KR20180125088A - 차량용 도징모듈 - Google Patents

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KR20180125088A
KR20180125088A KR1020170058978A KR20170058978A KR20180125088A KR 20180125088 A KR20180125088 A KR 20180125088A KR 1020170058978 A KR1020170058978 A KR 1020170058978A KR 20170058978 A KR20170058978 A KR 20170058978A KR 20180125088 A KR20180125088 A KR 20180125088A
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Abstract

본 발명에 따른 차량용 도징모듈은 SCR촉매 전단부에 설치되어 배기가스를 공급하는 도징파이프; 도징파이프 내부에 요소수를 분사하도록 설치된 인젝터; 및 도징파이프 내부에 설치되어, 인젝터의 분사구 주위로부터 요소수 분사방향을 따라 연장되도록 형성된 가이드부재;를 포함할 수 있다.

Description

차량용 도징모듈 {DOSING MODULE FOR VEHICLE}
본 발명은 SCR 촉매 전단부 측에 요소수를 분사하는 도징모듈에 있어서, 분사된 요소수가 배기가스의 흐름으로 인해 역류되어 고형화되는 것을 방지하기 위해 고안된 차량용 도징모듈에 관한 것이다.
디젤엔진의 배기규제가 점차 심화되면서 엔진의 성능과 연비를 보장하면서도 질소산화물(NOX)을 저감시킬 수 있는 SCR(Selective Catalytic Reduction)시스템이 주요하게 사용되고 있다.
여기서, SCR시스템은 요소(UREA)수를 SCR촉매 전단에 분사시켜 암모니아(NH3)를 발생시키고, 이 암모니아가 질소산화물과 반응하여 인체에 무해한 질소가스(N2)로 전환되어 배출될 수 있도록 정화하는 시스템을 말한다.
한편, 최근 배기가스 규제가 더욱 강화됨에 따라, 이에 대응하기 위하여 산화촉매필터(DOC), 매연저감필터(DPF), 질소산화물저감필터(SCR)을 모두 통합한 배기가스 후처리 시스템이 개발되고 있다.
하지만, 저속 주행 시 요소수 인젝터의 입구부에 요소수가 응결되는 고형화 현상이 발생한다는 문제점이 있었다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-0774717 B1
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, SCR 촉매 전단부 측에 요소수를 분사하는 도징모듈에 있어서, 분사된 요소수가 배기가스의 흐름으로 인해 역류되는 것을 막기 위해 요소수 인젝터 주변에 가이드부재를 설치함으로써, 요소수가 고형화되는 것을 방지하는 차량용 도징모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 도징모듈은 SCR촉매 전단부에 설치되어 배기가스를 공급하는 도징파이프; 상기 도징파이프 내부에 요소수를 분사하도록 설치된 인젝터; 및 상기 도징파이프 내부에 설치되어, 상기 인젝터의 분사구 주위로부터 요소수 분사방향을 따라 연장되도록 형성된 가이드부재;를 포함할 수 있다.
상기 도징파이프에는 인젝터가 장착되는 보스부재;가 형성되고, 상기 가이드부재는 상기 보스부재에 결합되고, 상기 보스부재로부터 상기 인젝터의 요소수 분사방향을 따라 연장되도록 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 가이드부재는 메쉬(mesh) 타입의 형상으로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 가이드부재는 메쉬(mesh) 타입 형상에 의해 형성된 구멍 크기가 요소수의 미립자 크기보다 작게 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 가이드부재는, 메쉬(mesh) 타입으로 마련되어 상기 인젝터의 분사구 주위를 두르도록 형성된 제1층과, 메쉬(mesh) 타입으로 마련되고 상기 제1층의 외측을 감싸도록 형성된 제2층으로 구성된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 가이드부재의 제1층의 메쉬(mesh) 형상과 제2층의 메쉬(mesh) 형상은 서로 정렬되지 않도록 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 가이드부재는 상기 인젝터의 분사구 주위를 두르면서 연장되도록 형성되되, 상기 인젝터로부터 멀어질수록 지름이 커지도록 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 가이드부재는 상기 요소수가 인젝터로부터 분사되어 유동하는 영역을 기준으로 하여 둘레방향으로 설정거리 이격된 지점에 위치하도록 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량용 도징모듈에 따르면 요소수 인젝터 분사구 주변에서 요소수가 역류하여 고형화되는 현상을 저감할 수 있어, 차량 상품성을 향상시킬 수 있다.
