구로부터 상기 배기 가스의 (촉매) 처리가 이미 진행되게 일어나는 것이 주목된다. 예를 들어, 상기 배기 가스는, 바람직하게는 상기 출구 공간에 바로 인접하여 금속 호일 또는 세라믹 압출체(extrudate)로부터 구성된 촉매로 코팅된 벌집형 몸체에 도달한다.

상기 제2 배기-가스 처리 몸체는 특히 바람직하게는, 예를 들어, 그 입구 개구가 상기 하우징의 축방향 배향에 대해 비스듬히 배열되거나 또는 횡방향으로 배열되어 상기 입구 개구와 상기 출구 공간 사이 전이부에 순수 원형 단면에서 벗어나는 단면이 제공된다. 이런 방식으로, 상기 제2 배기-가스 처리 몸체의 바람직하게는 평면 진입 개구가 가스-기밀 연결을 형성하는 것이 가능하다. 여기서, 이 실시예의 초점은 추가적인 중간 부재가 제공되지 않는 것에 있다. 상기 출구 공간은 상기 중간 공간과 상기 출구 공간으로 구성된 혼합 챔버의 적어도 단부 구역을 형성한다. 이에 따라 큰 공간적 크기 없이 및 과도한 역압 없이 우수한 혼합을 달성할 수 있다. 특히 상기 출구 공간의 축방향 크기, 다시 말해 개구로부터의 간격 및/또는 상기 입구 개구로 가는 공급 라인의 쉘 표면은, 100㎜[밀리미터] 미만, 바람직하게는 65㎜ 미만 또는 심지어 50㎜ 미만인 것이 바람직하다. 상기 환원제가 주입되고 및/또는 상기 배기-가스 처리 몸체들이 서로에 대해 배향되는 방식을 고려하기 위하여, 그 축방향 크기는 또한 예를 들어, 20㎜[밀리미터] 또는 35㎜와 같은 최소 축방향 크기를 구비하여야 한다.

상기 제2 배기-가스 처리 몸체는 예를 들어 SCR(selective catalytic reduction) 촉매 컨버터이다. 여기서, 상기 중간 공간 및/또는 출구 공간에 환원제를 도입하는 것과 함께, 상기 배기 가스에 환원제를 특히 균일하게 분배하고, 상기 배기 가스가 상기 제2 배기-가스 처리 몸체의 진입 표면으로 들어가기 전에 혼합물을 최대 방사방향으로 전파할 수 있다.

상기 배기-가스 처리 유닛의 추가적인 유리한 실시예에서, 상기 분할 디바이스는 적어도 하나의 제1 가이드 부재와 하나의 제2 가이드 부재를 구비하고, 상기 제1 가이드 부재는 제1 별개의 시트-금속 부재로 형성되고, 상기 제2 가이드 부재는 제2 별개의 시트-금속 부재로 형성되고, 이 시트-금속 부재들은 서로 이격된다.

상기 제1 가이드 부재는 특히 상기 출구 개구와 상기 출구 공간의 출구 사이에 배기 가스를 위한 직접 또는 최단 흐름 경로를 차단하여 상기 배기 가스의 혼합을 여기서 이미 지원하는 기능을 한다. 특히, 상기 하우징에서 배기 가스의 흐름 경로가 원치 않게 짧은 것 또는 상주 시간이 원치 않게 짧은 것은 상기 제1 가이드 부재에 의해 방지된다. 상기 제2 가이드 부재는 특히 상기 제1 가이드 부재에 의해 전환되는 상기 배기-가스 흐름을 적어도 2개의 부분 스트림으로 분할하고, 상기 부분 스트림들 중 적어도 하나를 추가적인 개구에 공급하기 위하여 형성된다. 여기서, 상기 제1 가이드 부재와 상기 제2 가이드 부재는 상기 부분 스트림들 중 적어도 2개가 상기 개구를 통해 대향하는 방향으로 안내되도록 서로에 대해 배열된다.

특히 간단히 제조하고 유연하게 조립하기 위하여, 상기 가이드 부재는 별개의 시트-금속 부재들로 형성되는 것이 제안된다. 그러나 상기 시트-금속 부재는, 용이한 처리를 제외하고, 작은 재료 두께를 가지고 우수한 안정성을 나타내어서, 과도하게 작은 구조적 공간을 차지하지 않는 추가적인 장점을 가지고 있다. 상기 시트-금속 부재는 바람직하게는 적절한 라운딩과 곡선으로 형성되어, 흐름 분리와 그에 따라 흐름 섀도우 존이 생기는 것을 방지한다.

