KR20200008153A - 배기 첨가제 분배 장치 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내연기관의 배기 시스템용 배기 첨가제 분배 장치에 관한 것이다. 배기 첨가제 분배 장치는 배기 덕트 요소(14), 배기 첨가제 분사 유닛(20), 및 1차 증발 요소(16)를 포함하고, 1차 증발 요소(16)는 배기 덕트 요소(14)의 내부 내에 배치되어 있는 관형 바디로, 배기 덕트 요소(14)의 내부 면과 1차 증발 요소(16)의 외부 면 사이에 사전에 결정된 공간을 구비하고, 배출 단부에서 배기 덕트 요소(14)오부터 돌출하고 있으며, 배기 첨가제 분사 유닛(20)은 배기 덕트 요소(14)의 내부 면의 일 지점으로부터 1차 증발 요소(16)의 내부 면을 향해 배기 첨가제 액체를 분사하도록 배치되어 있으며, 배기 첨가제 분사 유닛(20)은 액체-유일 타입이고, 1차 증발 요소(16)의 길이는 분사된 배기 첨가제 액체가 1차 증발 요소(16)의 배출 단부에서 유출될 수 있도록 하기에 충분히 짧은 것을 특징으로 한다. 본 발명은 배기 첨가제 분배 시스템 및 배기 첨가제 분배 장치를 포함하는 차량(1)에도 관한 것이다.

Description

배기 첨가제 분배 장치 및 시스템
본 발명은 내연기관의 배기 시스템용 배기 첨가제 분배 장치에 관한 것이다. 본 발명은 그러한 배기 첨가제 분배 장치를 포함하는 배기 첨가제 분배 시스템 및 그러한 배기 첨가제 분배 장치 또는 시스템을 포함하는 차량에도 관한 것이다.
모터 차량에 대한 배기 표준이 점점 더 엄격해지고 있다. 이러한 배기 표준은 일반적으로 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx) 및 입자 물질(PM)을 포함하는 복수의 테일파이프 오염물에 대한 최대 배기 수준을 규정하고 있다. 현재의 표준과 아마도 미래에 제정될 표준의 요건을 충족시키기 위해, 차량에는 배기 감소 기술이 장착될 필요가 있다. 디젤 차량에 대해 적당한 이러한 배기 감소 기술은 배기가스 재순환(EGR), 입자 필터, 디젤 산화 촉매(DOC) 및 선택적 촉매 환원장치(SCR)를 포함한다. 각 기술에는 그 자체만의 특별한 이점과 단점이 있고, 하나의 오염물의 발생을 감소시키지만 다른 오염물의 발생은 증가시킬 수 있다. 예를 들어, EGR은 NOx 배출을 감소시키지만, 연료 효율을 떨어뜨리고 입자 물질을 증가시킨다. 따라서, 배기 표준을 충족하기 위해, 통상적으로 여러 기술들이 함께 적용된다.
선택적 촉매 환원장치(SCR)는 테일파이프 질소산화물(NOx) 배기를 줄이는 데에 효과적인 기술이다. 선택적 촉매 환원장치(SCR)는 차량 배기 스트림에 암모니아 같은 환원제를 첨가하는 것을 포함한다. 환원제는 촉매의 도움을 받아 배기 스트림 내의 NOx를 질소 가스(N2)와 물로 환원한다. 모터 차량에서 실제로 실시할 때, 우레아 수용액이 환원제로 사용되며, 이 우레아 용액은 고온 배기 스트림 내에서 암모니아와 이산화탄소로 분해된다.
SCR이 배기 후처리로 엔진 하류에서 실시되기 때문에, 예컨대 EGR과 동일한 방식으로 엔진의 연소 성능에는 영향을 미치지 않는다. 따라서, EGR을 사용할 필요가 없으면서 오로지 SCR만을 사용하여 배기 스트림에서 모든 NOx를 실질적으로 제거하는 것이 요망된다. 그러나 이는 어렵다. 실질적으로 모든 NOx를 환원시키는 데에 필요한 암모니아 양을 생산하기 위해서는, 매우 다량의 우레아 용액이 배기 스트림 내로 분사되어야만 한다. 서브-최적의 온도에서 우레아 용액이 증발되어 암모니아로 분해되기에 충분할 정도로 배기 스트림이 고온인 경우, 우레아 용액은 배기 도관 표면 위에 퇴적물을 형성할 수 있다. 이러한 퇴적물은 결정화된 우레아 뿐만 아니라 시아누르산 같은 우레아 분해 부산물을 포함할 수 있다. 400℃에 근접하거나 이를 상회하는 온도에서 배기 스트림을 가열함으로써 이들 퇴적물이 제거될 수 있지만, 차량이 정상적으로 작동하는 동안에 이 정도의 온도는 거의 달성되지 않기 때문에, 배기 퇴적물을 제거하기 위해서는 특별한 공정이 채용되어야 한다.
SCR을 사용할 때 나타나는 또 다른 어려움은 하나 또는 그 이상의 SCR 촉매 기판의 전체 표면 영역 위에 환원제를 고르게 분산시키기 위해 효율적으로 혼합되어야 한다는 것이다. 혼합을 위한 가용 공간이 매우 한정되어 있고, 환원제는 통상적으로 SCR 촉매 기판의 바로 상류에서 배기 스트림 내로 분사된다. 혼합을 개선시키기 위해, 배기 파이프 내에 종종 터빈 블레이드와 같은 혼합 장치가 배치된다. 그러나 혼합 장치를 사용하더라도 충분히 균일한 혼합을 달성하기는 어렵다. 또한, 배기 파이프 내에 존재하는 혼합 장치는 배기 스트림 유동에 대한 장애물로 작용하여, 혼합기 상류에 고압(배압)을 야기하고 엔진 효율을 떨어뜨린다.
배기 시스템 내 좀 더 위쪽 상류에서 예를 들어 배기가스 도관 내 배기 브레이크 또는 임의의 터보차저 바로 하류와 같이 차량 엔진과 관련하여 장착된 배기 시스템의 부분에서 환원제를 분사함으로써 이들 문제점들의 일부가 해결될 수 있다. 이 영역에서 배기 온도가 일반적으로 높고, 시스템의 온도를 냉 시동 후에 작동 온도로 올릴 때 열적 지연(thermal lag)이 덜 하다.
그러나 이 영역에서 환원제를 분사하면 다른 문제를 야기할 수 있다. 배기 스트림 내에서 배기 매니폴드, 터보차저 및 배기 브레이크와 같이 엔진에 근접한 상류 컴포넌트들은 일반적으로 엔진과 신속한 관계로 배치되어 있다. 소음기 및 후처리 촉매장치와 같이 배기 시스템의 더 하류에 있는 컴포넌트들은 일반적으로 차량 섀시에 신속한 관계로 장착되어 있다. 상류 컴포넌트와 하류 컴포넌트 사이에 상대 운동을 허용하고 진동을 방지하기 위해, 배기 시스템 내에서 상류 컴포넌트의 하류와 상류 컴포넌트의 하류에 가요성 디커플링 요소가 종종 배치된다. 디커플링 요소는 종종 벨로우즈 또는 스트립 권취 호스이다. 상류에 위치하는 인젝터에 의한 디커플링 요소에 쌓인 원치 않는 우레아 퇴적물은 디커플링 요소를 점진적으로 경직하게 하여 배기 시스템 내에 진동을 증가시키고 컴포넌트가 조기에 파손되게 한다.
