KR20230047903A - 내연기관의 배기가스 후처리 디바이스 및 배기가스 후처리 시스템 - Google Patents

내연기관의 배기가스 후처리 디바이스 및 배기가스 후처리 시스템 Download PDF

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마티아스 쇤겐
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만 에너지 솔루션즈 에스이
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Abstract

본 발명에 따르면, 내연기관의 배기가스 후처리 디바이스(40)로서, 수용 하우징(41)과, 수용 하우징(41)에 배치되는 적어도 하나의 배기가스 후처리 유닛(42)으로서, 촉매 및/또는 미립자 필터로서 기능하는 허니콤 본체(43)와, 허니콤 본체(43)의 페이스 단부를 자유롭게 남겨두고 허니콤 본체(43)를 둘러싸는 허니콤 본체 캐리어(43)를 포함하는 적어도 하나의 배기가스 후처리 유닛을 포함하고, 적어도 하나의 배기가스 후처리 유닛(42)은, 각각의 배기가스 후처리 유닛(42)을 통한 흐름 방향으로 작용하는 제1 프리로드 요소(46)에 의해 그리고 각각의 배기가스 후처리 유닛(42)을 통한 흐름 방향에 수직하게 작용하는 제2 프리로드 요소(47)에 의해 프리로드 방식으로 수용 하우징(41)에 수용되는 것인 배기가스 후처리 디바이스가 제공된다.

Description

내연기관의 배기가스 후처리 디바이스 및 배기가스 후처리 시스템{EXHAUST GAS AFTER-TREATMENT DEVICE AND EXHAUST GAS AFTER-TREATMENT SYSTEM OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연기관의 배기가스 후처리 디바이스에 관한 것이다. 더욱이, 본 발명은 내연기관의 배기가스 후처리 시스템에 관한 것이다.
여기에서 제시하는 본 발명은, 실린더가 적어도 140 mm, 특히 적어도 175 mm의 피스톤 직경을 갖는 소위 대형 내연기관 분야에 관한 것이다. 상기한 대형 내연기관은, 예컨대 대형 선박 엔진이다. 상기한 대형 내연기관은 디젤 엔진, 가스 엔진 또는 이중 연료 엔진으로서 구현될 수 있다. 이중 연료 엔진에서, 액체 연료, 특히 디젤 연료가 제1 작동 상태에서 연소될 수 있고, 가스상 연료, 특히 천연 가스가 제2 작동 상태에서 연소될 수 있다.
배기가스 후처리는 대형 내연기관 분야에서도 또한 훨씬 중요한 역할을 맡는다. 따라서, 대형 내연기관과 함께 채용될 수 있는 배기가스 후처리 시스템이 DE 10 2016 205 327 A1에 설명되어 있다. 개시되는 배기가스 후처리 시스템에는 리액터 공간이 마련되며, 리액터 공간에 SCR 촉매 컨버터가 배치된다. 상기한 SCR 촉매 컨버터는 배기가스가 통류하고 병렬 연결된 다수의 배기가스 후처리 유닛을 포함하며, 각각의 배기가스 후처리 유닛은 허니콤 본체를 포함하고, 이 허니콤 본체는 허니콤 본체 캐리어에 의해 유지되고, 허니콤 본체를 통해 허니콤 캐리어가 수용 하우징에 배치된다. 허니콤 캐리어는 또한 캐닝(canning)이라고도 하며, 페이스 단부를 자유롭게 남겨둔 채로 각각의 허니콤 본체를 외측에서 둘러싼다.
지금까지, 배기가스 후처리 유닛을 수용 하우징에 배치하는 것은, 큰 노력으로 배기가스가 허니콤 본체를 완전히 통류하고, 허니콤 본체 캐리어와 수용 하우징 사이의 간극에 의해 허니콤 본체를 지나서 흐르지 않는 것만을 보장할 수 있는 한 어려움을 유발했다.
이것으로부터 시작하여, 본 발명은 내연기관의 신규한 타입의 배기가스 후처리 디바이스와 배기가스 후처리 시스템을 형성하고자 하는 목적에 기초한다.
이러한 목적은 청구항 1에 따른 배기가스 후처리 디바이스를 통해 해결된다. 본 발명에 따른 배기가스 후처리 디바이스에서, 이 디바이스의 적어도 하나의 배기가스 후처리 유닛은 각각의 배기가스 후처리 유닛을 통한 흐름 방향으로 작용하는 제1 프리로드(preload) 요소에 의해 그리고 각각의 배기가스 후처리 유닛을 통한 흐름 방향에 수직하게 작용하는 제2 프리로드 요소에 의해 프리로드 방식으로 수용 하우징에 수용된다.
각각의 배기가스 후처리 유닛을 통한 흐름 방향으로 그리고 이 흐름 방향에 수직하게 작용하는 프리로드 요소에 의해, 배기가스가 적어도 하나의 배기가스 후처리 유닛의 적어도 하나의 허니콤을 통해 전달되고, 각각의 허니콤 본체의 허니콤 본체 캐리어와 수용 하우징 사이의 간극에 의해 허니콤 본체를 지나 흐르지 않는 것이 보장될 수 있다. 이것은 각각의 배기가스 후처리 유닛을 통한 흐름 방향으로 작용하는 제1 프리로드 요소 및 각각의 배기가스 후처리 유닛을 통한 흐름 방향에 수직하게 작용하는 제2 프리로드 요소에 의해 적은 노력으로 달성될 수 있다.
