KR101284417B1 - 액상의 환원제를 액적의 형태로 배기 가스 라인에 첨가하는 방법 및 장치 - Google Patents

액상의 환원제를 액적의 형태로 배기 가스 라인에 첨가하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 액적 형태의 액상의 환원제(1)를 내연 기관(3)의 배기 가스 라인(2)에, 특히 배기가스 처리 구성요소(17)의 후방 전방면에 첨가하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 a) 상기 내연 기관(3)의 작동 동안에 하나 이상의 배기 가스 파라미터(4)를 확인하는 단계, b) 배기 가스 파라미터(4)의 함수로서 추가될 환원제(1)의 액적(6)의 크기(5)를 결정하는 단계, c) 상기 액적(6)의 형성된 크기(5)의 함수로서 상기 배기 가스 라인(2) 쪽으로의 상기 환원제(1)의 제 1 공급 압력(7)을 조정하는 단계, d) 환원제(1)를 공급 유닛(8)을 통해 배기 가스 라인(2)에 첨가하는 단계를 적어도 포함한다. 이런 식으로, 특히 배기 가스 처리 구성요소(17)의 전방측이 내연 기관의 작동 동안에 환원제(1)의 액적(6)을 사용하여 균등하게 습윤될 수 있다. 본 발명은 또한 상기 방법을 실행하는데 적당한 장치에 관한 것이다.

Description

액상의 환원제를 액적의 형태로 배기 가스 라인에 첨가하는 방법 및 장치{Method and Device for the Addition in Drop Form of a Liquid Reduction Agent to an Exhaust Gas Line}
본 발명은 액상의 환원제를 액적의 형태로, 내연 기관의 배기 라인에 첨가하는 방법과 장치에 관한 것이다.
내연 기관, 특히 디젤 기관의 배기-가스 정화 시스템의 경우에, 배기-가스 정화용 배기-가스 처리 구성요소가 배기 라인에 사용되고, 상기 배기-가스 처리 구성요소는 올바른 작동을 위해 반응물이 적어도 단속적으로 공급될 필요가 있다. 상기 배기-가스 처리 구성요소는 특히 SCR 촉매 변환기를 포함하며, 이 촉매 변환기에 순수 암모니아나 또는 예를 들면 요소(urea) 용액과 같은 화합물 형태의 암모니아가 질소 산화물의 선택적인 촉매 환원을 위한 환원제로 공급된다. 더욱이, 이러한 구성요소는 또한 산화-촉매 배기-가스 처리 구성요소이며, 상기 구성요소에 탄화수소 화합물(연료)이 배기 가스를 가열하기 위한 목적으로서 환원제로 공급된다. 배기-가스 유동의 상기 가열은 파티클 필터의 열적 수트 재생 동안에 또는 질소 산화물 저장 촉매 변환기의 황 재생 동안에 제공된다.
고 효율의 배기-가스 정화를 위하여, 배기 라인의 단면상에서의 환원제의 가능한 일정한 분배 및 미세한 원자화가 얻어진다.
특허문헌 EP-A-1 890 016에 기재된 바와 같이, 환원제를 배기 가스 유동 방향과 반대로 첨가함으로써, 배기-가스 유동과 관련하여 상기 환원제의 보다 빠른 상대 속도에 의해 상기 환원제가 보다 미세하고 보다 양호하게 분배되게 된다. 이러한 효과는, 환원제의 충돌하는 액적이 첨가적으로 원자화될 수 있거나 배기-가스 처리 구성요소의 표면으로부터 배기-가스 유동으로 직접적으로 증발할 수 있기 때문에, 배기-가스 처리 구성요소의 유출 측에서의 환원제의 충돌포집에 의해 첨가적으로 도움이 된다.
이 경우, 배기 라인의 단면상에서의 환원제의 분배와, 배기-가스 처리 구성요소의 유출 측에서의 충돌포집이 내연 기관의 작동 상태에 상당히 좌우된다. 고 유동 속도의 배기 가스에서, 추가 유닛에 의해 미세하게 원자화된 환원제가 빠르게 편향되어, 배기-가스 처리 구성요소의 유출 측이 적어도 부분적으로만 충돌하게 된다.
본 발명의 목적은 종래 기술과 관련하여 강조된 문제점을 적어도 부분적으로 해결하는 것이고, 특히 배기-가스 유동의 환원제가 가능한 일정하게 분배될 수 있게 하는 방법과 장치를 특정하는 것이며, 특히 내연 기관의 모든 작동점에서, 이에 따라 환원제의 증발을 향상시킬 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 청구항 1의 특징에 따른 방법과 청구항 10의 특징에 따른 장치에 의해 달성된다. 더욱이, 본 발명의 여러 유리한 실시예가 종속 청구항에 특정된다. 종속 청구항에 특정된 특징이 임의의 필요한 기술적으로 의미있는 방식으로 서로 결합될 수 있고 본 발명의 또 다른 실시예를 형성할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 더욱이, 청구항에 특정된 특징이 보다 상세하고 기재되어 설명되어 있고, 발명의 다른 바람직한 실시예도 기재되어 있다.
이러한 경우에 있어서, 본 발명의 방법은 액적의 형태로, 액상의 환원제를 내연 기관의 배기 라인에 첨가하는 방법에 의해 달성되며, 상기 본 발명의 방법은:
a) 상기 내연 기관이 작동하는 동안에, 하나 이상의 배기-가스 파라미터를 검출하는 단계,
b) 상기 배기-가스 파라미터의 함수로 첨가된 상기 환원제의 액적의 크기를 결정하는 단계,
c) 상기 액적의 결정된 크기의 함수로 상기 환원제의 제 1 이송 압력을 상기 배기 라인 쪽으로 설정하는 단계, 및
d) 상기 환원제를 추가 유닛으로써 상기 배기 라인으로 첨가하는 단계를 적어도 포함한다.