디커플링 요소 내의 우레아 퇴적물을 해결하기 위한 시도가 이루어지고 있다.
DE 102010025611 A1호는 특히 승용차에 사용될 수 있는 배기가스 라인을 개시하고 있다. 배기가스 라인은 배기가스가 순환할 수 있는 내부 파이프를 둘러싸며 배기가스에 의해 축 방향으로 관통될 수 있는 적어도 하나의 파이프를 포함한다. 질소산화물을 질소로 환원하기에 적당한 환원제를 내부 튜브 내로 도입하기 위한 인젝터가 내부 튜브의 축 방향에 대해 경사지며 내부 튜브 내로 개방되어 있다. 유리한 실시형태에서, 내부 파이프는 디커플링 요소 영역에 배치되어 있으며, 디커플링 요소에 의해 제1 파이프가 배기 파이프의 제2 파이프에 연결되어 있다. 내부 튜브는 디커플링 요소를 배출 영역 내로 도입되는 환원제로부터 차단시켜, 환원제 성분의 퇴적물이 디커플링 요소 위에 형성될 수 없게 한다. 혼합기가 내부 튜브 내 또는 내부 튜브의 배출구 하류에 배치되어 있다.
그렇지만, 배기 스트림으로 환원제를 부가하는 수단을 개선할 필요가 여전히 있다.
본 발명의 발명자들은 환원제를 배기 스트림으로 제공하기 위한 종래 기술이 안고 있는 많은 단점들을 인지하였다.
일부 종래 기술 해법들은 실질적으로 디커플링 요소의 전장을 따라 연장하는 내부 튜브를 교시한다. 이는 많은 단점을 안고 있다. 유입 단부를 향하는 지점에 고정되어 있는 긴 내부 튜브는 통상적으로 엔진 또는 주변에서 발생될 수 있는 주파수에서 공명이 발생하여, 진동과 노이즈를 발생하며 컴포넌트가 조기에 파손될 위험이 있다. 또한, 냉시동하는 중에 배기 온도가 여전히 낮을 때 우레아와 부산물이 긴 내부 튜브의 하류 단부를 향하는 지점에서 퇴적될 수 있다. 이러한 퇴적물은 내부 튜브의 열전달 특성을 안 좋게 하여 추가적으로 퇴적되게 하며 이는 궁극적으로 컴포넌트가 최적이 아닌 기능을 하게 한다.
일부 종래 기술 해법들은 인젝터 하류에서 혼합기의 사용을 교시한다. 전술한 바와 같이, 배기 파이프 내에 사용되는 혼합 장치는 배기가스 유동의 장애물로 작용하여, 혼합기 상류에 고압(배압)을 야기하고 엔진 효율을 떨어뜨린다.
이에 따라, 본 발명의 목적은 디커플링 장치의 상류에서 배기 시스템의 배기 스트림에 환원제를 부가하는 개선된 수단을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은, 종래 기술 해법에 비해 축적물 축적 경향 및/또는 기계적 파손 경향이 덜 하고, 더 강건한 환원제 부가 수단을 제공하는 것이다.
이들 목적들은, 첨부된 청구항에 따른 내연기관의 배기 시스템용 배기 첨가제 분배 장치에 의해 달성된다.
배기 첨가제 분배 장치는 배기 덕트 요소, 배기 첨가제 분사 유닛 및 1차 증발 요소를 포함한다. 배기 첨가제 분사 유닛은 배기 덕트 요소의 내부 면의 일 지점으로부터 1차 증발 요소의 내부 면을 향해 배기 첨가제 액체를 분사하도록 배치되어 있으며, 액체-유일 타입이다. 1차 증발 요소는 배기 덕트 요소의 내부 내에 배치되어 있는 관형 바디로, 배기 덕트 요소의 내부 면과 1차 증발 요소의 외부 면 사이에 사전에 결정된 공간을 구비하고, 배출 단부에서 배기 덕트 요소로부터 돌출하고 있다. 1차 증발 요소의 길이는 분사된 배기 첨가제 액체가 1차 증발 요소의 배출 단부에서 유출될 수 있도록 하기에 충분히 짧다. 이 유출(runoff)은, 본 명세서에 기재되어 있는 바와 같이, 전형적인 작동 조건에서 결정되는 것이 적절할 수 있다.
배기 첨가제가 유출될 수 있을 정도로 짧은 1차 증발 장치를 사용함으로써 많은 이점들을 얻을 수 있다. 이 짧은 1차 증발 요소는 작동 환경에서 진동과 공명이 나타나는 경향이 덜 하고, 이에 따라 더 정숙하고 과잉 진동으로 인한 조기 파손의 염려가 작다. 배기 첨가제가 1차 증발 요소의 단부에서 유출되기 때문에, 1차 증발 요소의 표면 위에 우레아 및/또는 부산물이 퇴적되는 경향이 덜 하고, 이에 따라 시간의 경과에 따라 퇴적물 축적에 의한 1차 증발 요소 특성이 덜 손상되게 된다. 또한, 1차 증발 장치의 배기 첨가제 유출과 통과하는 배기가스 내에 배기 첨가제가 동반됨에 따라, 배기 첨가제가 여러 단계로 동반 및/또는 증발된다. 이렇게 됨에 따라, 배기가스 내에 배기 첨가제를 분산시키는 수단이 강건하고 효율적으로 될 수 있다.
배기 첨가제는 우레아 수용액 같은 환원제인 것이 바람직하다. 이러한 배기 첨가제는 SCR 촉매와 함께 당 업계에서 널리 사용되고 있다.
배기 덕트 요소의 길이는, 길이 방향으로 배기 첨가제 분사 유닛의 분사 축선이 1차 증발 요소의 내부 면과 만나는 지점을 지나 10mm 내지 300mm, 예컨대 50mm 내지 200mm, 또는 100mm 내지 150mm의 거리만큼 연장한다.
1차 증발 요소는 길이 방향으로 분사 축선이 1차 증발 유닛의 내부 표면과 만나는 지점을 지나, 배기 덕트의 직경과 거의 같거나 배기 덕트의 배출 단부에서 배기 덕트 직경의 50% 내지 150% 또는 80% 내지 120%인 거리 L만큼 연장하는 것이 바람직하다. 이는 적당한 유출 정도를 보장할 수 있다.
