KR20090057130A

KR20090057130A - 연소 엔진용 배기 가스 시스템에 배치된 하우징

Info

Publication number: KR20090057130A
Application number: KR1020097007956A
Authority: KR
Inventors: 라그나르 글라브; 미카엘 린덴
Original assignee: 스카니아 씨브이 악티에볼라그
Priority date: 2001-09-14
Filing date: 2002-09-11
Publication date: 2009-06-03
Also published as: BR0212491B1; WO2003025356A1; KR20040044927A; KR100996511B1; AU2002330825B2; SE0103060L; EP1436490B1; KR100937763B1; BR0212491A; ATE476589T1; SE0103060D0; SE524648C2; DE60237220D1; EP1436490A1; DK1436490T3

Abstract

본 발명은 연소 엔진용 배기 시스템에 배치되는 컨버터 장치에 관한 것이다. 컨버터 장치는, 외측 케이싱(1)과, 컨버터 장치를 통해 배기 가스를 안내하기 위한 통로와, 배기 가스로부터 입자를 제거하기 위해 상기 통로에 배치된 입자 필터(7)와, 배기 가스의 촉매 정화를 위해 상기 통로에 배치된 촉매 클리너(10)를 포함한다. 배기 가스가 입자 필터(7)와 촉매 클리너(10)를 통하여 평행하게 그러나 반대 방향(8, 11)으로 유동되고 또한 상기 평행 방향(8, 11)에 수직인 적어도 하나의 평면(A)이 입자 필터(7)와 촉매 클리너(10)를 통하여 연장되도록, 입자 필터(7)와 촉매 클리너(10)가 서로에 대해 위치된다.

연소 엔진, 배기 가스 시스템, 하우징, 소음 감쇠 수단

Description

연소 엔진용 배기 가스 시스템에 배치된 하우징{HOUSING ARRANGED IN AN EXHAUST GAS SYSTEM FOR A COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 특허청구범위 제1항의 전제부에 따른 연소 엔진용 배기 시스템에 배치되는 컨버터 장치에 관한 것이다.

향후 수년내에 적어도 유럽에서는 디젤 구동 차량으로부터의 배출물 배출에 대한 점점 더 제한적인 요건이 도입될 것이고, 디젤 엔진과는 다른 형태의 연소 엔진에도 또한 효과적인 배기 가스 정화에 대한 점점 더 엄격한 요건이 도입될 것이다. 그러한 배출물 요건을 충족시킬 수 있도록, 배기 가스의 질소 산화물의 양을 환원시키는 효과를 포함하는 촉매와, 배기 가스의 매연 입자량을 감소시키는 입자 필터가 연소 엔진에 의해 동력이 공급되는 차량의 배기 시스템에 구비되게 된다. 그러나, 촉매와 입자 필터와 같은 배기 가스 정화 구성품을 배기 시스템에 도입하는 것은 배기 시스템을 통과하는 배기 가스의 유동에 더 큰 유동 저항을 가하게 된다. 더 큰 유동 저항은 차량의 더 많은 연료 소비를 유발시킨다.

또한, 배기 시스템에 배치된 촉매와 입자 필터와 같은 배기 가스 정화 구성품은 대부분 고역 통과 필터(high-pass filter)의 효과를 가진다. 이는 배기 소음 의 주요소인 저주파 소음이 배기 가스 정화 구성품을 통하여 대부분 감쇠되지 않고 통과됨을 의미한다. 따라서, 입자 필터와 촉매 클리너에 의해 차지된 체적을 대체하도록 다른 소음 감쇠 체적을 배기 시스템에 추가시키는 것이 필요하다. 따라서, 점점 더 제한적인 배출물 배출 요건에 당면하고 있는 현재의 배기 시스템은 연소 엔진에 의해 동력이 공급되는 차량에서 공간을 점점 더 많이 차지하게 된다.

본 발명의 목적은, 입자 필터와 촉매 클리너를 포함하고 배기 시스템에서 최소한의 공간을 차지하며 동시에 배기 가스에 대한 낮은 유동 저항이 통로에 형성되도록 하고 높은 배기 가스 정화 효과를 형성하게 하는, 컨버터 장치를 제공하는 것이다.

