KR20020015702A - 환원제 투여 장치 - Google Patents

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클라우스 포스, 게오르그 뮐러
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Abstract

본 발명은 공기를 투여 방식으로 혼합 챔버 내로 공급하기 위한 수단과, 환원제를 투여 방식으로 혼합 챔버 내로 공급하기 위한 수단과, 혼합 챔버에 공급된 성분들의 사용하여 에어러솔을 형성하기 위한 수단과, 에어러솔을 투여 방식으로 에어러솔 도관으로 분배하기 위한 수단을 갖는, 환원제, 특히 요소 또는 요소 수용액을 투여하기 위한 장치에 관한 것이다. 공기를 투여 방식으로 공급하기 위한 수단과, 환원제를 투여 방식으로 공급하기 위한 수단과, 혼합 챔버가 플라스틱 또는 금속성 재료로 된 블록에 적어도 부분적으로 고정되거나 또는 일체된다.

Description

환원제 투여 장치 {DEVICE FOR DOSING A REDUCING AGENT}
지난 수년간 점점 더 낮게 책정되는 유해 물질 규정치 때문에 엔진의 배기 가스 처리를 위한 무수한 장치 및 방법이 개발되어 왔다. 예를 들어, NOx -변환을 위한 환원제로써 요소 및/또는 암모니아를 사용하는 촉매 시스템을 이용하는 효율적인 배기 가스 처리 시스템이 제공되었다.
배기 가스 내의 NOx 성분 감소시키기 위하여, 통상적으로 SCR-촉매 컨버터(Selective Catalystic Reduction)를 요소 투여 시스템과 저장 촉매 컨버터로 분류하는 특히 디젤 엔진용 환원 촉매 컨버터가 개발되었다. 이른바 SCR-촉매 컨버터는 요소 및/또는 암모니아 환원제를 공급함으로써 재생되나, 이른바 저장 촉매 컨버터는 엔진 연료에 함유된 탄화 수소를 이른바 배기 가스 농후 단계에서 재생시킨다.
유럽 특허 제381 236호에는 디젤 엔진으로부터의 배기 가스 내의 질소를 제거하기 위해 암모니아를 환원제로 투여하는 시스템이 공지되어 있다. 또한, 상기시스템에는 배기 가스의 압력을 하강시키는 터보 충전기가 제공된다. 사용되는 요소 수용액은 공기압에 의해 투여된다.
독일 특허 제44 41 261호에는 촉매 컨버터의 성능이 투여 장치를 통해 개선되는, 엔진의 배기 가스를 처리하기 위한 장치가 공지되어 있다. 상기 투여 장치는 원통형 회전체 상에 홈 형태의 나사를 갖는 최소량 투여-공급 펌프로써 구성되며, 회전체의 공급 출력을 변경하기 위해 다양한 회전수에 의해 작동된다. 배기 가스 시스템 내로의 환원제 공급은 특성 영역에 따라, 즉 배기 가스의 양 및/또는 성분에 따라 양호하게 달성된다.
환원제를 투여하기 위한 종래 시스템에서, 모듈 구조적으로 서로 관련되며 호스 또는 도관 결합으로 서로 연결된 개별 부품들이 사용된다. 이러한 유형의 시스템은 예를 들어 독일 특허 제42 30 056호에도 공지되어 있다. 요소 또는 요소 용액의 적은 표면 장력에 의해 개별 시스템 부품들 사이의 상기 유형의 호스 또는 도관 결합은 많은 비용을 들여서만 밀폐 가능하며, 따라서 시스템의 전체 비용은 상승된다. 이동 작동 중에 투여 시스템이, 시간에 따라 더 악화되는 밀폐 특성을 야기시킬 수 있는 진동 가속과 관련될 수 있다는 것이 특히 고려되야 한다.
본 발명은 청구 범위 제1항의 전제부에 따른 촉매 작용을 통한 배기 가스 처리의 범주 내에서, 환원제, 특히 요소 또는 요소 수용액을 투여하기 위한 장치 관한 것이다.
본 발명에 따른 장치는 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명된다.
도1은 중앙 플라스틱 블록에 적어도 부분적으로 고정되거나 또는 일체된 요소 투여 시스템의 블록 선도이다.
도2는 본 발명에 따른 투여 시스템의 양호한 일 실시예의 사시도이다.
도3은 본 발명에 따른 요소 투여 시스템의 양호한 다른 실시예의 단면도이다.
도4는 도3의 선 K-K를 따른 실시예의 다른 단면도이다.
도5는 본 발명에 따라 사용된 전도성 플라스틱 블록의 양호한 일 실시예의 개략적인 사시도이다.
본 발명의 목적은 종래 장치에 비해 저렴한 방법으로 밀폐시킬 수 있는, 환원제 투여 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 제1항의 특징에 의해 해결된다.