바람직하게는, 각각의 배기가스 후처리 유닛을 통한 흐름 방향으로 작용하는 제1 프리로드 요소 및 각각의 배기가스 후처리 유닛을 통한 흐름 방향에 수직하게 작용하는 제2 프리로드 요소는 별개의 프리로드 조립체로 형성되고, 각각의 별도의 프리로드 조립체는 각각의 배기가스 후처리 유닛을 통한 흐름 방향으로 작용하는 제1 프리로드 요소와, 각각의 배기가스 후처리 유닛을 통한 흐름 방향에 수직하게 작용하는 다수의 제2 프리로드 요소를 포함하며, 별도의 프리로드 조립체는 배기가스 후처리 유닛의 대향 축방향 단부들 중 적어도 하나에서 배기가스 후처리 유닛에, 즉 각각의 배기가스 후처리 유닛의 허니콤 본체 캐리어에 플러깅된다. 특히 프리로드 요소가 각각의 배기가스 후처리 유닛에 플러깅되는 별도의 프리로드 조립체로 형성되는 경우, 프리로드 조립체는, 특히 예컨대 허니콤 본체의 막힘으로 인해 배기가스 후처리 유닛을 교체해야만 하는 경우에 재사용될 수 있다.
바람직하게는, 각각의 배기가스 후처리 유닛을 통한 흐름 방향으로 작용하는 제1 프리로드 요소는 벨로우즈 타입 프리로드 요소로서 형성된다. 벨로우즈 타입 프리로드 요소에 의해, 각각의 배기가스 후처리 유닛을 통한 흐름 방향으로의 각각의 배기가스 후처리 유닛의 프리로드는 용이하고 유리하게 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 각각의 배기가스 후처리 유닛을 통한 흐름 방향에 수직하게 작용하는 제2 프리로드 요소는 폴(pawl)형 돌출부로서 형성될 수 있다. 폴형 돌출부에 의해, 각각의 배기가스 후처리 유닛을 통한 흐름 방향으로의 각각의 배기가스 후처리 유닛의 프리로드는 용이하고 신뢰성 있게 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 폴형 돌출부는 흐름 방향과의 90°각도를 포함한다. 특히 폴형 돌출부는 흐름 방향과의 90°각도를 포함하는 경우, 각각의 배기가스 후처리 유닛은 특히 유리하게는 프리로드 요소와 함께 수용 하우징에 배치될 수 있다.
바람직하게는, 각각의 배기가스 후처리 유닛을 통한 흐름 방향으로 작용하는 제1 프리로드 요소의 실링면은 각각의 배기가스 후처리 유닛을 통한 흐름 방향에 수직하게 배향된다. 이것은, 특히 수용 하우징에 다수의 배기가스 후처리 유닛이 직렬 접속 관점에서 앞뒤로 배치되는 경우에 유리하다. 이 경우, 배기가스 후처리 유닛 영역에서의 제조 공차는 실링면에서의 실링 효과의 손실을 야기하지 않는다.
본 발명에 따른 배기가스 후처리 시스템은 청구항 11에 규정되어 있다.
본 발명의 바람직한 다른 양태는 종속항 및 아래의 설명에서 얻어진다. 본 발명의 예시적인 실시예가 도면에 의해 보다 상세히 설명되지만, 도면으로 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 내연기관의 배기가스 후처리 디바이스의 제1 예시적인 실시예를 관통하는 단면도.
도 2는 도 1의 상세의 분해도.
도 3은 본 발명에 따른 내연기관의 배기가스 후처리 디바이스의 제2 예시적인 실시예를 관통하는 단면도.
도 4는 도 3의 상세도.
도 5는 도 4의 상세의 변형예를 보여주는 도면.
도 6은 도 3의 추가의 상세도.
도 7은 도 6의 상세의 변형예를 보여주는 도면.
도 8은 도 6의 상세의 다른 변형예를 보여주는 도면.
도 9는 도 6의 상세의 다른 변형예를 보여주는 도면.
도 10은 도 1 또는 도 3에 관한 추가의 상세도.
도 11은 도 10의 상세의 변형예로부터의 추출도.
도 12는 본 발명에 따른 내연기관의 배기가스 후처리 디바이스의 제3 예시적인 실시예를 관통하는 단면도.
도 13은 도 12의 상세도.
도 14는 도 13의 상세의 변형예를 보여주는 도면.
도 15는 본 발명에 따른 내연기관의 배기가스 후처리 디바이스의 제4 예시적인 실시예를 관통하는 단면도.
도 16은 본 발명에 따른 내연기관의 배기가스 후처리 디바이스의 제5 예시적인 실시예를 관통하는 단면도.
도 17은 본 발명에 따른 내연기관의 배기가스 후처리 시스템의 제1 예시적인 실시예를 관통하는 단면도.
도 18은 도 17의 상세의 분해도.
도 19는 조립된 도 18의 상세도.
도 20은 본 발명에 따른 내연기관의 배기가스 후처리 시스템의 제2 예시적인 실시예를 관통하는 단면도.
도 21은 본 발명에 따른 내연기관의 배기가스 후처리 시스템의 제3 예시적인 실시예를 관통하는 단면도.
도 22는 도 21의 상세도.
도 23은 도 22의 분해도.
도 24는 본 발명에 따른 내연기관의 배기가스 후처리 시스템의 제4 예시적인 실시예를 관통하는 단면도.
도 25는 도 24의 A-A의 단면도.
도 26은 본 발명에 따른 내연기관의 배기가스 후처리 시스템의 제5 예시적인 실시예를 관통하는 단면도.
도 27은 도 26의 B-B의 단면도.
도 28은 본 발명에 따른 내연기관의 배기가스 후처리 시스템의 제6 예시적인 실시예를 관통하는 단면도.