내연 기관이 작동하는 동안의 배기-가스 파라미터의 검출은 배기 라인 및/또는 상기 내연 기관의 센서에 의해 특히 행해질 수 있고 및/또는 상기 내연 기관의 작동 조건으로부터 또한 유도될 수 있다.
환원제의 액적의 크기는 상기 환원제의 이송 압력에 따라, 추가 유닛의 노즐 개방 구성에 따라, 그리고 환원제 자체의 화학적 조성과 물리적인 상태에 따라 실질적으로 결정된다. 액적의 크기가 결정되어, 특히 큰 개연성으로, 액적이 배기 라인에서의 환원제의 추가 유닛의 상류에 특히 배치된 배기-가스 처리 구성요소의 단부측과 충돌하며, (특히, 배기 라인의 총 단면상에서) 환원제의 증발 및/또는 미세한 분배가 허용된다. 액적의 크기는 배기 라인에서의 액적의 이동 경로에 영향을 미치며; 특히, 액적의 증가된 크기에 의해, 배기-가스 유동에 의한 편향과 관련된 액적의 관성이 또한 증가한다.
본 발명에서, 첨가된 환원제의 액적의 크기는 상기 환원제의 제 1 이송 압력을 환원제 라인에서 조정함으로써 특히 설정된다. 따라서, 예를 들면, 제 1 이송 압력이 높으면 높을수록, 예를 들면, 개별적으로 생성된 액적이 보다 작게 된다.
일반적으로 알고 있는 바와 달리, 보다 빠른 배기 가스 속도에서, 환원제가 가능한 가장 높은 압력에서 배기 라인에 공급되어, 상기 배기 가스의 유동 방향과 반대로 배기-가스 처리 구성요소의 단부측 방향으로 가능한 긴 거리를 커버하고 상기 배기-가스 처리 구성요소와 충돌하게 되며, 이에 따라 본 발명에서 제시된 바와 같이 압력이 특히 상승된 배기 가스 속도에서 감소되어, 보다 큰 액적이 형성되고 배기 가스에 대응하게 보다 덜 집중되어 편향되게 된다. 보다 덜 집중된 편향의 결과로서, 액적은 또한 추가 유닛과 이격된 배기-가스 처리 구성요소의 단부측 구역에 퍼지고, 환원제가 단부측에서 증발될 수 있다. 배기 라인의 단면상에서의 환원제의 필요한 분배가 이런 식으로 설정될 수 있다. 따라서, 제 1 이송 압력의 설정에 따라, 환원제가 추가 유닛을 통해 배기 라인으로 첨가되어, 특정 크기의 환원제 액적이 형성된다.
또한, 액상의 환원제의 첨가는 배기-가스 처리 구성요소의 하류에서 배기 라인의 배기 가스의 유동 방향과 반대로 발생하고, 상기 배기-가스 처리 구성요소의 충돌포집 구역 상에서의 환원제의 일정한 분배가 달성되도록 액적의 크기가 설정되는 방법이 바람직하다.
배기 가스 유동 방향과 반대로 액상의 환원제가 추가되면 액상의 환원제 제트의 편향 및/또는 타오름(flaring)이 초래된다. 이러한 형상에 의해 이후 첨가 구역, 즉 실제 습윤되는 구역이, 또한 배기-가스 처리 구성요소에서, 안정적인-상태의 첨가 작동에서 조차도 약간 변할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 비교적 일정하게 유지되는 배기-가스 파라미터의 경우에, 특히 배기-가스 처리 구성요소의 항상 동일한 구역에 환원제가 제공될 수 있다. 배기-가스 처리 구성요소가 사전에 환원제로 포화되고 결론적으로 상기 환원제가 소정의 방식으로 저장될 수 없거나 증발될 수 없기 때문에, 배기-가스 처리 구성요소의 국부 냉각이 야기되고 및/또는 효율이 감소될 수 있다. 상기 기재한 바와 같은 액상의 환원제의 첨가에 영향을 미쳐, 배기-가스 처리 구성요소의 충돌포집 구역 상에서의 환원제의 실질적으로 일정한 분배가 실현된다. "충돌포집 구역"은 내연 기관이 작동되는 동안의 정상 상태에서 개별 노즐이나 추가 유닛에 의해 퍼질 수 있는 배기-가스 처리 구성요소의 단부측 구역이다. 배기-가스 처리 구성요소의 총 단부면이 하나의 노즐로 퍼질 수 있으면, 충돌포집 구역은 단부면에 대응하며; 이와 달리, 충돌포집 구역은 일반적으로 단부면의 보다 작은 부분 구역이다. 충돌포집 구역이 단부면의 보다 작은 부분 구역인 경우에, 영역에 의한 총 충돌포집 구역의 합이 적어도 단부면의 영역을 커버하고, 필요하다면 상이한 노즐의 충돌포집 구역이 또한 겹쳐질 수 있도록 구성된 추가 유닛이 종종 제공된다. 충돌포집 구역은 일반적으로 추가 유닛에 의해 접근가능한 "타오르는(flared)" 구역으로 이루어진다. 충돌포집 구역을 결정하기 위하여, 예를 들면, 액상의 환원제를 일정한 조건 하에서 노즐에 공급할 수 있고, 내연 기관의 정상 작동 조건 하에서 배기-가스 처리 구성요소의 단부 측에 퍼지는 상기 환원제에 의해 충돌포집 구역이 결정된다. 결론적으로, 첨가 구역이 배기-가스 파라미터의 특정 상황에서 실제 습윤되는 부분 구역을 이루고, 충돌포집 구역은 상기 첨가 구역이 배기-가스 파라미터의 상이한 상황에 도달할 수 있는 구역을 이룬다. 또한, 결론적으로, 배기-가스 처리 구성요소의 (잠재적인) 충돌포집 구역 상에서의 환원제의 일정한 분배가 가능하도록 첨가 구역의 변화가 사용되도록 본 발명에서 제시된다. 본 발명에서, "일정한" 분배가 특히 측방향으로 도시된 사항으로부터 알 수 있을 것이다. 복수의 사이클에서 액상의 환원제가 충돌포집 구역에 제공된다는 것은 명확하다. 본 발명에서, 다음 첨가 사이클 동안에, 배기-가스 처리 구성요소의 첫번째 구역이 습윤되어, 충돌포집 구역에서 비교적 적은 양의 환원제를 갖는다. 본 발명에서, 배기-가스 처리 구성요소의 저장 특성 및/또는 온도가 또한 필요하다면 고려될 수 있다.