1차 증발 요소의 배출 단부의 단면적이 1차 증발 요소의 유입 단부의 단면적보다 작을 수 있다. 이는 1차 증발 요소 내에서 배기가스를 가속시켜 배기 첨가제의 혼합과 증발을 조장한다. 예를 들면, 배출 단부의 단면적은 유입 단면적의 90% 미만, 유입 단면적의 80% 미만 또는 유입 단면적의 70% 미만일 수 있다. 1차 증발 요소를 통과하는 배기가스를 가속시킴으로써, 증발 요소의 배출 단부를 송풍 세척할 수 있으며, 이는 배출 에지에서 첨가제 액적들이 고정되거나 증발하지 않도록 한다. 이렇지 않으면, 이 배출 에지에서 우레아 퇴적물이 형성되게 된다. 또한, 유입 단부보다 배출 단부가 좁은 수렴형 1차 증발 요소를 사용함으로써, 예컨대 원통형 증발 요소인 비-수렴형을 사용하는 경우에 비해, 디커플링 장치에 대한 증발 요소의 이동(movement)을 더 크게 할 수 있다. 이는, 원통형 증발 요소를 사용하는 실시형태들에 비해, 증발 요소와 디커플링 요소가 불요하게 접촉할 위험을 방지하면서 상대적으로 유입 단면적이 큰 증발 요소를 사용할 수 있음을 의미한다.
1차 증발 요소의 관상 바디가 구멍이 없는(non-foraminous) 금속으로 구성될 수 있다. 이에 따라, 1차 증발 요소가 시트 금속이나 주조 공정으로 편리하게 제작될 수 있다.
배기 첨가제 분배 장치가 혼합 장치를 포함할 필요가 없다. 본 발명에 따른 1차 증발 요소에 의해 여러 단계로 효율적인 혼합이 이루어진다. 따라서, 추가의 혼합 장치가 필요 없다. 혼합 장치는 배기 시스템 내에 배압을 상승시키고 연료 경계를 악화시키는 경향이 있으므로, 혼합 장치를 사용하지 않는 것이 유리하다.
1차 증발 요소의 중앙 길이 방향 축선과 직교하는 평면에서 1차 증발 요소의 단면에서 단면 치수가 동일하지 않고, 분사 유닛의 분사 축선과 일치하는 치수가 단면 치수들보다 크다. 예를 들면, 1차 증발 요소의 중안 길이 방향 축선에 직교하는 평면 내의 1차 증발 요소의 단면이, 2개의 평행하지만 정반대편 현이 제거되어 형성되는 섹션의 원형을 구비하도록, 1차 증발 요소는 부분적으로 납작한 벽들을 구비할 수 있다. 치수들이 동일하지 않게 함으로써 배기 내에서 1차 증발 장치가 차지하는 총 용적을 제한하면서 배기 첨가제가 1차 증발 장치에 충돌하기 전까지 이동하는 거리를 더 크게 할 수 있다.
1차 증발 요소가 1차 증발 요소의 유출 단부 근방에서만 배기 덕트 요소에 고정 부착되어 있을 수 있다. 이는, 배기 첨가제 분배 장치를 포함하는 배기 시스템의 조립과 분해를 용이하게 한다. 1차 증발 요소가 배기 덕트 요소와 1차 증발 요소 사이에서 지주에 의해 배기 덕트 요소에 대해 고정 배치되어 있거나, 또는 1차 증발 요소가 1차 증발 요소의 상부 에지에서 배기 덕트 요소에 직접 고정될 수 있다.
배기 첨가제 분사 유닛은, 분사 축선과 1차 증발 요소의 중앙 축선 사이에 형성되는 예각 θ가 10도 내지 90도, 예컨대 20도 내지 40도 사이가 되도록 배치될 수 있다.
다른 측면에 따르면, 본 발명의 목적은 첨부된 청구항에 따른 배기 첨가제 분배 시스템에 의해 달성된다. 배기 첨가제 분배 시스템은 전술한 바와 같은 배기 첨가제 분배 장치 및 디커플링 요소를 포함한다. 1차 증발 요소의 배출 단부가 디커플링 요소의 내부 용적부 내로 연장하고, 그리고 디커플링 요소의 내부 면과 1차 증발 요소의 외부 면 사이에 사전에 정해진 공간이 있도록, 디커플링 요소가 배기 덕트 요소의 배출 단부에 배치된다.
디커플링 요소와 함께 배기 첨가제 분배 장치를 사용함으로써, 1차 증발 요소와 1차 증발 요소 외측에서 배기가스의 유동이 배기 첨가제가 디커플링 요소 벽으로부터 멀어지는 경로를 따르는 것에 의해 디커플링 요소 벽 위에 배기 첨가의 침전이 방지된다.
1차 증발 요소는 길이 방향으로 디커플링 요소의 길이를 따라 최대 60%, 예를 들어 디커플링 요소의 길이를 따라 최대 40% 연장할 수 있다. 디커플링 요소와 짧은 1차 증발 요소의 조합은, 조립하는 중에 1차 증발 요소 위로 디커플링 요소를 설치하거나 서비스를 위해 분해하는 중에 1차 증발 요소에서 제거하는 것을 용이하게 한다.
디커플링 요소의 배출 단부에 2차 증발 요소가 배치될 수 있다. 2차 증발 요소는 배기가스 스트림 내에서 운반된 대형 액적들을 증발시켜 다른 증발 단계를 제공하며 시스템을 더 강건하게 한다. 2차 증발 요소는 단열 덕트 요소일 수 있다. 예를 들면 2차 증발 요소는 배기가스 유동의 평균 방향을 전환시키게 배치되어 있는 굴곡부를 포함하는 단열 덕트 요소일 수 있다. 단열은 2차 증발 요소의 벽 온도를 고온으로 유지하게 하여 증발을 조장하며, 굴곡부는 배기가스 내에 동반된 액적들이 관성에 의해 2차 증발 요소의 벽에 충돌하게 할 수 있다.
디커플링 요소는 벨로우즈 요소 또는 스트립-권취 호스 요소일 수 있다. 이러한 디커플링 요소는 잘-정립되어 있으며 강건하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명의 목적들은 본 명세서에 기재되어 있는 배기 첨가제 분배 장치 또는 배기 첨가제 분배 시스템을 포함하는 차량에 의해 달성된다.
본 발명의 다른 목적들, 이점들 및 신규 특징들이 아래의 상세한 설명으로부터 통상의 기술자에게 자명해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 배기 첨가제 분배 시스템을 포함하는 차량을 개략적으로 도시한다.
도 2는 1차 증발 요소가 연속적으로 수렴하는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배기 첨가제 분배 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 배기 첨가제 분배 시스템 내의 배기가스 유동을 개략적으로 도시한다.
도 4는 1차 증발 요소가 수렴하지 않는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배기 첨가제 분배 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 5는 1차 증발 요소가 비-수렴 유입구 및 유출구 섹션, 그리고 수렴 중앙 섹션을 구비하는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배기 첨가제 분배 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 배기 첨가제 분배 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 7a는 단면이 원형인 1차 증발 요소를 개략적으로 도시한다.