도 29는 도 28의 C-C의 단면도.
도 30은 본 발명에 따른 내연기관의 배기가스 후처리 시스템의 다른 예시적인 실시예의 측면도.
본 발명은 내연기관, 구체적으로는 대형 내연기관의 배기가스 후처리 디바이스 및 배기가스 후처리 시스템에 관한 것이다. 대형 내연기관은 구체적으로, 디젤 엔진, 가스 엔진 또는 이중 연료 엔진으로서 구현될 수 있는 선박 엔진이다. 대형 내연기관에는 적어도 140 mm, 특히 적어도 175 mm의 피스톤 직경을 갖는 실린더가 장착된다.
도 1은 본 발명에 따른 제1 배기가스 후처리 디바이스(40)의 상세를 보여준다. 배기가스 후처리 디바이스(40)에는 수용 하우징(41)이 마련되며, 도시한 예시적인 실시예에서 수용 하우징(41)에는 다수의 배기가스 후처리 유닛(42)이 배치된다. 도 1에는, 모두 수용 하우징(41)에 배치된 2개의 배기가스 후처리 유닛(42)이 직렬로 앞뒤로 연결된 것이 도시되어 있다.
도시한 예시적인 실시예에서, 수용 하우징(41)은 튜브형으로 형성된다. 수용 하우징(41) 또는 수용 하우징(41)에 배치되는 배기가스 후처리 유닛(42)을 통한 흐름 방향은 이들의 축방향으로 연장된다. 특히 튜브형 수용 하우징(41)과, 수용 하우징(41)에 배치되는 배기가스 후처리 유닛(42)이 단면 원형으로 형성되는 경우, 수용 하우징(41) 또는 수용 하우징(41)에 배치되는 배기가스 후처리 유닛(42)의 반경방향은 이들을 통한 흐름 방향에 수직하게 연장된다. 수용 하우징(41)과 배기가스 후처리 유닛(42)의 단면은 또한 직사각형, 정사각형, 타원형 등일 수도 있다.
배기가스 후처리 유닛(42)에는 촉매 및/또는 미립자 필터로서 기능하는 허니콤 본체(43)와, 허니콤 본체(43)의 페이스 단부를 자유롭게 남겨둔 상태로 허니콤 본체(43)를 외측부에서 둘러싸는 허니콤 본체 캐리어(44)가 마련된다. 허니콤 본체 캐리어(44)는 캐닝이라고도 한다. 도 1 및 도 2에 따르면, 섬유 매트(45)가 이들 도면에 도시한 배기가스 후처리 유닛(42)의 허니콤 본체(43)와 허니콤 본체 캐리어(44) 사이에 배치된다. 섬유 매트(45)도 또한 각각의 허니콤 본체(43)의 자유 페이스 단부를 남겨두고, 이들 페이스 단부는 배기가스를 위한 입구측 및 출구측을 형성한다.
각각의 배기가스 후처리 유닛(43)은 수용 하우징(41)에 수용, 즉 프리로드 요소에 의해 프리로드된다.
따라서, 각각의 배기가스 후처리 유닛(42)은, 이 배기가스 후처리 유닛(42)을 통한 흐름 방향으로 작용하는 제1 프리로드 요소(46)에 의해 그리고 또한 각각의 배기가스 후처리 유닛(42)을 통한 흐름 방향에 수직하게 작용하는 제2 프리로드 요소(47)에 의해서도 프리로드 방식으로 수용 하우징(41)에 위치 설정된다. 프리로드 요소(46, 47)는 흐름 방향으로 그리고 또한 이 흐름 방향에 수직하게 수용 하우징(41)에 각각의 배기 가스 후처리 유닛(42)이 탄성 프리로드되게 한다.
도 1 및 도 2에 도시한 바람직한 예시적인 실시예에서, 각각의 배기가스 후처리 유닛(42)을 통한 흐름 방향 및/또는 각각의 배기가스 후처리 유닛의 축방향으로 작용하는 제1 프리로드 요소(46) 및 각각의 배기가스 후처리 유닛(42)을 통한 흐름 방향에 수직하게 및/또는 각각의 배기가스 후처리 유닛의 반경방향으로 작용하는 제2 프리로드 요소(47)는 별개의 프리로드 조립체(48)로 형성된다.
이러한 별도의 프리로드 조립체(48)는 특히 도 2의 분해도로부터 이해될 수 있다. 각각의 별도의 프리로드 조립체(48)는 각각의 배기가스 후처리 유닛(42)을 통한 흐름 방향으로 작용하는 제1 프리로드 요소(46)와, 각각의 배기가스 후처리 유닛(42)을 통한 흐름 방향에 수직하게 작용하는 다수의 제2 프리로드(47) 요소를 포함한다.
도 1 및 도 2에서는, 별도의 프리로드 조립체(48)는 각각의 배기가스 후처리 유닛(42)의 대향하는 축방향 단부에서 각각의 배기가스 후처리 유닛(42)에, 즉 각각의 배기가스 후처리 유닛(42)의 허니콤 본체 캐리어(44)에 플러깅되고, 역시 그 동안에 각각의 허니콤 본체(43)의 페이스 단부를 자유로운 상태로 남겨두며, 페이스 단부는 각각의 허니콤 본체(43) 그리고 이에 따라 세척 대상 배기가스를 위한 각각의 배기가스 후처리 유닛(42)의 입구측 및 출구측으로서 기능한다.