상기 배기-가스 처리 유닛의 추가적인 유리한 실시예에서, 상기 분할 디바이스는 상기 출구 공간의 양 측면에 배열된 적어도 하나의 제1 가이드 부재와 하나의 제2 가이드 부재를 구비한다. 여기서, 이들 가이드 부재는 적어도 부분적으로 서로 평행하거나 및/또는 상기 출구 개구에 평행하게 배열되는 것이 바람직하다.

상기 제1 가이드 부재와 상기 제2 가이드 부재에 의해, 상기 적어도 2개의 부분 스트림은 상기 분할 디바이스에 의해 출구 공간으로 방향성 있는 방식으로 안내되고, 상기 부분 스트림들 중 적어도 2개는 대향하는 방향으로 서로를 향한다. 여기서, 상기 제1 가이드 부재와 상기 제2 가이드 부재는 상기 부분 스트림의 궁극적인 배향을 한정하도록 항상 설계되어야 하는 것은 아니고; 상기 흐름이 부분 스트림으로 원활히 전환되고 상기 개구에 공급되는 것만으로도 충분할 수 있다. 이런 점에서, 상기 가이드 부재들 중 적어도 하나는 상기 공급 라인의 출구 개구에 병렬로 배열되어, 상기 부분 스트림이 역압을 거의 생성하지 않게 전환될 수 있는 것이 특히 유리하다. 특히, 전환은 90°만큼 이루어지는데, 다시 말해 상기 출구 개구로부터 오는 배기 가스의 흐름 방향과 수직으로 배향되는 평면으로 이루어진다. 이미 이런 방식으로 유리한 혼합을 미리 실현할 수 있고, 여기서, 적절한 균일성은 아직 달성되지 않았다.

상기 가이드 부재를 상기 출구 공간의 양 측면에 배열하는 것에 의해, 상기 배기 가스가 상기 개구에 타깃화된 방식으로 안내되는 것이 보장된다. 상기 서로에 대해 부분적으로 병렬로 배열하고, 바람직하게는 상기 개구를 통과하는 배기 가스의 진입 방향에 대해 상기 가이드 부재를 횡방향으로 배열하는 것에 의해, 상기 배기 가스는 (사실상) 동일한 흐름 특성을 가지고 출구 공간으로 도입되어, 특히 균일한 혼합이 여기서 지원되는 것이 보장된다. 이에 따라 상기 가이드 부재들이 각 개구로 전이하는 구역에서 서로 병렬로 배향되고, 상기 개구들이 또한 서로 병렬로 배향되는 것이 특히 바람직하다. 이러한 흐름 전환을 통해, 특히 흐름을 분리할 수 있고, 이에 따라 또한 흐름 섀도우 존이 생기는 것을 방지할 수 있다. 흐름 섀도우 존은 혼합 공정에 기여하지 않고, 이용가능한 혼합 공간을 제한하여서, 상기 역압을 잠재적으로 증가시킨다. 상기 전환은 매우 특히 바람직하게는, 층류가 유입되는 경우, 층류 흐름 상태가 중단되지 않고, 다시 말해 유지되도록 설계된다. 그러나, 여기서 확산 혼합에 더하여 운동에 의한 혼합도 일어나는 것으로 인해 상기 배기 가스는 바람직하게는 상기 중간 공간과 상기 출구 공간에서 난류 방식으로 흐른다.

상기 배기-가스 처리 유닛의 추가적인 유리한 실시예에서, 상기 분할 디바이스는 적어도 하나의 제1 가이드 부재와 하나의 제2 가이드 부재를 구비하고, 상기 제2 가이드 부재는 상기 출구 개구에 대해 경사지게 상기 공급 라인에 대해 측방향으로 상기 중간 공간으로 연장되는 가이드 구획을 구비한다.