위에 언급된 본 발명의 목적은 청구범위 제1항의 특징부에 개시된 특징을 갖는 서두에 언급된 컨버터 장치에 의해 이루어진다. 반대 방향으로의 상기 평행 유동에 수직인 적어도 하나의 평면이 입자 필터와 촉매 클리너를 통해 연장되기 때문에, 배기 가스 정화 구성품은 적어도 부분적으로 서로 나란히 배치되고, 서로의 후방에 줄지어 있는 다른 통상적인 패턴은 아니다. 배기 가스는 통로가 방향을 변화시키기 이전에 하나의 배기 가스 정화 구성품을 통하여 제1 방향으로 통로를 거쳐 컨버터 장치를 통해 안내되어, 배기 가스는 다른 하나의 배기 가스 정화 구성품을 통하여 반대의 제2 방향으로 안내된다. 따라서, 배기 가스용 입구와 출구는 컨버터 장치의 동일면에 있게 된다. 그러한 배기 가스 정화 구성품의 위치설정은 컨버터 장치가 상대적으로 짧고 소형인 외측면을 가질 수 있음을 의미한다. 따라서 컨버터 장치는 거의 공간을 차지하지 않는다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 배기 가스 정화 구성품은 배기 가스 유동 방향으로 일정한 단면 형상을 나타낸다. 그러한 설계는 배기 가스가 배기 가 스 정화 구성품을 통하여 직선으로 유동되도록 한다. 바람직하게는, 상기 배기 가스 정화 구성품의 하나가 상기 평면에서 다른 하나의 구성품을 둘러싸도록 입자 필터와 촉매 클리너가 케이싱에서 서로에 대해 위치된다. 입자 필터와 촉매 클리너의 용량은 그 입자 필터와 촉매 클리너의 체적과 관련된다. 하나의 구성품이 다른 하나의 구성품을 둘러싸도록 배기 가스 정화 구성품을 위치시키는 것은 매우 짧은 소형의 설계가 이루어지도록 한다. 따라서 배기 가스 정화 구성품을 둘러싸는 케이싱은 상응하게 짧고 소형인 형상을 가질 수 있다. 바람직하게는, 상기 구성품들의 내부는 원형 형상을 나타내고, 외측 구성품은 내측 구성품 주위에 환형으로 연장된다. 배기 가스 정화 구성품의 용량에 대한 최적의 소형 설계가 이루어지고, 케이싱은 상응하는 최적의 소형 형상을 가질 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 입자 필터는 외측 구성품이고 촉매 클리너는 내측 구성품이다. 그러한 위치설정은 여러 장점을 가지는데, 예를 들면, 구성 부품을 케이싱 내부에 설치하는 것을 상대적으로 용이하게 하고, 효과적으로 소음을 감쇠시키도록 하는 배기 가스 경로의 설계를 용이하게 하며, 필요시 배기 가스가 입자 필터에 도달되기 전에 그 배기 가스의 온도를 상승시키기 위한 버너의 배치를 용이하게 한다. 그러한 배기 가스 온도의 상승은 많은 경우에 매연 입자가 입자 필터에서 발화되고 연소되는 것을 보장하도록 필요하다. 그러나, 선택적으로 촉매 필터가 외측 구성품일 수 있고 입자 필터가 내측 구성품일 수 있다. 바람직하게는, 입자 필터가 상기 평면에서 촉매 클리너보다 더 큰 단면적을 가진다. 촉매 클리너를 통한 배기 가스의 유동 속도보다 입자 필터를 통한 배기 가스의 유동 속도가 여전히 더 느린 결과가 나타나게 된다. 입자 필터는 덕트벽을 통해 가스를 가압시키는 정지면을 포함하기 때문에, 통상적으로 촉매 클리너를 통한 유동 저항보다 입자 필터를 통한 유동 저항이 더 크다. 유동 저항은 유동 속도와 관련되므로, 입자 필터를 통한 더 낮은 유동 속도로 인해 입자 필터를 통과하는 배기 가스에 대한 유동 저항이 감소되게 된다. 따라서 컨버터 장치를 통과하는 배기 가스에 대한 전체 유동 저항도 감소될 수 있다. 입자 필터의 단면적은 바람직하게는 상기 평면에서 촉매 클리너 단면적의 적어도 1.5배이다. 바람직하게는, 입자 필터의 단면적은 상기 평면에서 촉매 클리너 단면적의 약 2배이다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 촉매 클리너는 평면을 포함하는 스트립형 제1 재료부를 포함하고, 그 제1 재료부는 파형면을 포함하는 스트립형 제2 재료부와 함께 권취됨으로써, 제1 재료부의 평면과 제2 재료부의 파형면 사이에 형성된 연장 덕트를 포함하는 상기 촉매 클리너가 형성된다. 그러한 촉매는 상대적으로 제조하기가 용이하고 저렴하다. 바람직하게는, 입자 필터는 평면을 포함하는 스트립형 연장 제4 재료부를 포함하고, 정지면이 구비되고 파형면을 포함하는 제5 재료부와 함께 그 제4 재료부가 권취됨으로써, 각각의 연장 덕트가 적어도 하나의 정지면을 포함하도록 제4 재료부의 평면과 제5 재료부의 파형면 사이에 형성된 연장 덕트를 포함하는 상기 입자 필터가 형성된다. 그러한 입자 필터도 유사하게 제조하기가 용이하고 저렴하다. 상기 정지면은 제4 재료부의 파형부를 가로질러 적합한 위치에 페이스트형(pasty) 재료의 비드(bead)를 배치시킴으로써 형성될 수 있다. 제4 재료부와 제5 재료부가 함께 권취될 때, 페이스트형 재료는 연장 덕트에 상기 정지면을 형성하도록 고형화된다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 입자 필터와 촉매 클리너는 조합 유닛을 형성한다. 따라서 조합된 입자 필터와 촉매 클리너는 용이하게 컨버터 장치에 설치될 수 있고 또한 컨버터 장치로부터 제거될 수 있다. 적어도 입자 필터를 규칙적인 간격으로 정화하고 뒤집기 위해서 그 입자 필터는 탈착될 필요가 있다. 위에서와 같이 권취된 입자 필터와 촉매 클리너를 포함하는 조합 유닛에서, 입자 필터와 촉매 클리너의 본래 스트립 형상부가 접착되고, 접착된 스트립형 부분이 유닛을 형성하도록 함께 권취됨으로써 조합 유닛이 형성되게 된다. 바람직하게는, 입자 필터의 제1 재료부와 촉매 클리너의 제4 재료부가, 권취된 상태에서 입자 필터와 촉매 클리너 사이에 밀폐 반경방향 시일(seal)을 형성하는 제3 재료부에 의해 접착된다.