특히 수용 하우징(41)이 흐름 방향으로 봤을 때에 단면 원형으로 형성되는 경우, 배기가스 후처리 유닛(42)과 별도의 프리로드 조립체(48)도 또한 단면 원형으로 형성된다. 이 경우, 다수의 제2 프리로드 요소(47) - 이 프리로드 요소는 이때 반경방향으로 프리로드하는 기능을 함 - 는 이때 프리로드 요소(48)의 둘레에 걸쳐 분포된다.
수용 하우징(41)과 배기가스 후처리 유닛(42)의 단면 윤곽은 또한 직사각형, 정사각형, 타원형 등일 수도 있다.
도 1 및 도 2에 도시한 바람직한 예시적인 실시예에서, 각각의 배기가스 후처리 유닛(42)을 통한 흐름 방향으로 작용하는 제1 프리로드 요소(46)는 벨로우즈 타입 프리로드 요소로서 형성된다.
각각의 배기가스 후처리 유닛(42)을 통한 흐름 방향에 수직하게 작용하는 제2 프리로드 요소(47)는, 각각의 프리로드 조립체(48)로부터 외측부로 반경방향으로 굴곡되는 폴형 돌출부로서 형성된다. 바람직하게는 폴형 돌출부로서 형성되는 이러한 제2 프리로드 요소(47)는 수용 하우징(41)의 내벽(49)에서 그 자체를 지지한다.
각각의 배기가스 후처리 유닛(42)을 통한 흐름 방향으로 작용하고 바람직하게는 벨로우즈로서 형성되는 제1 프리로드 요소(46)는, 특히 추가의 배기가스 후처리 유닛(42)이 해당 배기가스 후처리 유닛(42)에 후속하는 경우에 인접한 배기가스 후처리 유닛(42)의 인접한 제1 프리로드 요소(46) 상에서 그 자체를 지지한다. 이와 달리, 벨로우즈형으로 형성되는 이러한 제1 프리로드 요소(46)는 반경방향 내측부로 연장되는 수용 하우징(41)의 돌출부(50)에서 그 자체를 지지한다.
도 2로부터 자명한 바와 같이, 반경방향 외측부에 설치되는 제2 프리로드 요소(47)뿐만 아니라 반경방향 내측에 설치되는 제3 프리로드 요소(51)도 또한 별도의 프리로드 조립체(48) 상에 형성된다. 반경방향 내측에 설치된 이러한 제3 프리로드 요소(51)는 프리로딩 방식으로 별도의 프리로드 조립체에 배기가스 후처리 유닛(42)을 수용하는 기능을 한다. 반경방향 내측에 설치된 이러한 프리로드 요소(51)는 이에 따라 각각의 배기가스 후처리 유닛(42)의 허니콤 본체 캐리어(44) 상에서 그 자체로 탄성 지지된다.
도 1에 따르면, 흐름 방향으로 작용하는 제1 프리로드 요소(46)의 실링면(52)이 각각의 배기가스 후처리 유닛(42)을 통한 흐름 방향에 수직하게 연장된다. 이것은 배기가스 후처리 유닛(42) 영역에서의 제조 공차가 인접한 배기가스 후처리 유닛(42)들의 인접한 제1 프리로드 요소(46)들 사이의 실링 효과에 악영향을 주는 것을 회피한다는 점에서 유리하다.
도 3은 그 기존 구성에 대하여 도 1의 배기가스 후처리 디바이스(40)에 대응하는, 본 발명에 따른 제2 배기가스 후처리 디바이스(53)를 관통하는 단면을 추출하여 보여준다. 이러한 이유로, 동일한 조립체에 대해서 동일한 참조부호가 사용되고, 도 3의 배기가스 후처리 디바이스(53)가 도 1의 배기가스 후처리 유닛(40)과 상이한 상세는 도 3을 참고하여 아래에서 설명된다. 도 1의 예시적인 실시예에서, 제1 프리로드 요소(46)와 제2 프리로드 요소(47)는 모두가 별도의 프리로드 조립체(48)에 의해 제공되지만, 도 3의 예시적인 실시예에서 제1 프리로드 요소(46)와 제2 프리로드 요소(47)는 허니콤 본체 캐리어(44)의 일체형 부분으로서 그리고 이에 따라 캐닝으로서 형성된다. 개별 조립체의 개수는 이에 따라 감소되지만, 프리로드 요소(46, 47)는 배기가스 후처리 유닛(42)을 교체하는 경우에는 재사용될 수 없다.
인접한 배기가스 후처리 유닛(42)들의 인접한 제1 프리로드 요소(46)들의 영역에 있어서의 도 3의 상세를 보여주는 도 4로부터, 제1 프리로드 요소(46)의 실링면(52)이 배기가스 후처리 유닛(42)을 통한 흐름 방향에 수직하게 연장된다는 점이 자명하다.
이와 대조적으로, 도 5는, 인접한 배기가스 후처리 유닛(42)들의 인접한 제1 프리로드 요소(46)에 있는 실링면(52)이 각각의 배기가스 후처리 유닛(42)을 통한 흐름 방향에 수직하게 연장되는 것이 아니라, 흐름방향에 수직하게 연장되는 반경방향에 대해 경사지게 설치되는, 도 4의 상세에 대한 수정을 보여준다.