도 7b는 단면이 타원형인 1차 증발 요소를 개략적으로 도시한다.
도 7c는 단면이 팔각형인 1차 증발 요소를 개략적으로 도시한다.
도 7d는 단면이 절두 원형(truncated circle)인 1차 증발 요소를 개략적으로 도시한다.
본 발명과 본 발명의 다른 목적들과 이점들을 좀 더 충실하게 이해할 수 있도록 하기 위해서는, 첨부된 도면들과 함께 아래의 상세한 설명을 읽어야만 한다. 여러 도면들에서 동일한 도면부호는 유사한 아이템들을 지시한다.
　본 발명은 내연기관의 배기 시스템에 사용되는 배기 첨가제 분배 장치 및 배기 첨가제 분배 시스템에 관한 것이다. 배기 첨가제 분배 시스템은 디커플링 장치 위로 이어지는 배기 덕트를 포함한다. 배기 덕트와 디커플링 장치 모두는 배기가스 도관의 외부 경계를 획정한다. 내부 튜브의 외벽과 배기 덕트 및 디커플링 장치의 내면 사이에 소정의 갭이 형성되도록 내부 튜브가 배기 덕트와 디커플링 장치에 의해 형성되는 내부 용적부 내에 내부 튜브가 배치되되, 내부 튜브의 외벽과 배기 덕트 및 디커플링 장치의 내면 사이에 소정의 갭이 형성되도록 내부 튜브가 배치된다. 배기 첨가제 분배 시스템을 통과하여 흐르는 배기가스는 내부 튜브와, 내부 튜브의 외벽과 배기 덕트 및 디커플링 장치의 내면 사이의 갭을 통과하여 유동한다. 따라서, 내부 튜브의 내부를 통해 그리고 내부 튜브의 외부 모두에서 배기가스 유동에 의해 내부 튜브가 가열된다. 첨가제 분사 유닛의 노즐이 배기 덕트의 벽에 위치하고 있으며, 배기 첨가제를 내부 튜브의 내면을 향해 분사하도록 배치되어 있다. 내부 튜브의 가열된 벽 위로 분사된 배기 첨가제는 증발될 수 있으며, 배기가스 유동에 의해 후처리 촉매장치 하류로 운반된다.
상류 및 하류 각각은 일반적으로 엔진에서부터 테일파이프로 흐르는 배기가스 유동 방향과 관련된 배기 시스템 내에서의 위치(position)를 가리킨다. 컴포넌트가 배기 시스템 내에서 엔진에 더 가까이 위치하고 있다면 이 컴포넌트는 상류에 있는 것으로 지정되고, 반면 컴포넌트가 배기 시스템 내에서 테일파이프에 더 가까이 위치하고 있다면 이 컴포넌트는 하류에 있는 것으로 지정된다.
분사된 첨가제가 내부 튜브 위 또는 내부 튜브 내에서 완전히 증발되는 지와는 관계없이, 본 발명은, 디커플링 장치 위에 첨가제가 적층되지 않게 하면서, 내부 튜브가 디커플링 장치의 길이보다 상당히 짧아질 수 있다는 본 발명자들에 의한 발견에 기초한다. 본 발명자들은, 첨가제가 내부 튜브의 하류 단부로 유출할 정도로 내부 튜브가 충분히 짧다면, 유출 액적들이 내부 튜브의 외부를 통과하는 배기가스 유동에 동반되어 이 배기가스 유동에 의해 디커플링 장치에 적층되지 않으면서 디커플링 장치를 지나 운반된다는 것을 알 수 있었다. 따라서, 내부 튜브는 분사된 배기 첨가제의 전부를 증발시키지 않지만, 분사된 배기 첨가제의 실질적인 부분을 증발시키는 1차 증발 요소로 작용한다. 1차 증발 장치에서 증발되지 않는 배기 첨가제 부분은 1차 증발 장치로부터 유출되어 1차 증발 장치의 외부 주위를 지나는 배기 유동 내에 액적으로 동반된다. 그런 다음, 이 액적들이 배기가스 유동에서 하류로 운반됨에 따라 점진적으로 증발되거나, 액적들이 증발되는 2차 증발 표면 위에 충돌할 수 있게 된다.
이러한 방식으로 구성된 배기 첨가제 분배 장치 및/또는 배기 첨가제 분배 시스템은 많은 이점들을 갖는다. 배기 첨가제가 배치 유동 내에서 1차 증발 장치의 내부 및 외부 모두에서 증발되기 때문에, 첨가제가 배기가스 전체에 더욱 고르게 분산된다. 일반적으로 배기 첨가제 분배 시스템은 첨가제와 배기가스가 월등하게 혼합되게 하며, 이는 별도의 혼합기 컴포넌트를 필요로 하지 않는다는 것을 의미한다. 혼합기 컴포넌트가 필요하지 않기 때문에, 배기 첨가제 분배 장치에 걸쳐 압력 강하가 거의 없게 되며, 이는 과잉의 배압을 발생시키지 않거나 엔진의 연료 경제의 부정적인 영향을 주지 않는다는 것을 의미한다. 분사된 첨가제의 많은 양의 액적이 1차 증발 장치로부터 유출되어 동반되기 때문에, 분사되는 액적의 직경과 속도를 세밀하게 제어할 필요성이 작아지며, 이는 예를 들어 무공기 분사기가 사용될 수 있으며, 더 단순하고 더욱 강건한 분사 장치가 사용될 수 있다는 것을 의미한다. 1차 증발 장치가 첨가제가 유출할 수 있을 정도로 충분히 짧기 때문에, 증발 장치의 하류 단부에서 침전물이 형성되는 경향이 작아지게 된다. 증발 장치가 짧다는 것은, 1차 증발 장치가 상류 단부에서만 지지됨에도 불구하고 유해한 공명이 발생할 위험이 작아진다는 것을 의미한다. 다른 혜택은, 1차 증발 장치가 디커플링 장치 내로 짧게 돌출하므로 조립 및 분해가 용이하다는 것이다.
본 개시의 배기 첨가제 분배 장치는 내연기관용 배기 시스템 내에 위치한다. 내연기관은 임의의 내연기관일 수 있지만, 4행정 연소엔진이 바람직하고, 압축 점화형 4행정 연소엔진이 더욱 바람직하다. 엔진은 통상적으로 내연기관이 사용되는 것으로 알려져 있는 모든 분야에 사용될 수 있다. 예를 들면, 엔진은 발전소나 산업용 설비에 사용되는 프리-스탠딩 엔진으로 판매될 수 있다. 그러나 차량에 사용되는 것이 바람직하다. 차량은, 내연기관을 사용하여 직렬식 하이브리드 차량과 같이 직접적으로 또는 간접적으로 추진력을 제공하는 모든 기계를 의미한다. 차량은 승용차, 트럭 및 버스 같은 모터 차량; 트레인 및 트램 같은 레일형 차량; 선박 및 보트 같은 워터크래프트; 및 에어크래프트를 포함한다. 다만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 배기 첨가제는 환원제인 것이 바람직하며, ISO 22241의 AUS 32 표준에 따라 우레아 수용액을 포함하는 디젤 배기 유체이면 더 바람직하다. 그러나 배기 첨가제는 배기 시스템에서 하류에 배치되어 있는 디젤 입자 필터를 "번 오프"(burn off) 하는 탄화수소 연료 같이 배기 스트림에 첨가되는 다른 액체 첨가제일수도 있다. 그러나 배기 첨가제를 단순히 "환원제"(reductant)라고도 부를 수 있다.