본 발명에 따르면, 나선형 경로를 통해 배기 가스를 안내함으로써, 효과적인 소음 감쇠를 위해 연장 컨버터 장치가 필요없는 긴 배기 루트가 형성된다. 따라서 배기 가스 정화 구성품과 소음 감쇠 구성품을 포함하는 컨버터 장치는 거의 공간을 필요로 하지 않고 아주 소형으로 제조될 수 있다.

이하에서는 다음의 첨부 도면을 참고하면서 본 발명의 바람직한 여러 실시예에 대해서 예시적으로 설명한다.

도 1은 디젤 구동 차량용 배기 시스템에 배치되는 컨버터 장치를 나타낸다. 컨버터 장치는 실린더형 형상을 가진 외측 케이싱(1)을 포함한다. 도 1에서, 관찰자를 마주하는 케이싱(1)의 일부가 케이싱(1) 내부에 배치된 부품을 나타내도록 제거되어 있다. 케이싱(1)은 배기 가스용으로 입구(2)와 출구(3)가 배치된 위치를 제외하고는 밀폐된 외측면을 형성한다. 케이싱(1)의 직경보다 작은 직경을 가진 원형 단면의 파이프(4)는, 케이싱(1)과 파이프(4)를 통한 축방향으로의 중앙축이 일치하도록 케이싱(1)의 내부에 배치된다. 파이프(4)는 케이싱(1)에 상응하는 길이를 가지고, 파이프(4)의 단부들은 각각 케이싱(1)의 제1 벽과 제2 벽(5, 6)에 접촉되어 있다.

컨버터 장치는 입구(2)와 출구(3) 사이에서 연장된 통로를 통하여 유동되는 배기 가스를 정화하도록 배기 가스 정화 구성품을 포함한다. 입자 필터(7) 형태의 제1 배기 가스 정화 구성품이 파이프(4) 주위에 외측으로 배치된다. 도 2는 도 1의 선 A-A를 따라 절단하여 도시된 단면도이다. 도 2에 도시된 평면(A)에서, 입자 필터(7)는 파이프(4) 주위에 환형으로 형성되어 도시되어 있다. 입자 필터(7)는 그 입자 필터(7)가 파이프(4)와 케이싱(1) 사이의 반경방향 공간을 완전히 채우도록 하는 반경방향 크기를 가진다. 입자 필터(7)는 제1 방향(8)으로 크기를 가지는 연장 덕트를 포함한다. 연장 덕트는 필터(7)를 통해 배기 가스를 안내하기 위하여 사용된다. 입자 필터는 배기 가스의 유동 방향으로 일정한 단면 형상을 가지고, 따라서 그 배기 가스는 입자 필터(7)를 통해 제1 방향(8)으로 안내된다. 입자 필터(7)는 연장 덕트의 크기를 따라 적합한 위치에 배치된 정지면(9)을 포함한다. 정지면(9)은 배기 가스가 입자 필터의 인접 연장 채널로 안내되도록 한다. 따라서 매연 입자가 포집되고 입자 필터(7)에서 연소된다. 촉매 클리너(10) 형태의 제2 배기 가스 정화 구성품이 파이프(4) 내부에 배치된다. 촉매 클리너(10)는 도 2에 도시된 평면(A)에서 입자 필터(7)내에 반경방향으로 배치된다. 촉매 클리너(10)는 또한 배기 가스를 촉매 클리너(10)를 통해 제2 방향(11)으로 안내하도록 형성된 연장 덕트를 포함한다. 촉매 클리너(10)는 배기 가스 유동 방향(11)으로 일정한 단면 형상을 가진다. 촉매 클리너(10)는, 특히 관통하는 배기 가스의 일산화질소 성분을 환원시키기 위해, 배기 가스의 촉매 정화가 이루어질 수 있도록 한 것이다.