배기-가스 처리 구성요소의 후방 단부 측에 대한 환원제의 충돌포집의 결과로서, 상기 환원제가 상기 배기-가스 처리 구성요소의 표면으로부터 배기-가스 유동으로 직접적으로 증발될 수 있다. 따라서 환원제에 의한 오염물의 연속 변환이나 또는 상기 환원제의 연속의 가수 분해가, 배기 라인으로의 환원제의 불연속 첨가에도 불구하고, 가능하다. 공급될 환원제의 양은 추가 유닛에 의한 환원제의 첨가의 빈도에 의해 조정될 수 있다. 따라서, 환원제의 낮은 이송 압력 - 그리고 이에 따른 환원제의 비교적 저 볼륨 유동 - 에 의한 상기 환원제의 적당한 공급이 동시에 고 배기-가스 볼륨 유동에 가능하고 이에 따라 상기 환원제가 많이 요구되는 곳에 공급될 수 있다.
본 발명의 방법의 하나의 유리한 실시예에 따른, 배기-가스 파라미터는:
- 배기-가스 볼륨 유동,
- 배기-가스 유동 속도,
- 배기-가스 질량 유동,
- 배기-가스 온도,
- 배기-가스 압력으로 이루어진 그룹으로부터의 하나 이상의 배기-가스 파라미터이다.
필요하다면, 배기-가스 파라미터가 또한 복수의 관련 배기-가스 파라미터로부터 유도될 수 있다. 배기-가스 파라미터가 배기 라인이나 또는 내연 기관의 바람직한 부분에서 검출될 수 있고, 필요하다면, 제어기에 의해, 추가 유닛의 위치에서의 배기 라인에서 나타나는 배기-가스 파라미터로 변환될 수 있다. 따라서, 배가 라인으로의 환원제의 유도가 배기 가스의 하나 이상의 배기-가스 파라미터의 함수로 각각의 경우에 결정된다.
본 발명의 방법의 하나의 유리한 실시예에 따라, 단계 c)에서, 제 1 이송 압력이 3bar와 25bar 사이, 특히 3bar와 10bar 사이로 설정될 수 있다. 이러한 압력 범위는 시스템 구성요소가 상기 범위에 대해 저렴하게 생산될 수 있고 저 비용의 자동차에 통합될 수 있기 때문에 유리하다. 더욱이, 본 출원에 적당한 볼륨 유동을 갖는 펌프가 상기 압력 값으로 폭넓게 이용가능하고, 이처럼 허용될 수 있는 비용으로 자동차에 통합될 수 있다.
또한 환원제가 첨가되는 동안에,
- 이송 압력,
- 액적의 크기,
- 배기-가스 처리 구성요소 상의 첨가 구역,
- 상기 환원제의 첨가 위치,
- 상기 환원제의 첨가 방향으로 이루어진 그룹 중 하나 이상의 첨가 파라미터가 유리하게도 변경될 수 있다.
상기 기재한 바와 같은 가능한 변화와 관련하여, 복수의 첨가 파라미터가 또한 첨가 사이클을 순차로 오프셋시키는 동안에 변할 수 있거나 일정하게 유지될 수 있다는 것은 자명하다. 특히, 환원제를 이송시키기 위하여, 배기 가스 위측에 위치한, 장치의 제어 수단이나 또는 이에 대응하는 작동 수단에 의해 첨가 파라미터가 개시된다. 특히, 이송 압력의 변화는 액적 및/또는 첨가 구역의 크기 변화를 동시에 초래한다. 예를 들면, 복수의 노즐이 배기-가스 처리 구성요소를 습윤하기 위해 제공된다면, 환원제의 첨가 위치(노즐의 위치)는 상이한 노즐의 대응하는 작용에 의해 변경될 수 있다. 이동가능한, 피벗가능한 노즐이 추가 유닛에 제공된다면, 첨가 방향이 이러한 이동에 의해 의도된 방식으로 설정될 수 있다.
본 발명의 방법은 또한 하나 이상의 첨가 파라미터가 변하면서 배기-가스 파라미터를 일정하게 하는 것이다.
본 발명에서, 특히 이송 압력이 약간 변경되어 실질적으로 일정한 배기-가스 파라미터를 갖는 내연 기관에서의 액적의 첨가 구역을 약간 이동시키는 것이 매우 바람직하다. 이런 식으로, 특히, 첨가 구역이나 또는 분배 구역에서의 배기-가스 처리 구성요소의 국부 냉각이 피해진다.
본 발명의 특히 또 다른 바람직한 실시예에 따른, 단계 d)에 있어서, 10㎛와 200㎛의, 특히 30㎛와 150㎛ 사이의 사우터(Sauter) 평균 직경 크기의 액적이 첨가된다. 본 발명에서, 사우터 평균 직경은 다음과 같이 정의됨: 만일 액적이 동일한 크기의 볼로 밸라스트(ballast)의 (이 경우 액적) 파티클의 총 볼륨을 형성한다면, 그 총 표면적은 파티클의 총 표면적과 동일하며, 이후 상기 파티클이 그 직경과 같은 사우터 평균 직경을 갖는다.