상기 가이드 구획을 통해, 상기 공급 라인의 벽을 통해 유입되는 배기 가스는 2개의 부분 스트림으로 분할되고, 상기 출구 개구에 대해 상기 가이드 구획이 경사진 것으로 인해, 상기 배기-가스 흐름을 가이드하여 전환하는 것이 달성된다. 이 바람직한 실시예에서, 상기 제1 시트-금속 부재에 의해, 상기 배기 가스는 상기 배기-가스 흐름의 적어도 주요 부분이 상기 중간 공간에서 공급 라인의 외부 외주 주위로 가이드되고, 거기서 상기 가이드 구획에서 도달하여, 상기 2개의 부분 스트림으로 분할되도록 전환된다. 이런 방식으로, 특히 낮은 역압이 생성될 수 있고, 동시에 상기 배기-가스 스트림이 다수의 대향하게 향하는 부분 스트림으로 분할될 수 있다.

상기 가이드 구획이 선형 경사를 가지지 않고 적어도 부분 스트림을 경사진 각도로 전환하는 실시예도 가능하다. 이를 위해, 상기 가이드 구획은 예를 들어 제1 유입 구역에서 유입 방향과 병렬로 배향되고 나서, 적어도 하나의 곡률 반경, 바람직하게는 2개의 반대 곡률 반경으로 개구까지 굴곡될 수 있다. 이에 따라 상기 가이드 구획은 또한, 예를 들어, 상기 출구 개구와 병렬로 배향되는 구역을 가지는 것이 배제되지 않는다. 상기 가이드 구획은 원활한 전환 또는 원활한 분할이 가능하도록 설계되는 것이 중요하다.

상기 배기-가스 처리 유닛의 추가적인 유리한 실시예에서, 상기 개구를 형성하는 상기 분할 디바이스의 적어도 하나의 부분은 일체형 방식으로 하우징에서 형성된다.

이 특히 바람직한 실시예에서, 추가적인 구조적 부재가 제공되지 않고, 상기 하우징 그 자체는 상기 분할 디바이스를 형성하고, 상기 분할 디바이스의 가이드 표면은 상기 하우징에서 오목부와 볼록부로 형성된다. 이것은 예를 들어 하나의 형성 도구에 의해 추가적인 조인트 공정 없이 상기 분할 디바이스를 형성할 수 있어서 특히 간단한 제조를 가능하게 하여, 특히 대량 생산에 적절하다. 특히, 이 실시예에서, 상기 공급 라인은 상기 하우징에 억지 끼워맞춤 방식으로 용이하게 삽입될 수 있다.

상기 배기-가스 처리 유닛의 추가적인 유리한 실시예에서, 상기 개구들은 서로 대향되게 배향된다. 상기 개구들은 바람직하게는 또한 서로에 대해 오프셋되어 배열된다.

서로 대향하게 개구들을 배열하는 것에 의해, 특히 우수한 균일화가 작은 공간에서 달성된다. 특히, 상기 개구들이 서로에 대해 오프셋되어 배열되는 것에 의해, 스월 흐름이 생성될 수 있어, 특히 낮은 역압 액션으로 균일화를 구현할 수 있다. 매우 특히 바람직하게는 3개 또는 4개의 부분 스트림이 제공될 수 있고, 여기서 2개는 서로 대향하여 (정반대쪽에) 배향되고, 적어도 하나의 추가적인 부분 스트림은 대향하는 부분 스트림에 대해 횡방향으로 배향된다. 매우 특히 바람직하게는 단 2개의 부분 스트림만이 대향하여 배향되고 단면 구성에 의해 (약간) 가속되어, 추가적인 부분 스트림을 원활히 혼합하는 흡입 액션이 생성될 수 있다. 특히, 2개의 대향하는 부분 스트림은 이 경우에 더 작은 볼륨 부분을 구비하여, 가속으로 인해 역압이 낮게 유지되고 그럼에도 불구하고 흡입 효과는 부분 스트림을 우수하게 (운동에 의해) 혼합할 수 있다.

배기-가스 처리 디바이스의 추가적인 유리한 실시예에서, 적어도 하나의 가이드 표면, 바람직하게는 금속 시트는, 적어도 하나의 개구 구역에 제공되고, 상기 가이드 표면은 바람직하게는 개구의 유출 방향에 대해 적어도 부분적으로 경사지게 배열된다.