본 발명에 따른 장치는 유동적 사용을 위해 적합한 환원제-투여 시스템의 구성을 간단한 방법으로 허용한다. 종래 시스템에서 호스 및 도관 연결부의 이완을 야기시키는 진동 가속은 효율적으로 감소되거나 또는 그 작용이 제한될 수 있다. 본 발명에 따라 시스템 부품들 사이의 확실한 결합이 제공된다. 플라스틱 또는 금속 블록에 또는 금속 블록 내에 구성 부품들을 체결 또는 일체시킴으로써 조립은 간소화된다. 동시에, 나사 결합부 및 자유롭게 놓인 도관들이 전반적으로 제거될 수 있기 때문에 장치의 크기는 종래 장치에 비해 작아진다.
작아진 크기는 마찬가지로 환원제 공급 도관 내의 사공간(dead space)을 감소시킨다. 본 발명에 따라 제공된 블록은 도관 및 나사 결합에 의해 구성된 환원제 투여 시스템보다 기계적으로 더 안정적이다. 나사 결합점의 감소와 이에 의해 형성되는 밀폐 위치의 감소에 의해 전체적으로 더 양호한 밀폐성이 달성된다. 플라스틱 또는 금속 블록은 나사와 도관을 사용하는 시스템보다 실질적으로 더 저렴하게 제공된다.
또한, 본 발명에 따른 장치에서 달성될 수 있는 감소된 사공간에 의해, 환원제 대신에 공기가 환원제 라인을 통해 운송되는 환기 시간이 종래 시스템에 비해 감소되는 것은 유익한 것으로 증명되었다. 또한, 본 발명에 따른 장치에서 경우에 따라서 결빙 후의 해빙을 위해 제공된 가열 도관이 감소된다.
본 발명에 따른 유익한 구성은 종속 청구항의 대상이 된다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예에 따르면, 블록은 전도성 플라스틱으로 제조된다. 이런 유형의 블록에 의해, 요소 투여 시스템의 균일한 예열 또는 가열이 간단한 방법으로 달성될 수 있다. 유압식 또는 공기 압축식 도관을 갖는종래 시스템에서, 가열 에너지는 부분적으로 또는 면을 통해 전달되어, 각각의 구성 부품에 대한 바람직하지 못한 열점(heat point)의 위험이 형성된다. 또한 본 발명에 따르면, 전도성 플라스틱은 시스템의 전자기 차폐를 위해 유익하게 사용되어 종래의 금속 하우징에 대체될 수 있다. 균일한 가열은 구성 부품을 바람직하게 보호하며, 열이 유압 도관 전체에 걸쳐 균일하게 공급될 수 있기 때문에 신속한 해빙을 가능케한다. 상술한 바와 같이, 전자 방사에 대한 전도성 플라스틱의 차폐 특성은 금속 하우징의 금속적인 보호 특성을 더 이상 필요로 하지 않기 때문에 금속 하우징을 대체할 수 있다. 특히, 2개의 구조적 가능성, 즉, 한편으로는 제어 장치가 장착된 플라스틱 블록의 구조와, 다른 한편으로는 제어 장치를 둘러싸는 플라스틱 블록을 갖는 구조를 생각할 수 있다. 전도성 플라스틱을 그 전체 크기에 걸쳐 일정하게 가열될 수 있다.
플라스틱 블록은 전압에 의해 작동 가능한 2개의 전극을 가진다. 플라스틱 블록의 온도는 소정의 전압을 갖는 전극의 대응 작동에 의해 간단하게 제어될 수 있다. PTC-요소 또는 가열 카트리지를 위한 추가의 구멍이 플라스틱 블록 내에 필요하지 않다. 이러한 부품들이 제거됨으로써 추가의 비용이 절약된다. 또한, 플라스틱 블록 내에 가열 코일을 더 이상 필요로 하지 않는다. 본 발명에 따른 장치의 바람직한 일 실시예에 따르면, 블록은 전도성 입자가 첨가된 플라스틱으로 제조된다. 전도상 입자를 첨가함으로써 전도성 플라스틱의 상술된 장점은 간단하게 구현 가능하다.
본 발명에 따른 장치의 다른 일 실시예에 따르면, 블록은 알루미늄으로 제조된다. 이런 유형의 재료는 저렴하게 제공될 수 있으며, 실제적으로 내구적이며 신뢰성 있는 것으로 증명되었다.
공기 공급을 위한 수단이 공기 공급 도관과, 공기압 제어 밸브와, 공기압 센서와, 체크 밸브와, 투여 밸브를 갖는 것은 바람직하다. 이러한 부품들의 사용할 때 소정의 공기가 투여 방식으로 간단하게 공급된다.
환원제 공급을 위한 수단은 환원제-공급 도관과, 펌프와, 압력 조절기와, 압력 댐퍼와, 압력 센서와, 투여 밸브와, 적어도 하나의 첵크 밸브를 가진다.
본 발명에 따른 환원제 투여 시스템의 기능 및 구조는 도면에 도시된 바와 같이, 요소 투여 시스템에 의해 예시적으로 설명된다.
도1에는 요소 탱크가 도면 부호 1로 표시되며, 요소 수용액이 상기 요소 탱크로부터 체크 밸브(2)와 필터 메쉬를 갖는 요소 도관(1a)을 통해 공급 펌프(4)에 의해 흡입되어, 압력 댐퍼 내지 펄스 댐퍼(5) 및 체크 밸브(6)를 거쳐 혼합 챔버(8)의 투여 밸브(7)로 공급된다. 투여 밸브(7)는 요구된 요소 수용액을 도4와 관련되어 설명되는 혼합 챔버의 혼합 공간 내로 투여한다. 경우에 따라서 발생되는, 요소 수용액의 과잉 유동은 압력 조절기(10)와 체크 밸브(11)에 의해 복귀 도관(1d)를 통해 요소 탱크(1)로 복귀 가능하다. 환기는 환기 밸브(12)를 갖는 환기 순환부를 통해 실행 가능하다.