본 발명의 경우에, 다수의 테스트에 있어서 그리고 AdBlue, 즉 환원제와 같은 요소-물 용액으로써, 45㎛의 액적의 사우터 평균 직경이 8bar의 제 1 이송 압력으로 4개의 구멍이 형성된 노즐과 같은 추가 유닛의 본 발명의 바람직한 실시예에서 얻어지는 반면, 137㎛의 사우터 평균 직경이 3bar에서 얻어진다는 것을 알 수 있을 것이다.
본 발명의 다른 한 유리한 실시예는 단계 b)에 따라 결정된 크기나 이보다 더 큰 크기를 갖도록 단계 d)에서 첨가된 액적의 적어도 60%를 제공할 수 있다. 비율은 바람직하게도 80% 이상이거나 또는 92% 이상일 수 있다. 본 발명의 방법의 목표는 특정 제 1 이송 압력으로 이러한 액적의 크기를 형성하여, 배기-가스 처리 구성요소의 단부면에서, 배기-가스 파라미터를 고려한 상기 액적이 배기 가스의 유동 방향과 반대로 첨가될 때 상기 배기 가스의 유동 방향과 반대로 특정 거리를 커버하고, 이에 따라 바람직하게도 배기 라인의 단면상에서 일정하게 분포되도록 행해진다. 따라서, 상기 본 발명의 방법에 의해, 적어도 특정 크기를 갖는 액적이 생성되어, 적어도 상기 비율의 액적이 소정의 최소 거리를 커버할 수 있다.
또한, 내연 기관이 작동하는 동안에, 배기-가스 처리 구성요소의 단부측이 환원제의 액적에 의해 일정하게 습윤되도록, 상기 환원제가 추가되는 것이 본 발명에서 제시된다.
특히, 예를 들면, 대형 수송차의 배기 시스템에서 직면하는 바와 같은 배기-가스 처리 구성요소의 매우 큰 단부측의 경우에 있어서, 액상의 환원제가 모든 단부측에서 필요한 방식으로 의도한 대로 추가될 수 있다. 이러한 이유 때문에, 특히 (후방) 단부측의 (평균-시간) 일정한 습윤이 발생되기 위하여, 본 발명에서 개시된 방법이 사용되도록 제시된다. 이와 관련하여, 충돌포집 구역의 일정한 습윤과 관련한 설명이 본 발명에서 참조되어 있다.
또한, 액적 형태로, 액상의 환원제를 배기 라인에 첨가하도록 사용되는 본 발명에 따른 장치는:
- 상기 환원제를 이송하는 펌프,
- 상기 환원제를 상기 배기 라인으로 안내하는 추가 유닛,
- 상기 펌프를 상기 추가 유닛과 유체 연통하게 하는 환원제 라인,
- 상기 펌프와 상기 추가 유닛 사이에 배치된 압력 조정 밸브 및 압력 진동 댐퍼, 그리고
- 적어도 상기 펌프, 상기 추가 유닛 및 상기 압력 조정 밸브를 제어하는 제어 유닛을 적어도 구비한다.
제어 유닛은 특히 펌프, 미터링(metering) 유닛 및 압력 조정 밸브와 같은 구성요소와, 필요하다면 자동차나 본 발명의 장치의 다른 구성요소를 조정 및/또는 제어하기 위해 사용된다. 본 발명에서, 제어기는 환원제를 배기 라인으로 첨가하기 위한 추가 유닛에서, 제 1 이송 압력을 제어함으로써, 액상의 환원제의 액적의 특정 크기를 설정하도록 사용된다.
제 1 이송 압력은 특히 환원제가 추가 유닛을 통해 배기 라인으로 분배될 수 있는 압력이다. 상기 제 1 이송 압력은 예를 들면, 펌프에 의해 발생되고 압력 조정 밸브가 이에 따라 작동된다. 펌프는 바람직하게 (일정한, 최대) 제 2 이송 압력을 연속으로 이송하며, 상기 제 2 이송 압력은 이후 압력 조정 밸브에 의해 각각의 제 1 이송 압력으로 소산된다. 제 2 이송 압력은 환원제 라인에서 나타나는 압력이고, 이로부터 발생하는, 특정 크기의 액적을 갖는 액상의 환원제가 첨가될 수 있는 제 1 이송 압력이 설정될 수 있다.
특히, 제 1 이송 압력은 압력 조정 밸브를 개방시킴으로써 또는 펌프에 의한 재순환 및/또는 이송에 의해 나타나는 제 2 이송 압력과 관련하여 설정된다. 특히 또한, 제 1 이송 압력이 펌프에 의한 이송 없이도, 추가 유닛에 의해 배기 라인으로의 환원제의 첨가에 의해 설정될 수 있다. 따라서, 이후 (환원제 라인에서의 비교적 높은 제 2 이송 압력에서) 제 2 이송 압력이 제 1 이송 압력으로 소산될 때까지 비교적 작은 크기의 액적을 갖는 환원제가 적어도 부분적으로 첨가된다. 이러한 실시예에 있어서, 본 발명의 단계 b)에서 결정된 크기의 액적이 제 1 이송 압력에 도달될 때만 첨가된다.
본 발명의 장치는 본 발명에 따른 방법을 실행하는데 특히 적당하다.
따라서, 압력 조정 밸브는 본 발명에 따른 방법의 단계 c)에 대응하는 제 1 이송 압력을 설정하도록 특히 제공된다.