도 6 내지 도 11은 제2 프리로드 요소(47)의 상세 및 가능한 실시예를 보여준다. 따라서, 도 6에는 제2 프리로드 요소(47)가 역시 허니콤 본체 캐리어(44) 또는 캐닝의 일체부로서 도시되어 있고, 허니콤 본체 캐리어(44) 그리고 또한 폴형 돌출부로 형성된 제2 프리로드 요소(47) 각각이 단일벽으로 형성되는 것으로 도시되어 있다. 이와 대조적으로, 도 7은, 허니콤 본체 캐리어(44)가 다중벽, 즉 이중벽으로 형성되고, 폴형 돌출부로 형성된 제2 프리로드 요소(47)가 단일벽으로 형성된, 본 발명의 구성을 보여준다. 추가의 변형을 보여주는 도 8에서는, 허니콤 본체 캐리어(44) 그리고 또한 도시한 제2 프리로드 요소(47) 양자 모두는 각각 다중벽으로 형성된다. 도 6 내지 도 8에 도시한 변형예 중, 도 7의 변형예는, 섬유 매트(45)가 그 전체 축방향 크기에 걸쳐 허니콤 수용 본체(44)에 의해 지지되고, 그 이후에 제2 프리로드 요소(47)가 용이하게 형성될 수 있다는 장점을 갖는다.
도 6 내지 도 8은 허니콤 본체 캐리어(44)의 일체부로서 형성되는 제2 프리로드 요소(47)에 관련되지만, 도 6 내지 도 8의 변형예는 도 1의 배기가스 후처리 디바이스(40)에 있어서도 채용될 수 있다는 점이 주목된다. 여기에서, 단일벽 또는 다중벽 피쳐(feature)는 허니콤 본체 캐리어(44)와 관련이 있는 것이 아니라, 프리로드 요소(46, 47)를 제공하는 별도의 프리로드 조립체(48)와 관련이 있다.
도 9는, 도시한 프리로드 요소(47)가 단일벽 및 브릿지 형태로 형성되는 도 6의 수정을 보여준다. 이것도 역시 허니콤 본체 캐리어(44)의 일체부이다. 도 7 및 도 8의 다중벽 피쳐도 또한 도 9에서 채용될 수 있다. 제2 프리로드 요소(47)는 또한 도 1의 예시적인 실시예에서도 브릿지 형태로 구현될 수 있다.
도 10은 제2 프리로드 요소(47)의 영역에 있어서의 별도의 프리로드 조립체(48)와 허니콤 본체 캐리어(44) 중 어느 하나의 전개를 보여준다. 도 10에는, 반경방향 외측에 설치되고 설치 상태에서 수용 하우징(41)의 내면(49)에 맞닿게 놓이는 제2 프리로드 요소(47)만이 도시되어 있다. 이러한 제2 프리로드 요소(47)는 이미 설명한 바와 같이 바람직하게는 폴형 돌출부이며, 이러한 폴형 돌출부는 각각의 배기가스 후처리 유닛(42)을 통한 흐름 방향에 대한 각도 α 또는 각도 β를 포함한다. 각각의 배기가스 후처리 유닛(42)을 통한 흐름 방향에 대해서, 각각의 배기가스 후처리 유닛(42)의 입구측 단부 영역에서는 제2 프리로드 요소(47)가 각도 α를 포함하고, 출구측 단부 영역에서는 제2 프리로드 요소(47)가 각도 β를 포함하며, 도 10에 따른 폴형 돌출부는 바람직하게는 서로 대향하거나 180°로 오프셋된다. 각도 α 그리고 또한 각도 β는 크기가 동일할 수도 있고, 다를 수도 있다.
각도 α 그리고 또한 각도 β 모두가 각각 90°인 실시예가 특히 바람직하다. 이 경우, 이에 따라 제2 프리로드 요소(47)는 또한 유리한 방식으로 수용 하우징(41) 내로의 배기가스 후처리 유닛(42)을 위한 도입 경사로를 획정한다.
도 12는 본 발명에 따른 배기가스 후처리 디바이스(54)의 제3 예시적인 실시예를 보여준다. 도 12의 예시적인 실시예를 위한 동일한 조립체에 대해서도 또한 도 1의 예시적인 실시예와 동일한 참조부호가 사용된다. 도 12의 예시적인 실시예에서는, 폴형 돌출부로서 형성되고, 수용 하우징(41)의 벽(49)에 맞닿게 놓이는 제2 클램핑 요소(47)는 허니콤 본체 캐리어(44) 그리고 이에 따라 캐닝의 일체형 부분이다. 지금까지, 도 12의 예시적인 실시예는 도 3의 예시적인 실시예에 대응한다. 그러나, 배기가스 후처리 유닛(42)을 통한 흐름 방향으로 작용하는 제1 프리로드 요소(46) 역시 도 1에서와 같이 도 12에서도 별도의 조립체로서 구현되지만, 도 1과는 대조적으로 제1 프리로드 요소(46)는 각각의 배기가스 후처리 유닛(42)의 양쪽 축방향 단부가 아니라, 하나의 축방향 단부에서만 플러깅된다.
도 13은 2개의 인접한 배기가스 후처리 유닛(42)의 영역에서의 도 6의 상세를 보여준다. 여기에서, 도 13에 따르면 도 13에 도시한 제1 프리로드 요소(46)와 인접한 배기가스 후처리 유닛(42)의 허니콤 본체 캐리어(44)의 인접부 사이의 실링면(52)이 흐름 방향에 수직하게 연장되는 반경방향에 대해 경사지게 설치된다. 도 13의 상세의 수정을 보여주는 도 14도 또한 실링면(52)의 경사진 위치를 보여주지만, 이는 도 13과는 대조적으로 인접한 배기가스 후처리 유닛(42)의 방향으로 도 13에 도시한 것과는 달리 배기가스 후처리 유닛으로부터 멀어지게 경사진다.