상기 적어도 하나의 가이드 표면은 흐름 방향으로 보았을 때 개구의 상류 및/또는 하류에 배열될 수 있다. 상기 개구의 상류 가이드 표면은 원하는 흐름 방향을 상기 출구 공간으로 특히 타깃화된 전이를 보장하여, 흐름 정체 등이 회피된다. 상기 개구의 하류 가이드 표면에 의해, 상기 흐름은 상기 출구 공간에서 더 전환되거나, 또는 거기서 처음으로 원하는 흐름 방향으로 전환될 수 있다. 상기 후자의 배열은, 이런 방식으로, 공간적 이유 때문에, 배기-가스 부분 스트림을 더 원활히 전환할 수 있는 경우, 매우 작은 배열의 경우에 특히 유리할 수 있다.

하나 이상의 금속 시트로 구성된 상기 가이드 부재 또는 상기 가이드 표면의 바람직한 설계 변형은 특히 간단히 제조할 수 있다. 여기서, 상기 금속 시트는 별개의 부재로 제공되거나, 또는 상기 분할 디바이스를 형성하는 금속 시트와 일체로 형성되거나, 또는 상기 하우징과 일체로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 금속 시트는 상기 하우징으로부터 상기 공급 라인으로 중간 공간을 가교(bridge)하거나, 또는 일측으로부터 상기 중간 공간으로 돌출할 수 있다.

상기 배기-가스 처리 디바이스의 추가적인 유리한 실시예에서, 상기 분할 디바이스는 부분 스트림이 서로 전방에 또는 일정 각도로 도달하도록 배향된 적어도 하나의 가이드 표면을 포함한다.

부분 스트림들이 서로 전방에 도달하도록 전환하는 것을 통해, 특히 강렬한 혼합을 달성하여, 극히 작은 공간에서 특히 우수한 균일화를 달성한다. 상기 부분 스트림이 서로 일정 각도로 도달하도록 전환하는 경우, 상기 부분 스트림은 서로 교차하여, 특히 원활한 혼합을 달성하고, 그럼에도 불구하고 다수의 작은 난류 소용돌이가 발생하여 배기 가스를 우수하게 (운동에 의해) 혼합하고 균일화할 수 있다.

본 발명의 추가적인 측면에 따라, 배기 라인을 갖는 내연 기관을 구비하는 자동차가 제시되고, 여기서 상기 배기 라인은 본 발명에 순응하거나 또는 유리한 것으로 여기서 제시된 배기-가스 처리 유닛을 포함한다.

여기서, "자동차"란 특히 중량 상품 차량과 여객 자동차를 말하고, 이 용어는 또한 선박, 기관차 및 항공기를 말한다. 내연 기관은 이 경우에 디젤 엔진 또는 가솔린 엔진일 수 있고, 상기 배기-가스 처리 유닛은 특히 희박-연소 내연 기관에 적절하다. 상기 배기 라인은 상기 연소 챔버, 일반적으로 실린더 또는 스위프(sweep)된 볼륨에 직접 연결되고, 이 경우에 소위 배기 다기관을 포함한다. 배기 라인에서, 상기 배기 가스는 (촉매) 처리를 받고, 잡음 소거를 수행하고, 상기 배기 가스는 냉각되어, 배기-가스 표준에 순응하는 형태로 환경으로 방출된다. 이 공정에서, 최저 가능한 역압이 생성되어야 상기 내연 기관은 최고 가능한 성능 레벨을 달성할 수 있다. 여기서 제시된 배기-가스 처리 유닛은 특히 작은 구조적 공간에, 매우 바람직하게는 상기 배기 다기관 구역에 사용하기에 적절하다. 구체적으로 희박-연소 내연 기관의 경우에, 배기-가스 처리는 낮은 배기-가스 온도로 인해 보다 곤란하여, 가능한 가장 근접-결합된 배열이 바람직하다. 여기서 제시된 배기-가스 처리 유닛을 통해, 배기-가스 처리 몸체는 엔진 베이(engine bay) 내 다른 부품과 공간을 경쟁함이 없이 상기 연소 챔버의 출구에 매우 가까이, 특히 50㎝ 미만의 간격으로, 특히 바람직하게는 20㎝ 미만의 간격으로 배열될 수 있는데; 이것은 상기 배기-가스 처리 유닛의 크기가 상기 배기 다기관의 크기보다 거의 크지 않기 때문이다. 특히 바람직하게는 터보차저는 상기 연소 챔버의 출구와 상기 배기-가스 처리 유닛 사이에 배열되지 않고, 요구되는 터보차저는 방출 방향으로 상기 배기-가스 처리 유닛의 하류에 위치된다. 구체적으로, 상기 터보차저는 강한 배기-가스 냉각을 야기하여, 특히 질소 산화물을 변환하는데, 상기 연소 챔버에 가까이 배열하는 것이 특히 효율적이다.