압력 진동 댐퍼가 특히 필요한데, 이는 환원제 라인에서, 제 1 이송 압력이 설정되어 특정 크기의 액적을 만들고, 내연 기관이 작동하는 동안과 추가 유닛으로부터 환원제를 분배하는 동안에 압력 진동이 발생하기 때문이다. 이는 추가 유닛으로부터 분배될 양에 따라 특히 결정되고, 둘째로 펌프의 이송율과 상기 펌프의 (연속 또는 불연속) 이송 모드에 따라 결정된다. 더욱이, 환원제 라인에서의 특정 압력이 초과할 때나 또는 제 1 이송 압력을 설정하기 위하여, 환원제가 특히 복귀 라인을 통해 환원제 탱크로 재순환된다는 점에서, 상기 제 1 이송 압력이 압력 조정 밸브에 의해 영향을 받는다. 또한 압력 진동이 추가 유닛의 노즐의 불연속 개폐 이동의 결과로 발생한다. 이런 식으로, 압력 진동이 또한 형성되어, 환원제 라인을 통하는 파형처럼 흐르게 된다.
따라서, 압력 진동 댐퍼는 특히 가능한 일정한 특정 크기의 액적을 첨가하기 위하여 또는, 환원제 라인에서의 현재 제 2 이송 압력을 제 1 이송 압력(단계 c에서 결정된)에 가깝게 하기 위하여, 상기 환원제 라인에서 설정된 제 1 이송 압력을 일정하게 하는데 사용된다. 제 1 이송 압력의 변동이 따라서 감소되거나 방지된다. 본 발명에서, 특히 단계 d)에서 환원제 라인이나 또는 추가 유닛 상류의 제 2 이송 압력은 내연 기관이 작동하는 동안에, 단계 c)에서 결정된 제 1 이송 압력과 차이가 있고 기껏해야 단지 10%, 특히 단지 5%만큼 설정되는 것이 유리하다. 따라서, 환원제 라인에서의 압력 변동 결과로서 제 1 이송 압력이 도달되지 않는 시간에 추가 유닛이 배기 라인을 개방시키면, 이에 따라 첨가가 제 2 이송 압력에서 발생한다. 압력 진동 댐퍼에 의한 환원제 라인에서의 압력 진동 감소의 결과로서, 환원제가 이때 제 1 이송 압력과 실질적으로 유사한 제 2 이송 압력으로 배기 라인에 첨가된다.
본 발명의 장치의 다른 한 유리한 실시예에 따라, 제어 유닛이 하나 이상의 배기-가스 파라미터를 결정하기 위한 하나 이상의 배기-가스 센서와 연결되며, 이들 배기-가스 파라미터는 특히 상기 기재한 본 발명의 방법에서 이미 언급한 배기-가스 파라미터를 포함한다. 따라서, 제어 유닛은 특히 액적의 크기를 환원제 라인에서 형성하는데 적당한 제 1 이송 압력을 설정하도록 또한 사용되고, 상기 액적은 추가 유닛에 의해 배기 라인으로 이송될 수 있고, 이후 배기 가스의 유동 방향과의 반대 이송을 최소로 하여, 특히 배기 라인에서의 배기-가스 처리 유닛의 단부측에 영향을 미친다. 액적의 크기가 선택되어, 배기 라인의 총 단면상에서의 환원제의 가능한 일정한 분배가 단부측에서 얻어진다.
하나의 유리한 실시예에 있어서, 하나 이상의 배기-가스 파라미터를 결정하기 위한 배기-가스 센서가 내연 기관의 에어 서플라이 측에 배치된다. 따라서 배기-가스 파라미터는 내연 기관의 흡입측에서 파라미터로부터 유도된다. 특히, 배기-가스 센서는 질량 유동 센서나 또는 진공 센서로 본 발명에서 구성될 수 있다. 특히, 배기-가스 센서의 검출 시그널이 내연 기관의 파라미터, 예를 들면 내연 기관의 회전 속도와 합쳐진다.
본 발명에서, 추가 유닛이 또한 적어도 대다수의 노즐이나 또는 하나 이상의 이동가능한 노즐을 포함한다.
또한, 추가 유닛이 제공되고 상기 추가 유닛에 복수의 노즐이 제공되며, 하나 이상의 상기 노즐이 이동가능하게 구성되거나 특히 피벗가능하게 구성된다는 것은 자명하다. 대다수의 노즐의 경우에 있어서, 노즐이 배기-가스 처리 구성요소의 모든 단부면에 미치도록, 즉 충돌포집 구역의 합은 적어도 단부면을 커버하도록 배치된다. 이를 위하여, 복수의 노즐, 예를 들면 3개의 노즐이나, 4개의 노즐이나 또는 5개의 노즐이 배기 라인의 원주나 또는 배기-가스 처리 구성요소의 후방 단부측 상에 배치될 수 있다. 이동가능한 노즐이 제공된다면, 대응하는 가스-기밀 베어링과 조정 모터가 필요할 것이다.
특히 유리하게도 본 발명에 따른 장치의 제어 유닛이 본 발명에 따른 방법을 실행하도록 구성되고, 더욱이 본 발명의 장치 및/또는 방법이 자동차에 사용되도록 특히 제공된다.
본 발명의 방법과 장치는 바람직하게 액상의 요소-물 용액의 첨가와 관련되며, 이 경우 배기-가스 처리 유닛은 추가 유닛과 마주하여 위치된 단부측의 한 섹션 상에 위치한 가수 분해 코팅을 적어도 구비한다.
본 발명과 본 발명의 기술 분야가 도면을 기초로 하여 보다 상세하게 설명되어 있다. 특히 도면은 본 발명의 여러 실시예와 변형예를 나타내고 있지만, 그러나 본 발명이 이들 도시된 사항만으로 한정되지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 동일한 부재번호가 또한 도면에서 동일한 부분을 지시하는데 사용되었다.