또한, 도면 부호 20으로 표시되는 공기압 용기로부터 공기압이 압력 제한기(21)와, 2/2방 밸브(22)와, 체크 밸브(23)를 갖는 압력 도관(2a)을 통해 혼합 챔버 내로 공급될 수 있다.
혼합 챔버 내에서 공기압에 의해 요소 수용액이 투여됨으로써 에어러솔(aerosol)과 벽막(wall film)이 형성되며, 이들은 에어러솔 도관(25)을 통해 촉매 컨버터(30)로 공급된다. 제어 장치(40)는 상위 레벨의 엔진 제어 장치로부터 CAN-데이터 라인(41)을 통해 수신되는 신호 및 공지되었으며 여기서는 설명되지 않는 압력-, 온도- 또는 충전 상태 센서(50 내지 55)로부터의 신호를 파악한다. 제어 장치(40)는 상기 정보로부터 촉매 컨버터(30)를 통과하는 배기 가스에 할당되야 할 요소 투여량을 계산한다. 제어 장치(40)에는 (도시되지 않은) 전압 공급용 연결부와 이미 설명된 바와 같이 엔진 제어-데이터 라인(41, CAN-라인)이 마련된다.
제어 장치(40)는 상술된 솔레노이드 밸브를 이용하여 압력 도관 내의 압력을 조절하며, 또한 요소 수용액의 압력을 감시한다. 제어 장치(40)는 편차 및 오류를 인식하여 저장하며, 이들을 (도시되지 않은) PC의 진단 장치에 표시하도록 전송한다. (마찬가지로 도시되지 않은) 기능 표시기는 시스템 오류를 표시한다. 기능 표시기는 시스템-작동 램프 및 탱크 상태 표시기도 포함한다.
제어 장치(40)와, 요소 탱크(1)와, 공기 저장 용기(20)를 제외한, 설명된 부품의 전체는, 도2 내지 도4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 장치의 일 실시예에 따라, 고정 가능하거나 또는 이하와 같은 유형의 블록 내에 적어도 부분적으로 일체될 수 있다. 중심 플라스틱 블록은 도2 내지 도4에서 도면 부호 60으로 표시된다. 플라스틱 블록(60)은 전체적으로 고정된 또는 일체된 부품과 함께 특별히 두 부분으로 구성된 (도시되지 않은) 하우징 내로 배치될 수 있다. 또한, 하우징에 고정 가능한 제어 장치의 덮개는 도면 부호 71로 표시된다. 하우징은 예를 들어 고정 구멍(72)를 사용하여 적절한 위치에 고정 가능하다.
투여 시스템 부품을 중심 블록 또는 상기 유형의 블록 내에 고정하는 것에 대한 본 발명에 따른 원칙은 도2 내지 도4를 참조로 이하에서 설명된다.
도2에는 블록(60) 상에 위치된 부품으로써 공기 압력 제어 밸브(22), 공급 펌프(4)와, 요소 공급 도관(1a)을 위한 접속부와, 에어러솔(25)을 위한 접속부(25a)와, 공지된 기능을 갖기 때문에 설명되지 않는 다른 부품들이 도시된다.
도3에는 도1 및 도2에 설명되며 동일한 도면 부호를 갖는, 동일하거나 내지는 동일한 유형의 부품들이 도시된다. 예를 들어, 도3에는 요소 공급 연결부(1b)와, 일체된 공기 공급 도관(20a)과, 도1의 밸브(22)에 상응하는 압력 조절기(22a)와, 도1의 압력 조절기(10)에 상응하는 압력 조절기(10a)와, 도1의 압력 센서(50)에 상응하는 압력 센서(50a)와, 도1의 압력 댐퍼에 상응하는 압력 댐퍼(5a)가 도시된다. 또한, 도3에는 요소 복귀 라인(1d)을 위한 연결부(1e)가 도시된다.
도4에는 중앙 플라스틱 블록(60) 내로 배치되는 부품들, 특히 공기압 도관 연결부(20b)와, 에어러솔 도관 연결부(25b)와, 요소 도관 연결부(1b)가 도시된다. 블록(60)에 형성된 압력 도관은 도면 부호 20b'로 표시된다. 이로부터 공기압은 도관 부분(20c)과 링형 간극을 통해 혼합 챔버(8)의 혼합 공간(8a)으로 도달된다. 또한, 일체된 요소 도관(1a)이 도시되며, 공급된 요소가 이를 통해 에어로솔을 형성하기 위해, 이미 도1과 관련되어 언급된 투여 밸브(7)를 통해 혼합 공간(8a) 내로 공급될 수 있다.
도5에는 본 발명에 따른 플라스틱 블록(60)의 양호한 다른 실시예가 개략적으로 도시된다. 플라스틱 블록(60) 내로 일체된 부품의 일부만이 도시된다. 도5에는, 도면 부호 160으로 표시되며 전압 공급원(161)을 통해 예를 들어, 전압을 갖는 차량 배터리에 의해 작동 가능한 2개의 전극이 도시된다. 전극(160)에 대한 전압 공급을 조정하는 제어 장치는 본원에서 별도로 설명되지 않는다.

