KR100626563B1 - 내연 기관의 배기관 섹션 내로 환원제를 도입하기 위한 장치 - Google Patents

내연 기관의 배기관 섹션 내로 환원제를 도입하기 위한 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 환원 촉매 컨버터로 안내하는 내연 기관의 배기관 섹션 내로 예컨대 요소 수용액 같은 환원제를 도입하기 위한 장치에 관한 것이다. 상기 환원제는 배기관으로 통하는 환원제 파이프를 통해 배기관 내로 도입되며, 상기 환원제 파이프의 배출 단부에는 스프레이 헤드가 제공되며, 상기 스프레이 헤드는 적어도 하나의 스프레이 개구 및 테이퍼링되는 횡단면을 갖는다.
내연 기관, 배기관, 환원 촉매 컨버터, 환원제, 스프레이 헤드

Description

내연 기관의 배기관 섹션 내로 환원제를 도입하기 위한 장치{Device for introducing a reducing agent into a section of the exhaust pipe of an internal combustion engine}
본 발명은 환원 촉매 컨버터로 안내되는 내연기관의 배기관 섹션으로 통하는 환원제 파이프를 구비한, 상기 배기관 섹션 내로 환원제를 도입하기 위한 장치에 관한 것이다.
점점 더 낮아지는 유해 물질 수치에 대한 법적 규제는 특히 배기 가스 내 질소 산화물을 감소시키기 위해, 촉매 컨버터 분야의 광범위한 개발을 야기했다. 특히 유망한 기술로는 환원 촉매 컨버터가 제시되어 있다. 그러나, 특히 디젤 엔진에 있어서, 재생 단계에서 배기 가스의 환원제 농축이 필요하다는 사실이 밝혀졌다.
배기 가스를 후처리하기 위한 장치로서, 예를 들어, EP-A-0 381 236에는 환원제로서 암모니아 또는 요소가 배기 가스에 계량 첨가(meter into)되는 시스템이 공지되어 있다. 이러한 공지된 시스템에서 환원제는 제어 밸브를 통해 이송 파이프에 공급되며, 상기 이송 파이프는 환원 촉매 컨버터로 안내되는 배기관으로 통한다.
DE-A-1 196 25 447에는 내연 기관의 배기 가스를 후처리하기 위한 장치가 공지되어 있으며, 이 장치에서는 흐름 하류측에 연결된 환원 촉매 컨버터의 작용을 촉진시키기 위해 환원제로서의 연료가 계량 밸브에 의해 계량 첨가되고 증발 장치를 통해 배기관 내 도입된다. 상기 증발 장치는 단면에 관통구를 가지며 글로우 플러그를 갖는 금속 슬리브이며, 상기 관통구를 통해 증발된 환원제가 배기 가스 흐름 내로 도입된다. 이러한 시스템에서 사실 환원제의 증발은 열적으로 지원되지만, 이러한 해결책은 기술적으로 복잡하고 환원제의 가열 및 증발을 위해 높은 에너지 소비를 요구한다.
삭제
본 발명의 목적은 가능한 가장 넓은 성능 그래프 범위에서 양호한 에어로졸 형성이 발생되는 방식으로, 언급된 방식의 배기관 섹션 내로 환원제를 도입하기 위한 장치를 개선함으로써, 시스템의 전체 효율이 증가되어, 즉 더 적은 NOX 방출이 달성되도록 하는데 있다.
상기 목적은 본 발명에 따라 청구항 제 1항의 특징을 갖는 장치에 의해 달성된다. 바람직한 실시예는 종속 청구항에 제시된다.
특히, 환원 촉매 컨버터로 안내되는 내연 기관의 배기관 섹션으로 통하는 환원제 파이프를 구비한 상기 배기관 섹션 내로 환원제를 도입하기 위한 본 발명에 따른 장치에 있어서, 상기 환원제 파이프의 배출 단부에는 스프레이 헤드가 배치된다. 상기 스프레이 헤드는 적어도 하나의 스프레이 개구 및 테이퍼링되는 횡단면을 갖는다. 적어도 하나의 스프레이 개구를 통해, 환원제의 에어로졸 형성은 상당히 개선될 수 있다. 상기 스프레이 헤드가 테이퍼링되는 횡단면을 가짐으로써, 소량의 환원제도 효율적으로 에어로졸로 변환될 수 있는데, 그 이유는 테이퍼링되는 횡단면으로 인해 환원제 파이프가 휠 때 분리되는 벽 필름이 스프레이 개구 앞에서 다시 결합되기 때문이다. 따라서, 연속적인 분무는 제어되고 조절될 수 있는 방식으로 이루어질 수 있다.
바람직하게는 상기 스프레이 헤드의 횡단면은 연속하는 부드러운 곡선을 따라 테이퍼링된다. 예를 들어, 여기서는 포물선 함수 또는 그와 유사한 함수들이 제공됨으로써, 스프레이 헤드는 특히 일종의 구형돔을 형성한다.
바람직하게는 상기 스프레이 헤드의 횡단면은 적어도 부분적으로 선형으로 테이퍼링되며, 특히 원뿔형 돔이 형성된다. 이러한 경우 스프레이 개구는 환원제의 양이 매우 적을 때에도 폐쇄된 벽 필름이 존재할 수 있는 위치에 배치되어야만 한다.
에어로졸 형성을 더욱 개선시키기 위해, 상기 스프레이 개구 또는 각각의 스프레이 개구는 스프레이 헤드의 축과 적어도 5°, 특히 약 50°의 각도를 형성한다. 상기 스프레이 개구 또는 스프레이 개구들의 각도는 특히 형성된 스프레이 콘, 스프레이 개구의 크기, 상기 스프레이 개구의 체적 유동률, 배기관 직경 및 배기 가스 체적 흐름에 의존한다.