도 1은 자동차에 장착된 장치를 도시한 도면이고;
도 2는 자동차가 작동하는 동안의 배기 라인을 상세하게 도시한 도면이고;
도 3은 자동차에 장착된 장치의 다른 실시예를 도시한 도면이며;
도 4는 환원제의 가변 첨가를 도시한 도면이다.
도 1은 내연 기관(3)을 구비한 자동차(21)에 장착된 장치(12)를 도시한 도면이다. 본 발명에서, 배기 라인(2)은 제 1 단부측(18)과 제 2 단부측(19)이 형성된 하나 이상의 배기-가스 처리 구성요소(17)를 구비하여 제공되며, 상기 배기-가스 처리 구성요소에서 배기 가스가 제 1 단부측(18)으로부터 제 2 단부측(19)까지 유동 방향(20)으로 횡단한다. 본 발명에서, 본 발명의 장치(12)의 추가 유닛(8)이 배기-가스 처리 구성요소(17)의 제 2 단부측(19)의 하류에 배치된다. 상기 추가 유닛(8)이 위치되어, 배기 라인(2)에서의 배기 가스의 유동 방향(20)과 반대로, 추가 유닛(8)에 의해 공급된 환원제가 배기-가스 처리 구성요소(17)의 제 2 단부측(19)과 적어도 부분적으로 충돌한다. 이를 위하여, 특정 크기의 액적이 장치(12)에 의해 제공되며, 이들 액적은 배기 가스의 유동 방향(20)과 반대로 배기 라인(2)에 공급되며 이에 따라 배기-가스 처리 구성요소(17)의 제 2 단부측(19)에서 적어도 부분적으로 충돌한다. 장치(12)는 환원제 탱크(22), 펌프(10), 압력 진동 댐퍼(9), 압력 조정 밸브(14) 및 추가 유닛(8)을 포함하며, 이들은 환원제 라인(13)에 의해 서로 연결된다. 더욱이, 배기-가스 센서(16)가 내연 기관(3)의 에어 서플라이 측(25)의 라인이나 또는 배기 라인(2)의 상이한 지점에 제공되며, 배기-가스 센서가 특히 상이한 배기-가스 파라미터(4)를 제어 유닛(15)에 전송한다. 내연 기관의 에어 서플라이 측(25)의 배기-가스 센서(16)에 의해, 공기 질량 유동을 결정함으로써(또는 내연 기관(3)의 회전 속도와 라인에서의 진공으로부터의 공기 질량 유동을 결정함으로써), 또한 배기 라인(2)에서의 배기-가스 파라미터(4)를 결정할 수 있다. 제어 유닛(15)은 더욱이 적어도 압력 조정 밸브(14)의 펌프(10) 및 추가 유닛(8)과 연결된다. 더욱이, 압력 조정 밸브(14)는 특히 복귀 라인과 연결되며 환원제가 상기 복귀 라인을 통해 환원제 라인(13)으로부터 탱크(22)로 복귀할 수 있다.
도 2는 배기-가스 처리 구성요소(17)를 구비한 배기 라인(2)의 상세한 도면이며, 상기 배기-가스 처리 구성요소는 제 1 단부측(18)과 제 2 단부측(19)을 구비하고, 상기 구성요소에서 배기 가스가 제 1 단부측(18)으로부터 제 2 단부측(19)까지의 유동 방향(20)으로 횡단한다. 본 발명에서, 배기 가스는 필요하다면 배기 라인(2)의 상이한 지점에서 상이한 배기-가스 파라미터(4)(예를 들면, 배기-가스 온도, 배기-가스 속도 등)를 가지며, 상기 배기-가스 파라미터가 배기-가스 센서(16)에 의해 검출된다. 추가 유닛(8)이 배기-가스 처리 구성요소(17)의 하류에 배치되고, 상기 추가 유닛(8)에 의해, 액적(6)의 형태로 환원제(1)가 배기-가스 처리 유닛(17)의 제 2 단부측(19)에 바람직하게 분배된다. 환원제(1)의 액적(6)은 배기 라인의 총 단면(24) 상에 일정하게, 특히 상기 환원제(1)가 퍼질 수 있는 가능한 최대 단면(24) 상에 일정하게 분배되는 것이 바람직하다.
도 3은 자동차에서의 장치(12)의 다른 일 실시예를 도시한 도면이다. 본 발명에서, 크기(5)의 액적(6)이 제 1 단부측(18)과 제 2 단부측(19)을 갖는 배기-가스 처리 구성요소(17) 하류의 배기 라인(2)에 공급되며, 액적(6)이 추가 유닛(8)에 의해 배기 라인(2)으로 분배되고 액적 경로(23)를 따라서 이동한다. 상기 액적 경로(23)는 배기-가스 파라미터(4)에 의해 실질적으로 영향을 받는다. 따라서, 장치(12)에 의해, 제 1 이송 압력(7)이 환원제 라인(13)에 설정되고, 이에 따라 특정 크기(5)의 액적(6)이 바람직하게 생성되어 배기-가스 처리 구성요소(17)의 제 2 단부측(19) 상에서 상기 액적(6)의 충돌포집을 허용한다. 배기-가스 파라미터(4)의 검출에 필요한 데이터가 배기-가스 센서(16)에 의해 수집되고 상기 배기-가스 센서는 배기-가스 처리 구성요소(17)의 하류나 상류에 배치되거나 또는 상기 배기-가스 처리 구성요소(17) 내에 배치될 수 있다. 상기 배기-가스 센서(16)가 제어 라인을 통해 또는 무선으로 그 데이터를 제어기(15)에 전송하며, 상기 제어기는 추가 유닛(8), 압력 조정 밸브(14) 및 펌프(10)와 또한 적어도 연결된다. 장치(12)는 추가 유닛(8)뿐만 아니라 환원제 탱크(22), 펌프(10), 압력 진동 댐퍼(9) 및 압력 조정 밸브(14)를 구비하며, 이들은 환원제 라인(13)에 의해 서로 연결된다. 제어 유닛(15)은 환원제 라인(13)의 제 1 이송 압력(7)을 결정한다. 장치(12)가 작동하는 동안에, 개별적으로 설정된 제 1 이송 압력(7)이 변동될 수 있다. 환원제 라인(13)에서의 실제 압력은 제 2 이송 압력(11)이며, 이에 따라 상기 제 2 이송 압력이 제 1 이송 압력(7)으로부터 가능한 적게 차이가 나도록 제어된다. 환원제(1)는 제 1 이송 압력(7)과 가능한 매우 근사의 제 2 이송 압력(11)에서 추가 유닛(8)을 떠난다.