도 15 및 도 16은 배기가스 후처리 디바이스(55, 56)의 다른 예시적인 실시예를 보여준다. 도 15 및 도 16의 배기가스 후처리 유닛(55, 56)은 도 3의 배기가스 후처리 유닛(53)에 기본적으로 대응하고, 도 15 및 도 16에서 제1 프리로드 요소(46)와 제2 프리로드 요소(47)도 또한 이에 따라 허니콤 본체 캐리어(44) 그리고 이에 따라 각각의 캐닝의 일체형 부분으로서 형성된다.
그러나, 도 15 및 도 16의 예시적인 실시예는, 각각의 배기가스 후처리 유닛(42)을 통한 흐름 방향으로 효과적인 제1 프리로드 요소(46)가 벨로우즈형으로 형성되는 것이 아니라, 허니콤 본체 캐리어(44)의 대응하는 벽 두께에 의해 형성된다는 점에서 도 3의 예시적인 실시예와 상이하다.
도 15 및 도 16의 예시적인 실시예는, 도 16에서는 인접한 배기가스 후처리 유닛(42)들이 제1 프리로드 요소(46)의 영역에서 서로에 대해 직접 실링되는 것이 아니라, 반경방향 내측으로 돌출하는 수용 하우징(41)의 돌출부(50)에 대해서 실링된다는 점에서 서로 차이가 있다.
도 17은 도 3에 따른 2개의 배기가스 후처리 디바이스(53)를 포함하는, 본 발명에 따른 배기가스 후처리 시스템(57)의 제1 예시적인 실시예를 보여준다. 각각의 배기가스 후처리 디바이스(53)에는 수용 하우징(41)이 마련되며, 수용 하우징(41)에는 2개의 배기가스 후처리 유닛(42)이 위치 설정된다.
2개의 배기가스 후처리 디바이스(53)는 일렬로 앞뒤로 연결된다. 도 17의 배기가스 후처리 시스템(57)을 통해 흐르는 배기가스는 이에 따라 모든 배기가스 후처리 유닛(42)을 통해 흐른다. 도 17의 배기가스 후처리 시스템(57)은 단일 흐름 타입이다.
도 17에 따르면, 2개의 배기가스 후처리 디바이스(53) 사이에 하우징(58)이 연결되고, 이 하우징은, 예컨대 온도 센서 또는 압력 센서와 같은 센서를 수용하는 기능을 할 수 있다. 대안으로서 또는 추가로, 하우징(58)은 배기가스 흐름 내로 환원제를 도입하기 위해, 예컨대 디바이스를 수용할 수 있다. 하우징(58)은 또한 그을음 송풍기를 수용할 수 있다.
서로로부터 멀어지는 방향을 향하는 2개의 배기가스 후처리 디바이스(53)의 단부에는 덮개(59)가 후속하고, 덮개(59)를 통해 배기가스 후처리 시스템(57)이 배기 라인(도시하지 않음)에 연결될 수 있다.
도 18 및 도 19는 도 17에 도시한 배기가스 후처리 디바이스(53) 중 하나의 수용 하우징(41)이 덮개(59) 중 하나에 연결되는 상세를 보여준다. 덮개(59)가 제거된 상태에서(도 18 참조), 대응하는 배기가스 후처리 유닛(42)의 대응하는 단부는 수용 하우징(41)으로부터 흐름 방향으로 정해진 프리로드 스트로크(VH)로 돌출한다.
덮개(59)가 장착된 상태에서(도 19 참조), 수용 하우징(41)에 배치된 배기 가스 후처리 유닛(42)의 프리로드 요소(46) - 이 프리로드 요소는 흐름 방향으로 효과적임 - 는, 덮개(59)의 플랜지(60)가 수용 하우징(41)의 플랜지(61)에 맞닿게 놓인 다음, 덮개(59)와 수용 하우징(41)을, 예컨대 나사 결합에 의해 서로 연결되게 하기 위해 압축된다.
도 20은, 단지 하나의 배기가스 후처리 디바이스(53) - 이 디바이스의 양측에 덮개(59)가 직접 후속함 - 를 포함하는 제2 배기가스 후처리 시스템(62)을 관통하는 단면을 보여준다.
도 20에서는, 덮개(59)를 수용 하우징(41)에 연결하여 제1 프리로드 요소(46)를 압박하기 위해, 중간 디스크(63)가 배기가스 후처리 디바이스(53)의 좌측 단부에서 수용 하우징(41)의 플랜지(61)와 덮개(59)의 플랜지(60) 사이에 채용된다. 중간 디스크(53)에 의해, 흐름 방향으로의 프리로드 힘이 조정될 수 있다.
도 21 내지 도 23은 도 12에 따른 배기가스 후처리 디바이스(54)를 지닌 제3 배기가스 후처리 시스템(64)의 상세를 보여준다. 그러나, 모든 나머지 상세에 대해서 도 21 내지 도 23의 예시적인 실시예는 도 20의 예시적인 실시예에 대응하고, 덮개(59)를 수용 하우징(41)에 연결하는 것에 대해서는 도 18 및 도 19의 예시적인 실시예의 상세와 동일한 조립체에 대해서 동일한 참조부호가 사용되고, 앞의 설명을 참조할 수 있다.
도 17 내지 도 23에서는, 도 15 및 도 16의 배기가스 후처리 디바이스(55, 56)와 같이, 도 1 및 도 2의 배기가스 후처리 디바이스(40)도 또한 배기가스 후처리 시스템에 설치될 수 있다.