아울러, 메쉬 타입의 가이드부재가 2개의 LAYER를 이루기 때문에 요소수 역류가 발생하더라도 요소수가 가이드부재에 포집되어 기화되는바, 요소수 고형화 현상을 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 도징모듈의 연결관계를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 도징모듈을 상세히 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차량용 도징모듈을 상세히 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 요소수가 가이드부재에 분사된 경우에 요소수 입자의 흐름을 도시한 도면,
도 5는 종래의 도징모듈에 따른 요소수 유동흐름을 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 차량용 도징모듈에 따른 요소수 유동흐름을 도시한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 도징모듈에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 도징모듈의 연결관계를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 도징모듈을 상세히 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 차량용 도징모듈은 SCR촉매 전단부에 설치되어 배기가스를 공급하는 도징파이프(10); 상기 도징파이프(10) 내부에 요소수를 분사하도록 설치된 인젝터(20); 및 상기 도징파이프(10) 내부에 설치되어, 상기 인젝터(20)의 분사구 주위로부터 요소수 분사방향을 따라 연장되도록 형성된 가이드부재(30);를 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 엔진으로부터 배출된 배기가스는 일차적으로 배기가스 후처리장치(DPF:Diesel Particulate Filter)를 거치고, 이후 SCR촉매로 공급되도록 마련된다. 이때, SCR촉매의 전단부에는 DPF와 SCR촉매를 연결하여 배기가스를 유동시키는 도징파이프(10)가 마련된다.
상기 도징파이프(10)는 일단에 DPF, 타단에 SCR촉매가 연결되고, 중간에 인젝터(20)가 결합되도록 마련됨으로써, SCR촉매에 배기가스 및 요소(UREA)수를 공급하는 역할을 수행한다.
즉, 상기 인젝터(20)가 도징파이프(10) 내부로 암모니아(NH3) 수용액인 요소(UREA)수를 분사하면, SCR촉매 내부에서 요소수와 배기가스가 반응하여 질소산화물이 환경에 무해한 질소가스(N2)와 물(H2O)로 변환된다.
따라서, 환경에 유해한 질소산화물이 배기가스에 포함된 상태로 배출하는 것을 방지할 수 있기 때문에, 환경파괴를 줄이면서 최근 다양한 환경규제를 만족시키는 차량을 구현할 수 있다.
특히, 본 발명의 차량용 도징모듈은 도 2에 도시된 바와 같이 도징파이프(10) 내부에 설치되되, 인젝터(20)의 분사구 주위로부터 요소수 분사방향으로 연장되도록 형성된 가이드부재(30)을 포함한다.
종래에 가이드부재가 적용되지 않은 차량에서 인젝터(20)의 분사구 측에 요소수가 응결되는 현상이 발생하였는데, 이는 도징파이프(10) 내부의 배기가스 유동에 의해 인젝터(20)의 분사구 측으로 요소수가 역류하기 때문이다.
즉, 요소수는 배기가스가 저속, 저온으로 유동하는 저속주행상황에서 응결될 가능성이 높은데, 저속주행상황에서 인젝터(20)의 분사구 측으로 요소수가 역류하면, 역류된 요소수가 인젝터(20)의 분사구에서 응결되는 것이다. 이러한 고형화 현상에 따르면, 인젝터(20)로부터 요소수가 원활히 분사되지 못하여 질소산화물 제거효율이 떨어질 수 있다.
따라서, 본 발명과 같이 가이드부재(30)가 인젝터(20)의 분사구 주위를 감싸도록 형성됨으로써, 차량 저속주행 상황에서 인젝터(20)로부터 분사되는 요소수의 유동을 배기가스가 방해하지 않도록 막아주어 요소수 역류 현상을 방지할 수 있다. 도 2에는 배기가스가 유입되는 통로는 자세히 도시되어 있지 않으나, 도징파이프(10)는 미도시된 지점에 DPF를 거친 배기가스가 유동하는 통로가 형성되도록 마련되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 도징파이프(10)에는 인젝터(20)가 장착되는 보스부재(25);가 형성되고, 상기 가이드부재(30)는 상기 보스부재(25)에 결합되고, 상기 보스부재(25)로부터 상기 인젝터(20)의 요소수 분사방향을 따라 연장되도록 형성될 수 있다.
즉, 가이드부재(30)는 보스부재(25)에 용접결합되거나, 클램프 결합됨으로써 고장으로 인한 인젝터(20) 교환은 원활히 이루어질 수 있도록 마련한다. 아울러, 가이드부재(30)가 배기가스 유동에도 강건하게 형상을 유지하도록 결합되는바, 요소수의 역류 현상을 효과적으로 막을 수 있다.
도 2에 도시된 가이드부재(30)의 형상은 일 실시예에 따른 것으로 도징파이프(10)와 평행한 방향으로 연장되도록 형성될 수 있다.
이때, 상기 가이드부재(30)는 메쉬(mesh) 타입의 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 인젝터(20)는 요소수를 분사할 때, 분사구를 기준으로 방사방향으로 요소수를 분사하기 때문에, 도 2와 같이 가이드부재(30)가 도징파이프(10)와 평행한 형상일 경우에 요소수와 부딪혀 역류를 발생시키고 이는 요소수의 유동을 방해할 수 있다.
따라서, 가이드부재(30)를 메쉬(mesh) 타입으로 형성하여 요소수와 부딪히더라도 역류가 발생하는 것을 방지함으로써, 요소수의 유동흐름을 원활하게 유지할 수 있다.
여기서, 상기 가이드부재(30)는 메쉬(mesh) 타입 형상에 의해 형성된 구멍 크기가 요소수의 미립자 크기보다 작게 형성되는 것이 바람직하다.