도 4는 배기-가스 처리 구성요소(17)의 후방을 도시한 도면이다. 배기-가스 처리 구성요소(17)의 하류에서, 4개의 노즐(29)이 배기 라인(2)의 원주부 상에 제공되며, 제어 유닛(15)에 의해, 노즐(29)이 액상의 환원제로 배기-가스 처리 구성요소(17)의 일정한 습윤을 허용한다. 결론적으로, 추가 유닛이 본 발명에서 4개의 노즐(29)로 형성된다. 노즐(29)이 반드시 요구되는 것은 아니지만 단단하게 연결되고; 도 4의 상부에서, 노즐(29)이 이동가능하거나 피벗가능하도록 구성된다(이중 화살표 참조). 동일한 노즐(29)에서, 또한 상기 노즐이 점선으로 지시된, 액상의 환원제용의 별도의 충돌포집 구역(26)에 할당되는 것으로 도시되었다.
첨가 방법의 조정이나 의도한 변화에 의해 내연 기관의 정상 작동 조건 하에서 노즐이 어떻게 일정하게 충돌포집 구역(26)에 퍼지게 하는 지를 도 4의 아래쪽 구역에 도시하였다. 본 발명에서, 하부 노즐이 현재 고려된 첨가 위치(27)를 갖는다. 상기 첨가 위치(27)로부터 진행하는, (어둡게 표시된 구역) 충돌포집 구역(26)이 조정될 (점선으로 지시됨) 첨가 구역(30)에 의해 일정하게 습윤될 수 있다. 본 발명에서, 첨가 구역(30)이 첨가 사이클 동안에 액상의 환원제의 충돌포집 구역으로 이루어진다. 모든 충돌포집 구역(26)을 커버하기 위하여, 첨가 구역(30)의 형상 및/또는 크기 및/또는 첨가 방향(28)이 변경된다는 것을 알 수 있다. 모든 충돌포집 구역(26)이 예를 들면, 5개의 첨가 사이클에 의해 환원제로써 실질적으로 일정하게 분무될 수 있다는 것을 알 수 있다. 본 발명에서, 모든 첨가 구역(30)이 실제 서로 인접하여 모두 배치될 필요가 없고 및/또는 모든 첨가 구역(30)이 동일 량의 환원제 및/또는 동일한 빈도로 습윤될 필요가 없다. 실제로, 배기-가스 처리 구성요소(17)의 증발 작용 및 저장 및/또는 배기-가스 파라미터가 또한 본 발명에서 반드시 고려되어야 한다. 일반적으로, 상기 구역에서의 배기 가스의 보다 높은 온도 때문에 및/또는 배기-가스 처리 구성요소(17)를 통하는 보다 집중된 유동 때문에, 보다 큰 저장 용량 및/또는 증발 용량이 배기-가스 처리 구성요소(17)의 중앙 구역에서 직면하게 된다. 이러한 구성은 또한 첨가 방법에서 고려될 수 있다.
첨가 구역(30)의 조정이 제어 유닛(15)의 대응하는 조정에 의해 각각의 환원제 라인에서의 이송 압력에 영향을 미쳐서 예를 들면 의도된 방식으로 행해진다. 첨가 구역(30)의 변화나 넓어짐(broaden)이나 편향을 초래하는 배기-가스 파라미터가 상기와 같은 방식에 고려된다. 그러나, 이는 첨가 방법에서 고려되거나 보상되는 것이 바람직하다.
1 환원제 2 배기 라인
3 내연 기관 4 배기-가스 파라미터
5 크기 6 액적
7 제 1 이송 압력 8 추가 유닛
9 압력 진동 댐퍼 10 펌프
11 제 2 이송 압력 12 장치
13 환원제 라인 14 압력 조정 밸브
15 제어 유닛 16 배기-가스 센서
17 배기-가스 처리 구성요소 18 제 1 단부측
19 제 2 단부측 20 유동 방향
21 자동차 22 환원제 탱크
23 액적 경로 24 단면
25 에어 서플라이 측 26 충돌포집 구역
27 첨가 위치 28 첨가 방향
29 노즐 30 첨가 구역

Claims (14)

  1. 액적의 형태로, 액상의 환원제(1)를 내연 기관(3)의 배기 라인(2)에 첨가하는 방법으로서,
    a) 배기-가스 센서(16)에 의해 상기 내연 기관(3)이 작동하는 동안에 하나 이상의 배기-가스 파라미터(4)를 검출하는 단계,
    b) 제 1 이송 압력(7)을 제어하는 제어기에 의해 상기 배기-가스 파라미터(4)의 함수로 첨가될 상기 환원제(1)의 액적(6)의 크기(5)를 결정하는 단계,
    c) 압력 조정 밸브에 의해 상기 액적(6)의 결정된 크기(5)의 함수로 상기 환원제(1)의 제 1 이송 압력(7)을 상기 배기 라인(2) 쪽으로 설정하는 단계, 및
    d) 환원제 추가 유닛(8)에 의해 상기 환원제(1)를 상기 배기 라인(2)에 첨가하는 단계를 적어도 포함하고, 상기 액상의 환원제(1)는 요소 용액인 것을 특징으로 하는 액상의 환원제(1)를 내연 기관(3)의 배기 라인(2)에 첨가하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 배기 라인(2)에서 배기 가스의 유동 방향(20)과 반대로 그리고 배기-가스 처리 구성요소(17)의 하류에서 상기 액상의 환원제(1)가 첨가되고, 상기 환원제가 상기 배기-가스 처리 구성요소(17)의 충돌포집 구역(26) 상에 일정하게 분배되도록, 액적(6)의 크기(5)가 설정되는 것을 특징으로 하는 액상의 환원제(1)를 내연 기관(3)의 배기 라인(2)에 첨가하는 방법.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 배기-가스 파라미터(4)는:
    - 배기-가스 볼륨 유동,
    - 배기-가스 유동 속도,
    - 배기-가스 질량 유동,
    - 배기-가스 온도, 및
    - 배기-가스 압력으로 이루어진 그룹 중에서 하나 이상의 배기-가스 파라미터를 포함하는 것을 특징으로 하는 액상의 환원제(1)를 내연 기관(3)의 배기 라인(2)에 첨가하는 방법.