저주파 소음을 감쇠시키는 기본 원리는 두 공간 사이에 긴 배기 루트(route)를 형성하는 것이다. 배기 루트가 직선인 유효 저주파 소음 감쇠기는 많은 공간을 차지한다. 저주파 소음은 연소 엔진으로부터의 소음 중 주된 부분을 차지한다. 컨버터 장치는 이 기본 원리에 따라 형성된 소음 감쇠 수단을 포함한다. 따라서 컨버터 장치는 파이프(4) 주위에 나선형으로 연장된 두 연장 성형 영역(profiled section)(12a, 12b)을 포함한다. 영역(12a, 12b)은 그 영역(12a, 12b)이 파이프(4)와 케이싱(1) 사이의 반경방향 공간을 채우도록 하는 반경방향 크기를 가진다. 이 경우에, 영역(12a, 12b)의 각각은 파이프(4) 주위에 약 600°로 연장된다. 두 영역(12a, 12b)은 그 영역(12a, 12b) 사이에서 나선형의 평행한 두 유동 경로(13a, 13b)를 형성하고, 그 유동 경로(13a, 13b)의 입구와 출구는 서로로부터 180°편위되어 있다. 따라서 유동 경로(13a, 13b)는 케이싱(1)과 파이프(4)로 둘러싸인 반경방향 공간에서 파이프(4) 주위에 유사하게 나선형으로 연장된다. 상기 나선형 유동 경로(13a, 13b)를 통해 안내되는 배기 가스는 유동 경로(13a, 13b)의 입구와 출구 사이의 직선 길이보다 상당히 긴 거리를 이동하게 된다. 유동 경로(13a, 13b)로부터 상류의 통로 공간은 제1 공간을 형성하고, 상기 유동 경로로부터 촉매 클리너(10)까지 하류의 공간은 제2 공간을 형성한다. 상기 나선형 유동 경로를 통해 배기 가스를 안내함으로써, 효과적인 소음 감쇠를 위해 연장 컨버터 장치가 필요없는 긴 배기 루트가 형성된다. 따라서 배기 가스 정화 구성품과 소음 감쇠 구성품을 포함하는 컨버터 장치는 거의 공간을 필요로 하지 않고 아주 소형으로 제조될 수 있다.

버너(14)가 컨버터 장치의 입구(2) 부근에 배치된다. 버너(14)는, 필요시, 매연 입자가 입자 필터(7)에서 연소될 수 있는 온도로 배기 가스를 가열시킨다. 매연 입자는 통상적으로 약 600℃의 온도에서 발화되나, 대부분의 경우에 있어 고성능 버너(14)로도 그와 같은 높은 배기 온도를 형성시키는 것은 곤란하다. 따라서 매연 입자의 발화 온도가 통상적으로 낮아져야 한다. 이는 발생하는 다양한 형태의 질소 산화물(NO_x)을 이산화질소(NO₂)로 변환시킴으로써 이루어질 수 있다. 그렇게 하는 데에는 기본적으로 2가지 방법이 있다. 제1 방법인 연속 재생 트랩[CRT(Continuous Regeneration Trap)]에 따르면, 분리되어 있는 산화 촉매 클리너가 그 목적을 위해 배기 가스 유동 방향으로 입자 필터(7) 전방에 배치된다(도 6 참조). 이 상태에서, 매연 입자는 입자 필터(7)에서 약 225℃로 발화된다. 제2 방법인 촉매 매연 필터[CSF(Catalytic Soot Filter)]에 따르면, 질소 산화물(NO_x)로부터 이산화질소(NO₂)로의 산화 촉매 작용이 입자 필터(7)의 표면에서 직접 일어나도 록 적합한 라이닝 재료가 입자 필터(7)에 부착된다. 이 상태에서, 매연 입자는 약 250℃에서 발화된다. 또한, 연료의 다양한 첨가제에 의해 종래 입자 필터(7)에서 약 350℃의 낮아진 발화 온도를 얻을 수도 있다.

선택적 촉매 환원[SCR(Selective Catalytic Reduction)]에 의해 작용하는 촉매 클리너(10)가 사용되는 경우에, 예를 들어 요소 형태인 암모니아 운반체 물질을 첨가하도록 주입 장치(15)가 컨버터 외주에 배치된다. 암모니아 운반체가 첨가되었을 때, 질소 가스로 환원시키는 촉매 클리너(10)의 성능을 최적화하고 또한 통과하는 배기 가스의 일산화질소 성분과 암모니아에 물을 첨가시키도록, 그 암모니아 운반체가 적절하게 혼합되어야 한다. 연장 유동 경로(13a, 13b)의 경우에, 이는 아무런 문제가 없다.

파이프(4)는 제2 단부벽(6)과 접촉되어 있는 단부에서 복수개의 타원형 구멍(16)을 포함한다. 구멍(16)은 파이프(4)의 주위에 일정한 간격을 두고 배치된다. 구멍(16)은 수량과 크기에 있어서 적합한 비율로 조절된다. 따라서 구멍(16)은 배기 가스가 상대적으로 낮은 유동 손실을 나타내면서 파이프(4)로 유입되도록 한다. 구멍은 파이프(4) 주위에 외측으로 배치된 제1 부분 루트(17a)로부터 파이프(4) 내부에 배치된 제2 부분 루트(17b)로의 통로에서 유동이 이루어지도록 한다.