배기 첨가제 분배 장치는 배기 시스템 내에 터보차저 및/또는 배기 브레이크가 존재하는 경우에는 이들의 바로 하류에 배치될 수 있다. 배기 시스템에서 상당히 상류에 있는 이 지점은 배기 첨가제 분배 장치가 상대적으로 고온의 배기 온도와 상대적으로 작은 열적 지연을 겪는다는 것을 의미한다. 이는 특히 냉 시동이나 저온에서 작동하는 중에 환원제의 증발을 보조한다. 그러나 배기 첨가제 분배 장치는 배기 시스템 내에서 SCR 촉매장치의 소음기의 바로 상류와 같이 첨가제 분사가 요구되는 어떠한 곳에 위치할 수도 있다. 배기 첨가제 분배 장치는 디커플링 장치 및 필요에 따라서는 2차 증발 요소와 함께 배기 첨가제 분배 시스템을 형성하여 유리하게 사용될 수 있다. 이 경우, 배기 첨가제 분배 장치는, 전술한 바와 같이 디커플링 장치 위에 퇴적되지 않도록 하는 데에 유용하다. 그러나 배기 첨가제 분배 장치 자체는 많은 이점을 제공하는데, 예컨대 배기 스트림에 첨가제를 탁월하고 강건하게 부가할 수 있다. 이에 따라 배기 시스템 내에서 디커플링 장치를 사용하지 않고 또는 디커플링 장치와 별도로 사용될 수 있다.
1차 증발 요소는 열전달이 우수한 재료로 제작되며, 배기 도관 내를 지배하는 조건을 견딜 수 있다. 이러한 재료는 강 및 알루미늄 같은 금속을 포함한다. 1차 증발 요소는 임의의 재료와 당 업계에 공지되어 있는 방법으로 제작될 수 있다. 예를 들면 1차 증발 요소는 시트 금속을 포밍하거나 주조 방식으로 제작될 수 있다. 1차 증발 요소의 벽들은 연속되는 것이 바람직하다. 즉 1차 증발 요소의 벽들은 메시 또는 천공부를 포함하지 않으며, 어떠한 다른 방식으로 구멍이 형성되어 있지 않다.
1차 증발 요소는 관상 형태로 되어 있다. 1차 증발 요소는 원통형일 수 있으며, 가장 간단한 예는 직원기둥이다. 1차 증발 장치의 중앙 길이방향 축선에 직교하는 평면으로 정의되는 1차 증발 요소의 단면은 원형, 타원형, 정사각형, 오각형, 육각형, 칠각형 또는 팔각형 같은 다각형, 또는 원/타원과 다각형 간의 혼합된 형상일 수 있다. 예를 들면, 단면은 원 또는 타원과 유사한 형상으로, 두 개가 평행하지만 반대편 현(chord)이 제거되어 있는 세그먼트로 된 형상일 수 있다. 1차 증발 요소의 단면에서 한 방향의 길이 y가 단면에서 이와 직교하는 길이 x보다 클 수 있다. 이러한 형태는 두 개가 평행하지만 반대편 현이 제거되어 있는 계란형, 타원형 및 원/타원을 포함한다. 1차 증발 요소에서 x와 y 치수가 다른 경우, 1차 증발 요소는 분사 유닛에 대해 x와 y 치수 중 큰 치수가 1차 증발 요소의 중앙 길이 방향 축선 및 첨가제 분사 유닛의 분사 축선과 동일 평면에 놓이도록 배치되는 것이 바람직하다. 이는 분사 유닛에서 분출되는 스프레이가 1차 증발 요소와 충돌하기 전에 이동할 수 있는 거리를 최대로 되게 함으로써 배기가스 내로 환원제가 효율적이면서 고르게 분산될 수 있도록 한다.
1차 증발 요소는, 1차 증발 요소를 통과하여 지나는 배기가스를 가속시키도록 구성되는 것이 바람직하다. 이는, 1차 증발 요소의 배출 단부에 협소부(constriction)를 제공하거나, 더 바람직하기로는 1차 증발 요소의 배출 단면적 Ao가 유입 단면적 Ai보다 작게 되도록 유입 단부로부터 배출 단부까지 테이퍼지게 함으로써 달성될 수 있다. 배출 단면적 Ao가 유입 단면적 Ai의 90% 미만일 수 있으며, 예컨대 80% 미만 또는 70% 미만일 수 있다. 1차 증발 요소의 전장을 따라 테이퍼가 일정할 수도 있고 변할 수도 있다. 예를 들어, 1차 증발 요소는, 유입 섹션의 전장을 따라 단면적 Ai가 일정한 유입 섹션; 배출 섹션의 전장을 따라 단면적 Ao가 일정한 배출 섹션; 및 단면적이 유입 섹션 근방에서 단면적 Ai로부터 배출 섹션 근방에서 단면적 Ao로 점진적으로 테이퍼진 유입 섹션과 배출 섹션 사이의 테이퍼 섹션, 3개의 섹션을 포함할 수 있다.
1차 증발 요소의 길이는 분사된 배기 첨가제 액체가 전형적인 작동 조건에서 작동하는 중에 1차 증발 요소의 배출 단부에서 유출될 수 있도록 하기에 충분히 짧은 길이로 되어 있다. 예를 들면, 아래에 상세하게 기재되어 있는 작동 조건들 중 하나의 작동 조건에서와 같이 전형적인 작동 조건에서 작동할 때, 분사된 배기 첨가제 액체의 일부 예컨대 분사된 배기 첨가제 액체의 적어도 1 중량% 또는 적어도 5 중량%가 1차 증발 장치를 지나갈 수 있다. 아래의 표는 1차 증발 장치에서 우레아의 유출이 예상되는 전형적인 작동 조건 범위를 제공한다.
Figure pct00001
배기 첨가제가 1차 증발 요소에 의해 완전히 증발되어 배출 단부로부터 유출되지 않을 수 있음에 주목해야 한다.