바람직한 실시예에서 다수의 스프레이 개구가 스프레이 헤드의 둘레에 분포되어 제공된다. 예를 들어, 둘레에 균일하게 분포된 8 개의 스프레이 개구가 제공됨으로써, 개별 스프레이 콘은 실제로 에어로졸 분무 링을 형성하며, 상기 링은 특히 배기 가스 내에서의 환원제의 균일한 분포를 보장한다.
바람직하게는 스프레이 개구의 수, 스프레이 개구 또는 스프레이 개구들의 배치, 방향 설정 및/또는 횡단면은 배기 가스 종류 및/또는 양 및 배기관 직경에 의존한다. 특히 높은 배기 가스 속도에서, 최적의 혼합을 달성하기 위해 형성된 에어로졸은 마찬가지로 스프레이 헤드로부터 신속하게 방출됨으로써, 환원 촉매 컨버터로 들어갈 때 실제로 균일한 혼합이 주어진다. 스프레이 개구와 배기 가스 종류 및 양 사이의 의존성에 의해 상이한 엔진에 대한 간단한 적응이 달성됨으로써, 비록 직접 분사로 작동되더라도 본 발명에 따른 장치는 임의의 엔진용으로, 특히 디젤 엔진과 같은 자동 점화 내연 기관용으로 사용될 수 있다.
최종적으로, 환원제 파이프가 압력에 의해 작동될 수 있는 것이 바람직하다. 상기 환원제 파이프가 예를 들어, 펌프에 의해 작동될 수 있음으로써, 환원제의 방출률 및 에어로졸 형성은 특히 작동에 의해 환원제 파이프와 배기 가스 섹션간의 분명한 압력 차이가 있을 때 더욱 개선된다.
본 발명의 추가 장점 및 특징은 첨부된 도면을 참고로 하는 바람직한 실시예에 대한 하기 설명에 나타난다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예로서 제공된 장치를 갖는 배기관 섹션의 단면도이다.
도 1에는 배기관 섹션(2)이 도시되며, 상기 배기관 섹션(2)은 배기 가스를 내연 기관으로부터 환원 촉매 컨버터로 안내한다. 상기 배기관 섹션(2)으로 환원제 파이프(4)가 통하며, 상기 환원제 파이프(4)는 환원제 공급관(도시되지 않음)에 연결된다. 환원제로는 예를 들어 디젤 연료 등과 같은 탄화수소와 더불어, 특히 요소 수용액이 고려되며, 상기 용액은 예를 들어 분사 노즐, 기화기 장치 또는 다른 계량 첨가 장치를 통해 환원제 파이프 내로 제공될 수 있다.
통상적으로 상기 환원제 파이프(4)는 배기관 내부에서 휨을 형성하는데, 그 이유는 환원제가 일반적으로 최고의 배기 가스 속도의 영역에서, 다시 말해 실질적으로 배기관의 중앙에서 방출되기 때문이고, 적어도 대략 배기관 섹션(2) 내의 배기 가스 흐름에 상응하는 방향으로 방출되기 때문이다. 이러한 관 또는 파이프 휨에 의해, 예를 들어 요소 수용액과 같은 환원제 양이 적을 경우 환원제 파이프(4)에서 환원제를 이동시키는 공기, 배기 가스 또는 다른 캐리어 물질의, 환원제 파이프 내에서의 상이한 흐름 속도로 인해, 환원제 공급 파이프에 형성된 벽 필름이 분리된다.
분리된 환원제 벽 필름을 다시 통합시키기 위해, 도시된 실시예에서는 환원제 파이프(4)의 배출 단부에 스프레이 헤드(6)가 제공되며, 상기 스프레이 헤드(6)는 예컨대 나사(10)에 의해 환원제 파이프(4)에 결합될 수 있다. 그러나, 또한 예를 들어 접착, 납땜 또는 압력 끼워맞춤에 의한 다른 연결 가능성도 사용될 수 있다. 상기 스프레이 헤드(6)의 내벽은 그 단부까지 테이퍼링되는, 예를 들어 구형 표면(12)으로서 형성됨으로써, 요소 수용액의 분리된 벽 필름의 개별 성분들은 거기서 함께 안내되어 모여진다. 도시된 실시예에서는 테이퍼링 영역에 두 개의 스프레이 개구(8)가 표시되며, 상기 스프레이 개구(8)는 스프레이 헤드의 축에 대해 일정한 각을 형성한다. 축에 대해 상기 스프레이 개구(8)에 의해 형성된 각도는 특히 배기 가스 흐름, 환원제 량, 배기관 직경 및 스프레이 개구(8)의 크기 및 형상에 의존한다.
요약하자면, 본 발명에 따른 스프레이 헤드에 의해 에어로졸 형성의 품질은 상당히 개선될 수 있으므로, 시스템의 전체 효율, 예를 들어 NOX감소가 개선된다. 상기 시스템은 스프레이 개구의 배치, 크기 및 수, 그리고 스프레이 헤드의 내측의 테이퍼링(tapering)에 대한 파라미터에 의해 상이한 엔진에 매칭될 수 있다.
에어로졸 형성의 개선된 품질은 하기 사실로부터 얻어진다: 사용된 환원제의 일부가 혼합 챔버 또는 혼합 구간에 분무되고, 이는 또한 벽 막을 형성한다. 상기 벽 막은 환원제, 예컨대 요소 수용액의 양이 적을 때, 관의 휨 후에, 이송을 위해 사용된 공기의 상이한 흐름 속도로 인해 분리될 수 있다. 환원제 파이프의 출구에 본 발명에 따른 스프레이 헤드가 없으면, 상기 불완전한 벽 막이 압축 공기에 의해 분무될 것이다. 이는 처리가 어렵고, 계량 첨가된 환원제의 부분적으로 불충분한 분무화 또는 에어로졸 형성을 야기할 것이다.