Claims (7)

  1. 공기를 투여 방식으로 혼합 챔버(8) 내로 공급하기 위한 수단(20a, 20b, 21, 22, 23, 55)과, 환원제를 투여 방식으로 혼합 챔버(8) 내로 공급하기 위한 수단(1a, 2, 3, 4, 5, 6)과, 혼합 챔버(8) 내로 공급된 성분들의 사용하여 에어러솔을 형성하기 위한 수단(8a)과, 에어러솔을 투여 방식으로 에어러솔 도관(25)으로 분배하기 위한 수단을 포함하는, 환원제, 특히 요소 또는 요소 수용액을 투여하기 위한 장치에 있어서,
    혼합 챔버(8)와, 공기를 투여 방식으로 공급하기 위한 수단(20a, 20b, 21, 22, 23, 55)과, 환원제를 투여 방식으로 공급하기 위한 수단(8)이 플라스틱 또는 금속성 재료로 된 블록(60)에 적어도 부분적으로 고정되거나 또는 일체되는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 블록(60)은 전도성 플라스틱으로 제조되는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 블록(60)이 전도성 입자가 첨가된 플라스틱으로 제조되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 블록(60)이 전압에 의해 작동되는전극(160)을 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항에 있어서, 블록(60)은 알루미늄으로 제조되는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 공기 공급을 위한 수단은 공기 공급 도관(20a)과, 공기압 조절 밸브(22)와, 공기압 센서(55)와, 체크 밸브(23)와, 투여 밸브(7)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 상기 항 중 어느 한 항에 있어서, 환원제 공급 수단은 환원제 공급 도관(1a)과, 펌프(4)와, 압력 조절기(10)와, 압력 댐퍼(5)와, 압력 센서와, 투여 밸브와, 적어도 하나의 체크 밸브(2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
KR1020017016386A 1999-06-22 2000-06-08 환원제 투여 장치 KR20020015702A (ko)

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