1차 증발 표면은 분사된 배기 첨가제를 위한 증발 표면을 제공하도록 설계되며, 이에 따라 1차 증발 장치는 분사 유닛에서 분사된 스프레이 콘의 적어도 일부가 1차 증발 장치의 내부 표면 위에 충돌하기에 충분하게 길어야 한다. 이는, 1차 증발 요소가, 배기 첨가제 분사 유닛의 분사 축선이 1차 증발 요소의 내부 표면과 만나는 지점을 길이 방향으로 예컨대 10mm 같이 짧은 거리만큼 지나쳐 연장하도록 하는, 적어도 상류에서 가장 먼 스프레이 콘의 비율일 수 있다. 그러나 1차 증발 요소가 길이 방향으로 배기 첨가제 분사 유닛의 분사 축선이 1차 증발 요소의 내부 표면과 만나는 지점을 지나쳐서 상당한 거리 L만큼 예컨대 최대 300mm 연장하도록 하여, 스프레이 콘의 최하류 부분을 포함하여 실질적으로 스프레이 콘 전체가 1차 증발 장치와 충돌하게 할 수도 있다. 스프레이 콘이 1차 증발 요소와 충돌하는 지점의 결정은, 간략함을 위해 배기가스 유동이 제로라는 가정 하에 이루어질 수 있는데, 이는 배기가스 유동이 클 때 스프레이가 1차 증발 요소의 하류로 더 먼 표면에서 충돌하거나 표면과 전혀 충돌하지 않을 수 있기 때문이다. 바람직하기로는, 1차 증발 요소는 길이 방향으로 배기 덕트 및/또는 디커플링 요소의 직경과 거의 동일한 예컨대 직경의 50% 내지 150% 또는 80% 내지 120%인 1차 증발 유닛의 내부 표면과 만나는 지점을 거리 L만큼 지나쳐서 연장할 수 있다. 1차 증발 요소가 디커플링 요소와 연계되어 사용되는 경우, 1차 증발 장치는 디커플링 장치 내에서 최대 40% 같이 디커플링 장치 내에서 최대 60% 연장하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 배기 시스템의 조립 및 분해가 더 쉬워진다. 디커플링 요소가 가요성이고 짧은 1차 증발 장치로 쉽게 넣고 뺄 수 있게 된다.
배기 첨가제 분사 유닛은 액체-유일 분사 유닛으로도 알려져 있는 무공기 타입이다. 이는, 환원제를 배기 도관 내로 용이하게 분사하기 위해 계량 장치가 압축 공기를 사용하지 않는다는 것을 의미한다. 컴프레서가 작동하기 위해서는 에너지를 필요로 하기 때문에, 이는 공기-보조식 시스템에 비해 에너지를 절감할 수 있다는 것을 나타낸다. 또한, 해양 분야와 같은 일부 분야에서는 압축 공기를 취급한 레디 소스를 반드시 구비할 필요가 없기 때문에, 컴프레서 같은 추가의 고가 컴포넌트를 사용하지 않아도 된다. 임의의 표준 무공기 인젝터가 사용될 수 있으며, 이러한 인젝터는 당 업계에 공지되어 있다. 배기 첨가제 분배 장치가 1차 증발 요소를 사용하여 여러 단계로 배기 첨가제를 증발시키기 때문에, 분사 유닛에 의해 제공되는 액적 크기는 중요하지 않고, 상대적으로 넓은 범위의 액적 및/또는 비교적 큰 액적들을 사용할 수 있다. 예를 들어, 분사 유닛의 스프레이 액적들의 평균 직경은, Sauter 평균 직경으로 결정할 때 20㎛ 내지 150㎛일 수 있다. 분사 유닛은 1차 증발 요소의 상류에서 배기 덕트 벽 위에 장착되고, 정상 작동하는 중에 분사되는 모든 환원제가 1차 증발 요소의 내부로 유입될 수 있도록 분사 유닛은 경사지게 장착되어 있다. 1차 증발 요소를 통과하는 배기가스 내에 동반되는 스프레이 액적이 가능하면 최대로 1차 증발 요소 내부 벽에 충돌하지 않으면서 동반되도록, 분사 유닛이 경사를 이루며 배치될 수 있다. 즉, 1차 증발 장치의 중앙 길이 방향 축선과 분사 유닛의 분사 축선 사이에 형성되는 각도 θ가 10도 내지 40도로 작을 수 있다. 그러나 1차 증발 요소의 내부 벽에 충돌하는 스프레이 액적의 비율이 최대가 되도록 분사 유닛이 배치될 수 있다. 즉 1차 증발 장치의 중앙 길이 방향 축선과 분사 유닛의 분사 축선 사이에 형성되는 각도 θ가 40도 내지 90도로 비교적 클 수 있다. 분사 유닛의 스프레이 콘 각도는 10도 내지 90도와 같이 당 업계에 알려져 있는 임의의 콘 각도일 수 있다.
배기 덕트는 강 또는 알루미늄 같이 당 업계에 공지되어 있는 임의의 소재로 제작될 수 있다. 1차 증발 요소의 적어도 일부분이 예를 들면 배기 덕트와 1차 증발 요소 사이에서 연장하는 지주에 의해 유입 단부 근방 지점에서 배기 덕트 내에 매달려 있다. 배기 덕트와 1차 증발 장치는 1차 증발 장치의 유입 단부에서 공유 벽 섹션에 의해 또는 용접 같은 적당한 수단에 의해 서로 고정되어 인접하여 연장하는 벽 섹션들에 의해 서로에 대해 고정되어 있을 수도 있다. 배기 첨가제 분사 유닛은 1차 증발 장치의 유입 단부 상류에서 배기 덕트의 벽에 장착되어 있다. 분사 유닛을 전술한 바와 같이 1차 증발 장치의 중앙 길이 방향 축선에 대해 적당한 각도로 설치하기 위해, 1차 증발 장치의 유입 단부와 장착된 분사 유닛 근방의 배기 덕트에 굴곡부 또는 오목한 부분이 형성될 수 있다. 그러나 배기 덕트가 굴곡부 또는 오목부에 통합될 필요는 없으며, 예를 들어 기본적으로 직선형일 수도 있다.
전술한 바와 같은 배기 첨가제 분배 장치가 배기 첨가제 분배 시스템의 일부로 사용되는 경우, 배기 첨가제 분배 시스템은 디커플링 요소와 필요에 따라서는 2차 증발 요소를 추가로 포함한다. 당 업계에 공지되어 있는 임의의 디커플링 요소가 사용될 수 있다. 이러한 디커플링 요소는 일반적으로 스트립-권취 호스 또는 벨로우즈를 포함한다. 디커플링 요소는 기밀(airtight)이거나 또는 예를 들어 스트립-권취 호스로 형성되는 경우에는 가압될 때 디커플링 요소의 벽에서 가스가 방출될 수 있다. 디커플링 요소가 가요성이어서 차량의 섀시와 엔진 사이의 상대적 이동을 수용할 수 있다.