배기 가스는 입구(2)를 거쳐 컨버터 장치로 안내된다. 도 3은 입구(2)에서 컨버터 장치를 통한 단면도를 나타낸다. 배기 가스는 입구(2)로부터 제1 부분 루트(17a)의 환형 공간으로 안내되고, 그 환형 공간은 케이싱(1)의 제1 단부벽(5)에 인접하여 파이프(4) 주위에서 연장된다. 제1 부분 루트(17a)의 환형 공간은 유입되 는 배기 가스에 상대적으로 유동 저항을 거의 가하지 않게 되고, 그 배기 가스가 파이프(4)에 대해 축방향으로 계속 안내되어 입자 필터(7)로 안내되기 이전에 그 배기 가스가 균일하게 분포되도록 한다. 유입되는 배기 가스는 입자 필터(7)에서 배기 가스 매연 입자의 발화와 연소가 보장되도록 하는 온도로 버너(14)에 의해 필요한 만큼 가열된다. 배기 가스는 입자 필터(7)의 연장 덕트를 통하여 제1 방향(8)으로 안내된다. 따라서 정지면(9)이 연장 덕트를 따라 적합한 위치에 배치되고, 배기 가스를 입자 필터(7)의 인접 연장 덕트로 가압시킨다. 재생 시스템과 온도에 따라, 이 단계에서 입자 필터(7)에 포집된 매연 입자는 발화되고 연소된다. 따라서 배기 가스는 옆으로 더 짧은 거리를 이탈하도록 가압되나, 그 배기 가스는 주로 입자 필터(7)를 통하여 직선 라인을 따라 제1 방향(8)으로 유동된다. 필터(7)로부터 유출되는 배기 가스는 원리상 매연 입자가 제거되어 있다.

배기 가스가 파이프(4) 주위에 연장되는 나선형 영역(12a, 12b)에 의해 형성된 두 유동 경로(13a, 13b) 중 하나로 계속 안내되기 이전에, 입자 필터(7)로부터 유출되는 배기 가스에 암모니아 운반체 형태의 물질을 첨가하도록 주입 장치(15)가 사용된다. 두 유동 경로(13a, 13b) 사이에 배기 가스의 균일한 분포가 이루어지도록 그 두 유동 경로(13a, 13b)는 서로로부터 180°편위되어 있다. 영역(12a, 12b)은 그 영역(12a, 12b)이 파이프(4)와 케이싱(1) 사이의 공간을 채우도록 하는 반경방향 크기를 가진다. 나선형 유동 경로(13a, 13b)를 통하여 안내된 배기 가스는 유동 경로(13a, 13b)의 입구와 출구 사이의 직선 라인의 길이보다 상당히 긴 거리를 이동한다. 결과적으로, 디젤 엔진으로부터의 저주파 소음을 효과적으로 소음 감쇠 시키기 위해서는 통로의 두 공간을 연결하는 연장 배기 루트가 사용되게 된다. 암모니아 운반체가 배기 가스에 균일하게 분포되어지도록, 연장 유동 경로(13a, 13b)는 그 암모니아 운반체에 대한 필요한 혼합 거리를 또한 제공한다. 배기 가스가 나선형 유동 경로(13a, 13b)를 통하여 이동될 때 그 배기 가스는 상대적으로 근소하게 방향 전환되고, 따라서 배기 가스에 대한 유동 저항이 거의 없게 된다. 나선형 경로로부터 유출된 배기 가스는 반경방향 내측으로 안내되고, 구멍(16)을 거쳐 파이프(4)로 안내된다. 구멍(16)은 파이프(4)의 주위에 외측으로 형성된 통로의 제1 부분 루트(17a)와 파이프(4) 내부에 형성된 통로의 제2 부분 루트 사이에서 전이부를 형성한다. 통로는 구멍(16)을 통하여 배기 가스의 유동 방향을 변화시키고, 그 배기 가스를 촉매 클리너(10)를 향하여 안내한다. 파이프(4) 내부로 유동되는 배기 가스가 촉매 클리너(10)에 도달될 때, 그 배기 가스는 그 촉매 클리너의 연장 덕트로 유동된다. 연장 덕트는 제1 유동 방향(8)에 평행하지만 그 제1 유동 방향과 반대 방향인 제2 유동 방향(11)으로 배기 가스가 유동되도록 한다. 촉매 클리너(10)에서, 배기 가스의 질소 산화물과 암모니아 성분은 질소 가스와 물로 환원된다. 그 후에 배기 가스에서 매연 입자가 제거되고, 질소 산화물은 출구(3)를 통하여 배출된다. 출구(3)는 파이프(4)를 배기 시스템의 더 협소한 파이프로 연결시키는 원형의 테이퍼진 형상부를 포함한다. 더 협소한 파이프는 도면에는 도시되어 있지 않다. 출구(3)의 형상은 배기 가스가 여기에서 다시 매우 작은 유동 저항만을 받게됨을 의미한다.