동시에, 여기서 제시된 상기 배기-가스 처리 유닛은, 특히 희박 연소로 인해 배기 가스에서 질소 산화물을 감소시키기 위하여 선택적 촉매 반응을 위한 환원제를 분사하는 경우, 특히 낮은 역압으로 동시에 우수한 혼합과 균일화를 수행할 수 있다.

특허 청구항에 개별적으로 제시된 특징부는 임의의 원하는 기술적으로 의미있는 방식으로 서로 결합될 수 있고, 상세한 설명에 있는 설명 사항과 도면에 있는 사항에 의해 보충되어 본 발명의 추가적인 설계 변형이 제시될 수 있다.

본 발명과 기술 분야는 도면에 기초하여 아래에 보다 상세히 설명된다. 도면은 특히 바람직한 예시적인 실시예를 도시하지만, 본 도면으로 본 발명이 제한되는 것은 아니다. 특히, 도면과 특히 이 도면에 도시된 비율은 단지 개략적인 것으로 이해된다.
도 1은 2개의 시트-금속 부재를 갖는 배기-가스 처리 유닛을 도시하는 도면;
도 2는 분할 디바이스를 갖는 공급 라인을 도시하는 도면;
도 3은 하류에 배기-가스 처리 몸체가 연결된 배기-가스 처리 유닛을 도시하는 도면;
도 4는 배기-가스 처리 유닛의 분할 디바이스와 일체로 형성된 하우징을 도시하는 도면;
도 5는 도 4에 있는 것과 같은 하우징의 다른 형태를 도시하는 도면; 및
도 6은 내연 기관과 배기 라인을 갖는 자동차를 개략적으로 도시하는 도면.

도 1은, 분할 디바이스(8)가 제1 가이드 부재(16)와 제2 가이드 부재(17)로 형성되고, 이 제1 가이드 부재와 제2 가이드 부재가 공급 라인(2)에서 배기-가스 처리 유닛(1)의 하우징(5) 내에 별개의 시트-금속 부분들로 배열되어 있는, 배기-가스 처리 유닛(1)을 도시한다. 공급 라인(2)에는 제1 배기-가스 처리 몸체(14)가 위치되는데 이 제1 배기-가스 처리 몸체 안으로 배기 가스가 (이 도면에서 우측에 있는) 진입 개구(3)를 통해 유입되고 이 제1 배기-가스 처리 몸체 밖으로 배기 가스가 (이 도면에서 좌측에 있는) 출구 개구(4)에서 다시 배출된다. 제1 가이드 부재(16)로 인해, 유출 배기 가스는 출구 개구(4)로부터 출구 공간(7)으로 직접 흐를 수 없고, 부분적으로, 공급 라인(2)을 통해 제1 개구(11)와 제2 개구(12)를 통해 제1 부분 스트림(9)과 제2 부분 스트림(10)으로서 출구 공간(7)으로 안내된다. 나아가, 부분 스트림(9, 10)을 배향하기 위하여, 제1 가이드 표면(19)은 제1 개구(11)에 제공되고, 제2 가이드 표면(20)은 제2 개구(12)에 제공된다. 출구 공간(7)은 입구 개구(13)에 직접 인접한다.