예를 들어, 가이드부재(30)의 격자 구멍 크기가 요소수의 미립자 크기보다 큰 경우라면, 요소수가 가이드부재(30)를 통과하여 도징파이프(10) 벽면에 부딪혀 역류를 발생시킬 가능성이 있다.
따라서, 요소수가 가이드부재(30)에 부딪힐 경우, 가이드부재(30)에 포집될 수 있도록 가이드부재(30)의 구멍 크기를 요소수의 미립자 크기보다 작게 형성시킬 수 있다.
또 다른 실시 예로써 상기 가이드부재(30)는 상기 인젝터(20)의 분사구 주위를 두르면서 연장되도록 형성되되, 상기 인젝터(20)로부터 멀어질수록 지름이 커지도록 형성될 수 있다.
상술한 바와 같이 인젝터(20)는 분사구를 기준으로 방사방향으로 요소수를 분사하는데, 원천적으로 요소수와 가이드부재(30)가 부딪히지 않도록 가이드부재(30)도 방사방향으로 연장되도록 형성할 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 차량용 도징모듈을 상세히 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 가이드부재(30)가 요소수의 유동흐름과 유사하게 방사방향으로 연장되도록 형성된 것을 확인할 수 있다.
따라서, 가이드부재(30)가 인젝터(20)로부터 분사되는 요소수가 배기가스의 흐름에 의해 방해받아 역류하는 것을 방지하면서도, 요소수가 가이드부재(30)에 의해 흐름이 역류하는 현상도 방지할 수 있다.
이때, 상기 가이드부재(30)는 상기 요소수가 인젝터(20)로부터 분사되어 유동하는 영역을 기준으로 하여 둘레방향으로 설정거리(d) 이격된 지점에 위치하도록 형성될 수 있다.
즉, 도 3과 같이 가이드부재(30)가 요소수의 방사방향 유동흐름 영역으로부터 설정거리(d)만큼 이격된 위치에 형성되도록 마련됨으로써, 요소수와 가이드부재(30)가 부딪히는 현상을 최소화할 수 있고, 설계상의 공차로 인해 가이드부재(30)가 요소수의 유동 경로상에 위치하는 상황도 줄일 수 있다.
한편, 가이드부재(30)의 격자 구멍 크기를 요소수의 미립자보다 작은 크기로 형성하는데는 많은 비용과 설계적 어려움이 따른다. 따라서, 가이드부재(30)의 메쉬(mesh) 타입 형상에서의 구멍크기를 작게 형성하는 대신 가이드부재(30)를 다수의 레이어(LAYER) 구조로 형성할 수도 있다.
구체적으로, 본 발명의 가이드부재(30)는 메쉬(mesh) 타입으로 마련되어 상기 인젝터(20)의 분사구 주위를 두르도록 형성된 제1층(33)과, 메쉬(mesh) 타입으로 마련되고 상기 제1층(33)의 외측을 감싸도록 형성된 제2층(35)으로 구성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 요소수가 가이드부재(30)에 분사된 경우에 요소수 입자의 흐름을 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 제1층(33)과 제2층(35)으로 구성된 가이드부재(30)는 메쉬(mesh) 형상으로 형성되고, 그 격자 구멍 크기가 요소수의 미립자보다는 크게 형성된다. 하지만, 제1층(33)을 통과한 요소수가 제2층(35)에 의해 가이드부재(30) 내부에 포집됨으로써, 요소수가 가이드부재(30)를 통과하는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 가이드부재(30)를 복층구조로 형성함으로써, 격자 구멍 크기를 요소수 미립자 크기보다 작게 형성하지 않더라도 요소수를 포집할 수 있고, 포집된 요소수는 배기가스에 의해 가열된 가이드부재(30)에 의해 기화된다.
이때, 상기 가이드부재(30)의 제1층(33)의 메쉬(mesh) 형상과 제2층(35)의 메쉬(mesh) 형상은 서로 정렬되지 않도록 형성될 수 있다.
즉, 제1층(33)과 제2층(35)이 동일한 메쉬(mesh) 형상으로 정렬되도록 형성된다면, 제1층(33)을 통과한 요소수 미립자가 제2층(35)도 통과하여 도징파이프(10)와 부딪혀 역류를 발생시킬 수 있다. 따라서, 최대한 제1층(33)을 통과한 요소수 미립자가 제2층(35)에 걸려 포집될 수 있도록 마련할 수 있다.
여기서, 제1층(33)과 제2층(35) 사이를 연결하는 별도의 연결구성을 마련함으로써, 요소수가 원활히 포집할수도 있다.
도 5는 종래의 도징모듈에 따른 요소수 유동흐름을 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 차량용 도징모듈에 따른 요소수 유동흐름을 도시한 도면이다.
상술한 바와 같이, 종래에 가이드부재가 적용되지 않은 경우에는 도 5와 같이 원으로 표시된 인젝터 분사구 측에 역류가 발생하는 것을 확인할 수 있다. 반면, 도 6과 같이 가이드부재가 도징파이프 내부에 적용될 경우, 원으로 표시된 인젝터 분사구 측의 역류 현상이 일부 개선되는 것을 확인할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 차량용 도징모듈에 따르면 요소수 인젝터 분사구 주변에서 요소수가 역류하여 고형화되는 현상을 저감할 수 있어, 차량 상품성을 향상시킬 수 있다.
아울러, 메쉬 타입의 가이드부재가 2개의 LAYER를 이루기 때문에 요소수 역류가 발생하더라도 요소수가 가이드부재에 포집되어 기화되는바, 요소수 고형화 현상을 저감할 수 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10: 도징파이프 20: 인젝터
25: 보스부재 30: 가이드부재
33: 제1층 35: 제2층