  4. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    c) 단계에 있어서, 상기 제 1 이송 압력(7)은 3bar와 25bar 사이로 설정되는 것을 특징으로 하는 액상의 환원제(1)를 내연 기관(3)의 배기 라인(2)에 첨가하는 방법.
  5. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 환원제를 첨가하는 동안에,
    - 상기 이송 압력(7),
    - 상기 액적(6)의 크기(5),
    - 상기 배기-가스 처리 구성요소(17) 상의 첨가 구역(30),
    - 상기 환원제(1)의 첨가 위치(27), 및
    - 상기 환원제(1)의 첨가 방향(28)으로 이루어진 그룹 중 하나 이상의 첨가 파라미터가 변경되는 것을 특징으로 하는 액상의 환원제(1)를 내연 기관(3)의 배기 라인(2)에 첨가하는 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    배기-가스 파라미터가 일정한 동안 하나 이상의 첨가 파라미터가 변하는 것을 특징으로 하는 액상의 환원제(1)를 내연 기관(3)의 배기 라인(2)에 첨가하는 방법.
  7. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    d) 단계에 있어서, 10㎛와 200㎛ 사이의 사우터 평균 직경 크기의 액적(6)이 첨가되는 것을 특징으로 하는 액상의 환원제(1)를 내연 기관(3)의 배기 라인(2)에 첨가하는 방법.
  8. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    d) 단계에 첨가된 적어도 60%의 상기 액적(6)이 b) 단계에 따라 결정된 크기(5)를 갖거나 상기 크기보다 더 큰 것을 특징으로 하는 액상의 환원제(1)를 내연 기관(3)의 배기 라인(2)에 첨가하는 방법.
  9. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 내연 기관이 작동하는 동안에, 상기 배기-가스 처리 구성요소(17)의 상기 단부측이 상기 환원제(1)의 상기 액적(6)에 의해 일정하게 습윤되도록, 상기 환원제(1)가 추가되는 것을 특징으로 하는 액상의 환원제(1)를 내연 기관(3)의 배기 라인(2)에 첨가하는 방법.
  10. 액적의 형태로, 액상의 환원제(1)를 배기 라인(2)에 첨가하는 장치(12)로서,
    - 상기 환원제(1)를 이송하는 펌프(10),
    - 상기 환원제(1)를 상기 배기 라인(2)으로 안내하는 환원제 추가 유닛(8),
    - 상기 펌프(10)를 상기 환원제 추가 유닛(8)과 유체 연통하게 하는 환원제 라인(13),
    - 상기 펌프(10)와 상기 환원제 추가 유닛(8) 사이에 배치된 압력 조정 밸브(14) 및 압력 진동 댐퍼(9), 및
    - 적어도 상기 펌프(10), 상기 환원제 추가 유닛(8) 및 상기 압력 조정 밸브(14)를 제어하는 제어 유닛(15)을 적어도 구비하고,
    상기 액상의 환원제(1)는 요소 용액이고,
    상기 제어 유닛(15)은 하나 이상의 배기-가스 파라미터(4)를 결정하기 위해 하나 이상의 배기-가스 센서(16)와 연결되고,
    상기 제어 유닛(15)은, 상기 환원제(1)를 상기 배기 라인(2)으로 제 1 이송 압력을 제어함으로써 첨가하는 상기 환원제 추가 유닛(8)에서 상기 액상의 환원제(1)의 액적의 크기(5)를 설정하도록, 사용되는 것을 특징으로 하는 액상의 환원제(1)를 배기 라인(2)에 첨가하는 장치(12).
  11. 삭제
  12. 청구항 11에 있어서,
    하나 이상의 배기-가스 파라미터(4)를 결정하기 위한 상기 배기-가스 센서(16)는 내연 기관(3)의 에어 서플라이 측(25)에 배치되는 것을 특징으로 하는 액상의 환원제(1)를 배기 라인(2)에 첨가하는 장치(12).
  13. 청구항 10 또는 12에 있어서,
    상기 추가 유닛(8)은 적어도 다수의 노즐(29)을 포함하거나 또는 하나 이상의 이동가능한 노즐(29)을 포함하는 것을 특징으로 하는 액상의 환원제(1)를 배기 라인(2)에 첨가하는 장치(12).
  14. 청구항 10 또는 12에 있어서,
    상기 제어 유닛(15)은 청구항 1 또는 2에 따른 방법을 실행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 액상의 환원제(1)를 배기 라인(2)에 첨가하는 장치(12).
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