도 17 내지 도 23은 각각 단일 흐름 배기가스 후처리 시스템(57, 62, 64)을 보여주고, 도 24 및 도 25와, 도 26 및 도 27, 그리고 도 28 및 도 29뿐만 아니라 도 30은 각각 다중 흐름 배기가스 후처리 시스템(65, 66, 67, 68)의 상이한 도면을 보여준다. 도 24 및 도 25는 병렬 연결된 도 1에 따른 3개의 배기가스 후처리 디바이스(40)를 포함하는 다중 흐름 배기가스 후처리 시스템(65)의 예시적인 실시예를 보여주지만, 도 24 및 도 25에서는, 도 1 및 도 2에서와 같이 2개의 배기가스 후처리 유닛(42)만이 아니라 3개의 배기가스 후처리 유닛(42)이 각각의 수용 하우징 내에서 앞뒤로 일렬로 연결된다는 차이가 있다.
도 24 및 도 25에서, 공통 덮개(59)는 각각 병렬 연결된 3개의 배기가스 후처리 디바이스(40)의 각각의 단부에 인접한다. 여기에서, 도 24 및 도 25에서, 병렬 연결된 모든 배기가스 후처리 디바이스(40)의 모든 수용 하우징(41)에 공통인 클램핑 덮개(69)가 좌측 덮개(59)의 플랜지(60)와 수용 하우징(41)의 플랜지(61) 사이에 채용되며, 이것 역시 도 20의 중간 디스크(63)의 기능을 맡는다.
이와 비교하여, 도 28 및 도 29는 배기가스 후처리 시스템(67)을 보여주며, 이 배기가스 후처리 시스템에서 좌측 덮개(59)와 병렬 연결된 배기가스 후처리 디바이스(40)의 수용 하우징(41) 사이에 각각의 배기가스 후처리 디바이스(40)를 위한 개별 클램핑 덮개(69)가 채용된다.
도 24 및 도 25와 도 28 및 도 29의 배기가스 후처리 디바이스(65, 67)에는 각각, 각각의 배기가스 후처리 시스템(65, 67)의 대향 단부에 유입류측 및 유출류측이 배치된다. 이와 비교하여, 도 26 및 도 27은, 배기가스 후처리 시스템(26)의 유입류측 및 유출류측이 배기가스 후처리 시스템(66)의 동일한 단부에 또는 동일한 측면에 형성되는 배기가스 후처리 시스템(66)을 보여준다.
도 26 및 도 27에서, 4개의 배기가스 후처리 디바이스(40)가 병렬로, 즉 덮개(59)들 사이에 연결된다. 도 24 및 도 25에서 덮개(59)들 중 하나가 입구측을 형성하고, 반대측 덮개(59)가 각각의 배기가스 후처리 시스템의 출구측을 형성하지만, 도 26 및 도 27의 예시적인 실시예에서 입구측과 출구측 각각은 도 6의 우측 덮개(59)에 마련된다. 반대측 덮개(59)에서는, 배기가스를 위한 흐름 반전이 일어난다. 상기한 배기가스를 위한 흐름 반전이 DE 10 2016 205 327 A1으로부터 이미 알려져 있다. 도 26 및 도 27의 배기가스 후처리 시스템(66)을 통한 배기가스 흐름은 도 26에서 화살표로 도시된다.
도 30은, 2개의 배기가스 후처리 디바이스(40) 각각이 앞뒤로 일렬로 배치되고, 다수의 상기한 일렬 연결이 2개의 덮개(59) 사이에서 서로 평행하게 배치되는 배기가스 후처리 시스템(68)을 보여준다. 여기에서, 센서 시스템을 수용하거나 또는 그을음 송풍기를 수용하거나 또는 환원제를 위한 도입 디바이스를 수용하기 위한 하우징(58)이 도 17에서와 같이 직렬 연결된 2개의 배기가스 후처리 디바이스(40) 사이에 배치될 수 있다. 도 30에서, 배기가스의 흐름 안내는 도 24 및 도 25나 도 26 및 도 27에서와 같이 구현될 수 있다.
특히, 수용 하우징(41)에 다수의 배기가스 후처리 유닛(42)이 배치되고/배치되거나, 다수의 배기가스 후처리 디바이스가 일렬 배치되는 경우, 일렬 연결된 배기가스 후처리 유닛(42)은 동일하게 또는 상이하게 구현될 수 있다. 따라서, 예컨대 도 17의 예시적인 실시예에서는 2개의 좌측 배기가스 후처리 유닛(42)이 미립자 필터로서 구현되고, 2개의 우측 배기가스 후처리 유닛(42)은 SCR 촉매 컨버터 또는 NOx 저장 촉매 컨버터로서 구현되는 것이 가능하다. 배기가스 후처리 유닛(42)의 위치를 비워두고, 거기에 공간 홀더를 배치하는 것도 또한 가능하며, 이때 공간 홀더를 배기가스 후처리 기능을 맡지 않는다.
프리로드 요소(46, 47)에 있어서의 프리로드 힘은 특히 프리로드 요소(46, 47)의 재료 선택 및/또는 벽 두께 및/또는 기하 형상 및/또는 벽의 개수에 의해 조정될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 프리로드 요소(46, 47)는 단일벽 또는 다중벽으로 구현될 수 있다.
벨로우즈 타입의 프리로드 요소(46)에서, 벨로우즈 또는 파형의 개수는 변할 수 있다. 폴형 프리로드 요소(47)에서, 폴의 개수는 변할 수 있다.
전술한 수용 하우징(41), 배기가스 후처리 유닛(42), 하우징(58) 및 덮개(59)의 구성요소로부터, 원한다면 배기가스 후처리 시스템이 확장될 수 있다. 수용 하우징(41)과 배기가스 후처리 유닛(42)은 대략적인 공차로 구현될 수 있다. 프리로드 요소(46, 47)는 상기한 공차를 보상한다. 프리로드 요소(46, 47)는 진동 감쇠 피쳐를 더 제공하고, 배기 시스템에서의 진동을 줄인다.