Claims (8)

  1. SCR촉매 전단부에 설치되어 배기가스를 공급하는 도징파이프;
    상기 도징파이프 내부에 요소수를 분사하도록 설치된 인젝터; 및
    상기 도징파이프 내부에 설치되어, 상기 인젝터의 분사구 주위로부터 요소수 분사방향을 따라 연장되도록 형성된 가이드부재;를 포함하는 차량용 도징모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 도징파이프에는 인젝터가 장착되는 보스부재;가 형성되고,
    상기 가이드부재는 상기 보스부재에 결합되고, 상기 보스부재로부터 상기 인젝터의 요소수 분사방향을 따라 연장되도록 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 도징모듈.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 가이드부재는 메쉬(mesh) 타입의 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 도징모듈.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 가이드부재는 메쉬(mesh) 타입 형상에 의해 형성된 구멍 크기가 요소수의 미립자 크기보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 도징모듈.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 가이드부재는, 메쉬(mesh) 타입으로 마련되어 상기 인젝터의 분사구 주위를 두르도록 형성된 제1층과, 메쉬(mesh) 타입으로 마련되고 상기 제1층의 외측을 감싸도록 형성된 제2층으로 구성된 것을 특징으로 하는 차량용 도징모듈.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 가이드부재의 제1층의 메쉬(mesh) 형상과 제2층의 메쉬(mesh) 형상은 서로 정렬되지 않도록 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 도징모듈.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 가이드부재는 상기 인젝터의 분사구 주위를 두르면서 연장되도록 형성되되, 상기 인젝터로부터 멀어질수록 지름이 커지도록 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 도징모듈.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 가이드부재는 상기 요소수가 인젝터로부터 분사되어 유동하는 영역을 기준으로 하여 둘레방향으로 설정거리 이격된 지점에 위치하도록 형성된 것을 특징으로 하는 차량용 도징모듈.
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KR101374637B1 (ko) * 2011-12-27 2014-03-14 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼 환원제 수용액 믹싱 장치 및 배기 가스 후처리 장치
JP6021555B2 (ja) * 2012-09-27 2016-11-09 富士重工業株式会社 内燃機関の吸気装置

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