배기 덕트, 디커플링 요소 및 1차 증발 요소의 크기는 1차 증발 장치의 외벽과 디커플링 요소/배기 덕트 사이에 갭을 제공하게 되어 있다. 1차 증발 장치의 벽을 가열하고 1차 증발 장치의 배출 단부에서 배출되는 배기 첨가제를 동반할 수 있도록 하기 위해, 이 갭은 1차 증발 장치의 외부 주위로 배기가스가 충분하게 유동할 수 있도록 하기에 적당해야 한다. 이 갭은 1차 증발 장치의 배출 단부에서보다 1차 증발 장치의 유입 단부에서 더 클 수 있으며, 1차 증발 장치의 둘레 전체에서 반드시 동일해야 하는 것은 아니다. 예를 들면, 1차 증발 장치의 유입 단부에서 1차 증발 장치는 배기 덕트의 단면적의 30% 내지 90% 예컨대 50% 내지 80%를 차지할 수 있다. 1차 증발 장치의 배출 단부에서 1차 증발 장치는 배기 덕트의 단면적의 30% 내지 90% 예컨대 30% 내지 80%를 차지할 수 있다. 이는, 1차 증발 장치 외부에서의 배기 유동이 증발 장치로부터 유출되는 액적을 동반하기에 충분할 수 있다.
디커플링 요소 하류에 2차 증발 요소가 배치될 수 있다. 2차 증발 요소는 배기 첨가제가 증발하는 2차 표면을 제공한다. 최대 증발 온도를 유지하기 위해, 2차 증발 요소는 단열된 배기 덕트의 일 섹션일 수 있다. 이 단열은 글라스 울 단열과 같이 당 업계에 공지되어 있는 임의의 단열일 수 있다. 배기가스의 1차 유동 방향을 변경시키기 위해 2차 증발 요소는 굴곡부 또는 회전부(turn)를 포함할 수 있다. 배기가스 유동에 동반되는 첨가제 액적들은 주위의 가스 입자들보다 관성이 커서, 배기가스 유동에 동반되는 많은 첨가제 액적들이 구부러진 2차 증발 요소의 내부 벽에 충돌하는 경향이 발생한다. 충돌한 후에 배기 첨가제는 고온의 2차 증발 요소 표면에서 증발될 수 있다. 공지의 혼합 장치는 배기 시스템의 배압을 증대시키는 경향이 있기 때문에, 2차 증발 요소는 혼합 장치가 아닌 것이 바람직하다. 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명을 더 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량(1)의 개략적인 측면도이다. 차량(1)은 연소엔진(2), 터보차저(4) 및 배기 브레이크(6)를 포함한다. 배기 브레이크(6) 바로 하류에 배기 첨가제 분배 시스템(8)이 배치된다. 배기 도관(10)이 배기 첨가제 분배 시스템(8)에서부터 SCR 촉매(12)까지 이어져 있다. 차량(1)은 중대형 차량 예를 들어 트럭 또는 버스일 수 있다. 또는 차량(1)은 승용차일 수 있다. 차량은 연소엔진(2) 외에 전기 기계(도시되어 있지 않음)를 포함하는 하이브리드 차량일 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 배기 첨가제 분배 시스템(8)을 개략적으로 도시하고 있다. 배기 첨가제 분배 시스템(8)은 배기 브레이크(6) 바로 하류에 배치되어 있다. 배기 첨가제 분배 시스템은 배기 덕트(14)를 포함한다. 배기 덕트 내에 1차 증발 요소(16)가 배치되어 있다. 1차 증발 요소(16)는 1차 증발 요소(16)의 전장을 따라 연속적으로 수렴한다. 1차 증발 요소(16)는 배기 덕트(14)의 배출 단부로부터 돌출하고 있으며, 거리 d만큼 디커플링 요소(18)의 내부 용적부 내로 연장한다. 디커플링 요소(18)의 바로 하류에 2차 증발 요소(20)가 배치되어 있다. 여기서 2차 증발 요소(20)는 단열 파이프 형태이다. 배기 첨가제 분사 유닛(20)이 배기 덕트(14)의 상부 벽에 배치되어 있다. 배기 첨가제 분사 유닛(20)은 1차 증발 요소(16)의 내부 표면 위로 배기 첨가제를 스프레이하게 배치되어 있다. 분사 유닛의 분사 축선(24) 및 1차 증발 요소(16)의 중앙 길이 방향 축선(26)과 함께 분사 유닛의 스프레이 콘(22)이 묘사되어 있다. 분사 유닛의 분사 축선(24)과 1차 증발 요소(16)의 중앙 길이 방향 축선(26) 사이에 형성되어 있는 각도 θ가 도시되어 있다. 1차 증발 요소(16)는 길이 방향으로 분사 축선(24)과 1차 증발 요소(16)의 벽이 만나는 지점을 지나 길이 L만큼 연장하고 있다.
도 3은 배기 첨가제가 동반되고 및/또는 증발되는 여러 단계를 개략적으로 묘사하고 있다. 개방 화살표는 배기가스의 유동을 나타내고, 속이 찬 화살표는 반 또는 증발 과정을 묘사한다. 분사 유닛은 도면에서 스프레이 콘(22)으로 묘사되어 있는 배기 첨가제 스프레이를 1차 증발 요소(16)의 내부 표면을 향해 제공한다. 1차 증발 요소(16)의 내부를 통과하는 고온의 배기가스는 배기 첨가제가 1차 증발 요소(16) 위로 충돌하기 전에 배기 첨가제의 일부를 동반하고 증발시킨다. 이것이 화살표 28로 묘사되어 있다. 배기 첨가제가 1차 증발 요소(16)의 내부 표면 위에 충돌하는 배기가스에 의해 직접 동반되거나 증발되지 않는다. 1차 증발 요소(16)의 벽들이 1차 증발 요소(16)와 배기 덕트(14) 사이의 갭을 통과하는 배기가스에 의해 가열된다. 이에 따라 1차 증발 요소(16)의 벽 위에서 배기 첨가제의 일부가 화살표 30으로 묘사되어 있는 바와 같이 증발된다. 나머지 배기 첨가제는 1차 증발 요소(16)의 표면을 따라 이동하여 배기 첨가제가 유출되는 배출 단부에 도달하며, 1차 증발 요소(16)와 배기 덕트(14) 사이의 갭을 통과하여 유동하는 배기가스에 의해 동반된다(화살표 32로 묘사됨). 동반된 배기 첨가제는 디커플링 요소의 벽과 접촉하지 않으면서 디커플링 요소(18)를 지나 운반된다. 이는 배기 첨가제 중 아주 적은 양이 디커플링 요소(18)의 벽 위에 퇴적되거나 전혀 퇴적되지 않는다는 것을 의미한다. 최종적으로, 배기 유동이 2차 증발 요소(20)에 도달하는 지점에서 완전히 증발되지 않은 배기 첨가제 액적들은 2차 증발 요소(20)의 내부 표면 위로 충돌할 수 있다. 화살표 34로 묘사되어 있는 바와 같이, 충돌하는 지점에서 배기 첨가제는 지나는 고온의 배기가스에 의해 증발될 수 있다. 따라서 배기 첨가제는 여러 단계로 증발될 수 있다. 이에 따라, 강건한 배기 첨가제 분배 시스템이 달성되며, 과잉의 압력 강하를 일으키지 않고, 광범위한 작동 파라미터에서 효율적으로 작동할 수 있다.