입자 필터(7)는 도 2에 도시된 평면(A)에서 촉매 클리너(10)보다 더 큰 단면 적을 가진다. 이는 배기 가스가 촉매 클리너(10)를 통과하는 속도보다 더 낮은 속도로 입자 필터(7)를 통과함을 의미한다. 배기 가스에 대한 유동 저항은 유동 속도와 관련된다. 정지면(9)으로 인해, 배기 가스에 대한 유동 저항은 통상적으로 촉매 클리너(10)에서보다 입자 필터(7)에서 더 크다. 통로를 통한 전체 유동 저항은 입자 필터(7)를 통한 유동 속도를 낮춤으로써 감소될 수 있다. 입자 필터(7)의 단면적이 촉매 클리너(10)의 단면적에 약 2배인 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 각각 상기 평행한 제1 방향 및 제2 방향(8, 11)에 수직인 적어도 하나의 평면(A)이 입자 필터(7)와 촉매 클리너(10)를 통해 연장되도록, 입자 필터(7)와 촉매 클리너(10)가 케이싱(1)에서 서로에 대해 위치된다. 그러한 입자 필터(7)와 촉매 클리너(10)의 근접한 상호 위치설정은, 본 발명의 한 선택적인 실시예에 따르면 그 입자 필터와 촉매 클리너가 조합 유닛을 형성하도록 제조될 수 있음을 의미한다. 도 4와 도 5는 제조의 제1 단계와 제2 단계에서 입자 필터(7)와 촉매 클리너(10)를 포함하는 조합 유닛을 도시하고 있다. 촉매 클리너(10)는, 평면을 포함하는 연장 스트립형 제1 재료부(18)와, 파형면을 포함하는 제2 재료부(19)를 포함한다. 제2 재료부(19)는 제1 재료부(18) 위에 배치되고, 그 후 각각 제1 재료부와 제2 재료부(18, 19)가 화살표 방향으로 함께 권취된다. 이 경우에, 제1 재료부(18)는, 반경방향 외측으로 배치된 입자 필터(7)와 촉매 클리너(10) 사이에 외측 반경방향 시일을 형성하도록 하는 제3 재료부(20)에 접착된다. 제3 재료부(20)는 선택적으로 제1 재료부(18)를 포함할 수 있는데, 그 경우에 그 제1 재료부(18)는 제2 재료부(19)보다 더 길게 제조된다. 도 5는 제조 공정의 후속 단계를 나타낸 다. 여기에서 연장 스트립형 제4 재료부(21)가 제3 재료부(20)에 접착된다. 페이스트형(pasty) 재료의 비드(bead)가 그 다음에 제4 재료부(21)에 배치된다. 그 다음에 파형의 제5 재료부(23)가 제4 재료부(21)와 페이스트형 재료(22)의 비드 위에 배치된다. 이 단계에서 페이스트형 재료(22)는 그 형상을 각각 제4 재료부와 제5 재료부(21, 23) 사이의 중공 형상에 맞추게 된다. 페이스트형 재료(22)의 제2 비드가 파형의 제5 재료부(23) 위에 배치된다. 그 후에, 제4 재료부와 제5 재료부(21, 23)가 각각 권취되고 또한 촉매 클리너(10)의 외부를 반경방향으로 구속하도록, 실린더형으로 권취된 몸체가 화살표의 방향으로 더 권취된다. 페이스트형 재료(22)의 비드는 고형화되어지고, 제4 재료부(21)의 평면과 제5 재료부(23)의 파형면 사이에 형성된 연장 덕트의 정지면(9)을 형성한다. 마지막으로, 바람직하게는 고정 요소가 구성 재료부들의 권취를 방지하기 위해 적합한 위치에 배치된다. 입자 필터(7)와 촉매 클리너(10) 사이에 밀폐 반경방향 시일을 형성하도록 하는 제3 재료부(20)는, 중앙에 위치되는 파이프(4)를 컨버터(1)에 형성하기에 충분한 넓이로 제조될 수 있다. 선택적으로, 제3 재료부(20)는 파이프(4)의 동축으로 배치된 부분에 적합하게 접착될 수 있다.

소음 감쇠 구성품과 배기 가스 정화 구성품이 모듈 형태로 조립되도록 하는 컨버터 장치 구성이 도 6에 도시되어 있다. 서로 다른 성능과 서로 다른 배출물 배출 요건을 갖는 연소 엔진에 의해 동력이 공급되는 차량의 제조에 있어, 만약 컨버터 장치가 서로 다른 크기를 가진 한정된 수의 모듈로 제조될 수 있다면 매우 유리하다. 그러한 경우에, 컨버터 장치는 실린더형 케이싱(1)의 약 반쪽을 포함하는 기 본 모듈(24)을 포함하고, 그 반쪽은 제1 단부벽(5)과 이 경우에 제1 단부벽(5)에 견고하게 배치된 전체 원형 단면 파이프(4)를 포함한다. 따라서 기본 모듈(24)은, 케이싱(1)과 파이프(4) 사이의 환형 공간과, 파이프(4) 내부의 원형 공간을 포함한다.

외측 환형 공간에, 산화 촉매 클리너를 포함하는 제1 모듈(25)이 배치된다. 그 다음에, 입자 필터(7)를 포함하는 제2 모듈(26)이 환형 공간에 배치된다. 촉매 클리너를 포함하는 제1 모듈(25)에서, 배기 가스에 포함된 다양한 종류의 질소 산화물이 이산화질소로 변환되고, 따라서 매연 입자 발화 온도를 낮추게 된다. 산화 촉매 클리너를 포함하는 제1 모듈(25)에는 통상적으로 버너(14)가 필요없다. 제1 모듈(25)은 모듈(25)의 제1 면이 정지면(27)에 도달될 때까지 상기 환형 공간으로 이동가능하다. 그 후에, 금속제 시일(28) 등이 의도된 위치에 밀봉이 형성되도록 모듈(25)의 다른 한 면에 배치된다. 그 후에, 입자 필터(7)를 포함하는 제2 모듈(26)이 환형 공간에 상응하게 배치된다. 이 상태에서, 제1 모듈(25)의 금속제 시일(28)은 제2 모듈(26)의 제1 면에 대한 정지면(27)으로서 작용할 수 있고, 그 후에 금속제 시일(28)이 제2 모듈(26)의 제2 면에 배치된다. 촉매 클리너와 입자 필터(7)의 용량은 각 구성품의 체적과 관련된다. 각각 제1 모듈과 제2 모듈(25, 26)로 인해 서로 다른 배출 요건과 엔진 크기에 맞추는 것이 가능하게 되고, 따라서 그 제1 모듈과 제2 모듈은 적합한 크기로 제조된 촉매 클리너와 입자 필터를 포함한다. 제1 모듈과 제2 모듈(25, 26)은 각각 평면(A)에서는 동일한 단면적을 나타내지만, 상기 평면(A)에 수직인 방향으로는 서로 다른 크기를 나타낸다. 기본 모 듈(24)의 환형 공간은 최대 크기로 형성된 제1 모듈과 제2 모듈(25, 26)을 각각 수용하기에 적합한 깊이를 가진다.