도 2는 도 1에 도시된 것과 상이한 시야에서 제1 가이드 부재(16)와 제2 가이드 부재(17)를 갖는 공급 라인(2) 그 자체를 도시한다. 여기서 배기 가스는 진입 개구(3)를 통해 공급 라인(2)으로 흐르고 출구 개구(4)로부터 유출 방향(21)으로 (하우징(5)이 도시되지 않은 것으로 인해 여기서 한정되지 않은) 중간 공간(6)으로 흐르는 것을 볼 수 있다. 제1 가이드 부재(16)에 의해, 배기 가스의 적어도 일부는 공급 라인(2) 주위로 전환되고, 거기서부터, 제2 가이드 부재(17)의 가이드 구획(18)에 의해 추가적인 부분 스트림들로 분할된다. 여기서, 가이드 구획(18)은 출구 개구(4)에 대해 대략 45°로 경사지게 위치된다. 또한 명확히 한정되지 않은 출구 공간(7)에는, (약간) 가속된 제1 부분 스트림(9)이 제1 가이드 부재(16)와 제2 가이드 부재(17)를 통해, 특히 가이드 구획(18)을 통해 (도면의 우측으로부터) 계량되고, (약간) 가속된 제2 부분 스트림(10)은 제1 개구(11)와 제2 개구(12)를 통해 (도면의 좌측으로부터) 계량되고 제1 가이드 표면(19)과 제2 가이드 표면(20)에 걸쳐 안내된다. 나아가, 제3 부분 스트림(26)은 (도면의 바닥으로부터) (횡방향으로) 유입되고 제4 부분 스트림(27)은 가속된 제1 부분 스트림(9)과 제2 부분 스트림(10)에 의해 (도면의 상부로부터) 유입된다.

도 3은 도 1에 도시된 바와 같은 배기-가스 처리 유닛(1)의 구성을 도시하는데, 여기서, 출구 공간(7)은 제2 배기-가스 처리 몸체(15)의 입구 개구(13)에 인접한다. 이 도면에서, 중간 공간(6)은 하우징(5)과 공급 라인(2) 사이에 형성되는 반면, 출구 공간(7)은 분할 디바이스(8)와 입구 개구(13)에 의해 한정되는 것을 명확히 볼 수 있다.

도 4는, 여기서, 공급 라인(2)이 진입 개구(3)와 출구 개구(4)의 점선 라인에 의해 단지 도시된 배기-가스 처리 유닛(1)을 도시한다. 여기서, 배기-가스 처리 유닛(1)의 하우징(5)은 일체형 방식으로 분할 디바이스(8)를 형성하고, 여기서, 덕트는 제1 개구(11)와 제2 개구(12)에서 출구 공간(7)에 인접하게 형성된다.

도 5는, 여기서, 하우징(5)에서 제1 개구(11)와 제2 개구(12)를 명확히 볼 수 있는 도 4에 도시된 것과 상이한 관점의 배기-가스 처리 유닛(1)을 도시한다. 이 변형에서, 제1 부분 스트림(9)과 제2 부분 스트림(10)은 공급 라인의 외주 방향으로 서로 대향하여 배향된다.

도 6은, 배기 라인은, 예를 들어, 이전의 도면에 도시된 배기-가스 처리 유닛(1)을 포함하는 배기 라인(24)에 연결된 내연 기관(23)을 구비하는 자동차(22)를 개략적으로 도시한다. 이 바람직한 예에서, 배기-가스 처리 유닛(1)은 배기 다기관(28)에 직접 연결되고 엔진 베이(25)에 위치되어, 여기서 온도는 특히 높고, 희박-연소 내연 기관(23)의 경우에도, 특히 질소 산화물을 우수하게 변환할 수 있다. 이 효과는 터보차저(29)가 방출 방향으로 배기-가스 처리 유닛(1)의 하류에 배열되어서, 배기 라인(24)에서 온도가 터보차저(29)의 하류에서 처음으로 (상당한 정도로) 떨어지는 것에 의해 지원된다.

한편, 본 도면에 도시된 기술적인 특징의 조합은 일반적으로 본 발명을 제한하는 것이 아닌 것으로 이해된다. 예를 들어, 하나의 도면에 있는 기술적 특징은 다른 도면 및/또는 일반적인 설명에 있는 다른 기술적 특징과 결합될 수 있다. 이의 유일한 예외는 이 특징의 조합이 여기에 명시적으로 언급된 경우 및/또는 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 디바이스의 기본 기능이 더 이상 실현될 수 없다는 것을 인식하는 경우이다.

여기서 제시된 배기-가스 처리 유닛을 통해, 작은 구조적 공간에서, 특히 환원제를 분사하는 경우, 과도한 역압이 공정에서 생성됨이 없이 배기 가스를 우수하게 혼합하고 균일화할 수 있다.