40 : 배기가스 후처리 디바이스
41 : 수용 하우징
42 : 배기가스 후처리 유닛
43 : 허니콤 본체
44 : 허니콤 본체 캐리어
45 : 섬유 매트
46 : 제1 프리로드 요소
47 : 제2 프리로드 요소
48 : 프리로드 조립체
49 : 내측면
50 : 돌출부
51 : 제3 프리로드 요소
52 : 실링면
53 : 배기가스 후처리 디바이스
54 : 배기가스 후처리 디바이스
55 : 배기가스 후처리 디바이스
56 : 배기가스 후처리 디바이스
57 : 배기가스 후처리 시스템
58 : 하우징
59 : 덮개
60 : 플랜지
61 : 플랜지
62 : 배기가스 후처리 시스템
63 : 중간 디스크
64 : 배기가스 후처리 시스템
65 : 배기가스 후처리 시스템
66 : 배기가스 후처리 시스템
67 : 배기가스 후처리 시스템
68 : 배기가스 후처리 시스템
69 : 클램핑 덮개

Claims (13)

  1. 내연기관의 배기가스 후처리 디바이스(40, 53, 54, 55, 56)로서,
    수용 하우징(41)과,
    수용 하우징(41)에 배치되는 적어도 하나의 배기가스 후처리 유닛(42)으로서, 촉매 및/또는 미립자 필터로서 기능하는 허니콤 본체(43)와, 허니콤 본체(43)의 페이스 단부를 자유롭게 남겨두고 허니콤 본체(43)를 둘러싸는 허니콤 본체 캐리어(43)를 포함하는 적어도 하나의 배기가스 후처리 유닛
    을 포함하는 배기가스 후처리 디바이스에 있어서,
    적어도 하나의 배기가스 후처리 유닛(42)은, 각각의 배기가스 후처리 유닛(42)을 통한 흐름 방향으로 작용하는 제1 프리로드(preload) 요소(46)에 의해 그리고 각각의 배기가스 후처리 유닛(42)을 통한 흐름 방향에 수직하게 작용하는 제2 프리로드 요소(47)에 의해 프리로드 방식으로 수용 하우징(41)에 수용되는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    각각의 배기가스 후처리 유닛(42)을 통한 흐름 방향으로 작용하는 제1 프리로드 요소(46) 및 각각의 배기가스 후처리 유닛(42)을 통한 흐름 방향에 수직하게 작용하는 제2 프리로드 요소(47)는 별개의 프리로드 조립체(48)에 의해 형성되고,
    각각의 별도의 프리로드 조립체(48)는 각각의 배기가스 후처리 유닛(42)을 통한 흐름 방향으로 작용하는 제1 프리로드 요소(46)와, 각각의 배기가스 후처리 유닛(42)을 통한 흐름 방향에 수직하게 작용하는 다수의 제2 프리로드(47) 요소를 포함하며,
    별도의 프리로드 조립체(48)는 배기가스 후처리 유닛(42)의 대향하는 축방향 단부 중 적어도 하나에서 배기가스 후처리 유닛(42)에, 즉 각각의 배기가스 후처리 유닛(42)의 허니콤 본체 캐리어(44)에 플러깅(plugging)되는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 디바이스.
  3. 제2항에 있어서, 별도의 프리로드 조립체(48)가 단일벽 또는 다중벽으로 형성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 디바이스.
  4. 제1항에 있어서, 각각의 배기가스 후처리 유닛(42)을 통한 흐름 방향으로 작용하는 제1 프리로드 요소(46) 및/또는 각각의 배기가스 후처리 유닛(42)을 통한 흐름 방향에 수직하게 작용하는 제2 프리로드 요소(47)는 각각의 배기가스 후처리 유닛(42)의 허니콤 본체 캐리어(44)의 일체형 부분으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 디바이스.
  5. 제4항에 있어서, 각각의 배기가스 후처리 유닛(42)의 허니콤 본체 캐리어(44)는 단일벽 또는 다중벽으로 형성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 디바이스.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 배기가스 후처리 유닛(42)을 통한 흐름 방향으로 작용하는 제1 프리로드 요소(46)는 벨로우즈 타입 프리로드 요소로서 형성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 디바이스.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 배기가스 후처리 유닛(42)을 통한 흐름 방향에 수직하게 작용하는 제2 프리로드 요소(47)는 폴형(pawl-like) 돌출부로서 형성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 디바이스.
  8. 제7항에 있어서, 폴형 돌출부는 흐름 방향에 대한 90°의 각(α, β)을 포함하는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 디바이스.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 폴형 돌출부는 단일벽 또는 다중벽으로 형성되는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 디바이스.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 배기가스 후처리 유닛(42)을 통한 흐름 방향으로 작용하는 제1 프리로드 요소(46)의 실링면(52)이 각각의 배기가스 후처리 유닛(42)을 통한 흐름 방향에 수직하게 배향되는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 디바이스.
  11. 내연기관의 배기가스 후처리 시스템(57, 62, 64, 65, 66, 67, 68)으로서,
    제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 배기가스 후처리 디바이스(40, 53, 54, 55, 56)와,
    배기가스 후처리 시스템(57, 62, 64, 65, 66, 67, 68)을 배기 라인에 연결하는 덮개(59)를 포함하는 배기가스 후처리 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 다수의 배기가스 후처리 디바이스(40, 53, 54, 55, 56)가 일렬로 앞뒤로 연결되는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 다수의 배기가스 후처리 디바이스(40, 53, 54, 55, 56)가 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 배기가스 후처리 시스템.
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