배기 가스의 질소 산화물의 양을 첨가된 환원제에 의해 물과 질소 가스로 환원시키기 위해 촉매 클리너(10)를 포함하는 제3 모듈(29)이 파이프(4) 내부의 원형 공간에 배치된다. 위에 기술된 방법에 대응되는 방법으로, 모두 상기 평면(A)에서는 동일한 원형 단면적을 가지지만 상기 평면(A)에 수직인 방향으로는 다른 크기를 가지는 다양한 크기로 제3 모듈(29)이 유사하게 제조될 수 있다. 파이프(4)에 조립시, 제3 모듈(29)은 정지면(27)에 도달될 때까지 압입되고, 이어서 금속제 시일(28)이 제3 모듈(29)의 다른 한 면에 배치된다.

그 후에, 상기 평면(A)에서 대응되는 환형 단면 프로파일을 가진 소음 감쇠 구성품을 포함하는 제4 모듈(30)이 기본 모듈(24)의 돌출 파이프(4) 주위에 배치된다. 제3 모듈(30)은 배기 가스에 대한 2개의 평행한 유동 경로(13a, 13b)를 한정하는 2개의 나선형 성형 영역(12a, 12b)을 포함하고, 그 유동 경로는 파이프(4) 주위에 나선형으로 연장된다. 영역(12a, 12b)은 그 영역(12a, 12b) 사이에서 반경방향 크기를 가지고, 이 경우에 파이프(4) 주위에 배치되는 내벽(31)과 케이싱(1)의 일부를 형성하는 외벽(32)에 고정된다. 따라서 소음 감쇠 구성품을 포함하는 제4 모듈(30)은 예를 들어 나선형 경로의 개수, 길이 및 경사 등의 변수를 각기 달리하여 제조될 수도 있다. 기본 모듈(24)의 케이싱(1)과 제4 모듈의 외벽(32)은, 클램핑 스트랩(clamping strap)(33)에 의해 착탈가능하게 연결되도록 하는 형상을 가진다. 마지막으로, 제2 단부벽(6)이 상응하는 클램핑 스트랩(33)에 의해 제4 모듈(30)의 외벽(32)에 착탈가능하게 연결된다. 모듈(25, 26, 29, 30)은 언급된 구성품과는 다른 부품을 포함할 수도 있다. 모듈은, 예를 들어 모듈의 외측 크기를 결정하고 구성품을 유지시키는 프레임을 포함할 수 있다. 모듈은 또한 상기 평면(A)에 밀봉 충전면을 형성하는 벽요소를 포함할 수 있는데, 그러한 경우 사용된 구성품은 평면(A)에서 필요한 모듈 단면을 차지하는데 충분한 단면적을 가지지 않는다.

착탈가능한 분리가능 모듈을 가진 컨버터 장치의 그러한 구성은 또한 모듈에 포함된 구성품의 사용을 용이하게 한다. 규칙적으로 순환되는 작업으로는 일년에 한번 또는 두번씩 입자 필터(7)로부터 재를 제거하는 것이다. 도 6의 컨버터 장치에서, 그렇게 하는 제1 단계는 벽단부(6)를 적소에 유지시키는 클램핑 스트랩(33)을 착탈시키는 것이다. 이어서, 소음 감쇠 구성품(28)과 기본 모듈(24)을 포함한 제4 모듈(30)을 유지하고 있는 클램핑 스트랩(33)을 착탈시킨다. 그 다음에 제4 모듈이 파이프(4)로부터 떼내어질 수 있다. 따라서 입자 필터(7)를 포함하는 제2 모듈(26)이 자유롭게 되고 빼내어질 수 있으며 재가 제거될 수 있다. 제2 모듈이 뒤집혀지고 기본 모듈(24)의 환형 공간에 재설치된다. 그 후에, 제4 모듈(30)과 제2 단부벽(6)이 각 클램핑 스트랩(33)에 의해 재설치된다.