도 4는 1차 증발 요소(16)가 수렴하지 않는 즉 증발 요소의 전장을 따라 1차 증발 요소(16)의 단면적이 일정한, 배기 첨가제 분배 시스템(6)의 일 실시형태를 개략적으로 도시하고 있다.
도 5는 1차 증발 요소(16)가 비-수렴 유입 섹션과 배출 섹션 그리고 수렴 중앙 섹션을 구비하는, 배기 첨가제 분배 시스템(6)의 일 실시형태를 개략적으로 도시하고 있다. 1차 증발 요소(16)는 배기 덕트(14)에서 1차 증발 요소(16)의 유입 단부 근방 지점까지 연장하는 지주(36)에 의해 고정되어 있다.
도 6은 도 5의 실시형태와 유사한 본 발명의 일 실시형태를 도시하고 있다. 도 5의 실시형태와의 차이는, 1차 증발 요소(16)가 분사 장치(20)에 가장 가까운 1차 증발 요소(16)의 상류 에지에서 배기 덕트(14)에 직접 고정되어 있다는 것이다. 1차 증발 요소(16)는 당 업계에 공지되어 있는 임의의 수단에 의해 배기 덕트(14)에 용접되거나 접착될 수 있는 통합형 브래킷에 의해 배기 덕트(14)에 고정되어 있다.
도 7a 내지 도 7d는 1차 증발 요소(16)가 구비할 수 있는 단면 형상의 범위를 도시하고 있다. 1차 증발 요소(16)는 원형(도 7a); 타원형(도 7b); 팔각형(도 7c) 같은 다각형; 또는 두 변이 평행하지만 정반대편의 현들이 제거되어 있는 원 또는 타원일 수 있다. 도 7b 및 도 7d에서 단면의 치수 x와 치수 y는 동일하지 않고, 분사 유닛의 분사 축선(24)에 일치하는 치수 y가 가장 크다는 점에 주목해야 한다.

Claims (15)

  1. 내연기관(2)의 배기 시스템용 배기 첨가제 분배 장치로, 상기 배기 첨가제 분배 장치는 배기 덕트 요소(14), 배기 첨가제 분사 유닛(20), 및 1차 증발 요소(16)를 포함하고, 1차 증발 요소(16)는 배기 덕트 요소(14)의 내부 내에 배치되어 있는 관형 바디로, 배기 덕트 요소(14)의 내부 면과 1차 증발 요소(16)의 외부 면 사이에 사전에 결정된 공간을 구비하고, 배출 단부에서 배기 덕트 요소(14)로부터 돌출하고 있으며, 배기 첨가제 분사 유닛(20)은 배기 덕트 요소(14)의 내부 면의 일 지점으로부터 1차 증발 요소(16)의 내부 면을 향해 배기 첨가제 액체를 분사하도록 배치되어 있는, 배기 첨가제 분배 장치에 있어서,
    배기 첨가제 분사 유닛(20)은 액체-유일 타입이고, 1차 증발 요소(16)의 길이는 분사된 배기 첨가제 액체가 1차 증발 요소(16)의 배출 단부에서 유출될 수 있도록 하기에 충분히 짧은 것을 특징으로 하는 배기 첨가제 분배 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    배기 덕트 요소(14)의 길이는, 길이 방향으로 배기 첨가제 분사 유닛의 분사 축선(24)이 1차 증발 요소(16)의 내부 면과 만나는 지점을 지나 10mm 내지 300mm의 거리 L만큼 연장하는 것을 특징으로 하는 배기 첨가제 분배 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    1차 증발 요소(16)의 배출 단부의 단면적이 1차 증발 요소의 유입 단부의 단면적보다 작되, 유입 단면적의 90% 미만, 유입 단면적의 80% 미만 또는 유입 단면적의 70% 미만인 것을 특징으로 하는 배기 첨가제 분배 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    1차 증발 요소(16)의 관상 바디가 구멍이 없는(non-foraminous) 금속으로 구성된 것을 특징으로 하는 배기 첨가제 분배 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    배기 첨가제 분배 장치가 혼합 장치를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 배기 첨가제 분배 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    1차 증발 요소의 중앙 길이 방향 축선과 직교하는 평면에서 1차 증발 요소(16)의 단면에서 단면의 치수 x 및 y가 동일하지 않고, 분사 유닛(20)의 분사 축선(24)과 일치하는 치수 y가 단면 치수들보다 큰 것을 특징으로 하는 배기 첨가제 분배 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    1차 증발 요소(16)가 1차 증발 요소의 유출 단부 근방에서만 배기 덕트 요소(14)에 고정 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 배기 첨가제 분배 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    1차 증발 요소(16)가 배기 덕트 요소(14)와 1차 증발 요소(16) 사이에서 지주(36)에 의해 배기 덕트 요소(14)에 대해 고정 배치되어 있거나, 또는 1차 증발 요소(16)가 1차 증발 요소(16)의 상부 에지에서 배기 덕트 요소(14)에 직접 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 배기 첨가제 분배 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    배기 첨가제 분사 유닛(20)은, 분사 축선과 1차 증발 요소의 중앙 축선 사이에 형성되는 예각 θ가 10도 내지 80도, 예컨대 20도 내지 40도 사이가 되게 배치되는 것을 특징으로 하는 배기 첨가제 분배 장치.
  10. 내연기관(2)의 배기 시스템용 배기 첨가제 분배 시스템(8)으로, 배기 첨가제 분배 시스템(8)은 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 배기 첨가제 분배 장치 및 디커플링 요소(18)를 포함하되, 1차 증발 요소(16)의 배출 단부가 디커플링 요소(18)의 내부 용적부 내로 연장하고, 그리고 디커플링 요소(18)의 내부 면과 1차 증발 요소(16)의 외부 면 사이에 사전에 정해진 공간이 있도록, 디커플링 요소(18)가 배기 덕트 요소(14)의 배출 단부에 배치되는 것을 특징으로 하는 배기 첨가제 분배 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    1차 증발 요소(16)는 길이 방향으로 디커플링 요소(18)의 길이 d를 따라 최대 60%, 예를 들어 디커플링 요소의 길이 d를 따라 최대 50% 또는 디커플링 요소의 길이 d를 따라 최대 40% 연장하는 것을 특징으로 하는 배기 첨가제 분배 시스템.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    디커플링 요소(18)의 배출 단부에 배치되어 있는 2차 증발 요소(20)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 배기 첨가제 분배 시스템.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    2차 증발 요소(20)는 배기가스 유동의 평균 방향을 전환시키게 배치되어 있는 굴곡부를 포함하는 단열 덕트 요소인 것을 특징으로 하는 배기 첨가제 분배 시스템.
  14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    디커플링 요소(18)는 벨로우즈 요소 또는 스트립-권취 호스 요소인 것을 특징으로 하는 배기 첨가제 분배 시스템.
  15. 차량(1)으로, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 배기 첨가제 분배 장치 또는 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 배기 첨가제 분배 시스템(8)을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량.
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