Claims (7)

  1. 환원 촉매 컨버터로 안내되는 내연 기관의 배기관 섹션(2)으로 통하는 환원제 파이프(4)를 구비한, 상기 배기관 섹션(2) 내로 환원제를 도입하기 위한 장치에 있어서,
    기체 캐리어 물질이 상기 환원제의 이동을 위해 상기 배기관(2) 외부에서 상기 환원제 파이프에 공급되고, 상기 배기관(2)의 내부에서 상기 환원제 파이프(4)의 배출 단부에는, 적어도 하나의 스프레이 개구(8) 및 테이퍼링되는 횡단면을 갖는 스프레이 헤드(6)가 배치되고, 상기 스프레이 헤드(6)의 횡단면은 연속하는 부드러운 곡선을 따라 테이퍼링되고, 상기 적어도 하나의 스프레이 개구(8)는 상기 스프레이 헤드(6)의 축과 적어도 5도의 각을 형성함으로써, 상기 스프레이 헤드의 내벽에서 분리된 상기 환원제의 벽막이 테이퍼링되는 횡단면으로 인해 상기 스프레이 개구 앞에서 통합되고, 상기 하나 이상의 스프레이 개구를 통해 연속적인 분무화가 이루어질 수 있는 것을 특징으로 하는 환원제 도입장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 스프레이 헤드(6)의 횡단면은 구형 돔을 형성하는 것을 특징으로 하는 환원제 도입장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 스프레이 헤드(6)의 횡단면은 선형으로 테이퍼링되며, 특히 원추형 돔을 형성하는 것을 특징으로 하는 환원제 도입장치.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 각이 50°인 것을 특징으로 하는 환원제 도입장치.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    다수의 스프레이 개구(8)가 상기 스프레이 헤드(6)의 둘레를 따라 분포되어 제공되는 것을 특징으로 하는 환원제 도입장치.
  6. 삭제
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 환원제 파이프(4)가 압력에 의해 작동될 수 있는 것을 특징으로 하는 환원제 도입장치.
KR1020007008237A 1998-12-01 1999-07-23 내연 기관의 배기관 섹션 내로 환원제를 도입하기 위한 장치 KR100626563B1 (ko)

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