1: 배기-가스 처리 유닛 2: 공급 라인
3: 진입 개구 4: 출구 개구
5: 하우징 6: 중간 공간
7: 출구 공간 8: 분할 디바이스
9: 제1 부분 스트림 10: 제2 부분 스트림
11: 제1 개구 12: 제2 개구
13: 입구 개구 14: 제1 배기-가스 처리 몸체
15: 제2 배기-가스 처리 몸체 16: 제1 가이드 부재
17: 제2 가이드 부재 18: 가이드 구획
19: 제1 가이드 표면 20: 제2 가이드 표면
21: 유출 방향 22: 자동차
23: 내연 기관 24: 배기 라인
25: 엔진 베이 26: 제3 부분 스트림
27: 제4 부분 스트림 28: 배기 다기관
29: 터보차저

Claims (10)

1. 배기-가스 처리 유닛(1)으로서, 적어도
   - 진입 개구(3)와 출구 개구(4)를 구비하는 배기 가스용 공급 라인(2);
   - 상기 공급 라인(2)이 상기 출구 개구(4)에 의해 내부로 연장되고 적어도 상기 공급 라인(2) 주위로 중간 공간(6)을 형성하는 하우징(5); 및
   - 상기 하우징(5) 내에 출구 공간(7)을 포함하되, 상기 출구 공간은 상기 공급 라인(2)에 대하여 측방향으로 배열되고,
   또한, 상기 중간 공간(6)과 상기 출구 공간(7) 사이에 분할 디바이스(8)가 제공되고, 상기 중간 공간은, 상기 중간 공간(6)으로부터 나오는 배기 가스가 적어도 2개의 부분 스트림(9, 10)으로 분할되며, 상기 2개의 부분 스트림은, 상기 출구 공간(7) 방향으로, 상기 분할 디바이스(8)에 의해 형성된 적어도 2개의 개구(11, 12)에 의해 대향하는 방향으로 상기 출구 공간(7)으로 안내될 수 있도록 설계된, 배기-가스 처리 유닛(1).
2. 제1항에 있어서, 상기 출구 공간(7)은 제2 배기-가스 처리 몸체(15)의 입구 개구(13)에 인접한, 배기-가스 처리 유닛(1).
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 분할 디바이스(8)는 적어도 하나의 제1 가이드 부재(16)와 하나의 제2 가이드 부재(17)를 구비하고, 상기 제1 가이드 부재(16)는 제1 별개의 시트-금속 부재로 형성되고, 상기 제2 가이드 부재(17)는 제2 별개의 시트-금속 부재로 형성되고, 상기 시트-금속 부재들은 서로 이격된, 배기-가스 처리 유닛(1).
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분할 디바이스(8)는 상기 출구 공간(7)의 양 측면에 배열된 적어도 하나의 제1 가이드 부재(16)와 하나의 제2 가이드 부재(17)를 구비하는, 배기-가스 처리 유닛(1).
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분할 디바이스(8)는 적어도 하나의 제1 가이드 부재(16)와 하나의 제2 가이드 부재(17)를 구비하고, 상기 제2 가이드 부재(17)는 상기 출구 개구(4)에 대해 경사지게 상기 공급 라인(2)에 대하여 측방향으로 상기 중간 공간(6)으로 연장되는 가이드 구획(18)을 구비하는, 배기-가스 처리 유닛(1).
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개구(11, 12)들의 적어도 일부를 형성하는 상기 분할 디바이스(8)는 일체형 방식으로 상기 하우징(5)으로부터 형성된, 배기-가스 처리 유닛(1).
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개구(11, 12)들은 서로 대향하여 배향된, 배기-가스 처리 유닛(1).
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 가이드 표면(19, 20)은 적어도 하나의 개구(11, 12) 구역에 제공되고, 상기 가이드 표면(19, 20)은 상기 개구(11, 12)의 유출 방향(21)에 대해 적어도 부분적으로 경사지게 배열된, 배기-가스 처리 유닛(1).
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분할 디바이스(8)는 부분 스트림(9, 10)이 서로 전방에 또는 일정 각도로 도달하도록 배향된 적어도 하나의 가이드 표면(19, 20)을 포함하는, 배기-가스 처리 유닛(1).
10. 배기 라인(24)을 갖는 내연 기관(23)을 포함하되, 상기 배기 라인(24)은 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 배기-가스 처리 유닛(1)을 포함하는, 자동차(22).

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