본 발명은 이상에서 설명된 실시예에 제한되지 않으며, 청구범위의 범위내에서 자유롭게 변형될 수 있다. 예를 들어, 컨버터 장치는 배기 가스가 그 컨버터 장치를 통하여 언급된 방향으로 유동되도록 할 필요는 없다. 선택적으로, 배기 가스는 반경방향 외측으로 안내되기 이전에 우선 입구를 통하여 파이프(4)로 안내될 수 있고, 반대 방향으로 파이프(4)의 외부에서 출구로 안내될 수 있다. 그와 같은 경 우에, 입자 필터(7)는 파이프(4) 내부에 배치되고, 촉매 클리너(10)는 파이프(4) 외부에 배치된다. 케이싱(1), 배기 가스 세정 구성품(7, 10, 25)과 파이프(4)는 반드시 상기 평면(A)에서 원형 외측 형상을 가질 필요는 없으며, 임의의 기능적 형상을 가질 수 있다. 유사하게, 파이프(4)는 케이싱(1)내의 중앙에 배치될 필요가 없으며, 임의의 기능적 위치를 가질 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따라 컨버터 장치를 나타낸 도면.

도 2는 도 1의 선 A-A를 따라 절단하여 도시된 단면도.

도 3은 본 발명에 따라 컨버터 장치의 입구를 나타낸 도면.

도 4는 제조의 제1 단계에서 입자 필터와 촉매 클리너를 결합시키는 조합 유닛을 나타낸 도면.

도 5는 제조의 후속 단계에서 조합 유닛을 나타낸 도면.

도 6은 컨버터 장치의 다른 실시예에 대한 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

1: 외측 케이싱 4: 파이프

7: 입자 필터 8: 제1 방향

9: 정지면 10: 촉매 클리터

11: 제2 방향 12a, 12b: 연장 성형 영역

13a, 13b: 유동 경로 14: 버너

15: 주입 장치 17a: 제1 부분 루트

17b: 제2 부분 루트 18: 제1 재료부

19: 제2 재료부 20: 제3 재료부

21: 제4 재료부 23: 제5 재료부

Claims

외측 케이싱(1)과; 컨버터 장치를 통해 배기 가스를 안내하기 위한 통로와; 배기 가스의 촉매 정화를 위해 상기 통로에 배치된 촉매 클리너(10) 형태의 배기 가스 정화 구성품과; 배기 가스로부터 입자를 제거하기 위해 상기 통로에 배치된 입자 필터(7) 형태의 배기 가스 정화 구성품을 포함하며,

상기 촉매 클리너(10)는 편평한 면을 포함하는 스트립형으로 길게 연장된 제1 재료부(18)를 포함하고, 상기 제1 재료부(18)는 파형면을 포함하는 스트립형 제2 재료부(19)와 함께 권취되고,

상기 입자 필터(7)는 편평한 면을 포함하는 스트립형으로 길게 연장된 제4 재료부(21)를 포함하고, 상기 제4 재료부(21)는 파형면을 포함하는 스트립형 제5 재료부(23)와 함께 권취되며, 상기 제5 재료부(23)에는 정지면(22)이 구비되고,

배기 가스가 입자 필터(7)와 촉매 클리너(10)를 통하여 평행하면서도 반대되는 방향(8, 11)으로 유동되도록, 또한 상기 평행한 방향(8, 11)에 수직인 적어도 하나의 평면(A)이 입자 필터(7)와 촉매 클리너(10)를 관통하여 연장되도록, 입자 필터(7)와 촉매 클리너(10)가 서로에 대해 위치되는, 연소 엔진용 배기 시스템에 배치되는 컨버터 장치에 있어서,

입자 필터(7)와 촉매 클리너(10) 사이의 배기 가스를 안내하기 위한 나선형 유동 경로(13a, 13b)를 구비하는 소음 감쇠 수단을 또한 포함하며,

입자 필터(7)와 촉매 클리너(10)의 재료부(18, 19, 21, 23)들은 접착부(20) 를 포함하고,

상기 접착부는, 입자 필터의 제1 재료부(18)와 촉매 클리너의 제4 재료부(21)를 함께 접착시키는 제3 재료부(20)를 포함하고, 상기 제3 재료부(20)는 상기 권취된 상태에서 입자 필터(7)와 촉매 클리너(10) 사이에 밀폐식 반경방향 시일(seal)을 형성하는 것을 특징으로 하는 컨버터 장치.
제1항에 있어서,

배기 가스 정화 구성품(7, 10)은 배기 가스 유동 방향(8, 11)으로 일정한 단면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 컨버터 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

입자 필터(7)와 촉매 클리너(10)는, 상기 배기 가스 정화 구성품(7, 10)의 하나가 상기 평면(A)에서 다른 하나의 구성품(7, 10)을 둘러싸도록, 서로에 대해 위치되는 것을 특징으로 하는 컨버터 장치.
제3항에 있어서,

상기 구성품(7, 10)들 중 내측의 것은 상기 평면(A)에서 원형 형상을 가지고, 외측 구성품(7, 10)은 상기 평면(A)에서 내측 구성품(7, 10) 주위에 환형으로 연장되는 것을 특징으로 하는 컨버터 장치.
제4항에 있어서,

입자 필터(7)는 외측 구성품이고, 촉매 클리너(10)는 내측 구성품인 것을 특징으로 하는 컨버터 장치.
제4항에 있어서,

촉매 클리너(10)는 외측 구성품이고, 입자 필터(7)는 내측 구성품인 것을 특징으로 하는 컨버터 장치.
제4항에 있어서,

입자 필터(7)는 상기 평면(A)에서 촉매 클리너(10)보다 큰 단면적을 가지는 것을 특징으로 하는 컨버터 장치.